JP2007220457A - プラズマ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い効率で殺菌効果を得ることができるプラズマ発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】マイクロ波エネルギーによりランプ３内の原料ガスを放電することでプラズマ化し、前記ランプ３の外側に位置する中空容器８の内表面に殺菌を施すプラズマ発光装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器２と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナ４と、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、前記アンテナ４とともに同軸導体を形成する金属導体５とを有し、前記円筒型容器２全体が一体の同軸の空洞共振器１（以下、空洞共振器１とする）として構成され、前記円筒型容器２にマイクロ波エネルギーを注入する手段が一体となっていることを特徴とするプラズマ発光装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、３次元中空容器、例えばプラスチックボトル、プラスチックカップ、プラスチックトレイ、紙容器、紙カップ、紙トレイ、その他中空のプラスチック成型品等の内表面をプラズマ発光法により殺菌するプラズマ発光装置に関する。

３次元中空容器は、食品分野や医薬品分野等の様々な分野で多用され、そのため品質において種々の機能が要求されている。この３次元中空容器のなかでも、プラスチック容器は、軽量、低コストとしての利便性から、広く用いられるようになってきている。近年、内容物の保護の面から、３次元中空容器に対して、殺菌処理を薬品など用いないで施すケミカルフリーのアセプティック滅菌の要求がなされている。このため、プラスチック容器に殺菌処理を施す技術が様々開発されている。

そして、これらの殺菌技術を用いた電極を有する装置が紹介されている（例えば、特許文献１参照。）。殺菌処理を有する方法としては、一般的に、３次元中空容器内に薬品を充填したり、浸漬したり、または薬品の使用と同時に水銀ランプ等で照射させて殺菌の効果を増大させる（例えば、特許文献２参照）等がある。

以下に先行技術文献を示す。
特開２００１−６８０５７号公報 特開２００２−３１６０４１号公報

上述した殺菌処理方法においては、ランプ自体の電極部位の劣化からその殺菌効率の劣化を考慮した設計、またはいかに薬品等の残留物が存在しないかが重要である。

特許文献１及び２におけるプラズマ処理装置構成は、ケミカルフリー殺菌かケミカル殺菌とランプを合わせた構成となっている。これらの装置においては、特許文献１におけるランプ自体の電極部位の劣化の可能性、特許文献２におけるケミカル殺菌由来の残留物の可能性が各々問題となる可能性がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、高い効率で殺菌効果を得ることができるプラズマ発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、マイクロ波エネルギーによりランプ３内の原料ガスを放電することでプラズマ化し、前記ランプ３の外側に位置する中空容器８の内表面に殺菌を施すプラズマ発光装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器２と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナ４と、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、前記アンテナ４とともに同軸導体を形成する金属導体５とを有し、前記円筒型容器２全体が一体の同軸の空洞共振器１（以下、空洞共振器１とする）として構成され、前記円筒型容器２にマイクロ波エネルギーを注入する手段が一体となっていることを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載のプラズマ発光装置において、キセノン
、クリプトン、アルゴン、及びネオンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス単体または前記希ガスにアンチモンまたはアンチモン化合物または水銀、スズを適宜混合し、ランプ３内に封入されてなる放電ランプを有することを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の発光装置において、マイクロ波エネルギーを供給する電源とこれを発光源とするランプ３において閃光放電が可能な高電力と発振時間を制御できることを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のプラズマ発光装置において、前記定在波の波長をλとすると、前記円筒型容器２がλ／２の整数倍にλ／４を加えた長さを有することを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマ発光装置において、前記アンテナ４と金属導体５との間隙の間隔ｄが前記空洞共振器１における定在波の波長をλとした場合、λ／２以下であることを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載のプラズマ発光装置において、前記空洞共振器１における定在波の波長をλとした場合、前記アンテナ４がλ／４と、さらにλ／２の整数倍に、長さλ／２未満の所定の補正長α1を加算した長さであることを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラズマ発光装置において、前記空洞共振器１における定在波の波長をλとした場合、前記金属導体５が、λ／２の整数倍に、長さλ／２未満の所定の補正長α２を加算した長さであることを特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明の請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラズマ発光装置において、前記空洞共振器１における定在波の波長をλとした場合、前記アンテナ４の補正長α1と前記金属導体５の補正長α２と、前記アンテナ４と金属導体５との間隙の間隔ｄを加算した長さがλ／２であること（α1＋α２＋ｄ＝λ／２）を特徴とするプラズマ発光装置である。

本発明に係るプラズマ発光装置は、マイクロ波エネルギーによりランプ内の原料ガスを放電することでプラズマ化し、前記ランプの外側に位置する中空容器の内表面に殺菌を施すプラズマ発光装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナと、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、前記アンテナとともに同軸導体を形成する金属導体とを有し、前記円筒型容器全体が一体の同軸の空洞共振器（以下、空洞共振器とする）として構成され、前記円筒型容器にマイクロ波エネルギーを注入する手段が一体となっていることにより、電源側からのマイクロ波エネルギーとランプ内の原料ガスの種類、配合、圧力等を検討することでランプ内を無電極状態で放電しランプ内をプラズマ化状態にすることが可能となり、さらに電源側からのマイクロ波エネルギーの発振時間を制御することで閃光放電が可能となる。これにより、中空容器の内表面への均一でかつ高レベルの殺菌、滅菌を施すことができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するがこれに限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明に係るプラズマ発光装置の１実施例を示す構成断面図であり、図１（ｂ）は本発明に係るプラズマ発光装置における、中空ランプの形状を示す模式図であり、図１（ｃ）は本発明に係るプラズマ発光装置における、丸棒ランプの形状を示す模式図であり、図２は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図３は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図４は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図５は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図６は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図７は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図であり、図８は空洞共振器１におけるアンテナ４の長さ、間隙の間隔ｄおよび金属導体５の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。

図１に示すように、空洞共振器１は、金属製の円筒型容器２において、ランプ３、アンテナ４及び金属導体５が所定の距離で、この円筒型容器２との導体による同軸構造体（以降、空洞共振器１）として配設されることで形成されており、前記金属導体５、さらに外側に位置するランプ３、そしてさらに外側に位置する中空容器８の内表面に殺菌を施す位置関係を有している。図示しないマイクロ波発振器から、インピーダンスマッチングを行うインピーダンス整合器を介して、方形導波管９においてマイクロ波が伝送され、導波管同軸変換部１０において方形導波管９から棒状の導体（アンテナ４を含む）に対して、伝送モードの変換（導波管同軸変換）を行い、伝送モードの変換されたマイクロ波がアンテナ４に結合される。

ここで、マイクロ波発振器は、例えば発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンが用いられているが、他の周波数のマグネトロンでも良い。上記インピーダンス整合器は、方形導波管９での整合器配置位置から、導波管同軸変換部１０側をみたインピーダンスと、マイクロ波発振器側をみたインピーダンスをマッチングさせ、マイクロ波発振器側への反射波が発生しないように、これらのインピーダンスの整合を取るようにインピーダンス調整を行う。該インピーダンス整合器は、スリースタブチューナーや、Ｅ−Ｈチューナー（方形導波管９の一点においてＥ面Ｔ型分岐及びＨ面Ｔ型分岐を設けて、各々の分岐に稼動短絡器を組み込み、その短絡面を移動させて整合の調整を行う）が用いられている。

アンテナ４は、円筒型容器２の上部蓋となる天面板６の面中心部から、面に垂直な方向、すなわち、円筒型容器２の円筒軸に平行方向に配設されており、伝送されるマイクロ波を金属導体５へ結合させることにより、空洞共振器１内にマイクロ波エネルギーを注入する。 金属導体５は、円筒型容器２の下部蓋となる下面板７の面中心部から、面に垂直な方向、すなわち、円筒型容器２の円筒軸に平行方向に、アンテナ４に対向して配設されており、アンテナ４からマイクロ波を結合する。

ここで、アンテナ４と金属導体５との間隙の間隔（対向距離）ｄは、空洞共振器１内に立つ定在波の波長λの１／２、すなわちλ／２以下とする。この間隔ｄは、シミュレーションによる高周波の電磁界分布を解析した結果から推定される値である。このシミュレーション結果により、上記間隔ｄをλ／２以下とすることにより、アンテナ４及び金属導体５が半同軸導体としての機能を有することとなり、所定の周波数λの定在波が立ち、円筒型容器２内において、電磁界分布が均一に得られ、一様な強度のプラズマを得ることが推
定できる。

また、ランプ３は円筒型容器２の下部蓋となる下面板７の面中心部から、面に垂直な方向、すなわち、円筒型容器２の円筒軸に平行方向に、配設されている。このときマイクロ波が十分に共振されるように円筒軸対称な均一電磁界分布を得るためにもランプ３本体の形状、材質、原料ガスの種類、配合、圧力等の設計が不可欠となる。

金属導体５の外側に位置するランプ３の形状や円筒型容器２内での位置関係は例えば、図１（ｂ）に示す、金属導体５の中心軸の同心円を共有する位置関係にある中空ランプ１１（金属導体５とは、非接触）または、図１（ｃ）に示す、金属導体５の中心軸の同心円上に複数本存在する位置関係にある丸棒ランプ１２（金属導体５とは、非接触）を用いてさらに外側に位置する中空容器８の内表面に殺菌を施すプラズマ発光装置である。前記上述したアンテナ４及び金属導体５において、アンテナ４または金属導体５のいずれかに、また、アンテナ４及び金属導体５の双方に各々の長さを調整する長さ調整機構が設けられている。

前記ランプ３本体の原料ガスの種類としては、キセノン、クリプトン、アルゴン、及びネオンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス単体または前記希ガスにアンチモンまたはアンチモン化合物または水銀、スズを適宜混合したものが使用される。このような原料ガスがランプ３内に封入されてなる放電ランプを有するプラズマ発光装置である。

また、該プラズマ発光装置は、マイクロ波エネルギーを供給する電源とこれを発光源とするランプ３において閃光放電が可能な高電力と発振時間を制御できるものである。

次に、上記シミュレーション結果を裏付けるため、本発明のプラズマ発光装置において、実際に中空容器８の内側からランプ３によるプラズマ発光をすることで、前記中空容器８の内側にあらかじめ塗布した黒カビを６Ｄレベルの殺菌効率で死滅させることが可能となる。このとき、均一な電磁界分布が得られている根拠としては塗布を中空容器８の各部位に均一に施し、プラズマ発光後に滅菌水で中空容器８内表面全てから黒カビを回収した状態での殺菌効率であることから裏付けられる。以下、上述した本発明の空洞共振器１内における電磁界分布のシミュレーションについて説明する。

本発明のプラズマ発光装置において、高周波３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ、ＡＮＳＯＦＴ社製）により、空洞共振器１の寸法、ランプ３の形状をパラメータとして、空洞共振器１内に生成される電磁界のシミュレーションを以下に示す。この以下に示すシミュレーションにおいて、マイクロ波は、波長λ（空洞共振器１における定在波のλに等しい）を１２２ｍｍにて設定した。

図２〜８は、表１に示すように、空洞共振器１の円筒軸方向の内部空洞の長さＬ３３０ｍｍを固定し、アンテナ４の長さＬａ、金属導体５の長さＬｇを変化、すなわちα１、α２を変化させ、電磁界分布を確認したシミュレーションの結果における＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７の電磁界分布それぞれを示している。

表１は、空洞共振器１の円筒軸方向の内部空洞の長さＬ３３０ｍｍを固定し、アンテナ４の長さＬａ、金属導体５の長さＬｇ、間隙の間隔ｄを変化させた各条件＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７における電磁界分布状態の結果を記す。

このとき、アンテナ４の長さＬａは、＃１において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（
＝０ｍｍ）」、＃２において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝５ｍｍ）」、＃３において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝１０ｍｍ）」、＃４において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝１９．５ｍｍ）」、＃５において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝１５ｍｍ）」、＃６において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝２０ｍｍ）」、＃７において「（λ／２）＋（λ／４）＋α１（＝２５ｍｍ）」としている。

また、金属導体５の長さＬｇは、＃１において「３λ／２＋α２（＝０ｍｍ）」、＃２において「３λ／２＋α２（＝５ｍｍ）」、＃３において「３λ／２＋α２（＝９ｍｍ）」、＃４において「３λ／２＋α２（＝９ｍｍ）」、＃５において「３λ／２＋α２（＝１４ｍｍ）」、＃６において「３λ／２＋α２（＝１９ｍｍ）」、＃７において「３λ／２＋α２（＝２４ｍｍ）」としている。

この＃１の条件は、図２のシミュレーションの結果から十分な電磁界分布（均一、かつ必要な強度の電磁界分布）が得られないことが判り、判定として「不可」の評価結果となる。

一方、＃４及び＃５の条件は、図４、図５各々のシミュレーションの結果から、アンテナ４から金属導体５に対して、マイクロ波エネルギーが効率良く結合し、均一性があり、必要な強度を有する電磁界分布が得られることが判り、判定として「良」の評価結果となる。

また、＃２、＃３、＃６及び＃７の条件は、図３、図４、図７、図８のシミュレーションの結果から、ある程度のマイクロ波エネルギーがアンテナ４から金属導体５に対して結合され、不十分であるが一定の電磁界分布が得られることが判り、判定として「可」の評価結果となる。

表１における電磁界分布の評価は、シミュレーション結果の各図において、上述した図（図２〜８）の評価と同様に、電磁界分布の均一性及び強度を、「良（良好な電磁界分布）」、「可（ある程度の電磁界分布）」、「不可（実用上問題のある電磁界分布）」として分類した結果である。

上述したシミュレーション結果から、α1＋α２＋ｄ＝λ／２の場合において、間隙の間隔ｄが「λ／２」である＃１の条件の場合、不十分な電磁界分布しか得られず、一方、間隙の間隔ｄがλ／２未満である＃２の条件の場合、ある程度の電磁界分布が得られていることから、間隙の間隔ｄがλ／２以下の範囲で、成膜に必要なプラズマを得る電磁界が得られることが推定できる。

また、＃２、＃３の条件の場合が電磁界分布の評価が「可」であり、＃４、＃５の条件の場合が電磁界分布の評価が「良」であり、＃６、＃７の条件の場合、再び電磁界分布の評価が「可」となることから、λ／２〜０の間に、間隙の間隔ｄの長さの変化に対する電磁界分布の良好なピークがあることが推定できる。

さらに、α1＋α２＋ｄ＝λ／２の際、補正長α1及びα２が０であるシミュレーション結果の電磁界分布が不均一であり、評価が「不可」であることから、補正長α1及びα２は「０」ではなく、ある数値を有する必要性があることも推定される。

また、表１に示す、各間隔ｄのシミュレーション結果から、電磁界の空洞共振器１内における分布が均一（すなわちプラズマが空洞共振器１内において一様に発生することが予想される）である間隙の間隔ｄとして、上述したように、λ／２以下で良好な電磁界分布が得られた。

次に、アンテナ４の長さＬａは、シミュレーション結果から、基本長λ／４にλ／２の整数倍を加えたものが良いと考えられるが、すでに述べたように、本発明において、さらに補正長α1を加えた値として、Ｌａ＝λ／４＋ｍ×λ／２＋α1としている。上記式において、ｍは０≦ｍの整数である。同様に、金属導体５の長さＬｇはアンテナ４と同様に基本的にλ／２の整数倍に補正長α２を加えた値として、Ｌｇ＝ｎ×λ／２＋α２としている。上記式において、ｎは１≦ｎの整数である。

これは図２〜図８のシミュレーション結果より推定するものであり、アンテナ４をλ／４とλ／２の整数倍とを加えた長さに対し、また金属導体５をλ／２の整数倍の長さに対し、さらに補正分の長さ（補正長α１、α２）を加えた方が空洞共振器１の電磁界分布が均一となり、マイクロ波エネルギーが強く結合することが推定される。尚、前記補正長α1、α２の値は、λ／２未満、さらにはλ／４以下の値が好ましい。

本発明における空洞共振器１は、長さＬが上述したように、アンテナ４の長さＬａと、金属導体５の長さＬｇと、間隙の間隔ｄとの加算値により決定されており、α1＋α２＋ｄ＝λ／２である。このため、本発明の空洞共振器１は、
（λ／４＋ｍ×λ／２＋α１）＋（ｎ×λ／２＋α２）＋ｄ
＝λ／４＋（ｍ＋ｎ）λ／２＋（α1＋α２＋ｄ）
＝λ／４＋（ｍ＋ｎ＋１）λ／２
となり、λ／４と、λ／２の整数倍とを加算した長さＬを有している。アンテナ４と金属導体５とが直接的に接続された形状の同軸共振モードにおいては、一般的にはその合計長（すなわち該共振器１の長さ）がλ／２の整数倍の時に共振する。

しかしながら、本プラズマ発光装置の場合、アンテナ４が直接に円筒型容器２に接続されていないため、上記同軸共振としての共振モードは成り立たず、上述したように、本発明における空洞共振器１の長さＬは、λ／２の整数倍にλ／４を加算した値で共振動作が起こっていると推定される（シミュレーションにおいても、実際に作製した装置においても同様に起こっている）。アンテナ４の長さＬａがλ／２の整数倍にλ／４を加算した長さである理由としては、以下に示すことが考えられる。

ここで、アンテナ４が円筒型容器２の天面版６を横切る部分において、同軸管の断面積が急激に変化しているため、アンテナ４のインピーダンスが高くなる。このため、天面版６の位置において、入力されるマイクロ波により空洞共振器１に生成される電界定在波が極大（電界の腹）をとることとなり、一方、金属導体５が直接に下面板７に接続されているため、金属導体５の下面板７におけるインピーダンスが０であり、電界定在波が０レベル（電界の節）となる。すなわち、本発明の空洞共振器１における電界定在波が天面板６の位置にて電界の腹となり、下面板７の位置にて電界の節となるため、電界定在波の周期からこの空洞共振器１の長さＬはλ／２の整数倍にλ／４を加算した値となる。

したがって、アンテナ４の長さは、天面板６の位置において電界定在波が腹となり、金属導体５と対向する部分で、金属導体５とインピーダンス整合する必要があるため、電界の節からα1を加えたλ／４＋ｍ×λ／２＋α1となる。同様に、金属導体５の長さＬｇは、下面板７の位置において電界定在波が節となり、アンテナ４と対向する部分で、アンテナ４とインピーダンス整合する必要があるため、電界の節からα２を加えたｎ×λ／２＋α２となる。

次に、このプラズマ発光装置による、中空容器８の内面へのプラズマ発光処理について説明する。先ず、図１における発光装置形態を用いて、実際に、中空容器８の内表面に対して殺菌処理をした結果について説明する。

例えば、中空容器８として、ポリエチレンテレフタレートで延伸成形した容器５００ｍｌ、口内径２５ｍｍ、平均肉厚０．５ｍｍのＰＥＴボトルの内面に黒カビ個数が１０^-9／ｍｌオーダーのものを準備する。次に滅菌済みの注射器を用いて前記黒カビを０．１ｍｌ計量することで１０^-8オーダーの濃縮溶液を準備し、これを前記中空容器８の内表面に均一に塗布した。プラズマ発光後に滅菌水１００ｍｌで中空容器８内表面全てから黒カビを回収した前記生菌数はその１ｍｌを計量した段階で殺菌効果が全く得られなければ１０―⁶オーダーの生菌数を有し、最大の殺菌効果が得られれば前記生菌数が１桁オーダーになることで６Ｄの殺菌効果となる。このときの装置の寸法は、図１に示す、空洞共振器１（円筒型容器２）の直径を１００ｍｍ、円筒型容器２の下部蓋となる下面板７の面中心部から、面に垂直な方向、すなわち、円筒型容器２の円筒軸に平行方向に配設されているランプ３の直径を１０ｍｍ、長さを２１０ｍｍとする。（空洞共振器１の円筒軸方向の内部空洞の長さを３３０ｍｍとする）。

このとき、ランプ３の原料ガスは、キセノンガスを主成分として適宜圧力を調整して封入されている。ここで用いられる中空容器８の基材としては、ＰＥＴ以外に、ＰＥ、ＰＰ、ＰＩなどを選ぶことも可能であり、ブロー成形・射出成形・押出成形等により容器の形状に成形される。また、これらの材料の複数層からなる積層体を用いた容器もありうる。

本発明のプラズマ発光装置の装置構成としては、空洞共振器１の側面と直結する方形導波路９から、空洞共振器１に対してマイクロ波エネルギーを加える方式である。そして、図示しないマイクロ波発振器によって得られるマイクロ波エネルギーが方形導波路９を伝搬し、空洞共振器１内で均一な電磁界分布をランプ３付近で展開する。

該空洞共振器１の天面板６に設けられたアンテナ４から、該空洞共振器１に対してマイクロ波エネルギーを加える方式である。そして、図示しないマイクロ波発振器によって得られるマイクロ波エネルギーが方形導波管９を伝搬し、導波管同軸変換部１０によって、導体９の伝送モードに変換され、アンテナ４を介して天面から導入される。さらに、このアンテナ４と空洞共振器１と同軸構造体をなす金属導体５により、アンテナ４から導入されたマイクロ波エネルギーを空洞共振器１内で結合させることで、空洞共振器１内に均一な電界が生成される。この中に存在するランプ３内の原料ガスを放電することでプラズマの発生が可能となる。さらに、このマイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで発光時間を適宜調整して所定の殺菌を行う。この不連続な発光時間の調整がランプ３内の閃光放電の由来となる。

次に、上記プラズマ発光装置により、中空容器８の内面で殺菌された黒カビの評価を行う。この評価方法としては、寒天培地を用いた混釈法で中空容器８内表面全てから黒カビを回収し適宜希釈した状態で培養し３０℃雰囲気下でその生菌数を１日毎に１回計測し、総計１週間に渡って安定するまで目視計測する。

本発明のプラズマ発光装置を用いてプラズマ発光の有無による生菌数を目視で計測するとプラズマ発光無しの場合は滅菌水１００ｍｌで中空容器８内表面全てから黒カビを回収した前記生菌数はその１ｍｌを計量した段階で１０^-6オーダーとなる。これは混釈法で１０倍希釈毎にその生菌数を目視で計測した場合、理論上１桁オーダーの生菌数になるまでどの希釈段階でも黒カビの存在が確認できる状態をさす。

一方、適宜調整されたプラズマ発光有りの場合は滅菌水１００ｍｌで中空容器８内表面全てから黒カビを回収した前記生菌数はその１ｍｌを計量した段階で１桁オーダーとなる。これは混釈法で１０倍希釈毎にその生菌数を目視で計測した場合、理論上生菌数が最初の原液１ｍｌの場合でも１桁オーダーの生菌数しか目視計測されず、さらに１０倍希釈さ
れた段階から以降は生菌数が目視計測されない状態をさす。

以下、本発明の具体的実施例を挙げて説明するが、それに限定されるものではない。

＜実施例１＞
中空容器８として、ポリエチレンテレフタレートで延伸成形した容器５００ｍｌ、口内径２５ｍｍ、平均肉厚０．５ｍｍのＰＥＴボトルの内面に黒カビ個数が１０^-9／ｍｌオーダーのものを準備した。次に滅菌済みの注射器を用いて前記黒カビを０．１ｍｌ計量することで１０―⁸オーダーの濃縮溶液を準備し、これを前記中空容器８の内表面に均一に塗布した。

次に、プラズマ発光装置としては、図１に示す、空洞共振器１を用いた。アンテナ４の長さＬａを１１１ｍｍ、金属導体５の長さＬｇを１９２ｍｍ、間隙の間隔ｄを２７ｍｍ、ランプ３の直径を１０ｍｍ、長さを２１０ｍｍ、該空洞共振器１（円筒型容器２）の直径を１００ｍｍ、空洞共振器１の円筒軸方向の内部空洞の長さＬを３３０ｍｍとした。このとき、ランプ３の原料ガスは、キセノンガスを主成分として適宜圧力を調整して封入した。

マイクロ波発振器によって得られたマイクロ波エネルギーが方形導波管９を伝搬し、導波管同軸変換部１０によって、棒状の導体（アンテナ４を含む）の伝送モードに変換され、前記アンテナ４を介して天面から導入された。このアンテナ４と空洞共振器１と金属導体５により、アンテナ４から導入されたマイクロ波エネルギーを空洞共振器１内で結合させることで、空洞共振器１内に均一な電磁界が生成された。この中に存在するランプ３内の前記原料ガスを放電することでプラズマの発生が可能となった。さらに、このマイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで発光時間を適宜調整して所定の殺菌を行った。この中空容器８の内面で殺菌された黒カビの評価を行った。この評価方法としては、寒天培地を用いた混釈法で中空容器８内表面全てから黒カビを回収し適宜希釈した状態で培養し３０℃雰囲気下でその生菌数を１日毎に１回計測し、総計１週間に渡って安定するまで目視計測した。その結果を表２に記す。

次に、比較例を示す。

＜比較例１＞
実施例１において、同軸の空洞共振器１を用いないで均一な電磁界分布を別の手段でプラズマ発光をさせた以外は実施例１と同様にして殺菌と評価を行った。その結果を表２に記す。

＜比較例２＞
実施例１において、プラズマ発光を行なわなかった以外は実施例１と同様にして評価を行った。その結果を表２に記す。

表２は、実施例１及び比較例１〜２の殺菌評価結果を記す。

＜評価結果＞
実施例１の場合は、回収原液の生菌数は目視計測されなかつた。一方、比較例１の場合は、前記生菌数は２個／ｍｌであった。また、比較例２の場合は、前記生菌数は１０⁶個／ｍｌであった。

（ａ）は本発明に係るプラズマ発光装置の１実施例を示す構成断面図であり、（ｂ）は本発明に係るプラズマ発光装置における、中空ランプの形状を示す模式図であり、（ｃ）は本発明に係るプラズマ発光装置における、丸棒ランプの形状を示す模式図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。 空洞共振器におけるアンテナの長さ、間隙の間隔および金属導体の長さの各長さによる電磁界の分布状態のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１・・・空洞共振器
２・・・円筒型容器
３・・・ランプ
４・・・アンテナ
５・・・金属導体
６・・・天面板
７・・・下面板
８・・・中空容器
９・・・方形導波管
１０・・・導波管同軸変換部
１１・・・中空ランプ
１２・・・丸棒ランプ（複数個）
Ｌ・・・空洞共振器の内部空洞の長さ
Ｌａ・・・アンテナの長さ
Ｌｇ・・・金属導体の長さ
ｄ・・・間隙の間隔

Claims (8)

1. マイクロ波エネルギーによりランプ内の原料ガスを放電することでプラズマ化し、前記ランプの外側に位置する中空容器の内表面に殺菌を施すプラズマ発光装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナと、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、前記アンテナとともに同軸導体を形成する金属導体とを有し、前記円筒型容器全体が一体の同軸の空洞共振器（以下、空洞共振器とする）として構成され、前記円筒型容器にマイクロ波エネルギーを注入する手段が一体となっていることを特徴とするプラズマ発光装置。
2. キセノン、クリプトン、アルゴン、及びネオンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス単体または前記希ガスにアンチモンまたはアンチモン化合物または水銀、スズを適宜混合し、ランプ内に封入されてなる放電ランプを有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ発光装置。
3. マイクロ波エネルギーを供給する電源とこれを発光源とするランプにおいて閃光放電が可能な高電力と発振時間を制御できることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ発光装置。
4. 前記定在波の波長をλとすると、前記円筒型容器がλ／２の整数倍にλ／４を加えた長さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のプラズマ発光装置。
5. 前記アンテナと金属導体との間隙の間隔が前記空洞共振器における定在波の波長をλとした場合、λ／２以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマ発光装置。
6. 前記空洞共振器における定在波の波長をλとした場合、前記アンテナがλ／４と、さらにλ／２の整数倍に、長さλ／２未満の所定の補正長α1を加算した長さであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のプラズマ発光装置。
7. 前記空洞共振器における定在波の波長をλとした場合、前記金属導体が、λ／２の整数倍に、長さλ／２未満の所定の補正長α２を加算した長さであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラズマ発光装置。
8. 前記空洞共振器における定在波の波長をλとした場合、前記アンテナの補正長α1と前記金属導体の補正長α２と、前記アンテナと金属導体との間隙の間隔を加算した長さがλ／２であること（α1＋α２＋ｄ＝λ／２）を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラズマ発光装置。