JPH10116587A

JPH10116587A - 光触媒付き蛍光ランプとその製造方法

Info

Publication number: JPH10116587A
Application number: JP9225990A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ichikawa; 伸一市川; Yoshinori Furukawa; 義徳古川; Shigeru Azuhata; 茂小豆畑
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】大気中に存在する臭気，菌類，汚れなどを室温
で化学変換し、脱臭，抗菌および表面の防汚を行う光触
媒付き蛍光ランプを提供する。また、蛍光ランプから放
射される紫外線も防止する。【解決手段】蛍光ランプのガラス管の外表面にアナター
ゼ型の酸化チタンからなり、光透過性で透明な光触媒膜
を形成する。【効果】薄膜光触媒に光を照射し、その外表面で化学反
応的に臭気成分，菌類，汚れ成分などを分解して脱臭，
抗菌，防汚を行う。また薄膜光触媒で紫外線を吸収す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、居住建物内や乗り
物などにおいて照明器具として使用される蛍光ランプに
係り、特に空気を浄化したり、紫外線を遮断する効果を
有する光触媒膜をガラス管の外表面に被覆した光触媒付
き蛍光ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に外気との流通が乏しい密閉空間で
は多くの臭気成分，菌類，汚れ成分が空気中に蓄積蔓延
する現象が起きる。これらの濃度はppm からppb レベル
のものまで、菌類であればそれより遥かに小さいものま
で存在する。しかし人体への影響は大きく、有害臭気を
持つ分子は不快感をもたらし、各種菌類はアレルギー症
状や様々な病気を引き起こし感染もする。また空気中の
微量の油脂成分は物体の表面に吸着し、その上にほこり
が付着し易くなり汚れが蓄積される。このような有害物
質を分解処理して無害化し、脱臭，殺菌，防汚を可能に
する生活環境浄化技術の進歩がますます要求される。

【０００３】脱臭，殺菌，防汚の三つの項目の内、従
来、脱臭を目的とした技術が多く提案されている。

【０００４】最も簡単な技術としては多孔質の活性炭の
ような吸着剤を利用するものだが、これは物理的手段で
あるため、吸着剤が吸着物で飽和すれば廃棄して交換す
る必要があり、回収処理や再生の問題も出てくる。同様
の方法に消臭剤や消臭作用を持つ繊維などがある。また
吸着剤を空気浄化器やエアコン内に設置する方法もある
が問題は同じである。

【０００５】空気の殺菌処理では、例えばオゾンを発生
させて菌類を酸化分解する方法や強い紫外線ランプによ
る殺菌もあるが、いずれも安全性や管理などの問題があ
り、実用性に難しい。

【０００６】また、空気中の有害成分を化学反応的に処
理する手段として触媒を用いる従来からの方法がある。
これは主として脱臭を目的とし、触媒を２００℃以上に
加熱して使用するため熱エネルギーを必要とする。また
反応器の設置も必要となる。いずれにせよ空気浄化につ
いては、省エネルギー型のシステムより簡便な新しい方
法が望まれる。

【０００７】空気浄化とは別に室内での照明器具から発
生する紫外線による人体への悪影響の問題については対
策が遅れている。更に照明器具に関しては、室内外を問
わず空気中の汚れ成分が照明器具の外壁に蓄積すること
により照度が低下する問題についてもこれまで解決策は
出ていない。これらに対応した新技術が待たれる。

【０００８】照明器具におけるこれらの課題を解決する
ものとして、電灯の管球のガラス表面に酸化チタン膜を
被覆した消臭灯があり、特開平6−304237 号公報に記載
されている。該公報には、内部からの光によって生ずる
酸化チタン膜の酸化還元作用により、空気中の悪臭成分
を効果的に分解除去し、メンテナンスフリーでその効果
を持続させることができると記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】脱臭，殺菌，防汚を同
時に行うシステム、更に上記のような各々の技術がかか
えている問題を低減するシステムが求められる。本発明
は一つの材料システムで紫外線防止，脱臭，抗菌，防汚
の四つの機能を持ち、また多種類の光源を利用でき、メ
ンテナンスフリーでセルフクリーニングの特性を持つ高
効率の薄膜光触媒を使用する蛍光ランプとその製造方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス管の外
表面にアナターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタン或
いはアルファ型の結晶構造を有する酸化第二鉄からな
り、光透過性で透明な光触媒膜を有することを特徴とす
る光触媒付き蛍光ランプにある。

【００１１】また、ガラス管の外表面にアナターゼ型の
結晶構造を有する二酸化チタン或いはアルファ型の結晶
構造を有する酸化第二鉄によって形成された光触媒膜を
有し、該光触媒膜が光透過性であり且つ膜の内部で発生
した電子とホールが表面に移動することを特徴とする光
触媒付き蛍光ランプにある。

【００１２】本発明における光触媒膜は、実質的に二酸
化チタン或いは酸化第二鉄のみによって構成される。ま
た、望ましくはゾル・ゲル法によって形成される。

【００１３】光触媒膜の厚さは、二酸化チタンによって
形成された光触媒膜の場合には０．０２〜２μｍが好ま
しく、酸化第二鉄によって形成された光触媒膜の場合に
は０．０１〜０.１μｍが好ましい。

【００１４】本発明における光触媒膜は、二酸化チタン
或いは酸化第二鉄の結晶子が凝集して一枚の連続的結晶
になっている。

【００１５】本発明において、光触媒膜は２９０ｎｍか
ら１２００ｎｍまでの波長領域の光を透過し、２９０ｎ
ｍから７５０ｎｍまでの波長領域の光を９０％以上透過
するものであることが望ましい。

【００１６】本発明は、ガラス管の外表面に二酸化チタ
ン或いは酸化第二鉄の原料を含むゾル液を接触させ、焼
成してアナターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタン或
いはアルファ型の結晶構造を有する酸化第二鉄よりなる
光触媒膜を形成することを特徴とする光触媒付き蛍光ラ
ンプの製造方法にある。

【００１７】また、ガラス管の外表面にチタンのアルコ
キシドと酸及びアルコールの混合物からなるゾル液を接
触させ、４５０〜６００℃の温度で焼成してアナターゼ
型の結晶構造を有する二酸化チタンよりなる光触媒膜を
形成することを特徴とする光触媒付き蛍光ランプの製造
方法にある。

【００１８】また、ガラス管の外表面に鉄の化合物とグ
リコールと酸の混合物からなるゾル液を接触させ、５６
０〜７７０℃の温度で焼成してアルファ型の結晶構造を
有する酸化第二鉄よりなる光触媒膜を形成することを特
徴とする光触媒付き蛍光ランプの製造方法にある。

【００１９】光触媒システムでは光触媒と光源の両方が
必要である。その場合、光源と光触媒との間が近距離に
位置するほど、光触媒は単位面積当たりより高い光エネ
ルギー強度の光照射を受けられるため、活性が高くなる
という優位性がある。また、光が光触媒の反応面と同じ
側から照射される場合と、反対側から照射される場合と
が考えられる。反対側の場合は光触媒は光透過性である
ことが必要条件となる。本発明では、光源である蛍光体
膜を内面に有するガラス管の外表面に薄膜形状の光透過
性で透明な光触媒を形成することにより、光源と光触媒
との距離を短くし、微弱な光エネルギーを最大限に生か
すと同時に、反応面とは反対側から光が照射されて機能
できるようにしている。

【００２０】本発明の蛍光ランプでは必要な光が光触媒
付き蛍光ランプ自身から得られるのみならず他の蛍光ラ
ンプからも得られるので相乗効果が可能である。

【００２１】ここで言う光透過性とは自然光の２９０ｎ
ｍから１２００ｎｍまでの波長領域の光を透過できるこ
とを意味する。従って薄膜光触媒の片面に入射する光が
反対側の面まで到達し抜け出ることが必要である。ガラ
ス管自体も光透過性であることはいうまでもない。透明
とは、薄膜光触媒が存在する面側から人間の肉眼で見て
反対側の物体が見えることを言う。透明の物体は、２９
０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長範囲で光が直線透過す
ることを必要とする。この波長範囲は人間の裸眼で観察
して透明と判断できる領域である。一般に蛍光ランプか
ら照射される光はこの波長範囲を持つ。この波長領域
（２９０ｎｍ−７５０ｎｍ）の光の透過率が９０％以上
であることが望ましい。

【００２２】光触媒は光エネルギーを利用して室温で化
学反応を引き起こす特殊な触媒である。光触媒に光を照
射すると電子がバンドギャップを越えて価電子帯から伝
導帯へと励起され電子（ｅ^-）とホール（ｈ⁺）のペア
を造りだす。この時バンドギャップのエネルギーよりも
大きいエネルギーを持つ光子（フォトン）、即ちそのエ
ネルギーに相当する波長よりも短い波長の光が光触媒に
当たると上記の励起が生じる。この臨界波長はアナター
ゼ型酸化チタン（ＴｉＯ₂）であれば約４００ｎｍ，α
型酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）であれば約５４０ｎｍであ
る。フォトンの単位光照射面積及び単位時間当たりの発
生速度は励起できる波長範囲の光エネルギーに比例す
る。

【００２３】この電子とホールとが引き金となり種々の
活性種が光触媒表面に発生する。例えば、空気中の酸素
と電子が反応して活性酸素を造る。また空気中の水分と
ホールの反応で水が分解してプロトンと酸素を発生す
る。更にこの二つの反応が連携してオゾン，水酸基，水
酸基ラジカルなども造りだす。従って活性種の単位光照
射面積及び単位時間当たりの発生速度は電子やホールの
発生速度、即ちフォトンの発生速度に比例するので、空
気中から光触媒表面に吸着する有害分子の分解速度もこ
れらに比例することになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて説明
する。

【００２５】図１および図２は、光触媒付き蛍光ランプ
の一例を示している。直管形の蛍光ランプは、一般に直
管形のガラス管１の内壁面に蛍光体膜３を有し、ガラス
管１の両端部に口金４とピン５とを有する。ピン５は端
子の役目をする。ガラス管１の内部には、バッファーガ
スとして水銀と不活性ガス例えばアルゴン，ネオン，ク
リプトン，キセノンなどの希ガスが封入されている。光
触媒膜２は、ガラス管の外表面に被覆されている。

【００２６】蛍光ランプでは、放電により水銀が紫外線
を発生し、この紫外線により蛍光体が発光し、蛍光体か
ら可視光が照射される。光触媒膜２は、蛍光ランプで発
生した紫外光を吸収して、臭い成分，菌類或いはガラス
管の表面に付着した油を水と炭酸ガスなどに分解する。

【００２７】光触媒層２の厚さは、あまり厚すぎても意
味が無く、薄すぎると効果が乏しい。二酸化チタンより
なる光触媒膜の場合には０.０２〜２μｍがよく、酸化
第二鉄よりなる光触媒膜の場合には０.０１〜０.１μｍ
がよい。

【００２８】本発明では図１および図２に示すように光
透過性で透明な薄膜状の光触媒膜２を蛍光ランプのガラ
ス管１の外表面に形成している。これによって光源であ
る蛍光体膜３と光触媒膜２とをガラス管１を挟んで隣接
させることができ、蛍光体膜３から照射される光のエネ
ルギーを有効に利用できる。つまり光源と光触媒との間
の距離が短いほどより高い光エネルギーが光触媒に照射
され、単位面積当たりより多くの活性種を発生できるの
で、蛍光ランプのように微弱な光を放射する場合に、光
エネルギーを最大限に利用できることになる。図１，図
２で示すように、薄膜光触媒の裏側から光を照射して表
側で光面反応を行っている。つまり光が表側から更に外
部へと放射できる。このことを活用して図３に示すよう
に、例えば蛍光ランプを二本隣接させておけば、片方の
蛍光ランプから放射される光によってもう片方が励起さ
れるため自らの光励起とともに二重の効果をもたらすこ
とになる。図３は二本の場合であるが、図４のように複
数で相乗効果を増大させることもできる。

【００２９】本発明の蛍光ランプは、光触媒膜が光透過
性を有する。光触媒膜としては、一般に粒状の光触媒粒
子を集合して無機系或いは有機系の結着剤により結合し
て膜にしたものが知られているが、粒子が重なり合い、
また粒子が積層した形になるために、粒子間の粒界や隔
たりが生じる。また、結着剤を含むので純度の高い膜で
はなく、しかも光触媒粒子の粒子間距離をさらに大きく
する。これらの結果、膜の表面に光が照射されても光が
膜の表面より内部へ侵入しにくいため、最外表面に位置
する粒子のみが光励起してそれより内部に位置する粒子
はあまり励起されない。この問題は、膜の厚みが増して
外表面からの距離が大きくなるほど深刻化する。

【００３０】一方、本発明の光触媒膜では、結晶子が密
接に凝集して一枚の連続的結晶となり、光透過性を有す
るので、光が外表面から内部まで自由に透過でき、薄膜
全体が有効利用されて効率が高くなる。

【００３１】図５に光透過性を有する光触媒膜の優位性
を示す。まず、膜の外表面側だけでなく内表面側からも
光励起できる。そして、光が薄膜を透過する時に、薄膜
内部で発生する電子とホールのペアが外表面に移動する
ものと、外表面にて発生するペアもあり、薄膜内部でペ
アを発生でき、尚且つ最終的に外表面で各種活性種を発
生して有害物質との反応を行うことができる。

【００３２】結晶子が密接に凝集して一枚の連続的結晶
になっている光透過性を有する光触媒膜はゾル・ゲル法
によって作ることができる。

【００３３】粒状の光触媒では、単位体積当たりの表面
積をできるだけ大きくするために、粒子の径を小さくす
ることが重要になるが、ある程度の粒子径以下になる
と、量子サイズ効果（quantum size effect)によって光
触媒のバンドギャップが大きくなり、従ってより波長の
短い紫外領域の光でないと励起できなくなる。このため
紫外領域の光エネルギーが小さい蛍光ランプのような光
源や太陽光によって光励起する場合は、この微粒子化効
果が逆効果として現われ、不利になる。この臨界粒子径
は例えば酸化チタンの場合、１０ｎｍから２０ｎｍであ
る。１０〜２０ｎｍ以下の粒径になれば大粒径に比べて
膜の透明性をやや増すことができるが、上記の量子サイ
ズ効果の問題で好ましくない。従って本発明の薄膜光触
媒はこれらの点においても有利である。

【００３４】実施例１薄膜酸化チタンの製造方法と物性評価。

【００３５】チタンテトライソプロポキシドとアルコー
ルを混合した溶液に酸とアルコールを混合した溶液を加
えてチタンテトライソプロポキシドの加水分解を行い、
チタンの水酸化物を調製し、ゾル液とした。このゾル液
を蛍光ランプ用ガラス管と同じガラス基板の表面にコー
ティングして、１００℃での乾燥から始め、５００℃の
焼成でゾル・ゲル法を完了した。このゾル・ゲル法によ
ってチタンの水酸化物の水酸基とガラスの表面に現れて
いる水酸基との間で縮重合反応が進み、酸素を介してチ
タンの酸化物とガラスの主成分である酸化ケイ素との化
学結合が得られ、ガラス基板の表面に光透過性で透明な
薄膜状の酸化チタンが得られた。

【００３６】表面結晶構造同定の例として、蛍光ランプ
用ガラス管と同じガラスの表面に上記のゾル・ゲル法で
形成した厚さ５３０ｎｍ（二次電子顕微鏡による断面Ｓ
ＥＭ像にて確認）の酸化チタン薄膜の表面結晶構造が１
００％アナターゼであることがレーザーラマン分光分析
により判定された。図６にラマンスペクトルを示すが、
ラマンシフトの各主要ピーク位置（６４０，５１８，３
９６，１９７cm^-1）はI. R. Beattie, T. R. Gilson，P
roc. Roy. Soc. (London) A, vol.307, p.407(1968)に
て報告されている単結晶のアナターゼ型酸化チタンから
得られるピーク位置（６４０，５１５，４００，１９７
cm^-1）と一致する。また同じ試料のバルク結晶構造が１
００％アナターゼであることが図７に示すエックス線回
折パターンより判定された。強度対２θのスペクトルに
おいて、アナターゼに特徴的な四つのピーク、即ち、２
θの値が２５.３，３７.９，４８.１，５４.１でのピー
クが見られた。またこの試料の結晶子サイズは同じエッ
クス線回折より得られ、３４.６ｎｍであった。

【００３７】光透過性の確認は、２９０ｎｍ〜１２００
ｎｍの波長範囲の光を発生できる太陽光に近い光スペク
トルを持つキセノンランプを光源とした光測定装置を利
用して上記試料の片面に光を照射し、反対側の面から透
過する光を検知することによって行った。物性評価に使
用している上記試料であるが、これはガラス基板の両外
表面に薄膜酸化チタンが形成されているものである。従
って厚さ５３０ｎｍの薄膜酸化チタンが二枚，ガラス基
板を挟んで存在しているものである。ここで２９０ｎｍ
〜７５０ｎｍの波長範囲の光を発生する蛍光ランプを光
源として使用し、光エネルギー測定装置により測定した
ところ、９８.８％〜９９.９％の光が透過し、薄膜酸化
チタンによる照明度の低下は殆どなかった。この値は上
記の試料（ガラス基板の両外表面に薄膜酸化チタンが形
成されたもの）の透過光とガラス基板のみによる透過光
のエネルギーを各々測定して両外表面の透過光エネルギ
ーを出し、更に薄膜酸化チタン片面分（５３０ｎｍ）の
光透過率を計算することによって求めた。また照射する
光エネルギーに殆ど影響されずに高い透過率を示した。
即ち、９９.９％の値は光源である蛍光ランプ外表面位
置での光エネルギー（２２.７ｍＷ／cm²）による光透過
率であり蛍光ランプの外表面に薄膜酸化チタンを形成し
た場合と同様である。９８.８％は蛍光ランプ表面から
距離的に離れた位置での光エネルギー（０.６９ｍＷ／c
m²）によるものである。いずれの場合も透過率は高い。
従って少なくともこの範囲での光エネルギーによる薄膜
の光透過率はかなり高いことが示された。図８にこれら
の光透過率と光エネルギーの関連を示した。この図には
薄膜酸化チタンの膜厚の影響も表わしている。膜厚が５
３０ｎｍから７４０ｎｍに大きくなると光透過率が落ち
るが、膜厚７４０ｎｍで照射光エネルギーが０.６９ｍ
Ｗ／cm²であっても光透過率は９６.３％と高い。

【００３８】一方、薄膜酸化チタンはそのバンドギャッ
プに相当する４００ｎｍ以下の紫外領域の光を吸収し、
紫外線カットを行うと同時に自らが光励起される二重効
果を示す。上記と同じ試料を用いて、蛍光ランプ外表面
位置での光エネルギーに含まれる各波長の光カット率を
測定した結果を図９に示す。バンドギャップ以上のエネ
ルギーを持つ３６５ｎｍの光は確かに吸収されている
〔図９（ａ）〕。一方、４００ｎｍより長い波長で紫外
領域から外れる４０５ｎｍおよび４３６ｎｍになると、
光が吸収されてないことも示されている〔図９（ｂ)，
(ｃ）〕。これらの結果は酸化チタンの特性である。３
６５ｎｍ波長の光カット率(紫外光カット率)の膜厚の影
響については、０.５３μで１１％，０.７４μで２５％
となり、膜厚増加に伴い紫外線カット効果が向上する。
また、図９に示す値はガラス基板の両面に形成された薄
膜酸化チタン効果を二分したもので、従って両面を含め
れば０.７４μ で５０％の紫外線カット率となる。

【００３９】実施例２薄膜酸化チタンによる防汚，脱臭，抗菌試験。

【００４０】ガラス基板薄膜酸化チタン(膜厚０.５３
μ）の表面にサラダ油を塗布した後、初期重量を測定
し、蛍光ランプ光照射下でのサラダ油の重量減少を測定
した。大気中での測定結果を図１０に示す。反応開始後
２時間で表面のサラダ油は酸化分解して消滅した。ま
た、これによってセルフクリーニング効果が確認され
た。即ち、サラダ油の分解後、薄膜酸化チタン表面上に
分解生成物が残らず、もとの清浄表面になっていた。長
鎖の炭化水素からなるサラダ油は逐次炭素結合が切れて
酸化され、最終的に炭酸ガスと水に変換されると推察さ
れる。このように本試料は油を分解して表面の防汚を行
うことができることが示された。一般に表面のほこりの
蓄積は、まず空気中の油成分が表面に吸着し、そこにほ
こりが付着し易いためと考えられる。従って油成分の分
解は汚れの防止に役立つことになる。

【００４１】上記と同じ試料による脱臭効果を測定し
た。この測定は閉鎖循環系の実験システムで行った。本
システムでは反応容器として微量成分が内壁に吸着しな
い不活性材料を使い、また油を使わないベローズ循環ポ
ンプによる気相の撹拌を行った。試料を固定するサンプ
ルホルダーを中心部に設置し、光は反応器の外から光透
過性の特殊な窓を通して試料に照射した。反応器に直結
しているサンプリングバルブを介して大気圧マス（大気
圧にある気相のサンプルをガスクロ質量分析系に送り込
む装置）に連結し、気相内の有害成分の時間的濃度変化
を追跡した。図１１に蛍光ランプ照射下でのアンモニア
ガスの分解反応の結果を示す。この時の試料表面位置で
の全光エネルギーは１.５ｍＷ／cm²で、３６５ｎｍの波
長の光エネルギーは２０μＷ／cm²であった。これによ
って約５時間でアンモニア分解が終了したことを確認し
た。アンモニアの分解反応はアンモニアが最終的に窒素
と水に変換されると考えられる。更に、同じ試料を用い
て、試料をｐＨ９のアンモニア水溶液を含む容器に上向
きに水面近傍に浸し、上から蛍光ランプの光を照射する
ことにより、ｐＨが中性の７によることを観察した。こ
れはアンモニア水が分解したことを示している。

【００４２】更に、同じ試料を用いて、抗菌実験を行っ
た。菌は室内の空中総生菌である。測定に使われたシス
テムは上記と同じものである。光源も同様の蛍光ランプ
であり、従って全光エネルギーおよび３６５ｎｍの光エ
ネルギーは上記と同値である。測定は、室内の空気を反
応システム内に封じ込み、一定時間光触媒反応を行った
後に一定時間菌を採取するという方法を取った。菌の採
取はその都度新しいサンプラーを循環系内に設置して、
バイパス方式で行った。次にサンプラーに培養液を加え
て３０℃に設定されたインキュベーター内で４８時間培
養した後、菌のコロニーを数えた。図１２に結果を示
す。初期９個のコロニーが４時間後に死滅している。こ
の実験結果から、蛍光ランプ照射下で薄膜酸化チタンが
抗菌反応を起すことが確認された。更に、同じ試料をカ
ビ菌を含む水溶液に上向きに水面近傍に浸し、蛍光ラン
プの光を照射した後にカビ菌の減少を観察し減少してい
ることを確実した。

【００４３】なお、薄膜製造時の焼成温度が４５０℃よ
りも低い場合には、酸化チタンの結晶構造は無定形にな
り、６００℃よりも高い場合にはルチル型になる。これ
らの結晶構造ではアナターゼ型に見られるような効果は
得られない。

【００４４】実施例３薄膜酸化鉄の製造方法と物性評価。

【００４５】硝酸鉄とエチレングリコールに硝酸を加え
た溶液をゾル液とした。このゾル液を蛍光ランプ用ガラ
ス管と同じガラス基板の表面にコーティングして、１０
０℃での乾燥から始め、６００℃の焼成でゾル・ゲル法
を完了した。これによって有色透明な薄膜の酸化鉄が得
られた。

【００４６】ガラス基板の外表面にゾル・ゲル法で形成
した厚さ５０ｎｍ（二次電子顕微鏡による断面ＳＥＭ像
にて確認）で光透過性の酸化鉄がアルファ型酸化第二鉄
（α−Ｆｅ₂Ｏ₃）であることがエックス線回折パターン
で確認された。図１３に示す強度対２θのスペクトルに
おいて、アルファ型酸化鉄に特徴的な四つのピーク、即
ち２θの値が５１.９，３８.１，３４.０，３３.４での
ピークが見られた。この薄膜は上記の酸化チタンと同様
に２９０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲の光を透過す
る。更に、２９０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲の光を発
生する蛍光ランプを光源として使用し、光エネルギー測
定装置により測定したところ、図１４に示すように膜厚
５０ｎｍのα−Ｆｅ₂Ｏ₃は照射光エネルギーにあまり影
響されず７５％以上の光透過率を有していた。蛍光ラン
プの外表面位置での照射光エネルギーは２０.８ｍＷ／c
m²で、この時の光透過率は７５.８ｍＷ／cm²であった。
照射エネルギー２０.８ｍＷ／cm²で、膜厚が９０ｎｍ，
２６０ｎｍと増加すると光透過率は各々６４.８％，３
８.９％と低下する。

【００４７】一方、薄膜アルファ型酸化第二鉄はそのバ
ンドギャップに相当する５４０ｎｍ以下の光波長領域の
光を吸収する特性を持つ。図１５に示すように、３６５
ｎｍの紫外光のみならず、可視領域に入る４０５ｎｍお
よび４３６ｎｍの光も吸収して光励起する。この点が上
記の酸化チタンと異なる。３６５ｎｍの光カット率は膜
厚が５０ｎｍ，９０ｎｍ，２６０ｎｍと増加するに従
い、各膜厚に対応して６６.７％，８３.８％，１００％
と向上する。４０５ｎｍの場合の各膜厚に対応した光カ
ット率は６９.２６７％，８８.５％，１００％であっ
た。更に、４３６ｎｍの場合の各膜厚に対応した光カッ
ト率は６９.２％であった。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば光触媒に接触する居住空
間や乗物内の悪臭，菌類，汚れ成分などが、光触媒表面
に光照射によって発生する種々の活性種により分解し、
化学反応的に脱臭，抗菌，防汚を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】光触媒付き蛍光ランプの横断面図。

【図２】光触媒付き蛍光ランプの縦断面図。

【図３】二つの光触媒付き蛍光ランプによる相乗効果を
示す図。

【図４】複数の隣接および遠隔の場に位置する光触媒付
き蛍光ランプによる相乗効果を示す図。

【図５】薄膜光触媒の活性化を説明するための図。

【図６】ガラス基板上の薄膜酸化チタンの表面結晶構造
（レーザーラマンスペクトル）を示す図。

【図７】ガラス基板上の薄膜酸化チタンのバルク結晶構
造(エックス線解析スペクトル)を示す図。

【図８】ガラス基板上の薄膜酸化チタンの光透過率を示
す線図。

【図９】ガラス基板上の薄膜酸化チタンの紫外線カット
率を示す線図。

【図１０】ガラス基板上の薄膜酸化チタンによる防汚
（サラダ油の分解）効果を示す線図。

【図１１】ガラス基板上の薄膜酸化チタンによる脱臭
（アンモニアの分解）効果を示す線図。

【図１２】ガラス基板上の薄膜酸化チタンによる抗菌
（空中総生菌の殺菌）効果を示す線図。

【図１３】ガラス基板上の薄膜酸化鉄のバルク結晶構造
（エックス線解析スペクトル）を示す線図。

【図１４】ガラス基板上の薄膜酸化鉄の光透過率を示す
線図。

【図１５】ガラス基板上の薄膜酸化鉄の紫外線および可
視光カット率を示す線図。

【符号の説明】

１…ガラス管、２…光触媒膜、３…蛍光体膜、４…口
金、５…ピン。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０１Ｊ 23/745 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｊ 35/02 ＺＡＢＨＨ０１Ｊ 9/20 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３０１Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス管の外表面にアナターゼ型の結晶構
造を有する二酸化チタン或いはアルファ型の結晶構造を
有する酸化第二鉄からなり、光透過性で透明な光触媒膜
を有することを特徴とする光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項２】ガラス管の外表面にアナターゼ型の結晶構
造を有する二酸化チタン或いはアルファ型の結晶構造を
有する酸化第二鉄によって形成された光触媒膜を有し、
該光触媒膜が光透過性であり且つ光照射によって膜の内
部で発生した電子とホールが表面に移動することを特徴
とする光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項３】請求項１または２に記載の蛍光ランプにお
いて、前記光触媒膜が二酸化チタン或いは酸化第二鉄の
みによって形成されていることを特徴とする光触媒付き
蛍光ランプ。
【請求項４】請求項１または２に記載の蛍光ランプにお
いて、前記光触媒膜がゾル・ゲル法によって形成された
膜からなることを特徴とする光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項５】請求項１または２に記載の蛍光ランプにお
いて、前記光触媒膜の厚さが二酸化チタンよりなる光触
媒膜の場合に０.０２〜２μｍであり、酸化第二鉄より
なる光触媒膜の場合に０.０１〜０.１μｍであることを
特徴とする光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項６】請求項１または２に記載の蛍光ランプにお
いて、前記光触媒膜は二酸化チタン或いは酸化第二鉄の
結晶子が凝集して一枚の連続的結晶になっていることを
特徴とする光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項７】請求項１または２に記載の蛍光ランプにお
いて、前記光触媒膜は２９０ｎｍから１２００ｎｍまで
の波長領域の光を透過し、２９０ｎｍから７５０ｎｍま
での波長領域の光を９０％以上透過することを特徴とす
る光触媒付き蛍光ランプ。
【請求項８】ガラス管の外表面に二酸化チタン或いは酸
化第二鉄の原料を含むゾル液を接触させ、焼成してアナ
ターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタン或いはアルフ
ァ型の結晶構造を有する酸化第二鉄よりなる光触媒膜を
形成することを特徴とする光触媒付き蛍光ランプの製造
方法。
【請求項９】ガラス管の外表面にチタンのアルコキシド
と酸及びアルコールの混合物からなるゾル液を接触さ
せ、４５０〜６００℃の温度で焼成してアナターゼ型の
結晶構造を有する二酸化チタンよりなる光触媒膜を形成
することを特徴とする光触媒付き蛍光ランプの製造方
法。
【請求項１０】ガラス管の外表面に鉄の化合物とグリコ
ールと酸の混合物からなるゾル液を接触させ、５６０〜
７７０℃の温度で焼成してアルファ型の結晶構造を有す
る酸化第二鉄よりなる光触媒膜を形成することを特徴と
する光触媒付き蛍光ランプの製造方法。