(57)【要約】【課題】殺菌処置室内に水蒸気発生用の水をセットしておき、この水を蒸発させつつ、プラズマを発生させて殺菌対象体を殺菌することで、装置のコンパクト化を図る。【解決手段】プラズマを発生する殺菌処置室と、殺菌処置室内に配置され、殺菌対象体を支持する受台と、受台に連結され、受台に直流電圧を印加する電圧印加手段と、殺菌処置室内に接続され、殺菌処置室内を真空引き真空手段と、殺菌処置室に配置された水容器と、水容器の水分を殺菌処置室内に放出する放出部に設けられ、殺菌処置室内に向けて放出される水分の放出速度を低速にする規制部材と、真空手段及び電圧印加手段の作動を制御する制御手段とを備え、制御手段によって、真空手段を作動させて真空引きを行い、殺菌処置室が所定圧力になった時点で、電圧印加手段を作動させて所定電圧を印加して所定時間保持することで、プラズマを発生させて、受台に載置された殺菌対象体を殺菌する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生する殺菌処置室と、
該殺菌処置室内に配置され、殺菌対象体を支持する受台と、
該受台に連結され、該受台に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
該殺菌処置室内に接続され、該殺菌処置室内を真空引き真空手段と、
該殺菌処置室に配置され、所定量の水を収容する水容器と、
該水容器の水分が該殺菌処置室内に放出される放出部に設けられ、該殺菌処置室内に向けて放出される水分の放出速度を低速にする規制部材と、
該真空手段及び該電圧印加手段に接続され、該真空手段及び該電圧印加手段の作動を制御する制御手段とを備え、
該制御手段によって、該真空手段を作動させて所定の圧力に真空引きを行い、該殺菌処置室が所定圧力になった時点で、電圧印加手段を作動させて所定電圧を印加して所定時間保持することで、プラズマを発生させて、該受台に載置された殺菌対象体を殺菌するようにしたことを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ殺菌装置において、
該規制部材が、多孔質フィルターからなることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のプラズマ殺菌装置において、
該制御手段によって、該真空手段を制御して、該殺菌処置室内の圧力及び該殺菌処置室からの排出量を制御することによって、該水容器の放出部からの水分放出量が所定の範囲で安定して規制されるようになっていることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ殺菌装置において、
該制御手段によって、該殺菌処置室内の圧力PがP＝０．１Pａ〜５０Pａの範囲で、且つ該殺菌処置室からの気体の排気量SがS=５０Ｌ/min〜３，０００Ｌ/minの範囲になるように該真空手段が制御されることによって、該水容器からの水分放出量QがQ(g/min)=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)になるように規制されることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ殺菌装置において、
該制御手段によって、該受台に印加される直流の印加電圧が、３ｋV〜２０ｋVの範囲に制御されていることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプラズマ殺菌装置において、
該電圧印加手段が、パルス電圧を印加する手段であることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ殺菌装置において、
該電圧印加手段がさらに、交流を印加する高周波電源を備えることを特徴とするプラズマ殺菌装置。
【請求項８】
プラズマを発生する殺菌処置室内に、殺菌対象体を載置すると共に直流電極として形成された受台を備え、該殺菌処置室内に水を放出する水容器を備え、該水容器の放出部に水放出量を規制する規制部材を備え、
該殺菌処置室内を真空手段で減圧して所定圧力にすると共に該殺菌処置室内からの排気量を所定排気量に制御することによって、水容器から該殺菌処置室への水の放出量を所定範囲に規制し、
この状態において、該直流電極に所定のパルス電圧を所定時間印加して所定時間保持し、
殺菌対象体の周囲に静電気に起因するプラズマを形成し、
該プラズマの中のイオンは殺菌対象体に向けて打ち込まれ、殺菌対象体を殺菌することを特徴とするプラズマ殺菌方法。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ殺菌方法において、
該殺菌処理室内の圧力が０．１Pａ〜５０Ｐａの範囲になるように制御され、該殺菌処理室の排気量が５０L/min〜３，０００L/minの範囲になるように制御されることによって、該水容器からの水分の放出量QがQ(g/min)=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)として算出される値になるように規制され、印加電圧が３ｋV〜２０ｋVの範囲で印加されるようになっていることを特徴とするプラズマ殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを使用して、医療器具などの殺菌処理体に付着する菌を殺菌或いは滅菌（以下殺菌と称す）する装置及びその装置を使った殺菌方法に関し、特にプラズマベースのイオンを殺菌処理体に注入して医療器具などに付着する菌を殺菌する装置及びその装置のよる殺菌方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、病院や歯科医院等で使用される医療器具や容器等に対して、殺菌、滅菌が必要とされるようになっている。その対象器具としては、例えば、点滴用容器、薬瓶、純水封入容器のような内部で菌が繁殖してはならない容器、メスのように外部に菌が付着していてはならない医療用器具、フラスコのように内外部に菌が存在してはならない実験用器具等が挙げられる。
【０００３】
また、政府要人に宛てられた郵便封筒の表面に極度に有害である毒素を放出する細菌を付着させる犯罪に対処することは、国際的テロに対抗するために緊要の課題になっている。
【０００４】
このような殺菌対象体の内面を含む表面に存在する菌、又は、日常的物品に付着している菌、カビの付着数は、確実に且つ激減的に減少させられることが重要である。
【０００５】
従来、このような医療器具などの殺菌対象体を殺菌する技術として、種々の方法が検討されてきている。
【０００６】
例えば、高圧蒸気や乾燥した熱い空気を利用する方法が最も広く採用されているが、このような方法では、蒸気又は熱による医療器具の変形や器具表面の酸化が生じる恐れがあり、又確実に殺菌できない可能性もある。
【０００７】
また、エチレンオキサイドガスやホルマリンを使用する方法では、殺菌対象体に毒性のある残存物を残す恐れがあり、殺菌対象体と接触する患者に深刻な悪影響を及ぼす恐れがある。そのために、殺菌対象体に残る毒性の残存物を取り除く追加工程が必要となり、費用又は時間が多く掛かる欠点を有する。
【０００８】
このような欠点を解決する方法の1つとして、プラズマイオンを殺菌対象体に注入して殺菌するシステムが知られている。そのプラズマシステムにおいて、反応活性種の前駆体として過酸化水素を利用する方法が知られている（特許文献１）。アルゴンガスを利用して、プラズマイオン注入して殺菌する手法も知られている（特許文献２）。過酸化水素を使わないで水蒸気を利用して、プラズマイオン注入して殺菌する手法も知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平２−６２２６１号公報
【特許文献２】特許第２７７４１９３号公報
【特許文献３】特開２００３−３１０７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献1のように過酸化水素を使用するものでは、過酸化水素の購入費用が高いために殺菌処理費用が割高となる等ランニングコストの面で望ましくない。また、過酸化水素は保管および取り扱いに注意が必要で維持、管理が面倒となる。
【００１０】
アルゴンガス等の不活性ガスを用いる特許文献２にあっては、取り扱いが容易な反面、殺菌作用に最も効果的な酸素原子が生成されないか、されても少なく、高い殺菌作用が得られにくい面があった。
【００１１】
特許文献３においては、プラズマによるイオン注入を行うので、拡散性が高いプラズマの化学的効果のみによらずにプラズマが持つ粒子の物理的エネルギーを利用することにより殺菌効果をより高くすることができる。また、直流電極と交流電極の併用により、電子又はイオンは、加速されて殺菌対象体の細胞に打ち込まれ、ラジカルは電極の正負に係わらず熱運動的に細胞又は細胞の表層に打ち込まれる。その結果、直流電極の周囲の近傍にプラズマシースが生成され、直流電極に対するクーロン力による電子又はイオンの加速が生じるので、殺菌効果が格段に優れている。しかし、処置室の外部で多量の水蒸気を生成して、キャリアガスとともに殺菌処置室に送りこむことが必要であり、設備費が高くなると共に、設備も大掛かりとなる欠点を有する。その上、水蒸気の雰囲気では、過酸化水素に比較して殺菌できる圧力条件や電圧条件が厳しくて、殺菌処置室内で安定してプラズマを発生させて殺菌できることが難しい。
【００１２】
また、過酸化水素、アルゴンガス、水分を使用してプラズマイオンを殺菌対象体に注入する方法は、殺菌対象体の殺菌技術として注目されているが、過酸化水素、アルゴンガス、水分を使用するいずれの方法においても、多量の反応ガスを外部で生成させて、殺菌処置室内に供給・排出する構成となっている。そのために、従来のものでは、設備が大掛かりとなり、コストが嵩む結果となっている。
【００１３】
本発明では、低コスト化を図ると安全性を考慮して、処理ガスとして過酸化水素やエチレンガス等を使うのではなくて、水を使うことを前提として、研究を重ねていた。特に、水を使用して殺菌処理結果の高いプラズマベースのイオン注入法を利用することにより、殺菌対象体の周りにプラズマを多く発生させて、プラズマイオンを殺菌対象体に打ち込むことでき、殺菌対象体全体にプラズマ発生させる必要はないことに着目した。
【００１４】
この着目に基づいて、本発明では、殺菌処置室全体に多量の水蒸気を殺菌処置室に供給せずに、殺菌対象体の周囲に僅かな水分を存在させ、それを水蒸気にして殺菌対象体の周囲に水蒸気からのプラズマを発生させることで殺菌できないかと発想し、外部から水蒸気を供給するのではなく、殺菌処置室内に水蒸気発生用の水をセットしておき、この水を蒸発させつつ、プラズマを発生させて殺菌対象体を殺菌することで、装置のコンパクト化を図ることを目的とする。
【００１５】
具体的には、本発明は、例えば、水を僅かに入れたコップを殺菌処理室に入れて、真空引きした際にコップの水が一度に多量に蒸発しないように規制して、プラズマが発生する圧力になった際にも安定して僅かな水蒸気が供給され続けている状態を作り、その状態で電圧を印加して水蒸気から生成されたイオンを殺菌対象体に注入して殺菌するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
具体的には、請求項１の発明は、
プラズマを発生する殺菌処置室と、
該殺菌処置室内に配置され、殺菌対象体を支持する受台と、
該受台に連結され、該受台に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
該殺菌処置室内に接続され、該殺菌処置室内を真空引き真空手段と、
該殺菌処置室に配置され、所定量の水を収容する水容器と、
該水容器の水分が該殺菌処置室内に放出される放出部に設けられ、該殺菌処置室内に向けて放出される水分の放出速度を低速にする規制部材と、
該真空手段及び該電圧印加手段に接続され、該真空手段及び該電圧印加手段の作動を制御する制御手段とを備え、
該制御手段によって、該真空手段を作動させて所定の圧力に真空引きを行い、該殺菌処置室が所定圧力になった時点で、電圧印加手段を作動させて所定電圧を印加して所定時間保持することで、プラズマを発生させて、該受台に載置された殺菌対象体を殺菌するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ殺菌装置において、該規制部材が、多孔質フィルターからなることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または２記載のプラズマ殺菌装置において、該制御手段によって、該真空手段を制御して、該殺菌処置室内の圧力及び該殺菌処置室からの排出量を制御することによって、該水容器の放出部からの水分放出量が所定の範囲で安定して規制されるようになっていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３記載のプラズマ殺菌装置において、該制御手段によって、該殺菌処置室内の圧力PがP＝０．１Pａ〜５０Pａの範囲で、且つ該殺菌処置室からの気体の排気量SがS=５０Ｌ/min〜３，０００Ｌ/minの範囲になるように該真空手段が制御されることによって、該水容器からの水分放出量Qが
Q(g/min)=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)になるように規制されることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項４記載のプラズマ殺菌装置において、該制御手段によって、該受台に印加される直流の印加電圧が、３ｋV〜２０ｋVの範囲に制御されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプラズマ殺菌装置において、
該電圧印加手段が、パルス電圧を印加する手段であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項６記載のプラズマ殺菌装置において、該電圧印加手段がさらに、交流を印加する高周波電源を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明は、プラズマを発生する殺菌処置室内に、殺菌対象体を載置すると共に直流電極として形成された受台を備え、該殺菌処置室内に水を放出する水容器を備え、該水容器の放出部に水放出量を規制する規制部材を備え、
該殺菌処置室内を真空手段で減圧して所定圧力にすると共に該殺菌処置室内からの排気量を所定排気量に制御することによって、水容器から該殺菌処置室への水の放出量を所定範囲に規制し、
この状態において、該直流電極に所定のパルス電圧を所定時間印加して所定時間保持し、
殺菌対象体の周囲に静電気に起因するプラズマを形成し、
該プラズマの中のイオンは殺菌対象体に向けて打ち込まれ、殺菌対象体を殺菌することを特徴とする。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項８記載のプラズマ殺菌方法において、
該殺菌処理室内の圧力が０．１Pａ〜５０Pａの範囲になるように制御され、該殺菌処理室の排気量が５０L/min〜３，０００L/minの範囲になるように制御されることによって、該水容器からの水分の放出量QがQ(g/min)=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)として算出される値になるように規制され、印加電圧が３ｋV〜２０ｋVの範囲で印加されるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１によれば、本発明では、殺菌処置室内に水容器を配置し、規制部材によって水容器の水から水蒸気が僅かずつ放出されるようにしたので、外部から雰囲気ガスを導入しなくても、適切な圧力に保持できると共に高電圧を印加でき、その結果、殺菌処置室内で高密度なプラズマを生成でき、殺菌対象体を効果的に殺菌できる。
【００２６】
請求項２によれば、簡単な構造で、確実に水の放出量を規制できる。特に、別段放出量を規制する制御バルブなどの部材及びその部材を制御する制御機構などを必要としないので、水容器とこの規制部材を殺菌処置室内に置くだけでよく、簡単な構成とすることができる。
【００２７】
請求項３によれば、圧力、排気量を制御することで、確実で簡単に水蒸気の発生量を規制することができるので、効果的にプラズマを生成でき、且つ殺菌できる圧力とすることができ、高機能に殺菌できる。
【００２８】
請求項４によれば、圧力、排気量を適切な範囲とすることで、確実で簡単に水蒸気の発生量を適正な範囲とすることができるので、効果的にプラズマを生成でき、且つ殺菌できる圧力とすることができ、高機能に殺菌できる。
【００２９】
請求項５によれば、印加電圧を高電圧で印加できるので、効果的にプラズマを生成でき、殺菌できる機能に優れる。
【００３０】
請求項６によれば、殺菌対象体に効果的にプラズマイオンを注入できる。
【００３１】
請求項７によれば、プラズマを高密度で生成でき、殺菌機能に優れる。
【００３２】
請求項８によれば、本発明では、殺菌処置室内に水容器を配置し、規制部材によって水容器の水から水蒸気が僅かずつ放出されるようにしたので、外部から雰囲気ガスを導入しなくても、適切な圧力に保持できると共に高電圧を印加でき、その結果、殺菌処置室内で高密度なプラズマを生成でき、殺菌対象体を効果的に殺菌できる。
【００３３】
また、従来技術では、殺菌処置室内を、例えば真空ポンプを使って一旦７．０＊１０−４Paの真空圧力に減圧し、それから反応ガスを導入しながら、２．０〜７．０Paに圧力になるように真空ポンプ等を調整するようにしている。
【００３４】
それに対して、本発明では、一旦、真空ポンプを使って一旦７．０＊１０−４Paの真空圧力まで減圧する必要が無く、大気圧の状態から、真空ポンプを使って減圧していく際に、上記のような圧力、即ち２．０〜７．０Paになった時点で、水容器内の水分が僅かずつ蒸発していくので、上記圧力範囲で保持できる。この状態で高電圧を印加することによって、殺菌対象体を効果的に殺菌できるので、方法的にも従来に比較して、簡素化できる。
【００３５】
請求項９の発明によれば、殺菌処置室内で更に高密度なプラズマを生成でき、殺菌対象体を効果的に殺菌できる。
【００３６】
本発明において、用語「殺菌」は、微生物の全ての生体形成を破壊又は殺菌対象体から除去する処理を意味する。実際上は、用語「生存確率」で殺菌度（或いは滅菌度）が慣用的に定義される。特定の滅菌量を示す表現として、例えば、１０−３、１０−６、１０−１２として測定することが、殺菌処理の実用上の殺菌或いは滅菌目標として慣用的に使用されており、本発明でも、このような表現を使用することとし、説明の簡略化のために殺菌という表現で殺菌或いは滅菌を代表させて使用する。
【００３７】
本発明において、殺菌処理室内の圧力は、減圧しすぎてこう真空になるとプラズマが生成し難くなり、また減圧が不足してもプラズマが生成できないので、０．１Ｐａ〜５０Ｐａの範囲とすることが好ましく、特に、０．２Ｐａ〜１０Ｐａの範囲とすることが好ましい。
【００３８】
また、印加電圧は高いほど滅菌できる効果が期待できるが、圧力との関係であまり高くできないので、３ｋV〜２０ｋVの範囲とすることが好ましく、特に、６ｋV〜１５ｋVの範囲とすることが好ましい。
【００３９】
排出量Ｓは、設備の大小によって大きく異なるが、現在では実現性の高いものとしては、５０〜３，０００(L/min)の範囲とすることが好ましく、特に、１００〜５００(L/min)の範囲とすることが好ましい。
【００４０】
特に、水容器からの水分の放出量が多すぎる（又は速すぎる）とプラズマ生成圧力に保持することが困難であり、放出量が少なすぎると水蒸気量が不足して十分なプラズマイオンの生成が得られないので、水の放出量を適正な範囲になるように規制することが好ましい。
【００４１】
水の放出量Ｑは、
Q(g/min)=０．０００８＊１０−２＊Ｐ(Pａ)＊Ｓ(L/min)として算出される値
とすることが好ましく、
該殺菌処理室内の圧力が０．１Pａ〜５０Pａの範囲になるように制御され、該殺菌処理室の排気量が５０L/min〜３，０００L/minの範囲になるように制御されることによって、水容器からの水分の放出量QがQ(g/min)=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)として算出される値になるように規制され、印加電圧が３ｋV〜２０ｋVの範囲で印加されるようになっていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００４３】
（実施形態１）
図１及び図２は、本発明の実施形態1を示す。図１に示されるように、真空容器となっている殺菌処置室１内にプラズマ発生器２が配置されている。プラズマ発生器２は、拡散が抑制されるプラズマを生成する非拡散的プラズマ生成器３を有する。非拡散的プラズマ生成器３は、電圧印加手段である直流パルス電源４１と殺菌対象体Ｔに電気的に接合して殺菌対象体Ｔを載置して処理対象そのものを電極化する受台（直流電極）５とから形成されている。直流電極５は、殺菌処置室１の中に配置され、殺菌処置室１の壁に装着されている電流導入端子６を介して殺菌処置室１の外側に配置されている直流パルス電源４１に接続している。
【００４４】
殺菌処置室１には、排気口７が設けられ、真空ポンプ８に接続されている。排気口７には細菌付着塵埃粒子を殺菌処置室１の中に侵入させないフィルター（図示されず）が介設されることが望ましい。
【００４５】
殺菌処置室１の受台５には、殺菌対象体Tが載置されると共に、水容器１０が載置されるようになっている。この水容器１０は、図2に示すように、水Wが収納される容器からなり、その放出部１１には、セラミック製の多孔質フィルターからなる規制部材１２が設置されている。この規制部材１２によって、水容器１０内の水が水蒸気となって蒸発する際の蒸発量（あるいは蒸発速度）が緩やかになるように規制されている。その理由は、後で説明する。
【００４６】
制御手段２０は、真空ポンプ８の作動及びパルス電圧印加手段４１の印加電圧及び印加時間を制御する。
【００４７】
図６は直流パルス電源４１の好ましい電力波形を示している。直流パルス電源４１の直流パルス４２は、これ自体の自己放電により、殺菌対象体Ｔの表面の近傍領域にプラズマを生成する電気的能力を有している。図６に示されるように、直流パルス電源４１は、直流負電圧がＶでありそのパルス幅がｔ１である直流パルス４２を周期（充電時間）ｔ２で生成する。周期ｔ２のパルスの繰り返し数により定められるｄｕｔｙ比を調整することにより、単位時間に殺菌対象体Ｔに入射されるイオンフラックスである殺菌処理速度を更に有効に制御することができる。
【００４８】
直流パルス４２の負電圧に代えられて正電圧が用いられるようにしても良く、この場合にも概ね負電圧と同等の殺菌効果が得られる。
【００４９】
このようなパラメータの大きさは、直流パルス４２のパルス幅ｔ１に影響を与える殺菌対象体Ｔ（この場合は絶縁体）の表面上の電荷移動速度、殺菌対象体Ｔとプラズマ中の粒子との衝突に起因する電荷解消速度が考慮されて定められる。直流パルス４２の幅は数μｓ〜数ｍｓのオーダーであることが好ましく、その電圧は数ｋV〜数十ｋV程度であることが好ましい。但し、その電流のピーク値は、回路構成要素の設定値以下になるように調整されることが好ましい。直流パルス４２の繰り返し幅ｔ２は、数百ｐｐｓ〜数千ｐｐｓの程度であることが好ましい。
【００５０】
実施形態1の作動状態を説明する。
【００５１】
殺菌処置室１の中に水容器１０がセットされ、殺菌対象体Tが受台５の上に載置された後、制御手段２０からの信号に基づいて、真空ポンプ８が作動し、排気口７から殺菌処置室１内の空気が排出される。そして、殺菌処置室１内が所定圧力に減圧された時点で、ほぼこの所定圧力に維持されるように真空ポンプ８の作動が制御される。この状態において、制御手段２０からの信号に基づいて、直流パルス電源４１からパルス電圧印加手段５に直流パルス電力４２が既述の印加条件で投入される。
【００５２】
上記作動状態において、殺菌機能からすれば、一般的には印加圧力は高ければ高いほど殺菌効果に優れる。しかし、印加電圧を高くして、プラズマを発生するためには、その条件として、殺菌処置室１内の圧力の影響も受けるので、圧力を適正な値に維持することが重要である。殺菌処置室１内の圧力と印加電圧との関係は、図８からわかるように１．０Ｐａ〜５０Ｐa（特に２．０〜１０Pａ）の圧力範囲で、特に３ｋV〜２０ｋVの範囲の電圧が印加された際に効果的に滅菌できる。なお、１．０Ｐａ以下では、急激に電流値が下がっているので、電力値が急激に下がるが、この場合には、磁場を形成する等によってプラズマ生成領域の電圧（或いは電力）を高く保つようにすることによって、滅菌可能である。
【００５３】
その場合には、０．１Ｐａ〜１０Ｐａ（特に０．２Ｐａ〜１０Ｐａ）の範囲が好適である。
【００５４】
真空ポンプ８で減圧しながら殺菌処置室１を上記圧力範囲に維持するためには、殺菌処置室１に放出される水蒸気量及び殺菌処置室１から排出される排気量を適正に制御する必要がある。
【００５５】
例えば、
殺菌処置室内の圧力                  ：P（Ｐａ：パスカル）
殺菌処置室内の体積                  ：Ｖ（Ｌ：リットル）
殺菌処置室からの排出量              ：Ｓ（Ｌ／min）
殺菌処置室内に放出される水蒸気量    ：Ｑ（ｇ／min）
とすると、
殺菌が効果的に行われるためには、図８からわかるように、電圧値及び電流値が高く維持され、且つ圧力を所定範囲に保持することが大事である。例えば、圧力Ｐ＝４Ｐａとすると、図８からわかるように、電圧値及び電流値が高く維持できる。そのために、仮にこの圧力４Ｐａを維持するとすれば、殺菌処置室１内に放出されるガスの量（水蒸気の放出量）Ｑと排出量Ｓを所定の値に規制することが必要である。ここでは、簡単にするために、排出量Ｓを一定値として、殺菌処置室内の圧力Ｐと殺菌処置室内に放出される水蒸気量の関係を算出する。
【００５６】
具体的には、水の放出量Qは、
Ｑ＝Ｐ＊Ｓ
の関係にある。
【００５７】
従って、例えば、Ｐ＝４Ｐａで、Ｓ＝３００（Ｌ／min）の場合に、Ｑ（g/min）を算出すると、以下のようになる。
Q（g/min）＝９．８７＊１０−６＊４(Pa) ＊３００（Ｌ／min）＊１８／２２．４
＝０．００９５（g/min）
Ｑ（g/min）＝０．９５＊１０−２（g/min）
として、算出される。
【００５８】
なお、１モルの水が気化したときの体積は２２．４であり、水の分子量は１８であり、この場合水の圧力は１気圧であるとしている。
【００５９】
したがって、水容器１０からの水蒸気の放出量を、０．９５＊１０−２(g/min)になるように、規制部材１２で規制すれば良い。
【００６０】
即ち、水の蒸発量Qを（g/min）とし、圧力Pを(Pａ)、排気量Ｓを(L/min)とすると、以下の関係式になる。
Q（g/min）=０．０００８＊１０−２＊P(Pａ)＊Ｓ(L/min)となる。
【００６１】
したがって、排出量Ｓは、設備の大小によって大きく異なるが、実現性の高いものとしては、現在では５０〜３，０００(L/min)の範囲のものが使用されており、排気量Sをこの範囲とすると、殺菌処置室の圧力範囲を０．１Ｐａ〜５０Ｐａとすると、図９ａに示すように、それに合うような水の放出量Qとなるように、上記関係式から算出して、規制部材を設けると良い。
【００６２】
特に、排出量Ｓとしては、１００〜５００(L/min)の範囲のものが特に好ましく、この範囲で、殺菌処置室の圧力範囲を０．２Ｐａ〜１０Ｐａとすると、水の放出量Q（g/min）は、図９ｂに示すように、Ａ点〔１０Ｐａ、６．６７＊１０−２(g/min)〕、Ｂ点〔０．２Ｐａ、０．１２＊１０−２(g/min)〕、Ｃ点〔０．２Ｐａ、０．０３＊１０−２(g/min)〕、Ｄ点〔１０Ｐａ、１．３３＊１０−２(g/min)〕で囲まれた範囲とすることが好ましい。
【００６３】
本発明では、上述したように、水容器に入れた水の蒸発量を規制部材でゆっくり蒸発するように制御するので、殺菌処置室１内の圧力を適正な値に維持できる。その結果、プラズマが効果的に発生できて、且つ、実際の殺菌テストの結果は後で実施例１として説明するが、高い確率で殺菌できた。
【００６４】
（実施形態２）
実施形態２を図３に基づいて説明する。実施形態２は、実施形態１に比較して、水容器１０ａを別構造としただけであり、他の構成は実施形態１と同じである。実施形態２において、実施形態1と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。水容器１０ａの上部の放出部を絞った形状とし、多孔質フィルター１２ａを円柱状とし、水容器１０内の水Ｗａの中に突っ込んだ状態とした。
【００６５】
この実施形態２でも、実施形態1と同様に優れた殺菌機能を発揮できた。
【００６６】
（実施形態３）
実施形態３を図４に基づいて説明する。実施形態３は、実施形態１に比較して、水容器１０ｂを別構造としただけであり、他の構成は実施形態１と同じである。実施形態３において、実施形態1と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
【００６７】
実施形態３では、実施形態２の水容器１０ａと同様な水容器１０ｂとし、水容器１０ｂの配置位置を変更したものである。実施形態３では、実施形態１と異なって、水容器１０ｂ全体を殺菌処置室１の内部に配置するのではなく、円柱状の多孔質フィルター１２ｂの上部先端が殺菌処置室１内に位置するように設けられたものである。
【００６８】
本発明では、この実施形態３のように、水容器内の水の蒸発部分のみが殺菌処置室内に位置して設けられたものも、殺菌処置室内に水容器を配置したと言う表現で含むものとして、定義する。
【００６９】
（実施形態４）
実施形態４を図５に基づいて説明する。実施形態４は、実施形態１に比較して、電圧印加手段として、直流パルス印加手段４１に更に交流印加手段４５を追加して設けただけであり、他の構成は実施形態１と同じである。実施形態４において、実施形態1と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
【００７０】
プラズマ発生器２は、拡散が抑制されるプラズマを生成する非拡散的プラズマ生成器３（４１）と、そのプラズマの非拡散領域でプラズマの生成を補助して、そのプラズマの励起種・ラジカルの量を増大させる補助的プラズマ生成器３ａとから構成されている。
補助的プラズマ生成器３ａは、公知装置のプラズマ生成器と物理作用的に同じであり、高周波電源が用いられる。補助的プラズマ生成器３ａは、第１高周波電源（ＲＦ）４３と電極５とから形成されている。補助的プラズマ生成器３ａの電極５は、非拡散的プラズマ生成器３の電極５と共用され、補助的プラズマ生成器３ａの電極は非拡散的プラズマ生成器３の電極に恒等的に同じである。殺菌処置室１は接地されている。第１高周波電源４３は、電流導入端子６を介して受台５（電極）５に接続している。
【００７１】
更に、殺菌処置室１の中で全体的に（広域的に）プラズマを生成するための広域的プラズマ生成器４４が設けられている。広域的プラズマ生成器４４は、第２高周波電源（ＲＦ）４５と広域プラズマ生成電極４６とから形成されている。広域プラズマ生成電極４６は、殺菌処置室１の中に配置され、殺菌処置室１の壁に装着されている電流導入端子４７を介して殺菌処置室１の外側に配置されている第２高周波電源４５に接続している。
【００７２】
図７（ａ），（ｂ）は、直流パルス電源４１と第１高周波電源４３の好ましい電力波形を示している。図２（ｂ）に示されるように、直流パルス電源４１は、直流負電圧がＶでありそのパルス幅がｔ１である直流パルス４２を周期（充電時間）ｔ２で生成する。第１高周波電源４３は、交流パルス４７を周期的に又は連続的に生成する。交流パルス４７のｒｆ条件として、周波数がｆに設定され、ピーク電圧がＫに設定され、パルス幅がｔ３に設定されている。
【００７３】
直流パルス４２は、交流パルス４７の立ち上がり時刻よりΔｔの時間遅れで立ち上がる。
【００７４】
このような負電圧パルス条件とｒｆ条件を構成するパラメータを調整して、イオン注入エネルギー分布、エネルギーピーク、プラズマ密度を調整することにより、規定殺菌率を得るまでの殺菌時間を制御することができる。周期ｔ２のパルスの繰り返し数により定められるｄｕｔｙ比を調整することにより、単位時間に殺菌処理対象Ｔに入射されるイオンフラックスである殺菌処理速度を更に有効に制御することができる。
【００７５】
直流パルス４２の負電圧に代えられて正電圧が用いられることにより、概ね同等の殺菌効果が得られる。
【００７６】
このようなパラメータの大きさは、直流パルス４２のパルス幅ｔ１に影響を与える殺菌対象体Ｔ（この場合は絶縁体）の表面上の電荷移動速度、殺菌対象体Ｔとプラズマ中の粒子との衝突に起因する電荷解消速度が考慮されて定められる。
【００７７】
直流パルス４２に時間的に先行して、交流パルス４７が電極５に印加される。電極５と電極５に電気的に接合する導体の殺菌対象体Ｔの周辺にプラズマが生成される。交流パルス４７の印加に時間的にΔｔの時間遅れで電極５に直流パルス４２が印加される。殺菌対象体Ｔの周辺のプラズマＰの正イオンと電子とは、静電気力を受ける。電子は殺菌対象体Ｔの表面又はその表面近傍から強力に反発されて殺菌対象体Ｔから遠ざかり、正イオンが殺菌対象体Ｔに吸引されて殺菌対象体Ｔの周囲に残存することに起因するイオンシースにより、イオン化した正イオンは殺菌対象体Ｔに向かって強力に加速される。このように加速される正イオンは、殺菌対象体Ｔの表面に存在する微生物細胞に損傷を与える。このような損傷は、物理的エネルギーである運動エネルギーを持つイオンが細胞中に又は細胞壁に打ち込まれることに起因している。電極５が正に帯電する場合は、電子が細胞中に又は細胞壁に打ち込まれる。このように微生物は、物理的効果により死滅する。
【００７８】
周期ｔ２の直流パルス４２の間では、そのイオンシースが解消され、アフターグローによりプラズマＰの中で活性化された励起種であり殺菌対象体Ｔの近傍に存在しているラジカルは、高効率に殺菌対象体Ｔの表面に到達して微生物を死滅させる。このような死滅は、公知装置の作用と同じである化学的効果に基づいている。
【００７９】
このように、実施形態４によれば、物理的効果と化学的効果の複合効果により、細胞存在数を６桁のオーダーで減少させることができる。
【００８０】
直流パルス４２は、これ自体の自己放電により、殺菌対象体Ｔの表面の近傍領域にプラズマを生成する電気的能力を有している。交流パルス４７は、直流パルス４２により生成されるプラズマに励起エネルギーを更に増大させて、励起種・ラジカルの量を補助的に、且つ、広域的に増大させる。プラズマの存在下でそのプラズマを生成させる電極と同じ電極に印加される直流パルス４２の自己放電により形成されるプラズマシースは、殺菌対象体Ｔの表層に正イオン又は電子を均一に打ち込む電気的加速場を形成する。広域プラズマ生成電極４６の追加は、更に広域的に生成するプラズマの励起種を増大させ、広域的に拡散するラジカルがより多量に殺菌対象体Ｔに打ち込まれ、殺菌効率を高め設定される死滅率が得られるまでの処理時間を短縮することができる。
【００８１】
広域プラズマ生成電極４６は、光源に置換され得る。その光源は、赤外線から紫外線まで多様な波長の光を放射することが好ましい。
【００８２】
（実施例）
実施形態１の構造で実際に殺菌効果を確認する実験を行った。
【００８３】
実施形態１の殺菌処置室の底部付近に直流電源のマイナス極に接続された受台を設置し、その上に殺菌処置体を載置できるようにした。種々の殺菌処置で生き残る可能性が高いバチルス菌で芽胞を形成する菌（Bacillus pumilus）を指標菌として用い、殺菌性能を評価することとした。殺菌処理後のバチルス菌を希釈培養し、発生コロニー数から生き残り菌数を測定した。この芽胞細菌が１０の７乗のオーダで付着した殺菌処置体をこの殺菌処理室の受台に乗せて、水容器として筒状コップ（高さ：１０ｍｍ、上面の開口径：８０ｍｍ）に１ｃｃの水を入れて、この筒状コップも一緒に受台の上に乗せた。この筒状コップの上の放出部である開口部分を、放出量Q＝０．０１(g/min)となるように多孔質が形成されたセラミックス製フィルタを被せた。このことによって、真空ポンプ８で真空引きした際の排気量S=３００(L/min)として、真空引きした際に、殺菌処置室内の圧力P＝約４Paに減圧した時点で安定して保持できた。この時に、直流電源に印加電圧をＶ＝１０ｋｖとして、周波数：ｔ２＝５００pps、パルス幅：ｔ１＝5μsecのパルスを与えて、１分、５分、１０分間維持した。また、電圧を５ｋVにして同じように処理した。これらの実験結果をサンプル１〜６として、表１に示す。
【００８４】
（比較例）
実施例1と同様な殺菌処置室及び筒状コップを用意した。実施例と異なる点は、筒状コップの上面の開口部に何も設けないで、この比較例では、筒状コップの上面の開口径：８０ｍｍに何も規制部材を設けないで、そのまま開口した状態とした。
【００８５】
そして、実施例と同様に１０ｋｖの直流電圧を印加して、周波数：５００pps、パルス幅：5μsecのパルスを与えて、１分、５分、１０分間ほど維持するようにした。それを比較例1〜６とした。なお、比較例では、上記時間が安定せずにばらついたので、その値を下記に記載した。
【００８６】
実施例（サンプル１〜６及び比較例１〜６）の殺菌結果下記表１に示す。
【００８７】
【表１】
2008188032.tif 000003
【００８８】
本発明の実施例（サンプル１〜６）では、いずれも殺菌できた。特に、１０ｋVと印加電圧が高く、処理時間が長い方がより殺菌できるという結果が見られた。これらのことから、水を殺菌処置室内に配置し、計算された僅かな量で蒸発するようにすれば、プラズマが安定して生成でき、その間に高電圧を印加できるので、高能力で殺菌できることがわかった。
【００８９】
一方、比較例では、１０ｋVのもので、１桁分殺菌できただけで、５ｋVのものではいずれも１０の７乗のオーダーのままであり、殺菌できなかった。これらは、殺菌処置室内を真空にするために減圧していった際に、コップ内の水が一度に蒸発して直に排出されるので、プラズマが発生可能な圧力に減圧できた時点では水蒸気が殆ど存在せずに、この圧力状態で電圧を印加しても、殺菌処理体表面のイオン等の電力値は殺菌できる電力値が得られずに、被処理体にイオン注入できてなく殺菌されないと推測される。また、場合によっては、プラズマが生成できてもその間は一瞬であり、殺菌できる状態を維持できなかったものもあった。即ち、比較例では、殺菌効果は得られず、又、プラズマを生成する電圧が安定せずにばらついた結果となった。
【００９０】
なお、本発明では、水容器中の水は適切な量を入れておけば良く、殺菌処置を行うたびに入れるようにしてもよく、数回の殺菌処置を行ってから補充・交換するようにしても良い。
【００９１】
水放出量を規制する規制部材としては、蒸発量をできるだけ一定値とし、僅かに蒸発できるようにしたものであれば、どんなものであってもよく、例えば、セラミックフィルター、高分子ポリマーフィルター、多孔質セラミックスなどの透過量を簡単に規制できるフィルター類、多孔質体が使用可能である。また、水容器全体を殺菌処置室内に入れると、殺菌装置自体を変更する必要が無く、簡単にセット、交換できる点で優れる。しかし、フィルターのみを殺菌処置室内に置いて、水容器事態は殺菌処置室の外に置いても良い。
水容器の配置位置は、殺菌処置室のどの位置に配置しても良い。ただ、殺菌対象体に近接している方が、殺菌対象体周囲のイオン密度を高くする上に効果的であり、受台に殺菌対象体と一緒に配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上説明したように、本発明に関わるプラズマ殺菌装置及びその方法は、病院や歯科医院等で使用される医療器具、例えば、点滴用容器、薬瓶、純水封入容器のような内部で菌が繁殖してはならない容器、メスのように外部に菌が付着していてはならない医療用器具、フラスコのように内外部に菌が存在してはならない実験用器具、政府要人に宛てられた郵便封筒の安全処置等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態1に関わるプラズマ殺菌装置の概略図を示す。
【図２】実施形態１の水容器の断面図を示す。
【図３】実施形態２に関わり、図２と同様な図を示す。
【図４】実施形態３に関わり、図１と同様な図を示す。
【図５】実施形態４に関わり、図１と同様な図を示す。
【図６】実施形態１に関わり、印加電圧の電力波を示す波形図である。
【図７】図７（a）、図７（ｂ）は実施形態４に関わり、印加電圧の電力波を示す波形図である。
【図８】本発明において、印加電圧と殺菌処置室の圧力との関係を示すグラフである。
【図９】図９ａ、図９ｂは、本発明において、水の蒸発量と殺菌処置室の圧力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
Ｔ      殺菌対象体
１      殺菌処置室
２      プラズマ発生器
３      プラズマ生成器
４      電圧印加手段
４１    パルス電圧印加手段
４２    直流パルス
４３    交流印加手段（高周波電源）
５      受台（直流電極）
６      電流導入端子
７      排気口
８      真空手段
１０    水容器
１１    放出部
１２    規制部材
２０    制御手段
【図１】
2008188032.tif 000004
【図２】
2008188032.tif 000005
【図３】
2008188032.tif 000006
【図４】
2008188032.tif 000007
【図５】
2008188032.tif 000008
【図６】
2008188032.tif 000009
【図７】
2008188032.tif 000010
【図８】
2008188032.tif 000011
【図９】
2008188032.tif 000012