專利名稱：臭氧產生元件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及臭氧產生元件及其制造方法，更確切而言，涉及通過放電而由氧生成臭氧的臭氧產生元件及其制造方法。
背景技術：
作為以往的臭氧產生元件，已知有例如專利文獻I記載的臭氧產生元件。該臭氧產生元件的放電電極和感應電極隔著電介質基板而對置(對向ts)。放電電極及感應電極分別通過由玻璃構成的保護膜覆蓋。在如以上那樣構成的臭氧產生元件中，通過對放電電極與感應電極之間施加交流高電壓，而在放電電極的周圍產生放電。由此，通過放電電極的周圍的氧來生成臭氧。
然而，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，在放電時，放電電極的溫度上升。由于玻璃僅具有比較低的耐熱性，因此由玻璃構成的保護膜因放電電極的溫度的上升而劣化。其結果是，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，放電電極發生炭化，臭氧的產生量下降。
在先 技術文獻
專利文獻
專利文獻I日本特開2009-29647號公報發明內容
發明要解決的課題
因此，本發明的目的在于提供一種能夠抑制保護層的劣化引起的臭氧的產生量的下降的臭氧產生元件及其制造方法。
用于解決課題的手段
本發明的一方式的臭氧產生元件的特征在于，具備:電介質層；設置在所述電介質層上的放電電極；隔著所述電介質層而與所述放電電極對置的感應電極；以及以覆蓋所述放電電極的方式設置在所述電介質層上，且由玻璃陶瓷構成的保護層。
所述臭氧產生元件的制造方法的特征在于，同時燒成所述電介質層和所述保護層。
發明效果
根據本發明，能夠抑制保護層的劣化引起的臭氧的產生量的下降。


圖1是臭氧產生元件的分解立體圖。
圖2是比較例的臭氧產生元件的分解立體圖。
圖3是表示第一實驗的結果的曲線圖(々''9 7 )。
圖4是表示第三實驗的結果的曲線圖。
符號說明
10臭氧產生元件
12層疊體
14 放電電極
14a、16a 對置部
14b、16b 連接部
16感應(誘導)電極
18a 18e 電介質層
20保護層
24a、24b 外部電極具體實施方式
以下，說明本發明的實施方式的臭氧產生元件及其制造方法。
(臭氧產生元件的結構)
以下，參照附圖，說明一實施方式的臭氧產生元件的結構。圖1是臭氧產生元件10的分解立體圖。在圖1中，將層疊方向定義為z軸方向，在從z軸方向俯視觀察時，將臭氧產生元件10的長邊延伸的方向定義為X軸方向，將臭氧產生元件10的短邊延伸的方向定義為I軸方向。
臭氧產生元件10使用在 具有除臭功能、殺菌功能的空氣調節器或空氣清潔器等中。如圖1所示，臭氧產生元件10具備層疊體12、放電電極14、感應電極16、保護層20、夕卜部電極24a、24b及通孔導體vl v7。
層疊體12是由玻璃陶瓷構成的長方形形狀的基板，具體而言是LTCC基板。LTCC基板的材料的一例是由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃與Al2O3填料的混合物構成的玻璃陶瓷。通過將呈長方形形狀的電介質層18(18a 18e)以從z軸方向的正方向側向負方向側依次排列的方式層疊而構成層疊體12。電介質層18的厚度例如為50 μ m以上且250 μ m以下。在本實施方式中，電介質層18的厚度為130 μ m。
放電電極14設置在電介質層18a的表面上，是包含銀、銅、鈀(^ 氧化釕(酸化&等導體材料的線狀的導體層。如圖1所示，放電電極14包括對置部14a及連接部14b。對置部14a呈現出具有朝向X軸方向的負方向側突出的半周量的長度的圓弧的形狀。連接部14b與對置部14a的y軸方向的正方向側的端部連接，呈L字型。SP，連接部14b從對置部14a的y軸方向的正方向側的端部朝向x軸方向的正方向側延伸，而且，朝向y軸方向的負方向側折彎。連接部14b中的與對置部14a連接的端部的相反側的端部ta位于電介質層18a的對角線的交點附近。而且，放電電極14的厚度例如為5μπι以上且20 μ m以下。在本實施方式中，放電電極14的厚度為10 μ m。
感應電極16設置在電介質層18b的表面上，是包含銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料的線狀的導體層。如圖1所示，感應電極16包括對置部16a及連接部16b。對置部16a呈現出具有朝向X軸方向的負方向側突出的半周量的長度的圓弧的形狀。感應電極16的對置部16a隔著電介質層18a而與放電電極14的對置部14a對置。而且，對置部16a的線寬比對置部14a的線寬粗。由此，對置部16a在從z軸方向俯視觀察時，包含對置部14a。連接部16b與對置部16a的Y軸方向的負方向側的端部連接，并從該端部朝向X軸方向的正方向側延伸。連接部16b中的與對置部16a連接的端部的相反側的端部tb在電介質層18b的X軸方向的正方向側位于y軸方向的負方向側的角附近。而且，感應電極16的厚度例如為5μπι以上且20μπι以下。在本實施方式中，感應電極16的厚度為10 μ m。
外部電極24a設置在電介質層18d的背面上，呈橢圓形狀。外部電極24a位于電介質層18d的對角線的交點附近。由此，外部電極24a在從z軸方向俯視觀察時，與連接部14b的端部ta重疊。外部電極24a是包含銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料的導體層。而且，為了防銹而對外部電極24a的表面實施由氧化釕構成的高電阻膏劑。另外，為了防銹而可以使用鍍鎳及鍍錫等的鍍敷，但在鍍敷時可能會導致臭氧的產生量的下降，因此優選電阻膏劑。
外部電極24b設置在電介質層18d的背面上，呈橢圓形狀。外部電極24b在電介質層18d的X軸方向的正方向側位于y軸方向的負方向側的角附近。由此，外部電極24b在從z軸方向俯視觀察時，與連接部16b的端部tb重疊。外部電極24b是包含銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料的導體層。而且，為了防銹而對外部電極24b的表面實施鍍鎳及鍍錫。
在電介質層18e上設置開口 01、02。開口 01、02在從z軸方向俯視觀察時，分別與外部電極24a、24b重疊。由此，外部電極24a、24b從層疊體12的z軸方向的負方向側的主面向外部露出。
通孔導體vl v4分別沿著z軸方向貫通電介質層18a 18d,通過相互連接而構成I根通孔導體。通孔導體vl v4將連接部14b的端部ta和外部電極24a連接。由此，放電電極14與外部電極24a連接。通過向設置在電介質層18a 18d上的通孔填充銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料來制作通孔導體vl v4。
通孔導體v5 v7分別沿著z軸方向貫通電介質層18b 18d,通過相互連接而構成I根通孔導體。通孔導體v5 v7將連接部16b的端部tb和外部電極24b連接。由此，感應電極16與外部電極24b連接。通過向設置在電介質層18b 18d上的通孔填充銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料來制作通孔導體v5 v7。
保護層20是以將放電電極14整體覆蓋的方式設置在電介質層18a上的由玻璃陶瓷構成的層，起到防止放電電極14發生炭化或從層疊體12剝離的作用。保護層20呈現出與電介質層18相同的長方形形狀，層疊在電介質層18a的z軸方向的正方向側。而且，保護層20通過與電介質層 18相同的材料構成，例如通過由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃與Al2O3填料的混合物形成的玻璃陶瓷構成。保護層20的厚度優選為30 μ m以上且150 μ m以下。
在如以上那樣構成的臭氧產生元件10中，對外部電極24a、24b之間施加交流高電壓。作為該交流高電壓，列舉有例如頻率為40kHz 70kHz且峰到峰(一々〃一一夕)為6kV 7kV的交流電壓。當將交流高電壓向外部電極24a、24b之間施加時，在放電電極14的外緣附近形成對應于交流高電壓的交流周期的強的電場。此時，從放電電極14的外緣附近放出電子而向層疊體12賦予的現象與該電子從層疊體12返回放電電極14的現象反復發生。由此，在放電電極14的周邊產生放電，通過放電而在層疊體12的表面附近由通過放電電極14附近的氧生成臭氧。
(臭氧產生元件的制造方法)
接下來，參照圖1，說明臭氧產生元件10的制造方法。另外，以下，對于一個臭氧產生元件10的制造方法進行說明，但實際上，將大張的母陶瓷生料薄板(V U >一卜)層疊而制作母層疊體，然后，將母層疊體切割，由此同時地制作多個層疊體。
首先，準備應成為電介質層18及保護層20的陶瓷生料薄板。具體而言，制作由CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃的粉末與Al2O3填料的混合物構成的玻璃陶瓷漿液。然后，通過刮刀(doctor blade)法，將得到的玻璃陶瓷漿液在PET的載體膜上形成為片狀而使其干燥，制作出應成為電介質層18及保護層20的陶瓷生料薄板。
接下來，在應成為電介質層18a 18d的陶瓷生料薄板上分別形成通孔導體vl v7。具體而言，對于應成為電介質層18a 18d的陶瓷生料薄板照射激光束而形成通孔。然后，對于通孔，通過印刷涂敷等方法填充包含銀、銅、鈀、氧化釕等導體材料的膏劑，從而形成通孔導體vl v7。
接下來，對于應成為電介質層18e的陶瓷生料薄板，通過沖孔機等實施沖孔加工而形成開口 01、02。
接下來，如圖1所示，在應成為電介質層18a、18b的陶瓷生料薄板的表面上,通過絲網印刷法來涂敷由導電性材料構成的膏劑，由此形成放電電極14及感應電極16。由導電性材料構成的膏劑是在例如銀粉末、銅粉末、鈀粉末或氧化釕等金屬粉末中加入了清漆(7 二 7 )及溶劑而得到的膏劑。
接下來，如圖1所示，在應成為電介質層18d的陶瓷生料薄板的背面上，通過絲網印刷法來涂敷由導電性材料構成的膏劑，由此形成作為外部電極24a、24b的銀電極或銅電極。由導電性材料構成的膏劑是在例如銀粉末或銅粉末中加入了清漆及溶劑而得到的膏劑。
接下來，將應成為保護層20及電介質層18a 18e的陶瓷生料薄板以從z軸方向的正方向側向負方向側依次排列的方式一張張層疊及臨時壓接，形成未燒成的母層疊體。然后，對于母層疊體通過熱壓接而進行真正壓接(本壓著)。
接下來，將母層疊體切割成單個的未燒成的層疊體12。
接下來，對于未燒成的層疊體12實施脫粘合劑處理及燒成。由此，同時地燒成電介質層18及保護層20。
最后，在成為外部電極24a、24b的銀電極或銅電極的表面，涂敷由氧化釕構成的高電阻膏劑并進行燒成，由此形成外部電極24a、24b。通過以上的工序，完成臭氧產生元件10。
(效果)
根據如以上那樣構成的臭氧產生元件10，能夠抑制保護層20的劣化引起的臭氧的產生量的下降。更詳細而言，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，在放電時，放電電極的溫度上升。由于玻璃僅具有比較低的耐熱性，因此由玻璃構成的保護膜因放電電極的溫度的上升而劣化。其結果是，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，放電電極未受到充分保護而發生炭化，臭氧的產生量下降。
另一方面，在臭氧產生元件10中，保護層20由玻璃陶瓷構成。玻璃陶瓷比玻璃的耐熱性優異。因此，由玻璃陶瓷構成的保護層20與由玻璃構成的保護膜相比，放電時不易發生劣化。其結果是，在 臭氧產生元件10中，抑制放電電極14發生炭化的情況，從而抑制臭氧的產生量的下降。
另外，在臭氧產生元件10中，基于以下的理由而能夠抑制保護層20的劣化引起的臭氧的產生量的下降。更詳細而言，隨著保護層含有的玻璃的比例升高，而使得放電電極內的導體材料容易向保護層擴散。由此，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，導體材料容易向由玻璃構成的保護層擴散。因此，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，保護層容易劣化。尤其是在導體材料包含銀時，導體材料容易向保護層擴散。
另一方面，在臭氧產生元件10中，保護層20由玻璃陶瓷構成。因此，保護層20含有的玻璃的比例比專利文獻I記載的保護層含有的玻璃的比例低。因此，放電電極14的導體材料不易擴散到保護層20內。由此，在臭氧產生元件10中，放電電極14不易發生劣化。
另外，在臭氧產生元件10中，能夠減少制造工序數。更詳細而言，在專利文獻I記載的臭氧產生元件中，保護膜由耐熱性差的玻璃構成。因此，保護膜的燒成溫度比放電電極及感應電極的燒成溫度低。由此，放電電極及感應電極的燒成和保護膜的燒成必須通過不同的工序進行。
另一方面，在臭氧產生元件10中，保護層20由耐熱性優異的玻璃陶瓷構成。因此，能夠使保護層20的燒成溫度與放電電極14及感應電極16的燒成溫度接近。由此，能夠同時燒成放電電極14、感應電極16及保護層20。其結果是，能夠減少臭氧產生元件10的制造工序數。
另外，在臭氧產生元件10中，由于使用玻璃陶瓷作為電介質層18，因此在放電電極14、感應電極16、外部電極24a、24b及通孔導體vl v7中可以不使用鉬(^ ^■于)、金等高價的材料，而使用銀、銅等廉價的材料。因此，能減少臭氧產生元件10的制造成本。
另外,在臭氧產生兀件10中，由于電介質層18的厚度為50 μ m以上且250 μ m以下，因此能夠以比較低的施加電壓進行驅動。比較低的施加電壓是例如峰到峰為SkV以下的施加電壓。
(實驗)
本申請發明者為了明確臭氧產生元件10起到的效果，而進行了以下說明的第一實驗至第三實驗。在第一實驗中，制作了各五個的臭氧產生元件10的第一樣品及以下說明的比較例的臭氧產生元件的第二樣品。然后，對未使用狀態的第一樣品及第二樣品進行驅動，研究了時間經過與臭氧濃度的關系。
首先，參 照附圖，說明比較例的臭氧產生元件。圖2是比較例的臭氧產生元件110的分解立體圖。在圖2中，將臭氧產生元件110的法線方向定義為z軸方向，在從z軸方向俯視觀察時，將臭氧產生元件110的長邊延伸的方向定義為X軸方向，將臭氧產生元件110的短邊延伸的方向定義為y軸方向。
臭氧產生元件110具備電介質基板112、放電電極114、感應電極116、保護層120、122、外部電極124a、124b及通孔導體vlO。電介質基板112是長方形形狀的氧化鋁基板。放電電極114具有與放電電極14相同的形狀，設置在電介質基板112的z軸方向的正方向側的主面上。感應電極116具有與感應電極16相同的形狀，設置在電介質基板112的z軸方向的負方向側的主面上。
外部電極124a設置在電介質基板112的z軸方向的負方向側的主面的對角線的交點附近。通孔導體VlO沿著z軸方向貫通電介質基板112，將放電電極114和外部電極124a連接。
外部電極124b設置在電介質基板112的z軸方向的負方向側的主面上，與感應電極116連接。
保護層120是將放電電極114的整面覆蓋的長方形形狀的由玻璃構成的電介質層。保護層120層疊在電介質基板112的z軸方向的正方向側的主面上。
保護層122是將感應電極116的整面覆蓋的長方形形狀的由玻璃構成的電介質層。保護層122層疊在電介質基板112的z軸方向的負方向側的主面上。而且，在保護層122上設置開口 011、012。外部電極124a、124b分別經由開口 011、012而向外部露出。
實驗條件如以下所述。
施加電壓的峰到峰:6.5kV
施加電壓的頻率:60Hz
臭氧濃度的測定:將樣品放入注射器中，以1.5L/分鐘的速度吸引臭氧，利用臭氧濃度計((日本)荏原實業公司制EG-3000)進行了測定。
圖3是表示第一實驗的結果的曲線圖。縱軸表示臭氧濃度，橫軸表示時間。在圖3的曲線圖中，表示了五個第一樣品的臭氧濃度的平均及五個第二樣品的臭氧濃度的平均。
根據圖3，在第二樣品中，伴隨著時間經過而臭氧濃度下降。其原因考慮是由于保護層120發生劣化而使得放電電極114發生炭化的緣故。
另一方面，在第一樣品中，即使時間經過，臭氧量也不會較大地變化。其原因考慮是通過抑制保護層20的劣化，而抑制了放電電極14發生炭化的緣故。由以上可知，在臭氧產生元件10中，通過在保護層20的材料中使用玻璃陶瓷，能抑制臭氧的產生量的下降。
接下來，本申請發明者作為第二實驗，在常溫下對第一樣品及第二樣品進行驅動，進行了耐久試驗。耐久試驗的實驗條件如以下所述。
氣溫:20O 30 O
濕度:2O% RH 7O % RH
施加電壓的峰到峰:6.5kV
施加電壓的頻率:60Hz
本申請發明者對于第一樣品及第二樣品，反復進行了在施加50秒鐘的施加電壓之后將施加電壓的施加停止10秒鐘這樣的循環。其結果是，第二樣品經過1000小時的耐久試驗，放電電極114發生炭化而燒 傷，不再產生臭氧。另一方面，第一樣品即使經過2000小時的耐久試驗，放電電極14也未發生炭化，繼續產生臭氧。由以上可知，臭氧產生元件10由于保護層20由玻璃陶瓷構成，而具有高耐久性。
接下來，本申請發明者為了研究保護層20的厚度的適當的范圍，而進行了以下說明的第三實驗。具體而言，本申請發明者制作了保護層20的厚度為30 μ m的第三樣品、保護層20的厚度為100 μ m的第四樣品、保護層20的厚度為150 μ m的第五樣品及保護層20的厚度為200μπι的第六樣品。在對基板進行切割器切割之后，進行樹脂加固，然后進行研磨，在形成了截面之后，利用光學顯微鏡測定了保護層20的厚度。并且，在第三樣品至第六樣品中，研究了產生臭氧的施加電壓的峰到峰。以下表示實驗結果。
第三樣品:4kV
第四樣品:6kV
第五樣品:8kV
第六樣品:11.5kV
如以上那樣，在第三樣品至第六樣品中，確認到了通過施加4kV 11.5kV的施加電壓而產生臭氧的情況。但是，從臭氧產生元件10的驅動電路的設計的觀點出發，臭氧產生元件10優選利用具有IOkV以下的峰到峰的施加電壓進行驅動。由此，保護層20的厚度優選為150 μ m以下。
圖4是表示第三實驗的結果的曲線圖。縱軸表示臭氧濃度，橫軸表示時間。根據圖4可知，隨著保護層20的厚度減薄，臭氧濃度升高。由此，保護層20優選薄的厚度。在第三實驗中，確認到了若保護層20的厚度為30 μ m以上則臭氧產生元件10沒有問題地進行動作的情況。因此，保護層20的厚度優選為30 μ m以上。另外，就第六樣品而言，由于初始施加電壓高，因此在本次的樣品的電路設計中，判斷為難以繼續測定，而中斷了測定。因此，圖4未表示第六樣品的曲線圖。
(其他的實施方式)
本發明的臭氧產生元件及其制造方法并不局限于上述實施方式的臭氧產生元件10及其制造方法，在其要點的范圍內能夠變更。
另外，在臭氧產生元件10中，也可以取代使用層疊了電介質層18的層疊體12，而使用電介質基板。
另外，在臭氧產生元件10中，電介質層18和保護層20可以由不同的材料構成。例如，電介質層18和保護層20可以由不同的玻璃陶瓷材料構成。或者可以是電介質層18由氧化鋁基板構成而保護層20由玻璃陶瓷構成。但是，在電介質層18和保護層20由相同材料構成時，電介質層18與保護層20的密接性升高，能夠抑制界面產生剝離或裂紋等的情況。
工業上的可利用性
如以上那樣，本 發明在臭氧產生元件及其制造方法中有用，尤其是在能夠抑制保護層的劣化引起的臭氧的產生量的下降的方面較為優異。
權利要求
1.一種臭氧產生元件，其特征在于， 具備: 電介質層； 設置在所述電介質層上的放電電極； 隔著所述電介質層而與所述放電電極對置的感應電極；以及 以覆蓋所述放電電極的方式設置在所述電介質層上，且由玻璃陶瓷構成的保護層。
2.根據權利要求1所述的臭氧產生元件，其特征在于， 所述電介質層由玻璃陶瓷構成。
3.根據權利要求1或2所述的臭氧產生元件，其特征在于， 所述保護層和所述電介質層由相同的材料構成。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的臭氧產生元件，其特征在于， 所述保護層的厚度為30 μ m以上且150 μ m以下。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的臭氧產生元件，其特征在于， 所述放電電極及所述感應電極包含銀。
6.一種臭氧產生元件的制造方法，制造權利要求1 5中任一項所述的臭氧產生元件，其特征在于， 同時燒成所述電介 質層和所述保護層。
全文摘要
本發明公開一種能夠抑制因保護層的劣化引起的臭氧的產生量的下降的臭氧產生元件及其制造方法。層疊體(12)將電介質層(18a～18e)層疊而構成。放電電極(14)設置在電介質層(18a)上。感應電極(16)通過設置在電介質層(18b)上而隔著電介質層(18a)與放電電極(14)對置。保護層(20)以覆蓋放電電極(14)的方式設置在電介質層(18a)上，且由玻璃陶瓷構成。
文檔編號C01B13/11GK103241715SQ20131004723
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月6日 優先權日2012年2月14日
發明者金森哲雄, 八木幸弘, 高田隆裕, 宮本利之 申請人:株式會社村田制作所