WO2016158524A1 - 紫外線殺菌装置 - Google Patents

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Abstract

一以上の深紫外線発光ダイオードを有し被殺菌体に向けて深紫外線を出射する深紫外線光源と、制御手段とを有し、該制御手段は、(1)被殺菌体に深紫外線を照射する時間として定義される照射時間t(単位:秒)、(2)被殺菌体と深紫外線光源との間の距離d(単位:cm)、および(3)深紫外線光源の発光出力P(単位:mW)から選ばれる1以上を制御して、照射時間内に被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が予め定めた所定値Iとなるようにするものである、紫外線殺菌装置。

Description

紫外線殺菌装置
 本発明は、紫外線を用いた殺菌装置に関する。
 紫外線殺菌は、薬剤による殺菌とは異なり残留する物がなく、安全性が高く、被照射物にはほとんど変化を与えない。そのため、紫外線殺菌を様々な場面での物体の殺菌に用いることが提案されている。
 例えば特許文献1には、キセノンフラッシュランプを用いたコンベア式殺菌装置であって、紫外線を照射する被殺菌処理物を搬送するコンベア面上の中間に紫外線照射室部を設け、該照射室部の入口及び出口にコンベア面を底面とする上流側遮光ダクト部及び下流側遮光ダクト部を連設し、被殺菌処理物を内郭に非接触で通過させる遮光板を前記の各遮光ダクト部内に設けたことを特徴とするコンベア式殺菌装置が記載されている。
 しかしながらキセノンフラッシュランプや低圧水銀ランプ等の放電管は、強度の高い紫外線を放射できるものの、寿命が短いため放電管の定期的な交換が必要となり、ランニングコストの上昇を招く。
 近年、放電管に代わる紫外線光源として、紫外線を発する発光ダイオード(紫外線発光ダイオード)が開発されており、紫外線発光ダイオードを殺菌用途に応用することが提案されている。例えば特許文献2には、閃光パルスを殺菌対象物に照射して殺菌対象物を殺菌する閃光パルスによる光殺菌方法において、所定のパルス信号で青色発光ダイオードアレイを駆動し、青色発光ダイオードアレイから閃光パルスを発生させて近紫外線を殺菌対象物に照射して殺菌することを特徴とする閃光パルスによる光殺菌方法が記載されている。青色発光ダイオードや他の紫外線発光ダイオードは従来の放電管よりもはるかに長い寿命を有するので、このような紫外線発光ダイオードを紫外線光源として備える紫外線殺菌装置によれば、ランニングコストの抑制が可能であると考えられる。
特開2005-312978号公報 特開2004-275335号公報 特開2005-93566号公報 特開2007-97251号公報 特開2010-4691号公報 特許第5591305号公報
 しかしながら、特許文献2に開示された、青色発光ダイオードを用いた閃光殺菌では、2時間の閃光照射で40%の殺菌効果しか得られていない。
 近年、従来の青色発光ダイオードや紫外線発光ダイオードよりもさらに短波長の紫外線を発光する深紫外発光ダイオードの開発が進んでおり、該深紫外線発光ダイオードを用いて殺菌を行うことが考えられる。しかし、深紫外線発光ダイオードは従来の青色又は紫外線発光ダイオードよりも発光強度が低いため、長時間光照射を行っても被殺菌物に付着した微生物を十分に死滅させることができないおそれがある。
 そこで本発明は、紫外線光源として深紫外線発光ダイオードを用いた紫外線殺菌装置であって、確実な殺菌が可能な紫外線殺菌装置を提供することを課題とする。また、当該紫外線殺菌装置において好ましく採用することが可能な紫外線面光源を提供する。
 本発明の第1の態様は、一以上の深紫外線発光ダイオードを有し被殺菌体に向けて深紫外線を出射する深紫外線光源と、制御手段とを有し、該制御手段は、
(1)被殺菌体に深紫外線を照射する時間として定義される照射時間:t(単位:秒)、
(2)被殺菌体と深紫外線光源との間の距離:d(単位:cm)、および
(3)深紫外線光源の発光出力:P(単位:mW)
から選ばれる1以上を制御して、照射時間内に被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が予め定めた所定値Iとなるようにするものであることを特徴とする、紫外線殺菌装置である。
 本発明の第1の態様において、深紫外線光源の発光出力Pの制御は、深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御することにより行うことができる。順方向電流の制御は、例えば電圧が1.5~15V程度のバッテリーを用いて10mA~1000mA、好ましくは50mA~500mAの順方向電流を流すことができる、昇圧DC-DCコンバータ又はチャージポンプを用いて行うことが好ましい。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、紫外線殺菌装置は、深紫外線発光ダイオードの素子温度を測定する温度センサをさらに有し、制御手段が、温度センサによって測定された深紫外線発光ダイオードの素子温度に基づいて、深紫外線光源の発光出力Pを制御する。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、制御手段は、所定の照射時間t内における積算照射量Iが所定値Iとなるように、深紫外線光源と被殺菌体との間の距離dおよび/または深紫外線光源の発光出力Pを制御する。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、紫外線殺菌装置は、深紫外線光源と被殺菌体との間の距離dを測定する距離センサをさらに有する。
 当該形態において、制御手段は、距離センサによって測定された距離dに基づいて、照射時間tおよび/または深紫外線光源の発光出力Pを制御することが好ましい。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、所定値Iは50.0mJ/cm以上の値である。これは一般的な微生物を死滅させるのに十分な値である。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、所定値Iは、死滅させるべき微生物に基づいて定められる照射量である。
 当該形態において、紫外線殺菌装置は、死滅させるべき微生物を決定するための入力手段をさらに有することが好ましく、また、所定値Iが、死滅させるべき微生物の99%以上が死滅する照射量であることが好ましい。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、深紫外線光源は、基板と、該基板上に配列された複数の前記深紫外線発光ダイオードとを有する。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、紫外線殺菌装置は、筐体と、筐体内に配置された、被殺菌体を載置するための支持台とをさらに有し、深紫外線光源は、支持台と対向するように筐体内に配置されており、被殺菌体に照射される深紫外線の照射量を平準化するように深紫外線光源を支持台に対して回転させる駆動手段をさらに有する。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、紫外線殺菌装置は、筐体と、筐体内に配置された、被殺菌体を載置するための支持台とをさらに有し、深紫外線光源は、支持台と対向するように筐体内に配置されており、被殺菌体に照射される深紫外線の照射量を平準化するように支持台を深紫外線光源に対して回転させる駆動手段をさらに有する。
 本発明の第1の態様の一の実施形態において、深紫外線光源は、導光板と、導光板の端部に配列された複数の深紫外線発光ダイオードとを有する。
 本発明の第2の態様は、導光板と、導光板の端部に配列された、複数の深紫外線発光ダイオードと、紫外線発光ダイオードの素子温度を測定する温度センサ、または、深紫外線発光ダイオードの素子温度を制御する温調手段と、深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御する電流制御装置とを有し、電流制御装置は、深紫外線発光ダイオードの素子温度に基づいて、導光板から照射される深紫外線の、導光板から所定の距離だけ離れた位置における照射強度が所定の値となるように、深紫外発光ダイオードに流す順方向電流を制御することを特徴とする、紫外線面光源である。
 本発明の第3の態様は、一以上の深紫外線発光ダイオードを有し被殺菌体に向けて深紫外線を出射する深紫外線光源を用いて被殺菌体を殺菌する方法であって、
(1)被殺菌体に深紫外線を照射する時間として定義される照射時間:t(単位:秒)、
(2)被殺菌体と前記深紫外線光源との間の距離:d(単位:cm)、および
(3)深紫外線光源の発光出力:P(単位:mW)
から選ばれる1以上を制御して、照射時間内に被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が予め定めた所定値Iを満足するように、深紫外線光源から当該照射時間の間、発光出力Pで、被殺菌体に深紫外線を照射する工程を有することを特徴とする、紫外線殺菌方法である。
 本発明の第3の態様の一の実施形態において、当該方法は、被殺菌体に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を決定する工程と、照射時間tを設定する工程と、照射時間tの間に被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を積算照射量Iとするために必要な発光出力Pを算出する工程と、発光出力P、及び/又は、距離dを調整する工程と、深紫外線光源から、発光出力Pで、照射時間tの間、被殺菌体に深紫外線を照射する工程と、を含み得る。
 本発明の第3の態様の他の一の実施形態において、当該方法は、被殺菌体に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を決定する工程と、発光出力P、及び、距離dに基づいて、深紫外光源から発光出力Pで深紫外線を照射したときの被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が積算照射量Iとなるために必要な照射時間tを算出する工程と、深紫外線光源から、発光出力Pで、照射時間tの間、被殺菌体に深紫外線を照射する工程と、を含み得る。
 本発明の第3の態様の他の一の実施形態において、深紫外線光源は、被殺菌体が載置されるコンベアに対向して配置され、当該方法は、被殺菌体が載置されたコンベアの駆動を開始する工程と、距離dを測定する工程と、発光出力P、及び、測定された距離dに基づいて、深紫外光源から発光出力Pで深紫外線を照射したときの被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が所定値Iとなるために必要な照射時間tを算出する工程と、照射時間tに基づいて、被殺菌体に深紫外線を照射している間に被殺菌体を移動させるべき速度を算出する工程と、該算出された速度でコンベアを駆動しながら、深紫外線光源から被殺菌体に発光出力Pで深紫外線を照射する工程と、を含み得る。
 本発明の第3の態様の他の一の実施形態において、深紫外線光源は、被殺菌体が載置されるコンベアに対向して配置され、当該方法は、被殺菌体が載置されたコンベアを所定の速度で駆動する工程と、距離dを測定する工程と、被殺菌体が深紫外線光源と対向する領域を通過する間に被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が所定値Iとなるために必要な発光出力Pを算出する工程と、上記所定の速度でコンベアを駆動しながら、深紫外線光源から被殺菌体に発光出力Pで深紫外線を照射する工程と、を含み得る。
 本発明の第1の態様によれば、紫外線光源として深紫外紫外発光ダイオードを用いた紫外線殺菌装置であって、確実な殺菌が可能な紫外線殺菌装置を提供することができる。
 本発明の第2の態様に係る紫外線面光源は、本発明の第1の態様に係る紫外線殺菌装置における深紫外線光源として好ましく用いることができる。
本発明の一の実施形態に係る紫外線殺菌装置100を模式的に説明する斜視概略図であって、筐体10を透視した図である。 紫外線殺菌装置100を正面から見た断面図である。 図2のA-A矢視図である。 図2のB-B矢視図である。 紫外線殺菌装置100の制御フローS1を説明するフローチャートである。 本発明の他の一の実施形態に係る紫外線殺菌装置200を模式的に説明する断面図である。 (A)は深紫外線面光源220の平面図である。(B)は深紫外線面光源220の側面図である。 紫外線殺菌装置200の制御フローS2を説明するフローチャートである。
 本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図では、一部の符号を省略することがある。
 図1は、本発明の一の実施形態に係る紫外線殺菌装置100を模式的に説明する斜視概略図であって、筐体10(後述)を透視した図である。図2は、紫外線殺菌装置100を正面から見た断面図である。紫外線殺菌装置100は、前面10a、後面10b、上面10c、底面10d、側面10e及び10fを有する箱状の筐体10と、筐体10内部の上面10c近傍に配置された深紫外線光源20と、筐体10内部に配置された制御装置30と、筐体10内部の底面10d近傍に配置された、被殺菌体1を載置するための支持台40と、支持台40の底面10d側に配置され、支持台40を回転させる駆動手段50と、筐体10の外部(図1では前面10a)に配置された入出力手段60とを有している。筐体10の前面10aには開閉可能なドア11が設けられており、ドア11を開くことによって筐体10に被殺菌体1を出し入れできるようになっている。
 図2に示すように、深紫外線光源20は、支持台40の載置面40aと対向するように筐体10内に配置されている。図3は図2のA-A矢視図である。図3に示すように、深紫外線光源20は、基板21と、基板21上に配列された複数の深紫外線発光ダイオード22、22、…(以下において単に「深紫外線発光ダイオード22」ということがある。)と、深紫外線発光ダイオード22、22、…の素子温度を測定可能に設けられた温度センサ23(例えば熱電対温度計等。)とを有する。深紫外線発光ダイオード22は、発光波長200~300nm、好ましくは220~270nmの発光ダイオードである。深紫外線光源20は、アクチュエータ24を介して筐体10の上面10cに固定されている。アクチュエータ24の作動により、被殺菌体1と深紫外線光源20との間の距離dが調整される。図2に示すように、紫外線殺菌装置100においては、距離dとして、深紫外線光源20から支持台40の載置面40aまでの距離(すなわち、被殺菌体1の表面から深紫外線光源20までの距離の最大値)を採用している。
 図4は図2のB-B矢視図であり、支持台40が表れている。支持台40は、図4の矢印Cに示すように、駆動手段50によって回転され、これによって支持台40に載置された被殺菌体1に照射される深紫外線の照射量が平準化される。
 入出力手段60は、操作者によって入力された情報を制御装置30に転送し、制御装置30から転送された情報を操作者に向けて表示できるように構成されている。入出力手段60は、少なくとも、所定値Iに関する情報の入力を受け付けて該情報を制御装置30に転送でき、殺菌処理の開始の指示の入力を受け付けて該指示があったことの情報を制御装置30に転送できる。また、制御装置30から転送される、殺菌処理が終了したことの情報を操作者に向けて表示できる。このような入出力手段60としては、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置と、キーボード等の入力装置とを備える形態を例示できる。
 制御装置30は、深紫外線発光ダイオード22の駆動回路、温度センサ23、アクチュエータ24、駆動手段50、及び入出力手段60と接続されており、これらの動作を制御する。図5は、紫外線殺菌装置100の制御フローS1を説明するフローチャートである。図5は同時に、本発明の一の実施形態に係る紫外線殺菌方法を説明するフローチャートでもある。制御フローS1は、ステップS11~S18を有している。制御装置30の動作について、図5を参照しつつ説明する。
 ステップS11において、被殺菌体1が支持台40の載置面40a上に配置されたか否かが判断される。この判断には、例えば支持台40の下面に設けた重量センサ等を用いることができる。また例えば、操作者が被殺菌体1を支持台40上に配置したことを、操作者自らが入出力手段60を通じて制御装置30に通知してもよい。ステップS11において肯定判断がなされると、処理が次のステップS12に移される。
 ステップS12において、被殺菌体1に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が決定される。ステップS12において、制御装置30は入出力手段60を介して、死滅させるべき具体的な微生物を選択するか、又は一般的な殺菌処理を選択するように操作者に促す。死滅させるべき具体的な微生物が選択された場合には、制御装置30は、当該死滅させるべき微生物の99%以上が死滅する照射量をIに代入する。制御装置30は記憶装置を備えており、具体的な微生物と、その微生物の99%以上が死滅する照射量とを対応付けたテーブルが記憶装置に記録されている。制御装置30は選択された具体的な微生物を該テーブル中で検索し、該微生物に対応付けられた照射量の値を読み出して、Iに代入する。また、操作者によって一般的な殺菌処理が選択された場合には、環境中に一般的に見出される微生物が十分に死滅する照射量がIに代入される。そのようなIとしては、例えば50.0mJ/cm以上、好ましくは50~100mJ/cmの範囲内において定めた値を採用できる。さらに、被殺菌体の種類に応じて付着している微生物の種類がおおよそ予想できる場合には、それら微生物を十分に殺菌できる積算照射量の所定値Iを被殺菌体の種類に応じて予め定めておき、被殺菌体の種類を選択することによりIに代入するようにしてもよい。
 ステップS13において、制御装置30は入出力手段60を介して、被殺菌体に深紫外線を照射する時間(照射時間)tを操作者に入力させる。ステップS13において照射時間tが入力されると、ステップS14に処理が移される。なお、後述するように積算照射量の所定値Iが決まれば、深紫外線光源20が連続的に発揮できる最大発光出力PMAX、或いはPMAXに予め設定した安全率(たとえば90%、好ましくは80%)を乗じた値、および、調節可能な距離dの最小値から、当該紫外線殺菌装置においてフルパワー又は安全率を見込んだパワーの紫外線照射による積算照射量Iが所定値Iとなる最短照射時間t’が求められることから、tの入力を省略し、当該t’を表示して操作者に知らしめ、照射時間をt’とすることについて確認の入力を行うようにしても良い。このとき、距離dは、必ずしも調節可能な最短値とする必要はなく、例えばなるべくメカニカルな調整を避けるという観点から、初期設定値(通常、ドアを開いて被殺菌体をセットするのに最適な値である。)とすることもできる。
 ステップS14において、制御装置30は、入力された照射時間tの間に積算照射量IをIとするために必要な深紫外線光源20の発光出力P(単位:mW)を算出する。照射時間tの間に被殺菌体1に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)は、深紫外線光源20から距離dの位置における単位面積あたりの深紫外線の放射照度(単位:mW/cm)の照射時間tによる積分で与えられる。制御装置30に備えられた記憶装置には、単位面積当たりの深紫外線の放射照度の、深紫外線光源20からの距離に対する依存性の情報が記録されており、現在の被殺菌体1と深紫外線光源20との間の距離dに基づいて減衰率を算出して、必要な発光出力Pを決定する。算出された発光出力Pが、深紫外線光源20が連続的に発揮できる最大発光出力PMAX、或いはPMAXに予め設定した安全率(たとえば90%、好ましくは80%)を乗じた値を超えている場合には、調整可能な範囲でより短い距離dを仮定して再度発光出力Pの計算を試みる。最大発光出力PMAX以下の発光出力Pが求まるか、又は調整可能な範囲で最も短い距離dに対しても発光出力Pが深紫外線光源20の最大発光出力PMAX、或いはPMAXに予め設定した安全率(たとえば90%、好ましくは80%)を乗じた値を超えることが判明した時点で、ステップS15に処理が移される。
 ステップS15において、実現可能な発光出力P及び距離dの解が求まったか否かが判断される。ステップS15において肯定判断がなされた場合には、ステップS16に処理が移される。ステップS15において否定判断がなされた場合には、制御装置30は入出力手段60を介して、先に入力された照射時間tでは十分な殺菌を行えない旨、および、最低限必要な照射時間t’を操作者に通知し、処理をステップS13に戻して、より長い照射時間tを入力するよう操作者に促すか、または照射時間がt’となることの確認を促す。
 ステップS16において、発光出力P及び/又は被殺菌体1と深紫外線光源20との間の距離dの調整が行われる。このとき、深紫外線光源20から距離dだけ離れた位置における深紫外線の放射照度は、距離dおよび各深紫外線発光ダイオード22の発光強度及び指向特性並びに深紫外線発光ダイオード22の配置方法(配列様式)等、様々な因子に依存する。したがって、上記調整を行うに際しては、実機(あるいは同一の仕様の装置)ごとに、各距離dにおける発光出力Pと被照射面における放射照度(単位:mW/cm)との関係を調べておき、該関係に基づいて行う。
 ステップS16における発光出力P及び/又は距離dの調整に際しては、dを調整せずに、最大発光出力PMAXの90%、好ましくは80%の出力Pで連続的に連続発光又はパルス発光を行うことを優先するようにすると共に、(Pを大きくしてtを短くするよりも)入力された照射時間tの上限内で積算照射量IがIとなるようにPを調整することが好ましい。Pの制御は、深紫外線光源の発光出力Pの制御は、深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御することにより行うことができる。順方向電流の制御は、特に限定されるものではないが、ポータブル型の紫外線殺菌装置のように、電源として電圧が1.5~15V程度のバッテリーを用いる場合には、10mA~1000mA、好ましくは50mA~500mAの順方向電流を流すことができるような、昇圧DC-DCコンバータ又はチャージポンプ用いた発光制御回路により行うことが好ましい。こうすることにより、使用する深紫外線発光ダイオードの性能にもよるが、比較的低電圧のバッテリーを電源として用いても短い照射時間(たとえば10分以内、好ましくは1分以内)で十分な殺菌効果を得ることが可能となる。なお、上記発光制御回路には、例えば特開2005-93566号公報、特開2007-97251号公報および特開2010-4691号公報に記載された技術を適用可能である。
 そして、出力Pの調整以外に距離dの調整が必要である場合には、距離dが、ステップS14において算出された値に調整される。すなわち、距離dの実際の値がステップS14において算出された値に等しくなるようにアクチュエータ24が駆動されて距離dが調整される。このようにして、出力P及び/又は距離dが調整した後、処理をステップS17に移す。
 ステップS17において、ステップS14において既に算出された発光出力Pで、照射時間tの間、深紫外線光源20から深紫外線の照射が行われる。制御装置30の記憶装置には、深紫外線光源20の発光出力Pの、深紫外線発光ダイオード22、22、…の順方向電流および素子温度に対する依存性の情報が記録されている。制御装置30は、温度センサ23によって検出した深紫外線発光ダイオード22、22、…の素子温度の情報に基づいて、深紫外線発光ダイオード22、22、…に流す順方向電流を制御(微調整)することにより、深紫外線光源20の発光出力PをステップS14において既に算出された発光出力の値に維持するように制御する。同時に、深紫外線光源20から深紫外線が照射されている間、制御装置30は、被殺菌体1に照射される深紫外線の照射量を平準化するように、駆動手段50を作動させて支持台40を回転させる。先に指定された照射時間tが経過した時点で、制御装置30は紫外線発光ダイオード22、22、…への電流供給、および、駆動手段50による支持台40の回転を終了し、処理をステップ18に移す。
 ステップS18において、制御装置30は入出力手段を介して、殺菌処理が終了した旨を操作者に通知する。操作者はドア11を開いて、筐体10内部から殺菌の完了した被殺菌体1を取り出すことができる。
 このような制御装置30としては、上記の処理に必要な情報および処理フローを記録した記憶装置と、マイクロプロセッサ等の演算装置とを有する形態を例示できる。
 本発明に関する上記説明では、深紫外線の照射量を平準化するために支持台40を回転させる形態の紫外線殺菌装置100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。被殺菌体への深紫外線の照射量を平準化するように、深紫外線光源を支持台に対して回転させる駆動手段を備える形態の紫外線殺菌装置とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、入出力手段60を備え、ステップS12において、死滅させるべき微生物に基づいて所定値Iを決定するか、または一般的な殺菌に十分な値をIに設定する形態の紫外線殺菌装置100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。一般的な殺菌に十分な値をIに初期設定しておき、Iの入力を不要とする形態の紫外線殺菌装置とすることも可能であり、操作者に指定された死滅させるべき微生物に応じた値をIに設定するのみの形態の紫外線殺菌装置とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、深紫外線発光ダイオード22、22…の素子温度を測定する温度センサ23を有し、制御装置30が、温度センサ23によって測定された深紫外線発光ダイオード22、22、…の素子温度に基づいて、深紫外線光源20の発光出力Pを制御する形態の紫外線殺菌装置100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、温度センサを備えず、素子温度に基づいた発光出力の制御を行わない形態の紫外線殺菌装置とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、所定の照射時間t内における積算照射量Iが所定値Iとなるように、深紫外線光源20と被殺菌体1との間の距離dおよび/または深紫外線光源の発光出力Pを制御する形態の紫外線殺菌装置100及び紫外線殺菌方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ステップS13に関連して既に述べたように、照射時間t内における積算照射量Iが所定値Iとなるように、照射時間tを制御する形態の紫外線殺菌装置および紫外線殺菌方法とすることも可能である。すなわち、上記例では、予め設定した照射時間t(秒)の間だけ照射を行うことを優先しているが、実際の照射時間を短くすることを優先し、できるだけ高い出力での照射を行うと共に距離dの調整も行って、最短時間で積算照射量IがIとなるようにし、その時点で照射を終了するようにしてもよい。このとき、操作者に音などにより照射の終了を知らせるようにすることが好ましい。
 本発明に関する上記説明では、深紫外線光源として図3に示した深紫外線光源20を備える形態の紫外線殺菌装置100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば深紫外線光源として、後述する図7に示す深紫外線光源220を備える形態の紫外線殺菌装置とすることも可能である。また、深紫外線光源20は、上面10c以外の前面10a、後面10b、側面10e及び10fの何れの面に設置しても良く、複数の面に設置することも可能である。更には、支持台40を紫外線透過性材料で構成し、深紫外線光源20を底面10dに配置しても良い。
 本発明に関する上記説明では、被殺菌体1に照射される深紫外線の照射量が平準化するために支持台40を回転させる態様を採用したが、平準化手段はこれに限定されるものではなく、支持台を往復スライドさせても良いし、被殺菌体を動かさずに深紫外線光源20を動かしても良い。
 図6は、本発明の第1の態様の他の一の実施形態に係る紫外線殺菌装置200を模式的に説明する断面図である。図6以降において、図1~5に既に表れた要素と同一の要素には図1~5における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。紫外線殺菌装置200は、被殺菌体1を載置して移動するコンベア240と、コンベア240の上方に、コンベア240に対向して配置された、本発明の第2の態様の一の実施形態に係る深紫外線面光源220と、制御装置230と、深紫外線面光源220のコンベア240上流側に配置された距離センサ260と、深紫外線面光源220、距離センサ260、及び制御装置230を所定の位置に保持する筐体210とを有する。
 コンベア240は、被殺菌体1を載置する載置面241aを有する無端状のベルト241と、ベルト241を図6の矢印Dの方向に駆動する駆動装置242とを有する。駆動装置242は制御装置230に接続されている。
 図7(A)は、深紫外線面光源220の平面図であり、図7(B)は深紫外線面光源220の側面図である。深紫外線面光源220は、基板221と、基板221上に配置された導光板223と、導光板223の端部223aに対向するように基板221上に配列された、複数の深紫外線発光ダイオード22、22、…と、深紫外線発光ダイオード22の素子温度を測定する温度センサ224、224、…(例えば熱電対温度計等。以下において単に「温度センサ224」ということがある。)と、深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御する電流制御装置225とを有する。深紫外線発光ダイオード22から発せられ、端部223aから導光板223内部に入射した深紫外線は、図7(B)中の矢印Eのように全反射しながら導光板223の内部を伝播し、導光板223の出光面223bから出射する。深紫外線面光源220は、導光板223の出光面223bがコンベア240の載置面241aに対向するように配置されている。
 なお、複数の深紫外線発光ダイオード22は、例えば、特許第5591305号公報に開示されているような「円筒状若しくは多角柱状の基体の側面上に複数の紫外線発光素子を、各紫外線発光素子の光軸が該円筒状または多角柱状の基体の中心軸を通るように配置して、紫外線が該中心軸に対して放射状に出射されるようにした紫外線発光素子配置基体と、紫外線透過性材料から形成されるカバーと、を有し、当該カバーは、上記紫外線発光素子配置基体を覆うと共に内部に不活性ガス又は乾燥空気を封入するようにして該紫外線発光素子配置基体に気密に装着されており、上記円筒状または多角柱状の基体の内部に冷却用媒体用流路を形成して当該冷却用媒体用流路に冷却用媒体を流通させるようにしたことを特徴とする紫外線発光モジュール」として使用することも可能である。このようなモジュールとすることにより、紫外線の強度を高めるとともに素子温度を一定とすることが可能となる。
 電流制御装置225は、温度センサ224、深紫外線発光ダイオード22、及び制御装置230と接続されている。電流制御装置225は、温度センサ24から深紫外線発光ダイオード22の素子温度の情報を受け取る。また電流制御装置225は、制御装置230から、深紫外線面光源220の導光板223の出光面223bから被殺菌体1までの距離dの情報、および、出光面223bから距離dだけ離れた位置において達成すべき深紫外線の放射照度(単位:mW/cm)の情報を受け取る。出光面223bから距離dだけ離れた位置における深紫外線の放射照度は、距離dおよび深紫外線発光ダイオード22の発光強度及び導波板の特性等に依存する。そして、深紫外線発光ダイオード22の発光強度は、深紫外線発光ダイオード22に流れる順方向電流、および深紫外線発光ダイオード22の素子温度に依存する。電流制御装置225は記憶装置と演算装置とを備えており、電流制御装置225の記憶装置には、出光面223bから距離dだけ離れた位置における深紫外線の放射照度と、距離dおよび深紫外線発光ダイオード22の発光強度との関係が第1の関数として記録されており、また、深紫外線発光ダイオード22の発光強度と、順方向電流および素子温度との関係が第2の関数として記録されている。電流制御装置225は、制御装置230から受け取った、出光面223bから被殺菌体1までの距離dの情報、および、出光面223bから距離dだけ離れた位置において達成すべき深紫外線の放射照度の情報から、第1の関数を用いて必要な深紫外線発光ダイオード22の発光強度を算出する。そして、算出された深紫外線発光ダイオード22の所要発光強度、および、温度センサ24から受け取った深紫外線発光ダイオード22の素子温度の情報から、第2の関数を用いて深紫外線発光ダイオード22に流すべき順方向電流を算出し、算出された順方向電流で深紫外線発光ダイオード22を発光させる。深紫外線発光ダイオード22を発光させている間、電流制御装置225は温度センサ24から受け取る素子温度の情報の監視を続け、深紫外線発光ダイオード22の発光強度を先に算出された所要発光強度に保つように、第2の関数を用いて順方向電流を制御する。
 再び図6を参照する。距離センサ260は、コンベア240上方であって、深紫外線面光源220に対してコンベア240上流側に、コンベア240の載置面241aと対向するように配置されている。距離センサ260は、被殺菌体1の検出と、被殺菌体1までの距離の測定との両方を行う。距離センサ260は、コンベア240の載置面241aに載置された被殺菌体1までの距離を測定し、測定結果の情報を制御装置230に転送する。このような距離センサ260としては、例えば超音波距離センサ、赤外線距離センサ、レーザー距離センサ等の公知の距離センサを特に制限なく採用できる。制御装置230は、距離センサ260から受け取った距離情報を、該被殺菌体1が深紫外線面光源220の導光板223の下方に移動してきた際の深紫外線面光源220の導光板223の出光面223bから被殺菌体1までの距離dに換算する。
 制御装置230は、深紫外線面光源220の電流制御装置225、距離センサ260、及びコンベア240の駆動装置242と接続されており、これらの動作を制御する。図8は、紫外線殺菌装置200の制御フローS2を説明するフローチャートである。図8は同時に、本発明の他の一の実施形態に係る紫外線殺菌方法を説明するフローチャートでもある。制御フローS2は、ステップS21~S28を有している。制御装置230の動作について、図8を参照しつつ説明する。
 ステップS21において、コンベア240の駆動を開始し、処理をステップS22に移す。ステップS22において、被殺菌体1が距離センサ260の下方に移送されてきたか否かが判断される。この判断は、コンベア240の載置面241aと対向して配置されている距離センサ260から制御装置230が受け取る距離情報に生じる変化を検出することにより行うことができる。ステップS22において肯定判断がなされると、処理が次のステップS23に移される。ステップS22において否定判断がなされると、処理はステップS21に戻される。
 ステップS23において、距離センサ260が被殺菌体1までの距離を測定し、測定結果を制御装置230に転送する。制御装置230は距離センサ260から距離の測定結果の情報を受け取り、その情報に基づいて、被殺菌体1が深紫外線面光源220の下方の照射領域に来たときの深紫外線面光源220と被殺菌体1との間の距離(すなわち、導光板223の出光面223bから被殺菌体1までの距離)dを算出する。
 ステップS24において、制御装置230は、被殺菌体1に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)の値、および、ステップS23において算出された距離dの値に基づいて、被殺菌体1に対して深紫外線による十分な殺菌を行うために必要な照射時間tを算出する。紫外線殺菌装置200は、環境中に一般的に見出される微生物を十分に死滅させる殺菌処理を行うように構成されており、Iとして例えば50.0mJ/cm以上の値を採用する。制御装置230は記憶装置と演算装置とを少なくとも有しており、記憶装置にIの値と、深紫外線面光源220に発揮させるべき発光出力P(単位:mW)の値が記録されている。深紫外線面光源220から距離dだけ離れた位置における深紫外線の放射照度(単位:mW/cm)は、深紫外線面光源220の発光出力P(単位:mW)および距離dに依存する。制御装置230の記憶装置には、該記憶装置に記録されている所定の発光出力Pで深紫外線面光源220を駆動したときの、深紫外線面光源220から距離dだけ離れた位置における深紫外線の放射照度と、距離dとの関係が関数として記録されている。制御装置230はこの関数を用いて、先に算出した距離dから被殺菌体1の表面における深紫外線の放射照度を算出し、該算出された放射照度から、積算照射量Iを達成するために必要な所要時間tを算出する。
 ステップS25において、制御装置230は、ステップS24において算出された所要時間tから、被殺菌体1に深紫外線を照射している間に被殺菌体1を移動させるべき速度、すなわち、コンベア240の移動速度を算出する。制御装置230の記憶装置には、深紫外線面光源220から強度一定の深紫外線が照射されるコンベア240上の区間の長さL(図6参照。)が記録されており、被殺菌体1に深紫外線を照射している間のコンベア240の移動速度vを、式v=L/tにより算出する。
 ステップS26において、制御装置230はコンベア240を駆動して、被殺菌体1を深紫外線面光源220から強度一定の深紫外線が照射される区間の上流側端部(図6参照。)に移動する。
 ステップS27において、制御装置230は深紫外線面光源220の電流制御装置225に対し、距離dの値、および、深紫外線面光源220から距離dだけ離れた位置において達成すべき放射照度の値を転送し、深紫外線の照射開始の指示を送る。制御装置230は同時に、コンベア240の移動速度vがステップS25において算出された値となるように、コンベア240の駆動装置242を制御する。上記所定の時間tの深紫外線照射が完了すると、処理がステップS28に移される。
 ステップS28において、制御装置230は、コンベア240をさらに作動させて、被殺菌体1を深紫外線面光源220の下流側に移動させる。
 このような制御装置230としては、上記の処理に必要な情報および処理フローを記録した記憶装置と、マイクロプロセッサ等の演算装置とを有する形態を例示できる。
 本発明に関する上記説明では、深紫外線面光源220の発光出力Pを固定して、コンベア240の移動速度によって照射時間tを制御することによって所定の積算照射量Iを達成する形態の紫外線殺菌装置200及び紫外線殺菌方法を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、コンベアの移動速度(すなわち照射時間t)を固定して、被殺菌体が深紫外線光源の下(すなわち深紫外線光源と対向する領域)を通過する間に所定の積算照射量Iが達成されるように深紫外線光源の発光出力Pを制御する形態の紫外線殺菌装置および紫外線殺菌方法とすることも可能である。また、コンベアの移動速度(すなわち照射時間t)を固定して、被殺菌体が深紫外線光源の下を通過する間に所定の積算照射量Iが達成される深紫外線光源の発光出力Pを算出し、算出された発光出力Pの値が実現可能な最大値以下である場合には、コンベアの移動速度を変更せずに発光出力Pの制御のみによって所定の積算照射量Iを達成し、算出された発光出力Pの値が実現可能な最大値を超える場合には、コンベアの移動速度を落として照射時間tをより長くすることによって、実現可能な発光出力Pによって所定の積算照射量Iを達成する形態の紫外線殺菌装置および紫外線殺菌方法とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、制御装置230が深紫外線面光源220の電流制御装置225を介して間接的に深紫外線発光ダイオード22を制御する形態の紫外線殺菌装置200を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。深紫外線発光ダイオード22および温度センサ224が制御装置230に接続され、制御装置230が温度センサ224からの測定値の読み出しおよび深紫外線発光ダイオード22の駆動を直接行う形態の紫外線殺菌装置とすることも可能である。
 本発明に関する上記説明では、深紫外線面光源220が、深紫外線発光ダイオード22の素子温度を測定する温度センサ224を有する形態を例示したが、本発明の紫外線面光源は当該形態に限定されない。例えば温度センサ224に代えて、または温度センサ224とともに、深紫外線発光ダイオード22の素子温度を制御する温調手段(例えばペルチェ素子等。)を有する形態の紫外線面光源とすることも可能である。
 1 被殺菌体
 100、200 紫外線殺菌装置
 10、210 筐体
 10a 前面
 10b 後面
 10c 上面
 10d 底面
 10e、10f 側面
 11 ドア
 20 深紫外線光源
 21、221 基板
 22 深紫外線発光ダイオード
 23、224 温度センサ
 24 アクチュエータ
 30、230 制御装置
 40 支持台
 50 駆動手段
 60 入出力手段
 220 深紫外線面光源
 223 導光板
 223a (導光板の)端部
 223b (導光板の)出光面
 225 電流制御装置
 240 コンベア
 241 ベルト
 241a (コンベアの)載置面
 242 駆動装置
 260 距離センサ

Claims (21)

  1.  一以上の深紫外線発光ダイオードを有し被殺菌体に向けて深紫外線を出射する、深紫外線光源と、
     制御手段とを有し、
     該制御手段は、
    (1)前記被殺菌体に深紫外線を照射する時間として定義される照射時間:t(単位:秒)、
    (2)前記被殺菌体と前記深紫外線光源との間の距離:d(単位:cm)、および
    (3)前記深紫外線光源の発光出力:P(単位:mW)
    から選ばれる1以上を制御して、前記照射時間内に前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が予め定めた所定値Iとなるようにするものであることを特徴とする、紫外線殺菌装置。
  2.  前記深紫外線光源の発光出力Pの制御を、前記深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御することにより行うことを特徴とする、
    請求項1に記載の紫外線殺菌装置。
  3.  前記深紫外線発光ダイオードの素子温度を測定する温度センサをさらに有し、
     前記制御手段が、前記温度センサによって測定された前記深紫外線発光ダイオードの素子温度に基づいて、前記深紫外線光源の発光出力Pを制御する、
    請求項1又は2に記載の紫外線殺菌装置。
  4.  前記制御手段は、所定の照射時間t内における前記積算照射量Iが前記所定値Iとなるように、前記深紫外線光源と前記被殺菌体との間の距離dおよび/または前記深紫外線光源の発光出力Pを制御する、
    請求項1~3のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  5.  前記深紫外線光源と前記被殺菌体との間の距離dを測定する距離センサをさらに有する、
    請求項1~4のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  6.  前記制御手段は、前記距離センサによって測定された距離dに基づいて、前記照射時間tおよび/または前記深紫外線光源の発光出力Pを制御する、
    請求項5に記載の紫外線殺菌装置。
  7.  前記所定値Iが、50.0mJ/cm以上の値である、請求項1~6のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  8.  前記所定値Iが、死滅させるべき微生物に基づいて定められる照射量である、請求項1~6のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  9.  前記死滅させるべき微生物を決定するための入力手段をさらに有する、請求項8に記載の紫外線殺菌装置。
  10.  前記所定値Iが、前記死滅させるべき微生物の99%以上が死滅する照射量である、請求項8又は9に記載の紫外線殺菌装置。
  11.  前記深紫外線光源が、基板と、該基板上に配列された複数の前記深紫外線発光ダイオードとを有する、
    請求項1~10のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  12.  筐体と、
     前記筐体内に配置された、前記被殺菌体を載置するための支持台と
    をさらに有し、
     前記深紫外線光源は、前記支持台と対向するように前記筐体内に配置されており、
     前記被殺菌体に照射される深紫外線の照射量を平準化するように前記深紫外線光源を前記支持台に対して回転させる駆動手段をさらに有する、
    請求項1~11のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  13.  筐体と、
     前記筐体内に配置された、前記被殺菌体を載置するための支持台と
    をさらに有し、
     前記深紫外線光源は、前記支持台と対向するように前記筐体内に配置されており、
     前記被殺菌体に照射される深紫外線の照射量を平準化するように前記支持台を前記深紫外線光源に対して回転させる駆動手段をさらに有する、
    請求項1~11のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  14.  前記深紫外線光源が、
      導光板と、
      前記導光板の端部に配列された、複数の前記深紫外線発光ダイオードと
    を有する、請求項1~10のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  15.  前記被殺菌体を載置して移動するコンベアをさらに有し、
     前記深紫外線光源は、前記コンベアに対向して配置されており、
     前記照射時間tの制御を、前記コンベアの移動速度を制御することにより行う、
    請求項1~11及び請求項14のいずれかに記載の紫外線殺菌装置。
  16.  導光板と、
     前記導光板の端部に配列された、複数の深紫外線発光ダイオードと、
     前記深紫外線発光ダイオードの素子温度を測定する温度センサ、または、前記深紫外線発光ダイオードの素子温度を制御する温調手段と、
     前記深紫外線発光ダイオードに流す順方向電流を制御する電流制御装置と、
    を有し、
     前記電流制御装置は、前記深紫外線発光ダイオードの素子温度に基づいて、前記導光板から照射される深紫外線の、前記導光板から所定の距離だけ離れた位置における照射強度が、所定の値となるように、前記深紫外発光ダイオードに流す順方向電流を制御することを特徴とする、紫外線面光源。
  17.  一以上の深紫外線発光ダイオードを有し被殺菌体に向けて深紫外線を出射する深紫外線光源を用いて被殺菌体を殺菌する方法であって、
    (1)前記被殺菌体に深紫外線を照射する時間として定義される照射時間:t(単位:秒)、
    (2)前記被殺菌体と前記深紫外線光源との間の距離:d(単位:cm)、および
    (3)前記深紫外線光源の発光出力:P(単位:mW)
    から選ばれる1以上を制御して、前記照射時間内に前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が予め定めた所定値Iを満足するように、前記深紫外線光源から前記照射時間tの間、前記発光出力Pで、前記被殺菌体に深紫外線を照射する工程を有することを特徴とする、紫外線殺菌方法。
  18.  前記被殺菌体に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を決定する工程と、
     前記照射時間tを設定する工程と、
     前記照射時間tの間に前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を前記積算照射量Iとするために必要な前記発光出力Pを算出する工程と、
     前記発光出力P、及び/又は、前記距離dを調整する工程と、
     前記深紫外線光源から、前記発光出力Pで、前記照射時間tの間、前記被殺菌体に深紫外線を照射する工程と、
    を有する、請求項17に記載の紫外線殺菌方法。
  19.  前記被殺菌体に対して照射すべき深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)を決定する工程と、
     前記発光出力P、及び、前記距離dに基づいて、前記深紫外光源から発光出力Pで深紫外線を照射したときの前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が前記積算照射量Iとなるために必要な前記照射時間tを算出する工程と、
     前記深紫外線光源から、前記発光出力Pで、前記照射時間tの間、前記被殺菌体に深紫外線を照射する工程と、
    を有する、請求項17に記載の紫外線殺菌方法。
  20.  前記深紫外線光源は、前記被殺菌体が載置されるコンベアに対向して配置されており、
     前記被殺菌体が載置されたコンベアの駆動を開始する工程と、
     前記距離dを測定する工程と、
     前記発光出力P、及び、前記測定された距離dに基づいて、前記深紫外光源から発光出力Pで深紫外線を照射したときの前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が前記所定値Iとなるために必要な前記照射時間tを算出する工程と、
     前記照射時間tに基づいて、前記被殺菌体に深紫外線を照射している間に前記被殺菌体を移動させるべき速度を算出する工程と、
     前記算出された速度で前記コンベアを駆動しながら、前記深紫外線光源から前記被殺菌体に発光出力Pで深紫外線を照射する工程と、
    を有する、請求項17に記載の紫外線殺菌方法。
  21.  前記深紫外線光源は、前記被殺菌体が載置されるコンベアに対向して配置されており、
     前記被殺菌体が載置されたコンベアを所定の速度で駆動する工程と、
     前記距離dを測定する工程と、
     前記被殺菌体が前記深紫外線光源と対向する領域を通過する間に前記被殺菌体に対して照射される深紫外線の積算照射量I(単位:mJ/cm)が前記所定値Iとなるために必要な前記発光出力Pを算出する工程と、
     前記所定の速度で前記コンベアを駆動しながら、前記深紫外線光源から前記被殺菌体に発光出力Pで深紫外線を照射する工程と、
    を有する、請求項17に記載の紫外線殺菌方法。
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