JP4751906B2 - 滅菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、インプラント部材、メスやピンセットなどの医療用器具、衛生用品、消耗品、機器や食品材料、無菌包装用包装材料などを滅菌する滅菌装置に関する。

人工器官及びその他のインプラント移植後の感染は、医師と患者とから等しく恐れられる危険因子である。移植感染の発生率は、およそ０．５〜５％とされている。人工管移植に影響する危険因子は、例えば緊急手術、人工器官の皮下位置、又或いは、そけい部における人工器官のポジショニング等が挙げられる。一般に移植から４ヶ月までの期間に起こる初期感染と、移植から長期間経過した後に明らかになる、いわゆる後期感染とに分けられる。医療報告書によると、例えば大動脈の感染は、２５〜７０ヶ月後に徴候が確認される。大動脈−大腿骨位置においては、感染の徴候がみられる平均時間は、４１ヶ月である。空洞の大きい人工器官の感染は、早期（７ヶ月以内）に起こる。このような感染の原因となる細菌としては、特にスタフィロコッカスアウレウス、スタフィロコッカスエピデルミディス及び大腸菌が挙げられる。細菌又は微生物は、人工器官表面に付着する傾向がある。付着することによって、それらはバイオフィルムの中にミクロコロニーを形成し、やがて外界から遮断密閉されることになる。特に、患者が何らかの理由で弱っている場合には、悪性の感染症や炎症反応が、移植組織近辺の組織や網目状になった範囲で起こり得る。

従来の滅菌手法としては、医療機関において最も良く用いられているのが、高温消毒法であるが、インプラント部材等の被滅菌対象（被処理物）の場合等において、熱によって影響を受けた場合は、適用できない場合が発生する。

一方、低温滅菌技術としては、エチレンオキサイドガスを用いる方法が良く知られているが、エチレンオキサイドは国際癌研究総署（ＩＡＲＣ）が第１級の発癌物質としており、消毒すべき被滅菌対象（被処理物）にエチレンオキサイドが残留した場合、患者に深刻な影響を残すこととなる。

このため、最近、過酸化水素をプラズマ化して発生させた活性酸素によって対象物を滅菌するガスプラズマ法が注目されている（特許文献１参照。）。
特表２００３−５３３２４８号公報

しかしながら、ガスプラズマ法を用いても、被滅菌対象（被処理物）にゴミが付着した場合は、ゴミの内部に存在する細菌又は微生物を滅菌が十分にできないという問題がある。或いは、被滅菌対象（被処理物）に細菌又は微生物が付着している場合で、その細菌又は微生物を覆いつくす大きさのゴミが細菌又は微生物をカバーしている場合は、滅菌が十分にできないという問題がある。

更に、プラズマを発生させるためには、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐａ〜１．３ｋＰａ程度まで減圧する必要がある。滅菌処理室全体を減圧する場合には、真空排気に時間がかかり、且つ、プラズマ化のために多大な電力エネルギを消費してしまうのにも関わらず、滅菌効果が、ゴミが付着した場合には不十分であるという問題がある。

本発明は，被処理物の表面に有機物若しくは無機物等のゴミ（付着物質）が付着した場合でも、十分な滅菌が可能な滅菌装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の態様は、被処理物を収納し、この被処理物を囲む密閉空間を構成する滅菌処理室と、この滅菌処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、滅菌処理室の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、滅菌処理室の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、滅菌処理室に収納された被処理物にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段とを備える滅菌装置であることを要旨とする。ここで、プラズマ発生手段は、滅菌処理室の内部に配置した第１電極及び第２電極と、第１電極及び第２電極間との間に、デューティ比１０^−７〜１０^−１のパルスを印加し、第１電極及び第２電極間に非熱平衡プラズマを生成するパルス電源とを有する。そして、本発明の態様に係る滅菌装置は、前記滅菌処理室に被処理物を収納し、前記水蒸気導入手段を用いて、前記滅菌処理室の内部に導入する水蒸気により前記被処理物に水粒子を吸着させた後、前記マイクロ波照射手段によりマイクロ波を照射し、前記被処理物に付着している菌及び微生物を衰弱または死滅させ、ついで前記処理ガス導入手段により処理ガスを導入し、さらに前記滅菌処理室内に前記プラズマ発生手段にて前記非熱平衡プラズマを発生させ、前記菌及び微生物を死滅させることにより、被処理物を滅菌することを特徴とする。

本発明によれば、被処理物の表面にゴミ（付着物質）が付着した場合でも、十分な滅菌が可能な滅菌装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

第１〜第３の実施の形態に係る滅菌装置において、滅菌対象である被処理物３０としては、インプラント部材、メスやピンセットなどの医療用器具、衛生用品、消耗品、機器や食品材料、無菌包装用包装材料などが可能である。また、以下において、「電磁波」は、特にことわりのない限り、「マイクロ波」を意味する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置は、図１に示すように、滅菌対象である被処理物３０を収納し、被処理物３０を囲む密閉空間を構成する滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）と、この滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段（１１ｂ，１２，１４）と、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）と、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段（３３，６１，４８）と、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）に収納された被処理物３０に電磁波を照射する電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）とを備える。滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）は、前面に設けられたドア（図示省略）が開かれた状態においては、内部への被処理物３０の収容及び内部からの被処理物３０の取り出しが可能な状態となり、ドアが閉じられた状態においては、密閉状態を維持できるようになっている。

第１の実施の形態に係る滅菌装置を構成するプラズマ発生手段（１１ｂ，１２，１４）は、図１に示すように、滅菌対象である被処理物３０を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第１電極１１ｂ及び第２電極１２と、被処理物３０の表面を含む密閉空間にファインストリーマ放電を引き起こす電気パルス（主パルス）を第１電極１１ｂ及び第２電極１２間に印加するパルス電源１４とを備える。「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図１に示すように、陽極としての第１電極１１ｂが平板構造ではなく、Ｔ型の凸部が周期的に配列され、それぞれのＴ型の先端を放電箇所としているからである。この場合は、陽極としての第１電極１１ｂは複数の棒状（線状）の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価であるが、第１電極１１ｂと第２電極１２とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。

滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）は、水蒸気供給源１と、第１の水蒸気配管７１、水蒸気制御バルブ４４と、第２の水蒸気配管７２と、第２の水蒸気配管７２の先端に設けられたシャワー４５とを備える。水蒸気供給源１としては、超音波気化器等の種々の、水蒸気のベーパライザが使用可能であり、酸素ガスと水素ガスとを一定比率で混合し、水素ガスを燃焼させ生成する方式でも良い。

被処理物３０に電磁波を照射する電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）は、電磁波発生装置２ａと、インピーダンスマッチング装置４３ａと、伝送線路４２ａと、アンテナ部４１ａとを備える。電磁波発生装置２ａとしては、１００ＭＨｚ以上の高周波の電磁波を発生する装置が好ましく、マイクロ波帯でもテラヘルツ帯の電磁波を発生する装置でも構わない。マイクロ波帯の電磁波を用いる場合は、電磁波発生装置２ａとしては、マグネトロン、進行波管、クライストロン、カルシノトロン等の電子管、ガンダイオード、インパットダイオード、タンネットダイオード、或いは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、理想型ＳＩＴ等を用いたＭＭＩＣ等の半導体発信素子、或いはジョセフソン励起素子等が使用可能である。更に、電磁波発生装置２ａとしては、Ｈ_２Ｏレーザ、Ｏ_２Ｏレーザ、ＨＣＮレーザ、ＤＣＮレーザ等の気体レーザ等のミリ波帯から遠赤外領域における各種の電磁波発生装置でも良い。又、テラヘルツ帯の可変周波数電磁波を発生させる電磁波発生装置２ａとして、光パラメトリック発信器（ＯＰＯ）５０を用いても良く、半導体や誘電体を利用したラマンレーザを用いても良い。アンテナ部（電磁波照射端子）４１ａとしては、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、ループアンテナ等が使用可能である。伝送線路４２ａには、図１に示した導波管の他、同軸ケーブル、マイクロストリップ線路、コプレーナ導波路などが採用可能であり、テラヘルツ帯の電磁波の場合であれば、導波管型の可とう性中空導光路を用いても良い。アンテナ部（電磁波照射端子）４１ａは、伝送線路４２ａの先端部を利用して、パラボラ形状、ホーン形状、ループ形状に加工すれば良い。アンテナ部（電磁波照射端子）４１ａは、プラズマ発生手段（１１ｂ，１２，１４）のプラズマ空間の電界を乱さないように配置するように留意すべきである。尚、導波管や中空導光路を用いる場合には、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部が密閉可能なように、導波管や中空導光路の内部に誘電体の圧力隔壁を設けるのが好ましい。テラヘルツ帯の電磁波用の中空導光路の内部に設ける圧力隔壁は、テラヘルツ帯の電磁波に透明な材料を選ぶのは勿論である。インピーダンスマッチング装置４３ａとしては、マイクロ波帯の立体回路であれば、スリースタブチューナやＥＨチューナ等を用いれば良い。尚、図示を省略しているが、電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）にはアイソレータやパワーモニタが含まれていて良いことは勿論である。

滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段（３３，６１，４８）は、図１に示すように処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源３３と、このガス源３３に接続された吸気側配管６１と、吸気側配管６１に接続された吸気側バルブ４８とを備える。吸気側バルブ４８には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。第１の実施の形態に係る滅菌装置においては、処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではなく、被処理物３０の表面に付着した細菌や微生物の殺菌、滅菌等の目的のためには、例えば、過酸化水素やハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。

処理ガス導入手段（３３，６１，４８）には、第１電極１１ｂ側から処理ガスを、陰極としての第２電極１２側に向かってシャワー状に均一化した給気し、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）から処理ガスを排気させるように、処理ガスの流れを整流する整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）を更に備えることが好ましい。整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）は、図１に示すように吸気側調整室６２、吸気側調整室６２に接したガス供給層６５、ガス供給層６５の表面に設けられ、複数のガス供給穴６６ｂを有する第１電極（第１電極）保護層２５ｂを備える。ガス供給層６５は、吸気側調整室６２からの処理ガスを均一に分布させて透過させるように、多孔質セラミックからなる。吸気側調整室６２は、扁平な直方体をなし、直方体の６面中の５面が金属で構成され、残る１面（図１の断面図において左側の面）をガス供給層６５が閉じている。複数のガス供給穴６６ｂは、第１電極（第１電極）保護層２５ｂを貫通するテーパ状の貫通穴であり、図６に示すように、一定ピッチで２次元マトリクス状に配置されている。一方、第２電極１２の上に、高純度石英ガラス等の第２電極被覆絶縁膜２３が設けられている。

滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）は、第２電極被覆絶縁膜２３と、処理室底蓋５３と、処理室上蓋５４と、吸気側調整室６２とで直方体の４面を構成し、図１の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板（図示省略）が直方体の残る２面を構成している。即ち、処理室上蓋５４及び処理室底蓋５３が、それぞれ第２電極被覆絶縁膜２３と吸気側調整室６２と図１の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された２枚の側板（図示省略）が構成する箱形の空間の上端と下端とに密着し、密閉空間を構成している。

本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置は、更に、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に導入された処理ガスを排気する処理ガス排気手段（６３，４９，３１）を備えても良い。図１に示すように、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）は、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の一部に設けられた排気側配管６３と、排気側配管６３に接続された排気側バルブ４９と、排気側配管６３及び排気側バルブ４９を介して、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）を減圧する真空ポンプ３１を備える。滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の設ける排気側配管６３の位置は、図１に示す位置に限定されるものではなく、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の他の箇所でも構わない。排気側バルブ４９は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。図１では図示を省略しているが、詳細には圧力ゲージを処理ガス排気手段（６３，４９，３１）において、真空ポンプ３１の上流側に設けても良いことは、当業者に容易に理解できるであろう。又、圧力ゲージ及び流量を制御するマスフローコントローラを、処理ガス導入手段（３３，６１，４８）を構成する吸気側配管６１に設け、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）側において、バリアブルコンダクタンスバルブである排気側バルブ４９で排気コンダクタンスを調整し、圧力を制御するようにしても良い。

但し、第１の実施の形態に係る滅菌装置を構成するプラズマ発生手段（１１ｂ，１２，１４）は、大気圧でもプラズマを発生可能であるので、大気圧におけるプラズマ放電を利用する場合は、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）の真空ポンプ３１は、省略可能である。

図１では、第２電極１２が接地され陰極として機能し、対応して第１電極１１ｂに高圧が印加され陽極として機能している場合を例示している。パルス電源１４の極性を逆にして、第２電極１２を陽極、第１電極１１ｂを陰極としても良い。第１電極１１ｂを陰極とした場合は、第１電極１１ｂを板状電極として接地され、第２電極１２を梯子型電極として高圧が印加され、整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）は第２電極１２側に設けられる。

パルス電源１４には、静電誘導型サイリスタ（以下、「ＳＩサイリスタ」と言う。）を用いた誘導エネルギ蓄積型電源回路を採用することが望ましい。誘導エネルギ蓄積型電源回路は、ＳＩサイリスタのクロージングスイッチ機能の他、オープニングスイッチング機能を用いてターンオフを行い、当該ターンオフによりＳＩサイリスタのゲート・アノード間に高圧を発生させている。尚、誘導エネルギ蓄積型電源回路の詳細は、飯田克二、佐久間健：「誘導エネルギ蓄積型パルス電源」，第１５回ＳＩデバイスシンポジウム（２００２）に記載されている。

先ず、図３を参照して、誘導エネルギ蓄積型電源回路の構成について説明する。誘導エネルギ蓄積型電源回路は、低電圧直流電源１３１を備える。低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは、誘導エネルギ蓄積型電源回路が発生させる電気パルスの電圧のピーク値より著しく低いことが許容される。例えば、後述するインダクタ１３３の両端に発生させる電圧Ｖ_Lのピーク値Ｖ_LPが数ｋＶに達しても、低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは数１０Ｖであることが許容される。電圧Ｅの下限は後述するＳＩサイリスタ１３４のラッチング電圧以上で決定される。誘導エネルギ蓄積型電源回路は、低電圧直流電源１３１を電気エネルギ源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。誘導エネルギ蓄積型電源回路は、低電圧直流電源１３１に並列接続されるコンデンサ１３２を備える。コンデンサ１３２は、低電圧直流電源１３１のインピーダンスを見かけ上低下させることにより低電圧直流電源１３１の放電能力を強化する。

更に、誘導エネルギ蓄積型電源回路は、インダクタ１３３、ＳＩサイリスタ１３４、ＭＯＳＦＥＴ１３５、ゲート駆動回路１３６及びダイオード１３７を備える。誘導エネルギ蓄積型電源回路では、低電圧直流電源１３１の正極とインダクタ１３３の一端とが接続され、インダクタ１３３の他端とＳＩサイリスタ１３４のアノードとが接続され、ＳＩサイリスタ１３４のカソードとＦＥＴ１３５のドレインとが接続され、ＦＥＴ１３５のソースと低電圧直流電源１３１の負極とが接続されている。又、誘導エネルギ蓄積型電源回路では、ＳＩサイリスタ１３４のゲートとダイオード１３７のアノードとが接続され、ダイオード１３７のカソードとインダクタ１３３の一端（低電圧直流電源１３１の正極）とが接続される。ＦＥＴ１３５のゲート及びソースには、ゲート駆動回路１３６が接続される。

ＳＩサイリスタ１３４は、ゲート信号に応答して、ターンオン及びターンオフが可能である。ＦＥＴ１３５は、ゲート駆動回路１３６から与えられるゲート信号Ｖ_cに応答してドレイン・ソース間の導通状態が変化するスイッチング素子である。ＦＥＴ１３５のオン電圧又はオン抵抗は低いことが望ましい。又、ＦＥＴ１３５の耐圧は低電圧直流電源１３１の電圧Ｅより高いことを要する。ダイオード１３７は、ＳＩサイリスタ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、即ち、ＳＩサイリスタ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合にＳＩサイリスタ１３４が電流駆動とならないようにするために設けられる。インダクタ１３３は、自己インダクタンスを有する誘導性素子として機能しており、その両端には、負荷１３９が並列接続される。負荷１３９は、図１の第２電極１２と第１電極１１ｂとの間が対応する。尚、昇圧トランスの１次側をインダクタ１３３として用いて、昇圧トランスの２次側の両端に負荷１３９を接続すれば、電圧のピーク値がより高い電気パルスを得ることができる。

パルス電源１４は、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを、第２電極１２と第１電極１１ｂとの間に繰り返し印加する。具体的には、パルス電源１４は、パルス幅が半値幅で１０〜５００ｎｓの電気パルスを第２電極１２と第１電極１１ｂとの間に繰り返し印加する。パルス電源１４が第２電極１２と第１電極１１ｂとの間に印加する電気パルスの電圧波形及び電流波形の一例を図４に示す。図４には、電気パルスの電圧Ｖ２及び電流Ｉ２（縦軸）の時間（横軸）に対する変化が示されており、パルス幅は、半値幅で約１００ｎｓとなっている。第１の実施の形態に係る滅菌装置においては、全体として平行平板電極を構成する第１電極１１ｂと第２電極１２間の距離を１５ｍｍとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数２ｋＨｚ，電圧波高値２４ｋＶ程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数２ｋＨｚの場合は、繰り返し周期が５００μｓであので、パルス幅が１００ｎｓであれば、デューティ比は０．１／５００＝０．００２となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。第１の実施の形態に係る滅菌装置においては、デューティ比がほぼ１０^−７〜１０^−１の範囲となるようなパルスを印加すれば、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。好ましくは、デューティ比０．０００５〜０．０４程度、より好ましくはデューティ比０．００１〜０．０２程度にすれば良い。パルス幅は陽極・陰極間の間隔と密接な適正関係を有する。放電電極間に電圧印加開始され、放電開始から電圧印加時間経過とともに放電はグロー放電からストリーマ放電、更にファインストリーマ放電を経てアーク放電に至る。電流と熱損失、電極磨耗を伴うアーク放電に至らずプラズマ入力パワーを最大にする放電はファインストリーマ放電と考える。そのためには適切なパルス幅が存在する。アーク放電に至る前にパルス電圧印加がなくなるよう、陽極・陰極間間隔、放電状態に合わせ設定されるのが理想的である。

図５を参照して、図３に示した誘導エネルギ蓄積型電源回路の動作について説明する。図５は、上から順に、（ａ）ＦＥＴ１３５に与えられるゲート信号Ｖ_cの時間（横軸）に対する変化、（ｂ）ＳＩサイリスタ１３４の導通状態の時間（横軸）に対する変化、（ｃ）インダクタ１３３に流れる電流Ｉ_Lの時間（横軸）に対する変化、（ｄ）インダクタ１３３の両端に発生する電圧Ｖ_Lの時間（横軸）に対する変化、（ｅ）ＳＩサイリスタ１３４のアノード・ゲート間の電圧Ｖ_AG（縦軸）の時間（横軸）に対する変化を示している。

（イ）先ず、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ₀にゲート信号Ｖ_cがＯＦＦからＯＮに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間は導通状態となる。これにより、ＳＩサイリスタ１３４のゲートがアノードに対して正バイアスされるので、図５（ｂ）に示すように、ＳＩサイリスタ１３４のアノード・カソード（Ａ−Ｋ）間は導通状態となり、図５（ｃ）に示すように、電流Ｉ_Lが増加し始める。

（ロ）電流Ｉ_Lがピーク値Ｉ_LPに達するあたりの時刻ｔ₁に、図５（ａ）に示すように、ゲート信号Ｖ_cがＯＮからＯＦＦに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間が非導通状態となり、図５（ｂ）に示すように、ＳＩサイリスタ１３４のアノード・ゲート（Ａ−Ｇ）間が導通状態となる。これにより、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃にかけて、ＳＩサイリスタ１３４における空乏層の拡大に同期して、図５（ｃ）に示すように、電流Ｉ_Lが減少するとともに、図５（ｄ）に示す電圧Ｖ_L及び図５（ｅ）に示す電圧Ｖ_AGが急激に上昇する。

（ハ）そして、時刻ｔ₃において図５（ｄ）に示す電圧Ｖ_L及び図５（ｅ）に示す電圧Ｖ_AGがそれぞれピーク値Ｖ_Lp及びピーク値Ｖ_AGpに達して、図５（ｃ）に示すように、電流Ｉ_Lの向きが反転する。その後は、図５（ｂ）に示すような時刻ｔ₃から時刻ｔ₄にかけて、ＳＩサイリスタ１３４における空乏層の縮小に同期して、図５（ｃ）に示すように、電流Ｉ_Lが増加するとともに、図５（ｄ）に示す電圧Ｖ_L及び図５（ｅ）に示す電圧Ｖ_AGが急激に低下する。

（ニ）そして、時刻ｔ₄において、図５（ｂ）に示すように、ＳＩサイリスタ１３４が非導通状態となると、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ₅に向かって電流Ｉ_Lが減少するとともに、図５（ｄ）に示す電圧Ｖ_L及び図５（ｅ）に示す電圧Ｖ_AGは０になる。

図６は、図１に示す第１電極１１ｂの凸部のいずれかを等価的な陽極８１で表し、第２電極１２を等価的な陰極８２で表した場合において、等価陽極８１及び等価陰極８２間への電気パルスの印加によって引き起こされる放電の状態と電気パルスの電圧概略波形（無負荷時）とを模式的に示す図である。

図６において、電気パルスの電圧概略波形は、電圧Ｖ（縦軸）の時間ｔ（横軸）に対する変化を示すグラフによって表されている。図６に示すように、電気パルスのパルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、正イオンが等価陰極８２に衝突する際に放出された２次電子が処理ガス分子を電離させて新たな正イオンを発生させるグロー放電が引き起こされる。一方、電気パルスの立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが概ね３０〜５０ｋＶ／μｓである場合、パルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、等価陽極８１から等価陰極８２へ向かうストリーマ８３の成長が始まる。そして、パルス幅Δｔが概ね１００〜４００ｎｓである場合、ストリーマ８３の成長は、等価陽極８１と等価陰極８２との間に短いストリーマ８３が散点する初期段階で終了する。一方、パルス幅Δｔが概ね５００〜１０００ｎｓである場合、ストリーマ８３が本格的に成長し、等価陽極８１と等価陰極８２との間に枝分かれした長いストリーマ８３が存在する状態となる。本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置では、ストリーマ８３の成長が進んで等価陽極８１と等価陰極８２とが導通してしまわないように、ストリーマ８３の成長の初期段階で放電を停止するファインストリーマ放電を用いる。

放電の均一性に優れるファインストリーマ放電を用いれば、滅菌処理を均一に実施することができるからである。更に、パルス幅Δｔが概ね１０００ｎｓに達すると、局部的な電流集中がおき、最終的にアーク放電が引き起こされる。

上述の説明で、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔの範囲について「概ね」としているのは、これらは、等価陽極８１及び等価陰極８２間の間隔、等価陽極８１及び等価陰極８２の構造ならびに窒素雰囲気の圧力等のプラズマ処理装置の具体的構成に依存して変化するためである。したがって、ファインストリーマ放電となっているか否かは、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔだけでなく、実際の放電を観察して判断すべきであるが、より一般的には、パルスの電圧の最大立ち上がり率ｄＶ/ｄｔが１０ｋＶ/μｓ〜１０００ｋＶ/μｓ程度の範囲内で選択すれば良い。

又、電気パルスの電圧概略波形について「無負荷時」としているのは、同じ条件でパルス電源を動作させても、等価陽極８１及び等価陰極８２間の間隔ならびに等価陽極８１及び等価陰極８２の構造等のプラズマ処理装置の具体的構成が変化すれば、等価陽極８１及び等価陰極８２間に実際に印加される電気パルスの電圧概略波形が異なってくるからである。

図７を用いて、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る滅菌方法を説明する。尚、以下に述べる滅菌方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。以下の説明では、被処理物３０を手術室の床に落下等して、図７（ａ）に示すように、被処理物３０の表面にゴミ３０１が付着したものとする。そして、このゴミ３０１の内部には細菌や微生物（以下において、細菌や微生物を単に「菌」と呼ぶこととする。）３０２ａが含まれているものとする。更に、被処理物３０の表面にも菌３０２ａが付着したとする。

（イ）先ず、図１に示す滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に被処理物３０を収納する。この際、滅菌状態をモニタするために、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部には、被処理物３０と同時に周知の滅菌検知インジケータを併置しておくのが好ましい。そして、水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）の水蒸気制御バルブ４４を開け、シャワー４５からは、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に水蒸気を噴霧し、図７（ｂ）に示すように、被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに水粒子３０３を吸着させる。

（ロ）水蒸気制御バルブ４４を閉じ、水蒸気の噴霧を停止後、電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）の電磁波発生装置２ａを起動し、インピーダンスマッチング装置４３ａを用いて、出力を調整しながら、アンテナ部４１ａから被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに向けて電磁波ｈνを１〜３分程度、照射する。電磁波発生装置２ａの電源側のオン・オフの切り換えにより、電磁波ｈνの照射のオン・オフを切り換えても良く、或いは、電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）に図示を省略した可変アッテネータやサーキュレータを挿入し、電磁波ｈνの照射のオン・オフを切り換えても良い。２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いれば、被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに吸着した水粒子３０３が有効に加熱されるため、これにより被処理物３０の表面に付着したゴミ３０１や菌３０２ａが加熱される。被処理物３０の表面に付着したゴミ３０１が加熱されることにより、図７（ｃ）に示すように、ゴミ３０１の内部に含まれている菌３０２ａが加熱され、菌３０２ａが衰弱若しくは死滅する。同時に、被処理物３０の表面に付着した菌３０２ａも、水粒子３０３の電磁波ｈνによる加熱により、衰弱若しくは死滅する。図７（ｃ）において、符号３０２ｂは衰弱した菌を示し、符号３０２ｃは瀕死状態の菌を示す。２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波は、水の吸収帯の波長であるので、被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに吸着した水粒子３０３の加熱に有効であるが、テラヘルツ帯の電磁波を用いて、菌３０２ａの分子レベルの固有振動の電磁波を印加し、共鳴振動により菌３０２ａを機械的に破壊しても良い。或いは、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波とテラヘルツ帯の電磁波を交互、又は同時に供給可能なように、電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）を２系統設けても良い。

（ハ）電磁波ｈνの照射を停止後、処理ガス導入手段（３３，６１，４８）の吸気側バルブ４８を開き、整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）を介して、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に処理ガスを均一に分布するように導入する。処理ガスとしては例えば窒素（Ｎ₂）ガスを導入する。被処理物３０を囲む密閉空間で放電を起こさせるためには，滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部の気体圧力Ｐ₂を、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａと等しいか８０〜９０ｋＰａ程度に大気圧Ｐ₃よりも極く僅か低い値に下げるようにすれば良い。滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部の気体圧力Ｐ₂＝８０〜９０ｋＰａ程度にする場合は、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）の真空ポンプ３１を用いて減圧すれば良いが、気体圧力Ｐ₂を、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａとする場合は、真空ポンプ３１を動作させる必要はない。そして、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）に、整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）から処理ガスがシャワー状に供給された状態で、第１電極１１ｂ及び第２電極１２間には、図４に示すような高繰り返しの高電圧パルスを印加すれば、ファインストリーマ放電により、非熱平衡低温プラズマが、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部に形成され、図７（ｄ）に示すように、ゴミ３０１の内部に含まれている衰弱した菌３０２ｂや瀕死状態の菌３０２ｃが非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により、更に衰弱若しくは死滅する。同時に、被処理物３０の表面に付着した衰弱した菌３０２ａも、非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により、衰弱若しくは死滅する。図７（ｄ）において、符号３０２ｄは死滅した菌を示す。図７（ｄ）に示す状態においては、図７（ｃ）において導入した水粒子３０３が残留しているので、非熱平衡低温プラズマにより窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）の他ＯＨラジカル（ＯＨ^*）、及びオゾン（Ｎ₃）が生成され、これらの集合的な効果により、衰弱した菌３０２ｂや瀕死状態の菌３０２ｃが更に衰弱若しくは死滅する。

（ニ）更に、ファインストリーマ放電による非熱平衡低温プラズマを用いた滅菌を継続すると、図７（ｅ）に示すように、ゴミ３０１の内部に含まれている瀕死状態の菌３０２ｃも非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により死滅する。図７（ｄ）の状態と図７（ｅ）の状態とを合わせて、３〜１０分程度、ファインストリーマ放電による非熱平衡低温プラズマを用いた滅菌を継続すれば良い。３〜１０分程度のファインストリーマ放電により、被処理物３０の表面に付着した瀕死状態の菌３０２ｃも非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により死滅する。図７（ｅ）に示す状態においては、図７（ｃ）において導入した水粒子３０３は、蒸発しており、ＯＨラジカル（ＯＨ^*）やオゾン（Ｎ₃）の効果はもはや期待されず、主に、窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）が瀕死状態の菌３０２ｃを死滅させる。滅菌状態のモニタは、被処理物３０に併置した滅菌検知インジケータで確認すれば良い。

以上説明したとおり、本発明の第１の実施の形態に係る滅菌方法によれば、被処理物の表面にゴミ（付着物質）３０１が付着した場合でも、滅菌が可能となる。又、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部の気体圧力Ｐ₂を大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａにしたまま、非熱平衡低温プラズマを生成できるので、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部を減圧にするための時間が不要であり、短時間で滅菌可能である。又、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部を減圧にする場合でも、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａに近い８０〜９０ｋＰａ程度で良いので、減圧にするための時間は、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐａ〜１．３ｋＰａ程度まで減圧する従来のガスプラズマ法に比し、遙かに短時間であり、効率的な滅菌が可能である。又、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部を８０〜９０ｋＰａ程度まで減圧すれば良いので、簡易な真空ポンプ３１で対応可能であり、装置コストや維持コストが安くなる利点を有する。但し、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部の圧力を更に減圧して、２０ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲の処理圧力に調整しても構わない。

尚、ゴミ（付着物質）３０１の付着量が多い場合や、菌３０２ａの付着数が高い場合は、滅菌検知インジケータで確認しながら、上記（ロ）〜（ニ）までの工程を、完全に滅菌されるまで繰り返せば良い。

７９５３による測定では、１０⁴個の菌が塗布された被処理物３０の場合、（ロ）の電磁波ｈνを２分照射し、その後、（ハ）と（ニ）を合わせて５分の非熱平衡低温プラズマの照射する、合計７分間の処理で、ゴミがなければ１００％の滅菌率であるが、ゴミがある場合は、７５％程度となる場合がある。ここで滅菌率η（％）は滅菌成功数をＡ、処理数をＢとして、
η＝（Ａ／Ｂ）×１００
で定義される。このような場合であっても、（ロ）〜（ニ）までの工程を２回繰り返す、合計１４分間の処理で、ほぼ１００％の滅菌率となる。又、（ロ）〜（ニ）までの工程を２回繰り返せば、１０⁵個の菌が塗布された被処理物３０でも、ほぼ１００％の滅菌率が期待できる。更に、（ロ）〜（ニ）までの工程を３回繰り返す、合計２１分間の処理で、１０⁶個の菌が塗布された被処理物３０でも、ほぼ１００％の滅菌率となるが、具体的な処理時間と繰り返し回数は、菌の種類、菌やゴミの付着の状況等に依存するので、滅菌検知インジケータで確認しながら決めれば良い。

なお、図７では、図示を省略しているが、被処理物３０に菌３０２ａが付着している場合で、その菌３０２ａを覆いつくす大きさのゴミが菌３０２ａの上をカバーしている場合でも同様な効果が得られる。

上記のように、本発明の第１の実施の形態に係る滅菌方法の一つの特徴は、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部を減圧にするための時間が不要、若しくは、滅菌処理室（２３，５３，５４，６２）の内部を減圧にするための時間が非常に短いことであるが、例えば、上記（ロ）の工程の前、或いは、上記（ニ）の工程等の前に、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐａ〜１．３ｋＰａ程度まで減圧する工程を加えることを禁止するものではない。上記（ロ）の工程の前、或いは、上記（ニ）の工程の前に、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐａ〜１．３ｋＰａ程度まで、或いは更に低圧に減圧する工程を加えれば、短時間で処理できるという特徴が失われ、装置コストや維持コストが安くなる利点が薄らぐが、反面、より安定した非熱平衡低温プラズマが、より清浄な環境で生成可能となる利点もあるので、滅菌の目的により使い分ければ良い。

いずれにせよ、従来のガスプラズマ法に比し高い効率で滅菌可能であり、又、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いた加熱滅菌に比しても、高い効率で滅菌可能であり、特に、被処理物の表面にゴミ（付着物質）３０１が付着した場合その効果が顕著となる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る滅菌装置とほぼ同様であるが、本発明の第２の実施の形態に係る滅菌装置は、図８に示すように、滅菌対象である被処理物３０を収納し、被処理物３０を囲む密閉空間を構成する滅菌処理室（２２，３９）と、この滅菌処理室（２２，３９）の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3，１２，１４）と、滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）と、滅菌処理室（２２，３９）の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段（６１，４８）と、滅菌処理室（２２，３９）に収納された被処理物３０に電磁波を照射する電磁波照射手段（２ｂ，４３ｂ，４２ｂ，４１ｂ）とを備える。滅菌処理室（２２，３９）は、図８に示すように、箱形のケース２２とケース２２の下方に位置する底板３９とで、バッチ式の容器として構成されている。

図１に示した第１の実施の形態に係る滅菌装置の構造とは異なり、第２の実施の形態に係る滅菌装置においては、滅菌処理室（２２，３９）を構成している底板３９の上には、断熱材３２が配置され、この断熱材３２の上に、電気的に絶縁されたヒータ３８が設けられ、被処理物加熱手段（３２，３８）を更に備える。被処理物３０は、被処理物加熱手段（３２，３８）により所望の温度まで加熱されることが可能である。滅菌処理室（２２，３９）は、第１の実施の形態に係る滅菌装置と同様に、前面に設けられたドアが開かれた状態においては、滅菌処理室（２２，３９）の内部への被処理物３０の収容及び内部からの被処理物３０の取り出しが可能な状態となり、ドアが閉じられた状態においては、滅菌処理室（２２，３９）の内部は、密閉された状態となる。

第２の実施の形態に係る滅菌装置を構成するプラズマ発生手段（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3，１２，１４）は、図８に示すように、滅菌対象である被処理物３０を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する分割型アノード電極（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3）及び第２電極１２と、被処理物３０の表面を含む密閉空間にファインストリーマ放電を引き起こす電気パルス（主パルス）を分割型アノード電極（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3）及び第２電極１２間に印加するパルス電源１４とを備える。パルス電源１４には、第１の実施の形態に係る滅菌装置と同様にＳＩサイリスタを用いた誘導エネルギ蓄積型電源回路を採用することが望ましい。分割型アノード電極（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3）は、複数の板状（ブレード状）のアノード埋込ブレードの並列配置から構成されている。図８では、第１のアノード埋込ブレード（９_l-1，；１１_l-1）、 第２のアノード埋込ブレード（９_l-2，；１１_l-2）及び第３のアノード埋込ブレード（９_l-3，；１１_l-3）の３枚の板状のアノード埋込ブレードが並列に等間隔で配置された構造が示されているが、例示であり、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置のアノード埋込ブレードの枚数が３枚に限定される理由はなく、４枚以上等、適宜増やすことが可能である。「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図８に示すように、陽極が平板構造ではなく、複数の板状（ブレード状）のアノード埋込ブレードの並列配置から構成され、それぞれのアノード埋込ブレーの先端を放電箇所としているからである。この場合は、分割型アノード電極（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3）は複数の線状の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価であるが、分割型アノード電極（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3）と第２電極１２とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。第２電極１２の上に、高純度石英ガラス等の第２電極被覆絶縁膜２３が設けられている。

滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）は、第１の実施の形態に係る滅菌装置と同様に、水蒸気供給源１と、第１の水蒸気配管７１、水蒸気制御バルブ４４と、第２の水蒸気配管７２と、第２の水蒸気配管７２の先端に設けられたシャワー４５とを備える。

被処理物３０に電磁波を照射する電磁波照射手段（２ｂ，４３ｂ，４２ｂ，４１ｂ）も第１の実施の形態に係る滅菌装置と同様に、電磁波発生装置２ｂと、インピーダンスマッチング装置４３ｂと、伝送線路４２ｂと、アンテナ部４１ｂとを備える。電磁波発生装置２ｂとしては、１００ＭＨｚ以上の高周波の電磁波を発生する装置が好ましく、マイクロ波帯でもテラヘルツ帯の電磁波を発生する装置でも構わない。アンテナ部（電磁波照射端子）４１ｂとしては、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、ループアンテナ等が使用可能であるが、図８ではループアンテナを用いた場合を例示している。

周知のように、ループアンテナでは電磁波の波長λより十分離れた遠方界領域では、ループ面の方向に最大の電力が放射され、ループ面に垂直方向の電力は最小となるので、アンテナの指向性を考慮してループ面の方向を選択すれば良い。ループアンテナの大きさは、放射効率を高めるために、ループ長を電磁波の共振波長λに近づけることが良い。３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波（ＥＨＦ）帯以上の高周波にすることにより、ループ径を簡単に１ｍｍ以下にできる。但し、ループアンテナの形状は、特に限定はなく、同軸線と結合した円形、楕円形、扁平円形、矩形、三角（デルタ）形、五角形以上の多角形等の種々の形状のループアンテナが使用できる（多角形は正多角形である必要はない。）。ループアンテナが小型化した場合は、高周波伝送線路を構成する信号線の先端をフォトリソグラフィの技術で、円形、楕円形、扁平円形、矩形、三角形、五角形以上の多角形等の種々の形状にパターニングすれば良い。ループアンテナの外径だけでなく、高周波伝送線路の寸法も、伝搬する電磁波の波長の影響を受ける場合があるので、ミリ波（ＥＨＦ）帯以上の高周波の電磁波を用いることにより、プラズマ発生手段（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3，１２，１４）のプラズマ空間の電界を乱さないような構成が可能になる。伝送線路４２ｂには、図８では同軸ケーブルを示しているが、同軸ケーブルの他、導波管、マイクロストリップ線路、コプレーナ導波路などの周知の高周波伝送線路が採用可能である。

滅菌処理室（２２，３９）の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段（６１，４８）は、図８では図示を省略したガス源と、このガス源に接続された吸気側配管６１と、吸気側配管６１に接続された吸気側バルブ４８とを備える。吸気側バルブ４８には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。処理ガスとしては、第１の実施の形態に係る滅菌装置で説明したとおり、窒素ガス、過酸化水素やハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス、若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。

処理ガス導入手段（６１，４８）には、分割型アノード電極（９_ｌ−１，９_ｌ−２，９_ｌ−３；１１_ｌ−１，１１_ｌ−２，１１_ｌ−３）側から処理ガスを、陰極としての第２電極１２側に向かってシャワー状に均一化した給気し、滅菌処理室（２２，３９）から処理ガスを排気させるように、処理ガスの流れを整流する整流板２１を更に備えることが好ましい。整流板２１は、第１の実施の形態に係る滅菌装置の整流手段（６２，６５、６６ｂ、２５ｂ）に対応するものであるが、図２に示したのと同様な、一定ピッチで２次元マトリクス状の貫通孔が整流板２１に開口されている。

本発明の第２の実施の形態に係る滅菌装置も第１の実施の形態に係る滅菌装置と同様に、更に、滅菌処理室（２２，３９）の内部に導入された処理ガスを排気する処理ガス排気手段（６３，４９，３１）を備えても良い。図８に示すように、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）は、滅菌処理室（２２，３９）の一部に設けられた排気側配管６３と、排気側配管６３に接続された排気側バルブ４９と、排気側配管６３及び排気側バルブ４９を介して、滅菌処理室（２２，３９）を減圧する真空ポンプ３１を備える。但し、第２の実施の形態に係る滅菌装置を構成するプラズマ発生手段（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3，１２，１４）は、大気圧でもプラズマを発生可能であるので、大気圧におけるプラズマ放電を利用する場合は、処理ガス排気手段（６３，４９，３１）の真空ポンプ３１は、省略可能である。

本発明の第２の実施の形態に係る滅菌方法によれば、被処理物３０を被処理物加熱手段（３２，３８）により７５℃〜１００℃等の所望の温度まで加熱した状態で、電磁波の照射及び非熱平衡低温プラズマによる活性粒子の照射が可能となるので、より確実な滅菌が可能となる。特に、被処理物の表面にゴミ（付着物質）３０１が付着した場合でも、被処理物３０を所望の温度まで加熱した状態で、電磁波及び活性粒子を菌３０２ａ〜３０２ｃに照射できるので、より確実且つ効率的な滅菌が可能となる。

又、第１の実施の形態に係る滅菌装置で説明したように、滅菌処理室（２２，３９）の内部の気体圧力Ｐ₂を大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰｂにしたまま、非熱平衡低温プラズマを生成できるので、滅菌処理室（２２，３９）の内部を減圧にするための時間が不要であり、短時間で滅菌可能である。又、滅菌処理室（２２，３９）の内部を減圧にする場合でも、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰｂに近い８０〜９０ｋＰｂ程度で良いので、減圧にするための時間は、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐｂ〜１．３ｋＰｂ程度まで減圧する従来のガスプラズマ法に比し、遙かに短時間であり、効率的な滅菌が可能である。又、滅菌処理室（２２，３９）の内部を８０〜９０ｋＰｂ程度まで減圧すれば良いので、簡易な真空ポンプ３１で対応可能であり、装置コストや維持コストが安くなる利点を有する。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態に係る滅菌装置とほぼ同様であるが、本発明の第３の実施の形態に係る滅菌装置は、図９に示すように、滅菌対象である被処理物３０を収納し、被処理物３０を囲む密閉空間を構成する滅菌処理室（２２，３９）と、この滅菌処理室（２２，３９）の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段（９_l-1，９_l-2，９_l-3；１１_l-1，１１_l-2，１１_l-3，１２，１４）と、滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）と、滅菌処理室（２２，３９）の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段（６１，４８）と、滅菌処理室（２２，３９）に収納された被処理物３０に電磁波を照射する電磁波照射手段（２ｂ，４３ｂ，４２ｂ，４１ｂ）とを備える。滅菌処理室（２２，３９）は、図９に示すように、箱形のケース２２とケース２２の下方に位置する底板３９とで、バッチ式の容器として構成されている。図８に示した第２の実施の形態に係る滅菌装置の構造と同様に、第３の実施の形態に係る滅菌装置においては、滅菌処理室（２２，３９）を構成している底板３９の上には、断熱材３２が配置され、この断熱材３２の上に、電気的に絶縁されたヒータ３８が設けられ、被処理物加熱手段（３２，３８）を更に備える。被処理物３０は、被処理物加熱手段（３２，３８）により所望の温度まで加熱されることが可能である。

滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）は、第２の実施の形態に係る滅菌装置と同様に、水蒸気供給源１と、第１の水蒸気配管７１、水蒸気制御バルブ４４と、第２の水蒸気配管７２と、第２の水蒸気配管７２を備えるが、第２の水蒸気配管７２は、処理ガス導入手段（６１，４８）の吸気側バルブ４８が接続された箱形のケース２２の天井部に接続されている。このため、処理ガス導入手段（６１，４８）から整流板２１を介して、第２電極１２側に向かって処理ガスがシャワー状に均一化して導入されると同様に、水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）から供給される水蒸気も、整流板２１を介してシャワー状に導入される。

他の構成は、第２の実施の形態に係る滅菌装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

第１の実施の形態に係る滅菌方法で説明した図７を転用して、図９を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る滅菌方法を説明する。尚、以下に述べる滅菌方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。第１の実施の形態に係る滅菌方法と同様に、以下の説明では、被処理物３０を手術室の床に落下等して、図７（ａ）に示すように、被処理物３０の表面にゴミ３０１が付着したものとする。そして、このゴミ３０１の内部には菌３０２ａが含まれているものとする。更に、被処理物３０の表面にも菌３０２ａが付着したとする。

（イ）先ず、図９に示す滅菌処理室（２２，３９）の内部に被処理物３０を収納する。この際、滅菌状態をモニタするために、滅菌処理室（２２，３９）の内部には、被処理物３０と同時に周知の滅菌検知インジケータを併置しておくのが好ましい。そして、被処理物加熱手段（３２，３８）により、被処理物３０を７５℃〜１００℃に加熱した状態で、水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）の水蒸気制御バルブ４４を開け、整流板２１を介して、滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を噴霧し、図７（ｂ）に示すように、被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに水粒子３０３を吸着させる。

（ロ）被処理物加熱手段（３２，３８）による被処理物３０の加熱を維持しつつ、水蒸気制御バルブ４４を閉じ、水蒸気の噴霧を停止後、電磁波照射手段（２ａ，４３ａ，４２ａ，４１ａ）の電磁波発生装置２ａを起動し、インピーダンスマッチング装置４３ａを用いて、出力を調整しながら、アンテナ部４１ａから被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに向けて電磁波ｈνを照射する。２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いれば、被処理物３０の表面のゴミ３０１や菌３０２ａに吸着した水粒子３０３が有効に加熱されるため、これにより被処理物３０の表面に付着したゴミ３０１や菌３０２ａが加熱される。被処理物３０の表面に付着したゴミ３０１が加熱されることにより、図７（ｃ）に示すように、ゴミ３０１の内部に含まれている菌３０２ａが加熱され、菌３０２ａが衰弱若しくは死滅する。同時に、被処理物３０の表面に付着した菌３０２ａも、水粒子３０３の電磁波ｈνによる加熱により、衰弱若しくは死滅する。

（ハ）被処理物加熱手段（３２，３８）による被処理物３０の加熱を維持したまま、電磁波ｈνの照射を停止後、処理ガス導入手段（６１，４８）の吸気側バルブ４８を開き、整流板２１を介して、滅菌処理室（２２，３９）の内部に処理ガスを均一に分布するように導入する。処理ガスとしては例えば窒素（Ｎ₂）ガスを導入する。同時に、水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）の水蒸気制御バルブ４４を開け、整流板２１を介して、滅菌処理室（２２，３９）の内部に水蒸気を噴霧する。被処理物３０を囲む密閉空間で放電を起こさせるためには，滅菌処理室（２２，３９）の内部の気体圧力Ｐ₂を、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａと等しいか８０〜９０ｋＰａ程度に大気圧Ｐ₃よりも極く僅か低い値に下げるようにすれば良い。そして、滅菌処理室（２２，３９）に、整流板２１から処理ガスがシャワー状に供給された状態で、第１電極１１ｂ及び第２電極１２間には、図４に示すような高繰り返しの高電圧パルスを印加すれば、ファインストリーマ放電により、非熱平衡低温プラズマが、滅菌処理室（２２，３９）の内部に形成され、図７（ｄ）に示すように、ゴミ３０１の内部に含まれている衰弱した菌３０２ｂや瀕死状態の菌３０２ｃが非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により、更に衰弱若しくは死滅する。同時に、被処理物３０の表面に付着した衰弱した菌３０２ａも、非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により、衰弱若しくは死滅する。図７（ｄ）において、符号３０２ｄは死滅した菌を示す。図７（ｄ）に示す状態においては、水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）から導入された水粒子３０３も存在しているので、非熱平衡低温プラズマにより窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）の他ＯＨラジカル（ＯＨ^*）、及びオゾン（Ｎ₃）が生成され、これらの集合的な効果により、衰弱した菌３０２ｂや瀕死状態の菌３０２ｃが更に衰弱若しくは死滅する。

（ニ）更に、被処理物加熱手段（３２，３８）による被処理物３０の加熱、及び処理ガスと水蒸気の導入を維持しながら、ファインストリーマ放電による非熱平衡低温プラズマを用いた滅菌を継続する。この場合、図７（ｅ）では、窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）のみが活性である図になっているが、第３の実施の形態に係る滅菌方法では、窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）と共に、ＯＨラジカル（ＯＨ^*）及びオゾン（Ｎ₃）が継続的に生成され、ゴミ３０１の内部に含まれている瀕死状態の菌３０２ｃも非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により死滅する。同時に、被処理物３０の表面に付着した瀕死状態の菌３０２ｃも非熱平衡低温プラズマに含まれる活性粒子により死滅する。

なお、菌３０２ａを覆いつくす大きさのゴミの下に、菌３０２ａが下敷きになっている場合であっても、同様な効果が得られることは、第１の実施の形態に係る滅菌方法と同様である。

以上説明したとおり、本発明の第３の実施の形態に係る滅菌方法によれば、窒素ラジカル（Ｎ₂ ^*）、ＯＨラジカル（ＯＨ^*）及びオゾン（Ｎ₃）が長時間継続的に生成されるので、被処理物の表面にゴミ（付着物質）３０１が付着した場合でも、十分な滅菌が可能となる。又、滅菌処理室（２２，３９）の内部の気体圧力Ｐ₂を大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａにしたまま、非熱平衡低温プラズマを生成できるので、滅菌処理室（２２，３９）の内部を減圧にするための時間が不要であり、短時間で滅菌可能である。又、滅菌処理室（２２，３９）の内部を減圧にする場合でも、大気圧Ｐ₃＝１０１ｋＰａに近い８０〜９０ｋＰａ程度で良いので、減圧にするための時間は、滅菌処理室全体の圧力を６７Ｐａ〜１．３ｋＰａ程度まで減圧する従来のガスプラズマ法に比し、遙かに短時間であり、効率的な滅菌が可能である。又、滅菌処理室（２２，３９）の内部を８０〜９０ｋＰａ程度まで減圧すれば良いので、簡易な真空ポンプ３１で対応可能であり、装置コストや維持コストが安くなる利点を有する。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第１〜第３の実施の形態で説明したそれぞれの技術的思想を互いに組み合わせることも可能である。例えば、第１の実施の形態で説明した構造に、第２及び第３の実施の形態で説明した被処理物加熱手段（３２，３８）を更に付加しても構わない。又、第１及び第２の実施の形態で説明した構造において、第３の実施の形態で説明したような箱形のケース２２の天井部に接続された水蒸気導入手段（１，７１，４４，７３）と、シャワー４５を備えた水蒸気導入手段（１，７１，４４，７２，４５）との２系統の水蒸気導入手段を設けるようにしても良い。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置の要部の構造を模式的に説明するための断面図である。 図１において、処理ガスの流れを整流する整流手段に設けられた複数のガス供給穴の配置を説明するための模式的な平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置のパルス電源に用いる誘導エネルギ蓄積型電源回路の構造を説明する回路図である。 パルス電源が第２電極と第１電極との間に印加する電気パルスの電圧波形及び電流波形の一例を示す図である。 図３に示した誘導エネルギ蓄積型電源回路の動作を説明するタイミング図である。 本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置の第１電極と第２電極間への電気パルスの印加によって引き起こされる放電の状態と電気パルスの電圧概略波形（無負荷時）とを模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る滅菌装置を用いた滅菌方法を説明する模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る滅菌装置の要部の構造を模式的に説明するための断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る滅菌装置の要部の構造を模式的に説明するための断面図である。

符号の説明

１…水蒸気供給源
２ａ，２ｂ…電磁波発生装置
１１ｂ…第１電極
１２…第２電極
１４…パルス電源
２１…整流板
２２…ケース
２３…第２電極被覆絶縁膜
２５ｂ…保護層
３０…被処理物
３１…真空ポンプ
３２…断熱材
３３…ガス源
３８…ヒータ
３９…底板
４１ａ，４１ｂ…アンテナ部
４２ａ，４２ｂ…伝送線路
４３ａ．４３ｂ…インピーダンスマッチング装置
４４…水蒸気制御バルブ
４５…シャワー
４８…吸気側バルブ
４９…排気側バルブ
５３…処理室底蓋
５４…処理室上蓋
６１…吸気側配管
６２…吸気側調整室
６３…排気側配管
６５…ガス供給層
６６ｂ…ガス供給穴
７１…第１の水蒸気配管
７２…第２の水蒸気配管
８１…等価陽極
８２…等価陰極
８３…ストリーマ
１３１…低電圧直流電源
１３２…コンデンサ
１３３…インダクタ
１３４…ＳＩサイリスタ
１３５…ＦＥＴ
１３５…ＭＯＳＦＥＴ
１３６…ゲート駆動回路
１３７…ダイオード
１３９…負荷
３０１…ゴミ
３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ．３０２ｄ…菌
３０３…水粒子

Claims (7)

1. 被処理物を収納し、該被処理物を囲む密閉空間を構成する滅菌処理室と、
   該滅菌処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
   前記滅菌処理室の内部に水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、
   前記滅菌処理室の内部に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
   前記滅菌処理室に収納された被処理物にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段
   とを備え、前記プラズマ発生手段は、
   前記滅菌処理室の内部に配置した第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極及び第２電極間との間に、デューティ比１０^−７〜１０^−１のパルスを印加し、前記第１電極及び第２電極間に非熱平衡プラズマを生成するパルス電源とを有し、
   前記滅菌処理室に被処理物を収納し、前記水蒸気導入手段を用いて、前記滅菌処理室の内部に導入する水蒸気により前記被処理物に水粒子を吸着させた後、前記マイクロ波照射手段によりマイクロ波を照射し、前記被処理物に付着している菌及び微生物を衰弱または死滅させ、ついで前記処理ガス導入手段により処理ガスを導入し、さらに前記滅菌処理室内に前記プラズマ発生手段にて前記非熱平衡プラズマを発生させ、前記菌及び微生物を死滅させることにより、前記被処理物を滅菌させることを特徴とする滅菌装置。
2. 前記処理ガスを、前記第１電極及び第２電極間にシャワー状に給気する整流手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の滅菌装置。
3. 前記パルスのパルス幅が半値幅で１０〜５００ｎｓであり、パルス幅は陽極・陰極間のプラズマ発生において、グロー放電からストリーマ放電、更にファインストリーマ放電を経てアーク放電電流が流れだす時間経過前にパルス電圧印加がなくなるよう、陽極・陰極間間隔に合わせ設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の滅菌装置。
4. 前記滅菌処理室の内部から、前記処理ガスを排気する処理ガス排気手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の滅菌装置。
5. 前記処理ガス排気手段は、前記滅菌処理室の内部の圧力を２０ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲の処理圧力に調整する排気側バルブを備えることを特徴とする請求項４に記載の滅菌装置。
6. 前記非熱平衡プラズマの放電が、ファインストリーマ放電であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の滅菌装置。
7. 前記パルス電源が、前記パルスの電圧の最大立ち上がり率ｄＶ/ｄｔが１０ｋＶ/μｓ〜１０００ｋＶ/μｓであるパルスを前記第１電極及び第２電極間に印加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の滅菌装置。

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