JPH0938503A

JPH0938503A - 光触媒装置

Info

Publication number: JPH0938503A
Application number: JP7192819A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamanaka; 修山中; Tadanobu Iwasa; 忠信岩佐; Masato Tamaki; 真人田牧; Kazuhiro Sakai; 和宏酒井; Toshio Yamaguchi; 寿夫山口
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-10
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: JP3689939B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒の光触媒反応を空気や水の浄化、殺菌等
に利用した光触媒装置であって、狭い場所等にも適用可
能で紫外線光の利用効率が高くかつコンパクトな光触媒
装置を提供する。【解決手段】この光触媒装置は、透明材料で形成された
導光体１と、導光体１の表面に形成された光触媒となる
二酸化チタンの薄膜４と、導光体１に近接して設けられ
導光体１に波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を放射する
発光ダイオ−ド３と、を具備する。薄膜４の活性化のた
めの紫外線源として発光ダイオ−ド３を使用するため、
装置全体をコンパクトに形成することができる。また、
紫外線は導光体１の内部を通って送られるため、大部分
の紫外線が薄膜４に照射され、紫外線の利用効率が高
い。このため空気や水の浄化、殺菌等を効率的に行うこ
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】本発明は二酸化チタンの薄膜
からなる光触媒反応による光触媒反応を利用した光触媒
装置及に関するもので、具体的には、脱臭、殺菌（抗
菌）、防汚、飲料水等の水の浄化等に応用可能な光触媒
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、二酸化チタンＴｉＯ₂に代表され
る光半導体の微粒子による光触媒作用、特にその強い酸
化触媒作用に高い注目が集められている。即ち、二酸化
チタン等の光半導性を有する粒子状物質をそのバンドキ
ャップエネルギ以上の光（二酸化チタンの場合は４００
ｎｍ以下の光、即ち、紫外線）で照射すると、価電子帯
の電子が光励起されて伝導帯に移り、伝導帯には自由電
子が生成すると共に、価電子帯には正の電荷を帯びた粒
子（正孔）が生成する。これらの正孔と電子とは半導体
粒子内部を運動し、時間の経過と共に再結合して消滅す
る。しかしその粒子表面に空気または水、或いはそれら
の正孔や電子よりもエネルギの低い空順位を有する化合
物やイオンが存在すると、その粒子表面を通してそれら
の正孔と電子が化合物やイオンに移動し、その結果、正
孔は粒子表面に接触する化合物やイオンを直接酸化し、
或いは活性酸素の１つである水酸基ラジカルを生成す
る。

【０００３】また、電子による還元反応は主に酸素の還
元であり、電子が付加された酸化性のある酸素種が生成
される。こうして、光半導体微粒子は光が照射されるこ
とによって酸化性の活性表面を形成し、有機化合物の分
解等に触媒として作用する（「季刊化学総説『光が
関わる触媒化学』Ｎｏ．２３，１９９４）。このような
光半導体微粒子による酸化触媒作用は、光半導体の中で
も二酸化チタンが特に高い。また、二酸化チタンは安定
性や安全性にも優れている。そして、この二酸化チタン
の微粉末を薄膜として基体表面に担持して光触媒を形成
し、紫外線照射時のその高い酸化力を有機化合物等の分
解に利用した種々の応用が既に知られている。

【０００４】例えば、二酸化チタンの薄膜からなる光触
媒をコーティングした中空のガラスビーズは海上に流出
した原油の分解剤として知られている。すなわち、ガラ
スビーズ表面に付着した原油は太陽光中の紫外線によっ
て活性化された二酸化チタンの強い酸化触媒作用によっ
て分解される。また最近では、室内空気の脱臭または消
臭、殺菌（抗菌）、タバコのヤニや油膜等の汚れの分解
にもその応用が試みられ、自然光または蛍光灯の光に含
まれる紫外線を利用してその光触媒を活性化させ、それ
の酸触媒反応によって接触するメルカブタン等の臭気化
合物、或いはタバコのヤニ等の有機物を分解し、また
は、細菌等の微生物を死滅させ、またはその繁殖を抑え
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、二酸化チタン
（ＴｉＯ₂）の薄膜を活性化させる紫外線源として、太
陽光や蛍光灯に頼っていた。このため、太陽で照射され
ていない所では利用できないとか、大きな蛍光灯を必要
とした。本発明はかかる不都合を解消するもので、手軽
に利用できかつ効率的に紫外線を二酸化チタン（ＴｉＯ
₂）の薄膜に照射できる光触媒装置を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光触媒装置は、
透明材料で形成された導光体と、該導光体の表面に形成
された光触媒となる二酸化チタンの薄膜と、導光体に近
接して設けられ該導光体に波長３６０〜４００ｎｍの紫
外線を放射する発光ダイオ−ドと、を具備することを特
徴とする。すなわち、本発明の光触媒装置は、光を通す
導光体を用い、導光体内部を通る紫外線がその導光体表
面に形成された光触媒を直接活性化する。また、紫外線
源として発光ダイオ−ドを用いている。これら導光体お
よび発光ダイオ−ドを用いることにより、紫外線を有効
に利用できるとともに、コンパクト化でき、手軽な利用
を可能としている。

【０００７】本発明の導光体は、通常光を導くものとし
て利用されているもので、具体的には、紫外線が通過す
る透明ガラスまたは透明樹脂で形成されている。導光体
の形状は、棒状、繊維状、板状あるいはバルク状とする
ことができる。なお、導光体は、単に光を透過させるも
のではなく、光を導くもので、光は表面とほぼ平行に導
かれる。例えば、窓ガラスは光がガラス表面を横断する
方向に通過する。このため窓ガラスは導光体ではない。
しかし側端面に光源を配置し、側端面より光を導入して
ガラス板の伸びる方向、すなわち、ガラス面とほぼ平行
にガラス内を光を通過させる場合、このガラス板は導光
体となる。

【０００８】光触媒となる二酸化チタンの薄膜は、空気
あるいは水等の触媒作用を受ける流体と接触する導光体
の表面に形成されている。この二酸化チタンの薄膜を形
成する二酸化チタンの粒子径は、十分に小さいほど「量
子サイズ効果」等によって光触媒作用が高い。そのた
め、その薄膜は、二酸化チタンのコロイドを基体表面に
塗布し焼成する等の方法によって、一般に０．３μｍ以
下、好ましくは０．２μｍ以下の膜厚の透明な薄膜とし
て、またはそのような薄膜を多層化した薄膜として形成
するのが好ましい。また、物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化
学的蒸着法（ＣＶＤ）等の方法によって形成することも
できる。

【０００９】本発明の発光ダイオ−ドは、紫外線を放出
できるもので、具体的にはｐｎ接合された窒化ガリウム
（ＧａＮ）系光半導体の結晶体で構成することができ
る。このｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半
導体の結晶体は、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁
波）、即ち、紫外線を放射する。本発明の光触媒装置
は、導光体に近接して発光ダイオ−ドが設けられてい
る。導光体の端面に発光ダイオードを固着してもよい。
また、導光体の端部にケースを固定し、このケース内に
発光ダイオードを収納してもよい。また、ケース内には
発光ダイオードに電流を供給する電池、電池のホンオフ
スイッチ等を設けてもよい。

【００１０】本発明の光触媒装置として。下記の実施例
に示すように、導光体を棒状のガラスで形成し、この棒
状のガラスの一端にこのガラスより太いケースを設け、
このケース内に発光ダイオードおよび発光ダイオードに
電流を供給する電池を収納したものとすることができ
る。このものはマドラーとして使用することができる。
また、この装置は、空気あるいは水が通過する流体中に
配置し、空気または水の脱臭または消臭、殺菌（抗
菌）、有機物の分解等に使用できる。

【００１１】また、導光体を繊維状とし、その一端を基
部に固定し、かつ基部中に発光ダイオードを収納し、紫
外線を繊維状の導光体に導き、導光体を発光させる光装
飾体として使用することができる。この場合には、発光
ダイオードは紫外線以外に可視光線を放射するものであ
ることが必要となる。

【００１２】

【作用】本発明の光触媒装置は、波長３６０〜４００ｎ
ｍの光（紫外線）を主に放射する発光ダイオ−ドを備え
るので、太陽光が当たらない場所であっても使用でき
る。また、発光ダイオ−ドは非常に小さな発光素子であ
ると共に、作動電圧が小さいため、乾電池等によっても
発光させることができる。そのため、発光ダイオ−ドは
設置のための空間を多く必要としないので、狭い場所を
含むあらゆる場所に容易に適用することができ、また、
光触媒を担持した基体と合わせた光触媒装置全体を、コ
ンパクトな構造に形成することができる。

【００１３】更に、本発明の光触媒装置は、発光ダイオ
−ドによって放射された紫外線が導光体を通して導光体
の表面に担持された二酸化チタンの薄膜に送られる。こ
のため紫外線が外部に漏れることが少なく、効率的に二
酸化チタンの薄膜を照射できる。そのため、消費電力の
少ない光触媒装置を形成することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。（第一実施例）図１は本発明の第一実施例の光触媒装置
を示す。この光触媒装置はマドラー（攪拌器）として構
成したもので図１は一部を断面で示している。このマド
ラーは、本発明の導光体を構成する棒状ガラス１とこの
棒状ガラス１の一端に固定されたケース２とこのケース
２内に棒状ガラス１の一端と対向して配置固定された発
光ダイオード３と発光ダイオード３と同軸的にケース２
内に収納される電池（図示せず）とからなる。ケース２
には発光ダイオード３に送る電流を断続するスイッチ３
１が設けられ、棒状ガラス１の外周面には光触媒を形成
する二酸化チタンの薄膜４が形成されている。この薄膜
はＰＶＤで蒸着したもので、半透明の薄い黄色をしてい
る。

【００１５】発光ダイオード３はｐｎ接合された窒化ガ
リウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなる光を放射
するチップと、このチップを封止すると共に放射された
光に指向性を与えるモ−ルドレンズとを主要部として備
える小さな発光素子である。この発光ダイオ−ド３は、
波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫外線
とともに強い青い光を放射する。

【００１６】なお、発光ダイオ−ド３は、波長３６０〜
４００ｎｍのスペクトル範囲の光のみ放射するものであ
ることが、発光効率及び電力消費の点で好ましい。しか
し、実際には、発光ダイオ−ドの放射する光は、半導体
レーザの場合とは異なり、一般に少なくとも５０ｎｍの
スペクトル範囲を有するため、波長３６０〜４００ｎｍ
のみの光を放射する発光ダイオ−ドを得ることは困難で
ある。そのため、ここで使用する発光ダイオ−ド３とし
ては、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を十分に含む光
（電磁波）を放射するものであれば、どのような発光ダ
イオ−ドでも使用することができる。

【００１７】しかし、この発光ダイオ−ド３としては、
好ましくは、人体に有害な紫外線、即ち、３２０ｎｍ以
下の波長の遠紫外線（ＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃ）を放射しな
いものが好ましい。そして、このような発光ダイオ−ド
３によれば、人体に無害な光触媒装置を形成することが
でき、日常生活における用途にも安全に使用することが
できる。

【００１８】これに対して、可視光である４００ｎｍ以
上の波長の光は人体に無害であるため、このような可視
光を含む光を放射する発光ダイオ−ドは、何等問題なく
使用することができる。また、そのような発光ダイオ−
ド３を使用することによって、その発光ダイオ−ド３が
作動していることを容易に確認することができ、更に、
その可視光が明彩色である場合には照明や表示としての
効果を得ることができる。ただし、４００ｎｍ以下の波
長の光（紫外線）であっても、３８０ｎｍ程度までの光
はぼんやりとした背景（暗い紫色）を呈するため、発光
ダイオ−ド３が４００ｎｍ以下の波長の光のみ放射する
場合でも、その光は完全なブラック光ではなく、一般に
視認可能なものである。

【００１９】本実施例のマドラーは、ケース２内に電池
を収納し、スイッチをオンにすることにより発光ダイオ
−ド３が発光し、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線とと
もに強い青い光を照射する。この紫外線は棒状ガラス１
の一端の端面より棒状ガラス１に入り、棒状ガラス１内
を直進する。そして棒状ガラス１の側面、端面で一部が
外部に放出され、一部は屈折されて、反射され、最終的
には側面および端面から放出される。この側面および端
面から放出される紫外線は二酸化チタンの薄膜４に入
り、紫外線により二酸化チタンの薄膜４には酸化性の活
性表面が形成される。

【００２０】なお、棒状ガラス１の側面、端面からは薄
く淡い青色の可視光も放出され、暗所ではその光が確認
できる。この活性化された表面をもつマドラーを用い
て、水を攪拌することにより、水中の有機物が分解さ
れ、水が浄化される。なお、第一実施例の光触媒装置を
マドラーとしたが、同じ構成の光触媒装置を脱臭、殺菌
（抗菌）、防汚、飲料水等の空気および水の浄化等に応
用可能な光触媒装置として使用することもできる。（第二実施例）図２は本発明の第二実施例の光触媒装置
を示す。この光触媒装置は光装飾体ととして構成したも
ので図２は一部を断面で示している。この光装飾体は、
多数のガラス繊維１１、基部２１と基部２１内に収納さ
れた複数の発光ダイオード３とからなる。基部２１は箱
状のケース２２とこのケースの蓋を形成する透明上部２
３とからなる。この透明上部２３には全てのガラス繊維
１１の一端が埋設固定されている。また、発光ダイオー
ド３の下方には図示しない電池が収納されている。

【００２１】ガラス繊維１１はその一部断面拡大図を図
３に示すように、その表面全体に光触媒を形成する二酸
化チタンの薄膜４１が形成されている。この薄膜はＰＶ
Ｄで蒸着したもので、半透明の薄い黄色をしている。発
光ダイオード３はｐｎ接合された窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系光半導体の結晶体からなる光を放射するチップ
と、このチップを封止すると共に放射された光に指向性
を与えるモ−ルドレンズとを主要部として備える小さな
発光素子である。この発光ダイオ−ド３は、波長３６０
〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫外線とともに強
い青い光を放射する。

【００２２】強い青い光は透明上部２３からガラス繊維
１１に入り、ガラス繊維１１の中心部を進んで他端に送
られる。この途中で一部の光が二酸化チタンの薄膜４１
に入り、そこから外部に放出される。このためガラス繊
維１１全体が青く光り、装飾機能を奏する。なお、紫外
線も青い光と同様に進み、一部の紫外線が二酸化チタン
の薄膜４１に入る。このため二酸化チタンの薄膜４１が
活性化され、回りの空気中に含まれる煙草の煙の成分等
の有機物を分解し、空気を浄化する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の光触媒装置は、光を通す導光体
を用い、導光体内部を通る紫外線がその導光体表面に形
成された光触媒を直接活性化する。また、紫外線源とし
て発光ダイオ−ドを用いている。これら導光体および発
光ダイオ−ドを用いることにより、紫外線を有効に利用
できるとともに、コンパクト化でき、手軽な利用を可能
としている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例の光触媒装置でマ
ドラーとして形成したものの一部を断面とした全体図で
ある。

【図２】図２は本発明の第二実施例の光触媒装置で光
装飾体として形成したものの一部を断面とした全体図で
ある。

【図３】図３は図２のの第二実施例のガラス繊維の部
分拡大断面図である。

【符号の説明】

１：棒状ガラス２：ケース３：発光ダイオード４：二酸化チタンの薄膜１１：ガラス繊維２
１：基部２２：ケース２３：透明上部２３４１：二
酸化チタンの薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田牧真人愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者酒井和宏愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者山口寿夫愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明材料で形成された導光体と、該導光体の表面に形成された光触媒となる二酸化チタン
の薄膜と、該導光体に近接して設けられ該導光体に波長３６０〜４
００ｎｍの紫外線を放射する発光ダイオ−ドと、を具備することを特徴とする光触媒装置。
【請求項２】前記導光体は透明ガラスまたは透明樹脂で
形成されている請求項１に記載の光触媒装置。
【請求項３】前記導光体は棒状のガラスで形成され、該
棒状のガラスの一端に該棒状のガラスより太いケースが
設けられ、該ケース内に前記発光ダイオードおよび該発
光ダイオードに電流を供給する電池が収納され、マドラ
ーとして使用される請求項１に記載の光触媒装置。
【請求項４】基部を有し前記導光体は繊維状でその一端
が該基部に固定されかつ該基部に前記発光ダイオードが
収納され、光装飾体として使用される請求項１に記載の
光触媒装置。
【請求項５】前記発光ダイオ−ドは、ｐｎ接合された窒
化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなる請求
項１、請求項３または請求項４に記載の光触媒装置。