JPH0793098B2 - 光電子放出材を用いた微粒子の荷電方法 - Google Patents

光電子放出材を用いた微粒子の荷電方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電効果を有する光電子放出材を用いた微粒
子の電荷方法に関する。
そして光電子放出材を用いて微粒子を電荷し利用する分
野としては、 (a) 微粒子の表面改質、荷電量の制御、微粒子の分
離・分級を行う分野、 (b) 荷電微粒子により、空気あるいは排ガス等の気
体中あるいは空間中の微粒子の濃度や粒径の測定を行う
分野、 (c) 荷電微粒子を補集、除去して、清浄化気体ある
いは清浄化空間を得る分野、等がある。
〔従来の技術〕
光電子放出材に、紫外線及び/又は放射線を照射するこ
とにより発生する光電子による微粒子の荷電及びその利
用については、本発明者の多数の提案がある。本発明者
が気体浄化関係において提案したものの内、本発明と特
に関連性を有するものは次の通りである。
(1) 特開昭61-178050号(US Patent 4,750,917号) (2) 特開昭62-244459号 (3) 特開昭63-77557号 (4) 特開昭63-100955号 (5) 特開平1-262954号各公報 又、測定関係において提案したものには (1) 特開昭62-242838号 (2) 特開平2-47536号各公報 (3) 特願平1-134781号がある。
さらに分離・分級関係において提案したものには、特願
平1-177198号がある。
その他、荷電条件関係において提案したものには、
(1)特願平1-120563号、(2)特願平1-120564号があ
る。
さらに、光電子放出材関係において提案したものに、
(1)特願平1-155857号、(2)特願平2-153335号があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の光電子放出材は、1種類のバルク状(かたまり
状)の材料か又は、バルク状の材料の上に保護膜や薄膜
状物質を付加して用いていた。
この様な、光電子放出材の場合、光電子放出材の用い方
に限界があり、利用分野、装置によっては改善の余地が
あった。
上記、課題を以下に例にあげて説明する。
第3図は、空気清浄器を示している。
空気清浄器は、紫外線ランプ1、紫外線透過窓2、光電
子放出材3、電場設定のための電極4、荷電微粒子捕集
材5、により構成されている。微粒子を含有する空気が
空気清浄器に入ると、空気6中の微粒子(粒子)は、紫
外線照射を受けた光電子放出材3から放出される光電子
7により荷電され、荷電微粒子捕集材5にて捕集され、
出口8では清浄空気となる。
ところで、上記の様に、光電子放出材を紫外線ランプに
対して遠方(装置の反対面)に設置した場合、光電子放
出材表面への紫外線照射量が大幅に低下し、エネルギ利
用の点で改善の余地が生じた。又、装置設計において、
自由度が欠ける課題を生じた。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、紫外線エネルギ
が有効利用される光電子放出材を提供し、微粒子の荷電
を効果的に行うことのできる微粒子の荷電方法を提供す
ることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を解決するために、本発明では、少なくとも紫
外線透過性物質からなる母材と、該母材上又はその近傍
に付加した紫外線照射により光電子を放出する物質とか
らなる光電子放出材に、前記母材の光電子を放出する物
質が付加された反対側から紫外線を照射することによ
り、該照射方向とは反対側に光電子を発生させ、該光電
子により微粒子を荷電することによる微粒子の荷電方法
としたものである。
次に、本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明で用いる光電子放出材とその作用を示す
説明図である。
第1図において、本発明で用いる光電子放出材10は、紫
外線透過性物質の母材と、該母材上、又はその近傍の紫
外線照射により光電子を放出する物質12とから成る。
光電子7は、紫外線照射方向14に対して、母材の反対側
に付加された光電子を放出する物質12に紫外線が作用す
ることにより、紫外線照射方向とは反対側に放出され
る。
次に夫々を説明する。紫外線透過性物質11は、紫外線を
透過させ、その表面及び/又はその近傍に紫外線照射に
より光電子を放出する物質が付加できるものであれば何
れでも良い。
通常、ガラス材(例、合成石英、サファイヤガラス、UV
透過ガラス、硼硅酸ガラス)、高分子材(アクリル樹
脂)、MgF2が使用でき、この内性能(効果)、コスト等
からガラス材が好ましい。
紫外線照射により光電子を放出する物質12は、紫外線の
照射により光電子を放出するものであれば何れでも良
く、光電的な仕事関数の小さいもの程好ましい。効果や
経済性の面から、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Z
r,Fe,Ni,Zn,Cu,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,T
a,Ti,U,B,Eu,Sn,Pのいずれか又はこれらの化合物又は合
金が好ましく、これらは単独で又は二種以上を複合して
用いられる。複合材としては、アマルガムの如く物理的
な複合材も用いうる。
化合物としては酸化物、ほう化物、炭化物があり、酸化
物にはBaO,SrO,CaO,Y2O6,Gd2O3,Nd2O3,ThO2,ZrO2
Fe2O3,ZnO,CuO,Ag2O,La2O3,PtO,PbO,Al2O3,MgO,In2O3,
BiO,NbO,BeOなどがあり、またほう化物にはYB6,CdB6
LaB6,NdB5,CeB6,EuB6,PrB6,ZrB2などがあり、さら
に炭化物としては、UC,ZrC,TaC,TiC,NbC,WCなどがあり
窒化物としてTiNがある。
また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅、AgとMgとの
合金(Mgが2〜20wt%)、CuとBeとの合金(Beが1〜10
wt%)及びBaとAlとの合金を用いることができ、上記Ag
とMgとの合金、CuとBeとの合金及びBaとAlとの合金が好
ましい。
これらの物質は、紫外線透過性物質11の表面又は表面近
傍に付加して使用する。
付加の方法は、紫外線照射により光電子が放出されれば
何れでも良い。
例えば、ガラス基板上へコーティングして使用する方
法、他の例として基板表面近傍へ埋込んで使用する方法
や基板上に付加した更にその上に別の材料をコーティン
グして使用する方法、紫外線透過性物質と光電子を放出
する物質を混合して用いる方法等がある。又、付加は、
薄膜状に付加する方法、網状、線状、帯状に付加する方
法等適宜用いることが出来る。
この内、母材の表面に適宜の方法で薄膜状にコーティン
グ、あるいは付着させて作ることが効果的であることか
ら好ましい。例えば、イオンプレーティング法、スパッ
タリング法、蒸着法、CVD法を適宜用いることで、薄膜
状に付加できる。
薄膜の厚さは、紫外線照射により光電子が放出される厚
さであれば良く、5Å〜5,000Å、通常20Å〜500Åが一
般的である。
これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、網状
等、があり表面の形状を適宜凹凸状とし使用することが
出来る。又、凸部の先端を先鋭状あるいは球面状とする
ことも出来る。
母材への薄膜の付加は、本発明者がすでに提案したよう
に、1種類又は二種類以上の材料を1層又は多層重ねて
用いることができる。すなわち、薄膜を適宜複数(複
合)で使用し、2重構造あるいはそれ以上の多重構造と
することができる。
これらの最適な形状や紫外線照射により光電子を放出す
る物質の種類や付加法、薄膜厚は、装置、種類、規模、
形状、電子放出材の種類、後述電場の強さ、かけ方、効
果、経済性等で適宜予備試験を行い決めることが出来
る。
上述のごとく、光電子放出材として紫外線透過性物質
(母材)と、該母材上又はその近傍の紫外線照射により
光電子を放出する物質から成るよう構成したことによ
り、該光電子を放出する物質を付加した側に対して反対
側からの紫外線照射により光電子放出が行われる。そし
て、放出された光電子により微粒子が荷電されるのであ
る。
次に、紫外線の照射について述べれば、紫外線の光源
は、光電子放出材料が紫外線照射により光電子を放出す
るものであれば良く、水銀灯、水素放電管、キセノン放
電管、ライマン放電管などを適宜使用出来る。
これらの材料、紫外線の種類の使用は、荷電部の形状、
適用分野、精度、経済性等で適宜決めることが出来る。
例えば、バイオロジカル分野においては、殺菌(滅菌)
作用を有すると好都合であるので、紫外線源として(遠
紫外線を有する)殺菌ランプ(主波長253.7nm)が好適
に用いることが出来る。
また、光電子放出材への紫外線の照射は電場において行
うと、光電子放出材からの光電子発生が効果的に起こ
る。
電場の形成方法としては、荷電部の形状、構造、適用分
野或いは期待する効果(精度)等によって適宜選択する
ことが出来る。
電場の強さは、共存水分濃度や光電子放出材の種類等で
適宜決めることが出来、このことについては本発明者の
別の発明がある。電場の強さは、一般に0.1V/cm〜2KV/c
mである。
電極材料とその構造は通常の荷電装置において使用され
ているもので良く、例えば電極材料としてタングステン
線あるいは棒が用いられる。
本発明の光電子放出材を用いる微粒子の荷電方法は、流
動している気体や密閉空間(静止空間)の中に存在する
粒子の荷電に幅広く用いることができる。その適用分野
は、粒子を荷電し利用する分野であれば何れでも使用で
き、例えば、微粒子の表面改質、荷電量の制御、微粒子
の分離、分級、空間中の微粒子の濃度や粒径の測定又は
空間中の微粒子を捕集・除去し、清浄化気体を得る等が
ある。ここで空間中とは、気体中も含んだ状態をいう。
清浄化気体を得る場合の微粒子の捕集において、荷電微
粒子の捕集材は、荷電微粒子が捕集できるものであれば
いずれでも使用できる。通常の荷電装置における集じん
板(集じん電極)や静電フィルター方式が一般的である
が、スチールウール電極としたような捕集部自体が電極
を構成するウール状構造のものも有効である。エレクト
レット材も好適に使用できる。
又、本発明者がすでに提案したイオン交換フィルター
(又は繊維)を用いて捕集する方法も有効である(特願
昭63-54959号、同63-77557号、同63-84656号各公報参
照)。
イオン交換フィルターは、荷電微粒子の捕集に加えて、
共存する酸性ガス、アルカリ性ガス、臭気性ガス等も同
時に捕集できるので実用上好ましい。
使用するアニオン交換フィルター及びカチオン交換フィ
ルターの種類、使用量及びその比率は、気体中の荷電微
粒子の荷電状態やその濃度、或いは同伴する酸性ガス、
アルカリ性ガス、臭気性ガスの種類、濃度等に応じて適
宜決めることができる。
例えば、アニオン交換フィルターは負荷電微粒子や酸性
ガスの捕集に、またカチオン交換フィルターは正荷電の
微粒子やアルカリ性ガスの捕集に効果的である。フィル
ターの使用量やその比率は、上述の捕集すべき物質の濃
度や濃度比率に対応して、これらに見合う量を、装置の
適用分野、形状、構造、効果、経済性等を考慮して適宜
決めれば良い。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 第2図は、本発明の光電子放出材を用いた空気清浄器の
断面図を示す。第2図において、空気清浄器は紫外線ラ
ンプ1、光電子放出材10、電場設定のための電極4、荷
電微粒子捕集材5より構成されている。
空気清浄器に入る微粒子6は、紫外線透過性のガラス材
と該表面に薄膜状に付加されたAuより成る光電子放出材
10に紫外線ランプ1からの紫外線照射により放出される
光電子7により効率よく荷電され、荷電微粒子となり、
荷電微粒子捕集材5にて捕集され、出口8は清浄空気と
なる。4は荷電における電場設定のための電極である。
第2図に示す空気清浄器を用いて、大気を3l/minで送気
し、1ケ月間の連続運転を行った。
光電子放出材10:合成石英上にAu50Åを付加、 紫外線ランプ1:殺菌灯、 電場4の強さ:50V/cm にて微粒子の荷電を行った。
荷電微粒子捕集材5は集じん板である。
微粒子濃度は粒子計測器を使用した。
測定結果は、入口6濃度(>0.1μmの微粒子):120万
個/l、出口8濃度120個/lであり、1ケ月間の連続運転
後も、その性能に変化は認められなかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、光電子放出材の構成を紫外線透過性物
質の母材と、該母材上又はその近傍の紫外線照射により
光電子を放出する物質から成るようにしたことによっ
て、 光電子放出材と紫外線源が、ごく近く(隣接)にで
きるので、光電子放出効果(性能)が向上した。
光電子放出の効果が向上しかつ安定したので、微粒
子の荷電が効果的(荷電が高性能かつ、長時間安定)と
なった。
微粒子の荷電が効果的となったので、装置の小型化
(コンパクト化)が可能となり、又処理容量が増加し
た。又装置設計において、自由度が大となった。
紫外線が系内の微粒子に直接照射されないので、系
内の微粒子は光電子による負荷電のみとなり、利用分野
によっては実用性が向上した。
そして、上記のような効果を奏することにより、夫々の
利用分野で特に次の効果が生じた。
測定を行う分野では、 a.測定精度が向上し、長時間安定した。
b.特に<0.1μmの様な超微粒子の測定精度向上に有効
となった。
清浄気体あるいは清浄空間又は液体を得る分野で
は、 a.性能が向上し、長時間安定した。
b.装置が小型化し、処理容量が増加した。
分離、分級、表面改質、荷電量の制御を行う分野で
は、 a.性能が向上し、長時間安定した。
b.装置が小型化し、処理容量が増加した。
c.特に、<0.1μmの様な超微粒子の性能向上に有効と
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の光電子放出材の構成と作用を示す説
明図、第2図は、本発明の光電子放出材を用いた空気清
浄器の断面図、第3図は、従来の空気清浄器の断面図で
ある。 1……紫外線ランプ、2……紫外線透過窓、3……光電
子放出材、4……電極、5……荷電粒子捕集材、6……
入口空気、7……光電子、8……出口空気、10……本発
明の光電子放出材、11……母材、12……光電子を放出す
る物質

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも紫外線透過性物質からなる母材
    と、該母材上又はその近傍に付加した紫外線照射により
    光電子を放出する物質とからなる光電子放出材に、前記
    母材の光電子を放出する物質が付加された反対側から紫
    外線を照射することにより、該照射方向とは反対側に光
    電子を発生させ、該光電子により微粒子を荷電すること
    を特徴とする微粒子の荷電方法。
  2. 【請求項2】紫外線透過性物質が、ガラス材である請求
    項1記載の微粒子の荷電方法。
  3. 【請求項3】紫外線照射により光電子を放出する物質
    が、光電的な仕事関数の小さい物質からなる請求項1記
    載の微粒子の荷電方法。
  4. 【請求項4】紫外線照射により光電子を放出する物質
    が、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,C
    u,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,Ta,Ti,U,B,Eu,
    Sn,P及びその化合物から選ばれた一種の材料よりなる請
    求項1記載の微粒子の荷電方法。
  5. 【請求項5】紫外線照射により光電子を放出する物質
    が、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,C
    u,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,Ta,Ti,U,B,Eu,
    Sn,P及びその化合物から選ばれた二種以上の合金又は混
    合物又は複合材よりなる、請求項1記載の微粒子の荷電
    方法。
  6. 【請求項6】微粒子の荷電を、電場において行う請求項
    1記載の微粒子の荷電方法。
  7. 【請求項7】電場の強さが、0.1V/cm〜2KV/cmである請
    求項6記載の微粒子の荷電方法。
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