JPH1170038A

JPH1170038A - 防曇鏡

Info

Publication number: JPH1170038A
Application number: JP9233690A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakajima; 弘中嶋; Seiji Yamazaki; 誠司山崎
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】洗面所や浴室等、直射日光（励起光）が入射
し難い場所においても、鏡に付設した光源からの励起光
の照射により、該光触媒膜を活性化させ、かつ前記励起
光が人体に悪影響を及ぼさないように設計すること。【解決手段】板ガラスの裏面側に光反射金属膜を、表
面側には光触媒膜を形成した鏡であって、鏡の前記一方
の面における周縁部適所の、光反射金属膜または光触媒
膜を形成していない箇所に対して、光触媒励起用の光源
を前記箇所以外に漏出しないように配し、前記箇所より
励起光を板ガラス内に入射し、前記光触媒膜と光反射金
属膜との間で繰返し全反射させて板ガラス内を伝播させ
るべく、前記励起光の前記一方の面 X−X'における屈折
角αt を設定してなる防曇鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鏡（板ガラス）表
面に空気中の水蒸気が結露し、曇りが生じ易い環境下で
鏡を使用する場合に、該表面に親水作用を発現する光触
媒膜を設けて前記曇りを防止したものであって、特に洗
面所や浴室等、直射日光（励起光）が入射し難い場所に
おいても、特異箇所に配した光触媒膜の励起光の照射に
より、該光触媒物質を活性化させ、かつ前記光が人体に
悪影響を及ぼさないように設計した防曇鏡に関する。

【０００２】

【従来技術および解決すべき課題】防曇鏡には、その表
面に有機質の撥水剤や親水剤よりなる膜を形成したもの
があるが、微細水滴が鏡表面に残留して完全に撥水除去
し得ず、あるいは親水作用が不充分で均一な水膜を形成
し得ず、またいずれのケースにおいても耐久性に乏し
く、長期使用においてその機能を失う等の不具合があ
る。

【０００３】鏡の裏面に抵抗加熱ヒータを付設し、加熱
により結露を除去する類のものもあるが、電気エネルギ
ーの消費を伴い経済的でなく、漏電などに対する安全面
の配慮が必要となる等の課題が残る。

【０００４】本発明はそれらとは異なり、鏡表面に光触
媒物質よりなる膜を形成し、光励起により光触媒物質を
活性化させて、優れた親水性作用を発現させ、結露によ
る曇りを除去するものである。

【０００５】光触媒物質（例えばTiO2半導体）は、それ
が高エネルギー光（紫外線）で励起されて、電子−正孔
対が生じ、これら電子（e-）、正孔（h+) が、その表面
の吸着、付着物質を酸化還元し、例えば有機物質は分
解、酸化・還元され除去されるもので、光触媒物質は、
吸着有機物質（疎水性物）を分解除去して親水化し、ま
た水が光触媒物質表面で−OHのかたちで化学吸着され、
さらに付着する水はそれと結合して滑らかな水膜を形成
し、曇りを防ぐものと考えられる。

【０００６】光触媒物質を活性化するうえで励起光が必
要であり、太陽光（紫外域）も有効であるが、太陽光を
入射し難い浴室や洗面所等においては、励起光である紫
外線を照射する必要が生ずる。ところが、紫外線は人の
目や皮膚に接すると炎症を生じたり、ときに癌を発生す
る等、健康を害するものである。

【０００７】従って、通例鏡表面側に紫外線光源を配置
し、人が鏡に接近したら紫外線照射を止める、あるいは
鏡を使用しない夜間等に紫外線を照射する等の工夫、配
慮を要したが、本発明によれば、そのような配慮は無用
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、板ガラスの裏
面側に光反射金属膜を、表面側には光触媒膜を形成した
鏡であって、鏡の前記一方の面における周縁部適所の、
光反射金属膜または光触媒膜を形成していない箇所に対
して、光触媒励起用の光源を前記箇所に漏出しないよう
に配し、前記箇所より励起光を板ガラス内に入射し、前
記光触媒膜と光反射金属膜との間で繰返し全反射させて
板ガラス内を伝播させるべく、前記励起光の前記一方の
面 X−X'における屈折角αt を設定してなる防曇鏡であ
る。

【０００９】なお、前記入射励起光の一方の面 X−X'に
対する屈折角αt が40.8°以上になるように励起光入射
条件を調整することが肝要である。

【００１０】前記において、励起光入射箇所のガラス面
を、一方の面 X−X'に対して傾斜させた面とすることも
好ましい手段である。

【００１１】更に、前記励起光入射箇所に、光導入ホロ
グラム、またはプリズムを添設し、それら光導入ホログ
ラム、またはプリズムを介して励起光を入射するように
するのも好適である。

【００１２】加えて、前記光触媒膜のヘーズ値を 0.5％
以下とするのがよい。なお、前記光触媒膜と板ガラスと
の間に、該光触媒膜より屈折率の低い透明酸化物の膜を
介在させることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１Ａ、Ｂ、およびＣは本発明の
各種態様にかかる鏡の概略断面図である。鏡Ｍを構成す
る透明な板状素材としては、フロート法により製板した
ソーダ石灰系の板ガラス１を採用する。

【００１４】前記板ガラス１の裏面側には、銀、アルミ
ニウム、ステンレススチール、クロム等の光反射性に富
んだ金属の膜（光反射金属膜）４を形成し、表面側、す
なわち人と対面する側には光触媒物質よりなる膜、ある
いは光触媒物質を主体とする膜（光触媒膜）３を形成す
ることにより、鏡Ｍ（いわゆる裏面鏡と称する）が構成
される。なお、通常の鏡においては、裏面側には銀膜
と、それを保護する銅膜、更にそれら金属膜を保護する
耐食性材料と樹脂バインダーよりなる裏止め塗膜を積層
形成するのが一般的である。なお、板ガラス１は表裏面
が平行なガラスであり、その表裏面に配した光触媒膜３
および光反射金属膜４も平行して形成される。

【００１５】本発明の各態様において、例えば光源５、
５’は鏡（すなわち板ガラス１）の表面側で、その周縁
部の光触媒膜を施さない箇所１’に対して配置され、ラ
ンプシェード６に覆われ、波長320nm 〜390nm を主とす
る紫外線よりなる励起光（以下単に光という）２が外に
漏出しないようにする。

【００１６】板ガラスの表面側周縁部１’から入射し、
板ガラス１の内を伝搬する光２は、図示のごとく光反射
金属膜４と光触媒膜３との間で入・反射を繰返し、その
間光触媒膜３に照射した光により光触媒膜３が励起され
て親水作用を呈する。

【００１７】その間、光２はガラスに吸収され、また光
触媒膜３を活性化するために減衰する。光２が光触媒膜
３の全面にゆき渡るようにするためには、板ガラス１の
サイズや光触媒膜３の膜付面積を勘案し、初期の光強度
を設計するものであるが、それは設計者の適宜設計事項
である。

【００１８】図２は、鏡への光の入射（屈折）、反射経
路を示した拡大部分断面図であり、この図を参照して、
板ガラスの表面側周縁部１’への入射光２が板ガラス１
内で全反射する条件を説明する。なお、図中記号は以下
のとおりである。 αi ：空気／板ガラスの界面での入射角 βi ：板ガラス／光触媒膜の界面での入射角 θi ：光触媒膜／空気の界面での入射角 αt ：空気／板ガラスの界面での屈折角 βt ：板ガラス／光触媒膜の界面での屈折角 θt ：光触媒膜／空気の界面での屈折角ｎ0 ：空気の屈折率（1.00）ｎ1 ：板ガラスの屈折率（1.53）ｎ2 ：光触媒膜（アナターゼ）の屈折率（2.15）注１：屈折率はいずれも光触媒膜の励起波長域（320nm
〜390nm)での屈折率である。注２：板ガラスの屈折率はソーダ石灰系ガラスの組成に
もよるが殆どが1.53前後である。

【００１９】〔光触媒膜／空気空間界面で全反射させる
入射角度について〕板ガラスの端縁部近傍の表面側１’
から光２を入射させて、鏡すなわち板ガラス１の表裏面
の外に光２を漏出することなく光触媒膜３を励起させる
には、光触媒膜３と空気ａの界面で、光２を全反射させ
る必要がある。光２が光触媒膜３から漏出しないための
入射角は、スネルの式から求めることができる。なお、
空気／光触媒膜、光触媒膜／板ガラス、板ガラス／金属
反射（銀）膜それぞれの界面は、全て平行であることを
前提とする。

【００２０】光触媒膜／空気の界面での入射角θiは、
下記［式１］であらわされる。 θi ＝ sinー1［（ｎ0/ｎ2）sin θt］（界面で全反射させるためのθｔは９０°の故）＝ sinー1（ｎ0/ｎ2） −−−−−［式１］すなわち光触媒膜／空気の界面での入射角θi ≧ sinー1
（ｎ0/ｎ2）であれば全反射し、空気空間に漏出するこ
とはない。

【００２１】〔前記θi を得るための板ガラス／光触媒
膜界面での入射角について〕板ガラス／光触媒膜界面で
の入射角βi は下記式より得られる。 βi ＝ sinー1［（ｎ2/ｎ1）sin βt］（βt ＝θi である故、［式１］を代入する）＝ sinー1［（ｎ2/ｎ1）sin θi ］＝ sinー1［（ｎ2/ｎ1）（ｎ0/ｎ2）］＝ sinー1（ｎ0/ｎ1） −−−−−［式２］＝ 40.8 すなわち、光触媒の屈折率如何にかかわらず、板ガラス
／光触媒膜界面での入射角βi ≧40.8°であれば、前記
光触媒膜／空気空間界面で全反射することになり、ま
た、前提条件より、βi ＝αt （空気／板ガラス界面で
の屈折角、なお、前記界面、すなわち板ガラス表面は各
図の X−X'のラインであらわされる）であるから、屈折
角αt ≧40.8°であれば、全反射することになる。

【００２２】〔前記αt を得るための鏡（板ガラス）の
端縁近傍の表面側への光入射角について〕空気空間／板
ガラスの界面での板ガラス面 X−X'に対する入射角αi
は以下の式より得られる。 αi ＝ sinー1 ［（ｎ1/ｎ0）sin αt］（前提条件より、αt＝βi ）＝ sinー1 ［（ｎ1/ｎ0）sin βi］ −−−−−［式３］ところで、βi ≧40.8°であるから、入射角αi ＞90°
であることが必要であり、そのままでは光入射できな
い。

【００２３】図１Ａに示す態様においては、光入射箇所
１’において、プリズム８を添設したものであり、それ
により、容易にβi ＝αt ≧40.8°にでき、それにより
全反射を生じさせ、光は光触媒膜から漏出しない。従っ
て、鏡を利用する人が紫外線の暴露から回避できるもの
である。前記プリズム８の角度の開きφや、屈折率は、
前記光源１の位置も勘案して、適宜に設計することがで
きる。

【００２４】別に、図１Ｂに示すように、板ガラス１の
光入射箇所を、板ガラス端面にかけて薄くなるように傾
斜させた面１”とし、光入射するようにすれば、見掛上
の板ガラス表面 X−X'ラインに対して前記屈折角αt ≧
40.8°にできるので、上記同様、光は光触媒膜から漏出
しない。

【００２５】なお、光源部５’としては、太陽光や、別
箇所に配した紫外線光源からの光を集光し、光ファイバ
ーにより該光源部５’に伝送し、光入射させる等の設計
も可能である。

【００２６】さらに、図１Ｃにおいては、上記同様板ガ
ラス１の光入射箇所を傾斜させた面１”とし、該部に公
知の、反射光を屈折角40.8°以上の所望の角度になるよ
うに回折させる光導入ホログラムよりなるシートを添着
すれば、所望の屈折角を得ることができる。

【００２７】なお、現実には、光触媒膜の表面が基板の
板ガラスと完全に平行にはならない。平行からのずれを
あらわす端的な物性値としてヘーズ値（膜面に垂直入射
した光の散乱光と全透過光の強度比）があり、その値が
大きいと、光が外部空間側に漏出する恐れがある。

【００２８】ところで、光触媒膜が板ガラスと完全に平
行である時に、光触媒膜／空気界面で、全反射が生じる
条件においても、前記垂直入射光により測定した膜のヘ
ーズ値を 0.5％以下とすれば、後述実施例で示すよう
に、紫外線検出器において光検知し得ず、人体に対する
影響も皆無と考えてよい。

【００２９】なお光触媒膜を構成する光触媒物質として
は、アナターゼが最良の触媒活性を示すことは知られて
いるが、膜の強度向上、および基板ガラスとの密着性向
上等の目的のために、シリカ、アルミナ、酸化錫、酸化
ジルコニウム等の１種以上を混在させることができる。

【００３０】あるいは、板ガラスと光触媒膜との間に、
それら光触媒膜より低屈折率の膜を介在させ、また、そ
の膜厚を調整すれば、光触媒膜からの反射（二重像を生
ずる）を、光干渉により緩和することができる。

【００３１】上記光触媒膜におけるアナターゼや、アナ
ターゼを含む複合金属酸化物の膜を形成するには、チタ
ン等の金属アルコキシドや、チタン等の金属アセチルア
セトナート等を出発原料とする酸化物ゾル溶液を加熱基
板に塗布し、加熱焼成するゾルゲル法や、同様な金属化
合物蒸気を加熱基板に吹付け、熱分解等により酸化物膜
を形成するＣＶＤ法、それら金属酸化物を物理的蒸着手
段により基板に蒸着するＰＶＤ法等が好適であり、いず
れもヘーズ値を 0.5％以下にできる。

【００３２】なお、以上は、鏡表面からの光の漏出を抑
えることについて述べたが、光の入射する板ガラスの表
面側周縁部（図１Ａ中符号１’）に隣接する端面１x に
対し、対向する端面１x'や、板ガラスの側部端面からの
光の漏出は、人が鏡に対面している限り、大きな問題と
はならない。上記各端部からの漏出を抑えようとすれ
ば、該各端部に反射性物質（ステンレス、アルミニウム
等の各種金属）や吸収性物質（セリアやチタニア）より
なる膜を被覆するようにすればよい。例えば図１Ａ中符
号７（破線で示す）のように対向端面１x'に反射性物質
を被覆すれば、漏出すべき光２は系内に反射されること
となり、余剰光を再度光触媒膜の活性に有効利用できる
ので好都合である。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明は係る実施例に限定されるものでは
ない。

【００３４】〔実施例１〕大きさ 363mm× 455mmの板ガ
ラス１の一表面に、その光入射すべき一周縁部１’（幅
10mm）を残して膜厚 153±20nmのアナターゼ型光触媒膜
３をゾルゲル成膜法で被覆した。

【００３５】なお、出発原料としてはチタニウムイソプ
ロポキシドを用い、イソプロピルアルコール溶媒に溶解
させ、加水分解によりチタニアゾル溶液とし、この液に
反射金属膜を形成すべき片面、および前記一周縁部１’
をマスキングした板ガラスを浸漬したうえで、徐々に引
上げて膜付けし、これを乾燥して、 500℃程度に加熱焼
成することにより、アナターゼ型光触媒膜を形成するも
のである。

【００３６】このガラスのヘーズ値は、ヘーズメーター
により求めたところ 0.3％であった。その後、前記光触
媒膜が被覆されていない片面（ガラス裏面側）に膜厚70
nmの銀膜４を被覆して、光触媒膜付き鏡を作製した。な
お製鏡は常法により、前記ガラス面に、硝酸銀溶液と強
アルカリを主体とする還元液を接触させ、いわゆる銀鏡
反応により銀を沈着させるものである。

【００３７】この鏡の長さ 363mm、幅10mmの一表面周縁
部１’に板ガラスと同屈折率のプリズム８を添設し、そ
れを覆うごとくランプシェードを配設し、中に高圧水銀
灯を配在し、上記プリズム８の光入射表面での光強度が
20mW／cm2 になる位置に高圧水銀灯をセッティングし
た。なお高圧水銀灯の発光スペクトルは、輝線スペクト
ルで、波長 305nmの相対強度は75％、 357nmで95％、 3
95nmで67％である。

【００３８】ちなみに、上記高圧水銀灯から光入射し、
鏡の光触媒膜から鏡表面に漏出する光の量を大塚電気製
フォトマル（MCPD−1100型）で測定したところ、検出で
きなかった。

【００３９】また、光入射後、板ガラス端面１x の対向
端面１x'での光２の漏出を検査したところ３mW／cm2 程
度の光が検知され、光エネルギーがガラス中に吸収さ
れ、また光触媒膜によって吸収され、減衰しても、な
お、余剰の光エネルギーが検知され、光触媒膜全体が万
遍なく活性化されることが伺えた。

【００４０】実施例１としての上記光触媒膜付き鏡と、
比較例１としての光触媒膜を被覆せず、光反射金属
（銀）膜のみを膜付けした鏡の両方を約43℃の飽和水蒸
気に約３分間接触させた後、約40℃の乾燥器中に約10分
間放置し、室温に１時間放置し、再度最初の飽和水蒸気
接触を開始するまでを１サイクルとして、10サイクルま
での曇り発生試験を実施し、各サイクルで、飽和水蒸気
に約３分間接触させる間の曇りの発生状況を目視で評価
した。なお、実施例１の鏡はこのテストの間、常に高圧
水銀灯の光をプリズム８を介して入射した。

【００４１】その結果、表１に示したように、比較例１
の鏡は、３サイクルから曇りが発生したが、実施例１の
鏡は10サイクルの間、曇りの発生は認められなかった。〔表１〕試料判定１２３４５６７８９ 10 実施例１ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 比較例１ ○ ○ × × × × × × × × （註）○：曇りの発生が認められない。 ×：曇りの発生が認められた。

【００４２】〔実施例２〕チタニウムテトライソプロポ
キシドにオクチレングリコールを添加した溶液を定量ポ
ンプで約 200℃に加熱されたステンレス製密封容器（蒸
発器）に注入した。該容器には、別に乾燥した窒素ガス
を通してあり、更に出口側で約 200℃の乾燥空気と混合
し、常圧ＣＶＤ用ガスを調製した。

【００４３】実施例１同様の板ガラスを、その上面の光
照射すべき周縁部にマスキング材を載置したうえで、移
送コンベアにより加熱炉内に搬送し、最高温度約 620℃
程度まで昇温し、該加熱炉より移送コンベアにより搬出
直後に、予め用意したＣＶＤ装置により、前記調製ガス
をＣＶＤノズルより吹付け、アナターゼ型光触媒膜を成
膜した。

【００４４】このガラスの膜厚は 120±25nmであり、ガ
ラスのヘーズ値は 0.5％であった。その後、実施例１同
様に光触媒膜が被覆されていないガラス片面に膜厚約70
nm銀膜を被覆し、光触媒膜付き鏡を作製した。

【００４５】これを実施例１と全く同様に、周縁部にプ
リズムを配置し、ランプシェードを覆設した高圧水銀灯
をセッッティングし、プリズムより光入射し、鏡の光触
媒膜から鏡表面に漏出する光の量を測定したところ、光
は検出できなかった。また実施例１同様に対向端面１x'
からの光を測定したところ実施例１と同様に光検出され
た。

【００４６】この鏡の光触媒膜上に、ヘーズメーターで
測定してヘーズ値が約３％になるようにステアリン酸を
塗布し、前記高圧水銀灯で紫外線を約20分間プリズムを
介して入射し、再度ヘーズ値を測定したところ、ヘーズ
値が１％以下に減少した。

【００４７】なお、光触媒膜を膜付けしない前記比較例
１同様の鏡について同様に鏡表面にステアリン酸を塗布
し、同時間経過後のヘーズ値をみたところ、塗布時３％
のヘーズ値は経過後も全く変化がなかった。

【００４８】〔実施例３〕実施例１と同様の板ガラスを
用い、実施例１と同様で、但し出発原料としてはチタニ
ウムイソプロポキシドとシリコンテトラエトキシド（酸
化物重量換算でチタニア：シリカ＝70：30）を用い、イ
ソプロピルアルコール溶媒に溶解させ、加水分解により
チタニア・シリカゾル溶液とし、この液に反射金属膜を
形成すべき片面、および光入射すべき一周縁部をマスキ
ングした板ガラスを浸漬したうえで、徐々に引上げて膜
付けし、これを乾燥して、 500℃程度に加熱焼成するこ
とにより、アナターゼ・シリカ混合光触媒膜を形成し
た。このガラスのヘーズ値は、ヘーズメーターにより求
めたところ 0.3％であった。

【００４９】その後、光触媒膜が被覆されていないガラ
ス面に実施例１と同様に銀膜を被覆して、光触媒膜付き
鏡を作製した。これを実施例１と全く同様に、前記一周
縁部にプリズムを配置し、ランプシェードを覆設した高
圧水銀灯をセッッティングし、プリズムを介して光入射
して鏡の光触媒膜から鏡表面に漏出する光の量を測定し
たところ、光は検出できなかった。また実施例１同様に
対向端面１x'からの光を測定したところ実施例１と同様
に光検出された。

【００５０】実施例２同様、この鏡の光触媒膜上に、ヘ
ーズ値が約３％になるようにステアリン酸を塗布し、前
記高圧水銀灯で紫外線を約20分間端面入射し、再度ヘー
ズ値を測定したところ、ヘーズ値が１％程度に減少し
た。

【００５１】なお、光触媒膜中にシリカを混在させたこ
とにより、磨耗輪による磨耗試験においてもアナターゼ
単味のものより膜が剥離し難いことが判った。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、紫外線を人体に暴露す
ることなく、防曇鏡表面の光触媒膜に照射し、光触媒膜
を活性化でき、満足し得る防曇機能を発揮できるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａ、およびＢは防曇鏡の概略断面図であ
る。

【図２】防曇鏡の拡大部分断面図である。

【符号の説明】

Ｍ鏡１板ガラス１’光入射箇所１”傾斜させた面２光（励起紫外線）３光触媒膜４光反射金属膜８プリズム８’光導入ホログラムよりなるシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０３Ｃ 17/06 Ｃ０３Ｃ 17/06 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板ガラスの裏面側に光反射金属膜を、表面
側には光触媒膜を形成した鏡であって、鏡の前記一方の
面における周縁部適所の、光反射金属膜または光触媒膜
を形成していない箇所に対して、光触媒励起用の光源を
前記箇所以外に漏出しないように配し、前記箇所より励
起光を板ガラス内に入射し、前記光触媒膜と光反射金属
膜との間で繰返し全反射させて板ガラス内を伝播させる
べく、前記励起光の前記一方の面 X−X'における屈折角
αt を設定してなることを特徴とする防曇鏡。
【請求項２】入射励起光の一方の面 X−X'に対する屈折
角αt が、40.8°以上になるように励起光入射条件を調
整したことを特徴とする請求項１記載の防曇鏡。
【請求項３】励起光入射箇所のガラス面を、一方の面 X
−X'に対して傾斜させた面としたことを特徴とする請求
項２記載の防曇鏡。
【請求項４】励起光入射箇所に、光導入ホログラム、ま
たはプリズムを添設し、それら光導入ホログラム、また
はプリズムを介して励起光を入射するようにしたことを
特徴とする請求項１ないし３記載の防曇鏡。
【請求項５】光触媒膜と板ガラスとの間に、該光触媒膜
より屈折率の低い透明酸化物の膜を介在させたことを特
徴とする請求項１ないし４記載の防曇鏡。