JP2000107567A

JP2000107567A - 触媒反応用装置および触媒の励起方法

Info

Publication number: JP2000107567A
Application number: JP10287029A
Authority: JP
Inventors: Masaru Magai; 勝真貝
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-04-18
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: JP4150450B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光により励起され酸化および還元の化学変化
を生起する性質のある触媒を光や熱を用いないで励起す
る触媒反応用装置及び前記触媒の励起方法の提供。【解決手段】光により励起され酸化および還元の化学
変化を生起する性質のある触媒あるいは該触媒を含有し
た層、および電子線、電界、磁界、放射線のうちから選
ばれた少なくとも１つの前記触媒を励起する手段を有す
ることを特徴とする触媒反応用装置および光により励起
され酸化および還元の化学変化を生起する性質のある触
媒あるいは該触媒を含有した層を電子線、電界、磁界、
放射線のうちから選ばれた少なくとも１つの手段により
励起することを特徴とする触媒の励起方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱臭、防汚、ＳＯ
ｘ・ＮＯｘ除去等触媒作用を利用して、有害物質により
汚染された環境を浄化する技術分野、および従来触媒ま
たは光触媒が利用されていた分野での触媒励起エネルギ
ーとして利用されている熱または光エネルギーを代替す
る技術分野、あるいは、光触媒作用の発現を要求される
が熱または光エネルギーを適用できない技術分野での触
媒の励起技術に関する。

【０００２】

【従来技術】光触媒関連（１）Ｗ０９６／２９３７５「基材の表面を光触媒的に超親水性にする方法、超親水
性の光触媒性表面を備えた基材、およびその製造方法」（２）特開平２−２７３５１４「抗酸化性有害物質の除去剤及び除去方法」光触媒
（０．５〜５ｅＶの禁止帯を有する半導体と表現されて
いる）に紫外線を照射して有害物質を除去。

【０００３】放電関連の触媒（１）実公平６−４５９７５「コロナ放電装置」活性炭素紙で形成された段ボール状
シートからなる導電性シールドにより、オゾンを除去低
滅しようとするもの。また、従来技術として、活性炭素
上に、二酸化マンガン、過酸化鉛、パラジウム、白金、
ニッケル、ロジウムなどの各金属及び金属酸化物を坦持
させたオゾン分解触媒が開示されている。（２）特公平７−０１５６０２「コロナ放電装置」金属または金属酸化物（酸化マンガ
ン）を坦持した活性炭素繊維材料によりシールド部材を
形成。

【０００４】（３）特開平５−０８８５０４「イオン発生装置」オゾン発生の少ない帯電装置オゾン分解触媒は金網上の白金、白金以外は銅酸化物、
ニッケルなど一般にオゾン分解触媒として知られている
もの。

【０００５】（４）第２６３７５５６号「電子写真装置」エアーフィルターの触媒層に関する。
触媒としては、ＣｕＯ、ＭｎＯ_２および水溶性ポリマー
を含有する触媒が開示されている。（５）特開平６−３１７９７４「コロナ放電装置」電極形状を鋸歯状にし、さらにその
周辺に触媒を配したもの。ワイヤー状のものよりオゾン
の発生が１／４程度と低い。

【０００６】（６）特開平８−０６２９２８「帯電装置、ならびにこの帯電装置が利用される画像形
成装置置」接触帯電部材（ブレード）による帯電を行
う。（７）特開平５−０８８５０７「帯電部材」接触帯電部材（ローラ）による帯電を行
う。

【０００７】（８）特開平５−１７３４０２「帯電ブラシ」接触帯電部材（ブラシ）による帯電を行
う。（９）特開平５−１１９５８５「コロナ放電装置」光触媒という明記が無いが、オゾン
分解促進剤をシールドの内周側にに被覆する。オゾン分
解促進剤の材料名としでは二酸化マンガン、二酸化鉛、
白金などの金属酸化物及び金属から選ばれたもの。バイ
ンダーはは導電性樹脂組成物または導電性ゴム組成物。

【０００８】触媒関連（１）特開平７−１３４４７３「コロナ放電装置」コロナ放電装置シールドケースの被
帯電体側開口端あるいはその近傍傍に板状のオゾン分解
用絶縁性触媒を設け、シールドケース内でのオゾゾンの
発生量を押さえるとともに、イオンの流れを制御し放電
を安定させる。（２）特開平５−２６１２４６「脱臭器及びそれの運転方法」悪臭を触媒で吸着し、放
電現象にて発生したオゾンにより触媒上に吸吸着したに
おい成分を分解することで触媒を再生・活性化する。（３）特許第２６２５８１１号「オゾン分解触媒」活性炭に酸化マンガンおよび難燃化
剤を坦持したオゾン分解触媒。コロナ放電シールドの内
側に形成。

【０００９】光触媒は、我が国から酸化チタン光触媒に
よる水の電気分解に関する発表〔Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ．
Ａ．Ｈｏｎｄａ．；Ｋ．Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．２３
８，ＪＵＬＹ（１９７２）ｐ３７〜３８〕があって以
降、その応用的な展開が広く進められ、実際に製品に利
用されるに至っている。

【００１０】たとえば、抗菌、脱臭、防汚、環境浄化、
エネルギー変換、表面改質等多彩な応用分野に展開され
ている（例えばＷＯ９６／２９３７５）。しかし、励起
手段を光に限定して展開してきているため、当然のこと
として光が応用できる範囲にその利用が限られている。
勿論、屋外ならコストのかからないエネルギー源としで
太陽光を利用することはＬＣＡ（ＬｉｆｅＣｙｃｌｅ
Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）の点で好ましい。

【００１１】しかし、大気汚染浄化を例にとれば、最も
頻繁に使われている二酸化チタン光触媒の励起に必要な
光は、陽光に４〜５％しか含まれていない４００ｎｍ以
下の紫外光である。そのため、１０ｐｐｍレベルの通常
の汚染濃度環境下ではＳＯｘやＮＯｘなどの汚染物質の
処理が可能だが、１００ｐｐｍ以上といった汚染濃度の
進んだ場合では、必ずしも十分な励起工ネルギー量とは
いえない〔『工業材料』．Ｖｏ１．４４，ｎｏ．８（１
９９６）Ｐ１０７〕。

【００１２】このように、高濃度の処理には限界が認め
られる。また、特殊な紫外光を発生する照明を付加して
装置化する場合は最終的な機能は得られるが、紫外光の
発生および遮蔽など機能発現に付帯するものが大掛かり
になり易いなどの欠点がある。また、紫外光を導入でき
ない場所での利用の要求もある。

【００１３】もし、紫外光以外による励起手段で触媒作
用が得られるならば、さらに応用範囲が広がるものと思
われる。特に、近年における環境問題に対する関心の高
まりに伴い、環境浄化分野でのさらなる応用展開性を提
示していくことは重要である。一例として、画像形成装
置の環境問題として帯電機構による有害ガスの発生があ
げられる。すなわち、画像形成装置では多くの場合、コ
ロナ放電を用いて感光体の帯電が行われているが、コロ
ナ放電によりオゾン（Ｏ_３）や窒素酸化物（ＮＯｘ）が
発生し、オフイース環境の悪化やＯＰＣ感光体の寿命低
下を起こす。対策を講じない場合の帯電器直下でのオゾ
ン濃度は１〜数１０ｐｐｍ、また、窒素酸化物濃度はＮ
０_２換算で０．０１〜０．１ｐｐｍと言われている。

【００１４】一方、人体への影響を考慮すると日本産業
衛生協会によるオゾン許容濃度勧告値として０．１ｐｐ
ｍという値が示されている。望ましくは０．０２ｐｐｍ
以下とする努力がなされている。現段階の技術では、コ
ロナ放電ワイヤーの材質変更や有害ガス用フィルターに
よる発生低減と除去が行われている〔『電子写真プロセ
ス技術』株式会社トリケップス発行（１９９２）．Ｐ６
０〕。

【００１５】これらのうち、オゾン分解触媒及びフィル
タにより放電生成物の低減を図る際に用いられる触媒
は、活性炭、白金、銅酸化物、ニッケル（特開平５−０
８８５０４）あるいは酸化マンガン（特公平７−０１５
６０２）などである。オゾンを発生させない別の技術と
しては、電極形状を鋸歯状にし、さらにその周辺に触媒
を配したもの（特開平６−３１７９７４）あるいはロー
ラ（特開平５−８８５０７）、ブラシ（特開平５−１７
３４０２）、フレード（特開平８−６２９２８）など接
触帯電部材による帯電を行い放電生成物を減少させよう
とするものなどがある。しかし、現時点では多くの画像
形成装置はコロナ帯電方式が多用されている。

【００１６】一方、画像形成装置で用いられている感光
体には、光により電気的な変化を起こす材料（光導電材
料）が使用されているため、画像形成装置内に紫外線光
源を導入しで、大気汚染浄化に一般的に光触媒を用いて
有害ガスを除去するということは困難である。

【００１７】次の例として、空気清浄器の例が挙げられ
る。脱臭器の中にも多くの触媒が利用されているが、オ
ゾナイザーによりオゾンを発生させ、そのオゾンの作用
で臭気を分解し脱臭を行い、触媒自体が脱臭に機能する
というのではなく、臭い成分を吸着させるものとしての
役割である。このような例としては、特開平５−２６１
２４６がある。また、有害物質除去技術として光触媒を
利用する場合は、太陽光や微弱な蛍光灯中の紫外成分を
使う以外は、特開平２−２７３５１０４や特開平３−２
３３１０のように紫外線光線を用いている。したがっ
て、光を使える技術の範囲に限られてしまう。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、光により励
起され酸化および還元の化学変化を生起する性質のある
触媒（以下、光触媒あるいは半導体触媒とも呼称する）
を光や熱を用いないで励起する触媒反応用装置及び前記
触媒の励起方法を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光により励起
され酸化および還元の化学変化を生起する性質のある触
媒あるいは該触媒を含有した層を電子線、電界、磁界、
放射線のうちの少なくともどれか一つの手段により触媒
を励起する触媒反応用装置および該触媒反応用装置を利
用した触媒の励起方法を提供することにより、前記課題
を解決することができた。また、本発明によると、電子
またはイオンの作用により触媒の励起が起こるので、使
用状態で常に触媒効果が持続される。

【００２０】本発明で用いる光触媒は、一般に光触媒と
して公知になっている光触媒単体、該光触媒をその活性
を向上させる物質、例えば金属に坦持させたもの、汚染
物質を吸着させることのできる物質、例えば活性炭やゼ
オライトなどの吸着剤に坦持させ、その触媒効率をアッ
プしたものなどの触媒をあげることができる。

【００２１】ここにあげた電子線、電界、磁界、放射線
の励起方法の中でも、特に最も実用的な手段が電子線励
起である。ただ、電子線励起の場合は、電子またはイオ
ンの持つ電荷のため、触媒層が次第にチヤージアップし
てくるので、その蓄積されてくる電荷を逃がすには触媒
層に導電性を持たせることが好ましい。この触媒層に導
電性を持たせる具体的な手段としては、はじめから導電
性を持った触媒を用いるか、不純物をドープするか、あ
るいは正確な化学量論比と比較し電子供与成分を余剰に
持たせた触媒を用いる手段が挙げられる。

【００２２】また、これら反応用装置の基材あるいは少
なくとも触媒あるいは触媒を含有した層との接触面の基
材が、導電性を有していること、例えば基材あるいは基
材と触媒との接触面が金属または金属の膜等導電性を有
していると、触媒層の帯電をより防ぎ易すく、電荷を逃
がし易いので好ましい。

【００２３】さらに、前記活性照射手段（特に電子線照
射手段）は、前記触媒を励起するのに充分なエネルギー
を持つ空間的な領域内に設置させることが、前記活性照
射手段により生起された電子およびイオンにより効率的
に触媒作用を引き出すことができるので好ましい。

【００２４】前記電子を発生する手段としてはコロナ放
電が最も簡単であるが、電子を発生する手段で用いる放
電ワイヤの雰囲気ガス（特に酸素や水分）による劣化を
防ぐ点から、減圧下の方が有利である。

【００２５】具体的な使用形態の１つとして、前記のよ
うな画像形成装置におけるコロナ放電ユニット内および
その近傍に放電生成物質を分解除去する前記触媒反応装
置を設けた使用形態が挙げられる。また、別の具体的な
使用形態としては、気体状有害物質分解除去を行う触媒
反応用装置が考えられる。このような装置では、異常放
電やショートを防ぐために、浮遊粉塵を除去する手段、
例えばフィルター等の除去手段を備えることが好まし
い。さらに、本発明の触媒反応用装置を吸着反応が律速
となる遅い反応に使用する場合には、触媒反応生起部分
と吸着部分とを空間的に機能分離して、周期的に触媒反
応生起部分に触媒層が移動するような構成をとるのが好
ましい。

【００２６】また、多くの場合、酸化還元により分解す
る対象の有害ガス成分はｐｐｍまたはｐｐｂレベルの濃
度であるため、大気状態そのままの濃度で処理するより
も濃縮回収して処理する方が有利であり、また、濃縮回
収することで減圧下に処理した場合の効率低下も防ぐこ
とができる。

【００２７】

【実施の態様】以下、本発明の実施の態様を挙げる。

【００２８】本発明で使用する光触媒酸化チタン（ＴｉＯ_２）酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）酸化カド
ミウム（ＣｄＯ）、三酸化タングスでン（ＷＯ_３）、三
酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_８）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、チタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ_２）、およびＩｎ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＭｎＯ
_２、Ｃｕ_２Ｏ、Ｖ_２Ｏ_５などの金属酸化物、硫化カドミ
ウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫
化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、および
ＰｂＳ、Ｉｎ_２Ｓ_３、Ｃｕ_２Ｓ、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、Ｓ
ｂ_２Ｓ_３、Ｂｉ_２Ｓ_３、ＺｎＣｄＳ_２、ＷＳｅ_２、Ｈｇ
Ｓｅ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅなどのカルコゲナイド系化合
物。その他、炭化珪素（ＳｉＣ）、ガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）、ガリウムりん（ＧａＰ）、珪素Ｓｉ（ｎ型）、
ゲルマニウムＧｅ（ｎ型）などの金属及び金属化合物。
前記触媒の中で、触媒自体が導電性を持つ材料として
は、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ
８）などが好ましい。

【００２９】また、触媒活性を向上するために坦持する
金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、バ
ラジウム、銀、白金、金などの遷移金属が挙げられる。
これらの金属の担持は、特に導電帯に励起した電子によ
る還元反応を引き出す際に有効であると言われている。

【００３０】触媒の励起方法のうち最も利用しやすい方
法として、電子線による励起方法がある。しかし電子線
は、マイナスの電荷を持っているため照射を連続して行
っていくと次第に触媒層自体がマイナスの電位を持って
しまうという問題があり、前述のよう触媒層が導電性を
持っていることが好ましい。

【００３１】また、触媒に不純物を導入するか、あるい
は正確な化学量論比と比較し電子供与成分を余剰に持た
せるものとしては、透明導電膜としてもよく知られてい
る材料としての酸化亜鉛（ＺｎＯ）を挙げることができ
る。また、電子供与物質としては亜鉛よりも原子価が１
つ多い周期表III属の元素の中から選ぶことができ、特
にＡｌなどが最適である。

【００３２】混入されたＡｌは、結晶格子中でＡｌ^３＋
となり、膜中に電子を放出・供与する。また酸化亜鉛の
場合は、結晶格子中に入った亜鉛原子またはその酸素空
孔により膜の導電性が上がることが知られている。この
ように形成する不純物準位の濃度は、膜中で動作する有
効成分として１０^−２〜１０^−４（主成分金属に対する
原子個数比）である。もともと導電性を持たなかったと
しても、この方法により触媒層に導電性を持たせること
ができる。

【００３３】さらに、導電性を示す材料群に前記の触媒
材料を混合しても導電性を持たせることが可能である。
混合する導電材料の量はＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_８、ＺｎＯ
などを５〜５０重量％程度が望ましい。あるいは、粒子
状の炭素または金属を混入し導電性を持たせてもよい。
炭素または金属の場合、前記の導電材料に比較して少な
くてよく、その混合量は０．１〜２０重量％が望まし
い。また、触媒層の導電性のレベルは、帯電防止用途と
して必要となる１０^８Ω／□以下、より好ましくは、１
０^５〜１０^６Ω／□のレベルの面抵抗率である。

【００３４】次に触媒反応応用装置について具体的に説
明する。空気中の放電では、コロナワイヤーから発生し
た電子は、空気中での平均自由行程が０．３４μｍと非
常に短いため、電子が電界から得る運動エネルキーは非
常に小さいものと見積もられる（たとえは、コロナワイ
ヤーから接地電極までの距離が１０ｍｍ、印加電圧を１
０ｋＶとすると単純平均電界は１０^６Ｖ／ｍとなり、平
均自由行程０．３４μｍで加速されて、約０．３４ｅＶ
の運動エネルギーである。〔電子１個の運動エネルギー
（ｅＶ）＝電界強度（Ｖ／ｍ）×走行距離（ｍ）より計
算。〕

【００３５】しかし、実際には電子なだれ現象により中
性分子は次々に電離している。空気中の各中性分子を電
離させるのに必要な最低のエネルギーは、酸素分子で１
２．０６ｅＶ、窒素分子では１５．５８ｅＶと言われて
いる。一方、本発明により効果を示すと思われる触媒の
バントギャップは０．３〜５ｅＶの範囲である。したが
って、コロナ放電が起きている以上、その放電の範囲内
に配置することにより、空気中において該触媒を励起
（あるいは活性化）できるエネルギーは充分あると考え
られる。

【００３６】さらに、一般の環境浄化技術への応用にお
いては、反応物質濃度がｐｐｍあるいはｐｐｂレベルの
ごく微量の主に難分解性の有害物質である場合が殆どで
ある。したがって、大気環境下でそのまま処理しようと
すると非常に効率が悪い。しかも、有害物質を濃縮して
処理しようとしても、光エネルギーで励起したのでは触
媒の励起密度の下では高濃度になると処理できないとい
う問題を生じる。しかし、本発明によれば、大気中でｐ
ｐｍレベルの濃度を処理するのではなく、汚染物質を濃
縮分離し高濃度の有害物質とした後に、減圧中で集中処
理することも可能である。効率の点でも、大気圧中ｐｐ
ｍレベルの処理と１０^−４Ｔｏｒｒレベルの減圧下での
処理とがほぼ等しい物質量となるので、１０^−１〜１０
^−３Ｔｏｒｒレベルの減圧下で処理できれば優位性が有
る。さらに、高濃度汚染物質排気出口付近に、このよう
な浄化設備を設置することで濃縮分離の行程が軽減され
るので望ましい。

【００３７】次に、この発明の画像形成装置における技
術内容について説明する。コロナ放電でシールドに流れ
る電流は１０^−４〜１０^−６Ａのレベル、シールドにか
かる電圧は約５〜１０ｋＶ、シールド部内側の面積は約
２．８ｃｍ^２（株式会社リコー製の画像形成装置蓑置Ｓ
ｐｉｒｏ７０００での値）なので、シールド面での照射
エネルギーは以下の値となる。（１０^−４〜１０^−６Ａ）×（５〜１０×１０^３Ｖ）／
２．８ｃｍ^２＝１．８〜３５７ｍＶＡ／ｃｍ^２

【００３８】次に、従来技術により要求される励起強度
について述べる。一般に光触媒として知られている触媒
の励起エネルキー（紫外線強度）として、抗菌作用を引
き出すためには１μＷ／ｃｍ^２の強度が必要である。こ
れは通常の室内光の強度レベルである。また、有害物質
の除去では、例えば１ｐｐｍレベルのＮＯ_Ｘを除去する
場合、必要な紫外線強度は０．１ｍＷ／ｃｍ^２あれば十
分である、と言われていて、これは冬の曇りの日の屋外
に相当する。また、通常の屋外の強度は１ｍＷ／ｃ
ｍ^２、晴れた夏の日であれば最大４ｍＷ／ｃｍ^２に達す
る。したがって、前記触媒の酸化および還元の化学作用
を引き出す励起には数ｍＷ／ｃｍ^２レベルのエネルギー
強度があれば、多くの場合に適用可能であろうと思われ
る。

【００３９】上で計算した画像形成装置の場合では、従
来技術で概観した励起エネルキーレベル以上に調整可能
な範囲であり、十分に放電生成物の酸化還元分解が可能
である。さらに、放電電流が増大するとともに放電生成
物が増加するが、従来技術と使用されている分解触媒や
フィルタでは分解吸収効率が変化しないので能力的に飽
和してくるのに対し、本発明による電子線励起の方式で
は、励起強度が大きくなると励起された状態にある反応
サイトが増大するために分解触媒の放電生成物分解効率
が増大すると言う利点がある。したがって、プロセスの
設定範囲を広げることができる等の利点も出てくる。

【００４０】分解後の生成物はオゾンに関しては分解さ
れると気体状の酸素となるため、特に問題とはならな
い。窒素酸化物の場合は触媒表面上にＮＯ_２または空気
中の水分と結合したかたちのＨＮＯ_３として残留して存
在する。窒素酸化物の場合は定期的に交換する必要があ
る。ただし、水で洗い流す程度の洗争と乾燥で十分汚染
物質の除去ができるのでリサイクル使用することが可能
である。

【００４１】さらに、画像形成装置以外の触媒反応応用
装置について説明する。これらの装置は空気清浄器に相
当する。本発明による処理の対象は気体状のものであ
る。例えば炭素、水素、酸素、窒素、硫黄のうちから選
ばれた少なくとも１つの元素を構成元素とする気体状の
有機性物質または該有機性物質を含有する気体状混合
物、あるいは窒素、硫黄、りんの亜酸化物あるいは酸化
物のうちから選ばれた少なくとも１つからなる気体状物
質または該気体状物質を含有する気体状混合物を分解除
去する触媒反応用装置を挙げることができる。

【００４２】前記のような触媒反応応用装置は、炭素、
水素、酸素、窒素、硫黄などを主成分とする気体状の有
機性物質または窒素、硫黄、りんの亜酸化物あるいは酸
化物からなる気体状物質のいずれか一つまたはそれらの
混合物が搬送される流路の中に設け、該気体状の物質を
分解除去することができる。また、前期の物質は人間に
とって不快感を及ぼす異臭や刺激臭であったり、人体や
環境に対し有害な物質である場合が多い。

【００４３】また、大気中には、前記のような気体状の
有害物質のみではなく、ホコリ・チリなとのハウスダス
ト類、カビ等の細菌穎や昆虫類などの固体状のものも多
く存在する。放電ワイヤーを用いる場合は、これらの大
気中の浮遊物による異常放電やショートを起こす可能性
がある。非常に清浄な環境下では必要が無い場合もある
が、これら大気中の浮遊物による異常放電やショート防
ぐためにはフィルター等の除去手段を備えることが好ま
しい。

【００４４】これまで説明してきた装置においては、励
起手段直下での反応が生起することを前提としたが、吸
着反応が律速となる遅い反応も起こり得る。吸着が律速
となる反応では、できるだけ吸着に関与する面積を広く
取る方が有効である。そこで、触媒反応生起部分と吸着
部分とを時間的あるいは空間上で機能分離して、周期的
に触媒反応生起部分に触媒層が移動するような構成をと
るのが望ましい。例えば、このような構成のものの１例
として、図５に概念的な構成図を示した。形状としては
円筒形に限ることはなく、円盤状であってもよいし、螺
旋状の形状でもよいし、交換可能なように部分的に切断
されていてもよい。また、被処理物質の流れの下流側に
該被処理物質の濃度を検知する手段を設けて、触媒層が
設けられた基体の移動速度を制御するなどの方法をとる
ことも可能である。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００４６】実施例１電子線による触媒表面の酸化作用でアセトアルデヒトを
除去横３０ｃｍ、縦５ｃｍ、厚さ１ｍｍのアルミ板上に市販
の光触媒コーティング剤であるアナターゼ型酸化チタン
（比表面積約３００ｍ^２／ｇ）と炭素粉末を混合した後
に塗布して触媒層を形成した。この触媒層の面積抵抗宰
は２×１０^７Ω／□、また膜厚は約３μｍであった。こ
の触媒層の上９ｍｍ離れたところに電子放出源となる放
電ワイヤーを設置し、周囲と絶縁した。アルミ板はアー
スと接続され、電子放出源はこのアースに対し−１０ｋ
Ｖとなるように電位をかけられるように電装部を組み立
てた。次に、この装置の電源部以外のところを容積５リ
ットルとなるように囲む光を遮蔽できる密閉ケースをつ
くり、濃度検知によりアセトアルデヒドが２５０ｐｐｍ
なるように充満させた。これらの準備をした上で、電装
部の電源をＯＮし放電を開始した。２０分後、アセトア
ルデヒトの濃度は２０ｐｐｍまで下がっていた。

【００４７】実施例２画像形成装置のコロナ帯電器のシールド画像形成装置のコロナ帯電器のシールド部内面に無機バ
インダーを含む市販の酸化チタン光触媒材料（例えは、
多木化学（株）製タイノックＣＡ−６２あるいはＣＲＡ
−６２）を０．３〜０．５μｍの厚さでコーティングし
た。熱処理をして焼き固めた後画像形成装置に組み込ん
た。画像形成装置での諸条件は、放電ワイヤーとの距離
は最も近いところで７．８ｍｍであり、最も遠いところ
でも１２５ｍｍであった。シールド部の全面積は２．８
ｃｍ^２である。フィラメントと呼ばれる放電ワイヤーに
印可する電圧はシールド電圧あるいはアースに対し−５
〜−１０ｋＶであり、ワイヤー両端には電子放出のため
定電流型インバータ電源によりＰＷＭ（パルス幅変調）
方式でコントロールされた矩形波の電圧が印可される。

【００４８】また、ＯＰＣ感光体の表面電位を−６００
〜−８００Ｖに帯電した場合、感光体に流れる電流は数
１０μＡであり、一方触媒層を形成したシールドに流れ
る電流は数１００μＡであった。オゾン分解・除去の改
善効果としては、帯電器直下の測定で金属シールドのみ
のオゾン濃度が１．１ｐｐｍなのに対し、触媒を付けた
場合のオゾン濃度は０．１〜０．２ｐｐｍの範囲に検出
された。

【００４９】また、外観的には２３〜２５万枚のコピー
枚数に達したところで、シールト部に変色が見られたの
で、水洗後乾燥し再生した。水洗に使用した水には硝酸
イオンが検出され、そのｐＨは６．０の弱酸性を示し
た。変色は窒素酸化物の吸着によるものと思われる。一
方、再生した部品は新品と同じように繰り返し使用が可
能であった。本実施例では、シールド部内例に触媒層を
配置した例で示したが、シールド部内例に限らずグリツ
ド部または帯電装置の排気部等、触媒励起に必要なエネ
ルギーを持つ電子またはイオンが及ぶ範囲内であればよ
い。

【００５０】実施例３（空気清浄器への利用）汚染された大気を浄化する装置として空気清浄器があ
る。未処理の大気を導入し、先ず浮遊粉塵等を除去し、
触媒により有害物質を分解して、最終フィルターを通り
浄化される。図３に大気導入後の概念的な図を示した。
触媒反応装置の部分は、図４に示すように先端が大気の
流れを管璧部分に集中するように円錐形に形成した内側
部分と円筒形状の外側部分とにより構成した。触媒層は
円錐形の部分と連続した円筒形の外壁表面と更にその外
側に設けた管状部の内側に形成した。触媒層の材料とし
ては、酸化亜鉛とインジウムスズ酸化物および無機ハイ
ンダーを混合したものを壁面に０．３μｍの厚みでコー
ティング後熱処理乾燥して形成した。電子放出部は内側
部分に電気的に絶縁された碍子により固定され、図示し
ていない電源により制御される。

【００５１】導入された未処理の気体は、内例の円鐘形
部分により触媒層のある部分に圧縮され、触媒層の形成
されている壁面問をぶつかりながら流路を進み、流れの
中で触媒層の酸化還元反応により徐々に分解される。構
成としては、浮遊粉塵の量が少ない場合は浮遊粉塵等を
除去するフィルターと連結した図５の構成として良い。

【００５２】触媒層を形成した内側円筒形の外径が３０
ｃｍ、外例円筒形の内径が３２ｃｍで、流路方向の触媒
層の長さを５０ｃｍとした触媒反応応用装置に、８リッ
トル／分の流速で濃度８ｐｐｍのトルエンを含む気体を
導入した。触媒層反応部の出口でトルエンの濃度を測定
したところ、０．５ｐｐｍまで濃度が低下していた。こ
のとき電子放出源に印可した電圧は−１５ｋＶ、また電
子放出源と触媒層との問で流れた電流は１．２ｍＡであ
った。

【００５３】実施例４実施例３と同形の触媒反装置に、酸化チタンと活性炭を
主成分として無機バインダーによりコーティング用剤と
した触媒を０．５μｍの厚みとなるように壁面に実施例
３と同じ面積だけコーティング後熱処理乾燥して形成し
た。排気口に油回転ポンプを接続し、油回転ポンプの上
流側に電磁弁を設け、１×１０^−３Ｔｏｏｒで接点を設
け電磁弁を開閉し、反応装置全体が１０^−３Ｔｏｏｒ台
に保たれるように減圧した。そこに、滅圧状態が保たれ
た反応装置に読量計に用いて１．５ｃｃ／分の流速で窒
素酸化物を５０容積％以上含む気体を反応系内に導入し
た（通常の大気中の窒素酸化物濃度は数ｐｐｍのオーダ
ーなので１万倍に濃縮されているのと同等レベル）。窒
素酸化物の除去速度的には、大気中で処理した場合と大
差が無いが、放電ワイヤの劣化が進行し難いため、ワイ
ヤーの交換頻度が１／１００程度に減少した。

【００５４】実施例５酸化還元反応よりも触媒層への被反応物質の吸着が律速
であるような場合は、触媒層の励起は反応全体の中のポ
イントで良く、吸着反応を生起する部分を多くとること
が望ましい。例えば、図６に示すように触媒層の励起部
は回転の中の一部分であり、その他の部分は被反応物質
の吸着を目的とした部分である。このような装置では、
流路の下流側に被反応物質の検知部（図示せず）を設
け、励起条件や触媒層をコートしたドラムの回転数等に
フィードハツクをかけるなど、励起部分と吸着部分の最
適化を図りながら処理することが可能である。

【００５５】

【発明の作用効果】従来技術の励起されていない触媒や
活性炭シートなどの単なる吸着剤の場合は、雰囲気成分
による汚染層の形成による触媒の分解作用の低下や汚染
物質の吸着飽和によりその吸着効果が低下するなどの問
題点があるのに比乾し、光触媒を用いた場合では、動作
時に触媒が活性化されるので、放電生成物の除去効果を
一層向上することができると共にその効果が持続すると
いう利点がある。

【００５６】また、効果が低下した時の保守点検に際し
て、従来のものはリサイクルではなく廃棄することにな
るのに対し、光触媒の場合は水洗して吸着物質を除去し
触媒を再生できるので省資源につながる。

【００５７】さらに、上記の効果に加えて、各請求項の
発明は、それぞれ下記のような特有の効果を奏すること
ができる。１．請求項１光触媒の光に限られた使用分野に比較し、光を用いるこ
とができない分野でも触媒作用を生起することができる
装置が提供される。２．請求項２〜４触媒層が導電性を有することで、層自体がチヤージアッ
プすることがないため継続的に触媒作用を生起すること
ができる装置が提供される。３．請求項５光によらずに触媒作用を引き出せるので、光エネルギー
が導入できないところでも、触媒の酸化還元作用により
気体状物質が原因となる汚染環境を浄化することができ
る装置が提供される。４．請求項６減圧下であると放電時に生成される他の気体成分や気体
成分のイオンによる妨害が無くなるので、発生した電子
の平均自由工程が長くなり、触媒の励起に作用する効
率、および電子放出源となる放電ワイヤーの耐久性が向
上した装置が提供される。５．請求項７電子またはイオンが、表面に接触した際に電荷のやり取
りが行われて、触媒全体が電位を帯びてくることが考え
られるが、基材または少なくとも基材と触媒面との界面
が導電性を持っているため即座に電荷を逃がすことがで
きる装置が提供される。６．請求項８電子放出源の数を少ない状態で同様の効果を得ることが
できる装置が提供される。７．請求項９放電生成物を帯電器外に拡散する前に分解除去でき、さ
らに、放電時の電子またはイオンの作用により触媒の励
起が起こるので、使用状態で常に触媒効果が持続され
る。また、排気の経路の途中にオゾン等分解フィルター
を設ける場合でも、フィルターに持ち込まれる際の濃度
が低いために分解処理特性を長持ちさせることができる
装置が提供される。８．請求項１０大気中に放出されると、人体に対し不快臭や刺戯臭とな
るか、あるいは温暖化など地球環境の悪化につながる物
質を無害なものに分解除去できる装置が提供される。９．請求項１１放電ワイヤー近傍での異常放電やショートを起こすこと
なく、安定した処理を継続的に行なうことができる装置
が提供される。１０．請求項１２光により励起され酸化および還元の化学変化を生起する
性質のある触媒を光や熱を用いないで励起する触媒の励
起方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明した図である。

【図２】画像形成装置の帯電器に適用した場合の構成図
を説明した図である。

【図３】被処理気体の流路の途中に触媒反応装置を組み
込んだ場合を説明した図である。

【図４】触媒反応装置の内部構造を説明した図である。

【図５】浮遊粉塵フィルターを組み込んだ触媒反応装置
の部分断面図を説明した図である。

【図６】活性照射手段に対し、触媒あるいは触媒を含有
した層が周期的に移動することができる触媒反応装置の
構成を説明した図である。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光により励起され酸化および還元の化学
変化を生起する性質のある触媒あるいは該触媒を含有し
た層、および電子線、電界、磁界、放射線のうちから選
ばれた少なくとも１つの前記触媒を励起する手段を有す
ることを特徴とする触媒反応用装置。
【請求項２】前記触媒あるいは該触媒を含有した層
が、導電性を持っている請求項１記載の触媒反応用装
置。
【請求項３】触媒あるいは触媒を含有した層が、導電
性材料を混合させたたものである請求項２記載の触媒の
触媒反応用装置。
【請求項４】触媒あるいは触媒を含有した層が、不純
物をドープするか、あるいは正確な化学量論比と比較し
電子供与成分を余剰に持たせたものである請求項２記載
の触媒反応用装置。
【請求項５】前記触媒を励起する手段が、該触媒を励
起するのに充分なエネルギーを持つ空間的な領域内に設
置された請求項１〜４のいずれかに記載された触媒反応
用装置。
【請求項６】触媒あるいは触媒を含有した層の励起を
減圧雰囲気下で行う手段を有する請求項１〜５のいずれ
かに記載された触媒反応用装置。
【請求項７】少なくとも触媒あるいは触媒を含有した
層との接触面の基材が、導電性を有している請求項１〜
６のいずれかに記載された触媒反応用装置。
【請求項８】前記触媒を励起する手段に対し触媒ある
いは触媒を含有した層が、周期的に移動することができ
る請求項１〜７のいずれかに記載された触媒反応応用装
置
【請求項９】コロナ放電、該コロナ放電ユニット内ま
たはその近傍に、請求項１〜８のいずれかに記載の放電
生成物質を分解除去することのできる触媒反応用装置を
設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】炭素、水素、酸素、窒素、硫黄のうち
から選ばれた少なくとも１つの元素を構成元素とする気
体状の有機性物質または該有機性物質を含有する気体状
混合物、あるいは窒素、硫黄、りんの亜酸化物あるいは
酸化物のうちから選ばれた少なくとも１つの気体状物質
または該気体状物質を含有する気体状混合物を分解除去
する請求項１〜９のいずれかに記載の触媒反応用装置を
設けたことを特徴とする前記気体状物質の分解用装置。
【請求項１１】触媒反応用装置の上流に浮遊粉塵を除
去する手段を設けた請求項１〜１０記載の気体状物質の
分解用装置。
【請求項１２】光により励起され酸化および還元の化
学変化を生起する性質のある触媒あるいは該触媒を含有
した層を電子線、電界、磁界、放射線のうちから選ばれ
た少なくとも１つの手段により励起することを特徴とす
る触媒の励起方法。