JP6085446B2

JP6085446B2 - 滅菌方法

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Publication number: JP6085446B2
Application number: JP2012227623A
Authority: JP
Inventors: 貞志福井; 高木　淳一; 淳一高木; 松本　吉弘; 吉弘松本
Original assignee: Noxilizer Inc
Current assignee: Noxilizer Inc
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: JP2014079301A

Description

本発明は、医療用器具や食品包装材などの被処理物を滅菌するための滅菌方法に関する。

従来、医療用器具や食品包装材などの被処理物を高度に滅菌する方法として、被処理物が配置された密閉空間に酸化エチレンガスや窒素酸化物ガスを供給し、被処理物と反応させる方法が知られている。たとえば、特許文献１には、サブチャンバ（供給部）を含む循環系統において窒素と酸素とを含む外気（空気）をプラズマ化してＮＯ_２ガス（滅菌ガス）を調製しつつ、被処理物が配置されたメインチャンバ（処理部）内に、調製したＮＯ_２ガスを順次供給して、被処理物を滅菌する滅菌方法が開示されている。この滅菌方法によれば、サブチャンバを含む循環系統において外気からＮＯ_２ガスを適宜調製し得るため、たとえばＮＯ_２ガスが封入された市販のボンベ等を別途準備する必要がない。

ところで、特許文献１に記載の滅菌方法によれば、容積の小さなサブチャンバから容積の大きなメインチャンバへ複数回に分けて少量ずつＮＯ_２ガスが供給される。そのため、メインチャンバ内のＮＯ_２ガスの濃度は、サブチャンバからＮＯ_２ガスが供給されるごとに段階的に上昇する。被処理物は、メインチャンバ内のＮＯ_２ガスの濃度が所定の濃度（以下、単に滅菌濃度または設定濃度ともいう）に達した時点から、所定時間保持されることにより滅菌される。

このように、特許文献１に記載の滅菌方法によれば、ＮＯ_２ガスを調製しつつ、調製したＮＯ_２ガスをメインチャンバ内に順次供給しているため、メインチャンバ内のＮＯ_２ガス濃度を設定濃度まで上昇させるために長時間を要する場合がある。

特開２０１０−１８７９６６号公報

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、窒素と酸素とを含む外気等の原料ガスから滅菌ガスを調製することができ、かつ、滅菌の準備から完了までの一連の工程（１サイクル）に要する時間を短縮することのできる滅菌方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による滅菌方法は、被処理物の滅菌を行う処理空間を備えた処理部に、供給経路を通して供給部の蓄積空間に蓄積された滅菌ガスを供給して前記被処理物を滅菌する滅菌方法であって、前記供給経路を閉じた状態で、前記供給部の蓄積空間に窒素と酸素とを含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、供給された前記原料ガスにプラズマを照射してＮＯ_２を含む蓄積ガスを調製する蓄積ガス調製工程と、前記供給部の蓄積空間に希釈用ガスを圧入し、該希釈用ガスと前記蓄積ガスとを混合して滅菌ガスを調製する滅菌ガス調製工程と、前記供給経路を開放して、前記処理部の処理空間に前記供給部の蓄積空間に蓄積された前記滅菌ガスを供給し、前記処理空間を所定の圧力及び滅菌ガス濃度とする工程と、前記供給経路を閉じて、前記処理空間を前記所定の圧力及び滅菌ガス濃度で所定時間保持することによって、前記被処理物を滅菌する滅菌工程と、を含む。

本発明の滅菌方法は、たとえば滅菌ガスが封入された市販のボンベ等を別途準備する必要がなく、窒素と酸素とを含む原料ガスから滅菌ガスを調製することができる。また、従来のように滅菌ガスを調製しつつ調製した滅菌ガスを処理部の処理空間に順次供給するのではなく、滅菌ガスを処理部の処理空間に供給する前に滅菌ガスの調製を完了しているため、処理部への滅菌ガスの供給に要する時間を短縮し得る。その結果、処理部の処理空間における滅菌ガスの濃度上昇勾配を急にすることができ、滅菌の準備から完了までの一連の工程（１サイクル）に要する時間を短縮し得る。

前記蓄積ガス調製工程において、前記原料ガスを、前記供給部の蓄積空間に一端と他端とが接続された循環経路に供給し、該循環経路内に設けられた循環手段により前記原料ガスを循環させ、循環される前記原料ガスに、前記循環経路内に設けられたプラズマ照射手段によりプラズマを照射して、ＮＯ_２を含む前記蓄積ガスを調製することが好ましい。本発明の滅菌方法では、上記循環経路に原料ガスを循環させることにより、原料ガスに繰り返しプラズマを照射して、高濃度のＮＯ_２を含む蓄積ガスを調製し得る。

前記蓄積ガス調製工程において、大気圧以下の圧力下にて原料ガスにプラズマを照射することが好ましい。本発明の滅菌方法では、原料ガスにプラズマを照射する際に大気圧以下の圧力雰囲気としておくことにより、プラズマを安定的に点灯させやすく、かつ、プラズマの点灯状態を維持しやすい。その結果、効率よくＮＯ_２を含む蓄積ガスを調製し得る。

前記滅菌工程において、前記供給経路内に設けられたポンプにより前記滅菌ガスを前記処理部の処理空間に供給することが好ましい。本発明の滅菌方法では、上記経路内にポンプを設けることにより、供給部の蓄積空間から処理部の処理空間へ、滅菌ガスをほぼ完全に移送し得る。その結果、供給部に残る滅菌ガスの量を減らすことができ、調製した滅菌ガスを無駄なく使用し得る。また、蓄積空間を小さくすることもできる。

前記滅菌ガス調製工程において、耐圧容器に封入された希釈用ガスを、前記供給部の蓄積空間に圧入することが好ましい。本発明の滅菌方法では、耐圧容器に封入された希釈用ガスを供給部の蓄積空間に圧入することにより、たとえば一般的なポンプ等で希釈用ガスを圧入する場合と比較して、より多くの希釈用ガスを圧入でき、蓄積空間に高圧の滅菌ガスを蓄積し得る。その結果、ポンプ等を用いて希釈用ガスを圧入する場合と比較して、供給部の蓄積空間の容量を小さくすることができる。また、耐圧容器に封入された希釈ガスを用いて蓄積空間に高圧の滅菌ガスを蓄積しておけば、当該滅菌ガスを処理部の処理空間に供給する際に、大きな圧力差を発生させて短時間で供給させ得る。

前記原料ガス供給工程において、原料ガスとして、窒素と酸素とを個別に供給することが好ましい。本発明の滅菌方法では、原料ガスとして、窒素と酸素とを個別に供給することにより、プラズマの照射によりＮＯ_２の濃度が最も高められ得る最適な混合比で窒素と酸素とを混合し得る。また、たとえば外気等を原料ガスとする場合と比較して、原料ガス中に含まれる水分等を除去するためのエアドライヤ等の付帯設備を省略し得る。

前記滅菌ガス調製工程において、希釈用ガスとして、乾燥空気を圧入することが好ましい。本発明の滅菌方法では、希釈用ガスとして乾燥空気を使用する場合、外気等を原料とし得る。また、原料ガスとしても外気を原料とする乾燥空気を使用する場合には、原料ガスと希釈用ガスとにおいて原料である外気（空気）を共有でき、本発明の滅菌方法を実施するための設備を簡略化し得る。

本発明によれば、窒素と酸素とを含む外気等の原料ガスから滅菌ガスを調製することができ、かつ、滅菌の準備から完了までの一連の工程（１サイクル）に要する時間を短縮することのできる滅菌方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態（実施の形態１）における滅菌方法において使用される滅菌装置の概略的な模式図である。図２は、本発明の一実施形態（実施の形態１）における滅菌方法において使用される滅菌装置のマイクロ波供給装置の概略的な模式図である。図３は、本発明の一実施形態（実施の形態１）における滅菌方法において使用される滅菌装置の導波管とプラズマノズルとを説明するための概略的な模式図である。図４は、本発明の一実施形態（実施の形態１）における滅菌方法において使用することができる滅菌装置のＮＯ_２変換部を説明するための概略的な模式図である。図５は、本発明の一実施形態（実施の形態１）における滅菌方法の各工程を説明するためのフローチャートである。図６は、処理空間内の経時的な圧力変化を説明するためのグラフである。図７は、本発明の一実施形態（実施の形態２）における滅菌方法において使用される滅菌装置の概略的な模式図である。図８は、本発明の一実施形態（実施の形態３）における滅菌方法において使用される滅菌装置の概略的な模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施の形態１）
＜滅菌装置＞
図１は、本実施形態の滅菌方法において使用される滅菌装置１の概略的な模式図である。滅菌装置１は、メインチャンバ１１（処理部）とサブチャンバ１２（供給部）と吸気系統２０と循環系統３０（循環経路）と連係系統４０と排気系統５０とを含む。

メインチャンバ１１は、被処理物の滅菌を行う処理空間１１０を備えたチャンバであり、たとえばステンレス鋼などで構成され、高度の真空引きに対応できる耐圧構造を備えた比較的大容量のチャンバである。メインチャンバ１１には、ＮＯ_２の濃度を計測する濃度センサ１１１と、チャンバ内の圧力を計測する圧力センサ１１２とが備えられている。ほかにも、温度センサ、湿度センサ等の各種センサや、処理空間１１０内に水分を導入するための水分導入器が備えられてもよい。処理空間１１０は、後述する滅菌工程においてサブチャンバ１２の蓄積空間１２０に蓄積されたＮＯ_２ガスが、メインチャンバ１１内の空気によって希釈されること無く圧力差に従って短時間で供給されるように、ＮＯ_２ガスが供給される前に真空引きされる。なお、本明細書において、「被処理物」とは、たとえば、メス、鉗子、カテーテル等の各種医療用器具や、包装シート、トレイ、ボトル等の各種食品包装材などをいう。

サブチャンバ１２は、後述する高濃度ＮＯ_２ガス（ＮＯ_２を含む蓄積ガス）およびＮＯ_２ガス（滅菌ガス）を蓄積するための蓄積空間１２０を提供するためのチャンバであり、たとえばステンレス鋼などで構成され、高度の真空引きに対応できる耐圧構造を備えた比較的小容量のチャンバである。なお、本明細書において、「高濃度ＮＯ_２ガス」とは、後述する蓄積ガス調製工程において調製されるガスをいい、「ＮＯ_２ガス」とは、高濃度ＮＯ_２ガスに後述する乾燥空気（希釈用ガス）を混合することにより調製されるガスをいう。サブチャンバ１２には、ＮＯ_２の濃度を計測する濃度センサ１２１とチャンバ内の圧力を計測する圧力センサ１２２とが備えられている。ほかにも、温度センサ、湿度センサ等の各種センサが備えられてもよい。

吸気系統２０は、後述する滅菌方法における原料ガス供給工程においてボンベ２１（耐圧容器）とボンベ２２とにそれぞれ封入された窒素と酸素（窒素と酸素とを含む原料ガス）とを所定の割合で蓄積空間１２０に供給する際、および、滅菌ガス調製工程においてボンベ２３に封入された乾燥空気（希釈用ガス）を蓄積空間１２０に供給する際に稼働される系統であり、窒素を封入したボンベ２１と酸素を封入したボンベ２２と乾燥空気を封入したボンベ２３と電磁弁Ｖ１と電磁弁Ｖ２と電磁弁Ｖ３と配管２０１と配管２０２と配管２０３と配管２０４と配管２０５と配管２０６とを含む。

配管２０１は、一端が窒素を封入したボンベ２１と接続されており、他端が電磁弁Ｖ１を介して配管２０４の一端と接続されている。配管２０４の他端は、蓄積空間１２０と接続されている。配管２０２は、一端が酸素を封入したボンベ２２と接続されており、他端が電磁弁Ｖ２を介して配管２０５の一端と接続されている。配管２０５の他端は、蓄積空間１２０と接続されている。配管２０３は、一端が乾燥空気を封入したボンベ２３に接続されており、他端が電磁弁Ｖ３を介して配管２０６の一端と接続されている。配管２０６の他端は、蓄積空間１２０と接続されている。

循環系統３０は、蓄積空間１２０に供給された窒素と酸素とをプラズマで電離して、高濃度ＮＯ_２ガスを生成する際に稼働される系統であり、プラズマノズル３１（プラズマ照射手段）とガス流量計３２とポンプＰ１（循環手段）とＮＯ_２変換部３３と電磁弁Ｖ４と電磁弁Ｖ５と配管３０１と配管３０２と配管３０３を含む。

配管３０１は、一端が蓄積空間１２０と連通しており、他端が電磁弁Ｖ４を介して配管３０３と接続されている。一方、配管３０２は、一端が蓄積空間１２０と連通しており、他端が電磁弁Ｖ５を介して配管３０３と接続されている。これにより、蓄積空間１２０と連通する、配管３０１の一端を起点として配管３０２の一端に戻るループ管路が形成されている。本実施形態では、配管３０１側がループ管路内を流れるガス流の上流側となる。配管３０３に対して、上流側から順に、プラズマノズル３１、ガス流量計３２、ポンプＰ１、ＮＯ_２変換部３３が配置される。

プラズマノズル３１は、プラズマを発生させるための電界集中部を提供する。配管３０３を流通する窒素と酸素とは、プラズマノズル３１の電界集中部を通過することにより電離され、ＮＯ_２を含むＮＯｘガスに変換される。ＮＯｘガスは、ループ管路を繰り返し循環されることによりＮＯ_２濃度が高められ、高濃度ＮＯ_２ガスに変換される。ＮＯ_２濃度が高められる反応機構は後記により詳述される。

プラズマノズル３１には、プラズマを発生させるためのマイクロ波供給装置６０が付設される。マイクロ波供給装置６０は、マイクロ波エネルギーを発生させ、プラズマノズル３１に供給する。

図２は、本実施形態において使用されるマイクロ波供給装置６０の概略的な模式図である。マイクロ波供給装置６０は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置６１とマイクロ波を伝搬させる導波管６２とを含む。導波管６２にプラズマノズル３１が取り付けられる。マイクロ波発生装置６１と導波管６２との間には、アイソレータ６３とカプラ６４とチューナ６５とが備えられている。

マイクロ波発生装置６１は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源と、このマイクロ波発生源にて発生されたマイクロ波の強度を所定の出力強度に調整するアンプとを含む。

導波管６２は、アルミニウム等の非磁性金属からなり、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置６１により発生されたマイクロ波を長手方向に伝搬させる。導波管６２の遠端側には、スライディングショート６２１がフランジ部６２２を介して取り付けられている。スライディングショート６２１は、マイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンを調整する。

アイソレータ６３は、導波管６２からの反射マイクロ波のマイクロ波発生装置６１への入射を抑止する機器であり、サーキュレータ６３１とダミーロード６３２とを含む。サーキュレータ６３１は、マイクロ波を導波管６２に向かわせ、反射マイクロ波をダミーロード６３２に向かわせる。ダミーロード６３２は、反射マイクロ波を吸収して熱に変換する。カプラ６４は、マイクロ波エネルギーの強度を計測する。チューナ６５は、導波管６２に突出可能なスタブを含み、反射マイクロ波が最小となるような調整を行う。

図３は、本実施形態において使用される導波管６２とプラズマノズル３１とを説明するための概略的な模式図である。プラズマノズル３１は、中心導体３１１、外部導体３１２、スペーサ３１３および保護管３１４を備える。

中心導体３１１は、良導電性の金属から構成された棒状部材であり、上端部３１１Ｂが導波管６２の内部に所定長さだけ突出している。突出した上端部３１１Ｂは、導波管６２内を伝搬するマイクロ波を受信する。

外部導体３１２は、良導電性の金属から構成され、中心導体３１１を収納する筒状空間３１２Ｈを有する筒状体である。中心導体３１１が中心軸上に配置される。外部導体３１２は、導波管６２の下面板に一体的に取り付けられた円筒型の金属フランジ板６２３に嵌め込まれ、ネジ６２４で締め付けられることにより導波管６２に固定されている。外部導体３１２は、外周壁から筒状空間３１２Ｈに貫通するガス供給孔３１２Ｎを有し、ガス供給孔３１２Ｎには配管３０３の上流側が接続される。筒状空間３１２Ｈの下端部には、絶縁性の配管３１５が接続される。配管３１５は、配管３０３の一部を構成する。配管３０３内を流通するガスは、筒状空間３１２Ｈ内を経由する。

スペーサ３１３は、たとえばポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性樹脂材料やセラミック等からなる絶縁性部材で形成され、中心導体３１１を保持するとともに、導波管６２内の空間と筒状空間３１２Ｈとの間をシールする。外部導体３１２の筒状空間３１２Ｈの上端部分には段差部が設けられ、該段差部によりスペーサ３１３が支持される。中心導体３１１は、スペーサ３１３により外部導体３１２と絶縁された状態で保持される。保護管３１４は、所定長さの石英ガラスパイプ等からなり、外部導体３１２の下端縁３１２Ｔにおける異常放電（アーキング）を防止するために、筒状空間３１２Ｈの下端部分に嵌め込まれている。

上記のように構成されたプラズマノズル３１によれば、中心導体３１１が導波管６２を伝搬するマイクロ波を受信すると、アース電位の外部導体３１２との間に電位差を生じ、特に中心導体３１１の下端部３１１Ｔと外部導体３１２の下端縁３１２Ｔとの近傍に電界集中部が形成される。このような状態で、ガス供給孔３１２Ｎから筒状空間３１２Ｈに窒素と酸素とが供給されると、ガスが励起されて中心導体３１１の下端部３１１Ｔ付近においてプラズマ（電離気体）が発生する。該プラズマは、ＮＯｘとフリーラジカルを多く含んでいる。また、このプラズマは、電子温度が数万度であるものの、ガス温度は外界温度に近い反応性プラズマ（中性分子が示すガス温度と比べて、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であり、他の低温プラズマ状態または分子状態のガスとの反応性が高く、一部がＮＯ、ＮＯ_２などのＮＯｘまたはＯ_３に変換される。式（１）〜（３）のうち式（１）に示される反応がもっとも進行しやすく、式（１）に従って生成されたＮＯの一部は、低温プラズマ状態の酸素と結合し、ＮＯ_２に変換される（式（４））。
（１）Ｎ_２＋Ｏ_２→２ＮＯ
（２）Ｎ_２＋２Ｏ_２→２ＮＯ_２
（３）３Ｏ_２→２Ｏ_３
（４）２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２

生成されたＮＯ_２を含むＮＯｘがループ管路を循環する間に、式（１）で生成されたＮＯは、酸素や式（３）で生成されたＯ_３と反応し、ＮＯ_２に変換される（式（５）、（６））。
（５）２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２
（６）ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２

さらに、式（３）で生成されたＯ_３は窒素と反応し、ＮＯを生成する（式（７））。このＮＯは式（５）、（６）に従ってＮＯ_２に変換され、ＮＯ_２の濃度が高められる。
（７）Ｎ_２＋２Ｏ_３→２ＮＯ＋２Ｏ_２

図１に戻り、ガス流量計３２は、配管３０３内を流通するガスの流量を計測する。ポンプＰ１は、サブチャンバ１２とループ管路とで構成される空間において、所定の方向にガスを循環させる。ポンプＰ１としては、ＮＯｘ等に耐性を持つ耐薬品性のポンプが用いられる。

ＮＯ_２変換部３３は、ガス中に硝酸（ＨＮＯ_３）が含まれる場合に必要となるものであり、プラズマノズル３１を通過したガスから、ＮＯ_２を抽出する。図４は、本実施形態において使用されるＮＯ_２変換部３３を説明するための概略的な模式図である。ＮＯ_２変換部３３は、ガス中のＨＮＯ_３を吸着するフィルタ３３１と、フィルタ３３１を通過したガス中のＮＯｘをＮＯに変換する第一変換部３３２と、そのＮＯをＮＯ_２に変換する第二変換部３３３とを備える。

プラズマノズル３１において窒素と酸素とが電離されると、ＮＯ、Ｏ_３が生成される（上記式（１）および（３）参照）。これらは以下のごとく酸化され、ループ管路内に無視できない量の水分が存在する場合には、その水分と反応して一部がＨＮＯ_３に変換される。
（８）ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２
（９）２ＮＯ_２＋Ｏ_３→Ｎ_２Ｏ_５＋Ｏ_２
（１０）Ｎ_２Ｏ_５＋Ｈ_２Ｏ→２ＨＮＯ_３

フィルタ３３１は、たとえばセラミック製のハニカム構造を備えた基材に、硝酸吸着性のコーティング層を施したフィルタであり、式（１０）に従って生成されるＨＮＯ_３を吸着する。硝酸吸着性のコーティング層は、たとえばゼオライト、アルミナ、シリカゲル等の珪素吸着剤からなる。

第一変換部３３２は、たとえばセラミック製のハニカム構造を備えた基材に、白金やパラジウム等を含有するコーティング層が形成された触媒と、該触媒の温度を調整するヒータとを備えた触媒装置であり、フィルタ３３１を通過したガスに含まれる、ＮＯ_２以外のＮＯｘをＮＯに変換する。

第二変換部３３３は、たとえばセラミック製のハニカム構造を備えた基材に、白金やパラジウム等を含有するコーティング層が形成された触媒と、該触媒の温度（第一変換部の触媒とは異なる温度）を調整するヒータとを備えた触媒装置であり、第一変換部３３２を通過したガス中に含まれるＮＯをＮＯ_２に変換する。

図１に戻り、連係系統４０は、蓄積空間１２０に蓄積された滅菌ガスを処理空間１１０に供給する際に稼働される系統である。連係系統４０は、電磁弁Ｖ６と電磁弁Ｖ７とポンプＰ２と配管４０１と配管４０２とを含む。

配管４０１は、一端が蓄積空間１２０に接続され、他端が処理空間１１０に接続されている。配管４０１は、上流側にポンプＰ２が配置され、下流側に電磁弁Ｖ６が配置されている。ポンプＰ２は耐薬品性のポンプであり、蓄積空間１２０から処理空間１１０にＮＯ_２ガスを供給する場合等に稼働される。電磁弁Ｖ６は、ポンプＰ２が稼働される際に開放される。配管４０２の一端は処理空間１１０に接続され、他端は蓄積空間１２０に接続されており、電磁弁Ｖ７が配置されている。電磁弁Ｖ７は、処理空間１１０および蓄積空間１２０を常圧に復帰させる場合等に開放される。

排気系統５０は、後述する滅菌方法の滅菌工程により滅菌された被処理物を取り出すために、滅菌処理に用いたＮＯ_２ガスをメインチャンバ１１の処理空間１１０内で無害化するとともに、無害化した後のガスを外部に排気するための系統であり、図１に示されるように、浄化部５１と電磁弁Ｖ８と電磁弁Ｖ９とポンプＰ３と配管５０１と配管５０２とを含む。

配管５０１は、一端が処理空間１１０に接続され、他端が電磁弁Ｖ８を介して配管５０２の一端と接続されている。配管５０２には、上流側から順に電磁弁Ｖ９とポンプＰ３とが配置されている。ポンプＰ３はメインチャンバ１１から浄化部５１を介して浄化されたガスを排気する場合や、処理空間１１０を真空引きする場合等に稼働される。電磁弁Ｖ９は、ポンプＰ３が稼働する際に開放される。

浄化部５１は、図示しないＨＮＯ_３変換部とフィルタとを含む。ＨＮＯ_３変換部は、Ｏ_３を発生するオゾン発生器（図示せず）と、水を供給するための水分導入器（図示せず）とを備え、滅菌処理後のガスに含まれるＮＯ_２をＨＮＯ_３に変換する。フィルタは、たとえばセラミック製のハニカム構造を備えた基材に、硝酸吸着性のコーティング層を施したフィルタであり、ガス中のＨＮＯ_３を吸着して無害化する。なお、浄化部５１の構成はこれに限定されず、たとえばアルカリ水溶液を蓄積した貯留槽を設けてもよい。貯留槽に蓄積されたアルカリ水溶液に滅菌処理後のガスを通過させることにより、ガス中のＮＯｘを溶融させて除去することができる。

以上の構成を備えた滅菌装置を用いて、本実施形態の滅菌方法が実施される。

＜滅菌方法＞
次に、本実施形態の滅菌方法を、図１および図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態における滅菌方法の各工程を説明するためのフローチャートである。

原料ガス供給工程（ステップＳ１１０）は、蓄積空間１２０にボンベ２１とボンベ２２にそれぞれ封入された窒素と酸素とを供給する工程である。原料ガス供給工程は、上記した吸気系統２０において実行される（図１参照）。

上記のとおり、窒素と酸素とは、それぞれ別々のボンベ２１およびボンベ２２に封入されており、それぞれ電磁弁Ｖ１および電磁弁Ｖ２を開放して所定の混合割合で蓄積空間１２０に供給される。そのため、原料ガス供給工程では、後述する蓄積ガス調製工程において、高濃度ＮＯ_２ガスを調製する際にプラズマの照射によりＮＯ_２の濃度が最も高められる最適な混合比で窒素と酸素とをサブチャンバ１２の蓄積空間１２０に供給する。具体的には、窒素と酸素とが、体積比で８：２〜２：８、より好ましくは６：４〜４：６、さらに好ましくは５：５となるようそれぞれ供給し得る。その結果、たとえば原料ガスとして外気等を使用する場合と比較して、外気等に含まれる水分等を除去するためのエアドライヤ等の付帯設備を省略することができる。

蓄積ガス調製工程（ステップＳ１２０）は、供給された窒素と酸素とにプラズマを照射して高濃度ＮＯ_２ガスを調製する工程である。蓄積ガス調製工程は、上記した循環系統３０において実行される。蓄積空間１２０に供給された窒素と酸素とは、ポンプＰ１が稼働されることにより大気圧（１ａｔｍ）の圧力下（大気圧以下の圧力下）にてループ管路内を循環し、プラズマノズル３１によりプラズマが照射されてＮＯ_２を含むＮＯｘガスに変換される。ＮＯｘガスは、循環されることにより、上記した反応機構（式（１）〜（７）参照）に基づいてＮＯ_２濃度が高められ、高濃度ＮＯ_２ガスとして蓄積空間１２０に蓄積される。

ここで、上記のとおり、プラズマノズル３１の電界集中部に供給された窒素と酸素とは、強電界に励起される。本実施形態では、供給される窒素と酸素とにプラズマを照射する際の圧力が大気圧であるため、プラズマが安定的に点灯されやすく、かつ、プラズマの点灯状態が維持されやすい。その結果、本実施形態では、たとえばＮＯ_２ガスが封入された市販のボンベ等を別途準備しなくても、大気圧以下の圧力下にて、窒素と酸素とを原料として効率よく高濃度ＮＯ_２ガスを調製することができる。高濃度ＮＯ_２ガス中のＮＯ_２濃度は、たとえば５〜２００ｍｇ／Ｌ程度とすることができる。

滅菌ガス調製工程（ステップＳ１３０）は、蓄積空間１２０に、ボンベ２３に封入された乾燥空気を圧入し、乾燥空気と高濃度ＮＯ_２ガスとを混合してＮＯ_２ガスを調製する工程である。滅菌ガス調製工程は、上記した原料ガス供給工程と同様に、吸気系統２０において実行される。本実施形態では、電磁弁Ｖ３を開放してボンベ２３に封入された乾燥空気を圧入することにより、たとえば１．１〜１５０ａｔｍ程度に加圧された状態でＮＯ_２ガスが蓄積される。

滅菌工程（ステップＳ１４０）は、蓄積空間１２０に蓄積されたＮＯ_２ガスを処理空間１１０に供給して被処理物を滅菌する工程である。滅菌工程は、上記した連係系統４０において実行される。

ＮＯ_２ガスは、上記のとおり、滅菌ガス調製工程において乾燥空気が圧入されたことにより蓄積空間１２０内において高圧で蓄積されている。そのため、滅菌工程において、蓄積空間１２０に蓄積された高圧のＮＯ_２ガスは、電磁弁Ｖ６が開放されると、処理空間１１０と蓄積空間１２０との圧力差に従って処理空間１１０に短時間で供給される。その際、ポンプＰ２を稼働させれば、ＮＯ_２ガスを蓄積空間１２０に残さずに処理空間１１０へ圧入することができる。具体的には、たとえば、処理空間１１０を真空引きしていた場合において、処理空間１１０（容積：１５０Ｌ、圧力：略真空）に、蓄積空間１２０（容積：５０Ｌ、圧力：３ａｔｍ）に封入されたＮＯ_２ガス（濃度：６０ｍｇ／Ｌ）の全量が供給される場合、ＮＯ_２ガス供給後の処理空間１１０の圧力は１（ａｔｍ）となり、処理空間１１０に供給されたＮＯ_２ガスの濃度は２０（ｍｇ／Ｌ）となる。また、高濃度ＮＯ_２ガス中のＮＯ_２の濃度を充分に高めたうえで、乾燥空気を混合してさらに高圧のＮＯ_２ガスを調製する場合には、サブチャンバ１２の蓄積空間１２０をさらに小容量とすることができ、滅菌装置１を省スペース化することができる。なお、ＮＯ_２ガスを供給した後の処理空間１１０の圧力としては、大気圧（１ａｔｍ）以下であることが好ましい。これにより、万が一処理空間１１０に破損等が生じて気密性が低下した場合等に、ＮＯ_２ガスの漏洩を抑制することができる。

本実施形態では、従来のようにＮＯ_２ガスを調製しつつ調製したＮＯ_２ガスを処理空間１１０に順次供給するのではなく、処理空間１１０に供給する前に、上記のとおり滅菌ガス調製工程によりＮＯ_２ガスの調製を完了し、蓄積空間１２０に高圧で蓄積しておく。そして、蓄積しておいたＮＯ_２ガスを、滅菌工程において、処理空間１１０に供給する。そのため、従来のようにＮＯ_２ガスを調製しながら順次供給する場合と比較して、処理空間１１０へのＮＯ_２ガスの供給に要する時間が短縮される。その結果、処理空間１１０におけるＮＯ_２ガスの濃度上昇勾配を急にすることができ、滅菌濃度に至る前に実質的に滅菌が開始される期間を従来よりも相対的に短くして、滅菌の準備から完了までの一連の工程（１サイクル）に要する時間が短縮される。

排気工程（ステップＳ１５０）は、滅菌処理に用いたＮＯ_２ガスを無害化し、外部に排気するための工程である。排気工程は、上記した排気系統５０において実行され、滅菌工程後に処理空間１１０内に残存するＮＯ_２は、浄化部５１のＨＮＯ_３変換部（図示せず）によりＨＮＯ_３に変換され、フィルタ（図示せず）により吸着されて除去される。

＜処理空間の圧力変化＞
次に、本実施形態の滅菌方法の滅菌工程（および排気工程）を実施する際の処理空間内の経時的な圧力変化について図１および図６を参照しながら説明する。図６は、処理空間内の経時的な圧力変化を説明するためのグラフであり、図６（ａ）は、本実施形態の滅菌方法を実施した場合におけるメインチャンバ内の経時的な圧力変化を説明するためのグラフであり、図６（ｂ）は、従来の滅菌方法を実施した場合におけるメインチャンバ内の経時的な圧力変化を説明するためのグラフである。なお、処理空間内の圧力は、圧力センサ１１２により計測される。

まず、図６（ａ）に示される時刻Ｔ１の前に、被処理物が処理空間１１０に収容される。処理空間１１０への被処理物の収容は、滅菌工程が実行される前であればよい。時刻Ｔ１において、処理空間１１０内の圧力は、大気圧（１ａｔｍ）である。

時刻Ｔ１〜Ｔ２では、電磁弁Ｖ８および電磁弁Ｖ９（図１参照）が開放され、ポンプＰ３が駆動されて、処理空間１１０が真空引きされる。真空引きが完了した後、電磁弁Ｖ８は閉止される。時刻Ｔ２における処理空間１１０内の圧力をＰａ（ａｔｍ）で示す。Ｐａは略真空である。

時刻Ｔ２〜Ｔ３では、処理空間１１０は、所定時間の間、Ｐａ（ａｔｍ）で保持され、真空状態が安定化される。この間、被処理物は乾燥状態とされる。

時刻Ｔ３〜Ｔ４では、処理空間１１０に水分導入器（図示せず）により水分が導入される。処理空間１１０内は、略真空であるため、導入された水分は水蒸気となり瞬時に被処理物の細部に行き渡るとともに、処理空間１１０内の圧力は幾分上昇する。これにより、被処理物の表面には水蒸気が付着するため、ＮＯ_２ガスが供給された際に表面にＨＮＯ_３を生成させることができ、滅菌効率が向上する。時刻Ｔ４における処理空間１１０内の圧力をＰｂ（ａｔｍ）で示す。

時刻Ｔ４〜Ｔ５では、処理空間１１０は、所定時間の間、Ｐｂ（ａｔｍ）で保持され、適度に水分が導入された状態が安定化される。この間、被処理物は適度に水分が導入された状態とされる。

時刻Ｔ５〜Ｔ６では、電磁弁Ｖ６が開放され、ポンプＰ２が稼働されることにより、蓄積空間１２０に蓄積されたＮＯ_２ガスが処理空間１１０に供給される。上記のとおり、蓄積空間１２０には、加圧された状態（たとえば３ａｔｍ）でＮＯ_２ガスが蓄積されている。そのため、ＮＯ_２ガスは、略真空（Ｐｂ（ａｔｍ））の処理空間１１０に、圧力差を利用して一気に導入される。本実施形態では、圧力差を利用するとともにポンプＰ２を併用してＮＯ_２ガスの全量が処理空間１１０に導入される。時刻Ｔ６における処理空間１１０内の圧力をＰｃ（ａｔｍ）で示す。

時刻Ｔ６〜Ｔ７では、電磁弁Ｖ６が閉止され、処理空間１１０は、所定時間の間、圧力Ｐｃ（ａｔｍ）および滅菌濃度で保持される。この間、被処理物はＮＯ_２ガスに曝され、滅菌される。

時刻Ｔ７〜Ｔ８では、電磁弁Ｖ８および電磁弁Ｖ９が開放され、ポンプＰ３が駆動されることにより、処理空間１１０が真空引き（排気）される。時刻Ｔ８における処理空間１１０内の圧力は、再び略真空（Ｐａ（ａｔｍ））とされる。

時刻Ｔ８〜Ｔ９では、処理空間１１０は、所定時間の間、Ｐａ（ａｔｍ）で保持される。この間、被処理物は乾燥状態とされる。

時刻Ｔ９〜Ｔ１３では、滅菌後の被処理物や処理空間１１０内に残存するＮＯ_２ガスや滅菌反応により生成された物質を除去するために、複圧と減圧とが繰り返される。時刻Ｔ９〜Ｔ１０では、たとえば電磁弁Ｖ３と電磁弁Ｖ６が開放され、ポンプＰ２が駆動されることにより、ボンベ２３から乾燥空気が導入されて処理空間１１０内が複圧される。時刻Ｔ１０における処理空間１１０内の圧力をＰｄ（ａｔｍ）で示す。時刻Ｔ１０〜Ｔ１１では、電磁弁Ｖ６が閉止されるとともに電磁弁Ｖ８および電磁弁Ｖ９が開放され、ポンプＰ３が駆動されることにより、処理空間１１０は真空引きされる。時刻Ｔ１１における処理空間１１０内の圧力は、再びＰａ（ａｔｍ）とされる。時刻Ｔ１１〜Ｔ１２では、時刻Ｔ９〜Ｔ１０と同様に、ボンベ２３から乾燥空気が導入されて、再び処理空間１１０内は複圧される。時刻Ｔ１２〜Ｔ１３では、時刻Ｔ１０〜Ｔ１１と同様に、処理空間１１０は真空引きされて、再び処理空間１１０内は減圧される。なお、複圧と減圧の繰り返し数は２回に限定されず、１回であってもよく３回以上であってもよい。

時刻Ｔ１３〜Ｔ１４では、時刻Ｔ９〜Ｔ１０と同様に、ボンベ２３から乾燥空気が導入され、大気圧（１ａｔｍ）に複圧される。本実施形態の滅菌方法は、以上のタイムスケジュールに従って滅菌工程（および排気工程）が実施される。

一方、図６（ｂ）に示されるように、従来の滅菌方法によれば、時刻Ｔ１’〜Ｔ５’およびＴ６’〜Ｔ１４’における圧力の経時変化は図６（ａ）に示される本実施形態の滅菌方法における時刻Ｔ１〜Ｔ５およびＴ６〜Ｔ１４における圧力の経時変化と同様であるが、時刻Ｔ５’〜Ｔ６’に要する時間（ＮＯ_２ガスを供給する際に要する時間）は、本実施形態の滅菌方法における時刻Ｔ５〜Ｔ６に要する時間よりも長時間となる。これは、従来の滅菌方法では、サブチャンバを含む循環系統において窒素と酸素とを含む外気をプラズマ化してＮＯ_２ガスを調製しつつ、調製したＮＯ_２ガスを処理空間に順次供給した結果、処理空間におけるＮＯ_２ガスの濃度を一定の圧力（滅菌濃度）に到達させるまでに長時間を要したためである。

本実施形態では、上記のとおり、滅菌ガス調製工程においてＮＯ_２ガスの調製を予め完了して蓄積空間１２０に蓄積しておき、蓄積しておいたＮＯ_２ガスを滅菌工程（時刻Ｔ５〜Ｔ６）において処理空間１１０に供給するため、短時間でＮＯ_２ガスが供給される。その結果、滅菌処理の１サイクルに要する時間（時刻Ｔ１〜Ｔ１４）も短くなる。

また、本実施形態の滅菌方法では、時刻Ｔ５〜Ｔ６における圧力変動の勾配（図６（ａ）において角度θ１で表示）が、従来の滅菌方法の時刻Ｔ５’〜Ｔ６’における圧力変動の勾配（図６（ｂ）において角度θ２で表示）と比べて大きい。略真空である処理空間１１０における圧力の上昇は、供給されたＮＯ_２ガスの量（濃度）を反映するため、本実施形態の滅菌方法では、処理空間１１０におけるＮＯ_２ガスの濃度上昇勾配が従来の滅菌方法と比べて急であることが判る。

（実施の形態２）
以下に、本発明の滅菌方法の第２の実施形態（実施の形態２）について説明する。図７は、本実施形態の滅菌方法において使用される滅菌装置１ａの概略的な模式図である。

本実施形態で使用する滅菌装置１ａは、実施の形態１の滅菌方法で使用する滅菌装置１における乾燥空気を封入したボンベ２３と電磁弁Ｖ１と配管２０１と配管２０４と（それぞれ図１参照）に代えて、ポンプＰ４とエアドライヤ２４と湿度センサ２５と電磁弁Ｖ１０と配管２０７と配管２０８とを含む以外は、実施の形態１の滅菌方法で使用する滅菌装置１と同様である。そのため、相違点以外の説明は省略する。

吸気系統２０ａにおいて、配管２０７は、一端が外気を吸入するために設けられたポンプＰ４と接続されており、他端が電磁弁Ｖ１０を介して配管２０８の一端と接続されている。配管２０８の他端は、蓄積空間１２０に接続されている。配管２０７には、上流側からエアドライヤ２４と湿度センサ２５とが配置されている。

エアドライヤ２４は、ポンプＰ４により吸入された外気（空気）に含まれる水分を除去するために設けられており、たとえば電熱ヒータを備えた乾燥装置である。このエアドライヤ２４を通過した空気（乾燥空気）は、湿度が略ゼロとなる。湿度センサ２５は、配管２０７内を流通する空気の湿度を検出するために設けられており、もっぱらエアドライヤ２４の故障検知のために用いられる。

本実施形態では、滅菌ガス調製工程において、ポンプＰ４により吸入された外気を用いて調製された上記乾燥空気が希釈用ガスとして高濃度ＮＯ_２ガスと混合される。すなわち、希釈用ガスとしてボンベに封入された乾燥空気を用いるのではなく、外気を原料として乾燥空気を調製できる。そのため、実施の形態１において説明したようなボンベ２３に封入された乾燥空気（図１参照）を準備する必要がなく、コストが安く、ボンベを交換する手間を省くことができる。

（実施の形態３）
以下に、本発明の滅菌方法の第３の実施形態（実施の形態３）について説明する。図８は、本実施形態の滅菌方法において使用される滅菌装置１ｂの概略的な模式図である。

本実施形態で使用する滅菌装置１ｂは、吸気系統２０ｂがポンプＰ５とエアドライヤ２４ａと湿度センサ２５ａと電磁弁Ｖ１１と配管２０９と配管２１０とを含む以外は、実施の形態１の滅菌方法で使用する滅菌装置１（図１参照）と同様である。そのため、相違点以外の説明は省略する。

吸気系統２０ｂにおいて、配管２０９は、一端が外気を吸入するために設けられたポンプＰ５と接続されており、他端が電磁弁Ｖ１１を介して配管２１０の一端と接続されている。配管２１０の他端は、蓄積空間１２０に接続されている。配管２０９には、上流側からエアドライヤ２４ａと湿度センサ２５ａとが配置されている。ポンプＰ５により吸入された外気は、エアドライヤ２４ａにより乾燥されて乾燥空気とされる。蓄積空間１２０に供給された乾燥空気は、上記した蓄積ガス調製工程を経て高濃度ＮＯ_２ガスとされる。

ここで、本実施形態では、上記乾燥空気は、原料ガス供給工程だけでなく滅菌ガス調製工程における希釈用ガスとしても使用される。すなわち、滅菌ガス調製工程において、乾燥空気を蓄積空間１２０に圧入して高濃度ＮＯ_２ガスと混合することにより、ＮＯ_２ガスを調製する。このように、本実施形態では、蓄積ガス調製工程における高濃度ＮＯ_２ガスの調製時と、滅菌ガス調製工程におけるＮＯ_２ガスの調製時との両方において外気を原料とした乾燥空気を使用できるため、別途窒素、酸素、乾燥空気をそれぞれ封入したボンベ２１〜２３（図１参照）を準備する必要がないためコストが安く、ボンベを交換する手間を省くことができるとともに、滅菌装置１ｂの構成を簡略化することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば次のような変形実施形態を採用ことができる。

（１）上記実施形態では、滅菌工程において、ポンプを使用して蓄積空間から処理空間にＮＯ_２ガスを全量供給する場合を例示した。本発明は、これに代えて、ポンプを省略してもよい。すなわち、本発明では、上記のとおり、ボンベ等を用いてＮＯ_２ガスを高圧で蓄積空間に蓄積し得る。そのため、蓄積空間と処理空間との圧力差を利用するだけであっても、処理空間内に充分な濃度のＮＯ_２ガスを供給し得る。また、この場合には、蓄積空間にＮＯ_２ガスが残存するが、残存したＮＯ_２ガスは、引き続いて蓄積ガス調製工程において高濃度ＮＯ_２ガスを調製する際に使用することができ、これにより蓄積ガス調製工程に要する時間を短縮し得る。

（２）上記実施の形態１および実施の形態２では、原料供給工程において窒素と酸素との混合割合を調整し得るように、それぞれが封入されたボンベを準備する場合を例示した。本発明は、これに代えて、酸素が封入されたボンベと乾燥空気が封入されたボンベ（または外気から乾燥空気を調製するためのポンプ、エアドライヤ等）とを準備するか、窒素が封入されたボンベと乾燥空気が封入されたボンベ（または外気から乾燥空気を調製するためのポンプ、エアドライヤ等）とを準備し、これらを併用することにより窒素と酸素との混合割合を調整してもよい。また、窒素と酸素とが所定の割合で混合されて封入されたボンベや、乾燥空気が封入されたボンベを準備し、これらを単独で用いてもよい。

（３）上記実施の形態１および実施の形態２では、滅菌ガス調製工程において、乾燥空気を希釈用ガスとして使用する場合を例示した。本発明は、これに代えて、窒素または酸素を希釈用ガスとして使用してもよい。この場合、原料ガス調製工程で使用したボンベにそれぞれ封入された窒素または酸素を用いることができるため、乾燥空気が封入されたボンベ（または外気から乾燥空気を調製するためのポンプ、エアドライヤ等）を準備する必要がなく、装置を簡略化し得る。

（４）上記実施形態では、メインチャンバの個数が１である場合を例示した。本発明は、これに代えて、メインチャンバを複数準備してもよい。すなわち、本発明によれば、ＮＯ_２ガスを短時間で処理空間に供給できるため、その後に原料ガス供給工程、蓄積ガス調整工程、滅菌ガス調製工程を早期に再開し、サブチャンバにあらたにＮＯ_２ガスを蓄積し得る。そのため、蓄積したＮＯ_２ガスを用いて、他の１のメインチャンバの処理空間に供給すれば、より多くの被処理物を効率的に滅菌し得る。

１、１ａ、１ｂ：滅菌装置１１：メインチャンバ１１０：処理空間１１１、１２１：濃度センサ１１２、１２２：圧力センサ１２：サブチャンバ１２０：蓄積空間２０、２０ａ、２０ｂ：吸気系統２０１〜２１０、３０１〜３０３、４０１、４０２、５０１、５０２：配管２１〜２３：ボンベ２４、２４ａ：エアドライヤ２５、２５ａ：湿度センサ３０：循環系統３１：プラズマノズル３１１：中心導体３１１Ｂ：上端部３１１Ｔ、３１２Ｔ：下端部３１２：外部導体３１２Ｈ：筒状空間３１２Ｎ：ガス供給孔３１３：スペーサ３１４：保護管３１５：配管３２：ガス流量計３３：ＮＯ_２変換部３３１：フィルタ３３２：第一変換部３３３：第二変換部４０：連係系統５０：排気系統６０：マイクロ波供給装置６１：マイクロ波発生装置６２：導波管６２１：スライディングシュート６２２：フランジ部６２３：金属フランジ板６２４：ネジ６３：アイソレータ６３１：サーキュレータ６３２：ダミーロード６４：カプラ６５：チューナＰ１〜Ｐ５：ポンプＶ１〜Ｖ１１：電磁弁

Claims

被処理物の滅菌を行う処理空間を備えた処理部に、供給経路を通して供給部の蓄積空間に蓄積された滅菌ガスを供給して前記被処理物を滅菌する滅菌方法であって、
前記供給経路を閉じた状態で、前記供給部の蓄積空間に窒素と酸素とを含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
供給された前記原料ガスにプラズマを照射してＮＯ_２を含む蓄積ガスを調製する蓄積ガス調製工程と、
前記供給部の蓄積空間に希釈用ガスを圧入し、該希釈用ガスと前記蓄積ガスとを混合して滅菌ガスを調製する滅菌ガス調製工程と、
前記供給経路を開放して、前記処理部の処理空間に前記供給部の蓄積空間に蓄積された前記滅菌ガスを供給し、前記処理空間を所定の圧力及び滅菌ガス濃度とする工程と、
前記供給経路を閉じて、前記処理空間を前記所定の圧力及び滅菌ガス濃度で所定時間保持することによって、前記被処理物を滅菌する滅菌工程と、
を含む滅菌方法。
前記蓄積ガス調製工程において、
前記原料ガスを、前記供給部の蓄積空間に一端と他端とが接続された循環経路に供給し、
該循環経路内に設けられた循環手段により前記原料ガスを循環させ、
循環される前記原料ガスに、前記循環経路内に設けられたプラズマ照射手段によりプラズマを照射して、ＮＯ_２を含む前記蓄積ガスを調製する、請求項１記載の滅菌方法。
前記蓄積ガス調製工程において、
大気圧以下の圧力下にて原料ガスにプラズマを照射する、請求項１または２記載の滅菌方法。
前記滅菌工程において、
前記供給経路内に設けられたポンプにより前記処理部の処理空間に前記滅菌ガスを供給する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の滅菌方法。
前記滅菌ガス調製工程において、
耐圧容器に封入された希釈用ガスを、前記供給部の蓄積空間に圧入する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の滅菌方法。
前記原料ガス供給工程において、
原料ガスとして、窒素と酸素とを個別に供給する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の滅菌方法。
前記滅菌ガス調製工程において、
希釈用ガスとして、乾燥空気を圧入する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の滅菌方法。