(57)【要約】【課題】  マイクロ波の照射が被処理物の殺菌に必要な時間を超えて継続された場合において、無電極放電バルブの温度上昇を低減できる殺菌装置を供給すること。【解決手段】マイクロ波が照射されることにより紫外線を放出する物質を内部に収容した無電極放電バルブ２を有し、この無電極放電バルブ２から放出された紫外線を被処理物１０の被処理面に照射することにより被処理面の殺菌処理を行う殺菌装置において、無電極放電バルブ２を、その内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、無電極放電バルブ２の内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１よりも小さいものとしたことを特徴とする。【選択図】        図１
2006026252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波が照射されることにより紫外線を放出する物質を内部に収容した無電極放電バルブを有し、この無電極放電バルブから放出された紫外線を被処理物の被処理面に照射することにより被処理面の殺菌処理を行う殺菌装置において、前記無電極放電バルブを、その内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、無電極放電バルブの内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１よりも小さいものとしたことを特徴とする殺菌装置。
【請求項２】
前記無電極放電バルブの形状を略円筒状としたことを特徴とする請求項１記載の殺菌装置。
【請求項３】
前記無電極放電バルブの内部に略円筒状の構造体を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の殺菌装置。
【請求項４】
前記無電極放電バルブは、ガラス管で形成されガラス管の一部を内側に窪ませたことを特徴とする請求項１又は２記載の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭にある電子レンジ等のマイクロ波発生装置を用いて、紫外線による被処理物の殺菌処理を行う殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の殺菌装置としては、特開２００４−１４７８７３号公報に開示されたものがある。図１０は、これに開示された殺菌装置の一部を切り欠いた斜視図である。
このものは、マイクロ波が照射されることにより紫外線を放出する物質を内部に収容した無電極放電バルブ２と、無電極放電バルブ２を支持するバルブ支持部３と、被処理物１０の被処理面が同無電極放電バルブ２の紫外線放出面と対向するようにこの被処理物１０を保持する保持部４と、マイクロ波は透過させるが紫外線は透過させない材料で形成された容器９を備えている。そして、この容器９は、開閉自在に結合される二つの略器状体９ａ、９ｂに分割形成されており、両略器状体９ａ、９ｂの内底部分の各々には、バルブ支持部３が配設されている。
ここで無電極放電バルブ３は、少なくとも紫外線を透過する小径ガラス管に希少ガス及び水銀を封入してなり、電子レンジのマイクロ波によって殺菌に適した波長の紫外線を周囲に向けて放出するものである。
【０００３】
したがって、この場合、一方の略器状体９ａ内に被処理物１０をセットし、この状態で他方の略器状体９ｂを嵌着結合して、両略器状体９ａ、９ｂでなる容器１１を閉じ、これを電子レンジ内に収容設置すると、この電子レンジ内で照射されるマイクロ波により無電極放電バルブ２は殺菌に適した波長の紫外線を周囲に向けて放出し、電子レンジを利用して被処理物１０の被処理面すなわち被処理物１０の表側面と裏側面の殺菌処理を行うことができる。
【特許文献１】特開２００４−１４７８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが無電極放電バルブ２にマイクロ波を照射すると無電極放電バルブ２内に放電が起こり、これによりプラズマが発生する。そしてプラズマ内の電子は、マイクロ波により加速され中性原子や内壁に衝突し、これにより無電極放電バルブ２の温度が上昇する。特に、マイクロ波の照射が被処理物１０の殺菌に必要な時間以降も継続すると無電極放電バルブ２の温度は、想定外に上昇することがある。具体的には、被処理物１０に電子レンジを３分動作させれば殺菌が行えるところを１０分程度動作させた場合には、無電極放電バルブ２の温度がこれを支持するバルブ支持部３の耐熱温度以上に上昇してしまうことがあった。
したがって電子レンジを長時間動作されても問題がないようにするためには、バルブ支持部３をセラミック材料のもので形成するなどの特別な処置が必要となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その課題は、マイクロ波の照射が被処理物の殺菌に必要な時間を超えて継続された場合において、無電極放電バルブの温度上昇を低減できる殺菌装置を供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の殺菌装置は、マイクロ波が照射されることにより紫外線を放出する物質を内部に収容した無電極放電バルブを有し、この無電極放電バルブから放出された紫外線を被処理物の被処理面に照射することにより被処理面の殺菌処理を行う殺菌装置において、前記無電極放電バルブを、その内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、無電極放電バルブの内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１よりも小さいものとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明にあっては、無電極放電バルブを、その内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、無電極放電バルブの内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１よりも小さいものとしたことにより、放電維持につかわれる電子が表面再結合により消失するのでマイクロ波の照射が被処理物の殺菌に必要な時間を超えて継続された場合において、無電極放電バルブの温度上昇を低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
本発明の請求項１、２に対応した第１の実施の形態を図１〜図４を用いて説明する。図１は殺菌装置の一部を切り欠いた斜視図、図２はこのものをマイクロ波発生装置に収容した状態を示す概念図、図３は無電極放電バルブの断面図、図４はマイクロ波を照射した時間と無電極放電バルブの温度の関係を示す図である。
【０００９】
この殺菌装置は、マイクロ波が照射されることにより紫外線を放出する物質を内部に収容した無電極放電バルブ２と、無電極放電バルブ２を支持するバルブ支持部３と、被処理物１０の被処理面が同無電極放電バルブ２の紫外線放出面と対向するようにこの被処理物１０を保持する保持部４と、マイクロ波は透過させるが紫外線は透過させない材料で形成された容器９と、を備えて構成されている。
なお、ここでは被処理物１０は、哺乳瓶の乳首具１０ａとこれを取り付ける取付具１０ｂとでなっている。
【００１０】
無電極放電バルブ２は、長手方向の両端部が密閉された略円筒状の中空石英ガラス管２ａと、この内部に封入された水銀蒸気等の紫外線放出物質２ｂと、を有している。そして無電極放電バルブ２は、マイクロ波の電界エネルギーを受けて励起された水銀原子等から放出される紫外線を、容器９の内部へ向かって照射するようにバルブ支持部３で支持されている。ここでは、容器９となる両略器状体９ａ、９ｂの内底部分の各々にバルブ支持部３が配設固定されており、両バルブ支持部３で支持される二つの無電極放電バルブ２は同容器９の内部で上下に対向配置されている。
【００１１】
さらに詳しくは、無電極放電バルブ２の石英ガラス管２ａは、厚さ1ｍｍのものである。そして、石英ガラス管２ａの内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、その内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１（マイクロ波の波長の２分の１は、後述するように６ｃｍ）よりも小さいものとなるように、無電極放電バルブ２（石英ガラス管２ａ）は、内径Ｌが０．４ｃｍ、高さＨが２ｃｍの略円筒状の内空間を有している。（図３参照）また、石英ガラス管２ａの内部には、バッツファガスとしてアルゴンが封入されている。
【００１２】
バルブ支持部３は、耐熱温度が２００℃以上のフッ素系の熱硬化性樹脂でなり、無電極放電バルブ２を支持した状態でこれと一体に同時成形されて、バルブ支持部３に同無電極放電バルブ２が支持固定される。
【００１３】
保持部４はバルブ支持部３の周囲に配設される複数の保持片４ａを有し、各保持片４ａには哺乳瓶の取付具１０ｂの下端開口縁部分を係合保持する開口部４ｂが形成されており、各開口部４ｂは上方に開口していてその内部に同取付具１０ｂの下端開口縁部分が上方から挿合されて係合保持される。なお、被処理物１０は哺乳瓶やその部品に限られるものでなく、殺菌処理が必要で容器９の内部に収容されて保持部４で保持されるものであればよい。
【００１４】
容器９は、卵形であり、容器９を構成する両略器状体９ａ、９ｂは、いずれもマイクロ波を透過させるが紫外線を透過させない材料、例えば、フッ素系樹脂等で形成されている。この場合に、少なくとも上側に位置してカバーとなる略器状体９ｂは、可視光を透過させるものであることが好ましい。又、両略器状体９ａ、９ｂの内面或いは外面の少なくとも一部分に蛍光物質を塗布しておくか、または、同両略器状体９ａ、９ｂの材料に蛍光物質を混入しておくことが好ましい。そして、下側に位置してベースとなる略器状体９ａの底部外周には複数の脚片９ａ１が突設され、各脚片９ａ１によって容器９は載置保持される。
【００１５】
次に、この殺菌装置の使用方法について説明する。予め、洗剤等で洗浄された哺乳瓶の乳首具１０ａを取付具１ｂに装着し、この取付具１０ｂの内周ネジ面を保持部４の開口部４ｂに挿入して、被処理物１０（乳首具１０ａ、取付具１０ｂ）を下側の略器状体９ａの同保持部４上に載置する。そして、下側の略器状体９ａに上側の略器状体９ｂを嵌着結合して、両略器状体９ａ、９ｂでなる容器９を閉じる。これによって、下側の無電極放電バルブ２が被処理物１０の内面に対向し、上側の無電極放電バルブ２が同被処理物１０の外面に対向した状態となる。
【００１６】
前記の如く、被処理物１０が容器９の内部に収容保持された状態で、図２に示す如く、同容器９をマイクロ波発生装置である電子レンジ１５の内部底面１５ａ上に収容載置し、扉１５ｂを閉じてこの電子レンジ１５を起動し、マイクロ波を同容器９に向けて照射する。
マイクロ波は容器９（両略器状体９ａ、９ｂ）を透過し、更に、被処理物１０（乳首具１０ａ、取付具１０ｂ）を透過して、下側の無電極放電バルブ２に到達すると共に、同容器９（両略器状体９ａ、９ｂ）のみを透過して、上側の無電極放電バルブ２にも到達する。
【００１７】
両無電極放電バルブ２に到達したマイクロ波は、同無電極放電バルブ２の内部の水銀原子を励起し、励起された水銀原子から紫外線が放出される。紫外線は無電極放電バルブ２の石英ガラス管２ａを透過して外部に放出され、被処理物１０の内面及び外面の各々に照射される。この場合、下側の無電極放電バルブ２の露出した紫外線放出面から放出される紫外線は被処理物１の内面に照射され、上側の無電極放電バルブ２の露出した紫外線放出面から放出される紫外線は同被処理物１の外面に照射される。
【００１８】
前記紫外線は、例えば、２５４ｎｍの殺菌効果を有する紫外線であり、被処理物１の内面及び外面を殺菌処理する。なお、この実施形態の殺菌装置は、特に、一般家庭にある電子レンジ１５すなわち２．４５ＧＨｚ（波長１２ｃｍ）のマイクロを発生させるものを用いて手軽に紫外線殺菌を行うことができるものである。
【００１９】
ここで無電極放電バルブ２から紫外線が放出される過程を詳細に説明する。無電極放電バルブ２にマイクロ波が照射されると無電極放電バルブ２の内部の電子が加速され水銀原子に衝突し、これを電離させる。そしてある程度、電子の数が増えるとマイクロ波により直接エネルギーを受けて放電維持することが可能になる。放電が維持された状態では電子は、マイクロ波による電界で加速され水銀原子に衝突し、水銀原子を電離させたり励起させたりする。そして励起された水銀原子が基底状態にもどるときにそのエネルギー差を光として放出する。水銀の一励起放射波長は、２５４ｎｍの紫外線であり、この光は強い殺菌作用を持っている。なお、電子は、水銀原子に衝突する以外に中性原子や中空石英ガラス管２ａの内壁に衝突するので中空石英ガラス管２ａの温度が上昇する。
【００２０】
また、バッツファガスとしてアルゴンが封入されているので無電極放電バルブ２は、放電維持がしやすいものとなる。つまり電子がアルゴン原子に衝突し、アルゴン原子を比較的安定なメタステーブル順位に励起する。そして励起されたアルゴン原子のエネルギー準位は、水銀の電離のエネルギー準位に非常に近いため、基底状態の水銀原子がメタステーブル励起状態のアルゴン原子と衝突することでエネルギーを受け取り電離する。このことはペニング効果と呼ばれるものである。以上のようにアルゴンと水銀の組み合わせにしたことで電離しやすい、言い換えれば放電しやすいものとなる。
【００２１】
また、無電極放電バルブ２（石英ガラス管２ａ）の（内表面積Ｓ）／（内容積Ｖ）を計算すると１０．９９［１／ｃｍ］となっている。無電極放電バルブ２内で生成された電子は、前記したように放電維持に使われるが、電子は、内表面上では表面再結合により消失する。消失と生成の割合は、内表面積Ｓと内容積Ｖとの比で表すことができ、内表面積Ｓの比率が高くなると内表面上で失われる電子の割合が大きくなり、放電維持に使われる電子の割合は小さくなる。よって、過渡の温度上昇を防ぐことができる。一般的な家庭用の電子レンジ１５（７００Ｗで１０分の設定）を用いて無電極放電バルブ２の温度上昇を測定したところ、このものでは、図４に示すように１５０℃程度の温度にとどまった。（このものでは、３分程度で被処理物１０の殺菌が終了する。）
【００２２】
これに対して内径Ｌが０．６ｃｍ、高さＨが２ｃｍの略円筒状の内空間のものでは、（内表面積Ｓ）／（内容積Ｖ）を計算すると７．６６［１／ｃｍ］となり、このときの無電極放電バルブ２の温度は、２３０℃程度の温度にまで上昇した。さらに、内径Ｌが０．２ｃｍ、高さＨが２ｃｍの略円筒状の内空間のものでは、（内表面積Ｓ）／（内容積Ｖ）を計算すると２１．０２［１／ｃｍ］となり、このときの無電極放電バルブ２の温度は、１１０℃程度の温度にとどまった。但し、内容積を小さくして温度低減させると紫外線の量も減少するので、この場合は、無電極放電バルブ２の数を増やすなどの対策が必要である。
【００２３】
この実施の形態によると、無電極放電バルブ２を、その内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係式が成立し、かつ、無電極放電バルブ２の内部最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１よりも小さいものとしたことにより、マイクロ波の照射が被処理物１０の殺菌に必要な時間を超えて継続された場合において、無電極放電バルブ２の温度上昇を低減できるものとなる。これにより無電極放電バルブ２を支持するバルブ支持部３は、フッ素系の熱硬化性樹脂を使用することができ、さらにバルブ支持部３を支持する容器９は、さらに耐熱温度の低いポリプロピレンなどの樹脂を使用することができるものとなる。
【００２４】
なお、図９には、内径Ｌと高さＨを変えた場合の（内表面積Ｓ）／（内容積Ｖ）の計算結果と無電極放電バルブ２の温度上昇の結果をまとめて示している。
また、石英ガラス管２ａの内部に封入されたバッツファガスは、キセノン、クリプトン、ネオンなどのものが用いることができる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
本発明の請求項１、２、３対応した第２の実施の形態を図５〜図７を用いて説明する。図５は無電極放電バルブの断面図、図６は無電極放電バルブの内表面積と内容積との関係とそのときの温度上昇値を示す説明図、図７はマイクロ波を照射した時間と無電極放電バルブの温度の関係を示す図である。このものは、第１の実施の形態における殺菌装置の無電極放電バルブ２を変えたものであり、その他の構成部材は、第１の実施の形態にて説明したものと同一である。
【００２６】
このものは、無電極放電バルブ２の内表面積と内容積を変えるのに、無電極放電バルブ２の中に構造体２ｃを設けたものである。この構造体２ｃは、略円筒状をなした棒状のもので略円筒状をなした無電極放電バルブ２の軸に沿って同無電極放電バルブ２の一端側から他端側にかけて設けられている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２７】
このように無電極放電バルブ２の中に構造体２ｃを設け、その構造体２ｃである中心棒の直径を０．１ｃｍ、０．２ｃｍ、０．３ｃｍと変えることにより、その内表面積Ｓ、内容積Ｖは、図６に示すように変化するものとなる。（図６では、無電極放電バルブ２（石英ガラス管２ａ）は、内径Ｌが０．６ｃｍと０．８ｃｍ、高さＨが２ｃｍの場合を示す。）
【００２８】
このように構成された殺菌装置を電子レンジ１５の内部に入れマイクロ波を照射すると、第１の実施の形態において説明したものと同様にして無電極放電バルブ２の温度は上昇する。このときの温度は、図６に示すようになった。この結果からも内表面積をＳ、内容積をＶとしたときにＳ／Ｖ＞８［１／ｃｍ］なる関係となる場合が、温度が低くできることがわかる。また、図７には無電極放電バルブ２（石英ガラス管２ａ）の内径Ｌが０．６ｃｍ、高さＨが２ｃｍ、構造体２ｃが０．３ｃｍの場合の温度上昇の結果を示している。
【００２９】
このものは無電極放電バルブ２の内部に略円筒状の構造体２ｃを配置したことにより、電極放電バルブ２の外形を変えずに内表面積をＳ、内容積をＶとしたときのＳ／Ｖの値を増やすことができる。さらに第１の実施の形態で説明したものより無電極放電バルブ２の外表面積を大きくすることができるので、紫外線が放射される面積が増え相対的に紫外線放射量を大きくすることができる。
【００３０】
なお、構造体２ｃは、無電極放電バルブ２の中心軸上に設けられているが多少中心軸からずれても、その内表面積Ｓや内容積Ｖは、変わらないので、図６とほぼ同様の結果が得られるものとなる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
本発明の請求項１、２、４対応した第３の実施の形態を図７〜図９を用いて説明する。図７はマイクロ波を照射した時間と無電極放電バルブの温度の関係を示す図、図８は無電極放電バルブの断面図、図９は無電極放電バルブの内表面積と内容積との関係とそのときの温度上昇値を示す説明図である。このものは、第１の実施の形態における殺菌装置の無電極放電バルブ２を変えたものであり、その他の構成部材は、第１の実施の形態にて説明したものと同一である。
【００３２】
このものは石英ガラス管２ａの一部を内側に窪ませることで無電極放電バルブ２の内表面積Ｓと内容積Ｖを変えている。詳しくは、無電極放電バルブ２は、図８に示すように両端部が密閉され中央部分がくびれた略円筒状をなしており、各寸法は、内径Ｌが０．６ｃｍ、高さＨが１．５ｃｍ、くびれた部分の孔径は、０．３ｃｍになっている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３３】
このように構成された殺菌装置を電子レンジ１５の内部に入れマイクロ波を照射すると、第１の実施の形態において説明したものと同様にして無電極放電バルブ２の温度は上昇する。このときの温度は、図７に示すように無電極放電バルブ２の温度は２００℃以下となった。
【００３４】
このものは石英ガラス管２ａの一部を内側に窪ませることにより、電極放電バルブ２の外径を変えずに内表面積をＳ、内容積をＶとしたときのＳ／Ｖの値を増やすことができる。さらに第１の実施の形態で説明したものより無電極放電バルブ２の外表面積を大きくすることができるので、紫外線が放射される面積が増え相対的に紫外線放射量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る図で、殺菌装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】同上の殺菌装置をマイクロ波発生装置に収容した状態を示す概念図である。
【図３】同上の無電極放電バルブの断面図である。
【図４】同上の殺菌装置をマイクロ波発生装置に収容してマイクロ波を照射したときの照射時間と無電極放電バルブの温度との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る図で、無電極放電バルブの断面図である。
【図６】同上の無電極放電バルブの内表面積と内容積との関係とそのときの温度上昇値を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態並びに第３の実施の形態の形態にて説明した殺菌装置をマイクロ波発生装置に収容してマイクロ波を照射したときの照射時間と無電極放電バルブの温度との関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る図で、無電極放電バルブの断面図である。
【図９】同上の無電極放電バルブの内表面積と内容積との関係とそのときの温度上昇値を示す説明図である。
【図１０】従来例に係る、殺菌装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
２      無電極放電バルブ
２ａ    石英ガラス管
２ｂ    紫外線放出物質
３      バルブ支持部
４      保持部
９      容器
１０    被処理物
１５    電子レンジ
Ｓ      内表面積
Ｖ      内容積
【図１】
2006026252.tif 000003
【図２】
2006026252.tif 000004
【図３】
2006026252.tif 000005
【図４】
2006026252.tif 000006
【図５】
2006026252.tif 000007
【図６】
2006026252.tif 000008
【図７】
2006026252.tif 000009
【図８】
2006026252.tif 000010
【図９】
2006026252.tif 000011
【図１０】
2006026252.tif 000012