JP4798635B2 - プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法に関し、特に細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。

従来より洗浄やエッチング、成膜等を行うのにプラズマを利用して行う方法が知られている。

特許文献１には、ヘリウムガスを使用することなく大気中で安定した放電を行うべく、反応ガスを供給する反応管と、反応管を挟んで対向配置され反応ガスに作用する第１，第２の電極とを備え、第１，第２の電極に高周波電力を供給して反応ガスを励起し、発生させたプラズマで被処理基板を処理するプラズマ処理装置が開示されている。

特許文献２には、処理の際のガス雰囲気を問わず、大気圧近傍の圧力下で均一な放電プラズマを発生させるため、対向電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、対向電極間にパルス化された電界を印加する技術が開示されている。

特許文献１に開示されている技術は反応管中を流れる反応ガスをプラズマにして、そのプラズマを反応管から被処理物に噴射させるものであり、特許文献２に開示されている技術は、第２電極板上に載せられた被処理物の表面処理を行うものであり、いずれも比較的大きな装置を前提としている表面処理の技術である。

一方、プラズマを滅菌や殺菌に用いる研究も進められている。従来の医療用滅菌方法として、高圧蒸気滅菌、酸化エチレンガス滅菌、放射線滅菌とともに過酸化水素ガスプラズマ滅菌が実際に行われているが、これらは高温であったり、用いるガス（酸化エチレンガス）が危険なものであったり、大気下での使用ができないものであったり、脱気に１週間以上かかったりするなどの問題があった。このような問題を解決するとともに、現在では実用的な滅菌方法がほとんど見当たらない細管内の滅菌を行うために、特許文献３〜５には細管内用のプラズマ滅菌装置が開示されている。
特開２００２−１８４７５９号公報 特開平１０−１５４５９８号公報 特開２００３−１３５５７１号公報 特開２００３−２１０５５６号公報 特開２００５−４６２６４号公報

特許文献１，２に記載されている技術は比較的大きな装置を前提としており、また、表面処理を目的としているので、細管内の滅菌に応用することは非常に困難である。

特許文献３〜５に記載されている技術は細管内用のプラズマ滅菌装置の技術ではある。しかしながら、特許文献３に記載の技術では、管内にガスを導入してから管内にプラズマ発生器を挿入して滅菌を行うが、プラズマ発生器は複数の電極と誘電体ベースからなるのであまり小さくすることができず、数ｍｍ以下の管径の細管内の滅菌には使用できないという課題がある。特許文献４に記載の技術では、管内に放電部を挿入してその放電部を移動させるのであるが、放電部が針状電極と面状電極とを有しているので内径が数ｍｍよりも小さい管内に挿入することは非常に困難であり、細い管に用いることができないという課題がある。特許文献５に記載の技術では、放電プラズマにより滅菌作用を有する化学的活性種を形成して、それを管内に導入するため、管が長いと途中で活性が消失して滅菌効果が消滅したり、管全体を殺菌するのに非常に長時間かかってしまうという課題がある。

また、細管内の表面処理をプラズマを用いて行おうとする場合も、特許文献１〜５に記載されている技術では、同様の理由で管径が数ｍｍ未満の細管には適用することができないため、径が数ｍｍ以下の細管の空孔内をプラズマを用いてエッチング等の表面処理することは従来はできなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、管径が小さい細管内に確実にかつ簡便にプラズマを発生させる方法及び装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプラズマ発生装置は、細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、前記細管の空孔内に挿入されてプラズマを発生させる第１の電極と、前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備えた構成を有している。このような構成を有していると、誘電体バリア放電などの放電によって絶縁体または誘電体からなる被覆の表面にプラズマが発生する。細管の内径に応じて導電性部材の径と被覆の厚みを調整すればよく、細管の内径が数ｍｍ以下（例えば３ｍｍ以下）であっても細管の空孔内にプラズマを発生させることができる。第１の電極の扱いやすさを考えると、細管内径は、０．０５ｍｍ以上が好ましい。

ある好適な実施形態において、前記細管の外側に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される第２の電極をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の外側に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される接地電極をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の空孔内に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される第２の電極をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の空孔内に設置されるとともに、電気的にフローティング状態である第２の電極をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の空孔内に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される接地電極をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の空孔内にガスを流入させるガス流入部材をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記細管の空孔内の気体を除去する気体除去部材をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記プラズマによって前記細管の内壁の表面処理を行う。

ある好適な実施形態において、前記プラズマによって前記細管の空孔内の滅菌を行う。

本発明の第１のプラズマ発生方法は、細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記細管の空孔内に絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極を挿入する電極挿入工程と、前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の外側に置かれた第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の外側に置かれた接地電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の管壁内部に設置された第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の空孔内に置かれた第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。

ある好適な実施形態において、前記電極挿入工程では、前記細管の空孔内に電気的にフローティング状態である第２の電極をさらに挿入する。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の空孔内に置かれた接地電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記細管の空孔内にガスを流入させる。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内にガスを流入させる工程をさらに含む。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内から気体を除去する工程をさらに含む。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の内壁の表面処理を行う。

ある好適な実施形態において、前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の空孔内の滅菌を行う。

本発明の第２のプラズマ発生方法は、絶縁体また誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する細管の外側および空孔内の少なくとも一方にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記細管の外側に電極を設置する電極設置工程と、前記電極と前記導電体との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の外側および空孔内の少なくとも一方にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。

本発明の第３のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記細管の空孔内に電極を設置する電極設置工程と、前記導電体に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。

本発明の第４のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記細管の空孔内に電極を設置する電極設置工程と、前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。

絶縁体または誘電体からなる被覆を有する第１の電極を細管に挿入してプラズマを発生させるので、内径が数ｍｍ以下の細管内であってもプラズマを発生させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
実施形態１のプラズマ発生装置を図１に示す。このプラズマ発生装置は、細管１０の空孔内にプラズマを発生させる装置であり、細管１０の空孔内に挿入される（図１では既に挿入されている）第１の電極３０と、細管１０の外側に設置されている第２の電極２０と、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加する電源４０とを備えている。

第１の電極３０は、図２に示すように導電性部材３１の表面に絶縁体または誘電体からなる被覆３２が施されている構成を有している。導電性部材３１は金属やカーボン、有機導電性材料など導電性を有していればどのようなものであっても構わない。本実施形態では銅線としている。

被覆３２を構成する絶縁体は、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂などの電気絶縁性のポリマー、あるいはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のような電気絶縁性の無機物などを挙げることができる。また、被覆３２を構成する誘電体としては、チタン酸バリウムなどの誘電率が高い物質を挙げることができる。本実施形態ではフッ素樹脂であるテフロン（登録商標）により被覆３２を形成した。

ここで仮定として被覆３２がない場合を考えると、導電性部材３１の特定部位に放電が集中してしまい、プラズマ発生箇所が当該特定部位の周辺のみとなって細管１０の空孔内全体にプラズマが生じなかったり、細管１０が放電により破壊されてしまう可能性が非常に高い。

また、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加して第１の電極３０の周囲にプラズマを発生させると第１の電極３０の温度が上がるため、導電性部材３１および被覆３２は耐熱性が高いもの、具体的には５０℃で１時間保持したときに劣化しないものが好ましい。耐熱性の点からは、導電性部材３１は金属やカーボン等が好ましく、被覆３２はフッ素樹脂やポリイミド樹脂、ＤＬＣ、チタン酸バリウムなどが好ましい。

細管１０の材質はどのようなものでも構わない。ただ、細管１０の絶縁性が高いほど第１の電極３０と第２の電極２０との間に高い電界を印加することができ、結果としてプラズマが容易に発生するようになる。

第２の電極２０は接地線５０により接地されている接地電極であり、電源４０と接続線６０により接続されている。第２の電極２０の形状や材質は特に限定されない。例えば、第２の電極２０の形状は、平板状、円筒状、メッシュ状あるいはワイヤ状など、どのようなものであってもよい。第２の電極２０の材質は、金属、カーボンあるいは有機導電材料など導電性であればどのようなものでもよい。さらに第２の電極２０の表面は絶縁体で覆われていても構わない。本実施形態では金属板の表面に絶縁体を被覆したものを第２の電極２０とした。

電源４０は交流電圧あるいはパルス電圧を印加するものであるが、第１の電極３０の形状や材質、長さなど、細管１０の材質や厚みなど、第１の電極３０と第２の電極２０との距離、第１の電極３０の周囲のガス種や温度等々でプラズマが発生するかしないかということ及びプラズマの強度が大きく影響されるため、また、プラズマの発生にとって重要なのは印加電圧ではなく第１の電極３０の周囲の電界強度であるため、交流電圧あるいはパルス電圧の周波数や電圧の大きさは特に限定されない。パルス電圧は図３に示すように、極性の変わる（＋から−、または−から＋）パルス、あるいは０Ｖから立ち上がるパルスが好ましく、パルス電圧が時間的に連続して供給されるとプラズマが連続して発生するので、好ましい。このように連続して供給されるパルス電圧は、方形波の交流電圧とも言える。

なお、電源４０の周波数や電圧は特に限定されないと上で述べたが、周波数は０．１Ｈｚ〜１００ＭＨｚが電源装置として実用上好ましく、プラズマの発生しやすさを考慮すると５０Ｈｚ〜１ＭＨｚが好ましい。電圧は、１Ｖ〜５００ｋＶがプラズマが発生し易くで好ましく、装置の扱いやすさの点で１Ｖ〜１００ｋＶが好ましい。また、電源４０にｙり交流電圧またはパルス電圧が第１の電極３０に印加された際の第１の電極３０近辺の電界強度は、１０^５Ｖ／ｍ以上１０^１０Ｖ／ｍ以下が好ましい。

次に本実施形態のプラズマ発生装置を用いたプラズマを発生させる方法を説明する。

まず、例えばカテーテルのような細管１０に線状である第１の電極３０を挿入する。細管１０がＰＶＣやポリウレタン、シリコーン、テフロン（登録商標）のような柔軟性のある材質からなる場合は、細管１０は比較的自由に曲げられるが、第１の電極３０も銅線（導電性部材）３１とテフロン（登録商標）被覆３２からなるので、細管１０の曲がりに応じて第１の電極３０も曲がって挿入されていく。

プラズマを発生させたい領域の全てに第１の電極３０が挿入されたら、第１の電極３０が挿入された状態の細管１０を第２の電極２０の上に置く。この時図１に示すように細管１０を真っ直ぐにして第２の電極２０上に置いてもよいが、第２の電極２０の大きさ（面積）に比べて細管１０が長い場合は、細管１０を湾曲させて第２の電極２０の上に載せても構わない。

それから、第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。細管１０を第２の電極２０の上に真っ直ぐに置いた場合は、第１の電極３０と第２の電極２０との距離が、第２の電極２０上では第１の電極３０の長さ方向においてどこでもほぼ一定になるし、細管１０を湾曲させておいた場合も同様に第１の電極３０と第２の電極２０との距離は第１の電極３０の長さ方向においてどこでもほぼ一定になるので、発生する電界強度は第１の電極３０の長さ方向においてほぼ一定になる。従って、第１の電極３０の長さ方向において連続してほぼ一定のプラズマが発生する。なお、プラズマの発生度合いは第１の電極３０周囲の発光度合いや、第１の電極３０の長さ方向における単位長さあたりの放電電流によって判断することができる。プラズマの発光度合いは、細管１０が透光性を有していれば目視により容易に確認できる。この場合、細管１０が透明ではなくても、プラズマが発する光を数％以上透過させれば目視による確認は可能である。

これまで説明したように、本実施形態では絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材３１を備えた第１の電極３０を細管１０の空孔内に挿入し、この第１の電極３０に交流電圧またはパルス電圧を印加させてプラズマを発生させるので、第１の電極３０を小さくしたり細くすることで、細管１０の内径が小さくなっても空孔内でプラズマを発生させることが可能である。例えば導電性部材３１に０．０８ｍｍの銅線を用い、被覆３２として厚み０．０１ｍｍのテフロン（登録商標）を用いれば、内径が０．１ｍｍよりも大きい細管１０であればこの第１の電極３０を挿入することが可能である。このように内径が小さい細管１０には、特許文献４に記載のプラズマ発生装置を挿入することは非常に困難である。また、本実施形態では第１の電極３０の周囲全体にプラズマが発生するので、細管１０の空孔内全体を一度にプラズマ処理することができ、短時間でプラズマ処理を行うことができる。また、本実施形態のプラズマ発生装置は非常に簡単な構造であり、製造コストを低くできる。そして、プラズマ発生も容易にかつ被熟練者でも行える。

本実施形態のプラズマ発生装置において、第１の電極３０の長さ方向において連続してほぼ均一にプラズマを発生させるためには、第１の電極３０の先端を第２の電極２０から遠く離しておくか、第１の電極３０の先端の被覆３２を他の部分よりも厚くする又は絶縁性や誘電性が他の部分よりも高い素材とすることが考えられる。前者は、細管１０の両端が開口している場合に簡単に適用することができる。

また、第１の電極３０のうち先端以外の部分においても、ある一部が他の部分よりもプラズマ発生強度が大きかったり小さかったりしても、プラズマ処理の目的によっては何ら問題とならない場合があるので、第１の電極３０の長さ方向においてプラズマの発生が均一でなくても構わない。つまり、第１の電極３０の長さ方向においてプラズマの発生が不連続であったり、プラズマ発生強度が不均一であっても構わない。

（実施形態２）
実施形態２に係るプラズマ発生装置は、図４に示すように、実施形態１に係るプラズマ発生装置にガス導入部８０を加えたものである。本実施形態に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は実施形態１と大部分が同じであるので、異なっている点を主に説明する。

本実施形態では、細管１０の第１の電極３０を挿入させる細管１０の開口部にアダプタ７０を取り付けてガス導入部８０から細管１０の空孔内に所定のガスを導入する。アダプタ７０とガス導入部８０とは管によって連結されている。ガス導入部８０としては、例えば圧縮ガス容器に減圧弁を取り付けた装置を例としてあげることができる。所定のガスというのは、種々のガスの中からプラズマ発生の目的によって選択されたガスである。例えばＡｒやＨｅを細管１０内に導入すると大気下よりもプラズマが発生しやすくなる。また、酸素を導入するとオゾンや酸素ラジカルが発生する。細管１０の内壁に例えば特定の有機物分子を結合させたい場合は、当該有機物分子を含むガスを導入すればよい。また、細管１０の内壁に樹脂コーティングしたい場合は、モノマーを含むガスを導入すればよい。

次に本実施形態のプラズマ発生装置を用いたプラズマを発生させる方法について説明する。

まず細管１０の開口部にアダプタ７０を取り付ける。アダプタ７０にはガス導入部８０が連結されている。それからアダプタ７０を通して第１の電極３０を細管１０の空孔内に挿入する。そして、細管１０を第２の電極２０の上に置く。

その次にガス導入部８０から所定のガスを細管１０の空孔内に流入させ、さらに第１の電極３０と第２の電極２０との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。ガスは電圧印加時にずっと流し続けてもよいし、最初に空孔内にガスを流入させた後にガスの導入を止めて電圧印加を行ってもよい。細管１０のアダプタ７０を取付ているのとは反対側の端部が開口している場合は、ガスを電圧印加時にずっと流し続けることが好ましい。

それからプラズマの発生を終了させた後に、プラズマ発生中に導入していたガスと同種のあるいは異種のガスを細管１０の空孔内に流入させて、空孔内に残っているプラズマ発生時導入ガスあるいはプラズマにより化学変化したガスや活性種を細管１０から全て排出し除去する。なお、ガス除去が不要な場合にはこの工程を行う必要はない。

また、最初の工程において、先に第１の電極３０を細管１０の空孔内に挿入して、後からアダプタ７０を細管の開口に取り付けてもよい。

本実施形態では、実施形態１の効果に加えて、任意のガスを空孔内に導入できるので、プラズマ処理の目的に応じてより有効な処理を行うことができる。例えば、オゾンや他の活性種による滅菌処理を短時間且つ低い電圧で行ったり、細管１０内壁のエッチング処理を短時間で且つ全面的に均一に行ったり、細管１０内壁に活性基を化学結合させたり、コーティングを行ったり等を行うことができる。また、プラズマ処理後に細管１０内に残っている活性種や有害気体などを別のガスを流入させることにより速やかに除去できるので、内部汚染が残っている心配のないプラズマ処理を行うことができる。

次に本実施形態のプラズマ処理装置を用いた実施例により、プラズマを用いた滅菌と表面処理について説明をする。

＜実施例１＞
外径５ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１ｍのＰＶＣ製細管の空孔内に、径０．２５４ｍｍの銅線にテフロン（登録商標）を被覆した第１の電極を挿入して交流電圧を印加し、細管内の滅菌を行った。細管の両端は封止した。また、電源は周波数６ｋＨｚの正弦波である交流電源を用いた。印加電圧の大きさはピークトゥピークで表している。

電圧の大きさと、処理時間（電圧印加時間）とを変えてプラズマ照射した結果を図５に示す。滅菌できたか否かの判定には、３Ｍ社のＡＴＴＥＳＴ２９０及び２９０Ｇを用いた。図５の上段と下段に示すＮｏ．１２９１および１２９４は、判定に用いたバイオインジケータの番号である。なお、滅菌できたか否かの判定は、菌数が５桁以上減少したか否かで行った。プラズマ処理によって菌数が５桁以上減少したら、滅菌できたと判定（図では○で表している）し、減少しなかったら滅菌できなかったと判定（図では×で表している）した。表の数字は、○または×と判定した回数（試験数）である。なお、controlは、プラズマ処理を行わなかったものである。

図５の上段からわかるように、印加電圧を１３ｋＶにすると、処理時間５分で５回の試験のうち５回とも滅菌ができた。一方印加電圧を１０ｋＶにすると処理時間が１０分になって初めて複数回の試験において全ての試験で滅菌成功となった。また、図５下段の結果より、印加電圧１５ｋＶでは少なくとも印加電圧１３ｋＶと同等の滅菌能力があることがわかった。従来の酸化エチレンガスを用いた滅菌装置や過酸化水素ガスを用いた滅菌装置を使用して滅菌を行うと、滅菌が終了するのに数時間以上かかる上、酸化エチレンガスはだっきに１週間かかるので、本実施例は従来の方法に比べて桁違いに早く滅菌を行うことができる。

＜実施例２＞
外径０．７ｍｍ、内径０．５ｍｍ、長さ４８ｍｍのポリウレタン製細管の空孔内に、径０．０１８ｍｍの銅線にテフロン（登録商標）を被覆した第１の電極を挿入して交流電圧を印加し、細管内の表面処理（エッチング）を行った。細管の両端は開放とした。また、電源は周波数６ｋＨｚの正弦波である交流電源を用いた。印加電圧は８ｋＶとした。

図１０は電圧を２分間印加した細管内壁のレーザ顕微鏡写真（３０００倍）である。また、比較のために図１１にプラズマ処理を行っていない（未処理）細管内壁のレーザ顕微鏡写真（３０００倍）を示す。未処理の内壁には微細な凹凸があるが、プラズマ処理を行うと内壁がエッチングされるため、この凹凸が消失していることがわかる。

（実施形態３）
実施形態３に係るプラズマ発生装置は、細管中に埋め込まれた導電性部材を利用してプラズマ発生を行うものである。

本実施形態において用いられる細管は、図６に示すように細管１１の管壁の内部に導電体２２が埋め込まれていて、絶縁体または誘電体からなるものである。このような細管１１としては、ある種のカテーテルを例として挙げることができる。本実施形態では細管はポリウレタンよりなり導電体２２は銅線である。

本実施形態に係るプラズマ発生装置は、図７に示すように電源４０と細管１１の外側に設置される電極２０とを備えている。なお、細管１１中の導電体２２を第１の電極、細管１１の外側に設置される電極２０を第２の電極と言うこともできる。電極（第２の電極）２０と電源４０に関しては、実施形態１と同じであるので、説明を省略する。

本実施形態では、まず電極２０の上に細管１１を載せる。これにより細管１１の外側に電極２０が設置されたことになる。次に導電体２２と電源４０とを接続し、電極２０と電源４０とを接続線６０を介して接続する。本実施形態では、電極２０は接地していない。なお、これらの接続は、細管１１を電極２０の上に載せる前に行っておいても構わない。

それから、導電体２２と電極２０との間に電源４０によって交流電圧またはパルス電圧を印加する。この印加により導電体２２の周囲である細管１１の外側および空孔内の少なくとも一方にプラズマが発生する。プラズマの発生場所は導電体２２と電極２０との相対的な位置関係によって決まる。例えば導電体２２が空孔を挟んで電極２０と対向するような位置にある場合は、プラズマは主に空孔内に発生し、細管１１の外側にはほとんど発生しない。このようにプラズマを発生させることにより、滅菌を行ったり、細管１１の内壁および外壁の少なくとも一方の表面処理（粗化、コーティング、親水化など）を行うことができる。

本実施形態では細管１１中の導電体２２を利用してプラズマの発生を行わせるので、装置自体の構造が簡単なものになり、容易にプラズマを発生させることができる。また、空孔の径によらず空孔内にプラズマを発生することができ、非常に径の小さな空孔内のプラズマ処理を行うことができる。

（実施形態４）
実施形態４に係るプラズマ発生装置は、図９に示すように実施形態２のプラズマ発生装置に気体除去部９０を追加したものである。気体除去部９０以外の部分は実施形態２と同じであるので、実施形態２と異なるところを説明する。

気体除去部９０は、管を介してアダプタ７０に連結されている。本実施形態では、プラズマを発生させて細管１０の空孔内の滅菌や表面処理などを行った後に気体除去部９０により空孔内に残っているガスや活性種を除去する。気体除去部９０としては、真空ポンプを例示することができ、細管１０の残存している、あるいは内壁に吸着されているガスや活性種を速やかに除去できるものが好ましい。この場合、細管１０の、アダプタ７０が取り付けられている端部とは反対側の端部は閉じていることが好ましい。

なお、気体除去部９０はプラズマを発生させる前に用いても構わない。例えば、特定のガス雰囲気下でプラズマ処理を行いたい場合は、予め細管１０の空孔内の空気を気体除去部９０により除去してからガス導入部８０からガスを導入してプラズマ処理を行うことができる。これにより特定のプラズマ処理を確実にかつ副作用となる別の処理が生じることなく行うことができる。

本実施形態では、実施形態２の効果に加えて、プラズマ処理後の空孔内のガスや活性種を速やかに且つほぼ全て除去することが簡単にできるという効果、およびプラズマ処理を行う前に空孔内のクリーニングを行えるという効果を奏する。

（実施形態５）
実施形態５に係るプラズマ発生装置は、実施形態１とは電源と第２の電極との接続が異なるだけで他は同じであるので、異なっているところのみを説明する。

本実施形態においては、図８に示すように第２の電極２０は接地されているだけであり、電源４０とは直接には接続されていない。しかしながら、電源４０も接地電極６５によって接地しているので第２の電極２０と電源４０とはグラウンドを介して間接的に接続されているといえる。なお、第２の電極２０および電源４０の双方において、接地電極をわざわざ設けないで実質的に接地させている場合も本実施形態に含まれる。例えば電源４０はプラズマ発生装置の外壁に接続されていて、プラズマ発生装置の外壁が接地されている床材と接触している場合などである。

本実施形態は、実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態６）
実施形態６に係るプラズマ発生装置は、実施形態４と第２の電極の構成が異なっており他はほぼ同じであるので、実施形態４とは異なっているところを中心に説明する。

本実施形態においては、図１２、図１３に示すように、第２の電極１３２はワイヤ状の導電性部材１０２に絶縁体または誘電体からなる被覆１０５がなされている構成であり、ワイヤ状の導電性部材１０１に被覆１０５がなされている第１の電極１３１と同じ構成である。第１の電極１３１と第２の電極１３２とは互いに平行に配置され、その平行関係が固定されるように両電極１３１，１３２の被覆１０５の一部が繋がって一体となって平行電極対１００となっている。従って、第１の電極１３１を細管１０の空孔内に挿入しても、両電極１３１，１３２の平行状態は保持される。なお、両電極１３１，１３２の導電性部材１０１，１０２および被覆１０５の材料や構成などは実施形態１の第１の電極３０と同じである。

第２の電極１３２は、実施形態１乃至５とは異なり、第１の電極１３１とともに細管１０の空孔内に挿入される。そして電源４０に接続されて第１の電極１３１との間に交流電圧あるいはパルス電圧が印加される。交流電圧あるいはパルス電圧については実施形態１で説明したものと同じである。

本実施形態では、被覆電線である第１の電極１３１に沿って被覆電線である第２の電極１３２がほぼ平行に配置されて平行電極対１００として細管１０内に挿入され、両電極１３１，１３２間に交流電圧あるいはパルス電圧が印加されているので、実施形態１と同様に細管１０内にプラズマを容易に発生させることができる。また本実施形態は、実施形態４と同じプラズマ処理（表面処理や滅菌など）を同様の方法で行うことができ、同じ効果を奏する。

なお、第１の電極１３１の先端にプラズマの発生が集中しないように、第１の電極１３１の先端のみを被覆１０５を他の部分よりも厚くする又は絶縁性や誘電性が他の部分よりも高い素材とすることが好ましい。このようにすると第１の電極１３１の長さ方向においてほぼ均一にプラズマを発生させることが可能となる。

（実施形態７）
実施形態７に係るプラズマ発生装置は、実施形態６と第２の電極１３２と電源４０との接続が異なっており他はほぼ同じであるので、実施形態６と異なっているところを中心に説明する。

本実施形態において、第２の電極１３２は、図１４に示すように細管１０内においては実施形態６と同様に第１の電極１３１と平行である平行電極対１００の一部として存しており、細管１０およびアダプタ７０の外側で第１の電極１３１から離れていき、その離れた第２の電極接続部分１３２’は接地している。また、電源４０も接地されている。

本実施形態のプラズマ発生装置は、実施形態６と同じプラズマ処理を同じ方法で行うことができ、同じ効果を奏する。

（実施形態８）
実施形態８に係るプラズマ発生装置は、実施形態７と第２の電極１３２が接地していないことが異なっており他はほぼ同じであるので、実施形態７と異なっているところを中心に説明する。

本実施形態において、第２の電極１３２は、図１５に示すように細管１０内においては実施形態６と同様に第１の電極１３１と平行である平行電極対１００の一部として存しており、細管１０およびアダプタ７０の外側で第１の電極１３１から離れていき、その離れた第２の出極接続部分１３２’は電源４０、第１の電極１３１のどちらにも接続されず接地もされておらず、電気的にフローティング状態となっている。また、電源４０は接地されている。第２の電極１３２が電気的にフローティング状態であっても細管１０内の第１の電極１３１の周辺にはプラズマが発生する。

本実施形態のプラズマ発生装置は、実施形態７と同じプラズマ処理を同じ方法で行うことができ、同じ効果を奏する。

（実施形態９）
実施形態９に係るプラズマ発生装置は、実施形態６と第２の電極の構成が異なっており他はほぼ同じであるので、実施形態６と異なっているところを中心に説明する。

本実施形態においては、図１６、図１７に示すように第２の電極１３３は、被覆を有しておらず導電性部材が剥き出しとなっている構成である。この導電性部材の材料としては、金属、カーボン、有機導電体などが挙げられる。

第２の電極１３３は第１の電極１３１の被覆１０５の外表面に接着されて第１の電極１３１とほぼ平行に配置されている。そして細管１０の内外において実施形態６と同様に、第２の電極１３３は第１の電極１３１とともに平行電極対１０９として存しており、電源４０に接続されていて第１の電極１３１との間に交流電圧またはパルス電圧を印加される。交流電圧あるいはパルス電圧については実施形態１で説明したものと同じである。

本実施形態のプラズマ発生装置は、実施形態６と同じプラズマ処理を同じ方法で行うことができ、同じ効果を奏する。

（実施形態１０）
実施形態１０に係るプラズマ発生装置は、実施形態３と第２の電極の構成およびガス導入部、気体除去部が存していること及び電源が接地されていることが異なっており他はほぼ同じであるので、実施形態３と異なっているところを中心に説明する。

本実施形態のプラズマ発生装置は、図６に示すように、細管１１の管壁内部に埋め込まれた導電体２２を有しており、そして、図１８に示すように細管１１の空孔内に挿入されている、絶縁体または誘電体により被覆されたワイヤ状の導電性部材からなる電極１３４を有している。導電体２２および電極１３４は電源４０に接続されており、それらの間には実施形態１と同様に交流電圧あるいはパルス電圧が印加される。電源４０は接地されており、電極１３４が接地線に接続されている。交流電圧あるいはパルス電圧が印加されると、導電体２２の周囲にプラズマが発生するが、電極１３４が細管１１の空孔内に配置されているので、細管１１内にプラズマがより多く発生する。

本実施形態のガス導入部８０は実施形態２で説明したものと同じであり、気体除去部９０はは実施形態４で説明したものと同じである。従って本実施形態のプラズマ発生装置は実施形態４と同じプラズマ処理を同じ方法で行うことができ、同じ効果を奏する。また、実施形態３の効果も奏する。

（その他の実施形態）
上記の実施形態は本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、第１の電極の導電性部材の形状は線状に限定されず、板状、箔状等どのような形状でもよい。

また実施形態１，２，４，５において、細管を導電性部材（例えば金属）により形成しても構わない。この場合は、細管の外部に第２の電極が不要となり、細管を接地したり、電源と接続させたり等すれば細管内にプラズマが発生する。

第１の電極に発生する放電は、誘電体バリア放電やグロー放電、コロナ放電など特に限定されない。プラズマが発生すればどのような放電形態であっても構わない。

実施形態３，５の装置において、実施形態２，４のようにガス導入部や気体除去部を取り付けて、所定のガスを導入してプラズマ処理を行っても構わない。

実施形態１〜４において、第２の電極と電源４０との接続を行わなくても構わない。

実施形態１〜３において、第２の電極は接地しなくても構わない。

細管の形状や径の大きさ、長さ、素材などは特に限定されない。細管の横断面において外形や空孔の形状が円形以外の多角形や楕円、その他の形状であっても構わないし、細管の長さ方向において形状や内径が変化していても構わない。また、細管の一方の端部または両方の端部が閉鎖されていても構わない。

いずれの実施形態においても第１の電極の先端は、細管の中に入れておいても構わないし、細管の外に出しても構わない。また、実施形態６乃至１０において第２の電極１３２，１３３や電極１３４の先端も細管の中に入れておいても構わないし、細管の外に出しても構わない。

実施形態６乃至１０において、ガス導入部８０および気体除去部９０の少なくとも一方は設置しなくても構わない。

また、実施形態６から８の何れかにおいて、第２の電極は被覆を有していなくても構わない。

実施形態１０において、電極１３４は電源４０に接続させないで接地させてもよいし、電気的にフローティング状態としておいても構わない。また、電極１３４に被覆の無い剥き出しの導電性部材を用いてもよい。また、導電体２２を電源４０に接続させないで接地させたり電気的に浮かせておき、電極１３４に交流電圧あるいはパルス電圧を印加しても同じようにプラズマが発生するので構わない。

さらに第１の電極または平行電極対を細管内に挿入させる挿入部材を備えていても構わない。挿入部材は細管が曲がっていても第１の電極又は平行電極対の進行方向を自在に調整できる機能を有していることが好ましい。

実施形態６乃至９において第１の電極と第２の電極とは繋がっておらず、離れていてもよい。この時、第１の電極と第２の電極との距離を調整する距離調整部材をさらに備えていてもよい。任意の位置で２つの電極間距離を調整することができるとプラズマの発生位置を任意に調節できる。

いずれの実施形態においても電源は接地されていても接地されていなくてもどちらでもよい。接地されている場合、第２の電極が存しているときは、第２の電極が電源の接地側に接続されていることが好ましいが第２の電極の接続方法はこれに限定されない。

以上説明したように、本発明に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は、細管中で簡単にプラズマを発生させることができ、細管中の滅菌処理や、細管内壁の表面処理等として有用である。

実施形態１に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 第１の電極の断面図である。 パルス電圧を示す図である。 実施形態２に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施例１の滅菌テストの結果を示す表である。 実施形態３に係る細管の断面図である。 実施形態３に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態５に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態４に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施例２に係る処理品の表面の拡大写真代用図面である。 実施例２に係る未処理品の表面の拡大写真代用図面である。 実施形態６に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態６に係る平行電極対の断面図である。 実施形態７に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態８に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態９に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。 実施形態９に係る平行電極対の断面図である。 実施形態１０に係るプラズマ発生装置の模式的な斜視図である。

符号の説明

１０，１１ 細管
２０ 第２の電極
２２ 導電体
３０ 第１の電極
３１ 導電性部材
３２ 被覆
４０ 電源
５０ 接地線
６０，６５ 接続線
７０ アダプタ
８０ ガス導入部
９０ 気体除去部
１０１ 導電性部材
１０２ 導電性部材
１０５ 被覆
１３１ 第１の電極
１３２ 第２の電極
１３３ 第２の電極
１３４ 電極

Claims (26)

1. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   前記細管の空孔内に絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極を挿入する電極挿入工程と、
   前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含み、
   前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の管壁内部に設置された第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる、プラズマ発生方法。
2. 前記プラズマ発生工程では、前記細管の空孔内にガスを流入させる、請求項１に記載のプラズマ発生方法。
3. 前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内にガスを流入させる工程をさらに含む、請求項１または２に記載のプラズマ発生方法。
4. 前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内から気体を除去する工程をさらに含む、請求項１から３のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
5. 前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の内壁の表面処理を行う、請求項１から４のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
6. 前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の空孔内の滅菌を行う、請求項１から４のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
7. 絶縁体または誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する内径０．０５〜３ｍｍの細管の外側および空孔内の少なくとも一方にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
   前記細管の外側に電極を設置する電極設置工程と、
   前記電極と前記導電体との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の外側および空孔内の少なくとも一方にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
   を含む、プラズマ発生方法。
8. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、前記細管の空孔内に挿入されてプラズマを発生させる第１の電極と、
   前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
   を備え、
   前記細管の空孔内に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される第２の電極をさらに備えた、プラズマ発生装置。
9. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
   絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、前記細管の空孔内に挿入されてプラズマを発生させる第１の電極と、
   前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
   を備え、
   前記細管の空孔内に設置されるとともに、電気的にフローティング状態である第２の電極をさらに備えた、プラズマ発生装置。
10. 前記第２の電極は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えている、請求項８または９に記載のプラズマ発生装置。
11. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
    絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、前記細管の空孔内に挿入されてプラズマを発生させる第１の電極と、
    前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
    を備え、
    前記細管の空孔内に設置されるとともに、前記電源に接続されて前記第１の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される接地電極をさらに備えた、プラズマ発生装置。
12. 前記接地電極は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えている、請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
13. 前記細管の空孔内にガスを流入させるガス流入部材をさらに備えた、請求項８から１２のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
14. 前記細管の空孔内の気体を除去する気体除去部材をさらに備えた、請求項８から１３のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
15. 前記プラズマによって前記細管の内壁の表面処理を行う、請求項８から１４のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
16. 前記プラズマによって前記細管の空孔内の滅菌を行う、請求項８から１４のいずれか一つに記載のプラズマ発生装置。
17. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
    前記細管の空孔内に絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極を挿入する電極挿入工程と、
    前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
    を含み、
    前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の空孔内に置かれた第２の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる、プラズマ発生方法。
18. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
    前記細管の空孔内に絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極を挿入する電極挿入工程と、
    前記第１の電極とアースとの間に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
    を含み、
    前記電極挿入工程では、前記細管の空孔内に電気的にフローティング状態である第２の電極をさらに挿入する、プラズマ発生方法。
19. 内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
    前記細管の空孔内に絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第１の電極を挿入する電極挿入工程と、
    前記第１の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
    を含み、
    前記プラズマ発生工程では、前記第１の電極と前記細管の空孔内に置かれた接地電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加してプラズマを発生させる、プラズマ発生方法。
20. 前記プラズマ発生工程では、前記細管の空孔内にガスを流入させる、請求項１７から１９のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
21. 前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内にガスを流入させる工程をさらに含む、請求項１７から２０のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
22. 前記プラズマ発生工程の後に、前記細管の空孔内から気体を除去する工程をさらに含む、請求項１７から２１のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
23. 前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の内壁の表面処理を行う、請求項１７から２２のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
24. 前記プラズマ発生工程では、前記プラズマによって前記細管の空孔内の滅菌を行う、請求項１７から２２のいずれか一つに記載のプラズマ発生方法。
25. 絶縁体または誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
    前記細管の空孔内に電極を設置する電極設置工程と、
    前記導電体とアースとの間に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
    を含む、プラズマ発生方法。
26. 絶縁体または誘電体よりなるとともに管壁内部に導電体を有する内径０．０５〜３ｍｍの細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
    前記細管の空孔内に電極を設置する電極設置工程と、
    前記電極とアースとの間に交流電圧またはパルス電圧を印加して前記細管の空孔内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
    を含む、プラズマ発生方法。