JP2007234297A - 管用プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体の内周面に、洗浄、滅菌、表面処理などの所定の処理を行う管用プラズマ処理装置において、小径の管体に対応できるようにする。
【解決手段】プラズマ発生電極１の内、管体１０内で相対的に移動させる電極を内側電極の陽極１１のみとし、外側電極の陰極１２を、電気絶縁性の材料から成る管体１０の外周面に臨む環状に形成する。そして、管体１０をチャック５２Ａ，５２Ｂによって架台上に固定し、移動台４１に前記陰極１２および陽極１１が先端に取付けられたケーブル３の基端３４を固定し、矢府Ｆ方向に移動させることで、陰極１２内に管体１０を、その管体１０内に陽極１１を、連動して挿入してゆく。したがって、従来では外側電極の外周以上の径に制約されていた処理可能な管体１０の内径を、大幅に小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、管体内でプラズマ発生電極を管軸方向に移動させ、前記管体の内周面にプラズマを照射することで、洗浄、滅菌、表面処理などの所定の処理を行う管用プラズマ処理装置に関する。

近年、ＮＯｘやＳＯｘの分解をはじめ、有害物質の除去技術にプラズマは不可欠になってきている。その理由は、プラズマ中では電子の非弾性衝突により、ガスに励起、解離、電離等の反応が起こり、その結果、化学的に活性な粒子が豊富に生成されるため、これらの活性種を有害成分を含んだ空気に導き、そこで起こる様々な化学反応により有害成分の分解を行うことができるからである。特に、プラズマ滅菌技術は、従来の加熱法や薬品処理法に比べて設備が簡便であり、取り扱いが易しいという利点を有している。

そこで、そのプラズマ滅菌技術を管体に適用できるようにした上記のような管用プラズマ処理装置の典型的な従来技術は、特許文献１に示されている。その従来技術によれば、給電ケーブルの先端に外部電極と中心電極とから成る放電電極を取付け、移動機構によって、前記給電ケーブルを押込み／引出すことで、前記放電電極に管体内を走行させ、内周面全面を滅菌するようにした管用プラズマ滅菌装置が開示されている。
特開２００３−２１０５５６号公報

しかしながら、上述の従来技術では、処理可能な管体の内径は、当然ながら放電電極の外周以上の径となる。すなわち、外側電極（外部電極）の外周以上の径となる。この従来技術は、内視鏡におけるサンプル採取や処置などのために使用される管体の滅菌のために使用され、適用可能な径は、数ｍｍ程度である。したがって、たとえば１ｍｍ以下の内径のカテーテルなどの大幅に小径な管体の処理は行うことができない。

本発明の目的は、処理可能な管体の内径を、小さくすることができる管用プラズマ処理装置を提供することである。

本発明の管用プラズマ処理装置は、プラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体の内周面に所定の処理を行う管用プラズマ処理装置において、前記管体内で相対的に移動させる電極を内側電極の陽極のみとし、外側電極の陰極を、電気絶縁性の材料から成る管体の外周面に臨む環状に形成し、前記陰極を前記陽極に連動させて前記管軸方向に相対的に移動させてゆく連動手段を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、プラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体の内周面に、洗浄、滅菌、表面処理などの所定の処理を行う管用プラズマ処理装置において、前記管体が電気絶縁性の材料から成る場合、プラズマ発生電極を構成する内側電極の陽極と環状の外側電極の陰極とを分離し、それぞれ管体の内側と外側とに配置する。そして、内側電極の陽極の変位に連動して、前記管体の外側で、外側電極の陰極を変位させる連動手段を設ける。

したがって、従来では外側電極の外周以上の径に制約されていた処理可能な管体の内径を、大幅に小さくすることができ、小径の管体の内周面に所定のプラズマ処理を行うことができる。

また、本発明の管用プラズマ処理装置では、前記内側電極の陽極は、前記管体内で、該陽極に給電を行うケーブルによって推進または牽引され、前記連動手段は、前記陰極を一端部に支持する移動台と、前記移動台の他端部において前記ケーブルの基端側を支持する連結ブロックとを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、内側電極の陽極が前記管体内で給電を行うケーブルによって推進または牽引される場合、前記連動手段としては、前記陰極を一端部に支持する移動台と、前記移動台の他端部において前記ケーブルの基端側を支持する連結ブロックとを備えて構成し、移動台が移動することで、該移動台に支持された陰極および連結ブロックからケーブルを介して支持される陽極が連動して移動することになる。

したがって、簡単な構成で、前記陽極に連動させて陰極を移動させる連動手段の一構成例を実現することができる。

さらにまた、本発明の管用プラズマ処理装置では、前記外側電極の陰極が架台に固定されるとともに、前記内側電極の陽極は、該陽極に給電を行うケーブルの遊端に取付けられ、前記陽極が陰極内に位置するように、前記ケーブルの他端が前記架台に固定され、前記管体内に陽極が挿入されるとともに、管体の外周面が前記陰極の内周面を挿通してゆくように、前記架台上で、前記管体を管軸方向に変位させる変位手段とを備え、それらの架台および変位手段が前記連動手段を構成することを特徴とする。

上記の構成によれば、外側電極の陰極および内側電極の陽極が架台に固定され、その架台上で、変位手段によって前記管体を管軸方向に変位させることで、前述のようにプラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくようにする。そして、前記陰極を架台に固定するとともに、陽極をケーブルの遊端に取付け、前記陽極が陰極内に位置するように前記ケーブルの他端を前記架台に固定することで、この架台および前記変位手段が前記連動手段を構成し、陽極に陰極を連動させて管体に対して相対的に移動させることができる。すなわち、陽極と陰極との間に、管体を差込んでゆくことで、ケーブルによって陽極を管体内に推進させてゆくことができ、管体を抜出してゆくことで、ケーブルによって陽極を管体内で牽引させてゆくことができる。

したがって、簡単な構成で、前記陽極に連動させて陰極を移動させる連動手段の一構成例を実現することができる。

また、本発明の管用プラズマ処理装置では、前記内側電極の陽極は、前記管体の内周面上を摺動することができる支持部材によって前記管体の中心に支持されており、前記支持部材は、前記陽極を保持する筒状の保持部と、前記保持部の外周面から外方に延びて形成され、前記ケーブルの基端側から供給される処理ガスを螺旋状に吹出す羽根状の整流部材とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前述のように内側電極の陽極が前記管体内で給電を行うケーブルによって推進または牽引される場合、その内側電極の陽極は、前記管体の内周面上を摺動することができる支持部材によって前記管体の中心（＝外側電極の陰極の中心）に支持される必要があり、その支持部材は、前記陽極を保持する保持部と、前記保持部から外方に延びて形成され、前記管体の内周面上を摺動することができる摺動部材とで構成される。そこで、前記保持部を筒状に形成し、前記ケーブルの基端側から供給される処理ガスの流路を確保するための隙間を要する前記摺動部材を羽根状の整流部材に形成し、供給された処理ガスを螺旋状に吹出すようにする。

したがって、プラズマ（プルーム）を管体の内周面に均等に発生させることができる。

さらにまた、本発明の管用プラズマ処理装置では、前記整流部材は、ウォームギアの形状に形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記整流部材が前記管体の内周面上を管軸方向に摺動してゆくと、ウォームギアの形状による外周面の歯が、前記管軸方向とは交差して斜めに内周面上を摺動してゆくことになる。

したがって、プラズマ処理の残渣などを除去したり、膜形成された内周面を平滑に仕上げたりすることができる。

本発明の管用プラズマ処理装置は、以上のように、プラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体の内周面に、洗浄、滅菌、表面処理などの所定の処理を行う管用プラズマ処理装置において、前記管体が電気絶縁性の材料から成る場合、プラズマ発生電極を構成する内側電極の陽極と環状の外側電極の陰極とを分離し、それぞれ管体の内側と外側とに配置し、内側電極の陽極の変位に連動して、前記管体の外側で、外側電極の陰極を変位させる連動手段を設ける。

それゆえ、従来では外側電極の外周以上の径に制約されていた処理可能な管体の内径を、大幅に小さくすることができ、小径の管体の内周面に所定のプラズマ処理を行うことができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の一形態に係る管用プラズマ処理装置Ｓの一部の構成を示す水平断面図であり、図２はその管用プラズマ処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。この管用プラズマ処理装置Ｓは、プラズマ発生電極１を管体１０の管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体１０の内周面に所定の処理を行うものであり、注目すべきは、前記管体１０内で相対的に移動させる電極を内側電極の陽極１１のみとし、外側電極の陰極１２を、電気絶縁性の材料から成る管体１０の外周面に臨む環状に形成し、前記陰極１２を前記陽極１１に連動させて前記管軸方向に相対的に移動させてゆくことである。図２では、管体１０内に陽極１１を挿入した状態を示しているけれども、理解し易くするために、管体１０は省略している。

この管用プラズマ処理装置Ｓは、大略的に、前記プラズマ発生電極１と、架台２と、ケーブル３と、挿入装置４と、チャック装置５Ａ，５Ｂと、マイクロ波発生装置６と、図示しない処理ガス供給装置および移動機構とを備えて構成される。

プラズマ発生電極１は、後述するようにして、環状の外側電極の陰極１２の中心に、棒状の内側電極の陽極１１が臨むように配置されて構成され、共に、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から形成される。環状の陰極１２の下面は、前記挿入装置４の移動台４１の一端部４１１において、支柱４２によって支持されるとともに、これらの支柱４２、移動台４１および架台２を介して接地電位に保持される。陽極１１は、ケーブル３の先端部３１において、外皮３２が剥離されて露出した芯線３３の先端３３１に嵌め込まれるキャップ状に形成され、嵌め込まれた後、半田付けやかしめ止めなどで適宜抜け止め固定される。前記芯線３３にこの陽極１１が固定された後、前記ケーブル３の先端部３１には、支持部材７が固着される。ケーブル３は、裸線であってもよい。

図３は、前記支持部材７の一例を示すケーブル３の先端部３１の斜視図である。支持部材７は、前記陽極１１を保持する筒状の保持部７１と、その保持部７１の外周面から外方に延びて形成され、後述するように前記ケーブル３の基端３４側から供給される処理ガスを螺旋状に均等に吹出す複数枚の羽根状の整流部材７２とを備えて構成され、前記整流部材７２によって、管体１０の中心に陽極１１を保持したままで、該管体１０の内周面上を摺動することができるようになっている。この支持部材７では、前記整流部材７２は、ウォームギアの形状に形成されている。

前記チャック装置５Ａは、架台１上に固定的に立設されるフレーム５１Ａに、管体１０の先端１０１をチャックするチャック５２Ａおよび処理ガスを供給するノズル５３を備えて構成される。ノズル５３は、図示しない処理ガス供給装置に接続されている。また、チャック装置５Ｂは、フレーム５１Ｂおよびチャック５２Ｂを備えて構成され、管体１０の後端１０２をチャックする。

このように構成されるチャック装置５Ａ，５Ｂにおいて、初期状態では、チャック装置５Ａの位置にプラズマ発生電極１が臨み、支持部材７および陽極１１の取付けられたケーブル３の先端部３１が、作業者によって前記管体１０の先端１０１から差込まれると、チャック５２Ａによってその先端１０１がフレーム５１Ａに固定され、ノズル５３が差込まれることで、前記管体１０内に処理ガスの供給が可能となる。また、チャック５２Ｂによって後端１０２がフレーム５１Ｂに固定される。こうして、管体１０は、固定的に立設されたフレーム５１Ａ，５１Ｂに備えられているチャック５２Ａ，５２Ｂによって、架台１上に位置決め固定される。

前記挿入装置４において、移動台４１は、図示しない移動機構によって、架台２上を、案内溝２１に沿って、管体１０およびケーブル３の軸線方向に摺動可能となっている。前記移動台４１の他端部４１２には、連結ブロック８が取付けられている。この連結ブロック８は、ケーブル３の基端部３４を、滑らないように、移動台４１上で所定の高さに保持固定するものである。

したがって、管体１０の先端１０１がチャック５２Ａにチャックされた状態で、移動台４１が矢符Ｆ方向に移動すると、環状の陰極１２内に管体１０が挿入されてゆくとともに、それに連動して、陽極１１がケーブル３によって推進され、管体１０内に挿入されてゆく。このとき、ケーブル３の剛性が不足すると、該ケーブル３が管体１０内で蛇行して、陰極１２よりも後方前記矢符Ｆの上流側に陽極１１が位置することになる。しかしながら、陽極１１を一旦管体１０内の後端１０２側まで挿入し、その後端１０２がチャック５２Ｂによってチャックされた状態で、移動台４１を矢符Ｆとは反対方向に或る程度移動すると、該陽極１１が伸長したケーブル３によって牽引され、陰極１２内に陽極１１が位置することになる。こうして、プラズマ放電が可能となり、放電させつつ移動台４１を矢符Ｆとは反対方向に移動させるとともに、前記ノズル５３から処理ガスを供給し、管体１０内から保持部７１の整流部材７２間を抜け、プラズマ発生電極１部分に螺旋状に吹出させることで、所望の処理が可能となる。

ケーブル３に軸線方向の充分な剛性がある場合には、挿入に伴っても陽極１１と陰極１２とは連動して変位するので、陽極１１の挿入時にプラズマ照射を行ってもよく、挿入時および抜き取り時の両方でプラズマ照射を行ってもよい。しかしながら、片方で行うのであれば、牽引の方が支持部材７の管体１０の内周面に対する摺動安定性が高く、したがって上述のように一旦ケーブル３を押込んだ後に、引抜く際にマイクロ波および処理ガスの供給を行い、プラズマ処理を行う方がよい。

このように構成することで、従来では外側電極の外周以上の径に制約されていた処理可能な管体の内径を、大幅に小さくすることができ、小径の管体の内周面に所定のプラズマ処理を行うことができる。また、支柱４２、移動台４１、連結ブロック８およびケーブル３という簡単な構成で、陽極１１に連動させて陰極１２を移動させる連動手段の一構成例を実現することができる。

さらにまた、陽極１１を管体１０の内周面で保持する支持部材７１を、前記陽極１１を保持する筒状の保持部７１に、その外周面から外方に延びて形成される複数枚の羽根状の整流部材７２によって構成し、その整流部材７２をウォームギアの形状に形成することで、処理ガスを陽極１１の周りに均等に吹出させることができ、プラズマ（プルームＰ）を管体１０の内周面に均等に発生させることができるとともに、整流部材７２が管体１０の内周面上を管軸方向に摺動してゆくと、ウォームギアの形状による外周面の歯が、前記管軸方向とは交差して斜めに内周面上を摺動してゆくことになり、プラズマ処理の残渣などを除去したり、膜形成された内周面を平滑に仕上げたりすることができる。

前記処理ガスとして、たとえば酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用等を行うことができる。また、アルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、表面クリーニングや表面改質を行うことができる。さらにまた、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで親水性表面に改質することができる。

なお、管体１０から陽極１１を引出す際に、チャック５２Ａを開放し、管体１０の先端１０１から陽極１１が抜け出るまでプラズマ照射を行うことで、該先端１０１側は管体１０の内周面の全長に亘ってプラズマ照射を行うことができるが、チャック５２Ｂによって保持される後端１０２側はプラズマ照射されない部分が生じる可能性がある。その場合、陽極１１を引出した後に、管体１０のその部分を切断すればよい。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の他の形態に係る管用プラズマ処理装置Ｓ’の全体構成を示す斜視図である。図４でも、管体１０内に陽極１１を挿入した状態を示しているけれども、理解し易くするために、管体１０は省略している。この管用プラズマ処理装置Ｓ’の一部の構成は、前述の図１と同様に表れ、図示を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、プラズマ発生電極１側を架台２’上に固定し、移動台４１’上にチャック装置５Ａ，５Ｂを設け、管体１０側を管軸方向に移動させてゆくことである。したがって、前記チャック装置５Ａ，５Ｂおよび移動台４１’は、管体１０を移動させる変位手段を構成する。

このように管体１０側を移動することでも、管体１０とプラズマ発生電極１とを、管軸方向に相対的に移動させてゆくことができる。

ケーブル３に別体としての陽極１１は必ずしも設けられなくてもよく、芯線３３が放電に適した材料から成り、損耗や特性の劣化などを許容できる場合には、外皮３２が剥離されて露出した芯線３３の先端３３１が、そのまま陽極として使用されてもよい。また、処理ガスによる芯線３３の劣化などに問題がなければ、外皮３２は特に設けられなくてもよく、その場合、芯線３３の径を大きくして、剛性をアップしてもよい。

さらにまた、管体１０内に挿入する陽極１１に或る程度の径が許容される場合、芯線３３を管体として、該芯線３３内を通して処理ガスを供給するようにしてもよい。その場合、図５で示すように、陽極１１’の先端がノズル１１１となり、支持部材としては、参照符号７’で示すような管体１０の内周面に密着するドーナツ状のものも使用することができる。

また、前記支持部材としては、図６で示すように、前記陽極１１を保持する筒状の保持部７１に、複数の突起７２ａ，７２ｂ，７２ｃが形成されてもよく、たとえば図６（ａ）で示す支持部材７ａの突起７２ａは３枚であり、図６（ｂ）で示す支持部材７ｂの突起７２ｂは４枚であり、図６（ｃ）で示す支持部材７ｃの突起７２ｃは６枚である。さらにまた、各突起７２ａ，７２ｂ，７２ｃも、先端が、図７（ａ）で示すような円錐状、図７（ｂ）で示すような半球状、図７（ｃ）で示すようなマイナスドライバー状等、管体１０の内周面との摩擦が少なく、かつ処理ガスの流路を妨げないような形状であれば、任意の形状に形成されてもよい。

本発明に係る管用プラズマ処理装置は、細い管体の内周面に、洗浄、滅菌、表面処理などの所定の処理を行うことができ、産業用から、医療や食品などの広い分野に好適に用いることができる。

本発明の実施の一形態に係る管用プラズマ処理装置の一部の構成を示す水平断面図である。 前記管用プラズマ処理装置の全体構成を示す斜視図である。 プラズマ発生電極の内側電極である陽極を管体の中心に支持する支持部材の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の他の形態に係る管用プラズマ処理装置の全体構成を示す斜視図である。 ケーブル芯線内を処理ガスが供給可能な場合に用いられる支持部材の一例を示す斜視図である。 前記支持部材の他の例を示す正面図である。 図６で示す支持部材における突起形状の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ プラズマ発生電極
２ 架台
３ ケーブル
３３ 芯線
４ 挿入装置
４１，４１’ 移動台
５Ａ，５Ｂ チャック装置
５１Ａ，５１Ｂ フレーム
５２Ａ，５２Ｂ チャック
５３ ノズル
６ マイクロ波発生装置
７，７’，７ａ，７ｂ，７ｃ 支持部材
７１ 保持部
７２ 整流部材
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 突起
８ 連結ブロック
１０ 管体
１１，１１’ 陽極
１２ 陰極
Ｓ，Ｓ’ 管用プラズマ処理装置

Claims (5)

1. プラズマ発生電極を管軸方向に相対的に移動させてゆくことで、管体の内周面に所定の処理を行う管用プラズマ処理装置において、
   前記管体内で相対的に移動させる電極を内側電極の陽極のみとし、
   外側電極の陰極を、電気絶縁性の材料から成る管体の外周面に臨む環状に形成し、
   前記陰極を前記陽極に連動させて前記管軸方向に相対的に移動させてゆく連動手段を備えることを特徴とする管用プラズマ処理装置。
2. 前記内側電極の陽極は、前記管体内で、該陽極に給電を行うケーブルによって推進または牽引され、
   前記連動手段は、前記陰極を一端部に支持する移動台と、前記移動台の他端部において前記ケーブルの基端側を支持する連結ブロックとを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の管用プラズマ処理装置。
3. 前記外側電極の陰極が架台に固定されるとともに、前記内側電極の陽極は、該陽極に給電を行うケーブルの遊端に取付けられ、前記陽極が陰極内に位置するように、前記ケーブルの他端が前記架台に固定され、
   前記管体内に陽極が挿入されるとともに、管体の外周面が前記陰極の内周面を挿通してゆくように、前記架台上で、前記管体を管軸方向に変位させる変位手段とを備え、それらの架台および変位手段が前記連動手段を構成することを特徴とする請求項１記載の管用プラズマ処理装置。
4. 前記内側電極の陽極は、前記管体の内周面上を摺動することができる支持部材によって前記管体の中心に支持されており、
   前記支持部材は、前記陽極を保持する筒状の保持部と、前記保持部の外周面から外方に延びて形成され、前記ケーブルの基端側から供給される処理ガスを螺旋状に吹出す羽根状の整流部材とを備えて構成されることを特徴とする請求項２または３記載の管用プラズマ処理装置。
5. 前記整流部材は、ウォームギアの形状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の管用プラズマ処理装置。

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