(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に光触媒膜が形成された光触媒体であって、光触媒膜が、金属とその金属の酸化物とからなると共に、光触媒膜の基材側から表面側に向かうに従い酸素原子数が漸次増加するように形成された傾斜膜であることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
基材が有機系材料からなる請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
基材上に金属の酸化物からなる光触媒膜を形成する光触媒体の製造方法において、酸素分子を有するガスを光触媒膜を形成する雰囲気下に導入して金属を酸化させて成膜する間に、上記雰囲気下における酸素分子の割合が経時的に増加するように酸素分子を有するガスを導入することを特徴とする請求項１又は２記載の光触媒体の製造方法。
【請求項４】
光触媒膜をリアクティブスパッタリング法により形成する請求項３記載の光触媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解等に有効に用いられる光触媒体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等の金属酸化物が光触媒として水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに広く使用されている。このような光触媒は、通常粉末状で用いられている。この粉末状の光触媒を固定化するためには、例えば粉末にバインダーとして樹脂やゴムなどを混ぜて練り、それを基材に塗って数百℃で焼結させるバインダー固定法がある。また、光触媒を基材に膜状に密着させる方法として金属アルコキシド溶液を用いてゲルコーティング膜を作成し、それを数百℃で加熱するゾル−ゲル法で得た金属酸化物膜を光触媒に用いることも知られている。しかし、バインダー固定法もゾル−ゲル法も、上述したように金属酸化物膜の作成時に高温で加熱するため、耐熱性の基材しか用いることができない。一方、スパッタリング法により得られる金属酸化物膜を光触媒膜として用いれば、基材の種類を選ばないで光触媒膜がコーティングされた光触媒体を得ることができるが、この場合であっても、例えば有機物質の基材を用いると、基材と光触媒膜が直接接触するために、基材自身が光触媒作用を受けて劣化する可能性が生じる。
【０００３】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、担持する基材の種類を選ばず、取扱性及び耐久性に優れるのみならず、触媒効率も良好な光触媒体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、基材が例えばプラスチックや繊維等の有機物質からなるものであっても、基材上に成膜される光触媒膜を、その基材と接する部分は金属又はほとんど金属酸化物が含まれない金属と金属酸化物とが混合したものであって、その表面に近づくにつれて酸素原子数が多くなる（金属の酸化度が高くなる乃至は酸化物割合が多くなる）傾斜膜とすれば、光触媒活性の高い金属酸化膜が基材とほとんど接触しないので、基材自身が光触媒作用を受けて劣化することが防止でき、一方、光触媒体の表面は光触媒活性の高い金属酸化物の割合が高いので、光触媒体としての光触媒作用が何ら損なわれないことを知見すると共に、スパッタリング法やイオンプレーティング法において酸素分子を含有するガスを導入して得られる金属酸化物を光触媒膜として基材上に成膜する間に、導入する酸素ガス量を経時的に制御することにより、膜中の金属酸化度を容易に調節できるので、上記のような光触媒体が好適に製造されることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００５】
従って、本発明は
（１）基材上に光触媒膜が形成された光触媒体であって、光触媒膜が、金属とその金属の酸化物とからなると共に、光触媒膜の基材側から表面側に向かうに従い酸素原子数が漸次増加するように形成された傾斜膜であることを特徴とする光触媒体、
（２）基材上に金属の酸化物からなる光触媒膜を形成する光触媒体の製造方法において、酸素分子を有するガスを光触媒膜を形成する雰囲気下に導入して金属を酸化させて成膜する間に、上記雰囲気下における酸素分子の割合が経時的に増加するように酸素分子を有するガスを導入することを特徴とする上記（１）の光触媒体の製造方法、
（３）光触媒膜をリアクティブスパッタリング法により形成する上記（２）の光触媒体の製造方法
を提供する。
【０００６】
以下、本発明につき図面を参照して更に詳しく説明する。
図１は、本発明の光触媒体の構成を説明する光触媒体１の断面概略図である。この光触媒体１は、基材２上に光触媒膜３を形成したものである。ここで、基材２としては、その材質や形状は特に限定されず、通常光触媒体の基材として用いられているものであればいずれのものでもよく、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シリコーン、ポリスチレン等のプラスチック材、ポリエステル系，ポリアミド系，ポリビニルアルコール系などの合成繊維、天然繊維、半合成繊維等からなる織布又は不織布などの有機系材料やガラス、石英、セラミックス、シリカ等の無機質材料及びアルミ、ステンレス等の金属材料などの無機系材料を使用することができるが、本発明の場合、これらの中でも、特に金属酸化物による光触媒作用を受けて劣化しやすいプラスチック及び繊維等の有機系材料（有機物質）からなる基材である場合に特に効果的である。
【０００７】
光触媒膜３としては、Ｔｉ，Ｚｎ，Ｗ，Ｆｅ，ＳｒＴｉ等の金属とこれらの金属の酸化物であるＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等とこれらより酸化度が低い金属の酸化物が混在する金属酸化物とからなり、光触媒膜３における酸素原子数の割合（金属の酸化度の割合或いは金属酸化物の割合）がその厚さ方向において基材側３ａから表面側３ｂへと増加したものが用いられる。ここで、光触媒膜の厚さは特に制限されるものではなく、光触媒体の用途等により種々選定することできる。また、光触媒膜３における金属と金属酸化物の割合は、酸素原子数が基材側３ａから表面側３ｂに向けて、その厚さ方向に漸次増加するように形成されていることが必要であり、基材の劣化防止効果及び光触媒体の触媒効率を鑑みれば、光触媒膜３の基材側３ａは金属のみからなり、表面側３ｂは光触媒活性の高い金属酸化物のみからなることが望ましい。なお、厚さ方向における金属酸化物の増加割合は必ずしも一定である必要はない。
【０００８】
このような光触媒膜３は、基材２上に金属の酸化物からなる光触媒膜を形成する光触媒体の製造方法、例えば減圧下で加熱された蒸発源から蒸発した金属原子を部分的にイオン化して基材上に蒸着させる際に、減圧空間に酸素分子を含むガスを導入することによって金属の酸化物を蒸着させるイオンプレーティング法や酸素分子を含むガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタリングを行うリアクティブスパッタリング法等の方法において、酸素分子を有するガスを光触媒膜を形成する雰囲気下に導入して金属を酸化する際に、上記雰囲気下における酸素分子の割合が経時的に増加するように酸素分子を有するガスを導入することによって、金属を酸化する度合を制御しながら漸次増加させていくことができるが、これらの方法の中でも、成膜時に基材の耐熱性が問題にならず、基材の材質を広く選択することができることを鑑みれば、特にリアクティブスパッタリング法が好適に採用される。
【０００９】
リアクティブスパッタリング法により本発明の光触媒体を製造する場合、不活性ガス中に含まれる酸素分子量を制御することにより、金属／金属酸化物の傾斜膜が得られる。ここで用いられる金属ターゲットとしては、所望する金属酸化物ＭｅＯx（ＭｅはＦｅ，Ｔｉ，Ｗ，ＳｒＴｉ，Ｚｎ等の金属を示し、ｘは金属の種類によって異なるが、０〜１０、好ましくは０〜５の範囲の正数であり、ｘは必ずしも金属の価数に相当していなくともよい）に対応した金属であり、この場合、特には光触媒として優れたＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等に対応した金属である。また、本発明においては、酸素分子を有するガス（酸化性ガス）を含有する不活性ガスの存在下で、酸化性ガス量を増加させながら上記金属ターゲットより金属をスパッタさせ、所望の基材上にこのスパッタされた金属と金属酸化物とからなる金属酸化物傾斜膜を形成するものであるが、上記酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、空気、水等が挙げられ、通常は酸素が用いられる。一方、スパッタリング用の不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン等が用いられ、特に工業的に安価なアルゴンが好ましい。なお、上記不活性ガスと酸化性ガスとの流量比（容量比）は、スパッタリング開始時から終了時にかけて酸化性ガスの割合が漸次増加するように適宜選定されるが、スパッタリング開始時に酸化性ガスを供給しなければ、上述したように基材に直接触れる光触媒膜の部分が光触媒活性のない金属となるので好適であり、具体的には、不活性ガス：酸化性ガス＝１００：０〜１００：１０００の範囲内において適宜、酸化性ガスの割合を増加していくことが好ましい。
【００１０】
本発明において、スパッタリング装置、リアクティブスパッタリング装置、スパッタリング圧力等のスパッタリング条件などは特に制限されず、公知の装置、条件を採用することができる。例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング、対向スパッタリングなどの装置を用いることができ、またスパッタリング時の圧力は高真空下から大気圧下とすることができるが、通常１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの真空下で行われる。
【００１１】
本発明の光触媒体は、公知の光触媒体と同様にして使用することができ、例えばこの光触媒体の表面に光を照射することによって表面に形成された光触媒膜が励起し、殺菌、脱臭等の作用を発揮するもので、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに用いることができるものである。この場合、基材が有機物質からなるものであっても、この基材は金属酸化物傾斜膜の金属又は大部分が金属である側と接しており、光触媒活性の高い金属酸化物にはほとんど直接触れないため、光触媒体として光触媒活性を損なうことなく、基材の劣化を防止することができ、長時間使用することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の光触媒体は、基材を劣化させることなく長時間使用することが可能なものであり、本発明の製造方法によれば、この光触媒体を好適に製造することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００１４】
〔実施例，比較例〕
４×５（ｃｍ2）のポリエステル不織布を基材として使用し、この基材に対し、対向スパッタリング法（ターゲット  Ｔｉ）で、酸化用ガスとして酸素０〜５ｍｌ／分を図２に示す流量となるようにアルゴンガス５ｍｌ／分とともにスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面全体に６０分成膜を行って、基材側がＴｉのみであり、表面側がＴｉＯ2のみである５０００ÅのＴｉ／ＴｉＯ2からなる金属酸化物傾斜膜（光触媒膜）を形成して実施例の光触媒体を得た。一方、実施例において、酸素の流量を一定（５ｍｌ／分）とした以外は実施例と同様にして基材表面全体にＴｉＯ2からなる３０００Åの金属酸化物膜（光触媒膜）を形成して比較例の光触媒体を得た。
【００１５】
これらの光触媒体について、サンシャインウェザーメーターに５００時間暴露する前後の光触媒体の質量を測定し、その質量の変化を調べた。結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
0003716885.tif 000002
表１によれば、本発明の光触媒体は光暴露による基材の劣化を防止することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施例における酸素導入量の変化を示す酸素ガス流量−成膜時間のグラフである。
【符号の説明】
１  光触媒体
２  基材
３  光触媒膜
３ａ  基材側
３ｂ  表面側
【図１】
0003716885.tif 000003
【図２】
0003716885.tif 000004