(57)【要約】【課題】表面温度の上昇を抑え始動が確実で信頼性の高い無電極バルブを備えた殺菌装置を提供する。【解決手段】少なくとも一部が透光性材料からなる気密バルブとこの気密バルブ内に封入されたマイクロ波により励起され紫外線を発生する封入物質とからなる無電極バルブ２を備え、マイクロ波の存在する空間で動作して被処理物３を殺菌する殺菌装置において、無電極バルブ２の内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、無電極バルブ２の始動補助手段２８を付加した。無電極バルブ２は使用するマイクロ波の波長の２分の１以下と小さくマイクロ波エネルギーを適当な量しか吸収しない。結果として温度上昇が低減される。また、始動性は付加した始動補助手段２８により確保され信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が透光性材料からなる気密バルブとこの気密バルブ内に封入されたマイクロ波により励起され紫外線を発生する封入物質とからなる無電極バルブを備え、マイクロ波の存在する空間で動作して被処理物を殺菌する殺菌装置において、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、前記無電極バルブの始動補助手段を付加したことを特徴とする殺菌装置。
【請求項２】
前記始動補助手段がマイクロ波を受信するアンテナであり、このアンテナで発生した電界が前記無電極バルブの始動を補助するように配置した請求項１記載の殺菌装置。
【請求項３】
前記アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い請求項２記載の殺菌装置。
【請求項４】
前記アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが使用するマイクロ波の波長の２分の１と略等しいかまたは短く、かつ、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い請求項２記載の殺菌装置。
【請求項５】
前記アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い請求項２記載の殺菌装置。
【請求項６】
前記アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が使用するマイクロ波の波長と略等しいかまたは短く、かつ、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い請求項２記載の殺菌装置。
【請求項７】
前記アンテナは少なくとも一部がコイル形状の部分を有する線状もしくはリボン状の導電性材料であり、その両端を開放あるいは結合している請求項２記載の殺菌装置。
【請求項８】
前記アンテナに少なくとも１つの電気的接続を切断するためのスイッチが設けられた請求項２，３，４，５，６または７記載の殺菌装置。
【請求項９】
前記スイッチがバイメタルにより構成され、温度上昇により動作可能とした請求項８記載の殺菌装置。
【請求項１０】
前記始動補助手段が高電圧発生装置であり、マイクロ波空間に前記無電極バルブを含む殺菌装置本体を配置する前に前記高電圧発生装置を動作させた後、停止させるようにした請求項１記載の殺菌装置。
【請求項１１】
前記高電圧発生装置が圧電素子とこの圧電素子を動作させるための加圧部材とからなり、前記加圧部材により前記圧電素子を加圧することで発生した高電圧が前記無電極バルブに印加されるように、前記高電圧発生装置が殺菌装置本体の内部に配置された請求項１０記載の殺菌装置。
【請求項１２】
前記高電圧発生装置は、発生した高電圧を前記無電極バルブに印加した後、殺菌装置本体から切り離し、マイクロ波空間に配置しないように殺菌装置本体とは独立して構成された請求項１０記載の殺菌装置。
【請求項１３】
前記始動補助手段が前記無電極バルブ内に封入された始動補助のための材料であり、前記材料は放射性物質あるいは低仕事関数物質である請求項１記載の殺菌装置。
【請求項１４】
前記始動補助のための材料が少なくともプロメチウム（Ｐｍ）、クリプトンの放射性同位体、トリウム（Ｔｈ）添加したタングステン（Ｗ−Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セシウム（ＣｓＯ）のうち少なくとも１つを含む請求項１３記載の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、殺菌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波発生装置を用いて、マイクロ波を紫外線を発生させるためのバルブに照射して紫外線を発生させ、その紫外線を被照射物に照射することで、殺菌を行う技術は知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図１３は従来例１（特許文献１）の斜視図である。図１３に示すように、マイクロ波発生装置５０として電子レンジを用い、容器５１内に配置したガラス製中空体５２にマイクロ波を照射することにより、中空体５２の内部に発生する光線を被照射物５３に照射して殺菌するものである。５４は空気孔である。
【０００４】
図１４は従来例２（特許文献２）の断面図である。図１４に示すように、マイクロ波で励起される紫外線球５６が殺菌される被処理物５７内に吊り下げられている。紫外線球５６は、マイクロ波発生装置５８によりマイクロ波のエネルギーを投射することによってエネルギーが与えられ、その結果、被処理物５７の内表面を殺菌するために外に向かって紫外線エネルギーを照射するものである。５９はマイクロ波のエネルギー、６０は紫外線のエネルギーを示す。
【０００５】
図１５は従来例３（特許文献３）の断面図である。図１５に示すように、基体と蓋とを有する包囲体６２を備え、被処理物６３を保持している。包囲体６２は内部にガスを充填し、この充填物が、マイクロ波発生装置６４によりマイクロ波照射された場合に、紫外線放射を発生するように作用することで、被処理物６３を殺菌するものである。
【０００６】
これらの技術は業務で用いられることが想定されており、殺菌される被処理物は医療器具や回収した瓶あるいは、コンタクトレンズ等というものであった。これら技術は食中毒を防ぐ為に一般家庭で用いる技術として考えた場合、取り扱い上危険であったり、設置する際に、不適切な位置に設置すると、殺菌効果が得られないなどの問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１４５６８８号公報
【特許文献２】
特表平１０−５０２５６３号公報
【特許文献３】
特表２０００−５０７１４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜３の中空体５２、紫外線球５６、包囲体６２、あるいは一般的なマイクロ波を利用する無電極バルブにおいて無電極バルブが比較的大きい場合、例えば使用するマイクロ波の波長の２分の１よりも大きければマイクロ波エネルギーを吸収しやすく動作開始すなわち放電の開始が容易である。何故なら波長の２分の１以上の大きさがあればマイクロ波の最大電界が印加される確率が高くなるからである（ここで電子レンジで用いられるマイクロ波の波長は約１２ｃｍであり、２分の１波長は約６ｃｍである）。しかしながら、このような大きさにするとマイクロ波エネルギーを吸収しやすい為に無電極バルブの表面温度が著しく上昇する。例えば５００℃以上になり、照射体や被照射体が破損したり、安全上の問題が生じたりする。また、動作中の温度を低減するために、前述の中空体５２、紫外線球５６、包囲体６２を小さく、例えば使用するマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさにした場合には始動が困難になるという問題がある。この温度上昇低減と始動性確保との両立が非常に大きな一般的課題となっている。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、表面温度の上昇を抑え始動が確実で信頼性の高い無電極バルブを備えた殺菌装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の殺菌装置は、少なくとも一部が透光性材料からなる気密バルブとこの気密バルブ内に封入されたマイクロ波により励起され紫外線を発生する封入物質とからなる無電極バルブを備え、マイクロ波の存在する空間で動作して被処理物を殺菌する殺菌装置において、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、前記無電極バルブの始動補助手段を付加した。
【００１１】
このように、無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、無電極バルブの始動補助手段を付加したので、無電極バルブは使用するマイクロ波の波長の２分の１以下と小さくマイクロ波エネルギーを適当な量しか吸収しない。結果として温度上昇が低減される。また、始動性は付加した始動補助手段により確保され信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１２】
請求項２記載の殺菌装置は、請求項１記載の殺菌装置において、前記始動補助手段がマイクロ波を受信するアンテナであり、このアンテナで発生した電界が前記無電極バルブの始動を補助するように配置した。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用し、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１３】
請求項３記載の殺菌装置は、請求項２記載の殺菌装置において、前記アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１４】
請求項４記載の殺菌装置は、請求項２記載の殺菌装置において、前記アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが使用するマイクロ波の波長の２分の１と略等しいかまたは短く、かつ、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるとともに温度が著しく上昇することはないため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１５】
請求項５記載の殺菌装置は、請求項２記載の殺菌装置において、前記アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の殺菌装置は、請求項２記載の殺菌装置において、前記アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が使用するマイクロ波の波長と略等しいかまたは短く、かつ、前記無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長い。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるとともに温度が著しく上昇することはないため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１７】
請求項７記載の殺菌装置は、請求項２記載の殺菌装置において、前記アンテナは少なくとも一部がコイル形状の部分を有する線状もしくはリボン状の導電性材料であり、その両端を開放あるいは結合している。このような構成にすることで、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用とする。この際、マイクロ波磁界がコイル形状の部分に錯交することでアンテナに誘導起電界が発生し無電極バルブ内に印加される。このため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００１８】
請求項８記載の殺菌装置は、請求項２，３，４，５，６または７記載の殺菌装置において、前記アンテナに少なくとも１つの電気的接続を切断するためのスイッチが設けられた。このような構成にすることで、無電極バルブ動作開始後、該始動補助用アンテナは該スイッチにより電気的に切断され実質長が短くなりマイクロ波を受信しにくくなる。従って、外部コロナ放電などの不具合が生じにくく信頼性の高い、安全な殺菌装置を得ることができる。
【００１９】
請求項９記載の殺菌装置は、請求項８記載の殺菌装置において、前記スイッチがバイメタルにより構成され、温度上昇により動作可能とした。このような構成にすることで、無電極バルブが動作開始し温度上昇すると自動的に機能し、始動補助用アンテナはスイッチにより電気的に切断され実質長が短くなりマイクロ波を受信しにくくなる。従って、外部コロナ放電などの不具合が生じにくく信頼性の高い、安全な殺菌装置を得ることができる。リレーなどの電気的なスイッチは金属部品が多く、マイクロ波空間内で正常に動作しにくい、一方、バイメタルの場合、そのような不都合は無い。バイメタルは金属であるが十分に小さく（例えば使用するマイクロ波の波長の１／４以下に）しておけばマイクロ波の影響を受けにくい。
【００２０】
請求項１０記載の殺菌装置は、請求項１記載の殺菌装置において、前記始動補助手段が高電圧発生装置であり、マイクロ波空間に前記無電極バルブを含む殺菌装置本体を配置する前に前記高電圧発生装置を動作させた後、停止させるようにした。このような構成にすることで、無電極バルブ内に十分な量の電子が発生する。殺菌装置をマイクロ波空間内に置いたとき、予め発生させておいた電子が種となり始動が容易になる。従って、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００２１】
請求項１１記載の殺菌装置は、請求項１０記載の殺菌装置において、前記高電圧発生装置が圧電素子とこの圧電素子を動作させるための加圧部材とからなり、前記加圧部材により前記圧電素子を加圧することで発生した高電圧が前記無電極バルブに印加されるように、前記高電圧発生装置が殺菌装置本体の内部に配置された。このような構成にすることで、加圧手段を動作させ圧電素子を加圧し高電圧を発生させることができ、無電極バルブ内部に高電界が印加される。この高電界により無電極バルブ内部に電離した電子を発生させることができるため、この電子が種となり始動が容易になる。従って、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００２２】
請求項１２記載の殺菌装置は、請求項１０記載の殺菌装置において、前記高電圧発生装置は、発生した高電圧を前記無電極バルブに印加した後、殺菌装置本体から切り離し、マイクロ波空間に配置しないように殺菌装置本体とは独立して構成された。このような構成にすることで、高電圧発生装置はマイクロ波の影響を受けず、従って電子回路方式など高電圧発生装置の構成に設計自由度がある。
【００２３】
請求項１３記載の殺菌装置は、請求項１記載の殺菌装置において、前記始動補助手段が前記無電極バルブ内に封入された始動補助のための材料であり、前記材料は放射性物質あるいは低仕事関数物質である。このような構成にすることで、無電極バルブ内に電子が発生しやすく、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００２４】
請求項１４記載の殺菌装置は、請求項１３記載の殺菌装置において、前記始動補助のための材料が少なくともプロメチウム（Ｐｍ）、クリプトンの放射性同位体、トリウム（Ｔｈ）添加したタングステン（Ｗ−Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セシウム（ＣｓＯ）のうち少なくとも１つを含む。このような構成にすることで、無電極バルブ内に電子が発生しやすくなり、信頼性の高い殺菌装置を得ることにおいて特に有効である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態における殺菌装置の一部破断斜視図、図２は本実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図、図３は殺菌装置の開状態を示す斜視図、図４は本発明の第１の実施形態において殺菌装置をマイクロ波発生装置内に配置した状態の斜視図である。
【００２６】
図１および図３に示すように、この殺菌装置は、少なくとも一部が透光性材料からなる気密バルブとこの気密バルブ内に封入されたマイクロ波により励起され紫外線を発生する封入物質とからなる無電極バルブ２ａ，２ｂを備え、マイクロ波の存在する空間で動作して被処理物を殺菌する構成である。また、無電極バルブ２ａ，２ｂの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、無電極バルブ２ａ，２ｂの始動補助手段を付加した。
【００２７】
この場合、開封自在のケース１６内に無電極バルブ２ａ，２ｂと被処理物３を封入した。ここでケース１６は略卵形で、分割可能な２つのケース部材１６ａ，１６ｂにより構成されている。各ケース部材１６ａ，１６ｂは底面を有し、一方のケース部材１６ａの底面に無電極バルブ２が配置され、他方のケース部材１６ｂの底面に無電極バルブ２ｂと被処理物３が配置されている。また、無電極バルブ２ａ，２ｂはケース部材１６ａ，１６ｂの各底面に固定されている。無電極バルブ２ａ，２ｂは上記のように気密バルブで形成され、少なくとも一部が紫外線透過性の部材からなる。本実施形態では外径８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの石英を用いている。無電極バルブ２ａ，２ｂ内部には封入物質である紫外線発生材料として水銀とバッファガスとしてアルゴンが封入されている。
【００２８】
また、無電極バルブ２ａ，２ｂの始動補助手段として電気導電性を有する材料、ここではニッケルにより線状アンテナ２８が構成され、この無電極バルブ２ａ，２ｂ近傍に配置されている。アンテナ２８の長さは約６ｃｍである。アンテナ２８のほぼ中央部に該バルブ２ａ，２ｂが配置されている。
【００２９】
このような構成において殺菌装置をマイクロ波発生装置１、ここでは電子レンジの庫内に入れる。図４はその様子を示している。電子レンジを動作させると電子レンジ内でマイクロ波が発生し殺菌装置に照射される。電子レンジは一般的に工業バンドである２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を用いている。この場合、波長は約１２ｃｍである。殺菌装置に組みこまれたアンテナ２８はマイクロ波のほぼ２分の１波長に相当する６ｃｍであるので効率よくマイクロ波を受信する。そしてその中央部で誘起された電界の振幅が最大になる。この状況を簡略的に示したのが図２である。図２に示すように、マイクロ波によりアンテナ２８で発生した電界Ｅが無電極バルブ２ａ，２ｂの始動を補助するように配置されている。この強い電界Ｅにより無電極バルブ２ａ，２ｂ内部の電子が加速され運動エネルギーを得、水銀原子にぶつかり電離させる。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がマイクロ波による電界Ｅで加速され水銀原子に衝突し電離させたり励起させたりする。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であり、この紫外線は強い殺菌作用を持っている。この紫外線を被処理物３に照射することにより殺菌を行う。
【００３０】
ここで、アンテナの効果について詳しく述べる。アンテナを配置しない場合でもマイクロ波エネルギーを無電極バルブに作用させ放電開始、維持することは原理的に可能である。特にこれまで述べたようにマイクロ波の２分の１波長よりも大きな無電極バルブの場合にはマイクロ波の最大電界を受けやすく、また無電極バルブ内壁での電子の消失割合（管壁再結合ロス）も小さいので始動しやすく、放電維持も容易である。しかしながら、逆にマイクロ波を吸収しやすい為、マイクロ波電力が投入されすぎバルブ温度が非常に高くなる。例えば５００℃以上になり、無電極バルブや殺菌装置が破損にいたる場合があり、取り扱い時の安全面で大きな問題となる。
【００３１】
無電極バルブを比較的小さく（２分の１波長以下に）するとマイクロ波電力を吸収しにくくなり、温度上昇は小さくなる。しかしながらマイクロ波によるエネルギーを受信しにくいことと、電子が管壁で消失する割合も増えることで始動が困難になる。そのため、アンテナを始動補助として用いることで、このような始動が困難な無電極バルブにおいても確実に始動させることが可能となる。尚、放電維持は始動に比べ一般的に低い電界強度で維持されうる。
【００３２】
本実施形態においても、放電維持はマイクロ波の直接入射エネルギーで十分に行うことが可能である。上記の放電開始までの一連の動作は一瞬で行われる。すなわち電子レンジ動作開始後（実際には電子レンジのスイッチをオンした後、マイクロ波が発生するまでに数秒かかる場合がほとんどである）、殺菌装置動作までに要する時間は数秒以下である。アンテナの効果の度合いであるが、アンテナが無い場合に放電開始しない無電極バルブを用いての実験においてもアンテナを付加することでマイクロ波発生後、１秒以内に放電開始できることを実験により確かめた。
【００３３】
尚、本実施形態ではアンテナ材料はニッケルで説明したが、他の導電性材料である銅、鉄、アルミニウム、ステンレス、錫、銀、金、プラチナやそれらの合金などでも勿論良い。無電極バルブの封入物についても水銀とアルゴンで説明したが紫外線を発生するものであれば他の選択肢もある。たとえばキセノンや重水素、ハロゲン化鉄、硫黄、などもその候補である。
【００３４】
また、アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが使用するマイクロ波の波長の２分の１と略等しいかまたは短くしてもよく、また無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長くすると効果的である。
【００３５】
この発明の第２の実施の形態を図５および図６に基づいて説明する。図５は本発明の第２の実施形態における殺菌装置の斜視図、図６は本実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図である。
【００３６】
第１の実施形態と異なる点はアンテナの形状である。本実施形態においてアンテナ３０は、図５に示すように線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状をしており、その全周長は使用するマイクロ波の波長とほぼ同じ長さかまたは短く、無電極バルブ２（１３も同様）の内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長く設定されている。ここでは一般的な家庭用の電子レンジを想定しており、その場合には周波数は２．４５ＧＨｚであるので波長は約１２ｃｍになる。アンテナ３０は導電性のある材料、たとえば金属でできている。本実施形態では鉄とニッケルの合金である、いわゆるステンレスで構成されている。その線径は０．５ｍｍである。
【００３７】
このような一波長のループアンテナ３０がマイクロ波を受信した場合には、図６に示すようにループ上に一波長に相当する電位分布が形成される。したがって図中のａ−ｂ間のように対向する空間でその電界強度が最大になる。この電界最大位置に無電極バルブ２を配置することにより始動が容易になる。第１の実施形態の半波長開放端型アンテナの場合には電界受信型であるのに対し本実施形態のようなループアンテナ３０の場合には磁界受信型であるという違いがある。
【００３８】
第１の実施形態よりは大型のアンテナになるが理論上２倍の電界強度を印加できることと端部での不要な空気放電などが生じにくいという長所がある。電子レンジを動作させてから無電極バルブ２の放電開始、放電維持の機構は第１の実施形態と同様である。また、ループアンテナ３０の材質、形状等は本実施形態で説明したもの以外にも効果が得られる範囲内で変更可能である。たとえば材質については本実施形態においてはステンレスで説明したが鉄、アルミニウム、ニッケルなど他の導電性のある材料であれば問題なく、またその線径においても比較的自由度がある。線材料の断面形状もかならずしも円状である必要はなく例えば長方形など必要に応じて設計が可能である。
【００３９】
この発明の第３の実施の形態を図７および図８に基づいて説明する。図７は本発明の第３の実施形態における殺菌装置の斜視図、図８は本実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図である。
【００４０】
第１の実施形態と異なる点はアンテナの形状である。本実施形態においてアンテナ３２は、図７に示すようにその一部にコイル状の部分３２ａを持った線状もしくはリボン状の導電性材料であり、両端が開放された形状をしている。開放された両端部ではさまれる形で無電極バルブ２が配置されている。アンテナ３２は導電性のある材料、たとえば金属でできている。本実施形態では鉄とニッケルの合金である、いわゆるステンレスで構成されている。その線径は０．５ｍｍである。このようなアンテナ３２がマイクロ波磁界Ｂを受けた場合、マイクロ波磁界Ｂはコイル部３２ａに鎖交する。交番磁界がコイル部３２ａに鎖交することでアンテナ３２の開放両端に誘導起電界Ｅが発生する。この誘導電界Ｅは無電極バルブ２内に印加される。このことにより無電極バルブ２は内のガスが放電開始する。電子レンジを動作させてから無電極バルブの放電開始、放電維持の機構は第１の実施形態と同様である。
【００４１】
ここでコイル部３２ａの開口面積は大きいほど、コイルターン数は多いほど誘導起電界Ｅは大きくなり始動に有効に働くが、その大きさも大きくなり、設計により妥協されるべきものである。また、アンテナ３２の材質、形状等は本実施形態で説明したもの以外にも効果が得られる範囲内で変更可能である。たとえば材質については本実施形態においてはステンレスで説明したが鉄、アルミニウム、ニッケルなど他の導電性のある材料であれば問題なく、またその線径においても比較的自由度がある。線材料の断面形状もかならずしも円状である必要はなく例えば長方形など必要に応じて設計が可能である。なお、アンテナはその両端を結合していてもよい。
【００４２】
この発明の第４の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は本発明の第４の実施形態を説明する為の図である。
【００４３】
第１の実施形態と異なる点はアンテナ２８に（電気的に切断する構成を有する）いわゆるスイッチ２９を有することである。本実施形態においては温度上昇により変形するバイメタルを用いている。このような構成にすると無電極バルブ始動までの過程は第１の実施形態と同様であるが放電維持後、所定の時間が経過し、所望の温度になった時点で自動的にバイメタルスイッチ２９が動作し電気的導電が切断される。電気的に切断されることによりアンテナ２８の実質長はマイクロ波の半波長以下となりアンテナ２８としての効率は低下する。すなわちアンテナ２８近傍で高い電界は誘起しない。無電極バルブ２を始動させるためにはこれまで説明してきたとおり効率の良いアンテナ動作がもとめられるが、一旦、始動開始した後にはかならずしも高電界は必要でなく電子レンジからのマイクロ波を直接受けることにより放電維持が可能である。むしろ、アンテナ２８が無電極バルブ放電開始後も効率のよいアンテナとして作用した場合には不都合が生じることがある。アンテナ２８が強電界を誘起し続けると不都合な空気放電が生じその発生熱で他の部材に損傷を与えたり、空気放電によりオゾンが発生し他の部材を劣化させたりするといった不都合が生じたりする。
【００４４】
このような不都合を防止するには本実施形態に示したようなスイッチ２９が効果的である。本実施形態ではスイッチ２９はバイメタルで説明した。バイメタルは電子部品で構成されていないためマイクロ波空間内においてもその大きさが十分に小さければ（たとえば波長の１０分の１以下）マイクロ波の影響を受けず安定に動作する。勿論、形状記憶合金などの他の部材も使用することが可能である。さらに、本実施形態は第１の実施形態において説明したが、他の実施形態に応用することももちろん可能である。
【００４５】
この発明の第５の実施の形態を図１０に基づいて説明する。図１０は本発明の第５の実施形態を説明する為の図である。
【００４６】
図１０に示すように、この殺菌装置は、少なくとも一部が透光性材料からなる気密バルブとこの気密バルブ内に封入されたマイクロ波により励起され紫外線を発生する封入物質とからなる無電極バルブ２ａ，２ｂを備え、マイクロ波の存在する空間で動作して被処理物を殺菌する構成である。また、無電極バルブ２ａ，２ｂの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、無電極バルブ２ａ，２ｂの始動補助手段を付加した。
【００４７】
この場合、開封自在のケース１６内に無電極バルブ２ａ，２ｂと被処理物３を封入した。ここでケース１６は分割可能な２つのケース部材１６ａ，１６ｂにより構成されている。各ケース部材１６，１６ｂは底面を有し、一方のケース部材１６ａの底面に無電極バルブ２が配置され、他方のケース部材１６ｂの底面に無電極バルブ１３と被処理物３が配置されている。無電極バルブ２ａ，２ｂはケース部材１６ａ，１６ｂ各底面に固定されている。無電極バルブ２ａ，２ｂは上記のように気密バルブで形成され、少なくとも一部が紫外線透過性の部材からなる。本実施形態では外径８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの石英を用いている。無電極バルブ２ａ，２ｂ内部には紫外線発生材料として水銀とバッファガスとしてアルゴンが封入されている。
【００４８】
ケース部材１６ａには始動補助手段として高電圧発生装置３４が付加されており、マイクロ波空間に無電極バルブ２ａ，２ｂを含む殺菌装置本体を配置する前に高電圧発生装置３４を動作させた後、停止させるようにした。この場合、高電圧発生装置３４は圧電素子３４ａ（ここでは圧電セラミック）、この圧電素子３４ａを動作させるための加圧手段３４ｂ（ここではばね部材）、高電圧印加電極３４ｃ（ここではステンレス線）から構成され殺菌装置本体の内部に配置されており、高電圧印加電極３４ｃの開放端は無電極バルブ２ａ，２ｂの表面近傍に配置されている。
【００４９】
このような構成において加圧手段３４ｂを動作させ圧電素子３４ａを加圧し高電圧を発生させる。高電圧は高電圧印加電極３４ｃの開放端に印加されその近傍に配置された無電極バルブ２ａ，２ｂ内部に高電界が印加される。この高電界により無電極バルブ２ａ，２ｂ内部の電子が加速され運動エネルギーを得、水銀原子にぶつかり電離させる。高電圧発生装置３４のみでは放電を維持することはできないが無電極バルブ２ａ，２ｂ内の電離により発生した電子の数は増加する。このような状態でできるだけ短時間たとえば１０秒以内に殺菌装置を電子レンジ庫内に導入する。さらに電子レンジを動作させマイクロ波を殺菌装置に印加する。マイクロ波電界により無電極バルブ２ａ，２ｂ内の電子が加速され運動エネルギーを得、水銀原子を電離し放電が維持される。また、電子が水銀原子を励起し２５４ｎｍの殺菌に効果的な紫外線が放射される。
【００５０】
ここまでの作用で重要な点は高電圧発生装置３４により予め無電極バルブ２ａ，２ｂ内部に電離した電子を発生させたことである。この電子が種となりマイクロ波による電界で放電始動が容易になった。このような始動補助手段がない場合には無電極バルブ２ａ，２ｂの放電開始のための種となる電子はいわゆる偶発電子に頼っている。（偶発電子＝宇宙線などにより電離し発生した電子）ところが本実施形態のように電子レンジ内で動作させる場合、電子レンジは通常、金属で覆われておりその庫内へ宇宙線が到達しにくい構造となっている。そのため、単独では始動が困難であり、本実施形態のような始動補助が極めて有効である。
【００５１】
この発明の第６の実施の形態を図１１に基づいて説明する。図１１は本発明の第６の実施形態を説明する為の図である。
【００５２】
第５の実施形態との相違点は、高電圧発生装置３４が発生した高電圧を無電極バルブ２に印加した後、殺菌装置本体から切り離し、マイクロ波空間に配置しないように殺菌装置本体とは独立して構成されている。このような構成にすると高周波発生装置３４はマイクロ波空間（ここでは電子レンジ庫内）に導入する必要がない。すなわち、高周波発生装置３４はマイクロ波による誤動作や故障の心配がないのでその構成に自由度がある。たとえば、電子回路をその構成に用いることも可能となり、任意の電圧や電力を始動補助手段として該無電極バルブに印加することが可能となる。他の構成、動作、作用は第５の実施形態と同じであるので説明は省略する。
【００５３】
この発明の第７の実施の形態を図１２に基づいて説明する。図１２は本発明の第７の実施形態を説明する為の図である。
【００５４】
第１の実施形態と異なる点は、始動補助手段が無電極バルブ２内に封入された始動補助のための材料であり、材料は放射性物質あるいは低仕事関数物質である。この場合、無電極バルブ２内には紫外線発生材料として水銀とバッファガスとしてアルゴン、さらに始動補助材料３５が封入されている。始動補助材料３５はプロメチウム（Ｐｍ）が１ｍｇ封入されている。１４５Ｐｍは放射性元素で崩壊時に電離作用強いα線を放出する。また１４７Ｐｍは崩壊時、β線（電子）を放出する。したがって、無電極バルブ２内には常に始動の種となる初期電子が存在することになる。このような状態で殺菌装置をマイクロ波空間内に配置すればマイクロ波電界によって初期電子が加速され水銀電子を電離し放電開始、及び維持が行われることになる。
【００５５】
ここではＰｍで説明したが比較的取り扱いが容易な放射性物質としてトリウム（Ｔｈ）（特にトリウムはタングステンに添加した形で用いやすい）、クリプトンの放射性同位体（８５Ｋｒ）も用いることができる。また、低仕事関数材料として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化セシウム（ＣｓＯ）を封入することで同様の効果が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の殺菌装置によれば、無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離がマイクロ波の波長の２分の１以下の大きさであり、かつ、無電極バルブの始動補助手段を付加したので、無電極バルブは使用するマイクロ波の波長の２分の１以下と小さくマイクロ波エネルギーを適当な量しか吸収しない。結果として温度上昇が低減される。また、始動性は付加した始動補助手段により確保され信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００５７】
請求項２では、始動補助手段がマイクロ波を受信するアンテナであり、このアンテナで発生した電界が無電極バルブの始動を補助するように配置したので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用し、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００５８】
請求項３では、アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長いので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００５９】
請求項４では、アンテナは両端が開放された線状もしくはリボン状の導電性材料からなり、その長さが使用するマイクロ波の波長の２分の１と略等しいかまたは短く、かつ、無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長いので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるとともに温度が著しく上昇することはないため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６０】
請求項５では、アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長いので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６１】
請求項６では、アンテナは線状もしくはリボン状の導電性材料の両端を結合した略ループ状であり、その全周長が使用するマイクロ波の波長と略等しいかまたは短く、かつ、無電極バルブの内表面に囲まれる立体形状のうち最大直線距離より長いので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用する。この際、導電性材料がマイクロ波エネルギーを吸収しやすくなるとともに温度が著しく上昇することはないため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６２】
請求項７では、アンテナは少なくとも一部がコイル形状の部分を有する線状もしくはリボン状の導電性材料であり、その両端を開放あるいは結合しているので、アンテナがマイクロ波を受信し、その近傍で電界強度の大きな部分が無電極バルブに作用とする。この際、マイクロ波磁界がコイル形状の部分に錯交することでアンテナに誘導起電界が発生し無電極バルブ内に印加される。このため始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６３】
請求項８では、アンテナに少なくとも１つの電気的接続を切断するためのスイッチが設けられたので、無電極バルブ動作開始後、該始動補助用アンテナは該スイッチにより電気的に切断され実質長が短くなりマイクロ波を受信しにくくなる。従って、外部コロナ放電などの不具合が生じにくく信頼性の高い、安全な殺菌装置を得ることができる。
【００６４】
請求項９では、スイッチがバイメタルにより構成され、温度上昇により動作可能としたので、無電極バルブが動作開始し温度上昇すると自動的に機能し、始動補助用アンテナはスイッチにより電気的に切断され実質長が短くなりマイクロ波を受信しにくくなる。従って、外部コロナ放電などの不具合が生じにくく信頼性の高い、安全な殺菌装置を得ることができる。リレーなどの電気的なスイッチは金属部品が多く、マイクロ波空間内で正常に動作しにくい、一方、バイメタルの場合、そのような不都合は無い。バイメタルは金属であるが十分に小さく（例えば使用するマイクロ波の波長の１／４以下に）しておけばマイクロ波の影響を受けにくい。
【００６５】
請求項１０では、始動補助手段が高電圧発生装置であり、マイクロ波空間に無電極バルブを含む殺菌装置本体を配置する前に高電圧発生装置を動作させた後、停止させるようにしたので、無電極バルブ内に十分な量の電子が発生する。殺菌装置をマイクロ波空間内に置いたとき、予め発生させておいた電子が種となり始動が容易になる。従って、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６６】
請求項１１では、高電圧発生装置が圧電素子とこの圧電素子を動作させるための加圧部材とからなり、加圧部材により圧電素子を加圧することで発生した高電圧が無電極バルブに印加されるように、高電圧発生装置が殺菌装置本体の内部に配置されたので、加圧手段を動作させ圧電素子を加圧し高電圧を発生させることができ、無電極バルブ内部に高電界が印加される。この高電界により無電極バルブ内部に電離した電子を発生させることができるため、この電子が種となり始動が容易になる。従って、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６７】
請求項１２では、高電圧発生装置は、発生した高電圧を前記無電極バルブに印加した後、殺菌装置本体から切り離し、マイクロ波空間に配置しないように殺菌装置本体とは独立して構成されたので、高電圧発生装置はマイクロ波の影響を受けず、従って電子回路方式など高電圧発生装置の構成に設計自由度がある。
【００６８】
請求項１３では、始動補助手段が無電極バルブ内に封入された始動補助のための材料であり、材料は放射性物質あるいは低仕事関数物質であるので、無電極バルブ内に電子が発生しやすく、始動が確実であり、かつ、温度上昇が低減された信頼性の高い殺菌装置を得ることができる。
【００６９】
請求項１４では、始動補助のための材料が少なくともプロメチウム、クリプトンの放射性同位体、トリウム添加したタングステン、酸化マグネシウム、酸化セシウムのうち少なくとも１つを含むので、無電極バルブ内に電子が発生しやすくなり、信頼性の高い殺菌装置を得ることにおいて特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における殺菌装置の一部破断斜視図である。
【図２】第１の実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図である。
【図３】第１の実施形態の殺菌装置の開状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において殺菌装置をマイクロ波発生装置内に配置した状態の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における殺菌装置の斜視図である。
【図６】第２の実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における殺菌装置の斜視図である。
【図８】第３の実施形態の作用を説明する為の無電極バルブの断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における殺菌装置の説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態における殺菌装置の説明図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態における殺菌装置の説明図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態における殺菌装置の説明図である。
【図１３】従来例の斜視図である。
【図１４】従来例の断面図である。
【図１５】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１  マイクロ波発生装置
２ａ，２ｂ  無電極バルブ
３  被処理物
２８，３０，３２  アンテナ
２９  スイッチ
３２ａ  コイル部
３４  高電圧発生装置
３４ａ  圧電素子
３４ｂ  加圧手段
３４ｃ  高電圧印加電極
３５  始動補助材料
【図１】
2004344550.tif 000003
【図２】
2004344550.tif 000004
【図３】
2004344550.tif 000005
【図４】
2004344550.tif 000006
【図５】
2004344550.tif 000007
【図６】
2004344550.tif 000008
【図７】
2004344550.tif 000009
【図８】
2004344550.tif 000010
【図９】
2004344550.tif 000011
【図１０】
2004344550.tif 000012
【図１１】
2004344550.tif 000013
【図１２】
2004344550.tif 000014
【図１３】
2004344550.tif 000015
【図１４】
2004344550.tif 000016
【図１５】
2004344550.tif 000017