JP2014030763A - Sterilizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無水銀殺菌ランプおよび殺菌装置に関し、特に、キセノン（Ｘｅ）ガスとヨウ素蒸気とを放電媒体とする無水銀殺菌ランプ等に関する。 The present invention relates to a mercury-free sterilizing lamp and a sterilizing apparatus, and more particularly to a mercury-free sterilizing lamp using xenon (Xe) gas and iodine vapor as a discharge medium.
従来、食品包装材の殺菌や水の殺菌浄化等には、水銀蒸気が放電により発する紫外線を利用する低圧水銀ランプが用いられている。殺菌作用の分光特性が２６０［ｎｍ］付近にピーク値を有するため、２５３.７［ｎｍ］にピーク波長を有する低圧水銀ランプが適しているからである。
しかしながら、近年、環境保全の観点から水銀を用いない殺菌ランプが望まれており、その一つとして、ランプの放電容器にキセノン（Ｘｅ）ガスとヨウ素（Ｉ2）蒸気とが放電媒体として封入されたヨウ化キセノンランプが知られている（特許文献１）。当該ヨウ化キセノンランプは、ヨウ化キセノンのエキシマ発光（ＸｅＩ，Ｂ→Ｘ遷移）のピーク波長が２５３［ｎｍ］であるため、前記低圧水銀ランプに代替するものとして期待されている。
Conventionally, low pressure mercury lamps using ultraviolet rays generated by discharge of mercury vapor have been used for sterilization of food packaging materials, sterilization of water, and the like. This is because a low-pressure mercury lamp having a peak wavelength at 253.7 [nm] is suitable because the spectral characteristics of the bactericidal action have a peak value near 260 [nm].
However, in recent years, a sterilizing lamp that does not use mercury has been desired from the viewpoint of environmental conservation, and as one of them, xenon (Xe) gas and iodine (I 2 ) vapor are sealed as a discharge medium in a discharge vessel of the lamp. A xenon iodide lamp is known (Patent Document 1). The xenon iodide lamp is expected to replace the low-pressure mercury lamp because the peak wavelength of excimer emission (XeI, B → X transition) of xenon iodide is 253 [nm].
ところで、近年、食の安全性への関心の高まり等から、より高い殺菌性を有する殺菌ランプの開発が望まれている。この場合に、従来の殺菌ランプであれば、ランプへの投入電力を増大し、２５３［ｎｍ］およびその近傍の発光強度を高めることによっても殺菌力を増強することができるが、それでは、コストパフォーマンスが悪くなってしまう。
本発明は、上記した課題に鑑み、ランプへの投入電力を増大させることなく、それでいて高い殺菌性を有する無水銀殺菌ランプ、および当該無水銀殺菌ランプを有する殺菌装置を提供することを目的とする。
By the way, in recent years, development of a sterilization lamp having higher sterilization property is desired due to an increase in interest in food safety. In this case, in the case of a conventional sterilization lamp, the sterilization power can be enhanced by increasing the input power to the lamp and increasing the emission intensity in the vicinity of 253 [nm]. Will get worse.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a mercury-free sterilization lamp having high sterilization performance without increasing the input power to the lamp, and a sterilization apparatus having the mercury-free sterilization lamp. .
上記の目的を達成するため、本発明に係る無水銀殺菌ランプは、キセノンガスとヨウ素蒸気とが封入された放電容器を有する無水銀殺菌ランプであって、前記放電容器が、ヨウ素原子（Ｉ*）の発光波長領域の紫外線を透過する透光性材料で形成されていることを特徴とする。
また、前記透光性材料は、少なくとも１７８［ｎｍ］以上の波長領域の紫外線を透過することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a mercury-free sterilizing lamp according to the present invention is a mercury-free sterilizing lamp having a discharge vessel in which xenon gas and iodine vapor are sealed, and the discharge vessel contains iodine atoms (I * ) Of a light-emitting wavelength region, and is formed of a light-transmitting material that transmits ultraviolet rays.
The translucent material transmits ultraviolet rays having a wavelength region of at least 178 [nm] or more.
さらに、前記透光性材料は、石英ガラスからなることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明にかかる殺菌装置は、上記した無水銀殺菌ランプと、当該無水銀殺菌ランプを点灯駆動する交流電源とを有し、前記交流電源が、４０［Ｈｚ］〜８０［ｋＨｚ］の範囲の点灯周波数で前記無水銀殺菌ランプを点灯駆動することを特徴とする。
Furthermore, the translucent material is made of quartz glass.
In order to achieve the above object, a sterilization apparatus according to the present invention includes the above-described mercury-free sterilization lamp and an AC power source that drives and drives the mercury-free sterilization lamp, and the AC power source is 40 [Hz] to The mercury-free sterilizing lamp is driven to light at a lighting frequency in the range of 80 [kHz].
上記構成からなる無水銀殺菌ランプによれば、２５３［ｎｍ］にピーク波長を有するヨウ化キセノンのエキシマ発光（ＸｅＩ，Ｂ→Ｘ遷移）に加え、これよりも短波長領域に存する、ヨウ素原子（Ｉ*）が発する紫外線を殺菌対象に照射することができる。当該無水銀殺菌ランプが従来の低圧水銀ランプよりも高い殺菌性を示すことは、後述する実験により明らかになっている。これは、ＤＮＡの光吸収スペクトルのピーク波長が２６０［ｎｍ］付近に加え、２００［ｎｍ］付近に存するところ、１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］範囲と２０６.２［ｎｍ］で発光するヨウ素原子（Ｉ*）の紫外線が対象菌の殺菌に寄与しているからであると思われる。 According to the mercury-free germicidal lamp having the above-described configuration, in addition to the excimer emission (XeI, B → X transition) of xenon iodide having a peak wavelength at 253 [nm], iodine atoms ( The ultraviolet light emitted by I * ) can be irradiated to the sterilization target. It has been clarified by experiments described later that the mercury-free sterilization lamp exhibits higher sterilization performance than the conventional low-pressure mercury lamp. This is because iodine is emitted in the range of 178 [188] to 188 [nm] and 206.2 [nm] when the peak wavelength of the light absorption spectrum of DNA is in the vicinity of 200 [nm] in addition to the vicinity of 260 [nm]. This is probably because the ultraviolet rays of atoms (I * ) contribute to the sterilization of the target bacteria.
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜ランプ構成＞
図１（ａ）は、実施の形態に係る誘電体バリア放電ヨウ化キセノンエキシマランプ１０（以下、単に「ランプ１０」と言う。）の概略構成を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。なお、図１および後掲する図１２において、各部材間の縮尺は統一していない。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<Lamp configuration>
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a dielectric barrier discharge xenon iodide excimer lamp 10 (hereinafter simply referred to as “lamp 10”) according to the embodiment, and FIG. These are AA sectional views taken on the line in FIG. In FIG. 1 and FIG. 12 described later, the scales between the members are not unified.
ランプ１０は、内管１２と外管１４とが同軸上に配されてなる二重管構造をした放電容器１６を有するランプである。内管１２と外管１４とは、溶融石英ガラスで形成されている。当該溶融石英ガラスの波長による紫外線透過率を図２において実線で示す。なお、この紫外線透過率については後述する。
図１に戻り、内管１２と外管１４の両端は閉じられていて（封止されていて）、両者の間で放電空間１８が形成されている。外管１４の外径と放電ギャップ長ｄ（即ち、外管１４の内径と内管１４の外径との差の半分）については後述する。
The lamp 10 is a lamp having a discharge vessel 16 having a double tube structure in which an inner tube 12 and an outer tube 14 are coaxially arranged. The inner tube 12 and the outer tube 14 are made of fused silica glass. The ultraviolet transmittance according to the wavelength of the fused silica glass is shown by a solid line in FIG. The ultraviolet transmittance will be described later.
Returning to FIG. 1, both ends of the inner tube 12 and the outer tube 14 are closed (sealed), and a discharge space 18 is formed between them. The outer diameter of the outer tube 14 and the discharge gap length d (that is, half of the difference between the inner diameter of the outer tube 14 and the outer diameter of the inner tube 14) will be described later.
放電空間１８には、放電用ガスとして、キセノン（Ｘｅ）ガスが、例えば、１３.３[ｋＰａ]封入されている。
外管１４の一端部外周には、有底筒状をしたヨウ素（Ｉ2）ガス導入管２０（以下、単に「導入管２０」と言う。）が設けられている。導入管２０内部と放電空間１８とは、外管１４に開設された連通孔２２を介して連通している。導入管２０には、ランプ１０の製造過程で所定量の固体ヨウ素（Ｉ2）がガラスカプセル２４に封入された形で投入され、その後、当該ガラスカプセル２４を割ることによって、固体ヨウ素Ｉ2が、ヨウ素蒸気（ガス）となって、放電空間１８へと拡散していく。ランプ１０の放電空間１８には、前記キセノン（Ｘｅ）ガスに加え、ヨウ素（Ｉ2）蒸気が、例えば、０.０４[ｋＰａ]封入されている。
In the discharge space 18, xenon (Xe) gas is sealed as a discharge gas, for example, 13.3 [kPa].
An outer circumference of one end of the outer tube 14 is provided with an iodine (I 2 ) gas introduction tube 20 (hereinafter simply referred to as “introduction tube 20”) having a bottomed cylindrical shape. The inside of the introduction tube 20 and the discharge space 18 communicate with each other through a communication hole 22 provided in the outer tube 14. The introduction tube 20 is charged with a predetermined amount of solid iodine (I 2 ) enclosed in a glass capsule 24 during the manufacturing process of the lamp 10, and then the glass capsule 24 is broken to obtain solid iodine I 2. It becomes iodine vapor (gas) and diffuses into the discharge space 18. In the discharge space 18 of the lamp 10, in addition to the xenon (Xe) gas, iodine (I 2 ) vapor is sealed, for example, 0.04 [kPa].
内管１２の内周面に、内側電極２６が設けられている。内側電極２６は、金属製の円筒部材からなり、当該円筒状部材の外周面が内管１２の内面に密着されて構成されている。当該円筒部材の構成については後述する。
一方、外管１４の外周面には、外側電極２８が設けられている。外側電極２８は、０.１[ｍｍ]径のニッケル（Ｎｉ）線が、２[ｍｍ]ピッチで螺旋状に、管軸方向Ｌ１＝１０[ｃｍ]に渡って、外管１４の外周面に密着して巻回されてなるものである。このような細い金属線を用いることで、放電空間１８からランプ１０外部へ放出される光の通過性を確保することができる。本例の場合、通過性は９５[％]である。なお、ランプ１０の有効発光領域（active area）は、管軸方向の外部電極２８の長さ（Ｌ１）で規定される。
An inner electrode 26 is provided on the inner peripheral surface of the inner tube 12. The inner electrode 26 is made of a metal cylindrical member, and is configured such that the outer peripheral surface of the cylindrical member is in close contact with the inner surface of the inner tube 12. The configuration of the cylindrical member will be described later.
On the other hand, an outer electrode 28 is provided on the outer peripheral surface of the outer tube 14. The outer electrode 28 has a nickel (Ni) wire with a diameter of 0.1 [mm] spirally at a pitch of 2 [mm] and extends on the outer circumferential surface of the outer tube 14 over the tube axis direction L1 = 10 [cm]. It is made by winding closely. By using such a thin metal wire, it is possible to ensure the passage of light emitted from the discharge space 18 to the outside of the lamp 10. In this example, the passability is 95 [%]. The effective light emitting area (active area) of the lamp 10 is defined by the length (L1) of the external electrode 28 in the tube axis direction.
本願発明者らは、基本的には上記の構成からなるランプ１０を用い条件を種々に変えて実験を実施した。
＜交流電源＞
ランプ１０には、内側電極２６と外側電極２８に接続された交流電源３０によってランプ１０を点灯させるために交流電力が供給される。用いた交流電源は以下の４つである。
The inventors of the present application basically conducted experiments by using the lamp 10 having the above-described configuration and changing various conditions.
<AC power supply>
The lamp 10 is supplied with AC power for lighting the lamp 10 by an AC power source 30 connected to the inner electrode 26 and the outer electrode 28. The following four AC power sources were used.
（１）ＡＣ電源ＰＳ０：型番Ａｓ−１１４Ｂ（NF Electronic Instruments 社製)、仕
様：Ｕ＝０〜３.３[ｋＶｒｍｓ]、Ｉ＝０〜２０[ｍＡｒｍｓ]、ｆ＝２５[ｋＨｚ]〜１５
９.９[ｋＨｚ]
（２）バイポーラ・パルス電源ＰＳ１：最大振幅Ｕ＝０〜４.４[ｋＶ]、立上がり時間０.９[μｓ]、立下がり時間０.６[μｓ]、ｆ＝２１.５[ｋＨｚ]〜１１５[ｋＨｚ]
（３）ユニポーラ・パルス電源ＰＳ２（高速高電圧トランジスタープッシュプルスイッチ型番・HTS 31-01-GSM (Behlke 社製)を使用）：Ｕ＝０〜３[ｋＶ]、立上がり時間６０[ｎｓ]、立下がり時間４０[ｎｓ]、ｆ＝１０[ｋＨｚ]
（４）ユニポーラ・パルス電源ＰＳ３（プッシュプルスイッチ・型番HTS 81-06-GSM (Behlke 社製)を使用）：Ｕ＝０〜８[ｋＶ]、立上がり時間１６０[ｎｓ]、立下がり時間６０[ｎｓ]、ｆ＝１０[ｋＨｚ]〜８０[ｋＨｚ]
＜ランプ実験＞
（１）内側電極
内側電極２６(図１)を構成する円筒部材に種々の金属材料を用い、その各々について効率を調べた。ここで、効率[％]とは、投入電力[Ｗ]に対する紫外線（ＵＶ）放射パワー[Ｗ]の比率をいう。当該放射パワーは、ランプ１０から１０[ｃｍ]の距離において、２×２[ｃｍ2]の光学絞り（diaphragm）を用いて測定した。なお、実験に供したランプ１０における、キセノンとヨウ素の封入量は、Ｘｅ/Ｉ2＝１３.３[ｋＰａ]/０.０４[ｋＰａ]である。また、交流電源には、前記ＡＣ電源ＰＳ０を用いた。
(1) AC power supply PS0: model number As-114B (manufactured by NF Electronic Instruments), specifications: U = 0 to 3.3 [kVrms], I = 0 to 20 [mArms], f = 25 [kHz] to 15
9.9 [kHz]
(2) Bipolar pulse power supply PS1: Maximum amplitude U = 0 to 4.4 [kV], rise time 0.9 [μs], fall time 0.6 [μs], f = 21.5 [kHz] 115 [kHz]
(3) Unipolar pulse power supply PS2 (uses high-speed high-voltage transistor push-pull switch model number HTS 31-01-GSM (Behlke)): U = 0-3 [kV], rise time 60 [ns], rise Fall time 40 [ns], f = 10 [kHz]
(4) Unipolar pulse power supply PS3 (push-pull switch, model number HTS 81-06-GSM (manufactured by Behlke)): U = 0 to 8 [kV], rise time 160 [ns], fall time 60 [ ns], f = 10 [kHz] to 80 [kHz]
<Lamp experiment>
(1) Inner electrode Various metal materials were used for the cylindrical member constituting the inner electrode 26 (FIG. 1), and the efficiency of each was examined. Here, efficiency [%] refers to the ratio of ultraviolet (UV) radiation power [W] to input power [W]. The radiant power was measured using a 2 × 2 [cm 2 ] optical diaphragm at a distance of 10 cm from the lamp 10. Note that the amount of xenon and iodine enclosed in the lamp 10 subjected to the experiment is Xe / I 2 = 13.3 [kPa] /0.04 [kPa]. The AC power source PS0 was used as the AC power source.
準備した内側電極（円筒部材）は、以下の７種類である。
（ａ）Ｎｉ：厚さ０.１［ｍｍ］のニッケルの薄板を２枚重ね、これを円筒状に丸めたものを、内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。２枚重ねにしたのは、後記する銅およびアルミニウムの薄板との厚みを揃えるためである。
（ｂ）Ａｌ foil：市販の食品パッケージ用アルミ箔（厚さ０.０１２[ｍｍ]）の光沢面を外側にして円筒状に丸め、内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
The prepared inner electrodes (cylindrical members) are the following seven types.
(A) Ni: Two nickel thin plates having a thickness of 0.1 [mm] are stacked, and this is rolled into a cylindrical shape and inserted into the inner tube 12 (FIG. 1). A thing closely attached to. The reason why the two sheets are stacked is to make the thickness uniform with the copper and aluminum thin plates described later.
(B) Al foil: A commercially available aluminum foil for food packaging (thickness: 0.012 [mm]) is rolled into a cylindrical shape with the glossy surface facing outside, and inserted into the inner tube 12 (FIG. 1). Close contact with the inner surface.
（ｃ）Ｃｕ：銅の薄板（厚さ０.２[ｍｍ]）を、円筒状に丸め、内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
（ｄ）Ａｌ：円筒状に丸めたアルミニウムの薄板（厚さ０.２[ｍｍ]）を、内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
（ｅ）Ａｌ＋Ａｌ foil：アルミニウムの薄板（厚さ０.２[ｍｍ]）に、市販の食品パッケージ用アルミ箔（厚さ０.０１２[ｍｍ]）の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
(C) Cu: A copper thin plate (thickness 0.2 [mm]) is rolled into a cylindrical shape, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and brought into close contact with the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(D) Al: A thin aluminum plate (thickness 0.2 [mm]) rolled into a cylindrical shape is inserted into the inner tube 12 (FIG. 1) and brought into close contact with the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(E) Al + Al foil: A thin sheet of aluminum (thickness 0.2 [mm]) and a non-glossy surface of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) overlapped with aluminum Rolled into a cylindrical shape so that the foil is on the outside, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and closely attached to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foil：銅の薄板（厚さ０.２[ｍｍ]）に、市販の食品パッケージ用アルミ箔（厚さ０.０１２[ｍｍ]）の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
（ｇ）Ｎｉ＋Ａｌ foil：ニッケルの薄板（厚さ０.１［ｍｍ］を２枚重ねたもの）に、市販の食品パッケージ用アルミ箔（厚さ０.０１２[ｍｍ]）の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管１２（図１）に挿入して、内管１２内周面に密着させたもの。
(F) Cu + Al foil: A thin sheet of copper (thickness 0.2 [mm]) and a non-glossy surface of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) overlapped with aluminum. Rolled into a cylindrical shape so that the foil is on the outside, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and closely attached to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(G) Ni + Al foil: The non-glossy side of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) on a thin nickel plate (thickness 0.1 [mm]). What was piled up was rolled into a cylindrical shape so that the aluminum foil would be on the outside, and this was inserted into the inner tube 12 (FIG. 1) and adhered to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
実験結果を図３に示す。
実験結果から（ａ）Ｎｉ、（ｃ）Ｃｕ、（ｄ）Ａｌの中では、（ｄ）Ａｌが最も高い効率を示すことが分かる。これは、内側電極の紫外線（ＵＶ）反射率の違いに因るものであると思われた。そこで、本願発明者らは、（ｂ）Ａｌ foilの内側電極の外周面をアクリルラッカーで黒く塗ったものを準備し、当該黒塗りの内側電極でも実験を行った（実験結果は不図示）。その結果、黒塗りの内側電極は、（ｂ）Ａｌ foilの内側電極よりも紫外線（ＵＶ）放射パワーが２０[％]少なくなることが分かった。これにより、内側電極の紫外線（ＵＶ）反射率が、効率に影響を及ぼすことが確認できた。
The experimental results are shown in FIG.
From the experimental results, it can be seen that (d) Al exhibits the highest efficiency among (a) Ni, (c) Cu, and (d) Al. This was thought to be due to the difference in ultraviolet (UV) reflectivity of the inner electrode. Therefore, the inventors of the present application prepared (b) the outer surface of the inner electrode of Al foil painted black with acrylic lacquer, and also performed the experiment with the inner electrode coated with black (the experimental result is not shown). As a result, it was found that the black painted inner electrode had 20% less ultraviolet (UV) radiation power than the (b) Al foil inner electrode. Thereby, it was confirmed that the ultraviolet (UV) reflectance of the inner electrode affects the efficiency.
また、（ｅ）Ａｌ＋Ａｌ foil、（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foil、（ｇ）Ｎｉ＋Ａｌ foilの中
では、（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foilが最も高い効率を示すことが分かる。これは、エキシマ発
光する放電媒体にあっては、過熱状態になると効率が低下するところ、内側電極の芯になっているＡｌ，Ｎｉ，Ｃｕの内、Ｃｕが最も熱伝導率が良いので、適度な冷却効果が発揮されているためであると考えられる。
It can also be seen that (f) Cu + Al foil shows the highest efficiency among (e) Al + Al foil, (f) Cu + Al foil, and (g) Ni + Al foil. This is because, in an excimer-emitting discharge medium, efficiency decreases when it is overheated, but among Al, Ni, and Cu, which is the core of the inner electrode, Cu has the best thermal conductivity. This is thought to be due to the effective cooling effect.
以上、実験した範囲において、内側電極としては、（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foilが最も適していると考えられる。なお、（ｅ）Ａｌ＋Ａｌ foil、（ｇ）Ｎｉ＋Ａｌ foilは、（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foilよりも若干効率は下がるものの、実使用上は問題ないものと思われる。
上記の結果を踏まえ、以下の実験において内側電極は、（ｆ）Ｃｕ＋Ａｌ foilを用いた。
（２）放電ギャップ長ｄ
本願発明者らは、異なる放電ギャップ長ｄ（図１）のランプを作製し、その各々について紫外線（ＵＶ）放射パワー[ｍＷ]を測定し、比較した。放電ギャップ長ｄは、ｄ＝２[ｍｍ]、ｄ＝７.４[ｍｍ]とした。
As described above, it is considered that (f) Cu + Al foil is the most suitable as the inner electrode within the experimental range. Although (e) Al + Al foil and (g) Ni + Al foil are slightly less efficient than (f) Cu + Al foil, it seems that there is no problem in practical use.
Based on the above results, (f) Cu + Al foil was used as the inner electrode in the following experiments.
(2) Discharge gap length d
The inventors of the present application fabricated lamps having different discharge gap lengths d (FIG. 1), and measured and compared ultraviolet (UV) radiation power [mW] for each of the lamps. The discharge gap length d was d = 2 [mm] and d = 7.4 [mm].
各々のギャップ長ｄに対応する外管と内管の寸法を以下に記す。
（i）放電ギャップ長ｄ＝２［ｍｍ］
外管：外径１７.７［ｍｍ］、内径１５.１［ｍｍ］（肉厚１.３［ｍｍ］）
内管：外径１１.１［ｍｍ］、内径９.０［ｍｍ］（肉厚１.０５［ｍｍ］）
（ii）放電ギャップ長ｄ＝７.４［ｍｍ］
外管：外径３０.０［ｍｍ］、内径２６.８［ｍｍ］（肉厚１.６［ｍｍ］）
内管：外径１２.０［ｍｍ］、内径９.２［ｍｍ］（肉厚１.４［ｍｍ］）
また、本願発明者らは、放電ギャップ長が９［ｍｍ］のランプも作製した。
The dimensions of the outer tube and the inner tube corresponding to each gap length d are described below.
(I) Discharge gap length d = 2 [mm]
Outer tube: outer diameter 17.7 [mm], inner diameter 15.1 [mm] (wall thickness 1.3 [mm])
Inner tube: outer diameter 11.1 [mm], inner diameter 9.0 [mm] (thickness 1.05 [mm])
(Ii) Discharge gap length d = 7.4 [mm]
Outer tube: outer diameter 30.0 [mm], inner diameter 26.8 [mm] (wall thickness 1.6 [mm])
Inner tube: outer diameter 12.0 [mm], inner diameter 9.2 [mm] (wall thickness 1.4 [mm])
The inventors of the present application also produced a lamp having a discharge gap length of 9 [mm].
（iii）放電ギャップ長＝９［ｍｍ］
当該ランプは、二重管ではなく単管構造とした。上記（i）,（ii）と同じ溶融石英ガラスからなるガラス管の両端が封止されてなる放電容器に上記（i）,（ii）と同じ量のキセノン（Ｘｅ）ガスとヨウ素（Ｉ2）蒸気が封入されている。なお、当該ガラス管の外径は１１.１［ｍｍ］、内径は９.０［ｍｍ］（肉厚１.０５［ｍｍ］）である。
(Iii) Discharge gap length = 9 [mm]
The lamp has a single tube structure instead of a double tube. The same amount of xenon (Xe) gas and iodine (I 2 ) as in (i) and (ii) above are placed in a discharge vessel in which both ends of a glass tube made of the same fused silica glass as in (i) and (ii) above are sealed. ) Steam is enclosed. The outer diameter of the glass tube is 11.1 [mm], and the inner diameter is 9.0 [mm] (thickness 1.05 [mm]).
放電容器の外周面には、長さ１０［ｃｍ］、幅５［ｃｍ］のアルミニウムテープ２枚の各々を放電容器の長手方向に沿わせ、当該２枚が放電容器をはさんで対向するように貼着されている。当該アルミニウムテープが外部電極を構成している。なお、この場合の放電ギャップ長は、放電容器（ガラス管）の内径である９.０［ｍｍ］となる。
実験の結果、放電ギャップ長＝２[ｍｍ]、放電ギャップ長＝９[ｍｍ]のランプの紫外線（ＵＶ）放射パワー[ｍＷ]は、放電ギャップ長＝７.４[ｍｍ]のランプの１/３〜１/５であることが分かった。すなわち、大きな紫外線（ＵＶ）放射パワー[ｍＷ]を得るためには、放電ギャップ長は、長すぎることは勿論、短すぎてもだめであることが判明した。
On the outer peripheral surface of the discharge vessel, two aluminum tapes each having a length of 10 [cm] and a width of 5 [cm] are arranged along the longitudinal direction of the discharge vessel so that the two pieces face each other across the discharge vessel. It is affixed to. The aluminum tape constitutes an external electrode. In this case, the discharge gap length is 9.0 [mm] which is the inner diameter of the discharge vessel (glass tube).
As a result of the experiment, the ultraviolet (UV) radiation power [mW] of the lamp with the discharge gap length = 2 [mm] and the discharge gap length = 9 [mm] is 1 / of that of the lamp with the discharge gap length = 7.4 [mm]. It was found to be 3 to 1/5. That is, in order to obtain a large ultraviolet (UV) radiation power [mW], it has been found that the discharge gap length is not too long or too short.
以上の結果を踏まえ、以下の実験は、放電ギャップ長ｄ＝７.４[ｍｍ]のランプで実施した。
（３）交流電源
本願発明者らは、交流電源の波形や周波数の異なる電源でランプ１０を点灯させ、投入電力[Ｗ]に対する単位面積当たりの紫外線（ＵＶ）放射パワー[ｍＷ/ｃｍ2]と効率[％]について調査した。なお、実験に供したランプ１０における、キセノンとヨウ素の封入量は、Ｘｅ/Ｉ2＝１３.３[ｋＰａ]/０.０４[ｋＰａ]である。
Based on the above results, the following experiment was performed with a lamp having a discharge gap length d = 7.4 [mm].
(3) AC power source The inventors of the present application turn on the lamp 10 with power sources having different waveforms and frequencies of the AC power source, and the ultraviolet (UV) radiation power [mW / cm 2 ] per unit area with respect to the input power [W]. The efficiency [%] was investigated. Note that the amount of xenon and iodine enclosed in the lamp 10 subjected to the experiment is Xe / I 2 = 13.3 [kPa] /0.04 [kPa].
使用した交流電源は、上述したＡＣ電源ＰＳ０、バイポーラ・パルス電源ＰＳ１、ユニポーラ・パルス電源ＰＳ２、ユニポーラ・パルス電源ＰＳ３である。
実験結果を図４に示す。
図４から、ＡＣ電源ＰＳ０を用いて投入電力を増大させると、放射パワーは、略直線的に上昇することが分かる。
The AC power supplies used are the above-described AC power supply PS0, bipolar pulse power supply PS1, unipolar pulse power supply PS2, and unipolar pulse power supply PS3.
The experimental results are shown in FIG.
From FIG. 4, it can be seen that when the input power is increased using the AC power source PS0, the radiation power increases approximately linearly.
また、ユニポーラ・パルス電源ＰＳ２を用いて得られる効率は、ＡＣ電源ＰＳ０を用いて得られる効率よりもはるかに高いことが分かる。
なお、図４には示していないが、ユニポーラ・パルス電源ＰＳ３を用い、周波数８０[ｋＨｚ]で点灯させたところ、１０.３[ｍＷ/ｃｍ2]の放射パワーと５[％]〜８[％]の効率が得られた。
（４）キセノン封入圧
本願発明者らは、キセノン封入圧に対する紫外線（ＵＶ）パワーの変化の様子を調査した。キセノン封入圧（封入量）の異なる供試ランプを準備し、その各々を、バイポーラ・パルス電源ＰＳ１を用い、４.２[ｋＶ]、ｆ＝６０[ｋＨｚ]、デューティ比５０[％]で点灯駆動した。
It can also be seen that the efficiency obtained using the unipolar pulse power supply PS2 is much higher than that obtained using the AC power supply PS0.
Although not shown in FIG. 4, when the unipolar pulse power source PS3 is used and the light is lit at a frequency of 80 [kHz], the radiation power of 10.3 [mW / cm 2 ] and 5 [%] to 8 [ %] Efficiency was obtained.
(4) Xenon Encapsulation Pressure The inventors of the present application investigated changes in ultraviolet (UV) power with respect to xenon encapsulation pressure. Prepare test lamps with different xenon sealing pressures (filling amounts), and each of them is lit at 4.2 [kV], f = 60 [kHz] and duty ratio 50 [%] using bipolar pulse power supply PS1 Driven.
ここで、ヨウ素（Ｉ2）の蒸気圧は０.０４[ｋＰａ]と一定とし、キセノン（Ｘｅ）の封入圧[ｐ(Ｘｅ)]を変化させた。
実験の結果、紫外線（ＵＶ）パワーは、キセノンの圧力が１３〜１４[ｋＰａ]までは、は単調に増加した後、減少に転じ、４０[ｋＰａ]に達すると放電しなくなることが認められた。したがって、２５[ｋＰａ]付近までの実験結果について図５に示す。
Here, the vapor pressure of iodine (I 2 ) was kept constant at 0.04 [kPa], and the enclosed pressure [p (Xe)] of xenon (Xe) was changed.
As a result of the experiment, it was recognized that the ultraviolet (UV) power increased monotonously until the pressure of xenon was 13 to 14 [kPa], then turned to decrease, and when it reached 40 [kPa], it was not discharged. . Therefore, the experimental results up to around 25 [kPa] are shown in FIG.
１２[ｋｖ]よりも低い低圧領域においては、一様な放電が認められた。１２[ｋＰａ]〜１５[ｋＰａ]の領域では、一様な放電に加え複数のフィラメント放電が認められた。１５[ｋＰａ]を超えると複数の明るいフィラメント放電が認められ、その数はキセノン圧の上昇とともに減少した。
図５に示す実験結果から、ヨウ素（Ｉ2）の封入量が一定の場合には、キセノン（Ｘｅ）の封入量を１２[ｋＰａ]以上１５[ｋＰａ]以下に設定することが、多くの紫外線（ＵＶ）パワーを得るためには好ましいことが分かる。また、供試ランプの中では、１３.３[ｋＰａ]のキセノン（Ｘｅ）の封入量（封入圧）のものの紫外線（ＵＶ）パワーが最高であった。
Uniform discharge was observed in the low pressure region lower than 12 [kv]. In the region of 12 [kPa] to 15 [kPa], a plurality of filament discharges were recognized in addition to the uniform discharge. When it exceeded 15 [kPa], a plurality of bright filament discharges were observed, and the number decreased as the xenon pressure increased.
From the experimental results shown in FIG. 5, when the amount of iodine (I 2 ) enclosed is constant, the amount of xenon (Xe) enclosed can be set to 12 [kPa] or more and 15 [kPa] or less. It can be seen that it is preferable to obtain (UV) power. In addition, among the test lamps, the ultraviolet (UV) power of the 13.3 [kPa] xenon (Xe) enclosed amount (encapsulated pressure) was the highest.
以上の結果を踏まえ、以下の実験におけるキセノンの封入量（封入圧）は、１３.３[ｋＰａ]とした。
（５）発光スペクトル
上記「（４）キセノン封入圧」の実験におけるキセノンの封入量（封入圧）が、１３.３[ｋＰａ]の供試ランプの発光スペクトルを図６に、発光スペクトル（ＶＵＶ〜ＵＶ領域）の強度分布値を図７に示す。なお、図６中、一点鎖線で示すのは、ＤＮＡの紫外線吸収率（相対値）曲線である。
Based on the above results, the amount of xenon enclosed (encapsulation pressure) in the following experiment was 13.3 [kPa].
(5) Emission Spectrum FIG. 6 shows the emission spectrum of the test lamp with the xenon encapsulation amount (encapsulation pressure) in the experiment of “(4) xenon encapsulation pressure” of 13.3 [kPa]. The intensity distribution value in the (UV region) is shown in FIG. In FIG. 6, the one-dot chain line represents the ultraviolet absorption rate (relative value) curve of DNA.
Ｘｅ/Ｉ2＝１３.３[ｋＰＡ]/０.０４[ｋＰａ]のランプ１０の発光スペクトルは、図６に示すように、殺菌性のある領域（１８０［ｎｍ］〜３００［ｎｍ］）において、１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］（ピーク値：１７８.３［ｎｍ］、１７９.９［ｎｍ］、１８３.０［ｎｍ］、１８４.４［ｎｍ］、１８７.６［ｎｍ］）の範囲と２０６.２［ｎｍ］とにヨウ素原子（Ｉ*）の発光、ＸｅＩ（Ｂ→Ｘ、λｍａｘ＝２５３［ｎｍ］）、ＸｅＩ（Ｃ→Ａ、λｍａｘ＝２６５［ｎｍ］）にエキシマ発光、そして、２７０［ｎｍ］〜２８０［ｎｍ］の範囲でＩ2 *の微かな発光が認められた。 The emission spectrum of the lamp 10 with Xe / I 2 = 13.3 [kPA] /0.04 [kPa] is, as shown in FIG. 6, in a bactericidal region (180 [nm] to 300 [nm]). 178 [nm] to 188 [nm] (peak values: 178.3 [nm], 179.9 [nm], 183.0 [nm], 184.4 [nm], 187.6 [nm]) Emission of iodine atom (I * ) in the range and 206.2 [nm], Excimer emission in XeI (B → X, λmax = 253 [nm]), XeI (C → A, λmax = 265 [nm]), Further, a slight emission of I 2 * was observed in the range of 270 [nm] to 280 [nm].
このように、ランプ１０から１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］、および２０６.２［ｎｍ］波長の紫外光が取り出せるのは、図２において実線で示した透過率曲線を有するガラス材料を外管１４（図１）に用いたからである。
従来の殺菌用ヨウ化キセノンランプは、２５３.７［ｎｍ］にピーク波長を有する低圧水銀ランプの代替品との位置づけから、当該低圧水銀ランプに用いられるガラス材料をその放電容器に用いている。すなわち、２５３［ｎｍ］およびその付近の紫外光が透過すれば良いとの観点から、図２において、破線で示すような透過率曲線を有するガラス材料を使用している。なお、破線は、従来の殺菌ランプに用いられているガラス材料の代表的なものの一例として示す、Vycor 7913（コーニング社製）の透過率曲線である。
As described above, ultraviolet light having a wavelength of 178 [nm] to 188 [nm] and 206.2 [nm] can be extracted from the lamp 10 by using a glass material having a transmittance curve indicated by a solid line in FIG. 14 (FIG. 1).
Since the conventional xenon iodide lamp for sterilization is positioned as an alternative to a low-pressure mercury lamp having a peak wavelength of 253.7 [nm], a glass material used for the low-pressure mercury lamp is used for the discharge vessel. That is, a glass material having a transmittance curve as indicated by a broken line in FIG. 2 is used from the viewpoint that 253 [nm] and ultraviolet light in the vicinity thereof may be transmitted. In addition, a broken line is the transmittance | permeability curve of Vycor 7913 (made by Corning) shown as an example of the typical thing of the glass material used for the conventional germicidal lamp.
破線の透過率曲線から分かるように、従来、殺菌ランプの放電容器に用いられているガラス材料は、２００［ｎｍ］以下の紫外光をほとんど透過しない。
これに対し、実施の形態に係るランプ１０の放電容器１６（図１）は、１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］（ピーク値：１７８.３［ｎｍ］、１７９.９［ｎｍ］、１８３.０［ｎｍ］、１８４.４［ｎｍ］、１８７.６［ｎｍ］）の範囲のヨウ素原子（Ｉ*）の発光による殺菌力をも利用すべく、実線で示すような、すくなくとも１７８［ｎｍ］以上の波長領域の紫外線を透過するガラス（以下、「供試ガラス」と言う。）材料を放電容器に用いることとしたのである。
As can be seen from the dashed transmittance curve, the glass material conventionally used for the discharge vessel of the germicidal lamp hardly transmits ultraviolet light of 200 [nm] or less.
On the other hand, the discharge vessel 16 (FIG. 1) of the lamp 10 according to the embodiment has 178 [nm] to 188 [nm] (peak values: 178.3 [nm], 179.9 [nm], 183. 0 [nm], 184.4 [nm], 187.6 [nm]) in order to utilize the bactericidal power due to light emission of iodine atoms (I * ), at least 178 [nm] as shown by the solid line The glass (hereinafter referred to as “test glass”) that transmits ultraviolet rays in the above wavelength region is used for the discharge vessel.
なお、放電容器に用いるガラス材料としては、図２の実線で示すものに限らず、短波長領域の紫外線の透過率がさらに高い、一点鎖線で示す透過率曲線を有するものを用いても良い。なお、一点鎖線は、実線よりもさらに高い透過率を有するガラス材料の一例として示す、Suprasil 311,312（ヘレウス社製）の透過率曲線である。
前記Suprasil 311,312は合成石英ガラスである。Vycor 7913と供試ガラスとは、共に溶融石英ガラスであるが、供試ガラスは、Vycor 7913よりも不純物をより多く除去したものであり、そのため、より短波長域の紫外線の透過率が向上している。
In addition, as a glass material used for a discharge vessel, what has the transmittance | permeability curve shown not only by the continuous line of FIG. 2, but the transmittance | permeability of the ultraviolet-ray of a short wavelength region is still higher may be used. The alternate long and short dash line is a transmittance curve of Suprasil 311, 312 (manufactured by Heraeus) shown as an example of a glass material having a higher transmittance than the solid line.
The Suprasil 311, 312 is a synthetic quartz glass. Vycor 7913 and the test glass are both fused silica glass, but the test glass has more impurities removed than Vycor 7913, which improves the transmittance of ultraviolet light in the shorter wavelength region. ing.
比較のためのランプとして、市販されている低圧水銀ランプ（形名：ＧＬ４、東芝ライテック株式会社製）の発光スペクトルを図８に示す。当該低圧水銀ランプ（以下、「比較ランプ」と言う。）は、図８に示すように、λ＝２５３.７［ｎｍ］の共鳴線に集中する単放射特性を有する。
ランプ１０と比較ランプの殺菌性に関する比較実験については後述する。
（６）点灯周波数
本願発明者らは、点灯周波数を変化させた場合、Ｉ*（２０６.２［ｎｍ］）の発光強度とＸｅＩ*（２５３［ｎｍ］）の発光強度がどのように変化するのかを調査すべく実験を実施した。
As a lamp for comparison, an emission spectrum of a commercially available low-pressure mercury lamp (model name: GL4, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.) is shown in FIG. The low-pressure mercury lamp (hereinafter referred to as “comparison lamp”) has a single radiation characteristic that concentrates on a resonance line of λ = 253.7 [nm] as shown in FIG.
A comparative experiment regarding the bactericidal properties of the lamp 10 and the comparative lamp will be described later.
(6) Lighting frequency When the lighting frequency is changed, the inventors of the present invention change how the emission intensity of I * (206.2 [nm]) and the emission intensity of XeI * (253 [nm]) change. An experiment was conducted to investigate whether this was the case.
実験結果を、図９に示す。図９において、横軸は点灯周波数[ｋＨｚ]を、左側の縦軸は１０[ｋＨｚ]における、Ｉ*（２０６.２［ｎｍ］）の発光強度とＸｅＩ*（２５３［ｎｍ］）の発光強度とをそれぞれ「１」としたときの各々の相対放射強度を示している。図中、ＸｅＩ*（２５３［ｎｍ］）の発光強度は「●」で、Ｉ*（２０６.２［ｎｍ］）の発光強度は「■」で、それぞれプロットした。右側の縦軸は、Ｉ*（２０６.２［ｎｍ］）の発光強度をＸｅＩ*（２５３［ｎｍ］）の発光強度で除した値を示しており、当該値は、図中「▲」でプロットした。 The experimental results are shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis represents the lighting frequency [kHz], and the left vertical axis represents the emission intensity of I * (206.2 [nm]) and the emission intensity of XeI * (253 [nm]) at 10 [kHz]. The relative radiant intensities when and are respectively “1” are shown. In the figure, the emission intensity of XeI * (253 [nm]) is plotted with “●”, and the emission intensity of I * (206.2 [nm]) is plotted with “■”. The vertical axis on the right side shows the value obtained by dividing the emission intensity of I * (206.2 [nm]) by the emission intensity of XeI * (253 [nm]), and this value is indicated by “▲” in the figure. Plotted.
図９から、１０[ｋＨｚ]から８０[ｋＨｚ]まで点灯周波数を変化させると、ＸｅＩ*（２５３[ｎｍ]）の放射強度は、おおむね直線的に５倍に増大する。
一方、Ｉ*（２０６[ｎｍ]）放射強度は、４０［ｋＨｚ］までおおむね直線的に増大し、４０［ｋＨｚ］からその増加率が急上昇する。そして、７０［ｋＨｚ］〜８０［ｋＨｚ］で増加率が鈍化するため、８０［ｋＨｚ］を超えると、あまり発光強度の増加は望めないと思われる。また、詳細なデータは省略するが、効率は６０[ｋＨｚ]で最高値を示し、７０[ｋＨｚ]、８０[ｋＨｚ]と周波数が高くなるほど低下することが確認されている。よって、ランプ１０は、４０［ｋＨｚ］〜８０［ｋＨｚ］の範囲で点灯駆動させることが好ましい。
From FIG. 9, when the lighting frequency is changed from 10 [kHz] to 80 [kHz], the radiation intensity of XeI * (253 [nm]) increases approximately five times linearly.
On the other hand, the I * (206 [nm]) radiation intensity increases substantially linearly up to 40 [kHz], and the rate of increase rapidly increases from 40 [kHz]. Since the rate of increase slows down from 70 [kHz] to 80 [kHz], it seems that if the frequency exceeds 80 [kHz], the increase in emission intensity cannot be expected. Although detailed data is omitted, it has been confirmed that the efficiency shows the maximum value at 60 [kHz] and decreases as the frequency increases to 70 [kHz] and 80 [kHz]. Therefore, it is preferable to drive the lamp 10 in a range of 40 [kHz] to 80 [kHz].
また、点灯周波数を高くしていった場合の、ＸｅＩ*（２５３[ｎｍ]）の放射強度とＩ*（２０６[ｎｍ]）放射強度と増加割合が異なるため（最終的に、ＸｅＩ*（２５３[ｎｍ]）の放射強度は５倍に、Ｉ*（２０６[ｎｍ]）放射強度は、１９倍になる）、点灯周波数を変化させることによって両者の強度比を調整することが可能である。したがって、殺菌対象となる細菌の種類に応じて交流電源による点灯周波数を切り替えることにより効果的に対象菌を殺菌できる可能性がある。また、殺菌対象物中に、複数種の細菌（殺菌に効く波長の異なる細菌）が存在する場合には、当該殺菌に効く波長の範囲で、交流電源による点灯周波数を周期的に変化させることにより、効果的な殺菌が期待できる。 Further, when the lighting frequency is increased, XeI * (253 [nm]) radiation intensity and I * (206 [nm]) radiation intensity are different from each other in increase rate (finally, XeI * (253 The intensity ratio of [nm]) is 5 times, and the intensity ratio of I * (206 [nm]) is 19 times). By changing the lighting frequency, the intensity ratio of both can be adjusted. Therefore, there is a possibility that the target bacteria can be effectively sterilized by switching the lighting frequency by the AC power source according to the type of bacteria to be sterilized. In addition, when there are multiple types of bacteria (bacteria with different wavelengths effective for sterilization) in the sterilization target, by periodically changing the lighting frequency by the AC power source within the wavelength range effective for the sterilization Effective sterilization can be expected.
以上の結果を踏まえ、以下の殺菌実験は、実験範囲で最も効率の高い６０[ｋＨｚ]の周波数でランプ１０を点灯することとした。
＜殺菌実験＞
本願発明者らは、ランプ１０（Ｘｅ/Ｉ2＝１３.３[ｋＰＡ]/０.０４[ｋＰａ]）を点灯周波数６０[ｋＨｚ]で点灯させ殺菌実験を行った。このとき用いた交流電源は、バイポーラ・パルス電源ＰＳ１である。
Based on the above results, in the following sterilization experiment, the lamp 10 was turned on at a frequency of 60 [kHz] which is the most efficient in the experimental range.
<Sterilization experiment>
The inventors of the present application performed a sterilization experiment by lighting the lamp 10 (Xe / I 2 = 13.3 [kPA] /0.04 [kPa]) at a lighting frequency of 60 [kHz]. The AC power source used at this time is a bipolar pulse power source PS1.
対象菌としては、耐性の高い細菌として知られている枯草菌芽胞「Bacillus Subtilis ＡＴＣＣ６６３３芽胞」（Eiken Chemical Co.）を採用した。当該枯草菌の芽胞懸濁液として、菌数が１０7[ＣＦＵ/ｍｌ]に調整されたものを用いた。
（１）ペトリ皿を用いた実験
本実験では、比較対象として前記比較ランプ（ＧＬ４、東芝）による殺菌実験も実施した。
As a target bacterium, Bacillus subtilis ATCC6633 spore (Eiken Chemical Co.), which is known as a highly resistant bacterium, was employed. As the spore suspension of Bacillus subtilis, one having a bacterial count adjusted to 10 7 [CFU / ml] was used.
(1) Experiment using Petri dish In this experiment, the sterilization experiment by the said comparison lamp (GL4, Toshiba) was also implemented as a comparison object.
前記芽胞懸濁液が１.５[ｍｌ]溜められたペトリ皿に、当該ペトリ皿底面と平行に設置したランプ１０または比較ランプによって、数秒から１分の照射時間で、紫外線を照射した。ランプ１０および比較ランプとペトリ皿との距離は、５[ｃｍ]とした。また、ランプ１０に関しては、ペトリ皿との距離を２[ｃｍ]に設定しても実施した。
ランプ１０から２[ｃｍ]、５[ｃｍ]の距離における紫外線照度は、それぞれ、１.７１[ｍＷ/ｃｍ2]、０.７６[ｍＷ/ｃｍ2]であった。
The Petri dish in which 1.5 [ml] of the spore suspension was stored was irradiated with ultraviolet rays for several seconds to 1 minute by the lamp 10 or the comparative lamp installed in parallel with the bottom of the Petri dish. The distance between the lamp 10 and the comparative lamp and the Petri dish was 5 [cm]. Further, the lamp 10 was implemented even when the distance from the Petri dish was set to 2 [cm].
The ultraviolet illuminance at distances of 2 [cm] and 5 [cm] from the lamp 10 were 1.71 [mW / cm 2 ] and 0.76 [mW / cm 2 ], respectively.
比較ランプから５[ｃｍ]の距離における紫外線照度は１.６[ｍＷ/ｃｍ2]であった。したがって、ランプ１０と等距離における紫外線量[ｍＪ/ｃｍ2]を等しいものとするため
、比較ランプによる紫外線の照射時間は、ランプ１０よりも短くした。
ペトリ皿の中で所定時間紫外線が照射された芽胞懸濁液を１０3倍に希釈し、希釈液の少量を、シャーレ（Sterile S ｓhale，Eiken Chemical Co.）に収納された標準寒天培地（Parlkore, Eiken Chemical Co.）上に均一に塗沫して、培養した。培養条件は、３７[℃]で４８[時間]とした。
The ultraviolet illuminance at a distance of 5 [cm] from the comparative lamp was 1.6 [mW / cm 2 ]. Therefore, in order to make the amount of ultraviolet rays [mJ / cm 2 ] at the same distance as the lamp 10 equal, the irradiation time of the ultraviolet rays by the comparative lamp was made shorter than that of the lamp 10.
A spore suspension irradiated with ultraviolet rays for a predetermined time in a Petri dish is diluted 10 3 times, and a small amount of the diluted solution is stored in a standard agar medium (Parlkore) stored in a petri dish (Sterile Shale, Eiken Chemical Co.). , Eiken Chemical Co.) and inoculated uniformly. The culture conditions were 37 [° C.] and 48 [hours].
希釈率と培養後における寒天培地上のコロニーの計数値とから、生菌率（生存菌数[ＣＦＵ]/初発菌数[ＣＦＵ]）を算出した。
実験結果を図１０に示す。
図１０中、比較ランプによる生菌率を「■」で、ランプ１０のペトリ皿との距離が５[ｃｍ]の場合の生菌率を「▲」で、ランプ１０のペトリ皿との距離が２[ｃｍ]の場合の生菌率を「▼」で、それぞれプロットした。
The viable cell ratio (viable cell count [CFU] / initial cell count [CFU]) was calculated from the dilution rate and the count of colonies on the agar medium after culture.
The experimental results are shown in FIG.
In FIG. 10, the viable cell rate by the comparative lamp is “■”, the viable cell rate is “▲” when the distance from the lamp 10 to the Petri dish is 5 [cm], and the distance from the lamp 10 to the Petri dish is The viable cell rate in the case of 2 [cm] was plotted with “▼”.
図１０から分かるように、実験範囲において、ランプ１０では、生菌率１０-6レベルを超える殺菌性が発揮されることが確認された。
なお、図１０には示していないが、ランプ１０による完全殺菌（１００[％]殺菌）は、紫外線量が５０[ｍＪ/ｃｍ2]〜５５[ｍＪ/ｃｍ2]を超えると達成された。
また、ランプ１０のＤ値（Decimal Reduction Value）は、約５[ｍＪ/ｃｍ2]〜８[ｍＪ/ｃｍ2]であった。
As can be seen from FIG. 10, in the experimental range, it was confirmed that the lamp 10 exhibits bactericidal properties exceeding the viable cell rate of 10 −6 level.
Although not shown in FIG. 10, complete sterilization (100 [%] sterilization) using the lamp 10 was achieved when the ultraviolet ray amount exceeded 50 [mJ / cm 2 ] to 55 [mJ / cm 2 ].
Further, the D value (Decimal Reduction Value) of the lamp 10 was about 5 [mJ / cm 2 ] to 8 [mJ / cm 2 ].
図１０から、ランプ１０は、比較ランプよりも高い殺菌性を有することが分かるが、例えば、生菌率１０-4レベルを達成するのに必要な紫外線量は、比較ランプが４０[ｍＪ/ｃｍ2]であるのに対し、ランプ１０は２２[ｍＪ/ｃｍ2]〜２５[ｍＪ/ｃｍ2]であった。
また、略１５[ｍＪ/ｃｍ2]以上では、紫外線量が同じであれば、ランプ１０の生菌率は比較ランプよりも低い（すなわち、殺菌性が高い）ことが分かる。比較ランプのピーク波長が２５３.７［ｎｍ］のみであるのに対し、ランプ１０のピーク波長が２５３［ｎｍ］に加え、１７８［ｎｍ］〜２０７［ｎｍ］の範囲に存することから判断して、当該１７８［ｎｍ］〜２０７［ｎｍ］といった短波長領域の紫外線の殺菌性が高いためであると考えられる。
From FIG. 10, it can be seen that the lamp 10 has a higher bactericidal property than the comparative lamp. For example, the amount of ultraviolet rays necessary to achieve a viable cell rate of 10 −4 is 40 [mJ / cm 2 ], while the lamp 10 was 22 [mJ / cm 2 ] to 25 [mJ / cm 2 ].
In addition, at approximately 15 [mJ / cm 2 ] or more, if the amount of ultraviolet rays is the same, it can be seen that the viable cell rate of the lamp 10 is lower than that of the comparative lamp (that is, the bactericidal property is high). Judging from the fact that the peak wavelength of the comparative lamp is only 253.7 [nm], the peak wavelength of the lamp 10 is in the range of 178 [nm] to 207 [nm] in addition to 253 [nm]. This is considered to be due to the high bactericidal properties of ultraviolet rays in the short wavelength region of 178 [nm] to 207 [nm].
この点について確認するため、ランプ１０のペトリ皿との距離を５[ｃｍ]に加え、２[ｃｍ]でも実験を行った。すなわち、上記短波長領域の紫外線は空気に吸収されやすいため、ランプ１０をペトリ皿（芽胞懸濁液）に近づけることにより、当該短波長領域の紫外線の芽胞懸濁液に対する照射量を増大させるためである。
図１０における、ランプ１０の、ペトリ皿からの距離が５[ｃｍ]の場合と２[ｃｍ]の場合とを比較すると、同じ生菌率の殺菌性を達成するのに必要な紫外線量[ｍＪ/ｃｍ2]は、２[ｃｍ]の場合の方が５[ｃｍ]の場合よりも少なくて済むことがわかる。これにより、ランプ１０における、１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］領域と２０６.２［ｎｍ］におけるＩ*発光が殺菌に寄与していることが確認されたと考えられる。
In order to confirm this point, the distance from the Petri dish of the lamp 10 was added to 5 [cm], and an experiment was conducted at 2 [cm]. That is, since the ultraviolet rays in the short wavelength region are easily absorbed by air, the irradiation amount of the ultraviolet rays in the short wavelength region to the spore suspension is increased by bringing the lamp 10 closer to the Petri dish (spore suspension). It is.
In FIG. 10, when the distance from the Petri dish of the lamp 10 is 5 [cm] and 2 [cm], the amount of ultraviolet rays necessary to achieve the same bactericidal rate [mJ It can be seen that / cm 2 ] is smaller in the case of 2 [cm] than in the case of 5 [cm]. Thereby, it is considered that I * emission in the 178 [nm] to 188 [nm] region and 206.2 [nm] in the lamp 10 contributed to sterilization.
さらに、１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］領域と２０６.２［ｎｍ］におけるＩ*発光が殺菌効果を向上させる理由として以下の点が推察される。すなわち、細菌は、ピーク波長２５３.７［ｎｍ］の単一波長の照射（比較ランプによる紫外線照射）に適応して、耐性を有する変異体（resistant mutants）を生成する。しかしながら、複数の波長の紫外線の照射（ランプ１０による紫外線照射）に対しては、細菌が前記変異体を生成するのが困難になるからであると思われるからである。 Furthermore, the following points are presumed as the reason why I * emission in the 178 [nm] to 188 [nm] region and 206.2 [nm] improves the bactericidal effect. That is, the bacterium produces resistant mutants in response to irradiation with a single wavelength having a peak wavelength of 253.7 [nm] (ultraviolet irradiation with a comparative lamp). However, it is considered that it is difficult for bacteria to produce the mutant against irradiation with ultraviolet rays having a plurality of wavelengths (ultraviolet irradiation by the lamp 10).
図１１に、実験に供された寒天培地の写真を示す。図１１（ａ）、（ｂ）の左側は、紫外線未照射の前記芽胞懸濁液を１０3倍に希釈したものの、３７[℃]で４８[時間]培養後の写真である。
図１１（ａ）の右側は、２２.８[ｍＪ/ｃｍ2]の紫外線量照射後の結果であり。図１１（ｂ）の右側は、４５.６[ｍＪ/ｃｍ2]の紫外線量照射後の結果である。
（２）流水殺菌装置を用いた実験
ペトリ皿を用いた上記実験は、滞留する水中に存する枯草菌芽胞に対する殺菌性を調査したが、本実験では、流水中に存する枯草菌芽胞に対する殺菌性を調査した。
FIG. 11 shows a photograph of the agar medium used in the experiment. The left side of FIGS. 11 (a) and 11 (b) is a photograph after culturing at 37 [° C.] for 48 [hours], although the spore suspension not irradiated with ultraviolet rays was diluted 10 3 times.
The right side of FIG. 11A shows the result after irradiation with an ultraviolet ray amount of 22.8 [mJ / cm 2 ]. The right side of FIG. 11 (b) shows the result after irradiation with an ultraviolet ray amount of 45.6 [mJ / cm 2 ].
(2) Experiment using running water sterilizer The above experiment using a Petri dish investigated the bactericidal activity against Bacillus subtilis spores existing in the staying water. investigated.
当該実験に用いた殺菌装置４０の概略構成を図１２に示す。
前記芽胞懸濁液を１[ｌ]貯留するステンレス製の水槽４４から、当該懸濁液４２がチューブポンプ（Masterflex,Cole Parmer Instrument Co.）４６によって、５.４[ｌ/ｍｉｎ]の流速で汲み上げられる。汲み上げられた芽胞懸濁液は、幅９０[ｍｍ]で、図示のように傾斜したステンレス製の平板４８上に流出される。
FIG. 12 shows a schematic configuration of the sterilizer 40 used in the experiment.
From the stainless steel water tank 44 storing 1 [l] of the spore suspension, the suspension 42 is transferred by a tube pump (Masterflex, Cole Parmer Instrument Co.) 46 at a flow rate of 5.4 [l / min]. Pumped up. The spore suspension thus pumped out flows on a flat plate 48 made of stainless steel having a width of 90 [mm] and inclined as shown in the figure.
平板４８上で、芽胞懸濁液は幅９０[ｍｍ]で深さ０.５[ｍｍ]の均一な層となって流れ、その後、水槽４４に還流する。
一方、平板４８の上方には、平板４８との垂直方向の距離が４[ｃｍ]の位置に、ホルダー５０に支持されてランプ１０が配置されている。なお、ホルダー５０によってランプ１０が直接的に支持されているのは、紫外線照射の妨げにならないランプ１０端部である。
On the flat plate 48, the spore suspension flows as a uniform layer having a width of 90 [mm] and a depth of 0.5 [mm], and then returns to the water tank 44.
On the other hand, the lamp 10 is arranged above the flat plate 48 and supported by the holder 50 at a position where the distance in the vertical direction to the flat plate 48 is 4 [cm]. Note that the lamp 10 is directly supported by the holder 50 at the end of the lamp 10 that does not hinder ultraviolet irradiation.
また、ランプ１０の上方には、ランプ１０を冷却するためのクーリングファン５２が設けられている。クーリングファン５２で冷却するのは、ランプ１０の点灯中の温度を可能な限り一定に維持し、キセノン（Ｘｅ）ガスの圧力やヨウ素（Ｉ2）の蒸気圧を一定に保持するためである。
ランプ１０から側方に、カバー５４が設けられている。これは、クーリングファン５２がもたらす風によって運ばれる、空気中のミクロフローラ（microflora）が水槽４４中の芽胞懸濁液４２に入りこまないように遮蔽するためである。なお、「（１）ペトリ皿を用いた実験」の項では言及しなかったが、ペトリ皿を用いた実験においても、クーリングファンを用い、ランプ１０には、ペトリ皿の中の芽胞懸濁液にミクロフローラ（microflora）が侵入するのを防止するためカバー５４と同様のカバーを取り付けた。
A cooling fan 52 for cooling the lamp 10 is provided above the lamp 10. The reason for cooling by the cooling fan 52 is to keep the temperature during lighting of the lamp 10 as constant as possible and to keep the pressure of xenon (Xe) gas and the vapor pressure of iodine (I 2 ) constant.
A cover 54 is provided laterally from the lamp 10. This is because the microflora in the air carried by the wind generated by the cooling fan 52 is shielded from entering the spore suspension 42 in the water tank 44. Although not mentioned in the section of “(1) Experiment using Petri dish”, in the experiment using Petri dish, a cooling fan was used and lamp 10 had a spore suspension in the Petri dish. A cover similar to the cover 54 was attached to prevent microflora from entering.
なお、流水装置を用いた実験は、カバー５４を取り外した状態においても行った。
上記殺菌装置４０を用い、平板４８上を流れる芽胞懸濁液４２に、ランプ１０によって１［ｍｉｎ］〜１０［ｍｉｎ］の間、紫外線を照射した。
そして、上記「（１）ペトリ皿を用いた実験」で説明したのと同様な手法で、生菌率（生存菌数[ＣＦＵ]/初発菌数[ＣＦＵ]）を求めた。
The experiment using the running water device was also performed with the cover 54 removed.
Using the sterilizer 40, the spore suspension 42 flowing on the flat plate 48 was irradiated with ultraviolet rays by the lamp 10 for 1 [min] to 10 [min].
Then, the viable cell ratio (viable cell count [CFU] / initial cell count [CFU]) was determined in the same manner as described in “(1) Experiment using Petri dish”.
その結果を図１３に示す。図１３において、カバー５４（図１２）を設けた場合の生菌率を「◇」で、カバー５４無しの場合の生菌率を「◆」で、それぞれプロットした。
図１３から分かるように、流水中の枯草菌芽胞に対しても殺菌性が認められた。これは、ランプ１０が水の殺菌浄化システムにも好適に用いることができることを示唆している。
The result is shown in FIG. In FIG. 13, the viable cell rate when the cover 54 (FIG. 12) is provided is plotted with “「 ”, and the viable cell rate without the cover 54 is plotted with“ ♦ ”.
As can be seen from FIG. 13, bactericidal properties were also observed against Bacillus subtilis spores in running water. This suggests that the lamp 10 can be suitably used for a water sterilization and purification system.
また、カバー５４の有無にかかわらず同様な結果となった。これは、カバー無しの場合、芽胞懸濁液４２の中にミクロフローラ（microflora）が侵入していたと仮定すると、ランプ１０は、当該ミクロフローラ（microflora）を死滅させる効果をも発揮したと考えられる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることも可能である。
The same result was obtained regardless of the presence or absence of the cover 54. If it is assumed that the microflora has invaded the spore suspension 42 in the case of no cover, it is considered that the lamp 10 also exerted the effect of killing the microflora. .
As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described form, and for example, the following form is also possible.
上記実施の形態では、本発明を誘電体バリア放電ランプに適用した例を示したが、これに限らず、本発明は、熱陰極ランプや冷陰極ランプにも適用可能である。
また、上記実施の形態では、放電容器を溶融石英ガラスや合成石英ガラスなどのガラス材料で形成したが、これに限らず、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）等の他の透光性材料で形成しても構わない。要は、ヨウ素原子（Ｉ*）の発光波長領域の紫外線（特に、１７８［ｎｍ］以上の波長領域の紫外線）を透過する透光性材料であれば良いのである。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a dielectric barrier discharge lamp has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can also be applied to a hot cathode lamp and a cold cathode lamp.
In the above embodiment, the discharge vessel was formed of a glass material such as fused quartz glass or synthetic quartz glass, not limited thereto, for example, in other light-transmissive material such as magnesium fluoride (MgF 2) It may be formed. In short, any translucent material that transmits ultraviolet rays in the emission wavelength region of iodine atoms (I * ) (particularly, ultraviolet rays in a wavelength region of 178 [nm] or more) may be used.
本願発明に係る無水銀殺菌ランプは、食品包装材の殺菌や水の殺菌浄化に好適に利用可能である。 The mercury-free sterilizing lamp according to the present invention can be suitably used for sterilizing food packaging materials and sterilizing and purifying water.
１０ 誘電体バリア放電ヨウ化キセノンエキシマランプ
１６ 放電容器
４０ 殺菌装置
10 Dielectric Barrier Discharge Xenon Iodide Excimer Lamp 16 Discharge Container 40 Sterilizer
Claims (3)
前記放電容器が、ヨウ素原子（Ｉ*）の発光波長１７８［ｎｍ］〜１８８［ｎｍ］、および２０６.２［ｎｍ］の領域を含む、少なくとも１７８［ｎｍ］以上の波長領域の紫外線を透過する石英ガラスで形成され、
前記交流電源は、前記無水銀殺菌ランプの点灯周波数を変化させることで、ヨウ化キセノンの発光とヨウ素原子の発光との比率を変化させることを特徴とする殺菌装置。 A mercury-free sterilization lamp having a discharge vessel in which xenon gas and iodine vapor are sealed, and an AC power source for driving the mercury-free sterilization lamp,
The discharge vessel transmits ultraviolet rays in a wavelength region of at least 178 [nm] including an emission wavelength of iodine atoms (I * ) of 178 [nm] to 188 [nm] and 206.2 [nm]. Formed of quartz glass,
The said alternating current power supply changes the ratio of light emission of a xenon iodide and light emission of an iodine atom by changing the lighting frequency of the said mercury-free sterilization lamp, The sterilizer characterized by the above-mentioned.
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