【手続補正書】
【提出日】平成16年9月21日(2004.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      光触媒装置および照明器具
【特許請求の範囲】
【請求項１】  表面を有する物体と；
この物体の表面に形成され酸化チタンを主成分とし、二酸化すずが０．１ｗｔ％ないし３０ｗｔ％の範囲で混合された光触媒膜と；
を具備していることを特徴とする光触媒装置。
【請求項２】  二酸化すずは、５ｗｔ％ないし１０ｗｔ％の範囲で混合されている
ことを特徴とする請求項１記載の光触媒装置。
【請求項３】  光触媒膜の酸化チタンは、酸化チタン微粒子および酸化チタンゾルのいずれかで成膜されたものである
ことを特徴とする請求項１または２記載の光触媒装置。
【請求項４】  光触媒膜の酸化チタンは、チタンアルコキシドで成膜されたものである
ことを特徴とする請求項１または２記載の光触媒装置。
【請求項５】  表面を有する物体と；
この物体の表面に形成され酸化チタンを主成分とし、熱線吸収微粒子が混合された光触媒膜と；
を具備していることを特徴とする光触媒装置。
【請求項６】  熱線吸収微粒子は、インジウム、すずおよび亜鉛の少なくとも一種以上の金属酸化物を主体とした
ことを特徴とする請求項５記載の光触媒装置。
【請求項７】  物体は、透光性を有するカバー体である請求項１ないし６いずれか記載の光触媒装置を具備した
ことを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒膜を用いた光触媒装置および照明器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば特開平７−１１１１０４号公報に記載されているように、光源を収納するカバー体などの基体の内面に二酸化チタンの光触媒膜を形成することにより、照明機能を有しながら、光源からの紫外線を含む光が光触媒膜に照射されることで、光触媒活性により、雰囲気中の気体を脱臭、殺菌することが知られている。
【０００３】
しかも、光触媒膜は、表面に付着した汚れの有機成分を酸化、分解する作用もあり、たとえばトンネル用照明器具などへの実用化が進められている。すなわち、器具本体の照射開口に配設されるカバー体の外面に光触媒膜を形成し、器具本体内の光源からの紫外線を含む光が光触媒膜に照射されることで、光触媒活性により、カバー体の外面に付着して透過率を低下させるたとえば排気ガス成分であるカーボン成分などを酸化、分解し、透過率の低下を抑制するとともに、清掃などのメインテナンスを容易にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二酸化チタンの光触媒膜は、表面に小さなクラックが生じており、十分な透光性を得ることはできない。
【０００５】
また、カバー体がプラスティックの場合には、光触媒膜の表面の平滑性に問題があり、光触媒膜に拡散性が生じてしまうおそれがある問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、十分に光触媒膜の性能を引き出すことができる光触媒装置および照明器具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光触媒装置は、表面を有する物体と；この物体の表面に形成され酸化チタンを主成分とし、二酸化すずが０．１ｗｔ％ないし３０ｗｔ％の範囲で混合された光触媒膜とを具備しているもので、酸化チタンの単体の膜を一定の膜厚以上に形成する場合、膜形成時に生じる応力により発生する微小クラックが、酸化チタンのアナターゼ型の結晶性に近似した二酸化すずを混合させ、薄い膜にすることで微小クラックがなくなり、透光性が上がり、また、二酸化すずを混合させることにより、紫外光の吸収率が上がり、光触媒性も向上し、微小クラックの発生を抑え透光性を向上されるとともに、光触媒活性も向上するような二酸化すずの混合割合は、一酸化チタンに対して０．１ｗｔ％ないし３０ｗｔ％の範囲であればよい。
【０００８】
請求項２記載の光触媒装置は、請求項１記載の光触媒装置において、二酸化すずは、５ｗｔ％ないし１０ｗｔ％の範囲で混合されているもので、光触媒活性も向上するような二酸化すずの混合割合は、一酸化チタンに対して５ｗｔ％ないし１０ｗｔ％の範囲であればよりよい。
【０００９】
請求項３記載の光触媒装置は、請求項１または２記載の光触媒装置において、光触媒膜の酸化チタンは、酸化チタン微粒子および酸化チタンゾルのいずれかで成膜されたもので、酸化チタン微粒子および酸化チタンゾルのいずれかで成膜することにより、光触媒膜にクラックが生ずることを防止する。
【００１０】
請求項４記載の光触媒装置は、請求項１または２記載の光触媒装置において、光触媒膜の酸化チタンは、チタンアルコキシドから成膜されたものであるもので、チタンアルコキシドで成膜することにより、光触媒膜の劣化を防止する。
【００１１】
請求項５記載の光触媒装置は、表面を有する物体と；この物体の表面に形成され酸化チタンを主成分とし、熱線吸収微粒子が混合された光触媒膜とを具備しているもので、熱線吸収微粒子により、熱線をカットするとともに、熱線の吸収により発生した電子の一部が酸化チタンに移り光触媒として寄与し、光触媒性を向上する。
【００１２】
請求項６記載の光触媒装置は、請求項５記載の光触媒装置において、熱線吸収微粒子は、インジウム、すずおよび亜鉛の少なくとも一種以上の金属酸化物を主体としたもので、熱線を吸収する微粒子を簡単に形成する。
【００１３】
請求項７記載の照明器具は、物体は、透光性を有するカバー体である請求項１ないし６いずれか記載の光触媒装置を具備したもので、それぞれの作用を奏する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の照明器具の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は光触媒装置の断面図、図２は光触媒装置を適用した照明器具の斜視図、図３は照明器具のカバー体の底面図である。
【００１６】
図２において、11は器具本体で、この器具本体11はたとえばトンネル内に取り付けられるトンネル用で、ケース体12および支持体としての蓋体13を有し、ケース体12の前面に蓋体13が開閉可能かつ液密に取り付けられている。
【００１７】
また、ケース体12は、たとえばステンレス製で耐腐食性を有しており、前面が開口され、背面側には壁面などの設置面に対して固定するための固定金具14が取り付けられている。
【００１８】
さらに、蓋体13は、たとえばステンレス製で耐腐食性を有しており、中央には長方形の開口部15が形成され、この開口部15の周縁に支持縁部16が形成されている。そして、蓋体13の開口部15の周縁の支持縁部16には耐腐食性を有するたとえばシリコンゴムなどのパッキング17が装着され、パッキング17を介してアクリルなどのプラスティック製の物体であるカバー体20が液密に閉塞状態に取り付けられている。このカバー体20は、たとえばソーダライムガラス製で、蓋体13の開口部15の形状に対応した長方形板状に形成されている。
【００１９】
また、器具本体11内には、ランプソケット21が配設されているとともに、このランプソケット21に接続される光源としてのたとえば片口金形の高圧ナトリウムランプ22が配置されている。この高圧ナトリウムランプ22は、放電によって可視光線および少なくとも約４１０ｎｍ以下の紫外線を含む光線を放射する。
【００２０】
さらに、器具本体11内には、高圧ナトリウムランプ22を始動点灯させる図示しない安定器が収納された安定器ボックス23が配設され、高圧ナトリウムランプ22に対向して高圧ナトリウムランプ22の光を照射開口へ反射させる反射体24が配設されている。
【００２１】
また、カバー体20の外面には、図１に示すように、シリカ（ＳｉＯ２）を主成分とし球状微粒子のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を混合したアンダーコートとなる保護膜25上に、直径１０ｎｍのチタニアである二酸化チタン（ＴｉＯ２）にたとえば直径約２５ｎｍの超微粒子の二酸化すず（ＳｎＯ２）の微粒子を０．１ｗｔ％ないし３０ｗｔ％、好適には５ｗｔ％ないし１０ｗｔ％混合した光触媒膜26が全面または高圧ナトリウムランプ22からの光が届く領域に形成されている。
【００２２】
そして、保護膜25は、アルミナが表面に出ることにより、光触媒膜26の表面の平滑性を向上して、光触媒膜26が拡散性を有して透過性が低下することを防止して、光触媒性を向上する。
【００２３】
また、光触媒膜26は、直径１０ｎｍの超微粒子のアナターゼを主体とする二酸化チタンおよび直径約２５ｎｍの超微粒子の二酸化すずを水とイソプロピルアルコールに７：３で分散させた溶媒を塗布して乾燥させて形成する。なお、ＤＩＰ法あるいはスプレー法により形成してもよい。このように、二酸化すずを二酸化チタンに混合することにより、二酸化すずの結晶性はアナターゼ型に近いため、二酸化チタンの結晶性に及ぼす影響が少なく、二酸化すずが二酸化チタンのバインダとなり、光触媒膜26の微小クラックがなくなり、硬度、光触媒活性が向上するとともに、光透過性が向上する。これは、二酸化チタン膜中のルチル型の二酸化チタンにより発生していた微小クラックが二酸化すずを混合することにより、ルチル型の比率が抑制され、多くがアナターゼ型の二酸化チタンになるためと考えられる。
【００２４】
そして、器具本体11内の高圧ナトリウムランプ22を点灯させることにより、高圧ナトリウムランプ22から可視光線および約４１０ｎｍ以下の紫外線が放射される。
【００２５】
この高圧ナトリウムランプ22からの光は、反射体24で反射されて、あるいは、直接的にカバー体20に達し、カバー体20や光触媒膜26を透過してたとえばトンネル内に照射される。
【００２６】
そして、トンネル内に配置された照明器具は、埃や自動車の排気ガスなどの影響を受け、カバー体20の外面にたとえば埃、カーボンおよびオイルミストや、また、雰囲気中のアセトアルデヒド、メチルメルカプタン、硫化水素あるいはアンモニアなどの物質が付着する。しかし、カバー体20の外面には光触媒膜26が形成されているため、高圧ナトリウムランプ22からの紫外線が光触媒膜26に照射されると、光触媒膜26の光触媒活性により、光触媒膜26に付着あるいは接触した物質の酸化、分解が促進される。
【００２７】
すなわち、光触媒膜に約４１０ｎｍ以下の紫外線が照射されると、二酸化チタンの結晶は、約３．０ｅＶのバンドギャップを有するので、このバンドギャップにより二酸化チタン微粒子に電子ホールが生じ、この電子ホールの移動により表面に電子移動反応が生じる。この電子移動反応ではホールがバンドギャップ分のエネルギに相当する電子を引き抜く力、すなわち酸化力を持っているため、このホールの酸化力によって二酸化チタンの結晶の表面に付着あるいは接触した物質を変化させる。なお、光触媒作用は基本的には光触媒膜26の表面の反応であり、表面の二酸化チタンの超微粒子により光触媒作用が進行し、二酸化チタンの超微粒子の粒径が酸化すずの超微粒子の粒径より小さいため、二酸化チタンは酸化すずの周囲に付着するようになり、表面は二酸化チタンの微粒子を主体として高い触媒性が得られる。
【００２８】
また、二酸化すずの微粒子は導電性であり、波長約１μｍ以上の熱線を吸収し、この吸収された熱線により発生した電子の一部が二酸化チタンに移り、光触媒として寄与し、光触媒効果が向上する。
【００２９】
なお、二酸化すずが紫外線を吸収して、この吸収したエネルギが二酸化チタンの光触媒活性の向上に寄与していることも考えられる。
【００３０】
また、チタンアルコキシド溶液とすずアルコキシド溶液とを酸化すず（ＳｎＯ２）の重量比換算で、１ｗｔ％ないし１５ｗｔ％となるように混合調整した溶剤をガラスなどの高軟化点基材表面にコーティングし、約６００℃の温度で焼成、成膜した光触媒膜も、上記実施の形態と同様の作用効果を示す。従来の二酸化チタンが１００％の光触媒膜と本実施の形態の光触媒膜との光透過性および光触媒性と比較した結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2000167409.tif 000001
【００３２】
従来の光触媒膜は、チタンアルコキシドから成膜したものであるが、本実施の形態の光触媒膜は、チタンアルコキシドとすずアルコキシドを二酸化すず（ＳｎＯ２）の重量比換算で１０ｗｔ％となるように混合調整した液剤から成膜している。
【００３３】
なお、効果は汚れ分解度の相対値である。このように従来例と本実施の形態とは、同じ膜厚であっても透過率が向上しており、光触媒活性も向上している。
【００３４】
また、微粒子酸化チタンの含有率と直線透過率および相対光触媒効果とを比較してみると、図４に示すように、微粒子酸化チタンの含有率が８０％以上であれば、直線透過率の低下も少なく、相対光触媒効果の低下も小さいので、二酸化すずの含有量を２０％以下にすればよい。
【００３５】
さらに、酸化チタンに対する酸化すずの比率を変えて第１回目と第２０回目の光触媒膜の分解効果について比較すると、図５に示すように、第１回目では二酸化チタンの比率が８０％ないし９５％、すなわち酸化すずの比率が５％ないし２０％の範囲では、第１回目でも酸化チタンのみのものとほとんど差がなく、第２０回目では酸化チタンのみのものは効果が大きく低下するのに対し、酸化すずを５％ないし２０％含む方が劣化が少ない。
【００３６】
これは、光触媒膜を形成する際に約６００℃の高温で形成すると、二酸化チタン中の酸素が有機物の分解に使用されやすく二酸化チタンの劣化が生じやすいのに対し、酸化すずを含有させることにより結晶中の酸素が有機物の分解に使用されることを防止するためである。
【００３７】
さらに、二酸化チタンおよび二酸化すずの混合膜は、アルコキシドの加水分解速度により膜の平滑性を制御するため膜の平滑性が安定し、一般的なブラシで清掃しても膜強度を十分にできる。
【００３８】
このように、二酸化チタン結晶は紫外線を受けると強い酸化力を生じるため、二酸化チタン結晶の表面に付着した汚れとなる粒子や粉塵の物質、または、アセトアルデヒド、メチルメルカプタン、硫化水素あるいはアンモニアなどの物質の酸化、分解を促進する。したがって、光触媒膜26の表面は常にクリーンな状態に保たれ、カバー体20の光の透過率の低下を抑制できるとともに、カバー体20の表面を頻繁に拭くなどの清掃をせずに済み、メインテナンスを容易にできる。
【００３９】
そして、二酸化チタンに二酸化すずを混合した光触媒膜26を用いることにより、表１に示すように、従来に比べて薄い膜厚で同等の光触媒効果を得ることができるとともに、硬度が向上する。
【００４０】
なお、熱線吸収微粒子には、二酸化すずに限らず、たとえばインジウム（Ｉｎ）、すず（Ｓｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）の酸化物、すず酸化物にアンチモン（Ｓｂ）、ふっ素（Ｆ）あるいは塩素（Ｃｌ）などをドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）をドープしたもの、または、これらの一種以上を組み合わせたものなどを用いることができる。
【００４１】
また、二酸化チタンは、アナターゼ型を主体とするものに限らず、アナターゼ型およびルチル型が混合するものでもよい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の光触媒装置によれば、酸化チタン膜には二酸化すずを混合することにより、微小クラックがなくなり、光触媒性を向上できるとともに、透過性を向上でき、二酸化すずは酸化チタンに対して０．１ｗｔ％ないし３０ｗｔ％の範囲で混合されているので、効果的に微小クラックをなくすことができる。
【００４３】
請求項２記載の光触媒装置によれば、請求項１記載の光触媒装置に加え、二酸化すずは酸化チタンに対して５ｗｔ％ないし１０ｗｔ％の範囲で混合されているので、最も効果的に微小クラックをなくすことができる。
【００４４】
請求項３記載の光触媒装置によれば、請求項１または２記載の光触媒装置に加え、酸化チタン微粒子および酸化チタンゾルのいずれかで成膜することにより、光触媒膜にクラックが生ずることを防止できる。
【００４５】
請求項４記載の光触媒装置によれば、請求項１または２記載の光触媒装置に加え、光触媒膜の酸化チタンは、チタンアルコキシドから成膜されたものであるので、光触媒膜の劣化を防止できる。
【００４６】
請求項５記載の光触媒装置によれば、熱線吸収微粒子により、熱線をカットするとともに、熱線の吸収により発生した電子の一部が酸化チタンに移り光触媒として寄与し、光触媒性を向上できる。
【００４７】
請求項６記載の光触媒装置によれば、請求項５記載の光触媒装置に加え、熱線吸収微粒子は、インジウム、すずおよび亜鉛の少なくとも一種以上の金属酸化物を主体としたので、熱線を吸収する微粒子を簡単に形成できる。
【００４８】
請求項７記載の照明器具によれば、物体は透光性を有するカバー体である請求項１ないし６いずれか記載の光触媒装置を具備したので、それぞれの効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態の光触媒装置の断面図である。
【図２】
同上光触媒装置を適用した照明器具の斜視図である。
【図３】
同上照明器具のカバー体の底面図である。
【図４】
微粒子酸化チタンの含有率と直線透過率および光触媒効果との関係を示すグラフである。
【図５】
微粒子酸化チタンの含有率と光触媒膜の分解効果の経時変化との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
20    物体であるカバー体
26    光触媒膜