(57)【要約】【課題】  製造が容易で、かつ、長尺化、大面積化が可能である上に、光触媒反応の効率に優れた表面漏光光導波路およびこれを用いた光触媒デバイスを提供する。【解決手段】  コア部１１と、コア部１１よりも屈折率の低い材料からなり、コア部１１を囲むようにして積層されたクラッド部１２、１２とを備えた表面漏光光導波路１０において、クラッド部１２、１２にコア部１１内を伝搬する光のモード結合が生じるモード結合部１３を設け、かつ、クラッド部１２、１２の外側に光触媒膜１５を設ける。モード結合部１３を、クラッド部１２、１２内に配された気泡、または、クラッド部１２、１２内に添加された光触媒反応が生じる波長帯域の光を吸収しない添加物からなるものとする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、該コア部よりも屈折率の低い材料からなり、該コア部を囲むようにして積層されたクラッド部とを少なくとも備えた表面漏光光導波路であって、
前記クラッド部は前記コア部内を伝搬する光を散乱または放射する形態をなし、かつ、前記クラッド部の外側には光触媒が担持されていることを特徴とする表面漏光光導波路。
【請求項２】
前記光を散乱または放射する形態は、前記クラッド部内に配されたクラッドと異なる屈折率を有する添加物または気泡によるものであって、かつ前記添加物および前記気泡を形成するガスは前記クラッド部の外側に担持した光触媒の反応が生じる動作波長帯域の光を吸収しない、あるいはほとんど吸収しないことを特徴とする請求項１に記載の表面漏光光導波路。
【請求項３】
前記表面漏光光導波路は、柱状光導波路、リボン状光導波路、シート状光導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面漏光光導波路。
【請求項４】
前記表面漏光光導波路は、柱状光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面漏光光導波路。
【請求項５】
前記光触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化鉄から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面漏光光導波路。
【請求項６】
前記表面漏光光導波路の一端面に、前記コア部に外部光源からの光を導く導波リード部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表面漏光光導波路。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表面漏光光導波路と、該表面漏光光導波路に光触媒反応に必要な光を入射する光源とを少なくとも備えたことを特徴とする光触媒デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を伝搬しながら表面から光が徐々に漏れていく機能を利用し、外側に担持させた光触媒を活性化する表面漏光光導波路およびこれを用いた光触媒デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光触媒反応による有機物や、汚染物質の分解に関する研究、応用が積極的に行われている。従来、光触媒を備えた光触媒デバイスは、各種フィルタやタイルなどの担持体と、その表面に担持した光触媒とから概略構成されている。この光触媒デバイスは、これとは別体の光源から出射された光を直接照射することにより、光触媒反応を起こす。
【０００３】
しかしながら、このような構成の光触媒デバイスでは、光触媒の表面に、埃や、その他の有機物・無機物などの塵が付着すると、光源から出射された光が光触媒の表面に十分に到達することができずに、光触媒反応が十分に生じないか、あるいは、光触媒反応が全く生じないため、実用上問題があった。
【０００４】
さらに、このような光触媒デバイスでは、光源と光触媒とが距離をおいて配置されるため、光源から出射された光は散乱、吸収などにより損失する。そのため、光源から出射された光を全て光触媒反応に利用することができないので、光触媒反応の効率が非常に悪い。
例えば、この光触媒デバイスを汚水処理に応用する場合、この光触媒デバイスは汚水に浸漬されるので、光源から出射された光は、そのほとんどが濁った色の汚水に吸収されてしまい、光触媒の表面に到達しない。そのため、光触媒が活性化されず、結果として、汚水の処理をすることができない。
【０００５】
このような問題を解決するために、ガラス、セラミックス、プラスチックなどからなる長尺の導光体を光触媒の担持体として用い、この導光体の外周面に光触媒層を設けて、導光体内を伝搬する光を直接光触媒に照射する光触媒フィルタや光触媒デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示されている光触媒フィルタでは、屈折率の低い導光体の外周面に屈折率の高い光触媒層を設けて、導光体を伝搬する光がその外周面から徐々に漏れることを利用し、光触媒を活性化している。加えて、この光触媒フィルタは、導光体を微細化することにより、導光体と光触媒との接触面積を大きくすることができるため、光触媒反応の効率を上げることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている光触媒フィルタは、その長さが長くなるにしたがって、導光体からその外周方向に漏れる光の量が不均一になるという欠点がある。
光ファイバなどでは、光が屈折率の低い領域から屈折率の高い領域へすぐに漏れてしまう。同様に、この光触媒フィルタでは、屈折率の低い導光体を伝搬する光が、屈折率の高い光触媒層へすぐに漏れてしまい、光触媒フィルタの長さが長い場合、光触媒フィルタの末端まで光を導波することができず、結果として、光触媒を活性化することができない。このようなことから、この光触媒フィルタを長尺化、大面積化することは難しいという問題がある。
【０００７】
また、光ファイバの外周面に光触媒層が設けられてなる光触媒ファイバも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この光触媒ファイバでは、これを曲げることにより、光ファイバを伝搬する光をその外周面から漏れさせ、光触媒を活性化することができる。
【０００８】
しかしながら、この光触媒ファイバでは、光ファイバから光を漏れさせるために必要な、光ファイバを曲げることが必要なため、光ファイバの機械的強度を高めなければならない。そのため、光触媒ファイバの製造工程が複雑になることから、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、この光触媒ファイバでは、光ファイバを曲げた時の外縁側からほとんどの光が漏れるが、内縁側から漏れる光が少ないため、外縁側に配された光触媒のみが活性化するため、光触媒反応の効率が悪いという問題がある。
【特許文献１】特開平９−２２５２６２号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、製造が容易で、かつ、長尺化、大面積化が可能である上に、光触媒反応の効率に優れた表面漏光光導波路およびこれを用いた光触媒デバイス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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、コア部と、該コア部よりも屈折率の低い材料からなり、該コア部を囲むようにして積層されたクラッド部とを少なくとも備えた表面漏光光導波路であって、前記クラッド部は前記コア部内を伝搬する光を散乱または放射する形態をなし、かつ、前記クラッド部の外側には光触媒が担持されている表面漏光光導波路を提供する。
【００１１】
表面漏光光導波路のクラッド部を、コア部内を伝搬する光を散乱または放射する形態することにより、クラッド部において、コア部内を伝搬する光が散乱し、この光を表面漏光光導波路の長手方向と異なる方向（表面漏光光導波路の表面方向）に漏れさせることができる。その結果として、クラッド部の外側に担持された光触媒を活性化することができる。
【００１２】
上記構成の表面漏光光導波路において、前記光を散乱または放射する形態は、前記クラッド部内に配されたクラッドと異なる屈折率を有する添加物または気泡によるものであって、かつ前記添加物および前記気泡を形成するガスは前記クラッド部の外側に担持した光触媒の反応が生じる動作波長帯域の光を吸収しない、あるいはほとんど吸収しないことが好ましい。
【００１３】
従来の曲げにより光を漏れさせる光導波路、例えば光ファイバは、通常、光が漏れ易くするために、開口数（ＮＡ）を小さくして、すなわち、コア部とクラッド部との比屈折率差が小さくなるように設計されている。この比屈折率差が小さいと、光導波路と光源との接合部における光の結合効率が極端に低下するという問題が生じる。
そこで、本発明では、クラッド部内に添加されたクラッドと異なる屈折率を有し、かつ担持した光触媒の反応が生じる動作波長帯域の光を吸収しない、あるいはほとんど吸収しない添加物（以下、「添加物」と言うこともある。）により、クラッド部においてモード結合を生じさせ、光を散乱（漏れ）させている。また、添加物の種類、または、これらの大きさや分布密度（添加量）を変えることにより、表面漏光光導波路の表面に漏れる光の量を調節することができる。したがって、コア部とクラッド部との比屈折率差を大きくすることができるため、本発明の表面漏光光導波路と光源との結合効率は向上する。
【００１４】
上記表面漏光光導波路は、柱状光導波路、リボン状光導波路、シート状光導波路であることが好ましい。また、柱状光ファイバであってもよい。
【００１５】
表面漏光光導波路を、柱状光導波路、リボン状光導波路またはシート状光導波路とすることにより、浄化したい場所や、汚染物質または病原菌の処理（分解、除去）量に応じて、表面漏光光導波路の大きさを変えることができる。
【００１６】
上記構成の表面漏光光導波路において、前記光触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化鉄から選択される少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１７】
これらの光触媒は、高活性であるから、汚染物質や病原菌の状態（気体、液体、固体）に関わらず、これらを効率的に分解、除去することができる。
【００１８】
上記構成の表面漏光光導波路において、前記表面漏光光導波路の一端面に、前記コア部に外部光源からの光を導く導波リード部が設けられたことが好ましい。
【００１９】
表面漏光光導波路に導波リード部を設けることにより、浄化したい場所と光源との距離が長い場合、表面漏光光導波路に光源からの光を損失無く導波することができる。
【００２０】
本発明は、上記の表面漏光光導波路と、該表面漏光光導波路に光触媒反応に必要な光を入射する光源とを少なくとも備えた光触媒デバイスを提供する。
【００２１】
本発明の表面漏光光導波路を用いた光触媒デバイスは、汚染物質や病原菌の状態（気体、液体、固体）に関わらず、これらを効率的に分解、除去することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の表面漏光光導波路は、クラッド部内に添加された添加物により、コア部内を伝搬する光を散乱させることができるから、この光を、表面漏光光導波路の長手方向全長に渡って、その表面方向に徐々に漏れさせることができる。その結果として、クラッド部の外側に担持された光触媒を、表面漏光光導波路の長手方向全長に渡って活性化することができる。したがって、光触媒が担持された表面全域が光触媒反応面となるので、汚染物質や病原菌を効率的に分解、除去することができる。さらに、本発明の表面漏光光導波路は、曲げなどの変形によらず、その表面から光を漏れさせることができるため、製造が容易で、かつ、長尺化、大面積化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施した表面漏光光導波路について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、光導波路の１つである光ファイバにおける屈折率分布を示す図である。
図１において、符号１はコア、２はクラッドを示し、ｎ０はクラッド２の屈折率、ｎ１はコア１の屈折率を示す。
図１に示すような、コア１と、これよりも屈折率の低い材料からなり、コア１の外周を覆うようにして設けられたクラッド２とからなる光ファイバでは、コア１内に入射した光は、コア１とクラッド２との界面において全反射して、コア１内を伝搬しながら、光ファイバの長手方向前方に進む。
【００２５】
図２は、本発明に係る表面漏光光導波路の一実施形態の断面を示す模式図である。
図２中、符号１０は表面漏光光導波路、１１はコア部、１２はクラッド部、１３はモード結合部、１４は光導波路、１５は光触媒膜を示している。
表面漏光光導波路１０は、コア部１１、コア部１１よりも屈折率の低い材料からなり、コア部１１を挟むようにして積層されたクラッド部１２、１２、および、クラッド部１２、１２に設けられたコア部１１内を伝搬する光を散乱し、または放射させる添加物または気泡からなる部分（以下、「モード結合部」と言う。）１３からなる光導波路１４と、クラッド部１２、１２の表面の全域に担持された光触媒からなる光触媒膜１５とから概略構成されている。
【００２６】
また、この実施形態は、光導波路１４としては、柱状、シート状、リボン状などの光導波路に対して全て適用可能である。
【００２７】
コア部１１をなす材料としては特に限定されないが、かつ、コア部１１内を伝搬する光の波長域に吸収を持たない材料が望ましく、例えば、ポリメチルメタクリレート、フッ素系樹脂などの合成樹脂、石英ガラスなどが用いられる。これらの材料の中でも、曲げに強く、折れ難いことから合成樹脂がより望ましい。
【００２８】
クラッド部１２をなす材料としては特に限定されないが、コア部１１よりも屈折率が低く、光触媒作用により分解されず、かつ、コア部１１内を伝搬する光の波長域に吸収を持たない材料が望ましく、例えば、ポリメチルメタクリレート、フッ素系樹脂などの合成樹脂、石英ガラスなどが用いられる。これらの材料の中でも、曲げに強く、折れ難く、さらに、屈折率が低く、光触媒によって分解され難いフッ素系樹脂がより望ましい。
【００２９】
コア部１１のクラッド部１２に対する比屈折率差は０．００２以上、０．２以下であることが好ましく、０．０１以上、０．１５以下であることがより好ましい。
この比屈折率差が０．００２未満では、光導波路１４の開口数（ＮＡ）が小さく、入射側と光源を接合する際、接合効率が小さくなるため望ましくない。
一方、非屈折率差が０．２を超えると、光導波路１４の開口数（ＮＡ）が大き過ぎて、光の閉じ込め作用が強く、結果的には光の漏れの程度が小さくなり、光導波路１４の表面への漏光が不十分で光触媒反応を起こすことができなくなる。
【００３０】
クラッド部１２、１２内には、モード結合部１３が局所的または全域に多数設けられている。ここで、モード結合部１３が局所的に設けられているとは、モード結合部１３がクラッド部１２内に帯状、塊（島）状に局在していることを言う。
【００３１】
光導波路１４の表面１４ａの方向にほぼ均一に光を散乱（漏れ）させたい場合には、クラッド１２にモード結合部１３を均一に設けることが好ましい。
また、同様の原理で、光導波路１４の表面の局所的に漏光させたい場合には、クラッド１２にモード結合部１３を局所的に設ければよい。
【００３２】
ここで、コアとクラッドの界面にモード結合部を設けることにより漏光できる原理について説明する。
図３に示すように、この光導波路２０では、コア部２１とクラッド部２２の境界に、クラッド部２２と異なる屈折率を有するモード結合部２３が設けられている。この光導波路２０は、図１に示すような屈折率分布を有し、導波原理は全反射を利用している。なお、図３において、矢印は光の伝搬（散乱）方向を示している。
コア部２１とクラッド部２２の界面において、本来全反射されるはずの光２７がモード結合部２３に当たって、部分的に全反射の臨界角を越えた光線が生じ、クラッド部２２へ放射（散乱）されたりする。さらに、コア部２１内を伝搬してきた光線が、モード結合部２３に当たって伝搬条件が変わり、モード変換される。モードが変わった光線中、伝搬条件に合わないモード（ほとんどの高次モード）もクラッド部２２へ放射され、漏光となる。
【００３３】
クラッド部２２に散乱、放射された光は、モード結合部２３で反射しながら光導波路２０の表面（外周）に漏光し、外側の光触媒に当たって光触媒反応を生じさせる。
また、単位体積当たりのモード結合部２３の数が多くなれば、光の散乱および放射が大きくなる。
【００３４】
モード結合部１３は、クラッド部１２内に配されたクラッドと異なる屈折率を有する添加物によるものであって、かつ担持した光触媒の反応が生じる動作波長帯域の光を吸収しない、あるいはほとんど吸収しないものであることが好ましい。
【００３５】
モード結合部１３が気泡からなる場合、気泡を形成するガスとしては特に限定されないが、例えば、空気、アルゴンガス、窒素、ヘリウムなどが用いられる。
【００３６】
気泡を形成するガスの種類（添加物の屈折率）、気泡の大きさ（添加物としての粒径）、気泡の単位体積当たりの数（以下、「分布密度」と言う。）を変えることにより、光導波路１４からの光の漏れ量を調節することができる。
気泡の大きさや分布密度は特に限定されないが、基本的には、気泡の屈折率が低いほど、クラッド部１２全体の屈折率も比較的低くなり、開口数（ＮＡ）も大きくなり、光源との結合効率が良くなる。
【００３７】
また、気泡の粒径は、光触媒の反応が生じる動作波長帯域によって、最適な粒径を選択すればよい。例えば、漏光しようとした波長は紫外線で３６５ｎｍの場合には、散乱の原理によって、気泡の粒径は３０ｎｍ〜３μｍ程度でよい。
【００３８】
さらに、気泡の分布密度においても、基本的には、気泡の分布が均一かつ分布密度が小さい場合には、入射光を少量かつ徐々に漏れさせることができるため、光導波路を長尺化することができるが、単位長さ当たりの漏れ光量の割合が少ない。一方、分布が均一かつ分布密度が大きい場合には、入射光を大量に漏れさせ、単位長さ当たりの漏れ光量の割合が大きく（単位長さ当たりの光触媒反応能力が強く）なるが、光導波路を長尺化できない。したがって、気泡の分布密度は光導波路に要求される寸法や反応能力に応じて調節できるため、特に限定されない。
【００３９】
添加物としては特に限定されないが、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、あるいは、紫外波長領域でほとんど吸収が生じないアクリル樹脂やシリコン樹脂などからなる粒子が用いられる。これらの中でも、紫外線を吸収しない二酸化ケイ素、アクリル樹脂、シリコン樹脂などからなる粒子が好ましい。
【００４０】
ここで例えば、添加物として酸化ジルコニウムを用いる場合について説明する。
酸化ジルコニウムは、バンドギャップが５．０ｅＶであり、吸収スペクトルが約２４８ｎｍ以下の短波長紫外線である。また、光触媒の酸化チタン（ＴｉＯ２）は、バンドギャップが３．０ｅＶであり、吸収スペクトルが約３８５ｎｍ以下の短波長紫外線である。
そこで、クラッド部に酸化ジルコニウムが添加され、クラッド部の表面に酸化チタンからなる光触媒が担持された光導波路の端面に、光源として波長３６５ｎｍや波長３１０ｎｍ近傍の光を発する水銀（Ｈｇ）−キセノン（Ｘｅ）ランプを接続し、このランプから光導波路に光を入射した場合について考える。酸化ジルコニウムは、波長３６５ｎｍや波長３１０ｎｍ近傍の光を吸収せずに散乱するため、光導波路は、その長手方向と異なる方向に、この波長の光を漏れさせることができる。これにより、クラッド部の表面に担持された酸化チタンの光触媒機能が活性化される。
【００４１】
添加物の種類（添加物の屈折率）、粒径、分布密度を変えることにより、光導波路１４からの光の漏れ量を調節することができる。
これらのパラメータは特に限定されないが、基本的には、添加物の屈折率が低いほど、クラッド部１１全体の屈折率も比較的低くなり、開口数（ＮＡ）も大きくなり、光源との結合効率が向上する。
また、添加物の粒径は、光触媒の反応が生じる動作波長帯域によって、最適な粒径を選択すればよい。例えば、漏光しようとする光が波長３６５ｎｍの紫外線である場合には、散乱の原理によって、添加物の粒径は３０ｎｍ〜３μｍ程度でよい。
さらに、添加物の分布密度においても、基本的には、添加物の分布が均一かつ分布密度が小さい場合には、入射光を少量かつ徐々に漏れさせることができるため、光導波路を長尺化することができるが、単位長さ当たりの漏れ光量の割合が少ない。一方、分布が均一かつ分布密度が大きい場合には、入射光を大量に漏れさせ、単位長さ当たりの漏れ光量の割合が大きく（単位長さ当たりの光触媒反応能力が強く）なるが、光導波路を長尺化できない。したがって、添加物の分布密度は光導波路に要求される寸法や反応能力に応じて調節できるため、特に限定されない。
【００４２】
ここで、図４は、表面漏光光導波路の散乱体（添加物）の種類、粒径および分布密度を変化させた場合の漏れ光量の変化を示すグラフである。
なお、光導波路としては、柱状光ファイバを用いた。また、分布密度は気泡の場合、個／ｃｍ３で示し、その他の添加物の場合、樹脂乾燥後の全固形分に対する割合である。また、粒径は添加物の平均粒径である。
【００４３】
この柱状光ファイバは以下の方法で得られる。
コア材として純粋石英を用意し、クラッドは通常の紡糸機械で、通常の紡糸工程で作製できる。コア石英母材を焼結炉で溶融状態となり、下端から線引きして紡糸のパスラインを通して、ボビンまで巻き取る。その間に、２台の被覆装置があり、従来、それで２層の樹脂を被覆するが、この柱状光ファイバを作製するために、第１層目の被覆装置内に、各種添加物が均一に分散した、紫外透過型の石英より屈折率が低い、有機溶媒に溶解したフッ素系樹脂を入れ、線引きしながら石英コアの外周に添加物入りの１層目クラッドを被覆する。その後、被覆装置の架橋筒を通して、加熱により乾燥させる。得られた柱状光ファイバを、そのまま漏光ファイバとして使用してもよいが、コア材はガラスであるので、機械的強度を向上するため、その後、さらに、前記の添加物無しの紫外透過型の石英より屈折率が低い有機溶媒に溶解したフッ素樹脂を２層目の被覆装置内に入れ、紡糸しながら２層目の樹脂（クラッド）を厚くした。できたファイバの機械的強度は通常ファイバと同様レベルであった。
その後、得られた各種ファイバを紫外光源で入射して（水銀―キセノンランプ）、伝送損失をカットバック法で測定した。添加物を添加することにより、出射端の光量が徐々に小さくなり、すなわち、光を伝搬しながら徐々に漏れていることが分かった。さらに、添加物の種類、粒径および分布密度によって、漏れ光量の調節ができることが分かった。
【００４４】
光触媒膜１５をなす光触媒としては特に限定されないが、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）などが用いられる。これらの光触媒は、単体で使用してもよいが、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００４５】
上記の光触媒の中でも、高活性な光触媒として酸化チタンを使用することができる。特に、汚染物質の分解、除去を目的とする場合、アナターゼ型酸化チタンが望ましいが、用途に応じてルチル型酸化チタンを用いることもできる。
【００４６】
図２の表面漏光光導波路１０がリボン状光導波路である場合には、それを製造するには、公知の積層シートの製造方法などを適用することができる。
例えば、コア部１１をなす樹脂シートＡと、添加物が均一に添加され、樹脂シートＡよりも屈折率の低い材料からなり、クラッド部１２、１２をなす樹脂シートＢを用意する。
次いで、樹脂シートＡを、樹脂シートＢで挟み、この状態で熱を加えて加圧することにより、樹脂シートＡと樹脂シートＢが積層されてなるシート状の積層体が得られる。
【００４７】
次いで、このシート状の積層体を、所定の幅に裁断することにより、コア部１１と、コア部１１を挟むようにして積層されたクラッド部１２、１２と、添加物からなるモード結合部１３とを有するリボン状の光導波路１４が得られる。
または、厚めのコア部１１をなす樹脂シートＣと、厚めのクラッド部１２をなす樹脂シートＤとをあらかじめ重ね合わせておき、これに熱を加えて、厚みが薄くなるように延伸することにより、一度に大量のリボン状の光導波路１４を製造することができる。
【００４８】
次いで、２つのクラッド部１２、１２の表面の全域に光触媒を担持させて、光触媒膜１５を形成し、表面漏光光導波路１０を得る。また、クラッド部１２の表面に、シリコンなどの保護層を塗布してから、その上に光触媒を塗布してもよい。
光触媒を、クラッド部１２、１２の表面に担持させる方法は、特に限定されない。例えば、酸化チタンなどの光触媒の粒子を低融点ガラスなどの無機バインダーと混合して、この混合物をクラッド部１２、１２の表面に塗布し、乾燥させることにより、クラッド部１２、１２の表面に光触媒を担持させることができる。また、光触媒のクラッド部１２、１２の表面に塗布した後、クラッド部１２、１２の表面において化学反応を起こさせて、光触媒を担持させることもできる。
【００４９】
なお、この実施形態では、光導波路１４としては、光導波路が、幅広のシート状の光導波路、平板状の光導波路、または、柱状のファイバであってもよい。
【００５０】
表面漏光光導波路が柱状ファイバである場合、これを製造するには、段落［００４３］に記載した方法を適用することができる。
また、通常の紡糸方法でコア材のままで、コアよりも屈折率の低い樹脂を被覆してファイバ化し、その後必要な長さに切割して、漏光させたい部分の被覆を除去して、添加物を均一に分散させて、コアよりも屈折率の低い、有機溶媒に溶解したフッ素樹脂中に浸漬し、ディップ法でコア材にクラッドをなす樹脂を塗布して、加熱、乾燥すればよい。また、紫外線硬化型のフッ素樹脂を使用する場合には、紫外光照射によって、フッ素樹脂を硬化させればよい。
【００５１】
また、この実施形態では、モード結合部１３が、光導波路１４のクラッド部１２、１２の両方に設けられている形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、光導波路がリボン状、シート状または平板状である場合、添加物が少なくとも２つのクラッド部のいずれか一方に設けられていればよい。また、光導波路が柱状のファイバである場合、モード結合部がコアとクラッドの界面またはクラッドの全域に設けられていればよい。
【００５２】
また、この実施形態では、クラッド部１２、１２の表面に、光触媒からなる光触媒膜１５が全域に設けられている形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、光導波路がリボン状、シート状または平板状である場合、光触媒が少なくともモード結合部１３が設けられたクラッド部の表面に、局所的または全域に担持されていればよい。また、光導波路が柱状のファイバである場合、光触媒がクラッドの外周面に局所的または全域に担持されていればよい。
【００５３】
このように、表面漏光光導波路１０は、クラッド部１２、１２の表面に光触媒膜１５が設けられているから、光触媒機能を有するものである。
表面漏光光導波路１０を用いて気体や液体を浄化するには、表面漏光光導波路１０を浄化したい場所に配置し、コア部１１内に光を伝搬させる。すると、コア部１１内を伝搬する光がモード結合部１３で散乱して光導波路１４の表面から漏れ、この漏れた光によって光触媒膜１５が活性化される。そして、この光触媒膜１５に液体や気体が接触すると、この液体や気体に含まれる汚染物質（例えば、細菌、有機汚染、粉塵など）が分解、除去または殺菌されることにより、液体や気体が浄化される。したがって、光が届かない暗所においても、気体や液体に含まれる汚染物質の分解、除去または殺菌を行なうことができる。
【００５４】
また、汚染物質を分解、除去または殺菌する処理速度を高めるためには、複数の表面漏光光導波路１０を同時に用いればよい。例えば、表面漏光光導波路１０を多数収束し、これらの両端を接着、研磨してバンドル化すれば、１つの光源から全ての表面漏光光導波路１０に光を入射することができる。さらに、表面漏光光導波路１０をバンドル化すれば、表面漏光光導波路１０の配置が容易になるため、汚染物質の処理効率が向上する。
【００５５】
また、浄化したい場所と表面漏光光導波路１０とは別体の光源との距離が長い場合、表面漏光光導波路１０の一端面（図示略）に、光源からの光をコア部１１に導くための導波リード部（図示略）を設け、この導波リード部を介して、表面漏光光導波路１０と光源とを接続してもよい。この場合、導波リード部としては、光源から入射された光を漏らすことなく閉じ込めて、表面漏光光導波路１０のコア部１１に導波することができる構造のものが好ましい。すなわち、導波リード部は、上述のようなクラッド部に添加物をない光ファイバや光導波路などが好ましい。
【００５６】
なお、浄化したい場所と光源との距離が短い場合、表面漏光光導波路と光源とを直接接続してもよい。
【００５７】
図５は、本発明に係る光触媒デバイスの一実施形態を示す模式図である。
図５中、符号３０は表面漏光光導波路、３１は導波リード部、３２は光入射冶具、３３はライトガイド、３４は光源を示している。
この実施形態の光触媒デバイスは、表面漏光光導波路３０と、導波リード部３１と、光入射冶具３２と、ライトガイド３３と、光源３４とから概略構成されている。
【００５８】
この実施形態の光触媒デバイスでは、表面漏光光導波路３０の一端面に、光源３４からの光を表面漏光光導波路３０のコア部に導くための導波リード部３１が設けられている。また、導波リード部３１の表面漏光光導波路３０と接続されていない側の端面に、導波リード部３１に光源からの光を入射するための光入射冶具３２が取り付けられている。さらに、光入射冶具３２の導波リード部３１に取り付けられていない側の端面に、光源３４から延出されたライトガイド３３の一端面が接続されている。
【００５９】
表面漏光光導波路３０としては、上述のような本発明の表面漏光光導波路が用いられる。
【００６０】
導波リード部３１としては、上述のように、光源３４から出射され、光入射冶具３２およびライトガイド３３を介して入射された光を漏らすことなく閉じ込めて、表面漏光光導波路３０のコア部に導波することができる構造をなしているものが用いられる。すなわち、導波リード部３１は、例えば、表面漏光光導波路は［００４３］段落に記載された方法で製造された柱状光ファイバである場合には、同様の方法で、添加物が全く添加されていない樹脂をクラッドとして使用すれば、散乱損失やモード結合を生じることなく、伝送損失も非常に小さい光ファイバが得られる。その際、この光ファイバを必要な長さに切割して、通常のファイバ接続方法で、漏光光ファイバを接続すればよい。
また、［００５０］に記載のディップ法で、リード部として漏光部を一工程で同時に形成できる。例えば、通常、紡糸方法でコア材のみ被覆無しでファイバ化して、その後必要な長さを切割して漏光させたい部分のみを添加物入りの有機溶媒に溶解した樹脂に浸漬し、ディップ法で樹脂をクラッドとして被覆してから、加熱、乾燥する。すると、添加物入りの樹脂クラッドが形成された部分は、上述の原理で漏光部となるが、全く被覆されていない部分は空気がクラッドとなり、損失することがなく、漏光したい部分まで、光源からの入射光をほぼ１００％伝送することができる。つまり、全く被覆されていない部分は導波リード部となっている。
【００６１】
光入射冶具３２の材料については、特に限定することなく、金属（例えば、アルミニウム、真鍮など）、ポリ四フッ化エチレンなどの樹脂などいかなるものでも使用することができる。また、形状についても特に限定されることなく、チューブ状、ボックス状いかなる形状でもよい。
【００６２】
ライトガイド３３においては、使用しなくてもよいが、表面漏光光導波路あるいは、導波リード部３１のサイズに合わせるために、光源３４から出射する光のビームを絞るために、通常の大口径伝送用ファイバや、レンズなどが用いられる。
【００６３】
光源３４としては、例えば、通常の高圧水銀−キセノンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などが用いられる。また、可視光よって活性化する光触媒（可視光活性型の光触媒）を担持させた表面漏光光導波路３０を用いた場合、光源３４としては、各種可視光源（室内灯など）を用いることもできる。さらに、光源３４の代わりに光源として太陽光を利用してもよい。
【００６４】
なお、この実施形態では、表面漏光光導波路３０の一端面に導波リード部３１を設けた形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、浄化したい場所と光源との距離が短い場合、導波リード部を設けずに、光入射冶具と表面漏光光導波路とを直接接続した形態としてもよい。
【００６５】
この光触媒デバイスを用いて気体や液体を浄化するには、表面漏光光導波路３０を浄化したい場所に配置し、光源３４から発せられた光を表面漏光光導波路３０に入射し、この中を伝搬させる。すると、表面漏光光導波路３０内を伝搬する光が、表面漏光光導波路３０のクラッド部内に配された添加物によって、散乱または放射された光（漏光）、この漏光によって光触媒が活性化して、光触媒作用を示す。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
コア材を純粋石英として、クラッドは通常の紡糸機械で、通常の紡糸工程で製造する。
コア石英母材を焼結炉で溶融状態として、下端から線引きして紡糸のパスラインまで巻き取る。その間に、２台の被覆装置がある。従来、これで２層の樹脂を被覆するが、この漏光ファイバを作製するために、第１層目の被覆装置内にＳｉＯ２添加物（平均粒径３００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度５ｗｔ％）を、均一に分散させた、紫外透過型の石英より屈折率が低い酢酸エチルに溶解したフッ素樹脂（屈折率１．３７）を入れ、線引きしながらコアの外周に添加物入りの１層目のクラッドを被覆する。その後、被覆装置の架橋筒を通して、架橋、加熱により乾燥させる。そのままファイバとして使用してもよいが、コア材はガラスであるので、機械的強度を向上させるために、その後、さらに前記の添加物無しの紫外透過型の石英より屈折率が低い酢酸エチルに溶解したフッ素樹脂を２層目の被覆装置に入れ、紡糸しながら２層目のクラッドを厚くした。得られたファイバの機械的強度は通常ファイバと同程度であった。このファイバの特性を表１に示す。
【００６８】
その後、このファイバを切断し、長さ２．５ｍのものを５０本用意した。次いで、片側を収束し、この部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。
【００６９】
次いで、バンドル化したファイバの外周面に、市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーが塗布されたファイバを乾燥した後、乾燥して、ファイバの外周面が光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光導波路を得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。得られた表面漏光光導波路の特性も表１に示す。
【００７０】
【表１】
2005208262.tif 000003
【００７１】
この表面漏光光導波路を用いて、メチレンブルーの分解実験を行った。
図６は、メチレンブルーの分解実験装置を示す模式図である。
【００７２】
完全に遮光された容器５１の内に、メチレンブルー濃度を１０マイクロモル／リットル程度に調整したメチレンブルー溶液５２を２リットル注入した。容器５１のほぼ中央部には、酸化チタン膜で被覆されたファイバを５０本束ねてバンドル化した表面漏光光導波路４０を配置した。表面漏光光導波路４０の一端面に接続して導波リード部４１を設け、容器５１に設けられた挿通孔（図示略）から、導波リード部４１を容器５１の外に導き出した。導波リード部４１の表面漏光光導波路４０と接続されていない側の端面に光入射冶具４２を取り付けた。光入射冶具４２の導波リード部４１に取り付けられていない側の端面に、波長３６５ｎｍの紫外光源４４から延出されたライトガイド４３の一端面を接続した。
紫外光源４４としては、水銀―キセンノンランプ（照度２０００ｍＷ／ｃｍ２）を用いた。
所定時間毎に、容器５１内のメチレンブルー溶液５２の分光透光度を測定し、メチレンブルーの分解の進捗度を調べた。この実験結果を図７に示す。
【００７３】
分光透光度の測定結果において、溶液透過率（％）が高い程、メチレンブルー溶液５２におけるメチレンブルー濃度が低いことを示している。したがって、図７の結果から、時間の経過に伴って溶液透過率（％）が増大しているので、メチレンブルーの分解が進行していることが確認された。
【００７４】
（実施例２）
実施例１と同様にして、外径２５０μｍのアクリル添加物（平均粒径３００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度０．５ｗｔ％）添加の表面漏光光ファイバを作製した。その後、この表面漏光光ファイバを切断して、長さ２．５ｍのものを５０本用意した。次いで、片側を収束し、この部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。
【００７５】
次いで、それぞれの光ファイバの外周面に市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーが塗布された光ファイバを乾燥して、光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光導波路を得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。得られた表面漏光光導波路の特性も表２に示す。
【００７６】
【表２】
2005208262.tif 000004
【００７７】
この表面漏光光導波路を用いて、実施例１と同様にして、メチレンブルーの分解実験を行った。この実験結果を図８に示す。
図８の結果から、時間の経過に伴って溶液透過率（％）が増大しているので、メチレンブルーの分解が進行していることが確認された。
【００７８】
（実施例３）
実施例１と同様にして、外径２５０μｍのアクリル添加物（平均粒径１００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度０．３ｗｔ％）添加の表面漏光光ファイバを作製した。その後、この表面漏光光ファイバを切断して、長さ２．５ｍのものを５０本用意した。次いで、片側を収束し、この部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。
【００７９】
次いで、それぞれの光ファイバの外周面に市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーが塗布された光ファイバを乾燥して、光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光導波路を得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。得られた表面漏光光導波路の特性も表３に示す。
【００８０】
【表３】
2005208262.tif 000005
【００８１】
この表面漏光光導波路を用いて、実施例１と同様にして、メチレンブルーの分解実験を行った。この実験結果を図９に示す。
図９の結果から、時間の経過に伴って溶液透過率（％）が増大しているので、メチレンブルーの分解が進行していることが確認された。
【００８２】
（実施例４）
市販のアクリルファイバを用いて、長さ３ｍのものを、５０本用意した。その後、片側の０．５ｍを導波リード部として、収束し、固定した。また、これらのファイバの２．５ｍ分を、ＳｉＯ２添加物（平均粒径３００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度５ｗｔ％）を、均一に分散させた、紫外透過型のアクリルより屈折率が低い酢酸エチルに溶解したフッ素樹脂（屈折率１．３７）を入れ、ディップ法で樹脂をクラッドとしてコートさせてから、加熱、乾燥した。次いで、片側を収束した部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。
【００８３】
次いで、それぞれの光ファイバの添加物入りフッ素樹脂外周面に市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーが塗布された光ファイバを乾燥して、光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光導波路を得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。得られた表面漏光光導波路の特性も表４に示す。
【００８４】
【表４】
2005208262.tif 000006
【００８５】
この表面漏光光導波路を用いて、紫外光源として、高圧水銀−キセノンランプ（照度３５００ｍＷ／ｃｍ２、主波長３６０ｎｍおよび３１０ｎｍ）を用いた以外は実施例１と同様にして、メチレンブルーの分解実験を行った。この実験結果を図１０に示す。
図１０の結果から、時間の経過に伴って溶液透過率（％）が増大しているので、メチレンブルーの分解が進行していることが確認された。
【００８６】
（実施例５）
実施例２と同様にして、外径２５０μｍのアクリル添加物（平均粒径１００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度０．３ｗｔ％）添加の表面漏光光ファイバを作製した。その後、この表面漏光光ファイバを切断して、長さ２．５ｍのものを１００本用意した。次いで、片側を収束した部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。次いで、それぞれの光ファイバの外周面に市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーが塗布された光ファイバを乾燥して、光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光導波路を得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。
【００８７】
得られたバンドルファイバを用いて、図１１に示すような光触媒モジュールを作製した。図１１中、６１は電源、６２は実施例１と同様の紫外光源、６３はフレキシブルチューブ、６４は光触媒コートファイバ、６５はファイババンドル、６６はポリ四フッ化エチレン製のチューブ、６７は被分解ガス（ここではアセトアルデヒド）の入口、６８はを被分解ガスの出口をそれぞれ示す。
【００８８】
次いで、完全に密閉かつ遮光状態で、アセトアルデヒドの分解実験を行った。初期濃度１００ｐｐｍのアセトアルデヒドを、容積２リットル、流量２０ｃｃ／ｍｉｎで、入口６６と出口６７から循環させ、経過時間毎にアセトアルデヒドの濃度をガスクロマトグラフィで測定した。この実験結果を図１２に示す。
図１２の結果から、時間の経過に伴って残留アセトアルデヒドの濃度が低下しているので、分解が進行していることが確認された。
【００８９】
（実施例６）
実施例５と同様にして、外径２５０μｍのアクリル添加物（平均粒径１００ｎｍ、樹脂固形分の相対濃度０．３ｗｔ％）添加の表面漏光光ファイバを作製した。その後、この表面漏光光ファイバを切断して、長さ２．５ｍのものを５０本用意した。次いで、片側を収束した部分を接着剤で接着した後、研磨してバンドル化した。
【００９０】
次いで、得られたバンドルファイバを用いて、図１３に示すようなシート型の光触媒デバイスを作製した。図１３中、７１は実施例１と同様の紫外光源、７２はファイバ、７３は透明樹脂シート、７４は光触媒膜をそれぞれ示す。
次いで、透明樹脂シートの表面に市販の光触媒用途の酸化チタンスラリーを塗布した。この酸化チタンスラリーを乾燥した後、焼結して、光触媒活性を有する酸化チタン膜で被覆された表面漏光光触媒デバイスを得た。得られた酸化チタン膜の厚みは約１μｍであった。
【００９１】
次いで、完全に密閉かつ遮光状態の容積が２リットルの容器内にこの表面漏光光触媒デバイスを配置し、アセトアルデヒドの分解実験を行った。初期濃度１００ｐｐｍのアセトアルデヒドを、容器内に入れ、経過時間毎にアセトアルデヒドの濃度をガスクロマトグラフィで測定した。この実験結果を図１４に示す。
図１４の結果から、時間の経過に伴って容器内の残留アセトアルデヒドの濃度が低下しているので、分解が進行していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の表面漏光光導波路は、可視光など、紫外域外の光を用いた光触媒デバイスにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】光ファイバにおける屈折率分布を示す図である。
【図２】本発明に係る表面漏光光導波路の一実施形態の断面を示す模式図である。
【図３】本発明に係る表面漏光光導波路において、導波原理を示す断面模式図である。
【図４】表面漏光光導波路における添加物の大きさや分布密度を変化させた場合の漏れ光量を測定した結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る光触媒デバイスの一実施形態を示す模式図である。
【図６】メチレンブルーの分解実験装置を示す模式図である。
【図７】実施例１におけるメチレンブルー溶液の分光透光度測定の結果を示すグラフである。
【図８】実施例２におけるメチレンブルー溶液の分光透光度測定の結果を示すグラフである。
【図９】実施例３におけるメチレンブルー溶液の分光透光度測定の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例４におけるメチレンブルー溶液の分光透光度測定の結果を示すグラフである。
【図１１】アセトアルデヒドの分解実験装置を示す模式図である。
【図１２】実施例５におけるアセトアルデヒドの分解実験の結果を示すグラフである。
【図１３】アセトアルデヒドの分解実験装置を示す模式図である。
【図１４】実施例６におけるアセトアルデヒドの分解実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
１０，２０，３０，４０・・・表面漏光光導波路、１１，２１・・・コア部、１２，２２・・・クラッド部、１３・・・モード結合部、１４・・・光導波路、１５，７４・・・光触媒膜、３１，４１・・・導波リード部、３２，４２・・・光入射冶具、２３・・・添加物、３３，４３・・・ライトガイド、３４・・・光源、４４，６２，７１・・・紫外光源、５１・・・容器、５２・・・メチレンブルー溶液、６１・・・電源、６３・・・フレキシブルチューブ、６４・・・光触媒コートファイバ、６５・・・ファイババンドル、６６・・・チューブ、６７・・・入口、６８・・・出口、７２・・・ファイバ、７３・・・透明樹脂シート。
【図１】
2005208262.tif 000007
【図２】
2005208262.tif 000008
【図３】
2005208262.tif 000009
【図４】
2005208262.tif 000010
【図５】
2005208262.tif 000011
【図６】
2005208262.tif 000012
【図７】
2005208262.tif 000013
【図８】
2005208262.tif 000014
【図９】
2005208262.tif 000015
【図１０】
2005208262.tif 000016
【図１１】
2005208262.tif 000017
【図１２】
2005208262.tif 000018
【図１３】
2005208262.tif 000019
【図１４】
2005208262.tif 000020