JP6643648B2

JP6643648B2 - プラズマ液処理方法、プラズマ液処理装置および口腔洗浄装置

Info

Publication number: JP6643648B2
Application number: JP2016046321A
Authority: JP
Inventors: 宮下　万里子; 万里子宮下; 今田　勝巳; 勝巳今田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US9883930B2; CN106178023B; CN106178023A; JP2016221501A; US20160346068A1

Description

本開示は、プラズマ液処理方法、プラズマ液処理装置および口腔洗浄装置に関する。

従来、プラズマを利用して水の浄化又は殺菌等を行う装置及びその方法が知られている。例えば、特許文献１には、プラズマによって過酸化水素等の活性種を発生し、発生した活性種により微生物及び細菌を殺菌する装置及びその方法が開示されている。

特開２００９−２５５０２７号公報

本開示は、プラズマ液の酸化力を安全に低下させるプラズマ液処理方法およびプラズマ液処理装置を提供する。

本開示の一態様に係るプラズマ液処理方法は、プラズマにより液体に酸化力を形成してできるプラズマ液を対象物と接触させ、前記プラズマ液を前記対象物と接触させた後に残留する残留プラズマ液と水とを混合する。

なお、本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体又はこれらの任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示のプラズマ液処理方法は、プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができる。

図１は、実施の形態におけるプラズマ液処理装置の構成例を示すブロック図である。図２は、実施の形態におけるプラズマ液処理方法の一例を示すフローチャートである。図３Ａは、実施の形態における経過時間に対するプラズマ液の吸光度を示す図である。図３Ｂは、実施の形態における３０秒後のプラズマ液の吸光度変化を示す図である。図４は、実施の形態におけるプラズマ液と水との混合比と酸化力との関係を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した、プラズマ液に関し、以下の問題が生じることを見出した。

液体又は気体の浄化又は対象物の殺菌などにおいて、プラズマ発生装置では、特許文献１に記載されているように、プラズマによってＯＨラジカルなどの活性種が発生し、強い酸化力により微生物及び細菌を除菌する。ところが、除菌などの処理が終わった後もプラズマ液には強い酸化力が残ることが多い。したがって、口腔洗浄や浴室除菌など、人体に触れる用途で使用する場合、肌や粘膜にダメージを与える可能性がある。また、そのまま破棄すれば環境に影響を与える可能性がある。

本発明者らは、プラズマ液の酸化力を研究する実験を行ううちに、次の点を見出した。すなわち、プラズマにより酸化力が与えられたプラズマ液は、水と混合することによって、混合比以上に酸化力を大きく低下させることが可能である。

そこで、本開示の一態様に係るプラズマ液処理方法は、プラズマ液の酸化力を安全に低下させるために、プラズマにより液体に酸化力を形成してできるプラズマ液を対象物と接触させ、前記プラズマ液を前記対象物と接触させた後に残留する残留プラズマ液と水とを混合する。

これによれば、プラズマ液により対象物を除菌し、さらに、残留プラズマ液と水とを混合することにより、残留プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができる。

また、本開示の一態様に係るプラズマ液処理装置は、プラズマにより液体に酸化力を形成してできるプラズマ液を対象物と接触させ、前記プラズマ液を前記対象物と接触させた後に残留する残留プラズマ液と水とを混合する。

ここで、前記プラズマ液処理装置は、前記プラズマ液、または水を選択的に対象物に向けて噴出する噴出器と、前記噴出器が前記プラズマ液を噴出した後に前記水を噴出することにより、前記残留プラズマ液と前記水とを混合するように制御する制御部とを備えてもよい。

これによれば、残留プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができ、しかも除菌すべき対象物をプラズマ液に浸す必要がなく、対象物の範囲を大きく広げることができる。

ここで、前記プラズマ液処理装置は、ユーザ操作を受け付ける入力部をさらに備え、前記制御部は、前記噴出器が前記プラズマ液を噴出した後、前記入力部で受け付けられたユーザ操作に基づいて前記水を噴出するように前記噴出器を制御してもよい。

これによれば、ユーザ操作に従って残留プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができる。

ここで、前記制御部は、前記噴出器が前記プラズマ液の噴出を開始してから所定時間後に前記水を噴出するように制御してもよい。

これによれば、十分な除菌作用を確保した上で、残留プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができる。

また、本開示の一態様に係る口腔洗浄装置は、上記のプラズマ液処理装置を備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
［１．液体処理装置の構成例］
図１は、実施の形態におけるプラズマ液処理装置１００の構成を示すブロック図である。このプラズマ液処理装置１００は、介護ケア装置の一種である口腔洗浄装置としての構成例を示している。同図のようにプラズマ液処理装置１００は、第１の金属電極１０１、第２の金属電極１０２、絶縁体１０３、電源１０４、供給ポンプ１０５、反応槽１０６、ポンプ１１１、入力部１１７、出力部１１８、制御部１１９、プラズマ液槽１２０、ポンプ１２１、噴出器１２５、純水槽１３０、ポンプ１３１、回収槽１４０、ポンプ１４１、吸引器１４５を備える。噴出器１２５は、ノズル１２２とノズル１３２とを備える。吸引器１４５は、ノズル１４２を備える。

ポンプ１２１及び１３１は、噴出器１２５に含まれていてもよい。噴出器１２５は、後述するように、制御部１１９により制御され、プラズマ液または水を選択的に対象物に向けて噴出する。

第１の金属電極１０１は、除菌対象の液体である被処理液１１０を入れる反応槽１０６内に少なくとも一部が露出するように配置される、例えば棒状の電極である。

第２の金属電極１０２は、反応槽１０６内に少なくとも一部が露出するように配置され、例えば棒状の電極である。

絶縁体１０３は、第１の金属電極１０１の外周に通気用の空隙を設けるように形成され、反応槽１０６の開口に取り付けられる。

電源１０４は、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２とからなる電極対の間に電圧を印加することによって、プラズマ１１５を発生させ、除菌対象の被処理液１１０中にＯＨラジカルなどの活性種を発生させる。

供給ポンプ１０５は、第１の金属電極１０１と絶縁体１０３との間の空隙に気体を供給する。これにより、絶縁体１０３および第１の金属電極１０１の先端部分に気泡１１６を連続的に発生させる。この気泡１１６がなくても電極対の間にはプラズマ１１５が発生するが、気泡１１６が存在することによってプラズマ１１５による活性種の発生効率を高めることができる。

反応槽１０６は、当初はプラズマ液の原液としての純水を被処理液１１０として貯め、プラズマ１１５の発生後はプラズマ液を貯める。プラズマ液は、プラズマ１１５により被処理液１１０に酸化力が与えられてできる。このプラズマ液は、ポンプ１１１を有する配管を通ってプラズマ液槽１２０に移送される。なお、反応槽１０６とプラズマ液槽１２０とを配管で接続し、プラズマ１１５の発生時に、反応槽１０６とプラズマ液槽１２０との間で水（後のプラズマ液）を循環させる構成としてもよい。

入力部１１７は、ユーザ（例えば介護士）操作を受け付ける操作パネルである。入力部１１７は、例えば、ユーザ操作を受け付ける入力回路を備えている。ユーザ操作は、プラズマ放電の開始または停止指示、反応槽１０６からプラズマ液槽１２０へのプラズマ液の移送指示、噴出器１２５からプラズマ液の噴出開始または停止指示、噴出器１２５から純水の噴出開始または停止指示、吸引器１４５による吸引開始または停止指示などを含む。

出力部１１８は、ＬＥＤ、液晶パネルなどの表示装置、または音声ガイダンス装置であり、口腔洗浄装置としてのプラズマ液処理装置１００の動作状態、進行状況、音声ガイダンス等を出力する。

制御部１１９は、プラズマ液処理装置１００全体を制御する。制御部１１９は、例えば、プラズマ液処理装置１００全体を制御する制御回路を備えている。例えば、制御部１１９は、プラズマ液槽１２０からノズル１２２を介してプラズマ液を噴出させることにより、プラズマ液と対象物とを接触させる。制御部１１９は、その後に、純水槽１３０からノズル１３２を介して水を噴出させることにより、水と残留プラズマ液とを混合させる。

プラズマ液槽１２０は、反応槽１０６から移送されたプラズマ液を貯める。

ノズル１２２は、プラズマ液槽１２０に通じるフレキシブルな配管に接続され、配管上のポンプ１２１により、プラズマ液槽１２０からプラズマ液を吸い上げて噴出する。ノズル１２２はユーザにより自在に保持可能である。つまり、ノズル１２２の位置および噴出方向は自在である。これにより、プラズマ液の噴出方向を対象物に容易に向けることができる。ノズル１２２によるプラズマ液の噴出は、一般的な除菌だけでなく、バイオフィルムと呼ばれる細菌の構造体の除菌にも利用できる。バイオフィルムは、細菌と細菌外気質（例えば多糖やＤＮＡ）からなり、コロニーより強固な構造体となっている。バイオフィルム内では細胞自体も変化しているため通常の除菌操作では除菌困難なこともある。プラズマ液は、特殊な薬剤を使うことなく水を原料として生成でき、高い酸化力を有している。それゆえ、バイオフィルムの除菌に適している。なお、ノズル１２２は、霧状に噴出してもよいし、液状に噴出してもよい。また、ポンプ１２１は電動式でもよいし、霧吹きのような手動式でもよい。

純水槽１３０は、水をためる。この水は純水でよく、プラズマ液よりも酸化力の弱い液体であってもよい。

ノズル１３２は、純水槽１３０に通じるフレキシブルな配管に接続され、配管上のポンプ１３１により、純水槽１３０から水を吸い上げて噴出する。ノズル１３２はユーザにより自在に保持可能である。つまり、ノズル１３２の位置および噴出方向は自在である。これにより、水の噴出方向を対象物に容易に向けることができる。プラズマ液を対象物と接触させた後に残留する残留プラズマ液に水を混合させることにより、残留プラズマ液の酸化力を低下させることができる。つまり、水または還元性を高めた水を残留プラズマ液に混合するだけで、容易かつ安全に酸化力を低下させることができる。水の混合によるプラズマ液の酸化力の低下の詳細については後述する。なお、ノズル１３２は、霧状に噴出してもよいし、液状に噴出してもよい。また、ポンプ１３１は電動式でもよいし、霧吹きのような手動式でもよい。

回収槽１４０は、残留プラズマ液および水の混合液を回収するためのタンクである。

ノズル１４２は、噴出器１２５により噴出されたプラズマ液および水の混合液をポンプ１４１により吸い込み、回収槽１４０に排出する。例えば、口腔内の洗浄においてプラズマ液を噴出した後水の噴出し、さらに、回収することができる。なお、ポンプ１４１は、電動式でもよいし、手動式でもよい。

［２．プラズマ液処理装置の動作例］
以上のように構成されたプラズマ液処理装置１００について、除菌、酸化力の低下および回収を行う動作について説明する。

図２は、本実施の形態におけるプラズマ液処理方法の一例を示すフローチャートである。同図の処理は、制御部１１９の制御により、入力部１１７へのユーザ操作、出力部１１８における表示または音声ガイダンスを伴って進められる。

同図において、まず、反応槽１０６および純水槽１３０に水（例えば純水または酸化力の弱い還元力のある水）を原液として準備する（Ｓ２１）。その後、水の準備が完了したことを示すユーザ操作（例えば介護士の操作）、またはプラズマ放電の開始を指示するユーザ操作を入力部１１７が受け付けたとき、制御部１１９は、反応槽１０６の水からプラズマ液を生成するよう制御する（Ｓ２２）。すなわち、制御部１１９は、第１の金属電極１０１および第２の金属電極１０２間に電源１０４から高電圧パルスを印加させることによりプラズマ１１５を発生させ、もって液中に活性種を発生させる。これにより酸化力の強いプラズマ液が生成される。

次に、制御部１１９は、ポンプ１１１の作用により反応槽１０６からプラズマ液槽１２０にプラズマ液を移送し（Ｓ２３）、さらに、プラズマ液を対象物に接触させる（Ｓ２４）。口腔洗浄の場合、介護士がノズル１２２から、被介護者の口腔内の除菌対象部位にプラズマ液を噴霧することにより、プラズマ液を対象物に接触させる。対象物は、除菌対象部位であり、例えば口腔内のバイオフィルムの存在しそうな箇所でよい。プラズマ液を対象物に接触させてから所定時間が経過していない場合は、その状態を維持する（Ｓ２５でｎｏ）。この所定時間の経過により、十分な除菌作用を確保することができる。

さらに所定時間が経過した後（Ｓ２６でｙｅｓ）、残留プラズマ液に水を混合させる（Ｓ２６）。残留プラズマ液とは、プラズマ液を一定時間対象物に作用させた後に残留する液体であって活性種が残存している液体のことを言う。口腔洗浄の場合、ノズル１３２から口腔内の除菌対象部位に水を噴霧する。これにより残留プラズマ液の酸化力を安全に低下させることができる。なお、ここでの水は、純水でも、水道水でも、水素水でもよく、プラズマ液よりも酸化力が弱い水であればよい。

次に、残留プラズマ液と水との混合液をノズル１４２により吸引し、回収槽１４０に回収する（Ｓ２７）。具体的には、介護士が吸引器１４５（つまりノズル１４２）を用いて、被介護者の口腔内に残留する混合液を回収槽１４０に回収する。なお、ステップＳ２４及びＳ２６以外のステップは、任意に省略又は変更することができる。

［３．実験データ］
続いて、プラズマ液と水との混合による酸化力の低下について、実験データを用いて説明する。

図３Ａは、実施の形態における経過時間に対するプラズマ液の吸光度を示す図である。同図の横軸は時間(秒)を示す。縦軸は、吸光度を示す。吸光度の変化は、代表的な青色系食品添加色素であるインディゴカーミンの分解による。すなわち、細菌の分解を色素の分解とみなしている。縦軸の下側(値が小さい方)ほど色素の分解が進んでいること、つまり、プラズマ液の酸化力が強いことを示している。また、図３Ｂは、図３Ａでの０秒から３０秒までの３０秒間における吸光度の変化を示す図である。

グラフＬ０は、酸化力がピークになるように生成されたプラズマ液そのものの吸光度の変化を示している。グラフＬ０では、経過時間に連れて吸光度がどんどん小さくなっている。これは、プラズマ液の酸化力により色素がどんどん分解されているからである。図３Ｂに示すように、グラフＬ０では、０秒から３０秒までの３０秒間における吸光度の変化は、−９．５１％になっている。

グラフＬ１は、酸化力がピークになるように生成されたプラズマ液に、同じ量のインディゴカーミン水溶液を混合した液体の吸光度の変化を示している。グラフＬ０と比べるとグラフＬ１の吸光度はほとんど変化していない。つまり、色素の分解があまり進んでいない。これは、混合液の酸化力が低下しているからだと考えられる。図３Ｂに示すように、３０秒間における吸光度の変化は−０．９６４％でしかない。

グラフＬ２は、酸化力がピークになるように生成されたプラズマ液に、同じ量の純水を混合した液体の吸光度の変化を示している。グラフＬ０と比べるとグラフＬ２の吸光度はほとんど変化していない。つまり、色素の分解があまり進んでいない。これは、混合液の酸化力が低下しているからだと考えられる。図３Ｂに示すように、３０秒間における吸光度の変化は−１．９１％でしかない。

グラフＬ３は、酸化力がピークになるように生成されたプラズマ液に、同じ量の水素水を混合した液体の吸光度の変化を示している。水素水は、水素を溶解させた水であり、抗酸化作用を有するとされている。グラフＬ０と比べるとグラフＬ３の吸光度はほとんど変化していない。つまり、色素の分解があまり進んでいない。これは、混合液の酸化力が低下しているからだと考えられる。図３Ｂに示すように、３０秒間における吸光度の変化は−０．３９６％でしかない。水素水は、抗酸化作用を有することから、プラズマ液の酸化力を大きく低下させるように思われるが、実際には、グラフＬ１、Ｌ２、Ｌ３の間で大きな差異はなかった。

以上のように、図３Ａから、プラズマ液に同量のインディゴカーミン水溶液、純水、水素水を混合した場合、プラズマ液の酸化力は大きく低下することがわかる。また、プラズマ液の酸化力は低下させる作用は、インディゴカーミン水溶液、純水、水素水で大差ないことがわかる。

次に、プラズマ液と水との混合比と酸化力の低下を調べた実験結果について説明する。

図４は、実施の形態におけるプラズマ液と水との混合比と酸化力との関係を示す図である。同図の横軸は、プラズマ液と水との混合比を示す。同図ではプラズマ液と水との混合比（ここでは体積比）が１：３、１：１、３：１、１：０の４通りを示している。縦軸は、プラズマ液または混合液の酸化力を示し、混合比が１：０のプラズマ液、つまり水を混合していないプラズマ液の酸化力を１として正規化してある。また、同図のグラフは水を混合してから３０秒後の酸化力を示している。

混合比が３：１、つまりプラズマ液３に対して水１を混合した場合、酸化力は５８％低下している。プラズマ液の酸化力を半減させるには、プラズマ液の１／３の量の水を混合すればよいことがわかる。

混合比が１：１、つまりプラズマ液１に対して水１を混合した場合、酸化力は８５％低下している。

混合比が１：３、つまりプラズマ液１に対して水３を混合した場合、酸化力は９７％低下している。

以上のように、プラズマ液への水の混合による酸化力の低下は、単純な希釈効果ではなく、水の混合量以上に酸化力が低下することがわかる。

また、図４から、水の混合量によってプラズマ液の酸化力を制御することができる。

例えば、プラズマ液と混合ざれる水の量が、プラズマ液の１／３倍以上１倍以下であるとき、プラズマ液の酸化力を約６０％〜約８５％に低下させることができる。

また、プラズマ液と混合ざれる水の量が、プラズマ液の１倍以上３倍以下であるとき、プラズマ液の酸化力を約８５％〜約９７％に低下させることができる。

また、プラズマ液と混合ざれる水の量が、プラズマ液の３倍以上であるとき、プラズマ液の酸化力を約９７％以上に低下させることができる。

なお、実際には、残留プラズマ液中に残存する活性種の量は、対象物に接触させる前にプラズマ液中に存在する活性種の量、及びプラズマ液を接触させる対象物の濃度に依存する。したがって、残留プラズマ液に混合して十分に酸化力を低下できる水の量も当該２つの要素に依存する。したがって、例えば、対象物を細菌とした場合、プラズマ液を細菌に接触させる前に細菌量をイメージセンサなどで検出し、または目視で判断してもよい。細菌量が多い場合は接触させた後に残存する活性種の量が少なくなるので、少ない量の水を混合することが考えられる。一方、細菌量が少ない場合は接触させた後に残存する活性種の量が多くなるので、多い量の水を混合することが考えられる。センサが検出した細菌量の多い／少ないは、所定の閾値に基づいて演算回路が判断してもよい。所定の閾値は、反応槽１０６内で貯められるプラズマ液の原液の量、及び電源１０４が電極間に印加する電圧値・印加時間を一定値とした場合に生成される活性種の量に対して決定したものを予め記憶させてもよい。

以上説明してきたように実施の形態におけるプラズマ液処理装置によれば、残留プラズマ液の酸化力を容易にかつ安全に低下させることができる。つまり、通常の水、純水、還元力のある水などを、プラズマ液に混合するだけで、酸化力を低下させることができる。また、プラズマの発生により酸化力をもつプラズマ液を生成するので、特殊な薬剤を使うことなく水を原料として高い酸化力をもるプラズマ液を生成することができる。

また、上記実施の形態では、主に口腔洗浄装置としてのプラズマ液処理装置について説明したが、口腔洗浄以外に用いることができる。例えば、医療用機器の除菌、浴室の床の除菌、排水口の除菌、窓ガラスの除菌などに用いてもよい。

また、プラズマ液と水の混合は、噴出による混合に限らず、水槽内で混合してもよい。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態のプラズマ液処理装置および口腔洗浄装置などを実現するソフトウェアは、コンピュータに、図２に示したプラズマ液処理方法を実行させる。

以上、一つまたは複数の態様に係るプラズマ液処理装置、方法および口腔洗浄装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本開示のプラズマ液処理方法は、口腔洗浄装置、医療機器の滅菌、浴室の床洗浄、排水口の洗浄等に利用可能である。

１００プラズマ液処理装置（口腔洗浄装置）
１１７入力部
１１９制御部
１２５噴出器

Claims

プラズマにより液体に酸化力を形成してできるプラズマ液、または水を選択的に対象物に向けて噴出する噴出器を用いるプラズマ処理方法であって、
前記噴出器が前記プラズマ液を前記対象物に噴出することにより、前記プラズマ液を前記対象物と接触させ、
前記プラズマ液を前記対象物と接触させた後に、前記噴出器が前記水を噴出することにより、残留する残留プラズマ液と前記水とを混合する、
プラズマ液処理方法。
プラズマにより液体に酸化力を形成してできるプラズマ液、または水を選択的に対象物に向けて前記噴出する噴出器と、
前記噴出器が前記プラズマ液を噴出することにより前記プラズマ液を前記対象物と接触させ、前記プラズマ液を前記対象物と接触させた後に、前記噴出器が前記水を噴出することにより、残留プラズマ液と前記水とを混合するように制御する制御部と、
を備える
プラズマ液処理装置。
ユーザ操作を受け付ける入力部をさらに備え、
前記制御部は、前記噴出器が前記プラズマ液を噴出した後、前記入力部で受け付けられたユーザ操作に基づいて前記水を噴出するように前記噴出器を制御する、
請求項２に記載のプラズマ液処理装置。
前記制御部は、前記噴出器が前記プラズマ液の噴出を開始してから所定時間後に前記水を噴出するように制御する、
請求項２に記載のプラズマ液処理装置。
請求項２〜４の何れか１項に記載のプラズマ液処理装置を備える
口腔洗浄装置。