JP2021041094A - 殺菌装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型かつ低消費電力の殺菌装置を提供することを課題とする。【解決手段】殺菌装置は、酸化チタンを含む材料によって内壁が加工されたケースと、ケースの内壁に取り付けられた紫外線照射用のLED素子とを備える。LED素子から照射された紫外線が、ケースの内壁に当たって反射する。ケース内に載置された殺菌対象物がLED素子から照射された紫外線および内壁によって反射された紫外線によって殺菌される。【選択図】図2

Description

本発明は、様々な殺菌対象物を殺菌するための殺菌装置に関する。
病院においては、医療用具、着衣などの殺菌のために殺菌装置が用いられる。病院以外にも、研究機関や大学などにおいて、実験器具などの殺菌のために殺菌装置が用いられる。これらの施設では、オートクレーブ(高圧蒸気滅菌装置)、フレアー方式滅菌装置、または乾式滅菌装置などの、高温・高圧で殺菌を行う殺菌装置の利用が主流である。下記特許文献1には、医療用器具などを高圧蒸気下で殺菌するための高圧蒸気滅菌器が開示されている。
特開2013−75046号公報
上記オートクレーブなどの殺菌装置は、高温・高圧を生み出すために装置が大型となる。また、これらの装置は消費電力が大きい。例えば、伝染病が流行している地域の野外病院において殺菌装置が用いられる場合、殺菌装置は小型かつ軽量であれば利便性が向上する。また、野外病院においては電源の確保も難しくなるため、殺菌装置は低消費電力で動作することが望ましい。
本発明の目的は、小型かつ低消費電力の殺菌装置を提供することを課題とする。
(1)本発明の一の局面に従う殺菌装置は、酸化チタンを含む材料によって内壁が加工されたケースと、ケースの内壁に取り付けられた紫外線照射用のLED素子とを備える。これにより、LED素子から照射される紫外線、および、ケースの内壁において反射する紫外線により、ケース内の殺菌対象物を殺菌することができる。
(2)内壁の一部には、さらに金属の薄膜が形成されてもよい。金属の薄膜によって、酸化チタンによる酸化還元反応が促進される。酸化チタンによる酸化還元反応によって殺菌効果が向上する。また、金属の薄膜によって、紫外線の反射効率が向上する。
(3)金属は、金を含んでもよい。金の薄膜によって、酸化チタンによる酸化還元反応が促進される。酸化チタンによる酸化還元反応によって殺菌効果が向上する。また、金の薄膜によって、紫外線の反射効率が向上する。
(4)殺菌装置は、さらに、LED素子が取り付けられるLED支持部を備え、LED支持部のLED素子が取り付けられる取付面と内壁との成す角は90°より小さくてもよい。取付面に取り付けられたLED素子が内壁に向けて紫外線を照射するので、紫外線を内壁において効率よく反射させることができる。
(5)LED支持部は、複数のプレートを含み、LED支持部の断面は、複数のプレートによって多角形に形成されてもよい。各プレートに取り付けられたLED素子によって、全周に向けて紫外線を照射することができる。
本発明によれば、小型かつ低消費電力の殺菌装置を提供することができる。
図1は、実施の形態に係る殺菌装置の外観図である。 図2は、殺菌装置の分解図である。 図3は、殺菌灯の斜視図である。 図4は、殺菌灯の断面図である。 図5は、LEDの照射範囲を示す図である。 図6は、殺菌装置の内ケースの内壁を示す図である。 図7は、殺菌灯により照射された紫外線の照射方向を示す図である。 図8は、殺菌装置の内ケースに網棚を取り付けた図である。
(1)殺菌装置の全体構成
以下、図面を参照しながら、本実施の形態に殺菌装置1の構成について詳しく説明する。図1は、殺菌装置1の外観図である。殺菌装置1は、図1に示すように、略直方体の外ケース2を備える。実施の形態の殺菌装置1のサイズは、縦30cm×横35cm×奥行30cmである。ただし、殺菌装置1のサイズは特に限定されるものではなく、殺菌対象物のサイズや持ち運びの必要性などの用途に応じて適宜設計される。
殺菌装置1の外ケース2は、殺菌室収容部20および制御部収容部21を備える。殺菌室収容部20の上面には、把持部22が設けられている。利用者は、把持部22を把持して、殺菌装置1を持ち運びすることが可能である。殺菌室収容部20の前面には、把持部23が設けられている。利用者は、把持部23を把持して殺菌室収容部20の扉20Fを空けることにより、殺菌室5内に殺菌対象物の出し入れを行うことができる。
制御部収容部21には、ON/OFFボタン211、時間表示部212および点灯状態表示部213が設けられる。また、制御部収容部21には、制御部215およびバッテリ216が収容される。
ON/OFFボタン211は、制御部215に対して殺菌処理の開始または停止を指示するためのボタンである。殺菌室収容部20の扉20Fが空いているときには、ON/OFFボタン211が押下された場合であっても、制御部215は、殺菌処理を開始しない。ON/OFFボタン211は、またダイヤル操作も可能であり、ON/OFFボタン211を回転させることにより、制御部215に対して殺菌時間を指定することができる。時間表示部212には、ON/OFFボタン211により指定された殺菌時間が表示される。ON/OFFボタン211の押下により殺菌処理が開始されると、時間表示部212において残り殺菌時間が更新されつつ表示される。点灯状態表示部213には、後で説明する6個の殺菌灯の点灯状態が表示される。利用者は、点灯状態表示部213を参照することで、6個の殺菌灯が正常に動作しているか否かを判断することができる。
(2)外ケースおよび内ケースの構成
図2は、殺菌装置1の分解図である。殺菌装置1は、図2に示すように、外ケース2および内ケース3を備える。内ケース3は、外ケース2の内部に収容される。まず、外ケース2の構成について説明する。
外ケース2は、上述したように、殺菌室収容部20および制御部収容部21を備える。殺菌室収容部20は、略直方体形状をしており、内部が中空の構造となっている。殺菌室収容部20は、上壁20U、下壁20D、右壁20R、左壁20L、扉(前壁)20Fおよび後壁20Bを備える。本実施の形態においては、上壁20U、下壁20D、右壁20R、左壁20L、扉20Fおよび後壁20Bは、アルミ製の部材である。上壁20U、下壁20D、右壁20R、左壁20L、扉20Fおよび後壁20Bにより略直方体の中空構造を構成し、その内部に内ケース3を収容可能としている。
扉20Fは、右壁20Rの前端部において回転可能に取り付けられている。上壁20Uの上面には、把持部22が取り付けられている。
制御部収容部21には、制御部215およびバッテリ216が収容される。制御部215は、CPUなどを備え、殺菌装置1の全体制御を行う。制御部215は、ON/OFFボタン211からの操作指示を受け付ける。制御部215は、殺菌装置1の操作状態を時間表示部212および点灯状態表示部213に通知する。バッテリ216は、本実施の形態においてはリチイムイオンバッテリを利用している。バッテリ216は、制御部215および殺菌灯などに電力を供給する。
次に、内ケース3の構成について説明する。内ケース3は、略直方体形状をしており、内部が中空の構造となっている。内ケース3は、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bを備える。本実施の形態においては、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉30Fおよび後壁30Bは、アルミ製の部材である。ただし、後で説明するように、各壁の内壁は、酸化チタンを含む材料で加工される。上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉30Fおよび後壁30Bにより略直方体の中空構造を構成し、その内部が殺菌室5となっている。
以上のとおり構成された内ケース3を、図2に示すように外ケース2の内側に収容することで、殺菌装置1が構成される。内ケース3を外ケース2の内側に収容した後、内ケース3および外ケース2は、図示しない固定具によって互いに固定される。また、扉20Fおよび扉30Fを互いに固定するようにしてもよい。これにより、扉20Fおよび扉30Fを一体的に開け閉め操作することが可能である。
(3)殺菌灯の構成
図3は、実施の形態に係る殺菌灯4の斜視図である。図3に示すように、実施の形態に係る殺菌灯4は、蛍光灯に似た長尺の形状を有している。本実施の形態においては、殺菌灯4の長さは、略25cmである。内ケース3内の殺菌室5には、図2で示したように、6つの殺菌灯4,4・・・が収容される。つまり、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bにそれぞれ1本ずつ殺菌灯4が取り付けられる。
図3に示すように、殺菌灯4は、長尺のLED支持部40と、LED支持部40の両端に設けられた接続部45とを備える。図4は、殺菌灯4のLED支持部40の断面図である。つまり、図4は、LED支持部40を長手方向に垂直な方向で切断した断面図である。LED支持部40は、3枚の長尺のプレート41,42,43により構成されている。3枚のプレート41,42,43は、図4に示すように、断面が略正三角形となるように組み立てられている。
図3に示すように、プレート41,42には、それぞれ4個の発光部46,46・・・が配置される。図3には図示されていないが、もう1枚のプレート43にも、プレート41,42と同様、4個の発光部46,46・・・が配置される。図3に示すように、発光部46,46・・・は、プレート41,42,43の長手方向に等間隔に配置される。図4に示すように、発光部46は、プレート41,42,43の幅方向の略中央に配置されている。
図5は、図4で示した発光部46の拡大図である。図5に示すように、発光部46は、LED素子47と、LED素子47を覆うレンズ48を備える。本実施の形態のLED素子47は、紫外線を照射可能である。具体的には、本実施の形態においては、波長285nmの紫外線を照射するLED素子47が用いられる。レンズ48は、LED素子47から照射された紫外線を、拡散するために用いられる。本実施の形態においては、図5に示すように、レンズ48は、LED素子47の光軸中心に対して、120°の広がりを持って紫外線が拡散させることが可能である。
LED支持部40の両端に設けられた接続部45は、殺菌灯4を上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bにそれぞれ取り付けるための取付部材を有している。6個の殺菌灯4,4・・・は、それぞれ取付部材を介して、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bに取り付けられる。
LED支持部40の両端に設けられた接続部45は、また、電気的に殺菌灯4を制御部215に接続させるコネクタを有している。コネクタには図示しない電源ケーブルが接続される。内ケース3が外ケース2に収容された後、内ケース3に設けられた図示しない開口部を介して、電源ケーブルが制御部215に接続される。
(4)内ケースの内壁の構成
図6は、左壁30Lの内壁の構成を示す図である。なお、上壁30U、下壁30D、右壁30R、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bの内壁の構成も同様であるので、左壁30Lを用いて内ケース3の内壁の構成を代表して説明する。
図6に示すように、左壁30Lの内壁は、格子状に形成された第1領域31を備える。第1領域31は、酸化チタン(TiO)が混ぜ合わされたインクが塗布された領域である。つまり、第1領域31には、光触媒として酸化チタンが用いられる。このように、左壁30Lの内壁は、酸化チタンを含む材料によって加工される。また、左壁30Lの内壁は、縦横に長方形の領域が複数配列された第2領域32を備える。第2領域32は、金の薄膜が貼り付けられる領域である。つまり、左壁30Lの内壁は、長方形上の金箔が貼り付けられた領域の上下左右の位置に、酸化チタンが混ぜ合わされたインクが塗布される領域が配置される。
上壁30U、下壁30D、右壁30R、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bの内壁も、同様に、図6で示したように、第1領域31および第2領域32から構成される。このように、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bの内壁は、酸化チタンを含む材料で加工される。これにより、上述した殺菌灯4から照射された紫外線が、各壁の内壁に照射されることにより、酸化チタンを触媒とする酸化還元反応が促進され、細菌・ウィルスなどの分解が行われる。酸化チタンが含有される第1領域31の近傍に、金箔が貼り付けられた第2領域32が配置されているので、酸化チタンを触媒とする酸化還元反応がより促進される。
また、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bの内壁に、酸化チタンが含有されるインクが塗布されることにより、上述した殺菌灯4から照射された紫外線を、各壁の内壁で効率よく反射させることが可能である。また、酸化チタンが含有される第1領域31の近傍に、金箔が貼り付けられた第2領域32が配置されているので、内壁による紫外線の反射がさらに促進される。
(5)殺菌装置の使用方法
以上のとおり構成された殺菌装置1の使用方法について説明する。まず、利用者は、扉20Fおよび扉30Fを空けて、殺菌室5内に殺菌対象物を収容する。利用者は、殺菌室5内に殺菌対象物を収容した後、扉20Fおよび扉30Fを閉じ、続いて、ON/OFFボタン211をダイヤル操作して、殺菌時間を指定する。次に、利用者は、ON/OFFボタン211を押下して、殺菌処理の開始を指示する。制御部215は、扉20Fおよび扉30Fが閉じていることを検知する機能を有しており、扉20Fおよび扉30Fが閉じられている場合には、ON/OFFボタン211の指示により、殺菌処理を開始する。
制御部215が殺菌処理を開始すると、バッテリ216から6個の殺菌灯4,4・・・に電力が供給される。これにより、殺菌灯4,4・・・から紫外線が照射される。
図7は、内ケース3の左壁30Lに取り付けられた殺菌灯4により照射される紫外線の照射方向を示す図である。図7において、2点鎖線で示した線は、発光部46から照射された紫外線の照射方向を示す。左壁30Lの内壁は、図6を用いて説明したように、酸化チタンにより加工された第1領域31および金箔が配置された第2領域32を備える。
図7に示すように、殺菌灯4のプレート41は、左壁30Lの内壁と略平行に配置される。殺菌灯4のプレート42,43のプレート面(LED素子47の取付面)と左壁30Lの内壁との成す角は、それぞれ略60°である。つまり、プレート42,43のプレート面と左壁30Lの内壁との成す角は、90°より小さくなっている。これにより、プレート42,43に取り付けられた発光部46から照射された紫外線は、発光部46から照射された後、左壁30Lの内壁に当たる。本実施の形態においては、図7に示すように、殺菌灯4と左壁30Lの距離Dは、略1.0cmに調整されている。したがって、プレート42,43に取り付けられた発光部46から照射された紫外線は、発光部46から照射された直後に左壁30Lに当たる。
上述したように、左壁30Lの内壁には、第1領域31および第2領域32が設けられている。発光部46から照射された紫外線が左壁30Lの内壁に照射されることにより、酸化チタンを触媒とする酸化還元反応が促進される。これにより、左壁30Lに近傍に配置された殺菌対象物が殺菌される。
また、プレート42,43のプレート面と左壁30Lの内壁との成す角は、それぞれ略60°であるので、プレート41,42に取り付けられた発光部46から照射された紫外線が左壁30Lに当たって反射する。特に、殺菌灯4と左壁30Lとの距離Dが本実施の形態においては略1.0cmと近接しているので、発光部46から照射された紫外線は、その殆どが左壁30Lにおいて反射する。さらに、左壁30Lの内壁には、第1領域31および第2領域32が設けられているので、紫外線の反射が促進される。
紫外線は一般的には、発光点からの到達距離は長くない。しかし、本実施の形態においては、上述したように、発光部46から照射された紫外線は左壁30Lの内壁において反射されるので、その到達距離が大きく延長される。発明者は、実験により反射による紫外線の到達距離が大きく延長されることを見出した。これにより、左壁30Lの内壁において反射した紫外線が、殺菌室5の中央や他の壁に向かって照射される。
図7においては、内ケース3の左壁30Lに取り付けられた殺菌灯4について説明したが、他の上壁30U、下壁30D、右壁30R、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bに取り付けられた殺菌灯4の紫外線の照射状態も同様である。上壁30U、下壁30D、右壁30R、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bに対しても、図7に示した左壁30Lに対する殺菌灯4の設置状態と同様に、殺菌灯4,4・・・が取り付けられる。上壁30U、下壁30D、右壁30R、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bにおいても、左壁30Lの場合と同様、内壁において酸化チタンを触媒とする酸化還元反応が促進される。これにより、6枚の壁の内壁において酸化還元反応が促進され、殺菌対象物が殺菌される。
また、6枚の壁の内壁において反射された紫外線が殺菌室5内を進み、さらに、他の壁の内壁において反射を繰り返す。これにより、殺菌室5内においては、紫外線が反射を繰り返しながら殺菌対象物が殺菌される。
図8は、内ケース3の内部に、殺菌対象物を載置するための2枚の棚網51,52を取り付けた図である。棚網51,52上に殺菌対象物を載置することにより、殺菌室5内に多段で殺菌対象物を配置することが可能である。なお、図8においては、内ケース3内の殺菌灯4を図示省略している。
以上説明したように、本実施の形態の殺菌装置1は、酸化チタンを含む材料によって内壁が加工された内ケース3と、内ケース3の内壁に取り付けられた紫外線照射用のLED素子47とを備える。これにより、内ケース3の内壁において反射する紫外線により、殺菌室5内の殺菌対象物を殺菌することができる。
本実施の形態の殺菌装置1は、LED素子47を利用するので、従来の高圧・高温を条件とする殺菌装置と比べて、殺菌処理に必要とされる電力を非常に小さくすることができる。例えば、LED素子47として消費電力が0.7Wの製品を利用することができる。本実施の形態の場合であれば、1枚のプレートに取り付けられるLED素子47は4個であり、3枚のプレート41,42,43を利用するので、消費電力は、0.7W×4×3=8.4Wである。例えば、1kW〜2kW程度の消費電力を必要とするオートクレーブと比較すると大幅に消費電力が低減されることが分かる。
本実施の形態の殺菌装置1は、上述したように、LED素子47とそれらを支持するプレート41,42,43、制御部215およびバッテリ216などで構成されるために非常に軽量である。上述したように、殺菌装置1は消費電力が非常に小さいため、バッテリ216の容量も少なくてよいため、バッテリ216も軽量なものを使用することができる。また、モータなどの重い部品も必要としないので、装置全体を軽量にすることができる。これにより、野外での使用においても持ち運びに有利である。例えば、細菌感染が発生した地に設置された野外病院などで使用する場合にも非常に便利である。
また、本実施の形態の殺菌装置1は、消費電力が小さいため、太陽光パネルを利用した発電での利用にも充分対応可能である。これにより、野外での使用に非常に有効な装置である。
本実施の形態の殺菌装置1は、紫外線を利用して細菌、ウィルスを死滅させることができる。紫外線は細菌の原形質を破壊すると考えられており、細菌は、その種類によらず紫外線によって死滅される。また、紫外線はウィルスのエンベロープやカプシドを破壊することで、ウィルスを死滅させる。細菌は、将来的には高温、高圧に耐性を有する種が発生する可能性があるが、紫外線を利用することで、細菌を効果的に死滅させることができる。
以上説明した本実施の形態の殺菌装置1は、例えば、病院の手術用具の殺菌、病院のタオルなどの備品の殺菌、家庭の食器類の殺菌、家庭の衣類・靴などの殺菌、または、大学・研究機関での実験器具などの殺菌に利用可能である。また、消費電力が小さいことを利用して、船舶などの移動病院での利用、アフリカなどの野外病院での利用に適している。さらに、本実施の形態の殺菌装置1は、カビ菌も破壊することができるので、家庭や施設における空気清浄機としての利用も可能である。
(6)他の実施の形態
上記実施の形態においては、上壁30U、下壁30D、右壁30R、左壁30L、扉(前壁)30Fおよび後壁30Bの内壁は、第2領域32を備える。そして、第2領域32として、金の薄膜を利用した。第2領域32としては、酸化チタンによる酸化還元反応を促進することができる別の金属を利用することもできる。例えば、金に変えて、白金を利用することもできる。
上記の実施の形態においては、図4に示したように、LED支持部40は、3枚のプレート41,42,43で構成され、3枚のプレート41,42,43は、LED支持部40の長手方向に垂直な断面で見ると正三角形となるよう組み立てられた。他の実施の形態として、3枚のプレート41,42,43は、断面で正三角形以外の三角形に構成されてもよい。例えば、内ケース3の壁と平行に配置されるプレート41が他のプレート42,43と比べて幅広に構成され、プレート42,43と内ケース3の内壁との成す角が60°より小さくなってもよい。あるいは、LED支持部40が、4枚以上のプレートで構成されて、断面が四角形、五角形などの多角形で形成されてもよい。この場合であっても、複数のプレートのうち、いくつかのプレートと内ケース3の内壁との成す角が90°より小さくなるように構成されることで、発光部46から照射される紫外線を、内ケース3の内壁に効果的に当てることができる。
上記の実施の形態においては、内ケース3の一枚の内壁に1本の殺菌灯4を取り付けたが、これは一例である。1枚の内壁に複数の殺菌灯4を取り付けられてもよい。
上記の実施の形態においては、殺菌灯4と左壁30Lの距離Dは、略1.0cmに調整されている。殺菌灯4と左壁30Lの距離Dは、これに限定されるものではなく、紫外線の反射が効率良く行われるような距離とすることが望ましい。例えば、殺菌灯4と左壁30Lの距離Dは、0〜5.0cm程度が望ましい。
上記実施の形態においては、LED素子47は、285nmの紫外線を照射するものを利用しているが、さらに、波長の短い紫外線を照射するLED素子を利用してもよい。例えば、250nmの紫外線を照射するLED素子を利用することで、殺菌作用を強化することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
1…殺菌装置
2…外ケース
3…内ケース
4…殺菌灯
31…第1領域
32…第2領域
41・42・43…プレート
46…発光部
47…LED素子
48…レンズ

Claims (5)

  1. 酸化チタンを含む材料によって内壁が加工されたケースと、
    前記ケースの前記内壁に取り付けられた紫外線照射用のLED素子と、
    を備える殺菌装置。
  2. 前記内壁の一部には、さらに金属の薄膜が形成される、請求項1に記載の殺菌装置。
  3. 前記金属は、金を含む、請求項2に記載の殺菌装置。
  4. 前記殺菌装置は、さらに、
    前記LED素子が取り付けられるLED支持部、
    を備え、
    前記LED支持部の前記LED素子が取り付けられる取付面と前記内壁との成す角は90°より小さい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の殺菌装置。
  5. 前記LED支持部は、複数のプレートを含み、
    前記LED支持部の断面は、前記複数のプレートによって多角形に形成される、請求項4に記載の殺菌装置。
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