静電気学会誌，42, 1（2018）27-33

J. Inst. Electrostat. Jpn.

論

文

コンタクトレンズ用プラズマ殺菌装置の開発
佐藤 岳彦 ，神山 秀人 ，中嶋 智樹 ，長沢 敏勝 ，藤村 茂
＊, 1

＊

＊

＊＊

，中谷 達行＊＊＊＊＊＊＊（2017年9月11日受付；2017年12月14日受理）

Development of Plasma Sterilization Device for Contact Lens
＊,1

＊

＊

＊＊

Takehiko SATO , Hideto KAMIYAMA , Tomoki NAKAJIMA , Toshikatsu NAGASAWA ,＊＊＊＊＊＊＊and Tatsuyuki NAKATANI
Shigeru FUJIMURA（Received September 11, 2017; Accepted December 14, 2017）
A small plasma sterilization device was developed for the purpose of sterilization of contact lenses. Envisioning its practicalapplication, a discharge method with high performance in sterilization was studied which is capable of generating ozone-basedgas as well as reducing generation of nitrogen oxides, whose postprocessing is difficult. Dielectric barrier discharge wasadopted for this device and shape of the electrodes, thickness and material of the insulator and the discharge conditions were
optimized, and thereby the base development for the practical application was successfully done.

1．はじめにコンタクトレンズの装用人口は現在も増え続け，その利用者はさらに増加すると予測されている．一方で，コンタクトレンズ装用に伴う眼障害も増加傾向にあり，装用者の 7～10％にコンタクトレンズ関連角膜感染症など

表 1 既存のコンタクトレンズ消毒洗浄方法
Table 1 Conventional disinfection methods for contact lens.
方法

長所

煮沸消毒

・優れた消毒効果
・過熱によるレンズの・短い消毒時間
劣化や変形，装用感・薬品由来の過敏症の悪化，寿命の短縮がない
・コンセントが必要

過酸化
水素消毒

・コンセント不要・煮沸消毒より消毒効
・過熱によるダメー
果が低い
ジがない
・消毒後の中和作業
・MPS より消毒効果 ・誤使用による眼合併
が高い
症の恐れ

が発生していると推察されている ．こうした角膜感染
1）症の原因となる病原体としては原虫，細菌，真菌，ウイルス等が挙げられる．具体的に，コンタクトレンズ障害の三大原因菌と言われるのは，黄色ブドウ球菌，緑膿菌，
アカントアメーバである． そのため，コンタクトレン
ズは細菌等の繁殖を防ぐ目的で装用後に消毒を行う必要がある．コンタクトレンズにおいて洗浄が必要なタイプ

短所

・コンセント不要
・消毒効果が低い
・過熱によるダメー ・過敏症がある
ジがない
・ケアのすべてが行えるMPS

は世界シェアで 7 割程度と洗浄需要は非常に大きい．
表 1 に主なソフトコンタクトレンズ消毒法の特徴を示す．コンタクトレンズの消毒は，発売当時は煮沸消毒のキーワード：プラズマ流，オゾン，窒素酸化物，水中殺菌，化学輸送＊東北大学流体科学研究所（〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平 2-1-1）
Institute of Fluid Science, Tohoku University, Katahira
2-1-1, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi, Japan＊＊
株式会社平山製作所（〒344-0014 埼玉県春日部市豊野町 2-6-5）
Hirayama Manufacturing Corporation, Toyono-cho 2-6-5,
Kasukabe-shi, Saitama, Japan＊＊＊
東北医科薬科大学（〒981-8558 宮城県仙台市青葉区小松島 4-4-1）
Tohoku Medical and Pharmaceutical University,
Komatsushima 4-4-1, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi, Japan＊＊＊＊
岡山理科大学（〒700-0005 岡山県岡山市北区理大町 1-1）
Okayama University of Science, Ridaicho 1-1, Kita-ku,
Okayama-shi, Okayama, Japan1
sato@ifs.tohoku.ac.jp

みであったが，現在では市販の消毒剤を用いた化学消毒が主流となっており，過酸化水素消毒やマルチパーパス
ソリューション（ MPS ）などが用いられる．特に，洗浄・すすぎ・消毒・保存の一連のケアを一つの商品で行うことができる MPS を使用する人が多く，コンタクトレンズ
使用者の 4 分の 3 が MPS を使用しているとされる．しかし，国民生活センターによる報告では，現状で市販されている MPS では病原性微生物の殺滅が不十分であるとされており ，消毒性能において課題が挙げられる．また，
2）消毒に最短でも 4 時間を要し，さらに，洗浄液を持ち運ぶことや買い足しの必要があるため，利便性の面でも課題が挙げられている．過酸化水素消毒は短時間で十分な消毒効果を得ることができるが，消毒後のコンタクトレ
ンズを中和する必要があり，中和せずに装用すると重大な眼障害を引き起こしてしまう恐れがある．加えて，消静電気学会誌 第42巻 第 1 号（2018）28

毒液と中和剤を常にセットで持ち合わせる必要があり，
MPS 同様に利便性に課題がある．一方，医療現場で用いられている滅菌法は，高圧蒸気滅菌，酸化エチレンガス
滅菌，放射線滅菌などがあるが，いずれも装置が大型であり一般家庭における日常使いには適していない．
低温プラズマは，室温程度で UV や反応性化学種を生成することが可能である．プラズマにより生成される
UV や反応性化学種は，滅菌に有効であることが知られている ．Sato らは，大気圧条件下で Ar プラズマを用3）

図 1 実験装置
Fig.1 Schematic of experimental setup.

いた大腸菌の不活化実験において，UV による核酸の損
傷，細胞膜および外膜の損傷が滅菌要因であったことを報告している ．J. Pollack らは，減圧環境下で Ar プラ
4）

ズマを生成し，UV により Bacillus atrophaeus の芽胞を滅菌することに成功したと報告している ．K. G. Kostov
5）

らの報告によると，大気圧下，空気中で誘電体バリア放電（ Dielectric barrier discharge: DBD ）を用いて黄色ブド
ウ球菌と大腸菌の滅菌を行い，20 分以内で滅菌することに成功し，滅菌要因は活性酸素種と活性窒素種によるエッチングであったとしている．また，大気圧プラズマ
では，O, OH, O3, NO, NO2 などの反応性化学種が滅菌に大きく寄与していると報告されている．プラズマ処6-8）

理は多様な微生物の滅菌が可能であり，V. Scholtz らは大腸菌や表皮ブドウ球菌といった 10 種類の微生物および酵母を播種した寒天や懸濁液に対してコロナ放電を行

図 2 電極構造．
（ a ）厚さ 1.0 mm のガラス平板，（ b ）厚さ0.2 mm のアルミナ平板，（ c ）放電領域．
Fig.2 Details of electrode configurations.（ a ）Glass plate of 1.0
mm in thickness.（ b ）Alumina plate of 0.2 mm inthickness.（ c ）Discharge region.

い，程度の違いはあるものの放電処理の効果がすべての微生物において認められたと報告している ．
9）12500A-3）から供給した．低電圧タイプは，周波数 40

著者らも，大気圧低温プラズマを利用した滅菌装置のkHz，±1.4 kV の正弦波を電源（ HARCLON，HR191919）

開発に取り組んでおり，プラズマは一般家庭用のコンタから供給した．電圧を断続して供給する場合は，タイマー

クトレンズ殺菌法として適していると判断した．実用化を利用して時間を制御した．電圧は下側の電極に印加し，においては，窒素酸化物の発生抑制に加え，装置の小型電極の周囲にプラズマを発生させた．プラズマを発生させ化が重要課題となる．

る箇所以外は絶縁テープで被覆した．容器内には，水を入そこで本研究では，±3.1 kV の低電圧電源を用い，直れず空気だけの場合と，水を入れる 2 つの条件について検線状および鋸歯状の電極を小型化するため円形とし，そ討した．水を入れる場合は，純水を 2 mL 注入した．容器の大きさを最適化する．また，最適化した円形電極を用は容積 5 mL のコンタクトレンズ保管用の容器を利用した．

いて，低電圧化した±1.4 kV の電源を利用した場合につ

図 2 に試作した電極形状を示す．
（ a ）は直径 20 mm，いて，電圧印加条件などの最適化を図り，プラズマ特性

厚さ 1.0 mm の円形ガラス板に，直径 10 mm，7 mm，4

や容器内の気液流動特性ならびに滅菌特性を明らかにすmm の 3 種類のアルミ電極を配置し，±3.1 kV の電源にることを目的とする．

利用した．
（ b ）は一辺 15 mm，厚さ 0.2 mm の正方形のアルミナ板に直径 4 mm のアルミ電極を配置した．いず2．実験方法れも，接地電極は円形電極の直径を内径，円形電極＋ 4

図 1 に実験装置の概要を示す．プラズマは誘電体バリア

mm の外径を有するリング状であり，放電を行わない箇放電（ DBD ）により生成した．円形ガラス板もしくは正所は絶縁テープで被覆した．

方形型アルミナ板の両面に円形状のアルミテープ電極を接滅菌の効果を確認するために，指標菌として，Geobacillus

着させた電極を容器の蓋の内側に設置した．電極間に周Stearothermophilus（ ATCC 7953）の芽胞が塗布された生

波数 25 kHz，±3.1 kV の擬似正弦波を電源（利佳，LM-

物学的インジケータ（3M Health Care, Attest 1291）を使用

コンタクトレンズ用プラズマ殺菌装置の開発（佐藤 岳彦ら）

29

した．Attest 1291 は，5 桁低減を保証する．指標菌の滅Pure ）の表面粗さは，顕微鏡（キーエンス，VK-X200）

菌判定には滅菌判定器（3M Health Care, 290 オートリーを用いた．比較として，MPS（ SEED，シードゥソフト

ダー）を用いた．図 1 に示すように，気中および水中のケアピュア）と過酸化水素消毒（ SEED，コンセプトク

いずれにおいても，芽胞が塗布された紙片を滅菌容器内イック）においても処理後に表面粗さを計測した．

に入れて，プラズマを発生させ曝露し，処理後に紙片を生物学的インジケータに戻し判定した．この工程は無菌

3．実験結果および考察

状態を保つため，クリーンベンチ内で行った．紙片は 1

3.1 円形ガラス板，±3.1 kVの場合の電極径最適化回の実験で 1 つを用い，同じ条件で検証を 3 回行い，す図 3 に±3.1 kV，直径 10 mm の場合の印加電圧と放電

べての紙片が滅菌された場合を滅菌完了とした．

電流波形を示す．印加電圧波形は正弦波状の波形で，0電 圧 電 流 波 形 の 計 測 は， オ シ ロ ス コ ー プ（ LeCroy,

V 近傍で電圧変化が大きいため，放電電流では変位電流

WaveRunner 62Xi ），電圧は電圧プローブ（ LeCroy, PPE 4が大きくなる．電圧の上昇，下降に伴いパルス状の放電

kV ），電流プローブ（ PEARSON, CURRENT MONITOR，電流が繰り返し発生する．放電電力は，0.42 W である．

MODEL4100）を用いた． 放電部の投入電力は，接地電極

図 4 に水がない場合に生成されるオゾンおよび一酸化側に 460 pF のコンデンサを挿入し，Q-V リサジュー図形を窒素（ NO ）＋二酸化窒素（ NO2）の濃度を示す．電極径計測し算出した．装置全体の投入電力は，ワットアワーメ

が 10 mm の場合，オゾン濃度は，最初の 0.5 分で 2500

ーター（SYSTEM ARTWARE，SHW3A ）を用いて測定した．

ppm 以上に達するが，その後減少し，3 分以降は検出限

気中のオゾンおよび NO+NO2 は，ガス検知管（ GASTEC，度以下となる．NO+NO2 は，最初の 1 分間は検出限度以

MODEL-GV100）を用いて測定した．実験は，5 mL の空下であるが，2 分後に増加を始め，5 分後には 5500 ppm

気を吸引したシリンジ内で放電を行い，放電後に気体をに達する．直径 7 mm の場合，オゾン濃度は，1 分後にサンプリングバッグ内に移し 20 倍に希釈して 100 mL のは 3000 ppm 以上になり，2 分後に最大値を取ると，そ気体とし濃度を測定した．

の 後 減 少 を 始 め 5 分 後 に は 2500 ppm 程 度 と な る．

水中の溶存オゾン，亜硝酸イオン，硝酸イオンは，パックテスト（共立理化学研究所，WAK-O_3, WAK-NO_2,
WAK-NO_3）とデジタルパックテスト（共立理化学研究所，
DPT-MT）を用いて測定した．水中におけるオゾン濃度を測定する際は，プラズマ放電後の純水にカタラーゼ（24000
U/mL）
を30 µL混合し過酸化水素を消去してから測定した．
温度測定は，E 熱電対（石川産業，T/T-E40-1）および
デジタル調節計（ OMRON, E5CN-H ）を使用した．
化学種，温度は 3 回測定を繰り返し，その平均値と標準偏差を示した．
水中の流れ場の可視化はメチルレッド水溶液を利用し，気中の流れ場はシュリーレン法を用いた．
プラズマ処理後のコンタクトレンズ（ SEED，2week

図 3 印加電圧と放電電流波形（電極径 10 mm，ガラス板）
Fig.3 Waveforms of applied voltage and discharge current in thecase of 10-mm diameter.

図 4 O3 と NO+NO2 ガス濃度の放電時間に対する変化（左よりそれぞれ電極径が 10, 7, 4 mm の場合）
Fig.4 Concentrations of the ozone and nitrogen monoxide + nitrogen dioxide on the glass plate for the different diameter of the electrodes,
10, 7 and 4 mm, against the discharge time.

30

静電気学会誌 第42巻 第 1 号（2018）
表 2 水を注入していない場合の滅菌試験結果（電極径 10mm と 4 mm，ガラス板）
Table 2 Results of sterilization test in the cases of 10-mm and
4-mm in diameter and without water.

φ 10
Result ofsterilization

φ4
Result ofsterilization

図 5 ガラス板上の温度の放電時間に対する変化
Fig.5 Temperature on the glass plate at the position of 2.5 mm
from the edge of the electrode.

NO+NO2 は，2 分後に増加を始め，5 分後には 4000 ppm
を越える．直径 4 mm の場合，オゾン濃度は，直径 7mm の場合と同様に 1 分後には 3000 ppm 以上になり，2分後に最大値を取ると，その後減少を始め 5 分後には2500 ppm 程度となる．一方，NO+NO2 は，5 分後におい0.5

Discharge time［ min ］
1

2

＋＋＋

＋＋－

－－－

1

Discharge time［ min ］
2

3

＋－－

－－－

－－－

表 3 水中における滅菌試験結果（電極径 10 mm と 4 mm，ガラス板）
Table 3 Results of sterilization test in the cases of 10-mm and
4-mm in diameter and with water.

φ 10
Result ofsterilization

φ4

5

Discharge time［ min ］
10

15

＋＋＋

＋＋－

－－－

10

Discharge time［ min ］
20

30

Result of＋＋＋sterilization＋：Unsterilized, －：sterilized

＋＋－

－－－

ても検出限度以下と大きく低減した．なお，いずれの場
合も 3 回の計測結果の平均値を示しているが，φ 10 およとから，誘起される流れが小さくなることが考えられる．

び φ 7 の NO+NO2 の結果についてはばらつきが大きいた

以上の結果より，水中の滅菌時間が長くなるが，窒素

め，平均値のみの表示とし誤差棒は表示していない．

酸化物の発生を大きく低減できる電極直径 4 mm の方が，オゾンは温度が上昇すると分解速度が速まることが知ら

実用化に適していることが明らかになった．

れている．そこで，図 5 に直径 10 mm と 4 mm の場合の3.2 アルミナ板による低電圧化と性能評価

電極の縁から 2.5 mm 離れた場所のガラス板上の温度の時

電極の直径が 4 mm に決定したので，安全性向上と窒素間変化を示す．直径が 10 mm の場合は，1分で 45ºC まで

酸化物生成により一層の低減を目指し，放電電圧を±1.4 kV上昇し，5 分後には 50ºC に達している．直径 4 mm の場合，に低下させ，周波数を 40 kHz に増大させた．これに伴い，最大でも 40ºC と温度上昇が抑えられていることが示され絶縁板を図 （2 b）に示す厚さ 0.2 mm のアルミナ板に変更している．この温度上昇の違いが，10 mm の場合にオゾン濃た．アルミナ板は比誘電率がガラスの 3倍程度ある上，機度が急激に減少する一方で，4 mm において低減が抑えら

械的強度もガラスよりあるため，絶縁板として適している．

れている要因であると考えられる．また，窒素酸化物の増印加電圧波形は正弦波で，放電電力は，0.31 W である．

大もオゾンの分解速度の違いに一因があると考えられる．

図 6 にオゾンと NO+NO2 の濃度の時間変化を示す．オ

表 2 に水がない場合の直径 10 mm と 4 mm の滅菌性能

ゾン濃度は，0.5 分後で 900 ppm 以上に達するが，その後試験の結果を示す．いずれも，2 分で滅菌が完了している

急速に低下し，5 分後には 200 ppm を下回る．窒素酸化物

ことから，曝露される生成されるガスの種類や濃度が異な

濃度も 4 分後までは検出限度以下の濃度であるが，5 分後るものの，十分な滅菌性能を有していることが示された．

に増加を始める．この結果は，窒素酸化物の低減に大きな

表 3 に，水がある場合で，水中に検査紙片を入れた時効果を示した，ガラス厚 1.0 mm，直径 4 mm の条件よりもの滅菌性能試験の結果を示す．直径が 10 mm の場合は，窒素酸化物を生成することを意味している．これは，図 7

15 分で滅菌が完了するが，4 mm の場合は 30 分と長くなに示すように，直径 4 mm の場合のアルミナ板上の温度が，る．原因としては，4 mm の方が気中の窒素酸化物の生放電後急激に温度が上昇し，1分後には 47℃に達し，10 分

成が少ないため，水中に溶存する亜硝酸や硝酸などの量後には 63℃まで上昇するため，オゾンの分解がガラス板

が 10 mm に比べ低くなることや，放電電力が小さいこの場合よりも速く進むためと考えられる．

コンタクトレンズ用プラズマ殺菌装置の開発（佐藤 岳彦ら）

31

表 4 電極径 4 mm の場合の滅菌試験結果（アルミナ板）
Table 4 Results of sterilization test in the cases of 4-mm indiameter with the alumina plate.
In airResult ofsterilization
In water
図 6 O3 と NO+NO2 ガス濃度の放電時間に対する変化（電極径 4 mm，アルミナ板）
Fig.6 Concentrations of O3 and NO+NO2 for the diameter of 4
mm with alumina plate against the discharge time.

2

Discharge time［ min ］
3

4

＋＋＋

＋－－

－－－

10

Discharge time［ min ］
20

30

Result of＋＋＋sterilization＋：Unsterilized, －：Sterilized

－－－

－－－

φ

図 7 アルミナ板上の温度の放電時間に対する変化
Fig.7 Temperature on the alumina plate at the position of 2.5 mm
from the edge of the electrode.

アルミナ板の場合の滅菌結果を表 4 に示す．気中では
4 分と滅菌性能は低下するが，これは気中のオゾン濃度

図 8 O3 と NO+NO2 ガス濃度の断続放電時間に対する変化（電極径 4 mm，アルミナ板）
Fig.8 Concentrations of O3 and NO+NO2 for the diameter of 4mm on the alumina plate against the intermittent dischargetime.
表 5 滅菌試験結果（電極径 4 mm，アルミナ板）
Table 5 Results of sterilization test under the intermittent
discharge in the case of 4-mm in diameter with thealumina plate.

が低下したためと考えられる．一方，水中では 20 分とIn air

滅菌性能が向上するが，窒素酸化物がより多く生成されResult ofsterilization

溶解するためと考えられる．
ここで，窒素酸化物の増加を抑えるため，断続放電によるプラズマ発生について検討した．気中のオゾン濃度
は，放電 1 分で最大値付近の濃度に達するため，1 分間放電する．その後，図 7 に示すように放電を止めてから

In water

4

Discharge time［ min ］
7

10

＋－－

＋－－

－－－

28

Discharge time［ min ］
43

58

Result of＋＋＋sterilization＋：Unsterilized, －：Sterilized

＋＋＋

－－－

2 分後に 30℃近くまで下がることから，2 分間冷却させる．この放電と冷却をセットとし繰り返した．

表 5 に断続放電による滅菌結果について示す．水がな

図 8 に断続放電時のオゾンと NO+NO2 の濃度の時間

い場合，10 分間で滅菌は完了する．一方，水中におい変化を示す．放電 1 分後にオゾン濃度は 1500 ppm に達ては滅菌完了に 58 分を要した．他の場合と比較して滅するが，2 分間の冷却時間の間に 700 ppm まで低下する．

菌時間は延びたものの，コンタクトレンズの消毒で用い

1 分間の放電後に 1400 ppm までオゾン濃度は増加し，られている MPS と比較すると十分に短い時間での処理

冷却時間に 1000 ppm まで低下した．この間，窒素酸化が可能であることを示した．

物は増加せず，43 分後においても増加しないことを確

ここで，水中の溶存オゾンおよび亜硝酸，硝酸の各濃認している．すなわち，この方法により，継続的に窒素度の時間変化を図 9 に示す．断続放電をしない場合とす

酸化物の発生を抑えることに成功した．

る場合について比較すると，断続放電をすることで，30

静電気学会誌 第42巻 第 1 号（2018）32

図 10 メチルレッド水溶液を利用した水面の流れの可視化
Fig.10 A series of visualization images for the surface flow ofwater using the methyl red solution.

図 9 O3 および HNO3，HNO2 の溶存濃度の放電時間（ a ）と断続放電時間（ b ）に対する変化（電極径 4 mm，アルミナ板）
Fig.9 Dissolved concentrations of O3, HNO3 and HNO2 in thecases of the continuous discharge（ a ）and the intermittent
discharge（ b）.

分後において硝酸濃度は，270 mg/L から 55 mg/L に，亜硝酸は 1.7 mg/L から 0.8 mg/L, 溶存オゾンは 5 mg/L から
1.8 mg/L に低減した．特に，生成量の大きい硝酸を大き

図 11 シュリーレン法による気中の流れの可視化（ a ）と誘起流の広がりの模式図（ b ）Fig.11 Schlieren images of the gas flow induced by the plasma（ a ）and the schematic model of the flow expansion（ b）.

く低減させることに成功した．この結果は，気中の窒素
酸化物の濃度の低減の傾向と一致している．また，水中ているため，電極直下の変色の様子も撮影されている．赤の滅菌時間が 20 分から 58 分に延びたのは，溶存オゾン

い（グレースケールでは濃い）領域はプラズマにより発生濃度が低減したことによると考えられる．

した流れにより，中心から概ね同心円状に拡がる．完全な3.3 容器内の流れ場の可視化

同心円にならないのは，図 （2 c）に示すよう円周上の一部分

著者らは，電極形状を直線状にしたものについても研究でプラズマを発生させていないことによる．なお，側面かを進めているが，これは，直線状の電極はプラズマによりら観察すると表面のみに赤色領域が存在するため，水面の流れが一方向にできるため，水中の流れもより強く誘起さ流れを示すと考えられる．この水面の流れは，容器側壁まれ，それに伴い水中の滅菌性能も向上すると考えていた．

で達した後，容器の底に回り込み循環流を形成する．また，

しかしながら，本研究で採用した小型化を図るための円形

図 11
（a）
にシュリーレン法により撮影した電極周辺の流れ

電極でも，直線状の電極に対して同等の滅菌性能を示すこ

場を示す．ここでは，電極から形成される流れの状態に着とが明らかになった．そこで，その原因を明らかにするた

目し，電極を静止した大気中に設置した場合について示す．

めに，透明な円形容器を利用し水中の流れを可視化した．

シュリーレン法では，密度差を濃淡で表すため，プラズマ

水には pH が 4.2 以下になると黄色から赤色に変色するメにより加熱された気流の変化が可視化されている．プラズ

チルレッド試薬を添加し，円形容器のふたの裏側に電極をマを発生させると下向きと右方向の流れが形成され，時間設置しプラズマを発生させた．プラズマで発生した窒素酸と共に模式図に示すように放射線状に流れが形成される．

化物が水に溶解し pH が低下すると赤く変色し，赤色領域

中心付近の下向きの流れは，右側に広がる流れのように水の移動を観察することで可視化した ．図 10 に赤色領域

平方向成分を有しながら下方に向かう流れであることが推が時間と共に拡がる様子を示す．容器の底側から可視化し測される．図 10 と同様にテープで絶縁されている側には

10）コンタクトレンズ用プラズマ殺菌装置の開発（佐藤 岳彦ら）

33

（1）±3.1 kV，周波数 25 kHz の条件において，直径 20mm，厚さ 1 mm の円形ガラス板上に配置した円形電極の直径は直径 4 mm が最適であることを明らかにした．直径 4 mm の場合，NO+NO2 の大幅な発生の抑制が行える上に，滅菌時間は，気中では 2 分，
水中では 30 分と高い性能を示した．
（2）安全性を高めるため，放電電圧を±1.4 kV に低電圧化，40 kHz へ高周波数化した．低電圧化に伴い，絶縁板をガラス板から一辺 15 mm，厚さ 0.2 mm のアルミナ角板に変更し，気中 4 分，水中 20 分で滅図 12 異なる処理法に対するコンタクトレンズの表面荒さの変化
Fig.12 Surface roughness of the contact lens for different
treatments and number of treatments.

の増大を伴うため，放電 1 分，冷却 2 分を繰り返す

流れが誘起されないため，中心から右側に流れが形成され功した．滅菌時間は気中 10 分，水中 58 分と長くなる．また，電極部には電極下側ならびに左側から流れが流るが，MPS よりは十分短い．

菌を完了できることを示したが，NO+NO2 の生成量
断続放電を行い，NO+NO2 の発生を抑えることに成入し，容器内でプラズマを発生させた場合は循環流が形（3）コンタクトレンズの表面粗さが，プラズマ処理の場成されると考えられる．なお，電極形状が直線状の場合は，合，既存の過酸化水素入り洗浄液や MPS よりも 1.7

電極辺に垂直でやや基板から離れる方向に気流が誘起さ～1.9 倍増大した．

れるため，電極辺を紙面手前から奥行き方向に設置すると
図 11 に示すような中心付近で下方に向かう流れは観察されない．このように，円形電極の場合，流れが放射状に拡がるため，円形容器においては，水を中心から外側に均一に駆動させることができ，水中に流れを効率よく形成できることが明らかになった．これにより，円形電極においても，滅菌効果が十分に確保できたと考えられる．

3.4 コンタクトレンズの表面粗さへの影響
図 12 にコンタクトレンズ表面粗さへのプラズマ，過酸化水素入り洗浄液，MPS の 3 種類の処理法による影響を示す．未処理の場合の表面粗さは 20 nm 程度であり，処理を 1 回すると表面粗さは 30 nm 程度に増加する．6
回処理後では，プラズマ処理時に 78 nm，H2O2 と MPS
は 47 nm 程度である．12 回処理後では，プラズマ処理
では 134 nm まで増大するが，MPS では 80 nm，H2O2 では 70 nm と，プラズマ処理の場合概ね表面粗さが 2 倍になることが明らかになった．

4．結論
本研究では，コンタクトレンズの殺菌を目的に，超小型プラズマ殺菌装置の開発を行った．実用化を想定し，高い殺菌性能を有する，オゾンを主成分とするガス生成が可能で後処理の難しい窒素酸化物の発生を低減できる
放電方法について検討した．本装置では，誘電体バリア放電を採用し，電極形状や絶縁板の厚さや材質，放電条件などを最適化することで，実用化の基盤となる開発に成功した．得られた結果を以下にまとめる．

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