JP6710139B2

JP6710139B2 - 殺菌装置

Info

Publication number: JP6710139B2
Application number: JP2016200384A
Authority: JP
Inventors: 英樹浅野
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: US10828382B2; US20180099061A1; JP2018061618A

Description

本発明は、殺菌装置に関し、特に、紫外光照射により殺菌する技術に関する。

紫外光には殺菌能力があることが知られており、医療や食品加工の現場などでの殺菌処理に紫外光を照射する装置が用いられている。また、水などの流体に紫外光を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。このような装置として、例えば、直管状の金属パイプで形成される流路の管端部内壁に紫外線ＬＥＤを配置した装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６０７４号公報

飲料水などの液体を供給する機器では、ノズルなどの吐出口を通じて液体が供給される。一般に、吐出口は外部に露出しているため、菌や有機物が外部から侵入することにより吐出口にて雑菌が繁殖するおそれがある。吐出口から液体が継続的に供給されていれば、液体の流れがあるために雑菌が繁殖しにくい。一方、吐出口から液体の供給が停止される場合、吐出口に液体が残留し、残留した液体内で雑菌が繁殖しやすい状況となりうる。雑菌が繁殖した状態で液体の供給を再開してしまうと、雑菌を含む液体が供給されてしまう。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、吐出口を適切に殺菌する技術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殺菌装置は、液体を供給するための吐出口に設けられる殺菌装置であって、吐出口に接続される接続端と、接続端と反対側の開放端とを有し、吐出口と連通する流路を構成する管状の導光体と、導光体の内周面と外周面の間で紫外光が反射しながら導光体を透過するように導光体に紫外光を入射させる光源と、を備える。殺菌装置は、導光体の内周面に接触する液体に紫外光を照射して殺菌する。

この態様によると、導光体の内周面における空気との界面での反射ないし全反射により導光体内部を紫外光が透過する。空気より屈折率の高い液体が内周面に接触すると、界面での全反射条件が変化し、液体が接触する箇所において導光体の内周面から紫外光が漏れ出す。このようにして、吐出口に接続される導光体の内周面から漏れ出す紫外光により、内周面に接触する液体を殺菌できる。液体が接触する箇所において選択的に紫外光が照射されるようにすることで、液体に作用する紫外光の照射量を高め、吐出口と連通する流路を効果的に殺菌することができる。

光源は、導光体の内周面における空気との界面にて紫外光の少なくとも一部が全反射し、かつ、導光体の内周面に接触する液体との界面にて紫外光の少なくとも一部が透過するように導光体に紫外光を入射させてもよい。

導光体は、石英ガラス、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂で構成されてもよい。

光源は、導光体の接続端から紫外光を入射させるよう配置されてもよい。殺菌装置は、開放端に設けられ、導光体を透過した紫外光を反射させる反射部材をさらに備えてもよい。

反射部材は、誘電体多層膜で構成されてもよい。

殺菌装置は、液体の供給停止時に導光体の内側に残留する液体に紫外光を照射してもよい。

液体の供給停止中の少なくとも一部の期間において、光源を点灯させる制御装置をさらに備えてもよい。

制御装置は、液体の供給停止中に光源を間欠的に点灯させてもよい。

制御装置は、液体の供給中に光源を消灯させてもよい。

本発明によれば、液体を供給するための吐出口を適切に殺菌できる。

実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態に係る殺菌装置の構成を概略的に示す上面図である。導光体を透過する紫外光を模式的に示す図である。変形例に係る殺菌装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係る殺菌装置１０の構成を概略的に示す図であり、図２は、実施の形態に係る殺菌装置１０の構成を概略的に示す上面図である。殺菌装置１０は、導光体２０と、光源３０と、反射部材３４と、制御装置４０とを備える。

殺菌装置１０は、飲料水などの液体を供給するための吐出口５０に設けられる。殺菌装置１０は、光源３０からの紫外光を導光体２０に入射させ、導光体２０の内周面２５に接触する液体に紫外光を照射して殺菌する。殺菌装置１０は、例えば、ウォータサーバやカップ式自動販売機における飲料水の供給口や、食品、医薬品または半導体の製造工場等に設けられる配管のノズルに適用できる。

導光体２０は、接続端２１から開放端２２に向けて延びる管形状の部材である。導光体２０は、吐出口５０の先端に接続される接続端２１と、接続端２１と反対側の開放端２２とを有する。導光体２０は、吐出口５０と連通する流路１２を構成する。吐出口５０から供給される液体は、流路１２を通って導光体２０の開放端２２から外部に出力される。したがって、導光体２０は、吐出口５０から供給される液体を外部に出力するための新たな吐出口となる。

導光体２０は、上面２３と、下面２４と、内周面２５と、外周面２６とを有する。上面２３は、接続端２１に設けられる円環状の端面であり、下面２４は、開放端２２に設けられる円環状の端面である。上面２３には光源３０が設けられ、下面２４には反射部材３４が設けられる。内周面２５および外周面２６は、平滑面となるように形成される。導光体２０は、光源３０が出力する紫外光に対して透明な材料で構成され、例えば、石英ガラス、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂で構成される。光源３０からの紫外光は、内周面２５と外周面２６の間で反射しながら導光体２０を透過する。

本明細書にて、「上面」および「下面」の用語は、導光体２０の向きを限定するためではなく、図面の理解を助けることを目的として用いられる。したがって、殺菌装置１０の使用時において、上面２３が設けられる接続端２１が上側、下面２４が設けられる下面２４が下側となるように配置されなくてもよい。接続端２１から開放端２２に向かう方向、つまり、吐出口５０から流路１２を通って供給される液体の供給方向は、鉛直下向きであってもよいし、鉛直下向きとは異なってよい。例えば、液体の供給方向が鉛直方向に対して斜めであってもよいし、水平方向であってもよい。また、接続端２１よりも開放端２２が鉛直上側に位置するように導光体２０が設けられてもよい。

導光体２０は、吐出口５０の先端部５２と接する接続部２８を有する。本実施の形態において、接続部２８は、接続端２１の近傍に位置する内周面２５の一部分である。接続部２８は、平滑面であってもよいし、先端部５２と係合するための凹凸構造やねじ切り構造を有してもよい。接続部２８には、光源３０からの紫外光が吐出口５０に照射されるのを防ぐ遮蔽部材（不図示）が設けられてもよい。接続部２８に遮蔽部材を設けることにより、吐出口５０が樹脂等で構成される場合に紫外光照射による樹脂の劣化を抑制できる。なお遮蔽部材は、導光体２０ではなく吐出口５０に設けられてもよい。

光源３０は、紫外光を発する複数の発光素子３２を有する。発光素子３２は、いわゆるＵＶ−ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）であり、その中心波長またはピーク波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲に含まれる深紫外光を出力する。発光素子３２は、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ〜２７０ｎｍ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。

光源３０は、導光体２０の上面２３から導光体２０に紫外光を入射させるよう配置される。具体的には、複数の発光素子３２が導光体２０の上面２３に設けられ、発光素子３２が発する紫外光が上面２３から導光体２０に入射するように配置される。複数の発光素子３２は、円環状の上面２３において周方向に間隔をあけて配置され、例えば、図２に示されるように等間隔で４個配置される。なお、上面２３に設けられる発光素子３２の数は特に限定されず、３個以下であってもよいし、５個以上であってもよい。複数の発光素子３２を間隔をあけて配置することにより、導光体２０の全体に紫外光を行き渡らすことができる。

光源３０は、発光素子３２から出力される紫外光の照射方向を整えるための光学機構（不図示）を有してもよい。光学機構は、凹面鏡などの反射型の光学素子や、レンズなどの屈折型の光学素子を用いて構成されうる。光学機構は、発光素子３２が発する紫外光の配光角を調整し、導光体２０の内周面２５に入射する紫外光の入射角が所定の角度範囲となるようにする。調整される角度範囲θｃは、内周面２５の界面が空気となるときの全反射条件である第１角度θａより大きく、内周面２５の界面が液体（例えば水）となるときの全反射条件である第２角度θｂより小さい（つまり、θａ＜θｃ＜θｂ）。このような角度範囲が望ましい理由については、図３を参照して別途後述する。

反射部材３４は、導光体２０の開放端２２に設けられ、導光体２０を透過した紫外光を反射させる。反射部材３４は、導光体２０を透過して下面２４に到達した紫外光を反射させ、開放端２２から接続端２１に向けて紫外光が戻るようにする。反射部材３４は、導光体２０の下面２４の全体を被覆するように設けられることが好ましい。これにより、下面２４から紫外光が外部に漏れ出すことを防ぎ、導光体２０の内部に高強度の紫外光が透過するようにできる。

反射部材３４は、金属層や誘電体多層膜などにより構成される。反射部材３４は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）層とアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）層を交互に積層させた多層膜で構成される。反射部材３４は、紫外線反射率の高いアルミニウムなどの金属膜で構成されてもよい。この場合、アルミニウムの水への溶出を防ぐため、アルミニウム層上を紫外光透過率の高いシリカ（ＳｉＯ_２）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などの誘電体層で被覆してもよい。

制御装置４０は、光源３０の点灯および消灯を制御する。制御装置４０は、吐出口５０からの液体の供給の有無に応じて光源３０を駆動させる。制御装置４０は、吐出口５０からの液体の供給停止中の少なくとも一部の期間において光源３０を点灯させる。制御装置４０は、液体供給の停止中に光源３０を点灯させることにより、導光体２０の内側に残留する液体に紫外光が照射されるようにする。制御装置４０は、液体の供給停止中に連続的に光源３０を点灯させてもよいし、液体の供給停止中に間欠的に光源３０を点灯させてもよい。制御装置４０は、液体の供給停止中において、例えば、５分、１５分、３０分または１時間といった間隔をあけて光源３０を間欠的に点灯させてもよい。

制御装置４０は、吐出口５０からの液体の供給中において光源３０を消灯させてもよい。つまり、流路１２に連続的な流れが生じているために導光体２０の内側に液体が残留していない間、光源３０を非点灯にしてもよい。制御装置４０は、吐出口５０からの液体供給が停止されてから所定の時間にわたって光源３０を非点灯のままとしてもよい。例えば、吐出口５０の下に位置するカップなどの容器が取り除かれるまで光源３０を非点灯のままにしてもよい。これにより、容器を手で取り出す際に手に紫外光が照射されないようにできる。

制御装置４０は、液体供給を制御する外部装置から液体の供給および停止に関する信号を取得し、取得した信号に基づいて光源３０を制御する。制御装置４０は、吐出口５０または吐出口５０より上流に設けられる流速センサ（不図示）からの信号に基づいて光源３０を制御してもよい。その他、吐出口５０の下に容器があるか否かを検出するセンサ（不図示）からの信号に基づいて光源３０の点灯および消灯を制御してもよい。

つづいて、殺菌装置１０の動作について説明する。図３は、導光体２０を透過する紫外光を模式的に示す図である。図示されるように、光源３０から出力される紫外光は、上面２３から導光体２０の内部に入射し、内周面２５および外周面２６にて反射されながら接続端２１から開放端２２に向けて導光体２０を透過する。導光体２０の下面２４に到達した紫外光は、反射部材３４により反射され、内周面２５および外周面２６にて反射されながら開放端２２から接続端２１に向けて導光体２０を透過する。

導光体２０を透過する紫外光は、内周面２５または外周面２６に入射する入射角θが所定の全反射条件を満たしていれば、界面において全反射する。導光体２０の材料が石英ガラスであり、紫外光の波長λが２７０ｎｍであれば、導光体２０の屈折率は約１．５０である。内周面２５または外周面２６の界面が空気（屈折率は約１）となる場合、全反射の臨界角（第１角度ともいう）θａは約４２°である。一方、内周面２５または外周面２６に水が残留して界面が水（屈折率は約１．３７）となる場合、全反射の臨界角（第２角度ともいう）θｂは約６６°である。したがって、内周面２５での入射角θがθａ＜θ＜θｂ（例えば、４２°＜θ＜６６°）となる紫外光は、液体６０が付着していない箇所では導光体２０の外部に漏れ出さず、液体６０が付着している箇所において導光体２０の外部に漏れ出すこととなる。その結果、導光体２０の内部に残留する液体６０に選択的に紫外光を照射し、雑菌が繁殖しやすい液体６０を狙った殺菌処理を実現できる。

本実施の形態によれば、導光体２０の内周面２５に液体が接触して全反射条件が変わることを利用して導光体２０の内部に残留する液体に選択的に紫外光を照射できる。その結果、導光体２０の内周面２５の全体から紫外光が出力される場合と比べて、内周面２５の一部に付着する液体に集中的に紫外光を照射できる。これにより、発光強度がそれほど高くない発光素子３２を用いる場合であっても導光体２０の内周面２５を効果的に殺菌することができる。また、液体の供給停止中に光源３０を点灯させ、液体の供給中に光源３０を消灯することで、光源３０を点灯させるための電力を残留する液体への殺菌に無駄なく用いることができる。また、液体の供給中に光源３０を消灯させることにより、供給される液体を通じて紫外光が外部に漏れるのを防ぐことができる。

本実施の形態によれば、導光体２０の下面２４に反射部材３４を設けることで、下面２４からの紫外光の漏れを防ぎ、光源３０からの紫外光を効率的に内周面２５の殺菌処理に用いることができる。また、下面２４からの紫外光の漏れを防ぐことで、殺菌装置１０の周囲に設けられる樹脂部材等に紫外光が照射され、樹脂が劣化してしまう影響を防ぐことができる。また、殺菌装置１０がウォータサーバなどに用いられる場合には、吐出口５０の下方にカップを置く際に紫外光が手に照射されるのを防ぐことができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

図４は、変形例に係る殺菌装置１０の構成を概略的に示す断面図である。本変形例では、導光体２０の外周面２６に別の反射部材３６が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。本変形例では、導光体２０の下面２４に第１反射部材３４が設けられ、導光体２０の外周面２６に第２反射部材３６が設けられる。

第２反射部材３６は、第１反射部材３４と同様に構成されてもよいし、異なるように構成されてもよい。第２反射部材３６は、導光体２０の外側への紫外光の漏れを防ぐように構成されることが好ましく、例えば、アルミニウムといった紫外光の反射性および遮蔽性の高い金属膜で構成されることが好ましい。本変形例によれば、殺菌装置１０の外部への紫外光の漏れを防ぎ、殺菌装置１０に設けられる樹脂等への紫外光照射による悪影響をより好適に抑えることができる。

別の変形例では、導光体２０の外周面２６に反射部材３６を設ける代わりに、導光体２０の外周に紫外光を遮蔽するためのカバーを設けてもよい。

さらなる変形例では、液体の供給停止中ではなく、液体の供給中に光源３０を点灯させるようにしてもよい。この場合、供給される液体に紫外光を照射して殺菌処理を施すことができる。

さらなる変形例では、導光体２０の下面２４に反射部材３４を設けないこととし、下面２４に付着する液体に紫外光が照射されるようにしてもよい。この場合、導光体２０の下面２４を殺菌することができる。また、導光体２０の外周面２６に付着する液体に紫外光を照射して外周面２６が衛生的に保たれるようにしてもよい。

さらなる変形例では、導光体２０の上面２３のうち発光素子３２が設けられずに露出する部分に反射部材または遮蔽部材を設けてもよい。これにより、導光体２０の上面２３から外部に紫外光が漏れることを防ぐことができる。上面２３の一部に反射部材を設ける場合には、上面２３に到達した紫外光を再び下面２４に向かわせることができ、紫外光の利用効率を高めることができる。

さらなる変形例では、内周面２５の少なくとも一部に親水性の被覆層を設けてもよい。内周面２５の少なくとも一部を親水性にすることで、吐出口５０から供給される液体の一部が内周面２５に残留し、吐出口５０より先の紫外光が照射される位置に液体が残留するようにできる。これにより、吐出口５０の奥に向かって雑菌が侵入するのを防ぐことができる。親水性の被覆層は、少なくとも吐出口５０の先端部５２の近傍に設けられることが好ましい。なお、導光体２０として石英ガラスを用いる場合、石英ガラス自体が親水性であるため、親水性のコーティングを別途設けなくてもよい。

さらなる変形例では、光源３０が導光体２０の下面２４に設けられてもよい。この場合、導光体２０の上面２３に反射部材が設けられてもよい。また、下面２４のうち光源３０が設けられずに露出する部分に反射部材または遮蔽部材を設けてもよい。

１０…殺菌装置、１２…流路、２０…導光体、２１…接続端、２２…開放端、２５…内周面、２６…外周面、３４…反射部材（第１反射部材）、３０…光源、４０…制御装置、５０…吐出口。

Claims

液体を供給するための吐出口に設けられる殺菌装置であって、
前記吐出口に接続される接続端と、前記接続端と反対側の開放端とを有し、前記吐出口と連通する流路を構成する管状の導光体と、
前記導光体の接続端および開放端の少なくとも一方から紫外光を入射させるよう配置され、前記導光体の内周面と外周面の間で紫外光が反射しながら前記導光体を透過するように前記導光体に紫外光を入射させる光源と、を備え、
前記光源および前記導光体は、前記導光体の内周面と空気の界面にて紫外光が全反射される一方、前記導光体の内周面と液体の界面にて紫外光が全反射されずに透過するように構成され、前記導光体の内周面に接触する液体に紫外光を照射して殺菌することを特徴とする殺菌装置。
前記導光体の内周面および外周面の双方が平滑面であることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記導光体は、石英ガラス、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の殺菌装置。
前記光源は、前記導光体の接続端から紫外光を入射させるよう配置され、
前記開放端に設けられ、前記導光体を透過した紫外光を反射させる反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
前記反射部材は、誘電体多層膜で構成されることを特徴とする請求項４に記載の殺菌装置。
前記導光体の内周面のうちの前記開放端の近傍を少なくとも被覆する親水性の被覆層が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の殺菌装置。
液体の供給停止時に前記導光体の内側に残留する液体に紫外光を照射することを特徴する請求項１から６のいずれか一項に記載の殺菌装置。
液体の供給停止中に前記光源を点灯させ、液体の供給中に前記光源を消灯させる制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の殺菌装置。
前記制御装置は、液体の供給停止中に前記光源を間欠的に点灯させることを特徴とする請求項８に記載の殺菌装置。