JP2004248989A

JP2004248989A - Plasma sterilizing device

Info

Publication number: JP2004248989A
Application number: JP2003044865A
Authority: JP
Inventors: Kinpei Fukushima; 金平福島; Tetsuya Akitsu; 哲也秋津; Hiroshi Okawa; 博司大川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP3762375B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma sterilizing device that can efficiently generate plasma and, at the same time, can perform continuous sterilization. <P>SOLUTION: This plasma sterilizing device is constituted to form a long vertical creeping discharge passage 11 between lattice-like electrodes 7 by successively arranging facial electrodes 3, dielectrics 5, and the lattice-like electrodes 7 in this order. A gas inlet port 13 for introducing a process gas and a gas outlet port 15 are respectively provided above and below the creeping discharge passage 11 and plasma is spouted from the gas outlet port 15 together with an activated gas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ滅菌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な滅菌手段として、例えば、紫外線の照射によって滅菌を行なう紫外線ランプが知られているが、その紫外線ランプの外に、プラズマによって滅菌を行なう低圧プラズマ法あるいは、大気圧プラズマ法がある。低圧プラズマ法の概要は、真空ポンプにより真空容器内を滅圧した後、電極に高周波電力を印加して真空容器内にプラズマを生成し、このプラズマによって真空容器内にセットされた被処理物の滅菌を行なうようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
大気圧プラズマ法の概要は、プラズマチャンバ内に平行な電極を配置し、大気圧下において前記電極に高周波電力を印加してグロー放電を発生させプラズマを励起することで、プラズマチャンバ内にセットされた被処理物の滅菌を行なうようになっている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８４６１８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−１５６９２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
被処理物の滅菌を行なう際に、前記した紫外線ランプによる滅菌手段にあっては、紫外線の影響を受けることで、変色するものには使用できない不具合いがあり、使用範囲に制約を受ける。
【０００７】
また、特許文献１に示す低圧プラズマ法にあっては、真空下で滅菌が行なわれるため、真空装置及び耐圧を備えた真空容器を必要とする。しかも、真空完了時まで時間がかかる等作業性の面でも望ましくないことと、ランニングコストが高くつく。
【０００８】
また、特許文献２の大気圧プラズマ法にあっては、大気圧による滅菌となるため、真空装置等が不用となるメリットがあるが、被処理物をセットするプラズマチャンバを必要とするため、滅菌作業時にプラズマチャンバに対して被処理物を１つ１つ出し入れをしなくてはならず、被処理物を連続的に処理できない不具合いがあった。
【０００９】
そこで、この発明は、真空装置等を必要とせず、しかも、被処理物を連続的に滅菌処理することが可能なプラズマ滅菌装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の請求項１にあっては、面状電極、誘電体、格子状電極の順に配置され、前記格子状電極によって挟まれた上下に長い沿面放電通路を形成し、その沿面放電通路の上方にプロセスガス導入用のガス導入口を、下方にガス出口をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、面状電極及び格子電極に、例えば、交流のパルス電界が印加されることで沿面放電通路に沿って沿面放電が発生しプラズマが生成される。プラズマはガス導入口からのプロセスガスを活性化すると共に、ガスの流れによって活性化されたプロセスガスと共にガス出口から噴出し、被処理物の滅菌を行なう。この滅菌時において、活性化されたガスと共にプラズマはガス出口から噴出するため、例えば、ガス出口下方にセットした被処理物を順次移動させることで連続した滅菌処理が行なえるようになる。
【００１２】
また、この発明の請求項２にあっては、面状電極、誘電体、格子状電極の順に配置され、前記格子状電極とその格子状電極と対向し合う誘電体とによって上下に長い沿面放電通路を形成し、その沿面放電通路の上方にプロセスガス導入用のガス導入口を、下方にガス出口をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、面状電極及び格子電極に、例えば、交流のパルス電界が印加されることで沿面放電通路に沿って沿面放電が発生しプラズマが生成される。プラズマはガス導入口からのプロセスガスを活性化すると共に、ガスの流れによって活性化されたプロセスガスと共にガス出口から噴出し、被処理物の滅菌を行なう。この滅菌時において、活性化されたガスと共にプラズマはガス出口から噴出するため、例えばガス出口下方にセットした被処理物を順次移動させることで連続した滅菌処理が行なえるようになる。
【００１４】
また、この発明の請求項３にあっては、ガス出口を、沿面放電通路と連続する縦長の長孔形状とすることを特徴とする。
【００１５】
これにより、活性化されたガスと共にプラズマはガス出口から長孔状に噴出するようになるから、例えば、被処理物を移動させることで長孔の領域内は連続した滅菌処理が行なわれるようになる。
【００１６】
また、この発明の請求項４にあっては、ガス導入口から導入されるプロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガス、又は、酸素、蒸気等の反応ガス、又は、それらの組合せから成ることを特徴とする。
【００１７】
これにより、不活性ガス又は反応ガスはプラズマにより活性化され、被処理物表面の細菌を死滅させたり、有機物を効率よく酸化処理する。
【００１８】
また、この発明の請求項５にあっては、面状電極及び格子状電極に印加される電界を、交流のパルス電源とすることを特徴とする。
【００１９】
これにより、印加される電界を一般的な交流のパルス電源とすることで、ランニングコストを低く抑えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３の図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態について具体的に説明する。
【００２１】
図１はこの発明にかかるプラズマ滅菌装置１の概要説明図を示している。
【００２２】
プラズマ滅菌装置１は、面状電極３、誘電体５、格子状電極７の順に配置された沿面状放電パネル９を対向させて配置することで、前記格子状電極７によって挟まれた間が上下に長い沿面放電通路１１となっている。上下に長い沿面放電通路１１の上方は、プロセスガス導入用のガス導入口１３、下方はガス出口１５となっている。
【００２３】
面状電極３は、アルミの材質により板状に形成され交流のパルス電源１７と接続し合うと共にアースＧに接続されている。誘電体５は、石英あるいは、セラミック等の材質により板状に形成され、前記した面状電極３と格子電極７の間に挟まれたサンドイッチ構造となっている。
【００２４】
格子電極７は、タングステン等の金属材料によって格子状に形成され、交流のパルス電源１７によってパルス電圧が与えられるようになっている。この場合、パルス電圧に加えて周波数およそ１０ＫＨｚの電圧により沿面放電を形成することが望ましい。
【００２５】
プロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスがある。不活性ガスは単独で、あるいは、組合せて使用してもよい。あるいは、不活性ガスに酸素や水蒸気等の活性ガスを混合させることで、例えば、酸素原子と水素原子が結合したヒドロキシラジカルが発生することで、より高い滅菌処理を行なうことが可能となる。
【００２６】
ガス導入口１３は対向し合う沿面状放電パネル９の上端に設けられたガス供給パイプ１９と接続連通し、不活性ガス等のプロセスガスが送り込まれるようになっている。
【００２７】
ガス出口１５は、図３に示すように対向し合う沿面状放電パネルの下端を塞ぐ底部材２１に形成された縦長の長孔形状となっている。長孔の領域Ｄは、例えば、被処理物２３の処理幅より長く設定され、図３矢印の如く被処理物２３が、例えば、コンベア等の搬送手段２５によって移動することで、端から順々に滅菌をしていく連続した滅菌処理が可能となっている。
【００２８】
このように構成されたプラズマ滅菌装置１によれば、面状電極３及び格子電極７に例えば、交流のパルス電界が印加されることで、沿面放電通路１１に沿って沿面放電が発生しプラズマが生成される。この時の電界は交流のパルス電界となるため、コストがかからず、ランニングコストを低く抑えることが可能となる。
【００２９】
一方、プラズマはガス導入口１３からのプロセスガスを活性化すると共に、プロセスガスの流れによってプロセスガスと共にガス出口１５から噴出する。この時、ガスの噴出は長孔状に噴出されるため、例えば、ガス出口１５の下位にセットされた被処理物２３を順次移動させることで長孔の領域Ｄにわたって端から順々に連続した滅菌処理が行なえるようになる。
【００３０】
ちなみに、プロセスガスにヘリウム、アルゴン、酸素の混合ガスを用いて枯草菌の滅菌処理を行った。枯草菌はＢｕｔｉｌｉｓｓｔｅａｒｏｔｅｒｍｏｐｈｉｌｉｓを用い５ｍｍ×２０ｍｍの紙に１０^６個付着させたものを用いたもので、滅菌処理後の紙を培養液で４８時間培養させたが菌の繁殖は認められなかった。
【００３１】
これにより、この滅菌処理方法が有効であることが裏付けられた。
【００３２】
なお、プロセスガスに前記混合ガスを用いてアルミニュームの板に２分間噴射したところ、濡れ性を表す水滴の接触角が、処理前が９５°であったのに対し、処理後は３０°と小さくなり濡れ性の面でも向上が図れるメリットが得られた。
【００３３】
なお、プラズマが生成される沿面放電通路１１は、必ずしも格子電極７によって挟まれた形状でなくてもよい。例えば、図４に示すように格子電極７と対向し合う板状の誘導体２７とによって上下に長い沿面放電通路１１とする手段としてもよい。この実施形態の場合には構造が簡単となり、製作コストを安く抑えられる。
【００３４】
あるいは、被処理物２３の一部領域を滅菌するような場合には、図５から図７に示すように前記した図４の格子状電極７と誘電体２７とをリング状の円筒形状とする手段としてもよく、被処理物２３の滅菌処理にあわせた最適な形状とすることで対応が図れるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の請求項１によれば、上下に長い沿面放電通路によって沿面放電が発生し効率よくプラズマを生成することができる。また、活性化されたプロセスガスと共にプラズマはガス出口から噴出されるため連続した被処理物の滅菌処理が可能となる。
【００３６】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１の効果に加えて構造が簡単となり、製作コストを安く抑えることができる。
【００３７】
また、この発明の請求項３によれば、縦長の長孔状に噴出するガス出口によって、例えば、被処理物を移動させることで、広い領域にわたって端から順々に連続した滅菌処理が行なえる。
【００３８】
また、この発明の請求項４によれば、不活性ガス及び活性ガスはプラズマにより活性化されるため、被処理物表面の細菌を死滅させたり、有機物を効率よく酸化処理することができる。
【００３９】
また、この発明の請求項５によれば、印加する電界を一般的な交流のパルス電源とすることができるため、ランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるプラズマ滅菌装置全体の概要説明図。
【図２】プラズマ滅菌装置の概要正面図。
【図３】プラズマ滅菌装置のガス出口側からみた概要説明図。
【図４】格子電極と誘導体とで上下に長い沿面放電通路を構成した図１と同様な概要説明図。
【図５】図４の沿面放電通路をリング状の円筒形状としたプラズマ滅菌装置の概要切断説明図。
【図６】一部分を切欠いた図５と同じプラズマ滅菌装置の概要説明図。
【図７】図６を下からみたプラズマ滅菌装置の概要説明図。
【符号の説明】
１…プラズマ滅菌装置
３…面状電極
５…誘電体
７…格子状電極
１１…沿面放電通路
１３…ガス導入口
１５…ガス出口
１７…交流のパルス電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma sterilization apparatus.
[0002]
[Prior art]
As a general sterilization means, for example, an ultraviolet lamp that performs sterilization by irradiation with ultraviolet rays is known. In addition to the ultraviolet lamp, there is a low-pressure plasma method that performs sterilization by plasma or an atmospheric pressure plasma method. The outline of the low-pressure plasma method is that after the inside of the vacuum vessel is depressurized by a vacuum pump, high-frequency power is applied to the electrodes to generate plasma in the vacuum vessel, and the plasma of the workpiece set in the vacuum vessel by this plasma Sterilization is performed (see Patent Document 1).
[0003]
The outline of the atmospheric pressure plasma method is that a parallel electrode is arranged in the plasma chamber, and a high frequency power is applied to the electrode under atmospheric pressure to generate glow discharge to excite the plasma, thereby setting the plasma chamber. In addition, the object to be treated is sterilized (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-184618
[Patent Document 2]
JP-A-8-156920 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
When sterilizing an object to be processed, the above-described sterilization means using an ultraviolet lamp has a problem that it cannot be used for those that change color due to the influence of ultraviolet rays, and the range of use is limited.
[0007]
Moreover, in the low-pressure plasma method shown in Patent Document 1, since sterilization is performed under vacuum, a vacuum apparatus and a vacuum container having a pressure resistance are required. In addition, it is not desirable from the viewpoint of workability, such as it takes time to complete the vacuum, and the running cost is high.
[0008]
In addition, the atmospheric pressure plasma method of Patent Document 2 has the advantage that a vacuum apparatus or the like is not required because sterilization is performed by atmospheric pressure. However, since a plasma chamber for setting an object to be processed is required, sterilization is performed. There is a problem that the workpieces must be taken in and out of the plasma chamber one by one during operation, and the workpieces cannot be processed continuously.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma sterilization apparatus that does not require a vacuum apparatus or the like and that can continuously sterilize an object to be processed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in claim 1 of the present invention, a planar electrode, a dielectric, and a grid electrode are arranged in this order, and a long creeping discharge passage is formed vertically between the grid electrodes. The gas discharge port for introducing process gas is provided above the creeping discharge passage, and the gas outlet is provided below.
[0011]
Accordingly, for example, an alternating pulse electric field is applied to the planar electrode and the grid electrode, thereby generating a creeping discharge along the creeping discharge path and generating plasma. The plasma activates the process gas from the gas inlet and, together with the process gas activated by the gas flow, is ejected from the gas outlet to sterilize the workpiece. At the time of this sterilization, since the plasma is ejected from the gas outlet together with the activated gas, for example, a continuous sterilization process can be performed by sequentially moving the workpiece set below the gas outlet.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, creeping discharge that is long in the vertical direction is arranged by the planar electrode, the dielectric, and the grid electrode in this order, and the grid electrode and the dielectric facing the grid electrode. A passage is formed, and a gas introduction port for introducing a process gas is provided above the creeping discharge passage, and a gas outlet is provided below.
[0013]
Accordingly, for example, an alternating pulse electric field is applied to the planar electrode and the grid electrode, thereby generating a creeping discharge along the creeping discharge path and generating plasma. The plasma activates the process gas from the gas inlet and, together with the process gas activated by the gas flow, is ejected from the gas outlet to sterilize the workpiece. At the time of sterilization, since the plasma is ejected from the gas outlet together with the activated gas, for example, a continuous sterilization process can be performed by sequentially moving the workpiece set below the gas outlet.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, the gas outlet has a vertically long slot shape continuous with the creeping discharge passage.
[0015]
As a result, the plasma together with the activated gas is ejected from the gas outlet in the shape of a long hole. For example, by moving the object to be processed, continuous sterilization is performed in the region of the long hole. Become.
[0016]
According to claim 4 of the present invention, the process gas introduced from the gas inlet is an inert gas such as helium, argon or nitrogen, or a reactive gas such as oxygen or steam, or a combination thereof. It is characterized by comprising.
[0017]
As a result, the inert gas or the reactive gas is activated by the plasma, killing bacteria on the surface of the object to be processed, or oxidizing the organic substance efficiently.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, the electric field applied to the planar electrode and the grid electrode is an AC pulse power supply.
[0019]
Thus, the running cost can be kept low by using a general AC pulse power supply as the applied electric field.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic explanatory view of a plasma sterilization apparatus 1 according to the present invention.
[0022]
The plasma sterilization apparatus 1 has a creeping discharge panel 9 arranged in the order of the planar electrode 3, the dielectric 5, and the grid electrode 7 so as to face each other, so that the space between the grid electrodes 7 is up and down. A long creeping discharge passage 11 is formed. A gas inlet 13 for introducing process gas is provided above the creeping discharge passage 11 that is long in the vertical direction, and a gas outlet 15 is provided below.
[0023]
The planar electrode 3 is formed in the shape of a plate made of aluminum and is connected to an AC pulse power source 17 and connected to the ground G. The dielectric 5 is formed in a plate shape using a material such as quartz or ceramic, and has a sandwich structure sandwiched between the planar electrode 3 and the lattice electrode 7 described above.
[0024]
The grid electrode 7 is formed in a grid by a metal material such as tungsten, and a pulse voltage is applied by an AC pulse power supply 17. In this case, it is desirable to form the creeping discharge with a voltage of about 10 KHz in addition to the pulse voltage.
[0025]
The process gas includes an inert gas such as helium, argon, and nitrogen. Inert gases may be used alone or in combination. Alternatively, by mixing an inert gas such as oxygen or water vapor with an inert gas, for example, a hydroxy radical in which an oxygen atom and a hydrogen atom are combined is generated, so that a higher sterilization treatment can be performed.
[0026]
The gas inlet 13 is connected to and communicated with a gas supply pipe 19 provided at the upper end of the facing creeping discharge panel 9 so that a process gas such as an inert gas is fed into the gas inlet 13.
[0027]
As shown in FIG. 3, the gas outlet 15 has a vertically long slot shape formed in the bottom member 21 that closes the lower ends of the facing creeping discharge panels. The long hole region D is set to be longer than the processing width of the object to be processed 23, for example, and the object to be processed 23 is moved by the conveying means 25 such as a conveyor, as shown by the arrows in FIG. The continuous sterilization process is possible.
[0028]
According to the plasma sterilization apparatus 1 configured as described above, for example, an alternating pulse electric field is applied to the planar electrode 3 and the grid electrode 7, thereby generating creeping discharge along the creeping discharge path 11 and generating plasma. Generated. Since the electric field at this time is an alternating pulse electric field, the cost is not required and the running cost can be kept low.
[0029]
On the other hand, the plasma activates the process gas from the gas inlet 13 and is ejected from the gas outlet 15 together with the process gas by the flow of the process gas. At this time, since the gas is ejected in the shape of a long hole, for example, the workpiece 23 set below the gas outlet 15 is sequentially moved so as to continue in sequence from the end over the long hole region D. Sterilization can be performed.
[0030]
Incidentally, sterilization of Bacillus subtilis was performed using a mixed gas of helium, argon, and oxygen as a process gas. B. subtilis which was used after deposited ¹⁰⁶ on the paper of 5 mm × 20 mm with Butilisstearotermophilis, although the paper after sterilization treatment was 48 hours culture in culture growth of bacteria was observed.
[0031]
This proved that this sterilization method was effective.
[0032]
When the mixed gas was used as a process gas and sprayed onto an aluminum plate for 2 minutes, the contact angle of water droplets representing wettability was 95 ° before treatment, and 30 ° after treatment. As a result, it became smaller and improved in terms of wettability.
[0033]
Note that the creeping discharge passage 11 in which plasma is generated does not necessarily have to be sandwiched between the grid electrodes 7. For example, as shown in FIG. 4, a creeping discharge passage 11 that is long in the vertical direction may be formed by a plate-like derivative 27 facing the grid electrode 7. In the case of this embodiment, the structure becomes simple and the manufacturing cost can be reduced.
[0034]
Alternatively, in the case where a partial region of the workpiece 23 is sterilized, as shown in FIGS. 5 to 7, the grid electrode 7 and the dielectric 27 shown in FIG. 4 are formed in a ring-like cylindrical shape. It can be used as a means, and it can be dealt with by making it an optimum shape according to the sterilization treatment of the workpiece 23.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to claim 1 of the present invention, creeping discharge is generated by the creeping discharge passage that is long in the vertical direction, and plasma can be generated efficiently. In addition, since the plasma is ejected from the gas outlet together with the activated process gas, it is possible to sterilize a continuous workpiece.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the structure is simplified and the manufacturing cost can be reduced.
[0037]
Further, according to the third aspect of the present invention, for example, by moving the object to be processed by the gas outlet ejected in the shape of a vertically long slot, the sterilization process can be performed sequentially from the end over a wide area. .
[0038]
According to the fourth aspect of the present invention, since the inert gas and the active gas are activated by the plasma, the bacteria on the surface of the object to be processed can be killed or the organic substance can be efficiently oxidized.
[0039]
According to the fifth aspect of the present invention, since the electric field to be applied can be a general AC pulse power source, the running cost can be kept low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the entire plasma sterilization apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of a plasma sterilization apparatus.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram viewed from the gas outlet side of the plasma sterilization apparatus.
4 is a schematic explanatory view similar to FIG. 1 in which a creeping discharge passage that is long in the vertical direction is constituted by a grid electrode and a derivative. FIG.
FIG. 5 is a schematic cut explanatory view of a plasma sterilization apparatus in which the creeping discharge passage of FIG. 4 has a ring-like cylindrical shape.
6 is a schematic explanatory view of the same plasma sterilization apparatus as FIG. 5 with a part cut away.
7 is a schematic explanatory diagram of the plasma sterilization apparatus as viewed from below in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma sterilizer 3 ... Planar electrode 5 ... Dielectric body 7 ... Grid-shaped electrode 11 ... Creeping discharge passage 13 ... Gas inlet 15 ... Gas outlet 17 ... AC pulse power supply

Claims

A planar electrode, a dielectric, and a grid electrode are arranged in this order, a long creeping discharge passage is formed vertically between the grid electrodes, and a gas inlet for introducing a process gas is formed above the creeping discharge passage. A plasma sterilization apparatus, wherein gas outlets are respectively provided below.

A plane electrode, a dielectric, and a grid electrode are arranged in this order. A long creeping discharge path is formed vertically by the grid electrode and the dielectric facing the grid electrode, and a process is formed above the creeping discharge path. A plasma sterilization apparatus comprising a gas inlet for introducing gas and a gas outlet below.

The plasma sterilizer according to claim 1 or 2, wherein the gas outlet has a vertically long slot shape continuous with the creeping discharge passage.

3. The process gas introduced from the gas inlet comprises an inert gas such as helium, argon or nitrogen, a reactive gas such as oxygen or steam, or a combination thereof. Plasma sterilizer.

3. The plasma sterilization apparatus according to claim 1, wherein the electric field applied to the planar electrode and the grid electrode is an AC pulse power source.