WO2023008316A1 - 活性酸素による処理装置及び活性酸素による処理方法 - Google Patents

活性酸素による処理装置及び活性酸素による処理方法 Download PDF

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雅基 小澤
一浩 山内
健二 ▲高▼嶋
東照 後藤
翔太 金子
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キヤノン株式会社
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    • A61L2202/122Chambers for sterilisation

Definitions

  • the present disclosure is directed to an active oxygen treatment apparatus and an active oxygen treatment method.
  • Ultraviolet rays and ozone are known as means of sterilizing items.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200000 discloses a sterilization apparatus having an ozone supply device, an ultraviolet light generating lamp, and an agitating device in order to solve the problem that sterilization by ultraviolet rays is limited to a portion of an object to be sterilized that is irradiated with ultraviolet rays.
  • One aspect of the present disclosure is an active oxygen treatment apparatus that can more efficiently treat the surface of an object to be treated with active oxygen, and an active oxygen treatment that can more efficiently treat the surface of an object to be treated with active oxygen. It is intended to provide a processing method.
  • an active oxygen treatment apparatus comprising: The processing apparatus comprises an ultraviolet transmitting member, and a first chamber and a second chamber adjacent to each other across the ultraviolet transmitting member, the first chamber is capable of containing an object to be processed and is equipped with an ozone generator; said second chamber comprising an ultraviolet light source; The ultraviolet light source can irradiate the surface of the object to be processed contained in the first chamber with ultraviolet light, A processing apparatus using active oxygen is provided in which the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be processed can be adjusted to 10 mm or less.
  • a treatment method for treating the surface of an object to be treated with active oxygen (i) An ultraviolet ray transmitting member, and a first chamber and a second chamber adjacent to each other across the ultraviolet ray transmitting member, the first chamber being capable of containing an object to be treated and ozone a generator, wherein the second chamber comprises an ultraviolet light source, the ultraviolet light source capable of irradiating the surface of the object to be treated contained in the first chamber with ultraviolet rays, and the ultraviolet rays transmitting
  • a treatment apparatus using active oxygen that can more efficiently treat the surface of an object to be treated with active oxygen, and an active oxygen treatment that can more efficiently treat the surface of an object to be treated with active oxygen A treatment method can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a processing apparatus using active oxygen according to one aspect of the present disclosure
  • FIG. 2 is an explanatory view of the treatment apparatus using active oxygen in Example 1;
  • Bacteria as the object of "sterilization” according to the present disclosure refers to microorganisms, and the microorganisms include fungi, bacteria, unicellular algae, viruses, protozoa, etc., as well as animal or plant cells (stem cells, including dedifferentiated cells and differentiated cells), tissue cultures, fused cells obtained by genetic engineering (including hybridomas), dedifferentiated cells, and transformants (microorganisms).
  • viruses include, for example, norovirus, rotavirus, influenza virus, adenovirus, coronavirus, measles virus, rubella virus, hepatitis virus, herpes virus, HIV virus, and the like.
  • bacteria examples include Staphylococcus, Escherichia coli, Salmonella, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Shigella, Anthrax, Mycobacterium tuberculosis, Clostridium botulinum, Tetanus, and Streptococcus.
  • fungi examples include Trichophyton, Aspergillus, Candida, and the like.
  • active oxygen in the present disclosure includes free radicals such as superoxide (.O 2 ⁇ ) and hydroxyl radical (.OH) generated by decomposition of ozone (O 3 ).
  • Patent Document 1 excites ozone by irradiating it with ultraviolet rays to generate active oxygen with extremely high sterilization power.
  • active oxygen is a general term for highly reactive oxygen active species such as superoxide anion radical (.O 2 ⁇ ) and hydroxyl radical (.OH). can be instantly oxidatively decomposed.
  • the sterilization by the sterilization method according to Patent Document 1 is substantially performed by ozone. Therefore, it is considered that the sterilization performance of the sterilization method according to Patent Document 1 is about the same as the sterilization performance of the conventional sterilization method using only ozone.
  • the inventors of the present invention have found that when treating an object using active oxygen, which has a short life, it is necessary to place the object and the surface to be treated more actively in an active oxygen atmosphere. I recognized that. Based on this understanding, the inventors of the present invention conducted studies and found that the processing apparatus using active oxygen described below can more actively place the object to be processed in an active oxygen atmosphere.
  • the processing apparatus using active oxygen includes an ultraviolet transmitting member, and a first chamber and a second chamber which are adjacent to each other with the ultraviolet transmitting member separated, and the first chamber is an object to be treated.
  • the second chamber is capable of containing objects and includes an ozone generator, and the second chamber includes an ultraviolet light source that directs ultraviolet light onto the surface of the workpiece contained in the first chamber. Irradiation is possible.
  • the "treatment" of the object to be treated with active oxygen includes surface modification (hydrophilization treatment) of the surface to be treated of the object to be treated with active oxygen, sterilization, deodorization, bleaching, etc. It shall include any treatment that can be achieved by active oxygen.
  • a treatment apparatus 101 using active oxygen according to one aspect of the present disclosure has at least an ultraviolet ray transmitting member 105, and a first chamber and a second chamber adjacent to each other with the ultraviolet ray transmitting member 105 therebetween.
  • the first chamber can accommodate an object 104 to be processed and has an ozone generator 103 .
  • the second chamber contains an ultraviolet light source 102 .
  • the ultraviolet light source 102 can irradiate the object to be processed 104 accommodated in the first chamber with ultraviolet rays 108 .
  • the ozone 107 generated from the ozone generator 103 fills the first chamber separated by the ultraviolet transmitting member 105, thereby causing the object 104 to be processed.
  • Ozone 107 is supplied near the surface to be treated 104-1, and the ultraviolet light source 102 irradiates ultraviolet rays 108 through the ultraviolet transmitting member 105, thereby converting the ozone 107 into active oxygen.
  • the first chamber and the second chamber are separated by the ultraviolet transmitting member 105, so that the ozone generator provided in the first chamber Diffusion of ozone 107 generated from 103 into the second chamber is suppressed.
  • the ozone concentration in the first chamber can be increased more easily than when the first chamber and the second chamber are not separated by the ultraviolet transmitting member.
  • the ozone concentration in the second chamber is considered to be approximately the same as the normal ozone concentration in dry air.
  • active oxygen is locally generated in a region near the processing surface 104-1, specifically, for example, a spatial region up to a height of about 1 mm from the processing surface (hereinafter also referred to as a “surface region”), and the Objects can be placed under active oxygen atmosphere more actively. Therefore, the generated active oxygen can be supplied to the surface of the object to be treated before it is converted into oxygen and water. Alternatively, active oxygen can be generated in situ on the surface to be processed 104-1. As a result, the processing surface 104-1 of the object 104 to be processed is more reliably processed with active oxygen.
  • the ultraviolet transmitting member 105 is arranged so that the distance between the processing surface 104-1 of the object to be processed contained in the first chamber and the ultraviolet transmitting member 105 is set as indicated by the arrow C.
  • a variable configuration is preferred.
  • the distance between the ultraviolet transmitting member 105 and the surface to be processed 104-1 can be adjusted according to the thickness of the object to be processed. It is preferable that the distance is as short as possible within a range in which an ozone layer can be formed on the surface 104-1 to be processed.
  • the distance between the ultraviolet transmitting member 105 and the surface of the object 104 is 10 mm or less.
  • the thickness of the ozone layer on the surface to be treated 104-1 is more than 10 mm, ultraviolet rays are consumed for the decomposition of ozone on the ultraviolet light source side of the ozone layer, and the ozone layer on the surface to be treated 104-1 Decomposition of the ozone present on the opposing side is insufficient. As a result, the amount of active oxygen generated on the surface to be processed 104-1 is relatively reduced, and the processing efficiency can be lowered. On the other hand, when the distance is set to 10 mm or less, it is possible to more reliably generate active oxygen in situ on the surface 104-1 to be processed. As a result, the surface to be processed 104-1 of the object to be processed 104 can be more reliably processed with active oxygen.
  • the ozone generator is provided in the first chamber of the first chamber and the second chamber which are adjacent to each other with an ultraviolet transmitting member interposed therebetween. Since the first chamber can accommodate the object to be treated, the object to be treated and the ozone generator are accommodated or provided in the same room (first chamber).
  • the ozone generator is not particularly limited as long as it generates ozone.
  • As a method for generating ozone there are methods using ultraviolet rays, electric discharge, and water electrolysis, but the method using electric discharge is preferable in order to generate high-concentration ozone. Examples of discharge include silent discharge, creeping discharge, corona discharge, and the like. Specific examples of the ozone generator include an ozonizer manufactured by Murata Manufacturing Co., Ltd.
  • the ozone generation amount per unit time in the ozone generator without irradiation with ultraviolet rays is preferably, for example, 5 ⁇ g/min or more. It is more preferably 15 ⁇ g/min or more, still more preferably 30 ⁇ g/min or more.
  • the upper limit of the ozone generation amount is not particularly limited, but is, for example, 1000 ⁇ g/minute or less or 100 ⁇ g/minute or less.
  • the amount of ozone generated can be controlled by voltage applied to the ozone generator. Although the voltage applied to the ozone generator is not particularly limited, it can be DC 5V to 20V, for example.
  • the ultraviolet light source is provided in the second chamber of the first chamber and the second chamber which are adjacent to each other with the ultraviolet transmitting member interposed therebetween.
  • the ultraviolet light source is not particularly limited as long as it can emit ultraviolet light capable of exciting ozone and generating active oxygen. Further, the ultraviolet light source is not particularly limited as long as it has the wavelength and illuminance of ultraviolet rays required to excite ozone and obtain an effective active oxygen concentration or an effective amount of active oxygen according to the purpose of treatment.
  • the peak wavelength of the ultraviolet rays is preferably 220 nm to 310 nm, more preferably 253 nm to 285 nm, and more preferably 253 nm to 266 nm. More preferred.
  • Specific ultraviolet light sources that can be used include a low-pressure mercury lamp in which mercury is enclosed in quartz glass together with an inert gas such as argon or neon, a cold cathode tube ultraviolet lamp (UV-CCL), and an ultraviolet LED.
  • the wavelength of the low-pressure mercury lamp and the cold-cathode tube ultraviolet lamp should be selected from 254 nm or the like.
  • the wavelength of the ultraviolet LED should be selected from 265 nm, 275 nm, 280 nm, etc. from the viewpoint of output performance.
  • the UV illuminance on the surface of the object to be treated is preferably 2.5 ⁇ W/cm 2 or more, more preferably 3.0 ⁇ W/cm 2 or more, and 4.5 ⁇ W/cm 2 or more. More preferred.
  • the upper limit of the illuminance is not particularly limited, it can be, for example, 10000 ⁇ W/cm 2 or less or 100 ⁇ W/cm 2 or less.
  • the illuminance can be controlled by the distance between the ultraviolet light source and the surface of the object to be treated, the voltage applied to the ultraviolet light source, and the like.
  • the voltage applied to the ultraviolet light source is not particularly limited, it can be DC 3V to 15V, for example.
  • the UV-transmitting member is not particularly limited as long as it is a member that can transmit UV rays, and foils (films), sheets, membranes, plates, etc. that can transmit UV rays can be used.
  • As the ultraviolet transmitting member for example, biaxially oriented polypropylene (OPP), a film made of fluororesin, a plate made of natural quartz glass, or the like can be used.
  • OPP biaxially oriented polypropylene
  • the transmittance of ultraviolet light having a wavelength of 260 nm in the ultraviolet transmitting member is preferably 10% or more, more preferably 50% or more.
  • the upper limit of the transmittance is not particularly limited, it can be, for example, 100% or less.
  • the thickness of the UV-transmitting member can be appropriately selected based on the balance between strength and transmittance.
  • the thickness can be, for example, 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the ultraviolet transmitting member be capable of maintaining sufficiently high airtightness of the second chamber. That is, it is preferable that the ozone in the first chamber can be prevented from permeating the ultraviolet transmitting member and diffusing into the second chamber.
  • the ultraviolet transmitting member is attached to the inner wall of the housing so as to keep the airtightness of the second chamber sufficiently high.
  • the C value (area corresponding to the gap), which indicates airtightness is, for example, 100 cm 2 /m 2 or less.
  • a specific example of the UV-transmitting member includes a fluororesin film (trade name: AFLEX 100N NT Transparent) manufactured by AGC Corporation.
  • the ozone generator 103 is located in the same room (first chamber) as the object 104 to be treated, and is arranged at a position that does not hinder the irradiation of the object 104 to be treated with the ultraviolet rays 108 . It is not particularly limited as long as it is.
  • the ozone generator 103 and the object 104 to be processed should be brought closer together so that the ozone 107 generated from the ozone generator 103 is supplied to the surface of the object 104 to be processed in the shortest distance.
  • ozone concentration by reducing the volume of the room (first chamber) in which the ozone generator 103 is installed as much as possible within the range in which the object 104 to be processed can be accommodated.
  • the number of ozone generators 103 to be installed is not particularly limited, and a plurality of ozone generators 103 may be installed so as to surround the object 104 to be processed.
  • the distance between the ultraviolet transmitting member 105 and the surface 104-1 of the object 104 to be treated which is present between the ultraviolet light source 102 and the object 104 to be treated, is 10 mm or less.
  • the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be treated is 10 mm or less.
  • active oxygen produced as a result of decomposition of ozone by ultraviolet rays can reach the treatment surface of the object to be treated more actively.
  • the lower limit of the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be treated is not particularly limited. can.
  • the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be treated is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, more preferably 1 mm or more and 3 mm or less.
  • the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be treated are separated. is preferably adjustable so that the distance between them is 10 mm or less.
  • the distance between the ultraviolet light source 102 and the ultraviolet transmitting member 105 changes according to the adjustment of the distance between the ultraviolet transmitting member 105 and the surface to be processed 104-1. is preferable, and 180 mm or less is more preferable. Also, the distance between the ultraviolet light source 102 and the ultraviolet transmitting member 105 can be set to, for example, 50 mm or more. However, it is not necessary to place an ultraviolet-transmitting member within 200 mm from the ultraviolet light source, and if the active oxygen can be made to an effective concentration according to the purpose of treatment in relation to the above-mentioned ultraviolet illuminance, etc., the ultraviolet light source and The distance from the ultraviolet transmitting member is not particularly limited.
  • the distance between the ultraviolet light source 102 and the surface 104-1 of the object 104 to be treated is not particularly limited, and may be any distance that can generate active oxygen so as to achieve an effective active oxygen concentration according to the purpose of treatment.
  • the ultraviolet light source 102 with a moving means (not shown) so that the ultraviolet light source 102 can be moved freely so that the illuminance of the ultraviolet light becomes uniform.
  • active oxygen can be locally generated in the region near the surface of the object to be treated, and the object can be treated with active oxygen more efficiently.
  • the processing apparatus using active oxygen of the present disclosure can comprise a housing having a first chamber and a second chamber with at least an ultraviolet transmitting member as a partition wall.
  • the first chamber can contain an object to be processed and can be equipped with an ozone generator.
  • the second chamber may be equipped with an ultraviolet light source, and the ultraviolet light source can irradiate the object to be processed contained in the first chamber with ultraviolet light.
  • the first chamber is preferably surrounded by a wall provided with an ultraviolet transmitting member and a wall separating the outside of the processing apparatus from the inside of the first chamber. Further, the wall separating the outside of the processing apparatus and the inside of the first chamber may be provided with means for controlling gas flow between the outside of the processing apparatus and the inside of the first chamber.
  • Means for controlling the flow of the gas are not particularly limited, but examples thereof include an openable and closable valve, an openable and closable lid, and the like.
  • the size, shape, and relative position of the ultraviolet transmitting member and housing with respect to the object to be treated for example, while maintaining the effective active oxygen concentration or the effective amount of active oxygen according to the purpose of treatment. It can be appropriately selected so that it can be actively supplied to the surface region of the object to be treated.
  • the processing apparatus using active oxygen of the present disclosure can be used not only for sterilizing the object to be processed, but also for general processing performed by supplying active oxygen to the object to be processed.
  • the treatment apparatus using active oxygen according to the present disclosure can be used for deodorizing treatment, bleaching treatment, surface treatment for hydrophilizing the treatment object, and the like.
  • the term "effective active oxygen concentration or effective active oxygen amount” means the active oxygen concentration or the amount of active oxygen to achieve the purpose of the object to be treated, such as sterilization, deodorization, bleaching or hydrophilization. It can be appropriately adjusted according to the purpose by using the amount of ozone generated per unit time in the ozone generator, the illuminance and irradiation time of ultraviolet rays, and the like.
  • FIG. 2 shows a processing apparatus using active oxygen in Example 1.
  • a case made of ABS resin and having an inner dimension height of 100 mm, an inner dimension width of 200 mm, an inner dimension depth of 200 mm, and a rectangular parallelepiped cross-sectional shape shown in FIG. 2 was prepared.
  • an ultraviolet transmitting member 105 fluorine resin film, trade name: Aflex 100N NT transparent, manufactured by AGC Co., Ltd.
  • the case was partitioned into two chambers by stretching the case parallel to the bottom without gaps.
  • the space below the ultraviolet transmitting member 105 is defined as the first chamber, and the space above the ultraviolet transmitting member 105 is defined as the second chamber.
  • a distance A between the ultraviolet light source 102 and the ultraviolet transmitting member 105 was set to 73 mm.
  • a mounting table 201 on which the object 104 to be processed is placed is arranged.
  • the mounting table has an elevating device for adjusting the distance B between the object to be processed placed thereon and the ultraviolet transmitting member 105
  • the distance between the surface of the object to be processed 104 and the ultraviolet transmitting member 105 is configured to be variable. It is An ozone generator 103 (ozonizer, product number: MHM500-00A, manufactured by Murata Manufacturing Co., Ltd.) was also arranged in the first chamber. In this way, a processing apparatus using active oxygen according to this example was produced.
  • a light-receiving probe of an illuminometer (trade name: spectral irradiance meter USR-45D, manufactured by Ushio Inc., not shown) is placed on the mounting table 201, and the light-receiving surface of the light-receiving probe and the ultraviolet transmitting member are adjusted by adjusting the elevating device.
  • the illuminance of the ultraviolet rays 108 was measured in a state where the distance B between the surface of 105 and the opposite surface was set to 1 mm.
  • the integrated value of the spectrum when a voltage of 7 V was applied to the ultraviolet light source 102 was 4.9 ⁇ W/cm 2 .
  • the ozone generator 103 was not turned on so as not to be affected by the ozone 107 generated from the ozone generator 103 shielding the ultraviolet rays 108 .
  • the illuminance of the ultraviolet rays 108 measured under these conditions was regarded as the illuminance of the ultraviolet rays 108 on the surface of the object 104 to be treated, which contributes to the excitation of the ozone 107 on the surface 104-1 of the object 104 to be treated.
  • a hole (not shown) that can be sealed with a rubber plug was provided in the first chamber, and the internal gas was sucked through the hole with a syringe. made it
  • One minute after applying a voltage of DC 12V to the ozone generator 103 100 ml of the gas in the first chamber was sampled.
  • the sampled gas was sucked into an ozone detection tube (trade name: 182SB, manufactured by Komyo Rikagaku Kogyo Co., Ltd.), and the measured ozone concentration (PPM) generated from the ozone generator 103 was measured.
  • PPM measured ozone concentration
  • the amount of ozone generated per unit time was 67 ⁇ g/min.
  • the ultraviolet light source 102 was not turned on so as not to be affected by the decomposition of the ozone 107 by the ultraviolet light 108 emitted from the ultraviolet light source 102 .
  • the amount of ozone generated was measured when both the ozone generator 103 and the ultraviolet light source 102 were in operation.
  • the operating conditions of the ozone generator 103 are conditions under which ozone of 67 ⁇ g/min is generated when only the ozone generator 103 is operated.
  • the operating condition of the ultraviolet light source 102 is such that the illuminance is 4.9 ⁇ W/cm 2 when only the ultraviolet light source 102 is operated.
  • the amount of ozone generated when both the ozone generator 103 and the ultraviolet light source 102 were in operation was 42 ⁇ g/min.
  • the decrease of 25 ⁇ g/min from 67 ⁇ g/min is considered to be the amount of ozone changed to active oxygen.
  • the water contact angle of the surface of the polypropylene resin plate treated with active oxygen was measured and compared with the contact angle before the treatment.
  • the contact angle is measured at 23° C. and 50% RH using an automatic contact angle meter (trade name: DMo-602, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) as a measuring instrument, and a droplet of 0.5 ⁇ L of water is used.
  • the angle was measured after 500 ms of dropping, and the value obtained by averaging 5 points was adopted.
  • the contact angle of the surface of the polypropylene resin plate was 102° before the treatment, and the contact angle after the treatment was 70°, so the decreased contact angle was 32°.
  • Escherichia coli sterilization test was carried out according to the following procedure. All instruments used in this sterilization test were sterilized with high-pressure steam using an autoclave. In addition, this sterilization test was conducted in a clean bench. First, Escherichia coli (trade name "KWIK-STIK (Escherichia coli ATCC8739)" was placed in an Erlenmeyer flask containing LB medium (2 g of tryptone, 1 g of yeast extract, 1 g of sodium chloride and distilled water to make 200 ml). , manufactured by Microbiology) and cultured with shaking at 37° C. for 48 hours at 80 rpm.
  • LB medium 2 g of tryptone, 1 g of yeast extract, 1 g of sodium chloride and distilled water
  • the Escherichia coli suspension after culture was 9.2 ⁇ 10 9 (CFU/ml).
  • a micropipette drop 0.010 ml of the cultured bacterial solution onto a slide glass (Matsunami glass, model number: S2441) of 3 cm long, 1 cm wide, and 1 mm thick, and slide the bacterial solution with the tip of the micropipette.
  • Sample no. 1 was produced.
  • Sample no. 2 was produced.
  • a recess of 3.5 cm long, 1.5 m wide and 2 mm deep was provided in the center of a plastic flat plate measuring 30 cm long, 30 cm wide and 5 mm thick.
  • the above slide glass was placed so that the surface of the slide glass 1 opposite to the surface on which the fungus solution was applied was in contact with the bottom surface of the recess. Then, the plastic flat plate on which the slide glass was placed was placed on the mounting table 201 in the first chamber. Next, the lifting device of the mounting table 201 was adjusted to set the distance B between the surface of the slide glass coated with the bacterial solution (surface to be treated) and the surface of the ultraviolet transmitting member facing the surface to be treated to 1 mm.
  • the active oxygen treatment device was operated to treat the surface of the slide glass coated with the fungus solution.
  • the processing time was 60 seconds.
  • sample no. 1 was immersed in a test tube containing 10 ml of buffer solution (trade name "Gibco PBS", Thermo Fisher Scientific) for 1 hour.
  • buffer solution trade name "Gibco PBS", Thermo Fisher Scientific
  • sample no. 1 ml of the buffer (hereinafter also referred to as “1/1 solution”) after immersion in 1 was placed in a test tube containing 9 ml of buffer to prepare a diluted solution (hereinafter referred to as “1/10 diluted solution”).
  • a diluted solution hereinafter referred to as "1/10 diluted solution”
  • a 1/100 dilution, a 1/1000 dilution, and a 1/10000 dilution were prepared in the same manner, except that the dilution ratio with the buffer solution was changed.
  • 0.050 ml was collected from the 1/1 solution and smeared on a stamp medium (Petancheck 25 PT1025, manufactured by Eiken Kasei Co., Ltd.).
  • stamp media n1, n2
  • Two stamp media were placed in a constant temperature bath (trade name: IS600; manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and cultured at a temperature of 37° C. for 24 hours.
  • 1/10 dilution, 1/100 dilution, 1/1000 dilution and 1/10000 dilution were also prepared and cultured in two smeared stamp media for each dilution.
  • Table 1 shows the number of colonies generated in each stamp medium for the 1/1 solution and each diluted solution.
  • sample no. Sample No. 2 except that the treatment with the active oxygen supply device was not performed.
  • Processing (bleaching) test (1) Preparation of sample for bleaching test
  • chili pepper sauce (trade name: Tabasco Pepper Sauce, manufactured by McIlheny) was filtered through a long-fiber nonwoven fabric (trade name: Bemcot M-3II, manufactured by Asahi Kasei Corporation). to remove solids.
  • a paper wiper (trade name: Kimwipe S-200, manufactured by Nippon Paper Crecia Co., Ltd.) was immersed in the obtained liquid for 10 minutes. Subsequently, the paper wiper was taken out and washed with water. Washing with water was repeated until the washing liquid was no longer visually colored. It was then dried. Then, three samples of 15 mm long and 15 mm wide were cut out from the paper wiper dyed red with the chili pepper sauce.
  • a DC voltage of 12 V was applied to the ozone generator 103 and a DC voltage of 7 V was applied to the ultraviolet light source 102 to irradiate the surface to be treated with ultraviolet rays for 300 minutes, thereby treating the surface to be treated 104-1. .
  • Rank B Red color of chili pepper sauce remained slightly.
  • Rank C The red color of the chili pepper sauce remained to some extent.
  • Rank D There was no difference in color from the portion to which no active oxygen was supplied.
  • a sample for deodorization test is placed in the center of the mounting table 201 in the processing apparatus 101 using active oxygen, and the distance between the surface to be processed of the sample for the deodorization test and the ultraviolet transmitting member ( The mounting table 201 was raised and lowered so that the distance B) was 1 mm.
  • the center position of the sample 104 in the width direction (horizontal direction in FIG. 2) and the depth direction (depth direction in FIG. 2) was aligned with the center of the orientation direction of the ultraviolet rays 108 emitted from the ultraviolet light source 102. .
  • a DC voltage of 12 V was applied to the ozone generator 103 and a DC voltage of 7 V was applied to the ultraviolet light source 102 to irradiate the surface to be treated with ultraviolet rays for 60 minutes, thereby treating the surface to be treated 104-1. .
  • how much odor remained in the treated sample compared with the sample not treated with active oxygen was evaluated according to the following strength criteria. The evaluation was performed on 5 subjects, and strength criteria selected by at least 3 subjects were adopted. Rank A: Odorless.
  • Rank B An odor barely detectable (detection threshold).
  • Rank C Weak odor recognizable as that of fabric mist (cognition threshold).
  • Rank D No difference from untreated sample.
  • Example 2> A processing apparatus using active oxygen was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the voltage of the ultraviolet light source 102 of Example 1 was lowered from DC 7V to 4V to lower the ultraviolet illuminance.
  • Example 3> A processing apparatus using active oxygen was fabricated and processed in the same manner as in Example 1, except that the ozone generator in Example 1 was changed to a scorotron corona charger (direct current of ⁇ 5 kV applied) used as a charging member of an electrophotographic apparatus. made an evaluation.
  • Examples 5-6> A processing apparatus using active oxygen was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the distance B between the surface to be treated and the surface of the ultraviolet transmitting member facing the surface to be treated was changed as shown in Table 2. rice field.
  • Comparative Examples 1 to 3 were prepared under the same conditions as in Example 1, except that they were configured as follows. Comparative Example 1: The ultraviolet transmitting member was removed. Comparative Example 2: No voltage was applied to the ozone generator, and a voltage was applied to the ultraviolet light source. Comparative Example 3: Voltage was applied to the ozone generator and no voltage was applied to the UV light source.
  • the amount of ozone generated indicates the amount of ozone generated when the ultraviolet light source was not turned on.
  • a processing device using active oxygen comprises an ultraviolet transmitting member, and a first chamber and a second chamber adjacent to each other across the ultraviolet transmitting member, the first chamber is capable of containing an object to be processed and is equipped with an ozone generator; said second chamber comprising an ultraviolet light source; The ultraviolet light source can irradiate the surface of the object to be processed contained in the first chamber with ultraviolet light, A processing apparatus using active oxygen, wherein the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be processed can be adjusted to 10 mm or less.
  • Configuration 1 The processing apparatus using active oxygen according to Configuration 1, wherein the distance between the ultraviolet transmitting member and the surface of the object to be processed is variable.
  • composition 3 Active oxygen according to configuration 1 or 2, wherein the first chamber is surrounded by a wall provided with the ultraviolet transmitting member and a wall separating the exterior of the processing apparatus from the interior of the first chamber. Processing equipment by. (Composition 4) by active oxygen according to configuration 3, wherein the wall separating the outside of the processing apparatus and the inside of the first chamber is provided with a means for controlling gas flow between the outside of the processing apparatus and the inside of the first chamber. processing equipment. (Composition 5) 5. The apparatus for treating active oxygen according to any one of Structures 1 to 4, wherein the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source has a peak wavelength of 220 nm to 310 nm. (Composition 6) 6.
  • composition 7 The apparatus for processing using active oxygen according to any one of configurations 1 to 5, wherein the UV illuminance on the surface of the object to be processed is 2.5 ⁇ W/cm 2 or more.
  • Composition 7 The processing apparatus using active oxygen according to any one of configurations 1 to 6, wherein the ozone generator generates ozone in an amount of 5 ⁇ g/min or more per unit time when the ultraviolet rays are not irradiated.
  • composition 8 A treatment method for treating the surface of an object to be treated with active oxygen, (i) An ultraviolet ray transmitting member, and a first chamber and a second chamber adjacent to each other across the ultraviolet ray transmitting member, the first chamber being capable of containing an object to be treated and ozone a generator, wherein the second chamber comprises an ultraviolet light source, the ultraviolet light source capable of irradiating the surface of the object to be treated contained in the first chamber with ultraviolet rays, and the ultraviolet rays transmitting A step of preparing an active oxygen treatment apparatus in which the distance between the member and the surface of the object to be treated can be adjusted to 10 mm or less; (ii) placing the object to be processed at a position in the first chamber where the ultraviolet rays can be irradiated; (iii) filling the first chamber with ozone generated from the ozone generator; (iv) irradiating the ozone in the first chamber with ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source through the ultraviolet transmitting member in a state where
  • 101 treatment device using active oxygen
  • 102 ultraviolet light source
  • 103 ozone generator
  • 104 object to be treated
  • 104-1 treatment surface of the object to be treated
  • 105 ultraviolet transmitting member
  • 106 housing
  • 107 ozone
  • 108 ultraviolet rays

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Abstract

被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理装置、及び、被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理方法の提供。 活性酸素による処理装置であって、該処理装置が、紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、該第2室が、紫外線光源を具備し、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が、10mm以下に調整可能であることを特徴とする、活性酸素による処理装置及び活性酸素による処理方法。

Description

活性酸素による処理装置及び活性酸素による処理方法
 本開示は、活性酸素による処理装置及び活性酸素による処理方法に向けたものである。
 物品等の除菌を行う手段として、紫外線、及び、オゾンが知られている。特許文献1は、紫外線による除菌が、除菌対象物の紫外線が照射される部分に限定されるという課題に対して、オゾン供給装置と紫外線発生ランプと撹拌装置とを有する殺菌装置を用いて、紫外線発生ランプより生成する紫外線をオゾンに照射することにより発生する活性酸素を撹拌して試料の影の部分も殺菌する方法を開示している。
特開平1-25865号公報
 本発明者らが、特許文献1に係る殺菌方法による除菌性能について検討したところ、従来のオゾンのみを用いた除菌方法による除菌性能と同等程度である場合があった。活性酸素の除菌能力は、本来オゾンの除菌能力をはるかに上回ると言われているところ、このような検討結果は予想外のものであった。
 本開示の一態様は、被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理装置、及び、被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理方法の提供に向けたものである。
 また、本開示の少なくとも一つの様態によれば、活性酸素による処理装置であって、
 該処理装置が、紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、
 該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、
 該第2室が、紫外線光源を具備し、
 該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、
 該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が、10mm以下に調整可能である、活性酸素による処理装置が提供される。
 さらに、本開示の少なくとも一つの態様によれば、被処理物の表面を活性酸素で処理する処理方法であって、
(i)紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、該第2室が、紫外線光源を具備し、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、かつ、該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下に調整可能である活性酸素による処理装置を用意する工程と、
(ii)該第1室のうち該紫外線を照射可能な位置に被処理物を置く工程と、
(iii)該第1室に該オゾン発生器から発生するオゾンを充満させる工程と、
(iv)該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下である状態において、該紫外線光源から照射される紫外線を、該紫外線透過部材を通してオゾンに照射して活性酸素を発生させ、該被処理物の表面を該活性酸素で処理する工程と、
を有する活性酸素による処理方法が提供される。
 本開示の一態様によれば、被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理装置及び被処理物の表面を活性酸素でより効率的に処理し得る活性酸素による処理方法を得ることができる。
本開示の一態様に係る活性酸素による処理装置の構成を示す概略断面図。 実施例1の活性酸素による処理装置の説明図。
 以下、図面を参照して、この開示を実施するための形態を、具体的に例示する。ただし、この形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、開示が適用される部材の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この開示の範囲を以下の形態に限定する趣旨のものではない。
 また、本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
 本開示に係る「除菌」の対象物としての「菌」とは微生物を指し、該微生物には、真菌、細菌、単細胞藻類、ウイルス、原生動物等に加え、動物又は植物の細胞(幹細胞、脱分化細胞、分化細胞を含む。)、組織培養物、遺伝子工学によって得られた融合細胞(ハイブリドーマを含む。)、脱分化細胞、形質転換体(微生物)が含まれる。ウイルスの例としては、例えば、ノロウイルス、ロタウイルス、インフルエンザウイルス、アデノウイルス、コロナウイルス、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、肝炎ウイルス、ヘルペスウイルス、HIVウイルスなどが挙げられる。また、細菌の例としては、例えば、ブドウ球菌、大腸菌、サルモネラ菌、緑膿菌、コレラ菌、赤痢菌、炭そ菌、結核菌、ボツリヌス菌、破傷風菌、レンサ球菌などが挙げられる。さらに、真菌の例としては、白癬菌、アスペルギルス、カンジダ等が挙げられる。
 また、本開示における活性酸素とは、例えば、オゾン(O)の分解によって生じるスーパーオキシド(・O )、ヒドロキシラジカル(・OH)のようなフリーラジカルを含む。
 さらに、以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中に同一の番号を付し、その説明を省略する場合がある。
 本発明者らの検討によれば、特許文献1に係る殺菌装置の除菌能力が限定的である理由を以下のように推測している。
 特許文献1は、オゾンに対して、紫外線を照射することで、オゾンを励起し、極めて除菌力の高い活性酸素を生成している。ここで、活性酸素とは、スーパーオキシドアニオンラジカル(・О )、ヒドロキシルラジカル(・ОH)等の反応性の高い酸素活性種の総称で、それ自身がもつ高い反応性により、細菌やウイルスを即座に酸化分解できる。
 しかしながら、オゾンは紫外線を極めてよく吸収するため、特許文献1に係る殺菌装置においては、活性酸素の発生は紫外線発生ランプの近傍に限定されると考えられる。すなわち、紫外線発生ランプから離れた位置に存在するオゾンにまでは紫外線が十分到達せず、紫外線発生ランプから離れたところでは活性酸素は発生し難いと考えられる。
 また、活性酸素は非常に不安定であり、・О の半減期は10-6秒、・ОHの半減期は10-9秒と極めて短く、速やかに安定な酸素、水に変換される。そのため、紫外線発生ランプの近傍で生成した活性酸素を、受動的に殺菌装置の本体内部に充満させることは困難であると考えられる。言い換えれば、特許文献1に係る殺菌方法による除菌は、実質的にはオゾンによって行われていると考えられる。そのため、特許文献1に係る殺菌方法による除菌性能が、従来のオゾンのみを用いた除菌方法による除菌性能と同等程度となっているものと考えられる。
 このような考察から、本発明者らは、寿命が短い活性酸素を用いて被処理物を処理するうえでは、被処理物や被処理表面をより能動的に活性酸素雰囲気下に置くことが必要であることを認識した。そして、かかる認識の下で本発明者らが検討した結果、以下で説明する活性酸素による処理装置によれば、被処理物をより能動的に活性酸素雰囲気下に置くことができることを見出した。すなわち、本開示に係る活性酸素による処理装置は、紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、該第2室が、紫外線光源を具備し、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能である。
 なお、本開示において、活性酸素による被処理物の「処理」には、活性酸素による被処理物の被処理面の表面改質(親水化処理)、除菌、消臭、漂白のような、活性酸素によって達成し得るあらゆる処理を含むものとする。
 以下、図1を用いて本開示の一態様に係る活性酸素による処理装置101について説明する。本開示の一態様に係る活性酸素による処理装置101は、少なくとも紫外線透過部材105と、該紫外線透過部材105を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを有する。該第1室は、被処理物104を収容可能であって、かつオゾン発生器103を具備する。該第2室は、紫外線光源102を具備する。該紫外線光源102は、紫外線108を該第1室に収容される該被処理物104に照射可能である。
 すなわち、本開示の一態様に係る活性酸素による処理装置においては、オゾン発生器103から発生したオゾン107が、紫外線透過部材105により隔てられた第1室内に充満することで、被処理物104の処理表面104-1の近傍にオゾン107が供給され、紫外線光源102が紫外線透過部材105を通して紫外線108を照射することでオゾン107を活性酸素に変換する。
 ここで、本開示の一態様に係る活性酸素による処理装置においては、該第1室と該第2室が紫外線透過部材105により隔てられていることにより、該第1室が具備するオゾン発生器103から発生したオゾン107が該第2室に拡散することが抑制される。そのため、第1室内のオゾン濃度を、第1室と第2室が紫外線透過部材により隔てられていない場合よりも容易に高めることができる。また、第2室内のオゾン濃度は、乾燥空気中の通常のオゾン濃度と同程度となると考えられる。このような態様とすることにより、紫外線透過部材105と被処理物104の距離を任意に設定することが可能となる。また、紫外線光源102から照射された紫外線108は、オゾンによる吸収が極力抑えられた状態で紫外線透過部材105を透過し、オゾン濃度が能動的に高められた状態の第1室に収容される被処理物104の表面およびその近傍に存在するオゾン107に照射される。これにより、処理表面104-1近傍の領域、具体的には例えば処理表面から高さ1mm程度までの空間領域(以降、「表面領域」ともいう)に活性酸素を局所的に発生させ、被処理物をより能動的に活性酸素雰囲気下に置くことができる。そのため、生成した活性酸素が酸素及び水に変換される前に、該活性酸素を被処理物の表面に供給することができる。または、活性酸素を被処理面104-1上にその場的(in situ)に発生させることができる。その結果として、被処理物104の処理表面104-1は、活性酸素によってより確実に処理される。
 また、このような態様とすることにより、紫外線光源102から照射された紫外線108が第1室に到達するまでの間の、オゾンによる紫外線吸収を極力抑えることができる。
そのため、紫外線光源の出力を従来の処理装置より低くしても被処理面104-1の処理に十分な量の活性酸素を発生させ得る。
 さらに、本開示に係る処理装置においては、紫外線透過部材105を、矢印Cに示すように、第1室に収容された被処理物の被処理面104-1と紫外線透過部材105との距離を可変に構成することが好ましい。これにより、被処理物の厚みに応じて、紫外線透過部材105と被処理面104-1との距離を調整することができる。そして、当該距離は、被処理面104-1上にオゾンの層が形成可能な範囲で出来る限り短くすることが好ましい。本開示において、紫外線透過部材105と被処理物104の表面との距離は、10mm以下とする。被処理面104-1上のオゾン層の厚みが10mm超である場合、紫外線が、当該オゾン層の紫外線光源側のオゾンの分解のために消費され、当該オゾン層の被処理面104-1に対向している側に存在しているオゾンの分解が不十分となる。その結果、被処理面104-1の表面上に生成する活性酸素の量が相対的に減少し、処理効率が低下し得る。一方、当該距離を10mm以下とした場合、被処理面104-1上での、その場的(in situ)な活性酸素の発生をより確実に行うことができる。その結果として、被処理物104の被処理面104-1を、活性酸素によってより確実に処理することが可能となる。
 <オゾン発生器>
 オゾン発生器は、紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室のうち、第1室に具備される。該第1室は被処理物を収容可能であるから、被処理物とオゾン発生器は同一の部屋(第1室)に収容または具備される。
 該オゾン発生器としては、オゾンを発生するものであれば特に限定されない。オゾンの発生方法としては、紫外線や放電や水電解を利用した方法があるが、高濃度のオゾンを発生するために、放電を利用する方法が好ましい。また、放電としては、無声放電、沿面放電、コロナ放電等が例示される。オゾン発生器の具体例としては、例えば、株式会社村田製作所製オゾナイザ(品番:MHM500-00A)などが挙げられる。
 また、該オゾン発生器における、紫外線を照射しない状態での単位時間あたりのオゾン発生量としては、例えば、5μg/分以上であることが好ましい。より好ましくは15μg/分以上、さらに好ましくは30μg/分以上である。該オゾン発生量の上限は特に制限されないが、例えば1000μg/分以下または100μg/分以下である。該オゾン発生量は、オゾン発生器に印可する電圧などによって制御することができる。
 オゾン発生器に印可する電圧は特に制限されないが、例えば直流5V~20Vとすることができる。
 <紫外線光源および紫外線>
 紫外線光源は、紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室のうち、第2室に具備される。該紫外線光源としては、オゾンを励起し、活性酸素を生成させうる紫外線を照射できるものであれば特に限定されない。また、該紫外線光源は、オゾンを励起し、処理の目的に応じた有効活性酸素濃度又は有効活性酸素量を得るために必要な、紫外線の波長及びその照度を有していれば特に限定されない。
 例えば、オゾンの光吸収スペクトルのピーク値が260nmであることから、該紫外線のピーク波長は、220nm~310nmであることが好ましく、253nm~285nmであることがより好ましく、253nm~266nmであることがさらに好ましい。
 具体的な紫外線光源としては、石英ガラス内にアルゴンやネオン等の不活性ガスと共に水銀が封入されてなる低圧水銀ランプや、冷陰極管紫外線ランプ(UV-CCL)、紫外LEDなどが使用できる。低圧水銀ランプや冷陰極管紫外線ランプの波長は、254nmなどから選択するとよい。一方、紫外LEDの波長は、出力性能の観点から、265nm、275nm、280nmなどから選択するとよい。
 被処理物の表面における紫外線の照度としては、2.5μW/cm以上であることが好ましく、3.0μW/cm以上であることがより好ましく、4.5μW/cm以上であることがさらに好ましい。該照度の上限は特に制限されないが、例えば10000μW/cm以下または100μW/cm以下とすることができる。該照度は、紫外線光源および被処理物の表面の距離や、紫外線光源に印可する電圧などによって制御することができる。
 紫外線光源に印可する電圧は特に制限されないが、例えば直流3V~15Vとすることができる。
 <紫外線透過部材>
 紫外線透過部材としては、紫外線を透過し得る部材であれば特に限定されないが、紫外線を透過し得る箔(フィルム)、シート、膜(メンブレン)、板(プレート)などを用いることができる。紫外線透過部材としては例えば、2軸延伸ポリプロピレン(OPP)、フッ素樹脂をフィルム化したもの、天然石英ガラスなどをプレート化したものを用いることができる。
 紫外線透過部材における波長260nmの紫外線の透過率は、10%以上であるものが好ましく、50%以上であることがより好ましい。該透過率の上限は特に制限されないが、例えば100%以下とすることができる。紫外線透過部材の厚みとしては、強度と透過率のバランスで適宜選ぶことができる。該厚みは、例えば100μm~1000μmとすることができる。
 また、紫外線透過部材は、第2室の気密性を十分に高く保つことができるようなものであることが好ましい。すなわち、第1室のオゾンが紫外線透過部材を透過して第2室に拡散することを防止できるものであることが好ましい。また、紫外線透過部材は、第2室の気密性を十分に高く保つことができるように筐体内壁に取り付けられていることが好ましい。第2室の気密性としては、気密性能を表すC値(隙間相当面積)が、例えば100cm/m以下とされていることが好ましい。このことにより、第1室に備えられたオゾン発生器から発生したオゾンが第2室に拡散または侵入することが抑制または防止されるため、第2室に備えられた紫外線光源から照射された紫外線が第2室に拡散したオゾンによって吸収されることをより抑制することができる。そのため、第1室に配置された被処理物の処理表面に紫外線をより高い効率で照射することができる。
 紫外線透過部材の具体例としては、例えば、AGC株式会社製フッ素樹脂フィルム(商品名:アフレックス100N NT透明)などが挙げられる。
 <オゾン発生器、紫外線光源及び被処理物の配置>
 活性酸素による処理装置101においては、オゾン発生器103の位置は被処理物104と同一の部屋(第1室)であり、紫外線108が被処理物104に照射されることを阻害しない位置に配置されていれば、特に限定されない。
 例えば、オゾン発生器103から発生したオゾン107が、最短距離で、被処理物104の表面に供給されるようにオゾン発生器103と被処理物104を近づけるとよい。また、オゾン発生器103を設置した部屋(第1室)の容積を、被処理物104を収容可能な範囲内で極力狭くすることでオゾン濃度を高めることも好ましい。オゾン発生器103の設置数も特に限定されず、被処理物104の周囲を取り囲むようにオゾン発生器103を複数設置してもよい。
 紫外線光源102と被処理物104の間に存在する紫外線透過部材105と被処理物104の表面104-1との距離は、10mm以下とすることが好ましい。紫外線透過部材と被処理物の表面との距離を10mm以下とすることで、紫外線によりオゾンが分解した結果として生じた活性酸素を、より能動的に被処理物の処理表面に到達させ得る。一方、紫外線透過部材と被処理物の表面との距離の下限は特に限定されないが、例えば、0.1mm以上とすることで被処理面104-1上にオゾン層をより容易に形成させることができる。そのため、紫外線透過部材と被処理物の表面との距離は0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、1mm以上3mm以下であることがより好ましい。
 そして、本開示に係る活性酸素による処理装置は、例えば、昇降可能な載置台を第1室に配置して該載置台に被処理物を置くことで、紫外線透過部材と被処理物の表面との距離が10mm以下となるように調整可能とすることが好ましい。
 紫外線光源102と紫外線透過部材105との距離は、紫外線透過部材105と被処理面104-1との距離の調整に伴って変化するため、一概には規定できないが、例えば、200mm以下とすることが好ましく、180mm以下とすることがより好ましい。また、紫外線光源102と紫外線透過部材105との距離は、例えば50mm以上とすることができる。
 ただし、紫外線光源から200mm以内の位置に紫外線透過部材を配置する必要はなく、前述した紫外線の照度などとの関係で活性酸素を処理の目的に応じた有効濃度とすることができれば、紫外線光源と紫外線透過部材との距離は特に制限されない。
 紫外線光源102と被処理物104の表面104-1との距離は特に制限されず、処理の目的に応じた有効活性酸素濃度となるように活性酸素を生成し得る距離であればよい。
紫外線光源と被処理物の表面との距離は、近いほど紫外線の照度が高くなり活性酸素が発生しやすくなるが、紫外線は指向性があるため、該距離が近過ぎると被処理物の表面全面に紫外線が照射されなくなる場合がある。その場合は、紫外線光源の数を増やす、紫外線を反射させるための反射板を第1室および第2室からなる群から選択される少なくとも一に設置するなどして、被処理物の表面に均一に紫外線が照射される工夫をすることが好ましい。また、紫外線光源102に移動手段(不図示)を設け、紫外線の照度が均一となるように紫外線光源102を移動自在とすることも好ましい態様である。
 紫外線光源102を上記のように配置することで、活性酸素を被処理物の表面近傍の領域に局所的に発生させ、より効率的に活性酸素によって処理することができる。
<筐体>
 本開示の活性酸素による処理装置は、少なくとも紫外線透過部材を隔壁とした第1室および第2室を持つ筐体を具備することができる。該第1室は、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備することができる。また、該第2室は、紫外線光源を具備してもよく、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物に照射可能とすることができる。
 該第1室は、紫外線透過部材が具設された壁、及び、処理装置の外部と該第1室の内部を隔てる壁、で囲われてなることが好ましい。また、処理装置の外部と第1室の内部を隔てる該壁に、該処理装置の外部と該第1室の内部との気体の流通を制御する手段を具備していてもよい。該気体の流通を制御する手段としては特に制限されないが、例えば開閉可能な弁、開閉可能な蓋体などが挙げられる。
 紫外線透過部材および筐体の大きさ、形状、被処理物との相対位置は、例えば、生成された活性酸素を、処理の目的に応じた有効活性酸素濃度又は有効活性酸素量を維持した状態で被処理物の表面領域まで能動的に供給し得るように適宜選択することができる。
 本開示の活性酸素による処理装置は、被処理物を除菌する処理を行うだけでなく、被処理物に活性酸素を供給することで実施される処理全般に用いることができる。例えば、本開示の活性酸素による処理装置は、被処理物を消臭する処理、被処理物を漂白する処理、被処理物を親水化する表面処理などにも用いることができる。
 なお、本開示において「有効活性酸素濃度又は有効活性酸素量」とは、被処理物に対する目的、例えば、除菌、消臭、漂白または親水化などを達成するための活性酸素濃度又は活性酸素量をいい、オゾン発生器における単位時間あたりのオゾン発生量、紫外線の照度及び照射時間などを用い、目的に応じて適宜調整ができる。
 以下、実施例及び比較例を用いて本開示をさらに詳細に説明するが、本開示の態様はこれらに限定されない。
<実施例1>
 実施例1の活性酸素による処理装置を図2に示す。活性酸素による処理装置101の筐体106として、ABS樹脂製の、内寸高さ100mm、内寸幅200mm、内寸奥行200mmであり、断面形状が図2に示す直方体形状のケースを用意した。次いで、該筐体106の底面の底面から内寸高さ25mmの内壁に、紫外線透過部材105(フッ素樹脂フィルム、商品名:アフレックス100N NT透明、AGC株式会社製)を、該筐体106の底面と平行になるように隙間なく張ることにより、該ケースを2つの部屋に区分した。図2において、紫外線透過部材105よりも下側の空間を第1室、紫外線透過部材105よりも上の空間を第2室とした。
 そして、第2室には、紫外線光源102(UV-C LED、商品名:ZEUBE265-2CA、スタンレー電気株式会社製、ピーク波長=265nm)を配置した。紫外線光源102と紫外線透過部材105との距離Aは73mmとした。一方、第1室には、被処理物104を置く載置台201を配置した。載置台はその上に配置される被処理物と紫外線透過部材105との距離Bを調整するための昇降装置を有するため、被処理物104の表面と紫外線透過部材105との距離が可変に構成されている。また、第1室には、オゾン発生器103(オゾナイザ、品番:MHM500-00A、株式会社村田製作所製)も配置した。こうして本実施例に係る活性酸素による処理装置を作製した。
 載置台201の上に照度計(商品名:分光放射照度計USR-45D、ウシオ電機社製、不図示)の受光プローブを置き、昇降装置を調整して受光プローブの受光面と、紫外線透過部材105の当該面との対向面との距離Bを1mmとした状態で、紫外線108の照度を測定した。紫外線光源102に7Vの電圧をかけたスペクトルの積分値は、4.9μW/cmであった。このとき、オゾン発生器103から発生するオゾン107による紫外線108の遮蔽の影響を受けないように、オゾン発生器103には電源を入れなかった。かかる条件で測定された紫外線108の照度を、被処理物104の処理表面104-1でのオゾン107の励起に寄与する、被処理物104の表面における紫外線108の照度とみなした。
 続いて、オゾン発生器103から発生するオゾン量を算出するため、第1室にゴム栓で封止可能な孔部(不図示)を設け、該孔部から注射器で内部の気体を吸引できるようにした。そして、オゾン発生器103に直流12Vの電圧を印加して1分後に、第1室内の気体を100ml採取した。採取した気体をオゾン検知管(商品名:182SB、光明理化学工業社製)に吸引させ、オゾン発生器103から発生する測定オゾン濃度(PPM)を測定した。測定されたオゾン濃度の値を用いて、次式により、単位時間あたりのオゾン発生量を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 その結果、単位時間あたりのオゾン発生量は67μg/分であった。このとき、紫外線光源102から照射される紫外線108によるオゾン107の分解の影響を受けないように、紫外線光源102には電源を入れなかった。
 最後に、オゾン発生器103と紫外線光源102の両方ともが稼働している場合のオゾン発生量を測定した。オゾン発生器103の稼働条件は、オゾン発生器103のみを稼働した場合に67μg/分のオゾンを発生する条件である。また、紫外線光源102の稼働条件は、紫外線光源102のみを稼働した場合に4.9μW/cmの照度になる条件である。その結果、オゾン発生器103と紫外線光源102の両方ともが稼働している場合のオゾン発生量は、42μg/分であった。67μg/分からの減少分の25μg/分が、活性酸素に変化したオゾンの量であると考えられる。
2-1.処理(親水化)試験
 厚さ2mmのポリプロピレン樹脂製板(TP技研社製)を縦30mm、横30mmに切断したものを被処理物104として、上記1で作製した活性酸素による処理装置101の載置台201の中央に配置し、載置台の高さを調整して、図2における距離Bを1mmとした。次いで、オゾン発生器103に直流12Vの電圧を印加するとともに、紫外線光源102に直流7Vの電圧を印可して紫外線を照射し、1時間処理を行った。その後、該ポリプロピレン樹脂製板の活性酸素で処理した面の水に対する接触角を測定し、処理前の接触角と比較した。接触角の測定は、23℃、50%RHにて、測定器として自動接触角計(商品名:DMo-602、共和界面化学社製)を用い、液滴は0.5μLの水を用い、滴下500m秒後の角度を測定し、5点を平均した値を採用した。当該ポリプロピレン樹脂製板の表面の処理前の接触角は102°であり、処理後の接触角は70°であったため、低下した接触角は32°であった。
2-2.処理(除菌)試験
 以下の手順にて大腸菌の除菌試験を実施した。なお、本除菌試験に用いる器具は全て、オートクレーブを用いた高圧蒸気滅菌を行ったものを用いた。また、本除菌試験はクリーンベンチ内で行った。
 まず、LB培地(トリプトン2g、イーストエクストラクト1g、塩化ナトリウム1gに蒸留水を入れ200mlにしたもの)の入った三角フラスコに、大腸菌(商品名「KWIK-STIK(大腸菌(Escherichia coli)ATCC8739)」、Microbiologics社製)を入れ、温度37℃で48時間、80rpmで振とう培養した。培養後の大腸菌の菌液は9.2×10(CFU/ml)であった。
 この培養後の菌液0.010mlを縦3cm、横1cm、厚さ1mmのスライドガラス(松波硝子、型番:S2441)上にマイクロピペットを用いて滴下し、当該マイクロピペットの先端で菌液をスライドガラスの一方の面の全面に塗布して試料No.1を作製した。同様にして試料No.2を作製した。
 縦30cm、横30cm、厚さ5mmのプラスチック平板の中央に、縦3.5cm、横1.5m、深さ2mmの凹部を設け、該凹部内に、試料No.1のスライドガラスの菌液塗布面とは反対側の面が該凹部の底面と接するように上記スライドガラスを設置した。そして、上記スライドガラスを設置したプラスチック平板を、第1室の載置台201上に置いた。次いで、載置台201の昇降装置を調整して、スライドガラスの菌液塗布面(被処理面)と紫外線透過部材の該被処理面に対向する側の面との距離Bを1mmとした。
 次いで、活性酸素処理装置を作動させ、該スライドガラスの菌液塗布面を処理した。処理時間は、60秒とした。次に、試料No.1を、10mlの緩衝液(商品名「Gibco PBS」、 Thermo Fisher Scientific社)を入れた試験管に1時間浸漬した。なお、スライドガラス上の菌液が乾かないように、菌液のスライドガラスへの滴下から、緩衝液への浸漬までの時間を60秒とした。
 次に、試料No.1を浸漬後の緩衝液(以降、「1/1液」ともいう)1mlを9mlの緩衝液が入った試験管に入れて希釈液(以降、「1/10希釈液」)を調製した。緩衝液での希釈倍率を変更したこと以外は同様にして、1/100希釈液、1/1000希釈液、及び、1/10000希釈液を調製した。
 次いで、1/1液から0.050mlを採取し、スタンプ培地(ぺたんチェック25 PT1025 栄研化成社製)に塗抹した。この操作を繰り返して、1/1液が塗抹されたスタンプ培地を2つ(n1、n2)作製した。2つのスタンプ培地を恒温槽(商品名:IS600;ヤマト科学社製)に入れ、温度37℃で24時間培養した。
 1/1液と同様に、1/10希釈液、1/100希釈液、1/1000希釈液及び1/10000希釈液についても、希釈液毎に2つの塗抹済スタンプ培地を作製し、培養した。そして、1/1液及び各希釈液に係るスタンプ培地毎に発生したコロニー数を表1に示す。そして、コロニー数が、10以上100以下になった1/10希釈液に係る2つのスタンプ培地のコロニー数に基づき、1/1液の0.050ml中の生菌数を算出した。具体的には、1/10希釈液に係るスタンプ培地(n1)において観察されたコロニー数からは、1/1液中の生菌数は、24×10=240(CFU)となる。また、1/10希釈液に係るスタンプ培地(n2)において観察されたコロニー数からは、1/1液中の生菌数は、18×10=180(CFU)となる。そこで、これらの平均値である210(CFU)を1/1液中の生菌数とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 次に試料No.2について、活性酸素供給装置による処理を行わなかった以外は、試料No.1と同様にして1/1液、1/10希釈液、1/100希釈液、1/1000希釈液及び1/10000希釈液を調製し、培養試験を行った。そして、10以上100以下になった2つのスタンプ培地のコロニー数に基づき、試料No.2に係る1/1液中の生菌数を算出した。その結果、試料No.2に係る1/1液の0.050ml中の生菌数は、595000(CFU)であった。
 従って、本試験に係る活性酸素供給装置による大腸菌の除菌率は、99.965%(=(595000-210)/595000]×100%)であった。
2-3.処理(漂白)試験
(1)漂白試験用試料の調製
 チリペッパーソース(商品名:タバスコ・ペッパーソース、マキルヘニー社製)を長繊維不織布(商品名:ベンコットM-3II、旭化成社製)でろ過して固形分を除去した。
 得られた液体中に、紙ワイパー(商品名:キムワイプS-200、日本製紙クレシア社製)を10分間浸した。続いて、紙ワイパーを取り出し、水洗した。水洗は、洗液が目視にて着色しなくなるまで繰り返した。その後、乾燥させた。次いで、該チリペッパーソースによって赤色に染められた紙ワイパーから、縦15mm、横15mmの試料を3つ切り出した。
(2)漂白試験
 3つの試料のうちの1つを、活性酸素による処理装置101内の載置台201の中央に配置し、漂白試験用の試料の被処理面と紫外線透過部材との距離(図2における距離B)が1mmとなるように載置台201を昇降させ調節した。また、試料104の幅方向(図2における左右方向)、および、奥行き方向(図2における紙面奥行方向)の中心位置は、紫外線光源102から照射される紫外線108の指向方向の中心と一致させた。次いで、オゾン発生器103に直流12Vの電圧を印加するとともに、紫外線光源102に直流7Vの電圧を印加することで被処理面に300分間紫外線を照射して、被処理面104-1を処理した。これを3回繰り返し、3つの処理後の試料を処理前の試料と比較して、どの程度脱色されたかを目視で観察し、以下の基準で評価した。
  ランクA:完全に漂白された。
  ランクB:チリペッパーソースの赤色がわずかに残っていた。
  ランクC:チリペッパーソースの赤色が多少残っていた。
  ランクD:活性酸素が供給されなかった部分の色と差がなかった。
2-4.処理(消臭)試験
(1)消臭試験用試料の調製
 ファブリックミスト(商品名:ファブリックミスト リネン、サボン社製)に、紙ワイパー(キムワイプS-200、日本製紙クレシア製)を10分間浸漬した後、取り出し、6時間自然乾燥させた。次いで、紙ワイパーを縦10mm、横10mmのサイズに切り取り、消臭試験用試料を得た。
(2)消臭試験
 消臭試験用試料を活性酸素による処理装置101内の載置台201の中央に配置し、消臭試験用の試料の被処理面と紫外線透過部材との距離(図2における距離B)が1mmとなるように載置台201を昇降させ調節した。また、試料104の幅方向(図2における左右方向)、および、奥行き方向(図2における紙面奥行方向)の中心位置は、紫外線光源102から照射される紫外線108の指向方向の中心と一致させた。次いで、オゾン発生器103に直流12Vの電圧を印加するとともに、紫外線光源102に直流7Vの電圧を印加することで被処理面に60分間紫外線を照射して、被処理面104-1を処理した。そして、処理された試料の臭気が、活性酸素による処理を行っていない試料との対比においてどの程度残存しているかを下記の強度基準で評価した。なお、評価は5人の被験者に対して行い、少なくとも3名が選択した強度基準を採用した。
  ランクA:無臭。
  ランクB:やっと検知できる臭い(検知閾値)。
  ランクC:ファブリックミストの臭いであるとわかる弱い臭い(認知閾値)。
  ランクD:未処理の試料と差異がない。
<実施例2>
 実施例1の紫外線光源102の電圧を直流7Vから4Vに低下させて紫外線の照度を低下させた以外は実施例1と同様にして、活性酸素による処理装置の作製および評価を行った。
<実施例3>
 実施例1のオゾン発生器を、電子写真装置の帯電部材として用いられるスコロトロンコロナ帯電器(直流-5kV印可)に変えた以外は実施例1と同様にして、活性酸素による処理装置の作製および評価を行った。
<実施例4>
 実施例1の紫外線光源をUV-C LED(型番:LJU1106EAE-275-TR、スタンレー電気株式会社製、ピーク波長=275nm)に変えた以外は実施例1と同様にして、活性酸素による処理装置の作製および評価を行った。
<実施例5~6>
 被処理面と紫外線透過部材の該被処理面との対向面との距離Bを表2に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、活性酸素による処理装置の作製および評価を行った。
<比較例1~3>
 比較例1~3は各々以下のような構成とした以外は実施例1と同様の条件とした。
 比較例1:紫外線透過部材を取り除いた。
 比較例2:オゾン発生器に電圧を印加せず、紫外線光源に電圧を印可した。
 比較例3:オゾン発生器に電圧を印加し、紫外線光源に電圧を印可しなかった。
<比較例4>
 被処理面と紫外線透過部材の該被処理面との対向面との距離Bを表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、活性酸素による処理装置を作製し、評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003

 表2中、オゾン発生量は、紫外線光源に電源を入れなかった場合のオゾン発生量を示す。
 表2に示すように、接触角の低下は、比較例2のように紫外線では起こらなかった。また、比較例3のようにオゾンの発生している場合には接触角が低下した。さらに、オゾンの発生と紫外線の照射を両方行っている場合には、活性酸素の反応性の高さによりさらに接触角が低下した。
 比較例3では、オゾンによる除菌、消臭、漂白の効果が多少見られたが、実施例1~6には及ばなかった。比較例2では、紫外線による除菌の効果が多少見られたが、消臭、漂白の効果は見られなかった。比較例1では、紫外線透過部材が無いため、紫外線がオゾンを分解し、かつ、オゾンが紫外線を吸収するため、紫外線やオゾンを単独で処理した比較例2、3と比較してさらに除菌の効果が劣った。
 比較例4では、被処理物と紫外線透過部材との距離Bが15mmであったため、被処理物の被処理面において生成した活性酸素の量が実施例6と比較して少なく、被処理面の処理効率が大きく低下した。その結果、実施例6と比較して除菌、消臭及び漂白の効果が劣った。
 本開示は、以下の構成に関する。
(構成1)
 活性酸素による処理装置であって、
 該処理装置が、紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、
 該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、
 該第2室が、紫外線光源を具備し、
 該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、
 該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が、10mm以下に調整可能である活性酸素による処理装置。
(構成2)
 前記紫外線透過部材と前記被処理物の表面との距離が可変に構成されている、構成1に記載の活性酸素による処理装置。
(構成3)
 前記第1室が、前記紫外線透過部材が具設された壁、及び、前記処理装置の外部と該第1室の内部を隔てる壁、で囲われてなる、構成1または2に記載の活性酸素による処理装置。
(構成4)
 前記処理装置の外部と前記第1室の内部を隔てる壁に、該処理装置の外部と該第1室の内部との気体の流通を制御する手段を具備する、構成3に記載の活性酸素による処理装置。
(構成5)
 前記紫外線光源が発する紫外線のピーク波長が、220nm~310nmである、構成1~4のいずれかに記載の活性酸素による処理装置。
(構成6)
 前記被処理物の表面における紫外線の照度が、2.5μW/cm以上である、構成1~5のいずれかに記載の活性酸素による処理装置。
(構成7)
 前記オゾン発生器における、前記紫外線を照射しない状態での単位時間あたりのオゾン発生量が、5μg/分以上である、構成1~6のいずれかに記載の活性酸素による処理装置。
(構成8)
 被処理物の表面を活性酸素で処理する処理方法であって、
(i)紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、該第2室が、紫外線光源を具備し、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、かつ、該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下に調整可能である活性酸素による処理装置を用意する工程と、
(ii)該第1室のうち該紫外線を照射可能な位置に被処理物を置く工程と、
(iii)該第1室に該オゾン発生器から発生するオゾンを充満させる工程と、
(iv)該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下である状態において、該紫外線光源から照射される紫外線を、該紫外線透過部材を通して該第1室中の該オゾンに照射して活性酸素を発生させ、該被処理物の表面を該活性酸素で処理する工程と、
を有する活性酸素による処理方法。
(構成9)
 前記第1室内に収容される前記被処理物の前記表面と前記紫外線透過部材との距離が可変に構成されている、構成8に記載の活性酸素による処理方法。
 本開示は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本開示の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
 本願は、2021年7月30日提出の日本国特許出願特願2021-126211及び2022年7月14日提出の日本国特許出願2022-112933を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
101:活性酸素による処理装置、102:紫外線光源、103:オゾン発生器、104:被処理物、104-1:被処理物の処理表面、105:紫外線透過部材、106:筐体、107:オゾン、108:紫外線

Claims (9)

  1.  活性酸素による処理装置であって、
     該処理装置が、紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、
     該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、
     該第2室が、紫外線光源を具備し、
     該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、
     該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が、10mm以下に調整可能であることを特徴とする活性酸素による処理装置。
  2.  前記第1室に収容される前記被処理物の前記表面と前記紫外線透過部材との距離が可変に構成されている、請求項1に記載の活性酸素による処理装置。
  3.  前記第1室が、前記紫外線透過部材が具設された壁、及び、前記処理装置の外部と該第1室の内部を隔てる壁、で囲われてなる、請求項1または2に記載の活性酸素による処理装置。
  4.  前記処理装置の外部と前記第1室の内部を隔てる壁に、該処理装置の外部と該第1室の内部との気体の流通を制御する手段を具備する、請求項3に記載の活性酸素による処理装置。
  5.  前記紫外線光源が発する紫外線のピーク波長が、220nm~310nmである、請求項1~4のいずれか1項に記載の活性酸素による処理装置。
  6.  前記被処理物の表面における紫外線の照度が、2.5μW/cm以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の活性酸素による処理装置。
  7.  前記オゾン発生器における、前記紫外線を照射しない状態での単位時間あたりのオゾン発生量が、5μg/分以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の活性酸素による処理装置。
  8.  被処理物の表面を活性酸素で処理する処理方法であって、
    (i)紫外線透過部材と、該紫外線透過部材を隔てて互いに隣接している第1室と第2室とを具備し、該第1室が、被処理物を収容可能であって、かつオゾン発生器を具備し、該第2室が、紫外線光源を具備し、該紫外線光源は、紫外線を該第1室に収容される該被処理物の表面に照射可能であり、かつ、該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下に調整可能である活性酸素による処理装置を用意する工程と、
    (ii)該第1室のうち該紫外線を照射可能な位置に被処理物を置く工程と、
    (iii)該第1室に該オゾン発生器から発生するオゾンを充満させる工程と、
    (iv)該紫外線透過部材と該被処理物の表面との距離が10mm以下である状態において、該紫外線光源から照射される紫外線を、該紫外線透過部材を通して該第1室中の該オゾンに照射して活性酸素を発生させ、該被処理物の表面を該活性酸素で処理する工程と、
    を有することを特徴とする活性酸素による処理方法。
  9.  前記第1室内に収容される前記被処理物の前記表面と前記紫外線透過部材との距離が可変に構成されている、請求項8に記載の活性酸素による処理方法。
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