プラズマ発生ノズルならびにそれを用いるプラズマ発生装置および滅菌装置
【課題】ＮＯ２ガスを生成するプラズマ発生ノズルにおいて、電極交換を容易にする。
【解決手段】同心状に配置される内側電極３５および外側電極３６を有し、導波管６２を介して伝搬されるマイクロ波を内側電極３５で受信することで電極３５，３６間にグロー放電を発生させ、電極３５，３６間に供給される空気をプラズマ処理してＮＯ２ガスを生成するプラズマ発生ノズル３１において、損耗する内側電極３５を交換可能にするために、該内側電極３５を、絶縁性を有する材料から成り、円筒状に形成される保持部材３７によって保持する。そして、保持部材３７の外周面と外側電極３６の内周面との間を、処理されたガスが漏れないようにＯリングなどの無端環状のシール部材３７３でシールするにあたって、そのシール部材３７３を保持部材３７側の周方向に形成した凹溝３７１１に嵌め込むようにする。したがって、保持部材３７ごとシール部材３７３を取り外せる。
【解決手段】同心状に配置される内側電極３５および外側電極３６を有し、導波管６２を介して伝搬されるマイクロ波を内側電極３５で受信することで電極３５，３６間にグロー放電を発生させ、電極３５，３６間に供給される空気をプラズマ処理してＮＯ２ガスを生成するプラズマ発生ノズル３１において、損耗する内側電極３５を交換可能にするために、該内側電極３５を、絶縁性を有する材料から成り、円筒状に形成される保持部材３７によって保持する。そして、保持部材３７の外周面と外側電極３６の内周面との間を、処理されたガスが漏れないようにＯリングなどの無端環状のシール部材３７３でシールするにあたって、そのシール部材３７３を保持部材３７側の周方向に形成した凹溝３７１１に嵌め込むようにする。したがって、保持部材３７ごとシール部材３７３を取り外せる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生ノズルと、それを用いて二酸化窒素ガスを生成し、処理室を滅菌する滅菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用器具や食品包装材などの被処理物を処理室に収容し、高度に滅菌する滅菌装置や、或いは前記処理室がクリーンルームやアイソレータなどの場合で該処理室自体を滅菌処理する滅菌装置において、たとえば特許文献１には、前記被処理物の処理に窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスを用いることが示されている。詳しくは、特許文献１では、窒素ガスと酸素ガスとの混合気体をプラズマ発生室に導入し、その混合気体をプラズマ化して前記窒素酸化物ガスを生成し、その窒素酸化物ガスを食品に付着した大腸菌の殺菌用に用いている。
【０００３】
しかしながら、前記窒素酸化物ガスによる滅菌効率は良いとは言えず、滅菌効率改善の要請があった。そこで本件出願人は、鋭意研究を重ねた結果、細菌類の滅菌に寄与するのは、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）のうち、実質的に二酸化窒素（ＮＯ２）であることを見出し、特許文献２において、純度の高い二酸化窒素ガスを生成することができる方法、および該方法によって生成された二酸化窒素ガスを貯留する装置を提案している。
【０００４】
その従来技術は、タンク内の空気をプラズマ発生ノズルに供給して前記二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成し、それらのガスの内、第１の触媒でＮＯｘをＮＯに変換し、第２の触媒でＮＯを酸化してＮＯ２に変換する処理を、タンク内のガスを循環処理することで繰り返し行い、ＮＯ２の濃度を高めるというものである。
【０００５】
一方、そのような二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成するプラズマ発生ノズルの構造およびそれを用いるプラズマ発生装置は、たとえば本件出願人による特許文献３に示されている。図１０は、その従来技術によるプラズマ発生ノズル１００を簡略化して示す断面図である。このプラズマ発生ノズル１００は、導波管１０１に取付けられ、図示しないマイクロ波発生装置からのマイクロ波を受信して、ガス導入孔１０２から導入される空気を常圧下でプラズマ処理して、前記二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成し、ノズル先端の開口１０３から放射するものである。
【０００６】
このため、該プラズマ発生ノズル１００は、同心状に配置される内側電極１１１および外側電極１１２を有し、前記内側電極１１１において導波管１０１内に突出した一端１１１ａ側がアンテナとなって前記マイクロ波を受信することで、他端１１１ｂ側の先端部と外側電極１１２の先端部との間に高周波の電界が印加され、グロー放電が生じてプラズマが発生する。ここで、前記同心状の内側電極１１１と外側電極１１２との内、導波管１０１に接続される外側電極については、損耗も少なく、ダストの除去、すなわち清掃程度のメンテナンスでよく、これに対して、マイクロ波を受信する内側電極１１１は、運転に伴う損耗が激しく、たとえば数百時間で交換の必要がある。そこで、前記内側電極１１１を交換可能にするために、該内側電極１１１は、絶縁性を有する材料から成り、円筒状に形成される保持部材１１３によって保持され、外側電極１１２の内周面から着脱自在とされている。
【０００７】
その従来技術では、各種基板の表面クリーニングや表面改質などの用途が示されている。一方、前記クリーニングの内の滅菌処理を行う場合には、上述のように原料ガスとしては空気を用い、二酸化窒素（ＮＯ２）を生成するが、この二酸化窒素（ＮＯ２）は人体に有害である。そのため、現在では、導波管１０１からの処理後のガスの漏れを防止するために、図１１のプラズマ発生ノズル１２１で示すように、保持部材１１３と外側電極１１２との間は、シール部材であるＯリング１１４によって、気密にシールされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１６２２７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０２４４８号公報
【特許文献３】特開２００８−３００２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来技術では、前記Ｏリング１１４は、外側電極１１２の内周面に形成された凹溝１１２ａに嵌め込まれている。一方、前記導波管１０１の天面には、点検口１０１ａが形成され、前記内側電極１１１を保持部材１１３ごと引き抜いて、交換可能となっている。しかしながら、数回に１回でも、前記Ｏリング１１４を交換する必要が生じた場合には、外側電極１１２を導波管１０１の底板１０１ｄから取り外した後、ピンセット等の工具を用いて作業する必要があり、Ｏリング１１４が落下するなど、作業性が悪い。また、外側電極１１２を取り外した場合には、外側電極１１２と導波管１０１との間もＯリング１１５による気密が解除されるので、再び気密を確認する作業が必要になる。このように、従来技術では、内側電極１１１の交換に伴い、シール部材の交換作業が必要になると、作業が非常に煩雑になる。
【００１０】
本発明の目的は、内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができるプラズマ発生ノズルならびにそれを用いるプラズマ発生装置および滅菌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプラズマ発生ノズルは、棒状の内側電極と、筒状に形成される外側電極と、絶縁性を有すると共に、内周面および外周面を備えた筒状体であって、前記内周面側で前記内側電極を保持し、前記外周面側が前記外側電極の内周面に嵌り込むことで、前記外側電極の内周面と同心状に前記内側電極を配置するとともに、前記外周面における、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に形成された、周方向に連続する凹溝を備えた保持部材と、前記凹溝に嵌め込まれ、前記保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を気密にシールするシール部材とを含み、前記内側電極と外側電極との間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマが発生され、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、外側電極の内周面内に同心状に配置される内側電極を有し、両電極間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマを発生させ、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出するプラズマ発生ノズルにおいて、損耗する内側電極を交換可能にするために、該内側電極を、絶縁性を有する材料から成り、筒状に形成される保持部材によって保持し、前記外側電極の内周面から着脱自在とする。その保持部材の外周面と、外側電極の内周面との間は、処理されたガスが漏れないように気密にシールする必要があり、本発明では、Ｏリングなどの無端環状のシール部材や、Ｃリングなどの糸状のシール部材を使用するにあたって、そのシール部材が保持部材側に嵌め込まれるようにする。具体的には、前記円筒状の保持部材の外周面において、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に、周方向に連続する凹溝を形成しておき、前記ＯリングやＣリングなどのシール部材がその凹溝に嵌め込まれる。
【００１３】
したがって、前記内側電極を保持部材ごと取り外すと、シール部材も保持部材に着いて取り外すことができ、該内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のプラズマ発生ノズルでは、前記原料ガスは空気であり、前記プラズマ処理によって窒素酸化物ガスが生成されることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、窒素酸化物ガスは、滅菌などに使用され、人体に有害であるので、前記シールの必要性が高く、本発明が好適である。
【００１６】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記のプラズマ発生ノズルと、マイクロ波発生装置と、前記プラズマ発生ノズルが取付けられ、前記マイクロ波発生装置からのマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに伝搬する導波管とを備え、前記外側電極は導波管と同電位に接続され、前記棒状の内側電極は前記導波管内に突出して前記マイクロ波を受信するアンテナとして機能する一端側と、前記外側電極との間で前記高周波の電界を発生し、前記グロー放電を生じさせる他端側とを有することを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、マイクロ波発生装置からのマイクロ波が、導波管を介して前記プラズマ発生ノズルへ伝搬される場合に、内側電極と外側電極との間で処理されたガスが、前記シール部材によって、導波管側へ流入することを防止することができる。特に処理後のガスが人体に有害な前記二酸化窒素ガスである場合に、前記シール部材によって、該二酸化窒素ガスが導波管を介して外部に漏出するのを防止することができる。
【００１８】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記保持部材の導波管内における少なくとも一部分は、把持部として、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面に延びて形成され、前記反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な点検口が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、絶縁性を有し、円筒状に形成されて内側電極と一体化され、該内側電極を外側電極内に保持させる保持部材において、その導波管内における少なくとも一部分が内側電極より長く、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面側に延びて形成され、把持部とされる。一方、前記導波管の反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な大きさの点検口が形成される。
【００２０】
したがって、前記点検口を開けると前記保持部材に保持された内側電極が交換可能になり、しかも前述のようにシール部材を該保持部材と一緒に交換することができるので、ノズル先端側から交換を行う場合に比べて、プラズマ発生ノズルを導波管から取外したりするような必要はなく、極めて容易に交換を行うことができる。また、作業者は、前記保持部材の延長された把持部を把持して、内側電極に手や工具で触れることなく、該内側電極を交換することができ、該内側電極への傷付きを防止することができるとともに、専用工具を用いることなく交換を行うことができる。
【００２１】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記把持部は、絶縁性を有し、低誘電率の材料から成り、内部は前記内側電極を収容する筒形状に形成され、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押圧されることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、前記把持部が、絶縁性を有し、マイクロ波の伝搬に影響を及ぼさない低誘電率の材料、たとえば空気に次いで誘電率が小さいテフロン（登録商標）や、ポリプロピレン、セラミックなどによって、内部に内側電極を収容する筒形状に形成される。そして、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押え込まれることで、内側電極は常に所定の位置にセットされることになり、放電を安定させることができる。また、前記把持部が少し長い目に形成されることで、余剰分は前記筒形状の把持部の撓みによって吸収され、前記保持部材から内側電極を均一に押圧することができる。
【００２３】
したがって、該把持部の長さを厳密に管理することなく、前記のように常に内側電極を所定の位置にセットすることができる。
【００２４】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記内側電極におけるアンテナ先端部の少なくとも一部分は、前記把持部外に露出していることを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、内側電極が把持部内に完全に埋込まれていると、アクシデントによって導波管内でプラズマ点灯が生じると、その点灯が生じるアンテナ先端部付近の把持部の材料が溶解してしまうのに対して、前記アンテナ先端部の一部分が前記把持部外に露出する（剥き出しとなっている）ことで、点灯はその部分で生じ、前記把持部の溶解を未然に防止することができる。
【００２６】
さらにまた、本発明の滅菌装置は、前記のプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生ノズルに前記原料ガスとして空気を供給する吸気部と、前記プラズマ発生ノズルで処理された２酸化窒素ガスが充填され、滅菌処理を行うべき処理室とを備えて構成されることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、滅菌処理を行うべき処理室を備え、該処理室に収容した被処理物を、或いは該処理室がクリーンルームやアイソレータ等の場合で該処理室自体を、それぞれ滅菌処理する滅菌装置において、前記処理室に滅菌処理用の二酸化窒素ガスを充填するガス供給源として、前述のプラズマ発生装置を用い、吸気部から、前記プラズマ発生ノズルに、原料ガスとして空気を供給する。
【００２８】
したがって、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のプラズマ発生ノズルおよびそれを用いるプラズマ発生装置は、以上のように、外側電極の内周面内に同心状に配置される内側電極を有するプラズマ発生ノズルにおいて、損耗する内側電極を交換可能にするために、該内側電極を、絶縁性を有する材料から成り、筒状に形成される保持部材によって保持し、前記外側電極の内周面から着脱自在とするとともに、その保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を、処理されたガスが漏れないようにＯリングなどのシール部材でシールするにあたって、そのシール部材を保持部材側の周方向に形成した凹溝に嵌め込むようにする。
【００３０】
それゆえ、前記内側電極を保持部材ごと取り外すと、シール部材も保持部材に着いて取り外すことができ、該内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができる。
【００３１】
さらにまた、本発明の滅菌装置は、以上のように、滅菌処理を行うべき処理室を備え、該処理室に収容した被処理物を、或いは該処理室がクリーンルームやアイソレータ等の場合で該処理室自体を、それぞれ滅菌処理する滅菌装置において、前記処理室に滅菌処理用の二酸化窒素ガスを充填するガス供給源として、前述のプラズマ発生ノズルを備えるプラズマ発生装置を用い、吸気部から、前記プラズマ発生ノズルに、原料ガスとして空気を供給する。
【００３２】
それゆえ、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る滅菌装置のブロック図である。
【図２】図１で示す滅菌装置におけるマイクロ波供給装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】前記滅菌装置の電気的な制御構成を示すブロック図である。
【図４】図３の制御装置による滅菌装置の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図４の各工程における第１〜第４ポンプの制御状態を示す表形式の図である。
【図６】図４の各工程における第１〜第８電磁弁の制御状態を示す表形式の図である。
【図７】プラズマ発生ノズルの縦断面図である。
【図８】前記プラズマ発生ノズルの斜視図である。
【図９】前記プラズマ発生ノズルにおける内側電極およびそれを保持する保持部材の斜視図である。
【図１０】従来技術のプラズマ発生ノズルを簡略化して示す断面図である。
【図１１】他の従来技術のプラズマ発生ノズルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明の実施の一形態に係る滅菌装置１のブロック図である。この滅菌装置１は、滅菌処理を行うべき処理室としてメインチャンバ１１を備え、該処理室に収容した被処理物、たとえばメス、鉗子、カテーテルなどの医療用器具や、包装シート、トレイ、ボトルなどの食品包装材に、プラズマによって生成された滅菌剤を作用させて滅菌処理を施すための装置である。
【００３５】
本実施形態では、空気を原料ガスとして、その空気を前記プラズマ処理することで生成された二酸化窒素（ＮＯ２）ガスを前記滅菌剤として用いる例を示す。したがって、本実施の形態の滅菌装置１では、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。なお、処理室としては、クリーンルームやアイソレータ等の該処理室自体が滅菌処理されるものであってもよい。
【００３６】
滅菌装置１は、大略的に、メインチャンバ１１と、サブチャンバ１２と、吸気系統２０と、ガス供給源３０と、連係系統４０と、排気系統５０とを備えて構成される。前記の系統２０〜５０の適所には、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８と、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４とが配置されている。
【００３７】
メインチャンバ１１は、前記の被処理物が収容される密閉空間を提供するチャンバであり、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大容量のチャンバである。図示は省略しているが、メインチャンバ１１には被処理物を搬出入するためのドアが備えられ、その内部には、被処理物を積載するための処理トレイ等が適宜備えられている。
【００３８】
メインチャンバ１１には、前記二酸化窒素ガスの濃度を計測する第１濃度センサ１１１と、チャンバ内の圧力を検出する第１圧力センサ１１２とが備えられている。前記メインチャンバ１１は、短時間で滅菌処理を完了するために、運転中は極めて高濃度、たとえば５００００ｐｐｍの二酸化窒素ガスが充填されるので、前記第１濃度センサ１１１は、滅菌処理後に該メインチャンバ１１を開放するにあたり、充分に濃度が下がったことの確認用に、その計測値が参照される。前記第１圧力センサ１１２は、メインチャンバ１１内の減圧状態、すなわち減圧と、それに伴う乾燥状況を判断し、前記二酸化窒素ガスの充填開始の判断に使用されるセンサである。この他、メインチャンバ１１には、温度センサ、湿度センサ、或いはオゾンセンサ等の各種物理量センサが備えられていてもよい。
【００３９】
サブチャンバ１２は、ガス供給源３０と協働して、該ガス供給源３０において常圧下で生成された前記二酸化窒素ガスを、その濃度を上げつつ蓄積するものであり、前記ガス供給源３０と前記二酸化窒素ガスの循環経路を形成する。このサブチャンバ１２は、前記メインチャンバ１１と同様に、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。このサブチャンバ１２内にも、二酸化窒素ガスの濃度を計測する第２濃度センサ１２１と、チャンバ内の圧力を検出する第２圧力センサ１２２とが備えられている。第２濃度センサ１２１の計測値は、たとえば前記二酸化窒素ガスがメインチャンバ１１へ充填される規定の濃度に達した否かを確認するために参照される。
【００４０】
吸気系統２０は、吸気部を構成し、前記サブチャンバ１２、もしくはサブチャンバ１２およびメインチャンバ１１の双方に乾燥した外気（空気）を導入させるための配管系統である。吸気系統２０は、第１ポンプＰ１、エアドライヤ２１、湿度センサ２２、第１電磁弁Ｖ１、第１常圧配管２０１および第１真空配管２０２を含む。第１常圧配管２０１は、第１ポンプＰ１と第１電磁弁Ｖ１との間を接続する配管であり、その経路中にエアドライヤ２１および湿度センサ２２が配置されている。第１真空配管２０２は、第１電磁弁Ｖ１とサブチャンバ１２との間を接続している。
【００４１】
第１ポンプＰ１は、減圧状態にあるサブチャンバ１２、もしくはサブチャンバ１２およびメインチャンバ１１の双方を常圧に戻すときに動作されるポンプである。第１ポンプＰ１は、外気を吸入し、第１常圧配管２０１および第１真空配管２０２を介してサブチャンバ１２内に外気を送り込む。エアドライヤ２１は、外気に含まれる水分を除去するもので、たとえば電熱ヒータを備えた乾燥装置が適用される。このエアドライヤ２１を通過した空気は、ほぼ湿度がゼロとなる。湿度センサ２２は、第１常圧配管２０１内を流通する空気の湿度を検出する。この湿度センサ２２は、専らエアドライヤ２１の故障検知のために用いられる。
【００４２】
第１電磁弁Ｖ１は、第１ポンプＰ１の稼働時に連動して「開」とされるバルブである。すなわち、第１電磁弁Ｖ１は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を含む系統を、外気圧と遮断する必要があるときに「閉」とされ、これを常圧に復帰させるときに「開」とされる。このため、第１電磁弁Ｖ１よりも吸気方向下流側は、真空引きに耐性を有する第１真空配管２０２が用いられている。
【００４３】
ガス供給源３０は、主に吸気系統２０によりサブチャンバ１２に導入された乾燥空気をプラズマで電離して、二酸化窒素ガスを生成する際に稼働される系統である。ガス供給源３０は、第２電磁弁Ｖ２、第３電磁弁Ｖ３、プラズマ発生ノズル３１、ガス流量計３２、第２ポンプＰ２、第２真空配管３０１、第３真空配管３０２、および第２常圧配管３０３を含む。
【００４４】
第２真空配管３０１の一端側はサブチャンバ１２内に連通し、他端側は第２電磁弁Ｖ２を介して第２常圧配管３０３の一端側に接続されている。第３真空配管３０２の一端側はサブチャンバ１２内に連通し、他端側は第３電磁弁Ｖ３を介して第２常圧配管３０３の他端側に接続されている。これにより、サブチャンバ１２と連通する、第２真空配管３０１の一端側を起点として第３真空配管３０２の一端側に戻るループ管路が形成されている。本実施形態では、第２真空配管３０１側が、当該ループ管路内を流れる空気流の上流側となる。第２常圧配管３０３に対して、上流側から順に、プラズマ発生ノズル３１、ガス流量計３２および第２ポンプＰ２が配置されている。
【００４５】
第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３は、サブチャンバ１２が減圧状態にあるときに「閉」とされ、後述する常圧状態でのＮＯ２ガス生成時および無害化処理時に「開」とされる弁である。このため、第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３とサブチャンバ１２とを接続する配管として、第２真空配管３０１および第３真空配管３０２が適用されている。
【００４６】
プラズマ発生ノズル３１は、プラズマ（電離気体）を発生させるための電界集中部を提供する。第２常圧配管３０３を流通する原料ガスとしての空気（窒素および酸素を含むガス）は、該プラズマ発生ノズル３１の前記電界集中部を通過することで電離され、ＮＯ２ガスやＮＯガスを含む窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスに変換される。このようなプラズマを発生させるために、本実施形態ではマイクロ波エネルギーが用いられている。当該マイクロ波エネルギーは、マイクロ波供給装置６０から該プラズマ発生ノズル３１に与えられる。このプラズマ発生ノズル３１の詳しい構成については、後述する。
【００４７】
図２は、マイクロ波供給装置６０の構成を概略的に示すブロック図である。マイクロ波供給装置６０は、マイクロ波エネルギーを発生すると共に、これをプラズマ発生ノズル３１に供給するための装置であって、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置６１と、前記マイクロ波を伝搬させる導波管６２とを含む。この導波管６２に、プラズマ発生ノズル３１が取り付けられている。また、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およびカプラ６４が備えられている。
【００４８】
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。本実施形態では、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置６１が好適に用いられる。
【００４９】
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、その長手方向に伝搬させる。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、磁力によって、マイクロ波発生装置６１で発生されたマイクロ波を導波管６２に向かわせる一方で、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。
【００５０】
なお、本実施の形態のマイクロ波供給装置６０は、前記のマイクロ波の周波数に対して、マイクロ波発生装置６１からプラズマ発生ノズル３１までの距離等が適宜チューニングされて、前記プラズマ発生ノズル３１でのマイクロ波の受信感度が最大となり、マイクロ波発生装置６１側に反射するマイクロ波が最小となるように調整されている。しかしながら、部品のばらつき等に対するチューニングや、一層高精度なチューニングのために、前記プラズマ発生ノズル３１に対して、上流側のチューナと、下流側のスライディングショートとの少なくとも一方が設けられてもよい。
【００５１】
前記チューナは、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、つまりプラズマ発生ノズル３１でのマイクロ波エネルギーの消費が最大となる調整を行うための機器であり、前記カプラ６４は、その調整の際に利用することができる。また、前記スライディングショートは、導波管６２の遠端部を閉塞し、導波管６２の管軸方向、すなわちマイクロ波の伝搬方向に移動することで、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ための部材である。
【００５２】
図１に戻って、ガス流量計３２は、第２常圧配管３０３内を流通する気体の流量を計測する。第２ポンプＰ２は、ＮＯ２ガス生成時に、サブチャンバ１２とガス供給源３０のループ管路とで構成される一つの空間内において、ガスを循環させるためのポンプである。プラズマ発生ノズル３１が動作している状態で該第２ポンプＰ２が稼働されると、サブチャンバ１２から吸い出されたガスがプラズマ発生ノズル３１を通過して前記サブチャンバ１２に戻されることを繰り返し、こうしてサブチャンバ１２に蓄積されているガスにおけるＮＯ２の濃度が徐々に上昇してゆくことになる。第２ポンプＰ２には、ＮＯｘ等に耐性を持つ耐薬品性のポンプが用いられる。
【００５３】
連係系統４０は、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２との間を連通させるための系統である。連係系統４０は、第４電磁弁Ｖ４、第５電磁弁Ｖ５、第３ポンプＰ３、第４真空配管４０１および第５真空配管４０２を含む。
【００５４】
第４真空配管４０１の一端（上流端）はサブチャンバ１２に接続され、他端（下流端）はメインチャンバ１１に接続されている。この第４真空配管４０１の上流側に第３ポンプＰ３が配置され、下流側に第４電磁弁Ｖ４が配置されている。第３ポンプＰ３は、耐薬品性のポンプであって、サブチャンバ１２を真空引きする際、サブチャンバ１２からＮＯ２ガスをメインチャンバ１１に導入（循環）して滅菌処理を行う際、およびメインチャンバ１１内を排気して無害化処理する際に動作する。第４電磁弁Ｖ４は、この第３ポンプＰ３が動作する際に「開」とされる弁である。
【００５５】
第５真空配管４０２の一端側（上流端）はメインチャンバ１１に接続され、他端側（下流端）はサブチャンバ１２に接続されている。第５真空配管４０２の中間部には、後述する第７真空配管５０２の下流端が合流している。第５電磁弁Ｖ５は、第７真空配管５０２の合流部よりも上流位置において、第５真空配管４０２に取り付けられている。この第５電磁弁Ｖ５は、滅菌処理を行う際、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を常圧に復帰させる際に「開」とされる弁である。
【００５６】
排気系統５０は、滅菌処理に用いたＮＯ２ガスを密閉空間内で無害化すると共に、無害化処理後のガスを外部に排気するための系統である。排気系統５０は、ＨＮＯ３変換部５１、フィルタ５２、第６電磁弁Ｖ６、第７電磁弁Ｖ７、第８電磁弁Ｖ８、第４ポンプＰ４、第６真空配管５０１、前記第７真空配管５０２、第４常圧配管５０３および第５常圧配管５０４を含む。
【００５７】
第６真空配管５０１の一端側（上流端）はメインチャンバ１１に接続され、他端側（下流端）は第６電磁弁Ｖ６を介して第４常圧配管５０３の一端側（上流端）に接続されている。第４常圧配管５０３の他端側（下流端）は、第４ポンプＰ４を通して外部と連通している。この第４常圧配管５０３には、上流側から順に、ＨＮＯ３変換部５１、フィルタ５２および第８電磁弁Ｖ８が取り付けられている。第５常圧配管５０４の一端側（上流端）は、フィルタ５２と第８電磁弁Ｖ８との間において第４常圧配管５０３に接続され、他端側（下流端）は第７電磁弁Ｖ７を介して第７真空配管５０２の一端側（上流端）に接続されている。第７真空配管５０２の他端側（下流端）は、前述のように第５真空配管４０２の中間部に接続されている。上記の第４常圧配管５０３および第７真空配管５０２が備えられている結果、第１電磁弁Ｖ１および第８電磁弁Ｖ８が「閉」とされれば、メインチャンバ１１、排気系統５０、連係系統４０およびサブチャンバ１２を、一つの密閉された空間とすることが可能となる。
【００５８】
第６電磁弁Ｖ６は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の減圧時、無害化処理時およびその後の排気時に「開」とされる弁である。第７電磁弁Ｖ７は、無害化処理時にのみ「開」とされる弁である。第８電磁弁Ｖ８は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の減圧時と、無害化処理後の排気時とに「開」とされる弁である。第４ポンプＰ４は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を真空引きする際に駆動される真空ポンプである。
【００５９】
ＨＮＯ３変換部５１は、滅菌処理後のガスに含まれるＮＯ２をＨＮＯ３に変換する。この変換を行うために、ＨＮＯ３変換部５１には、オゾン（Ｏ３）を発生するオゾン発生器と、水（Ｈ２Ｏ）を供給するための水分導入器とを備えている。こうして該ＨＮＯ３変換部５１を通過するＮＯ２ガスにＯ３およびＨ２Ｏが加えられることで、前記ガスはＨＮＯ３を含むガスに化学的に変換される。
【００６０】
フィルタ５２は、ガス中のＨＮＯ３を吸着するフィルタである。このフィルタ５２としては、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を用いることができる。
【００６１】
続いて、滅菌装置１の電気的な制御構成を図３に基づいて説明する。図１では図示を省略しているが、滅菌装置１は、当該滅菌装置１の動作を電気的に制御するための制御装置９０を備えている。制御装置９０は、情報処理等を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、該滅菌装置１の動作制御を行うべくプログラミングされたソフトウェアが実行されることで、図３に示す機能部を具備するように動作する。制御装置９０は、機能的に、全体制御部９１、ポンプ制御部９２、電磁弁制御部９３、プラズマ制御部９４、ロック制御部９５およびドライヤ制御部９６を備えている。
【００６２】
全体制御部９１は、滅菌装置１の全体的な動作モードを管理し、各個別の制御部９２〜９６に対して動作モードの変更および維持を通知する制御信号を与える。第１および第２濃度センサ１１１、１２１が計測するメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内のＮＯ２の濃度データ、第１および第２圧力センサ１１２、１２２が計測するメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の圧力データは、全体制御部９１に入力される。全体制御部９１は、これらの濃度データおよび圧力データ、図略のタイマー装置から与えられるタイムデータ等に基づいて、滅菌装置１の動作モードを管理する。
【００６３】
ポンプ制御部９２は、前記動作モードに応じて、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４に対して、個別にポンプ動作の実行および停止を制御する制御信号を与える。電磁弁制御部９３は、前記動作モードに応じて、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８に対して、個別に弁を「開」または「閉」とする制御信号を与える。
【００６４】
プラズマ制御部９４は、マイクロ波供給装置６０に、その起動または停止を制御する制御信号を与える。すなわちプラズマ制御部９４は、プラズマ発生ノズル３１においてプラズマを発生させる期間を制御する。
【００６５】
ロック制御部９５は、チャンバロック装置１３の動作を制御する。チャンバロック装置１３は、メインチャンバ１１が備える被処理物の搬出入用の開閉ドアをインターロックする装置である（図１では図示省略）。メインチャンバ１１の前記ドアは、被処理物に対する一連の滅菌処理工程中は、安全確保のために、このチャンバロック装置１３でロックされる。
【００６６】
ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１のＯＮ−ＯＦＦ動作を制御する。湿度センサ２２が計測する湿度データは、ドライヤ制御部９６に出力される。ドライヤ制御部９６は、前記湿度データが、エアドライヤ２１が動作障害を起こしていることを示す異常値であるとき、異常信号を全体制御部９１に出力し、ユーザにその異常を報知させる。
【００６７】
図４は、制御装置９０による滅菌装置１の制御動作を示すタイミングチャートである。また、図５は、図４の各工程における第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の制御状態を示す表形式の図、同様に図６は、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の制御状態を示す表形式の図である。図５において○印はポンプが動作し、×印はポンプが停止している状態をそれぞれ示し、図６において○印は電磁弁が「開」とされ、×印は「閉」とされている状態をそれぞれ表している。なお、図４の横欄の一つの「工程の内容」欄と、図５および図６の最左縦欄の「工程」欄とがリンクしている。
【００６８】
時刻Ｔ１は、ユーザにより滅菌装置１のスタートボタンが押下され、一連の滅菌処理工程が開始される時刻である。滅菌処理工程は、図４に示されているように、被処理物を真空乾燥させる第１乾燥工程、滅菌材としてのＮＯ２ガスを生成する滅菌準備工程、被処理物をＮＯ２ガスと接触させて被処理物を滅菌する滅菌工程、滅菌処理後に残留したＮＯ２ガスを浄化する排ガス無害化工程、および被処理物を再度乾燥させる第２乾燥工程を含む。なお、時刻Ｔ１の前に、医療用器具などの被処理物がメインチャンバ１１内に収容されているものとする。
【００６９】
第１乾燥工程は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を高度に真空引きする排気工程と、一定時間だけ状態を維持する保持工程と、サブチャンバ１２内にＮＯ２ガスの生成原料となる乾燥空気を導入する吸気工程とからなる。
【００７０】
制御装置９０の全体制御部９１は、時刻Ｔ１に、まずメインチャンバ１１の開閉ドアのロック指示をロック制御部９５に与える。これを受けてロック制御部９５は、チャンバロック装置１３を駆動し、メインチャンバ１１の開閉ドアをインターロックする。併せて、上記排気工程の実行のため、動作モードを「排気モード」に設定し、各個別制御部９２〜９６にそのモード設定信号を通知する。
【００７１】
排気モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４を動作させ、電磁弁制御部９３は第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「開」とする。これら電磁弁のみが「開」とされることにより、サブチャンバ１２から、第４真空配管４０１、メインチャンバ１１、第６真空配管５０１および第４常圧配管５０３を連通して、第４ポンプＰ４に至る排気路が形成される。そして、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４の駆動によって、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内は真空引きされる。
【００７２】
全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データを所定のサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ２で所定の真空度（図４では１Ｔｏｒｒを例示）に達したと判定すると、全体制御部９１は、上記保持工程の実行のため、動作モードを「保持モード」に設定する。
【００７３】
保持モードは、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の全てが停止され、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の全てが「閉」とされるモードである。なお、図５および図６では、この保持モードに対応する保持工程の状態の記載は省いている。したがって、保持モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４を停止させ、電磁弁制御部９３は第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「閉」とする。全体制御部９１は、時刻Ｔ２からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ３まで保持モードを維持する。この保持工程が一定時間継続されることで、メインチャンバ１１内、ならびにそこに収容されている被処理物、およびサブチャンバ１２の内部から充分に空気が抜け、それらが乾燥状態となる。また、前記保持工程が一定時間継続されることで、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の真空状態が安定する。
【００７４】
時刻Ｔ３になると、全体制御部９１は、上記吸気工程の実行のため動作モードを「吸気モード」に設定する。吸気工程は、減圧下にあるサブチャンバ１２内に乾燥空気を導入することを目的とするので、ポンプ制御部９２は第１ポンプＰ１のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第１電磁弁Ｖ１のみを「開」とする。また、ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１を稼働させる。かかる状態とされることで、第１ポンプＰ１により外部から吸引された空気が、エアドライヤ２１で高度に乾燥されながら、第１常圧配管２０１と第１真空配管２０２とを通して、サブチャンバ１２内に導入される。なお、第４、第５、第６電磁弁Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、「閉」のままであるので、メインチャンバ１１内は、この吸気工程の間（および次の滅菌準備工程の間）も乾燥工程が継続される。
【００７５】
吸気モードの間、全体制御部９１は、第２圧力センサ１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、サブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ４で常圧（７６０Ｔｏｒｒ）に達したと判定すると、全体制御部９１は吸気モードを終了する。また、ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１を停止させる。
【００７６】
続いて、滅菌準備工程が実行される。この工程は、サブチャンバ１２内を所定濃度の滅菌ガスで充満させるために、プラズマで空気を電離してＮＯ２ガスを生成するプラズマ工程からなる。
【００７７】
詳しくは、時刻Ｔ４で全体制御部９１は、上記プラズマ工程の実行のため動作モードを「プラズマモード」に設定する。プラズマモードが設定されると、ポンプ制御部９２は第２ポンプＰ２のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第２、第３電磁弁Ｖ２、Ｖ３を「開」とする。これにより、サブチャンバ１２、第２真空配管３０１、第２常圧配管３０３および第３真空配管３０２で構成される一つの密閉空間が形成され、該密閉空間内を空気（ＮＯ２ガス）が循環可能となる。
【００７８】
また、時刻Ｔ４の時点で、プラズマ制御部９４はマイクロ波供給装置６０を動作させる。これによりマイクロ波供給装置６０はプラズマ発生ノズル３１にマイクロ波エネルギーを供給し、該プラズマ発生ノズル３１でプラズマが発生し、該プラズマ発生ノズル３１を通過する空気はＮＯ２ガスに変換される。この状態が継続されることで、サブチャンバ１２内の空気は、徐々にＮＯ２ガスに変換されてゆく。
【００７９】
このプラズマモードの間、全体制御部９１は、第２濃度センサ１２１からＮＯ２の濃度データをサンプリング周期毎に受け取り、サブチャンバ１２のＮＯ２濃度を監視する。濃度データに基づき、時刻Ｔ５でＮＯ２濃度が所定値、たとえば前記５００００ｐｐｍに達したと判定すると、全体制御部９１はプラズマモードを終了する。これに伴い、プラズマ制御部９４はマイクロ波供給装置６０の動作を停止させ、次の滅菌工程に移る。或いは、プラズマモードでマイクロ波供給装置６０を動作させたまま、滅菌工程に移ってもよい。
【００８０】
滅菌工程は、常圧下でサブチャンバ１２内に充満しているＮＯ２ガスを、被処理物を収容し高真空下にあるメインチャンバ１１内に、両チャンバの圧力差を利用して一気に導入すると共に、ＮＯ２ガスと被処理物とを充分な滅菌に適した一定時間だけ接触させる工程である。
【００８１】
詳しくは、時刻Ｔ５で全体制御部９１は、上記滅菌工程の実行のため動作モードを「循環モード」に設定する。循環モードが設定されると、ポンプ制御部９２は第３ポンプＰ３のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第４、第５電磁弁Ｖ４、Ｖ５を「開」とする。これにより、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２とは、第４真空配管４０１および第５真空配管４０２とで繋がれた、一つの密閉空間となる。この結果、減圧下のメインチャンバ１１内には急激にＮＯ２ガスが入り込み、チャンバ内の被処理物が良好にＮＯ２ガスに曝される。たとえば被処理物がカテーテルのような細長いチューブであっても、そのチューブ内の微小空間にまでＮＯ２ガスが行き渡る。したがって、被処理物の良好な殺菌を行い得る。
【００８２】
ＮＯ２ガスのメインチャンバ１１への導入が進むにつれ、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２との圧力差は減少してゆく。そして、ある時刻Ｔ５１で、両チャンバの圧力は平衡することになる。時刻Ｔ５１以降は、専ら第３ポンプＰ３の動作によって、サブチャンバ１２のＮＯ２ガスがメインチャンバ１１に送られる。したがって、この時刻Ｔ５１までは、第５真空配管４０２でのガスの流れは逆方向となり、時刻Ｔ５１からは、サブチャンバ１２→第３ポンプＰ３→第４真空配管４０１→第４電磁弁Ｖ４→メインチャンバ１１→第５電磁弁Ｖ５→第５真空配管４０２→サブチャンバ１２の一方向の循環経路が形成される。全体制御部９１は、時刻Ｔ５からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ６まで循環モードを維持する。
【００８３】
なお、メインチャンバ１１の容量に比べて、サブチャンバ１２の容量が小さい場合、収容した被処理物の容量が小さく、ＮＯ２ガスが多く必要な場合、或いは滅菌工程でのＮＯ２ガスの濃度を上げて短時間に処理したい場合などには、プラズマ制御部９４は、前記滅菌準備工程の終了時点で停止していたマイクロ波供給装置６０の動作を適宜再開させて、いわゆる追い炊きの機能を実現してもよく、或いは、前述のように滅菌準備工程からこの滅菌工程の間中、連続して、マイクロ波供給装置６０を動作させるようにしてもよい。
【００８４】
このような滅菌工程により、被処理物は滅菌された状態となるが、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内には、ＮＯ２ガスや、滅菌反応により生成された物質が残存している。これらを浄化するため、排ガス無害化工程が実行される。この工程は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を常圧に復帰させる復帰工程と、残留ＮＯ２ガスを浄化する浄化工程とからなる。
【００８５】
詳しくは、時刻Ｔ６になると、全体制御部９１は、上記復帰工程の実行のため動作モードを「復帰モード」に設定する。復帰モードが設定されると、ポンプ制御部９２は第１ポンプＰ１を新たに動作させ、第３ポンプＰ３の運転を継続させる。電磁弁制御部９３は、第１、第４電磁弁Ｖ１、Ｖ４を「開」とする。この結果、減圧状態にあるメインチャンバ１１及びサブチャンバ１２内に、第１常圧配管２０１、第１真空配管２０２および第４真空配管４０１を介して外気が導入される。
【００８６】
復帰モードの間、全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ７で両チャンバ内が常圧に達したと判定すると、全体制御部９１は復帰モードを終了する。
【００８７】
時刻Ｔ７で全体制御部９１は、浄化工程の実行のために動作モードを「浄化モード」に設定する。浄化モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第２、第３ポンプＰ２、Ｐ３を動作状態とし、電磁弁制御部９３は、第２、第３、第４、第６、第７電磁弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７を「開」とする。このとき、第１電磁弁Ｖ１と第８電磁弁Ｖ８とは「閉」とされているので、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の密閉性は確保されている。
【００８８】
一方で、メインチャンバ１１、排気系統５０、連係系統４０、サブチャンバ１２および循環系統３０を通る、一つの循環経路が形成されることになる。すなわち、メインチャンバ１１を起点とすると、順次、ＨＮＯ３変換部５１およびフィルタ５２が取り付けられている排気系統５０内の配管、第７真空配管５０２、第５真空配管４０２、サブチャンバ１２およびＮＯ２変換部３３が取り付けられている循環系統３０の配管、そして第４真空配管４０１を経由してメインチャンバ１１に戻る、密閉された循環経路が形成される。
【００８９】
本実施形態では、このような密閉された循環経路（密閉空間）の内部で無害化処理を行う。すなわち、第２、第３ポンプＰ２、Ｐ３の駆動によって、前記循環経路内において気流が発生し、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の残留ＮＯ２ガスは、ＨＮＯ３変換部５１およびフィルタ５２を通過する。これにより、残留ＮＯ２ガスは前述のように一旦ＨＮＯ３を含むガスに変換された後、フィルタ５２でＨＮＯ３が吸着され、低濃度のＮＯ２およびＨＮＯ３を含むガスとなる。その後、この低濃度ガスはサブチャンバ１２に入り、さらに循環系統３０などに残存するＮＯ２ガスなどとともに、第４真空配管４０１を経てメインチャンバ１１に戻る。
【００９０】
以上のようなサイクルが繰り返され、残留ＮＯ２ガスは徐々に浄化されてゆく。浄化モードの間、全体制御部９１は、第１、第２濃度センサ１１１、１２１からＮＯ２の濃度データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２のＮＯ２濃度を監視する。濃度データに基づき、時刻Ｔ８でＮＯ２濃度が所定値以下に低下したと判定すると、全体制御部９１は浄化モードを終了する。
【００９１】
最後に、第２乾燥工程が実行される。この工程は、滅菌処理後の被処理物を乾燥させるとともに、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を掃気し、かつ残留物を除去するための工程であって、排気工程、保持工程および復帰工程とからなる。これらの各工程は、先に説明したものと同じ動作の工程である。
【００９２】
すなわち、時刻Ｔ８で全体制御部９１は、上記排気工程の実行のため動作モードを「排気モード」に設定する。これに伴い、ポンプ制御部９２は、第２ポンプＰ２に代えて第４ポンプＰ４を新たに動作させ、第３ポンプＰ３の運転を継続させる。電磁弁制御部９３は、第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「開」とする。これにより、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２は真空引きされる。このとき、第４ポンプＰ４からは、浄化後の無害な気体が排出される。なお、この「排気モード」の際、第２、第３電磁弁Ｖ２、Ｖ３を「閉」とすることで、真空に対する耐性が比較的弱いプラズマ発生ノズル３１を保護することができる。
【００９３】
全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ９で所定の真空度に達したと判定すると、全体制御部９１は、上記保持工程の実行のため、動作モードを「保持モード」に設定する。これにより、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の全てが停止され、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の全てが「閉」とされる。
【００９４】
全体制御部９１は、時刻Ｔ９からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ１０まで保持モードを維持する。この保持工程が一定時間継続されることで、被処理物が乾燥状態とされ、またメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の内部が清浄化される。
【００９５】
時刻Ｔ１０になると、全体制御部９１は動作モードを「復帰モード」に設定する。復帰モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第１、第３ポンプＰ１、Ｐ３を動作させ、電磁弁制御部９３は第１、第４、第５電磁弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５を「開」とする。この結果、減圧状態にあるメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内に外気が導入される。
【００９６】
復帰モードの間、全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ１１で両チャンバ内が常圧に達したと判定すると、全体制御部９１は復帰モードを終了する。さらに、ロック制御部９５を介してチャンバロック装置１３を駆動し、メインチャンバ１１の開閉ドアのインターロックを解除する。この解除によって、ユーザは被処理物をメインチャンバ１１から取り出せるようになる。
【００９７】
図７はプラズマ発生ノズル３１の縦断面図であり、図８は斜視図である。先ず、このプラズマ発生ノズル３１は、上述のように導波管６２に取付けられ、マイクロ波発生装置６１からのマイクロ波を受信する。そして、前述の図１１で示すプラズマ発生ノズル１２１と同様に、導波管６２の管軸方向とは直交方向に並んで、すなわち前記マイクロ波発生装置６１から等距離で、２本の内側電極３５が配置され、ガス生成能力が強化されている。したがって、図７において、マイクロ波の伝搬方向は紙面に垂直（厚み）方向である。そして、外側電極３６は、後述するようにして前記２本の内側電極３５を保持しており、ビス７１によって導波管６２に取付けられる。導波管６２がアース電位とされる結果、外側電極３６もアース電位とされる。
【００９８】
導波管６２は、前述のように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に形成されている。そして、導波管６２の遊端部はビス６５で固着された端板６６で閉塞されている。端板６６は、マイクロ波の漏洩を防ぎ、プラズマ発生ノズル３１側への不要マイクロ波の反射を防止するために、マイクロ波を吸収する磁性金属からなる。しかしながら、前述のようにプラズマ発生ノズル３１の位置が適切にチューニングされており、該端板６６で吸収するマイクロ波は微小で、吸収による不所望な温度上昇を招くようなことはない。導波管６２において、プラズマ発生ノズル３１より上流側には、図示していないが、前述のように、カプラ６４が設けられている。
【００９９】
導波管６２の基端部には、鍔状の継ぎ手部材６７が取付けられる。この継ぎ手部材６７は、管軸方向の断面がＬ字状に形成され、そのＬ字の一方の辺６７ａがビス６８によって導波管６２に固着され、他方の辺６７ｂが六角穴付きボルト６９によって、前記サーキュレータ６３１に固着される。こうして、前記マイクロ波発生装置６１からのマイクロ波がプラズマ発生ノズル３１に伝播されるようになっている。
【０１００】
図７および図８の例では、前記鍔状の継ぎ手部材６７は、加工性を向上するために、半割れ状に形成され、半割れの２つがビス７０によって接合されて構成されている。しかしながら、このような継ぎ手部材６７の構造を始め、導波管６２に対するサーキュレータ６３１および端板６６の取付け構造については、適宜選択されればよい。
【０１０１】
外側電極３６の外形は円筒状に形成され、その一直径線上に形成された２つの収納孔３６１内に、該収納孔３６１と同心状に、前記内側電極３５がそれぞれ収納される。内側電極３５は、保持部材３７によって保持され、前記収納孔３６１の内周面から着脱自在とされている。収納孔３６１には、管継手３６３を介して前記第２電磁弁Ｖ２からの第２常圧配管３０３に連通されるガス供給孔３６２が形成されている。
【０１０２】
上記のように構成されたプラズマ発生ノズル３１によれば、内側電極３５が、その上端部３５１で導波管６２を伝搬するマイクロ波を受信すると、アース電位の外側電極３６との間に電位差が生じる。特に、内側電極３５の下端部３５２と外側電極３６の下端縁３６８との近傍に電界集中部が形成されるようになる。かかる状態で、前記ガス供給孔３６２から酸素分子と窒素分子とを含むガス（空気）が供給されると、ガスが励起されて内側電極３５の下端部３５２付近においてプラズマ（電離気体）が発生し、ノズル３６４から吐出される。前記プラズマは、ＮＯｘ（主にＮＯ，ＮＯ２）とフリーラジカルとを含んでいる。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に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。生成されたＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）の内、不安定なＮＯは、時間経過に伴い、ＮＯ２に安定して、前記サブチャンバ１２に蓄積されてゆく。
【０１０３】
前記外側電極３６の基端側には、図示しない冷却水管を保持する冷却孔３６６が形成されている。その冷却水管には、管継手３６７を介して、前記ダミーロード６３２と並列または直列に、冷却水が供給される。
【０１０４】
また、外側電極３６の先端側には、図８で示すように、六角穴付きボルト３８１によって、センサユニット３８が取付けられる。センサユニット３８も、外形は大略円筒状に形成されており、前記収納孔３６１に対応した２つのガス孔３８２を一直径線上に有するとともに、そのガス孔３８２の配置される直径線とは直交する直径線上に、図示しないセンサ孔を有する。２つのセンサ孔からは、対応するガス孔３８２に連通する検知孔が形成されており、その検知孔を通して、センサ孔に配置された光センサが、プラズマの点滅を検知することができる。図７および図８では、センサ孔に配置された光センサを封止するブロック３８３が現れている。
【０１０５】
前記外側電極３６の収納孔３６１から、センサユニット３８のガス孔３８２にかけては、それらの内周面を保護する保護管３８４が設けられている。その保護管３８４は、筒状の誘電体からなり、石英ガラス、セラミック、テフロン（登録商標）等のパイプを用いることができる。この保護管３８４を設けることで、内側電極３５の先端と外側電極３６との間で、不所望なアーク放電（異常放電）の発生を防止することができるとともに、前記収納孔３６１からガス孔３８２の内周面をプラズマから保護（腐蝕の防止）しつつ、前記センサ孔側へのガスの漏洩を防止することができる。
【０１０６】
前記保護管３８４は、前記内側電極３５の先端部からガス孔３８２の全長にかけて形成され、前記外側電極３６とセンサユニット３８との境界では、拡径されたフランジ３８４１が形成されている。このフランジ３８４１が、外側電極３６側の段差３６５およびセンサユニット３８側の段差３８５によって挟み込まれることで、保護管３８４は、その軸方向へのずれが防止、すなわち前記外側電極３６の収納孔３６１側へ不所望に入り込まないようになっている。
【０１０７】
前記外側電極３６の導波管６２側の対向面において、収納孔３６１の周囲には突条３８６が形成されており、その突条３８６の外周部に嵌め込まれたＯリング３８７が前記外側電極３６と導波管６２との間に挟み込まれることによって、外側電極３６と導波管６２との連結面からのガスの漏洩が防止されている。同様に、センサユニット３８のガス孔３８２の周囲には凹溝３８８が形成されており、その凹溝３８８に嵌り込むＯリング３８９が前記外側電極３６とセンサユニット３８との間に挟み込まれることによって、外側電極３６とセンサユニット３８との連結面からのガスの漏洩が防止されている。
【０１０８】
前記センサユニット３８の先端側には、集束器３９が取付けられる。この集束器３９は、円形ホーン形状に形成され、前記２本の保護管３８４から吐出されたガスを集束して、細い管径のガス管３９１へ供給する。ガス管３９１は、前記ガス流量計３２への第２常圧配管３０３に連通される。
【０１０９】
このため、集束器３９は、大径のセンサユニット３８側の外周フランジ３９２部分が、六角穴付きボルト３９３によって、センサユニット３８に取付けられる。集束器３９のセンサユニット３８側の端部において、内部開口３９４の周囲には、凹溝３９５が形成されており、その凹溝３９５に嵌り込むＯリング３９６が前記センサユニット３８と集束器３９との間に挟み込まれることによって、センサユニット３８と集束器３９との連結面からのガスの漏洩が防止されている。
【０１１０】
一方、集束器３９のガス管３９１側の端部には、拡径されたフランジ３９７が形成されており、ガス管３９１側の対応するフランジ３９８と接合され、それらのフランジ３９７，３９８の外周部が図示しない締結部材によって連結される。
【０１１１】
図９は、前記保持部材３７に保持された内側電極３５の斜視図である。内側電極３５は、良導電性の金属の棒状部材からなり、図７で示すように、その上端部３５１の側が導波管６２の内部に所定長さだけ突出している。上述のように、この突出した上端部３５１は、導波管６２内を伝搬するマイクロ波を受信するアンテナ部として機能し、下端部３５２が前記外側電極３６との間でグロー放電を行う。
【０１１２】
そして、前記内側電極３５の上端部３５１側が、上述のように保持部材３７によって保持される。保持部材３７は、絶縁性を有し、低誘電率な材料である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り、前記内側電極３５の上端部３５１を保持する保持部３７１と、筒状に形成され、導波管６２を越えて延びる把持部３７２とが一体成型されて構成される。
【０１１３】
前記外側電極３６の収納孔３６１において、導波管６２側には段差部３６９が設けられ、該段差部３６９で保持部３７１が支持されることで、内側電極３５は外側電極３６とは絶縁された状態で、着脱自在に支持される。こうして、上述のように同心状に配置される内側電極３５および外側電極３６を有し、両電極３５，３６間に高周波の電界を印加することでグロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、両電極３５，３６間に供給された原料ガスを前記プラズマによって処理して放出するプラズマ発生ノズル３１において、損耗する内側電極３５を交換可能に形成することができる。
【０１１４】
注目すべきは、図９で示すように、筒状に形成される保持部材３７の外周面において、前記外側電極３６の段差部３６９の内周面に嵌り込む保持部３７１には、周方向に連続する凹溝３７１１が形成され、その凹溝３７１１に、シール部材３７３が嵌め込まれていることである。すなわち、上述のように、内側電極３５を外側電極３６から着脱自在に構成するにあたって、内側電極３５を保持する保持部材３７の外周面と、外側電極３６の内周面との間は、処理されたガスが漏れないように気密にシールする必要があり、そのシール部材３７３を保持部材３７側に嵌め込むようにする。
【０１１５】
このように構成することで、内側電極３５を保持部材３７ごと取り外すと、シール部材３７３も保持部材３７に着いて取り外すことができ、該内側電極３５の交換に伴うシール部材３７３の交換を容易に行うことができる。特に、原料ガスが空気であり、プラズマ処理によってＮＯ２ガスが生成される場合には、該ＮＯ２ガスは、滅菌などに使用され、人体に有害であるので、前記シールの必要性が高く、本発明が好適である。
【０１１６】
ここで、前記外側電極３６の収納孔３６１において、前記内側電極３５の下端部３５２に対応する部分は、該下端部３５２と同心円状となるために、円筒状に形成される。しかしながら、前記段差部３６９より上方の上端部３５１に対応する部分は、任意の形状に形成されてもよい。たとえば、角筒状に形成された場合、保持部３７１も、それに対応して角筒状に形成されればよい。
【０１１７】
また、図９の例では、シール部材３７３には、Ｏリングなどの無端環状のシール部材が用いられているけれども、Ｃリングなどの線状のシール部材が用いられてもよい。特に、前記Ｃリングなどの無端環状でない、すなわち切れ目のあるシール部材が用いられる場合、その切れ目が周方向の異なる位置となるように、複数のシール部材を隣接して設けるようにしてもよい。
【０１１８】
また、内側電極３５に高周波の電界を発生させるために、本実施の形態では、導波管６２を介してマイクロ波が伝播されているが、内側電極３５が１つで、かつ高周波電界のパワーが小さくて済む場合には、同軸ケーブルが用いられてもよい。しかしながら、導波管６２を用いる場合、内側電極３５と外側電極３６との間で処理されたガスが、前記シール部材３７３によって、導波管６２側へ流入することを防止することができ、特に処理後のガスが人体に有害な前記のＮＯ２ガスである場合に、前記シール部材３７３によって、該ＮＯ２ガスが導波管６２を介して外部に漏出するのを防止することができる。
【０１１９】
一方、導波管６２において、外側電極３６が取付けられる壁６２１とは反対側の壁６２２には、前記保持部材３７に保持された内側電極３５が遊挿可能な点検口６２３が形成されている。前記点検口６２３には、ビス６２４によって口金６２５が固定されており、その口金６２５にビス６２６によってキャップ部材６２７が取付けられることで、前記点検口６２３が閉塞されるとともに、保持部材３７の把持部３７２の端部３７２１が押圧固定される。
【０１２０】
そして、作業者が前記把持部３７２を把持し、保持部材３７および内側電極３５を前記口金６２５および点検口６２３を遊挿させ、前記保持部３７１を収納孔３６１の段差部３６９に嵌め込んだ後、前記把持部３７２の端部３７２１をキャップ部材６２７で抑えつつ、ビス６２６を口金６２５に螺着することで、前記保持部材３７の保持部３７１が段差部３６９に押え込まれてゆく。こうして、内側電極３５は常に所定の位置にセットされることになり、放電を安定させることができる。
【０１２１】
ここで、前記把持部３７２が耐熱性樹脂材料からなる場合、該把持部３７２を少し長い目に形成しておくことで、余剰分は前記筒形状の該把持部３７２の撓みによって吸収され、前記保持部材３７から内側電極３５を均一に押圧することができる。これによって、該把持部３７２の長さを厳密に管理することなく、前記のように常に内側電極３５を所定の位置にセットすることができる。
【０１２２】
これに対して、内側電極３５の取り外し時は、作業者は、前記把持部３７２の端部３７２１に形成された孔３７２２に、図示しない針状のフックなどを引っ掛け、引き抜くことで、前記シール部材３７３の摩擦によって前記保持部３７１が段差部３６９の内周面に強固に密着していても、前記内側電極３５および保持部材３７を取り外すことができる。
【０１２３】
このように構成することで、前記点検口６２３を開けると前記保持部材３７に保持された内側電極３５が交換可能になり、しかも前述のようにシール部材３７３を該保持部材３７と一緒に交換することができるので、外側電極３６を導波管６２から取外したりするような必要はなく、極めて容易に交換を行うことができる。また、作業者は、前記保持部材３７の把持部３７２を把持して、内側電極３５に手や工具で触れることなく、該内側電極３５を交換することができ、該内側電極３５への傷付きを防止することができるとともに、専用工具を用いることなく交換を行うことができる。
【０１２４】
ところで、前記内側電極３５において、アンテナとなる上端部３５１が把持部３７２内に完全に埋込まれていると、アクシデントによって導波管６２内でプラズマ点灯が生じると、その点灯が生じるアンテナ先端部付近の把持部３７２の材料が溶解してしまう。そこで本実施の形態では、前記アンテナとなる上端部３５１の一部分を前記把持部３７２外に露出させている（剥き出しとなっている）。これによって、プラズマ点灯はその露出させた部分で生じさせ、前記把持部３７２の溶解を未然に防止することができる。
【０１２５】
さらにまた、前記キャップ部材６２７には、図７で示すように、前記把持部３７２の前記筒形状によって形成される内部空間３７２３を外部へ開放する通気孔６２７１が形成されている。これによって、マイクロ波の受信およびそれによるプラズマの点灯によって内側電極３５が高温になっても、前記通気孔６２７１が高温で膨張した空気の排出孔となり、前記筒形状の把持部３７２内の圧力が異常に上昇することを防止することができ、該把持部３７２の変形を防止することができるとともに、内側電極３５がセンサユニット３８側に抜け落ち（飛び出し）てしまうことも防止できる。
【０１２６】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記（１）〜（４）の変形実施形態を取ることができる。
【０１２７】
（１）上記実施形態では、マイクロ波供給装置６０およびプラズマノズル３１を用いて、空気をプラズマ化することで滅菌ガスを生成する例を示した。これに代えて、２つの電極３５，３６間にアーク放電を生じさせることでプラズマを発生させる方法を採用してもよい。
【０１２８】
（２）上記実施形態では、無害化処理の際、残留ＮＯ２ガスをサブチャンバ１２に付設されているガス供給源３０に循環させる例を示した。これに代えて、無害化処理時には第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３を「閉」とし、ガス供給源３０には残留ＮＯ２ガスが流通されないようにしてもよい。あるいは、残留ＮＯ２ガスがサブチャンバ１２に循環されないようにし、メインチャンバ１１と排気系統５０との間だけで残留ＮＯ２ガスを循環させ、これを浄化するようにしてもよい。
【０１２９】
（３）上記実施形態では、メインチャンバ１１内を減圧した状態で滅菌処理を行う例を示したが、常圧で滅菌処理を行うようにしてもよい。
【０１３０】
（４）上記実施形態では、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２とが１：１で設けられる例を示した。これに代えて、１つのサブチャンバ１２から複数のメインチャンバ１１に滅菌ガスを供給可能な構成としてもよい。逆に、１つのメインチャンバ１１に複数のサブチャンバ１２から滅菌ガスを供給する構成としてもよい。この場合、異種の滅菌ガスを各サブチャンバ１２から供給することもできる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 滅菌装置
１１ メインチャンバ
１２ サブチャンバ
２０ 吸気系統
３０ ガス供給源
３１ プラズマ発生ノズル
３５ 内側電極
３６ 外側電極
３６１ 収納孔
３７ 保持部材
３７１ 保持部
３７１１ 凹溝
３７２ 把持部
３７３ シール部材
３８ センサユニット
３８４ 保護管
３９ 集束器
４０ 連係系統
５０ 排気系統
５１ ＨＮＯ３変換部
５２ フィルタ
６０ マイクロ波供給装置
６１ マイクロ波発生装置
６２ 導波管
６２３ 点検口
６３ アイソレータ
６４ カプラ
９０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生ノズルと、それを用いて二酸化窒素ガスを生成し、処理室を滅菌する滅菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用器具や食品包装材などの被処理物を処理室に収容し、高度に滅菌する滅菌装置や、或いは前記処理室がクリーンルームやアイソレータなどの場合で該処理室自体を滅菌処理する滅菌装置において、たとえば特許文献１には、前記被処理物の処理に窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスを用いることが示されている。詳しくは、特許文献１では、窒素ガスと酸素ガスとの混合気体をプラズマ発生室に導入し、その混合気体をプラズマ化して前記窒素酸化物ガスを生成し、その窒素酸化物ガスを食品に付着した大腸菌の殺菌用に用いている。
【０００３】
しかしながら、前記窒素酸化物ガスによる滅菌効率は良いとは言えず、滅菌効率改善の要請があった。そこで本件出願人は、鋭意研究を重ねた結果、細菌類の滅菌に寄与するのは、前記窒素酸化物（ＮＯｘ）のうち、実質的に二酸化窒素（ＮＯ２）であることを見出し、特許文献２において、純度の高い二酸化窒素ガスを生成することができる方法、および該方法によって生成された二酸化窒素ガスを貯留する装置を提案している。
【０００４】
その従来技術は、タンク内の空気をプラズマ発生ノズルに供給して前記二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成し、それらのガスの内、第１の触媒でＮＯｘをＮＯに変換し、第２の触媒でＮＯを酸化してＮＯ２に変換する処理を、タンク内のガスを循環処理することで繰り返し行い、ＮＯ２の濃度を高めるというものである。
【０００５】
一方、そのような二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成するプラズマ発生ノズルの構造およびそれを用いるプラズマ発生装置は、たとえば本件出願人による特許文献３に示されている。図１０は、その従来技術によるプラズマ発生ノズル１００を簡略化して示す断面図である。このプラズマ発生ノズル１００は、導波管１０１に取付けられ、図示しないマイクロ波発生装置からのマイクロ波を受信して、ガス導入孔１０２から導入される空気を常圧下でプラズマ処理して、前記二酸化窒素（ＮＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を含んだガスを生成し、ノズル先端の開口１０３から放射するものである。
【０００６】
このため、該プラズマ発生ノズル１００は、同心状に配置される内側電極１１１および外側電極１１２を有し、前記内側電極１１１において導波管１０１内に突出した一端１１１ａ側がアンテナとなって前記マイクロ波を受信することで、他端１１１ｂ側の先端部と外側電極１１２の先端部との間に高周波の電界が印加され、グロー放電が生じてプラズマが発生する。ここで、前記同心状の内側電極１１１と外側電極１１２との内、導波管１０１に接続される外側電極については、損耗も少なく、ダストの除去、すなわち清掃程度のメンテナンスでよく、これに対して、マイクロ波を受信する内側電極１１１は、運転に伴う損耗が激しく、たとえば数百時間で交換の必要がある。そこで、前記内側電極１１１を交換可能にするために、該内側電極１１１は、絶縁性を有する材料から成り、円筒状に形成される保持部材１１３によって保持され、外側電極１１２の内周面から着脱自在とされている。
【０００７】
その従来技術では、各種基板の表面クリーニングや表面改質などの用途が示されている。一方、前記クリーニングの内の滅菌処理を行う場合には、上述のように原料ガスとしては空気を用い、二酸化窒素（ＮＯ２）を生成するが、この二酸化窒素（ＮＯ２）は人体に有害である。そのため、現在では、導波管１０１からの処理後のガスの漏れを防止するために、図１１のプラズマ発生ノズル１２１で示すように、保持部材１１３と外側電極１１２との間は、シール部材であるＯリング１１４によって、気密にシールされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１６２２７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０２４４８号公報
【特許文献３】特開２００８−３００２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来技術では、前記Ｏリング１１４は、外側電極１１２の内周面に形成された凹溝１１２ａに嵌め込まれている。一方、前記導波管１０１の天面には、点検口１０１ａが形成され、前記内側電極１１１を保持部材１１３ごと引き抜いて、交換可能となっている。しかしながら、数回に１回でも、前記Ｏリング１１４を交換する必要が生じた場合には、外側電極１１２を導波管１０１の底板１０１ｄから取り外した後、ピンセット等の工具を用いて作業する必要があり、Ｏリング１１４が落下するなど、作業性が悪い。また、外側電極１１２を取り外した場合には、外側電極１１２と導波管１０１との間もＯリング１１５による気密が解除されるので、再び気密を確認する作業が必要になる。このように、従来技術では、内側電極１１１の交換に伴い、シール部材の交換作業が必要になると、作業が非常に煩雑になる。
【００１０】
本発明の目的は、内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができるプラズマ発生ノズルならびにそれを用いるプラズマ発生装置および滅菌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプラズマ発生ノズルは、棒状の内側電極と、筒状に形成される外側電極と、絶縁性を有すると共に、内周面および外周面を備えた筒状体であって、前記内周面側で前記内側電極を保持し、前記外周面側が前記外側電極の内周面に嵌り込むことで、前記外側電極の内周面と同心状に前記内側電極を配置するとともに、前記外周面における、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に形成された、周方向に連続する凹溝を備えた保持部材と、前記凹溝に嵌め込まれ、前記保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を気密にシールするシール部材とを含み、前記内側電極と外側電極との間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマが発生され、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、外側電極の内周面内に同心状に配置される内側電極を有し、両電極間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマを発生させ、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出するプラズマ発生ノズルにおいて、損耗する内側電極を交換可能にするために、該内側電極を、絶縁性を有する材料から成り、筒状に形成される保持部材によって保持し、前記外側電極の内周面から着脱自在とする。その保持部材の外周面と、外側電極の内周面との間は、処理されたガスが漏れないように気密にシールする必要があり、本発明では、Ｏリングなどの無端環状のシール部材や、Ｃリングなどの糸状のシール部材を使用するにあたって、そのシール部材が保持部材側に嵌め込まれるようにする。具体的には、前記円筒状の保持部材の外周面において、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に、周方向に連続する凹溝を形成しておき、前記ＯリングやＣリングなどのシール部材がその凹溝に嵌め込まれる。
【００１３】
したがって、前記内側電極を保持部材ごと取り外すと、シール部材も保持部材に着いて取り外すことができ、該内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のプラズマ発生ノズルでは、前記原料ガスは空気であり、前記プラズマ処理によって窒素酸化物ガスが生成されることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、窒素酸化物ガスは、滅菌などに使用され、人体に有害であるので、前記シールの必要性が高く、本発明が好適である。
【００１６】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記のプラズマ発生ノズルと、マイクロ波発生装置と、前記プラズマ発生ノズルが取付けられ、前記マイクロ波発生装置からのマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに伝搬する導波管とを備え、前記外側電極は導波管と同電位に接続され、前記棒状の内側電極は前記導波管内に突出して前記マイクロ波を受信するアンテナとして機能する一端側と、前記外側電極との間で前記高周波の電界を発生し、前記グロー放電を生じさせる他端側とを有することを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、マイクロ波発生装置からのマイクロ波が、導波管を介して前記プラズマ発生ノズルへ伝搬される場合に、内側電極と外側電極との間で処理されたガスが、前記シール部材によって、導波管側へ流入することを防止することができる。特に処理後のガスが人体に有害な前記二酸化窒素ガスである場合に、前記シール部材によって、該二酸化窒素ガスが導波管を介して外部に漏出するのを防止することができる。
【００１８】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記保持部材の導波管内における少なくとも一部分は、把持部として、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面に延びて形成され、前記反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な点検口が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、絶縁性を有し、円筒状に形成されて内側電極と一体化され、該内側電極を外側電極内に保持させる保持部材において、その導波管内における少なくとも一部分が内側電極より長く、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面側に延びて形成され、把持部とされる。一方、前記導波管の反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な大きさの点検口が形成される。
【００２０】
したがって、前記点検口を開けると前記保持部材に保持された内側電極が交換可能になり、しかも前述のようにシール部材を該保持部材と一緒に交換することができるので、ノズル先端側から交換を行う場合に比べて、プラズマ発生ノズルを導波管から取外したりするような必要はなく、極めて容易に交換を行うことができる。また、作業者は、前記保持部材の延長された把持部を把持して、内側電極に手や工具で触れることなく、該内側電極を交換することができ、該内側電極への傷付きを防止することができるとともに、専用工具を用いることなく交換を行うことができる。
【００２１】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記把持部は、絶縁性を有し、低誘電率の材料から成り、内部は前記内側電極を収容する筒形状に形成され、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押圧されることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、前記把持部が、絶縁性を有し、マイクロ波の伝搬に影響を及ぼさない低誘電率の材料、たとえば空気に次いで誘電率が小さいテフロン（登録商標）や、ポリプロピレン、セラミックなどによって、内部に内側電極を収容する筒形状に形成される。そして、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押え込まれることで、内側電極は常に所定の位置にセットされることになり、放電を安定させることができる。また、前記把持部が少し長い目に形成されることで、余剰分は前記筒形状の把持部の撓みによって吸収され、前記保持部材から内側電極を均一に押圧することができる。
【００２３】
したがって、該把持部の長さを厳密に管理することなく、前記のように常に内側電極を所定の位置にセットすることができる。
【００２４】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記内側電極におけるアンテナ先端部の少なくとも一部分は、前記把持部外に露出していることを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、内側電極が把持部内に完全に埋込まれていると、アクシデントによって導波管内でプラズマ点灯が生じると、その点灯が生じるアンテナ先端部付近の把持部の材料が溶解してしまうのに対して、前記アンテナ先端部の一部分が前記把持部外に露出する（剥き出しとなっている）ことで、点灯はその部分で生じ、前記把持部の溶解を未然に防止することができる。
【００２６】
さらにまた、本発明の滅菌装置は、前記のプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生ノズルに前記原料ガスとして空気を供給する吸気部と、前記プラズマ発生ノズルで処理された２酸化窒素ガスが充填され、滅菌処理を行うべき処理室とを備えて構成されることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、滅菌処理を行うべき処理室を備え、該処理室に収容した被処理物を、或いは該処理室がクリーンルームやアイソレータ等の場合で該処理室自体を、それぞれ滅菌処理する滅菌装置において、前記処理室に滅菌処理用の二酸化窒素ガスを充填するガス供給源として、前述のプラズマ発生装置を用い、吸気部から、前記プラズマ発生ノズルに、原料ガスとして空気を供給する。
【００２８】
したがって、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のプラズマ発生ノズルおよびそれを用いるプラズマ発生装置は、以上のように、外側電極の内周面内に同心状に配置される内側電極を有するプラズマ発生ノズルにおいて、損耗する内側電極を交換可能にするために、該内側電極を、絶縁性を有する材料から成り、筒状に形成される保持部材によって保持し、前記外側電極の内周面から着脱自在とするとともに、その保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を、処理されたガスが漏れないようにＯリングなどのシール部材でシールするにあたって、そのシール部材を保持部材側の周方向に形成した凹溝に嵌め込むようにする。
【００３０】
それゆえ、前記内側電極を保持部材ごと取り外すと、シール部材も保持部材に着いて取り外すことができ、該内側電極の交換に伴うシール部材の交換を容易に行うことができる。
【００３１】
さらにまた、本発明の滅菌装置は、以上のように、滅菌処理を行うべき処理室を備え、該処理室に収容した被処理物を、或いは該処理室がクリーンルームやアイソレータ等の場合で該処理室自体を、それぞれ滅菌処理する滅菌装置において、前記処理室に滅菌処理用の二酸化窒素ガスを充填するガス供給源として、前述のプラズマ発生ノズルを備えるプラズマ発生装置を用い、吸気部から、前記プラズマ発生ノズルに、原料ガスとして空気を供給する。
【００３２】
それゆえ、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る滅菌装置のブロック図である。
【図２】図１で示す滅菌装置におけるマイクロ波供給装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】前記滅菌装置の電気的な制御構成を示すブロック図である。
【図４】図３の制御装置による滅菌装置の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図４の各工程における第１〜第４ポンプの制御状態を示す表形式の図である。
【図６】図４の各工程における第１〜第８電磁弁の制御状態を示す表形式の図である。
【図７】プラズマ発生ノズルの縦断面図である。
【図８】前記プラズマ発生ノズルの斜視図である。
【図９】前記プラズマ発生ノズルにおける内側電極およびそれを保持する保持部材の斜視図である。
【図１０】従来技術のプラズマ発生ノズルを簡略化して示す断面図である。
【図１１】他の従来技術のプラズマ発生ノズルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明の実施の一形態に係る滅菌装置１のブロック図である。この滅菌装置１は、滅菌処理を行うべき処理室としてメインチャンバ１１を備え、該処理室に収容した被処理物、たとえばメス、鉗子、カテーテルなどの医療用器具や、包装シート、トレイ、ボトルなどの食品包装材に、プラズマによって生成された滅菌剤を作用させて滅菌処理を施すための装置である。
【００３５】
本実施形態では、空気を原料ガスとして、その空気を前記プラズマ処理することで生成された二酸化窒素（ＮＯ２）ガスを前記滅菌剤として用いる例を示す。したがって、本実施の形態の滅菌装置１では、原料ガスの取り扱いが容易であり、コストダウンを図ることができるとともに、人体に有害な二酸化窒素ガスを、必要な場所で、必要な量だけ作成することができる。なお、処理室としては、クリーンルームやアイソレータ等の該処理室自体が滅菌処理されるものであってもよい。
【００３６】
滅菌装置１は、大略的に、メインチャンバ１１と、サブチャンバ１２と、吸気系統２０と、ガス供給源３０と、連係系統４０と、排気系統５０とを備えて構成される。前記の系統２０〜５０の適所には、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８と、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４とが配置されている。
【００３７】
メインチャンバ１１は、前記の被処理物が収容される密閉空間を提供するチャンバであり、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大容量のチャンバである。図示は省略しているが、メインチャンバ１１には被処理物を搬出入するためのドアが備えられ、その内部には、被処理物を積載するための処理トレイ等が適宜備えられている。
【００３８】
メインチャンバ１１には、前記二酸化窒素ガスの濃度を計測する第１濃度センサ１１１と、チャンバ内の圧力を検出する第１圧力センサ１１２とが備えられている。前記メインチャンバ１１は、短時間で滅菌処理を完了するために、運転中は極めて高濃度、たとえば５００００ｐｐｍの二酸化窒素ガスが充填されるので、前記第１濃度センサ１１１は、滅菌処理後に該メインチャンバ１１を開放するにあたり、充分に濃度が下がったことの確認用に、その計測値が参照される。前記第１圧力センサ１１２は、メインチャンバ１１内の減圧状態、すなわち減圧と、それに伴う乾燥状況を判断し、前記二酸化窒素ガスの充填開始の判断に使用されるセンサである。この他、メインチャンバ１１には、温度センサ、湿度センサ、或いはオゾンセンサ等の各種物理量センサが備えられていてもよい。
【００３９】
サブチャンバ１２は、ガス供給源３０と協働して、該ガス供給源３０において常圧下で生成された前記二酸化窒素ガスを、その濃度を上げつつ蓄積するものであり、前記ガス供給源３０と前記二酸化窒素ガスの循環経路を形成する。このサブチャンバ１２は、前記メインチャンバ１１と同様に、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。このサブチャンバ１２内にも、二酸化窒素ガスの濃度を計測する第２濃度センサ１２１と、チャンバ内の圧力を検出する第２圧力センサ１２２とが備えられている。第２濃度センサ１２１の計測値は、たとえば前記二酸化窒素ガスがメインチャンバ１１へ充填される規定の濃度に達した否かを確認するために参照される。
【００４０】
吸気系統２０は、吸気部を構成し、前記サブチャンバ１２、もしくはサブチャンバ１２およびメインチャンバ１１の双方に乾燥した外気（空気）を導入させるための配管系統である。吸気系統２０は、第１ポンプＰ１、エアドライヤ２１、湿度センサ２２、第１電磁弁Ｖ１、第１常圧配管２０１および第１真空配管２０２を含む。第１常圧配管２０１は、第１ポンプＰ１と第１電磁弁Ｖ１との間を接続する配管であり、その経路中にエアドライヤ２１および湿度センサ２２が配置されている。第１真空配管２０２は、第１電磁弁Ｖ１とサブチャンバ１２との間を接続している。
【００４１】
第１ポンプＰ１は、減圧状態にあるサブチャンバ１２、もしくはサブチャンバ１２およびメインチャンバ１１の双方を常圧に戻すときに動作されるポンプである。第１ポンプＰ１は、外気を吸入し、第１常圧配管２０１および第１真空配管２０２を介してサブチャンバ１２内に外気を送り込む。エアドライヤ２１は、外気に含まれる水分を除去するもので、たとえば電熱ヒータを備えた乾燥装置が適用される。このエアドライヤ２１を通過した空気は、ほぼ湿度がゼロとなる。湿度センサ２２は、第１常圧配管２０１内を流通する空気の湿度を検出する。この湿度センサ２２は、専らエアドライヤ２１の故障検知のために用いられる。
【００４２】
第１電磁弁Ｖ１は、第１ポンプＰ１の稼働時に連動して「開」とされるバルブである。すなわち、第１電磁弁Ｖ１は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を含む系統を、外気圧と遮断する必要があるときに「閉」とされ、これを常圧に復帰させるときに「開」とされる。このため、第１電磁弁Ｖ１よりも吸気方向下流側は、真空引きに耐性を有する第１真空配管２０２が用いられている。
【００４３】
ガス供給源３０は、主に吸気系統２０によりサブチャンバ１２に導入された乾燥空気をプラズマで電離して、二酸化窒素ガスを生成する際に稼働される系統である。ガス供給源３０は、第２電磁弁Ｖ２、第３電磁弁Ｖ３、プラズマ発生ノズル３１、ガス流量計３２、第２ポンプＰ２、第２真空配管３０１、第３真空配管３０２、および第２常圧配管３０３を含む。
【００４４】
第２真空配管３０１の一端側はサブチャンバ１２内に連通し、他端側は第２電磁弁Ｖ２を介して第２常圧配管３０３の一端側に接続されている。第３真空配管３０２の一端側はサブチャンバ１２内に連通し、他端側は第３電磁弁Ｖ３を介して第２常圧配管３０３の他端側に接続されている。これにより、サブチャンバ１２と連通する、第２真空配管３０１の一端側を起点として第３真空配管３０２の一端側に戻るループ管路が形成されている。本実施形態では、第２真空配管３０１側が、当該ループ管路内を流れる空気流の上流側となる。第２常圧配管３０３に対して、上流側から順に、プラズマ発生ノズル３１、ガス流量計３２および第２ポンプＰ２が配置されている。
【００４５】
第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３は、サブチャンバ１２が減圧状態にあるときに「閉」とされ、後述する常圧状態でのＮＯ２ガス生成時および無害化処理時に「開」とされる弁である。このため、第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３とサブチャンバ１２とを接続する配管として、第２真空配管３０１および第３真空配管３０２が適用されている。
【００４６】
プラズマ発生ノズル３１は、プラズマ（電離気体）を発生させるための電界集中部を提供する。第２常圧配管３０３を流通する原料ガスとしての空気（窒素および酸素を含むガス）は、該プラズマ発生ノズル３１の前記電界集中部を通過することで電離され、ＮＯ２ガスやＮＯガスを含む窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスに変換される。このようなプラズマを発生させるために、本実施形態ではマイクロ波エネルギーが用いられている。当該マイクロ波エネルギーは、マイクロ波供給装置６０から該プラズマ発生ノズル３１に与えられる。このプラズマ発生ノズル３１の詳しい構成については、後述する。
【００４７】
図２は、マイクロ波供給装置６０の構成を概略的に示すブロック図である。マイクロ波供給装置６０は、マイクロ波エネルギーを発生すると共に、これをプラズマ発生ノズル３１に供給するための装置であって、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置６１と、前記マイクロ波を伝搬させる導波管６２とを含む。この導波管６２に、プラズマ発生ノズル３１が取り付けられている。また、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およびカプラ６４が備えられている。
【００４８】
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。本実施形態では、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置６１が好適に用いられる。
【００４９】
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、その長手方向に伝搬させる。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、磁力によって、マイクロ波発生装置６１で発生されたマイクロ波を導波管６２に向かわせる一方で、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。
【００５０】
なお、本実施の形態のマイクロ波供給装置６０は、前記のマイクロ波の周波数に対して、マイクロ波発生装置６１からプラズマ発生ノズル３１までの距離等が適宜チューニングされて、前記プラズマ発生ノズル３１でのマイクロ波の受信感度が最大となり、マイクロ波発生装置６１側に反射するマイクロ波が最小となるように調整されている。しかしながら、部品のばらつき等に対するチューニングや、一層高精度なチューニングのために、前記プラズマ発生ノズル３１に対して、上流側のチューナと、下流側のスライディングショートとの少なくとも一方が設けられてもよい。
【００５１】
前記チューナは、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、つまりプラズマ発生ノズル３１でのマイクロ波エネルギーの消費が最大となる調整を行うための機器であり、前記カプラ６４は、その調整の際に利用することができる。また、前記スライディングショートは、導波管６２の遠端部を閉塞し、導波管６２の管軸方向、すなわちマイクロ波の伝搬方向に移動することで、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ための部材である。
【００５２】
図１に戻って、ガス流量計３２は、第２常圧配管３０３内を流通する気体の流量を計測する。第２ポンプＰ２は、ＮＯ２ガス生成時に、サブチャンバ１２とガス供給源３０のループ管路とで構成される一つの空間内において、ガスを循環させるためのポンプである。プラズマ発生ノズル３１が動作している状態で該第２ポンプＰ２が稼働されると、サブチャンバ１２から吸い出されたガスがプラズマ発生ノズル３１を通過して前記サブチャンバ１２に戻されることを繰り返し、こうしてサブチャンバ１２に蓄積されているガスにおけるＮＯ２の濃度が徐々に上昇してゆくことになる。第２ポンプＰ２には、ＮＯｘ等に耐性を持つ耐薬品性のポンプが用いられる。
【００５３】
連係系統４０は、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２との間を連通させるための系統である。連係系統４０は、第４電磁弁Ｖ４、第５電磁弁Ｖ５、第３ポンプＰ３、第４真空配管４０１および第５真空配管４０２を含む。
【００５４】
第４真空配管４０１の一端（上流端）はサブチャンバ１２に接続され、他端（下流端）はメインチャンバ１１に接続されている。この第４真空配管４０１の上流側に第３ポンプＰ３が配置され、下流側に第４電磁弁Ｖ４が配置されている。第３ポンプＰ３は、耐薬品性のポンプであって、サブチャンバ１２を真空引きする際、サブチャンバ１２からＮＯ２ガスをメインチャンバ１１に導入（循環）して滅菌処理を行う際、およびメインチャンバ１１内を排気して無害化処理する際に動作する。第４電磁弁Ｖ４は、この第３ポンプＰ３が動作する際に「開」とされる弁である。
【００５５】
第５真空配管４０２の一端側（上流端）はメインチャンバ１１に接続され、他端側（下流端）はサブチャンバ１２に接続されている。第５真空配管４０２の中間部には、後述する第７真空配管５０２の下流端が合流している。第５電磁弁Ｖ５は、第７真空配管５０２の合流部よりも上流位置において、第５真空配管４０２に取り付けられている。この第５電磁弁Ｖ５は、滅菌処理を行う際、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を常圧に復帰させる際に「開」とされる弁である。
【００５６】
排気系統５０は、滅菌処理に用いたＮＯ２ガスを密閉空間内で無害化すると共に、無害化処理後のガスを外部に排気するための系統である。排気系統５０は、ＨＮＯ３変換部５１、フィルタ５２、第６電磁弁Ｖ６、第７電磁弁Ｖ７、第８電磁弁Ｖ８、第４ポンプＰ４、第６真空配管５０１、前記第７真空配管５０２、第４常圧配管５０３および第５常圧配管５０４を含む。
【００５７】
第６真空配管５０１の一端側（上流端）はメインチャンバ１１に接続され、他端側（下流端）は第６電磁弁Ｖ６を介して第４常圧配管５０３の一端側（上流端）に接続されている。第４常圧配管５０３の他端側（下流端）は、第４ポンプＰ４を通して外部と連通している。この第４常圧配管５０３には、上流側から順に、ＨＮＯ３変換部５１、フィルタ５２および第８電磁弁Ｖ８が取り付けられている。第５常圧配管５０４の一端側（上流端）は、フィルタ５２と第８電磁弁Ｖ８との間において第４常圧配管５０３に接続され、他端側（下流端）は第７電磁弁Ｖ７を介して第７真空配管５０２の一端側（上流端）に接続されている。第７真空配管５０２の他端側（下流端）は、前述のように第５真空配管４０２の中間部に接続されている。上記の第４常圧配管５０３および第７真空配管５０２が備えられている結果、第１電磁弁Ｖ１および第８電磁弁Ｖ８が「閉」とされれば、メインチャンバ１１、排気系統５０、連係系統４０およびサブチャンバ１２を、一つの密閉された空間とすることが可能となる。
【００５８】
第６電磁弁Ｖ６は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の減圧時、無害化処理時およびその後の排気時に「開」とされる弁である。第７電磁弁Ｖ７は、無害化処理時にのみ「開」とされる弁である。第８電磁弁Ｖ８は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の減圧時と、無害化処理後の排気時とに「開」とされる弁である。第４ポンプＰ４は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２を真空引きする際に駆動される真空ポンプである。
【００５９】
ＨＮＯ３変換部５１は、滅菌処理後のガスに含まれるＮＯ２をＨＮＯ３に変換する。この変換を行うために、ＨＮＯ３変換部５１には、オゾン（Ｏ３）を発生するオゾン発生器と、水（Ｈ２Ｏ）を供給するための水分導入器とを備えている。こうして該ＨＮＯ３変換部５１を通過するＮＯ２ガスにＯ３およびＨ２Ｏが加えられることで、前記ガスはＨＮＯ３を含むガスに化学的に変換される。
【００６０】
フィルタ５２は、ガス中のＨＮＯ３を吸着するフィルタである。このフィルタ５２としては、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を用いることができる。
【００６１】
続いて、滅菌装置１の電気的な制御構成を図３に基づいて説明する。図１では図示を省略しているが、滅菌装置１は、当該滅菌装置１の動作を電気的に制御するための制御装置９０を備えている。制御装置９０は、情報処理等を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、該滅菌装置１の動作制御を行うべくプログラミングされたソフトウェアが実行されることで、図３に示す機能部を具備するように動作する。制御装置９０は、機能的に、全体制御部９１、ポンプ制御部９２、電磁弁制御部９３、プラズマ制御部９４、ロック制御部９５およびドライヤ制御部９６を備えている。
【００６２】
全体制御部９１は、滅菌装置１の全体的な動作モードを管理し、各個別の制御部９２〜９６に対して動作モードの変更および維持を通知する制御信号を与える。第１および第２濃度センサ１１１、１２１が計測するメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内のＮＯ２の濃度データ、第１および第２圧力センサ１１２、１２２が計測するメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の圧力データは、全体制御部９１に入力される。全体制御部９１は、これらの濃度データおよび圧力データ、図略のタイマー装置から与えられるタイムデータ等に基づいて、滅菌装置１の動作モードを管理する。
【００６３】
ポンプ制御部９２は、前記動作モードに応じて、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４に対して、個別にポンプ動作の実行および停止を制御する制御信号を与える。電磁弁制御部９３は、前記動作モードに応じて、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８に対して、個別に弁を「開」または「閉」とする制御信号を与える。
【００６４】
プラズマ制御部９４は、マイクロ波供給装置６０に、その起動または停止を制御する制御信号を与える。すなわちプラズマ制御部９４は、プラズマ発生ノズル３１においてプラズマを発生させる期間を制御する。
【００６５】
ロック制御部９５は、チャンバロック装置１３の動作を制御する。チャンバロック装置１３は、メインチャンバ１１が備える被処理物の搬出入用の開閉ドアをインターロックする装置である（図１では図示省略）。メインチャンバ１１の前記ドアは、被処理物に対する一連の滅菌処理工程中は、安全確保のために、このチャンバロック装置１３でロックされる。
【００６６】
ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１のＯＮ−ＯＦＦ動作を制御する。湿度センサ２２が計測する湿度データは、ドライヤ制御部９６に出力される。ドライヤ制御部９６は、前記湿度データが、エアドライヤ２１が動作障害を起こしていることを示す異常値であるとき、異常信号を全体制御部９１に出力し、ユーザにその異常を報知させる。
【００６７】
図４は、制御装置９０による滅菌装置１の制御動作を示すタイミングチャートである。また、図５は、図４の各工程における第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の制御状態を示す表形式の図、同様に図６は、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の制御状態を示す表形式の図である。図５において○印はポンプが動作し、×印はポンプが停止している状態をそれぞれ示し、図６において○印は電磁弁が「開」とされ、×印は「閉」とされている状態をそれぞれ表している。なお、図４の横欄の一つの「工程の内容」欄と、図５および図６の最左縦欄の「工程」欄とがリンクしている。
【００６８】
時刻Ｔ１は、ユーザにより滅菌装置１のスタートボタンが押下され、一連の滅菌処理工程が開始される時刻である。滅菌処理工程は、図４に示されているように、被処理物を真空乾燥させる第１乾燥工程、滅菌材としてのＮＯ２ガスを生成する滅菌準備工程、被処理物をＮＯ２ガスと接触させて被処理物を滅菌する滅菌工程、滅菌処理後に残留したＮＯ２ガスを浄化する排ガス無害化工程、および被処理物を再度乾燥させる第２乾燥工程を含む。なお、時刻Ｔ１の前に、医療用器具などの被処理物がメインチャンバ１１内に収容されているものとする。
【００６９】
第１乾燥工程は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を高度に真空引きする排気工程と、一定時間だけ状態を維持する保持工程と、サブチャンバ１２内にＮＯ２ガスの生成原料となる乾燥空気を導入する吸気工程とからなる。
【００７０】
制御装置９０の全体制御部９１は、時刻Ｔ１に、まずメインチャンバ１１の開閉ドアのロック指示をロック制御部９５に与える。これを受けてロック制御部９５は、チャンバロック装置１３を駆動し、メインチャンバ１１の開閉ドアをインターロックする。併せて、上記排気工程の実行のため、動作モードを「排気モード」に設定し、各個別制御部９２〜９６にそのモード設定信号を通知する。
【００７１】
排気モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４を動作させ、電磁弁制御部９３は第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「開」とする。これら電磁弁のみが「開」とされることにより、サブチャンバ１２から、第４真空配管４０１、メインチャンバ１１、第６真空配管５０１および第４常圧配管５０３を連通して、第４ポンプＰ４に至る排気路が形成される。そして、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４の駆動によって、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内は真空引きされる。
【００７２】
全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データを所定のサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ２で所定の真空度（図４では１Ｔｏｒｒを例示）に達したと判定すると、全体制御部９１は、上記保持工程の実行のため、動作モードを「保持モード」に設定する。
【００７３】
保持モードは、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の全てが停止され、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の全てが「閉」とされるモードである。なお、図５および図６では、この保持モードに対応する保持工程の状態の記載は省いている。したがって、保持モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第３、第４ポンプＰ３、Ｐ４を停止させ、電磁弁制御部９３は第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「閉」とする。全体制御部９１は、時刻Ｔ２からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ３まで保持モードを維持する。この保持工程が一定時間継続されることで、メインチャンバ１１内、ならびにそこに収容されている被処理物、およびサブチャンバ１２の内部から充分に空気が抜け、それらが乾燥状態となる。また、前記保持工程が一定時間継続されることで、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の真空状態が安定する。
【００７４】
時刻Ｔ３になると、全体制御部９１は、上記吸気工程の実行のため動作モードを「吸気モード」に設定する。吸気工程は、減圧下にあるサブチャンバ１２内に乾燥空気を導入することを目的とするので、ポンプ制御部９２は第１ポンプＰ１のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第１電磁弁Ｖ１のみを「開」とする。また、ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１を稼働させる。かかる状態とされることで、第１ポンプＰ１により外部から吸引された空気が、エアドライヤ２１で高度に乾燥されながら、第１常圧配管２０１と第１真空配管２０２とを通して、サブチャンバ１２内に導入される。なお、第４、第５、第６電磁弁Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、「閉」のままであるので、メインチャンバ１１内は、この吸気工程の間（および次の滅菌準備工程の間）も乾燥工程が継続される。
【００７５】
吸気モードの間、全体制御部９１は、第２圧力センサ１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、サブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ４で常圧（７６０Ｔｏｒｒ）に達したと判定すると、全体制御部９１は吸気モードを終了する。また、ドライヤ制御部９６は、エアドライヤ２１を停止させる。
【００７６】
続いて、滅菌準備工程が実行される。この工程は、サブチャンバ１２内を所定濃度の滅菌ガスで充満させるために、プラズマで空気を電離してＮＯ２ガスを生成するプラズマ工程からなる。
【００７７】
詳しくは、時刻Ｔ４で全体制御部９１は、上記プラズマ工程の実行のため動作モードを「プラズマモード」に設定する。プラズマモードが設定されると、ポンプ制御部９２は第２ポンプＰ２のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第２、第３電磁弁Ｖ２、Ｖ３を「開」とする。これにより、サブチャンバ１２、第２真空配管３０１、第２常圧配管３０３および第３真空配管３０２で構成される一つの密閉空間が形成され、該密閉空間内を空気（ＮＯ２ガス）が循環可能となる。
【００７８】
また、時刻Ｔ４の時点で、プラズマ制御部９４はマイクロ波供給装置６０を動作させる。これによりマイクロ波供給装置６０はプラズマ発生ノズル３１にマイクロ波エネルギーを供給し、該プラズマ発生ノズル３１でプラズマが発生し、該プラズマ発生ノズル３１を通過する空気はＮＯ２ガスに変換される。この状態が継続されることで、サブチャンバ１２内の空気は、徐々にＮＯ２ガスに変換されてゆく。
【００７９】
このプラズマモードの間、全体制御部９１は、第２濃度センサ１２１からＮＯ２の濃度データをサンプリング周期毎に受け取り、サブチャンバ１２のＮＯ２濃度を監視する。濃度データに基づき、時刻Ｔ５でＮＯ２濃度が所定値、たとえば前記５００００ｐｐｍに達したと判定すると、全体制御部９１はプラズマモードを終了する。これに伴い、プラズマ制御部９４はマイクロ波供給装置６０の動作を停止させ、次の滅菌工程に移る。或いは、プラズマモードでマイクロ波供給装置６０を動作させたまま、滅菌工程に移ってもよい。
【００８０】
滅菌工程は、常圧下でサブチャンバ１２内に充満しているＮＯ２ガスを、被処理物を収容し高真空下にあるメインチャンバ１１内に、両チャンバの圧力差を利用して一気に導入すると共に、ＮＯ２ガスと被処理物とを充分な滅菌に適した一定時間だけ接触させる工程である。
【００８１】
詳しくは、時刻Ｔ５で全体制御部９１は、上記滅菌工程の実行のため動作モードを「循環モード」に設定する。循環モードが設定されると、ポンプ制御部９２は第３ポンプＰ３のみを動作させ、電磁弁制御部９３は第４、第５電磁弁Ｖ４、Ｖ５を「開」とする。これにより、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２とは、第４真空配管４０１および第５真空配管４０２とで繋がれた、一つの密閉空間となる。この結果、減圧下のメインチャンバ１１内には急激にＮＯ２ガスが入り込み、チャンバ内の被処理物が良好にＮＯ２ガスに曝される。たとえば被処理物がカテーテルのような細長いチューブであっても、そのチューブ内の微小空間にまでＮＯ２ガスが行き渡る。したがって、被処理物の良好な殺菌を行い得る。
【００８２】
ＮＯ２ガスのメインチャンバ１１への導入が進むにつれ、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２との圧力差は減少してゆく。そして、ある時刻Ｔ５１で、両チャンバの圧力は平衡することになる。時刻Ｔ５１以降は、専ら第３ポンプＰ３の動作によって、サブチャンバ１２のＮＯ２ガスがメインチャンバ１１に送られる。したがって、この時刻Ｔ５１までは、第５真空配管４０２でのガスの流れは逆方向となり、時刻Ｔ５１からは、サブチャンバ１２→第３ポンプＰ３→第４真空配管４０１→第４電磁弁Ｖ４→メインチャンバ１１→第５電磁弁Ｖ５→第５真空配管４０２→サブチャンバ１２の一方向の循環経路が形成される。全体制御部９１は、時刻Ｔ５からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ６まで循環モードを維持する。
【００８３】
なお、メインチャンバ１１の容量に比べて、サブチャンバ１２の容量が小さい場合、収容した被処理物の容量が小さく、ＮＯ２ガスが多く必要な場合、或いは滅菌工程でのＮＯ２ガスの濃度を上げて短時間に処理したい場合などには、プラズマ制御部９４は、前記滅菌準備工程の終了時点で停止していたマイクロ波供給装置６０の動作を適宜再開させて、いわゆる追い炊きの機能を実現してもよく、或いは、前述のように滅菌準備工程からこの滅菌工程の間中、連続して、マイクロ波供給装置６０を動作させるようにしてもよい。
【００８４】
このような滅菌工程により、被処理物は滅菌された状態となるが、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内には、ＮＯ２ガスや、滅菌反応により生成された物質が残存している。これらを浄化するため、排ガス無害化工程が実行される。この工程は、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を常圧に復帰させる復帰工程と、残留ＮＯ２ガスを浄化する浄化工程とからなる。
【００８５】
詳しくは、時刻Ｔ６になると、全体制御部９１は、上記復帰工程の実行のため動作モードを「復帰モード」に設定する。復帰モードが設定されると、ポンプ制御部９２は第１ポンプＰ１を新たに動作させ、第３ポンプＰ３の運転を継続させる。電磁弁制御部９３は、第１、第４電磁弁Ｖ１、Ｖ４を「開」とする。この結果、減圧状態にあるメインチャンバ１１及びサブチャンバ１２内に、第１常圧配管２０１、第１真空配管２０２および第４真空配管４０１を介して外気が導入される。
【００８６】
復帰モードの間、全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ７で両チャンバ内が常圧に達したと判定すると、全体制御部９１は復帰モードを終了する。
【００８７】
時刻Ｔ７で全体制御部９１は、浄化工程の実行のために動作モードを「浄化モード」に設定する。浄化モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第２、第３ポンプＰ２、Ｐ３を動作状態とし、電磁弁制御部９３は、第２、第３、第４、第６、第７電磁弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７を「開」とする。このとき、第１電磁弁Ｖ１と第８電磁弁Ｖ８とは「閉」とされているので、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の密閉性は確保されている。
【００８８】
一方で、メインチャンバ１１、排気系統５０、連係系統４０、サブチャンバ１２および循環系統３０を通る、一つの循環経路が形成されることになる。すなわち、メインチャンバ１１を起点とすると、順次、ＨＮＯ３変換部５１およびフィルタ５２が取り付けられている排気系統５０内の配管、第７真空配管５０２、第５真空配管４０２、サブチャンバ１２およびＮＯ２変換部３３が取り付けられている循環系統３０の配管、そして第４真空配管４０１を経由してメインチャンバ１１に戻る、密閉された循環経路が形成される。
【００８９】
本実施形態では、このような密閉された循環経路（密閉空間）の内部で無害化処理を行う。すなわち、第２、第３ポンプＰ２、Ｐ３の駆動によって、前記循環経路内において気流が発生し、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内の残留ＮＯ２ガスは、ＨＮＯ３変換部５１およびフィルタ５２を通過する。これにより、残留ＮＯ２ガスは前述のように一旦ＨＮＯ３を含むガスに変換された後、フィルタ５２でＨＮＯ３が吸着され、低濃度のＮＯ２およびＨＮＯ３を含むガスとなる。その後、この低濃度ガスはサブチャンバ１２に入り、さらに循環系統３０などに残存するＮＯ２ガスなどとともに、第４真空配管４０１を経てメインチャンバ１１に戻る。
【００９０】
以上のようなサイクルが繰り返され、残留ＮＯ２ガスは徐々に浄化されてゆく。浄化モードの間、全体制御部９１は、第１、第２濃度センサ１１１、１２１からＮＯ２の濃度データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２のＮＯ２濃度を監視する。濃度データに基づき、時刻Ｔ８でＮＯ２濃度が所定値以下に低下したと判定すると、全体制御部９１は浄化モードを終了する。
【００９１】
最後に、第２乾燥工程が実行される。この工程は、滅菌処理後の被処理物を乾燥させるとともに、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内を掃気し、かつ残留物を除去するための工程であって、排気工程、保持工程および復帰工程とからなる。これらの各工程は、先に説明したものと同じ動作の工程である。
【００９２】
すなわち、時刻Ｔ８で全体制御部９１は、上記排気工程の実行のため動作モードを「排気モード」に設定する。これに伴い、ポンプ制御部９２は、第２ポンプＰ２に代えて第４ポンプＰ４を新たに動作させ、第３ポンプＰ３の運転を継続させる。電磁弁制御部９３は、第４、第６、第８電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８を「開」とする。これにより、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２は真空引きされる。このとき、第４ポンプＰ４からは、浄化後の無害な気体が排出される。なお、この「排気モード」の際、第２、第３電磁弁Ｖ２、Ｖ３を「閉」とすることで、真空に対する耐性が比較的弱いプラズマ発生ノズル３１を保護することができる。
【００９３】
全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ９で所定の真空度に達したと判定すると、全体制御部９１は、上記保持工程の実行のため、動作モードを「保持モード」に設定する。これにより、第１〜第４ポンプＰ１〜Ｐ４の全てが停止され、第１〜第８電磁弁Ｖ１〜Ｖ８の全てが「閉」とされる。
【００９４】
全体制御部９１は、時刻Ｔ９からタイマー装置に計時を開始させ、所定時間が経過する時刻Ｔ１０まで保持モードを維持する。この保持工程が一定時間継続されることで、被処理物が乾燥状態とされ、またメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の内部が清浄化される。
【００９５】
時刻Ｔ１０になると、全体制御部９１は動作モードを「復帰モード」に設定する。復帰モードが設定されると、ポンプ制御部９２は、第１、第３ポンプＰ１、Ｐ３を動作させ、電磁弁制御部９３は第１、第４、第５電磁弁Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５を「開」とする。この結果、減圧状態にあるメインチャンバ１１およびサブチャンバ１２内に外気が導入される。
【００９６】
復帰モードの間、全体制御部９１は、第１、第２圧力センサ１１２、１２２から圧力データをサンプリング周期毎に受け取り、メインチャンバ１１およびサブチャンバ１２の圧力を監視する。圧力データに基づき、時刻Ｔ１１で両チャンバ内が常圧に達したと判定すると、全体制御部９１は復帰モードを終了する。さらに、ロック制御部９５を介してチャンバロック装置１３を駆動し、メインチャンバ１１の開閉ドアのインターロックを解除する。この解除によって、ユーザは被処理物をメインチャンバ１１から取り出せるようになる。
【００９７】
図７はプラズマ発生ノズル３１の縦断面図であり、図８は斜視図である。先ず、このプラズマ発生ノズル３１は、上述のように導波管６２に取付けられ、マイクロ波発生装置６１からのマイクロ波を受信する。そして、前述の図１１で示すプラズマ発生ノズル１２１と同様に、導波管６２の管軸方向とは直交方向に並んで、すなわち前記マイクロ波発生装置６１から等距離で、２本の内側電極３５が配置され、ガス生成能力が強化されている。したがって、図７において、マイクロ波の伝搬方向は紙面に垂直（厚み）方向である。そして、外側電極３６は、後述するようにして前記２本の内側電極３５を保持しており、ビス７１によって導波管６２に取付けられる。導波管６２がアース電位とされる結果、外側電極３６もアース電位とされる。
【００９８】
導波管６２は、前述のように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に形成されている。そして、導波管６２の遊端部はビス６５で固着された端板６６で閉塞されている。端板６６は、マイクロ波の漏洩を防ぎ、プラズマ発生ノズル３１側への不要マイクロ波の反射を防止するために、マイクロ波を吸収する磁性金属からなる。しかしながら、前述のようにプラズマ発生ノズル３１の位置が適切にチューニングされており、該端板６６で吸収するマイクロ波は微小で、吸収による不所望な温度上昇を招くようなことはない。導波管６２において、プラズマ発生ノズル３１より上流側には、図示していないが、前述のように、カプラ６４が設けられている。
【００９９】
導波管６２の基端部には、鍔状の継ぎ手部材６７が取付けられる。この継ぎ手部材６７は、管軸方向の断面がＬ字状に形成され、そのＬ字の一方の辺６７ａがビス６８によって導波管６２に固着され、他方の辺６７ｂが六角穴付きボルト６９によって、前記サーキュレータ６３１に固着される。こうして、前記マイクロ波発生装置６１からのマイクロ波がプラズマ発生ノズル３１に伝播されるようになっている。
【０１００】
図７および図８の例では、前記鍔状の継ぎ手部材６７は、加工性を向上するために、半割れ状に形成され、半割れの２つがビス７０によって接合されて構成されている。しかしながら、このような継ぎ手部材６７の構造を始め、導波管６２に対するサーキュレータ６３１および端板６６の取付け構造については、適宜選択されればよい。
【０１０１】
外側電極３６の外形は円筒状に形成され、その一直径線上に形成された２つの収納孔３６１内に、該収納孔３６１と同心状に、前記内側電極３５がそれぞれ収納される。内側電極３５は、保持部材３７によって保持され、前記収納孔３６１の内周面から着脱自在とされている。収納孔３６１には、管継手３６３を介して前記第２電磁弁Ｖ２からの第２常圧配管３０３に連通されるガス供給孔３６２が形成されている。
【０１０２】
上記のように構成されたプラズマ発生ノズル３１によれば、内側電極３５が、その上端部３５１で導波管６２を伝搬するマイクロ波を受信すると、アース電位の外側電極３６との間に電位差が生じる。特に、内側電極３５の下端部３５２と外側電極３６の下端縁３６８との近傍に電界集中部が形成されるようになる。かかる状態で、前記ガス供給孔３６２から酸素分子と窒素分子とを含むガス（空気）が供給されると、ガスが励起されて内側電極３５の下端部３５２付近においてプラズマ（電離気体）が発生し、ノズル３６４から吐出される。前記プラズマは、ＮＯｘ（主にＮＯ，ＮＯ２）とフリーラジカルとを含んでいる。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に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。生成されたＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）の内、不安定なＮＯは、時間経過に伴い、ＮＯ２に安定して、前記サブチャンバ１２に蓄積されてゆく。
【０１０３】
前記外側電極３６の基端側には、図示しない冷却水管を保持する冷却孔３６６が形成されている。その冷却水管には、管継手３６７を介して、前記ダミーロード６３２と並列または直列に、冷却水が供給される。
【０１０４】
また、外側電極３６の先端側には、図８で示すように、六角穴付きボルト３８１によって、センサユニット３８が取付けられる。センサユニット３８も、外形は大略円筒状に形成されており、前記収納孔３６１に対応した２つのガス孔３８２を一直径線上に有するとともに、そのガス孔３８２の配置される直径線とは直交する直径線上に、図示しないセンサ孔を有する。２つのセンサ孔からは、対応するガス孔３８２に連通する検知孔が形成されており、その検知孔を通して、センサ孔に配置された光センサが、プラズマの点滅を検知することができる。図７および図８では、センサ孔に配置された光センサを封止するブロック３８３が現れている。
【０１０５】
前記外側電極３６の収納孔３６１から、センサユニット３８のガス孔３８２にかけては、それらの内周面を保護する保護管３８４が設けられている。その保護管３８４は、筒状の誘電体からなり、石英ガラス、セラミック、テフロン（登録商標）等のパイプを用いることができる。この保護管３８４を設けることで、内側電極３５の先端と外側電極３６との間で、不所望なアーク放電（異常放電）の発生を防止することができるとともに、前記収納孔３６１からガス孔３８２の内周面をプラズマから保護（腐蝕の防止）しつつ、前記センサ孔側へのガスの漏洩を防止することができる。
【０１０６】
前記保護管３８４は、前記内側電極３５の先端部からガス孔３８２の全長にかけて形成され、前記外側電極３６とセンサユニット３８との境界では、拡径されたフランジ３８４１が形成されている。このフランジ３８４１が、外側電極３６側の段差３６５およびセンサユニット３８側の段差３８５によって挟み込まれることで、保護管３８４は、その軸方向へのずれが防止、すなわち前記外側電極３６の収納孔３６１側へ不所望に入り込まないようになっている。
【０１０７】
前記外側電極３６の導波管６２側の対向面において、収納孔３６１の周囲には突条３８６が形成されており、その突条３８６の外周部に嵌め込まれたＯリング３８７が前記外側電極３６と導波管６２との間に挟み込まれることによって、外側電極３６と導波管６２との連結面からのガスの漏洩が防止されている。同様に、センサユニット３８のガス孔３８２の周囲には凹溝３８８が形成されており、その凹溝３８８に嵌り込むＯリング３８９が前記外側電極３６とセンサユニット３８との間に挟み込まれることによって、外側電極３６とセンサユニット３８との連結面からのガスの漏洩が防止されている。
【０１０８】
前記センサユニット３８の先端側には、集束器３９が取付けられる。この集束器３９は、円形ホーン形状に形成され、前記２本の保護管３８４から吐出されたガスを集束して、細い管径のガス管３９１へ供給する。ガス管３９１は、前記ガス流量計３２への第２常圧配管３０３に連通される。
【０１０９】
このため、集束器３９は、大径のセンサユニット３８側の外周フランジ３９２部分が、六角穴付きボルト３９３によって、センサユニット３８に取付けられる。集束器３９のセンサユニット３８側の端部において、内部開口３９４の周囲には、凹溝３９５が形成されており、その凹溝３９５に嵌り込むＯリング３９６が前記センサユニット３８と集束器３９との間に挟み込まれることによって、センサユニット３８と集束器３９との連結面からのガスの漏洩が防止されている。
【０１１０】
一方、集束器３９のガス管３９１側の端部には、拡径されたフランジ３９７が形成されており、ガス管３９１側の対応するフランジ３９８と接合され、それらのフランジ３９７，３９８の外周部が図示しない締結部材によって連結される。
【０１１１】
図９は、前記保持部材３７に保持された内側電極３５の斜視図である。内側電極３５は、良導電性の金属の棒状部材からなり、図７で示すように、その上端部３５１の側が導波管６２の内部に所定長さだけ突出している。上述のように、この突出した上端部３５１は、導波管６２内を伝搬するマイクロ波を受信するアンテナ部として機能し、下端部３５２が前記外側電極３６との間でグロー放電を行う。
【０１１２】
そして、前記内側電極３５の上端部３５１側が、上述のように保持部材３７によって保持される。保持部材３７は、絶縁性を有し、低誘電率な材料である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り、前記内側電極３５の上端部３５１を保持する保持部３７１と、筒状に形成され、導波管６２を越えて延びる把持部３７２とが一体成型されて構成される。
【０１１３】
前記外側電極３６の収納孔３６１において、導波管６２側には段差部３６９が設けられ、該段差部３６９で保持部３７１が支持されることで、内側電極３５は外側電極３６とは絶縁された状態で、着脱自在に支持される。こうして、上述のように同心状に配置される内側電極３５および外側電極３６を有し、両電極３５，３６間に高周波の電界を印加することでグロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、両電極３５，３６間に供給された原料ガスを前記プラズマによって処理して放出するプラズマ発生ノズル３１において、損耗する内側電極３５を交換可能に形成することができる。
【０１１４】
注目すべきは、図９で示すように、筒状に形成される保持部材３７の外周面において、前記外側電極３６の段差部３６９の内周面に嵌り込む保持部３７１には、周方向に連続する凹溝３７１１が形成され、その凹溝３７１１に、シール部材３７３が嵌め込まれていることである。すなわち、上述のように、内側電極３５を外側電極３６から着脱自在に構成するにあたって、内側電極３５を保持する保持部材３７の外周面と、外側電極３６の内周面との間は、処理されたガスが漏れないように気密にシールする必要があり、そのシール部材３７３を保持部材３７側に嵌め込むようにする。
【０１１５】
このように構成することで、内側電極３５を保持部材３７ごと取り外すと、シール部材３７３も保持部材３７に着いて取り外すことができ、該内側電極３５の交換に伴うシール部材３７３の交換を容易に行うことができる。特に、原料ガスが空気であり、プラズマ処理によってＮＯ２ガスが生成される場合には、該ＮＯ２ガスは、滅菌などに使用され、人体に有害であるので、前記シールの必要性が高く、本発明が好適である。
【０１１６】
ここで、前記外側電極３６の収納孔３６１において、前記内側電極３５の下端部３５２に対応する部分は、該下端部３５２と同心円状となるために、円筒状に形成される。しかしながら、前記段差部３６９より上方の上端部３５１に対応する部分は、任意の形状に形成されてもよい。たとえば、角筒状に形成された場合、保持部３７１も、それに対応して角筒状に形成されればよい。
【０１１７】
また、図９の例では、シール部材３７３には、Ｏリングなどの無端環状のシール部材が用いられているけれども、Ｃリングなどの線状のシール部材が用いられてもよい。特に、前記Ｃリングなどの無端環状でない、すなわち切れ目のあるシール部材が用いられる場合、その切れ目が周方向の異なる位置となるように、複数のシール部材を隣接して設けるようにしてもよい。
【０１１８】
また、内側電極３５に高周波の電界を発生させるために、本実施の形態では、導波管６２を介してマイクロ波が伝播されているが、内側電極３５が１つで、かつ高周波電界のパワーが小さくて済む場合には、同軸ケーブルが用いられてもよい。しかしながら、導波管６２を用いる場合、内側電極３５と外側電極３６との間で処理されたガスが、前記シール部材３７３によって、導波管６２側へ流入することを防止することができ、特に処理後のガスが人体に有害な前記のＮＯ２ガスである場合に、前記シール部材３７３によって、該ＮＯ２ガスが導波管６２を介して外部に漏出するのを防止することができる。
【０１１９】
一方、導波管６２において、外側電極３６が取付けられる壁６２１とは反対側の壁６２２には、前記保持部材３７に保持された内側電極３５が遊挿可能な点検口６２３が形成されている。前記点検口６２３には、ビス６２４によって口金６２５が固定されており、その口金６２５にビス６２６によってキャップ部材６２７が取付けられることで、前記点検口６２３が閉塞されるとともに、保持部材３７の把持部３７２の端部３７２１が押圧固定される。
【０１２０】
そして、作業者が前記把持部３７２を把持し、保持部材３７および内側電極３５を前記口金６２５および点検口６２３を遊挿させ、前記保持部３７１を収納孔３６１の段差部３６９に嵌め込んだ後、前記把持部３７２の端部３７２１をキャップ部材６２７で抑えつつ、ビス６２６を口金６２５に螺着することで、前記保持部材３７の保持部３７１が段差部３６９に押え込まれてゆく。こうして、内側電極３５は常に所定の位置にセットされることになり、放電を安定させることができる。
【０１２１】
ここで、前記把持部３７２が耐熱性樹脂材料からなる場合、該把持部３７２を少し長い目に形成しておくことで、余剰分は前記筒形状の該把持部３７２の撓みによって吸収され、前記保持部材３７から内側電極３５を均一に押圧することができる。これによって、該把持部３７２の長さを厳密に管理することなく、前記のように常に内側電極３５を所定の位置にセットすることができる。
【０１２２】
これに対して、内側電極３５の取り外し時は、作業者は、前記把持部３７２の端部３７２１に形成された孔３７２２に、図示しない針状のフックなどを引っ掛け、引き抜くことで、前記シール部材３７３の摩擦によって前記保持部３７１が段差部３６９の内周面に強固に密着していても、前記内側電極３５および保持部材３７を取り外すことができる。
【０１２３】
このように構成することで、前記点検口６２３を開けると前記保持部材３７に保持された内側電極３５が交換可能になり、しかも前述のようにシール部材３７３を該保持部材３７と一緒に交換することができるので、外側電極３６を導波管６２から取外したりするような必要はなく、極めて容易に交換を行うことができる。また、作業者は、前記保持部材３７の把持部３７２を把持して、内側電極３５に手や工具で触れることなく、該内側電極３５を交換することができ、該内側電極３５への傷付きを防止することができるとともに、専用工具を用いることなく交換を行うことができる。
【０１２４】
ところで、前記内側電極３５において、アンテナとなる上端部３５１が把持部３７２内に完全に埋込まれていると、アクシデントによって導波管６２内でプラズマ点灯が生じると、その点灯が生じるアンテナ先端部付近の把持部３７２の材料が溶解してしまう。そこで本実施の形態では、前記アンテナとなる上端部３５１の一部分を前記把持部３７２外に露出させている（剥き出しとなっている）。これによって、プラズマ点灯はその露出させた部分で生じさせ、前記把持部３７２の溶解を未然に防止することができる。
【０１２５】
さらにまた、前記キャップ部材６２７には、図７で示すように、前記把持部３７２の前記筒形状によって形成される内部空間３７２３を外部へ開放する通気孔６２７１が形成されている。これによって、マイクロ波の受信およびそれによるプラズマの点灯によって内側電極３５が高温になっても、前記通気孔６２７１が高温で膨張した空気の排出孔となり、前記筒形状の把持部３７２内の圧力が異常に上昇することを防止することができ、該把持部３７２の変形を防止することができるとともに、内側電極３５がセンサユニット３８側に抜け落ち（飛び出し）てしまうことも防止できる。
【０１２６】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記（１）〜（４）の変形実施形態を取ることができる。
【０１２７】
（１）上記実施形態では、マイクロ波供給装置６０およびプラズマノズル３１を用いて、空気をプラズマ化することで滅菌ガスを生成する例を示した。これに代えて、２つの電極３５，３６間にアーク放電を生じさせることでプラズマを発生させる方法を採用してもよい。
【０１２８】
（２）上記実施形態では、無害化処理の際、残留ＮＯ２ガスをサブチャンバ１２に付設されているガス供給源３０に循環させる例を示した。これに代えて、無害化処理時には第２電磁弁Ｖ２および第３電磁弁Ｖ３を「閉」とし、ガス供給源３０には残留ＮＯ２ガスが流通されないようにしてもよい。あるいは、残留ＮＯ２ガスがサブチャンバ１２に循環されないようにし、メインチャンバ１１と排気系統５０との間だけで残留ＮＯ２ガスを循環させ、これを浄化するようにしてもよい。
【０１２９】
（３）上記実施形態では、メインチャンバ１１内を減圧した状態で滅菌処理を行う例を示したが、常圧で滅菌処理を行うようにしてもよい。
【０１３０】
（４）上記実施形態では、メインチャンバ１１とサブチャンバ１２とが１：１で設けられる例を示した。これに代えて、１つのサブチャンバ１２から複数のメインチャンバ１１に滅菌ガスを供給可能な構成としてもよい。逆に、１つのメインチャンバ１１に複数のサブチャンバ１２から滅菌ガスを供給する構成としてもよい。この場合、異種の滅菌ガスを各サブチャンバ１２から供給することもできる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 滅菌装置
１１ メインチャンバ
１２ サブチャンバ
２０ 吸気系統
３０ ガス供給源
３１ プラズマ発生ノズル
３５ 内側電極
３６ 外側電極
３６１ 収納孔
３７ 保持部材
３７１ 保持部
３７１１ 凹溝
３７２ 把持部
３７３ シール部材
３８ センサユニット
３８４ 保護管
３９ 集束器
４０ 連係系統
５０ 排気系統
５１ ＨＮＯ３変換部
５２ フィルタ
６０ マイクロ波供給装置
６１ マイクロ波発生装置
６２ 導波管
６２３ 点検口
６３ アイソレータ
６４ カプラ
９０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の内側電極と、
筒状に形成される外側電極と、
絶縁性を有すると共に、内周面および外周面を備えた筒状体であって、前記内周面側で前記内側電極を保持し、前記外周面側が前記外側電極の内周面に嵌り込むことで、前記外側電極の内周面と同心状に前記内側電極を配置するとともに、前記外周面における、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に形成された、周方向に連続する凹溝を備えた保持部材と、
前記凹溝に嵌め込まれ、前記保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を気密にシールするシール部材とを含み、
前記内側電極と外側電極との間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマが発生され、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出することを特徴とするプラズマ発生ノズル。
【請求項２】
前記原料ガスは空気であり、前記プラズマ処理によって窒素酸化物ガスが生成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生ノズル。
【請求項３】
前記請求項１または２記載のプラズマ発生ノズルと、
マイクロ波発生装置と、
前記プラズマ発生ノズルが取付けられ、前記マイクロ波発生装置からのマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに伝搬する導波管とを備え、
前記外側電極は導波管と同電位に接続され、
前記棒状の内側電極は前記導波管内に突出して前記マイクロ波を受信するアンテナとして機能する一端側と、前記外側電極との間で前記高周波の電界を発生し、前記グロー放電を生じさせる他端側とを有することを特徴とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記保持部材の導波管内における少なくとも一部分は、把持部として、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面に延びて形成され、
前記反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な点検口が形成されていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記把持部は、絶縁性を有し、低誘電率の材料から成り、内部は前記内側電極を収容する筒形状に形成され、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押圧されることを特徴とする請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記内側電極におけるアンテナ先端部の少なくとも一部分は、前記把持部外に露出していることを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記請求項３〜６のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生ノズルに前記原料ガスとして空気を供給する吸気部と、
前記プラズマ発生ノズルで処理された２酸化窒素ガスが充填され、滅菌処理を行うべき処理室とを備えて構成されることを特徴とする滅菌装置。
【請求項１】
棒状の内側電極と、
筒状に形成される外側電極と、
絶縁性を有すると共に、内周面および外周面を備えた筒状体であって、前記内周面側で前記内側電極を保持し、前記外周面側が前記外側電極の内周面に嵌り込むことで、前記外側電極の内周面と同心状に前記内側電極を配置するとともに、前記外周面における、前記外側電極の内周面に嵌り込む領域の一部に形成された、周方向に連続する凹溝を備えた保持部材と、
前記凹溝に嵌め込まれ、前記保持部材の外周面と外側電極の内周面との間を気密にシールするシール部材とを含み、
前記内側電極と外側電極との間に高周波の電界が印加されることで放電を生じさせてプラズマが発生され、両電極間に供給された原料ガスを、前記プラズマによって処理して放出することを特徴とするプラズマ発生ノズル。
【請求項２】
前記原料ガスは空気であり、前記プラズマ処理によって窒素酸化物ガスが生成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生ノズル。
【請求項３】
前記請求項１または２記載のプラズマ発生ノズルと、
マイクロ波発生装置と、
前記プラズマ発生ノズルが取付けられ、前記マイクロ波発生装置からのマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに伝搬する導波管とを備え、
前記外側電極は導波管と同電位に接続され、
前記棒状の内側電極は前記導波管内に突出して前記マイクロ波を受信するアンテナとして機能する一端側と、前記外側電極との間で前記高周波の電界を発生し、前記グロー放電を生じさせる他端側とを有することを特徴とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記保持部材の導波管内における少なくとも一部分は、把持部として、導波管において外側電極が取付けられる壁面とは反対側の壁面に延びて形成され、
前記反対側の壁面には、前記保持部材に保持された内側電極が遊挿可能な点検口が形成されていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記把持部は、絶縁性を有し、低誘電率の材料から成り、内部は前記内側電極を収容する筒形状に形成され、その筒形状の端部が前記点検口を閉塞する部材によって押圧されることを特徴とする請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記内側電極におけるアンテナ先端部の少なくとも一部分は、前記把持部外に露出していることを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記請求項３〜６のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置と、
前記プラズマ発生ノズルに前記原料ガスとして空気を供給する吸気部と、
前記プラズマ発生ノズルで処理された２酸化窒素ガスが充填され、滅菌処理を行うべき処理室とを備えて構成されることを特徴とする滅菌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２５６４３７（Ｐ２０１２−２５６４３７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７３５９（Ｐ２０１１−１２７３５９）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（３１００１７５５２）株式会社サイアン (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（３１００１７５５２）株式会社サイアン (17)
【Ｆターム（参考）】
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