JPH09226041A - 結露水滴付着防止部材及び部材の結露水滴付着防止方法 - Google Patents

結露水滴付着防止部材及び部材の結露水滴付着防止方法

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JPH09226041A
JPH09226041A JP8272814A JP27281496A JPH09226041A JP H09226041 A JPH09226041 A JP H09226041A JP 8272814 A JP8272814 A JP 8272814A JP 27281496 A JP27281496 A JP 27281496A JP H09226041 A JPH09226041 A JP H09226041A
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JP
Japan
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condensation water
dew condensation
photocatalyst
preventing member
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JP8272814A
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English (en)
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Toshiya Watabe
俊也 渡部
Makoto Hayakawa
信 早川
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 雰囲気の湿分が凝縮して付着しても水滴状に
成長するのを有効に防止しうる部材の提供。 【解決手段】 基材表面に、導電性物質からなる第一層
が形成されており、さらにその上には光触媒を含有する
第二層が形成されており、前記第二層は前記光触媒の光
励起に応じて、水との接触角に換算して10゜以下の親
水性を呈することを特徴とする結露水滴付着防止部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結露水滴の付着を
防止しうる窓サッシ、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケ
ース、内装用壁材、便器等の部材及び前記部材の結露水
滴の付着を防止する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】窓サッシ内側が、寒冷時に湿分の凝縮に
より結露し、水滴状に成長することはしばしば見受けら
れる。また、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケースに
は、ガラスやアクリル樹脂などからなる透明な窓が設け
られているが、その窓の外側表面が湿分の凝縮により結
露し、水滴状に成長することもしばしば見受けられる。
さらに、結露水滴の付着は、内装用壁材表面や便器外表
面にも生じる。
【0003】
【発明の解決すべき課題】物品の表面に結露が生じるの
は、物品の表面が、雰囲気の露点以下の温度に置かれる
ようになって、雰囲気の湿分が凝縮して付着することに
よる。例えば、窓サッシ内側や冷蔵ショーケース、冷凍
ショーケースの窓の外側表面に結露が生じるのは、物品
で仕切られる2つの空間の温度差により、物品のうちの
暖かい方の空間と接する表面が、雰囲気の露点以下の温
度に置かれるようになって、雰囲気の湿分が凝縮して付
着するからである。そして、生じた結露が、ある程度大
きな水滴に成長すると、結露水滴には、菌や黴等の微生
物が繁殖する。また結露水滴が流下し、その結果、床面
に水溜りが生じる。本発明の目的は、窓サッシ内側や内
装用壁材、便器、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース
の透明な窓等の部材において、雰囲気の湿分が凝縮して
付着しても水滴状に成長するのを有効に防止し、かつ流
下する前に湿分が乾燥するような部材、及びその方法を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、光触媒を含有
する表面層を形成した部材において、光触媒を光励起す
ると、部材の表面が高度に親水化されるという発見に基
づく。この現象は以下に示す機構により進行すると考え
られる。すなわち、光触媒の価電子帯上端と伝導帯下端
とのエネルギーギャップ以上のエネルギーを有する光が
光触媒に照射されると、光触媒の価電子帯中の電子が励
起されて伝導電子と正孔が生成し、そのいずれかまたは
双方の作用により、おそらく表面に極性が付与され、水
や水酸基等の極性成分が集められる。そして伝導電子と
正孔のいずれかまたは双方と、上記極性成分との協調的
な作用により、表面と前記表面に化学的に吸着した汚染
物質との化学結合を切断すると共に、表面に化学吸着水
が吸着し、さらに物理吸着水層がその上に形成されるの
である。また、一旦部材表面が高度に親水化されたなら
ば、部材を暗所に保持しても、表面の親水性はある程度
の期間持続する。
【0005】本発明では、基材表面に、導電性物質から
なる第一層が形成されており、さらにその上には光触媒
を含有する第二層が形成されており、前記第二層は前記
光触媒の光励起に応じて、水との接触角に換算して10
゜以下の親水性を呈することを特徴とする結露水滴付着
防止部材を提供する。光触媒を含有する第二層を設ける
ことにより、部材表面は光触媒の光励起に応じて高度に
親水化されるようになる。部材表面が高度に親水化され
ると、雰囲気の湿分が凝縮して付着しても水滴状には成
長せず、一様に水膜化するようになり、流下しにくくな
るとともに、乾燥しやすくなる。さらに、導電性物質か
らなる第一層を設けることにより、第一層に電気を流せ
るようになるので、その効果により水膜化した付着水滴
の蒸発乾燥は一層促進される。上記2つの作用により窓
サッシ内側や内装用壁材、便器、冷蔵ショーケース、冷
凍ショーケースの透明な窓等の部材において、雰囲気の
湿分が凝縮して付着しても水滴状に成長するのを有効に
防止し、かつ流下する前に湿分が乾燥するようになる。
【0006】本発明の好ましい態様においては、第二層
には、さらにシリカが含有されているようにする。シリ
カが含有されることにより、表面が水濡れ角0゜に近い
高度の親水性を呈しやすくなると共に、暗所に保持した
ときの親水維持性が向上する。その理由はシリカは構造
中に水を蓄えることができることと関係していると思わ
れる。
【0007】本発明の好ましい態様においては、第二層
には、さらに固体超強酸が含有されているようにする。
超強酸が含有されることにより、表面が水濡れ角0゜に
近い高度の親水性を呈しやすくなると共に、暗所に保持
したときの親水維持性が向上する。その理由は表面層に
超強酸が含有されると、表面の極性が、光の有無にかか
わらず極端に大きな状態にあるために、疎水性分子より
も極性分子である水分子を選択的に吸着させやすい。そ
のため安定な物理吸着水層が形成されやすく、暗所に保
持しても、表面の親水性をかなり長期にわたり高度に維
持できる。
【0008】本発明の好ましい態様においては、第二層
には、さらにシリコーンが含有されているようにする。
シリコーンが含有されることにより、光触媒の光励起に
よって、シリコーン中のシリコン原子に結合する有機基
の少なくとも一部が水酸基に置換され、さらにその上に
物理吸着水層が形成されることにより、表面が水濡れ角
0゜に近い高度の親水性を呈するようになると共に、暗
所に保持したときの親水維持性が向上する。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の具体的な構成につ
いて説明する。本発明における結露水滴付着防止部材の
構造は、図1又は図2に示すように、基材の表面に結晶
性酸化チタン等の光触媒を含む層が形成されており、さ
らに、その下部には導電性物質からなる層が形成されて
いる。このような表面構造をとることで、結露水滴付着
防止部材表面は、光触媒の光励起に応じて高度に親水化
されるのである。それにより、雰囲気の湿分が凝縮して
付着しても水滴状には成長せず、一様に水膜化するよう
になり、流下しにくくなるとともに、乾燥しやすくな
る。さらに、その下部に酸化錫等の導電性物質からなる
層が形成されていることにより、その部分に電気を流せ
るようになる。それにより、水膜化した付着水滴の蒸発
乾燥は一層促進される。
【0010】図1において、表面層が光触媒粒子のみか
らなる場合には、光触媒は酸化物であることが好まし
い。酸化物は、環境中の汚染物質が吸着していない状態
では親水性を示すので、光励起作用によりその汚染物質
を排斥させ、吸着水層を形成させることで、一様な水膜
が形成できるからである。図2において、Mは金属元素
を示す。従って、図2の場合、最表面は一般の無機酸化
物からなる。この場合も、酸化物は、環境中の汚染物質
が吸着していない状態では親水性を示すので、上記無機
酸化物以外に表面層に混入する光触媒の光励起作用によ
りその汚染物質を排斥させ、吸着水層を形成させること
で、一様な水膜が形成できる。
【0011】本発明における基材は、内装壁材、窓サッ
シ、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、便器、乗物
用窓ガラス等であり、その材質は、例えば、金属、セラ
ミック、ガラス、プラスチック、木、石、セメント、コ
ンクリート、繊維、布帛、紙、フィルム、結晶化ガラ
ス、積層鋼板、塗装鋼板、マジックミラー、タイル、そ
れらの組合せ、それらの積層体等が好適に利用できる。
【0012】導電性物質としては、白金、銅、タングス
テン等の導電性金属や酸化錫、炭化ケイ素、カーボン等
が好適に利用できる。
【0013】導電性物質からなる第一層は、透明である
のが好ましい。そのためには、酸化錫を用いた場合には
0.4μm以下程度、より好ましくは0.2μm以下程
度、導電性金属を用いた場合には0.1μm以下程度に
する。
【0014】光触媒とは、その結晶の伝導帯と価電子帯
との間のエネルギーギャップよりも大きなエネルギー
(すなわち短い波長)の光(励起光)を照射したとき
に、価電子帯中の電子の励起(光励起)が生じて、伝導
電子と正孔を生成しうる物質をいい、例えば、アナター
ゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化亜
鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二
鉄、チタン酸ストロンチウム等が好適に利用できる。こ
こで光触媒の光励起に用いる光源としては、蛍光灯、白
熱電灯、メタルハライドランプ、水銀ランプのような室
内照明、太陽、それらの光源からの光を低損失のファイ
バーで誘導した光源等が好適に利用できる。光触媒の光
励起により、基材表面が高度に親水化されるためには、
励起光の照度は、0.001mW/cm以上あればよ
いが、0.01mW/cm以上だと好ましく、0.1
mW/cm以上だとより好ましい。
【0015】光触媒を含有する第二層の膜厚は、0.4
μm以下にするのが好ましい。そうすれば、光の乱反射
による白濁を防止することができ、表面層は実質的に透
明となる。さらに、光触媒を含有する第二層の膜厚を
0.2μm以下にすると一層好ましい。 そうすれば、
光の干渉による第二層の発色を防止することができる。
また、第二層が薄ければ薄いほどその透明度は向上す
る。更に、膜厚を薄くすれば、第二層の耐摩耗性が向上
する。上記第二層の表面に、更に、親水化可能な耐摩耗
性又は耐食性の保護層や他の機能膜を設けても良い。
【0016】上記第二層には、Ag、Cu、Znのよう
な金属を添加することができる。前記金属を添加した第
二層は、表面に付着した細菌や黴を暗所でも死滅させる
ことができる。
【0017】上記第二層には、pt、Pd、Ru、R
h、Ir、Osのような白金族金属を添加することがで
きる。前記金属を添加した第二層は、光触媒の酸化還元
活性を増強でき、脱臭浄化作用等が向上する。また、光
触媒以外に固体超強酸を添加した場合には、白金族金属
の添加により固体超強酸の酸度が向上するので、親水維
持性も向上し、付着水の水膜化がより促進されると共
に、ある程度長期間光触媒に励起光が照射されない場合
の親水維持性も向上する。
【0018】親水性とは、表面に水を滴下したときにな
じみやすい性質をいい、一般に水濡れ角が90゜未満の
状態をいう。本発明における高度の親水性とは、表面に
水を滴下したときに非常になじみやすい性質をいい、よ
り具体的には水濡れ角が10゜以下、好ましくは5゜以
下となる状態をいう。
【0019】 本発明における固体超強酸とは、ハメッ
トの酸度関数Ho≦−11.93なる固体酸化物を構成
要素に含む強酸をいい、具体的には、硫酸担持Al
、硫酸担持TiO、硫酸担持ZrO、硫酸担持S
nO、硫酸担持Fe、硫酸担持SiO、硫酸
担持HfO、TiO/WO、WO/SnO
WO/ZrO、WO/Fe、SiO・A
等が好適に利用できる。
【0020】次に、本発明における基材上への第一層、
第二層の形成方法について説明する。まず、第一層の形
成方法について導電性金属を用いる場合を例にとり説明
する。この場合には、例えば、導電性金属のターゲット
に電子ビームを照射することにより、基材表面に導電性
金属の層を形成する。
【0021】次に、第二層の形成方法について説明す
る。まず、第二層が光触媒のみからなる場合の製法につ
いて、光触媒がアナターゼ型酸化チタンの場合を例にと
り説明する。この場合の方法は、大別して3つの方法が
ある。1つの方法はゾル塗布焼成法であり、他の方法は
有機チタネート法であり、他の方法は電子ビーム蒸着法
である。 (1)ゾル塗布焼成法 アナターゼ型酸化チタンゾルを、基材表面に、スプレー
コーティング法、ディップコーティング法、フローコー
ティング法、スピンコーティング法、ロールコーテイン
グ法等の方法で塗布し、焼成する。 (2)有機チタネート法 チタンアルコキシド(テトラエトキシチタン、テトラメ
トキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキ
シチタン等)、チタンアセテート、チタンキレート等の
有機チタネートに加水分解抑制剤(塩酸、エチルアミン
等)を添加し、アルコール(エタノール、プロパノー
ル、ブタノール等)などの非水溶媒で希釈した後、部分
的に加水分解を進行させながら又は完全に加水分解を進
行させた後、混合物をスプレーコーティング法、ディッ
プコーティング法、フローコーティング法、スピンコー
ティング法、ロールコーティング法等の方法で塗布し、
乾燥させる。乾燥により、有機チタネートの加水分解が
完遂して水酸化チタンが生成し、水酸化チタンの脱水縮
重合により無定型酸化チタンの層が基材表面に形成され
る。その後、アナターゼの結晶化温度以上の温度で焼成
して、無定型酸化チタンをアナターゼ型酸化チタンに相
転移させる。 (3)電子ビーム蒸着法 酸化チタンのターゲットに電子ビームを照射することに
より、基材表面に無定型酸化チタンの層を形成する。そ
の後、アナターゼの結晶化温度以上の温度で焼成して、
無定型酸化チタンをアナターゼ型酸化チタンに相転移さ
せる。
【0022】次に、第二層が光触媒とシリカからなる場
合について、光触媒がアナターゼ型酸化チタンの場合を
例にとり説明する。この場合の方法は、例えば、以下の
3つの方法がある。1つの方法はゾル塗布焼成法であ
り、他の方法は有機チタネート法であり、他の方法は4
官能性シラン法である。 (1)ゾル塗布焼成法 アナターゼ型酸化チタンゾルとシリカゾルとの混合液
を、基材表面にスプレーコーティング法、ディップコー
ティング法、フローコーティング法、スピンコーティン
グ法、ロールコーティング法等の方法で塗布し、焼成す
る。 (2)有機チタネート法 チタンアルコキシド(テトラエトキシチタン、テトラメ
トキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキ
シチタン等)、チタンアセテート、チタンキレート等の
有機チタネートに加水分解抑制剤(塩酸、エチルアミン
等)とシリカゾルを添加し、アルコール(エタノール、
プロパノール、ブタノール等)などの非水溶媒で希釈し
た後、部分的に加水分解を進行させながら又は完全に加
水分解を進行させた後、混合物をスプレーコーティング
法、ディップコーティング法、フローコーティング法、
スピンコーティング法、ロールコーティング法等の方法
で塗布し、乾燥させる。乾燥により、有機チタネートの
加水分解が完遂して水酸化チタンが生成し、水酸化チタ
ンの脱水縮重合により無定型酸化チタンの層が基材表面
に形成される。その後、アナターゼの結晶化温度以上の
温度で焼成して、無定型酸化チタンをアナターゼ型酸化
チタンに相転移させる。 (3)4官能性シラン法 テトラアルコキシシラン(テトラエトキシシラン、テト
ラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメ
トキシシラン等)とアナターゼ型酸化チタンゾルとの混
合物を基材の表面にスプレーコーティング法、ディップ
コーティング法、フローコーティング法、スピンコーテ
ィング法、ロールコーティング法等の方法で塗布し、必
要に応じて加水分解させてシラノールを形成した後、加
熱等の方法でシラノールを脱水縮重合に付す。
【0023】次に、第二層が光触媒と固体超強酸からな
る場合について、光触媒がアナターゼ型酸化チン、固
体超強酸がTiO/WOの場合を例にとり説明す
る。この場合の方法は、タングステン酸のアンモニア溶
解液とアナターゼ型酸化チタンゾルとを混合し、必要に
応じて希釈液(水、エタノール等)で希釈した混合物を
基材の表面にスプレーコーティング法、ディップコーテ
ィング法、フローコーティング法、スピンコーティング
法、ロールコーティング法等の方法で塗布し、焼成す
る。
【0024】次に、第二層が光触媒とシリコーンからな
る場合について、光触媒がアナターゼ型酸化チタンの場
合を例にとり説明する。この場合の方法は、未硬化の若
しくは部分的に硬化したシリコーン又はシリコーンの前
駆体からなる塗料とアナターゼ型酸化チタンゾルとを混
合し、シリコーンの前駆体を必要に応じて加水分解させ
た後、混合物を基材の表面にスプレーコーティング法、
ディップコーティング法、フローコーティング法、スピ
ンコーティング法、ロールコーティング法等の方法で塗
布し、加熱等の方法でシリコーンの前駆体の加水分解物
を脱水縮重合に付して、アナターゼ型酸化チタン粒子と
シリコーンからなる第二層を形成する。形成された第二
層は、紫外線を含む光の照射によりアナターゼ型酸化チ
タンが光励起されることにより、シリコーン分子中のケ
イ素原子に結合した有機基の少なくとも一部を水酸基に
置換され、さらにその上に物理吸着水層が形成されて、
高度の親水性を呈する。ここで、シリコーンの前駆体に
は、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリプロポキ
シシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエト
キシシラン、エチルトリブトキシシラン、エチルトリプ
ロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニ
ルトリエトキシシラン、フェニルトリブトキシシラン、
フェニルトリプロポキシシラン、ジメチルジメトキシシ
ラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジブトキシ
シラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジエチルジメト
キシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジブ
トキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、フェニル
メチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシ
ラン、フェニルメチルジブトキシシラン、フェニルメチ
ルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、及びそれらの加水分解物、それらの混
合物が好適に利用できる。
【0025】
【実施例】テトラエトキシシラン(和光純薬)0.69
gとアナターゼ型酸化チタンゾル(日産化学、TA−1
5、平均粒径10nm)1.07gとエタノール29.
88gと、純水0.36gを混合し、コーティング液を
調製した。このコーティング液をフローコーティング法
により、10cm角のITOガラス基材上に塗布した。
このガラス板を約20分間約150℃の温度に保持する
ことにより、テトラエトキシシランを加水分解と脱水縮
重合に付し、アナターゼ型酸化チタン粒子が無定型シリ
カで結着されたコーティングをガラス板表面に形成し
た。このコーティング中の、酸化チタンとシリカとの重
量比は1であった。このガラス板を数日間暗所に放置し
た後、紫外線光源(三共電気、ブラックライトブルー
(BLB)蛍光灯)を用いて試料の表面に0.5mW/
cm2の紫外線照度で約1時間紫外線を照射し、#1試
料を得た。比較のため、10cm角のITOガラスを数
日間暗所に放置した#2試料も準備した。まず、#1試
料と#2試料の水との接触角を接触角測定器(協和界面
科学、CA−X150)により測定した。接触角は、マ
イクロシリンジから試料表面に水滴を滴下した後30秒
後に測定した。その結果#1試料はマイクロシリンジか
ら試料表面に水滴を滴下されると、水滴が一様に水膜状
に試料表面を拡がる様子が観察され、30秒後に測定し
た水との接触角は0゜となった。それに対し、#2試料
ではマイクロシリンジから試料表面に水滴を滴下される
と、水滴は表面になじんでいくものの、一様に水膜状に
なるまでには至らず、30秒後に測定した水との接触角
も30゜〜40゜に止まった。さらに、#1試料を、そ
の後2日間暗所に放置し、#3試料を得た。そして#3
試料について、同様に水との接触角を接触角測定器によ
り測定した。その結果、#3試料にマイクロシリンジか
ら試料表面に水滴を滴下されると、#1試料と同様に、
水滴が一様に水膜状に試料表面を拡がる様子が観察さ
れ、30秒後に測定した水との接触角は3゜程度に止ま
った。次に、上記#1試料及び#2試料両端に導線を接
続し、同量の水を滴下した後に、2本の導線を電源に接
続して、乾燥速度を比較した。その結果、#1試料の方
が乾燥が早いことがわかった。
【0026】
【発明の効果】本発明では、窓サッシ内側や内装用壁
材、便器、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケースの透明
な窓等の部材において、基材表面に、導電性物質からな
る第一層が形成されており、さらにその上には光触媒を
含有する第二層が形成されるようにすることにより、雰
囲気の湿分が凝縮して付着しても水滴状に成長するのを
有効に防止し、かつ流下する前に湿分が乾燥するように
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る結露水滴付着防止部材の表面構造
を示す図。
【図2】本発明に係る結露水滴付着防止部材の他の表面
構造を示す図。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材表面に、導電性物質からなる第一層
    が形成されており、さらにその上には光触媒を含有する
    第二層が形成されており、前記第二層は前記光触媒の光
    励起に応じて、水との接触角に換算して10゜以下の親
    水性を呈することを特徴とする結露水滴付着防止部材。
  2. 【請求項2】 前記第二層には、さらにシリカが含有さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の結露水滴付
    着防止部材。
  3. 【請求項3】 前記第二層には、さらに固体超強酸が含
    有されていることを特徴とする請求項1に記載の結露水
    滴付着防止部材。
  4. 【請求項4】 前記第二層には、さらにシリコーンが含
    有されており、前記第二層は前記光触媒の光励起によっ
    て、シリコーン中のシリコン原子に結合する有機基の少
    なくとも一部が水酸基に置換され、前記光触媒の光励起
    に応じて、水との接触角に換算して10゜以下の親水性
    を呈するようになる請求項1に記載の結露水滴付着防止
    部材。
  5. 【請求項5】 前記第一層及び第二層は、透明な層であ
    る請求項1〜4に記載の結露水滴付着防止部材。
  6. 【請求項6】 前記結露水滴付着防止部材は、窓サッシ
    であって、前記窓サッシの少なくとも窓部の内側表面
    に、前記第一層及び第二層が形成されていることを特徴
    とする請求項5に記載の結露水滴付着防止部材。
  7. 【請求項7】 前記結露水滴付着防止部材は、透明な窓
    を備えた冷蔵ショーケース又は冷凍ショーケースであっ
    て、前記透明な窓の少なくとも外側表面に、前記第一層
    及び第二層が形成されていることを特徴とする請求項5
    に記載の結露水滴付着防止部材。
  8. 【請求項8】 前記結露水滴付着防止部材は、内装用壁
    材であって、前記内装用壁材表面に、前記第一層及び第
    二層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4に
    記載の結露水滴付着防止部材。
  9. 【請求項9】 前記結露水滴付着防止部材は、便器であ
    って、前記便器の少なくとも外側表面に、前記第一層及
    び第二層が形成されていることを特徴とする請求項1〜
    4に記載の結露水滴付着防止部材。
  10. 【請求項10】 請求項1〜8に記載の結露水滴付着防
    止部材を準備する工程、前記部材中の光触媒の光励起に
    応じて表面を親水化し、以て付着水滴を水膜化する工
    程、部材中の第一層に電気を流し、以て水膜化した付着
    水滴を蒸発させる工程、を含む部材の結露水滴付着防止
    方法。
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