JP2017136145A

JP2017136145A - 殺菌装置

Info

Publication number: JP2017136145A
Application number: JP2016017843A
Authority: JP
Inventors: 龍志五十嵐; Ryushi Igarashi; 宏市亀井; Koichi Kamei
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-10
Also published as: CN108601854B; US11007378B2; CN108601854A; WO2017135190A1; US20190038914A1

Abstract

【課題】身体上または身体内に存在する殺菌対象生物を、ヒト細胞に対する危害を抑制しながら殺菌・消毒することができ、しかも、エネルギー効率が高い殺菌装置の提供。【解決手段】身体上または身体内の殺菌対象生物に光照射することにより、殺菌対象生物を殺菌・消毒する殺菌装置であって、放出光の波長が、１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域、及び２３０〜３００ｎｍの波長域に存在する光源２０と、光源に電力を供給する電力供給部３０と、電力供給部を制御する制御部３５と、光学フィルタ４０とを備えてなり、制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ2以下となるように電力供給部が制御される殺菌装置。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線を利用した殺菌装置に関し、更に詳しくは人体に存在する有害な生物に対する殺菌に適用することができる殺菌装置に関する。

従来、紫外線による殺菌・消毒等（以下、単に「ＵＶ殺菌」ともいう。）は、食品分野や医療関係分野等、様々な分野で活用されている。ＵＶ殺菌は、殺菌対象生物（例えばバクテリアなど）の細胞内のＤＮＡに紫外線を作用させることにより行われる。具体的には、細胞内のＤＮＡに紫外線を吸収させて、ＤＮＡの遺伝コードを破壊して、当該細胞の増殖・代謝が正常に行われないようにすることにより、当該細胞を有する殺菌対象生物を不活化する。

ＵＶ殺菌においては、上述したように、細胞のＤＮＡの遺伝コードを破壊するので、薬剤による対象生物の不活化（殺菌・消毒など）の場合とは異なり、殺菌対象生物は紫外線照射に対する耐性を獲得することがない。また、薬剤による殺菌・消毒等と異なり、ＵＶ殺菌は、殺菌対象生物の存在するエリアに薬剤などが残留しないという利点を有する。

ここで、ＵＶ殺菌は、人体以外に存在する人体に有害な生物（殺菌対象生物）に対して施されることが一般的である。例えば、人体と接触する医療機器（例えば、メス、歯科治療器）等の表面殺菌、水や溶液中の細菌を対象として液体殺菌、空気中に存在する菌を殺菌する空気殺菌などである。

ＵＶ殺菌は非常に効果的であるので、人体表面等に存在する有害な生物に対するＵＶ殺菌の要請は強い。例えば、再入院率、死亡率の悪化に繋がる手術部位感染（ＳＳＩ：ｓｕｒｇｉｃａｌｓｉｔｅｉｎｆｅｃｔｉｏｎ）の防止には、手術が施された人体部位へのＵＶ照射が有効と考えられる。また、創傷、やけど、褥瘡等が発生した部位や皮膚移植部位における感染症の防止、および健常皮膚の除菌等においても、ＵＶ殺菌への期待は大きい。

しかしながら、上述したように、ＵＶ殺菌は生物の細胞のＤＮＡの遺伝コードを破壊することにより行われるものであるため、人体に紫外線が照射されると、当然ながら、人体の正常細胞もダメージを受ける。その結果、人体には、例えば、光老化、皮膚癌の発生といった重大な不具合が発生する。
このような理由から、人体に存在する有害な生物の殺菌を行う手法として、ＵＶ殺菌は普及していなかった。

このような状況を鑑み、近年、紫外線照射によって、ヒト細胞を害することなく、殺菌対象部位に存在する殺菌対象生物であるバクテリアを選択的に殺菌する殺菌装置が提案されている（特許文献１参照。）。
この殺菌装置は、少なくとも波長が約１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光を放射する光源と、この光源からの光のうち、約１９０〜２３０ｎｍの波長域以外の波長の光を遮断する光学フィルタとを有する。
このような殺菌装置によれば、約１９０〜２３０ｎｍの波長域の光のみを選択的に照射することができるため、ヒト細胞に対する危害を実質的に回避しつつ、身体における殺菌対象部位に存在する殺菌対象生物の殺菌・消毒が可能となる。

特表２０１４−５０８６１２号公報

しかしながら、上記の殺菌装置においては、以下のような問題があることが判明した。上記の殺菌装置において、光源例えばＫｒＣｌエキシマランプからの放出光のうち、１９０〜２３０ｎｍ以外の波長域にある光を、光学フィルタによって完全に遮断する場合、すなわち、透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍ以外の波長域にある光の強度が０となる光学フィルタを用いる場合には、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の強度も相当に減衰してしまう。このため、殺菌対象部位に対して、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光を、所定の照射量例えば１００ｍＪ／ｃｍ²以上の照射量で照射するためには、ＫｒＣｌエキシマランプに相当に大きな電力を供給することが必要となる。従って、エネルギー効率の高い殺菌装置を構成することが困難である。また、ＫｒＣｌエキシマランプに大きい電力を供給するために、大型の電力供給部が必要となるため、装置全体が大型化するという問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなれたものであって、その目的は、身体上または身体内に存在する殺菌対象生物を、ヒト細胞に対する危害を抑制しながら殺菌・消毒することができ、しかも、エネルギー効率が高い殺菌装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、発明者らは、鋭意研究した結果、照射する紫外線に１９０〜２３０ｎｍの波長域以外の光、具体的には、２３０〜３００ｎｍの波長域の光が含まれていても、２３０〜３００ｎｍの波長域の光によるドーズ量を制御することにより、ヒト細胞を害することなしに、殺菌対象生物を殺菌・消毒することが可能であることを見いだし、この知見に基づいて、本発明を完成するに至った。

本発明の殺菌装置は、身体上または身体内の殺菌対象生物に光照射することにより、前記殺菌対象生物を殺菌・消毒する殺菌装置であって、
放出光の波長が、１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域、および２３０〜３００ｎｍの波長域に存在する光源と、
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されることを特徴とする。

本発明の殺菌装置においては、前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、
前記光学フィルタは、下記式（１）を満足する性能を有することが好ましい。
式（１）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０９×（ａ₀／ｂ₀）

本発明の殺菌装置においては、前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されることが好ましい。

このような殺菌装置においては、前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、
前記光学フィルタは、下記式（２）を満足する性能を有することが好ましい。
式（２）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０４×（ａ₀／ｂ₀）

本発明の殺菌装置においては、前記光源がＫｒＣｌエキシマランプである場合には、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（３）を満足する性能を有することが好ましい。
式（３）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．５７７

本発明の殺菌装置においては、前記光源がＫｒＣｌエキシマランプである場合であって、前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されるときには、前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（４）を満足する性能を有することが好ましい。
式（４）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．２５６

本発明の殺菌装置においては、前記光源がＫｒＢｒエキシマランプである場合には、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（５）を満足する性能を有することが好ましい。
式（５）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．３３６

本発明の殺菌装置においては、前記光源がＫｒＢｒエキシマランプである場合であって、前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されるときには、前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（６）を満足する性能を有することが好ましい。
式（６）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．１４９

本発明の殺菌装置においては、前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀とし、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量をｘとしたとき、
前記光学フィルタは、下記式（７）を満足する性能を有することが好ましい。
式（７）：０＜ｆｂ／ｆａ＜（ｘ／１００）×（ａ₀／ｂ₀）

本発明の殺菌装置においては、前記光源が窒化物半導体を用いたＬＥＤであってもよい。
また、前記光学フィルタは、ＳｉＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜による誘電体多層膜を有することが好ましい。

本発明の殺菌装置によれば、制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部が制御されることにより、身体上または身体内に存在する殺菌対象生物を、ヒト細胞に対する危害を抑制しながら殺菌・消毒することができる。
また、光学フィルタによって、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光を完全に遮断することが不要であるため、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光について透過性の高い光学フィルタを用いることか可能となる。従って、光源に大きい電力を供給することが不要であるため、高いエネルギー効率が得られる。

本発明の殺菌装置の一例における構成を示す説明図である。エキシマランプの一例における構成を示す説明用断面図である。ＫｒＣｌエキシマランプから放出されるエキシマ光の分光分布曲線を示すグラフである。ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（１）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示すグラフである。ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（２）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示すグラフである。ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（３）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示すグラフである。

図１は、本発明の殺菌装置の一例における構成を示す説明図である。
この殺菌装置は、外形が直方体状の筐体１０を有する。この筐体１０の一面（図１において下面）には、紫外線を透過する、例えば合成石英ガラスよりなる矩形の板状の紫外線透過窓部１１が設けられている。

筐体１０内には、光源として、棒状のエキシマランプ２０が紫外線透過窓部１１に対向するよう配置されている。筐体１０内におけるエキシマランプ２０の背後には、エキシマランプ２０からの光を紫外線透過窓部１１に向かって反射する樋状の反射ミラー１５が、当該エキシマランプ２０を取り囲むよう配置されている。
また、大気中の酸素は波長２００ｎｍ以下の光を吸収するため、エキシマランプ２０からの光の強度が減衰することを防止することを目的として、必要に応じて、筐体１０の内部は、窒素（Ｎ₂）ガスなどの不活性ガスでパージされる。

エキシマランプ２０には、当該エキシマランプ２０に電力を供給する電力供給部３０が接続されている。この電力供給部３０には、当該電力供給部３０を制御する制御部３５が接続されている。
筐体１０の外部において、紫外線透過窓部１１に対向する位置には、矩形の板状の光学フィルタ４０が配置されている。この光学フィルタ４０は、固定部材４１によって、筐体１０に固定されている。

上記の殺菌装置においては、エキシマランプ２０からの光が、紫外線透過窓部１１を介して筐体１０の外部に放射され、更に、光学フィルタ４０を介して殺菌対象部位Ｐに照射される。これにより、殺菌対象部位Ｐに存在するバクテリアなどの殺菌対象生物に対する殺菌・消毒が行われる。

エキシマランプ２０としては、放出光の中心波長が１９０〜２３０ｎｍであるものを用いることができる。
このようなエキシマランプ２０の具体例としては、放出光の中心波長が２２２ｎｍであるＫｒＣｌエキシマランプ、放出光の中心波長が２０７ｎｍであるＫｒＢｒエキシマランプが挙げられる。

図２は、エキシマランプ２０の一例における構成を示す説明用断面図である。このエキシマランプ２０においては、誘電体よりなる円筒状の一方の壁材２２と、この一方の壁材２２内にその筒軸に沿って配置された、当該一方の壁材２２の内径より小さい外径を有する誘電体よりなる円筒状の他方の壁材２３とを有する密閉型の放電容器２１が設けられている。この放電容器２１においては、一方の壁材２２および他方の壁材２３の各々の両端部が封止壁部２４，２５によって接合され、一方の壁材２２と他方の壁材２３との間に円筒状の放電空間Ｓが形成されている。放電容器２１を構成する誘電体としては、例えば石英ガラスを用いることができる。

放電容器２１における一方の壁材２２には、その外周面２２ａに密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極２６が設けられている。放電容器２１における他方の壁材２３には、その外面２３ａを覆うようアルミニウムよりなる膜状の他方の電極２７が設けられている。一方の電極２６および他方の電極２７は、それぞれ電力供給部３０に接続されている。
放電容器２１内には、クリプトンと塩素または臭素との混合物よりなる放電用ガスが充填されている。また、放電容器２１内には、金属塩化物または金属臭化物よりなる発光用元素補給用物質２８が配置されている。

このエキシマランプ２０においては、一方の電極２６と他方の電極２７との間に高周波電圧が印加されると、放電容器２１内の放電空間Ｓにおいて誘電体バリア放電が発生する。これにより、放電容器２１内においては、クリプトン元素と塩素元素または臭素元素とによるエキシマが生成され、このエキシマから放出されるエキシマ光が、一方の壁材２２を介して一方の電極２６の網目から外部に放出される。
エキシマランプ２０がＫｒＣｌエキシマランプである場合には、エキシマランプ２０から放出されるエキシマ光は、中心波長が例えば２２２ｎｍであって、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光を含むものである。図３に、エキシマランプ２０から放出されるエキシマ光の分光分布曲線を示す。
また、エキシマランプ２０がＫｒＢｒエキシマランプである場合には、エキシマランプ２０から放出されるエキシマ光は、中心波長が例えば２０７ｎｍであって、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光を含むものである。

本発明の殺菌装置においては、制御部３５によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下、好ましくは４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御される。

以下に、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を上記の値に規定する理由について説明する。
ヒトの皮膚に紫外線を照射した際に発生する皮膚がんは、紫外線によって皮膚細胞のＤＮＡがダメージを受ける結果として生じるものである。例えば、波長２６０ｎｍを含む波長域の紫外線が皮膚に照射されると、皮膚細胞中のＤＮＡを構成する塩基が励起され、基底状態に戻る過程において塩基同士が反応を起こし、例えば、シクロブタン型ピリミジンダイマー（ＣｙｃｌｏｂｕｔａｎｅＰｙｒｉｍｉｄｉｎｅＤｉｍｅｒ，ＣＰＤ）や、６−４ＰＰなどの二量体分子が生成する。このようなＤＮＡの損傷は、ＤＮＡ構造の変化を引き起こすため、ＤＮＡの複製やＲＮＡの転写が阻害され、その結果、皮膚がん発生の原因となる。
このような紫外線による皮膚がん発生においては、紫外線の波長に依存した紫外線の照射量（ドーズ量）に閾値があることが知られている。

一方、太陽光に含まれる紫外線を継続的に浴びると、皮膚に紅斑が生じるなどの変化が起きる。すなわち、皮膚に紫外線が照射されると、紫外線の照射量に応じて紅斑が発生する。近年、皮膚に生じる白斑などの自己免疫疾患の治療に、皮膚への紫外線照射が利用されている。その際、紫外線照射による皮膚疾患発生のリスクを回避するために、紫外線照射量は、通常、皮膚に紅斑が発生する最低の紫外線照射量である最小紅斑量（ＭｉｎｉｍａｌＥｒｙｔｈｅｍａＤｏｓｅ：ＭＥＤ）の値未満に設定されている。
また、皮膚に紅斑を発生させる波長は、発がんを誘導する波長と近似であることが知られている（F.R.de Gruijl,: Health Phys.67(4):319-325;199424 (2001).参照。）。

従って、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光については、ＭＥＤを考慮して照射量を設定することにより、ヒト細胞に対する危害を実質的に回避することが可能である。具体的には、波長が２５０〜３００ｎｍの波長域にある光において、ＭＥＤが９ｍＪ／ｃｍ²より大きい値であることから（Aesthetic Dermatol,No3,35(1991）参照）、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²以下にすることにより、ヒト細胞に対する危害が実質的に回避されることになる。

また、波長が２５０〜３００ｎｍの波長域にある光について、上記のＭＥＤは、日本人の平均値を示すものである。日本人は、世界保健機構（ＷＨＯ）が分類する紫外線に対する皮膚の感受性の度合いであるＰｈｏｔｏＳｋｉｎＴｙｐｅにおいて、ＴｙｐｅII〜ＴｙｐｅIVに該当する。従って、ＴｙｐｅＩに属する人を考慮すると、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量は、４ｍＪ／ｃｍ²以下にすることが好ましい。

また、ＵＶ殺菌においては、１回の光照射における波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量は１００ｍＪ／ｃｍ²以上であることが好ましい。

光学フィルタ４０は、合成石英ガラスよりなる基板の両面に、ＳｉＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜による誘電体多層膜が形成されて構成されている。
このような光学フィルタ４０としては、光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、光源から放出される光が光学フィルタ４０を透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、下記式（１）を満足する性能を有するものを用いることが好ましい。
式（１）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０９×（ａ₀／ｂ₀）

また、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御される場合には、光学フィルタ４０としては、下記式（２）を満足する性能を有するものを用いることが好ましい。
式（２）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０４×（ａ₀／ｂ₀）

光源であるエキシマランプ２０として、ＫｒＣｌエキシマランプを用いる場合には、光学フィルタ４０としては、下記式（３）を満足する性能を有するものを用いることが好ましく、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御されるときには、下記式（４）を満足する性能を有するものを用いることが好ましい。
式（３）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．５７７
式（４）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．２５６

光源であるエキシマランプ２０として、ＫｒＢｒエキシマランプを用いる場合には、光学フィルタ４０としては、下記式（５）を満足する性能を有するものを用いることが好ましく、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御されるときには、下記式（６）を満足する性能を有するものを用いることが好ましい。
式（５）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．３３６
式（６）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．１４９

このような性能を満たす光学フィルタ４０を用いることにより、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることが可能となる。以下、光学フィルタ４０に要求される上記性能について、具体的な例を挙げて説明する。

光源としてＫｒＣｌエキシマランプを用意した。このＫｒＣｌエキシマランプから放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ａ₀）と、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ｂ₀）との比（ａ₀／ｂ₀）は、６．４１である。
そして、上記ＫｒＣｌエキシマランプに係る比（ａ₀／ｂ₀）の値を上記式（１）に代入すると、右辺の値が０．５７７となり、上記式（３）が導かれる。
また、上記ＫｒＣｌエキシマランプに係る比（ａ₀／ｂ₀）の値を上記式（２）に代入すると、右辺の値が０．２５６となり、上記式（４）が導かれる。

上記のＫｒＣｌエキシマランプに対して、下記の性能を有する光学フィルタ（１）および光学フィルタ（２）を作製した。
光学フィルタ（１）：
ｆａ＝０．４４７，ｆｂ＝０．１４５（ｆｂ／ｆａ＝０．３２４）
光学フィルタ（２）：
ｆａ＝０．２２９，ｆｂ＝０．０３０（ｆｂ／ｆａ＝０．１３１）

上記光学フィルタ（１）および上記光学フィルタ（２）はいずれも、合成石英ガラスよりなる基板の両面に、ＳｉＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜による誘電体多層膜が形成されてなるものである。基板の一面に形成された誘電体多層膜の層数は８４層であり、基板の他面に形成された誘電体多層膜の層数は８６層である。
上記光学フィルタ（１）は、上記の式（１）および式（３）を満たすものである。また、上記光学フィルタ（２）は、上記の式（２）および式（４）を満たすものである。

そして、ＫｒＣｌエキシマランプから放出される光が光学フィルタ（１）を透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ａ）と、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ｂ）との比（ａ／ｂ）を求めると、
ａ₀／ｂ₀＝６．４１
ｆｂ／ｆａ＝０．３２４
ａ＝ａ₀×ｆａ
ｂ＝ｂ₀×ｆｂ
よって、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝６．４１／０．３２４
＝１９．８
となる。

また、ＫｒＣｌエキシマランプから放出される光が光学フィルタ（２）を透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ａ）と、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ｂ）との比（ａ／ｂ）を求めると、
ａ₀／ｂ₀＝６．４１
ｆｂ／ｆａ＝０．１３１
ａ＝ａ₀×ｆａ
ｂ＝ｂ₀×ｆｂ
よって、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝６．４１／０．１３１
＝４８．９
となる。

図４に、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（１）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示す。また、図５に、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（２）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示す。図４および図５において、横軸は波長であり、縦軸は波長２２２ｎｍにおける分光強度を１００としたときの分光強度の相対値である。また、ｓは、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布を示し、ｓ１は、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（１）を透過したときの透過光の分光強度分布を示し、ｓ２は、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（２）を透過したときの透過光の分光強度分布を示す。

そして、光学フィルタ（１）を使用した場合において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
９ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝９ｍＪ／ｃｍ²×１９．８
＝１７８ｍＪ／ｃｍ²
となる。

また、光学フィルタ（２）を使用した場合において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
４ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝４ｍＪ／ｃｍ²×４８．９
＝１９６ｍＪ／ｃｍ²
となる。

仮に、ｆｂ／ｆａの値が０．５７７の光学フィルタを使用した場合には、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝６．４１／０．５７７
＝１１．１
９ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝９ｍＪ／ｃｍ²×１１．１
＝１００ｍＪ／ｃｍ²
となる。

また、ｆｂ／ｆａの値が０．２５６の光学フィルタを使用した場合には、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝６．４１／０．２５６
＝２５．０
４ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝４ｍＪ／ｃｍ²×２５．０
＝１００ｍＪ／ｃｍ²
となる。

以上のように、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²以下とする場合には、式（３）を満たす性能を有する光学フィルタ４０を用いることにより、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることができる。
また、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²以下とする場合には、式（４）を満たす性能を有する光学フィルタ４０を用いることにより、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることができる。

参考例として、ｆｂの値が０である光学フィルタ（３）を作製したところ、この光学フィルタ（３）のｆａの値は０．１２３であった。
図６に、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布と、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（３）を透過したときの透過光の分光強度分布とを示す。図６において、横軸は波長であり、縦軸は波長２２２ｎｍにおける分光強度を１００としたときの分光強度の相対値である。また、ｓは、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光の分光強度分布を示し、ｓ３は、ＫｒＣｌエキシマランプからの放出光が光学フィルタ（３）を透過したときの透過光の分光強度分布を示す。

光学フィルタ（１）を使用した場合において、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とするためには、光学フィルタを使用しなかったときの照射量が、１００／ｆａ＝１００／０．４４７＝２２４ｍＪ／ｃｍ²以上となるよう、電力供給部３０から供給される電力を制御すればよい。
また、光学フィルタ（２）を使用した場合において、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とするためには、光学フィルタを使用しなかったときの照射量が、１００／ｆａ＝１００／０．２２９＝４３７ｍＪ／ｃｍ²以上となるよう、電力供給部３０から供給される電力を制御すればよい。
一方、光学フィルタ（３）を使用した場合において、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とするためには、光学フィルタを使用しなかったときの照射量が、１００／ｆａ＝１００／０．１２３＝８１３ｍＪ／ｃｍ²以上となるよう、電力供給部３０から電力を供給することが必要である。

このように、光学フィルタ４０として、光学フィルタ（１）または光学フィルタ（２）を用いる場合には、光学フィルタ（３）を用いる場合に比較して、電力供給部３０からエキシマランプ２０に供給する電力量を低減することができる。

次に、エキシマランプ２０としてＫｒＢｒエキシマランプを用いる場合について説明する。
ＫｒＢｒエキシマランプから放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ａ₀）と、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度（ｂ₀）との比（ａ₀／ｂ₀）は、３．７３である。
そして、ｆｂ／ｆａの値が０．３３６の光学フィルタを使用した場合には、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝３．７３／０．３３６
＝１１．１
９ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝９ｍＪ／ｃｍ²×１１．１
＝１００ｍＪ／ｃｍ²
となる。

また、ｆｂ／ｆａの値が０．１４９の光学フィルタを使用した場合には、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²としたとき、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を求めると、
ａ／ｂ＝（ａ₀×ｆａ）／（ｂ₀×ｆｂ）
＝（ａ₀／ｂ₀）／（ｆｂ／ｆａ）
＝３．７３／０．１４９
＝２５．０
４ｍＪ／ｃｍ²×（ａ／ｂ）＝４ｍＪ／ｃｍ²×２５．０
＝１００ｍＪ／ｃｍ²
となる。

以上のように、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²以下とする場合には、式（５）を満たす性能を有する光学フィルタ４０を用いることにより、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることができる。
また、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を４ｍＪ／ｃｍ²以下とする場合には、式（６）を満たす性能を有する光学フィルタ４０を用いることにより、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることができる。
なお、これまでの記載において、波長域１９０〜２３０ｎｍは、λを波長とするとき、１９０ｎｍ≦λ≦２３０ｎｍの波長域を示すものである。
また、波長域２３０〜３００ｎｍは、λを波長とするとき、２３０ｎｍ＜λ≦３００ｎｍを示すものである。

本発明の殺菌装置において、光学フィルタ４０としては、光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、光源から放出される光が光学フィルタ４０を透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀とし、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量をｘとしたとき、下記式（７）を満足する性能を有するものを用いることが好ましい。
式（７）：０＜ｆｂ／ｆａ＜（ｘ／１００）×（ａ₀／ｂ₀）

上記式（７）中のｘの値については、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御される場合には、０＜ｘ≦９であり、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御される場合には、０＜ｘ≦４である。

このような条件を満足する光学フィルタ４０を用いることにより、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量を９ｍＪ／ｃｍ²以下または４ｍＪ／ｃｍ²以下に抑えながら、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の照射量を１００ｍＪ／ｃｍ²以上とすることができる。

以上のように、本発明の殺菌装置によれば、制御部３５によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下となるように電力供給部３０が制御されることにより、身体上または身体内に存在する殺菌対象生物を、ヒト細胞に対する危害を抑制しながら殺菌・消毒することができる。
また、光学フィルタ４０によって、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光を完全に遮断することが不要であるため、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光について透過性の高い光学フィルタ４０を用いることか可能となる。従って、エキシマランプ２０に大きい電力を供給することが不要であるため、高いエネルギー効率が得られる。

以上、本発明の殺菌装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば光源としては、放出光の波長が、１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域、および２３０〜３００ｎｍの波長域に存在するものであれば、エキシマランプに限定されず、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体を用いたＬＥＤを用いることができる。
また、光学フィルタとしては、ＳｉＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜による誘電体多層膜を有するものに限定されず、その他の誘電体多層膜を有するものを用いることができる。

１０筐体
１１紫外線透過窓部
１５反射ミラー
２０エキシマランプ
２１放電容器
２２一方の壁材
２２ａ外周面
２３他方の壁材
２３ａ外面
２４，２５封止壁部
２６一方の電極
２７他方の電極
２８発光用元素補給用物質
３０電力供給部
３５制御部
４０光学フィルタ
４１固定部材
Ｐ殺菌対象部位
Ｓ放電空間

Claims

身体上または身体内の殺菌対象生物に光照射することにより、前記殺菌対象生物を殺菌・消毒する殺菌装置であって、
放出光の波長が、１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域、および２３０〜３００ｎｍの波長域に存在する光源と、
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されることを特徴とする殺菌装置。
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（１）を満足する性能を有することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
式（１）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０９×（ａ₀／ｂ₀）
前記制御部によって、１回の光照射において、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量が４ｍＪ／ｃｍ²以下となるように前記電力供給部が制御されることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（２）を満足する性能を有することを特徴とする請求項３に記載の殺菌装置。
式（２）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．０４×（ａ₀／ｂ₀）
前記光源がＫｒＣｌエキシマランプであり、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（３）を満足する性能を有することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
式（３）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．５７７
前記光源がＫｒＣｌエキシマランプであり、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（４）を満足する性能を有することを特徴とする請求項３に記載の殺菌装置。
式（４）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．２５６
前記光源がＫｒＢｒエキシマランプであり、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（５）を満足する性能を有することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
式（５）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．３３６
前記光源がＫｒＢｒエキシマランプであり、
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀としたとき、前記光学フィルタは、下記式（６）を満足する性能を有することを特徴とする請求項３に記載の殺菌装置。
式（６）：０＜ｆｂ／ｆａ＜０．１４９
前記光源から放出される光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ₀、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂ₀とし、前記光源から放出される光が前記光学フィルタを透過したときの透過光のうち、波長が１９０〜２３０ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をａ、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の積算分光強度をｂとし、ｆａ＝ａ／ａ₀、ｆｂ＝ｂ／ｂ₀とし、波長が２３０〜３００ｎｍの波長域にある光の照射量をｘとしたとき、
前記光学フィルタは、下記式（７）を満足する性能を有することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の殺菌装置。
式（７）：０＜ｆｂ／ｆａ＜（ｘ／１００）×（ａ₀／ｂ₀）
前記光源が窒化物半導体を用いたＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項４および請求項９のいずれかに記載の殺菌装置。
前記光学フィルタは、ＳｉＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜による誘電体多層膜を有することを特徴する請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の殺菌装置。