JP2021150097A

JP2021150097A - プラズマ発生装置

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Publication number: JP2021150097A
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Inventors: 恭胤高藤; Yasutane Takato
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Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-27
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Abstract

【課題】プラズマ発生装置の操作性の向上を図る。【解決手段】実施形態に係るプラズマ発生装置は、ターゲットに向かってプラズマを照射するプラズマ発生装置であって、直流電源と第１電極１１と第２電極１５とアンテナ部１６とを備える。第１電極１１には、直流電源の負極が接続される。第２電極１５には、直流電源の正極が接続される。第２電極１５は、第１電極１１から所定の距離離間して、先端が前記第１電極１１に対向して配置される。アンテナ部１６は、第２電極１５に電気的に接続される。直流電源は、第１電極１１と第２電極１５との間にアーク放電を発生させる電圧を出力する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、プラズマ発生装置、および、癌治療方法に関する。

プラズマは、自動車部品、機械部品、電子部品の浄化やアセトアルデヒドなどの有害物質の分解に利用されている。最近では、プラズマは、医療分野への応用が期待されている。

一般的なプラズマ発生装置では、真空容器内に設けられた電極に高電圧を印加してアーク放電を発生させることによりプラズマを生成し、生成したプラズマを別途設けられたポンプ等により真空容器から排出している。この種のプラズマ発生装置では、真空容器やポンプ等を必要とするため、装置が大きくなるという問題がある。

特開２０１７−４６７８号公報

しかしながら、プラズマ発生装置を医療分野に応用する場合、患部に限定してプラズマを照射することが考えられる。また、プラズマを患部に照射する際には、プラズマ発生装置の操作性が良いことが好ましい。

本発明は、操作性が良いプラズマ発生装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、実施形態に係るプラズマ発生装置は、ターゲットに向かってプラズマを照射するプラズマ発生装置であって、直流電源と第１電極と第２電極とアンテナ部とを備える。第１電極には、直流電源の負極が接続される。第２電極には、直流電源の正極が接続される。第２電極は、第１電極から所定の距離離間して、先端が前記第１電極に対向して配置される。アンテナ部は、第２電極に電気的に接続される。直流電源は、第１電極と第２電極との間にアーク放電を発生させる電圧を出力する。

実施形態１に係るプラズマ発生装置の斜視図である。図１のケースを省略して示す斜視図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の断面図である。実施形態１に係るキャップの底面図である。実施形態１に係る第２磁石の配置について説明するための図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の電気配線について説明するための図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の寸法の一例について説明するための図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の動作について説明するための図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の動作について説明するための模式的な等価回路である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の動作について説明するための図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置の動作について説明するための模式的な等価回路である。変形例１に係る第２磁石について説明するための図である。変形例２に係るプラズマ発生装置のケースを省略して示す斜視図である。変形例３に係るプラズマ発生装置の断面図である。実施形態２に係るプラズマ発生装置の使用例について説明するための図である。実施形態３に係るプラズマ発生装置の使用例について説明するための図である。

以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明には、適宜、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を用いる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプラズマ発生装置１の斜視図である。プラズマ発生装置１は、プラズマ発生部１０と高圧電源３０を備えている。プラズマ発生部１０は、円筒形状のケース２０と、ケース２０に収容される第１電極１１を備えている。

図２は、プラズマ発生部１０を、ケース２０を省略して示す斜視図である。図３は、図１のＡＡ断面を示す断面図である。図２及び図３に示されるように、プラズマ発生部１０は、第１電極１１、第２電極１５、アンテナ部１６、第１磁石１７、８つの第２磁石１８、金属部材１９、及びこれらが収容されるケース２０を有している。図２では、第２磁石１８の記載が省略されている。

図３に示されるように、ケース２０は、ケース本体２１とキャップ２２を有している。ケース本体２１は、上端部が閉塞され、下端部が開放された、ケーシングである。ケース本体２１の上面（＋Ｚ側の面）の中央には、Ｚ軸方向に貫通する開口２１ｂが形成されている。ケース本体２１は、例えば、樹脂からなり、厚さが約４ｍｍ、Ｚ軸方向の寸法が約６０ｍｍ、内径が約４０ｍｍである。また、開口２１ｂの内径は、約５ｍｍである。

キャップ２２は、円形板状の部材である。キャップ２２は、外径がケース本体２１の外形と同等となるように形成され、ケース本体２１の−Ｚ側の端部に固定される。キャップ２２は、例えば、樹脂からなる。図４は、キャップ２２の底面図である。図４に示されるように、キャップ２２は、中央部に開口２２ｂが形成され、開口２２ｂの周囲に複数の開口２２ｃが形成されている。例えば、開口２２ｂの内径は約５ｍｍであり、開口２２ｃの内径は３ｍｍである。

図３に示されるように、第１電極１１は、長手方向をＺ軸方向とし、第１放電部１１ａ及び導電部１１ｂの２部分を有する部材である。導電部１１ｂは、下端部に雄ネジ部が形成されたＭ５サイズのボルトからなる。第１放電部１１ａは、直径が１ｍｍで、長さが２０ｍｍ程度の下端部が針のように鋭利な部材である。第１放電部１１ａは、その上端部が導電部１１ｂの下端に溶接されることで、導電部１１ｂと一体化されている。第１電極１１を構成する第１放電部１１ａ及び導電部１１ｂは、鉄、ステンレス鋼、タングステン、チタンなどを素材とする。

第１磁石１７は、円形板状の部材である。第１磁石１７の中央には、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔１７ａが形成されている。第１磁石１７は、例えば、ネオジウム磁石などの磁力の強い磁石である。第１磁石１７は、厚さが約５ｍｍで外径が約３０ｍｍである。また、貫通孔１７ａの内径は、約５ｍｍである。第１磁石１７は、上面側（＋Ｚ側の面）がＳ極となり、下面側(−Ｚ側の面)がＮ極となるように着磁されている。

図３に示されるように、上述の第１電極１１は、ケース本体２１の上方から、ワッシャ４１を介して、開口２１ｂに挿入される。第１磁石１７の貫通孔１７ａに、ケース本体２１の内部に突出する第１電極１１を挿入した状態で、導電部１１ｂにワッシャ４２及びナット４３を嵌合することで、ケース本体２１、第１電極１１、及び第１磁石１７が一体化される。

図３に示されるように、第２電極１５は、長手方向をＺ軸方向とする部材である。第２電極１５は、鉄、ステンレス鋼、タングステン、チタンなどを素材とする。第２電極１５は、直径が５ｍｍで、長さが４０ｍｍ程度であり、周囲に雄ネジ部が形成されている。第２電極１５の＋Ｚ側の端部は、第２放電部１５ａを構成する。

アンテナ部１６は、直径が１０ｍｍ程度の半球状の部材である。アンテナ部１６は、鉄、ステンレス鋼、タングステン、チタンなどを素材とする。アンテナ部１６は、その＋Ｚ側の面の中央部が第２電極１５の下端部に溶接されることで、第２電極１５と一体化されている。ここでは、第２電極１５とアンテナ部１６をＭ５サイズのボルトで構成している。ボルトの雄ネジ部で第２電極１５を構成し、ボルトの頭部（−Ｚ側の端部）でアンテナ部１６を構成している。

図３に示されるように、上述の第２電極１５は、キャップ２２の下方から、ナット４４、ワッシャ４５を介して、開口２２ｂに挿入される。キャップ２２の上方に突出する第２電極１５を挿入した状態で、第２電極１５にワッシャ４６及びナット４７を嵌合することで、キャップ２２と第２電極１５とが一体化される。アンテナ部１６は、キャップ２２の−Ｚ側に配置される。

第１電極１１が固定されたケース本体２１と第２電極１５が固定されたキャップ２２を組み付けることで、第１電極１１の第１放電部１１ａと第２電極１５の第２放電部１５ａは、図３に示されるように、Ｚ軸に平行な直線Ｓ上に配置される。また、第１放電部１１ａの先端と第２放電部１５ａの先端とが、所定の距離離間して対向することで、放電ギャップが形成される。

金属部材１９は、円筒状の部材である。金属部材１９は、厚さが１ｍｍ程度の金属板を、ケース本体２１の内周面に沿って湾曲させることにより形成されている。金属部材１９の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、約１０ｍｍであり、外径はケース本体２１の内径とほぼ等しい。金属部材１９は、例えば、外周面がケース本体２１の内周面に接着されることで、ケース本体２１に取り付けられている。金属部材１９は、磁石が吸着する鉄などの金属からなる。

８つの第２磁石１８それぞれは、例えば、ネオジウム磁石などの磁力の強い磁石である。第２磁石１８それぞれは、直径が約４ｍｍの円形板状に形成されている。第２磁石１８それぞれは、一側の面がＳ極となり、他側の面がＮ極となるように着磁されている。そして、第２磁石１８それぞれは、Ｎ極が現れる面が金属部材１９に接着されることで、金属部材１９に取り付けられている。第２磁石１８それぞれは、直線Ｓを中心に、金属部材１９の内周面に沿って、等間隔に配列される。また、第２磁石１８それぞれは、隣接する第２磁石同士が上下にオフセットするように配列される。図５に示されるように、第２磁石１８それぞれは、Ｓ極が現れる面が相互に対向するように配置される。

プラズマ発生装置１では、図２及び図３に示されるように、金属部材１９は、第１放電部１１ａの先端と第２放電部１５ａの先端との間の放電ギャップの下方に配置される。そのため、複数の第２磁石１８は、第２電極１５を包囲するように配置される。

図１に示されるように、高圧電源３０は、ケース本体２１に固定されている。高圧電源３０は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源である。高圧電源３０は、例えば、商用電源からの電力を直流電力へ変換する直流電源１００に接続される。そして、高圧電源３０は、直流電源１００から出力される電圧を昇圧し、昇圧した電圧をプラズマ発生部１０へ出力する。直流電源１００としては、出力電圧が３Ｖ乃至５Ｖ程度のものを使用することが考えられる。

図６は、プラズマ発生装置１の電気配線を示す図である。図６に示されるように、高圧電源３０は、負極が第１電極１１に接続され、正極が第２電極１５に接続されている。高圧電源３０は、５万Ｖから１００万Ｖの直流電圧を第１電極１１及び第２電極に印加する。これによって、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａの間の放電ギャップにアーク放電が発生する。高圧電源３０の出力電圧は、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの距離、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａの先端の形状、気圧、湿度等の条件に応じて調整される。ここでは、高圧電源３０の出力電圧は、約４０万Ｖに調整されている。

図７は、プラズマ発生装置１の寸法の一例をまとめて記載した図である。ケース本体２１のＺ軸方向の長さＬ１は、約６０ｍｍである。ケース本体２１の内径Ｌ２は、約４０ｍｍである。導電部１１ｂの長さＬ１１は、約２０ｍｍである。第１放電部１１ａの長さＬ１２は、約２０ｍｍである。第１放電部１１ａの先端から第２放電部１５ａの先端までの距離Ｌ１３は、１ｍｍ〜５ｍｍである。第２放電部１５ａの長さＬ１４は、約４０ｍｍである。キャップ２２の−Ｚ側の端からアンテナ部１６の−Ｚ側の先端までの長さＬ１５は、例えば、約２０ｍｍである。第１磁石１７の外径Ｌ２２は、例えば、３０ｍｍ〜４０ｍｍである。ただし、これらの数値は一例でありこれに限定されるものではない。例えば、ナット４４とワッシャ４５を無くし、キャップ２２の−Ｚ側の面にアンテナ部１６を当接させてもよい。

次に、プラズマ発生装置１の動作について説明する。最初に、プラズマ発生装置１内に形成される磁界について説明する。金属部材１９は、第２磁石１８によって磁化されている。具体的には、第２磁石１８のＮ極が金属部材１９と磁気的に接しているので、金属部材１９は、第２磁石１８のＮ極と接する内周面がＳ極に磁化される。図８の矢印に示されるように、ケース本体２１の内部には、第１磁石１７のＮ極から第２磁石１８のＳ極及び金属部材１９の内周面に向かう磁界が形成される。第２磁石１８及び金属部材１９が第１放電部１１ａの−Ｚ側の先端よりも−Ｚ側に位置しているので、第１放電部１１ａ及び第２放電部１５ａの近傍には、開口２２ｃへ向かう方向（−Ｚ方向）の磁界が形成される。

直流電源１００から直流電圧が出力されると、高圧電源３０は、約４０万Ｖの直流電圧を出力する。これによって、約４０万Ｖの直流電圧が第１電極１１と第２電極１５の間に印加される。そして、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間でアーク放電が発生する。アーク放電が発生すると、第１放電部１１ａ及び第２放電部１５ａの周囲の大気を構成する分子の一部がプラスイオンと電子とに分離され、プラズマが生成される。詳細には、大気中の酸素Ｏ_２と窒素Ｎから一酸化窒素ＮＯが生成される。

上述したように、ケース本体２１の内部には、第１放電部１１ａ及び第２放電部１５ａから開口２２ｃに向かう方向の磁界が形成されている。プラズマは、磁界の向きを示す磁力線に沿って移動する性質がある。したがって、一酸化窒素ＮＯを含むプラズマは、ケース２０の内部に滞留することなく、開口２２ｃからケース２０の外に射出され、患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。

見た目には、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間で連続した放電が継続しているように見える。しかし、瞬時的に見れば、アーク放電により第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間に電流が流れている期間と、アーク放電が停止して第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間に電流が流れていない期間とが存在する。電流が流れている期間と流れていない期間の長さは、プラズマの発生状況等に応じてランダムに変化する。電流が流れている期間及び電流が流れていない期間の長さは、数ナノ秒から数百マイクロ秒であると思われる。

第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間に電流が流れていない期間における第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の電位差は、高圧電源３０の出力電圧である約４０万Ｖである。一方、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間に電流が流れている期間における第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の電位差は、高圧電源３０の出力電圧である約４０万Ｖを、高圧電源３０の内部インピーダンスと第１放電部１１ａと第２放電部１５ａ間の放電インピーダンスとで分圧した電圧となる。したがって、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の電位差は、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間に電流が流れているときと流れていないときとで大きく変化する。第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の電位差は、交流的に変化する。この交流電圧には、数ｋＨｚから数ＧＨｚの周波数成分が含まれていると思われる。

図９は、アンテナ部１６と人体２００の皮膚とが当接していない場合の模式的な等価回路である。人体２００は、電気的にはコンデンサに置き換えることができる。図９では、人体２００の皮膚をコンデンサの端子２００ａで表している。コンデンサの他端を端子２００ｂで表している。人体２００は高圧電源３０に電気的に接続されていないので、高圧電源３０の負極に接続されている第１放電部１１ａ対する端子２００ａ及び端子２００ｂの電位は不定である。

第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の交流的な電圧変化に伴って、人体２００の皮膚（端子２００ａ）に対するアンテナ部１６の電位は交流的に変化する。人体２００の皮膚（端子２００ａ）とアンテナ部１６との間の交流電圧の振幅は、例えば、数万ボルトである。アンテナ部１６と人体２００の皮膚とが所定の距離に近づくと、人体２００の皮膚（端子２００ａ）とアンテナ部１６との間の電圧がアーク放電電圧に達する。そして、図８に示されるように、アンテナ部１６と人体２００の皮膚との間にアーク放電が発生する。詳細には、人体２００の皮膚（端子２００ａ）とアンテナ部１６との間の電圧がアーク放電電圧以上である期間、アンテナ部１６と人体２００の皮膚との間にアーク放電が発生する。アーク放電に伴って、アンテナ部１６の周囲の大気を構成する分子の一部がプラスイオンと電子とに分離され、プラズマが生成される。詳細には、大気中の酸素Ｏ_２と窒素Ｎから一酸化窒素ＮＯが生成される。そして、一酸化窒素ＮＯを含むプラズマは、患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。

以上に説明したように、アンテナ部１６と人体２００の皮膚とが当接していない場合、第１電極１１と第２電極１５との間のアーク放電により生成されたプラズマと、アンテナ部１６と人体２００の皮膚との間のアーク放電により生成されたプラズマが、ターゲットである患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。

次に、図１０に示されるように、ターゲットである患部２０１近傍の人体２００の皮膚にアンテナ部１６を当接させた場合の動作について説明する。図１１は、アンテナ部１６と人体２００の皮膚とが当接している場合の模式的な等価回路である。アンテナ部１６と人体２００の皮膚（端子２００ａ）とは当接しているので、アンテナ部１６と人体２００の皮膚（端子２００ａ）との間に電位差はなく、アーク放電は発生しない。しかし、人体２００（端子２００ｂ）の電位に対するアンテナ部１６の電位は、第１電極１１と第２電極１５との間の電圧変化に伴って交流的に変化する。つまり、アンテナ部１６と人体２００の皮膚との当接点において、アンテナ部１６から人体２００の皮膚に広い帯域の周波数成分を含む交流電圧が印加される。交流電圧の印加に伴って、人体２００に交流電流が流れるものと思われる。

以上に説明したように、アンテナ部１６と人体２００の皮膚とが当接している場合、第１電極１１と第２電極１５との間のアーク放電により生成されたプラズマが、ターゲットである患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。また、アンテナ部１６から人体２００の皮膚に広い帯域の周波数成分を含む交流電圧が印加される。

次に、本実施形態に係るプラズマ発生装置１を脳梗塞の治療に応用する場合について説明する。第２電極１５のアンテナ部１６と人体２００の皮膚との間のアーク放電により生成されたプラズマ、及び、第１電極１１と第２電極１５との間のアーク放電により生成されたプラズマは、患部２０１近傍の皮膚に照射される。プラズマには、一酸化窒素ＮＯが含まれている。一酸化窒素ＮＯは、水分に溶け込みやすい性質があるので、血液に溶け込みやすい。一酸化窒素ＮＯが血液内に溶け込むと、血管が拡張され、血流が良くなると思われる。一酸化窒素ＮＯが溶け込んだ血液が脳内の毛細血管に達すると、脳内の毛細血管が拡張され、血流が改善される。これにより、脳梗塞を治療することができるものと思われる。

次に、本実施形態に係るプラズマ発生装置１を癌の治療に応用する場合について説明する。この場合、図８及び図１０に示される患部２０１は、癌細胞である。病気で弱った細胞の水素イオン指数（ＰＨ）は、７．０より小さい値となり、酸性になることが知られている。細胞が弱るにしたがって、細胞の酸性度は高くなっていく。癌細胞の周囲の細胞の酸性度は、癌の進行に伴って高くなっていく。癌細胞の周囲の細胞の酸性度が高くなると、癌細胞は急激に増殖する傾向がある。癌細胞が急激に増殖すると、病気は深刻な状況になる。

一酸化窒素ＮＯを含むプラズマを患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射することにより、患部２０１近傍の血管が拡張され、血流が改善されるものと思われる。これにより、血液を介して供給される栄養が増え、患部２０１近傍の弱った細胞を活性化することができる。

また、アンテナ部１６と患部２０１近傍の人体２００の皮膚とを当接させることにより、アンテナ部１６から人体２００の皮膚に広い帯域の周波数成分を含む交流電圧が印加される。交流電圧の印加に伴って人体２００に流れる交流電流は、患部２０１近傍の神経に電気的な刺激を与える。電気的な刺激を受けた神経の近傍の血管は、電気的な刺激に反応して収縮と拡張を繰り返すので、血流が改善されるものと思われる。これにより、血液を介して供給される栄養が増え、患部２０１近傍の弱った細胞を活性化することができるものと思われる。

活性化された細胞の水素イオン指数は、７．０より小さい値から７．０よりも大きな値となり、酸性からアルカリ性に推移する。周囲の細胞の水素イオン指数が７．０よりも大きな値になると、癌細胞は弱って減少する傾向がある。患部２０１の周囲の細胞に電気的な刺激を与えるとともに高濃度のプラズマを照射して、癌細胞の周囲の細胞を活性化させてアルカリ性にすることにより、癌細胞を減少させることができるものと思われる。

以上説明したように、実施形態に係るプラズマ発生装置１は、第１電極１１と第２電極１５との間でアーク放電を発生させることにより、プラズマを生成する。また、実施形態に係るプラズマ発生装置１は、アンテナ部１６と人体２００の皮膚との間でアーク放電を発生させることにより、プラズマを生成する。生成されたプラズマは、患部２０１近傍の皮膚に照射される。したがって、本実施形態に係るプラズマ発生装置１は、ポンプ等の機械的なプラズマ排出機構を用いることなく、プラズマを患部２０１近傍の皮膚に照射することができる。これにより、装置の構造を簡素化するとともに、装置を小型化することができる。したがって、装置の操作性を向上することができる。

また、実施形態に係るプラズマ発生装置１は、アンテナ部１６を有しているので、アンテナ部１６と患部２０１近傍の皮膚との間のアーク放電で生成されたプラズマを患部２０１近傍の皮膚に限定して照射することができる。

また、実施形態に係るプラズマ発生装置１は、アンテナ部１６を患部２０１近傍の皮膚に当接させることにより、アンテナ部１６から患部２０１近傍の皮膚に限定して交流電圧を印加することができる。

また、実施形態に係るプラズマ発生装置１では、ケース２０の開口２２ｃの近傍に、第２放電部１５ａから開口２２ｃに向かう方向の磁界が形成される。本実施形態に係るプラズマ発生装置１は、ポンプ等の機械的なプラズマ排出機構を用いることなく、第１電極１１と第２電極１５との間のアーク放電により生成されたプラズマを、開口２２ｃを介してケース２０の外部に効率よく射出することができる。

なお、上記の説明では、アンテナ部１６がケース２０に固定されている場合について説明したが、アンテナ部１６の実装方法はこれに限定されない。例えば、第２電極１５とアンテナ部１６とを電線で接続し、アンテナ部１６をケース２０と離れた位置に配置してもよい。

また、上記の説明では、高圧電源３０には、商用電源からの電力を直流電力へ変換する直流電源１００から電力が供給されることとした。これに限らず、高圧電源３０には、乾電池やバッテリーなどから、電力が供給されることとしてもよい。また、高圧電源３０への入力電圧は、３Ｖ乃至５Ｖに限定されるものではない。例えば、高圧電源３０への入力電圧は、ＤＣ９ＶでもＤＣ１２Ｖ等であってもよい。高圧電源３０は、入力電圧にかかわらずアーク放電に必要な電圧（例えば、約４０万Ｖ）を出力するように構成されていればよい。高圧電源３０の駆動にアルカリ乾電池を用いると、商用電源と直流電源１００を接続するケーブルを必要としないので、プラズマ発生装置１の操作性が向上する。また、高圧電源３０は、商用電力を入力としアーク放電に必要な電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

また、上記の説明では、図４に示されるように開口２２ｂの周囲に複数の開口２２ｃが形成されている場合について説明した。しかし、開口２２ｃはこれに限定されることはない。例えば、開口２２ｃの内径を大きくしたり、開口２２ｃを開口２２ｂの周りにランダムに配置してもよい。

また、上記の説明では、キャップ２２が開口２２ｃを有する場合について説明した。しかし、キャップ２２は、必ずしも開口２２ｃを有していなくてもよい。

また、上記の説明では、第２電極１５にＭ５サイズのボルトを使用する場合について説明した。Ｍ５サイズのボルトを使用すると、第２放電部１５ａの第１放電部１１ａと対向する部分は、平面となる。しかし、第１放電部１１ａと対向する部分の先端は、平面に限定されない。第１放電部１１ａと対向する部分の先端は、針のように鋭利な形状であってもよいし、球面であってもよい。第２放電部の＋Ｚ側の先端を鋭利な形状にすると、放電による酸化で先端部が欠けやすくなる。その反面、先端を鋭利な形状にすることにより、放電電圧を下げることができる。

また、上記の説明では、ケース２０の形状が円筒であり、ケース２０の内径Ｌ２が約４０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さＬ１が約６０ｍｍである場合について説明したが、ケースの形状は、これに限定されない。ケースの大きさは、操作性の良い大きさであればよい。また、ケースの形状は円筒に限定されない。ケースの形状は、操作性の良い形状であればよい。例えば、ケースの形状は、四角柱や円錐台等であってもよい。

また、上記の説明では、図５等に示されるように、８個の第２磁石１８を有する場合について説明したが、第２磁石の数は限定されない。例えば、３個でも１６個でもよい。

なお、第１放電部１１ａの先端から第２放電部１５ａの先端までの距離Ｌ１３によって、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａ間の放電インピーダンスは変わる。第１放電部１１ａと第２放電部１５ａ間の放電インピーダンスによって、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間の交流電圧の振幅は変化し、アンテナ部１６から人体２００の皮膚に印加される交流電圧の振幅も変化する。第１放電部１１ａの先端から第２放電部１５ａの先端までの距離Ｌ１３は、アンテナ部１６から人体２００の皮膚に印加される交流電圧の振幅が所定の振幅になるように調整される。

（変形例１）
実施形態１の説明では、プラズマ発生装置１が金属部材１９を有する場合について説明した。しかし、所望する形状の第２磁石１８を入手できる場合、プラズマ発生装置１は、金属部材１９を有さなくてもよい。この場合、図１２に示されるように、第２磁石１８は、円筒状である。第２磁石１８は、内周面がＳ極となるように着磁される。第２磁石１８の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、約１０ｍｍであり、外径はケース本体２１の内径とほぼ等しい。

なお、第１磁石１７及び第２磁石１８の形状は、図３もしくは図１２に示される形状に限定されない。第１磁石１７と第２磁石１８とは、相互に離間して配置され、相互に対向する第１電極１１の先端と第２電極１５の先端の周囲に、ターゲットへ向かう方向の磁界を形成するものであればよい。例えば、図１２において、第２磁石１８を円形板状の磁石とする。第２磁石１８の外形をケース２０の内径と同じにする。第２磁石１８の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、約５ｍｍとする。第２磁石１８の中央には、第２電極１５を通すＺ軸方向に貫通する貫通孔を形成する。貫通孔の周囲に、プラズマを射出するための貫通孔を形成する。第２電極１５を第２磁石１８に固定する。キャップ２２に替えて、第２磁石１８でケース２０の下端部を覆う。第２磁石１８は、上面側（＋Ｚ側の面）がＳ極となり、下面側(−Ｚ側の面)がＮ極となるように配置する。第２磁石１８のＳ極は、第１磁石１７のＮ局と対向して配置される。

（変形例２）
実施形態１の説明では、ケース２０の下端部をキャップ２２で覆う場合について説明した。変形例２では、キャップ２２に替えて、アンテナ部１６でケース２０の下端部を覆う場合について説明する。図１３は、変形例２に係るプラズマ発生装置のケース２０を省略して示す斜視図である。

図１３に示されるように、アンテナ部１６を球面状（鉢状）に形成する。アンテナ部１６は、球面状の外径がケース本体２１の外形と同等となるように形成され、ケース本体２１の−Ｚ側の端部に固定される。ケース本体２１の−Ｚ側の端部は、アンテナ部１６で覆われる。アンテナ部１６は、鉄、ステンレス鋼、タングステン、チタンからなる。第２放電部１５ａは、アンテナ部１６の内側（＋Ｚ側）の中心に溶接される。アンテナ部１６をケース２０の下端部に固定することにより、第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとが同軸上に配置される。

なお、図１３に示されるアンテナ部１６に、ケース２０の内側から外側に通じる複数の貫通孔を設けてもよい。例えば、複数の貫通孔は、第２放電部１５ａとアンテナ部１６との溶接部の周囲に形成される。第１放電部１１ａと第２放電部１５ａとの間のアーク放電によって生成されたプラズマは、貫通孔からケース２０の外に射出され、患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。

（変形例３）
実施形態１の説明では、プラズマ発生装置１が第１磁石１７、第２磁石１８、金属部材１９を有する場合について説明した。変形例３に係るプラズマ発生装置１は、図１４に示されるように、第１磁石１７、第２磁石１８、金属部材１９を有していない。他の構成は、実施形態１と同じである。

変形例３に係るプラズマ発生装置１のケース２０の内部には、第１放電部１１ａ及び第２放電部１５ａから開口２２ｃに向かう磁界が形成されない。したがって、第１放電部１１ａ及び第２放電部１５ａ付近で生成されたプラズマを開口２２ｃに向かって積極的に押し出す力は働かない。しかし、ケース２０内で生成されたプラズマは、開口２２ｃからケース２０の外に溢れ、患部２０１近傍の人体２００の皮膚に照射される。

（実施形態２）
実施形態２では、第２電極１５の先に電極を接続した使用例について説明する。図１５に示されるように、第２電極１５もしくはアンテナ部１６に、針５１を電線５２で電気的に接続する。針５１は、例えば、直径が０．５ｍｍで、長さが５０ｍｍ程度の下端部が針のように鋭利な鉄製の部材である。針５１は、電極として機能する。なお、針５１として注射針を使用してもよい。

図１５に示される患部２０１は、癌細胞である。針５１を患部２０１に当接させることにより、針５１から患部２０１に広い帯域の周波数成分を含む交流電圧が印加される。交流電圧の印加に伴って人体２００に流れる交流電流は、患部２０１近傍の神経に電気的な刺激を与える。電気的な刺激を受けた神経の近傍の血管は、電気的な刺激に反応して収縮と拡張を繰り返すので、血流が改善されるものと思われる。血流の改善に伴い、血液を介して供給される栄養が増え、患部２０１近傍の弱った細胞を活性化することができるものと思われる。

活性化された細胞の水素イオン指数は、７．０より小さい値から７．０よりも大きな値となり、酸性からアルカリ性に推移する。周囲の細胞の水素イオン指数が７．０よりも大きな値になると、癌細胞は弱って減少する傾向がある。患部２０１の周囲の細胞に電気的な刺激を与えることにより、癌細胞を減少させることができるものと思われる。

例えば、すい臓は胃や肝臓の内側にある。したがって、すい臓癌を治療する場合、皮膚の表面から与えた電気的な刺激を患部に伝えることは困難である。しかし、第２電極１５に針５１を接続することにより、皮膚から深い位置の患部２０１に電極を当接させることができる。したがって、第２電極１５に接続された針５１をすい臓癌の患部近傍に当接させることにより、治療効果をあげることができる。

（実施形態３）
実施形態３では、プラズマ発生装置１を使用して電解水を作成する場合について説明する。図１６では、容器６０の中の水を斜線で表している。

容器６０は、容器本体６１、蓋６２、電極６５からなる。容器本体６１および蓋６２は、例えば、プラスチック等の樹脂、ガラス等で形成されている。蓋６２には、電極６５が取り付けられている。電極６５は、銅、鉄、ステンレス鋼、タングステン、チタン等で形成されている。電極６５の形状は、例えば、円柱である。電極６５は、例えば、直径約１０ｍｍ、長さ約５０ｍｍである。電極６５は、蓋６２の＋Ｚ側に約１０ｍｍ突出し、蓋６２の−Ｚ側に約４０ｍｍ突出している。電極６５は、第２電極１５もしくはアンテナ部１６に電線５２で接続されている。

容器本体６１に蓋６２をした状態で、電極６５の−Ｚ側の端部が水の中に浸るように、容器本体６１に水を入れ、蓋６２をかぶせる。プラズマ発生装置１に電源を投入すると、第１電極１１と第２電極１５との間にアーク放電が発生する。アーク放電に伴い、第１電極１１と第２電極１５との間の電圧は大きく変化する。第１電極１１に対するアンテナ部１６の電位は、第１電極１１と第２電極１５との間の電圧変化に伴って交流的に変化する。第１電極１１に対する電極６５の電位は、アンテナ部１６の電位変化に伴って交流的に変化する。これにより、電極６５から容器６０内の水に広い帯域の周波数成分を含む交流電圧が印加される。交流電圧の印加に伴って、水が活性化され、アルカリ性の電解水が生成される。

アルカリ性の電解水を飲むことにより、人体の細胞の水素イオン指数は、酸性からアルカリ性に推移し、人体の細胞は活性化される。人体の細胞の水素イオン指数が７．０よりも大きな値になると、癌細胞は弱って減少する傾向がある。したがって、アルカリ性の電解水を飲むことにより、癌細胞を減少させることができるものと思われる。

アルカリ性の電解水は、人体に限らず、動物、魚類、植物にも良い効果を有している。犬や猫などの動物に与える水をアルカリ性の電解水にすることで、動物の細胞の水素イオン指数は、酸性からアルカリ性に推移し、動物の細胞は活性化される。これにより、動物を元気にすることができる。同様にして、アルカリ性の電解水を含む水の中で魚を養殖することにより、魚を元気にすることができる。また、枯れかけた切り花をアルカリ性の電解水を入れた花瓶に入れたところ、枯れかけた花を元気に咲かせることができた。これは、アルカリ性の電解水により、花の細胞が活性化され、水揚げ力が増加したためと思われる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…プラズマ発生装置
１０…プラズマ発生部
１１…第１電極
１１ａ…第１放電部
１１ｂ…導電部
１５…第２電極
１５ａ…第２放電部
１６…アンテナ部
１７…第１磁石
１７ａ…貫通孔
１８…第２磁石
１９…金属部材
２０…ケース
２１…ケース本体
２１ｂ、２２ｂ、２２ｃ…開口
２２…キャップ
３０…高圧電源
４１，４２，４５、４６…ワッシャ
４３，４４，４７…ナット
５１…針
５２…電線
６０…容器
６１…容器本体
６２…蓋
６５…電極
１００…直流電源
２００…人体
２０１…患部

上記課題を解決するために、実施形態に係るプラズマ発生装置は、ターゲットに向かってプラズマを照射するプラズマ発生装置であって、直流電源と第１電極と第２電極とケースとアンテナ部とを備える。第１電極には、直流電源の負極が接続される。第２電極には、直流電源の正極が接続される。第２電極は、第１電極から所定の距離離間して、先端が前記第１電極に対向して配置される。ケースは、第１電極及び第２電極を収容し、ターゲットに対向する面に開口が形成されている。アンテナ部は、第２電極に電気的に接続され、ケースのターゲットに対向する面に配置され、ケースの外側に向かって突出する。直流電源は、第１電極と第２電極との間にアーク放電を発生させる電圧を出力する。

Claims

ターゲットに向かってプラズマを照射するプラズマ発生装置であって、
直流電源と、
前記直流電源の負極が接続される第１電極と、
前記直流電源の正極が接続され、前記第１電極から所定の距離離間して、先端が前記第１電極に対向して配置される第２電極と、
前記第２電極に電気的に接続されるアンテナ部と、
を備え、
前記直流電源は、前記第１電極と前記第２電極との間にアーク放電を発生させる電圧を出力する、
プラズマ発生装置。
前記アンテナ部は、前記アーク放電に伴う前記ターゲットと前記第２電極との間の電圧変化に基づいて、前記ターゲットとの間にアーク放電を発生させ、アーク放電によってプラズマを生成させる、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
相互に離間して配置され、相互に対向する前記第１電極の先端と前記第２電極の先端の周囲に、前記ターゲットへ向かう方向の磁界を形成する第１磁石及び第２磁石を備える、
請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
前記第１電極及び前記第２電極を収容し、前記ターゲットに対向する面に開口が形成されたケースを有している、
請求項１から３の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
前記アンテナ部は、前記ケースの前記ターゲットに対向する面に配置されている、
請求項４に記載のプラズマ発生装置。
前記アンテナ部は、球面状に形成されており、
前記アンテナ部の外径は、前記ケースの外径と同じであり、
前記ケースの前記開口は、前記アンテナ部で覆われている、
請求項４または５に記載のプラズマ発生装置。
前記アンテナ部には、前記ケースの内側から外側に通じる貫通孔が形成されている、
請求項６に記載のプラズマ発生装置。
前記アンテナ部と前記ターゲットとが当接している場合、前記アンテナ部は、前記第１電極と前記第２電極間の電圧変化に基づく交流電圧を前記ターゲットに印加する、
請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
請求項１から８の何れか一項に記載のプラズマ発生装置を使用して癌の治療を行う癌治療方法であって、
前記プラズマ発生装置を前記ターゲットに対向して配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に発生させたアーク放電によってプラズマを生成させ、前記ターゲットにプラズマを照射する工程と、
を含む癌治療方法。
請求項１から８の何れか一項に記載のプラズマ発生装置を使用して癌の治療を行う癌治療方法であって、
前記プラズマ発生装置を前記ターゲットに対向して配置する工程と、
前記アンテナ部と前記ターゲットとの間に発生させたアーク放電によってプラズマを生成させ、前記ターゲットにプラズマを照射する工程と、
を含む癌治療方法。
請求項１から８の何れか一項に記載のプラズマ発生装置を使用して癌の治療を行う癌治療方法であって、
前記アンテナ部を前記ターゲットに当接する工程と、
前記第１電極と前記第２電極間の電圧変化に基づく交流電圧を前記アンテナ部から前記ターゲットに印加する工程と、
を含む癌治療方法。