JP3704513B2 - 光透過性線状物光触媒フィルタ素材、同素材を使用したフィルタ及び同素材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細長い光透過性線状物の外側面に多数の粒状物を設け、かつ、前記光透過性線状物の外側面と前記多数の粒状物との上方に光触媒層を形成した光透過性線状物光触媒フィルタ素材、同素材を使用したフィルタ及び同素材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒は、光を照射すると、殺菌、抗菌、分解・脱臭、防汚、防曇などの機能を有する物質であり、その代表例である二酸化チタンに光を照射すると、二酸化チタンの表面で強い酸化・還元反応を起こし、その表面に接している物質を分解する。例えば、上記の物質が有機物であった場合、その有機物は炭酸ガスと水に分解される。即ち、光触媒は光を照射するだけで、菌やウイルス、悪臭物質、ダイオキシン、トリクロロエチレン等の環境汚染物質やシックハウス症候群を引き起こす環境ホルモン等を分解する
【０００３】
このような光触媒作用をフィルタに利用して、各種の液体処理、空気処理及び環境浄化等に応用しようとする試みがなされている。
高性能なフィルタを安価に提供するために、フィルタ基材として細長い光透過性線状物の表面に粒状物を接着させて、突起を形成したフィルタ基材に光触媒層を形成させてなる光触媒フィルタ素材が提案されている（特開平１０−７１３１２号公報）。
【０００４】
このような光触媒フィルタ素材は、その長手方向の両端を揃えて多数束ねて光触媒フィルタを構成した場合、互いに側面で隣接するフィルタ素材間に上記した突起の存在により隙間を形成することから、この隙間に被処理流体を流すことができ、しかも、この隙間を形成する通路空間が経時変化を起こし難く安定していることから、フィルタとしての性能を長期にわたって良好に維持することができる。
【０００５】
このような光触媒フィルタは、多数束ねられた光触媒フィルタ素材の一方又は両方の端面に入射部を備え、この入射部に入射された紫外光等の光が光触媒フィルタ素材の内部に伝搬する。そして、この伝搬する光は、屈折率が光透過性線状物（例：ガラスファイバ）よりも光触媒層（例：二酸化チタン）の方が高いことから、光透過性線状物と光触媒層との界面で全反射する成分がなく、光触媒層に漏れ出る光が発生する。
【０００６】
また、突起として粒状物を光透過性線状物の外側面に接着する接着剤として、シリカを主成分とする無機接着剤を使用した場合、この接着剤の屈折率は一般的に光透過性線状物の屈折率と比較して同程度か又はやや低いことから全反射条件を満たすので、光触媒層に漏れ出る光が発生しないが、接着剤の焼成後に、光透過性線状物と接着剤との界面において微視的なポアが発生することから、そのポアを基点にして光触媒層に漏れ出る光が発生する。そのため、入射された光が遠くまで伝搬することなく、徐々に光触媒層に漏れ出て、この漏れ出た光が光触媒層を照射する。
【０００７】
一方、光触媒フィルタは、処理すべき被処理流体を多数束ねた光触媒フィルタ素材の隙間を通路として、“均一に”流通させることにより、この被処理流体に含まれる汚染物を光触媒層の表面で捕捉する。そこで、前述した漏れ出た光を光触媒層に照射することにより、捕捉した汚染物を光触媒作用によって分解する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そして、光触媒フィルタ素材を束ねる本数は、それが多い程、光触媒作用の効率を上げることが期待されるが、現実には、その束ねる本数が、例えば、数千、数万、又はそれ以上多量になった場合、新たな課題が発生する。
【０００９】
例えば、図１１に示すように、細長い光透過性線状物として、ガラス製ファイバ１の外側表面上に、粒状物として石英ガラス球２（平均粒径；５０μｍ）を多数、接着剤を介して接着させ、更に、この多数の石英ガラス球２と石英ガラス製ファイバ１の外側面の上に、光触媒層として二酸化チタン層４（膜厚；２μｍ）を公知技術のディップ法を使用して塗布させたガラスファイバ光触媒フィルタ素材９０を約７０，０００本束ねてなる光触媒フィルタを事例に挙げて説明すると、次のとおり光触媒フィルタとして異常な現象が発生する。
【００１０】
即ち、個々の光触媒フィルタ素材９０の両端部を揃えて、一束にしてアルミニウム製円筒状ケース５（内径；７０ｍｍφ、長さ；２００ｍｍ）に収納して光触媒フィルタ９１を構成した場合、この光触媒フィルタ９１は、図１２に示すように、その中央部の外側面に位置する光触媒フィルタ素材９０が外側に向かって凸状に膨らんだ和太鼓状（「樽状」と表現することができる）の形状をして、円筒状ケース５の内側面と近接し、その両端部の開口付近に空間部７を発生してしまう。
【００１１】
一方、処理すべき流体を、光触媒フィルタ９１の長手方向に沿って、多数束ねられたフィルタ素材９０相互間に粒状物２の突起物が接して形成された隙間を通して“均一に”流れて、はじめて流体中に含まれる汚染物を捕捉する作用を奏するところ、上記した空間部７において流体の流れが異常に集中して乱れるために、充分なフィルタの作用を果たすことができない。
【００１２】
この空間部７による流体の流れの異常現象は、図１３に示すように、この和太鼓状に束ねられた多数のフィルタ素材９０を上下方向に立てて、下方より上方に向けて水流８（流量：２リットル／分）を流す水流テストをして、その水流８のオーバーフローの状態を観察した結果、前記空間部７の上方付近の水流８が急速に流れて、盛り上がり部６を発生していることから確認された。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、多数のフィルタ素材を束ねたフィルタの形態が和太鼓状とならず、長手方向に平行に配列する光透過性線状物光触媒フィルタ素材、同素材を使用したフィルタ及び同素材の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための手段として、
第１の発明は、
多数の粒状物が細長い光透過性線状物の外側面に接着され、光触媒層が前記外側面と前記多数の粒状物との上方に形成され、前記光透過性線状物の一方又は両方の端面に入射された光が前記光透過性線状物の内部に伝搬して、前記光触媒層に漏れ出ることにより、前記光触媒層を照射する光透過性線状物光触媒フィルタ素材において、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域にある前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値がその両方の端部領域にあるそれぞれの前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値よりも小さいことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材である。
【００１５】
第２の発明は、
上記した第１の発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材において、
前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域の長さが前記長手方向の前記外側面の全長の２０％から６０％までの範囲内にあり、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の両方の端部領域のそれぞれの長さが前記全長の２０％から４０％までの範囲内にあり、かつ、前記中央部領域にある前記粒状物の分布密度が前記両方の端部領域にあるそれぞれの前記粒状物の分布密度よりも低いことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材である。
【００１６】
第３の発明は、
上記した第１の発明又は第２の発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材を多数束ねたことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタである。
【００１７】
第４の発明は、
多数の粒状物を細長い光透過性線状物の外側面に所定の分布密度をもって接着し、前記外側面と前記粒状物との上方に光触媒層を形成した光透過性線状物光触媒フィルタ素材の製造方法において、
それぞれ予め決められた多数の光透過性線状物と、多数の粒状物と、所定量の接着液とを混合して、前記した光透過性線状物と粒状物とを仮接着させる工程と、
前記仮接着された光透過性線状物と粒状物を、対向する一対の網状面を有する容器内に収納し、所定の面積の底部と所定の荷重を有するおもしを前記それぞれの網状面の中心部に置いて荷重を加えて、押圧した状態で、前記容器を所定の時間だけ揺動又は振動させる工程とを有して、
前記仮接着された光透過性線状物の長手方向の中央部領域にある粒状物を擦り落とすことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材の製造方法である。
【００１８】
上記した第１の発明において、粒状物とは、球状、楕円体状又は不定形等の粒状の物体であり、好ましくは、球状の物が使用される。
【００１９】
次に、光透過性線状物とは、光を透過する繊維状又はロッド状等の線状物であり、紫外光又は可視光等の光の内部透過率が、使用する光触媒の励起波長に対して長さ１０ｃｍ当たり９０％以上、好ましくは９６％以上のものであれば使用可能であり、具体例として、石英ガラスファイバ、又は低アルカリのケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス及び無アルカリケイ酸塩ガラス等の、二酸化けい素を主成分とする多成分系ガラスファイバが好適である。
【００２０】
次に、細長い光透過性線状物は、上記した光透過性線状物の太さがその機械的強度が低下しない程度で、可能な限り細いものであればよく、例えば、直径が１μｍ〜５００μｍ程度のもの、より好ましくは、１０μｍ〜２００μｍが好適に使用される。その理由は、直径が１μｍより小さくなると、線状物自体の機械的強度が低下するとともに、端面を光入射部とする場合、その効率が低下するからである。他方、直径５００μｍより大きくなると、束ねてフィルタを構成した場合、フィルタとして必要な表面積を確保することが困難となり、実用に供し難くなるからである。
光透過性線状物の長さ、束ねる本数については特に限定されることはなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２１】
そして、上記した粒状物が球状（平均粒径ｄ）であって、細長い光透過性線状物が円柱状（直径Ｄ）である場合、粒状物の粒径ｄは、光透過性線状物の直径Ｄに対し、４％〜７０％の範囲内に選定するのが好ましく、更に２５％〜６０％の範囲内にすれば、より好ましい。そして、可能な限りバラツキが少なく、例えば、平均粒径ｄを中心値にして±３０％の範囲内にあることが好適である。
【００２２】
その理由は、フィルタ素材を束ねてフィルタを構成した場合、粒状物の粒径ｄが光透過性線状物の直径Ｄの４％よりも小さくしたときは、フィルタ素材間に大きな空間の隙間を形成することができず、フィルタの基本性能である圧力損失が増加してしまうことになり、粒状物の粒径ｄが光透過性線状物の直径Ｄの７０％よりも大きくしたときは、粒状物の光透過性線呪物への接着強度が極端に低下し、安定したフィルタを得ることができなくなり、また、粒径のバラツキが平均粒径の中心値に対して±３０％を超えたときは、光透過性線状物の外側面から多数の粒状物の上方にある光触媒層までの高さの最高値が大きくばらつくこととなり、均一な隙間の形成ができず、そのために、均一な流体の流れを作り出すことができなくなり、それぞれ実用に供し難くなるからである。
【００２３】
次に、光触媒層とは、代表例である二酸化チタンの他に、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ナトリウム、二酸化ジルコニウム、硫化カドミウム、α−Ｆｅ_２Ｏ_３等の光触媒作用を有する物質を成膜した層であり、その膜厚は０．１μｍ〜１０μｍ程度のものが好適である。その理由は、０．１μｍより薄くした場合、光吸収量が少なく、触媒活性化点を多く作り出すことができなくなり、１０μｍよりも厚くした場合、光触媒への光照射方法が裏面照射という形となっているために、光触媒層の最外面（反応面）まで光が到達できず、触媒活性点を作り出すことができなくなり、何れのの場合も実用に供し難くなるからである。
【００２４】
なお、上記した光透過性線状物の屈折率が１．４５〜１．６５程度であるのに対して、上記した光触媒層の材料の各励起波長での屈折率は、光吸収が起こるために正確に測定することができないが、２．０以上であると予測できる。この場合、光透過性線状物に入射した光は全反射条件を満たさないため、光触媒層に漏れ出て、この漏れ光が光触媒層を照射することができる。
【００２５】
このような第１の発明は、先ず、多数の粒状物をその外側面に接着した光透過性線状物光触媒フィルタ素材を多数束ねてフィルタを構成した場合、隣接する光透過性線状物光触媒フィルタ素材相互間に、上記した多数の粒状物が存在していない空間部分を隙間として形成し、この隙間が処理すべき流体の通路となる。そこで、処理すべき流体を光触媒フィルタ素材の光透過性線状物の隙間（通路）に流したとき、その流体が実質的に均一となって流れ、フィルタとしての機能を果たす。
【００２６】
そして、第１の発明の手段によれば、光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域にある前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値が、その両方の端部領域にあるそれぞれの前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値よりも小さくしていることから、光透過性線状物光触媒フィルタ素材は、これを多数束ねてフィルタを構成した場合、上記した和太鼓状（樽状）とは逆に中央部領域を凹状とする鼓状（「砂時計の中央部分の形状」、又は「断面が双曲面（ｈｙｐｅｒｂｏｌｏｉｄａｌ）を有する回転体形状」と表現することができる。）となることから、その長手方向に実質的に平行に配列する。
【００２７】
更に、第２の発明の手段によれば、第１の発明の光透過性線状物フィルタ素材において、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域の長さが前記長手方向の前記外側面の全長の２０％から６０％までの範囲内にあり、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の両方の端部領域のそれぞれの長さが前記全長の２０％から４０％までの範囲内にあり、かつ、前記中央部領域にある前記粒状物の分布密度が、前記両方の端部領域にあるそれぞれの前記粒状物の分布密度よりも低くしていることから、この光透過性線状物光触媒フィルタ素材を多数束ねてフィルタを構成した場合、個々のフィルタ素材はその長手方向に平行度を一層高めて配列して、処理すべき流体が一層均一となって流れ、フィルタの機能を遺憾なく発揮する。
【００２８】
なお、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域の長さが、前記長手方向の前記外側面の全長の２０％から６０％までの範囲内にした理由は、フィルタ素材を多数束ねてフィルタを構成した場合において、全長の２０％より短くしたときは、上記した和太鼓状になる可能性が生じ、また、全長の６０％より長くしたときは、個々のフィルタ素材の長手方向の平行度を良好に維持できるが、フィルタ素材の機械的強度が低下する可能性が生じるからである。
また、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の両方の端部領域のそれぞれの長さが前記全長の２０％から４０％までの範囲内にした理由は、この両方の端部領域のそれぞれの長さが上述した中央部領域の長さの残余の長さに相当し、全長の２０％よりも短くしたときは、機械的強度が低下する可能性が生じ、全長の４０％よりも長くしたときは、和太鼓状になる可能性が生じるからである。
【００２９】
特に、フィルタ素材を多数束ねる作業中に、線状物又は粒状物の欠片や異物が小さいため（粒状物の大きいと同等又はそれ以下）、見落として、フィルタ素材の中央部領域に混入してしまう場合がある。この場合において、従来の光触媒フィルタ素材を多数束ねてフィルタを構成したときは、図１２に示した和太鼓状の凸状部よりも更に突き出た凸状部を形成し、その両端部開口付近に出現する空間部は、図１２に示した空間部７よりも更に大きな空間部となってしまうのに対して、本発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材では、かかる場合であっても、このフィルタ素材を束ねてフィルタを構成したとき、個々のフィルタ素材がその長手方向に平行度を良好に維持する点で意義がある。
【００３０】
第３の発明による光透過性線状物光触媒フィルタは、第１の発明又は第２の発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材を多数束ねて構成されるものであり、その束ねる際に使用するフィルタケースとしては、円筒状、４角，６角など多角形などの筒状体が好適であり、束ねる本数に応じてその内径を定めることになる。また、その材料についてはアルミニウム、黄銅などの金属、プラスチックなどが好適である。しかし、フィルタケースの形状、材料については、これらに限定されず、個々の設計において適宜選定すればよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施の形態である光透過性線状物光触媒フィルタ素材１００、１０１の長手方向の断面を示す図である。
ここで、ガラスファイバ１は、それ自体、図１１に示したものと同一であり、直径１２５μｍ、長さ２００ｍｍの大きさを有する。なお、このガラスファイバ１の波長３６５ｎｍでの内部透過率は、１０ｃｍ換算で９７％、屈折率（波長３６５ｎｍ）は１．５８程度である。
【００３２】
次に、図１及び図２に示す石英ガラス球２は、それ自体、図１１に示したものと対比して、平均粒径５０μｍの大きさを有している点と、そのガラスファイバの外側面上に多数の石英ガラスが１段又は２段以上積み重ねられた石英ガラス球２が、２個以上を単位にして横並びに隣接した集合物として分布している点では同一であるが、その分布については、図１１に示したものと対比して次のとおり異なる。なお、ガラスファイバ１の外側面とその外側面に接着剤３（図３、図４参照）により接着固定された石英ガラス球２との上に、光触媒層として形成された二酸化チタン層４（膜厚；２μｍ）は、図１１に示したものと同一であるので、その説明を省略する。
【００３３】
即ち、図１に示したフィルタ素材１００では、ガラスファイバ１の長手方向の中央部領域に石英ガラス球２を存在させず、両方のそれぞれの端部領域に分布する石英ガラス球１が１段及び２段に積み重ねられていることから、中央部領域にあるガラスファイバ１の外側面から二酸化チタン層４までの高さの最高値は二酸化チタン層４の膜厚分の２μｍであり、その両方の端部領域にあるそれぞれのガラスファイバ１の外側面から二酸化チタン層４までの高さの最高値は石英ガラス球２の２段の高さ（約１００μｍ）と二酸化チタン層４の膜厚分の２μｍの合計（約１０２μｍ）であることから、中央部領域が砂時計の中央部分のように凹状となって、両方の端部領域を含めて、光触媒フィルタ素材１００は、全体として鼓状となって形成されている。
【００３４】
そして、このフィルタ素材１００では、中央部領域の長さをガラスファイバ１の長手方向の全長（２００ｍｍ）の３０％に相当する６０±５ｍｍに設定し、ガラスファイバ１の長手方向のそれぞれの端部領域の長さを３５％に相当する７０±５ｍｍに設定し、前述したように中央領域に石英ガラス球２を存在させず、それぞれ端部領域にある石英ガラス球２を1段及び2段以上積み重ねた集合物が点在していることから、中央領域にある石英ガラス球２の分布密度をそれぞれ端部領域にある石英ガラス球２の分布密度よりも低く設定している。
【００３５】
そして、上記した図１と、フィルタ素材１００の長手方向端部領域の垂直断面図である図３と、その長手方向端部領域の一部の石英ガラス球の分布状態断面を示す図４を参照すると、石英ガラス球２がそれぞれの端部領域において２個又は３個以上横並びで接合した集合物を単位にしてガラスファイバ１の外側面に接着固定されて分布していることから、１個ずつ点在したものと対比して、同一の接着剤の下で、ガラスファイバ１の外側面と石英ガラス球２との間の接着強度を増強させ、また、その上に塗布形成される二酸化チタン層４の付着力も増強させる。
【００３６】
その結果、ガラスファイバ光触媒フィルタ素材１００を多数束ねてフィルタを構成した場合に、この石英ガラス球２の分布により形成される隙間の空間も強固となって、かつ、経時変化に対して安定することから、このフィルタの流体の流れに関する均一性の要件を満たすことになる。
【００３７】
次に、図２に示した光触媒フィルタ素材１０１では、ガラスファイバ１の長手方向の中央部領域にある石英ガラス球２が、全て１段であって、２個又は３個以上横並びで接合した集合物を単位にしてガラスファイバ１の外側面に接着固定されて分布し、両方のそれぞれの端部領域にある石英ガラス球２が、上記したと同様な集合物を単位にして分布するとともに、１段及び２段に積み重ねられた集合物として分布している。
【００３８】
したがって、この光触媒フィルタ素材１０１は、フィルタの流体の流れに関する均一性の要件を満たすとともに、中央部領域にあるガラスファイバ１の外側面から二酸化チタン層４までの高さの最高値が石英ガラス球２の１段分（５０μｍ）と二酸化チタン層４の膜厚分の２μｍとの合計（５２μｍ）であり、その両方の端部領域にあるそれぞれのガラスファイバ１の外側面から二酸化チタン層４までの高さの最高値が石英ガラス球２の２段の高さ（約１００μｍ）と二酸化チタン層４の膜厚分の２μｍの合計（約１０２μｍ）であることから、中央部領域が砂時計の中央部分のように凹状となって、両方の端部領域を含めて、光触媒フィルタ素材１０１は全体として鼓状となって形成される。
【００３９】
そして、この光触媒フィルタ素材１０１では、中央部領域の長さをガラスファイバ１の長手方向の全長（２００ｍｍ）の５０％に相当する１００±５ｍｍに設定し、ガラスファイバ１の長手方向のそれぞれの端部領域の長さを２５％に相当する５０±５ｍｍに設定して、中央領域にある石英ガラス球２の分布密度がそれぞれの端部領域にある石英ガラス球２の分布密度よりも低く設定している。
【００４０】
このようにして得られた光触媒フィルタ素材１００及び１０１をそれぞれ約７０，０００本用意して、それぞれ束ねて、図５に示すように、アルミニュウム製円筒状ケース５（内径７０ｍｍφ、長さ２００ｍｍ）の中に挿入固定して、それぞれの端面を揃えて、両端部の端面を研磨加工して、この端面を入射部にして、光触媒フィルタ１０２及び１０３を完成する。
【００４１】
このような光触媒フィルタ１０２（１０３）について、前述したと同様な水流テストを行い、図６に示すように、水流８（流量：２リットル／分）の上面のオーバフローを観察した結果、図１３に示したような盛り上がり部６を発生することなく、均一な流速でスムーズに流れていることが確認された。
【００４２】
次に、上記した光触媒フィルタ素材１００の製造方法を説明する。
（仮接着工程）
先ず、ガラスファイバ１（直径；１２５μｍφ、長さ；２００ｍｍ、ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ（株）製の商品名「ＰＦＧ１ガラスファイバ」）を約７０，０００本、石英ガラス球２（平均粒径；５０μｍ、（株）龍森製の商品名「ＳＳＶ−４３」）を４０ｇ、それぞれ用意して、これらを適当な蓋付き容器（幅；８０ｍｍ、長さ；２２０ｍｍ、深さ；６０ｍｍ、（株）ニシヤマ化学製の商品名「ナチュラルパック」）に収納する。
【００４３】
次に、接着液（常磐電機（株）製の商品名「ＦＪ−８０３」）を上記したガラスファイバ１と石英ガラス球を収納した容器に４０ｍｌ（ミリ・リットル）投入し、蓋を閉めて、往復運動（例：ストローク；８０ｍｍ、５往復／秒）させることにより攪拌して、ガラスファイバ１と石英ガラス球２と接着液とがそれぞれ適度に接着して混合した混合物を作る。この混合物の接着状態は、接着液が未だ硬化していないことから、ガラスファイバ１と石英ガラス球２に適度な流動性をもって接着し、ガラスファイバ１と石英ガラス球２とが接着液を介して仮接着されている状態である。
【００４４】
（粒状物分布調整工程）
次に、仮接着工程で得られた多数の混合物を、図７に示すように、その底部（幅；１００ｍｍ、長さ；２６０ｍｍ）に網１１を張った、網状の蓋１０付き容器９（幅；１００ｍｍ、長さ２６０ｍｍ、深さ；８０ｍｍ）に収納し、網状の蓋１０を被せる。なお、容器９の網状の蓋１０と底部の網１１とは、対向する一対の網状面を形成している。
【００４５】
容器９の網状の蓋１０と底部の網１１は網状面として作用し、それぞれの網の中心部に、おもしとして、角を丸め加工したアクリル製角材１２，１３（幅；３０ｍｍ、長さ；６０ｍｍ、高さ；４０ｍｍ、重量：約８０ｇ）を置いて荷重を加え、それぞれの網１０，１１の中心部が容器９の内側に約５ｍｍ程度押し込んだ状態をつくる。
【００４６】
このような押圧状態のもとで、この容器９を揺動（又は振動でもよい。以下同様。）させる。この揺動は、容器９内に収納された混合物がその容器の幅方向に加速運動されるように、往復運動をさせる（例：ストローク；１００ｍｍ、４往復／秒）。
【００４７】
この往復運動をさせている間、混合物のうち、特にガラスファイバ１は、角材１２，１３の幅（３０ｍｍ）と長さ（６０ｍｍ）の平面に対向する多数のガラスファイバ１が角材１２，１３による荷重を受ける。そして、角材１２，１３の長さ（６０ｍｍ）がガラスファイバ１の長手方向の中央部領域に対応することから、接着液によりガラスファイバ１の外側面に仮接着された石英ガラス球２のうち、ガラスファイバ１の長手方向の中央部領域にある石英ガラス球２のみが擦り落とされる。
【００４８】
そして、接着液を乾燥させるために、容器９の網１０又は１１を通して熱風（８０℃）を吹き付けることにより、ガラスファイバ１同士は接着されることなく、石英ガラス球２のみがガラスファイバ１の外側面に接着される。接着液が硬化するまでの間（例：１０分）、上記した揺動と、角材による荷重と、熱風吹き付けを行う。
【００４９】
その結果、ガラスファイバ１の外側面に接着された多数の石英ガラス球２の分布密度は、ガラスファイバ１の外側面の全長（２００ｍｍ）のうち、その長手方向の中央部領域（６０ｍｍ）に低く、両方の端部領域（７０ｍｍ）に高く設けることになる。なお、ガラスファイバ１の中央部領域は、荷重を与える角材１２，１３の長さ寸法により調整することができ、石英ガラス球２の擦り落とし量は、角材１２，１３の荷重、往復運動の速度、作動時間などにより調整することができる。これにより、ガラスファイバ１の外側面に多数の石英ガラス球２を所望の分布密度で点在させ、所望な領域に石英ガラス球２を積み重ねる段数、即ち、ガラスファイバ１の外表面からの高さを調整することができる。
【００５０】
以上説明した粒状物分布調整工程は、ガラスファイバ表面に接着する石英ガラス球の分布密度を低くしたい領域に荷重を加えながら、ガラスファイバと石英ガラス球と接着液を混合した混合物を揺動させるという単純化された工程であることから、量産性に優れ、特に、束ねるフィルタ素材の本数を多くして構成されるフィルタの生産に適し、また、ガラスファイバに過度の外力がかからないことから、ガラスファイバを破損する恐れが少なく、歩留まりよく生産することができる。
【００５１】
（加熱処理工程）
次に、上記した粒状物分布調整工程で得られた多数の石英ガラス球付きガラスファイバを容器９から取り出し、更に、ガラスファイバ１の外側面と石英ガラス球２との接着力を高めるために、この石英ガラス球付きガラスファイバを加熱炉に入れて、加熱処理（例：３００℃，２時間）を行う。
【００５２】
（光触媒層形成工程）
上記した加熱処理工程により得られた多数の石英ガラス球付きガラスファイバは、その外側面上に、光触媒層として二酸化チタン層４を公知技術のディップ法又はブローアウェイ法（特開平２０００−５６９１号公報参照）を使用して形成する。本例では、ディップ法を使用して、膜厚；２μｍの二酸化チタン層４を塗布形成した。
【００５３】
この二酸化チタン層４は、図１に示すように、ガラスファイバ１の外側面上と、その外側面に接着された石英ガラス球２の表面上に、形成される。これにより、光触媒層４が形成された石英ガラス球付きガラスファイバの光触媒フィルタ素材１００を多数（約７０，０００本）同時に製造することができる。
【００５４】
（光触媒フィルタ形成工程）
次に、上記光触媒形成工程により得た多数の光触媒フィルタ素材１００をそれぞれの両端部を揃えて、一緒に束ねて、適当なアルミニウム製円筒状ケース５（内径；７０ｍｍφ、長さ；２００ｍｍ）に収納挿入して、光触媒フィルタ１０２を得る。
【００５５】
なお、本発明を簡潔に説明するために、ガラスファイバ１の長さ寸法とこれに関係する製造用の各種容器、用具の長さ寸法に、入射部等を設けるためのガラスファイバ１の両端部の研削・研磨加工分の長さ分を含めていなかったが、実際の光触媒フィルタ装置を製造する際には、その研削・研磨加工分の長さを考慮して、ガラスファイバ１の長さ寸法を予め長めに設定し、この長さ寸法に関係する製造用の各種容器、用具の長さ寸法も予め設定することになる。
【００５６】
以上の製造方法により得た光触媒フィルタ１０２を使用した光触媒フィルタ装置２００の一例を図８に示す。
この光触媒フィルタ装置２００は、光触媒フィルタ１０２と、紫外線光源２１，２２（波長；３６５ｎｍ、ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ（株）製の商品名「ＥＸ２５０」）とから構成される。
【００５７】
この光触媒フィルタ１０２の周辺には、上記した光触媒フィルタ素材１００を収納したフィルタケース１４と、このフィルタケース１４の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部１５，１６と、このフランジ部１５，１６の側部にそれぞれ設けられた流体導入口１７，流体排出口１８と、両端部の端面を開口し、かつそれぞれ開口に入射光を透過するガラス窓１９、２０（ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ（株）製の「光学ガラスＦ２」、波長３００ｎｍ以下の波長をカットする。）とを備えている。
【００５８】
紫外線光源２１，２２は、それぞれガラス窓１９，２０に対向して設置されており、これより放射された紫外光Ｌ_０、Ｌ_１がガラス窓１９，２０を通して光触媒フィルタ１０２の両端面に設けられた入射部に照射し、光触媒フィルタ１０２を構成する多数のフィルタ素材１００の内部に伝搬して、その外側面に形成された二酸化チタン層に漏れ出て、この二酸化チタン層を照射することにより、光触媒作用を奏する。
【００５９】
一方、処理すべき流体は、流体導入口１７から導入され、光触媒フィルタ１０２を構成する多数の光触媒フィルタ素材１００の外側面に接着された多数の石英ガラス球２により、隣接するフィルタ素材相互間で形成された隙間が流体の通路となって流通して、上記した二酸化チタン層の光触媒作用により、流体中の汚染物を分解除去して、流体排出口１８より排出する。
【００６０】
このような光触媒フィルタ装置２００の性能試験をするために、図９に示す光触媒フィルタガス除去性能評価装置３００を作製した。
この性能評価装置３００は、汚染物を含む被処理ガス２３を内蔵した被処理ガスボンベ２４と、純粋空気２５を内蔵した純粋空気ボンベ２６と、被処理ガス２３の流量を制御するマスフローコントローラ２７と、純粋空気２５の湿度を制御する湿度コントローラ２８と、純粋空気の流量を制御するマスフローコントローラ２９と、上記したそれぞれのマスフローコントローラ２７，２９を通じて制御された被処理ガス２３と純粋空気２５とを混合して希釈されるとともに所定の濃度の被処理ガスをつくる混合機３０と、混合機３０により得た被処理ガスを一旦溜めて、常圧状態にするバッファータンク３１と、このバッファータンク３１により得た混合ガスを流入して光触媒作用を奏する、上記した光触媒フィルタ装置２００と、上記した混合ガスを所定の流量で前記光触媒フィルタ装置２００に導くためのポンプ３２と、混合ガスの流量を計測するフローメータ３３とから構成される。
【００６１】
上記した各構成物の連結には、ステンレス製パイプとチューブとを併用した。光触媒フィルタ装置２００のガス流入側とガス排出側においてそれぞれの混合ガスのガス濃度は、検知機（ガスクロマトグラフィ、（株）島津製作所製「ＦＣ−１４Ｂ」）で検出した。湿度は２５℃換算で５０％ＲＨに調整した。紫外線強度はファイバ束端面で８ｍＷ／ｃｍ^２に調整し、紫外線光源２１，２２に接続された石英ガラス製ライトガイドの出射端と光触媒ファイバフィルタ本体１０２の入射端との間の距離を調整して固定した。流量はポンプ３２に附属されたバルブの開閉状態で１１リットル／分に調整して固定した。
【００６２】
次に、上記した光触媒フィルタ装置２００の構成のうち、光触媒フィルタとして、図１１に示した比較例１のガラスファイバ光触媒フィルタ素材９０を束ねた光触媒フィルタ９１と、本発明の第１の実施の形態のガラスファイバ光触媒フィルタ素材１００を束ねた光触媒フィルタ１０２をそれぞれ使用したものを作製した。なお、束ねる本数はどちらも７０，０００本である。
【００６３】
そして、被処理流体としてベンゼンを含有した空気を使用し、光触媒フィルタの空気導入側と空気排出側の２箇所で、ベンゼンの濃度を検出し、式；除去率＝〔（空気導入側のベンゼン濃度）―（空気排出側のベンゼン濃度）〕 ／（空気導入側のベンゼン濃度）に基づいて、ベンゼンの除去率を求めた。
そして、空気導入側のベンゼン濃度を変化させて、ベンゼンの除去率の変化を観察することにより、それぞれの光触媒フィルタ装置２００の性能を評価した。
【００６４】
その評価結果のベンゼンの除去率は、図１０において、第１の実施の形態による曲線ａと、比較例１による曲線ｂとで示される。すなわち、導入側のベンゼン濃度を高めていくに従い、第１の実施の形態及び比較例１の光触媒フィルタは何れもベンゼン除去率が低下するが、その除去率の低下割合は、第１の実施の形態が僅少であるのに対して、比較例１が急激に低下している。
【００６５】
その理由は、第１の実施の形態による光触媒フィルタでは、図６の水流テストで示した水流と同様に、空気を均一に流すことができることから、フィルタとしての機能を良好に維持して、ベンゼンの捕捉量の低下を抑えることができるが、比較例１の光触媒フィルタでは、図１３の水量テストで示した水流と同様に、空気を均一に流すことができないことから、ベンゼンの捕捉率（吸着率）を減少させ、除去率の低下をもたらすからである。
【００６６】
なお、空気導入側のベンゼン濃度が低い場合には、第１の実施の形態と比較例１との差が、ベンゼン濃度の高い場合と対比して顕著に出現しないが、これは、空気排出側の濃度が非常に低くなり、使用したガスクロマトグラフィの検出限界近くの値となったために、測定誤差を生じているものと考えられ、見かけ上差が少ないように見えるだけであり、実際には両者にはもっと差があるものと予想される。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材によれば、フィルタ素材の外側面の光触媒層までの高さ寸法について、それぞれの端部領域よりも中央部領域の方が低く設定されていることから、このようなフィルタ素材を多数束ねてフィルタを構成した場合、その断面が和太鼓状（樽状）ではなく、鼓状となり、個々のフィルタ素材をその長手方向に実質的に平行に配列することができ、かつ被処理流体をフィルタ素材間に流通させたとき、その流れを実質的に均一に流すことができるので、被処理流体中の除去すべき汚染物の除去率を向上させることができる。
【００６８】
また、本発明の光透過性線状物光触媒フィルタ素材の製造方法によれば、上記したフィルタ素材を多数同時に、しかも単純化された工程で歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる光触媒フィルタ素材の長手方向の断面を示す図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる光触媒フィルタ素材の長手方向の断面を示す図である。
【図３】図１及び図２に示した光触媒フィルタ素材のある端部領域の垂直断面を示す図である。
【図４】図１及び図２に示した光触媒フィルタ素材のある端部領域の長手方向の断面を示す図である。
【図５】図１及び図２に示した光触媒フィルタ素材を多数束ねて円筒状ケースに約７０，０００本収納した光触媒フィルタの断面を示す図である。
【図６】図５に示した光触媒フィルタに水を流して、その水流を示す図である。
【図７】多数の光触媒フィルタ素材と多数の粒状物と接着液と仮接着して混合した混合物を収容した、その上下方向に対向する一対の網状面を有する容器と、この１対の網状面にそれぞれ、おもしを置いて、荷重を与えた状態を示す図である。
【図８】本発明の光触媒フィルタを使用した光触媒フィルタ装置の一例の構成を示す図である。
【図９】図８に示した光触媒フィルタ装置の性能評価をするための装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の光触媒フィルタ素材と、比較例１の光触媒フィルタ素材とをそれぞれ使用した光触媒フィルタ装置による空気中に含有するベンゼンの除去率特性の相違を示す図である。
【図１１】従来の光触媒フィルタ素材の長手方向の断面を示す図である。
【図１２】従来の光触媒フィルタ素材を約７０，０００本束ねて、円筒状ケースに収納した光触媒フィルタの断面を示す図である。
【図１３】図１２に示した光触媒フィルタに水を流して、その水流を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥石英ガラスファイバ（光透過性線状物）、
２‥‥‥石英ガラ球（粒状物）、
３‥‥‥接着、
４‥‥‥二酸化チタン層（光触媒層）、
５‥‥‥円筒状ケース、
９‥‥‥容器、
１０，１１‥‥‥網（網状面）、
１２，１３‥‥‥角材（おもし）、
９０，１００，１０１‥‥‥ガラスファイバフィルタ素材（光透過性線状物フィルタ素材）、
９１，１０２，１０３‥‥‥光触媒フィルタ

Claims (4)

1. 多数の粒状物が細長い光透過性線状物の外側面に接着され、光触媒層が前記外側面と前記多数の粒状物との上方に形成され、前記光透過性線状物の一方又は両方の端面に入射された光が前記光透過性線状物の内部に伝搬して、前記光触媒層に漏れ出ることにより、前記光触媒層を照射する光透過性線状物光触媒フィルタ素材において、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域にある前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値がその両方の端部領域にあるそれぞれの前記外側面から前記光触媒層までの高さの最高値よりも小さいことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材。
2. 請求項１に記載の光透過性線状物光触媒フィルタ素材において、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の中央部領域の長さが前記長手方向の前記外側面の全長の２０％から６０％までの範囲内にあり、前記光透過性線状物の外側面の長手方向の両方の端部領域のそれぞれの長さが前記全長の２０％から４０％までの範囲内にあり、かつ、前記中央部領域にある前記粒状物の分布密度が前記両方の端部領域にあるそれぞれの前記粒状物の分布密度よりも低いことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光透過性線状物光触媒フィルタ素材を多数束ねたことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ。
4. 多数の粒状物を細長い光透過性線状物の外側面に所定の分布密度をもって接着し、前記外側面と前記粒状物との上方に光触媒層を形成した光透過性線状物光触媒フィルタ素材の製造方法において、
   それぞれ予め決められた多数の光透過性線状物と、多数の粒状物と、所定量の接着液とを混合して、前記した光透過性線状物と粒状物とを仮接着させる工程と、
   前記仮接着された光透過性線状物と粒状物を、対向する一対の網状面を有する容器内に収納し、所定の面積の底部と所定の荷重を有するおもしを前記それぞれの網状面の中心部に置いて荷重を加えて、押圧した状態で、前記容器を所定の時間だけ揺動又は振動させる工程とを有して、
   前記仮接着された光透過性線状物の長手方向の中央部領域にある粒状物を擦り落とすことを特徴とする光透過性線状物光触媒フィルタ素材の製造方法。

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