(57)【要約】【課題】外部に赤外線が漏洩しない光触媒殺菌効果を有するスイッチを提供する。【解決手段】基台上に設けられ、押下により電気的接続がなされるスイッチ機構２０と、スイッチ機構２０上に配置され、光導波路３１を有する可撓性のカバーシート３０と、紫外線を含む光４２を発光する発光部４０と、を備え、カバーシート２０の少なくとも一表層が光触媒を含む触媒層３５であり、前記光４２が前記光導波路３１に入射されるスイッチ。スイッチ機構２０が押下されたとき、カバーシート３０が下方に凸に撓んで窪み３０ａを形成し、窪み３０ａの形成により湾曲した光導波路３１から漏洩する光４１が触媒層３５照射して殺菌効果を生ずる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に設けられ、押下により電気的接続がなされるスイッチ機構と、
前記スイッチ機構上に配置され、光導波路を有する可撓性のカバーシートと、
紫外線を含む光を発光する発光部と、を備え、
前記カバーシートの少なくとも一表層が光触媒を含む触媒層であり、前記光が前記光導波路に入射されることを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
前記カバーシートの押下により前記カバーシートが撓み、前記光導波路に入射された前記光が前記触媒層に照射される、ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
【請求項３】
前記光導波路が、コア層と、前記コア層を挟むクラッド層とを含み、
前記クラッド層の一部、あるいは全部が触媒層である、ことを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチ。
【請求項４】
前記光が、前記光導波路の対向する両端部から入射されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のスイッチ。
【請求項５】
前記紫外線は、スラブ型光導波路からなり、
前記光は、前記スラブ型導波路のの対向する両端部、及び前記対向する両端部と直交して対向する前記スラブ型光導波路の両端部から入射されることを特徴とする請求項３記載の光触媒殺菌効果を有するスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光触媒殺菌効果を有するスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
不特定多数の人が指で押下するスイッチ、例えば医療機関あるいは介護施設に設置された機器を操作するためのスイッチは、指が接触した部分を消毒ないし殺菌して病原菌の感染拡大を予防することが望ましい。
【０００３】
従来、かかるスイッチには、例えば銀等の抗菌剤を混練した樹脂を表面に被覆したスイッチが用いられていた。しかし、抗菌剤は、菌の増殖を抑制するものの、殺菌効果はなく、また菌が生成した毒素を分解することもない。
【０００４】
光触媒、とくに紫外線により励起される紫外線型光触媒は、殺菌効果も高く、加えて毒素分解作用を有することから、スイッチの消毒、殺菌用材料として注目されている。例えば、紫外線型光触媒を指が接触するスイッチ上面に配置し、スイッチが押下された後に外部から紫外線を照射するスイッチの殺菌システムが知られている。また、応力発光体または蓄光部材を混練した部材上に紫外線型光触媒を配置し、これらの部材から発生する紫外線を紫外線型光触媒に照射して、殺菌するスイッチが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３１８１２７号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３８５２号公報
【特許文献３】特開２０００−０６８３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の抗菌剤を用いるスイッチは、殺菌作用および毒素分解作用が弱く、有効な感染拡大予防効果を期待することができない。
【０００７】
また、スイッチの押下後に、外部から紫外線をスイッチ上面に設けられた紫外線型光触媒に照射して殺菌および毒素分解をする従来のスイッチの殺菌システムでは、紫外線が外部に漏洩して人体に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、スイッチを押下する指が紫外線を遮蔽するから、押下中はスイッチ上面に紫外線を照射することができない。このため、押下後に紫外線を一定期間照射して殺菌するまでの間、別人による押下を避けなければならない。このため、スイッチの連続操作に支障をきたす。
【０００８】
紫外線を応力発光体または蓄光部材により発生する従来のスイッチでは、容易に連続操作を行うことができる。しかし、これらの発光体及び蓄光部材は、紫外線の発光強度が弱く、十分な殺菌、毒素分解作用を得難いと言う問題がある。また、応力発光体または蓄光部材の広い領域が発光するため、紫外線が外部へ漏洩し、人体へ悪影響を及ぼすおそれもある。
【０００９】
本発明は、外部への紫外線の漏洩が少ない光触媒殺菌効果を有するスイッチを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、第一の観点によれば、基台上に設けられ、押下により電気的接続がなされるスイッチ機構と、前記スイッチ機構上に配置され、光導波路を有する可撓性のカバーシートと、紫外線を含む光を発光する発光部と、を備え、前記カバーシートの少なくとも一表層が光触媒を含む触媒層であり、前記光が前記光導波路に入射されることを特徴とするスイッチとして提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、紫外線は、押下により形成されたカバーシートの窪みから漏洩してカバーシート上面に設けられた光触媒を照射する一方、漏洩した紫外線は押下した物体、例えば指先により遮蔽されるので、外部への紫外線の漏洩が少ない光触媒殺菌効果を有するスイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のスイッチ断面図
【図２】本発明の第１実施形態のスイッチ平面図
【図３】本発明の第１実施形態のスイッチ組立図
【図４】本発明の第１実施形態の紫外線ビーム発生装置の構成図
【図５】本発明の第１実施形態の紫外線漏洩の説明図
【図６】本発明の第１実施形態の紫外線漏洩量の説明図
【図７】本発明の第２実施形態のスイッチ断面図
【図８】本発明の第３実施形態のスイッチ平面図
【図９】本発明の第３実施形態のスイッチ断面図
【図１０】本発明の第４実施形態のスイッチ平面図
【図１１】本発明の第４実施形態のスイッチ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１実施形態は、スラブ型光導波路を構成するカバーシートを用いた光触媒殺菌効果を有するシートスイッチに関する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施形態のスイッチ断面図であり、スイッチ１の主要な構造を表している。なお、図１（ａ）はスイッチ１を押下する前の状態を、図１（ｂ）は押下した状態を表している。図２は本発明の第１実施形態のスイッチ平面図であり、スイッチ機構２０の平面配置とスラブ型光導波路３１内に入射された紫外線４２の進路とを表している。図３は本発明の第１実施形態のスイッチ組立図であり、スイッチ１を構成する主要部材の積層構造を表している。また、図２及び図３は、紫外線４２の発光源４０及びコリメータ５０を省略して描いている。
【００１５】
図１、図２および図３を参照して、本発明の第１実施形態のスイッチ１は、基台１０上に配置されたスイッチ機構２０と、基台１０上にスペーサ２３を介して設けられた、スイッチ機構２０上を被覆するカバーシート３０とを備える。
【００１６】
基台１０は剛性を有する絶縁性の部材からなり、例えばシート状の形状を有する。そして、基台１０上面に、例えば短辺が２０ｍｍ、長辺が３０ｍｍの矩形の平板状の下部電極２２が行列状に、例えば縦横各４行４列の行列状に形成されている。この下部電極２２は、それぞれ基台上面に形成された外部引き出し用の配線（図示せず）に接続されている。
【００１７】
スペーサ２３は、下部電極２２の全部又は一部を表出する開口２３ａを有する井桁状の枠体からなり、基台１０上面とカバーシート３０下面との間隔を所定距離に、例えば２ｍｍの間隔に保持する。このスペーサ２３は、例えば絶縁性の樹脂シートを材料として打ち抜き加工により作製することができる。また、基台１０の一部として、例えばエンボス加工あるいは金型を用いた成形加工により、基台１０上面に形成された突起として作製してもよい。なお、スペーサ２３は、基台１０上面とカバーシート３０下面との隙間を所定間隔に保持することができればよく、スペーサ２３の形状はとくに制限されない。
【００１８】
カバーシート３０は、シート状の例えば厚さ４００μｍのコア層３２の上下を、それぞれ例えば厚さ５０μｍの上部クラッド層３３及び下部クラッド層３４で挟んだ３層構造を有し、下部クラッド層３４、コア層３２及び上部クラッド層３３からなる紫外線４２を伝播するスラブ型光導波路３１を構成する。
【００１９】
スラブ型光導波路３１を構成するこれらコア層３２、上部クラッド層３３及び下部クラッド層３４は、スラブ型光導波路３１内で紫外線強度が減衰しないように紫外線吸収率が小さな材料により作製されることが望ましい。また、紫外線照射による材質劣化が小さな材料であることが好ましい。さらに、後述するように可撓性を備える。かかる小さな紫外線吸収率、紫外線耐性および適度な可撓性を備える材料として、シリコーン樹脂があり、とくにシリコーンゴムが適している。本第１実施形態では、コア層３２、上部クラッド層３３および下部クラッド層３４をシリコーンゴムで作製した。
【００２０】
カバーシート３０の下面には、下部電極２２に重畳する位置に可撓性を有する上部電極２１が形成されている。この上部電極２１には、カバーシート３０の下面に形成された外部引き出し用の配線（図示せず）が接続され、この引き出し用配線を介して外部との電気的接続がなされる。これらの上部電極２１と下部電極２２とは、スペーサ２３により上下に隔てられ、互いに電極面（上部電極２１の下面と下部電極２２の上面）を対向させて配置される。この上部電極２１、下部電極２２、及びスペーサ２３は、スイッチ機構２０を構成する。
【００２１】
即ち、図１（ｂ）を参照して、カバーシート３０の上面を指６０で押下すると、可撓性を有するカバーシート３０は押下された部分が下方に凸に窪むように変形する。同時に、カバーシート３０の下面に形成された上部電極２１も下方に凸に変形し、凸に変形した上部電極２１の先端（下端）が基台１０上に形成された下部電極２２の上面に押し付けられて、上部電極２１と下部電極２２とが接触し電気的に接続される。その後、指６０を上方に後退させカバーシート３０から離すと、カバーシート３０は、図１（ａ）に図示するように、再び押下前の平面状に回復し、上部電極２１と下部電極は離間され電気的に切断される。
【００２２】
このように、カバーシート３０及び上部電極２１は、指先で押下されたとき指先が接する部分が窪むように、可撓性を有する材料を用いて作製される。また、押下の圧力を除去したとき、押下前の形状に復元するだけの弾性を備えている。シリコーン樹脂とくにシリコーンゴムを基材とするカバーシート３０は、かかる可撓性及び復元力を有する。なお、復元力を有しないカバーシート３０を用いて、復元力をスイッチ機構２０に持たせることもできる。例えば、上部電極２１を金属板等の弾性を有する材料で作製する、あるいは、スイッチ機構２０にバネ等の復元力を付勢する部品を組み込むことで、復元力を付加することができる。
【００２３】
カバーシート３０の最上層を構成する上部クラッド層３３は、紫外線により励起される紫外線型光触媒、例えは酸化チタンが混練されており、紫外線型光触媒を含む触媒層３５を構成している。例えば、上部クラッド層３３の材料として、酸化チタンが混練されたシリコーンゴムが用いられる。従って、上部クラッド層３３の表面に付着した菌及び毒素は，紫外線の照射の下で励起された紫外線型光触媒の作用により容易に殺菌及び分解される。紫外線の照射の方法については後述する。なお、上部クラッド層３３の上面表層にのみ紫外線型光触媒を含ませて触媒層３５としても、また、後述する第２実施形態のように、上部クラッド層３３の上面に紫外線型光触媒を含む層を触媒層３５として形成してもよい。
【００２４】
カバーシート３０の左右両端部分３１ａの下部クラッド層３４に、紫外線４２を導入するための開口３４ａが開設されている。この下部クラッド層３４に設けられた開口３４ａは、カバーシート３０の左右両端に沿って伸長する長方形の開口からなり、開口３４ａ底面（図１の開口３４ａの上面）にコア層３２を表出する。
【００２５】
さらに、開口３４ａの開口面（図１の開口３４ａの下面）にコア層３２よりも大きな屈折率を有する接着剤５２を介してプリズム５１が貼着される。紫外線４２は、カバーシート３０の外側斜め下方からこのプリズム５１の斜面に入射され、接着層５２を介してコア層３２に入射される。
【００２６】
図４は本発明の第１実施形態の紫外線ビーム発生装置の構成図であり、図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ紫外線ビーム発生装置４５の平面図及び側面図を表している。
【００２７】
図４を参照して、紫外線ビーム発生装置４５は、発光源４０と、ロットレンズ５０ａ及びコリメートレンズ５０ｂからなるコリメータ５０とを備える。発光源４０は、波長３５０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を含む光（以下、「紫外線４２」という。）を発生する装置であり、例えば光出力２６ｍＷ、波長３７５ｎｍの紫外線を発生するＵＶ−ＬＥＤ（例えば、ナイトライドセミコンダクター社の商品名ＮＳ３７５Ｌ−ＥＲＬＭ）が用いられる。
【００２８】
コリメータ５０は、発光源４０が放射する紫外線を薄い帯状の平行ビーム（紫外線４２）に成形する光学系である。かかる光学系として、例えば、上下に錐状に放射される紫外線を水平面に平行なビームに変換するロットレンズ５０ａと、水平面内に拡がる紫外線を垂直面に平行なビームに変換するコリメートレンズ５０ｂ（例えば円筒平凸レンズ）とにより構成することができる。もちろん、他のコリメート光学系、例えば非球面レンズを用いた光学系を用いても良い。
【００２９】
再び図１を参照して、帯状の平行ビームにコリメートされた紫外線４２は、カバーシート３０の斜め下方からプリズム５１の斜面を通してカバーシート３０のコア層３２に入射される。図２を参照して、カバーシート３０の端部３１ａからコア層３２に入射された紫外線４２は、入射端に対向する端部３１ａへ向けてコア層３２内を進行する。
【００３０】
この紫外線４２は、図２を参照して、平面視したとき、帯状の紫外線４２ビームの中に、カバーシート３０の押下される領域、例えばスイッチの表示がされている上部電極２１が含まれるように配置することが好ましい。これにより、押下した部分に紫外線４２が照射されず、殺菌されないという事態を回避することができる。
【００３１】
紫外線ビーム発生装置４５は、行列状に配置された上部電極２１の各行ごとに設置した。これにより、殺菌に十分な強度を有する紫外線４２をコア層３２内に伝播させることができる。この場合、隣接する紫外線４２の側端（図２中の上下の端）を重畳させることで、カバーシート３０全面に渡り紫外線４２を伝播させることができる。もちろん、発光強度の大きな紫外線ビーム発生装置４５を用いて、１個のビーム状の紫外線４２がカバーシート３０全面を伝播するようにしてもよい。
【００３２】
次に、上述したスイッチ１の殺菌作用について説明する。
【００３３】
図１（ａ）を参照して、カバーシート３０が押下されていない平坦な状態では、光導波路３１も平板状をなしている。従って、紫外線４２はコア層３２内を伝播し、上部クラッド層３３中には漏洩しない。次いで、カバーシート３０が押下されると、図１（ｂ）を参照して、カバーシート３０の押下された部分が撓み、窪み３０ａが形成される。その結果、コア層３２中を伝播する紫外線４２が上部クラッド層３３中に漏洩する。上部クラッド層３３中に漏洩した紫外線（漏洩光４１）は、上部クラッド層３３に混練された紫外線型光触媒を励起し、上部クラッド層３３上面に付着した菌および毒素を殺菌および分解する。
【００３４】
この紫外線４２の漏洩は、以下に詳述するように、上部クラッド層３３に形成された窪み３０ａの部分でのみ発生する。この窪み３０ａは押下する指６０で塞がれている。このため、窪み３０ａから漏洩した紫外線（漏洩光４１）は、指６０により遮られ、外部へ放射されない。従って、紫外線の漏洩による人体への悪影響を回避することができる。
【００３５】
以下、コア層３２を伝播する紫外線４２の漏洩について詳細に説明する。
【００３６】
図５は本発明の第１実施形態の紫外線漏洩の説明図であり、図５（ａ）は押下前のスラブ型光導波路３１（カバーシート３０）の断面を、図５（ｂ）は押下後のスラブ型光導波路３１の断面を、図５（ｃ）は図５（ｂ）の一部を拡大した断面を表している。また、図５（ｄ）は、図５（ｂ）中の窪み３０ａの表面を直円錐面で近似した断面を表している。
【００３７】
図５（ａ）を参照して、カバーシート３０が押下される前はカバーシート３０に形成されたスラブ型光導波路３１は平坦であり、スラブ型光導波路３１に入射された紫外線４２はコア層３２内を伝播する。図５（ｂ）を参照して、カバーシート３０が例えば指６０で押下されスラブ型光導波路３１の一部に窪み３０ａが形成されると、スラブ型光導波路３１は窪み３０ａの形成部分が曲率半径Ｒで湾曲する。
【００３８】
図５（ｃ）を参照して、紫外線４２は、平坦部分では、コア層３２内を上部クラッド層３３および下部クラッド層３４との界面で全反射しながらコア層３２内を伝播する。しかし窪み３０ａが形成されて湾曲した部分では、コア層３２と上部クラッド層３３との界面への入射角度が大きくなるためコア層３２内を伝播する紫外線４２の一部が上部クラッド層３３中に漏洩する。
【００３９】
この漏洩する紫外線４２、即ち漏洩光４１の光量は、コア層の厚さａ、曲率半径Ｒのスラブ型光導波路３１の伝播損失αとして、
α＝〔｛ｕ2 ×ω×ｅｘｐ（２ω）×√（２Δ）｝／
／｛ν3 ×（（１＋ω）／ω）×（ａ／２）｝〕×
×ｅｘｐ｛（−４ω3 ）／（３ν2 ）×（ＲΔ）／（ａ／２）｝・・（１）
と表される（例えば、左貝潤一著、導波光学、共立出版（２００４）参照。）。さらに、式１は
α＝（ｕ2 ／ν3 ）×（ω2 ／（１＋ω））×（２／ａ）×（２√Δ）×
×ｅｘｐ（２ω）×
×ｅｘｐ｛（−４／３）×（ω3 ／ν2 ）×（ＲΔ／（ａ／２）｝・・・（１’）
と変形される。ここでνは規格化周波数、Δは比屈折率差であり、それぞれ、
ν＝（ｋ0 ａ／２）×√（ｎ12−ｎ22）・・・（２）
Δ＝（ｎ12−ｎ22）／（２ｎ12）・・・（３）
と表される。なお、ｎ1 、ｎ2 は、それぞれコア層３２および上下部クラッド層３３、３４の屈折率、ｋ0 は真空中の紫外線４２の波数である。また、ωおよびｕは、
ω＝√｛（ｎ1 ｋ0 ）2 −（ｎ2 ｋ0 ）2 ｝×（ａ／２）・・・（４）
ｕ＝√（ν2 −ω2 ）・・・（５）
である。
【００４０】
本第１実施形態のスラブ型光導波路３１では、コア層３２の屈折率ｎ1 を１．４２、上部および下部クラッド層３３、３４の屈折率ｎ2 を１．４１に調整した。かかる屈折率ｎ1 、ｎ2 の調整は、コア層３２および上下部クラッド層３３、３４のシリコーンゴムの組成成分比率を制御することで容易になすことができる。
【００４１】
この屈折率ｎ1 、ｎ2 を式３に代入して、
Δ＝０．００７０４
を得る。また、ｋ0 ＝π／λ0 （λ0 は真空中の紫外線４２の波長３７５ｎｍ）であるから、波数ｋ0 、屈折率ｎ1 、ｎ2 およびコア層３２の厚さａ＝４００×１０-6ｍを式２および式４に代入して、
ν＝２８２．２７
ω＝２８１．６８
を得る。さらに、式５に算出された上記のνおよびωの値を代入して、
ｕ＝１８．２４
を得る。
【００４２】
これらΔ、ν、ω、ｕおよびａの値を式１’の各項に代入すると、
ｕ2 ／ν3 ＝１．４７２
ω2 ／（１＋ω）＝２８０．６８４
じあるから、
（ｕ2 ／ν3 ）×（ω2 ／（１＋ω））×（２／ａ）×（２√Δ）＝２．４６３８
２ω＝５６３．３３６
および、
（−４／３）×（ω3 ／ν2 ）×（ＲΔ／（ａ／２））＝−１３１６４．９４×Ｒ
を得る。
【００４３】
従って、式１’は、
α＝２．４６３８×ｅｘｐ（５６３．３３６−１３１．６４９４×Ｒ）．．．（６）
と表される。この式６の損失αの単位はｄＢ／ｋｍである。また式６では、曲率半径Ｒの単位をｍからｃｍに変換している。
【００４４】
図５（ｂ）を参照して、指６０で押下されて生ずるカバーシート３０（即ちスラブ型光導波路３１）の窪み３０ａは、指６０の幅よりやや大きく、例えば窪み３０ａの半径ｒは６ｍｍ程度である。この６ｍｍの距離の間に生ずる伝送損失αを、曲率半径Ｒが４．１ｃｍ〜４．２ｃｍの範囲について式６から算出した。その結果を図６に示した。なお、コア層３２中を２６ｍＷの紫外線４２が伝播しているとした。
【００４５】
図６は本発明の第１実施形態の紫外線漏洩量の説明図であり、スラブ型光導波路３１の曲率半径と漏洩光量との関係を表している。漏洩光量は、コア層３２中を伝播する２６ｍＷの紫外線が６ｍｍの距離を進行する間の伝送損失αに相当する光量として算出した。
【００４６】
図６を参照して、スラブ導波路３１の曲率半径Ｒが４．１８ｃｍより小さくなると、漏洩光量は急に増加し始める。曲率半径Ｒが４．１６ｃｍ付近では、漏洩光量はさらに急激に増加し、曲率半径Ｒが４．１６３で漏洩光量は６．５０ｍｗ、曲率半径Ｒが４．１６２で漏洩光量は８．２１ｍｗ、曲率半径Ｒが４．１６１で漏洩光量は１１．７８ｍｗ、そして曲率半径Ｒが４．１６０では漏洩光量は２３．１３ｍｗに達する。
【００４７】
曲率半径Ｒが４．１６ｃｍ近傍における漏洩光量のこの激増は、式１’または式６にみるように、伝送損失αが曲率半径Ｒの指数関数であることに由来する。即ち、式１’の指数部が正のとき、即ち、
２ω＋（−４／３）×ω3 ／ν2 ×ＲΔ／（ａ／２）＞０・・・（７）
のとき、伝送損失αはＲの正の指数関数となり急激に増加する。
【００４８】
式７から、指数部が正となる曲率半径Ｒは、
Ｒ＜（３／４）×ν2 ／ω3 ×（ａ／２）／Δ×２ω・・・（８）
となる。このＲは、式６から、
Ｒ＜４．２８ｃｍ・・・（９）
と算出される。従って、曲率半径Ｒが４．２８ｃｍより小さくなると伝送損失α（即ち漏洩光量）は指数関数的に増加する。その結果、図６に示すように、伝送損失αは、曲率半径Ｒが４．１６ｃｍ近傍で急激に増加する。
【００４９】
図５（ｄ）を参照して、折れ線ＨＩＥＣＪＥは、図５（ｂ）に示す窪み３０ａの表面（の断面）を、点Ｅを頂点とする直円錐面として近似したときの、カバーシート３０の上面を表している。ここで、直線ＨＩ及び直線ＣＪはカバーシート３０上面の平坦部分を、直線ＩＥ及び直線ＥＣは窪み３０ａの表面を表している。
【００５０】
即ち、直線ＥＣは、点Ｇを中心とする曲率半径Ｒの円弧ＥＣ（図示せず）の両端を結ぶ線分として表され、曲率半径Ｒで湾曲する窪み３０ａの表面断面を近似している。この円弧ＥＣは、カバーシート３０の平坦面（直線ＣＪ）に点Ｃで滑らかに接続している。従って、円弧ＥＣの中心点Ｇと点Ｃとを結ぶ直線ＧＣはカバーシート３０の平坦面（直線ＣＪ）に垂直に交わる。他方、円弧ＥＣの中点を直線ＥＣの中点Ｆで近似すると、直線ＥＣは円弧ＥＣの中点で接する接平面に平行であるから、点Ｆと円弧ＥＣの中心点Ｇとを結ぶ直線ＣＦは直線ＥＣに垂直に交わる。
【００５１】
従って、三角形ＣＦＧは、角Ｆが直角、角Ｇがθ／２の直角三角形をなす。ここで、θは、点Ｇから直線ＢＣを見込む見込み角θである。他方、直円錐形の頂点Ｅから平坦なカバーシート３０の上面（直線ＨＪ）に下した垂線との交点Ｄと、点Ｃおよび点Ｅとが作る三角形ＥＤＣは、角Ｄが直角、角Ｃがθ／２であり、三角形ＣＦＧと相似形をなす。なお、三角形ＥＤＣの角Ｃと三角形ＣＦＧの角Ｃとの和が直角であることから、角Ｃ＝θ／２となることを用いた。
【００５２】
辺長ＤＣは窪みの半径ｒ、辺長ＣＦはほぼ辺長ＤＣの１／２のｒ／ 2、および辺長ＦＧは曲率半径Ｒで近似することができる。辺長ＥＤをｈとすると、三角形の相似により、
辺長ＥＤ／辺長ＤＣ＝辺長ＣＦ／辺長ＦＧであるから、
ｈ≒ｒ2 ／（２Ｒ）＝０．４３ｍｍ
を得る。なお、窪み３０ａの半径ｒとしてｒ＝６ｍｍ、曲率半径Ｒとして伝送損失αが急増するＲ＝４．１６ｃｍを用いた。
【００５３】
このことは、カバーシート３０の上面を指６０で深さ０．４３ｍｍ程度押下すると、コア層３２に曲率半径Ｒが４．１ｃｍ程度の湾曲が発生することを示している。そして、これ以上押下すると曲率半径がより小さくなり、上述したように、漏洩光４１の光量（漏洩光量）が急激に増加する。この漏洩光４１は、窪み３０ａの斜面から主として窪み３０ａ内に向かって放射されるので、窪み３０ａを押下している指６０により遮蔽されカバーシート３０の外部へはほとんど漏洩しない。
【００５４】
漏洩光４１が急増する曲率半径Ｒは、式８を参照して、コア層３２の厚さａおよび比屈折率差Δに強く依存する。従って、漏洩光４１を急増するに必要な押下距離，即ち窪み３０ａの深さは、コア層の厚さａおよび比屈折率差Δを調整することで容易に制御することができる。通常は、コア層の厚さａが大きく、比屈折率差Δが小さいほど、漏洩光４１が急増する曲率半径Ｒが大きくなる。従って、少ない押下距離で紫外線４２が漏洩し、紫外線型光触媒による殺菌および毒素の分解がなされる。
【００５５】
本第１実施形態では、カバーシート３０の両端から紫外線４２をコア層３２中に入射する。図５（ｂ）を参照して、紫外線４２を図５の右側のみから入射すると、紫外線４２は窪み３０ａの入射側、即ち円Ｂにより示す窪み３０ａの右側から漏洩光４１として漏洩して減衰してしまい、反対の円Ａにより示す右側からは殆ど漏洩しない。このため、窪み３０ａの半分が、殺菌及び毒素の分解がなされない場合がある。本第１実施形態のように両端から紫外線４２を入射することで、窪み３０ａの左右両側を殺菌、毒素分解することができる。
【００５６】
さらに、図２を参照して、左右両側から紫外線４２を入射するとともに、さらに、図２の紙面の上下方向からも紫外線を入射することもできる。これにより、窪み３０ａの４方向（左右上下方向）から紫外線４２が漏洩し、より確実に殺菌、毒素分解がなされる。
【００５７】
上述の本第１実施形態のスイッチ１において、紫外線４２をスイッチ機構２０の断続に連動して発生させてもよい。例えば、図１及び図２を参照して、押下されたスイッチ機構２０の上部電極２１と下部電極２２の電気的接続がなされると、発光源４０の電源が投入され、紫外線４２を発生させる。このとき、カバーシート３０内を互いに複数行に分離して進行する紫外線４の内、電気的接続がなされたスイッチ機構２０直上を進行する紫外線４２のみを選択して発生させることが好ましい。これにより、発光源４０の消費電力が節減される。
【００５８】
本発明の第１実施形態のスイッチ１では、光導波路３１を構成するカバーシート３０の上面を指６０で押下するとその押下部分が窪むので、コア層３２が湾曲して紫外線４２が上部クラッド層３３に漏洩する。このため、上部クラッド層３３に混練された紫外線型光触媒が励起され、上部クラッド層３３上面に付着した菌及び毒素を殺菌及び分解する。一方、窪み３０ａは指６０で押下されているので、漏洩した紫外線４２（漏洩光４１）は押下する指６０により遮蔽され、外部に漏洩して人間を照射ことが回避される。
【００５９】
他方、紫外線４２は押下している間、カバーシート３０の内部から漏洩光４１として窪み３０ａ形成領域を照射する。このため、押下中もカバーシート３０上面と指６０の接触部分に紫外線（漏洩光４１）が照射され続け、殺菌、毒素分解が進行する。従って、押下を終了した後、短時間で殺菌、毒素分解が終了するので，複数人による迅速な連続操作が可能となる。
【００６０】
本発明の第２実施形態のスイッチ２は、上面に触媒層が形成されたカバーシートを用いた光触媒殺菌効果を有するスイッチに関する。
【００６１】
図７は本発明の第２実施形態のスイッチ断面図であり、カバーシートの断面構造を表している。
【００６２】
図７を参照して、本第２実施形態のスイッチは、カバーシート３０−２の上面に紫外線型光触媒を含有する薄膜からなる触媒層３５が形成されている。本第２実施形態で用いられるカバーシート３０−２は、第１実施形態のカバーシート３０と同様に、スラブ型光導波路３１を構成する。このカバーシート３０−２が構成する光導波路３１は、上部クラッド層３３に光触媒が含まれない点を除き、材料及び寸法とも第１実施形態のカバーシート３０が構成する光導波路３１と同様である。また、本第２実施形態のスイッチの構造は、カバーシート３０−２を除き、第１実施形態のスイッチ１と同様である。
【００６３】
触媒層３５は、紫外線型光触媒を含む薄膜であり、例えは酸化チタンの蒸着膜又はスパッタ膜を用いることができる。触媒層３５は、形成された触媒層３５が紫外線により励起される光触媒効果を有する限り、他の方法により形成されてもよい。
【００６４】
本第２実施形態のスイッチでは、カバーシート３０−２の上面が押下され、窪みが形成されると、光導波路３１が湾曲し、その湾曲部分のコア層３２から紫外線４２が漏洩する。そして、漏洩した紫外線４２（漏洩光）が、カバーシート上面に形成された触媒層３５を照射するので、触媒層３５に付着した菌及び毒素は殺菌及び分解される。
【００６５】
上述したように、本第２実施形態では、光導波路３１を構成するコア層３２、上部クラッド層３３及び下部クラッド層３４中に光触媒が含まれない。従って、光導波路３１を伝播する紫外線４２の損失が少ない。
【００６６】
本発明の第３実施形態は、カバーシートがドーム形状に加工された部分を有するスイッチに関する。
【００６７】
図８は本発明の第３実施形態のスイッチ平面図、図９は本発明の第３実施形態のスイッチ断面図であり、一部がドーム型に成形されたカバーシート３０を用いたスイッチを表している。なお、図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれカバーシート３０を押下する前および押下したときのカバーシート３０の形状を表している。
【００６８】
図８および図９（ａ）を参照して、第３実施形態のスイッチ３は、上面に下部電極２２が行列状に設けられた基台１０と、下部電極２２の形成領域上で上方に凸に湾曲したドーム２５を形成するカバーシート３０とを有する。基台１０の構造および下部電極２２の配置は第１実施形態と同様である。また、カバーシート３０は、上部クラッド層３３と、コア層３２および下部クラッド層３４との３層からなるスラブ型光導波路３１を構成する。この上部クラッド層３３は、第１実施形態と同様に、紫外線型光触媒を含有し触媒層３５を兼ねている。また、光導波路３１の寸法および屈折率は、第１実施形態のカバーシート３０に形成される光導波路３１と同様である。
【００６９】
カバーシート３０のドーム２５形成領域の下面に、下部電極２２と対向する上部電極２１が設けられている。カバーシート３０のドーム２５以外の部分、即ちのドーム２５の外側に延在するカバーシート３０は、基台１０上面に密接して固定されている。従って、上部電極２１と下部電極２２との間は、ほぼドーム２５の高さ分の隙間が保持される。
【００７０】
図９（ｂ）を参照して、ドーム２５の中央部分が指６０により押下されると、カバーシート３０は下に凸に湾曲しドーム２５中央に窪み３０ａが生ずる。その結果、上部電極２１はカバーシート３０とともに下に凸に湾曲し、上部電極２１と下部電極２２とが接触して電気的接続がなされる。押下する指６０を除去すると、ドーム２５は図９（ａ）に示す押下前の形状を回復する。このように、ドーム２５、上部電極２１および下部電極２２は、押下により電気的接続がなされるスイッチ機構２０を構成する。なお、本第３実施形態では、カバーシート３０は可撓性とともに、押下前のドーム２５形状を回復することができる回復力を備える。かかる回復力は、カバーシート３０以外の部材に担わせてもよい。例えば、上部電極２１にバネ性を付与する、あるいは押下に対して付勢する機構をスイッチ機構２０に組み込むこともできる。
【００７１】
本第３実施形態のスイッチは、さらに基台１０の下面にヒータ７１を備える。このヒータ７１はドーム２５の上面を加熱し、光触媒による殺菌・分解作用を促進するために用いられる。ヒータ７１は、ドーム２５毎にドーム２５直下に設けてもよく、また、基台１０の下面全面に設けてもよい。なお、このようなヒータ７１は、第１および第２実施形態のスイッチに設けることもできる。
【００７２】
本第３実施形態では、カバーシート３０の押下部分がドーム２５状に形成されており、ドーム２５の周辺部は高い曲げ強度を有する。従って、ドーム２５を指で押下すると、ドーム２５の中央部分、即ち上部電極２１の中央部分のみが窪み、周辺部はあまり変形しない。このため、窪み３０ａの発生により形成される光導波路３１の湾曲は、平坦なカバーシート３０の場合に比べて曲率が大になり、曲率半径が小さなものとなる。その結果、コア層３２から漏れる漏洩光４１の光量が大きくなり、殺菌・毒素分解がより確実になされる。
【００７３】
本発明の第４実施形態は平行に延在する埋め込み型光導波路が形成されたカバーシートを用いた光触媒殺菌効果を有するスイッチに関する。
【００７４】
図１０は本発明の第４実施形態のスイッチ平面図であり、カバーシートを表している。図１１は本発明の第４実施形態のスイッチ断面図であり、図１０中のＡＡ’断面を表している。
【００７５】
図１０および図１１を参照して、本第４実施形態のスイッチ４に用いられるカバーシート３０−４は、シート状のクラッド層３６と、そのクラッド層３６の中に埋め込まれ平行線状、例えば平行直線状に延在する複数のコア層３２−４とからなる埋め込み型光導波路３１−４を構成する。
【００７６】
クラッド層３６として、例えば厚さ５００μｍ、屈折率が１．４１のシリコーンゴムを用いた。また、コア層３２−４として、屈折率１．４２のシリコーンゴムを辺長４００μｍの正方形断面を有する紐状に加工したものを、クラッド層３６の厚さの中央を通る平面にそって互いに４００μｍの間隔をおいて平行に並設した。なお、クラッド層３６は、紫外線型光触媒として酸化チタンが混練され、触媒層３５を構成している。また、カバーシート３０−４の下面に、第１実施形態と同様の上部電極２１が設けられる。
【００７７】
本第４実施形態のスイッチ４は、第１実施形態のカバーシート３０に代えてカバーシート３０−４を用いたもので、他は第１実施形態と同様に構成される。従って、カバーシート３０−４の上面が指で押下されると、カバーシート３０−４に図５に示すような第１実施形態と同様の窪み３０ａが形成される。その結果、第１実施形態と同様に、窪み３０ａの形成により湾曲したコア層３２−４から紫外線が漏洩し、窪み３０ａの内面に付着する菌及び毒素が殺菌され、分解される。
【００７８】
本第４実施形態で用いた埋め込み型光導波路３１−４では、光導波路３１−４が曲率半径Ｒで湾曲したとき、湾曲部分の伝送損失αは、
２α＝Ｋｅｘｐ｛（−４√２／３）×ν／√（２Δ）×（Ｒ／ａ）×
×（ｂΔ−１／（Ｒ／ａ））3/2 ｝・・・・（１０）
と表される（例えば、末松、安晴、伊藤健一著、光ファイバ通信入門、オーム社（２００６年参照。）。ここでＫは定数、ａはコア層３２−４の厚さ（コア層３２−４の断面を半径ａの円形と近似した。）、νは式２で表される規格化周波数、Δは式３で表される比屈折率差である。ｂは規格化伝播定数であり、ここではｂ＝（ω／ν）2 として求めた。
【００７９】
伝送損失αは、式１０の指数部が正になるとき、即ち、
ｂΔ−１／（Ｒ／ａ）＜０・・・・（１１）
のとき、曲率半径Ｒの減少（曲率の増加）とともに指数関数的に急増する。
【００８０】
伝送損失αが急増し始める曲率半径Ｒは、曲率半径Ｒが式１１を満たすとき、即ち、        Ｒ＜ａ／（ｂΔ）・・・・（１２）
のときである。
【００８１】
コア層３２−４の屈折率ｎ1 ＝１．４２、クラッド層３６の屈折率ｎ2 ＝１．４１を式３に代入し、Δ＝０．００７０４を得る。また、式２及び式４からν＝２８２．２７およびω＝２８１．６８を得る。なお、ｋ0 ＝π／λ0 （λ0 は真空中の紫外線４２の波長３７５ｎｍ）を用いた。さらに、ｂ＝（ω／ν）2 ＝０．９９５８と算出される。
【００８２】
これらの数値を式１２に代入して、
Ｒ＜ａ／（ｂΔ）≒０．０６ｍ＝６ｃｍ・・・・（１３）
を得る。式１３は、第４実施形態で用いれるカバーシート３０−４では、カバーシート３０−４の湾曲部の曲率半径Ｒが６ｃｍ以下になると、伝送損失α、即ち漏洩光量が指数関数式に急増することを示している。
【００８３】
図５（ｄ）を参照して、窪み３０ａの深さｒ及びカバーシート３０の曲率半径Ｒから、窪み３０ａの深さｈ（即ち、スイッチ機構２０の押下距離）を、
ｈ≒ｒ2 ／（２Ｒ）・・・（１３）
として求める第１実施形態と同様の方法を用い、ｒ＝６ｍｍ、Ｒ＝６ｃｍを代入し、
ｈ≒０．３ｍｍ
と求めた。このように、本第４実施形態では、カバーシート３０−４がほぼ０．３ｍｍ以上押下されると紫外線４２が急激に漏洩し始め、殺菌・毒素分解がなされる。
【００８４】
上述の伝送損失αは、コア層３２−４からの紫外線４２の漏洩を意味する。押下されたとき、確実に殺菌、毒素の分解がなされるためには、僅かな押下距離（窪みの深さｈ）でも伝送損失αを大きくして漏洩光量を多くする必要がある。従って、スイッチが押下されたとき生ずる僅かな湾曲により、言い換えれば大きな曲率半径Ｒの湾曲で、多くの漏洩光を漏出させることが望ましい。このため、コア層３２−４の厚さａを厚く、かつ、比屈折率差Δを小さくすることが好ましい。他方、押下されていない平坦な領域からは紫外線４２が漏洩しないように、過度に大きな曲率半径の部分、例えば曲率半径Ｒが０．３ｍｍ以上の領域においては、伝送損失αは小さいことが望ましい。従って、コア層３２−４の厚さａおよび比屈折率差Δは、スイッチ機構の押下距離（窪み３０ａの深さｈに等しい）との関係を考慮して、スイッチを押下したとき、曲率半径Ｒが確実に式１２を満たすとともに、押下距離が短い、例えば完全に押下したときの半分以下の場合は、曲率半径Ｒがａ／（ｂΔ）より十分に大きくなるように選定することが望ましい。
【００８５】
上述した本第４実施形態では、紫外線４２は、線状に延在するコア層３２−４内を伝播する。このため、コア層３２−４に入射された紫外線４２は、コア層３２−４内をコア層３２−４の延在する線に沿って拡散することなく伝播する。このため、スラブ型光導波路を用いる第１実施形態のように、カバーシート３０−４の面内方向への広がりを抑制するために、紫外線を導波路３１−４の面内方向でコリメートする必要がない。従って、コリメータの光学系を簡易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明を医療又は介護に関する施設内で使用され、多くの人に押下されるスイッチに適用することで、人体に有害な紫外線の外部への漏洩が少ない紫外線励起型の光触媒殺菌効果を有するスイッチが提供される。
【符号の説明】
【００８７】
１、３、４  スイッチ
１０  基台
２０  スイッチ機構
２１  上部電極
２２  下部電極
２３  スペーサ
２５  ドーム
３０、３０−２、３０−４  カバーシート
３０ａ  窪み
３１、３１−４  光導波路
３１ａ  端部
３２、３２−４  コア層
３３  上部クラッド層
３４  下部クラッド層
３４ａ、２３ａ  開口
３５  触媒層
３６  クラッド層
４０  発光源
４１  漏洩光
４２  紫外線
４５  紫外線ビーム発生装置
５０  コリメータ
５０ａ  ロッドレンズ
５０ｂ  コリメートレンズ
５１  プリズム
５２  接着剤
６０  指
７１  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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