(57)【要約】      （修正有） 【課題】細長い管の内部を処理することが可能な細線状大気圧放電プラズマの生成方法および生成装置の提供。【解決手段】内部電極１として直径１ｍｍの銅線を用い、内部電極１を外形１．９ｍｍ、内径１．３ｍｍの石英管４の中に挿入し、隙間を充填材としてセラミックボンド５で埋め、空気を排除した構造とする。円筒管としての石英管４の外側にアルミ箔を幅２ｍｍのテープ状に切ったものを５ｍｍの間隔で螺旋状に巻きつけて外部電極２とする。内部電極１と外部電極２との間に交流電圧３を印加し、誘電体バリア放電を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極と、該内部電極を包囲する誘電体層と、該誘電体層の外側表面に配設される外部電極とにより線状誘電体バリア放電電極を構成し、該内部電極と該外部電極との間に交流電圧を印加して、線状放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする大気圧放電プラズマ生成方法。
【請求項２】
内部電極と、該内部電極を包囲する誘電体層と、該誘電体層の外側表面に配設される外部電極とにより線状誘電体バリア放電電極を構成し、該内部電極と該外部電極との間に交流電圧を印加して、線状放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする大気圧放電プラズマ生成装置。
【請求項３】
前記内部電極を銅線で構成することを特徴とする請求項２に記載の線状放電プラズマ生成装置。 
【請求項４】
前記銅線の直径を０．３ｍｍ〜１．２ｍｍとしたことを特徴とする請求項３に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項５】
前記誘電体層の外側に円筒管を設けたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項６】
前記円筒管を石英で構成したことを特徴とする請求項５に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項７】
前記内部電極と前記円筒管との間隙に誘電体を充填することを特徴とする請求項５又は６に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項８】
前記誘電体をセラミックボンドで構成ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項９】
前記外部電極を前記誘電体層の表面に螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１０】
前記外部電極の螺旋状に巻回した螺旋間隔を５ｍｍから１０ｍｍとしたことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１１】
前記外部電極を金属膜で構成したことを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか１項記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１２】
前記金属膜を金属箔で構成したことを特徴とする請求項１１に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１３】
前記外部電極をアルミニウムで構成したことを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１４】
前記外部電極をアルミニウム箔で構成したことを特徴とする請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１５】
前記アルミニウム箔の幅を２ｍｍとしたことを特徴とする請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１６】
前記印加電源の電圧を１ｋVから５ｋVとしたことを特徴とする請求項２乃至１５のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１７】
前記印加電源の周波数を１kＨｚから７kＨｚとしたことを特徴とする請求項２乃至１６のいずれか１項に記載の線状放電プラズマ生成装置。
【請求項１８】
線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内の菌をプラズマ放電により滅菌することを特徴とするプラズマ放電による滅菌方法。
【請求項１９】
線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内に菌を埋包した収納体を載置してプラズマ放電により滅菌することを特徴とするプラズマ放電による滅菌方法。
【請求項２０】
線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内に菌を埋包した収納体を載置してプラズマ放電により滅菌することを特徴とするプラズマ放電による滅菌装置。
【請求項２１】
線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ表面を照射し、プラズマ放電によりチューブ表面を改質することを特徴とするプラズマ放電による改質方法。
【請求項２２】
線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ表面を照射し、プラズマ放電によりチューブ表面を改質することを特徴とするプラズマ放電による改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細線状の大気圧放電プラズマを均一に生成方法および生成装置、さらに、それを利用した滅菌方法及び滅菌装置、表面改質方法及び改質装置に関する。  
本発明は、特に、直径が  0.1ｍｍ程度から数ｍｍ以下、長さが数10ｃｍから数ｍの細線状の大気圧放電プラズマを均一に生成方法及び生成装置又はそれを利用した滅菌方法及び装置に係り、さらにチューブ状の樹脂材料や金属細管の内面を表面改質、CVDコーティングあるいは殺菌などの用途に用いることができる。このような直径が、数ｍｍ以下の細線状のプラズマ生成に関する技術開発はこれまでに行われておらず、細線状構造をそのまま直接用いた1次元的な利用から、網目構造の2次元構造にすることにより、大面積表面処理を行う大気圧放電プラズマ源として利用しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
細長いチューブの内壁を表面処理するためのプラズマ生成技術がこれまでに確立されておらず、現在、精力的に研究が行われているのが実情である。細管内のプラズマ処理は、例えば、チューブ内壁の親水性や撥水性の改善や、カテーテルや人工呼吸回路などの細長い管状の医療部品に対する滅菌などにおいて必要とされている。後者の例の場合には、これまでエチレンオキサイドガスを用いたガス滅菌が主に用いられてきた。 
しかしながら、エチレンオキサイドガスは極めて毒性のガスであり、残留ガスの問題、環境面の問題などにより、今後は使用が困難となることが予想される。これに代わる低温滅菌法として、近年、プラズマ滅菌法が研究されている。一般に、高周波やマイクロ波を用いた低圧力下におけるプラズマ放電が用いられているが、細長いチューブ内にまでプラズマを生成することができず、管内滅菌処理は困難となっている。他方、大気圧放電では、大気圧グロー放電や誘電体バリア放電などを用いた滅菌に関する研究が行われているが、概して、平面形状のため滅菌対象物が限られ、これも同様に細管内部のプラズマ処理は困難となっている。またプラズマジェットなどのペンシル状のプラズマ処理の試みも行われているが、熱的な問題や処理面積が限定される問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、線状の誘電体バリア放電方式を用いた大気圧放電プラズマの生成方法および生成装置に係り、これにより上記のような細長い管の内部を大気圧下において、処理することが可能となる。直径数ｍｍ以下、長さ1ｍ以上の線状誘電体バリア放電プラズマの生成することができる。  
【０００４】
これにより、医療分野では、人工呼吸器などの呼吸回路やカテーテルなどの内部を殺菌することができる。また内視鏡の管内に設けられた複数の細管の内部における殺菌処理などにも利用できる。その他の応用としては、細管の内壁コーティングや表面改質などのプロセス処理に利用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、大気圧放電プラズマ生成方法において、内部電極と、該内部電極を包囲する誘電体層と、該誘電体層の外側表面に配設される外部電極とにより線状誘電体バリア放電電極を構成し、該内部電極と該外部電極との間に交流電圧を印加して、線状放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、内部電極と、該内部電極を包囲する誘電体層と、該誘電体層の外側表面に配設される外部電極とにより線状誘電体バリア放電電極を構成し、該内部電極と該外部電極との間に交流電圧を印加して、線状放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記内部電極を銅線で構成することを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記銅線の直径を０．３ｍｍ〜１．２ｍｍとしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記誘電体層の外側に円筒管を設けたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記円筒管を石英で構成したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記内部電極と前記円筒管との間隙に誘電体を充填することを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記誘電体をセラミックボンドで構成ことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記外部電極を前記誘電体層の表面に螺旋状に巻回したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記外部電極の螺旋状に巻回した螺旋間隔を５ｍｍから１０ｍｍとしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記外部電極を金属膜で構成したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記金属膜を金属箔で構成したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記外部電極をアルミニウムで構成したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記外部電極をアルミニウム箔で構成したことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記アルミニウム箔の幅を２ｍｍとしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記印加電源の電圧を１ｋVから５ｋVとしたことを特徴とする。
本発明は、大気圧放電プラズマ生成装置において、前記印加電源の周波数を１kＨｚから７kＨｚとしたことを特徴とする。
本発明は、滅菌方法において、線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内の菌をプラズマ放電により滅菌することを特徴とする。
本発明は、滅菌方法において、線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内に菌を埋包した収納体を載置してプラズマ放電により滅菌することを特徴とする。
本発明は、滅菌装置において、線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ内に菌を埋包した収納体を載置してプラズマ放電により滅菌することを特徴とする。 
本発明は、改質方法において、線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ表面を照射し、プラズマ放電によりチューブ表面を改質することを特徴とする。
本発明は、改質装置において、線状放電プラズマ生成装置をチューブ内に配置し、該チューブ表面を照射し、プラズマ放電によりチューブ表面を改質することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成方法及び生成装置、さらにその生成方法及び生成装置を利用した滅菌方法及び装置の実施の形態について、説明する。
図１は、本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置の断面図である。
図２は、本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置の断面図である。
図３は、本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置にセラミック被覆線を用いた場合の断面図である。
図４は、本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置を利用した滅菌方法及び滅菌装置の説明図である。
【実施例】
【０００７】
線状プラズマを大気圧において生成するため、誘電体バリア放電を利用した電極装置を製作する。 
【０００８】
図１は、本発明に係る細線状電極を用いた誘電体バリア放電プラズマ生成装置の一実施例の断面図である。
内部電極１として、直径１ｍｍの銅線を用い、この内部電極１を外形1.9ｍｍ、内径1.3ｍｍの石英管４の中に挿入し、その隙間を充填材として、セラミックボンド５で埋め、空気を排除した構造とする。その後、円筒管としての石英管４の外側にアルミ箔を幅２ｍｍのテープ状に切ったものを５ｍｍの間隔で螺旋状に巻きつけて外部電極２とする。内部電極１と外部電極２との間に交流電圧３を印加し、誘電体バリア放電を発生させる。
【０００９】
図１に示されたプラズマ生成装置においては、細線状電極は、全長1000 mmの細線状同軸構造とした。内部導体１および外部電極２間に高電圧を印加し、大気圧のガス雰囲気中で放電を行う。
この装置においては、大気中において、周波数5 kHz、電圧2.5 kVの正弦波を印加して放電を行った。
【００１０】
さらに印加電圧を１kＶから５kＶに変えて行なった。また周波数については、１kＨｚから７kＨｚの範囲で行った。
【００１１】
円筒管４としては、石英管のほか、通常のガラスでも良く、その寸法を外形３ｍｍ、内径２ｍｍのものも作製した。
充填材５としては、セラミックボンドに代えて、アルミナを使用することもできる。
外部電極２であるアルミ箔の幅は、２．５ｍｍ、３ｍｍのものを作製した。
また螺旋の間隔は、５ｍｍから１０ｍｍ程度とした。
同様の電極装置を用いることにより、さらに直径0.5ｍｍ、長さ１ｍにわたる極細線状のプラズマを生成させた。大気中での放電中は、オゾンが多量に発生し、薄い紫色の発光が観察された。
【００１２】
図３は、電極装置の他の実施例で、さらに極細線状の放電プラズマ放電を発生させようとするもので、被覆電線を用いた例で、内部電極２１がセラミック被覆２３されている。外径の寸法は、０．３２ｍｍとしている。
被覆表面に外部電極２２を螺旋状に設けている。プラズマ放電６が生成される。
【００１３】
図２は、樹脂製チューブ１１の内部にこの誘電体バリア放電電極装置を挿入し、チューブ１１内にバイオロジカルインデイケータを載置する滅菌装置を示している。 
【００１４】
図４は、樹脂製チューブ１１の内部に誘電体バリア放電電極装置１０を挿入し、チューブ１１内に菌を埋包したセルローズ短冊１２を載置した枯草菌の滅菌装置の概略説明図を示している。
ここで誘電体バリア放電の滅菌効を確認するに当たり、特に、長さ40cmの線状誘電体バリア放電を用いた。
チューブの内径は、１２ｍｍ、１6ｍｍのものを用い、放電時間は、２０分とした。 
【００１５】
滅菌テストにおいては、樹脂製チューブ内に菌個数1000, 10000, 100000個のバシラス・ステアロサーモフィラス菌を埋包した生物指標体を挿入して、大気中での大気放電プラズマを発生させ、菌の死滅が確認された。特に、いずれの場合も低温下において死滅した結果が得られた。
この場合、７６０  Torr  の気圧下で, 周波数は、５kHz, 電圧は、３KV, 正味照射時間は、１０分、１５分、２０分で行った。 
【００１６】
本発明は、医療分野においては、人工呼吸器などの呼吸回路やカテーテルなどの内部を殺菌することができる。また内視鏡の管内に設けられた複数の細管の内部における殺菌処理などにも利用できる。その他の応用としては、細管の内壁コーティングや表面改質などのプロセス処理にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置の断面図である。
【図２】本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置の断面図である。
【図３】本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置にセラミック被覆線を用いた場合の断面図である。
【図４】本発明に係る誘電体バリア放電プラズマ生成装置を利用した滅菌方法および滅菌装置の説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  内部電極 
２  外部電極 
３  交流電源
４  円筒管
５  セラミックボンド
６  プラズマ放電
１０  線状誘電体バリア放電電極装置
１１  チューブ 
１２  バイオロジカルインデイケータ
２１  内部電極
２２  外部電極
２３  セラミック被膜 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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