JP2774193B2 - プラズマ循環殺菌方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はガスプラズマを用いて物品を殺菌するための
過程に関する。さらに詳しく言えば本発明は、酸素；ア
ルゴン，ヘリウムおよび／または窒素；および水素ガス
の混合気から発生させられるガスプラズマの循環によ
り、物品を殺菌するための改良された方法に関する。

発明の背景 従来より、数多くのガス殺菌方法について多くの研究
がなされている。エチレン酸化物とかその他の消毒性の
ガスを医薬品の準備から外科手術のための道具の準備に
いたる医薬品の広い範囲にわたる殺菌のために、エチレ
ンガスとか他の消毒剤の消毒用のガスが用いられてい
る。単一のまたはこれらの消毒性のガスに照射すること
はラッセル,Aのバクテリア胞子の殺菌；ニューヨーク，
アカデミックプレス（1982）に要約されて示されてい
る。

殺菌方法は胞子を含むすべての生物を殺菌されるべき
物品などを損なうことなく、完全に殺す必要がある。し
かしながら、この範疇に適している消毒剤、すなわちエ
チレン酸化物および暴露方法は作業者と環境を安全上の
問題に晒すと認識されるに至っている。

州および合衆国の規則はエチレン酸化物（カルシノー
ゲン）のような有毒性のガスの使用量を作業間強化にお
いて厳密に規制するか、またはそのような有毒性の残留
物とか廃棄生成物を発生するシステムとか方法の使用を
制限している。これが病院とかその他の健康に関連する
産業における危機的な問題を提供している。

従来技術の説明 プラズマを容器を殺菌するために用いることは米国特
許第3,383,163号に提案されている。

プラズマは種々の励起源からの出力を加えることによっ
て発生させるイオン化されたものである。

イオン化されたガスは物品の表面の微生物に接触しそれ
を殺し効果的に微生物を破壊する。

殺菌用のプラズマは非常に広範囲のガスにおいて発生
させられる：アルゴン，ヘリウムまたはキセノン（米国
特許第3,851,436号），アルゴン，窒素，酸素，ヘリウ
ムまたはキセノン（米国特許第3,948,601号）；グルタ
ラルアルデヒド（米国特許第4,207,286号）；酸素（米
国特許第4,321,232号）；酸素，窒素，ヘリウム，アル
ゴンまたはフレオンをパルス的に加圧したもの（米国特
許第4,348,357号）；過酸化水素（米国特許第4,643,876
号）；窒素酸化物，単独または酸素と混合したもの，ヘ
リウムまたはアルゴン（日本国出願公開第103460−1983
号）；および窒素酸化物、単独またはオゾンと混合した
もの（日本国出願第162276−1983号）。不幸なことには
これらのプラズマは殺菌される物品に対して強い浸食性
を持つということが証明されており、特に包装用材料に
おいては毒性の残留物を殺菌対象物の上に残留させる
か、安全または環境上の障害をもつものとして証明され
ている。

オゾンを使用しプラズマ性のガスを用いない殺菌方法
（米国特許第3,704,906号）および過酸化水素を用いる
もの（米国特許第4,169,123号；第4,169,124号；第4,23
0,663号；第4,366,125号；第4,289,728号；第4,437,567
号；および第4,643,876号）これらの材料は毒性を持っ
ており好ましくない残留を残す。

米国特許第3,851,436号と第3,948,601号に記述されて
いるプラズマガス殺菌システムはプラズマ高周波発生室
を含んでいる。室内でアルゴン，ヘリウム，窒素，酸素
またはキセノンを用いて発生されたプラズマは離れて設
けられている殺菌用の真空室に送られる。米国特許第4,
643,876号は過酸化水素プラズマの高周波発生室につい
て記述しており、その発生室はその殺菌室としても用い
られる。高周波システムには整合用の回路網がプラズマ
発生領域における導伝性を調整するために必要となる。

発明の目的及び概要 本発明の目的は、非金属の物品やパッケージ材料を損
なうことなく、環境上の完全性に害のある放出物及び毒
性残留物がなく、迅速且つ効果的に殺菌を実行する、向
上したプラズマ殺菌方法を提供することである。

本発明の他の目的は、病院のような環境での使用にお
いて、安全且つ効果的である、経済的な殺菌方法を提供
することである。

本発明のその他の目的は、効果的な殺菌速度を有し、
水素を含有する非爆発性混合ガスで、選択された最大温
度において効果的な殺菌を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、殺菌室の物品
を、第１の所定の条件が達成されるまで、プラズマ発生
室から流れるガスプラズマに晒す工程と、殺菌室の温度
が第２の所定の条件に達成するまで、殺菌室へのガスプ
ラズマの流れを変化させる工程と、物品の殺菌が行われ
るまで、これら工程を繰り返す工程とから成る、制御さ
れる温度範囲内におけるプラズマ循環殺菌方法である。

ここで、第１の所定の条件は、殺菌室の温度が予め選
択された最高温度であり、第２の所定の条件は、予め選
択された最高温度よりも低い温度である。

つまり、本発明のプラズマ循環殺菌方法は、殺菌室の
物品を、殺菌室の温度が予め選択された最高温度へ上昇
するまで、プラズマ発生室から流れるガスプラズマに晒
す工程と、殺菌室の温度が予め選択された最高温度より
も低い温度へ降下するまで、殺菌室へのガスプラズマの
流れを終了させる工程と、物品の殺菌が行われるまで、
これら工程を繰り返す工程とから成ることができる。

好適に、殺菌室の圧力は、ガスプラズマがその室内へ
と流れ込んでいるときに、0.1から10トールへと上昇
し、殺菌室へのガスプラズマの流れが終了されるとき、
より低い圧力へと降下する。選択的に、殺菌室の圧力
は、ガスプラズマが室内に流れ込んでいるときに約１ト
ール以上へ上昇し、室内へのガスの流れが終了されると
き、１トール以下の圧力へと降下する。

ガスプラズマは、好適に、実質的に、アルゴン、ヘリ
ウム、窒素又はそれらの混合物;1から21（v/v）％の酸
素;1から20（v/v）％の水素である。特殊な用途におい
ては、好ましいガスの混合物は、１から10（v/v）％の
酸素及び３から７（v/v）％の水素;1から10（v/v）％の
水素及び90から99（v/v）％のアルゴン、ヘリウム、窒
素又はそれらの混合物である。

急速殺菌のための最高の処理温度は、物品が実質的に
損なわれることなくプラズマに晒されることのできる最
も高い温度が選択される。この物品が多孔室のセルロー
スを含む層を含むパッケージ（package）に封入される
ならば、予め選択された最高温度は好適に60℃であり、
プラズマガスの流れが、予め選択された最高温度である
63℃の範囲内の温度に維持されるように制御される。パ
ッケージされていない物品がプラズマの酸化に対して敏
感な有機物ポリマーを含むとき、好適な予め選択された
最高温度は、82℃である。物品が金属であるとき、予め
選択された最高温度は、その金属を損なうことのない、
いかなる温度でもよい。金属製物品の好適な最高の予め
選択された温度は、132℃である。

本発明のプラズマ循環殺菌方法において、プラズマガ
スの流れが再度開始される予め選択された最高温度より
も低い温度は、予め選択された最高温度よりも３℃以
上、好適には２℃以上低くない。

図面の簡単な説明 図１は本発明の工程に利用するのに適するプラズマ殺
菌装置の平面図である。

図２は図１に示したプラズマ殺菌装置の正面図であ
る。

図３は図１と図２に示されるプラズマ殺菌装置の実施
例の図２の線３−３に沿って切断して示した断面図であ
る。

図４は図３のプラズマ殺菌装置の線４−４に沿って切
断して示した断面図である。

図５は図３の線５−５に沿って切断して示した管54の
断面図である。

図６は図３の線６−６に沿って切断して示した管58の
断面図である。

図７は図３の線７−７に沿って切断して示した管56の
断面図である。

図８は図１の示した実施例のプラズマ発生管の断面図
である。

図９は図８に示されているプラズマ発生装置のプラズ
マ発生管の詳細な部分断面図である。

図10は図１の実施例を図３の線10−10に沿って切断し
て示した導波管の断面図である。

図11は本発明による工程で使用されるプラズマ殺菌装
置に適した１本の導波管の具体例を示す断面図である。

図12は図11に示されている導波管の具体例の断面図で
あって12−12に沿って切断されたものである。

図13は多数のマグネトロンの具体例を示す断面図であ
る。

図14はプラズマ殺菌装置の具体例の多数の導波管の断
面図を示すものであって、図13の14−14の線に沿って切
断して示されている。

図15は図13に示された具体例におけるプラズマ発生管
の断面図である。

発明の詳細な説明 病院などでは基本的に殺菌剤とか、蒸気加圧式の殺菌
器が器具を消毒するために用いられていた。最近になっ
てエチレン酸化物のガスの殺菌剤が包み込まれた物品の
殺菌とか薬品とか医療品の殺菌のために用いられるよう
になり、病院のシステムはこれらの処理に高度に依存す
るようになっている。しかしエチレン酸化物は現在は危
険なカルシノーゲンであるということが知られており、
いくつかの新しい州の法律は労働者を安全と環境の保全
のためにこれらのエチレン酸化物の殺菌剤としての使用
を病院の環境下において使用することを排除している。

特許文献において、多くのガスを用いた多種のガスプ
ラズマの殺菌剤が用いられていることが紹介されてい
る。しかしほとんどのものが商業的に製造されていな
い。あるものは残留物とか汚染の問題から注目されてい
る。すでに説明したガス殺菌剤は現行の残留物とか廃棄
放出物の安全基準をいくつかの州において満足させるこ
とができないものである。その理由はそれらは好ましく
ない残留物を残すとか、廃棄放出であってそれが病院に
働く人々の健康上の問題とか包装容器又はパッケージの
ひとつの問題を他の問題に置き換えてしまうのであるか
ら、エチレン酸化物の殺菌剤に代わる適当なものはな
い。

本発明の工程においてガス殺菌用のガスはガスの混合
物すなわちアルゴン，ヘリウムおよび／または窒素；お
よび酸素および／または水素好ましくは不活性ガスと二
酸化炭素を含んで構成されている。廃棄されるガスは現
在の環境または作業者の安全の問題を完全に満足してお
り、プラズマ生成物はほとんど水蒸気と二酸化炭素と毒
性のないガスであって、通常大気中に含まれるものであ
る。

ここで使用される“プラズマ”という用語は、発生し
得るいかなる随伴的な放射をも含む電場又は電磁場を印
加したときに発生した電子、イオン、自由基、分離及び
／又は励起した原子又は分子を含むガス又は蒸気のいか
なる部分をも含んで定義される。電磁場は、広範な周波
数域を網羅でき、マグネトロン、クリストロン（klystr
on）又はRFコイルによって発生される。限定するのでは
なく、説明を容易にするため、以後の説明では、電磁場
源としてマグネトロンを使用されるが、プラズマの発生
に要する他の適当な全ての電磁場源の使用が意図とさ
れ、マグネトロン、クリストロン管、RFコイル等が、限
定されることなく、含まれる。

“殺菌”という用語は、全ての微生物を対象物から除
去又は破壊するプロセスを意味する。微生物が第１次化
学的運動（first order chemical kinetics）に従って
死ぬことから、“生存率”という用語で定義することが
一般的である。したがって、殺菌方法の実用的な目標
は、確率的（例えば、10-³、10-⁶、10-¹²）に計測され
ることであり、この確率は、特定的な殺菌量又は殺菌力
の致死効果を表す。ある一連の殺菌条件に晒す時間を増
加することは生存率を減少させると通常考えられてい
る。同一の条件の殺菌時間を２倍にすることは、確率項
の指数を２倍にすることであり、例えば、10-⁶が10-¹²
になる。

プラズマガスの殺菌速度は温度に依存し、温度が増加
するとこの速度が増加する。高い殺菌速度を有すること
が、スループット量を増加し、殺菌される物品に要する
時間を短縮する。しかし、プラズマガスの浸食性もま
た、温度と共に増加する。過度の温度は、殺菌すべき物
品を損傷させる。したがって、殺菌すべき物品の保護と
共に最も迅速な殺菌速度を与える最も効果的な予め選択
された温度に殺菌室内温度を維持することが殺菌システ
ムの重要な目標である。

本発明の方法は、殺菌室を加熱するためのプラズマガ
スに大きな期待をよせている。温度増加が、室に入るプ
ラズマガス体積を増加させることによるか、又はプラズ
マ室での電磁エネルギーを増加させることによりプラズ
マガスエネルギーを増加させることによって達成され
る。対微生物の殺傷速度は、プラズマガスエネルギーの
増加と共に増加する。本発明の方法では、プラズマガス
エネルギーは、所望の温度に殺菌室を維持するのに十二
分であるように選択される。プラズマガスの流れは、殺
菌室温度が予め選択された最大温度に達するまで続けら
れる。次いで、このプラズマガスの流れは終了され、殺
菌室の温度が降下する。この温度の降下は、好適に、３
℃以下であり、最適には２℃以下である。より低い予め
選択された温度が到達されると、殺菌室へのプラズマガ
スの給送が再開される。温度は、最大の予め選択された
温度へと上昇し、プラズマガスの給送が終了される。こ
のプラズマ循環（又は、サイクル（cycle））は、所望
とする殺菌の程度が得られるまで続けられる。このプラ
ズマサイクルは、殺菌室温度を狭い幅の最も効果的な殺
菌温度付近に維持させる。

全殺菌サイクルにおけるプラズマサイクル数は、所望
の殺菌温度に依存し、サイクルが一層頻繁に起こると、
より高温での熱の損失が増加し、サイクルが一層少ない
と、より低い最大の予め選択された温度での熱の損失が
より低くなる。プラズマサイクル数は、通常、５以上で
ある。

パッケージされた物品を殺菌するために、好適なサイ
クルは、アルゴン、ヘリウム、窒素又はそれらの混合
物;1から21（v/v）％の酸素；及び１から20（v/v）％の
水素からプラズマ発生室で生成されたガスプラズマに殺
菌室の物品を晒す工程から成る。プラズマガスへの暴露
は、好適に、0.1から10トール、好適には１から10トー
ルの圧力で実施される。殺菌室内の好適な最大の予め選
択された温度は、約63℃である。より高い温度が使用さ
れると、効果的な殺菌に要する与えられた時間は、パッ
ケージ材料に対して顕著な損傷を起こさせない。次に、
殺菌室へのプラズマガスの流れは、60℃以下、好適には
61℃以下に降下しない。

プラズマガスに敏感な有機ポリマーを含む物品の場
合、予め選択される最大温度は、約82℃である。ステン
レス鋼の物品のような金属の場合、最大の予め選択され
る温度は、非常に高温である。金属の物品の最大の予め
選択される温度は、約132℃である。

プラズマガス流れの終了は、最も好ましくは、マグネ
トロン、RF回路又は他のプラズマ発生器を減勢させるこ
とによって行われる。もし、プラズマガスが終了されて
いるときに真空ポンプが殺菌室を排気し続けるならば、
予期せぬ利点が達成される。殺菌室の圧力が１トール以
下に降下し、好適に、0.1トール以下に降下する。圧力
が上昇すると、プラズマガス流れが再開される。この同
時発生的な圧力サイクルは、明らかに、多孔質のパッケ
ージ材料を通じてプラズマガスの拡散を増加し、微生物
に対するプラズマガスの接触が増加し、殺菌速度が増加
する。

この発明で使用される殺菌性プラズマは、酸素；アル
ゴン、ヘリウム及び／又は窒素；及び水素の、又は空気
と水素との混合物を有する、混合物から生成され、酸素
又窒素を充足し、所望の率を与える。このサイクルのプ
ラズマ給送段階は、0.1から10トール、好適には１から
３トールの真空圧で実施される。

プラズマ殺菌のための本発明の方法は、予め選択され
た最大温度で、0.1から10トールの圧力で、少なくとも
５分、好適には10から15分の処理時間で酸素及び／又は
水素と混合したアルゴン、ヘリウム又は窒素のガス状混
合物から生成されたプラズマに殺菌されるべき物品を晒
す工程から成る。容器に包まれた物品を殺菌する場合、
プラズマを発生させる混合ガスは、１から21（v/v）％
の酸素と、１から20（v/v）％の水素と、それ以外に、
アルゴンと、ヘリウム及び／又は窒素と、適宜わずかな
量の不活性ガスとを含む。

パッケージを殺菌するためのプラズマを発生させる混
合ガスは、好適に、１から10（v/v）％の酸素と、２か
ら８（v/v）％の水素とを含み、最適には、２から８（v
/v）％の酸素と、３から７（v/v）％の水素とを含む。

他の実施例において、パッケージされた物品が、１か
ら10（v/v）％の水素と、90から99（v/v）％のアルゴ
ン、ヘリウム及び／又は窒素と、少量の酸素（又は酸素
が全く存在しない）とを含む混合ガス、最適には５（v/
v）％の水素と、約95（v/v）％のアルゴンとから成る混
合物から生成されたプラズマで、少なくとも５分、好適
には１から５時間の間のプラズマサイクル処理によって
殺菌される。

最適の殺菌方法では、殺菌されるべき物品は殺菌室内
に位置され、在来の網（grid）に支持され、プラズマを
物品の全表面に到達させることができる。この室が閉じ
られ、殺菌室が排気され、プラズマの生成が開始され、
このプラズマが殺菌室を通じ、その中に向けられる。

プラズマ成分は、短命であり、すぐに崩壊して、通
常、空気と出会って、水蒸気（ガス）、二酸化炭素及び
他の無毒成分を形成する。これらは、残留物として、又
は、排気ガス成分として、完全に受け入れられるもので
ある。

この発明の方法によるパルス的なプラズマはアンチ高
微生物蒸気またはガスが同時に出願されている出願番号
07/522,271で1990年の５月11日に出願されたものおよび
出願番号07/522,421で1990年５月11日に同時に出願され
た出願番号 で1990年８月 日に
出願され（弁護士のドケットナンバーは155.0016）であ
ってブライアント エイ．キャンベル、ケルン エイ．
モールトンおよびロス エイ．カプトによって“パルス
的な対微生物材料処理によるプラズマ殺菌法”に示され
ているのと組み合わせて効果的に用いることができる。

本発明方法はあらゆる種類のプラズマ殺菌であって、
プラズマ発生器の電磁界の照射によって発生させられる
殺菌作用を含む。本発明で使用される好ましいプラズマ
殺菌器はプラズマ発生室が殺菌室から離れて設けられて
おり、そしてガスプラズマ生成物はプラズマ発生室から
殺菌されるべき物品を含んでいる殺菌室に送られる。

図１は図２に示されている１つの導波管プラズマ殺菌
装置の平面図である。プラズマ殺菌装置はプラズマ発生
器２と殺菌室４を含んでいる。プラズマ発生器２はマグ
ネトロン６のような電磁界発生装置と電磁界を伝達する
導波管８を含んでいる。プラズマの原料ガスはプラズマ
発生および配送用の管11,12および14に供給管からガス
配管16,18,20を介して制御バルブ組立22から供給されて
いる。

個々のガスは加圧されたガス源（図示せず）によって
入口の線24,25および26により供給されている。制御バ
ルブ組立22の中のバルブの制御動作は中央処理装置（CP
U）28によって標準的な手順によりなされる。制御バル
ブとCPUは通常の標準的なガス流コントロールプラズマ
発生装置用のものを用いることができる。

殺菌室４は上板30と横板32,34と底板36と裏板31と正
面のシールドは38をもっており、そこから殺菌されるべ
き物品または材料が殺菌室内に導入される。それらの板
は密封された関係にあって、真空室を形成するように、
例えば溶接などによって設けられている。ドア38は殺菌
室に密閉状況を形成するように設けられている。それは
上面，横または底面に通常のヒンジピン（構造は図示さ
れていない）によって（図３）に示されているＯ−リン
グの密封物にあたるように揺動するように設けられてお
り、ここにおいて容器内の真空圧力と大気圧との差によ
ってその位置に密着固定される。

板とドアは外気圧に耐えるだけの材料により設けられ
ている。ステンレスコートかアルミ盤およびドアが好ま
しい。容器内の内表面は決定的に内部で殺菌されるべき
種族の数に影響を与える。理想的な材料は純粋（98％）
のアルミニウムであって、それらは直線的にまたはフレ
ーム上のスプレーコーティングがステンレスの容器の内
側に形成されている。これに代わる材料はニッケルであ
る。

対微生物添加物は液体または気体の形で導管35から入
口ポート39（図４）に加えられる。

ガスは殺菌室から排気ポート42から排出され、分量の
バルブ43と排気用の管45は通常の真空ポンプシステムで
ある（図示せず）。

図３は図１および図２に示されているプラズマ殺菌装
置の実施例の平面，断面図であって図２の線３−３に沿
って切断されたものである。図４は図１および図３に示
されているプラズマ殺菌装置を図３の線４−４に沿って
切断して示したものである。各プラズマ発生器10,12お
よび14は入口のキャップ44でガス入力ポート46,48およ
び50であってガス発生管51,52および53に導波管８を介
して接続するキャップを持っている。導波管８内におい
てガスは管51,52および53内においてプラズマに変化さ
せられる。ガス発生管はプラズマの流れをガス分配管5
4,56および58に向け、それからガスは殺菌室60に供給さ
れる。ガス発生管は円柱状の金属冷却管62および64によ
り囲まれている。キャップ44と冷却用の管62および64は
好ましくは溝または冷却フィン（図示せず）通常の方法
でその効率をまして熱をガス発生管から除くために用い
られる。ガス分配管54,56および58の先端はスプリング
で付勢されたプレート32に設けられた支持端66でバネバ
イヤスされて支持されている。

ドア38は外気圧によってフランジ41に設けられて横板
32と34管と正面および底板30,36（図示せず）に広がっ
ているＯ−リングシール40に圧力が掛けられて押しつけ
られている。適宜に付加的な通常のクランプまたはラッ
チ装置が真空開始前にドアを閉めるために用いることが
できる。

図5,図６および図７はガス排気管54,58および56の各
々の断面図であって、ガス排気管の出口の角度位置が示
されている。出力ポートは殺菌室60内で殺菌されるべき
物質が配置される下側の部分のすべての部分に設けられ
ている。図５に示されている管54は裏板37に隣接して配
置されプラズマガスを下方向および室内の中心部下寄り
の出力ポート70および72のそれぞれから放出する。図６
に示されている管58はドア38に近接してプラズマガスを
下方向または室内の中心方向に出口ポート74,76により
各々放出するように設けられている。図７に示されてい
る管７は殺菌室60の中央の部分に配置され、プラズマガ
スを下方に出口78,80を介して送りだす。

分配管に設けられている出力ポートは他の形状にであ
って、理想的なプラズマ配分をひとつの殺菌領域または
複数の領域に向けるために変えることができる。

ひとつの角度配列のみが示されているが各々の管は１
組以上の出力ポートをもって、管の長さ方向の位置によ
って異なる角度をもつようになっている。

出力ポートの角度の調節と位置は殺菌されるべき物質
が室内に配置される位置および殺菌されるべき物質の形
によって選ばれる。

プラズマは放出されるときに好ましくは90°角度を変
えて殺菌室内に放出される。これは熱いプラズマ中の活
性化された酸素原子が殺菌されるべき物品に直接飛び込
まないようにして、包装容器材料の酸化の感度を著しく
減少させる。

図８は図３のプラズマ発生管12の部分の詳細な断面図
であって、図９は図３に示されているプラズマ発生管の
出口の組立をより詳細に示している。

ガスの入口ポート46,45はガスの入口キャップ44に設
けられていて、それらは通路82か84によってガス入口通
路86を介して入力ポート48に接続されている。入力ポー
トに供給されているガスは通路86によって混合される。
混合されたガスは管52の基部に流れ込み、導波管８の中
の励起領域87において励起されてプラズマが形成され
る。プラズマ発生管52基部端は円筒状のとき88によって
支持されている。Ｏ−リング90または他の形式の密封材
料が機密のシール構造を提供し、これにより管52内の減
圧された気体中に大気中のガスがこのシステム内に混入
することを防止している。

この断面図において、選択的に用いられるプラズマ開
始イオナイザが示されている。チップ81は絶縁性の管83
に接続され（略図的に示されている）電源85であって標
準的な115ボルトの交流電圧に接続されている。設置導
管はガスの入口キャップ44を前記電力供給源に接続して
いる。電界はガス分子の開口48から通路86に流れる部分
をイオン化し、イオン化されたガスは急速に前記ガスが
領域87を通過するときにプラズマを発生支持する。イオ
ン化装置はガス通路のこの発明によるプラズマ殺菌装置
の任意の位置に設けることができる。

図９を参照するとプラズマ発生管50の先端部の外周90
には内側にテーパが設けられており、Ｏ−リング94また
はその他のシール材料により裏板37にシールされてい
る。管52の先端は厚さが増加させられており、円滑な表
面に形成されている減少させられた断面積のベンチュリ
ー制限96を形成している。

プラズマ分配管56の基部に位置するキャップ98には予
め制限された開口99を設けて断面積を制限している。こ
の制限は本具体例の臨界的な特徴を示しており、領域87
で発生される低いプラズマと管56および殺菌室60管の圧
力差を形成している。

制限的な開口99の直径は背圧が0.3から10トール、好
ましくは１から５トール、最も望ましくは５から６トー
ルにプラズマ発生領域の真空室の圧力を0.3から２トー
ルにするように選ばれている。

この圧力が酸素；アルゴン，ヘリウムおよび／または
窒素；または／および水素の混合ガスで理想的なエネル
ギーの消費とプラズマの発生をさせることおよびこのこ
とが高い収率のプラズマの発生を低温下で最低の電力消
費で実現する主たる条件としている。

最も重要な動作パラメータは制限99が直径で4.82から
8.0mm、好ましくは6.28から6.54mmとする。

図10は図３の線10−10に沿って切断して示された図１
の導波管の断面図である。導波管は頂面の板と底面の板
100および102と、横の板104と106（図３）と端部の板10
8,110が溶接されるかまたはボルトで留められて構成さ
れている。

ひとつのマグネトロンの軸112が導波管８の端部に設
けられている。プラズマ発生管51,52および53は導波管
８内に位置させられている。プラズマ発生管の位置は最
大の電磁界のエネルギーをプラズマに変換するように選
ばれる。管53は電界の３分の１の所でかかわり合うよう
に配置され、管51と52のかかわり合うところから外れて
いる。管52は電界の３分の１（残りの電界の半分）で管
51がかかわり合うところから外れている。管51は最大に
残りの電界とかかわり合うように配置されている。この
構造においてひとつのマグネトロンが複数のガス発生管
にプラズマを発生させるように用いることができる。

詳細な管の配置は導波管の大きさと付勢用の波の波長
または周波数によって決められる。図10に示される３つ
の管は例示のために示されたものであって、制限のため
にしめされたものではない。任意の数，奇数または偶数
の管がすべての電磁界のエネルギーが吸収されるまで配
置することができる。

図11はひとつの導波管を用いたプラズマ殺菌装置の表
面の断面図である。３つのプラズマ発生ユニット120が
殺菌室120の上に設けられ、殺菌室は上板124,下板126,
背板128,背板130および横板128,132によって規定され
る。

ドアの板（図示せず）は室の全面に図２および図３を
参照して説明したように容器の全面と密封接触するよう
に設けられる。ガスは室を通って排気部分136,床の板12
6に設けられている排気部分136から放出される。

プラズマ発生装置は混合ガス138のための入口ポート
を持っていて、それはプラズマ発生管139,140および141
であって、導波管142の中に位置させられているものに
接続されここでガスがプラズマに活性化されて変換され
る。プラズマはプラズマ分配管144によって、殺菌室122
の内部に導かれる。各々のプラズマ分配管144は図14の
具体例に関連して、詳細に示されるようにＴ字型にする
ことができる。この具体例におけるプラズマ発生源はマ
グネトロン146であって導波管142の端の部分に位置させ
られている。

図12は図11の具体例の導波管の断面積であって、図11
の線12−12によって切断して示されてたものである。こ
の導波管は表面の板と底の板150と152（図11），横の板
154と156および端の板158と160からが溶接またはボルト
によって付けられている。ひとつのマグネトロンの軸16
2が導波管の端部に位置させられている。プラズマ発生
管139,140および141は導波管142の中に配置させられて
いる。プラズマ発生管の位置は電磁界のエネルギーをプ
ラズマに変換するための最大の変換ができる位置に設け
られている。管141は３分の１の電磁界の領域にかかわ
りあい他の管140と139とがかかわり合う領域とは関係を
しない。管140は全体の３分の１とかかわり合って（残
りの全体の２分の１）管139と関連するゾーンとはかか
わり合わない。

管139は残りの電界と最大にかかわり合うように位置
させられている。この形状においてひとつのマグネトロ
ンがプラズマと複数個のガス発生管においてプラズマを
発生するように利用されている。この管の詳細な位置は
導波管の形状と付勢する波の波長または周波数によって
正確に決められる。３つの管が図12に例として示されて
いるのであって、これは制限的な意味で示されているの
ではない。任意の数，奇数であろうと偶数であろうと管
は電磁界のすべてが吸収されるように配置される。

プラズマ発生管とプラズマ分配管のシールと流れの制
限の詳細な構造は図11の具体例に示した対応するものの
形状とほぼ同じであって、そこに詳細に示されている。

図13は多数のマグネトロンプラズマ殺菌装置の正面断
面図であって図14は図13の14−14に沿って切断して示し
た図である。

この実施例の３つのプラズマ発生部208は殺菌室容器2
29の上に配置させられており、各々は酸素；アルゴン，
ヘリウムおよび／または窒素；および／または水素のガ
ス混合気が入口210を介して導波管202に配置されたプラ
ズマ発生管230に導かれプラズマを生成する。生成され
たプラズマはプラズマ発生管230を介して各々のガス分
配キャップ211,212および213により殺菌室より229に導
かれる。

殺菌室229は金属板を溶接することによって機密な構
造に構成されており、室内が排気されたときの外圧に耐
えうる構造となっている。この構造は上の板214,底板21
6,背板218,横板217,219を含んでいる。排気ポート222は
底板216に設けられている。ドア224は通常のヒンジピン
構造（図示せず）によって横（頂部）または底部，部屋
の壁に図１を参照して説明したように設けられている。

ドア224は外気圧によって、フランジ227が横板217,21
9および上板および底板214および216（図示せず）に広
がるＯ−リングシール225に圧力を持って接するように
設けられている。

好ましくは付加的な通常用いられるクランプまたはラ
ッチ装置が排気が開始させる前にドアを閉めるために用
いられる。

図14を参照すると酸素；アルゴン，ヘリウムおよび／
または窒素；および／または水素ガスが入口前記228,23
1および232を介して制御バルブとガス混合ユニット223
であってCPU234に制御されるものに接続されている。ガ
ス混合気は導管25を介して入口ポート210に供給され、
それからプラズマ発生管230であって、プラズマに導か
れそこでプラズマガスを形成する。制御バルブおよびCP
Uはよく知られている通常なものであって、プラズマ発
生装置のガス流コントロールの標準的な装置が用いられ
る。導波管202はマグネトロン206で発生させられた電磁
波をその電磁エネルギーがプラズマ発生管230の排気さ
せられているところに集中させるように送出する。回転
可能な軸240は電磁波が理想的なプラズマ発生を提供す
るように同調させるように軸方向に配置されている。ガ
スプラズマはガス分配管212に供給され、そのＹまたは
Ｔ分配部241に供給される。水平方向の分解管は角度を
持った出力ポートが角度の擦れをもって図5,図６および
図７に示されているように設けられている。プラズマは
少なくとも２回90°の角度変換を持って殺菌室に導かれ
る。

これにより熱い８発生期のプラズマが殺菌されるべき
物品に直接に飛び込んで、そのプラズマの中の活性化さ
れた酸素原子によって酸化に敏感である包装材料を著し
く損なわないようにしている。

図15は図14に示されるプラズマ発生装置のプラズマ発
生管の断面図であって、管の構造とガス配管への接続を
詳細に示している。管230は熱放射キャップ250と密封す
るようにＯ−リング250にまたはその他の同様のシール
によって密封して結合させられている。管の下端は同様
に熱放射スリーブ254にＯ−リング256によって密封され
て保持されている。分配管212の基部端は管23の端部に
向かってのびており、そしてＯ−リング258による熱放
射スリーブの下端に密封された関係において保持されて
いる。キャップ260はプラズマ分配管212の基部に設けら
れており、予め選択された抵抗性の開口262をその領域
の断面を減少するために設けられている。

図９の実施例に関連して説明されたようにこの制限は
本実施例の重要な特徴であって、低いプラズマ発生ゾー
ンと真空圧の分配管と殺菌室管のあいだの圧力の差を作
っている。

制限的な開口262の直径は背圧を0.3から10トールで、
好ましくは１から５トールにプラズマ発生管と真空室の
圧力管に0.3から２トールを発生するようにしている。
アルゴン，ヘリウムおよび／または窒素；および酸素お
よび／または水素の理想的なガス発生のエネルギー消費
で、最低の温度で最小の電力で最高のプラズマが得られ
るようにしてある。最も良い動作パラメータとして制限
262は直径4.82から8.00mmか、より好ましくは6.28から
6.54mmである。

本発明によるプラズマ殺菌器の３つの具体例について
詳細に説明した。発生装置の数は臨界的なものではな
く、よいプラズマ分配が特定の殺菌室内に発生されるよ
うに設けられるものである。任意の数のプラズマ発生器
が各々の殺菌室内に本発明の範囲内において配置され
る。任意の数のプラズマ発生管が１つのマグネトロンと
導波管内において結合するようにすることができかつ他
の導波管内においてこの効果を達成することができる。
最も好ましいプラズマ発生管とプラズマ分配管は水晶か
ら形成される。しかしながら他の材料が物理的，化学
的，電気的にプラズマ発生に耐えうるものであれば、電
磁界内においてプラズマの伝送することができるならば
そこに含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャプト ロス エイ. アメリカ合衆国 60047 イリノイ州 ロング グローブ、サドル リッジ レ イン 6533 (56)参考文献 特開 昭57−501943（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61L 2/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御された温度範囲でプラズマ殺菌をする
   ための方法であって、 （ａ）滅菌室が予め選択された最高温度に上昇するま
   で、殺菌室内の物品を、プラズマ発生室から流れるガス
   プラズマに晒す工程と、 （ｂ）殺菌室の温度が前記予め選択された最高温度より
   低い予め定められた温度へ降下するまで、前記滅菌室へ
   のガスプラズマの流れを終了させる工程と、 （ｃ）予め選択された生存の確率によって定義されるよ
   うな前記物品の殺菌が行われるまで、工程（ａ）および
   （ｂ）を繰り返す工程とから成る、方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって、 前記物品がパッケージ内に封入されている、ところの方
   法。
3. 【請求項３】請求項１記載の方法であって、 前記物品が、多孔質のセルロース部分を含むパッケージ
   に封入され、前記予め選択された最高温度が、約63℃を
   超えない、ところの方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の方法であって、 前記物品が、有機物ポリマーを含み、前記予め選択され
   た最高温度が、約82℃を超えない、ところの方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の方法であって、 前記予め選択された最高温度より低い前記予め選択され
   た温度が、前記予め選択された最高温度よりも約３℃以
   上低くない、ところの方法。
6. 【請求項６】請求項１記載の方法であって、 前記ガスプラズマが、約１から約10（v/v）％の酸素
   と、約３から約７（v/v）％の水素とを含むガスの混合
   物から生成される、ところの方法。
7. 【請求項７】請求項１記載の方法であって、 前記物品が、多孔質の容器に封入され、前記多孔質の容
   器が、処理中に、前記殺菌室内に置かれる、ところの方
   法。
8. 【請求項８】請求項１記載の方法であって、 前記ガスプラズマが、約１から約10（v/v）％の水素
   と、約90から約99（v/v）％のアルゴン、ヘリウム、窒
   素又はそれらの混合物とから実質的に成るガスの混合物
   から生成される、ところの方法。