WO2014171248A1 - 殺菌装置 - Google Patents

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conductor
sterilizer
ceramic layer
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今西雄一郎
清水尚博
河野隆太
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NGK Insulators Ltd
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/30—Medical applications
    • H05H2245/36—Sterilisation of objects, liquids, volumes or surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a sterilization apparatus that sterilizes at least the surface of an object using plasma generated by discharge by a high voltage pulse from a pulse power supply.
  • an electrode structure composed of a first electrode, a second electrode, and a third electrode is installed in the middle of a gas flow path, and the second electrode is installed.
  • the first electrode is installed on the upstream side, and the third electrode is installed on the downstream side of the first electrode.
  • one pole of the pulse power supply is connected to the first electrode, and the other pole of the pulse power supply is connected to the second electrode and the third electrode.
  • the first electrode is disposed so as to cross the first gas passage surface and occupy a part of the first gas passage surface, and the second electrode and the third electrode are respectively connected to the second electrode.
  • each end of the first electrode, the second electrode, and the third electrode does not become the start point or end point of the discharge, and the durability of the first electrode, the second electrode, and the third electrode is improved. .
  • the apparatus described in the pamphlet of International Publication No. 2012/120928 includes a flow path formation, a transformer, an electrode structure (anode bar and cathode plate), a power supply path on the anode side, and a cathode side in a casing made of a conductor.
  • the power supply path is accommodated.
  • the extending direction of the anode rod and the extending direction of the cathode plate are not parallel, and the anode rod and the cathode plate cross the gas flow path.
  • the anode rod and the cathode plate are arranged apart from each other in the extending direction of the gas flow path.
  • the present invention has been made in consideration of such a problem, and it is possible to flow a fluid uniformly to the discharge electrode portion, to generate plasma efficiently in the discharge electrode portion, and to generate plasma.
  • An object of the present invention is to provide a sterilization apparatus that can improve the efficiency of sterilization treatment when the sterilization treatment is carried out by indirectly applying an excited substance to the object to be treated.
  • a sterilization apparatus is a sterilization apparatus that sterilizes at least a surface of an object using plasma generated by discharge by a high voltage pulse from a pulse power source, and has an anode and a cathode.
  • a discharge electrode portion that generates a discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power source, a fluid guide portion that guides fluid to the discharge electrode portion, and the discharge electrode portion.
  • a nozzle that outputs the fluid that has passed therethrough toward the object, and plasma is generated by the discharge in the discharge electrode portion while introducing the fluid into the discharge electrode portion, At least one of the fluid guide and the nozzle is applied to the object together with the fluid, and the flow passage area gradually decreases in the fluid flow direction. And wherein the door.
  • the fluid guide part may have a rectifying structure that uniformly supplies the fluid to the discharge electrode part.
  • the rectifying structure includes a bell mouth structure in which a flow path area gradually decreases in the fluid flow direction, and one or more rectifying networks installed on the upstream side of the bell mouth structure;
  • a fluid inflow case in which the inner dimension of the fluid outlet direction to the bell mouth structure has a positive correlation with the fluid flow rate.
  • the opening ratio of the rectifying network may be 10 to 45%.
  • the internal dimension of the fluid inflow case in the direction of fluid introduction into the bell mouth structure may be 20 mm to 100 mm at a fluid flow rate of 10 liter / min to 20 liter / min.
  • the supply direction of the fluid to the fluid guide part may be different from the flow direction of the fluid to the discharge electrode part.
  • an angle formed between the fluid supply direction and the fluid flow direction may be 80 ° to 100 °.
  • the nozzle may have a structure in which the flow path area gradually decreases in the fluid flow direction.
  • the discharge electrode portion includes a first discharge electrode serving as the anode and a second discharge electrode serving as the cathode, and a plurality of second discharge electrodes constituting the first discharge electrode.
  • first discharge electrode and the second discharge electrode are separated from each other and viewed from the fluid flow direction with respect to the discharge electrode portion, the first conductor and the second conductor It may be in a positional relationship where the conductor intersects.
  • the discharge electrode portion includes a first discharge electrode serving as the anode and a second discharge electrode serving as the cathode, and a plurality of second discharge electrodes constituting the first discharge electrode.
  • One conductor and a plurality of second conductors constituting the second discharge electrode may be in a twisted positional relationship.
  • a plurality of grids may be formed by the first conductor and the second conductor when viewed from the fluid flow direction with respect to the discharge electrode portion.
  • the arrangement pitch of the intersection between the first conductor and the second conductor may be 5 to 50 mm.
  • the opening ratio of the discharge electrode part may be 30 to 50% when viewed from the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode part.
  • the first discharge electrode includes the first conductor and a first ceramic layer covering the first conductor
  • the second discharge electrode includes the second conductor and the second conductor. You may have the 2nd ceramic layer to coat
  • the first ceramic layer and the second ceramic layer do not have pores of 50 ⁇ m or more.
  • each diameter of the first conductor and the second conductor is 200 to 1000 ⁇ m.
  • the pulse power source includes a pulse generator that applies the high voltage pulse between the anode and the cathode, and the pulse generator that generates a discharge between the anode and the cathode.
  • a pulse control unit for controlling the unit, the pulse generation unit has a transformer and a switch connected in series at both ends of the DC power supply unit, and the on-control of the switch by the pulse control unit to the transformer
  • a pulse generation circuit that accumulates inductive energy and generates the high-voltage pulse on the secondary side of the transformer by turning off the switch of the pulse control unit may be included.
  • a plasma processing apparatus is a plasma processing apparatus for processing at least a surface of an object using plasma generated by discharge by a high voltage pulse from a pulse power source.
  • a discharge electrode part for generating a discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power source, a fluid guide part for guiding a fluid to the discharge electrode part, and the discharge electrode
  • a nozzle that outputs the fluid that has passed through the part toward the object, and plasma is generated by the discharge in the discharge electrode part while introducing the fluid into the discharge electrode part,
  • at least one of the fluid guide portion and the nozzle has a flow path area that gradually decreases in the fluid flow direction. It characterized by having a made structure.
  • the sterilization apparatus According to the sterilization apparatus according to the present invention, it is possible to flow a fluid uniformly to the discharge electrode part, and plasma can be efficiently generated in the discharge electrode part. In the case where the excited substance is indirectly applied to the object to be sterilized, the efficiency of the sterilization process can be improved.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line IVA-IVA in FIG. 3
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG.
  • FIG. 10A shows a captured image when the nitrogen emission region (N 2 emission region) is 100%
  • FIG. 10B shows a captured image when the N 2 emission region is 50%. It is a nondestructive observation image (by X-ray CT) showing a state where pores having a diameter of 50 ⁇ m exist in the first ceramic layer.
  • ⁇ indicating a numerical range is used as a meaning including numerical values described before and after the numerical value as a lower limit value and an upper limit value.
  • the sterilization apparatus 10 is obtained by applying the plasma processing apparatus 12 shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 12 includes a pulse power source 14 that generates a high voltage pulse and a reactor 16 that generates plasma by applying a high voltage pulse from the pulse power source 14.
  • the reactor 16 has an anode and a cathode.
  • the reactor 16 generates a discharge between the anode and the cathode based on the supply of a high voltage pulse from the pulse power supply 14.
  • the reactor 16 guides fluid to the discharge electrode 18. And a nozzle 24 that outputs the fluid that has passed through the discharge electrode portion 18 toward the workpiece 22.
  • the plasma processing apparatus 12 generates plasma by discharge in the discharge electrode portion 18 while introducing a fluid into the discharge electrode portion 18, and applies the excited substance together with the fluid to the object 22 to be processed. At least the surface of 22 is treated. Therefore, the to-be-processed object 22 can be sterilized by applying this plasma processing apparatus 12 to the sterilization process to make the sterilization apparatus 10.
  • At least one of the fluid guide unit 20 and the nozzle 24 has a structure in which the flow path area gradually decreases in the fluid flow direction.
  • Excited substances include radicals (chemically active species), excited species (molecules whose internal energy state has changed (excited state) due to high-speed electron collision, ions, luminescent species, This refers to a molecule (for example, ozone) generated by an excited substance reacting with a fluid molecule.
  • the discharge electrode portion 18 includes a first discharge electrode 26A serving as an anode, a second discharge electrode 26B serving as a cathode, and a predetermined positional relationship between the first discharge electrode 26A and the second discharge electrode 26B.
  • a case 28 (see FIGS. 1 and 6).
  • the first discharge electrode 26 ⁇ / b> A extends in the first direction (x direction) and is arranged in a second direction (y direction) orthogonal to the first direction and has a plurality of rod-shaped first conductors 30 ⁇ / b> A. And a first common conductor 32A that connects the plurality of first conductors 30A, and a first ceramic layer 34A that covers at least the first conductor 30A.
  • the first conductor 30A and the portion of the first ceramic layer 34A that covers the first conductor 30A are referred to as a first electrode portion 36A.
  • the second discharge electrode 26B extends in the second direction (y direction) and has a plurality of rod-like second conductors 30B arranged in the first direction (x direction) and a second common connecting the plurality of second conductors 30B. It has a conductor 32B and a second ceramic layer 34B covering at least the second conductor 30B. A portion of the second conductor 30B and the second ceramic layer 34B covering the second conductor 30B is referred to as a second electrode portion 36B.
  • first conductor 30A and the second conductor 30B copper, iron, tungsten, stainless steel, platinum, or the like can be used.
  • first ceramic layer 34A and the second ceramic layer 34B alumina, silica, titania, zirconia, or the like can be used.
  • the diameters d1 and d2 of the first conductor 30A and the second conductor 30B are 200 to 1000 ⁇ m.
  • both the first ceramic layer 34A covering the first conductor 30A and the second ceramic layer 34B covering the second conductor 30B do not have pores of 50 ⁇ m or more inside. If the porosity is large enough to be expressed as a percentage, the voltage applied to the ceramics may cause a dielectric breakdown. Even if there is only one closed pore of 50 ⁇ m in total, there is a risk that dielectric breakdown will occur from the closed pore portion, arc plasma will be generated, and the ceramic will be dissolved. Ideally, there are no closed pores, and it is desirable that all closed pores dispersed in the material have a diameter of less than 10 ⁇ m.
  • the area of the first conductor 30A is Aa1
  • the area of the first ceramic layer 34A is Ab1
  • the second electrode portion 36B is orthogonal to the axial direction.
  • the electric field strength is lowered, the energy given to the electrons is lowered, and the generation of radicals is reduced. Since this corresponds to an increase in the dielectric between the first conductor 30A and the second conductor 30B, the capacitance component apparently increases, making it difficult to obtain a steep voltage increase rate (dV / dt). Therefore, it is desirable that the range is as described above.
  • the diameters d1 and d2 of the first conductor 30A and the second conductor 30B affect the electric field strength.
  • the anode (first conductor 30A) to which a high voltage is applied has a higher electric field strength on the surface as the diameter d1 is smaller.
  • the first conductor 30A and the second conductor 30B are preferably thin, but there is a limit in maintaining strength and shape. Therefore, the diameter d1 of the first conductor 30A is preferably 0.2 to 0.5 mm, and the thickness t1 of the first ceramic layer 34A is preferably 0.25 to 0.65 mm.
  • the diameter d2 of the second conductor 30B is preferably 0.5 to 1.0 mm, and the thickness t2 of the second ceramic layer 34B is preferably 0.25 to 1.25 mm.
  • the case 28 is provided with, for example, a circular through-hole through which fluid flows in the center, and the first common conductor 32A (see FIG. 3) and the positive-side wiring 40A from the pulse power supply 14 (see FIG. 1) are provided inside the outer periphery. ) And a connection portion between the second common conductor 32B (see FIG. 3) and the negative electrode side wiring 40B (see FIG. 1) from the pulse power supply 14 are accommodated.
  • the first discharge electrode 26A and the second discharge electrode 26B are mounted in the case 28, the plurality of first electrode portions 36A and the plurality of second electrode portions 36B face each other, and the discharge electrode portion 18 When viewed from the fluid flow direction, the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B (see FIG. 3) are held in a crossed positional relationship (a twisted positional relationship). That is, the first conductor 30 ⁇ / b> A and the second conductor 30 ⁇ / b> B are held in a positional relationship (a twisted positional relationship) where they intersect. At this time, a portion where the first electrode portion 36 ⁇ / b> A and the second electrode portion 36 ⁇ / b> B intersect is exposed through the through hole of the case 28.
  • the first electrode portion 36A (first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (second conductor 30B) have a plurality of lattices. Is formed.
  • the arrangement pitch of the intersecting portion between the first electrode portion 36A (first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (second conductor 30B) is 5 to 50 mm.
  • the opening ratio of the discharge electrode portion 18 is 30 to 50%.
  • the arrangement pitch Pb of the second electrode part 36B serving as the cathode may be as small as about 1 to 10 mm, for example, but the arrangement pitch Pa of the first electrode part 36A serving as the anode is the separation distance dc from the second electrode part 36B. It is preferable to set a positive correlation with (gap: see FIGS. 4A and 4B). That is, the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is increased as the distance dc from the second electrode portions 36B increases. For example, when the separation distance dc is 5 mm, the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is set to 5 mm or more, and when the separation distance dc is 40 mm, the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is set to 30 mm or more.
  • the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is set to 50 mm or more. However, if the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is too far away, the discharge area is reduced. Therefore, the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is preferably 50 to 100% of the separation distance dc.
  • the aperture ratio of the discharge electrode portion 18 is smaller than 30%, it is sufficiently wide for fluid molecules and hardly affected. However, it is the electric field strength and the voltage increase rate (dV / dt) on the anode surface that most affect the radical generation efficiency. As described above, the reason why the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A that are anodes is increased in accordance with the separation distance dc is to maintain the electric field strength high.
  • FIG. 2 shows a state in which plasma is generated between the first electrode portion 36A of the first discharge electrode 26A and the second electrode portion 36B of the second discharge electrode 26B.
  • the pulse power supply 14 includes a pulse generator 41 that applies a high voltage pulse between the anode and the cathode, and a pulse controller that controls the pulse generator 41 so as to generate a discharge between the anode and the cathode. 42.
  • the pulse generation unit 41 includes a pulse generation circuit 43 having the following configuration, for example. That is, the pulse generation circuit 43 includes a DC power supply unit 46 having a DC power supply 44 that supplies DC and a capacitor 45 that stabilizes the supply of DC from the DC power supply 44, a transformer 47 that accumulates inductive energy, and a transformer 47 DC supply path 50 to the primary winding 48, MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 52 and SI thyristor 54 for opening and closing the supply path 50, bias application path 56 to the gate of the SI thyristor 54, SI A diode 58 that suppresses a current from flowing into the gate of the thyristor 54 and allows a current to flow out of the gate of the SI thyristor 54, and an output path 62 of a pulse voltage from the secondary winding 60 of the transformer 47.
  • the pulse control unit 42 includes a drive circuit 64 that drives the MOSFET 52.
  • the SI thyristor 54 and the MOSFET 52 are inserted in series in the supply path 50 so as to close the supply path 50 when turned on and open the supply path 50 when turned off.
  • One end 66 a of the primary winding 48 is connected to the positive electrode of the DC power supply 44 and one end of the capacitor 45
  • the anode of the SI thyristor 54 is connected to the other end 66 b of the primary winding 48
  • the cathode of the SI thyristor 54 is the drain of the MOSFET 52.
  • the source of the MOSFET 52 is connected to the negative electrode of the DC power supply 44 and the other end of the capacitor 45.
  • the gate of the SI thyristor 54 is connected to one end 66 a of the primary winding 48 via a diode 58 by a bias applying path 56.
  • the cathode of the diode 58 is connected to one end 66 a of the primary winding 48, and the anode of the diode 58 is connected to the gate of the SI thyristor 54.
  • the diode 58 causes the SI thyristor 54 to be positively biased by voltage driving and negatively biased by current driving.
  • An inductor having a single winding may be used in place of the transformer 47, and the pulse voltage may be output directly from the inductor.
  • the gate of the SI thyristor 54 is negatively biased by the induced electromotive force generated in the primary winding 48, and the SI thyristor 54 is also turned off at high speed.
  • the supply path 50 is opened at high speed.
  • an induced electromotive force is generated in the secondary winding 60 due to mutual induction, and the rate of time increase of the voltage V at the time of rise between the positive winding 68 and the negative electrode 70 from the secondary winding 60.
  • a pulse voltage with a remarkably large dV / dt is output.
  • the pulse width of the pulse voltage is preferably about 10 to 1000 ns in terms of the full width at half maximum (FWHM), and the time rise rate dV / dt of the voltage V at the time of rising is preferably about 30 to 3000 kV / ⁇ s.
  • the number of repetitions per unit time is preferably about 100 pps to several hundred kpps. The reason why the desired range is described as “generally” is that the desired range may be wider than the above range depending on the structure, material, fluid pressure, and fluid flow rate of the reactor 16.
  • pulse power supply 14 More detailed operating principles of the pulse power supply 14 are described in, for example, Katsuji Iida, Ken Sakuma: “Ultra-short pulse generation circuit (IES circuit) by SI thyristor”, SI Device Symposium Proceedings (2002).
  • the fluid guide part 20 has a rectifying structure for uniformly supplying the fluid to the discharge electrode part 18 as shown in FIGS.
  • the rectifying structure includes a bell mouth portion 72, a rectifying network portion 74, and a fluid inflow case 76.
  • the bell mouth portion 72 is installed on the upstream side of the discharge electrode portion 18 and has a bell mouth structure in which the flow path area gradually decreases in the fluid flow direction.
  • the rectifying network part 74 is installed on the upstream side of the bell mouth part 72 and includes one or more rectifying networks 78 and a pressing frame 80 that presses the rectifying network 78 from both sides (upstream side and downstream side).
  • the opening ratio of the rectifying network 78 is desirably 10 to 45%, but the opening ratio may be lower depending on the opening area of the bell mouth portion 72. The reason is that the rectifying network portion 74 serves to uniformly feed the fluid having various velocity vectors entering the fluid inflow case 76 to the bell mouth portion 72. It is desirable that the number of meshes is large and the aperture ratio is low.
  • the opening diameter of the bell mouth portion 72 is as large as 30 mm, for example, there is no problem even if the opening ratio is as low as it is a commercially available mesh. If the inner diameter of the conduit 82 described later is, for example, 6 mm, the opening area of the bell mouth portion 72 is 25 times the opening area of the conduit 82 if the opening diameter of the bell mouth portion 72 is 30 mm. Accordingly, no pressure loss occurs even when the aperture ratio is 4%.
  • the fluid inflow case 76 is installed on the upstream side of the rectifying network part 74, and the inner dimension Da in the fluid outlet direction to the bell mouth part 72 has a positive correlation with the fluid flow rate.
  • the internal dimension Da is 20 mm to 100 mm when the fluid flow rate is in the range of 10 to 20 liters / min.
  • the direction of fluid supply to the fluid inflow case 76 is different from the direction of fluid delivery to the bell mouth portion 72. That is, the supply of the fluid to the fluid inflow case 76 is performed through the conduit 82 provided on one surface of the fluid inflow case 76, and the angle between the fluid supply direction m and the fluid outlet direction n is 80 ° to 100 °. °.
  • a conduit 82 is provided on a surface (for example, the upper surface) parallel to the fluid outlet direction n to the bell mouth portion 72, and the fluid supply direction m and the fluid outlet The angle formed with the direction n is approximately 90 °.
  • the nozzle 24 may be a first nozzle 24A having a bell mouth structure in which the flow path area gradually decreases in the direction of fluid flow, or a square nozzle-shaped second nozzle 24B.
  • the plasma processing apparatus 12 has the anode and the cathode, and generates the discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power supply 14.
  • a fluid guide unit 20 that guides the fluid to the discharge electrode unit 18, and a nozzle 24 that injects at least excited species generated in the fluid by discharge at the discharge electrode unit 18 into the workpiece 22. Since at least one of the guide unit 20 and the nozzle 24 has a structure in which the flow path area gradually decreases in the fluid flow direction, the fluid flows uniformly to the discharge electrode unit 18. Therefore, plasma can be efficiently generated in the discharge electrode portion 18. Therefore, the efficiency of the sterilization treatment can be improved when the sterilization treatment is performed by indirectly applying the excited substance due to the generation of plasma to the workpiece 22.
  • the first conductor 30A is set in a mold, a slurry containing a ceramic powder, a dispersion medium, and a gelling agent is cast, and then the slurry is gelled by adding temperature conditions and a crosslinking agent.
  • the first discharge electrode 26 ⁇ / b> A is manufactured by solidifying, forming, and then firing.
  • the second discharge electrode 26B can also be produced by a similar method. According to this gel cast method, since the slurry is mixed with the first conductor 30A through the low viscosity state of the slurry, voids hardly remain after mixing. Therefore, even if the first discharge electrode 26A is manufactured by firing after forming, the first ceramic layer 34A is kept in a dense state. The same applies to the second ceramic layer 34B.
  • the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B are each comb-shaped.
  • Both the conductor 30A and the second conductor 30B may be formed in a lattice shape.
  • the first electrode portion 36A (first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (second conductor 30B) intersect each other when viewed from the fluid flow direction with respect to the discharge electrode portion 18, that is, the first It is installed in a state where the intersection of the second electrode part 36B is located in the opening of the first electrode part 36A.
  • the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B are each formed in a lattice shape, and the first conductor 30A in the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B Each of the second conductors 30B may be comb-shaped.
  • the first ceramic layer 34A of the first electrode portion 36A is configured in a lattice shape, and the first conductors 30A in the first ceramic layer 34A are extended in, for example, the x direction and arranged in the y direction.
  • the second ceramic layer 34B of the second electrode portion 36B is configured in a lattice shape, and the second conductors 30B in the second ceramic layer 34B extend, for example, in the y direction and are arranged in the x direction.
  • the first portion 84A (the portion extending in the y direction and arranged in the x direction) in which the first conductor 30A is not formed is the first conductor. It is sufficient that the strength between the first electrode portions 36A composed of 30A and the first ceramic layer 34A can be maintained.
  • the second portion 84B (the portion extending in the x direction and arranged in the y direction) in which the second conductor 30B is not layered is the second conductor 30B and the second ceramic. It is sufficient that the strength between the second electrode portions 36B formed of the layer 34B can be maintained.
  • the first portion 84A in which the first conductor 30A is not layered is thinned out of the first ceramic layer 34A, and similarly, in the second ceramic layer 34B, The second portion 84B in which the second conductor 30B is not layered may be thinned out.
  • the example of FIG. 9 shows a case where the first part 84A and the second part 84B are thinned out one by one. Of course, two to several pieces may be thinned out as long as the strength between the first electrode portions 36A and the strength between the second electrode portions 36B can be maintained.
  • the supply flow rate of the fluid (nitrogen N 2 ) and the dimensions of the plasma processing apparatus 12 are as follows.
  • N 2 emission region the ratio of the nitrogen emission region (referred to as N 2 emission region) to the entire region where the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B intersect was obtained as a percentage.
  • FIG. 10A shows the state of the N 2 light emitting region 100%
  • FIG. 10B shows the state of the N 2 light emitting region 50%.
  • Examples 1 to 6 In Examples 1, 2, 3, 4, 5, and 6, the opening ratio of the rectifying network portion 74 was 16%, 21%, 23%, 28%, 37%, and 41%, respectively.
  • the N 2 emission region of Reference Examples 1 and 2 was 50%, but in Examples 1 to 6, the N 2 emission region was 70% or more and was good. In particular, in Examples 1 to 3, the N 2 emission region was 100%. From this, it can be seen that the smaller the aperture ratio of the rectifying network portion 74, the more the fluid rectifying property is improved and the discharge is stably performed over the entire discharge electrode portion 18. However, as in Reference Example 1, when the aperture ratio becomes extremely small, the fluid rectification property is deteriorated and the discharge becomes unstable. Accordingly, it can be seen that the preferable range of the aperture ratio of the rectifying network portion 74 is preferably 16% to 41%, and more preferably 16% to 23%.
  • the confirmation of the measurement conditions and the light emitting area is the same as in the first embodiment described above, but the aperture ratio of the rectifying network 74 is 23%.
  • Example 11 to 13 In Examples 11, 12, and 13, the inner dimension Da in the fluid outlet direction of the fluid inflow case 76 was 30 mm, 60 mm, and 100 mm, respectively, and the fluid flow rate was 10 (liters / min).
  • Example 14 and 15 In Examples 14 and 15, the inner dimension Da of the fluid inflow case 76 in the fluid outlet direction was 60 mm and 100 mm, respectively, and the fluid flow rate was 20 (liter / min).
  • the internal dimension Da of the fluid inflow case 76 in the fluid outlet direction is 10 mm, 10 mm, and 30 mm, respectively, and the fluid flow rates are 10 (liter / min), 20 (liter / min), and 20 ( Liter / min).
  • the N 2 emission region of Reference Example 12 was 30% and the N 2 emission region of Reference Examples 11 and 13 was 50%, but in Examples 11 to 15, all of the N 2 emission region was 100%. It was good. From this, it can be seen that the larger the inner dimension Da of the fluid inflow case 76 in the fluid outlet direction, the better the fluid rectification, and the larger the flow rate, the larger the inner dimension Da must be. Therefore, there is a lower limit value of the inner dimension Da in the fluid outlet direction of the fluid inflow case 76 for each flow rate, and the lower limit value is 30 mm at 10 liters / min and 60 mm at 20 liters / min.
  • the confirmation of the measurement conditions and the light emitting area is the same as in the first embodiment described above, but the aperture ratio of the rectifying network 74 is 23%.
  • Example 21 to 23 In Examples 21, 22, and 23, the arrangement pitch Pa of the anode was 3 mm, 6 mm, and 10 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 5 mm.
  • Example 24 In Examples 24, 25, and 26, the arrangement pitch Pa of the anode was set to 30 mm, 40 mm, and 50 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was set to 40 mm.
  • Example 27 and 28 In Examples 27 and 28, the anode arrangement pitch Pa was 50 mm and 80 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 100 mm.
  • N 2 emission region of Reference Example 21, 22 and 24 is 50%, but N 2 emission region of Reference Example 23 was 30% Examples 21 to 28, are both N 2 emission region It was 80% or more and was good. In particular, in Examples 21, 22, 24, 25, and 27, the N 2 emission region was 100%. From the experimental results, it has been found that as the distance dc between the anode and the cathode is increased, the discharge at the center is weakened unless the anode arrangement pitch Pa is increased. On the other hand, it was found that even if the anode arrangement pitch Pa is too wide, a cold spot region is formed in the plasma, and the efficiency is lowered. Therefore, the anode arrangement pitch Pa is desirably 50% to 100% of the distance dc between the anode and the cathode.
  • FIG. 11 shows a state in which pores having a diameter of 50 ⁇ m are present in the first ceramic layer 34A.
  • FIG. 11 is a nondestructive observation image by X-ray CT.
  • Example 31 to 36 In Examples 31, 32, 33, 34, 35, and 36, the size of pores existing in the first ceramic layer 34A is 30 ⁇ m, 30 ⁇ m, 20 ⁇ m, 15 ⁇ m, 15 ⁇ m, and 10 ⁇ m.
  • the size of pores present in the first ceramic layer 34A is 50 ⁇ m and 70 ⁇ m.
  • Examples 41, 42, 43, 44, 45, and 46 have cross-sectional area ratios (Aa1 / Ab1) of 0.15, 0.3, 0.5, 0.7, 0.8, and 0.9, respectively. .
  • the plasma emission intensity of Reference Example 41 was 0.1, but all of Examples 41 to 46 were good with a plasma emission intensity of 0.5 or more. In particular, Examples 44, 45, and 46 had plasma emission intensity of 0.9, 0.9, and 1.0. On the other hand, Reference Example 42 was damaged although the plasma emission intensity was 1.0. From this, it can be seen that the smaller the cross-sectional area of the first ceramic layer 34A, the higher the voltage applied to the surface of the first conductor 30A, and the higher the plasma emission intensity. However, if the first ceramic layer 34A is made too thin, dielectric breakdown tends to occur, and even a small pore easily causes a large electric field concentration and is easily damaged. Therefore, it can be seen that the cross-sectional area ratio (Aa1 / Ab1) is 0.1 ⁇ Aa1 / Ab1 ⁇ 1.0.
  • Example 51 In Examples 51, 52, 53, 54, 55, and 56, the cross-sectional area ratio (Aa2 / Ab2) is 0.1, 0.5, 1.0, 1.3, 1.5, and 1.8, respectively. .
  • the plasma emission intensity of Reference Example 51 was 0.3, but all of Examples 51 to 56 were good with plasma emission intensity of 0.6 or more. In particular, Examples 53, 54, 55, and 56 had plasma emission intensity of 0.9, 0.9, 0.9, and 1.0. On the other hand, in Reference Example 52, the plasma emission intensity was 1.0, but it was damaged. From this, it can be seen that the voltage applied to the surface of the second conductor 30B increases and the plasma emission intensity increases as the cross-sectional area of the second ceramic layer 34B decreases, as in the fifth embodiment. However, if the second ceramic layer 34B is made too thin, dielectric breakdown tends to occur, and even a small pore tends to cause a large electric field concentration and be easily damaged. Therefore, it can be seen that the cross-sectional area ratio (Aa2 / Ab2) is 0.08 ⁇ Aa2 / Ab2 ⁇ 2.0.
  • Example 61 to 66 In Examples 61, 62, 63, 64, 65, and 66, the diameter d1 of the first conductor 30A is 200 ⁇ m, 300 ⁇ m, 500 ⁇ m, 800 ⁇ m, 900 ⁇ m, and 1000 ⁇ m, respectively.
  • the diameter d1 of the first conductor 30A is 100 ⁇ m and 1200 ⁇ m, respectively.
  • Table 7 shows that the smaller the diameter d1 of the first conductor 30A, the higher the electric field strength, the higher the percentage of high-energy electrons, and the greater the number of active species generated from the plasma. On the other hand, the wire is easily cut and the reliability of the plasma processing apparatus is lowered. In Reference Example 61, the plasma emission intensity was 1.0, but there is anxiety in terms of reliability. Accordingly, the diameter d1 of the first conductor 30A is preferably 200 to 1000 ⁇ m, more preferably 300 to 500 ⁇ m.
  • sterilization apparatus is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

　本発明に関する殺菌装置は、パルス電源（１４）からの高電圧パルスの供給に基づいて陽極と陰極間に放電を発生させる放電電極部（１８）と、放電電極部（１８）に流体を案内する流体案内部（２０）と、放電電極部（１８）を通過した流体を被処理物（２２）に向けて出力するノズル（２４）とを有する。この殺菌装置は、放電電極部（１８）に流体を導入しながら、放電電極部（１８）において放電によりプラズマを発生させ、その励起物を流体と共に被処理物（２２）に当て、流体案内部（２０）及びノズル（２４）のうち、少なくとも１つは、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有する。

Description

殺菌装置
　本発明は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置に関する。
　近時、プラズマ中の活性中性粒子を用いて、農作物や食品等の殺菌を行う試みがなされている（文献：ＩＥＥＪ　Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１３２　Ｎｏ．１０．２０１２　ｐ．７０２～７０５「プラズマの農業応用－農産物殺菌から植物成長制御まで－」参照）。
　ラジカルを生成する装置としては、上述した文献に記載された大気圧バリア放電プラズマトーチのほか、国際公開第２０１１／０６５１７１号パンフレット及び国際公開第２０１２／１２０９２８号パンフレットに記載された装置が知られている。
　国際公開第２０１１／０６５１７１号パンフレットに記載の装置は、第１の電極、第２の電極及び第３の電極からなる電極構成体を、ガスの流路の途中に設置し、第２の電極を第１の電極より上流側に設置し、第３の電極を第１の電極より下流側に設置して構成される。そして、パルス電源の一方の極を第１の電極に接続し、パルス電源の他方の極を第２の電極及び第３の電極に接続する。さらに、第１の電極を、第１のガス通過面を横切り、且つ、第１のガス通過面の一部を占めるように設置し、第２の電極及び第３の電極を、それぞれ第２のガス通過面及び第３のガス通過面を横切り、且つ、第２のガス通過面及び第３のガス通過面の一部を占めるように設置する。これにより、第１の電極より上流側及び下流側にプラズマが発生することとなる。また、第１の電極、第２の電極及び第３の電極の各末端が、放電の始点又は終点とならず、第１の電極、第２の電極及び第３の電極の耐久性が向上する。
　国際公開第２０１２／１２０９２８号パンフレットに記載の装置は、導電体で構成された筐体内に、流路形成物、トランス、電極構成体（陽極棒及び陰極板）、陽極側の給電経路及び陰極側の給電経路が収容されて構成される。陽極棒の延在方向と陰極板の延在方向とは非平行とされ、陽極棒及び陰極板はガス流路を横断する。陽極棒と陰極板とはガス流路の延在方向に離間して配置される。陽極棒の給電端とパルス電源の二次側巻線の正出力端とを電気的に接続し、陰極板の給電端と二次側巻線の負出力端とを電気的に接続し、さらに、筐体を陰極側の給電経路に電気的に接続する。これにより、パルス電圧の波形が乱れにくくなる。
　しかしながら、上述した文献並びに国際公開第２０１１／０６５１７１号パンフレット及び国際公開第２０１２／１２０９２８号パンフレットには、電極構成体に対してガスを均一に流す機構について考慮しておらず、また、電極構成体を構成する陽極及び陰極の各構成部材のパラメータの最適化も検討されていないため、電極構成体で効率よくプラズマを発生させることが困難である。そのため、従来技術では、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌等のプラズマ処理を行う場合に、プラズマ処理の効率化に限界が生じるという問題が内在している。
　本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる殺菌装置を提供することを目的とする。
［１］　第１の本発明に係る殺菌装置は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置において、陽極と陰極とを有し、前記パルス電源からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部と、前記放電電極部に流体を案内する流体案内部と、前記放電電極部を通過した前記流体を前記対象物に向けて出力するノズルと、を有し、前記放電電極部に前記流体を導入しながら、前記放電電極部において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物に当て、前記流体案内部及び前記ノズルのうち、少なくとも１つは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする。
　これにより、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。
［２］　第１の本発明において、前記流体案内部は、前記流体を前記放電電極部に対して均一に供給する整流構造を有してもよい。
［３］　この場合、前記整流構造は、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造と、前記ベルマウス構造の上流側に設置された１以上の整流網と、前記ベルマウス構造への流体導出方向の内寸が流体流量と正の相関関係にある流体流入ケースと、を有してもよい。
［４］　さらに、前記整流網の開口率が１０～４５％であってもよい。
［５］　また、前記流体流入ケースの前記ベルマウス構造への流体導入方向の内寸は、流体流量１０リットル／ｍｉｎから２０リットル／ｍｉｎにおいて２０ｍｍ～１００ｍｍであってもよい。
［６］　前記流体案内部への前記流体の供給方向が、前記放電電極部への前記流体の流通方向と異なってもよい。
［７］　この場合、前記流体の供給方向と前記流体の流通方向とのなす角が８０°～１００°であってもよい。
［８］　第１の本発明において、前記ノズルは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有してもよい。
［９］　第１の本発明において、前記放電電極部は、前記陽極となる第１放電電極と、前記陰極となる第２放電電極とを有し、前記第１放電電極を構成する複数の第１導体と、前記第２放電電極を構成する複数の第２導体とが、互いに離間し、且つ、前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第１導体と前記第２導体とが交差した位置関係にあってもよい。
［１０］　第１の本発明において、前記放電電極部は、前記陽極となる第１放電電極と、前記陰極となる第２放電電極とを有し、前記第１放電電極を構成する複数の第１導体と、前記第２放電電極を構成する複数の第２導体とが、ねじれの位置関係にあってもよい。
［１１］　前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第１導体と前記第２導体とで複数の格子が形成されてもよい。
［１２］　前記第１導体と前記第２導体との交差部分の配列ピッチが５～５０ｍｍであってもよい。
［１３］　また、前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記放電電極部の開口率が３０～５０％であってもよい。
［１４］　前記第１放電電極は、前記第１導体と、該第１導体を被覆する第１セラミック層とを有し、前記第２放電電極は、前記第２導体と、該第２導体を被覆する第２セラミック層とを有してもよい。
［１５］　前記第１セラミック層及び前記第２セラミック層の内部に５０μｍ以上の気孔を有しないことが好ましい。
［１６］　前記第１導体と前記第１セラミック層を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第１導体の面積をＡａ１、前記第１セラミック層の面積をＡｂ１とし、前記第２導体と前記第２セラミック層を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第２導体の面積をＡａ２、前記第２セラミック層の面積をＡｂ２としたとき、
　　　　０．１＜Ａａ１／Ａｂ１＜１．０
　　　　０．０８＜Ａａ２／Ａｂ２＜２．０
であることが好ましい。
［１７］　この場合、前記第１導体及び前記第２導体の各直径が２００～１０００μｍであることが好ましい。
［１８］　第１の本発明において、前記パルス電源は、前記陽極及び前記陰極間に前記高電圧パルスを印加するパルス発生部と、前記陽極及び前記陰極間に放電を発生させるように前記パルス発生部を制御するパルス制御部とを有し、前記パルス発生部は、直流電源部の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオン制御によって前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオフ制御によって前記トランスの二次側での前記高電圧パルスの発生を行うパルス発生回路を有してもよい。
［１９］　第２の本発明に係るプラズマ処理装置は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を処理するプラズマ処理装置において、陽極と陰極とを有し、前記パルス電源からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部と、前記放電電極部に流体を案内する流体案内部と、前記放電電極部を通過した前記流体を前記対象物に向けて出力するノズルと、を有し、前記放電電極部に前記流体を導入しながら、前記放電電極部において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物に当て、前記流体案内部及び前記ノズルのうち、少なくとも１つは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする。
　これにより、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて、少なくとも被処理物の表面処理を行う場合に、表面処理の効率化を図ることができる。もちろん、上述した殺菌装置やその他の装置に適用させることができ、汎用性に富む。
　以上説明したように、本発明に係る殺菌装置によれば、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。
本実施の形態に係る殺菌装置を示す構成図である。 殺菌装置に設置される放電電極部の構成と、第１放電電極と第２放電電極間でプラズマが発生している状態を示す斜視図である。 放電電極部の第１放電電極及び第２放電電極の構成の一例を示す正面図である。 図４Ａは図３におけるＩＶＡ－ＩＶＡ線上の断面図であり、図４Ｂは図３におけるＩＶＢ－ＩＶＢ線上の断面図である。 パルス電源の構成を示す回路図である。 殺菌装置の構成を示す分解斜視図である。 放電電極部の第１放電電極及び第２放電電極の構成の第１変形例を示す正面図である。 放電電極部の第１放電電極及び第２放電電極の構成の第２変形例を示す正面図である。 放電電極部の第１放電電極及び第２放電電極の構成の第３変形例を示す正面図である。 図１０Ａは窒素の発光領域（Ｎ2発光領域）が１００％の場合の撮影画像を示し、図１０ＢはＮ2発光領域が５０％の場合の撮影画像を示す。 第１セラミック層中に径が５０μｍの気孔が存在している状態を示す非破壊観察画像（Ｘ線ＣＴによる）である。
　以下、本発明に係る殺菌装置の実施の形態例を図１～図１１を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
　本実施の形態に係る殺菌装置１０は、図１に示すプラズマ処理装置１２を殺菌装置１０に適用したものである。このプラズマ処理装置１２は、高電圧パルスを発生するパルス電源１４と、パルス電源１４からの高電圧パルスの印加によってプラズマを発生するリアクタ１６とを有する。
　リアクタ１６は、陽極と陰極とを有し、且つ、パルス電源１４からの高電圧パルスの供給に基づいて陽極と陰極間に放電を発生させる放電電極部１８と、放電電極部１８に流体を案内する流体案内部２０と、放電電極部１８を通過した流体を被処理物２２に向けて出力するノズル２４とを有する。
　そして、このプラズマ処理装置１２は、放電電極部１８に流体を導入しながら、放電電極部１８において放電によりプラズマを発生させ、その励起物を流体と共に被処理物２２に当てて、該被処理物２２の少なくとも表面を処理する。従って、このプラズマ処理装置１２を殺菌処理に適用して殺菌装置１０とすることで、被処理物２２の殺菌を行うことができる。流体案内部２０及びノズル２４のうち、少なくとも１つは、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有する。「励起物」は、ラジカル（化学活性種）、励起種（分子が、高速な電子の衝突により、形態は変わらず内部のエネルギー状態が変化（励起状態）したもの）、イオン、発光種、さらに励起物が流体分子と反応して生成した分子（例えばオゾン）等を指す。
　放電電極部１８は、図２に示すように、陽極となる第１放電電極２６Ａと、陰極となる第２放電電極２６Ｂと、これら第１放電電極２６Ａ及び第２放電電極２６Ｂを所定の位置関係で保持するケース２８（図１、図６参照）とを有する。
　図３に示すように、第１放電電極２６Ａは、第１方向（ｘ方向）に延び、且つ、第１方向と直交する第２方向（ｙ方向）に配列した棒状の複数の第１導体３０Ａと、複数の第１導体３０Ａをつなぐ第１共通導体３２Ａと、少なくとも第１導体３０Ａを被覆する第１セラミック層３４Ａとを有する。第１導体３０Ａと該第１導体３０Ａを被覆する第１セラミック層３４Ａの部分を第１電極部３６Ａと記す。
　第２放電電極２６Ｂは、第２方向（ｙ方向）に延び、且つ、第１方向（ｘ方向）に配列した棒状の複数の第２導体３０Ｂと、複数の第２導体３０Ｂをつなぐ第２共通導体３２Ｂと、少なくとも第２導体３０Ｂを被覆する第２セラミック層３４Ｂとを有する。第２導体３０Ｂと該第２導体３０Ｂを被覆する第２セラミック層３４Ｂの部分を第２電極部３６Ｂと記す。
　第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂとしては、銅、鉄、タングステン、ステンレス、白金等を用いることができる。第１セラミック層３４Ａ及び第２セラミック層３４Ｂとしては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等を用いることができる。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂの各直径ｄ１及びｄ２は２００～１０００μｍである。また、第１導体３０Ａを被覆する第１セラミック層３４Ａ及び第２導体３０Ｂを被覆する第２セラミック層３４Ｂは共に、内部に５０μｍ以上の気孔を有しない。なお、パーセンテージで表されるくらいに気孔率が大きいとセラミックスにかかる電圧でたちまち絶縁破壊するおそれがある。全体で１個でも５０μｍの閉気孔があるだけで、該閉気孔の部分から絶縁破壊し、アークプラズマとなりセラミックスが溶解するおそれがある。理想的には閉気孔は存在せず、材料中に分散する閉気孔の径が全て１０μｍ未満であることが望ましい。
　第１電極部３６Ａを軸方向に直交する方向に切断した断面において、第１導体３０Ａの面積をＡａ１、第１セラミック層３４Ａの面積をＡｂ１とし、第２電極部３６Ｂを軸方向に直交する方向に切断した断面において、第２導体３０Ｂの面積をＡａ２、第２セラミック層３４Ｂの面積をＡｂ２としたとき、
　　　　０．１＜Ａａ１／Ａｂ１＜１．０
　　　　０．０８＜Ａａ２／Ａｂ２＜２．０
である。
　第１セラミック層３４Ａ及び第２セラミック層３４Ｂが厚いと電界強度が低下し、電子に与えるエネルギーが下がり、ラジカルの発生が少なくなる。これは、第１導体３０Ａと第２導体３０Ｂ間の誘電体が増えることに相当するため、見かけ上、容量成分が増加し、急峻な電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）を得難くなる。そこで、上述した範囲であることが望ましい。
　第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂの各直径ｄ１及びｄ２は電界強度に影響を与える。特に、高電圧がかかる陽極（第１導体３０Ａ）は直径ｄ１が小さいほどその表面の電界強度は高くなる。従って、第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂは細い方が好ましいが、強度及び形状を保つためには限界がある。そこで、第１導体３０Ａの直径ｄ１は、０．２～０．５ｍｍ、第１セラミック層３４Ａの厚みｔ１は０．２５～０．６５ｍｍが好ましい。また、第２導体３０Ｂの直径ｄ２は、０．５～１．０ｍｍ、第２セラミック層３４Ｂの厚みｔ２は０．２５～１．２５ｍｍが好ましい。
　ケース２８は、中央に流体が流通する例えば円形の貫通孔が設けられ、外周部の内部には、第１共通導体３２Ａ（図３参照）とパルス電源１４からの正極側配線４０Ａ（図１参照）との接続部分と、第２共通導体３２Ｂ（図３参照）とパルス電源１４からの負極側配線４０Ｂ（図１参照）との接続部分とが収容されている。
　そして、第１放電電極２６Ａと第２放電電極２６Ｂをケース２８内に取り付けた際に、複数の第１電極部３６Ａと複数の第２電極部３６Ｂとが互いに対向し、且つ、放電電極部１８に対する流体の流通方向から見たときに、第１電極部３６Ａと第２電極部３６Ｂ（図３参照）とが交差した位置関係（ねじれの位置関係）で保持される。すなわち、第１導体３０Ａと第２導体３０Ｂとが交差した位置関係（ねじれの位置関係）で保持される。このとき、第１電極部３６Ａと第２電極部３６Ｂとが交差した部分がケース２８の貫通孔を通じて露出した状態となる。
　放電電極部１８に対する流体の流通方向から見たときに、図３に示すように、第１電極部３６Ａ（第１導体３０Ａ）と第２電極部３６Ｂ（第２導体３０Ｂ）とで複数の格子が形成される。この場合、第１電極部３６Ａ（第１導体３０Ａ）と第２電極部３６Ｂ（第２導体３０Ｂ）との交差部分の配列ピッチが５～５０ｍｍである。また、放電電極部１８に対する流体の流通方向から見たときに、放電電極部１８の開口率は３０～５０％である。
　陰極である第２電極部３６Ｂの配列ピッチＰｂは、例えば１～１０ｍｍ程度に小さくてもよいが、陽極である第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａは、第２電極部３６Ｂとの離間距離ｄｃ（間隙：図４Ａ及び図４Ｂ参照）と正の相関をとるように設定することが好ましい。すなわち、第２電極部３６Ｂとの離間距離ｄｃが大きくなるに従って第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａを広げる。例えば離間距離ｄｃが５ｍｍのとき、第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａを５ｍｍ以上に設定し、離間距離ｄｃが４０ｍｍのとき、第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａを３０ｍｍ以上に設定し、離間距離ｄｃが１００ｍｍのとき、第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａを５０ｍｍ以上に設定する。但し、第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａが離れすぎると、放電領域が少なくなるため、第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａは、離間距離ｄｃの５０～１００％にすることが望ましい。
　本来、放電電極部１８の開口率が３０％よりも小さくても、流体分子にとっては十分に広く、ほとんど影響を受けない。しかし、ラジカルの発生効率に最も影響するのが陽極表面の電界強度と電圧上昇速度（ｄＶ／ｄｔ）である。上述したように、陽極である第１電極部３６Ａの配列ピッチＰａを、離間距離ｄｃに応じて広げるのは、電界強度を高く維持するためである。
　そして、パルス電源１４の正極が第１放電電極２６Ａ（陽極）に接続され、パルス電源１４の負極が第２放電電極２６Ｂ（陰極）に接続される。これにより、第１放電電極２６Ａから第２放電電極２６Ｂに向かう電界が第１電極部３６Ａと第２電極部３６Ｂとの間隙に印加される。その結果、第２電極部３６Ｂのうち、第１電極部３６Ａと対向する面の近傍にイオンシース層（イオンがたくさん集まった状態）が形成され、第１電極部３６Ａと第２電極部３６Ｂとの間隙にプラズマが発生する。図２に第１放電電極２６Ａの第１電極部３６Ａと第２放電電極２６Ｂの第２電極部３６Ｂ間でプラズマが発生している状態を示す。
　ここで、パルス電源１４の構成について図５を参照しながら説明する。
　パルス電源１４は、図５に示すように、陽極及び陰極間に高電圧パルスを印加するパルス発生部４１と、陽極と陰極間に放電を発生させるようにパルス発生部４１を制御するパルス制御部４２とを有する。
　パルス発生部４１は、例えば下記構成を有するパルス発生回路４３を有する。すなわち、このパルス発生回路４３は、直流を供給する直流電源４４と直流電源４４からの直流の供給を安定させるキャパシタ４５とを有する直流電源部４６と、誘導エネルギーを蓄積するトランス４７と、トランス４７の一次巻線４８への直流の供給経路５０と、供給経路５０を開閉するＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）５２及びＳＩサイリスタ５４と、ＳＩサイリスタ５４のゲートへのバイアス付与経路５６と、ＳＩサイリスタ５４のゲートへ電流が流入することを抑制し、ＳＩサイリスタ５４のゲートから電流が流出することを許容するダイオード５８と、トランス４７の二次巻線６０からのパルス電圧の出力経路６２とを有する。一方、パルス制御部４２は、ＭＯＳＦＥＴ５２を駆動する駆動回路６４を有する。
　ＳＩサイリスタ５４及びＭＯＳＦＥＴ５２は、ターンオンしたときに供給経路５０を閉じ、ターンオフしたときに供給経路５０を開くように、供給経路５０に直列に挿入される。一次巻線４８の一端６６ａは、直流電源４４の正極及びキャパシタ４５の一端に接続され、ＳＩサイリスタ５４のアノードは一次巻線４８の他端６６ｂに接続され、ＳＩサイリスタ５４のカソードはＭＯＳＦＥＴ５２のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ５２のソースは直流電源４４の負極及びキャパシタ４５の他端に接続される。ＳＩサイリスタ５４のゲートは、バイアス付与経路５６によりダイオード５８を経由して一次巻線４８の一端６６ａに接続される。ダイオード５８のカソードは、一次巻線４８の一端６６ａに接続され、ダイオード５８のアノードは、ＳＩサイリスタ５４のゲートに接続される。ダイオード５８により、ＳＩサイリスタ５４が電圧駆動により正バイアスされ、電流駆動により負バイアスされる。トランス４７に代えて単一の巻線を備えるインダクタを使用し、インダクタから直接的にパルス電圧を出力してもよい。
　そして、駆動回路６４からＭＯＳＦＥＴ５２へのオン信号の入力が始まり、ＭＯＳＦＥＴ５２がターンオンすると、ＳＩサイリスタ５４のゲートが正バイアスされ、ＳＩサイリスタ５４もターンオンする。これにより、供給経路５０が閉じられる。供給経路５０が閉じられると、一次巻線４８への直流の供給が始まり、トランス４７への誘導エネルギーの蓄積が始まる。
　駆動回路６４からＭＯＳＦＥＴ５２へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ５２がターンオフすると、一次巻線４８に発生した誘導起電力により、ＳＩサイリスタ５４のゲートが負バイアスされ、ＳＩサイリスタ５４も高速にターンオフする。これにより、供給経路５０が高速に開かれる。供給経路５０が高速に開かれると、相互誘導により二次巻線６０に誘導起電力が発生し、二次巻線６０から正極６８と負極７０との間に立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが著しく大きいパルス電圧が出力される。
　パルス電圧のパルス幅は、概ね、半値全幅（ＦＷＨＭ）で１０～１０００ｎｓであることが望ましく、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔは、概ね、３０～３０００ｋＶ／μｓであることが望ましく、単位時間当たりの繰り返し数は、概ね、１００ｐｐｓ～数１００ｋｐｐｓであることが望ましい。望ましい範囲について、「概ね」と述べているのは、リアクタ１６の構造、材質、流体の圧力、流体の流量によっては、望ましい範囲が上述の範囲よりも広くなる場合もあり得るからである。
　パルス電源１４のより詳細な動作原理は、例えば飯田克二、佐久間健：「ＳＩサイリスタによる極短パルス発生回路（ＩＥＳ回路）」、ＳＩデバイスシンポジウム講演論文集（２００２）に記載されている。
　一方、流体案内部２０は、図１及び図６に示すように、流体を放電電極部１８に対して均一に供給する整流構造を有する。整流構造は、ベルマウス部７２と、整流網部７４と、流体流入ケース７６とを有する。
　ベルマウス部７２は、放電電極部１８の上流側に設置され、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造を有する。
　整流網部７４は、ベルマウス部７２の上流側に設置され、１以上の整流網７８と、整流網７８を両側（上流側及び下流側）から押さえる押さえ枠８０とを有する。整流網７８の開口率は１０～４５％が望ましいが、ベルマウス部７２の開口面積によっては、それよりも開口率が低くてもよい。その理由は、整流網部７４は流体流入ケース７６に入ってくるさまざまな速度ベクトルを有する流体を均一にベルマウス部７２に送り込む役割を果たす。メッシュ数が大きく、開口率が低い方が望ましい。但し、ベルマウス部７２の開口径が例えば３０ｍｍと大きな場合は、市販されているメッシュであれば、どれほど開口率が低くても問題はない。後述する導管８２の内径が例えば６ｍｍであれば、ベルマウス部７２の開口径が３０ｍｍであれば、ベルマウス部７２の開口面積は、導管８２の開口面積の２５倍になる。従って、開口率４％としても圧損は生じない。
　流体流入ケース７６は、整流網部７４の上流側に設置され、ベルマウス部７２への流体導出方向の内寸Ｄａが、流体流量と正の相関関係を有する。内寸Ｄａは、流体流量が１０～２０リットル／ｍｉｎの範囲において、２０ｍｍ～１００ｍｍである。
　流体流入ケース７６への流体の供給方向は、ベルマウス部７２への流体導出方向と異なる。すなわち、流体流入ケース７６への流体の供給は、流体流入ケース７６の１つの面に設けられた導管８２を通じて行われ、流体の供給方向ｍと流体導出方向ｎとのなす角は８０°～１００°である。図６の例では、流体流入ケース７６の複数の面のうち、ベルマウス部７２への流体導出方向ｎと平行な面（例えば上面）に導管８２が設けられ、流体の供給方向ｍと流体導出方向ｎとのなす角は略９０°である。
　ノズル２４は、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造を有する第１ノズル２４Ａを用いてもよいし、角筒状の第２ノズル２４Ｂを用いてもよい。第１ノズル２４Ａを用いることで、放電電極部１８にて生成された励起物を含む流体を均一に被処理物２２（図１参照）に当てることができる。
　このように、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１２は、陽極と陰極とを有し、パルス電源１４からの高電圧パルスの供給に基づいて陽極と陰極間に放電を発生させる放電電極部１８と、放電電極部１８に流体を案内する流体案内部２０と、放電電極部１８での放電によって流体内に発生した少なくとも励起種を被処理物２２に噴射するノズル２４と、を有し、流体案内部２０及びノズル２４のうち、少なくとも１つは、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有するようにしたので、放電電極部１８に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部１８において効率よくプラズマを発生させることができる。従って、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物２２に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。
　ところで、第１放電電極２６Ａ及び第２放電電極２６Ｂを作製する場合は、ゲルキャスト法を用いることが好ましい。ゲルキャスト法では、金型内に、第１導体３０Ａをセットし、セラミック粉末、分散媒、及びゲル化剤を含むスラリーを注型した後に、このスラリーを温度条件や架橋剤の添加等によりゲル化させることにより固化し、成形して、その後、焼成することで、第１放電電極２６Ａを作製する。第２放電電極２６Ｂも同様の方法により、作製することができる。このゲルキャスト法によれば、スラリーの低粘度状態を介して第１導体３０Ａと混合させるため、混合後に空隙が残存しにくい。そのため、成形後に、焼成を行って第１放電電極２６Ａを作製しても、第１セラミック層３４Ａは緻密な状態が保たれる。第２セラミック層３４Ｂにおいても同様である。
　上述の例では、第１電極部３６Ａ及び第２電極部３６Ｂをそれぞれくし歯状にした例を示したが、その他、図７の第１変形例に示すように、それぞれ格子状にし、第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂを共に格子状に形成してもよい。この場合、放電電極部１８に対する流体の流通方向から見たときに、第１電極部３６Ａ（第１導体３０Ａ）と第２電極部３６Ｂ（第２導体３０Ｂ）とが交差した状態、すなわち、第１電極部３６Ａの開口に第２電極部３６Ｂの交差部が位置する状態に設置する。
　また、図８の第２変形例に示すように、第１電極部３６Ａ及び第２電極部３６Ｂをそれぞれ格子状とし、第１電極部３６Ａ内の第１導体３０Ａと第２電極部３６Ｂ内の第２導体３０Ｂとをそれぞれくし歯状にしてもよい。
　すなわち、第１電極部３６Ａの第１セラミック層３４Ａを格子状に構成し、第１セラミック層３４Ａ内の第１導体３０Ａを例えばｘ方向に延ばし、且つ、ｙ方向に配列する。第２電極部３６Ｂの第２セラミック層３４Ｂを格子状に構成し、第２セラミック層３４Ｂ内の第２導体３０Ｂを例えばｙ方向に延ばし、且つ、ｘ方向に配列する。
　この場合、第１導体３０Ａ及び第２導体３０Ｂを共に格子状にした場合と比して、電界強度の低下を抑制することができる。
　上述した第２変形例において、第１セラミック層３４Ａのうち、第１導体３０Ａが内層されていない第１部分８４Ａ（ｙ方向に延び、且つ、ｘ方向に配列された部分）は、第１導体３０Ａと第１セラミック層３４Ａとからなる第１電極部３６Ａ間の強度を維持できる程度でよい。同様に、第２セラミック層３４Ｂのうち、第２導体３０Ｂが内層されていない第２部分８４Ｂ（ｘ方向に延び、且つ、ｙ方向に配列された部分）は、第２導体３０Ｂと第２セラミック層３４Ｂとからなる第２電極部３６Ｂ間の強度を維持できる程度でよい。
　従って、図９の第３変形例に示すように、第１セラミック層３４Ａのうち、第１導体３０Ａが内層されていない第１部分８４Ａを間引きし、同様に、第２セラミック層３４Ｂのうち、第２導体３０Ｂが内層されていない第２部分８４Ｂを間引きしてもよい。図９の例では上述の第１部分８４Ａ及び第２部分８４Ｂをそれぞれ１本ずつ間引きした場合を示す。もちろん、第１電極部３６Ａ間の強度及び第２電極部３６Ｂ間の強度を維持できる程度であれば、２本ずつ～数本ずつ間引きしてもよい。
［第１実施例］
　実施例１～６、参考例１及び２について、整流網部７４の開口率の違いによる放電電極部１８での窒素の発光領域の変化を確認した。
＜測定条件＞
　流体（窒素Ｎ2）の供給流量、プラズマ処理装置１２の寸法は以下の通りである。
　　　流体（窒素Ｎ2）の供給流量：１０リットル／ｍｉｎ
　　　プラズマ処理装置１２の寸法（図６参照）：
　　　　　導管８２の内径：６ｍｍ
　　　　　流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａ：１００ｍｍ
　　　　　整流網７８の枚数：２枚
　　　　　ベルマウス部７２：
　　　　　　軸方向の長さＬａ：１０４～１２４ｍｍ
　　　　　　整流網部７４側の開口の一辺の長さＬｂ：２１７ｍｍ
　　　　　　ノズル２４側の開口の一辺の長さＬｃ：６１ｍｍ
　　　パルス電源１４：
　　　　　パルス波形：ＤＢＤ（誘電体バリア放電）タイプ
　　　　　パルス周波数：２ｋｐｐｓ
　　　　　ピーク電圧値：１６ｋＶ
　　　　　ピーク電流値：３Ａ
＜発光領域の確認＞
　発光領域の確認は、ノズル２４に向かってＣＣＤカメラを設置し、露出する放電電極部１８での放電の発生状態を撮像した。撮像した画像のうち、第１電極部３６Ａと第２電極部３６Ｂが交差している部分全域に対する窒素の発光領域（Ｎ2発光領域と記す）の割合をパーセンテージで求めた。比較のために、図１０Ａに、Ｎ2発光領域１００％の状態を示し、図１０Ｂに、Ｎ2発光領域５０％の状態を示す。
（実施例１～６）
　実施例１、２、３、４、５、６は、整流網部７４の開口率をそれぞれ１６％、２１％、２３％、２８％、３７％、４１％とした。
（参考例１及び２）
　参考例１、２は、整流網部７４の開口率をそれぞれ５％、５２％とした。
＜評価＞
　評価結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、参考例１及び２のＮ2発光領域は５０％であったが、実施例１～６は、いずれもＮ２発光領域が７０％以上であり、良好であった。特に、実施例１～３は、Ｎ2発光領域は１００％であった。このことから、整流網部７４の開口率が小さいほど、流体の整流性が向上し、放電電極部１８全域にわたって放電が安定に行われていることがわかる。但し、参考例１のように、極端に開口率が小さくなると、流体の整流性が悪くなり、放電が不安定になる。従って、整流網部７４の開口率の好ましい範囲として、１６％～４１％が好ましく、さらに好ましくは１６％～２３％であることがわかる。
［第２実施例］
　実施例１１～１５、参考例１１～１３について、流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａの違いによる放電電極部１８での窒素の発光領域の変化を確認した。
　測定条件及び発光領域の確認は、上述した第１実施例と同じであるが、整流網部７４の開口率を２３％とした。
（実施例１１～１３）
　実施例１１、１２、１３は、流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａをそれぞれ３０ｍｍ、６０ｍｍ、１００ｍｍとし、流体流量をそれぞれ１０（リットル／ｍｉｎ）とした。
（実施例１４、１５）
　実施例１４、１５は、流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａをそれぞれ６０ｍｍ、１００ｍｍとし、流体流量をそれぞれ２０（リットル／ｍｉｎ）とした。
（参考例１１、１２、１３）
　参考例１１、１２、１３は、流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａをそれぞれ１０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍとし、流体流量をそれぞれ１０（リットル／ｍｉｎ）、２０（リットル／ｍｉｎ）、２０（リットル／ｍｉｎ）とした。
＜評価＞
　評価結果を下記表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、参考例１２のＮ2発光領域は３０％、参考例１１及び１３のＮ2発光領域は５０％であったが、実施例１１～１５は、いずれもＮ2発光領域が１００％であり、良好であった。このことから、流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａは大きい方が流体の整流性が良好になり、流量が大きいと内寸Ｄａも大きくする必要があることがわかる。従って、流量毎に流体流入ケース７６の流体導出方向の内寸Ｄａの下限値が存在し、１０リットル／ｍｉｎでは３０ｍｍ、２０リットル／ｍｉｎでは６０ｍｍが下限値である。
［第３実施例］
　実施例２１～２８、参考例２１～２４について、放電電極部１８を構成する陽極（第１電極部３６Ａ）の配列ピッチＰａの違いによる放電電極部１８での窒素の発光領域の変化を確認した。
　測定条件及び発光領域の確認は、上述した第１実施例と同じであるが、整流網部７４の開口率を２３％とした。
（実施例２１～２３）
　実施例２１、２２、２３は、陽極の配列ピッチＰａをそれぞれ３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍとし、陽極と陰極間の距離ｄｃをそれぞれ５ｍｍとした。
（実施例２４～２６）
　実施例２４、２５、２６は、陽極の配列ピッチＰａをそれぞれ３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍとし、陽極と陰極間の距離ｄｃをそれぞれ４０ｍｍとした。
（実施例２７、２８）
　実施例２７、２８は、陽極の配列ピッチＰａをそれぞれ５０ｍｍ、８０ｍｍとし、陽極と陰極間の距離ｄｃをそれぞれ１００ｍｍとした。
（参考例２１～２４）
　参考例２１、２２、２３、２４は、陽極の配列ピッチＰａをそれぞれ２ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、１００ｍｍとし、陽極と陰極間の距離ｄｃをそれぞれ５ｍｍ、４０ｍｍ、１００ｍｍ、１００ｍｍとした。
＜評価＞
　評価結果を下記表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から、参考例２１、２２、２４のＮ2発光領域は５０％、参考例２３のＮ2発光領域は３０％であったが、実施例２１～２８は、いずれもＮ2発光領域が８０％以上であり、良好であった。特に、実施例２１、２２、２４、２５、２７は、Ｎ2発光領域は１００％であった。また、実験結果から、陽極と陰極間の距離ｄｃが広くなるほど陽極の配列ピッチＰａも広くしないと中央部の放電が弱くなることがわかった。一方、陽極の配列ピッチＰａが広すぎてもプラズマにコールドスポット領域ができ、効率が低下することがわかった。従って、陽極の配列ピッチＰａは陽極と陰極間の距離ｄｃの５０％～１００％にすることが望ましい。
［第４実施例］
　実施例３１～３６、参考例３１及び３２について、放電電極部１８を構成する第１セラミック層３４Ａの気孔寸法の違いによる放電電極部１８の耐久時間を確認した。気孔はＸ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）による非破壊観察画像で確認した。耐久時間は、実験の開始時点から絶縁破壊が生じるまでの時間である。図１１に、第１セラミック層３４Ａ中に径が５０μｍの気孔が存在している状態を示す。この図１１は、Ｘ線ＣＴによる非破壊観察画像である。
（実施例３１～３６）
　実施例３１、３２、３３、３４、３５、３６は、第１セラミック層３４Ａに存在する気孔の寸法が３０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１５μｍ、１５μｍ、１０μｍである。
（参考例３１、３２）
　参考例３１、３２は、第１セラミック層３４Ａに存在する気孔の寸法が５０μｍ、７０μｍである。
＜評価＞
　評価結果を下記表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４から、気孔の寸法が小さくなるほど耐久時間が長くなる傾向があることがわかる。また、実験結果から、気孔は大きいものが１個でもあると絶縁破壊はそこから起こり、数値上の気孔率が０％であっても破損することがわかった。セラミック層の厚みが２００μｍの場合、φ４０μｍの気孔があると、実質の材料厚みが２０％も低下したことに相当する。従って、気孔の大きさを極力小さくすることが重要となり、第１セラミック層３４Ａ及び第２セラミック層３４Ｂの内部に５０μｍ以上の気孔を有しないことが望ましいことがわかる。
［第５実施例］
　実施例４１～４６、参考例４１及び４２について、放電電極部１８を構成する第１導体３０Ａと第１セラミック層３４Ａの断面積比（第１導体３０Ａの断面積Ａａ１／第１セラミック層３４Ａの断面積Ａｂ１）の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。プラズマ発光強度は電極近傍におけるＮ2分子からの発光（３３７．１ｎｍ）強度を発光分光計（ＯＥＳ）により測定した。
（実施例４１～４６）
　実施例４１、４２、４３、４４、４５、４６は、それぞれ断面積比（Ａａ１／Ａｂ１）が０．１５、０．３、０．５、０．７、０．８、０．９である。
（参考例４１及び４２）
　参考例４１、４２は、それぞれ断面積比（Ａａ１／Ａｂ１）が０．０５、１．５である。
＜評価＞
　評価結果を下記表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から、参考例４１のプラズマ発光強度は０．１であったが、実施例４１～４６は、いずれもプラズマ発光強度が０．５以上であり、良好であった。特に、実施例４４、４５、４６はプラズマ発光強度が０．９、０．９、１．０であった。一方、参考例４２は、プラズマ発光強度が１．０であったが破損していた。このことから、第１セラミック層３４Ａの断面積が小さいほど第１導体３０Ａの表面にかかる電圧は高くなり、プラズマ発光強度が大きくなることがわかる。しかし、第１セラミック層３４Ａを薄くしすぎると、絶縁破壊が起こりやすくなり、小さな気孔でも大きな電界集中を招き破損しやすくなる。従って、断面積比（Ａａ１／Ａｂ１）は、０．１＜Ａａ１／Ａｂ１＜１．０であることがわかる。
［第６実施例］
　上述した第５実施例と同様に、実施例５１～５６、参考例５１及び５２について、放電電極部１８を構成する第２導体３０Ｂと第２セラミック層３４Ｂの断面積比（第２導体３０Ｂの断面積Ａａ２／第２セラミック層３４Ｂの断面積Ａｂ２）の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。
（実施例５１～５６）
　実施例５１、５２、５３、５４、５５、５６は、それぞれ断面積比（Ａａ２／Ａｂ２）が０．１、０．５、１．０、１．３、１．５、１．８である。
（参考例５１及び５２）
　参考例５１、５２は、それぞれ断面積比（Ａａ２／Ａｂ２）が０．０５、２．５である。
＜評価＞
　評価結果を下記表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６から、参考例５１のプラズマ発光強度は０．３であったが、実施例５１～５６は、いずれもプラズマ発光強度が０．６以上であり、良好であった。特に、実施例５３、５４、５５、５６はプラズマ発光強度が０．９、０．９、０．９、１．０であった。一方、参考例５２は、プラズマ発光強度が１．０であったが破損していた。このことから、上述した第５実施例と同様に、第２セラミック層３４Ｂの断面積が小さいほど第２導体３０Ｂの表面にかかる電圧は高くなり、プラズマ発光強度が大きくなることがわかる。しかし、第２セラミック層３４Ｂを薄くしすぎると、絶縁破壊が起こりやすくなり、小さな気孔でも大きな電界集中を招き破損しやすくなる。従って、断面積比（Ａａ２／Ａｂ２）は、０．０８＜Ａａ２／Ａｂ２＜２．０であることがわかる。
［第７実施例］
　実施例６１～６６、参考例６１及び６２について、放電電極部１８を構成する第１導体３０Ａ（陽極導体）の直径の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。
（実施例６１～６６）
　実施例６１、６２、６３、６４、６５、６６は、第１導体３０Ａの直径ｄ１がそれぞれ２００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍである。
（参考例６１及び６２）
　参考例６１、６２は、第１導体３０Ａの直径ｄ１がそれぞれ１００μｍ、１２００μｍである。
＜評価＞
　評価結果を下記表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表７から、第１導体３０Ａの直径ｄ１は小さいほど高い電界強度がかかり、高エネルギー電子の割合が増え、プラズマからの活性種発生数が増大することがわかる。反面、線材が切れ易くなりプラズマ処理装置の信頼性が低下する。参考例６１は、プラズマ発光強度が１．０であったが、信頼性の点で不安がある。従って、第１導体３０Ａの直径ｄ１は、２００～１０００μｍが好ましく、さらに好ましくは３００～５００μｍである。
　なお、本発明に係る殺菌装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (18)

  1. 　パルス電源（１４）からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物（２２）の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置において、
    　陽極と陰極とを有し、前記パルス電源（１４）からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部（１８）と、
    　前記放電電極部（１８）に流体を案内する流体案内部（２０）と、
    　前記放電電極部（１８）を通過した前記流体を前記対象物（２２）に向けて出力するノズル（２４）と、を有し、
    　前記放電電極部（１８）に前記流体を導入しながら、前記放電電極部（１８）において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物（２２）に当て、
    　前記流体案内部（２０）及び前記ノズル（２４）のうち、少なくとも１つは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする殺菌装置。
  2. 　請求項１記載の殺菌装置において、
    　前記流体案内部（２０）は、前記流体を前記放電電極部（１８）に対して均一に供給する整流構造を有することを特徴とする殺菌装置。
  3. 　請求項２記載の殺菌装置において、
    　前記整流構造は、
    　流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造（７２）と、
    　前記ベルマウス構造（７２）の上流側に設置された１以上の整流網（７８）と、
    　前記ベルマウス構造（７２）への流体導出方向の内寸が流体流量と正の相関関係にある流体流入ケース（７６）と、を有することを特徴とする殺菌装置。
  4. 　請求項３記載の殺菌装置において、
    　前記整流網（７８）の開口率が１０～４５％であることを特徴とする殺菌装置。
  5. 　請求項３記載の殺菌装置において、
    　前記流体流入ケース（７６）の前記ベルマウス構造（７２）への流体導入方向の内寸は、流体流量１０リットル／ｍｉｎから２０リットル／ｍｉｎにおいて２０ｍｍ～１００ｍｍであることを特徴とする殺菌装置。
  6. 　請求項３記載の殺菌装置において、
    　前記流体案内部（２０）への前記流体の供給方向が、前記放電電極部（１８）への前記流体の流通方向と異なることを特徴とする殺菌装置。
  7. 　請求項６記載の殺菌装置において、
    　前記流体の供給方向と前記流体の流通方向とのなす角が８０°～１００°であることを特徴とする殺菌装置。
  8. 　請求項１記載の殺菌装置において、
    　前記ノズル（２４）は、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする殺菌装置。
  9. 　請求項１記載の殺菌装置において、
    　前記放電電極部（１８）は、前記陽極となる第１放電電極（２６Ａ）と、前記陰極となる第２放電電極（２６Ｂ）とを有し、
    　前記第１放電電極（２６Ａ）を構成する複数の第１導体（３０Ａ）と、前記第２放電電極（２６Ｂ）を構成する複数の第２導体（３０Ｂ）とが、互いに離間し、且つ、前記放電電極部（１８）に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第１導体（３０Ａ）と前記第２導体（３０Ｂ）とが交差した位置関係にあることを特徴とする殺菌装置。
  10. 　請求項１記載の殺菌装置において、
    　前記放電電極部（１８）は、前記陽極となる第１放電電極（２６Ａ）と、前記陰極となる第２放電電極（２６Ｂ）とを有し、
    　前記第１放電電極（２６Ａ）を構成する複数の第１導体（３０Ａ）と、前記第２放電電極（２６Ｂ）を構成する複数の第２導体（３０Ｂ）とが、ねじれの位置関係にあることを特徴とする殺菌装置。
  11. 　請求項１０記載の殺菌装置において、
    　前記放電電極部８１８）に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第１導体（３０Ａ）と前記第２導体（３０Ｂ）とで複数の格子が形成されることを特徴とする殺菌装置。
  12. 　請求項１０記載の殺菌装置において、
    　前記第１導体（３０Ａ）と前記第２導体（３０Ｂ）との交差部分の配列ピッチが５～５０ｍｍであることを特徴とする殺菌装置。
  13. 　請求項１０記載の殺菌装置において、
    　前記放電電極部（１８）に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記放電電極部（１８）の開口率が３０～５０％であることを特徴とする殺菌装置。
  14. 　請求項１０記載の殺菌装置において、
    　前記第１放電電極（２６Ａ）は、前記第１導体（３０Ａ）と、該第１導体（３０Ａ）を被覆する第１セラミック層（３４Ａ）とを有し、
    　前記第２放電電極（２６Ｂ）は、前記第２導体（３０Ｂ）と、該第２導体（３０Ｂ）を被覆する第２セラミック層（３４Ｂ）とを有することを特徴とする殺菌装置。
  15. 　請求項１４記載の殺菌装置において、
    　前記第１セラミック層（３４Ａ）及び前記第２セラミック層（３４Ｂ）の内部に５０μｍ以上の気孔を有しないことを特徴とする殺菌装置。
  16. 　請求項１４記載の殺菌装置において、
    　前記第１導体（３０Ａ）と前記第１セラミック層（３４Ａ）を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第１導体（３０Ａ）の面積をＡａ１、前記第１セラミック層（３４Ａ）の面積をＡｂ１とし、
    　前記第２導体（３０Ｂ）と前記第２セラミック層（３４Ｂ）を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第２導体（３０Ｂ）の面積をＡａ２、前記第２セラミック層（３４Ｂ）の面積をＡｂ２としたとき、
    　　　　０．１＜Ａａ１／Ａｂ１＜１．０
    　　　　０．０８＜Ａａ２／Ａｂ２＜２．０
    であることを特徴とする殺菌装置。
  17. 　請求項１６記載の殺菌装置において、
    　前記第１導体（３０Ａ）及び前記第２導体（３０Ｂ）の各直径が２００～１０００μｍであることを特徴とする殺菌装置。
  18. 　請求項１記載の殺菌装置において、
    　前記パルス電源（１４）は、前記陽極及び前記陰極間に前記高電圧パルスを印加するパルス発生部（４１）と、前記陽極及び前記陰極間に放電を発生させるように前記パルス発生部（４１）を制御するパルス制御部（４２）とを有し、
    　前記パルス発生部（４１）は、直流電源部（４６）の両端に直列接続されたトランス（４７）及びスイッチ（５４）を有し、前記パルス制御部（４２）の前記スイッチ（５４）に対するオン制御によって前記トランス（４７）への誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部（４２）の前記スイッチ（５４）に対するオフ制御によって前記トランス（４７）の二次側での前記高電圧パルスの発生を行うパルス発生回路（４３）を有することを特徴とする殺菌装置。
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