(57)【要約】【課題】紫外光と可視光とのいずれにも対応可能で、光触媒の活性度を十分な感度で測定可能な光触媒機能評価装置及び評価方法を提供する。【解決手段】本発明の光触媒機能評価装置は、光触媒を起こさせるための活性化光源Ｌと、測定光を所定の試料に照射するための発光素子６、１１と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子７、１２とを有する複数の光量検出部Ｓとを備える。活性化光源Ｌはブラックライトランプ３と蛍光ランプ４を有する。光量検出部Ｓは、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部２０と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部２１とから構成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を起こさせるための活性化光源と、測定光を所定の試料に照射するための発光素子と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子とを有する光量検出部とを備え、前記受光素子にて得られた結果に基づいて光触媒機能を評価する光触媒機能評価装置であって、
前記活性化光源は波長の異なる複数のランプを有し、前記光量検出部は、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部とを備え、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部の前記複数のランプに対する光学的配置が同一であることを特徴とする光触媒機能評価装置。
【請求項２】
前記活性化光源は、紫外線領域の光を照射するためのランプと、可視光領域の光を照射するためのランプとを有することを特徴とする請求項１記載の光触媒機能評価装置。
【請求項３】
前記基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に所定の高さの仕切り部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の光触媒機能評価装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光触媒機能の評価装置を用いて光触媒機能を評価する光触媒機能の評価方法であって、
前記活性化光源から光触媒機能を起こさせる光を前記基準試料と前記評価試料とに照射しつつ、
前記基準試料と前記評価試料に対して前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の発光素子から光触媒機能を評価するための光を照射し、前記基準試料と前記評価試料を介して到達した光を前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の受光素子によってそれぞれ受光し、
当該各受光素子で受光した光の光量を比較し、当該比較の結果に基づいて光触媒機能を評価することを特徴とする光触媒機能の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒機能の評価装置及び評価方法に関し、特に、紫外光及び可視光の両方で光触媒の活性度を評価する光触媒機能評価装置及びこれを用いた光触媒の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アナターゼ型の酸化チタンの結晶が付着された水を紫外光の照射によって分解し、その時に発生する活性酸素が抗菌作用や有機物質を分解する防汚性をもつことが見い出され、「光触媒機能」として知られるようになった。
【０００３】
そして、この技術を応用した製品、たとえば抗菌性便器、エアコン用抗菌フィルターなどが開発、市販されるようになった。
【０００４】
ところで、紫外光は、太陽光では全体の３％、１ｃｍ２当り１ｍＷ程度、室内灯では、１ｃｍ２当り１μＷ程度とわずかしか含まれていないため、従来は、太陽光の大部分を占める可視光領域の光で光触媒機能を発揮できるような可視光応答型光触媒の研究が盛んに行われている。
【０００５】
その一方、近年、光触媒機能を有する材料の表面に、有機染料の水溶液を塗布、乾燥させた後、紫外線を照射して光触媒機能による吸光度の減少を測定し、この減少速度などを測定することによって光触媒の活性度を評価するものが知られている（例えば、下記特許文献１、２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６２１２９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−１６２２０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術は、可視光か紫外光かのいずれかに反応する光触媒の活性度を測定するものであるが、近年、紫外光と可視光の両方に反応する光触媒の活性度を高感度で測定して評価する装置が望まれている。
【０００９】
また、上記の従来技術では、発光素子と受光素子とで光触媒機能の弱い試験片を測定する場合に、受光素子から得られる出力変化が非常にわずかな場合があり、これがゆえに測定感度が十分でないという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、紫外光と可視光とのいずれにも対応可能な光触媒機能評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、光触媒の活性度を十分な感度で測定する光触媒機能評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、光触媒を起こさせるための活性化光源と、測定光を所定の試料に照射するための発光素子と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子とを有する光量検出部とを備え、前記受光素子にて得られた結果に基づいて光触媒機能を評価する光触媒機能評価装置であって、前記活性化光源は波長の異なる複数のランプを有し、前記光量検出部は、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部とを備え、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部の前記複数のランプに対する光学的配置が同一であることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記活性化光源が、紫外線領域の光を照射するためのランプと、可視光領域の光を照射するためのランプとを有することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に所定の高さの仕切り部が設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光触媒機能の評価装置を用いて光触媒機能を評価する光触媒機能の評価方法であって、前記活性化光源から光触媒機能を起こさせる光を前記基準試料と前記評価試料とに照射しつつ、前記基準試料と前記評価試料に対して前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の発光素子から光触媒機能を評価するための光を照射し、前記基準試料と前記評価試料を介して到達した光を前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の受光素子によってそれぞれ受光し、当該各受光素子で受光した光の光量を比較し、当該比較の結果に基づいて光触媒機能を評価することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、基準試料に照射して得られた光と評価試料に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子や、受光素子の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することが可能になる。
【００１４】
特に、本発明の光触媒評価装置においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の波長の異なる複数のランプに対する光学的配置が同一であるので、例えば紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料及び評価試料における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することが可能になる。
【００１５】
また、本発明において、基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に仕切り部を設けるようにすれば、基準試料用検出部で検出される光と評価試料用検出部で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部及び評価試料用検出部で検出される光量がより正確になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図、図２は、同光触媒機能評価装置に試料が設置された状態を示す平面図である。
図３は、同光触媒機能評価装置の概略構成を示す側面図、図４は、同光触媒機能の評価装置の試料周辺の拡大図である。
【００１８】
図５は、同光触媒機能評価装置の蛍光ランプが発光する光の波長と発光強度との関係を示すグラフ、図６は、同光触媒機能評価装置において蛍光ランプに装着される紫外線カットフィルターの特性を示すグラフである。
【００１９】
図１及び図３に示すように、本実施の形態の光触媒機能の評価装置１は、基台２の上に設けられた細長箱型形状のケース１０を有し、このケース１０の中に各構成部材が収容されている。
【００２０】
なお、このケース１０内の一方の端部には、外気を導入してケース１０内を冷却するためのファン８が設けられている。
【００２１】
本実施の形態の光触媒機能の評価装置１は、光触媒を起こさせるための活性化光源Ｌとして、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４とを備えている。
【００２２】
ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４は細長形状に形成され、ケース１０内の中央上部においてケース１０の長手方向に沿って平行に隣接配置されている。
【００２３】
そして、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４の上方を取り囲むように、凹面状の反射鏡５が設けられている。
【００２４】
ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４は、後述する基準試料３０及び評価試料３１に対して等距離の位置に配置されている。
【００２５】
ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４は、それぞれ発光する光の波長が異なるものである。
【００２６】
本実施の形態の場合、ブラックライトランプ３は、３４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の波長の光を発光する。
【００２７】
一方、蛍光ランプ４は、３００ｎｍ〜７５０ｎｍ程度の波長の光を発光するが（図５参照）、蛍光ランプ４から発光される光は紫外線領域の光も含まれるので、本実施の形態では、蛍光ランプ４の外周に紫外線カットフィルター４ａを装着し、これにより蛍光ランプ４は、紫外光を除く波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍの光を発光するようになっている（図６参照）。
【００２８】
なお、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４との切換は図示しない切換器によって行われる。
【００２９】
本実施の形態の光触媒機能の評価装置１は、光触媒機能を評価するための光量検出部Ｓとして、光触媒機能が評価される際の基準となる基準試料３０についての光量を検出するための基準試料用検出部２０と、評価対象である評価試料３１についての光量を検出するための評価試料用検出部２１とを備えている。
【００３０】
ここで、基準試料用検出部２０は、対となる発光素子６と受光素子１１を備えており、また、評価試料用検出部２１は、対となる発光素子７と受光素子１２を備えている。
【００３１】
発光素子６、７は、例えば発光ダイオードを用い、一定周期のパルス光（照射光２６、２７）を発するように構成されている。
【００３２】
本実施の形態の場合、基準試料用検出部２０の発光素子６及び受光素子１１は、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４を挟んで同じ高さで対称となる位置に配置されている。
【００３３】
さらに、測定試料用検出部２２の発光素子７及び受光素子１２も、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４を挟んで同じ高さで対称となる位置に配置されている。
【００３４】
そして、基準試料用検出部２０の発光素子６及び受光素子１１と、測定試料用検出部２２の発光素子７及び受光素子１２は、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４のそれぞれに対して同一の光学的配置となるように構成されている。
【００３５】
図２に示すように、本実施の形態の場合、基準試料３０は、基準試料用検出部２０の発光素子６及び受光素子１１の間で、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４の直下に配置されるようになっている。
【００３６】
この基準試料３０としては、光触媒機能を有しない試料、例えば基材上に後述する評価試料３１の着色層３１ｃと同一の着色層が形成されたものを用いる。
【００３７】
一方、測定試料３１は、測定試料用検出部２２の発光素子７及び受光素子１２の間で、ブラックライトランプ３と蛍光ランプ４の直下に配置されるようになっている。
【００３８】
図３に示すように、これら基準試料３０又は評価試料３１は、基台２上に配置された反射紙４０又は４１の上に載置される。
【００３９】
図４に示すように、評価試料３１は、透明な基材３１ａ上に光触媒機能を有する光触媒機能膜３１ｂが形成され、この光触媒機能膜３１ｂ上に、光触媒機能膜３１ｂの光触媒作用によって光の透過率が変化する着色層３１ｃが形成されている。
【００４０】
また、図３に示すように、基準試料用検出部２０の受光素子６は検出回路９に接続され、また評価試料用検出部２１の受光素子１２は検出回路１３に接続されている。
【００４１】
これら検出回路９及び１３は、受光素子６及び１２で受光した反射光２７及び２８の光量に応じた電気信号を出力するように構成されている。
【００４２】
図７は、本実施の形態の光触媒機能評価装置の制御系の主要部を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施の形態のブラックライトランプ３、蛍光ランプ４、発光素子６、発光素子１２、検出回路９及び検出回路１３は、それぞれ図示しないコンピュータの制御部１４に接続されている。
【００４３】
制御部１４は、検出回路９又は１３において検出された受光量を測定し、この測定された受光量データの差分を取る演算を行い、所定のアルゴリズムに基づいて評価試料３１の光触媒機能を評価する機能を有している。
【００４４】
このような構成を有する本実施の形態において光触媒機能を評価するには、まず、基準試料３０及び評価試料３１を上記所定の位置に配置し、ブラックライトランプ３又は蛍光ランプ４を発光させ、基準試料３０及び評価試料３１に対してブラックライトランプ３及び蛍光ランプ４の光を照射する。
【００４５】
これにより、評価試料３１は、光の照射によって光触媒機能膜３０ｂが活性化され、時間の経過に伴って着色層３１ｃの光透過率が変化して反射光の強度が変化する。
【００４６】
一方、基準試料３０は、ブラックライトランプ３又は蛍光ランプ４によって光が照射されても着色層の光透過率は変化しない。
【００４７】
この状態で、基準試料用検出部２０の発光素子６と評価試料用検出部２１の発光素子１２からそれぞれ基準試料３０及び評価試料３１に対して照射光２５及び２６を照射し、基準試料３０及び評価試料３１によって反射された反射光２７及び２８を、基準試料用検出部２０及び評価試料用検出部２１の受光素子７及び１１で受光する。
【００４８】
受光した反射光２７及び２８は、検出回路９及び１３で受光量に応じた電気信号に変換され制御部１４に出力される。
【００４９】
制御部１４では、この出力された電気信号から受光素子７及び１１における受光量を測定し、それぞれ測定されたデータの差分をとる演算を行い（示差法）、これに基づいて吸光度の変化（減少速度等）を測定して評価試料３１の光触媒機能を評価する。
【００５０】
以上述べたように、本実施の形態によれば、基準試料３０に照射して得られた光と評価試料３１に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子６、１１や、受光素子６、１１の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することができる。
【００５１】
特に、本実施の形態においては、基準試料用検出部２０と評価試料用検出部２１のブラックライトランプ３及び蛍光ランプ４に対する光学的配置が同一であるので、紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料３０及び評価試料３１における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することができる。
【００５２】
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図８は、本実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図、図９は、同光触媒機能評価装置の概略構成を示す断面図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
図８及び図９に示すように、本実施の形態の光触媒機能の評価装置１Ａは、基準試料用検出部２０と評価試料用検出部２１との間に矩形平板状の仕切り板（仕切り部）３３が配設されている。
【００５４】
図９に示すように、この仕切り板３３は、その上端部が、各発光素子６、７の発光部分及び各受光素子１１、１２の受光部分より高く、かつ、ブラックライトランプ３及び蛍光ランプ４との間に所定の隙間ができる高さを有している。
【００５５】
本発明の場合、仕切り板３３の上端部とブラックライトランプ３及び蛍光ランプ４との間の隙間の大きさについては特に限定されることはないが、導入した大気を円滑に循環させるためには、９ｍｍ〜１５ｍｍとすることが好ましい。
【００５６】
また、仕切り板３３の幅については、基準試料用検出部２０及び評価試料用検出部２１相互間の光の影響を防止する観点から、各発光素子６、７の発光部分及び各受光素子１１、１２の受光部分の間隔より若干大きくなるように設定することが好ましい。
【００５７】
このような構成を有する本実施の形態によれば、基準試料用検出部２０と評価試料用検出部２１との間に仕切り板３３を設けたことにより、基準試料用検出部２０で検出される光と評価試料用検出部２１で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部２０及び評価試料用検出部２１で検出される光量がより正確になる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００５８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施の形態においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の発光素子を活性化光源に対して同じ側に配置するようにしたが、光学的配置が同一である限り、各発光素子を活性化光源を挟んで反対側に配置するようにすることも可能である。
【００５９】
また、上記実施の形態においては、評価試料用検出部と基準試料用検出部を一つずつ設けるようにしたが、一つの基準試料用検出部に対して二つ以上の評価試料用検出部を設けることも可能である。
【００６０】
さらに、活性化光源のランプの数も上述の実施の形態の数に限られず、波長の異なるランプを三つ以上設けることも可能である。
【００６１】
さらにまた、仕切り部の大きさ、形状等も、上述の実施の形態ものには限られない。例えば、仕切り部をケースの内部をほぼ仕切るように大きさ及び形状に形成し、この仕切り部をケース内の大気を循環させるための微細な孔を設けるようにしてもよい。また、同様の大きさ及び形状の仕切り部にメッシュを設ける構成にしてもよい。
【００６２】
加えて、上記実施の形態においては、基準試料及び評価試料に光を照射しその反射光を受光して測定を行うようにしたが、基準試料及び評価試料に光を照射しその透過光を受光して測定を行うようにすることも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基準試料に照射して得られた光と評価試料に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子や、受光素子の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することができる。
【００６４】
特に、本発明の光触媒評価装置においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の波長の異なる複数のランプに対する光学的配置が同一であるので、例えば紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料及び評価試料における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することができる。
【００６５】
また、本発明の光触媒評価装置において、基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に仕切り部を設けるようにすれば、基準試料用検出部で検出される光と評価試料用検出部で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部及び評価試料用検出部においてより正確な光量の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】同光触媒機能評価装置の試料が設置された状態を示す平面図である。
【図３】同光触媒機能評価装置の概略構成を示す側面図である。
【図４】同光触媒機能の評価装置の試料周辺の拡大図である。
【図５】同光触媒機能評価装置の蛍光ランプが発光する光の波長と発光強度との関係を示すグラフである。
【図６】同光触媒機能評価装置において蛍光ランプに装着される紫外線カットフィルターの特性を示すグラフである。
【図７】同光触媒機能評価装置の制御系の主要部を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図である。
【図９】同光触媒機能の評価装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　光触媒機能評価装置
３　ブラックライトランプ
４　蛍光ランプ
６　発光素子
７　受光素子
１１　発光素子
１２　受光素子
２０　基準試料用検出部
２１　評価試料用検出部
３０　基準試料
３１　評価試料
３３　　仕切り板（仕切り部）
Ｌ　活性化光源
Ｓ　光量検出部
【図１】
2004138387.tif 000003
【図２】
2004138387.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004138387.tif 000008
【図７】
2004138387.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004138387.tif 000011