特開 2024-130920 プラズマ発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024130920

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】プラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/26 20060101AFI20240920BHJP

   A61L 2/14 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H05H1/26

A61L2/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023040883

(22)【出願日】2023-03-15

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （刊行物等１）発表日：令和４年９月２６日～２７日、開催場所：日本防菌防黴学会第４９回年次大会ポスター発表、公開者：大澤泰樹、劉智志、山内素明、松村有里子、岩澤篤郎、沖野晃俊、日本防菌防黴学会第４９回年次大会ポスター発表で発表したポスター

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】沖野 晃俊

(72)【発明者】

【氏名】大澤 泰樹

【テーマコード（参考）】

2G084

4C058

【Ｆターム（参考）】

2G084AA25

2G084BB22

2G084CC02

2G084CC03

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC14

2G084CC19

2G084CC22

2G084CC35

2G084FF12

2G084FF32

2G084GG07

2G084GG18

4C058AA01

4C058BB06

4C058KK06

4C058KK50

(57)【要約】

【課題】本発明の課題は、希ガスや窒素ガスを用いたプラズマよりも殺菌や表面処理の性能の向上が見込め、可搬性に優れ、取り扱いが容易なプラズマを利用可能なプラズマ発生装置を得ることである。
【解決手段】本発明のプラズマ発生装置１００は、蒸気プラズマを生成する蒸気プラズマ生成手段１１０と、蒸気プラズマを吐出するノズル１２０とを備え、蒸気プラズマ生成手段１１０は、１以上の電極１１１ａ、１１２ａを含む筐体１１０ａと、１以上の電極によって放電が発生するように１以上の電極に電圧を印加する電圧印加手段１１０ｂと、供給源から１以上の電極が存在する域に液体を供給する供給管１１０ｃと、液体を気化して蒸気を生成する蒸気生成手段１１０ｄとを備え、筐体内で１以上の電極による放電により前記蒸気をプラズマ化して前記蒸気プラズマを生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気プラズマを生成する蒸気プラズマ生成手段と、
前記蒸気プラズマを吐出するノズルと
を備え、
前記蒸気プラズマ生成手段は、
１つ以上の電極を含む筐体と、
前記１以上の電極によって放電が発生するように前記１以上の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
供給源から前記１以上の電極が存在する近傍領域に液体を供給する供給管と、
前記液体を気化して蒸気を生成する水蒸気生成手段と
を備え、
前記筐体内で前記１以上の電極による放電により前記蒸気をプラズマ化して前記蒸気プラズマを生成する、プラズマ発生装置。

【請求項2】

前記電圧印加手段は、前記１以上の電極に約３ｋＶ～約１８ｋＶの電圧を印加可能なように構成されており、
前記蒸気プラズマの温度は、約３００Ｋ～約２０００Ｋである、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項3】

前記ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段をさらに備えた、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項4】

前記液滴除去手段は、前記ノズルを加熱するノズル加熱装置を備える、請求項３に記載のプラズマ発生装置。

【請求項5】

前記蒸気生成手段は、前記筐体の内部に設けられた筐体内加熱装置を備える、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項6】

前記蒸気生成手段は、前記ノズルの内部に設けられたノズル内加熱装置を備え、前記ノズル内加熱装置は前記ノズルに生成される液滴を除去する前記液滴除去手段を兼ねる、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項7】

前記供給管に前記液体を供給する供給手段をさらに備え、
前記供給手段は、約０．１Ｌ／ｍｉｎ以下、好ましくは約０．０１０Ｌ／ｍｉｎ以下で前記液体を供給可能なように構成されている、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項8】

前記供給手段は、容積式ポンプである、請求項７に記載のプラズマ発生装置。

【請求項9】

前記液体は、水、アルコール、アミン、アクリル酸、シランカップリング剤、モノマーの少なくとも１種を含む、請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項10】

前記液体は水である、請求項９に記載のプラズマ発生装置。

【請求項11】

被処理体の処理面を殺菌する殺菌方法であって、
請求項１に記載のプラズマ発生装置により前記蒸気プラズマを前記被処理体の処理面に吐出することを含み、
前記液体は水を含む、殺菌方法。

【請求項12】

被処理体の表面を処理する処理方法であって、
請求項１に記載のプラズマ発生装置により前記蒸気プラズマを前記被処理体の処理面に吐出することを含み、
前記液体はアルコール、アミン、アクリル酸、カップリング剤、モノマーの少なくとも１種を含む、処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ発生装置に関し、特に、プラズマ化された液体蒸気（例えば、水蒸気プラズマ）を発生する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、低温プラズマは、表面処理の他、医療分野における殺菌、血液凝固（止血）、創傷治癒、水質改善、気体浄化、植物の育成促進などの効果が得られることから、研究開発が進められている。例えば、特許文献１には、希ガスや窒素ガスなどを用いた低温プラズマによるプラズマジェットを簡単な構成で効率よく生成可能な装置が開示されている。しかしながら、特許文献１のプラズマ照射装置は希ガスや窒素ガスなどの供給源としてガスボンベを必要とし、可搬性に乏しく、取り扱いにも注意が必要だった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－０３３６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、希ガスや窒素ガスなどを用いたプラズマよりも殺菌や表面処理の性能の向上が見込め、可搬性と取り扱い性に優れた蒸気プラズマを照射可能なプラズマ発生装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は以下の項目を提供する。

【0006】

（項目１）
蒸気プラズマを生成する蒸気プラズマ生成手段と、
前記蒸気プラズマを吐出するノズルと
を備え、
前記蒸気プラズマ生成手段は、
１つ以上の電極を含む筐体と、
前記１以上の電極によって放電が発生するように前記１以上の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
供給源から前記１以上の電極が存在する領域に液体を供給する供給管と、
前記液体を気化して蒸気を生成する蒸気生成手段と
を備え、
前記筐体内で前記１以上の電極による放電により前記蒸気をプラズマ化して前記蒸気プラズマを生成する、プラズマ発生装置。

【0007】

（項目２）
前記電圧印加手段は、前記１以上の電極に約３ｋＶ～約１８ｋＶの電圧を印加可能なように構成されており、
前記蒸気プラズマの温度は、約３００Ｋ～約２０００Ｋである、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0008】

（項目３）
前記ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段をさらに備えた、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0009】

（項目４）
前記液滴除去手段は、前記ノズルを加熱するノズル加熱装置を備える、項目３に記載のプラズマ発生装置。

【0010】

（項目５）
前記蒸気生成手段は、前記筐体の内部に設けられた筐体内加熱装置を備える、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0011】

（項目６）
前記蒸気生成手段は、前記ノズルの内部に設けられたノズル内加熱装置を備え、前記ノズル内加熱装置は前記ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段を兼ねる、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0012】

（項目７）
前記供給管に前記液体を供給する供給手段をさらに備え、
前記供給手段は、約０．１Ｌ／ｍｉｎ以下、好ましくは約０．０１０Ｌ／ｍｉｎ以下で前記液体を供給可能なように構成されている、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0013】

（項目８）
前記供給手段は、容積式ポンプである、項目７に記載のプラズマ発生装置。

【0014】

（項目９）
前記液体は、水、アルコール、アミン、アクリル酸、カップリング剤、モノマーの少なくとも１種を含む、項目１に記載のプラズマ発生装置。

【0015】

（項目１０）
前記液体は水である、項目９に記載のプラズマ発生装置。

【0016】

（項目１１）
被処理体の処理面を殺菌する殺菌方法であって、
項目１に記載のプラズマ発生装置により前記蒸気プラズマを前記被処理体の処理面に照射することを含み、
前記液体は水である、殺菌方法。

【0017】

（項目１２）
被処理体の表面を処理する処理方法であって、
項目１に記載のプラズマ発生装置により前記蒸気プラズマを前記被処理体の表面に吐出することを含み、
前記液体はアルコール、アミン、アクリル酸、カップリング剤、モノマーの少なくとも１種を含む、処理方法。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、希ガスや窒素ガスなどを用いたプラズマよりも殺菌や表面処理の性能の向上が見込め、可搬性に優れ、取り扱いが容易な蒸気プラズマを発生可能なプラズマ発生装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の１つの実施形態によるプラズマ発生装置１００の構成を示す図。

【図2】図１に示すプラズマ発生装置１００における液体供給手段１１０ｅ、蒸気生成手段１１０ｄおよび筐体１１０ａの具体的な構成を示す図。

【図3】本発明の効果を示す試験結果を説明するための図。

【図4】図１に示す実施形態の変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

【0021】

本明細書において、「約」とは、後に続く数字の±１０％の範囲内をいう。

【0022】

本発明は、希ガスや窒素ガスなどを用いたプラズマよりも殺菌や表面処理の性能の向上が見込め、可搬性に優れ、取り扱いが容易なプラズマを吐出可能なプラズマ発生装置を得ることを課題とし、
蒸気プラズマを生成する蒸気プラズマ生成手段と、
蒸気プラズマを吐出するノズルと
を備え、
蒸気プラズマ生成手段は、
１以上の電極を含む筐体と、
１以上の電極によって放電が発生するように１つ以上の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
供給源から１以上の電極が存在する領域に液体を供給する供給管と、
液体を気化して蒸気を生成する蒸気生成手段と
を備え、
筐体内で１以上の電極による放電により蒸気をプラズマ化して蒸気プラズマを生成する、プラズマ発生装置を提供することにより、上記の課題を解決したものである。

【0023】

従って、本発明のプラズマ発生装置は、液体を気化して蒸気を生成し、１以上の電極による放電により、１以上の電極が存在する領域を通る蒸気をプラズマ化するものであれば、特に限定されるものではない。

【0024】

〔蒸気プラズマ生成手段〕
例えば、蒸気プラズマ生成手段は、１つ以上の電極を含む筐体と、１以上らの電極に放電させる電圧印加手段と、１以上の電極が存在する領域に液体を供給する供給管と、この液体を気化して蒸気を生成する蒸気生成手段とを有し、筐体内で１以上の電極による放電により蒸気をプラズマ化して蒸気プラズマを生成するものであれば、その他の構成は、特に限定されるものではない。

【0025】

プラズマの生成手段は、任意の方式であり得る。例えば、電極放電、誘電体バリア放電、コロナ放電、容量結合方式、高周波誘導結合方式、マイクロ波方式、レーザー方式などであってもよい。１つの実施形態において、プラズマ生成手段は電極放電方式を採用する。ここで、蒸気プラズマの生成条件については、発明者らは、実験から蒸気流量約３～約５Ｌ／ｍｉｎ程度で約１０分以上安定にプラズマを生成可能であることを確認している。

【0026】

言い換えると、蒸気流量が約３Ｌ／ｍｉｎ以下である場合は、プラズマが間欠的に生成され、蒸気流量が約５Ｌ／ｍｉｎ以上である場合は、ノズルでの液滴の発生の問題が生ずる。

【0027】

ここで、プラズマが間欠的に生成されるのは、蒸気量が足りないためと考えられる。また、ノズルの近傍で筐体内面に液滴が付着してしまうと、１以上の電極での放電が単なる大気中でのアーク放電のような状況となり、１以上の電極間での放電が蒸気のプラズマ化に寄与しにくくなり、プラズマが安定して生成できなくなってしまうおそれがある。なお、電極の数は１以上であれば任意の数であり得る。本発明の実施形態においては、２つの電極を用いた場合において説示する。しかし、本発明はこれに限定されない。

【0028】

〔液体〕
なお、本発明において、蒸気化する液体は、任意の液体であり得る。例えば、水、アルコール、アミン、アクリル酸、モノマー、カップリング剤などであって、それらを１種もしくは複数種含んでいても良い。例えば、液体を水（水蒸気）とした場合は、特に殺菌処理に大きな効果を奏し、アルコール、アミン、アクリル酸、モノマー、カップリング剤などの場合は、特に表面処理コーティングに大きな効果を奏し得る。

【0029】

本発明ではプラズマの発生源として水などの液体を用いることで、従来の希ガスや窒素、二酸化炭素などの気体を用いる場合にようにガスボンベが不要であり、可搬性に優れ、装置の取扱いが容易となるという効果を奏する。ガスボンベは気体などが内部に高圧状態で充填されているため、危険であり、ガス漏れやボンベ保管の規制などに基づく保管などが必要であるが、本件発明の蒸気プラズマ発生装置は、ガスボンベが不要なため、上記の心配がなく、安心、安全にプラズマを発生させることが可能となる点で従来のプラズマ発生手段では得られない、優れた効果を奏する。

【0030】

（筐体）
筐体は、内部空間に２つの電極を配置したものであれば、形状、大きさ、材質は限定されるものではない。

【0031】

例えば、形状は、円筒形状でも四角筒形状でもよく、大きさは、吐出する蒸気プラズマの流量（Ｌ／ｍｉｎ）に応じて適宜設定される。

【0032】

材質は、樹脂であっても金属であってもよいが、内部で導電性の物質であるプラズマが生成されることから、筐体を周辺の機器から絶縁する処置を考慮すると、絶縁性の素材である樹脂が望ましい。例えば、筐体には、塩化ビニール、アクリルなどの樹脂製の円筒体が用いられるが、素材は樹脂に限定されず、ステンレスなどの金属でもよい。

【0033】

また、２つの電極の形状、大きさ、配置、離間距離などは、効果的に放電が行われるように設定されており、その形状は、例えば、円板形状、四角形の板状などであり、２つの電極の配置は、２つの電極が対向し、それらの間での蒸気の流れの方向と平行に配置されていることが好ましい。２つの電極間での放電によりこれらの電極間を通過する蒸気が効果的にプラズマ化されるようにするためである。

【0034】

また、電極の材料としては、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、炭素、ステンレスなどを用いることができる。

【0035】

また、２つの電極間で発生するプラズマ化された蒸気（例えば、水蒸気プラズマ）の温度は、約３００Ｋ～約２０００Ｋである。特に、人体、あるいは熱に弱い素材に対するプラズマ吐出を行う場合は、室温に近い温度であることが好ましい。

【0036】

（電圧印加手段）
電圧印加手段は、筐体内の１以上の電極間に電圧を印加して放電を発生させるものであれば、特に限定されるものではなく、１以上の電極に印加する電圧は直流電圧でも交流電圧でもよいが、１以上の電極によって発生する正負のイオンの分布に偏りが生じにくい交流電圧が望ましい。

【0037】

印加する電圧の大きさは任意な値を設定し得る。好ましくは、電圧値は、約３ｋＶ～約１８ｋＶの範囲の電圧であり、例えば、１つの実施形態において、約９ｋＶである。また、交流電圧の場合における周波数の値も任意な値を設定し得る。好ましくは、約５０Ｈｚ～約２．４５ＧＨｚの範囲であり、例えば、１つの実施形態において、約１６ｋＨｚである。

【0038】

（供給管）
供給管は、液体をその供給源から筐体内の１以上の電極が存在する領域に送る流路となるものであれば、サイズ、材質などは限定されるものではないが、加熱した供給管に液体を流して気化させる場合は、供給管は、少なくとも熱伝導性、耐熱性、耐腐食性のいずれか一つの効果の高い管材（例えば、ステンレス管）であることが望ましい。

【0039】

また、供給管の開口径（管の内径）は、単位時間当たりの液体の流量に応じて約０．５ｍｍ～約２０ｍｍの範囲で設定され得る。例えば、１分間当たりの液体の流量は、約０．０００１Ｌ～約０．１Ｌであり、１つの実施形態では、１分間当たり約０．０１０Ｌであり、この場合、供給管１１０ｃの開口径は約１ｍｍである。

【0040】

液体（例えば、水蒸気）の流量が少なすぎるとプラズマの安定は発生が阻害され、一方、液体の流量が多すぎると、プラズマの噴射ノズルでの液滴の発生を招くこととなる。

【0041】

（蒸気生成手段）
蒸気生成手段は、供給源から１以上の電極が存在する領域に供給する液体を気化して蒸気を生成するものであれば、その他の構成は限定されるものでないが、例えば、蒸気を生成する手段としては、１つの実施形態において、供給管内を流れる液体を加熱して気化させる加熱装置である。例えば、このような加熱装置としては、細長い短冊状のリボンヒータ（例えば幅４０ｍｍ）などの金属ヒータであってもよいし、金属ヒータよりもより柔らかく柔軟性のあるラバー状のヒータ（例えば、シリコンヒータ）であってもよい。１つの実施形態では、供給管の外周面にリボンヒータを採用し、加熱温度は、約２００℃であり、消費電力は約３００Ｗである。

【0042】

また、液体を気化するための加熱装置が設置する場所は任意の位置であり得る。例えば、供給管など筐体の外部に設けられても良いし、筐体の外部ではなく筐体内に設けられるもの（筐体内加熱装置）あるいはノズルに設けられるもの（ノズル加熱装置）でもよい。

【0043】

筐体内部および／またはノズルに設けられる加熱装置（筐体内加熱装置および／またはノズル加熱装置）としては、供給管の外表面に巻き付けられる幅の広い金属ヒータ（リボンヒータ）ではなく、より柔軟性のあるラバー状ヒータ（例えば、シリコンヒータ）であり得る。１つの実施形態において、シリコンヒータを採用し、その外形は例えば、外径２．４ｍｍである。

【0044】

例えば、液体として水を採用する場合において、１ｇの水の温度を１℃上げるのに約４．２Ｊ必要であり、１ｇの水の気化熱は約２２６４Ｊであるので，２０℃の１ｇの水を１００℃の水蒸気にするための熱は約２６００Ｊとなる。

【0045】

そのため、蒸気プラズマとして水蒸気プラズマとする場合における殺菌処理または表面処理を効果的に処理するためには、水蒸気プラズマの水蒸気量は、最低限３Ｌ／ｍｉｎ生成することが必要と考えられる。そして、３Ｌ／ｍｉｎの水蒸気流量を生成するには，熱の逃げが全くなくても、７６．５Ｗの加熱はどうしても必要であり、実用的にはその１．５倍ぐらいは必要と考えられる。

【0046】

また、蒸気生成手段は、断熱材を備えていてもよい。例えば、加熱装置が配置される筐体、供給管、およびノズルの少なくとも一つの外表面に断熱材を配置することによって、加熱装置で発生した熱をすべて液体の気化熱として利用することが可能となる。

【0047】

（供給手段）
また、プラズマ発生装置は、供給管に液体を供給する供給手段をさらに備えてもよい。供給手段は、任意の形態のポンプであり得る。例えば、機械的に液体が溜まる部分を押し出すことで圧送するペリスタルティックポンプなどの容積式であってもよいし、あるいはインペラが回転することによる遠心力で液体を圧送する渦巻ポンプなどの遠心式ポンプであってもよい。

【0048】

好ましくは、供給手段は、約０．０１０Ｌ／ｍｉｎ以下で水を供給可能なように構成されており、１つの実施形態では、供給手段は、ペリスタルティックポンプである。ペリスタルティックポンプは、常に定量を吐出し続けることが可能な容積式ポンプであり、供給管での液体の流量を一定に保つのに好ましいものである。

【0049】

（ノズル）
また、プラズマ発生装置を構成する蒸気プラズマを吐出するノズルは、筐体内で生成された蒸気プラズマを被処理隊の処理面に吐出することが可能なものであればよく、その他の構成は限定されるものではないが、ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段をさらに備えることが好ましい。この液滴除去手段は、液滴を生じさせない、または、液滴を気化させる加熱手段であってもよいし、液滴を除去する吸引手段であってもよい。１つの実施形態ではノズルを加熱する加熱装置である。液滴除去を目的とするノズルに設けられる加熱装置は、ノズルの外部に設けられても良いし、ノズル内部に設けられても良い。また、上述した蒸気生成手段としてノズルの内部に設けたノズル内加熱手段を、ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段として併用してもよい。

【0050】

このような液滴除去のための加熱装置を設けることで、液体を効率よく蒸気化することが可能となりプ蒸気をプラズマ化する環境として好ましい環境が実現される。

【0051】

このように本発明のプラズマ発生装置は、液体を気化して蒸気を生成し、２つの電極間での放電によりこれらの電極間を通る蒸気をプラズマ化して吐出するものであれば、特に限定されるものではないが、以下の実施形態で示すプラズマ発生装置では、蒸気プラズマ生成手段は、供給管に液体を供給する供給手段（ペリスタルティックポンプ）を備えたものとし、ノズルは、ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段（加熱装置）を有するものとする。

【0052】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0053】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるプラズマ発生装置１００の構成を示す図である。

【0054】

プラズマ発生装置１００は、蒸気プラズマを生成する蒸気プラズマ生成手段１１０と、蒸気プラズマを吐出するノズル１２０とを備えている。

【0055】

ここで、蒸気プラズマ生成手段１１０は、２つの電極１１１ａ、１１２ａを含む筐体１１０ａと、２つの電極１１１ａ、１１２ａ間で放電が発生するように２つの電極１１１ａ、１１２ａ間に交流電圧を印加する電圧印加手段１１０ｂとを備えている。

【0056】

ここで、２つの電極１１１ａ、１１２ａは、筐体１１０ａの内部空間内に対向するように配置されており、一方の電極１１１ａは、アースに接続され、他方の電極１１２ａとアースとの間には、交流電圧を出力する電圧印加手段１１０ｂが接続されている。

【0057】

ここで、電圧印加手段１１０ｂが出力する交流電圧の電圧値は約９ｋＶであり、その周波数は、約１６ｋＨｚである。

【0058】

なお、ここでは、筐体１１０ａには塩化ビニール、アクリルなどの樹脂製の円筒体が用いられている
蒸気プラズマ生成手段１１０はさらに、液体（例えば、水）の供給源１３０から２つの電極１１１ａ、１１２ａ間の領域Ｒに液体Ｗａを供給する供給管１１０ｃと、供給管１１０ｃ内を流れる液体Ｗａを気化して蒸気Ａｖを生成する蒸気生成手段１１０ｄとを備えている。

【0059】

ここで、供給管１１０ｃは、液体を供給源１３０から筐体１１０ａ内の２つの電極１１１ａ、１１２ａ間の領域Ｒに送る流路となるものであり、一端側が供給源１３０に接続されその他端側が筐体１１０ａの一端側から内部に挿入されている。

【0060】

この供給管１１０ｃの一部には、蒸気生成手段１１０ｄとしての加熱手段が設けられており、この加熱装置により供給管１１０ｃ内の液体が加熱されて蒸気が生成されるようになっている。

【0061】

なお、ここでは、蒸気生成手段１１０ｄとしての加熱手段は、筐体１１０ａおよびノズル１２０の外部に設けられているが、この加熱手段は、筐体１１０ａの内部に設けられた筐体内加熱装置であってもよいし、あるいはノズル１２０の内部に設けられたノズル内加熱装置であってもよい。この場合、筐体１１０ａおよびノズル１２０の少なくとも一方を断熱材で被覆することでこれらの加熱装置で発生した熱のすべてを実質的に液体の気化熱として利用することができる。また、液体を気化させるためのノズル内加熱装置は、ノズルで生ずる液滴を除去するための加熱装置としても兼用することができる。詳細については、後述する変形例で具体的に説明する。

【0062】

また、供給管１１０ｃの蒸気生成手段１１０ｄと供給源１３０との間の部分には、供給源１３０からの液体を供給管１１０ｃに供給する供給手段１１０ｅが設けられている。

【0063】

また、このプラズマ発生装置１００では、筐体１１０ａ内で生成された蒸気プラズマを吐出するノズル１２０が筐体１１０ａの他端側に取り付けられており、このノズル１２０には、ノズルに生成される液滴を除去する液滴除去手段１２１が設けられている。

【0064】

以下、液体供給手段１１０ｅ、蒸気生成手段１１０ｄ、およびノズル１２０の構成をより具体的に説明する。

【0065】

図２は、図１に示すプラズマ発生装置１００における液体供給手段１１０ｅ、蒸気生成手段１１０ｄおよびノズル１２０の具体的な構成を示す図である。

【0066】

この実施形態のプラズマ発生装置１００では、液体供給手段１１０ｅには、図２に示すようにペリスタルティックポンプが用いられている。

【0067】

このポンプは、ハウジング１１と、ハウジング１１の内面に沿って設けられたチューブ１２と、このチューブ１２をしごくように移動するローラー１３とを備えている。このローラー１３は、回転軸体１５に回転可能に支持された回転アーム１４の先端に支持されている。

【0068】

そしてチューブ１２の一端には、供給管１１０ｃの供給源１３０側の部分が接続され、チューブ１２の他端には、供給管１１０ｃの筐体１１０ａ側の部分が接続され、供給管１１０ｃはその一部にペリスタルティックポンプが組み込まれた状態となっている。

【0069】

また、液体蒸気生成手段１１０ｄとしての加熱装置にはリボンヒータが用いられており、供給管１１０ｃのうちの液体供給手段１１０ｅと筐体１１０ａとの間の部分にリボンヒータが巻き付けられている。リボンヒータは、細長いテープ状の発熱部材であり、リボンヒータを供給管の外周部に巻き付けることで簡単に加熱手段として供給管１１０ｃに装着することができるものである。

【0070】

さらに、この実施形態のプラズマ発生装置１００では、ノズル１２０には生成された液滴を除去する液滴除去手段１２１としての加熱装置が装着されている。ここでは、この液滴除去用の加熱装置は、図２に示すように、ノズル１２０の先端に形成されている蒸気プラズマＰｍの噴出口１２０ａの回りに取り付けられている。本発明のプラズマ発生装置においては、プラズマ発生源として窒素や二酸化炭素などの気体を用いないためガスボンベが不要であり、可搬性に優れ、装置の取扱いが非常に容易であり、メンテナンスも簡易である。

【0071】

次にこの実施形態のプラズマ発生装置１００の動作を説明する。

【0072】

まず、プラズマ発生装置１００では、蒸気生成手段１１０ｄとしての加熱装置により供給管１１０ｃを加熱するとともに、液滴除去手段１２１としての加熱装置によりノズル１２０の先端部を加熱し、さらに筐体１１０ａ内の２つの電極１１１ａ、１１２ａに交流電圧を印加した状態とする。

【0073】

この状態で、液体供給手段１１０ｅとしてのペリスタルティックポンプを動作させて供給源１３０から液体を供給管１１０ｃに供給する。これにより、液体が供給管１１０ｃを流れてリボンヒータ（蒸気生成手段１１０ｄ）が装着された部分に到達すると、この部分で液体が気化されて蒸気Ａｖとなって筐体１１０ａの電極１１１ａ、１１２ａの間の領域Ｒに流れ込む。

【0074】

これらの電極１１１ａ、１１２ａには交流電圧の印加により放電が生じており、２つの電極１１１ａ、１１２ａの間の領域Ｒに流れ込んだ蒸気Ａｖは両電極１１１ａおよび１１２ａ間での放電によりプラズマ化されて蒸気プラズマＰｍとなってノズル１２０の先端の噴出口１２０ａから出射する。このようにして被処処理体Ｔｍの処理面に蒸気プラズマＰｍが吐出されることにより、被処処理体Ｔｍの処理面の殺菌が行われる。

【0075】

以下、この蒸気プラズマＰｍの吐出による殺菌効果の実験を説明する。

【0076】

このとき、供給管１１０ｃでの液体である水の供給量は、例えば、０．０１０Ｌ／ｍｉｎとし、筐体への蒸気（水蒸気）Ａｖの供給量は、１７Ｌ／ｍｉｎとした。また、２つの電極１１１ａ、１１２ａ間に印加する電圧は、振幅値が９ｋＶで、周波数が１６ｋＨｚの交流電圧とした。また、噴出口１２０ａの大きさは直径約１ｍｍであって、噴出口１２０ａと試料との間の距離を１０ｍｍ、吐出時間を１０秒もしくは３０秒とした。

【0077】

試料としては、１０^４－５（ＣＦＵ／ｍＬ）に調整した黄色ブドウ球菌（Ｓ．ａｕｒｅｕｓ）懸濁液を１ｍＬ滴下した後に乾燥したものを用いた。なお、ＣＦＵ（コロニー形成単位）は、細菌を培地で培養して、できたコロニー（集団）数を表しており、生菌数（生きている菌の数）を表す指標である。

【0078】

図３は、この試料を示し、図３（ａ）は、蒸気プラズマＰｍの吐出前の状態を示す。図３中、Ｐａは、試料シートＳｔに上記の調整した懸濁液を１ｍＬ滴下して乾燥した懸濁液塗布領域であり、Ｐｂは、懸濁液塗布領域Ｐａのうちの殺菌された範囲を示す。

【0079】

図３（ｂ）に示すように、ノズル１２０の水蒸気からなる蒸気プラズマＰｍの噴出口１２０ａ（直径約１ｍｍ）より広い範囲（直径約２８ｍｍ）で殺菌効果が確認された。これにより、蒸気プラズマによっても効率的に高い殺菌効果を得られることがわかった。この結果は、検証が必要であるが従来の希ガスや窒素ガスなどを用いたプラズマによる殺菌効果よりも高い効果が十分見込まれる結果である。

【0080】

上述より、本発明の蒸気プラズマ発生装置は、殺菌効果従来の窒素ガスなどを用いた低温プラズマ照射装置による処理に比べてより殺菌効果が向上した結果が得られた。

【0081】

なお、本発明の蒸気プラズマ発生装置は殺菌効果だけではなく、表面処理能力（接着力）についても同様に従来の窒素ガスなどを用いた低温プラズマ照射装置による処理よりも高い効果が得られている。

【0082】

（変形例１）
次に上述した実施形態の変形例を具体的に説明する。

【0083】

上述して実施形態のプラズマ発生装置では、蒸気生成手段１１０ｄとしての加熱手段は、筐体１１０ａおよびノズル１２０の外部に設けられているが、この加熱手段は、筐体１１０ａの内部に設けられていてもよいし、あるいはノズル１２０の内部に設けられていてもよく、この変形例では、蒸気生成手段としての加熱手段がノズル内に設けられている場合を説明する。

【0084】

図４は、この変形例のプラズマ発生装置における筐体およびノズルの構造を示す図である。

【0085】

この変形例のプラズマ発生装置は、上述した実施形態のプラズマ発生装置における蒸気生成手段１１０ｄに代わる蒸気生成手段２１０ｄを備えたものであり、このプラズマ発生装置では、蒸気生成手段２１０ｄおよび２つの電極（図示せず）はノズル２２０内に配置されており、ノズル２２０内で、供給源からの液体を気化させ、さらに気化した蒸気をプラズマ化させる。なお、このプラズマ発生装置の筐体２１０ａには、供給源からの液体を導入するための導入口２１３が取り付けられ、筐体２１０ａに導入された液体はノズル２２０に誘導されるようになっている。

【0086】

このプラズマ発生装置の筐体２１０ａの一端側には、上述した実施形態のプラズマ発生装置１００と同様、ノズル２２０が取り付けられているが、この変形例では、ノズル２２０の外壁２２２の内部には筒状の内壁２２１が設けられており、この内壁２２１の内部に２つの電極（図示せず）が配置され、これらの電極間で放電が行われるようになっている。また、この内壁２２１の外周面には、蒸気生成手段２１０ｄを構成する加熱装置としてシリコンヒータ２１０ｄが巻き付けられており、ノズル２２０内を加熱できるようになっている。さらに、ノズル２２０の先端には、被処理体Ｔｐの処理面にプラズマＰｍを噴射するための噴出口２２０ａが形成されている。

【0087】

また、このようにノズル２２０に蒸気生成手段２１０ｄとしてのシリコンヒータ（加熱装置）を配置した場合、ノズル２２０で生ずる液滴の除去もこのシリコンヒータの熱で行うことができ、蒸気生成手段２１０ｄとしてのシリコンヒータは、液体の気化と、発生した液滴の除去とに兼用することができる。

【0088】

この場合、ノズルを断熱材で被覆することでこれらの加熱装置で発生した熱のすべてを実質的に液体の気化熱として利用することができる。

【0089】

なお、蒸気生成手段２１０ｄを構成する加熱装置であるシリコンヒータは、ノズル２２０ではなく、筐体２１０ａの内部に設けてもよい。

【0090】

また、液体を気化させる蒸気生成手段２１０ｄとしてのシリコンヒータを、筐体２１０ａ内に配置するとともに、ノズル２２０を加熱するシリコンヒータをノズル２２０内に配置してもよい。この場合、ノズル２２０では、ここに配置されているシリコンヒータで液滴が除去されるだけでなく、筐体２１０ａで気化された蒸気が加熱されることとなり、蒸気をプラズマ化する環境として望ましい環境が実現可能である。

【0091】

変形例１に示す本発明の蒸気プラズマ発生装置は、実施形態１に示す蒸気プラズマ発生装置よりもさらに殺菌および表面処理能力の向上が達成され得る。

【0092】

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本発明は、希ガスや窒素ガスを用いたプラズマよりも殺菌や表面処理の性能の向上が見込め、可搬性に優れ、取り扱いが容易なプラズマを照射可能なプラズマ発生装置を得ることができるものとして有用である。

【符号の説明】

【0094】

１１ ハウジング
１２ チューブ
１３ ローラー
１４ 回転体
１５ 回転軸体
１００ プラズマ発生装置
１１０ 蒸気プラズマ生成手段
１１０ａ，２１０ａ 筐体
１１０ｂ 電圧印加手段
１１０ｃ 供給管
１１０ｄ、２１０ｄ 蒸気生成手段
１１０ｅ 液体供給手段
１１１ａ、１１２ａ 電極
１２０、２２０ ノズル
１２０ａ、２２０ａ 噴射口
１２１ 加熱装置
１３０ 供給源
２１３ 導入口
２２１ 内壁
２２２ 外壁
Ａｖ 蒸気
Ｐｍ プラズマ
Ｗａ 液体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】