(57)【要約】【課題】  太陽光等が当たらない場所にも適用することができ、また、狭い場所等にも適用可能なコンパクトな構造に形成することができ、かつ、消費電力も少ないこと。【解決手段】  二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持し、空気と接触する光触媒反応表面を有し、担持した光触媒２を背面側から照射する光触媒作用に不活性な材料からなる基体１と、光触媒２を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオード３とを具備しているので、発光ダイオード３が放射する紫外線によって基体１に担持された二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を活性化し、有機化合物の分解等の光触媒反応を生じさせることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を担持し、空気と接触する光触媒反応表面を有し、担持した前記光触媒を背面側から照射する光触媒作用に不活性な材料からなる基体と、
前記光触媒を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオードと
を具備することを特徴とする空気の浄化装置。
【請求項２】
自動車等の各種のエアコンに組み込まれた二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を担持し、空気と接触する光触媒反応表面を有し、担持した前記光触媒を背面側から照射する光触媒作用に不活性な材料からなる基体と、
前記光触媒を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオードと
を具備することを特徴とする空気の浄化装置。
【請求項３】
前記基体は、透明なガラス材料からなることを特徴とする請求項２に記載の空気の浄化装置。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、ｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の空気の浄化装置。
【請求項５】
前記基体は、桁状に組付けた透明なガラス材料からなることを特徴とする請求項1乃至請求項４の何れか1つに記載の空気の浄化装置。
【請求項６】
前記基体は、透明なガラス材料からなり、かつ、そこに開口を穿設してなることを特徴とする請求項1乃至請求項５の何れか1つに記載の空気の浄化装置。
【請求項７】
前記基体は、透明なガラス材料からなる筒状としたことを特徴とする請求項1乃至請求項６の何れか1つに記載の空気の浄化装置。
【請求項８】
前記発光ダイオードは、３２０ｎｍ以下の波長の紫外線を実質的に放射しないことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の光触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化チタンの薄膜からなる光触媒による光触媒反応を利用した空気の浄化装置に関するもので、具体的には、脱臭、殺菌（抗菌）、防汚、飲料水等の水の浄化等に応用可能な光触媒装置（photo-catalitic devices ）の応用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化チタンＴｉＯ2に代表される光半導体の微粒子による光触媒作用、特にその強い酸化触媒作用に高い注目が集められている。
【０００３】
この光触媒作用は次のように一般に考えられている。即ち、二酸化チタン等の光半導性を有する粒子状物質をそのバンドキャップエネルギ以上の光（二酸化チタンの場合は４００ｎｍ以下の光、即ち、紫外線）で照射すると、価電子帯の電子が光励起されて伝導帯に移り、伝導帯には自由電子が生成すると共に、価電子帯には正の電荷を帯びた粒子（正孔）が生成する。これらの正孔と電子とは半導体粒子内部を運動し、時間の経過と共に再結合して消滅するが、その粒子外部に空気または水、或いはそれらの正孔や電子よりもエネルギの低い空順位を有する化合物やイオンが存在すると、その粒子表面を通してそれらの正孔と電子が移動する。つまり、半導体粒子表面に移動した正孔は接触する化合物やイオンを直接酸化し、或いは活性酸素の１つである水酸基ラジカルを生成する。また、この酸化反応に対する電子による還元反応は主に酸素の還元であり、電子が付加された酸化性のある酸素種が生成される。こうして、光半導体微粒子は光が照射されることによって酸化性の活性表面を形成し、有機化合物の分解等に触媒として作用する。（「季刊  化学総説  『光が関わる触媒化学』Ｎｏ．２３，１９９４）
【０００４】
このような光半導体微粒子による酸化触媒作用は、光半導体の中でも二酸化チタンが特に高い。また、二酸化チタンは安定性や安全性にも優れている。そこで、この二酸化チタンの微粉末を薄膜として基体表面に担持して光触媒を形成し、紫外線照射時のその高い酸化力を有機化合物等の分解に利用した種々の応用が既に知られている。
【０００５】
その応用の最もよく知られた例は、海上に流出した原油の分解である。中空のガラスビーズの表面に、上記の二酸化チタンの薄膜からなる光触媒をコーティングによって担持させる。そして、このガラスビーズを原油が流出した海上に散布する。それによってガラスビーズの表面には原油が付着するが、この付着した原油は、その光触媒が太陽光中の紫外線によって活性化し、強い酸化触媒作用を発揮することによって、分解される。これは実際にはシャーレに水を入れて試験的になされたものであるが、太陽光の下で２週間または１カ月ほどで完全に原油を分解できることが報告されている。
【０００６】
また最近では、室内空気の脱臭または消臭、殺菌（抗菌）、タバコのヤニや油膜等の汚れの分解にもその応用が試みられている。具体的には、これらの例は窓ガラスや蛍光灯のガラスチューブ、或いはタイル等の表面に二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を形成したものであり、自然光または蛍光灯の光に含まれる紫外線を利用してその光触媒を活性化させ、それの酸化触媒反応によって接触するメルカプタン等の臭気化合物、或いはタバコのヤニ等の有機物を分解し、または、細菌等の微生物を死滅させ、またはその繁殖を抑えるものである。そして、これによる実際の効果も確認され、自動車や高層ビル等の窓ガラス、或いは衛生用のタイルは既に実用化段階に入っている。
【０００７】
更に、最近実用化された例として、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒をコップ等のガラス容器の表面に形成したものも知られている。これによれば、蛍光灯の光に含まれる微弱な紫外線によってもその光触媒が活性化されるため、水道水に含まれるカルキ臭を除去し、また有機ハロゲン化合物、特に発ガン性物質のトリハロメタンを分解することができる。また、その光触媒は水のクラスタ（分子の集合体）を微細化する作用もあり、美味しい水ができる効果もある。
【０００８】
その他の応用例は、実用化には至っていないが、産業用排水等の排水の浄化、窒素酸化物等の大気汚染物質の無害化または分解、更には医学的応用としての癌細胞の死滅除去等である。そして、これらの排水処理等の例では、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒をハニカムやセラミックスウール等の表面積の大きい基体に担持させると共に、光源としては強い太陽光、或いは強い紫外線蛍光ランプ（ブラックライト）が用いられている。
【０００９】
なお、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒において、その薄膜を形成する二酸化チタンの粒子径は、十分に小さいほど「量子サイズ効果」等によって光触媒作用が高いことが知られている。そのため、その薄膜は、二酸化チタンのコロイドを基体表面に塗布し焼成する等の方法によって、一般に０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下の膜厚の透明な薄膜として、またはそのような薄膜を多層化した薄膜として形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように二酸化チタン（ＴｉＯ2）の薄膜からなる光触媒は、これに紫外線が照射されることによって高い酸化触媒作用を生じ、有機化合物等を分解させることができる。そのため、この光触媒を適当な基体表面に担持させることによって、前述のように、空気の脱臭または消臭、殺菌、タバコのヤニ等の防汚、或いは水の浄化等に有効に利用することができる。
【００１１】
ただ、ここで問題となるのは、その二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を活性化し、それによって有機化合物等の分解等の触媒反応を生じさせるためには紫外線が必要であることである。そして、この紫外線源としては、従来では主に、太陽の自然光または蛍光灯の光に含まれる紫外線が利用されている。しかしながら、これらの光を利用することは新たな光源を必要としない利点はあるが、その光触媒による触媒反応系の適用場所等は自ずと限定されたものとなる。即ち、それらの光が当たらないかまたは十分には当たらない場所には光触媒を適用することはできず、光触媒を担持させる基体は、それらの光を十分に受けることができる窓ガラスや蛍光灯のカバー、またはそれらの光の下に置くことができるガラスコップ等に専ら限定される。また、光触媒の光触媒反応によって有機化合物等を完全に分解するためにはある程度の時間が必要であるが、夜間或いは消灯時にはその光触媒反応を生じさせることができない。
【００１２】
そのため、光触媒による触媒反応を生じさせるための紫外線源としては紫外線蛍光ランプ（ブラックライト）の使用が考えられ、また、実際に従来においても、特に試験等には紫外線蛍光ランプが使用されている。しかし、このような紫外線蛍光ランプは、それを設置するために比較的広い空間と場所とを要し、狭い空間等には設置することができない。また、それの電力消費量も、終日使用される場合にはかなり多いものとなる。したがって、紫外線蛍光ランプの場合も、それが放射する紫外線には人体に有害な遠紫外線が多く含まれることも合わせて、その具体的な適用場所等は限定されるものであった。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑み、脱臭等の優れた効果を発揮できる二酸化チタンの薄膜からなる光触媒の活用の拡大を図ったものであり、太陽光等が当たらない場所にも適用することができ、また、狭い場所等にも適用可能なコンパクトな構造に形成することができ、しかも消費電力も少ない空気の浄化装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１にかかる空気の浄化装置は、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を担持し、空気と接触する光触媒反応表面を有し、担持した前記光触媒を背面側から照射する光触媒作用に不活性な材料からなる基体と、前記光触媒を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオードとを具備するものである。
【００１５】
請求項２にかかる空気の浄化装置は、自動車等の各種のエアコンに組み込まれた二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を担持し、空気と接触する光触媒反応表面を有し、担持した前記光触媒を背面側から照射する光触媒作用に不活性な材料からなる基体と、前記光触媒を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオードとを具備するものである。
【００１６】
請求項３にかかる空気の浄化装置の請求項２に記載の前記基体は、透明なガラス材料からなるものである。
【００１７】
請求項４にかかる空気の浄化装置の請求項２または請求項３に記載の前記発光ダイオードは、ｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体からなるものである。
【００１８】
請求項５にかかる空気の浄化装置の請求項1乃至請求項４の何れか1つに記載の前記基体は、桁状に組付けた透明なガラス材料からなるものである。
【００１９】
請求項６にかかる空気の浄化装置の請求項1乃至請求項５の何れか1つに記載の前記基体は、透明なガラス材料からなり、かつ、そこに開口を穿設してなるものである。
【００２０】
請求項７にかかる空気の浄化装置の請求項1乃至請求項６の何れか1つに記載の前記基体は、透明なガラス材料からなる筒状としたものである。
【００２１】
請求項８にかかる光触媒装置の請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の前記発光ダイオードは、３２０ｎｍ以下の波長の紫外線を実質的に放射しないものである。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の空気の浄化装置は、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を担持し、光触媒反応表面を有する基体と、この光触媒を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオードとを具備するものである。
【００２３】
したがって、紫外線を放射する発光ダイオードを備えるので、太陽光或いは蛍光灯等の照明光が当たらない場所であっても、それが放射する紫外線によって基体に担持された二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を活性化し、有機化合物の分解等の光触媒反応を生じさせることができる。また、発光ダイオードは非常に小さな発光素子であると共に、作動電圧が小さいため、乾電池或いは簡単な発電手段等によっても発光させることができる。そのため、発光ダイオードは設置のための空間を多く必要としないので、狭い場所等を含むあらゆる場所に容易に適用することができ、また、光触媒を担持した基体と合わせた装置全体を、コンパクトな構造に形成することができる。更に、発光ダイオードによれば、光触媒の活性化のための紫外線を比較的狭いスペクトルで効率良く放射させることができると共に、その個数を調整すること等によって光触媒反応に必要とされる量に応じた紫外線容量を放射させることができる。そのため、消費電力の少ない装置を形成することができる。
【００２４】
故に、請求項１の空気の浄化装置は、あらゆる場所に適用することができ、特に、空気の浄化装置として有効に利用することができる。
【００２５】
また、請求項３の空気の浄化装置は、前記基体を透明なガラス材料から形成したものであるから、発光ダイオードからの波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を高効率で照射することができ、必要に応じて表裏或いは全面を使用することができ、更には、積層させたものに対しての透光性が確保できる。
【００２６】
そして、請求項４の空気の浄化装置は、請求項１の前記発光ダイオードをｐｎ接合された窒化ガリウム（ＧａＮ）系光半導体の結晶体としたものであるから、人体等に悪い影響をもたらす紫外線の発光量が僅少な発光ダイオードとすることができ、人体に対し無害とすることができる。
【００２７】
更に、請求項５にかかる空気の浄化装置は、桁状に組付けた透明なガラス材料からなるものであるから、請求項1乃至請求項４の何れか1つに記載の効果に加えて、より広い面積で空気と界面接触できるようになり、効率がよくなる。
【００２８】
また、請求項６にかかる空気の浄化装置の前記基体は、透明なガラス材料からなり、かつ、そこに開口を穿設してなるものであるから、請求項1乃至請求項６の何れか1つに記載の効果に加えて、空気流の流れが自在となり、効率がよくなる。
【００２９】
そして、請求項７にかかる空気の浄化装置は、透明なガラス材料からなる筒状としたものであるから、請求項1乃至請求項６の何れか1つに記載の効果に加えて、発光ダイオードの設置自由度が高い。
【００３０】
更に、請求項８にかかる光触媒装置は、３２０ｎｍ以下の波長の紫外線を実質的に放射しないものであるから、請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の効果に加えて、人体に有害な波長の遠紫外線を放射しないものであり、安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
この発明においては、波長３６０〜４００ｎｍの光（紫外線）を主に放射する発光ダイオードを備えるので、太陽光等が当たらない場所であっても、それが放射する紫外線によって基体に担持された二酸化チタンの薄膜からなる光触媒を活性化し、有機化合物の分解等の光触媒反応を生じさせることができる。また、発光ダイオードは非常に小さな発光素子であると共に、作動電圧が小さいため、乾電池等によっても発光させることができる。そのため、発光ダイオードは設置のための空間を多く必要としないので、狭い場所等を含むあらゆる場所に容易に適用することができ、また、光触媒を担持した基体と合わせた光触媒装置全体を、コンパクトな構造に形成することができる。更に、発光ダイオードによれば、光触媒の活性化のための紫外線を比較的狭いスペクトルで効率良く放射させることができると共に、その個数を調整すること等によって光触媒反応に必要とされる量に応じた紫外線容量を放射させることができる。そのため、消費電力の少ない空気の浄化装置を形成することができる。
【００３２】
そして、このような発光ダイオードを使用した本発明の空気の浄化装置は、上記のように特にコンパクトな構造に形成することができ、また人体に有害な遠紫外線を含まない発光ダイオードを使用できることから、脱臭、殺菌、防汚、或いは飲料水の浄化等の日常生活面での用途に特に好適に応用することができる。そのような応用の例としては、光触媒を担持させた基体を空気と接触可能として形成した空気浄化装置に関しては、例えば、室内空気清浄器（汎用脱臭器）、衣類乾燥機や食器乾燥器の内部の脱臭装置、自動車の灰皿装置、エアコン、ゴミ容器の脱臭装置、冷蔵庫消臭器、靴脱臭器、脱臭器を兼ねた置物または装飾品、等が挙げられ、また、光触媒を担持させた基体を水と接触可能として形成した水浄化装置に関しては、温水ポット、水差し、コースタ、水道水の浄水器、フロ水浄水器、観賞魚水槽内の水の浄化装置、等が挙げられる。更に、光触媒を担持させた基体を抗菌性表面の提供に利用した抗菌装置に関しては、歯ブラシまたは歯ブラシ立て、箸立て、衛生容器、アイロン、電話器、カラオケマイク、マスク、ドライヤ、足拭きマット、体重計、また便器等が挙げられる。それらのうちの代表的な幾らかの例について、より詳細に説明する。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の空気の浄化装置としての実施例を説明する。
【００３４】
〔第一実施例〕
図１乃至図３は本発明の空気の浄化装置としての第一実施例の脱臭器を示すもので、図１はその要部を原理的に示す説明図、図２はその全体を一部を切欠いて示す正面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２は図３のＢ−Ｂ線断面図に対応するものである。
【００３５】
図１のように、全体を１０で示す本実施例の脱臭器は、基本的には、光触媒反応表面を有する基体１と、その基体１の表面に担持された二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２と、この光触媒２を照射可能に配置され、波長３６０〜４００ｎｍの光（紫外線）を主に放射する発光ダイオード３とを備え、光触媒反応が可能な光触媒装置として形成されている。つまり、二酸化チタンは、一般に約４２０ｎｍ以下の波長の光（電磁波）、即ち紫外線に対して吸収性を有し、特に３８０〜３９０ｎｍの波長の光に対して吸収スペクトルピークを有している（理論値は３８８ｎｍ）。そのため、その二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２は発光ダイオード３が放射する紫外線によって活性化され、前述のように、強い酸化力を持つ光触媒反応表面を形成する。そして、この光触媒による酸化触媒作用によって、これに接触する空気に含まれる有機化合物、例えば、硫化水素、メルカプタンに代表される含硫黄有機化合物、トリメチルアミン、プロピルアミンに代表される含窒素化合物、また、トルエン、キシレンに代表される炭化水素化合物、アセトアルデヒド、酪酸、吉草酸等のアルデヒド、カルボン酸類等の臭成分が酸化され、空気が浄化され、脱臭される。
【００３６】
なお、ここで、このような光触媒装置を形成する基本的要素である基体１と、光触媒２及び発光ダイオード３について説明する。
【００３７】
〈基体〉
基体１は、光触媒２を担持し、処理すべき媒質（本実施例の場合は空気）と接触可能な光触媒反応表面を提供するためのものである。したがって、この基体１は、光触媒反応のために十分な広さの表面積を確保することができる形状であればどのような形状でもよく、本実施例では板状に形成されているが、その他にも球状、柱状または筒状、或いは繊維状等の任意の形状に形成することができる。なお、より広い光触媒反応表面を得るために、その表面に更に凹凸を形成し、或いは粗面を形成することもできる。
【００３８】
また、この基体１は、光触媒の光触媒作用、特に酸化触媒作用に対して不活性な材料であれば、プラスチック、セラミックス、金属、或いはガラス等の任意の材料から形成することができる。しかし、金属材料は、水分の存在下では酸化され易いため好ましくはなく、またプラスチック材料も、長い間にはその酸化作用によって分解されるので余り好ましくはない。そのため、基体１を形成する材料としては、化学的に安定な材料であるセラミックスまたはガラスが好ましい。そのためまた、基体１は、これらのセラミックスまたはガラスを表面層とする積層体とすることもできる。
【００３９】
更に、この基体１は、透明材料から形成することが好ましい。そして、基材１を透明材料から形成することによって、紫外線等の光を透過させ、光触媒２をその背面側から照射することができる。具体的には、本実施例において、基体１は透明なガラス材料から形成され、また、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２がその両側の表面に形成されている。そのため、発光ダイオード３から放射された紫外線は、基体１の一方側の表面に担持された光触媒２を照射してこれを活性化するが、それの少なくとも一部はこの光触媒２を透過し、基体１の他方側の表面に担持された光触媒２に当たり、これを同様に活性化する。こうして、光触媒２と発光ダイオード３との間に基体１が介在する場合であっても、基体１をガラス等の光透過性の透明材料から形成することによって、その光触媒２を有効に活性化することができる。なお、ガラス材料としては、石英ガラス、或いは高シリカガラスやホウケイ酸ガラスが強度等の点で好ましいものではあるが、通常のソーダ石灰ガラス等を好適に使用することができる。
【００４０】
〈光触媒〉
また、このような基体１に担持される光触媒２は、光半導体である二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の薄膜、具体的には、その微粒子のコーティングからなっている。なお、同様な光触媒反応を生じる光半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドニウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、チタン酸ストロンチウム等の種々のものが知られているが、例えば、硫化亜鉛は、光を受けると水中では亜鉛イオンとなって溶解する。これらに対して二酸化チタンは、光触媒反応性が高いだけでなく、化学的に安定であって反応持続性があり（永久的）、しかも人体に全く無害である。そして、その光触媒２を形成する二酸化チタンの微粒子は、光触媒反応を生じるためには、「量子サイズ効果」等により十分に小さい必要があることが既に知られている。そのため、この二酸化チタンの薄膜は、一般に０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下の膜厚の透明な薄膜として、または、そのような薄膜を多層化した薄膜（例えば、０．７μｍ程度の透明な薄膜）として形成される。なお、このような薄膜は一般に淡い虹彩を呈する。
【００４１】
このような二酸化チタンの薄膜は、既に知られた種々の方法によって、担持体としての基体の表面に形成することができる。最も一般的な方法は、二酸化チタンのコロイド（ゾル）を基体表面に薄く塗布し、或いは電気泳動法によって沈着させ、次いで焼成する方法である。この方法によれば、十分に小さな二酸化チタン微粒子の薄膜を得ることができ、しかも、ガラス等の基体に強固に被着された薄膜を形成することができる。また、真空蒸着法、或いは気相反応による化学的析出法（気相成長法）も、薄膜を形成することができる。なお、仏具等の工芸用陶磁器に真珠様の光沢を付与するために古くから用いられている「真珠ラスター」も、適宜利用することもできる。これはチタンの樹脂石鹸の溶液であり、これを塗布し、６００℃程度で加熱焼成することによって、二酸化チタンの透明な薄膜を形成することができる。
【００４２】
〈発光ダイオード〉
また、光触媒２に紫外線を照射してこれを活性化するための発光ダイオード（ＬＥＤ）３は、ステムタイプやリードフレームタイプ等の種類はあるが、ｐｎ接合された半導体の結晶体からなる光を放射するチップ３ａと、このチップ３ａを封止すると共に放射された光に指向性を与えるモールドレンズ３ｂとを主要部として備える小さな発光素子である。なお、モールドレンズ３ｂは光透過性の透明材料からなり、一般にエポキシ樹脂等から形成される。そして、このような発光ダイオード３は、一般には赤や緑、或いは青の光を放射し、パイロットランプやインジケータ、或いは数字や文字の表示等の表示用に使用される。しかし、本実施例において、この発光ダイオード３としては、波長３６０〜４００ｎｍの光（電磁波）、即ち、紫外線を主に放射するものを使用する。
【００４３】
ここで、この発光ダイオード３は、波長３６０〜４００ｎｍのスペクトル範囲内の光のみを放射するものであることが、発光効率及び電力消費の点では好ましい。しかし、実際には、発光ダイオードの放射する光は、半導体レーザの場合とは異なり、一般に少なくとも５０ｎｍのスペクトル範囲を有するため、波長３６０〜４００ｎｍのみの光を放射する発光ダイオードを得ることは困難である。そのため、ここで使用する発光ダイオード３としては、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を十分に含む光（電磁波）を放射するものであれば、どのような発光ダイオードでも使用することができる。
【００４４】
しかし、この発光ダイオード３としては、好ましくは、人体に有害な紫外線、即ち、３２０ｎｍ以下の波長の遠紫外線を放射しないものが好ましい。更に、より好ましいのは、そのような遠紫外線だけでなく、日焼けを生じさせるような紫外線（Ｂランク紫外線）も放射しない、即ち、３５０ｎｍ以下の波長の紫外線を実質的に放射しない発光ダイオードである。そして、このような発光ダイオード３によれば、人体に全く無害な光触媒装置を形成することができ、日常生活における用途にも安全に使用することができる。ただし、そのような有害な紫外線であっても、その少なくとも一部は光触媒２によって吸収されることができる。
【００４５】
これに対して、可視光である４００ｎｍ以上の波長の光は人体に無害であるため、このような可視光を含む光を放射する発光ダイオードは、何等問題なく使用することができる。また、そのような発光ダイオード３を使用することによって、その発光ダイオード３が作動していることを容易に確認することができ、更に、その可視光が明彩色である場合には照明や表示としての効果を得ることができる。ただし、４００ｎｍ以下の波長の光（紫外線）であっても、３８０ｎｍ程度までの光はぼんやりとした青色（暗い紫色）を呈するため、発光ダイオード３が４００ｎｍ以下の波長の光のみを放射する場合でも、その光は完全なブラック光ではなく、一般に視認可能なものである。
【００４６】
なお、このような波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオード３は、既に市販されているものもあるが、チップ３ａを形成する半導体結晶体として窒化ガリウム（ＧａＮ）系、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系、硫化亜鉛（ＺｎＳ）系、硫化セレン（ＳｅＳ）系等の半導体材料を用いて、一般に製造することができる。しかし、これらの半導体材料の中でも、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体材料によれば、最もそのような光の発光効率が高い発光ダイオードを得ることができる。
【００４７】
そして、この発光ダイオード３は、基体１に担持された光触媒２を照射可能な配置において、その光触媒２を十分に活性化することができる任意の個数だけ設けることができる。この場合、具体的に使用する発光ダイオード３は、どのような形状のものであってもよく、例えば、モールドレンズ３ｂが平板状に形成された面実装用タイプの発光ダイオードも適宜使用することができる。また、複数の発光ダイオード３が必要とされる場合には、その必要とする数のチップ３ａを単一のモールドレンズ３ｂで封止したものとして、その発光ダイオードを形成することもできる。そして、発光ダイオード３は小さな素子であり、それの設置のために広いスペースを必要としないので、多数個を設ける場合であっても、あらゆる場所に容易に設置することができる。
【００４８】
なお、発光ダイオード３は低い電圧で作動させることができ、またその消費電力も少ないため、それの電源としては、乾電池、或いは充電池等の蓄電池を用いることができる。そのため、電源配線のない場所でも発光ダイオード３を発光させ、光触媒反応を生じさせることができる。また、家庭用の交流電源を使用することもできる。そしてこの場合、例えば、単にシリコンダイオードを用いて半波整流するか、または、２つの発光ダイオードを互いに逆方向接続して使用すればよいため、簡単にその電源を利用することができる。更に、その電源回路にはスイッチ、タイマ等を設けることもでき、それによって発光ダイオード３の不必要な作動をなくし、消費電力の節約を図ることができる。
【００４９】
そして、これらの基体１、光触媒２、及び発光ダイオード３を基本的要素として、本実施例の脱臭器１０は、図２及び図３のように具体的に形成されている。なお、これらの図２及び図３において、図１における光触媒２を担持した基体１は、光触媒反応基体１１として示されている。したがって、この光触媒反応基体１１は、基体１と、その表面に担持された二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２とからなるものである。
【００５０】
図２及び図３のように、本実施例の脱臭器１０は、室内或いは冷蔵庫等において載置した状態で使用できるように形成したものであり、少し縦長の箱状の形状を有し、台座部１２と、この台座部１２の上に取付けられる角筒状の側枠部１３と、この側枠部１３の上部を閉塞する天板部１４とを本体として備えている。そして、これらによって形成される本体内部に上記の光触媒反応基体１１が収容され、ガタ付かないように保持されている。また、発光ダイオード３は、この光触媒反応基体１１を照射可能に、天板部１４に取付けられている。
【００５１】
ここで、光触媒反応基体１１は、ガラス板を井桁状に組付けたものを基体１とし、その全表面に二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持させたものからなり、具体的には、予め二酸化チタン微粒子をコーティングし、二酸化チタンの薄膜を形成したガラス板を、無機接着剤（ケイ酸塩系）により接着し、組付けて形成されている。そのため、この光触媒反応基体１１は、単に１枚の平板として形成された場合よりも、より広い面積で空気と界面接触できるようになっている。なお、この光触媒反応基体１１には、空気を流通させるために、多数の開口（丸穴）１１ａが設けられている。
【００５２】
これに対して、本体を形成する台座部１２と、側枠部１３及び天板部１４は、適宜に着色されたプラスチック材料から形成されている。そして、台座部１２は、脱臭器１０を平坦面上に載置可能とするための台座としてだけでなく、発光ダイオード３を発光させるための電源である乾電池（または充電池）ｋを収納できるように形成されている。そのため、この台座部１２に乾電池ｋを収納することによって、脱臭器１０を立てた状態で安定的に載置できるようになっている。また、側枠部１３は、ガラス材料からなる破損し易い光触媒反応基体１１を保護すると共に、これをガタ付かないように保持するためのものであり、その周りを取囲むように筒状に形成され、また十分な強度で形成されている。そしてこの側枠部１３には、内部に空気を流入させ、また内部から空気を流出させるために、多くの開口（長孔）１３ａがその全周囲に形成されている。更に、この側枠部１３の上端には、天板部１４が接着されて取付けられ、またこの天板部１４には、本例では３個の発光ダイオード３が、光触媒反応基体１１に向けて取付けられている。なお、本実施例では、側枠部１３は台座部１２に嵌合して取付けられるようになっており、それによって、光触媒反応基体１１と共に側枠部１３及び天板部１４を台座部１２から取外して、脱臭器１０内部に蓄積した土埃等の清掃を行うことができるようになっている。なおまた、これらによって形成される光触媒反応基体１１の収容空間の内側面、即ち、台座部１２の上面、側枠部１３の内面、及び天板部１４の下面には、メタリック塗装等によって、光を反射する反射面が形成されている。そのため、発光ダイオード３から放射され、それらの表面に当たる紫外線は、吸収されずに反射され、光触媒反応基体１１（光触媒２）の活性化に有効に利用される。
【００５３】
また本実施例においては、発光ダイオード３の電源として台座部１２に収納された乾電池ｋが使用される。そのため、側枠部１３には導電線１５が埋設され、乾電池ｋの電流が適当なコネクタを介して発光ダイオード３に導かれるように配線されている。また、天板部１４には電気スイッチ１６が備えられ、非使用時には電源を切ることができるようになっている。
【００５４】
このように本実施例の脱臭器１０は、光触媒反応基体１１、即ち、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持する基体１と、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオード３とを基本的に備え、これに加えて、光触媒反応基体１１を空気と接触可能に保持すると共に発光ダイオード３を光触媒反応基体１１に対して照射可能に配置するための本体、即ち、台座部１２と側枠部１３と天板部１４とからなる本体、を備えて形成されている。
【００５５】
したがって、特に、発光ダイオード３が小さな発光素子であるので、脱臭器１０を小型なものとして形成することができ、例えば、冷蔵庫等に用いる活性炭を使用した脱臭器と同程度の大きさに形成することができる。しかも、消費電力量は少ないので、乾電池ｋによっても長い間使用することができる。そのため、光触媒を利用した本実施例の脱臭器１０は、自然光或いは蛍光灯の光が届かない場所、或いは狭い場所等であっても使用することができ、自動車または通常の室内、冷蔵庫、ロッカ、下駄箱、トイレ、押入れ等のあらゆる場所で使用することができる。また、光触媒反応基体１１の光触媒作用は、これが破損しない以上は失われることがないので、発光ダイオード３の電源として一般の家庭用電源を使用するようにすれば、メンテナンスが殆ど不要な脱臭器１０とすることができる。
【００５６】
ところで、本実施例の脱臭器１０は平坦面上に載置可能な汎用性のある脱臭器として形成されているが、使用場所等が特定される場合には、それに応じてこの脱臭器１０を種々に変形または変更することができる。例えば、壁面等に取付けて使用される場合には、本実施例の脱臭器１０における台座部１２を壁面取付部として形成し、またこの壁面取付部に発光ダイオード３を取付けることができる。そしてこの場合、光触媒反応基体１１をその壁面取付部に保持させることによって、側枠部１３と、少なくとも天板部１４は省くことができる。
【００５７】
また、自動車の室内等の太陽光が当たる場所で使用される場合には、天板部１４と、少なくとも側枠部１３を透明材料から形成することができる。これによって、昼間では太陽光が光触媒反応基体１１（光触媒２）に当たり、これを活性化するため、発光ダイオード３を発光させないでも光触媒反応を生じさせることができる。そのため、発光ダイオード３は夜間の必要時のみに作動させればよいので、電力の消費量を少なくすることができる。なおこの場合、その透明材料から形成した側枠部１３等の表面に光触媒２を担持させれば、光触媒反応をより高めることができる。
【００５８】
〔第二実施例〕
図４は本発明の空気の浄化装置における第二実施例の脱臭装置（空気浄化装置）を示す断面図であり、また、図５は図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【００５９】
図２及び図３の第一実施例の脱臭器１０は空気の自然対流を利用してその空気を脱臭するものであるに対し、本第二実施例の脱臭装置は、エアコン等のダクト等に付設し、多量の空気を処理できるように形成したものである。そして、本実施例においては、第一実施例におけるガラス板を基体とする光触媒反応基体１１に代えて、１００μｍ程度の直径のガラス繊維を基体とし、その表面に光触媒を担持させたものを使用している。
【００６０】
即ち、図４及び図５のように、全体を２０で示す本実施例の脱臭装置は、エアコンのダクトｄ等に組込まれて使用されるものであり、フィルタ状の光触媒反応基体２１を備えている。この光触媒反応基体２１は、図１のように、透光性のガラス繊維を基体１とし、その全周囲の表面に二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持したものからなり、これをフィルタ状に集合したものである。また、透明のガラス細管の全周囲の表面に二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持したものでもよい。このため、この光触媒反応基体２１は、空気と接触可能な広い光触媒反応表面を有し、かつ、発光ダイオード３からの紫外線は深い個所まで届き、多量に流れる空気に対して有効に作用することができる。
【００６１】
そして、この光触媒反応基体２１は、ガラスからなる筒状の透明な保持体２２内で、一対の網状の端板２３の間に適度な密度で収容されている。また、この保持体２２の周りを取囲むようにプラスチック材料からなる環状枠２４が設けられ、この環状枠２４に、適数個の発光ダイオード３が環状に配列されて取付けられている。そしてこれらの発光ダイオード３は、図示しない配線によって適当な電源に接続されている。なお、環状枠２４の内周側表面には光を反射する反射面を形成することが好ましく、また、ガラスの保持体２２の内周側表面には適宜光触媒を担持させることができる。
【００６２】
このように形成された本実施例の脱臭装置２０の作用は、第一実施例の場合と同じである。即ち、発光ダイオード３が作動されると、それが放射する紫外線は透明な保持体２２を透過して光触媒反応基体２１に当たり、その光触媒２を活性化する。この場合、光触媒反応基体２１は透明なガラス繊維を基体１とするので、その紫外線は、光触媒２に最終的に吸収されるまで、順次その光触媒反応基体２１を透過して全体に行き渡る。そして、そのように活性化された光触媒２は、その光触媒作用、特に、酸化触媒作用によって、空気中に含まれる臭成分を分解し、無臭化する。こうして、図示しないファン等により送気され、ダクトｄ内を通過する空気は、本実施例の脱臭装置２０によって、脱臭される。
【００６３】
なお、このような光触媒２の酸化触媒作用は、臭成分の分解だけでなく、タバコのヤニ等の有機成分の酸化分解にも同様に作用する。そのため、空気中に含まれるそのような有機成分も、光触媒反応基体２１に吸着され、次いで分解される。更に、活性化された光触媒２は、その酸化触媒作用によって殺菌力も有している。そのため、空気中に含まれるカビ等細菌は、その活性化された光触媒２に接触することによって死滅する。したがって、本実施例の脱臭装置２０は、脱臭だけでなく、タバコの煙成分の分解除去や殺菌作用も有するため、空気の浄化装置としての機能を備えるものである。
【００６４】
このように、本実施例の脱臭装置（空気浄化装置）２０は、第一実施例と同様に、空気と接触可能な光触媒反応基体２１、即ち、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持する基体１と、波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオード３とを基本的に備えるものであるが、特に、その光触媒反応基体２１として、ガラス繊維を基体１とするものをフィルタ状に集合して用いたものである。そのため、空気と接触可能な広い光触媒反応表面を提供することができるので、多量の空気の脱臭（浄化）処理を行うことができる。そして、その光触媒反応基体２１（光触媒２）を活性化するための紫外線源として、小さな発光素子である発光ダイオード３を使用しているので、装置全体をコンパクトなものに形成することができる。したがって、本実施例の脱臭装置（空気浄化装置）２０は、自動車等の各種のエアコンに容易に組込んで使用することができる。
【００６５】
〔第三実施例〕
図６は本発明の空気の浄化装置における第三実施例の脱臭（消臭）装置を示す断面図である。また、図７はそれの光触媒反応基体の表面を拡大して示す断面図である。
【００６６】
本実施例は自動車のダッシュボードに据付けられた灰皿の脱臭（消臭）装置として具体化したもので、第一実施例及び第二実施例と同様に、光触媒２を担持した基体１からなる光触媒反応基体と発光ダイオード３とを備えるが、その光触媒反応基体は、そのような狭い空間にも配置できるように、最も簡単に形成されている。
【００６７】
図６のように、３０で示す本実施例の脱臭装置は、基体１の表面に二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持して形成した光触媒反応基体３１と、適数個の発光ダイオード３と、これらの発光ダイオード３を取付ける基板３２とから形成されている。そして、この脱臭装置３０は、自動車のダッシュボード３３に据付けられた灰皿、即ち、出入可能な灰皿容器３４とこれを収納可能な収納凹部３５とからなる灰皿において、その収納凹部３５内の上部側に設けられている。
【００６８】
ここで、光触媒反応基体３１の基体１は、透明材料であるガラス板によって、基板３２に取付けられた発光ダイオード３を覆うカバー状（皿状）に形成されている。そして、このカバー状の基体１の外側表面、即ち、灰皿容器３４に対向する側の表面に、二酸化チタンがコーティングされ、その薄膜からなる光触媒２が担持されている。そのため、適当な電源、例えば、カーバッテリによって発光ダイオード３が発光されると、その紫外線は基体１を透過して、その外側表面に担持された光触媒２を活性化する。それによって、灰皿容器３４と収納凹部３５とによって形成される空間内に充満するニコチンやタールを含むタバコの煙は、その活性化された光触媒２と接触して酸化分解される。なお、このような灰皿は使用されない場合もあるので、例えば、灰皿容器３４が出入れされた際に作動するスイッチ手段とタイマ手段とを設けて、発光ダイオード３が必要時のみに作動されるようにすることが好ましい。
【００６９】
このように、本実施例の脱臭装置３０は、二酸化チタンの薄膜からなる光触媒２を担持した基体１であるカバー状の光触媒反応基体３１と、この光触媒反応基体３１内に配設された波長３６０〜４００ｎｍの紫外線を主に放射する発光ダイオード３とを具備するものであり、悪臭の発生場所となる自動車の灰皿内を消臭化することができる。そして、このような脱臭装置３０は、非常にコンパクトに形成することができるので、自動車のダッシュボードに据付けられた灰皿だけでなく、自動車のシート等に据付けられた開閉形の灰皿等、その他の種々の収納形の灰皿に、同様に適用することができる。更に、このような脱臭装置３０は、発光ダイオード３が保護される構造でもあるため、冷蔵庫、食器乾燥機、衣類乾燥機等の内壁面に適用して、その内部の脱臭を図ることができる。また、便器或いは生ゴミ等のゴミ容器内の脱臭にも適用することができ、この場合、その脱臭装置３０は蓋の裏側に設けることができる。また更に特殊な応用として、靴内の脱臭にも適用することができ、この場合には、基板３２を含む脱臭装置３０は靴の内部に挿入可能な形状に形成される。
【００７０】
ところで、本実施例のような脱臭装置３０の場合、光触媒反応基体３１は板状の簡単な形状に形成され、また、光触媒２はその一面のみに形成される。そのため、光触媒反応が可能な表面積は比較的少なくなる傾向がある。そこで、図７のように、より広い面積の光触媒反応表面が得られるように、光触媒２が形成される側の基体１の表面は、凹凸化或いは粗面化されることが好ましい。これによって、基体１が板状の簡単な形状の場合でも、光触媒反応のための十分な広さの表面積を確保することができる。なお、このような凹凸または粗面は、例えば、機械的加工によって形成することができる。また、ガラスの粉体を基体１の表面に融着させる方法によっても、同様に形成することができる。
【００７１】
なお、以上に説明した実施例においては、基体（光触媒反応基体）はいずれも変形しないものとして形成され、または変形しない状態で使用されている（第二、第六実施例）が、この基体は屈曲変形可能な、例えばガラス繊維の織物（布帛）として形成することもできる。そして、このような基体は、これに光触媒反応基体２１を担持させて、例えば足拭き用抗菌マットを形成するための基帛として利用することができる。
【００７２】
また、以上の実施例はいずれも日常生活に関連したもので、特に小型の装置として具体化したものであるが、本発明の装置はこれらの例に限定されるものではく、例えば工業的に利用可能な大型の装置としても具体化することができ、更には、内燃機関の燃焼用空気の処理装置またはその排気ガスの処理装置等としても具体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は本発明の空気の浄化装置における第一実施例の脱臭器の要部を原理的に示す説明図である。
【図２】図２は本発明の空気の浄化装置における第一実施例の脱臭器の全体を、一部を切欠いて示す正面図であり、その切断面は図３のＢ−Ｂ線に沿ったものである。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は本発明の空気の浄化装置における第二実施例の脱臭装置（空気浄化装置）を示す断面図である。
【図５】図５は図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図６は本発明の空気の浄化装置における第三実施例の脱臭（消臭）装置（自動車の灰皿装置）を示す断面図である。
【図７】図７は図６の光触媒反応基体の表面を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１      基体
２      光触媒（二酸化チタンの薄膜）
３      発光ダイオード
１０，２０，３０    空気の浄化装置（脱臭装置）
１１，２１，３１    光触媒反応基体
【図１】
2004174273.tif 000003
【図２】
2004174273.tif 000004
【図３】
2004174273.tif 000005
【図４】
2004174273.tif 000006
【図５】
2004174273.tif 000007
【図６】
2004174273.tif 000008
【図７】
2004174273.tif 000009