(57)【要約】【課題】光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供する。また、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置を提供する。【解決手段】浄化板（光触媒構造体）１０は、凹凸構造１１ａが表面に形成された基板１１と、基板１１の凹凸構造１１ａ側に配されるとともに凹凸構造１１ａの形状が反映された光触媒膜１３とを備える。凹凸構造１１ａは、光触媒膜１３が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている。基板１１側から所定波長の光が入射されることで、吸着膜１４に滞留した被浄化物質が、光触媒膜１３による光触媒反応により浄化される。この浄化板１０を脱臭装置に組み込むことで、脱臭能力が高められ得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造が表面に形成された基板と、
前記基板の前記凹凸構造側に配されるとともに前記凹凸構造の形状が反映された光触媒膜と、を備え、
前記凹凸構造は、前記光触媒膜が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている、
ことを特徴とする光触媒構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の光触媒構造体において、
前記基板と前記光触媒膜との間に透過膜をさらに備える、
ことを特徴とする光触媒構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光触媒構造体において、
前記光触媒膜上に配されるとともに物質を滞留させて前記光触媒膜に接触させる吸着膜をさらに備える、
ことを特徴とする光触媒構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の光触媒構造体と、
前記光を前記基板側から前記光触媒構造体に照射する光源と、
前記光触媒構造体に空気を流すためのファンと、を備える、
ことを特徴とする脱臭装置。
【請求項５】
請求項４に記載の脱臭装置において、
前記脱臭装置の起動時には、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、
前記起動から所定の時間が経過すると、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、
ことを特徴とする脱臭装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の脱臭装置において、
前記光触媒構造体に前記空気を流すための送風経路内に配された臭気センサをさらに備え、
前記臭気センサからの検出信号に基づいて前記光源からの光の出射パワーが制御される、
ことを特徴とする脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定波長の光が照射されることにより光触媒反応を起こす光触媒構造体、および、この光触媒構造体を用いて空気中に含まれる浄化対象物質を浄化する脱臭装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光触媒活性物質を含む光触媒構造体を用いて、大気浄化、脱臭、浄水、抗菌、防汚、水分解を行う光触媒装置の開発が進められている。この種の光触媒構造体は、一般に、基板上に、酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる光触媒膜が積層されることにより生成される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３８０９３４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記光触媒構造体では、光触媒膜に所定波長の光（たとえば、紫外線）が照射されることにより、光触媒膜表面に付着している物質が光触媒作用を受けて浄化される。この場合、照射される光が、効率良く、光触媒膜における光触媒反応に利用されることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、光触媒反応を生じさせるための光が光触媒膜側から照射されると、この光は、光触媒膜表面に付着した浄化対象物質により遮られるため、光触媒膜に到達し難くなるという問題が生じる。他方、光触媒反応を生じさせるための光が基板側から照射されると、この光は、基板と光触媒膜との間の界面において反射されるため、光触媒膜に到達し難くなるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置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】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る光触媒構造体は、凹凸構造が表面に形成された基板と、前記基板の前記凹凸構造側に配されるとともに前記凹凸構造の形状が反映された光触媒膜とを備える。ここで、前記凹凸構造は、前記光触媒膜が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る脱臭装置は、上記第１の態様に係る光触媒構造体と、前記光を前記基板側から前記光触媒構造体に照射する光源と、前記光触媒構造体に空気を流すためのファンとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供することができる。また、本発明によれば、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る浄化板の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る基板の形成手順を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る凹凸構造の反射率低減作用を示す測定結果である。
【図４】実施の形態に係る脱臭装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態に係る制御回路による制御を説明する図である。
【図６】実施の形態に係る脱臭装置の構成の変更例および制御回路による制御の変更例を説明する図である。
【図７】実施の形態に係る浄化板の配置の変更例を示す図である。
【図８】実施の形態に係るパルス信号の変更例および半導体レーザの出射パワーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１４】
＜浄化板＞
図１に、本実施の形態に係る浄化板１０の構成を示す。同図（ａ）は、浄化板１０の積層構造を示す図であり、同図（ｂ）は、基板１１の凹凸構造１１ａを示す図であり、同図（ｃ）は、凹凸構造１１ａの二次電子写真像を示す図である。
【００１５】
同図（ａ）を参照して、浄化板１０は、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４を有する。
【００１６】
基板１１は、ポリカーボネート等の透光性材料から形成されており、屈折率は１．６に設定されている。基板１１の透過膜１２側の面には、同図（ｂ）、（ｃ）に示す如く、縦横均等に一定ピッチにて円柱状の突起が並ぶようにして、凹凸構造１１ａが形成されている。凹凸構造１１ａのピッチ（円柱状突起の幅）は、縦横ともに２５０ｎｍであり、円柱状突起の高さは、１７５ｎｍとなっている。
【００１７】
なお、同図（ｃ）の写真像は、凹凸構造１１ａ上に合金膜をスパッタによって２０ｎｍ形成した後、電子写真撮像のためにＰｔ−Ｐｄを１０Å蒸着した状態で撮像を行ったときのものである。
【００１８】
ここで、図２を参照して基板１１の形成手順について説明する。
【００１９】
まず、シリコン原盤上にスピンコートによりレジストを塗布する（工程１）。次に、ＥＢ描画（電子ビームカッティング）にて、上記ピッチの凹凸構造を形成する（工程２）。この描画後、現像処理を行い（工程３）、ＲＩＥ加工を行う（工程４）。さらに、酸素プラズマアッシングを行って、残存するレジストを除去する（工程５）。これにより、シリコン原盤上に凹凸構造が形成される（Ｓｉ原基）。
【００２０】
続いて、このＳｉ原基に対し、Ｎｉメッキを行って（工程６）、Ｎｉを堆積させる。そして、堆積したＮｉ層をＳｉ原基から剥離して、スタンパを作製する（工程７）。このスタンパに対し、射出成形を行って（工程８）、基板１１を作製する（工程９）。これにより、凹凸構造が転写された基板１１が形成される。
【００２１】
なお、本実施の形態では、基板１１の材料としてポリカーボネート以外に、ポリオレフィンといった透光性材料を用いることもできる。また、これ以外に、ポリ乳酸等の生分解性材料を用いることもできる。生分解性材料を用いると、廃棄時における環境負荷等を小さくすることができる。
【００２２】
また、ＥＢ描画の替わりに、レーザビームカッティングを用いることもできる。この場合、シリコン原盤上には、フォトレジスト層が塗布される。また、カッティングビームとしては、波長４００ｎｍ程度のレーザ光が用いられる。
【００２３】
図１（ａ）に戻り、透過膜１２は、上記手順によって形成された基板１１の凹凸構造１１ａ上に、スパッタ法によって積層される。透過膜１２は、Ａｌ２Ｏ３からなり、屈折率は基板１１と略同じとなるよう１．６に設定されている。また、透過膜１２の上面と下面は、基板１１の凹凸構造１１ａを反映して凹凸構造となっている。なお、透過膜１２は、非電解質な無機材料からなるため、後述する光触媒膜１３の光触媒反応により浸食されない。
【００２４】
また、透過膜１２の膜厚およびＲａ（表面粗さ）は、基板１１が光触媒膜１３によって浸食されないように、且つ、基板１１側から入射する光が光触媒膜１３に十分に届くように設定されている。
【００２５】
すなわち、透過膜１２の膜厚が小さく設定されると、Ｒａの設定によっては、透過膜１２にホールが生じ、基板１１と光触媒膜１３とがこのホールにより接することが起こり得る。このように基板１１が光触媒膜１３に接すると、後述する光触媒膜１３の光触媒反応により基板１１が浸食され、基板１１に劣化が生じる可能性がある。また、透過膜１２のＲａが大きく設定されると、透過膜１２の膜厚によっては、透過膜１２にホールが生じる。この場合も、光触媒膜１３の光触媒反応により基板１１が浸食され、基板１１に劣化が生じる可能性がある。他方、ホールの発生を防ぐために、透過膜１２の膜厚が大きく設定されると、基板１１側から入射する光が、透過膜１２によって吸収されて光触媒膜１３に届きにくくなる。このため、光触媒膜１３での光触媒反応が進み難くなる。
【００２６】
このようなことを考慮して、透過膜１２の膜厚およびＲａが、適正に設定される必要がある。なお、透過膜１２のＲａの制御は、スパッタ時のガス圧を調節することによって行われる。
【００２７】
本件発明者の行った実験では、透過膜１２の膜厚を７ｎｍとし、Ｒａを０．８ｎｍとすると、基板１１に光触媒膜１３の光触媒反応による浸食が生じたが、透過膜１２の膜厚を７ｎｍとし、Ｒａを０．６ｎｍとすると、基板１１に光触媒膜１３の光触媒反応による浸食が生じなかった。このことから、透過膜１２は、膜表面のＲａが膜厚の１０％以下程度となるよう形成するのが望ましいと判断される。また、基板１１側から入射する光が光触媒膜１３に向けて十分に透過するよう、透過膜１２の膜厚は３〜８０ｎｍ程度に設定されるのが望ましい。以上から、本実施の形態では、透過膜１２の膜厚を７ｎｍ、Ｒａを０．６６とした。なお、スパッタ時のガス圧を０．３Ｐａとした。
【００２８】
光触媒膜１３は、透過膜１２の上面にスパッタ法によって積層される。光触媒膜１３は、ＴｉＯ２からなり、屈折率は２．５に設定されている。また、光触媒膜１３の上面と下面は、透過膜１２の上面に形成された凹凸構造を反映して凹凸構造となっている。これにより、基板１１の表面の凹凸構造１１ａを反映した構造が光触媒膜１３の上面（反応面）に形成され、光触媒膜１３上面の表面積が大きくなり、光触媒反応が起こりやすくなる。
【００２９】
なお、成膜後の光触媒膜１３自体の表面は、積層される際にガス圧の調整によって多孔質状とすることができる。これにより、光触媒膜１３自体が多孔質状となるため、光触媒膜１３の表面積を大きくすることができ、さらに基板１１の凹凸構造１１ａより光触媒膜１３の表面積を増やすことができる。光触媒膜１３の膜厚が小さいと、透過膜１２の上面が光触媒膜１３により完全に覆われなくなる。他方、光触媒膜１３の膜厚が大きいと、透過膜１２の上面に形成された凹凸構造が光触媒膜１３の上面（反応面）に反映しなくなることに加えて、透過膜１２側から入射する光が、光触媒膜１３による吸収により、光触媒膜１３の上面まで透過し難くなる。そこで、本実施の形態では、これらを考慮して、透過膜１２の上面が十分に被覆され、且つ、上面へと透過する光が十分に得られるように、光触媒膜１３の膜厚を８０ｎｍとした。
【００３０】
光触媒膜１３を形成するＴｉＯ２は、アナターゼ結晶微粒子を含んでいる。アナターゼ結晶は、バンドギャップから波長３８８ｎｍ以下の紫外光を吸収し、光触媒反応を起こす。また、アナターゼ結晶は、微粒子で光触媒膜１３内に存在するため、基板１１の形状が複雑であっても基板１１に対して均一に分布する。これにより、光触媒膜１３上で広範囲に亘って効率的に光触媒反応が起き易くなる。
【００３１】
また、ＴｉＯ２は、アナターゼ結晶構造以外に、ルチル構造、アモルファス構造、ブルカイト構造を形成することが分かっており、構造により光触媒反応が異なる。すなわち、反応の活性や反応する波長が構造毎に異なっている。本実施の形態で用いた光触媒膜１３を形成するＴｉＯ２には、複数の構造が含まれている。具体的には、アモルファス状のものおよびアナターゼ結晶欠陥や、スパッタ時に含まれる微量の窒素を含む微粒子、ルチル微粒子が含まれている。これにより、光触媒膜１３の光触媒反応は、４００〜５００ｎｍの可視光領域の波長の光によっても促進されることとなる。よって、光触媒反応を起こす光源としてＬＥＤや半導体レーザが用いられる場合に、これら光源から出射される光が温度や個体差などにより可視光を含む場合でも、光の利用効率が高められる。なお、ＴｉＯ２により形成される構造として、アナターゼ結晶構造以外に、上記に記述した全ての構造が含まれる必要はなく、可視光で活性を得られる微粒子が含まれれば良い。
【００３２】
なお、光触媒膜１３は、光触媒膜１３に付着した物質に対して光触媒作用を及ぼす。光触媒作用を受ける物質として、アンモニア、アセトアルデヒド、硫化水素、メチルメルカプタン、ホルムアルデヒド、酢酸、トルエン、菌、油分、などが挙げられる。これら物質は、光触媒作用を受けて二酸化炭素や水等に分解される。
【００３３】
吸着膜１４は、光触媒膜１３の上面にスパッタ法によって積層される。吸着膜１４は、ＳｉＯ２からなる。ＳｉＯ２は吸湿性があり、空気中の水分子や気相ガスを取り込み易い性質を有する。これにより、吸着膜１４の上面にある空気中の物質が、吸着膜１４に付着し易くなる。また、吸着膜１４に吸着した物質は、吸着膜１４上に留まり光触媒作用を受ける。
【００３４】
なお、吸着膜１４は、光触媒膜１３の上面を完全にコートしてしまわないよう、光触媒膜１３上に積層される。すなわち、スパッタ時のガス圧を低くしたり（具体的には０．８〜１Ｐａ以上）、スパッタレートを早くしたりする（７０Å／ｍｉｎ以上）ことにより、吸着膜１４に無数の微細孔が形成される。これにより、吸着膜１４の上面に付着した物質が、微細孔を介して、光触媒膜１３と接するようになる。吸着膜１３の膜厚は、吸着膜１４に付着した物質が光触媒膜１３と効率的に接する厚みに設定されるのが望ましく、具体的には、３〜１００ｎｍ程度とするのが望ましい。本実施の形態では、吸着膜１３の膜厚を７ｎｍとした。
【００３５】
以上、上記浄化板１０によれば、浄化板１０に対して基板１１の透過膜１２とは反対側の面（以下、「入射面」という）から、波長３７５ｎｍの紫外光が照射されると、かかる紫外光は、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３を透過し、光触媒膜１３の上面（以下、「反応面」という）に到達する。これにより、吸着膜１４に付着して反応面に接している物質が光触媒作用を受け得る。
【００３６】
この場合、基板１１と光触媒膜１３の間に透過膜１２が配されているため、光触媒膜１２の光触媒作用による基板１１の浸食が抑制され得る。また、反応面には凹凸構造が形成されているため、反応面が物質と接触する面積が大きくなり、光触媒膜１３による光触媒反応が起こりやすくなる。さらに、反応面に形成された凹凸構造表面において紫外光が多重反射を引き起こすため、光触媒膜１３と紫外光との反応機会が多くなり、光触媒膜１３による光触媒反応が起こりやすくなる。
【００３７】
また、上記浄化板１０によれば、吸着膜１４に物質が留められ易くなるため、吸着膜１４がない場合に比べて、物質に対する光触媒反応がより効率的に行われるようになる。
【００３８】
また、上記浄化板１０によれば、基板１１と透過膜１２の接面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の接面に微細な凹凸構造が形成され、この凹凸構造のピッチ（２５０ｎｍ）が光触媒反応のための紫外光の波長（３７５ｎｍ）よりも小さく設定されているため、入射面から入射する紫外光が、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面で反射することが抑制される。また、基板１１と透過膜１２の屈折率が略同じであるため、入射面から入射する光が、透過膜１２と基板１１の界面で反射することが、さらに抑制される。これにより、浄化板１０の入射面から入射する光が、より効率的に光触媒膜１３に到達する。なお、このように作製した浄化板１０の波長λ＝３７５ｎｍでの透過率は７０％以上であった。
【００３９】
なお、本実施の形態では、透過膜１２と基板１１の屈折率を１．６に合わせたが、他の屈折率に合わせる場合には、それに応じて、透過膜１２と基板１１の材料を適宜選択すれば良い。また、透過膜１２と基板１１の屈折率は一致させるのが望ましいが、両者の屈折率が相違する場合にも、なるべく両者の屈折率が接近するように、透過膜１２と基板１１の材料を選択すると良い。
【００４０】
また、上記浄化板１０によれば、入射面から光を入射させることにより、反応面において光触媒反応を生じさせることができるため、吸着膜１４に浄化対象物質が多量に付着した場合でも、反応面における光触媒反応が滞りなく起こり得る。
【００４１】
なお、基板１１の上面側だけでなく下面側にも、上面側と同様に、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が配されるようにしても良い。このとき、吸着膜１４は光透過膜により構成される。この場合、下面側から光が入射すると、１つの光源で下面側の透過膜１２の下面（反応面）と、上面側の透過膜１２の上面（反応面）において、光触媒反応が生じることとなる。但しこの場合、下面側表面に多量の物質が付着して光の透過が減少することを考慮する必要がある。
【００４２】
また、浄化板１０の各層に用いる材料は、上記に限定されるものではない。また、各層の厚みも、材料の変更に応じて、適宜、変更可能である。さらに、光触媒反応に用いる光の波長も、光触媒膜１３に用いる材料に応じて適宜変更され得る。なお、このように光触媒反応に用いる光の波長が変更される場合には、それに応じて、凹凸構造のピッチを調整するのが望ましい。すなわち、上記と同様、光触媒反応に用いる光が、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面で反射するのを抑制するためには、当該光の波長よりも凹凸構造のピッチを小さく設定する必要がある。
【００４３】
上記実施の形態では、基板１１側から光を照射するとして説明した。しかしながら、凹凸構造とＴｉＯ２の多孔質構造により光触媒反応面積が飛躍的に増大するため、吸着膜１４側から光を照射しても、吸着膜１４に付着する対象物質の量が多くなければ、これらの構造がない従来の浄化板に比べて、浄化性能を高めることができる。しかしながら、吸着膜１４に付着する対象物質が圧倒的に多く、吸着膜１４側から反応面に光が届かなければ、従来の浄化板と同じ結果となる。よって、本実施の形態のように、光を基板１１側から入射する方が望ましい。
【００４４】
＜測定例＞
発明者は、上記凹凸構造による反射率低減作用の測定を行ったので、以下、これについて説明する。
【００４５】
本測定では、図１（ｃ）に示すように、縦横方向に均等に一定ピッチにて円柱状の突起が並ぶようにして、基板上に凹凸構造を形成した。凹凸構造のピッチ（隣り合う円柱状突起間の距離）は、縦横ともに２５０ｎｍであり、円柱状突起の高さは、１７０ｎｍである。凹凸構造は、図２に示す工程により生成した。すなわち、図２に示す工程により、凹凸構造が転写された基板を形成した。なお、本測定では、基板材料として、ポリカーボネートを用いた。
【００４６】
本測定では、このようにして生成した基板上に、Ｃｏ50Ａｌ50at.%の合金膜（反射膜）を、スパッタによって２０ｎｍ形成した。なお、本測定では、基板上に、この合金膜（反射膜）のみを形成した。
【００４７】
合金膜（反射膜）の形成は、以下のようにして行った。
【００４８】
真空チャンバで５×１０−５Ｐａ以上まで真空引きを行ったのち、Ａｒガスを導入し、０．６Ｐａの雰囲気中でスパッタを行った。チャンバ内には、ＣｏターゲットとＡｌターゲットを設置し、同時にそれぞれに電力を投入することにより合金化するＣｏ−スパッタ法を用いてＣｏ50Ａｌ50at.%の合金膜（反射膜）を製膜した。尚、基板は、合金膜（反射膜）を均一に製膜するために、放電中に、４０ｒｐｍで自公転させた。
【００４９】
このようにして合金膜（反射膜）を生成した後、反射率の測定を行った。図３に、その測定結果を示す。同図には、比較例として、反射膜形成面が平坦なガラス基板上にＣｏ50Ａｌ50at.%の合金膜をスパッタによって２０ｎｍ形成した構造体に対する反射率の測定結果を重ねて示してある。光は、合金膜（反射膜）側から複数の凹凸構造が照射範囲に含まれるように照射した。
【００５０】
同図から、基板上に上記のような凹凸構造を形成すると、平坦なＡｌ−Ｃｏ膜を形成したガラス基板に比べ、反射率が３５〜４０％程度低下することが分かる。このことから、凹凸構造を形成すると、凹凸構造を形成しない鏡面部分との間で大きな反射率差を発現させることができることが分かる。
【００５１】
かかる反射率の低減作用は、図３から、少なくとも凹凸構造のピッチ（２５０ｎｍ）が、光触媒反応に用いる光の波長（３７５ｎｍ）よりも小さいと起こることが分かる。したがって、上記浄化板１０では、光触媒反応に用いる光の波長よりも凹凸構造のピッチを小さく設定することで、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面における当該光の反射を抑制することができる。
【００５２】
＜脱臭装置＞
以下は、上記浄化板１０を脱臭装置に適用した例である。
【００５３】
図４は、脱臭装置１の構成を示す図である。
【００５４】
脱臭装置１は、浄化板１０と、送風経路２０と、ファン３１、３２と、フィルター４１、４２と、臭気センサ５１と、発光ユニット６０と、ＬＥＤ駆動回路７０と、ファン駆動回路８１、８２と、電源スイッチ９０と、制御回路１００と、を備える。
【００５５】
送風経路２０は、中空の筒体からなっており、その中を空気がＸ軸方向に流通できるよう構成されている。送風経路２０の入口と出口には、それぞれ吸気口２０ａと排気口２０ｂが形成されている。また、送風経路２０の中心付近には、浄化板１０が配置されるための浄化領域２０ｃが形成されている。
【００５６】
浄化板１０は、上記の如く、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が、Ｘ−Ｙ平面に平行となるよう積層されている。また、浄化板１０は、浄化領域２０ｃ内に突出するように設置されている。
【００５７】
ファン３１、３２は、吸気口２０ａから排気口２０ｂに向けて、空気を流通させる。これにより、吸気口２０ａ付近にある空気は、ファン３１によって吸気口２０ａから吸い込まれ、浄化領域２０ｃを通り、ファン３２によって排気口２０ｂから送出される。
【００５８】
フィルター４１は、吸気口２０ａから吸い込まれた空気に含まれる大きな埃を取り除き、フィルター４２は、フィルター４１側から送出される空気に含まれる小さい埃を取り除く。臭気センサ５１は、ファン３１から浄化領域２０ｃに向けて送出される空気に含まれる臭い成分を検出する。臭気センサ５１の検出信号は、制御回路１００に出力される。
【００５９】
発光ユニット６０は、Ｘ−Ｙ平面上に複数のＬＥＤ６１を有している。これらＬＥＤ６１は、浄化板１０の入射面に向けて波長３７５ｎｍの光を出射する。ＬＥＤ駆動回路７０は、制御回路１００からの指令に応じて、発光ユニット６０に配された複数のＬＥＤ６１を駆動する。
【００６０】
ファン駆動回路８１、８２は、制御回路１００からの指令に応じて、それぞれ、ファン３１、３２を駆動する。ファン３１、３２の回転数は、制御回路１００によって制御される。電源スイッチ９０には、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えスイッチが設けられており、操作者はこのスイッチを切り替えることにより、脱臭装置１の電源をＯＮ／ＯＦＦに切り替えることができる。電源スイッチ９０の切り替え信号は、制御回路１００に出力される。制御回路１００は、臭気センサ５１の出力信号と電源スイッチ９０の切り替え信号に基づき、ＬＥＤ駆動回路７０と、ファン駆動回路８１、８２を制御する。
【００６１】
このように脱臭装置１が構成されると、ファン３１が駆動されることにより吸気口２０ａから取り込まれた空気が、フィルター４１、４２で埃を取り除かれ、浄化領域２０ｃに送出される。浄化領域２０ｃに送出された空気は、浄化板１０の吸着膜１４に接すると、かかる空気中に含まれる物質が吸着膜１４に留められ、光触媒膜１３の反応面と接することとなる。この状態で、発光ユニット６０のＬＥＤ６１から光触媒膜１３に光が照射されると、反応面において光触媒反応が起こり、反応面と接している物質が分解される。浄化板１０による作用を受けて分解された物質は、ファン３１、３２が駆動されることにより浄化領域２０ｃから排気口２０ｂへ向けて送出され、排気口２０ｂから送出される。こうして、脱臭装置１の近傍の空気中に含まれる物質が浄化される。本実施の形態の構成では、浄化板１０を挟んで空気の流路とＬＥＤ６１等の駆動回路を配置できるため、浄化物質が回路を浸食するガスであっても浄化可能となる。
【００６２】
図５は、制御回路１００による制御を説明する図である。
【００６３】
同図（ａ）は、脱臭装置１の電源スイッチ９０がＯＦＦからＯＮにされた直後のＬＥＤ６１とファン３１、３２の制御を示すフローチャートである。
【００６４】
脱臭装置１の電源がＯＮされると、まず、電源ＯＮされてからの経過時間がカウントされる（Ｓ１１）。続いて、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をパルス発光させる（Ｓ１２）。ここで、ＬＥＤ６１がパルス発光されると、同図（ｃ）に示すように、ＬＥＤ６１は、周期Ｔ１ごとに時間ｔ１だけＯＮ（点灯）となる。
【００６５】
同図（ａ）に戻り、制御回路１００により、脱臭装置１の電源がＯＮされてからの経過時間が所定時間に達したと判定されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ１４に処理が進められ、所定時間に達していないと判定されると（Ｓ１４：ＮＯ）、処理が待機される。
【００６６】
Ｓ１４では、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をＤＣ発光させる。ここで、ＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、同図（ｄ）に示すように、ＬＥＤ６１は常時ＯＮ（点灯）となる。同図（ａ）に戻り、Ｓ１５では、制御回路１００が、ファン駆動回路８１、８２を介して、ファン３１、３２を駆動する。このようにして、脱臭装置１が通常動作とされる。
【００６７】
このようにＬＥＤ６１とファン３１、３２が制御されると、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後に、電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着した未浄化物質が、排気口２０ｂから送出されることが抑制される。
【００６８】
すなわち、電源ＯＦＦ時に浄化領域２０ｃ付近に浮遊している物質は、吸着膜１４の吸着能力が高いため、吸着膜１４に付着される。この状態で、脱臭装置１の電源がＯＮされて、ＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、光触媒膜１３が光エネルギーを吸収して、光触媒膜１３の温度が急瞬に上昇するため、吸着膜１４に付着している未浄化物質が、浄化されずに浄化領域２０ｃの空気中に放出されてしまう。この状態でファン３１、３２が駆動されると、浄化領域２０ｃの空気中に放出された未浄化物質が排気口２０ｂから送出されてしまう。加えて、ファン３１、３２による気流によって、吸着膜１４から未浄化物質が離脱し、排気口２０ｂから送出されてしまう。
【００６９】
これに対し、図５（ａ）の制御では、上記のように、電源ＯＮから一定期間はＬＥＤ６１がパルス発光されるため、この期間における光触媒膜１３の温度上昇が緩やかになる。このため、吸着膜１４に付着している未浄化物質は、吸着膜１４に留められて浄化される。これにより、未浄化物質が浄化領域２０ｃの空気中に放出されるのが抑制される。また、このとき、ファン３１、３２は停止しているため、吸着膜１４に付着している未浄化物質が、気流によって、吸着膜１４から離脱して排気口２０ｂから送出されるのが抑制され得る。なお、ここでは、ファン３１、３２を停止するようにしたが、吸着膜１４に付着している未浄化物質が空気中に放出されない程度に、ファン３１、３２を低い回転数で駆動（弱運転）するようにしても良い。
【００７０】
なお、Ｓ１３での判定に用いられる所定時間は、吸着膜１４に付着した未浄化物質が十分に減少するまでの所要時間、つまり、新たな吸着が可能になる程度に浄化がすすむのに必要な所要時間に設定される。こうすると、所定時間が経過した後には、吸着膜１４に付着した未浄化物質が減少して、浄化領域２０ｃ内に浮遊する物質が吸着膜１４に吸着可能となっているため、迅速に脱臭装置１の近傍の空気の取り込みを開始することができる。
【００７１】
同図（ｂ）は、脱臭装置１の通常動作時のＬＥＤ６１の制御を示すフローチャートである。
【００７２】
制御回路１００は、臭気センサ５１の検出信号が所定値以下であると判定すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＬＥＤ６１をパルス発光させ（Ｓ２２）、臭気センサ５１の検出信号が所定値よりも大きいと判定すると（Ｓ２１：ＮＯ）、ＬＥＤ６１をＤＣ発光させる（Ｓ２３）。
【００７３】
このようにＬＥＤ６１が制御されると、脱臭装置１の通常動作時に、浄化領域２０ｃに送出される空気に浄化対象となる物質が微量しか存在しない場合にも、確実に浄化対象物質を浄化することが可能となる。すなわち、空気中に浄化対象物質が微量しか存在しないときにＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、光触媒膜１３の温度が上昇する。これにより、浄化板１０近傍の空気の温度が上昇するため、空気に含まれる浄化対象物質が吸着膜１４に付着し難くなり、浄化対象物質が浄化され難くなる。しかしながら、この場合に、ＬＥＤ６１がパルス発光されれば、光触媒膜１３の温度上昇が抑制されるため、浄化対象物質が吸着膜１４に付着し易くなり、浄化対象物質が浄化され易くなる。
【００７４】
以上、上記脱臭装置１によれば、吸気口２０ａから吸い込まれた空気に含まれる物質は、浄化板１０の光触媒膜１３の光触媒作用により浄化され、排気口２０ｂから送出される。これにより、脱臭装置１の近傍の空気が浄化され得る。
【００７５】
また、上記脱臭装置１によれば、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後であっても、電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着していた未浄化物質が、排気口２０ｂから送出されることが抑制されるため、電源ＯＮの直後に、脱臭装置１から外部に異臭が放たれるのが抑制され得る。また、脱臭装置１の通常動作時に、浄化対象物質が微量であると、ＬＥＤ６１がパルス発光とされて、光触媒膜１３の温度上昇が抑制されるため、微量の浄化対象物質を効率的に浄化板１０に吸着させることができ、浄化対象物質をより確実に浄化することができる。
【００７６】
＜脱臭装置の変更例＞
図６（ａ）は、本変更例における脱臭装置１の構成を示す図である。
【００７７】
本変更例における脱臭装置１は、図４に示した脱臭装置１に、臭気センサ５２が追加された構成となっている。臭気センサ５２は、臭気センサ５１と同様の構成であり、浄化領域２０ｃからファン３２に向けて送出される空気に含まれる臭い成分を検出する。臭気センサ５２の検出信号は、制御回路１００に出力される。なお、図６（ａ）には、便宜上、浄化領域２０ｃの近傍のみが示されている。
【００７８】
図６（ｂ）は、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後のＬＥＤ６１とファン３１、３２の制御を示すフローチャートである。なお、本変更例では、図５（ａ）のフローチャートから、Ｓ１１、Ｓ１３が削除され、Ｓ３１、Ｓ３２が追加されている。
【００７９】
脱臭装置１の電源がＯＮされると、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をパルス発光させ（Ｓ１２）、ファン３１、３２を通常状態よりも数段低い回転数で駆動（弱運転）する。
【００８０】
続いて、制御回路１００は、臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ３２）。臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号よりも大きいと判定されると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、Ｓ１４とＳ１５に処理が進められて、ＬＥＤ６１とファン３１、３２の駆動が通常状態とされる。他方、臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号以下と判定されると（Ｓ３２：ＮＯ）、処理が待機される。
【００８１】
ここで、下流側に配された臭気センサ５２の検出信号の方が、上流側に配された臭気センサ５１の検出信号よりも小さくなると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、制御回路１００は、脱臭装置１の電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着した未浄化物質が略浄化されたと判断し、ＬＥＤ６１とファン３１、３２の駆動を通常状態で駆動する（Ｓ１４、Ｓ１５）。
【００８２】
このようにＬＥＤ６１とファン３１、３２が制御されると、本変更例においても、脱臭装置１の電源がＯＮされた後に、未浄化物質が排気口２０ｂから送出されることが抑制され得る。
【００８３】
＜浄化板の配置の変更例＞
上記浄化板１０は、図４と図６（ａ）に示したような配置に限られず、以下のように、浄化板１０と同様の別の浄化板が配置されても良い。なお、図７では、便宜上、浄化領域２０ｃの近傍のみ図示されている。
【００８４】
図７（ａ）に示す脱臭装置１には、浄化領域２０ｃに対して、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０と対称となるように、浄化板１１０が設置されている。
【００８５】
この場合、ＬＥＤ６１から出射される光は、浄化板１０によって吸収される。さらに浄化板１０を透過した光は、浄化板１１０の吸着膜１４と、浄化板１１０の吸着膜１４上に付着している物質により吸収される。しかしながら、ＬＥＤ６１から出射される光の一部は、浄化板１１０の光触媒膜１３に到達し、浄化板１１０の光触媒膜１３において光触媒反応を生じさせる。これにより、上記図４と図６（ａ）に示した脱臭装置１に比べて、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、図７（ａ）において、浄化板１０と浄化板１１０との間に、さらに別の浄化板１１０が浄化領域２０ｃの内壁面に設置されても良い。
【００８６】
図７（ｂ）に示す脱臭装置１には、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０のＺ軸正方向にさらに別の浄化板１２０が配置されている。浄化板１２０は、Ｚ軸正方向と負方向の両方の面に光触媒作用を有するよう、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が配されている。また、浄化板１２０は、図示の如く、浄化領域２０ｃの内壁面に固定されている。
【００８７】
この場合、ＬＥＤ６１から出射される光は、浄化板１０を透過して、浄化板１２０のＺ軸正方向と負方向の両方の光触媒膜１３に到達し、それぞれの光触媒膜１３において光触媒反応を生じさせる。これにより、上記脱臭装置の実施形態に比べて、１つの光源で反応面積を大幅に増加させることで、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、図７（ｂ）において、浄化領域２０ｃ内に、浄化板１２０と同様の構成を有するさらに別の浄化板が、浄化板１２０のＺ軸正方向に設置されても良い。
【００８８】
図７（ｃ）に示す脱臭装置１には、浄化領域２０ｃに対して、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０および発光ユニット６０と対称となるように、浄化板１１０および発光ユニット１３０が設置されている。発光ユニット１３０は、発光ユニット６０と同様の構成であり、発光ユニット１３０に配された複数のＬＥＤ６１から出射された光は、浄化板１１０の光触媒膜１３に照射される。発光ユニット６０からの光は、浄化板１０を通って浄化板１１０に至る。また、発光ユニット１３０からの光は浄化板１１０を通って、浄化板１０に至る。これにより、浄化板１０、１３０の光触媒膜１３の反応面に照射される光量が大幅に増え、より光触媒反応が活発となる。
【００８９】
この場合も、浄化板１１０において、浄化板１０と同様に光触媒反応が生じるため、上記脱臭装置の実施形態に比べて、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、同図（ｃ）では、Ｚ軸方向に浄化板および発光ユニットが対向するよう配置されたが、さらにＹ軸方向に浄化板と発光ユニットが対向するように配置されても良い。こうすると、さらに浄化領域２０ｃ内の空気が浄化され得る。また、図７（ｃ）の構成において、図７（ｂ）における浄化板１２０が、浄化板１０と浄化板１１０の間に配されても良い。こうすると、浄化板１０、１１０を透過した光が上下から浄化板１２０に照射されるため、浄化板１２０の上面および下面における光触媒反応が効率よく行われ得る。
【００９０】
このように、発光ユニットから光出射方向に浄化板を多段に構成すると、発光ユニットの数をできるかぎり少なくでき、コスト的に安くできる。また、浄化板を透過する光を再利用できるため効率が良くなる。さらに、限られたスペースで大面積に光触媒反応を起こすことが可能となる。
【００９１】
なお、浄化板を多段に構成する場合は、浄化板の透過率が低くなると、光が対面する浄化板まで届かず、効果が得られ難くなる。本実施の形態において、上記浄化板１０は、基板１１と、透過膜１２、光触媒膜１３、吸着膜１４とを含めて７０％以上の透過率で形成されるようにした。これにより、４層構造でも２５％以上の透過光が得られ、光の損失があっても十分機能するものであった。多段構成においては、透過率が少なくとも浄化板単体で５０％以上あることが望ましい。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態および変更例について説明したが、本発明は上記実施の形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【００９３】
たとえば、上記脱臭装置の実施形態では、ＬＥＤ６１の発光状態はパルス発光またはＤＣ発光とされたが、臭気センサ５１の検出信号に応じて、ＬＥＤ６１の発光エネルギーが段階的に変化するようＬＥＤ６１が制御されても良い。こうすると、浄化領域２０ｃに含まれる浄化対象物質の量に応じて、光触媒膜１３に到達する光エネルギーを変化させることができるため、より効率的に光触媒反応を生じさせることができる。
【００９４】
なお、ＬＥＤ６１の発光エネルギーを変化させるためには、ＬＥＤ６１のデューティ比を変化させれば良い。例えば、図８（ａ）に示すように、図５（ｃ）の周期Ｔ１とは異なる周期Ｔ２でＬＥＤ６１が発光されれば良い。または、図８（ｂ）に示すように、図５（ｃ）の発光時間ｔ１とは異なる発光時間でＬＥＤ６１が発光されれば良い。
【００９５】
また、上記実施の形態では、光触媒反応を起こさせる光源としてＬＥＤ６１が用いられたが、ＬＥＤ６１の替わりに半導体レーザが用いられても良い。この場合、上記実施の形態のように、半導体レーザがＤＣ発光またはパルス発光に切り替えられることにより、光触媒膜１３に照射される光エネルギーが調節される。または、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、半導体レーザの出射パワーが、Ｐｗ１とＰｗ２に切り替えられることにより、光触媒１３に照射される光エネルギーが調節されるようにしても良い。さらに、臭気センサ５１の検出信号に応じて、半導体レーザの発光エネルギーが段階的に変化させる場合、半導体レーザの出射パワーＰｗが段階的に変化されれば良い。特に半導体レーザは、出射パワーのレンジが広く、段階的に変化させるのに有利である。
【００９６】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【００９７】
なお、本発明の脱臭装置に係る請求項４は、特許請求の範囲に記載の請求項の他、以下の限定により特徴づけられ得る。
【００９８】
請求項４に記載の脱臭装置において、前記光触媒構造体に前記空気を流すための送風経路内に配された臭気センサをさらに備え、前記臭気センサの検出信号が所定値以下であるとき、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、前記臭気センサの検出信号が所定値よりも大きいとき、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、ことを特徴とする脱臭装置。
【００９９】
請求項４に記載の脱臭装置において、前記光触媒構造体の上流側および下流側にそれぞれ配された第１および第２の臭気センサをさらに備え、前記脱臭装置の起動時には、前記ファンが第１の回転数で駆動され、且つ、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、前記起動の後、前記第１の臭気センサの検出信号が前記第２の臭気センサの検出信号よりも大きくなると、前記ファンが前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で駆動され、且つ、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、ことを特徴とする脱臭装置。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１１０、１２０  …  浄化板（光触媒構造体）
１１  …  基板
１２  …  透過膜
１３  …  光触媒膜
１４  …  吸着膜
３１、３２  …  ファン
５１、５２  …  臭気センサ
６０、１３０  …  発光ユニット（光源）
６１  …  ＬＥＤ（光源）
【図１】
2011092873.tif 000003
【図２】
2011092873.tif 000004
【図３】
2011092873.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011092873.tif 000007
【図６】
2011092873.tif 000008
【図７】
2011092873.tif 000009
【図８】
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