JP2016049518A

JP2016049518A - 光触媒機能を有する紫外線透過性窓材及び該窓材を有する紫外線照射装置

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Publication number: JP2016049518A
Application number: JP2014177925A
Authority: JP
Inventors: 新吾松井; Shingo Matsui; ゆり子堀井; Yuriko Horii; 山本　玲緒; Reo Yamamoto; 玲緒山本; 啓一郎弘中; Keiichiro Hironaka; 康孝濱; Yasutaka Hama
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP6258163B2

Abstract

【課題】養殖魚や観賞魚などの水性生物の飼育水を紫外線殺菌するときの紫外線照射装置などの窓材として好適に使用される、セルフクリーニング性発現させる光触媒機能を有する紫外線透過性窓材の提供。
【解決手段】波長２００〜４００ｎｍの紫外線及び光触媒物質の励起光を透過するサファイア等の物質からなる窓材本体２の外側表面に光触媒物質を含んでなる複数の光触媒コート層３を、窓材本体２の紫外線が透過する部分における全体の面積に占める複数の光触媒コート層３で被覆された部分の総面積の割合（％）で定義される被覆率が２〜９５％となるように、実質的に均一に分散するように被着する、紫外線透過性窓材１。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒機能を有する紫外線透過性窓材及び該窓材を有する紫外線照射装置に関する。

紫外線殺菌は、薬剤による殺菌と異なり残留する物がなく、安全性が高いため、養殖魚や観賞魚などの水性生物の飼育水の殺菌方法として適している。そして、紫外線殺菌した飼育水を用いて魚の養殖を行った場合には、魚の細菌感染による死滅を有効に防止することができるために、餌に添加して投与する抗生物質を無くすか又はその量を著しく減少させることができ、安心・安全の点で付加価値の高い養殖魚を生産することが可能となる。

このような飼育水の紫外線殺菌を行うための装置としては、紫外線光源として水銀ランプを用いた特許文献１乃至３及び６に記載されているような装置が知られている。

なお、前記特許文献６には、活性酸素又はオゾンによる殺菌効果を期待して、光触媒作用を有する物質であるＴｉＯ_２が表面に塗布された石英玉を被殺菌流体の流路に多数配置することなどが記載されている。そして、基体の表面に光触媒物質を塗布するための光触媒コーティング用組成物としては、特許文献７に記載されているような無機透明多孔質体に光触媒物質を担持させたものとバインダーを混合した様なものも知られている。

ところで、紫外線発光ダイオード（以下、ＵＶ−ＬＥＤともいう。）は、水銀ランプに比べて発光する紫外線強度が低いという欠点があるものの、寿命が長く、消費電力も低いばかりでなく、破損した場合に水銀汚染が起こらないという優れた特徴を有しているため、光源としてＵＶ−ＬＥＤを使用することが好ましいことが多い。そして、このようなＵＶ−ＬＥＤを使用したものとしては、特許文献４や特許文献５に記載されているような装置が知られている。

なお、前記特許文献４に開示される殺菌装置では、一旦殺菌した水が太陽光に晒されると細菌の光回復現象により殺菌効果が低下するという問題の発生を避けるために、光源として、主発光ピーク３２０〜４００ｎｍのＵＶＡ発光するＵＶ−ＬＥＤを、好ましくは主発光ピーク２５４ｎｍのＵＶＣを発光する紫外線ランプと組み合わせて使用することを特徴とするものである。しかしながら、２６０ｎｍ付近の波長を有する紫外線（所謂、殺菌線）の方が高いことが知られており、太陽光の影響が少ないか実質的に無視できるような環境下で殺菌を行う場合には、好ましくは２００〜３５０ｎｍ、より好ましくは２００〜３００ｎｍ、最も好ましくは２００〜２８０ｎｍの波長を有する紫外線を照射することが有利である。

特開平０８−２４３５５４号公報特開平０８−２５２５７５号公報特開２０１４−１３１７８７号公報国際公開第２０１０／０５８６０７号パンフレット特開２０１２−１１５７１５号公報特開平０９−２３４２３７号公報特開平１０−１５６９８８号公報

前記特許文献１乃至３に記載されているように、微生物及び浮遊物を含む水を紫外線殺菌する場合には、紫外線ランプを内蔵した光透過管の外側面に液体中の有機物等の汚染物質が付着して紫外線照射効率が低下することを防止するため、適宜自動清掃を行う必要があった。そして、このような自動清掃は、汚染状況をモニタリングしながら汚れが一定のレベルを越えた時に行われるか、装置稼働開始時のみに行われるといったように、比較的長時間のインターバルで行われるのが一般的であった。また、前記特許文献１及び２に示される自動清掃は、モーターを用いてスクレーパー又はブラシを摺動させる、或いは空気噴射により乱流を増加させるなど、何れも比較的多大なエネルギーコストを要し且つ複雑な機構を有する装置によって行われていた。また、前記特許文献３に記載される方法は、簡単なメカニズムにより低エネルギーコストで清掃を行うことができるものの、光源や殺菌室の形状が特定のときのみに実施可能であり、しかも清浄頻度をコントロールすることは困難であった。

このように、水銀ランプを光源とした紫外線殺菌装置においては、上記したような自動清浄装置を用いる事により、長期間安定して殺菌を行うことが可能であった。そして、特許文献５に示されるようなＵＶ−ＬＥＤを光源として用いた装置においても紫外線透過性の窓材においても自動清浄装置を設けて窓材（本発明における窓材とは、光源と、光源から出射される光が照射される被照射体との間に介在して両者を隔てると共にそれを通して被照射体に光源から出射された光を照射できるような光透過性を有する隔壁を構成する材料を意味し、たとえば特許文献５における保護カバー１９や特許文献４における透光性プレート７、透光性移送管２３および透光性容器３３も窓材に該当する。）の表面を定期的に洗浄すれば特に問題なく使用できるとされていた。

ところが、太陽光照射がない様な条件下における、ＵＶ−ＬＥＤのみを光源として用いた特許文献４の図１２に示されるような装置による魚類の飼育水の循環殺菌では、殺菌効果が短時間で急激に低下することがあることが明らかとなった。そして、前記特許文献１、２又は５に示されるような自動清浄を用いて頻繁に洗浄を行って殺菌効率を維持しようとすると、多大なエネルギーコストを要するばかりでなく、頻繁に自動清浄装置のメンテナンス作業を行う必要がある。

本発明者等は、上記問題を解決すべく、先ずその原因を突き止めるべく鋭意検討を行った。その結果、ＵＶ−ＬＥＤの発光強度が水銀ランプに比べて著しく低いため、特に流路が広く光源から離れた被照射体に紫外線が届き難い場合には、水銀ランプを用いた場合と比べて魚類の飼育水に含まれる微生物及び浮遊物に由来する汚れ物体（特に微生物汚染物）が移送管の内壁に付着しやすく、更に水銀ランプを用いた場合には問題とならないような僅かなレベルで汚れ物体が付着した場合でも、該汚れ物体よる紫外線吸収効果より被殺菌体である飼育水に到達する紫外線の強度が著しく低下してしまうことが原因であることが明らかとなった。

このような原因からすると、ＵＶ−ＬＥＤの発光強度を著しく高くすることができれば、上記問題を解決することができる。しかしながら、発光強度を高める為には非常に多くのＵＶ−ＬＥＤを使用する必要があり経済的に不利であるばかりでなく、装置が大型化してしまう。また個々のＵＶ−ＬＥＤの発光効率を高めれば、使用するＵＶ−ＬＥＤ数を比較的少なく抑える事は可能であるが、そのためには作動電圧を上げる必要があり、ＵＶ−ＬＥＤの寿命低下を招いてしまう。

このような状況の下、本発明者等は、光触媒を利用したセルフクリーニング機能を付与することを着想した。ところが、最も汎用的に使用される光触媒物質であるＴｉＯ_２は代表的な紫外線吸収剤であることからも分かるように、可視光透過性が要求される基材に対して塗布される場合はあるものの、紫外線透過性が要求される窓材に塗布された例は本発明者等の知る限りにおいて皆無である。そして、光触媒利用したセルフクリーニング性を有する物品においては、ほぼ例外なく、光触媒を励起するための励起光を光触媒コート層の露出表面側から照射している。

そこで、光触媒は紫外線遮蔽性（或いは紫外線吸収性）が高く、紫外線透過性を要求される窓材に適用することはできないという常識にとらわれず、窓材の紫外線透過性を損なうことなく、光触媒を利用したセルフクリーニング機能を付与する方法について鋭意検討を行った。その結果、セルフクリーニング機能を付与するためには必ずしも表面の全面に光触媒コーティング施す必要はなく、コーティングされていない部分が残るようにして光触媒コート層を分散させて形成すれば紫外線透過性をさほど低下させることなく光触媒機能を付与することができることに想到し、本発明を完成するに至った。

即ち、第一の本発明は、その内側の空間から照射される紫外線を、その外側の空間に向けて透過する窓材であって、窓材本体と、該窓材本体の外側の面上に形成された光触媒物質を含んでなる光触媒コート層と、を有し、前記窓材本体は紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する材料で構成されており、前記光触媒コート層は、前記窓材の紫外線が透過し得る部分の外側の面である有効面内に実質的に均一に分散するように形成された互いに独立した複数の光触媒コート層からなるか、打抜網状の光触媒コート層であって、打抜き部が前記有効面内に実質的に均一に分散するように形成された光触媒コート層であり、前記有効面の全面積に対する前記光触媒コート層の総面積の割合（％）で定義される被覆率が２〜９５％であることを特徴とする光触媒機能を有する紫外線透過性窓材である。

上記第一の本発明の窓材は、窓材の内側から前記光触媒物質の励起光を窓材に照射することにより、セルフクリーニング効果を発揮させることができるという特長を有する。本発明の窓材においては、容易に製造できるという観点から、前記光触媒コート層は、その硬化体が紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する無機バインダーと、光触媒物質又はその前駆体と、を含んでなる硬化性組成物の硬化体からなることが好ましい。そして、このような硬化体からなる光触媒コート層に含まれる光触媒物質の含有量は０．５〜２０質量％、特に１〜１５質量％とするのが好ましく、光触媒コート層の厚さは０．３〜５０μｍ、特に０．５〜１０μｍとすることが好ましい。更に、光触媒コート層に含まれる光触媒物質の含有量を０．５〜１５質量％とし且つ光触媒コート層の厚さを０．５〜１０μｍとすることが最も好ましい。光触媒物質の含有量及び／又は光触媒コート層の厚さをこのような範囲とすることにより、前記被覆率を高くしても高い紫外線透過性を得ることができ、窓材の有効面の表面全体にわたってムラなく高いセルフクリーニング機能を付与することができる。

本発明の窓材においては、前記窓材本体の外側の面の表面には、前記光触媒コート層の形状に対応する開口形状を有する凹状の窪みが形成し、前記光触媒コート層をこれら凹状の窪み内に密着して形成してもよい。このようにすることにより、前記窓材の外側の面を平面又は滑らかな曲面として汚れが溜まり難くすることができる。そして、前記凹状の窪みを深さ方向に拡径されたものとすることにより、光触媒コート層の剥落を防止することも可能となる。

また、第二の本発明は、紫外線を出射する光源と、窓部を有するケーシングとを有し、該ケーシング内に前記光源が収容されてなり、前記窓部は前記本発明の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材で構成されてなることを特徴とする紫外線照射装置である。

上記第二の本発明の紫外線照射装置は、装置の内部から前記光触媒物質の励起光を窓材に照射することにより、セルフクリーニング効果を発揮させることができる。そして、該本発明の紫外線照射装置においては、前記光源から発光される紫外線が前記光触媒物質の励起光を含まない場合、又は前記光源から発光される紫外線が前記光触媒物質の励起光を含むが十分な強度が十分でない場合であっても外部に上記励起光の光源を別途設置する必要がないというという理由から、ケーシング内に収容する光源として紫外線及び前記光触媒物質の励起光を出射する光源を用いるか、又は前記光源と共に前記光触媒物質の励起光を出射する別の光源（前記光源より強い発光強度を有するものが好ましい。）をケーシングに収容することが好ましい。

本発明の窓材は、一般に紫外線遮蔽性又は紫外線吸収性を有することが知られている光触媒コート層を表面に有するにもかかわらず、紫外線透過性を有するという特長を有する。このため、内部にＵＶ−ＬＥＤや紫外線ランプのような紫外線光源をケーシング内に収容し、ケーシングに設けられた窓部から紫外線を出射する紫外線照射装置の窓材として使用した場合において、窓材の内側から前記光触媒粒子の励起光を窓材に照射することにより、セルフクリーニング効果を発揮させることができる。

したがって、微生物及び浮遊物を含む水を紫外線殺菌する装置における窓材として本発明の窓材を使用した場合には、分解洗浄や自動洗浄の頻度を大幅に低減することが可能となる。しかも、外部に別途光触媒物資の励起光用の光源を設置する必要がないので、装置のコンパクト化を図ることができる。

本図は、代表的な本発明の窓材及びそれを用いた紫外線照射装置の模式図である。本図は、別の代表的な本発明の窓材及びそれを用いた紫外線照射装置の模式図である。本図は、更に別の代表的な本発明の窓材及びそれを用いた紫外線照射装置の模式図である。本図は、更に別の代表的な本発明の窓材の模式図である。

本発明の窓材は、その内側の空間から照射される紫外線を、その外側の空間に透過する窓材であって、窓材本体と、光触媒物質を含有してなる光触媒コート層と、を有し、前記窓材本体は紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する材料で構成されており、前記光触媒コート層は、前記窓材の紫外線が透過し得る部分の外側の面である有効面内に実質的に均一に分散するように形成された互いに独立した複数の光触媒コート層からなるか、打抜網状の光触媒コート層であって、打抜き部が前記有効面内に実質的に均一に分散するように形成された光触媒コート層であり、前記有効面の全面積に対する前記光触媒コート層の総面積の割合（％）で定義される被覆率が２〜９５％であることを特徴とする。

前記した様に本発明において窓材とは、光源と該光源から出射される光が照射される被照射体との間に介在して両者を隔てると共にそれを通して光源から出射された光を被照射体に照射できるような光透過性を有する隔壁を構成する材料を意味する。したがって、１）開口部を有する容器内に光源を収容し、前記開口部を透光性板状体で塞いで封止し、該透光性板状体の外側に配置した被照射体に向かって光を照射するタイプの光照射装置における前記透光性板状体、２）透光性管状体の内部に光源を収容し、両端を蓋で塞いで封止し、前記透光性管状体の外部に配置された被照射体に向かって光を照射するタイプの光照射装置における前記透光性管状体、３）透光性管状体の内部に被照射体を配置し、該透光性管状体の外周に沿って光源を配置して前記被照射体に向かって光を照射するタイプの光照射装置における前記透光性管状体、更には４）所謂ＬＥＤパッケージやＬＥＤモジュールにおける窓材、レンズ、透光性カバー等を構成する材料も窓材に含まれる。

本発明の窓材は、その内側の空間から照射される紫外線を、その外側の空間に透過する窓材である。ここで紫外線とは２００ｎｍ〜４００ｎｍ波長領域の光を意味するが、該波長領域の全ての紫外線を透過する必要はなく、紫外線照射装置の窓材として用いた時における光源の種類、紫外線照射の目的に応じて特定の紫外線に対して透過性を有すればよい。本発明の窓材においては、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長領域内に単一又は複数のピークを有する紫外線を透過させた時における主ピークに対応する波長の紫外線に対する透過率が３０．０％以上９９．５％以下であることが好ましく、５０％以上９８％以下、特に６０％以上９７％以下であることがより好ましい。

本発明の窓材の光触媒コート層とは、後述するような光触媒物質を含む被膜を意味し、光触媒物質の蒸着膜のような光触媒物質のみからなる薄膜（一般的な膜厚は１００ｎｍ〜１０μｍであり、好ましい膜厚は１５０ｎｍ〜５μｍである。）であってもよい。形成の容易さの観点から光触媒コート層は、その硬化体が紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する無機バインダーと、光触媒物質又はその前駆体と、を含んでなる硬化性組成物の硬化体からなることが好ましい。ここで前記硬化性組成物としては、通常の光触媒コーティング剤として入手可能な光触媒物質とバインダーとを含んでなる光触媒コーティング剤のうち、バインダーとして、その硬化体が紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する無機系のものを使用したものが特に制限させることなく使用できる。光触媒物質としては光触媒作用を示すことが知られている物質、たとえばＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＣｄＳ，ＳｎＯ_２、ＷＯ_３等が特に制限なく使用できる。光触媒効果の高さの観点から触媒物質としては、ＴｉＯ_２又はＴｉＯ_２系光触媒物質の微粒子を使用することが好ましい。光触媒物質の微粒子の粒子径は透過型電子顕微鏡撮影の画像の画像解析によって求められる１次粒子が５ｎｍ〜１μｍの範囲であればよいが、光触媒機能の高さの観点から上記１次粒子の粒子径が５〜５０ｎｍであることが好ましい。

また、その硬化体が紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する無機バインダーとしては、ケイ酸塩系バインダー、無機コロイド系バインダー、金属アルコキシド系バインダー等を使用することができる。さらに上記硬化性組成物は粘度を調整する等の目的で水及び／又は有機溶媒を含んでいてもよい。なお、無機バインダーの硬化体における紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対する透過性は窓材本体におけるこれら透過性より低いことが多い。

上記硬化性組成物中における光触媒物質の濃度は、硬化させて光触媒コート層としたときの光触媒機能の強さと紫外線透過性とのバランスから、光触媒コート層の厚さにもよるが、硬化体の質量基準で０．５〜２０質量％、特に１〜１５質量％とすることが好ましい。なお、光触媒コート層の厚さは一般的には０．３〜５０μｍの範囲であるが、光触媒物質を露出しやすくして光触媒機能を高め更に光触媒コート層における紫外線透過率をできるだけ高くするために０．５〜１０μｍとすることが好ましい。なお、硬化性組成物に溶媒以外の成分を特に添加しない場合には、硬化体質量基準で光触媒物質の質量を除いた残余が実質的にバインダーの硬化体の質量となる。

本発明の窓材で使用する窓本体は、窓材の主要部を構成するものであり、紫外線および前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する材料で構成されている必要がある。ここで、光触媒物質の励起光とは、光触媒物質（半導体物質である）がその光を吸収することによって励起され光触媒として機能するようになる光であり、その波長は光触媒物質ごとに特有である。たとえば、ＴｉＯ_２の励起光は波長３８０ｎｍ以下の光である。

窓材本体を構成する材料としては、サファイア、天然または合成石英、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、ガラスなどの無機材料、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ，ＰＣＴＦＥ等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、ポリカーボネートなどの有機材料、及びこれらの複合材料（例えばフッ化カルシウムやフッ化マグネシウムの露出表面をフッ素系樹脂でコーティングしたもの）が好適に使用できる。これら窓材の中でも耐水性の観点からサファイア、天然若しくは合成石英、又はフッ化カルシウム若しくはフッ化マグネシウムの露出表面をフッ素系樹脂でコーティングしたものを使用することが好ましく、耐水性及び防汚性の観点からサファイア、天然若しくは合成石英、フッ化カルシウム、又はフッ化マグネシウムの露出表面（ここでいう露出表面とは、窓材としたときに外側に直接露出する部分、即ち、窓材本体外側面の光触媒コート層で被覆されていない部分の表面を意味する。）をフッ素系樹脂でコーティングしたものを使用することが特に好ましい。なお、窓材本体の厚さは、紫外線透過性の観点からは薄い方がよく、紫外線透過性と強度や取扱やすさのバランスから適宜決定すればよい。一般的な厚さは、通常、２０μｍ〜１０ｍｍの範囲であるが、５０μｍ〜７ｍｍ、特に１００μｍ〜５ｍｍの範囲内であることが好ましい。

本発明の窓材においては、前記光触媒コート層は、前記窓材の紫外線が透過し得る部分の外側の面である有効面内に実質的に均一に分散するように形成された互いに独立した複数の光触媒コート層からなるか、打抜網状の光触媒コート層であって、打抜き部が前記有効面内に実質的に均一に分散するように形成された光触媒コート層であり、前記有効面の全面積に対する前記光触媒コート層の総面積の割合（％）で定義される被覆率が２〜９５％である必要がある。被覆率が２％未満のときには十分な光触媒機能或いはセルフクリーニング機能を得ることができず、被覆率が９５％を越える場合には、光触媒コート層に含まれる光触媒の含有量や膜厚を可能な範囲で制御しても紫外線透過率の著しい低下が避けられない。被覆率が高いほどセルフクリーニング機能は高くなり、紫外線透過率は低下する傾向があるので、使用環境や目的に応じて被覆率を制御すればよい。例えば汚染が激しい環境下で使用する場合には被覆率を高め、例えば７０％以上９５％以下或いは８０％以上９５％とすればよく、汚染がそれほど厳しくない環境下で使用する場合には、被覆率を低め２％以上３０％未満或いは２％以上２０％未満とすればよい。なお、被覆率が０〜１０％の範囲において被覆率の増加に伴い表面は急激に親水化され、表面に付着した汚れは水膜によって容易に除去できることが知られている（参考特許文献１：特許第３７７３０８７号公報参照）。したがって、窓材の外側表面が常に水流と接触するような条件下で使用する場合には、被覆率はかなり低くても（例えば２％以上１０％以下、好ましくは２％以上７％以下）であっても十分なセルフクリーニング効果を得ることができると考えられる。

前記複数の光触媒コート層を、前記窓材本体の外側の面上に実質的に均一に分散するように被着させる方法は特に限定されず、たとえば上記参考特許文献１に記載されているように、窓材本体の外側の面上に、直径又は最大径が５ｍｍ以下、好ましくは０．１μｍ〜１ｍｍの島状の光触媒コート層が均一分散するように、平均分散距離間隔が１ｍｍ以内、好ましくは０．１μｍ〜１ｍｍとなるようにして、不連続膜状に被着すればよい。なお、窓材の外側面が常に流水と接触するような条件下で使用する場合には、より粗に分散させてもよく、平均分散距離は１０ｍｍ以内、好ましくは５ｍｍ以内としてもよい。

複数の光触媒コート層を不連続膜状に被着する方法としては、例えば１）窓材本体の外側表面に、フォトレジスト等を用いて所定のパターンを有する保護膜を予め形成してから全面に光触媒コート層を形成し、その後リフトオフ法等により不要な光触媒コート層を除去する方法、２）予め窓材本体の外側表面に所定形状の凹状窪みを所定のパターンで形成しておき、窪みの内部に選択的に光触媒コート層を形成し、必要に応じて表面研磨をする方法、３）凹状窪みが所定パターンで形成された表面の全面にわたって光触媒コート層を形成した後に表面を研磨して窪み外部に形成された光触媒コート層を除去する方法などが採用できる。上記２）又は３）の方法によれば、表面研磨により窓材の外側表面を平滑な平面や滑らかな曲面とすることができ、汚れが溜まり易い段差や溝が表面に存在しないことから高い汚れ除去効果を得る事が出来る。

なお、光触媒コート層を形成する方法としては、光触媒物質のみからなる層を形成する場合には、蒸着法やスパッタリング法等の方法が採用できる。また、光触媒微粒子及び無機バインダーを含む硬化性組成物を用いる場合には、ディピング法、スピンコート法、スプレイ法などの塗布方法を用いて該組成物を塗布した後に乾燥し、熱処理等を施して硬化させればよい。

また、打抜網状の光触媒コート層であって、打抜き部が前記有効面上に実質的に均一に分散するように形成された光触媒コート層を形成する場合には、打抜網の形状に対応する凹状窪みを形成し、同様にして該凹状溝内部に光触媒コート層を形成すればよい。なお、打抜網とはパンチングメタルとも呼ばれ、金属板に所定形状の多数の穴をあけたものえあり、打抜網状の光触媒コート層とは、例えば前記海島構造の海の部分を光触媒コート層で形成したもの（島の部分が穴に相当し、光触媒コート層は存在しない）が例示される。

以下、本発明の窓材および紫外線照射装置について、図面を参照して更に詳しく説明する。

図１には、上部に開口を有する箱型のケーシング６内に殺菌効果の高いＵＶＣ（波長２００〜２８０ｎｍの紫外線）を発光するＵＶ−ＬＥＤ８及びＴｉＯ_２光触媒の励起能が高いＵＶＡ（波長３２０〜４００ｎｍの紫外線）を発光するＵＶ−ＬＥＤ９を収容し、前記開口を本発明の窓材１で塞いで窓部７を構成した本発明の紫外線照射装置１０が示されている。窓材１はサファイア又は石英からなる窓材本体２と複数の光触媒コート層３とを有する。上記光触媒コート層３は、窓材本体２の点線で囲われる「紫外線が透過し得る部分（有効部）４」に形成された凹状の窪み５の内部に形成されている。この窪み５は内部に向かって深さ方向に拡径されているため、光触媒コート層３が剥落し難くなっている。更に、外側表面がフラットな窓材本体の外側表面状に光触媒コート層３を形成した場合には、光触媒コート層３が凸部となり窓材表面に段差が生じで汚れが除去され難く汚れ溜まりを形成し易いのに対し、窓材１においては光触媒コート層３の露出表面が窓材本体の露出表面と同じ高さで平面を形成するため、高い汚れ除去効果を得る事が出来る。窓材１において光が各触媒コート層３を通過する部分は（窓材の外側真上から見て、或いは凹状窪み底面が）直径Ｄの円形をしており、これが一定の間隔（最近接する触媒コート層３との距離である分散距離間隔）Ｌを隔てて上下左右に整列配置されている。窓材１においてＤはＬの２倍の長さとしているので、被覆率は約３３％となっている。窓材１では全ての触媒コート層３を、同一面積を有する同一形状のものとしたが、触媒コート層３の形状や大きさは自由に変更できる。

窓材１において、触媒コート層３は光触媒物質としてＴｉＯ_２微粒子を含み、更にシリカゾル等の無機バインダーを含む硬化性組成物（光触媒コート剤）を用いて形成している。そして、紫外線照射装置１０では、殺菌作用の強いＵＶＣを発光とするＵＶ−ＬＥＤ８に加えてＴｉＯ_２の励起効率を高める目的でＵＶＡを発光するＵＶ−ＬＥＤ９をケーシング６内に収容している。一般にＵＶＣを発光とするＵＶ−ＬＥＤ８において発光強度を高めることは難いのに対し、ＵＶＡを発光するＵＶ−ＬＥＤ９では高強度化が比較的容易であるため、両者を併用することにより、ＵＶ−ＬＥＤ８のみを用いた場合に比べて光触媒機能をより高めることができる。なお、図１では光源としてＵＶ−ＬＥＤのみを用いた態様を示したが、ＵＶＣを発光する低圧水銀ランプやエキシマＵＶランプとＵＶＡを発光するＵＶ−ＬＥＤ９とを組み合わせて使用することも勿論可能である。

紫外線照射装置１０におけるケーシング６を構成する材料としては金属、セラミックス、樹脂、これらの複合材料などが使用できる。ケーシング６内への光源の収納方法は特に限定されず、各ＵＶ−ＬＥＤを素子の状態のまま収容してもよいし、パッケージ化又はモジュール化して収容してもよい。なお、図１ではＵＶ−ＬＥＤの搭載状態の詳細やＵＶ−ＬＥＤを駆動させるための電源、配線、回路等は省略している。

図２には、別の本発明の窓材１ａ及びそれを用いた紫外線照射装置１０ａを示している。これら窓材１ａ及び紫外線照射装置１０ａは、触媒コート層３ａの分散状態並びにＵＶＣを発光するＵＶ−ＬＥＤ８ａ及びＵＶＡを発光するＵＶ−ＬＥＤ９ａの配置状態が異なる他は、それぞれ図１に示す窓材１及び紫外線照射装置１０と異なる点は特にない。すなわち、窓材１ａでは触媒コート層３ａの数を減らし分散距離を４倍とし、被覆率を約９％としている。また、ケーシング内において光触媒励起用のＵＶ−ＬＥＤ９ａを触媒コート層３ａの直下に配置すると共に殺菌作用の強いＵＶ−ＬＥＤ８ａを触媒コート層３ａで被覆されていない部分の直下となるように配置している。このような配置とすることにより、例えば紫外線照射装置１０ａを紫外線殺菌装置用の光源として用いる場合には、ＵＶ−ＬＥＤ８ａから出射されるＵＶＣを有効に活用でき、ＵＶ−ＬＥＤ９ａによって光触媒の励起も十分に行うことができるので効率的な殺菌及びセルフクリーニングが可能となる。なお、紫外線照射装置１０ａだけなく他の態様の本発明の紫外線照射装置においても、同様の効果が得られるという理由から、光触媒励起用の光源を触媒コート層３ａの直下に配置すると共に被照射体に照射したい紫外線の光源を触媒コート層３ａで被覆されていない部分の直下となるように配置することが好ましい。

図３には、光源として紫外線ランプ１１を用いた本発明の紫外線照射装置１０ｂおよびこれに用いられる本発明の窓材１ｂを示した。窓材１ｂにおいて凹状窪み５ｂはその開口部の面積を底部の面積とした以外は図１に示される窓材１と同じである。また、紫外線照射装置１０ｂにおいては、光源として１本の又は並列配置された複数の紫外線ランプ１１が収容されている。そして紫外線ランプとしては、発光スペクトルの広い（ＵＶＣとＵＶＡを同時に発光する）高圧水銀ランプを使用している。

図４には、窓材本体２ｃの外側面の光触媒コート層で被覆されていない部分の表面をフッ素系樹脂１２でコーティングした窓材１ｃを示した。該窓材１ｃでは光触媒コート層３ｃで被覆されていない露出表面が薄いフッ素樹脂で被覆されているため汚れがより付着しにくいという特長を有する。なお、窓材１ｃにおいて窓材本体２ｃの表側表面に形成された凹状の溝は深さ方向に拡径されてはいないが、溝側面の上側（外側）の一部をフッ素樹脂１２でコーティングした場合には、アンカー効果により光触媒コート層３ｃの剥落を防止することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ・・・本発明の窓材
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・窓材本体
３、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・光触媒コート層
４、４ａ、４ｂ・・・紫外線が透過する部分
５、５ａ、５ｂ・・・凹状溝
６、６ａ、６ｂ・・・ケーシング
７、７ａ、７ｂ・・・窓部
８、８ａ・・・ＵＶＣを発光するＵＶ−ＬＥＤ
９、９ａ・・・ＵＶＡを発光するＵＶ−ＬＥＤ
１０、１０ａ、１０ｂ・・・本発明の紫外線照射装置
１１・・・紫外線ランプ（高圧水銀ランプ）
１２・・・フッ素樹脂

Claims

その内側の空間から照射される紫外線を、その外側の空間に向けて透過する窓材であって、窓材本体と、該窓材本体の外側の面上に形成された光触媒物質を含んでなる光触媒コート層と、を有し、
前記窓材本体は紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する材料で構成されており、
前記光触媒コート層は、前記窓材の紫外線が透過し得る部分の外側の面である有効面内に実質的に均一に分散するように形成された互いに独立した複数の光触媒コート層からなるか、打抜網状の光触媒コート層であって、打抜き部が前記有効面内に実質的に均一に分散するように形成された光触媒コート層であり、
前記有効面の全面積に対する前記光触媒コート層の総面積の割合（％）で定義される被覆率が２〜９５％であることを特徴とする光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
前記光触媒コート層が、その硬化体が紫外線及び前記光触媒物質の励起光に対して透過性を有する無機バインダーと、光触媒物質又はその前駆体と、を含んでなる硬化性組成物の硬化体からなる請求項１に記載の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
前記窓材本体の外側の面の表面には、前記光触媒コート層の形状に対応する開口形状を有する凹状の窪みが形成されており、前記光触媒コート層はこれら凹状の窪み内に密着して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
前記窓材の外側の面は平面であるか又は滑らかな曲面であることを特徴とする請求項３に記載の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
前記凹状の窪みは深さ方向に拡径されている請求項３又は４に記載の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長領域内に単一又は複数のピークを有する紫外線を透過させた時における主ピークに対応する波長の紫外線に対する透過率が３０．０％以上９９．５％以下である請求項１乃至５の何れか一に記載の光触媒機能を有する紫外線透過性窓材。
紫外線を出射する光源と、窓部を有するケーシングとを有し、該ケーシング内に前記光源が収容されてなり、前記窓部は請求項１乃至６の何れか一に記載された光触媒機能を有する紫外線透過性窓材で構成されてなることを特徴とする紫外線照射装置。
前記光源として紫外線及び前記光触媒物質の励起光を出射する光源を用いるか、又は前記光源と共に前記光触媒物質の励起光を出射する別の光源をケーシングに収容したことを特徴とする請求項７に記載の紫外線照射装置。