JP2015084290A - Atmospheric pressure plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧プラズマ発生装置及びそれを使用した医療器具に関するものである。 The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator and a medical instrument using the same.
近年、プラズマを利用した医療の研究が盛んに行われている。低温(常温)の大気圧プラズマの照射により、癌細胞のアポトーシス(細胞死)誘発、止血、皮膚疾患等の治癒や再生に効果があり、またプラズマを照射した溶液については生物活性を有するとの報告もある。 In recent years, medical research using plasma has been actively conducted. Irradiation with low-temperature (normal temperature) atmospheric pressure plasma is effective in inducing apoptosis (cell death) of cancer cells, hemostasis, healing and regeneration of skin diseases, etc. In addition, plasma-irradiated solutions have biological activity There are also reports.
しかし上記照射に用いるためのプラズマ発生装置として、特許文献1に記載のグロー放電を利用したトーチ型プラズマ装置は、照射面積が小さく、プラズマの効果を広範囲に均一にもたらすことが困難であるという問題があった。よって密度が均一で、かつ照射面積が広い大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置を提供することが、本発明が解決しようとする課題である。
However, as a plasma generator for use in the irradiation described above, the torch type plasma apparatus using glow discharge described in
本発明は、上記課題を解決すべく次のような技術的手段を講じた。
すなわち、請求項1記載の発明は、誘電体からなる筒状基体20の一端にテーパ部21を設け、このテーパ部21の外周には多相交流を付加する面電極40を二以上備えると共に、このテーパ部21の先端にはプラズマ噴出口23を設け、前記筒状基体20の内側に金属電極30を遊嵌し、前記筒状基体20の他端からプラズマ原料ガスを導入する大気圧プラズマ発生装置である。
The present invention has taken the following technical means to solve the above problems.
That is, the invention described in
また、請求項2記載の発明は、前記金属電極30の一端には金属テーパ部31を有すると共に、前記金属電極30の金属直線部32にフランジ33を設け、このフランジ33に前記プラズマ原料ガスが通過する通過孔35を二以上設けた請求項1に記載の大気圧プラズマ発生装置である。
According to the second aspect of the present invention, the
また、請求項3記載の発明は、前記金属電極30が、前記筒状基体20に対して、この金属電極30の軸線方向に動作可能な構成とする請求項1又は請求項2に記載の大気圧プラズマ発生装置である。
According to a third aspect of the present invention, the
また、請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の大気圧プラズマ発生装置を使用した医療器具である。
The invention according to claim 4 is a medical instrument using the atmospheric pressure plasma generator according to any one of
請求項1記載の発明によれば、誘電体からなる筒状基体20の一端に設けたテーパ部21の外周に、多相交流を付加する面電極40を二以上備えることにより、バリア放電による大気圧プラズマを容易に発生させることができる。
According to the first aspect of the present invention, two or
また、筒状基体20の他端からプラズマ原料ガスを導入し、テーパ部21の先端から、プラズマ原料ガスの流れに従い、プラズマ状態の気体を噴出することにより、密度が均一でかつ照射面積が広いプラズマを照射できる。
In addition, a plasma source gas is introduced from the other end of the
更に、筒状基体20の内側に金属電極30を遊嵌することで、この点でもプラズマを容易に発生させることができる。
Furthermore, by loosely fitting the
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、金属電極30の一端には金属テーパ部31を有し、金属電極30の金属直線部32にフランジ33を設けたことにより、多相交流によるプラズマの発生をより容易にできる。
According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the
またフランジ33に、プラズマ原料ガスが通過する通過孔35を設けたことにより、プラズマ原料ガスの流速を一定に保ちながら、ガス供給量を抑えることができる。これによりガスのランニングコストを抑えることができる。
Further, by providing the
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の効果に加えて、金属電極30が、筒状基体20に対して、この金属電極30の軸線方向に動作可能な構成としたことにより、プラズマ発生後金属電極30をプラズマ噴出口23から遠ざけることができる。これにより金属電極30がプラズマにより削られることが防止でき、金属電極30の寿命を長くできると共に、噴出するプラズマを含む気体に金属が含有することを防止できる。
According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in
請求項4記載の発明によれば、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、密度が均一でかつ照射面積が広い大気圧プラズマを照射して、癌細胞の細胞死を誘発する等の医学的効果を得ることができる。また、操作が容易な医療器具を提供できる。
According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in any one of
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。 Embodiments specifically configured based on the above technical idea will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第一実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置1の外観図で、図1(a)には正面図を、図1(b)には右側面図を示す。また図2は、図1の大気圧プラズマ発生装置の断面図で、図2(a)には、図1のS断面図を、図2(b)には、図1のT断面図を示す。本実施形態においては、図1(a)の右側、即ち後述するプラズマ噴出口23のある側を大気圧プラズマ発生装置1の前側、図1(a)の左側を後側として説明する。
FIG. 1 is an external view of an atmospheric
大気圧プラズマ発生装置1は、石英ガラスなどの誘電体からなる筒状基体20と、この筒状基体20の内側に遊嵌した金属電極30と、筒状基体20のテーパ部21に設けた多相交流を付加するための二以上の面電極40、・・・と、プラズマ原料ガスを導入するためのガス供給口50とから構成される。
The atmospheric
本実施形態における筒状基体20は、大気圧プラズマ発生装置1の前側に設けたテーパ部21と、直線部22とから構成され、この直線部22は、厚さ1、2mmの石英ガラスの円柱体で、外形が円柱形状であると共に、外形の軸心と同軸の円柱形状の内面を有する。テーパ部21の外周には、多相交流を付加するための面電極40を6枚、接着剤を用いて固定し、大気圧プラズマ発生装置1の後部に設けた端子41までそれぞれ配線する。テーパ部21の前側先端には、直線部22と径の異なる円筒部を設け、この前側を開放しプラズマ噴出口23とする。このプラズマ噴出口23の径は、30mmである。筒状基体20の後端には後蓋24を固定し、この後蓋24には、電源装置70と電気的に接続するための端子41や、大気圧プラズマ発生装置1の後方からプラズマ原料ガスを導入するためのガス供給口50を設ける。
The
金属電極30は、比較的表面の傷つきにくいステンレス製で、概略の形状は中実の円柱である。金属電極30は、前側の金属テーパ部31と、後側の金属直線部32により構成し、金属直線部32の前部にフランジ33を設ける。このフランジ33の外径は、筒状基体20の内径よりも数百μm程度小さくし、このフランジ33に金属電極30の軸心と平行に、プラズマ原料ガスが通過するための通過孔35を6つ等分に配置する。金属電極30の金属テーパ部31のテーパ角θ2(図4参照)は、筒状基体20の前部に設けたテーパ部21のテーパ角θ1と同じであり、これにより筒状基体20のテーパ部21と、金属電極30の金属テーパ部31との、対向する部分の距離が等しくする。なお金属電極30の材料は、プラズマの照射対象により銅やこれらの合金などを用いることが可能である。加えて、テーパ角θ1とθ2の大きさを同じとしたが、特にこれに限定するものではなく、例えば、θ2をθ1よりも小さくしてプラズマ噴出口23に近い領域で、対向する部分の距離を小さくして、プラズマの発生を容易にすることも可能である。
The
金属電極30には、この金属電極30を筒状基体20に対して、相対的に後側、即ちプラズマ噴出口23と逆方向に動作させることができる機構を設ける。本実施形態では、外周に螺子を切ってある円柱形状のオスネジ60を金属電極30の後部に設けると共に、筒状基体20の後蓋24の中央に設けたネジ孔62と螺合させる。そして、オスネジ60の後部に設けたハンドル61を回転させることで、金属電極30を、金属電極30の軸心方向であって、プラズマ噴出口23と逆方向に動作させることができる。金属電極30の後部には、金属電極30の動作を円滑に行うための案内体34を、金属電極30の円周方向に等分に配置する。なお、金属電極30の前端は、緩やかなR形状とし、異常放電が起こるのを防止する。動作機構としては、本実施形態以外にエアシリンダや、モータを用いる構成を採用することもできる。
The
誘電体からなる筒状基体20の一端に設けたテーパ部21の外周には多相交流を付加する面電極40を二以上備えることにより、バリア放電による大気圧プラズマを容易に発生させることができる。
By providing two or
また、筒状基体20の他端からプラズマ原料ガスを導入し、テーパ部21の先端から、プラズマ原料ガスの流れに従い、プラズマを含む気体を噴出することにより、密度が均一でかつ照射面積が広いプラズマを照射できる。
In addition, a plasma source gas is introduced from the other end of the
更に、筒状基体20の内側に、この筒状基体20と同心の金属電極30を遊嵌することで、プラズマを容易に発生させることができる。
Furthermore, plasma can be easily generated by loosely fitting the
金属電極30の一端には金属テーパ部31を有し、金属電極30の金属直線部32にフランジ33を設けたことにより、多相交流によるプラズマの発生をより容易にできる。
One end of the
またフランジ33に、プラズマ原料ガスが通過する通過孔35を設けたことにより、プラズマ原料ガスの流速を一定に保ちながら、ガス供給量を抑えることができる。これによりガスのランニングコストを抑えることができる。
Further, by providing the
金属電極30が、筒状基体20に対して、この金属電極30の軸線方向に動作可能な構成としたことにより、プラズマ発生後金属電極30をプラズマ噴出口23から遠ざけることができる。これにより金属電極30がプラズマにより削られることが防止でき、金属電極30の寿命を長くできると共に、噴出するプラズマを含む気体に金属が含有することを防止できる。
Since the
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置1に接続する電源装置70の構成について、図3により説明する。図3では、一点鎖線内が電源装置70であり、この電源装置70から筒状基体20の後蓋24に設けた端子41を介在して、面電極40までの配線を示している。電源装置70は、多電極型交流放電電源装置であり、電源装置70内のインバータ72が、互いに対向する一対の面電極40毎に設けられ、本実施形態では、3対の分割した面電極40に対して、3個のインバータ72、・・・を備える。更に電源装置70内には、それぞれのインバータ72、・・・の位相等を制御する制御部71と、インバータ72、・・・に直流電圧を印加する整流器73を備える。
The configuration of the
本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置1のプラズマの発生方法、及びその使用方法について図4及び図5により説明する。図4は本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置のプラズマPの発生時の説明図であり、筒状基体20前部の断面図である。図5は、本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置1の使用状態を示す。
A method for generating plasma and a method for using the plasma in the atmospheric
大気圧プラズマ発生装置1で発生するプラズマPは、非平衡プラズマであり、プラズマPを含む気体の温度は、医療に用いることができる温度内(数℃から100℃まで)に収まる。プラズマとは、荷電種であるイオンや電子、及び中性種であるラジカルの集団であり、有機物である癌細胞のアポトーシス(細胞死)誘発、止血、皮膚疾患等の治癒や再生に効果があり、またプラズマを照射した溶液については生物活性を有する場合がある。
The plasma P generated by the atmospheric
大気圧プラズマ発生装置1の使用者は、金属電極30を遊嵌した筒状基体20のハンドル61を操作して、筒状基体20のテーパ部21と、金属テーパ部31との距離を所定量に設定して固定する。この距離は、プラズマ原料ガスの流速や、多相交流の電圧、周波数等によって異なり、プラズマを発生させる際のパラメータの一つとなる。この際、電源装置70と面電極40とを端子41により接続する。
The user of the atmospheric
次に使用者は、プラズマ原料ガスを筒状基体20の後部のガス供給口50から供給する。プラズマ原料ガスは、図4の矢印で示したように筒状基体20の直線部22を流れ、金属電極30の6個の通過孔35を通過した後、テーパ部21でプラズマPを発生させる。プラズマ原料ガスは、公知のアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の希ガスや窒素等が該当し、プラズマの用途により使い分ける。プラズマ原料ガスのガス流の流速は、プラズマ噴出口23で3m/sec〜35m/secとすることが望ましい。
Next, the user supplies the plasma source gas from the
次に使用者は、多相交流を面電極40に付加する。交流電圧は数kV程度とし、給電電力の周波数は10kHzから200kHzの間で使用するのが望ましい。インバータ72に直流電圧を供給しインバータ72、・・・により交流に変換された電力が、端子41を介して面電極40、・・・に供給される。そして電源装置70の制御部71の位相制御によりバリア放電が行われる。この放電は所定の位相だけずれた状態で行われ、プラズマPが発生する。この際、プラズマ原料ガスが筒状基体20の後部から前部に向けて流れているので、生成されたプラズマPがプラズマ噴出口23より噴出する。
Next, the user applies multiphase alternating current to the
次に使用者は、プラズマPの発生が、継続的に行われるのを確認した後、ハンドル61で金属電極30をプラズマ噴出口23から遠ざける方向に動作させる。
Next, after confirming that the generation of the plasma P is continuously performed, the user moves the
使用者は、本実施形態にかかる大気圧プラズマ発生装置1を、プラズマ噴出口23を下にした状態で架台の上に固定し、プラズマ噴出口23の下方にプラズマ被照射体を置くことも可能であるが、例えば図5に示すように、大気圧プラズマ発生装置1を被覆し、それを手に持って、プラズマ被照射体に照射することも可能である。なお本稿において医療器とは、人体に対して使用するもののほか、生物の細胞に対して使用するものも含む概念である。
The user can also fix the atmospheric
1 大気圧プラズマ発生装置
20 筒状基体
21 テーパ部
22 直線部
23 プラズマ噴出口
24 後蓋
30 金属電極
31 金属テーパ部
32 金属直線部
33 フランジ
34 案内体
35 通過孔
40 面電極
41 端子
50 ガス供給口
60 オスネジ
61 ハンドル
62 ネジ孔
70 電源装置
71 制御部
72 インバータ
73 整流器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
このテーパ部の外周には多相交流を付加する面電極を二以上備えると共に、
このテーパ部の先端にはプラズマ噴出口を設け、
前記筒状基体の内側に金属電極を遊嵌し、
前記筒状基体の他端からプラズマ原料ガスを導入する大気圧プラズマ発生装置。 A tapered portion is provided at one end of a cylindrical substrate made of a dielectric,
The outer periphery of this taper portion is provided with two or more surface electrodes for adding polyphase alternating current,
A plasma outlet is provided at the tip of this taper part,
A metal electrode is loosely fitted inside the cylindrical substrate,
An atmospheric pressure plasma generator for introducing a plasma source gas from the other end of the cylindrical substrate.
前記金属電極の金属直線部にフランジを設け、
このフランジに前記プラズマ原料ガスが通過する通過孔を二以上設けた請求項1に記載の大気圧プラズマ発生装置。 While having a metal taper at one end of the metal electrode,
A flange is provided on the metal straight portion of the metal electrode,
The atmospheric pressure plasma generator according to claim 1, wherein two or more passage holes through which the plasma source gas passes are provided in the flange.
前記筒状基体に対して、この金属電極の軸線方向に動作可能な構成とする請求項1又は請求項2に記載の大気圧プラズマ発生装置。 The metal electrode is
The atmospheric pressure plasma generator according to claim 1 or 2, wherein the apparatus is configured to be operable in the axial direction of the metal electrode with respect to the cylindrical substrate.
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