JP2003311157A

JP2003311157A - 金属酸化物光触媒体及びその製造方法

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Publication number: JP2003311157A
Application number: JP2002116492A
Authority: JP
Inventors: Tsunetake Aoki; 恒勇青木; Motofumi Suzuki; 基史鈴木; Kenji Morikawa; 健志森川; Takeshi Owaki; 健史大脇; Yasunori Taga; 康訓多賀
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】安価に製造することができ、高い光触媒活性
を呈する金属酸化物光触媒体及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】導入ガスに酸素を含み、酸素を１２体積
％、導入ガスの全圧を４mTorr以上１０mTorr以上の条件
下で、金属酸化物ターゲット２４をスパッタリングし、
基板３０の表面上への金属酸化物を成膜することによっ
て、プラスチック等の樹脂材料を基板３０とした金属酸
化物光触媒体を得ることができる。このような金属酸化
物光触媒体は平均表面粗さが２．５ｎｍ以上１０００ｎ
ｍ以下であり、結晶性の金属酸化物を含み、高い光触媒
活性を呈した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性の金属酸化
物を含み、高い光触媒活性を呈する金属酸化物光触媒体
に関する。さらに、低温及び低圧力下におけるスパッタ
リングを用いた金属酸化物光触媒体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、酸化チタン等の金属酸化物は
光触媒活性な物質として広く知られている。これらの物
質を含んでなる光触媒体は、紫外線や可視光線等を受け
ると電子−正孔対を生成し、この電子及び正孔によって
生ずる酸化還元反応により、有機化合物等の有害物質の
分解や殺菌作用を呈する。

【０００３】このような金属酸化物の光触媒体を製造す
る１つの方法として、スパッタリング法が用いられてい
る。特開平１０−２７８１６５号公報の「積層体の製造
方法」には、チタン（Ｔｉ）を主成分とする金属ターゲ
ットを用いて、酸化性雰囲気における反応性ＤＣスパッ
タリングによる、酸化チタン（ＴｉＯ₂）の成膜方法が
開示されている。

【０００４】しかし、当該技術では、成膜された酸化チ
タンに十分な光触媒作用を発揮させるには、成膜時に基
板温度を３００℃程度に加熱するか、または成膜後に膜
を６００℃程度まで加熱処理しなければならなかった。
そのため、安価で柔軟性に優れたプラスチック基板上に
光触媒体を成膜することができなかった。

【０００５】特開２０００−１２６６１３号公報の「光
触媒体の作製方法」には、不活性ガスと酸素の混合ガス
雰囲気下におけるスパッタリング法による酸化チタン膜
の作製方法が開示されている。当該技術では、導入ガス
の全圧を１０mTorr以上としてスパッタリングを行な
い、酸化チタンを成膜する。ここで、Torrは圧力単位で
あって、１Torrは約１３３．３Paである。

【０００６】１０mTorr以上まで全圧を上げるにはガス
流量を大きくする必要があるため、導入ガス代のランニ
ングコストが上昇し、ひいては酸化チタン膜の製造コス
トを増大させる原因となる。一方、ガスの排気速度を低
下させることによって全圧を上昇させた場合、スパッタ
リング時におけるスパッタリング装置の壁面温度の上昇
に伴って放出される不純物を十分に排気することができ
なくなり、酸化チタン膜内に不純物が多く取り込まれ、
却って光触媒性能を低下させる問題を生ずる。さらに、
成膜速度が低下するため、経済的に不利であり、生産性
も劣っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術には以下の問題があった。

【０００８】（１）金属ターゲットを用いたスパッタリ
ングを行った場合、高い結晶性を有する酸化チタン膜を
成膜するためには、基板の温度を３００℃程度まで上昇
させる必要がある。従って、安価な樹脂（プラスチック
等）の基板を適用することができない。

【０００９】（２）スパッタリングを行なう際に、導入
ガスの全圧を１０mTorr以上とすることによって、光触
媒体への不純物の混入を招き、光触媒性能を低下させて
しまう。

【００１０】（３）さらに、導入ガスのランニングコス
トの上昇や成膜速度の低下から、経済的な不利益を生ず
ることである。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、安
価に製造できるとともに、高い光触媒活性を呈する金属
酸化物光触媒体及びその製造方法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】上記課題を解決するため
の本発明は、結晶性の金属酸化物を含む光触媒膜を基板
の表面上に形成してなる金属酸化物光触媒体であって、
前記光触媒膜の平均表面粗さＲａが２．５ｎｍ以上１０
００ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体にお
いて、前記金属酸化物はアナターゼ型またはルチル型の
結晶構造を有する酸化チタンであることを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体にお
いて、前記光触媒膜は、前記基板の表面に対して略垂直
方向に伸びる柱状構造を有することを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体にお
いて、前記光触媒膜は、前記基板の表面に対して略垂直
方向に（１０１）面配向したアナターゼ型の結晶構造、
または（１１０）面配向したルチル型の結晶構造を有す
る酸化チタンを含んでなることを特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体にお
いて、前記基板は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂で
あることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体にお
いて、前記基板と前記光触媒体との間に、酸化ケイ素か
らなる界面層を有することを特徴とする。

【００１８】また、上記課題を解決するための本発明
は、低圧力下において金属酸化物ターゲットをスパッタ
リングすることによって、基板表面上への金属酸化物光
触媒を成膜する金属酸化物光触媒体製造方法であって、
酸素が１２体積％以上、全圧が４mTorr以上１０mTorr未
満の雰囲気下においてスパッタリングを行なうことを特
徴とする。

【００１９】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体製造
方法において、前記基板の温度が１００℃以下において
物理蒸着を行なうことを特徴とする。

【００２０】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体製造
方法において、前記スパッタリング法はＲＦマグネトロ
ンスパッタリング法であることを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体製造
方法において、スパッタリングのターゲットと前記基板
間の距離が１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることを特徴
とする。

【００２２】さらに、本発明の金属酸化物光触媒体製造
方法において、前記金属酸化物は酸化チタンであること
を特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
を参照して説明する。本実施の形態では、スパッタリン
グ装置を用いてターゲットをスパッタリングすることに
よって、基板表面上に金属酸化物光触媒体を成膜する。

【００２４】スパッタリング装置１００は、図１のよう
に、真空槽１０、排気口１４、真空計１６、制御部１
８、自動圧力調整器２０、流量調整器２２ａ，２２ｂ、
ターゲット２４、ターゲット保持部２６、磁石２８、基
板３０、基板保持部３２及び電源３４から基本的に構成
される。

【００２５】真空槽１０は、排気口１４を介して真空ポ
ンプ（図示しない）によって真空排気されている。本実
施の形態では、成膜中の膜中への不純物の取り込みを防
ぐために、成膜前の真空槽１０のバックグラウンド真空
を１×１０^-6Torr以下としておくことが好ましい。

【００２６】真空計１６は、真空槽１０内の真空度を測
定し、信号として制御部１８に送出する。制御部１８
は、真空計１６によって測定された真空槽１０内の圧力
信号を受け、排気口１４に設けられた自動圧力調整器２
０のバタフライ弁を開閉調節する。これによって、真空
槽１０内を所定の圧力に自動調整することができる。

【００２７】スパッタリング時の導入ガスは、流量調整
器２２ａ，２２ｂを介して真空槽１０内に導入される。
本実施の形態では、導入ガスは酸素及び不活性ガスを用
いる。不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎ
ｅ）、アルゴン（Ａｒ）またはクリプトン（Ｋｒ）等の
希ガスのいずれか１つまたはこれらの組み合わせを用い
ることが好適である。流量調整器２２ａ，２２ｂは、制
御部１８からの制御信号を受けて、酸素及び不活性ガス
の流量を定められた流量となるように調整する。

【００２８】スパッタリングを行なう際には、酸素を１
２体積％以上１００体積％以下で導入することが好適で
ある。このとき、酸素の導入割合に対して相補的に、不
活性ガスを０以上８８体積％以下で導入することが好ま
しい。また、スパッタリング時の導入ガスの全圧は、４
mTorr以上１０mTorr未満とすることが好適である。

【００２９】ターゲット２４は、真空槽１０内に配置さ
れたターゲット保持部２６に設置される。本実施の形態
におけるターゲット保持部２６には、磁石２８を適切な
間隔をもって配置することが好適である。これらの磁石
２８を設けることによって、成膜時にマグネトロンスパ
ッタリングを行なうことが可能となり、光触媒体へのプ
ラズマからの衝撃を抑制し、成膜速度を向上させること
ができる。

【００３０】ターゲット２４には、酸化チタン（ＴｉＯ
₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化タングステン（Ｗ
Ｏ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化ビスマス（Ｂｉ
₂Ｏ₃）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）、酸化銅（Ｃｕ₂Ｏ）、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉＯ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、
チタン酸鉄（ＦｅＴｉＯ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等
の金属酸化物のいずれか１つまたはこれらの組み合わせ
とすることができる。

【００３１】ターゲット２４として、チタン等の金属タ
ーゲットを用いた場合には、スパッタリングによって得
られる金属酸化物光触媒体が結晶化せず、十分な光触媒
活性を呈することができない。これに対して、本実施の
形態のように、ターゲット２４自体を金属酸化物とする
ことによって、スパッタリングによって得られる金属酸
化物光触媒体を結晶化させることができ、高い光触媒活
性を呈することが可能となる。

【００３２】基板３０は、真空槽１０内に配置された基
板保持部３２に取り付けられる。成膜時に基板３０の表
面への不純物粒子（パーティクル）等の付着を防止する
ために、基板３０の成膜面を下向きまたは横向きに保持
することが好ましい。また、本実施の形態では、スパッ
タリングによる成膜中に基板３０を加熱する必要は無
い。

【００３３】本実施の形態では、基板３０として、青板
ガラス、白板ガラス、低アルカリガラス、無アルカリガ
ラス等のガラス材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリメチルペンテン、ポリブテン、結晶性ポリブタジエ
ン、ポリスチレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエ
ン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、Ａ
Ｓ、ＡＢＳ、アイオノマー、ＡＡＳ、ＡＣＳ）、ポリメ
チルメタクリレート（アクリル）、ポリテトラフルオロ
エチレン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合
体、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）、ポリアミ
ド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリアリレート（Ｕポリマー）、ポリスチレン、ポ
リエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイド、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、酢酸
セルロース、酢酪酸セルロース、セロファン、セルロイ
ド、液晶ポリエステル等の熱可塑性樹脂、フェノール樹
脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフ
タレート樹脂（アリル樹脂）、アルキド樹脂、エポキシ
樹脂、ウレタン樹脂、ケイ素樹脂等の熱硬化性樹脂、シ
リコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム等の半導体材料、
鉄、ニッケル、ステンレス等の金属材料のいずれか１つ
またはこれらの組み合わせを適宜選択して用いることが
できる。

【００３４】特に、本実施の形態では、成膜中に１００
℃以上の加熱を必要としないため、ポリエチレン、ポリ
塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸
ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂等のよう
に耐熱性は低いが、非常に安価な汎用プラスチック材料
を基板３０として用いることができることが特徴的であ
る。基板３０としてプラスチック材料を用いる場合に
は、スパッタリング時のプラズマによる基板３０の表面
の損傷を防ぐと同時に、基板３０から光触媒体への不純
物の拡散を防止するために、基板３０の成膜面に酸化ケ
イ素（ＳｉＯ₂）等の保護膜を形成しておくことが好適
である。

【００３５】また、導入ガスのプラズマからの基板表面
及び光触媒体へのダメージを防ぎ、さらに必要な成膜速
度を確保するために、ターゲット２４と基板３０の間隔
を適宜調節する必要がある。ここでは、ターゲットと基
板との距離は１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることが好
適である。

【００３６】ターゲット保持部２６と基板保持部３２と
は、電源３４を介して接続される。電源３４には、直流
（ＤＣ）電源または高周波（ＲＦ）電源が用いられる。
電源３４を用いてターゲット２４及び基板３０の間に電
圧を印加することによって、導入ガスをプラズマ化し、
ターゲット２４をスパッタリングすることによって、金
属酸化物光触媒体を基板３０上に成膜することができ
る。

【００３７】図２に、本実施の形態のスパッタリング装
置を用いて成膜された金属酸化物光触媒体の例の断面図
を示す。基板３０として、ガラス材料、半導体材料また
は金属材料を用いた場合には、図２（ａ）のように、基
板３０の表面上に直接金属酸化物３６を直接成膜した。
基板３０として、樹脂（プラスチック等）を用いた場合
には、図２（ｂ）のように、基板３０の表面上に酸化ケ
イ素膜等の中間層３８を設け、その中間層３８上に金属
酸化物３６を成膜した。

【００３８】このとき、Ｘ線回折測定によって金属酸化
物は結晶性を示した。特に金属酸化物が酸化チタンの場
合には、アナターゼ型またはルチル型の少なくとも一方
を含んでいた。電子顕微鏡による膜の断面構造の観察で
は、スパッタリングによって成膜された金属酸化物特有
の構造である、基板表面に対してほぼ垂直方向に伸びる
柱状構造を有していた。原子間力（ＡＦＭ）顕微鏡で測
定した平均表面粗さはＲａ＝２．５ｎｍ以上１０００ｎ
ｍ以下であった。

【００３９】以上の特性及び構造を有する金属酸化物
は、高い光触媒活性を呈し、表面の耐磨耗性も高かっ
た。

【００４０】

【実施例】以下、上記のスパッタリング装置を用いて、
幾つかの成膜条件において酸化チタン膜を成膜した例を
示す。表１に、成膜条件をまとめて示す。

【００４１】

【表１】（比較例１）比較例１では、ターゲットの材料として酸
化チタンセラミックターゲットを用いた。基板には無ア
ルカリガラス（corning 7059)を用いた。ターゲットは
直径７５mmのものを用い、ターゲットと基板との距離は
１５ｃｍに設定した。

【００４２】スパッタリングによる成膜時には、真空槽
１０に酸素を５体積％及びアルゴンを９５体積％で導入
し、全圧を８．４mTorrとした。成膜中に基板加熱は行
なわなかった。すなわち、スパッタリングによる基板温
度の上昇を考慮しても、成膜中の基板温度は１００℃以
下であると考えられる。

【００４３】スパッタリング時には、電源３４からター
ゲットへ４５０Ｗ（１０．２Ｗ/ｃｍ²）のＲＦ電力を投
入し、導入ガスのプラズマを発生させてターゲットのス
パッタリングを行った。成膜時間は、膜厚が約２００ｎ
ｍとなるように設定し、比較例１では１２５分とした。
成膜後の膜のアニールは行なわなかった。

【００４４】成膜終了後、スパッタリング装置から基板
を取り出し、光触媒性能を測定した。６０μＭ（＝６０
μモル/リットル）のメチレンブルー水溶液に、酸化チ
タンが成膜された基板を浸し、１Ｗのブラックライト
（東芝ライテック社製FC1V36/100T4）を用いて紫外線を
２０分間照射し、水溶液中のメチレンブルーの分解によ
る濃度減少を吸光度の変化として測定した。

【００４５】光触媒性能値が０．０３以下の場合は光触
媒活性がほとんど無いことを示す。光触媒性能値が０．
０３を超え０．０５以下の場合は光触媒活性が小さく、
０．０５を超え０．１以下の場合は光触媒活性がやや高
いことを示す。さらに、光触媒性能値が０．１を超える
場合は光触媒活性が高いことを示す。

【００４６】加えて、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて酸
化チタン膜の結晶性をθ−２θ法にて測定した。さら
に、ＡＦＭ装置（Digital Instruments社D3100+Nanosco
pe IIIa)を用いて、スキャンサイズ１μｍ×１μｍ、ス
キャン速度１Ｈｚのタッピングモードによって酸化チタ
ン膜の表面の平均粗さ（Ｒａ）を測定した。

【００４７】その結果、比較例１の酸化チタン膜は、光
触媒性能値が０．０２６１であった。また、結晶性はア
モルファス、表面粗さは１．８０ｎｍ、酸化チタンの成
膜速度は１．５８ｎｍ/分であった。また、電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって酸化チタン膜の膜断面を観察する
と、スパッタリングによって成膜された酸化チタン膜に
特有の柱状構造を示していた。同様の柱状構造は、以下
に示す全ての比較例及び実施例においても観察された。

【００４８】（比較例２）比較例２では、ターゲットの
材料として金属チタンターゲットを用いた。ターゲット
は直径７５mmのものを用いた。成膜時には、酸素を５０
体積％及びアルゴンを５０体積％で導入した。スパッタ
リング時には、電源３４からターゲットへ３６０Ｗ
（８．１５Ｗ/ｃｍ2）のＤＣ電力を投入した。また、成
膜時間は１９５分とした。他の条件は、比較例１と同様
とした。

【００４９】その結果、比較例２の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０４２０であり、結晶性はアモルファス
であった。また、酸化チタンの成膜速度は１．０３ｎｍ
/分であった。

【００５０】（比較例３）比較例３では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を１００体積％で導入し、全圧を３．
６mTorrとした。また、成膜時間は２１０分とした。他
の条件は、比較例１と同様とした。

【００５１】その結果、比較例５の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０４３２であった。Ｘ線回折による結晶
性は未測定である。また、酸化チタンの成膜速度は０．
８９ｎｍ/分であった。

【００５２】（実施例１）実施例１では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を１００体積％で導入した。また、成
膜時間は２１０分とした。他の条件は、比較例１と同様
とした。

【００５３】その結果、実施例１の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．１５８１であった。Ｘ線回折の測定で
は、アナターゼ型酸化チタンの（１０１）面の信号及び
ルチル型酸化チタンの（１１０）面の信号がみられ、ア
ナターゼ及びルチルの両方の結晶を含むものであった。
また、酸化チタンの成膜速度は０．９８ｎｍ/分であっ
た。

【００５４】（実施例２）実施例２では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を７５体積％及びアルゴンを２５体積
％で導入した。また、成膜時間は２１０分とした。他の
条件は、比較例１と同様とした。

【００５５】その結果、実施例２の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．１３９１であり、結晶性はアナターゼ及
びルチルの両方を含むものであった。また、酸化チタン
の成膜速度は０．９２ｎｍ/分であった。

【００５６】（実施例３）実施例３では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を５０体積％及びアルゴンを５０体積
％で導入した。また、成膜時間は２１０分とした。他の
条件は、比較例１と同様とした。

【００５７】その結果、実施例３の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．１０６７であり、結晶性は主としてアナ
ターゼであり、わずかにルチルを含むものであった。ま
た、酸化チタンの成膜速度は０．９４ｎｍ/分であっ
た。

【００５８】（実施例４）実施例４では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を２５体積％及びアルゴンを７５体積
％で導入した。また、成膜時間は２１０分とした。他の
条件は、比較例１と同様とした。

【００５９】その結果、実施例４の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０８１０であり、結晶性は主としてアナ
ターゼであり、極わずかにルチルを含むものであった。
また、酸化チタンの成膜速度は０．８８ｎｍ/分であっ
た。

【００６０】（実施例５）実施例５では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を１２体積％及びアルゴンを８８体積
％で導入した。また、成膜時間は２１０分とした。他の
条件は、比較例１と同様とした。

【００６１】その結果、実施例５の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０５３５であり、結晶性はアナターゼで
あった。また、酸化チタンの成膜速度は０．８９ｎｍ/
分であった。

【００６２】（実施例６）実施例６では、成膜時には、
真空槽１０に酸素を１００体積％で導入し、全圧を４．
２mTorrとした。また、成膜時間は２１０分とした。他
の条件は、比較例１と同様とした。

【００６３】その結果、実施例６の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０５９４であった。Ｘ線回折による結晶
性は未測定である。また、成膜速度は０．８６ｎｍ/分
であった。

【００６４】（実施例７）実施例７では、ターゲットと
基板との距離を１０ｃｍに設定した。また、成膜時間
は、１６５分とした。他の条件は、比較例３と同様とし
た。

【００６５】その結果、比較例３の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．０４７１であった。Ｘ線回折による結晶
性は未測定である。また、酸化チタンの成膜速度は１．
２５ｎｍ/分であった。

【００６６】（実施例８）実施例８では、ターゲットと
基板との距離を２０ｃｍに設定した。また、成膜時間
は、３３０分とした。他の条件は、比較例３と同様とし
た。

【００６７】その結果、比較例４の酸化チタンは、光触
媒性能値が０．１１２３であった。Ｘ線回折による結晶
性は未測定である。また、酸化チタンの成膜速度は０．
５９ｎｍ/分であった。

【００６８】上記の比較例１〜３及び実施例１〜８の測
定結果を表２にまとめて示す。また、比較例１及び２並
びに実施例１〜５のＸ線回折による結晶性の測定結果を
図３に示す。

【００６９】

【表２】図４に、金属チタンターゲットを用いた比較例２及び酸
化チタンセラミックターゲットを用いた実施例３におけ
る光触媒性能値を比較して示す。金属チタンターゲット
を用いた比較例２では、光触媒性能値は０．０４２であ
り、光触媒活性は低かった。これに対して、酸化チタン
セラミックターゲットを用いた実施例３では、光触媒性
能値は０．１０６７であり、高い光触媒活性を得ること
ができた。このように、金属チタンターゲットを用いた
場合と酸化チタンセラミックターゲットを用いた場合と
で光触媒活性が異なる原因は、表２に示すように、金属
チタンターゲットでは成膜された酸化チタン膜がアモル
ファス化するのに対して、酸化チタンセラミックターゲ
ットでは結晶化させることができる点にあると考えられ
る。

【００７０】図５に、スパッタリングによる酸化チタン
の成膜中における酸素の導入割合に対する光触媒性能値
を比較して示す。導入ガス中の酸素の割合が高くなるに
つれて、光触媒性能値は高くなる傾向を示した。特に、
酸素が１２体積％以上では、光触媒性能値は０．０５を
超え、高い光触媒活性を得ることができた。

【００７１】図６に、ターゲットと基板との距離に対す
る光触媒性能値を比較して示す。ターゲットと基板間の
距離が１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下のいずれの条件下にお
いても、光触媒性能値は０．０４７１以上となり、高い
光触媒活性を得ることができた。図６において、ターゲ
ットと基板との距離が小さくなると光触媒性能が低下し
ている原因は、ターゲットと基板との間に生ずるプラズ
マによって、基板表面に成膜された酸化チタン膜にダメ
ージが与えられるためと考えられる。

【００７２】図７に、スパッタリングによる成膜時にお
ける導入ガスの全圧に対する光触媒性能値を比較して示
す。全圧が４．２mTorr以上において、光触媒性能値は
０．０５９４以上を示し、高い光触媒活性を得ることが
できた。従って、スパッタリング時には、４mTorr以上
の全圧でガスを導入することが好適であるといえる。一
方、上述のとおり、導入ガスの全圧を１０mTorr以上と
すると、導入ガスの流量増加及び成膜速度の低下による
製造コストの増大を招き、光触媒体中への不純物の取り
込みによる光触媒活性の低下などの問題を生ずるため、
全圧は１０mTorr未満とすることが好ましい。

【００７３】さらに、成膜された酸化チタン膜の表面を
ＡＦＭによって観察することによって、結晶化した酸化
チタン膜において平均表面粗さ（Ｒａ）が大きくなるに
従って、高い光触媒性能が得られることを見出した。図
８に、成膜された酸化チタン膜の平均表面粗さ（Ｒａ）
に対する光触媒性能値を比較して示す。図７において、
比較例１〜３の酸化チタン膜に対する測定結果をそれぞ
れＲ１、Ｒ２及びＲ３で示す。

【００７４】比較例１及び２の酸化チタン膜はＸ線回折
測定からアモルファスであり、比較例３の酸化チタン膜
も成膜条件からアモルファスであると考えられる。この
ように結晶化していない酸化チタン膜においては、膜の
表面粗さによらず光触媒性能値は低くかった。これに対
して、実施例１〜５の酸化チタン膜はＸ線回折測定から
結晶性が高く、実施例６〜８の酸化チタン膜も成膜条件
から結晶性が高いと考えられる。これらの膜では平均表
面粗さ（Ｒａ）が２．５ｎｍ以上であり、平均表面粗さ
（Ｒａ）の増加に伴って光触媒性能が高くなった。

【００７５】すなわち、成膜時の導入ガスにおいて酸素
を１２体積％以上としたこと、または導入ガスの全圧を
４mTorr以上１０mTorr以下としたことによって、酸化チ
タン膜の表面粗さが大きくなり、それに伴って光触媒の
作用を呈する膜の表面積が増加し、高い光触媒作用を呈
するものと考えられる。

【００７６】一方、酸化チタン膜の平均表面粗さ（Ｒ
ａ）が１０００ｎｍ以上となると、膜の耐磨耗性が低下
する問題を生ずるため、酸化チタン膜の平均表面粗さ
（Ｒａ）は２．５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であること
が好適であるといえる。

【００７７】上記実施例では、酸化チタンセラミックを
ターゲットとしてスパッタリングを行った例を説明した
が、他の金属酸化物をターゲットとして用いた場合にお
いても、同様の結果を得ることができる。

【００７８】さらに、上記実施例では、基板として無ア
ルカリガラスを用いたが、成膜時において基板加熱を必
要としないため、他の材料、例えば、耐熱性の低い汎用
プラスチック等を用いても同様の効果を得ることができ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高い光
触媒活性を呈する金属酸化物光触媒体を得ることができ
る。このような、金属酸化物光触媒体は結晶性の金属酸
化物を含有し、その平均表面粗さＲａは２．５ｎｍ以上
１０００ｎｍ以下であった。

【００８０】また、本発明によれば、低温かつ低圧力の
条件下における金属酸化物ターゲットのスパッタリング
によって、樹脂材料等の安価な基板を用いて、製造コス
トの増大及び光触媒体中への不純物の取り込みがなく、
金属酸化物光触媒体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施の形態におけるスパッタ
リング装置の構成図である。

【図２】基板上に形成された金属酸化物光触媒体の断
面図である。

【図３】本発明における比較例及び実施例のＸ線回折
の測定結果を示す図である。

【図４】本発明におけるターゲット種類と光触媒性能
値との相関を示すグラフである。

【図５】本発明における導入ガス中の酸素の割合と光
触媒性能値との相関を示すグラフである。

【図６】本発明におけるターゲットと基板との距離と
光触媒性能値との相関を示すグラフである。

【図７】本発明における導入ガスの全圧と光触媒性能
値との相関を示すグラフである。

【図８】本発明における光触媒体の平均表面粗さ（Ｒ
ａ）と光触媒性能値との相関を示すグラフである。

【符号の説明】

１０真空槽、１４排気口、１６真空計、１８制
御部、２０自動圧力調整器、２２ａ，２２ｂ流量調
整器、２４ターゲット、２６ターゲット保持部、２
８磁石、３０基板、３２基板保持部、３４電
源、３６金属酸化物、３８中間層。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｎ (72)発明者森川健志愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者大脇健史愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者多賀康訓愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 4G047 CA02 CB04 CC03 CD02 CD07 4G069 AA03 AA08 BA02A BA04A BA04B BA48A EC22X EC22Y EC25 EC27 EC28 FA01 FA03 FB02 FC06 FC07 FC08 4K029 AA09 AA11 AA24 BA48 CA05 DC05 DC35 EA00 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性の金属酸化物を含む光触媒膜を基
板上に形成してなる金属酸化物光触媒体であって、前記光触媒膜の平均表面粗さＲａが２．５ｎｍ以上１０
００ｎｍ以下であることを特徴とする金属酸化物光触媒
体。
【請求項２】請求項１に記載の金属酸化物光触媒体で
あって、前記金属酸化物はアナターゼ型またはルチル型の結晶構
造を有する酸化チタンであることを特徴とする金属酸化
物光触媒体。
【請求項３】請求項１または２に記載の金属酸化物光
触媒体であって、前記光触媒膜は前記基板の表面に対して略垂直方向に伸
びる柱状構造を有することを特徴とする金属酸化物光触
媒体。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１に記載の金
属酸化物光触媒体であって、前記光触媒膜は、前記基板の表面に対して略垂直方向に
（１０１）面配向したアナターゼ型の結晶構造、または
（１１０）面配向したルチル型の結晶構造を有する酸化
チタンを含んでなることを特徴とする金属酸化物光触媒
体。
【請求項５】請求項１から４のいずれか１に記載の金
属酸化物光触媒体であって、前記基板は、熱可塑性樹脂
または熱硬化性樹脂であることを特徴とする金属酸化物
光触媒体。
【請求項６】請求項５に記載の金属酸化物光触媒体で
あって、前記基板と前記光触媒体との間に、酸化ケイ素からなる
界面層を有することを特徴とする金属酸化物光触媒体。
【請求項７】低圧力下において金属酸化物ターゲット
をスパッタリングすることによって、基板表面上への金
属酸化物光触媒体を成膜する金属酸化物光触媒体製造方
法であって、酸素が１２体積％以上、全圧が４mTorr以上１０mTorr未
満の雰囲気下においてスパッタリングを行なうことを特
徴とする金属酸化物光触媒体製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の金属酸化物光触媒体製
造方法において、前記基板の温度が１００℃以下におい
てスパッタリングを行なうことを特徴とする金属酸化物
光触媒体製造方法。
【請求項９】請求項７または８に記載の金属酸化物光
触媒体製造方法において、前記スパッタリング法はＲＦ
マグネトロンスパッタリング法であることを特徴とする
金属酸化物光触媒体製造方法。
【請求項１０】請求項７から９のいずれか１に記載の
金属酸化物光触媒体製造方法において、スパッタリング
のターゲットと前記基板間の距離が１０ｃｍ以上２０ｃ
ｍ以下であることを特徴とする金属酸化物光触媒体製造
方法。
【請求項１１】請求項７から１０のいずれか１に記載
の金属酸化物光触媒体製造方法において、前記金属酸化
物は酸化チタンであることを特徴とする金属酸化物光触
媒体製造方法。