JP2004188297A

JP2004188297A - 光触媒活性構造

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Publication number: JP2004188297A
Application number: JP2002358284A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ubukata; 勉生方; Minoru Enomoto; 實榎本
Original assignee: Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】外部光の多少に拘わらず常に光触媒活性を充分に発揮することができること。
【解決手段】光源２と、光源２の光を内部に導入する受光部３ａを備えた導光本体部３と、この導光本体部３の表面の受光部３ａを除く一の箇所に形成される光触媒層４とを備えており、光触媒層４が、導光本体部３内に導入された内部光Ｌ１と導光本体部３の外方から照射される外部光Ｌ２の内少なくとも内部光Ｌ１により活性化するように構成されている。光触媒層４へ到達した内部光Ｌ１は、その一部が光触媒層４に吸収されるが、残りの光が光触媒層４の表面近傍に到達して光分解性を発揮する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、暗室、洗面化粧台、および浴室等の一般（化粧用）ミラー、建材用ガラスおよびプラスチックボード、照明および家具用のガラスおよびプラスチック、並びに装飾品等の表面構造として適用されるものであって、光によって光触媒性を示し、これにより親水性、セルフクリーニング性、抗菌性、および脱臭性を表面に付与することができる光触媒活性構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光触媒活性構造は、従来、光触媒性半導体材料の光励起に応じて親水性を呈する紫外線応答型複合材として提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、この紫外線応答型複合材の内、一の複合材は、基材と、基材の表面に接合されＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＷＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３からなる群から選ばれた光触媒性半導体材料、あるいはこの光触媒性半導体材料とシリカとを含む材料からなる光触媒性被膜とを備え、前記被膜の表面は光触媒性半導体材料の光励起に応じて親水性を呈する。
【０００４】
また、他の複合材は、基材と、基材の表面に接合され、光触媒性半導体材料の粒子が均一に分散されたシリコーンからなる光触媒性被膜とを備え、前記被膜の表面のシリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基は光触媒性半導体材料の光励起に応じて少なくとも部分的に水酸基に置換され、前記被膜の表面は親水性を呈する。
【０００５】
これらの紫外線応答型複合材において、チタニアのように光励起波長が紫外線領域に位置する光触媒の場合には、光触媒性コーティングで被覆された基材に太陽光が当たるような条件では、太陽光に含まれる紫外線を好適に利用することができる。光触媒性コーティングがシリカ配合チタニアからなる場合には、蛍光灯に含まれる微弱な紫外線でも容易に親水化することができる。
【０００６】
そして、表面の超親水化は、種種の用途に応用することができる。すなわち、その用途は、例えば、透明部材の防曇、基材表面の自己浄化（セルフクリーニング）、建物や窓ガラスや機械装置や物品の表面の防汚、あるいは／および基材に付着した水滴の成長を防止する等である。
【０００７】
また、他の光触媒活性構造として、従来、可視光線応答型光触媒層が提案されている（例えば、特許文献２）。この可視光線応答型光触媒層は、酸化チタン上に、酸化チタンと酸化珪素との混合層、および酸化珪素層とが順に積層されて構成されている。
【０００８】
このような構成の可視光線応答型光触媒は、酸化チタン層の上に、酸化チタンと酸化珪素との混合層を設けることにより、この混合層と酸化チタン層との界面に電位勾配（ショットキーバリヤー）を生じると共に、界面準位を形成し、その結果、可視光線（４００〜５００ｎｍ程度）で励起可能なトラップ準位が形成される。
【０００９】
以上のようなメカニズムにより空間電位が生じた結果、可視光線領域の光を吸収し、励起された酸化チタンにより発生した正孔（ｈ＋）が酸化珪素層中を拡散し、最表面の水と反応することによりヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）を生じ、最表面に付着した有機物などを酸化分解することになる。
【００１０】
このように可視光線応答型光触媒層は、可視光線により光分解性を発揮し、セルフクリーニング性を有すると共に、長期間親水性を保ち続けることができる特性を付与することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２７５６４７４号公報（【特許請求の範囲】、第５頁）
【００１２】
【特許文献２】
特許第２７５６４７４号公報（【特許請求の範囲】、段落番号［０００６］、［００１３］、［００１４］）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光触媒活性構造は、光触媒反応が光触媒層の表面で発現するため、太陽光や蛍光灯等の外部光による直接照射で光分解性を発揮させるように構成されているので、外部光の少ない場所や時間帯によっては光触媒活性を充分に発揮することができない、という課題を有している。
【００１４】
そこで、本発明は、外部光の多少に拘わらず常に光触媒活性を充分に発揮することができる光触媒活性構造を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するため、請求項１記載の発明は、自然光あるいは人工光を出射する発光源と、前記発光源の光を内部に導入する受光部を備えている光透過可能な基材と、前記受光部を除く前記基材の表面の他の箇所に形成される光触媒層とを備えており、前記光触媒層が、前記基材内に導入された内部光と前記基材の外方から照射される外部光の内少なくとも前記内部光により活性化するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このため、請求項１記載の発明では、発光源からは、例えば太陽光、あるいは白熱灯の光が出射される。この出射光は、受光部から基材の内部に導入され、内部光となって基材内を伝播する。そしてこの伝播中、光触媒層へ到達した光は、その一部が光触媒層に吸収されるが、残りの光が光触媒層の表面近傍に到達して光分解性を発揮する。
【００１７】
また、導光本体部の外方から照射される外部光がある場合は、外部光と内部光とにより光触媒層の表面近傍の光分解性を一層促進することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光触媒活性構造であって、
前記内部光を前記光触媒層へ反射させる反射層が、前記受光部および光触媒層の形成箇所を除く前記基材の表面の他の箇所に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このため、請求項２記載の発明では、基材内を伝播する内部光は、反射層により反射されて効率よく光触媒層へ到達することができる。
【００２０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光触媒活性構造であって、
前記受光部は、前記基材の端面に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
このため、請求項３記載の発明では、発光源の光は、基材の端面から基材内部に導入されることになり、その分基材内の光の伝播過程を長く設定することができ、これにより光触媒層への到達確率を高くすることができる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の光触媒活性構造であって、
前記発光源は、一端部を光導入部とすると共に他端部を光出射部とする光伝送手段の前記他端部で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
このため、請求項４記載の発明では、発光源の光は、光伝送手段および受光部を介して基材内に間接的に導入される。このため光源と基材とをそれぞれ異なる環境下に設定することができ、光源の保全性を確保することができる。ここで光伝送手段とは、ガラスファイバー、プリズム、および導光体を含む概念として用いている。
【００２４】
また、請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項記載の光触媒活性構造であって、
前記反射層は、前記基材の表面であって、前記受光部および光触媒層の形成箇所を除いた残余の部分全体に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
このため、請求項５記載の発明では、基材内の内部光は、光ロスが極力抑制されて、反射層間で繰り返し反射されることになるため、内部に滞在する時間が延長され、その分光触媒層に到達する確率も増加して、光触媒層の活性を増大させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態としての光触媒活性構造１を示す。この光触媒活性構造１は、発光源としての光源２と、光源２の光を内部に導入する受光部３ａを備えた基材としての導光本体部３と、この導光本体部３の表面の、受光部３ａを除く他の箇所に形成される光触媒層４とを備えており、光触媒層４が、導光本体部３内に導入された内部光Ｌ１と導光本体部３の外方から照射される外部光Ｌ２の内少なくとも内部光Ｌ１により活性化するように構成されている。
【００２８】
光源２は、紫外線ランプ、ハロゲン灯、蛍光灯、水銀灯、キセノン灯、アーク灯、白熱灯等が利用でき、光触媒層４の形成素材によって、紫外線または紫外線と可視光線の混合した光のいずれかの光を発する光源が選択される。すなわち、光触媒層４が、紫外線応答型複合材で形成されるときは紫外線を発する光源が選択され、可視光線応答型光触媒層で形成されるときは、紫外線と可視光線の混合した光を発する光源が選択される。
【００２９】
また、導光本体部３は、透明体、あるいは半透明体で構成されるものであって、例えばガラスやプラスチックが用いられる。導光本体部３の厚みおよび大きさは、光源２と光触媒層４との離間距離の関係で、光源２の光が光触媒層４に到達し光触媒活性が発現される強度がある限りにおいては何等制限されるものではない。
【００３０】
また、光触媒層４は、従来と同様の紫外線応答型複合材、あるいは可視光線応答型光触媒層で構成される。光触媒層４の形成には、従来と同様に、真空蒸着やスパッタリングのようなＰＶＤ法、有機金属化合物などを用いるＣＶＤ法、アルコキシ体などを用いたゾル−ゲル法、あるいはＥＤＴＡなど錯体のアルキルアンモニウム塩溶液を含むコーティング液によるコーティング法などがあり、光触媒層４の種類により適宜の方法が選択されて形成されることになる。このとき光触媒層４の厚みについては、特に限定するものではない。
【００３１】
本実施形態では、光源２は、蛍光灯が選択され、光触媒層４は可視光線応答型光触媒層で形成されている。
【００３２】
光源２は、導光本体部３の一部に埋設されるか、あるいは他の光透過部材に埋め込まれた後その光透過部材を導光本体部３に接着固定することによって導光本体部３に設けられる。本実施形態では、後者で、光源２としての蛍光灯は、光透過部材６に埋め込まれて導光本体部３に設けられている。
【００３３】
光触媒層４としての可視光線応答型光触媒層は、光触媒機能を有する酸化チタン上に、酸化チタンと酸化珪素との混合層、および酸化珪素層とが順に積層されて構成される。
【００３４】
可視光線応答型光触媒層においては、酸化チタン層の上に混合層を積層することが重要であり、この混合層には酸化チタンと酸化珪素とが共存状態で含まれている。このような混合層（膜）積層するには、チタン成分と珪素成分とが同時に含まれるような状態で成膜すればよく、例えば、真空蒸着では、装置内で酸化チタンあるいはチタンと酸化珪素あるいは珪素とを同時に蒸発させ、導光本体部３上に蒸着させるか、スパッタリング法では、ターゲットとしてこれらの酸化チタンあるいはチタンと酸化珪素あるいは珪素とを用い、同時に気化させ導光本体部３上に堆積させることにより得ることができる。
【００３５】
また、ＣＶＤ法では、導光本体部３上にチタン成分と珪素成分とを同時に供給して反応させることにより、さらに、ゾル−ゲル法やコーテイング法などにおいては、導光本体部３に塗布する液にチタン成分と珪素成分とを含む液を用いて成膜することにより混合層を形成することができる。
【００３６】
そして光触媒活性構造１は、矩形板状体からなる導光本体部３の周側面の内、一側面を光源２の受光部３ａとしてそこに光源２を設けると共に、かつ導光本体部３の一の広平面に光触媒層４を設けて全体構成されている。
【００３７】
このように構成された光触媒活性構造１は、光源２の光は、受光部３ａから導光本体部３の内部に導入され、内部光Ｌ１となって導光本体部３内を伝播し、伝播の過程で光触媒層４へ到達する。光触媒層４へ到達した光は、その一部が光触媒層４に吸収されるが、残りの光が光触媒層４の表面近傍に到達して光分解性を発揮する。この光分解性の発揮で、正孔による水の酸化で生じたヒドロキシルラジカルは、有機物の酸化分解ばかりでなく、光触媒層４の表面では、ＴｉやＳｉと結合し、「Ｔｉ−ＯＨ」や「Ｓｉ−ＯＨ」のような状態で存在し、これらのヒドロキシ化された状態が親水性付与に深く寄与しているものと考えられる。これにより光触媒活性構造１は、その光触媒層４の表面に、親水性、セルフクリーニング性、抗菌性、および脱臭性を付与することができる。なお、図１において、符号Ｚ矢視は、光触媒活性構造１の正面方向を示す。
【００３８】
このように光触媒活性構造１は、内部光Ｌ１により前記した作用効果を奏することができるので、外部光Ｌ２の多少に拘わらず常に光触媒活性を充分に発揮することができる。すなわち、光触媒活性構造１は、外部光Ｌ２の全くない、例えば暗室においても、光触媒活性を充分に発揮することができる。
【００３９】
その上、光触媒活性構造１は、導光本体部３の外方から照射される外部光Ｌ２がある場合は、外部光Ｌ２と内部光Ｌ１とにより光触媒層４の表面近傍の光分解性を一層促進することができ、これにより親水性、セルフクリーニング性、抗菌性、および脱臭性の充分な付与が保証される。
【００４０】
また、この光触媒活性構造１においては、好ましくは、導光本体部３の受光部３ａに対向する他側面、および他の広平面３ｂにシボ加工を施して構成する。この構成では、内部光Ｌ１は、導光本体部３の受光部３ａに対向する他側面、および他の広平面３ｂのシボ加工部分で乱反射して導光本体部３の内部に均一に伝播し、これにより光触媒層４の全体に光分解性を発揮させることができる。
【００４１】
図２は、本発明の第２実施形態の変形例としての光触媒活性構造１ａを示す。この光触媒活性構造１ａは、反射層５を、受光部３ａに対向する他側面にに形成した点が相違するだけで、他の構成は光触媒活性構造１と同様に構成されている。この反射層５は、導光本体部３内に導入された内部光Ｌ１を光触媒層４へ反射させる機能を有して形成されるもので、導光本体部３より反射率が高い金属膜や塗装膜により形成される。
【００４２】
このように構成された光触媒活性構造１ａによれば、内部光Ｌ１は、反射層５により反射されて効率よく光触媒層４へ到達することができ、これにより前記した光触媒活性を充分に発揮することができる。
【００４３】
この光触媒活性構造１ａにおいても、好ましくは導光本体部３の他の広平面３ｂにシボ加工を施して構成する。この構成では、前述した光触媒活性構造１と同様に、光触媒層４の全体に光分解性を発揮させることができる。
【００４４】
図３は、本発明の第１実施形態の他の変形例としての光触媒活性構造１０を示す。この光触媒活性構造１０は、反射層５を、光触媒層４に対向させて導光本体部３の他の広平面３ｂに形成した点が相違するだけで、他の構成は光触媒活性構造１と同様に構成されている。
【００４５】
このときの反射層５は、例えば、導光本体部３の表面に形成される銀膜と、この銀膜の上に積層される銅膜と、この銅膜の上に積層されるバックアップ樹脂層とで構成される。この構成により導光本体部３は、鏡としての機能が付与される。このとき光触媒層４は、鏡としての機能を何等阻害するものではない。
【００４６】
このように構成された光触媒活性構造１０は、鏡としての機能に加えて、光触媒活性構造１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
また好ましくは、光触媒活性構造１０は、導光本体部３の受光部３ａに対向する他側面３ｃにシボ加工を施して構成する。この構成では、シボ加工部分による内部光Ｌ１の乱反射により、光触媒活性構造１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４８】
図４は、本発明の第１実施形態のさらに他の変形例としての光触媒活性構造２０を示す。この光触媒活性構造２０は、反射層５が、導光本体部３の表面であって、光触媒層４の形成部分および受光部３ａを除いた残余の部分全体に形成されている点が相違するだけで、他の構成は光触媒活性構造１０と同様に構成されている。
【００４９】
この光触媒活性構造２０によれば、光触媒活性構造１０と同様な作用効果に加えて、導光本体部３内の内部光Ｌ１が、光ロスの極力抑制された状態で、反射層５、５、…間で繰り返し反射されることになるため、内部に滞在する時間が延長され、その分光触媒層４に到達する確率も増加して、光触媒層４の活性を増大させることができる。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態としての光触媒活性構造３０を示す。この光触媒活性構造３０は、発光源の設置の仕方が異なるだけで、他の構成は光触媒活性構造２０と同様に構成されている。
【００５１】
すなわち、発光源は、一端部７ａを光導入部とすると共に他端部７ｂを光出射部とする光伝送手段７の前記他端部７ｂで構成されている。本実施形態では、光伝送手段として光ファイバー７が用いられている。光源２は、光ファイバー７の一端部７ａに対向させて設けられると共に、導光本体部３は、光ファイバー７の他端部７ｂに対向する受光部３ａを有して設けられている。図５中、符号８は、リフレクタで、光源２の光を光ファイバー７の一端部７ａに集光する機能を有している。
【００５２】
この構成によれば、光源２の光は、光ファイバー７を介して導光本体部３に間接的に導入される。このため、光源２と導光本体部３とをそれぞれ異なる環境下に設定することができ、光源２の保全性を確保することができる。
【００５３】
例えば、図６および図７に示すように、光触媒活性構造３０は、導光本体部３を浴室Ａ内の壁部９に取り付けて鏡として使用する一方、光源２を浴室Ａ外に設定することができる。これにより光源２に対する漏電防止対策が必要最小限で足りることになりコストの低減が図れるばかりでなく、光源２に起因する漏電や感電を未然に防ぐことができる。
【００５４】
また、光触媒活性構造３０は、導光本体部３内の内部光Ｌ１により（外部光Ｌ２が得られる環境では外部光Ｌ２も加わって）、光触媒層４の表面近傍の光触媒活性を充分に発揮することができ、これにより光触媒活性構２０と同様に、鏡としての機能に加えて、親水性、セルフクリーニング性、抗菌性、および脱臭性が付与される。
【００５５】
また、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形例も含むものである。
【００５６】
すなわち、第１および第２実施の形態における発光源は、太陽光を集光して光伝送手段で導光して構成することもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば次の効果を奏することができる。
【００５８】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、発光源の光を基材内に導入すると共に、導入された内部光を光触媒層へ到達させるようにしたので、外部光の多少に拘わらず常に光触媒活性を充分に発揮することができる光触媒活性構造を提供することができる。
【００５９】
また、請求項２記載の発明によれば、基材内を伝播する内部光は、反射層により反射されて効率よく光触媒層へ到達することができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、一層効率よく光触媒活性を発揮することができる。
【００６０】
また、請求項３記載の発明によれば、発光源の光は、基材の端面から基材内部に導入されることになり、その分基材内の光の伝播過程を長く設定することができ、これにより光触媒層への到達確率を高くすることができるるので、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、一層効率よく光触媒活性を発揮することができる。
【００６１】
また、請求項４記載の発明によれば、光源の光を、光伝送手段および受光部を介して基材に間接的に導入するようにしたので、光源と基材とをそれぞれ異なる環境下に設定することができ、これにより請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、光源の保全性を確保することができる。
【００６２】
その上、この構成によれば、太陽光も容易に集光することができ、これにより太陽光を発光源として利用することができる。
【００６３】
また、請求項５記載の発明によれば、基材内の内部光は、光ロスが極力抑制されて、反射層間で繰り返し反射されることになるため、内部に滞在する時間が延長され、その分光触媒層に到達する確率も増加するので、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、光触媒層の活性を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての光触媒活性構造の概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例としての光触媒活性構造の概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の他の変形例としての光触媒活性構造の概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のさらに他の変形例としての光触媒活性構造の概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態としての光触媒活性構造の一部断面にした概略説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態としての光触媒活性構造の使用状態を説明する要部の概略説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態としての光触媒活性構造の使用状態を説明する浴室内の概略説明図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１０、２０、３０光触媒活性構造
２光源（発光源）
３導光本体部（基材）
３ａ受光部
４光触媒層
５反射層
７光ファイバー（光伝送手段）
７ａ一端部（光ファイバーの）
７ｂ他端部（光ファイバーの）
Ｌ１内部光
Ｌ２外部光

Claims

自然光あるいは人工光を出射する発光源と、前記発光源の光を内部に導入する受光部を備えている光透過可能な基材と、前記受光部を除く前記基材の表面の他の箇所に形成される光触媒層とを備えており、前記光触媒層が、前記基材内に導入された内部光と前記基材の外方から照射される外部光の内少なくとも前記内部光により活性化するように構成されていることを特徴とする光触媒活性構造。
請求項１記載の光触媒活性構造であって、
前記内部光を前記光触媒層へ反射させる反射層が、前記受光部および光触媒層の形成箇所を除く前記基材の表面の他の箇所に形成されていることを特徴とする光触媒活性構造。
請求項１または２記載の光触媒活性構造であって、
前記受光部は、前記基材の端面に形成されていることを特徴とする光触媒活性構造。
請求項１〜３のいずれか１項記載の光触媒活性構造であって、
前記発光源は、一端部を光導入部とすると共に他端部を光出射部とする光伝送手段の前記他端部で構成されていることを特徴とする光触媒活性構造。
いることを特徴とする光触媒活性構造。
請求項２〜４のいずれか１項記載の光触媒活性構造であって、
前記反射層は、前記基材の表面であって、前記受光部および光触媒層の形成箇所を除いた残余の部分全体に形成されていることを特徴とする光触媒活性構造。