JP2016531654A - プラズマを用いた滅菌処理システム - Google Patents

Abstract

プラズマ（Ｐ）によって細菌を減少させるシステム（１）を開示する。この目的で、圧電トランス（５）が誘電体フイルム（６）と結合される。前記誘電体フイルム（６）の周囲端部（１１）は殺菌する領域（１３）を囲繞し、空洞（１０）が形成される。前記圧電トランス（５）の高電圧端子（８）は前記空洞（１０）と反対側の前記誘電体フイルム（６）の面（６Ａ）と向かい合う。プラズマ（Ｐ）が前記空洞（１０）内で点火する。

Description

本願発明はプラズマを用いた減菌処理システムに関するものである。プラズマを発生させるには、圧電トランスを用いる。被処理物を殺菌する領域を取り囲む、または囲繞する空洞を形成するように、周囲端部を有する誘電体膜を、該被処理物を殺菌する領域に取り付けて該被処理物の殺菌する領域を囲繞する。

特許文献１は、圧電素子によりプラズマを発生させる装置を開示する。この圧電素子には一次側部分と二次側部分とを有する。圧電素子の一次側部分は高周波の低電圧で駆動される。その結果、圧電素子の二次側部分の表面の高電界によってプラズマが点火される。

特許文献２は、細長い物体を殺菌する方法を開示する。特許文献２で説明されているプラズマ処理により、低温プラズマにより微生物およびウイルスを殺菌するための表面汚染除去ができる。微生物およびウイルスを効果的に殺菌するために、様々な適切な添加物質をプラズマに添加することが本方法の特徴である。本方法は無機物体に適用される。

特許文献３は、しみを除去するマイクロプラズマペンを開示する。このペンは、皮膚を洗浄するプラズマ−ヘッドと、ハンドル付きのハウジングと、前記ハンドル付きのハウジング内に配置されたマイクロコンバータと、電力制御機と、電力モジュールとを有する。このペンは高プラズマ電力を出力可能でるとともに、可変プラズマ電力を出力可能である。このような出力が可能にするため、前記ハンドル付きのハウジング内に圧電素子を駆動する集積回路または半導体マイクロプロセッサチップが実装されている。

特許文献４は、表面に非熱プラズマを照射するプラズマアプリケータを開示する。このデバイスは生体組織、特に傷のプラズマ処理に特別に用いられる。

特許文献５は、非熱大気プラズマを発生させる装置を開示する。高周波発生器、高周波に適した閉回路フェライトコアを有する高周波共振コイル、ガスノズルとして働く絶縁体および前記絶縁体中に実装される高電圧電極が接地電極として働く金属ハウジング内に配置され、プロセスガスはこれら部材それぞれの周囲またはそれぞれの部材を通って流れる。

特許文献６は、皮膚の傷または痛む部分を処理するプラズマ処理装置を開示する。このプラズマ処理装置は、非熱プラズマを発生させる一対の柔軟な平面電極を有する。前記一対の柔軟な平面電極のそれぞれは、少なくとも一つの導電部材を含み、この少なくとも一つの導電部材は互いに密接に結合している。処理を受ける表面に対向する平面電極の外側に、殺菌処理された材料からなる傷接触層が固定されている。

特許文献７は、非熱プラズマで傷を処理する装置を開示する。使用するプラズマは、部分的にイオン化したガスと、好ましくは殺菌効果を有し、処理される傷の治癒を促す少なくとも一つの添加物とを含む。

特許文献８は、非熱プラズマを表面に照射する、特に生体組織をプラズマ処理する、とりわけ傷をプラズマ処理する、ために用いるプラズマアプリケータを開示する。このプラズマアプリケータは被処理表面の一部を覆うカバー蓋を含む。その結果前記カバー蓋と被処理表面の間には空洞が形成される。前記非熱プラズマは前記空洞内に供給され、前記空洞はガスであふれている。同様に前記空洞からガスを除去するめにポンプを配置する。

特許文献９は、低温大気圧プラズマにより、人間または動物の皮膚の一部をプラズマ処理する装置を開示する。同皮膚の一部の上に、誘電体によって抑制された放電が照射され、その表面に影響を及ぼす。この装置は、少なくとも、柔軟な絶縁材料と、柔軟な高電圧電極と、柔軟な誘電体と、柔軟な接地電極と、ガス供給源とを有する。前記柔軟な高電圧電極は絶縁エラストマー中に埋め込まれている。

特許文献１０は、低温プラズマにより平面状物体を処理し、特に殺菌する方法を開示する。低温プラズマは、前記物体の表面に照射される。低温プラズマは覆いを通りぬけて照射されるので、低温プラズマ処理はカバーを通りぬける。

特許文献１１は、低温プラズマを発生させる装置を開示する。この装置は傷を治癒し、皮膚表面の異常を直すとともに、細菌を殺すための処理をする位置にプラズマを向ける携帯型ノズルを含む。

特許文献１２は、物体を処理するための装置を開示する。被処理物体は容器の中に配置される。前記容器内部にある少なくとも一つの内部電極と前記少なくとも一つの内部電極と協働する外部電極とが備えられている。前記外部電極と前記内部電極の間に誘電体が備えられる。前記内部電極で電気放電がおき、プラズマが形成する。

特許文献１３は、電気放電を利用して物品を処理する方法を開示する。この文献でも、被処理物が中に入れられる搬入室が形成される。この搬入室の外部には、少なくとも２つの電極が備えられ、これらの電極が内部電極と静電容量結合されている。プラズマは搬入室中で発生する。

特許文献１４は、閉鎖された空間内のプロセスガスを化学的に活性化する方法を開示する。前記空間内部で、誘電的に妨げられた放電が発生する。電界発生電極が、空間を限定する誘電材料と外表面同士が密接に接触している。

特許文献１５は、プラズマの発生とプラズマ発生装置の使用について説明している。このプラズマを発生させる装置は第一電極と第二電極を用いている。前記第二電極は、複数のスリットを有し、均一な形態のプラズマを発生させる。

ドイツ特許第１０２００８０１８８２７号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２００７０５４１６１号公報 中国特許出願公開第１０１２５９０３６号公報 国際特許出願公開第２０１０／０３４４５１号公報 ドイツ特許出願公開第１０２００９０２８１９０号公報 ドイツ特許出願公開第１０２０１１００１４１６号公報 国際特許出願公開第２０１０／０２２８７１号公報 国際特許出願公開第２０１０／０３４４５１号公報 国際特許出願公開第２０１１／０２３４７８号公報 国際特許出願公開第２０１１／１１０１９１号公報 国際特許出願公開第２０１２／１５８４４３号公報 ドイツ実用新案出願公開第２０２００８００８７３３号公報 ドイツ特許第１０２００４０４９７８３号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２０１０００３２８４号公報 国際特許出願公開第２０１１／０５５１１３号公報

本願発明の目的は、プラズマを用いて滅菌するシステムであって、低コストでしかも装置や安全面での扱いが容易なシステムを提供することである。さらに、被処理領域を均一に２次元的に処理をすることである。

前述した目的は、クレーム１にしたがうシステムによって達成される。

プラズマを用いて滅菌する本願発明のシステムは、圧電トランスを含むものである。前記圧電トランスは筺体内に配置される。前記圧電トランスの高電圧端子は前記筺体の開口に向いている。さらに、周囲端部を有し、殺菌する領域を取り囲む、または囲繞する誘電体フイルムを備えている。前記誘電体フイルムを用いることにより、空洞が形成される。前記圧電トランスの前記高電圧端子は前記空洞と反対側の面となる前記誘電体フイルムの側面に対向する。プラズマは空洞内で点火する。

本願発明のシステムの利点は、殺菌する表面または領域を均一に２次元的に処理することが可能であることである。前記誘電体フイルムは通常用いられる条件には適合しているので、本願発明によるシステムは様々な用途に適している。また、プラズマ発生には数キロボルトといった励起電圧を必要としない。

本願発明にかかるシステムによれば、前記空洞中に対向電極を配置しなくてもプラズマは点火することができ、前記空洞内で静電容量電界伝達にプラズマが励起される。

一実施形態では、前記誘電体フイルムは平面領域内の導電体層によって補強されている。前記導電体層は、前記導電体層によって画定される平面内の電界を分配し、局所的な静電破壊を防ぐ。前記圧電トランスに対向する、または前記圧電トランスと反対側の、誘電体フイルムの側面の一部の上に前記導電体層が設けられる。

前記圧電トランスは、前記誘電体フイルムまたは前記誘電体フイルムの前記導電体層と結合しており、前記圧電トランスの前記高電圧端子が前記誘電体フイルムまたは前記導電体層と機械的に接触、または密着している。

さらに、前記圧電トランスの前記高電圧端子は誘電体材料と導電体材料とを含む平面電極の一つに強固に取り付けられている。

前記圧電トランスは、プリント回路板と前記圧電トランスを励起する制御回路とともに携帯型デバイス中に配置される。前記携帯型デバイスは筺体を有し、その筺体内では前記圧電トランスの高電圧端子が前記筺体の開口に向いている。

前記筺体内は、周囲の大気圧力より低い第一圧力になっている。この圧力状態によって、前記誘電体フイルムが確実に前記筺体の開口の方へ吸引され、そのまま吸引された状態が保持される。このようにして、低温プラズマ照射中はずっと前記圧電トランスの高電圧端子が前記誘電体フイルムに密着することが保証される。前記筺体内を前記第一圧力にするために、前記筺体は前記筺体内部から空気を排出し、必要とされる低圧力を発生させるファンを備える。

前記誘電体フイルムの前記周囲端部を殺菌する領域を提示するボディに接着することにより、殺菌する領域を取り囲む、または囲繞する空洞が形成される。多孔性材料または繊維状材料により前記空洞が少なくとも部分的に充填され、前記空洞内でガス放電が均一におこりやすくするようにすることも可能である。

本願発明の他の実施形態によれば、前記空洞は殺菌される被処理物を完全に囲繞する誘電体フイルムによって形成される。この空洞はプロセスガスにより充填される。

前記圧電トランスにエネルギを供給するために、蓄電池または標準的な電源への接続が用いられる。本願発明によるシステムは、人体または動物の体の領域内の細菌を、減らす、または滅するために用いられる。この目的のために、人体または動物の体と誘電体フイルムとが結合するように形成された空洞内に殺菌する領域が配置される。

同様に、衛生的にパックされる食品や他の被処理物中の細菌を減じたり、滅したりするために本願発明によるシステムが用いられる。ここで前記誘電体フイルムが衛生的にパックされる食品または被処理物を完全に囲繞している。

本願発明によれば、前記圧電トランスによって高局所電界からなる交流電界が発生し、薄い誘電体フイルムによって画定される空洞内でガス放電が点火する。前記圧電トランスの高電圧側が前記誘電体フイルムにしっかり（隙間なく）固定されるとこのガス放電の効率が最高になる。容易にしかも安全に操作するため、前記圧電トランスは、前記携帯型装置の中に配置され、電池または蓄電池に基づいて稼働する。前記携帯型装置を電源に接続することも可能である。さらに、多孔性構造を前記空洞内に設けることが有利であることがわかっている。微小な孔の中では、大気圧のガス相中の平均自由行程が多孔性構造の孔径（１から１０μｍ）と同等なので、ガス放電が特に均一に点火する。

本願発明の他の利点および他の実施形態は、添付図とそれらの説明の主題である。

本願発明において大気圧でプラズマを発生させる携帯型装置の主要構造の概略図である。 圧電トランスが筺体内に配置された携帯型装置をその外側から見た斜視図である。 本願発明によるシステムにも用いられる携帯型装置の一実施形態である。 圧電トランスと空洞を形成する誘電体フイルムとの結合についての外ｒｙく図である。 圧電トランスと誘電体フイルムとの結合であって、誘電体フイルムによる空洞の中に多孔性材料がある結合についての概略図である。 圧電トランスと空洞の結合であって、空洞中では殺菌する被処理物を誘電体フイルムが完全に囲繞する結合についての概略図である。 導電体層を備える誘電体フイルムと接触している圧電トランスの概略図である。 筺体内に配置され、プラズマを発生させるために誘電体フイルムと結合する圧電トランスの概略図である。

複数の同一符号は、本願発明の複数の同じ要素、または同じ機能を有する複数の要素に対して用いられる。開示する実施形態は、プラズマによって減菌するシステムが構成の可能性を示すだけである。

本願発明で用いる携帯型装置１００の概略平面図が図１に示す。圧電トランス５が筺体３０内に配置される。圧電トランス５を駆動するために、圧電トランス５はプリント回路基板７と接続されている。プリント回路基板７は複数の電気素子４を含み、これらの電気素子４により制御回路３を実装する。制御回路３によって、圧電トランス５を共振周波数で励起することが可能である。圧電トランス５用の制御回路３は、ケーブル２１を介して圧電トランス５の筺体３０と接続された外部エネルギ源と接続されている。この外部エネルギ源は普通の標準的な電源ユニット（図示せず）である。同様にエネルギ源を蓄電池とすることもできる。蓄電池と標準的な電源ユニットの組み合わせも可能である。プリント回路基板７の制御回路３によって、圧電トランス５の一対の側面２４に電気接続点１２を介して駆動電圧が印加される。圧電トランス５の側面に２４に印加される励起電圧によって、必要な高電圧が圧電トランス５の高電圧端子８に発生する。筺体３０の内部または上に、さらに筺体３０内の圧力を周囲の大気圧よりも低くするファン１７が備えられている。このようにして、誘電体フイルム６が圧電トランス５の高電圧端子８と常に接触することが可能になっている。

図２では、筺体３０の一つの態様の斜視図が示されている。この筺体３０の中に、圧電トランス５が配置される。圧電トランス５の高電圧端子８は、筺体３０の開口３２を介して接触できる。ファン１７は、筺体３０と結合され、筺体３０内の圧力を周囲の大気圧よりも低くするような周囲のガスの流れを発生させる。このようにして、誘電体フイルム６が筺体３０の開口３２に吸引されるようになっている。その結果、携帯型装置１００を使用している間、圧電トランス５の高電圧端子８が常に誘電体フイルム６と確実に接触する。

図３は誘電体フイルムによって取り囲まれた、または囲繞された処理領域の細菌を減少させるのに用いることができる携帯型装置１００の一つの実施形態を示す。携帯型装置１００は、標準的な電源ユニットのケーブル用の接続部１０３を有している。携帯型装置１００は、円筒形状であり、筺体内には図２に示す周囲のガスの流れ１５を発生させるファン（図３では図示せず）があってもよい。この周囲のガスの流れ１５は筺体３０の開口３２を通って中に入り、その結果、誘電体フイルム６が筺体３０の開口３２と圧電トランス５の高電圧端子８とが接触する。

図４は本願発明にしたがうシステム１の概略を示す。圧電トランス５の高電圧端子８は誘電体フイルム６と接触している。誘電体フイルム６は周辺端部１１を有し、この周辺端部１１は殺菌する領域１３の周りのボディ１８に接着されている。誘電体フイルム６は、殺菌する領域１３の反対側の面６Ａと、殺菌する領域１３に向かい合う側の面６Ｂと、を有する。プラズマ照射する時、圧電トランス５の高電圧端子８は、誘電体フイルム６の殺菌する領域１３と反対側の面６Ａと接触している。圧電トランス５は制御回路３と接続されている。この接続は、圧電トランス５の向かい合う２つの側面２４のそれぞれと制御回路３が電気的に接続されるものである。制御回路３により励起することにより、プラズマＰ（ガス放電）が空洞１０内で発生する。言い換えれば、誘電体フイルム６の殺菌する領域１３と向かい合う側の面６Ｂの側でプラズマＰが発生する。

図５は、システム１の別の実施形態を示す。このシステム１においては、圧電トランス５の高電圧端子８は同様に殺菌する領域１３と反対側の誘電体フイルム６の面６Ａと結合している。図４の説明で述べたように、誘電体フイルム６の周辺端部１１はボディ１８と接着され、殺菌する領域の周囲には空洞１０が形成されている。図５で示す実施形態では、空洞１０は多孔性材料または繊維状材料２６で充填されている。多孔性材料または繊維状材料２６は殺菌する領域上に配置される間隔を設ける部材であり、誘電体フイルム６により囲繞され、誘電体フイルム６の周囲端部１１はボディ１８に接着されている。図５の多孔性材料または繊維状材料２６は、空洞１０内でのプラズマＰ（ガス放電）の発生を容易にする。多孔性材料または繊維状材料２６によって、ガス放電を特に均一に発生させることができるという利点がある。多孔性材料または繊維状材料２６中に微細な孔が形成されており、大気圧のガス相中でおきるガス放電の平均自由行程は材料２６の孔サイズ（１から１０μｍ）と同等である。

図６は、システム１の別の実施形態を示し、このシステム１においては、殺菌される被処理物２７が誘電体フイルム６によって完全に囲繞されている。この実施形態でも、圧電トランス５の高電圧端子８は、空洞１０と反対側の誘電体フイルムの面６Ａに向かい合う。空洞１０内では、プラズマＰが点火して、被処理物２７が殺菌される。空洞１０は、例えば互いに周囲端部１１が接着された２つの誘電体フイルム６によって形成される。

図７は、本願発明にしたがうシステム１の他の実施形態を示す。電界の分布を最適化するために、導電体層１４が誘電体フイルム６上に設けられる。導電体層１４は、空洞１０の反対側の誘電体フイルム６の面６Ａまたは空洞１０側の誘電体フイルム６の面６Ｂの上に設けられる。この実施形態では、空洞１０の反対側の誘電体フイルム６の面６Ａの上に導電体層１４が設けられる場合、圧電トランス５の高電圧端子８は導電体層１４と直接接触している。導電体層１４の代わりに、圧電トランス５の高電圧端子８が平面電極２０を備え、この平面電虚２０が空洞１０の反対側の誘電体フイルム６の面６Ａと接触してもよい。これまで説明した図で説明したように、殺菌する領域１３はボディ１８の上に設けられ、その上に接着される誘電体フイルム６によって画定される。

図８は、本願発明にしたがうシステム１の他の実施形態を示す。このシステム１では、圧電トランス５は筺体３０内に配置される。圧電トランス５の高電圧端子８は、筺体３０の開口３２を通って空洞１０の反対側の誘電体フイルム６の面６Ａと接触する。圧電トランス５の高電圧端子８を隙間のないように結合させるために、筺体３０を負圧にし、誘電体フイルム６を筺体３０の開口に吸引させる。圧電トランス５の制御回路３と表面に殺菌する領域１３が配置されるボディ１８とは共通の接地基準２９ａと２９ｂに接続されているので、これら制御回路３とボディ１８によって空洞１０内でプラズマＰ（ガス放電）を発生させることが容易になる。

殺菌する領域１３上の微小細菌またはウイルスの殺菌または滅菌を最適におこなうために、様々な実施形態中で説明した、本願発明によるシステム１の特徴のすべては、互いに自由に組み合わせることが可能であることは当業者には自明である。

１ システム
３ 制御回路
４ 電気素子
５ 圧電トランス
６ 誘電体フイルム
６Ａ 空洞と反対側のフイルム面
６Ｂ 空洞側のフイルム面
７ プリント回路基板
８ 高電圧端子
１０ 空洞
１１ 周囲端部
１２ 電気接続
１３ 殺菌する領域
１４ 導電体層
１５ 周囲ガスの流れ
１７ ファン
１８ ボディ
２０ 平面電極
２１ 電源ケーブル
２４ 圧電トランスの側面
２６ 多孔性材料または繊維状材料
２９ａ 接地基準
２９ｂ 接地基準
３０ 筺体
３２ 開口
１００ 携帯型装置
１０１ 蓄電池
１０３ 接続部

Claims (14)

1. プラズマ（Ｐ）によって細菌を減少させるシステム（１）であって、
   圧電トランス（５）と前記圧電トランス（５）を励起する制御回路（３）を有するプリント回路基板（７）とが筺体（３０）内に配置され、
   前記圧電トランス（５）の高電圧端子（８）が前記筺体（３０）内の開口（３２）に向けられ、
   周囲端部（１１）を有する誘電体フイルムが空洞を形成し、殺菌する領域を取り囲み、または囲繞し、
   前記圧電トランス（５）の前記高電圧端子部（８）が前記空洞（１０）と反対側の前記誘電体フイルム（６）の面（６Ａ）に向き、前記空洞（１０）内で前記プラズマ（Ｐ）が点火可能であるシステム。
2. 前記圧電トランス（５）と反対側の前記誘電体フイルム（６）の面（６Ａ）の一部の上または前記圧電トランス（５）と向かい合う前記誘電体フイルム（６）の面（６Ｂ）の一部の上に、導電体層（１４）が設けられた請求項１に記載のシステム（１）。
3. 前記圧電トランス（５）の前記高電圧端子（８）は、前記誘電体フイルム（６）または前記導電体層（１４）と機械的に接触し、かつ密着している請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記圧電トランス（５）の前記高電圧端子（８）は、誘電体材料と導電体材料とからなる平面電極（２０）と強固に接触している請求項１に記載のシステム（１）。
5. 前記筺体（３０）は前記圧電トランス（５）と前記制御回路（３）を有するプリント回路基板（７）を含み、携帯型装置（１００）を構成する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシステム（１）。
6. 前記誘電体フイルム（６）が前記開口（３２）に吸引可能であり、前記圧電トランス（５）の前記高電圧端子（８）が前記誘電体フイルム（６）に密着するように、前記筺体（３０）内の第一圧力よりも筺体周囲の第二圧力の方が高い請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
7. 前記筺体（３０）内に必要とされる前記第一圧力を発生させるファンホイール（１７）を前記筺体（３０）が有する請求項６に記載のシステム（１）。
8. 前記誘電体フイルム（６）の前記周囲端部（１１）がボディ（１８）の前記殺菌する領域（１３）に接着されることによって、前記空洞が形成されている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステム（１）。
9. 均一なガス放電を促進する多孔性材料または繊維状材料（２６）によって前記空洞（１０）が少なくとも部分的に充填されている請求項８に記載のシステム（１）。
10. 前記ボディは人体または動物の体（１８）であり、前記殺菌する領域は前記人体または動物の体（１８）と接続された前記誘電体フイルム（６）によって形成された前記空洞（１０）にある請求項８または請求項９に記載のシステム（１）。
11. 殺菌する被処理物を完全に囲繞する前記誘電体フイルムによって、前記空洞が形成される請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステム（１）。
12. 前記空洞（１０）がプロセスガスにより充填されている請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載のシステム（１）。
13. 前記圧電トランス（５）のエネルギ供給は蓄電池および／または標準電源とお接続である請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のシステム（１）。
14. 誘電体フイルム（６）によって衛生的にパックされる食品または物の中の細菌を減少させる、または滅するための請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステムの使用。