JP6099862B2 - 表面活性化処理装置 - Google Patents
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Description
筒体11の一端の開口部12内側に、
貫通孔25が設けられた2枚の電極板21,22を対向配置した第1のプラズマ電極P1を設け、
該筒体11内へ第1の供給口13から供給される第1のキャリアガスG1を、
前記2枚の電極板21,22に対し略直角方向に流すとともに、
該貫通孔25を通過させてプラズマ化して、
該筒体11の開口部12から外部へ噴射して被処理物S表面を活性化する表面活性化処理装置10であって、
筒体11内に第1の供給口13から供給される第1のキャリアガスG1を整流化するための整流化手段30を、
第1のキャリアガスG1が第1のプラズマ電極P1の貫通孔25を通過する手前に、
第1のプラズマ電極P1と距離をおいて設け、
前記筒体11の側壁部11aに第2のキャリアガスG2を供給するための第2の供給口15を設け、
該第2のキャリアガスG2を、
前記第1のプラズマ電極P1の外側を通過させて、
前記第1のプラズマ電極P1と筒体11の開口部12内側とのなす間隙16から、
前記筒体11の開口部12へ噴射させるとともに、
該第2のキャリアガスG2の噴射速度を変えることによって被処理物Sに照射するプラズマ流を絞ったり拡げたりするようにしたことを特徴とする。
(2)本発明の表面活性化処理装置は、前記(1)において、前記整流化手段が、貫通孔が設けられた2枚の電極板を対向配置した第2のプラズマ電極であることを特徴とする。
(3)本発明の表面活性化処理装置は、前記(1)又は(2)において、前記筒体の一端の開口部には、その開口面積を調整可能とする開口面積調整手段が設けられており、プラズマ化されて噴射される第1のキャリアガスの流径を調整可能であることを特徴とする。
(4)本発明の表面活性化処理装置は、前記(1)〜(3)のいずれかにおいて、前記被処理物が、生体であることを特徴とする。
また、筒体11の内部には、第1の供給口13から供給される第1のキャリアガスG1を整流化するための整流化手段30を、第1のキャリアガスG1が第1のプラズマ電極P1の貫通孔25を通過する手前に設けている。
また、筒体11の一端(図1では下方)には、第1のプラズマ電極P1を構成する2枚の電極板21,22に設けた貫通孔25を通過させることによってプラズマ化させたキャリアガスを、筒体11の外部に噴射する開口部12を設けており、開口部12の下方に対向配置した被処理物Sに向けて噴射させることによって活性化処理することができる。
貫通孔25の大きさとしては、規定するものではないが、0.5mm〜5mmのものが好ましく挙げられる。
これにより、筒体11の内部において乱流状態である第1のキャリアガスG1を整流化して、貫通孔25を通過するキャリアガスG1の流速が平均化されて、筒体11の開口部12から噴射されるプラズマガス流も均一化されて被処理物の表面を均等に活性化するという効果がある。
すなわち、整流化手段30を、第1のキャリアガスG1が第1のプラズマ電極P1の貫通孔25を通過する手前に設けている。
貫通孔35の大きさとしては、規定するものではないが、0.5mm〜10mmのものが好ましく挙げられる。
第1のキャリアガスG1の流量は、特に制限を設けるものではないが、1L〜50L/min.が好ましく挙げられる。
貫通孔35が設けられた2枚の電極板31,32を対向配置した第2のプラズマ電極P2であってもよい。
これにより、整流化効果を奏するとともに、第1のキャリアガスG1を、まず第2のプラズマ電極P2でのプラズマ化し、続けて第1のプラズマ電極P1でプラズマ化させるので、よりプラズマ化したガスを創出できる。
開口面積調整手段14としては、特に制限を設けるものではないが、カメラの絞りのような構造のものが挙げられる。
また、開口面積を連続的に調整するものでなくとも、大きさの異なった貫通孔を有するアダプターを開口部12に着脱自在に設けることもできる。
これにより、開口面積を調整して、被処理物Sにプラズマを照射する面積を自在に変えることができ、スポット的に照射することが可能となる
第2のキャリアガスG2を供給する第2の供給口15は、側壁部11aに設けられ第1のプラズマ電極P1の外側を通過するように複数個設けられており、前記第1のプラズマ電極P1と筒体11の開口部12内側とのなす間隙16から、前記筒体11の開口部12へ噴射させるようになっている。
これにより、第2のキャリアガスG2の噴射速度を変えることによって被処理物Sに照射するプラズマ流を絞ったり拡げたりすることができ、開口面積調整手段14と同様の効果を生じさせることができる。
これにより、噴射キャリアガスの回収や被処理物から排出される流体の回収が可能となる。
これにより、筒体11の内部に浸透してきた流体(ガス、液体など)を筒体11外部に排出することができる。
ハンディタイプ処理装置51は、その筒体52の内部に、図1に示す表面活性化処理装置と同様な第1のプラズマ電極P1を設け、プラズマガスをキャリアガスによって外部に送出して皮膚Sに照射して皮膚の活性化処理を行なうように構成した例を示すものである。
ハンディタイプ処理装置51は、手持ち把持可能な本体53の先端部に、キャリアガスとなる外部の空気を取り入れてプラズマを開口部から噴射させる送風機(プラズマガスを外部へ送出する)54を備えている。
このような構成のハンディタイプ処理装置51によれば、内部に設けられた送風機54によって、外部からの圧縮キャリアガスの導入が不要になる。
実施例1として、図1に示す表面活性化処理装置を用い、整流化手段30として、直径3mmの9個の貫通孔を設けた整流板を内径25mmの筒体11に設け、第1のキャリアガスG1の流速を5m/秒として筒体11に導入した場合の流速の分布を測定した。
図8は、実施例1として、図1に示す表面活性化処理装置に設けた5個の流速分布測定センサーS1〜S5の設置箇所を示す説明図であり、(a)は表面活性化処理装置の上方向(開口部と反対側)から見た横断面図であり、(b)はその縦断面図である。
流速分布測定センサーS1は筒体11の中心部に設置し、S2〜S5は、それぞれ筒体11の側壁を貫通させて筒体内部に挿入して筒体11の内壁に近接した位置に設置した。
なお、流速分布測定センサーS1〜S5の上下方向の設置位置は、整流板と第1のプラズマ電極P1との間である。
また、整流板30と第1のプラズマ電極P1との距離は、5mmとした。
なお、比較例として、整流板を設けていないもの(整流板無)を用いた。
この結果、筒体11から噴射されるプラズマ流も均一化されて被処理物の表面を均等に活性化するという効果がある。
実施例2として、図2に示す表面活性化処理装置を用い、第2の第2のプラズマ電極を設置した場合の効果を図10に示す。
図10(a)は、直径1mmの大きさの貫通孔を1個設けた整流板のみを、内径3mmの筒体の内部に設け、第1のプラズマ電極に印加した場合を示す。
図10(b)は、直径1mmの大きさの貫通孔を1個設けた2枚の電極板を対向配置させて、内径3mmの筒体の内部にプラズマ電極として設け、整流化手段及び第2のプラズマ電極とし、第1のプラズマ電極及び第2のプラズマ電極に印加した場合を示す。
プラズマ生成条件は下記のとおりとした。
印加電圧:1KV、
キャリアガス(窒素)流量:150L/min、
活性化処理時間:10sec、
この結果、活性化処理前の被処理物(液晶パネル)に対する水滴の接触角が28.5度であったが、(a)整流板のみの場合は、処理後の接触角が21.5度であった。(b)整流化手段及び第2のプラズマ電極とし、第1のプラズマ電極及び第2のプラズマ電極に印加した場合は、処理後の接触角が15.1度となった。すなわち、(b)のほうが、表面活性化処理の効果がよりあることが分かる。
実施例3として、図1に示す表面活性化処理装置を用い、被処理物であるシャーレ内の寒天培地上に105倍に希釈したE.coliを広げ、その表面にプラズマを照射し殺菌効果を検証する実験を行った結果を図11〜図17に示す。
実施例3において、
プラズマ照射時間は60秒、
第1のプラズマ電極と寒天培地(被処理物表面)との距離は約2mm、
プラズマを照射する被処理物表面積は、10mm×10mm、
筒体の開口部から流出する第1のキャリアガスの速度を1.33m/sとした。
また、第1のキャリアガスの種類により印加電圧を変えた。
Arは700V、Heは600V、N2は1.2kVとした。
プラズマ照射なし(未処理)、Arプラズマ照射、Heプラズマ照射、N2プラズマ照射した結果を、図11(a)〜(d)に示す。
この結果から、処理後は照射部付近にコロニーの形成は見られなかった。
この結果から、Arガス照射部分にコロニー形成が見られないというようなことは観察されなかった。よって、プラズマ照射部分はプラズマを照射することにより何らかの原因で殺菌されていると考えられる。
また、10L/min(1.33m/s)のArガスを用い、700V印加した際の写真を図12(c)に示す。この結果から、殺菌されている部分は四角形のようなおよそ照射部と似た形となっている。
プラズマ照射時間は60秒、第1のプラズマ電極と寒天培地との距離は約2mm、筒体の開口部から流出する第1のキャリアガスの流量はN2:10L/min、Air:9L/minとした。
なお印加電圧は、1.3〜1.5kVとした。
図13(a)は未処理、図13(b)は窒素を用いて1.3kVでのプラズマ処理、図13(c)は窒素を用いて1.4kVでのプラズマ処理、図13(d)は窒素を用いて1.5kVでのプラズマ処理の結果である。
シャーレ真ん中付近のプラズマ照射部分のコロニー形成が抑制されていることが観測された。
照射時間は60秒、印加電圧は1.6kVとした。
この結果から、空気によるプラズマ照射でも距離が近い場合、菌コロニーの増殖が抑制され、表面付着菌への殺菌が有効であることが明らかになった。
この結果からシャーレ上の菌類が殺菌されている様子が確認される。
17時間培養したAllicyclobatillusを40μl寒天培地上に塗布し、プラズマを照射した。実験条件は表1に示す。 Allicyclobatillus殺菌結果を図16、図17に示す。
<皮膚の表面改質試験>
図1に示す表面活性化処理装置を用い、人体の皮膚の表面にプラズマガスを照射し、照射の有無により皮膚の表面の水滴の接触角を測定し親水性を評価した。
なお、本実験においては、ポータブル接触角測定器(協和界面科学PCA-1)を用いて皮膚表面に5μLの水滴を滴下し、画像処理により接触角を算出した。
また、プラズマガスを照射した条件は、放電電圧:700V、キャリアガス:Ar、キャリアガス流量:10L/min、照射時間:30秒とした。
その実験結果を図18に示す。(a)は、アルコールで皮膚表面を拭いた後にマイクロプラズマ照射処理前後の接触角を示すグラフであり、(b)はプラズマ処理前の接触角を示す側面図であり、(c)はプラズマ処理後の接触角を示す側面図である。
11a:側壁部
12:開口部
13:第1の供給口
14:開口面積調整手段
15:第2の供給口
16:間隙
17:吸引手段
21,22:電極板
25:貫通孔
30:整流化手段
31,32:電極板
35:貫通孔
51:ハンディタイプ処理装置51
52:筒体
53:本体
54:送風機
G1:第1のキャリアガス
G2:第2のキャリアガス
P1:第1のプラズマ電極
P2: 第2のプラズマ電極
S:被処理物(皮膚)
S1〜S5:流速分布測定センサー
Claims (4)
- 筒体11の一端の開口部12内側に、
貫通孔25が設けられた2枚の電極板21,22を対向配置した第1のプラズマ電極P1を設け、
該筒体11内へ第1の供給口13から供給される第1のキャリアガスG1を、
前記2枚の電極板21,22に対し略直角方向に流すとともに、
該貫通孔25を通過させてプラズマ化して、
該筒体11の開口部12から外部へ噴射して被処理物S表面を活性化する表面活性化処理装置10であって、
筒体11内に第1の供給口13から供給される第1のキャリアガスG1を整流化するための整流化手段30を、
第1のキャリアガスG1が第1のプラズマ電極P1の貫通孔25を通過する手前に、
第1のプラズマ電極P1と距離をおいて設け、
前記筒体11の側壁部11aに第2のキャリアガスG2を供給するための第2の供給口15を設け、
該第2のキャリアガスG2を、
前記第1のプラズマ電極P1の外側を通過させて、
前記第1のプラズマ電極P1と筒体11の開口部12内側とのなす間隙16から、
前記筒体11の開口部12へ噴射させるとともに、
該第2のキャリアガスG2の噴射速度を変えることによって被処理物Sに照射するプラズマ流を絞ったり拡げたりするようにしたことを特徴とする表面活性化処理装置。 - 前記整流化手段30が、
貫通孔35が設けられた2枚の電極板31,32を対向配置した第2のプラズマ電極P2であることを特徴とする請求項1に記載の表面活性化処理装置。 - 前記筒体11の一端の開口部12には、その開口面積を調整可能とする開口面積調整手段14が設けられており、
プラズマ化されて噴射される第1のキャリアガスG1の流径を調整可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面活性化処理装置。 - 前記被処理物Sが、生体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表面活性化処理装置。
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