JP3791840B2

JP3791840B2 - 光触媒付放電パネル

Info

Publication number: JP3791840B2
Application number: JP2002148564A
Authority: JP
Inventors: 陽弘加藤; 雅晴若月
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP2003346714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、紫外線透過材料より成る前面基板と、背面基板とを、所定の間隙を隔てて対向配置し、両基板周縁を封止して気密容器を形成すると共に、気密容器内部に紫外線放射ガス及び放電電極を封入し、さらに、上記前面基板の外面に光触媒を配置して成る光触媒付放電パネルに係り、特に、前面基板の外面に配置する光触媒の表面積を拡大させることのできる光触媒付放電パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の光触媒は、紫外線の照射を受けると活性化して強力な酸化還元作用を生じ、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）等の有害化合物や汚濁物等を効果的に分解する作用を発揮するものであることから、この光触媒を、紫外線放射用の放電パネルの前面基板の外面に配置し、空気や水の浄化を行う試みが成されている。
【０００３】
図１０は、斯かる従来の光触媒付放電パネルの一例を示すものであり、該光触媒付放電パネル70は、石英ガラス等の絶縁性の紫外線透過材料より成る平板状の前面基板72と、ガラス等の絶縁性材料より成る平板状の背面基板74とを、所定の間隙を隔てて対向配置し、両基板72，74周縁を低融点ガラス等の封着材76を介して気密に封止して気密容器78を形成し、該気密容器78内に、アルゴン、キセノン等の希ガスの単体又は混合ガスと水銀とを混合してなる紫外線放射ガス、或いは、キセノンを主体とした紫外線放射ガスを充填して成る。
また、上記背面基板74の内面には、一対の放電電極80，80が所定の間隙を隔てて対向配置されている。さらに、上記前面基板72の外面には、光触媒82が膜状に被着されている。
【０００４】
この光触媒付放電パネル70にあっては、一対の放電電極80，80間で放電が生成されると、電子が紫外線放射ガスに衝突して様々な波長の紫外線が生成され、この紫外線が前面基板72を透過して光触媒82に照射されることにより、光触媒82が活性化して空気や水の浄化を行う仕組みとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記光触媒による有害化合物や汚濁物等の分解は、これら有害化合物や汚濁物等が光触媒に接触することによって生じる作用である。従って、光触媒による空気や水の浄化能力を向上させるためには、光触媒の表面積をできるだけ拡大することが望ましい。
しかしながら、上記従来の光触媒付放電パネル70にあっては、前面基板72が平板状であり、従って、前面基板72の外面が平面と成されていたため、光触媒72の配置される前面基板72外面の表面積を充分に確保することができなかった。
また、上記光触媒付放電パネル70にあっては、光触媒82が前面基板72の外面に膜状に配置されていることから、光触媒82の表面積を前面基板72外面の表面積以上に拡大することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前面基板の外面に配置される光触媒の表面積を拡大させることのできる光触媒付放電パネルの実現にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る光触媒付放電パネルにあっては、紫外線透過材料より成る前面基板と、背面基板とを、所定の間隙を隔てて対向配置し、両基板周縁を封止して気密容器を形成し、該気密容器内に複数の放電電極及び紫外線放射ガスを封入すると共に、上記前面基板の外面に光触媒を配置して成る光触媒付放電パネルであって、上記前面基板の外面を曲面と成し、該前面基板の外面に、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層が形成され、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒が被覆されて構成された多数の繊維状体を、前面基板の外面に対して立設状態で被着したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の光触媒付放電パネルにあっては、前面基板の外面を曲面と成したので、従来の光触媒付放電パネル70のように前面基板の外面が平面と成されている場合に比べ、前面基板外面の表面積を増大させることができ、その分、前面基板の外面に配置される光触媒の表面積を拡大することができる。
また、本発明の光触媒付放電パネルにあっては、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層が形成され、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒が被覆されて構成された多数の繊維状体を、前面基板の外面に対して立設状態で被着したことから、前面基板外面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大されることとなり、この結果、前面基板の外面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
上記繊維状体は、シリカガラスの微細孔中に、光触媒であるアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で、光触媒と繊維とが結合されることとなるため、光触媒と繊維との結合が非常に強固となり、光触媒が容易に剥離を生じることがなく、耐久性に優れている。
【０００９】
前面基板の外面への上記繊維状体の被着は、前面基板の外面に被着した紫外線透過性を有する接着剤を介して行うことができる。
この接着剤は、紫外線透過性を有していることから、紫外線が繊維状体表面の光触媒へ照射されるのを、当該接着剤によって遮られることがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明に係る光触媒付放電パネルの実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明に係る第１の光触媒付放電パネル10を示すものであり、該第１の光触媒付放電パネル10は、絶縁性の紫外線透過材料より成る曲板状の前面基板12と、ガラス等の絶縁性材料より成る平板状の背面基板14とを、所定の間隙を隔てて対向配置し、両基板12，14周縁を低融点ガラス等の封着材16を介して気密に封止して気密容器18を形成し、該気密容器18内に、アルゴン、キセノン等の希ガスの単体又は混合ガスと水銀とを混合してなる紫外線放射ガス、或いは、キセノンを主体とした紫外線放射ガスを充填して成る。上記前面基板12は、石英ガラスの他、紫外線透過性を有する軟質ガラスや硬質ガラスで構成することができる。
また、上記背面基板14の内面には、一対の帯状の放電電極20，20が所定の間隙を隔てて対向配置されている。また、放電電極20，20の一端は、封着材16を貫通して気密容器18外部へ導出されている。この放電電極20は、４２−６合金やＦｅ−Ｎｉ合金等で構成することができる。
さらに、上記前面基板12の内面には、後述する紫外線波長変換用の蛍光体層21が形成されている。
上記の通り、前面基板12が曲板状であるため、前面基板12の外面は曲面と成されている。
【００１１】
上記前面基板12の外面には、表面をアナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ_２）より成る光触媒22で被覆された多数の細長い第１の繊維状体24が、接着剤26を介して、上記前面基板12外面に対して略垂直に立設状態で被着されている。この第１の繊維状体24は、図３及び図４に示すように、ガラス繊維や樹脂繊維等の繊維28の表面に光触媒22をコーティングして構成され、その直径は５〜５０μｍ、長さは２０〜５０００μｍ程度である。また、隣接する第１の繊維状体24同士の間隔は、５〜１００μｍ程度と成されていて密集度は高い。
上記光触媒26の厚さは、０．１〜３μｍ程度と成されている。上記繊維32への光触媒26の被覆方法は、従来から用いられている各種方法を使用でき、例えば、光触媒の分散液中に、ガラス繊維や樹脂繊維等の繊維28を浸漬した後、乾燥・焼成させることにより被覆可能である。
【００１２】
また、上記第１の繊維状体24の代わりに、図５及び図６に示すような第２の繊維状体25を用いることもできる。
この第２の繊維状体25は、シリカガラスより成る繊維28の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層27が形成され、さらに、上記シンタリング層27の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒22が被覆されることにより構成されている。
この第２の繊維状体25は、シリカガラスより成る繊維28の作成時において、シリカガラス繊維の材料であるシリカの焼結前に、該シリカを、光触媒22の材料であるチタンの金属アルコキシド溶液中に含浸させた後、４００〜８００℃の温度で加熱・焼結させることにより得ることができる。
すなわち、焼結前のシリカは、表面に多数の微細孔を有しているため、シリカをチタンの金属アルコキシド溶液中に含浸させると、上記シリカの表面がチタンの金属アルコキシド溶液で被覆されると共に、シリカの微細孔中に、チタンの金属アルコキシド溶液が浸透することとなる。この状態で、４００〜８００℃の温度で加熱すると、シリカが焼結してシリカガラスより成る繊維28が形成されると共に、シリカ表面のチタンの金属アルコキシド溶液が加水分解・重合反応してアナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒22が形成される。さらに、シリカ表面のの微細孔も焼結してシリカガラスが形成されると共に、シリカの微細孔中に浸透したチタンの金属アルコキシド溶液も加水分解・重合反応してアナターゼ型の酸化チタンが形成され、この結果、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結した上記シンタリング層27が構成されることととなる。
この第２の繊維状体25にあっては、シリカガラスの微細孔中に、光触媒22であるアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で、光触媒22と繊維28とが結合されることとなるため、光触媒22と繊維28との結合が非常に強固となり、光触媒22が容易に剥離を生じることがなく、耐久性に優れている。
【００１３】
図７及び図８は、本発明に係る第３の繊維状体29を示すものであり、この第３の繊維状体29は、アナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ_２）より成る光触媒繊維31で構成されている。
この光触媒繊維31は、例えば、以下の方法により形成することができる。先ず、チタンの金属アルコキシドと、該チタンの金属アルコキシドの加水分解のための水と、メタノール等の溶媒と、上記チタンの金属アルコキシドの加水分解・重合反応の調整剤とを調合し、溶液状態の光触媒材料を作製する。
次に、溶液状態の光触媒材料を、例えば２００℃程度の比較的低温で加熱等することにより、溶媒を蒸発させると共に、上記チタンの金属アルコキシドの加水分解・重合反応を一部進行させて、溶液状態の光触媒材料を粘性ゾル状と成す。
次に、粘性ゾル状の光触媒材料を延伸した後、４００℃〜８００℃の温度で加熱・焼成して、チタンの金属アルコキシドの重合反応を完全に進行させることにより、ゲル状の細長い光触媒繊維を形成し、この光触媒繊維を、所定の長さに切断すれば、上記光触媒繊維31を形成することができる。
【００１４】
前面基板12外面への上記第１の繊維状体24の被着は、静電植毛法を用いて行うことができる。これは、第１の繊維状体24を、静電気を利用して立毛させた状態で、接着剤26の塗布された前面基板12外面に植毛するものである。
尚、第２の繊維状体25、第３の繊維状体29を、前面基板12外面へ被着する場合にも、上記静電植毛法を用いることができる。
【００１５】
尚、上記接着剤26は、紫外線透過性を備えた材料より成り、例えば、アルカリシリケート結合物、エチルシリケート結合物、アルコキシラン結合物、有機官能基を部分的に導入したアルコキシラン結合物及び有機ポリマーを反応させたアルコキシラン結合物等の無機結合材やハイブリッド系無機結合材を好適に用いることができる。
【００１６】
上記蛍光体層21は、放電電極20，20間の放電によって紫外線放射ガスから放射される様々な波長の紫外線の中で、３００ｎｍ未満の波長の紫外線を、光触媒22の活性化に特に適した３００〜４００ｎｍの波長の紫外線に変換するために設けられたものである。
上記蛍光体層21は、例えば、（ＣａＺｎ）_３（ＰＯ_４）_２：Ｔｌ、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２：Ｔｌ、ＳｒＢ_４Ｏ_７：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_３Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｐｂ、ＢａＳｉ_２Ｏ_５：Ｐｂ、ＹＰＯ_４：Ｃｅ、Ｃｅ（Ｍｇ，Ｂａ）Ａｌ_１１Ｏ_１９、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ等の少なくとも１種を含む材料で構成することができる。
このように、上記蛍光体層21を設けたことにより、紫外線放射ガスから放射され、上記光触媒22に照射される各種波長の紫外線の中で、該光触媒22の活性化にあまり寄与しない波長（３００ｎｍ未満の波長）の紫外線が、光触媒22の活性化に特に適した波長の紫外線（３００〜４００ｎｍ）に変換されるので、光触媒22の活性化を促進することができる。
【００１７】
尚、上記蛍光体層21は、前面基板12の外面に形成しても良い。この場合には、前面基板12の外面に形成した蛍光体層21の表面に、上記接着剤26を塗布し、該接着剤26を介して、上記第１の繊維状体24を被着すれば良い。或いは、蛍光体層21を構成する蛍光体を混入した接着剤26を、前面基板12の外面に塗布し、蛍光体の混入された当該接着剤26を介して、上記第１の繊維状体24を被着しても良い。
【００１８】
上記第１の光触媒付放電パネル10にあっては、一対の放電電極20，20間で放電が生成されると、電子が紫外線放射ガスに衝突して様々な波長の紫外線が生成され、生成された紫外線は前面基板12を透過して光触媒22に照射される。この結果、光触媒22が活性化して空気や水の浄化を行うことができるのである。
尚、生成される紫外線の中で、３００ｎｍ未満の波長の紫外線は、上記蛍光体層21によって、光触媒22の活性化に特に適した波長の紫外線（３００〜４００ｎｍ）に変換された後、光触媒22に照射されるようになっている。
また、上記の通り、接着剤26も紫外線透過性を有していることから、当該接着剤26によって紫外線が遮られることはない。
【００１９】
而して、上記第１の光触媒付放電パネル10にあっては、前面基板12が曲板状であり、前面基板12の外面が曲面と成されているので、前面基板72の外面が平面である従来の光触媒付放電パネル70より、前面基板12外面の表面積を増大させることができ、その分、前面基板12外面に配置される光触媒22の表面積を拡大することができる。
また、上記第１の光触媒付放電パネル10にあっては、光触媒22で被覆された多数の第１の繊維状体24を、前面基板12外面に対して略垂直に立設状態で被着したことから、前面基板12外面の表面積が、被着された多数の第１の繊維状体24の表面積分増大することとなり、この結果、従来の光触媒付放電パネル70の如く光触媒82を前面基板72外面に膜状に配置した場合に比較して、前面基板12外面に配置される光触媒22の表面積を飛躍的に拡大することができる。例えば、被着する第１の繊維状体24の数、直径、長さ、第１の繊維状体24同士の間隔を適宜調整することにより、前面基板12外面の表面積の数千倍以上の表面積で光触媒22を配置することが可能である。
さらに、各第１の繊維状体24は、前面基板12の外面に対して「略垂直」に被着されていることから、第１の繊維状体24同士が交差して絡み合うことがなく、その結果、紫外線の照射を受けた際に、紫外線の当たらない影の部分を生じることが殆どない。従って、各第１の繊維状体24の光触媒22に紫外線が十分に照射されることとなり、光触媒22の活性化効率が非常に高い。
【００２０】
尚、前面基板12外面に、静電植毛法を用いて先ず繊維28を被着させておき、その後、光触媒液を上記繊維28に塗布した後、乾燥・焼成させて上記第１の繊維状体24を形成するようにしても良い。
【００２１】
図９は本発明に係る第２の光触媒付放電パネル40である。この第２の光触媒付放電パネル40は、背面基板42として、上記前面基板12と同じく、絶縁性の紫外線透過材料より成る曲板状のものを用い、該背面基板42の外面に、光触媒22で被覆された多数の細長い上記第１の繊維状体24を、上記接着剤26を介して、背面基板42外面に対して略垂直に立設状態で被着すると共に、放電電極20の形成された背面基板42の内面に、紫外線波長変換用の上記蛍光体層21を形成した点に特徴を有するものである。
【００２２】
上記第２の光触媒付放電パネル40にあっては、光触媒22で被覆された多数の第１の繊維状体24が、前面基板12の外面のみならず、背面基板42の外面にも被着されているので、パネルの両面（前面基板12の外面及び背面基板42の外面）において、光触媒22による空気や水の浄化を行うことができる。
【００２３】
上記光触媒22としては、上記の酸化チタン以外に、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３等、光触媒作用を有する他の金属酸化物を用いることができるが、アナターゼ型の酸化チタンが、光触媒活性に優れており最も好適に使用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の光触媒付放電パネルにあっては、前面基板の外面を曲面と成したので、前面基板の外面が平面と成されている場合に比べ、前面基板外面の表面積を増大させることができ、その分、前面基板の外面に配置される光触媒の表面積を拡大することができる。
また、本発明の光触媒付放電パネルにあっては、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層が形成され、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒が被覆されて構成された多数の繊維状体を、前面基板の外面に対して立設状態で被着したことから、前面基板外面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大されることとなり、この結果、前面基板の外面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の光触媒付放電パネルを示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ要部断面図である。
【図３】第１の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図４】第１の繊維状体の拡大横断面図である。
【図５】第２の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図６】第２の繊維状体の拡大横断面図である。
【図７】第３の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図８】第３の繊維状体の拡大横断面図である。
【図９】本発明に係る第２の光触媒付放電パネルを示す断面図である。
【図１０】従来の光触媒付放電パネルを示す断面図である。
【符号の説明】
10 第１の光触媒付放電パネル
12 前面基板
14 背面基板
18 気密容器
20 放電電極
21 蛍光体層
22 光触媒
24 第１の繊維状体
25 第２の繊維状体
26 接着剤
29 第３の繊維状体
31 光触媒繊維
40 第２の光触媒付放電パネル
42 背面基板

Claims

紫外線透過材料より成る前面基板と、背面基板とを、所定の間隙を隔てて対向配置し、両基板周縁を封止して気密容器を形成し、該気密容器内に複数の放電電極及び紫外線放射ガスを封入すると共に、上記前面基板の外面に光触媒を配置して成る光触媒付放電パネルであって、上記前面基板の外面を曲面と成し、該前面基板の外面に、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層が形成され、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒が被覆されて構成された多数の繊維状体を、前面基板の外面に対して立設状態で被着したことを特徴とする光触媒付放電パネル。
前面基板の外面に被着した紫外線透過性を有する接着剤を介して、上記繊維状体が被着されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒付放電パネル。