JP2022141471A - プラズマ除菌水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い除菌効果を有するプラズマ除菌水を生成するプラズマ除菌水生成装置を提供する。【解決手段】供給された水１１を所定の温度に予冷却する冷却機構２と、水１１を貯留し、減圧可能に構成されたプラズマ処理部３と、プラズマ処理部３の内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプ３１aと、プラズマ処理部３に貯留された水１１の水面上方に位置するように設けられ平板状の電極３３ａと、平板状の電極３３ａの下面側に設けられ、プラズマ処理部３に貯留された水１１の水面と空間を介して対向する誘電体３４と、プラズマ処理部３に貯留された水１１中に位置するように設けられた接地極３３ｂと、電極３３ａに交流電圧を印加する電源３５と、を有する。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 公開日：令和３年２月２２日 刊行物：日本経済新聞

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年３月１５日にウェブサイトにて公開

特許法第３０条第２項適用申請有り 公開日：令和２年１１月２５日 集会名：第２２回 インターフェックス Ｗｅｅｋ 東京

本発明は、対象物体の除菌に用いられる、プラズマ除菌水を生成するプラズマ除菌水生成装置に関する。

新型コロナウィルス感染症の世界的な感染が長期化し、手指の除菌や人が触れた物体表面の除菌を行うことが習慣化している。このような手指や物体の消毒には、次亜塩素酸水系除菌剤やアルコール系除菌剤が広く用いられてきた。しかし、塩素成分による手荒れやアルコールの脱脂作用による手荒れが問題となっている。他にも、除菌力を持つ機能水としては、電解水やオゾン水などが用いられている。しかし、例えばオゾン水を用いた場合には、残留成分による臭気や周辺部材の腐食というような問題が生じた。

このような背景を受け、近年では、薬液等を用いない除菌方法として、放電プラズマを利用した除菌方法が提案されている。この方法は、放電プラズマにより生成する反応性の高い化学活性種やイオンの酸化力を用いて除菌するものである。電気的なエネルギーのみで高い除菌効果が得られ、薬液などを用いる方法のような残留性が無いことから様々な分野で応用されている。

特開１９９９－１８７８７２号公報 特開２００１－２５２６６５号公報

上記の通り、除菌剤による手荒れや、除菌剤の残留成分による腐敗等が問題視される昨今において、安全性の高いプラズマ除菌水を用いて手指の除菌や人が触れた物体表面の除菌を行いたいという要望が高まっていた。しかし、手指や物体表面の除菌に適したプラズマ除菌水生成装置はいまだ提案されておらず、その開発が切望されていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、高い除菌効果を有するプラズマ除菌水を生成するプラズマ除菌水生成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ除菌水生成装置は、以下のような特徴を有している。
（１）供給された水を所定の温度に予冷却する冷却機構と、前記水を貯留し、減圧可能に構成されたプラズマ処理部と、前記プラズマ処理部の内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプと、前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面上方に位置するように設けられ平板状の電極と、前記平板状の電極の下面側に設けられ、前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面と空間を介して対向する誘電体と、前記プラズマ処理部に貯留された前記水中に位置するように設けられた接地極と、前記電極に交流電圧を印加する電源と、を有する。

（２）前記水を貯留する原水カートリッジを有し、前記原水カートリッジから前記水が前記冷却装置に供給されるように構成されても良い。

（３）前記冷却機構が、供給された前記水を貯留する冷却タンクと、前記冷却タンクを冷却する冷却装置であり、前記冷却タンクで所定の温度に予冷却された前記水が、前記プラズマ処理部に導入されるように構成されても良い。

（４）前記冷却機構が、供給された前記水が流れる液冷ジャケットと、前記液冷ジャケットを冷却するペルチェ素子であり、前記液冷ジャケットで所定の温度に予冷却された前記水が、前記プラズマ処理部に導入されるように構成されても良い。

（５）前記冷却機構は、前記プラズマ処理部においてプラズマ処理される前記水の温度が１５℃以下となるように、前記水を予冷却しても良い。

（６）前記プラズマ処理部においてプラズマ処理される前記水の処理量が５０ｍＬ以下であっても良い。

（７）前記プラズマ処理部は、貯留する前記水の水位が１０ｍｍ以下となるように構成されていても良い。

（８）前記電極および前記誘電体による誘電体バリア放電の放電面積が、前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面面積の１５％以上となるように構成されても良い。

（９）前記プラズマ処理部にて生成されたプラズマ除菌水をストレージする保管タンクがさらに設けられていても良い。

（１０）前記保管タンクには、貯留された前記プラズマ除菌水を冷却する冷却装置が設けられていても良い。

本発明によれば、高い除菌効果を有するプラズマ除菌水を生成するプラズマ除菌水生成装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置の一例を示す構成図である。 第１の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置の一例を示す構成図である。 第１の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置のプラズマ処理部を示す構成図である。 第１の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置の一例を示す部分拡大図である。 プラズマ除菌水の生成工程を示すフローチャートである。 プラズマ除菌水による掌の除菌試験の結果を示す図である。 プラズマ除菌水の除菌効果の寿命を示すグラフである。 第２の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置の一例を示す構成図である。 プラズマ除菌水による物体表面での除菌試験の結果を示す図である。 スプレーされたプラズマ除菌水による物体表面での除菌試験の結果を示す図である。 他の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置の一例を示す構成図である。

［第１の実施形態］
［１．全体構成］
（装置構成概要）
本発明の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置Ａの実施形態について図面を参照しつつ説明する。プラズマ除菌水生成装置Ａは、除菌対象に供給されるプラズマ除菌水を生成する装置である。本実施形態では、特に、人の手指を主な除菌対象としている。

プラズマ除菌水は、被処理水に対してプラズマ放電を行うことで生成されたラジカル類が溶存する水である。このラジカル類が有するとされる除菌力により、除菌対象は除菌される。プラズマ除菌水生成装置Ａが生成するプラズマ除菌水のｐＨは弱酸性である。従って、誘電体バリア放電により亜硝酸（ＨＮＯ_２）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）により過硝酸（ＨＯＯＮＯ_２）を生成され、水中に溶解する。これらの物質が、高い除菌力を持つヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ・）の供給源となっていると考えられる。

プラズマ除菌水は、薬剤やアルコールが不使用のため残留性が無い。また、除菌因子のラジカル類は温度（時間経過）により失活するため、除菌後は速やかに水に戻り安全性が高い。また、プラズマ除菌水は弱酸性のため手荒れなどが無く、人体に対し低刺激・低侵襲の除菌水である。このような、プラズマ除菌水を、特に手指の消毒に好適な態様で提供するのが、プラズマ除菌水生成装置Ａである。

プラズマ除菌水生成装置Ａは、原水カートリッジ１、冷却機構２、プラズマ処理部３、および供給口Ｔを有する。以下、各構成について、図１を参照しつつ詳細に説明する。

＜原水カートリッジ＞
原水カートリッジ１は、プラズマ処理によりプラズマ除菌水となる前の水１１を収容する、開口を有する有底の容器である。水１１としては、生成されるプラズマ除菌水の除菌力向上の観点から純水または精製水を用いることが好ましい。ただし、水道水等を用いてもプラズマ除菌水を生成することは可能である。また、硬度３０程度の軟水であればミネラルウォーターを用いても良い。プラズマ除菌水生成装置Ａの形態の一例としては、交換式の原水カートリッジ１から供給された水１１に対して、プラズマ処理を行うことでプラズマ除菌水を供給するウォーターサーバー型の装置がある。

プラズマ除菌水生成装置Ａでは、原水カートリッジ１に収容されている水１１が、冷却機構２を介してプラズマ処理部３に供給可能となるように、各構成要素を接続する配管が設けられている。具体的には、原水カートリッジ１の開口は、冷却機構２につながる配管の端部に設けられたカートリッジ装着口に着脱可能に構成される。例えば、ウォーターサーバーのように、開口を下向きにした状態でカートリッジ装着口に装着可能に構成しても良い。

原水カートリッジ１と冷却機構２を接続する配管には、ポンプ１２が設けられている。ポンプ１２が駆動されると、ポンプ１２は原水カートリッジ１側から水１１を吸い込み冷却機構２側に吐出して水１１を移送する。ポンプ１２は、所定量の水１１を冷却機構２側に移送するように制御される。

原水カートリッジ１の開口部分に不図示のベントフィルターを設けても良い。ベントフィルターを設けることで、原水カートリッジ１内の水１１が冷却機構２に供給される際、原水カートリッジ１が吸い込む空気による水１１の汚染が防止される。ベントフィルターは、分析用の純水装置ストレージタンク等で使用される製品を適用できる。

また、水１１として水道水等を用いる場合には、中空糸フィルタや活性炭フィルタを用いて水１１をろ過してから冷却機構２に供給する構成とすることが好ましい。具体的には、活性炭フィルタを用いて水道水の塩素や有機物の除去を行い、イオン交換フィルタを用いてイオン成分の除去を行うことができる。水道水のろ過に用いるフィルタとしては、例えば２種類のフィルタを用いて１次純水レベルまで水道水の純度を上げることができる性能のフィルタを用いる。なお、原水カートリッジ１を設ける代わりに、プラズマ除菌水生成装置Ａの冷却機構２に対して、純水製造装置等を直接接続して水１１を供給する構成としても良い。

＜冷却機構＞
冷却機構２は、原水カートリッジ１側から供給された水１１を、１５℃以下に予め冷却するための機構である。プラズマ処理部３においてプラズマ処理される水１１の温度を１５℃以下とすることで生成後のプラズマ除菌水の水温が２０℃程度となるため、除菌因子の分解が抑制され生成されたプラズマ除菌水の除菌効果が維持可能となる。水１１を１５℃以下に予冷却することで、２５℃程度の常温雰囲気下であれば、プラズマ除菌水の高い除菌力を生成後５分間保持したまま保管可能となる。

以上の通り、冷却機構２は、プラズマ処理される水１１の温度が１５℃以下となるように、供給された水１１を予冷却するための構成であると言える。したがって、実際のプラズマ除菌水生成装置Ａの配管等を考慮し、プラズマ処理される水１１の温度が１５℃以下となるように水１１を冷却すれば良く、冷却機構２による冷却温度は１５℃以下に限定されない。

冷却機構２としては、原水カートリッジ１から供給された水１１を予冷却する冷却タンク２１を用いることができる。また、原水カートリッジ１とプラズマ処理部３を接続する配管に液冷ジャケット２２を設けても良い。本実施形態では、冷却機構２をプラズマ処理部３の前段として設けているが、プラズマ処理部３に冷却装置を設け、プラズマ処理中に水１１を冷却する構成とすることを排除する意図はない。ただし、プラズマ処理部３に冷却装置を設ける場合には、プラズマ処理部３に熱交換器を設ける必要がある。そのため、冷却機構２により水１１を予冷却する構成とすることで、プラズマ除菌水生成装置Ａの構成が簡素化されるため、装置の小型化と低コスト化が達成される。

（冷却タンク）
冷却機構２の一例である冷却タンク２１は、原水カートリッジ１から供給された水１１を貯留する金属製の容器である。冷却タンク２１の容量は、１回のプラズマ処理量を考慮の上適宜決定できるが、例えば５０ｍＬ～数Ｌ程度の容量とすることができる。冷却タンク２１には、冷却タンク２１内の水１１を１５℃以下に冷却する冷却装置２１ａが取り付けられている。例えば、ウォーターサーバーや冷水器等の冷却コンプレッサー方式を用いて、冷却タンク２１の外側に銅管を巻き、銅管内に冷媒を循環させる構成としても良い。またペルチェ素子方式を用いて、ペルチェ素子で冷却した水（ブライン）を冷却タンク２１の外側に巻いた配管に循環させても良い。

さらに、冷却タンク２１には内部の水１１の温度を検出する温度センサや、冷却タンク２１内の水位を検知する水位センサを設けても良い。例えば、温度センサで検出された温度が、所定の上限温度を上回ったときに冷却装置２１ａを作動させる構成とすることができる。また、水位センサで検出された水位が、所定の水位を下回ったときにポンプ１２を作動させ水１１を補充する構成としても良い。

以上のような構成により、冷却タンク２１内の水１１は、低温（１５℃以下）に予冷却される。この冷却は、温度センサや水位センサからの信号を受信した不図示の制御装置によりポンプ１２および冷却装置２１ａを制御することにより行う。冷却タンク２１の底面には、予冷却された水１１の排出口が設けられている。排出口には配管が接続され、この配管の他端部がプラズマ処理部３に接続される。配管に設けられた排出弁を開閉することにより、冷却タンク２１の水１１をプラズマ処理部３に導入することができる。

（液冷ジャケット）
図２に示す通り、冷却機構２の他の例としては、液冷ジャケット２２を原水カートリッジ１とプラズマ処理部３を接続する配管に設ける態様がある。液冷ジャケット２２は、銅やアルミ等のパイプを、アルミ等のベース本体で挟み込むように構成したヒートシンクである。原水カートリッジ１の水１１は、液冷ジャケット２２のパイプに供給される。液冷ジャケット２２には、ペルチェ素子２２ａの吸熱側が隣接するように配置されている。このペルチェ素子２２ａの吸熱作用により、液冷ジャケット２２のパイプ内を通る水１１は、低温（１５℃以下）に予冷却される。液冷ジャケット２２のパイプの流路、長さ、および直径は、一回のプラズマ処理量を考慮の上、適宜決定され得る。

液冷ジャケット２２を用いた冷却機構２においても、液冷ジャケット２２から排出された水１１の温度を検出する温度センサを設けても良い。例えば、温度センサで検出された温度に基づいてペルチェ素子２２ａを制御する。水１１の冷却は、温度センサからの信号を受信した不図示の制御装置によりポンプ１２およびペルチェ素子２２ａを制御することにより行う。液冷ジャケット２２の排出口には配管が接続され、配管の他端部はプラズマ処理部３に接続される。配管に設けられた排出弁を開閉することにより、液冷ジャケット２２から排出された水１１をプラズマ処理部３に導入することができる。

＜プラズマ処理部＞
プラズマ処理部３は、冷却機構２側から供給された予冷却された水に対してプラズマ処理を行う構成部である。プラズマ除菌水を人の手指の除菌に用いる場合、プラズマ処理部３における水１１の１回のプラズマ処理量は約５～５０ｍＬとすることが好ましい。この処理量は、１人当たり約５ｍＬのプラズマ除菌水を除菌に用いることを想定し、連続使用の場合には１０人分のプラズマ除菌水を生成することを想定している。

プラズマ除菌水の供給方式は、５ｍＬを１サイクルの生成量として短時間でプラズマ除菌水を生成するオンデマンド方式としてもよいし、複数サイクル分（例えば１０ｍＬ～５０ｍＬ）のプラズマ除菌水を生成して連続供給しても良い。すなわち、一回のプラズマ処理量の上限を５０ｍＬとすることが好ましい。プラズマ処理量の上限を５０ｍＬとした場合比較的安価かつ簡素化された装置構成で約１分間という短時間でプラズマ除菌水を生成できるため、装置の小型化と低コスト化が実現可能となる。水１１のプラズマ処理量は、プラズマ除菌水の除菌効果が十分に持続する保管時間等を検討の上、適宜変更することができる。図３に示す通り、プラズマ処理部３は、減圧チャンバ３１、プラズマ処理タンク３２、電極３３ａ、誘電体３４、電源３５を有する。

（減圧チャンバ）
減圧チャンバ３１は、金属または樹脂製の耐圧構造を有する真空容器である。減圧チャンバ３１の容積は、１～２Ｌ以下とすることができる。例えば、容積０．２Ｌの減圧チャンバ３１を用いて、５０ｍＬの水１１のプラズマ処理を行うことができる。本実施形態では、減圧チャンバ３１内にプラズマ処理タンク３２および電極３３ａを配置する構成を説明する。ただし、減圧可能な容積１～２Ｌのプラズマ処理タンク３２を用いる場合には、減圧チャンバ３１を省略することも可能である。減圧可能なプラズマ処理タンク３２を用いる場合には、以下に説明する減圧ポンプやバルブ等、減圧チャンバ３１の構成をプラズマ処理タンク３２に適用すればよい。また、一回のプラズマ処理量を考慮の上、減圧チャンバ３１または減圧可能なプラズマ処理タンク３２の容積をできるだけ小さくすることで、減圧工程に要する時間が短縮される。

減圧チャンバ３１には、減圧ポンプ３１ａとバルブ３１ｂを有する排気ダクトＥが接続されている。排気ダクトＥは、減圧チャンバ３１の内部の気体を排出するダクトである。減圧ポンプ３１ａは、減圧チャンバ３１の内部の気体を吸引して排出するポンプである。バルブ３１ｂは、減圧チャンバ３１の内部の気体を排気する際に、その排気量を調整する弁である。減圧ポンプ３１ａとバルブ３１ｂは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、減圧ポンプ３１ａの流量やバルブ３１ｂの開度が制御される。

減圧ポンプ３１ａは、具体的には減圧チャンバ３１の気相雰囲気を減圧する。減圧ポンプ３１ａによる気相雰囲気の減圧により、誘電体バリア放電の発生に必要な印加電圧が低減される。ここで、減圧ポンプ３１ａは、空気の絶縁耐力をある程度低下させ、プラズマが進展しやすくなる程度の極低真空状態となるように、減圧チャンバ３１の内部の気体を排出できれば良い。

極低真空とは、電源電圧が２０ｋＶ／ｃｍの場合、減圧度が５０ｋＰａ(ａｂｓ)以下の状態を示し、より好ましくは５０ｋｐａ(ａｂｓ)～３０ｋＰａ(ａｂｓ)程度の状態を示す。減圧チャンバ３１を極低真空とすることで、放電に必要な印加電圧を約５０％低くすることが可能となる。例えば、減圧チャンバ３１が大気圧として３０ｋＶｐｐの印加電圧が必要となる場合、減圧チャンバ３１を３０ｋＰａ(ａｂｓ)の極低真空とすることで必要な印加電圧は１４ｋＶｐｐとなる。

減圧チャンバ３１は、内部は極低真空となっていれば良い上に、減圧チャンバ３１の内部にはプラズマ処理タンク３２が配置されるため減圧チャンバ３１の気相容積は比較的小さい。そのため、減圧ポンプ３１ａとしては、到達真空度が３０ｋＰａ(ａｂｓ)～７０ｋＰａ(ａｂｓ)程度、排気速度が数Ｌ/ｍｉｎ程度の安価なポンプを用いても、減圧チャンバ３１を極低真空状態とすることができる。例えば、容積０．２Ｌの減圧チャンバ３１を用いて５０ｍＬの水１１をプラズマ処理する場合、排気速度が６～７Ｌ/ｍｉｎ、到達真空度が１０ｋＰａ(ａｂｓ)程度のアルバック製ＤＡＰ－６Ｄポンプを用いても、減圧チャンバ３１を数秒で極低真空状態とすることができる。

（プラズマ処理タンク）
プラズマ処理タンク３２は、減圧チャンバ３１の内部に配置された水１１を貯留する金属または樹脂製のタンクである。プラズマ処理タンク３２は、上面に開口を有する箱形の部材である。プラズマ処理タンク３２の平面形状は矩形や円形など、装置の形状に併せて設計すればよい。ただし、上述の通り減圧可能なプラズマ処理タンク３２を用いる場合には、真空容器のタンクであってよい。プラズマ処理タンク３２は、例えば５ｍＬ～５０ｍＬの水１１を貯留できる程度の大きさを有する。

一例として、５０ｍＬの水１１を貯留するプラズマ処理タンク３２として、上面開口がφ１００ｍｍ程度のプラズマ処理タンク３２を設けて良い。この場合には、５０ｍＬの水１１の水深は１０ｍｍ以下となる。プラズマ処理中においては、誘電体バリア放電により水１１の水面に揺れが生じるため、誘電体バリア放電が撹拌効果を有していると言える。水１１の水深が１０ｍｍ以下であれば、プラズマ処理中に自動的に水１１が攪拌されて良い。なお、用いる電極構成および電源容量に対して水１１の貯留量が多すぎる場合には、十分な除菌力を有するプラズマ除菌水を得ることができない。本実施形態では、５～５０ｍＬの水１１に対して十分な除菌力を与えることができる構成を例として説明する。

プラズマ処理タンク３２には、バルブ３２ａを有する給水管Ｓが接続されている。給水管Ｓは、プラズマ処理タンク３２の内部に予冷却された水１１を導入する配管である。バルブ３２ａは、水１１の導入量を調整する弁である。バルブ３２ａは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、バルブ３２ａの開度が制御される。プラズマ処理タンク３２には、給水管Ｓから、予冷却された水１１が供給される。

プラズマ処理タンク３２には、バルブ３２ｂおよび送液ポンプ３２ｃを有する供給配管Ｄが接続されている。供給配管Ｄは、プラズマ除菌水の注出口Ｔに対してプラズマ除菌水を供給する配管である。バルブ３２ｂは、注出口Ｔに対してプラズマ除菌水を供給する際に、その供給量を調整するための弁である。送液ポンプ３２ｃは、供給されるプラズマ除菌水の流量を調整するためのポンプである。バルブ３２ｂおよび送液ポンプ３２ｃは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、バルブ３２ｂの開度や送液ポンプ３２ｃの流量が制御される。プラズマ除菌水を人の手指の消毒に用いる場合には、一回に約５ｍＬのプラズマ除菌水が注出口Ｔから供給されるように、バルブ３２ｂおよび送液ポンプ３２ｃを制御する。

なお、注出口Ｔの近傍にセンサを配置し、注出口Ｔの近傍に消毒対象が位置したことを感知して自動で所定量のプラズマ除菌水を供給する構成とすることもできる。センサ機構は、可視光や赤外光による光電方式（レーザー光、ＬＥＤ等）、超音波方式、過電流方式、画像認識方式などを採用できる。また、注出口Ｔにスプレー機構を設けて、プラズマ除菌水を噴射する構成としても良い。

プラズマ処理タンク３２に冷却装置を設けて、プラズマ処理中において水１１を冷却することもできる。プラズマ放電により水１１の水温が上昇する場合には、除菌因子が分解され除菌効果が低減する可能性がある。例えば高温下において装置を用いた際に気温の影響を受けて水１１の水温上昇が生じる場合がある。そのような場合には、水１１を冷却することで、除菌因子の分解を抑制し生成されたプラズマ除菌水の除菌力が高まる。ただし、冷却機構２を設けて水１１を十分に予冷却している場合には、プラズマ処理タンク３２でさらに冷却を行う必要は生じない。

（電極と誘電体）
減圧チャンバ３１の内部には、電極３３ａと接地極３３ｂが対向するように配置されている。また、電極３３ａと接地極３３ｂの間には誘電体３４が設置されている。

電極３３ａは、平板状の電極であり、金属で構成されている。金属としては、耐腐食性のある金属として、例えばニッケル、チタン、各種ステンレス鋼、アルミ、銅、パラジウム、金、銀を用いることができる。他には、誘電体３４の一例であるガラスとの相性からコバールを用いても良い。電極３３ａの水平方向の大きさは、プラズマ処理タンク３２の開口部分より小さく、プラズマ処理タンク３２の内部に収まる程度の大きさとする。

電極３３ａおよび誘電体３４の平面の面積は、水１１の処理量、電源容量、電極制作コスト等を考慮の上、適宜設計可能である。本実施形態では、誘電体バリア放電の発生面積が、水面面積の１５％以上となるように電極３３ａおよび誘電体３４を構成することが好ましい。プラズマ処理タンク３２に貯留される水１１の水位が１０ｍｍ以下であれば、誘電体バリア放電の攪拌効果により、貯留された水１１全量に対して十分なプラズマ処理が行われると考えられる。

平板状の電極３３ａは、円盤状または四角形において角部分を丸めた形状とすると良い。角を有さない形状とすることで、エッジ部への電解集中や火花放電の進展が防止される。以上より、電極３３ａは、例えば５０ｍＬの水１１を処理する場合にはφ４０ｍｍの円盤形状とすることができる。なお、電極３３ａの金属部には交流電圧印加による発熱が伝導する。従って、電極３３ａの上面に金属製のヒートシンクを設置し、放熱を促してもよい。

電極３３ａは、プラズマ処理タンク３２の上部側に配置される。具体的には、図３に示すように、電極３３ａは、プラズマ処理タンク３２において水１１が満水となるように供給された場合において、水１１の水面上方に位置するように設けられている。すなわち、水１１の水面と電極３３ａとの間には空間が生じる。

本実施形態では、電極３３ａの下面側は誘電体３４で被覆されている。よって、誘電体３４は、プラズマ処理タンク３２に貯留された水１１の水面と空間を介して対向することになる。従って、電極３３ａと水１１の水面との間の空間は、実際には誘電体３４と水１１の水面との空間を意味する。

（誘電体）
誘電体３４と水１１の水面との間の空間は、狭い方が抵抗は低くなるため放電し易い。ただし、プラズマ除菌水生成装置Ａは、微細な揺れが生じる場所に載置された場合、振動等により水１１が波立った際に、誘電体３４と水１１が接触する恐れがある。そのため誘電体３４と水１１の水面との間の空間は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。特に、空間を８ｍｍとすることで、適度な印加電圧で放電可能であるとともに、誘電体３４と水１１の接触が防止される。

誘電体３４は、比誘電率（εｒ）が比較的大きく、誘電正接（ｔａｎδ）が小さく、絶縁耐力（ＫＶ／ｍｍ）が良いことが好ましい。ただし、比誘電率が数１０００を超えるようなチタン酸バリウム等に代表される強誘電体を用いた場合、交流電圧印加による誘電効果がもたらす発熱が高温に達する可能性がある。その場合には、電極３３ａにヒートシンク等の放熱機構を設け、発熱を発散させる構成を設けると良い。誘電体３４の厚さについては、薄い方が放電し易い。ただし、後述する電源３５の印加電圧と誘電体３４の絶縁耐力との兼ね合いを考慮する必要がある。また、電極３３ａとしての耐久性・機械的な強度も考慮した上で、誘電体３４の厚みを決定する。

以上の条件を考慮すると、誘電体３４の材料としては、ガラス（εｒ：３～１０、ｔａｎδ：０．００３）、ポリエチレン（εｒ：２～２．５、ｔａｎδ：～０．０００５）、ポリプロピレン（εｒ：２～２．３、ｔａｎδ：～０．０００５）、ポリテトラフルオロエチレン（εｒ：２．０、ｔａｎδ：～０．０００２）、アルマイト（蓚酸アルマイト；εｒ：６～１０、ｔａｎδ：～０．００１）や窒化ケイ素（εｒ：７～８、ｔａｎδ：０．０００５）等のセラミックスを用いることができる。

（電極の構成例）
電極３３ａは、必ずしも平板状である必要はなく、金属膜により形成しても良い。例えば、誘電体３４として十分な強度を有するように２～３ｍｍ程度のガラス板やセラミック板を用い、この上に電極３３ａとして５０μｍ程度の金属層を蒸着することができる。蒸着する金属としては、例えばニッケルやチタンとすると良い。特にガラスとニッケルは相性が良く、ニッケル層に孔等が生じないように均一に蒸着することができるので良い。また、誘電体にコバール封着ガラスを用いてコバールと溶着することも可能である。

また、誘電体３４として、φ７５ｍｍ（または７５ｍｍ×７５ｍｍ）厚さ１ｍｍ程度の窒化ケイ素基板およびアルミナジルコニア基板などを用い、この上に電極３３ａとして、φ４０～５０ｍｍ厚さ０．１μｍ～１μｍ以下のチタンや銅による金属層をスパッタリングにより形成しても良い。電極３３ａをスパッタリングで形成する場合には、誘電体３４に対し０．１μｍ～１μｍ以下の下地層を設け、その下地層の上に電極３３ａとしての金属層を設ける構成としても良い。なお、誘電体３４、下地層、電極３３ａである金属層を合わせて、電極として捉えることができる。

誘電体３４に対し、電極３３ａをスパッタリングにより形成すると、成膜された層の誘電体３４に対する密着力が向上し、膜応力も高くすることができる。下地層としては、誘電体３４との密着性が高い、チタン、パラジウム、ニッケル、クロムをスパッタリングにより形成することが好ましい。下地層を形成することにより、誘電体３４に対する電極３３ａとしての金属層の密着度がさらに向上される。なお、電極３３ａと下地層の厚みの合計を０．２～１μｍ以下とすると、電極３３ａが軽量化されて良い。また、電極３３ａと下地層の厚みの合計を０．２～０．５μｍとすることが好ましい。合計０．２～０．５μｍの薄膜を形成する場合には、電極性能を維持しつつも、スパッタリングにかかる時間が短縮される。よって、製造工数削減により、電極がより低コストで製造される。

（接地極）
接地極３３ｂは、プラズマ処理タンク３２の下部側に配置されている。図３の例では、プラズマ処理タンク３２は樹脂で形成されており、接地極３３ｂは、プラズマ処理タンク３２に貯留された水１１中に水没する位置に設けられている。誘電体バリア放電の放電電流は、水１１中を経由して接地極３３ｂに流れる構造とする。

接地極３３ｂの材質は金属であれば良く、その形状も自由に変更可能である。ただし、誘電体バリア放電の放電電流を確実にアースに導くことができるように構成する。プラズマによって生成する硝酸の影響により、水１１はｐＨ３程度となることが実験から明らかとなっている。そのため、プラズマ処理タンク３２の水１１中に接地極３３ｂを水没させる場合、耐腐食性に優れ、比較的硝酸系の酸にも耐力がある金属として、例えばステンレスを用いると良い。

なお、プラズマ処理タンク３２を金属にて形成した場合には、プラズマ処理タンク３２をアースに接続することでプラズマ処理タンク３２に接地極３３ｂの機能を持たせることができて良い。すなわち、プラズマ処理タンク３２の水１１中に配置される接地極３３ｂは、プラズマ処理タンク３２そのものを含む。ただし、プラズマ処理タンク３２が金属で形成されている場合、水１１の水面から気相側に露出したプラズマ処理タンク３２の内壁面が、電極３３ａと著しく近くなると、プラズマ処理タンク３２の内壁面に向かう火花放電が発生することが考えられる。

そのため、図４に示すように、電極３３ａの側面とプラズマ処理タンク３２の内壁面との間に、所定の距離を確保すると良い。この距離は、電極３３ａへの印加電圧、誘電体３４の厚み、および減圧チャンバ３１の気圧により異なるが、空気の絶縁が１ｃｍあたり３０ｋＶであることを考慮すると、５０ｍｍ以上確保することで火花放電を防止できる。また、プラズマ処理タンク３２の内壁面の気相に露出する部分を、樹脂コーティング３２ｄを用いて絶縁被覆しても良い。

（電源）
図３に示す通り、電源３５は、電極３３ａに誘電体バリア放電発生用の交流電圧を印加する高圧電源である。電源３５は、交流の周波数が２０ｋＨｚ程度、印加電圧が１０～２０ｋＶ_０－p（２～３ｋＶ／ｃｍ）程度、電源容量は１００Ｗ以下のものを用いることができる。電源３５は、５～５０ｍＬの水１１をプラズマ処理する際に、１分程度の短時間でプラズマ除菌水の除菌力のピークが得られる電源を適宜選択すればよい。電源３５は、減圧チャンバ３１の外部に設けられ、電極３３ａに接続される。

電源３５の回路構成は、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚの正弦波、三角波、パルス波で、１０～２０ｋＶ_０－p（２～３ｋＶ／ｃｍ）程度の交流電圧が発生できるものであれば良い。印加電圧は高い方が処理効率は高くなるが、減圧チャンバ３１において気相部が５０ｋＰａ以下の極低真空に減圧されていることから、１０ｋＶ_０－p（２～３ｋＶ／ｃｍ）程度の印加電圧でプラズマを進展させることができる。

ここで、電源３５は、被処理水１Ｌに対して、１０Ｗｈ以上、より好ましくは２０Ｗｈ以上の電力を投入するように構成されている。例えば、３Ｌの被処理水を１８０Ｗで２０分処理することで、被処理水１Ｌに対して２０Ｗｈの電力を投入することができる。なお、同じ電力量を投入する場合、電力と投入時間が異なっても、トータルの投入電力量が同じであれば、同様の除菌効果が得られる。本実施形態のプラズマ除菌水生成装置Ａでは、１０Ｗｈ／Ｌ以上の電力を投入すれば、除菌効果を持つプラズマ処理水が生成される。投入する電力を２０Ｗｈ／Ｌ以上とすることで、生成されたプラズマ除菌水の除菌効果が向上される。投入電力量は、電源系統に電力計を搭載すればモニタリング可能である。

電源３５の一例として、レシップエルピー社製のインバータネオントランス（αネオンＭ５）を用いることができる。その場合、電圧１８ｋＶｐ－ｐ（Ｍａｘ）、周波数約２０ｋＨｚ、６０～７０Ｗで誘電体バリア放電を発生し、１分間で５０ｍＬのプラズマ除菌水が生成される。この時、インバータネオントランスのＡＣ１００Ｖ入力にＤＣ１４１Ｖを入力することで、通常（ＡＣ１００Ｖ入力時）大きく変動する電圧のｐ－ｐ値を、Ｍａｘ値である１８ｋＶｐ－ｐのまま変動させずに発振し得るため、水１１への電力量投入時間が短縮される。

［２．プラズマ除菌水生成工程］
以上のような構成を有するプラズマ除菌水生成装置Ａは、図５に示す通り、以下の工程によりプラズマ除菌水を生成する。
（１）水１１の予冷却工程
（２）プラズマ処理タンク３２に対する水１１の供給工程
（２）減圧チャンバ３１の減圧工程
（３）誘電体バリア放電によるプラズマ処理工程
（４）減圧チャンバ３１の大気圧開放工程
（５）プラズマ除菌水の供給工程

（水の予冷却工程）
水１１の予冷却工程では、原水カートリッジ１側から供給された水１１が、例えば１５℃以下となるように、冷却機構２により冷却される。上述の通り、水１１を１５℃以下に冷却するのは、プラズマ処理部３３においてプラズマ処理される水１１の温度を１５℃以下とすることで、除菌因子の分解が抑制され生成されるプラズマ除菌水の除菌効果を向上することができるからである。

（水の供給工程）
水１１の供給工程では、プラズマ処理タンク３２に予冷却された水１１を５～５０ｍＬ供給する。すなわち、制御装置からの制御信号により、プラズマ処理タンク３２のバルブ３２ａが開状態となる。バルブ２３ａが開放されることにより、冷却タンク２１に接続されたプラズマ処理タンク３２の給水管Ｓを介して、プラズマ処理タンク３２に水１１が供給される。プラズマ処理タンク３２に所定量の水１１が供給された時点で、制御装置からの制御信号によりバルブ２ａは閉状態に戻される。

（減圧工程）
減圧工程では、減圧チャンバ３１の内部の気体を排出し減圧状態とする。すなわち、制御装置からの制御信号により、減圧チャンバ３１のバルブ３１ｂが開状態となる。バルブ３１ｂが開放されると、制御装置からの制御信号により、減圧ポンプ３１ａが稼働する。減圧ポンプ３１ａは、減圧チャンバ３１が極低真空状態となるまで、減圧チャンバ３１の内部の気体を吸引して排出する。ここでは極低真空とは、減圧度が５０ｋＰａ以下の状態を示す。制御装置は、減圧チャンバ３１が極低真空状態となった後に、減圧ポンプ３１ａを停止しバルブ３１ｂを閉状態とする。

（プラズマ処理工程）
プラズマ処理工程では、誘電体３４が被覆された電極３３ａと、被処理水の水面との間の空間に、誘電体バリア放電によりプラズマを生成する。すなわち、電極３３ａに電源３５からの高電圧が印加されると、水１１の水面と誘電体３４との間の空間に、プラズマが生成される。水１１が、接地極３３ｂと導通していることから、水１１の水面と誘電体３４との間の空間にプラズマが生成される。この気相において生成されたプラズマにより、水１１においてラジカル類が生成され、プラズマ除菌水が得られる。

（大気圧開放工程）
大気圧開放工程では、減圧チャンバ３１の減圧を大気圧に開放する。すなわち、制御装置からの制御信号により、減圧チャンバ３１のバルブ３１ｂを開状態とする。

（プラズマ除菌水供給工程）
プラズマ除菌水供給工程では、生成されたプラズマ除菌水を注出口Ｔを介して除菌対象に供給する。すなわち、制御装置からの制御信号により、プラズマ処理タンク３２のバルブ３２ｂが開状態となる。バルブ３２ｂが開放されると、制御装置からの制御信号により、送液ポンプ３２ｃが稼働する。送液ポンプ３２ｃは、プラズマ処理タンク３２に貯留されているプラズ除菌水が所定量排出されるまで、プラズマ処理タンク３２の内部のプラズマ除菌水を吸引して排出する。そして、所定量のプラズマ除菌水が排出されたときに、制御装置からの制御信号によりバルブ３２ｂは閉状態に戻される。

［３．実験］
（プラズマ除菌水による掌の除菌試験）
プラズマ除菌水生成装置Ａが生成したプラズマ除菌水の除菌効果を検討するために、実際の人の掌の常在菌に対する除菌試験を行った。実験は、掌型の培地によるコンタクトプレート法（ハンドぺたんチェック）を用いて行った。未洗浄の掌をコントロールとした。プラズマ除菌水が掌全体に接触するように、プラズマ除菌水に一瞬浸して揉み込んだものをサンプル１とした。市販のアルコールスプレーを１プッシュして揉み込んだものをサンプル２とした。また市販のアルコールジェル（指定医薬部外品）を１プッシュして揉み込んだものをサンプル３とした。これらのコントロールおよびサンプル１～３について、培地の一般生菌数を比較した。

図６に、ハンドぺたんチェックによる除菌試験の結果を示す。図６に示す通り、プラズマ除菌水を適用したサンプル１の一般生菌数は、未洗浄の掌を接触させたコントロールと比較して明らかな菌数の減少が確認できた。さらに、サンプル１を、市販のアルコール除菌剤を用いたサンプル２およびサンプル３と比較すると、プラズマ除菌水生成装置Ａが生成したプラズマ除菌水の除菌効果は、アルコール除菌剤と同等またはそれ以上であることが明らかになった。

（プラズマ除菌水の安全性）
プラズマ除菌水生成装置Ａが生成するプラズマ除菌水の安全性に関しては、急性経口毒性試験（ＯＥＣＤ４２０準拠）において異常なし、皮膚一次刺激性試験（ＯＥＣＤ４０４準拠）において無刺激性、眼刺激性試験（ＯＥＣＤ４０５準拠）において無刺激性であることを確認済みである。すなわち、人が誤って誤飲したり、手に触れたり眼に入ったりしても安全であることが立証された。

（プラズマ除菌水の含有成分とｐＨ）
プラズマ除菌水生成装置Ａが生成したプラズマ除菌水について、含有成分とｐＨの測定を行った結果を表１に示す。

表１からも明らかな通り、プラズマ除菌水生成装置Ａが生成するプラズマ除菌水は、ｐＨが３．５５～４．２７と、人の掌と同じｐＨ帯の弱酸性であった。プラズマ除菌水は、アルコール系除菌剤が有する脱脂作用もなく、手荒れの心配がないことが分かった。

(プラズマ除菌水の寿命)
プラズマ除菌水生成装置Ａが生成したプラズマ除菌水の除菌効果の寿命を確かめる実験を行った。実験に用いたプラズマ除菌水として、５℃に予冷却した純水（２サンプル）、１０℃に予冷却した純水（２サンプル）、１５℃に予冷却した純水（２サンプル）、常温（２５℃）の純水（１サンプル）を、それぞれ５０ｍＬ用いて生成した。減圧チャンバ３１の減圧度は５０ｋＰａ（ａｂｓ）とし、電源の交番周波数を２０ｋＨｚ、印加電圧を１０ｋＶ０－p（１８ｋＶｐ－p）にて発生させた正弦波により誘電体バリア放電を発生させた。電圧の印加時間、すなわちプラズマの処理時間は、１分とした。

実験は、濃度約１０^８ＣＦＵ/ｍＬに調整した大腸菌（ＡＴＣＣ１３７０６）懸濁液１ｍＬを採取したアンプルを複数用意して行った。アンプルに対して各温度の純水を９ｍＬ添加して１０倍希釈し、濃度約１０^８ＣＦＵ/ｍＬのコントロール検体とした。また、異なるアンプルに各温度のプラズマ除菌水を９ｍＬ添加して１０倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、プラズマ処理後１分が経過したプラズマ除菌水、プラズマ処理後５分が経過したプラズマ除菌水、プラズマ処理後１０分が経過したプラズマ除菌水、プラズマ処理後１５分が経過したプラズマ除菌水の４種のプラズマ除菌水を用いて各試験検体を作成した。なお、プラズマ除菌水の放置温度は室温（約２５℃）であった。コントロール検体と４種の試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。

コロニー数をカウントした結果を図７に示す。図７より、プラズマ処理後1分が経過したプラズマ除菌水を用いた試験検体の生菌数は、コントロール検体に対して５～６桁減少しており、プラズマ処理を行った水の温度に関わらず、生成直後のプラズマ除菌水が強力な除菌力を有していることが分かった。次に、プラズマ処理後５分が経過したプラズマ除菌水を用いた試験検体では、プラズマ処理を行った水の温度が１５℃以下であれば、３～５桁除菌できており十分な除菌力を有することが分かった。ただし、プラズマ処理を行った水の温度が２５度の場合には、５分後には１桁未満の除菌となっており、除菌力が大幅に低下していることが分かった。

さらに、プラズマ処理後１０分および１５分が経過したプラズマ除菌水を用いた試験検体では、全ての温度において１桁未満の除菌となっており、除菌力が大幅に低下していることが分かった。以上の結果より、プラズマ処理される水を１５℃以下に予冷却することで、２５℃程度の常温雰囲気下であれば、プラズマ除菌水の高い除菌力を生成後５分間保持したまま保管可能となることが分かった。

［４．作用効果］
以上のような本実施形態のプラズマ除菌水生成装置Ａの作用効果は、以下のとおりである。
（１）供給された水１１を所定の温度に予冷却する冷却機構２と、水１１を貯留し、減圧可能に構成されたプラズマ処理部３と、プラズマ処理部３の内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプ３１ａと、プラズマ処理部３に貯留された水１１の水面上方に位置するように設けられ平板状の電極３３ａと、平板状の電極３３ａの下面側に設けられ、プラズマ処理部３に貯留された水１１の水面と空間を介して対向する誘電体３４と、前記プラズマ処理部に貯留された前記水中に位置するように設けられた接地極３３ｂと、電極３３ａに交流電圧を印加する電源３５と、を有する。

以上の構成により、プラズマ処理に供される水１１が予め所定の温度に冷却される。水１１を予冷却することにより、高い除菌力を有するプラズマ除菌水が生成可能と共に、生成されたプラズマ除菌水の効果を生成後維持することができる。また、冷却機構２により水１１を予冷却する構成とすることで、プラズマ処理部３に熱交換器を設ける場合と比較して、プラズマ除菌水生成装置Ａの構成が簡素化されるため、装置の小型化と低コスト化が達成される。

（２）水１１を貯留する原水カートリッジ１を有し、原水カートリッジ１から水１１が冷却機構２に供給されるように構成される。

水１１を貯留する原水カートリッジ１を設けることで、水１１の供給源が無い設置環境においても、プラズマ除菌水を生成することが可能となる。また、水１１の供給源に併せて配管等を設置する必要がないため、装置が小型化される。

（３）冷却機構２が、供給された水１１を貯留する冷却タンク２１と、冷却タンク２１を冷却する冷却装置２１ａであり、冷却タンク２１で所定の温度に予冷却された水１１が、プラズマ処理部３に導入されるように構成される。

冷却機構２を冷却タンク２１とすることで、例えば冷却コンプレッサー方式の場合、２～３Ｌ以下の水量であれば、常温からでも３０分以内で５℃以下に冷却することが可能となる。したがって、簡易な構成で、比較的多量の水１１を確実に予冷却することができる。

（４）冷却機構２が、供給された水１１が流れる液冷ジャケット２２と、液冷ジャケット２２を冷却するペルチェ素子２２ａであり、液冷ジャケット２２で所定の温度に予冷却された水１１が、プラズマ処理部３に導入されるように構成される。

冷却機構２を液冷ジャケット２２とした場合、水１１をプラズマ処理部３に供給する配管経路において、水１１を冷却することが可能となる。したがって、プラズマ除菌水生成装置Ａをさらに小型化することが可能となる。

（５）冷却機構２は、プラズマ処理部３においてプラズマ処理される水１１の温度が１５℃以下となるように、水１１を予冷却する。

プラズマ処理される水１１を１５℃以下に予冷却することで、２５℃程度の常温雰囲気下であれば、プラズマ除菌水の高い除菌力を生成後５分間保持したまま保管可能となる。したがって、複数の消毒対象に対して、プラズマ除菌水の連続供給を行うことが可能となる。

（６）プラズマ処理部３においてプラズマ処理される水１１の処理量が５０ｍＬ以下である。

プラズマ処理量の上限を５０ｍＬとした場合、比較的安価かつ簡素化された装置構成のプラズマ除菌水生成装置Ａを用いて、約１分間という短時間でプラズマ除菌水を生成することが可能となる。よって、装置の小型化と低コスト化が実現可能となる。

（７）プラズマ処理部３は、貯留する水１１の水位が１０ｍｍ以下となるように構成される。

プラズマ処理中においては、誘電体バリア放電により水１１の水面に揺れが生じる。つまり、誘電体バリア放電が水１１の撹拌効果を有していると言える。水１１の水深が１０ｍｍ以下であれば、プラズマ処理中に自動的に水１１が攪拌されることとなり、均一かつ高い除菌力を有するプラズマ除菌水の生成が可能となる。

（８）電極３３ａおよび誘電体３４による誘電体バリア放電の放電面積が、プラズマ処理部３に貯留された水１１の水面面積の１５％以上となるように構成される。

誘電体バリア放電の発生面積を水面面積の１５％以上とすることで、プラズマ処理タンク３２に貯留される水１１の水位が１０ｍｍ以下であれば、誘電体バリア放電の攪拌効果により、貯留された水１１全量に対して十分なプラズマ処理が行うことができる。

［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態に係るプラズマ除菌水生成装置Ｂは、図８に示す通り、基本的には第１の実施形態と同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、特に、人が触れたり飛沫が付着し得る物体の表面を主な除菌対象としている。物体としては、例えば、テーブル、いす、ドアノブ、および仕切り板などが考えられる。

プラズマ除菌水を物体の表面の除菌に用いる場合、プラズマ処理部３における水１１の１回のプラズマ処理量の上限を５０ｍＬとすることが好ましい。この処理量は、１回当たり約５０ｍＬのプラズマ除菌水を除菌に用いることを想定している。水１１のプラズマ処理量は、プラズマ除菌水の除菌効果が十分に持続する保管時間等を検討の上、適宜変更することができる。以下の説明では、第２の実施形態特有の構成を説明し、プラズマ除菌水生成装置Ａと同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

プラズマ除菌水生成装置Ｂでは、１回のプラズマ処理量を考慮の上、冷却タンク２１の容量を数百ｍＬ～数Ｌとすることができる。同様に、プラズマ処理タンク３２は、例えば５０ｍｍＬの水１１を貯留できる程度の大きさを有する。本実施形態では、５０ｍＬの水１１に対して十分な除菌力を与えることができる構成を例として説明する。

電源３５についても、５０ｍＬの水１１をプラズマ処理する際に、１分程度の短時間でプラズマ除菌水の除菌力のピークが得られる電源を適宜選択すればよい。例えば、上記のインバータネオントランスを用いて、１分間で５０ｍＬのプラズマ除菌水を生成することを１サイクルとしても良い。プラズマ除菌水の供給方式は、１サイクルの生成量を上限（例えば５０ｍＬ）としたオンデマンド方式としてもよいし、２～３サイクル分（例えば１００ｍＬ～１５０ｍＬ）のプラズマ除菌水を生成しストレージする構成としても良い。

生成したプラズマ除菌水をストレージする場合には、保管タンク４を設けることができる。ただし、プラズマ除菌水が十分な除菌効果を持続する時間が生成後の保管時間の限界となる。保管時間経過後に保管タンク４およびプラズマ処理タンク３２内に残ったプラズマ除菌水は、排出する、又は配管Ｐを介して冷却機構２へ戻し、再利用する構成としても良い。配管Ｐはプラズマ処理タンク３２および保管タンク４のそれぞれに設けても良いし、共通の配管Ｐとすることもできる。配管Ｐには、適宜バルブや送液ポンプを設けて、プラズマ除菌水を冷却機構２に戻せるように構成すればよい。

保管時間を延長するためにも、保管タンク４に冷却機構４１を設け、保管中のプラズマ除菌水を低温（１０℃以下）に保つことで１０分～１５分程度の保管が可能となる。また、生成後のプラズマ除菌水の除菌効果をより長く持続するためには、プラズマ除菌水の保管温度を７℃以下とすることが好ましい。保管タンク４には、バルブ４２および送液ポンプ４３を有する供給配管Ｄが接続されている。これらの構成はプラズマ処理タンク３２に接続された供給配管Ｄに設けられたバルブ３２ｂおよび送液ポンプ３２ｃと同様とすることができる。

プラズマ除菌水生成装置Ｂにおいては、物体の表面の消毒に適した注出口Ｔを備えることが好ましい。例えば、注出口Ｔとしは、蛇口やスプレーノズルを用いることができる。このような注出口Ｔを介して、蛇口の操作、フットスイッチの押下、またはセンサによる消毒対象の感知を契機として、自動で所定量のプラズマ除菌水を供給する構成とすることもできる。

本実施形態では、注出口Ｔを介して物体表面にプラズマ除菌水を直接供給する以外にも、スプレーボトル等に一定量のプラズマ除菌水を充填し、スプレーボトルにより消毒対象にプラズマ除菌水を噴射することも想定している。注出口Ｔを介してスプレーボトルに自動充填するためにセンサを用いる場合には、スプレーボトルの接近を感知する光電方式、超音波方式、渦電流方式、画像認識方式のセンサを用いることができる。さらに、スプレーボトル（もしくは充填済みプラズマ除菌水）の静電容量を検知する静電容量式、スプレーボトル（もしくは充填済みプラズマ除菌水）の重量を検知する重量式のセンサを用いてもよい。

また、手動で注出口Ｔを操作して、スプレーボトルにプラズマ除菌水を充填する構成としても良い。手動充填用のスイッチとして、吐水／止水の押しボタンやウォーターサーバー等で用いられるプッシュレバーを採用できる。また、レバーやコック、蛇口ハンドル等を用いてもよい。

プラズマ除菌水生成装置Ｂでは、図８に示すように、注出口Ｔから供給された余剰分のプラズマ除菌水を回収するシンク５を設けることができる。シンク５には、排水口が設けられ、この排水口に配水管を接続し、除菌後のプラズマ除菌水を排出する構成としても良い。また、シンク５の上部に飛散防止フードを設け、プラズマ除菌水を除菌対象にスプレーした際の跳ね返り等のミスト・飛沫の飛散を防止することもできる。

なお、プラズマ除菌水生成装置Ｂが生成したプラズマ除菌水を、スプレーボトル等に充填することでプラズマ除菌水生成装置Ｂから離れた位置にある物体や、プラズマ除菌水生成装置Ｂまで移動できない大きな物体を除菌することが可能となる。その場合には、プラズマ除菌水を充填するスプレーボトルが保冷機能を有するものであることが好ましい。例えば、真空断熱機構の魔法瓶型のスプレーボトルやアルミ製等の熱伝導が高い本体に冷却剤を取り付けたものを用いると良い。

予め冷却剤がボトル底面やボトル周囲に充填された構造のスプレーボトルの場合、プラズマ除菌水を充填する前にスプレーボトルを冷凍庫で冷却しておくと、ボトル内で充填後のプラズマ除菌液が保冷されるため、除菌効果を維持することができる。または、汎用のスプレーボトルに、汎用のボトル冷却用冷却材や、食品冷却用の保冷剤を収めた汎用保冷ボトルカバーを装着しても良い。スプレーボトルは、金属製を用いることが好ましい。なお、スプレーボトルへの１回のプラズマ除菌水充填量は１００ｍＬ～１５０ｍＬを上限とし、使い切ってから再度充填する使用方法とすることで、冷却効果と併せて、プラズマ除菌水の除菌効果が維持される。

（プラズマ除菌水による物体表面の除菌試験）
プラズマ除菌水生成装置Ｂが生成したプラズマ除菌水の物体表面での除菌試験を行った。除菌試験は、濃度１０^６ＣＦＵ／ｍＬの大腸菌懸濁液を用いて行った。大腸菌懸濁液を、ガラス表面に３０μＬ滴下し広げたものに、プラズマ除菌水を１２０μＬ滴下後広げ、５分後寒天培地（ぺたんチェックＳＣＤ培地）と接触させ、１日培養した。同様にガラス表面に広げた大腸菌懸濁液に純水（ＤＷ）、水道水を滴下して培養を行った。除菌試験の結果を、図９に示す。純水（ＤＷ）では大腸菌懸濁液を広げた状態（コントロール）とほぼ変わらなかった。水道水を滴下した場合は２桁程度の除菌効果であった。プラズマ除菌水を滴下した場合は菌がほぼ検出されず、高い除菌効果を示すことが分かった。

次に、同じく大腸菌懸濁液（３０μＬ）を広げたガラス表面に、プラズマ除菌水をスプレーにより塗布する試験を行った。この除菌試験は、スプレーの場合、菌の存在箇所以外の表面や気中への拡散・浮遊によりロスが見込まれるため、適量が滴下に対して相対的に多くなることが予想されたため行った。除菌試験は、１プッシュで１００μＬのプラズマ除菌水を噴射するスプレーボトルを用いて、スプレーボトルを１プッシュ（１００μＬ）、２プッシュ（２００μＬ）、３プッシュ（３００μＬ）した場合の除菌効果を確認した。図１０に結果を示す。コントロールの濃度１０^６ＣＦＵ／ｍＬに対し、１プッシュで１桁程度の菌数減少、２プッシュで２桁以上の減少、３プッシュで菌がほぼ残存しない状態に除菌されることが確認された。すなわち、プラズマ除菌水を物体の表面にスプレーした場合であっても、塗布量の調節により、高い除菌効果を示すことが分かった。

（作用効果）
以上のような本実施形態のプラズマ除菌水生成装置Ｂは、上記実施形態に加え、以下のような作用効果を有する。
（１）プラズマ処理部３にて生成されたプラズマ除菌水をストレージする保管タンク４がさらに設けられている。

生成されたプラズマ除菌水を保管タンク４にストレージする構成とすることで、より多量のプラズマ除菌水を一度に供給することが可能となる。

（２）保管タンク４には、貯留されたプラズマ除菌水を冷却する冷却装置が設けられている。

保管タンク４に冷却装置を設け、保管中のプラズマ除菌水を低温に保つことで、プラズマ除菌水の除菌効果を維持しつつ、より長時間保管することが可能となる。

［その他の実施の形態］
（１）上記の実施形態では、注出口Ｔの近傍にセンサを配置し、注出口Ｔの近傍に消毒対象が位置したことを感知して自動で所定量のプラズマ除菌水を供給する構成を説明した。このようなセンサに加えて、さらに、使用者がプラズマ除菌水生成装置Ａ、Ｂに接近したことを感知するセンサを備えても良い。このようなセンサとしては、一般的に用いられる人感センサを用いて良く、建屋入り口の自動ドアとインターロックを取っても良い。使用者の接近をセンサが感知したことに基づいて、冷却機構２への水１１の給水および減圧チャンバ３１の減圧を開始するように制御することで、プラズマ除菌水を掌に供給するまでのトータル時間を短縮することが可能となる。

（２）減圧チャンバ３１と同等以上の容積で、減圧ポンプ３１ａが接続された減圧タンクを、バルブを介して減圧チャンバ３１に連結する構成としても良い。このように構成することで、使用者がいない装置のアイドリング状態の間等に、減圧タンクを減圧ポンプ３１ａで減圧することができる。プラズマ除菌水の生成を開始するタイミングで減圧チャンバ３１と減圧タンクの間のバルブを開放すると、瞬時に減圧チャンバ３１内を減圧状態にすることができる。これにより、減圧工程の時間をさらに省くことが可能となる。

（３）プラズマ除菌水生成装置Ａにおいて、送風機を設け、掌にプラズマ除菌水を供給した後に掌の水切り（ドライ）を行えるように構成しても良い。従来のハンドドライヤーは水滴飛散が感染症の感染源となる可能性から使用されない場合が多いが、プラズマ除菌水生成装置Ａではプラズマ除菌水を用いて掌を除菌するため、水滴による感染の可能性は低く、水切り機構部分を清潔に保つことができる。

（４）上記実施形態では、保管タンク４を設けて生成済みのプラズマ除菌水をストレージすることで、プラズマ除菌水生成装置Ｂがプラズマ除菌水を連続供給可能に構成する例を紹介した。ただし、プラズマ除菌水の連続供給は、図１１に示す通り、プラズマ除菌水生成装置Ｂに２つのプラズマ処理部３Ａおよび３Ｂを設け、プラズマ処理部３Ａおよび３Ｂが交互にプラズマ除菌水を供給することにより実現しても良い。一つのプラズマ除菌水生成装置Ｂに設置するプラズマ処理部の数は２つに限定されず、それ以上であっても良い。また、プラズマ処理部３Ａとプラズマ処理部３Ｂで、減圧ポンプ３１ａを共有する構成とすることもできる。なお、複数のプラズマ処理部を設けた場合であっても、保管タンク４を設けて生成されたプラズマ除菌水をストレージする構成としても良い。保管タンク４も２つ以上設けることもできる。

（５）プラズマ除菌水生成装置Ｂを衛生に保つためにも、装置Ｂの配管系を洗浄する洗浄モードを搭載しても良い。また、シンク５の内面に定期的にプラズマ除菌水をスプレーして洗浄・除菌する機構を備えることもできる。配管系、およびシンク５内の洗浄・除菌は、予め設定された時間に新規に生成したプラズマ除菌水を流す構成としても良い。また、保管タンク４内、プラズマ処理タンク３２内に残った保管時間限界内のプラズマ除菌水を利用し装置の配管系およびシンク５を洗浄する構成とすることもできる。

（６）上記実施形態では、人の手指の消毒を対象とするプラズマ除菌水生成装置Ａと、物体の表面の消毒を対象とするプラズマ除菌水生成装置Ｂについて説明した。ただし、プラズマ除菌水生成装置Ａの構成およびプラズマ除菌水生成装置Ｂの構成は、必要に応じて自由に組み合わせることができる。すなわち、プラズマ除菌水生成装置Ａに複数のプラズマ処理部３Ａおよび３Ｂ、保管タンク４、シンク５等を適宜設けることができる。また、プラズマ除菌水生成装置ＡおよびＢは、人の手指消毒と物体の表面の消毒の双方を対象とするプラズマ除菌水生成装置として捉えることもできる。すなわち、プラズマ除菌水生成装置ＡおよびＢは除菌対象によって限定されるものではない。

（７）上記実施形態に記載した投入電力量を用いたプラズマ除菌水生成装置Ａ、Ｂの制御は、被処理水の水量と電力に基づいて制御装置が電圧印加時間を算出して制御する構成としても良い。上記実施形態では制御装置はプラズマ除菌水生成装置Ａ、Ｂに内蔵されていることを想定しているが、外部の制御装置がプラズマ除菌水生成装置Ａ、Ｂに接続されている構成としても良い。制御装置は、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって、若しくは専用の電子回路によって実現できる。なお、被処理水の水量、投入電力量および電圧印加時間は、ユーザが入力する構成とすることもできる。

Ａ、Ｂ プラズマ除菌水生成装置
１ 原水カートリッジ
１１ 水
１２ ポンプ
２ 冷却機構
２１ 冷却タンク
２１ａ 冷却装置
２２ 液冷ジャケット
２２ａ ペルチェ素子
３、３Ａ、３Ｂ プラズマ処理部
３１ 減圧チャンバ
Ｅ 排気ダクト
３１ａ 減圧ポンプ
３１ｂ バルブ
３２ プラズマ処理タンク
Ｓ 給水管
３２ａ バルブ
Ｄ 供給配管
３２ｂ バルブ
３２ｃ 送液ポンプ
３２ｄ 樹脂コーティング
３３ａ 電極
３３ｂ 接地極
３４ 誘電体
３５ 電源
４ 保管タンク
４１ 冷却機構
４２ バルブ
４３ 送液ポンプ
Ｔ 注出口
５ シンク

Claims (10)

1. 供給された水を所定の温度に予冷却する冷却機構と、
   前記水を貯留し、減圧可能に構成されたプラズマ処理部と、
   前記プラズマ処理部の内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプと、
   前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面上方に位置するように設けられた平板状の電極と、
   前記平板状の電極の下面側に設けられ、前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面と空間を介して対向する誘電体と、
   前記プラズマ処理部に貯留された前記水中に位置するように設けられた接地極と、
   前記電極に交流電圧を印加する電源と、を有するプラズマ除菌水生成装置。
2. 前記水を貯留する原水カートリッジを有し、前記原水カートリッジから前記水が前記冷却機構に供給されるように構成される請求項１記載のプラズマ除菌水生成装置。
3. 前記冷却機構が、供給された前記水を貯留する冷却タンクと、前記冷却タンクを冷却する冷却装置であり、
   前記冷却タンクで所定の温度に予冷却された前記水が、前記プラズマ処理部に導入されるように構成された請求項１又は２記載のプラズマ除菌水生成装置。
4. 前記冷却機構が、供給された前記水が流れる液冷ジャケットと、前記液冷ジャケットを冷却するペルチェ素子であり、
   前記液冷ジャケットで所定の温度に予冷却された前記水が、前記プラズマ処理部に導入されるように構成された請求項１又は２記載のプラズマ除菌水生成装置。
5. 前記冷却機構は、前記プラズマ処理部においてプラズマ処理される前記水の温度が１５℃以下となるように、前記水を予冷却する請求項１～４いずれか一項記載のプラズマ除菌水生成装置。
6. 前記プラズマ処理部においてプラズマ処理される前記水の処理量が５０ｍＬ以下である請求項１～５いずれか一項記載のプラズマ除菌水生成装置。
7. 前記プラズマ処理部は、貯留する前記水の水位が１０ｍｍ以下となるように構成される請求項１～６いずれか一項記載のプラズマ除菌水生成装置。
8. 前記電極および前記誘電体による誘電体バリア放電の放電面積が、前記プラズマ処理部に貯留された前記水の水面面積の１５％以上となるように構成される請求項７記載のプラズマ除菌水生成装置。
9. 前記プラズマ処理部にて生成されたプラズマ除菌水をストレージする保管タンクがさらに設けられている請求項１～８いずれか一項記載のプラズマ除菌水生成装置。
10. 前記保管タンクには、貯留された前記プラズマ除菌水を冷却する冷却装置が設けられている請求項９記載のプラズマ除菌水生成装置。
    
    

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