JP2007080769A - プラズマ発生方法およびプラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体に隣接する空間あるいは生体内においてプラズマを発生させる方法および装置を提供する。
【解決手段】絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材からなる第１の電極３０を容器１０内に格納する。この容器１０を液体６０内にいれ、第２の電極２０も液体６０内に投入する。第１の電極３０と第２の電極２０との間に電源４０から交流電圧またはパルス電圧を印加して液体６０に隣接する空間である容器１０内にプラズマを発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ発生方法およびプラズマ発生装置に関し、特に液体に隣接した空間において、あるいは生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法およびプラズマ発生装置に関するものである。

従来より洗浄やエッチング、成膜等を行うのにプラズマを利用して行う方法が知られている。

特許文献１には、ヘリウムガスを使用することなく大気中で安定した放電を行うべく、反応ガスを供給する反応管と、反応管を挟んで対向配置され反応ガスに作用する第１，第２の電極とを備え、第１，第２の電極に高周波電力を供給して反応ガスを励起し、発生させたプラズマで被処理基板を処理するプラズマ処理装置が開示されている。

特許文献２には、処理の際のガス雰囲気を問わず、大気圧近傍の圧力下で均一な放電プラズマを発生させるため、対向電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、対向電極間にパルス化された電界を印加する技術が開示されている。

特許文献１に開示されている技術は反応管中を流れる反応ガスをプラズマにして、そのプラズマを反応管から被処理物に噴射させるものであり、特許文献２に開示されている技術は、第２電極板上に載せられた被処理物の表面処理を行うものであり、いずれも比較的大きな装置を前提としている表面処理の技術である。
特開２００２−１８４７５９号公報 特開平１０−１５４５９８号公報 大森豊明編著：電磁気と生体（1987）日刊工業新聞社

しかしながら、従来のプラズマ発生装置は大気下あるいは減圧下においてプラズマを発生させることを前提としており、液体が存在する場所の近辺でプラズマを発生させる装置はこれまでにはなかった。また、同様に液体が主要な構成物質である生体内においてプラズマを発生させる装置もこれまでにはなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体に隣接する空間あるいは生体内においてプラズマを発生させる方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、第２の電極を前記液体に電気的に接続させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、液体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。ここで容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。第２の電極を液体に電気的に接続させるとは、第２の電極を液体に直接接触させたり、第２の電極と液体の双方を接地したりするなど、第２の電極から液体に電気が流れるようにすることをいう。

本発明の第２のプラズマ発生方法は、生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、第２の電極を前記生体に電気的に接続させる接続工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

ある好適な実施形態において、前記接続工程では、前記第２の電極を前記生体表面に接触させる。

ある好適な実施形態において、前記接続工程では、前記第２の電極を前記生体内に挿入する。

ある好適な実施形態において、前記第２の電極は接地電極であって、前記接続工程では前記生体表面を接地させる。

本発明の第３のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して前記液体に接触させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、誘電分極によって液体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。

本発明の第４のプラズマ発生方法は、接地されている液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して接地させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、誘電分極によって液体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。第２の電極が絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接地されるとは、介在部材が導電性を有すると想定したときに第２の電極が接地される状態となることである。容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。

本発明の第５のプラズマ発生方法は、生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して前記生体に接触させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、誘電分極によって生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

本発明の第６のプラズマ発生方法は、生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、前記生体を接地する工程と、第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して接地させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む構成を有している。このような構成を有していることにより、誘電分極によって生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器の中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

ある好適な実施形態において、前記導電性部材は線状の部材であって、前記容器は細管である。

ある好適な実施形態において、前記容器は透光性を有している。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程において、前記容器内に所定のガスを流入させる、あるいは封入しておく。

ある好適な実施形態において、前記プラズマの発生により化学変化した前記所定のガスを前記容器の外に放出する工程をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記液体は電気伝導率が０．０５５μＳ／ｃｍ以上または比誘電率が６０以上である。なお、超純水の電気伝導率は、０．０５５μＳ／ｃｍである。

本発明の第１のプラズマ発生装置は、液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、前記液体に電気的に接続する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、液体と第１の電極との間に電界が形成され、液体に隣接した空間である容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。第２の電極を液体に電気的に接続させるとは、第２の電極を液体に直接接触させたり、第２の電極と液体の双方を接地したりするなど、第２の電極から液体に電気が流れるようにすることをいう。

本発明の第２のプラズマ発生装置は、生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と前記生体に電気的に接続する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

本発明の第３のプラズマ発生装置は、液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、前記液体に絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接触する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、誘電分極によって液体と第１の電極との間に電界が形成され、液体に隣接した空間である容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。

本発明の第４のプラズマ発生装置は、接地されている液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接地される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、誘電分極によって液体と第１の電極との間に電界が形成され、液体に隣接した空間である容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と液体とは接触していない。

本発明の第５のプラズマ発生装置は、生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と、前記生体に絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接触する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、誘電分極によって生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

本発明の第６のプラズマ発生装置は、接地されている生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と、絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接地される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えている。このような構成を有しているので、誘電分極によって生体と第１の電極との間に電界が形成され、容器中にプラズマが簡単に発生する。容器内に格納されている第１の電極と生体とは接触していない。

ある好適な実施形態において、前記導電性部材は線状の部材であって、前記容器は細管である。

ある好適な実施形態において、前記容器は透光性を有している。

ある好適な実施形態において、前記容器内に所定のガスを流入させるガス流入部材をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記容器内には所定のガスが封入されている。

ある好適な実施形態において、少なくとも前記容器の一部は、前記所定のガスが前記プラズマによって化学変化した物質を選択的に通過させる透過膜からなっている。

容器中に第１の電極を入れて、容器の外壁を液体に接触させており液体中をなんらかの形で電流が流れるようにしているので、液体隣接空間に容易にプラズマを発生させることができる。また同じようにして、生体中において容易にプラズマを発生させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
実施形態１のプラズマ発生装置を図１に示す。このプラズマ発生装置は、液体６０中に外壁の一部が浸された容器（細管）１０の中、すなわち液体６０に隣接する空間にプラズマを発生させる装置である。この装置は、第１の電極３０と、第１の電極３０を内部に格納する容器１０と、液体６０に浸される第２の電極２０と、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加する電源４０とを備えている。

第１の電極３０は、図２に示すように導電性部材３１の表面に絶縁体または誘電体からなる被覆３２が施されている構成を有している。導電性部材３１は金属やカーボン、有機導電性材料など導電性を有していればどのようなものであっても構わない。本実施形態では銅線としている。

被覆３２を構成する絶縁体は、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂などの電気絶縁性のポリマー、あるいはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のような電気絶縁性の無機物などを挙げることができる。また、被覆３２を構成する誘電体としては、チタン酸バリウムなどの誘電率が高い物質を挙げることができる。本実施形態ではフッ素樹脂であるテフロン（登録商標）により被覆３２を形成した。

ここで仮定として被覆３２がない場合を考えると、導電性部材３１の特定部位に放電が集中してしまい、プラズマ発生箇所が当該特定部位の周辺のみとなって容器１０の空孔内全体にプラズマが生じなかったり、容器１０が放電により破壊されてしまう可能性が非常に高い。

また、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加して第１の電極３０の周囲にプラズマを発生させると第１の電極３０の温度が上がるため、導電性部材３１および被覆３２は耐熱性が高いもの、具体的には５０℃で１時間保持したときに劣化しないものが好ましい。耐熱性の点からは、導電性部材３１は金属やカーボン等が好ましく、被覆３２はフッ素樹脂やポリイミド樹脂、ＤＬＣ、チタン酸バリウムなどが好ましい。

容器１０の形状はどのようなものでも構わない。例えば、箱状、袋状、少なくとも一端が塞がれた管状などの形状を挙げることができる。容器１０の材質はどのようなものでも構わない。ただ、容器１０の絶縁性が高いほど第１の電極３０と第２の電極２０との間に高い電界を印加することができ、結果としてプラズマが容易に発生するようになる。また、第１の電極３０は容器１０中に密閉されていることが好ましい。容器１０中に液体６０が入り込んでしまって第１の電極３０と液体６０とが接触してしまうと、電流が第２の電極２０から液体６０を介してそのまま第１の電極３０に流れてしまってプラズマが発生しなくなるので好ましくない。本実施形態では、容器１０はＰＶＣ製の細管（外形５ｍｍ、内径３ｍｍ）とした。

第２の電極２０は、電源４０に接続されているとともに接地線７０により接地されている。第２の電極２０の形状や材質は特に限定されない。例えば、第２の電極２０の形状は、平板状、円筒状、メッシュ状あるいはワイヤ状など、どのようなものであってもよい。第２の電極２０の材質は、金属、カーボンあるいは有機導電材料など導電性であればどのようなものでもよい。さらに第２の電極２０の表面は絶縁体で覆われていても構わない。本実施形態では金属板を第２の電極２０とした。

液体６０はどのような液体であってもよい。第２の電極２０と容器１０との距離や電圧値、電源周波数、容器１０材質などによって電流の流れやすさ、第１の電極３０周りの電界強度が変わるためである。なお、プラズマの発生のさせやすさを考慮すると、液体６０は電気伝導率が０．０５５μＳ／ｃｍ以上または比誘電率が６０以上であることが好ましい。本実施形態では、電気伝導率が０．０５５μＳ／ｃｍ、比誘電率が約８０である超純水とした。なお、液体６０を入れる槽５０は、形状および素材は特に限定されない。また、川や湖、海など槽５０が地盤であっても構わない。

電源４０は交流電圧あるいはパルス電圧を印加するものであるが、第１の電極３０の形状や材質、長さなど、容器１０の材質や厚みなど、第１の電極３０と第２の電極２０との距離、液体６０の種類や溶質の種類、温度等々でプラズマが発生するかしないかということ及びプラズマの強度が大きく影響されるため、また、プラズマの発生にとって重要なのは印加電圧ではなく第１の電極３０の周囲の電界強度であるため、交流電圧あるいはパルス電圧の周波数や電圧の大きさは特に限定されない。パルス電圧は図３に示すように、極性の変わる（＋から−、または−から＋）パルス、あるいは０Ｖから立ち上がるパルスが好ましく、パルス電圧が時間的に連続して供給されるとプラズマが連続して発生するので、好ましい。このように連続して供給されるパルス電圧は、方形波の交流電圧とも言える。

なお、電源４０の周波数や電圧は特に限定されないと上で述べたが、周波数は０．１Ｈｚ〜１００ＭＨｚが電源装置として実用上好ましく、プラズマの発生しやすさを考慮すると５０Ｈｚ〜１ＭＨｚが好ましい。電圧は、１Ｖ〜５００ｋＶがプラズマが発生し易くで好ましく、装置の扱いやすさの点で１Ｖ〜１００ｋＶが好ましい。もしくは、電源４０により交流電圧またはパルス電圧が第１の電極３０に印加された際の第１の電極３０近辺の電界強度は、１０⁴Ｖ／ｍ以上１０¹⁰Ｖ／ｍ以下が好ましい。

次に本実施形態のプラズマ発生装置を用いたプラズマを発生させる方法を説明する。

液体６０を満たした槽５０を用意する。それから内部に第１の電極３０を格納した容器１０を液体６０内に入れて容器１０外面を液体６０に接触させる。なお、第１の電極３０は電源４０と接続させる。

それから第２の電極２０を液体６０の中に入れ、電源４０と接続させる。そして第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧またはパルス電圧を印加すると、液体６０を介して電流が流れ、容器１０の中にプラズマが発生する。この場合、容器１０の壁厚みは一定であるので、第１の電極３０の周囲の電界強度は、第１の電極３０と容器１０内壁との距離によって変わるものであるが、本実施形態では第１の電極３０の長手方向において、第１の電極３０のいずれの位置でも容器１０の内壁との距離はほぼ一定であり、第１の電極３０の長手方向ではほぼ一定の強度のプラズマが発生する。

これまで説明したように、本実施形態では絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材３１を備えた第１の電極３０を容器１０の内部に格納させて、容器１０の外壁を液体６０に接触させ、さらに第２の電極２０を液体６０と電気的に接続させて、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させるので、従来の装置ではできなかった液体に隣接する空間、すなわち容器１０の内部にプラズマを発生させることができる。また、本実施形態のプラズマ発生装置は非常に簡単な構造であり、製造コストを低くできる。そして、プラズマ発生も容易にかつ被熟練者でも行える。本実施形態では、容器１０を端部を塞いだ細管とし第１の電極３０を線状としたので、第１の電極３０の長さ方向に沿って連続的に、強度がほぼ一定のプラズマが発生する。なお、プラズマの発生の具合は、発光の強さや第１の電極３０の長さ方向における単位長さあたりの放電電流によって判断することができる。また、線状の電極先端には電界が集中するので、第１の電極３０の先端の被覆３２厚みを厚くしたり、先端のみより絶縁性・誘電性の高い素材の被覆を施すと、第１の電極３０の長さ方向でほぼ均一のプラズマを得やすくなる。なお、液体６０が超純水以外のもので電気導電性がより低くても、電源の条件や第１電極３０と第２電極２０との距離を調節することにより、プラズマを発生させることは可能である。

（実施形態２）
実施形態２に係るプラズマ発生装置は、図４に示すように、実施形態１に係るプラズマ発生装置の第２の電極２０を異なる形態としたものである。本実施形態に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は実施形態１と大部分が同じであるので、異なっている点を主に説明する。

本実施形態では、第２の電極２２を金属線に絶縁被覆を施したものとしている。第２の電極２２の構造は、第１の電極３０と同じである。ここでは第２の電極２２は第１の電極３０と同じテフロン（登録商標）被覆の銅線を用いており、液体６０中に浸っている部分は全て被覆されている。また、実施形態１とは異なり、第２の電極２２は接地されていない。

第２の電極２２が絶縁体に被覆されていても、第１の電極３０と第２の電極２２との間に電源４０から交流電圧またはパルス電圧を印加すると、誘電分極によって第１の電極３０の周囲に電界が生じて、プラズマが発生する。従って、実施形態１と同様の効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３に係るプラズマ発生装置は、図５に示すように、実施形態１に係るプラズマ発生装置の第２の電極２０を異なる形態としたものである。本実施形態に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は実施形態１と大部分が同じであるので、異なっている点を主に説明する。

本実施形態では、第２の電極２４を金属板として、槽５０の外壁面に接触させている。槽５０が導電性を有していれば実施形態１と同様にしてプラズマが発生し、槽５０が絶縁体あるいは誘電体であれば実施形態２と同様にしてプラズマが発生する。従って本実施形態は実施形態１と同様の効果を奏する。

（実施形態４）
実施形態４に係るプラズマ発生装置は、図６に示すように、液体６０、槽５０、第１の電極３０、電源４０は実施形態１と同じであるが、その他の部分が実施形態１と異なっているので、異なっている部分を説明する。

本実施形態では、容器１２は透光性を有している。従って、容器１２内でプラズマが発生し、それによって可視光や紫外光が発生すると、これらの光は容器１２を透過して液体６０に照射される。これにより、液体６０の滅菌や、液体６０内での化学反応などを促進させることができる。なお、容器１２の透光性としては、プラズマにより生じた光の中で、所望する波長の光の１０％以上を透過させることが好ましく、５０％以上を透過させることがより好ましい。

さらに、本実施形態では容器１２の液体６０に浸されていない開口部にアダプタ８５が取り付けられ、さらにそのアダプタ８５にはガス導入部８０が連結されている。ガス導入部８０からは容器１２内に所定のガス、例えばＡｒやＨｅのようなプラズマが発生しやすいガスが導入され、それによってより多くの光を発生させたり、所望の波長の光を発生させたりさせる。アダプタ８５上部には所定のガスによって押し出された容器１２内の気体を排出する排出口が設けられている。

また、本実施形態では電源４０は接続線７１を介して接地されている。そして、液体６０は接地線７２によって接地されている。

本実施形態では、実施形態１と同様の効果を奏するとともに、容器１２の周囲の液体６０や槽５０内壁に光を簡単に照射することができる。

（実施形態５）
実施形態５に係るプラズマ発生装置は、図７に示すように、容器１４が実施形態４と異なっているが、その他の部分は実施形態４と同じであるので、異なっている部分を説明する。

本実施形態の容器１４は先端部分１５をメンブレンフィルタとしている。このメンブレンフィルタは、液体６０の分子は通さないが、プラズマによって容器１４内に発生するラジカルやイオンなどの活性種は通す。従って、液体６０の中にプラズマによって発生する活性種が溶け込む。

本実施形態では、ガス導入部８０から所定のガスが容器１４内に送られ、このガスがプラズマによって活性種に変化する。所定のガスとしては、酸素や窒素、有機分子など、液体６０に溶け込ませて行おうとする反応などの目的によって適宜選択することができる。

本実施形態では、実施形態１と同様の効果を奏するとともに、ガス種を適宜選択することにより所望の活性種を液体６０に容易に溶け込ませることができ、例えば常温常圧といった通常条件では生じない反応を常温常圧で行うことができる。

（実施形態６）
実施形態６に係るプラズマ発生装置は、図８に示すように、液体６０、槽５０、第１の電極３０、電源４０は実施形態１と同じであるが、その他の部分が実施形態１と異なっているので、異なっている部分を説明する。

本実施形態の電源４０は、第１の電極３０に電気的に接続されているのとともに、被覆接地線である第２の電極２２に接続されている。第２の電極２２は金属線の外面に樹脂などの絶縁体が被覆されたものである。第２の電極２２はグランド１に差し込まれている。また、液体６０は接地線７２により接地されている。電源４０が第２の電極２２によってグランド１に差し込まれていても、誘電分極により液体６０と通電し、第１の電極３０の周囲にプラズマが発生する。

本実施形態では、実施形態４と同様に容器１２は透光性を有しており、容器１２中には光の発生に有利な所定のガスが封入されている。従って、容器１２内でプラズマが発生し、それによって可視光や紫外光が発生すると、これらの光は容器１２を透過して液体６０に照射される。

本実施形態では、実施形態４と同様の効果を奏する。

（実施形態７）
実施形態７は、生体中に容器を挿入して生体中でプラズマを発生させるプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法に係るものである。

本実施形態では、図９に示すように生体１００中に容器１１０と金属線である第２の電極１２０を挿入している。容器１１０中には、図１０に一部破断の図によって示すように第１の電極３０が格納されている。この第１の電極３０は、実施形態１のものと同じである。第１の電極３０と第２の電極１２０とは電源４０に接続されており、電源４０よりこれらの間に交流電圧あるいはパルス電圧が印加される。また、第２の電極１２０は接地線７０によって接地されている。

交流電圧あるいはパルス電圧については実施形態１で説明しているが、本実施形態では生体１００に電圧を印加するので、この点についてさらに説明を加える。図１５は、非特許文献１に記載されている感知電流に及ぼす周波数の影響を表す図である。この図は横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に感知電流［ｍＡ］をとり、人体にある周波数の交流電流を流した場合に、何ｍＡから電流を感じるようになるかを示したグラフである。（ａ）は被験者の９９．５％が感知する値であり、（ｂ）は被験者の５０％が感知する値、（ｃ）は被験者の０．５％が感知する値である。この図からわかるように、（ｃ）の曲線よりも下の領域でプラズマを発生させれば、電流が流れていることを感知させないで生体中でプラズマ発生を行うことができる。

容器１１０は、フッ素樹脂やシリコーンなど、生体になじみやすい素材からなっていることが好ましいが、短時間の挿入であればどのような素材であってもよい。また、容器１１０の挿入は、口や鼻孔、肛門等の生体表面の穴から行ってもよいし、生体１００を切って挿入してもよい。また、カテーテルのように血管中に挿入してもよい。生体１００は、ウマやウシ、イヌ、ヒトなどのほ乳類や、は虫類、魚類などどのような生体であっても構わない。

本実施形態は、生体中で簡単にプラズマを発生させることができるという効果を奏する。

（実施形態８）
実施形態８は、図１１に示すように実施形態７と比べると第２の電極１２２が異なっており、他の構成は同じであるので、実施形態７と異なっているところを説明する。なお、図１１においては生体１００のうち表面の一部のみを示し、他の部分は省略している。図１１において、符号１００で示された生体表面の上側が生体１００である。なお、図１２〜１４についてもこの点は同じである。

本実施形態の第２の電極１２２は被覆金属線である。金属線に絶縁性の樹脂を被覆したものである。絶縁性の被覆があっても誘電分極によって生体１００中に通電したのと同じ状態となり容器１１０中にプラズマが発生する。

本実施形態は、実施形態７と同じ効果を奏する。

（実施形態９）
実施形態９に係るプラズマ発生装置は、電源４０が実施形態７と同じであるが、その他の部分は実施形態７と異なっているので、異なっている部分を説明する。

本実施形態においては、容器１１２は透光性を有している。従って、容器１１２内でプラズマが発生し、それによって可視光や紫外光が発生すると、これらの光は容器１１２を透過して生体１００の中に照射される。これにより、生体１００内の滅菌や、患部の治療などを行うことができる。なお、容器１２の透光性としては、プラズマにより生じた光の中で、所望する波長の光の１０％以上を透過させることが好ましく、５０％以上を透過させることがより好ましい。

さらに、本実施形態では容器１１２の生体１００の外側に出ている開口部にアダプタ８５が取り付けられ、さらにそのアダプタ８５にはガス導入部８０が連結されている。ガス導入部８０からは容器１１２内に所定のガス、例えばＡｒやＨｅのようなプラズマが発生しやすいガスが導入され、それによってより多くの光を発生させたり、所望の波長の光を発生させたりさせる。アダプタ８５上部には所定のガスによって押し出された容器１１２内の気体を排出する排出口が設けられている。

また、電源４０は接地線７２により接地されており、生体１００表面には金属板である第２の電極２４が接触していて、この第２の電極２４は接地線２４により接地している。第２の電極２４を生体１００表面に接触させるときには、生体１００表面に水分を含んだクリームやゼリー等を塗布して両者の間の電気導通を確実にすることが好ましい。なお、生体１００を接地させるには、第２の電極２４を接地させなくても、生体１００そのものの一部をグランドに触れさせること等を行ってもよい。

本実施形態は、実施形態７と同じ効果を奏するとともに、生体１００内に容易に光（特に紫外光）を照射することができるという効果を奏する。

（実施形態１０）
実施形態１０に係るプラズマ発生装置は、図１３に示すように容器１１４が実施形態９と異なっているが、その他の部分は実施形態９と同じであるので、異なっている部分を説明する。

本実施形態の容器１１４は先端部分１１５をメンブレンフィルタとしている。このメンブレンフィルタは、生体１００中の液体の分子は通さないが、プラズマによって容器１１４内に発生するラジカルやイオンなどの活性種は通す。従って、生体１００の中にプラズマによって発生する活性種が溶け込む。

本実施形態では、ガス導入部８０から所定のガスが容器１１４内に送られ、このガスがプラズマによって活性種に変化する。所定のガスとしては、酸素や窒素、有機分子など、生体１００の中に溶け込ませて行おうとする反応、治療などの目的によって適宜選択することができる。

本実施形態では、実施形態７と同様の効果を奏するとともに、ガス種を適宜選択することにより所望の活性種を生体１００に容易に溶け込ませることができ、生体１００内での化学反応や治療を行うことができる。

（実施形態１１）
実施形態１１に係るプラズマ発生装置は、図１４に示すように、生体１００、第１の電極３０、電源４０は実施形態７と同じであるが、その他の部分が実施形態７と異なっているので、異なっている部分を説明する。

本実施形態の電源４０は、第１の電極３０に電気的に接続されているのとともに、接地線７２により接地されている。また、第２の電極２４は実施形態１０と同様に生体１００の表面に接触している金属板であるが、接地線７１を介して被覆接地線２６に接続されている。被覆接地線２６は金属線の外面に樹脂などの絶縁体が被覆されたものである。被覆接地線２６はグランド１に差し込まれている。第２の電極２４が被覆接地線２６によってグランド１に差し込まれていても、誘電分極により第１の電極３０の周囲にプラズマが発生する。

本実施形態では、実施形態９と同様に容器１１２は透光性を有しており、容器１１２中には光の発生に有利な所定のガスが封入されている。従って、容器１１２内でプラズマが発生し、それによって可視光や紫外光が発生すると、これらの光は容器１１２を透過して生体１００内に照射される。

本実施形態では、実施形態９と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
上記の実施形態は本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、第１の電極の導電性部材の形状は線状に限定されず、板状、箔状等どのような形状でもよい。

第１の電極に発生する放電は、誘電体バリア放電やグロー放電、コロナ放電など特に限定されない。プラズマが発生すればどのような放電形態であっても構わない。

実施形態１〜３，７、８の装置において、実施形態４、５，９，１０のようにガス導入部を取り付けて、所定のガスを導入してプラズマを発生させても構わない。

実施形態１〜３，５において、容器の少なくとも一部を透光性の素材から作成してプラズマにより光を液体に照射させても構わない。また、実施形態１〜４、６において、容器の少なくとも一部を透過膜にして、プラズマにより発生した活性種を液体中に放出してもよい。

実施形態７、８，１０において、容器の少なくとも一部を透光性の素材から作成してプラズマにより光を生体中に照射させても構わない。また、実施形態７〜９、１１において、容器の少なくとも一部を透過膜にして、プラズマにより発生した活性種を生体中に放出してもよい。

第１の電極は容器の中に全て収まっていてもよいが、一部が容器の外側にはみ出していても構わない。その場合、第１の電極のうち容器の外側にはみ出している部分は、液体や生体に触れないようにする。ただし、当該はみ出している部分の被覆を十分に厚くして液体や生体に接触しても電流が流れないようにした場合は、この部分はもはや第１の電極とは言えず、そのような部分は液体や生体に接触していても構わない。

以上説明したように、本発明に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は、液体隣接空間や生体中でプラズマを発生させることができ、液体の滅菌、化学反応促進、治療装置等として有用である。

実施形態１に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 第１の電極の断面図である。 パルス電圧を示す図である。 実施形態２に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態３に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態４に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態５に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態６に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態７に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 容器の一部破断図である。 実施形態８に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態９に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態１０に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 実施形態１１に係るプラズマ発生装置の模式的な図である。 感知電流と周波数の関係図である。

符号の説明

１０、１２，１４ 容器
１５ メンブレンフィルタ（透過膜）
２０、２２、２４ 第２の電極
３０ 第１の電極
３１ 導電性部材
３２ 被覆
４０ 電源
６０ 液体
８０ ガス導入部（ガス流入部材）
１００ 生体
１１０ 容器
１１２ 容器
１１４ 容器
１１５ メンブレンフィルタ（透過膜）
１２０ 第２の電極
１２２ 第２の電極
１２４ 第２の電極

Claims (25)

1. 絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、
   第２の電極を前記液体に電気的に接続させる工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
2. 生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、
   第２の電極を前記生体に電気的に接続させる接続工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
3. 絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、
   第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して前記液体に接触させる工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
4. 接地されている液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器の外面を液体に接触させる工程と、
   第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して接地させる工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
5. 生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、
   第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して前記生体に接触させる工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
6. 生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極が格納されている容器を前記生体内に挿入する工程と、
   前記生体を接地する工程と、
   第２の電極を絶縁体または誘電体よりなる介在部材を介して接地させる工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第１の電極の周囲である前記容器の内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
7. 前記接続工程では、前記第２の電極を前記生体表面に接触させる、請求項２に記載のプラズマ発生方法。
8. 前記接続工程では、前記第２の電極を前記生体内に挿入する、請求項２に記載のプラズマ発生方法。
9. 前記第２の電極は接地電極であって、前記接続工程では前記生体表面を接地させる、請求項２に記載のプラズマ発生方法。
10. 前記導電性部材は線状の部材であって、前記容器は細管である、請求項１から１０のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
11. 前記容器は透光性を有している、請求項１から１１のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
12. 前記プラズマ発生工程において、前記容器内に所定のガスを流入させる、あるいは封入しておく、請求項１から１１のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
13. 前記プラズマの発生により化学変化した前記所定のガスを前記容器の外に放出する工程をさらに備えた、請求項１２に記載のプラズマ発生方法。
14. 前記液体は電気伝導率が０．０５５μＳ／ｃｍ以上または比誘電率が６０以上である、請求項１，３および４のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
15. 液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、
    前記液体に電気的に接続する第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
16. 生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と
    前記生体に電気的に接続する第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
17. 液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、
    前記液体に絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接触する第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
18. 接地されている液体に隣接した空間においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、外面が前記液体に接触する容器と、
    絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接地される第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
19. 生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と、
    前記生体に絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接触する第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
20. 接地されている生体内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えており、プラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極を格納し、前記生体内に挿入される容器と、
    絶縁体または誘電体からなる介在部材を介して接地される第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備えている、プラズマ発生装置。
21. 前記導電性部材は線状の部材であって、前記容器は細管である、請求項１５から２０のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
22. 前記容器は透光性を有している、請求項１５から２１のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
23. 前記容器内に所定のガスを流入させるガス流入部材をさらに備えている、請求項１５から２２のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
24. 前記容器内には所定のガスが封入されている、請求項１５から２２のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
25. 少なくとも前記容器の一部は、前記所定のガスが前記プラズマによって化学変化した物質を選択的に通過させる透過膜からなっている、請求項２３または２４に記載のプラズマ発生装置。

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