JPH09231819A

JPH09231819A - トンネルや道路用照明装置の清掃方法および防汚方法

Info

Publication number: JPH09231819A
Application number: JP8115679A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Watabe; 俊也渡部; Makoto Hayakawa; 信早川; Makoto Chikuni; 真千国; Atsushi Kitamura; 厚北村
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1997-09-05
Also published as: JP2005007396A; JP3129194B2; JP2001243820A; JPH09229493A; JP4120943B2; JPH09226054A

Abstract

(57)【要約】【目的】交通規制を行うことなく或いは最小限の交通
規制により実施することの可能な、トンネルや道路用照
明装置のカバーガラスの清掃方法を提供することを目的
とする。【構成】トンネルや道路用照明装置（10）のカバーガ
ラス（18）の表面は光触媒層（20）で被覆され、光触媒
は光源（16）からの光や太陽光により光励起される。光
励起により光触媒層（20）の表面は超親水化され、燃焼
生成物の付着が防止される。必要に応じて作業車からカ
バーガラス（18）に水を噴射すれば、付着した汚染物質
を容易に洗い流すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルや道路用
照明装置のカバーガラスの清掃方法および防汚方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルや道路用照明装置のカバーガラ
スは排気ガス中の燃焼生成物や路面から舞い上がった煤
塵によって汚れる。汚れに伴い照明装置の光出力は低下
する。そこで、定期的に又は必要に応じてカバーガラス
を清掃しなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】トンネルや道路用照明
装置の清掃は交通規制を必要とすることが多く、円滑な
道路交通を阻害する。特に、トンネル内では、照明装置
の清掃のために交通規制をすることは困難であるだけで
なく、かなりの危険を伴うので、充分な頻度で清掃を実
施することができない。また、清掃は高所作業となり、
作業に時間を要するので、交通規制の時間も長くなる傾
向がある。

【０００４】本発明の目的は、実質的に交通規制を行う
ことなく、或いは最小限の交通規制により実施すること
の可能な、トンネルや道路用照明装置のカバーガラスの
清掃方法を提供することにある。本発明の他の目的は、
トンネルや道路用照明装置のカバーガラスの汚れを防止
することの可能な方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、光触媒を光
励起すると光触媒の表面が高度に親水化されることを発
見した。驚ろくべきことに、光触媒性チタニアを紫外線
で光励起したところ、水との接触角が１０゜以下、より
詳しくは５゜以下、特に約０゜になる程度に表面が高度
に親水化されることが発見された。

【０００６】本発明は斯る発見に基づくもので、本発明
によれば、トンネル又は道路用照明装置のカバーガラス
の表面は半導体光触媒を含む透明層で被覆され、光触媒
を光励起することにより光触媒層の表面は親水化され
る。このように親水化された表面には、排気ガス中の燃
焼生成物のような疎水性の物質は付着しにくい。また、
必要に応じて光触媒層の表面に水を供給すると、表面に
付着した汚染物質は水により容易に洗い流される。

【０００７】好ましくは、光触媒の光励起は照明装置自
身から放射される光により行われる。好ましい実施態様
においては、清掃はカバーガラスに水を噴射することに
より行い、水の噴射は好ましくは走行中の作業車から行
う。本発明の上記特徴や効果、ならびに、他の特徴や利
点は、以下の実施例の記載に従い明らかとなろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】トンネル用照明装置の場合につい
て説明するに、照明装置はトンネル構造に応じて埋込型
或いは直付型にすることができる。図１に示した例で
は、照明装置１０は埋込型になっており、トンネルのコ
ンクリート壁１２に埋設されたハウジング１４を有す
る。光源１６はカバーガラス１８によって覆われてい
る。光源１６としては、低圧ナトリウムランプ、高圧ナ
トリウムランプ、蛍光灯、水銀灯、蛍光水銀灯、その他
の電灯を使用することができる。

【０００９】本発明に従い、カバーガラス１８の表面は
光触媒を含む透明層２０によって被覆され、光触媒は光
源１６から放射される光によって光励起される。光励起
に伴い、光触媒層２０の表面は、水との接触角が１０゜
以下、特に約０゜になる程度に親水化される。

【００１０】光触媒としては、TiO₂、ZnO、SnO₂、SrTiO
₃、WO₃、Bi₂O₃、Fe₂O₃、CdTe、MoS₂、CdS、又はそれら
の混合物を使用することができ、光源１６の種類に応
じ、光源からの光によって光励起されるようなバンドギ
ャップエネルギを持ったものを選ぶことができる。例え
ば、光源１６が波長589nmの低圧ナトリウムランプの場
合には、CdTe又はMoS₂を使用することができる。光源１
６が波長413nm以下の紫外線を含む場合にはルチル型TiO
₂、波長387nm以下の紫外線を含む場合にはアナターゼ型
TiO₂又はZnO、波長344nm以下の紫外線を含む場合にはSn
O₂を使用するのが好ましい。

【００１１】光触媒層２０の膜厚は０.２μｍ以下にす
るのが好ましい。このようにすれば、充分な透明性を確
保することができ、かつ、光の干渉による発色を防止す
ることができる。

【００１２】光触媒層２０は、光触媒の粒子を含有する
ゾルをカバーガラス１８に塗布し、ガラスの軟化点以下
の温度で焼結することにより形成することができる。こ
の場合には、ガラス中のナトリウムのようなアルカリ網
目修飾イオンがガラスから光触媒層中に拡散するのを防
止するため、カバーガラス１８の表面を予めシリカ等の
中間層で被覆しておくのが好ましい。また、光触媒がTi
O₂の場合には、光触媒層２０にはSiO₂若しくはSnO₂を配
合するのが好ましい。このようにすれば、光励起時には
水との接触角が０゜になる程度に光触媒層２０の表面を
超親水化することができる。

【００１３】或いは、光触媒層２０は、無定形の光触媒
前駆体の薄膜をカバーガラス１８の表面に形成し、無定
形薄膜を加熱して結晶化させて光活性のある光触媒に変
換することにより形成してもよい。例えば、光触媒がTi
O₂の場合には、カバーガラス１８の表面に無定形チタニ
アの薄膜を形成し、次いで400℃以上かつガラスの軟化
点以下の温度で焼成することにより無定形チタニアを結
晶性チタニア（アナターゼ又はルチル）に相変化させる
ことができる。このように形成された光触媒層２０は、
光励起時には水との接触角が０゜になる程度に超親水化
される。

【００１４】無定形チタニアは、チタンのアルコキシド
（例えば、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキ
シチタン、テトラｎ−プロポキシチタン、テトラブトキ
シチタン、テトラメトキシチタン）に塩酸又はエチルア
ミンのような加水分解抑制剤を添加し、エタノールやプ
ロパノールのようなアルコールで希釈した後、部分的に
加水分解を進行させながら又は完全に加水分解を進行さ
せた後、混合物をスプレーコーティング、フローコーテ
ィング、スピンコーティング、ディップコーティング、
ロールコーティングその他のコーティング法により、カ
バーガラス１８の表面に塗布し、常温から200℃の温度
で乾燥させることにより形成することができる。乾燥に
より、チタンのアルコキシドの加水分解が完遂して水酸
化チタンが生成し、水酸化チタンの脱水縮重合により無
定形チタニアの層が基材の表面に形成される。チタンの
アルコキシドに代えて、チタンのキレート又はチタンの
アセテートのような他の有機チタン化合物を用いてもよ
い。

【００１５】或いは、無定形チタニアは、無機チタン化
合物、例えば、TiCl₄又はTi(SO₄)₂の酸性水溶液をスプ
レーコーティング、フローコーティング、スピンコーテ
ィング、ディップコーティング、ロールコーティングに
より、カバーガラス１８の表面に塗布し、次いで無機チ
タン化合物を約100℃〜200℃の温度で乾燥させて加水分
解と脱水縮重合に付すことにより形成することができ
る。

【００１６】光励起時に水との接触角が０゜になる程度
の超親水性を呈する光触媒層２０を形成する他の好まし
いやり方は、未硬化の若しくは部分的に硬化したシリコ
ーン（オルガノポリシロキサン）又はシリコーンの前駆
体からなる塗膜形成要素に光触媒の粒子を分散させてな
る塗料用組成物を用いることである。この塗料用組成物
をカバーガラス１８の表面に塗布し、塗膜形成要素を硬
化させた後、光触媒を光励起すると、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の光触媒作用によ
り水酸基に置換され、光触媒層２０の表面は超親水化さ
れる。

【００１７】この塗料用組成物の塗膜形成要素として
は、メチルトリクロルシラン、メチルトリブロムシラ
ン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリｔ
−ブトキシシラン；エチルトリクロルシラン、エチルト
リブロムシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルト
リエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、
エチルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−プロピルトリクロ
ルシラン、ｎ−プロピルトリブロムシラン、ｎ−プロピ
ルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラ
ン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロ
ピルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−ヘキシルトリクロル
シラン、ｎ−ヘキシルトリブロムシラン、ｎ−ヘキシル
トリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラ
ン、ｎ−ヘキシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−ヘキ
シルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−デシルトリクロルシ
ラン、ｎ−デシルトリブロムシラン、ｎ−デシルトリメ
トキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、ｎ−デ
シルトリイソプロポキシシラン、ｎ−デシルトリｔ−ブ
トキシシラン；ｎ−オクタデシルトリクロルシラン、ｎ
−オクタデシルトリブロムシラン、ｎ−オクタデシルト
リメトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラ
ン、ｎ−オクタデシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−
オクタデシルトリｔ−ブトキシシラン；フェニルトリク
ロルシラン、フェニルトリブロムシラン、フェニルトリ
メトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニ
ルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリｔ−ブトキ
シシラン；テトラクロルシラン、テトラブロムシラン、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ
ブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン；ジメチ
ルジクロルシラン、ジメチルジブロムシラン、ジメチル
ジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン；ジフェ
ニルジクロルシラン、ジフェニルジブロムシラン、ジフ
ェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラ
ン；フェニルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジ
ブロムシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェ
ニルメチルジエトキシシラン；トリクロルヒドロシラ
ン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒドロシラ
ン、トリエトキシヒドロシラン、トリイソプロポキシヒ
ドロシラン、トリｔ−ブトキシヒドロシラン；ビニルト
リクロルシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリ
メトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルト
リイソプロポキシシラン、ビニルトリｔ−ブトキシシラ
ン；トリフルオロプロピルトリクロルシラン、トリフル
オロプロピルトリブロムシラン、トリフルオロプロピル
トリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキ
シシラン、トリフルオロプロピルトリイソプロポキシシ
ラン、トリフルオロプロピルトリｔ−ブトキシシラン；
γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシ
ドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシ
プロピルトリイソプロポキシシラン、γ−グリシドキシ
プロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メタアクリロキ
シプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタアクリロ
キシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロ
キシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキ
シプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メタアクリ
ロキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−アミノプ
ロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメ
チルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキ
シシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ
−アミノプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−アミ
ノプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メルカプトプ
ロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピ
ルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルト
リメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキ
シシラン、γ−メルカプトプロピルトリイソプロポキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリｔ−ブトキシシラ
ン；β−(３、４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリ
メトキシシラン、β−(３、４−エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリエトキシシラン；および、それらの部分
加水分解物；およびそれらの混合物を使用することがで
きる。

【００１８】このようにカバーガラス１８の表面に形成
された光触媒層２０は、光源１６を点灯すると、光源自
体から放射される光によって光励起される。或いは、道
路照明装置のように太陽光が当たる条件では、光触媒層
２０は日中は太陽光により光励起される。光励起に伴
い、光触媒層２０の表面は、水との接触角が１０゜以
下、特に約０゜になる程度に親水化される。カーボンブ
ラックやディーゼルパーティキュレートのような燃焼生
成物は基本的に疎水性であるから、超親水化されたカバ
ーガラス１８の表面に付着しにくい。同様に、泥や土の
ような無機物質の水との接触角は２０゜から５０゜であ
るので、水との接触角が約０゜になる程度に超親水化さ
れたカバーガラス１８の表面には付着しにくい。従っ
て、カバーガラス１８の表面は長期間にわたり清浄に維
持されるので、清掃の頻度を大幅に低減することができ
る。

【００１９】カバーガラス１８の表面が汚染物質で汚れ
た場合には、必要に応じてカバーガラス１８の表面に水
を供給すれば、表面に付着した汚染物質は水により容易
に洗い流される。超親水化された表面の水に対する親和
力は、燃焼生成物のような疎水性物質に対する親和力よ
りも大きいので、カバーガラス１８の表面に水を供給す
れば、燃焼生成物のような疎水性物質は表面から釈放さ
れ、水によって簡単に洗い流される。カバーガラス１８
の清掃は低速又は高速で走行中の作業車から水を噴射す
ることにより行うのが好ましい。このようにすれば、交
通規制を最小限にすることができる。或いは、トンネル
の壁や照明装置の近傍などに散水装置を設置し、随時カ
バーガラス１８に散水してもよい。

【００２０】実施例１エタノールの溶媒86重量部に、テトラエトキシシランSi
(OC₂H₅)₄（和光純薬）６重量部と純水６重量部とテトラ
エトキシシランの加水分解抑制剤として36％塩酸２重量
部を加えて混合し、シリカコーティング溶液を調整し
た。混合により溶液は発熱するので、混合液を約１時間
放置冷却した。この溶液をフローコーティング法により
１０cm四角のソーダライムガラス板の表面に塗布し、80
℃の温度で乾燥させた。乾燥に伴い、テトラエトキシシ
ランは加水分解を受けて先ずシラノールSi(OH)₄にな
り、続いてシラノールの脱水縮重合により無定形シリカ
の薄膜がガラス板の表面に形成された。

【００２１】次に、テトラエトキシチタンTi(OC₂H₅)
₄（Merck）１重量部とエタノール９重量部との混合物に
加水分解抑制剤として36％塩酸を０.１重量部添加して
チタニアコーティング溶液を調整し、この溶液を前記ガ
ラス板の表面に乾燥空気中でフローコーティング法によ
り塗布した。塗布量はチタニアに換算して45μｇ/cm²と
した。テトラエトキシチタンの加水分解速度は極めて早
いので、塗布の段階でテトラエトキシチタンの一部は加
水分解され、水酸化チタンTi(OH)₄が生成し始めた。

【００２２】次に、このガラス板を１〜１０分間約150
℃の温度に保持することにより、テトラエトキシチタン
の加水分解を完了させると共に、生成した水酸化チタン
を脱水縮重合に付し、無定形チタニアを生成させた。こ
うして、無定形シリカの上に無定形チタニアがコーティ
ングされたガラス板を得た。このガラス板を500℃の温
度で焼成して、無定形チタニアをアナターゼ型チタニア
に変換させた。

【００２３】この試料を数日間暗所に放置した後、20W
のブラックライトブルー（BLB）蛍光灯（三共電気、FL2
0BLB）を用いて試料の表面に０.５mW／cm²の紫外線照度
（アナターゼ型チタニアのバンドギャップエネルギより
高いエネルギの紫外線の照度）で約１時間紫外線を照射
し、＃１試料を得た。比較のため、チタニアのコーティ
ングを施さないガラス板を準備し、＃２試料とした。

【００２４】＃１試料と＃２試料の水との接触角を接触
角測定器（協和界面科学社製、形式CA-X150）により測
定した。この接触角測定器の低角度側検出限界は１゜で
あった。接触角は、マイクロシリンジから試料表面に水
滴を滴下した後30秒後に測定した。＃１試料の表面の水
に対する測定器の読みは０゜であり、超親水性を示し
た。これに対し、＃２試料の水との接触角は30〜40゜で
あった。

【００２５】このガラス板の表面にオレイン酸を塗布
し、ガラス板表面を水平姿勢に保持しながらガラス板を
水槽に満たした水の中に浸漬したところ、オレイン酸は
丸まって油滴となり、ガラス板の表面から釈放されて浮
上した。

【００２６】実施例２１０cm四角のソーダライムガラス板の表面にチタンキレ
ート含有液を塗布し、チタンキレートを加水分解と脱水
縮重合に付すことにより、無定形チタニアをガラス板の
表面に形成した。このガラス板を500℃の温度で焼成し
て、アナターゼ型チタニア結晶からなる表面層を形成し
た。表面層の膜厚は７nmであった。得られた試料の表面
にBLB蛍光灯を用いて０.５mW／cm²の照度で約１時間紫
外線を照射した。この試料の表面の水との接触角を接触
角測定器（ERMA社製、形式G-I-1000、低角度側検出限界
３゜）で測定したところ、接触角の読みは３゜未満であ
った。

【００２７】実施例３この実施例では基材として１０cm四角のアルミニウム基
板を使用した。基板の表面を平滑化するため、予めシリ
コーン層で被覆した。このため、日本合成ゴムの塗料用
組成物“グラスカ”のＡ液（シリカゾル）とＢ液（トリ
メトキシメチルシラン）を、Ａ液とＢ液との重量比が
３：１になるように混合し、この混合液をアルミニウム
基板に塗布し、150℃の温度で硬化させ、膜厚３μｍの
シリコーンのベースコートで被覆された複数のアルミニ
ウム基板（＃１試料）を得た。

【００２８】次に、チタニア含有塗料により＃１試料を
被覆した。より詳しくは、アナターゼ型チタニアゾル
（日産化学、TA-15）と前記“グラスカ”のＡ液（シリ
カゾル）を混合し、エタノールで希釈後、更に“グラス
カ”の上記Ｂ液を添加し、チタニア含有塗料用組成物を
調整した。この塗料用組成物の組成は、シリカ３９重量
部、トリメトキシメチルシラン９７重量部、チタニア８
７重量部であった。この塗料用組成物を＃１試料の表面
に塗布し、150℃の温度で硬化させ、アナターゼ型チタ
ニア粒子がシリコーン塗膜中に分散されたトップコート
を形成し、＃２試料を得た。

【００２９】次に、＃２試料にBLB蛍光灯を用いて０.５
mW／cm²の照度で５日間紫外線を照射し、＃３試料を得
た。この試料の表面の水との接触角を接触角測定器（ER
MA社製）で測定したところ、接触角の読みは３゜未満で
あった。紫外線照射前の＃２試料の接触角を測定したと
ころ、７０゜であった。＃１試料の接触角を測定したと
ころ、９０゜であった。更に、＃１試料に＃２試料と同
じ条件で５日間紫外線を照射し、接触角を測定したとこ
ろ、接触角は８５゜であった。

【００３０】このことから、シリコーンに光触媒を含有
させ、光触媒を光励起した場合には、シリコーン塗膜が
高度に親水化されることが分かる。シリコーンの分子の
ケイ素原子に結合した有機基が光触媒作用によって水酸
基に置換され、親水性のシリコーン誘導体が表面に形成
されているものと考えられる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の方法によれば、トンネル・道路
用照明装置のカバーガラスの清掃頻度を大幅に低減する
ことができ、トンネル・道路用照明装置のメンテナンス
を最小限にすることができる。また、トンネル・道路用
照明装置の清掃は走行中の作業車から水を噴射するだけ
で行うことができるので、交通規制を最小限にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用される照明装置の模式的断
面図である。

【符号の説明】

１０：トンネル用照明装置１８：カバーガラス２０：光触媒含有層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千国真福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者北村厚福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル又は道路用照明装置のカバーガ
ラスの表面を半導体光触媒を含む透明層で被覆し、前記
光触媒を光励起することにより前記層の表面を親水化
し、前記層の表面に水を供給することにより前記層の表
面に付着した汚染物質を洗い流すことからなるトンネル
又は道路用照明装置のカバーガラスの清掃方法。
【請求項２】光触媒の光励起は照明装置自身から放射
される光により行われることを特徴とする請求項１に基
づく清掃方法。
【請求項３】前記水の供給はカバーガラスに水を噴射
することにより行うことを特徴とする請求項１又は２に
基づく清掃方法。
【請求項４】前記水の噴射は走行中の作業車から行う
ことを特徴とする請求項３に基づく清掃方法。
【請求項５】トンネル又は道路用照明装置のカバーガ
ラスの表面を半導体光触媒を含む透明層で被覆し、前記
光触媒を光励起することにより前記層の表面を親水化
し、もって、疎水性の汚染物質が表面に付着するのを防
止することからなるトンネル又は道路用照明装置のカバ
ーガラスの防汚方法。