JP6805123B2 - 流体殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体殺菌装置に関し、特に、紫外線を照射して微生物の殺菌、反応処理、物質の検知などを行う技術に関する。

被照射物に紫外線を照射して、微生物の殺菌、反応処理、物質の検出などを行う紫外線照射装置が知られている。本出願人は、特許文献１において、流体に紫外光を照射して微生物を殺菌する流体殺菌装置の技術について開示した。特許文献１に記載の流体殺菌装置は、軸方向に延びる流路管に区画された処理流路に向けて、流路管の一方の端部から軸方向に紫外光を照射する光源を備える。

特開２０１７−１０４２３０号公報

本発明者は、被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置について以下の認識を得た。
このような紫外線照射装置は紫外線を発光する発光素子を含む光源を備えることが多い。紫外線を発光する発光素子は故障などにより発光機能が低下することがある。例えば、流体を被照射物として紫外線を照射して、流体に含まれる微生物を殺菌する場合に、発光素子が故障すると殺菌の機能が失われる。発光素子が故障した状態で、流体が流れ続けると殺菌が不十分な流体が下流側に流出することが考えられる。この状態は、故障が発見され修理されるまで続く可能性もある。

このため、複数の発光素子を備え、この複数の発光素子のうちのいずれかが故障した場合に、残った正常な発光素子によって被照射物に紫外線を照射することが考えられる。しかしこの場合、発光する発光素子の数が減るので、それに応じて照度が低下し、殺菌が不十分な流体が下流側に流出する可能性がある。
このことから、本発明者らは、被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置には、複数の発光素子の一部が故障した場合に光源部の出力低下を抑制する観点で改善すべき課題があることを認識した。

このような課題は、微生物を殺菌するために紫外線を照射する紫外線照射装置に限らず、他の用途において被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置についても生じうる。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、複数の発光素子の一部が故障した場合に光源部の出力低下を抑制することが可能な紫外線照射装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体殺菌装置は、複数の発光素子を有する紫外線照射装置と、流体の流路を区画する流路管と、複数の発光素子の駆動電流を制御する制御部と、を備え、流路管の内部を流れる流体に紫外光を照射して殺菌処理を施すための流体殺菌装置であって、紫外線照射装置は、複数の発光素子から流路管の内部に互いに異なる方向から第１照射光および第２照射光を出力し、制御部は、第１照射光と第２照射光の出力が変化した場合に当該出力の変化を打ち消すように複数の発光素子のぞれぞれの発光素子の駆動電流を制御し、第１照射光および第２照射光は、流路管における流体の上流側と下流側とにおいて互いに対向する位置から出力される。

この態様によると、故障した発光素子以外の複数の発光素子の駆動電流を制御して光源部の出力を補正することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、複数の発光素子の一部が故障した場合に光源部の出力低下を抑制することが可能な紫外線照射装置を提供することができる。

第１実施形態に係る照射装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図１の照射装置の発光素子の配置の一例を概略的に示す配置図である。 図１の照射装置の発光素子の出力特性を概略的に示す特性図である。 図１の照射装置の発光素子の波長特性と被照射物の感受特性の関係の一例を概略的に示す特性図である。 第２実施形態に係る照射装置の構成を概略的に示す断面図である。 図５の照射装置の発光素子の配置の一例を概略的に示す配置図である。 第１変形例に係る照射装置の構成を概略的に示す断面図である。 第２変形例に係る照射装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図８の照射装置の発光素子の配置の一例を概略的に示す配置図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る照射装置１００について説明する。図１は、第１実施形態に係る照射装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図２は、光源部１０の複数の発光素子１２の配置の一例を概略的に示す配置図である。照射装置１００は、被照射物８に紫外線を照射光１６として出力する紫外線照射装置として機能する。照射装置１００は、光源部１０と、駆動回路２０と、検知部３０と、制御部４０と、を主に含む。

被照射物８は、紫外線の照射を受けうるものであれば特に限定されない。被照射物８としては、固体、ゲル、液体、気体、またはこれらの組み合わせであってもよい。照射光１６は、被照射物８に何らかの作用を与える波長特性を有す紫外線であれば特に限定されない。照射光１６の作用としては、殺菌処理、表面処理、反応処理などが知られている。

（光源部）
光源部１０は、複数の発光素子１２を含み、紫外線を照射光１６として出力する。光源部１０は、基板１４と、基板１４に配置された複数の発光素子１２と、を含む。基板１４には、公知の様々な基板を採用することができる。複数の発光素子１２は、Ｎ行Ｍ列（ＮおよびＭは、２以上の整数）のマトリックス状に平面配置されてもよい。ＮおよびＭは、同数であってもよく非同数であってもよい。ＮおよびＭは、所望の照度と所望の波長特性とに対応して設定することができる。図２の例では、１６個の発光素子１２は、４行４列に配置されている。

一例として、複数の発光素子１２は、微生物を殺菌する作用を有する波長特性の照射光１６を出力してもよい。複数の発光素子１２は、単一波長の光を出力するようにしてもよいが、複数の波長の光を出力するようにしてもよい。この例では、複数の発光素子１２は、紫外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる。複数の発光素子１２は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２９０ｎｍ付近の紫外光を発することが好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

（駆動回路）
駆動回路２０は、複数の発光素子１２それぞれに駆動電流Ｉｄを供給する。駆動回路２０は、複数の発光素子１２それぞれに対応する複数の電流源２０ｂを含んでもよい。図２の例では、駆動回路２０は、１６個の発光素子１２それぞれに対応する１６個の電流源２０ｂを含んでいる。電流源２０ｂは、発光素子１２に駆動電流Ｉｄを供給可能なものであれば特に限定されない。一例として、電流源２０ｂは、定電流回路などの公知の電流源であってもよいし、直列抵抗と電圧源とを組み合わせた回路であってもよい。

（検知部）
検知部３０は、複数の発光素子１２それぞれの故障を検知する。検知部３０は、複数の発光素子１２それぞれに対応する複数の検知要素３０ｂを含んでもよい。図２の例では、検知部３０は、１６個の発光素子１２それぞれに対応する１６個の検知要素３０ｂを含んでいる。検知要素３０ｂは、発光素子１２が故障した状態を検知可能なものであれば特に限定されない。発光素子１２が故障した状態とは、発光素子１２の発光機能の一部または全部が失われた状態を含む。発光素子１２の故障は、断線、短絡、ジャンクションの劣化などの不具合によって引き起こされることがある。

発光素子１２が故障した状態を検知する原理の一例を説明する。
（１）検知部３０は、各発光素子１２の駆動電流Ｉｄと順方向電圧Ｖｆの少なくとも一方に応じて、各発光素子１２の故障を検知するように構成されてもよい。例えば、検知要素３０ｂは、発光素子１２の駆動電流Ｉｄと順方向電圧Ｖｆの少なくとも一方を検出値として検出してもよい。検知要素３０ｂは、当該検出値が予め設定した範囲外であるとき、当該発光素子１２は故障していると検知することができる。

例えば、発光素子１２が定電流駆動されたＬＥＤである場合に、このＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが設定範囲を超えて大きいとき、検知要素３０ｂは、このＬＥＤはオープン故障していると検知することができる。また、この順方向電圧Ｖｆが設定範囲より小さいとき、検知要素３０ｂは、このＬＥＤは短絡故障していると検知することができる。また、ＬＥＤの順方向電流が設定範囲より小さいとき、検知要素３０ｂは、このＬＥＤはオープン故障していると検知することができる。順方向電圧Ｖｆや順方向電流の設定範囲は、ＬＥＤの電圧−電流特性に基づいて設定されてもよい。

（２）検知部３０は、発光素子１２が搭載される基板１４の温度に応じて、発光素子１２の故障を検知するように構成されてもよい。例えば、検知要素３０ｂは、基板１４の発光素子１２の近傍に配置された温度検出要素を含んでもよい。この温度検出要素は、基板１４の温度を検出可能な要素であれば特に限定されない。温度検出要素は、サーミスタなどの公知の温度感知素子を含んでもよい。例えば、検知要素３０ｂは発光素子１２の近傍に配置されたサーミスタを含んでもよい。この場合、検知要素３０ｂは、サーミスタの抵抗値が予め設定した範囲外であるとき、当該発光素子１２は故障していると検知することができる。

例えば、発光素子１２が故障している場合、消費電力による温度上昇がないので、当該発光素子１２を搭載する基板の温度は、他の基板に比べて低い。したがって、サーミスタ（例えば、ＮＴＣサーミスタ）の抵抗値がしきい値より大きいとき、検知要素３０ｂは、当該発光素子１２が故障していると検知することができる。他の発光素子１２の発熱の影響を軽減するために、基板１４は、複数の発光素子１２ごとに分割されてもよい。サーミスタの抵抗値の設定範囲は、サーミスタの温度に対する抵抗値の特性に基づいて設定されてもよい。

（３）検知部３０は、各発光素子１２が発する光の照度に応じて、各発光素子１２の故障を検知するように構成されてもよい。例えば、検知要素３０ｂは、発光素子１２が発する光の照度を検出する照度検出要素を含んでもよい。この照度検出要素は、発光素子１２が発する光の照度を検出可能な要素であれば特に限定されない。照度検出要素は、ＰＤ（Photodiode）などの公知の光感知素子を含んでもよい。例えば、検知要素３０ｂは、発光素子１２が発する光を受光可能な位置に配置されたＰＤを含んでもよい。この場合、検知要素３０ｂは、ＰＤの光電流が予め設定した範囲外であるとき、当該発光素子１２は故障していると検知することができる。

例えば、発光素子１２が故障して発光していない場合、この発光素子に対応するＰＤの光電流は、他の発光素子に対応するＰＤに比べて小さい。したがって、ＰＤの光電流がしきい値より小さいとき、検知要素３０ｂは、対応する発光素子１２は故障していると検知することができる。ＰＤの光電流の設定範囲は、ＰＤの入力照度に対する光電流の特性に基づいて設定されてもよい。

（制御部）
制御部４０は、検知部３０の検知結果に応じて駆動電流Ｉｄを制御する。制御部４０は、公知のＣＰＵ（Central Processing Unit）などを用いて実現することができる。光源部１０は、複数の発光素子１２の一部（以下、発光素子１２（Ａ）という）が故障した場合、発光素子１２（Ａ）を除く正常な発光素子（以下、発光素子１２（Ｂ）という）によって照射光１６を出力する。この場合、発光する発光素子の数が少なくなり、それに応じて光源部１０の出力が低下する。そこで、第１実施形態の制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより、光源部１０の出力が低下したら、故障した発光素子１２（Ａ）以外の複数の発光素子１２（Ｂ）の駆動電流Ｉｄを制御して光源部１０の出力を補正する。換言すると、制御部４０は、一部が故障したことにより、光源部１０の出力が変化した場合に当該出力の変化を打ち消す方向に駆動電流Ｉｄを制御する。

例えば、Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の発光素子１２を備える光源部１０において、Ｑ個（Ｑは１以上でＰ未満の整数）の発光素子１２が故障した場合、制御部４０は、ＰおよびＱに応じて駆動電流Ｉｄを増加させるように駆動回路２０を制御してもよい。この場合、制御部４０は、一例として駆動電流ＩｄをＰ／（Ｐ−Ｑ）倍に補正するように制御してもよい。例えば、Ｐ＝１６、Ｑ＝１の場合、駆動電流Ｉｄを１．０６７倍に増やしてもよい。

発光素子１２の出力特性が非線形である場合には、発光素子１２の出力特性を考慮して駆動電流Ｉｄを補正することが望ましい。図３は、照射装置１００の発光素子１２の出力特性ｇ３の一例を概略的に示す特性図である。図３において、横軸は発光素子１２の駆動電流Ｉｄを示しており、縦軸は発光素子１２の光出力を示している。図３に示すように、発光素子１２の光出力は駆動電流Ｉｄに対して非線形に変化することがあり、この場合、上記の説明による駆動電流Ｉｄの補正では光出力が不足する。

そこで、第１実施形態では、制御部４０は、発光素子１２の駆動電流Ｉｄに対する光出力の関係を光出力関係テーブルとして備えている。制御部４０は、ＰおよびＱに応じて補正すべき光出力を算出し、算出された光出力に基づいて光出力関係テーブルから駆動電流Ｉｄの補正値を取得している。制御部４０は、取得された補正値に基づく駆動電流Ｉｄを流すように駆動回路２０を制御している。照射装置１００は、このように制御することにより光出力の不足を補っている。

複数の発光素子１２が波長特性の異なる発光素子を含む場合には、発光素子１２の波長特性と被照射物８の感受特性との関係を考慮して駆動電流Ｉｄを補正することが望ましい。図４は、発光素子１２の波長特性ｇ４と被照射物８の感受特性ｇ５の一例を概略的に示す特性図である。図４において、横軸は波長λを示しており、縦軸は発光素子１２の波長特性および被照射物８の感受特性を、各ピークを１００％とする相対比率で示している。被照射物８に及ぼす照射光１６の作用能力は、波長特性ｇ４と感受特性ｇ５の積を所定波長の範囲で積分した値に比例すると考えられる。

そこで、第１実施形態では、制御部４０は、波長λに対する各発光素子１２の波長特性ｇ４および被照射物８の感受特性ｇ５の関係を波長・感受特性関係テーブルとして備えている。制御部４０は、ＰおよびＱに応じて補正すべき照射光１６の作用能力の補正量を算出し、算出された作用能力の補正量に基づいて波長・感受特性関係テーブルから、補正すべき光出力を取得し、取得された光出力に基づいて光出力関係テーブルから駆動電流Ｉｄの補正値を特定している。制御部４０は、特定された補正値に基づく駆動電流Ｉｄを流すように駆動回路２０を制御している。照射装置１００は、このように制御することにより光出力および作用能力の不足を補っている。

複数の発光素子１２が波長特性の異なる発光素子を含む場合には、波長特性の変化を考慮して駆動電流Ｉｄを補正することが望ましい。そこで、第１実施形態に係る照射装置１００では、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより照射光１６の波長特性が変化した場合に当該波長特性の変化を打ち消す方向に各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。

複数の発光素子１２が面上に配置されている場合には、故障した発光素子１２（Ａ）の配置位置を考慮して駆動電流Ｉｄを補正することが望ましい。図２に示すように、複数の発光素子１２がマトリックス状に配置されている場合、光源部１０は所定の照度分布を有する。一例として、図２に示す発光素子１２（Ａ）が故障した場合、発光素子１２（Ａ）に対応する照射領域が他の照射領域より照度が低下する。この状態では、光源部１０の照度分布は所定の照度分布からずれる。照度分布がずれたまま、残りすべての発光素子１２（Ｂ）について駆動電流Ｉｄを同じ比率で補正すると、全体の光出力は補正されるものの、照度分布のずれは残る。つまり、故障した発光素子１２（Ａ）に対応する照射領域は、他の照射領域より相対的に暗いままである。

そこで、第１実施形態では、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより照射光１６の照度分布が変化した場合に当該照度分布の変化を打ち消す方向に各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。一例として、図２に示す発光素子１２（Ａ）が故障した場合、発光素子１２（Ａ）を囲む３個（図２のａ、ｃ、ｄ）または５個（図２のａ〜ｄ）の発光素子１２（Ｂ）の駆動電流Ｉｄの補正量を他の発光素子１２（Ｂ）の駆動電流Ｉｄの補正量より大きくしてもよい。

制御部４０は、発光素子１２それぞれについて、その発光素子１２が故障した場合における他の発光素子１２の駆動電流Ｉｄの補正係数を係数関係テーブルとして備えている。制御部４０は、故障した発光素子１２（Ａ）の位置に基づき係数関係テーブルから、他の発光素子１２（Ｂ）それぞれの補正係数を取得する。制御部４０は、取得された補正係数に基づく駆動電流Ｉｄを流すように駆動回路２０を制御している。照射装置１００は、このように制御することにより照度分布の変化を打ち消すように動作している。

複数の発光素子１２の一部が故障した場合、故障した発光素子１２（Ａ）への通電を続けると、他の正常な発光素子１２（Ｂ）への駆動電流Ｉｄが不足することが考えられる。そこで、第１実施形態では、制御部４０は、検知部３０が故障を検知した場合に、当該故障した発光素子１２（Ａ）への通電を停止するように駆動回路２０を制御する。この場合、正常な発光素子１２（Ｂ）への駆動電流Ｉｄが不足する可能性を低くすることができる。

許容電流または許容電力を超える駆動電流Ｉｄが発光素子１２に供給されると、その発光素子１２の劣化が加速され、故障の原因となりうる。そこで、第１実施形態では、制御部４０は、許容電流または許容電力を超えない範囲で駆動電流Ｉｄを供給するように駆動回路２０を制御する。この場合、発光素子１２の劣化を抑制することができる。

発光素子１２のジャンクション温度が許容範囲を超えると、その発光素子１２の劣化が加速され、故障の原因となりうる。そこで、第１実施形態では、制御部４０は、ジャンクション温度が許容範囲を超えない範囲で駆動電流Ｉｄを供給するように駆動回路２０を制御する。照射装置１００は、基板温度を検知する検知手段を備えてもよい。ジャンクション温度は、発光素子１２の内部電力損失および基板温度をパラメータとする演算により特定することができる。内部電力損失は、順方向電圧Ｖｆと駆動電流Ｉｄの積として算出することができる。制御部４０は、基板温度、順方向電圧Ｖｆおよび駆動電流Ｉｄに基づいて、発光素子１２のジャンクション温度を特定することができる。制御部４０は、特定されたジャンクション温度が許容範囲を超えないように駆動電流Ｉｄを制御することができる。この場合、発光素子１２の劣化を抑制することができる。

次に、このように構成された第１実施形態に係る照射装置１００の作用・効果を説明する。

第１実施形態に係る照射装置１００は、複数の発光素子１２を含み、紫外線を照射光１６として出力する光源部１０と、複数の発光素子１２に駆動電流Ｉｄを供給する駆動回路２０と、複数の発光素子１２の故障を検知する検知部３０と、検知部３０の検知結果に応じて駆動電流Ｉｄを制御する制御部４０と、を備え、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより、光源部１０の出力が低下したら、光源部１０の出力の低下を補うように、故障した発光素子１２以外の複数の発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。この構成によれば、故障した発光素子１２（Ａ）以外の発光素子１２（Ｂ）の駆動電流Ｉｄを制御して光源部１０の出力を補正することができる。これにより、光源部の出力を補正しない場合と比べて、照射装置１００としての殺菌性能などの性能の低下を抑制することができる。

第１実施形態に係る照射装置１００では、検知部３０は、各発光素子１２の駆動電流Ｉｄと順方向電圧Ｖｆの少なくとも一方に応じて、各発光素子１２の故障を検知するように構成される。この構成によれば、発光素子１２の駆動電流Ｉｄまたは順方向電圧Ｖｆを用い、所定の範囲に基づいて監視することにより、発光素子１２の故障を簡便かつ適切に検知することができる。

第１実施形態に係る照射装置１００では、検知部３０は、各発光素子１２が搭載される基板の温度に応じて、各発光素子１２の故障を検知するように構成される。この構成によれば、発光素子１２の駆動電流Ｉｄと発熱温度の関係を用い、所定の範囲に基づいて監視することにより、発光素子１２の故障を適切に検知することができる。

第１実施形態に係る照射装置１００では、検知部３０は、各発光素子１２が発する光の照度に応じて、各発光素子１２の故障を検知するように構成される。この構成によれば、発光素子１２が発する光の照度を用い、所定の範囲に基づいて監視することにより、発光素子１２の故障を適切に検知することができる。

第１実施形態に係る照射装置１００では、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより照射光１６の照度分布が変化した場合に当該照度分布の変化を打ち消す方向に各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。この構成によれば、照度分布の変化を打ち消す方向に制御するので、駆動電流Ｉｄを単純に制御する場合と比べて、照度分布のばらつきを抑制することができる。

第１実施形態に係る照射装置１００では、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより照射光１６の波長特性が変化した場合に当該波長特性の変化を打ち消す方向に各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。この構成によれば、波長特性の変化を打ち消す方向に制御するので、駆動電流Ｉｄを単純に制御する場合と比べて、波長特性の変化を抑制することができる。

［第２実施形態］
以下、図５、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る照射装置２００について説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。図５は、第２実施形態に係る照射装置２００の構成を概略的に示す断面図である。図６は、照射装置２００の発光素子１２の配置の一例を概略的に示す配置図である。

以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は、図５では紙面左右方向に対応し、図６では紙面垂直方向に対応する。Ｙ軸方向は、図５では紙面垂直方向に対応し、図６では紙面左右方向に対応する。Ｚ軸方向は、図５、図６では紙面上下方向に対応する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれＸ軸方向に直交する。このような方向の表記は照射装置１００の使用姿勢を制限するものではなく、照射装置１００は任意の姿勢で使用されうる。

照射装置２００は、流路管２２０と、第１筐体２３０と、第２筐体２４０と、第１光源部２５０と、第２光源部２５５と、駆動回路２０と、検知部３０と、制御部４０と、を主に含む。第１光源部２５０および第２光源部２５５は、流路管２２０の内部に向けて紫外光を第１照射光２１５、２１６として照射する。照射装置２００は、流路管２２０の内部を流れる流体（水など）に紫外光を照射して殺菌処理を施すための流体殺菌装置として機能する。

照射装置２００の駆動回路２０は、第１光源部２５０および第２光源部２５５の複数の発光素子１２に駆動電流Ｉｄを供給する。照射装置２００の検知部３０は、第１光源部２５０および第２光源部２５５の複数の発光素子１２の故障を検知する。照射装置２００の制御部４０は、第１光源部２５０および第２光源部２５５の複数の発光素子１２の一部が故障したことにより、これらの光源部の出力が低下したら、これらの光源部の出力の低下を補うように、故障した発光素子以外の複数の発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。照射装置２００において、駆動回路２０、検知部３０および制御部４０の構成および特徴は、第１実施形態の駆動回路２０、検知部３０および制御部４０と同等であり、上述の説明を適用することができる。

流路管２２０は、Ｘ軸方向に延びる中空円筒状の直管である。流路管２２０は、第１端部２２１と、第１端部２２１とは反対側の第２端部２２２とを有する。流路管２２０には、第２端部２２２から第１端部２２１に向かって矢印Ｆで示される方向に流体が流れる。第１端部２２１には第１光源部２５０からの第１照射光２１５が入射し、第２端部２２２には第２光源部２５５からの第２照射光２１６が入射する。流路管２２０は、流体への紫外光照射がなされる処理流路２１２を区画する。

流路管２２０は、金属材料や樹脂材料で構成される。流路管２２０は、紫外光の反射率が高い材料で構成されることが望ましく、例えば、流路管２２０の内面は鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）や、全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で構成されてもよい。これらの材料で流路管２２０を構成することで、第１光源部２５０および第２光源部２５５が発する第１照射光２１５、２１６を反射させて流路管２２０の長手方向に伝搬させることができる。特に、ＰＴＦＥは、化学的に安定した材料であり、紫外光の反射率が高い材料であるため、処理流路２１２を構成する流路管２２０の材料として好適である。

第１筐体２３０について説明する。第１筐体２３０の説明では、Ｘ軸方向で第２端部２２２に近い側を内側と、Ｘ軸方向で第２端部２２２から遠い側を外側という。第１筐体２３０は、第１端部２２１の周囲を取り囲むように設けられる。第１筐体２３０は、第１整流室２１３と第１光源室２１７を区画する。第１筐体２３０は、金属材料や樹脂材料で構成される。第１筐体２３０は、第１光源部２５０が発する紫外光の反射率が低い材料で構成されることが望ましく、流路管２２０よりも紫外光反射率が低い材料で構成されることが望ましい。第１筐体２３０は、第１光源部２５０からの紫外光を吸収する材料で構成されてもよい。このような材料で第１筐体２３０を構成することで、第１光源部２５０からの紫外光が第１筐体２３０の内面で反射され、流出管２３８から外に漏れ出すのを抑えることができる。

第１筐体２３０は、第１側壁２３２と、第１内側端壁２３３と、第１外側端壁２３４とを有する。第１側壁２３２は、第１内側端壁２３３から第１外側端壁２３４までＸ軸方向に延びる中空円筒形状の部材であり、流路管２２０と略同軸となる位置に設けられる。第１内側端壁２３３は、流路管２２０の側壁から第１側壁２３２に向けて径方向外側に延びる部材であり、円環形状（ドーナツ形状）を有する。第１内側端壁２３３は、第１端部２２１よりもＸ軸方向内側の位置に設けられ、流路管２２０の外面に固定されている。第１外側端壁２３４は、第１端部２２１よりもＸ軸方向外側の位置に設けられる円板形状の部材である。したがって、第１内側端壁２３３と第１外側端壁２３４は、第１端部２２１を挟んでＸ軸方向に対向する位置に設けられる。

第１筐体２３０の内部には、第１光源部２５０からの第１照射光２１５を透過する第１窓部２３６が設けられる。第１窓部２３６は、石英（ＳｉＯ２）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、非晶質のフッ素系樹脂などの紫外光の透過率が高い部材で構成される。第１窓部２３６は、第１筐体２３０の内部を第１整流室２１３と第１光源室２１７に区画する。第１整流室２１３は、第１側壁２３２、第１内側端壁２３３および第１窓部２３６により区画される領域であり、第１端部２２１の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第１光源室２１７は、第１側壁２３２、第１外側端壁２３４および第１窓部２３６で区画される領域であり、第１光源部２５０が設けられる。

第１窓部２３６は、第１端部２２１とＸ軸方向に対向する対向部材であり、第１端部２２１との間にわずかな隙間が形成されるように第１端部２２１の近傍に配置される。第１筐体２３０には、流出口２３７と流出管２３８が設けられる。流出口２３７は、処理流路２１２にて照射光が照射される流体が流出する流通口であり、第１整流室２１３と連通する位置に設けられる。流出口２３７は、例えば、図示されるように第１側壁２３２に設けられる。流出管２３８は、流出口２３７に取り付けられる接続管であり、照射装置２００と接続される配管やチューブコネクタが取り付け可能となるように構成される。

第１光源部２５０は、第１光源室２１７の内部に設けられ、第１端部２２１の開口に向けて第１照射光２１５を出力するように配置される。第１光源部２５０は、基板１４と、基板上に配列された複数の発光素子１２とを含む。複数の発光素子１２は、第１窓部２３６と対向するようにして基板１４に取り付けられる。基板１４は、熱伝導性の高い部材で構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などがベース材料として用いられる。発光素子１２が発する熱は、基板１４を通じて放熱される。

第２筐体２４０について説明する。第２筐体２４０の説明では、Ｘ軸方向で第１端部２２１に近い側を内側と、Ｘ軸方向で第１端部２２１から遠い側を外側という。第２筐体２４０は、第１筐体２３０と同様に構成される。第２筐体２４０は、第２端部２２２の周囲を取り囲むように設けられる。第２筐体２４０は、第２整流室２１４と第２光源室２１８を区画する。第２筐体２４０は、第２側壁２４２と、第２内側端壁２４３と、第２外側端壁２４４とを有する。

第２側壁２４２は、第２内側端壁２４３から第２外側端壁２４４までＸ軸方向に延びる中空円筒部材である。第２側壁２４２は、流路管２２０と略同軸となる位置に設けられる。第２内側端壁２４３は、第２端部２２２よりもＸ軸方向内側の位置に設けられる円環形状の部材であり、流路管２２０の外面に固定されている。第２外側端壁２４４は、第２端部２２２よりもＸ軸方向外側の位置に設けられる円板状の部材である。第２内側端壁２４３と第２外側端壁２４４は、第２端部２２２を挟んでＸ軸方向に対向する位置に設けられる。

第２筐体２４０の内部には、第２光源部２５５からの第２照射光２１６を透過する第２窓部２４６が設けられる。第２窓部２４６は、第２筐体２４０の内部を第２整流室２１４と第２光源室２１８に区画する。第２整流室２１４は、第２側壁２４２、第２内側端壁２４３および第２窓部２４６により区画される領域であり、第２端部２２２の径方向外側を囲うように環状に設けられる領域である。第２光源室２１８は、第２側壁２４２、第２外側端壁２４４および第２窓部２４６で区画される領域であり第２光源部２５５が設けられる。

第２窓部２４６は、第２端部２２２とＸ軸方向に対向する対向部材である。第２窓部２４６は、第２端部２２２との間に隙間が形成されるようにして第２端部２２２の近傍に配置される。第２端部２２２の端面と第２窓部２４６の対向面とが略平行となるように配置されることが好ましい。

第２筐体２４０には、流入管２４８と流入口２４７とが設けられる。流入口２４７は、処理流路２１２に流入する流体の流通口であり、第２整流室２１４と連通する位置に設けられる。流入管２４８は、流入口２４７に取り付けられる接続管である。

第２光源部２５５は、第２光源室２１８の内部に設けられ、第２端部２２２に向けて第２照射光２１６を出力するように配置される。第２光源部２５５は、上述の第１光源部２５０と同様、第２端部２２２の近傍に設けられる。第２光源部２５５は、図６に示されるように、第１光源部２５０と同様に構成される。

以上の構成により、照射装置２００は、処理流路２１２を流れる流体に向けて第１光源部２５０からの第１照射光２１５と、第２光源部２５５からの第２照射光２１６とを照射して殺菌処理を施す。処理対象となる流体は、流入管２４８、流入口２４７、第２整流室２１４および第２端部２２２を通って処理流路２１２の内部に流入する。処理流路２１２を通過した流体は、第１端部２２１から、第１整流室２１３、流出口２３７および流出管２３８を通って流出する。

光源部は、波長特性が異なる発光素子を含んでもよい。図６の例では、第１光源部２５０および第２光源部２５５は、互いに波長特性が異なる紫外線を発光する発光素子１２ｂ、１２ｃを含んでいる。発光素子１２ｂ、１２ｃは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に交互に配列されている。照射装置２００の制御部４０は、第１光源部２５０または第２光源部２５５の複数の発光素子１２の一部が故障したことにより、照射光２１５または照射光２１６の波長特性が変化した場合に当該波長特性の変化を打ち消す方向に各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。

第２実施形態に係る照射装置２００の制御部４０の動作について説明する。照射装置２００の制御部４０は、第１実施形態について説明した制御動作と同様の動作をすることができる。加えて、照射装置２００の制御部４０は、以下に説明する制御動作をすることができる。

第１光源部２５０と第２光源部２５５とは、処理対象となる流体に向けて互いに異なる位置および方向から第１照射光２１５と第２照射光２１６とを出力する。つまり、被照射物の流体には、互いに異なる位置および方向から出力される第１照射光２１５および第２照射光２１６を含む照射光が照射される。処理流路２１２における流体の出口側（第１端部２２１側）から照射される第１照射光２１５と、入口側（第２端部２２２側）から照射される第２照射光２１６と、で殺菌効果が異なることがある。

このため、照射装置２００全体の殺菌効果を最適化するように、第１照射光２１５、第２照射光２１６それぞれの出力には所定の出力比（出力バランス）が設定されてもよい。なお、殺菌効果を最適化することには、所望の殺菌効果を得るために総駆動電流を最小化することと、一定の総駆動電流下で殺菌効果を最大化することとが含まれる。なお、出力バランスが崩れても、各光源の照射方向における寄与率を元に補正するので、殺菌に必要な紫外線を照射できれば、出力比は変化してもよい。

そこで、第２実施形態では、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより第１照射光２１５と第２照射光２１６の出力比が変化した場合に当該出力比の変化を打ち消すように各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。一例として、第１光源部２５０の発光素子１２が故障した場合、第１照射光２１５の出力は低下し、第２照射光２１６の出力は変化しない。したがって、第１照射光２１５に対する第２照射光２１６の出力比は増加する方向に変化する。この場合、当該出力比の変化を打ち消すように、第１光源部２５０の発光素子１２の駆動電流Ｉｄを、第２光源部２５５の発光素子１２の駆動電流Ｉｄより大きく補正してもよい。

第２実施形態に係る照射装置２００は、第１実施形態に係る照射装置１００と同様の作用・効果を奏する。加えて第２実施形態に係る照射装置２００は、以下の作用・効果を奏する。

第２実施形態に係る照射装置２００では、照射光１６は、互いに異なる方向から出力される第１照射光２１５および第２照射光２１６を含み、制御部４０は、複数の発光素子１２の一部が故障したことにより第１照射光２１５と第２照射光２１６の出力比が変化した場合に当該出力比の変化を打ち消すように各発光素子１２の駆動電流Ｉｄを制御する。この構成によれば、出力比の変化を打ち消すように制御するので、駆動電流Ｉｄを単純に制御する場合と比べて、出力比の変化を抑制することができる。これにより、照射装置２００としての殺菌効果の変化を少なくすることができる。

以上、本発明の各実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

（第１変形例）
第２実施形態の説明では、複数の光源部を含み、流路管２２０の両側から紫外線が照射される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。光源部が流路管２２０の両側に設けられることは必須ではない。光源部が流路管２２０の片側にだけ設けられてもよい。図７は、第１変形例に係る照射装置３００の構成を概略的に示す断面図である。第１変形例に係る照射装置３００は、第２実施形態に係る照射装置２００に対して、第２光源部２５５および第２窓部２４６を備えない点で相違し、他の構成は同様である。したがって、共通する構成については第２実施形態の説明を適用することができる。

第１変形例に係る照射装置３００は、共通する構成に基づき、第１実施形態に係る照射装置１００および第２実施形態に係る照射装置２００と同様の作用・効果を奏する。

（第２変形例）
第１実施形態の説明では、複数の発光素子１２それぞれに対応する複数の電流源２０ｂを含む例について説明したが、これに限定されない。例えば、複数の発光素子を、複数（例えば、２つ）に区分けして、一方の区分を第１発光素子と、他方の区分を第２発光素子として、第１発光素子に駆動電流を供給する第１駆動回路と、第２発光素子に駆動電流を供給する第２駆動回路を備えてもよい。図８は、第２変形例に係る照射装置４００の構成を概略的に示すブロック図であり、図１に対応する。図９は、光源部１０の複数の発光素子１２の配置の一例を概略的に示す配置図であり、図２に対応する。

照射装置４００は、光源部１０と、駆動回路２０と、検知部３０と、制御部４０と、を備えており、被照射物８に紫外線を照射光１６として出力する。駆動回路２０は、第１駆動回路として例示される電流制御部４２０ａと、第２駆動回路として例示される電流制御部４２０ｂと、を含む。光源部１０は、電流制御部４２０ａが駆動電流Ｉｄを供給する第１発光素子４１２ａと、電流制御部４２０ｂが駆動電流Ｉｄを供給する第２発光素子４１２ｂと、を含む。

第１発光素子４１２ａおよび第２発光素子４１２ｂは、それぞれ１個の発光素子で構成されてもよいし、それぞれ複数の発光素子で構成されてもよい。第２変形例では、第１発光素子４１２ａは、それぞれ直列に接続された８個の発光素子１２（Ａ）を含み、第２発光素子４１２ｂは、それぞれ直列に接続された８個の発光素子１２（Ｂ）を含む。第２変形例では、図９に示すように、基板１４に発光素子１２（Ａ）と発光素子１２（Ｂ）とが交互に４行４列のマトリックス状に平面配置されている。

検知部３０は、第１発光素子４１２ａと第２発光素子４１２ｂの故障を検知する。制御部４０は、第１発光素子４１２ａと第２発光素子４１２ｂの一方が故障したことにより光源部１０の出力が低下したら、光源部１０の出力の低下を補うように、第１発光素子４１２ａと第２発光素子４１２ｂの他方の駆動電流Ｉｄを制御する。

このように、照射装置４００は、電流制御部４２０ａを含み第１発光素子４１２ａの電流を制御する第１系統と、電流制御部４２０ｂを含み第２発光素子４１２ｂの電流を制御する第２系統と、を設けており、一方の系統で発光素子が故障した場合に、他方の系統で補うことができる。発光素子１２（Ａ）と発光素子１２（Ｂ）とが交互に配置されることにより、一方の系統で発光素子が故障した場合に、光源部１０の照度分布の偏りを減らすことができる。

第２変形例の照射装置４００の構成は、第２実施形態の第１光源部２５０、第２光源部２５５、および第１変形例の第１光源部２５０に適用することができる。

第２変形例に係る照射装置４００は、共通する構成に基づき、第１実施形態に係る照射装置１００および第２実施形態に係る照射装置２００と同様の作用・効果を奏する。

（その他の変形例）
第１実施形態の説明では、光源部が１６個の発光素子を備える例について説明したが、これに限定されない。光源部は２個以上の発光素子を備えればよい。
第１実施形態の説明では、複数の発光素子１２が、マトリックス状に配置される例について説明したが、これに限定されない。複数の発光素子１２は同心円状など使用目的に応じた任意のパターンで配置されてもよい。
これらの各変形例は、第１実施形態に係る照射装置１００と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１００、２００、３００ 照射装置、 ８ 被照射物、 １０ 光源部、 １２ 発光素子、 １６ 照射光、 ２０ 駆動回路、 ３０ 検知部、 ４０ 制御部、 ２２０ 流路管、 ２５０ 第１光源部、 ２５５ 第２光源部。

Claims (3)

1. 複数の発光素子を有する紫外線照射装置と、流体の流路を区画する流路管と、前記複数の発光素子の駆動電流を制御する制御部と、を備え、前記流路管の内部を流れる流体に紫外光を照射して殺菌処理を施すための流体殺菌装置であって、
   前記紫外線照射装置は、前記複数の発光素子から前記流路管の内部に互いに異なる方向から第１照射光および第２照射光を出力し、
   前記制御部は、前記第１照射光と前記第２照射光の出力が変化した場合に当該出力の変化を打ち消すように前記複数の発光素子のぞれぞれの発光素子の駆動電流を制御し、
   前記第１照射光および前記第２照射光は、前記流路管における前記流体の上流側と下流側とにおいて互いに対向する位置から出力され、
   前記制御部は、前記複数の発光素子の一部が故障したことにより前記照射光の波長特性が変化した場合に、前記各発光素子の波長特性と被照射物の感受特性との関係に応じて当該波長特性の変化を打ち消す方向に前記各発光素子の駆動電流を制御することを特徴とする流体殺菌装置。
2. 前記制御部は、前記複数の発光素子の一部が故障したことにより前記照射光の照度分布が変化した場合に当該照度分布の変化を打ち消す方向に前記各発光素子の駆動電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記制御部は、前記複数の発光素子の一部が故障したことにより前記第１照射光と前記第２照射光の出力比が変化した場合に当該出力比の変化を打ち消すように前記各発光素子の駆動電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の流体殺菌装置。

Images