JPH0929103A

JPH0929103A - 光触媒体、光触媒装置、光源および照明器具

Info

Publication number: JPH0929103A
Application number: JP8067590A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Honda; 久司本田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-02-04
Also published as: US6515422B1

Abstract

(57)【要約】【目的】透光性基材の背面から光照射して所望の光触媒
作用を発揮させることができるとともに、可視光の透過
率を高くすることができる。光触媒体、光触媒装置、光
源および照明器具を提供する。【構成】光触媒体は、少なくとも４１０ｎｍ以下の波長
の光を透過する基材の一面の少なくとも一部の領域に厚
さ０．０１ないし０．３μｍのアナターゼ形酸化チタン
を主成分とする光触媒膜を形成し、他面から光照射する
ことによって光触媒膜を活性化できるように構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒体、光触媒
装置、光源および照明器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化チタンなどの金属酸化物半導体がそ
のバンドギャップエネルギーより高い光エネルギーを吸
収すると、価電子帯の電子が伝導帯に光励起され、半導
体の表面に電子、正孔対が生成し、それぞれが強い酸
化、還元作用を呈するので、このような金属酸化物半導
体は光触媒として利用することができる。光触媒は概ね
波長４１０ｎｍ以下の紫外線照射によって活性化するこ
とができる。このような波長域の紫外線は太陽光線を始
め、蛍光ランプ、白熱電球および高輝度放電ランプなど
の人工光源の放射光に含まれている。

【０００３】ところで、従来光触媒は、たとえばヨーロ
ッパ特許公開第０６３０６７９Ａ１号公報（文献１）に
記載されているように、適当な基材たとえばタイルなど
の建材の表面に膜形成される。そして、その光触媒膜の
外表面から光照射して活性化するのが一般的な使い方で
ある。

【０００４】これに対して、基材に透光性のものを用い
てこの基材の背面から光照射する構成も知られている。
たとえば特開平１−１６９８６６号公報（文献２）に
は、紫外線を放射する放電ランプの外表面に光触媒作用
を有する物質を設けることが開示され、この文献２のも
のは放電によって放射された紫外線を無駄なく光触媒作
用を有する物質に照射して、効率よく光化学反応を行う
ことができると説明されている。同様に特開平６−３０
４４８０号公報（文献３）には、酸化チタン微粒子をラ
ンプの外表面に２μｍ以上の膜厚に形成することによ
り、エチレンを分解するようにしたエチレン分解光触媒
ランプが開示されている。

【０００５】また、特開平６−２７８２４１号公報（文
献４）には、内面に光触媒活性を示す金属酸化物の薄膜
を形成したガラス建築材料の外面から太陽光によってガ
ラス建築材料を介して金属酸化物を光照射するようにし
た屋内防臭装置が開示されている。文献４の上記金属酸
化物は数μｍ程度の膜厚に形成されている。

【０００６】一方、光触媒に対する光照射の関係を合理
的に行う提案もなされている。たとえば特開平７−１１
１１０４号公報（文献５）には、照明器具の透光性カバ
ーの内面に光触媒反応を示す半導体物質を存在させた構
造を有し、透光性カバーの内外に空気を流通させること
により、消臭または消毒を行うようにすることが開示さ
れている。文献５に記載のものは本来の照明の目的を維
持しながら放射される紫外線を有効に利用して光触媒を
活性化して室内空気の消臭または消毒をしようとするも
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】文献２ないし４記載の
従来技術は、基材の背面から光触媒を光照射することに
より、文献１記載のものに比べ光触媒の利用態様を拡張
した点において有意義である。しかしながら、本発明者
の追試によれば、これらの技術では必ずしも期待どおり
の十分な効果をあげることができなかった。その原因を
本発明者は種々検討した結果、以下の仮説を導いた。す
なわち、光触媒作用は膜の外表面において発揮されなけ
ればならないのに、光は触媒膜が厚いために触媒膜の内
部で吸収されてしまい、内部で発生した電子・正孔対が
表面に到達しにくい。また、光が触媒膜の表面に到達す
る前に相当量が吸収され、表面の触媒膜は活性化されに
くい。

【０００８】さらに、基材によっても光吸収が行われ、
なおさら触媒に十分な量の光が到達しない。

【０００９】そこで、本発明者は、透光性物質製の基材
上に形成する光触媒膜の膜厚と吸着物質の分解力との関
係を調査する目的で、後述する実験をしてみた。その結
果、少なくとも防汚作用に関しては、光触媒膜は従来技
術より一層薄くする方が効果的であることを見出した。
すなわち、従来技術はその光触媒膜の膜厚が大きすぎ、
十分な触媒作用を発揮することができなかったことが明
らかになった。

【００１０】また、文献２および３記載の従来技術で
は、光触媒膜による可視光の吸収が無視できない。した
がって、このランプを一般照明に利用するには光量が不
足するという問題がある。

【００１１】さらに、文献４記載のものは、家屋の窓ガ
ラスの部分を利用して屋内防臭装置を構成しようとする
ものであるが、光触媒膜が数μｍ程度もあるため、やは
り可視光の吸収が大きく窓ガラスとしての本質的要件に
影響するばかりでなく、さらに外観をも阻害することが
問題である。

【００１２】さらにまた、文献５記載のものは、透光性
カバーの内面に光触媒膜を形成するので、光触媒作用の
点では膜厚の問題はないが、可視光透過においては膜厚
の影響を受ける。

【００１３】本発明の目的は、透光性基材の背面から光
照射しても所望の光触媒作用を発揮することができると
ともに、可視光の透過率を高くすることができる光触媒
体を提供することにある。

【００１４】本発明の別の目的は、特に防汚作用の良好
な光触媒体を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、光源や照明器具に好
適な光触媒体を提供することにある。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、上記光触媒体
を含む光触媒装置を提供することにある。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、上記光触媒体
を含む光源を提供することにある。

【００１８】本発明のさらに他の目的は、上記光触媒体
を含む照明器具を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光触媒
体は、少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透過する基
材と；基材上の少なくとも一部の領域に配設された厚さ
０．０１μｍないし０．３μｍのアナターゼ形酸化チタ
ンを主体とする光触媒膜と；を具備していることを特徴
としている。

【００２０】本発明および以下の関連する他の発明にお
いて、特に指定のない場合に、少なくとも波長４１０ｎ
ｍ以下の光とは、４１０ｎｍ以下の光に加えて４１０ｎ
ｍを越える可視光を含むことを許容する。また、４１０
ｎｍ以下の光およびまたは可視光としては太陽光線、人
工光線のいずれか、または両方でもよく、波長域も任意
である。しかし、人工光源では蛍光ランプや殺菌ランプ
またはブラックライトなどにおけるように低圧水銀蒸気
放電により発生する１８５ｎｍ、２５４ｎｍ、高圧水銀
ランプ等のように高圧水銀蒸気放電により発生する３６
５ｎｍ、４１０ｎｍなどの水銀の特性スペクトルの他に
各種蛍光体によりほぼ任意の波長の光を発生させること
ができる。

【００２１】基材としては、４１０ｎｍ以下の光を選択
的に透過する性質を有する任意の物質と、併せて可視光
をも透過する性質を有する物質との中から任意のものを
選択して使用することができる。たとえば各種のガラス
特に照明用途に多用されているソーダライムガラス、ほ
うケイ酸ガラスおよび石英ガラスの他に微結晶性ガラ
ス、透光性セラミックスならびに透光性単結晶体など種
々の無機物質と、透光性有機物質たとえば透明性合成樹
脂とのグループの中から任意に選択して用いることがで
きる。また、可視光が外部に漏れないことが好ましいよ
うな使用にあっては、基材は実質的に可視光を透過しな
い材質のものを使用することができる。さらに、基材の
形状、寸法および肉厚は任意に選べる。なぜなら、基材
の背面から光照射して光触媒を活性化する場合に、基材
を透過した光のエネルギーが触媒を活性化するのに必要
なレベルにあるなら、基材に特に制約はないからであ
る。

【００２２】ところで、基材がソーダライムガラスなど
のようにナトリウム成分を含む場合、ナトリウム成分と
酸化チタンが混じり合い活性を低下させることがある
が、このような場合にはガラスと酸化チタンとの間に透
明性のシリカ薄膜を介在させるとよい。上記の構成をえ
るには、ガラス基材の表面に最初に透明性シリカ薄膜を
適宜の方法により形成し、次いで酸化チタン膜を形成す
ればよい。

【００２３】光触媒膜は、アナターゼ形酸化チタンを主
成分とする。主成分とは、光触媒の５０重量％以上がア
ナターゼ形チタンであることを意味する。光触媒作用は
酸化チタン以外にも知られているが、光触媒作用が強
く、無色透明な膜を得ることができて、しかも工業的規
模において比較的安価に入手できるという理由から、ア
ナターゼ形酸化チタンを主成分とする。副成分としては
アナターゼ形酸化チタン以外の既知の各種光触媒物質
（たとえばルチル形またはアモルファス状のＴｉＯ₂、
ＺｎＯ、ＷＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＦｅＴｉＯ₃、ＳｒＴｉ
Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｔｂ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｅｒ₂Ｏ₃など）、光
触媒作用を助長する貴金属（たとえばＰｔ、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ａｕなど）またはその化合物およびその他適宜の物
質を許容する。

【００２４】本発明の光触媒膜は、その膜厚が０．０１
μｍないし０．３μｍの範囲である。膜厚が０．０１μ
ｍを下回ると、光触媒膜による光の吸収が極端に低下す
るため、また光触媒膜を必要な範囲でなるべく均一に形
成することが困難となり、したがって光触媒の活性が低
下するので、不可である。また、膜厚が０．３μｍを越
えると、光触媒を透過して外面近傍の光触媒にまで到達
する光の割合が減少するために、やはり光触媒の活性が
低下するので、不可である。

【００２５】次に、本発明者は、光触媒膜の膜厚と吸着
物質の分解力との関係を調べるために、以下の実験Ａを
行った。

【００２６】（１）厚さ１ｍｍの石英ガラスの一面に、
光触媒膜としてチタンアルコラートの加水分解により酸
化チタン膜を形成した。この光触媒膜の膜厚を変えた数
種類のサンプルを用意する。

【００２７】（２）各サンプルの光触媒膜に一定濃度の
たばこの煙を暴露して脂を付着させ、波長約５５０ｎｍ
の光の透過率Ｔ１を測定する。

【００２８】（３）各サンプルの他面から蛍光ランプ
（ＦＬ４０Ｓ・Ｗ：東芝ライテック（株）製）の光を１
０時間照射する。このとき、膜形成面から透過した波長
３６０ｎｍの強度は０．０１ｍＷ／ｃｍ²であった。

【００２９】（４）光照射後、同様に透過率Ｔ２を測定
し、サンプルごとに分解力Ｔ１−Ｔ２を評価する。

【００３０】図１は、光触媒膜の膜圧と分解力の関係を
示すグラフである。このグラフは上記実験Ａの結果を示
すもので、横軸は膜厚を、縦軸は分解力Ｔ１−Ｔ２を示
す。このグラフから理解できるように、膜厚が０．０１
μｍ未満であると、分解力は極端に減少し、反対に０．
３μｍを越えると、分解力は半減してしまう。

【００３１】この実験Ａによれば、いずれの波長の光に
おいても光触媒膜が０．０１μｍより薄いと、膜の活性
が急激に減少し、０．３μｍ前後より厚いと、やはり膜
の活性が低下してしまうことが分かった。

【００３２】本発明において、基材の背面から光触媒膜
に到達する波長４１０ｎｍ以下の光の強度は０．０１ｍ
Ｗ／ｃｍ²以上であれば、光触媒膜は十分な防汚作用を
発揮する。

【００３３】発明者は、光触媒膜に到達する紫外線強度
Ｉと分解力との関係を調べるために、以下の実験Ｂを行
った。

【００３４】（１）実験Ａと同様に膜厚０．１μｍのサ
ンプルを３種類用意する。

【００３５】（２）各サンプルの光触媒膜に一定濃度の
たばこの煙を暴露して脂を付着させ、波長約５５０ｎｍ
の可視光の透過率Ｔ３を測定する。

【００３６】（３）各サンプルに他方の面から蛍光ラン
プ（ＦＬ４０Ｓ・Ｗ：東芝ライテック（株）製）、高圧
ナトリウムランプ（ＮＨ９４０・Ｌ：同上）および水銀
ランプ（Ｈ１０００：同上）の３光源からの光をそれぞ
れ１０時間照射する。（このとき、膜形成面から透過し
た紫外線ピーク波長３６５ｎｍの強度Ｉは、蛍光ランプ
が０．０１ｍＷ／ｃｍ²、高圧ナトリウムランプが０．
６ｍＷ／ｃｍ²、水銀ランプが２２．８ｍＷ／ｃｍ²であ
った。）（４）光照射後、同様に透過率Ｔ４を測定し、サンプル
ごとに分解力Ｔ４−Ｔ３を評価する。

【００３７】図２は、光触媒膜の紫外線強度と分解力の
関係を示すグラフである。このグラフは上記実験Ｂの結
果を表すもので、横軸は紫外線強度Ｉ（ｍＷ／ｃｍ²）
を、縦軸は分解力Ｔ４−Ｔ３の相対値（％）をそれぞれ
示す。このグラフから理解できるように本発明にあって
は、光触媒膜に背面から入射する紫外線強度は０．０１
ｍＷ／ｃｍ²以上であれば、光触媒膜は十分に活性化さ
れて良好な分解力を発揮する。

【００３８】本発明において、光触媒膜が基材の少なく
とも一部の領域に配設されるとは、基材の前面に光触媒
膜を配設する必要はなく、所要の一部分に配設してもよ
いとの意味である。たとえば基材を装置本体に対して液
密に装着するため、パッキングが当接するのであれば、
基材の周辺部には光触媒膜を形成しないようにすること
ができる。

【００３９】本発明の光触媒体は、基材の背面から光照
射して光触媒を活性化するのに好適に構成されている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応
じて光触媒の外表面から光を照射しても十分な光触媒作
用を奏することが可能であり、したがって本発明はこの
ような使い方をも許容する。

【００４０】光触媒の製造方法および基材への膜形成方
法はどのようなものであってもさしつかえない。たとえ
ば貴金属の存在下または不存在下で反応生成したチタン
アルコキシドを加水分解して所望の酸化チタンを得るこ
とができる。このようにして作製した酸化チタン膜は透
明度が高く、しかも薄くて緻密な膜をえることができ
る。

【００４１】また、別の方法で作製したアナターゼ形酸
化チタン微粉末を１ないし１０００重量％の割合で、さ
らに必要に応じて貴金属を酸化チタンの総量に対して１
０重量％程度添加して上記酸化チタンと混合して使用す
ることができる。チタンアルコキシドとアナターゼ形酸
化チタンとの混合方法は自由であるが、たとえばチタン
アルコキシドの有機溶剤による希釈液中に酸化チタンを
分散混合した被着液を用意し、この被着液を基材に被着
させ、乾燥と焼成工程を経て光触媒膜を形成することが
できる。被着液を作る別の方法としては、酸化チタン微
粉末を適当なバインダーと溶剤とを用いて被着液として
もよい。被着液を基材に被着させる方法としては、たと
えばスプレー法、ディッピング法、塗布法など既知の方
法を用いることができる。スプレー法の一態様として
は、基材を予め加熱しておき、高温の基材に被着液をミ
ストにして被着すると、被着液は瞬時に加水分解して緻
密で薄い光触媒膜を形成することができる。

【００４２】そうして、本発明により得られた光触媒体
は、触媒膜が薄く、基材が透光質にできるために、基材
の背面から光照射しても光は基材を透過して光触媒膜の
表層部まで到達し、触媒の表面を活性化させるので、活
性度の強い光触媒体となる。しかも、光の触媒膜による
吸収が少ないうえ、高い透明度を触媒膜に付与すること
が可能であるから、種々の用途に適応する。たとえば窓
材、タイルなど各種建材やランプ、照明器具などの電気
機器、家具、車両、衛生製品などに適用が可能であり、
その本来の機能を殆ど低下させないでさらに光触媒効果
を発揮する。また、その触媒作用は主として有機質の汚
れ（たとえば油膜、たばこの脂など）を分解して取り去
る防汚に最適であり、長期間にわたって基材の機能を持
続するとともに、美観を維持することができる。さら
に、アセトアルデヒドなどの悪臭の原因となる物質や雑
菌を分解する効果も期待できる。

【００４３】請求項２の発明の光触媒体は、少なくとも
波長４１０ｎｍ以下の光を透過する基材と；基材上の少
なくとも一部の領域に配設された厚さ０．０１μｍない
し０．１μｍのアナターゼ形酸化チタンを主体とする光
触媒膜と；を具備していることを特徴としている。

【００４４】本発明によれば、請求項１の範囲の中で、
より好ましい光触媒作用を奏する範囲を示すものであ
る。

【００４５】本発明者は、請求項１の発明の範囲でさら
に良好な効果を発揮する範囲があるのかを調べるため
に、以下の実験Ｃを行った。

【００４６】（１）前記実験Ａと同様に膜厚の異なる数
種のサンプルを３組用意する。

【００４７】（２）各サンプルの光触媒膜に一定濃度の
たばこの煙を暴露して脂を付着させ、波長約５５０ｎｍ
の可視光の透過率Ｔ５を測定する。

【００４８】（３）各サンプルの他方の面から第１の組
に波長２５４ｎｍの光を、第２の組に波長３５２ｎｍの
光を、また第３の組に波長３８０ｎｍの光を、それぞれ
照射する。

【００４９】（４）光照射後、各サンプルの透過率Ｔ６
を同様に測定し、各組ごとに各サンプルの分解力を評価
し、これらを波長３５２ｎｍのピークを１００％として
規格化して相対活性を求める。

【００５０】図３は、光触媒膜の膜厚と相対活性の関係
を示すグラフである。このグラフは実験Ｃの結果を表す
もので、横軸は光触媒膜の膜厚（μｍ）を、縦軸は相対
活性（％）を、それぞれ示す。この図から理解できるよ
うに、光触媒膜は膜厚が０．０１μｍないし０．１μｍ
の範囲で特に良好な効果を発揮する。

【００５１】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、基材は、可視光を透過
することを特徴としている。

【００５２】本発明によれば、基材が可視光をも透過す
るので、たとえば窓材、ランプ容器および照明器具の透
光性カバーなどに好適な光触媒体を提供することができ
る。

【００５３】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、基材がソ
ーダライムガラスであることを特徴としている。

【００５４】本発明によれば、ソーダライムガラスは波
長２５４ｎｍ以下の紫外線を相当の割合でカットするの
で、蛍光ランプに好適な光触媒体を提供することができ
る。

【００５５】請求項５の発明の光触媒装置は、少なくと
も波長４１０ｎｍ以下の光を透過する基材と；基材の一
方の面の少なくとも一部の領域に配設された厚さ０．０
１μｍないし０．３μｍのアナターゼ形酸化チタンを主
体とする光触媒膜と；具備し、基材の他方の面から少な
くとも波長４１０ｎｍ以下の光を入射し得るように構成
されていることを特徴としている。

【００５６】基材の他方の面から光を入射させるための
手段としては、太陽光および人工光のいずれか一方また
は両方でもよい。

【００５７】本発明は、窓ガラスを兼ねた消臭、消毒装
置、防汚機能付窓ガラス、光源および照明器具などに好
適である。

【００５８】請求項６の発明の光触媒装置は、少なくと
も波長４１０ｎｍ以下の光を透過する基材と；基材の一
方の面の少なくとも一部の領域に配設された厚さ０．０
１μｍないし０．１μｍのアナターゼ形酸化チタンを主
体とする光触媒膜と；具備し、基材の他方の面から少な
くとも波長４１０ｎｍ以下の光を入射し得るように構成
されていることを特徴としている。

【００５９】本発明は、請求項５の範囲に中でさらに好
ましい範囲を示すものである。

【００６０】請求項７の発明の光触媒装置は、請求項２
または４記載の光触媒装置において、基材が可視光を透
過することを特徴としている。

【００６１】請求項８の発明の光触媒装置は、請求項５
ないし７のいずれか一記載の光触媒装置において、基材
がソーダライムガラスであることを特徴としている。

【００６２】本発明は蛍光ランプ、窓ガラスを兼ねる防
臭装置などに好適である。

【００６３】請求項９の発明の光触媒装置は、請求項５
ないし８のいずれか一記載の光触媒装置において、基材
の他方の面側に配設され、少なくとも波長４１０ｎｍ以
下の光を発生する光源；を具備していることを特徴とし
ている。

【００６４】請求項１０の発明の光源は、少なくとも波
長４１０ｎｍ以下の光を透過する透光性材料製の気密容
器と；気密容器内に配設した発光手段と；気密容器の外
面の少なくとも一部の領域に配設した厚さ０．０１μｍ
ないし０．３μｍのアナターゼ形酸化チタンを主体とす
る光触媒膜と；を具備していることを特徴としている。

【００６５】光源としては、蛍光ランプなどの低圧水銀
蒸気放電ランプ、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムラン
プなどの高輝度放電ランプなどの放電ランプと、ハロゲ
ンランプなどの白熱電球などが含まれる。発光手段と
は、放電ランプの場合は金属または金属ハロゲン化物お
よびまたは希ガスなどの放電媒体と、放電媒体に放電を
生起させる電極などの手段とを主な構成要素とする。ま
た、白熱電球の場合は発光フィラメントを主な構成要素
とする。可視光の他に４１０ｎｍ以下の光を放射するも
のであれば、その種類は特に限定されない。また、殺菌
ランプやブラックライトなどの主として紫外線を放射す
るように設計された光源も許容されることはいうまでも
ない。さらに、一般照明用の蛍光ランプの場合に、可視
光の他に４１０ｎｍ以下の光も放射するが、４１０ｎｍ
以下の光の含有量を増やしたいときには、蛍光体に４１
０ｎｍ以下に発光のピークを有する蛍光体を適当量混合
させることもできる。

【００６６】本発明によれば、光束を低下させることな
く活性度の強い光触媒作用を発揮するので、長期間にわ
たり汚れの付かない光源が提供される。さらに、雰囲気
の消臭、殺菌作用も期待できる。

【００６７】請求項１１の発明の光源は、少なくとも波
長４１０ｎｍ以下の光を透過する透光性材料製の気密容
器と；気密容器内に配設されて波長４１０ｎｍ以下の光
と可視光とを発生する発光手段と；気密容器の外面の少
なくとも一部の領域に配設した厚さ０．０１μｍないし
０．１μｍのアナターゼ形酸化チタンを主体とする光触
媒膜と；を具備していることを特徴としている。

【００６８】本発明は請求項１０の範囲の中でより好ま
しい効果を得ることのできる範囲を示す。

【００６９】請求項１２の発明の照明器具は、光照射開
口を有する照明器具本体と；照明器具本体に支持されて
少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を発生する光源と；
照明器具本体の光照射開口に配設され、外面の少なくと
も一部の領域に厚さ０．０１μｍないし０．３μｍのア
ナターゼ形酸化チタンを主体とする光触媒膜を有する透
光性部材と；を具備していることを特徴としている。

【００７０】本発明によれば、請求項１０と同様に透光
性カバーに汚れの付かない照明器具を得ることができ
る。さらに、雰囲気の消臭、殺菌作用を期待できる。

【００７１】請求項１３の発明の照明器具は、光照射開
口を有する照明器具本体と；照明器具本体に支持されて
少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を発生する光源と；
外面に照明器具本体の光照射開口に配設され、外面の少
なくとも一部の領域に厚さ０．０１μｍないし０．１μ
ｍのアナターゼ形酸化チタンを主体とする光触媒膜有す
る透光性部材と；を具備していることを特徴としてい
る。

【００７２】本発明によれば、請求項１２の範囲の中で
より好ましい効果を得られる範囲を示す。

【００７３】請求項１４の発明の照明器具は、請求項１
２または１３記載の照明器具において、透光性部材は、
透光性カバーであることを特徴としている。

【００７４】請求項１５の発明の照明器具は、請求項１
２または１３記載の照明器具において、透光性部材は、
透光性グローブであることを特徴としている。

【００７５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図４
ないし図１０を参照して説明する。

【００７６】図４は、本発明の光触媒体の一実施形態を
示す要部拡大断面図である。図において、１は光触媒
体、２は基材、３は光触媒膜である。基材２は少なくと
も４１０ｎｍ以下の波長の光を透過するもので、たとえ
ば石英ガラス板である。光触媒膜３はアナターゼ形酸化
チタン（ＴｉＯ₂）を主体とするようにチタンアルコラ
ートの加水分解により形成されている。まず、テトライ
ソプロピルチタネートモノマーをグリセリンおよびアセ
チルアセトンでキレート化したものを、酢酸エチル−エ
タノール系混合溶媒に加えてＴｉＯ₂アルコキシドを調
整する。そして、この溶液を、基材２の膜形成面２ａに
塗布し、約７００℃で数時間焼成処理を施して、アナタ
ーゼ結晶形のＴｉＯ₂微粒子を主体とする光触媒膜を作
成する。

【００７７】また、チタニアアルコキシド（ＮＴｉ−９
２：日本曹達製）をディップコーティング法によって基
材の膜形成面に塗布した後、乾燥させ、約５００〜９０
０℃で１５分間焼成して光触媒膜を形成してもよい。

【００７８】光触媒膜３の膜厚ｄは略０．０１μｍ〜
０．３μｍ好ましくは０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲
内としてある。

【００７９】また、光触媒膜３の酸化チタンの結晶性
は、酸化チタン膜形成時の焼成温度が約７００℃のとき
にアナターゼ形が顕著となる。約５００℃ではアモルフ
ァス（非晶質）とアナターゼ形の混成状態に、また約９
００℃では球状の結晶粒が成長してアナターゼ形とルチ
ル形の混成状態に、それぞれなる。

【００８０】酸化チタン（ＴｉＯ₂）の場合には、その
バンドギャップエネルギーは３ｅＶなので、光のエネル
ギーは波長で表すと約４１０ｎｍとなり、約４１０ｎｍ
以上の波長の紫外線が照射されることによって光触媒作
用を生じることになる。

【００８１】基材２の裏面１ｂから蛍光ランプＬの光が
入射され、基材２を透過したときの４１０ｎｍ以下の波
長のエネルギー強度が０．０１ｍＷ／ｃｍ²以上あれ
ば、光は光触媒膜３を必要な程度に活性化するので、光
触媒体１をして所望の汚れ分解力を発揮する。そして、
光触媒膜３面における吸着物質たとえばたばこのヤニ
は、蛍光ランプ点灯後、数時間で良好に分解される。し
たがって、本発明の光触媒体は、有機物による汚染に対
して優れた清浄化機能を呈する。また、このような防汚
作用に止まらず、他の有機物たとえばトイレの臭気の解
消や殺菌などにも効果的と期待できる。

【００８２】図５は、本発明の光源の一実施形態を示す
白熱電球の一部切欠正面図である。この白熱電球はスポ
ットライトやダウンライトなどの一般照明用の片口金の
ハロゲン電球である。４は基材または気密容器としての
石英ガラス製のバルブ、５はバルブ４のピンチシール
部、６は導入箔、７ａ，７ｂは内導線、８は前記内導体
７ａ，７ｂ間に張架されたタングステンコイルフィラメ
ント、９は口金、１０は光触媒膜である。バルブ４の内
部には、不活性ガスとともに、微量のハロゲン族元素を
ハロゲン単体またはハロゲン化合物として封入してあ
る。なお、バルブ４と光触媒膜との間に赤外線反射・可
視光透過の光干渉性被膜（図示しない。）を形成しても
よい。

【００８３】光触媒膜１０は以下により形成した。テト
ライソプロピルチタネートを有機溶媒に溶解させ、テト
ライソプロピルチタネート含有量２〜１０質量％、粘度
約２．０ｃｐｓの被着液を調製した。次に、バルブ４を
被着液に浸漬してから所定速度で引上げ、乾燥後、空気
中、約７００℃で５分間焼成して、バルブ４の外表面に
厚さ０．１μｍ程度のアナターゼ形を主成分とする酸化
チタンＴｉＯ₂からなる光触媒膜１０を形成した。

【００８４】上記のように石英ガラスのバルブをもった
ハロゲン電球は、フィラメントから放射された紫外線の
約７０％がバルブ４を透過するから、バルブ４を透過し
た紫外線はバルブの外表面に形成した光触媒膜１０の内
面から入射して光触媒膜１０の外表面を活性化する。こ
れにより光触媒膜１０は光触媒作用を生じ、活性な酸化
機能・作用を呈することが確認された。すなわち、有機
ガスとしてアセトアルテヒド濃度（１３００ｐｐｍ）の
雰囲気下で、本実施形態のハロゲン電球を点灯し、点灯
時間の経過に伴うアセトアルテヒド濃度の変化を測定し
たところ、優れた光触媒作用が認められた。また、この
ハロゲン電球は、良好な帯電防止性を有しており、雰囲
気中の細かい塵などの付着も回避されるため、長期間に
わたり表面が清浄さを維持することが確かめられた。

【００８５】図６は、本発明の光源の他の実施形態を示
す白熱電球の正面図である。この白熱電球は、各種ＯＡ
機器に組み込まれて読み取り用や定着用に使用される管
形で両口金形のハロゲン電球である。１１は石英ガラス
製の管形バルブ、１２はバルブ両端のピンチシール部、
１３は導入箔、１４は内導線、１５は口金、１６は内導
線間に張架されたフィラメントである。ここで、フィラ
メント１６は発光部１６ａおよび非発光部１６ｂで構成
され、サポート１６ｃによってバルブ内壁面に非接触に
支持されている。１７はバルブの外表面に形成された光
触媒膜である。光触媒膜は、図５の実施形態と同様に形
成することができる。このようにしてハロゲン電球１８
が構成されている。

【００８６】図７は、図６の管形ハロゲン電球が組み込
まれた複写機の読取り用光学系１９を示す概念図であ
る。読取り用光学系１９は、ハロゲン電球１８と、これ
を内包するリフレクタ２０を主構成要素としている。

【００８７】図８は、図７の読取り用光学系を組み込ん
だ複写機の概念図である。２１は露光ユニットで、読取
り用光学系１９、原稿台ガラス２２、反射鏡２３などか
ら構成されている。２４は反射鏡２３で反射された光を
集光するレンズユニット、２５はレンズユニット２４か
らの光を受ける受光器、２６はレンズユニット２５およ
び受光器２６を内装する暗室である。

【００８８】次に、上記複写機について、繰り返し所要
の複写操作を行ったが、露光ユニット２１の管形ハロゲ
ン電球１８表面は、清浄さが保持されており、信頼性の
高い露光光源として機能していることが確認された。こ
れは、露光ユニット２１中の雰囲気に浮遊する汚染など
の原因となる有機物が、管形ハロゲン電球１８表面の光
触媒膜１７に接触することによって、容易に酸化・分解
して除去されるためである。本実施形態では、管形ハロ
ゲン電球１８を露光ユニット２１の光源として組み込ん
だ複写機であったが、トナー像を記録紙などに転写した
後の定着用ユニットの熱定着用光源として組み込んでも
同様の効果が認められる。

【００８９】上記以外の実施形態としては、たとえば車
輌前照灯用のハロゲン電球、スポットライト、ダウンラ
イトなどの照明器具であってもよい。

【００９０】図９は、本発明の光源のさらに他の実施形
態を示す蛍光ランプの一部切欠斜視図である。図１０
は、同じく要部拡大断面図である。図９は、ＪＩＳ規格
でＦＬ４０ＳＳと表示される定格電力３７Ｗの低圧水銀
蒸気放電ランプを示しており、図中２７は透光性気密材
料製の気密容器としてのソーダライムガラスからなるガ
ラスバルブであって、バルブ外径が２８ｍｍ、管長１１
９８ｍｍ程度の大きさをなし、３００ｎｍ以上の紫外線
を含む光を透過する。そして、このバルブ２７の両端部
はステム２８により封止されており、ステム２８はリー
ド線２９が気密に導入されている。また、リード線２９
の内端にはタングステンワイヤなどにより２重または３
重コイルに巻回されたフィラメント電極３０が装着され
ており、図示しないエミッタが被着されている。バルブ
２７の内面にはアルミナなどの既知の材質および構成で
あることを許容する保護膜を介してまたは介さないで、
たとえば３波長発光形蛍光体を主成分とし、必要に応じ
て３００ｎｍ〜４１０ｎｍの間にピーク発光を呈する蛍
光体を混合してなる蛍光体層３１が被着され、また外周
面にはその実質的全面にたり光触媒膜３２が形成されて
いる。光触媒膜３２は、前述の各実施形態の場合と同様
の条件で作製することができる。なお、３３は口金、３
４は口金ピンである。なお、３波長発光形蛍光体として
は次のものを用いることができる。たとえば６１０ｎｍ
付近にピーク波長を有する赤系蛍光体としては、Ｙ
₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺を用いる。また、５４０ｎｍ付近にピーク
波長を有する緑系蛍光体としては、（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔ
ｂ）ＰＯ₄を用いる。さらに、４５０ｎｍ付近にピーク
波長を有する青系蛍光体としては、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ
₂₇：Ｅｕ² ⁺を用いる。紫外線発光蛍光体としては、ユー
ロピウム付活アルカリ土類金属ホウ酸塩、鉛付活アルカ
リ土類ケイ酸塩、ユーロピウム付活アルカリ土類金属リ
ン酸塩、またはユーロピウム付活アルカリ土類金属ホウ
酸塩にハロゲンが添加された蛍光体の少なくとも１種類
以上を用いることができる。ユーロピウム付活アルカリ
土類金属ほう酸塩としては、たとえば３６８ｎｍにピー
ク波長をもつＳｒＢ₄Ｏ₇：Ｅｕ²⁺が有効であり、鉛付活
アルカリ土類ケイ酸塩としては３７０ｎｍにピーク波長
をもつ（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）₃Ｓｉ₂Ｏ₇：Ｐｂ²⁺や３５
０ｎｍにピーク波長をもつＢａＳｉ₂Ｏ₅：Ｐｂ²⁺などが
好適であり、またユーロピウム付活アルカリ土類金属ア
ルミン酸塩としては３５８〜３６０ｎｍにピーク波長を
もつものなどが有効である。なお、紫外線発光蛍光体と
しては、ＳｒＢ₄Ｏ₇：Ｅｕ²⁺を用い、その混合比は蛍光
体層２８の１〜１０質量％の割合である。

【００９１】さらに、前記バルブ２７内には所定量の水
銀とアルゴンなどの不活性ガスが封入されている。

【００９２】図１１は、本発明の照明器具の一実施形態
を示す屋内施設用の蛍光灯器具の概念図である。図にお
いて３６は天井直付形照明装置の器具本体で、その長手
方向両端にはランプソケット３７が互いに対向して配置
され、それらの間に蛍光ランプ３５が装着される。３８
は点灯装置である。

【００９３】次に、図９、１０に示す蛍光ランプおよび
図１１に示す蛍光灯器具の作用を説明する。蛍光ランプ
３３を点灯すると電極３０間のアーク放電により水銀蒸
気が水銀特有の主として２５４ｎｍおよび相対的に少な
い１８５ｎｍの各波長の紫外線が発生する。これらの紫
外線は蛍光体層３１を励起する。蛍光体層３１は主とし
て可視光を放射する。

【００９４】一方、蛍光体層３１およびバルブ２７は、
わずかながら水銀が放射した紫外線を透過するので、こ
の紫外線は少なくとも３６０ｎｍの波長の強度が０．０
１ｍＷ／ｃｍ²以上の強度で光触媒膜３２に到達する。
このため、光触媒膜３２は光触媒作用を発揮し、表面に
付着した有機物質を分解する。したがって、蛍光ランプ
は長期間にわたり汚れがつきにくくなり、これにより光
束の減退も少ない。

【００９５】上記のように、アナターゼ形酸化チタンＴ
ｉＯ₂を主成分とする光触媒膜３２は、表面に付着した
物質を効率よく酸化・分解させることができため、たと
えばメチルメルカプタン、硫化水素などの硫黄化合物、
アンモニアなどの含窒素化合物、アルデヒド類などの分
解が促進され、臭気物質の分解による消臭作用も大いに
期待できる。また、同じく強い酸化作用により、細菌を
含む雑菌の殺菌作用も期待できる。

【００９６】こうした蛍光ランプは、上記実施例のよう
な直管形に限られることなく、たとえば環形、Ｕ字形、
鞍形などのバルブ曲成形の蛍光ランプにも適用できるこ
とはいうまでもない。

【００９７】図１２は、本発明の照明器具の他の実施形
態を示す道路灯の断面図である。この照明器具は、高輝
度放電ランプ３９を光源として備えている。高輝度放電
ランプ３９は、たとえば高圧水銀蒸気放電ランプからな
り、器具本体４０内に収納されている。４１は透光性カ
バーとしてのグローブである。グローブ４１の外表面に
は光触媒膜４２が形成されている。なお、図において４
３は器具本体内の反射板、４４は支柱で、器具本体４０
を高所に支持する。

【００９８】なお、図１１、１２に示す照明器具の他に
たとえばトンネル照明用の照明器具の場合のように、器
具本体の下面を透光性のカバーで覆うことがある。ま
た、このカバーの内面に光触媒膜が形成されていても、
カバーを透過する光が活性化に必要なレベルにあれば外
面に本発明の光触媒膜を構成していても構わない。本発
明はこのような照明器具の場合に、カバーの外表面に光
触媒膜を形成することにより、カバーの汚れを防止し
て、長期間にわたり明るさの低減が少なく、したがって
メンテナンスの容易な照明器具を提供できる。

【００９９】

【発明の効果】請求項１ないし４の各発明によれば、光
触媒膜が従来技術のものより薄いので、たとえ基材の背
面から光照射しても光触媒膜の表面を十分に活性化する
ことができ、優れた防汚作用を発揮することができる
し、また、光触媒膜による可視光および活性化に必要な
短波長の光の吸収が少ないので、基材の本来の機能を低
下させることが少ない光触媒体を提供することができ
る。

【０１００】請求項２の発明によれば、さらに加えてよ
り望ましい効果が得られる。

【０１０１】請求項３の発明によれば、光源、照明器
具、窓など基材に可視光を透過するような構成に好適な
光触媒体を提供することができる。

【０１０２】請求項４の発明によれば、蛍光ランプ、照
明器具、窓などに好適である。

【０１０３】請求項５ないし９の各発明によれば、光触
媒膜が従来技術のものより薄いので、たとえ基材の背面
から光照射しても光触媒膜の表面を十分に活性化するこ
とができ、優れた防汚作用を発揮することができるし、
また、光触媒膜による可視光および活性化に必要な短波
長の光の吸収が少ないので、基材の本来の機能を低下さ
せることが少ない光触媒装置を提供することができる。

【０１０４】請求項６の発明によれば、さらに加えてよ
り望ましい効果が得られる。

【０１０５】請求項７の発明によれば、光源、照明器
具、窓など基材に可視光を透過するような構成に好適な
光触媒装置を提供することができる。

【０１０６】請求項１０および１１の発明によれば、光
触媒膜が従来技術のものより薄いので、たとえ気密容器
の内面から光照射しても光触媒膜の表面を十分に活性化
することができ、優れた防汚作用を発揮することができ
るし、また、光触媒膜による可視光および活性化に必要
な短波長の光の吸収が少ないので、本来の機能を低下さ
せることが少ない光源を提供することができる。

【０１０７】請求項１２ないし１５の発明によれば、光
触媒膜が従来技術のものより薄いので、たとえ器具本体
の光照射開口に配設された透光性部材の内面から光照射
しても光触媒膜の表面を十分に活性化することができ、
優れた防汚作用を発揮することができるし、また、光触
媒膜による可視光および活性化に必要な短波長の光の吸
収が少ないので、透光性部材の本来の機能を低下させる
ことが少ない照明器具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光触媒膜の膜圧と分解力の関係を示すグラフ。

【図２】光触媒膜の紫外線強度と分解力の関係を示すグ
ラフ。

【図３】光触媒膜の膜圧と相対活性の関係を示すグラ
フ。

【図４】本発明の光触媒体の一実施形態を示す要部拡大
断面図。

【図５】本発明の光源の一実施形態を示す白熱電球の一
部切欠正面図。

【図６】本発明の光源の他の実施形態を示す白熱電球正
面図。

【図７】図６の管形ハロゲン電球が組み込まれた複写機
の読取り用光学系の概念図。

【図８】図７の読取り用光学系を組み込んだ複写機の概
念図。

【図９】本発明の光源のさらに他の実施形態を示す蛍光
ランプの一部切欠斜視図。

【図１０】同じく要部拡大断面図。

【図１１】本発明の照明器具の一実施形態を示す屋内施
設用の蛍光灯器具の概念図。

【図１２】本発明の照明器具の他の実施形態を示す道路
灯の断面図。

【符号の説明】

１…光触媒体２…基材３…光触媒膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透過
する基材と；基材上の少なくとも一部の領域に配設され
た厚さ０．０１μｍないし０．３μｍのアナターゼ形酸
化チタンを主体とする光触媒膜と；を具備していること
を特徴とする光触媒体。
【請求項２】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透過
する基材と；基材上の少なくとも一部の領域に配設され
た厚さ０．０１μｍないし０．１μｍのアナターゼ形酸
化チタンを主体とする光触媒膜と；を具備していること
を特徴とする光触媒体。
【請求項３】基材は、可視光を透過することを特徴とす
る請求項１または２記載の光触媒体。
【請求項４】基材は、ソーダライムガラスであることを
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】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透過
する基材と；基材の一方の面の少なくとも一部の領域に
配設された厚さ０．０１μｍないし０．３μｍのアナタ
ーゼ形酸化チタンを主体とする光触媒膜と；具備し、基
材の他方の面から少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を
入射し得るように構成されていることを特徴とする光触
媒装置。
【請求項６】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透過
する基材と；基材の一方の面の少なくとも一部の領域に
配設された厚さ０．０１μｍないし０．１μｍのアナタ
ーゼ形酸化チタンを主体とする光触媒膜と；具備し、基
材の他方の面から少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を
入射し得るように構成されていることを特徴とする光触
媒装置。
【請求項７】基材は、可視光を透過することを特徴とす
る請求項２または４記載の光触媒装置。
【請求項８】基材は、ソーダライムガラスであることを
特徴とする請求項５ないし７のいずれか一記載の光触媒
装置。
【請求項９】基材の他方の面側に配設され、少なくとも
波長４１０ｎｍ以下の光を発生する光源；を具備してい
ることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一記載
の光触媒装置。
【請求項１０】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透
過する透光性材料製の気密容器と；気密容器内に配設し
た発光手段と；気密容器の外面の少なくとも一部の領域
に配設した厚さ０．０１μｍないし０．３μｍのアナタ
ーゼ形酸化チタンを主体とする光触媒膜と；を具備して
いることを特徴とする光源。
【請求項１１】少なくとも波長４１０ｎｍ以下の光を透
過する透光性材料製の気密容器と；気密容器内に配設さ
れて波長４１０ｎｍ以下の光と可視光とを発生する発光
手段と；気密容器の外面の少なくとも一部の領域に配設
した厚さ０．０１μｍないし０．１μｍのアナターゼ形
酸化チタンを主体とする光触媒膜と；を具備しているこ
とを特徴とする光源。
【請求項１２】光照射開口を有する照明器具本体と；照
明器具本体に支持されて少なくとも波長４１０ｎｍ以下
の光を発生する光源と；照明器具本体の光照射開口に配
設され、外面の少なくとも一部の領域に厚さ０．０１μ
ｍないし０．３μｍのアナターゼ形酸化チタンを主体と
する光触媒膜を有する透光性部材と；を具備しているこ
とを特徴とする照明器具。
【請求項１３】光照射開口を有する照明器具本体と；照
明器具本体に支持されて少なくとも波長４１０ｎｍ以下
の光を発生する光源と；外面に照明器具本体の光照射開
口に配設され、外面の少なくとも一部の領域に厚さ０．
０１μｍないし０．１μｍのアナターゼ形酸化チタンを
主体とする光触媒膜有する透光性部材と；を具備してい
ることを特徴とする照明器具。
【請求項１４】透光性部材は、透光性カバーであること
を特徴とする請求項１２または１３記載の照明器具。
【請求項１５】透光性部材は、透光性グローブであるこ
とを特徴とする請求項１２または１３記載の照明器具。