(57)【要約】  滅菌装置１は、滅菌空間１９１を形成する密閉容器１１と、滅菌空間１９１の雰囲気を窒素雰囲気とする窒素ガス供給系１２と、滅菌空間１９１に設置された電極対１３と、電極対１３に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源１４と、滅菌空間１９１の内部から外部へ向かう短波長紫外線を滅菌空間１９１の内部へ戻すミラー１５とを備える。滅菌装置１は、電極対１３の間のプラズマ発生領域１９２に滅菌対象物ＳＴ１が存在する状態において、電極対１３への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカル１９５と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線１９６とを菌に作用させることにより、滅菌対象物ＳＴ１を滅菌する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を殺菌又は滅菌する殺菌滅菌装置であって、
殺菌又は滅菌が行われる空間の雰囲気を窒素雰囲気とする雰囲気制御手段と、
前記空間に設置された電極対と、
アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、
前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材と、
を備え、
前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線と、
を菌に作用させることにより、前記対象物を殺菌又は滅菌する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の殺菌滅菌装置において、
前記電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓであることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の殺菌滅菌装置において、
前記雰囲気制御手段は、前記パルス電界と平行な窒素ガス流を生成することを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記対象物がシートであり、
前記雰囲気制御手段は、前記シートに向けて窒素ガスを噴射することにより、前記シートと垂直な窒素ガス流を生成し、
前記電極対は、前記シートを挟んで対向し、
前記パルス電界と前記窒素ラジカルと前記短波長紫外線とを前記シートに付着した菌に作用させることにより、前記シートを殺菌又は滅菌する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項５】
請求項４に記載の殺菌滅菌装置において、
前記シートを所定の搬送経路に沿って走行させる搬送手段、
をさらに備えることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記対象物が立体物であり、
前記空間を減圧する減圧手段、
をさらに備え、
前記パルス電界と前記窒素ラジカルと前記短波長紫外線とを前記立体物に付着した菌に作用させることにより、前記シートを殺菌又は滅菌する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項７】
請求項６に記載の殺菌滅菌装置において、
前記立体物を前記パルス電界と垂直な回転軸を中心として自転させる回転機構、
をさらに備えることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項８】
請求項６に記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の陽極及び陰極を、前記パルス電界と垂直な回転軸を中心として回転させ、前記立体物の周りを同一周期で公転させる回転機構、
をさらに備えることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の間隔が、前記対象物の最長方向の長さの１．２倍以上である、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記空間の内部で滅菌対象物を保持する保持手段、
をさらに備え、
前記保持手段の少なくとも一部が網目状又は櫛歯状である、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の殺菌滅菌装置において、
前記保持手段の材質が、鉄合金又タングステン合金である、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１２】
請求項６ないし請求項１１のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
窒素雰囲気中に乱流を発生させ、前記対象物を当該乱流に曝す乱流発生手段、
をさらに備えることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記反射部材は、前記短波長紫外線の反射率が３０％以上である、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の殺菌滅菌装置において、
前記反射部材は、前記短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の殺菌滅菌装置において、
前記アルミニウム膜が酸化ケイ素膜又はフッ化マグネシウム膜で被覆されていることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段、
をさらに備えることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の陽極及び陰極の少なくとも一方が、網目状又は櫛歯状の電極板であることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の陽極及び陰極の少なくとも一方の材質が、ニッケル合金又は鉄合金である、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の陽極及び陰極の一部又は全部が絶縁材によって被覆されていることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれかに記載の滅菌装置において、
前記電極対の陽極は、
直径０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の円筒形状の電極であることを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記電極対の陰極は、
石英ガラス板と、
前記石英ガラス板の一方の主面に成膜されたアルミニウム膜と、
を備え、
前記石英ガラス板の他方の主面が前記対象物に向けられている、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、
前記雰囲気制御手段は、
両主面を貫通する貫通孔が形成された板形状部材、
を備え、
前記貫通孔を通して窒素ガスを噴射する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の殺菌滅菌装置において、
前記板形状部材の一の主面に第１方向へ伸びる複数の第１の溝が掘削されるとともに、前記板形状部材の他の主面に前記第１方向と異なる第２方向へ伸びる複数の第２の溝が掘削されており、
前記第１の溝と前記第２の溝との交点が前記貫通孔となっている、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２４】
請求項２２又は請求項２３に記載の殺菌滅菌装置において、
前記雰囲気制御手段は、
前記板形状部材の一の主面の上に積層された網、
をさらに備え、
前記網の開口部と前記板形状部材の前記貫通孔とを順次通して窒素ガスを噴射する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２５】
請求項２２又は請求項２３に記載の殺菌滅菌装置において、
前記雰囲気制御手段は、
前記板形状部材の一の主面の上にセラミックスの多孔体、
をさらに備え、
前記多孔体の開口部と前記板形状部材の前記貫通孔とを順次通して窒素ガスを噴射する、
ことを特徴とする殺菌滅菌装置。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２５に記載の滅菌殺菌装置において、
前記電極対の陰極を前記パルス電界に対して垂直方向に移動又は回転させる機構、
をさらに備えることを特徴とする滅菌殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を殺菌又は滅菌する殺菌滅菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸化エチレンガス法、過酸化水素ガスプラズマ法、ガンマ線照射法、電子線照射法、加熱法及び紫外線法等が殺菌又は滅菌に用いられてきた。【０００３】
上述の方法のうち、酸化エチレンガス法には、殺菌又は滅菌に用いる酸化エチレンガスが毒性を有しているという問題がある。加えて、酸化エチレンガスは、発がん性を有しているとの疑いも持たれている。このため、酸化エチレンガスに対する規制は、今後厳しくなると予想される。【０００４】
一方、過酸化水素ガスプラズマ法は、酸化エチレンガス法よりは安全性が高いものの、殺菌又は滅菌の対象となる立体物の材質がセルロースの場合には利用できない等の制約があり、汎用性が高い方法とは言えない。【０００５】
また、ガンマ線照射法には、コバルト６０等のガンマ線源の管理が煩雑であるという問題がある。【０００６】
このため、安全性が高く汎用性も高い方法としては、電子線照射法や加熱法や紫外線法が採用されることが多い。
【発明の開示】
【０００７】
しかし、電子線照射法や加熱法や紫外線法は、殺菌又は滅菌にあたって大量のエネルギーを消費したり、殺菌又は滅菌のための装置が大掛かりになったりするという問題を有している。
【０００８】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、少量のエネルギーで殺菌又は滅菌を行うことができる簡潔な殺菌滅菌装置を実現することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の態様に係る殺菌滅菌装置は、対象物を殺菌又は滅菌する殺菌滅菌装置であって、殺菌又は滅菌が行われる空間の雰囲気を窒素雰囲気とする雰囲気制御手段と、前記空間に設置された電極対と、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材とを備え、前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線とを菌に作用させることにより、前記対象物を殺菌又は滅菌する。
【００１０】
これにより、パルス電界により菌の細胞膜を破壊し、窒素ラジカルにより菌のＤＮＡを破壊するのに加えて、殺菌効果が高い短波長紫外線を菌に効率的に作用させることができるので、少量のエネルギーで殺菌又は滅菌を行うことができる。
【００１１】
第２の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓである。
【００１２】
第３の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様又は第２の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記雰囲気制御手段は、前記パルス電界と平行な窒素ガス流を生成する。
【００１３】
これにより、滅菌の均一性を向上することができ、滅菌が行われる空間を完全に密閉しなくてもオゾンの発生を防止することができる。
【００１４】
第４の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第３の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記対象物がシートであり、前記雰囲気制御手段は、前記シートに向けて窒素ガスを噴射することにより、前記シートと垂直な窒素ガス流を生成し、前記電極対は、前記シートを挟んで対向し、前記パルス電界と前記窒素ラジカルと前記短波長紫外線とを前記シートに付着した菌に作用させることにより、前記シートを殺菌又は滅菌する。
【００１５】
これにより、少量のエネルギーでシートの両面を殺菌又は滅菌することができる。また、窒素ラジカルの反応によって生じた化学種が、シートに向かう窒素ガス流の吹き返しの窒素ガス流によってシートの近傍から除去されるので、殺菌又は滅菌を高効率で安定して行うことができる。
【００１６】
第５の態様に係る殺菌滅菌装置は、第４の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記シートを所定の搬送経路に沿って走行させる搬送手段をさらに備える。
【００１７】
第６の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第３の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記対象物が立体物であり、前記空間を減圧する減圧手段をさらに備え、前記パルス電界と前記窒素ラジカルと前記短波長紫外線とを前記立体物に付着した菌に作用させることにより、前記シートを殺菌又は滅菌する。
【００１８】
これにより、減圧した窒素雰囲気の中でファインストリーマ放電を引き起こすので、放電距離を長くすることができるとともに、窒素ラジカルの寿命を伸ばすことができ、立体物の効率的な殺菌又は滅菌に適した殺菌滅菌装置を実現することができる。
【００１９】
第７の態様に係る殺菌滅菌装置は、第６の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記立体物を前記パルス電界と垂直な回転軸を中心として自転させる回転機構をさらに備える。
【００２０】
これにより、立体物の全体を殺菌効果が高い陽極側に順次向けることができるので、立体物の全体を均一に殺菌又は滅菌することができる。
【００２１】
第８の態様に係る殺菌滅菌装置は、第６の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陽極及び陰極を、前記パルス電界と垂直な回転軸を中心として回転させ、前記立体物の周りを同一周期で公転させる回転機構をさらに備える。
【００２２】
これにより、立体物の全体を殺菌効果が高い陽極側に順次向けることができるので、立体物の全体を均一に殺菌又は滅菌することができる。  
第９の態様に係る殺菌滅菌装置は、第６の態様ないし第８の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の間隔が、前記対象物の最長方向の長さの１．２倍以上である。
【００２３】
これにより、アーク放電が偶発的に起こっても、対象物を損傷することがなく、対象物を窒素ラジカルに効率的に曝すことができる。
【００２４】
第１０の態様に係る殺菌滅菌装置は、第６の態様ないし第９の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記空間の内部で滅菌対象物を保持する保持手段をさらに備え、前記保持手段の少なくとも一部が網目状又は櫛歯状である。
【００２５】
これにより、短波長紫外線が保持手段によって遮蔽されないので、短波長紫外線を対象物に効率的に照射することができる。
【００２６】
第１１の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１０の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記保持手段の材質が、鉄合金又タングステン合金である。
【００２７】
これにより、保持手段の耐久性を向上できる。  
第１２の態様に係る殺菌滅菌装置は、第６の態様ないし第１１の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、窒素雰囲気中に乱流を発生させ、前記対象物を当該乱流に曝す乱流発生手段をさらに備える。
【００２８】
これにより、対象物の全体を窒素ラジカルに曝すことができるので、対象物の全体を均一に殺菌又は滅菌することができる。
【００２９】
第１３の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第１２の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記反射部材は、前記短波長紫外線の反射率が３０％以上である。
【００３０】
これにより、短波長紫外線を対象物に効率的に照射することができる。
【００３１】
第１４の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１３の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記反射部材は、前記短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する。
【００３２】
これにより、短波長紫外線の反射率が高くなるので、短波長紫外線を対象物に効率的に照射することができる。
【００３３】
第１５の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１４の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記アルミニウム膜が酸化ケイ素膜又はフッ化マグネシウム膜で被覆されている。
【００３４】
これにより、アルミニウム膜が保護されるので、反射部材の耐久性を向上することができる。
【００３５】
第１６の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第１５の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段をさらに備える。
【００３６】
これにより、窒素雰囲気の温度を殺菌又は滅菌に適した温度にすることができるので、対象物を効率的に殺菌又は滅菌することができる。
【００３７】
第１７の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第１６の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陽極及び陰極の少なくとも一方が、網目状又は櫛歯状の電極板である。
【００３８】
これにより、短波長紫外線が陽極や陰極によって遮蔽されないので、短波長紫外線を対象物に効率的に照射することができる。
【００３９】
第１８の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第１７の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陽極及び陰極の少なくとも一方の材質が、ニッケル合金又は鉄合金である。
【００４０】
これにより、電極対の耐久性を向上できる。
【００４１】
第１９の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第１８の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陽極及び陰極の一部又は全部が絶縁材によって被覆されている。
【００４２】
これにより、電極対の耐久性を向上できる。
【００４３】
第２０の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第２０の態様のいずれかに記載の滅菌装置において、前記電極対の陽極は、直径０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の円筒形状の電極である。
【００４４】
第２１の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第２０の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陰極は、石英ガラス板と、前記石英ガラス板の一方の主面に成膜されたアルミニウム膜とを備え、前記石英ガラス板の他方の主面が前記対象物に向けられている。
【００４５】
これにより、石英ガラス板が誘電体バリアとして機能するので、電気パルスを印加した際に電流が途切れるまでの時間が長くなり、投入電力を増加させることができる。これにより、窒素雰囲気の温度を殺菌又は滅菌に適した温度まで上昇させ、殺菌又は滅菌の効率を向上することができる。また、電気パルスの印加に応答して流れる電流を途中で反転させることができるので、シートのチャージアップを防止し、グロー放電の不均一化を防止することができる。さらに、陰極が短波長紫外線を反射するので、陰極と反射部材とを兼ねることもできる。
【００４６】
第２２の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第２１の態様のいずれかに記載の殺菌滅菌装置において、前記雰囲気制御手段は、両主面を貫通する貫通孔が形成された板形状部材を備え、前記貫通孔を通して窒素ガスを噴射する。
【００４７】
第２３の態様に係る殺菌滅菌装置は、第２２の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記板形状部材の一の主面に第１方向へ伸びる複数の第１の溝が掘削されるとともに、前記板形状部材の他の主面に前記第１方向と異なる第２方向へ伸びる複数の第２の溝が掘削されており、前記第１の溝と前記第２の溝との交点が前記貫通孔となっている。
【００４８】
これにより、板形状部材を短時間で安価に製造することができる。
【００４９】
第２４の態様に係る殺菌滅菌装置は、第２２の態様又は第２３の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記雰囲気制御手段は、前記板形状部材の一の主面の上に積層された網をさらに備え、前記網の開口部と前記板形状部材の前記貫通孔とを順次通して窒素ガスを噴射する。
【００５０】
これにより、多数の貫通孔からの窒素ガスの噴射を均一化することができる。
【００５１】
第２５の態様に係る殺菌滅菌装置は、第２２の態様又は第２３の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記雰囲気制御手段は、前記板形状部材の一の主面の上にセラミックスの多孔体をさらに備え、前記セラミックスの多孔体の開口部と前記板形状部材の前記貫通孔とを順次通して窒素ガスを噴射する。
【００５２】
これにより、多数の貫通孔からの窒素ガスの噴射を均一化することができ、面内の窒素ガスの噴射量の変動を１０％以下とすることができる。
【００５３】
第２６の態様に係る殺菌滅菌装置は、第１の態様ないし第２５の態様に記載の殺菌滅菌装置において、前記電極対の陰極を前記パルス電界に対して垂直方向に移動又は回転させる機構をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】電界Ｅに曝された菌８０を模式的に示すとともに、電界Ｅの方向における電位φの分布を示す図である。
【図２】細胞膜８１に亀裂が入った状態を示す模式図である。
【図３】ＤＮＡによる紫外線の吸収係数（縦軸）の波長（横軸）に対する変化を実験的に調べた結果を示す図である。
【図４】紫外線の殺菌効果（縦軸）の波長（横軸）に対する変化を実験的に調べた結果を示す図である。
【図５】電極対７３に印加する電気パルスの概略波形と当該電気パルスによって引き起こされる放電を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る滅菌装置１の構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】ＩＥＳ回路１４０の回路図である。
【図８】各種金属膜の反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の変形例に係る滅菌装置１の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１０】第１実施形態の変形例に係る滅菌装置１の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る滅菌装置２の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１２】ミラー２５を兼ねた陰極２３２の断面構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る滅菌装置３の全体構成を示す斜視図である。
【図１４】リアクタ３１の構成を示す断面図である。
【図１５】リアクタ３１の構成を示す断面図である。
【図１６】孔加工ミラー３５１の構成を示す斜視図である。
【図１７】電極対３３へ印加される電気パルスの概略波形を示す図である。
【図１８】電極対３３へ電気パルスが印加された際の空間ＳＰ３の状態を示す図である。
【図１９】電極対３３へ電気パルスが印加された際の空間ＳＰ３の状態を示す図である。
【図２０】窒素ガスの流量と滅菌効率との関係を示す図である。
【図２１】リアクタ３１の内部構成の別の例を示す断面図である。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る滅菌装置４の全体概略構成を示す斜視図である。
【図２３】リアクタ４１の構成を示す断面図である。
【図２４】電極対４３へ電気パルスが印加された際の滅菌空間ＳＰ３の状態を示す図である。
【図２５】電極対４３へ電気パルスが印加された際の滅菌空間ＳＰ３の状態を示す図である。
【図２６】第４実施形態の変形例に係るリアクタ４１の構成を示す図である。
【図２７】本発明の第５実施形態に係る滅菌装置５の全体概略構成を示す斜視図である。
【図２８】リアクタ５１の構成を示す断面図である。
【図２９】リアクタ５１の構成の別例を示す断面図である。
【図３０】リアクタ５１の構成の別例を示す断面図である。
【図３１】プラズマＰＲ５の発生状態を示す図である。
【図３２】電気パルスの概略波形を示す図である。
【図３３】滅菌装置５の動作を説明する図である。
【図３４】１００個のバイオロジカルインジケータを用いて菌の死滅の成功率を実験的に評価した結果（評価１）と、当該バイオロジカルインジケータにおける菌のＤＮＡの破壊の成功率を実験的に評価した結果（評価２）とを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
＜１  滅菌の原理＞
本発明の滅菌装置では、パルス電界と、窒素ラジカルと、波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の波長領域を含む短波長紫外線（「遠紫外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる）とを菌に複合的に作用させることにより、少量のエネルギーで滅菌を行っている。そこで、以下では、本発明の滅菌装置で用いられている滅菌の原理の理解のため、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線が菌に与える作用について順次説明する。【００５６】
なお、「殺菌」と「滅菌」との間には、菌を完全に死滅させるか否かの違いがあるが、菌を完全に死滅させる「滅菌」の技術を、菌を完全に死滅させない「殺菌」に適用することができるのは明らかであるので、以下で言及する「滅菌装置」という語は、対象物を殺菌又は滅菌する「殺菌滅菌装置」と実質的に同義であるとみなすべきである。【００５７】
＜１．１  パルス電界が菌に与える作用＞
図１は、電界Ｅに曝された菌８０を模式的に示すとともに、電界Ｅの方向における電位φの分布を示している。【００５８】
図１に示すように、菌（細胞）８０は、リン脂質二重層の細胞膜８１に細胞質８２が覆われた構造を有しており、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）８３や毒素８４を保持している。菌８０は、電気的には、誘電体の細胞膜８１に導電体の細胞質８２が覆われた構造を有しているとみなすことができる。【００５９】
菌８０が電界Ｅに曝されると、細胞膜８１の外面及び内面に分極電荷８５が誘起され、外部電界Ｅexよりも強い内部電界Ｅmが細胞膜８１の内部に生じる。ここで、菌８０が球形であるとすれば、外部電界Ｅexに対する内部電界Ｅmの比、すなわち、電界増大率εは、細胞の半径ａ、細胞膜８１の厚さｄ及び電界Ｅの方向と細胞の中心Ｃから着目している部分へ向かう方向とがなす角θを用いて、（式１）であらわされる。【００６０】
【数１】
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【００６１】
この電界増大効果により、菌８０が電界Ｅに曝されると、導電体の細胞質８２の部分には電位差は生じないが、誘電体の細胞膜８１の外面と内面との間には大きな電位差Δφ１，Δφ２が生じる。【００６２】
したがって、立ち上がりの早い電界パルスを菌８０に作用させ、細胞膜８１の外面と内面との間の電位差Δφ１，Δφ２を急激に上昇させれば、菌８０の細胞膜８１は、修復する間もなく破壊され、図２の模式図に示すように、細胞膜８１に亀裂が入った状態となる。すなわち、陽極７３１及び陰極７３２からなる電極対７３の間に菌８０が付着した滅菌対象物が存在している状態で、立ち上がりの早い電気パルス、すなわち、電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが大きな電気パルスを電極対７３に印加すれば、菌８０を死滅させ、滅菌対象物を滅菌することができる。さらに、立ち上がりの早い電気パルスを電極対７３に印加することで大気中にもかかわらず、陽極７３１及び陰極７３２の間隔を数ｍｍ以上（典型的には、常圧下で５〜３０ｍｍ）に渡り安定プラズマ領域を形成することができるようになる。電界Ｅと平行に窒素ガスを均一に流すことができるようにあるという利点も有する。【００６３】
＜１．２  窒素ラジカルが菌に与える作用＞
本発明の滅菌装置では、活性が極めて高い窒素ラジカルを菌８０に作用させ、先述のパルス電界では破壊できないＤＮＡ８３や毒素８４を破壊する。【００６４】
より具体的には、本発明の滅菌装置では、窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルを菌８０に作用させている。当該プラズマは、窒素雰囲気中に設置された電極対７３に立ち上がりの早い電気パルスを印加して、ファインストリーマ放電を引き起こすことにより発生させることができる。すなわち、当該プラズマは、窒素雰囲気中に設置された電極対７３に印加する電圧を急激に上昇させて、陰極７３２から陽極７３１へ向かう電子なだれを成長させることにより発生させることができる。【００６５】
滅菌に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素雰囲気中でプラズマを発生させた理由は、窒素ラジカルの活性が他の活性種、例えば、酸素ラジカルよりも著しく高いことによる。この点は、窒素分子の解離エネルギーが９．７６ｅＶであるのに対して、オゾン分子の解離エネルギーが１．０５ｅＶであることからも明らかである。加えて、窒素ラジカルの寿命が長いこと、例えば、３重項窒素（3Σu）のビラジカルの寿命が１０ミリ秒に達することも、滅菌に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。【００６６】
加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手でき取り扱いも容易であることも、滅菌に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。【００６７】
＜１．３  短波長紫外線が菌に与える作用＞
本発明の滅菌装置では、先述のファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する、波長が約２５０ｎｍの短波長紫外線を滅菌対象物に照射する。【００６８】
ここで、波長が約２５０ｎｍの短波長紫外線を利用するのは、図３及び図４に示すように、波長が２５０ｎｍとなる付近において、ＤＮＡによる紫外線の吸収係数が高くなり（図３参照）、紫外線の殺菌効果も高くなる（図４参照）ことを考慮したためである。なお、図３は、ＤＮＡによる紫外線の吸収係数（縦軸）の波長（横軸）に対する変化を実験的に調べた結果を示すグラフであり、図４は、紫外線の殺菌効果（縦軸）の波長（横軸）に対する変化を実験的に調べた結果を示すグラフである。【００６９】
なお、窒素雰囲気以外の雰囲気、例えば、酸素雰囲気を選択した場合、酸素雰囲気が発する紫外線の波長は約４００ｎｍとなり、殺菌効果がほとんど失われてしまうという問題が発生する（図４参照）。加えて、酸素雰囲気には、殺菌効果のある短波長紫外線を減衰させてしまうという問題もある。【００７０】
＜１．４  ファインストリーマ放電＞
図５は、電極対７３に印加する電気パルスの概略波形と当該電気パルスによって引き起こされる放電とを模式的に示す図である。図５において、放電前の電気パルスの電圧概略波形は、電圧Ｖ（縦軸）の時間ｔ（横軸）に対する変化を示すグラフによってあらわされている。【００７１】
図５に示すように、電気パルスのパルス幅Δｔが概ね１００ｎｓ（典型的には、半値幅で５０〜３００ｎｓ）に達すると、正イオンが陰極７３２に衝突する際に放出された２次電子が窒素分子を電離させて新たな正イオンを発生させるグロー放電が引き起こされる。【００７２】
一方、電気パルスの立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが概ね３０〜５０ｋＶ／μｓである場合、パルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、陽極７３１から陰極７３２へ向かうストリーマＳＲの成長が始まる。そして、パルス幅Δｔが概ね１００〜４００ｎｓである場合、ストリーマＳＲの成長は、陽極７３１と陰極７３２との間に短いストリーマＳＲが散点する初期段階で終了する。一方、パルス幅Δｔが概ね５００〜１０００ｎｓである場合、ストリーマＳＲが本格的に成長し、陽極７２と陰極７０との間に枝分かれした長いストリーマＳＲが存在する状態となる。本発明の滅菌装置では、ストリーマＳＲが成長が進んで陽極７２と陰極７０とが導通してしまわないように、ストリーマＳＲの成長の初期段階で放電を停止するファインストリーマ放電を用いることが望ましい。放電の均一性に優れるファインストリーマ放電を用いれば、滅菌対象物を均一に滅菌できるからである。【００７３】
さらに、パルス幅Δｔが１０００ｎｓに達すると、局部的な電流集中がおき、最終的にアーク放電が引き起こされる。【００７４】
なお、上述の説明で、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔの範囲について「概ね」としているのは、これらは、電極対７３の間隔、陽極７３１及び陰極７３２の構造並びに窒素雰囲気の圧力等の滅菌装置の具体的構成に依存して変化するためである。したがって、ファインストリーマ放電となっているか否かは、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔだけでなく、実際の放電を観察して判断すべきである。【００７５】
＜２  望ましい実施の形態＞
以下では、先述の滅菌の原理を用いた滅菌装置の望ましい実施の形態について説明する。【００７６】
当該滅菌装置は、滅菌対象物、特に、加熱法を適用できない滅菌対象物の表面に付着した菌を死滅させるとともに、当該菌が保持しているＤＮＡや毒素も破壊することができる。さらに、当該滅菌装置は、プリオンや、グラム陰性菌が生成する毒素のエンドトキシンを不活性化することもできる。【００７７】
当該滅菌装置による滅菌の対象となりうる滅菌対象物としては、例えば、医療用具や、医療用具又は食料品の包装材を例示することができる。より具体的には、当該滅菌装置は、アンプル、バイアル、バイアル用ガスケット、シリンジ、シリンジ用ガスケット、カートリッジ、注射針、ガーゼ、不繊布等の医療用具；ブリスターパック及びピロー包装用フィルム等の医療用具の包装材；及びビンやトレイ等の食料品の包装材の滅菌を行うことができる。もちろん、当該滅菌装置が、これら以外の物、例えば、半導体ウエハ、液晶ガラス基板及びセラミックス基板等の産業用部材の滅菌を行ってもよい。【００７８】
＜２．１  第１実施形態＞
＜２．１．１  滅菌装置の構成＞
図６は、本発明の第１実施形態に係る滅菌装置１の構成例を模式的に示す断面図である。滅菌装置１は、シリンジ等の立体的な形状を有する滅菌対象物ＳＴ１の表面を滅菌するように構成されている。なお、図６においては、説明の便宜のため、左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、前後方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。【００７９】
図６に示すように、滅菌装置１は、滅菌が行われる空間（以下では、「滅菌空間」とも称する）ＳＰ１を形成する中空の密閉容器１１と、滅菌空間ＳＰ１の雰囲気を窒素雰囲気とする窒素ガス供給系１２と、滅菌空間ＳＰ１に設置された電極対１３と、電極対１３に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源１４と、滅菌空間ＳＰ１の内部から外部へ向かう短波長紫外線ＵＶ１を滅菌空間ＳＰ１の内部へ戻すミラー１５と、窒素雰囲気の温度を制御する遠赤外線ヒータ１６と、滅菌空間ＳＰ１の内部で滅菌対象物ＳＴ１を保持搬送するキャリア１７とを備える。【００８０】
○密閉容器；
密閉容器１１は、±Ｘ方向に伸びる立方体状あるいは筒状の滅菌空間ＳＰ１を形成しており、窒素ガス供給系１２から供給された窒素ガスを＋Ｘ方向へ導いている。【００８１】
密閉容器１１は、電極対１３に挟まれたプラズマ発生領域ＰＲ１の付近において、上面が滅菌空間ＳＰ１の内部に向かって没入した形状を有している。すなわち、密閉容器１１は、プラズマ発生領域ＰＲ１の付近において、窒素ガスが通過する面積が狭くなっている。このため、密閉空間ＳＰ１では、＋Ｘ方向へ流れる窒素ガスが密閉容器１１の突出部１１１に突き当たり、プラズマ発生領域ＰＲ１の付近に窒素ガスの乱流が発生する。換言すれば、密閉容器１１は、窒素ガスの流れを阻害して窒素雰囲気中に乱流を発生させる突出部１１１を備えている。【００８２】
滅菌装置１では、プラズマ発生領域ＰＲ１の付近で乱流を発生させ、滅菌対象物ＳＴ１を当該乱流に曝すことにより、滅菌対象物ＳＴ１の全体を、プラズマ発生領域ＰＲ１に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ１に曝すことができ、滅菌対象物ＳＴ１の全体を均一に滅菌することができる。【００８３】
○窒素ガス供給系；
窒素ガス供給系１２は、密閉空間ＳＰ１に窒素ガスを供給し、滅菌空間ＳＰ１の雰囲気を窒素雰囲気とする。【００８４】
窒素ガス供給系１２は、密閉空間１９１を＋ｘ方向に流れる窒素ガスの流速が１０ｍ／ｓ以下となるように、窒素ガスの流量を制御している。これは、窒素ガスの流速が１０ｍ／ｓを超えて著しく速くなると、プラズマ発生領域ＰＲ１に発生した窒素ラジカルＮＲ１が下流の＋Ｘ方向へ流失してしまい、滅菌効果が低下するからである。【００８５】
さらに、窒素ガス供給系１２は、滅菌効果を高めるため、滅菌空間ＳＰ１が陽圧となるように、すなわち、滅菌空間ＳＰ１の圧力が外部の圧力の１．１倍〜１．２倍となるように、窒素ガスを加圧供給している。【００８６】
なお、窒素ガス供給系１２が供給する窒素ガスに若干の不純物が混入する場合もあるが、混入した不純物が、窒素ラジカルＮＲ１の菌への作用を妨げたり、短波長紫外線ＵＶ１を減衰させるようなものでない限り、若干の不純物が窒素ガスに混入していても問題とはならない。この点は、以下で説明する第２実施形態〜第５実施形態においも同様である。【００８７】
○電極対；
電極対１３の陽極１３１及び陰極１３２は、滅菌空間ＳＰ１に離隔して設けられる。電極対１３の間隔Ｌ１は、電極対１３の間のプラズマ発生領域ＰＲ１に存在する滅菌対象物ＳＴ１との干渉を防ぐため、滅菌対象物ＳＴ１の最長方向の長さより広くすることが望ましい。すなわち、電極対１３の間隔Ｌ１は、プラズマ発生領域ＰＲ１が滅菌対象物ＳＴ１を収容するのに十分な広がりを有するように決定することが望ましい。さらに、電極対１３の間隔Ｌ１を滅菌対象物ＳＴ１の最長方向の長さの１．２倍以上にまで広げれば、電極対１３の間にアーク放電が偶発的に起こっても、滅菌対象物ＳＴ１を損傷することがなく、滅菌対象物ＳＴ１を窒素ラジカルＮＲ１に効率的に曝すことができる。【００８８】
電極対１３の陽極１３１及び陰極１３２の形状は、例えば、板状や棒状とすることができる。あるいは、電極対１３の陽極１３１及び陰極１３２の形状を円筒状とし、陽極１３１と陰極１３２とで同心でありながら直径が異なるようにしてもよい。ここで、陽極１３１や陰極１３２を、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板とすれば、短波長紫外線ＵＶ１が陽極１３１や陰極１３２によって遮蔽されないので、短波長紫外線ＵＶ１を滅菌対象物ＳＴ１に効率的に照射できるようになる。【００８９】
なお、図６に具体的に示す滅菌装置１では、陽極１３１は、長手方向が±Ｚ方向に伸びる、直径が０．３〜３．０ｍｍで長さが１０〜１０００ｍｍの円筒状の電極となっており、陰極１３２は、ＸＹ平面に平行な板状の電極となっている。この板状の陰極の平面的パターンは、短波長紫外線ＵＶ１の滅菌対象物ＳＴ１への照射を妨げないようにするために、網目状となっている。【００９０】
陽極１３１及び陰極１３２の材質としては、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、銀、鉄、銅、白金及びパラジウム等の金属を主成分とするものを用いることができる。もちろん、陽極１３１又は陰極１３２として、メッキ等の成膜手段を用いてこれらの金属を主成分とする皮膜を表面に形成した電極を用いることも妨げられない。なお、ここでいう「金属」とは、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。【００９１】
さらに、陽極１３１及び陰極１３２の材質としては、耐久性の向上のために、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）に代表されるニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金を用いることが特に望ましい。【００９２】
なお、陽極１３１及び陰極１３２の耐久性を向上することを目的として、陽極１３１及び陰極１３２の一部又は全部を絶縁材によって被覆してもよい。絶縁材の材質としては、例えば、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、シリカ、ムライト、スピネル、コージェライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、チタン−バリウム系酸化物及びバリウム−チタン−亜鉛系酸化物等のセラミックスを好適に用いることができる。これらのセラミックスは、いわゆるグリーンシート積層法によって作製することができる。【００９３】
○パルス電源；
パルス電源１４が電極対１３に印加する電気パルスの波形は、菌の細胞膜を破壊することができるとともに、アーク放電を引き起こすことなくファインストリーマ放電を引き起こすことができるように決定される。典型的には、電気パルスの波形は、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが５０〜５００ｋＶ／μｓ、パルス幅Δｔが０．０３〜３．００μｓ、電極対１３の間隔Ｌ１に対するピーク電圧Ｖpの比Ｖp／Ｌ１が０．５〜２．０ｋＶ／ｃｍの各条件を満足するように決定される。電気パルスの波形をこのように決定することにより、アーク放電を防ぎながら、ファインストリーマ放電を安定して引き起こすことができるようになり、プラズマ発生領域ＰＲ１にプラズマを安定して発生させることができるようになる。これにより、窒素ラジカルＮＲ１の効率的な発生や短波長紫外光１９６の効率的な発光を実現可能となる。【００９４】
さらに、電気パルスの波形は、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが５０〜５００ｋＶ／μｓ、パルス幅Δｔが０．０５〜２．００μｓ、電極対の間隔Ｌ１に対するピーク電圧Ｖpの比Ｖp／Ｌ１が０．５〜２．０ｋＶ／ｃｍ（中心値は１．０ｋＶ／ｃｍ）の各条件を満足するように決定することが推奨される。【００９５】
上述の電気パルスを発生するパルス電源１４には、静電誘導型サイリスタ（以下では、「ＳＩＴｈｙ」とも称する）を用いた誘導エネルギー蓄積型電源回路（以下では、「ＩＥＳ回路」とも称する)を採用することが望ましい。このＩＥＳ回路は、ＳＩＴｈｙのクロージングスイッチ機能の他、オープニングスイッチング機能を用いてターンオフを行い、当該ターンオフによりＳＩＴｈｙのゲート・アノード間に高圧を発生させている。なお、ＩＥＳ回路の詳細は、飯田克二，佐久間健：「誘導エネルギー蓄積型パルス電源」，第１５回ＳＩデバイスシンポジウム（２００２）に記載されている。【００９６】
図７の回路図を参照して、ＩＥＳ回路１４０について説明すると、ＩＥＳ回路１４０は、電流供給源となる低電圧直流電源１４１を備える。低電圧直流電源１４１の電圧Ｖ0は、ＩＥＳ回路１４０が発生させる電気パルスのピーク電圧Ｖpより著しく低い電圧であることが許容される。例えば、後述する昇圧トランスの１次側Ｔ１に発生させる１次側電圧Ｖ1のピーク電圧Ｖpが４ｋＶに達しても、電圧Ｖ0は数１０Ｖ〜数１００Ｖ、典型的には４０Ｖ〜１５０Ｖであることが許容される。この電圧値の下限はＳＩＴｈｙ１４３ｂのラッチング電圧以上で決定される。ＩＥＳ回路１４０は、このような低電圧の直流電源を電気エネルギー源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。【００９７】
低電圧直流電源１４１には、充電用コンデンサ１４２と昇圧パルス発生部１４３とが並列接続される。充電用コンデンサ１４２は、低電圧直流電源１４１のインピーダンスを見かけ上低下させることにより低電圧直流電源１４１の放電能力を強化する。低電圧直流電源１４１の電圧Ｖ０は、昇圧パルス発生部１４３で昇圧されるが、この昇圧パルス発生部１４３は、昇圧トランス１４３ａ、ＳＩＴｈｙ１４３ｂ、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)（以下では、「ＦＥＴ」とも称する）１４３ｃ、ゲート駆動回路１４３ｄおよびダイオード１４３ｅを備えている。【００９８】
ＩＥＳ回路１４０では、昇圧トランス１４３ａの１次側Ｔ１と、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのアノードＡ・カソードＫ間と、ＦＥＴ１４３ｃのドレインＤ・ソースＳ間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス１４３ａの１次側Ｔ１の一端Ｐ１が低電圧直流電源１４１の正極に、昇圧トランス１４３ａの１次側Ｔ１の他端Ｐ２がＳＩＴｈｙ１４３ｂのアノードＡに、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのカソードＫがＦＥＴ１４３ｃのドレインＤに、ＦＥＴ１４３ｃのソースＳが低電圧直流電源１４１の負極に接続される。これにより、低電圧直流電源１４１からこれらの回路素子に電流を供給可能になる。また、ＩＥＳ回路１４０では、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのアノードＡ・ゲートＧ間がダイオード１４３ｅを介して昇圧トランス１４３ａの１次側Ｔ１と並列接続される。すなわち、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのゲートＧがダイオード１４３ｅのアノードＡに、ダイオード１４３ｅのカソードＫが一端Ｐ１（低電圧直流電源１４１の正極）に接続される。ＦＥＴ１４３ｃのゲートＧ・ソースＳ間には、ゲート駆動回路１４３ｄが接続される。【００９９】
昇圧トランス１４３ａは、１次側Ｔ１に与えられた電気パルスをさらに昇圧して２次側Ｔ２に出力する場合に付加される。昇圧トランス１４３ａの２次側Ｔ２には負荷ＬＤ（ここでは、電極対１３）が接続される。昇圧トランス１４３ａの１次側Ｔ１は自己インダクタンスを有する誘導性素子になっている。【０１００】
ＳＩＴｈｙ１４３ｂは、ゲートＧに与えられる信号に応答してターンオンおよびターンオフが可能である。【０１０１】
ＦＥＴ１４３ｃは、ゲート駆動回路１４３ｄから与えられる信号に応答してドレインＤ・ソースＳ間の導通状態が変化するスイッチング素子である。ＦＥＴ１４３ｃのオン電圧ないしはオン抵抗は低いことが望ましい。また、ＦＥＴ１４３ｃの耐圧は電圧Ｖ0より高いことを要する。【０１０２】
ダイオード１４３ｅは、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのゲートＧに正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、ＳＩＴｈｙ１４３ｂのゲートＧに正バイアスを与えた場合にＳＩＴｈｙ１４３ｂが電流駆動とならないようにするために設けられる。【０１０３】
○ミラー；
密閉容器１１の内面に設けられた反射部材であるミラー１５は、短波長紫外線ＵＶ１の反射率が３０％以上となっており、窒素雰囲気が発した短波長紫外線ＵＶ１を滅菌空間ＳＰ１に閉じ込め、短波長紫外線ＵＶ１を滅菌対象物ＳＴ１に効率的に照射することに寄与している。このようなミラー１５は、ガラス基材１５１の上にアルミニウム膜１５２を形成するとともに、耐久性を向上するために、当該アルミニウム膜を酸化ケイ素（ＳｉＯx）膜１５３又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜１５３によって被覆することによって得ることができる。ミラー１５においては、厚さが１．０〜１０．０ｍｍのガラス基材１５１を用いた場合、アルミニウム膜１５２の膜厚は１００〜１０００オングストロームとし、酸化ケイ素膜１５３又はフッ化マグネシウム膜１５３の膜厚は１００〜１００００オングストロームとすることが好ましい。ただし、酸化ケイ素膜１５３は、短波長紫外線ＵＶ１を多く吸収するので、その膜厚はできる限り薄くすることが望ましい。【０１０４】
ここで、ミラー１５にアルミニウム膜１５２を選択した理由は、図８に示すように、アルミニウム膜１５２の短波長紫外線ＵＶ１の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。なお、図８は、各種金属膜の反射率の波長依存性を示すグラフである。【０１０５】
なお、密閉容器１１の内面にミラー１５を設けるのに代えて、密閉容器１１の材質をアルミニウム等の金属あるいはアルミナ等のセラミックスとし、密閉容器１１の内面を鏡面研磨することにより、密閉容器１１が反射部材としても機能するようにしてもよい。【０１０６】
○遠赤外線ヒータ；
遠赤外線ヒータ１６は、密閉容器１１の外面に取り付けられており、遠赤外線により窒素雰囲気の温度を３０〜８０℃まで、特に望ましくは、７０〜８０℃まで上昇させる。このような遠赤外線ヒータ１６を設けることにより、滅菌装置１では、窒素雰囲気の温度を滅菌に適した温度にすることができるようになり、滅菌対象物ＳＴ１を効率的に滅菌することができる。または、遠赤外線ヒータ１６に代えて、ハロゲンランプヒーターも用いることができる。【０１０７】
○キャリア；
滅菌対象物ＳＴ１を保持搬送するかご型のキャリア１７は、陰極１３２の上に載置されているとともに、±Ｘ方向に水平移動可能となっている。このキャリア１７も、短波長紫外線ＵＶ１を遮蔽してしまうことを防止するために、少なくとも一部が網目状又は櫛歯状となっている。【０１０８】
キャリア１７の材質としては、耐久性の向上のため、ステンレス鋼等の鉄合金やタングステン合金を用いることが望ましい。【０１０９】
＜２．１．２  滅菌装置の動作＞
滅菌装置１では、キャリア１７に載置された滅菌対象物ＳＴ１がプラズマ発生領域ＰＲ１に導入され、しかる後に電極対１３に電気パルスが印加される。すると、滅菌対象物ＳＴ１では、パルス電界に曝されて、表面に付着している菌の細胞膜が破壊されるとともに、陽極１３１の近傍を中心として発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ１に曝されて、菌のＤＮＡや毒素が破壊される。加えて、滅菌対象物ＳＴ１には、殺菌効果が高い短波長紫外線ＵＶ１が照射される。【０１１０】
このような複合的な作用により、滅菌装置１では、少量のエネルギーで効率的な滅菌を行うことができる。【０１１１】
＜２．１．３  変形例＞
第１実施形態では、密閉容器１１の上面を滅菌空間ＳＰ１の内部に向かって没入させることにより、窒素ガスの流れを阻害して窒素雰囲気中に乱流を発生させる突出部１１１を形成したが、図９に示すように、窒素ガスの流れを阻害して窒素雰囲気中に乱流を発生させる障害物１１２を滅菌空間ＳＰ１に設置するようにしてもよい。【０１１２】
あるいは、図１０に示すように、滅菌空間ＳＰ１に窒素ガスを２箇所以上から供給して、窒素雰囲気中に乱流を発生させるようにしてもよい。【０１１３】
＜２．２  第２実施形態＞
＜２．２．１  滅菌装置の構成＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係る滅菌装置２の構成例を模式的に示す断面図である。滅菌装置２は、フィルム等の平面的な形状を有する滅菌対象物ＳＴ２の表面を滅菌するように構成されている。なお、図１１においては、説明の便宜のため、左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、前後方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。【０１１４】
図１１に示すように、滅菌装置２は、滅菌空間ＳＰ２を形成する中空の密閉容器２１と、滅菌空間ＳＰ２の雰囲気を窒素雰囲気とする窒素ガス供給系２２と、滅菌空間ＳＰ２に設置された電極対２３と、電極対２３に電気パルスを繰り返し印加するパルス電源２４と、滅菌空間ＳＰ２の内部から外部へ向かう短波長紫外線ＵＶ２を滅菌空間ＳＰ２の内部へ戻すミラー２５と、窒素雰囲気の温度を制御する遠赤外線ヒータ２６と、滅菌空間ＳＰ２の内部で滅菌対象物（長尺フィルム）ＳＴ２を搬送するローラ対２８とを備える。【０１１５】
第２実施形態の滅菌装置２と第１実施形態の滅菌装置１との相違点について説明すると、滅菌装置２では、滅菌対象物を保持搬送するキャリアは準備されておらず、滅菌対象物ＳＴ２を＋Ｘ方向へ水平走行させ、プラズマ発生領域ＰＲ２を通過させるローラ対２８が設けられている。【０１１６】
滅菌装置２の密閉容器２１は、電極対２３に挟まれたプラズマ発生領域ＰＲ２の付近において、上面及び下面が滅菌空間ＳＰ２の内部に向かって没入した形状を有している。そして、滅菌対象物ＳＴ２の水平走行部分の上方に第１実施形態の陽極１３１と同様の陽極２３１が設けられている一方で、滅菌対象物ＳＴ２の水平走行部分の下方のミラー２５のアルミニウム膜２５２が陰極２３２としても用いられている。【０１１７】
なお、ミラー２５を兼ねた陰極２３２として、図１２の断面図に示す断面構造を有する電極を用いることもできる。すなわち、ミラー２５を兼ねた陰極２３２として、石英やガラス等の透明な基材２３５の上に、短波長紫外線ＵＶ２を反射するアルミニウム膜２３６を形成し、アルミニウム膜２３６の上にアルミニウムや銅等の導電体２３７を貼り付けた電極を用いることもできる。この陰極２３２は、基材２３５の方向から入射してきた短波長紫外線ＵＶ２を効率よく反射することができるとともに、電極としての特性も優れている。【０１１８】
なお、上述の説明では、滅菌装置１と同様の点についての重複説明は省略している。【０１１９】
＜２．２．２  滅菌装置の動作＞
滅菌装置２では、滅菌対象物ＳＴ２をプラズマ発生領域ＰＲ２の中で水平走行させている状態で、滅菌対象物ＳＴ２を挟んで対向している電極対２３に電気パルスが印加される。すると、滅菌対象物ＳＴ２では、パルス電界に曝されて、表面に付着している菌の細胞膜が破壊され、陽極２３１の近傍を中心として発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ２に曝されて、菌のＤＮＡや毒素が破壊される。加えて、滅菌対象物ＳＴ２には、殺菌効果が高い短波長紫外線ＵＶ２が照射される。【０１２０】
このような複合的な作用により、滅菌装置２でも、少量のエネルギーで効率的な滅菌を行うことができる。【０１２１】
＜２．３  第３実施形態＞
＜２．３．１  滅菌装置の構成＞
＜２．３．１．１  全体概略構成＞
図１３は、本発明の第３実施形態に係る滅菌装置３の全体構成を示す斜視図である。図１３には、説明の便宜上、前後方向（奥行方向）をＸ軸方向、左右方向（幅方向）をＹ軸方向、上下方向（高さ方向）をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。【０１２２】
図１３に示す滅菌装置３は、医療用具又は食料品の包装材として用いられるシートＳＴ３に付着した菌を死滅させるとともに、当該菌が保持しているＤＮＡや毒素を破壊する滅菌装置となっている。滅菌装置３が滅菌対象とすることができるシートＳＴ３の材質は、特に制限されないが、例えば、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、ポリ塩化ビニル及びポリエチレンテレフタレート等のプラスチック樹脂である。【０１２３】
滅菌装置３は、奥行６００ｍｍ×幅１４００ｍｍ×高さ１２００ｍｍの略直方体形状の筐体を有しており、その上部は、７００ｍｍの高さを有するリアクタ３１、その下部は、５００ｍｍの高さを有するパルス電源３４となっている。【０１２４】
滅菌装置３は、リアクタ３１の投入口３１１へ投入された幅３００ｍｍのシートに滅菌処理を施し、リアクタ３１の排出口３１２から滅菌済のシートＳＴ３を排出する。滅菌装置３には、滅菌済のシートを用いて包装を行う不図示の包装機が併設される。【０１２５】
＜２．３．１．２  リアクタの構成＞
図１４及び図１５は、リアクタ３１の構成を示す断面図であり、図１４は、リアクタ３１の全体を示す全体図、図１５は、図１４のＡ部分を拡大した拡大図となっている。【０１２６】
図１４に示すように、リアクタ３１の内部には、滅菌対象のシートＳＴ３が巻架される直径８０ｍｍのローラ３８が設けられている。シートＳＴ３は、ローラ３８から離隔して走行する水平部分Ｐ３１とローラ３８に密接して走行する円弧部分Ｐ３２とを含む葛折り形状の走行経路Ｐ３に沿って投入口３１１から排出口３１２へと搬送される。リアクタ３１においては、投入口３１１から排出口３１２までの走行経路Ｐ３の全長が９ｍ、シートＳＴ３の走行速度が３ｍ／分となっているので、投入口３１１へ投入されたシートＳＴ３は、３分後に排出口３１２から排出される。【０１２７】
リアクタ３１では、水平部分Ｐ３１を走行するシートＳＴ３をパルス電界と窒素ラジカルと短波長紫外線とに曝すことにより、シートＳＴ３に付着した菌にパルス電界と窒素ラジカルと短波長紫外線と複合的に作用させ、シートＳＴ３を滅菌している。【０１２８】
○電極対；
リアクタ３１の内部には、水平部分Ｐ３１を走行するシートＳＴ３を挟んで対向するとともに、電気パルスを生成するパルス電源３４に接続された電極対３３が設けられている。【０１２９】
電極対３３のうち、陽極３３１は、図１５に示すように、直径が０．５ｍｍの電極棒３３１ａをシートＳＴ３に沿って１５ｍｍ間隔で配列することにより構成されている。電極棒３３１ａは、長手方向が、シートＳＴ３の幅方向である±Ｘ方向となるように配列されている。【０１３０】
なお、シートＳＴ３に沿って設置した電極板を陽極３３１とすることも妨げられないが、この場合、陽極３３１が短波長紫外線を遮蔽してシートＳＴ３への短波長紫外線の照射を妨げてしまうことを防止するため、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板を採用することが望ましい。【０１３１】
リアクタ３１では、陽極３３１の材質として、耐久性に優れるＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）を用いている。ただし、このことは、陽極３３１の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）以外のもの、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、銀、鉄、銅、白金及びパラジウム等の金属を主成分とするものを用いることを妨げない。もちろん、陽極３３１として、メッキ等の成膜手段を用いてこれらの金属を主成分とする皮膜や窒化膜やＣＶＤ膜を表面に形成した電極棒を用いることも妨げられない。ここで、「金属」とは、ニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金のような、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。【０１３２】
電極対３３のうち、陰極３３２は、図１４に示すように、シートＳＴ３に沿って設置されている。【０１３３】
陰極３３２は、厚さが０．５〜５．０ｍｍの石英ガラス板３３２ａの下面に、厚さが０．５〜１０．０μｍのアルミニウム膜３３２ｂを蒸着で成膜して構成されている。陰極３３２においては、石英ガラス板３３２ａの、アルミニウム膜３３２ｂが成膜されていない上面がシートＳＴ３に向けられている。【０１３４】
陰極３３２は、短波長紫外線を反射するミラーともなっており、電極対３３の間の空間ＳＰ３の内部から下方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ３１を反射して空間ＳＰ３の内部へ戻す役割も兼ねている。滅菌装置３では、このような陰極３３２を設けることにより、窒素雰囲気が発する短波長紫外線の利用効率を向上し、シートＳＴ３に付着している菌に作用する短波長紫外線を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。ここで、アルミニウム膜３３２ｂにより鏡面を形成したのは、第１実施形態において説明したように、アルミニウム膜の短波長紫外線の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。【０１３５】
陰極３３２においては、アルミニウム膜３３２ｂは、電気的な導通を確実にするため、パルス電源３４に接続された中空のアルミニウムブロック３３２ｃに密着させられている。【０１３６】
○反射板；
リアクタ３１の内部には、空間ＳＰ３の内部から上方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ３２を反射して空間ＳＰ３の内部へ戻す反射板３５が陽極３３１の上方に設けられている。反射板３５は、シートＳＴ３と平行に設けられている。【０１３７】
図１４に示すように、反射板３５は、ガラス板３５１ａの上面にアルミニウム膜３５１ｂを蒸着で成膜した孔加工ミラー３５１の上に、積層されたステンレス製の網３５２を載置固定して構成される。反射板３５においては、ガラス板３５１ａの、アルミニウム膜３５１ｂが成膜されていない下面がシートＳＴ３に向けられている。リアクタ３１では、反射板３５を設けることにより、窒素雰囲気が発する短波長紫外線の利用効率を向上し、シートＳＴ３に付着する菌へ作用する短波長紫外線を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。【０１３８】
ここで、アルミニウム膜３５１ｂにより鏡面を形成したのは、陰極３３２の場合と同様に、アルミニウム膜の短波長紫外線の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。【０１３９】
孔加工ミラー３５１には、上面と下面とを貫通する貫通孔３５１ｈが縦横両方向に規則的に形成されている。リアクタ３１では、配管３２を経由して供給された窒素ガスを、網３５２の開口部及び孔加工ミラー３５１の貫通孔３５１ｈを通してシートＳＴ３に向けて噴射することより、シートＳＴ３が存在する空間ＳＰ３の雰囲気を窒素雰囲気としている。このように、シートＳＴ３と垂直な窒素ガス流ＦＬ３１を生成すれば、窒素ガスの滞留により滅菌の効率や安定性が低下することを防ぐことができるとともに、窒素ラジカルＮ*の反応によって生じた化学種（以下、「反応済化学種」）が、シートＳＴ３へと向かう窒素ガス流ＦＬ３１の吹き返しの窒素ガス流（シートＳＴ３から離れる窒素ガス流）ＦＬ３２によって、シートＳＴ３の近傍から除去されるので、滅菌を高効率で安定して行うことができる。また、パルス電界と平行な窒素ガス流ＦＬ３１を生成することには、プラズマの発生及び滅菌の均一性を向上することができ、リアクタ３１を完全に密閉しなくても、滅菌を阻害するオゾンの発生を実用上問題とならない程度まで抑制することができるという利点もある。これは、パルス電界と平行で陽極３３１から陰極３３２へ向かう窒素ガス流ＦＬ３１を生成すると、酸素ガスが混入しにくくなるからである。なお、オゾンが発生すると、ピンク色の発光が観察されるので、オゾンの発生の有無は容易に確認することができる。【０１４０】
図１６の斜視図に示すように、孔加工ミラー３５１の上面には、±Ｘ方向に伸びる複数の溝３５１ｘが１５ｍｍ間隔で掘削されており、孔加工ミラー３５１の下面には、±Ｙ方向に伸びる複数の溝３５１ｙが１５ｍｍ間隔で掘削されている。そして、孔加工ミラー３５１では、直交する溝３５１ｘと溝３５１ｙとの交点が貫通孔３５１ｈとなっている。この孔加工ミラー３５１は、貫通孔３５１ｈを個別に削孔加工するよりも、短時間で安価に製造することができる。なお、窒素ガスの圧損部材として網３５２を用いることは必須ではなく、例えば、アルミナやＳｉＣ等のセラミックスの多孔体を用いることもできる。【０１４１】
網３５２は、メッシュ間隔が０．１ｍｍ程度となっており、多数の貫通孔３５１ｈからの窒素ガスの噴射を均一化させるバッファとして機能している。このようなバッファを設けることにより、窒素ガスの噴射が、配管３２の上流側の貫通孔３５１ｈに集中して滅菌の均一性を妨げてしまうことを防止可能である。【０１４２】
なお、窒素ガスの１ｃｍ2あたりの噴射量は、０．００１リットル／分以上０．０３リットル／分以下であることが望ましい。なぜならば、１ｃｍ2あたりの噴射量が０．００１リットル／分を下回ると反応済化学種の除去が不十分となり滅菌の安定性や効率が低下するからであり、１ｃｍ2あたりの噴射量が０．０３リットル／分を上回ると生成したプラズマが空間ＳＰ３から流出して、短波長紫外線の発光量が減少し、滅菌の効率が低下するからである。【０１４３】
このような構成を有するリアクタ３１では、シートＳＴ３の陽極面側の方が陰極面側よりも電界が強くなるので、シートＳＴ３における滅菌効果は、陰極３３２に面する陰極側面よりも陽極３３１に面する陽極側面の方が若干強くなる。【０１４４】
＜２．３．１．３  パルス電源の構成＞
パルス電源３４が電極対３３に繰り返し印加する電気パルスの波形は、パルス電界により菌の細胞膜を破壊することができるとともに、アーク放電を引き起こすことなくファインストリーマ放電を引き起こし、空間ＳＰ３にプラズマを安定して発生させることができるように決定される。なお、電気パルスの具体的な波形は、後述の「２．３．２  滅菌装置の動作」において説明する。【０１４５】
このようなパルス電源３４には、第１実施形態において説明したＩＥＳ回路１４０を採用することが望ましい。【０１４６】
＜２．３．２  滅菌装置の動作＞
以下では、滅菌装置３の動作について、図１７〜図１９を参照しながら説明する。ここで、図１７は、電極対３３へ繰り返し印加される電気パルスの概略波形を示す図であり、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ、電極対３３の間の電圧Ｖ及び陽極３３１へ流れ込む電流Ｉの時間tによる変化を示している。また、図１８及び図１９は、電極対３３に電気パルスが印加された際の空間ＳＰ３の状態を示す図であり、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１９（Ｃ）及び図１９（Ｄ）は、それぞれ、電圧上昇過程（t=0〜t1）、放電過程（t=t1〜t2）、放電終息過程（t=t2〜t3）及び放電反転過程（t=t3〜t4）における空間ＳＰ３の状態を示す図となっている。【０１４７】
なお、滅菌装置３では、陰極３３２において、アルミニウム膜３３２ｂが、誘電体バリアとして機能する石英ガラス板３３１ａに被覆されているため、電気パルスを印加した場合に電流Ｉが途切れてしまうまでの時間が長くなっている。このため、リアクタ１０では、投入電力Ｉ×Ｖが増加し、窒素雰囲気の温度が滅菌に適した温度、例えば、芽胞状菌（stearothermophilus）の場合では約４８℃まで上昇するので、効率的に滅菌を行うことができる。【０１４８】
○電圧上昇過程（t=0〜t1）；
図１７に示すように、電圧上昇過程においては、電圧Ｖは、５０〜１００ｎｓの短時間で急激に上昇してピーク電圧Ｖpに達するが、空間ＳＰ３にファインストリーマ放電は発生せず（図１８（Ａ））、電流Ｉは、電極対３３の間の静電容量への充電が行われるのに起因して緩やかに増加するのみである。【０１４９】
なお、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔは、１００〜５００ｋＶ／μｓとすることが望ましい。【０１５０】
また、ピーク電圧Ｖpは、陽極３３１と陰極３３２との距離によっても異なるが、典型的には１０〜３０ｋＶであり、陽極３３１と陰極３３２との距離が４．５ｍｍである場合には、約１５ｋＶである。【０１５１】
このような立ち上がりの早い電気パルスを電極対３３に印加することにより、滅菌装置３では、水平部分Ｐ３１を走行しているシートＳＴ３をパルス電界に曝し、シートＳＴ３に付着している菌にパルス電界を作用させることにより菌の細胞を破壊している。【０１５２】
○放電過程（t=t1〜t2）；
図１７に示すように、電圧上昇過程に続く放電過程では、空間ＳＰ３にファインストリーマ放電ＳＤ３が発生するのに起因して（図１８（Ｂ））、電圧Ｖは若干低下し、電流Ｉは急激に増加してピーク電流Ｉp（１０〜５０Ａ）に達する。【０１５３】
放電過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ３に起因して、陰極３３２から陽極３３１へ向かう電子なだれが拡大し、窒素雰囲気中に陽極３３１の近傍を中心としてプラズマが発生する。放電過程では、このようにして発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮ*にシートＳＴ３を曝し、シートＳＴ３に付着した菌に窒素ラジカルを作用させ、菌のＤＮＡを破壊している。【０１５４】
さらに、放電過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ３に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線をシートＳＴ３に照射し、シートＳＴ３に付着した菌に短波長紫外線ＵＶ３を作用させることができる。【０１５５】
○放電終息過程（t=t2〜t3）；
図１９（Ｃ）に示すように、放電過程に続く放電終息過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ３が時間とともに終息する。このため、放電終息過程では、電圧Ｖは若干上昇し、電流Ｉは緩やかに減少する（図１７）。【０１５６】
○逆放電過程（t=t3〜t4）；
図１９（Ｄ）に示すように、放電終息過程に続く逆放電過程では、空間ＳＰ３に、放電過程とは逆方向のファインストリーマ放電ＳＤ３が発生する。これに起因して、電圧Ｖは低下し、放電過程とは逆方向の電流Ｉが流れる（図１７）。換言すれば、逆放電過程では、陽極３３１と陰極３３２との役割が、放電過程とは実質的に逆転した状態となっている。【０１５７】
このように、電極対３３への電気パルスの印加に応答して流れる電流の反転を起こすことにより、リアクタ３１では、シートＳＴ３の帯電を中和してシートＳＴ３のチャージアップを防止している。これにより、シートＳＴ３のチャージアップに起因するファインストリーマ放電ＳＤ３の不均一化を防止することができるようになり、シートＳＴ３を均一に滅菌することができるようになっている。【０１５８】
＜２．３．３  窒素ガスの流量と滅菌効率との関係＞
続いて、窒素ガスの流量と滅菌効率との関係について、図２０を参照しながら説明する。図２０は、底面積が６００ｍｍ2で高さが１００ｍｍのリアクタにおける窒素ガスの流量と滅菌効率との関係との関係を示す図であり、滅菌率（縦軸）の処理時間（横軸）への依存性を窒素ガスの流量（１．０〜１．５Ｌ／分、５Ｌ／分、５０Ｌ／分）ごとに示したグラフとなっている。【０１５９】
図２０から明らかなように、窒素ガスの流量が多くなると、滅菌効率は低下する。これは、窒素ガスの流量が多くなると、生成した窒素ラジカルが流失してしまい、短波長紫外線の発光が阻害されるからであり、図２０は、窒素ラジカルや短波長紫外線の滅菌への寄与を証明する実験データとなっている。【０１６０】
＜２．３．４  シートについて＞
滅菌装置３では、シートＳＴ３を挟んで対向する電極対３３に電気パルスを印加し、空間ＳＰ３にファインストリーマ放電を起こすことにより、パルス電界と、窒素ラジカルと、短波長紫外線とをシートＳＴ３に付着した菌に作用させ、シートＳＴ３を滅菌している。このような滅菌は、シートＳＴ３の厚さが極端に厚くならない限り、例えば、シートＳＴ３の厚さが数ｍｍ以上とならない限り、グロー放電がシートＳＴ３によって妨げられることがないために採用可能となったものである。【０１６１】
滅菌装置３では、パルス電界と、窒素ラジカルと、短波長紫外線とを複合的にシートＳＴ３の極表面に存在する菌に作用させることにより、紫外線照射法や電子線照射法よりも少量のエネルギーでシートＳＴ３の両面を滅菌することができ、ガンマ線照射法や紫外線照射法や電子線照射法で問題となっていたシートＳＴ３の処理表面から０．１μｍ以上の深さ方向に変質を引き起こすこともない。これは、滅菌手段である短波長紫外線が樹脂シート内部まで侵透し難いことが原因である。特に、滅菌装置３では、シートＳＴ３の材質がポリプロピレンである場合でも、シートＳＴ３の著しい変質を引き起こすことはない。【０１６２】
＜２．３．５  変形例＞
第３実施形態では、シートＳＴ３における滅菌効果は、陰極３３２に面する陰極側面よりも陽極３３１に面する陽極側面の方が若干強くなる。このため、図２１の断面図に示すように、対向する電極対３３において陽極３３１及び陰極３３２の上下を隣接する段で入れ替えることにより、シートＳＴ３が走行経路Ｐ３を走行する途上で、シートＳＴ３の表面及び裏面の各々が陽極３３１及び陰極３３２に交互に面するようにすれば、シートＳＴ３における滅菌効果を、表面及び裏面で均一化することができる。【０１６３】
＜２．４  第４実施形態＞
＜２．４．１  滅菌装置の構成＞
＜２．４．１．１  全体概略構成＞
図２２は、本発明の第４実施形態に係る滅菌装置４の全体概略構成を示す斜視図である。【０１６４】
図２２に示す滅菌装置４は、歯科用軸付砥石を滅菌する小型の滅菌装置である。【０１６５】
図２２に示すように、滅菌装置４は、内部で滅菌が行われるリアクタ４１と、リアクタ４１の内部へ窒素ガスを導入する窒素ガス導入部４２と、リアクタ４１の内部を減圧する減圧部４９と、リアクタ４１へ電気パルスを供給するパルス電源４４とを備える。【０１６６】
リアクタ４１は、内部に収容された歯科用軸付砥石を滅菌するバッチ式の反応容器となっている。リアクタ４１は、前面に設けられた密閉扉４１１が開かれた状態（点線）においては、内部への歯科用軸付砥石の収容及び内部からの歯科用軸付砥石の取り出しが可能な状態となり、密閉扉４１１が閉じられた状態（実線）においては、内部が密閉された状態となる。【０１６７】
窒素ガス導入部４２は、吸気口４２１に供給された窒素ガスを、温度調整用のヒータ４２２を用いて温度を調整した後に、リアクタ４１の内部に導入する。【０１６８】
減圧部４９は、リアクタ４１の内部の窒素ガスを、減圧ポンプ４９１を用いて排気口４９２から排気する。リアクタ４１の内部は、減圧ポンプ４９１によって、望ましくは１３〜１３００Ｐａまで減圧された状態（減圧窒素雰囲気）となっている。なお、リアクタ４１の内部の圧力がこの範囲を下回ると、窒素ラジカルや短波長紫外線の発生が抑制されて殺菌効果が低下し、リアクタ４１の内部の圧力がこの範囲を上回ると、放電距離が短くなって立体的な歯科用軸付砥石の滅菌が困難となる。【０１６９】
＜２．４．１．２  リアクタの構成＞
図２３は、リアクタ４１の構成を模式的に示す図である。図２３は、図５のXXI-XXIの切断面におけるリアクタ４１の断面を示す断面図となっている。【０１７０】
図２３に示すように、歯科用軸付砥石ＳＴ４の滅菌が行われるリアクタ４１の内部の空間（以下、「滅菌空間」）ＳＰ４には、パルス電源４４に接続された電極対４３が設置されている。電極対４３の間には、歯科用軸付砥石ＳＴ４の軸を把持し、歯科用軸付砥石ＳＴ４をパルス電界Ｐ４と垂直な回転軸を中心として自転させる三爪チャック４７が設けられている。なお、図２３には、１個の三爪チャック４７が図示されているが、三爪チャック４７の数を２個以上として２個以上の歯科用軸付砥石ＳＴ４を同時に滅菌することができるようにしてもよい。もちろん、歯科用軸付砥石ＳＴ４の把持の方法は、その形状に依存して適宜変更すべきであり、必ずしも三爪チャック４７による必要はない。【０１７１】
このような構成により、滅菌空間ＳＰ４が窒素雰囲気でみたされたリアクタ４１では、歯科用軸付砥石ＳＴ４が電極対４３の間に存在する状態において電極対４３に電気パルスが印加されると、（１）電極対４３への電気パルスの印加によって生じたパルス電界Ｐ４と、（２）ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ４と、（３）ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ４とが歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着した菌に作用し、歯科用軸付砥石ＳＴ４が滅菌される。【０１７２】
また、リアクタ４１では、大気圧の１／１０〜１／２（１００００ＭＰａ〜５００００ＭＰａ）まで減圧されて希薄となった窒素雰囲気の中でファインストリーマ放電を引き起こすことにより、放電距離を長くし、立体的な歯科用軸付砥石ＳＴ４の滅菌が可能な電極対４３の間隔（典型的には、大気圧の場合の５倍以上となる２５〜５０ｍｍ）Ｌ４を確保している。加えて、減圧されて希薄となった窒素雰囲気の中でファインストリーマ放電を引き起こすことは、窒素ラジカルＮＲ４の寿命を延ばし（典型的には、大気圧の場合の１０倍以上）、歯科用軸付砥石ＳＴ４を効率的に滅菌することに寄与している。【０１７３】
さらに、リアクタ４１では、窒素ラジカルＮＲ４の反応によって生じた化学種が排気部４０によって滅菌空間ＳＰ４から除去され、新鮮な窒素ガスに入れ替えられるので、滅菌を高効率で行うことができる。【０１７４】
電極対４３を構成する陽極４３１は、直径が０．５ｍｍの複数本の電極棒４３１ａを一定間隔で水平に設置して構成されており、電極対４３を構成する陰極４３２は、一枚の電極板４３２ａを水平に設置して構成されている。【０１７５】
リアクタ４１では、陽極４３１の材質として、耐久性に優れるＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）を用いている。ただし、このことは、陽極４３１の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）以外のもの、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、銀、鉄、銅、白金及びパラジウム等の金属を主成分とするものを用いることを妨げない。もちろん、陽極４３１として、メッキやＣＶＤ（化学気相成長法）等の成膜手段を用いてこれらの金属を主成分とする金属膜や窒化物膜を表面に形成した電極棒を用いることも妨げられない。ここで、「金属」とは、ニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金のような、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。【０１７６】
なお、陽極４３１を電極板で構成することも妨げられないが、この場合、陽極４３１が短波長紫外線ＵＶ４を遮蔽して歯科用軸付砥石ＳＴ４への短波長紫外線ＵＶ４の照射を妨げてしまうことを防止するため、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板を採用することが望ましい。【０１７７】
陰極４３２は、厚さが０．５〜５．０ｍｍの石英ガラス板４３２１の一方の主面に、厚さが０．５〜１０．０μｍのアルミニウム膜４３２２を蒸着で成膜して構成されている。陰極４３２においては、石英ガラス板４３２１の、アルミニウム膜４３２２が成膜されていない他方の主面が歯科用軸付砥石ＳＴ４に向けられている。【０１７８】
陰極４３２においては、アルミニウム膜４３２２は、電気的な導通を確実にするため、パルス電源４４に接続された金属電極４３２３に密着させられている。【０１７９】
リアクタ４１の下方の内面に設置された陰極４３２は、短波長紫外線ＵＶ４を反射するミラーともなっており、滅菌空間ＳＰ４の内部から下方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ４１を反射して滅菌空間ＳＰ４の内部へ戻す役割も兼ねている。リアクタ４１では、このような陰極４３２を設けることにより、窒素雰囲気中で発生する短波長紫外線ＵＶ４の利用効率を向上し、歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着している菌に作用する短波長紫外線ＵＶ４を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。ここで、アルミニウム膜４３２２により鏡面を形成したのは、第１実施形態において説明したように、アルミニウム膜の短波長紫外線ＵＶ４の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。【０１８０】
このような陽極４３１及び陰極４３２を用いた場合、陽極４３１に近づくにつれて電界が強くなり、滅菌の効率も陽極４３１に近づくにつれて若干高くなるが、リアクタ４１では、歯科用軸付砥石ＳＴ４を自転させることにより、歯科用軸付砥石ＳＴ４の全体を滅菌効果が高い陽極４３１の側に順次向けることができるので、歯科用軸付砥石ＳＴ４の全体を均一に滅菌することができる。【０１８１】
さらに、リアクタ４１の上方及び側方の内面には、滅菌空間ＳＰ４の内部から上方及び側方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ４２を反射して滅菌空間ＳＰ４の内部へ戻す反射板４１５が貼り付けられている。反射板４１５は、陰極４３２と同様に、厚さが０．５〜５．０ｍｍの石英ガラス板４１５１の一方の主面に、厚さが０．５〜１０．０μｍのアルミニウム膜４１５２を蒸着で成膜して構成されている。反射板４１５においても、石英ガラス板４１５１の、アルミニウム膜４１５２が成膜されていない他方の主面が歯科用軸付砥石ＳＴ４に向けられている。リアクタ４１では、反射板４１５を設けることにより、窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ４の利用効率を向上し、歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着する菌へ作用する短波長紫外線ＵＶ４を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。【０１８２】
ここで、アルミニウム膜４１５２により鏡面を形成したのは、陰極４３２の場合と同様に、アルミニウム膜４１５２の短波長紫外線ＵＶ４の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。【０１８３】
リアクタ４１では、放電による窒素雰囲気の温度上昇が滅菌効率の向上に寄与するが、窒素雰囲気の温度を滅菌に最も適した温度に近づけるために、ヒータ４２２を用いて窒素雰囲気の温度を調整することが望ましい。ここで、滅菌空間ＳＰ４を減圧することにより、滅菌に最も適した温度は、大気圧の場合よりも低下する（例えば、芽胞状菌（stearothermophilus）の場合は、大気圧の場合の約５８℃から３０℃〜５０℃へと低下する）ことに留意して窒素雰囲気の温度を決定すべきである。もちろん、放電による窒素雰囲気の温度上昇が過剰である場合には、温度調整手段としてヒータ４２２の代わりにクーラを設置して滅菌空間ＳＰ４へ導入する窒素ガスを冷却することが望ましい。【０１８４】
＜２．４．１．３  パルス電源の構成＞
パルス電源４４が電極対４３に繰り返し印加する電気パルスの波形は、パルス電界により菌の細胞膜を破壊することができるとともに、アーク放電を引き起こすことなくファインストリーマ放電を引き起こし、空間ＳＰ４にプラズマを安定して発生させることができるように決定される。なお、電気パルスの具体的な波形は、後述の「２．４．２  滅菌装置の動作」において説明する。【０１８５】
このようなパルス電源４４には、第１実施形態において説明したＩＥＳ回路１４０を採用することが望ましい。【０１８６】
＜２．４．２  滅菌装置の動作＞
以下では、滅菌装置４の動作について、図１７、図２４及び図２５を参照しながら説明する。ここで、図１７は、電極対４３へ繰り返し印加される電気パルスの１パルス分の概略波形を示す図でもあり、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ、電極対４３の間の電圧Ｖ及び陽極４３２へ流れ込む電流Ｉの時間tによる変化を示している。また、図２４及び図２５は、電極対４３に電気パルスが印加された際の空間ＳＰ４の状態を示す図であり、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、それぞれ、電圧上昇過程（t=0〜t1）、放電過程（t=t1〜t2）、放電終息過程（t=t2〜t3）及び放電反転過程（t=t3〜t4）における空間ＳＰ４の状態を示す図となっている。【０１８７】
なお、滅菌装置４では、陰極４３２において、アルミニウム膜４３２２が、誘電体バリアとして機能する石英ガラス板４３２１に被覆されているため、電気パルスを印加した場合に電流Ｉが途切れてしまうまでの時間が長くなっている。このため、リアクタ４１では、投入電力Ｉ×Ｖが増加し、窒素雰囲気の温度が上昇するので、効率的に滅菌を行うことができる。【０１８８】
○電圧上昇過程（t=0〜t1）；
図１７に示すように、電圧上昇過程においては、電圧Ｖは、５０〜１００ｎｓの短時間で急激に上昇してピーク電圧Ｖpに達するが、空間ＳＰ４にファインストリーマ放電は発生せず（図２４（Ａ））、電流Ｉは、電極対４３の間の静電容量への充電が行われるのに起因して緩やかに増加するのみである。【０１８９】
なお、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔは、１００〜５００ｋＶ／μｓとすることが望ましい。【０１９０】
また、ピーク電圧Ｖpは、電極対４３の間隔Ｌ４によっても異なるが、間隔Ｌ４が５０〜１００ｍｍである場合には、５〜１５ｋＶである。【０１９１】
このような立ち上がりの早い電気パルスを電極対４３に印加することにより、滅菌装置４では、歯科用軸付砥石ＳＴ４をパルス電界Ｐ４に曝し、歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着している菌にパルス電界Ｐ４を作用させることにより菌の細胞膜を破壊している。【０１９２】
○放電過程（t=t1〜t2）；
図１７に示すように、電圧上昇過程に続く放電過程では、空間ＳＰ４にファインストリーマ放電ＳＤ４が発生するのに起因して（図２４（Ｂ））、電圧Ｖは若干低下し、電流Ｉは急激に増加してピーク電流Ｉpに達する。【０１９３】
放電過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ４に起因して、陰極３３１から陽極３３２へ向かう電子なだれが拡大し、窒素雰囲気中に陽極３３２の近傍を中心としてプラズマが発生する。放電過程では、このようにして発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ４に歯科用軸付砥石ＳＴ４を曝し、歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着した菌に窒素ラジカルＮＲを作用させ、菌のＤＮＡを破壊している。【０１９４】
さらに、放電過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ４に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ４を歯科用軸付砥石ＳＴ４に照射し、歯科用軸付砥石ＳＴ４に付着した菌に短波長紫外線を作用させることができる。【０１９５】
○放電終息過程（t=t2〜t3）；
図２５（Ａ）に示すように、放電過程に続く放電終息過程では、ファインストリーマ放電ＳＤ４が時間とともに終息する。このため、放電終息過程では、電圧Ｖは若干上昇し、電流Ｉは緩やかに減少する（図１７）。【０１９６】
○逆放電過程（t=t3〜t4）；
図２５（Ｂ）に示すように、放電終息過程に続く逆放電過程では、空間ＳＰ４に、放電過程とは逆方向のファインストリーマ放電ＳＤ４が発生する。これに起因して、電圧Ｖは低下し、放電過程とは逆方向の電流Ｉが流れる（図１７）。換言すれば、逆放電過程では、陽極４３１と陰極４３２との役割が、放電過程とは実質的に逆転した状態となっている。【０１９７】
このように、電極対４３への電気パルスの印加に応答して流れる電流の反転を起こすことにより、リアクタ４１では、歯科用軸付砥石ＳＴ４の帯電を中和して歯科用軸付砥石ＳＴ４のチャージアップを防止している。これにより、歯科用軸付砥石ＳＴ４のチャージアップに起因するファインストリーマ放電ＳＤ４の不均一化を防止することができるようになり、歯科用軸付砥石ＳＴ４を均一に滅菌することができるようになっている。もちろん、チャージアップをより適切に防止するためには、三爪チャック４７を接地しておくことが望ましい。【０１９８】
このような滅菌装置４では、パルス電界と、窒素ラジカルと、短波長紫外線とを複合的に歯科用軸付砥石ＳＴ４の表面に存在する菌に作用させることにより、電子線照射法や加熱法や紫外線法よりも少量のエネルギーで歯科用軸付砥石ＳＴ４を滅菌することができ、歯科用軸付砥石ＳＴ４に損傷を与えることもない。【０１９９】
＜２．４．３  変形例＞
第４実施形態では、歯科用軸付砥石ＳＴ４を自転させる例を示したが、図２６に示すように、歯科用軸付砥石ＳＴ４を固定したまま、リアクタ４１の全体を回転機構４９９によってパルス電界Ｐ４と垂直な回転軸を中心として回転させ、陽極４３１及び陰極４３２が歯科用軸付砥石ＳＴ４の周りを同一周期で公転するようにしても歯科用軸付砥石ＳＴ４の全体を均一に滅菌することができる。【０２００】
また、第４実施形態では、歯科用軸付砥石ＳＴ４を滅菌する滅菌装置４について説明したが、滅菌装置４が滅菌の対象とする滅菌対象物は、歯科用軸付砥石ＳＴ４に限定されない。滅菌装置４は、一般的に言えば、３次元の各方向の大きさが同程度である非平面的な立体物を殺菌する滅菌装置であり、歯科用軸付砥石ＳＴ４以外の医療器具や医療用具の包装材等の立体物を滅菌することができる。【０２０１】
＜２．５  第５実施形態＞
＜２．５．１  滅菌装置の構成＞
＜２．５．１．１  全体概略構成＞
図２７は、本発明の第５実施形態に係る滅菌装置５の全体概略構成を示す斜視図である。【０２０２】
図２７に示す滅菌装置５は、３次元の各方向の大きさが同程度である非平面的な立体物を殺菌する小型の滅菌装置である。【０２０３】
図２７に示すように、滅菌装置５は、内部で滅菌が行われるリアクタ５１と、リアクタ５１の内部を減圧するポンプ５９と、リアクタ５１へ電気パルスを供給するパルス電源５４とを備える。【０２０４】
リアクタ５１は、内部に収容された滅菌対象物ＳＴ５を滅菌するバッチ式の反応容器となっている。リアクタ５１の反応容器の上面には、窒素ガスの吸気口５１２が設けられ、下面には、窒素ガスの排気口５１３が設けられている。リアクタ５１は、前面に設けられた密閉扉５１１が開かれた状態（一点破線）においては、内部への滅菌対象物ＳＴ５の収容及び内部からの滅菌対象物ＳＴ５の取り出しが可能な状態となり、密閉扉５１１が閉じられた状態（実線）においては、内部が密閉された状態となる。【０２０５】
リアクタ５１の反応容器、特に、密閉扉５１１は、ステンレス等の電磁波を遮蔽する素材で構成することが望ましい。リアクタ５１の内部の電極対５３に電気パルスを印加した際に発生する電磁波がリアクタ５１から漏出することを防止し、リアクタ５１の周辺に存在する作業者や電子機器に当該電磁波が悪影響を与えることを防止するためである。なお、リアクタ５１の内部を視認できるようにするためにポリカーボーネート等の電磁波を遮蔽しない素材でリアクタ５１の反応容器を構成した場合も、電磁シールド用の金網やフィルム等をリアクタ５１の反応容器の外面又は内面に貼り付けることが望まれる。【０２０６】
さらに、リアクタ５１の反応容器は、短波長紫外線を遮蔽する素材で構成することも望まれる。リアクタ５１の内部の電極対５３に電気パルスを印加した際に発生する短波長紫外線がリアクタ５１から漏出することを防止し、リアクタ５１の周辺に存在する作業者や電子機器に当該短波長紫外線が悪影響を与えることを防止するためである。【０２０７】
ポンプ５９は、リアクタ５１の排気口５１３から内部の窒素ガスを排気する。【０２０８】
＜２．５．１．２  リアクタの構成＞
図２８は、リアクタ５１の構成を模式的に示す図である。図２８は、図２７のXXVI-XXVIの切断面におけるリアクタ５１の断面を示す断面図となっている。【０２０９】
図２８に示すように、滅菌対象物ＳＴ５の滅菌が行われるリアクタ５１の内部の空間（以下、「滅菌空間」）ＳＰ５には、パルス電源５４に接続された電極対５３が設置されている。【０２１０】
電極対５３を構成する陽極５３１は、直径が０．５ｍｍの複数本の電極棒５３１ａを一定間隔で水平に設置して構成されており、電極対５３を構成する陰極５３２は、一枚の電極板５３２ａを水平に設置して構成されている。【０２１１】
リアクタ５１では、陽極５３１の材質として、耐久性に優れるＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）を用いている。ただし、このことは、陽極５３１の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）以外のもの、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、銀、鉄、銅、白金及びパラジウム等の金属を主成分とするものを用いることを妨げない。もちろん、陽極５３１として、メッキやＣＶＤ等の成膜手段を用いてこれらの金属を主成分とする金属膜や窒化物膜を表面に形成した電極棒を用いることも妨げられない。ここで、「金属」とは、ニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金のような、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。【０２１２】
電極棒５３１ａの間隔Ｌ５２は、電極対５３の間隔Ｌ５１や滅菌対象物ＳＴ５の高さとの関係において定められる。これは、図３１に示すように、滅菌に必要なプラズマＰＲ５は、陽極棒５３１ａを中心として発生し、陰極５３２に向かって広がってゆくが、その幅は、陰極板５３２ａに近づくにつれて末広がりになっているので、滅菌対象物ＳＴ５の全体がプラズマＰＲ５に曝されるようにするためには、間隔Ｌ５１と間隔Ｌ５２との関係はおのずと限られてくるからである。なお、図３１は、プラズマＰＲ５の発生状態を示す図となっている。【０２１３】
なお、陽極５３１を電極板で構成することも妨げられないが、この場合、陽極５３１が短波長紫外線ＵＶ５を遮蔽して滅菌対象物ＳＴ５への短波長紫外線ＵＶ５の照射を妨げてしまうことを防止するため、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板を採用することが望ましい。【０２１４】
陰極５３２は、厚さが０．５〜５．０ｍｍの石英ガラス板５３２１の一方の主面に、厚さが０．５〜１０．０μｍのアルミニウム膜５３２２を蒸着で成膜して構成されている。陰極５３２においては、石英ガラス板５３２１の、アルミニウム膜５３２２が成膜されていない他方の主面が滅菌対象物ＳＴ５に向けられている。【０２１５】
陰極５３２においては、アルミニウム膜５３２２は、電気的な導通を確実にするため、パルス電源５４に接続された金属電極５３２３に密着させられている。【０２１６】
陰極５３２には、吸気口５１２のある上方から排気口５１３のある下方へ向かって窒素ガスが流れるように、通風孔５３２ｈが形成されている。【０２１７】
リアクタ５１では、陰極板５３２ａの上に滅菌対象物ＳＴ５が直接載置される。【０２１８】
陰極５３２においては、アルミニウム膜５３２２が、誘電体バリアとして機能する石英ガラス板５３２１に被覆されているため、電気パルスを印加した場合に電流Ｉが途切れてしまうまでの時間が長くなっている。このため、リアクタ５１では、投入電力Ｉ×Ｖが増加し、窒素雰囲気の温度が上昇するので、効率的に滅菌を行うことができる。例えば、図３２の電気パルスの概略波形に示すように、石英ガラス５３２１で被覆されていない陰極５３２を用いた場合に電気パルスのパルス幅Δｔが１５０ｎｓであったとしても、石英ガラス５３２１で被膜された陰極５３２を用いた場合、電気パルスの裾野が尾を引いて（テーリングして）、パルス幅Δｔは３００ｎｓ程度まで長くなり、投入電力も大きくなる。【０２１９】
なお、図３２は、時間t（横軸）に対する電圧V（縦軸）の変化を示すグラフであり、点線は、石英ガラス５３２１で被覆されていない陰極５３２を用いた場合の電気パルスの概略波形、実線は、石英ガラス５３２１で被膜された陰極５３２を用いた場合の電気パルスの概略波形を示している。【０２２０】
なお、電気パルスの裾野の伸びは、電極対５３の間の静電容量に依存するので、石英ガラスの厚みは、投入電力が適切になるように決めることが望ましい。【０２２１】
このような構成により、滅菌空間ＳＰ５が窒素雰囲気でみたされたリアクタ５１では、滅菌対象物ＳＴ５が電極対５３の間に存在する状態において電極対５３に電気パルスが印加されると、（１）電極対５３への電気パルスの印加によって生じたパルス電界Ｐ５と、（２）ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルＮＲ５と、（３）ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ５とが滅菌対象物ＳＴ５に付着した菌に作用し、滅菌対象物ＳＴ５が滅菌される。【０２２２】
また、リアクタ５１では、大気圧の１／１０〜１／２程度まで減圧されて希薄となった窒素雰囲気の中でファインストリーマ放電を引き起こすことにより、放電距離を長くし、立体的な滅菌対象物ＳＴ５の滅菌が可能な電極対５３の間隔（典型的には、大気圧の場合の５倍以上）Ｌ５１を確保している。加えて、減圧されて希薄となった窒素雰囲気の中でファインストリーマ放電を引き起こすことは、窒素ラジカルＮＲ５の寿命を延ばし（典型的には、大気圧の場合の１０倍以上）、滅菌対象物ＳＴ５を効率的に滅菌することに寄与している。【０２２３】
さらに、リアクタ５１では、パルス電界Ｐ５と平行な窒素ガスの流れを作り出すことにより、電極対５３の間隔Ｌ５１をさらに長くとることができるようにしている。これにより、滅菌装置５では、滅菌対象物ＳＴ５が金属、特に、ピンセットのように鋭利な部位を有するものであっても、アーク放電が起こりにくくなっている。また、パルス電界Ｐ５と平行な窒素ガス流を生成することには、プラズマの発生及び滅菌の均一性を向上することができ、リアクタ５１を完全に密閉しなくても、滅菌を阻害するオゾンの発生を実用上問題とならない程度まで抑制することができるという利点もある。これは、パルス電界と平行で陽極５３１から陰極５３２へ向かう窒素ガス流を生成すると、酸素ガスが混入しにくくなるからである。なお、オゾンが発生すると、ピンク色の発光が観察されるので、オゾンの発生の有無は容易に確認することができる。【０２２４】
リアクタ５１の下方の内面に設置された陰極５３２は、短波長紫外線ＵＶ５を反射するミラーともなっており、滅菌空間ＳＰ５の内部から下方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ５１を反射して滅菌空間ＳＰ５の内部へ戻す役割も兼ねている。リアクタ５１では、このような陰極５３２を設けることにより、窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ５の利用効率を向上し、滅菌対象物ＳＴ５に付着している菌に作用する短波長紫外線ＵＶ５を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。ここで、アルミニウム膜５３２２により鏡面を形成したのは、第１実施形態において説明したように、アルミニウム膜の短波長紫外線ＵＶ５の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。なお、このアルミニウム膜５２３２が劣化すると、滅菌の効率が著しく低下してしまうことから、短波長紫外線ＵＶ５の滅菌への寄与は明らかである。【０２２５】
さらに、リアクタ５１の上方には、滅菌空間ＳＰ５の内部から上方へ逃げる短波長紫外線ＵＶ５２を反射して滅菌空間ＳＰ５の内部へ戻す反射板５５が貼り付けられている。【０２２６】
図２８に示すように、反射板５５は、ガラス板５５１ａの上面にアルミニウム膜５５１ｂを蒸着で成膜した孔加工ミラー５５１の上に、積層されたステンレス製の網５５２を載置固定して構成される。反射板５５においては、ガラス板５５１ａの、アルミニウム膜５５１ｂが成膜されていない下面が滅菌対象物ＳＴ５に向けられている。リアクタ５１では、反射板５５を設けることにより、窒素雰囲気が発する短波長紫外線ＵＶ５の利用効率を向上し、滅菌対象物ＳＴ５に付着する菌へ作用する短波長紫外線ＵＶ５を増加させることにより、滅菌の効率の向上を図っている。【０２２７】
ここで、アルミニウム膜５５１ｂにより鏡面を形成したのは、陰極５３２の場合と同様に、アルミニウム膜の短波長紫外線の反射率が極めて高い（約９０％）ことによる。【０２２８】
孔加工ミラー５５１には、上面と下面とを貫通する貫通孔５５１ｈが縦横両方向に規則的に形成されている。穴加工ミラー５５１は、第３実施形態の孔加工ミラー３５１と同様に製造することができる。【０２２９】
リアクタ５１では、吸気口５１２を経由して供給された窒素ガスを、網５５２の開口部及び孔加工ミラー５５１の貫通孔５５１ｈを通して滅菌対象物ＳＴ５に向けて噴射することより、滅菌対象物ＳＴ５が存在する空間ＳＰ５の雰囲気を窒素雰囲気としている。ここで、滅菌空間ＳＰ５は減圧されており、窒素分子の平均自由工程は長くなっているので、貫通穴５５１ｈから噴射された窒素ガスは、貫通穴５５１ｈから放射状に拡散する。これにより、リアクタ５１では、窒素ガスを滅菌対象物ＳＴ５に効率的に噴射できるようになっている。【０２３０】
網５５２は、メッシュ間隔が０．１ｍｍ程度となっており、多数の貫通孔５５１ｈからの窒素ガスの噴射を均一化させるバッファとして機能している。このようなバッファを設けることにより、窒素ガスの噴射が、吸気口の近傍の貫通孔５５１ｈに集中して滅菌の均一性を妨げてしまうことを防止可能である。なお、窒素ガスの圧損部材として網５５２を用いることは必須ではなく、例えば、アルミナやＳｉＣ等のセラミックスの多孔体を用いることもできる。【０２３１】
ガス流ガイド５９１は、窒素ガスが放射状に拡散するように窒素ガスを導く役割を果たす。ガス流ガイドは、短波長紫外線ＵＶ５を減衰させないようにするために、ガラス等の短波長紫外線ＵＶ５を透過する素材で構成される。【０２３２】
このような窒素ガスの流れを生成すれば、窒素ガスの滞留により滅菌の効率や安定性が低下することを防ぐことができる。【０２３３】
リアクタ５１では、窒素雰囲気の温度を滅菌に最も適した温度に近づけるために、ヒータ５０２を用いて窒素雰囲気の温度を調整することが望ましい。ヒータ５０２としては、例えば、棒状のハロゲンヒータやセラミックヒータ等の赤外線ヒータを用いることができる。ここで、滅菌空間ＳＰ５を減圧することにより、滅菌に最も適した温度は、大気圧の場合よりも低下する（例えば、芽胞状菌の場合は、大気圧の場合の約５８℃から３０℃〜５０℃へと低下する）ことに留意して窒素雰囲気の温度を決定すべきである。図２８では、ヒータ５０２を反射板５５の直下に設置しているが、貫通穴５５１ｈからの窒素ガスの噴出をヒータ５０２が妨げないようにするために、ヒータ５０２は、下方からみて貫通穴５５１ｈと重なりあわないように設置される。【０２３４】
なお、上方から下方へ向かう窒素ガスの流れを生成するためには、吸気口５１２の総孔面積Ｓ１、陰極板５３２ａの総孔面積Ｓ２および排気口５１３の総孔面積Ｓ３が、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３という関係になるようにすることが望ましい。【０２３５】
＜２．５．１．３  パルス電源の構成＞
パルス電源５４が電極対５３に繰り返し印加する電気パルスの波形は、パルス電界により菌の細胞膜を破壊することができるとともに、アーク放電を引き起こすことなくファインストリーマ放電を引き起こし、空間ＳＰ５にプラズマを安定して発生させることができるように決定される。【０２３６】
このようなパルス電源５４には、第１実施形態において説明したＩＥＳ回路１４０を採用することが望ましい。【０２３７】
＜２．５．２  滅菌装置の動作＞
図３３は、滅菌装置５の動作を説明する図である。図３３では、余熱工程、滅菌工程及び冷却工程の各々について、ヒータ５０２による加熱の有無、ポンプ５９による減圧の有無、電極対５３への電気パルスの印加の有無及び窒素ガスの導入の有無を示した図となっている。【０２３８】
密閉扉５１１を開けて滅菌対象物ＳＴ５を陰極板５３２ａの上に載置し、再び密閉扉５１１を閉じると、滅菌装置５は、余熱工程Ｓ１０１を開始する。余熱工程Ｓ１０１では、ヒータ５０２による加熱とポンプ５９による減圧が行われ、約２分かけて、リアクタ５１の内部の温度が４０℃〜６０℃に加熱される。【０２３９】
続く滅菌工程Ｓ１０２では、ヒータ５０２による加熱が停止され、ポンプ５９による減圧が継続されるとともに、電極対５３への電気パルスの印加及び窒素ガスの導入が開始される。滅菌工程Ｓ１０２において、ヒータ５０２による加熱が停止されるのは、先述した電気パルスのテーリングに起因する投入電力の増加により、ヒータ５２による加熱を停止しても、リアクタ５１の内部の温度を維持できるからである。また、ポンプ５９による減圧を継続するのは、滅菌空間ＳＰ５が減圧された状態を維持するとともに、パルス電界Ｐ５に平行な窒素ガスの流れを発生させるためである。滅菌工程Ｓ１０２では、比較的少量（例えば、１０リットル／分）の窒素ガスがリアクタ５１の内部に導入され、滅菌空間ＳＰ５において、パルス電界Ｐ５、短波長紫外線ＵＶ５及び窒素ラジカルＮＲ５が滅菌対象物ＳＴ５に付着した菌に作用し、約５分かけて滅菌対象物ＳＴ５の滅菌が行われる。【０２４０】
続く冷却工程Ｓ１０３では、電極対５３への電気パルスの印加及びポンプ５９による減圧が停止され、窒素ガスの導入が継続される。冷却工程Ｓ１０３では、比較的多量（例えば、２０リットル／分）の窒素ガスがリアクタ５１の内部へ導入され、リアクタ５１の内部が約２分かけて室温付近まで冷却される。この冷却工程Ｓ１０３により、滅菌が完了した滅菌対象物ＳＴ５をリアクタ５１から安全に取り出すことが可能になる。【０２４１】
＜２．５．３  変形例＞
第５実施形態では、ポンプ５９をリアクタ５１の外部に設けたが、ポンプ５９をリアクタ５１の内部に設置し、ポンプ５９の振動が滅菌対象物ＳＴ５に伝達されるようにしてもよい。これにより、滅菌対象物ＳＴ５と電極板５３２ａとが接する部分にも、窒素ラジカルＮＲ５、短波長紫外線ＵＶ５が作用しやすくなるので、滅菌対象物ＳＴ５をより効果的に滅菌することができる。【０２４２】
また、図２９及び図３０の別例に示すように、陰極５３２をパルス電界Ｐ５に対して垂直方向に移動させる駆動機構５９１（図２９）や陰極５３２をパルス電界Ｐ５に対して垂直方向に回転させる駆動機構５９３（図３０）を設けてもよい。滅菌効果を均一化することができるからである。このような駆動機構を設けることは、第１実施形態〜第４実施形態の滅菌装置１〜４においても有効である。【０２４３】
＜３  実施例＞
以下では、本発明の第１実施形態に係る滅菌装置１及び第２実施形態に係る滅菌装置２を用いた滅菌の実施例と、本発明の範囲外の滅菌装置を用いた滅菌の比較例について、図３４を参照しながら説明する。図３４は、１００個のバイオロジカルインジケータを用いて菌の死滅の成功率を実験的に評価した結果（評価１）と、１００個のバイオロジカルインジケータを用いて菌のＤＮＡの破壊の成功率を実験的に評価した結果（評価２）とを示す図である。【０２４４】
図３４に示す評価１においては、「○」は、全てのバイオロジカルインジケータで菌が死滅したことを示し、「△」は、７０個以上９９個以下のバイオロジカルインジケータで菌が死滅したことを示し、「×」は、６９個以下のバイオロジカルインジケータでしか菌が死滅しなかったことを示している。【０２４５】
また、図３４に示す評価２においては、「○」は、全てのバイオロジカルインジケータで菌のＤＮＡを破壊することができたことを示し、「△」は、７０個以上９９個以下のバイオロジカルインジケータで菌のＤＮＡを破壊することができたことを示し、「×」は、６９個以下のバイオロジカルインジケータでしか菌のＤＮＡを破壊することができなかったことを示している。【０２４６】
この評価１及び評価２では、バイオロジカルインジケータとして、菌種がバチルス菌（Stearothermophilus）、菌量が１×１０6個のものを用いた。また、菌の死滅の成否は、バイオロジカルインジケータを、ｐＨインジケータを含む培養液に４８時間浸漬した後の変色の有無で評価し、菌のＤＮＡの破壊の成否は、バイオロジカルインジケータを顕微鏡で観察することにより評価した。また、以下の実施例１〜２及び比較例１〜４では、評価にあたって投入したエネルギーは、２００Ｊと一定にしている。【０２４７】
（実施例１）
第１実施形態の滅菌装置１を用いて滅菌を行ったところ、評価１及び評価２のいずれでも「○」に相当する結果が得られた。【０２４８】
（実施例２）
第２実施形態の滅菌装置２を用いて滅菌を行ったところ、実施例１と同様に、評価１及び評価２のいずれでも「○」に相当する結果が得られた。【０２４９】
（比較例１）
第１実施形態の滅菌装置１において、ミラー１５を撤去するとともに密閉容器１１の内面を黒色で塗装して、実施例１と同じ条件で滅菌を行ったところ、評価１では「○」に相当する結果が得られたが、評価２では「△」に相当する結果しか得られなかった。【０２５０】
（比較例２）
第１実施形態の滅菌装置１において、窒素ガスを滅菌空間１９１に供給する代わりに、ヘリウムとネオンとの混合ガス（混合比率はヘリウム：ネオン＝１：１）を滅菌空間１９１に供給するとともに雰囲気の圧力を１気圧以下として、実施例１と同じ条件で滅菌を行ったところ、評価１では「△」に相当する結果しか得られず、評価２では「×」に相当する結果しか得られなかった。【０２５１】
（比較例３）
第１実施形態の滅菌装置１において、窒素ガスを滅菌空間１９１に供給する代わりに、酸素ガスを滅菌空間１９１供給して、実施例１と同じ条件で滅菌を行ったところ、評価１では「△」に相当する結果しか得られず、評価２では「×」に相当する結果しか得られなかった。【０２５２】
（比較例４）
紫外線ランプを用いてバイオロジカルインジケータに短波長紫外線を照射して滅菌を行ったところ、評価１では「○」に相当する結果が得られたが、評価２では「×」に相当する結果しか得られなかった。【０２５３】
以上の実施例１〜２から明らかなように、第１実施形態の滅菌装置１及び第２実施形態の滅菌装置２では、パルス電界により菌の細胞膜を破壊し、窒素ラジカルにより菌のＤＮＡを破壊するのに加えて、殺菌効果が高い短波長紫外線を菌に効率的に作用させることにより、少量のエネルギーで滅菌を行うことができた。【０２５４】
これに対して、比較例１のように、殺菌効果が高い短波長紫外線が滅菌対象物であるバイオロジカルインジケータに十分に照射されなくなると、少量のエネルギーで菌のＤＮＡを完全に破壊することができなくなる。【０２５５】
また、比較例２〜３のように、窒素雰囲気を選択せず、窒素ラジカルが菌に作用しないようにすると、少量のエネルギーでは、菌を完全に死滅させることができず、菌のＤＮＡを完全に破壊することもできない。【０２５６】
さらに、比較例４のように、短波長紫外線のみでは、菌を完全に死滅させることはできるものの、菌のＤＮＡを完全に破壊することはできなない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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