殺菌灯

直射日光が強い殺菌力をもつことは古くから知られています。詳しくいえば1877年にDounesらによって紫外放射のもつ殺菌効果が発見され、後にLuckieshらによって紫外放射の波長と殺菌作用の関係が明らかにされました。

CIE（国際照明委員会）では、波長によって、表1のように区分されています。

紫外放射の波長によって、それぞれの作用効果が異なります。図1に、紫外放射の生物に対する代表的な作用の波長特性を示します。

波長200nm以下の紫外放射は空気中での吸収が大きいため、長い距離を通過しにくくなります。空気で吸収された紫外放射は空気中の酸素分子を分解し、オゾンを生成することになります。

表1：紫外線の波長区分

UV-A	315nm～400nm
UV-B	280nm～315nm
UV-C	100nm～280nm

図1：紫外放射による生物への作用の波長特性

また金属に紫外放射が照射されると光電効果により光電子を放出します。この光電子が空気分子や、水分子を電離し、空気をイオン化することが知られています。

紫外放射の波長により、細菌効果は異なります。これを殺菌効果の波長特性または作用関数と呼びます。図2に示すのは現在最も広く用いられている波長特性です。図の縦軸は対数目盛で作用特性の相対値を示し、横軸は波長を示しています。殺菌効果の最大値は約260nmにあり、400nmでは最大値の約0.01％であることを示しています。太陽光には約300nm以上の波長の紫外線が含まれており、この波長域の放射照度が大きいので殺菌効果をもつことになります。

一般に殺菌線とは、殺菌効果をもつ紫外放射を意味しますが、253.7nmの紫外放射が強い殺菌効果をもつことと、殺菌を目的として人工的に効率良く発生しうる紫外放射が253.7nmであることから、殺菌線とは253.7nmの紫外放射を狭義には意味します。ここではこの253.7nmの紫外放射を殺菌線と呼ぶことにします。

図2：殺菌効果の波長特性

現在一般的に用いられている殺菌方法としては、殺菌線による殺菌、薬物による殺菌、加熱による殺菌などがありますが、それぞれ得失があり、あらゆる場合に無条件に使用できる殺菌方法というものはなく、実際の使用に際しては、目的に合った正しい使い方をすることが大切です。

ところで、可視放射に対して高い透過率や反射率をもっている材料でも、殺菌線に対しては必ずしも同じではありません。表2に各種材料の殺菌線反射率、表3に殺菌線透過率を示します。殺菌線が照射された材料は、吸収した殺菌線の量に応じて変化します。最も顕著な変化は退色、変色で、ついで材質の変化です。化学繊維やプラスチックなどは、表面の状態が変わるとともに機械的強度が低下するなどの現象が起こります。

一般に有機物は殺菌線の影響を受けやすく、無機物は殺菌線に対して堅牢です。例えば、油性塗料で仕上げた壁やビニールタイルなどに長期間殺菌線が照射されると、変退色や表面の状態が変化することがあります。

また、室内空気の殺菌の場合は天井の反射により、在室者に影響を与えないかの検討が必要です。

殺菌線が殺菌作用をもつのは細菌、ウィルス、イースト（酵母菌）、カビ、藻類、原生動物、寄生虫類などがあげられます。各種微生物の種類と殺菌率、殺菌線量の関係を表4に示します。一般に、細菌よりもカビの方がD値が大きく（殺菌線に対して強く）、同じ細菌でも乾燥状態より湿った方が、また、空気中の浮遊細菌より寒天培地の方がそれぞれD値が大きくなり、殺菌線耐性が強くなります。

90%の殺菌率をもたらす殺菌線量の2倍の殺菌線量が99%の殺菌率をもたらし、3倍が99.9%、4倍が99.99%の殺菌率をもたらすことになります。

表4：各種菌類の殺菌率と殺菌線量

（20℃、RH：35%の空気時）

1. 注）大腸菌（ATCC43888：O157H7）は標準大腸菌（IFO 3972）にくらべて約50%の殺菌線量で同程度の殺菌効果が得られることがわかっています。
   よって、大腸菌の殺菌を目的とする場合は、標準大腸菌の方が殺菌線抵抗性が高いため、この大腸菌の所要殺菌線量を目標値として採用する方が望ましいといえます。（f）

※出典

1. a：Philips社殺菌灯資料
2. b：Kölleri Ultraviolet Radiation
3. c：S Aydinli, J Krochmann, CIE Journal vol4 No.2.（1985）
4. d：The IESNA Lighting Handbook, Ninth Edition（2000）
5. e：足立ほか、日本防菌防黴学会第15回大会29（昭和63年5月）
6. f：向阪ほか、日本防菌防黴学会第26回年次大会（1999年）p37

以下に、殺菌線遮光方式の仕組みと、計算方法を示します。殺菌線遮光方式とは、図10に示すように、殺菌ランプを金属ダクトで覆い、殺菌線が外部に出ない構造とし、室内の空気をファンでダクト内に吸い込み、殺菌ランプの周辺を通過させて殺菌線を照射した後、反対側から室内に吹き出す構造の装置です。塵埃に付着して空気中を浮遊する細菌等を器具内に取り込みます。殺菌線を照射された空気自体は殺菌力をもたないため、殺菌ランプを消灯すれば、効果はなくなります。

殺菌線遮光方式の装置を動作した時の、浮遊細菌濃度の時間的な変化（T時間後の細菌濃度CT）は次式で求めることができます。

CT=C0e^（-αT/R）※eは自然対数の底（e≒2.72）
α=εnV

CT：T時間後の細菌濃度（m^-3）
C0：初期細菌濃度（m^-3）
T ：時間（h）
R ：部屋の容積（k）
ε ：殺菌された空気の殺菌率
n ：台数
V ：殺菌装置の循環風量（k/h）

但し、上記計算式は「細菌の増殖や、自然死はなく、また、空気の流入・流出もない」という理想的な条件のものです。

表8の特性を持つ装置を使用した場合の、計算例を以下に示します。

表8：ファン循環型殺菌装置の諸特性

器具タイプ	殺菌率ε	循環風量V
ファン循環型（15W1灯）	82.0%	25m3/h

図10：ファン循環型殺菌装置の断面

〈計算例1〉

表8の器具を間口24m、奥行き16m、天井高4mの部屋に20台設置した場合の細菌の濃度を計算すると、

CT=C0e^（-αT/R）
=C0e^{-0.82x20x25xT/（24x16x4）}
=C0e^-0.267T

となります。

これをグラフで表すと図11のようになり、8時間後の細菌濃度が約10%になることがわかります。

図11：表8の器具使用時の浮遊細菌濃度の変化

〈計算例2〉

表8の器具を間口6m、奥行き4.3m、天井高2.6mの部屋（4床室）に1台設置した場合の細菌の濃度を計算すると、

CT=C0e^（-αT/R）
=C0e^{-0.82x1x25xT/（6x4.3x2.6）}
=C0e^-0.143T

となります。

これをグラフで表すと図12のようになり、8時間後の細菌濃度が約10%以下になることがわかります。

図12：表8の器具使用時の浮遊細菌濃度の変化