JP2018529209A - 非熱プラズマを生成するための電極列、プラズマ源及びプラズマ源の操作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、非熱プラズマを生成するための電極列（５）であって、第一電極（７）及び第二電極（９）を備える。前記第一電極（７）及び前記第二電極（９）は、誘電体素子（１１）によって相互に電気的に絶縁され、相互に離間されている電極列（５）に関する。前記第一電極（７）は、前記電極（７、９）が相互に離間する方向に見て、最小１０μｍの厚さを有し、前記第二電極（９）は、前記電極（７、９）が相互に離間する方向に見て、最小１μｍ乃至最大５μｍの厚さ又は最小５μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有し、前記誘電体素子（１１）は最小１０μｍ乃至最大２５０μｍの厚さを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非熱プラズマを生成するための電極列、プラズマ源及びプラズマ源の操作方法に関する。

非熱プラズマを生成するための電極列は、一般的に第一電極及び第二電極を備えており、電極は誘電体素子によって相互に電気的に絶縁され、相互に空間的に分離されている。このような電極列の典型的な使用、すなわちこのような電極列によって生成される非熱プラズマは、一般的に、消毒又は殺菌の分野、表面機能化の分野及び医療分野、特に創傷消毒、創傷治療及び治癒、皮膚刺激の治療及び細菌性、ウイルス性及び菌性の皮膚病の治療で使用される。特許文献１及び特許文献２に記載されるように、電極列によって生成されるプラズマの化学成分は、電極列の有効電極面から垂直に計測される距離に強く依存することが明らかになった。具体的な適用に応じて、異なる化学成分が望ましく、そのため、処置される面と電極列の有効電極面との間も異なる処置距離であることが望ましい。プラズマの化学的性質を調整するための適切な距離範囲は、例えば、２乃至４ｍｍなどである。しかしながら、従来の電極列は、比較的高い電圧振幅でしか効率的に動作させることができなかった。そのため、電気安全性の理由から患者の皮膚等の処置される面に電極列を十分に近づけることが非常に困難又は相当の追加労力を要することとなるため、プラズマの化学的性質を希望通りに柔軟に調整することがほとんどできなかった。さらに、従来の電極列は、比較的大きく、特に堅固に設計されており、このことは電極列を幾何学的に柔軟に使用することはもちろん、このような電極列を有する装置の小型化への道を阻んでいた。

国際公開公報第２０１２／１５００４１号 米国特許出願公開第２０１４／０２０７０５３号明細書

本発明の目的は、上述のデメリットが発生しない電極列、非熱プラズマを生成するためのプラズマ源及びプラズマ源を操作する方法を作り出すことにある。

本目的は独立請求項の主題を提供することにより実現される。好適な実施形態は従属請求項により明らかにされるであろう。

本目的は、特に、第一電極及び第二電極を備える、非熱プラズマを生成するための電極列を作り出すことにより達成され、第一電極及び第二電極は、誘電体素子によって相互に電気的に絶縁され、誘電体素子によって、具体的には連続的に、すなわち具体的にはその伸張全体に沿って中断されることなく、相互に空間的に分離されている。電極列は、電極間の相互の離間方向に見て、第一電極の厚さが最小１０μｍあり、第二電極もまた、電極間の相互の離間方向に見て、最小１μｍ乃至最大５μｍの厚さ又は最小５μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有するという特徴を示す。結果として、誘電体素子は、電極間の相互の離間方向に見て、最小１０μｍ乃至最大２５０μｍの厚さを有する。誘電体素子及び電極が非常に薄く設計されているため、処置面に対して安全な距離を大幅に縮小できる電圧振幅で動作することに適した既知の電極列よりも、より小さく、特により薄い電極列を作り出すことができる。そのため、所望の適用に合うようにプラズマの化学的性質を柔軟に調整でき、特に、これまでは電気安全性の理由から実行不可能だった距離範囲にまで入り込むことができる。従って、各所望の適用に応じて適切なプラズマの化学的性質を選択でき、処置面への対応距離を確保できる。さらに、非常に薄い電極を選択し、誘電体素子も非常に薄いものを選択することで、電極列は薄板電極列として設計され、それによって、全体的に曲げやすく及び／又は柔軟となり、電極列を備える装置の小型化が可能となる。そして、電極列自体は幾何学的に極めて柔軟に使用することができ、特に処置される面の幾何学形状に適応することができる。これにより、生産段階における電極及び／又は誘電体素子を特定の形状とすることは不要となり、その代わりに、その可撓性によって電極列は全体として、特に曲げることで処置される面の形状に適応することができる。

好適には、第二電極は最小５μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有する。

好適には、第二電極は最小１μｍ乃至最大５μｍの厚さを有する。

電極列は、特に表面マイクロ放電を生成するように構成される。

電位差、特に交流電圧が２つの電極に印加されると、電極列の有効電極面上に表面マイクロ放電が形成され、次に有効電極面領域内で非熱プラズマの生成を引き起こす。

このため、第一電極及び第二電極は、特に電源電極として設計される。

第一電極及び第二電極は、重ね合わされ、すなわち、特に２つの相互にオフセットする平面上に配置されているか又は誘電体素子によって相互に離間、具体的には挟持されるような積層となっている。従って、電位差が２つの電極間に印加されると、誘電体の表面に対し垂直な電圧によって電界が生成できる。

第一電極の厚さの上限は、電極列が全体的に曲げやすく、柔軟となるように選択されることが望ましい。特に、第一電極の厚さとして、上限は最大２５０μｍ、好適には最大３０μｍが選択されることが望ましい。

第一電極の厚さの下限は抵抗損失を最小限に抑えるように選択されることが望ましい。

そのため、電極列は曲げやすく、特に柔軟に設計されることが望ましいことが明らかである。

誘電体素子は、具体的には、電極が誘電体素子によって相互に幾何学的に離間される一方、他方では相互に電気的に絶縁されるよう第一電極と第二電極との間に配置される。配置は、具体的には、第一電極が誘電体素子と物理的に接触し、第一電極と誘電体素子との間にはエアギャップが生じないように、第二電極は誘電体素子と物理的に接触し、第二電極と誘電体素子との間にはエアギャップが生じないように構成される。

第一電極、誘電体素子及び第二電極は、このような積層を形成することが望ましく、電極が誘電体素子によって相互に離間される方向は積層方向に相当する。よって、上述の厚さは積層方向に計測される。非熱プラズマは、電子温度とも呼ばれるプラズマの電子の運動エネルギーの分布を示す温度が、イオン温度とも呼ばれるプラズマによって構成されるイオン、特に、原子イオン又は分子イオンの運動エネルギーの分布を示す温度と同じでなく、特にその温度よりもずっと高いプラズマであると具体的に理解される。電子温度はイオン温度よりも著しく高く、イオン温度は、特に、２５°Ｃ乃至最大１００°Ｃの範囲内で選択できる。比較的低いイオン温度のため、このようなプラズマは低温プラズマとも呼ばれる。

ここでのプラズマとは、特に、気相において異なる電荷を持つ荷電粒子が隣同士に存在する物質状態を指し、特定の容積で平均化されると、考慮される容積に対して中性電荷が結果的に生じる。プラズマはまた、励起粒子及び／又は遊離基、すなわち一般的に特に非帯電反応性原子及び／又は分子とも呼ばれる電子的、振動的、回転的に励起した状態の非帯電原子及び／又は分子を含むことが望ましく、これらは、反応性粒子又は反応性種とも呼ばれる。プラズマの変化の化学成分は、特にプラズマが形成される電極列の有効電極面に対して垂直に計測される距離に依存する。

電極列の実施形態例では、第二電極は誘電性カバー要素を誘電体素子に対して逆向き側に備え、誘電性カバー要素は、積層方向に見て、最小０．２μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有することに特徴付けられることが望ましい。誘電性カバー要素は第二電極を、損傷、特に化学的又は機械的浸食から保護するよう機能し、同時に処置面と第二電極との直接接触を防ぐ。誘電性カバー要素は非常に薄く設計されているため、電極列は誘電性カバー要素を備えた場合でも曲げやすく、特に柔軟である。

好適な実施形態例では、誘電性カバー要素はコーティングとして設計されており、具体的には第二電極は誘電性カバー要素でコーティングされている。

電極列は、非熱プラズマが、誘電体素子から見て、第二電極側、特に第二電極の表面上又は第二電極に対して逆向きの誘電体素子の表面上に生成されるように構成されることが望ましい。

誘電性カバー要素は、特に保護コーティングとして機能し、特にオペレータ及び／又は非熱プラズマで処置される部位に対する電極列の電気安全性を保証する。

特に電気安全性に関して、誘電体素子の厚さの誘電性カバー要素に対する比率は、最小５対最大１５、好適には最小８対最大１２、好適には１０が望ましいということが明らかになった。

電極列の実施形態例では、第一電極が誘電体素子に対して逆向き側に誘電性ベース要素を備えていることに特徴付けられることが望ましい。誘電性ベース要素によって、電極列の効率を低下させるであろう第一電極から放出されるコロナ放電を防止又は抑制できることが望ましい。積層方向に計測される誘電性ベース要素の厚さは、第一電極から放出されるコロナ放電を効果的に効率良く、好適には完全に抑制できる一方、他方では電極列が全体的に曲げやすく、特に柔軟なままとなるよう選択されることが望ましい。特に誘電性ベース要素は最小１０μｍ乃至最大２５０μｍ、好適には最大３０μｍの厚さを有することができる。

誘電性ベース要素は、平らに設計されることが望ましく、第一電極の全体伸張に沿って伸びていることが特に望ましい。好適な実施形態例では、誘電性ベース要素はコーティングとして設計され、第一電極は、特にその誘電体素子に対して逆向き側が誘電性ベース要素でコーティングされる。

電極列の実施形態例では、第一電極と第二電極から選択される少なくとも１つの電極が、銅、銀、金及びアルミニウムで構成されるグループから選択される材料である又は材料によって構成されることに特徴付けられることが望ましい。他の導電体、特に金属又は半金属もまた、少なくとも１つの電極を製造するために使用できる。第一及び第二電極の少なくとも１つを金属合金、特に、上述の要素の少なくとも１つを有する合金から製造することもできる。電極は導電材料から製造されることが重要であり、電気抵抗が最小限のものが望ましい。

電極列の実施形態例では、誘電体素子、誘電性カバー要素及び誘電性ベース要素から選択される少なくとも１つの要素が窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリケート、特に石英（ＳｉＯ_２）、ガラス及びプラスチック、特にポリアミドで構成されるグループから選択される材料である又は材料によって構成されることに特徴付けられることが望ましい。他の無機的又は有機的な材料も要素とできる。選択される材料が誘電性を有し、特に非導電性、特に電気絶縁体として設計されることが重要である。

電極列の実施形態例では、第一電極が平らに設計されることに特徴付けられることが望ましい。特に、第一電極が層状電極又はシート電極として設計されることが望ましい。これにより、生成されるプラズマの均一分布、特にその出力の均一分布が可能となる。

好適な実施形態の一例では、第二電極は構造化される。第二電極は、電極列のための具体的な要件、特に電極列の具体的な用途に合った幾何学構造に特別に作成されることができる。

好適な電極列の実施形態の一例では、第二電極は櫛状の構造を有する。これは具体的に、第二電極は延長したベース要素を備え、そこから分岐した電極が相互に平行に伸び、ベース要素と電気的に接続される構造を示す。第二電極は線状構造であることもでき、線状構造は少なくとも１つの直線を有する。好適には、線状構造は、特に相互に平行に配置され、相互に電気的に接続される複数の線を有する。具体的には、ベース要素を備えた櫛状の構造が提供でき、分岐した線状電極がベース要素から相互に平行に配置されて伸び、ベース要素に電気的に接続される。

第二電極は曲がりくねった構造、特に蛇状構造を有することもできる。具体的には、第二電極を蛇状線のように設計することもできる。また、第二電極は相互に電気的に接続される相互に平行に配置される複数の蛇状線を有することも望ましい。具体的には、櫛状の構造で分岐した電極がベース要素から蛇状線の形で伸び、ベース要素に電気的に接続されて、好適には相互に平行とすることもできる。

第二電極は螺旋構造、特に円環状螺旋又は角ばった螺旋形状を有する又は第二電極は蛇行構造を有することもできる。

第二電極に、例えば、蛇状線若しくは直線形状又は螺旋若しくは蛇行線形状の線又は複数の線がある場合、このような第二電極の線は、最小５０μｍ乃至最大２００μｍの幅を有することが望ましい。このような幅は電極列の電気的特性及び生成されるプラズマの特性に関して特に有益な一方、他方では、電極列の曲げやすさ及び可撓性に関しても特に有益であることが証明されている。

好適な実施形態例では、第二電極は少なくとも１つの凹部を有する平らな構造を有する。これは、特に、第二電極が平らに設計され、少なくとも１つの凹部、好適には１つの貫通部を特にその表面に有することを意味する。この場合、表面マイクロ放電が、特に少なくとも１つの凹部内で生成できる。表面マイクロ放電は、特に少なくとも１つの凹部の縁部で生成される。

少なくとも１つの凹部の縁部は互いに対し最小０．５ｍｍ、好適には０．５ｍｍよりも長い距離があることが望ましいことが明らかになった。特に、少なくとも１つの凹部は、最小０．５ｍｍ、好適には０．５ｍｍよりも長い幅を有することが望ましい。

電極列の数値シミュレーションは、第二電極のこのような凹部の縁部での電界は約３０μｍ乃至５０μｍの広がりがあることを示した。そのため、このような凹部の２つの対向する縁部では、それぞれにおいて、約３０μｍ乃至５０μｍの縁部に垂直な広がりを有する２つの領域でマイクロ放電が発生可能である。電界の干渉及び減衰、ひいては放電の低下を防止するため、縁部間の間隔は個別のマイクロ放電の広がりの２倍よりもずっと長くなるように、すなわち６０μｍ乃至１００μｍよりも長くなるように選択されなくてはならない。凹部の縁部間の互いからの間隔は最小５００μｍ、好適には５００μｍよりも長く、すなわち０．５ｍｍあれば、高い効果を有する減衰していない表面マイクロ放電を十分に発揮できると明らかになった。

少なくとも１つの凹部は第二電極に彫られた構造のように設計されることが望ましい。

少なくとも１つの凹部は、人間の理解力でわかりやすい又は人間の理解力で認識できるシンボル、例えば、象形文字、シンボル、少なくとも１つの文字、数字又は名前等の単語又は顔などの画像又はオブジェクト、ロゴ等を形成することが望ましい。これに関して、第二電極は、人間の理解力でわかりやすいシンボルを別々に形成又は人間の理解力でわかりやすいシンボルを共同で形成できる複数の凹部を有することができる。

本発明の開発によれば、積層方向に垂直な第一電極は、少なくとも部分的に、好適には全体的に第二電極の縁を超えて突出する。この場合、表面は外側縁部、すなわち外周線又は第二電極の縁部でもマイクロ放電を生成できる。

代替的に又は追加的に、第一電極は、積層方向に垂直に見て、第二電極がこの方向に、少なくとも部分的に、好適には全体的に第一電極を超えて突出するように少なくとも部分的に、第二電極よりも短い拡張部を有することができる。この場合、少なくとも第二電極が第一電極を横方向に超えて突出するところ、すなわち積層方向に垂直なところでは、第二電極の周縁部でマイクロ放電が生成されないようにすることが可能である。

積層方向に垂直に見て、誘電体素子は両方の電極、すなわち第一電極及び第二電極の外周線を超えて伸びることが望ましい。

さらに第二電極は誘電体素子上に配置でき、特に誘電体素子上に沈積、例えば物理蒸着などが可能である。しかしながら、第二電極を誘電体素子に埋め込むこともできる。

電極列の好適な実施形態の一例では、誘電体素子は平らに設計される。特に、誘電体素子は第一電極にコーティングとして設計されることができ、第二電極は好適には誘電体素子に構成される又は誘電体素子に局所的なコーティングとして作られることもできる。

代替的に又は追加的に、誘電性カバー要素は好適には平らに設計され、第二電極を全体的に収容又は封入し、損傷、特に化学的又は機械的浸食はもちろんのこと、処置される面と接触しないように保護することが望ましい。

代替的に又は追加的に、誘電性ベース要素は好適には平らに設計され、特に第二電極に対して逆向きの第一電極の１つの側面を外的影響から保護することが望ましい。

電極列の実施形態例では、誘電体素子、誘電性カバー要素及び誘電性ベース要素から選択される少なくとも１つの要素が、その要素の厚さの５％未満の平均表面粗度Ｒ_ａを有することに特徴付けられることが望ましい。誘電体素子及び／又は誘電性カバー要素の表面粗度Ｒ_ａが特に望ましい。これらの要素の少なくとも１つの非常にわずかな表面の粗さによって、電極列という手段で生成される非熱プラズマの非常に均一で均等な出力配分が保証できる。特に、局所的な出力ピーク及び最小出力が大幅に回避できる。

ここで、平均表面粗度とは、具体的に、想定された表面上の仮想計測点から想定された表面上の仮想中央線までの平均距離を指す。基準断面内の仮想中央線は、プロファイルの偏差の合計が仮想中央線に対して最小となるように表面プロファイルと交差する。従って、平均粗度Ｒ_ａは、仮想中央線からの量的偏差の算術平均に相当する。

平均粗度Ｒ_ａは、光学的な方法を使用して計測されることが望ましい。具体的には、平均粗度は、本出願の優先日において有効な版のＩＳＯ規格２５１７８に定義される方法によって判定されることが望ましい。平均粗度を判定するには、共焦点法、コノスコープホログラム、白色光干渉法及び／又はフォーカス変動が使用できる。エアフロー法も可能で、例えば、ベックによる平滑度、パーカープリントサーフによる平滑度又はベントセンによる平滑度の判定等がある。上述の各計測方法による考慮される要素の平均表面粗度Ｒ_ａは、関連する要素の厚さの５％未満となることが望ましい。

追加的に又は代替的に、誘電体素子、誘電性カバー要素及び誘電性ベース要素から選択される少なくとも１つの要素の厚さのばらつきは、関連する要素の厚さの５％未満であることが望ましい。これは誘電体素子及び／又は誘電性カバー要素に特に望ましい。これによっても生成されるプラズマの出力配分の均一性が改善される。

本目的は、上述の実施形態例の１つによる電圧源及び電極列を備える非熱プラズマを生成するためのプラズマ源が作り出されることによっても達成される。電圧源は少なくとも第一電極に電気的に接続される。プラズマ源に関連して、電極列に関して説明された優位性を有している。

電圧源が少なくとも第一電極に電気的に接続されるため、具体的には電圧又は電気信号、特に交流電圧が第一電極に印加されるということになる。

第二電極はアース又は接地されることが望ましい。これにより、第二電極は第一電極よりも処置される面の近くに配置されているため、プラズマ源の電気安全性が増す。例えば、柔軟な電極列を曲げているときに破損が起き、第二電極の一部が誘電性カバー要素から出てきた場合、第二電極がアース又は接地されていれば、処置面、具体的には患者の皮膚に接触している第二電極の当該部分による危険性はない。

プラズマ源の好適な実施形態例では、電圧源もまた第二電極に電気的に接続される。特に、第二電極は電圧源を介して接地又はアースされることが望ましい。

この代わりに、電圧源は第一電極に電気的に接続されるのみも可能で、一方では電圧源を、他方では第二電極を共通のアース点又は共通の接地点に接続できることが望ましい。

プラズマ源の実施形態例では、交流電圧を第一電極に印加でき、第二電極がアースされることに特徴付けられることが望ましい。上述のように、これは電圧源を通して又は第二電極をアース又は接地点に接触させることによって電圧源の外部で行うことができる。

プラズマ源の実施形態例では、第二電極が特定の電位を持たず、そのため、フロートすることも可能である。

プラズマ源の実施形態例では、プラズマ源、好適には電圧源が交流電圧を生成するように構成され、その振幅が、ピークトゥピークで最小０．５ｋＶ（ｋＶ_ｐｐとも呼ばれる）乃至最大３ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．５ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．０ｋＶ_ｐｐ、好適には１．５ｋＶ_ｐｐ及び／又はその周波数が最小２０ｋＨｚ乃至最大９０ｋＨｚ、好適には最小３０ｋＨｚ乃至最大８０ｋＨｚ、好適には、最小４０ｋＨｚ乃至７０ｋＨｚ、好適には最小５０ｋＨｚ乃至最大６０ｋＨｚ、好適には５０ｋＨｚであることに特徴付けられることが望ましい。電極列の非常に薄い設計によって、第一電極に比較的低い振幅の交流電圧を印加できる。これにより、プラズマ表面の電気安全性が向上し、処置される面とプラズマが生成される電極列の表面との間に確保される安全な距離が最小限に抑えられる。従って、処置される面特有の所望される処置タイプに応じて、柔軟に最適化されたプラズマの化学的性質を調整することができ、そのため、生成されるプラズマの最適な化学成分を調整することも可能である。特に、最小２ｍｍ乃至最大４ｍｍの処置距離を選択することが可能である。

電極列の非常に薄い幾何学的設計によって、追加的に又は代替的に、最大音声周波数を超えた、すなわち具体的には２０ｋＨｚを超えた交流電圧の周波数を選択することが可能となる。これはまた、第一電極が、好適には平らに若しくは層状電極又はシート電極として設計されるため、特に推奨され、電極列の浮遊容量を最小限に抑える。このような最大音声周波数を超えた高周波を選択することで、プラズマ源の電気安全性が向上する一方、他方では、特に最小５０ｋＨｚの周波数が選択される場合、ピエゾ増幅器を使用することができる。このようなピエゾ増幅器は非常に小さく設計できるため、プラズマ源のさらなる小型化が可能となる。特に、このようなピエゾ増幅器は約２ｍｍの厚さ、約８ｍｍの幅及び約５０ｍｍの長さであることができる。従って、例えば鉛筆サイズのプラズマ源を提供することも可能である。最終的な分析では、プラズマ源自体は、プラズマ源を有するプラズマ装置のサイズに制限を与えるものではなくなる。その代わりに、携帯型のオフグリッド装置であれば、電圧源に電力を供給するための蓄電装置のサイズを有する。特に、バッテリのサイズが対応する装置の可能な小型化に制限を与えている。

特に、プラズマ源の実施形態例では、プラズマ源、特に電圧源がピエゾ増幅器を備えることに特徴付けられることが望ましい。これにより、より小さな設計及びプラズマ源の小型化のための選択肢の改善という上述したメリットがもたらされる。

このようなピエゾ増幅器又はピエゾ変圧器は、約５０ｋＨｚの周波数で最適に動作できる。これは、それらの共振周波数が当該範囲内にあるためである。さらに、それらは最大３ｋＶ_ｐｐの電圧で最適に動作する。両方とも、高い損失を防止する小さな電気容量及び比較的低い交流電圧の振幅でそれらを駆動させる能力を有するので、ここで提案される電極列を可能とする。

最後に、本目的はプラズマ源を操作する方法を作り出すことによっても達成される。本方法の枠組み内で、上述の実施形態例の１つにより電極列に電圧源という手段で電圧が印加される及び／又は上述の実施形態例の１つによりプラズマ源が操作される。本方法に関連して、電極列及び／又はプラズマ源に関してすでに説明された優位性を実現することができる。

特に、本方法の枠組み内で表面マイクロ放電が生成される。プラズマ源の電気的パラメータを変化させると、表面マイクロ放電により生成されるプラズマの化学的性質は修正できる。

方法の実施形態では、振幅が最小０．５ｋＶ_ｐｐ乃至最大３ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．５ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．０ｋＶ_ｐｐ及び好適には１．５ｋＶ_ｐｐの交流電圧を生成することに特徴付けられることが望ましい。特に、これは、プラズマ源を操作する間の電気安全性を向上させ、プラズマの化学的性質を常時柔軟に適切に調整できるよう非常に柔軟で適用に適応した形で、処置面に対するプラズマ源の距離を適切に選択可能とする優位性を生じさせる。

本方法の実施形態ではまた、周波数が最小２０ｋＨｚ乃至最大９０ｋＨｚ、好適には最小３０ｋＨｚ乃至最大８０ｋＨｚ、好適には最小４０ｋＨｚ乃至最大７０ｋＨｚ、好適には、最小５０ｋＨｚ乃至最大６０ｋＨｚ及び好適には５０ｋＨｚで交流電圧が生成されることが望ましい。これは、プラズマ源を操作する際の電気安全性を向上させるメリットがある一方で、他方では、プラズマ源の小型化を可能にするピエゾ増幅器を使用できるというメリットがある。

上述した実施形態例の１つによる主題のプラズマ処置用の装置、特に電極列のある表面及び／又はプラズマ表面は本発明の一部でもある。

さらに、本発明には、例えば、機器、特に医療機器の消毒又は殺菌、手指の消毒又は手指の殺菌、表面の消毒又は表面の殺菌等の衛生上における使用のため及び／又は例えば創傷消毒又は創傷治療、皮膚刺激の治療、細菌性又はウイルス性の皮膚病及び菌性の皮膚病の治療等の医療分野での使用のための表面機能化のための電極列及び／又はプラズマ源の使用、特に粘着性の向上、塗料又はニス等のコーティングの向上を達成することも含まれる。

第一電極及び第二電極は、電極列の安全性を向上させる非導電性及び／又は誘電性の材料内に完全に封入されることが望ましい。全体として、電極列、プラズマ源及び方法を合せて、以下のメリットがもたらされる。

電極列の非常に薄い設計のため、電極列及び／又はプラズマ源を備える装置の製造において柔軟に設計できるように、非常に容易に曲げることができる。

電圧源の主要部が究極的には増幅器、特に変圧器であるため、小さな電圧源が使用でき、低い交流電圧のため、増幅器のサイズを抑えることができる。

さらに、必要な増幅がより小さいため、例えば直流電圧を交流電圧に変換する際に、電圧源出力の作動電圧への変換効率もより良くなることが可能である。これは、電圧源、ひいてはプラズマ源のさらなる小型化を可能にする。

より向上した電気安全性によって、プラズマ源がある電極列のハウジング内の絶縁体材料の厚さを抑えることができ、安全な距離をより短くすることが可能である。

電極列と処置される面との間の距離の可変幅が増加する。従って、プラズマによって覆われる処置される面上の反応性種に関するプラズマの構成がより容易に制御でき、所望の適用に応じて適切に選択できる。

事故又は故障が起こった場合、電極列又はプラズマ源のオペレータ及び処置面、特に患者の皮膚への電気ショックの危険性が最小限に抑えられる。電極列の幾何学的設計により低減できる使用電圧によって最大電流が決定される。

電気安全性の向上及びそれに伴う安全性要求の減少によって、特に電極列の構造における設計の自由度の向上が可能である。以下、図面を参照し、本発明をさらに説明する。図面は以下の通り。

プラズマ源の実施形態例を模式的に示す。 第二電極の構造に関する電極列の複数の異なる実施形態例を示す。 電極列の他の実施形態例を、特に第二電極の構造に関して示す。

図１は、非熱プラズマを生成するように構成されるプラズマ源１の実施形態例を模式的に示す。プラズマ源１は、電極列５に電気的に接続される電圧源３を備える。電極列５は、非熱プラズマを生成するように構成される。

それは第一電極７及び第二電極９を備え、２つの電極７及び９は誘電体素子１１によって相互に電気的に絶縁され、相互に離間されるように、第一電極７と第二電極９との間に誘電体素子１１が配置される。２つの電極７及び９並びに誘電体素子１１は積層を形成し、積層方向に見ると、誘電体素子は第一電極７上に配置され、第二電極９は誘電体素子１１上に配置される。

積層方向に見ると、第一電極７は、最小１０μｍの第一厚さｄ_１を有する。第二電極９も、積層方向に見ると、最小１μｍ乃至最大５μｍ又は最小５μｍ乃至最大３０μｍの第二厚さｄ_２を有する。積層方向に見ると、誘電体素子は最小１０μｍ乃至最大２５０μｍの第三厚さｄ_３を有する。

従って、電極列５は薄層状電極列として設計され、全体的に非常にわずかな厚みを有する。これにより、複数の異なる用途、特に複数の幾何学的に異なる処置される面に柔軟に適応できるように、全体的に曲げやすい状態にする。さらに、電極列５は、その非常に薄い設計により、低い電圧、具体的には３ｋＶ_ｐｐ未満で作動でき、プラズマ配列１の電気安全性を向上させる。

第二電極９は誘電性カバー要素１３を誘電体素子１１に対して逆向き側に備え、誘電性カバー要素１３は、積層方向に見ると、最小０．２μｍ乃至最大３０μｍの第四厚さｄ_４を有する。

誘電性カバー要素１３は、コーティングとして設計されること、特に第二電極９が誘電性カバー要素１３で又は誘電性カバー要素１３の材料でコーティングされることが望ましい。誘電性カバー要素１３は、その結果、完全に第二電極９を覆うことが望ましい。

第一電極７は、誘電体素子１１に対して逆向き側に誘電性ベース要素１５を備える。これは、好都合には、平らに設計され、第一電極７の伸張全体に沿って伸びるため、図１の底部でそれらを全体的に覆う。結果的に、誘電性ベース要素１５によって電極列５の効率が向上するように、第一電極７から発生する可能性のあるコロナ放電を誘電性ベース要素１５は非常に効率よく防止する。誘電性ベース要素１５の第五厚さｄ_５は、第一電極７によって放出されるコロナ放電を確実に回避する一方で、他方では電極列５が全体的に曲げやすく設計されるように選択されることが望ましい。

全体として積層電極列５は、最終的に以下の積層順序となる。誘電性ベース要素１５の上に、第一電極７が配置され、その上に誘電体素子１１が配置される。第二電極９がその上に配置され、第二電極９の上には誘電性カバー要素１３が配置される。

少なくとも１つの第一電極７及び／又は少なくとも１つの第二電極９は、銅、銀、金及びアルミニウムで構成されるグループから選択される材料であることが望ましい。少なくとも１つの第一及び第二電極７及び９は、上述の材料で構成されることが望ましい。

電極７及び９には、他の導電材料、特に合金、特に好適には上述の要素のうち少なくとも１つに基づいた合金も可能である。

誘電体素子１１、誘電性カバー要素１３及び／又は誘電性ベース要素１５は、窒化ケイ素、シリケート、特に石英、ガラス及びプラスチック、特にポリアミドで構成されるグループから選択される材料であることが望ましい。上述の要素の少なくとも１つが上述の材料の１つで構成されることも可能である。上述の要素は、誘電性であり、特に電気的に絶縁性である限り、他の無機的又は有機的な材料でも可能である。

第一電極７は平らに、特に層状電極又はシート電極として設計されることが望ましい。

第二電極９は構造化されることが望ましい。具体的には、図１に示される実施形態例では、それは複数の線状部分電極１７を備える。第二電極９の構造は、電極列５の特別設計用途に合せて具体的に作ることができる。

特に、誘電体素子１１及び／又は誘電性カバー要素１３の平均表面粗度Ｒ_Ａは、各要素の厚さの５％未満であることが望ましい。代替的に又は追加的に、誘電性ベース要素１５の平均表面粗度Ｒ_ａは、その厚さの５％未満であることが望ましい。

電圧源３は、具体的には、第一電極７に電気的に接続され、交流電圧が第一電極７に印加できる。第二電極９はアース又は接地されることが望ましい。ここで説明されている実施形態例では、両方の電極７及び９は増幅器１９により電圧源３に電気的に接続される。増幅器１９は、ピエゾ増幅器として設計されることが望ましい。

電極列５は、振幅が最小０．５ｋＶ_ｐｐ乃至最大３ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．５ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．０ｋＶ_ｐｐ、好適には１．５ｋＶ_ｐｐの交流電圧で駆動されることが望ましい。交流電圧は、周波数が最小２０ｋＨｚ乃至最大９０ｋＨｚ、好適には最小３０ｋＨｚ乃至最大８０ｋＨｚ、好適には最小４０ｋＨｚ乃至最大７０ｋＨｚ、好適には最小５０ｋＨｚ乃至最大６０ｋＨｚ及び好適には５０ｋＨｚであることが望ましい。

図２は、電極列５の複数の異なる実施形態例を示し、第一平坦電極７及び第二構造化電極９は平面図で模式的に描かれている。

第二電極９は、図２ａ）において、複数の直線を有する櫛状の構造を持つように描かれており、複数の直線は相互に平行に配置され、相互に電気的に接続され、図２ａ）の共通ベース要素２１から右に向かって伸びる。

図２ｂ）において、第二電極９はまた、櫛状の構造を持ち、蛇状の部分電極がベース要素２１から相互に平行に伸びる。個々の部分電極は共通ベース要素２１によって相互に電気的に接続される。

図２ｃ）では、第二電極９はまた、線状構造を持つが、角ばったジグザグ線のように伸びた道の形である。

図２ｄ）において、第二電極９は、角ばった螺旋形状である。

図２ｅ）において、第二電極９は、円形螺旋形状で、具体的には円環状螺旋である。

最後に、図２ｆ）の第二電極９は、蛇行構造である。

図３は、電極列５の他の実施形態例、特に第二電極９の他の考えられる設計を模式的に表す。同等及び機能的に同等な要素は同一の符号を付している。そのため、前述の説明を参照する。ここで描かれる実施形態例では、見ている人の観点から見て、すなわち、図３の図の平面に垂直に見て、第一電極７が第二電極９の下に配置されている。見ている人の観点から見て、すなわち、図３の図の平面から見て、第一電極７の第二外縁部２５が第二電極９を超えて横方向に伸びるように、それは、第二電極９の第一外縁部２３を超えて突出する。誘電体素子１１は明快にするために図３には描かれていない。しかしながら、電極列５内の第一電極７と第二電極９との間に積層方向、すなわち図３の図の平面に垂直に配置され、第一電極７の第二外縁部２５はもちろん、第一電極９の第一外縁部２３も超えて突出して配置される。

ここで描写された構成は、特に第二電極９の第一外縁部２３及び第一電極７の第二外縁部２５に関するもので、特に第二電極９の第一外縁部２３の領域でも表面マイクロ放電が形成できる。他の実施形態例で第二電極９の第一外縁部２３が第一電極７の第二外縁部２５を超えて横方向に伸びる場合、第二電極９の第一外縁部２３に表面マイクロ放電はない。

ここで描かれた実施形態例では、第二電極９は平らに設計され、複数の凹部２７を有する。明確さを向上させるため、１つの凹部のみを符号２７で識別してある。凹部２７は、特に、第二電極９の表面の貫通部として設計される。電極列５が作動中、特に凹部２７の縁部で表面マイクロ放電が形成される。

この場合では、凹部２７が人間の理解力でわかりやすい又は人間の理解力で理解できるシンボル、すなわち文字、を形成し、凹部２７は共同で単語、すなわち「プラズマ」という単語を形成していることがわかる。同様に、第二電極９のこのような凹部２７は、他の単語、数字、文字と数字との組み合わせ、象形文字、画像、顔、ロゴ等を形成できる。

特に、凹部２７の縁部は相互に間隔を隔ておくのが望ましく、間隔は最小０．５ｍｍである。この方法で、凹部２７の縁部にて減衰していない表面マイクロ放電を最適な効率で生成できる。

全体にわたって、ここで提案されている電極列５によれば、プラズマ源１及び本方法によって、非熱プラズマを生成する及び／又は特に表面のプラズマ処置のための装置の著しい小型化を優れた設計自由度とともに可能にできることが分かった。装置の電気安全性は向上し、特定の用途に望まれるプラズマの化学的性質に常時好適な処置間隔を広い範囲から常時選択できる。

Claims (15)

1. 非熱プラズマを生成するための電極列（５）であって、
   第一電極（７）及び第二電極（９）を備え、
   前記第一電極（７）及び前記第二電極（９）は、誘電体素子（１１）によって相互に電気的に絶縁され、相互に離間されており、
   前記第一電極（７）は、前記電極（７、９）が相互に離間する方向に見て、最小１０μｍの厚さを有し、
   前記第二電極（９）は、前記電極（７、９）が相互に離間する方向に見て、最小１μｍ乃至最大５μｍの厚さ又は最小５μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有し、
   前記誘電体素子（１１）は最小１０μｍ乃至最大２５０μｍの厚さを有することを特徴とする電極列（５）。
2. 請求項１に記載の電極列（５）であって、
   ａ）前記第二電極は最小５μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有し、及び／又は
   ｂ）前記第二電極（９）は前記誘電体素子（１１）に対して逆向き側に誘電性カバー要素（１３）を備え、前記誘電性カバー要素（１３）は、前記電極（７、９）の積層方向に見て、最小０．２μｍ乃至最大３０μｍの厚さを有することを特徴とする電極列（５）。
3. 請求項１又は２に記載の電極列（５）であって、
   前記第一電極（７）は前記誘電体素子（１１）に対して逆向き側に誘電性ベース要素（１５）を備えることを特徴とする電極列（５）。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電極列（５）であって、
   前記第一電極（７）及び前記第二電極（９）から選択される少なくとも１つの電極が、銅、銀、金及びアルミニウムで構成されるグループから選択される材料である又は材料で構成されることを特徴とする電極列（５）。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極列（５）であって、
   前記誘電体素子（１１）、誘電性カバー要素（１３）及び誘電性ベース要素（１５）から選択される少なくとも１つの要素が、窒化ケイ素、シリケート、特に石英、ガラス及びプラスチック、特にポリアミドで構成されるグループから選択される材料である又は材料で構成されることを特徴とする電極列（５）。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電極列（５）であって、
   前記第一電極（７）は平らに設計され及び／又は前記第二電極（９）は構造化されることを特徴とする電極列（５）。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電極列（５）であって、
   前記第二電極（９）は、櫛状の構造、少なくとも１つの仮想線、好適には特に相互に平行に配置され、相互に電気的に接続される複数の直線を有する線状構造、曲がりくねった構造、特に蛇状構造、螺旋構造、蛇行構造又は少なくとも１つの凹部（２７）を有する平らな構造であることを特徴とする電極列（５）。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電極列（５）であって、
   前記誘電体素子（１１）及び誘電性カバー要素（１３）から選択される少なくとも１つの要素の平均表面粗度（Ｒ_ａ）は、前記要素の厚さの５％未満であることを特徴とする電極列（５）。
9. 電圧源（３）と、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電極列（５）とによって非熱プラズマを生成するためのプラズマ源（１）であって、
   前記電圧源（３）は少なくとも前記第一電極（７）に電気的に接続される。
10. 請求項９に記載のプラズマ源（１）であって、
    前記第一電極（７）に交流電圧を印加でき、前記第二電極（９）はアース又は接地されることを特徴とするプラズマ源（１）。
11. 請求項９又は１０に記載のプラズマ源（１）であって、
    前記プラズマ源（１）は、振幅が最小０．５ｋＶ_ｐｐ乃至最大３ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．５ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．０ｋＶ_ｐｐ、好適には１．５ｋＶ_ｐｐ及び／又は周波数が最小２０ｋＨｚ乃至最大９０ｋＨｚ、好適には最小３０ｋＨｚ乃至最大８０ｋＨｚ、好適には最小４０ｋＨｚ乃至最大７０ｋＨｚ、好適には最小５０ｋＨｚ乃至最大６０ｋＨｚ、好適には５０ｋＨｚの交流電圧を生成するよう構成されることを特徴とするプラズマ源（１）。
12. 請求項９又は１１に記載のプラズマ源（１）であって、
    前記プラズマ源（１）はピエゾ増幅器（１９）を備えることを特徴とする。
13. プラズマ源（１）を操作する方法であって、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電極列（５）に電圧源（３）という手段で電圧を印加する及び／又は請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の前記プラズマ源（１）を操作する方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記プラズマ源（１）は、振幅が最小０．５ｋＶ_ｐｐ乃至最大３ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．５ｋＶ_ｐｐ、好適には最小１．０ｋＶ_ｐｐ乃至最大２．０ｋＶ_ｐｐ及び好適には１．５ｋＶ_ｐｐの交流電圧で駆動されることを特徴とする方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の方法であって、
    前記プラズマ源（１）は、周波数が最小２０ｋＨｚ乃至最大９０ｋＨｚ、好適には最小３０ｋＨｚ乃至最大８０ｋＨｚ、好適には最小４０ｋＨｚ乃至最大７０ｋＨｚ、好適には最小５０ｋＨｚ乃至最大６０ｋＨｚ、好適には５０ｋＨｚの交流電圧で駆動されることを特徴とする方法。

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