(57)【要約】【課題】  少なくとも一部に直管状部を有する透光性バルブを備えたランプの光触媒性能をスピントラップ剤を用い容易に測定することができる器具および評価方法を提供するものである。【解決手段】  直管状部を有する透光性バルブ６１の光触媒膜が形成されたバルブ６１外周面に装着されるパッキン３を有する一対のリング状のホルダ４，４と、バルブ６１に遊嵌した状態で上記パッキン３，３により挟圧されてバルブ６１に液密固定され、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口２１を有する外筒２とを備えている光触媒膜の性能評価用器具１および性能評価方法である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管状部を有する透光性バルブの光触媒膜が形成されたバルブ外周面に装着されるパッキンを有する一対のリング状のホルダと；
バルブに遊嵌した状態で上記パッキンにより挟圧されてバルブに液密固定され、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口を有する外筒と；
を具備していることを特徴とする光触媒膜の性能評価用器具。
【請求項２】
外筒に遮光体が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光触媒膜の性能評価用器具。
【請求項３】
少なくとも一部に光触媒膜が形成された 直管状部を有する透光性バルブを備えたランプのバルブに、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口を有する外筒を遊嵌させるとともにこの外筒の両端をパッキンを有するリング状のホルダを介しバルブに気密固定させる工程と；
上記ランプのバルブに固定された外筒の出入口からスピントラップ剤を注入する工程と；
上記ランプに通電して所定時間点灯する工程と；
上記ランプのバルブに固定された外筒の出入口からスピントラップ剤の少なくとも一部を抽出する工程と；
抽出したスピントラップ剤をスピントラップ法により計測する工程と；
からなることを特徴とする光触媒膜の性能評価方法。
【請求項４】
スピントラップ剤が、水溶性の液体または固体であることを特徴とする請求項３記載の光触媒膜の性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性のバルブを有するランプの外表面に形成された光触媒膜の性能を評価する器具およびその評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒の作用原理は、光が照射された光触媒膜面で活性酸素が発生し、光触媒膜面に吸着された有機物が活性酸素によって分解されるというものである。この作用原理を利用して、ホルムアルデヒドなどの室内汚染物質や酢酸、プロピオン酸、アンモニアおよびアセトアルデヒドなどの悪臭物質あるいはたばこの煙に含まれる汚染物質などを分解させたり、抗菌機能を付加させたりし光触媒膜付の製品が開発されてきている。
【０００３】
上記光触媒の作用およびその性能評価方法についてさらに詳述する。光触媒にそのバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光を照射すると、価電子帯の電子は光励起により伝導帯に遷る。そのとき、価電子帯では電子が抜けた正孔（ｈ＋）が生じ、伝導帯には電子（ｅ−）が生じる。光触媒作用はこれら正孔あるいは電子が表面に吸着した化合物と作用して、反応を進めさせるものである。よって、反応速度は表面の単位面積当りに存在する正孔あるいは電子の量に存在している。
【０００４】
そして、光触媒の性能評価は、この正孔の変化量を計測することにより行われていた。すなわち、被膜表面に局在した正孔あるいは電子はその表面上の空間に電場を形成するので、この空間の電場を測定することで局在キャリア量が分かる。また、不活性ガスを吹き付けて測定することで表面に移動してきた正孔や電子などのキャリアを消費せずに生成したキャリア量が分かる。これに対し、水蒸気や反応性化学物質が存在するガスを吹き付けて同様の測定を行い、これら二つの表面電位の変化を比較することで、表面で消費されるキャリア量の測定が可能となって光触媒の性能評価を行うことができる。（特許文献１）
【特許文献１】特開平１１−２５８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の測定方法は、キャリアである正孔（ｈ＋）や電子（ｅ−）の測定に限定される。光触媒は大気中で用いられることが多く、大気下では空気中に存在する酸素へ伝導帯の電子が移動しスーパーオキサイドラジカル（Ｏ２−・）が生成することや触媒表面の表面水酸基あるいは吸着水が、価電子帯の正孔によって酸化されヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成し、これが溶液中や大気中に放出した化合物を酸化分解して精度の高い性能評価ができないということがある。
【０００６】
これらラジカル種を測定する方法として、ＥＳＲスピントラップ法が近年注目を集めている。上記ＥＳＲスピントラップ法とは、電子スピン共鳴でありラジカルを測定するのに有効な測定方法であるが、ヒドロキシルラジカルのようなフリーラジカルを直接測定することは困難であり、そこで、スピントラップ法と組み合わせることでこれを容易にすることができた。
【０００７】
スピントラップ法はＤＭＰＯ（５．５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ）のようなスピントラップ剤を用いてヒドリキシラジカルを捕捉し、安定なスピンアダクトＤＭＰＯ−ＯＨ・を形成して測定する方法である。
【０００８】
ＤＭＰＯは、水などで希釈して使用することが多いため、光触媒や応用製品から発生するラジカルを測定するには水溶液を保持するために適切な形状および容量ならびに抗酸化性を有しスピントラップ剤を失活させない治具が不可欠となってくる。
【０００９】
そして、上述したように光触媒膜を形成した各種製品が出現してきていて、蛍光ランプなどの照明機器分野においても、透光性バルブの表面に上記光触媒作用を有する酸化チタンなどからなる被膜を形成することが知られている。
【００１０】
しかし、蛍光ランプなど透光性の管形バルブが用いられるランプは、点灯回路装置やソケットなどを有する器具に取着され通電して点灯させるため水溶液からなるスピントラップ剤を用い測定し評価することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、少なくとも一部に直管状部を有する透光性バルブを備えたランプの光触媒性能をスピントラップ剤を用い容易に測定することができる器具および評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の光触媒膜の性能評価用器具は、直管状部を有する透光性バルブの光触媒膜が形成されたバルブ外周面に装着されるパッキンを有する一対のリング状のホルダと；バルブに遊嵌した状態で上記パッキンにより挟圧されてバルブに液密固定され、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口を有する外筒とを具備していることを特徴としている。
【００１３】
本発明は蛍光ランプなど光源のバルブの一部を外筒および端板をなすホルダなどでもって囲い、その内部にスピントラップ剤を入れ光触媒膜形成部分を浸漬できるようにした光触媒の性能評価用器具であって、従来の測定器具に比べその構造が簡単シンプル、小形化が可能であるとともに組立てや測定用溶液などの出入作業が容易で確実に行うことができる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の光触媒膜の性能評価用器具は、 外筒に遮光体が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
外筒に反射膜などの遮光膜や別成形した遮光板などの遮光体を設けておくことにより、室内蛍光ランプなどの外部から与えられる光を遮断することで光触媒付き光源のみでの評価が可能となるなどの作用を奏する。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の光触媒膜の性能評価方法は、少なくとも一部に光触媒膜が形成された 直管状部を有する透光性バルブを備えたランプのバルブに、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口を有する外筒を遊嵌させるとともにこの外筒の両端をパッキンを有するリング状のホルダを介しバルブに気密固定させる工程と；上記ランプのバルブに固定された外筒の出入口からスピントラップ剤を注入する工程と；上記ランプに通電して所定時間点灯する工程と；上記ランプのバルブに固定された外筒の出入口からスピントラップ剤の少なくとも一部を抽出する工程と；抽出したスピントラップ剤をスピントラップ法により計測する工程とからなることを特徴としている。
【００１７】
この発明は、光触媒膜が形成されたバルブに光触媒膜の性能評価用器具を装着固定し、この器具を構成する外筒の内部にスピントラップ剤を入れ、ランプを所定時間点灯した後、スピントラップ剤を抽出しスピントラップ法によりスピンアダクト(ＤＭＰＯ−ＯＨ)を計測するようにしたものである。
【００１８】
上記請求項１、２に記載の作用を奏する性能評価用器具を用いているので、請求項１、２に記載の作用を奏する他、抽出した溶液などの計測も電子スピン共鳴装置などを用いるスピントラップ法により容易に、かつ、高い精度で行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の光触媒膜の性能評価方法は、スピントラップ剤が、水溶性の液体または固体からなることを特徴としている。
【００２０】
スピントラップ剤は、ＤＭＰＯ（５．５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ）をなどの水溶性液体状のものに限らず、４−Ｐｙｒｉｄｙｌ−１−ｏｘｉｄｅ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｎｉｔｒｏｒｅ）などの水溶性固体を用いることもできる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、従来の測定器具に比べその構造が簡単シンプル、小形化できるので、既存の照明器具へ性能評価用の器具を装着させたランプを取り付けることも可能であるとともに組立てや測定用溶液などの出入作業が容易で確実に行える照明用光源ランプの光触媒膜の性能評価の計測に最適の器具を提供することができる。請求項２記載の発明によれば、測定環境下における室内光など蛍光灯より生じる光以外の外的要因による光が直接バルブ表面の光触媒膜へ照射されることを防ぐので、真にバルブから発せられる光のみで、ヒドロキシルラジカル生成の有無を測定することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の効果を有する光触媒膜の性能評価用の器具で抽出した溶液などの計測も、電子スピン共鳴装置などを用いるスピントラップ法により容易に、かつ、高い精度が得られる光触媒膜の性能評価方法を提供することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、水溶性スピントラップ剤を用いることで、蛍光ランプなどの光源点灯時に発生するヒドロキシルラジカルを捕捉可能となる。有機溶剤を用いると、光触媒により分解された有機化合物に由来するメチルラジカル（ＨＣ3 ・）を優先的に捕捉する虞があった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。図１は光触媒膜の性能評価用器具を示す一部断面正面図、図２は図１の側面図、図３は性能評価用器具が装着されたランプを取り付けた照明器具の下面図である。
【００２５】
光触媒膜の性能評価用器具１は、円筒状の外筒２、この外筒２の端面に配設されたリング状のパッキン３，３、このパッキン３を両側から支持するリング状の外側体４ａおよび内側体４ｂからなるホルダ４，４および両ホルダ４，４を橋絡固定する複数本のシャフト５，…とで構成されている。なお、性能評価用器具１は、正面から見て左右ほぼ対称構造であり、一方（右）側のみを断面して示す。
【００２６】
両端が開口した円筒状の外筒２は、例えば透明なソーダガラスからなり側面から突出して筒内と連通する複数箇所ここでは２箇所に出入口２１，２１が設けられている。また、リング状のパッキン３，３、は例えばバイトンゴム（六フッ化フッ素ゴム）で形成され、内径が被測定物であるランプ６のバルブ６１に弾性嵌合される大きさであり、外径が外筒２の端面とほぼ合致する大きさを有している。
【００２７】
ホルダ４，４は筒状体の端板として作用し、例えばアクリル樹脂などで成形されたいずれも中央部に透孔が形成された外側体４ａおよび内側体４ｂからなり、外側体４ａの透孔４１はバルブ６１外径より大径であるが外筒２外径より小径であり、また、内側体４ｂの透孔４４はバルブ６１外径および外筒２外径より大径であって、外側体４ａの中央部に形成された凹部４１内に上記リング状のパッキン３が配設される。また、内側体４ｂにはここでは３本のシャフト５，…が挿通される３個の透孔４５，…が等間隔で、外側体４ａには上記透孔４５，…と対応する位置に透孔４２，…がそれぞれ設けられている。
【００２８】
シャフト５はステンレスなどからなる棒状体で、両端面の中央部にはねじ孔５１が設けられている。また、５２，…はこのねじ孔５１に螺合されるねじである。
【００２９】
そして、例えば透光性のガラスバルブ６１の外表面に光触媒膜（図示しない。）が形成され両端部に口金６５，６５が設けられた蛍光ランプ６の光触媒膜の性能測定評価はつぎのようにして行われる。
【００３０】
まず、被測定物である酸化チタンなどからなる光触媒膜（図示しない。）が形成された蛍光ランプ６の直管状バルブ６１に円筒状の外筒２を通しておき、つぎにホルダ４，４を構成する内側体４ｂ，４ｂを通し、つぎにバルブ６１にリング状のパッキン３，３を弾性嵌合させ、つぎに外側体４ａ，４ａを通す。そして、内側体４ｂの３個の透孔４３，…にそれぞれシャフト５，…を通し、各部材を押すなどして少しずつ内方側に移動させて、外筒２の端面が凹部４１内にあるパッキン３に当接したら外側体４ａの透孔４３，…にねじ５２を通し、このねじ５２を締め付けることによりねじ５２の先端がシャフト５のねじ孔５１内に進入して螺合するとともに、このねじ５２の締め付けによって外筒２は両端から中心に向け押圧される。
【００３１】
この両ホルダ４，４の計６箇所においてねじ止めされることにより、外筒２はパッキン３，３を介し両端から押圧されるためその端面およびバルブ６１の外周面に強く当接して気密性の高い固定が行われる。
【００３２】
上記のようにして性能評価用器具１がバルブ６１に装着されたランプ６は、図３に示すように通常と同様に反射板７１などを備えた照明器具７のソケット７２,７２に口金６５,６５部を挿着して取り付ける。この後、外筒２側面の一方の出入口２１から光触媒の性能評価用のスピントラップ剤例えばＤＭＰＯ（５．５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ）を注入する。なお、外筒２側面の出入口２１は１箇所でもよいが、２箇所設けることにより通気がよくなりスピントラップ剤の注入を容易にすることができる。また、注入量はバルブ６１が液中に没する程度でよい。
【００３３】
そして、上記照明器具７に通電して、ランプ６を所定時間点灯させたら外筒２側面の出入口２１から注射器状のもので外筒２内のスピントラップ剤を少々抽出し、この抽出液を電子スピン共鳴装置を用いスピンアダクト（ＤＭＰＯ−ＯＨ）を計測する。
【００３４】
すなわち、上記光触媒膜の性能評価方法は、光触媒膜が形成され少なくとも一部に 直管状部を有する透光性バルブ６１を備えたランプ６のバルブ６１に、側面の少なくとも１箇所にスピントラップ剤の出入口２１を有する外筒２を遊嵌させるとともにこの外筒２の両端をパッキン３を有するリング状のホルダ４を介しバルブ６１に気密固定させる工程と；上記ランプ６のバルブ６１に固定された外筒２の出入口２１からスピントラップ剤を注入する工程と；上記ランプ６に通電して所定時間点灯する工程と；上記ランプ６のバルブ６１に固定された外筒２の出入口２１からスピントラップ剤の少なくとも一部を抽出する工程と；抽出したスピントラップ剤をスピントラップ法により計測する工程を経て行われる。
【００３５】
なお、性能評価用器具１の組み立て順序は上記に限らず、例えば外側体４ａの凹部４１内にパッキン３を配設しておいて組み付けるなどその作業順序に多少の前後入替えがあっても差し支えない。
【００３６】
本発明は上述したように外観形状に特長がある蛍光ランプ６などのバルブ６１の一部を外筒２で覆い外筒２の内部に測定用のスピントラップ剤を注入できる光触媒の性能評価用器具１であって、従来の測定器具に比べその構造が簡単シンプル、小形化が可能で既存の照明器具７へ性能評価用器具１を装着したランプ６を取り付け点灯させることが可能であるとともに組立てや測定用溶液などの出入作業が容易で確実に行うことができる。また、抽出した溶液などの計測も電子スピン共鳴装置などを用いるスピントラップ法により容易に、かつ、高い精度で行うことができる。
【実施例】
【００３７】
試験品は、ＦＬ２０ＳＳ形蛍光ランプ６のバルブ６１（外径約２８ｍｍ)の中間部に、外径が約３５ｍｍ、内径が約３２ｍｍ、長さが約１２０ｍｍの外筒２を通し、その両端部を外径が約６０ｍｍ、厚さ（外側体＋内側体）が約４０ｍｍのホルダ４でパッキン３を介し固定して構成した性能評価器具１を装着して、外筒２内にはスピントラップ剤として例えばＤＭＰＯが注入されていて、本発明ランプにはバルブに光触媒膜が形成してあるが、比較用のランプには光触媒膜が形成されていない。
【００３８】
上記本発明ランプ（光触媒膜付き）および比較用ランプ（光触媒膜無し）の性能について図４および図５を参照して説明する。図４はランプ点灯５分後のＤＭＰＯ−ＯＨスペクトルを示し、横軸に磁場（ｍＴ）を、縦軸にＤＭＰＯ−ＯＨのシグナル強度（任意値：ａ．ｕ．）を対比したグラフであり、また、図５は横軸にＤＭＰＯ−ＯＨの時間変化を示し、横軸に時間（分：ｍｉｎ）を、縦軸にＤＭＰＯ−ＯＨのシグナル強度（任意値：ａ．ｕ．）対比したグラフである。
【００３９】
図４はＯＨ（ヒドロキシルラジカル、オーハーラジカル）とＤＭＰＯが結合したスペクトルデータで、光触媒膜を形成したランプは、磁場３３２，３３３．５（ｍＴ）付近にスペクトル強度比で１：２となるシグナルが観測され、このシグナルパターンは典型的なＤＭＰＯ―ＯＨのスペクトルであることが明らかとなっている（  Ｈ．ＮｏＤａ、ｅｔ  ａｌ：Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ、．６５、２５０５）。
【００４０】
一方、光触媒膜を形成していないランプは、磁場３３２，３３３．５（ｍＴ）にシグナルが観測されていないことから光触媒膜を形成したランプからヒドロキシルラジカルが生成されている。
【００４１】
また、図５点灯は１分（ｍｉｎ）、３分（ｍｉｎ）、５分（ｍｉｎ）、１０分（ｍｉｎ）および１５分（ｍｉｎ）経過後に外筒２内からＤＭＰＯ液を注射器状のもので１回に約１０ｍｌ抽出して、この抽出液を電子スピン共鳴装置を用いスピントラップ法により点灯１５分（ｍｉｎ）後までのＤＭＰＯ−ＯＨの強度を比較したデータである。光触媒膜を形成したランプは、点灯後５分までシグナル強度が増大し、以後、強度が低下する。
【００４２】
このことは、ランプ点灯５分を経過すると、ヒドロキシルラジカルとＤＭＰＯとの反応と、ヒドロキシルラジカルがスピンアダクトＤＭＰＯ―ＯＨを破壊してしまう反応が同時に進行しているためである。
【００４３】
つまり、時間の経過とともに水溶液中に増加したヒドロキシルラジカルがスピンアダクトを破壊する反応を優先的に起こすため、見かけ上スピンアダクトのシグナルが減少しているようにデータ上観測される。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限らない。例えば性能評価用器具の構造は、シャフトを用い一体化したものに限らず外筒の端部に、バルブの貫通孔を設けたキャップ状のホルダ（端板など）を回動や螺合させることにより介在したパッキンを圧縮して液密固定するようにしてもよい。
【００４５】
また、この性能評価用器具は、バルブとの間に完全な液密が要求されるものではなく、内部に注入した液体が漏れない程度の気密性が保持できるものでよい。
【００４６】
また、この性能評価用器具を構成する外筒は、ソーダガラスからなるものに限らず他の軟質ガラス、ホウケイ酸ガラスなどの硬質ガラス、石英ガラスあるいはセラミックスなど少なくとも内面がスピンストラップ剤と反応しにくい材料で形成されたものであればよい。外筒の内径は内部を貫通するバルブ外面と１ｍｍ以上離れた、バルバが遊嵌された状態にある大きさであればよい。また、外筒の表面に遮光膜や反射膜などの遮光手段を付与しておくことにより、蛍光ランプより生じる光以外の外的要因による光が直接蛍光ランプのバルブ表面に形成された光触媒膜へ照射されることを防ぐ作用を奏させることができる。
【００４７】
また、スピントラップ剤は、ＤＭＰＯなどの水溶性液体状のものに限らず、４−ＰＯＢＮなどの水溶性固体を用いることもできる。
【００４８】
また、本発明はバルブ表面に光触媒膜を形成したランプを被測定物としているが、バルブの形状は全体が直管状をしているものに限らず、Ｕ字形状やＬ字形状など上記性能評価用器具が装着できる直状部を一部に有しているランプに適用できる。また、ランプは蛍光ランプなどの紫外領域を利用するランプに限らず、白熱電球など可視領域に対応するランプの場合にはその波長に合ったスピントラップ剤を用い評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の光触媒膜の性能評価用器具の実施の形態を示す一部断面正面図である。
【図２】図１に示す光触媒膜の性能評価用器具の側面図である。
【図３】図１の性能評価用器具が装着されたランプを取着した照明器具の正面図である。
【図４】ランプ点灯５分後のＤＭＰＯ−ＯＨスペクトルを示すグラフである。
【図５】ＤＭＰＯ−ＯＨの時間変化を対比して示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１…光触媒膜の性能評価用器具、  ２…外筒、  ２１…出入り口、  ３…パッキン、  ４…ホルダ、  ４ａ…外側体、  ４ｂ…内側体、  ５…シャフト、  ６…蛍光ランプ（ランプ）、６１…バルブ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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