JP6253223B2

JP6253223B2 - 殺菌装置

Info

Publication number: JP6253223B2
Application number: JP2012164353A
Authority: JP
Inventors: 美栄森; 田中　浩; 浩田中; 克明松澤; 八寿雄中村; 正浩菊池
Original assignee: IHI Corp; IHI Agri Tech Corp
Current assignee: IHI Corp; IHI Agri Tech Corp
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: JP2014023596A

Description

本発明は、対象物を殺菌する殺菌装置に関する。

従来、医療器具等の対象物を滅菌するために、放射線、電子線（以下、単に放射線等と称する）の照射が行われている。しかし、放射線等は、人体に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、照射した放射線等が外部に漏洩して人体に影響を及ぼさないように、照射部の周囲を厚い壁で囲繞する必要があり、装置が大がかりとなっていた。また、放射線等を照射する照射装置は高価である。

そこで、オゾン雰囲気中に対象物を曝露することで、対象物を殺菌する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１０−１５４７９３号公報特開２００８−２０７６３４号公報

上述したオゾンを用いた殺菌において、オゾンは、大気中の酸素を利用して生成するため、原料費を殆ど要さず、低コストで対象物を殺菌することができる。したがって、オゾンを用いた殺菌において、さらなる殺菌効率の向上が希求されている。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、オゾンを用いた殺菌において、オゾンに添加する物質を工夫することで、殺菌効率を向上することが可能な殺菌装置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、本発明の殺菌装置は、対象物を殺菌する殺菌装置であって、チャンバと、オゾンの濃度に対する過酸化水素ガスの濃度が０．０１〜０．５倍となるように、オゾンおよび過酸化水素ガスをチャンバ内に導入する殺菌ガス導入部と、チャンバ内に水蒸気を導入する水蒸気導入部と、を備えることを特徴とする。

上記チャンバ内にイオンを導入するイオン導入部をさらに備えるとしてもよい。

本発明によれば、オゾンを用いた殺菌において、オゾンに添加する物質を工夫することで、殺菌効率を向上することができる。

第１の実施形態にかかる殺菌装置を説明するための図である。第１の実施形態にかかる殺菌方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。第２の実施形態にかかる殺菌装置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な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、発明の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、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、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、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：殺菌装置１００）
図１は、第１の実施形態にかかる殺菌装置１００を説明するための図である。図１に示すように殺菌装置１００は、チャンバ１１０と、パスボックス１１２と、殺菌ガス導入部１２０と、水蒸気導入部１３０と、オゾンモニタ１４０と、湿度計１５０と、制御部１６０と、オゾン分解部１７０と、バルブ１８０ａ〜１８０ｄと、ポンプ１８２とを含んで構成される。

チャンバ１１０には、パスボックス１１２が接続されている。パスボックス１１２の一方側には、開閉扉１１２ａが開閉可能に接続されており、開閉扉１１２ａによって、パスボックス１１２の内部空間Ｓと、外部との連通や遮断が実現される。また、パスボックス１１２の他方側には、開閉扉１１２ｂが開閉可能に接続されており、パスボックス１１２の内部空間Ｓと、チャンバ１１０の内部空間Ｔとの連通や遮断が実現される。

対象物Ｗを殺菌する際には、まず、開閉扉１１２ｂを閉じ、開閉扉１１２ａを開放してパスボックス１１２の内部空間Ｓ（以下、単にパスボックス１１２内と称する）に対象物Ｗを移動する。そして、開閉扉１１２ａを閉じて、開閉扉１１２ｂを開放して、パスボックス１１２内からチャンバ１１０の内部空間Ｔ（以下、単にチャンバ１１０内と称する）に対象物Ｗを搬入して載置部１１４に載置し、開閉扉１１２ｂを閉じて、対象物Ｗを殺菌する。

そして対象物Ｗを殺菌した後、再び開閉扉１１２ｂを開放して、チャンバ１１０内からパスボックス１１２内へ対象物Ｗを搬出し、開閉扉１１２ｂを閉じる。続いて、開閉扉１１２ａを開放して、パスボックス１１２内から殺菌後の対象物Ｗを取り出すこととなる。

このように、開閉扉１１２ａ、１１２ｂが排他的に開状態となることにより、チャンバ１１０と外部とを遮断しつつ、外部からチャンバ１１０内へ対象物Ｗを搬入したり、チャンバ１１０から外部へ対象物Ｗを搬出したりすることが可能となる。

また、チャンバ１１０内には、攪拌部（ファン）１１６が設けられており、チャンバ１１０内の雰囲気ガスが実質的に均一になるように、チャンバ１１０内の雰囲気ガスを攪拌する。

殺菌ガス導入部１２０は、オゾン、および、オゾンに接触させることでヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を発生し得るガス（以下、単にラジカルガスと称する）をチャンバ１１０内に導入する。ここで、ラジカルガスは、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、および、イオン（陽イオンであっても陰イオンであってもよい）を含む水蒸気のいずれか一方または双方である。本実施形態では、安価で入手が容易な、過酸化水素ガスを例に挙げて説明する。

具体的に説明すると、図１に示すように、殺菌ガス導入部１２０は、酸素発生部２１０と、ポンプ２１２と、オゾン発生部２１４と、前駆体貯留部２２０と、バルブ２２２と、ラジカルガス発生部２２４とを含んで構成される。

酸素発生部２１０は、例えば、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式の酸素分離装置であり、空気から酸素を分離して酸素を回収する。酸素発生部２１０において回収された酸素は、ポンプ２１２によってオゾン発生部２１４に送出される。なお、酸素発生部２１０は、酸素ボンベであってもよい。

オゾン発生部２１４は、所謂オゾナイザであり、予め定められた電圧を印加することで放電空間を形成する。この放電空間に、ポンプ２１２によって酸素発生部２１０から送出された酸素（Ｏ_２）が供給されると、酸素が活性化してオゾン（Ｏ_３）となる。オゾン発生部２１４で生成されたオゾンは、ラジカルガス発生部２２４に送出される。

一方、前駆体貯留部２２０は、過酸化水素水（ラジカルガスの前駆体）を一時的に貯留するとともに、バルブ２２２を介してラジカルガス発生部２２４に過酸化水素水を導入する。

ラジカルガス発生部２２４は、例えば、ヒータ等で構成され、前駆体貯留部２２０から導入された過酸化水素水を加熱することで、過酸化水素ガス（ラジカルガス）を生成する。ラジカルガス発生部２２４において、過酸化水素ガスと、上記オゾン発生部２１４で生成されたオゾンとが混合され、かかる混合気体（オゾンと、過酸化水素ガス）は、バルブ１８０ａを介してチャンバ１１０内に導入される。

このように、オゾンのみならず、ラジカルガス（過酸化水素ガス）をチャンバ１１０に導入することで、オゾンのみの場合と比較して、殺菌効果を有するヒドロキシラジカルの量を著しく増大させることができる。したがって、チャンバ１１０内の対象物Ｗの殺菌効率を向上させることが可能となる。

なお、チャンバ１１０内のオゾンの濃度は、例えば、１ｐｐｍから２００００ｐｐｍであり、好ましくは、５ｐｐｍから１００００ｐｐｍであり、より好ましくは、５ｐｐｍから２００ｐｐｍである。また、チャンバ１１０内の過酸化水素ガスの濃度は、チャンバ１１０内のオゾンの濃度に対して０．０１〜０．５倍程度であり、例えば、０．０１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ程度である。

水蒸気導入部１３０は、例えば、超音波加湿器で構成され、水蒸気を生成し、バルブ１８０ｂを介して、チャンバ１１０内に水蒸気を導入する。なお、チャンバ１１０内の相対湿度（ＲＨ：Relative Humidity）は、例えば、８０％以上であり、好ましくは９０％以上である。オゾンの殺菌効果は、湿度が高い（単位体積あたりの水蒸気の量が多い）方が、大きいことが分かっている。したがって、水蒸気導入部１３０がチャンバ１１０内に水蒸気を導入することで、チャンバ１１０内の湿度を上昇させることができ、さらに殺菌効率を向上することが可能となる。

オゾンモニタ１４０は、バルブ１８０ｃを介して、チャンバ１１０内から雰囲気ガスを採取して、雰囲気ガス中のオゾン濃度を測定する。

湿度計１５０は、チャンバ１１０内の雰囲気ガスの湿度（水蒸気の濃度）を測定する。

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、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、バルブ１８０ａ〜１８０ｄおよびポンプ１８２を制御する。また、制御部１６０は、オゾンモニタ１４０が測定したオゾン濃度に基づいて、殺菌ガス導入部１２０を制御し、湿度計１５０が測定した湿度に基づいて水蒸気導入部１３０を制御する。制御部１６０によるバルブ１８０ａ〜１８０ｄ、ポンプ１８２、殺菌ガス導入部１２０、水蒸気導入部１３０の制御処理については、後で詳述する。

オゾン分解部１７０は、オゾンを分解する触媒で構成されており、バルブ１８０ｄを介して、チャンバ１１０内から殺菌後の雰囲気ガスが導入され、雰囲気ガス中のオゾンを分解する。オゾン分解部１７０でオゾンが分解されることで、除去された雰囲気ガス（排気ガス）は、ポンプ１８２によって外部に排出される。

（殺菌方法）
続いて、殺菌装置１００を用いた対象物Ｗの殺菌方法について説明する。図２は、第１の実施形態にかかる殺菌方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。殺菌方法は、準備工程Ｓ２５０、ガス導入工程Ｓ２５２、搬入工程Ｓ２５４、殺菌工程Ｓ２５６、搬出工程Ｓ２５８を含んで構成される。以下、各工程について説明する。

（準備工程Ｓ２５０）
制御部１６０は、初期状態において、バルブ１８０ａ〜１８０ｄが閉状態となるように制御し、ポンプ１８２の駆動を停止しておき、殺菌ガス導入部１２０、水蒸気導入部１３０、オゾンモニタ１４０の機能を停止しておく。また、制御部１６０は、開閉扉１１２ａ、１１２ｂが閉状態となるように制御する。

（ガス導入工程Ｓ２５２）
制御部１６０は、酸素発生部２１０を機能させる。そうすると、酸素発生部２１０は、空気から酸素を分離する。また、制御部１６０は、ポンプ２１２を駆動して、酸素発生部２１０が分離した酸素をオゾン発生部２１４へ導入する。また、制御部１６０は、オゾン発生部２１４を機能させる。そうすると、オゾン発生部２１４は、自体に導入された酸素をオゾンに変換する。そして、オゾン発生部２１４で変換（生成）されたオゾンは、ラジカルガス発生部２２４へ送出される。

制御部１６０は、前駆体貯留部２２０、バルブ２２２を制御して、予め定められた量の過酸化水素水をラジカルガス発生部２２４に導入させる。また、制御部１６０は、ラジカルガス発生部２２４を機能させる。そうすると、ラジカルガス発生部２２４は、前駆体貯留部２２０から導入された過酸化水素水を加熱して、過酸化水素ガスを生成する。このようにして、ラジカルガス発生部２２４において、過酸化水素ガスと、上記オゾン発生部２１４で生成されたオゾンとが混合される。

続いて制御部１６０は、バルブ１８０ａが開状態となるように制御する。こうして、オゾンと、過酸化水素ガスとの混合気体がチャンバ１１０内に導入されることになる。

一方、制御部１６０は、水蒸気導入部１３０を機能させ、バルブ１８０ｂが開状態となるように制御して、水蒸気をチャンバ１１０内に導入させる。

そして、制御部１６０は、攪拌部１１６を駆動して、チャンバ１１０内の雰囲気ガス（オゾン、過酸化水素ガス、水蒸気）が実質的に均一になるように、チャンバ１１０内の雰囲気ガスを攪拌させる。

また、制御部１６０は、バルブ１８０ｄが開状態となるように制御し、ポンプ１８２を駆動して、チャンバ１１０内の雰囲気ガスを排気させる。こうして、チャンバ１１０内を陽圧にしないようにしている。なお、チャンバ１１０内を予め陰圧にしておく場合、排気の必要はない。

続いて、制御部１６０は、バルブ１８０ｃが開状態となるように制御して、オゾンモニタ１４０を機能させる。そして、制御部１６０は、オゾンモニタ１４０が測定したオゾン濃度が予め定められた値となるまで、オゾン発生部２１４によるオゾン発生量が徐々に増加するように制御する。そして、オゾン濃度が予め定められた値に到達すると、オゾン発生部２１４によるオゾン発生量を現在の値となるように制御する。

また、制御部１６０は、湿度計１５０が測定した湿度が、予め定められた値となるまで、バルブ１８０ｂの開度が徐々に大きくなるように制御する。そして、湿度が予め定められた値に到達すると、バルブ１８０ｂの開度を現在の値となるように制御して水蒸気導入部１３０からの水蒸気導入量を維持する。こうして、チャンバ１１０内の雰囲気ガスが予め定められたオゾン濃度、および、湿度となる。なお、本実施形態において、ラジカルガス発生部２２４によって生成される過酸化水素ガスの濃度は、予め定められた固定値としている。

（搬入工程Ｓ２５４）
制御部１６０は、開閉扉１１２ａが開状態となるように制御してパスボックス１１２内に対象物Ｗを移動させる。そして、制御部１６０は、開閉扉１１２ａが閉状態となるように制御し、開閉扉１１２ｂが開状態となるように制御して、パスボックス１１２からチャンバ１１０内に対象物Ｗを搬入して載置部１１４に載置し、開閉扉１１２ｂが閉状態となるように制御する。

（殺菌工程Ｓ２５６）
チャンバ１１０内の雰囲気ガスに対象物Ｗを予め定められた時間曝露して、対象物Ｗを殺菌する。

また、殺菌工程Ｓ２５６において、制御部１６０は、オゾンモニタ１４０が測定したオゾン濃度に基づいて、オゾン発生部２１４を制御する。具体的に説明すると、制御部１６０は、オゾンモニタ１４０が測定したオゾン濃度が、予め定められた値未満である場合、オゾン発生部２１４によるオゾン発生量を増加させるように制御し、予め定められた値以上である場合、オゾン発生部２１４によるオゾン発生量を減少させるように制御する。

また、制御部１６０は、湿度計１５０が測定した湿度に基づいて、バルブ１８０ｂの開度を調整する。具体的に説明すると、制御部１６０は、湿度計１５０が測定した湿度が、予め定められた値未満である場合、バルブ１８０ｂの開度が大きくなるように制御し、予め定められた値以上である場合、バルブ１８０ｂの開度が小さくなるように制御する。

（搬出工程Ｓ２５８）
殺菌工程Ｓ２５６が終了すると、制御部１６０は、開閉扉１１２ｂが開状態となるように制御して、チャンバ１１０からパスボックス１１２へ対象物Ｗを搬出させ、開閉扉１１２ｂが閉状態となるように制御する。続いて、制御部１６０は、開閉扉１１２ａが開状態となるように制御して、パスボックス１１２から殺菌後の対象物Ｗを取り出す。そして、次の対象物Ｗを殺菌すべく、搬入工程Ｓ２５４からの処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態にかかる殺菌装置１００によれば、オゾンとともに、ラジカルガスを導入することで、オゾンのみを導入した場合と比較してヒドロキシラジカルの量を増大させることができる。したがって、対象物Ｗの殺菌効率を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態：殺菌装置３００）
上述した実施形態では、水蒸気導入部１３０がチャンバ１１０内へ水蒸気を導入することで、殺菌効率をさらに向上させていたが、対象物Ｗによっては、耐湿性が低いものもある。そこで、第２の実施形態では、チャンバ１１０内の湿度を上昇させることなく、殺菌効率をさらに向上させることが可能な殺菌装置３００について説明する。

図３は、第２の実施形態にかかる殺菌装置３００を説明するための図である。図３に示すように殺菌装置３００は、チャンバ１１０と、パスボックス１１２と、殺菌ガス導入部１２０と、イオン導入部３３０と、オゾンモニタ１４０と、制御部１６０と、オゾン分解部１７０と、バルブ１８０ａ、１８０ｃ、１８０ｄと、ポンプ１８２とを含んで構成される。なお、第１の実施形態における構成要素としてすでに述べた、チャンバ１１０、パスボックス１１２、殺菌ガス導入部１２０、オゾンモニタ１４０、制御部１６０、オゾン分解部１７０、バルブ１８０ａ、１８０ｃ、１８０ｄ、ポンプ１８２は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違するイオン導入部３３０を主に説明する。

イオン導入部３３０は、所謂イオナイザで構成され、チャンバ１１０内にイオンを導入する。本実施形態において、イオン導入部３３０は、チャンバ１１０内に設けられており、チャンバ１１０内でイオンを生成する。

このように、オゾン、および、ラジカルガス（過酸化水素ガス）のみならず、イオンをチャンバ１１０に導入することで、オゾン、および、ラジカルガスのみの場合と比較して、殺菌効率を向上させることができる。

（実施例１）
殺菌装置１００を用いて、対象物Ｗの殺菌効率を試験した。殺菌の対象となる菌（指標菌）は、Bacillus atrophaeus ATCC9372芽胞を用いた。なおチャンバ１１０内の温度は２０℃とし、相対湿度は９０％とし、処理時間は４５分とした。

下記表１に示すように、比較例１としてオゾンのみ（オゾン濃度２００ｐｐｍ）の雰囲気ガス中に、指標菌を曝露した場合、菌数が１０^６ｃｆｕ／ｍＬから１０^２ｃｆｕ／ｍＬにしか減少しなかった。また、比較例２として過酸化水素のみ（過酸化水素濃度１％）の雰囲気ガス中に、指標菌を曝露した場合、菌数が１０^６ｃｆｕ／ｍＬから約３×１０^２ｃｆｕ／ｍＬにしか減少しなかった。

これに対し、実施例１として、オゾンおよび過酸化水素（オゾン濃度２００ｐｐｍ、過酸化水素濃度１ｐｐｍ）の雰囲気ガス中に、指標菌を曝露した場合、菌数が１０^６ｃｆｕ／ｍＬから０（ゼロ）に減少した。つまり、比較例１、２と比較して、実施例１では、オゾンに１ｐｐｍといった極わずかな量の過酸化水素を添加するだけで、２桁以上菌数を減少させられることが分かった。したがって、従来行われていた比較例１、２と比較して、実施例１では、殺菌効率が著しく向上することが分かった。

（実施例２）
殺菌装置３００を用いて、対象物Ｗの殺菌効率を試験した。殺菌の対象となる菌（指標菌）は、Bacillus atrophaeus ATCC9372芽胞を用いた。なおチャンバ１１０内の温度は２０℃とし、相対湿度は９０％とし、処理時間は４５分とした。

下記表２に示すように、比較例３としてオゾンのみ（オゾン濃度２００ｐｐｍ）の雰囲気ガス中に、指標菌を曝露した場合、菌数が１０^６ｃｆｕ／ｍＬから１０^２ｃｆｕ／ｍＬにしか減少しなかった。

これに対し、実施例２として、オゾンおよび陰イオン（オゾン濃度２００ｐｐｍ、イオン濃度５×１０^４個／ｃｍ^３以上）の雰囲気ガス中に、指標菌を曝露した場合、菌数が１０^６ｃｆｕ／ｍＬから１０ｃｆｕ／ｍＬに減少した。つまり、比較例３と比較して、実施例２では、１桁菌数を減少させられることが分かった。したがって、従来行われていた比較例３と比較して、実施例２では、殺菌効率が著しく向上することが分かった。

また、本願発明者らは、オゾン、過酸化水素、およびイオンを含む雰囲気ガス中に対象物Ｗを曝露することにより、比較例１、２、３と比較して殺菌効率を著しく向上できることを確認している。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明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本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、殺菌装置１００は、水蒸気導入部１３０を、殺菌装置３００は、イオン導入部３３０を備えているが、殺菌装置が、水蒸気導入部１３０およびイオン導入部３３０の両方を備えておき、対象物Ｗに応じて、水蒸気導入部１３０と、イオン導入部３３０とを切り換えて機能させてもよいし、水蒸気導入部１３０と、イオン導入部３３０との両方ともを同時に機能させてもよい。

また、上述した実施形態では、オゾンに接触させることでヒドロキシラジカルを発生し得るガス（ラジカルガス）として、過酸化水素ガスを例に挙げて説明したため、過酸化水素ガスを発生させる機能部として、前駆体貯留部２２０、バルブ２２２、ラジカルガス発生部２２４を説明した。しかし、ラジカルガスをチャンバ１１０に導入できれば、どのような構成であってもよい。例えば、ラジカルガスが貯留されたボンベ等からチャンバ１１０にラジカルガスを導入してもよい。

また、上述した実施形態では、載置部１１４がチャンバ１１０内に固定されている構成について説明したが、チャンバ１１０とパスボックス１１２とを移動可能な構成としてもよい。また、パスボックス１１２を設けず、チャンバ１１０に開閉扉を、例えば、両側に直接設けることもできる。

なお、本明細書の殺菌方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。

本発明は、対象物を殺菌する殺菌装置に利用することができる。

１００、３００ …殺菌装置
１１０ …チャンバ
１２０ …殺菌ガス導入部
１３０ …水蒸気導入部
３３０ …イオン導入部

Claims

対象物を殺菌する殺菌装置であって、
チャンバと、
オゾンの濃度に対する過酸化水素ガスの濃度が０．０１〜０．５倍となるように、該オゾンおよび該過酸化水素ガスを前記チャンバ内に導入する殺菌ガス導入部と、
前記チャンバ内に水蒸気を導入する水蒸気導入部と、
を備えることを特徴とする殺菌装置。
前記チャンバ内にイオンを導入するイオン導入部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。