JPH11188089A

JPH11188089A - 光触媒体および照明器具

Info

Publication number: JPH11188089A
Application number: JP9359653A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamata; 博士鎌田; Tsutomu Watanabe; 力渡辺; Hisashi Honda; 久司本田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】基体が金属または金属光沢を有するものであっ
たとしても、干渉色を生じないとともに、表面が平滑で
基体の光学反射特性を阻害しない光触媒体およびこれを
用いた照明器具を提供する。【解決手段】光触媒物質球状微粒子が分散された光触媒
膜を基体に形成してなる光触媒体である。光触媒物質球
状微粒子は、微粒子間の接触面積が小さいので、凝集し
にくく、分散性に優れている。得られた光触媒膜は、そ
の充填密度が向上するため、屈折率が通常の光触媒物質
微粒子を分散した光触媒膜大きいが、金属アルコキシド
から生成したのみの光触媒膜より小さい。さらに、金属
酸化物の添加により光触媒膜の屈折率を小さくすること
ができる。また、膜表面の平滑性が著しく向上するた
め、光触媒膜の透過鋼および基体からの反射光の減衰が
少なくなる。さらに、金属酸化物微粒子を添加すること
により、光触媒膜の屈折率を所望に小さくすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光触媒体およびこれ
を用いた照明器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】消臭、防汚およびまたは抗菌を行うため
に、光触媒膜を用いること知られている。

【０００３】光触媒膜は、紫外線照射を受けて、その光
エネルギーを吸収すると、電離して電子とホールが生成
する。電子とホールは、膜表面にある酸素や水と反応し
て活性酸素を生じ、有機物からなる汚れや臭いなどの成
分を酸化還元する。

【０００４】近時、光触媒膜の有用性に注目して、建
材、照明器具およびランプなど幅広い物品に光触媒膜を
形成しようとする動きが活発である。

【０００５】出願人は、先に光触媒膜中にシリカなどの
金属酸化物を添加して光触媒膜の屈折率を小さくして基
体のガラスとほぼ同等にすることにより、光透過率が良
好で干渉色を生じにくいとともに、光触媒膜焼成中に基
体のガラスからナトリウムが浸出して光触媒作用が低下
するようなことがない光触媒体を特願平９−１４０３７
２号出願において提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した出願において
は、基体がガラスの場合には、確かにすぐれた光触媒体
を提供できるが、特に基体が金属または金属光沢のある
部材の場合には、なお干渉色を生じやすいなどの不都合
のあることが分かった。

【０００７】すなわち、金属などの基体に上記の光触媒
膜を形成すると、基体の金属の反射光が光触媒膜の屈折
率に応じて変化するため、干渉色を生じやすい。

【０００８】また、光触媒膜を焼成して形成する際に、
基体の金属が酸化して反射率が低下しないようにする必
要から、焼成温度を所要の高温度にすることができない
ために、形成された光触媒膜の表面の平滑性が十分でな
く、金属面の光学反射特性を阻害しやすいという問題も
ある。

【０００９】本発明は、干渉色を生じないとともに、表
面が平滑で基体の光学反射特性を阻害しない光触媒体お
よびこれを用いた照明器具を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の光触媒
体は、基体と；光触媒物質球状微粒子が分散されて基体
に形成された光触媒膜と；を具備していることを特徴と
している。

【００１１】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１２】光触媒物質について光触媒物質としては、以下のものがある。ＴｉＯ₂、Ｗ
Ｏ₃、ＬａＲｈＰ₃、ＦｅＴｉＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｄＦｅ₂
Ｏ₄、ＳｒＴｉＯ₃、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｒｕ
Ｏ₂、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＭｏＳ₃、ＬａＲｈＯ₃、ＣｄＦ
ｅＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＭｏＳ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＣｄＯ、ＳｎＯ
₂などである。これらの物質を１種または複数種を混合
して用いることができる。

【００１３】なお、ＴｉＯ₂、ＷＯ₃、ＳｒＴｉＯ₂、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃、ＣｄＳ、ＭｏＳ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＭｏＳ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＣｄＯなどは等価電子帯のレドックス・ポテンシ
ャルの絶対値が伝導帯のレドックス・ポテンシャルの絶
対値よりも大きいため、酸化力の方が還元力よりも大き
く、有機化合物の分解による消臭作用、防汚作用または
抗菌作用に優れている。

【００１４】また、原料コストの面においては、ＴｉＯ
₂、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＺｎＯが優れている。

【００１５】以上の各光触媒物質の中で現在最も有望視
されているのは、ＴｉＯ₂すなわち酸化チタンである。
酸化チタンは、光触媒作用が顕著であるとともに、工業
的に合理的な価格で、しかも必要量を入手できる物質で
あるからである。

【００１６】酸化チタンには、ルチル形とアナターゼ形
の結晶構造があり、アナターゼ形の方が光触媒作用に優
れている。

【００１７】本発明において、光触媒物膜は、たとえば
金属アルコキシドから生成した緻密な光触媒膜中に光触
媒物質球状微粒子が分散し、金属酸化物が添加されてい
る。したがって、光触媒膜および光触媒物質球状微粒子
が前記光触媒物質を含んでいる。金属アルコキシドから
生成した光触媒膜は、光触媒物質球状微粒子またはおよ
び金属酸化物微粒子に対する結着材としても作用する。

【００１８】次に、光触媒物質球状微粒子は、光触媒物
質からなる微粒子の表面がほぼ球状をなしているものを
いうが、本発明においては便宜上その比表面積がＢＥＴ
法による測定で４０〜５０ｍ²／ｇの範囲にあるものを
球状であるとすることができる。

【００１９】そうして、光触媒物質球状微粒子は、その
形状のために微粒子間の接触面積が小さいので、凝集し
にくく、分散性に優れているという特徴がある。たとえ
ば上記したように金属アルコキシドを含み、さらに光触
媒物質球状微粒子を分散させ、金属酸化物を微粒子また
は有機化合物の形で添加した塗布液を調整し、塗布・焼
成を経て形成した光触媒膜には、光触媒物質球状微粒子
がほぼ均一に分散している。そして、得られた光触媒膜
は、その充填密度が向上するため、屈折率が通常の非球
状の光触媒物質微粒子を分散した光触媒膜よりは大き
い。しかし、金属アルコキシドから生成したのみの光触
媒膜よりは小さい。

【００２０】また、光触媒物質球状微粒子を分散させて
得た光触媒膜は、膜表面の平滑性が著しく向上するとい
う特徴がある。このため、光触媒膜の透過光および基体
からの反射光の減衰が少なくなる。

【００２１】さらに、光触媒物質球状微粒子の分散によ
り平滑性が向上することに伴い、光触媒膜を焼成工程を
経て形成する場合に、焼成温度を低くすることが可能に
なる。このため、基体が金属である場合には、基体が酸
化しない温度で焼成できるようになる。

【００２２】さらにまた、光触媒物質球状微粒子を光触
媒物質中に分散させる割合は、重量比で１５〜５０％の
範囲であるのが好ましい。

【００２３】光触媒物質球状微粒子が１５％未満では上
記した光学特性の改善の効果が少ない。

【００２４】また、上記割合が５０％を超えると、光触
媒膜の機械的強度が小さくなる。

【００２５】したがって、本発明によれば、光触媒物質
球状微粒子を光触媒膜中に分散させることに伴う作用
と、金属酸化物を添加することによる上記作用とが併せ
生じることにより、基体の光学特性を阻害しないものと
なる。

【００２６】光触媒膜の厚さは、好ましくは１０〜３０
０ｎｍの範囲である。１０ｎｍ未満では光触媒作用が少
なくなる。また、３００ｎｍを超えると、光透過率が低
下する。

【００２７】基体について基体は、光触媒膜を担持するもので、本発明において
は、金属または表面が金属光沢を有する基体である場合
に、特に顕著な効果を奏する。

【００２８】金属としては、たとえばアルミニウム、ス
テンレス鋼、クロム鍍金した鉄および銅などを用いるこ
とができる。なお、金属の表面にたとえば陽極酸化被
膜、シリカ膜などの保護膜を形成した上に光触媒膜を形
成することができる。

【００２９】金属光沢を呈する物質としては、たとえば
合成樹脂、ガラスおよびセラミックスなどの非金属の表
面に金属を被着させてなるような物質であることを許容
する。

【００３０】しかしながら、光触媒作用および光学特性
において、その他の物質からなる基体であっても問題が
あるわけではないから、本発明において基体は、光触媒
膜を担持することができれば、特定の物質からなる基体
に限定されるものではない。

【００３１】また、基体は、元来光触媒とは直接関係な
い他の機能のために形成されるものであることを許容す
る。すなわち、基体は機能材であることを許容する。

【００３２】機能材としては、たとえばタイル、窓ガラ
ス、天井パネルなどの建築材や、厨房用および衛生用の
器材、家電機器、照明用器材、消臭用または集塵用フィ
ルターなどさまざまな任意所望の部材を基体とすること
ができる。

【００３３】基体の材料としては、金属、ガラス、セラ
ミックス（磁器を含む。）、陶器、石材、合成樹脂およ
び木材などであることを許容する。

【００３４】請求項２の発明の光触媒体は、請求項１記
載の光触媒体において、光触媒膜は、光触媒物質球状粒
子が分散された金属アルコキシドから生成されているこ
とを特徴としている。

【００３５】金属アルコキシドから生成した光触媒物質
は、緻密で屈折率が相対的に大きいが、これに光触媒物
質球状微粒子を添加することにより、屈折率を小さくす
ることができる。

【００３６】金属アルコキシドから光触媒物質を生成さ
せるには、たとえば金属アルコキシドとキレート剤とを
反応させ、エタノールなどの有機溶剤で希釈し、さらに
光触媒物質球状微粒子を分散させて塗布液を調整する。

【００３７】そうして、塗布液に基体をディップする
か、スプレーして、塗布液を基体に塗布する。塗布後４
００〜６００℃の温度で焼成する。焼成時に金属アルコ
キシドは、空気中の水分により加水分解して光触媒物質
を生成する。

【００３８】上記の構成の光触媒体は、光触媒膜の基体
に対する付着強度が良好であるから、耐久性に優れてい
る。

【００３９】請求項３の発明の光触媒体は、請求項１ま
たは２記載の光触媒体において、光触媒物質球状微粒子
は、粒径が１０〜１００ｎｍであることを特徴としてい
る。

【００４０】本発明は、光触媒物質の粒径の好ましい範
囲を規定している。

【００４１】光触媒物質球状微粒子の粒径が１０ｎｍ未
満であると、同微粒子の製造に困難さが増す。

【００４２】また、粒径が１００ｎｍを超えると、分散
性が悪くなるとともに光触媒膜の強度が低下しやすい。

【００４３】請求項４の発明の光触媒体は、請求項１な
いし３のいずれか一記載の光触媒体において、粒径が１
０〜１００ｎｍの微粒子からなる金属酸化物が添加され
ていることを特徴としている。

【００４４】本発明において、金属酸化物は、なるべく
透明質で、酸化チタンより屈折率が小さくて化学的に安
定な金属酸化物が適している。特にシリカおよびアルミ
ナのいずれか一方または両方を用いるのが好適である。

【００４５】また、金属酸化物は、塗布液中に有機化合
物の形で含有させ、焼成持に加水分解によって析出させ
てもよいし、最初から金属酸化物微粒子の形で分散させ
てもよい。

【００４６】さらに、金属酸化物微粒子の形で分散させ
る場合に、微粒子の形状は、球状および非球状のいずれ
でもよい。球状であると、光触媒膜中の分散性が相対的
に良好であるが、本発明の本質に影響はない。

【００４７】金属酸化物の添加量は、光触媒膜に対して
重量比で１０〜５０％の範囲であることが好ましい。

【００４８】添加量が１０％未満では屈折率の低下が十
分でない。

【００４９】また、５０％を超えると、光触媒作用特に
防汚作用の低下が顕著になる。

【００５０】金属酸化物微粒子の粒径が１０ｎｍ未満で
あると、同微粒子の製造に困難さが増す。

【００５１】また、粒径が１００ｎｍを超えると、分散
性が悪くなるとともに光触媒膜の強度が低下しやすい。

【００５２】そうして、金属酸化物が光触媒膜中に含ま
れていることにより、光触媒膜の屈折率を低下させるか
ら、可視光の散乱、反射を抑制する。

【００５３】請求項５の発明の光触媒体は、請求項４記
載の光触媒体において、光触媒物質は、酸化チタンを主
成分とし；金属酸化物は、シリカを主成分としている；
ことを特徴としている。

【００５４】本発明は、光触媒物質および金属酸化物の
好適な材料を規定している。

【００５５】なお、「主成分とする」とは、重量で過半
数が当該物質で構成されていれば、他の物質を副成分と
して含んでいてもよいという意味である。光触媒物質に
おいては、前述した各種の光触媒作用を呈する物質の中
から選択した物質を副成分とすることができる。また、
金属酸化物においては、たとえばアルミナを副成分とす
ることができる。

【００５６】請求項６の発明の照明器具は、制光手段を
備えた照明器具本体と；制光手段の少なくとも一部が基
体となって形成された請求項１ないし５のいずれか一記
載の光触媒体と；を具備していることを特徴としてい
る。

【００５７】本発明において、照明器具は、屋外用およ
び屋内用のいずれでもよい。

【００５８】制光体は、金属または金属光沢を呈する物
質からなるたとえば反射体、ルーバおよび遮光体などの
一部または任意の組み合わせであることを許容する。ま
た、制光体は、透光性を備えたたとえばグローブ、セー
ド、プリズム、透光性カバーおよびレンズなどのいずれ
か一部または任意の組み合わせであることを許容する。

【００５９】制光手段は、使用によりばい煙やたばこの
脂などの有機物からなる汚れがそこに付着すると、照明
器具としての光学性能が低下したり、外観が悪くなる
が、光触媒膜を形成しておくことにより、汚れが分解さ
れるので、光学性能の低下を抑制し、相対的に長期間に
わたり外観を良好に維持することができる。

【００６０】また、制光手段に接触した空気中の臭い物
質を分解することにより、室内の脱臭を行うこともでき
る。

【００６１】さらに、照明器具をたとえば冷蔵庫、エア
コンディショナー、空気清浄装置などに収納できる大き
さおよび構造にして、これらの機器に配設することによ
り、脱臭または殺菌手段とすることもできる。

【００６２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００６３】図１は、本発明の光触媒体の第１の実施形
態を示す概念的要部拡大断面図である。

【００６４】図において、１は基体、２は光触媒膜、３
は光触媒物質球状微粒子、４は金属酸化物微粒子であ
る。

【００６５】基体１は、ステンレス鋼から構成されてい
る。

【００６６】光触媒膜２は、以下の製造方法によって形
成した。

【００６７】すなわち、チタンアルコキシドおよびアセ
チルアセトンからなるキレート剤を反応させた液体と、
有機溶剤との混合液に、重量比で等量の光触媒物質球状
微粒子およびシリカの球状微粒子を分散させて塗布液を
調整した。光触媒物質球状粒子は、シーアイ化成（株）
製のＮ−ＴｉＯ₂を用いた。比表面積は、ＢＥＴ法によ
る測定で４５±５ｍ²／ｇである。

【００６８】次に、基体１の表面に塗布液をスプレイ法
により塗布した。

【００６９】その後、基体１を約５００℃の温度で焼成
して光触媒膜２を形成した。

【００７０】得られた光触媒膜２は、チタンアルコキシ
ドから生成した緻密な酸化チタンに対して、光触媒物質
球状微粒子が約２０％、金属酸化物微粒子が約２０％
で、光触媒膜２の波長５５ｎｍにおける屈折率は１．８
４であった。

【００７１】さらに、光触媒膜２を電子顕微鏡で観察し
たところ、光触媒物質球状微粒子３および金属酸化物微
粒子４は、均一に分散していた。

【００７２】また、本実施形態の基体１の可視光反射率
は８８％であった。なお、比較のために、光触媒物質球
状微粒子の代わりに通常の非球状の光触媒物質微粒子を
分散させた以外は、同一仕様の光触媒体を製作して比較
した結果、可視光反射率は８０％であった。

【００７３】なお、光触媒作用である光触媒活性はいず
れも優れていた。

【００７４】図９は、本発明の照明器具の一実施形態に
おけるトンネル用照明器具を示す斜視図である。

【００７５】図において、２１は照明器具本体、２２は
前面枠、２３は透光性ガラスカバー、２４はランプソケ
ット、２５は高圧放電ランプ、２６は反射板である。

【００７６】照明器具本体２１は、ステンレス板を前面
に開口部を備えた箱状に成形してなり、背面に取付金具
２１ａを備えている。

【００７７】前面枠２２は、ステンレス板を成形してな
り、中央に投光開口２２ａ、一側にヒンジ２２ｂ、他側
にラッチ（図示しない。）を備えている。そして、ヒン
ジ２ａにより、照明器具本体２１の前面側の一側部に開
閉自在に枢着され、ラッチにより閉止位置に固定される
ように構成されている。

【００７８】透光性ガラスカバー２３は、前面枠２２に
シリコーンゴム製のパッキング２ａを介して防水的に装
着されている。

【００７９】ランプソケット２４は、照明器具本体２１
内に配設されている。

【００８０】高圧放電ランプ２５は、３４０〜４００ｎ
ｍの波長範囲内において、可視光の光束１０００ｌｍ当
たり０．０５Ｗ以上の強度の紫外線を放射する。

【００８１】反射板２６は、高純度アルミニウムによっ
て形成されており、その反射面に図１に示す光触媒膜を
形成してある。

【００８２】また、反射板２６は、照明器具本体２１内
に配設されて、上記高圧放電ランプ２５から放射された
光が反射板２６で反射されて所要の配光特性を示すよう
に構成され、かつ配置されている。

【００８３】照明器具本体２１の反射板２６の背面側に
は、安定器、端子台などが配設されている。

【００８４】そうして、本実施形態の照明器具は、取付
金具２１ａを介してトンネル内に設置されて使用に供さ
れ、トンネル内を照明する。

【００８５】また、照明と同時に高圧放電ランプ２５か
ら放射される主として３４０〜４００ｎｍの波長範囲内
の紫外線は、可視光と一緒に反射板２６の反射面に入射
し、表面の光触媒膜を活性化させる。このため、反射面
に付着するばい煙などの有機物の汚れを分解してセルフ
クリーニングを行う。

【００８６】一方、可視光は反射面にて反射して透光性
ガラスカバー２３を通過して所定の配光を形成してトン
ネル内を照明する。

【００８７】

【発明の効果】請求項１ないし５の発明によれば、光触
媒物質球状微粒子を光触媒膜中に分散させたことによ
り、基体が金属または金属光沢を有するものであったと
しても、干渉色を生じないとともに、表面が平滑で基体
の光学反射特性を阻害しない光触媒体を提供することが
できる。

【００８８】請求項２の発明によれば、加えて光触媒膜
が金属アルコキシドから生成されていることにより、耐
久性に優れているとともに、焼成温度を低くして基体の
酸化を防止した光触媒体を提供することができる。

【００８９】請求項３の発明によれば、光触媒物質球状
微粒子が粒径１０〜１００ｎｍであることにより、分散
性に優れるとともに光触媒膜の強度も良好な光触媒体を
提供することができる。

【００９０】請求項４の発明によれば、加えて粒径１０
〜１００ｎｍの金属酸化物微粒子を添加したことによ
り、金属酸化物を微粒子の形で光触媒膜に分散させやす
い光触媒体を提供することができる。

【００９１】請求項５の発明によれば、光触媒物質が酸
化チタンを主成分とし、金属酸化物がシリカを主成分と
したことにより、最適な材料で構成されて光触媒作用の
優れた光触媒体を提供することができる。

【００９２】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５の効果を有する照明器具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒体の一実施形態を示す概念的要
部拡大断面図

【図２】本発明の照明器具の一実施形態におけるトンネ
ル用照明器具を示す斜視図

【符号の説明】

１…基体２…光触媒膜３…光触媒物質球状粒子４…金属酸化物微粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体と；光触媒物質球状微粒子が分散され
て基体に形成された光触媒膜と；を具備していることを
特徴とする光触媒体。
【請求項２】光触媒膜は、光触媒物質球状粒子が分散さ
れた金属アルコキシドから生成されていることを特徴と
する請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】光触媒物質球状微粒子は、粒径が１０〜１
００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載
の光触媒体。
【請求項４】粒径が１０〜１００ｎｍの微粒子からなる
金属酸化物が添加されていることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか一記載の光触媒体。
【請求項５】光触媒物質は、酸化チタンを主成分とし；
金属酸化物は、シリカを主成分としている；ことを特徴
とする請求項４記載の光触媒体。
【請求項６】制光手段を備えた照明器具本体と；制光手
段の少なくとも一部が基体となって形成された請求項１
ないし５のいずれか一記載の光触媒体と；を具備してい
ることを特徴とする照明器具。