(57)【要約】【課題】常圧下で使用可能であるとともに、目的とするエネルギーレベルの負電荷酸素原子を照射部に照射することが可能な負電荷酸素原子の製造装置を提供する。【解決手段】負電荷酸素原子の製造装置において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材２によって酸素室６と、常圧の生成室７とを区画し、負電荷酸素原子発生部材の加熱手段４、負電荷酸素原子発生部材の酸素室側面に陰極３を配置し、生成室側面には負電荷酸素原子発生部材から間隔を設けて陽極１０を配置し、陽極と陰極に直流電源Ｅ１を接続するとともに、負電荷酸素原子発生部９から生成室の負電荷酸素原子の照射方向に対して希ガス流１５を形成し、負電荷酸素原子の照射方向に陽極との間で電圧を印加する加速電極１２を配置した負電荷酸素原子の製造装置。【選択図】  図１
2005001908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負電荷酸素原子の製造装置において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と、常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材の加熱手段、負電荷酸素原子発生部材の酸素室側面に陰極を配置し、生成室側面には負電荷酸素原子発生部材から間隔を設けて陽極を配置し、陽極と陰極に直流電源を接続するとともに、負電荷酸素原子発生部から生成室の負電荷酸素原子の照射方向に対して希ガス流を形成し、負電荷酸素原子の照射方向に陽極との間で電圧を印加する加速電極を配置して加速電圧を印加したことを特徴とする負電荷酸素原子の製造装置。
【請求項２】
負電荷酸素原子による殺菌装置において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と、常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材の加熱手段、負電荷酸素原子発生部材の酸素室側面に陰極を配置し、生成室側面には負電荷酸素原子発生部材から間隔を設けて陽極を配置し、陽極と陰極に直流電源を接続するとともに、負電荷酸素原子発生部から生成室内に配置した被殺菌試料に向けて希ガス流を形成し、被殺菌試料を陽極との間で電圧を印加する加速電極の陽極側に配置したことを特徴とする負電荷酸素原子による殺菌装置。
【請求項３】
負電荷酸素原子の製造方法において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材を加熱した状態で、負電荷酸素原子発生部材の酸素室面に配置した陰極と、生成室面に配置した陽極との間に電圧を印加し、負電荷酸素原子発生部から生成室の負電荷酸素原子の照射方向に対して、希ガス流を通気するとともに、負電荷酸素原子の照射方向に配置した加速電極には加速電圧を印加することを特徴とする負電荷酸素原子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負電荷酸素原子の製造装置および製造方法に関するものであり、特に大気圧下において負電荷酸素原子を安定して製造することが可能な負電荷酸素原子発生装置、および発生方法、更には負電荷酸素原子による殺菌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負電荷酸素原子は、負電荷酸素原子は、Ｏ−  で表され、負電荷酸素原子が有する強力な酸化力を利用して酸化反応や様々な物質の酸化処理、食品の防かび処理、殺菌等への利用が期待されている。
負電荷酸素原子の製造方法としては、放電などによって発生した酸素原子に低エネルギー電子を付着させることにより、負電荷酸素原子を製造する方法が知られている。しかしながら、放電を生じさせるために高真空を必要とするとともに、エネルギー面で問題点があった。
本発明者は、高真空や放電エネルギーを必要とせずに、効率的に負電荷酸素原子を製造する製造方法および製造装置として、酸素イオン導電性を有する固体電解質を用いた負電荷酸素原子製造方法および製造装置を提案している（特許文献１）。
【０００３】
ところが、酸素イオン導電性を有する固体電解質を用いた装置では、負電荷酸素原子の発生効率が低いものであった。
また、負電荷酸素原子を利用する場合には、いわゆる真空雰囲気を用いる方法では、利用対象が制限されていた。例えば、多量の水分を含有する植物質や動物質の物質では瞬時に変質をきたすので、これらの殺菌には使用することが困難であった。
一方、キャリアガスを流し、それに同伴される負電荷酸素原子によって殺菌等を行う方法があるが、そのような方法では一部の有害な繁殖性の微生物等を殺菌することは可能であるものの、芽胞のように耐久性の物質で覆われた菌類の場合には充分な効果を得ることができなかった。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９６／１７８０３４号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大気圧下において負電荷酸素原子の作用を有効に利用することが可能な負電荷酸素負原子発生装置を提供することを課題とするものであり、酸化作用が大きな負電荷酸素原子発生方法を提供することを課題とするものであり、芽胞を形成する菌の殺菌をはじめとする耐久性の大きな菌類の殺菌への適用が可能な負電荷酸素原子の発生装置を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、負電荷酸素原子の製造装置において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と、常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材には加熱手段を設け、負電荷酸素原子発生部材の酸素室に面する面には、陰極を配置し、生成室側の面には陽極を配置し、陽極と陰極に直流電源を接続し、負電荷酸素原子発生部から生成室の負電荷酸素原子の照射方向に対して希ガス流を形成するとともに、負電荷酸素原子の照射方向には加速電極を配置して加速した負電荷酸素原子の製造装置によって解決することができる。
このように、負電荷酸素原子の発生部から照射方向に対して希ガス流を形成することによって、負電荷酸素原子が照射部に到達する速度を大きくすることによって負電荷酸素原子による作用を高めることができる。また、負電荷酸素原子をの引出電極として作用する陽極と照射部との間に負電荷酸素原子を加速する加速電圧を印加することによって照射部に照射される負電荷酸素原子の作用を高めることが可能となり、またその電圧の調整によって目的に応じた処理が可能となる。
【０００７】
また、負電荷酸素原子による殺菌装置において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と、常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材の加熱手段、負電荷酸素原子発生部材の酸素室側面に陰極を配置し、生成室側面には負電荷酸素原子発生部材から間隔を設けて陽極を配置し、陽極と陰極に直流電源を接続するとともに、負電荷酸素原子発生部から生成室内に配置した被殺菌試料に向けて希ガス流を形成し、被殺菌試料を陽極との間で電圧を印加する加速電極の陽極側に配置した負電荷酸素原子による殺菌装置である。
このように本発明の殺菌装置においては、生成した負電荷酸素原子を希ガス流および加速電圧によって加速するので、被殺菌試料に対して酸化作用を調整した負電荷酸素原子を照射することができるので、処理対象に応じて適切な処理を行うことが可能となる。
また、負電荷酸素原子の製造方法において、酸化カルシウム：酸化アルミニウムのモル比が１２：７であるカルシウムアルミニウム複合酸化物で形成された負電荷酸素原子発生部材によって酸素室と常圧の生成室とを区画し、負電荷酸素原子発生部材を加熱した状態で、負電荷酸素原子発生部材の酸素室面に配置した陰極と、生成室面に配置した陽極との間に電圧を印加し、負電荷酸素原子発生部から生成室の負電荷酸素原子の照射方向に対して、希ガス流を通気するとともに、負電荷酸素原子の照射方向に配置した加速電極には加速電圧を印加する負電荷酸素原子の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、活性酸素種を包接する１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３の両面に電極を配置して加熱した状態で電圧を印加し、一方の面から酸素を取り込み他方から負電荷酸素原子を生成させるとともに、負電荷酸素原子の発生部を常圧として、発生部から負電荷酸素原子が照射される方向へ希ガス流を形成することによって、発生した負電荷酸素原子を加速することが可能であり、更に負電荷酸素原子の照射方向には、加速電極を設けて加速電圧を印加して負電荷酸素原子を加速してエネルギーを高めることが可能であることを見出したものである。
【０００９】
すなわち、負電荷酸素原子を殺菌等の用途において使用しようとすると、常圧下における処理が不可欠となるが、大気中では負電荷酸素原子が大気、あるいは水分等と反応して有効に利用することができず、また処理対象の物質がエネルギーレベルの低い負電荷酸素原子では充分に処理することができないという問題点を、ヘリウム等の希ガス流の流速および加速電極に印加する加速電圧を利用して可能としたものである。
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明を説明する。
第１図は、本発明の負電荷酸素原子の製造装置の一実施例を説明する図である。
負電荷酸素原子の製造装置１は、カルシウムアルミニウム複合酸化物からなる焼成体からなる負電荷酸素原子発生部材２を有し、円筒状体の負電荷酸素原子発生部材２の内部の底面に陰極３が配置されるとともに、焼成体の加熱用の電気ヒータ、ハロゲンランプ等の加熱手段４が設けられており、隔壁５によって酸素室６と負電荷酸素原子の生成室７とに分離されており、酸素室６には、酸素供給口８を通じて常圧の酸素が供給される。
【００１１】
一方、負電荷酸素原子の生成室７には、負電荷酸素原子発生部材２の負電荷酸素原子の発生部９の近傍には引出電極として作用する陽極１０が設けられており、生成電圧Ｅ１が印加されている。また、負電荷酸素原子を照射する照射部１１には、発生した負電荷酸素原子を加速する加速電極１２が設けられ、加速電源Ｅ２から加速電圧が加えられる。また、加速電極の前面に試料１３が載置される。また、生成室７には、希ガス流入口１４、および希ガス排出口１５が設けられ、生成室７内に負電荷酸素原子発生部９から負電荷酸素原子の照射部１１に向けて希ガス流１６が形成される。
【００１２】
また、生成室７の壁面には、冷却手段１７が設けられ冷媒１８を循環して、生成室７の温度上昇を防止している。これによって、加熱手段４によって加えられた輻射熱、および希ガス流によって負電荷酸素原子の生成部から伝達される熱が照射部に伝えられることを防止することができる。
【００１３】
また、本発明の負電荷酸素原子発生部材は、カルシウムアルミニウム複合酸化物を円筒状体の焼成体とした自己支持可能な形状の部材であることを説明したが、多孔性を有する耐熱性の基体上にカルシウムアルミニウム複合酸化物の塗布層を形成したり、プラズマ溶射、スパッタリング等の原材料の酸化物の組成を変質しない成膜法によって支持体上に形成してものであっても良い。
陰極は酸素室に配置されているので、酸素雰囲気において加熱した場合に、変質を起こさない金属、導電性酸化物等の導電性物質を用いることが好ましく、白金、金等の貴金属、ニッケル、ステンレス等の材料が好ましく、とくに白金、金が好ましい。
陰極の形成は、塗布する方法、真空成膜法によって形成する方法等によって行うことができる。
【００１４】
また、焼成体の加熱は、ヒーター等の加熱手段を焼成体に接して設けるたり、ハロゲンランプを配置することによって行うことができる。
また、引出電極として作用する陽極には、酸素に対して安定な金、白金等の貴金属、ニッケル等の金属、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等）等の合金が挙げられる。なかでも、白金が好ましく、棒状体、線状体、網状体、あるいは基体上に被覆したものを用いることができる。
焼成体の発生部と陽極との電極間距離は、低電圧での負電荷酸素原子を発生させるために、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。絶縁性部材によってμｍオーダーの間隔を形成し、陽極を水平に保持することが可能であれば、この間隔が小さい方が陽極と陰極との間に形成される電界強度が大きくなるので、小さな印加電圧での動作が可能となる。
また、陰極と陽極との電位差は、１〜２０００Ｖ／ｃｍ、好ましくは１０〜１０００Ｖ／ｃｍ、より好ましくは５０〜５００Ｖ／ｃｍであることが望ましい。１Ｖ／ｃｍよりも低い場合には、生成効率が低く、２０００Ｖ／ｃｍよりも高い場合には、焼成体あるいは電極への損傷を生じる場合がある。
また、焼成体は、２００〜１０００℃に加熱することが好ましく、より好ましくは５００〜８００℃であり、２００℃よりも低い場合には発生効率が不充分であり、１０００℃よりも高い場合には、周囲への熱の影響が大きくなり、その対策が必要となるので好ましくない。
【００１５】
また、本発明の負電荷酸素原子の製造装置においては、希ガス流を生成室内に形成して生成した負電荷酸素原子を照射部へ効率的に照射することを可能としたものである。
生成室内での希ガス流は、加熱された負電荷酸素原子の発生部から熱を伝達する作用を有している。したがって、照射部に対しては、負電荷酸素原子のみではなく、希ガス流によって熱が伝達するので希ガス流の流速は、照射部の温度上昇を考慮して行う必要があり、加熱によって変質するものについては希ガス流の流速を大きくしない方が好ましい。
また、希ガス流としては、分子量が小さいものの方が負電荷酸素原子の消失する量を少なくすることができるので好ましく、ヘリウム、キセノン等を用いることができる。特にヘリウムはキセノンに比べて入手が容易であると共に負電荷酸素原子の平均自由工程が大きく、負電荷酸素原子の消失する量を少なくすることができる。
また、希ガス流が負電荷酸素原子の発生部から照射部に対して安定して形成されるように生成室内への希ガス流の流入口の配置等を考慮することが好ましい。
【００１６】
また、本発明では、引出電極として作用する陽極と照射部に配置する加速電極との間に印加する電圧を調整することによって照射部に載置した試料に対して照射される負電荷酸素原子の速度を調整することを可能としたものである。
このように、本発明の負電荷酸素原子の製造装置においては、陽極に印加する電圧のみではなく、生成室内に希ガス流を形成し、更には陽極と照射部との間に加速電圧を印加し、しかもそれらを調整可能としたので、照射部の試料に対しては目的に応じたエネルギーレベルの負電荷酸素原子を与えることができる。
例えば、減圧下では変質するような物質の常圧下における殺菌を可能とし、しかも殺菌すべき菌の種類に応じて、照射する負電荷酸素原子を調整が可能となるので、芽胞を形成して耐久性が大きな菌体の場合であっても加速電圧を大きくして作用の大きな負電荷酸素原子の照射することによって殺菌が可能となる。
【００１７】
以下に、本発明の実施例を示し本発明を説明する。
実施例１
ポリプロピレンシートで覆われた銅板上に、１０７個／ｃｍ３の濃度の大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉｓ．Ｆ）を０．１ｃｍ３  塗布して菌体試料を作製した。
得られた菌体試料を実施例１の負電荷酸素原子発生装置に、直径２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円筒状の負電荷酸素原子発生部と菌体試料との間隔を５０ｍｍとして配置し、ヘリウムを負電荷酸素原子発生部から菌体試料に向けて０．５ｃｍ／ｓｅｃの流速で流した。
また、負電荷酸素原子発生部から１０ｍｍの位置に設けた線間の間隔０．１ｍｍの白金金網からなる陽極として作用する引出電極には、５０Ｖ／ｃｍの電界強度の電圧を印加し、負電荷酸素原子発生部から５００ｍｍの菌体試料の照射部に設けた白金からなる加速電極には、陽極に対して２００Ｖの電圧を印加して通電をしつつ負電荷酸素原子を照射した。
照射時間を３０，６０，９０，１２０秒と変えて照射した。得られた試料を、トリプチケースソイ寒天培地からなる細菌数測定用培地に塗布し、４０℃において一昼夜培養後、コロニーを計測しその結果を表１に示す。
2005001908.tif 000003
【００１８】
実施例２
引出電極と照射部電極との間に印加する加速電圧を１０Ｖとした点を除いて実施例１と同様に負電荷酸素原子を照射して、その結果を表２に示す。
2005001908.tif 000004
【００１９】
実施例３
ポリプロピレンシートで覆われた銅板上に、１０７個／ｃｍ３の濃度の枯草菌芽胞（ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）を０．１ｃｍ３  塗布して菌体試料を作製した。
得られた菌体試料を実施例１の負電荷酸素原子発生装置に、負電荷酸素原子発生部と菌体試料との間隔を５００ｍｍとして配置し、ヘリウムを負電荷酸素原子発生部から菌体試料に向けて０．５ｃｍ／ｓｅｃの流速で流した。
また、負電荷酸素原子発生部から１０ｍｍの位置に設けた引出電極には、５０Ｖ／ｃｍの電界強度の電圧を印加し、負電荷酸素原子発生部から５００ｍｍの菌体試料の照射部に設けた加速電極には、引出電極に対して２００Ｖの電圧を印加して通電をしつつ負電荷酸素原子を照射した。
照射時間を３０，６０，９０，１２０秒と変えて照射した。得られた試料を、トリプチケースソイ寒天培地からなる細菌数測定用培地に塗布し、４０℃において一昼夜培養後、コロニーを計測しその結果を表１に示す。
2005001908.tif 000005
【００２０】
実施例４
引出電極と照射部電極との間に印加する加速電圧を１０Ｖとした点を除いて実施例３と同様に負電荷酸素原子を照射して、その結果を表２に示す。
2005001908.tif 000006
【００２１】
実施例５
引出電極と照射部電極との間に印加する加速電圧を１Ｖとした点を除いて実施例３と同様に負電荷酸素原子を照射して、その結果を表５に示す。
2005001908.tif 000007
【００２２】
【発明の効果】
本発明の負電荷酸素原子の製造装置は、負電荷酸素原子の発生部と照射部の間に常圧下において希ガス流を形成するととともに、照射部に設けた加速電圧と陽極との間に調整可能な加速電圧を印加したので、照射部には試料に応じた負電荷酸素原子を与えることができるので、減圧下において変質するような試料であっても負電荷酸素原子の酸化作用を及ぼすことができ、また試料が殻等によって覆われたものであっても所望の処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は、本発明の負電荷酸素原子の製造装置の一実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１…負電荷酸素原子の製造装置、２…負電荷酸素原子発生部材、３…陰極、４…加熱手段、５…隔壁、６…酸素室、７…生成室、８…酸素供給口、９…発生部、１０…陽極、１１…照射部、１２…加速電極、１３…試料、１４…希ガス流入口、１５…希ガス排出口、１６…希ガス流、１７…冷却手段、１８…冷媒
【図１】
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