(57)【要約】【課題】  光ファイバを製造すると同時に、その表面に光触媒を担持させることができ、しかも、工程が煩雑にならず、製造コストも低減され、さらに、大量生産を可能にする光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造装置を提供する。【解決手段】  本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法は、光ファイバ素線４の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバの製造方法であり、光ファイバ母材１を加熱して軟化させる工程と、この軟化した光ファイバ母材１から光ファイバ素線４を紡糸すると共に、この光ファイバ素線４の表面に、ダイス１３に貯留され粘度調整された光触媒コーティング液を用いて光触媒層を形成する工程とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバの製造方法であって、
光ファイバ母材を加熱して軟化させる工程と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸すると共に、この光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を用いて光触媒層を形成する工程とを有することを特徴とする光触媒担持光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を塗布し、次いで、この溶液を加熱し、この光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成することを特徴とする請求項１記載の光触媒担持光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記光ファイバ素線を粘度調整された光触媒を含む溶液に浸漬し、次いで、この光ファイバ素線の表面に付着した溶液を加熱し、この光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成することを特徴とする請求項１記載の光触媒担持光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記溶液の粘度は、０．１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項２または３記載の光触媒担持光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記溶液に掛かる圧力は、大気圧と異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の光触媒担持光ファイバの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の光触媒担持光ファイバの製造方法により得られてなることを特徴とする光触媒担持光ファイバ。
【請求項７】
光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバを用いて汚染物質を分解することを特徴とする汚染物質分解方法。
【請求項８】
前記光触媒担持光ファイバを前記汚染物質中にて湾曲させ、該光触媒担持光ファイバの端面から入射させた光の一部を該光触媒担持光ファイバの外方へ漏れ出させ、この漏れた光により前記光触媒を活性化させ、この活性化された光触媒により前記汚染物質を分解することを特徴とする請求項７記載の汚染物質分解方法。
【請求項９】
前記光触媒担持光ファイバを複数本束ねて光触媒担持光ファイバ束とし、該光触媒担持光ファイバ束の各端面から入射させた光の一部を該光触媒担持光ファイバ束の外方へ漏れ出させることを特徴とする請求項８記載の汚染物質分解方法。
【請求項１０】
光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバの製造装置であって、
光ファイバ母材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸する紡糸手段と、この紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成する光触媒層形成手段とを備えてなることを特徴とする光触媒担持光ファイバの製造装置。
【請求項１１】
前記光触媒層形成手段は、紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を塗布する塗布手段と、この塗布された溶液を加熱し光触媒層とする溶液加熱手段とを備え、
前記塗布手段は、前記光触媒を含む溶液を貯留しかつ底部に前記溶液を通過する光ファイバ素線を挿通する穴が形成された貯留槽を備えてなることを特徴とする請求項１０記載の光触媒担持光ファイバの製造装置。
【請求項１２】
前記貯留槽には、この槽内の圧力を調整する圧力調整手段を設けてなることを特徴とする請求項１１記載の光触媒担持光ファイバの製造装置。
【請求項１３】
前記光ファイバ素線を前記穴から前記貯留槽内に挿入することにより前記光触媒を含む溶液に接触させることを特徴とする請求項１１または１２記載の光触媒担持光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子は、ペイントや化粧品等の顔料、あるいは食品添加物等として広く用いられてきたが、近年、この酸化チタン粒子が示す光触媒作用を環境対策等に有効利用するために、例えば、大気汚染の原因となる亜酸化窒素（ＮＯx）の分解、水質汚濁を引き起こす有機溶剤の分解等、様々な検討が行われている。
酸化チタン粒子を光触媒として機能させるには、この酸化チタン粒子を分解対象物と効率よく接触させることができる基材、例えば、フィルタ、ガラス板等に担持させるのがよく、そのために、これまでにも様々な提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
光触媒としての性質上、当然のことであるが、反応物質と常に接触している、あるいは容易に接触し得る状態にあることが必要であり、また、それと同時に光触媒を活性化させるための反応光である紫外線や可視光線が光触媒に効果的に到達することも必要である。そこで、反応物と接触する面積が広く、かつ、反応光が内部を伝達することができる様な基材、例えば、線材の表面に光触媒を担持させた光触媒担持線材が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。
【０００４】
特に、線材として石英ガラス製の光ファイバを用いた光触媒担持光ファイバは、大きな吸着表面積を有し、しかも導光性に優れているために、優れた触媒能力を有する。
光ファイバの表面に光触媒を担持させる方法としては、紡糸した光ファイバを所定の長さに切断するか、使用状態に適合した形状に加工した後、ディップ方式あるいはスプレー方式により、この光ファイバの表面に光触媒を担持させる方法等がある。
【特許文献１】特許第３２５８０２３号公報
【特許文献２】特許第２５７４８４０号公報
【特許文献３】特開平０９−２２５２６２号公報
【特許文献４】特開平１１−２９０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の光触媒担持光ファイバの製造方法は、光ファイバの紡糸、切断や加工等の機械加工、光ファイバの表面への光触媒の担持等、工程数が多く、大量生産には不向きである。
また、光ファイバは、ハンドリング時の強度を持たせるために、通常、光ファイバの紡糸と同時に、この光ファイバの表面に有機系樹脂をコーティングしている。したがって、光ファイバの表面に光触媒を担持させる場合、コーティングされた有機系樹脂を一旦剥離した後、表面に光触媒を担持させることとなり、工程が煩雑になるとともに、製造コストを押し上げる要因になる。
このように、長尺の光触媒担持光ファイバを連続的に製造し、しかも、そのままボビンに巻き取ることができる光触媒担持光ファイバの製造方法は、未だに提案されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバを製造すると同時に、その表面に光触媒を担持させることができ、しかも、工程が煩雑にならず、製造コストも低減され、さらに、大量生産を可能にする光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造装置を提供した。
すなわち、本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法は、光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバの製造方法であって、光ファイバ母材を加熱して軟化させる工程と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸すると共に、この光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を用いて光触媒層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
この製造方法では、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸すると共に、この光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を用いて光触媒層を形成することにより、一つの工程で光ファイバの紡糸と該光ファイバの表面への光触媒の担持を同時に行うことが可能になり、工程の短縮、製造コストの低減、大量生産が可能になる。
【０００９】
この光触媒担持光ファイバの製造方法は、前記光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を塗布し、次いで、この溶液を加熱し、この光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成することが好ましい。
【００１０】
この製造方法では、粘度調整された光触媒を含む溶液を塗布し加熱するという簡単な工程で、光ファイバの紡糸と該光ファイバの表面への光触媒の担持を同時に行うことが容易になり、工程の短縮、製造コストの低減、大量生産がさらに容易になる。
【００１１】
この光触媒担持光ファイバの他の製造方法は、前記光ファイバ素線を粘度調整された光触媒を含む溶液に浸漬し、次いで、この光ファイバ素線の表面に付着した溶液を加熱し、この光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成することが好ましい。
【００１２】
この製造方法では、光ファイバ素線を粘度調整された光触媒を含む溶液に浸漬し加熱するという簡単な工程で、光ファイバの紡糸と該光ファイバの表面への光触媒の担持を同時に行うことが容易になり、工程の短縮、製造コストの低減、大量生産がさらに容易になる。
【００１３】
この光触媒担持光ファイバの製造方法は、前記溶液の粘度は、０．１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓであることが好ましい。
前記溶液の粘度を０．１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓに調整することにより、光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を均一な厚みで塗布または付着させることが可能になる。これにより、光ファイバ素線の表面に均一な厚みの光触媒層を形成することが可能になる。
【００１４】
この光触媒担持光ファイバの製造方法は、前記溶液に掛かる圧力は、大気圧と異なることが好ましい。
前記溶液に掛かる圧力を、大気圧と異なることとすることにより、光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を、液垂れもなく、均一な厚みで塗布することが可能になる。これにより、光ファイバ素線の表面に均一な厚みの光触媒層を形成することが容易になる。
【００１５】
本発明の光触媒担持光ファイバは、本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法により得られてなることを特徴とする。
この光触媒担持光ファイバでは、本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法により作製されることで、製造工程が短く、しかも安価な光触媒担持光ファイバが大量に提供される様になる。
【００１６】
本発明の汚染物質分解方法は、光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバを用いて汚染物質を分解することを特徴とする。
この汚染物質分解方法では、光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバを用いて汚染物質を分解するので、汚染物質は簡単な構成の装置を用いて容易に分解される。
【００１７】
この汚染物質分解方法は、前記光触媒担持光ファイバを前記汚染物質中にて湾曲させ、該光触媒担持光ファイバの端面から入射させた光の一部を該光触媒担持光ファイバの外方へ漏れ出させ、この漏れた光により前記光触媒を活性化させ、この活性化された光触媒により前記汚染物質を分解することが好ましい。
【００１８】
この汚染物質分解方法では、光触媒担持光ファイバの端面から入射させた光の一部が該光触媒担持光ファイバの湾曲部分から外方へ漏れ出し、光ファイバの表面に担持された光触媒を容易に活性化させ、この活性化された光触媒により前記汚染物質を分解することにより、前記汚染物質を容易かつ短時間にて分解除去する。
【００１９】
この汚染物質分解方法は、前記光触媒担持光ファイバを複数本束ねて光触媒担持光ファイバ束とし、該光触媒担持光ファイバ束の各端面から入射させた光の一部を該光触媒担持光ファイバ束の外方へ漏れ出させることが好ましい。
【００２０】
この汚染物質分解方法では、光触媒担持光ファイバ束の各端面から入射させた光の一部を該光触媒担持光ファイバ束の外方へ漏れ出させ、各光ファイバの表面に担持された光触媒を容易に活性化させることにより、大量の前記汚染物質を容易かつ短時間にて分解除去する。
【００２１】
本発明の光触媒担持光ファイバの製造装置は、光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバの製造装置であって、光ファイバ母材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸する紡糸手段と、この紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成する光触媒層形成手段とを備えてなることを特徴とする。
【００２２】
この製造装置では、光ファイバ母材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸する紡糸手段と、この紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成する光触媒層形成手段とを備えたことにより、光触媒担持光ファイバを、短い工程で、しかも安い製造コストで製造することが可能になる。
【００２３】
この光触媒担持光ファイバの製造装置は、前記光触媒層形成手段を、紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を塗布する塗布手段と、この塗布された溶液を加熱し光触媒層とする溶液加熱手段とを備え、前記塗布手段を、前記光触媒を含む溶液を貯留しかつ底部に前記溶液を通過する光ファイバ素線を挿通する穴が形成された貯留槽を備えたことが好ましい。
【００２４】
この製造装置では、紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を塗布する塗布手段を、前記光触媒を含む溶液を貯留しかつ底部に前記溶液を通過する光ファイバ素線を挿通する穴が形成された貯留槽を備えたものとし、さらに、この塗布された溶液を加熱し光触媒層とする溶液加熱手段とを備えたことにより、光触媒担持光ファイバを、安い製造コストで大量生産することが可能になる。
【００２５】
この光触媒担持光ファイバの製造装置は、前記貯留槽に、この槽内の圧力を調整する圧力調整手段を設けたことが好ましい。
この製造装置では、圧力調整手段により前記溶液に掛かる圧力を調整することが可能になり、光ファイバ素線の表面に光触媒を含む溶液を、液垂れもなく、均一な厚みで塗布することが可能になる。これにより、光ファイバ素線の表面に均一な厚みの光触媒層を形成することが容易になる。
【００２６】
この光触媒担持光ファイバの製造装置は、前記光ファイバ素線を前記穴から前記貯留槽内に挿入することにより前記光触媒を含む溶液に接触させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ母材を加熱して軟化させる工程と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸すると共に、この光ファイバ素線の表面に粘度調整された光触媒を含む溶液を用いて光触媒層を形成する工程とを有するので、一つの工程で光ファイバの紡糸と該光ファイバの表面への光触媒の担持を同時に行うことができ、工程の短縮、製造コストの低減、大量生産を図ることができる。
【００２８】
本発明の光触媒担持光ファイバによれば、本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法により得られたので、製造工程が短く、しかも安価な光触媒担持光ファイバを大量に提供することができる。
【００２９】
本発明の汚染物質分解方法によれば、光ファイバ素線の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持光ファイバを用いて汚染物質を分解するので、汚染物質を簡単な構成の装置を用いて容易に分解することができる。
【００３０】
本発明の光触媒担持光ファイバの製造装置によれば、光ファイバ母材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、この軟化した光ファイバ母材から光ファイバ素線を紡糸する紡糸手段と、この紡糸されつつある光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成する光触媒層形成手段とを備えたので、光触媒担持光ファイバを、短い工程で、しかも安い製造コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造装置の各実施の形態について説明する。なお、これらの実施の形態は、本発明の趣旨をより理解し易いように具体的に説明したものであり、本発明は、これらの実施の形態に限定されない。
【００３２】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図、図２は同製造装置のダイス（貯留槽）を示す断面図であり、図において、符号１は円柱状のガラスからなる光ファイバ母材、２は光ファイバ母材１をガラス溶融温度以上に加熱して軟化させる光ファイバ母材加熱用ヒータ（素材加熱手段）、３は軟化した光ファイバ母材１から下方に延伸しファイバ化（紡糸）して光ファイバ素線４とし該光ファイバ素線４を巻き取る巻き取りボビン（紡糸手段）、５は紡糸されつつある光ファイバ素線４の表面に光触媒層を形成する光触媒層形成装置（光触媒層形成手段）、６はこの光触媒層が形成された光ファイバ素線４の表面に再度光触媒層を形成する光触媒層形成装置（光触媒層形成手段）である。
【００３３】
光触媒層形成装置５は、紡糸されつつある光ファイバ素線４の表面に光触媒コーティング液（光触媒を含む溶液）１１を塗布し、この溶液を加熱するためのもので、光ファイバ素線４のパスライン上に配置され光触媒コーティング液１１を貯留しかつ底部に光触媒コーティング液１１を通過する光ファイバ素線４を挿通する穴１２が形成されたダイス（貯留槽）１３と、このダイス１３の下方に同軸的に設けられて光ファイバ素線４の表面に塗布された光触媒コーティング液１１を加熱し光触媒層とする加熱装置（溶液加熱手段）１４とにより構成されている。
【００３４】
光触媒層形成装置６も、光触媒層形成装置５と全く同様の構成である。
ここでは、光ファイバ素線４のパスライン上に光触媒層形成装置を２段、配置した構成としたが、光触媒層形成装置の段数は、光ファイバ素線４の表面に形成する光触媒層が所望の厚みとなるように、光触媒層形成装置の段数を３段あるいはそれ以上の段数とすることもできる。
【００３５】
光触媒コーティング液１１は、光触媒が含まれている溶液であれば基本的にどのような溶液でもよく、例えば、直径が数十ｎｍの酸化チタン微粒子を低融点ガラス等の無機バインダーと共に水やアルコール等の溶媒に分散させたもの、あるいは、過酸化チタンやチタンアルコキシド等の酸化チタン前駆体を低融点ガラス等の無機バインダーと共に水やアルコール等の溶媒に溶解させたもの等が用いられる。
【００３６】
ダイス１３は、光触媒コーティング液１１が重力と光ファイバ素線４との摩擦力のみで送り出されるオープンダイス、あるいは、光触媒コーティング液１１を適当な圧力で加圧し、最適なコーティング膜厚を得るのに必要な量の光触媒コーティング液１１を送り出す加圧ダイスのいずれを用いてもよい。加圧ダイスを用いる場合、用いるガスは、光触媒コーティング液１１を変質させないガスであれば特に制限はないが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが好ましく、経済性の点から窒素ガスがより好ましい。
【００３７】
ダイス１３の穴１２の径は、例えば、直径が１２５μｍの石英ガラス製の光ファイバ素線４の表面に光触媒コーティング液１１をコーティングする場合、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を１５μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。なぜならば、クリアランス（Δｔ）が１００μｍを超えると、コーティング時の光ファイバ素線４のぶれが大きくなるために、穴１２の中心軸に対する光ファイバ素線４の偏心度合いが大きくなり、均一な膜厚の光触媒層が得られなくなるからであり、また、クリアランス（Δｔ）が１５μｍ未満であると、穴１２に光ファイバ素線４が詰まってしまい、連続コーティングができなくなるからである。
【００３８】
加熱装置１４は、コーティングされた光触媒コーティング液１１を所定時間の範囲で十分に乾燥することができるものであれば特に制限はなく、例えば、石英ガラス管等からなる乾燥チャンバの周囲にカーボンヒータ、赤外線ヒータ、抵抗線ヒータ等を巻き付け、あるいは配置した構造の加熱装置を用いることができる。
特に、石英ガラス管等の管状体を用いた場合、オンライン稼働が可能になることから好ましい。
【００３９】
また、この加熱装置１４内の雰囲気及び温度は、用いられる光触媒コーティング液１１により異なるが、例えば、直径が数十ｎｍの酸化チタン微粒子を低融点ガラス等の無機バインダーと共に水系溶媒に分散させた光触媒コーティング液の場合では、開放系の大気中、８０℃〜１００℃の温度範囲が好ましい。温度が１００℃を超えると、光触媒コーティング液１１が沸騰する虞があるために光ファイバ素線４への密着性が低い膜となる虞があり、その結果、膜の強度が低下し、酸化チタン粒子が剥がれる等の不具合が生じる虞があるからであり、また、温度が８０℃未満であると、乾燥時間を長く取る必要があり、特にオンラインにおいてはコーティング工程に支障をきたすからである。
【００４０】
また、過酸化チタンやチタンアルコキシド等の酸化チタン前駆体を含む溶液の場合、これらの酸化チタン前駆体の脱水反応等が効率よく進むように、加熱装置１４内の雰囲気及び温度を設定する必要がある。雰囲気及び温度を酸化チタン前駆体に合わせて設定することにより、所望のコーティング膜厚が得られる。
【００４１】
このコーティング膜厚は、光触媒としての重要な要因の一つである。
膜厚は、光触媒層形成装置の段数、すなわちダイス１３の段数、ダイス１３を通過する際の光ファイバ素線４の速度、光触媒コーティング液１１の粘度を調整することにより、制御することができる。
例えば、純粋な酸化チタン微粒子を光触媒として用いた光触媒担持光ファイバにより汚染物質を分解する場合、光ファイバ素線４内を導波した励起光が光触媒層の外面で汚染物質に作用するには、光触媒層の膜厚は１．０μｍ〜３．０μｍが好ましい。１．０μｍ未満では、汚染物質の分解力が低下するからであり、また、３．０μｍを超えると、光触媒層内にて発生した電子及びホールが光触媒層の外面まで効率よく到達して汚染物質に作用することができないからである。
【００４２】
ダイス１３の数は、１個〜６個が好ましい。ダイス１３の数を増加させると、光触媒層の層数が増加するが、７層以上とすると光触媒層全体の膜強度が低下し、しかも、製造コストが上昇するため好ましくない。
ダイス１３を通過する際の光ファイバ素線４の速度は、３ｍ／秒〜２０ｍ／秒が好ましい。速度が２０ｍ／秒を超えると、加熱装置１４内に滞留する時間が短すぎて光触媒コーティング液１１を十分に乾燥、固化することができず、また、速度が３ｍ／秒未満では、遅すぎるために生産性が低下し、非効率的であるからである。
【００４３】
光触媒コーティング液１１の粘度は、例えば、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を１５μｍ〜１００μｍとした場合、０．１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓが好ましい。
粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満では、ダイス１３と光ファイバ素線４との間から光触媒コーティング液１１が漏れ出してしまい、均一な膜厚のコーティングが得られないからであり、また、粘度が１０Ｐａ・ｓを超えると、ダイス１３の穴１２から光触媒コーティング液１１をスムーズに送り出すことができず、光ファイバ素線４の長手方向に厚みむらや断線のある光触媒層コーティング膜が形成させてしまうからである。
【００４４】
光触媒コーティング液１１の粘度は、温度により大きく変化するので、ダイス１３に保温装置等を設けてダイス１３の温度を所定の温度に保持することが望ましい。
また、光触媒コーティング液１１の粘度が上記の範囲にない場合には、溶媒により希釈するか、増粘剤を添加する等して粘度を調整すればよい。
【００４５】
この光触媒担持光ファイバの製造装置を用いて、光ファイバ素線４の表面に光触媒層を形成した光触媒担持光ファイバを作製するには、まず、石英系ガラスを主成分とする光ファイバ母材１を加熱装置２内に収容し、窒素ガス、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中で、その下端部分を約２０００℃に加熱し、外径が１２５μｍの光ファイバ素線４を紡糸する。
【００４６】
続いて、この光ファイバ素線４を光触媒層形成装置５のダイス１３内に挿通させ、穴１２より取り出す。この間に、ダイス１３内に貯留された光触媒コーティング液１１が光ファイバ素線４の表面に塗布される。
その後、この光ファイバ素線４を加熱装置１４内を通過させ、表面に塗布された光触媒コーティング液１１を加熱、固化させる。これにより、光ファイバ素線４の表面に光触媒層が形成される。
【００４７】
続いて、この光ファイバ素線４を光触媒層形成装置６のダイス１３内に挿通させ、その後、加熱装置１４内を通過させることにより、光ファイバ素線４の表面の光触媒層上に、再度光触媒層を形成する。これにより、光ファイバ素線４の表面には、２層構造の光触媒層が形成されることとなる。なお、光触媒層の厚みをさらに増加させる必要がある場合には、この光触媒層の形成工程を再度繰り返せばよい。
【００４８】
表面に２層構造の光触媒層が形成された光ファイバ素線４は、巻き取りボビン３により巻き取られ、保管される。
なお、この光ファイバ素線４を製造する際に、巻き取りボビン３のリールの巻き径を大きくする等して光ファイバ素線４が破損しない様に工夫した保管をし、その後、この光ファイバ素線４を送り出し、その表面に上記の方法により光触媒層を形成することとしてもよい。
上記の方法で作製された光触媒担持光ファイバは、光ファイバ素線４の表面に連続的に光触媒層が形成されるので、膜厚が均一な光触媒層を容易に形成することができ、光触媒機能に優れたものとなっている。
【００４９】
次に、この光触媒担持光ファイバを用いて汚染物質を分解する方法について説明する。
まず、この光触媒担持光ファイバを適当な長さに切断し、得られた複数本の光触媒担持光ファイバを束ねてバンドルとする。次いで、このバンドルを汚染物質中にて湾曲させ、発光ダイオード（ＬＥＤ）や紫外線ランプ等の光源を用いて、このバンドルを構成する各光触媒担持光ファイバの一端から可視光線や紫外線を入射させ、この可視光線や紫外線の一部を各光触媒担持光ファイバの外方へ漏れ出させ、この漏れた光により光触媒担持光ファイバに担持された光触媒を活性化させ、この活性化された光触媒により前記汚染物質を分解する。
【００５０】
この場合、光触媒担持光ファイバの径方向に適当な屈折率分布を持たせ、この光触媒担持光ファイバを曲げてやることにより、所望の漏れ光量で光触媒を励起することもできる。
本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法は、例えば、光ファイバ素線４の表面に半導体層を形成し、この光ファイバを曲げてやることにより、漏れた光により半導体層の特性が変化する半導体担持光ファイバ等を製造する際にも好適に用いられる。
【００５１】
「第２の実施形態」
図３は、本発明の第２の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置の減圧ダイス（貯留槽）を示す断面図であり、本実施形態の減圧ダイス２１が第１の実施形態のダイス１３と異なる点は、槽内をニップル２２及びシール材２３を用いて密閉すると共に、ロータリーポンプや水流式アスピレータ等からなる減圧装置２４を用いて槽内を減圧した点である。
【００５２】
光触媒コーティング液１１として、過酸化チタンやチタンアルコキシド等の酸化チタン前駆体を低融点ガラス等の無機バインダーと共に水やアルコール等の溶媒に溶解させたものを用いた場合、この溶液の濃度やｐＨ等がバランスの取れた範囲に微妙に調整してあるので、この溶液の粘度を溶媒による希釈や増粘剤の添加により調整することができない。
また、酸化チタン微粒子を低融点ガラス等の無機バインダーと共に水やアルコール等の溶媒に分散させたコーティング液の場合も、粒子の分散性を保つためにｐＨや濃度の管理が重要であり、多くの場合、粘度を調整することができない。
【００５３】
この様な場合においても、減圧ダイス２１内の光触媒コーティング液１１の液量、減圧ダイス２１を通過する際の光ファイバ素線４の速度、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）により減圧量を調整することで、光ファイバ素線４の表面に液漏れすることなく光触媒コーティング液１１を塗布することができる。
【００５４】
「第３の実施形態」
図４は、本発明の第３の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図、図５は同製造装置のポット（貯留槽）を示す断面図であり、本実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置が第１の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置と異なる点は、上から下に向かって進んでいく光ファイバ素線４をプーリー３１、３１により鉛直方向に反転させ、ポット（貯留槽）３２に貯留された光触媒コーティング液１１に下方に形成された穴３３から光ファイバ素線４を挿通させることにより、光ファイバ素線４の表面に光触媒コーティング液１１を塗布した点である。
【００５５】
この場合、光触媒コーティング液１１の塗布はディップコーティングとなるために、光ファイバ素線４の表面に、ダイス１３を用いた場合と同様に光触媒コーティング液１１を塗布することができる。
なお、プーリー３１、３１は、光ファイバ素線４を損傷しないように、光ファイバ素線４との接触面に鏡面加工を施したり、あるいは、接触面にセラミックコーティングを施したり等を行うことが望ましい。
【００５６】
「第４の実施形態」
図６は、本発明の第４の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図であり、本実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置が第３の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置と異なる点は、ポット３２の替わりに貯留槽４１を備え、この貯留槽４１内に貯留された光触媒コーティング液１１にプーリー３１、３１により水平方向とされた光ファイバ素線４の一部分を浸漬することにより、光ファイバ素線４の表面に光触媒コーティング液１１を塗布した点である。
【００５７】
この光触媒担持光ファイバの製造装置においても、第３の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置と全く同様に、光ファイバ素線４の表面に光触媒コーティング液１１を塗布することができる。
【実施例】
【００５８】
本発明について、実施例及び比較例により具体的に説明するが、これらの実施例は、本発明をより理解するために具体的になされたものであり、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【００５９】
（実施例１）
図１の光触媒担持光ファイバの製造装置を用いて光触媒担持光ファイバを作製した。
ダイス１３としては、オープンダイスを用い、パスライン中に２個配置した。加熱装置１４としては、石英管を炉心管とした電気炉を用いた。また、光触媒コーティング液１１としては、市販されている水系の光触媒コーティング液を粘度調整したものを用い、粘度を１．０Ｐａ・ｓとした。また、炉心管内の温度を光触媒コーティング液１１に合わせて９５℃とし、ダイス１３を通過する際の光ファイバ素線４の速度を１０ｍ／分とし、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を４０μｍとした。
得られた光触媒担持光ファイバは、巻き取りボビン３により巻き取ることとした。
【００６０】
光ファイバ素線４に光触媒コーティング液１１を塗布した際に、ダイス１３と光ファイバ素線４との隙間からの液ダレは無く、液の詰まりも無かった。
得られた光触媒層を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、膜厚は１．３μｍであり、巻き取りボビン３による剥離も無く、均一な光触媒層が得られた。
この光触媒担持光ファイバは、従来の光ファイバ素線の表面にコーティングされた有機樹脂を剥離した後、ディップコーティングにより該光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成したものと比較して、製造工程が大幅に短縮され、作業時間の短縮、製造コストの削減を図ることができた。
【００６１】
（比較例１）
図１の光触媒担持光ファイバの製造装置を用いて光触媒担持光ファイバを作製した。
ダイス１３としては、オープンダイスを用い、パスライン中に２個配置した。加熱装置１４としては、石英管を炉心管とした電気炉を用いた。また、光触媒コーティング液１１としては、市販されている水系の光触媒コーティング液を粘度調整せずにそのまま用いた。この光触媒コーティング液の粘度は０．００１Ｐａ・ｓであった。また、炉心管内の温度を光触媒コーティング液に合わせて９０℃とし、ダイス１３を通過する際の光ファイバ素線４の速度を１０ｍ／分とし、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を４０μｍとした。
得られた光触媒担持光ファイバは、巻き取りボビン３により巻き取ることとした。
【００６２】
光ファイバ素線４に光触媒コーティング液１１を塗布した際に、光触媒コーティング液１１がダイス１３と光ファイバ素線４との隙間から流れ出し、効率よくコーティングを行うことができなかった。
得られた光触媒層を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、光ファイバ素線４にコーティングされているところと、されていないところがあり、膜厚は０．１μｍ以下であった。また、巻き取りボビン３による巻き取り時に、光触媒層に剥離が生じており、剥がれ落ちている箇所もあった。
【００６３】
（実施例２）
図４の光触媒担持光ファイバの製造装置を用いて光触媒担持光ファイバを作製した。
ポット３２をパスライン中に４個配置し、それぞれの出口側に加熱装置１４を配置した。加熱装置１４としては、石英管を炉心管とした電気炉を用いた。また、光触媒コーティング液１１としては、市販されている水系の光触媒コーティング液を粘度調整せずにそのまま用いた。この光触媒コーティング液の粘度は０．００１Ｐａ・ｓであった。また、炉心管内の温度を光触媒コーティング液１１に合わせて９０℃とし、ポット３２を通過する際の光ファイバ素線４の速度を１０ｍ／分とし、ポット３２の穴と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を４０μｍとした。
得られた光触媒担持光ファイバは、巻き取りボビン３により巻き取ることとした。
【００６４】
得られた光触媒層を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、膜厚は１．６μｍであり、巻き取りボビン３による剥離も無く、均一な光触媒層が得られた。
この光触媒担持光ファイバは、従来の光ファイバ素線の表面にコーティングされた有機樹脂を剥離した後、ディップコーティングにより該光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成したものと比較して、製造工程が大幅に短縮され、作業時間の短縮、製造コストの削減を図ることができた。
【００６５】
（実施例３）
実施例１で作製した光触媒担持光ファイバを巻き取りボビン３から送り出し、２ｍの長さで１８０本切り出した。切断面は光ファイバ切断器具を用いてミラー面とした。
これらの光触媒担持光ファイバの端面を揃え、束ねてバンドルとし、このバンドルに曲率半径６０ｍｍ×６ターンの曲げを加え、濃度が１０μｍｏｌ／Ｌのメチレンブルー水溶液１５０ｍｌ中に沈めた。
この光触媒担持光ファイバに用いられている光ファイバ素線４は、コアの部分の屈折率分布を適当に設計することにより、曲率半径６０ｍｍの曲げ加工を施した場合に、コアを導光する光が１ｍ当たり７０％ずつ外部へ漏れる構造とした。
【００６６】
その後、高圧水銀灯を光源として、このバンドルを構成する各光触媒担持光ファイバの一端から励起光を１８０分間入射させ、この光の一部を各光触媒担持光ファイバの外方へ漏れ出させ、この漏れた光により光触媒担持光ファイバに担持された光触媒を活性化させ、メチレンブルーの分解を行った。
メチレンブルーの分解の評価は、メチレンブルー水溶液の６６４ｎｍの波長の光に対する透過率を測定することにより行った。
その結果、光照射前は、メチレンブルーの吸収波長域の透過率が１８％であったのに対し、光照射後では、同透過率は９８％になっており、メチレンブルーの大半を分解することができ、優れた光触媒性能を有することが確認された。
【００６７】
（比較例２）
比較例１で作製した光触媒担持光ファイバを巻き取りボビン３から送り出し、２ｍの長さで１８０本切り出した。切断面は光ファイバ切断器具を用いてミラー面とした。
これらの光触媒担持光ファイバの端面を揃え、束ねてバンドルとし、このバンドルに曲率半径６０ｍｍ×６ターンの曲げを加え、濃度が１０μｍｏｌ／Ｌのメチレンブルー水溶液１５０ｍｌ中に沈めた。
この光触媒担持光ファイバに用いられている光ファイバ素線４は、コアの部分の屈折率分布を適当に設計することにより、曲率半径６０ｍｍの曲げ加工を施した場合に、コアを導光する光が１ｍ当たり７０％ずつ外部へ漏れる構造とした。
【００６８】
その後、実施例３と同様に、高圧水銀灯を光源として、このバンドルを構成する各光触媒担持光ファイバの一端から励起光を１８０分間入射させ、メチレンブルーの分解を行った。
メチレンブルーの分解の評価は、メチレンブルー水溶液の６６４ｎｍの波長の光に対する透過率を測定することにより行った。
その結果、光照射前は、メチレンブルーの吸収波長域の透過率が１８％であり、光照射１８０分後においても同透過率は２９％であり、光触媒によるメチレンブルーの分解は生じているものの、分解速度が著しく遅く、工業的に利用することができるレベルではなかった。
【００６９】
（実施例４）
図３の減圧ダイス２１を備えた光触媒担持光ファイバの製造装置を用いて光触媒担持光ファイバを作製した。
減圧ダイス２１をパスライン中に２個配置し、それぞれの出口側に加熱装置１４を配置した。加熱装置１４としては、石英管を炉心管とした電気炉を用いた。また、減圧装置２４としては、小型ロータリーポンプとニードルバルブを組み合わせた装置を用い、減圧ダイス２１内の圧力を調整することができるようにした。
【００７０】
光触媒コーティング液１１としては、市販されている水系の光触媒コーティング液を粘度調整せずにそのまま用いた。この光触媒コーティング液の粘度は０．００１Ｐａ・ｓであった。また、炉心管内の温度を光触媒コーティング液１１に合わせて９０℃とし、減圧ダイス２１を通過する際の光ファイバ素線４の速度を１０ｍ／分とし、減圧ダイス２１の内部の圧力を大気圧より１００ｍｍＨｇ低くなるように調整した。また、穴１２と光ファイバ素線４のクリアランス（Δｔ）を４０μｍとした。
得られた光触媒担持光ファイバは、巻き取りボビン３により巻き取ることとした。
【００７１】
光ファイバ素線４に光触媒コーティング液１１を塗布した際に、減圧ダイス２１と光ファイバ素線４との隙間からの液ダレは無く、液の詰まりも無かった。
得られた光触媒層を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、膜厚は１．２μｍであり、巻き取りボビン３による剥離も無く、均一な光触媒層が得られた。
この光触媒担持光ファイバは、従来の光ファイバ素線の表面にコーティングされた有機樹脂を剥離した後、ディップコーティングにより該光ファイバ素線の表面に光触媒層を形成したものと比較して、製造工程が大幅に短縮され、作業時間の短縮、製造コストの削減を図ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の光触媒担持光ファイバの製造方法と光触媒担持光ファイバ及び汚染物質分解方法並びに光触媒担持光ファイバの製造装置では、光ファイバを製造すると同時に、その表面に光触媒を担持させることができるので、光触媒担持光ファイバを低価格にて大量に供給することができ、特に、環境保全の点で今後注目される汚染物質を分解する際に、威力を発揮することが大いに期待されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置のダイスを示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置の減圧ダイスを示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置のポットを示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の光触媒担持光ファイバの製造装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…光ファイバ母材、２…光ファイバ母材加熱用ヒータ、３…巻き取りボビン、４…光ファイバ素線、５、６…光触媒層形成装置、１１…光触媒コーティング液、１２…穴、１３…ダイス、１４…加熱装置、２１…減圧ダイス、２２…ニップル、２３…シール材、２４…減圧装置、３１…プーリー、３２…ポット、３３…穴、４１…貯留槽。
【図１】
2005206394.tif 000003
【図２】
2005206394.tif 000004
【図３】
2005206394.tif 000005
【図４】
2005206394.tif 000006
【図５】
2005206394.tif 000007
【図６】
2005206394.tif 000008