JP2002191679A - 低周波プラズマを用いた消毒方法および消毒システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消毒される物品に残留する反応性薬品の量を
低減し、かつ装置の構造を簡略化する。 【解決手段】 低周波（ＬＦ）ガス放電を利用した物品
の消毒方法およびシステムを提供する。消毒方法は、真
空室１２に物品を配置することと、所定の圧力まで真空
室を減圧することを備える。真空室１２にはガスまたは
蒸気の化学種（species）が導入され、０ｋＨｚ乃至約
２００ｋＨｚの周波数を有する低周波プラズマが真空室
１２の内部で発生させられる。低周波プラズマは、物品
からガスまたは蒸気の化学種をほぼ取り除くのに十分な
時間、持続させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス放電プラズマ
を用いて物品を消毒するシステムおよび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ、特に高周波（ＲＦ）発生器を
用いて生成されたプラズマは、医療器具を消毒するため
の工程で役立つ装置として知られている。例えば、Ｊａ
ｃｏｂｓらの米国特許第４，６４３，８７６号および同
第４，７５６，８８２号は、ＲＦプラズマを用いる低温
消毒システムで過酸化水素を前駆体として使用すること
を開示する。これらの公報は、参照されることにより、
この出願の一部をなす。過酸化水素の蒸気とＲＦプラズ
マを組み合わせることにより、極めて有害な物質を使用
したり残留させたりすることなく、有害な副産物を生成
することもない、医療器具の効率的な消毒方法を実現で
きる。同様に、Ｊａｃｏｂｓらの米国特許第５，３０
２，３４３号およびＧｒｉｆｆｉｔｈｓらの米国特許第
５，５１２，２４４号は、消毒方法でのＲＦプラズマの
使用を開示する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、消毒方法での
ＲＦプラズマの使用には以下のような問題がある。すな
わち、ＲＦプラズマでは、消毒される物品に過酸化水素
が残留してしまう。消毒される物品に残される過酸化水
素の残留量は、物品に与えられるＲＦ電力およびＲＦプ
ラズマにさらされる時間および物品の材料によって異な
る。例えば、ある種のプラスチック（例えばプリウレタ
ン）は過酸化水素を吸収するが、他の材料（例えばテフ
ロン（ポリテトラフルオロエチレンを表す登録商標））
は比較的少ない過酸化水素しか吸収しないので、消毒後
に過酸化水素をあまり残さない。

【０００４】また、ＲＦプラズマを発生させるために、
例えば６０Ｈｚといった低周波のライン電圧から、例え
ばおよそ１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚにわたる高周波電圧にエ
ネルギ変換する場合における固有の問題として、システ
ムの電力効率が通常５０％未満にまで制限されてしまう
という非効率さがある。さらに、ＲＦ発生器とそこから
給電される装置の間に必要とされるインピーダンス整合
回路網の損失によって、エネルギ効率は通常５％乃至２
０％低下してしまう。このような低いエネルギ効率によ
って、消毒される物品に与えられる電力あたりのコスト
が非常に上昇してしまう。さらに、ＲＦ電気エネルギを
使用するのに必要な装置類（例えばＲＦ発生器、インピ
ーダンス整合回路網、監視回路）は高価であり、消毒さ
れる物品に与えられる電力あたりのコストがさらにこの
ために上昇する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの特徴は物
品を消毒する方法である。この方法は、真空室に物品を
配置することと、所定の圧力まで真空室を減圧すること
を備える。真空室にはガスまたは蒸気の化学種（specie
s）が導入され、０ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波数
を有する低周波プラズマが真空室の内部で発生させられ
る。低周波プラズマは、物品からガスまたは蒸気の化学
種をほぼ取り除くのに十分な時間、持続させられる。

【０００６】本発明の他の一つの特徴は物品を消毒する
方法である。この方法は、真空室に物品を配置すること
と、所定の圧力まで真空室を減圧することを備える。０
ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波数を有する低周波プラ
ズマが真空室の内部で発生させられる。低周波プラズマ
は、真空室および物品から水とそれに吸収されたガスを
蒸発させて取り除くことを助けるために物品を加熱する
のに十分な時間、持続させられる。

【０００７】本発明の他の一つの特徴は物品を消毒する
システムである。このシステムは、真空ポンプと通気ベ
ント（vent）に接続された真空室と、第１の電極と、第
２の電極と備える。さらにこのシステムは、第１の電極
と第２の電極の間の領域を含む第１の領域を真空室の内
部に有する。さらにこのシステムは、第１の領域に流体
が流動可能なように連通した第２の領域を真空室の内部
に有する。さらにこのシステムは、真空室に接続された
流体源と、処理制御モジュールと、低周波電力モジュー
ルを備えており、低周波電力モジュールは第１の電極と
第２の電極との間に低周波電圧を与えて真空室の内部で
低周波プラズマを発生させるのに適した部品を備える。
この低周波電圧は、０ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波
数を有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】低周波（ＬＦ）電圧を用いたガス
放電プラズマの生成は、高周波（ＲＦ）電圧によるプラ
ズマを生成して使用する消毒装置および方法の技術の現
況に固有の様々な問題を解決する。まず、ＬＦプラズマ
の方法では、ＲＦプラズマの方法に比べて消毒される物
品に残留する反応性のある化学種の量が少ない。第二
に、ＬＦプラズマの生成は、ライン電圧からの周波数変
換が少なくて済むか不要であるために、高エネルギ効率
である。例えば、６０Ｈｚのライン電圧の周波数を周波
数変換しないのであれば、消毒システムのエネルギ効率
は約８５％乃至９５％にまで達する。また、ＬＦ電圧を
使用すると、インピーダンス整合回路網が不要となり、
これに伴うエネルギ損失も回避される。第三に、ＬＦ生
成の簡単な装置類と高エネルギ効率のために、ＬＦプラ
ズマを用いて消毒する物品に与えられる電力あたりのコ
ストは、ＲＦプラズマを用いた場合の電力あたりのコス
トの１０分の１にまで低くすることができる。第四に、
ＬＦプラズマを生成するために用いられる簡単な装置
は、より信頼性が高く頑丈であって、故障診断装置類の
構造の複雑化をさほどもたらさないことが分かってい
る。

【０００９】図１は、消毒システム１０を備える本発明
の好適な実施の形態を示す図である。消毒システム１０
は、真空室１２と、真空ポンプ１４と、真空ポンプライ
ン１５と、真空ポンプ弁１６と、反応性薬品源１８と、
反応性薬品ライン１９と、反応性薬品弁２０と、低周波
（ＬＦ）電力モジュール２２と、ＬＦ電圧信号線２４
と、通気ベント（vent）２６と、通気ベントライン２７
と、通気ベント弁２８と、処理制御モジュール３０と、
電極３２と、反応性薬品モニター３４を備える。当業者
であれば、図１に示されたものと異なる構成を有する消
毒システムを備える他の実施の形態も本発明に適合する
と理解する。

【００１０】本発明の好適な実施の形態では、消毒され
るべき物品（図１には示さず）は、消毒される製品を包
装するのに普通に利用されている様々な包装材で包装さ
れている。好ましい包装材は、「ＴＹＶＥＫ」という商
標で普通に入手可能なスパンボンド法によって製造され
たポリエチレン包装材、あるいは「ＴＹＶＥＫ」と「Ｍ
ＹＬＡＲ」という商標で普通に入手可能なポリエチレン
テレフタレートの包装材材料との組成物である。ポリプ
ロピレンのような他の類似の包装材も利用可能である。
紙の包装材も使用可能である。紙の包装では、反応性薬
品と紙との起こりうる相互反応のために、消毒を実行す
るにはより長い処理時間が必要となるかもしれない。

【００１１】好適な実施の形態の真空室１２は、約４０
Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）未満の真空にも耐えられるよう
に十分に気密である。真空室１２には圧力モニター（図
示せず）が接続されており、この圧力モニターは処理制
御モジュール３０にも接続されており、真空室１２内の
全体の圧力の計測結果を通知する。また、真空室１２に
は、反応性薬品モニター３４が接続されており、この反
応性薬品モニター３４は真空室１２の内部の反応性薬品
の量を検出することが可能である。例示された本発明の
実施の形態においては、反応性薬品は過酸化水素であっ
て、反応性薬品モニター３４は、ある波長特性の紫外線
の過酸化水素による吸収を計測する。本発明に適合する
反応性薬品の他の検出方法には、圧力計測、近赤外線吸
収、および露点計測があるが、これらには限られない。
反応性薬品モニター３４は、処理制御モジュール３０に
も接続されており、処理制御モジュール３０に検出され
た反応性薬品の量を通知する。

【００１２】本発明の好適な実施の形態では、真空室１
２の内部には電極３２が配置されており、電極３２は真
空室１２から電気的に絶縁されている。電極３２は、導
電性があり、電極３２の各側部におけるガスとプラズマ
化学種の間の流動を高めるために穿孔されている。好適
な実施の形態の電極３２は、真空室１２の内面形状にほ
ぼ合致した形状をしており、真空室１２の壁から約１イ
ンチ乃至２インチ離れていて、真空室１２と電極３２と
の間のギャップ領域を画定する。電極３２はＬＦ電圧信
号線２４を介してＬＦ電力モジュール２２に接続されて
いる。好適な実施の形態では、分流のキャパシタと分流
の抵抗器を介して電気的に接地された真空室１２によっ
て、真空室１２と電極３２の間のＬＦ電圧を与えると、
ＬＦ電界が形成される。ＬＦ電界は、前記のギャップ領
域と電極３２の端縁の近傍を含む第１の領域３１で強い
が、消毒される物品が配置される第２の領域３３では弱
い。より一般的に、他の実施の形態では、真空室１２の
内部の第２の電極と電極３２との間にＬＦ電圧を与える
ことによって、ＬＦ電界を発生させることも可能であ
る。このような実施の形態では、第１の領域３１は二つ
の電極の間のギャップ領域と、一つまたは両方の電極の
端縁の近傍を含む。真空室１２が第２の電極として作用
する前記の好適な実施の形態は、ガスプラズマを生成す
る多くの様々な方法のうちの一例である。

【００１３】図２に示された好ましい実施の形態では、
円筒形の電極３２は、その開放された両端部と側部の孔
によって、電極３２の各側部におけるガスとプラズマの
間の流体的な伝達をもたらす。これらの開放された両端
部と孔によって、ガス化学種とプラズマ化学種は、電極
３２と真空室１２の壁の間の第１の領域３１と、消毒さ
れる物品が配置される第２の領域３３の間を自由に移動
することができる。同様に、図３乃至図１０に示された
電極３２の他の形態も、第１の領域３１と第２の領域３
３との間の流動の移動をもたらす。図３は、開放された
両端部と、側部に沿って鎧戸状に形成された開口部を有
する円筒形の電極３２を概略的に示す図である。図４
は、開放された両端部と孔のない側部を有する円筒形の
電極３２を概略的に示す図である。図５は、開放された
端部と孔のない側部を有する一連の同軸上の円筒形セグ
メントを有する電極３２を概略的に示す図である。図６
は、開放された端部と孔のない側部を有する円筒の部分
の形状を有する電極３２を概略的に示す図である。図７
は、開放された端部と孔のない側部を有する、円柱的に
均整で長手方向に不均整な電極３２を示す概略図であ
る。図８は、開放された端部と孔のない側部を有する、
非対称な電極３２を示す概略図である。プラズマを発生
させるために一つより多い電極を使用することも可能で
ある。図９は、開放された端部と孔のない側部を有する
円筒形の第１の電極３２と、第１の電極３２とほぼ同軸
のワイヤを有する第２の電極３２’とを有する電極装置
を示す概略図である。ＬＦ電圧は、第１の電極３２と第
２の電極３２’の間に印加される。この実施の形態で
は、第１の領域３１は第１の電極３２と第２の電極３
２’の間の領域であり、第２の領域３３は電極３２と真
空室１２の間である。図１０は、ほぼ正方形または長方
形の真空室１２の内部のほぼ正方形または長方形の電極
３２を示す概略図である。図２乃至図９に概略的に示さ
れたほぼ円筒形の電極の様々な構成は、図１０に示され
たほぼ正方形または長方形の電極にも応用することがで
きる。これらの電極３２の実施の形態は、それぞれ第１
の領域３１と第２の領域３３との間の流体の移動をもた
らすようになっている。

【００１４】好適な実施の形態の真空ポンプ１４は、真
空ポンプライン１５と真空ポンプ弁１６を介して真空室
１２に接続されている。真空ポンプ１４および真空ポン
プ弁１６はともに、処理制御モジュール３０に接続され
ており、処理制御モジュール３０により制御される。真
空ポンプ弁１６を開放することにより、真空室１２の内
部のガスは真空室１２から真空ポンプ１４によって真空
ポンプライン１５を通って排出される。ある実施の形態
では、真空ポンプ弁１６は真空室１２の内部の圧力を調
整および制御するために様々な段階で開放されることが
可能になっている。

【００１５】好適な実施の形態の反応性薬品源１８は、
真空室１２に反応性薬品ライン１９および反応性薬品弁
２０を介して接続された流体源である。反応性薬品弁２
０は処理制御モジュール３０に接続されており、処理制
御モジュール３０により制御される。好適な実施の形態
の反応性薬品源１８は、反応性薬品の化学種を収容す
る。好適な実施の形態では、反応性薬品の化学種は、過
酸化水素のような滅菌剤または消毒剤である殺菌剤を含
有する。また、反応性薬品源１８から供給される殺菌剤
は、気体または蒸気の形態をとっていてもよい。反応性
薬品弁２０を開放することによって、反応性薬品源１８
からの反応性薬品の原子および分子は、反応性薬品ライ
ン１９を経て真空室１２の内部に送り届けられる。ある
実施の形態では、反応性薬品弁２０は、真空室１２の内
部の反応性薬品の圧力を調整するために様々な段階で開
放されることが可能になっている。図示された本発明の
実施の形態では、反応性薬品源１８の反応性薬品の化学
種は、過酸化水素分子を含有する。

【００１６】好適な実施の形態の通気ベント２６は、通
気ベントライン２７および通気ベント弁２８を介して真
空室１２に接続されている。通気ベント弁２８は、処理
制御モジュール３０に接続されており、処理制御モジュ
ール３０により制御される。通気ベント弁２８を開放す
ることにより、通気ガスが通気ベントライン２７を経て
真空室１２に漏らされる。ある実施の形態では、通気ベ
ント弁２８は、真空室１２の内部の空気の圧力を調整す
るために様々な段階で開放されることが可能になってい
る。図示された本発明の実施の形態では、通気ベント２
６は、濾過された空気を通気ガスとして供給する高効率
粒子濾過空気（ＨＥＰＡ）ベントである。本発明に適合
する通気ガスには、乾燥窒素またはアルゴンが含まれる
が、これらには限られない。

【００１７】処理制御モジュール３０は、消毒システム
１０の様々な構成要素に接続されて、消毒システム１０
を制御する。本発明の代表的な実施の形態では、処理制
御モジュール３０は、他の構成要素から受信した様々な
信号に応答して、制御信号を様々な他の構成要素に供給
するように構成されたマイクロプロセッサである。

【００１８】好適な実施の形態のＬＦ電力モジュール２
２は、ＬＦ電圧信号線２４を介して電極３２に接続され
ているとともに、処理制御モジュール３０に接続されて
おり、処理制御モジュール３０により制御される。ＬＦ
電力モジュール２２は、電極３２と真空室１２との間に
低周波電圧を印加するようになされており、真空室１２
内に低周波プラズマを発生させる。図１１および図１２
は、プラズマに与えられる低周波電力を制御する位相角
制御法に適したＬＦ電力モジュール２２の実施の形態を
概略的に示す図である。図１１および図１２に示される
ように、ＬＦ電力モジュール２２は、過電力リレー４０
と、一対の金属酸化物バリスタ４２と、昇圧用の変圧器
５０と、フライバック分流素子６２と、インダクタ６４
と、キャパシタ６６と、ＬＦ電力フィードバック制御系
統７０とを備える。図１１および図１２に示されたＬＦ
電力フィードバック制御系統７０は、電力制御器６０
と、電流モニタ８０と、電圧モニタ９０と、電流モニタ
８０および電圧モニタ９０に接続された電力モニタ（乗
算器）１００を備える。ライン電圧（通常は、交流の２
００Ｖ乃至２４０Ｖで５０／６０Ｈｚ）は、ＬＦ電力フ
ィードバック制御系統７０に接続された過電力リレー４
０が閉じているときに、過電力リレー４０を介して昇圧
用の変圧器５０に供給される。他の周波数のために、Ｌ
Ｆ電力モジュール２２は低周波数、すなわち数百ｋＨｚ
までの周波数を供給するスイッチングモジュールを有し
ていてもよい。

【００１９】図１１および図１２に示された実施の形態
において、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）４２は、一時
的な電圧のインパルスを抑制するために使われる。各金
属酸化物バリスタ４２は、低いピーク通過電圧（let-th
rough voltage）での大きなインパルスに耐えうる多接
続固体素子（multiple-junction solid-state device）
である。金属酸化物バリスタ４２は、通常より高い電圧
で低いインピーダンスを持ち、通常の電圧で高いインピ
ーダンスを持った高速で動作する可変抵抗器として動作
する。金属酸化物バリスタ４２は、特定の電圧形態およ
び様々なインパルスの程度の目的に合うように製造され
ている。当業者であれば、本発明に適する金属酸化物バ
リスタ４２を選択することが可能である。

【００２０】昇圧用の変圧器５０の出力電圧は、好まし
くは約１００Ｖ_ｒｍｓ乃至１０００Ｖ_ｒｍｓであり、さ
らに好ましくは約２００Ｖ_ｒｍｓ乃至５００Ｖ_ｒｍｓで
あり、最も好ましくは約２５０Ｖ_ｒｍｓ乃至４５０Ｖ
_ｒｍｓである。昇圧用の変圧器５０の出力電圧は、電力
制御器６０に伝達され、電力制御器６０はこのＬＦ電圧
をフライバック分流素子６２、インダクタ６４、キャパ
シタ６６およびＬＦ電力フィードバック制御系統７０を
介して電極３２および真空室１２に与える。フライバッ
ク分流素子６２は、フライバック電流のための回路を調
整する経路を提供する。好適な実施の形態では、フライ
バック分流素子６２は、約１５００オームの負荷抵抗器
である。他の実施の形態では、フライバック分流素子６
２は、電圧スパイク抑制装置（snubber）であってもよ
い。インダクタ６４のインダクタンスは、ＬＦ電流のノ
イズスパイクを制限するように選択され、通常は約５０
０ｍＨである。キャパシタ６６のキャパシタンスは、直
列のＬＣ（インダクタンス・キャパシタンス）回路の共
振周波数を印加されるＬＦ電圧の周波数に合致させるこ
とによって、ＬＦプラズマへの電力伝達の効率を最大に
するように選択される。６０Ｈｚ電圧で５００ｍＨのイ
ンダクタンスでは、キャパシタンスを約１３．６μＦに
すれば、直列のＬＣ回路のインピーダンスがほぼゼロと
なる共振状態をもたらし、伝達されるＬＦ電力を最大に
する。当業者であれば、本発明に適した方式で印加され
るＬＦ電圧の周波数によって異なるこれらの構成要素の
ための適切な数値を選択することができる。

【００２１】図１３および図１４は、プラズマに与えら
れる低周波電力を制御する振幅制御法に適したＬＦ電力
モジュール２２の実施の形態を概略的に示す図である。
図１３および図１４に示されるように、ＬＦ電力モジュ
ール２２は、過電力リレー４０と、一対の金属酸化物バ
リスタ４２と、昇圧用の変圧器５５と、ＬＦ電力フィー
ドバック制御系統７０を備える。図１３および図１４に
示されるＬＦ電力フィードバック制御系統７０は、高電
圧（ＨＶ）直流電源５１、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５
２、電圧制御増幅器（ＶＣＡ）５３、ＨＶ演算増幅器５
４、電流モニター８０、電圧モニター９０、および電流
モニタ８０と電圧モニタ９０に接続された電力モニタ
（乗算器）１００を備える。ライン電圧は、ＬＦ電力フ
ィードバック制御系統７０に接続された過電力リレー４
０が閉じているときに、過電力リレー４０を介してＨＶ
直流電源５１に供給される。ＨＶ直流電源５１の出力
は、好ましくは直流の約１００Ｖ乃至１０００Ｖであ
り、さらに好ましくは直流の約２００Ｖ乃至５００Ｖで
あり、最も好ましくは直流の約２５０Ｖ乃至４５０Ｖで
ある。

【００２２】図１３および図１４に示された実施の形態
において、ＶＣＯ５２は、一定振幅で、一定の低い周波
数（０ＭＨｚ乃至１ＭＨｚ）のサイン波状の出力を生成
する。この低い周波数は、ＶＣＯ５２に適当なセットポ
イント電圧を供給するために選択される。これに代わる
代替的な実施の形態では、例えば三角波または矩形波の
ような他の波形を利用してもよい。ＶＣＯ５２のＬＦ出
力は、ＶＣＡ５３に供給され、ＶＣＡ５３は、低周波プ
ラズマに与えられるほぼ安定した平均電力を持続するた
めの電力制御器として機能する。電力制御モジュール１
１０から与えられるフィードバック信号に応じて、ＶＣ
Ａ５３はＶＣＯ５２のＬＦ出力を増幅して、振幅が交流
の０Ｖ乃至１２Ｖの間である増幅されたＬＦ電圧を生成
する。増幅されたＬＦ電圧は、ＶＣＡ５３からＨＶ演算
増幅器５４に供給され、これに応じてＨＶ演算増幅器５
４は高電圧ＬＦ出力を生成する。この高電圧ＬＦ出力
は、ＶＣＡ５３で増幅されたＬＦ電圧の振幅によって定
められた振幅を有する。適切なＨＶ演算増幅器は、例え
ばアリゾナ州タスコン（Tuscon）のＡｐｅｘ Ｍｉｃｒ
ｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙからＰＡ９３という部品番号で
入手可能であり、当業者であれば、本発明に適するＨＶ
演算増幅器５４を選択することが可能である。通常、Ｈ
Ｖ演算増幅器５４からの高電圧ＬＦ出力は交流の約１０
０Ｖ乃至１５０Ｖである。プラズマへ与えられるＬＦ電
圧の振幅を増大させるために、ＨＶ演算増幅器５４から
の高電圧ＬＦ出力は図１３および図１４に示されるよう
に、さらに昇圧用の変圧器５５で増幅される。ただし、
ＨＶ演算増幅器５４が、プラズマへ与えられる所望の振
幅を持った高電圧ＬＦ出力を発生させることができるの
であれば、この昇圧用の変圧器５５は省略してもよい。

【００２３】図１１および図１２に示された位相角制御
の実施の形態と、図１３および図１４に示された振幅制
御の実施の形態の両方において、ＬＦ電力モジュール２
２のＬＦ電力フィードバック制御系統７０は、さらに電
力制御モジュール１１０を備えており、電力制御モジュ
ール１１０は電力モニタ１００に接続され、電力モニタ
１００は電流モニタ８０および電圧モニタ９０に接続さ
れている。電流モニタ８０は、電極３２と真空室１２を
流れるＬＦ電流を計測する。本発明の好適な実施の形態
では、電流モニタ８０は、計測されるリアルタイムの、
サイクルにより異なるＬＦ電流を示す出力電圧を生成す
る電流センサ８２と、電流センサ８２の出力電圧のＲＭ
Ｓ（二乗平均）に応じて直流電圧を生成する第１のコン
バータ８４と、第１のコンバータ８４からの直流電圧を
増幅してリアルタイムの電流信号を生成する第１の電圧
増幅器８６とを備える。さらに、電流モニタ８０は過電
流検出器８８を備え、過電流検出器８８は第１のコンバ
ータ８４からの直流電圧をリアルタイムで監視し、例え
ば電極３２と真空室１２との間の短絡などの理由で、Ｌ
Ｆ電流があらかじめ設定された値を超えたならば、エラ
ー信号を電力制御モジュール１１０に送信する。この場
合には、ＬＦ電圧はただちに止められる。このことは、
数サイクルを浪費することになるが、所定の許容誤差よ
り大きくは平均電力が影響を受けないように電力は安定
化される。

【００２４】電圧モニタ９０は、電極３２と真空室１２
との間のＬＦ電圧を計測する。本発明の好適な実施の形
態では、電圧モニタ９０は、計測されるリアルタイム
の、サイクルにより異なるＬＦ電圧を示す出力電圧を生
成する降圧用の変圧器９２と、降圧用の変圧器９２の出
力電圧のＲＭＳ（二乗平均）に応じて直流電圧を生成す
る第２のコンバータ９４と、第２のコンバータ９４から
の直流電圧を増幅してリアルタイムの電圧信号を生成す
る第２の電圧増幅器９６とを備える。

【００２５】好適な実施の形態では、電力モニタ１００
はさらに電流モニタ８０からの直流電圧と電圧モニタ９
０からの直流電圧を受けて、これらの二つの電圧を乗算
して、リアルタイムの電力信号を生成する乗算器を備え
る。リアルタイムの電力信号は、電極３２と真空室１２
との間のプラズマに印加されるＬＦ電力に比例してお
り、リアルタイムの電流信号とリアルタイムの電圧信号
に応じて生成され、電力制御モジュール１１０に送信さ
れる。他の実施の形態では、電力モニタ１００は、リア
ルタイムのプラズマのインピーダンスを示す信号、およ
びリアルタイムの電流信号とリアルタイムの電圧信号の
いずれかを用いることによって、プラズマに印加される
電力を監視する。さらに他の実施の形態では、例えばプ
ラズマにより発生するグロー放電の明るさに比例するリ
アルタイムの信号のような、プラズマに印加される電力
を間接的に示す他のリアルタイムの信号を用いることに
よって、プラズマに印加される電力を監視する。当業者
であれば、本発明に適した適切な電力モニタ１００を選
択することができる。

【００２６】好適な実施の形態の電力制御モジュール１
１０は、過電力検出器１１２のような誤り検出器を有し
ており、過電力検出器１１２は電力モニタ１００からの
リアルタイムの電力信号を監視して、ＬＦ電力があらか
じめ設定された値を越えたならば、過電力リレー４０を
解放し、ＬＦプラズマを消滅させる。この後の再開をす
るか否かは、ユーザまたはソフトウエアに委ねられる。
好適な実施の形態の電力制御モジュール１１０は、過熱
状態を検出する温度スイッチ１１４のようなさらに別の
誤り検出器と、電力制御処理器１２０を備える。

【００２７】好適な実施の形態では、電力制御処理器１
２０はＬＦ電力フィードバック制御系統７０の状態を監
視して制御する。電力制御処理器１２０は、ユーザイン
タフェイス１２２に接続されており、ユーザインタフェ
イス１２２は選択された電力量設定および選択された電
力オン／オフ設定に関するユーザの入力を供給する。電
力制御処理器１２０はさらに電力モニタ１００、温度ス
イッチ１１４および過電流検出器８８に接続されてい
る。好適な実施の形態では、電力量設定は、８００Ｗと
６００Ｗの二つの電力レベルから選択可能にされてい
る。電力が供給され始めると、電力制御処理器１２０の
好適な実施の形態は、急激な電流増加を最小限にするソ
フトスタート状態を確実に持続する。さらに、ユーザイ
ンタフェイス１２２は、ユーザに通知される、消毒シス
テム１０の状態を示す信号を電力制御処理器１２０から
受信する。

【００２８】図１１および図１２に示される位相角制御
の実施の形態では、電力制御処理器１２０は、電力制御
器６０にも接続されている。この実施の形態では、エラ
ー状態を回避しながら、ＬＦプラズマに与えられるほぼ
安定したＬＦ電力を持続させるために、電力制御処理器
１２０はユーザインタフェイス１２２、電力モニタ１０
０、過電流検出器８８および温度スイッチ１１４からの
信号に応じて電力制御器６０に信号を送信する。図１３
および図１４に示される振幅制御の実施の形態では、電
力制御処理器１２０はＶＣＡ５３に接続されている。こ
の実施の形態では、エラー状態を回避しながら、ＬＦプ
ラズマに与えられるほぼ安定したＬＦ電力を持続させる
ために、電力制御処理器１２０はユーザインタフェイス
１２２、電力モニタ１００、過電流検出器８８および温
度スイッチ１１４からの信号に応じてＶＣＡ５３に信号
を送信する。図１１および図１２ならびに図１３および
図１４に示される両方の実施の形態では、電力制御処理
器１２０は通常は、指定された電力レベルの約０％乃至
１０％の許容差の範囲内でＬＦプラズマに与えられるＬ
Ｆ電力を持続させる。

【００２９】図１１および図１２ならびに図１３および
図１４は、ＬＦ電力モジュール２２の単に特定の実施の
形態を示すものであるから、図１１および図１２ならび
に図１３および図１４に示される全ての構成要素が本発
明を実現するのに必要というわけではないことに留意す
べきである。これらの構成要素は、自動化、安全性、調
整、効率および便宜的な目的で設けられた構成要素も含
んでいる。本発明に適する他の実施の形態は、これらの
構成要素のいくつかまたは全てを有していなくてもよ
く、あるいは他の構成要素を有していてもよい。

【００３０】電力制御処理器１２０からの信号に応じ
て、図１１および図１２に示された実施の形態の電力制
御器６０は、位相角制御を用いて、電極３２と真空室１
２との間に与えられるＬＦ電力を制御する。位相角制御
では、ＬＦ電力のデューティ比はサイクル期間の部分Δ
における電極３２と真空室１２に与えられる電圧と電流
をゼロにすることにより修正される。このような位相角
制御は、電気加熱器または電気炉からの電力を一定に持
続させるのに多用されている。図１５は、１００％のデ
ューティ比（Δ＝０）およびより少ないデューティ比
（Δ≠０）での電圧および電流を概略的に示す。通常の
動作の間、計測されたＬＦ電力に応じた電力制御モジュ
ール１１０に受信されるフィードバックされたリアルタ
イムの信号に応じてＬＦ電力のデューティ比を動作中に
調整することにより、電力制御器６０はプラズマに与え
られるＬＦ電力を一定に持続する。過電流検出器８８ま
たは温度スイッチ１１４により誤り状態が検出される
と、電力制御処理器１２０はＬＦ電力のデューティ比を
減少させることによりＬＦ電力を減少させ、ユーザイン
タフェイス１２２に信号を送って誤り状態を通知させ
る。当業者であれば、本発明に適したＬＦ電力のデュー
ティ比を修正する適切な回路を選択することができる。

【００３１】あるいは、図１３および図１４に示された
実施の形態のように、振幅制御を用いることによりＬＦ
電力は制御されうる。振幅制御では、電極３２と真空室
１２との間に与えられる電圧と電流の振幅を調整するこ
とにより、ＬＦ電力を修正する。図１６は、第１のＬＦ
電力設定と、第１のＬＦ電力設定より小さい第２のＬＦ
電力設定に対応した電圧と電流を概略的に示す図であ
る。通常の動作の間、計測されたＬＦ電力に応じた電力
制御モジュール１１０に受信されるフィードバックされ
たリアルタイムの信号に応じてＬＦ電力の振幅を動作中
に調整することにより、ＶＣＡ５３はプラズマに与えら
れるＬＦ電力を一定に持続する。当業者であれば、本発
明に適したＬＦ電力の振幅を修正する適切な回路を選択
することができる。

【００３２】ＲＦシステムにおいては、電力効率を最大
化するとともにＲＦ発生器の損傷を回避するために、Ｒ
Ｆ発生器の出力インピーダンスを常にプラズマインピー
ダンスに極めて近く整合させようとする要求のために、
ＲＦ消毒器の電子機器は複雑である。プラズマの生成の
間、プラズマのインピーダンスは、プラズマが完全に生
成されるまでは高く、その後は非常に低くなるというよ
うに、大きく変動する。最初のプラズマの点火の際に
は、ＲＦ発生器はプラズマの完全な生成に先だって存在
する高いプラズマインピーダンスに整合することはでき
ず、出力電力の大部分はＲＦ発生器に跳ね返ってくる。
損傷を回避するために、高い反射電力の期間の間、ＲＦ
発生器の出力を制限する保護システムをＲＦ発生器は通
常有する。しかし、プラズマを点火するためには、ＲＦ
発生器の出力電力は、プラズマ点火に必要とされる閾値
の電圧を越えなければならない。閾値の電圧は、室内の
圧力、反応性薬品、およびその他の要因によって異なる
が、３００Ｖ_ｒｍｓである。あるＲＦシステムでは、点
火が行われてプラズマインピーダンスが低減したなら、
印加されるＲＦ電圧の大きさは、余計な電力供給を避け
るために約１４０Ｖ_{ｒ ｍｓ}の持続電圧に減少させられ
る。プラズマ点火に必要とされる高いＲＦ電圧が、プラ
ズマの完成の前に余計な高い反射電力を生成してしまう
ので、プラズマ点火段階の間に損傷を防止するための複
雑な安全装置をＲＦ発生器は要する。

【００３３】これに対して、ＬＦ消毒器は、ある閾値の
電圧より上の印加電圧で稼働することができ、出力イン
ピーダンスの整合に関する要求の拘束も少ないので、Ｌ
Ｆ消毒器では構造の複雑さや点火の失敗率を大幅に減少
させることができる。図１５に示すように、印加された
ＬＦ電圧がゼロである時間の間、ＬＦプラズマは消滅
し、真空室にはＬＦプラズマが存在しない。そこで、Ｌ
Ｆプラズマは、各サイクルにつき二回、点火されなけれ
ばならない。一つの電圧状態だけで稼働することによ
り、ＬＦ消毒器はＲＦ消毒器に比べて、より簡単でより
信頼性の高い電気システムを有する。このような電気シ
ステムは、動作および故障診断がより容易であり、修理
に伴うコストを低減することができる。さらに、ＬＦ消
毒器によって発生する、より高いピークのプラズマ密度
のために、物品上の再結合の解離を多くすることがで
き、消毒処理の後に物品に反応性化学種が残留する量を
低減することができる。

【００３４】図１７は、図１に概略的に示された装置を
用いた好ましい消毒方法を概略的に示す図である。図１
７に示された消毒方法は例示であり、当業者であれば他
の方法も本発明に適することを理解する。この好適な方
法は、真空室１２の内部に消毒されるべき物品を封入す
るステップ２００で開始する。この後、真空室１２は、
ステップ２１０で処理制御モジュール３０の制御の下で
真空ポンプ１４および真空ポンプ弁１６に連通されるこ
とにより減圧される。好ましくは真空室１２は約６６０
Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）未満、さらに好ましくは約２５Ｐａ
乃至２７０Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ乃至２Ｔｏｒｒ）未
満、最も好ましくは約４０Ｐａ乃至２００Ｐａ（０．３
Ｔｏｒｒ乃至１．５Ｔｏｒｒ）未満の圧力に減圧され
る。

【００３５】典型的な方法では、真空室１２の内部が所
望の圧力に到達したら、処理制御モジュール３０はＬＦ
電力モジュール２２に信号を送り、真空室１２の内部の
電極３２を励起させる。電極３２にＬＦ電圧を与えるこ
とにより、ＬＦ電力モジュール２２は真空室１２の内部
の残留ガスをイオン化し、ステップ２２０で真空室１２
内部にガス放電ＬＦプラズマを生成する。このガス放電
ＬＦプラズマは、真空室１２の内部の残留ガス（最初は
空気および水蒸気）から形成される。真空室１２の内部
に反応性薬品が注入される前にこのガス放電ＬＦプラズ
マがステップ２２０で生成されるので、このガス放電Ｌ
Ｆプラズマは通常は「注入前」プラズマと呼ばれる。真
空ポンプ１４は、注入前プラズマを生成するステップ２
２０の間、あらかじめ設定された真空圧を持続させるた
めに、制御されて開閉される。注入前プラズマは真空室
１２の内部の物品を含む表面を加熱し、濃縮された水と
他の吸収されたガスを気化して真空室１２および物品か
ら除去するのを助ける。これに類似した注入前プラズマ
は、Spencer等の米国特許第５，６５６，２３８号およ
び同第６，０６０，０１９号に記載されており、これら
の公報は、参照されることにより、この出願の一部をな
す。典型的な方法では、注入前プラズマは、約０分後乃
至６０分後に消滅させられる。本発明に係る他の実施の
形態では、注入前プラズマの生成を行わなくてもよい
し、複数回の注入前プラズマを使用してもよい。さらに
他の実施の形態では、注入前プラズマに物品がさらされ
た後に、真空室１２が通気されてもよい。

【００３６】好ましい方法では、真空室１２内が所望の
圧力に達したら、真空ポンプ弁１６が閉じられ、処理制
御モジュール３０の制御の下に、反応性薬品弁２０が開
放され、ステップ２３０で反応性薬品源１８から反応性
薬品ライン１９を経て真空室１２に反応性薬品が注入さ
れる。好ましい実施の形態では、反応性薬品は過酸化水
素を含んでおり、この過酸化水素は液体状態で注入され
てその後に気化される。注入される液体は、好ましくは
約３重量％乃至６０重量％、さらに好ましくは約２０重
量％乃至６０重量％、最も好ましくは約４０重量％乃至
６０重量％の過酸化水素を含有する。真空室１２の内部
の過酸化水素蒸気の濃度は、真空室１２の容積に関して
１リットルあたり０．１２５ｍｇ乃至２０ｍｇであると
よい。過酸化水素の濃度を高めれば、消毒時間を短縮で
きる。空気、またはアルゴン、ヘリウム、窒素、ネオン
またはキセノンのような不活性ガスを過酸化水素ととも
に真空室１２に供給して、真空室１２の内部の圧力を所
望のレベルに持続させてもよい。ステップ２３０でのこ
の反応性薬品の注入は、一回の注入であってもよいし、
複数回に分けて行われてもよい。

【００３７】この反応性薬品の注入のステップ２３０に
伴い、好ましい方法では真空室１２の内部の圧力は約２
０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）以上に増加する。注入のス
テップ２３０に入ってから約６分後に、ステップ２４０
で反応性薬品が完全に真空室１２の内部全体に一様に拡
散される。この拡散のステップ２４０から約１分後乃至
４５分後に、真空室１２の内部においてほぼ平衡状態に
なる。この拡散のステップ２４０によって、反応性化学
種は物品の包装材を通過して拡散し、接触しないにして
も、物品の表面にごく接近し、物品を消毒する。他の実
施の形態では、反応性薬品の拡散は、真空室１２の通気
の直後に行われてもよい。

【００３８】次に、ステップ２５０で、処理制御モジュ
ール３０の制御の下で真空ポンプ弁１６を制御可能に開
放することにより、真空室１２から反応性薬品の一部が
排出されて、真空室１２は部分的に減圧される。真空室
１２の内部の真空圧が所望の圧力に達したならば、この
所望の圧力を持続するように真空ポンプ弁１６は制御可
能に調整され、処理制御モジュール３０はＬＦ電力モジ
ュール２２に信号を送って真空室１２の内部の電極３２
を励起させる。反応性薬品が過酸化水素であるこの好適
な実施の形態では、真空室１２の内部の過酸化水素の圧
力は好ましくは、約６７０Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）未満、さ
らに好ましくは約２５Ｐａ乃至２７０Ｐａ（０．２Ｔｏ
ｒｒ乃至２Ｔｏｒｒ）未満、最も好ましくは約４０Ｐａ
乃至２００Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ乃至１．５Ｔｏｒｒ）
未満である。電極３２にＬＦ電圧を与えることにより、
ＬＦ電力モジュール２２は、ステップ２６０で反応性薬
品をイオン化し、真空室１２の内部で反応性薬品ＬＦプ
ラズマを生成する。物品はこの反応性薬品ＬＦプラズマ
に、制御された時間さらされる。好適な実施の形態で
は、線２７５で示すように、さらに同じ動作が一回繰り
返される。他の実施の形態では、このような繰り返しは
省略されてもよいし、さらに繰り返されてもよい。

【００３９】ＲＦプラズマでもＬＦプラズマでも、反応
性薬品プラズマの組成は、解離した反応性薬品の化学種
と、励起電子状態または振動状態における反応性薬品の
分子を含む。例えば、反応性薬品が好適な実施の形態の
ように過酸化水素を含む場合には、反応性薬品プラズマ
は、電子、イオン、様々な遊離基（例えばＯＨやＯ
_２Ｈ）のような帯電した粒子、および基底状態のＨ_２Ｏ
_２分子および励起されたＨ _２Ｏ_２分子のような中性の粒
子を含みうる。反応性薬品プラズマで生成される紫外線
の放射とともに、これらの反応性薬品の化学種は、胞子
またはその他の微生物を殺す能力がある。

【００４０】反応性薬品プラズマの帯電した粒子は、一
旦生成されたら、真空室１２の内部で生成された電界に
よって加速される。第１の領域３１と第２の領域３３の
間が流体的に連通しているので、第１の領域３１で生成
された帯電した粒子の一部は加速されて、物品が配置さ
れた第２の領域３３に通過する。

【００４１】第１の領域３１から第２の領域３３へ通過
する帯電粒子は、プラズマおよび真空室１２と電極３２
の壁の間の各空間電荷層（sheath）領域の電位差によっ
て影響されたそれぞれの経路とエネルギを有する。これ
らの空間電荷層領域は、プラズマから壁に衝突する帯電
粒子があるために、素材壁に接触した全ての電子イオン
プラズマによって形成される。最小の質量を持つがゆえ
に大きな移動性を有する電子は、他のもっと重くて移動
性の小さいイオンよりも先に、プラズマから壁に衝突し
て失われ、壁の周囲には負の電荷の密度が過度になった
部分が形成され、これに対応して電子とイオンの損失率
を均等化する電圧差が形成される。この電圧差、すなわ
ちシース電圧は、壁の表面から電子を取り去るように電
子を加速し、壁の表面に向けて正のイオンを加速する。

【００４２】シース電圧は、プラズマの種類、組成およ
び生成方法によって異なる。ＲＦプラズマについては、
シース電圧は、通常は電極３２に与えられるＲＦ電圧の
４０％乃至８０％である。例えば、二乗平均された（Ｒ
ＭＳの）ＲＦ電圧、１４０Ｖ _ｒｍｓが電極３２に与えら
れて、ＲＦプラズマが定常的に設けられると、対応する
シース電圧は約５５Ｖ_ｒｍｓ乃至１１０Ｖ_ｒｍｓであ
る。このため、電極３２の周囲の空間電荷層領域に進入
するイオンは、５５ｅＶ乃至１１０ｅＶのエネルギに加
速される。シース電圧によるこの正イオンの加速は、Ｒ
Ｆプラズマによる半導体プロセスを支える基本原理であ
る。

【００４３】上述のように、本発明の好適な実施の形態
のＬＦプラズマのためには、電極３２に与えられる電圧
は、点火のための閾値の電圧、通常３００Ｖ_ｒｍｓ以上
であるとよい。さらに、ＬＦプラズマでは、シース電圧
は通常は、ＲＦプラズマの場合よりも、与えられる電圧
に対してより高い比率を持つ。このため、本発明の好適
な実施の形態のシース電圧は、ＲＦプラズマシステムの
場合のシース電圧よりもさらに高い。この高いシース電
圧は、ＬＦプラズマの帯電した粒子をさらに高いエネル
ギに加速する。従って、ＬＦプラズマの帯電した粒子が
さらに高いエネルギに加速されるので、好適な実施の形
態のＬＦプラズマの帯電した粒子は、より遠くに移動
し、ＲＦプラズマ消毒器による帯電粒子よりも物品に大
きく作用することができる。

【００４４】ＬＦ電界は各サイクルで極性を２回変更す
るので、帯電粒子に対する電界の加速の方向は各サイク
ルで２回反転する。第１の領域３１における帯電粒子に
ついては、この加速の方向の切替は、帯電粒子の位置の
振動という結果をもたらす。しかし、第１の領域３１と
第１の領域３１の間で流体的に連通しているために、帯
電粒子の一部は、電界の加速方向が反転する前に、第１
の領域３１から物品が収容された第２の領域３３に移動
することができる。

【００４５】反応性薬品ＬＦプラズマで生成された帯電
粒子のうちの第２の領域３３に進入する量は、印加され
た電界の振動数の関数として求められる。これらの帯電
された粒子は、運動に関する二つの成分を有する。一つ
はランダムな熱速度（thermal speed）であり、他の一
つは与えられた電界の影響による帯電粒子の運動（ドリ
フト運動）である。熱速度は、温度によって判定され、
これらの二つ運動成分のうち大きい方である（通常、電
子では約１０^７ｃｍ／ｓｅｃ乃至１０^８ｃｍ／ｓｅｃで
ある）が、帯電粒子をある特定の方向に流れるようにす
ることはない。これに対して、ドリフトの速度は、与え
られた電界の方向に沿って向いており、与えられた電界
の方向の帯電粒子の本流を引き起こす。ドリフトの速度
の大きさは、与えられた電界の大きさにほぼ比例してお
り、帯電された粒子の質量に反比例する。さらに、ドリ
フトの速度の大きさは、ガスの化学種と真空室の圧力に
も依存する。例えば、約１Ｖ／ｃｍの平均電界強度を持
つガス放電プラズマ消毒器の通常の動作パラメータで
は、ガス放電プラズマで形成される電子のドリフトの速
度は、通常約１０^６ｃｍ／ｓｅｃである。

【００４６】帯電された一つの粒子は、印加される電界
の極性が変化して電極３２から帯電粒子が離れるように
加速の向きを逆転する前に第２の領域３３に達したとき
に限って、物品を収容した第２の領域３３に進入する。
例えば、印加されるＲＦ電界の周波数が１３．５６ＭＨ
ｚの場合には、電界の変更周期は約７．４×１０^−８秒
であり、電界の向きが変わって電子が電極３２から離れ
るように加速される前の半サイクル（半周期）では、電
子は約３．７×１０^−３ｃｍのわずかな距離しか動かな
い。イオンの場合には、そのもっと大きな質量のため
に、電子が移動する距離よりもさらにわずかな距離しか
動かない。好適な実施の形態のように、真空室１２と電
極３２の間の第１の領域３１が約２．５４ｃｍの幅であ
る場合には、ＲＦプラズマによって生成されたうちのご
くわずかな帯電粒子だけが、物品を収容した第２の領域
３３に実際に到達するであろう。

【００４７】他方、６０Ｈｚの周波数でＬＦ電界を印加
した場合には、電界の変更周期は約１６．７×１０^−３
秒であり、電子が電極３２から離れるように加速される
前には、電子は約８．３５×１０^３ｃｍを動くことがで
きる。従って、好適な実施の形態の消毒システム１０で
プラズマを生成するのにＬＦ電圧を用いることによっ
て、ＲＦ電圧を用いて生成したプラズマに比べて、第２
の領域３３の内部をより活性化することができる。ＬＦ
消毒器のこの高い活動度は、ＲＦ消毒器に比べて、残留
する反応性化学種を消毒される物品から除去する効率を
高めるのに貢献しうる。

【００４８】電力が与えられなくなってからプラズマが
中性化するまでの特性時間として定義されるプラズマ崩
壊時間（plasma decay time）は、ＬＦ制御方式とＲＦ
制御方式の間に、おおよその境界を画定する。プラズマ
崩壊時間は正確には知ることができないが、本発明の好
適な実施の形態のような消毒システムで用いられるプラ
ズマ密度では、約１０^−４秒乃至１０^−３秒であると見
積もられる。このプラズマ崩壊時間は、帯電粒子が表面
または他のプラズマ成分に衝突して中性化されるまでの
帯電粒子の存在時間に対応し、生成されるプラズマの化
学種および消毒システム１０の様々な構成要素の構造に
よって異なる。上述のように、ＬＦ制御方式は、各サイ
クルでプラズマが二回消滅させられて再点火されること
を特徴とし、印加されるＬＦ電圧の半周期がプラズマ崩
壊時間よりも長くなる。従って、プラズマを再点火する
ために、プラズマを点火する閾値の電圧を越える電圧で
消毒システム１０が頻繁に駆動される。本発明によれ
ば、多くのプラズマについて見積もられる約１０^−４秒
乃至１０^−３秒の範囲のプラズマ崩壊時間は、約１ｋＨ
ｚ乃至１０ｋＨｚの低周波制御方式の上限周波数に換算
される。しかし、ある状況の下では、より高い周波数も
許容されうる。

【００４９】あるいは、低周波数方式の上限は、与えら
れたＬＦ電圧の半周期の間に２．５４ｃｍの幅の第１の
領域３１を電子が横切るには、電子のドリフトの速度が
遅すぎることになる周波数に決定してもよい。通常の動
作構造の下では、低周波数方式の上限は、約２００ｋＨ
ｚである。他の構造では、低周波数方式の上限はこれに
応じて異なりうる。

【００５０】本発明の好適な実施の形態では、プラズマ
に与えられるＬＦ電圧の周波数は、好ましくは０ｋＨｚ
乃至約２００ｋＨｚであり、さらに好ましくは０ｋＨｚ
乃至約１０ｋＨｚであり、さらに好ましくは０ｋＨｚ乃
至約１ｋＨｚであり、さらに好ましくは０ｋＨｚ乃至約
４００Ｈｚである。プラズマに与えられるＬＦ電圧の周
波数を選択するときには、周波数は、プラズマのプラズ
マ崩壊時間よりも半周期分、大きくなるように選択する
のが最も好ましい。

【００５１】この好適な方法では、ＬＦ電力モジュール
２２は約２ないし１５分間励起され、この間、プラズマ
は真空室１２の内部の物品を含む表面に存在する余分な
残留反応性化学種を除去する。ステップ２６０でプラズ
マを生成すると、一時的に真空圧が上昇するが、ステッ
プ２７０では、５０Ｐａ乃至７０Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ
乃至０．５Ｔｏｒｒ）のほぼ一定の真空圧で残留物の大
部分が除去される。この残留物除去ステップ２７０は、
処理制御モジュール３０がＬＦ電力モジュール２２を停
止させてプラズマを消すことによって終了する。

【００５２】残留物除去ステップ２７０の後、処理制御
モジュール３０が通気ベント弁２８を開放して、通気ベ
ント２６から通気ベントライン２７および通気ベント弁
２８を経て、ベントガスを流入させることによって、真
空室１２はステップ２８０で通気される。好ましい方法
では、真空室１２はこの後ステップ２９０で、約４０Ｐ
ａ乃至１０５Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ乃至０．８Ｔｏｒ
ｒ）まで減圧され、真空室１２内に残留するあらゆる反
応性薬品が除去される。この後、真空室１２は再びステ
ップ３００で大気圧になるように通気され、この後、消
毒された物品はステップ３１０で真空室１２から取り出
される。

【００５３】ＬＦプラズマは、消毒処理が完了した後に
物品に残留する反応性薬品分子の量を減少させる。反応
性薬品が過酸化水素を含有する場合には、消毒された物
品上の過酸化水素の残留量は好ましくは約８０００ｐｐ
ｍ未満であり、さらに好ましくは約５０００ｐｐｍ未満
であり、最も好ましくは約３０００ｐｐｍ未満である。
ＬＦプラズマ消毒とＲＦプラズマ消毒の後に残留する過
酸化水素の量を比較するために、ＬＦ消毒器とＲＦ消毒
器の両方において、ある消毒試験期間の間、９つのポリ
ウレタン試料を過酸化水素にさらした。各試料は、不純
物の混入防止のために、Ｍａｎｕｋｌｅｎｚ（登録商
標）で洗浄し、消毒の前に乾燥した。次に、これらの９
つの試料を普通の工業用の棚の上段に均等間隔で並べ
た。

【００５４】標準的なＲＦ消毒工程の条件とほぼちょう
ど同等である完全なＬＦ消毒工程がこの比較実験のため
に使われた。完全なＬＦ消毒工程は、注入前プラズマに
２０分間さらすことと、６分間の第１回目の過酸化水素
の注入と、大気の通気と、２分間の拡散と、２分間の第
１回目の注入後プラズマにさらすことと、６分間の第２
回目の過酸化水素の注入と、大気の通気と、２分間の拡
散と、２分間の第２回目の注入後プラズマにさらすこと
と、大気の通気とを有する。完全なＬＦ消毒工程は二回
行って、二回の完全なＲＦ消毒工程と比較した。表１に
示されるように、注入後プラズマの電力を除く全ての条
件は、全ての稼働についてできる限り一定に維持した。

【００５５】

【表１】

【００５６】注入前プラズマの電力の変動は±３．５％
であり、全ての稼働について試料の温度がほぼ一定にさ
れた。この後、試料を取り出して、残留量の分析を行っ
た。

【００５７】ＬＦプラズマを生成するＬＦ消毒器は、５
００ｍＨのインダクタと、１３．６μＦのキャパシタを
有しており、６０Ｈｚで稼働した。ＬＦプラズマの電力
は、ＬＦプラズマにかかる電圧を電流で乗算して、オシ
ロスコープで平均することにより求めた。ＬＦ電力の変
動レベルは約１０％であった。表２は比較結果を示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】ＬＦ注入後プラズマにさらすことによっ
て、同等の電力のＲＦ注入後プラズマにさらす場合より
も、残留する反応性化学種をより効率的に減らすことが
できた。ＬＦ稼働１では、ＲＦ稼働１またはＲＦ稼働２
に比べて、ほぼ同じ注入後プラズマの電力でありなが
ら、残留する過酸化水素量を約２３％減らすことができ
た。従って、ＬＦ方法は、同等のＲＦ方法に比べて、残
留する過酸化水素量を減らすことができた。

【００６０】二つのＬＦ消毒工程を比較すると、プラズ
マ電力を上昇させると、過酸化水素の残留量の減少をも
たらすことが分かる。また、ＬＦ方法では、残留量の計
測の標準偏差で表される試料間の相違も非常に減少し、
ＲＦ方法に比べて均一性が高まることが分かった。

【００６１】本発明の特定の実施の形態に関して説明し
たが、実施の形態の説明は本発明を例証するものであ
り、限定することを意図したものではないことを理解す
べきである。特許請求の範囲に記載された本発明の真の
趣旨および区域から離れることなく、当業者は様々な修
正または応用を考え出すことができる。

【００６２】この発明の具体的な実施態様は次の通りで
ある。 （１）前記ガスまたは蒸気の化学種は過酸化水素を含有
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 （２）過酸化水素の濃度が少なくとも０．１２５ｍｇ／
ｌであることを特徴とする実施態様（１）に記載の方
法。 （３）前記低周波プラズマが二つの電極の間に電圧を印
加することにより生成されることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 （４）前記電圧は０ｋＨｚ乃至約１０ｋＨｚの周波数を
有することを特徴とする実施態様（３）に記載の方法。 （５）前記電圧は０Ｈｚ乃至約４００Ｈｚの周波数を有
することを特徴とする実施態様（３）に記載の方法。

【００６３】（６）前記低周波プラズマはプラズマ崩壊
時間を持ち、前記電圧は前記プラズマ崩壊時間よりも長
い半周期を持つことを特徴とする実施態様（３）に記載
の方法。 （７）前記低周波プラズマが持続された後、過酸化水素
の残留量が約８０００ｐｐｍ未満であることを特徴とす
る実施態様（１）に記載の方法。 （８）前記低周波プラズマが二つの電極の間に電圧を印
加することにより生成されることを特徴とする請求項２
に記載の方法。 （９）前記電圧は０ｋＨｚ乃至約１０ｋＨｚの周波数を
有することを特徴とする実施態様（８）に記載の方法。 （１０）前記電圧は０Ｈｚ乃至約４００Ｈｚの周波数を
有することを特徴とする実施態様（８）に記載の方法。

【００６４】（１１）前記低周波プラズマはプラズマ崩
壊時間を持ち、前記電圧は前記プラズマ崩壊時間よりも
長い半周期を持つことを特徴とする実施態様（８）に記
載の方法。 （１２）前記物品が前記第２の領域に配置されることを
特徴とする請求項３に記載のシステム。 （１３）前記第２の電極が前記真空室であることを特徴
とする請求項３に記載のシステム。 （１４）前記流体源が反応性薬品化学種を収容すること
を特徴とする請求項３に記載のシステム。 （１５）前記反応性薬品化学種が殺菌剤を含有すること
を特徴とする実施態様（１４）に記載のシステム。

【００６５】（１６）前記殺菌剤が過酸化水素を含有す
ることを特徴とする実施態様（１５）に記載のシステ
ム。 （１７）前記低周波電力モジュールが、電力制御器とフ
ライバック分流素子と、電流モニタと、電圧モニタと、
インダクタと、キャパシタと、電力制御モジュールとを
備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。 （１８）前記電力制御モジュールが処理制御モジュール
と前記電力制御器に接続されており、前記電力制御器は
前記電力制御モジュールに応じて前記第１の電極と前記
第２の電極の間に印加される低周波電圧のデューティ比
を調整することができるようになっていることを特徴と
する実施態様（１７）に記載のシステム。 （１９）前記電力制御モジュールが処理制御モジュール
と前記電力制御器に接続されており、前記電力制御器は
前記電力制御モジュールに応じて前記第１の電極と前記
第２の電極の間に印加される低周波電圧の振幅を調整す
ることができるようになっていることを特徴とする実施
態様（１７）に記載のシステム。 （２０）前記電力制御器が前記低周波プラズマに与えら
れるほぼ一定の平均電力を持続することができるように
なっていることを特徴とする実施態様（１７）に記載の
システム。

【００６６】（２１）印加される前記低周波電圧が約１
００Ｖ_ｒｍｓ乃至約１０００Ｖ_{ｒｍ ｓ}であることを特徴
とする請求項３に記載のシステム。 （２２）印加される前記低周波電圧が約２００Ｖ_ｒｍｓ
乃至約５００Ｖ_ｒｍｓであることを特徴とする請求項３
に記載のシステム。 （２３）印加される前記低周波電圧が約２５０Ｖ_ｒｍｓ
乃至約４５０Ｖ_ｒｍｓであることを特徴とする請求項３
に記載のシステム。 （２４）前記低周波電圧は、プラズマの点火に必要な閾
値の電圧を超えることを特徴とする請求項３に記載のシ
ステム。 （２５）前記低周波電圧は、０ｋＨｚ乃至約１０ｋＨｚ
の周波数を有することを特徴とする請求項３に記載のシ
ステム。

【００６７】（２６）前記低周波電圧は、０Ｈｚ乃至約
４００Ｈｚの周波数を有することを特徴とする請求項３
に記載のシステム。 （２７）前記低周波プラズマはプラズマ崩壊時間を持
ち、前記電圧は前記プラズマ崩壊時間よりも長い半周期
を持つことを特徴とする請求項３に記載のシステム。 （２８）前記インダクタと前記キャパシタは、前記電力
制御器に直列に接続されたＬＣ回路を構成することを特
徴とする実施態様（１７）に記載のシステム。 （２９）前記ＬＣ回路のインダクタンスとキャパシタン
スは、前記ＬＣ回路の共振周波数を、前記第１の電極と
前記第２の電極の間に印加される低周波電圧の周波数に
合致させるように選択されていることを特徴とする実施
態様（２８）に記載のシステム。 （３０）前記低周波電力モジュールが、入力された低周
波電圧に応じて、入力された低周波電圧の周波数とは異
なる周波数を有する出力低周波電圧を供給するスイッチ
ングモジュールをさらに備えることを特徴とする実施態
様（１７）に記載のシステム。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
消毒される物品に残留する反応性薬品の量を低減するこ
とができ、装置の稼働のエネルギ効率を高め、稼働コス
トを低減し、さらに装置の構造を簡略化することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る消毒システムの好適な実施の形態
を示す概略図である。

【図２】開放された両端部と穿孔された側部を有する円
筒形の電極の好適な実施の形態を示す概略図である。

【図３】開放された両端部と鎧戸状に開口部が形成され
た側部を有する円筒形の電極の代替的な実施の形態を示
す概略図である。

【図４】開放された両端部と孔のない側部を有する円筒
形の電極の代替的な実施の形態を示す概略図である。

【図５】開放された端部と孔のない側部を有する一つま
たは複数の同軸上の円筒形セグメントを有する電極の代
替的な実施の形態を示す概略図である。

【図６】開放された端部と孔のない側部を有する円筒の
部分の形状を有する電極の代替的な実施の形態を示す概
略図である。

【図７】開放された端部と孔のない側部を有する、円柱
的に均整で長手方向に不均整な電極の代替的な実施の形
態を示す概略図である。

【図８】開放された端部と孔のない側部を有する、一つ
または複数の非対称な電極の代替的な実施の形態を示す
概略図である。

【図９】開放された端部と孔のない側部を有する円筒形
の第１の電極と、第１の電極とほぼ同軸のワイヤを有す
る第２の電極とを有する電極装置の代替的な実施の形態
を示す概略図である。

【図１０】ほぼ正方形または長方形の真空室の内部のほ
ぼ正方形または長方形の電極の代替的な実施の形態を示
す概略図である。

【図１１】本発明に係る位相角制御法に適合した低周波
電力モジュールの実施の形態を示す概略図の左部分であ
る。

【図１２】図１１を補完する前記の概略図の右部分であ
る。

【図１３】本発明に係る振幅制御法に適合した低周波電
力モジュールの実施の形態を示す概略図の左部分であ
る。

【図１４】図１３を補完する前記の概略図の右部分であ
る。

【図１５】プラズマに与えられる低周波電力を制御する
位相角制御法を示す概略図である。

【図１６】プラズマに与えられる低周波電力を制御する
振幅制御法を示す概略図である。

【図１７】本発明に係る消毒方法の好適な実施の形態を
概略的に示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 消毒システム １２ 真空室 １４ 真空ポンプ １５ 真空ポンプライン １６ 真空ポンプ弁 １８ 反応性薬品源 １９ 反応性薬品ライン ２０ 反応性薬品弁 ２２ ＬＦ電力モジュール ２４ ＬＦ電圧信号線 ２６ 通気ベント ２７ 通気ベントライン ２８ 通気ベント弁 ３０ 処理制御モジュール ３１ 第１の領域 ３２ 電極 ３２’ 第２の電極 ３３ 第２の領域 ３４ 反応性薬品モニター ４０ 過電力リレー ４２ 金属酸化物バリスタ ４０ 過電力リレー ５０ 昇圧用の変圧器 ５１ 高電圧（ＨＶ）直流電源 ５２ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ５３ 電圧制御増幅器（ＶＣＡ） ５４ ＨＶ演算増幅器 ５５ 昇圧用の変圧器 ６０ 電力制御器 ６２ フライバック分流素子 ６４ インダクタ ６６ キャパシタ ７０ ＬＦ電力フィードバック制御系統 ８０ 電流モニタ ８２ 電流センサ ８４ 第１のコンバータ ８６ 第１の電圧増幅器 ８８ 過電流検出器 ９０ 電圧モニタ ９２ 降圧用の変圧器 ９４ 第２のコンバータ ９６ 第２の電圧増幅器 １００ 電力モニタ（乗算器） １１０ 電力制御モジュール １１２ 過電力検出器 １１４ 温度スイッチ １２０ 電力制御処理器 １２２ ユーザインタフェイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッチ・アガモハマディ アメリカ合衆国、92865 カリフォルニア 州、オレンジ、イー・グローブ・アベニュ ー 1105 Ｆターム(参考） 4C058 AA01 BB06 CC04 KK06 KK11 KK21 KK23 KK50

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室に物品を配置することと、 所定の圧力まで前記真空室を減圧することと、 前記真空室にガスまたは蒸気化学種を導入することと、 ０ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波数を有する低周波プ
   ラズマを前記真空室の内部で発生させることと、 前記物品からガスまたは蒸気の化学種をほぼ取り除くの
   に十分な時間、低周波プラズマを持続させることとを備
   える物品を消毒する方法。
2. 【請求項２】 真空室に物品を配置することと、 所定の圧力まで前記真空室を減圧することと、 ０ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波数を有する低周波プ
   ラズマを前記真空室の内部で発生させることと、 前記真空室および前記物品から水とそれに吸収されたガ
   スを蒸発させて取り除くことを助けるために物品を加熱
   するのに十分な時間、低周波プラズマを持続させること
   とを備える物品を消毒する方法。
3. 【請求項３】 真空ポンプと通気ベントに接続された真
   空室と、 第１の電極と、第２の電極と、 前記真空室の内部にあって、前記第１の電極と前記第２
   の電極の間の領域を含む第１の領域と、 前記真空室の内部にあって、前記第１の領域に流体が流
   動可能なように連通した第２の領域と、 前記真空室に接続された流体源と、 処理制御モジュールと、 低周波電力モジュールとを備えており、前記低周波電力
   モジュールは前記第１の電極と前記第２の電極との間に
   低周波電圧を与えて前記真空室の内部で低周波プラズマ
   を発生させるのに適した部品を備え、前記低周波電圧
   は、０ｋＨｚ乃至約２００ｋＨｚの周波数を有すること
   を特徴とする物品を消毒するシステム。