| 【発明の名称】 |
光触媒体および照明器具 |
| 【発明者】 |
【氏名】鎌田 博士
【氏名】渡辺 力
【氏名】本田 久司
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| 【要約】 |
【課題】基体が金属または金属光沢を有するものであったとしても、干渉色を生じないとともに、表面が平滑で基体の光学反射特性を阻害しない光触媒体およびこれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】光触媒物質球状微粒子が分散された光触媒膜を基体に形成してなる光触媒体である。光触媒物質球状微粒子は、微粒子間の接触面積が小さいので、凝集しにくく、分散性に優れている。得られた光触媒膜は、その充填密度が向上するため、屈折率が通常の光触媒物質微粒子を分散した光触媒膜大きいが、金属アルコキシドから生成したのみの光触媒膜より小さい。さらに、金属酸化物の添加により光触媒膜の屈折率を小さくすることができる。また、膜表面の平滑性が著しく向上するため、光触媒膜の透過鋼および基体からの反射光の減衰が少なくなる。さらに、金属酸化物微粒子を添加することにより、光触媒膜の屈折率を所望に小さくすることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】基体と；光触媒物質球状微粒子が分散されて基体に形成された光触媒膜と；を具備していることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】光触媒膜は、光触媒物質球状粒子が分散された金属アルコキシドから生成されていることを特徴とする請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】光触媒物質球状微粒子は、粒径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の光触媒体。
【請求項４】粒径が１０〜１００ｎｍの微粒子からなる金属酸化物が添加されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の光触媒体。
【請求項５】光触媒物質は、酸化チタンを主成分とし；金属酸化物は、シリカを主成分としている；ことを特徴とする請求項４記載の光触媒体。
【請求項６】制光手段を備えた照明器具本体と；制光手段の少なくとも一部が基体となって形成された請求項１ないし５のいずれか一記載の光触媒体と；を具備していることを特徴とする照明器具。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光触媒体およびこれを用いた照明器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】消臭、防汚およびまたは抗菌を行うために、光触媒膜を用いること知られている。
【０００３】光触媒膜は、紫外線照射を受けて、その光エネルギーを吸収すると、電離して電子とホールが生成する。電子とホールは、膜表面にある酸素や水と反応して活性酸素を生じ、有機物からなる汚れや臭いなどの成分を酸化還元する。
【０００４】近時、光触媒膜の有用性に注目して、建材、照明器具およびランプなど幅広い物品に光触媒膜を形成しようとする動きが活発である。
【０００５】出願人は、先に光触媒膜中にシリカなどの金属酸化物を添加して光触媒膜の屈折率を小さくして基体のガラスとほぼ同等にすることにより、光透過率が良好で干渉色を生じにくいとともに、光触媒膜焼成中に基体のガラスからナトリウムが浸出して光触媒作用が低下するようなことがない光触媒体を特願平９−１４０３７２号出願において提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した出願においては、基体がガラスの場合には、確かにすぐれた光触媒体を提供できるが、特に基体が金属または金属光沢のある部材の場合には、なお干渉色を生じやすいなどの不都合のあることが分かった。
【０００７】すなわち、金属などの基体に上記の光触媒膜を形成すると、基体の金属の反射光が光触媒膜の屈折率に応じて変化するため、干渉色を生じやすい。
【０００８】また、光触媒膜を焼成して形成する際に、基体の金属が酸化して反射率が低下しないようにする必要から、焼成温度を所要の高温度にすることができないために、形成された光触媒膜の表面の平滑性が十分でなく、金属面の光学反射特性を阻害しやすいという問題もある。
【０００９】本発明は、干渉色を生じないとともに、表面が平滑で基体の光学反射特性を阻害しない光触媒体およびこれを用いた照明器具を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を達成するための手段】請求項１の発明の光触媒体は、基体と；光触媒物質球状微粒子が分散されて基体に形成された光触媒膜と；を具備していることを特徴としている。
【００１１】本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１２】光触媒物質について光触媒物質としては、以下のものがある。ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＬａＲｈＰ3、ＦｅＴｉＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｄＦｅ2Ｏ4、ＳｒＴｉＯ3、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＲｕＯ2、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＭｏＳ3、ＬａＲｈＯ3、ＣｄＦｅＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＳｎＯ2などである。これらの物質を１種または複数種を混合して用いることができる。
【００１３】なお、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＳｒＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｄＳ、ＭｏＳ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯなどは等価電子帯のレドックス・ポテンシャルの絶対値が伝導帯のレドックス・ポテンシャルの絶対値よりも大きいため、酸化力の方が還元力よりも大きく、有機化合物の分解による消臭作用、防汚作用または抗菌作用に優れている。
【００１４】また、原料コストの面においては、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3およびＺｎＯが優れている。
【００１５】以上の各光触媒物質の中で現在最も有望視されているのは、ＴｉＯ2すなわち酸化チタンである。酸化チタンは、光触媒作用が顕著であるとともに、工業的に合理的な価格で、しかも必要量を入手できる物質であるからである。
【００１６】酸化チタンには、ルチル形とアナターゼ形の結晶構造があり、アナターゼ形の方が光触媒作用に優れている。
【００１７】本発明において、光触媒物膜は、たとえば金属アルコキシドから生成した緻密な光触媒膜中に光触媒物質球状微粒子が分散し、金属酸化物が添加されている。したがって、光触媒膜および光触媒物質球状微粒子が前記光触媒物質を含んでいる。金属アルコキシドから生成した光触媒膜は、光触媒物質球状微粒子またはおよび金属酸化物微粒子に対する結着材としても作用する。
【００１８】次に、光触媒物質球状微粒子は、光触媒物質からなる微粒子の表面がほぼ球状をなしているものをいうが、本発明においては便宜上その比表面積がＢＥＴ法による測定で４０〜５０ｍ2／ｇの範囲にあるものを球状であるとすることができる。
【００１９】そうして、光触媒物質球状微粒子は、その形状のために微粒子間の接触面積が小さいので、凝集しにくく、分散性に優れているという特徴がある。たとえば上記したように金属アルコキシドを含み、さらに光触媒物質球状微粒子を分散させ、金属酸化物を微粒子または有機化合物の形で添加した塗布液を調整し、塗布・焼成を経て形成した光触媒膜には、光触媒物質球状微粒子がほぼ均一に分散している。そして、得られた光触媒膜は、その充填密度が向上するため、屈折率が通常の非球状の光触媒物質微粒子を分散した光触媒膜よりは大きい。しかし、金属アルコキシドから生成したのみの光触媒膜よりは小さい。
【００２０】また、光触媒物質球状微粒子を分散させて得た光触媒膜は、膜表面の平滑性が著しく向上するという特徴がある。このため、光触媒膜の透過光および基体からの反射光の減衰が少なくなる。
【００２１】さらに、光触媒物質球状微粒子の分散により平滑性が向上することに伴い、光触媒膜を焼成工程を経て形成する場合に、焼成温度を低くすることが可能になる。このため、基体が金属である場合には、基体が酸化しない温度で焼成できるようになる。
【００２２】さらにまた、光触媒物質球状微粒子を光触媒物質中に分散させる割合は、重量比で１５〜５０％の範囲であるのが好ましい。
【００２３】光触媒物質球状微粒子が１５％未満では上記した光学特性の改善の効果が少ない。
【００２４】また、上記割合が５０％を超えると、光触媒膜の機械的強度が小さくなる。
【００２５】したがって、本発明によれば、光触媒物質球状微粒子を光触媒膜中に分散させることに伴う作用と、金属酸化物を添加することによる上記作用とが併せ生じることにより、基体の光学特性を阻害しないものとなる。
【００２６】光触媒膜の厚さは、好ましくは１０〜３００ｎｍの範囲である。１０ｎｍ未満では光触媒作用が少なくなる。また、３００ｎｍを超えると、光透過率が低下する。
【００２７】基体について基体は、光触媒膜を担持するもので、本発明においては、金属または表面が金属光沢を有する基体である場合に、特に顕著な効果を奏する。
【００２８】金属としては、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼、クロム鍍金した鉄および銅などを用いることができる。なお、金属の表面にたとえば陽極酸化被膜、シリカ膜などの保護膜を形成した上に光触媒膜を形成することができる。
【００２９】金属光沢を呈する物質としては、たとえば合成樹脂、ガラスおよびセラミックスなどの非金属の表面に金属を被着させてなるような物質であることを許容する。
【００３０】しかしながら、光触媒作用および光学特性において、その他の物質からなる基体であっても問題があるわけではないから、本発明において基体は、光触媒膜を担持することができれば、特定の物質からなる基体に限定されるものではない。
【００３１】また、基体は、元来光触媒とは直接関係ない他の機能のために形成されるものであることを許容する。すなわち、基体は機能材であることを許容する。
【００３２】機能材としては、たとえばタイル、窓ガラス、天井パネルなどの建築材や、厨房用および衛生用の器材、家電機器、照明用器材、消臭用または集塵用フィルターなどさまざまな任意所望の部材を基体とすることができる。
【００３３】基体の材料としては、金属、ガラス、セラミックス（磁器を含む。）、陶器、石材、合成樹脂および木材などであることを許容する。
【００３４】請求項２の発明の光触媒体は、請求項１記載の光触媒体において、光触媒膜は、光触媒物質球状粒子が分散された金属アルコキシドから生成されていることを特徴としている。
【００３５】金属アルコキシドから生成した光触媒物質は、緻密で屈折率が相対的に大きいが、これに光触媒物質球状微粒子を添加することにより、屈折率を小さくすることができる。
【００３６】金属アルコキシドから光触媒物質を生成させるには、たとえば金属アルコキシドとキレート剤とを反応させ、エタノールなどの有機溶剤で希釈し、さらに光触媒物質球状微粒子を分散させて塗布液を調整する。
【００３７】そうして、塗布液に基体をディップするか、スプレーして、塗布液を基体に塗布する。塗布後４００〜６００℃の温度で焼成する。焼成時に金属アルコキシドは、空気中の水分により加水分解して光触媒物質を生成する。
【００３８】上記の構成の光触媒体は、光触媒膜の基体に対する付着強度が良好であるから、耐久性に優れている。
【００３９】請求項３の発明の光触媒体は、請求項１または２記載の光触媒体において、光触媒物質球状微粒子は、粒径が１０〜１００ｎｍであることを特徴としている。
【００４０】本発明は、光触媒物質の粒径の好ましい範囲を規定している。
【００４１】光触媒物質球状微粒子の粒径が１０ｎｍ未満であると、同微粒子の製造に困難さが増す。
【００４２】また、粒径が１００ｎｍを超えると、分散性が悪くなるとともに光触媒膜の強度が低下しやすい。
【００４３】請求項４の発明の光触媒体は、請求項１ないし３のいずれか一記載の光触媒体において、粒径が１０〜１００ｎｍの微粒子からなる金属酸化物が添加されていることを特徴としている。
【００４４】本発明において、金属酸化物は、なるべく透明質で、酸化チタンより屈折率が小さくて化学的に安定な金属酸化物が適している。特にシリカおよびアルミナのいずれか一方または両方を用いるのが好適である。
【００４５】また、金属酸化物は、塗布液中に有機化合物の形で含有させ、焼成持に加水分解によって析出させてもよいし、最初から金属酸化物微粒子の形で分散させてもよい。
【００４６】さらに、金属酸化物微粒子の形で分散させる場合に、微粒子の形状は、球状および非球状のいずれでもよい。球状であると、光触媒膜中の分散性が相対的に良好であるが、本発明の本質に影響はない。
【００４７】金属酸化物の添加量は、光触媒膜に対して重量比で１０〜５０％の範囲であることが好ましい。
【００４８】添加量が１０％未満では屈折率の低下が十分でない。
【００４９】また、５０％を超えると、光触媒作用特に防汚作用の低下が顕著になる。
【００５０】金属酸化物微粒子の粒径が１０ｎｍ未満であると、同微粒子の製造に困難さが増す。
【００５１】また、粒径が１００ｎｍを超えると、分散性が悪くなるとともに光触媒膜の強度が低下しやすい。
【００５２】そうして、金属酸化物が光触媒膜中に含まれていることにより、光触媒膜の屈折率を低下させるから、可視光の散乱、反射を抑制する。
【００５３】請求項５の発明の光触媒体は、請求項４記載の光触媒体において、光触媒物質は、酸化チタンを主成分とし；金属酸化物は、シリカを主成分としている；ことを特徴としている。
【００５４】本発明は、光触媒物質および金属酸化物の好適な材料を規定している。
【００５５】なお、「主成分とする」とは、重量で過半数が当該物質で構成されていれば、他の物質を副成分として含んでいてもよいという意味である。光触媒物質においては、前述した各種の光触媒作用を呈する物質の中から選択した物質を副成分とすることができる。また、金属酸化物においては、たとえばアルミナを副成分とすることができる。
【００５６】請求項６の発明の照明器具は、制光手段を備えた照明器具本体と；制光手段の少なくとも一部が基体となって形成された請求項１ないし５のいずれか一記載の光触媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００５７】本発明において、照明器具は、屋外用および屋内用のいずれでもよい。
【００５８】制光体は、金属または金属光沢を呈する物質からなるたとえば反射体、ルーバおよび遮光体などの一部または任意の組み合わせであることを許容する。また、制光体は、透光性を備えたたとえばグローブ、セード、プリズム、透光性カバーおよびレンズなどのいずれか一部または任意の組み合わせであることを許容する。
【００５９】制光手段は、使用によりばい煙やたばこの脂などの有機物からなる汚れがそこに付着すると、照明器具としての光学性能が低下したり、外観が悪くなるが、光触媒膜を形成しておくことにより、汚れが分解されるので、光学性能の低下を抑制し、相対的に長期間にわたり外観を良好に維持することができる。
【００６０】また、制光手段に接触した空気中の臭い物質を分解することにより、室内の脱臭を行うこともできる。
【００６１】さらに、照明器具をたとえば冷蔵庫、エアコンディショナー、空気清浄装置などに収納できる大きさおよび構造にして、これらの機器に配設することにより、脱臭または殺菌手段とすることもできる。
【００６２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６３】図１は、本発明の光触媒体の第１の実施形態を示す概念的要部拡大断面図である。
【００６４】図において、１は基体、２は光触媒膜、３は光触媒物質球状微粒子、４は金属酸化物微粒子である。
【００６５】基体１は、ステンレス鋼から構成されている。
【００６６】光触媒膜２は、以下の製造方法によって形成した。
【００６７】すなわち、チタンアルコキシドおよびアセチルアセトンからなるキレート剤を反応させた液体と、有機溶剤との混合液に、重量比で等量の光触媒物質球状微粒子およびシリカの球状微粒子を分散させて塗布液を調整した。光触媒物質球状粒子は、シーアイ化成（株）製のＮ−ＴｉＯ2を用いた。比表面積は、ＢＥＴ法による測定で４５±５ｍ2／ｇである。
【００６８】次に、基体１の表面に塗布液をスプレイ法により塗布した。
【００６９】その後、基体１を約５００℃の温度で焼成して光触媒膜２を形成した。
【００７０】得られた光触媒膜２は、チタンアルコキシドから生成した緻密な酸化チタンに対して、光触媒物質球状微粒子が約２０％、金属酸化物微粒子が約２０％で、光触媒膜２の波長５５ｎｍにおける屈折率は１．８４であった。
【００７１】さらに、光触媒膜２を電子顕微鏡で観察したところ、光触媒物質球状微粒子３および金属酸化物微粒子４は、均一に分散していた。
【００７２】また、本実施形態の基体１の可視光反射率は８８％であった。なお、比較のために、光触媒物質球状微粒子の代わりに通常の非球状の光触媒物質微粒子を分散させた以外は、同一仕様の光触媒体を製作して比較した結果、可視光反射率は８０％であった。
【００７３】なお、光触媒作用である光触媒活性はいずれも優れていた。
【００７４】図９は、本発明の照明器具の一実施形態におけるトンネル用照明器具を示す斜視図である。
【００７５】図において、２１は照明器具本体、２２は前面枠、２３は透光性ガラスカバー、２４はランプソケット、２５は高圧放電ランプ、２６は反射板である。
【００７６】照明器具本体２１は、ステンレス板を前面に開口部を備えた箱状に成形してなり、背面に取付金具２１ａを備えている。
【００７７】前面枠２２は、ステンレス板を成形してなり、中央に投光開口２２ａ、一側にヒンジ２２ｂ、他側にラッチ（図示しない。）を備えている。そして、ヒンジ２ａにより、照明器具本体２１の前面側の一側部に開閉自在に枢着され、ラッチにより閉止位置に固定されるように構成されている。
【００７８】透光性ガラスカバー２３は、前面枠２２にシリコーンゴム製のパッキング２ａを介して防水的に装着されている。
【００７９】ランプソケット２４は、照明器具本体２１内に配設されている。
【００８０】高圧放電ランプ２５は、３４０〜４００ｎｍの波長範囲内において、可視光の光束１０００ｌｍ当たり０．０５Ｗ以上の強度の紫外線を放射する。
【００８１】反射板２６は、高純度アルミニウムによって形成されており、その反射面に図１に示す光触媒膜を形成してある。
【００８２】また、反射板２６は、照明器具本体２１内に配設されて、上記高圧放電ランプ２５から放射された光が反射板２６で反射されて所要の配光特性を示すように構成され、かつ配置されている。
【００８３】照明器具本体２１の反射板２６の背面側には、安定器、端子台などが配設されている。
【００８４】そうして、本実施形態の照明器具は、取付金具２１ａを介してトンネル内に設置されて使用に供され、トンネル内を照明する。
【００８５】また、照明と同時に高圧放電ランプ２５から放射される主として３４０〜４００ｎｍの波長範囲内の紫外線は、可視光と一緒に反射板２６の反射面に入射し、表面の光触媒膜を活性化させる。このため、反射面に付着するばい煙などの有機物の汚れを分解してセルフクリーニングを行う。
【００８６】一方、可視光は反射面にて反射して透光性ガラスカバー２３を通過して所定の配光を形成してトンネル内を照明する。
【００８７】
【発明の効果】請求項１ないし５の発明によれば、光触媒物質球状微粒子を光触媒膜中に分散させたことにより、基体が金属または金属光沢を有するものであったとしても、干渉色を生じないとともに、表面が平滑で基体の光学反射特性を阻害しない光触媒体を提供することができる。
【００８８】請求項２の発明によれば、加えて光触媒膜が金属アルコキシドから生成されていることにより、耐久性に優れているとともに、焼成温度を低くして基体の酸化を防止した光触媒体を提供することができる。
【００８９】請求項３の発明によれば、光触媒物質球状微粒子が粒径１０〜１００ｎｍであることにより、分散性に優れるとともに光触媒膜の強度も良好な光触媒体を提供することができる。
【００９０】請求項４の発明によれば、加えて粒径１０〜１００ｎｍの金属酸化物微粒子を添加したことにより、金属酸化物を微粒子の形で光触媒膜に分散させやすい光触媒体を提供することができる。
【００９１】請求項５の発明によれば、光触媒物質が酸化チタンを主成分とし、金属酸化物がシリカを主成分としたことにより、最適な材料で構成されて光触媒作用の優れた光触媒体を提供することができる。
【００９２】請求項６の発明によれば、請求項１ないし５の効果を有する照明器具を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３７５７
【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月２６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小野田 芳弘
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８８０８９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月１３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３５９６５３ |
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