JP2020520534A - 大気圧プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

本開示は、様々な皮膚トラブルの改善又は皮膚の美容のための大気圧プラズマ装置に関し、プラズマ噴射装置が本体コントローラと独立して接続された遠隔型の大気圧プラズマ装置を開示する。プラズマは常温の大気圧で発生する。本開示の大気圧プラズマ装置は誘電体バリアを含み、安定したグロー放電を維持することができる。大気圧プラズマは全て接地電極を通過して噴射されるので、皮膚に電気的な刺激を全く与えない。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、様々な皮膚トラブルの改善及び皮膚の美容のための大気圧プラズマ装置に関し、特に、皮膚トラブルを有する皮膚層を安全かつ効果的に改善するために構造的に改善された大気圧プラズマ装置に関する。

大気圧プラズマは、約１ａｔｍの圧力で別途の真空装置と反応チャンバなしに既存の生産ラインに直接適用可能であり、連続的な工程で処理が可能である。

大気圧プラズマを用いる場合、通常、ＤＢＤ（誘電体バリア放電；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）技術が最も広く用いられる。詳細には、高周波高電圧電極と接地電極との間に誘電体物質を挿入し、高周波高電圧電極に交流電圧を印加すると、プラズマの形成のために供給されるガスが２つの電極の間の電場領域で解離と電離という過程を経る。これを通じて、イオン化された安定したプラズマが発生する。このように形成されたプラズマは、イオン、電子だけでなく高密度の活性化ラジカル（反応活性種）などからなっており、この反応活性種は、反応性が非常に高く他の分子と容易に反応するので、様々な皮膚トラブルの改善（皮膚の処置、除菌及び殺菌など）、皮膚の美容、有機汚染物の洗浄及び表面改質などの工程に有用に使用される。

誘電体バリアを用いれば、直流電力の場合、誘電体を介した電流の流れが不可能であるので、高周波交流電力を用いてプラズマを発生させる。安定したプラズマの発生を保障するために、高周波高電圧電極と接地電極との間の間隔は制限され、反応ガスは２つの電極の間に流れていく。誘電体バリア放電は、局部的に波動や雑音を起こす火炎が存在しないので、無声放電（Ｓｉｌｅｎｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）と呼ぶこともある。放電は、正弦関数あるいはパルス状の電源で点火される。

誘電体層は、反転電流を遮断し、アーク放電への遷移を回避できるようにして連続またはパルスモードで作業可能にする。

一方、プラズマを用いた医学関連技術で、皮膚に大気圧プラズマを照射すると、大気圧エネルギー（紫外線、微熱及び反応活性種）によって皮膚中の血流速度が増加し、エラスチンとコラーゲンが作られる。このように作られたエラスチンとコラーゲンが表皮組織へ移動しながら皮膚のしわを改善させることができると知られている。

従来に、オゾン発生器を用いて皮膚を擦ると、皮膚が活性化され、しわが改善される特許が開示された。これは、オゾンによって皮膚組織が殺菌され、剥離（Ｐｅｅｌｉｎｇ）されるため、化粧品や栄養クリームを塗ると、迅速に吸収されてしわが改善されるものと説明される。

最近は、小型のアークランプに電力を印加して発生する光エネルギーを用いて皮膚のしわと褐色斑点及び黄変部位を治療する装置（Ｉｎｔｅｎｓｅ Ｐｕｌｓｅ Ｌｉｇｈｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＩＰＬ）が皮膚科で広く用いられている。この方法は、エラスチンとコラーゲンを生成する効果はあるが、傷部位の血流速度を増大させて血液を迅速に凝固させる役割を果たすことができず、また、人体に影響を与え得る紫外線の影響を最小にしなければならないという欠点がある。

米国特許ＵＳ７８６２５６４号は、図１に示されたように、ハンドピースボディー１６ａ’に単発性パルスプラズマを放出するノズルアセンブリ１６ｂ’を組み入れたプラズマ皮膚再生器を開示している。プラズマ皮膚再生器は、熱抵抗チューブ２９’、熱抵抗チューブ２９’の外部に配置された外部電極２７’、熱抵抗チューブ２９’の内部に配置された内部電極２６’、及びコイル３１’を含む。熱抵抗チューブ２９’内のガス経路を介して、プラズマ状態に解離されるための反応ガスが供給され、外部電極２７’と内部電極２６’との間に数マイクロ秒の周期を有するパルス電力が印加されると、ノズル２９ａ’から単発性パルスプラズマ気流が噴射される。

しかし、このように作られた単発性パルスプラズマによって接触された皮膚は、瞬間的な高温エネルギーにより黒く焦げる（Ｂｕｒｎｉｎｇ）。ＵＳ７８６２５６４号の特許は、この問題を認識し、ノズル２９ａ’を皮膚の表面から数ｍｍ離隔させて使用することを提案している。また、実際にユーザマニュアルを見ると、前記単発性パルスプラズマによって皮膚に加えられる電気的な衝撃や皮膚が焦げるときに感じる痛みをなくすために、必ず皮膚に麻酔クリームを塗らなければならないと記載されている。

韓国特許第１０−１２６２６３２号は、図２に示されたように、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電極３１１’及びドーム状の誘電体３１２’からなる電極棒３１’と、対向電極３２’とを含むプラズマ皮膚再生装置を開示している。プラズマ皮膚再生装置は、ＲＦ電極３１１’と対向電極３２’との間に供給される反応ガスを用いてプラズマを生成する。

しかし、実際に皮膚の治療を行うためにＲＦプラズマ皮膚再生装置を皮膚の近くに接近させると、プラズマガスの流れによってドーム状のＲＦ電極３１１’に印加されたＲＦ電力の流動が発生し、この流動によって、プラズマ内に存在する電子もまた流動してしまい、皮膚組織側に漏洩することがある。これによって、皮膚が損傷し得るという問題がある。したがって、前記特許にも、プラズマ発生部を必ず皮膚から所定の距離だけ離隔させなければならないと開示されており、また、前記プラズマ皮膚再生装置を皮膚の近くに接触させるためには、必ず皮膚に麻酔クリームを塗らなければならないという欠点がある。

韓国特許第１０−１２６０８９３号は、図３に示されたように、所定のガスを用いてプラズマを発生及び排出する発生管１１’と、発生管１１’の一部を取り囲み、発生管１１’に高圧の誘起電圧を印加するコイル管１２’とを含むプラズマ発生装置を開示している。このとき、発生管１１’の先端部から少し離隔した位置に多数の噴射孔１５ａ’を有する仕切り板１５’が配置されることによって、発生管１１’の先端部から排出されたプラズマが噴射孔１５ａ’を通過しながら多数の細長いプラズマとして噴射される。

しかし、この特許における仕切り板１５’は、噴射孔１５ａ’を有することによって電荷が流れる通路の役割を果たすだけで、誘電体としての機能を行うものではない。すなわち、この特許はＤＢＤ技術に該当しない。

また、細く尖ったプラズマは、前記韓国特許第１０−１２６２６３２号と同様に、プラズマガスの流れによって電子も流動してしまい、皮膚に電気的な刺激を与えて害を及ぼすことがあるという問題がある。これによって、プラズマを皮膚に直接接触させてはいけないという制限を有している。

また、韓国公開特許第２０１６−００７２７５９号に開示されたプラズマ装置は、別途の反応ガスの供給なしに、高周波高電圧電極と大気との間でプラズマを発生させる携帯用単品の構造からなっている。一般に、少なくとも一面が誘電体で覆われた高周波高電圧電極、及び前記誘電体と対向する別途の対向電極によってプラズマが発生する。反面、韓国公開特許第２０１６−００７２７５９号によるプラズマ装置は、別途の対向電極を含まず、約１５００〜２５００Ωの抵抗を有する皮膚が対向電極の役割を行う。すなわち、前記プラズマ装置は、内部に高周波パルス電圧が印加される高電圧電極及びこれを覆っている誘電体の構造を有し、皮膚は、高電圧電極の対向電極の役割を行う。詳細には、誘電体で覆われている高電圧電極にパルス電源を印加し、外部に露出された誘電体面を皮膚と０．１〜１ｍｍの間隔で近接させると、皮膚と誘電体面との間に存在する空気が誘電体バリア放電によって電離されてプラズマ状態となり、このプラズマによって皮膚の治療が可能であると開示されている。

しかし、前記特許は、誘電体が覆われている高周波高電圧電極を皮膚から約２ｍｍ以上離隔させる場合、プラズマが発生しないという問題がある。また、皮膚の治療のためには、他の特許と同様に必ず皮膚に麻酔クリームを塗らなければならない。年齢、性別、環境、周波数、印加電圧などによって異なるが、一般的に人体の抵抗は約５０００Ω程度であり、特に皮膚抵抗は約２５００Ω程度である。このとき、人体の許容電流はＩＥＣ６０１−１の基準によれば、正常状態で０．１ｍＡ、単一故障状態（電源線のうち１つが断線した場合）で０．５ｍＡと規定されている。したがって、皮膚に流れる全体電流が０．１ｍＡ以上である場合、人体が電流を感じるため、これを遮断するために、上述したように皮膚に麻酔クリームを塗らなければならないものある。また、前記特許は、実際に皮膚の治療よりは殺菌又は皮膚保湿効果のためのものである。

したがって、以上の先行技術の問題点を克服し、様々な皮膚トラブルを有する皮膚層を安全かつ効果的に改善し、皮膚美容効果を付与するための大気圧プラズマ装置の構造的改善が必要である。

本発明は、大気圧プラズマを安定かつ迅速に噴射することができ、様々な皮膚トラブルの改善及び皮膚の美容にも効果的な大気圧プラズマ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、大気圧プラズマによって発生した電子及び反応活性種が全て接地電極の複数の噴射口を介して吐出されることによって、皮膚に電気的な刺激を与えない大気圧プラズマ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために本発明の一態様によれば、大気圧プラズマ装置は、高周波電源が印加され、第１方向に延びた導電体を含む電圧電極と；前記電圧電極の少なくとも一面を遮蔽する誘電体バリアと；前記電圧電極に対向し、前記誘電体バリアを挟んで前記電圧電極と所定距離離隔して位置した接地電極と；を含み、前記誘電体バリアと前記接地電極との間には、大気圧プラズマが生成される空間が提供され、前記接地電極は、前記大気圧プラズマを噴出する複数の噴射口を有し、前記複数の噴射口のうち少なくとも１つは、前記電圧電極の中心軸と一致しない中心を有することができる。

本発明の一態様によれば、前記電圧電極は、第１方向に長く延びたロッドと、ロッドの先端にロッドと一体に形成されたディスクとを含み、前記誘電体バリアは、前記ディスクの少なくとも一面を遮蔽する遮蔽板を含むことができる。

本発明の一態様によれば、前記ディスク及び前記遮蔽板は、前記第１方向と垂直に配置されてもよい。

本発明の一態様によれば、前記接地電極は、前記誘電体バリアと離隔したハウジングと、前記大気圧プラズマを噴出する前記複数の噴射口を有する接地板とを含むことができる。

本発明の一態様によれば、前記複数の噴射口は、前記ディスクの直径の１／２０〜１／３の範囲の直径を有することができる。

本発明の一態様によれば、前記遮蔽板は前記電圧電極と直接接触し、前記遮蔽板は前記接地板と所定距離離隔してもよい。

本発明の一態様によれば、前記接地板は、前記遮蔽板と実質的に平行であってもよい。

本発明の一態様によれば、前記接地板及び前記ディスクは、平面視において円形、楕円形及び多角形のいずれか１つの形状を有することができる。

本発明の一態様によれば、前記接地板は、前記ハウジングと一体に形成されてもよい。

本発明の一態様によれば、大気圧プラズマ装置は、プラズマ発生電力を供給する高周波電源と；反応ガスを貯蔵及び供給するガス供給器と；をさらに含むことができる。

本発明の一態様によれば、大気圧プラズマ装置は、ガス圧力調節器及びガス圧力表示器をさらに含むことができる。

本発明の一態様によれば、大気圧プラズマ装置は、ガス流量調節器及びガス流量表示器をさらに含むことができる。

本発明の一態様によれば、前記反応ガスによって生成された大気圧プラズマは、全て前記複数の噴射口を介して噴射されてもよい。

本発明の一態様によれば、前記電圧電極は、第１方向に長く延びたロッドと、ロッドの先端にロッドと連結されたディスクとを含み、前記ロッドは、電力ケーブルを内蔵した非絶縁物質からなり、前記ディスクは導電性物質からなることができる。

本発明の一態様によれば、誘電体バリアは、円筒状のボディーと、前記ボディーの先端に連結された遮蔽板と、前記ボディーの後端に連結された後面遮蔽板とを含み、前記電圧電極は前記後面遮蔽板を貫通することができる。

本発明に係る大気圧プラズマ装置は、次のような効果を提供する。

第一に、大気圧プラズマ装置は、本体とプラズマ噴射装置を含み、本体が反応ガス及び高周波電源を供給することによって、大気圧プラズマを安定かつ迅速に噴射することができ、様々な皮膚トラブルの改善及び皮膚の美容に効果的であり、メンテナンスが便利である。

第二に、常温の大気圧プラズマを安定的に維持するためにＤＢＤ技術を適用することで、高周波電源から低電力マイクロウェーブに至るまで高強度のプラズマを生成することができる。

第三に、高周波高電圧が印加される電圧電極と、接地電極との間の空間で大きな容量の大気圧プラズマが形成されることで、集中的かつ安定的に噴射され得る。

第四に、電圧電極と接地電極との間に一定の距離が維持され、大気圧プラズマは全て接地電極を通過した後に皮膚と接触することによって、皮膚に電気的な刺激を与えるおそれが全くないので、皮膚疾患の治療に活用することができる。

以上は、本発明の効果を例示的に列挙したものであり、本発明の効果は、以下に記述する発明を実施するための具体的な内容の記載からさらに明らかになる。

従来技術のプラズマ装置を示す断面図である。

他の従来技術のプラズマ装置を示す断面図である。

更に他の従来技術のプラズマ装置を示す断面図である。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置を概略的に示す斜視図である。

本発明の一実施例に係るプラズマ噴射装置の断面図である。 本発明の一実施例に係るプラズマ噴射装置の斜視図である。

真空直流放電においてグロー放電とアーク放電の電流−電圧グラフである。

直流放電においてグロー放電とアーク放電の一般的な放電の形態を示す図である。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置を用いて皮膚の小じわの部位に大気圧プラズマを照射して実験したとき、時間の経過に伴って皮膚に現れる現象を説明するための概念図である。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置を用いて、にきびトラブルがある部位に大気圧プラズマを照射した実験結果を示す写真である。

本発明の他の一実施例に係るプラズマ噴射装置の断面図である。

本発明の更に他の一実施例に係るプラズマ噴射装置の斜視図である。

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面を通じて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたって、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本実施例を説明するにあたって、かかる公知の構成又は機能についての具体的な説明が本実施例の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

本実施例の構成要素を説明するにあたって、第１、第２などの符号を使用する。このような符号は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その符号によって当該構成要素の本質や順番又は順序などが限定されるものではない。また、明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」又は「備える」とする時、これは、明示的に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。また、明細書において、「連結」、「設置」又は「付着」するとする時、これは、構成要素間の直接的な連結又は直接的な設置や付着のみを意味するものではなく、間接的なもの又は他の構成要素を介した連結、設置又は付着を含むものとして最大限広義に解釈されなければならない。

図４は、本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置を概略的に示した斜視図であり、図５Ａは、本発明の一実施例に係るプラズマ噴射装置の断面図であり、図５Ｂは、本発明の一実施例に係るプラズマ噴射装置の吐出部を示した斜視図である。

図４乃至図５Ｂを参照すると、本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１は、プラズマ噴射装置１ａと本体５を含む。すなわち、大気圧プラズマ装置１のプラズマ噴射装置１ａと主コントローラである本体５とは、それぞれ別途に構成され、ガス供給ライン１３及び電力供給ライン１５を介して互いに連結され得る。

プラズマ噴射装置１ａは、先端部の吐出部２を介して大気圧プラズマＰを噴射する。例えば、吐出部２を介して噴射された大気圧プラズマＰは、改善を要する皮膚に向かって噴射されてもよい。

本体５は、プラズマ発生電力を供給する高周波電源を含む。本体５が６０Ｈｚ、２２０Ｖの商用電源に接続される場合、高周波電源によって印加された交流電力が高周波、高電圧の電力に変換される。このために、高周波電源はインバータを含むことができる。

また、本発明の一実施例に係る本体５は、本体５の上部に配置され、反応ガスＧを貯蔵及び供給するガス供給器１０をさらに含む。ここで、ガス供給器１０は、圧縮空気の供給を受けて高純度の反応ガスＧを発生させる供給器を総称する。このとき、前記反応ガスＧは、プラズマ噴射装置１ａの２つの電極の間に供給されてプラズマ状態に遷移されるためのガスをいう。反応ガスＧは、窒素、ヘリウム、アルゴンなどのような不活性ガスであることが好ましい。

例えば、ガス供給器１０が一対である場合、いずれか一方のガス供給器には窒素が貯蔵され、他方のガス供給器にはヘリウムが貯蔵されてもよい。このとき、本体５は、必要に応じて、２つのガスのいずれか１つのガスをプラズマ噴射装置１ａに供給するか、または２つのガスの混合ガスをプラズマ噴射装置１ａに供給することができる。

大気圧プラズマ装置１に反応ガスＧの供給が必須であるわけではない。例えば、大気圧プラズマ装置１は、反応ガスＧなしに大気条件下でもプラズマを発生させることができる。ただし、反応ガスＧが供給されない場合、反応ガスＧが供給される装置と比較してガスの流動率が低いので、大気圧プラズマＰを安定かつ一定に供給することが難しくなり得る。

反応ガスＧは、ガス供給ライン１３を介して本体５のガス供給器１０からプラズマ噴射装置１ａに供給され、高周波電力は、本体５の高周波電源から電力供給ライン１５を介してプラズマ噴射装置１ａに供給される。このとき、ガス供給ライン１３及び電力供給ライン１５は、プラズマ噴射装置１ａと連結される部分で一体に形成されるものとして図示されているが、これに限定されるものではなく、ガス供給ライン１３及び電力供給ライン１５は、別途に分離されて形成されてもよい。

本体５は、ガス圧力調節器１３ａ、ガス圧力表示器１３ｂ、及びガス選択ボタン１３ｃを含むことができる。このとき、ガス圧力調節器１３ａ、ガス圧力表示器１３ｂ及びガス選択ボタン１３ｃの個数は、ガス供給器１０の個数にそれぞれ対応することができる。例えば、本発明の一実施例に係る本体５は、ガス供給器１０の個数と同一の一対のガス圧力調節器１３ａ、一対のガス圧力表示器１３ｂ及び一対のガス選択ボタン１３ｃを含むことができる。したがって、ユーザは、反応ガスを選択し、ガス圧力を調節することによって、反応ガスＧの流量及び大気圧プラズマＰの強度を適宜調節することができる。

本発明の一実施例に係る本体５は、ガス圧力調節器１３ａ及びガス圧力表示器１３ｂを含むものとして説明しているが、これに限定されるものではなく、本体５は、ガス流量調節器及びガス流量表示器を含むこともできる。

また、本体５は、メイン電源ボタン１４ａ及びプラズマ電源ボタン１４ｂをさらに含むことができる。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ電源ボタン１４ｂは、プラズマ噴射装置１ａに位置してもよい。反応ガスＧを供給した状態で、本体５またはプラズマ噴射装置１ａに装着されているプラズマ電源ボタン１４ｂを押すと、本体５から電力供給ライン１５を介して電力がプラズマ噴射装置１ａの内部にある電圧電極３０に供給されながら大気圧プラズマＰが形成される。

このように大気中に吐出される大気圧プラズマＰを、皮膚に必要な時間の間、数回から数十回照射すると、様々な皮膚トラブルの改善及び皮膚美容の効果がある。例えば、皮膚の小じわとにきびが改善及び除去され得る。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１の本体５は、プラズマ噴射装置１ａと別途に構成されて、プラズマ噴射装置１ａに反応ガス及び高周波電源を供給し、これを制御することができる。これによって、大気圧プラズマ装置が単品として作製される先行技術に比べて、大気圧プラズマを大きな容量で安定かつ迅速に噴射することができ、したがって、様々な皮膚トラブルを改善したり、皮膚の美容に効果的である。

また、電源を変更するか、またはガスを交換するというように大気圧プラズマＰの制御方法を変更する場合、本体５を整備すれば十分であり、プラズマ噴射装置１ａは継続して使用することができ、メンテナンス及び管理が便利である。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１は、たとえ携帯用ではないとしても、皮膚トラブル専門処置機関で活用することができる。この場合、一つの本体５に複数のプラズマ噴射装置１ａを並列に連結して使用することもできる。

図５Ａを参照すると、プラズマ噴射装置１ａは、電圧電極３０、誘電体バリア４０、及び接地電極５０を含む。プラズマ噴射装置１ａの内部では、反応ガスＧが矢印方向に供給されて流動する。

電圧電極３０は、プラズマ噴射装置１ａの中央部において長手方向である第１方向Ｄ１に長く延びた棒状のロッド３２と、ロッド３２の先端にロッド３２と一体に形成されたディスク３４とを含む。ただし、これに限定されるものではなく、ロッド３２とディスク３４は、それぞれ別途に構成されて連結されてもよい。

ディスク３４は、板形状を有し、平面視において円形、楕円形及び多角形のいずれか１つの形状を有することができる。例えば、プラズマ噴射装置１ａが円板状のディスク３４を含む場合、ディスク３４の直径は、ロッド３２の直径に比べて少なくとも３倍以上大きいことが好ましい。

電圧電極３０の材質は、当業者によく知られたように、鉄、アルミニウム、ニッケル、タングステンまたは銅であってもよい。すなわち、ロッド３２及びディスク３４のそれぞれは、このような材質の導電体を含むことができる。ただし、これに限定されるものではなく、ロッド３２は、電力ケーブルを内蔵した非絶縁物質からなってもよい。

電圧電極３０には高周波高電圧が印加され得る。このとき、常温でグロー放電が可能なように電圧及び周波数の範囲が選定されることが好ましい。

例えば、ヘリウム−窒素ガスを用いたＤＢＤ（誘電体バリア放電）の場合、電圧電極３０に印加される高電圧は、常温の大気圧プラズマが安定的に維持されるために、５．０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数を有することが好ましい。一方、窒素ガスを用いたＤＢＤの場合に、周波数は２．０ｋＨｚ〜７０５ｋＨｚの範囲で選択され得る。

参考に、最近、血液凝固実験や虫歯を発生させる代表的な口腔菌の殺菌実験において効能が検証されたマイクロウェーブプラズマ装備は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯域の１０Ｗ未満の低電力を用いる。マイクロウェーブは、特に、殺菌のために高強度・高集束のプラズマが必要な場合に効果的である。本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１は、高周波電源を変更することによって、前記マイクロウェーブプラズマ装備のようにマイクロウェーブプラズマを発生させることができる。

誘電体バリア４０は、円筒状のボディー４２と、ボディー４２の先端に連結された遮蔽板４４とからなる。誘電体バリア４０は、断面視において、反応ガスＧが流入する側が開放された“コ”字状を有することができる。

ボディー４２と遮蔽板４４は、アルミナのような様々なセラミック、またはガラスや石英などの絶縁材料からなり、ボディー４２と遮蔽板４４とは一体に製作される。

本発明の一実施例によれば、誘電体バリア４０は、電圧電極３０を相補する（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）形状に作製される。すなわち、誘電体バリア４０は、電圧電極３０を可能な限り最大に取り囲む構造で形成され得る。

遮蔽板４４は、ディスク３４の少なくとも一面をカバーするようにディスク３４の一面と接触して配置されており、ボディー４２は、遮蔽板４４の周縁から延びてロッド３２のかなりの部分を取り囲んでいる。すなわち、図５Ａに示されたように、ボディー４２は、ロッド３２と一定の間隔を置いて平行に延びることができる。

ＤＢＤ技術では、誘電体バリア４０を電圧電極３０または接地電極５０のいずれか一方に付着することが一般的である。しかし、本発明の一実施例に係るプラズマ噴射装置１ａは、“コ”字状の誘電体バリア４０を含み、誘電体バリア４０の遮蔽板４４が電圧電極３０のディスク３４の一面に付着されることによって、大気圧プラズマＰが皮膚に向かう前方に集中することができる。

接地電極５０は、円筒状のハウジング５２と、ハウジング５２の端部に連結された接地板５４とからなる。

ハウジング５２は、電圧電極３０及び誘電体バリア４０を取り囲み、ボディー４２及びロッド３２と平行に延びる。

接地板５４は、図５Ａ及び図５Ｂに示されたように、微細な直径を有する複数の噴射口５８を含む。複数の噴射口５８は円形であってもよい。

ハウジング５２及び接地板５４は、鉄、アルミニウム、ニッケル、タングステンまたは銅であってもよい。

ハウジング５２は、第１方向Ｄ１に沿ってボディー４２及び遮蔽板４４を通り越して延び、したがって、接地板５４は、遮蔽板４４から所定距離離隔する。すなわち、接地電極５０は誘電体バリア４０と接触しない。

そして、接地板５４は、ディスク３４から、一定の距離だけ離隔して位置する。すなわち、接地電極５０と電圧電極３０との間には、大気圧プラズマＰが噴射される方向に所定の離隔距離ｄが存在する。

複数の噴射口５８の中心は、電圧電極３０の中心軸と必ずしも一致するわけではない。例えば、複数の噴射口５８のいずれか１つの噴射口は、電圧電極３０の中心軸に沿って接地板５４の中心に配置され得、その他の複数の噴射口５８は中心軸と一致せず、前記１つの噴射口の周辺に均一に細かい間隔で配置され得る。ただし、これに限定されるものではなく、複数の噴射口５８は全て電圧電極３０の中心軸と一致しないように配置されてもよい。

各噴射口５８の直径は、ディスク３４の直径の１／２０〜１／３の範囲であることが好ましい。各噴射口５８の直径がディスク３４の直径の１／３を超えると、噴射口５８から噴射される大気圧プラズマＰ内に存在する電子が接地電極５０により接地されるものもあるが、一部の電子が、隣接する皮膚側に流動して、皮膚に電気的な刺激を与えることもあり、また、噴射口５８を通過した後、大気圧プラズマＰの速度が遅くなることがあるという問題がある。反面、各噴射口５８の直径がディスク３４の直径の１／２０未満であると、噴射される大気圧プラズマＰ内に存在するほとんどの電子が接地電極５０により接地されるので、皮膚に電気的な刺激を与えることはないが、噴出される大気圧プラズマＰの量が非常に小さいので、皮膚トラブルの改善及び皮膚の美容に効果的ではない。

以上で説明した本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１の構成に基づいて大気圧プラズマの作動原理を説明する。

まず、プラズマの種類にはグロー放電、コロナ放電及びアーク放電があり、真空直流放電を仮定した場合、グロー放電とアーク放電の電流−電圧グラフは図６の通りである。

図６を参照すると、極微小の電流でも、電圧がしきい値（Ｖｔｈ）を超えると放電が開始される。その後、電圧が多少減少し、電流が増加して、電圧が安定的に維持される区間では、安定したグロー放電（Ｇｎ）が現れる。その後、電圧が急激に増加すると、異常グロー放電（Ｇａ）が発生し、ここで電流が増加し続けると、電圧が急激に減少しながらアーク放電区間（Ａｃ）に遷移する。異常グロー放電（Ｇａ）は、真空蒸着法のようなスパッタリング作業に用いられる。

図７は、直流放電においてグロー放電とアーク放電の一般的な放電の形態を示した図である。

図７を参照すると、グロー放電の状態では、プラズマが陰極（−）から陽極（＋）に安定した流れを示し、陰極（−）側のプラズマの密度が相対的に陽極（＋）側よりも高い。ここで、電圧が減少し、電流が増加すると、アーク放電に遷移し得る。また、図示していないが、コロナ放電は、陰極（−）と陽極（＋）との間で一部のみに放電が起こる局部的な放電形態である。

ところで、グロー放電の場合、交流電源を用いると、陽極（＋）と陰極（−）が交互に変わるので、プラズマの密度は、２つの電極のいずれか一方の電極側に偏らないで２つの電極の間で均一に分布するようになる。

このとき、誘電体バリアを使用すると、グロー放電が急激にアーク放電に遷移することを防止することができ、これは、電極上の誘電体バリアに電子が蓄積され、蓄積された電子が現在印加された電場の半周期のサイクル毎に印加された電場の反対の電場を形成し、この反対の磁場が、大気圧放電でよく発生するアーク放電への変換を防止するためであると考えられる。

本発明の大気圧プラズマ装置１は、以上で説明したグロー放電の利点を十分に活用したものである。

再び図５Ａを参照すると、高周波の高電圧が電圧電極３０に印加されると、電圧電極３０と接地電極５０との間で放電が起こる。放電は、電圧電極３０と接地電極５０とが対向する空間で発生するが、本発明の一実施例の場合、ロッド３２に比べてディスク３４の幅方向Ｄ２への断面積が広いので、高電圧が集中するディスク３４と、ディスク３４に対向する接地板５４との間の空間Ｓ１が主放電領域となる。

供給された反応ガスＧが、誘電体バリア４０と接地電極５０との間に提供される通路Ｓ２に流入するとき、反応ガスＧの通過断面積が小さくなるので、反応ガスＧは、流速が増加し、前方に移動しようとする力をさらに受けるようになる。前方に移動した反応ガスＧは、遮蔽板４４と接地板５４との間の空間で合流する。そして、反応ガスＧは、主放電領域Ｓ１でほとんど解離され、この領域で生成された大気圧プラズマＰは、複数の噴射口５８を介して前方に吐出される。

大気圧プラズマＰは、断面積が小さい複数の噴射口５８を通過しながら、流速が増加し、細長い形状を帯びて外部に吐出される。

本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１の特徴のうちの一つは、大気圧プラズマが全て複数の噴射口５８を介して吐出されるようにしたこと、すなわち、放出される全ての大気圧プラズマＰが接地電極５０を経由するようにしたことにある。これによって、放電領域Ｓ１で解離されて形成された大気圧プラズマＰ内の電子が、隣接する接地電極５０に向かって移動して最終的に接地されるため、接地電極５０と隣接した皮膚には電流が流れない。

また、図５Ｂに示されたように、複数の噴射口５８が円形の接地板５４の全面に細かい間隔で配列されるので、接地板５４と対面する皮膚領域に均一に大気圧プラズマＰを噴射することができる。

このような本発明の一実施例によれば、遮蔽板４４と接地板５４との間の空間Ｓ１を活用して、比較的大きな容量の大気圧プラズマＰを形成し、形成された大気圧プラズマＰを複数の噴射口５８を介して急速に吐出させるので、集中的かつ安定的な大気圧プラズマＰを噴射することができる。

また、ディスク３４と接地板５４との間に所定の離隔距離ｄが存在し、最終的に大気中に排出される大気圧プラズマＰ内に存在する電子が全て接地板５４によって接地されるので、電圧電極３０に加えられる電力が高く、発生した大気圧プラズマＰを皮膚に直接接触させる場合にも、皮膚に電流が漏洩するおそれがない。

皮膚を接地板５４に密着する場合、皮膚は、接地板５４と共に接地電極を形成する。皮膚が接地電極を形成する、いわゆる“直接型（ｄｉｒｅｃｔ）”の場合、通常、大気圧プラズマＰは直接皮膚に噴射される。

しかし、本発明の一実施例によれば、大気圧プラズマＰは全て接地板５４を通過した後に皮膚と接触するので、電圧電極３０から直接皮膚に向かって噴出される大気圧プラズマＰはなく、したがって、大気圧プラズマＰが皮膚に電気的な刺激を与えるか、または使用時に皮膚に麻酔クリームを塗らなければならないという欠点を克服することができる。

以下、本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１の適用例を添付の図面を参照して説明する。

図８は、皮膚の小じわの部位に大気圧プラズマを照射して実験したとき、時間の経過に伴って皮膚に現れる現象を説明するための概念図である。このとき、実験のために、手の甲にある小じわの部位に大気圧プラズマを１０日間、１回に約１〜１０分間照射した。

図８を参照すると、照射してから約４日目後からは、しわのある部位の皮膚が剥離（Ｐｅｅｌｉｎｇ）され始めながら新しい上皮が生成され、約６日目からは真皮層でエラスチンとコラーゲンが形成され、約１０日目には、真皮層からコラーゲンとエラスチンが外に出て、皮膚に弾力が生まれ、しわが改善または除去される。

図９は、本発明の大気圧プラズマ装置を用いて、にきびがある部位に大気圧プラズマを照射した実験結果を示す。このとき、実験のために、にきびの部位に大気圧プラズマを、１回に１〜１０分間、合計１１回（１１日間、１日１回）照射した。

図９を参照すると、個々人の偏差はあるが、にきびが著しく改善または除去されたことが分かる。これは、細菌が存在する化膿にきびの部位を大気圧プラズマＰに露出させると、化膿部位の細菌が殺菌または除菌されるためである。

このように、本発明の一実施例に係る大気圧プラズマ装置１は、皮膚に生じた小じわや化膿にきびのように症状がひどい部位を改善又は除去することができる。また、大気圧プラズマ装置１は、手の爪や足指の爪に生じる水虫菌の除去や、またはカビ菌などで汚染された皮膚の炎症やトラブルを改善又は除去するのにも利用することができる。

図１０は、本発明の他の一実施例に係るプラズマ噴射装置の断面図である。

図１０を参照すると、本発明の他の一実施例に係るプラズマ噴射装置３ａは、本発明の一実施例と比較して、誘電体バリア４０ｂのボディー４２の後端に連結された後面遮蔽板４６をさらに含む。このとき、ロッド３２は後面遮蔽板４６を通過するようにして、誘電体バリア４０ｂを全体的に四角形の閉鎖型としている。後面遮蔽板４６は、ロッド３２を気密に閉鎖するか、または一定の遊隔を許容することができる。

この場合、反応ガスＧは、電圧電極３０と誘電体バリア４０との間の空き空間に流入せず、通路Ｓ２を介して迅速に流入するので、反応ガスＧの流動量をさらに増加させることができる。

また、反応ガスＧの流入量を高めるように、誘電体バリア４０のボディー４２と接地電極５０のハウジング５２との間の間隔を広げて通路Ｓ２を拡張することも可能である。

図１１は、本発明の更に他の一実施例に係るプラズマ噴射装置の斜視図である。

図１１を参照すると、本発明の更に他の一実施例に係るプラズマ噴射装置４ａは、本発明の一実施例とは異なり、四角柱状のハウジング５２ｃと、ハウジング５２ｃの端部に連結された四角板状の接地板５４ｃとを含む。

このとき、図示していないが、ハウジング５２ｃ及び接地板５４ｃの内部空間に配置されたディスクは、接地板５４ｃと同様に四角板状に形成され得る。ただし、これに限定されるものではなく、接地板５４ｃ及びディスクは、それぞれ四角形以外の様々な多角板状に形成されてもよい。

接地板５４ｃは、微細な直径を有する複数の噴射口５８ｃを含む。図１２に示されたように、複数の噴射口５８ｃのいずれか１つの噴射口は、電圧電極３０の中心軸に沿って接地板５４ｃの中心に配置され得、その他の複数の噴射口５８ｃは、中心軸と一致せず、前記１つの噴射口の周辺に並んで配置され得る。ただし、これに限定されるものではなく、複数の噴射口５８ｃは全て電圧電極３０の中心軸と一致せず、隣接する噴射口５８ｃとずれて配置されてもよい。

以上、本発明の特定の実施例を添付の図面を参照して説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本発明の権利範囲を制限せず、本発明に対しては当業者のレベルで様々な変更が可能であることは勿論である。

本発明のそれぞれの構成又は部品の形状、大きさ、位置、個数及び材質は一例を提示したものであり、活用分野に合わせて適切な変更が可能であることに留意しなければならない。

本発明の権利範囲が、添付の特許請求の範囲と同一又は類似の領域にまで及ぶという事実は自明である。

Claims (15)

1. 高周波電源が印加され、第１方向に延びた導電体を含む電圧電極と、
   前記電圧電極に対向し、前記電圧電極と所定距離離隔した接地電極と、
   前記接地電極と前記電圧電極との間に位置し、前記電圧電極の端部を遮蔽する誘電体バリアとを含み、
   前記誘電体バリアと前記接地電極は、大気圧プラズマが生成される空間及び反応ガスが供給される反応ガス流路を定義し、
   前記接地電極は、前記大気圧プラズマを噴出する複数の噴射口を有し、前記複数の噴射口のうち少なくとも１つは、前記電圧電極の中心軸と一致しない中心を有する、大気圧プラズマ装置。
2. 前記電圧電極は、第１方向に長く延びたロッドと、ロッドの先端にロッドと一体に形成されたディスクとを含み、
   前記誘電体バリアは、前記ディスクの少なくとも一面を遮蔽する遮蔽板を含む、請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
3. 前記ディスク及び前記遮蔽板は、実質的に前記第１方向と垂直に配置された、請求項２に記載の大気圧プラズマ装置。
4. 前記接地電極は、前記誘電体バリアと離隔したハウジングと、前記大気圧プラズマを噴出する前記複数の噴射口を有する接地板とを含む、請求項３に記載の大気圧プラズマ装置。
5. 前記複数の噴射口は、前記ディスクの直径の１／２０〜１／３の範囲の直径を有する、請求項４に記載の大気圧プラズマ装置。
6. 前記遮蔽板は前記電圧電極と直接接触し、前記遮蔽板は前記接地板と所定距離離隔した、請求項４に記載の大気圧プラズマ装置。
7. 前記接地板は、前記遮蔽板と実質的に平行である、請求項６に記載の大気圧プラズマ装置。
8. 前記接地板及び前記ディスクは、それぞれ、平面視において円形、楕円形及び多角形のいずれか１つの形状を有する、請求項４に記載の大気圧プラズマ装置。
9. 前記接地板は、前記ハウジングと一体に形成された、請求項４に記載の大気圧プラズマ装置。
10. プラズマ発生電力を供給する高周波電源と、
    反応ガスを貯蔵及び供給するガス供給器とをさらに含む、請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
11. ガス圧力調節器及びガス圧力表示器をさらに含む、請求項１０に記載の大気圧プラズマ装置。
12. ガス流量調節器及びガス流量表示器をさらに含む、請求項１０に記載の大気圧プラズマ装置。
13. 反応ガスによって生成された大気圧プラズマは、全て前記複数の噴射口を介して噴射される、請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
14. 前記電圧電極は、第１方向に長く延びたロッドと、ロッドの先端にロッドと連結されたディスクとを含み、
    前記ロッドは、電力ケーブルを内蔵した非絶縁物質からなり、前記ディスクは導電性物質からなる、請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
15. 前記誘電体バリアは、円筒状のボディーと、前記ボディーの先端に連結された遮蔽板と、前記ボディーの後端に連結された後面遮蔽板とを含み、
    前記電圧電極は前記後面遮蔽板を貫通する、請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
    
    
    
    
    

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