JP2015027325A

JP2015027325A - 殺菌装置

Info

Publication number: JP2015027325A
Application number: JP2013157380A
Authority: JP
Inventors: 肇谷原; Hajime Tanihara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-12

Abstract

【課題】殺菌作用を維持しつつ、紫外線照射による樹脂の劣化が原因の樹脂の変色を抑制することができる殺菌装置を提供する。
【解決手段】樹脂の表面に紫外光を照射して殺菌を行う殺菌装置１であって、紫外光を発光する閃光放電管５を有する発光部６と、該発光部６及び樹脂の間に設けられて、前記発光部６から発光される紫外光のうち、２６５ｎｍ以外の波長の光の透過または、２５０ｎｍ以下の波長の光の透過を制限する透過制限部７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、閃光放電管を用いて樹脂の表面に対して紫外光を照射することで樹脂の表面を殺菌する殺菌装置に関する。

従来より、キセノンフラッシュランプから紫外光を照射することにより、物品を殺菌する殺菌装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このようなキセノン管は、広い波長の紫外光を瞬間的に照射できることから、短時間で物品を殺菌するのに非常に有用である。

特表２００２−５３３１６２号公報特開２００５−２１８８５０号公報

ところで、紫外線は波長が短いことから自身のもつエネルギーが比較的高いので、有機物に対して照射すると有機物の分子結合を切断する作用がある。この作用により、紫外光が殺菌のために有機物（例えば樹脂製品）に対してより多く照射されると、樹脂の表面には、変色等の劣化現象がより早期に現れる。

上記特許文献１及び特許文献２の殺菌装置では、変色等の劣化現象について考慮されておらず、長時間にわたって同じ樹脂製品に紫外光を照射して殺菌する場合、樹脂が劣化して変色する問題がある。

特に、便器内部の汚れ（黒ずみ等）を防止する目的で樹脂製の便器を紫外線で殺菌する場合、原因の一つであるクラドスポリウム（黒カビ）に対しては、紫外線に対する耐性の高さから紫外線照射量を多くする必要がある。また、便器を殺菌する場合には、長時間にわたって定期的に殺菌しなければならないので、紫外線による劣化の蓄積により、便器の耐用年数よりもはるかに早く変色が発生するという課題があった。

そこで、殺菌作用を維持しつつ、紫外光の照射による樹脂の劣化を抑制することのできる殺菌装置を提供することを目的とする。

本発明に係る殺菌装置は、樹脂の表面に紫外光を照射する殺菌装置であって、紫外光を発光する閃光放電管を有する発光部と、該発光部及び樹脂の間に設けられて、発光部から発光される紫外光のうち、２６５ｎｍ以外の波長の光の透過を制限する透過制限部とを備えることを特徴とする。尚、この場合の以外とは、２６５ｎｍに対して１／２以下のエネルギーである範囲外であり、±１０ｎｍ以内であることをいう。

この構成によれば、発光部の閃光放電管が発光することで、閃光放電管及び樹脂の間に設けられる透過制限部には、閃光放電管から照射された光が入射する。透過制限部は、入射した光のうち、２６５ｎｍ以外の波長の光の透過を制限することで、２６５ｎｍの波長の光を樹脂の表面に照射するように機能する。これにより、樹脂が劣化しやすい波長域の光が樹脂の表面に照射されることを防止しつつ、殺菌作用の高い波長域の光を樹脂の表面に照射することができるので、殺菌作用を維持しつつ、紫外線照射による樹脂の劣化を抑制することができる。

上記殺菌装置の一態様として、前記透過制限部は２５０ｎｍ以下の波長の光の透過を制限することを特徴とする。

この構成によれば、透過制限部は、入射した光のうち、２５０ｎｍ以下の波長の光の透過を制限することで、２５０ｎｍを越える波長の光を樹脂の表面に照射するように機能する。これにより、より樹脂が劣化しやすい波長域の光が樹脂の表面に照射されることを防止しつつ、殺菌作用の高い波長域の光を樹脂の表面に照射することができるので、殺菌作用を維持しつつ、紫外線照射による樹脂の劣化を抑制することができる。

上記殺菌装置の一態様として、閃光放電管の発光量を制御する発光制御部をさらに備えてもよい。

この構成によれば、発光制御部が閃光放電管の発光量を制御することができるので、樹脂の素材や、樹脂の表面の汚れ具合に応じて樹脂の劣化を抑制する光量を閃光放電管に発光させることができる。

上記発光制御部を備える殺菌装置の一態様として、発光制御部は、透過制限部を透過する光の照射エネルギーを、２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長において、１日あたり４１ｍＪ／ｃｍ^２以上９７ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように閃光放電管の発光量を制御してもよい。

この構成によれば、発光制御部が、閃光放電管の発光量を制御して、樹脂の表面に照射する光量を具体的に制御することで、殺菌作用を維持しつつ、樹脂の変色劣化が所定の水準になるまでの時間をより長くすることができる。

また、本発明に係る殺菌装置として、樹脂の表面に紫外光を照射する殺菌装置であって、紫外光を発光する閃光放電管を有する発光部と、１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように閃光放電管の発光量を制御する発光制御部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、発光制御部は、発光部の閃光放電管の発光を、１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２以下に制御することで、殺菌に必要な照射エネルギーになるまで複数回発光するように発光部を制御する。発光制御部が殺菌に必要な照射エネルギーになるまで複数回発光するように発光部を制御したとしても、１発光あたりの照射エネルギーを高くして発光部を制御する場合に比べて、樹脂劣化（変色劣化）を抑制することができる。したがって、殺菌作用を維持しつつ、紫外線照射による樹脂の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、殺菌作用を維持しつつ、紫外線照射による樹脂の劣化を抑制することができるという優れた効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置の概略図同実施形態に係る照射エネルギーに対するΔＥ＊ａｂの変化量を示す図同実施形態に係る照射エネルギーに対するΔＥ＊ａｂの変化量を示す比較図本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置の概略図同実施形態に係る照射エネルギーに対するΔＥ＊ａｂの変化量を示す比較図

（第１の実施形態）
次に、本発明に係る殺菌装置の第１の実施形態について、図１乃至図３を参照しながら説明する。

まず、本実施形態に係る殺菌装置１の前提として、紫外線による殺菌作用と樹脂の変色劣化の関係について説明する。紫外線は、波長が短いほどエネルギーが高く、樹脂の分子結合を切断する能力が高くなる。他方、紫外線の殺菌作用は、ＤＮＡの紫外線吸収波長である２６５ｎｍ付近をピークとしており、それより短波長側では相対的に殺菌作用が小さくなる。そこで、２６５ｎｍ以外の波長の紫外光の透過を光学フィルタ等で制限することで照射エネルギーを減少させて樹脂劣化を抑えつつ、殺菌作用を維持することが考えられる。

本実施形態に係る殺菌装置１は、図１に示すように、便器２及び便座蓋３を備えた洋風大便器４に対して取り付けられる。具体的には、殺菌装置１は、便座蓋３に取り付けられ、便座蓋３を閉じた状態で、便器２の便鉢の表面のほぼ全域（便座蓋３に対向する面のうち、便座蓋３との間で空間を形成する面）を照射可能に構成されている。

本実施形態において、少なくとも便器２は、アクリル系又はスチレン系の樹脂で形成される。より具体的には、少なくとも便器２は、ＰＭＭＡ（Poly methyl methacrylate）樹脂又はＡＢＳ樹脂で形成される。

殺菌装置１は、樹脂で形成される便器２の表面に紫外光を照射する殺菌装置であって、紫外光を発光する閃光放電管５を有する発光部６と、該閃光放電管５及び樹脂で形成される便器２の間に設けられて、閃光放電管５から発光される紫外光のうち、２５０ｎｍ以下の波長の光の透過をより制限する透過制限部７とを備える。また、殺菌装置１は、閃光放電管５の発光量を制御する発光制御部８をさらに備える。

発光部６は、便座蓋３に取り付けられる。具体的には、発光部６は、便座蓋３の面のうち、便器２の便鉢の表面のほぼ全域に光を照射可能な位置に取り付けられる。本実施形態において、発光部６は、便座蓋３の中央部で、便器２の便鉢の表面のほぼ全域に紫外光を照射可能な位置に設けられる。そして、発光部６はさらに、閃光放電管５から照射された光を反射する反射傘９を有する。

閃光放電管５は、キセノン管等の紫外光を発光可能な放電管である。閃光放電管５は、棒状に形成され、長手方向を便座蓋３が開閉する際の支点となる軸の軸方向に合わせて配置される。

反射傘９は、板状体を湾曲させた扇状に形成され、その内面側で閃光放電管５の表面に当接する。反射傘９は、閃光放電管５から照射された光を、内面で反射して便器２に照射可能に構成される。

透過制限部７は、フィルタであり、例えばガラスフィルタで形成される。透過制限部７は、閃光放電管５から照射された紫外光及び反射傘９で反射された紫外光のうち、２５０ｎｍ以下の波長の光をほとんど透過させない機能をもつ。これにより、透過制限部７は、２５０ｎｍを越える波長の光を便器２に対して照射可能になっている。

発光制御部８は、閃光放電管５に接続され、発光部６と同様に便座蓋３に取り付けられる。発光制御部８は、閃光放電管５の発光を制御することで、便器２に照射される紫外光の光量を制御する。

具体的には、発光制御部８は、透過制限部７を透過する光の照射エネルギーを、２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長において、１日あたり４１ｍＪ／ｃｍ^２以上９７ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように閃光放電管５の発光量を制御する。なお、本実施形態において、１日あたりとは、１日に１回照射することをいい、１回照射とは、閃光放電管５が上記発光量になるまで時間的に連続して発光を繰り返すことをいう。例えば、１解消者とは、閃光放電管５が上記発光量になるまで１秒間隔で連続して発光を繰り返すことをいう。

次に、本実施形態に係る殺菌装置１についての作用を説明する。

まず、発光制御部８は、便座蓋３が閉じた状態であることを感知する。発光制御部８は、便座蓋３が閉じた状態であることを、便座蓋３のヒンジの回転位置や、便座蓋３と便器２との接触等を用いて便座蓋３が閉じた状態であることを感知することができる。

発光制御部８は、便座蓋３が閉じた状態であることを感知すると、閃光放電管５を発光させる。閃光放電管５が発光することで、透過制限部７を透過した２５０ｎｍを超える紫外光が便器２に照射される。透過制限部７を透過した光は、便器２の便鉢のほぼ全域に照射されるので、便器２の表面に存在するクラドスポリウム（黒カビ）等の細菌を殺菌する。発光制御部８は、所定の条件で閃光放電管５を発光することで、樹脂で形成された便器２及び便座蓋３が変色劣化することを防止する。

以下、発光制御部８が閃光放電管５を発光する条件の実施例を説明する。
（実施例１）
最初に、便器２に付着する細菌の殺菌において、最も紫外線耐性のある細菌の一つであるクラドスポリウム（黒カビ）を一回の照射で不活化できるエネルギー量は、２００ｎｍ以上の波長まで出力可能な紫外線キセノン管（閃光放電管５）を用いて調べた。具体的には、培地にクラドスポリウム（黒カビ）を塗布した上で、培地の表面から１７ｃｍから離した位置から閃光放電管５を連続して発光させた。その結果、クラドスポリウム（黒カビ）を不活化するには、２００ｎｍ〜３００ｎｍにおける総照射エネルギーで５００ｍＪ／ｃｍ^２程度が必要であった。

一方で、キセノン管から樹脂に紫外線照射することによる樹脂劣化は、照射エネルギーが累積するにつれて大きくなっていく。
照射エネルギー量と変色の関係を確認するため、３５０μＦのコンデンサを閃光放電管５の発光に用いて、ＰＭＭＡ樹脂の表面から５ｃｍ離れた位置から、２００ｎｍ〜３００ｎｍにおける１発光あたり１．７１ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線照射を１Ｈｚで続けて試験した。その結果、２００ｎｍ〜３００ｎｍにおける総照射量（Ｊ／ｃｍ^２）とＰＭＭＡ樹脂の変色との関係は、図２に示すとおりであった。

この結果より、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９７６のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における２色間の色差の数値化表現におけるΔＥ＊ａｂ＝１（ΔＥ＊ａｂが１以上になると変色したと認識される虞がある値）に到達するのは、１日に１回５００ｍＪ／ｃｍ^２を毎日照射するとした場合、５１日目となり、１年をもたずに変色したと認識される虞がある。

そこで、殺菌作用が低下する２５０ｎｍ以下の短波長をカットすることで紫外線の照射エネルギーを低下させ、樹脂の変色を抑えることを考えた。検証試験として、閃光放電管５を樹脂の表面から５ｃｍ離れた位置で発光させ、２５０ｎｍ以下の短波長をカットする透過制限部７（フィルタ）を樹脂とキセノン管（閃光放電管５）との間に入れた場合と、透過制限部７（フィルタ）を樹脂とキセノン管（閃光放電管５）との間に入れなかった場合とで比較した。試験条件として、上記と同様に、ＰＭＭＡ樹脂に２００ｎｍ〜３００ｎｍにおける１発光あたり１．７１ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線照射を１Ｈｚで続けて試験した。試験の結果、図３に示すように、透過制限部７を樹脂とキセノン管（閃光放電管５）との間に入れた場合、照射エネルギーが累積しても、ΔＥ＊ａｂの上昇度合いは抑制される結果となった。

次に、２５０ｎｍ以下の波長を制限しても殺菌能力に問題がないかを試験した。２つの培地のそれぞれにクラドスポリウム（黒カビ）を塗布し、一方のクラドスポリウム（黒カビ）の培地に、２００〜３００ｎｍで５００ｍＪ／ｃｍ^２を照射した条件（培地表面から１７ｃｍ離れた位置から閃光放電管５を連続して発光）と同発光条件で２５０ｎｍ以下をカット（エネルギーも２８９ｍＪ／ｃｍ^２に減少）して紫外光を照射した。そして、２つの培地を７日間放置した後、２つの培地のコロニー数を比較した。

その結果、殺菌率は、照射しなかった培地のクラドスポリウム（黒カビ）のコロニー数に対して、照射した培地のクラドスポリウム（黒カビ）の殺菌率（コロニー数の減少率）は、９８．８６％になった。一般に、９０％以上の殺菌率があれば、汚れとして視認されないとされており、９５％以上であれば、よりよいとされる。本試験では、９５％を超える結果が得られ、十分に殺菌できることがわかった。

以上により、２５０ｎｍ以下をカットする透過制限部７を設けた場合にΔＥ＊ａｂが１以上になるのは３８４Ｊ／ｃｍ^２に到達した時点であり、１日２８９ｍＪ／ｃｍ^２照射では、約３．６年相等となり、透過制限部７がない場合に比べて樹脂劣化を抑えることができ、殺菌能力も落ちないことがわかった。
（実施例２）
樹脂で形成された便器２は、少なくとも１０年は使用され、特に、１５年以上使用されることを想定されている。実施例１の結果では約３．６年相当でΔＥ＊ａｂが１以上になるので、上記使用年数に対して非常に短い時間で変色劣化が発現することになる。そこで、殺菌装置１が毎日汚れに対して紫外線を照射することで殺菌を繰り返すことを考慮し、少ないエネルギーを毎日照射することで、殺菌効果を維持しつつ、変色劣化の発現を抑えることができるかどうかを試験した。

本実施例の試験では、６つの培地のそれぞれにクラドスポリウム（黒カビ）を塗布した。そして、１つの培地では、そのまま紫外光を照射せずに７日間クラドスポリウム（黒カビ）を培養した。他の５つの培地には、キセノン管（閃光放電管５）に短波長カットフィルタを設け、１日あたりの紫外線の照射エネルギーを実施例１で得られた１日の照射量（おおよそ２８９ｍＪ／ｃｍ^２）から表１に示す各条件まで減少させた上で、照射を７日間繰り返した。そして、紫外光に曝露されなかった培地（７日間培養された培地）と、それぞれの照射条件で紫外光に曝露された５つの培地のそれぞれとのクラドスポリウム（黒カビ）の殺菌率（コロニー数の減少率）を比較した。なお、紫外光の照射条件として、培地表面から１７ｃｍ離れた位置にキセノン管（閃光放電管５）を配置した上で、１日毎に、１日あたりの照射エネルギー達するまで、１．７１ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線照射を１Ｈｚで続けた。

上記表１のように、殺菌率９０％を達成できるのは、１日あたり４１ｍＪ／ｃｍ^２の照射エネルギーよりも高いエネルギーで紫外線が照射された場合であることがわかった。また、ΔＥ＊ａｂが１以上になるまでの時間は、９７ｍＪ／ｃｍ^２以下の照射エネルギーよりも低いエネルギーで紫外線が照射された場合に、樹脂の変色劣化までの時間を１０年以上にできることがわかった。したがって、２５０ｎｍ以下の波長をカットした上で、１日あたり４１ｍＪ／ｃｍ^２から９７ｍＪ／ｃｍ^２の照射エネルギーの紫外線を汚れに対して照射することで、殺菌作用を維持しつつ、樹脂で形成された便器２の変色劣化を１０年以上抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る殺菌装置１によれば、殺菌作用を維持しつつ、樹脂の変色劣化を抑制することができる。また、殺菌作用を維持するための紫外光の照射エネルギーを減少させることができるので、安全性を向上することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の殺菌装置に係る第２の実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。本実施形態に係る殺菌装置１は、図４に示すように、実施形態１の構成に対して透過制限部７を設けていない。そして、本実施形態に係る殺菌装置１は、発光制御部８により、１秒間隔で発光部６を発光させるように制御するとともに、発光エネルギーを１発光（１パルス）あたり、０．０８ｍＪ／ｃｍ^２以下で発光するように発光部６を制御する。具体的には、本実施形態に係る殺菌装置１は、発光部６の発光に用いられるコンデンサを３５μＦとすることで、発光部６から照射される照射エネルギーを１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２とする。

本実施形態に係る殺菌装置１の作用は、発光制御部８による発光部６の制御を上記のようにする点で第１の実施形態と相違する。
（実施例３）
発光部６から照射される照射エネルギーが、１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２になるように、３５μＦのコンデンサを用いて試験した。試験条件として、樹脂の表面から５ｃｍ離した位置にキセノン管（閃光放電管５）を配置した上で、キセノン管（閃光放電管５）を１秒間隔で発光した。その結果、図５に示すように、３５０μＦのコンデンサを用いて同様の照射エネルギーを照射した場合に比べ、照射エネルギーが累積しても、ΔＥ＊ａｂの上昇度合いは抑制される結果となった。

また、総照射エネルギーが５００ｍＪ／ｃｍになるまで発光部６の発光を繰り返して、殺菌能力に問題がないかを試験した。具体的には、２つの培地のそれぞれにクラドスポリウム（黒カビ）を塗布し、一方のクラドスポリウム（黒カビ）の培地（コロニー）に、培地表面から１２ｃｍ離した位置から、１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２の紫外光を１秒間隔で、総照射エネルギーが５００ｍＪ／ｃｍ^２になるまで照射した。そして、２つの培地を７日間放置した後、２つの培地のコロニー数を比較した。

殺菌率は、紫外光を照射しなかった培地のクラドスポリウム（黒カビ）のコロニー数に対して、紫外光を照射した培地の殺菌率（コロニー数の減少率）は、９８．３１％になった。一般に、９０％以上の殺菌率があれば、汚れとして視認されないとされており、９５％以上であれば、よりよいとされる。本試験では、９５％を超える結果が得られ、十分に殺菌できることがわかった。

以上のように、本実施形態に係る殺菌装置１によれば、殺菌作用を維持しつつ、樹脂の変色劣化を抑制することができる。また、殺菌作用を維持するための紫外光の照射エネルギーを減少させることができるので、安全性を向上することができる。

なお、本発明に係る殺菌装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態においては、殺菌装置１を洋風大便器４に取り付ける例で説明したが、洋風大便器４に限定されず、樹脂を用いた物品であれば、どのような物品に使用してもよい。

また、上記実施形態における発光制御部８は、便座蓋３に取り付けられる以外に、洋風大便器４のその他の位置や、洋風大便器４とは離れた位置に設置されてもよい。

また、上記実施形態における閃光放電管５は、長手方向を便座蓋３が開閉する際の支点となる軸の軸方向に交差する方向に向けて配置されてもよい。具体的には、上記実施形態における閃光放電管５は、便器２の便鉢の表面のほぼ全域を照射することができれば、どのように配置されてもよい。

本発明の殺菌装置は、閃光放電管を用いて樹脂に対して紫外光を照射することで樹脂の表面を殺菌する殺菌装置に有効に利用できる。

１殺菌装置
２便器
３便座蓋
４洋風大便器
５閃光放電管
６発光部
７透過制限部
８発光制御部
９反射傘

Claims

樹脂の表面に紫外光を照射する殺菌装置であって、
紫外光を発光する閃光放電管を有する発光部と、該発光部及び樹脂の間に設けられて、前記発光部から発光される紫外光のうち、２６５ｎｍ以外の波長の光の透過を制限する透過制限部とを備えることを特徴とする殺菌装置。
前記透過制限部は少なくとも２５０ｎｍ以下の波長の光の透過を制限することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記閃光放電管の発光量を制御する発光制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の殺菌装置。
前記発光制御部は、前記透過制限部を透過する光の照射エネルギーを、２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長において、１日あたり４１ｍＪ／ｃｍ^２以上９７ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように前記閃光放電管の発光量を制御することを特徴とする請求項３に記載の殺菌装置。
樹脂の表面に紫外光を照射する殺菌装置であって、
紫外光を発光する閃光放電管を有する発光部と、１発光あたり０．０８ｍＪ／ｃｍ^２以下になるように前記閃光放電管の発光量を制御する発光制御部とを備えることを特徴とする殺菌装置。