(57)【要約】【課題】本発明は、屋内で光触媒膜として利用された場合に性能劣化を改善することを課題とする。【解決手段】光触媒作用を持つ酸化チタンを含む塗料に、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの単体、もしくはその酸化物、もしくはその水酸化物、もしくはその炭酸塩、もしくはそれらの混合物を添加したことを特徴とする屋内用光触媒塗料。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒作用を備えた酸化チタンを含む塗料に、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの単体、もしくはその酸化物、もしくはその水酸化物、もしくはその炭酸塩、もしくはそれらの混合物を添加したことを特徴とする屋内用光触媒塗料。
【請求項２】
前記酸化物あるいは前記水酸化物あるいは前記炭酸塩の量の酸化チタンを含む塗料に対する比率が、モル比率で０．５％以上であることを特徴とする請求項１記載の屋内用光触媒塗料。
【請求項３】
酸化チタンを含む前記塗料を中性あるいは弱酸性にして、前記カルシウム、ストロンチウム、またはマグネシウムが炭酸塩あるいは水酸化物の形で前記塗料に混合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の屋内用光触媒塗料。
【請求項４】
請求項1ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料を塗布して形成された光触媒膜が、ランプ本体に形成されていることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項５】
請求項1ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料を塗布して形成された光触媒膜が、器具本体に形成されていることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋内用光触媒塗料、及びこの光触媒塗料を用いた蛍光ランプや照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、光触媒は光照射により有機物分解作用を発生し、消毒、防汚、抗菌、有害ガス分解等の効果を得られる材料で、タイル、テント、ガラス等屋外建材としての応用が進んでいる。これらは励起光源として太陽光を利用し、分解効果の他に親水性化により雨で汚れを流す効果を利用している。一方、太陽光による励起がほとんど期待できない屋内用途では、清浄機等の酸化チタン光触媒をフィルターとして利用したものが一般的に認知されている。この他に、光触媒膜を利用した壁材、天井材や屋内塗料、家具、電気製品も知られており、これらの目的とする触媒効果は防汚の他に臭気ガスや有害ガス（ホルムアルデヒド等）の除去等である。
【０００３】
現状では、これらの製品は、励起する光が照明用の光源からしか得られないため、光の量が少ないと、十分な性能が得られないと考えられている。そこで、より多くの励起光を得るため酸化チタンの酸素を窒素や炭素で置換したいわゆる可視光応答型光触媒が開発されている。しかし、この可視光応答型光触媒を利用した屋内光触媒製品で励起用の光が十分であると考えられる条件の照明用ランプ、照明器具を具備した壁材やパーティション、カーテンであっても実使用上では充分な効果が得られないことが多い。
【０００４】
従来、例えば下記特許公報１のように、光触媒作用を示す物質である酸化チタンを主成分とし、その表面の一部に酸化チタン以外の金属化合物が存在する光触媒体、及び建材等に光触媒機能を付与するときに使用する光触媒体コーティング剤に関する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００３−１３５９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、屋内での酸化チタン光触媒の応用は励起光不足と考えられていたが、励起光が充分ある蛍光ランプに塗布した場合や照明器具の反射板に塗布して実使用試験を行った場合でも効果が不足することがあった。そこで、性能の使用時間に対する変化を測定した結果、従来型、可視光応答型ともに使用時間と共に性能が劣化する不具合が見出された。この劣化は、特に消臭やホルムアルデヒド等のＶＯＣ（volatile  organic  compound）分解効果に対して著しく劣化する。また、ガラス板に塗布し室内で照明の光が照射される場所に放置した場合でも、数日後にはガス分解性能が劣化する現象が見出された。この劣化は、光の量が多い方が激しく、例えば白色蛍光ランプの光で６０００ルックスの条件では１００時間でアセドアルデヒドの分解性能が２０％にまで劣化した。なお、この劣化は触媒膜を水洗することにより回復するので、屋外の雨が当たる環境では発生しにくい。しかし、屋内の製品では定期的な水洗いが必要で、水洗が難しい壁材、天井材や家電製品では大きな問題になる。
【０００６】
本発明は、こうした問題点を解消するためになされたもので、屋内で光触媒膜として利用された場合の性能劣化を改善しえる屋内用光触媒塗料、これを利用した蛍光ランプ及び照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の屋内用光触媒は、光触媒作用を備えた酸化チタンを含む塗料に、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの単体、もしくはその酸化物、もしくはその水酸化物、もしくはその炭酸塩、もしくはそれらの混合物を添加したことを特徴とする。  
請求項２記載の屋内用光触媒は、請求項１において、前記酸化物あるいは前記水酸化物あるいは前記炭酸塩の量の酸化チタンを含む塗料に対する比率が、モル比率で０．５％以上であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の屋内用光触媒は、請求項１または請求項２において、酸化チタンを含む前記塗料を中性あるいは弱酸性にして、前記カルシウム、ストロンチウム、またはマグネシウムが炭酸塩あるいは水酸化物の形で前記塗料に混合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の蛍光ランプは、請求項1ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料を塗布して形成された光触媒膜が、蛍光ランプ本体に形成されていることを特徴とする。  
請求項５記載の照明器具は、請求項1ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料を塗布して形成された光触媒膜が、器具本体に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの単体、もしくはその酸化物、もしくはその水酸化物、もしくはその炭酸塩、もしくはそれらの混合物を添加したので、光触媒作用の劣化を促す原因物質であるＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）がこれら添加物質に吸着されて酸化チタンと反応することが抑制されることにより、屋内で光触媒膜として利用された場合に性能劣化を改善することができる。  
請求項２の発明によれば、前記酸化物あるいは前記水酸化物あるいは前記炭酸塩の量の酸化チタンを含む塗料に対する比率を、モル比率で０．５％以上とすることにより、事務所、居間等の通常の室内で十分な劣化防止効果が得られる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、酸化チタンを含む前記塗料を中性あるいは弱酸性にして、前記カルシウム、ストロンチウム、またはマグネシウムを炭酸塩あるいは水酸化物の形で前記塗料に混合させることにより、添加物を膜に均一に分散することができ、塗料の安定性が高まり、膜強度が少なく、劣化防止効果を高くすることができる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料からなる光触媒膜を蛍光ランプ本体に形成することにより、使用中における光触媒膜の劣化を抑制できる。
【００１３】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし３いずれか記載の屋内用光触媒塗料からなる光触媒膜を照明器具本体に形成することにより、使用中における光触媒膜の劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は本発明の第１の実施形態による蛍光ランプの構成を模式的に示す断面図であり、図１(Ａ)は切欠断面を含む断面図、図１（Ｂ）は前記蛍光ランプの一構成である光触媒膜の模式的な断面図を示す。  
図中の符番１０は蛍光ランプを示し、蛍光ランプ本体２０と、この蛍光ランプ本体２０の表面に形成された光触媒膜３０とから構成されている。前記蛍光ランプ本体２０は、透光性放電容器１１と、蛍光体層１２と、一対の電極１３，１３と、図示しない放電媒体と、口金１４からなる。
【００１５】
前記透光性放電容器１１は、細長いガラスバルブ１１ａ及び一対のフレアステム１１ｂによって構成されている。前記ガラスバルブ１１ａはソーダライムガラスからなる。前記フレアステム１１ｂは、排気管と、フレアと、内部導入線と、外部導入線を備えている。前記排気管は、透光性放電容器１１の内外を連通して、透光性放電容器１１の内部を排気し、かつ、放電媒体を封入するのに用いられる。そして、排気管は、放電媒体を封入した後に封止される。前記フレアは、ガラスバルブ１１ａの両端に封着されて透光性放電容器１１を形成している。前記内部導入線は、基端がフレアステム１１ｂの内部に気密に埋設され、かつ、外部導入線に接続している。前記外部導入線は、先端がフレアステム１１ｂに埋設され、基端が透光性放電容器１１の外部へ導出されている。
【００１６】
前記蛍光体層１２は、３波長発光形蛍光体からなり、透光性放電容器１１の内面に形成されている。３波長発光形蛍光体は、青色発光用がＢａＭｇＡｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、緑色発光用がＬａＰＯ４：Ｃｅ、Ｔｂ、赤色発光用がＹ２Ｏ３：Ｅｕである。一対の電極１３，１３は、透光性放電容器１１の両端内部において、離間対向する一対の内部導入線の先端部間に継線されている。また、電極１３は、タングステンのコイルフィラメントと、コイルフィラメントに被着された電子放射性物質からなる。
【００１７】
前記放電媒体は、水銀及びアルゴンからなり、透光性放電容器１１の内部に封入されている。水銀は、その適量が排気管を経由して滴下される。アルゴンは、約３００Ｐａ封入されている。前記口金１４は、口金本体１４ａと一対の口金ピン１４ｂ，１４ｂからなる。口金本体１４ａは、キャップ状をなしていて、透光性放電容器１１の両端部に接着されている。一対の口金ピン１４ｂ，１４ｂは、口金本体１４ａに互いに絶縁関係に支持されているとともに、それぞれ外部導入線に接続している。
【００１８】
前記光触媒膜３０は、酸化チタンを含む塗料に例えば炭酸カルシウムを添加した屋内用光触媒塗料からなる膜であり、その膜厚は約０．５〜３μｍである。前記光触媒膜３０は、光触媒微粒子２１とアルミナ微粒子やジルコニア微粒子等からなるバインダー２２とから形成されている。前記光触媒微粒子２１は、酸化チタン微粒子２１ａと、この酸化チタン微粒子２１ａの表面に添着された炭酸カルシウム微粒子２１ｂから構成されている。
【００１９】
本発明における屋内用光触媒塗料における作用は、次のとおりである。まず、酸化チタン光触媒は、光を吸収することにより自由電子と正孔が励起される。そして、この自由電子と正孔が移動して表面に吸着している水分や酸素分子と反応してＯＨラジカルやＯ２−等の活性酸素種を生成し、この活性酸素種が酸化チタンの表面にある有機物を酸化して分解すると考えられている。
【００２０】
ところで、屋内で使用中に劣化した光触媒は水洗により劣化が回復し、また分析により硫酸イオンと硝酸イオンが検出された。この結果より、使用中の劣化は、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）が酸化チタンの表面に付着し、光触媒作用で硫酸イオンや硝酸イオンとなって表面から脱離しなくなり、光により励起された電子と正孔がＯＨラジカルやＯ２−の生成を妨げるためであると推定された。
【００２１】
本発明では、このＳＯｘやＮＯｘによる光反応妨害を防ぐ方法として、酸化チタンよりＳＯｘやＮＯｘを吸着しやすいアルカリ土類金属かマグネシウムの単体、あるいはその酸化物、水酸化物もしくは炭酸塩、あるいはそれらの混合物を添加することにより、大気中のＳＯｘやＮＯｘをアルカリ土類金属やマグネシウムに選択的に吸着させることにより酸化チタンに吸着されるのを防止し、使用中の劣化を大幅に改善できることを見出した。
【００２２】
本発明において、前記酸化物あるいは前記水酸化物あるいは前記炭酸塩の量の酸化チタンを含む塗料に対する比率は、モル比率で０．５％以上であることが好ましい。この理由は、モル分率が０．５％未満では、光触媒膜として利用した場合に、事務所、居間等の通常の室内では十分な劣化防止効果が得られないからである。なお、本発明の屋内用光触媒塗料は一般に蛍光ランプ本体や照明器具本体表面に塗って光触媒膜として使用されるが、モル比率が５％を超えるような場合には光触媒膜の強度が低くなる傾向にあるので、こうした使用例の場合、透光性及び強度の両者を考慮してモル比率は大体０．５〜５％の範囲にすることが好ましい。
【００２３】
本発明において、酸化チタンを含む前記塗料を中性あるいは弱酸性にして、前記カルシウム、ストロンチウム、またはマグネシウムが炭酸塩あるいは水酸化物の形で前記塗料に混合されていることが好ましい。このように、添加する塗料を中性あるいは弱酸性にすることにより、添加物を膜に均一に分散することができ、もって塗料の安定性が高まり、光触媒膜として利用した場合の膜強度低下が少なく、劣化防止効果も高くなる。
【００２４】
本発明において、前記屋内用光触媒塗料からなる光触媒膜を蛍光ランプ本体あるいは照明器具本体に形成することが好ましい。一般に、蛍光ランプや照明器具は、使用中、ランプの熱による対流が起きるため室内の空気に接触する率が多く、また励起光が十分であるため、使用中の劣化が激しい製品であるので、本発明に係る屋内用光触媒塗料からなる光触媒膜を用いるのが特に有効である。
【００２５】
（第１の実施形態）  
第１の実施形態に係る屋内用光触媒塗料は、次のようにして作成した。  
まず、酸化チタン光触媒微粒子と微量の表面処理剤を有機溶剤（エチルアルコール）に混合し、ビーズミルで数時間分散処理した。つづいて、無機質バインダー（ポリシロキサン）を酸化チタンに対して３０質量％と有機溶剤（アルコール）と数％の純水を加えて再度分散処理を行い、光触媒塗料を作成した。この後、得られた光触媒塗料に炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムを酸化チタンに対してモル％で０．１〜１０％の範囲で数種類の量を加えた後、攪拌してサンプルを作成した。次に、このサンプル塗料をガラス板、アクリル板、蛍光ランプガラス管に塗布した後、１２０〜１８０℃で乾燥して、塗膜試料を作成した。
【００２６】
これらを初期状態として１ｍ３のステンレス製ＢＯＸ内に入れ、ガラス板、アクリル板はＢＬＢランプで１ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を照射し、蛍光ランプはそのままＢＯＸ内で点灯し、ホルムアルデヒドの分解効果を測定した。測定後の試料をガラス板、アクリル板は室内に放置し、蛍光ランプは通常の事務所で点灯試験を行い、一週間毎にガス分解性能を測定した。
【００２７】
図２は、炭酸カルシウムを添加した塗料を塗布した蛍光ランプの場合の性能変化を示す図であり、縦軸はホルムアルデヒド分解速度を、横軸は炭酸カルシウム濃度を示す。また、炭酸カルシウム濃度は０（無し）、０．１％、０．５％、２％、１０％とし、各々０時間（Ｈ），２００Ｈ，４００Ｈ，１２００Ｈ，３０００Ｈ，５０００Ｈ経過後のホルムアルデヒド分解速度を調べた。図１より、炭酸カルシウム濃度が０．１％ではあまり性能向上しないが、０．５％以上で大幅に改善されていることが明らかである。なお、１０％で初期性能が向上しているのは、カルシウムによりホルムアルデヒドの吸着性能が向上したためである。
【００２８】
第１の実施形態によれば、酸化チタンを含む塗料に酸化チタンと比べＳＯｘやＮＯｘを吸着しやすい酸化マグネシウムを適宜添加し、得られた屋内用光触媒塗料からなる光触媒膜を蛍光ランプ本体に形成した構成にすることにより、消毒、防汚等の光触媒特有の効果が得られる他、使用中における光触媒膜の劣化を抑制でき、高寿命の蛍光ランプが得られる。
【００２９】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る屋内用光触媒塗料は、第１の実施形態の屋内用光触媒塗料と比べ、炭酸カルシウムの代わりに水酸化マグネシウムを用いる点を除いて、同様にして屋内用光触媒塗料を作成し、第１の実施形態と同様にガス分解性能を測定した。図３は、水酸化マグネシウムを添加した塗料を塗布した蛍光ランプの場合の性能変化を示す図であり、縦軸はホルムアルデヒド分解速度を、横軸は水酸化マグネシウム濃度を示す。また、水酸化マグネシウム濃度は０（無し）、０．１％、０．５％、２％、１０％とし、各々０時間（Ｈ），４００Ｈ，１２００Ｈ経過後のホルムアルデヒド分解速度を調べた。
【００３０】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、使用中における光触媒膜の劣化を抑制でき、高寿命の蛍光ランプが得られる。
【００３１】
なお、上記実施形態以外に、微量の塩酸を酸化チタンを含む塗料に加えて光触媒膜を酸性にしてボールミル攪拌を行った場合の方が、添加物を膜に均一に分散することができるので、蛍光ランプの初期性能が数％向上し、塗料の安定性（保存性）も改善されることが確認できた。また、これらの効果は、他のアルカリ土類金属であるバリウム、ストロンチウムの化合物でも同様であった。
【００３２】
また、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。更に、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更には、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明に係る蛍光ランプを模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態における蛍光ランプの一構成である蛍光塗料膜のホルムアルデヒド分解速度と炭酸カルシウム濃度との関係を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態における蛍光ランプの一構成である蛍光塗料膜のホルムアルデヒド分解速度と水酸化マグネシウム濃度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…蛍光ランプ、１１…透光性放電容器、１２…蛍光体層、１３…電極、１４…口金、２０…蛍光ランプ本体、２１…光触媒微粒子、２１ａ…酸化チタン微粒子、２１ｂ…炭酸カルシウム微粒子、２２…バインダー、３０…光触媒膜。
【図１】
2006257222.tif 000002
【図２】
2006257222.tif 000003
【図３】
2006257222.tif 000004