JP5795043B2 - Sterilizer - Google Patents
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Description
本発明は、無水銀殺菌ランプおよび殺菌装置に関し、特に、キセノン(Xe)ガスとヨウ素蒸気とを放電媒体とする無水銀殺菌ランプ等に関する。 The present invention relates to a mercury-free sterilizing lamp and a sterilizing apparatus, and more particularly to a mercury-free sterilizing lamp using xenon (Xe) gas and iodine vapor as a discharge medium.
従来、食品包装材の殺菌や水の殺菌浄化等には、水銀蒸気が放電により発する紫外線を利用する低圧水銀ランプが用いられている。殺菌作用の分光特性が260[nm]付近にピーク値を有するため、253.7[nm]にピーク波長を有する低圧水銀ランプが適しているからである。
しかしながら、近年、環境保全の観点から水銀を用いない殺菌ランプが望まれており、その一つとして、ランプの放電容器にキセノン(Xe)ガスとヨウ素(I2)蒸気とが放電媒体として封入されたヨウ化キセノンランプが知られている(特許文献1)。当該ヨウ化キセノンランプは、ヨウ化キセノンのエキシマ発光(XeI,B→X遷移)のピーク波長が253[nm]であるため、前記低圧水銀ランプに代替するものとして期待されている。
Conventionally, low pressure mercury lamps using ultraviolet rays generated by discharge of mercury vapor have been used for sterilization of food packaging materials, sterilization of water, and the like. This is because a low-pressure mercury lamp having a peak wavelength at 253.7 [nm] is suitable because the spectral characteristics of the bactericidal action have a peak value near 260 [nm].
However, in recent years, a sterilizing lamp that does not use mercury has been desired from the viewpoint of environmental conservation, and as one of them, xenon (Xe) gas and iodine (I 2 ) vapor are sealed as a discharge medium in a discharge vessel of the lamp. A xenon iodide lamp is known (Patent Document 1). The xenon iodide lamp is expected to replace the low-pressure mercury lamp because the peak wavelength of excimer emission (XeI, B → X transition) of xenon iodide is 253 [nm].
ところで、近年、食の安全性への関心の高まり等から、より高い殺菌性を有する殺菌ランプの開発が望まれている。この場合に、従来の殺菌ランプであれば、ランプへの投入電力を増大し、253[nm]およびその近傍の発光強度を高めることによっても殺菌力を増強することができるが、それでは、コストパフォーマンスが悪くなってしまう。
本発明は、上記した課題に鑑み、ランプへの投入電力を増大させることなく、それでいて高い殺菌性を有する無水銀殺菌ランプ、および当該無水銀殺菌ランプを有する殺菌装置を提供することを目的とする。
By the way, in recent years, development of a sterilization lamp having higher sterilization property is desired due to an increase in interest in food safety. In this case, in the case of a conventional sterilization lamp, the sterilization power can be enhanced by increasing the input power to the lamp and increasing the emission intensity in the vicinity of 253 [nm]. Will get worse.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a mercury-free sterilization lamp having high sterilization performance without increasing the input power to the lamp, and a sterilization apparatus having the mercury-free sterilization lamp. .
上記の目的を達成するため、本発明に係る無水銀殺菌ランプは、キセノンガスとヨウ素蒸気とが封入された放電容器を有する無水銀殺菌ランプであって、前記放電容器が、ヨウ素原子(I*)の発光波長領域の紫外線を透過する透光性材料で形成されていることを特徴とする。
また、前記透光性材料は、少なくとも178[nm]以上の波長領域の紫外線を透過することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a mercury-free sterilizing lamp according to the present invention is a mercury-free sterilizing lamp having a discharge vessel in which xenon gas and iodine vapor are sealed, and the discharge vessel contains iodine atoms (I * ) Of a light-emitting wavelength region, and is formed of a light-transmitting material that transmits ultraviolet rays.
The translucent material transmits ultraviolet rays having a wavelength region of at least 178 [nm] or more.
さらに、前記透光性材料は、石英ガラスからなることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明にかかる殺菌装置は、上記した無水銀殺菌ランプと、当該無水銀殺菌ランプを点灯駆動する交流電源とを有し、前記交流電源が、40[kHz]〜80[kHz]の範囲の点灯周波数で前記無水銀殺菌ランプを点灯駆動することを特徴とする。
Furthermore, the translucent material is made of quartz glass.
In order to achieve the above object, a sterilizing apparatus according to the present invention includes the above-described mercury-free sterilizing lamp and an AC power source that drives and drives the mercury-free sterilizing lamp, and the AC power source is 40 [ kHz ] to The mercury-free sterilizing lamp is driven to light at a lighting frequency in the range of 80 [kHz].
上記構成からなる無水銀殺菌ランプによれば、253[nm]にピーク波長を有するヨウ化キセノンのエキシマ発光(XeI,B→X遷移)に加え、これよりも短波長領域に存する、ヨウ素原子(I*)が発する紫外線を殺菌対象に照射することができる。当該無水銀殺菌ランプが従来の低圧水銀ランプよりも高い殺菌性を示すことは、後述する実験により明らかになっている。これは、DNAの光吸収スペクトルのピーク波長が260[nm]付近に加え、200[nm]付近に存するところ、178[nm]〜188[nm]範囲と206.2[nm]で発光するヨウ素原子(I*)の紫外線が対象菌の殺菌に寄与しているからであると思われる。 According to the mercury-free germicidal lamp having the above-described configuration, in addition to the excimer emission (XeI, B → X transition) of xenon iodide having a peak wavelength at 253 [nm], iodine atoms ( The ultraviolet light emitted by I * ) can be irradiated to the sterilization target. It has been clarified by experiments described later that the mercury-free sterilization lamp exhibits higher sterilization performance than the conventional low-pressure mercury lamp. This is because iodine is emitted in the range of 178 [188] to 188 [nm] and 206.2 [nm] when the peak wavelength of the light absorption spectrum of DNA is in the vicinity of 200 [nm] in addition to the vicinity of 260 [nm]. This is probably because the ultraviolet rays of atoms (I * ) contribute to the sterilization of the target bacteria.
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
<ランプ構成>
図1(a)は、実施の形態に係る誘電体バリア放電ヨウ化キセノンエキシマランプ10(以下、単に「ランプ10」と言う。)の概略構成を示す縦断面図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA・A線断面図である。なお、図1および後掲する図12において、各部材間の縮尺は統一していない。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<Lamp configuration>
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a dielectric barrier discharge xenon iodide excimer lamp 10 (hereinafter simply referred to as “lamp 10”) according to the embodiment, and FIG. These are AA sectional views taken on the line in FIG. In FIG. 1 and FIG. 12 described later, the scales between the members are not unified.
ランプ10は、内管12と外管14とが同軸上に配されてなる二重管構造をした放電容器16を有するランプである。内管12と外管14とは、溶融石英ガラスで形成されている。当該溶融石英ガラスの波長による紫外線透過率を図2において実線で示す。なお、この紫外線透過率については後述する。
図1に戻り、内管12と外管14の両端は閉じられていて(封止されていて)、両者の間で放電空間18が形成されている。外管14の外径と放電ギャップ長d(即ち、外管14の内径と内管14の外径との差の半分)については後述する。
The lamp 10 is a lamp having a discharge vessel 16 having a double tube structure in which an inner tube 12 and an outer tube 14 are coaxially arranged. The inner tube 12 and the outer tube 14 are made of fused silica glass. The ultraviolet transmittance according to the wavelength of the fused silica glass is shown by a solid line in FIG. The ultraviolet transmittance will be described later.
Returning to FIG. 1, both ends of the inner tube 12 and the outer tube 14 are closed (sealed), and a discharge space 18 is formed between them. The outer diameter of the outer tube 14 and the discharge gap length d (that is, half of the difference between the inner diameter of the outer tube 14 and the outer diameter of the inner tube 14) will be described later.
放電空間18には、放電用ガスとして、キセノン(Xe)ガスが、例えば、13.3[kPa]封入されている。
外管14の一端部外周には、有底筒状をしたヨウ素(I2)ガス導入管20(以下、単に「導入管20」と言う。)が設けられている。導入管20内部と放電空間18とは、外管14に開設された連通孔22を介して連通している。導入管20には、ランプ10の製造過程で所定量の固体ヨウ素(I2)がガラスカプセル24に封入された形で投入され、その後、当該ガラスカプセル24を割ることによって、固体ヨウ素I2が、ヨウ素蒸気(ガス)となって、放電空間18へと拡散していく。ランプ10の放電空間18には、前記キセノン(Xe)ガスに加え、ヨウ素(I2)蒸気が、例えば、0.04[kPa]封入されている。
In the discharge space 18, xenon (Xe) gas is sealed as a discharge gas, for example, 13.3 [kPa].
An outer circumference of one end of the outer tube 14 is provided with an iodine (I 2 ) gas introduction tube 20 (hereinafter simply referred to as “introduction tube 20”) having a bottomed cylindrical shape. The inside of the introduction tube 20 and the discharge space 18 communicate with each other through a communication hole 22 provided in the outer tube 14. The introduction tube 20 is charged with a predetermined amount of solid iodine (I 2 ) enclosed in a glass capsule 24 during the manufacturing process of the lamp 10, and then the glass capsule 24 is broken to obtain solid iodine I 2. It becomes iodine vapor (gas) and diffuses into the discharge space 18. In the discharge space 18 of the lamp 10, in addition to the xenon (Xe) gas, iodine (I 2 ) vapor is sealed, for example, 0.04 [kPa].
内管12の内周面に、内側電極26が設けられている。内側電極26は、金属製の円筒部材からなり、当該円筒状部材の外周面が内管12の内面に密着されて構成されている。当該円筒部材の構成については後述する。
一方、外管14の外周面には、外側電極28が設けられている。外側電極28は、0.1[mm]径のニッケル(Ni)線が、2[mm]ピッチで螺旋状に、管軸方向L1=10[cm]に渡って、外管14の外周面に密着して巻回されてなるものである。このような細い金属線を用いることで、放電空間18からランプ10外部へ放出される光の通過性を確保することができる。本例の場合、通過性は95[%]である。なお、ランプ10の有効発光領域(active area)は、管軸方向の外部電極28の長さ(L1)で規定される。
An inner electrode 26 is provided on the inner peripheral surface of the inner tube 12. The inner electrode 26 is made of a metal cylindrical member, and is configured such that the outer peripheral surface of the cylindrical member is in close contact with the inner surface of the inner tube 12. The configuration of the cylindrical member will be described later.
On the other hand, an outer electrode 28 is provided on the outer peripheral surface of the outer tube 14. The outer electrode 28 has a nickel (Ni) wire with a diameter of 0.1 [mm] spirally at a pitch of 2 [mm] and extends on the outer circumferential surface of the outer tube 14 over the tube axis direction L1 = 10 [cm]. It is made by winding closely. By using such a thin metal wire, it is possible to ensure the passage of light emitted from the discharge space 18 to the outside of the lamp 10. In this example, the passability is 95 [%]. The effective light emitting area (active area) of the lamp 10 is defined by the length (L1) of the external electrode 28 in the tube axis direction.
本願発明者らは、基本的には上記の構成からなるランプ10を用い条件を種々に変えて実験を実施した。
<交流電源>
ランプ10には、内側電極26と外側電極28に接続された交流電源30によってランプ10を点灯させるために交流電力が供給される。用いた交流電源は以下の4つである。
The inventors of the present application basically conducted experiments by using the lamp 10 having the above-described configuration and changing various conditions.
<AC power supply>
The lamp 10 is supplied with AC power for lighting the lamp 10 by an AC power source 30 connected to the inner electrode 26 and the outer electrode 28. The following four AC power sources were used.
(1)AC電源PS0:型番As−114B(NF Electronic Instruments 社製)、仕
様:U=0〜3.3[kVrms]、I=0〜20[mArms]、f=25[kHz]〜15
9.9[kHz]
(2)バイポーラ・パルス電源PS1:最大振幅U=0〜4.4[kV]、立上がり時間0.9[μs]、立下がり時間0.6[μs]、f=21.5[kHz]〜115[kHz]
(3)ユニポーラ・パルス電源PS2(高速高電圧トランジスタープッシュプルスイッチ型番・HTS 31-01-GSM (Behlke 社製)を使用):U=0〜3[kV]、立上がり時間60[ns]、立下がり時間40[ns]、f=10[kHz]
(4)ユニポーラ・パルス電源PS3(プッシュプルスイッチ・型番HTS 81-06-GSM (Behlke 社製)を使用):U=0〜8[kV]、立上がり時間160[ns]、立下がり時間60[ns]、f=10[kHz]〜80[kHz]
<ランプ実験>
(1)内側電極
内側電極26(図1)を構成する円筒部材に種々の金属材料を用い、その各々について効率を調べた。ここで、効率[%]とは、投入電力[W]に対する紫外線(UV)放射パワー[W]の比率をいう。当該放射パワーは、ランプ10から10[cm]の距離において、2×2[cm2]の光学絞り(diaphragm)を用いて測定した。なお、実験に供したランプ10における、キセノンとヨウ素の封入量は、Xe/I2=13.3[kPa]/0.04[kPa]である。また、交流電源には、前記AC電源PS0を用いた。
(1) AC power supply PS0: model number As-114B (manufactured by NF Electronic Instruments), specifications: U = 0 to 3.3 [kVrms], I = 0 to 20 [mArms], f = 25 [kHz] to 15
9.9 [kHz]
(2) Bipolar pulse power supply PS1: Maximum amplitude U = 0 to 4.4 [kV], rise time 0.9 [μs], fall time 0.6 [μs], f = 21.5 [kHz] 115 [kHz]
(3) Unipolar pulse power supply PS2 (uses high-speed high-voltage transistor push-pull switch model number HTS 31-01-GSM (Behlke)): U = 0-3 [kV], rise time 60 [ns], rise Fall time 40 [ns], f = 10 [kHz]
(4) Unipolar pulse power supply PS3 (push-pull switch, model number HTS 81-06-GSM (manufactured by Behlke)): U = 0 to 8 [kV], rise time 160 [ns], fall time 60 [ ns], f = 10 [kHz] to 80 [kHz]
<Lamp experiment>
(1) Inner electrode Various metal materials were used for the cylindrical member constituting the inner electrode 26 (FIG. 1), and the efficiency of each was examined. Here, efficiency [%] refers to the ratio of ultraviolet (UV) radiation power [W] to input power [W]. The radiant power was measured using a 2 × 2 [cm 2 ] optical diaphragm at a distance of 10 cm from the lamp 10. Note that the amount of xenon and iodine enclosed in the lamp 10 subjected to the experiment is Xe / I 2 = 13.3 [kPa] /0.04 [kPa]. The AC power source PS0 was used as the AC power source.
準備した内側電極(円筒部材)は、以下の7種類である。
(a)Ni:厚さ0.1[mm]のニッケルの薄板を2枚重ね、これを円筒状に丸めたものを、内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。2枚重ねにしたのは、後記する銅およびアルミニウムの薄板との厚みを揃えるためである。
(b)Al foil:市販の食品パッケージ用アルミ箔(厚さ0.012[mm])の光沢面を外側にして円筒状に丸め、内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
The prepared inner electrodes (cylindrical members) are the following seven types.
(A) Ni: Two nickel thin plates having a thickness of 0.1 [mm] are stacked, and this is rolled into a cylindrical shape and inserted into the inner tube 12 (FIG. 1). A thing closely attached to. The reason why the two sheets are stacked is to make the thickness uniform with the copper and aluminum thin plates described later.
(B) Al foil: A commercially available aluminum foil for food packaging (thickness: 0.012 [mm]) is rolled into a cylindrical shape with the glossy surface facing outside, and inserted into the inner tube 12 (FIG. 1). Close contact with the inner surface.
(c)Cu:銅の薄板(厚さ0.2[mm])を、円筒状に丸め、内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
(d)Al:円筒状に丸めたアルミニウムの薄板(厚さ0.2[mm])を、内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
(e)Al+Al foil:アルミニウムの薄板(厚さ0.2[mm])に、市販の食品パッケージ用アルミ箔(厚さ0.012[mm])の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
(C) Cu: A copper thin plate (thickness 0.2 [mm]) is rolled into a cylindrical shape, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and brought into close contact with the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(D) Al: A thin aluminum plate (thickness 0.2 [mm]) rolled into a cylindrical shape is inserted into the inner tube 12 (FIG. 1) and brought into close contact with the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(E) Al + Al foil: A thin sheet of aluminum (thickness 0.2 [mm]) and a non-glossy surface of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) overlapped with aluminum Rolled into a cylindrical shape so that the foil is on the outside, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and closely attached to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(f)Cu+Al foil:銅の薄板(厚さ0.2[mm])に、市販の食品パッケージ用アルミ箔(厚さ0.012[mm])の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
(g)Ni+Al foil:ニッケルの薄板(厚さ0.1[mm]を2枚重ねたもの)に、市販の食品パッケージ用アルミ箔(厚さ0.012[mm])の非光沢面側を重ねたものを、アルミ箔が外側になるように円筒状に丸め、これを内管12(図1)に挿入して、内管12内周面に密着させたもの。
(F) Cu + Al foil: A thin sheet of copper (thickness 0.2 [mm]) and a non-glossy surface of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) overlapped with aluminum. Rolled into a cylindrical shape so that the foil is on the outside, inserted into the inner tube 12 (FIG. 1), and closely attached to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
(G) Ni + Al foil: The non-glossy side of a commercially available aluminum foil for food packaging (thickness 0.012 [mm]) on a thin nickel plate (thickness 0.1 [mm]). What was piled up was rolled into a cylindrical shape so that the aluminum foil would be on the outside, and this was inserted into the inner tube 12 (FIG. 1) and adhered to the inner peripheral surface of the inner tube 12.
実験結果を図3に示す。
実験結果から(a)Ni、(c)Cu、(d)Alの中では、(d)Alが最も高い効率を示すことが分かる。これは、内側電極の紫外線(UV)反射率の違いに因るものであると思われた。そこで、本願発明者らは、(b)Al foilの内側電極の外周面をアクリルラッカーで黒く塗ったものを準備し、当該黒塗りの内側電極でも実験を行った(実験結果は不図示)。その結果、黒塗りの内側電極は、(b)Al foilの内側電極よりも紫外線(UV)放射パワーが20[%]少なくなることが分かった。これにより、内側電極の紫外線(UV)反射率が、効率に影響を及ぼすことが確認できた。
The experimental results are shown in FIG.
From the experimental results, it can be seen that (d) Al exhibits the highest efficiency among (a) Ni, (c) Cu, and (d) Al. This was thought to be due to the difference in ultraviolet (UV) reflectivity of the inner electrode. Therefore, the inventors of the present application prepared (b) the outer surface of the inner electrode of Al foil painted black with acrylic lacquer, and also performed the experiment with the inner electrode coated with black (the experimental result is not shown). As a result, it was found that the black painted inner electrode had 20% less ultraviolet (UV) radiation power than the (b) Al foil inner electrode. Thereby, it was confirmed that the ultraviolet (UV) reflectance of the inner electrode affects the efficiency.
また、(e)Al+Al foil、(f)Cu+Al foil、(g)Ni+Al foilの中
では、(f)Cu+Al foilが最も高い効率を示すことが分かる。これは、エキシマ発
光する放電媒体にあっては、過熱状態になると効率が低下するところ、内側電極の芯になっているAl,Ni,Cuの内、Cuが最も熱伝導率が良いので、適度な冷却効果が発揮されているためであると考えられる。
It can also be seen that (f) Cu + Al foil shows the highest efficiency among (e) Al + Al foil, (f) Cu + Al foil, and (g) Ni + Al foil. This is because, in an excimer-emitting discharge medium, efficiency decreases when it is overheated, but among Al, Ni, and Cu, which is the core of the inner electrode, Cu has the best thermal conductivity. This is thought to be due to the effective cooling effect.
以上、実験した範囲において、内側電極としては、(f)Cu+Al foilが最も適していると考えられる。なお、(e)Al+Al foil、(g)Ni+Al foilは、(f)Cu+Al foilよりも若干効率は下がるものの、実使用上は問題ないものと思われる。
上記の結果を踏まえ、以下の実験において内側電極は、(f)Cu+Al foilを用いた。
(2)放電ギャップ長d
本願発明者らは、異なる放電ギャップ長d(図1)のランプを作製し、その各々について紫外線(UV)放射パワー[mW]を測定し、比較した。放電ギャップ長dは、d=2[mm]、d=7.4[mm]とした。
As described above, it is considered that (f) Cu + Al foil is the most suitable as the inner electrode within the experimental range. Although (e) Al + Al foil and (g) Ni + Al foil are slightly less efficient than (f) Cu + Al foil, it seems that there is no problem in practical use.
Based on the above results, (f) Cu + Al foil was used as the inner electrode in the following experiments.
(2) Discharge gap length d
The inventors of the present application fabricated lamps having different discharge gap lengths d (FIG. 1), and measured and compared ultraviolet (UV) radiation power [mW] for each of the lamps. The discharge gap length d was d = 2 [mm] and d = 7.4 [mm].
各々のギャップ長dに対応する外管と内管の寸法を以下に記す。
(i)放電ギャップ長d=2[mm]
外管:外径17.7[mm]、内径15.1[mm](肉厚1.3[mm])
内管:外径11.1[mm]、内径9.0[mm](肉厚1.05[mm])
(ii)放電ギャップ長d=7.4[mm]
外管:外径30.0[mm]、内径26.8[mm](肉厚1.6[mm])
内管:外径12.0[mm]、内径9.2[mm](肉厚1.4[mm])
また、本願発明者らは、放電ギャップ長が9[mm]のランプも作製した。
The dimensions of the outer tube and the inner tube corresponding to each gap length d are described below.
(I) Discharge gap length d = 2 [mm]
Outer tube: outer diameter 17.7 [mm], inner diameter 15.1 [mm] (wall thickness 1.3 [mm])
Inner tube: outer diameter 11.1 [mm], inner diameter 9.0 [mm] (thickness 1.05 [mm])
(Ii) Discharge gap length d = 7.4 [mm]
Outer tube: outer diameter 30.0 [mm], inner diameter 26.8 [mm] (wall thickness 1.6 [mm])
Inner tube: outer diameter 12.0 [mm], inner diameter 9.2 [mm] (wall thickness 1.4 [mm])
The inventors of the present application also produced a lamp having a discharge gap length of 9 [mm].
(iii)放電ギャップ長=9[mm]
当該ランプは、二重管ではなく単管構造とした。上記(i),(ii)と同じ溶融石英ガラスからなるガラス管の両端が封止されてなる放電容器に上記(i),(ii)と同じ量のキセノン(Xe)ガスとヨウ素(I2)蒸気が封入されている。なお、当該ガラス管の外径は11.1[mm]、内径は9.0[mm](肉厚1.05[mm])である。
(Iii) Discharge gap length = 9 [mm]
The lamp has a single tube structure instead of a double tube. The same amount of xenon (Xe) gas and iodine (I 2 ) as in (i) and (ii) above are placed in a discharge vessel in which both ends of a glass tube made of the same fused silica glass as in (i) and (ii) above are sealed. ) Steam is enclosed. The outer diameter of the glass tube is 11.1 [mm], and the inner diameter is 9.0 [mm] (thickness 1.05 [mm]).
放電容器の外周面には、長さ10[cm]、幅5[cm]のアルミニウムテープ2枚の各々を放電容器の長手方向に沿わせ、当該2枚が放電容器をはさんで対向するように貼着されている。当該アルミニウムテープが外部電極を構成している。なお、この場合の放電ギャップ長は、放電容器(ガラス管)の内径である9.0[mm]となる。
実験の結果、放電ギャップ長=2[mm]、放電ギャップ長=9[mm]のランプの紫外線(UV)放射パワー[mW]は、放電ギャップ長=7.4[mm]のランプの1/3〜1/5であることが分かった。すなわち、大きな紫外線(UV)放射パワー[mW]を得るためには、放電ギャップ長は、長すぎることは勿論、短すぎてもだめであることが判明した。
On the outer peripheral surface of the discharge vessel, two aluminum tapes each having a length of 10 [cm] and a width of 5 [cm] are arranged along the longitudinal direction of the discharge vessel so that the two pieces face each other across the discharge vessel. It is affixed to. The aluminum tape constitutes an external electrode. In this case, the discharge gap length is 9.0 [mm] which is the inner diameter of the discharge vessel (glass tube).
As a result of the experiment, the ultraviolet (UV) radiation power [mW] of the lamp with the discharge gap length = 2 [mm] and the discharge gap length = 9 [mm] is 1 / of that of the lamp with the discharge gap length = 7.4 [mm]. It was found to be 3 to 1/5. That is, in order to obtain a large ultraviolet (UV) radiation power [mW], it has been found that the discharge gap length is not too long or too short.
以上の結果を踏まえ、以下の実験は、放電ギャップ長d=7.4[mm]のランプで実施した。
(3)交流電源
本願発明者らは、交流電源の波形や周波数の異なる電源でランプ10を点灯させ、投入電力[W]に対する単位面積当たりの紫外線(UV)放射パワー[mW/cm2]と効率[%]について調査した。なお、実験に供したランプ10における、キセノンとヨウ素の封入量は、Xe/I2=13.3[kPa]/0.04[kPa]である。
Based on the above results, the following experiment was performed with a lamp having a discharge gap length d = 7.4 [mm].
(3) AC power source The inventors of the present application turn on the lamp 10 with a power source having a different waveform or frequency of the AC power source, and the ultraviolet (UV) radiation power [mW / cm 2 ] per unit area with respect to the input power [W]. The efficiency [%] was investigated. Note that the amount of xenon and iodine enclosed in the lamp 10 subjected to the experiment is Xe / I 2 = 13.3 [kPa] /0.04 [kPa].
使用した交流電源は、上述したAC電源PS0、バイポーラ・パルス電源PS1、ユニポーラ・パルス電源PS2、ユニポーラ・パルス電源PS3である。
実験結果を図4に示す。
図4から、AC電源PS0を用いて投入電力を増大させると、放射パワーは、略直線的に上昇することが分かる。
The AC power supplies used are the above-described AC power supply PS0, bipolar pulse power supply PS1, unipolar pulse power supply PS2, and unipolar pulse power supply PS3.
The experimental results are shown in FIG.
From FIG. 4, it can be seen that when the input power is increased using the AC power source PS0, the radiation power increases approximately linearly.
また、ユニポーラ・パルス電源PS2を用いて得られる効率は、AC電源PS0を用いて得られる効率よりもはるかに高いことが分かる。
なお、図4には示していないが、ユニポーラ・パルス電源PS3を用い、周波数80[kHz]で点灯させたところ、10.3[mW/cm2]の放射パワーと5[%]〜8[%]の効率が得られた。
(4)キセノン封入圧
本願発明者らは、キセノン封入圧に対する紫外線(UV)パワーの変化の様子を調査した。キセノン封入圧(封入量)の異なる供試ランプを準備し、その各々を、バイポーラ・パルス電源PS1を用い、4.2[kV]、f=60[kHz]、デューティ比50[%]で点灯駆動した。
It can also be seen that the efficiency obtained using the unipolar pulse power supply PS2 is much higher than that obtained using the AC power supply PS0.
Although not shown in FIG. 4, when the unipolar pulse power source PS3 is used and the light is lit at a frequency of 80 [kHz], the radiation power of 10.3 [mW / cm 2 ] and 5 [%] to 8 [ %] Efficiency was obtained.
(4) Xenon Encapsulation Pressure The inventors of the present application investigated changes in ultraviolet (UV) power with respect to xenon encapsulation pressure. Prepare test lamps with different xenon sealing pressures (filling amounts), and each of them is lit at 4.2 [kV], f = 60 [kHz] and duty ratio 50 [%] using bipolar pulse power supply PS1 Driven.
ここで、ヨウ素(I2)の蒸気圧は0.04[kPa]と一定とし、キセノン(Xe)の封入圧[p(Xe)]を変化させた。
実験の結果、紫外線(UV)パワーは、キセノンの圧力が13〜14[kPa]までは、は単調に増加した後、減少に転じ、40[kPa]に達すると放電しなくなることが認められた。したがって、25[kPa]付近までの実験結果について図5に示す。
Here, the vapor pressure of iodine (I 2 ) was kept constant at 0.04 [kPa], and the enclosed pressure [p (Xe)] of xenon (Xe) was changed.
As a result of the experiment, it was recognized that the ultraviolet (UV) power increased monotonously until the pressure of xenon was 13 to 14 [kPa], then turned to decrease, and when it reached 40 [kPa], it was not discharged. . Therefore, the experimental results up to around 25 [kPa] are shown in FIG.
12[kv]よりも低い低圧領域においては、一様な放電が認められた。12[kPa]〜15[kPa]の領域では、一様な放電に加え複数のフィラメント放電が認められた。15[kPa]を超えると複数の明るいフィラメント放電が認められ、その数はキセノン圧の上昇とともに減少した。
図5に示す実験結果から、ヨウ素(I2)の封入量が一定の場合には、キセノン(Xe)の封入量を12[kPa]以上15[kPa]以下に設定することが、多くの紫外線(UV)パワーを得るためには好ましいことが分かる。また、供試ランプの中では、13.3[kPa]のキセノン(Xe)の封入量(封入圧)のものの紫外線(UV)パワーが最高であった。
Uniform discharge was observed in the low pressure region lower than 12 [kv]. In the region of 12 [kPa] to 15 [kPa], a plurality of filament discharges were recognized in addition to the uniform discharge. When it exceeded 15 [kPa], a plurality of bright filament discharges were observed, and the number decreased as the xenon pressure increased.
From the experimental results shown in FIG. 5, when the amount of iodine (I 2 ) enclosed is constant, the amount of xenon (Xe) enclosed can be set to 12 [kPa] or more and 15 [kPa] or less. It can be seen that it is preferable to obtain (UV) power. In addition, among the test lamps, the ultraviolet (UV) power of the 13.3 [kPa] xenon (Xe) enclosed amount (encapsulated pressure) was the highest.
以上の結果を踏まえ、以下の実験におけるキセノンの封入量(封入圧)は、13.3[kPa]とした。
(5)発光スペクトル
上記「(4)キセノン封入圧」の実験におけるキセノンの封入量(封入圧)が、13.3[kPa]の供試ランプの発光スペクトルを図6に、発光スペクトル(VUV〜UV領域)の強度分布値を図7に示す。なお、図6中、一点鎖線で示すのは、DNAの紫外線吸収率(相対値)曲線である。
Based on the above results, the amount of xenon enclosed (encapsulation pressure) in the following experiment was 13.3 [kPa].
(5) Emission Spectrum FIG. 6 shows the emission spectrum of the test lamp with the xenon encapsulation amount (encapsulation pressure) in the experiment of “(4) xenon encapsulation pressure” of 13.3 [kPa]. The intensity distribution value in the (UV region) is shown in FIG. In FIG. 6, the one-dot chain line represents the ultraviolet absorption rate (relative value) curve of DNA.
Xe/I2=13.3[kPA]/0.04[kPa]のランプ10の発光スペクトルは、図6に示すように、殺菌性のある領域(180[nm]〜300[nm])において、178[nm]〜188[nm](ピーク値:178.3[nm]、179.9[nm]、183.0[nm]、184.4[nm]、187.6[nm])の範囲と206.2[nm]とにヨウ素原子(I*)の発光、XeI(B→X、λmax=253[nm])、XeI(C→A、λmax=265[nm])にエキシマ発光、そして、270[nm]〜280[nm]の範囲でI2 *の微かな発光が認められた。 The emission spectrum of the lamp 10 with Xe / I 2 = 13.3 [kPA] /0.04 [kPa] is, as shown in FIG. 6, in a bactericidal region (180 [nm] to 300 [nm]). 178 [nm] to 188 [nm] (peak values: 178.3 [nm], 179.9 [nm], 183.0 [nm], 184.4 [nm], 187.6 [nm]) Emission of iodine atom (I * ) in the range and 206.2 [nm], Excimer emission in XeI (B → X, λmax = 253 [nm]), XeI (C → A, λmax = 265 [nm]), Further, a slight emission of I 2 * was observed in the range of 270 [nm] to 280 [nm].
このように、ランプ10から178[nm]〜188[nm]、および206.2[nm]波長の紫外光が取り出せるのは、図2において実線で示した透過率曲線を有するガラス材料を外管14(図1)に用いたからである。
従来の殺菌用ヨウ化キセノンランプは、253.7[nm]にピーク波長を有する低圧水銀ランプの代替品との位置づけから、当該低圧水銀ランプに用いられるガラス材料をその放電容器に用いている。すなわち、253[nm]およびその付近の紫外光が透過すれば良いとの観点から、図2において、破線で示すような透過率曲線を有するガラス材料を使用している。なお、破線は、従来の殺菌ランプに用いられているガラス材料の代表的なものの一例として示す、Vycor 7913(コーニング社製)の透過率曲線である。
As described above, ultraviolet light having a wavelength of 178 [nm] to 188 [nm] and 206.2 [nm] can be extracted from the lamp 10 by using a glass material having a transmittance curve indicated by a solid line in FIG. 14 (FIG. 1).
Since the conventional xenon iodide lamp for sterilization is positioned as an alternative to a low-pressure mercury lamp having a peak wavelength of 253.7 [nm], a glass material used for the low-pressure mercury lamp is used for the discharge vessel. That is, a glass material having a transmittance curve as indicated by a broken line in FIG. 2 is used from the viewpoint that 253 [nm] and ultraviolet light in the vicinity thereof may be transmitted. In addition, a broken line is the transmittance | permeability curve of Vycor 7913 (made by Corning) shown as an example of the typical thing of the glass material used for the conventional germicidal lamp.
破線の透過率曲線から分かるように、従来、殺菌ランプの放電容器に用いられているガラス材料は、200[nm]以下の紫外光をほとんど透過しない。
これに対し、実施の形態に係るランプ10の放電容器16(図1)は、178[nm]〜188[nm](ピーク値:178.3[nm]、179.9[nm]、183.0[nm]、184.4[nm]、187.6[nm])の範囲のヨウ素原子(I*)の発光による殺菌力をも利用すべく、実線で示すような、すくなくとも178[nm]以上の波長領域の紫外線を透過するガラス(以下、「供試ガラス」と言う。)材料を放電容器に用いることとしたのである。
As can be seen from the dashed transmittance curve, the glass material conventionally used for the discharge vessel of the germicidal lamp hardly transmits ultraviolet light of 200 [nm] or less.
On the other hand, the discharge vessel 16 (FIG. 1) of the lamp 10 according to the embodiment has 178 [nm] to 188 [nm] (peak values: 178.3 [nm], 179.9 [nm], 183. 0 [nm], 184.4 [nm], 187.6 [nm]) in order to utilize the bactericidal power due to light emission of iodine atoms (I * ), at least 178 [nm] as shown by the solid line The glass (hereinafter referred to as “test glass”) that transmits ultraviolet rays in the above wavelength region is used for the discharge vessel.
なお、放電容器に用いるガラス材料としては、図2の実線で示すものに限らず、短波長領域の紫外線の透過率がさらに高い、一点鎖線で示す透過率曲線を有するものを用いても良い。なお、一点鎖線は、実線よりもさらに高い透過率を有するガラス材料の一例として示す、Suprasil 311,312(ヘレウス社製)の透過率曲線である。
前記Suprasil 311,312は合成石英ガラスである。Vycor 7913と供試ガラスとは、共に溶融石英ガラスであるが、供試ガラスは、Vycor 7913よりも不純物をより多く除去したものであり、そのため、より短波長域の紫外線の透過率が向上している。
In addition, as a glass material used for a discharge vessel, what has the transmittance | permeability curve shown not only by the continuous line of FIG. 2, but the transmittance | permeability of the ultraviolet-ray of a short wavelength region is still higher may be used. The alternate long and short dash line is a transmittance curve of Suprasil 311, 312 (manufactured by Heraeus) shown as an example of a glass material having a higher transmittance than the solid line.
The Suprasil 311, 312 is a synthetic quartz glass. Vycor 7913 and the test glass are both fused silica glass, but the test glass has more impurities removed than Vycor 7913, which improves the transmittance of ultraviolet light in the shorter wavelength region. ing.
比較のためのランプとして、市販されている低圧水銀ランプ(形名:GL4、東芝ライテック株式会社製)の発光スペクトルを図8に示す。当該低圧水銀ランプ(以下、「比較ランプ」と言う。)は、図8に示すように、λ=253.7[nm]の共鳴線に集中する単放射特性を有する。
ランプ10と比較ランプの殺菌性に関する比較実験については後述する。
(6)点灯周波数
本願発明者らは、点灯周波数を変化させた場合、I*(206.2[nm])の発光強度とXeI*(253[nm])の発光強度がどのように変化するのかを調査すべく実験を実施した。
As a lamp for comparison, an emission spectrum of a commercially available low-pressure mercury lamp (model name: GL4, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.) is shown in FIG. The low-pressure mercury lamp (hereinafter referred to as “comparison lamp”) has a single radiation characteristic that concentrates on a resonance line of λ = 253.7 [nm] as shown in FIG.
A comparative experiment regarding the bactericidal properties of the lamp 10 and the comparative lamp will be described later.
(6) Lighting frequency When the lighting frequency is changed, the inventors of the present invention change how the emission intensity of I * (206.2 [nm]) and the emission intensity of XeI * (253 [nm]) change. An experiment was conducted to investigate whether this was the case.
実験結果を、図9に示す。図9において、横軸は点灯周波数[kHz]を、左側の縦軸は10[kHz]における、I*(206.2[nm])の発光強度とXeI*(253[nm])の発光強度とをそれぞれ「1」としたときの各々の相対放射強度を示している。図中、XeI*(253[nm])の発光強度は「●」で、I*(206.2[nm])の発光強度は「■」で、それぞれプロットした。右側の縦軸は、I*(206.2[nm])の発光強度をXeI*(253[nm])の発光強度で除した値を示しており、当該値は、図中「▲」でプロットした。 The experimental results are shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis represents the lighting frequency [kHz], and the left vertical axis represents the emission intensity of I * (206.2 [nm]) and the emission intensity of XeI * (253 [nm]) at 10 [kHz]. The relative radiant intensities when and are respectively “1” are shown. In the figure, the emission intensity of XeI * (253 [nm]) is plotted with “●”, and the emission intensity of I * (206.2 [nm]) is plotted with “■”. The vertical axis on the right side shows the value obtained by dividing the emission intensity of I * (206.2 [nm]) by the emission intensity of XeI * (253 [nm]), and this value is indicated by “▲” in the figure. Plotted.
図9から、10[kHz]から80[kHz]まで点灯周波数を変化させると、XeI*(253[nm])の放射強度は、おおむね直線的に5倍に増大する。
一方、I*(206[nm])放射強度は、40[kHz]までおおむね直線的に増大し、40[kHz]からその増加率が急上昇する。そして、70[kHz]〜80[kHz]で増加率が鈍化するため、80[kHz]を超えると、あまり発光強度の増加は望めないと思われる。また、詳細なデータは省略するが、効率は60[kHz]で最高値を示し、70[kHz]、80[kHz]と周波数が高くなるほど低下することが確認されている。よって、ランプ10は、40[kHz]〜80[kHz]の範囲で点灯駆動させることが好ましい。
From FIG. 9, when the lighting frequency is changed from 10 [kHz] to 80 [kHz], the radiation intensity of XeI * (253 [nm]) increases approximately five times linearly.
On the other hand, the I * (206 [nm]) radiation intensity increases substantially linearly up to 40 [kHz], and the rate of increase rapidly increases from 40 [kHz]. Since the rate of increase slows down from 70 [kHz] to 80 [kHz], it seems that if the frequency exceeds 80 [kHz], the increase in emission intensity cannot be expected. Although detailed data is omitted, it has been confirmed that the efficiency shows the maximum value at 60 [kHz] and decreases as the frequency increases to 70 [kHz] and 80 [kHz]. Therefore, it is preferable to drive the lamp 10 in a range of 40 [kHz] to 80 [kHz].
また、点灯周波数を高くしていった場合の、XeI*(253[nm])の放射強度とI*(206[nm])放射強度と増加割合が異なるため(最終的に、XeI*(253[nm])の放射強度は5倍に、I*(206[nm])放射強度は、19倍になる)、点灯周波数を変化させることによって両者の強度比を調整することが可能である。したがって、殺菌対象となる細菌の種類に応じて交流電源による点灯周波数を切り替えることにより効果的に対象菌を殺菌できる可能性がある。また、殺菌対象物中に、複数種の細菌(殺菌に効く波長の異なる細菌)が存在する場合には、当該殺菌に効く波長の範囲で、交流電源による点灯周波数を周期的に変化させることにより、効果的な殺菌が期待できる。 Further, when the lighting frequency is increased, XeI * (253 [nm]) radiation intensity and I * (206 [nm]) radiation intensity are different from each other in increase rate (finally, XeI * (253 The intensity ratio of [nm]) is 5 times, and the intensity ratio of I * (206 [nm]) is 19 times). By changing the lighting frequency, the intensity ratio of both can be adjusted. Therefore, there is a possibility that the target bacteria can be effectively sterilized by switching the lighting frequency by the AC power source according to the type of bacteria to be sterilized. In addition, when there are multiple types of bacteria (bacteria with different wavelengths effective for sterilization) in the sterilization target, by periodically changing the lighting frequency by the AC power source within the wavelength range effective for the sterilization Effective sterilization can be expected.
以上の結果を踏まえ、以下の殺菌実験は、実験範囲で最も効率の高い60[kHz]の周波数でランプ10を点灯することとした。
<殺菌実験>
本願発明者らは、ランプ10(Xe/I2=13.3[kPA]/0.04[kPa])を点灯周波数60[kHz]で点灯させ殺菌実験を行った。このとき用いた交流電源は、バイポーラ・パルス電源PS1である。
Based on the above results, in the following sterilization experiment, the lamp 10 was turned on at a frequency of 60 [kHz] which is the most efficient in the experimental range.
<Sterilization experiment>
The inventors of the present application performed a sterilization experiment by lighting the lamp 10 (Xe / I 2 = 13.3 [kPA] /0.04 [kPa]) at a lighting frequency of 60 [kHz]. The AC power source used at this time is a bipolar pulse power source PS1.
対象菌としては、耐性の高い細菌として知られている枯草菌芽胞「Bacillus Subtilis ATCC6633芽胞」(Eiken Chemical Co.)を採用した。当該枯草菌の芽胞懸濁液として、菌数が107[CFU/ml]に調整されたものを用いた。
(1)ペトリ皿を用いた実験
本実験では、比較対象として前記比較ランプ(GL4、東芝)による殺菌実験も実施した。
As a target bacterium, Bacillus subtilis ATCC6633 spore (Eiken Chemical Co.), which is known as a highly resistant bacterium, was employed. As the spore suspension of Bacillus subtilis, one having a bacterial count adjusted to 10 7 [CFU / ml] was used.
(1) Experiment using Petri dish In this experiment, the sterilization experiment by the said comparison lamp (GL4, Toshiba) was also implemented as a comparison object.
前記芽胞懸濁液が1.5[ml]溜められたペトリ皿に、当該ペトリ皿底面と平行に設置したランプ10または比較ランプによって、数秒から1分の照射時間で、紫外線を照射した。ランプ10および比較ランプとペトリ皿との距離は、5[cm]とした。また、ランプ10に関しては、ペトリ皿との距離を2[cm]に設定しても実施した。
ランプ10から2[cm]、5[cm]の距離における紫外線照度は、それぞれ、1.71[mW/cm2]、0.76[mW/cm2]であった。
The Petri dish in which 1.5 [ml] of the spore suspension was stored was irradiated with ultraviolet rays for several seconds to 1 minute by the lamp 10 or the comparative lamp installed in parallel with the bottom of the Petri dish. The distance between the lamp 10 and the comparative lamp and the Petri dish was 5 [cm]. Further, the lamp 10 was implemented even when the distance from the Petri dish was set to 2 [cm].
The ultraviolet illuminance at distances of 2 [cm] and 5 [cm] from the lamp 10 were 1.71 [mW / cm 2 ] and 0.76 [mW / cm 2 ], respectively.
比較ランプから5[cm]の距離における紫外線照度は1.6[mW/cm2]であった。したがって、ランプ10と等距離における紫外線量[mJ/cm2]を等しいものとするため
、比較ランプによる紫外線の照射時間は、ランプ10よりも短くした。
ペトリ皿の中で所定時間紫外線が照射された芽胞懸濁液を103倍に希釈し、希釈液の少量を、シャーレ(Sterile S shale,Eiken Chemical Co.)に収納された標準寒天培地(Parlkore, Eiken Chemical Co.)上に均一に塗沫して、培養した。培養条件は、37[℃]で48[時間]とした。
The ultraviolet illuminance at a distance of 5 [cm] from the comparative lamp was 1.6 [mW / cm 2 ]. Therefore, in order to make the amount of ultraviolet rays [mJ / cm 2 ] at the same distance as the lamp 10 equal, the irradiation time of the ultraviolet rays by the comparative lamp was made shorter than that of the lamp 10.
A spore suspension irradiated with ultraviolet rays for a predetermined time in a Petri dish is diluted 10 3 times, and a small amount of the diluted solution is stored in a standard agar medium (Parlkore) stored in a petri dish (Sterile Shale, Eiken Chemical Co.). , Eiken Chemical Co.) and inoculated uniformly. The culture conditions were 37 [° C.] and 48 [hours].
希釈率と培養後における寒天培地上のコロニーの計数値とから、生菌率(生存菌数[CFU]/初発菌数[CFU])を算出した。
実験結果を図10に示す。
図10中、比較ランプによる生菌率を「■」で、ランプ10のペトリ皿との距離が5[cm]の場合の生菌率を「▲」で、ランプ10のペトリ皿との距離が2[cm]の場合の生菌率を「▼」で、それぞれプロットした。
The viable cell ratio (viable cell count [CFU] / initial cell count [CFU]) was calculated from the dilution rate and the count of colonies on the agar medium after culture.
The experimental results are shown in FIG.
In FIG. 10, the viable cell rate by the comparative lamp is “■”, the viable cell rate is “▲” when the distance from the lamp 10 to the Petri dish is 5 [cm], and the distance from the lamp 10 to the Petri dish is The viable cell rate in the case of 2 [cm] was plotted with “▼”.
図10から分かるように、実験範囲において、ランプ10では、生菌率10-6レベルを超える殺菌性が発揮されることが確認された。
なお、図10には示していないが、ランプ10による完全殺菌(100[%]殺菌)は、紫外線量が50[mJ/cm2]〜55[mJ/cm2]を超えると達成された。
また、ランプ10のD値(Decimal Reduction Value)は、約5[mJ/cm2]〜8[mJ/cm2]であった。
As can be seen from FIG. 10, in the experimental range, it was confirmed that the lamp 10 exhibits bactericidal properties exceeding the viable cell rate of 10 −6 level.
Although not shown in FIG. 10, complete sterilization (100 [%] sterilization) using the lamp 10 was achieved when the ultraviolet ray amount exceeded 50 [mJ / cm 2 ] to 55 [mJ / cm 2 ].
Further, the D value (Decimal Reduction Value) of the lamp 10 was about 5 [mJ / cm 2 ] to 8 [mJ / cm 2 ].
図10から、ランプ10は、比較ランプよりも高い殺菌性を有することが分かるが、例えば、生菌率10-4レベルを達成するのに必要な紫外線量は、比較ランプが40[mJ/cm2]であるのに対し、ランプ10は22[mJ/cm2]〜25[mJ/cm2]であった。
また、略15[mJ/cm2]以上では、紫外線量が同じであれば、ランプ10の生菌率は比較ランプよりも低い(すなわち、殺菌性が高い)ことが分かる。比較ランプのピーク波長が253.7[nm]のみであるのに対し、ランプ10のピーク波長が253[nm]に加え、178[nm]〜207[nm]の範囲に存することから判断して、当該178[nm]〜207[nm]といった短波長領域の紫外線の殺菌性が高いためであると考えられる。
From FIG. 10, it can be seen that the lamp 10 has a higher bactericidal property than the comparative lamp. For example, the amount of ultraviolet rays necessary to achieve a viable cell rate of 10 −4 is 40 [mJ / cm 2 ], while the lamp 10 was 22 [mJ / cm 2 ] to 25 [mJ / cm 2 ].
In addition, at approximately 15 [mJ / cm 2 ] or more, if the amount of ultraviolet rays is the same, it can be seen that the viable cell rate of the lamp 10 is lower than that of the comparative lamp (that is, the bactericidal property is high). Judging from the fact that the peak wavelength of the comparative lamp is only 253.7 [nm], the peak wavelength of the lamp 10 is in the range of 178 [nm] to 207 [nm] in addition to 253 [nm]. This is considered to be due to the high bactericidal properties of ultraviolet rays in the short wavelength region of 178 [nm] to 207 [nm].
この点について確認するため、ランプ10のペトリ皿との距離を5[cm]に加え、2[cm]でも実験を行った。すなわち、上記短波長領域の紫外線は空気に吸収されやすいため、ランプ10をペトリ皿(芽胞懸濁液)に近づけることにより、当該短波長領域の紫外線の芽胞懸濁液に対する照射量を増大させるためである。
図10における、ランプ10の、ペトリ皿からの距離が5[cm]の場合と2[cm]の場合とを比較すると、同じ生菌率の殺菌性を達成するのに必要な紫外線量[mJ/cm2]は、2[cm]の場合の方が5[cm]の場合よりも少なくて済むことがわかる。これにより、ランプ10における、178[nm]〜188[nm]領域と206.2[nm]におけるI*発光が殺菌に寄与していることが確認されたと考えられる。
In order to confirm this point, the distance from the Petri dish of the lamp 10 was added to 5 [cm], and an experiment was conducted at 2 [cm]. That is, since the ultraviolet rays in the short wavelength region are easily absorbed by air, the irradiation amount of the ultraviolet rays in the short wavelength region to the spore suspension is increased by bringing the lamp 10 closer to the Petri dish (spore suspension). It is.
In FIG. 10, when the distance from the Petri dish of the lamp 10 is 5 [cm] and 2 [cm], the amount of ultraviolet rays necessary to achieve the same bactericidal rate [mJ It can be seen that / cm 2 ] is smaller in the case of 2 [cm] than in the case of 5 [cm]. Thereby, it is considered that I * emission in the 178 [nm] to 188 [nm] region and 206.2 [nm] in the lamp 10 contributed to sterilization.
さらに、178[nm]〜188[nm]領域と206.2[nm]におけるI*発光が殺菌効果を向上させる理由として以下の点が推察される。すなわち、細菌は、ピーク波長253.7[nm]の単一波長の照射(比較ランプによる紫外線照射)に適応して、耐性を有する変異体(resistant mutants)を生成する。しかしながら、複数の波長の紫外線の照射(ランプ10による紫外線照射)に対しては、細菌が前記変異体を生成するのが困難になるからであると思われるからである。 Furthermore, the following points are presumed as the reason why I * emission in the 178 [nm] to 188 [nm] region and 206.2 [nm] improves the bactericidal effect. That is, the bacterium produces resistant mutants in response to irradiation with a single wavelength having a peak wavelength of 253.7 [nm] (ultraviolet irradiation with a comparative lamp). However, it is considered that it is difficult for bacteria to produce the mutant against irradiation with ultraviolet rays having a plurality of wavelengths (ultraviolet irradiation by the lamp 10).
図11に、実験に供された寒天培地の写真を示す。図11(a)、(b)の左側は、紫外線未照射の前記芽胞懸濁液を103倍に希釈したものの、37[℃]で48[時間]培養後の写真である。
図11(a)の右側は、22.8[mJ/cm2]の紫外線量照射後の結果であり。図11(b)の右側は、45.6[mJ/cm2]の紫外線量照射後の結果である。
(2)流水殺菌装置を用いた実験
ペトリ皿を用いた上記実験は、滞留する水中に存する枯草菌芽胞に対する殺菌性を調査したが、本実験では、流水中に存する枯草菌芽胞に対する殺菌性を調査した。
FIG. 11 shows a photograph of the agar medium used in the experiment. The left side of FIGS. 11 (a) and 11 (b) is a photograph after culturing at 37 [° C.] for 48 [hours], although the spore suspension not irradiated with ultraviolet rays was diluted 10 3 times.
The right side of FIG. 11A shows the result after irradiation with an ultraviolet ray amount of 22.8 [mJ / cm 2 ]. The right side of FIG. 11 (b) shows the result after irradiation with an ultraviolet ray amount of 45.6 [mJ / cm 2 ].
(2) Experiment using flowing water sterilizer The above experiment using a Petri dish investigated the bactericidal properties against Bacillus subtilis spores existing in the staying water. investigated.
当該実験に用いた殺菌装置40の概略構成を図12に示す。
前記芽胞懸濁液を1[l]貯留するステンレス製の水槽44から、当該懸濁液42がチューブポンプ(Masterflex,Cole Parmer Instrument Co.)46によって、5.4[l/min]の流速で汲み上げられる。汲み上げられた芽胞懸濁液は、幅90[mm]で、図示のように傾斜したステンレス製の平板48上に流出される。
FIG. 12 shows a schematic configuration of the sterilizer 40 used in the experiment.
From the stainless steel water tank 44 storing 1 [l] of the spore suspension, the suspension 42 is transferred by a tube pump (Masterflex, Cole Parmer Instrument Co.) 46 at a flow rate of 5.4 [l / min]. Pumped up. The spore suspension thus pumped out flows on a flat plate 48 made of stainless steel having a width of 90 [mm] and inclined as shown in the figure.
平板48上で、芽胞懸濁液は幅90[mm]で深さ0.5[mm]の均一な層となって流れ、その後、水槽44に還流する。
一方、平板48の上方には、平板48との垂直方向の距離が4[cm]の位置に、ホルダー50に支持されてランプ10が配置されている。なお、ホルダー50によってランプ10が直接的に支持されているのは、紫外線照射の妨げにならないランプ10端部である。
On the flat plate 48, the spore suspension flows as a uniform layer having a width of 90 [mm] and a depth of 0.5 [mm], and then returns to the water tank 44.
On the other hand, the lamp 10 is arranged above the flat plate 48 and supported by the holder 50 at a position where the distance in the vertical direction to the flat plate 48 is 4 [cm]. Note that the lamp 10 is directly supported by the holder 50 at the end of the lamp 10 that does not hinder ultraviolet irradiation.
また、ランプ10の上方には、ランプ10を冷却するためのクーリングファン52が設けられている。クーリングファン52で冷却するのは、ランプ10の点灯中の温度を可能な限り一定に維持し、キセノン(Xe)ガスの圧力やヨウ素(I2)の蒸気圧を一定に保持するためである。
ランプ10から側方に、カバー54が設けられている。これは、クーリングファン52がもたらす風によって運ばれる、空気中のミクロフローラ(microflora)が水槽44中の芽胞懸濁液42に入りこまないように遮蔽するためである。なお、「(1)ペトリ皿を用いた実験」の項では言及しなかったが、ペトリ皿を用いた実験においても、クーリングファンを用い、ランプ10には、ペトリ皿の中の芽胞懸濁液にミクロフローラ(microflora)が侵入するのを防止するためカバー54と同様のカバーを取り付けた。
A cooling fan 52 for cooling the lamp 10 is provided above the lamp 10. The reason for cooling by the cooling fan 52 is to keep the temperature during lighting of the lamp 10 as constant as possible and to keep the pressure of xenon (Xe) gas and the vapor pressure of iodine (I 2 ) constant.
A cover 54 is provided laterally from the lamp 10. This is because the microflora in the air carried by the wind generated by the cooling fan 52 is shielded from entering the spore suspension 42 in the water tank 44. Although not mentioned in the section of “(1) Experiment using Petri dish”, in the experiment using Petri dish, a cooling fan was used and lamp 10 had a spore suspension in the Petri dish. A cover similar to the cover 54 was attached to prevent microflora from entering.
なお、流水装置を用いた実験は、カバー54を取り外した状態においても行った。
上記殺菌装置40を用い、平板48上を流れる芽胞懸濁液42に、ランプ10によって1[min]〜10[min]の間、紫外線を照射した。
そして、上記「(1)ペトリ皿を用いた実験」で説明したのと同様な手法で、生菌率(生存菌数[CFU]/初発菌数[CFU])を求めた。
The experiment using the running water device was also performed with the cover 54 removed.
Using the sterilizer 40, the spore suspension 42 flowing on the flat plate 48 was irradiated with ultraviolet rays by the lamp 10 for 1 [min] to 10 [min].
Then, the viable cell ratio (viable cell count [CFU] / initial cell count [CFU]) was determined in the same manner as described in “(1) Experiment using Petri dish”.
その結果を図13に示す。図13において、カバー54(図12)を設けた場合の生菌率を「◇」で、カバー54無しの場合の生菌率を「◆」で、それぞれプロットした。
図13から分かるように、流水中の枯草菌芽胞に対しても殺菌性が認められた。これは、ランプ10が水の殺菌浄化システムにも好適に用いることができることを示唆している。
The result is shown in FIG. In FIG. 13, the viable cell rate when the cover 54 (FIG. 12) is provided is plotted with “「 ”, and the viable cell rate without the cover 54 is plotted with“ ♦ ”.
As can be seen from FIG. 13, bactericidal properties were also observed against Bacillus subtilis spores in running water. This suggests that the lamp 10 can be suitably used for a water sterilization and purification system.
また、カバー54の有無にかかわらず同様な結果となった。これは、カバー無しの場合、芽胞懸濁液42の中にミクロフローラ(microflora)が侵入していたと仮定すると、ランプ10は、当該ミクロフローラ(microflora)を死滅させる効果をも発揮したと考えられる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることも可能である。
The same result was obtained regardless of the presence or absence of the cover 54. If it is assumed that the microflora has invaded the spore suspension 42 in the case of no cover, it is considered that the lamp 10 also exerted the effect of killing the microflora. .
As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described form, and for example, the following form is also possible.
上記実施の形態では、本発明を誘電体バリア放電ランプに適用した例を示したが、これに限らず、本発明は、熱陰極ランプや冷陰極ランプにも適用可能である。
また、上記実施の形態では、放電容器を溶融石英ガラスや合成石英ガラスなどのガラス材料で形成したが、これに限らず、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)等の他の透光性材料で形成しても構わない。要は、ヨウ素原子(I*)の発光波長領域の紫外線(特に、178[nm]以上の波長領域の紫外線)を透過する透光性材料であれば良いのである。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a dielectric barrier discharge lamp has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can also be applied to a hot cathode lamp and a cold cathode lamp.
In the above embodiment, the discharge vessel was formed of a glass material such as fused quartz glass or synthetic quartz glass, not limited thereto, for example, in other light-transmissive material such as magnesium fluoride (MgF 2) It may be formed. In short, any translucent material that transmits ultraviolet rays in the emission wavelength region of iodine atoms (I * ) (particularly, ultraviolet rays in a wavelength region of 178 [nm] or more) may be used.
本願発明に係る無水銀殺菌ランプは、食品包装材の殺菌や水の殺菌浄化に好適に利用可能である。 The mercury-free sterilizing lamp according to the present invention can be suitably used for sterilizing food packaging materials and sterilizing and purifying water.
10 誘電体バリア放電ヨウ化キセノンエキシマランプ
16 放電容器
40 殺菌装置
10 Dielectric Barrier Discharge Xenon Iodide Excimer Lamp 16 Discharge Container 40 Sterilizer
Claims (2)
前記放電容器が、ヨウ素原子(I*)の発光波長178[nm]〜188[nm]、および206.2[nm]の領域を含む、少なくとも178[nm]以上の波長領域の紫外線を透過する石英ガラスで形成され、
前記交流電源は、前記無水銀殺菌ランプの点灯周波数を周期的に変化させることで、ヨウ化キセノンの発光とヨウ素原子の発光との比率を周期的に変化させることを特徴とする殺菌装置。 A mercury-free sterilization lamp having a discharge vessel in which xenon gas and iodine vapor are sealed, and an AC power source for driving the mercury-free sterilization lamp,
The discharge vessel transmits ultraviolet rays in a wavelength region of at least 178 [nm] including an emission wavelength of iodine atoms (I * ) of 178 [nm] to 188 [nm] and 206.2 [nm]. Formed of quartz glass,
The alternating current power supply, the lighting frequency of the mercury-free germicidal lamp by periodically changing, sterilizing apparatus characterized by periodically changing the ratio of the light emission of the light emitting and iodine atom iodide xenon.
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