JP2014179329A - プラズマ照射処理装置の作動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ噴出部につながる長穴を有した誘電体などの絶縁物と、トリガー兼安定用電極と、強電界用電極が取り付けられたプラズマ始動・安定部AA’面、及び前記絶縁物と、運転時の主たるプラズマ生成を行うプラズマ生成用電極が取り付けられたプラズマ生成部BB’面から構成され、前記全ての電極が前記長穴内の全ての空間に対して露出せず誘電体に覆われたプラズマ照射処理装置の作動方法であって、トリガー兼安定用電極と強電界用電極が、長穴に上流から供給されるガスにプラズマを始動させる工程と、トリガー兼安定用電極とプラズマ生成用電極が、前記始動したプラズマを安定的に持続して生成する工程を含む。
【選択図】図1
Description
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、放電を始動しやすくするために、(A)プラズマ始動・安定部のトリガー兼放電安定用電極と強電界用電極が、ガスの通る空間内で、電界強度を高める位置に設けられ、放電を始動することを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、放電始動後に引き続いて効率よくプラズマを十分に生成させるために、(A)プラズマ始動・安定部の強電界用電極と(B)プラズマ生成部のプラズマ生成用電極は、一体、又は連結された構造であることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、被照射体の安全のために、噴射口先端部から高周波電界が漏れにくくする目的で、プラズマ噴出口を構成する誘電体の外表面に、ビニール等の絶縁物で完全に被覆された金属材料からなる高周波電界シールド部材が設けられていることを特徴とし、当該金属材料はインピーダンスを介して接地されている、もしくは直接接地されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、長穴内の電界の空間分布に強弱をつけることにより放電が始動しやすくするために、ガスを供給するための1つ以上の長穴の内表面に凹凸をつけたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、プラズマ照射処理装置を操作するオペレーターの安全のために、絶縁性を高める目的で、プラズマ照射処理装置の最外部に絶縁物としての誘電体カバーを覆って設けたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、プラズマ照射処理装置を操作するオペレーターの安全性を更に高めるために、プラズマ照射処理装置の最外部である誘電体カバーに金属カバーを覆って設け、かつ当該誘電体カバーと当該金属カバーの間に空気層を設けていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、被照射体の安全のために、プラズマ噴出口である先端部に取り付けられた高周波電界シールド部材を噴出口先端部付近で前記金属カバーに取り付けて設け、当該金属を電源出力のゼロ電位側につなぐか、または接地して設けたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、プラズマ照射処理装置を操作するオペレーターの安全性を更に高めるために、前記金属カバーを絶縁物のシートで覆ったことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、コンパクトで静電容量を小さくするために、高電圧供給源として圧電素子を用いた高周波電源であることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、マイルドなプラズマ照射処理のエネルギーの時間平均値の制御と、一方でプラズマジェットの意図的な変動を利用できるように、発生させるプラズマが間欠的なプラズマであることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、プラズマの間欠的なジェット発生のために、供給するガスをパルス的に供給するパルスガス供給装置を設けたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理装置は、医療分野の止血作業性を高めるために、血液凝固補助剤などの噴射器を設けたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理方法は、上記プラズマ照射処理装置を用いて、プラズマジェットを被照射体に照射することを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射処理方法は、上記プラズマ照射処理装置を用いて、血液凝固補助剤あるいは材料表面処理剤が塗布された被照射体にプラズマ照射することを特徴とする。
(A)プラズマ始動・安定部は、プラズマ発生を容易にかつ確実に行える装置部分である。その手段の一例として、トリガー兼放電安定用電極と強電界電極との間で電界強度を高める構成となっている。つまり、ガスを供給するための1本以上の長穴、及びトリガー兼放電安定用電極を導入するための1本以上の穴を有した誘電体などの絶縁物に、ガス供給用の長穴をはさんでトリガー兼放電安定用電極の反対側に、前記絶縁物の外側に電力を供給する強電界電極が密着して取り付けられた形態であり、トリガー兼放電安定用電極と強電界用電極は近づけて設けており、ガス供給用の長穴の空間内で導入ガスの放電を始動させる。当該トリガー兼放電安定用電極は、放電開始のためのみに用いられるのではなく、(B)のプラズマ生成部におけるプラズマ生成後、他の箇所における異常放電を回避し、安定して放電を維持する役割も有している。
一方、(B)プラズマ生成部は、(A)のプラズマ始動・安定部において一旦発生したプラズマから、引き続いて、プラズマを持続して生成する装置部分である。その手段の一例として、前記長穴を有する絶縁物の外側に密着して取り付けられたプラズマ生成用電極により、前記長穴を有する絶縁物の穴の空間内においてプラズマを生成する構成となっている。
(A)と(B)の組み合わせにより、プラズマは安定して持続し、プラズマジェットも形・長さを変えず安定して発生し、照射条件変動もなく安定して、細かなスポット照射処理が可能となる。そして、ガス導入口と反対側にある噴出部を通してプラズマジェットを噴出させるプラズマ照射処理装置である。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
図1は本発明の一例を示す実施例1の図であり、図1に示すように、石英等の誘電体にトリガー兼放電安定用電極としての銅線等が挿入されている。当該電極には、インピーダンス(対地容量等)を介して空間に放出されているか、もしくは接地されている。電圧が印加される高圧電極は、上記誘電体に当該高圧電極の厚さ以上の凹みを設けた凹み部に、外部から密着して設けている。電源から給電線を通して印加される交流電圧の周波数例としては、60kHz、印加電圧はピーク間電圧で7.5kV程度である。図では、商用電源、絶縁トランス、DC電源、発振器、昇圧トランスの順番で電源系が構成されている。電力は、商用電源から絶縁トランスを介してDC電源に供給されているが、DC電源を充電池に置き換えても良い。DC電源出力のゼロ電位側は接地しても良い。ガス供給用の管から、ガス、ここではヘリウムガスを流量2L/min程度でガス供給用の長穴に導入し、高圧電極部の誘電体内表面部で導入ガスを放電させてプラズマを生成し、噴出口からプラズマジェットを噴出させた。図で示すように、噴出口である先端部の内径はガスを供給する長穴の内径と同じでも良いし、先端部に誘電体のノズルを取り付けて内径を細くしてプラズマを噴出させても良い。高圧電極とガス管の距離は短い方が好ましく、例えば0.6mm程度である。
(A)プラズマ始動・安定部は、プラズマジェットの形・長さを変えず安定して発生させ、照射条件変動もなく安定して、細かなスポット照射を可能とさせる。引き続き、(B)マイルドなプラズマ生成部において、効率よくプラズマがBB’面の中央の空間で発生し続ける。そして、プラズマが、BB’面の中央の空間から、CC’面の空間に進み、噴出口からプラズマジェットが安定して出るように作用する構成となっている。
図2(a)の中央の穴がガス供給用の長穴であり、図面下側の穴にはトリガー兼放電安定用電極が導入されている。強電界用電極とプラズマ生成用電極は四角形でもよいが、本実施例では、強電界用電極を半円より小さくして電界強度を高めて電界がより強い場所をガスが通過することを特徴としており(図2(a))、かつプラズマ生成用電極を図2(a)の強電界用電極よりも大きくしてプラズマが生成される面積を広くしていることを特徴としている(図2(b))。強電界用電極とプラズマ生成用電極は一体又はケーブルで連結された構造でも良く、別々に設けても良い。
また、図2(c)に示すように、高圧電極が誘電体によって上下方向から見て隠れており外部と放電が生じにくい構造となっていることを特徴としている。高圧電極が大きい方がプラズマの生成量は多くなる。また、ガス供給用の長穴の内壁は、AA’面、BB’面、CC’面の各断面から見て、局所的電界の強弱を付けてプラズマを発生しやすくする目的で、内面に凹凸を設けてもよい。
以下に、本発明の他の実施例を説明する。
図3は、図1または図2に記載の本発明のプラズマ照射処理装置において、プラズマ噴出口である誘電体の外表面に高周波電界漏洩防御用としてシールド部材を設けているプラズマ照射処理装置である。シールド部材は、インピーダンス(対地容量等)を介して空間に放出されているか、もしくは接地されている。図3では、シールド部材はビニール等の絶縁物で被覆された銅線であるが、被覆されていない銅線でも良い。電源出力のゼロ電位側は接地しても良い。医療用では被照射体である人間の安全が第一であるので、実施例2は、高周波電界にさらされることを防ぎ、過度のプラズマ照射をより一層高度に制御することに対して効果が大きい構成である。
図4は、図1、図2、又は図3に記載の本発明のプラズマ照射処理装置において、照射装置の外部を絶縁物である誘電体カバーで覆ったことを特徴とするプラズマ照射処理装置である。本実施例は医療分野、工業分野いずれであっても、照射行為をするオペレーター側の安全性を高めた構成である。
実施例4は、被照射物、照射行為をするオペレーター側のいずれに対しても、高度な安全性を実現した構成である。すなわち、図5は、図1、図2、又は図4に記載の本発明のプラズマ照射処理装置において、照射処理装置の外側である誘電体をシールド(金属カバー)で覆い、かつ照射処理装置の外側である誘電体カバーと前記金属カバーとの間に空気層を設けており、プラズマ噴出口である誘電体の外表面に設けた高周波電界シールド部材を先端部付近で前記金属カバーに取り付けられた形態であり、高周波電界が漏れにくくしていること、安全性を高めていることを特徴とするプラズマ照射処理装置である。前記金属カバーは、電源出力のゼロ電位側につながれており、接地してもよい。また、上記プラズマ照射処理装置において、安全性を更に高めるために、前記金属カバーを絶縁物のシートで覆っても良い。
図6は、本発明のプラズマ照射処理装置において、周波数が約1〜1000kHzで100ボルト程度の電圧を数m程度の給電線を通して昇圧電源としての圧電素子に電力を供給する形態であり、電源のオン・オフ及びガス弁のオン・オフをフットスイッチ等を利用して制御することを特徴とするプラズマ照射処理装置である。昇圧電源は圧電素子ではなく、巻線型の昇圧トランスでも良い。また、発振器、増幅器、ガス弁を、圧電素子とプラズマ照射処理装置近傍に設置し、5〜30ボルト程度のDC電圧を数m程度の給電線を通して電力を供給しても良い。図では電力は、商用電源から絶縁トランスを介してDC電源に供給されているが、DC電源を充電池に置き換えても良い。図6中において、ガス供給用の管は特に示していない。この形態は、手持ち用としてのみではなく、腹腔鏡及び内視鏡等への機器へ搭載してもよい。
Claims (15)
- プラズマ噴出口につながる一つ以上の長穴を有した誘電体などの絶縁物と、トリガー兼安定用電極と、強電界用電極が取り付けられた(A)プラズマ始動・安定部、及び前記長穴を有する絶縁物と、運転時の主たるプラズマ生成を行うプラズマ生成用電極が取り付けられた(B)プラズマ生成部から構成され、前記全ての電極が前記一つ以上の長穴内の全ての空間に対して一切露出せず誘電体により覆われているプラズマ照射処理装置の作動方法であって、
前記トリガー兼安定用電極と強電界用電極が、前記一つ以上の長穴に上流から供給されるガスにプラズマを始動させる工程と、
前記トリガー兼安定用電極とプラズマ生成用電極が、前記始動したプラズマを安定的に持続して生成する工程を含むことを特徴とするプラズマ照射処理装置の作動方法。 - 前記(A)プラズマ始動・安定部のトリガー兼放電安定用電極と強電界用電極が、ガスの通る空間内で、電界強度を高める位置に設けられ、放電を始動することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 前記(A)プラズマ始動・安定部の強電界用電極と前記(B)プラズマ生成部のプラズマ生成用電極は、一体、又は連結、あるいは別々に設けられた構造であることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 前記プラズマ噴出口を構成する誘電体の外表面に、ビニール等の絶縁物で完全に被覆された金属材料からなる高周波電界シールド部材が設けられていることを特徴とし、当該金属材料はインピーダンスを介して接地されている、もしくは直接接地されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- ガスを供給するための1つ以上の前記長穴の内表面に凹凸をつけたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- プラズマ照射処理装置の最外部に絶縁物としての誘電体カバーを覆って設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 前記誘電体カバーに金属カバーを覆って設け、かつ当該誘電体カバーと当該金属カバーの間に空気層を設けていることを特徴とする請求項6に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- プラズマ噴出口である先端部に取り付けられた高周波電界シールド部材を噴出口先端部付近で前記金属カバーに取り付けて設け、当該金属を電源出力のゼロ電位側につなぐか、または接地して設けたことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 前記金属カバーを絶縁物のシートで覆ったことを特徴とする請求項7又は8に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 高電圧供給源として圧電素子を用いた高周波電源であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 発生させるプラズマが間欠的なプラズマであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 供給するガスをパルス的に供給するパルスガス供給装置を設けたことを特徴とする請求項11に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 血液凝固補助剤などの噴射器を設けたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 物質にプラズマを照射することで機能を発現させることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載のプラズマ照射処理装置の作動方法を用いてプラズマ照射する方法。
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