(57)【要約】【課題】医療等に用いる大気圧プラズマの発生装置として、従来のトーチ型のプラズマ装置は、照射面積が小さく、プラズマの効果を広範囲に均一にもたらすことが困難であるという問題があった。よって密度が均一で、かつ照射面積が広い大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置を提供することが、本発明が解決しようとする課題である。【解決手段】誘電体からなる筒状基体２０の一端にテーパ部２１を設け、このテーパ部２１の外周には多相交流を付加する面電極４０を二以上備えると共に、このテーパ部２１の先端にはプラズマ噴出口２３を設け、筒状基体２０の内側に金属電極３０を遊嵌し、筒状基体２０の他端からプラズマ原料ガスを導入する大気圧プラズマ発生装置により上記問題を解決した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる筒状基体の一端にテーパ部を設け、
このテーパ部の外周には多相交流を付加する面電極を二以上備えると共に、
このテーパ部の先端にはプラズマ噴出口を設け、
前記筒状基体の内側に金属電極を遊嵌し、
前記筒状基体の他端からプラズマ原料ガスを導入する大気圧プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記金属電極の一端には金属テーパ部を有すると共に、
前記金属電極の金属直線部にフランジを設け、
このフランジに前記プラズマ原料ガスが通過する通過孔を二以上設けた請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記金属電極が、
前記筒状基体に対して、この金属電極の軸線方向に動作可能な構成とする請求項１又は請求項２に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置を使用した医療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマ発生装置及びそれを使用した医療器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマを利用した医療の研究が盛んに行われている。低温（常温）の大気圧プラズマの照射により、癌細胞のアポトーシス（細胞死）誘発、止血、皮膚疾患等の治癒や再生に効果があり、またプラズマを照射した溶液については生物活性を有するとの報告もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記照射に用いるためのプラズマ発生装置として、特許文献１に記載のグロー放電を利用したトーチ型プラズマ装置は、照射面積が小さく、プラズマの効果を広範囲に均一にもたらすことが困難であるという問題があった。よって密度が均一で、かつ照射面積が広い大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置を提供することが、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決すべく次のような技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１記載の発明は、誘電体からなる筒状基体２０の一端にテーパ部２１を設け、このテーパ部２１の外周には多相交流を付加する面電極４０を二以上備えると共に、このテーパ部２１の先端にはプラズマ噴出口２３を設け、前記筒状基体２０の内側に金属電極３０を遊嵌し、前記筒状基体２０の他端からプラズマ原料ガスを導入する大気圧プラズマ発生装置である。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、前記金属電極３０の一端には金属テーパ部３１を有すると共に、前記金属電極３０の金属直線部３２にフランジ３３を設け、このフランジ３３に前記プラズマ原料ガスが通過する通過孔３５を二以上設けた請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置である。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、前記金属電極３０が、前記筒状基体２０に対して、この金属電極３０の軸線方向に動作可能な構成とする請求項１又は請求項２に記載の大気圧プラズマ発生装置である。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置を使用した医療器具である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、誘電体からなる筒状基体２０の一端に設けたテーパ部２１の外周に、多相交流を付加する面電極４０を二以上備えることにより、バリア放電による大気圧プラズマを容易に発生させることができる。
【００１０】
また、筒状基体２０の他端からプラズマ原料ガスを導入し、テーパ部２１の先端から、プラズマ原料ガスの流れに従い、プラズマ状態の気体を噴出することにより、密度が均一でかつ照射面積が広いプラズマを照射できる。
【００１１】
更に、筒状基体２０の内側に金属電極３０を遊嵌することで、この点でもプラズマを容易に発生させることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、金属電極３０の一端には金属テーパ部３１を有し、金属電極３０の金属直線部３２にフランジ３３を設けたことにより、多相交流によるプラズマの発生をより容易にできる。
【００１３】
またフランジ３３に、プラズマ原料ガスが通過する通過孔３５を設けたことにより、プラズマ原料ガスの流速を一定に保ちながら、ガス供給量を抑えることができる。これによりガスのランニングコストを抑えることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、金属電極３０が、筒状基体２０に対して、この金属電極３０の軸線方向に動作可能な構成としたことにより、プラズマ発生後金属電極３０をプラズマ噴出口２３から遠ざけることができる。これにより金属電極３０がプラズマにより削られることが防止でき、金属電極３０の寿命を長くできると共に、噴出するプラズマを含む気体に金属が含有することを防止できる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、密度が均一でかつ照射面積が広い大気圧プラズマを照射して、癌細胞の細胞死を誘発する等の医学的効果を得ることができる。また、操作が容易な医療器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置の外観図である。
【図２】図１の大気圧プラズマ発生装置の断面図である。
【図３】図１の大気圧プラズマ発生装置の電源装置の構成図である。
【図４】図１の大気圧プラズマ発生装置のプラズマ発生時の説明図である。
【図５】図１の大気圧プラズマ発生装置の使用図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第一実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置１の外観図で、図１（ａ）には正面図を、図１（ｂ）には右側面図を示す。また図２は、図１の大気圧プラズマ発生装置の断面図で、図２（ａ）には、図１のＳ断面図を、図２（ｂ）には、図１のＴ断面図を示す。本実施形態においては、図１（ａ）の右側、即ち後述するプラズマ噴出口２３のある側を大気圧プラズマ発生装置１の前側、図１（ａ）の左側を後側として説明する。
【００１９】
大気圧プラズマ発生装置１は、石英ガラスなどの誘電体からなる筒状基体２０と、この筒状基体２０の内側に遊嵌した金属電極３０と、筒状基体２０のテーパ部２１に設けた多相交流を付加するための二以上の面電極４０、・・・と、プラズマ原料ガスを導入するためのガス供給口５０とから構成される。
【００２０】
本実施形態における筒状基体２０は、大気圧プラズマ発生装置１の前側に設けたテーパ部２１と、直線部２２とから構成され、この直線部２２は、厚さ１、２ｍｍの石英ガラスの円柱体で、外形が円柱形状であると共に、外形の軸心と同軸の円柱形状の内面を有する。テーパ部２１の外周には、多相交流を付加するための面電極４０を６枚、接着剤を用いて固定し、大気圧プラズマ発生装置１の後部に設けた端子４１までそれぞれ配線する。テーパ部２１の前側先端には、直線部２２と径の異なる円筒部を設け、この前側を開放しプラズマ噴出口２３とする。このプラズマ噴出口２３の径は、３０ｍｍである。筒状基体２０の後端には後蓋２４を固定し、この後蓋２４には、電源装置７０と電気的に接続するための端子４１や、大気圧プラズマ発生装置１の後方からプラズマ原料ガスを導入するためのガス供給口５０を設ける。
【００２１】
金属電極３０は、比較的表面の傷つきにくいステンレス製で、概略の形状は中実の円柱である。金属電極３０は、前側の金属テーパ部３１と、後側の金属直線部３２により構成し、金属直線部３２の前部にフランジ３３を設ける。このフランジ３３の外径は、筒状基体２０の内径よりも数百μｍ程度小さくし、このフランジ３３に金属電極３０の軸心と平行に、プラズマ原料ガスが通過するための通過孔３５を６つ等分に配置する。金属電極３０の金属テーパ部３１のテーパ角θ２（図４参照）は、筒状基体２０の前部に設けたテーパ部２１のテーパ角θ１と同じであり、これにより筒状基体２０のテーパ部２１と、金属電極３０の金属テーパ部３１との、対向する部分の距離が等しくする。なお金属電極３０の材料は、プラズマの照射対象により銅やこれらの合金などを用いることが可能である。加えて、テーパ角θ１とθ２の大きさを同じとしたが、特にこれに限定するものではなく、例えば、θ２をθ１よりも小さくしてプラズマ噴出口２３に近い領域で、対向する部分の距離を小さくして、プラズマの発生を容易にすることも可能である。
【００２２】
金属電極３０には、この金属電極３０を筒状基体２０に対して、相対的に後側、即ちプラズマ噴出口２３と逆方向に動作させることができる機構を設ける。本実施形態では、外周に螺子を切ってある円柱形状のオスネジ６０を金属電極３０の後部に設けると共に、筒状基体２０の後蓋２４の中央に設けたネジ孔６２と螺合させる。そして、オスネジ６０の後部に設けたハンドル６１を回転させることで、金属電極３０を、金属電極３０の軸心方向であって、プラズマ噴出口２３と逆方向に動作させることができる。金属電極３０の後部には、金属電極３０の動作を円滑に行うための案内体３４を、金属電極３０の円周方向に等分に配置する。なお、金属電極３０の前端は、緩やかなＲ形状とし、異常放電が起こるのを防止する。動作機構としては、本実施形態以外にエアシリンダや、モータを用いる構成を採用することもできる。
【００２３】
誘電体からなる筒状基体２０の一端に設けたテーパ部２１の外周には多相交流を付加する面電極４０を二以上備えることにより、バリア放電による大気圧プラズマを容易に発生させることができる。
【００２４】
また、筒状基体２０の他端からプラズマ原料ガスを導入し、テーパ部２１の先端から、プラズマ原料ガスの流れに従い、プラズマを含む気体を噴出することにより、密度が均一でかつ照射面積が広いプラズマを照射できる。
【００２５】
更に、筒状基体２０の内側に、この筒状基体２０と同心の金属電極３０を遊嵌することで、プラズマを容易に発生させることができる。
【００２６】
金属電極３０の一端には金属テーパ部３１を有し、金属電極３０の金属直線部３２にフランジ３３を設けたことにより、多相交流によるプラズマの発生をより容易にできる。
【００２７】
またフランジ３３に、プラズマ原料ガスが通過する通過孔３５を設けたことにより、プラズマ原料ガスの流速を一定に保ちながら、ガス供給量を抑えることができる。これによりガスのランニングコストを抑えることができる。
【００２８】
金属電極３０が、筒状基体２０に対して、この金属電極３０の軸線方向に動作可能な構成としたことにより、プラズマ発生後金属電極３０をプラズマ噴出口２３から遠ざけることができる。これにより金属電極３０がプラズマにより削られることが防止でき、金属電極３０の寿命を長くできると共に、噴出するプラズマを含む気体に金属が含有することを防止できる。
【００２９】
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置１に接続する電源装置７０の構成について、図３により説明する。図３では、一点鎖線内が電源装置７０であり、この電源装置７０から筒状基体２０の後蓋２４に設けた端子４１を介在して、面電極４０までの配線を示している。電源装置７０は、多電極型交流放電電源装置であり、電源装置７０内のインバータ７２が、互いに対向する一対の面電極４０毎に設けられ、本実施形態では、３対の分割した面電極４０に対して、３個のインバータ７２、・・・を備える。更に電源装置７０内には、それぞれのインバータ７２、・・・の位相等を制御する制御部７１と、インバータ７２、・・・に直流電圧を印加する整流器７３を備える。
【００３０】
本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置１のプラズマの発生方法、及びその使用方法について図４及び図５により説明する。図４は本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置のプラズマＰの発生時の説明図であり、筒状基体２０前部の断面図である。図５は、本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置１の使用状態を示す。
【００３１】
大気圧プラズマ発生装置１で発生するプラズマＰは、非平衡プラズマであり、プラズマＰを含む気体の温度は、医療に用いることができる温度内（数℃から１００℃まで）に収まる。プラズマとは、荷電種であるイオンや電子、及び中性種であるラジカルの集団であり、有機物である癌細胞のアポトーシス（細胞死）誘発、止血、皮膚疾患等の治癒や再生に効果があり、またプラズマを照射した溶液については生物活性を有する場合がある。
【００３２】
大気圧プラズマ発生装置１の使用者は、金属電極３０を遊嵌した筒状基体２０のハンドル６１を操作して、筒状基体２０のテーパ部２１と、金属テーパ部３１との距離を所定量に設定して固定する。この距離は、プラズマ原料ガスの流速や、多相交流の電圧、周波数等によって異なり、プラズマを発生させる際のパラメータの一つとなる。この際、電源装置７０と面電極４０とを端子４１により接続する。
【００３３】
次に使用者は、プラズマ原料ガスを筒状基体２０の後部のガス供給口５０から供給する。プラズマ原料ガスは、図４の矢印で示したように筒状基体２０の直線部２２を流れ、金属電極３０の６個の通過孔３５を通過した後、テーパ部２１でプラズマＰを発生させる。プラズマ原料ガスは、公知のアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の希ガスや窒素等が該当し、プラズマの用途により使い分ける。プラズマ原料ガスのガス流の流速は、プラズマ噴出口２３で３ｍ／ｓｅｃ〜３５ｍ／ｓｅｃとすることが望ましい。
【００３４】
次に使用者は、多相交流を面電極４０に付加する。交流電圧は数ｋＶ程度とし、給電電力の周波数は１０ｋＨｚから２００ｋＨｚの間で使用するのが望ましい。インバータ７２に直流電圧を供給しインバータ７２、・・・により交流に変換された電力が、端子４１を介して面電極４０、・・・に供給される。そして電源装置７０の制御部７１の位相制御によりバリア放電が行われる。この放電は所定の位相だけずれた状態で行われ、プラズマＰが発生する。この際、プラズマ原料ガスが筒状基体２０の後部から前部に向けて流れているので、生成されたプラズマＰがプラズマ噴出口２３より噴出する。
【００３５】
次に使用者は、プラズマＰの発生が、継続的に行われるのを確認した後、ハンドル６１で金属電極３０をプラズマ噴出口２３から遠ざける方向に動作させる。
【００３６】
使用者は、本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置１を、プラズマ噴出口２３を下にした状態で架台の上に固定し、プラズマ噴出口２３の下方にプラズマ被照射体を置くことも可能であるが、例えば図５に示すように、大気圧プラズマ発生装置１を被覆し、それを手に持って、プラズマ被照射体に照射することも可能である。なお本稿において医療器とは、人体に対して使用するもののほか、生物の細胞に対して使用するものも含む概念である。
【符号の説明】
【００３７】
１  大気圧プラズマ発生装置
２０  筒状基体
２１  テーパ部
２２  直線部
２３  プラズマ噴出口
２４  後蓋
３０  金属電極
３１  金属テーパ部
３２  金属直線部
３３  フランジ
３４  案内体
３５  通過孔
４０  面電極
４１  端子
５０  ガス供給口
６０  オスネジ
６１  ハンドル
６２  ネジ孔
７０  電源装置
７１  制御部
７２  インバータ
７３  整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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