JP2003026449A

JP2003026449A - 発光部材および照明器具

Info

Publication number: JP2003026449A
Application number: JP2001216884A
Authority: JP
Inventors: Junji Hamana; 純二浜名
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】発光源の性能を劣化させることなく、照度の高
い状態を維持できる発光部材を提供する。【解決手段】シリコンアルコキシド系化合物および光触
媒性半導体ゾルを主に含んでなる光触媒性膜原料に、最
大放射波長が３１５ｎｍ以下であるＵＶを照射し硬化し
て、発光部材２１の外表面に光触媒性膜２０を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光部材の外表面
に光触媒性膜を形成することで、光触媒機能を付与した
照明光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近来、照明の発光部材外表面に光触媒性
膜を形成することで、発光部材の汚れを光触媒反応によ
り分解し、発光部材の照度の低下を防いだり、光触媒の
一般的な性質である消臭および殺菌などの機能を持たせ
たものが提案されている。

【０００３】発光部材の外表面に光触媒性膜を形成する
方法としては、チタンアルコキシド系化合物を外表面に
塗布し、５００℃以上の温度で焼成して加水分解と脱水
縮重合とを行うことで、結晶性のアナターゼ型チタニア
を形成する方法が、従来より知られている。

【０００４】しかしながら、この様な方法では、発光部
材がガラス管の場合、ガラス管が高温熱履歴を受けるこ
とにより、製造中に割れたり、消費者に渡る際に割れ易
くなる場合があった。また、発光部材が蛍光管の場合に
は、内壁に均一に塗布してある水銀が蒸発してしまい、
照明が黒ずんだり、均一に発光すべき一本の蛍光管にお
いて位置により照度にバラツキを生じてしまう場合もあ
った。

【０００５】この様な不具合を回避するために、シリコ
ンアルコキシド中にチタニア粒子を分散させた液（シリ
カに対するチタニアの比率は５〜９）を蛍光管表面に塗
布後、１２０℃と比較的低温で加熱しながら低圧水銀ラ
ンプからの光を照射することにより、バインダーである
シリコンアルコキシドを硬化して光触媒性膜を形成する
方法が、特開平１１−２７３４２７公報に記載されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載される様に、チタニア粒子を添加したシリコン
アルコキシドを、発光部材表面に塗布し、低圧水銀ラン
プからの光（２５４ｎｍと１８５ｎｍのＵＶ−Ｃ領域の
紫外線）を照射すると、シリコンアルコキシドとチタニ
アとが存在している塗布表面では、紫外線照射によりシ
リコンアルコキシドは脱水縮重合して硬化収縮するのに
対し、チタニア粒子は収縮しない。また、塗布表面のチ
タニア粒子は光を吸収してしまうため、その後方のシリ
コンアルコキシドの脱水縮重合が遅れる傾向にある。こ
れらの結果、得られる光触媒性膜の表面に凹凸が発生し
たり、チタニア粒子とシリコンアルコキシド硬化物との
間にマイクロクラックを生じたりする場合があるため、
表面は白濁し、可視光域の透過率が低下する場合があ
る。

【０００７】これらの不具合を回避する方法として、チ
タニア粒子の陰にあるシリコンアルコキシドの反応を加
速するため、ＵＶ−Ｃ照射と同時に１２０℃で加熱した
り、チタニア及びＳｉＯ₂（シリコンアルコキシドが完
全に脱水縮重合したとして）に占めるチタニアの割合を
８３質量％以上と高くすることなどが考えられる。

【０００８】しかしながら、この様な方法では、以下の
様な新たな不具合が危惧される。

【０００９】第１に、仮令ＵＶ−Ｃ照射と同時に１２０
℃で加熱したとしても、ＵＶ−Ｃによる反応の方が急速
に進行するため、表面の凹凸対策としては不十分だと考
えられる。また、発光部材がガラス管の場合、１２０℃
の加熱によりガラス管の強度が低下したり、作業性が低
下する恐れがある。

【００１０】第２に、チタニアを８３質量％以上と増加
させた場合、シリコンアルコキシドの収縮は低減できた
としても、チタニアの可視光域の屈折率は２．３で、シ
リコンアルコキシド硬化物の１．４や、ガラスの１．５
と比べて高いため、仮に光触媒性膜を薄膜としたとして
も、可視光域の反射が強く、透過率が不足する恐れがあ
る。この様な場合、光触媒の作用により汚れが十分分解
され照度の低下が起こらないとしても、初期の照明状態
が暗いため、暗い照明であることに変わりはない。

【００１１】以上の様な状況に鑑み、本発明は、発光源
の性能を劣化させることなく、照度の高い状態を維持で
きる発光部材を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明によれば、外表面に光触媒性膜が形成された発
光部材であって、該光触媒性膜は、シリコンアルコキシ
ド系化合物および光触媒性半導体ゾルを主に含んでなる
光触媒性膜原料に、最大放射波長が３１５ｎｍ以下であ
るＵＶを照射し、該光触媒性膜原料を硬化させることに
より得られることを特徴とする発光部材が提供される。

【００１３】本発明で使用される光触媒性膜原料は、加
熱ではなく紫外線（ＵＶ）照射により硬化される。

【００１４】このため、たとえ発光部材がガラス管の場
合でも、ガラス管が製造中に割れたり、消費者に渡る際
に割れ易くなることが抑制される。また、発光部材が蛍
光管の場合でも、内壁に均一に塗布してある水銀が蒸発
することが抑制されるため、照明が黒ずんだり、均一に
発光すべき一本の蛍光管において位置により照度にバラ
ツキを生じることが抑制される。

【００１５】また、本発明で使用される光触媒性膜原料
は、チタニア粒子などの光触媒性半導体粒子でなく、光
触媒性半導体ゾルを含有している。

【００１６】このため、シリコンアルコキシド系化合物
の収縮に起因する光触媒性膜表面の凹凸は低減される。
また、ＵＶが遮られることに起因する脱水縮重合の遅れ
も低減されるため、光触媒性膜表面の凹凸は低減され
る。更に、光触媒性膜表面にマイクロクラックを生じた
りすることも抑制される。

【００１７】このため、表面粗さが小さく可視光の透過
率の高い光触媒性膜を形成することができる。

【００１８】以上より、発光源の性能を劣化させること
なく、照度の高い状態を維持できる発光部材を実現でき
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２０】オフィース内や一般家庭機械職場などで使
用される照明器具の周りには様々な汚染物質が浮遊して
おり、照明器具が長時間使用されることにより、それら
が発光部材の外表面に付着し照度を低下させていく。

【００２１】しかしながら、本願発明においては、発光
部材外表面には光触媒性膜が形成されている。通常、照
射される位置は照明からかなり離れるために紫外線の照
度は微弱であるが、発光部材表面においては、紫外線の
強度は数百μＷ／ｃｍ²程度に達する。この紫外線によ
り、発光部材表面に形成されている光触媒性膜中の光触
媒性半導体化合物が光励起され汚染物質を分解する。ま
た、照明が消灯された後に付着する汚染物質について
も、再点灯することで自身の紫外線発光により分解され
る。

【００２２】発光部材外表面にこびり付く無機系の汚染
物質も、そのこびり付く力は有機物に起因するため、有
機物が分解された後の汚れは、自然に剥落したり容易に
拭き取ることができる。

【００２３】光触媒性膜中の光触媒性半導体化合物が光
励起されると、電子−正孔対が生成する。そして、生成
した電子は表面酸素を還元しスーパーオキサイドイオン
を、また、正孔は表面水酸基を酸化して水酸ラジカルを
生成する。これら生成した高度に反応性を有する活性酸
素種の酸化反応により、発光部材外表面に付着する有機
物や有機物を核とする汚染物質が分解され、発光部材外
表面の汚染が防止され発光源からの照度の低下を抑制さ
れる。また、光触媒性半導体化合物の有機物分解作用に
より、光触媒性膜が形成された発光部材は、汚れ分解以
外にも、脱臭性、抗菌性、殺菌性を示す。

【００２４】光触媒性膜原料に含まれるシリコンアルコ
キシド系化合物は、ＵＶ照射により、けい素に１以上４
以下の水酸基が置換したシラノール類へと誘導され、こ
のシラノール類がＵＶ照射により脱水縮重合反応を起こ
し、硬化が進行する。得られたシリコンアルコキシド系
硬化物は、光触媒性半導体ゾルから得られる光触媒性半
導体化合物を支持するマトリックスとして機能する。

【００２５】従って、加熱焼成することなく硬化が行え
るため、発光部材の温度はＵＶ照射により僅かに上昇す
るものの、好ましくは１００℃以下、より好ましくは８
０℃以下、さらに好ましくは７０℃以下と、低温に保つ
ことができる。このため、光触媒性膜原料を硬化する際
に、発光部材に対し無用な熱衝撃を与えることもなく、
硬化後の取扱い性が向上し、発光部材の破損や性能劣化
が抑制される。

【００２６】ここで使用する紫外線の最大放射波長は３
１５ｎｍ以下であるが、シリコンアルコキシド系化合物
の脱水縮重合反応を十分促進する観点から、最大放射波
長は２８０ｎｍ以下が好ましい。

【００２７】より具体的にはＵＶ−Ｃが好ましく、ＵＶ
−Ｃは低圧水銀ランプやエキシマランプにより、工業的
には好ましい形態で発生させることができる。

【００２８】本発明で使用されるシリコンアルコキシド
系化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラｎ−
プロポキシシラン、テトラブトキシシラン等のシリコン
アルコキシド単量体を例示することができる。

【００２９】また、ＵＶ照射時、シリコンアルコキシド
系化合物の脱水縮重合反応に伴う収縮を防止し、得られ
る光触媒性膜表面を十分に平滑とするために、シリコン
アルコキシド系化合物としてはシリコンアルコキシド重
合体が好ましい。

【００３０】シリコンアルコキシド重合体は、光触媒性
膜原料の硬化に先立ち、光触媒性膜原料中のシリコンア
ルコキシド系化合物としてシリコンアルコキシド単量体
をプレ重合することにより得られる。

【００３１】なお、シリコンアルコキシド重合体の重量
平均分子量が大きい程、ＵＶ照射による脱水縮重合反応
による収縮を押さえることができ、光触媒性膜原料であ
る光触媒性半導体物質と共存するシリコンアルコキシド
重合体とに、ＵＶ照射をすることで表面粗さを非常に小
さくすることができ、可視光透過率のきわめて高い光触
媒性膜を実現できる。

【００３２】この様な理由から、重量平均分子量は５，
０００以上が好ましく、１０，０００以上がより好まし
く、さらに好ましいのは、１５，０００以上である。ま
た、シリコンアルコキシド重合体の重量平均分子量が小
さい程、発光部材への光触媒性膜原料の塗布性能は良好
であり、保存安定性の面からも、１，０００，０００以
下が好ましく、９００，０００以下がより好ましく、８
００，０００以下がさらに好ましい。

【００３３】プレ重合の条件としては、１℃以上８０℃
以下の温度が好ましく、５分以上５年以下の反応時間が
好ましい。この様な条件により、所望の重量平均分子量
のシリコンアルコキシド重合体を含む光触媒性膜原料を
調製することができる。

【００３４】なお、反応が均一に進むと言う理由から、
プレ重合は加熱法により行うことが好ましい。

【００３５】加熱法によりプレ重合を行う場合、加熱に
よりプレ重合を十分に進行させるために、シリコンアル
コキシド単量体の光触媒膜原料に占める濃度は、ＳｉＯ
₂換算で、３質量％以上が好ましく、５質量％以上がよ
り好ましい。一方、重合反応が急速に進行することを抑
制するために、４０質量％以下が好ましい。

【００３６】なお、プレ重合が進行しシリコンアルコキ
シド重合体が臨界分子量以上となると、急速に重合反応
が進行し、光触媒性膜原料がゲル化する場合がある。こ
の場合、シリコンアルコキシド重合体が所定の重量平均
分子量に達したところで、温度を低下し溶剤で希釈し濃
度を低下することで、それ以降の分子量増加を抑制でき
保存安定性の良い光触媒性膜原料を得ることができる。

【００３７】また、所定の重量平均分子量のシリコンア
ルコキシド重合体を得るために、シリコンアルコキシド
単量体に対する水のモル比（［水］／［シリコンアルコ
キシド単量体］）を、好ましくは０．１以上５００以下
とする。

【００３８】更に、プレ重合工程において、又は、光触
媒性半導体ゾルを加えて光触媒性膜原料を調製する前
に、光触媒性膜原料のｐＨが光触媒性半導体ゾルのｐＨ
と実質的に同一となるよう、光触媒性膜原料に酸または
塩基性物質を加えておくことで、光触媒性原料調整後も
光触媒性半導体ゾルが凝集および沈降などすることを抑
制でき、均一分散された状態を長期にわたり保つことが
できる。この結果、均一な光触媒性膜を発光部材外表面
に形成することができる。

【００３９】本発明で使用される光触媒性半導体ゾルと
しては、ＴｉＯ₂ゾル、ＺｎＯゾル、ＳｎＯ₂ゾル、Ｓｒ
ＴｉＯ₃ゾル、ＷＯ₃ゾル、Ｂｉ₂Ｏ₃ゾル、Ｆｅ₂Ｏ₃ゾル
等を例示することができる。中でも、高活性であり、低
毒性であり、化学的に安定であり、安価であることなど
から、チタニア（ＴｉＯ₂）ゾルが好ましい。

【００４０】チタニアゾルとしては、物理的または化学
的に解謬されたチタニア微粒子を、硝酸および塩酸など
を安定剤として酸性溶液中に存在させたものや、アンモ
ニアなどを安定剤として塩基性溶液溶液中に存在させた
ものが、分散性が良好で安定なため好ましい。

【００４１】チタニアゾル中の解謬されたチタニア微粒
子の平均粒子径は、シリコンアルコキシド系化合物のＵ
Ｖ硬化反応が阻害されることを抑制し、表面平滑性に優
れる光触媒性膜を形成し、十分な透過率を実現するため
に、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好
ましく、３０ｎｍ以下が更に好ましい。一方、チタニア
微粒子の平均粒子径の下限としては、一般に２ｎｍ以上
とされる。

【００４２】特に、シリコンアルコキシド系化合物とし
て所定の重量平均分子量のシリコンアルコキシド重合体
と、光触媒性半導体ゾルとしてチタニアゾルとを組合わ
せて光触媒性膜原料を調製し、これを発光部材に塗布後
ＵＶ硬化すれば、チタニアゾルが均一分散された光触媒
性膜を形成することができ、得られる光触媒性膜表面の
凹凸差を小さくすることができ、可視光域の透過率がき
わめて高い発光部材を実現できる。

【００４３】チタニアゾル及びシリコンアルコキシド系
化合物を主たる成分とする光触媒性膜原料を、発光部材
の外表面に塗布し、ＵＶ照射により硬化した光触媒性膜
に含まれるＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂の質量比（シリコンアル
コキシドが脱水縮重合によりにＳｉＯ₂変わったものと
仮定した質量）に関しては、十分量のチタニアにより光
触媒性膜の汚れ分解効果を十分なものとできる。

【００４４】一方、発光部材の一つであるガラスの可視
光域での屈折率は１．５であり、シリコンアルコキシド
系化合物のＵＶ硬化物の可視光域での屈折率は１．４で
あるのに対し、チタニアの可視光域での屈折率は２．３
と大きいため、チタニア微粒子がシリコンアルコキシド
系化合物のＵＶ硬化物中に均一に分散された系におい
て、チタニアの含有量が多くなると複合膜としての光触
媒性膜の屈折率と、ガラスの屈折率との差が大きくなり
（ガラスの上に光学定数の異なる膜が形成され）反射が
起こり易くなるため、透過率が低下すると考えられる。

【００４５】以上の理由により、発光部材表面に形成さ
れる光触媒性膜の好ましいＴｉＯ₂の比率は、（Ｔｉ
Ｏ₂）／（ＴｉＯ₂＋ＳｉＯ₂）で計算される質量％で、
１５質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ま
しく、２５質量％以上が更に好ましい。一方、７５質量
％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましく、６
５質量％以下が更に好ましい。

【００４６】即ち、チタニア微粒子の光触媒性膜原料に
占める割合として、シリコンアルコキシド系化合物と等
しいモル数のＳｉＯ₂と、チタニア微粒子との合計に対
するチタニア微粒子の含有量で、１５質量％以上が好ま
しく、２０質量％以上がより好ましく、２５質量％以上
が更に好ましい。一方、７５質量％以下が好ましく、７
０質量％以下がより好ましく、６５質量％以下が更に好
ましい。

【００４７】本発明における光触媒性膜原料は、シリコ
ンアルコキシド系化合物および光触媒性半導体ゾルを適
当な溶剤に溶解または均一分散して調製される。

【００４８】溶剤としては、シリコンアルコキシド系化
合物および光触媒性半導体ゾルを、溶解または均一に分
散するものであれば特に限定されないが、乾燥工程にお
いて容易に気化するものが好ましい。具体的には、メチ
ルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール
等のアルコール類；酢酸メチル、酢酸エチル等のエステ
ル類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；ベ
ンゼン、トルエン、キシレン、クロロフォルム、ペンタ
ン、ヘキサン、シクロヘキサン等の有機溶剤を例示する
ことができる。

【００４９】また、必要に応じて、光触媒性膜原料に
は、シラノール生成反応触媒、シラノール脱水反応触
媒、光触媒性半導体の生成反応触媒、ＵＶ硬化触媒、界
面活性剤、安定剤、乾燥抑制剤（フォルムアミド、ジメ
チルフォルムアミド）等が添加される場合もある。

【００５０】光触媒性膜原料を発光部材の外表面に塗布
する方法としては、ディップコート法（浸漬法）、スプ
レーコート法、スピンコート法、フローコート法、ロー
ルコート法、メニスカス法を挙げることができる。

【００５１】塗布量については、最終的に所望の膜厚が
得られるように調整される。光触媒性膜の厚みは、十分
な光触媒効果を発揮させるためには、１０ｎｍ以上が好
ましく、２０ｎｍ以上がより好ましい。一方、膜が厚く
なると、可視光透過率の低下や、発光部材外表面にＵＶ
の紫外線が到達しにくくなり、外表面からの剥離発生の
原因となるため、１０００ｎｍ以下が好ましく、より好
ましくは５００ｎｍ以下である。

【００５２】低温成膜ができ、可視光透過率の高い光触
媒性膜が特徴である本発明は、発光部材としてガラス管
などに限らず、照明器具の反射傘や照明のカバーへの適
用も可能である。特に、それらがプラスチック材料であ
ったり、加熱履歴により破損や性能劣化する器具や材料
の場合、有効である。

【００５３】本発明においては、ＵＶ領域の紫外線照射
の条件は、得られる光触媒性膜の特性を左右することか
ら、注意深く至適化される。すなわち、適当な工程時間
で、光触媒性膜が十分な光触媒性能と可視光透過率と表
面硬度を実現するには、２５４ｎｍの照度は、０．０１
ｍＷ／ｃｍ²以上が好ましく、０．１ｍＷ／ｃｍ²以上が
より好ましく、１ｍＷ／ｃｍ²以上が更に好ましい。一
方、上限としては普通５０ｍＷ／ｃｍ²以下とされる。

【００５４】また、ＵＶ照射時間も１秒以上が好まし
く、５秒以上がより好ましく、１０秒以上が更に好まし
い。一方、上限としては普通３０分以下とされる。

【００５５】図１には、発光部材の例として、ガラス管
１０、口金１１及び口金ピン１２からなる蛍光管を示し
た。更に、図１のａａ断面を図２に示した。ガラス管２
１の外表面上には、光触媒性膜原料を塗布してＵＶ−Ｃ
領域の紫外線照射により硬化して得られる光触媒性膜２
０が形成されている。なお、光触媒性膜原料の塗布は、
図３に示した様なガラス管２１のみの状態で行う。な
お、ガラス管２１内壁には、蛍光層２２が塗布され、管
内に水銀やアルゴンが封止され蛍光管としての形態が完
成した後、光触媒性膜が形成されても良く、また、蛍光
管製造の途中工程で光触媒性膜を形成することもでき
る。

【００５６】図４及び５には、本発明の発光部材を発光
源として具備する照明器具の例を示した。４１及び５１
が本発明の発光部材であり、プラスチック製照明傘４２
及び照明保護カバー５２が配置されている。なお、プラ
スチック製照明傘および照明保護カバー等の光源以外の
部材の表面にも光触媒性膜を形成することができる。

【００５７】本発明の光触媒性膜は、その膜中に帯電防
止材や銀や銅などの抗菌物質を添加することもできる
し、図６に示すように光触媒性膜６３と発光部材６１外
表面との間に、可視光透過率が保証される範囲であれば
第３の層６２を配置し多層構造することもできる。

【００５８】第３の層６２は、例えば、光触媒による強
力な有機物分解作用から発光部材６１外表面を守る保護
膜の機能を有するものとする。この様な膜は、例えば、
シリコンアルコキシド系化合物のみを主成分とした物質
の塗布を行い、ＵＶ−Ｃ領域の紫外線照射により硬化す
ることにより作製できる。

【００５９】「チタニア光触媒のすべて」（橋本および
藤島編集、１９９９年３月５日発行、株式会社シーエム
シー）の第２４４頁には、ＩＥＳ（米国照明学会）の資
料が掲載されており、オフィース内、製造現場およびト
ンネル内照明の照度変化が、月次経過とともに帯状グラ
フで示されている。これによると、最も照度低下の少な
いオフィース内照明の最良値でも、初期値を１００％と
したとき、１２ヶ月を経過すると９２％まで低下してし
まう。（ちなみに、製造現場では８２％、トンネル内は
６７％である。）一般には、照明器具の発光部材を交換したとき、光触媒
性膜付き発光部材の照度が交換前と同じ又は劣ることは
許されず、照度は発光部材交換により上昇することが期
待される。

【００６０】本発明によれば、発光部材の可視光域透過
率に対して、光触媒性膜の形成による透過率の低下は、
７％より小さくでき、５％より小さいことがより好まし
く、３％より小さいことが更に好ましい。即ち、光触媒
性膜の形成後の透過率は、光触媒性膜の形成前の透過率
の少なくとも９３％以上、より好ましくいは９５％以
上、さらには９７％以上が好ましい。この場合、発光部
材交換による照度の向上を視覚的にも確実に保証でき
る。さらに、光触媒性膜内に含まれるチタニアが、発光
源からの紫外線により光励起することによる有機物分解
作用により、発光部材外表面に付着する汚れ物質を分解
し、照度低下を防止しその維持を可能にしている。

【００６１】また、光の散乱による可視光域の透過率を
低下させないために、光触媒性膜の表面粗さとして、具
体的には最大高さ（Ｒｙ）が５０ｎｍ以下が好ましく、
３０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が更に好ま
しい。

【００６２】

【実施例】以下に実施例によって本発明を更に詳細に説
明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではな
い。なお、以下特に明記しない限り、試薬等は市販の高
純度品を用いた。

【００６３】（評価方法）（ア）表面粗さＲｙ（ｎｍ）：表面粗さ計（小坂研究所
製、ＳｕｒｆｃｏｒｄｅｒＳＥ−３Ｃ、縦倍率１００
０００倍）を用いて隣り合う面の高低差を計測し、凹凸
差として最大高さ（Ｒｙ）を計測した。

【００６４】（イ）重量平均分子量：テトラヒドロフラ
ンを溶媒として、ＧＰＣ（東ソー株式会社製ＨＬＧ−８
１２０）を用い、ポリスチレン換算の重量平均分子量を
測定した。

【００６５】（ウ）光触媒性膜の形成による透過率の変
化（％）：波長５５０ｎｍにおけるガラスの透過率を基
準とし、膜形成による透過率の変化を測定した。

【００６６】なお、透過率は、３８０〜７２０ｎｍの可
視光域において、紫外可視分光光度計（日立製作所製
Ｕ−３２１０）を用いて計測し、光触媒性膜をガラスの
外表面に形成した場合もガラスに光触媒性膜を形成しな
い場合も、この領域での透過率は比較的平坦なカーブを
示すことから、可視光域の平均波長である５５０ｎｍに
おける透過率を基に、変化量を計算した。

【００６７】また、変化率は、（光触媒性膜付きガラス
の透過率）／（光触媒性膜なしのガラスの透過率）を％
で表現したものである。

【００６８】（実施例１及び２で使用する光触媒性膜原
料の調製）テトラエトキシシラン（キシダ化学）、水、
エチルアルコール及び硝酸を、質量比が２：１：４：
０．０３となるよう混合し、マグネチックスタラーで１
時間攪拌した。この時、［水］／［テトラエトキシシラ
ン］のモル比は５．８、シリカ換算での固形分濃度は
８．２質量％であった。

【００６９】得られた混合物を４０℃に保温し重合を進
行させた。保温開始後１５日目に取出したもの重量平均
分子量は６２００、２０日目に取り出したもののは２５
０００であった。なお、２４日目でゲル化した。

【００７０】次に、１５日目に取り出したものに石原産
業製アナターゼ型チタニアゾルＳＴＳ−０１（商品名）
を加え、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂に占めるＴｉＯ₂の質量比
が５５％となるよう、また、光触媒性膜原料に占めるＳ
ｉＯ₂及びＴｉＯ₂固形分比率が４質量％となるようエチ
ルアルコールを加え、マグネチックスタラーを用い１時
間攪拌して、実施例１で使用する光触媒性膜原料を調製
した。なお、石原産業製アナターゼ型チタニアゾルＳＴ
Ｓ−０１は、平均粒径が７ｎｍであり、安定剤として硝
酸を加えｐＨを１．５に調整したものである。

【００７１】また、２０日目に取り出したものを使用す
る以外は、実施例１で使用する光触媒性膜原料と同様
に、実施例２で使用する光触媒性膜原料を調製した。

【００７２】（比較例１及び２で使用する光触媒性膜原
料の調製）水、エタノール及びプロパノールを体積比
３：２７：７で混合した液１００ｍＬにテトラエトキシ
シラン（キシダ化学）５ｇを溶解させ、４０℃で５時間
攪拌して後、室温で２週間保管した。この時、ＳｉＯ₂
の換算濃度は１．５質量％、［水］／［テトラエトキシ
シラン］モル比は６．９、重量平均分子量は、８００で
あった。

【００７３】これに、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂に占めるＴｉ
Ｏ₂の質量比が５５％となるように石原産業製チタニア
ＳＴ−０１（商品名）を添加し、固形分濃度が４質量％
となるようエチルアルコールを加え、ジルコニアボール
を用いて２４時間混練したものを比較例１で光触媒性膜
原料として使用した。

【００７４】また、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂に占めるＴｉＯ
₂の質量比を８５質量％とした以外は、比較例１で使用
する光触媒性膜原料の場合と同様に、比較例２で使用す
る光触媒性膜原料を調製した。

【００７５】（光触媒性膜の評価）以上で調製した光触
媒性膜原料を、ガラス板の片面、及び図１の形状の蛍光
管の外周にディップ法にて塗布した。なお、引き上げ速
度を調節することにより、最終的に得られる光触媒性膜
の膜厚が１２０ｎｍとなるようした。その後、実施例１
及び２については、２００Ｗ低圧水銀ランプ（センエン
ジニアリング社）により、ＵＶ−Ｃ領域の紫外線照射
（２５４ｎｍでの照度：１５ｍＷ／ｃｍ²）を３分間行
い、ガラス表面および蛍光管外表面に光触媒性膜を形成
した。なお、この時、蛍光管外表面は紫外線照射により
６２℃まで上昇した。その後、強制空冷を行い室温まで
冷却したが、ガラス管、口金および口金ピン等の熱歪み
に起因する異常音は認められなかった。

【００７６】また、２００Ｗ低圧水銀ランプの照射（２
５４ｎｍでの照度：１５ｍＷ／ｃｍ ²）と同時に、加熱
（１２０℃）を１０分間行う以外は、実施例１及び２と
同様にして光触媒性膜を形成した（比較例１及び２）。
その後、強制空冷を行い室温まで冷却したところ、ガラ
ス管、口金および口金ピン等の熱歪みに起因する異常音
が発生した。ガラス管には、熱歪みに起因するマイクロ
クラックが発生し、直ちに破壊しないものの蛍光管の寿
命は短縮した。

【００７７】更に比較例３として、比較例１で使用した
光触媒性膜原料をガラス板に塗布し３００℃焼成を行っ
たものを作製した。

【００７８】以上の実施例および比較例について、ガラ
ス板に形成された光触媒性膜の可視光域における透過率
の波長依存性を測定し、光触媒性膜が形成されていない
ガラス板と比較して結果を図７に示した。７１が光触媒
性膜が形成されていないガラス板の結果を、７２が実施
例１の結果を、７３が実施例２の結果を、７４が比較例
１の結果を、７５が比較例２の結果を、７６が比較例３
の結果を、それぞれ示す。図７より、可視光の広い領域
において、実施例の光触媒性膜の透過率が高く均一であ
ることが分る。

【００７９】また、以上の実施例および比較例につい
て、ガラス板に形成された光触媒性膜の表面凹凸を測定
し表面粗さＲｙを計測した。表面凹凸の様子を、光触媒
性膜が形成されていないガラス板と比較して図８に示し
た。８１が光触媒性膜が形成されていないガラス板の結
果を、８２が実施例１の結果を、８３が実施例２の結果
を、８４が比較例１の結果を、８５が比較例２の結果
を、８６が比較例３の結果を、それぞれ示す。図８よ
り、実施例の光触媒性膜は表面の平坦性に優れることが
分る更に、透過率の変化率および最大高さ（Ｒｙ）の計
測結果を表１に示した。

【００８０】

【表１】

【００８１】表１より、実施例の光触媒性膜が形成され
たガラスの透過率は、光触媒性膜を形成する前のガラス
の透過率と殆ど同じであり、実施例の光触媒性膜は十分
な透過率を有していることが分る。また、実施例の光触
媒性膜の表面粗さも十分小さいことが分る。なお、目視
の観察から、実施例の光触媒性膜は白濁などしておらず
透明感が有ることが確認でき、以上の結果を支持してい
る。更に、実施例の光触媒性膜を布拭きしても、光触媒
性膜に傷が発生したり剥離するなどの不具合は発生せ
ず、使用上十分な耐擦傷性を有していることも分った。

【００８２】また、以上の結果より、ＴｉＯ₂量を増す
ことで表面精度を高めることができるものの、ガラス表
面に屈性率の大きな膜が形成されることで反射率が増
し、結果として透過率が低下してしまうものと考えられ
る。

【００８３】（有機物の分解作用試験）光触媒性膜が形
成された蛍光管を、１ｍモル／Ｌシアニンブルー水溶液
に浸漬し、シアニンブルーを光触媒性膜に吸着させた。
その後、蛍光管を点灯しシアニンブルーの着色が消える
までの時間を目視評価して、蛍光管から放射される３８
０ｎｍ以下の波長による光触媒の光励起による有機物分
解作用を評価した。結果を表２に示す。

【００８４】

【表２】

【００８５】更に、光触媒性膜の表面を拡大観察したと
ころ、比較例１及び２に付いては、テトラエトキシシラ
ンの偏析と思われる色残りや、マイクロクラックと思わ
れる膜内への色素侵入による色残りが認められ、引続
き、点灯を行っても、それらは消失しなかった。一方、
実施例１及び２に付いては、そのような色残りは認めら
れず、目視による着色の消失評価（巨視的な評価）では
判定できない長所を有していることが分った。

【００８６】（光触媒性膜原料の保存安定性の評価）光
触媒性膜原料を容器に取り蓋をして、チタニア粒子の挙
動を室温下で観測したところ、比較例１及び２で使用し
た光触媒性膜原料では沈殿が発生した。一方、実施例１
及び２で使用した光触媒性膜原料では、殆ど沈殿は発生
せず、仮に僅かな沈殿が発生したとしても、攪拌により
容易に再分散でき、実施例で使用された光触媒性膜原料
の保存安定性の高さが確められた。

【００８７】

【発明の効果】以上に説明した様に、ある分子量以上に
成長させたシリコンアルコキシド系化合物および光触媒
性半導体ゾルを主たる成分とする光触媒性膜原料を、発
光源を構成する発光部材外表面に形成し、ＵＶ−Ｃ領域
の紫外線を照射することで、殆ど発光部材に温度をかけ
ることなく光触媒性膜を硬化でき、可視光域の透過率の
高い光触媒性膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光触媒性膜が形成された蛍光管を説明するため
の模式図である。

【図２】光触媒性膜が形成された蛍光管を説明するため
の模式的断面図である。

【図３】ガラス管を説明するための模式図である。

【図４】照明器具の例を説明するための模式図である。

【図５】照明器具の他の例を説明するための模式図であ
る。

【図６】光触媒性膜を有する積層構造を説明するための
模式的断面図である。

【図７】光触媒性膜の透過率の波長依存性を示す実測図
である。

【図８】光触媒性膜表面の凹凸の様子を示す実測図であ
る。

【符号の説明】

１０ガラス管１１口金１２口金ピン２０光触媒性膜２１ガラス管２２蛍光層４１発光部材４２プラスチック製照明傘５１発光部材５２照明保護カバー６１発光部材６２第３の層６３光触媒性膜７１光触媒性膜が形成されていないガラス板の結果７２実施例１の結果７３実施例２の結果７４比較例１の結果７５比較例２の結果７６比較例３の結果８１光触媒性膜が形成されていないガラス板の結果８２実施例１の結果８３実施例２の結果８４比較例１の結果８５比較例２の結果８６比較例３の結果

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 61/35 Ｈ０１Ｊ 61/35 ＬＨ０１Ｋ 1/32 Ｈ０１Ｋ 1/32 ＣＦターム(参考） 4G059 AA01 AA07 AC30 EA04 FA05 FA09 FA22 FA28 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA21C BA22C BA37 BA48A BE06C BE32C CD10 DA06 EA08 EB05 EB15X EB18X EB19 EC22Y EC30 ED10 FA03 FB24 FB58 FB71 FC05 5C043 AA03 AA05 AA07 CC09 CD01 CD10 DD27 EA17 EB16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外表面に光触媒性膜が形成された発光部
材であって、該光触媒性膜は、シリコンアルコキシド系
化合物および光触媒性半導体ゾルを主に含んでなる光触
媒性膜原料に、最大放射波長が３１５ｎｍ以下であるＵ
Ｖを照射し、該光触媒性膜原料を硬化させることにより
得られることを特徴とする発光部材。
【請求項２】前記光触媒性半導体ゾルは、チタニアゾ
ルであることを特徴とする請求項１記載の発光部材。
【請求項３】前記チタニアゾルはチタニア微粒子を含
んでなり、該チタニア微粒子の平均粒子径は２ｎｍ以上
１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の
発光部材。
【請求項４】前記シリコンアルコキシド系化合物と等
しいモル数のＳｉＯ ₂と前記チタニア微粒子との合計に
対する、前記チタニア微粒子の含有量は１５質量％以上
７５質量％以下であることを特徴とする請求項３記載の
発光部材。
【請求項５】前記シリコンアルコキシド系化合物は、
重量平均分子量が５，０００以上１，０００，０００以
下のシリコンアルコキシド重合体であることを特徴とす
る請求項１乃至４何れかに記載の発光部材。
【請求項６】前記シリコンアルコキシド重合体は、前
記光触媒性原料の硬化に先立ち、前記光触媒性原料中の
前記シリコンアルコキシド系化合物をプレ重合すること
により得られることを特徴とする請求項５記載の発光部
材。
【請求項７】前記ＵＶの最大放射波長は、２８０ｎｍ
以下であることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記
載の発光部材。
【請求項８】前記ＵＶは、ＵＶ−Ｃであることを特徴
とする請求項７記載の発光部材。
【請求項９】前記ＵＶ−Ｃは、低圧水銀ランプにより
発生されることを特徴とする請求項８記載の発光部材。
【請求項１０】前記ＵＶの照射において、２５４ｎｍ
の照度が０．０１ｍＷ／ｃｍ²以上５０ｍＷ／ｃｍ²以下
でることを特徴とする請求項１乃至９何れかに記載の発
光部材。
【請求項１１】前記ＵＶの照射時間は、１秒以上３０
分以下であることを特徴とする請求項１乃至１０何れか
に記載の発光部材。
【請求項１２】前記光触媒性膜の表面粗さ（Ｒｙ：最
大高さ）は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求
項１乃至１１何れかに記載の発光部材。
【請求項１３】前記光触媒性膜の層厚は、１０ｎｍ以
上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃
至１２何れかに記載の発光部材。
【請求項１４】前記光触媒性膜を形成することによる
透過率の低下は、前記光触媒性膜を形成する前の透過率
の７％より小さいことを特徴とする請求項１乃至１３何
れかに記載の発光部材。
【請求項１５】請求項１乃至１４何れかに記載の発光
部材を、発光源として具備することを特徴とする照明器
具。