(57)【要約】【課題】  滅菌処理能力が高く、装置のコスト低減を図ることができる大気圧プラズマ滅菌装置の提供。【解決手段】  滅菌対象物が収容される処理室１の側面上方には大気圧表面波励起プラズマユニット２が接続されている。滅菌処理を行う際には、ガス供給部３からのガス（例えば、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス）は処理室下部から導入され、処理室１内の大気は処理室上部に接続された配管D3により排出される。滅菌処理時には、配管D4を介して処理室１内のガスが処理室１とＡＳＷＰユニット２との間で循環される。この循環するガスに含まれる酸素ガスはＡＳＷＰユニット２のプラズマにより活性化され、酸素ラジカルが生成される。その酸素ラジカルは常圧の処理室１に導かれ、酸素ラジカルの強力な滅菌作用に滅菌対象物が滅菌処理される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
滅菌対象物が収容され、ほぼ大気圧に保たれる処理室と、
大気圧表面波励起プラズマを発生してラジカルを生成するラジカル生成部とを備え、
前記ラジカル生成部で生成されたラジカルにより滅菌対象物を滅菌処理することを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、
前記ラジカル生成部は、前記処理室とは別の空間において大気圧表面波励起プラズマによりラジカルを生成し、
滅菌処理時に前記ラジカル生成部で生成されたラジカルを前記処理室に導入する導入手段を備えたことを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【請求項３】
請求項２に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、
一つの前記ラジカル生成部に対して前記処理室を複数備え、
前記導入手段は、前記ラジカル生成部で生成されたラジカルを前記複数の処理室にそれぞれ導入することを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、
前記導入手段は、前記処理室内の上部領域に導入し、
前記処理室内に導入されたラジカルを下方に送る移送手段を設けたことを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、
前記処理室内の下部領域にラジカル生成用ガスを導入するガス供給手段と、
前記処理室の上部から前記処理室内のガスを排出する排出手段と、
前記処理室内に導入されたラジカル生成用ガスを、前記処理室と前記ラジカル生成部との間で循環させる循環手段とを備え、
前記ラジカル生成部は前記循環手段により導かれたラジカル生成用ガスを用いてラジカルを生成することを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、
滅菌処理後に、乾燥空気を前記ラジカル生成部に発生する大気圧表面波励起プラズマ中を通過させ、その通過した乾燥空気を前記処理室に供給する乾燥空気供給手段を設けたことを特徴とする大気圧プラズマ滅菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用器具等の滅菌を行う装置であって、大気圧平面波励起プラズマを用いた大気圧プラズマ滅菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用器具等を滅菌する方法には、化学的方法としてはE.O.（エチレンオキサイド）ガス滅菌法、減圧過酸化水素プラズマ滅菌法などがあり、物理的方法としては高圧蒸気滅菌法（オートクレープ）、ガンマ線滅菌法、電子線滅菌法などがある。また、マイクロ波プラズマを用いた滅菌法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２３０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、E.O.ガス滅菌法の場合には、エチレンオキサイドガス自体の毒性が極めて強く、かつ、爆発性であるため、取り扱いが難しく環境への影響が問題となる。そのため、残留ガスや排出ガスの無害化処理が必要となり無害化に要するコストが高くなる。また、減圧過酸化水素プラズマ滅菌法やマイクロ波プラズマを用いた滅菌法は減圧下で処理が行われ、逆に高圧蒸気滅菌法では高圧下で処理が行われるため、それぞれ圧力容器が必要となりコスト高となる。さらに、ガンマ線滅菌法や電子線滅菌法はガンマ線や電子線を発生させる装置が必要なため装置が大規模となるとともにコスト高となり、小規模な滅菌装置には不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による大気圧プラズマ滅菌装置は、滅菌対象物が収容され、ほぼ大気圧に保たれる処理室と、大気圧表面波励起プラズマを発生してラジカルを生成するラジカル生成部とを備え、ラジカル生成部で生成されたラジカルにより滅菌対象物を滅菌処理することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、ラジカル生成部は、処理室とは別の空間において大気圧表面波励起プラズマによりラジカルを生成し、滅菌処理時にラジカル生成部で生成されたラジカルを処理室に導入する導入手段とを備えたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、一つの前記ラジカル生成部に対して処理室を複数備え、導入手段は、ラジカル生成部で生成されたラジカルを複数の処理室にそれぞれ導入するようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、導入手段は、処理室内の上部領域に導入し、処理室内に導入されたラジカルを下方に送る移送手段を設けたものである。
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、処理室内の下部領域にラジカル生成用ガスを導入するガス供給手段と、処理室の上部から処理室内のガスを排出する排出手段と、処理室内に導入されたラジカル生成用ガスを、処理室とラジカル生成部との間で循環させる循環手段とを備え、ラジカル生成部は循環手段により導かれたラジカル生成用ガスを用いてラジカルを生成する。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ滅菌装置において、滅菌処理後に、乾燥空気をラジカル生成部に発生する大気圧表面波励起プラズマ中を通過させ、その通過した乾燥空気を処理室に供給する乾燥空気供給手段を設けたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、大気圧表面波励起プラズマを発生することにより生成されるラジカルにより対象物の滅菌処理を行うようにしたので、処理室はほぼ大気圧に保たれ、処理室を圧力容器とする必要がなくコスト低減を図ることができると同時に、圧力を調整する必要がなく迅速な処理が可能となる。また、ラジカルによる滅菌作用が強く、処理時間が短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明による大気圧プラズマ滅菌装置の一実施の形態を示す図であり、装置全体の概略構成を示す図である。本実施の形態の大気圧プラズマ滅菌装置は、医療器具の滅菌や食料包装容器等の滅菌・消毒など、種々のものの滅菌・消毒をほぼ大気圧下で行うことができるものである。
【０００８】
１は処理室を構成するチャンバであって、この処理室１内に滅菌対象である医療器具等を不図示の保持部（例えば、台や棚など）に収容して滅菌処理が行われる。処理室１の側面上部には、大気圧表面波励起プラズマ（ＡＳＷＰ）ユニット２が接続されている。ＡＳＷＰユニット２は大気圧下においてプラズマを発生して滅菌用ガスをラジカル化する装置であり、詳細は後述する。
【０００９】
ガス供給部３は、酸素ラジカルまたはヒドロキシラジカルを生成するための酸素（Ｏ２）ガスや過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、放電を行わせるためのアルゴン（Ar）ガス、および乾燥空気を、ガス供給用の配管D1，D2を介して処理室１およびＡＳＷＰユニット２に供給する。以下では、ラジカルを発生させるためのガスとして酸素ガスを用いる場合について説明する。図１において、破線矢印で示す方向が鉛直上下方向であり、配管D1はバルブV4を介して処理室１の底面部に接続されている。一方、処理室１の上面にはガス排出用の配管D3が接続されるとともに、処理室１内のガスを下方に送風して後述するラジカルを拡散させる拡散ファンF3が設けられている。
【００１０】
排気用の配管D3にはバルブV1が設けられるとともに、処理室１内のガスを強制的に排気するための排気ファンF2が設けられている。処理室１内の圧力は圧力計PGで検出される。処理室１は常圧用の容器として構成されており、処理室１内の圧力と排気ラインの圧力との差圧が所定圧力（例えば、１．０１気圧）以上となったならば処理室底面に設けられたリリーフバルブLVが開き、処理室１内のガスを排気ラインへと逃がすようにしている。すなわち、処理室１内の圧力は、滅菌処理中も含めてほぼ大気圧に保たれる。
【００１１】
処理室１の下部に設けられた排気ファンF1は処理室１内のガスをＡＳＷＰユニット２または排気ラインへと送るためのファンであり、三方弁V2の弁AおよびBを開き、弁Cを閉じると、処理室１内のガスは排気ラインへと排出される。一方、三方弁V2の弁BおよびCを開いて弁Aを閉じると、処理室１内のガスは循環用配管D4を介してＡＳＷＰユニット２に送られる。
【００１２】
図２はＡＳＷＰユニット２の全体構成を示す図であり、図３はプラズマ生成部１０の軸方向（図２の紙面表裏方向）の断面を示したものである。図２に示すように、ＡＳＷＰユニット２はプラズマ生成部１０と、プラズマ生成部１０にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部２０とから成る。マイクロ波供給部２０は、マイクロ波電源２１、マイクロ波発振器２２、アイソレータ２３、方向性結合器２４、整合器２５および導波管２６を備えている。なお、アイソレータ２３、方向性結合器２４および整合器２５は省略することも可能である。
【００１３】
マイクロ波発振器２２で発生した例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管２６によりプラズマ生成部１０の環状導波管１１に導かれる。なお、図２のプラズマ生成部１０は、図３のＣ−Ｃ断面を示したものであり、環状導波管１１の内側面に接するように、石英やアルミナ等で形成された筒状の誘電体チューブ１２が配設されている。環状導波管１１の内側面にはスリット状開口から成る複数のスロットアンテナ１１０が所定の間隔で形成されている。
【００１４】
１１ａは環状導波管１１に設けられた終端板であり、導波管２６から環状導波管１１内に導入されたマイクロ波は終端板１１ａで反射される。環状導波管１１の周長を管内波長の整数倍とし、この終端板１１ａを設けて環状導波管１１内の定在波とスロットアンテナ１１０の位置を最適化することで、スロットアンテナ１１０の効率を向上させることができる。
【００１５】
環状導波管１１は、例えばアルミニウム合金や非磁性のステンレス鋼で作製され、図３に示すように、環状導波管１１の左右両端面には冷却ジャケット１１１がそれぞれ取り付けられている。冷却ジャケット１１１には冷媒用通路１１２が形成されており、この通路１１２に冷媒を流すことにより環状導波管１１を冷却するようにしている。冷却ジャケット１１１に装着されたＯリングシール１１３は、誘電体チューブ１２の端面と冷却ジャケット１１１との間をシールしている。
【００１６】
環状導波管１１の各スロットアンテナ１１０から放射されたマイクロ波は、誘電体チューブ１２の内周面に表面波として拡がり、この表面波により誘電体チューブ１２内に導入されたアルゴンガスが励起されてプラズマ化する。図２に示すプラズマ生成部１０では、筒状の誘電体チューブ１２の壁面全域にわたって表面波が拡がるため、誘電体チューブ１２の内部空間に高密度プラズマを効率的に形成することができる。１１４はプラズマによる加熱を防止するために設けられた筒状シールドであり、アルミナ、石英、チタン等で形成される。
【００１７】
プラズマの高密度領域は誘電体チューブ１２の壁面近傍に形成されるので、例えば、破線Ｌで示すようにガスを螺旋状に導入して、ガスが誘電体チューブ１２の壁面付近を流れるようにすると、効率的にプラズマが形成される。形成されたプラズマ領域に図示左側から右側へと酸素ガスを流すと、酸素ガスがプラズマにより活性化され、酸素ラジカル（スーパーオキシド、一重項酸素）が生成される。酸素ガスに代えて過酸化水素ガスを流すと、ヒドロキシラジカルが生成される。いずれのラジカルも滅菌能力に優れている。生成されたラジカルはガスの流れにより処理室１へと導かれる。
【００１８】
図４は滅菌処理の手順を示す工程図である。また、図５は、図４に示す各工程におけるバルブ，排気ファンおよびＡＳＷＰユニット２の動作を示したものである。滅菌処理を行う場合、本実施の形態の装置では、処理室１にガスを充填して処理を行うガス充填方式（図５（Ａ））と、処理室１に対してガスを流入・流出させるガスフロー方式（図５（Ｂ））との両方式を採用することができる。
【００１９】
最初に、図５（Ａ）に示すガス充填方式の処理について説明する。図４の工程１は滅菌処理を開始する前の準備工程であり、滅菌対象器具を処理室１内に収容し、処理室１内のガス置換・充填作業を行う。この工程１においては、図５（Ａ）に示すように、排出側のバルブV1を開くとともに、供給側のバルブV4を開いてガス供給部３から酸素ガスにアルゴンガスを数パーセント加えた混合ガスを処理室１内に流入させる。
【００２０】
比重の重い酸素ガス、アルゴンガスは処理室１の下部から順に充満し、処理室１にあった大気は混合ガスにより上方に押しやられる。このとき、排出用配管D3に設けられた排気ファンF2はオンとされ、上方に押しやられた大気は排気ファンF2によって排気ラインへと強制的に排気される。また、三方弁V2に関しては弁B，Cが開状態、弁Aが閉状態とされ、処理室１内のガスが配管D4を介してＡＳＷＰユニット２にも循環されるようにする。
【００２１】
このようにして、処理室１内およびＡＳＷＰユニット２に充満していた大気はバルブV1を介して排出されるとともに、バルブV4を介して混合ガスが処理室１に充填される。処理室１内は、下部から順に混合ガスへと置換され、最終的に処理室１およびＡＳＷＰユニット２のガスが置換されたなら、工程１を終了して工程２へと進む。なお、工程１では、バルブV3は閉状態とされ、排気ファンF1およびＡＳＷＰユニット２はオフ状態とされる。
【００２２】
工程２では、ＡＳＷＰユニット２をオンとして放電を開始する。放電開始時には、バルブV1およびV4は閉状態とされ、排気ファンF2はオフとされる。また、放電時にはバルブV3を２秒間程度開状態にして放電ガスであるアルゴンガス（またはアルゴンガスと酸素ガスの混合ガス）をＡＳＷＰユニット２に流入させ、放電が発生しやすいようにする。放電が開始してプラズマが生成されたならば、バルブV3は閉じられる。
【００２３】
工程２で放電が開始したならば、放電を維持する工程３に進んで排気ファンF1をオン状態にし、処理室１内のガスをＡＳＷＰユニット２に循環させる。また、処理室１内に設けられた拡散ファンF3を回転させる。ＡＳＷＰユニット２にプラズマが発生すると、そのプラズマの作用により酸素ガスが活性化されて酸素ラジカルが大量に発生する。ＡＳＷＰユニット２に発生した酸素ラジカルは、配処理室１、管D4およびＡＳＷＰユニット２を循環するガスの流れによってＡＳＷＰユニット２から処理室１へと供給される。
【００２４】
処理室１のガスは拡散ファンF3によってミキシングされるとともにダウンフローとされるので、酸素ラジカルも処理室１内に均等に分布するとともに、ダウンフローとなって上方から下方へと滅菌対象器具に降り注ぎ、対象器具の背後にも回りこむ。その結果、酸素ラジカルの強い滅菌作用により、滅菌対象器具に付着している細菌やウィルスなどが死滅する。ＡＳＷＰユニット２により生じる酸素ラジカルやヒドロキシラジカルは滅菌作用が強力なため、数分程度の処理により滅菌処理が終了する。なお、従来のエチレンオキサイドによる滅菌装置では、処理状態を一週間程度保持しなければならなく、その後の無害化処理にも時間を必要とする。
【００２５】
工程３の放電維持を所定時間継続することにより滅菌処理が終了したならば、工程４に進んでＡＳＷＰユニット２をオフし、放電を停止する。続く工程５では、処理室１内のガスを排気し、乾燥空気と置換する。すなわち、バルブV1,V4を開くとともに三方弁V3の弁A，Bを開いて弁Cを閉じることによりガス供給部３から滅菌乾燥空気を供給し、バルブV4を介して処理室１へと滅菌乾燥空気を流入させる。
【００２６】
このとき、拡散ファンF3を停止するとともに排気ファンF1，F2を駆動して、処理室１の下部および上部から処理室１内のガス（酸素ガス、アルゴンガス、酸素ラジカル等）を排気ラインへと排出する。所定時間が経過して、処理室１内のガスの滅菌乾燥空気への置換が終了したならば工程５を終了する。その後、処理室１を大気開放して滅菌が終了した器具類を取り出す。
【００２７】
一方、ガスフロー方式の処理に関しても、図４と同様の工程で処理が行われるが、図５（Ｂ）に示すように、工程２および工程３におけるバルブ等の動作がガス充填方式と異なっている。すなわち、工程２の放電開始処理ではバルブV3は開状態とされ、常にガス供給部３からＡＳＷＰユニット２にアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスが供給される。また、排気ファンF1が駆動されるとともに三方弁V2の弁A，Bを開いて弁Cを閉じることにより、処理室１内のガスが排気ファンF1により強制的に排気ラインへと排出される。
【００２８】
すなわち、工程２では、混合ガスは、配管D2からバルブV3およびＡＳＷＰユニット２を介して、側面から処理室１に供給され、拡散ファンF3によりダウンフローとされた後に、処理室１の下部から排出される。工程３においても、工程２と同様のガスフローが採用される。その他の工程については、ガス充填方式と同様である。
【００２９】
なお、上述した説明では、工程５において滅菌乾燥空気をガス供給部３から供給して、処理室１のガス置換を行ったが、ＡＳＷＰユニット２を稼働させた状態で配管D2から単なる乾燥空気を供給し、乾燥空気をプラズマ中に通すことによって滅菌乾燥空気とするようにしても良い。
【００３０】
（変形例）
図６は、図１に示した大気圧プラズマ滅菌装置の変形例を示す図である。この変形例では、２つの処理室１Ａ，１Ｂを備え、ＡＳＷＰユニット２で生成されたラジカル（酸素ラジカル、ヒドロキシラジカル）は、配管D100により処理室１Ａ，１Ｂに導かれる。配管D100にはバルブV100，V101が設けられており、バルブV100，V101の開閉により、ＡＳＷＰユニット２から処理室１Ａ，１Ｂへのラジカルの供給を独立にオンオフすることができる。すなわち、バルブV100，V101の開閉を制御することにより、処理室１Ａ，１Ｂのいずれか一方で滅菌処理を行うこともできるし、両方同時に滅菌処理することもできる。なお、１台のＡＳＷＰユニット２に対して、処理室を３つ以上設けてもかまわない。
【００３１】
なお、図１におけるＡＳＷＰユニット２、バルブV3、配管D2およびガス供給部３以外の処理室１に関する構成は、図６の各処理室１Ａ，１Ｂにそれぞれ設けられている。すなわち、配管D11，D12は配管D1に対応し、配管D31，D32は配管D3に対応し、配管D41，D42は配管D4に対応し、バルブV11，V12はバルブV1に対応し、三方弁V21，V22は三方弁V2に対応し、バルブV41，V42はバルブV4に対応し、リリーフバルブLV1，LV2はリリーフバルブLVに対応し、排気ファンF11，F12は排気ファンF1に対応し、排気ファンF21，F22は排気ファンF2に対応し、拡散ファンF31，F32は拡散ファンF3に対応し、圧力計PG1，PG2は圧力計PGに対応する。
【００３２】
上述した本実施の形態の大気圧プラズマ滅菌装置は次のような作用効果を奏する。
（１）ＡＳＷＰユニット２によりラジカルを生成するようにしたので、常圧で滅菌処理が行える。そのため、処理室１を圧力容器とする必要がなく、装置のコスト低減を図ることができる。また、滅菌処理を常温で行うことができる。
（２）毒性または爆発性のガスを用いていないので取り扱いが容易であるとともに、無害化処理を必要としない。
（３）ＡＳＷＰユニット２を用いることにより、従来よりも密度が高くプラズマ領域の大きなプラズマが得られ、ラジカルがより大量に生成される。その大量のラジカルを滅菌に利用することにより、滅菌処理を効果的に行うことができる。また、ラジカルの滅菌能力が高いので、滅菌処理時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
（４）処理室下部からガス導入を行うとともに処理室上部からガス排出を行うような構成としたので、ガス置換を速やかに行うことができ、滅菌処理の前後の処理を含むトータルの処理時間を短縮することができる。
（５）拡散ファンを用いてラジカルを分散させるとともに、処理室内の上方から下方へとダウンフローさせることにより十分に拡散し、処理室内に収容された複数の滅菌対象器具の全面に対して均一に滅菌処理を行うことができる。
（６）ガス充填方式の場合に、酸素ガスを処理室１とＡＳＷＰユニット２との間で循環させるようにしたので、ラジカルが効率的に処理室１に供給される。
（７）図６に示すように、一台のＡＳＷＰユニット２により複数の処理室を設けることにより、コストアップを抑えつつ処理能力の増大を図ることができる。
（８）ガス供給部３からの乾燥空気をＡＳＷＰユニット２のプラズマで滅菌して処理室１供給することにより、滅菌乾燥空気を供給する装置を新たに設ける必要がない。
【００３４】
なお、上述した実施の形態ではＡＳＷＰユニット２を処理室１とは別に設け、ＡＳＷＰユニット２で生成したラジカルを処理室１に導入したが、ＡＳＷＰユニット２を処理室１内に設けるようにしても良い。
【００３５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ＡＳＷＰユニット２はラジカル生成部を、配管D100およびバルブV100，V101は導入手段を、配管D4，三方弁V2および排気ファンF1は導入手段および循環手段を、拡散ファンF3は移送手段を、ガス供給部３，配管D1およびバルブV4はガス供給手段を、配管D3，バルブV1および排気ファンF2は排出手段を、配管D4，三方弁V2および排気ファンF1は循環手段を、ガス供給部３，配管D2およびバルブV3は乾燥空気供給手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による大気圧プラズマ滅菌装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】ＡＳＷＰユニット２の全体構成を示す図である。
【図３】プラズマ生成部１０の軸方向断面を示す図である。
【図４】滅菌処理の手順を示す工程図である。
【図５】図４に示す各工程におけるバルブ，排気ファンおよびＡＳＷＰユニット２の動作を示す図である。
【図６】変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  処理室
２  ＡＳＷＰユニット
３  ガス供給部
１０  プラズマ生成部
１１  環状導波管
１２  誘電体チューブ
D1〜D4，D11，D12，D31，D32，D41，D42，D100  配管
F1，F2，F11，F12，F21，F22排気ファン
F3，F31，F32拡散ファン
V1，V3，V4，V11，V12，V41，V42，V100，V101  バルブ
V2，V21，V22  三方弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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