JP2015000169A

JP2015000169A - 光浄化処理プローブ

Info

Publication number: JP2015000169A
Application number: JP2013125642A
Authority: JP
Inventors: 戸祐幸森; Yuko Morito
Original assignee: U Vix Corp
Current assignee: U Vix Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-01-05

Abstract

【課題】
光ファイバの光出射端周面に形成した光触媒層を確実に励起させ、光浄化処理の効率を向上させる。
【解決手段】
光ファイバ（２）の光入射端から導入した紫外線を光出射端（３）から照射することにより光触媒を励起させて浄化処理を行う光浄化処理プローブ（１）は、光ファイバ（２）の光出射端（３）に、周面及び先端面を粗面化して漏光部（７）を形成した石英ロッド（６）を配すると共に、その漏光部（７）を囲む光触媒ユニット（８）を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの光入射端から導入した紫外線を光出射端から照射することにより浄化処理を行う光浄化処理プローブに関する。

住環境においては、様々なところで湿度の影響でカビ等が発生することがあり、特に暗く狭い場所に発生しやすい。
例えば、エアコンの装置内部や浴室のバスタブの下部は目に見えないところでもあり、清掃歯肉場所でもあるので、カビが発生してもこれに気づかず、放置されたままとなっていることが多い。
特にエアコンの装置内部に発生した場合は、運転するたびに、そのカビの胞子が牧地散らされこととなり、住環境衛生上好ましくない。

このため、光ファイバの先端に光触媒を担持させた光触媒モジュールが提案されている（特許文献１参照）。
この光触媒モジュールを浄化したい部分に挿し込んで紫外線を照射すれば、紫外線の殺菌作用により狭い部分に付着したカビを除去することが期待できると同時に、光触媒が励起されるので、その光触媒部分に接触する空気等を浄化させることができる。

しかしながら、一般に、光ファイバは屈折率の高いコアの周囲に屈折率の低いクラッドが形成されており、光入射端からコア内に導入された光は、コアとクラッドとの界面で全反射しながら光出射端に達する。
すなわち、コア内を進行する光は、クラッドの界面で光が全反射されてしまい、漏光が生じないため、クラッド外部に光を漏光させるためには、漏光部を形成する必要がある。
このため、特許文献１では、通常のクラッドを剥がしてコアを露出させた後、粒子状の光散乱体となる添加物や気泡を分散させたクラッド素材をコア周面にコーティングし直して、さらに、その上に光触媒をコーティングしなければならない。

この漏光クラッドを形成した場合に、粒子状の光散乱体となる添加物や気泡がコアの周面に密着されていれば、コア周面からクラッド内に漏光して光散乱されることが考えられる。
しかし、添加物や気泡がコアの周面から浮いて、その間にクラッド素材が介在する場合は、コア内を進行してきた光はクラッドとの境界面で全反射されてしまい光散乱を生じないので、先端から紫外線照射させることはできても、先端周面の光触媒を励起させることはできず、光浄化処理効率が低いという問題があった。

特開２００５−２０８２６２号公報

そこで本発明は、光ファイバの光出射端周面に配した光触媒を確実に励起させ、光浄化処理の効率を向上させることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、光ファイバの光入射端から導入した紫外線を光出射端から照射することにより光触媒を励起させて浄化処理を行う光浄化処理プローブにおいて、前記光ファイバの光出射端に、周面及び先端面を粗面化して漏光部を形成した石英ロッドが配されると共に、当該漏光部を囲む光触媒ユニットが設けられていることを特徴としている。

本発明に係る光浄化処理プローブによれば、光出射端に配された石英ロッドの周面及び先端面が粗面化されて漏光部に形成され、その漏光部を囲むように光触媒ユニットが設けられているので、処理対象部位にプローブを挿入して光入射端から紫外線を入射させると、光出射端に達した紫外線は、漏光部から外部に向かって拡散照射され、光触媒が確実に励起される。
したがって、処理対象部位内部で、光触媒ユニットに接触する空気等が光浄化処理される。また、光触媒ユニットから漏洩した紫外線が処理対象部位に照射されるので、紫外線の殺菌作用により光浄化処理を行うこともできる。

本発明に係る光浄化処理プローブの基本構成図。光出射端から照射される光を示す説明図。本発明に係る光浄化処理プローブの他の実施例を示す説明図。光出射端から照射される光を示す説明図。光触媒ユニット内を通過する空気の流れを示す説明図。他の実施例を示す説明図。さらに他の実施例を示す説明図。さらに他の実施例を示す説明図。

本発明は、光ファイバの光出射端周面に形成した光触媒層を確実に励起させ、光浄化処理の効率を向上させるという目的を達成するために、光ファイバの光入射端から導入した紫外線を光出射端から照射することにより光触媒を励起させて浄化処理を行う光浄化処理プローブにおいて、前記光ファイバの光出射端に、周面及び先端面を粗面化して漏光部を形成した石英ロッドを配すると共に、当該漏光部を囲む光触媒ユニットを設けた。

図１は本発明に係る光浄化処理プローブの基本構成図である。
光浄化処理プローブ１は、光ファイバ２の光入射端（図示せず）から導入した紫外線を光出射端３から照射することにより浄化処理を行うものである。

光ファイバ２としては、石英ファイバも使用し得るが、本例では、クラッド４となる透明樹脂チューブ４ａ内にコア５となる液体が充填された液体光ファイバを用いている。
透明樹脂チューブ４ａは、コア５より低屈折率のフッ素樹脂（ＦＥＰ、６フッ化樹脂、４フッ化樹脂、フッ素共重合樹脂等）で形成され、あるいは、その内周面にコア５より低屈折率のフッ素樹脂（例えばデュポン社のＡＦ１６００等）をコーティングした透明樹脂で形成される。
コア５は、クラッド４より高屈折率の液体が選定され、塩化カルシウム水溶液やリン酸水素ナトリウム水溶液のような弱酸性水溶液等が用いられる。

樹脂チューブ４ａの両端には、封止栓として、石英もしくは石英ガラスで成る石英ロッド６が接着剤で固着されており、光出射端３側では、石英ロッド６の先端がクラッド４から突出して露出形成されている。

光出射端側の石英ロッド６は、樹脂チューブ４ａから露出される部分の周面及び先端面が粗面化されて漏光部７が形成されている。
粗面化する方法としては、サンドブラストなどの物理的処理方法と、薬品に浸漬させる化学的処理方法が知られており、本例では、フッ化水素酸に常温で４０分浸漬する薬液表面処理法により、コア４の周面を粗面化させて漏光部７を形成した。

また、光ファイバ２には、漏光部７を囲むように光触媒ユニット８が形成されている。
本例では、光触媒（アナターゼ型酸化チタン）、カップリング剤（Tetoraethyl Orthosilicate）及び超純水を均一に混合した液中に、前記漏光部７を浸漬して取り出し、６０℃で３分乾燥させることにより、光触媒９を漏光部７にコーティングして形成した。
漏光部７は粗面化されているので濡れ性がよく、石英ロッド６の周面及び先端面に光触媒が強固に付着形成される。

以上が本発明に係る光浄化処理プローブ１の一例構成であって、次にその作用について説明する。
紫外線として太陽光を利用する場合、光浄化処理プローブ１の光入射端を太陽光集光装置（図示せず）に接続し、その他の光を利用する場合は、光浄化処理プローブ１の光入射端を紫外線ＬＤや紫外線ＬＥＤなどの紫外線光源（図示せず）に接続する。
これにより、紫外線が光入射端から光ファイバ２内に導入され、コア５を伝搬し、光出射端３の石英ロッド６から照射される。

光出射端３の石英ロッド６はその周面及び先端面が粗面化されて漏光部７に形成され、その漏光部７に光触媒がコーティングされた光触媒ユニット８が形成されているので、コア４内を伝搬してきた紫外線は、図２に示す通り、石英ロッド６を通り、漏光部７の周面から周囲に向かって矢印Ｙ方向に拡散放射されると共に、先端面から矢印Ｚ方向に拡散放射される。
これにより光触媒ユニット８の光触媒９が確実に励起され、光触媒ユニット８を透過した紫外線は、そのまま外部に照射される。

したがって、この光浄化処理プローブ１を例えば浴室バスタブ下などの処理対象部位に挿入すれば、普段は光の届かない場所に紫外線を照射することができ、その紫外線の殺菌作用により、処理対象部位を浄化できる。
また、漏光部７の周面に形成された光触媒ユニット８の光触媒９が紫外線により励起されているので、処理対象部位の空気が石英ロッド６の周面及び先端面に沿って流れる際に光触媒ユニット８と接触することにより浄化処理される。
したがって、紫外線の殺菌作用と、光触媒の酸化分解作用により、処理対象部位を高効率で光浄化処理することができる。

なお、光ファイバ２として、高屈折率コアの外側に低屈折率クラッドが同心状に配された石英ファイバを使用する場合は、光出射端側のクラッドを除去して露出された石英コアで石英ロッド６を形成すればよい。
この場合に、フッ化水素酸等に浸漬する薬液表面処理法を行えば、クラッドの除去と、石英ロッド６の粗面化を同時に行うことができる。

図３は本発明の第２実施例を示す説明図である。なお、図１と重複する部分については同一符号を付して、詳細説明を省略する。
本例の光浄化処理プローブ１１は、実施例１と同様、光ファイバ２として、クラッド４となる透明樹脂チューブ４ａ内にコア５となる液体が充填された液体光ファイバを用い、光出射端側を封止する石英ロッド６の周面及び先端面が粗面化されて漏光部７が形成されている。

光触媒ユニット１２は、漏光部７を囲む筒状担体１３にアナターゼ型酸化チタン粒子などの光触媒１４が担持されて成る。
この筒状担体１３は、チタン箔１５の両面から非周期的パターンによるエッチング処理を施して表裏を貫通する多数の微細流路１６を形成したチタンメッシュを筒状に形成し、その表面に陽極酸化皮膜による酸化チタンベース１７を形成し、当該酸化チタンベース１７に光触媒１４を焼き付けて担持させてなる。

本例によれば、紫外線が光入射端から光ファイバ２内に導入され、コア５を伝搬し、光出射端３の石英ロッド６の漏光部７から拡散照射されて、図４に示すように、光触媒ユニット１２に照射され、その光触媒１５が確実に励起される。
また、光触媒ユニット１２は、チタンメッシュで構成されているので、紫外線がその網目から外部に漏洩する。

したがって、この光浄化処理プローブ１１を例えば浴室バスタブ下などの処理対象部位に挿入すれば、普段は光の届かない場所に紫外線を照射することができ、その紫外線の殺菌作用により、処理対象部位を浄化できる。
また、漏光部７の周面に形成された光触媒ユニット１２の光触媒１５が紫外線により励起されているので、図５に示すように、処理対象部位の空気が光触媒ユニット１２と接触することにより浄化処理される。
このように、紫外線の殺菌作用と、光触媒の酸化分解作用により、処理対象部位を高効率で光浄化処理することができる。
また、光浄化処理プローブ１１を狭い場所に挿入する際に、先端が何らかの障害物に衝突しても、光触媒ユニット１２により石英ロッド６が保護されるというメリットがある。

なお、光ファイバ２として、高屈折率コアの外側に低屈折率クラッドが同心状に配された石英ファイバを使用する場合は、光出射端側のクラッドを除去して露出された石英コアで石英ロッド６を形成すればよい。

図６は本発明の第３実施例を示す説明図である。
本例の光浄化処理プローブ２１は、光ファイバ２２として石英ファイバを用いており、内側から、石英ガラスで形成された高屈折率の石英コア２３−フッ素ドープ石英で形成された低屈折率の石英クラッド２４−ポリイミド樹脂などで形成される被覆層２５−樹脂製ジャケット２６から構成され、光入射端には、太陽光集光装置や、紫外線ＬＥＤ光源、紫外線ＬＤ光源等に接続されるアタッチメント（図示せず）が接続されている。

光ファイバ２２の光出射端２７は、クラッド２４が除去されてコア２３を露出させることにより、その露出部分が石英ロッド２８として形成されており、その形成工程は以下の通りである。
まず、ジャケット２６を剥がして、コア２４、クラッド２５、被覆層２６から成る光ファイバ心線２９を露出させ、１００℃の加熱濃硫酸に３０分浸漬して被覆層２６を除去した。
次いで、フッ化水素酸に常温で４０分浸漬する薬液表面処理法により、クラッド２４を除去し、露出させたコア２３で石英ロッド２８を形成すると同時に、その薬液によりその石英ロッド２８の周面及び先端面を粗面化させて漏光部３０を形成した。

光触媒ユニット３１は、孔径６０μｍ程度の無数の孔が形成された多孔質硼珪酸ガラスや多孔質石英ガラス等の多孔質ガラスで形成された筒状担体３２に光触媒３３を担持させたものである。
多孔質硼珪酸ガラスは紫外線透過性を有しているため、内側から紫外線を照射したときに、筒状担体３２に担持されている光触媒３３を確実に励起することができる。
また、筒状担体３２で石英ロッド２８が覆われているので、光浄化処理プローブ２１を狭い場所に挿入する際に、先端が何らかの障害物に衝突しても、光触媒ユニット３１により石英ロッド２８が保護されるというメリットがある。

本例によれば、紫外線が光入射端から光ファイバ２内に導入され、コア２３を伝搬し、光出射端２７の石英ロッド２８の漏光部３０から拡散照射されて、光触媒ユニット３１に照射され、その光触媒３３が確実に励起されると共に、その一部が光触媒ユニット３１を透過して外部に照射される。

したがって、この光浄化処理プローブ２１を例えば浴室バスタブ下などの処理対象部位に挿入すれば、普段は光の届かない場所に紫外線を照射することができ、その紫外線の殺菌作用により、処理対象部位を浄化できる。
また、漏光部７の周面に形成された光触媒ユニット３１の光触媒３３が紫外線により励起されているので、処理対象部位の空気が光触媒ユニット３１と接触することにより浄化処理される。
このように、紫外線の殺菌作用と、光触媒の酸化分解作用により、処理対象部位を高効率で光浄化処理することができる。
なお、光ファイバ２２は、石英ファイバに替えて、実施例２で使用した液体ファイバを用いてもよい。

図７は本発明の第４実施例を示す説明図である。なお、図１と共通する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例の光浄化処理プローブ４１は、光ファイバ２の光出射端３で露出された石英ロッド６の先端が熱加工されて、球形レンズ４２が形成されている。
そして、石英ロッド６の周面及び先端面となる球形レンズ４２の周面が粗面化されて漏光部４３に形成されると共に、当該漏光部４３の表面に光触媒４４がコーティングされて光触媒ユニット４５が形成されている。

本例によれば、光ファイバ２内に導入された紫外線が、石英ロッド６の周面から紫外線を漏洩させると同時に、球形レンズ４２の周囲に拡散放射されるので、光触媒ユニット４５の光触媒４４を確実に励起させることができ、球形レンズ４２に達した紫外線はその周囲に拡散放射されるので、光触媒４４を励起すると共に、より広い範囲に紫外線を照射させることができる。

なお、図８に示す光浄化処理プローブ５１のように、石英ロッド６の先端を熱加工して、球形レンズ４２を形成した場合に、漏光部４３に光触媒をコーティングせず、実施例２又は実施例３の光触媒ユニット１２又は３１を光ファイバ２の先端に装着してもよい。

本発明は、光ファイバの光入射端から導入した紫外線を光出射端から照射することにより狭い場所の浄化処理を行う光浄化処理プローブに用いて好適である。

１光浄化処理プローブ
２光ファイバ
３光出射端
４クラッド
４ａ透明樹脂チューブ
５コア
６石英ロッド
７漏光部
８光触媒ユニット
９光触媒
１１光浄化処理プローブ
１２光触媒ユニット
１３筒状担体
１４光触媒
１５チタン箔
１６酸化チタンベース
２１光浄化処理プローブ
２２光ファイバ
２３石英コア
２４石英クラッド
２５被覆層
２６樹脂製ジャケット
２７光出射端
２８石英ロッド
２９光ファイバ心線
３１光触媒ユニット
３２筒状担体
３３光触媒
４１光浄化処理プローブ
４２球形レンズ
４３漏光部
４４光触媒
４５光触媒ユニット

Claims

光ファイバの光入射端から導入した紫外線を光出射端から照射することにより光触媒を励起させて浄化処理を行う光浄化処理プローブにおいて、
前記光ファイバの光出射端に、周面及び先端面を粗面化して漏光部を形成した石英ロッドが配されると共に、当該漏光部を囲む光触媒ユニットが設けられていることを特徴とする光浄化処理プローブ。
前記光ファイバは、クラッドとなる樹脂チューブ内にコアとなる液体が充填された液体光ファイバで成り、前記石英ロッドが、液体光ファイバの樹脂チューブの光出射端側に封止栓として固着され、光出射端から突出された請求項１記載の光浄化処理プローブ。
前記光ファイバが、高屈折率コアの外側に低屈折率クラッドが同心状に配された石英ファイバから成り、前記石英ロッドが、光出射端側のクラッドを除去して露出された石英コアで形成された請求項１記載の光浄化処理プローブ。
前記光触体ユニットが、前記漏光部の外周面に光触媒をコーティングして形成された請求項１乃至３いずれか記載の光浄化処理プローブ。
前記光触体ユニットが、前記漏光部を囲む筒状担体に光触媒で成る光触媒を担持させてなる請求項１乃至３いずれか記載の光浄化処理プローブ。
前記筒状担体は、表面に陽極酸化皮膜による酸化チタンベースが形成されたチタンメッシュで形成され、前記光触媒ユニットが、前記酸化チタンベースにアナターゼ型酸化チタン粒子を焼付担持させてなる請求項５記載の光浄化プローブ。
前記筒状担体は、多孔質ガラスで形成された請求項５記載の光浄化プローブ。
前記石英ロッドの先端に球形レンズが形成された請求項１乃至７いずれか記載の光浄化処理プローブ。
前記球形レンズの外周面が粗面化されて漏光部に形成された請求項８記載の光浄化処理プローブ。