JP6912674B2 - プラズマ照射装置 - Google Patents
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Description
本願は、2018年9月20日に、日本に出願された特願2018−176582号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
電磁波対策として、シールド材を用いて装置の外部に漏れる電磁波を遮蔽する方法は知られている。しかしながら、照射器具を手で持って使用するプラズマ照射装置に関しては、シールド材で電気配線を覆うと、電気配線が硬くなり、操作性が損なわれるという課題があった。
また、プラズマ照射装置から電磁波が発生すると周囲の機器を誤作動させるという課題があった。さらに、シールド材がないと、周囲からの電磁波によりプラズマ照射装置が誤作動するという課題があった。
本発明に係るプラズマ照射装置は、プラズマ発生部を有し、前記プラズマ発生部にて発生したプラズマおよび前記プラズマによって生じる活性ガスの少なくとも一方を吐出する照射器具と、前記プラズマ発生部に電気を供給し、かつ電圧を調整する給電部、および、前記給電部を制御する制御部を有する供給ユニットと、前記照射器具と前記供給ユニットを電気的に接続する電気配線と、前記照射器具、前記供給ユニットおよび前記電気配線の外周をそれぞれ覆う電磁波シールド材と、を備え、前記電気配線の外周を覆う電磁波シールド材は可撓性を有する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、その数値範囲の両端を含むものとする。
プラズマジェット照射装置は、プラズマを発生させる。プラズマジェット照射装置は、発生したプラズマと活性種とを被照射物に直接照射する。活性種は、プラズマ中の気体またはプラズマ周辺の気体とプラズマとが反応して生成される。活性種としては、活性酸素種、活性窒素種等を例示できる。活性酸素種としては、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、オゾン、過酸化水素、スーパーオキシドアニオンラジカル等を例示できる。活性窒素種としては、一酸化窒素、二酸化窒素、ペルオキシナイトライト、過酸化亜硝酸、三酸化二窒素等を例示できる。
活性ガス照射装置は、プラズマを発生させる。活性ガス照射装置は、活性種を含む活性ガスを被照射物に照射する。活性種は、プラズマ中の気体またはプラズマ周辺の気体とプラズマとが反応して生成される。
本実施形態のプラズマ照射装置は、活性ガス照射装置である。
図1に示すように、本実施形態のプラズマ照射装置100は、照射器具10(インスツルメント)と、供給ユニット20と、ガス管路30と、電気配線40と、電磁波シールド材と、を備える。
照射器具10は、照射器具10内で発生した活性ガスを吐出する。供給ユニット20は、照射器具10に電気およびプラズマ発生用ガスを供給する。ガス管路30は、照射器具10と供給ユニット20を接続している。電気配線40は、照射器具10と供給ユニット20を接続している。電磁波シールド材(図示略)は、供給ユニット20(筐体21)の外周を覆っている(遮蔽している)。電磁波シールド材50は、電気配線40の外周を覆っている(遮蔽している)。
図2は、照射器具10における軸線に沿う断面を示す部分断面図である。図3は、図2の照射器具のx−x断面図である。
照射器具10は、長尺状のカウリング2と、カウリング2の先端から突出するノズル1と、カウリング2内に位置するプラズマ発生部12と、カウリング2の外周面に設けられた操作スイッチ9(操作部)と、を備える。
胴体部2bは、管軸O1方向に延びる円筒状の部材である。胴体部2bは、円筒形に限らず、四角筒、六角筒、八角筒等の多角筒形でもよい。
金属材料としては、ステンレス、チタン、アルミニウム等が挙げられる。
このような構成とすることにより、胴体部2bは電磁波シールド材として機能する。
胴体部2bの大きさは、特に制限はなく、手指で把持しやすい大きさとすることができる。
ヘッド部2aは、先端に嵌合孔2cを有している。嵌合孔2cは、ノズル1を受け入れる孔である。ノズル1は、ヘッド部2aに着脱可能になっている。ヘッド部2aは、管軸O1方向に延びる第1の活性ガス流路7を内部に有している。管軸O1は、胴体部2bの管軸である。
耐摩耗性、耐腐食性に優れる材料としては、ステンレス鋼等の金属を例示できる。ヘッド部2aと胴体部2bとの材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
ヘッド部2aの大きさは、プラズマ照射装置100の用途等を勘案して決定できる。例えば、プラズマ照射装置100が口腔内用治療器具である場合、ヘッド部2aの大きさは、口腔内に挿入できる大きさが好ましい。
照射口1aの開口径は、例えば、0.5mm〜5mmであることが好ましい。開口径が上記下限値以上であると、活性ガスの圧力損失を抑制できる。開口径が上記上限値以下であると、照射する活性ガスの流速を高めて、患部の治癒等を促進できる。
照射管1cは、管軸O1に対して屈曲している。
照射管1cの管軸O2と管軸O1とのなす角度θは、プラズマ照射装置100の用途等を勘案して決定できる。
管状誘電体3と内部電極4と外部電極5とは、管軸O1を中心として同心円状に位置している。
内部電極4の外周面と外部電極5の内周面とは、管状誘電体3を挟んで互いに対向している。
内部電極4は、管軸O1方向に延びる軸部と、軸部の外周面のねじ山とを備える。軸部は、中実でもよいし、中空でもよい。軸部は中実が好ましい。軸部が中実であれば、加工が容易であり、かつ機械的な耐久性を高められる。内部電極4のねじ山は、軸部の周方向に周回する螺旋状のねじ山である。内部電極4の形態は、雄ねじと同様の形態である。
内部電極4は、外周面にねじ山を有することで、ねじ山先端部の電界が局所的に強くなり、放電開始電圧が低くなる。このため、低電力でプラズマを生成し、維持できる。
なお、内部電極4は、外周面にねじ山等の凹凸を有しなくてもよい。すなわち、内部電極4は、外周面に凹凸を有しない円柱の部材でもよい。
内部電極4のねじ山のピッチpは、内部電極4の長さや外径d等を勘案して、適宜決定できる。ピッチpは、0.2mm〜3.0mmであることが好ましく、0.2mm〜2.5mmであることがより好ましく、0.2mm〜2.0mmであることがさらに好ましい。
なお、外部電極5は、管軸O1方向に2つ以上に分かれていてもよい。外部電極5が管軸O1方向に分かれている場合、長さL3は、内部電極4と、2つの外部電極の後端から先端までとが対向している領域の長さであり、2つの外部電極の間の距離を含むものとする。
操作スイッチ9は、例えば、押釦である。操作スイッチ9が押釦である場合、操作スイッチ9は、使用者が押釦を1回押したときに電気信号を1回だけ発信する構成を有してもよく、使用者が押釦を押し続けている間、電気信号を発信し続ける構成を有してもよい。
図4は、プラズマ照射装置100の概略構成を示すブロック図である。
供給ユニット20は、給電部60と、ガス調整部70と、ガス供給源80と、制御部90と、これらを収容する筐体21と、筐体21の外周を覆う電磁波シールド材(図示略)と、を備える。
筐体21は、ガス供給源80を離脱可能に収容する。これにより、筐体21に収容されたガス供給源80内のガスがなくなったとき、ガス供給源80を交換できる。
電磁波シールド材の材料としては、導電性の材料であれば、特に制限はなく、板状の金属、金属繊維、炭素繊維、プラスチック等の素材に対して、めっきや真空蒸着等のコーティングにより金属膜を形成してなるもの等を例示できる。
給電部60は、プラズマ発生部12の内部電極4と外部電極5との間に印加する電圧および周波数を調整できる。
給電部60は、例えば、100Vの家庭用電源等の電源(図示略)と接続されている。
制御部90は、電磁弁71、流量コントローラ74および給電部60を制御する。
制御部90は、情報処理装置を用いて構成される。すなわち、制御部90は、バスで接続されたCPU(Central Processor Unit)、メモリおよび補助記憶装置を備える。制御部90は、プログラムを実行することによって動作する。
操作スイッチ9からの電気信号を制御部90が受け付けると、制御部90が、電磁弁71を所定時間、開放して電磁弁71を通過したプラズマ発生用ガスの流量を流量コントローラ74に調整させる。また、制御部90が、給電部60を制御して内部電極4と外部電極5との間に電圧を所定時間、印加する。その結果、ガス供給源80からプラズマ発生部12に一定量のプラズマ発生用ガスが供給され、ノズル1から活性ガスが所定時間(例えば、数秒から数十秒程度)、継続して吐出される。
制御部90が操作スイッチ9からの電気信号を受け付けている間、制御部90が、電磁弁71を開放して、電磁弁71を通過したプラズマ発生用ガスの流量を流量コントローラ74に調整させる。また、制御部90が、給電部60を制御して内部電極4と外部電極5との間に電圧を印加する。その結果、使用者が操作スイッチ9を押し続けている間、ガス供給源80からプラズマ発生部12にプラズマ発生用ガスが供給され、ノズル1から活性ガスが継続して吐出される。
ガス管路30は、供給ユニット20から照射器具10にプラズマ発生用ガスを供給する経路である。ガス管路30は、照射器具10の管状誘電体3の後端部に接続している。ガス管路30の材料は特に制限はなく、公知のガス管に用いる材料を適用できる。ガス管路30の材料としては、樹脂製の配管、ゴム製のチューブ等を例示でき、可撓性を有する材料が好ましい。
電気配線40は、照射器具10と供給ユニット20を電気的に接続する。電気配線40は、供給ユニット20の給電部60から照射器具10のプラズマ発生部12に電気を供給する第1の電気配線40Aと、照射器具10をアース接続する第2の電気配線40B(アース線)と、を備える。
電気配線40の材料は特に制限はなく、公知の電気配線に用いる材料を適用できる。電気配線40の材料としては、絶縁材料で被覆した金属導線等を例示できる。
電磁波シールド材50は、2つの電気配線40を纏めて、それらの外周を覆っていてもよいが、図1に示すように、2つの電気配線40の外周を個別に電磁波シールド材50で覆うことが好ましい。すなわち、第1の電気配線40Aの外周を第1の電磁波シールド材50Aで覆い、第2の電気配線40Bの外周を第2の電磁波シールド材50Bで覆うことが好ましい。なお、十分な電磁波遮蔽効果を得るためには、第1の電磁波シールド材50Aおよび第2の電磁波シールド材50Bの編組密度が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、99.9%であることが最も好ましい。
電磁波シールド材50の材料としては、導電性の材料であれば、特に制限はない。電磁波シールド材50の材料としては、板状の金属、金属繊維、炭素繊維、プラスチック等の素材に対して、めっきや真空蒸着等のコーティングにより金属膜を形成してなるもの、導電性の繊維または導電性の線材からなる筒状の編物または織物、後述する第2の変形例に示すコイルチューブ、後述する第3の変形例に示すコイルチューブ等を例示できる。なお、導電性の繊維としては、金属繊維、炭素繊維、化学繊維に対して、めっきや真空蒸着等のコーティングにより金属膜を形成してなる繊維等を例示できる。また、導電性の線材としては、金属線材、炭素線材、プラスチック線材に対して、めっきや真空蒸着等のコーティングにより金属膜を形成してなる線材等を例示できる。また、電磁波シールド材50は、可撓性を有する。これらのなかでも、電磁波シールド材50で覆われた電気配線40を軽量化して、照射器具10の操作性を高める観点から、電磁波シールド材50としては、導電性の繊維または導電性の線材からなる筒状の編物または織物が好ましい。
次に、プラズマ照射装置100の使用方法を説明する。
例えば、医師等の使用者は、照射器具10を持って移動させ、ノズル1を後述する被照射物に向ける。この状態で操作スイッチ9を押し、供給ユニット20のガス供給源80からガス調整部70およびガス管路30を介して照射器具10のプラズマ発生部12にプラズマ発生用ガスを供給し、供給ユニット20の給電部60から照射器具10のプラズマ発生部12に電気を供給する。
プラズマ発生部12に供給したプラズマ発生用ガスは、管状誘電体3の後端部から管状誘電体3の内空部に流入する。プラズマ発生用ガスは、電圧を印加した内部電極4と外部電極5とが対向する位置において電離し、プラズマになる。
生体組織としては、各器官(内臓等)、体表や体腔の内面を覆う上皮組織、歯周組織(歯肉、歯槽骨、歯根膜、セメント質等)、歯、骨等を例示できる。活性ガスの照射によって処理可能な疾患および症状としては、例えば、歯肉炎、歯周病等の口腔内の疾患、皮膚の創傷等を例示できる。
生物個体としては、哺乳類(ヒト、犬、猫、豚等)、鳥類、魚類等を例示できる。
プラズマ発生用ガスは、窒素を主成分とすることが好ましい。ここで、窒素を主成分とするとは、プラズマ発生用ガスにおける窒素の含有量が50体積%超であることをいう。
すなわち、プラズマ発生用ガスにおける窒素の含有量は、50体積%超であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましく、80体積%〜100体積%であることがさらに好ましく、90体積%〜100体積%であることが特に好ましい。プラズマ発生用ガス中の窒素以外のガス成分としては、例えば、酸素、希ガス等を例示できる。
なお、内部電極4が外周面に凹凸を有しない円柱の部材である場合、内部電極4と外部電極5との間に印加する交流電圧は、10kVpp以上であることが好ましい。外周面に凹凸を有さない内部電極4を用いる場合、外周面に凹凸を有する内部電極4を用いる場合に比べて、内部電極4と外部電極5との間に印加する交流電圧を高める必要がある。
印加する交流電圧が上記上限値以下であると、発生するプラズマの温度を低く抑えられる。印加する交流電圧が上記下限値以上であると、さらに効率的にプラズマを発生できる。
被照射面の温度は、内部電極4と外部電極5との間に印加する交流電圧、照射する活性ガスの吐出量、内部電極4と外部電極5とが対向している領域の先端Q1から照射口1aまでの道のり等の組み合わせで調節できる。被照射面の温度は、熱電対を用いて測定できる。
DMPO(5,5−ジメチル−1−ピロリン−N−オキシド)0.2mol/L溶液0.2mLに対して、活性ガスを30秒間照射する。この際、照射口1aから液面までの距離を5.0mmとする。活性ガスを照射した溶液について、電子スピン共鳴(ESR)法を利用してヒドロキシルラジカル濃度を測定し、これをラジカル密度とする。
TPC(2,2,5,5−テトラメチル−3−ピロリン−3−カルボキサミド)0.1mol/L溶液0.4mLに対して、活性ガスを30秒間照射する。この際、照射口1aから液面までの距離を5.0mmとする。活性ガスを照射した溶液について、電子スピン共鳴(ESR)法を利用して一重項酸素濃度を測定し、これを一重項酸素密度とする。
照射口1aから吐出する活性ガスの流量が上記下限値以上であると、活性ガスが被照射面に作用する効果を充分に高められる。照射口1aから吐出する活性ガスの流量が上記上限値以下であると、活性ガスの被照射面の温度が過度に高まることを防止できる。加えて、被照射面が濡れている場合には、被照射面の急速な乾燥を防止できる。さらに、被照射面が患部である場合には、患者への刺激を抑制できる。プラズマ照射装置100において、照射口1aから吐出する活性ガスの流量は、管状誘電体3へのプラズマ発生用ガスの供給量で調節できる。
以上説明した本実施形態のプラズマ照射装置100にあっては、第1の電気配線40Aの外周および第2の電気配線40Bの外周を電磁波シールド材50で覆っているため、プラズマ照射装置100を用いた作業中に、第1の電気配線40Aおよび第2の電気配線40Bから電磁波が発生することを抑えられる。したがって、プラズマ照射装置100の使用者やプラズマの被照射物が電磁波により悪影響を受けることを防止できる。また、本実施形態のプラズマ照射装置100にあっては、電気配線40を、可撓性の電磁波シールド材50で覆うため、照射器具10の操作性が損なわれることを防止できる。また、本実施形態のプラズマ照射装置100にあっては、第1の電気配線40Aと第2の電気配線40Bを、個別に電磁波シールド材50で覆うことにより、電磁波シールド材50の外径が小さく抑えられて、第1の電気配線40Aと第2の電気配線40Bが曲がりやすくなり、使用者の作業性が向上する。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。
電磁波シールド材200を構成する導電性の繊維の太さは、電気配線40から発生する電磁波を遮蔽することができれば、特に制限はない。
電磁波シールド材200の編組密度(単位長さ当たりの糸打ち込み本数、単位長さ当たりのコース数・ウェール数)は、電気配線40から発生する電磁波を遮蔽することができれば、特に制限はない。
電磁波シールド材200を構成する導電性の線材は、導電性の材料からなるものであれば、特に制限はなく、金属製の線材、炭素製の線材、プラスチック製の線材に対して、めっきや真空蒸着等のコーティングにより金属膜を形成してなる線材等を例示できる。
電磁波シールド材200を構成する金属線の太さは、電気配線40から発生する電磁波を遮蔽することができれば、特に制限はないが、例えば、0.04mm〜0.2mmであることが好ましい。
電磁波シールド材300を構成する導電性の線材301の太さは、電気配線40から発生する電磁波を遮蔽することができれば、特に制限はない。
第2の部位412の一端部(第1の部位411とは反対側の端部)は、線材410の厚さ方向に突出する係合凸部412aをなしている。
第1の部位411の一端部(第2の部位412側の端部)の内側には、第2の部位412の係合凸部412aを係合する係合凹部411aが設けられている。
隣接する線材410同士において、第2の部位412の係合凸部412aを、第1の部位411の係合凹部411aに係合することにより、線材410同士が隙間なく密接している。また、線材410において、第1の部位411よりも厚さが小さい第2の部位412を設けて、第2の部位412を介して、隣接する線材410同士を接合することにより、電磁波シールド材400は、第2の部位412において、曲がりやすくなる。
電磁波シールド材400を構成する導電性の線材410の厚さは、電気配線40から発生する電磁波を遮蔽することができれば、特に制限はない。
第1の樹脂シース材500の厚さは、第1の電気配線40A、第2の電気配線40Bおよびガス管路30を束ねた状態で、可撓性が損なわなければ、特に制限はない。第1の樹脂シース材500の厚さは、0.5mm〜2.0mmであることが好ましい。第1の樹脂シース材500の厚さが上記下限値以上であると、第1の電気配線40Aおよび第2の電気配線40Bの美観を保つことができるとともに、第1の樹脂シース材500の耐久性に優れる。第1の樹脂シース材500の厚さが上記上限値以下であると、第1の電気配線40A第2の電気配線40Bおよび第1の樹脂シース材500を含むケーブルの重量が重くなりすぎることがないため、照射器具10の操作性が損なわれることを防止できる。
この場合、足踏みペダルを操作部とし、例えば使用者が足踏みペダルを踏んだときに、供給源80からプラズマ発生用ガスをプラズマ発生部12に供給する構成を採用すること等ができる。
内部電極は、表面に凹凸を有してもよいし、表面に凹凸を有していなくてもよい。内部電極としては、外周面に凹凸を有する形状が好ましい。
例えば、内部電極の形状は、コイル状でもよいし、外周面に突起、穴、貫通孔が複数形成された棒形状または筒形状でもよい。内部電極の断面形状は、特に限定されず、例えば、真円形、楕円形等の円形、四角形、六角形等の多角形を例示できる。
本発明の治療方法は、生体組織の治癒促進に有効である。本発明の治療方法は、ヒトのみならず、ヒトを除く動物の治療にも有効である。
10 照射器具
12 プラズマ発生部
20 供給ユニット
40 電気配線
50,200,300,400,600 電磁波シールド材
60 給電部
90 制御部
100 プラズマ照射装置
500 第1の樹脂シース材
510,610 空間
520,530,540 第2の樹脂シース材
700 充填剤
Claims (6)
- プラズマ発生部を有し、前記プラズマ発生部にて発生したプラズマおよび前記プラズマによって生じる活性ガスの少なくとも一方を吐出する照射器具と、
前記プラズマ発生部を制御する制御部を有する供給ユニットと、
前記照射器具と前記供給ユニットを電気的に接続する電気配線と、
前記照射器具、前記供給ユニットおよび前記電気配線の外周をそれぞれ被覆する電磁波シールド材と、を備え、
前記電気配線の外周を被覆する電磁波シールド材は可撓性を有し、
前記電磁波シールド材の外周が第2の樹脂シース材で被覆されており、
前記照射器具と前記供給ユニットを接続する全ての前記電気配線が第1の樹脂シース材で束ねられ、
前記第1の樹脂シース材の厚さが0.5mm〜2.0mmであり、
前記第2の樹脂シース材の厚さが0.1mm〜0.5mmであるプラズマ照射装置。 - 前記電気配線を2本以上備え、該2本以上の電気配線の外周が個別に前記電磁波シールド材で被覆されている請求項1に記載のプラズマ照射装置。
- 前記電気配線の外周を被覆する電磁波シールド材は、導電性の繊維または導電性の線材からなる筒状の編物または織物である請求項1または2に記載のプラズマ照射装置。
- 前記第1の樹脂シース材と前記電気配線の間に空間を有し、前記空間は中空である請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマ照射装置。
- 前記第1の樹脂シース材の内部に形成される全ての空間である内部空間に、少なくとも前記電気配線、前記電磁波シールド材および前記第2の樹脂シース材が配置され、前記内部空間の全体積100%に対して、前記空間の占める体積が30%〜70%である請求項4に記載のプラズマ照射装置。
- 前記第2の樹脂シース材における前記電磁波シールド材とは反対側の面に潤滑剤がコーティングされている請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラズマ照射装置。
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