(57)【要約】【目的】有害物質等を除去する環境浄化材料である光触媒を利用し、表面が光触媒で覆われた光触媒固形物と、それを使用した浄化装置を提供する。【解決手段】有機化合物や細菌などの有害物質を除去することが可能な環境浄化材料である光触媒で覆われた光触媒固形物の提供と、光触媒固形物の効果をより発揮させることができる浄化装置の提供といった目的を、微細な凹凸３を有する固形物２の表面に活性化層５を形成し、さらにその表面に光触媒４を固着させることにより光触媒固形物１を実現し、光触媒固形物１を、隙間１２を有する容器１１に封入することで浄化装置１０を実現している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、微細な凹凸３部の表面に光触媒４を固着したことを特徴とする光触媒固形物１。
【請求項２】
固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、微細な凹凸３の表面に活性化層５を形成し、活性化層５の表面に光触媒４を固着したことを特徴とする光触媒固形物１。
【請求項３】
固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、微細な凹凸３の表面に活性化層５を形成し、活性化層５の表面に光触媒４と金属粒子６とを混合して固着したことを特徴とする光触媒固形物１。
【請求項４】
固形物２の材料がガラスであることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の光触媒固形物１。
【請求項５】
固形物２の形状が球形状又は楕円形状であることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の光触媒固形物１。
【請求項６】
固形物２の形状が多面体であることを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の光触媒固形物１。
【請求項７】
光触媒４の主成分を酸化チタンとしたことを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の光触媒固形物１。
【請求項８】
請求項１又は／及び請求項２又は／及び請求項３記載の光触媒固形物１の最小サイズより小さなサイズの隙間１２を有する容器１１に、光触媒固形物１を１個又は複数個封入したことを特徴とする浄化装置１０。
【請求項９】
請求項１又は／及び請求項２記載の光触媒固形物１の最小サイズより小さなサイズの隙間１２を有する容器１１に、光触媒固形物１を１個又は複数個封入し、微細な凹凸３を有する固形物２の表面には抗菌・殺菌作用を有する金属粒子６を混入した活性化層５を形成した固形物２を１個又は複数個封入したことを特徴とする浄化装置１０。
【請求項１０】
容器１１の外観形状が螺旋形状であることを特徴とする請求項８及び請求項９記載の浄化装置１０。
【請求項１１】
容器１１の外観形状が網目形状であることを特徴とする請求項８及び請求項９記載記載の浄化装置１０。
【請求項１２】
容器１１の材料中に、１％以上１０％以下の銅の成分を含有したことを特徴とする請求項８記載の浄化装置１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、有機化合物や細菌などの有害物質を除去することが可能な環境浄化材料である光触媒を利用し、その効果を有効に発揮することができる、表面が光触媒で覆われた光触媒固形物に関すると共に、光触媒固形物の効果をより発揮させることができる浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、ガラス管の表面に光触媒作用を有する金属酸化物微粒子等による膜を設けた光触媒膜付きガラス管の製造方法、光触媒膜付き蛍光ランプおよび光触媒膜付き蛍光ランプの製造方法（特許文献１）や、大径のガラス球とガラスビーズによる反射機能を有する部材の表面に光触媒膜が形成された再帰反射機能部材およびその製造方法（特許文献２）や、光触媒等の粉末を練り込んだ塗料で塗装した耐久性と機能性に優れたエフ・アール・ピー・ポール製品及びその製造法（特許文献３）が知られていた。
【特許文献１】特許公開  平１０−０７２２４１
【特許文献２】実新公開  ２００４−０７７８４９
【特許文献３】特許公開  ２００６−３２０８８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  特許文献１の「光触媒膜付きガラス管の製造方法、光触媒膜付き蛍光ランプおよび光触媒膜付き蛍光ランプの製造方法」では、ガラス管の表面に光触媒膜を形成した構造であるので、ガラス管は衝撃力に弱いといった課題を有し、主な使用目的が蛍光管であるので、光触媒による環境浄化機能が及ぼす対象は空気といった気体であり、水溶液等の液体には対応していないといった課題を有する。【０００４】  特許文献２の「再帰反射機能部材およびその製造方法」では、大径のガラス球の下半分がガラスビーズ集合体の中に埋まり、ガラス球とガラスビーズ集合体の表面部分のみに光触媒膜を形成する構造であるので、ガラス球やガラスビーズの全表面積を利用できないといった課題を有するばかりでなく、その主な使用目的が映画等のスクリーンであるので、光触媒による環境浄化機能が及ぼす対象は空気といった気体であり、水溶液等の液体には対応していないといった課題を有する。【０００５】  特許文献３の「耐久性と機能性に優れたエフ・アール・ピー・ポール製品及びその製造法」では、ＦＲＰ製のポールの表面を、酸化チタン等の光触媒や電気石の粉末を練り込んだ塗料により塗膜を形成する構造であり、光触媒を塗料に練りこんでしまうと大部分の光触媒が塗料の内部に入り込んでしまうので、ポールの表面で防汚性等を発揮する光触媒はごく少量となってしまい、その効果を十分に発揮できないといった課題を有するばかりでなく、ポールは屋外で使用する為、光触媒による環境浄化機能が及ぼす対象は空気といった気体であり、水溶液等の液体には対応していないといった課題を有する。【０００６】  又、前記特許文献による浄化装置としての応用方法では、蛍光ランプやスクリーン、ポールといった決まった物への応用であり、光触媒の量の増減を細かく調節できないばかりでなく、他への応用が自由にできないといった課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の光触媒固形物１は、金属やガラス、セラミック、プラスチックといった固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、固形物２の表面に酸化チタン等の光触媒４を固着したことを特徴とする。【０００８】  又、固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、微細な凹凸３の表面に活性化層５を形成し、活性化層５の表面に光触媒４を固着したことを特徴とする。【０００９】  さらには、固形物２の表面に微細な凹凸３を設け、微細な凹凸３の表面に活性化層５を形成し、活性化層５の表面に光触媒４と金属粒子６とを混合して固着したことを特徴とする。【００１０】  本発明の光触媒固形物１において、固形物２の材料をガラスとしたことを特徴とする。【００１１】  本発明の光触媒固形物１において、固形物２の形状が球形状又は楕円形状、さらには多面体であることを特徴とする。【００１２】  本発明の光触媒固形物１において、光触媒４の主成分を酸化チタンとしたことを特徴とする。【００１３】  本発明の浄化装置１０は、金属製やプラスチック製等の材料による光触媒固形物１の最小サイズより小さなサイズの隙間１２を有する容器１１に、光触媒固形物１を１個又は複数個封入したことを特徴とする。【００１４】  本発明の浄化装置１０は、光触媒固形物１の最小サイズより小さなサイズの隙間１２を有する容器１１に、光触媒固形物１を１個又は複数個封入し、微細な凹凸３を有する固形物２の表面には抗菌・殺菌作用を有する金属粒子６を混入した活性化層５を形成した固形物２を１個又は複数個封入したことを特徴とする。【００１５】  本発明の浄化装置１０において、容器１１の外観形状が螺旋形状であることを特徴とする。【００１６】  本発明の浄化装置１０において、容器１１の外観形状が網目形状であることを特徴とする。【００１７】  本発明の浄化装置１０において、容器１１の材料中に、１％以上１０％以下の銅の成分を含有したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】  本発明の光触媒固形物１を使用すれば、全体の形状が球形又は楕円形又は多角形をした塊であるので衝撃力には強いといった効果を有する。又、内側が広口瓶のように中空であっても、肉厚が相当に厚い塊であるので衝撃力には強いといった効果を有する。【００１９】  本発明の光触媒固形物１を使用すれば、前記で説明したように球形又は楕円形又は多角形の塊であるので、比重が水よりも重い物質を固形物２の材料に選択すれば水溶液等の液体中に沈めて使用することが可能であるといった効果を有する。勿論、空気中といった気体の中で使用することも可能である。【００２０】  本発明の光触媒固形物１を使用すれば、球形又は楕円形又は多角形の塊である固形物２の全表面に微細な凹凸３を設けて光触媒４を固着しているので、固形物２の全表面積を利用できるといった効果を有する。又、表面に微細な凹凸３を設けているので、その表面積はさらに増大し、光触媒４の持つ有機化合物や細菌などを除去するといった環境浄化作用が効率的に行なわれるといった効果を有する。【００２１】  本発明の光触媒固形物１を使用すれば、光触媒４は固形物２の表面に直接固着されているので、光触媒４の大部分が空気や水といった液体や気体と接触することができるので、光触媒４の持つ作用効果は効率的で、効果が十分に発揮できるといった効果を有する。【００２２】  本発明の浄化装置１０を用いれば、隙間１２を有する容器１１内に光触媒固形物１を封入した構造であるので、容器１１の大きさに合わせて光触媒固形物１の量を増減することにより光触媒４の量を細かく調整することができるといった効果を有する。【００２３】  さらに本発明の浄化装置１０を用いれば、光触媒固形物１そのものの大きさは自由に設定できると共に、光触媒固形物１を封入した容器１１の大きさも自由に設定できるので、それらの大きさや量を適度に設定することにより、環境浄化を行う様々な装置への応用が自由にできるといった効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  有機化合物や細菌などの有害物質を除去することが可能な環境浄化材料である光触媒４で覆われた光触媒固形物１の提供と、光触媒固形物１の効果をより発揮させることができる浄化装置１０の提供といった目的を、微細な凹凸３を有する固形物２の表面に光触媒４を固着させることにより光触媒固形物１を実現し、光触媒固形物１を、隙間１２を有する容器１１に封入することで浄化装置１０を実現している。以下、図面を参照しながら詳細に説明する。【００２５】  図１は光触媒固形物の断面図であり、球形のガラスによる固形物２の表面に二酸化珪素による活性化層５を形成し、活性化層５の表面に酸化チタンによる光触媒４と銅の粒子による金属粒子６とを固着した例である。図１においては、微細な凹凸３と光触媒４及び金属粒子６は説明がわかりやすいように実際より拡大して描かれており、実際の微細な凹凸３と光触媒４及び金属粒子６の粒子の大きさは目視では判読できないほど細かなものである。【００２６】  図１の例による光触媒固形物１の構造は、透明又は着色されたソーダガラスや耐熱ガラス等によるガラス球の表面を、サンドブラストといった手法により細かな砂をガラス球の表面に強く吹き付けて、その衝撃によりガラス球の表面を削って微細な凹凸３を形成した固形物２の表面に二酸化珪素による活性化層５を形成し、微細な粉末状の酸化チタンによる光触媒４及び微細な粉末状の銅の粒子による金属粒子６を精製水又はアルコール等へ懸濁させ、スプレー方式にて固形物２の周囲全体に吹き付け、自然乾燥又は焼付け等により固着させた構造となっている。なお、ガラス球の表面に微細な凹凸３を形成する方法として、薬剤処理による方法等も有効である。【００２７】  微細な粉末状の酸化チタンによる光触媒４と銅の粒子による金属粒子６は、粒子の大きさが１０ｎｍ程度と非常に小さいので、ガラス球による固形物２表面の微細な凹凸３の中に容易に入り込み、さらに酸化チタンはガラス球の中に侵食埋没するのでガラス球との密着性が高く、強固な酸化チタンによる光触媒４の膜を形成するのである。【００２８】  二酸化珪素による活性化層５は、一般に用いられているソーダライムガラスでは、ガラス面へ光触媒４である酸化チタンを固着させる処理過程において、ガラス内のナトリウムと酸化チタンが反応してチタン酸ナトリウムが析出され、本来の光触媒効果が活性できず、逆に減退することがあるので、酸化チタンを固着する前に活性化層５としての二酸化珪素を形成して酸化チタンによる光触媒４を安定させている。したがって、固形物２の材質が石英ガラスや金属といったソーダライムガラス以外の場合には活性化層５が不要となる場合もある。さらに二酸化珪素による活性化層５は、光触媒４の酸化チタン粒子を接着させるといった都合の良い性質を合わせ持っているのである。【００２９】  金属粒子６は、光触媒４が持つ「抗菌・殺菌作用の進行が遅い」といった欠点を補う目的で混入され、抗菌・殺菌作用を有する金属粒子６として銀、銅、亜鉛等が上げられるが、特性の安定性を考慮すれば銅の粒子が最適である。金属粒子６の作用は、酸化チタン等の光触媒４は抗菌・殺菌といった作用の進行が遅く、例えば本発明による光触媒固形物１を飲料水の中に投入したとしても、飲料水の中に含まれる細菌等をすぐには無毒化できないため、抗菌・殺菌作用に対して比較的即効性のある銅イオンを発生する銅の粒子を光触媒４に混入することにより、初期段階での抗菌・殺菌作用が期待でき、続いて本発明による光触媒固形物１により残存している細菌等を分解することにより、飲料水を安心して飲むことができるのである。【００３０】  光触媒固形物１の固形物２の材質はガラスのみではなく、その用途により各種の金属やセラミック、各種のプラスチック等、様々な素材に対応できると共に、固形物２の形状は球形のみではなく、楕円形や多面体といった形状でも可能で、多種類の形状に対応できるのである。【００３１】  光触媒固形物１の光触媒４の材質は酸化チタンを主成分としたものが現在では最も効果が高いとされているが、将来、より効果が高い光触媒４が開発されれば、それらを用いれば良いのである。例えば紫外線等の光を全く必要としない「無光触媒」や「自然触媒」といったものが開発されているが、それらは本発明で使用している酸化チタンによる光触媒４の持つ「紫外線等の光が無いと効果を発揮しない」といった欠点を補う目的で、現在の光触媒の技術を元に開発されたものであり、光触媒と同じ目的、同じ効果を発揮するものであるので、それらを使用することは全く問題ないのである。【００３２】  以上説明した光触媒固形物１の大きさは、球形であれば１２ｍｍから１５ｍｍ程度の大きさが一般的で使用しやすいが、数ｍｍから数ｃｍ以上の大きさの物も作ることが可能で、その応用範囲は広いのである。【００３３】  図２は浄化装置の斜視図であり、外観形状が螺旋形状である容器１１の中に５個の光触媒固形物１を封入した例である。【００３４】  図２における浄化装置１０の構造は、ステンレス製でコイルバネのように螺旋形状をした容器１１の中に、５個の光触媒固形物１を封入し、容器１１の両端に封止部１３を形成して光触媒固形物１が容器１１から出ないように構成されている。【００３５】  図２における浄化装置１０において、螺旋形状をした容器１１の中には５個の光触媒固形物１が封入されているが、そのうち１個ないし２個を、微細な凹凸３を有する固形物２の表面に抗菌・殺菌作用を有する金属の粒子を混入した活性化層５を形成した固形物２を混入した構成としても良い。この場合には光触媒４と金属粒子６とを混合して固着する必要はなく、光触媒４のみを固着した光触媒固形物と金属粒子６を混入した活性化層５を有する固形物２を容器１１の中に封入することになる。【００３６】  抗菌・殺菌作用を有する金属の粒子を混入した固形物２に酸化チタン等の光触媒４を固着すると、光触媒４により活性化層５が覆われて金属粒子の抗菌・殺菌作用を有効に活かすことができないので、浄化装置１０の中には光触媒４を固着した光触媒固形物１と金属粒子を混入した活性化層５のみ形成した固形物２とを混入して入れるのが良い。【００３７】  なお、光触媒固形物１の製造方法を一本化する目的で、光触媒４と金属粒子６とを混入させ、活性化層５の表面上に固着させた光触媒固形物１を用いても良い。【００３８】  螺旋形状の容器１１における螺旋のピッチ幅１４は、球形状の光触媒固形物１の直径よりも十分小さなピッチ幅１４とし、望ましくは光触媒固形物１の直径の、半分以下のピッチ幅１４とすることで、容器１１内に封入された光触媒固形物１は容器１１から外に放出されることはなく、又、隙間１２も十分に確保されるので、浄化を行う空気や水といった液体や気体も容器１１内に流入しやすく、光触媒固形物１の浄化作用を効率良く促進させることができるのである。【００３９】  容器１１の形状を螺旋形状とすることで、５個の光触媒固形物１を封入した容器１１は屈曲性が良好であり、容器１１を屈曲させても隙間１２が光触媒固形物１の直径よりも十分に小さいため、光触媒固形物１は容器１１の外に飛び出すことはないのである。【００４０】  図３は網目形状の容器による浄化装置の斜視図であり、図３のＡはプラスチック製による容器の例で、図３のＢはナイロン製による容器の例である。【００４１】  図３Ａにおけるプラスチック製の容器１１は直方体形状の箱型容器であり、容器１１の側面全体を網目形状とした例である。【００４２】  このようなプラスチック製の容器１１では、屈曲性には欠けるが決まった形状を有する設備等に使用する場合には納まりが良く、使用しやすいといった利点を有するのである。【００４３】  図３Ｂにおけるナイロン製の容器１１は屈曲性が良好であり、容器１１全体が網目形状であるので、光触媒固形物１が決まった形状で納まらなくても良い場合に利用すると扱いやすいといった利点を有するのである。【００４４】  容器１１の材料として、例えば銅２％を含んだステンレス製の線材による螺旋形状の容器１１とすることにより、抗菌・殺菌作用が遅い光触媒４の欠点を補い、抗菌・殺菌作用に対して比較的即効性のある銅イオンを発生する銅の成分により初期段階での抗菌・殺菌作用が期待できるのである。銅の含有量としては、容器１１の形状や強度、製造のしやすさ等を考慮して１％以上１０％以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００４５】  図４はボトル内での使用例を表す概念図であり、ペットボトル１５内に本発明の浄化装置１０を投入した例である。【００４６】  図において、ペットボトル１５の口の内径は通常２０ｍｍ程度であるので、ペットボトル１５の中に入れる本発明の浄化装置１０の大きさは、太さが０．８ｍｍ程度のスレンレス線材を使用し、外径が１６ｍｍ程度でピッチ幅１４が５ｍｍ程度の螺旋形状に加工して容器１１となし、直径が１４ｍｍ程度の複数個の光触媒固形物１を容器１１内に封入して浄化装置１０となしてペットボトル１５の中に入れれば良い。【００４７】  本発明の浄化装置１０を入れたペットボトル１５の中に、例えば水道水等の液体を注入すれば、水道水等の液体は浄化装置１０内の光触媒固形物１に接触して、汚染の防止、消臭、抗菌、カルキ抜き等の浄化作用を受けることができ、安心でおいしい水を飲むことができるのである。
【実施例２】
【００４８】  図５は浄化槽での使用例を示す概念図であり、水や空気といった液体や気体を大量に浄化する場合の使用例である。【００４９】  図において、浄化槽１６の内部は二つの部屋に仕切られており、液体や気体の流入口１７側の部屋は大きなゴミ等を取り除く部屋として使用され、流出口１８側の部屋には大きな網状の容器１１の中に複数段に分けて光触媒固形物１を封入して本発明の浄化装置１０を形成している。【００５０】  このような構成の浄化槽１６においては、流入口１７から流入した液体や気体は、流入口１７側の部屋に一旦留まり、フィルター１９の作用でおおきなゴミや泥が取り除かれて浄化槽１６下部より流出口１８側に配置された本発明による浄化装置１０の容器１１下部に流入し、浄化装置１０内に複数段に並べて配置された光触媒固形物１に接触しながら浄化されて流出口１８より排出されるのである。【００５１】  このように、大きな容器１１にて本発明の光触媒固形物１を収納する場合は、容器１１内に複数の段を設けて使用する方法や、用途に応じて容器１１内に光触媒固形物１をぎっしりと詰めて使用することも可能であり、その使用目的、用途に応じての使用形態の自由度は大きいのである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】光触媒固形物の断面図。
【図２】浄化装置の斜視図。
【図３】網目形状の容器による浄化装置の斜視図。
【図４】ボトル内での使用例を表す概念図
【図５】浄化槽での使用例を示す概念図
【符号の説明】
【００５３】  １：光触媒固形物
２：固形物
３：微細な凹凸
４：光触媒
５：活性化層
６：金属粒子
１０：浄化装置
１１：容器
１２：隙間
１３：封止部
１４：ピッチ幅
１５：ペットボトル
１６：浄化槽
１７：流入口
１８：流出口
１９：フィルター
【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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