JP2000316954A - プラズマ滅菌反応器を排気するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧プラズマにより少なくとも一つの対象物
を滅菌するための反応器を大気圧からプラズマ放電圧ま
で費用効果的かつ容易に排気するための方法を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも二つの別個の、継続的排気段
階が設けられる。第一排気段階及び所望により更なる排
気段階において、反応器は段階的に中間減圧にもたらさ
れ、最終排気段階において反応器はプラズマ放電圧まで
排気される。各排気段階のために別個の減圧室を設ける
ことが有利であり、そのそれぞれに反応器が連結されて
いる。これがガスの全量が一つの単一ポンプまたは単一
のポンプ組合せを通して運搬されることを必要としない
という利益をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は反応器を大気圧からプラズマ放電
圧まで排気するための方法に関し、その方法で少なくと
も一つの対象物が、低圧プラズマにより滅菌される。

【０００２】この形式の反応器は例えば米国特許第３７
０１６２８号で公知である。ここでは反応器をミリバー
ルの何分の１の範囲にある圧力まで排気する必要があ
る。

【０００３】プラズマの滅菌効果はイオン衝撃による細
菌の機械的破壊並びに発生ラジカルによる化学的破壊に
基づいている。低いエネルギー要求量でも、プラズマは
最小の表面クラック及び穴の中に浸透することができ、
それにより減圧を増やすことにより温度を熱過敏性対象
物、例えばプラスチック製瓶でさえも処理できるような
低温度まで減らすことができる。

【０００４】例えば容器の内表面を滅菌する場合におい
て、容器内圧はプラズマ工程が始まる前に大気圧（１０
００ｍｂ）からプラズマ放電圧（例えば０．２ｍｂ）ま
で減らさねばならない。もし産業設備の場合において、
複数の容器、従って複数の反応器が最短可能時間内に排
気されるべきであるなら、そのときはプラズマ放電圧の
水準で秒当たり容易に数千リットルに達する大量のガス
がポンプ排出されねばならない。これは莫大な実際上の
問題を導く。

【０００５】本発明の目的は最低プラズマ放電圧におい
てさえ排気可能な反応器内の大量のガスを費用効果的に
かつ容易にポンプ排出することにある。

【０００６】この目的は本発明により二つの継続的なし
かし別個の排気段階が設けられ、それにより反応器が第
一排気段階において中間圧力までそして最終排気段階に
おいて少なくともプラズマ放電圧まで排気されることに
より達成された。

【０００７】かくして、一段階排気の代わりに、いわゆ
る多段階排気が行われる。真空ポンプが各排気段階のた
めに適用されることができ、前記ポンプは特に関連圧力
範囲に対して効果的なものである。個々のポンプは互い
に並列に起動され、従ってそれらは異なる物質流を送出
する。それにより、ポンプ排出されるガス容積の大部
分、例えば９７％は第一排気段階中にポンプ排出され、
従ってこの量は第二及び可能な第三排気段階を通り越し
て案内され、この第二及び第三排気段階はかくして低圧
力水準で機能する。これは後者のポンプを−その圧力水
準の観点から−大容積のガスを取り扱わねばならないこ
とから救済する。ここで圧力が低くなるほどガスの容積
は関連因子により増加することを述べておかねばならな
い。

【０００８】各排気段階毎に別個の減圧室が有利には設
けられ、その減圧室に反応器がそれぞれ連結される。例
えば異なる圧力水準で作動する三つの減圧室が設けられ
ることができる。

【０００９】以下は一例である：

【００１０】第一排気段階において、それぞれの反応器
は大気圧から３０ｍｂの中間圧までポンプ排出される。
更なる排気段階において、圧力水準は１．３ｍｂに下げ
られる。続く第三及び最終排気段階において、例えば
０．２ｍｂのプラズマ放電圧が達成される。この多段階
排気により、秒当たりほんの数百リットルのガス容積が
排気段階当たりポンプ排出される。この多段階ポンプ排
出なしには、ポンプは秒当たり数千リットルのガスを運
搬しなければならないであろう。

【００１１】最終排気段階で到達したこの圧力水準は滅
菌工程の終わりまで、すなわち全プラズマ工程中、維持
される。

【００１２】この方法を実行するための装置の場合、複
数の反応器が設けられることができ、これらの反応器は
それぞれ滅菌される少なくとも一つの容器を取り上げる
ための装置を備えており、これらの反応器に対して少な
くとも二つの異なる圧力水準の減圧室が配置されてお
り、これらの減圧室に反応器は弁または同様物により継
続的に連結されることができる。例えば、０．２秒毎に
滅菌される容器が送出されることができ、それらの内圧
が関連プラズマ放電圧にもたらされなければならない。
個々のポンプはかくして排気される反応器と直接的に連
結されておらず、むしろ減圧室に連続的に連結され、こ
の減圧室に対して排気される反応器が継続的に連結され
る。かくしてプラズマ放電圧まで排気されるために利用
し得る時間は個々の容器が供給されるタクトタイム(tac
t time)より長くなる。

【００１３】本発明の一実施例において、反応器は回転
ランナーの周囲に配置され、回転ランナーは複数の静止
的に配置されたセクターを通って走行し、このセクター
のそれぞれに異なる圧力水準の減圧室が配置されてい
る。減圧室はここでは回転ランナーと共に回転する環通
路の形である。

【００１４】本発明のこれらの及び更なる目的、特徴及
び利点は添付図面に関する以下のその詳細な説明からよ
り容易に明らかとなるであろう。

【００１５】図面の詳細な説明 図１に示された滅菌装置は低圧プラズマ従って低温によ
る容器１の滅菌に役立つ。圧力に敏感で電気的に非伝導
性であるこれらの容器１の場合において、特に内表面２
は細菌が存在しないようになされるべきである。対照的
に、外表面３のうち、充填開口４の領域内に位置する表
面のみ、すなわち運搬カラーと後段階で容器１に適用さ
れる蓋のためのねじが滅菌される必要がある。滅菌工程
のために、容器１は排気装置７に連結されている排気可
能な反応器６の室５内に収容される。室５並びに容器１
は充填開口４と連通する吸引管８により排気される。

【００１６】プラズマを発生させるために、二つの電極
１０と１１が設けられ、それらは互いに共軸的に配置さ
れ互いに対して絶縁体９により絶縁されており、それら
の電極のうち電極１０は外部電極で電極１１は内部電極
である。外部電極１０は接地されており、それが作動中
に容器１を収容しそれを壁で密接的に取り囲む室５を形
成するように設計されている。これが容器１の内側並び
に容器１の外側に減圧が存在することを可能とし、従っ
て容器１は寸法的に安定である必要がない。内部電極１
１は充填開口４を通して挿入されることができ容器底１
２に極めて接近して終わる。

【００１７】高周波発生器１３が交流電圧を発生する役
目をし、それは許容産業周波数、例えば１３．５６ＭＨ
ｚまたは２７．１２ＭＨｚを使用してパワーレベルを送
出する。パワーは内部電極１１によりアダプターネット
ワーク１４から容量的に結合される。

【００１８】外部電極１０の壁と容器１の外部輪郭間の
狭い隙間１５のために、容器１の外側にプラズマは点火
されない。この望ましい状態は隙間１５がほんの数ミリ
メートルの大きさのとき与えられる。プラズマは本質的
に容器１の内側にのみ点火され、従って本質的に容器１
の内表面２のみが滅菌される。

【００１９】内表面２に加えて充填開口４の領域内の外
表面３の一部も滅菌されるべきであるので、外部電極１
０は外部電極１０が外表面３に関してゆとりを持つよう
な方法でこの領域内に凹所１６を含む。かくして点火プ
ラズマはまた運搬カラー及びねじに到達することができ
る。

【００２０】内部電極１１はイオン化される工程ガスの
ための供給ライン１７を含む。工程ガスは弁１８により
容器１及び室５中に通される。圧力は圧力計装置（図示
せず）によりチェックされることができる。最適プラズ
マ放電圧は用いられるガスのタイプに依存し、０．１Ｐ
ａから数百Ｐａの範囲にあることができる。特に適した
工程ガスは例えば過酸化水素であるが、他のガスもまた
使用されることができる。

【００２１】室５が閉じられるとき、容器１はその底１
２を反応器６の底２０上にして立つ。底２０は伝導性で
かつまた接地されたベース板を含み、かくして作動中に
外部電極１０に連続することができる。底２０はまた容
器底１２に対応して形成され、従ってここでもまた容器
１の外側にプラズマは点火されない。

【００２２】底２０は移動の方向ＡとＢに従って可動な
上昇棒２２に適用されており、従って室５は容器１の供
給及び除去のために開閉されることができる。底２０の
下方位置は一点鎖線及び数字２３で示されている。

【００２３】滅菌工程の完了後の滅菌フラッディングガ
スのための供給ライン２４が充填開口４の領域に入る。
供給ライン２４は弁２５を含む。

【００２４】内部電極１１の外部電極１０に対する共軸
配置のために、パワー源は軸方向に対称的であり従って
非常に均一である。接地された外部電極１０はまた接地
された底２０と一緒に反応器６の理想的な高周波遮蔽を
形成する。室５から突出する内部電極１１とこの領域に
直接適用されるアダプターネットワーク１４のみが追加
の遮蔽を必要とする。

【００２５】工程ガスのための供給ライン１７が内部電
極１１の内側に配置されているので、容器１の内側は工
程ガスで素早くかつ容易にフラッドされ、それにより残
留レスト空気は同時に置換される。これは工程圧力の水
準で起こり、従って室５を放電圧以下に排気する必要が
ない。プラズマ工程中も静止工程ガスを維持することに
より、再現可能な工程推移が保証される。

【００２６】内部電極１１は追加的に充填管としての役
目をすることができる。有利には、中空タペットが工程
ガスを供給するために使用されることができ、一方外方
のリング形状断面の表面が内容物を充填するために利用
しうる。

【００２７】工程は以下のように行われる：

【００２８】まず反応器６の底２０上に立つ容器１が下
から室５中に押される。底２０がそれにより外部電極１
０に対して押圧され室５が媒介シールにより閉じられ
る。

【００２９】続いて容器１と一緒に室５が排気装置７に
よりすなわちプラズマ放電圧の水準まで排気される。こ
の工程中、レスト空気のみが室５を充たす。

【００３０】次に、工程ガスが内部電極１１の内側に位
置する供給ライン１７により供給され、それによりレス
ト空気が下から上向きに容器１から置換され反応器６の
ヘッド領域内に吸い出される。工程ガスのこの流れは、
もし小さな流れが必要であるなら、新たな次のプラズマ
点火後にプラズマ工程の終わりまで維持されることがで
きる。プラズマ工程中のこの維持された流れは技術的に
簡単な方法で希望の条件が満たされ容器１の内側に最大
工程ガス濃度が確保されることを確実とする。

【００３１】プラズマ滅菌の完了後及び工程ガスの流れ
がスイッチを切られた後、フラッドガスが例えば滅菌空
気または滅菌不活性ガスにより今やフラッドされる。好
適選択は例えば窒素であろう。フラッドガスは供給ライ
ン２４により反応器６のヘッドルーム中にもたらされ
る。もし工程圧が例えば２０から５０Ｐａであれば、フ
ラッディングが常圧で起こるとき容器１内になお存在す
る工程ガスの２０００から５０００倍の濃度希釈が達成
される。もし過酸化水素が工程ガスとして用いられるな
らば、本質的に水と分子状酸素のみがプラズマがスイッ
チを切られた後に残る。

【００３２】もし容器１が反応器６内に充填されている
のに加えて、恐らく明らかに１バールを超える圧力での
窒素によりアドバンスフラッディング（すなわち滅菌窒
素でのバイアス圧力による）されるなら、充填内容物の
発泡は減少されまたは恐らく完全に防がれ、これは充填
がより早く行われることを可能とする。

【００３３】容器１を閉鎖するための装置（図示せず）
がこの目的のために反応器６の下に適用される。容器１
が室５から下向きに引っ張られるや否や、容器１はシー
ルにより閉じられることができる。

【００３４】上述のように、反応器６、すなわちその室
５は大気圧からプラズマ放電圧、例えば０．２ｍｂまで
排気されねばならない。産業設備の場合、この段階は滅
菌される容器１の数が多いので、一秒の何分の一かで繰
り返されねばならない。もし例えば新しい容器１が０．
２秒毎に供給されるなら、例えば１リットルの空気が
０．２秒毎に１０００ｍｂの圧力で排気されねばならな
い。プラズマ放電圧の圧力水準では、これは５０００リ
ットルの容積に相当するであろう。秒当たりポンプ排出
されるガスの容積は２５０００リットルであり、これは
技術的に解決できない問題を導くであろう。この理由の
ため、図１の例では三つの継続した、しかし別個の排気
段階が設けられ、それにより減圧室２６，２７，２８が
各排気段階に対して配置されている。閉鎖円管ラインと
して設計されることのできるこれらの減圧室２６，２７
及び２８はそれぞれ異なる圧力水準ｐ_１，ｐ_２及びｐ_３
を持つ。第一減圧室２６は例えば３０ｍｂの圧力水準を
持ち、一方第二減圧室２７は例えば１．３ｍｂの圧力水
準を持つことができる。次いで第三減圧室２８がプラズ
マ放電圧、例えば０．２ｍｂに導く。減圧室２６，２
７，２８は交互に反応器６に連結されるが、弁２９，３
０及び３１により互いに分離的に連結される。減圧室２
６，２７及び２８にそれぞれ属するポンプ３２，３３及
び３４は、通常の如く、直列に作動せず、むしろ並列に
連結される。この方法で、大きな圧力差が多段階排気に
より達成されることができ、それにより秒当たりポンプ
３２，３３及び３４当たり数百リットルのみがポンプ排
出される。

【００３５】第一排気段階に配置されたポンプ３２はガ
ス容積の最大パーセント、例えば９７％をポンプ排出す
る。この大きなガス容積は次の二つの排気段階のポンプ
３３と３４によりポンプ排出される必要がなく、従って
ポンプ３３と３４は低圧水準でも非常に効果的に機能す
ることができる。最終排気段階の圧力水準はプラズマ工
程が完了するまで反応器６に連結されたまま残る。

【００３６】極めて概略的に示された図２によれば、複
数の反応器６が丸いランナー４２の周囲に配置されるこ
とができる。例えば百のこれらの反応器６が設けられる
ことができる。これらの反応器６のそれぞれは、図１の
助けにより上述したように、滅菌される容器１を収容す
る。これらの容器１は例えば供給方向Ｃで運搬装置（図
示せず）により丸いランナー４２に供給される。容器１
は続いて矢印方向に回転する供給スター４３により反応
器６の下の領域に到達し、次いで前記容器１は上述の方
法で反応器６内に置かれる。それに応じて、矢印方向に
回転する回転出口スター４４があり、それにより滅菌さ
れ、所望により充填されて閉じられた容器３５が取り出
し方向Ｄに運搬される。

【００３７】もし丸いランナー４２が例えば５０の反応
器を含み、０．２秒毎に容器を供給されるなら、回転時
間は１０秒掛かる。そのとき能力は１時間当たり２００
００の容器１の大きさの水準になる。

【００３８】丸いランナー４２は軸３５の周りを進行方
向Ｅに駆動される。個々の反応器６はいわゆるセクター
を通って進行し、このセクターは丸いランナー４２に対
して静止的に配置されており小文字及び二重矢印により
示されている。これらのセクターａからｈのそれぞれに
おいて、非常に特殊な工程段階が実行され、それにより
個々の反応器６が丸いランナー４２の回転運動のために
個々のセクターを通って交互に進行する。

【００３９】セクターａにおいて、滅菌される容器１は
丸いランナー４２に供給され、そこから個々の反応器６
中へ下から押される。反応器６はこれによりガスに対し
て閉じられシールされる。

【００４０】セクターｂにおいて、個々の反応器６はよ
り詳細に以下に説明される方法で排気される。次のセク
ターｃにおいて工程準備が行われ、それにより本質的に
室５と容器１の内側が工程ガスでフラッドされる。次の
セクターｄにおいて、実際のプラズマ滅菌が起こる。セ
クターｅにおいてそれぞれの反応器６はフラッドガスで
滅菌方式で常圧までフラッドされる。

【００４１】滅菌された容器１が更に運搬される前に、
二つの更なるセクターｆとｇを設けることができる。セ
クターｆにおいて、滅菌された容器１は好ましくは充填
内容物で充填され、一方セクターｇにおいてそれらは続
いて滅菌方式で閉じられシールされる。次いで、滅菌さ
れ、充填され、閉じられた容器３５は隣接するセクター
ｈにおいて丸いランナー４２から排出され、続いて運搬
方向Ｄに運搬させられることができる。

【００４２】図１の助けにより上述した高周波発生器１
３が丸いランナー４２上に取り付けられている。実際の
滅菌の役目をするセクターｄは丸いランナー４２の周囲
の一部のみを占有するので、複数の反応器６が一つの高
周波発生器１３に対して配置されるときはそれは十分で
ある。例えば、図２に示されるように、三つの反応器６
が一つの高周波発生器１３に配置されることができる。
配置は一つの反応器６に連結された一つの高周波数発生
器１３がセクターｄの全通過中連結されたまま残り、こ
の高周波発生器１３がそれがセクターｅに到達すると連
結を外され続いてまだセクターｄに到達していない他の
反応器６に連結されるように配置される。この目的のた
めにリレー連結（図示せず）が設けられている。かくし
て、何時でも、特定の反応器６が特定の高周波発生器１
３により駆動される。対照的に、各反応器６はその直ぐ
近くに配置されたそれ自身のアダプターネットワーク１
４を持つ。

【００４３】上述のように、個々の反応器６の排気はセ
クターｂ、すなわちこの場合には三つの別個の、継続し
た排気段階で起こる。閉鎖円管ラインとして設計された
減圧室２６，２７，２８は三つの排気段階のそれぞれに
対して配置され、これらの減圧室２６，２７及び２８は
丸いランナー４２上に位置している。これらの減圧室２
６，２７及び２８のそれぞれはある圧力水準ｐ_１，ｐ_２
及びｐ_３を示す。これらの三つの圧力水準ｐ_１，ｐ_２及
びｐ_３の領域は図１並びに図２のセクター内に示されて
いる。ここで大きなセクターはまたそれに大気圧ｐ_０が
与えられていることを見ることができる。

【００４４】図２で見ることができるように、多段階排
気はセクターｂの第一部分で始まり、それにより三つの
反応器６が交互にまず閉鎖円管ラインとして設計された
減圧室２６に連結される。なおセクターｂ内の下流で、
二つの反応器６が既に減少した圧力水準を持つ減圧室２
７に連結される。セクターｂの終わりで、二つの反応器
６はその圧力水準が既にプラズマ放電圧のそれである第
三減圧室２８に連結される。このプラズマ放電圧はプラ
ズマ工程の終わりまで、すなわちセクターｄの終わりま
で維持される。圧力ｐ_３は従ってプラズマ放電圧に相当
する。

【００４５】この多段階排気のために、それらのそれぞ
れの圧力範囲で最も効果的に作動するタイプのポンプ３
２，３３及び３４がそれぞれ異なる排気段階のために使
用されることができる。

【００４６】第一排気段階のポンプ３２の場合、例えば
回転翼形回転ポンプが含まれることができ、これは１ミ
リバール以上の圧力で最適作動する。続く排気段階のポ
ンプ３３の場合、例えば一組のポンプが含まれることが
でき、これは直列に一つの後に他を連結した二つのポン
プ３７と３８からなる。ポンプ３７はここではルーツ真
空ポンプであり、一方ポンプ３８は回転翼形回転ポンプ
の形の補助ポンプである。これはルーツポンプは大気圧
に対しては作動しないので、ルーツポンプの排出口で吸
引し、ルーツポンプにより運搬されたガスを濃縮し、そ
れを大気圧に対して放出する補助ポンプを必要とするか
らである。最終排気段階のプラズマ放電圧に連結されて
いる第三ポンプ３４の場合、ルーツポンプが再びここに
含まれる。このポンプ３４に対して上述のルーツポンプ
３７が補助ポンプとして配置されることができる。

【００４７】各パイプラインの流れ抵抗は大きく圧力に
依存する。本発明による多段階排気の場合、個々の供給
ラインの断面を個々の圧力水準に対して最適に配置し、
それらを運搬される容積流に適合させることも今や可能
である。第一排気段階のためには大容積のガス流がここ
を通らねばならないので、大きな供給ライン断面が必要
である。次の排気段階では、１ミリバールの大きさの程
度であり、比較的小容積のガスが流れ、流れ抵抗もまた
この圧力では比較的低い。ここではより小さな断面で十
分である。プラズマ放電圧の水準のためには、再び大き
な断面が要求される；運搬されるガスの容積は比較的低
いけれども、そのようなほんの０．２ｍｂの低圧におけ
る流れ抵抗は比較的高い。

【００４８】図２に示されるように、ポンプ３２と３３
は設備に静止的に配置されているが、プラズマ放電圧に
連結されたポンプ３４は流れ抵抗を最小とするために供
給ラインをできるだけ短く保つべきであるので丸いラン
ナー４２上に直接配置されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】容器を低圧プラズマにより滅菌するための反応
器を含む滅菌装置の部分断面図である。

【図２】極めて概略的な表現の、複数の反応器を含む回
転ランナーの平面図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応器を大気圧からプラズマ放電圧まで
   排気するための方法であって、その方法で少なくとも一
   つの対象物が低圧プラズマにより滅菌されるものにおい
   て、少なくとも二つの継続した、しかし別個の、排気段
   階が設けられており、それにより反応器が第一排気段階
   において中間圧まで排気され、最終排気段階において反
   応器が少なくともプラズマ放電圧まで排気されることを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 各排気段階のために別個の減圧室が設け
   られ、それに対して反応器がそれぞれ連結されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 第一排気段階において空気容積の少なく
   とも８０％がポンプ排出されることを特徴とする請求項
   １または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 最終排気段階が滅菌工程の終わりまで維
   持されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに
   記載の方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の方
   法を実行するための装置であって、複数の反応器（６）
   が設けられ、それらの反応器が滅菌される少なくとも一
   つの容器（１）を取り上げるための装置（２０）をそれ
   ぞれ備えており、それらの反応器に異なる圧力水準の少
   なくとも二つの減圧室（２６，２７，２８）が配置され
   ており、それらの減圧室に反応器（６）が継続的に連結
   可能であることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 反応器（６）が丸いランナー（４２）の
   周囲に配置されており、この丸いランナーが静止的に配
   置された複数のセクターを通って進み、このセクターの
   それぞれに異なる圧力水準の減圧室（２６，２７，２
   ８）が配置されていることを特徴とする請求項５に記載
   の装置。
7. 【請求項７】 減圧室（２６，２７，２８）が閉鎖され
   た円管ラインとして設計されていることを特徴とする請
   求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 少なくとも一つのポンプ（３２，３３，
   ３４）が各減圧室（２６，２７，２８）に配置されてお
   り、それによりプラズマ放電圧に関連したポンプ（３
   ４）が丸いランナー（４２）上に配置されていることを
   特徴とする請求項６または７に記載の装置。