(57)【要約】      （修正有）【課題】光触媒を安定的に担持する光触媒担持フィルタを提供する。【解決手段】光触媒担持フィルタ１００は、炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜からなる外層とグラファイトを含む内層とから構成され、且つ複数の貫通孔３０を設けた板状成形体１０と、貫通孔３０の内部を含む板状成形体１０の表面２１に形成された光触媒層２０と、を有する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜からなる外層とグラファイトを含む内層とから構成され、且つ複数の貫通孔を設けた板状成形体と、
前記貫通孔の内部を含む前記板状成形体の表面に形成された光触媒層と、
を有することを特徴とする光触媒担持フィルタ。
【請求項２】
前記板状成形体の前記表面に対し、当該表面に分布する前記貫通孔の開口部の面積の総和が５０％〜９５％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項３】
前記板状成形体に形成された隣接する２個の前記貫通孔の距離は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、隣接する２個の当該貫通孔の間隔は０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項４】
前記板状成形体の前記外層の厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲であり、前記光触媒層の厚さは０．１μｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項５】
前記板状成形体と前記光触媒層との合計の厚さは、２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項６】
前記板状成形体の前記貫通孔の断面平面形状は、円形または楕円形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項７】
前記板状成形体の平面形状は、円形または四辺形であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項８】
前記貫通孔は、前記板状成形体の前記表面から当該板状成形体の裏面の方向に孔径が連続的に減少するテーパを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項９】
前記貫通孔の前記孔径は、前記板状成形体の前記表面から当該板状成形体の裏面の方向に１０％〜９０％の範囲で減少することを特徴とする請求項８に記載の光触媒担持フィルタ。
【請求項１０】
前記光触媒層は、二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒担持フィルタ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、光触媒担持フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は、環境浄化の視点から注目されている。例えば、特許文献１には、炭素やシリコン等からなるスポンジ状多孔質構造体表面に、酸化チタン皮膜が形成された可視光応答型三次元微細セル構造光触媒フィルタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００４／０９４０４４号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
光触媒に紫外線を照射すると、表面に付着した有機物が分解されて、防汚、消臭および殺菌効果を得るとされている。通常、光触媒は、適当な担体上に固定化して使用される。このとき、担体と光触媒との付着性が不十分な場合があり、安定化技術に改良の余地が残されている。
本考案の目的は、光触媒担持フィルタを構成する板状成形体に光触媒を安定的に担持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かくして、本考案によれば、炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜からなる外層とグラファイトを含む内層とから構成され、且つ複数の貫通孔を設けた板状成形体と、前記貫通孔の内部を含む前記板状成形体の表面に形成された光触媒層と、を有することを特徴とする光触媒担持フィルタが提供される。
ここで、前記板状成形体の前記表面に対し、当該表面に分布する前記貫通孔の開口部の面積の総和が５０％〜９５％の範囲であることが好ましい。
前記板状成形体に形成された隣接する２個の前記貫通孔の距離は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、隣接する２個の当該貫通孔の間隔は０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。
前記板状成形体の前記外層の厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲であり、前記光触媒層の厚さは０．１μｍ〜１μｍの範囲であることが好ましい。
前記板状成形体と前記光触媒層との合計の厚さは、２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲であることが好ましい。
前記板状成形体の前記貫通孔の断面平面形状は、円形または楕円形であることが好ましい。
前記板状成形体の平面形状は、円形または四辺形であることが好ましい。
前記貫通孔は、前記板状成形体の前記表面から当該板状成形体の裏面の方向に孔径が連続的に減少するテーパを有することが好ましい。
前記貫通孔の前記孔径は、前記板状成形体の前記表面から当該板状成形体の裏面の方向に１０％〜９０％の範囲で減少することが好ましい。
前記光触媒層は、二酸化チタンを含むことが好ましい。
【考案の効果】
【０００６】
本考案によれば、板状成形体に光触媒が安定的に担持された光触媒担持フィルタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタの実施例を説明する概略平面図である。
【図２】本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタの層構造の例を説明する概略断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｂ）は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタの貫通孔の断面平面形状例と配置状態例を説明する概略平面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタの貫通孔の断面形状例を説明する概略断面図である。
【図５】本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタを設けた気体清浄器を説明する概略断面平面図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
以下、本考案の実施の形態について詳細に説明する。尚、本考案は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に記載がない限り、本考案の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、本明細書において、「層上」等の「上」は、必ずしも上面に接触して形成される場合に限定されず、離間して上方に形成される場合や、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
【０００９】
（光触媒担持フィルタ）
図１は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００の実施例を説明する概略平面図である。
図１に示すように、光触媒担持フィルタ１００は、複数の貫通孔３０を設けてなる板状成形体１０と、貫通孔３０の内部を含む板状成形体１０の表面２１に形成された光触媒層２０と、を有している。本実施の形態では、板状成形体１０の平面形状は、円形または楕円形である。
【００１０】
本実施の形態では、貫通孔３０の断面平面形状は、円形または楕円形である。貫通孔３０の開口部の孔径は、通常、０．０５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。本実施の形態では、光触媒担持フィルタ１００の表面２１の表面積に対し、表面２１に分布する貫通孔３０の開口部の面積の総和（表面２１における貫通孔３０の占める割合）は、特に限定されないが、本実施の形態では、通常、５０％〜９５％の範囲で調製されている。隣接する２個の貫通孔３０の距離（ピッチ）Ｌａは、通常、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。隣接する２個の貫通孔３０の間隔Ｌｂは、通常、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。
【００１１】
図２は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００の層構造の例を説明する概略断面図である。図２に示すように、光触媒担持フィルタ１００は、板状成形体１０と、板状成形体１０の表面２１側に形成された光触媒層２０とを有している。尚、光触媒層２０は、板状成形体１０の裏面２２側に形成されていてもよい。板状成形体１０は、光触媒層２０と接する外層１１と、外層１１のさらに内側を構成する内層１２とを有している。本実施の形態では、板状成形体１０の外層１１は、炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜から構成される。炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜については後述する。板状成形体１０の内層１２は、グラファイト状炭素材料から構成される。
【００１２】
本実施の形態では、光触媒層２０の厚さｄ２は、通常、０．１μｍ〜１μｍの範囲である。炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜である外層１１の厚さｄ１は、通常、１μｍ〜１０μｍの範囲である。板状成形体１０と光触媒層２０を含む光触媒担持フィルタ１００の厚さｄは、通常、２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲である。
【００１３】
図３（ａ）〜図３（ｂ）は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００の貫通孔３０の断面平面形状例と配置状態例を説明する概略平面図である。
図３（ａ）に示す光触媒担持フィルタ１００は、四辺形の板状成形体１０に同一孔径で円形状に形成された複数の貫通孔３０が、縦方向と横方向とに等間隔で配置され、全体として格子状に配置された例である。
図３（ｂ）に示す光触媒担持フィルタ１００は、四辺形の板状成形体１０に同一孔径で円形状に形成された複数の貫通孔３０が、縦方向と横方向とで、それぞれ１個分だけずらして配置された例である。
【００１４】
貫通孔３０の断面平面形状は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すような円形または楕円形に限定されず、例えば、三角形、正方形、六角形のほか、長方形、菱形等の四角形；五角形、七角形以上の多角形；星形等が挙げられる。
貫通孔３０の断面平面形状は、表面２１側と裏面２２側とで形状が異なっていてもよい。また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、同一形状の複数の貫通孔３０の断面平面形状の大きさが同一のほか、断面平面形状の大きさが異なってもよい。さらに、異なる断面平面形状の貫通孔３０が混在していてもよい。
【００１５】
貫通孔３０の分布状態は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、光触媒担持フィルタ１００の表面２１に格子状等のように規則的に均一に分布しているほか、放射状、同心円状等でもよい。また、貫通孔３０が光触媒担持フィルタ１００の表面２１にランダムに分布していてもよい。さらに、例えば、光触媒担持フィルタ１００の表面２１の中央部において貫通孔３０の分布密度が高く、かつ周辺部ほど分布密度が低下する等、貫通孔３０の分布密度が不均一でもよい。
【００１６】
図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００の貫通孔３０の断面形状例を説明する概略断面図である。尚、炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜からなる外層１１（図２参照）は省略している。
図４（ａ）に示す貫通孔３０の断面形状例では、板状成形体１０の表面２１側から裏面２２側に向かって、均一な孔径の貫通孔３０が形成されている。本実施の形態では、光触媒担持フィルタ１００の光触媒層２０は、板状成形体１０の表面２１側および貫通孔３０の内部を含む板状成形体１０の表面２１に形成されている。尚、光触媒層２０は、板状成形体１０の裏面２２側に形成されていてもよい。
【００１７】
図４（ｂ）に示す貫通孔３０の断面形状例では、板状成形体１０の表面２１側から裏面２２側に向かって、貫通孔３０の孔径が連続的に減少するテーパ状になるように形成されている。すなわち、貫通孔３０の孔径は、第１開口部３１の孔径ａから第２開口部３２の孔径ｂ（孔径ａ＞孔径ｂ）になるまで連続的に減少し、裏面２２側の孔径ｂが孔径ａより小さくなるように、円錐状の貫通孔３０が形成されている。
【００１８】
本実施の形態では、第１開口部３１の孔径ａと第２開口部３２の孔径ｂとの比（孔径ｂ／孔径ａ）は、通常、０．１〜０．９の範囲であり、好ましくは、０．２〜０．８の範囲である。具体的には、第１開口部３１の孔径ａの大きさは、通常、０．０５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。第２開口部３２の孔径ｂの大きさは、通常、０．０１ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。
【００１９】
貫通孔３０の形状を、第１開口部３１の孔径ａに比較して第２開口部３２の孔径ｂを小さくなる（孔径ａ＞孔径ｂ）ように形成することにより、光触媒担持フィルタ１００の貫通孔３０の内部を含む板状成形体１０の表面２１に形成された光触媒層２０の光触媒作用が活性化される傾向がある。すなわち、光触媒担持フィルタ１００の表面２１側から紫外線エネルギを照射する場合、光触媒層２０の貫通孔３０の内部に形成された部分に紫外線エネルギが効率良く照射される。その結果、表面２１側と裏面２２側の孔径が同じ場合と比較して、光触媒作用が活性化されると考えられる。
【００２０】
貫通孔３０の形状は、貫通孔３０の孔径が減少するように形成されているものであれば上述した円錐状（図４（ｂ））に限定されず、例えば、断続的なテーパ状、孔径が異なる円筒状の組み合わせ、孔径が減少するスパイラル状（ネジ型）等が挙げられる。また、貫通孔３０の内側に、表面２１側から裏面２２側に向かって縦溝が形成されてもよい。
【００２１】
次に、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００の各層を説明する。
（板状成形体の内層）
本実施の形態において、板状成形体１０の内層１２はグラファイト状炭素材料から構成される。グラファイト状炭素材料は、炭素材料用樹脂を熱処理加工する等の公知の方法により製造できる。ここで、一般に、有機化合物を加熱すると酸素、水素、窒素等の炭素以外の原子が離脱して炭素化し、さらに加熱を続けると黒鉛化（グラファイト）する。本実施の形態では、公知の成形方法により成形した炭素材料用樹脂成形体を、熱処理温度９００℃〜１４５０℃で炭素化し、さらに、温度１５００℃〜２０００℃程度で熱処理を行うことにより黒鉛化（グラファイト）し、グラファイト状炭素材料が得られる。
【００２２】
炭素材料用樹脂としては、例えば、フェノール樹脂が挙げられる。なお、フェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類との縮合反応により得られる樹脂状物質であって、アルカリ触媒を使用するレゾール型フェノール樹脂、酸触媒を使用するノボラック型フェノール樹脂が挙げられる。
炭素材料用樹脂成形体を得る成形方法としては、例えば、炭素材料用樹脂をゴムの容器型に入れ６面を等圧でプレスする冷間静水圧プレス法、炭素材料用樹脂を押出型に入れて片方から圧力をかけノズルから押し出す押し出し成形法、炭素材料用樹脂を金型に入れてプレスして成形するプレス成形法等が挙げられる。
【００２３】
（板状成形体の外層）
本実施の形態において、板状成形体１０の外層１１は炭化ケイ素のＣＶＤ蒸着膜から構成される。ここで、ＣＶＤ蒸着膜とは、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による蒸着処理を行うことにより形成された蒸着膜である。板状成形体１０の内層１２を構成するグラファイト状炭素材料に、ケイ素化合物を用いるＣＶＤ法による蒸着処理を行い、グラファイト状炭素材料の表面が、グラファイト状炭素材料とケイ素化合物との反応により、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に転化すると考えられる。炭化ケイ素の転化がグラファイト状炭素材料の表面に止まることにより、後述する光触媒を担持する担体として使用することができる。
【００２４】
ケイ素化合物としては、例えば、フッ化ケイ素、塩化ケイ素、臭化ケイ素、ヨウ化ケイ素等のハロゲン化ケイ素化合物；シラン（ＳｉＨ４）等の水素化ケイ素化合物等が挙げられる。これらの中でも、塩化ケイ素、臭化ケイ素が好ましい。
【００２５】
塩化ケイ素としては、例えば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロルジシラン、オクタクロルトリシラン、デカクロルトリシラン、ドデカクロルペンタシラン等が挙げられる。また、クロルシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）等のシラン誘導体が挙げられる。
【００２６】
臭化ケイ素としては、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）、六臭化二ケイ素、八臭化三ケイ素、十臭化四ケイ素等が挙げられる。さらに、臭化三塩化ケイ素、二臭化二塩化ケイ素、三臭化塩化ケイ素、ヨウ化三塩化ケイ素、塩化硫化水素ケイ素、ヘキサクロルジシロキサン等も挙げられる。これらのなかでも、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が特に好ましい。なお、本実施の形態では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成される外層１１の形成において使用するケイ素化合物のシリコン（Ｓｉ）とグラファイト状炭素材料の炭素（Ｃ）との割合は、シリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）との原子比がＳｉ／Ｃ＝０．０５〜４になるように選ぶのが望ましい。
【００２７】
ＣＶＤ法による炭化ケイ素（ＳｉＣ）の生成温度は、１，０００℃〜１，８００℃である。圧力は４０ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲である。減圧下で処理すると、ＳｉＣの核生成温度が低下する傾向がある。また、析出速度が早くなる傾向がある。
【００２８】
（光触媒層２０）
本実施の形態において、光触媒層２０に使用する光触媒は、例えば、フィルタとして使用する場合、浄化対象としての空気等の流体中に含まれる有害有機物質等を酸化分解による光触媒反応が可能な金属酸化物が挙げられ、特に限定されるものではない。
光触媒の具体例としては、例えば、二酸化チタン（特に、アナタース型二酸化チタン）、ルチル型二酸化チタン、ブルッカイト型二酸化チタンが挙げられる。さらに、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化第二鉄等を含んでいても良い。
【００２９】
本実施の形態では、光触媒としては、アナタース型二酸化チタンを５０質量％以上含むものが好ましい。尚、これらの化合物は、複数種を適宜混合して用いてもよい。光触媒は、粉末状、塊状、粒状、平板状、繊維状等の様々な形態のものを用いることができる。本実施の形態では、平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍの粉末状の二酸化チタンを使用している。
【００３０】
本実施の形態において、光触媒は、通常、以下の手順により、板状成形体１０の外層１１に担持される。即ち、グラファイト状炭素材料を含む内層１２と炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むＣＶＤ蒸着膜である外層１１からなる板状成形体１０を、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等の光触媒を含有するスラリー（ＴｉＯ２スラリー）に浸漬し、乾燥後、大気中において１００℃〜８００℃程度の温度で焼成する。尚、ＴｉＯ２スラリーの分散媒として水を使用する。
【００３１】
本実施の形態では、ＴｉＯ２スラリーには、例えば、ポリビニルアルコールの水溶液中に二酸化チタン（ＴｉＯ２）等を添加、所定の粘度に調整してもよい。ポリビニルアルコールは二酸化チタン（ＴｉＯ２）を板状成形体１０の外層１１の表面に固定する結着剤としても有用である。
【００３２】
ＴｉＯ２スラリー中の二酸化チタン（ＴｉＯ２）の濃度は特に限定されないが、本実施の形態では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むＣＶＤ蒸着膜である外層１１に担持した際に、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）のモル比（Ｔｉ／Ｃ）が０．１〜２の範囲内になるように調整されている。
【００３３】
尚、光触媒は、光を吸収することにより触媒作用を示す物質の総称である。この触媒作用は、通常の触媒では困難な化学反応を常温で引き起こし、化学物質の自由エネルギを増加させる（光エネルギを蓄える）反応を起こす場合が知られている。但し、酸化チタン等は、紫外光照射下において触媒活性を示すが、可視光のみでは触媒活性が低下する。このため、紫外線が微弱な場合は、可視光応答型光触媒を用いることが好ましい。可視光応答型光触媒としては、例えば、酸化チタン結晶の酸素サイトの一部を窒素原子で置換した酸窒化チタン（Ｔｉ−Ｏ−Ｎ）を含む酸化チタンが挙げられる。
【００３４】
図５は、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタを設けた気体清浄器を説明する概略断面平面図である。
図５に示す気体清浄器２００を構成する筐体２１０は、第１短側面部２１１と第２短側面部２１４を有する直方体の形状に形成されている。筐体２１０の第１短側面部２１１には気体流入部２１２が形成されており、第２短側面部２１４には気体排気部２１５が形成されている。気体流入部２１２には筐体２１０の内部にプレフィルタ２１３が取り付けられている。そして、筐体２１０の内部には、第１短側面部２１１の気体流入部２１２から第２短側面部２１４の気体排気部２１５に向かって、取り付け基板２１６に取り付けられた紫外線照射手段２１７、光触媒担持フィルタ１００、除塵フィルタ２１８、ファン２１９が配置されている。
【００３５】
気体流入部２１２から筐体２１０に流入した気体が、光触媒担持フィルタ１００と、除塵フィルタ２１８を通過して、ファン２１９により第２短側面部２１４に形成した気体排気部２１５から排出されるように気体の風路が形成される。
【００３６】
気体清浄器２００は、気体が気体流入部２１２から筐体２１０中に入り、光触媒担持フィルタ１００に接触する。このとき、紫外線照射手段２１７のＬＥＤランプの紫外線が光触媒担持フィルタ１００に照射され、気体に含まれるウイルス等の有機物が光触媒担持フィルタ１００の光触媒により分解される。次いで、光触媒担持フィルタ１００を通過した気体は除塵フィルタ２１８によって塵埃が取り除かれ、ファン２１９によって気体排気部２１５から出るようになっている。
【００３７】
本実施の形態では、プレフィルタ２１３が、気体流入部２１２の筐体２１０の内側に取り付けられ、気体流入部２１２から筐体２１０中に流入する気体に含まれる塵埃や大きなゴミを除去している。ファン２１９は、例えば、軸流ファンが採用される。
【００３８】
以上、詳述したように、本実施の形態が適用される光触媒担持フィルタ１００は、光触媒が板状成形体１０の表面２１に安定的に固定される。
【符号の説明】
【００３９】
１０…板状成形体、１１…外層、１２…内層、２０…光触媒層、２１…表面、２２…裏面、３０…貫通孔、３１…第１開口部、３２…第２開口部、１００…光触媒担持フィルタ、２００…気体清浄器、２１０…筐体、２１１…第１短側面部、２１２…空気流入部、２１３…プレフィルタ、２１４…第２短側面部、２１５…気体排気部、２１６…取り付け基板、２１７…紫外線照射手段、２１８…除塵フィルタ、２１９…ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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