乾燥空気中における 3 針一 平板電極 Barrier Discharge

University　ofof Hyogo
University
Hyogo
乾 燥 空 気 中 に お け る 3 針 一 平板 電極 の
リア 放 電 と
バ
オ ゾ ン 生成
川 原 慎 太 郎　上 野 秀樹 中 山　博 史
電 気 系 工 学専 攻
and Ozone Generation
Barrier　Discharge　Characteristics
in
Dry Air
on Trip量e Needle − Plane Electrode Con 血guration
Kawahara Hideki
Ueno　and Hiroshi
Nakayama
Shintaro
，
Engineering
and Computer　Sciences
Department　of Electrical
Abstract
discharge
characterist
un
ler　ac vo 重tage　apPlicat 量on has　been　investigated
fbr
Arelation　of barrier
孟cs　to　ozone generation
・
between　three　needle ・
various distances
tips （
d＝
Omm 〜7．
Omm ）at　constant　distance
between　needle tip
and p旦ane （
Omm ）in
g＝3 ．
dry　aiL Characteristics
of the　ba1Tier
discharge
and ozone generation
are changed
by　the　need 正
c・
tips
d正
stance．
Those
changes
−tips．
have　been　caused by　the　influence
of tip
needle each other and distance　between three　nccdle
It
is
censidered
that　the
by stM camera and CCD camera ．
influence
is
caused by　spaoe charge and accumu
！
ated charge suggested from　discharge
image resu 玩，
And ozone generation
e 伍 ciency was est 至
mated by　power　consumption
and 070ne concentration ，
As　a when
the distance
−mentioned influencc
the　above
is
strengthened
，
And in　this　case ，
ozone generation
between　three　needle −tips　is　narrow ，
efflc 正
ency irnproves
．
〔
barrier
discharge
corona
Keywords
1．
；
，
discharge　creeping
，
discharge
space
，
，ozone
charge
は じめ に
オ ゾ ン
はフ
ため，
二次
ッ
汚染
素 に 次 ぐ強力 な 酸化 力
の
な
い
優
れた
性質 を持
・殺 菌 力 ・消 臭力 を 持 ち な が
つ
化 学物 質
で ある
ら も，自然分 解 で 人体 に 無 害な 酸 素 に 分解す る
。
こ の こ とか ら
，オ
ゾ ン は 水 処 理 や 空 気 清 浄 機 な ど ，工 業
1］［
2］
用 か ら家 庭 用 ま で 幅 広 く 利 用 され て い る ［
D
オ ゾン
の
生成 に は ，放 電 方 式 ，紫 外 線 照 射 方 式 ，電 気 分解 方 式 な ど が あ る
声 放 電や 沿 面放 電 な どの
バ
リア 放 電 に よ る 方 式 が 広 く用 い ら れ て い る
。
効 率 面 で は 放電 方式 が 最 も良 く
，
無
しか し，化 学 反応 式 か ら求 ま る 理 論 的 な オ
。
ゾ ン 生成 効 率 に 対 し ，効 率 が 良 い と さ れ る放 電 方 式 で も理 論 値 に 及 ば な い の が 現 状 で あ る 。
こ の た め ，オ ゾ
われて
い
る。
ン
生 成 効 率 の 向 上 が 望 ま れ て お り，オ ゾ ナ イ ザ
の
性 能 向上 に 関 す る 研 究 な どが 国 内外 で 盛 ん に 行
3】
や ，バ リア 放 電 と沿 面 放 電
最 近 で は ，放 電 形 態 を改 善 し ，放 電 の 均 一化 を図 っ た 体 積 オ ゾ ナ イ ザ 法 【
za［6］な どの 研 究
41［
5】
を 組 み 合 わ せ て 放 電 管 内 に 複 数 の 放 電 を 重 畳 させ る 放 電 重畳 法 ［
，紫 外 線 と 放 電 を重 畳 さ せ る 方
が行われて
る。ま た ，針 一平 板 電 極 に お け る
8］な ど ，オ ゾ ナ イ
ナ 放 電 を利 用 す る 装 置 の 研 究［
い
の
針 電 極 を多針 電 極 に して
板電 極 につ
て互
い の
い
放
電 特 性 とオ ゾ ン 生
コ
放電の オ ゾ ン 生
ナ
ロ
7］
や
関す る 研 究 【
成
，多 針 電 極 を 用 い て
一平 板 電 極
ザ の 基 本の 電極 構 成 と して も使 わ れ る 針
コ
ロ
だ け で な く，そ
関連 性 を 調 べ る 研 究 も 注 目 さ れ て い る 。 し か し ，こ の 多 針
の
一平
8】
が あ る も の の ，そ れ ぞれ の 針 の 間 隔 に よ っ
て は ， オ ゾ ン 濃 度 が針 の 本 数 に 比 例 し な い と い う報 告 例 【
針 が ど う影 響 す る の
か
とい
っ
た 検 討 例 が 少 な く，詳 細 は 明 らか に な
そ こ で 本 研 究 で は ，これ ら の 背 景 を も とに 多針 電極 に お い
ま た ，そ れ に よ っ て オ ゾ ン
の
生成量 が ど
の
よ うに 変 化 して
一平板 電 極 を用 い て 乾 燥 空 気 中 に お け る放 電 の 様 子
ータ か ら オ ゾ ン 生 成 効 率 の 算 出 を 行
らにそ れ らの デ
2．
成
に
い
て互 い の
く
の
っ
て い ない
。
針 が 放 電 特 性 に ど の よ うな 影 響 を 及 ぼ す の か
か を明 らか に す
るこ
と を 目的 とす る 。そ し て
を観 測 し ，放 電 開 始 電 圧 ，消 費 電 九
っ
，
3針
オ ゾ ン 濃 度 を測 定 し ，さ
た。
実験 方 法
1 に 示 す 。電騾
本研 究 で 用 い た 電 極 構 成 を Fig，
に，
バ
リア と し て 厚 さ w
に
＝0 ．
15mm ，大 き さ 40 × 50mm2
丸 み を1寸け 横
の
硼硅 酸 ガ ラ ス
銅 製 の 平板 電 極 （
直径 34 （
体積抵抗率
厚 さ 7mm ） の 上
・m ，比 誘 電 率 e ＝7） を
＝
ρ 10i2Ω
，
一6一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
University　ofof Hyogo
University
Hyogo
・
・
中山
川 原 上野
を
け て支持
電圧 測 定 時 を 除 き
。針
した
の
−・
7．
Omm
の
，針 先 端 聞 隔 を 針 直径 よ り も 短 く 設 定 で き る よ う に ，両 端 の 針
で あ る 。3 つ の 針 は 接 続 さ れ て お り同 電 位 で あ る 。放 電 開 始
Omm 一定 と した 。3 針 の 針
表 面 まで の 距 離 の ギ ャ ッ プ 長 g を 3．
約 15Ptm
範 囲 で 変化 させ た
た だ し，単針 の 場 合 は ， 両 端 の 針 を取 っ て 中央 の 針 の み 残
。
測 定 を行 っ た 。上 述 の 電 極 系 を ア ク リル 密 封 容 器 内 に 設 置 し
して
2 は実験回路
Fig．
リア放 電 とオゾ ン 生成
バ
針 を用 い
曲率半 径は
そ れ ぞ れ の 針の 先端 か らガ ラ ス
，
先端 間隔 を d と し て Omm
に
先端
の
乾 燥 空気 中 に お け る3針一
平板電極の
1．
05mm
配 置 した 。な お ，針 電 極 に は 直径
°
10 傾
：
乾 燥 空 気 を 容 器 内 に 導 入 し流 通 させ た 。
，
（
60Hz＞ を 印加 し た 。電圧 波形 は 放 電 部
を 示 して い る 。 容 器 に 取 り付 け た 端 子 を 介 し て 交 流 電圧
並列に 接続 した
分 圧 器 を ，電 流 波形 は 検 出 抵 抗 （1k Ω） に 並 列 に 接 続 し た
ンデ ンサ
コ
波 数 lkHz） を介 し て
，プ
横 河 電機 〉 で 観 測
した
ーブ
（
遮 断周
イパ ス フ ィル タ
ハ
ープ
−1540，200MHz ，
オ シ
（150MHz ，横 河 電 機 〉を 用 て ，デ ジ
。電 流 波 形 で 最 初 に 放 電 に よ る パ ル ス 電 流 が 生 じ た 瞬 間を 放電 開 始 と し ，そ の 瞬 間 の 電 圧
一眼 レ フ カ メ ラ （EOS D30 ，Canon ） お よ び 高 速 ゲ ー トイ ン テ ン シ フ ァ
値 を 放 電 開 始 電 圧 と し た 。放 電 の 静 止 画 は
C4346 ， 浜 松 ホ ト ク ス ） を 用 い て 撮 影 を 行 た 。消 費 電 力 の 測 定 の み イ パ ス フ ィ ル タ と検
イ ア CCD カ メ ラ （
・
−
R ＝15ekΩ C ・
O．
157μ F） に か え て 防 g　Lis鯛 ous 法 に よ り測 定 し た 。そ して 実 験 容器
出抵 抗 の 部分 を R C 積 分 回 路 （
か
300cc
！
min
の
り
し
気
に
ター （
EG −2 01　NL30 型 荏 原 実 業 ） に よ て
内 ら
気 体 を取 出 ，排 側 設 置 し た オ ゾ ン モ
生成 オ ゾ ン 濃度 の 測 定 を行 た 。
5k Ω
一
10
厂
こ こ で ，真 空 の 誘 電 率 を o ，誘 電 体 の
「喜 づ
比 誘 電率 を
，誘 電 体 の 体 積 抵 抗 率 を ρ
005L F ！
O．
ロ
タル
い
コ
ロ ス
DL
（
ニ
ハ
っ
，
ニ
っ
，
っ
°
ε
とす れ ば誘電 体の 表 面 体積電荷 減衰 の
時定 数は
ε
PaP と表 され
ま る硼硅 酸ガ ラス
は約
ス
上
の
る
。これ
電位 減 衰 の 時 定 数
J
堆積
電荷の
ラ
ii
IE
t｝l
／
織
PlaneE
え られ る 。
［
iili
’
6
・
． b
− ，
｛
，
］
且
ectrode
Fig．
1Electrode
con
i ”F
’’
レ
影 響が 含 ま れ る と考
・
E
de
か ら求
1 分 で あ り 本実験 の 結果 に は ガ
の
i
∵ 〒「
ε，
．
．
Fig．
2　Diagrarri
of experimcntal
且guration
clrcuit
3． 実 験 結果
3．
1 放 電 開 始 電 圧 の 針 先 端 間隔 依 存 性
（
≧
）
3に 示
乾燥 空 気 中 に お け る 放 電 開 始 電 圧 の 針 先 端 間 隔 依 存 性 を F 至g ．
す。放 電 開始 電 圧 の 測 定 は ，同一条 件 で 各 々 5 回 行 い
。ば
図中に 示
した
0」 6kV
最 も大 きか
で
Omm
g− 3 ．
らっ きは
っ
場合 で
の
ナ
oO
平均値 を
の
＝
とき に
。
〉
。
⊆
た。
放 電 開始 電 圧 の 結 果 は 一見 針 先 端 間 隔 d
一定 で あ る よ
，その
d − 1．
Omm
且
8
に か か わ らず 放 電 開 始 電
島
ω
，d が 狭 い 場 合 は 広 い 場 合 に 比
− Omm
べ わ ず か に 放 電 開 始 電 圧 が 上 昇 し た 。例 え ば ，ギ ャ ッ プ 長
g 3．
＝
＝
＝
の 場 合 ，d 3 ，
emm と d 7 ．
Omm を 比 る と d 3．
Omm の 方 が 高 く ，
夢 LOmm
と dle3．
Omm を 比 る と dzl ．
Omm の 方 が 高 い 。 ま り，放
＝1．
Omm 〜
3．
Ornm 問 の 方 が 大 き く ， ラ
電 開始 電 圧 の 差 を 比 較 す る と d ・
ーバ ーの 幅 を考 慮 し て も傾 向 と し て は ，放 電 開始 電圧 は わ ず か な が
ら d＝
LOmm の 場 合 が 高 い こ とが 分 か る 。
圧が
うに 見 え る 。し か
9
し
雨
6切
己
べ
べ
つ
2 一眼 レ フ カ
3．
一眼
レ フ
針 先 端 間 隔 を 変 化 させ て 撮 影 し た 。放 電 の 静 止 画 を
が 低 す ぎ る と放 電 の
どの
様子 が 見 えず
5 ，d＝Omm ，0，
条件 に お
い
，
Omm
3．
リア ま で の
，バ
，
7．
Omm
，バ
様 子が 異なる と こ ろで あ る
dt7 ．
0 の
放 電 の 様 子 が わ ず か に 内 側 に 進 展 し て い る が ，3 本
や
嗣
．
0
。
は，
リア 表 面 の 発 光 が 強 い の で
の
リア
針の
リア まで
5mm
Fig．
4 の d −O．
ッ
プ 長 g ＝3，
0mm
点 線部 はバ リア
の
一定 と し て
位 置 で あ る 。印加 電 圧
場合で
，両 端 の 針 か
らの
一定
4 の 単
表 面 に 広 が る 沿 面 放 電 が 観 測 さ れ た 。Fig ．
リ ア に 対 し て 垂 直 な放 電 の 様 子 が 見 られ た 。 そ し て
孀
沿 面 放 電 と気 中放 電 の 境 目 の
あ る 。な お ，ギ ャ
場合の 放電の 様子 を示 した。
の
放電が 見 られ
て
バ
1 秒で
Fig．
4 に 示 す 。静 止 画 の
隔に よ っ
の
mm ｝
（
・
4．
8kV
，高 す ぎ る と 放 電 の 光 が 強す ぎる た め ，測 定 範 囲 の 中 間 の 印加 電圧 V・
Omm
，1．
て も針 先 か らバ
針 の 場 合 ，針 先 か ら バ リア ま で
が
Fig．
3　Dependence　ofdischarge inoeption
voltage
ofneedle t正
on distance
ps
メ ラ に よ る放 電 の 様 子 の 観 測 と 消 費 電 力 の 印加 電 圧 依存性
カ メ ラ を用 い て 放 電 の 様 子 を観 測 し た 。露 光時 間 は
と して ，単針
DiStance
e 「NeedleTips　d
エ
の
傾 きや
バ
リア
表面 の
，注 目す
堆瀰
荷の
べ
き点 は 針 先 端 間
影響で 針先か らバ
針 先 か らバ リア ま で の 放 電 が 細 くま っ す ぐ進 展 し，
，基 本 的 に 単針 の
放電が 互 い
に
放 電 と同 じ で あ る 。一方 ，特 徴 的 な の
反発 す る 方 向 に 広 が
っ
て
進 展 して い る 。ま
一7 一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
University　ofof Hyogo
University
Hyogo
REPORTS OF GRADUATE
た ，中央 の 針 か らの 放 電 が 見 られ な か
放電 が 1 本 とな り 単針 の 放 電 の 様 子
SCHOOL OF ENGINEERING ，
UNIVERSITY OF　HYOGO
に
d＝
Omm
た 。 さ ら に ，針 先 端 間 隔 を狭 め て
っ
似て
。し か
い る
，単 針 の
し
に
する
場合 と異なる とこ ろ は
No．
60 （20e7
）
，針 先 か
と
らバ リア ま で の
リア に 近 づ く に っ れ 放 電
バ
が広 が っ て い る こ とが 分 か る 。ま た ，
放 電 の 発 光 の 様 子 は どの 場 合 で も針 先 に 近 づ くに つ れ 発 光 が 強 く な っ て い る
消費 電 力 に つ い
い る 。V− 4．
8kV で
る。単針
Omm
と tt・
7．
0 古
は
99 ．
8mW
cS ・
1．
Ornm の
で，
場 合 に 注 目す る と ，先 程 述
の
lmW
消 費電 力 を見 る と単 針 の 場 合 は 42 ．
の
。
て は ，Fig．
5 の 消 費 電 力 の 印加 電 圧 依 存 性 で は 針 先 端 間 隔 が 広 く な る ほ ど 消 費電 力 が 大 き く な っ て
7mW
34．
約 2．
9 簡 肖費 電 力 が 大 き い と い う結 果 に な っ て レ
の
・
4 をみ る と似 た よ うな 放 電 の 様 子 で
た よ うに Fig ．
べ
dLOmrn
で，
とき の 27 ．
5mW
の
1．
5 倍 消 費電 力
の
V＝
あ るが ，
4．
8kV
が大 きくなっ て い る。
200
晝　鬘　鬢　蕘　2　10086
き
江
d＝
3、
Omm
Fig．
4　Discharge　images　with
3．
3CCD
一
眼
した。
Omm ）
（
g ＝3．
still　camera
Fig．
4の
カ メ ラ に よ る前 項
放電
Current
2，
0
L5
0
（ 星．
様子 は 露光
の
1 周 期 ，半 周 期 ，さ ら に 正
こ で は
期 を 10 分 割 し た 周 期 に 露 光 時 間 を 合 わ せ
て
撮影
場合 に っ
の
い て 述
べ
6
M ）lta e
Ii　…
ii 1
…
ぎ05
特 に ， こ の 章 で は 特 徴 的 な 放 電 が 観 測 され た
ct＝
1．
Omm
4
2
Voltage
V （
kV）
Applied
Fig5 Dependence　ofpower consumption
＝
＝
on apPlicd voltage （
3．
Omm ）
i9
カ メ ラ に よ る放 電 の 様子 の 観測 と電流波形
レ フ
時 間 が 1 秒 で あ り，こ
の 半周
OO
・
7．
d・
Omm
．
i1
＼
8．
0
6．
0
4，
0
2．
0
（
〉
ζ
憙 曝 、一 ［
羅
轡 0
一
［
屯 ・
−2 ．
0
ε
＼ ／
−4．
0
・
，さ ら にそ の 時 の 電流波
画
触　O
h
＞
1：
て も言及 す る。
hr
：： −6．
0
，S ・
1．
Omm の と き の 電 流 波 形 に
−
−
2
，
0
8
．
0
い て 説 明す る。Fig．
6は 回 ．
8kV ，cs ・
1．
o
の とき の 電
0 2 4 6　8
ms ）
Time （
圧・
電 流 波 形 で あ る。最 初 の 電 流 パ ル ス が 発 生 す る 時 問
Fig．
6　Discharge　current and voltage
は ，
負 の 電 流パ ル ス の 方 が 正 よ り も 早 く そ の 時 の 電 圧 は
需 Omm ，
cFl ，
Omm ，
卜 4．
8kV ）
（
g 3．
Fig．
6 か ら約 1．
8kV で あ る こ れ は こ の 場 合 の 放 電 開始
47kV よ り も 低 い 負の 電 流パ ル ス は Fig．
電圧 2 ．
6 を見 る と O．
25mA 程 度 の 大 き さで あ る こ とが 分 か る 。さ らに 電 流
一
パ ル ス の
て は る か に 多 い 。 方 ，正 の 電 流 パ ル ス は 最 大 で ！OmA 程 度 の 大 き さで あ る 。こ れ は
数 が正 の 場合 と比
．
負 の 場 合 に 比 て は る か に 大 き い 。つ ま り，正 の 電 流 パ ル ス は 大 き い が 数 は 少 な く ，負 の 電 流 パ ル ス は 小 さ い が 数
が 多 い と い う結 果 に な て い る。 こ の 正 負 の 放 電 パ ル ス の 違 い は ，こ の 後 述
る 極 性 の 違 い に よ る 放電 の 様 子 の 違
い に 関わ る。
6 の 電 圧 波 形 の 1 周 期 ，正 の 半 周 期 ，負 の 半 周 期 に 分 け た 放 電 の 様 子 を Fig．
7 に 示 す 。正 極 性 の 放 電
続 い て ，Fig．
形につ
い
は じ め に ，VUt ．
8kV
つ
‘
ノ
＼
。
。
，
べ
べ
べ
っ
の様 子 は針
先 か らバ
リア まで の
放電 が は
っ
き り と 見 られ る の
測 で き た 。1 周 期 と 正 極 性 の 放 電 の 様 子 を 比
て い るた め
，針 先 の
3ms
約 8．
こ
で
ら
，
あるの
見 られ る
さらに正
で
6 の 電流パ
れ は ，Fig．
ル ス
の
，正 極 性 の
て い る
。こ の
正
，
っ
1周 期 の
極性
放電
の
様 子 は 針先 の み は
が出て い
して い る。電 流 パ ル
ス
。
。
これ らを
も当 て は
4．
15ms−・
5．
81ms
て い る こ と が 分 か る 。放 電 の 様 子 は 最 初 の 写 真 で 針 か らバ リ ア に 向 か
一
に
っ
き りと観
様 子 を 比 べ る と， 両 端 の
写 真 の 露 光 時 間 は 0．
83ms と した 。放 電 の 様 子 が 観 測 さ れ た の
一
る時間 軸 と 致
っ
ほ う は 正 極 性 と負 極 性 両方 が 含 ま れ
・負 極 性 の 放 電 の
放 電 に 深 く関 わ っ て い る と考 え られ る
圧 波形 が 最 大 電 圧 に 向 け て 増 加 し放 電 が 起 こ っ て い る が ，そ れ 以 降 の
こ
の
半 周 期 を 10 分 割 し て 正 極 性 の 放 電 の 様 子 を 調 べ た
の
，1 っ
こ とは
負極性
に 対 し，
る と ほ と ん ど 同 じ だが
放 電領 域 が 正 極 性 よ り広 くな っ
針 か ら の 放 電 に広 が りが
こ の こ とか
べ
ま
Fig．
8 に 示 す 。半 周 期 は
は
0〜
5，
81ms
の 間である
15ms
， 〜4 ．
るが O
。
に か けて 電
で 電 圧 が低 下 して も放電が 起
て 真 下 に 放 電 し ，そ れ か ら時 間 が 経 っ
8一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
University　ofof Hyogo
University
Hyogo
・
一
乾燥 空 気 中 にお ける3 針 平 板 電 極 の バ リア放 電 とオ ゾン 生成
・
中山
川 原 上野
：
83ms −・
2．
49ms の 範 囲 の
に つ れ て 放 電 に 広 が り を 見 せ て い る 。O ．
放 電 が 観 測 され な か
っ
。　た
2つ
の
写真で 放電の 発 光が 強 くな っ た
。
5．
81ms 以 降 は
Nee 纛le Electrode
Nega 蕪ve halfLcycIe
lcyc藍e Posi耄ive　ha隻f−cyclc ＝
＝
−
3
．
Omm ，陟 48kV ）
Fig ，
7　Time resolved dlscharge
i田 age wi 癒 CCD
ゴ LOmm ，
g
（
O．
83rns−−1．
66ms1
49ms
．
66ms−−2．
2，
49ms 〜
3．
32ms
15ms
3．
32ms 〜
4．
4．
98ms 〜5，
81ms5
．
81ms〜6．
64ms
6．
64ms − 7 ．
47ms
7．
47ms 〜
8．
3ms
0畷 ）．
83ms
4．
15ms −・
4．
98ms
Fig、
8　Time −rcsolved
＝ 8kV ）
噐 Omm ，
」cyclc　wi 重h　CCD
image　｛
haif
o同 ，
Omm ，
dischargc
n positive
g 3．
V 4．
（
3．
4　生 成 オ ゾ ン 濃 度 の 印 加 電 圧 依 存 性 とオ ゾ ン 生成 効 率 の 針 先 端 間 隔 依 存性
9 に 単針 と d・
O 0．
5mm ，1．
Omm 3．
Omm 7．
Omm の 場 合 の 生成 オ ゾ ン 濃 度 の 印加 電 圧 依 存 性 を 示 し ，オ ゾ ン
Fig．
生 成効 率 の 針 先端 間 隔 依存性 の ほ う は ，Fig．
10 に 印 加 電 圧 v＝4．
okv，4，
8kv，5 ．
6kv，6．
okv の 場 合 を示 し た。オ ゾ ン
生 成効 率 と は ，単位 消 費電 力 あ た り の オ ゾ ン 生 成 量 で ，オ ゾ ン 濃 度 は オ ゾ ン 生 成 量 の み に 関 わ て く る も の で す 。
ま ず ，生 成 オ ゾ ン 濃 度 の 印 加 電 圧 依 存 性 の ほ う は 針 先 端 聞 隔 が 広 く な る と 生 成 オ ゾ ン 濃 度 は 高 く な て い る 。
＝
P 4．
8kV の と き d ＝
7．
Omm は 13ppm ，
dzl ，
Omm の 9 ．
3ppm の 約 1．
4 倍 高 い 。こ の 比 較 で ，
V・
4．
8kV の と き の 消 費電 力 の
比 較 で は ，3．
2 章 で 述 た よ う に み 7．
Omm の 方 が ナ 1．
Omm よ り も 約 2 ．
9 倍 大 き く な た の に 対 し，オ ゾ ン 濃 度 の ほ
6kV 〜
6，
0kV に か
うは 増 加 の 割 合 が 約 L4 倍 と 低 い こ と が 分 か る 。そ し て ，どの 針 先 端 間 隔 の 場 合 で も，印 加 電 圧 が 5．
，
，
，
っ
っ
」
べ
けて オ ゾ
濃度
ン
の
増加 率
っ
が 小 さ くな
っ
て い る。
さ らに， 単針 と 古
Omm
場 合 を 比 べ る と 同 じ よ う な特 性 を と っ て
い
dte ．
5mm 〜1．
Omm
に か け て オ ゾ ン 生 成効率 が 最 も 良 く な っ て い る 。
つ
の
る こ とが分 か る。
オ
ゾ ン 生 成 効 率 の 針 先 端 間 隔依 存性 の ほ うは
ま り，針 先 端 間 隔 が 狭 い と き の ほ うが オ ゾ ン 生 成 効 率 は 良い と い う結果 に な っ た 。針 先 端 間 隔 が 広 く な る ほ どオ ゾ
ン生
成 効 率 は 低 下 す る 特 性 を示
単針の 場合 の
値
オ ゾ ン 生成効
い
る こ とが 分
3，
2章の
・
Fig．
4 の cS 7．
Omm の 放 電
の 様 子 を 見 る と，
それぞ
か る。
れ
これ は ，
針 が単針 の 放 電 の
の
様 子 と似 て
の
い
るため ，
こ
よ うな 特 性 に な っ た
と 考 え られ る 。さ ら に ，
Omm
単針 の 場 合 と d＝
場合 を比 べ
ciSOmm
の
て み る
。
ct＝
Omm で は オ ゾ ン 生 成効 率 は d＝O．
5mm
，
あ り，
Fig．
10 を 見 る と 針 先 端 間隔 を 広 げ て
で
し
匚
£
巴
芒
8
匚
OO
Φ
匚
と，
ゾン 生成効 率の
OF
畠
10
山
♂
一
20
匚
石
賦
山
に
O
」
眉
呵
重0
5
匚
Φ
OOCONO
ONO
l　a dty　air　w
4 5 6
kV｝
ApPliedVo 址age V ［
OO
Fig．
9　Dependence　of ozone
applied
veltage
concentration
＝3、
Omm ）
（
g
＝
4．
OkV
＝．
＝．
；．
；》
＝
O、
Ssmm9
＝
3．
OmmO
口
△
▽
on
る。
また ，
く
く
冖
Eユ
】
O
い く と単 針 の オ
い
广
望
30
α
に 比 べ て 低 下 して
の
方が オ ゾ ン 生
成効 率は 良い
。た だ
率 は 4mg ！Wh
に 近 づ く よ うな 特 性
に なっ て
した
V 4 8kV
：V
5 6kV
：V
6 OkV
：
2　4　6　8
Distance
Needle Tips d ［
mm
of ｝
Fig，
10Dependenceofozone generatione伍 ciency
on distanceofneedle
tips（
0mm ）
g＝3 ，
4， 検討
以 上 の 結 果 か ら ，ま ず 乾 燥 空 気 中 に お け る
3 針 一平 板 電極 の
バ
リ ア 放 電 特 性 の 検 討 を 行 う。
一9一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
University　ofof Hyogo
University
Hyogo
REPORTS OF GRADUATE
放 電 開始 電 圧
前に 電 界 計 算
日本
SCHOOI OF　ENG工NEERING，
UNIVERSITY OF HYOGO
結果 の 検 討 を 行 う
JMAG −Studio
（
の
一
一
ソ フ ト
総 合研 究 所 ） を 用 い
て
，
有限
一
一
2
9
O
£
算 を行 っ た。そ の 計 算 の 結 果 得 ら れ
Fig，
11 に 示 して い る 。
Omm ，バ リ ア 表 面 が
て い る ，こ の 計 算結 果 で
暑
一
山
苗
Φ
O
Φ
一
弩
05
眉
冖
c
ロ
こか
α
幅
巨
OZ
06
．
06
．
0 2　0 4
Distanoe　o「Need［
e　llp（mm ）
ら比 較 す る と ，こ の 中で は 単針 の 場 合 は 電 界 が 最 も 強 く ，d ＝
1．
Omm
の 場
・電 界 分 布
．
Center Needle
Fig，
llElectric pot tial（
Omm
g＝3 ．
とか ら ，針 先 端 聞 隔 が 違 うこ と で 電位
、
0 2　0 4
Distanoθ o 「Needle
lp （
mn 躪）
SideNeedle
Fig．
11 の
電位 分 布 の 針 先 付 近 の 傾 き で 決 ま る
，こ
N
營
OZ
が 違 う，つ ま り針 先 の 電 界 が 違 う こ
か る。こ の
O
と で ，針 先 端 付 近 で 電 位 分 布 の 傾 き
の で
放 電 開 始 時 で も針 先 端 間 隔 が 違 うこ
と が 分 か る。針 先 の 電 界 は
匸
℃
針 先の 位 置 が
．
60 〔2eO7）
No
芒
£
た 電位 分布 を
に なっ
田
芒
要素 法 に よ る 静 電 界 に お け る 電 界 計
3mm
、
）
合 は 最 も 弱 い と い うこ と が 分
に 影 響 を 及 ぼ し て い る こ と が 考 え ら れ る。し か し ，
3 の 放 電 開始 電 圧 の 針 先 端 間 隔 依 存 性 で ，針 先 端
。Fig．
間隔 が 狭 く な る と わ ず か に 放 電 開 始 電 圧 が 上 昇 し た と い う結 果 は ，こ の 針 先 端 間 隔 に お け る 針 先 の 電 界 の 違 い に よ
る もの と 考 え られ る。 ま た ，中 央 の 針 と 両端 の 針 を 単針 の 電 位 分布 を 基 準 に し ，比 較 す る と
中 央 の 針 の 電位 分布
の 傾 きの 方 が わ ず か に 緩 や か に な
い
て
るた め
両 端 の 針先 よ り も，中央 の 針 先 の 方 が 電 界 は 弱 い こ とが 分 か る 。
一眼 レ フ カ メ ラ に よ る 放 電 の 様 子 は ct＝1．
Fig
．
4
の
Omm の と きに 中央 の 針 か ら の 放 電 が 見 え ず ，両 端 の 針 か ら の 放 電
に 広 が りが 見 られ る 特 徴 的 な放 電 の 様 子 が 見 ら れ た 。cl＝
Omm の 場 合 も 単針 の 場 合 の よ うに 放 電 が 1 本 と な て い る
が ，バ リ ア に 近 づ くに っ れ 広 が り を 持 て い る 。 し か し ，針 先 端 間 隔 が 広 い 場 合 や ，単 針 の 場
合 針 先 か らバ リア
表 面 ま で の 気 中放 電 で は ま す ぐ に 放 電 し バ リア 付 近 で 広 が り も 見 られ ず ，そ の ま ま 沿 面 放 電 と な
て バ リア に 張
り付 く よ うに 広 が
て い る 。つ ま り ，針 先 端 間 隔 が 広 い 場 合 と 単 針 の 場 合 は ，堆 積 電荷 が 存 在 す る も
堆積 が少 なく
の 影 響 は ほ とん ど ない と 考 え られ るが
放電
，針 電 極 の 針 先 端 聞 隔 が 狭 い 場 合 は ，放 電 が 重 な る と と も に そ れ ぞ
れ の 放 電 に よ て で き る 堆 積 電 荷 も 重 な り，バ リ ア 表 面 の 堆 積 電 荷 の 蓄積 が 多 い た め 両端 に 放 電 に 広 が りが 見 ら れ
た と考 え られ る 。ま た ，中央 の 針 か ら の 放 電 が 見 え なか
た の は ，中央 の 針 先 近 傍 に 空 間電 荷 が 多 く 存 在 し，針 先
近 傍 の 電 界 が 緩 和 し た た め と 思 わ れ る Fig．
8 の 雄 1．
Omm の CCD カ メ ラ を 用 い た 正 の 半周 期 を 10 分 割 した 放 電 の
様 子 を見 る と，こ の 空 間 電 荷 の 存 在 や 堆 積 電 荷 の 存 在 が 分 か りや す い 。交 流 電 圧 を 印 加 し ，放 電 が 連 続 的 に 起 こ
て い る こ とは 電 流 波 形 の 結 果 を 見 る と 分 か る 。時 問 が 経 っ に つ れ て 放 電 に 広 が り を 持 つ の は ，放 電 が 断 続 的 に 起 こ
り，そ の た び に バ リア 表 面 に 堆 積 電 荷 が 蓄 積 す る た め こ の よ うな 放 電 に な
た［
91 と考 え られ る
ま た ，Fig．
5
か ら消 費 電 力 は 針 先 端 間 隔 が 広 い ほ ど大 き く な た 。こ れ は 放 電領 域 が 大 き く か か わ
て い る と思 わ
れ る が ，空 間 電 荷 や 堆 積 電 荷 の 消 費電 力
の 影 響 も考 え られ る
例 え ば ，単 針 の 場 合 と it・
OMM の 場合 で あ る。放 電
領 域 は あ ま り変 わ ら な い が ，消 費 電 力 が 単 針 の 方 が 約 1．
5 倍 大 き くな て い る。 こ れ は 癖 Omm の 場 合 ，空 間電 荷
が
や 堆 積 電 荷 多 く 存在 し，電 界 が 緩 和 され 電 子 の 運 動 ネル ギ ーが 低 下 し た た め 消 費 電 力 は 低 下 し ，こ の よ うな結
こ
極 端 に 電位 分 布 が 変 わ る
算結 果 か ら見 受 け
こ とは計
られ な い
，
っ
，
っ
っ
，
っ
っ
っ
へ
，
っ
っ
。
っ
っ
。
っ
っ
へ
。
っ
，
エ
果 が 得 られ
た と 考 え られ る 。
次 ，オ ゾ ン 生 成 に つ
に
い
て 考 え る 。ま ず 、放 電 方 式 か ら オ ゾ ン が で き る 過 程 は ，放 電 に よ り 生 じ た 電 子 に よ る 酸
素分子 の 解離
e ＋ 02 →
0
＋
20 ＋ e （1）
，そ の 後 に 生
が 行われ
02
と主 に こ の
＋
M
2つ
→
じる
3 体衝 突反 応
03 ＋ M
2）
（
O 02 ま た は 03 で あ る ［10亅。
実験 結 果 の 検 討 を 行 う前 に ，ま ず どち らの 極 性 の 放 電 で オ ゾ ン が 盛 ん に 生 成 され て い る の か を
ラ で 観 測 さ れ た 放 電 と 合 わ せ て 考 え る 。まず ，
CCD カ メ ラ で 観 測 し た 負 極 性 の 放 電 は 針 先 近 傍 の
の 式 の 過 程 を経 て オ ゾ ン が 生
オ ゾ ン に 関 し て
Fig．
7 の CCD カ メ
成 され る。M は
，
の
放 電 だ け が 見 られ た 。 し か し，正 極 性
の
放 電 は 針 先 か らバ リア ま で の 気 中 放 電 に 加 え ，バ
リア 表 面 に 沿 面放 電 も見
ら れ る 。こ の 放 電 領 域 の 違 い か ら オ ゾ ン 生 成 量 が 多 い の は 正 極 性 で あ る と 考 え られ る 。 し か し，オ ゾ ン 生 成
効率 と
い
う観 点 か ら考 え る と 負 極 性 の 方 が 良 い と 思 われ る 。こ れ は ，放 電 領 域 が 狭 い
て とて も小 さ い た め 消
こ
6 の 電流パ
と と Fig．
ル ス が正
に比べ
費電 力 が 小 さ く，ま た ，高 電 界 で 電 子 が エ ネ ル ギ ーを 持 ち や す い 針 先 端 の み で 放 電 が観 測 さ
れ た た め で あ る と 考 え られ る 。
しか し ，オ ゾ ン の 生 成 量 に 関 し て は 正 極 性 の
方が 多 い
の で この
場 合 を 検討 す る こ と
とす る 。
一 10 一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
University　ofof Hyogo
University
Hyogo
・
上野 ・
中山
川原
これ
ン
乾 燥 空 気 中 に お け る3 針 平 板 電 極 の バ リア 放 電 とオ ゾ ン 生 成
9 の オ ゾ ン 濃 度 の 印加 電 圧 依 存 性 に つ
，Fig．
くな る の は ，
放 電 領 域 が 広 い た め で あ る 。印加 電 圧
をふ ま え て
濃度 が 高
1）
式 の 酸 素 分 子 の 解 離 が うま くい
（
の で
：
検 討 す る 。ま ず ，針 先 端 間 隔 が 広 く な る ほ ど オ
い
て
が
高 い 領 域で
オ ゾン
濃度 の 増加割合が 減少
した の は
ゾ
，
て い ない た め と考 え られ る。酸 素 分子 が 解離 しな い と（
2）式 の 反 応 は 起 こ ら な い
っ
結果 的 に オ ゾ ン が 生成 しに く く な る 。こ の （1）式 の 酸 素 の 解 離 は
，
電 子 の 運 動 エ ネ ル ギ ーに よ っ て 決 ま る 電 子 が
・電 離確 率 に 依 存 す る ［11］。Fig．
9 を 見 る と 印 加 電 圧 が 低 い 領 域 で も オ ゾ ン 濃 度 の 増加
割 合 は わ ず か に 小 さ く な て い る 。 こ れ は ，電 子 の 運 動 ネ ル ギーが 小 さす ぎ る た め 電 離 確 率 が 低 く な る か ら で あ
る 。 し か し ，印加 電 圧 が 高 い 領 域 で は 逆 に 電 子 の 運 動 ネ ル ギーが 大 き す ぎ る た め に 電 離確 率 が 低 く な る 。電 離確
率 が 低 い と 酸 素 分 子 が 解 離 され ず オ ゾ ン も で きな い た め ，印 加 電 圧 が 高 い 領 域 で もオ ゾ ン 濃 度 の 増 加 割 合 が 減 少 し
た と 考 え られ る。
10 の オ ゾ ン 生 成 効 率 の 針 先 端 間 隔 依 存 性 の ほ うは 針 先 端 間 隔 が 狭 い 方 が オ ゾ ン 生 成 効 率 は 良 か た こ れ は ，
Fig．
針 先 端 間 隔 が 広 い とき と比 べ て 放 電 が 空 問 電 荷 や バ リ ア 表 面 の 堆 積 電荷 な ど の 影 響 を 受 け や す い た め ，放 電 領 域 が
狭 い な が らも ，両端 の 針 か ら の 放 電 に 広 が りが で き た か らで あ る 。ま た ，針 先 端 間 隔 が 大 き い と き に 比 べ る と ，こ
の 空間 ・
堆 積 電 荷 の 影 響 で 電 界 が 緩 和 し電 子 の 運 動 ネ ル ギーは 減 少 し て い る が ，酸 素 の 解離 に は こ ち ら の 方 が 適
し て お り電 離確 率 も向 上 し た た め で あ る と も考 え ら れ る。 し か し ，dLOmm の よ うに 針 を く
っ け て し ま う と針 先 近
の
の
い
傍 で 空 間 電 荷 影 響 を受 け す ぎ た せ
か ，放 電 が 単針 の と き と 同 じ よ うに 1 本 と な り放 電 領 域 が 狭 くな り オ ゾ
ン 自体 が 生 成 され に く く な
た た め オ ゾ ン 生 成 効 率 は 悪 くな た 。つ ま り 空 間 ・
堆 積電 荷 の 影響 を 受 けす ぎて も
ー
電 子 ネ ル ギ が 低 下 し て 放 電 が 起 こ ら な く な る こ とや 電 離確 率が 低 くな る た め ，酸 素 分 子 の 解 離 に 適 さ ない 。
つ ま り，
針先端間隔に だけ で な く電 極の 配 置 や針 電 極の 状態 を 変 え る こ とで こ の 空 問 ・
堆 積 電 荷 を ン ト ール し，
ー
オ ゾ ン 生成 に 最 も適 し た 電 子 の 運 動
ネル ギ で 効 率 よ く オ ゾ ン が 生 成 で き る も の と考 え る 。
酸素分子 に ぶ つ
か る衝
突確 率
エ
っ
エ
っ
。
エ
っ
，
っ
っ
エ
，
，
コ
ロ
エ
5．
ま と め
乾 燥 空 気 中に お
（1） 放 電 開 始 電 圧
け る
3 針 一平 板 電 極 の
は ほ
ぼ 一定 と な
。しか
た
っ
リア 放 電 と オ ゾ ン 生 成 に つ
バ
しわ
い
て調 べ た結 果 を 以 下 に ま とめ る。
ず か な が ら針 先 端 間 隔 が 狭 く な る と 放 電 開 始 電 圧 が 上 昇 した 。こ
れ は 針 先 端 間 隔 に よ る針 先 の 電 界 が 違 うか ら で あ る。
2） 放 電 の 様 子 は 針 先 端 間 隔 が 狭
（
る と い
め
っ
場 合 ，中央 か ら の 放 電 が あ ま り 見 られ ず 両 端 の 針 か らの 放 電 に 広 が り が見 られ
い
た 特 徴 的 な 放 電 が 観 測 で きた 。こ れ は 針 先 近 傍 の 空 問 電 荷や バ リア 表 面 の 堆 積 電 荷 が 影 響 し て い る た
と考 え られ る 。
消費電力に つ
い て は
，針 先 端 問 隔 が 広
い
と放 電領 域 が 広 い
で 消
の
費 電 力 が 多 い が ，針 先 端 間
隔 が 狭 い 場 合 は こ の 電 荷 の 影 響 で 消 費 電 力 が 抑 え られ た た め 少 な くな っ た と考 え ら れ る 。
3 ） オ ゾ ン 生成 に は 酸 素 分 子 の 解 離 の 過 程 が 必 要 で あ る 。酸 素分 子 の 解 離 は 電 子
（
電離 確 率 に 依 存 す る 。こ の 研 究
バ
，針 先 端 間 隔 4 ；05mm 〜LOmm
で は
リア 放 電 を 用 い た オ ゾ ン 生 成 の 具体 的なメ カ
点につ
て の 詳 細 な検討 が必
い
ズム に
ニ
つ
い て は
の ときに オ ゾ ン
，不 朋
ーに よ
運 動 エ ネル ギ
の
生成 効 率
瞭 な点 が 多い た め
が
最
も 良か
今 後 さ らに
，
て決 ま る
っ
っ
た。
これ らの
要で あ る 。
文 献
1】 畑 ・
上野・
松井 ・
中 山 ：「乾 燥 空 気 中で
［
2004）
（
2 針 一平 板 電 極 の バ
“Barrier Discharge
2】 H ．
Ueno ，
K ．
Hata and H ．
Nakayama
［
の
：
リア放電 とオ ゾ ン 生成 1，
電 学論
C ，124，pp．
2228−2234
”
Characteristics　for　The Multiple Needles−to−Plane　Configuratien，
15th　lnt．
Conf．
Gas Dischargcs
and Their
Applications ，1 ，
pp．
227 −230 （
2004 ）
Proc．
ー
3】 前 園 ： 「正 ス ト リ マ コ ロ ナ 放 電 を応 用 し た 体積 オ ゾ ナ イ ザ の 特 性 」，電 学 論 A ，113，pp ．
567 −571 （
1993）
［
・
・
・
「
4
：
オ
ゾ
ン
三
の
119
生 成 に お け る 相放 電 重 畳 法 効果 」 電 学論 A ，
1084−1089 （1999）
［］ 岸 田 田 村 江 原 伊 藤
pp．
，
5］ 岸 田
［
6】 岸 田
［
7】 松 井
［
，
・尾 内 ・田 村 ・江 原 ・
1103−1108 （1997）
伊藤 「放 電 重 畳 法 に よ る オ ゾ ン 生 成 の 高収 率 化 」，電 学 論 A ，117，pp ，
・石 坂 ・田 中 ・江 原 ・
「
590 （1997）
伊 藤 放 電 に よ る オ ゾ ン 生 成 に 及 ぼ す 紫 外 線 の 効 果 」，電 学 論 A ，117，pp585 ・
・八 島 ・浜 口 ・村 田 ・谷 「針 対 平板 電 極 に お け る
ナ 放 電 と オ ゾ ン 生 成 特性 」，静 電 学 誌 ，22，pp ．
98−101
：
コ
：
ロ
（1998）
8］ 金 子
［
・中 島
：
「針 対 セ ラ ミ ッ ク ス
レ 53，
57 （
2004 ）
No ．
p ．
トラ ン
9］
Ueno ，
K ．
Hata　and H ．
Nakayama
［
H ，
電 極 を使 用
ス
したオ ゾン 発
‘
cDevelopment
ofRepulsive Banier
：
生器
，平 成
」
16 電 気 学 会 全 大 講 演 論 文 集 ，
”
D 正scharge fセom Twin　Needles ，
Jpn．
J．
ApplPhys ．
，
1142−1148 （
2007）
46 ，
pp．
［10］電 気 学 会放 電 ハ
［11］
ン ドブ ッ ク 出 版 委
員会
J．
S．
Chang・R ，
M ．
Hobson ・市 川 ・金
田
：
放 電ハ
：電
ン
353 −356 オ ーム 祉 （
2003）
pp ．
・分 子 過 程 ，
p．
124，東 京 電 機 大 学 出 版 局 （1982）
ドブ ッ ク 上 巻 ，
離気 体 の 原子
，
一 11 一
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library