JP2018143284A - 殺菌装置および殺菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌対象物の形状に拘わらず、簡易な構成で殺菌対象物を殺菌する。【解決手段】殺菌装置１００は、電磁波および電子線のいずれか一方または両方を殺菌対象物（キャップ１０）に照射する照射部１２０と、殺菌対象物（キャップ１０）に、加湿オゾン、および、過酸化水素水を気化させたガスのいずれか一方または両方を噴射する噴射部１３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電磁波や電子線を照射して殺菌対象物を殺菌する殺菌装置および殺菌方法に関する。

殺菌対象物を殺菌する処理は、加熱によって微生物を死滅させる加熱殺菌処理と、加熱せずに微生物を死滅させる非加熱殺菌処理に大別される。耐熱温度が加熱温度未満の殺菌対象物は、加熱によって変形してしまうため、加熱殺菌処理ができない。このため、プラスチック等の耐熱温度が相対的に低い殺菌対象物は、非加熱殺菌処理が為される。

上記非加熱殺菌処理として、紫外線や電子線を殺菌対象物に照射することで微生物を死滅させる照射処理が広く行われている。しかし、紫外線や電子線は直進性が高い。このため、殺菌対象物の形状によっては、紫外線等が照射されない影の部分（殺菌できない部分）が生じてしまう。

そこで、紫外線をプリズムで２つに分波して、一方の紫外線を容器内の底面に照射し、他方の紫外線を容器の内周面に照射することで、容器の内面全体を殺菌する殺菌装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６−１０１９２９号公報

しかし、上記特許文献１に示された技術では、殺菌対象物の形状に応じてプリズムの形状や設置位置を変更しなければならず、装置構成が煩雑になるという問題がある。また、小さく細かい形状の対象物、例えば、ペットボトルのキャップの溝の殺菌への適応は、物理的に困難である。

本開示は、このような課題に鑑み、殺菌対象物の形状に拘わらず、簡易な構成で殺菌対象物を殺菌することが可能な殺菌装置および殺菌方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る殺菌装置は、電磁波および電子線のいずれか一方または両方を殺菌対象物に照射する照射部と、前記殺菌対象物に、加湿オゾン、および、過酸化水素水を気化させたガスのいずれか一方または両方を噴射する噴射部と、を備える。

また、前記加湿オゾンにおけるオゾンの濃度は、０．１ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下であってもよい。

また、前記電磁波は、４００ｎｍ以下の波長の紫外線であってもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る殺菌方法は、電磁波および電子線のいずれか一方または両方を殺菌対象物に照射する工程と、前記殺菌対象物に、加湿オゾン、および、過酸化水素水を気化させたガスのいずれか一方または両方を噴射する工程と、を含む。

また、前記照射する工程と、前記噴射する工程とを同時に行ってもよい。

殺菌対象物の形状に拘わらず、簡易な構成で殺菌対象物を殺菌することが可能となる。

殺菌装置を説明するための図である。 キャップの形状を説明する図である。 殺菌方法の処理の流れを示すフローチャートである。 実施例および比較例におけるオゾン濃度に対する蛍光強度を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

（殺菌装置１００）
図１は、殺菌装置１００を説明するための図である。なお、本実施形態の図１および下記図２では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。

図１に示すように、本実施形態の殺菌装置１００は、搬送部１１０と、照射部１２０と、噴射部１３０と、センサ１５０と、制御部１６０とを含んで構成される。なお、ここでは、殺菌装置１００が殺菌する殺菌対象物として、ペットボトルのキャップ１０を例に挙げる。また、殺菌装置１００が、キャップ１０の内面１２を殺菌する構成について説明する。

搬送部１１０は、コンベヤ（搬送帯）等で構成される搬送体１１２を含んで構成される。搬送部１１０は、搬送体１１２上にキャップ１０を載置した状態で、キャップ１０を、後述する照射領域Ｒに搬送する。なお、キャップ１０は、内面１２における底面１４（図２参照）が鉛直上方に臨むように、搬送体１１２上に載置される。

照射部１２０は、例えば、紫外線照射装置で構成される。照射部１２０は、搬送体１１２の鉛直上方から紫外線を照射する。以下、搬送体１１２における紫外線が照射される領域を、照射領域Ｒと称する。したがって、搬送部１１０によって照射領域Ｒに搬送されたキャップ１０には、照射部１２０によって紫外線が照射されることとなる。ここで、照射部１２０が照射する紫外線は、キャップ１０を殺菌できる波長であればよく、例えば、４００ｎｍ以下であり、好ましくは、２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。

照射部１２０がキャップ１０に紫外線を照射することにより、キャップ１０の内面１２のうち、紫外線が照射された面を殺菌することができる。しかし、キャップ１０の形状によっては、紫外線が照射されない箇所（影の部分）が生じる場合がある。

図２は、キャップ１０の形状を説明する図である。なお、図２中、紫外線を破線の矢印で示す。図２に示すように、ペットボトルのキャップ１０の内面１２は、底面１４と、内周面１６とを含む。また、キャップ１０の内周面１６には、外周面２０側に没入した溝部１８が複数形成されている。上記したように、照射部１２０は、鉛直上方から紫外線を照射する。このため、溝部１８は、溝部１８の鉛直上方に位置する上面２２に遮蔽されてしまう。したがって、溝部１８には紫外線が照射されないことになる。

このため、従来の紫外線照射装置は、内周面１６、底面１４のみならず、溝部１８にも紫外線が照射されるように、プリズムや反射鏡を備えていた。しかし、従来の紫外線照射装置は、殺菌対象物の形状に応じてプリズムや反射鏡の形状、設置位置を変更しなければならず、装置構成が煩雑になるという問題があった。

そこで、紫外線照射装置以外の非加熱殺菌処理、例えば、薬剤処理、過酸化水素処理、乾燥オゾン処理を用いてキャップ１０を殺菌することが考えられる。しかし、薬剤処理は、殺菌対象物に薬剤（例えば、エチレンオキシド）を接触させる処理であるため、殺菌後の薬剤の残留濃度が規制されている殺菌対象物（例えば、食品の包装体）には利用できない。また、過酸化水素処理は、過酸化水素水を気化させたガス（以下、単に「過酸化水素水ガス」と称する）を殺菌対象物に接触させる処理である。過酸化水素処理で用いる過酸化水素水ガスは、飽和水蒸気量程度まで加湿する必要がある。このため、殺菌後の殺菌対象物に水滴が付着することがあり、殺菌後に殺菌対象物を乾燥させる手間がかかる。また、オゾン（乾燥オゾン）を殺菌対象物に接触させる乾燥オゾン処理は、殺菌効果を有する程度までオゾン濃度を増加させる必要があり、オゾンの生成に要するコストがかかるという問題がある。

本実施形態では、殺菌装置１００が、噴射部１３０、センサ１５０、制御部１６０を備えることにより、プリズムや反射鏡を備えずとも、照射部１２０を用いて、キャップ１０の内面全体を殺菌することができる。以下、噴射部１３０、センサ１５０、制御部１６０の具体的な構成について説明する。

図１に戻って説明すると、噴射部１３０は、紫外線が照射される面によって遮蔽される箇所、すなわち、溝部１８に向けて加湿オゾンを噴射する。本実施形態において、噴射部１３０は、オゾン発生器１３２と、水蒸気発生器１３４と、混合部１３６と、ノズル１３８と、バルブ１４０とを含んで構成される。

オゾン発生器１３２は、乾燥オゾン処理で利用されるオゾンより低濃度のオゾン、例えば、０．１ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下のオゾンを生成する。オゾン発生器１３２によって生成されたオゾンは、配管１３２ａを介して混合部１３６に送出される。

水蒸気発生器１３４は、１０％（飽和度）以上１００％（飽和度）以下の水蒸気を生成する。水蒸気発生器１３４によって生成された水蒸気は、配管１３４ａを介して混合部１３６に送出される。

混合部１３６は、例えば、タンクで構成され、オゾン発生器１３２から送出されたオゾン、および、水蒸気発生器１３４から送出された水蒸気を混合して、加湿オゾン（オゾンおよび水蒸気を含んだガス）を生成する。加湿オゾンは、ＯＨラジカルを発生するため、乾燥オゾンより殺菌効果が高い。

ノズル１３８は、一端が混合部１３６に接続され、他端に形成された開口１３８ａが鉛直下方に臨んだ配管である。なお、開口１３８ａは、鉛直方向の位置が、搬送体１１２上に載置されたキャップ１０の上面２２よりわずかに上方に位置するように設置される。また、開口１３８ａは、水平方向の位置が、照射領域Ｒと照射領域Ｒ外とを区画する境界のうち、搬送方向（図１中、白抜き矢印で示す）の後方側の境界Ｒｄ上に位置するように設置される。

バルブ１４０は、例えば、開閉弁であり、ノズル１３８に設けられる。バルブ１４０は、後述する制御部１６０によって開閉制御される。

センサ１５０は、搬送体１１２の近傍に設けられ、キャップ１０が照射領域Ｒ（境界Ｒｄ）に到達したことを検知する。具体的に説明すると、センサ１５０は、搬送部１１０によって搬送されるキャップ１０のうち、搬送方向の前方側に位置する端部が照射領域Ｒに進入した（境界Ｒｄに到達した）ことを検知する。

制御部１６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部１６０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、殺菌装置１００全体を管理および制御する。

本実施形態において、制御部１６０は、センサ１５０によって、キャップ１０が境界Ｒｄに到達したことが検知されると、バルブ１４０を開弁する。これにより、加湿オゾンがキャップ１０の溝部１８に向けて噴射されることとなる。そうすると、紫外線によって加湿オゾンからＯＨラジカルがさらに生成される。生成されたＯＨラジカルは、気相中に拡散されるため、容易に溝部１８に到達する。ＯＨラジカルは、極めて高い殺菌効果を有する。したがって、ＯＨラジカルが溝部１８に到達することにより、溝部１８を殺菌することが可能となる。

また、バルブ１４０を開弁してから所定時間が経過すると、制御部１６０は、バルブ１４０を閉弁する。これにより、過剰に加湿オゾンを噴射する事態を回避することができる。したがって、オゾンの生成に要するコストを低減することが可能となる。また、過剰な水蒸気によってキャップ１０に水滴が付着してしまう事態を回避することができる。

なお、制御部１６０によるバルブ１４０の開弁時間（所定時間）は、加湿オゾン中のオゾンの濃度に基づいて決定される。例えば、所定時間は、溝部１８を殺菌できる最小量以上であり、キャップ１０に水滴が付着してしまう量未満の加湿オゾンが噴射される時間である。

（殺菌方法）
続いて、殺菌装置１００を用いた殺菌方法について説明する。図３は、殺菌方法の処理の流れを示すフローチャートである。

制御部１６０は、照射部１２０を駆動して、紫外線を照射領域Ｒに照射させる。また、制御部１６０は、搬送部１１０を駆動して、キャップ１０を照射領域Ｒに搬送させる。そして、センサ１５０が、キャップ１０の照射領域Ｒへの進入を検知すると、制御部１６０は、バルブ１４０を開弁する（ステップＳ１１０）。

制御部１６０は、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。そして、制御部１６０は、所定時間が経過するまで（ステップＳ１２０におけるＮＯ）、バルブ１４０を開状態に維持する。所定時間が経過すると（ステップＳ１２０におけるＹＥＳ）、制御部１６０はバルブ１４０を閉弁する（ステップＳ１３０）。

以上説明したように、本実施形態にかかる殺菌装置１００およびこれを用いた殺菌方法によれば、溝部１８に向けて加湿オゾンを噴射し、紫外線を照射するだけといった簡易な構成で、キャップ１０のような、紫外線が照射されない可能性が高い溝部１８や突出部が形成された殺菌対象物を確実に殺菌することが可能となる。

また、加湿オゾンの噴射と紫外線の照射とを併用した場合、加湿オゾン単独で殺菌する場合と比較して、ＯＨラジカルの発生量が格段に多くなる。このため、殺菌対象物をさらに効率よく殺菌することができる。

（実施例）
実施例として、加湿オゾン（オゾン、水蒸気、および、空気の混合ガス）に対し、レーザを照射した。また、比較例として、湿分を含まない乾燥オゾン（オゾン、および、空気の混合ガス）に対し、レーザを照射した。実施例では、加湿オゾン中のオゾン濃度を０．２ｇ／ｍ^３、０．４ｇ／ｍ^３、０．７ｇ／ｍ^３、０．８ｇ／ｍ^３、１．１ｇ／ｍ^３、１．６ｇ／ｍ^３、２．１ｇ／ｍ^３、２．６ｇ／ｍ^３、３．２ｇ／ｍ^３とした。また、比較例では、乾燥オゾン中のオゾン濃度を０．０ｇ／ｍ^３、０．３ｇ／ｍ^３、０．６ｇ／ｍ^３、０．９ｇ／ｍ^３、１．９ｇ／ｍ^３、３．１ｇ／ｍ^３とした。また、レーザの照射波長は２８２ｎｍ（紫外線）とした。また、実施例では、水を５０℃に加熱することで生成された水蒸気を混合した。

そして、レーザを照射した加湿オゾンから放出された光（放出光）、および、レーザを照射した乾燥オゾンからの放出光を計測した。その結果、加湿オゾンからの放出光には、ＯＨラジカルが生成されたことを示す蛍光（３１０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の波長範囲の光）が含まれることが分かった。

図４は、実施例および比較例におけるオゾン濃度に対する、ＯＨラジカルに対応する蛍光強度を説明する図である。ここで、蛍光強度は、ＯＨラジカルの蛍光強度／照射波長強度（面積比）で基準化してある。

図４に示すように、実施例では、加湿オゾン濃度が増加するにしたがってＯＨラジカルの生成量が増加することが確認された。また、比較例では、乾燥オゾン濃度が増加しても、ＯＨラジカルはほとんど生成されないことが分かった。

以上の結果から、加湿オゾンに紫外線を照射することにより、ＯＨラジカルが効率よく生成されることが確認された。

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、照射部１２０が紫外線を照射する構成を例に挙げて説明した。このため、遮蔽装置を簡素化することができ、照射部１２０自体のコストを低減することが可能となる。しかし、照射部は、殺菌対象物を殺菌できる波長の電磁波を照射できれば、構成に限定はない。例えば、照射部は、紫外線以外の電磁波、例えば、Ｘ線を照射してもよいし、電子線を照射してもよい。また、照射部は、電磁波および電子線を両方照射してもよい。

また、上記実施形態において、噴射部１３０が加湿オゾンを噴射する構成を例に挙げて説明した。しかし、噴射部は、電磁波や電子線によってＯＨラジカルを生成できるガスを噴射できればよい。例えば、噴射部は、過酸化水素水を気化させたガス（過酸化水素ガスおよび飽和水蒸気（飽和に近い水蒸気）、以下、「過酸化水素水ガス」と称する）を噴射してもよい。過酸化水素水ガスに電磁波を照射した場合、過酸化水素水ガスのみで殺菌する上記過酸化水素処理と比較して、効率よく殺菌することができる。したがって、過酸化水素水ガスの湿度を下げることが可能となり、低加湿にできる。このため、殺菌後の殺菌対象物に水滴が付着することがなくなり、殺菌後に殺菌対象物を乾燥させる手間を省くことが可能となる。また、過酸化水素水ガスは、加湿オゾンよりも少量であっても、加湿オゾンと同程度のＯＨラジカルを生成することができる。なお、噴射部は、加湿オゾンおよび過酸化水素水ガスを混合したガスを噴射してもよい。

また、上記実施形態において、ノズル１３８の開口１３８ａが、境界Ｒｄ上に配される構成を例に挙げて説明した。しかし、ノズル１３８の開口１３８ａは、境界Ｒｄの近傍（例えば、照射領域Ｒの外方や、照射領域Ｒ内）に位置すればよい。つまり、紫外線が照射される前、紫外線の照射中、および、紫外線が照射された後のいずれかに、加湿オゾンまたは過酸化水素水ガスが噴射されればよい。なお、紫外線が照射される前に、加湿オゾンまたは過酸化水素水ガスを噴射する場合、オゾンの減衰率や過酸化水素の減衰率を勘案して、開口１３８ａの位置を決定するとよい。

つまり、加湿オゾンの噴射と紫外線の照射とは、同時に（並行して）行ってもよいし、異なるタイミングで行ってもよい。具体的には、加湿オゾンを噴射しながら紫外線を照射してもよいし、紫外線を照射しながら加湿オゾンを噴射してもよい。また、まず、加湿オゾンを噴射し、その後、紫外線を照射してもよいし、まず、紫外線を照射し、その後、加湿オゾンを噴射してもよい。いずれにせよ、加湿オゾンの噴射によって、紫外線等の電磁波や電子線が照射されない影の部分までも殺菌することができる。

また、上記殺菌装置１００および殺菌方法は、パソコン、通信装置等の精密器材本体の殺菌を行う精密器材除染装置に適用することもできる。精密器材除染装置に適用する場合、精密器材内部の狭隘な箇所にノズル１３８の開口１３８ａを接近させ、加湿オゾンや過酸化水素水ガスを噴射するとよい。

本開示は、電磁波や電子線を照射して殺菌対象物を殺菌する殺菌装置および殺菌方法に利用することができる。

１００ 殺菌装置
１２０ 照射部
１３０ 噴射部

Claims (5)

1. 電磁波および電子線のいずれか一方または両方を殺菌対象物に照射する照射部と、
   前記殺菌対象物に、加湿オゾン、および、過酸化水素水を気化させたガスのいずれか一方または両方を噴射する噴射部と、
   を備える殺菌装置。
2. 前記加湿オゾンにおけるオゾンの濃度は、０．１ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下である請求項１に記載の殺菌装置。
3. 前記電磁波は、４００ｎｍ以下の波長の紫外線である請求項１または２に記載の殺菌装置。
4. 電磁波および電子線のいずれか一方または両方を殺菌対象物に照射する工程と、
   前記殺菌対象物に、加湿オゾン、および、過酸化水素水を気化させたガスのいずれか一方または両方を噴射する工程と、
   を含む殺菌方法。
5. 前記照射する工程と、前記噴射する工程とを同時に行う請求項４に記載の殺菌方法。

Images