電極板および集塵装置
【課題】十分高い機械的強度が得られ、表面抵抗率を自在に制御することができ、また、油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得られる集塵部の電極板および集塵装置を提供する。
【解決手段】電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層した前記電極板ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることにより、高強度でかつ油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能が得られる集塵部の電極板が得られる。
【解決手段】電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層した前記電極板ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることにより、高強度でかつ油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能が得られる集塵部の電極板が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄の分野において空気中の粒子状浮遊物質を除去する集塵装置およびそれに用いる電極板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中に存在する粒子状浮遊物質、すなわち粉塵は喘息などの疾病の原因として知られており従来から除去の対象となる物質であったが、近年の研究において粒子径２．５マイクロメートル以下の粉塵（いわゆるＰＭ２．５）が肺ガンなどの疾病を誘起する可能性があるとの報告があり、捕集技術の更なる向上が求められている。その中で電気集塵技術を用いた集塵装置は粒子径がマイクロメートル以下の小粒径の粉塵を捕集することに優れており、また低圧損な特性を持つことから注目を集め、更なる性能向上が求められている。
【０００３】
従来、この種の集塵装置として、放電によって粉塵を帯電する帯電部を上流側に設け、電極板を積層し、交互に異なる電圧を印加して電場を形成して帯電した粉塵を捕集する集塵部を下流側に設けたものが知られている。この構成を応用した集塵装置の例が特許文献１に示されている。以下、その集塵装置について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、帯電部１０１は線状の帯電部放電電極１０２と帯電部対向電極板１０３とからなり、また、帯電部１０１の下流側には電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６とを一定の間隔を開けて交互に積層した集塵部１０４を設けている。通常、帯電部１０１においては放電電極１０２と対向電極板１０３との間で後述するコロナ放電を起こすことを目的に放電電極１０２に４〜１５ｋＶの正負どちらかの電圧が、また、対向電極板１０３に０ｋＶの電圧が高圧電源１０７によって印加される。また、集塵部１０４においては電極板Ａ１０５および電極板Ｂ１０６の間に電場を設けることを目的に電極板Ａ１０５に２〜１０ｋＶの正負どちらかの電圧が、また、電極板Ｂ１０６には０ｋＶの電圧が高圧電源１０７によって印加される。
【０００４】
上記構成において、帯電部１０１では放電電極１０２と対向電極板１０３との間で不平等な電場が作られ、この時線状の形状を有する放電電極１０２近傍には非常に強い電場が作られる。そのため空気中に僅かに含まれる荷電粒子が加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。分離した電子もまた加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。電子との衝突によって空気分子から電子が分離する現象を電離と呼ぶ。また、電離を繰り返すことによって多数の電子が空気分子から分離する現象を電子なだれと呼ぶが、この電子なだれによって電子が分離したプラス極性の空気イオン（正イオン）や、分離した電子と空気分子とが結合してマイナス極性を有する空気イオン（負イオン）が作られる。そして放電電極１０２と異なる極性の空気イオンは放電電極１０２に電荷を吸収されて空気分子に戻り、逆に同じ極性の空気イオンは電場によって放電電極１０２から反発する方向の力を受け、対向電極板１０３の方向へと拡散移動する。このように電離や電子なだれを起こすことで放電電極１０２近傍の空気を空気イオンにする放電現象をコロナ放電というが、コロナ放電によって放電電極１０２と同じ極性の空気イオンが作られて拡散移動し、帯電部１０１を通過する粉塵に付着することで粉塵が帯電する。
【０００５】
帯電した粉塵は送風の流れにそって集塵部１０４に導入される。ここで放電電極１０２と同極性となるように電極板Ａ１０５に電圧を印加する場合、帯電した粉塵は電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６の間で作られる電場の力を受けて主に電極板１０６に付着して取り除かれ、清浄な空気が集塵部１０４の後方から吹出される。
【０００６】
ここで特許文献１は、体積抵抗率が１０の１０〜１３乗Ω・ｃｍのオーダーとなる吸湿性樹脂からなる電極板Ａ１０５で集塵部を構成することを特徴としている。すなわち電気を僅かに通す半導電性の吸湿性樹脂で電極板Ａを構成することによって、電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６の間に電場を設けると同時に火花を伴う短絡（以下スパーク）を防止する集塵部１０４が可能になることを提示している。
【０００７】
このように電極板Ａ１０５を半導電性の材料で構成することで集塵しながらスパークを防止することが可能となるが、電極板を半導電性にすることに応用できる他の手段として例えば特許文献２に記載されるような方法がある。すなわち酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの固溶体、酸化スズと酸化アンチモンとの固溶体もしくは酸化インジウムと酸化スズの固溶体のうち少なくとも一つの導電性粒子を樹脂の中に分散して含有させる方法である。例えば熱可塑性ウレタン樹脂の中に酸化スズと酸化アンチモンとの固溶体で被覆した酸化チタンを２１〜２５容積％含有させることによって１０の６〜９乗Ω・ｃｍオーダーの体積抵抗率を有する半導電性組成物が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５１６７２５号公報
【特許文献２】特開平５−８８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される電極板は全体を吸湿性樹脂で構成しているため、十分な機械的強度を得ることが難しいという課題がある。また、電気抵抗値を低い値に制御することが難しく、電気抵抗値を下げて高い集塵性能を得ることが難しいという課題がある。
【００１０】
一方、特許文献２に記載される電極板の半導電化の技術においては、導電性材料の含有率を変えることで電気抵抗値を自在に制御することが可能である。しかしながら導電性粒子どうしの接触によって導電性が発現する仕組みであるため、バインダ成分の樹脂などが油の付着などによって変質すると導電性材料どうしの距離が変化することで電気抵抗値が変化し、その結果高い集塵性能が得られなくなったりスパークが発生したりすることが起こりうるという課題がある。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、十分高い機械的強度が得られ、表面抵抗率を自在に制御することができ、また、油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得ることが可能な集塵部の電極板を提供し、また、スパークをなくすと同時に高い集塵性能を得ることが可能な集塵装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電極板は上記目的を達成するために、電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した半導電膜を設けることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の集塵装置は前記電極板を積層して積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の集塵部の電極板は、十分高い機械的強度が得られ、表面抵抗率を自在に制御することができ、また、油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得るという効果が得られる。
【００１５】
また、本発明の集塵装置は、前記電極板を用いて集塵部を構成することでスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の電極板の断面を示す構成図
【図２】同実施例Ａの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図３】同実施例Ｂの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図４】同実施例Ｃの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図５】同実施例Ｄの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図６】同集塵部を示す構成図
【図７】同帯電部を示す構成図
【図８】同集塵効率測定における試験装置示す構成図
【図９】特許文献１に記載された従来の集塵装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の電極板は、電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることを特徴とするものである。表面抵抗率とは面方向に一定の電圧を印加した際に流れる電流から求められる電気抵抗値のことである。この表面抵抗率が１０の７乗Ω／□以下ではスパークが発生する確率が大幅に上昇し、また、１０の１３乗Ω／□以上では面に電圧を印加した際にそれだけの表面電位を得るための時間が３分以上と非常に長くかかることがわかっており、表面抵抗率を１０の７〜１２乗Ω／□オーダーとすることでスパークなくし、かつ高い集塵性能を得るための電場を形成することが可能となる。
【００１８】
ポリアルキレンオキシドは高分子の一種で主鎖にエーテル結合を有する高分子樹脂である。例としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリアルキレンオキシドはエーテル結合を有しており、酸素原子と炭素原子とが単結合して繰り返し配列される構造となっているため、酸素原子と炭素原子との電気陰性度の違いにより分極を生じている。そのため炭素原子を挟んだ２個の酸素原子がプラスの電荷を、また、酸素原子を挟んだ２個の炭素原子がマイナスの電荷をトラップする。その時に電場が存在するとトラップされた電荷が電場に沿って移動し、わずかに電気が流れる。
【００１９】
このような原理でポリアルキレンオキシドは電荷をわずかに移動させる性質、いわゆる半導電性を有する。ポリアルキレンオキシドを架橋剤で架橋させ、分子量がさらに大きな樹脂にすることで、表面抵抗率が１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有し、かつ、簡単にはがれたり溶媒に溶けたりしない強固な半導電膜を得ることができる。絶縁性を有する樹脂やセラミックからなる絶縁性基板の上にこの半導電膜を設けることで、高い機械的強度を有する電極板を形成することができる。ちなみにわずかに電気を流して電場を形成するには表面に半導電性を与えるだけでよく、電極板全体に半導電性を与える必要はないため、高強度の絶縁性基板を支持体として用い、その表面に半導電膜を設けることで電極板に高い強度を持たせながら電場を形成することが可能である。
【００２０】
この半導電膜に電圧を印加するとその電圧に相当する電荷が半導電膜の表面に供給される。したがって一定の間隔を開けてこの電極板を向かい合わせ、それぞれに異なる電圧を印加すると電場が形成される。しかしながら電荷が供給された半導電膜は半導電性であるため、異なる電圧が印加された電極板どうしが接触してもスパークを起こさない。
【００２１】
半導電膜を有する電極板を得るための具体的な方法は請求項２に記載するように、前記ポリアルキレンオキシドと架橋剤とを混合したインキを絶縁性基板に塗布して固化させるという方法が挙げられる。溶剤に溶かした液状のポリアルキレンオキシドと、同じく溶剤に溶かした液状の架橋剤溶剤とを混合してインキを作成し、インキが架橋反応を起こして硬化する前に絶縁性基板に塗布する。そして加熱して架橋反応を促進させるなどして硬化させて絶縁性基板の上に半導電膜を有する電極板を得ることができる。ここで架橋剤の例としてはキシリレンジイソシアネートやトリレンジイソシアネートなどのイソシアネート系のものが挙げられる。イソシアネート系の架橋剤は架橋反応にある程度時間がかかり、短時間による急激な架橋反応が起こらないものが多いためインキの使用可能時間が長くできるというメリットを有する。
【００２２】
ここで、前記ポリアルキレンオキシドが常温で液状であると、溶剤に溶かして液状化する必要がないためより簡単にインキを作成することができる。常温で液状のポリアルキレンオキシドとしては平均分子量が６００以下のポリエチレングリコールなどがある。
【００２３】
また、前記ポリアルキレンオキシドが塩類を含むことを特徴とするものである。塩化ナトリウム、塩化リチウム、または次亜塩素酸リチウムなどの電解質となる塩類を溶解させるなどの方法でポリアルキレンオキシドに含ませることで、ポリアルキレンオキシドにナトリウムイオンやリチウムイオン、塩化物イオンや次亜塩素酸イオンなどの電解質を与える。これによってポリアルキレンオキシドの有する電荷が増え、結果として低い領域にまで表面抵抗率を制御することが可能となる。例えばポリアルキレンオキシド単体では１０の１０乗Ω／□オーダー以下の表面抵抗率にすることが難しいが、塩類を含ませることで１０の７〜１０乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を得ることが可能となる。
【００２４】
また、半導電膜の強度を向上させるためにＯＨ基を有し、分子量が１００００〜１０００００の樹脂を溶媒に溶かしたものを前記インキ中に含むことを特徴とするものである。６００程度の比較的分子量の小さいポリアルキレンオキシドを架橋させた場合、架橋剤の量によっては分子量が十分に大きくならずに強固な膜が形成されないことがある。それを補うために混合する架橋剤の量を増やした場合、導電性の小さい架橋剤の割合が増えるため表面抵抗率が十分に下がらなくなる。ＯＨ基を有し、１００００〜１０００００といった比較的分子量の大きい樹脂を膜中の架橋のネットワークに組み込むことで架橋を形成する一分子の規模を大きくし、より強固な膜にすることができる。ＯＨ基を有し、１００００〜１０００００の分子量を有する樹脂としてはアクリルポリオール樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂などがある。塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂は製造の際の未重合反応部分にＯＨ基が残る。これらの樹脂とポリアルキレンオキシドとが架橋剤によって直線的に架橋する、もしくはこれらの樹脂にポリアルキレンオキシドがぶら下がるように架橋することによって架橋のネットワークを形成する樹脂と樹脂の架橋単位を大きくすることができ、膜を強固にすることができる。
【００２５】
また、十分に低い表面抵抗率を得るために金属酸化物からなる導電性粒子を前記インキ中に含むことを特徴とするものである。金属酸化物からなる導電性粒子として例えば請求項７および８に記載するようにアンチモンをドープした酸化スズ（以下ＡＴＯ）粒子、もしくはＡＴＯ粒子を添着した酸化チタン（以下ＴｉＯ２）粒子がある。ＡＴＯ粒子は酸化スズと酸化アンチモンの固溶体であり、単位結晶中に電子が一つ余る。この電子が結晶中を移動することで導電性を得ている。移動できる電子が単位結晶中に一つであるため、樹脂と複合させた場合に含有率を変えることでその複合物の電気抵抗の値を制御することが容易である。例えば金属やカーボン粒子などは移動可能な電子が多いため電気抵抗の値を制御することが難しく、例えばある一定の含有率以上になると導電性が急に上がってしまう。
【００２６】
また、ＡＴＯ粒子どうしが接触しさえすれば導電性が得られることを利用して、ＡＴＯ粒子を添着したＴｉＯ２粒子を用いることができる。中心粒子径２０ｎｍのＡＴＯ粒子を中心径２００ｎｍのＴｉＯ２粒子に添着した粒子どうしが接触することでも導電性を得ることができ、高価なＡＴＯ粒子の量を減らすことができる。ここで、ＡＴＯ粒子どうしがポリアルキレンオキシドを介して接触することになり、ＡＴＯ粒子どうしが電気をわずかに通すポリアルキレンオキシドによって電気的に接続されることになる。したがって油が付着して樹脂が膨張したまま戻らなくなり、ＡＴＯ粒子どうしの距離が大きくなることがあったとしても介在するポリアルキレンオキシドのおかげで電気抵抗が大きくならず一定の値を維持し、電場を形成しつづけることができる。
【００２７】
また、前記インキをスクリーン印刷法で前記絶縁性基板に印刷することを特徴とするものである。ポリエステルの糸やステンレスの糸で編まれたメッシュ板に乳化剤を塗布して固まらせ、任意のパターン形状が描かれたフィルムを重ねて紫外線を当てる。そして紫外線が当たった形状の部分を溶解剤で溶かすことでスクリーン製板を作成する。スクリーン製板を絶縁性基板に当て、インキをスクリーン製板の上に乗せ、スキージを用いてインキを押し出すことで絶縁性基板の上にインキを印刷するという方法がスクリーン印刷法である。スクリーン印刷法を用いれば絶縁性基板にインキを均一な厚さで印刷でき、また、任意のパターン形状で高精細な印刷を行うことができる。
【００２８】
また、前記絶縁性基板が樹脂材料にガラス繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱プレスを施した樹脂板であることを特徴とするものである。後述するとおり、空間を開けて電極板を積層して集塵装置の集塵部を形成するため、電極板は大きく撓んだりせず、また、初めから大きな反りがないことが必要とされる。すなわち電極板自体が高い強度および平面性を有することが必要となる。樹脂材料にガラス短繊維およびマイカを充填して押出し成型した後に加熱積層プレスして結晶化することで高い強度と高い平面性を有する樹脂板が得られ、樹脂板を電極板に用いることで電極板の撓みや反りを抑制することが可能となる。
【００２９】
また、本発明の請求項１０に記載の集塵装置は、一定間隔を開けて請求項１乃至１０いずれかに記載の前記電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とするものである。一定間隔を開けて１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加することで、電場を形成しながらスパークが起こらない集塵部を構成するいことができる。上流側の帯電部で帯電させた粉塵を下流側の集塵部に導入することで粉塵を捕集することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ちなみにこれら実施の形態は一例を示すものであり、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態）
絶縁性基板２の上に半導電膜３を設けた電極板１の断面図を図１に示す。絶縁性基板２はポリエチレンテレフタレート樹脂、ガラス繊維、マイカを混合して作成したペレットを溶融しながら押し出してシート状にしたものを加熱加圧プレスして結晶化した複合化シートであり、通常の樹脂板に比べて強度および平面性の高いものとなっている。また、構成する材料全てが絶縁性を有しているため絶縁性基板として高い絶縁性を有している。絶縁性基板２の表側および裏側の表面には半導電膜３が設けられている。この半導電膜３は図２に示すようにポリアルキレンオキシド４とキシリレンジイソシアネートなどのイソシアネート基を有する架橋剤５との架橋反応によって得ている。すなわち架橋されたポリアルキレンオキシド６の形で得ている。また、図３に示すように樹脂の架橋ネットワークを補強する平均分子量３０，０００のアクリルポリオール樹脂７を添加することで半導電膜３の強度を高めることができる。また、図４に示すように導電性を有するＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を添加し混合することで表面抵抗率を自在に制御することができる。ここで、インキを作成して印刷することで、以下に示す数種類の半導電膜３を有する電極板１を作成し、表面抵抗率および水溶性油に対する溶解度を評価した。電極板１を作成するにあたり絶縁性基板２は前述の複合化シートを用いた。また、インキに用いるポリアルキレンオキシド４としては平均分子量６００の液状のポリエチレングリコールを用いた。また、架橋剤溶液としてはメチロールキシリレンジイソシアネートを約７０％含有する酢酸エチル溶液を用い、インキ作成の際に最後に混合した。また、半導電膜３の架橋条件は、ポリアルキレンオキシド４およびその他の添加物を添加したものに架橋剤５を混合してから３０分静置した後に印刷し、１００℃で２０分間加熱するという方法に統一した。また、絶縁性基板２の上に半導電膜３を設ける方法としてスクリーン印刷法を用い、１インチあたり２５０個の孔を有するスクリーン製版を用いて絶縁性基板２の表面に半導電膜３の元となるインキを印刷した。架橋後の半導電膜３の厚さは５〜１０μｍであった。
【００３２】
＜実施例Ａ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇ、架橋剤５溶液を１０ｇ混合したインキを作成し、絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ａの半導電膜３内部の構成を図２に示す。図２に示すように長い分子鎖を有するポリアルキレンオキシド４が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模が大きくなっている。
【００３３】
＜実施例Ｂ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよび平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７を４０％配合したシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｂの半導電膜３内部の構成を図３に示す。図３に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。
【００３４】
＜実施例Ｃ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよびアクリルポリオール樹脂７を４０％配合のシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を１０ｇ混合した。その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｃの半導電膜３内部の構成を図４に示す。図４に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。その中に導電性を有するＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８が均一に分散しており、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの間にポリアルキレンオキシド４が存在している。
【００３５】
＜実施例Ｄ＞
次亜塩素酸リチウムを１０重量％溶解させたポリアルキレンオキシド４を１０ｇ、およびアクリルポリオール樹脂７を４０％配合のシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｃの半導電膜３内部の構成を図５に示す。図５に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。ポリアルキレンオキシドの中にはリチウムイオン９および次亜塩素酸イオン１０が存在しており、ポリアルキレンオキシドを伝わって移動する電荷として機能している。したがってポリアルキレンオキシドの導電性が上がり、半導電膜３の表面抵抗率をさらに下げることができる。
【００３６】
＜比較例Ｅ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよび架橋剤５溶液５ｇを混合したインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。
【００３７】
＜比較例Ｆ＞
アクリルポリオール樹脂７を４０％配合したシクロヘキサノン溶液１０ｇにＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を１２ｇ添加して混合した。その後架橋剤５溶液１．８ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。
【００３８】
試作で得たそれぞれの電極板１の表面抵抗率および水溶性油塗布試験後の表面抵抗率および半導電膜３の重量変化率の結果を表１に示す。ここで表面抵抗率は２５℃６０％の環境における値を示した。また、水溶性油塗布試験とは、水溶性油を塗布して８０℃の環境で１０分間放置後に水溶性油を水で洗い流すことであり、水溶性油に対する耐久性を加速的に評価する試験となっている。また、半導電膜３の重量変化率とは「半導電膜３の重量変化／半導電膜３の元の重量」で計算される重量変化率のことある。ちなみに水溶性油は鉱物油約４０％、合成エステル約３０％、潤滑剤などの添加剤約１０％、エーテル系界面活性剤約５％で構成される水に可溶の油で、樹脂を溶解させる性質を有する。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１からわかるように、実施例Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの電極板１はすべて表面抵抗率の常用対数であるＬｏｇ（表面抵抗率）が７以上１３未満となっており、すなわち所望の値である１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有している。また、水溶性油塗布試験後も表面抵抗率は１０の７〜１２乗Ω／□オーダーを保っており、また、重量も大幅に変化していない。また、実施例ＣおよびＤの電極板では１０の９乗Ω／□オーダーの表面抵抗率が得られており、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８および次亜塩素酸リチウムによって得られるリチウムイオン９および次亜塩素酸イオン１０の添加による導電性の向上効果が確認できた。
【００４１】
比較例Ｅの電極板１は半導電膜３が水溶性油塗布試験によって４７％の重量変化を起こしており、大幅に重量が減っている。これは水溶性油によって溶解していることを示しており、架橋剤５の量が足りないと架橋によって形成される樹脂のネットワーク規模が小さいために膜が溶解することを指し示している。また、比較例Ｆの電極板１ではＬｏｇ（表面抵抗率）＝８．５であり、また水溶性油による膜の溶解は起こらない。しかしながら水溶性油塗布試験によって表面抵抗率が大きく上昇している。これは水溶性油を塗布して加熱することで水溶性油が半導電膜３中の樹脂のネットワークに入り込んで樹脂を膨張もしくは溶解させ、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの距離を大きくする、もしくはＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの間に隙間を作ってしまっていることを意味している。実施例Ｃのようにわずかに電気を流すポリアルキレンオキシド４によってＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしを電気的に接続することで表面抵抗率を自在に制御すると同時に水溶性油が付着しても電場を形成し高い集塵性能を得ることが可能となることがわかった。
【００４２】
次に、図６に示すように、実施例Ｃの電極板１を電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３として交互に積層し、電極板Ａ１２に高電圧を、電極板Ｂ１３に０ｋＶの電圧を印加する集塵部１１を作成した。図６に示すような高電圧が印加される放電電極１５および０ｋＶが印加される対向電極板１６からなる帯電部１４を集塵部１１の上流側に設置して集塵装置を形成し、この集塵装置の集塵効率を測定した。その際図８に示すように集塵装置内に通風方向１７の示すように空気を流すために、集塵装置の下流側に送風機１８が設けられている。また、高圧電源１９によって帯電部１４および集塵部１１に高電圧が印加される。集塵効率は大気中に含まれる粒子径０．３μｍ以上の粉塵個数濃度を集塵装置の上流側および下流側で測定し、以下の式で算出した。
集塵効率＝（１−出口側の粉塵個数濃度／上流側の粉塵個数濃度）×１００％
集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３との間隔は５ｍｍ、通風方向１７における集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３の寸法は２５０ｍｍ、帯電部１４および集塵部１１に印加した電圧は−５．２ｋＶ、その時帯電部１４に流れる放電電流は１５０μＡ、開口面積に対する風速は３ｍ／ｓ、以上が集塵装置および集塵効率の測定それぞれに与えた条件である。以上の条件で測定した結果、９０％の集塵効率を得た。また、７日間連続したが集塵部１１におけるスパークは一度も発生しなかった。また、集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３をアルミニウム製の金属板に変えて同様の集塵装置を組み立てて試験したところ、９１％の集塵効率を得たものの、数時間運転した後に集塵部１１でスパークが発生した。このように本発明の電極板１を用いて作成した集塵部１１を備えた集塵装置はスパークをなくすと同時に高い集塵効率を得ることができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる電極板および集塵装置は、強度が高く、また、油が付着しても高い集塵性能を得ると同時に集塵部のスパークをなくすことを可能とするものであるので、高い集塵性能と安全性、および簡単な構造であることが同時に求められる集塵装置、例えば工場のオイルミスト集塵機や家庭用空気清浄機、または給気型換気扇などに搭載する集塵デバイスとして有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 電極板
２ 絶縁性基板
３ 半導電膜
４ ポリアルキレンオキシド
５ 架橋剤
６ 架橋されたポリアルキレンオキシド
７ アクリルポリオール樹脂
８ ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子
９ リチウムイオン
１０ 次亜塩素酸イオン
１１ 集塵部
１２ 電極板Ａ
１３ 電極板Ｂ
１４ 帯電部
１５ 放電電極
１６ 対向電極板
１７ 通風方向
１８ 送風機
１９ 高圧電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄の分野において空気中の粒子状浮遊物質を除去する集塵装置およびそれに用いる電極板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中に存在する粒子状浮遊物質、すなわち粉塵は喘息などの疾病の原因として知られており従来から除去の対象となる物質であったが、近年の研究において粒子径２．５マイクロメートル以下の粉塵（いわゆるＰＭ２．５）が肺ガンなどの疾病を誘起する可能性があるとの報告があり、捕集技術の更なる向上が求められている。その中で電気集塵技術を用いた集塵装置は粒子径がマイクロメートル以下の小粒径の粉塵を捕集することに優れており、また低圧損な特性を持つことから注目を集め、更なる性能向上が求められている。
【０００３】
従来、この種の集塵装置として、放電によって粉塵を帯電する帯電部を上流側に設け、電極板を積層し、交互に異なる電圧を印加して電場を形成して帯電した粉塵を捕集する集塵部を下流側に設けたものが知られている。この構成を応用した集塵装置の例が特許文献１に示されている。以下、その集塵装置について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、帯電部１０１は線状の帯電部放電電極１０２と帯電部対向電極板１０３とからなり、また、帯電部１０１の下流側には電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６とを一定の間隔を開けて交互に積層した集塵部１０４を設けている。通常、帯電部１０１においては放電電極１０２と対向電極板１０３との間で後述するコロナ放電を起こすことを目的に放電電極１０２に４〜１５ｋＶの正負どちらかの電圧が、また、対向電極板１０３に０ｋＶの電圧が高圧電源１０７によって印加される。また、集塵部１０４においては電極板Ａ１０５および電極板Ｂ１０６の間に電場を設けることを目的に電極板Ａ１０５に２〜１０ｋＶの正負どちらかの電圧が、また、電極板Ｂ１０６には０ｋＶの電圧が高圧電源１０７によって印加される。
【０００４】
上記構成において、帯電部１０１では放電電極１０２と対向電極板１０３との間で不平等な電場が作られ、この時線状の形状を有する放電電極１０２近傍には非常に強い電場が作られる。そのため空気中に僅かに含まれる荷電粒子が加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。分離した電子もまた加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。電子との衝突によって空気分子から電子が分離する現象を電離と呼ぶ。また、電離を繰り返すことによって多数の電子が空気分子から分離する現象を電子なだれと呼ぶが、この電子なだれによって電子が分離したプラス極性の空気イオン（正イオン）や、分離した電子と空気分子とが結合してマイナス極性を有する空気イオン（負イオン）が作られる。そして放電電極１０２と異なる極性の空気イオンは放電電極１０２に電荷を吸収されて空気分子に戻り、逆に同じ極性の空気イオンは電場によって放電電極１０２から反発する方向の力を受け、対向電極板１０３の方向へと拡散移動する。このように電離や電子なだれを起こすことで放電電極１０２近傍の空気を空気イオンにする放電現象をコロナ放電というが、コロナ放電によって放電電極１０２と同じ極性の空気イオンが作られて拡散移動し、帯電部１０１を通過する粉塵に付着することで粉塵が帯電する。
【０００５】
帯電した粉塵は送風の流れにそって集塵部１０４に導入される。ここで放電電極１０２と同極性となるように電極板Ａ１０５に電圧を印加する場合、帯電した粉塵は電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６の間で作られる電場の力を受けて主に電極板１０６に付着して取り除かれ、清浄な空気が集塵部１０４の後方から吹出される。
【０００６】
ここで特許文献１は、体積抵抗率が１０の１０〜１３乗Ω・ｃｍのオーダーとなる吸湿性樹脂からなる電極板Ａ１０５で集塵部を構成することを特徴としている。すなわち電気を僅かに通す半導電性の吸湿性樹脂で電極板Ａを構成することによって、電極板Ａ１０５と電極板Ｂ１０６の間に電場を設けると同時に火花を伴う短絡（以下スパーク）を防止する集塵部１０４が可能になることを提示している。
【０００７】
このように電極板Ａ１０５を半導電性の材料で構成することで集塵しながらスパークを防止することが可能となるが、電極板を半導電性にすることに応用できる他の手段として例えば特許文献２に記載されるような方法がある。すなわち酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの固溶体、酸化スズと酸化アンチモンとの固溶体もしくは酸化インジウムと酸化スズの固溶体のうち少なくとも一つの導電性粒子を樹脂の中に分散して含有させる方法である。例えば熱可塑性ウレタン樹脂の中に酸化スズと酸化アンチモンとの固溶体で被覆した酸化チタンを２１〜２５容積％含有させることによって１０の６〜９乗Ω・ｃｍオーダーの体積抵抗率を有する半導電性組成物が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５１６７２５号公報
【特許文献２】特開平５−８８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される電極板は全体を吸湿性樹脂で構成しているため、十分な機械的強度を得ることが難しいという課題がある。また、電気抵抗値を低い値に制御することが難しく、電気抵抗値を下げて高い集塵性能を得ることが難しいという課題がある。
【００１０】
一方、特許文献２に記載される電極板の半導電化の技術においては、導電性材料の含有率を変えることで電気抵抗値を自在に制御することが可能である。しかしながら導電性粒子どうしの接触によって導電性が発現する仕組みであるため、バインダ成分の樹脂などが油の付着などによって変質すると導電性材料どうしの距離が変化することで電気抵抗値が変化し、その結果高い集塵性能が得られなくなったりスパークが発生したりすることが起こりうるという課題がある。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、十分高い機械的強度が得られ、表面抵抗率を自在に制御することができ、また、油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得ることが可能な集塵部の電極板を提供し、また、スパークをなくすと同時に高い集塵性能を得ることが可能な集塵装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電極板は上記目的を達成するために、電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した半導電膜を設けることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の集塵装置は前記電極板を積層して積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の集塵部の電極板は、十分高い機械的強度が得られ、表面抵抗率を自在に制御することができ、また、油が付着してもスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得るという効果が得られる。
【００１５】
また、本発明の集塵装置は、前記電極板を用いて集塵部を構成することでスパークをなくすと同時に高い集塵性能を得るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の電極板の断面を示す構成図
【図２】同実施例Ａの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図３】同実施例Ｂの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図４】同実施例Ｃの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図５】同実施例Ｄの電極板の半導電膜内部を示す構成図
【図６】同集塵部を示す構成図
【図７】同帯電部を示す構成図
【図８】同集塵効率測定における試験装置示す構成図
【図９】特許文献１に記載された従来の集塵装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の電極板は、電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることを特徴とするものである。表面抵抗率とは面方向に一定の電圧を印加した際に流れる電流から求められる電気抵抗値のことである。この表面抵抗率が１０の７乗Ω／□以下ではスパークが発生する確率が大幅に上昇し、また、１０の１３乗Ω／□以上では面に電圧を印加した際にそれだけの表面電位を得るための時間が３分以上と非常に長くかかることがわかっており、表面抵抗率を１０の７〜１２乗Ω／□オーダーとすることでスパークなくし、かつ高い集塵性能を得るための電場を形成することが可能となる。
【００１８】
ポリアルキレンオキシドは高分子の一種で主鎖にエーテル結合を有する高分子樹脂である。例としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリアルキレンオキシドはエーテル結合を有しており、酸素原子と炭素原子とが単結合して繰り返し配列される構造となっているため、酸素原子と炭素原子との電気陰性度の違いにより分極を生じている。そのため炭素原子を挟んだ２個の酸素原子がプラスの電荷を、また、酸素原子を挟んだ２個の炭素原子がマイナスの電荷をトラップする。その時に電場が存在するとトラップされた電荷が電場に沿って移動し、わずかに電気が流れる。
【００１９】
このような原理でポリアルキレンオキシドは電荷をわずかに移動させる性質、いわゆる半導電性を有する。ポリアルキレンオキシドを架橋剤で架橋させ、分子量がさらに大きな樹脂にすることで、表面抵抗率が１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有し、かつ、簡単にはがれたり溶媒に溶けたりしない強固な半導電膜を得ることができる。絶縁性を有する樹脂やセラミックからなる絶縁性基板の上にこの半導電膜を設けることで、高い機械的強度を有する電極板を形成することができる。ちなみにわずかに電気を流して電場を形成するには表面に半導電性を与えるだけでよく、電極板全体に半導電性を与える必要はないため、高強度の絶縁性基板を支持体として用い、その表面に半導電膜を設けることで電極板に高い強度を持たせながら電場を形成することが可能である。
【００２０】
この半導電膜に電圧を印加するとその電圧に相当する電荷が半導電膜の表面に供給される。したがって一定の間隔を開けてこの電極板を向かい合わせ、それぞれに異なる電圧を印加すると電場が形成される。しかしながら電荷が供給された半導電膜は半導電性であるため、異なる電圧が印加された電極板どうしが接触してもスパークを起こさない。
【００２１】
半導電膜を有する電極板を得るための具体的な方法は請求項２に記載するように、前記ポリアルキレンオキシドと架橋剤とを混合したインキを絶縁性基板に塗布して固化させるという方法が挙げられる。溶剤に溶かした液状のポリアルキレンオキシドと、同じく溶剤に溶かした液状の架橋剤溶剤とを混合してインキを作成し、インキが架橋反応を起こして硬化する前に絶縁性基板に塗布する。そして加熱して架橋反応を促進させるなどして硬化させて絶縁性基板の上に半導電膜を有する電極板を得ることができる。ここで架橋剤の例としてはキシリレンジイソシアネートやトリレンジイソシアネートなどのイソシアネート系のものが挙げられる。イソシアネート系の架橋剤は架橋反応にある程度時間がかかり、短時間による急激な架橋反応が起こらないものが多いためインキの使用可能時間が長くできるというメリットを有する。
【００２２】
ここで、前記ポリアルキレンオキシドが常温で液状であると、溶剤に溶かして液状化する必要がないためより簡単にインキを作成することができる。常温で液状のポリアルキレンオキシドとしては平均分子量が６００以下のポリエチレングリコールなどがある。
【００２３】
また、前記ポリアルキレンオキシドが塩類を含むことを特徴とするものである。塩化ナトリウム、塩化リチウム、または次亜塩素酸リチウムなどの電解質となる塩類を溶解させるなどの方法でポリアルキレンオキシドに含ませることで、ポリアルキレンオキシドにナトリウムイオンやリチウムイオン、塩化物イオンや次亜塩素酸イオンなどの電解質を与える。これによってポリアルキレンオキシドの有する電荷が増え、結果として低い領域にまで表面抵抗率を制御することが可能となる。例えばポリアルキレンオキシド単体では１０の１０乗Ω／□オーダー以下の表面抵抗率にすることが難しいが、塩類を含ませることで１０の７〜１０乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を得ることが可能となる。
【００２４】
また、半導電膜の強度を向上させるためにＯＨ基を有し、分子量が１００００〜１０００００の樹脂を溶媒に溶かしたものを前記インキ中に含むことを特徴とするものである。６００程度の比較的分子量の小さいポリアルキレンオキシドを架橋させた場合、架橋剤の量によっては分子量が十分に大きくならずに強固な膜が形成されないことがある。それを補うために混合する架橋剤の量を増やした場合、導電性の小さい架橋剤の割合が増えるため表面抵抗率が十分に下がらなくなる。ＯＨ基を有し、１００００〜１０００００といった比較的分子量の大きい樹脂を膜中の架橋のネットワークに組み込むことで架橋を形成する一分子の規模を大きくし、より強固な膜にすることができる。ＯＨ基を有し、１００００〜１０００００の分子量を有する樹脂としてはアクリルポリオール樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂などがある。塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂は製造の際の未重合反応部分にＯＨ基が残る。これらの樹脂とポリアルキレンオキシドとが架橋剤によって直線的に架橋する、もしくはこれらの樹脂にポリアルキレンオキシドがぶら下がるように架橋することによって架橋のネットワークを形成する樹脂と樹脂の架橋単位を大きくすることができ、膜を強固にすることができる。
【００２５】
また、十分に低い表面抵抗率を得るために金属酸化物からなる導電性粒子を前記インキ中に含むことを特徴とするものである。金属酸化物からなる導電性粒子として例えば請求項７および８に記載するようにアンチモンをドープした酸化スズ（以下ＡＴＯ）粒子、もしくはＡＴＯ粒子を添着した酸化チタン（以下ＴｉＯ２）粒子がある。ＡＴＯ粒子は酸化スズと酸化アンチモンの固溶体であり、単位結晶中に電子が一つ余る。この電子が結晶中を移動することで導電性を得ている。移動できる電子が単位結晶中に一つであるため、樹脂と複合させた場合に含有率を変えることでその複合物の電気抵抗の値を制御することが容易である。例えば金属やカーボン粒子などは移動可能な電子が多いため電気抵抗の値を制御することが難しく、例えばある一定の含有率以上になると導電性が急に上がってしまう。
【００２６】
また、ＡＴＯ粒子どうしが接触しさえすれば導電性が得られることを利用して、ＡＴＯ粒子を添着したＴｉＯ２粒子を用いることができる。中心粒子径２０ｎｍのＡＴＯ粒子を中心径２００ｎｍのＴｉＯ２粒子に添着した粒子どうしが接触することでも導電性を得ることができ、高価なＡＴＯ粒子の量を減らすことができる。ここで、ＡＴＯ粒子どうしがポリアルキレンオキシドを介して接触することになり、ＡＴＯ粒子どうしが電気をわずかに通すポリアルキレンオキシドによって電気的に接続されることになる。したがって油が付着して樹脂が膨張したまま戻らなくなり、ＡＴＯ粒子どうしの距離が大きくなることがあったとしても介在するポリアルキレンオキシドのおかげで電気抵抗が大きくならず一定の値を維持し、電場を形成しつづけることができる。
【００２７】
また、前記インキをスクリーン印刷法で前記絶縁性基板に印刷することを特徴とするものである。ポリエステルの糸やステンレスの糸で編まれたメッシュ板に乳化剤を塗布して固まらせ、任意のパターン形状が描かれたフィルムを重ねて紫外線を当てる。そして紫外線が当たった形状の部分を溶解剤で溶かすことでスクリーン製板を作成する。スクリーン製板を絶縁性基板に当て、インキをスクリーン製板の上に乗せ、スキージを用いてインキを押し出すことで絶縁性基板の上にインキを印刷するという方法がスクリーン印刷法である。スクリーン印刷法を用いれば絶縁性基板にインキを均一な厚さで印刷でき、また、任意のパターン形状で高精細な印刷を行うことができる。
【００２８】
また、前記絶縁性基板が樹脂材料にガラス繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱プレスを施した樹脂板であることを特徴とするものである。後述するとおり、空間を開けて電極板を積層して集塵装置の集塵部を形成するため、電極板は大きく撓んだりせず、また、初めから大きな反りがないことが必要とされる。すなわち電極板自体が高い強度および平面性を有することが必要となる。樹脂材料にガラス短繊維およびマイカを充填して押出し成型した後に加熱積層プレスして結晶化することで高い強度と高い平面性を有する樹脂板が得られ、樹脂板を電極板に用いることで電極板の撓みや反りを抑制することが可能となる。
【００２９】
また、本発明の請求項１０に記載の集塵装置は、一定間隔を開けて請求項１乃至１０いずれかに記載の前記電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とするものである。一定間隔を開けて１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加することで、電場を形成しながらスパークが起こらない集塵部を構成するいことができる。上流側の帯電部で帯電させた粉塵を下流側の集塵部に導入することで粉塵を捕集することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ちなみにこれら実施の形態は一例を示すものであり、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態）
絶縁性基板２の上に半導電膜３を設けた電極板１の断面図を図１に示す。絶縁性基板２はポリエチレンテレフタレート樹脂、ガラス繊維、マイカを混合して作成したペレットを溶融しながら押し出してシート状にしたものを加熱加圧プレスして結晶化した複合化シートであり、通常の樹脂板に比べて強度および平面性の高いものとなっている。また、構成する材料全てが絶縁性を有しているため絶縁性基板として高い絶縁性を有している。絶縁性基板２の表側および裏側の表面には半導電膜３が設けられている。この半導電膜３は図２に示すようにポリアルキレンオキシド４とキシリレンジイソシアネートなどのイソシアネート基を有する架橋剤５との架橋反応によって得ている。すなわち架橋されたポリアルキレンオキシド６の形で得ている。また、図３に示すように樹脂の架橋ネットワークを補強する平均分子量３０，０００のアクリルポリオール樹脂７を添加することで半導電膜３の強度を高めることができる。また、図４に示すように導電性を有するＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を添加し混合することで表面抵抗率を自在に制御することができる。ここで、インキを作成して印刷することで、以下に示す数種類の半導電膜３を有する電極板１を作成し、表面抵抗率および水溶性油に対する溶解度を評価した。電極板１を作成するにあたり絶縁性基板２は前述の複合化シートを用いた。また、インキに用いるポリアルキレンオキシド４としては平均分子量６００の液状のポリエチレングリコールを用いた。また、架橋剤溶液としてはメチロールキシリレンジイソシアネートを約７０％含有する酢酸エチル溶液を用い、インキ作成の際に最後に混合した。また、半導電膜３の架橋条件は、ポリアルキレンオキシド４およびその他の添加物を添加したものに架橋剤５を混合してから３０分静置した後に印刷し、１００℃で２０分間加熱するという方法に統一した。また、絶縁性基板２の上に半導電膜３を設ける方法としてスクリーン印刷法を用い、１インチあたり２５０個の孔を有するスクリーン製版を用いて絶縁性基板２の表面に半導電膜３の元となるインキを印刷した。架橋後の半導電膜３の厚さは５〜１０μｍであった。
【００３２】
＜実施例Ａ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇ、架橋剤５溶液を１０ｇ混合したインキを作成し、絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ａの半導電膜３内部の構成を図２に示す。図２に示すように長い分子鎖を有するポリアルキレンオキシド４が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模が大きくなっている。
【００３３】
＜実施例Ｂ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよび平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７を４０％配合したシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｂの半導電膜３内部の構成を図３に示す。図３に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。
【００３４】
＜実施例Ｃ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよびアクリルポリオール樹脂７を４０％配合のシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を１０ｇ混合した。その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｃの半導電膜３内部の構成を図４に示す。図４に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。その中に導電性を有するＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８が均一に分散しており、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの間にポリアルキレンオキシド４が存在している。
【００３５】
＜実施例Ｄ＞
次亜塩素酸リチウムを１０重量％溶解させたポリアルキレンオキシド４を１０ｇ、およびアクリルポリオール樹脂７を４０％配合のシクロヘキサノン溶液２ｇを混合し、その後架橋剤５溶液１０ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。実施例Ｃの半導電膜３内部の構成を図５に示す。図５に示すように平均分子量６００のポリアルキレンオキシド４および平均分子量約３０，０００のアクリルポリオール樹脂７が架橋剤５によって架橋されて高分子化されており、架橋が形成する樹脂のネットワーク規模がより大きいものとなっている。ポリアルキレンオキシドの中にはリチウムイオン９および次亜塩素酸イオン１０が存在しており、ポリアルキレンオキシドを伝わって移動する電荷として機能している。したがってポリアルキレンオキシドの導電性が上がり、半導電膜３の表面抵抗率をさらに下げることができる。
【００３６】
＜比較例Ｅ＞
ポリアルキレンオキシド４を１０ｇおよび架橋剤５溶液５ｇを混合したインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。
【００３７】
＜比較例Ｆ＞
アクリルポリオール樹脂７を４０％配合したシクロヘキサノン溶液１０ｇにＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８を１２ｇ添加して混合した。その後架橋剤５溶液１．８ｇを混合してインキを作成した。作成したインキを絶縁性基板２に印刷して架橋させた半導電膜３を得ることで電極板１を作成した。
【００３８】
試作で得たそれぞれの電極板１の表面抵抗率および水溶性油塗布試験後の表面抵抗率および半導電膜３の重量変化率の結果を表１に示す。ここで表面抵抗率は２５℃６０％の環境における値を示した。また、水溶性油塗布試験とは、水溶性油を塗布して８０℃の環境で１０分間放置後に水溶性油を水で洗い流すことであり、水溶性油に対する耐久性を加速的に評価する試験となっている。また、半導電膜３の重量変化率とは「半導電膜３の重量変化／半導電膜３の元の重量」で計算される重量変化率のことある。ちなみに水溶性油は鉱物油約４０％、合成エステル約３０％、潤滑剤などの添加剤約１０％、エーテル系界面活性剤約５％で構成される水に可溶の油で、樹脂を溶解させる性質を有する。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１からわかるように、実施例Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの電極板１はすべて表面抵抗率の常用対数であるＬｏｇ（表面抵抗率）が７以上１３未満となっており、すなわち所望の値である１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有している。また、水溶性油塗布試験後も表面抵抗率は１０の７〜１２乗Ω／□オーダーを保っており、また、重量も大幅に変化していない。また、実施例ＣおよびＤの電極板では１０の９乗Ω／□オーダーの表面抵抗率が得られており、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８および次亜塩素酸リチウムによって得られるリチウムイオン９および次亜塩素酸イオン１０の添加による導電性の向上効果が確認できた。
【００４１】
比較例Ｅの電極板１は半導電膜３が水溶性油塗布試験によって４７％の重量変化を起こしており、大幅に重量が減っている。これは水溶性油によって溶解していることを示しており、架橋剤５の量が足りないと架橋によって形成される樹脂のネットワーク規模が小さいために膜が溶解することを指し示している。また、比較例Ｆの電極板１ではＬｏｇ（表面抵抗率）＝８．５であり、また水溶性油による膜の溶解は起こらない。しかしながら水溶性油塗布試験によって表面抵抗率が大きく上昇している。これは水溶性油を塗布して加熱することで水溶性油が半導電膜３中の樹脂のネットワークに入り込んで樹脂を膨張もしくは溶解させ、ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの距離を大きくする、もしくはＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしの間に隙間を作ってしまっていることを意味している。実施例Ｃのようにわずかに電気を流すポリアルキレンオキシド４によってＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子８どうしを電気的に接続することで表面抵抗率を自在に制御すると同時に水溶性油が付着しても電場を形成し高い集塵性能を得ることが可能となることがわかった。
【００４２】
次に、図６に示すように、実施例Ｃの電極板１を電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３として交互に積層し、電極板Ａ１２に高電圧を、電極板Ｂ１３に０ｋＶの電圧を印加する集塵部１１を作成した。図６に示すような高電圧が印加される放電電極１５および０ｋＶが印加される対向電極板１６からなる帯電部１４を集塵部１１の上流側に設置して集塵装置を形成し、この集塵装置の集塵効率を測定した。その際図８に示すように集塵装置内に通風方向１７の示すように空気を流すために、集塵装置の下流側に送風機１８が設けられている。また、高圧電源１９によって帯電部１４および集塵部１１に高電圧が印加される。集塵効率は大気中に含まれる粒子径０．３μｍ以上の粉塵個数濃度を集塵装置の上流側および下流側で測定し、以下の式で算出した。
集塵効率＝（１−出口側の粉塵個数濃度／上流側の粉塵個数濃度）×１００％
集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３との間隔は５ｍｍ、通風方向１７における集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３の寸法は２５０ｍｍ、帯電部１４および集塵部１１に印加した電圧は−５．２ｋＶ、その時帯電部１４に流れる放電電流は１５０μＡ、開口面積に対する風速は３ｍ／ｓ、以上が集塵装置および集塵効率の測定それぞれに与えた条件である。以上の条件で測定した結果、９０％の集塵効率を得た。また、７日間連続したが集塵部１１におけるスパークは一度も発生しなかった。また、集塵部１１の電極板Ａ１２および電極板Ｂ１３をアルミニウム製の金属板に変えて同様の集塵装置を組み立てて試験したところ、９１％の集塵効率を得たものの、数時間運転した後に集塵部１１でスパークが発生した。このように本発明の電極板１を用いて作成した集塵部１１を備えた集塵装置はスパークをなくすと同時に高い集塵効率を得ることができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる電極板および集塵装置は、強度が高く、また、油が付着しても高い集塵性能を得ると同時に集塵部のスパークをなくすことを可能とするものであるので、高い集塵性能と安全性、および簡単な構造であることが同時に求められる集塵装置、例えば工場のオイルミスト集塵機や家庭用空気清浄機、または給気型換気扇などに搭載する集塵デバイスとして有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 電極板
２ 絶縁性基板
３ 半導電膜
４ ポリアルキレンオキシド
５ 架橋剤
６ 架橋されたポリアルキレンオキシド
７ アクリルポリオール樹脂
８ ＡＴＯ添着ＴｉＯ２粒子
９ リチウムイオン
１０ 次亜塩素酸イオン
１１ 集塵部
１２ 電極板Ａ
１３ 電極板Ｂ
１４ 帯電部
１５ 放電電極
１６ 対向電極板
１７ 通風方向
１８ 送風機
１９ 高圧電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層した前記電極板ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることを特徴とする電極板。
【請求項２】
前記ポリアルキレンオキシドと架橋剤とを混合したインキを前記絶縁性基板に塗布して固化させることで半導電膜を得ることを特徴とする請求項１記載の電極板。
【請求項３】
前記ポリアルキレンオキシドが常温で液状であることを特徴とする請求項１または２記載の電極板。
【請求項４】
前記ポリアルキレンオキシドが塩類を含むことを特徴とする請求項１または３記載の電極板。
【請求項５】
ＯＨ基を有し、分子量が１００００〜１０００００の樹脂を溶媒に溶かしたものを前記インキ中に含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の電極板。
【請求項６】
金属酸化物からなる導電性粒子を前記インキ中に含むことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の電極板。
【請求項７】
前記導電性粒子がアンチモンをドープした酸化スズであることを特徴とする請求項６記載の電極板。
【請求項８】
前記導電性粒子がアンチモンをドープした酸化スズを添着した酸化チタンであることを特徴とする請求項６記載の電極板。
【請求項９】
前記インキをスクリーン印刷法で前記絶縁性基板に印刷することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の電極板。
【請求項１０】
前記絶縁性基板が樹脂材料にガラス繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱プレスを施した樹脂板であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の電極板。
【請求項１１】
一定間隔を開けて請求項１乃至１０いずれかに記載の前記電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項１】
電気集塵装置の集塵部に使用する、一定間隔を開けて電極板を積層し、積層した前記電極板ごとに交互に異なる電圧を印加する電極板において、絶縁性基板の上にポリアルキレンオキシドを架橋した１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電膜を設けることを特徴とする電極板。
【請求項２】
前記ポリアルキレンオキシドと架橋剤とを混合したインキを前記絶縁性基板に塗布して固化させることで半導電膜を得ることを特徴とする請求項１記載の電極板。
【請求項３】
前記ポリアルキレンオキシドが常温で液状であることを特徴とする請求項１または２記載の電極板。
【請求項４】
前記ポリアルキレンオキシドが塩類を含むことを特徴とする請求項１または３記載の電極板。
【請求項５】
ＯＨ基を有し、分子量が１００００〜１０００００の樹脂を溶媒に溶かしたものを前記インキ中に含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の電極板。
【請求項６】
金属酸化物からなる導電性粒子を前記インキ中に含むことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の電極板。
【請求項７】
前記導電性粒子がアンチモンをドープした酸化スズであることを特徴とする請求項６記載の電極板。
【請求項８】
前記導電性粒子がアンチモンをドープした酸化スズを添着した酸化チタンであることを特徴とする請求項６記載の電極板。
【請求項９】
前記インキをスクリーン印刷法で前記絶縁性基板に印刷することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の電極板。
【請求項１０】
前記絶縁性基板が樹脂材料にガラス繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱プレスを施した樹脂板であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の電極板。
【請求項１１】
一定間隔を開けて請求項１乃至１０いずれかに記載の前記電極板を積層し、積層ごとに交互に異なる電圧を印加する集塵部を備えることを特徴とする電気集塵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−８３６７４（Ｐ２０１１−８３６７４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３６９４６（Ｐ２００９−２３６９４６）
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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