JP2017154118A - 流体殺菌装置、歯科用医療機器及び流体殺菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線照射効率の低下を抑制する。【解決手段】実施形態の流体殺菌装置は、紫外線を発するＬＥＤが実装された基板を有する光源と、少なくとも一部が紫外線透過性を有する材料によって形成され、ＬＥＤが発する紫外線が照射される筒状の流路部材と、ＬＥＤと流路部材との間に互いに間隙をあけて設けられる第１の反射面を有し、間隙を通った紫外線を流路部材へ反射する反射部材と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、流体殺菌装置、歯科用医療機器及び流体殺菌方法に関する。

流体殺菌装置としては、光源が発する紫外線を、流路を流れる水に照射することで、水を殺菌する流体殺菌装置が知られている。この種の流体殺菌装置では、光源として、紫外線を発するＬＥＤ（発光ダイオード）が実装された基板を有するものがある。

特開２０１４−２２１４４５号公報

ところで、流路を流れる水に対して紫外線を照射するとき、反射などの光学的な部材を考慮しないと、ＬＥＤを多数配置することとなり、ＬＥＤ単体での紫外線照射効率が良くない。

そこで、本発明は、紫外線照射効率の低下を抑制することができる流体殺菌装置、歯科用医療機器及び流体殺菌方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る流体殺菌装置は、紫外線を発する発光素子が実装された基板を有する光源と、少なくとも一部が紫外線透過性を有する材料によって形成され、前記発光素子が発する紫外線が照射される筒状の流路部材と、前記発光素子と前記流路との間に互いに間隙をあけて設けられる反射面を有し、前記間隙を通った紫外線を前記流路部材へ反射する反射部と、を具備する。

本発明によれば、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る流体殺菌装置の全体を示す模式図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す側面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置において、流路部材の単位容積当たりに流れる流体の流量Ｑ、流路の、流体の流れる方向に直交する断面の断面積Ａ、流路における流体の流れる方向の長さＬと殺菌効果の検証結果を示す図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置の変形例を示す側面図である。 第２の実施形態に係る流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。 第３の実施形態に係る流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。 第４の実施形態に係る流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。 第５の実施形態に係る流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。 第６の実施形態に係る流体殺菌装置の全体を示す模式図である。

以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、光源と、流路部材と、反射部としての反射部材と、を備える。光源は、紫外線を発する発光素子としてのＬＥＤが実装された基板を有する。流路部材は、少なくとも一部が紫外線透過性を有する材料によって形成されている。流路部材は、ＬＥＤが発する紫外線が照射される。反射部材は、第１の反射面を有する。第１の反射面は、ＬＥＤと流路部材との間に互いに間隙をあけて設けられている。反射部材は、間隙を通った紫外線を流路部材へ反射する。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、流路部材の単位容積当たりに流れる流体の流量をＱ（ｄｍ^３／ｍｉｎ）、流路部材の、流体の流れる方向に直交する断面の断面積をＡ（ｍｍ^２）、流路部材における流体の流れる方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満たす。
Ｑ／（Ａ×Ｌ）＜１．２５×１０^−３（ｍｉｎ^−１）
ただし、流路部材の最大内寸法をφ（ｍｍ）としたとき、φ＜Ｌである。
また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、基板と直交し反射面と向かい合う面と反射面とがなす角度をθ_１（°）、発光素子の半値角度をθ_２（°）としたとき、θ_１≦θ_２である。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置が備える流路部材は、基板の延びる方向と異なる方向に延びて形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置における流路部材の外面または流路部材の内面には、光源から照射された紫外線を流路部材の内面へ反射する別の反射面としての第２の反射面が設けられている。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置における流路部材の内面には、光触媒材料が設けられている。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置における光源の少なくとも一部と流路部材とを連結し、光源の熱を流路部材の内面を流れる流体へ伝える伝熱部材を更に具備する。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置における伝熱部材は、基板と流路部材とに接している。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌装置における流路部材は、流路の少なくとも一部が伝熱部材によって形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係る歯科用医療機器は、実施形態に係る流体殺菌装置１と、供給部と、を備える。供給部は、流体殺菌装置の流路部材の内面を通過した液体を供給する。

また、以下で説明する実施形態に係る流体殺菌方法は、紫外線を発するＬＥＤが実装された基板を有する光源から紫外線を照射する。また、流体殺菌方法は、流路部材の内面を流れる流体へ紫外線を照射するための間隙を通過した紫外線を、ＬＥＤと流路部材との間で流路部材へ反射し、流路部材の内面の流体へ紫外線を照射する。

（第１の実施形態）
以下、実施形態に係る流体殺菌装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置の全体を示す模式図である。図２は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置の要部を示す側面図である。図３は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。

（流体殺菌装置の構成）
図１に示すように、第１の実施形態の流体殺菌装置１は、紫外線を照射する流体を供給する供給タンク８に連結されると共に、紫外線が照射された流体を回収する回収タンク９に連結されている。

本実施形態の流体殺菌装置１は、例えば、歯科用医療機器において、タンク内の水を殺菌処理するために用いられる。本実施形態は、流体として、例えば、上水等の水に適用される。

図２及び図３に示すように、第１の実施形態に係る流体殺菌装置１は、紫外線を発する光源１１と、光源１１が発した紫外線が照射される流路部材１５と、光源１１から照射された紫外線を流路部材１５の内面である流路１６内を流れる流体へ反射する反射部としての反射部材１８と、を備える。

光源１１は、発光素子としての複数のＬＥＤ１２が実装された基板１３を有する。基板１３は、母材として金属材料によって形成されている。基板１３上には、図示しないが、絶縁層を介して所望の導電パターン（配線パターン）が形成されており、導電パターン上にＬＥＤ１２が設けられている。なお、光源１１を構成する発光素子はＬＥＤ１２に限定されず、ＬＤ（レーザダイオード）であってもよい。

基板１３上には、複数のＬＥＤ１２が、流路部材１５の流路１６の流れ方向に沿って所定の間隔をあけて配置されている。基板１３は、ＬＥＤ１２を流路部材１５に対向させた姿勢で、基板支持部材２０に固定されている。なお、基板１３としては、金属材料によって形成された基板に限定するものではなく、例えば、アルミナ等のセラミックスによって形成された基板が用いられてもよい。

流路部材１５は、紫外線透過性を有する材料によって筒状、本実施形態では円管状に形成されており、流体が流れる流路１６を構成している。紫外線透過性を有する材料としては、例えば、石英等のガラス材が好ましく、例えば、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材料が用いられてもよい。本実施形態では、流路部材１５として、外径が１２ｍｍ程度、内径が９ｍｍ程度の石英管を用いている。また、流路部材１５は、光源１１のＬＥＤ１２の発光面から５ｍｍ程度の位置に、外周面がＬＥＤ１２に対向するように配置されている。

なお、流路部材１５は、光源１１のＬＥＤ１２の発光面から５ｍｍ程度よりも短い位置に配置された場合、流路１６に対して照射される紫外線の照度にむらが生じるので、好ましくない。一方、流路部材１５は、光源１１のＬＥＤ１２の発光面から５ｍｍ程度よりも長い位置に配置された場合、流路１６に対して直接照射される紫外線が少なくなり、流路１６に対して反射して照射される紫外線が多くなる。流路１６に対して反射して照射される紫外線が多くなると、流路１６に対して直接照射される紫外線よりも照度が劣るので、好ましくない。

図１及び図２に示すように、流路部材１５の流路１６は、上流側が、継手等の連結部材２２を介して、供給タンク８に連結された他の流路部材２３の流路に連結されている。流路部材１５の流路１６は、上流側と同様に、下流側が、継手等の連結部材２２を介して、回収タンク９に連通された他の流路部材２３の流路に連結されている。

本実施形態における流路部材１５は、紫外線透過性を有する材料のみによって形成されているが、この構成に限定するものではなく、光源１１の発光面側に対向する外周面における少なくとも一部のみが、流路１６内へ紫外線を透過させるように、紫外線透過性を有する材料によって形成されてもよい。また、流路部材１５は、紫外線透過性を有する材料によって形成された部分と、他の材料、例えば、金属材料やセラミック等によって形成された部分とを組み合わせて構成されてもよい。紫外線透過性を有する部分と、他の材料によって形成された部分とを組み合わせた流路部材は、後述する第２及び第５の実施形態における伝熱部材２６、５６に相当する。

図３に示すように、反射部材１８は、流路部材１５の流路１６を包囲して配置されている。反射部材１８は、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ反射する第１の反射面１９ａ及び第２の反射面１９ｂを有する。第２の反射面１９ｂは、第１の反射面１９ａに連続して形成されている。

第１の反射面１９ａは、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ照射するための間隙Ａをあけて、ＬＥＤ１２と流路１６との間に設けられており、間隙Ａを通った紫外線を流路１６へ反射する。第１の反射面１９ａの間隙Ａは、流路部材１５の管軸方向から見たときに、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状を呈する。なお、図３において、互いに対向する第１の反射面１９ａは、分離されているが、図示しない部分（反射面）を介して一体に連続して形成されてもよい。

また、図３に示す第１の反射面１９ａの間隙Ａは、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状であるが、これに限定されない。例えば、第１の反射面１９ａの間隙Ａは、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって変化しなくてもよく、また、流路部材１５を設けることができる範囲で徐々に小さくなる形状であってもよい。

なお、図３において、第１の反射面１９ａの間隙Ａが、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状であるとき、ＬＥＤ１２の法線と第１の反射面１９ａとがなす角度をθ_１（°）、ＬＥＤ１２の半値角度をθ_２（°）としたとき、θ_１≦θ_２を満たすことが望ましい。θ_１≦θ_２を満たすことにより、ＬＥＤ１２から照射された紫外線が第１の反射面１９ａによって、より確実に反射することができ、流体殺菌装置１における流体殺菌の効果を更に向上させることができる。

また、第２の反射面１９ｂは、流路１６を間に挟んで第１の反射面１９ａの反対側に設けられている。第２の反射面１９ｂの間隙は、流路部材１５の管軸方向から見たときに、流路１６側に向かって徐々に大きくなる断面Ｖ字状に形成されている。

反射部材１８は、例えば、金属板を折り曲げて形成されており、ＬＥＤ１２側の一端が所定の間隙Ａをあけて開口する断面菱形状に形成されている。反射部材１８は、鏡面加工等の表面処理を施すことで第１及び第２の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている。また、反射部材１８は、金属材料によって形成される構成に限定されるものではない。反射部材１８は、例えば、ガラス等の基材に反射膜を形成することで構成されてもよい。反射膜としては、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いて蒸着によって形成された薄膜や、石英粒子、硫酸バリウムによって形成された薄膜が用いられており、紫外線の反射率が高い反射膜が好ましい。

なお、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５との間の最短距離は、０〜２（ｍｍ）程度であることが望ましい。第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５との間の最短距離が０（ｍｍ）、すなわち、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５とが接触することで、ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂによって反射され、流路部材１５の流路１６へ効率良く紫外線が照射される。このことは、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５との間の最短距離が２（ｍｍ）程度まで同様の効果が見られる。一方、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５との間の最短距離が２（ｍｍ）程度よりも大きくなることで、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂを構成する反射部材１８が大型化するので、好ましくない。また、第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂと、流路部材１５との間の最短距離が２（ｍｍ）程度よりも大きくなることで、流路１６に照射される紫外線のうち、ＬＥＤ１２から直接照射される紫外線よりも第１の反射面１９ａ、第２の反射面１９ｂによって反射された紫外線の方が多くなる。流路１６に対して反射して照射される紫外線が多くなると、流路１６に対して直接照射される紫外線よりも照度が劣るので、好ましくない。

（第１の実施形態における殺菌作用）
第１の実施形態の流体殺菌装置１では、図３に示すように、光源１１の各ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、反射部材１８の間隙Ａを通って、流路部材１５の流路１６内の流体に照射される。流路部材１５の外周面で反射された紫外線は、第１の反射面１９ａによって反射され、流路１６内の流体へ照射される。

流路１６に照射された紫外線の一部は、流路部材１５を通過して第２の反射面１９ｂで反射され、再度、流路１６内へ戻されて流体に照射される。さらに、第２の反射面１９ｂで反射された後、流路１６内を通過した紫外線は、第１の反射面１９ａで反射され、再度、流路１６内へ戻されて流体に照射される。

光源１１のＬＥＤ１２から照射された紫外線は、上述のように第１及び第２の反射面１９ａ、１９ｂによって多重反射を繰り返すことで、流路１６内の流体に効率良く照射される。このように光源１１の紫外線を流体に効率良く照射することで、流体中の細菌が効果的に殺菌される。

例えば、流体に含まれる細菌は、その細胞の内部に核を有しており、核の内部に、遺伝情報をつかさどるＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を有する。ＤＮＡに紫外線を照射することで、ＤＮＡのチミンダイマーが形成され、ＤＮＡが死滅する。このため、ＤＮＡの吸収スペクトルである波長が２６０ｎｍ付近の紫外線が、細菌を殺菌する上で効果的である。このため、ＬＥＤ１２は、波長が２６０ｎｍ付近の紫外線が用いられることが好ましい。

しかしながら、２６０ｎｍ付近にピーク波長を有するＬＥＤ１２は、出力が低く、寿命が短い傾向にある。そのため、光源１１として、２８０ｎｍ付近にピーク波長を有するＬＥＤ１２を採用することで、ピーク波長が２６０ｎｍのＬＥＤ１２に比べ、ＬＥＤ１２の出力を高め、寿命を長くすることが可能になる。また、光源１１として、３６５ｎｍ付近にピーク波長を有するＬＥＤ１２を採用することで、更に高出力かつ長寿命を実現することが可能になる。したがって、本実施形態では、２６０ｎｍ程度〜３７０ｎｍ程度にピーク波長を有するＬＥＤ１２を採用することで、ＬＥＤ１２の出力を高めると共に寿命を長く確保し、適正な殺菌効果を得ている。

また、図示しないが、基板１３の表面におけるＬＥＤ１２の周囲には、流路部材１５の外周面、反射部材１８の第１の反射面１９ａで反射された紫外線を流路１６側へ反射するための反射膜が設けられてもよい。基板１３上の反射膜によって、流路１６内の流体への紫外線の照射効率が高められる。

（流体殺菌方法）
以上のように構成された流体殺菌装置１を用いた実施形態の流体殺菌方法について説明する。実施形態の流体殺菌方法では、紫外線を発するＬＥＤ１２が実装された基板１３を有する光源１１から紫外線を照射する。また、実施形態の流体殺菌方法では、流路部材１５の流路１６を流れる流体へ紫外線を照射するための間隙Ａが、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる第１の反射面１９ａによって、間隙Ａを通過した紫外線をＬＥＤ１２と流路１６との間で流路１６へ反射し、流路１６内の流体へ紫外線を照射する。

上述のように第１の実施形態は、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ照射するための間隙Ａをあけて、光源１１と流路１６との間に設けられ、間隙Ａを通った紫外線を流路１６へ反射する第１の反射面１９ａを有する反射部材１８を備える。第１の反射面１９ａは、間隙Ａが光源１１側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状である。これにより、反射部材１８によって、光源１１のＬＥＤ１２が発する紫外線を、効率的に流路１６内の流体へ照射することが可能になり、流体の殺菌作用が高められる。このため、光源１１が有するＬＥＤ１２の個数を抑えることが可能になり、ＬＥＤ１２の温度の上昇を抑制することができると共に、光源１１の製造コストの増大を抑えることができる。よって、第１の実施形態では、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

ここで、流路部材１５の単位容積、即ち、流路１６の単位体積当たりに流れる流体の流量をＱ（ｄｍ^３／ｍｉｎ）、流路１６の、流体の流れる方向に直交する断面の断面積をＡ（ｍｍ^２）、流路１６における流体の流れる方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満たすことが望ましい。
Ｑ／（Ａ×Ｌ）＜１．２５×１０^−３（ｍｉｎ^−１）
ただし、流路１６の最大内寸法をφ（ｍｍ）としたとき、φ＜Ｌ。
上記式を満たすことで、流体殺菌処理をより確実に実施することができる。

ここで、Ｑ／（Ａ×Ｌ）を変えて殺菌効果を検証した。検証結果を図４に示す。なお、図４において、「殺菌の効果」については、“○”が殺菌の効果があった、“△”が殺菌の効果があったが“○”ほどではなかった、“×”が殺菌の効果がなかったことを示す。図４から明らかである通り、Ｑ／（Ａ×Ｌ）＜１．２５×１０^−３を満たすことで、殺菌の効果があることが明らかとなった。

（第１の実施形態の変形例）
図５は、第１の実施形態の変形例を示す流体殺菌装置の要部を示す側面図である。図５は、第１の実施形態において、流路部材１５の流路１６が基板１３の延びる方向と異なる方向に延びている点が、第１の実施形態と異なる。

流路部材１５の流路１６は、基板１３が延びる方向（長辺方向）と異なる方向、具体的には基板１３が延びる方向と直交する方向（短辺方向）に蛇行して延びている。このように構成することで、流路１６を流れる流体に、ＬＥＤ１２から照射される紫外線が当たる部分がより多く確保されるので、殺菌の効果を高めることができる。

なお、図５において、流路１６は、基板１３が延びる方向と直交する方向に蛇行しているが、上記構成に限定されるものではない。例えば、流路１６は、基板１３が延びる方向（長辺方向）と同じ方向に延びた後に折り返されて基板１３が延びる一方向と逆方向に延びて蛇行してもよい。また、流路１６は、基板１３が延びる方向によらず、例えば渦状に延びてもよい。要するに、流路１６の延びる方向は、基板１３が延びる方向と異なっていれば、どのような形態を採ってもよい。

以下、第２〜第５の実施形態の流体殺菌装置について図面を参照して説明する。なお、第２〜第５の実施形態において、便宜上、第１の実施形態と同一の構成部材には、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。第２の実施形態は、流路を部分的に形成する伝熱部材を有する点が、第１の実施形態と異なる。

図６に示すように、第２の実施形態の流体殺菌装置２は、紫外線を発する光源１１と、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６に透過する透光部材２５と、光源１１の基板１３に生じる熱を流路１６内の流体へ伝える伝熱部材２６と、を備える。そして、流体殺菌装置２では、透光部材２５と伝熱部材２６とが、紫外線が照射される流体が流れる流路１６を有する流路部材として機能している。つまり、本実施形態における伝熱部材２６は、第１の実施形態における流路部材１５の一部を兼ねている。

また、本実施形態における流路１６は、透光部材２５と伝熱部材２６とが協働して筒状に形成されている。なお、ここでいう「筒状」とは、流体が流れる方向に対する断面において円管状のものに限定されず、例えば楕円状であってもよいし、本実施形態のように矩形状であるものも許容される。つまり、「筒状」とは、流体が流れる方向に細長く延びるものであれば、流体が流れる方向に対する断面の形状は限定されない。

言い換えると、本実施形態における伝熱部材２６は、流路部材の流路１６を構成する部分と、流路部材と光源１１の基板１３を熱的に接続する部分と、を含む。つまり、本実施形態において、流路部材の流路１６は、一部が伝熱部材２６によって形成されており、流路部材と基板１３とを連結する伝熱部材２６と、流路部材の一部である伝熱部材２６とが一体に形成されている。

透光部材２５は、紫外線透過性を有する材料によって平板状に形成されている。透光部材２５は、断面矩形状の流路１６の１つの内面を構成している。透光部材２５は、外周部が伝熱部材２６に嵌め込まれて支持されている。透光部材２５の外周部と伝熱部材２６との接続部分には、図示しないＯリング等のパッキン部材が組み付けられており、パッキン部材によって流路１６内が密封されている。また、透光部材２５には、ＬＥＤ１２に対向する面と、流路１６を構成する面とに反射防止膜が形成されてもよく、ＬＥＤ１２が発した紫外線が光源１１側へ反射されることを抑制できる。

伝熱部材２６は、例えば、アルミニウム等の伝熱性を有する材料によってブロック状に形成されている。伝熱部材２６を形成する材料としては、伝熱性が比較的高いアルミニウムが好ましいが、ステンレス等の金属材料、熱伝導率を高めるためにフィラーを混合した樹脂材料が用いられてもよい。

伝熱部材２６は、光源１１の基板１３を支持する第１の支持部２６ａと、透光部材２５の外周部を支持する第２の支持部２６ｂと、を有する。第１の支持部２６ａには、基板１３における、発光面の反対側の裏面、及び側面が接している。また、伝熱部材２６は、断面矩形状の流路１６の３つの内面を構成しており、断面Ｕ字状の部分を有する。

また、伝熱部材２６は、光源１１から照射された紫外線を流路１６内の流体へ反射する反射部としての第１の反射面２７ａが形成されている。第１の反射面２７ａは、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ照射するための間隙Ａをあけて、ＬＥＤ１２と流路１６との間に設けられており、間隙Ａを通った紫外線を流路１６へ反射する。第１の反射面２７ａは、間隙Ａが、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状を呈する。また、伝熱部材２６には、流路１６を形成する３つの内面に、光源１１から照射された紫外線を流路１６へ反射する別の第２の反射面２７ｂが形成されている。

本実施形態における第１の反射面２７ａ及び第２の反射面２７ｂは、伝熱部材２６に鏡面加工等の表面処理を施すことで形成されている。なお、第１の反射面２７ａ及び第２の反射面２７ｂは、伝熱部材２６に反射膜を成膜することで形成されてもよい。

なお、図６において、図示の便宜上、伝熱部材２６を１つの部材として示すが、１つの伝熱部材２６に限定するものではない。伝熱部材２６は、複数の分割部材を組み合わせて構成されてもよい。この構成の場合、伝熱部材２６が有する複数の分割部材は、例えばネジ等の締結部材を介して連結されてもよく、伝熱性を有する接着剤によって接合されてもよい。伝熱部材２６が複数に分割することで、伝熱部材２６の内部に光源１１や透光部材２５を容易に組み込むことが可能になる。

（第２の実施形態における殺菌作用）
第２の実施形態の流体殺菌装置２では、図６に示すように、光源１１の各ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、第１の反射面２７ａの間隙Ａを通って、流路１６内の流体に照射される。透光部材２５において、ＬＥＤ１２に対向する面で反射された紫外線は、第１の反射面２７ａによって反射され、流路１６内の流体へ照射される。

流路１６に照射された紫外線の一部は、流路１６内の３つの第２の反射面２７ｂでそれぞれ反射され、流体へ照射される。さらに、第２の反射面２７ｂで反射された後、透光部材２５を通過した紫外線は、第１の反射面２７ａで反射され、再度、流路１６内へ戻されて流体に照射される。

光源１１のＬＥＤ１２から照射された紫外線は、上述のように第１の反射面２７ａ及び第２の反射面２７ｂによって多重反射を繰り返すことで、流路１６内の流体に効率良く照射される。このようにＬＥＤ１２の紫外線を流体に効率良く照射することで、流体中の細菌が効果的に殺菌される。

（伝熱部材の伝熱作用）
第２の実施形態では、光源１１の基板１３に生じた熱が、基板１３から伝熱部材２６の第１の支持部２６ａへ伝わり、伝熱部材２６が流路１６を形成する内面によって、流路１６内の流体へ熱が伝わる。このように、伝熱部材２６によって基板１３の熱が流体に奪われることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇が抑えられる。伝熱部材２６は、流路１６内の流体と内面が接触しているので、流体へ直接的に熱を効率良く伝える。

上述のように第２の実施形態は、光源１１の熱を流路１６内の流体へ伝える伝熱部材２６を備える。これにより、基板１３に生じた熱が流路１６内の流体に伝わることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇を抑えることができる。すなわち、流体として水を用いた場合、光源１１が、いわゆる水冷方式で冷却される構成となる。

また、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、伝熱部材２６に設けられた第１及び第２の反射面２７ａ、２７ｂによって紫外線を流路１６内へ効率良く照射することが可能になり、光源１１が有するＬＥＤ１２の温度の上昇を更に抑えることができる。したがって、第２の実施形態でも、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

さらに、第２の実施形態では、流路１６の一部を形成する伝熱部材２６によって、流路１６内の流体に伝熱部材２６から直接的に熱が伝わるので、基板１３の放熱性を高めることができる。したがって、第２の実施形態は、伝熱部材２６を用いて基板１３の熱を流路１６内の流体へ伝える効率において、他の実施形態よりも効果的である。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。第３の実施形態は、基板１３と流路部材１５の外周部とを連結する伝熱部材を有する点が、第２の実施形態と異なる。

図７に示すように、第３の実施形態の流体殺菌装置３は、紫外線を発する光源１１と、光源１１が発した紫外線が照射される流体が流れる流路１６を有する管状の流路部材１５と、光源１１の基板１３に生じる熱を流路１６内の流体へ伝える伝熱部材３６と、を備える。

伝熱部材３６は、流路部材１５の流路１６を包囲して設けられている。伝熱部材３６は、基板１３と流路部材１５の外周面とに接しており、基板１３と流路１６とを熱的に接続している。伝熱部材３６は、基板１３を支持する第１の支持部３６ａと、流路部材１５の外周部を支持する第２の支持部３６ｂと、を有する。また、伝熱部材３６は、光源１１から照射された紫外線を流路１６内の流体へ反射する反射部としての第１の反射面３７ａ及び第２の反射面３７ｂを有する。

第１の反射面３７ａは、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ照射するための間隙Ａをあけて、ＬＥＤ１２と流路１６との間に設けられており、間隙Ａを通った紫外線を流路１６へ反射する。第１の反射面３７ａは、間隙Ａが、ＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状を呈する。第２の反射面３７ｂは、流路部材１５の管軸方向から見たときに、第２の支持部３６ｂの内面に、流路部材１５の外周面に沿う断面半円状に形成されている。

（第３の実施形態における殺菌作用）
第３の実施形態の流体殺菌装置３では、図７に示すように、光源１１の各ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、第１の反射面３７ａの間隙Ａを通って、流路１６内の流体に照射される。流路部材１５において、ＬＥＤ１２に対向する外周面で反射された紫外線は、第１の反射面３７ａによって反射され、流路１６内の流体へ照射される。

流路１６に照射された紫外線の一部は、流路部材１５を通過して第２の反射面３７ｂでそれぞれ反射され、再度、流路１６内へ戻されて、流体に照射される。さらに、第２の反射面３７ｂで反射されて流路部材１５を通過した紫外線は、第１の反射面３７ａで反射され、再度、流路１６内へ戻されて流体に照射される。

光源１１のＬＥＤ１２から照射された紫外線は、上述のように第１の反射面３７ａ及び第２の反射面３７ｂによって多重反射を繰り返すことで、流路１６内の流体に効率良く照射される。このようにＬＥＤ１２の紫外線を流体に効率良く照射することで、流体中の細菌が効果的に殺菌される。

（伝熱部材の伝熱作用）
第３の実施形態では、光源１１の基板１３に生じた熱が、基板１３から伝熱部材３６の第１の支持部３６ａへ伝わり、伝熱部材３６の第２の支持部３６ｂから、流路部材１５を介して、流路１６内の流体へ熱が伝わる。このように、伝熱部材３６によって基板１３の熱が流体に奪われることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇が抑えられる。

上述のように第３の実施形態は、光源１１の熱を流路１６内の流体へ伝える伝熱部材３６を備える。これにより、基板１３に生じた熱が流路１６内の流体に伝わることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇を抑えることができる。すなわち、流体として水を用いた場合、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、光源１１が、いわゆる水冷方式で冷却される構成となる。

加えて、第３の実施形態は、流路部材１５と伝熱部材３６とが別体に構成されることで、パッキン部材等を用いることなく、流路１６の密封性を容易に確保することができる。また、第３の実施形態は、流路１６が流路部材１５のみによって形成することで、流路１６が金属材料で形成される構成と比べて、金属材料の腐食によって流体を汚染することが避けられる。

また、第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、伝熱部材３６に設けられた第１及び第２の反射面３７ａ、３７ｂによって紫外線を流路１６内へ効率良く照射することが可能になり、光源１１が有するＬＥＤ１２の温度の上昇を更に抑えることができる。したがって、第３の実施形態でも、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態の流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。第４の実施形態は、流路部材１５の外周面に形成された反射膜を有する点が、第３の実施形態と異なる。

図８に示すように、第４の実施形態の流体殺菌装置４では、上述した伝熱部材３６の第２の反射面３７ｂの代わりに、流路部材１５の外周面に反射膜４３が形成されている。反射膜４３としては、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いて蒸着によって形成された薄膜や、石英粒子、硫酸バリウムによって形成された薄膜が用いられており、紫外線の反射率が高い反射膜が好ましい。

また、反射膜４３は、流路１６の内周面に設けられてもよい。流路１６の内周面に設けられた反射膜４３は、流路部材１５の外周部に設けられた反射膜４３に比べて、流路１６内の流体に近づけられるので、相対的に効率良く紫外線を流体に照射することが可能になる。流路部材１５の外周面または流路１６の内周面に設けられる反射膜４３は、流路部材１５の外部から流路１６内へ紫外線を通過させる開口を有していればよく、反射膜４３が形成される領域が限定されるものではない。反射膜４３は、例えば、断面円形状の流路１６の管軸方向から見たときに、流路１６内においてＬＥＤ１２に対向する半円部分の内面にわたって形成される。また、流路部材１５の内周面に反射膜４３が設けられることで、流路部材１５の外周面と伝熱部材３６との熱的な接触が、反射膜４３によって妨げられることが抑制されるので、伝熱部材３６から流路部材１５への伝熱性が高められる。

ところで、円管状の流路部材１５の外周面は、寸法のばらつきや、表面の微小な凹凸を含んでいる。このため、伝熱部材３６の第２の支持部３６ｂに流路部材１５の外周面が接触した状態で、第２の支持部３６ｂと流路部材１５の外周面との間に空気層が存在する。この空気層のバラツキに起因して、伝熱部材３６による伝熱性、基板１３の放熱性が変動するおそれがある。そこで、本実施形態では、流路部材１５の外周面に形成された反射膜４３と、第２の支持部３６ｂとの間の隙間を埋める介在部材４４が設けられている。介在部材４４としては、例えばシリコングリースや熱伝導シート等が用いられており、伝熱部材３６と流路部材１５との接触性を高められている。

（第４の実施形態における殺菌作用）
第４の実施形態の流体殺菌装置４では、図８に示すように、光源１１の各ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、第１の反射面３７ａの間隙Ａを通って、流路１６内の流体に照射される。流路部材１５において、ＬＥＤ１２に対向する外周面で反射された紫外線は、第１の反射面３７ａによって反射され、流路１６内の流体へ照射される。

流路１６に照射された紫外線の一部は、流路部材１５を通過して反射膜４３でそれぞれ反射され、再度、流路１６内へ戻されて、流体に照射される。さらに、反射膜４３で反射されて流路部材１５を通過した紫外線は、第１の反射面３７ａで反射され、再度、流路１６内へ戻されて流体に照射される。

光源１１のＬＥＤ１２から照射された紫外線は、上述のように第１の反射面３７ａ及び反射膜４３によって多重反射を繰り返すことで、流路１６内の流体に効率良く照射される。このようにＬＥＤ１２の紫外線を流体に効率良く照射することで、流体中の細菌が効果的に殺菌される。

（伝熱部材の伝熱作用）
第４の実施形態では、光源１１の基板１３に生じた熱が、基板１３から伝熱部材３６の第１の支持部３６ａへ伝わり、伝熱部材３６の第２の支持部３６ｂから介在部材４４、流路部材１５を介して、流路１６内の流体へ熱が伝わる。このように、伝熱部材３６によって基板１３の熱が流体に奪われることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇が抑えられる。

上述のように第４の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、伝熱部材３６によって、基板１３に生じた熱が流路１６内の流体に伝わることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇を抑えることができる。加えて、第４の実施形態では、流路部材１５と伝熱部材３６の第２の支持部３６ｂとの間に介在部材４４が設けられたことで、伝熱部材３６と流路部材１５との接触性が高められる。このため、伝熱部材３６から流路部材１５を介して流体に伝わる伝熱性が高められ、基板１３の放熱性を高めることができる。

また、第４の実施形態においても、第１〜第３の実施形態と同様に、第１の反射面３７ａ及び反射膜４３によって紫外線を流路１６内へ効率良く照射することが可能になり、光源１１が有するＬＥＤ１２の温度の上昇を更に抑えることができる。したがって、第４の実施形態でも、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態の流体殺菌装置の要部のうち、流体が流れる方向に対して直交する断面を示す断面図である。第５の実施形態は、透光部材と伝熱部材とによって流路１６が形成されると共に、流路１６内に光触媒材料が設けられた点が、第１の実施形態と異なる。

図９に示すように、第５の実施形態の流体殺菌装置５は、紫外線を発する光源１１と、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６に透過する透光部材５５と、光源１１の基板１３に生じる熱を流路１６内の流体へ伝える伝熱部材５６と、を備える。そして、流体殺菌装置５では、透光部材５５と伝熱部材５６とが、流路１６を有する流路部材として機能している。第５の実施形態における伝熱部材５６は、第２の実施形態における伝熱部材２６と類似しており、第１、３及び４の実施形態における流路部材１５の一部を兼ねている。本実施形態における伝熱部材５６は、流路部材１５の流路１６を構成する部分と、流路部材１５と光源１１の基板１３を熱的に接続する部分と、を含む構成に相当する。

透光部材５５は、紫外線透過性を有する材料によって断面半円状に形成されている。透光部材５５は、断面矩形状の流路１６の上半分の内面を構成している。透光部材５５は、外周部が伝熱部材５６に連結されている。透光部材５５の外周部と伝熱部材５６との接続部分には、図示しないパッキン部材が組み付けられており、パッキン部材によって流路１６内が密封されている。

伝熱部材５６は、光源１１の基板１３を支持する第１の支持部５６ａと、透光部材５５の外周部が連結される第２の支持部５６ｂと、を有する。第２の支持部５６ｂは、断面円形状の流路１６における下半分の内面を構成している。

また、伝熱部材５６は、光源１１から照射された紫外線を流路１６内の流体へ反射する反射部としての反射面５７ａを有する。反射面５７ａは、ＬＥＤ１２が発する紫外線を流路１６へ照射するための間隙Ａをあけて、ＬＥＤ１２と流路１６との間に設けられており、間隙Ａを通った紫外線を流路１６へ反射する。反射面５７ａは、間隙ＡがＬＥＤ１２側から流路１６側に向かって徐々に大きくなる形状を呈する。

また、第２の支持部５６ｂの内面には、光触媒材料５８が設けられている。光触媒材料５８は、例えば、酸化チタン等の薄膜によって形成されている。光触媒材料５８は、第２の支持部５６ｂの内面の所定の領域全体にわたって設けられる、いわゆるベタ塗りされる構成に限定されるものではない。光触媒材料５８は、例えば、流路１６内に形成された反射面や、反射膜の上に部分的に設けられてもよい。これにより、光触媒の作用と、反射面または反射膜の反射作用とをそれぞれ得られる。

（第５の実施形態における殺菌作用）
第５の実施形態の流体殺菌装置５では、図９に示すように、光源１１の各ＬＥＤ１２から照射された紫外線が、反射面５７ａの間隙Ａを通って、流路１６内の流体に照射される。透光部材５５において、ＬＥＤ１２に対向する外周面で反射された紫外線の一部は、反射面５７ａによって反射され、流路１６内の流体へ照射される。流路１６に照射された紫外線は、透光部材５５を通過して、流体に照射されると共に、光触媒材料５８に照射されることで、光触媒作用によって流体を殺菌する。

光源１１のＬＥＤ１２から照射された紫外線は、上述のように反射面５７ａによって多重反射を繰り返すことで、流路１６内の流体、及び光触媒材料５８に効率良く照射される。このようにＬＥＤ１２の紫外線を流体及び光触媒材料５８に効率良く照射することで、紫外線による殺菌作用と、光触媒材料５８による殺菌作用との相乗効果により、流体中の細菌が更に効果的に殺菌される。

（伝熱部材の伝熱作用）
第５の実施形態では、光源１１の基板１３に生じた熱が、基板１３から伝熱部材５６の第１の支持部５６ａへ伝わり、伝熱部材５６の第２の支持部５６ｂから、流路１６内の流体へ熱が伝わる。このように、伝熱部材５６によって基板１３の熱が流体に奪われることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇が抑えられる。

上述のように第５の実施形態においても、第２〜第４の実施形態と同様に、伝熱部材５６によって、基板１３に生じた熱が流路１６内の流体に伝わることで、基板１３の放熱性が高められ、ＬＥＤ１２の温度の上昇を抑えることができる。加えて、第５の実施形態では、流路１６の内面に光触媒材料５８が設けられたことで、紫外線による殺菌作用と、光触媒材料５８による殺菌作用との相乗効果により、流体を更に効果的に殺菌することができる。

また、第５の実施形態においても、第１〜第４の実施形態と同様に、反射面５７ａによって紫外線を流路１６内へ効率良く照射することが可能になり、光源１１が有するＬＥＤ１２の温度の上昇を更に抑えることができる。よって、第５の実施形態でも、紫外線照射効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態における光触媒材料５８は、第１〜第４の実施形態における流路１６の内面に設けられてもよく、流体の殺菌作用を高めることができる。また、紫外線透過性材料によって形成された流路部材１５の内面に光触媒材料５８が設けられる場合、流路部材１５の外周面に反射膜４３が形成されてもよい。光触媒材料５８を透過した紫外線を反射膜４３によって流路１６内に反射し、流体への紫外線の照射効率が高められる。

また、光源１１の基板１３に生じた熱を、流路１６内の流体へ効率良く伝えて、基板１３の放熱性を高める観点では、例えば、伝熱部材２６、３６、５６が、流路１６に連続する他の流路と熱的に接するように構成されてもよい。この構成の場合、伝熱部材２６、３６、５６は、光源１１の基板１３に接する第１の支持部２６ａ、３６ａ、５６ａが延ばされると共に、流路１６に連続する流路を有する他の流路部材２３に連結される。これにより、基板１３は、複数の流路を流れる流体へ熱を伝えることが可能になり、基板１３の放熱性を高めると共に、流体への伝熱性を高めることができる。

また、光源１１の基板１３に生じた熱を、流路１６内の流体へ伝える熱のみでは流体の温度上昇が見られない場合や、流体の温度上昇が大きすぎて流体の使用に耐えられない場合に備えて、温調手段（図示しない）を有していてもよい。

また、光源１１の基板１３に生じた熱を、流路１６内の流体へロス無く伝えるため、例えば、伝熱部材２６、３６、５６の外周を覆う保温層（図示しない）を有していてもよい。

（歯科用医療機構の構成）
上述した各実施形態の流体殺菌装置のいずれかが適用された第６の実施形態の歯科用医療機器について簡単に説明する。図１０は、第６の実施形態に係る歯科用医療機器６について示す模式図である。図１０に示すように、第６の実施形態の歯科用医療機器６は、一例として、伝熱部材２６を有する第２の実施形態の流体殺菌装置２と、流体殺菌装置２の流路１６内を通過した液体を供給する供給部６０と、を備える。

本実施形態の歯科用医療機器６の供給部６０としては、例えば、口腔内へ水を供給するノズルを有する治療器具や、コップ等へ水を供給する水供給装置等が用いられる。流体殺菌装置２は、上述したように、基板１３の熱を伝熱部材２６によって流路１６内の水へ放熱している。言い換えると、流体殺菌装置２は、伝熱部材２６によって流路１６内の水を温めている。このため、本実施形態の歯科用医療機器６によれば、流体殺菌装置２によって殺菌されると共に温められた水が、供給部６０から口腔内へ供給することができる。このため、供給部６０から供給する水が、歯科治療中に歯等の口腔内へ刺激を与えることを抑えることが可能になり、殺菌された清潔な水を、刺激が少ない温度で口腔内へ供給することができる。

なお、歯科用医療機器６は、殺菌した水が加熱される点で、伝熱部材２６、３６、５６を有する第２〜第５の流体殺菌装置２、３、４、５を備える構成が好ましいが、殺菌した水を供給する点で、第１の実施形態の流体殺菌装置１が採用されてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 流体殺菌装置
１１ 光源
１２ ＬＥＤ
１３ 基板
１５ 流路部材
１６ 流路
１８ 反射部材
１９ａ 第１の反射面
１９ｂ 第２の反射面
２６ 伝熱部材
４３ 反射膜
５８ 光触媒材料
Ａ 間隙

Claims (11)

1. 紫外線を発する発光素子が実装された基板を有する光源と；
   少なくとも一部が紫外線透過性を有する材料によって形成され、前記発光素子が発する紫外線が照射される筒状の流路部材と；
   前記発光素子と前記流路部材との間に互いに間隙をあけて設けられる反射面を有し、前記間隙を通った紫外線を前記流路部材へ反射する反射部と；
   を具備する流体殺菌装置。
2. 前記流路部材の単位容積当たりに流れる流体の流量をＱ（ｄｍ^３／ｍｉｎ）、前記流路部材の、前記流体の流れる方向に直交する断面の断面積をＡ（ｍｍ^２）、前記流路部材における前記流体の流れる方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満たす、請求項１に記載の流体殺菌装置。
   Ｑ／（Ａ×Ｌ）＜１．２５×１０^−３（ｍｉｎ^−１）
   ただし、前記流路部材の最大内寸法をφ（ｍｍ）としたとき、φ＜Ｌ。
3. 前記発光素子の法線と前記反射面とがなす角度をθ_１（°）、前記発光素子の半値角度をθ_２（°）としたとき、θ_１≦θ_２である、請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
4. 前記流路部材は、前記基板の延びる方向と異なる方向に延びて形成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
5. 前記流路部材の外面または前記流路部材の内面には、前記光源から照射された紫外線を前記流路部材の内面へ反射する別の反射面が設けられている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
6. 前記流路部材の内面には、光触媒材料が設けられている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
7. 前記光源の少なくとも一部と前記流路部材とを連結し、前記光源の熱を前記流路部材の内面を流れる前記流体へ伝える伝熱部材を更に具備する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
8. 前記伝熱部材は、前記基板と前記流路部材とに接している、請求項７に記載の流体殺菌装置。
9. 前記流路部材は、少なくとも一部が前記伝熱部材によって形成されている、請求項７または８に記載の流体殺菌装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の流体殺菌装置と；
    前記流体殺菌装置の前記流路部材を通過した液体を供給する供給部と；
    を具備する、歯科用医療機器。
11. 紫外線を発する発光素子が実装された基板を有する光源から紫外線を照射し、
    流路部材の内面を流れる流体へ紫外線を照射するための間隙を有して設けられる反射面によって、前記間隙を通過した紫外線を前記発光素子と前記流路部材の内面との間で前記流路部材へ反射し、前記流路部材内の流体へ紫外線を照射する、流体殺菌方法。

Images