(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属の一種または複数種のクラスターを光触媒物質中に分散させて光触媒膜を形成し；
可視領域光の照射により光触媒膜中のクラスターにプラズマ共鳴による吸収を利用して光触媒膜を活性化する；
ことを特徴とする光触媒膜の活性化方法。
【請求項２】
基体と；
クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属の一種または複数種のクラスターを光触媒物質中に分散してなり、基体に形成された光触媒膜と；
を具備していることを特徴とする光触媒体。
【請求項３】
クラスターは、光触媒物質に対して０．１〜２．０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項２記載の光触媒体。
【請求項４】
クラスターは、その粒径が４〜４０ｎｍであることを特徴とする請求項２または３記載の光触媒体。
【請求項５】
金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、ＣｕおよびＮｉからなるグループの中から選択された一種または複数種であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の光触媒体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一記載の光触媒体を具備していることを特徴とする形象体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光触媒膜の活性化方法、光触媒体およびこれを備えた形象体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消臭、防汚およびまたは抗菌を行うために、光触媒体を用いること知られている。
【０００３】
たとえば、特開平７−２３２０８０号公報には、脱臭、抗（殺）菌、防汚などの機能を発揮する多機能材とその製造方法について記載されている。
【０００４】
ここに記載されている多機能材は、基体表面にバインダー層を介して光触媒層の上層部が外気と接するようにバインダー層から露出され、下層部はバインダー層内に埋設されている構造を備え、光触媒粒子として平均粒径が３００ｎｍ未満のものを用いる旨記載されている。
【０００５】
また、光触媒粒子の間隙に８０ｎｍ未満の粒子を光触媒粒子同志を結合するために充填することが好ましいと開示されている。
【０００６】
従来の光触媒膜は、約４００ｎｍ以下の紫外線によって活性化されるため、ブラックライトや水銀ランプのように紫外線を多く放射する人工光源を用いるか、太陽光線中に含まれる紫外線を利用している。
【０００７】
また、最近一般照明用として広く普及している蛍光ランプにおいて、４００ｎｍ以下の紫外線を放射する蛍光体を可視光を放射する蛍光体に一部混合して、可視光の減少を少なく抑えながら、光触媒膜の活性化に有効な紫外線を多くした蛍光ランプも提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光触媒膜は、本質的に紫外線のみにより活性化するものであるから、紫外線の放射がわずかか、全く放射しない光源の下では使用できない。
【０００９】
また、紫外線による活性化のみでは、効率に限界がある。
【００１０】
本発明は、紫外線による活性化に加えて可視光によっても活性化できる光触媒膜の活性化方法、光触媒体およびこれを備えた形象体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の光触媒膜の活性化方法は、クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属の一種または複数種のクラスターを光触媒物質中に分散させて光触媒膜を形成し；可視領域光の照射により光触媒膜中のクラスターにプラズマ共鳴による吸収を利用して光触媒膜を活性化する；ことを特徴としている。
【００１２】
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。
【００１３】
「クラスター」とは、複数の原子または分子の微小な集合体を意味し、このような微小な集合体においては、可視光を照射したときに、プラズマ共鳴による吸収現象を発生させることができる。
【００１４】
クラスター状態で、可視光領域にプラズマ共鳴による吸収が発生し得る金属としては、たとえばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、ＣｕおよびＮｉからなるグループの中から選択された一種または複数種である。
【００１５】
「光触媒物質」とは、紫外線照射を受けて、その光エネルギーを吸収すると、光触媒作用を呈する半導体が電離して電子とホールが生成し、粒体の表面において強い酸化力および還元力を呈する物質である。
【００１６】
光触媒物質としては、ＴｉＯ2（アナターゼ形が効果的である。）、ＷＯ3、ＬａＲｈＰ3、ＦｅＴｉＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｄＦｅ2Ｏ4、ＳｒＴｉＯ3、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＲｕＯ2、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＭｏＳ3、ＬａＲｈＯ3、ＣｄＦｅＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＳｎＯ2などがある。これらの物質を一種または複数種を混合して用いることができる。
【００１７】
なお、上記物質のうちＴｉＯ2、ＷＯ3、ＳｒＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｄＳ、ＭｏＳ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｄＯなどは等価電子帯のレドックス・ポテンシャルの絶対値が伝導帯のレドックス・ポテンシャルの絶対値よりも大きいため、酸化力の方が還元力よりも大きく、有機化合物の分解による消臭作用、防汚作用または抗菌作用に優れている。
【００１８】
また、原料コストの面においては、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3およびＺｎＯが優れている。
【００１９】
「光触媒膜」とは、光触媒物質を膜状に形成したものである。
【００２０】
そうして、本発明においては、光触媒膜に可視光を照射すると、可視光中の特定波長に対してクラスターがプラズマ共鳴する結果、当該波長の光がクラスターに吸収される。これをさらに詳述すると、以下のとおりである。すなわち、照射した光がクラスター構成原子の電子に作用すると、電子がそれに伴う運動をしようとするが、クラスターの形状によって運動が制限されるために、クラスターの表面に定在波が発生し、一定波長を中心とする波長域で入射光と電子が共鳴状態となり、光吸収が発生する。これがプラズマ共鳴と呼ばれている。たとえば、Ａｇは、通常波長４００ｎｍ以上で高い反射率を示すが、これをクラスターにすると、その量子サイズ効果により、４５０ｎｍ近傍にピークを有する吸収を生じ、それ以外の波長の光を透過す発生した電子は、クラスターにを包囲している光触媒物質に移行する。電子が光触媒物質に入射すると、光触媒物質は励起されて活性化する。
【００２１】
また、本発明において、光触媒物質は直接紫外線に反応して活性化される。
【００２２】
さらに、クラスターは、紫外線に対してもこれを吸収するものが殆どであり、このような場合には、紫外線吸収によっても電子を放出して光触媒物質を活性化する。
【００２３】
したがって、本発明においては、可視光照射だけでなく、紫外線照射または両者を併用した光照射によっても光触媒膜を活性化することができる。
【００２４】
また、可視光および紫外線が混合した状態で光照射すれば、さらに効率の高い光触媒の活性化を行うことができる。
【００２５】
光触媒膜中にクラスターを形成するには、たとえばクラスター成分の溶液を含む光触媒溶液を基体に塗布し、乾燥後波長２５４ｎｍなどの紫外線を塗膜に照射した後、熱処理により光触媒膜を形成する。この紫外線照射および熱処理条件により、クラスターの粒径および分散性を制御することができる。そして、紫外線量、照射時間および熱処理条件を変えることにより、微妙な制御を行うことができる。
【００２６】
さらに、クラスター成分の添加量、溶液の塗布膜厚を制御して最適な光触媒膜を得ることができる。
【００２７】
請求項２の発明の光触媒体は、基体と；クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属の一種または複数種のクラスターを光触媒物質中に分散してなり、基体に形成された光触媒膜と；を具備していることを特徴としている。
【００２８】
基体は、元来光触媒と異なる他の機能のために形成されるものであることを許容する。すなわち、基体は機能材であることを許容する。
【００２９】
機能材としては、たとえばタイル、窓ガラス、天井パネルなどの建築材や、厨房用および衛生用の器材、家電機器、照明用器材、消臭用または集塵用フィルター、カーテン、壁紙などの内装材などさまざまな任意所望の部材を基体とすることができる。
【００３０】
基体の材料としては、金属、ガラス、セラミックス（磁器を含む。）、陶器、石材、合成樹脂、木材、紙、布などであることを許容する。
【００３１】
光触媒物質を用いて光触媒膜を形成する場合に、光触媒物質を直接焼成して焼結により基体に結着させることができる。
【００３２】
しかし、適当なバインダーを用いて基体と光触媒物質との間を結合させることもできる。
【００３３】
光触媒物質をバインダーを用いて光触媒膜を形成する場合に、バインダーとしては、シリカ（ＳｉＯ2）、はんだガラス、釉薬、低融点金属および熱可塑性合成樹脂などを用いることができる。
【００３４】
なお、光触媒物質の微粒子を焼成により基体に結着させる場合には、基体は焼成温度に耐えるものを用いる必要があるのはいうまでもない。
【００３５】
本発明においては、紫外線による活性化に加えて可視光による活性化が可能であり、さらに紫外線および可視光の両方による活性化も可能である。
【００３６】
請求項３の発明の光触媒体は、請求項２記載の光触媒体において、クラスターは、光触媒物質に対して０．１〜２．０ｍｏｌ％であることを特徴としている。
【００３７】
クラスターの含有量が０．１ｍｏｌ％未満であると、クラスターを分散した効果が不十分であり、また２．０ｍｏｌ％を超えると、可視光領域の吸収が多くなりすぎる。
【００３８】
したがって、本発明はクラスターの好ましい含有量を規定するものである。
【００３９】
請求項４の発明の光触媒体は、請求項２または３記載の光触媒体において、クラスターは、その粒径が４〜４０ｎｍであることを特徴としている。
【００４０】
クラスターの粒径が上記の範囲内であると、プラズマ共鳴による吸収が良好に現れる。
【００４１】
したがって、本発明はクラスターの好ましい粒径範囲を規定するものである。
【００４２】
請求項５の発明の光触媒体は、請求項１ないし４のいずれか一記載の光触媒体において、金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、ＣｕおよびＮｉからなるグループの中から選択された一種または複数種であることを特徴としている。
【００４３】
上記の各金属は、クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生するので、本発明の光触媒体に好適である。これらの金属は、金属単体で用いる。
【００４４】
請求項６の発明の形象体は、請求項２ないし５のいずれか一記載の光触媒体を具備していることを特徴としている。
【００４５】
本発明において、「形象体」とは、人間が知覚することができる形を備えた物体を意味しており、その形は特定の分野に限定されることなくあらゆるものに及ぶ。換言すれば、光触媒膜を形成したい物体の全てに適応する。たとえば、建築材、衛生用機器、厨房用機器、機器用フィルター、家電機器、照明用器材、内装材、医療用各種器材、繊維類などの機能材が該当する。以下、これらの機能材の例を示す。ただし、これは本発明の理解を助けるためであって、本発明の適用範囲を制限するものではない。
【００４６】
建築材としては、タイル、床材、窓材、壁材などである。
【００４７】
衛生用機器としては、洗面台、浴槽、大・小便器などである。
【００４８】
厨房用機器としては、流し、調理台、食器戸棚などである。
【００４９】
機器用フィルターとしては、空気清浄器用フィルター、風呂用循環器用フィルター、空気調和装置用フィルター、暖房器用フィルター、消臭器用フィルターなどである。
【００５０】
家電機器としては、冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ、皿洗い器、コーヒーメーカー、電気掃除機などである。
【００５１】
照明用器材としては、ランプたとえば蛍光ランプ、照明器具用セード・グローブ、透光性カバー、シャンデリア用ようらく、反射板、ソケットなどである。
【００５２】
内装材としては、カーテン、壁紙などである。
【００５３】
そうして、発明においては、形象体を基体とするか、形象体が基体を支持して光触媒膜を形成しているので、これらの使用中に光触媒膜が光照射を受けて活性化して消臭、防汚、抗菌などの作用を併せて行うので、生活空間の衛生向上、清掃容易化などの効果を奏する。
【００５４】
【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。
【００５５】
図１は、本発明の光触媒体を示す概念的要部拡大断面図である。
【００５６】
図において、１は基体、２は光触媒膜である。
【００５７】
基体１は、軟質ガラスから構成されている。
【００５８】
光触媒膜２は、基体１上に膜厚約１２０ｎｍの層として結着されていて、光触媒物質２ａの中にクラスター２ｂが分散している。
【００５９】
光触媒物質２ａは、アナターゼ形酸化チタンを主体としている。なお、光触媒物質には、平均１次粒径が１〜１００ｎｍで、２次粒径が１０００ｎｍ以下のアナターゼ形酸化チタンの微粒子を混入させてもよい。
【００６０】
クラスター２ｂは、Ａｇからなり、光触媒物質２ａに対して１ｍｏｌ％分散させたものである。
【００６１】
次に、製造法について説明する。
【００６２】
チタンアルコキシドとアセチルアセトンなどのキレート剤をエタノールなどの有機溶剤に１〜５％溶解させ、さらにＡｇ（ＮＯ3）3を１ｍｏｌ％溶解した溶液を基体１に塗布し、乾燥後、波長２５４ｎｍの紫外線を塗布部に照射する。その後４００〜６００℃前後で焼成して光触媒膜２を得る。
【００６３】
図２は、Ａｇクラスターの分光透過率特性を示すグラフである。
【００６４】
図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は透過率（％）を、それぞれ示す。
【００６５】
図から理解できるように、４５０ｎｍ近傍に吸収が現れている。
【００６６】
図３は、クラスターを含有しないアナターゼ形の酸化チタンからなる光触媒膜の分光透過率特性を示すグラフである。
【００６７】
図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は透過率（％）を、それぞれ示す。
【００６８】
図から理解できるように、波長４００ｎｍ以下の紫外線を吸収して活性化される。
【００６９】
図４は、本発明の光触媒体の第１の実施形態と、クラスターを含有しない以外は同一仕様の比較例との性能を示すグラフである。
【００７０】
図において、横軸は光照射の時間（分）を、縦軸は初期値に対するインクの分解度（％）を、それぞれ示す。
【００７１】
図中、曲線ＡおよびＢは、可視光のみを照射した場合を示し、曲線Ａは本実施形態を、曲線Ｂは比較例を、それぞれ示す。蛍光ランプの発光を４００ｎｍ以下をカットするフィルタにより可視光を得た。
【００７２】
同様に、曲線ＣおよびＤは、紫外線を照射した場合を示し、曲線Ｃは本実施形態を、曲線Ｄは比較例を、それぞれ示す。紫外線は、ブラックライトにより得た。
【００７３】
図から明らかなように、本実施形態はクラスターを分散していることにより、可視光のみの照射でも光触媒効果を示す。これに対して、クラスターを用いていない場合には、可視光のみでは実質的に分解は行われていない。
【００７４】
また、ブラックライトによる紫外線照射においては、約３８０ｎｍ以下の紫外線が照射され、本実施形態は比較例より明らかに優れた分解作用を示している。
【００７５】
図５は、Ａｕクラスターの分光透過率特性を示すグラフである。
【００７６】
図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は透過率（％）を、それぞれ示す。
【００７７】
クラスターとしてＡｕを用いると、約６００ｎｍ近傍の可視光を吸収することを示している。
【００７８】
図６は、本発明の形象体の一実施形態におけるトンネル用照明器具を示す斜視図である。
【００７９】
図において、１１は器具本体、１２は前面枠、１３は透光カバー、１４はランプソケット、１５は高圧ナトリウムランプ、１６は反射板である。
【００８０】
器具本体１１は、ステンレス板を前面に開口部を備えた箱状に成形してなり、背面に取付金具１１ａを備えている。
【００８１】
前面枠１２は、ステンレス板を成形してなり、中央に投光開口１２ａ、一側にヒンジ１２ｂ、他側にラッチ（図示しない。）を備えている。そして、ヒンジ１２ｂにより、器具本体１１の前面側の一側部に開閉自在に枢着され、ラッチにより閉止位置に固定されるように構成されている。
【００８２】
透光カバー１３は、前面枠１２にシリコーンゴム製のパッキング１３ａを介して防水的に装着されている。この透光カバー１３は、可視光を透過するとともに、波長３００〜４００ｎｍの領域の少なくとも一部の紫外線波長域において８０％以上の透過率特性を有している光学特性を備えた強化ガラスまたは透明性合成樹脂からなる。
【００８３】
さらに、透光カバー１３の前面には図１に示す光触媒膜が形成されている。
【００８４】
ランプソケット１４は、器具本体１１内に配設されている。
【００８５】
高圧ナトリウムランプ１５は、器具本体１１内において、ランプソケット１４に装着される。そして、この高圧ナトリウムランプ１５は、３００〜４００ｎｍの紫外線波長域内において可視光の光束１０００ｌｍ当たり０．０５Ｗ以上の強度の紫外線を放射する。
【００８６】
反射板１６は、器具本体１１内に配設されて、高圧ナトリウムランプ１５から放射された光が反射板１６で反射されて所要の配光特性を示すように構成され、かつ配置されている。
【００８７】
器具本体１１の反射板１６の背面側には、安定器、端子台などが配設されている。
【００８８】
そうして、本実施形態の照明器具は、取付金具１１ａを介してトンネル内に配置されて使用に供されて、トンネル内を照明する。そして、同時に高圧ナトリウムランプ１５から放射される紫外線も可視光と一緒に透光カバー１３を通過して光触媒膜に入射するから、光触媒膜は紫外線および可視光により活性化され、付着するばい煙などの有機物の汚れを分解する。光触媒膜に吸収される可視光は全体の極く一部であるために、照明には支障を来さない。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属からなるクラスターを光触媒物質中に分散させて光触媒膜を形成し、可視領域光の照射により光触媒膜中のクラスターにプラズマ共鳴による吸収を利用して光触媒膜を活性化することにより、可視光による活性化が可能になるとともに、紫外線による活性化も加わって活性化の効率を向上させる光触媒膜の活性化方法を提供することができる。
【００９０】
請求項２ないし５の各発明によれば、クラスター状態でプラズマ共鳴による吸収が可視光領域に発生し得る金属からなるクラスターを光触媒物質中に分散した光触媒膜を基体の表面に形成したことにより、可視光による活性化が可能であるとともに、紫外線による活性化も加わって活性化の効率が向上する光触媒体を提供することができる。
【００９１】
請求項３の発明によれば、加えてクラスターが光触媒物質に対して０．１〜２．０ｍｏｌ％であることにより、好ましい含有量を規定した光触媒体を提供することができる。
【００９２】
請求項４の発明によれば、加えてクラスターの粒径が４〜４０ｎｍであることにより、好ましい粒径を規定した光触媒体を提供することができる。
【００９３】
請求項５の発明によれば、加えてクラスターを構成する金属または化合物を構成する金属を規定した光触媒体を提供することができる。
【００９４】
請求項６の発明によれば、請求項１ないし５の効果を有する形象体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光触媒体の一実施形態を示す概念的要部拡大断面図
【図２】  Ａｇクラスターの分光透過率特性を示すグラフ
【図３】  クラスターを含有しないアナターゼ形の酸化チタンからなる光触媒膜の分光透過特性を示すグラフ
【図４】  本発明の光触媒体の第１の実施形態およびクラスターを含有しない以外は同一仕様の比較例の性能を示すグラフ
【図５】  Ａｕクラスターの分光透過特性を示すグラフ
【図６】  本発明の形象体の一実施形態におけるトンネル用照明器具を示す斜視図
【符号の説明】
１…基体
２…光触媒膜
２ａ…光触媒物質
２ｂ…クラスター
【図１】
0003791150.tif 000002
【図２】
0003791150.tif 000003
【図３】
0003791150.tif 000004
【図４】
0003791150.tif 000005
【図５】
0003791150.tif 000006
【図６】
0003791150.tif 000007