JP2012204248A - プラズマ発生装置及びこれを用いた洗浄浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体収容部から気体収容部に液体が流入するのを防止し、気体通路の目詰まり及び気体収容部側に設けた電極への液体の付着により発生する不安定放電現象を防止することのできるプラズマ発生装置を得る。
【解決手段】プラズマ発生装置１は、水を含む液体６を収容する液体収容部３と、気体を収容する気体収容部４と、気体収容部中の気体を液体収容部へ導く気体通路５ａが形成され、液体収容部と気体収容部とを隔てる隔壁部３を有している。また、気体収容部に配設された第１電極１０と、液体収容部中の液体と接触するように配設した第２電極１１とを備えている。更に、気体を気体収容部に供給する気体供給部９と、プラズマ電源部１３と、気体通路を介して液体収容部から気体収容部に液体が流入するのを防止する液体流入防止手段（制御部１４）とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ発生装置及びこれを用いた洗浄浄化装置に関する。

従来より、気泡を含む液中で放電を行うことにより、気泡にラジカル等を発生させ、液体を改質するようにした水中放電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９４６３号公報

この種の水中放電装置では、放電容器内の液体に気体を導入する必要があるため、容器に開けた気体通路から液体が漏れ出てしまう場合がある。その場合、放電発生終了後に液体が排出し切れないままで放置されると、水分が蒸発してカルシウム等の不純物が析出し、気体通路が目詰まりを起こし、安定した放電が得られなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、液体収容部から気体収容部に液体が流入するのを防止し、気体通路の目詰まり及び気体収容部側に設けた電極への液体の付着により発生する不安定放電現象を防止することを目的とする。

本発明のプラズマ発生装置は、水を含む液体を収容する液体収容部と、気体を収容する気体収容部と、前記気体収容部の気体を前記液体収容部へ導く気体通路を有し、前記液体収容部と前記気体収容部とを隔てる隔壁部と、前記気体収容部に配設された第１電極と、前記液体収容部の液体と接触するように配設された第２電極と、前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で、酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する気体供給部と、前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させることにより、前記液体収容部の液体内に圧送された気体をプラズマ化するプラズマ電源部と、前記気体通路を介して前記液体収容部から前記気体収容部に前記液体が流入するのを防止する液体流入防止手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、前記気体通路の圧力が前記液体収容部の圧力より高圧となるように、前記気体供給部から前記気体収容部内へ供給する気体の圧力を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、更に、前記液体収容部に前記液体があるか否かを検知する液体検知手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記制御部は、前記液体収容部に前記液体がある場合のみ、前記気体供給部を動作するよう制御することを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、更に、前記液体収容部に開閉自在に取り付けた蓋の開閉状態を検知する蓋開閉検知手段を備え、前記制御部は、前記蓋開閉検知手段からの蓋開状態検知信号を得て前記気体供給部を動作するよう制御することを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路が、防水性気体透過多孔質体であることを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路が、疎水性体であることを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路の内面に形成された疎水性コーティング層であることを特徴とする。

また、本発明のプラズマ発生装置にあっては、前記液体流入防止手段は、前記気体通路に設けられて前記液体収容部から前記気体収容部に前記液体が流入するのを防止する逆止弁であることを特徴とする。

また、本発明の洗浄浄化装置にあっては、前記プラズマ発生装置を備えることを特徴とする。

本発明のプラズマ発生装置は、気体通路を介して液体収容部から気体収容部に液体が流入するのを防止する液体流入防止手段を有している。そのため、液体収容部から気体収容部に液体が流れようとすると、液体流入防止手段によって、その流入が阻止される。このため、放電発生終了後に気体通路に液体が残ることがなく、水分が蒸発してカルシウム等の不純物が析出することで気体通路が目詰まりするのが抑制される。また、気体通路から気体収容部に液体が流入しないので、気体収容部側に設けた電極に液体が付着し難くなる。よって、本発明のプラズマ発生装置では、安定した放電が得られるようになる。

そして、洗浄浄化装置に、上述のプラズマ発生装置を備えさせることで、安定したプラズマ放電が得られ、ラジカルを安定して得ることが可能となり、洗浄効果の高い洗浄浄化装置を得ることができる。

図１は、第１実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図２は、第１実施形態のプラズマ発生装置の動作を説明するための一状態を模式的に示す部分拡大断面図である。 図３は、図２に示す状態の後の状態を模式的に示す部分拡大断面図である。 図４は、第２実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図５は、第２実施形態のプラズマ発生装置の他の例を模式的に示す断面図である。 図６は、図５に示す液体検知手段の動作例を示す断面図である。 図７は、第３実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図８は、第４実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図９は、第５実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図１０は、第６実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図１１は、第７実施形態のプラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。 図１２は、本実施形態のプラズマ発生装置を洗浄浄化装置に適用した例を示す斜視図である。 図１３は、図１２の断面図である。 図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態のプラズマ発生装置１は、図１に示すように、ケース部材２を備えている。ケース部材２の形状は、例えば円筒形状または角筒形状等とされるが、その形状には限定されない。ケース部材２の内側には、液体収容部３と気体収容部４を隔てる隔壁部５が設けられている。このケース部材２は、隔壁部５によって内部空間が上下に仕切られ、図１中上方空間を液体収容部３とし、下方空間を気体収容部４としている。液体収容部３には、水を含む液体６が収容される。気体収容部４には、酸素を含む気体が収容される。なお、ケース部材２と隔壁部５との間には、リング状のシール材Ｓが装着されている。シール部材Ｓは、液体収容部３内の液体６がケース部材２と隔壁部５との隙間から気体収容部４内に漏れ出ないようにしている。

隔壁部５は、例えばセラミックス部材等で形成されており、気体収容部４の気体を液体収容部３へ導く気体通路５ａを有している。この気体通路５ａは、気体収容部４から液体収容部３へ気体を送り込むことができる大きさとされている。このため、気体通路５ａは、出来るだけ大きい方が良い。しかし、気体通路５ａの孔が大き過ぎると、液体収容部３に収容された液体６が気体収容部４へと流れ込んでしまう。これを解決するために、本実施形態のプラズマ発生装置１は、後述する液体流入防止手段を備えている。

ケース部材２の側壁２ａには、気体収容部４と外部との間を連通する気体導入口７が設けられている。この気体導入口７には、配管（気体導入路）８が挿通されている。そして、気体収容部４は、配管８を介してケース部材２の外部に設けられた気体供給部９と接続されている。本実施形態では、少なくとも酸素（Ｏ_２）を含む気体が、気体供給部９から気体収容部４内に供給される。気体供給部９から供給された気体は、気体通路５ａから液体収容部３の液体内へ圧送される。

気体収容部４には、第１電極１０が配設されている。この一方、液体収容部３には、液体６と接触するように第２電極１１が配設されている。これら第１電極１０と第２電極１は、互いに隔壁部５を間に挟んで気体収容部４と液体収容部３にそれぞれ配置された構造となっている。また、これら第１電極１０及び第２電極１１は、何れも隔壁部５に接触して配置されている。

第１電極１０及び第２電極１１は、それぞれリード線１２を介してプラズマ電源部１３に電気的に接続されている。プラズマ電源部１３は、第１電極１０と第２電極１１との間に所定の電圧を印加するようになっている。この電圧印加により、第１電極１０と第２電極１１との間には、放電が発生する。そして、この放電によって気体通路５ａより液体収容部３の液体内に圧送された気体がプラズマ化される。

液体流入防止手段は、第１実施形態では、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように、気体供給部９から気体収容部４内へ供給する気体の圧力を制御する制御部１４で構成している。液体収容部３の液体６が気体収容部４に流入するのを防止するために、これまでは気体通路５ａの孔の大きさで制御してきたが、液体６の流入を抑えるためにどうしても小さな孔とするしかなかった。気体通路５ａの孔が小さいと、プラズマ放電終了後の排水処理で排水し切れないままで放置されて水分蒸発によりカルシウム等が析出して目詰まりを起こす。しかし、制御部１４で気体供給部９から気体収容部４内へ供給する気体の圧力を、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧にすることで、気体収容部４への液体６の流出を防止できる。これにより、気体通路５ａの孔を従来よりも大きくすることができ、また孔を大きくすることで目詰まりを抑制することが可能となる。

次に、上述したプラズマ発生装置１の動作ならびにヒドロキシラジカルの生成方法について説明する。

先ず、気体収容部４の気体を気体通路５ａを介して液体収容部３へ圧送させる態様で、酸素を含む気体を気体収容部４に供給する（気体を供給する工程）。

本実施形態では、空気をベースとして酸素を含有した気体（流量約０．０１Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎ（１０ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ））が、気体供給部９から配管８を介して気体収容部４に送り込まれる。このとき、気体を送り込む圧力は、前記した条件の下に制御部１４で制御されて約０．００９８ＭＰａ〜０．７３５ＭＰａ（０．１ｋｇｆ／ｃｍ２〜７．５ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。

このように、気体供給部９は、大気中の気体（空気）を供給する機能を備えている。なお、気体の供給流量は、気体供給部９に設けた図示せぬ流量制御部によって制御されている。また、気体供給部９に、大気中の気体だけでなく他の種類の気体（例えば、酸素濃度が異なる気体）を供給できる機能を持たせるようにしてもよい。更には、この気体供給部９に、様々な種類の気体の中から１種類もしくは複数種類の気体を選択的に供給できるように気種制御部を設けてもよい。

そして、気体が気体収容部４に供給されることで、気体収容部４の圧力は、大気圧にこの圧力が加わって約０．１１ＭＰａ〜０．８３５ＭＰａ（１．１ｋｇｆ／ｃｍ２〜８．５ｋｇｆ／ｃｍ２）程度となり、陽圧状態になる。このように、気体収容部４を陽圧とすることで、気体収容部４から気体通路５ａを経て液体収容部３へ向う気体の流れが形成される。

そして、上述したように酸素を含有した気体を供給することで、図２に示すように、気体通路５ａの液体収容部３側の開口端１５において酸素を含む微細な気泡１６が成長する（気泡を成長させる工程）。

次に、プラズマ電源部１３によって、第１電極１０と第２電極１１との間に所定の電圧が印加される。なお、印加する電圧としては、大気圧の下においてグロー放電を可能にする電圧（パワー：約１０Ｗ〜１００Ｗ程度）が好ましい。このとき、プラズマ電源部１３に電圧制御部を設け、第１電極１０と第２電極１１との間に印加する電圧を制御するようにするのが好ましい。

そして、第１電極１０と第２電極１１に所定の電圧が印加されることで、第１電極１０と第２電極１１との間には、大気圧以上の圧力の気体雰囲気の下で放電が生じる。なお、大気圧のもとでプラズマを生成する技術については、たとえば文献Ａ（岡崎幸子、「大気圧グロー放電プラズマとその応用」、レビュー講演：２０ｔｈ ＪＳＰＦ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ）に報告されている。

そして、この放電によって、液体収容部３の液体６中の気体の領域においてプラズマが生成され、液体６に含まれる水や気体に含まれる酸素によってオゾンやヒドロキシラジカル等が生成される（ヒドロキシラジカルを生成する工程）。

本実施形態では、気泡１６内の気体（液体収容部３の液体６中の気液境界面近傍の気体）に電位差を生じさせてプラズマを生成している。このように、ヒドロキシラジカルが生成され易い気液境界面の近傍に電位差を生じさせることで、より多くのオゾンやヒドロキシラジカル等を生成できるようになる。なお、本実施形態では、気体通路５ａの液体６に臨む開口端１５近傍の気泡１６だけでなく、液体収容部３へ送り出された気泡１６内でもオゾンやヒドロキシラジカル等を生成することができる。

こうして生成されたオゾンやヒドロキシラジカル等は、上述した気体の流れに伴って、液体収容部３へ送り出されることになる。

本実施形態では、液体収容部３内の液体６の流れにより、ヒドロキシラジカル等を含んだ気泡１６を隔壁部５からせん断して液体６中に放出させている（気泡放出工程）。

具体的には、気泡１６が成長する液体収容部３では、液体６が導入されることによって液体６の流れ（図２及び図３の矢印１７参照）が生じている。図３に示すように、矢印１７方向に流れる液体６が、成長する気泡１６に当たると、液体６の流れが気泡１６にせん断力として作用し、気泡１６は開口端１５から液体６中へ解き放たれる。

液体６中に解き放たれた気泡１６は、微細な気泡であるため、大気中に直ぐに放出されることなく液体６の隅々にまで拡散する。そして、拡散した微細な気泡１６の一部は、液体６中に溶解する。このとき、気泡１６に含まれているオゾン等が液体６中に溶解することで、液体６のオゾン濃度は一気に上昇することになる。

また、文献Ｂ（高橋正好、「マイクロバブルとナノバブルによる水環境の改善」、アクアネット、２００４．６）によれば、通常、オゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡１６はマイナスに帯電していることが多いことが報告されている。そのため、気泡１６の一部は、液体６中に含まれる有機物、油脂物、染料、たんぱく質、細菌等に吸着する。液体６中の有機物等は、液体６に溶解したオゾン或いは各種のラジカルや有機物等に吸着した気泡１６に含まれるオゾンあるいは各種のラジカル等によって分解される。

例えば、ヒドロキシラジカル等は、約１２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度の比較的大きなエネルギーを有している。このエネルギーは、窒素原子と窒素原子との二重結合（Ｎ＝Ｎ）、炭素原子と炭素原子との二重結合（Ｃ＝Ｃ）或いは炭素原子と窒素原子との二重結合（Ｃ＝Ｎ）等の結合エネルギー（〜１００ｋｃａｌ／ｍｏｌ）を上回る。そのため、窒素や炭素等の結合からなる有機物等は、このヒドロキシラジカル等によって容易にその結合が切断されて分解されることになる。このような有機物等の分解に寄与するオゾンやヒドロキシラジカル等は、塩素等のような残留性がなく時間とともに消滅するため、環境に配慮した物質でもある。

以上説明したように、第１実施形態のプラズマ発生装置１では、第１電極１０を気体収容部４に配設し、第２電極１１を液体収容部３中の液体６と接触するように配設している。そして、これら第１電極１０と第２電極１１間に放電を発生させている。これにより、液体収容部３の液体６内における気体の領域において、プラズマを生成し、液体６に含まれる水及び気体に含まれる酸素からヒドロキシラジカルを生成するようにしている。

このような構成によれば、液体６の電気抵抗による影響をそれほど受けることなく第１電極１０と第２電極１１との間に放電を生じさせることができる。その結果、気体をより確実にプラズマ化することができ、より安定してオゾンやラジカル等を大量に生成することができるようになる。このプラズマ発生装置１を洗浄浄化装置として使用した場合の液体６には、水に不純物等が含まれるため、液体６の電気抵抗値が大きく変動する。しかし、第１実施形態のプラズマ発生装置１では、前記した理由により液体６の電気抵抗値による影響をそれほど受けないため、放電のばらつきが抑えられ、安定してプラズマを発生させることができる。これにより、ラジカル等を安定的に得ることが可能となる。

また、第１実施形態によれば、液体流入防止手段である制御部１４が、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように、気体供給部９から気体収容部４へ供給する圧力を制御している。このように、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力よりも高圧であると、液体収容部３内の液体６がこの気体通路５ａを介して気体収容部４へ流入しない。その結果、気体収容部４に液体６が流入しないことにより、第１電極１０に液体６が付着せず、安定した放電が得られる。

また、第１実施形態によれば、気体収容部４に液体６が流入しないため、液体排出後の乾燥によりカルシウム等が析出して気体通路５ａが目詰まりし難くなることから、気体通路５ａを大きくすることができ、気体の導入量を確保することができる。また、本実施形態では、制御部１４で気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力より高圧するだけの制御なので、新規に追加する専用部品も必要とせず装置構成を簡略化することができる。

また、第１実施形態によれば、気体収容部４に酸素を含む気体を導入することで、気体収容部４を陽圧にし、気体収容部４から気体通路５ａを経て液体収容部３へ向う気体の流れを形成している。そして、この気体の流れに乗って気体通路５ａの液体６に臨む開口端１５において成長する気泡１６内にオゾンやヒドロキシラジカル等が生成されるようにしている。これに加えて、気体通路５ａの圧力を、液体収容部３の圧力よりも高くしている。

すなわち、第１実施形態では、気泡１６内の気体（液体収容部３の液体６中の気液境界面近傍の気体）中でオゾンやヒドロキシラジカル等が生成されるようにしている。そして、オゾンやヒドロキシラジカル等を含んだ気体が微細な気泡１６として液体６中に拡散されるようにしている。これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体６中に送り込むことができるようになる。

そして、オゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡１６が液体６中に拡散することによって、液体６のオゾン濃度が高められ、液体６中に含まれる有機物等に気泡１６が吸着する。これにより、液体６中に溶解したオゾンや吸着した気泡１６に含まれる各種のラジカルによって、有機物や細菌等を効率的に分解することができる。

また、第１実施形態のプラズマ発生装置１において、プラズマ電源部１３が第１電極１０と第２電極１１間に印加する電圧を制御する電圧制御部を備えていれば、安定して放電を発生させることができる。つまり、液体６の電気抵抗が変動してもそれに応じて電圧を変化させることで、安定した放電が得られるようになる。

また、第１実施形態のプラズマ発生装置１において、気体供給部９が、気体の種類を制御する気種制御部を有していれば、オゾンやヒドロキシラジカル等の生成量等の調整を行うことが可能となる。

また、第１実施形態のプラズマ発生装置１において、気体供給部９が大気中の空気を供給する機能を有していれば、より簡便に気体を供給することができる。

また、第１実施形態のプラズマ発生装置１において、流量制御部により気体の供給流量を制御するようにすれば、より安定的にプラズマを生成することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態のプラズマ発生装置１は、液体収容部３に液体６があるか否かを検知する液体検知手段を備えている。第２実施形態のプラズマ発生装置１は、液体検知手段以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図４は、第２実施形態のプラズマ発生装置１を示す。図４の液体検知手段は、液体収容部３の底部に設けた液体検知センサー１８である。この液体検知センサー１８は、液体収容部３に臨む隔壁部５の一面に設けられ、この液体収容部３内の液体６の有無を検知する。液体検知センサー１８で液体収容部３内に液体６があると検知されると、制御部１４は、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように気体供給部９を動作させる。液体検知センサー１８で液体収容部３内に液体６が無いと検知されると、制御部１４は、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように気体供給部９を動作させない。

図５は、第２実施形態のプラズマ発生装置１の他の例を示す。図５の液体検知手段は、液体６の有無をセンサーで検知するのではなく、浮きを利用した機械的な液体検知スイッチ１９である。この液体検知スイッチ１９は、図６に示すように、筐体２０内に配置された浮き２１と、この浮き２１が液体６に押し上げられて接触状態を検知する検知部２２と、を備えたメカニカルスイッチである。筐体２０は、その内部に液体６が侵入するスリットや孔等を有している。

液体収容部３内に液体６が無い場合は、図６（Ａ）に示すように、筐体２０内に液体６が侵入しないため、浮き２１は上昇しない。そのため、検知部２２は、浮き２１と非接触となる。この一方、液体収容部３内に液体６がある場合は、図６（Ｂ）に示すように、筐体２０内に液体６が侵入し、浮き２１が検知部２２に接触する。検知部２２が液体６を検知すると、制御部１４は、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように気体供給部９を動作させる。

図４及び図５の何れの場合も液体収容部３内に液体６がある場合、液体検知センサー１８及び液体検知スイッチ１９がその存在を検知して、気体通路５ａの圧力が液体収容部３の圧力より高圧となるように、制御部１４が気体供給部９を作動させる。つまり、制御部１４は、液体収容部３に液体６がある場合のみ、気体供給部９を動作させるように制御する。

第２実施形態のプラズマ発生装置１によれば、液体検知手段で液体収容部３内の液体６の有無を検知して、気体供給部９を動作するように制御すれば、電量消費アップ等高効率且つ安全に気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。

また、第２実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４が液体収容部３に液体６がある場合のみ気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力より高圧にするので、効率的且つ安全に気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。

図４〜図６では、何れも液体検知手段で液体６の有無を検知したが、目視により液体６の有無を検知してもよい。目視により、液体収容部３に液体６があると判断した場合は、制御部１４にて気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力より高圧になるように気体供給部９を動作させるように制御する。

［第３実施形態］
第３実施形態のプラズマ発生装置１は、第１実施形態のプラズマ発生装置１の構成に加えて、液体流入防止手段が、液体収容部３に開閉自在に取り付けた蓋の開閉状態を検知する蓋開閉検知手段を備えている。そして、制御部１４は、この蓋開閉検知手段からの蓋開状態検知信号を得て気体供給部９を動作するように制御するようになっている。第３実施形態のプラズマ発生装置１は、前記構成以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図７は、第３実施形態のプラズマ発生装置１を示す。このプラズマ発生装置１の液体収容部３には、蓋２３が開閉自在に取り付けられている。蓋２３は、液体収容部３の開口側に設けられ、図７（Ａ）の閉じた状態と図７（Ｂ）の開いた状態に開閉自在となる。蓋開閉検知手段は、液体収容部３の開口周縁部の上面に設けられたセンサー部２４と、蓋２３に設けられた接点２５とを備えている。図７（Ａ）に示すように蓋２３が閉じた状態では、接点２５がセンサー部２４に接触する。図７（Ｂ）に示すように蓋２３が開いた状態では、接点２５がセンサー部２４から離れて非接触となる。

この第３実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４は、蓋開閉検知手段からの蓋開状態検知信号を得ると、つまり接点２５がセンサー部２４から離れると、気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力より高圧になるように気体供給部９を動作させる。例えば、このプラズマ発生装置１を洗浄浄化装置に適用した場合、洗浄器に被洗浄体をセットする際の蓋２３を開ける動作に伴い、蓋開状態検知信号を検知して気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧にする。このようにすれば、洗浄時に自動的に気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧にすることができる。被洗浄時には、蓋２３が閉じて蓋開状態検知信号が得られないので、気体供給部９は動作しない。

また、第３実施形態のプラズマ発生装置１においては、液体収容部３を覆うようにして開閉自在に蓋２３が設けられているので、誤って液体６を液体収容部３に混入するのを防止することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態のプラズマ発生装置１は、第１実施形態のプラズマ発生装置１の気体通路５ａが単なる孔であるが、この気体通路５ａを、防水性気体透過多孔質体としている。第４実施形態のプラズマ発生装置１は、前記構成以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図８は、第４実施形態のプラズマ発生装置１を示す。このプラズマ発生装置１の防水性気体透過多孔質体２６は、気体収容部４から液体収容部３へ気体を透過させるが、液体収容部３から気体収容部４へは液体６を流入させない多孔質材料で気体通路５ａを形成している。この防水性気体透過多孔質体２６には、例えば住友電工ファインポリマー株式会社製のポアフロン（登録商標）等が使用できる。

図８では、隔壁部５の一部を防水性気体透過多孔質体２６で形成しているが、隔壁部５の全体を防水性気体透過多孔質体２６で形成するようにしてもよい。

第４実施形態のプラズマ発生装置１においては、気体通路５ａを防水性気体透過多孔質体２６としているので、それ自体で液体収容部３から気体収容部４に液体６が流入するのを防止することができる。これにより、気体収容部４に設けられた第１電極１０に液体６が付着するのを抑制することができ、安定したプラズマ放電を発生させることができる。

また、第４実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４で気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧に制御してもよいが、防水性気体透過多孔質体２６を備えているので、制御部１４で制御しなくても液体６の流入を防止できる。この場合、気体圧力に頼ることなく気体収容部４への液体６の流入を防止できることから、何らかの理由で気体の供給が遮断された場合でも、防水性気体透過多孔質体２６にて気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。なお、気体圧力を調整しない場合は、防水性気体透過多孔質体２６が流体流入防止手段となる。

［第５実施形態］
第５実施形態のプラズマ発生装置１は、第１実施形態のプラズマ発生装置１の気体通路５ａを、疎水性体としている。第５実施形態のプラズマ発生装置１は、前記構成以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図９は、第５実施形態のプラズマ発生装置１を示す。このプラズマ発生装置１の疎水性体２７は、気体収容部４から液体収容部３へ気体を透過させるが、液体収容部３から気体収容部４へは液体６を流入させない疎水性材料で気体通路５ａを形成している。疎水性体２７は、少なくとも気体通路５ａを形成する部位であればよいが、隔壁部５の全体を構成していてもよい。第５実施形態では、隔壁部５の全体を疎水性体２７で構成している。

疎水性体２７は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン (polytetrafluoroethylene））、フッ素系樹脂、或いはフッ素系水系コーティング材料（フロロテクノロジー社製のフロロサーフ）等からなる。この他、疎水性体２７は、シリエーテル、アルキルシリル基を有する物質等からなる。また、疎水性体２７には、飽和フルオロアルキル基（特にトリフルオロメチル基 ＣＦ３−）、アルキルシリル基、フルオロシリル基、長鎖アルキル基等が使用できる。

第５実施形態のプラズマ発生装置１においては、隔壁部５を疎水性体２７で形成しているので、気体通路５ａで液体６を弾き、それ自体で液体収容部３から気体収容部４に液体６が流入するのを防止することができる。これにより、気体収容部４に設けられた第１電極１０に液体６が付着することを抑制することができ、安定したプラズマ放電を発生させることができる。

また、第５実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４で気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧とするように気体供給部９を制御してもよいが、疎水性体２７を備えているので、その制御をしなくても液体６の流入を防止できる。この場合、気体圧力に頼ることなく気体収容部４への液体６の流入を防止できることから、何らかの理由で気体の供給が遮断された場合でも、疎水性体２７にて気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。なお、気体圧力を調整しない場合は、疎水性体２７が流体流入防止手段となる。

［第６実施形態］
第６実施形態のプラズマ発生装置１は、第１実施形態のプラズマ発生装置１の気体通路５ａの内面を疎水性コーティング層としている。第６実施形態のプラズマ発生装置１は、前記構成以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図１０は、第６実施形態のプラズマ発生装置１を示す。このプラズマ発生装置１の疎水性コーティング層２８は、疎水性材料で気体通路５ａの内面を形成している。疎水性コーティング層２８は、実施形態５の疎水性体と同じ疎水性材料を気体通路５ａの内面に塗布してコーティング膜としたものである。

第６実施形態のプラズマ発生装置１においては、気体通路５ａの内面を疎水性コーティング層２８で形成しているので、気体通路５ａで液体６を弾き、それ自体で液体収容部３から気体収容部４に液体６が流入するのを防止することができる。これにより、気体収容部４に設けられた第１電極１０に液体６が付着するのを抑制することができ、安定したプラズマ放電を発生させることができる。

また、第６実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４で気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧に制御してもよいが、疎水性コーティング層２８を備えているので、その制御をしなくても液体６の流入を防止できる。この場合、気体圧力に頼ることなく気体収容部４への液体６の流入を防止できることから、何らかの理由で気体の供給が遮断された場合でも、疎水性コーティング層２８にて気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。なお、気体圧力を調整しない場合は、疎水性コーティング層２８が流体流入防止手段となる。

［第７実施形態］
第７実施形態のプラズマ発生装置１は、第１実施形態のプラズマ発生装置１の構成に加えて、気体通路５ａに逆止弁２９を設けている。第６実施形態のプラズマ発生装置１は、前記構成以外は、第１実施形態のプラズマ発生装置１と同じである。そのため、ここでは、第１実施形態と同一構成部品には同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

図１１は、第７実施形態のプラズマ発生装置１を示す。このプラズマ発生装置１の逆止弁２９は、気体収容部４から液体収容部３へ気体を透過させるが、液体収容部３から気体収容部４へは液体６の流入を防止する。

第７実施形態のプラズマ発生装置１においては、気体通路５ａに逆止弁２９を設けているので、それ自体で液体収容部３から気体収容部４に液体６が流入するのを防止することができる。これにより、気体収容部４に設けられた第１電極１０に液体６が付着することを抑制することができ、安定したプラズマ放電を発生させることができる。

また、第７実施形態のプラズマ発生装置１では、制御部１４で気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧とするように気体供給部９を制御してもよいが、逆止弁２９を備えているので、その制御をしなくても液体６の流入を防止できる。この場合、気体圧力に頼ることなく気体収容部４への液体６の流入を防止できることから、何らかの理由で気体の供給が遮断された場合でも、逆止弁２９にて気体収容部４への液体６の流入を防止することができる。なお、気体圧力を調整しない場合は、逆止弁２９が流体流入防止手段となる。

［第８実施形態］
第８実施形態では、本発明のプラズマ発生装置１を用いた小型電機機器の一例について、図１２から図１４を参照して説明する。小型電機機器は、電気かみそり（小形除毛装置）のヘッド部を洗浄する洗浄浄化装置を例示する。

洗浄浄化装置４０は、除毛装置の一種である電気かみそり５０のヘッド部（被洗浄処理対象部）５１を洗浄するものである。

洗浄浄化装置４０は、図１２ないし図１４に示すように、ヘッド部５１を下向きにした電気かみそり５０を挿入するための開口４１ａを有した筐体４１と、開口４１ａを通じて筐体４１内に挿入されたヘッド部５１を受容する受け皿４２とを備えている。

また、洗浄浄化装置４０は、液体６を貯留するタンク４３と、受け皿４２に連通されたオーバーフロー部４４と、タンク４３内の液体６を液体導入口に循環供給するポンプ４５と、を備えている。さらに、液体を濾過するフィルタ４６ａを有したカートリッジ４６と、タンク４３内の気密状態を制御するための開閉弁４７と、液体６を循環するための循環経路と、を備えている。

循環経路は、タンク４３に貯留された液体６を受け皿４２に導入する配管（液体導入路）３０と、受け皿４２から排出される液体をカートリッジ４６に導く経路３１（排出路）を有している。また、循環経路は、オーバーフロー部４４から排出される液体６をカートリッジ４６に導く経路３２と、カートリッジ４６から排出された液体６をポンプ４５に導く経路３３とを有している。更に、循環経路は、ポンプ４５から送出される液体６をタンク４３に導く経路３４と、で構成されている。また、タンク４３には、気密経路３５を介して開閉弁４７が接続されている。以下、各構成部品について説明する。

筐体４１は、後部に電気かみそり５０の把持部５２と当接するスタンド部４１ｂを有し、開口４１ａから挿入される電気かみそり５０を受け皿４２に保持する。スタンド部４１ｂの前面には、図１２に示すように、洗浄浄化装置４０に電気かみそり５０が装着されたことを検知する接点部材４１ｃが設けられている。接点部材４１ｃは、把持部５２の背面に設けられた端子５２ａとの接触により電気かみそり５０の装着を検知する。このような検知機能に併せて、電気かみそり５０に、各種制御信号や駆動電力を出力する機能を持たせている。

筐体４１の前部上方には、洗浄後にヘッド部５１を乾燥させるためのファン４８を収容している。筐体４１の前面には、ファン用通気窓４１ｄや、洗浄動作を実行するための動作ボタン４１ｅ、動作状態を表示するランプ４１ｆ等が設けられている。筐体４１の後面側は、タンク４３を着装する着装部となっており、タンク４３の各口４３ａ、４３ｂ、４３ｃと連結される連結口４１ｇ、４１ｈ、４１ｉを有している。連結口４１ｇは、配管３０と繋がっており、連結口４１ｈは経路３４と繋がっており、連結口４１ｉは気密経路３５と繋がっている。

受け皿４２は、ヘッド部５１の形状に沿うような凹形状とされており、底壁部には貫通孔４２ｂが形成されている。そして、プラズマ発生装置１は、この貫通孔４２ｂを介して液体収容部３が受け皿４２の内部空間と連通するようにして、該受け皿４２の底壁部背面側に設けられている。

この例では、液体収容部３が受け皿４２の内部空間と連通するようにプラズマ発生装置１を設け、受け皿４２の内部空間もプラズマ発生装置１の液体収容部３として機能する。なお、受け皿４２に例えば排水溝等を形成することで、液体収容部３の液体６をよりスムーズに経路３１（排出路）から排出できるようにするのが好ましい。

また、受け皿４２の底部壁背面側には、ヒータ４９が設けられている（図１４参照）。このヒータ４９は、ファン４８と連動してヘッド部５１の乾燥を行う。

受け皿４２の前方には、オーバーフロー部４４が設けられている。受け皿４２とオーバーフロー部４４は、一体形成されている。オーバーフロー部４４の入口は、受け皿４２と繋がっており、その出口は経路３２と繋がっている。経路３２は、オーバーフロー部４４の出口から受け皿４２の後部に設けられた中継口４２ａを介してカートリッジ４６に至る。

タンク４３は、吐出口４３ａおよび流入口４３ｂと、気密状態を開放するための通気口４３ｃとを前面に有しており、通気口４３ｃの開閉により吐出口４３ａからの液体吐出が制御されている。タンク４３は、筐体４１の後面側に着脱自在に取り付けられている。そして、タンク４３は、筐体４１への装着状態では、吐出口４３ａが連結口４１ｇに連結され、タンク４３に貯留された液体を配管（液体導入路）３０から受け皿４２に導入できるようになっている。また、流入口４３ｂが、連結口４１ｈに連結されて経路３４によりポンプ４５の送出口４５ａと繋がり、通気口４３ｃが、連結口４１ｉに連結されて気密経路３５により開閉弁４７と繋がることとなる。

カートリッジ４６は、フィルタ４６ａを内部に収容した略箱状体であり、上部に流入口４６ｂを有し、前部に流出口４６ｃを有している。このカートリッジ４６は、筐体４１の下部後方に着脱自在に設けられており、筐体４１への装着状体では、流入口４６ｂが、経路３１（排出路）により排出口４１ｋと繋がっている。また、流入口４６ｂは、経路３２によりオーバーフロー部４４の出口と繋がっている。そして、流出口４６ｃは、経路３３によりポンプ４５の吸入口４５ｂと繋がっている。

次に、洗浄浄化装置４０の動作について説明する。先ず、タンク４３から配管（液体導入路）３０を介して受け皿４２およびプラズマ発生装置１の液体収容部３内に液体６を導入する。

そして、空気をベースとして酸素を含有した所定流量の気体が、気体供給部９から配管８を介して気体収容部４内に送り込まれる。第１実施形態のプラズマ発生装置１を使用した場合には、制御部１４が気体供給部９を制御して、気体通路５ａの圧力を液体収容部３の圧力よりも高圧にする。これらにより、気体収容部４が陽圧状態とされ、その気体収容部４から気体通路５ａを経て液体収容部３へ向う気体の流れが形成される。

次に、第１電極１０と第２電極１１との間に所定の電圧を印加することで、第１電極１０と第２電極１１との間において放電が生じる。この放電によって、液体収容部３の液体６中の気体の領域においてプラズマが生成され、液体６に含まれる水や気体に含まれる酸素によってオゾンやヒドロキシラジカル等が生成される。

そして、生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述した気体の流れと共に液体収容部３及び受け皿４２内に貯留された液体中に送り出されることとなる。このとき、成長する気泡は、微細化手段によって微細化された気泡１６として開口端１５から液体中へ解き放たれ、液体中に解き放たれた微細な気泡１６は液体の隅々にまで拡散する。すなわち、生成された洗浄液は、ヘッド部５１に供給されることとなる。そして、液体６に溶解したオゾン或いはラジカルや、気泡１６に含まれるオゾンあるいはラジカル等によって、ヘッド部５１に付着した有機物等が分解される。

なお、第８実施形態の洗浄浄化装置４０では、第１実施形態のプラズマ発生装置１を備えさせたが、第２実施形態〜第７実施形態の何れのプラズマ発生装置１を使用しても同様の効果を得ることができる。つまり、本発明のプラズマ発生装置１を使用した洗浄浄化装置４０によれば、安定した放電状態を維持してラジカルを安定して得ることができ、高い洗浄効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施形態では、気体通路５ａが形成された隔壁部５としてセラミックス部材を例示したが、隔壁部５の材料は、セラミックス部材に限られるものではない。例えば、気体と液体を隔壁するガラス板等のような部材を用い、この部材に写真製版とエッチングを施すことによって微細孔（気体通路５ａ）を形成したものを用いることも可能である。このとき、複数の気体通路５ａを設けるようにしてもよい。

また、本発明の洗浄浄化装置４０は、第８実施形態で示したものに限らず、例えば、電動歯ブラシの洗浄浄化装置や浄水装置、洗剤等が含まれた水を排水前に浄化する装置等にも適用できる。

また、液体収容部３や気体収容部４、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

１ プラズマ発生装置
３ 液体収容部
４ 気体収容部
５ 隔壁部
５ａ 気体通路
６ 液体
９ 気体供給部
１０ 第１電極
１１ 第２電極
１３ プラズマ電源部
１４ 制御部
１８ 液体検知センサー（液体検知手段）
１９ 液体検知スイッチ（液体検知手段）
２３ 蓋
２４ センサー部（蓋開閉検知手段）
２５ 接点（蓋開閉検知手段）
２６ 防水性気体透過多孔質体（液体流入防止手段）
２７ 疎水性体（液体流入防止手段）
２８ 疎水性コーティング層（液体流入防止手段）
２９ 逆止弁（液体流入防止手段）
４０…洗浄浄化装置

Claims (10)

1. 水を含む液体を収容する液体収容部と、
   気体を収容する気体収容部と、
   前記気体収容部の気体を前記液体収容部へ導く気体通路を有し、前記液体収容部と前記気体収容部とを隔てる隔壁部と、
   前記気体収容部に配設された第１電極と、
   前記液体収容部の液体と接触するように配設された第２電極と、
   前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で、酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する気体供給部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させることにより、前記液体収容部の液体内に圧送された気体をプラズマ化するプラズマ電源部と、
   前記気体通路を介して前記液体収容部から前記気体収容部に前記液体が流入するのを防止する液体流入防止手段と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、前記気体通路の圧力が前記液体収容部の圧力より高圧となるように、前記気体供給部から前記気体収容部内へ供給する気体の圧力を制御する制御部を備えた
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、更に、前記液体収容部に前記液体があるか否かを検知する液体検知手段を備えた
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記制御部は、前記液体収容部に前記液体がある場合のみ、前記気体供給部を動作するよう制御する
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
5. 請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、更に、前記液体収容部に開閉自在に取り付けた蓋の開閉状態を検知する蓋開閉検知手段を備え、
   前記制御部は、前記蓋開閉検知手段からの蓋開状態検知信号を得て前記気体供給部を動作するよう制御する
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路が、防水性気体透過多孔質体である
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
7. 請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路が、疎水性体である
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
8. 請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、少なくとも前記気体通路の内面に形成された疎水性コーティング層である
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
9. 請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマ発生装置であって、
   前記液体流入防止手段は、前記気体通路に設けられて前記液体収容部から前記気体収容部に前記液体が流入するのを防止する逆止弁である
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
10. 請求項１〜９のうち何れか１項に記載のプラズマ発生装置を備えることを特徴とする洗浄浄化装置。

Images