特許 6497427 殺菌装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6497427

(24)【登録日】2019年3月22日

(45)【発行日】2019年4月10日

(54)【発明の名称】殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20190401BHJP

   A61N 5/06 20060101ALI20190401BHJP

【ＦＩ】

   A61L2/10

   A61N5/06 B

   A61N5/06 Z

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-202573(P2017-202573)

(22)【出願日】2017年10月19日

【審査請求日】2019年1月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100153497

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 信男

(74)【代理人】

【識別番号】100092200

【弁理士】

【氏名又は名称】大城 重信

(74)【代理人】

【識別番号】100110515

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 益男

(74)【代理人】

【識別番号】100189083

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100078754

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 正彦

(72)【発明者】

【氏名】内藤 敬祐

【審査官】 細川 翔多

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２２０６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０４２８７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１６６１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１２４３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｌ ２／１０

Ａ６１Ｎ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域にわたって連続スペクトルを有する光を放射する光源部と、
２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域の光をカットし、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光を減衰させるフィルタとを備えてなり、
前記フィルタを透過した光が生体に照射されることを特徴とする殺菌装置。

【請求項2】

前記フィルタが、当該フィルタを透過した透過光における、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光に対する４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光の比率が０．１８以下のものであることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。

【請求項3】

前記フィルタが、当該フィルタを透過した透過光における、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光に対する７０１ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光の比率が０．０５以下のものであることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線を利用した殺菌装置に関し、更に詳しくは紫外線を照射することにより細菌などを不活化する殺菌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、生体組織の表面上、例えば人体の皮膚表面や胃腸表面に存在する細菌やウィルスを、紫外線を照射することによって不活化する（以下、単に「ＵＶ殺菌」ともいう。）方法が知られている。ＵＶ殺菌は、例えば細菌やウィルスなどの殺菌対象生物の細胞内の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、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殺菌を生体に対して行う殺菌装置においては、殺菌対象生物に対してはＵＶ殺菌効果が得られながらヒト細胞などの動物細胞に対しては無害な１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長域にある紫外線を選択的に照射しており、このような殺菌装置によれば、ヒト細胞などの動物細胞を害することなく当該生体組織の表面に存在する細菌やウィルスなどを選択的にＵＶ殺菌することができる。

【0003】

しかしながら、このような殺菌装置においては、紫外線すなわち不可視域の光のみを生体組織の表面に照射するので、紫外線が照射されている位置を目視により判別することができない、という問題がある。特に、生体組織を害することなくＵＶ殺菌を行う場合には、２３０ｎｍ以下の波長の紫外線を用いることとなるため、目視がより困難となる。

【0004】

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長域にピーク波長を有する第一波長光と、４００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長域にピーク波長を有する第二波長光とを出射する殺菌装置が提案されている。
この殺菌装置においては、第一波長光（紫外線）が照射されることによって、ヒト細胞などの動物細胞を害することなく生体組織の表面に存在する殺菌対象生物をＵＶ殺菌することができ、さらに、第二波長光は可視域の光なので目視が可能であり、従って、第一波長光と共に第二波長光が照射されることにより、第一波長光の照射範囲を可視化することができる。その結果、この殺菌装置によれば、安全性と、照射範囲の把握という操作性とが両立して実現される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０４２８７９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。
上記の殺菌装置を、例えば内視鏡に組み込んで生体内において使用する場合には、第一波長光および第二波長光を、例えば光ファイバにより伝搬させて生体内に照射することになるが、その際、第二波長光の演色性が低いため、カメラ画像を視認しながら内視鏡を操作して紫外線を照射すべき部位（照射対象部位）に正確に第一波長光を照射することは困難である、という問題がある。なお、本明細書においては、「目視」とは、直接的な目視に加え、内視鏡のカメラ等で撮影し、モニタを介して視認する間接的な目視も含むものとする。
また、別の問題として、第一波長光と共に照射される第二波長光に青色光（３８０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長域の光）が過度に含まれていると動物細胞を死滅させてしまう等の悪影響が生じることが、発明者の鋭意検討により判明した。

【0007】

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、生体組織の表面上に存在する殺菌対象生物を、動物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、ＵＶ殺菌に係る紫外線と共に演色性の高い可視光を照射することによって照射対象部位を確実に視認することができて紫外線を照射する範囲（紫外線照射範囲）を確実に把握することができる殺菌装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の殺菌装置は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域にわたって連続スペクトルを有する光を放射する光源部と、
２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域の光をカットし、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光を減衰させるフィルタとを備えてなり、
前記フィルタを透過した光が生体に照射されることを特徴とする。

【0009】

本発明の殺菌装置においては、前記フィルタが、当該フィルタを透過した透過光における、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光に対する４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光の比率が０．１８以下のものであることが好ましい。

【0010】

本発明の殺菌装置においては、前記フィルタが、当該フィルタを透過した透過光における、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光に対する７０１ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光の比率が０．０５以下のものであることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の殺菌装置によれば、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光のうち、２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域の光がカットされた光が生体組織に照射されるので、生体組織の表面上に存在する殺菌対象生物を、動物細胞に対する安全性が確保されながら殺菌・消毒することができ、しかも、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の可視光が減衰された状態で照射されるので、動物細胞に対する危害を抑制しながら当該４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光が照射されることによって演色性を高い状態とすることができるので、照射対象部位を確実に視認することができて紫外線照射範囲を確実に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置の構成の一例を示す模式図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置から放射される光の分光分布曲線を示すグラフである。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置の構成の一例を示す模式図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置から放射される光の分光分布曲線を示すグラフである。

【図5】実験例および比較実験例において用いた殺菌装置の概要を示す模式図である。

【図6】露光量と、ヒト細胞の生存率との関係を示すグラフである。

【図7】露光量と、黄色ブドウ球菌の不活化率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の殺菌装置の実施の形態について説明する。

【0014】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置の構成の一例を示す模式図である。
第１の実施形態に係る殺菌装置１は、ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう。）１１および当該放電ランプ１１の周囲を取り囲むよう配置された反射鏡１２を有する集光光学系よりなる光源部１０と、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光（以下、「特定波長光Ａ」ともいう。）を透過させ、２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域の光（以下、「特定波長光Ｂ」ともいう。）をカットすると共に、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光（以下、「特定波長光Ｃ」ともいう。）を減衰させる光学フィルタ２０とを備えている。この殺菌装置１においては、光学フィルタ２０を透過した光が生体組織に照射される。

【0015】

本発明の殺菌装置１における光源部１０を構成する放電ランプ１１としては、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域にわたって連続スペクトルを有する光を放射するものを用いることができる。

【0016】

放電ランプ１１は、いわゆる両端封止型のものであって、発光空間Ｓ１を形成する例えば楕円球形状の発光管部１４と、発光管部１４の両端に連続して管軸方向に沿ってそれぞれ外方に延びる封止管部１５，１６を有する、例えば合成石英ガラス（Ｓｕｐｒａｓｉｌ Ｆ３１０）よりなるバルブを備えている。
発光管部１４の内部には、一対の電極である陽極１８および陰極１９が互いに対向して配置されている。ここに、陽極１８と陰極１９との電極間距離は、例えば１〜１０ｍｍである。

【0017】

また、発光管部１４内には、発光ガスとして水銀が封入されている。
発光ガスの封入圧（水銀蒸気圧）は、例えば１×１０⁷ Ｐａである。

【0018】

陽極１８は、例えばタングステンにより構成されている。
陰極１９は、例えば酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）などの易電子放射性物質（エミッタ物質）が含浸されたタングステン焼結体により構成されている。

【0019】

上記の放電ランプ１１においては、陽極１８および陰極１９が、それぞれ給電手段（図示せず）に接続されており、図示しない点灯回路によって、陽極１８および陰極１９の間に所定の大きさの電圧が印加されると、陰極１９と陽極１８との間でアーク放電が生じ、当該放電ランプ１１が点灯される。

【0020】

反射鏡１２は、放電ランプ１１の陰極１９側において、発光管部１４の周囲を取り囲むよう配置されている。
具体的には、例えば、頂部にランプ挿入用開口部１２ａが形成された、第１焦点および第２焦点を有する楕円面反射鏡により構成されており、その内表面に反射面１２ｂが形成されて構成されている。
反射鏡１２は、ランプ挿入用開口部１２ａ内に放電ランプ１１の陰極１９側の封止管部１６が挿入され、光軸Ｘが放電ランプ１１のランプ中心軸Ｃと一致し、第１焦点の位置が陽極１８と陰極１９の電極間中心位置（発光点）と一致する状態で、配置されている。

【0021】

反射面１２ｂは、特定波長光Ａを含む２３０ｎｍ以下の波長域の紫外線および特定波長光Ｃについての反射性を有するものであればよく、２３０ｎｍ以下の波長域の紫外線に対する反射率を高めるという観点から、例えばアルミニウムなどによる金属蒸着膜や誘電体多層膜より構成されることが好ましい。

【0022】

本発明の殺菌装置１から出射された光は、光ファイバなどの入射光学系４０に入射されるが、この入射光学系４０は、当該入射光学系４０の入射端面４０ａの中心が、反射鏡１２の反射面１２ｂの第２焦点の位置と一致する位置に、配置される。

【0023】

そして、本発明の殺菌装置１においては、光源部１０の放電ランプ１１から放射され、反射鏡１２によって反射された光が、当該反射鏡１２の第２焦点に集光されるまでの光路上に光学フィルタ２０が配置される。具体的には、例えば円盤状の光学フィルタ２０が、反射鏡１２における放電ランプ１１の陽極１８側の開口を塞ぐ状態に設けられる。

【0024】

この光学フィルタ２０は、特定波長光Ａを透過させ、特定波長光Ｂをカットすると共に、特定波長光Ｃを減衰させるものであり、例えば、特定波長光Ｂを吸収する第１減衰フィルタと、特定波長光Ｃを吸収する第２減衰フィルタとからなるものとすることができる。光学フィルタ２０は、具体的には、例えば第１減衰フィルタおよび第２減衰フィルタが同一のガラス基材上に積層して設けられたものとして構成される。
第１減衰フィルタとしては、例えば中心波長が２１４ｎｍのバンドパスフィルタであって、特定波長光Ｂに対するＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）値が４．０以上であるものを用いることができる。
第２減衰フィルタとしては、カットオン／カットオフ波長が４００ｎｍのショートパスフィルタであって、特定波長光Ｃに対するＯＤ値が２．０以上、ブロック波長帯レンジが４００ｎｍ〜５００ｎｍであるものを用いることができる。

【0025】

光学フィルタ２０の第１減衰フィルタは、特定波長光Ｂを反射する性質のものであってもよい。しかしながら、反射された特定波長光Ｂは放電ランプ１１のバルブに照射されてしまうので、バルブの劣化が早期に進行してしまうという理由から、第１減衰フィルタは特定波長光Ｂを吸収する性質のものであることが好ましい。

【0026】

また、光学フィルタ２０は、当該光学フィルタ２０を透過した透過光における、特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率が０．１８以下のものであることが好ましい。特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率の下限は、光学フィルタ２０から出射された光が生体組織に照射されるところを肉眼で直接視認する場合と、内視鏡のカメラ等に接続されたモニタを介して視認する場合とによって異なり、さらに、内視鏡のカメラの感度等の性能によっても異なるが、視認したときに視認者が光を感知可能である程度であればよい。具体的には、０．０００１以上であることが好ましい。特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率は、光学フィルタ２０を透過した透過光のスペクトルにおける波長に対して積算した面積比で表される。
特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率が過大である場合は、生体組織に対して青色光が強く照射されることとなり、動物細胞に対する高い安全性を確保することができなくなるおそれがある。また、特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率が過小である場合は、照射対象部位を確実に視認することができず、紫外線照射範囲の把握が不十分となるおそれがある。

【0027】

また、光学フィルタ２０は、当該光学フィルタ２０を透過した透過光における、特定波長光Ａに対する７０１ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光（以下、「特定波長光Ｄ」ともいう。）の比率が０．０５以下のものであることが好ましい。
特定波長光Ａに対する特定波長光Ｄの比率が過大である場合は、生体組織に対して近赤外光が照射されることとなり、動物細胞に対する高い安全性を確保することができなくなるおそれがある。

【0028】

本明細書において、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域とは、λを波長とするとき、２００ｎｍ≦λ≦５００ｎｍの波長域を示すものである。また、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域とは、λを波長とするとき、２００ｎｍ≦λ≦２３０ｎｍの波長域を示すものである。また、２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域とは、λを波長とするとき、２３０ｎｍ＜λ≦４００ｎｍの波長域を示すものである。また、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域とは、λを波長とするとき、４００ｎｍ＜λ≦５００ｎｍの波長域を示すものである。また、７０１ｎｍ〜８００ｎｍの波長域とは、λを波長とするとき、７０１ｎｍ≦λ≦８００ｎｍの波長域を示すものである。

【0029】

光学フィルタ２０から出射された光は、平均演色評価数Ｒａが８０以上、好ましくは９０以上、より好ましくは９５以上となる分光放射特性を有することが好ましい。なお、平均演色評価数Ｒａの上限は１００である。
また、光学フィルタ２０から出射された光は、特に、Ｒ９（赤色）に係る特殊演色評価数、Ｒ１３（白色系のコーカソイドの肌色）に係る特殊演色評価数、Ｒ１５（モンゴロイドの肌色）に係る特殊演色評価数が８０以上、好ましくは９０以上、より好ましくは９５以上となる分光放射特性を有することが特に好ましい。
平均演色評価数Ｒａは、ＪＩＳ Ｚ ８７２６：１９９０（光源の演色性評価方法）に準じて測定されるものである。

【0030】

上記の殺菌装置１においては、光源部１０を構成する放電ランプ１１から放射された光が、反射鏡１２の反射面１２ｂによって反射され、光学フィルタ２０を介して第２焦点に集光されて入射光学系４０の入射端面４０ａに入射される。入射光学系４０に入射された光は、光ファイバを介して照射対象部位に照射され、これにより、当該照射対象部位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。
このとき、光学フィルタ２０においては、放電ランプ１１から放射された２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光のうち、特定波長光Ａは当該光学フィルタ２０を透過し、特定波長光Ｂはカットされると共に、特定波長光Ｃが減衰される。

【0031】

本発明の殺菌装置１において、放電ランプ１１から光学フィルタ２０を介して生体組織に照射される光の照射量（照射密度）は、当該照射密度と照射時間とから算出される露光量が、生体組織の表面上における殺菌対象生物を殺菌することができる程度の大きさとなる量であればよい。光の照射量は、照射時間によっても異なるが、例えば５〜４２０ｍＪ／ｃｍ² とされる。光の照射量が過度に多い場合には、放電ランプ１１から放射されて光学フィルタ２０に入射する特定波長光Ｂも多くなって、この生体に有害な特定波長光Ｂを確実にカットすることができないおそれがある。一方、光の照射量が過度に少ない場合には、殺菌対象生物の十分な殺菌・消毒に長時間を要してしまうおそれがある。

【0032】

図２は、本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置から放射される光の分光分布曲線を示すグラフである。放電ランプ１１から放射された直後の光（放射光）のスペクトルをａ０として鎖線で示し、また、光学フィルタ２０を通過した後の光（照射光）のスペクトルをａ１として直線で示した。

【0033】

以下、本発明の効果を示すための実験例について説明する。

【0034】

＜実験例Ａ１＞
本発明の殺菌装置を用いて、細胞へ紫外線を照射する実験を行った。具体的には、以下の通りである。
図５に示されるように、水銀が封入されたショートアーク型放電ランプ５１（型式：ＵＸＬ−Ｓ１５５Ａ）からの光を、光学フィルタ５２を介してシャーレ５３に入っている細胞サンプルに照射した。

【0035】

ショートアーク型放電ランプ５１におけるアーク放電が生じる輝点から光学フィルタ５２までの光路の光軸距離は７０ｍｍ、光学フィルタ５２から細胞サンプル（シャーレ５３の底部表面）までの光路の光軸距離は２０ｍｍである。

【0036】

光学フィルタとしては、波長２３０ｎｍ超の波長域の光を透過させない（特定波長光Ｂに対するＯＤ値が４．０）フィルタ〔Ａ〕を用いた。
フィルタ〔Ａ〕を透過した後の光における特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率は０．１８であった。また、フィルタ〔Ａ〕を透過した後の光における特定波長光Ａに対する特定波長光Ｄの比率は０．０３であった。

【0037】

細胞サンプルは、細胞の種類がＪＣＲＢ９００４（ＨｅＬａ）であり、１つのシャーレに含まれている細胞数は４０×１０⁴ ｃｅｌｌｓである。細胞サンプルに光を照射する際には、細胞培養液を除去した状態で、シャーレの蓋を取った状態とした。

【0038】

光の照射は、細胞に照射される光の照射量（露光量）がそれぞれ０ｍＪ／ｃｍ² 、５ｍＪ／ｃｍ² 、１０ｍＪ／ｃｍ² 、２０ｍＪ／ｃｍ² 、４０ｍＪ／ｃｍ² 、８０ｍＪ／ｃｍ² 、１２０ｍＪ／ｃｍ² となる７条件で行った。光の照射においては、照射条件毎に１サンプル（１シャーレの細胞）を使用した。
上記照射条件において、細胞に照射される光の強度（照度）は２２．３μＷ／ｃｍ² で共通とし、照射時間を変更した。
照射試験後、新鮮な細胞培養液を２ｍＬ加え、２４時間培養した後、「Ｃｅｌｌ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｋｉｔ−８」（同仁化学社製）を用いて、細胞の生存率を測定した。このとき、露光量０ｍＪ／ｃｍ² （＝照射していないサンプル）を生存率１００％として相対評価した。露光量と、細胞の生存率との関係を図６のグラフにおいて「■」で示す。
また、細胞に照射される光の平均演色評価数Ｒａは７７、Ｒ９に係る特殊演色評価数は２０、Ｒ１３に係る特殊演色評価数は８５、Ｒ１５に係る特殊演色評価数は８６であった。

【0039】

＜実験例Ａ２＞
実験例Ａ１において、光学フィルタをフィルタ〔Ａ〕からフィルタ〔Ｂ〕に代えたこと以外は同様にして、細胞へ紫外線を照射する実験を行った。
フィルタ〔Ｂ〕は、波長２３０ｎｍ超の波長域の光を透過させない（特定波長光Ｂに対するＯＤ値が４．０）ものである
フィルタ〔Ｂ〕を透過した後の光における特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率は０．０３であった。また、フィルタ〔Ｂ〕を透過した後の光における特定波長光Ａに対する特定波長光Ｄの比率は０．０４であった。
露光量と、細胞の生存率との関係を図６のグラフにおいて「●」で示す。
また、細胞に照射される光の平均演色評価数Ｒａは８５、Ｒ９に係る特殊演色評価数は２０、Ｒ１３に係る特殊演色評価数は９０、Ｒ１５に係る特殊演色評価数は９０であった。

【0040】

＜比較実験例Ａ３＞
実験例Ａ１において、光学フィルタを用いず、ショートアーク型放電ランプの代わりに低圧水銀ランプを用いたこと以外は同様にして、細胞へ紫外線を照射する実験を行った。
低圧水銀ランプは、波長２５４ｎｍに輝線スペクトルを有する光を放射するものである。
露光量と、細胞の生存率との関係を図６のグラフにおいて「◇」で示す。
また、細胞に照射される光の平均演色評価数Ｒａは５０、Ｒ９に係る特殊演色評価数は−４６、Ｒ１３に係る特殊演色評価数は５３、Ｒ１５に係る特殊演色評価数は５７であった。

【0041】

＜実験例Ｂ１＞
実験例Ａ１において、細胞サンプルを黄色ブドウ球菌（ＮＢＲＣ．１２７３２）に代えたこと以外は同様にして、黄色ブドウ球菌へ紫外線を照射する実験を行った。具体的には、生菌数濃度が９×１０⁵ ＣＦＵ／ｍＬである菌液を３ｍＬシャーレに入れたものをサンプルとして用いた。

【0042】

光の照射は、黄色ブドウ球菌に照射される光の照射量（露光量）がそれぞれ０ｍＪ／ｃｍ² 、２ｍＪ／ｃｍ² 、４ｍＪ／ｃｍ² 、６ｍＪ／ｃｍ² 、８ｍＪ／ｃｍ² 、１０ｍＪ／ｃｍ² 、１２ｍＪ／ｃｍ² 、１４ｍＪ／ｃｍ² 、１６ｍＪ／ｃｍ² 、１８ｍＪ／ｃｍ² 、２０ｍＪ／ｃｍ² 、２２ｍＪ／ｃｍ² 、２４ｍＪ／ｃｍ² 、２６ｍＪ／ｃｍ² 、２８ｍＪ／ｃｍ² 、３０ｍＪ／ｃｍ² となる１５条件で行った。光の照射においては、照射条件毎に１サンプル（１シャーレの黄色ブドウ球菌）を使用した。
上記照射条件において、黄色ブドウ球菌に照射される光の強度（照度）は２２．３μＷ／ｃｍ² で共通とし、照射時間を変更した。
照射試験後、寒天培地にサンプル原液を０．１ｍＬ塗布し、３７℃で４８時間培養した。その後、寒天培地に発生したコロニーの数を調べた。このとき、不活化率は下記式（１）で表される計算式を用いて算出した。なお、コロニー数が３００ＣＦＵ以上であった場合には、サンプル原液を生理食塩水で１０倍希釈し、希釈後の菌液を０．１ｍＬ分取し、これを寒天培地に塗布し、同様に培養した。この操作を、コロニー数が３００ＣＦＵ以下となるまで繰り返し、３００ＣＦＵ以下となった場合に、このときのコロニー数に希釈倍率を掛けることで、そのサンプルのコロニー数を算出した。
式（１）：不活化率（ＬＯＧ）＝ＬＯＧ₁₀｛（Ｎ１）／（Ｎ０）｝
〔Ｎ１：照射後のコロニー数［ＣＦＵ］、Ｎ０：照射前のコロニー数［ＣＦＵ］＝９×１０⁴ ［ＣＦＵ］〕
露光量と、黄色ブドウ球菌の不活化率との関係を図７のグラフにおいて「■」で示す。

【0043】

＜実験例Ｂ２＞
実験例Ｂ１において、光学フィルタをフィルタ〔Ａ〕から、実験例Ａ２において用いたものと同じフィルタ〔Ｂ〕に代えたこと以外は同様にして、黄色ブドウ球菌へ紫外線を照射する実験を行った。
露光量と、黄色ブドウ球菌の不活化率との関係を図７のグラフにおいて「●」で示す。

【0044】

＜比較実験例Ｂ３＞
実験例Ｂ１において、光学フィルタを用いず、ショートアーク型放電ランプの代わりに低圧水銀ランプを用いたこと以外は同様にして、黄色ブドウ球菌へ紫外線を照射する実験を行った。
低圧水銀ランプは、波長２５４ｎｍに輝線スペクトルを有する光を放射するものである。
露光量と、黄色ブドウ球菌の不活性率との関係を図７のグラフにおいて「△」で示す。

【0045】

図６から明らかなように、特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率が０．１８であるフィルタ〔Ａ〕を用いた場合、および、特定波長光Ａに対する特定波長光Ｃの比率は０．０３であるフィルタ〔Ｂ〕を用いた場合は、共に、低圧水銀ランプからの波長２５４ｎｍに輝線スペクトルを有する光を照射した場合と比較して、ヒト細胞の生存率の下がり方は穏やかであることが確認された。なお、ヒト細胞の細胞死滅ラインのＣｅｌｌ生存率を、図６において鎖線で示す。
一方、フィルタ〔Ａ〕を用いた場合およびフィルタ〔Ｂ〕を用いた場合は、低圧水銀ランプからの光そのまま照射した場合と比較して、平均演色評価数Ｒａが高く、さらに、Ｒ９に係る特殊演色評価数、Ｒ１３に係る特殊演色評価数、および、Ｒ１５に係る特殊演色評価数について、いずれも高い値が得られることが確認された。
また、図７から明らかなように、細菌（黄色ブドウ球菌）は、フィルタ〔Ａ〕を用いた場合、フィルタ〔Ｂ〕を用いた場合、および、低圧水銀ランプからの光そのまま照射した場合の３つの構成の間において、ほとんど不活化速度に差がないことが確認された。
以上のことから、フィルタ〔Ａ〕を用いた場合およびフィルタ〔Ｂ〕を用いた場合には、ヒト細胞に対する安全性が確保された上で選択的に殺菌対象生物（黄色ブドウ球菌）を死滅させることができ、しかも、照射対象部位を確実に視認することができることが確認された。

【0046】

以上のように、上記の殺菌装置１によれば、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光のうち、特定波長光Ｂがカットされた光が生体組織に照射されるので、生体組織の表面上に存在する殺菌対象生物を、動物細胞に対する安全性が確保されながら殺菌・消毒することができ、しかも、可視光である特定波長光Ｃが減衰された状態で照射されるので、動物細胞に対する危害を抑制しながら当該特定波長光Ｃの演色性の高さによって照射対象部位を確実に視認することができて紫外線照射範囲を確実に把握することができる。

【0047】

以上、本発明の第１の実施形態に係る殺菌装置について説明したが、第１の実施形態に係る殺菌装置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、光学フィルタ２０を構成する第１減衰フィルタおよび第２減衰フィルタが特定波長光Ｂおよび特定波長光Ｃをそれぞれ吸収する性質のものである場合においては、当該第１減衰フィルタおよび第２減衰フィルタは、放電ランプ１１から放射された光が反射鏡の反射面１２ｂに至るまでの光路上、例えば反射鏡１２の反射面１２ｂの内面に設けられている構成とされていてもよい。

【0048】

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置は、光源部がレーザ励起ランプを用いたものに変更されたことの他は第１の実施形態に係る殺菌装置と同様の構成を有するものである。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置の構成の一例を示す模式図である。
第２の実施形態に係る殺菌装置１Ａの光源部１０Ａを構成するレーザ励起ランプ３１は、発光空間Ｓ２内に電極を備えない無電極ランプであり、集光レンズ３８によって励起用レーザ光源からのレーザ光が外部から発光空間Ｓ２内に集光され、集光レンズ３８の焦点位置Ｆにおいてプラズマが発生し、発生したプラズマによって発光空間Ｓ２内に封入された発光ガスが励起されて発光するものである。
レーザ励起ランプ３１は、具体的には、外形が円柱状であり、内部に、前方に開口する凹状に湾曲した反射面３０ａを有するセラミックス（多結晶アルミナ）よりなる胴体３０と、当該胴体３０の前面開口３０ｂを塞ぐための光出射窓部材３２と、当該胴体３０の後方における反射面３０ａの底部に開口する貫通孔（ホール部）３４に対向するよう設けられた光入射窓部材３３と、胴体３０、光出射窓部材３２および光入射窓部材３３によって囲まれた発光空間Ｓ２の外部に配置された、レーザ光を出射する励起用レーザ光源（図示せず）と、この励起用レーザ光源からのレーザ光を発光空間Ｓ２に集光する集光レンズ３８と、を有している。胴体３０は円柱状の金属ベース３５によって支持されている。

【0049】

胴体３０の反射面３０ａは、第１焦点および第２焦点を有する楕円面を有するものとすることができる。
反射面３０ａは、特定波長光Ａを含む２３０ｎｍ以下の波長域の紫外線および特定波長光Ｃについての反射性を有するものであればよく、２３０ｎｍ以下の波長域の紫外線に対する反射率を高めるという観点から、例えばアルミニウムなどによる金属蒸着膜や誘電体多層膜より構成されることが好ましい。

【0050】

光出射窓部材３２は、例えば円盤状の光透過性材料からなるものである。光出射窓部材３２は、窓支持部材３２ａによって支持され、当該窓支持部材３２ａと胴体３０とが、当該窓支持部材３２ａおよび胴体３０の外径に適合する内径を有する円筒状の第１の金属筒体３７ａ内に共通に嵌合されることによって、胴体３０に固定されている。

【0051】

金属ベース３５には、胴体３０と対向する前方に大径の円盤状の第１凹所３５Ａが形成されている。そして、当該第１凹所３５Ａにおける胴体３０のホール部３４に対応する位置に、励起用レーザ光源からのレーザ光を通過させるための円盤状の貫通孔３５Ｂが、当該第１凹所３５Ａに連通する状態に形成されており、当該貫通孔３５Ｂに、励起用レーザ光源からのレーザ光を透過する光入射窓部材３３が嵌合されている。また、第１凹所３５Ａに連通して胴体３０の柱軸方向と同方向に伸びる状態に、金属ベース３５の後方に開口する第２凹所３５Ｃが形成されている。第２凹所３５Ｃ内には、当該第２凹所３５Ｃの内径に適合する外径を有する排気管３６が、外部に伸びる状態に気密に挿入されている。排気管３６は、第２凹所３５Ｃの内壁に封着されており、当該排気管３６の外部に突出された端部は、発光空間Ｓ２に発光ガスを封入した後に径方向に押し潰されて管肉同士が気密に密着された状態とされている。

【0052】

金属ベース３５は、当該金属ベース３５と胴体３０とが、この金属ベース３５および胴体３０の外径に適合する内径を有する円筒状の第２の金属筒体３７ｂ内に共通に嵌合されることによって、胴体３０に固定されている。

【0053】

集光レンズ３８は、その光軸Ｘ２が胴体３０の反射面３０ａの光軸Ｃ２と一致し、当該集光レンズ３８の焦点Ｆが胴体３０の反射面３０ａの第１の焦点と一致する状態で、配置されている。

【0054】

本発明の殺菌装置１Ａから出射された光は、光ファイバなどの入射光学系４０に入射されるが、この入射光学系４０は、当該入射光学系４０の入射端面４０ａの中心が、胴体３０の反射面３０ａの第２焦点の位置と一致する位置に、配置される。

【0055】

この殺菌装置１Ａにおいて、レーザ励起ランプ３１から光学フィルタ２０を介して生体組織に照射される光の照射量（照射密度）は、当該照射密度と照射時間とから算出される露光量が、生体組織の表面上における殺菌対象生物を殺菌することができる程度の大きさとなる量であればよい。光の照射量は、照射時間によっても異なるが、例えば５〜４２０ｍＪ／ｃｍ² とされる。光の照射量が過度に多い場合には、レーザ励起ランプ３１から放射されて光学フィルタ２０に入射する特定波長光Ｂも多くなって、この生体に有害な特定波長光Ｂを確実にカットすることができないおそれがある。一方、光の照射量が過度に少ない場合には、殺菌対象生物の十分な殺菌・消毒に長時間を要してしまうおそれがある。

【0056】

励起用レーザ光源としては、例えば連続的にレーザ光を発振するＣＷレーザを用いることができる。
励起用レーザ光源から発振されるレーザ光の波長は１０９０ｎｍ、平均出力は１００Ｗのものとすることができる。

【0057】

発光空間Ｓ２内には、例えばキセノンガスからなる発光ガスが封入されている。
発光ガスの封入圧は、封入時で２０気圧、点灯時で４０〜６０気圧とされる。

【0058】

そして、この殺菌装置１Ａにおいては、光源部１０Ａのレーザ励起ランプ３１において発生し、胴体３０の反射面３０ａによって反射された光が、当該胴体３０の反射面３０ａの第２焦点に集光されるまでの光路上に光学フィルタ２０が配置される。具体的には、例えば円盤状の光学フィルタ２０が、光出射窓部材３２の光出射面の全面を塞ぐ状態に、当該光出射窓部材３２の光出射面に接触して設けられる。

【0059】

光学フィルタ２０としては、第１の実施形態に係る殺菌装置１において用いたものと同様のものを用いることができる。

【0060】

上記の殺菌装置１Ａにおいては、光源部１０Ａを構成するレーザ励起ランプ３１において発生された光が、胴体３０の反射面３０ａによって反射され、光学フィルタ２０を介して第２焦点に集光されて入射光学系４０の入射端面４０ａに入射される。入射光学系４０に入射された光は、光ファイバを介して照射対象部位に照射され、これにより、照射対象部位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。
このとき、光学フィルタ２０においては、放電ランプ１１から放射された２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光のうち、特定波長光Ａは当該光学フィルタ２０を透過し、特定波長光Ｂはカットされると共に、特定波長光Ｃが減衰される。

【0061】

図４は、本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置から放射される光の分光分布曲線を示すグラフである。レーザ励起ランプ３１から放射された直後の光（放射光）のスペクトルをｂ０として鎖線で示し、また、光学フィルタ２０を通過した後の光（照射光）のスペクトルをｂ１として直線で示した。

【0062】

以上のように、上記の殺菌装置１Ａによれば、第１の実施形態に係る殺菌装置１と同様の効果を得ることができる。

【0063】

以上、本発明の第２の実施形態に係る殺菌装置について説明したが、第２の実施形態に係る殺菌装置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、光学フィルタ２０は、光出射窓部材３２の光出射面に接触して設けられることに限定されず、光出射窓部材３２から出射された光が第２焦点に集光されるまでの光路上における、当該光出射窓部材３２の光出射面に接触しない位置に設けられる構成とされていてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１，１Ａ 殺菌装置
１０，１０Ａ 光源部
１１ ショートアーク型放電ランプ
１２ 反射鏡
１２ａ ランプ挿入用開口部
１２ｂ 反射面
１４ 発光管部
１５，１６ 封止管部
１８ 陽極
１９ 陰極
３０ 胴体
３０ａ 反射面
３０ｂ 前面開口
３１ レーザ励起ランプ
３２ 光出射窓部材
３２ａ 窓支持部材
３３ 光入射窓部材
３４ 貫通孔（ホール部）
３５ 金属ベース
３５Ａ 第１凹所
３５Ｂ 貫通孔
３５Ｃ 第２凹所
３６ 排気管
３７ａ 第１の金属筒体
３７ｂ 第２の金属筒体
３８ 集光レンズ
４０ 入射光学系
４０ａ 入射端面
５１ ショートアーク型放電ランプ
５２ 光学フィルタ
５３ シャーレ
Ｓ１，Ｓ２ 発光空間

【要約】

【課題】 生体組織の表面上に存在する殺菌対象生物を、動物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、ＵＶ殺菌に係る紫外線と共に演色性の高い可視光を照射することによって照射対象部位を確実に視認することができて紫外線照射範囲を確実に把握することができる殺菌装置の提供。
【解決手段】 殺菌装置は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域にわたって連続スペクトルを有する光を放射する光源部と、２３０ｎｍ超〜４００ｎｍの波長域の光をカットし、４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光を減衰させるフィルタとを備えてなり、前記フィルタを透過した光が生体に照射されることを特徴とする。前記フィルタは、当該フィルタを透過した透過光における、２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長域の光に対する４００ｎｍ超〜５００ｎｍの波長域の光の比率が０．１８以下のものであることが好ましい。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】