JP2012138248A - 光殺菌装置および紫外線エックス線発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】陽極基板20と対向基板21と側面板22とによって囲まれた内部に真空の密閉空間18を形成する外囲筺体部と、電子放出部と、電子放出部から放出される電子を衝突させて紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線放射部と、を備える。紫外線エックス線放射部は、電子放出部に面して陽極14が配置され、陽極14と陽極基板20との間にターゲット材料15が配置されて形成され、加速された電子がターゲット材料15に衝突して紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線範囲で動作するような電圧を陽極14と電子放出部との間に印加し、陽極基板20は、エックス線および紫外線を透過する部材で形成した。
【選択図】図3
Description
(光殺菌に必要な単一波長帯の光量)
図1は、単一波長帯の光を用いる場合の殺菌に必要な必要光量を示す図である。図1では、単一波長帯の光として、紫外線、ガンマ線、エックス線について示す。また、必要光量とは、菌の99.99%を殺菌できる光量を言う。ガンマ線とエックス線とは、波長帯は共通するが、発生原理によって通常は区別される。以下では、ガンマ線とエックス線とを代表するものとしてエックス線の用語を用いて説明をする。また、以下では、通常用いられる用語に従い、エックス線の光量はエックス線線量と称し、紫外線の光量は紫外線光量と称する。図1の縦軸はエックス線線量を示し、単位はkGy(キログレイ)である。図1の横軸は紫外線光量を示し、単位はmW/cm2(ミリワット/平方センチメートル)である。
図2は実施形態の殺菌の原理を示す図である。図2に示すように、紫外線とエックス線の両方を用いて、紫外線で殺菌すると効率的である菌(他の菌よりも小さい光量で殺菌ができる菌)に対しては紫外線を照射して殺菌し、エックス線で殺菌すると効率的である菌(他の菌よりも小さい線量で殺菌ができる菌)に対してはエックス線を照射して殺菌するのが実施形態の原理である。なお、図2の破線(A)はエックス線のみを用いた場合の線量を示し、図2の破線(B)は紫外線のみを用いた場合の光量を示すものである(図1を参照)。図2の線(A’)、線(B’)から見てとれるように、エックス線線量を例えば、2kGy付近とし、紫外線光量を例えば、200mw/cm2付近とすれば効率良く、図1に示すと同じ種類の菌を殺菌できる。図2に示すように、殺菌のために必要とされるエックス線線量は50kGy付近から2kGy付近と約1/25に低減し、殺菌のために必要とされる紫外線光量は900mW/cm2付近から200mw/cm2付近と約1/4.5に低減している。
図3は、実施形態の紫外線とエックス線とを同時に発生させる紫外線エックス線発生装置を示す図である。図3に示す紫外線エックス線発生装置1では、陽極基板20と側面板22の一方の端面とがフリットガラスで固着され、対向基板21と側面板22の他方の端面とがフリットガラスで固着されている。側面板22は、陽極基板20と対向基板21とが大気圧に耐えて所定間隔を保つようにする柱材として機能する。そして、陽極基板20と対向基板21と側面板22とで囲まれて形成される内部領域に密閉空間18を形成している。密閉空間18は高真空状態に保たれている。
実施形態の紫外線エックス線発生装置では、紫外線とエックス線とを発生する性質を有する特定のターゲット材料15を用い、陽極14に印加するアノード電圧の大きさ、陽極基板20の光透過面の材質・厚さを適宜に定めて、紫外線とエックス線とを共に発生させるようにしている。さらに、実施形態の光殺菌装置では、殺菌の対象の菌の性質に応じて、紫外線とエックス線との発生比率を適宜に定めている。上述した実施形態の特徴について以下の実施例によって具体的に説明をする。
発明者らは、ターゲット材料15として、アルミン酸亜鉛(ZnAl2O4)、六方晶窒化ホウ素(hBN)、窒化アルミニウム(AlN)、ピロリン酸カルシウム(Ca2P2O7:Pr)を用いて紫外線とエックス線とが同時に得られることを、今までに知られていない新規な知見として得た。つまり、ZnAl2O4、hBN、AlN、Ca2P2O7:Prに電子を衝突させ紫外線を発生することは知られていた。しかしながら、ZnAl2O4、hBN、AlN、Ca2P2O7:Prに電子を衝突させエックス線を発生する現象については、発明者らによって明らかにされる以前は知られていない。
図5はターゲット材料の異なりによって発生するエックス線線量を示す図である。縦軸はエックス線線量であり、単位はμGy/hである。横軸はアノード電圧であり、単位はkV(キロボルト)である。測定したターゲット材料は、図5の線(1)で示すZnAl2O4、線(2)で示すAlN、線(3)で示すhBNである。
図6は陽極基板20の材質によるエックス線の透過率の違いを示す図である。図6の縦軸は透過率を示す。図6の横軸はエネルギーであり、単位はkeV(キロエレクトロンボルト)である。陽極基板20の材質は、図6の線(1)で示す厚み1.0mmのイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)、線(2)で示す厚み1.8mmの石英、線(3)で示す厚み1.0mmのサファイア、線(4)で示す厚み1.0mmの水晶である。
(電子放出部の変形例)
電子放出部の構造は実施例に限定されるものではない。例えば、電子放出部はフィラメント、制御電極、シールド電極を用いるものの他に、フィラメントおよび制御電極のみを用いるものであっても良い。また、電子放出部はフィラメントを用いて熱電子放出の原理により電子を発生するのみならず、高電界電子放射の原理により電子を発生するものとしても良い。高電界電子放射をする電子放出部としては、周知技術である、フィールドエミッションデバイス(FED)、カーボンナノチューブ(CNT)を用いる電子放出部とすることができる。
上述した、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、石英、サファイア、水晶の各陽極基板の厚みに関しては、いずれについても厚さが薄ければ薄いほど、紫外線およびエックス線の透過率が向上することは公知である。陽極基板を選択するに際しては、強度と透過率の関係を考慮して、陽極基板の材料とその厚さとを適宜に選択することが可能である。また、陽極基板の紫外線およびエックス線が透過する部分にのみ厚さを薄くした上述した材料を用い、陽極基板の紫外線およびエックス線を透過させる必要がない部分は厚さを厚くするかまたは剛性の高い他の材料を用いて、陽極基板全体として大気圧に耐える十分な剛性を得ることができる。
紫外線エックス線放射部のターゲット材料と陽極基板とは、上述した、種々の実施形態の各部を種々に組み合わせることが可能である。例えば、ターゲット材料はZnAl2O4、hBN、AlN、Ca2P2O7:Prのいずれかの一つを用いることができる。陽極基板はイットリウム・アルミニウム・ガーネット、石英、サファイア、水晶のいずれかの一つを用いることができる。
実施例における紫外線エックス線発生装置において陽極に印加するアノード電圧(下限値)は15kV以上であるとしたが、アノード電圧の値は、紫外線範囲を越えて紫外線エックス線範囲となるような所定の値以上の電子の運動エネルギーを発生させるものであれば良い。実施例とは異なる構造を各部が有する場合にはアノード電圧の下限値は、ターゲット材料に紫外線エックス線範囲において動作させるに必要最小の電子の運動エネルギーを与える電圧であれば良い。また、アノード電圧の上限値は、紫外線エックス線発生装置の寿命と熱設計、消費電力によっておのずと限定されるものである。紫外線エックス線発生装置を殺菌装置として用いる場合には、その上限値は殺菌効果が得られる十分な電圧とすれば良いことは言うまでもない。
Claims (3)
- 陽極基板と対向基板と側面板とによって囲まれた内部に真空の密閉空間を形成する外囲筺体部と、
前記外囲筺体部の内部に配置される電子放出部と、
前記陽極基板の前記密閉空間の側に配され、前記電子放出部から放出される電子を衝突させて紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線放射部と、を備え、
前記紫外線エックス線放射部は、
前記電子放出部に面して陽極が配置され、該陽極と前記陽極基板との間にターゲット材料が配置されて形成され、
加速された前記電子が前記ターゲット材料に衝突して紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線範囲で動作するような電圧を前記陽極と前記電子放出部との間に印加し、
前記陽極基板は、前記エックス線および前記紫外線を透過する部材で形成される、
紫外線エックス線発生装置。 - 前記ターゲット材料は、
ZnAl2O4、hBN、AlN、Ca2P2O7:Prのいずれかの一つとされ、
前記陽極に印加される電圧は、前記電子放出部に対して15kV以上で20kV未満である、請求項1に記載の紫外線エックス線発生装置。 - 陽極基板と対向基板と側面板とによって囲まれた内部に真空の密閉空間を形成する外囲筺体部と、
前記外囲筺体部の内部に配置される電子放出部と、
前記陽極基板の前記密閉空間の側に配され、前記電子放出部から放出される電子を衝突させて紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線放射部と、を備え、
前記紫外線エックス線放射部は、
前記電子放出部に面して陽極が配置され、該陽極と前記陽極基板との間にターゲット材料が配置されて形成され、
加速された前記電子が前記ターゲット材料に衝突して紫外線とエックス線とを発生させる紫外線エックス線範囲で動作するような電圧を前記陽極と前記電子放出部との間に印加し、
前記陽極基板は、前記エックス線および前記紫外線を透過する部材で形成される、
光殺菌装置。
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