JP6896919B1 - 殺菌ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】手の消毒などに利用できる殺菌ランプをエキシマ光照射装置で実現する。【解決手段】殺菌ランプは、放電管と、グランド電極部と、高電圧電極部と、安全カバーと、遮光部と、を備える。放電管は、エキシマ光を生成するための放電用ガスで充たされている。グランド電極部及び高電圧電極部は、放電管内に放電を生じることにより、放電用ガスを励起させる。安全カバーは、電気絶縁性の有機材料で形成されており、高電圧電極部を覆う。遮光部は、電気絶縁性の無機材料で形成されており、放電管と安全カバーとの間に介在することにより、放電管から安全カバーへ向かうエキシマ光を遮断する。【選択図】図１

Description

本発明は、殺菌用の紫外光を供給する殺菌ランプに関する。

紫外光は、菌やウィルスなどの病原体に対して高い殺菌効果を発揮するため、衛生器具、水、空気などの消毒に用いられることが多い。しかし従来、紫外光は、人体（主に皮膚など）に有害であると考えられていたため、紫外光を用いた消毒の対象は、人体以外の物（衛生器具、水、空気など）に限られていた。

一方、半導体製造技術や環境技術などの分野においても、様々な処理に紫外光が用いられる。半導体製造技術の分野では、ドライ洗浄、表面活性化処理、及びソフトアッシングなどの処理において紫外光が用いられる。又、環境技術の分野では、オゾン生成、水や大気の汚染浄化、及び超純水製造などの処理において紫外光が用いられる。そして、これらの用途で使用される紫外光には、エネルギの高い短波長の紫外光（真空紫外光など）が適している。本発明者は、このような半導体製造技術や環境技術などの分野で使用される紫外光の照射装置として、放電用ガスを用いてエキシマ光を生成するエキシマ光照射装置を開発している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０−６８１３３号公報

近年、紫外光であっても２３０ｎｍ以下の波長域であれば人体に無害であることが、研究で分かってきている。従って、このような波長域であれば、手の消毒などにも紫外光を用いることが可能であることが分かってきた。そして、２３０ｎｍ以下の波長域は、本発明者のエキシマ光照射装置が得意とする領域である。

そこで、本発明者は、自身が開発するエキシマ光照射装置を、手の消毒などに利用できる殺菌ランプ（例えば、民生用の殺菌ランプ）に適用することを考えている。しかし、そのような殺菌ランプにおいては、小型化、低コスト化、製造の容易化を実現しなければならず、それらを実現するためには、産業用のものとは違った様々な工夫が必要であることを、本発明者は見出した。

そこで本発明の目的は、手の消毒などに利用できる殺菌ランプをエキシマ光照射装置で実現することである。

本発明に係る殺菌ランプは、放電管と、グランド電極部と、高電圧電極部と、安全カバーと、遮光部と、を備える。放電管は、エキシマ光を生成するための放電用ガスで充たされている。グランド電極部及び高電圧電極部は、放電管内に放電を生じることにより、放電用ガスを励起させる。安全カバーは、電気絶縁性の有機材料で形成されており、高電圧電極部を覆う。遮光部は、電気絶縁性の無機材料で形成されており、放電管と安全カバーとの間に介在することにより、放電管から安全カバーへ向かうエキシマ光を遮断する。

上記殺菌ランプによれば、高電圧電極部が安全カバーで覆われるため、殺菌ランプの安全性が確保される。しかも、安全カバーが有機材料で形成されるため、安全カバーの小型化、低コスト化、製造の容易化が可能であり、その結果として、殺菌ランプの小型化、低コスト化、製造の容易化、の実現が可能である。また、放電管から安全カバーへ向かうエキシマ光が遮光部で遮断されるため、放電管から背面側へ漏れたエキシマ光による安全カバーの劣化（分解）が生じにくい。しかも、遮光部は無機材料で形成されるため、遮光部自体にもエキシマ光による劣化（分解）が生じにくい。

本発明によれば、手の消毒などに利用できる殺菌ランプをエキシマ光照射装置で実現することが可能になる。

実施形態に係る殺菌ランプの（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）正面図である。 第１変形例に係る殺菌ランプの縦断面図である。 第２変形例に係る殺菌ランプの縦断面図である。 第５変形例に係る殺菌ランプの２つの例を示した縦断面図である。

［１］実施形態
図１（Ａ）は、実施形態に係る殺菌ランプの縦断面図であり、図１（Ｂ）は、当該殺菌ランプの正面図である。これらの図に示されるように、本実施形態の殺菌ランプは、放電管１と、グランド電極部２Ａと、高電圧電極部２Ｂと、安全カバー３と、遮光部４と、を備える。

＜放電管＞
放電管１は、紫外光の透過性に優れた石英や合成石英で形成されたチューブ型の容器である。本実施形態では、放電管１として、断面形状がトラック形状である単管が用いられている。放電管１のサイズは、断面の横幅Ｗ（図１（Ａ）参照）が１０〜１００ｍｍ、断面の高さＴ（図１（Ａ）参照）が２〜１０ｍｍ、長手方向の長さＬ（図１（Ｂ）参照）が２０〜１０００ｍｍであり、産業用のエキシマ光照射装置に用いられる放電管のサイズに比べて小さい。尚、放電管１の形成材料は、石英や合成石英に限らず、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム等のフッ化物など、別の材料に適宜変更されてもよい。また、放電管１の断面形状は、トラック形状に限らず、真円形状、楕円形状、扁平形状、矩形状など、別の形状に適宜変更されてもよい。

放電管１は、エキシマ光を生成するための放電用ガスで充たされる。一例として、放電管１は、放電用ガスが封入されることによって当該放電用ガスで充たされる。他の例として、放電管１は、放電用ガスの導入及び排出が行われることにより、常に新しい放電用ガスで充たされてもよい。

そして、放電管１では、それを充たす放電用ガスの種類に応じた波長のエキシマ光が、後述する放電によって生成される。従って、放電管１では、用途に応じて放電用ガスの種類を選択することにより、その用途に適した波長のエキシマ光を生成することができる。本実施形態では、手の消毒などにエキシマ光が利用できるように、放電用ガスとして、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）、キセノン（Ｘｅ）、臭化クリプトン（ＫｒＢｒ）などを用いて、人体に無害である波長域（２３０ｎｍ以下）のエキシマ光を放電管１にて生成する。一例として、波長が１７２ｎｍ又は２２２ｎｍであるエキシマ光が放電管１で生成される。特に、波長が１７２ｎｍであるエキシマ光は、オゾンを発生させることもできる。

＜グランド電極部及び高電圧電極部＞
放電管１の外周面のうちの、放電管１の中心を通る高さ方向の仮想線Ｌｖ（図１（Ａ）参照）と交わる２つの面（本実施形態では、断面形状であるトラックの直線部分に相当する２つの平坦面）をそれぞれ放電管１の正面１ａ及び背面１ｂとして、正面１ａにグランド電極部２Ａが形成され、背面１ｂに高電圧電極部２Ｂが形成されている。本実施形態では、これらの電極部は、正面１ａ及び背面１ｂへの電極材料の蒸着によって層状に形成されている。また、電極材料にはアルミニウムが用いられている。

このような構成によれば、高電圧電極部２Ｂに高電圧（一例として１〜５ｋＶ）が印加されることより、グランド電極部２Ａと高電圧電極部２Ｂとの間に放電が生じる。これにより、放電管１内に放電が生じて放電用ガスが励起され、その後、当該放電ガスが基底状態に戻るときにエキシマ光が生成される。

そして本実施形態では、放電管１内で生成されたエキシマ光の多くが当該放電管１の正面１ａ側へ放出されるように、グランド電極部２Ａが網状に形成されている。

尚、電極材料は、アルミニウムに限らず、アルミニウム合金、銅、酸化銅、金、銀、ステンレス鋼、更にはこれらの合金など、別の導電材料に適宜変更されてもよい。更に、上述した電極部の形成方法は、蒸着に限らず、導電材料の薄膜を放電管１に貼り付ける方法などに適宜変更されてもよい。また、グランド電極部２Ａは、網状に形成されたものに限らず、全域に亘って複数の開口が均一に形成されたものなど、電極として機能しつつエキシマ光を通過させることができるものに適宜変更されてもよい。

＜安全カバー＞
安全カバー３は、高電圧電極部２Ｂを覆うことで電圧印加時の感電を防止するカバーであり、電気絶縁性の有機材料で形成されている。電気絶縁性の有機材料には、特に限定されるものではないが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂などが用いられる。

これらの有機材料は、安全カバー３の小型化、低コスト化、製造の容易化が可能な材料であり、その結果として、殺菌ランプの小型化、低コスト化、製造の容易化、の実現を可能にするものである。その一方で、これらの有機材料は、紫外光によって分解されやすい。このため、放電管１から背面１ｂ側へ漏れたエキシマ光が安全カバー３に到達すると、当該安全カバー３は、エキシマ光によって分解されて劣化してしまう。特に、２３０ｎｍ以下の短波長域においては紫外光のエネルギが大きくなるため、結合エネルギが大きいＣＨ結合やＯＨ結合などの共有結合でさえもが分解されてしまう。

そこで、このような安全カバー３の劣化を防止するべく、本実施形態の殺菌ランプは、以下に説明する遮光部４を備えている。

＜遮光部＞
遮光部４は、放電管１と安全カバー３との間に介在することにより、放電管１から安全カバー３へ向かうエキシマ光を遮断する部分であり、電気絶縁性の無機材料で形成されている。本実施形態では、遮光部４として、安全カバー３の内面に沿ってコの字状に形成された遮光板が用いられている。電気絶縁性の無機材料は、特に限定されるものではないが、珪素など、主に紫外光のうちの２３０ｎｍ以下の短波長域の光に対する反射率が高い材料であることが好ましい。

尚、遮光部４の形状は、コの字状に限らず、Ｕ字状や平板状など、放電管１や安全カバー３の形状に応じて適宜変更されてもよい。また、遮光部４は、電気絶縁性の無機材料の塗料を、安全カバー３の内面や、放電管１や高電圧電極部２Ｂの外面に塗布することで層状に形成されてもよい。

本実施形態の殺菌ランプによれば、人体に無害である波長域（２３０ｎｍ以下）のエキシマ光が、放電管１で生成されて当該放電管１の正面１ａ側へ放出されるため、当該殺菌ランプから放出されるエキシマ光を手の消毒などに利用できる。

また、上述した殺菌ランプによれば、高電圧電極部２Ｂが安全カバー３で覆われるため、殺菌ランプの安全性が確保される。しかも、安全カバー３が有機材料で形成されるため、安全カバー３の小型化、低コスト化、製造の容易化が可能であり、その結果として、殺菌ランプの小型化、低コスト化、製造の容易化、の実現が可能である。また、放電管１から安全カバー３へ向かうエキシマ光が遮光部４で遮断されるため、放電管１から背面１ｂ側へ漏れたエキシマ光による安全カバー３の劣化（分解）が生じにくい。しかも、遮光部４は無機材料で形成されるため、遮光部４自体にもエキシマ光による劣化（分解）が生じにくい。

このように、本実施形態の構成によれば、手の消毒などに利用できる殺菌ランプ（例えば、民生用の殺菌ランプ）をエキシマ光照射装置で実現することができる。

［２］変形例
［２−１］第１変形例
上述した殺菌ランプにおいて、グランド電極部２Ａ及び高電圧電極部２Ｂは、蒸着などによって放電管１と一体に構成される場合に限らず、放電管１と分離可能な別の装置として安全カバー３側に設けられていてもよい。以下、具体的に説明する。

図２は、第１変形例に係る殺菌ランプの縦断面図である。図２に示されるように、本変形例の殺菌ランプでは、安全カバー３は、放電管１の正面１ａ側を覆う正面カバー３１と、放電管１の背面１ｂ側を覆う背面カバー３２とで構成されており、正面カバー３１には、放電管１の正面１ａ側へ放出されたエキシマ光を通す開口３１ａが設けられている。そして、その開口３１ａに、導電性を有する網材がグランド電極部２Ａとして嵌め込まれている。また、背面カバー３２の内面に、導電性を有する板材が高電圧電極部２Ｂとして設けられている。

このような構成によれば、蒸着などによってグランド電極部２Ａ及び高電圧電極部２Ｂを放電管１と一体に構成しなくても、正面カバー３１内に放電管１を挿入し、その後、正面カバー３１に背面カバー３２を合体させるだけで、放電管１の正面１ａ側にグランド電極部２Ａを配し、且つ、放電管１の背面１ｂ側に高電圧電極部２Ｂを配することが可能になる。よって、放電管１に対する蒸着などの工程が不要になり、殺菌ランプの製造が簡単になる。

また、正面カバー３１と背面カバー３２とを合体させたときに、放電管１の正面１ａ及び背面１ｂにグランド電極部２Ａ及び高電圧電極部２Ｂが密着するように、背面カバー３２には、高電圧電極部２Ｂを放電管１の方へ付勢する付勢部材３３（圧縮バネなど）が設けられていてもよい。

尚、本変形例の殺菌ランプにおいて、グランド電極部２Ａ及び高電圧電極部２Ｂの何れか一方が、蒸着などによって放電管１と一体に構成され、他方が、放電管１と分離可能な別の装置として安全カバー３側に設けられていてもよい。

［２−２］第２変形例
図３は、第２変形例に係る殺菌ランプの縦断面図である。図３に示されるように、殺菌ランプは、２３０ｎｍより大きい長波長域の光を除去する除去手段として、放電管１の外部（具体的には、放電管１の正面１ａ側）に設けられたフィルタ５を更に備えていてもよい。この場合、放電管１で生成されたエキシマ光のうちのフィルタ５を通過した光が、殺菌用の紫外光として殺菌ランプから供給される。

このような殺菌ランプによれば、確実に人体に無害である波長域（２３０ｎｍ以下）のエキシマ光を、殺菌用の紫外光として供給することが可能になる。

［２−３］第３変形例
フィルタ５は、放電管１と分離可能な別の装置として構成される場合に限らず、放電管１と一体に構成されてもよい。具体的には、フィルタ５は、放電管１の正面１ａにハフニューム等を蒸着させることで形成された蒸着膜であってもよい。

［２−４］第４変形例
上述した殺菌ランプにおいて、放電管１の形成材料には、石英、合成石英、フッ化物などにハフニューム等を添加したものなど、波長が２３０ｎｍより大きい紫外光の透過を抑制できる材料が用いられてもよい。この場合、放電管１自体が、２３０ｎｍより大きい長波長域の光を除去する除去手段として機能することになる。

このような殺菌ランプによれば、放電管１から放出されるエキシマ光の殆どが、人体に無害である波長域（２３０ｎｍ以下）の光になる。従って、フィルタ５がなくても、放電管１から放出されるエキシマ光を、そのまま殺菌用の紫外光として供給することが可能になる。

［２−５］第５変形例
上記実施形態の殺菌ランプによれば、小型化が実現され、それに伴って放電管１も小型化されることになる。その一方で、放電管１の小型化により、グランド電極部２Ａと高電圧電極部２Ｂとの間の距離が小さくなり、それが原因で放電管１には沿面放電が生じやすくなる。そこで、放電管１には、沿面放電を防止する防止手段が設けられてもよい。以下、そのような防止手段として、２つの例について説明する。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、第５変形例に係る殺菌ランプの２つの例を示した縦断面図である。図４（Ａ）に示されるように、放電管１には、防止手段の一例として、グランド電極部２Ａと高電圧電極部２Ｂとの間の絶縁距離を長くするための突起１１が設けられてもよい。具体例として、放電管１の側面にガラス棒などを取り付けることにより、突起１１を形成することができる。また、図４（Ｂ）に示されるように、放電管１には、防止手段の他の例として、グランド電極部２Ａと高電圧電極部２Ｂとの間の絶縁距離を長くするための溝１２が設けられてもよい。尚、防止手段は、これらに限らず、グランド電極部２Ａと高電圧電極部２Ｂとの間の絶縁距離が長くなるように、放電管１の形状などに応じて適宜変更されてもよい。

［２−６］第６変形例
上述した殺菌ランプにおいて、放電管１は、チューブ状のものに限らず、薄箱形状を呈したフラット型のものに適宜変更されてもよい。

［２−７］他の変形例
上述した殺菌ランプにおいて、安全カバー３自体が、電気絶縁性の無機材料で形成されてもよい。この場合、エキシマ光が安全カバー３に到達したとしても、エキシマ光による安全カバー３の劣化（分解）が生じにくくなるため、遮光部４が不要になる。

上述の実施形態及び変形例の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態又は変形例ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

また、上述の実施形態及び変形例の説明には、特許請求の範囲に記載された発明に限らず、上述した除去手段や防止手段などが遮光部４に代わる特徴として抽出された構成なども、発明として含まれている。

１ 放電管
１ａ 正面
１ｂ 背面
２Ａ グランド電極部
２Ｂ 高電圧電極部
３ 安全カバー
４ 遮光部
５ フィルタ
１１ 突起
１２ 溝
３１ 正面カバー
３１ａ 開口
３２ 背面カバー
３３ 付勢部材

Claims (5)

1. エキシマ光を生成するための放電用ガスで充たされた放電管と、
   前記放電管の正面及び背面にそれぞれ設けられており、前記放電管内に放電を生じることによって前記放電用ガスを励起させるグランド電極部及び高電圧電極部と、
   電気絶縁性の有機材料で形成されており、前記高電圧電極部を覆う安全カバーと、
   電気絶縁性の無機材料で前記放電管の背面に層状に形成されており、前記放電管と前記安全カバーとの間に介在することによって前記放電管から前記安全カバーへ向かう前記エキシマ光を遮断する遮光部と、
   を備え、
   前記安全カバーは、前記放電管の正面側へ放出されたエキシマ光を通す開口が設けられている正面カバーと、前記放電管の背面側を覆う背面カバーとで構成されており、
   前記グランド電極部は、導電性を有する網材であり、前記開口に嵌め込まれることによって前記放電管と分離可能に設けられており、
   前記高電圧電極部は、導電性を有する板材であり、前記放電管の背面側にて前記放電管と分離可能に設けられている、殺菌ランプ。
2. 前記無機材料は、２３０ｎｍ以下の短波長域の光に対する反射率が高い材料である、請求項１に記載の殺菌ランプ。
3. 前記背面カバーの内面に設けられており、前記高電圧電極部を前記放電管の方へ付勢する付勢部材、を更に備える、請求項１又は２に記載の殺菌ランプ。
4. 前記放電管の正面にて当該放電管と一体に形成されており、２３０ｎｍより大きい長波長域の光を除去するフィルタ、を更に備え、
   前記放電管で生成されたエキシマ光のうちの前記フィルタを通過した光を、殺菌用の紫外光として供給する、請求項１〜３の何れかに記載の殺菌ランプ。
5. 前記放電管の側面には、沿面放電を防止する突起及び溝の少なくとも何れか一方が設けられている、請求項１〜４の何れかに記載の殺菌ランプ。

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