(57)【要約】【課題】紫外光および可視光に対して十分な分解活性を得ることができる光触媒膜を備えた光触媒体を提供する。【解決手段】蛍光ランプＦＬは、蛍光ランプ本体Ｌと光触媒膜ＬＣとから構成されている。光触媒膜ＦＣは、膜厚が約０．３〜４．０μｍとなるように形成されており、光触媒膜ＬＣは、可視光型光触媒微粒子２１と結着剤２２とから構成されている。可視光型光触媒微粒子２１には窒素置換処理等の可視光化処理が施されており、また可視光型光触媒微粒子２１の平均粒径は約５〜２０ｎｍとなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と；
前記基体上に形成され、可視光化処理が施された平均粒径が５〜２０ｎｍの可視光型光触媒微粒子から構成され、０．３〜４．０μｍの膜厚を有する光触媒膜と；
を具備することを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
前記可視光型光触媒微粒子は、アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンの少なくとも一方、または前記アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンの少なくとも一方を主成分とし、かつ白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケル、パラジウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステン、及びＩＴＯの少なくともいずれかが前記酸化チタンに添着または混合されたものであることを特徴とする請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
前記光触媒膜は、波長３６０ｎｍの紫外光透過率が２０〜５０％であり、波長４００ｎｍの可視光透過率が４０〜８０％であり、波長４５０ｎｍの可視光透過率が８０〜９５％であることを特徴とする請求項１または２記載の光触媒体。
【請求項４】
前記基体は、蛍光ランプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光触媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光および可視光に対して分解活性を示す光触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒膜を備えた蛍光ランプは、従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来のこの種蛍光ランプに用いられている光触媒膜は、紫外光で分解活性を示す光触媒体（以下、「紫外光型光触媒体」という。）を用いている。紫外光型光触媒体としては、主としてアナターゼ型酸化チタンからなる構成が実用に供されている。
【０００３】
しかし、従来の紫外光型光触媒体を用いて形成した光触媒膜を備えた蛍光ランプでは、得られる分解活性が期待されるほどには充分でなかった。これは蛍光ランプから外部へ放射される活性化に有効な波長の紫外光が微量であるとともに、紫外光を光触媒の活性化のために有効に利用できなかったからである。
【０００４】
一方、近時紫外光および可視光で分解活性を示す光触媒体（以下、「可視光型光触媒体」という。）が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。可視光型光触媒体は、ルチル型酸化チタンを好適とする光触媒微粒子の表面にＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、ＲｈおよびＡｇの少なくとも一種からなる金属超微粒子を担持させた構成である。また、酸化チタンに格子欠陥を形成した構成などの可視光で分解活性を示す光触媒体も知られている。また、上記と同様の光で分解活性を示すさらに他の構成として、高周波スパッタ法を用いることで、ルチル型およびアナターゼ型の酸化チタン結晶を有する連続薄膜を形成した光触媒材料も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−０７２２４１号公報
【特許文献２】特開平１１−０４７６１１号公報
【特許文献３】特開２００１−０６２３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可視光型光触媒微粒子を用いて光触媒膜を形成することは、特に蛍光ランプや照明器具などの照明製品用として分解活性の強い光触媒膜が得られると期待される。そこで、本発明者は、可視光型光触媒微粒子を用いて蛍光ランプに光触媒膜を形成してみた。ところが、期待した程度までの効果が得られなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、紫外光および可視光に対して十分な分解活性を得ることができる光触媒膜を備えた光触媒体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】
請求項１記載の光触媒体は、基体と；前記基体上に形成され、可視光化処理が施された平均粒径が５〜２０ｎｍの可視光型光触媒微粒子から構成され、０．３〜４．０μｍの膜厚を有する光触媒膜と；を具備することを特徴としている。
【０００８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００９】
基体は、板状、球状、線状、繊維状など表面を有しているものであればよい。また、基体は、光触媒膜が形成可能な固体であればよく、ガラス、セラミックス、金属などが好適例として挙げられる。
【００１０】
基体としては、例えば、照明製品などの電気製品、窓ガラス、窓枠、タイルなどの建材、脱臭器、衛生製品、車両、家具などが挙げられるが、これらに限定されない。また、上記「照明製品」とは、少なくとも光源および照明器具ならびにこれら物品の構成部品のうち光触媒膜に対する基体（担持体）になり得るとともに、光源から発生する光が照射され得る位置関係において使用される部材を包含する意味である。光源としては、例えば蛍光ランプ、高圧放電ランプおよびハロゲン電球などであり、光触媒膜は、光源から発生する光が照射される関係にある部材、例えばバルブなどの主として外面に形成される。照明器具としては、例えば屋内用照明器具、屋外用照明器具、標識灯、表示灯および看板灯などであり、光触媒膜は、光源から発生する光が照射される関係にある構成部品、例えばセード、グローブ、投光窓、反射板などである。
【００１１】
光触媒膜を構成する可視光型光触媒微粒子は、主として波長４００ｎｍ以上の可視光および波長３８０ｎｍ以下の紫外光により活性化される。可視光型光触媒微粒子は、光触媒作用を有する金属酸化物からなる。このような金属酸化物としては、ＴｉＯ２、ＷＯ３、ＣｄＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｃｕ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＲｕＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ３、ＮｉＯ、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｋ４ＮｂＯ１７などの一種または複数種を混合して用いることができる。これらの中でも、生成される電子−正孔密度やスーパーオキサイドアニオン、水酸ラジカル密度および材質としての耐腐食性、安全性などの観点から、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３およびＫ４ＮｂＯ１７が好適である。しかし、最も光触媒作用が優れているとともに、工業的規模で入手可能であって、しかも、化学的に安定していて、安価に得ることができることから、酸化チタンが最適である。
【００１２】
可視光型光触媒微粒子には、可視光化処理が施されている。「可視光化処理」とは、可視光型光触媒微粒子が可視光で分解活性を示すようにバンドギャップエネルギーを低下させる処理を意味する。例えば、酸化チタンには、結晶構造の違いからアナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型が存在する。アナタ−ゼ型およびブルッカイト型の酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが約３．２０ｅＶであり、これを波長に換算すると３８８ｎｍになる。ここで、このアナターゼ型およびブルッカイト型の酸化チタンに可視光化処理を施すと、バンドギャップエネルギーが約２．８〜３．０ｅＶまで低下させることができる。これを波長に換算すると約４１３〜４４３ｎｍとなるので、可視光で分解活性を示すようになる。
【００１３】
可視光化処理としては、例えば、窒素置換処理、硫黄置換処理、および酸素欠陥形成処理等が挙げられるが、安定性の点から窒素置換処理および硫黄置換処理が好ましい。なお、可視光型光触媒微粒子に可視光化処理が施されているか否かは、波長４００ｎｍ以上の可視光における透過率を測定することにより判別することができる。
【００１４】
可視光型光触媒微粒子の平均粒径は、５〜２０ｎｍとなっている。平均粒径が５〜２０ｎｍとしたのは、平均粒径が５ｎｍ未満であると製造が困難になるからであり、平均粒径が２０ｎｍを超えると表面積が小さくなるため十分な分解活性が得られなくなるからである。
【００１５】
光触媒膜の膜厚は、０．３〜４．０μｍとなっている。膜厚を０．３〜４．０μｍとしたのは、膜厚が０．３μｍ未満であると十分な分解活性が得られなくなるからであり、膜厚が４．０μｍを超えると十分な機械的強度、光透過率、および分解活性が得られなくなるからである。膜厚は、０．３〜２．０μｍが好ましく、０．３〜１．０μｍがより好ましい。
【００１６】
光触媒膜には、可視光型光触媒微粒子の微粒子相互間を結着して光触媒膜の機械的強度を高めるために、適当な結着剤が適量混合されていることを許容する。結着剤としては、例えばシリコーン樹脂、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの一種または複数種を使用することができる。これらの物質は、可視光型光触媒微粒子の微粒子相互間を良好に結着するが、紫外光および可視光に対する透過率が高いので、光触媒膜の分解活性を阻害しにくい。
【００１７】
結着剤の量は、多すぎると光触媒微粒子が結着剤中に埋設されて光触媒作用を発揮しにくくなるし、また少なすぎると、所要の結着力が得られなくなるので、適量でなければならない。結着剤の混合割合は、可視光型光触媒微粒子に対して質量比で１〜３０％の範囲が適量であり、より一層好適には７〜１５％である。
【００１８】
結着剤は、溶融し固化して光触媒微粒子および照明製品などの担持体の間を結着する態様であってもよいし、超微粒子状態でファンデルワールス力により結着する態様であってもよい。
【００１９】
そうして、上記のように結着剤が混合していることにより、膜厚０．３〜４．０μｍで、強い分解活性を維持しながら機械的強度の強い光触媒膜を形成することができる。
【００２０】
光触媒膜は、既知の各種製膜方法、例えばスプレー法、ディップ法、刷毛塗り法または静電吸着法などによる被着法を用いて、常温、低温加熱または高温加熱焼成により被着させることができる。
【００２１】
請求項１記載の光触媒体によれば、紫外光および可視光に対して十分な分解活性を得ることができる。また、本発明の光触媒体は、有機ガスの分解だけでなく、防汚に対しても効果がある。特に光触媒膜の表面の凹凸が細かいので、汚れ粒子が付着しにくいという作用があり、これが防汚効果に寄与する。
【００２２】
請求項２記載の光触媒体は、請求項１記載の光触媒体であって、前記可視光型光触媒微粒子が、アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンの少なくとも一方、または前記アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンの少なくとも一方を主成分とし、かつ白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケル、パラジウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステン、及びＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）の少なくともいずれかが前記酸化チタンに添着または混合されたものであることを特徴としている。本発明は、可視光型光触媒体の微粒子の好適な構成を規定している。なお、「前記酸化チタン」とは、アナタ−ゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンの少なくとも一方を意味する。
【００２３】
酸化チタンに上記金属や金属酸化物を添着または混合した場合には、金属や金属酸化物の表面に電子が出現し、酸化チタンの表面に正孔が出現する。一方、酸化チタンに金属や金属酸化物を添着または混合しない場合には、酸化チタンの表面に電子および正孔が出現する。ここで、酸化チタンに上記金属や金属酸化物を添着または混合した場合の方が、酸化チタンに金属や金属酸化物を添着または混合しない場合よりも電子と正孔とが再結合し難い。これにより、酸化チタンに上記金属や金属酸化物を添着または混合した場合には、電子と正孔とをより長い時間存在させることができ、分解活性を高めることができる。
【００２４】
請求項３記載の光触媒体は、請求項１又は２記載の光触媒体であって、前記光触媒膜が、波長３６０ｎｍの紫外光透過率が２０〜５０％であり、波長４００ｎｍの可視光透過率が４０〜８０％であり、波長４５０ｎｍの可視光透過率が８０〜９５％であることを特徴としている。
【００２５】
請求項４記載の光触媒体は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光触媒体であって、基体が蛍光ランプであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光触媒体によれば、紫外光および可視光に対して十分な分解活性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る蛍光ランプを模式的に示した切欠断面を含んだ正面図であり、図２は本実施の形態に係る光触媒膜の模式的な断面図である。図１において、蛍光ランプＦＬ（光触媒体）は、蛍光ランプ本体Ｌ（基体）と蛍光ランプ本体Ｌの表面に形成された光触媒膜ＬＣとから構成されている。
【００２８】
蛍光ランプ本体Ｌは、透光性放電容器１１、蛍光体層１２、一対の電極１３，１３、図示されない放電媒体および口金１４からなる。
【００２９】
透光性放電容器１１は、細長いガラスバルブ１１ａおよび一対のフレアステム１１ｂによって構成されている。ガラスバルブ１１ａは、ソーダライムガラスからなる。フレアステム１１ｂは、排気管、フレア、内部導入線および外部導入線を備えている。排気管は、透光性放電容器１１の内外を連通して、透光性放電容器１１の内部を排気し、かつ、放電媒体を封入するのに用いられる。そして、排気管は、放電媒体を封入した後に封止切られる。フレアは、ガラスバルブ１１ａの両端に封着されて透光性放電容器１を形成している。内部導入線は、基端がフレアステム１１ｂの内部に気密に埋設され、かつ、外部導入線に接続している。外部導入線は、先端がフレアステム１１ｂに埋設され、基端が透光性放電容器１１の外部へ導出されている。
【００３０】
蛍光体層１２は、３波長発光形蛍光体からなり、透光性放電容器１１の内面に形成されている。３波長発光形蛍光体は、青色発光用がＢａＭｇＡｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、緑色発光用がＬａＰＯ４：Ｃｅ、Ｔｂ、赤色発光用がＹ２Ｏ３：Ｅｕである。
【００３１】
一対の電極１３，１３は、透光性放電容器１１の両端内部において、離間対向する一対の内部導入線の先端部間に継線されている。また、電極１３は、タングステンのコイルフィラメントおよびコイルフィラメントに被着させた電子放射性物質からなる。
【００３２】
放電媒体は、水銀およびアルゴンからなり、透光性放電容器１１の内部に封入されている。水銀は、その適量が排気管を経由して滴下される。アルゴンは、約３００Ｐａ封入されている。
【００３３】
口金１４は、口金本体１４ａおよび一対の口金ピン１４ｂ，１４ｂからなる。口金本体１４ａは、キャップ状をなしていて、透光性放電容器１１の両端部に接着されている。一対の口金ピン１４ｂ，１４ｂは、口金本体１４ａに互いに絶縁関係に支持されているとともに、それぞれ外部導入線に接続している。
【００３４】
光触媒膜ＬＣは、膜厚が約０．３〜４．０μｍとなるように形成されている。光触媒膜ＬＣは、図２に示すように、可視光型光触媒微粒子２１と結着剤２２とから形成されている。
【００３５】
可視光型光触媒微粒子２１には、窒素置換処理等の可視光化処理が施されている。これにより、可視光型光触媒微粒子２１は、主として波長３８０ｎｍ以下の紫外光および主として波長４００ｎｍ以上の可視光を吸収して、分解活性を示すようになる。なお、可視光型光触媒微粒子２１が波長３８０ｎｍ以下の紫外光および波長４００ｎｍ以上の可視光を吸収するので、光触媒膜ＬＣは、例えば波長３６０ｎｍの紫外光で２０〜５０％、波長４００ｎｍの可視光で４０〜８０％、波長４５０ｎｍの可視光で８０〜９５％の光透過率を示すようになる。
【００３６】
可視光型光触媒微粒子２１は、平均粒径が５〜２０ｎｍとなっている。本実施の形態では、可視光型光触媒微粒子２１は、アナターゼ型酸化チタン微粒子２１ａとアナターゼ型酸化チタン微粒子２１ａの表面に添着されたＰｔ微粒子２１ｂとから構成されている。
【００３７】
結着剤２２は、溶融し、固化したＳｉＯ２からなる。結着剤２２の可視光型光触媒微粒子２１に対する混合比率は、質量比で１０％であって、可視光型光触媒微粒子２１の各微粒子間ならびに光触媒膜ＬＣと透光性放電容器１１の間を相互に結着している。
【００３８】
本実施の形態では、可視光化処理が施された平均粒径が５〜２０ｎｍの可視光型光触媒微粒子２１を含み、０．３〜４．０μｍの膜厚を有する光触媒膜ＬＣを蛍光ランプ本体Ｌの表面に形成しているので、紫外光および可視光に対して強い分解活性を得ることができる。
【００３９】
本実施の形態では、可視光型光触媒微粒子２１をアナターゼ型酸化チタン微粒子２１ａとアナターゼ型酸化チタン微粒子２１ａの表面に添着されたＰｔ微粒子２１ｂとから構成しているので、より長い時間電子と正孔とを存在させることができ、分解活性を高めることができる。
【００４０】
以下、実施例１について説明する。本実施例では、光触媒膜の膜厚と光触媒膜の光透過率との関係を調べた。測定条件について説明する。本実施例では上記実施の形態で説明した光触媒膜が形成された蛍光ランプを使用した。蛍光ランプは２０Ｗ型３波長型の蛍光ランプであった。蛍光ランプを点灯させて、波長３６０ｎｍの紫外光における光触媒膜の光透過率を測定した。
【００４１】
測定結果について説明する。図３は本実施例に係る光透過率を測定して得たデータに基づいて作成したグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は光触媒膜の膜厚を示しており、縦軸は光触媒膜の光透過率を示している。
【００４２】
図３のグラフから分かるように光触媒膜の膜厚が約０．３〜４．０μｍの場合に高い光透過率が得られた。また、膜厚が約０．３〜２．０μｍの場合により高い透過率が得られ、膜厚が約０．３〜１．０μｍの場合にさらに高い透過率が得られた。なお、本実施例では紫外光を使用して光触媒膜の光透過率を測定しているが、可視光を使用した場合であっても同様の結果が得られるものと考えられる。
【００４３】
以下、実施例２について説明する。本実施例では、光触媒膜の膜厚とガス分解活性指数との関係を調べた。実験条件について説明する。図４は本実施例に係る蛍光ランプのガス分解効果を測定するための設備を示す概念図である。図４に示されるようにガス分解効果を測定する設備は、内容積１ｍ３のステンレス鋼製の密閉槽３１内に、ファン３２、ガス源３３およびヒータ３４が配設され、さらに密閉槽３１内の気体を監視するマルチガスモニタ３５が設備されている。ファン３２は密閉槽２１内の気体を循環させるものであり、ガス源３３はホルムアルデヒドガスを供給するものである。ヒータ３４はガス源３３を加熱してホルムアルデヒドガスを発生させるものであり、マルチガスモニタ３５は密閉槽３１内のホルムアルデヒドガス濃度を測定するものである。
【００４４】
密閉槽３１内の天井部分に、上記実施の形態で説明した蛍光ランプＦＬを４本設置し、密閉槽３１内にＫｒを混合したＮ２ガスを充満させた状態で、ヒータ３４によりガス源３３からホルムアルデヒドガス２ｐｐｍを発生させ、ファン３２で槽内の気体を循環させながら３時間後の減衰傾きを測定した。
【００４５】
測定結果について述べる。図５は本実施例に係るガス分解活性指数を測定して得たデータに基づいて作成したグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は光触媒膜の膜厚を示しており、縦軸はガス分解活性指数であってホルムアルデヒドガス２ｐｐｍを導入して、３時間後の減衰傾きを相対値で示している。
【００４６】
図５のグラフから分かるように光触媒膜の膜厚が約０．３〜４．０μｍの場合に高い光透過率が得られた。ここで、光触媒膜の膜厚が２．０μｍを超えると分解活性が低下しているが、これは以下の理由からであると考えられる。即ち、分解反応は光触媒膜の表面付近で起こるため、光触媒膜の表面付近まで紫外光および可視光が到達しなければならない。しかしながら、光触媒膜の膜厚が２．０μｍを超えると、光触媒膜の表面に到達する前に紫外光および可視光が光触媒膜に吸収されてしまう。このため、光触媒膜の表面付近に到達する紫外光および可視光が少なくなり、分解活性が低下してしまうものと考えられる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。上記実施の形態では、アナターゼ型酸化チタン微粒子２１ａの表面にＰｔ微粒子２１ｂを添着しているが、Ｐｔ微粒子２１ｂを添着させなくともよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は実施の形態に係る蛍光ランプを模式的に示した切欠断面を含んだ正面図である。
【図２】図２は実施の形態に係る光触媒膜の模式的な断面図である。
【図３】図３は実施例１に係る光透過率を測定して得たデータに基づいて作成したグラフである。
【図４】図４は実施例２に係る蛍光ランプのガス分解効果を測定するための設備を示す概念図である。
【図５】図５は実施例２に係るガス分解活性指数を測定して得たデータに基づいて作成したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
ＦＬ…蛍光ランプ、Ｆ…蛍光ランプ本体、ＦＣ…光触媒膜、２１…可視光型光触媒微粒子、２１ａ…アナターゼ型酸化チタン微粒子、２１ｂ…Ｐｔ微粒子。
【図１】
2005131604.tif 000003
【図２】
2005131604.tif 000004
【図３】
2005131604.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005131604.tif 000007