JP6392049B2 - 内表面処理方法及び内表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内表面処理方法及び内表面処理装置に関し、例えば、医療用または実験用のカテーテル等の非導電性材料を主成分とした被処理細管の内表面を処理する内表面処理方法及び内表面処理装置に関する。

例えば、医療用または実験用のカテーテル等の非導電性材料を主成分とした被処理細管の内表面は、滅菌されていることに加えて、被処理細管を通過する液体に対して高い表面親和性を示すように改質（エッチング、親水化、疏水化等）されていることが要求される。これにより、被処理細管を通過する液体を被処理細管の内表面で凝固させることなく、均一に流動させることができる。

このような内表面処理方法及び内表面処理装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が知られている。

特許文献１には、銅線からなる内部電極と、この内部電極が挿入された石英管と、この石英管と内部電極との隙間に充填されたセラミックボンドと、石英管の外側に螺旋状に巻き付けられたアルミ箔からなる外部電極とを有する誘電体バリア放電プラズマ生成装置が開示されている。この誘電体バリア放電プラズマ生成装置を被処理細管の内部に挿入した状態で、内部電極と外部電極との間に交流電圧を印加することで、誘電体バリア放電を発生させて、被処理細管の内表面を処理することができる。

特許文献２には、被処理細管の内部に所定のガスを導入し、被処理細管を挟み込むように一対の平行平板電極を対向して設置し、この一対の平行平板電極の一方を接地して他方に交流電力または高周波電力を印加することで、被処理細管の内部をプラズマ処理することが開示されている。

特開２００８−３４１８４号公報 特開２００３−３６９９６号公報

しかし、特許文献１は、誘電体バリア放電プラズマ生成装置を被処理細管の内部に挿入することが必須であるため、内表面処理が可能な被処理細管のサイズに限界がある（誘電体バリア放電プラズマ生成装置よりも小サイズの被処理細管には適用できない）。また、特許文献１は、誘電体バリア放電プラズマ生成装置を被処理細管の全長をカバーしたサイズとすることが必須であるため、装置全体の大型化、構造の複雑化、高コスト化が避けられない。

また、特許文献２は、一対の平行平板電極を被処理細管の外表面に密着させることが必須であるため、長さ方向の径の変動や急激な曲がりといった特殊な形状を持つ被処理細管には適用することができない。また、特許文献２は、一対の平行平板電極を被処理細管の全長をカバーしたサイズとすることが必須であるため、装置全体の大型化、構造の複雑化、高コスト化が避けられない。さらに、特許文献２は、被処理細管の内部でプラズマを発生させるために一対の平行平板電極に高い電圧を掛けなければならないため、発生するプラズマの温度が高くなりがちであり、その結果、被処理細管の内表面が損傷（例えば溶解）するおそれがある。とりわけ、被処理細管がカテーテル等の高分子材料や樹脂材料を含んだものである場合には、熱への耐久力が低いため、被処理細管の内表面が損傷するおそれが高くなってしまう。

本発明は、上記の問題意識に基づいてなされたものであり、被処理細管のサイズと形状を問わずに適用可能であり、被処理細管の内表面を損傷させることがなく、装置全体の小型化、構造の簡単化、低コスト化を図ることができる内表面処理方法及び内表面処理装置を得ることを目的とする。

本発明の内表面処理方法は、被処理細管の内表面を処理する内表面処理方法であって、前記被処理細管の内部に導入した放電ガスを前記被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出するステップと、前記被処理細管の外部において、前記放電ガス放出端部から放出される前記放電ガス中に電極部を配置するステップと、前記放電ガス中に配置された前記電極部に放電電圧を印加することにより、前記電極部にプラズマを発生させるステップと、前記電極部に放電電圧を印加したまま、前記電極部を前記被処理細管の外表面に相対移動させることで、前記プラズマを前記被処理細管の外部から内部に相対移動させるステップと、前記電極部に放電電圧を印加したまま、前記電極部を前記被処理細管の外表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させることで、前記プラズマを前記被処理細管の内表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させるステップと、を有することを特徴としている。

ここで、「前記被処理細管の内部に導入した放電ガスを前記被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出するステップ」と「前記被処理細管の外部において、前記放電ガス放出端部から放出される前記放電ガス中に電極部を配置するステップ」は、必ずしもこの順番で実行する必要はなく、これらの順番を入れ替えて実行してもよいし、これらを同時に実行してもよい。すなわち、被処理細管の内部に導入した放電ガスを被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出した後に、この放電ガス放出端部から放出される放電ガス中に電極部を配置してもよいし、これとは逆に、予め被処理細管の外部の放電ガス放出端部の近傍に電極部を配置した後に、被処理細管の内部に放電ガスを導入してこの放電ガスが放電ガス放出端部から放出されて電極部を包むようにしてもよい。あるいは、放電ガスの導入・放出と電極部の配置を同時に実行してもよい。

前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる単一の先細り先端部を有しており、前記電極部にプラズマを発生させるステップでは、前記単一の先細り先端部に局所的な電界集中を生じさせることができる。

前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる複数の先細り先端部を有しており、前記電極部にプラズマを発生させるステップでは、前記複数の先細り先端部の全部または一部に電界集中を生じさせることができる。

本発明の内表面処理装置は、被処理細管の内表面を処理する内表面処理装置であって、前記被処理細管の内部に導入した放電ガスを前記被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出する放電ガス供給部と、前記被処理細管の前記放電ガス放出端部の外部に位置する放電開始位置と、前記被処理細管の外表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動する放電継続位置との間を相対移動可能な電極部と、前記電極部が前記放電開始位置にあるときに、前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させ、さらに、前記電極部が前記放電継続位置にあるときに、前記電極部に対する放電電圧の印加を継続して前記プラズマを前記被処理細管の内表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させる電源部と、を有することを特徴としている。

前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる単一の先細り先端部を有しており、前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させるときには、前記単一の先細り先端部に局所的な電界集中を生じさせることができる。

前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる複数の先細り先端部を有しており、前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させるときには、前記複数の先細り先端部の全部または一部に電界集中を生じさせることができる。

本発明によれば、被処理細管のサイズと形状を問わずに適用可能であり、被処理細管の内表面を損傷させることがなく、装置全体の小型化、構造の簡単化、低コスト化を図ることができる内表面処理方法及び内表面処理装置が得られる。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施形態による内表面処理装置の構成を示す概念図であり、図１（Ａ）は、電極部が放電開始位置にある状態を示しており、図１（Ｂ）は、電極部が放電継続位置にある状態を示している。 図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は、本発明の一実施形態による内表面処理方法を示す工程図である。 図３は、電極部の変形例を示す図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の別実施形態による内表面処理装置の構成を示す、図１（Ａ）、（Ｂ）に対応する概念図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の一実施形態による内表面処理装置１０の構成について説明する。

内表面処理装置１０は、例えば、医療用または実験用のカテーテル等の非導電性材料を主成分とした被処理細管２０の内表面２１を処理（表面改質処理や滅菌処理）するためのものである。

被処理細管２０は、例えば、高分子材料（ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ウレタン、ナイロン等）または樹脂材料（ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、アミノ樹脂、ポリエステル樹脂、スチロール樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等）を含んで構成されている。被処理細管２０は、例えば、内径が０．１ｍｍ〜２．２ｍｍかつ肉厚が０．０１２ｍｍ〜０．２１ｍｍの円筒形状をなしている。

内表面処理装置１０は、放電ガス供給源（放電ガス供給部）３０と、電極部４０と、電極部移動機構（相対移動機構）５０と、電源部６０とを有している。

放電ガス供給源３０は、被処理細管２０の放電ガス導入端部２２（図１中の右端部）から被処理細管２０の内部に放電ガスを導入し、この放電ガスを、被処理細管２０の放電ガス放出端部２３（図１中の左端部）から外部に放出する。放電ガス供給源３０が供給する放電ガスは、例えば、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかからなる希ガス、または、これら希ガスと酸素との混合ガスとすることができる。希ガスと酸素との混合ガスを放電ガスとして用いることで、酸素によりオゾンが発生するので、内表面処理時にプラズマ処理とオゾン処理を同時に実行することが可能になる。

電極部４０は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる単一の先細り先端部４１を有する先端針状電極からなる。

電極部移動機構５０は、電極部４０を被処理細管２０に対して、被処理細管２０の長さ方向及び該長さ方向と直交する方向に移動させるものである。電極部移動機構５０は、電極部４０を、被処理細管２０の放電ガス放出端部２３の外部に位置する放電開始位置（図１（Ａ））と、被処理細管２０の外表面２４に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動する放電継続位置（図１（Ｂ））との間で移動させることができる。

電源部６０は、一端部が電極部４０に接続されており、他端部が接地されている。電源部６０は、電極部移動機構５０によって電極部４０が放電開始位置（図１（Ａ））にあるときに、電極部４０に放電電圧を印加してその先細り先端部４１にプラズマを発生させる。電源部６０は、電極部移動機構５０によって電極部４０が放電継続位置（図１（Ｂ））にあるときに、電極部４０に対する放電電圧の印加を継続してプラズマを被処理細管２０の内表面２１に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させる。電源部６０が電極部４０に印加する放電電圧は、例えば、５ｋＶ〜２０ｋＶかつ数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの交流電圧とすることができる。

続いて、図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、本発明の一実施形態による内表面処理装置１０を用いた内表面処理方法について説明する。

［第１ステップ］
図２（Ａ）に示すように、被処理細管２０の内部に導入した放電ガスを被処理細管２０の放電ガス放出端部２３から外部に放出する。

［第２ステップ］
図２（Ｂ）に示すように、被処理細管２０の外部において、放電ガス放出端部２３から放出される放電ガス中に電極部４０の先細り先端部４１を配置する（電極部４０を放電開始位置に配置する）。

上記の［第１ステップ］と［第２ステップ］は、必ずしもこの順番で実行する必要はなく、これらの順番を入れ替えて実行してもよいし、これらを同時に実行してもよい。

［第３ステップ］
図２（Ｃ）に示すように、放電ガス中に配置された電極部４０に放電電圧を印加することにより、電極部４０の先細り先端部４１にプラズマを発生させる。

ここで、上記の［第３ステップ］で電極部４０に放電電圧を印加してプラズマを発生させるとき、電極部４０が非導電性材料を主成分とした被処理細管２０の外部に位置しており、かつ、電極部４０の先細り先端部４１に局所的な電界集中が生じるので、プラズマを発生させるために必要な放電電圧のレベルを低く抑えることができる。これにより、プラズマ発生時の温度を低くすることができ、被処理細管２０の外部でプラズマを発生させていることと相まって、プラズマ発生時に被処理細管２０の内表面２１が損傷（例えば溶解）するのを確実に防止することができる。

［第４ステップ］
図２（Ｄ）に示すように、電極部４０に放電電圧を印加したまま、電極部４０を被処理細管２０の外表面２４に移動させる（電極部４０を放電継続位置の初期位置に移動させる）ことで、プラズマを被処理細管２０の外部から内部に移動させる。つまり、電極部４０の先細り先端部４１からプラズマが分離して、電極部４０の先細り先端部４１とプラズマとの間に被処理細管２０が介在した状態となる。

［第５ステップ］
図２（Ｅ）に示すように、電極部４０に放電電圧を印加したまま、電極部４０を被処理細管２０の外表面２４に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させる（電極部４０を放電継続位置で移動させる）ことで、プラズマを被処理細管２０の内表面２１に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させる。これにより、被処理細管２０の内表面２１が周方向と長さ方向の両方に亘って万遍なく処理（表面改質処理や滅菌処理）される。また図２（Ｅ）の［第５ステップ］を、電極部４０を被処理細管２０の外表面２４に接触させた状態で実行することで、電極部４と被処理細管２０とが非接触の場合（両者の間に空気間隔が存在する場合）に比べて、放電電圧を低く抑えることができる。

ここで、上記の［第４ステップ］と［第５ステップ］では、電極部４０を被処理細管２０の内部に挿入する必要がなく、単に、電極部４０の先細り先端部４１を被処理細管２０の外表面２４に沿って移動させるだけである。このため、被処理細管２０のサイズ（例えば内径）と形状（例えば長さ方向の径の変動や急激な曲がり）を問わずに適用可能な内表面処理装置及び内表面処理方法を得ることができる。例えば、極めて細径で内部に処置具等の異物を挿入するのが困難であり、且つ、長さ方向の径の変動や急激な曲がりがある被処理細管であっても、本発明の内表面処理装置及び内表面処理方法を適用することができる。

また、電極部４０を被処理細管２０の全長をカバーしたサイズとする必要がないので、電極部４０を含んだ内表面処理装置１０の小型化、構造の簡単化、低コスト化を図ることができる。

さらに、上述したように、電極部４０の先細り先端部４１に局所的な電界集中を生じさせてプラズマを維持するために必要な放電電圧のレベルを低く抑えることにより、プラズマの温度を低くして被処理細管２０の内表面２１が損傷（例えば溶解）するのを防止することができる。

以上の実施形態では、単一の先細り先端部４１を有する先端針状電極によって電極部４０を構成した場合を例示して説明した。しかし、図３に示すように、複数（ここでは７つ）の先細り先端部４１を有する先端針状電極によって電極部４０を構成することも可能である。この場合、電極部４０に放電電圧を印加してプラズマを発生させるときには（ステップでは）、電極部４０の複数の先細り先端部４１の全部または一部に電界集中を生じさせることになる。これにより、複数の先細り先端部４１の各々が尖っていることで電界集中が期待でき、かつ電極部４０と被処理細管２０の接触面積が増大するので、電極部４０に発生するプラズマを大きくすることができる。あるいは、電極部４０として、先端が尖った金属線を縒って棒状にしたものを使用することも可能である。

以上の実施形態では、単一の先細り先端部４１を有する先端針状電極によって電極部４０を構成した場合を例示して説明した。しかし、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電極部４０に代えて、一対の電極部４５を設けることも可能である。図４（Ａ）では、一対の電極部４５を被処理細管２０の外部の放電開始位置に配置し、一対の電極部４５の間に放電ガス放出端部２３からの放電ガスを送り込み、一対の電極部４５の間に放電電圧を印加することで、一対の電極部４５の間にプラズマを発生させる。図４（Ｂ）では、一対の電極部４５に放電電圧を印加したまま、一対の電極部４５を被処理細管２０の外表面２４に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させる（電極部４０を放電継続位置で移動させる）ことで、プラズマを被処理細管２０の内表面２１に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させる。これにより、被処理細管２０の内表面２１が周方向と長さ方向の両方に亘って万遍なく処理（表面改質処理や滅菌処理）される。

以上の実施形態では、電極部移動機構５０によって電極部４０を被処理細管２０に対して移動させる場合を例示して説明した。しかし、本発明は、被処理細管２０と電極部４０を相対移動させることができれば（プラズマを被処理細管２０の外部から内部へ相対移動させ且つプラズマを被処理細管２０の内表面２１に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させることができれば）成立するものである。従って、電極部移動機構５０に代えて被処理細管移動機構（図示せず）を設け、この被処理細管移動機構によって被処理細管２０を電極部４０に対して移動させることも可能である。

以上の実施形態では、電極部４０を放電継続位置で被処理細管２０の外表面２４に沿って且つ放電ガス放出端部２３よりも軸方向内部に位置する長さ方向に移動させるときに、電極部４０を被処理細管２０の外表面２４に接触させる場合を例示して説明した。しかし、放電継続位置において、電極部４０と被処理細管２０の外表面２４を接触させることなく、両者の間にプラズマを維持できる程度の僅かな隙間を設けてもよい。

以上の実施形態では、被処理細管として医療用または実験用のカテーテル等の非導電性材料を主成分とした被処理細管２０を用いた場合を例示して説明したが、内表面の処理を必要とする細管である限りにおいて、これ以外の細管を被処理細管として用いることが可能である。

１０ 内表面処理装置
２０ 被処理細管
２１ 内表面
２２ 放電ガス導入端部
２３ 放電ガス放出端部
２４ 外表面
３０ 放電ガス供給源（放電ガス供給部）
４０ 電極部（先端針状電極）
４１ 先細り先端部
４５ 一対の電極部
５０ 電極部移動機構（相対移動機構）
６０ 電源部

Claims (6)

1. 被処理細管の内表面を処理する内表面処理方法であって、
   前記被処理細管の内部に導入した放電ガスを前記被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出するステップと、
   前記被処理細管の外部において、前記放電ガス放出端部から放出される前記放電ガス中に電極部を配置するステップと、
   前記放電ガス中に配置された前記電極部に放電電圧を印加することにより、前記電極部にプラズマを発生させるステップと、
   前記電極部に放電電圧を印加したまま、前記電極部を前記被処理細管の外表面に相対移動させることで、前記プラズマを前記被処理細管の外部から内部に相対移動させるステップと、
   前記電極部に放電電圧を印加したまま、前記電極部を前記被処理細管の外表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させることで、前記プラズマを前記被処理細管の内表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させるステップと、
   を有することを特徴とする内表面処理方法。
2. 請求項１記載の内表面処理方法において、
   前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる単一の先細り先端部を有しており、
   前記電極部にプラズマを発生させるステップでは、前記単一の先細り先端部に局所的な電界集中を生じさせる内表面処理方法。
3. 請求項１記載の内表面処理方法において、
   前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる複数の先細り先端部を有しており、
   前記電極部にプラズマを発生させるステップでは、前記複数の先細り先端部の全部または一部に電界集中を生じさせる内表面処理方法。
4. 被処理細管の内表面を処理する内表面処理装置であって、
   前記被処理細管の内部に導入した放電ガスを前記被処理細管の放電ガス放出端部から外部に放出する放電ガス供給部と、
   前記被処理細管の前記放電ガス放出端部の外部に位置する放電開始位置と、前記被処理細管の外表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動する放電継続位置との間を相対移動可能な電極部と、
   前記電極部が前記放電開始位置にあるときに、前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させ、さらに、前記電極部が前記放電継続位置にあるときに、前記電極部に対する放電電圧の印加を継続して前記プラズマを前記被処理細管の内表面に沿って且つ前記放電ガス放出端部よりも軸方向内部に位置する長さ方向に相対移動させる電源部と、
   を有することを特徴とする内表面処理装置。
5. 請求項４記載の内表面処理装置において、
   前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる単一の先細り先端部を有しており、
   前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させるときには、前記単一の先細り先端部に局所的な電界集中を生じさせる内表面処理装置。
6. 請求項４記載の内表面処理装置において、
   前記電極部は、先端部に向かうに連れてその断面積を減少させる複数の先細り先端部を有しており、
   前記電極部に放電電圧を印加してプラズマを発生させるときには、前記複数の先細り先端部の全部または一部に電界集中を生じさせる内表面処理装置。

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