プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
【課題】活性種の生成量を増やすとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくする又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去するプラズマ発生装置及びプラズマ発生方法を提供する。
【解決手段】対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有するプラズマ電極部を備え、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、プラズマ電極部に発熱体６が設けられている。
【解決手段】対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有するプラズマ電極部を備え、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、プラズマ電極部に発熱体６が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。
【０００３】
生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。
【０００４】
大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）
【０００５】
（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。
【０００６】
次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。
【０００７】
以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。
【０００８】
また、プラズマ発生部を構成する電極では、電極のプラズマ発生部位に例えば多孔質の誘電体膜を使用する場合が多く、そのため、高湿度下においては、誘電体膜自身の吸湿作用のため電気的特性が変化してしまい、プラズマの発生を阻害してしまう。特に冷蔵庫のような低温かつ湿度が大きく変化する環境においては、電極の誘電体膜自身が結露し易く、プラズマの発生が止まり、殺菌、脱臭性能が低下してしまう。したがって、冷蔵庫の内部が高湿度の状態が続くと殺菌性能を維持することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２４２１１号公報
【特許文献２】特開２００３−７９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく活性種の生成量を増やすとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくする又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、電極又は誘電体膜に発熱体を設けていることから、電極又は誘電体膜に結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、電極又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することができる。例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。万が一誘電体膜の表面に結露してプラズマ発生が阻害されても、発熱体を発熱させることによって誘電体膜を乾燥させることができ、プラズマ発生を再開することができる。さらに、電極又は誘電体膜に発熱体を設けることで、それらを直接加熱していることから、電極又は誘電体膜の加熱時間を短縮することができるだけでなく、輻射や間接的な加熱よりも省エネルギ化することができる。その上、発熱体により電極又は誘電体膜を加熱していることから、臭気成分の脱臭反応の反応熱を供給することができ、脱臭反応を促進することができる。また、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成することにより、対応する各流体貫通孔において発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。
【００１３】
ここでプラズマ電極部に発熱体を設ける具体的な実施の態様としては、前記電極の内部に発熱体を設けること、前記電極と前記誘電体膜との間に発熱体を設けること、前記誘電体膜の内部に発熱体を設けること、前記誘電体膜の表面の一部に発熱体を設けることを挙げることができる。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記一対の電極を支持するケーシングを有し、当該ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このようなものであれば、ケーシングに発熱体を設けて前記電極及び誘電体膜を加熱することにより、誘電体膜に結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することができる。
【００１６】
外部に設けられる部材や誘電体膜の耐熱温度から、前記発熱体の発熱温度が１５０℃以下であることが望ましい。
【００１７】
プラズマ発生部位での結露及び水分付着を防止するとともに、結露又は水分を蒸発させ易くして、殺菌性能及び脱臭性能の低下を防止するためには、前記誘電体膜の表面上にコーティング膜が設けられていることが望ましい。このとき、前記コーティング膜が、撥水性（疎水性）を有するものであることが特に望ましい。なお、疎水性のコーティング膜を用いることにより、当該膜に疎水性を有する臭気成分を吸着し易くすることができ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１８】
前記コーティング膜の厚さが、０．０１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。ここでコーティング膜を１００μｍ以上にすると、誘電体膜自身の物性が損なわれてしまうこと、また、誘電体膜の表面に形成された凹凸が埋没してしまい、プラズマ発生効果が低下してしまう。
【００１９】
前記一対の電極の間に５００μｍ以下の厚みを有するスペーサを有することが望ましい。これならば、電極間の距離を大きくすることができ、脱臭反応場を大きくすることができるので、臭気の脱臭効率を向上させることができる。また、スペーサにより電極間の距離を大きくしていることから、水分付着が起こったとしても微細な水滴であり、電極間から外部に抜けやすくすることができる。ここでスペーサの形成方法としては、ここでスペーサの形成方法としては、蒸着法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法などが考えられる。
【００２０】
流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。また、強制的に風を送ることによって、結露又は付着した水分の蒸発を促進することもできる。
【００２１】
流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
このように構成した本発明によれば、活性種の生成量を増やすことによって付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現することができるとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくする又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することによって長期間にわたって殺菌性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】プラズマ発生装置の作用を示す模式図。
【図３】電極部を示す平面図。
【図４】電極部及び防爆機構を示す断面図。
【図５】電極部の対向面の構成を模式的に示す拡大断面図。
【図６】流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。
【図７】イオン数密度とオゾン濃度とのパルス幅依存性を示す図。
【図８】発熱体の形成パターンの一例を示す平面図。
【図９】従来品及び本発明の結露サイクルとイオン数密度との関係を示す図。
【図１０】電極間の距離の大小による脱臭効果の違いを示す概念図。
【図１１】脱臭性能におけるスペーサ厚の依存性を示す図。
【図１２】冷蔵庫内の温度湿度変化の一例を示す図。
【図１３】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す断面図。
【図１４】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す断面図。
【図１５】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す斜視図。
【図１６】変形実施形態の導電体パターンを模式的に示す平面図。
【図１７】変形実施形態の電圧印加パターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。
【００２６】
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部２に高電圧を印加するための電源５とを備えている。
【００２７】
以下、各部２〜５について各図を参照して説明する。
【００２８】
プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。
【００２９】
ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。図７に示すように、パルス幅が３００μ秒以下において、イオン数密度が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。
【００３０】
また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
【００３１】
さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。
【００３２】
具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。
【００３３】
また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。
【００３４】
さらに、各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口総面積が、当該各電極２１、２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である。具体的には、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積を、電極２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内としている。なお、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口総面積を２％以上９０％以下の範囲内としても良い。
【００３５】
そして本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。
【００３６】
貫通孔２１ｃの開口サイズを、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。
【００３７】
送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。
【００３８】
防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。
【００３９】
しかして本実施形態では、図５に示すように、電極２１、２２の内部に発熱体６が埋設されているとともに、各電極２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に１層のコーティング膜２３が設けられている。
【００４０】
発熱体６は、図５及び図８に示すように、抵抗加熱により電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するものであり、電極２１において、流体流通孔２１ｂ及び貫通孔２１ｃを除く部分に形成された凹部２１ｍ内に配置され、電極２２において、流体流通孔２２ｂを除く部分に形成された凹部２２ｍに配置されている。また、発熱体６は、それら凹部２１ｍ、２２ｍ内に絶縁体７によって電極２１、２２と電気絶縁された状態で収容される。具体的に発熱体６は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系発熱体、二珪化モリブデン発熱体、炭化ケイ素発熱体、黒鉛発熱体等の発熱抵抗体、バリスタ素子、赤外線ＬＥＤのいずれか、又はその組み合わせからなる。この発熱体６には、電源５等の外部の電源から電力供給されることで発熱する。また、発熱体６の発熱温度は１５０℃以下としている。
【００４１】
コーティング膜２３は、撥水性を有するものであり、ガラス、フッ素樹脂、シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、フッ素含有ＤＬＣ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｒＯ２、ＭｇＯのいずれか、又はその組み合わせである。また、コーティング膜２３は、誘電体膜２１ａ、２２ａの上面にほぼ均一に成膜するために、蒸着法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法、などで形成される。
【００４２】
ここでコーティング膜２３を形成したプラズマ発生装置１００（本発明）とコーティング膜２３を形成しないプラズマ発生装置（従来品）とにおける結露サイクルとイオン数密度との関係を、図9に示す。この図9から分かるように、従来品においては、結露サイクル２回目から徐々にイオン数密度が低下しているが、本発明においては、結露サイクルに関わらずイオン数密度が低下していないことが分かる。
【００４３】
また本実施形態の電極２１、２２は、絶縁体材料からなるスペーサ２４により電極２１、２２間に所定距離の隙間が形成されている。スペーサ２４は、図３に示すように、電極２１、２２の周縁部の複数個所に設けられている。なお、スペーサの位置は図３に限定されず、例えば周縁部全体に亘って設けても良いし、電極の中央部等、流体流通孔２１ｂ、２２ｂ及び貫通孔２１ｃを塞がない任意の位置に設けても良い。このスペーサ２４の厚みとしては、５００μｍ以下とすることが望ましい。５００μｍよりも大きくすると、プラズマを発生させるための電圧が大きくなり、オゾンが発生し易くなるためである。また、スペーサ２４は、フッ素樹脂、エポキシ、ポリイミド、アルミナ、ガラスのいずれか、又はその組み合わせである。本実施形態のスペーサ２４は前記誘電体膜２１ａ、２２ａと同様に溶射法によって形成される。より具体的には、各電極２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａ上にスペーサ２４となる部材を例えば２５０μｍ以下で形成し、それらを重ね合わせることによって、５００μｍ以下のスペーサ２４となるようにしている。その他、一方の電極２１（又は電極２２）の誘電体膜２１ａ（誘電体膜２２ａ）にスペーサ２４を形成しても良い。
【００４４】
本実施形態のコーティング膜２３は、誘電体膜２１ａ、２２ａを溶射法によって成膜し、当該誘電体膜２１ａ、２２ａ上にスペーサ２４となる部材を溶射法によって形成した後に成膜される。これにより、スペーサ２４もコーティング膜２３によって覆われることになり、スペーサ２４に生じる結露及び水分付着を防止することができる。なお、誘電体膜２１ａ、２２ａを成膜してコーティング膜２３を成膜した後に、スペーサ２４を形成しても良い。
【００４５】
このようにスペーサ２４を設けることによって、電極間距離をスペーサ２４の厚み分大きくすることができ、図１０に示すように、脱臭反応場が大きくなり、空気とプラズマとの接触体積が大きくなることから、脱臭効率が向上する。ここで脱臭性能とスペーサ２４の厚みの依存性について図１１に示す。スペーサ２４を設けない場合の脱臭効率が２０％であるのに対して、厚み１０μｍのスペーサ２４を設けた場合の脱臭効率は３０％、２０μｍでは３２％、５０μｍでは極大の３５％であり、脱臭効率が向上している。また１００μｍの脱臭効率は３０％であり、１０μｍから１００μｍでは脱臭率の向上が顕著である。また、スペーサ２４の厚みが１００μｍより大きくなるに従って脱臭効率も悪くなるが、５００μｍまでは２０％以上である。一方、スペーサ２４の厚みが５００μｍを超えると、スペーサ２４を設けない場合よりも脱臭効率が悪くなり好ましくない。
【００４６】
このように構成したプラズマ発生装置１００は冷蔵庫の庫内において好適に用いることができる。冷蔵庫の庫内は、図１２に示すように、除霜運転時において高湿度状態となり、電極間２１、２２間に結露が生じ易く又は水分が付着し易くなる。これに対して、本実施形態のプラズマ発生装置１００は、電極２１、２２に発熱体６を設けることによって電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱しているので、結露及び水分付着を生じにくくし、また結露及び水分付着が生じたとしてもそれらを乾燥させることができる。また、電極間２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に撥水性のコーティング膜２３を設け、スペーサ２４によって電極２１、２２間の距離を大きくしていることから、より一層乾燥を促進させることができ、殺菌性能及び脱臭性能の低下を低減することができる。発熱体６の温度は、冷蔵庫内の温度、湿度を検知することで最適な温度設定で使用することもできる。あるいは冷蔵庫内のコンプレッサーや除霜ヒータなどの動作と連動して、発熱体６の温度を調整したり、あるいは発熱体６のオン、オフを制御することも有効である。また発熱体６の動作はプラズマ発生装置１００の動作状態を検知して制御することもできる。たとえば電極２１、２２の間の印加電圧を検知して、印加電圧が減少傾向にある場合、すなわちプラズマの発生が弱くなっている状態のときに、発熱体６の温度を上昇させることもできる。
【００４７】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂにおいて発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。また、電極２１、２２に発熱体６を設けていることから、誘電体膜２１ａ、２２ａに結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、誘電体膜２１ａ、２２ａに結露又は付着した水分を除去することができる。例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。万が一誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に結露してプラズマ発生が阻害されても、発熱体６を発熱させることによって誘電体膜２１ａ、２２ａを乾燥させることができ、プラズマ発生を再開することができる。さらに、電極２１、２２に発熱体６を設けることで、それらを直接加熱していることから、誘電体膜２１ａ、２２ａの加熱時間を短縮することができるだけでなく、その加熱を省エネルギ化することができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、あえて結露状態を作り出し、脱臭効率を増加させることもできる。つまり、最初に結露した水分に臭気成分（例えばトリメチルアミン等の水に溶けやすい臭気）を吸収させるとともに凝集させ、次に、電極２１、２２を加熱して、高電圧でプラズマを発生させることにより、高効率に臭気成分を分解することができる。
【００４９】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば前記実施形態では、コーティング膜を各電極の誘電体膜に設けたが、いずれか一方の誘電体膜に設けた場合であっても効果を奏する。
【００５０】
また、発熱体を設ける部位としては、前記実施形態のように電極の内部に限られない、例えば図１３に示すように、誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に設けられるスペーサ２４を発熱体によって構成しても良い。この場合、スペーサ２４の構成及び発熱体の構成を共通とすることができるので、電極構成を簡単化することができるとともに、電極２１、２２の加熱とともに、当該加熱による水分の蒸発を促進させることができる。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、電極２１、２２を構成するステンレス鋼板上に絶縁体膜２５を形成し、この絶縁体膜２５上に発熱体６を形成し、この発熱体６上に誘電体膜２１ａ、２２ａを形成しても良い。つまり、電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａの間に発熱体６を設けても良い。これならば、電極２１、２２内に発熱体６を設けるための電極加工を不要にすることができる。
【００５２】
また、誘電体膜２１ａ、２２ａの表面の一部に、プラズマ発生量が十分に確保できる程度において、発熱体を設けるようにしても良い。
【００５３】
その上、図１５に示すように、プラズマ電極部２の一対の電極２１、２２を支持するケーシング（前記実施形態では保護カバー４１）の表面又は内部に発熱体６を設けて、電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するようにしても良い。これならば、電極２１、２２又は誘電体膜２１ａ、２２ａに発熱体６を設ける構成よりも装置構成を簡単にすることができるとともにその製造も簡単にすることができる。
【００５４】
加えて、図１６に示すように、電極表面又は内部に導体膜パターンＰを施して、当該導体膜パターンＰに高周波電圧を印加することにより電極２１、２２を誘導加熱することによって、誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するようにしても良い。
【００５５】
さらに加えて、図１７に示すように、加熱運転時において、通常運転時に一対の電極２１、２２に印加するパルス電圧よりも大きいパルス電圧を一対の電極２１、２２に印加することでプラズマを発生させて加熱するようにしても良い。なお、この場合、オゾンの発生量が増えてしまうことから、発生したオゾンを分解する触媒を設けること等の手立てが必要となる。
【００５６】
また、前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。
【００５７】
また、前記実施形態では電極２１の全ての流体流通孔２１ｂが、電極２２の複数の流体流通孔２２ｂよりも小さく又は大きく形成されているが、電極２１の一部の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂにより小さく形成されており、その他の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂよりも大きく形成されていても良い。
【００５８】
さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。
【００５９】
その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。
【００６０】
加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。
【００６１】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・プラズマ発生装置
２・・・プラズマ電極部
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２３・・・コーティング膜
２４・・・スペーサ
３・・・送風機構
６・・・発熱体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。
【０００３】
生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。
【０００４】
大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）
【０００５】
（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。
【０００６】
次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。
【０００７】
以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。
【０００８】
また、プラズマ発生部を構成する電極では、電極のプラズマ発生部位に例えば多孔質の誘電体膜を使用する場合が多く、そのため、高湿度下においては、誘電体膜自身の吸湿作用のため電気的特性が変化してしまい、プラズマの発生を阻害してしまう。特に冷蔵庫のような低温かつ湿度が大きく変化する環境においては、電極の誘電体膜自身が結露し易く、プラズマの発生が止まり、殺菌、脱臭性能が低下してしまう。したがって、冷蔵庫の内部が高湿度の状態が続くと殺菌性能を維持することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２４２１１号公報
【特許文献２】特開２００３−７９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく活性種の生成量を増やすとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくする又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、電極又は誘電体膜に発熱体を設けていることから、電極又は誘電体膜に結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、電極又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することができる。例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。万が一誘電体膜の表面に結露してプラズマ発生が阻害されても、発熱体を発熱させることによって誘電体膜を乾燥させることができ、プラズマ発生を再開することができる。さらに、電極又は誘電体膜に発熱体を設けることで、それらを直接加熱していることから、電極又は誘電体膜の加熱時間を短縮することができるだけでなく、輻射や間接的な加熱よりも省エネルギ化することができる。その上、発熱体により電極又は誘電体膜を加熱していることから、臭気成分の脱臭反応の反応熱を供給することができ、脱臭反応を促進することができる。また、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成することにより、対応する各流体貫通孔において発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。
【００１３】
ここでプラズマ電極部に発熱体を設ける具体的な実施の態様としては、前記電極の内部に発熱体を設けること、前記電極と前記誘電体膜との間に発熱体を設けること、前記誘電体膜の内部に発熱体を設けること、前記誘電体膜の表面の一部に発熱体を設けることを挙げることができる。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記一対の電極を支持するケーシングを有し、当該ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このようなものであれば、ケーシングに発熱体を設けて前記電極及び誘電体膜を加熱することにより、誘電体膜に結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することができる。
【００１６】
外部に設けられる部材や誘電体膜の耐熱温度から、前記発熱体の発熱温度が１５０℃以下であることが望ましい。
【００１７】
プラズマ発生部位での結露及び水分付着を防止するとともに、結露又は水分を蒸発させ易くして、殺菌性能及び脱臭性能の低下を防止するためには、前記誘電体膜の表面上にコーティング膜が設けられていることが望ましい。このとき、前記コーティング膜が、撥水性（疎水性）を有するものであることが特に望ましい。なお、疎水性のコーティング膜を用いることにより、当該膜に疎水性を有する臭気成分を吸着し易くすることができ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１８】
前記コーティング膜の厚さが、０．０１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。ここでコーティング膜を１００μｍ以上にすると、誘電体膜自身の物性が損なわれてしまうこと、また、誘電体膜の表面に形成された凹凸が埋没してしまい、プラズマ発生効果が低下してしまう。
【００１９】
前記一対の電極の間に５００μｍ以下の厚みを有するスペーサを有することが望ましい。これならば、電極間の距離を大きくすることができ、脱臭反応場を大きくすることができるので、臭気の脱臭効率を向上させることができる。また、スペーサにより電極間の距離を大きくしていることから、水分付着が起こったとしても微細な水滴であり、電極間から外部に抜けやすくすることができる。ここでスペーサの形成方法としては、ここでスペーサの形成方法としては、蒸着法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法などが考えられる。
【００２０】
流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。また、強制的に風を送ることによって、結露又は付着した水分の蒸発を促進することもできる。
【００２１】
流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
このように構成した本発明によれば、活性種の生成量を増やすことによって付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現することができるとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくする又は誘電体膜に結露又は付着した水分を除去することによって長期間にわたって殺菌性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】プラズマ発生装置の作用を示す模式図。
【図３】電極部を示す平面図。
【図４】電極部及び防爆機構を示す断面図。
【図５】電極部の対向面の構成を模式的に示す拡大断面図。
【図６】流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。
【図７】イオン数密度とオゾン濃度とのパルス幅依存性を示す図。
【図８】発熱体の形成パターンの一例を示す平面図。
【図９】従来品及び本発明の結露サイクルとイオン数密度との関係を示す図。
【図１０】電極間の距離の大小による脱臭効果の違いを示す概念図。
【図１１】脱臭性能におけるスペーサ厚の依存性を示す図。
【図１２】冷蔵庫内の温度湿度変化の一例を示す図。
【図１３】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す断面図。
【図１４】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す断面図。
【図１５】変形実施形態の電極部の構成を模式的に示す斜視図。
【図１６】変形実施形態の導電体パターンを模式的に示す平面図。
【図１７】変形実施形態の電圧印加パターンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。
【００２６】
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部２に高電圧を印加するための電源５とを備えている。
【００２７】
以下、各部２〜５について各図を参照して説明する。
【００２８】
プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。
【００２９】
ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。図７に示すように、パルス幅が３００μ秒以下において、イオン数密度が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。
【００３０】
また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
【００３１】
さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。
【００３２】
具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。
【００３３】
また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。
【００３４】
さらに、各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口総面積が、当該各電極２１、２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である。具体的には、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積を、電極２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内としている。なお、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口総面積を２％以上９０％以下の範囲内としても良い。
【００３５】
そして本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。
【００３６】
貫通孔２１ｃの開口サイズを、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。
【００３７】
送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。
【００３８】
防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。
【００３９】
しかして本実施形態では、図５に示すように、電極２１、２２の内部に発熱体６が埋設されているとともに、各電極２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に１層のコーティング膜２３が設けられている。
【００４０】
発熱体６は、図５及び図８に示すように、抵抗加熱により電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するものであり、電極２１において、流体流通孔２１ｂ及び貫通孔２１ｃを除く部分に形成された凹部２１ｍ内に配置され、電極２２において、流体流通孔２２ｂを除く部分に形成された凹部２２ｍに配置されている。また、発熱体６は、それら凹部２１ｍ、２２ｍ内に絶縁体７によって電極２１、２２と電気絶縁された状態で収容される。具体的に発熱体６は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系発熱体、二珪化モリブデン発熱体、炭化ケイ素発熱体、黒鉛発熱体等の発熱抵抗体、バリスタ素子、赤外線ＬＥＤのいずれか、又はその組み合わせからなる。この発熱体６には、電源５等の外部の電源から電力供給されることで発熱する。また、発熱体６の発熱温度は１５０℃以下としている。
【００４１】
コーティング膜２３は、撥水性を有するものであり、ガラス、フッ素樹脂、シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、フッ素含有ＤＬＣ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｒＯ２、ＭｇＯのいずれか、又はその組み合わせである。また、コーティング膜２３は、誘電体膜２１ａ、２２ａの上面にほぼ均一に成膜するために、蒸着法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法、などで形成される。
【００４２】
ここでコーティング膜２３を形成したプラズマ発生装置１００（本発明）とコーティング膜２３を形成しないプラズマ発生装置（従来品）とにおける結露サイクルとイオン数密度との関係を、図9に示す。この図9から分かるように、従来品においては、結露サイクル２回目から徐々にイオン数密度が低下しているが、本発明においては、結露サイクルに関わらずイオン数密度が低下していないことが分かる。
【００４３】
また本実施形態の電極２１、２２は、絶縁体材料からなるスペーサ２４により電極２１、２２間に所定距離の隙間が形成されている。スペーサ２４は、図３に示すように、電極２１、２２の周縁部の複数個所に設けられている。なお、スペーサの位置は図３に限定されず、例えば周縁部全体に亘って設けても良いし、電極の中央部等、流体流通孔２１ｂ、２２ｂ及び貫通孔２１ｃを塞がない任意の位置に設けても良い。このスペーサ２４の厚みとしては、５００μｍ以下とすることが望ましい。５００μｍよりも大きくすると、プラズマを発生させるための電圧が大きくなり、オゾンが発生し易くなるためである。また、スペーサ２４は、フッ素樹脂、エポキシ、ポリイミド、アルミナ、ガラスのいずれか、又はその組み合わせである。本実施形態のスペーサ２４は前記誘電体膜２１ａ、２２ａと同様に溶射法によって形成される。より具体的には、各電極２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａ上にスペーサ２４となる部材を例えば２５０μｍ以下で形成し、それらを重ね合わせることによって、５００μｍ以下のスペーサ２４となるようにしている。その他、一方の電極２１（又は電極２２）の誘電体膜２１ａ（誘電体膜２２ａ）にスペーサ２４を形成しても良い。
【００４４】
本実施形態のコーティング膜２３は、誘電体膜２１ａ、２２ａを溶射法によって成膜し、当該誘電体膜２１ａ、２２ａ上にスペーサ２４となる部材を溶射法によって形成した後に成膜される。これにより、スペーサ２４もコーティング膜２３によって覆われることになり、スペーサ２４に生じる結露及び水分付着を防止することができる。なお、誘電体膜２１ａ、２２ａを成膜してコーティング膜２３を成膜した後に、スペーサ２４を形成しても良い。
【００４５】
このようにスペーサ２４を設けることによって、電極間距離をスペーサ２４の厚み分大きくすることができ、図１０に示すように、脱臭反応場が大きくなり、空気とプラズマとの接触体積が大きくなることから、脱臭効率が向上する。ここで脱臭性能とスペーサ２４の厚みの依存性について図１１に示す。スペーサ２４を設けない場合の脱臭効率が２０％であるのに対して、厚み１０μｍのスペーサ２４を設けた場合の脱臭効率は３０％、２０μｍでは３２％、５０μｍでは極大の３５％であり、脱臭効率が向上している。また１００μｍの脱臭効率は３０％であり、１０μｍから１００μｍでは脱臭率の向上が顕著である。また、スペーサ２４の厚みが１００μｍより大きくなるに従って脱臭効率も悪くなるが、５００μｍまでは２０％以上である。一方、スペーサ２４の厚みが５００μｍを超えると、スペーサ２４を設けない場合よりも脱臭効率が悪くなり好ましくない。
【００４６】
このように構成したプラズマ発生装置１００は冷蔵庫の庫内において好適に用いることができる。冷蔵庫の庫内は、図１２に示すように、除霜運転時において高湿度状態となり、電極間２１、２２間に結露が生じ易く又は水分が付着し易くなる。これに対して、本実施形態のプラズマ発生装置１００は、電極２１、２２に発熱体６を設けることによって電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱しているので、結露及び水分付着を生じにくくし、また結露及び水分付着が生じたとしてもそれらを乾燥させることができる。また、電極間２１、２２の誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に撥水性のコーティング膜２３を設け、スペーサ２４によって電極２１、２２間の距離を大きくしていることから、より一層乾燥を促進させることができ、殺菌性能及び脱臭性能の低下を低減することができる。発熱体６の温度は、冷蔵庫内の温度、湿度を検知することで最適な温度設定で使用することもできる。あるいは冷蔵庫内のコンプレッサーや除霜ヒータなどの動作と連動して、発熱体６の温度を調整したり、あるいは発熱体６のオン、オフを制御することも有効である。また発熱体６の動作はプラズマ発生装置１００の動作状態を検知して制御することもできる。たとえば電極２１、２２の間の印加電圧を検知して、印加電圧が減少傾向にある場合、すなわちプラズマの発生が弱くなっている状態のときに、発熱体６の温度を上昇させることもできる。
【００４７】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂにおいて発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。また、電極２１、２２に発熱体６を設けていることから、誘電体膜２１ａ、２２ａに結露及び水分付着が起こりにくくなり、また、誘電体膜２１ａ、２２ａに結露又は付着した水分を除去することができる。例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。万が一誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に結露してプラズマ発生が阻害されても、発熱体６を発熱させることによって誘電体膜２１ａ、２２ａを乾燥させることができ、プラズマ発生を再開することができる。さらに、電極２１、２２に発熱体６を設けることで、それらを直接加熱していることから、誘電体膜２１ａ、２２ａの加熱時間を短縮することができるだけでなく、その加熱を省エネルギ化することができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、あえて結露状態を作り出し、脱臭効率を増加させることもできる。つまり、最初に結露した水分に臭気成分（例えばトリメチルアミン等の水に溶けやすい臭気）を吸収させるとともに凝集させ、次に、電極２１、２２を加熱して、高電圧でプラズマを発生させることにより、高効率に臭気成分を分解することができる。
【００４９】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば前記実施形態では、コーティング膜を各電極の誘電体膜に設けたが、いずれか一方の誘電体膜に設けた場合であっても効果を奏する。
【００５０】
また、発熱体を設ける部位としては、前記実施形態のように電極の内部に限られない、例えば図１３に示すように、誘電体膜２１ａ、２２ａの表面に設けられるスペーサ２４を発熱体によって構成しても良い。この場合、スペーサ２４の構成及び発熱体の構成を共通とすることができるので、電極構成を簡単化することができるとともに、電極２１、２２の加熱とともに、当該加熱による水分の蒸発を促進させることができる。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、電極２１、２２を構成するステンレス鋼板上に絶縁体膜２５を形成し、この絶縁体膜２５上に発熱体６を形成し、この発熱体６上に誘電体膜２１ａ、２２ａを形成しても良い。つまり、電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａの間に発熱体６を設けても良い。これならば、電極２１、２２内に発熱体６を設けるための電極加工を不要にすることができる。
【００５２】
また、誘電体膜２１ａ、２２ａの表面の一部に、プラズマ発生量が十分に確保できる程度において、発熱体を設けるようにしても良い。
【００５３】
その上、図１５に示すように、プラズマ電極部２の一対の電極２１、２２を支持するケーシング（前記実施形態では保護カバー４１）の表面又は内部に発熱体６を設けて、電極２１、２２及び誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するようにしても良い。これならば、電極２１、２２又は誘電体膜２１ａ、２２ａに発熱体６を設ける構成よりも装置構成を簡単にすることができるとともにその製造も簡単にすることができる。
【００５４】
加えて、図１６に示すように、電極表面又は内部に導体膜パターンＰを施して、当該導体膜パターンＰに高周波電圧を印加することにより電極２１、２２を誘導加熱することによって、誘電体膜２１ａ、２２ａを加熱するようにしても良い。
【００５５】
さらに加えて、図１７に示すように、加熱運転時において、通常運転時に一対の電極２１、２２に印加するパルス電圧よりも大きいパルス電圧を一対の電極２１、２２に印加することでプラズマを発生させて加熱するようにしても良い。なお、この場合、オゾンの発生量が増えてしまうことから、発生したオゾンを分解する触媒を設けること等の手立てが必要となる。
【００５６】
また、前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。
【００５７】
また、前記実施形態では電極２１の全ての流体流通孔２１ｂが、電極２２の複数の流体流通孔２２ｂよりも小さく又は大きく形成されているが、電極２１の一部の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂにより小さく形成されており、その他の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂよりも大きく形成されていても良い。
【００５８】
さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。
【００５９】
その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。
【００６０】
加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。
【００６１】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・プラズマ発生装置
２・・・プラズマ電極部
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２３・・・コーティング膜
２４・・・スペーサ
３・・・送風機構
６・・・発熱体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体が設けられていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記電極の内部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記電極と前記誘電体膜の間に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記誘電体膜の内部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記誘電体膜の表面の一部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記一対の電極を支持するケーシングを有し、当該ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体が設けられているプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記発熱体の発熱温度が１５０℃以下である請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記誘電体膜の表面上にコーティング膜が設けられている請求項１乃至７の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記コーティング膜が撥水性を有する請求項８記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記コーティング膜の厚さが、０．０１μｍ以上１００μｍ以下である請求項８又は９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記一対の電極の間に５００μｍ以下の厚みを有するスペーサを有する請求項１乃至１０の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体を設けて前記電極又は前記誘電体膜を加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１３】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極及びこの一対の電極を支持するケーシングを有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体を設けていることを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１４】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極に導体膜パターンを施して、当該導体膜パターンに高周波電圧を印加することにより前記電極を誘導加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１５】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、通常運転時に前記一対の電極に印加する印加電圧よりも大きい電圧を前記一対の電極に印加することでプラズマを発生させて加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体が設けられていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記電極の内部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記電極と前記誘電体膜の間に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記誘電体膜の内部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記誘電体膜の表面の一部に前記発熱体が設けられている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記一対の電極を支持するケーシングを有し、当該ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体が設けられているプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記発熱体の発熱温度が１５０℃以下である請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記誘電体膜の表面上にコーティング膜が設けられている請求項１乃至７の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記コーティング膜が撥水性を有する請求項８記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記コーティング膜の厚さが、０．０１μｍ以上１００μｍ以下である請求項８又は９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記一対の電極の間に５００μｍ以下の厚みを有するスペーサを有する請求項１乃至１０の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極又は前記誘電体膜に発熱体を設けて前記電極又は前記誘電体膜を加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１３】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極及びこの一対の電極を支持するケーシングを有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記ケーシングに前記電極又は前記誘電体膜を加熱する発熱体を設けていることを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１４】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記電極に導体膜パターンを施して、当該導体膜パターンに高周波電圧を印加することにより前記電極を誘導加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１５】
対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、通常運転時に前記一対の電極に印加する印加電圧よりも大きい電圧を前記一対の電極に印加することでプラズマを発生させて加熱することを特徴とするプラズマ発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１９０６２３（Ｐ２０１２−１９０６２３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２２３４（Ｐ２０１１−５２２３４）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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