JP7316117B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents
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Description
また、上記特許文献1及び特許文献2においては、流路内壁面に気泡が付着すると、気泡により紫外光が散乱され、流路内の紫外光の強度分布が変化することから、これを回避するために、流路内壁面の表面粗さRaを規定している。つまり、表面粗さRaが大きいと、気泡が付着している状態では殺菌性能が高くなるが、気泡に依存するため殺菌性能が安定しない(特許文献2参照)。一方で、表面粗さRaが小さいと気泡が付着しにくくなり、殺菌性能が安定する(特許文献1参照)。
そこで、この発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、生産性の低下を抑制しつつ、流路内の反射特性の変化を抑制し、殺菌性能を向上させることの可能な紫外線照射装置及び紫外線照射装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明に係る紫外線照射装置は、処理室と、処理室の内部に向けて紫外線を照射する光源と、を備え、処理室の内壁面は紫外線反射面を有し、紫外線反射面における、光源から照射される紫外線の光軸方向に対する二乗平均平方根波長が1μm以上70μm以下である。
図1は、本発明を適用した紫外線照射装置1の構成の一例を概略的に示す断面図である。
紫外線照射装置1は、処理室構造部2と、発光部3と、を備える。
処理室構造部2は、内筒21と、内筒21及び発光部3を収容するケース部22と、を備える。
内筒21は、紫外線反射物質で形成される。紫外線反射物質としてはフッ素系樹脂材料が好ましく、例えばポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene PTFE)で形成される。ここでいう紫外線反射物質とは、UVC光(波長220nm以上300nm)に対して、拡散透過率が1%/1mm以上10%/1mm以下であり、且つ、全反射率が70%/1mm以上100%/1mm以下である物質のことをいう。
内筒21の発光部3側の端部寄りの位置には、周方向の例えば60度離れた6箇所に、径方向を向き、内筒21を貫通する連通口21bが形成されている。なお、連通口21bの配置位置及び配置数はこれに限るものではない。
内筒21の発光部3とは逆側の端部には、整流板23が開口部を塞ぐように設けられている。
窓24は、例えば、石英ガラス等の紫外線透過性素材で形成される。
ケース部22は、例えば、ポリオレフィン、具体的にはポリプロピレン又はポリエチレンで形成される。
発光素子31は、例えば図示しない制御装置により制御される。
これにより、紫外線照射装置1に入力される照射対象物は流入部22a、流入側整流室25、整流板23を通って処理室21cに導入され、処理室21c内を移動しながら、発光素子31により紫外光の照射を受けた後、連通口21b、流出側整流室26、流出部22bを通って、紫外線照射装置1から排出される。
次に、処理室21cの内壁面の表面性状について説明する。
本実施形態に係る紫外線照射装置1の処理室21cは紫外線反射物質で形成されている。つまり、処理室21cの内壁面は紫外線反射面を形成している。
処理室21cの内壁面つまり紫外線反射面は、その表面性状が次の(A)~(D)の表面性状の条件のうち少なくとも条件(A)を含む、一又は複数の条件を満足するように形成される。
(A)発光素子31からの照射光の光軸方向に対する二乗平均平方根波長Rλqが1μm以上70μm以下であること。
(B)発光素子31からの照射光の光軸方向の要素の平均長さRSmが140μm以上400μm以下であること。
(C)算術平均粗さRaが2μm以上8μm以下であること。
(D)最大高さRzが2μm以上53μm以下であること。
本実施形態に係る紫外線照射装置1の処理室21cは、例えば、次の手順で形成する。
上記表面性状の条件を満足し得る紫外線反射面を作製するためには、紫外線反射面つまり、処理室21cの内壁面を旋削加工により作製するときに、切削部材の送り量を、0.03mm/rev以上0.17mm/rev以下の範囲内の値に設定する。このように設定することによって、上記の表面性状の条件を満足し得る表面性状を有する内壁面、すなわち紫外線反射面を実現することができる。
以上説明したように、処理室21cの内壁面の表面性状が、上記の表面性状の条件を満足するように処理室21cを作製することによって反射率を向上させることができ、その結果、殺菌性能を向上させることができる。また、このとき、処理室21cの内壁面の表面性状そのものを調整することで反射率を向上させている。そのため、例えば、処理室21cの内壁面の気泡を利用して反射率を向上させる場合等のように、時間の経過と共に反射率が変化することはなく、一定以上の殺菌性能を発揮することができる。また、紫外線反射面の表面性状が、上記の表面性状の条件を満足するためには、旋削加工工程における切削部材の送り量を、0.03mm/rev以上0.17mm/rev以下の範囲に設定すればよい。そのため、紫外線反射面の形成に伴う処理時間が大幅に増大することなく、上記の表面性状の条件を満足し得る紫外線反射面を形成することができる。つまり、生産性の低下を抑制しつつ、反射率を向上させることができ、殺菌性能を向上させることができる。
また、上記実施形態においては、図1に示すように、紫外線照射装置1が、流入側整流室25と流出側整流室26とを備える場合について説明したが、流入側整流室25と流出側整流室26とを備えていなくともよい。要は、内壁面に反射材が設けられた処理室21cを有し、処理室21cの端部に設けられた発光素子31から、照射対象物に対して紫外線照射を行うようになっている紫外線照射装置であれば適用することができる。
次に、表面性状の条件を満足するように内筒21を作製することによる効果を詳述する。
本発明者らは、表面性状の異なる紫外線反射材を用いて図1に示した紫外線照射装置1にてE.Coli(ATCC8739)菌液を2L/minで通水した際の殺菌性能の検出を行った。紫外線照射装置1において反射材のみを変えて殺菌性能評価をする事で、反射材特性を間接的に評価する事が出来る。なお、先行文献1、2に記載の通り、反射面に気泡が付着すると反射材特性が正確に評価できないので、評価時には脱気水を事前に流して反射面の気泡を除去した上で殺菌評価を実施した。
図3は、紫外線反射面の光軸方向に対する二乗平均平方根波長Rλqと殺菌性能との関係を示した特性図である。図3において、横軸は二乗平均平方根波長Rλq(μm)、縦軸は紫外線照射装置1においてLED出力64mW(LED波長270nm)における殺菌性能(LRV)(Flow Rate:2L/min、菌種:E.Coli ATCC8739)である。図3に示すように、二乗平均平方根波長Rλqが大きくなるほど、殺菌性能が低下している。
一方で、反射面の加工条件を検討した結果、反射面を切削加工する際の切削送り量を小さくするほど二乗平均平方根波長Rλqが小さくなることが確認された。二乗平均平方根波長RλqがRλq<1μmを満足し得る紫外線反射面を形成するためには、切削送り量を0.03mm/rev以下にする必要があり、内筒21の1本当たりの、加工処理時間が長くなり加工コストが増大する。
このように、二乗平均平方根波長Rλqを1μm以上70μm以下の範囲内の値とすることによって、生産性の低下を抑制しつつ、十分な反射率を有する紫外線反射面を実現することができ、その結果、殺菌性能を向上させることができる。
また、反射面の切削加工時の送り量として0.03mm/rev以上0.17mm/rev以下とする事で、上記に示した表面形状を得ることが出来る。
図4は、Rλqが1μm以上70μm以下の反射材サンプルにおいて、紫外線反射面の要素の平均長さRSmと殺菌性能との関係を示した特性図である。図4において、横軸は要素の平均長さRSm(μm)、縦軸は紫外線照射装置1においてLED出力64mW(LED波長270nm)における殺菌性能(LRV)(Flow Rate:2L/min、菌種:E.Coli ATCC8739)である。図4の特性図から、要素の平均長さRSmが大きくなるほど殺菌性能も大きくなることがわかる。紫外線照射装置1において、さらに性能を向上させ、99.9%殺菌(LRV3.0)を満足するためには、要素の平均長さRSmを140μm以上とする必要があることがわかる。
図5は、二乗平均平方根波長Rλqが1μm以上70μm以下の反射材サンプルにおいて、最大高さRz(図5(a))及び算術平均粗さRa(図5(b))と紫外線照射装置1においてLED出力64mW(LED波長270nm)における殺菌性能(LRV)(Flow Rate:2L/min、菌種:E.Coli ATCC8739)との関係を示したものである。
ここで、紫外線照射装置1において99.9%殺菌(LRV3.0)を満足するためには、図5(a)から最大高さRzを53μm以下とすればよく、図5(b)から算術平均粗さRaを8μm以下とすればよいことがわかる。
一方で、最大高さRzおよび算術平均粗さRaを小さくすればするほど紫外線反射面を形成するための作製時間が増大し、生産コストが増大する。そこで、生産性の低下量が比較的小さくて済む条件で紫外線反射面を形成した場合に得られる最大高さRz=2μm及び算術平均粗さRa=2μmを、最大高さRz及び算術平均粗さRaの下限値とする。
このように、最大高さRzを2μm以上53μm以下または算術平均粗さRaを2μm以上8μm以下の範囲内の値に制限することによって、生産コストの増加を抑制しつつ、殺菌性能を向上させることができる。
図6は、処理室21c内における光学シミュレーション結果を示したものである。処理室21cが、UV透過率が97%の水で満たされた状態で、発光素子31により波長265nmの紫外線照射を行ったときの、処理室21cのPTFEからなる紫外線反射面において全反射率が85%であるときの、入射フラックスの分布を示したものである。図6に示すように、入射フラックスは、発光素子31に近い領域が最も多く、発光素子31から離れるほど少なくなる。つまり、発光素子31に近い領域における紫外線照射が、紫外線照射対象物に対してより大きく寄与している。そのため、紫外線照射対象物に対して、紫外線照射がより大きく寄与する発光素子31に近い領域における、紫外線反射面の反射特性を向上させれば、処理室21cにおける反射特性を効率よく向上させることができる。すなわち少なくとも、発光素子31から処理室21cの相当直径だけ離れた位置までの領域について、紫外線反射面の表面性状を前記条件(A)~(D)を満足するようにすれば、殺菌性能を向上させることができる。また、処理室21cの内壁面全体ではなく、発光素子31の近い領域についてのみ表面性状を制御すればよいため、その分紫外線反射面の形成に要する旋削加工処理における処理時間を短縮することができ、すなわち生産性を高めることができる。
さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
2 処理室構造部
3 発光部
21 内筒
21a 大径部
21b 連通口
21c 処理室
22 ケース部
23 整流板
24 窓
25 流入側整流室
26 流出側整流室
31 発光素子
32 基板
Claims (6)
- 処理室と、
当該処理室の内部に向けて紫外線を照射する光源と、を備え、
前記処理室の内壁面はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で形成されている紫外線反射面を有し、当該紫外線反射面における、前記光源から照射される前記紫外線の光軸方向に対する二乗平均平方根波長が1μm以上70μm以下である紫外線照射装置。 - 前記紫外線反射面における前記光軸方向の要素の平均長さが140μm以上400μm以下である請求項1に記載の紫外線照射装置。
- 前記紫外線反射面における算術平均粗さが2μm以上8μm以下である請求項1又は請求項2に記載の紫外線照射装置。
- 前記紫外線反射面における最大高さが2μm以上53μm以下である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
- 前記紫外線反射面は、前記内壁面のうち、少なくとも前記光源側の端部から前記処理室の相当直径だけ前記光軸方向に離れた位置までの領域に形成される請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
- 前記紫外線の照射対象である照射対象物を前記処理室に流入する流入部と、
前記処理室から前記照射対象物を流出する流出部と、を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
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