(57)【要約】処置領域の処置のために非熱ガスプラズマ流を提供するための装置は、非熱プラズマを発生させるためのセル（１４）を備え、セルは、ガスの入口（１８）と非熱ガスプラズマの出口（２０）とを有する。セル（１４）は、ヒートパイプ（４８）を通じてヒートシンク（６）と熱伝導する関係性にあり、ヒートシンク（６）とヒートパイプ（４８）との両方は装置の一部をなす。セルは、通常は、ヒートパイプ（４８）と熱伝導する関係性にある熱伝導率の高い誘電部材（３２）を有する。ヒートシンク（６）は、通常は、セル（１４）の入口（１８）に供給されるべきガスを収容するカプセルである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処置領域の処置のために非熱ガスプラズマ流を提供するための装置であって、非熱プラズマを発生させるためのセルを備え、前記セルがガスの入口と非熱ガスプラズマの出口とを有し、前記セルがヒートパイプを通じてヒートシンクと熱伝導する関係性にあり、前記ヒートシンクと前記ヒートパイプとの両方が装置の一部をなす、装置。
【請求項２】
前記セルが、少なくとも１００Ｗ／（ｍ．Ｋ）の熱伝導率を有する誘電体材料の第１の誘電部材を含み、前記ヒートパイプが前記第１の誘電部材と直接又は間接的に熱伝導する関係性にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記誘電体材料が少なくとも２００Ｗ／（ｍ．Ｋ）の熱伝導率を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記誘電体材料が窒化アルミニウムである、請求項２又は請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記セルが、第２の誘電部材に関連する第１の電極と、随意的に前記第１の誘電部材に関連する第２の電極を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の誘電部材が前記第１の誘電部材と同じ誘電体材料である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材が前記セルの内壁を画定する、請求項５又は請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ヒートパイプが、熱電冷却手段を通じて前記セルと熱伝導する関係性にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の誘電部材が熱電冷却手段と熱的に接触し、前記熱電冷却手段が前記ヒートパイプと熱的に接触する、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の誘電部材と前記第２の誘電部材が両方ともプレートである、請求項５から請求項７まで及び請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンクが前記セルにガスを供給するためのガスカプセルである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の電極を、変圧器を通じて電力源に接続可能である、請求項５〜請求項７まで、請求項９、及び請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記変圧器と前記電力源との両方が前記装置内に組み込まれる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記変圧器が前記第２の誘電部材と熱的に接触する、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記電力源がバッテリであり、前記装置が、前記バッテリからの信号を、非熱ガスプラズマを発生させるための信号に変換するための電気回路を組み込んでいる、請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が、手に持って作動させることができるような重量、サイズ、及び構成である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、ガス流遮断弁と、前記非熱ガスプラズマが選択された温度を超過する場合に又は選択された連続作動期間後に前記弁を自動的に閉じるための手段とを含む、請求項１〜１６のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非熱ガスプラズマ流を提供するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
非平衡ガスプラズマと呼ばれることもある非熱ガスプラズマは、一部がイオン化されたガスであり、該ガス中のイオン及び他の種と自由電子は熱平衡状態ではない。非熱ガスプラズマは、ガスに電気放電をかけることによって生成される。電気放電は、通常は、ガスによって分離される２つの電極間に高電圧をかけることによって生じる。結果として生じる電界に捕まった迷走電子がアノードの方に加速される。これらの電子は、ガスと衝突し、さらなるガス原子又は分子をイオン化する。電界及びガス圧の適切な条件下で電子なだれが引き起こされる。十分なイオン及び電子が生じる場合、可視のグロー放電が存在する。イオン及び電子に加えて、ガス中に存在する原子及び分子への電子衝撃が、原子及びガスを励起する。一部のガスは、励起状態でフォトンを放つことによってそれらの新たに得たエネルギーをほぼ直ちに失う際に蛍光発光する。可視フォトンはガスの組成に応じてガス放電に特徴的な色を与える。しかしながら、一部のガス、例えば、アルゴン又はヘリウムは、蛍光発光しない、したがって比較的長寿命を有する励起状態を生じる傾向もある。これらの比較的安定な励起種は、他のガスを、イオン化させる（「ペニングイオン化」と呼ばれることもある）又は化学的に活性なフリーラジカルに解離させることがある。
【０００４】
電子、イオン、並びに他の安定な励起種及びラジカル種の反応性は、医薬品、オーラルケア、及び産業での非熱ガスプラズマの多くの可能性及び実用性をもたらす。
【０００５】
したがって、非熱プラズマを比較的低い温度（例えば２０℃から４０℃までの間）で及び大気圧で生じさせるための装置に向けて多くの研究開発がなされている。非熱プラズマの有効性は、使用用途に応じて、活性種のその濃度と共に増加すると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、処置領域の処置のために非熱ガスプラズマ流を提供するための装置であって、非熱プラズマを発生させるためのセルを備え、セルがガスの入口と非熱ガスプラズマの出口とを有し、セルがヒートパイプを通じてヒートシンクと熱伝導する関係性にあり、ヒートシンクとヒートパイプとの両方が装置の一部をなす、装置が提供される。
【０００７】
本発明に係る装置は、セルからの熱の迅速な伝導を可能にし、これにより、他の方法では一部の用途には容認できないであろうプラズマの温度を生じるであろう条件下で、セルが或る時間にわたって作動されることを可能にする。オーラルケアの例をあげる。この例では、プラズマの温度を４０℃よりもはるかに高く上げることは望ましくなく、さもなければ、生じるあらゆる不快はさておき、ユーザの歯を損傷させるリスクがある。
【０００８】
本発明に係る装置は、他の方法でははるかに高い温度を生じるであろう条件下で、非熱ガスプラズマの温度を４０℃以下に維持することを可能にする。
【０００９】
本発明に係る装置は、好ましくは、使用時に誘電体材料を通じた電気放電を用いる。したがって、装置は、少なくとも１００Ｗ／ｍＫ（通常は少なくとも２００Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率を有する誘電体材料の第１の誘電部材を含んでもよく、ヒートパイプは、第１の誘電部材と直接又は間接的に熱伝導する関係性にある。
【００１０】
誘電体材料は、通常は窒化アルミニウムであるが、高い熱伝導率を有する他の誘電体材料が代替的に用いられてもよい。
【００１１】
ヒートパイプは、好ましくは、熱電冷却手段を通じてセルと熱伝導する関係性にある。熱電冷却手段は、ヒートパイプにわたる温度差を際立たせるように動作することができる。
【００１２】
本発明に係る装置の典型的な例では、セルは、第２の誘電部材に関連する第１の電極と、随意的に第１の誘電部材に関連する第２の電極とを備え、第１の誘電部材及び第２の誘電部材は、使用時にセル内のガスと電極との接触を防ぐように構成される。（第２の誘電体材料は、通常は第１のセラミック材料と同じ材料であり、第２の電極はセルから除外されてもよい。）この例では、第１の誘電部材は、好ましくは、熱電冷却手段と熱的に接触する状態にあり、熱電冷却手段はヒートパイプと熱的に接触する状態にある。
【００１３】
セルは、どのような便利な構成であってもよい。一例では、第１の誘電部材と第２の誘電部材は同軸チューブの形態であってもよい。代替的に、第１の誘電部材と第２の誘電部材は両方ともプレートであってもよい。
【００１４】
装置は、公知の類の１つ以上の専用ヒートシンク部材を組み込んでいてもよい。しかしながら、セルにガスを供給するためのガスカプセルもヒートシンクとして作用することが好ましい。ガスカプセルは装置内に便利に収容される。
【００１５】
電力源は、少なくとも１つのバッテリであってもよい。
【００１６】
装置は、適宜、バッテリと、バッテリからの電圧信号を非熱ガスプラズマを発生させるための信号に変換するための電気回路とを組み込んでいても又は組み込むように適合されてもよい。
【００１７】
本発明に係る装置は、手に持って作動させることが可能な重量、サイズ、及び構成であるのが便利である。
【００１８】
作動時に、ヒートシンクが熱を持ち、したがってヒートパイプが或る時間にわたってセルから熱を伝導するのにあまり効果的ではなくなるために温度が上がる傾向がある。その結果、プラズマの温度が上昇し始めることがある。したがって、本発明に係る装置は、ガス流遮断弁と、非熱ガスプラズマが選択された温度を超過する場合に又は選択された連続作動期間後に弁を自動的に閉じるための手段とを含んでもよい。
【００１９】
ここで本発明が添付図を参照しながら単なる例として説明される。
【００２０】
図面は縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る処置装置を示す概略図である。
【図２】図１に示される装置に用いられるプラズマセル、半導体電気装置、ヒートパイプ、及びガスカプセルのサブ組立体の分解斜視図である。
【図３】本発明に係る装置に用いられるプラズマセルの、平面図、側面図、断面図、及び拡大断面図を含む図である。
【図４】本発明に係る装置に用いられるプラズマセルの別の実施形態の、平面図、側面図、及び断面図を含む図である。
【図５】本発明に係る装置に用いられるプラズマセルのさらなる実施形態の、断面図及び拡大断面図を含む図である。
【図６】本発明に係る装置に用いられるプラズマセルのさらに別の実施形態の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面の図１を参照すると、プラズマを生成し、これを処置領域、例えば人間又は他の哺乳類の口腔に適用するための内蔵型装置２が概略的に示されている。装置は、手に持った状態で作動されることを意図される。装置は、高密度ポリエチレンなどの適切なプラスチック材料のハウジング又は本体２を備える。本体２は、加圧された供給ガスが入っているカプセルを収容するための第１のアクセス可能区画４と、１つ以上のＤＣバッテリ１０を収容するための第２のアクセス可能区画８とを含む。ハウジング２はまた、非熱ガスプラズマを発生させるためのセル１４がその中に存在する第３の区画１２を有する。ハウジング又は本体２の中に、ガスカプセル６から入口１８を通ってセル１４に延びるガス通路１６が存在する。セル１４は、非熱ガスプラズマを放出するための出口２０も有し、出口２０は、図１に示される装置を用いて行われるべき処置に適した形状及びサイズのアプリケータ２２を受け入れる。例えば、アプリケータ２２は、人間の口腔に挿入するための角度のついた出口を有するチューブの形態であってもよい。通路１６は、ガスの圧力を大気圧よりも僅かに高い値に低減させるように適合されたレギュレータ２４と、オンオフ弁２６を含む。所望の場合、レギュレータ２４は、代替的に、ガスカプセル６の口の中の遮断弁（図示せず）に組み込まれてもよい。
【００２３】
図１に示すように、セルは、第１の（活性）電極２８と通常は第２の（接地）電極３０とを備える。所望の場合、第２の電極３０はセル１４から除外されてもよいが、これは好ましくない。これは、代替的に、アプリケータ２２の遠位端に存在しても又は全く除外されてもよい。第２の電極３０がアプリケータ２２の遠位端に設けられる場合、非熱プラズマの発生は、セル１４からアプリケータ２２の中に延びることがある。
【００２４】
第１の電極２８は、ガスカプセル６からセル１４を通して流れるガス中に放電、通常はグロー放電を発生させる非熱プラズマを生じる及び持続させることができる大きさ及び周波数のピークを有するＡＣ又はＤＣ電圧信号で作動する状態で提供される。放電は、ガスと第１の電極２８との物理的接触を防ぐ誘電体材料を通じて行われる。図１に示される実施形態では、第２の電極３０は誘電体材料にも関連する。したがって、第２の電極３０は第１の誘電部材３２の外表面上に存在し、第１の電極２８は第２の誘電部材３４の外表面上に存在する。したがって、電極２８及び電極３０と非熱プラズマが発生するガスとの間に直接接触はない。こうした構成の利点の１つは、アーク放電があまり起こらなくなることである。アーク放電は、普通は高温を伴うということを含む多くの理由で不利である。
【００２５】
本発明によれば、誘電部材３２及び３４は、良好な誘電特性を有するだけでなく高い熱伝導率も有する材料で形成される。窒化アルミニウムは、１７ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力及び約２８５Ｗ／ｍ．Ｋの熱伝導率を有する適切な材料である。その高い絶縁耐力を考えれば、窒化アルミニウムは、非熱ガスプラズマの発生に適した電界に曝されたときに降伏しないであろう。さらに、石英などの他の誘電体に比べて、窒化アルミニウムは選択された形状に容易に成型することができる。
【００２６】
本発明に係る装置は、第１の誘電部材３２及び第２の誘電部材３４を形成する誘電体材料の高い熱伝導率を利用する。誘電部材３２及び３４は、それらの誘電効果及び熱的効果に加えて、ガス非熱プラズマを閉じ込めるのに役立ち、通常はセル１４に境界を与える。誘電部材３２及び３４は任意の便利な形状に作製できるが、それらは平板の形態をとることが好ましい。誘電部材３２及び３４は、長さ及び幅が比較的大きいが、厚さは比較的薄い。こうした構成は、ガスの電界への暴露を容易にし、電極からのあらゆるガスの最大距離が小さいことを保証する。さらに、これは、どの時点においても収容するガスの体積に比べてプラズマセル１４の大きい内容積を可能にし、したがってガスから熱を運び出す助けとなる。一例では、誘電部材３２及び３４のそれぞれが厚さ０．５ｍｍ未満のとき、プラズマセル１４の幅は約２０ｍｍであり、長さは約５０ｍｍであり、一方、その高さは通常１ｍｍ未満である。
【００２７】
セル１４にプラズマ発生信号を提供するのに用いることができる電力源及び電気回路の多くの異なる構成が存在する。一般に、ガス非熱プラズマを発生させるのに１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲内の電圧ピークが必要とされる。ＡＣ信号又はパルスＤＣ信号のピークの大きさ及び周波数が、生成される非熱ガスプラズマ中の電子、イオン、及び励起原子の数を決定する。電圧ピークの周波数は、通常は２０〜６０ｋＨｚ、特に３０〜４０ｋＨｚの範囲内であってもよいが、より高くする、例えば１００ｋＨｚまでにすることもできる。
【００２８】
図示される実施形態では、第１の電子回路３６が、バッテリ１０からの通常８〜１６Ｖの範囲内の電圧信号をパルスＤＣ信号に変換する。信号が変圧器駆動回路３８に伝導され、変圧器駆動回路３８が、電圧をプラズマ発生レベルに上昇させるのに効果的な変圧器４０を作動させる。バッテリ１０から電子回路３６への信号の提供は、装置２内のすべての電子プロセスを制御する制御盤４２を通じて行われてもよい。制御盤４２は、セル１４へのガス流とパルスＤＣプラズマ発生信号の第１の電極２８への印加との両方を始動するために手動で操作可能な外部スイッチ４４と関連付けられてもよい。したがって、オンオフ弁２６は、制御盤４２から制御されるソレノイド弁であってもよい。
【００２９】
セル１４内の非熱ガスプラズマの発生は、通常はいくらかの熱の発生を伴う。発生する熱の量は、ガスの選定、ピーク電圧、及び電圧ピークの周波数を含む多くのパラメータに依存する。６．７ｋＶのオーダーのピークツーピークＡＣ信号及び３５ｋＨｚのオーダーの周波数では、発生する熱の量は、特にガス組成に敏感であることが観測された。したがって、プラズマセルに供給されるガスが純ヘリウム（９９．９９９９ヘリウム体積％）である場合、プラズマセルで生じる温度は４０℃未満である。２０％よりも多くの純アルゴンがヘリウムに添加される場合、そこから熱が放散されない限りプラズマセルの作動温度が劇的に上昇することがある。したがって、特にプラズマが人体の処置に用いられる場合に、非熱ガスプラズマを生成するのにアルゴンを用いることに難しさが生じることがある。しかしながら、処置が殺菌である場合、アルゴンを用いることの潜在的利点は、作動条件の所与の組の下でヘリウムプラズマ中よりもアルゴンプラズマ中で抗菌物質種のより高い濃度を達成できるため、１つにはアルゴンがヘリウムよりも低い第１のイオン化ポテンシャルを有するため、及び１つには空気とアルゴンの排出プラズマ種との有益な反応のために、潜在的により有効なことであると信じている。
【００３０】
本発明に係る装置は、プラズマセルからの効率的な熱の放散を可能にする。図１を再び参照すると、第１の誘電部材３２は、熱電冷却装置４６と熱的に接触する。熱電冷却装置４６は、図１に示される実施形態ではバッテリ１０によって提供されるプラズマ発生に電力を与えるのに用いられるのと同じ電力源とすることができる電力源に接続される電気回路を形成する金属要素間に交互に配置されるｐ型半導体要素及びｎ型半導体要素の構成を含む。熱電要素は、部材３２から熱電装置４６への伝熱を改善するための熱伝導性シートを通じて又は適切なグリースの使用によって第１の誘電部材３２に取り付けられてもよい。熱電装置４６は、したがって、誘電部材３２と熱的に接触する「冷」端と、部材３２からより遠い「温」端とを有する。熱電装置４６の温端からの熱の放散を容易にするために、装置４６からヒートシンクに熱を伝導するのに１つ以上のヒートパイプが用いられる。ヒートパイプは、通常は、銅などの普通の金属導体の１０倍のオーダーの熱伝導率を有する。それらは、通常は有機である適切な液体の蒸発のエンタルピーを活用する。有機液体は、ヒートパイプの冷端で凝縮する。凝縮した液体は、毛管作用により、例えば吸い上げ部材（図示せず）を通じて、ヒートパイプの温かい端に伝導され、そこで液体が蒸発して、冷却されるべき部材から熱が取り出される。
【００３１】
図１を再び参照すると、ヒートパイプ４８の一方の端は熱電冷却装置４６の温端と熱的に接触し、ヒートパイプの他方の端はヒートシンクとして作用するガスカプセル６と熱的に接触し、該カプセルは、通常は、鋼又はアルミニウム合金から形成される。ヒートパイプ４８は通常は平板状の部材であり、装置２の内部構成は、ヒートパイプが熱電装置４６からガスカプセル６に容易に延びることができるような構成である。図１に示される装置の作動時に、熱電装置とヒートパイプ４８との組み合わせは、セル１４からガスカプセル６に熱を伝導するのに効果的である。こうした熱の伝導は、セル１４がガスカプセル６よりも高い温度である限り起こる。連続作動期間後に、セル１４の温度がガスカプセル６の温度と等しくなる傾向がある。その結果、本発明に係る装置は、連続作動よりも間欠作動により適する。しかしながら、ほんの短い間欠的な時間にわたるプラズマ発生装置の作動を必要とする可能性の高い非ガスプラズマのいくつかの用途がある。一例は、通常は１日の始まりと終わりにほんの数分間用いられることがある、家庭でのオーラルケア又はデンタルケア用の装置である。
【００３２】
ヘリウムは、加圧ガスカプセルから放出されるときに、その温度が下がる傾向があるため、カプセルから熱を取り出す傾向があることが観測された。このカプセル冷却効果は、プラズマセル１４の温度がガスカプセル６の温度よりも著しく高い作動期間を延ばす傾向があるであろう。
【００３３】
ガスカプセル６がヒートシンクとして用いられることは必須ではない。所望の場合、ガスカプセル６の代わりに又はこれに加えて、装置に専用ヒートシンクを用いることができる。例えば、複数のヒートパイプ４８が、熱電装置４６から、１つ以上がガスカプセル６に及び１つ以上が専用ヒートシンクに延びることもできる。１つ以上のヒートパイプ４８は通常は平坦な構成を有する。こうしたヒートパイプは、特にコンピュータで用いるために市販されている。
【００３４】
ここで図２を参照すると、プラズマセル１４、熱電装置４６、ヒートパイプ４８、及びガスカプセル６の１つの可能な構成が示されている。
【００３５】
図１に示される装置は、容易に手に持って作動させることができるサイズ及び重量である。装置の重量を増やさないために、ガスカプセルは、４０ｍｌ未満、通常２５ｍｌ未満の水容量を有することが望ましい。装置を１つのカプセルで作動できる時間を維持するために高いガス貯蔵圧が好ましい。ガス貯蔵圧は、通常５０〜３００バールの範囲内であるが、より高くてもよい。０．５リットル毎分の通常の処置ガス流量において、２００バールの圧力で充填される２０ｍｌの水容量のガスカプセルは、およそ７〜８分の動作寿命を有するであろう。
【００３６】
図１には図示されないが、そこに示される装置は、プラズマセル１４の入口端及び出口端に逆止弁が嵌められてもよく、且つまた、例えばその入口に発泡ＰＴＦＥ部材の形態の多孔性ガス分配器を設けることによって、プラズマの逆放電を防ぐように設計された入口が設けられてもよい。
【００３７】
図１に示される装置に種々の他の変更及び追加がなされてもよい。例えば、装置は、バッテリ１０の代わりに外部電源、例えば交流電源から作動してもよい。同様に、外部ガス源が用いられてもよく、この場合、ハウジング又は本体２内のガスカプセル６の代わりに専用ヒートシンクが用いられてもよい。
【００３８】
ガスカプセル６は、ＷＯ２０１２／０１０８１７Ａで説明及び図示される一体のレギュレータを有する類のものであってもよい。代替的に、ガスカプセル６は、その口に単純にシールを有してもよく、シールを穿刺し、ガスが流れることを可能にするために穿刺針を備えてもよい。
【００３９】
図３を参照すると、プラズマセルの中にガス流を受け入れるためのセル入口１１２と、セルの中で発生した非熱ガスプラズマを放出することができる出口１１４とを有するプラズマセル１１０を備える装置が示されている。プラズマチャンバ１１６は、２つのプレート１１８、１２０間に形成され、これは拡大断面Ａで最もはっきりと見ることができる。プレートは熱伝導性の誘電体材料で作製される。電極１２２は、プラズマチャンバ１１６から遠いプレート１１８の表面上に存在する。電極は、導電体１２４によって電気エネルギー源（図５参照）に接続される。本発明のために不可欠ではないが、第２の電極１２６は、プラズマチャンバ１１６から遠いプレート１２０の表面上に存在し、導体１２８によって電気エネルギー源に接続されてもよい。
【００４０】
プラズマは、処置領域への放電のための活性種が発生するように一般に周囲大気圧付近で発生させられる。大気と大差のない圧力が必要に応じて採用されてもよい。
【００４１】
プラズマチャンバ１１６は、入口と出口との間に延びる第１の寸法Ｄ１と、第１の寸法に対して概して横方向の第２の寸法Ｄ２とにおいて、第１の寸法及び第２の寸法と概して直交する第３の寸法Ｄ３よりも、実質的に大きい大きさを有する。図示されるように、第１の寸法は概してチャンバを通して延び、第２の寸法はチャンバを横切って延び、第３の寸法はチャンバの厚さに延びる。この例では、プレート１１８、１２０は、スペーサ１４２によって離間され、スペーサ１４２は、プラズマチャンバの両側に延び、チャンバの横側をシールし、チャンバの厚さを画定する。
【００４２】
それぞれのスロットマニホルド１３０、１３２が、セル入口１１２及びセル出口１１４を形成し、ガスをチャンバ入口１４０に運び、チャンバ出口１４４から非熱ガスプラズマを運ぶ。マニホルド１３０、１３２は、セル入口１１２及びセル出口１１４から延びてマニホルドのそれぞれ反対端で終端するそれぞれの中央ダクト１３４を有する。マニホルドはそれぞれの溝１３６を有し、溝は、プラズマチャンバの方に面し、中央ダクトと連通する。溝は、プレート１１８、１２０を、それらが位置決めショルダ１３８に当接するように受け入れる。チャンバ入口１４０は、入口マニホルド１３０でプレート間に形成されたスロットであり、チャンバ出口１４４は、出口マニホルド１３２でプレート間に形成されたスロットである。中央ダクトは、プラズマチャンバの幅にわたって概して等しい量のガスを送達する及び引き出すために、入口スロット及び出口スロットの大きさに沿ってチャンバ入口及びチャンバ出口と連通する。使用時に、ガスが、入口１１２からダクト１３４を通してプラズマチャンバ１１６の中に運ばれ、そこでエネルギーを与えられてプラズマを生成する。
【００４３】
スロットマニホルドが示されているが、セル入口及び出口は、プラズマチャンバ内のガスの分布を増加させるためにあらゆる適切な方法で形成されてもよい。
【００４４】
電極１２２は、概して平坦であり、第１の寸法及び第２の寸法において実質的により大きく延び、第３の寸法においてより小さく延びる。電極は、第２の寸法においてプラズマチャンバと少なくとも同一の大きさであり、これにより、発生した電界に曝されずにチャンバを通過できるガスの量を制約する。図示されるように、第２の寸法Ｄ２における電極の大きさは、チャンバの大きさよりも大きく、チャンバとの小さい重なりをもたらし、これはチャンバの十分な横方向の大きさが電極によって発生した電界に確実に曝されるようにする一助となる。（代替的な実施形態（図示せず）では、電極は、放電面にわたって等間隔に分布した多くの縁を提供する微細なメッシュの形態をとってもよい。）電極の横側は、交差を低減するためにプレートの横側から離間される。すなわち、電極の横側がプレートの横側に近接していた場合、電界が、プラズマチャンバを通って電気エネルギーをプラズマチャンバに集中させるのに役立つ構成を呈するのではなく、プレートの側部に沿って曲がることがある。
【００４５】
この例では、第２の電極１２６は、第２のプレート１２０の表面上に存在し、第１の電極の構成に類似した構成を有する。
【００４６】
電極及び電気エネルギー源は、好ましくは、電極が使用時に２から８ｋＶまでの間のＲＭＳ電圧で動作するように構成される。
【００４７】
プラズマセル内で生じる温度は多くの異なるパラメータに依存する。所与の流量、ガス組成、セル体積、及びセル構成に関して、セルに印加される電圧の増加は、励起種及び活性種の濃度を増加させることができるが、セルからの出口でのガスの温度も増加させることがある。第１の効果はしばしば望ましいが、（例えば、出口温度を約４１℃よりも低く保つことが一般に望ましいオーラル処置では）第２の効果は望ましくないことがある。したがって、本発明によれば、装置は、作動時に普通はプラズマセルよりも低い温度で装置内のヒートシンクと熱的に連通するヒートパイプ（図３には図示されない）を備える。したがって、ヒートパイプは、本発明に係る所与のオーラル処置装置で他の方法で許容できるよりも高い電圧をセルに印加できるようにすることができる。
【００４８】
図３を参照して本明細書で説明される実施形態の平坦なプラズマチャンバは、第１の寸法及び第２の寸法において比較的広く、なおかつ第３の寸法において薄い。この構成は３つの利点をもたらす。第１に、ガスは、第１の寸法においてチャンバを通過する際に電界に比較的長時間曝される。第２に、第１の寸法における各単位長さに関して、第２の寸法における比較的大きい幅に起因して比較的大量のガスが電界に曝される。第３に、チャンバの比較的小さい厚さは、チャンバを通過するあらゆるガスの最大距離が電極又は各電極からほんの短い距離であるが、依然として妥当なガス流がチャンバを通ることを保証する。プラズマチャンバの内部表面積がガスの体積に比べて大きく、したがってガスから熱を運び出す助けとなることにも注目されたい。図３に示される例では、チャンバの幅は約２０ｍｍであり、長さは約５０ｍｍである。チャンバの高さは、好ましくは１ｍｍ未満であり、より好ましくは約０．５ｍｍである。
【００４９】
誘電体プレート１１８、１２０はまた、第１の寸法及び第２の寸法において比較的大きいが第３の寸法において薄い。誘電媒体では、電界の強度は、媒体を通過する際に低下し、したがって、薄いプレートの提供は、電界が強度を著しく低下させずにこれを通ることを可能にする。示される例では、プレートは、約５０ｍｍの幅及び長さと好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは約０．５ｍｍの厚さを有する。
【００５０】
しかしながら、多くの誘電媒体は、チャンバ内に大気圧プラズマを発生させるのに十分に高い電界に曝されるときに不十分な強度を有することに注目される。これらの誘電体は、低電界に曝されたときに分極したままであり、電気絶縁性であるが、高電界は、媒体を降伏させ、電荷を伝導させるであろう。電荷が媒体を通じてプラズマチャンバに直接流れる場合、ガスを通じて下流の処置される人にアーク放電が起こることがあり、且つまた望ましくない活性種を生み出すことがある。例えば、アルゴン又はヘリウムなどの適切なガスでは、電極に必要な電位は、１〜１０ｋＶの範囲内であることがあり、したがって、プレートの厚さが１ｍｍの場合、媒体の絶縁耐力は、１〜１０ｋＶ／ｍｍの範囲内の対応する電界強度を上回らなければならない。窒化アルミニウムは、１７ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有する適切な材料であり、したがって、プラズマを発生させるのに十分に高い電界に曝されたときに降伏しないであろう。加えて、ＡｌＮは、石英などの他の誘電体に比べて、薄い一様なシートに成型することができる。
【００５１】
プレートの誘電体材料の選択は、高い絶縁耐力を有するべきであるだけでなく、イオン化中のプラズマチャンバ内の温度の上昇に起因してチャンバ内のガス及びプラズマから熱を伝導することがさらに必要とされるため制約される。プラズマチャンバから放出されるガス混合物の温度は、使用用途に依存するが、通常は６０℃未満であり、より好ましくは４０℃未満である。イオン化プロセスが特定の構成に応じてガス混合物を１００℃ほどに加熱するので、温度は低下されなければならない。公知の構成はプラズマチャンバの下流にガスとプラズマとの混合物の冷却を提供するが、本発明の実施形態は、付加的な下流の冷却装置の必要性を回避し、代わりにガスが依然としてプラズマセルの内部にあるときにガス及びプラズマを冷却する。したがって、本発明のプラズマチャンバのプレートは、プラズマチャンバ内のガス混合物から熱を伝導するために非常に高い熱伝導率を有する材料で作製される。通常、１００Ｗ／ｍ．Ｋを上回る高い熱伝導率を有する材料は金属又は金属合金（銅など）であり、一方、誘電体材料は、比較的低い熱伝導率を有する。金属はプラズマチャンバから熱を伝導するが、それらは電気絶縁体として明らかに不適切である。同様に、誘電体材料は、良好な電気絶縁体であるが不良な熱伝導体である。窒化アルミニウムは、約２８５Ｗ／ｍ．Ｋの高い熱伝導率を有する材料である。上に示したように、窒化アルミニウムはまた、高い絶縁耐力を有し、したがって、本発明の好ましい実施形態では、プラズマチャンバのプレートは窒化アルミニウムで作製される。
【００５２】
ガス冷却がプラズマチャンバの中で起こり、プラズマチャンバの下流に別個の冷却装置が必要とされないので、プラズマチャンバ自体を適用位置又は処置位置のより近くに配置することができる。プラズマチャンバ内で発生する活性種がコンマ数秒であり得る限られた寿命を有するので、有益な結果を達成するのに用いることができる活性種の量を増加させるために、プラズマ発生部位を処置領域の近くに配置することが望ましい。
【００５３】
本発明に係る装置に用いられるプラズマセルのさらなる実施形態が図４に示される。図４に示されるプラズマセル１４６は図３に示されるプラズマセルと類似しており、したがって同様の特徴に同じ参照番号が与えられ、再び詳細には説明されない。
【００５４】
図４では、電気エネルギー源の一部をなす変圧器１４８が示される。変圧器は、手持ち式装置のハウジング内に存在する低電位バッテリ（図示せず）からワイヤ１５２によって電気エネルギーを受け取り、高い電気的ポテンシャルで放電を駆動するために電位を上げる。この図では、１つのみの電極１２２が用いられる。高い電気的ポテンシャルを搬送するのに適した導電体１５０が、変圧器４８と電極１２２との間に延びる。変圧器が近傍に存在し、したがって導体接続が短く、容量性損失を減らしうることが分かるであろう。変圧器は、使用中に熱損失を生じ、冷却を必要とする。したがって、熱伝導性プレート１８上に存在する電極１２２と熱的に及び密接に接触する変圧器の場所が、変圧器の冷却をもたらす。この配置は、手持ち式装置のどこかに他の冷却部品を必要とせずに、変圧器から熱を伝導するために、窒化アルミニウムで作製されてもよいプレートの高い熱伝導率をさらに活用するので有用である。図４の修正された構成では、変圧器は、プラズマチャンバのプレート１２０上に存在してもよく、電極は、プレート１１８上に存在してもよい。プレート１１８は、図１に示され図１を参照して説明される装置に類似の様態で熱電冷却装置及びヒートパイプと作動的に関連付けられてもよい。
【００５５】
プラズマセルの別の実施形態が図５に示される。図５に示されるプラズマセルは図３に示されるプラズマセルと類似しており、したがって同様の特徴に同じ参照番号が与えられ、再び詳細には説明されない。
【００５６】
図５では、プラズマセル１５４は、プラズマチャンバ１１６から遠い第２のプレート１２０の表面上に、第２のプレートから熱を運び出すための熱電冷却装置を備える。
【００５７】
熱電装置の好ましい構成では、交互配置されるｐ型半導体要素及びｎ型半導体要素が、電力源に接続される電気回路を形成する金属要素間に挟まれる。ｐ型要素及びｎ型要素における電荷担体の流れが「高温」金属要素の方に誘導されて、「低温」金属要素から熱を流れさせる。図５に示すように、第１の金属要素１５６（「低温」要素）は、第２のプレート１２０の表面と熱的に接触し、第２の金属要素１５８（「高温」要素）は、交互配置されるｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域１６０によって第１の要素に接続される。第１の要素は、プレートから装置への伝熱を改善するために熱伝導性シートを通じて又はグリースによって誘電体プレートに取り付けられてもよい。第２の要素１５８は、プラズマチャンバから熱を運び出すために第１の要素と及び第２の要素との間に温度差を生じさせる電位を要素間に印加することによって装置を駆動するための電気エネルギー源（図示せず）にワイヤによって接続される。電極を駆動する電力源はまた熱電冷却装置を駆動してもよい。便利には、この場合、図４に示される電源の変圧器と熱電装置は、冷却された誘電体プレートも変圧器から熱を伝導し得るように、同じ誘電体プレート上に互いに隣接して存在する。変圧器は、セルから遠くに存在することがある１つ以上のバッテリに、それ自体で接続される。
【００５８】
こうしたペルチェ装置は、低温要素を概して平坦に且つ第１の寸法及び第２の寸法において広いように構成することができるので、当該状況では適切である。この場合、これはプラズマチャンバのプレート１２０との大きい接触面積を有する。
【００５９】
こうした熱電装置に加えて、冷却装置はまた、熱電装置からプラズマ発生装置内に組み込まれたガスカプセル又は他のヒートシンクに熱を伝導するための経路を提供するヒートパイプ１６２を備える。
【００６０】
熱電装置は、プラズマセル内のガスの温度に依存して使用の間中、作動されてもよく、又は温度低下の短いバーストにわたって間欠的に作動されてもよい。ガスの温度を感知するためにセンサ（図示せず）が配置されてもよく、熱電装置は、センサから受信した温度信号に応答して作動されてもよい。代替的に、熱電装置は、プラズマセルの活性化から或る時間後にのみ作動を開始してもよく、これにより、プラズマセルが過熱する前の始動時のエネルギーを節約する。
【００６１】
プラズマセルのさらなる実施形態が図６に示される。プラズマチャンバ１６６は、熱伝導性誘電体プレート１６８と、別の熱伝導性誘電体プレート１７０とを備える。この実施形態では、プレート１６８は、ガスをチャンバ入口１７６からチャンバ出口１７８に運ぶための、チャンバ内のより長いガス滞留時間をもたらす、蛇行ダクト１７４を備える。入口と出口との間のガスの真の流れは第１の寸法Ｄ１であるが、本明細書に記載の他の実施形態とは異なり、ダクトの中のガスは、概して第２の寸法Ｄ２に延びるダクトの多くの区域を通して流れる。このように、或る量のガスがプラズマチャンバの中に存在する時間が前の実施形態に比べて延長される。この増加した滞留時間は、エネルギーを得てプラズマを生成できるガスの量を増加させるだけでなく、熱伝導性プレートによってガスからより多くの熱が伝導されることも可能にする。
【００６２】
ダクトは、プレートのうちの一方のみの表面に溝を切り、一方、他方のプレートの対向面は平坦なままにすることによって生産されてもよい。代替的に、各プレートに相補的な溝が形成されてもよい。１つ以上の溝が、例えば１つ以上のプレートの中に約０．２ｍｍの深さに延びるようにレーザエッチングすることによって形成されてもよい。
【００６３】
プレートは、プレートの貫通孔１８０の中のファスナ（図示せず）によって互いに接合される。プレートは、チャンバを封止するために封止手段が入れられる周辺溝１８２をさらに備えてもよい。
【００６４】
プラズマセルの他の構成部品は、前の実施形態の構成部品と類似しており、再び説明されない。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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