JP3714909B2 - プラズマ消毒システム - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、医療器具のような被消毒物の表面を気体状のプラズマで滅菌・消毒するプラズマ消毒システム（plasma disinfection system；プラズマ滅菌システム）に使用されるプラズマ発生用液体を供給する装置に関するものであり、特に、プラズマ発生用液体、即ち、微量の過酸化水素溶液を一定量ずつ自動供給することができる液体供給装置に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
従来から、使い捨て又は再使用可能な医療道具を滅菌するために、様々な方法が利用されてきた。その方法の中で、スチームや乾燥した熱い空気を利用する方法が最も広く使用されているが、このような方法は、熱又は蒸気により影響を受ける被消毒物に対しては、適用することができない。
【０００３】
又、エチレンオキサイド（ＥｔＯ）ガスを利用する方法もあるが、消毒すべき被消毒物に毒性の残留物を残すおそれがあり、この被消毒物と接触する患者に深刻な悪影響を及ぼすおそれがある。
従って、被消毒物に残っている毒性の残留物を取り除く追加工程が必要となり、費用又は時間が多く掛かる欠点があった。
【０００４】
このような欠点を解決する方法の中で、低温プラズマシステムにおいて、反応活性種（active species）の前駆体(precursor)として過酸化水素を利用する方法がある。
この方法は、プラズマで滅菌、消毒させるのに必要な時間とプラズマを発生させるのに必要な電力を削減するために、まず、気体状の過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）に被滅菌・消毒物を接触させる前処理を行った後、必要な量の電力を供給して過酸化水素プラズマを発生させ、最終的な滅菌・消毒処理を行う。
【０００５】
上述の低温プラズマ消毒システムにおいて、過酸化水素を供給する装置は、過酸化水素溶液が一定量注入されているカプセル型カセット方式を採用している。
このカプセルに入っている過酸化水素溶液は、注入ポンプにより溶液供給管に供給され、供給された液状の過酸化水素溶液は気化器により気化され、滅菌消毒反応器内に供給される。
【０００６】
しかし、上述のカプセル型カセット方式では、１回の滅菌処理において１個のカプセルが利用されるので、１０個入りカプセル型カセット１個で１０回の滅菌処理を済ませると、１０個入りの新しいカセットに取り替えなければならない欠点がある。
加えて、上記気化器は、微量定量の液体を供給する上記装置が非常に複雑な構造で、高価であるという欠点もある。
【０００７】
従って、本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、カプセル型カセット方式のように頻繁にカセットを取り替えなければならない不便さをなくすと共に、その構造を単純化して製造コストを削減することができ、かつ、微量のプラズマ発生用過酸化水素溶液を一定量ずつ自動的に供給できるようにしたプラズマ発生用液体供給装置を提供することである。
【０００８】
（発明の開示）
上記目的を達成するために、本発明は、反応容器内で包装材内の被消毒物を滅菌、消毒できるようにプラズマ発生用液体を供給する装置であって、直流モーターの回転速度を制御することにより第一吐出管を経由して微量定量のプラズマ発生用液体を自動的に供給する自動供給器（automatic feeder）と、該自動供給器の第一吐出管に連結され、供給された液体を気化させる第一加熱器を有する気化器と、該気化器と反応容器との間に連結される第二吐出管内で移送される液体の凝縮を防止するように、該第二吐出管を包囲する第二加熱器と、前記第一加熱器及び第二加熱器の温度を制御するように電気的に連結された温度調節器とからなる装置を提供する。
【０００９】
該自動供給器は、比例制御回路により速度がフィードバック制御される減速器を有する直流モーターと、該直流モーターの回転軸に連結された移送スクリュー（feeding screw；供給スクリュー）と、該移送スクリューの回転によって、該移送スクリューに沿って前後に移動するように連結された支持台と、該支持台と共に直線運動をし、該支持台に連結された注入ピストンと、二枚の固定板に支持され、前記注入ピストンを収容し、該注入ピストンの収縮時に開放されるように取り付けられた供給バルブと該注入ピストンの伸長時に開放されるように取り付けられた排出バルブとを備える注入シリンダーと、該注入シリンダーの供給バルブに設けられ、注入シリンダーにプラズマ発生用液体を供給する液体供給容器と、該注入ピストンの位置を検知できるように固定板に設けられる変位センサーとからなる。
【００１０】
（発明を実施するための最良な形態）
本発明の上述その他の目的、特徴、利点は添付した図面に関連した以下の詳細な説明により、より明白に理解されるだろう。
【００１１】
以下、図面を参照するが、異なる図面で使用される同じ符号は同一の又は近似した構成要素を示す。
【００１２】
図１は、本発明に係る液体供給装置が適用されたプラズマ滅菌システム（plasma sterilization system）の略図であって、該プラズマ滅菌システムは、気体状のプラズマ中で被消毒物を滅菌、消毒するシステムである。
【００１３】
該プラズマ滅菌システムは、特に医療器具のような被消毒物９の表面を滅菌、消毒するために、プラズマ発生源として過酸化水素溶液１２を利用し、プラズマが発生する間の反応活性種としても過酸化水素を使用する。
（ガスの電気放電により発生する）プラズマを発生させる前に、気体状の過酸化水素で前処理が行われる。
【００１４】
反応容器１は、医療用具又は手術用具である被消毒物９を収容し、該被消毒物９は包装材１０で包まれる。
反応容器１は、その内部の上部にアノード２が設けられ、その内部の下部にカソード３が設けられる。
上記アノード２には、流量調節器４が連結され、この流量調節器４には注入加熱器５が連結される。
上記カソード３には、インピーダンスマッチング回路６が連結され、該インピダンスマッチング回路６にインピダンスマッチング調節器７を通じてプラズマ電力供給源８が連結される。
更に、上記反応容器１の下側には、反応容器１内の空気を抜き出す役割を果たす真空ポンプ１１が設けられる。
【００１５】
本発明のプラズマ滅菌システムは、反応容器１に滅菌しようとする医療用具又は手術用具である被消毒物９を包装材１０で包んで入れた後、反応容器１を閉じて、真空ポンプ１１を利用してその内部の空気を抜き出して、反応容器１内部に真空を形成する。
この時、液状の過酸化水素溶液１２は、注入加熱器５により気化された後、流量調節器４により所定の圧力（約０．１〜１０Torr）に調節され、アノード２に注入される。
過酸化水素は、滅菌される被消毒物９と過剰に接触させるために、所定時間（約３０分間）、反応容器内に残存させる。
【００１６】
プラズマ電力供給源８を利用して所望レベルの電力が設定された後、その電力は、レベルが反応容器１内の気体状過酸化水素の抵抗値と一致するように、インピダンスマッチング調節器７により調節され、インピダンスマッチング回路６を通じてカソード３に達し、これによりカソード３に最適な電力が供給される。
カソード３への電力供給により、カソード（３）とアノード（２）との間にプラズマが発生する。
【００１７】
カソード３に印加されるプラズマ電力供給源８及び過酸化水素の濃度に依存して、滅菌がプラズマ発生時から５分程度の短時間で終わっても、完全に滅菌させるために、約５０分程度プラズマを維持させる。
【００１８】
従って、滅菌効率は、過酸化水素の濃度にも依るが、プラズマ電力供給源８にも依るので、最適の消毒効率が得られるよう最適の電力を印加することが好ましい。
【００１９】
包装材１０は、滅菌しようとする被消毒物９を包んで反応容器１０内に置くので、包装材の好ましい材料は、通気がよくなされるよう繊維状のポリエチレン又はポリエチレンテレフタラートである。
その代わりに、包装材１０は、費用節減のため紙材料を利用することもできるが、過酸化水素その他の活性種と紙との間に相互作用があり得るため、高い滅菌効率を得るためには、長い処理時間を要する。
【００２０】
本発明に係るプラズマ滅菌システムでは、反応ガスとしての気体状の過酸化水素の圧力を１０Torr未満に設定し、高周波電力が断続的にパルス方式で印加される高周波（ＲＦ １３.５６MHz）容量結合（high-frequency capacity combination type）式が、１００℃未満のプラズマを発生させるべく利用される。
【００２１】
本発明において、高周波電力の断続印加方式（intermittent application）を採用する理由は、滅菌させようとする被消毒物９の加熱及び反応容器１内での反応ガスの過熱を防止するためである。
この電力の断続印加方式は、０.５ミリ秒の間高周波電力を印加した後、再度印加する前に１ミリ秒の間、電力を遮断するようにして行われる。
【００２２】
上述のように、過酸化水素は、前処理を行うために反応容器１のアノード２に注入される。
この時、好ましくは過酸化水素の濃度が０．０５〜１０mg/リットルであるが、高い濃度の過酸化水素を注入すると、滅菌効率が高くなって、全体の所要時間を削減することができる。
【００２３】
反応容器１に注入される過酸化水素の最低濃度は約０．１２５mg/リットルである。
適正な濃度で過酸化水素を注入するとき、酸素、窒素、アルゴン等の補助ガスを反応容器内に充填してもよい。
【００２４】
本発明により医療用具又は手術用具のような被消毒物（９）を滅菌すると、従来のガス滅菌方式であるエチレンオキサイド処理とは異なり、過酸化水素がプラズマ処理の間に無毒性の物質に分解されるので、消毒された被消毒物９又はその包装材１０に残存する過酸化水素を除去する付加的な処理が不要となる。
【００２５】
図２は、本発明の要部である液体供給装置の略図である。
【００２６】
この液体供給装置は、自動供給器２０から供給されるプラズマ発生用液体を、第一吐出管４０と第二吐出管２３との間に設けられた気化器２４で気化させ、反応容器１に供給する。
自動供給器２０は、直流モーター３１により微量定量のプラズマ発生用液体を第一吐出管（４０）に自動供給する。
第一吐出管４０は、その先端で、第一吐出管４０を経由して供給された液体を第一加熱器２６で気化させる気化器２４に連結される。
気化器２４に連結された第二吐出管２３の外面には、反応容器１に供給される気化した液体の凝縮を防止するように第二加熱器２２が設けられている。
第一加熱器２６及び第二加熱器２２の温度は、電気的に連結された温度調節器２５により調節される。
【００２７】
自動供給器２０は、図３に示されているように、比例制御回路１２により速度がフィードバック制御される直流モーター３１と連結された注入ピストン４５を所望する速度で直線運動させる。
その結果、注入ピストン４５の断面積とその移動距離に応じた単位時間当たりの容積で決定される単位時間当たりの液体供給量を調節することが可能となる。
注入シリンダー４６の容積に対応する体積の液体を使い切った後、直流モーター３１が逆回転し、注入ピストン４５が収縮することにより、液体供給容器４８内の液体が注入シリンダー４６に自動的に注入される。
【００２８】
自動供給器２０についてより詳しく説明する。
直流モーター３１は、比例制御回路４２により速度がフィードバック制御され、減速器３２を含む。
直流モーター３１の回転軸は、カップリング３３により移送スクリュー３６が連結されており、移送スクリュー３６が該回転軸と一直線をなしながら回転するようになっている。
移送スクリュー３６の端部は固定板３７で支持されている。
【００２９】
移送スクリュー３６には、移送スクリュー３６の回転により移送スクリュー３６に沿って支持台３５が前後に移動するように、供給ナット（feeding nut）３４を介して該支持台３５が載設されている。
該支持台３５は、移送スクリュー３６の軸と平行な方向に直線運動する注入ピストン４５が連結されている。
注入ピストン４５は、注入ピストン４５の直線運動を受容する注入シリンダー４６に気密に収容され、該注入シリンダーは二枚の固定板３７，３９により固定される。
注入シリンダー４６には、注入ピストン４５の直線運動に支障がないように注入ピストン４５が収縮する時に開放する供給バルブ４３及び注入ピストン４５が伸長する時に開放する排出バルブ４４が備えられている。
【００３０】
注入シリンダー４６は、下端に供給バルブ４３を備えるプラズマ発生用液体を貯蔵する液体供給容器４８と流通する。
固定板３７は、注入ピストン４５の位置を検知できる変位センサー４９が設けられている。
直流モーター３１、固定板３７，３９は装着台４１上に固設される。
【００３１】
本発明に係る液体供給装置を利用して、反応容器１に微量の過酸化水素溶液を一定量ずつ自動供給する工程を以下に説明する。
【００３２】
注入シリンダー４６にプラズマ発生用液体を注入した後、比例制御回路４２により直流モーター３１を駆動させる。
これにより、直流モーター３１の回転軸と連結された移送スクリュー３６が回転するので、移送スクリュー３６に嵌合した支持台３５が、移送スクリュー３６に沿って、直線的に前進する。
【００３３】
支持台３５が前進すると、該支持台３５に連設した注入ピストン４５も前進するので、注入シリンダーが移動した距離に対応する注入シリンダー４６内の液体量が吐出される。
【００３４】
このような状態で、直流モーター３１を比例制御回路４２により制御すると、注入ピストン４５は所望する速度で前進する。
この注入ピストン４５の前進により、注入シリンダー４６内の液体を少量、一定量ずつ自動供給することができる。
この場合、液体の供給量は、注入ピストン４５の単位時間当たりの移動距離及び注入シリンダー４６内部の断面積により算出される。
注入ピストン４５の単位時間当たりの移動距離から、単位時間当たりの直流モーター３１の回転速度を求めることができるので、所定の少量の液体を供給するのに必要な時間を算出することができる。
従って、注入シリンダー４６内の液体を少量、一定量ずつ供給することができる。
この時点で、注入シリンダー４６の供給バルブ４３は閉じており、注排出バルブ４４は開いている。
【００３５】
注入シリンダー４６の排出バルブ４４から吐出された液体は、気化器２４に装備された第一加熱器２６により気化され、第二吐出管２３を通じて反応容器１に注入される。
本発明では、気化器２４に連結した第二吐出管２３全体が第二加熱器２２で包囲されているので、第二吐出管２３内を流れる液体は気化状態を保たれ、第二吐出管２３の内外部間の温度差がなくなる。
第一加熱器２６及び第二加熱器２２は、温度調節器２５により一定の温度に制御される。
【００３６】
反応容器１に供給された気化液体（vaporized liquid）からプラズマを発生させることにより、プラズマ滅菌処理を行う。
【００３７】
注入ピストン４５が前進を続けると、注入ピストン４５の位置は、注入シリンダー４６を固定している固定板３７に設けられた変位センサー４９が検知する。
注入ピストン４５が、注入シリンダー４６内の液体を使い切るまで前進を続けた時、注入ピストン４５の位置、即ち、液体を使い切ったことを変位センサー４９が検知する。
変位センサーからの信号により、直流モーター３１が逆回転して、注入ピストン４５が収縮するので、液体供給容器４８内の液体が液体供給管３８を経由して注入シリンダー４６に充填される。
この時点で、注入シリンダー４６の排出バルブ４４は閉じており、供給バルブ４３は開いている。
【００３８】
（産業上の利用可能性）
上述したように、本発明は、滅菌・消毒容器又は反応容器に微量の液体を供給できるような、病院で使用されるプラズマ消毒システムにおいて使用する液体を供給する装置を提供する。
本発明に係る液体供給装置は、簡単な構造で設けることができ、その製造コストを削減することができ、液体を含有するカセットのような頻繁な取り替え無しに、一回の充填で長期間使用することができる。
【００３９】
本発明の好ましい実施例が例示の目的で開示されたが、当業者は、多様な修正、追加、変更が、特許請求の範囲で開示された発明の範囲及び精神とかけ離れることなく、可能であることを理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液体供給装置が適用されるプラズマ滅菌システムの略図である。
【図２】 本発明の要部である液体供給装置の略図である。
【図３】 図２の自動供給器の略図である。

Claims (2)

1. 直流モーター（３１）の回転速度を制御することにより第一吐出管（４０）を経由して微量定量のプラズマ発生用液体を自動的に供給する自動供給器（２０）と、
   前記自動供給器（２０）の第一吐出管（４０）に連結され、供給された液体を気化させる第一加熱器（２６）を有する気化器（２４）と、
   前記気化器（２４）と反応容器（１）との間に連結される第二吐出管（２３）内で移送される液体の凝縮を防止するように、前記第二吐出管（２３）を包囲する第二加熱器（２２）と、
   前記第一加熱器（２６）及び第二加熱器（２２）の温度を制御するように電気的に連結された温度調節器（２５）とからなる、反応容器（１）内で包装材（１０）内の被消毒物を滅菌、消毒できるようにプラズマ発生用液体を供給する装置。
2. 比例制御回路（４２）により速度がフィードバック制御される減速器（３２）を有する直流モーター（３１）と、
   前記直流モーター（３１）の回転軸に連結された移送スクリュー（３６）と、
   前記移送スクリュー（３６）の回転によって、前記移送スクリュー（３６）に沿って前後に移動するように連結された支持台（３５）と、
   前記支持台（３５）と共に直線運動をし、前記支持台（３５）に連結された注入ピストン（４５）と、
   二枚の固定板（３７，３９）に支持され、前記注入ピストン（４５）を収容し、前記注入ピストン（４５）の収縮時に開放されるように取り付けられた供給バルブ（４３）と前記注入ピストン（４５）の伸長時に開放されるように取り付けられた排出バルブ（４４）とを備える注入シリンダー（４６）と、
   前記注入シリンダー（４６）の供給バルブ（４３）に設けられ、注入シリンダー（４６）にプラズマ発生用液体を供給する液体供給容器（４８）と、
   前記注入ピストン（４５）の位置を検知できるように固定板（３７）に設けられる変位センサー（４９）とからなる請求項１記載の反応容器（１）内で包装材（１０）内の被消毒物を滅菌、消毒できるようにプラズマ発生用液体を供給する装置。

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