JPH11270995A

JPH11270995A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH11270995A
Application number: JP7446998A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Watabe; 義人渡部; Katsumi Muroi; 克美室井; Takao Ishikawa; 敬郎石川; Tomoji Oishi; 知司大石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は，耐熱性の乏しい材料，例えば
プラスチックの上に高活性の光触媒を形成して抗菌，脱
臭および防汚効果を持たせた部材を空調機に配設し，通
風抵抗を増加させることなく光触媒を付加した熱交換装
置および空調機を提供することである。【解決手段】TiO₂微粒子を分散させた酸化物光触媒薄膜
中に，電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12n
mより小さい元素を添加して熱交換装置および空調機の
部材に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，酸化物光触媒薄膜
を備えた空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年，TiO₂光触媒を用いた有機物の分解
および抗菌・防臭材が注目を集めている。これはニュー
セラミックス(1996) NO.2,55に記載されているような半
導体光触媒の酸化還元反応を用いたもので，TiO₂薄膜を
セラミックスタイルに形成したものが提供されている。

【０００３】一方，成膜法としては，酸化物薄膜は基盤
上へのスパッタリングのような物理的方法によるもの
と，ゾルゲル法のような化学的方法によるものとがあ
る。前者は真空装置などを用いて低い温度で成膜が可能
である。後者はスピンコート，スプレーなど簡単な装置
で基板上に塗布し、通常数百℃の温度で処理することに
よって膜を得ることができる。抗菌・防臭用の材料であ
るTiO₂はアナターゼ型の結晶が有効であることが報告さ
れている。また，TiO₂にV，Fe等を添加して高性能化し
たものが報告されている。

【０００４】また，特開昭62-255741号公報あるいは特
開平1-234729号公報に記載されているように，光触媒を
光源とともに内部に配設した空気調和機がある。また，
特開平8-296992号公報に記載されているように，アルミ
フィン表面に光触媒をバインダを用いて塗布し，400℃
で焼き付けした熱交換器がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記技術を用いた場
合，耐熱性のない基材，例えばプラスチック上への酸化
物薄膜を形成するためには不十分な点がある。ゾルゲル
法により成膜したものには上記文献にも記載されている
抗菌・防臭材として抗菌タイルがあるが，数百℃の熱処
理が必要であり，耐熱性のない基板上への成膜は困難で
ある上に，性能が劣化した際交換する場合のコストが高
いという問題がある。また，有機物の分解等の分解速度
に不十分な点がある。

【０００６】一方，成膜法はスパッタリングのような物
理的方法では，真空装置等の大掛かりな装置が必要であ
り，高真空下において膜が形成されるため，酸化物光触
媒の組成比ずれが大きく，光触媒性能が悪化する。さら
に，有機材料を基板とする場合，逆スパッタされ基板に
ダメージを与え，基板の変形等を招く問題がある。ま
た，ゾルゲル法のような化学的方法においては，酸化物
微粒子を分散させたシリカゾルを用いた場合，耐熱性の
ない基板上への成膜は熱処理の温度が低いために十分な
焼結ができず，形成した酸化物膜の強度および耐水性が
不十分となる。

【０００７】また，TiO₂にFe，Vを添加したものについ
ても数百℃の高温処理を行って高性能化するため，耐熱
性の乏しい基板材料への応用が困難である。

【０００８】本発明の目的は，耐熱性の乏しい材料，例
えばプラスチックの上に高活性の光触媒を形成し，抗
菌，脱臭および防汚効果を持たせた部材を空気調和機に
配設し，通風抵抗を増加させることのない光触媒を付加
した空気調和機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）融点または分解温度が300℃以下の基材の上に，T
iO₂微粒子を分散させた酸化物光触媒薄膜を備えた部材
において，酸化物光触媒薄膜中に電気陰性度が1.6より
小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素を添加する
こと。

【００１０】（２）（１）において，Na，Li，K，Sr，M
g，Ca，Znのうち少なくとも一種類の元素を添加するこ
と。

【００１１】（３）（１）において，TiO₂微粒子の大き
さを5〜20nmとすること。

【００１２】（４）融点または分解温度が300℃以下の
基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化物光
触媒薄膜を備えた部材において，酸化物光触媒薄膜中に
電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより
小さい元素を添加し，TiO₂／SiO₂の重量比を9〜5とし，
前記電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nm
より小さい元素の添加量を0.5〜20wt％とすること。

【００１３】（５）（４）において，前記酸化物薄膜の
膜厚を100〜500nmとすること。

【００１４】（６）融点または分解温度が300℃以下の
基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化物光
触媒薄膜を備えた部材において，酸化物光触媒薄膜中に
電気陰性度が1.6より小さくイオン半径が0.12nmより小
さい元素を添加し，さらに少なくとも電子親和力が1.2
以上の金属元素から構成される酸化物半導体を主体とす
る酸化物微粒子を分散させ，前記酸化物半導体を主体と
する酸化物微粒子の添加量を2〜50wt％とすること。

【００１５】（７）融点または分解温度が300℃以下の
基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化物光
触媒薄膜を備えた部材において，表面より数えて第奇数
層のSiO₂中にTiO₂微粒子を分散させ，電気陰性度が1.6
より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素を添加
した酸化物光触媒薄膜を形成させ，表面より数えて第偶
数層には，少なくとも電子親和力が１.2以上の金属元素
から構成される酸化物半導体を主体とする酸化物微粒子
を分散させた酸化物薄膜を形成させ，積層構造とするこ
と。

【００１６】（８）（７）において，前記電子親和力が
1.2以上の金属元素から構成される酸化物半導体を主体
とする酸化物微粒子を分散させた酸化物薄膜にSn，Fe，
Crのうち少なくとも一種を混合すること。

【００１７】（９）TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸
化物光触媒薄膜を備えた部材において，酸化物光触媒薄
膜中に電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12n
mより小さい元素を添加し，さらに少なくともATO（アン
チモン添加酸化スズ）を主体とする酸化物微粒子を分散
させ，表面抵抗値が10⁹Ω／□以下で帯電防止機能を付
与すること。

【００１８】（１０） TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させ
た酸化物光触媒薄膜を備えた部材において，表面より数
えて第奇数層のSiO₂中にTiO₂微粒子を分散させ，電気陰
性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい
元素を添加した酸化物光触媒薄膜を形成し，表面より数
えて第偶数層には，ATO（アンチモン添加酸化スズ）を
主体とする酸化物微粒子を分散させ，表面抵抗値が10⁸
Ω／□以下で帯電防止機能を有している酸化物薄膜を形
成させ，積層構造とすること。

【００１９】（１１）融点あるいは分解温度が300℃以
下の基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化
物光触媒薄膜を備えた部材において，表面より数えて第
奇数層にはSiO₂中にTiO₂微粒子を分散させ，電気陰性度
が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素
を添加した酸化物光触媒薄膜を形成させ，表面より数え
て第偶数層には，Fe，Al，Zrのうち少なくとも一種を添
加した酸化物薄膜を形成させ，積層構造とすること。

【００２０】（１２）融点または分解温度が300℃以下
の基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化物
光触媒薄膜を備えた部材において，表面より数えて第奇
数層のSiO₂中にTiO₂微粒子を分散させ，電気陰性度が1.
6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素を添
加した酸化物光触媒薄膜を形成させ，表面より数えて第
偶数層には，ATO（アンチモン添加酸化スズ）を主体と
する酸化物微粒子を分散させ，表面抵抗値が10⁸Ω／□
以下で帯電防止機能を付与した酸化物薄膜中にFe，Al，
Zrのうち少なくとも一種を添加した酸化物薄膜を形成さ
せ，積層構造とすること。

【００２１】（１３）融点または分解温度が300℃以下
の基材の上に，TiO₂微粒子をSiO₂中に分散させた酸化物
光触媒薄膜を備えた部材において，酸化物光触媒薄膜中
に電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmよ
り小さい元素を添加し，さらにPt，Rh，Pd，Ag，Cu，Ni
のうち少なくとも一種を添加すること。

【００２２】（１４）基材がポリプロピレン等の場合，
本発明による光触媒薄膜が接着しにくくなる場合があ
り，その場合，紫外線照射，コロナ放電等を用いて基材
表面を改質するか，プライマを塗布してから上記の成膜
を行うこと。

【００２３】ところで，TiO₂は光触媒としての機能を有
し，有機物の分解に基づく抗菌・防臭・防汚の各作用を
持つ。その機能は半導体であるTiO₂に光，特に紫外線を
照射すると生じる電子とホールに起因する。半導体であ
るTiO₂はバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照
射されると，電子とホールを生成する。生成した電子と
ホールはTiO₂表面に吸着した水を分解してHラジカルとO
ラジカルを生成する。このOHラジカルが有機物と反応す
ることにより，有機物を分解することができる。この
ような機構で光触媒は有機物等を分解しているが，さら
に反応速度を大きくするには以下の二つの手段がある。
第１は一つの活性点の仕事量を大きくすることで，第２
は活性点の数を多くすることである。活性点の仕事量を
大きくするためには，TiO₂（アナターゼ）の結晶化を促
進することと電子とホールの再結合を防止することが有
効である。また，活性点の数を多くすることは，表面積
を拡大すること，すなわちTiO₂を微粒子化することによ
り達成できる。以上を満足することにより反応速度を拡
大することができる。しかし，TiO₂（アナターゼ）の結
晶化を促進することと表面積を拡大することは相反する
ことであり，両立は困難である。すなわち，結晶性を向
上させることは粒子径の増加を招き，表面積を低下させ
てしまう。したがって，結晶性を向上させる方向と表面
積を拡大する方向との間に最適域が存在する。多くの実
験結果より，その領域が5〜20nmであることを見出し
た。TiO₂微粒子を分散させる場合に無機バインダとして
使用する酸化物の種類を変えてもこの粒子径の範囲で分
解速度が大きくなった。

【００２４】電子とホールの再結合を防止することによ
り反応速度を向上させるには，電子とホールの分離効率
を上げることである。 TiO₂表面にはTi欠陥が存在す
る。この欠陥は電子とホールの再結合点となり，反応を
阻害する。ここに，イオン半径がTiと同程度のイオンを
添加して表面のTi欠陥に浸入させると，欠陥が消滅して
再結合点が減少する。さらに，添加したイオンは正イオ
ンとして存在するため，電子を引き付けてホールと分離
させ，有機物の酸化反応を促進させることができる。こ
のような効果を有する添加剤の条件として，電気陰性度
が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さいもの
が有効であることを示した。

【００２５】さらに，他の酸化物半導体微粒子の添加に
よっても高性能化できることを示した。これはキャリア
濃度の小さいTiO₂にキャリア濃度の大きい酸化物半導体
より，キャリアを注入することにより達成される。この
場合，酸化物半導体からTiO₂にキャリアが流れやすいよ
うにする必要がある。酸化物半導体の電子親和力がTi以
下であるとショットキーバリアが形成される。そのた
め，添加する材料は電子親和力が1.2eV以上である必要
がある。

【００２６】また，Fe，Al，Zrを添加するとTiO₂の光触
媒作用が失われることも見出した。有機物を主体とする
基板材料を用いた場合，光触媒作用により基板を分解し
てしまうという問題がある。そこで，本発明では，基板
と光触媒の間にバリア層を形成させることにした。この
バリア層にFe，Al，Zrを添加することにより，基板の分
解を完全に抑制することができる。そして，バリア層が
非常に高性能であるため，膜厚を薄くすることが可能と
なった。

【００２７】ATO等の導電性微粒子を添加した場合ある
いは積層した場合は，光触媒の性能を向上させるととも
に帯電防止機能を付与することができ，空気中に浮遊し
ているほこりなどの無機物の付着を防止し，より高性能
な防汚機能を提供できる。

【００２８】上記の手段を用いて，外装パネル等の耐熱
性の乏しい部材に抗菌，脱臭および防汚効果を持たせた
薄膜を形成させることにより，通風抵抗を増加させるこ
となく光触媒を付加した空気調和機を提供出来る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を具体
的に説明する。

【００３０】図１は本発明による一実施例を示す空気調
和機の概略断面図である。空気調和機は室内ユニット
１，室外ユニット２１およびそれらを連結する冷媒配管
１１，１１’より構成されている。室内ユニット１は熱
交換器２，ファン３，フィルタ４および吹出空気ダクト
５から成り，通常，吹出空気ダクト５の出口にはルーバ
８が設置してある。空気の吸込口は室内ユニット１の上
部および前面に設けてある。本実施例では，室内ユニッ
ト１の前面吸気口６が薄いハニカム状となっていて，開
口率が高く，外部の光を内部に取り入れやすくなってい
る。そして，前面吸気口６には前面開閉パネル７が付設
してある。この前面開閉パネル７は，運転時には上方に
移動して前面吸気口６を開き，停止時には前面吸気口６
の前方に移動して前面吸気口６を閉じるようになってい
る。熱交換器２はドレイン９，９’の上の設置してあ
り，冷房運転時に熱交換器２に発生する凝縮水をドレイ
ン９，９’で受けて排水するようになっている。

【００３１】後述する光触媒薄膜は室内ユニット１の部
材に塗布することができるが，本実施例の場合，塗布位
置として，外部の光が当たりやすい前面吸気口６，ルー
バ８あるいは室内ユニット１の外装カバーが効果的であ
る。また，光量が若干減少するが，フィルタ４あるいは
吹出空気ダクト５も有効である。また，前面開閉パネル
７は停止時に前面吸気口６の前方に露出することから，
光触媒薄膜の塗布位置として有効である。

【００３２】前面吸気口６および吹出空気ダクト５の下
流端に位置するルーバ８には流速の速い空気が衝突する
ため，従来から，ほこりやタバコのヤニが特に付着しや
すいことが問題となっていた。特に，ルーバ８に付着す
る汚れはフィルタ４において除去できずに通過する微粒
子である。空調機の場合，風量低下を避けるため，フィ
ルタ４は比較的目の粗いものを使用する場合が多く，空
気中の微粒子を除去することは困難である。したがっ
て，前面吸気口６およびルーバ８に光触媒薄膜を塗布す
ることは防汚の観点から特に有効である。

【００３３】一方，室外ユニット２１は熱交換器２２，
ファン２３およびファンダクト２４から成っている。通
常，室外ユニット２１内部には圧縮機１２および膨張弁
１３が設置してあるが，この図では，冷媒回路をわかり
やすくするため，外部に記載してある。

【００３４】図２は本発明による他の実施例を示す空気
調和機の室内ユニットの概略断面図である。本実施例
は，室内ユニット１内部のフィルタ４の上流側に紫外線
ランプ１０を設置したものである。この紫外線ランプ１
０は熱交換器２の上流側に設置した光触媒薄膜（例え
ば，室内ユニット外装パネルの内面，フィルタ４，前面
開閉パネル７の裏面）に光を供給することができる。

【００３５】図３は本発明による他の実施例を示す空気
調和機の室内ユニットの概略断面図である。本実施例
は，室内ユニット１内部の熱交換器２の下流側に紫外線
ランプ１０を設置したものである。この紫外線ランプ１
０により熱交換器２の下流側に設置した光触媒薄膜（例
えば，ファン３あるいは吹出空気ダクト５の表面）に光
を供給することができる。

【００３６】図４は室内ユニット１の運転時における正
面図である。前面吸気口６およびルーバ８が露出してい
る。本実施例では，室内ユニット１の前面吸気口６が薄
いハニカム状となっていて，開口率が高く，外部の光を
内部に取り入れやすくなっている。

【００３７】図５は本発明による一実施例を示す室内ユ
ニットの運転時における正面図である。室内ユニット１
の前面吸気口６’はルーバ状になっている。本実施例で
は，この前面吸気口６’の機械的強度を保つため，部材
を厚くし，図４のハニカムに比べて開口率を小さくする
必要がある。

【００３８】以上のように，従来から空気調和機に配設
されている部材に光触媒薄膜を形成させることにより，
通風抵抗を増加させることなく，抗菌，脱臭および防汚
効果を持たせた空調機とすることができる。

【００３９】ところで，光触媒薄膜はO₂あるいはH₂Oか
らOラジカル，HラジカルあるいはOHラジカルを生成する
作用を有するが，空調機に適用した場合，室内の湿度が
比較的低く保たれるため，H₂Oの供給が不足しやすくな
る。これを補うため，液体の水を接触させる方法があ
る。本発明による光触媒薄膜は剥離しにくく，布，スポ
ンジ等により拭き掃除を行うことが可能である。光触媒
薄膜は多孔質であるため，拭き掃除の際，布，スポンジ
等の吸水性用具を湿らせて拭くことにより光触媒薄膜に
多量の水分を供給することができる。したがって，空調
機の手入れとして，付着するほこりを除去すると同時に
水分を供給することにより，光触媒の効果を高めること
ができる。水洗いによる手入れも同様の効果をもたら
す。

【００４０】以下，本発明による酸化物光触媒薄膜の製
造工程について実施例を用いて説明する。

【００４１】（実施例１）SiO₂ゾル中にTiO₂微粒子を分
散させた溶液を作製した。そして，この溶液を用いてPE
T（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にTiO₂膜
を形成させ，図６に示すPETフィルムを製造したもので
ある。以下にその製造の手順を図６を用いて説明する。

【００４２】まず， 5gのテトラエトキシシランを100ml
の水／エタノール／プロパノール(3:27:70)混合溶液中
に溶解し，40℃で５時間程度攪拌した。得られた溶液は
室温で２週間放置してSiO₂ゾルとした。

【００４３】つぎに，SiO₂ゾル中にTiO₂微粒子を重量比
でTiO₂／SiO₂=9として添加した。そして，固形分濃度が
所定量の水を加えて4wt％となるように調整した。その
後，5mmφのジルコニアボールを用いてSiO₂ゾル中にTiO
₂微粒子を分散させるために24時間ボールミルで処理
し，SiO₂ゾル中にTiO₂微粒子を分散させた溶液を製造し
た。

【００４４】PETフィルム１０１に作製したTiO₂微粒子
分散SiO₂ゾルをコートし，120℃で低圧水銀ランプ（強
度：15mW/cm²）を５分間照射してSiO₂膜１０２中にTiO₂
微粒子１０３が分散したTiO₂分散SiO₂膜１０４を形成さ
せた。薄膜の膜質および強度は良好であり，膜厚は300n
mであった。SiO₂膜１０２には細孔１０５が多数存在
し，膜中のTiO₂微粒子１０３へのH₂Oの供給および生成
されるOラジカル，HラジカルおよびOHラジカルの放散は
円滑に行われる。

【００４５】図７はTiO₂の光触媒機能による有機物の分
解活性試験の一例である。活性試験は薄膜に赤紫系の有
機色素をコートして254nmで1mW/ cm²の光を照射して行
った。分解速度は初期の色素の透過率の変化量より求め
た。図７にその結果を示した。

【００４６】図７には比較のためTiO₂分散SiO₂膜付き，
膜なしおよびSiO₂膜の結果を示した。膜なしおよびSiO₂
膜ではほとんど色素量に変化はないが，TiO₂分散SiO₂膜
付きの場合は30分後に45％分解した。

【００４７】このように，光触媒機能を有したTiO₂分散
SiO₂膜付きPETフィルムを製造することができた。本発
明の成膜法は，120℃程度で製造が可能であり，プラス
チック材料への応用が可能である。通常のゾルゲル法で
は，400℃程度の温度が必要であるためプラスチック製
品への応用が困難であったり，TiO₂の結晶化に10分以上
の時間が必要である。一方，本発明の作製法は低温で成
膜が可能であるため，使用できる基材が豊富で，どのよ
うな表面にも光触媒が成膜できる。また，数分間という
短時間処理が可能で生産コストの大幅な低減が可能であ
る。

【００４８】つぎに，光触媒の性能向上のために，助触
媒添加を行った。先に作製したSiO₂ゾル中にTiO₂微粒子
を分散させた溶液中に各種硝酸塩を添加して，PETフィ
ルム上に成膜し，色素の分解反応を行った。結果を表１
に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】Na，Li，K，Mg，Ca，Sr，Zn添加の光触媒
が有効であり，Fe，Alは失活材となることがわかった。

【００５１】図８に電気陰性度に対して助触媒の添加効
果をプロットした結果を示す。電気陰性度が小さいもの
ほど効果があるが，特に，Li，Na，Mgが有効であること
から，電気陰性度だけでなくイオン半径も重要であるこ
とがわかった。図９には電気陰性度とイオン半径そして
分解速度の関係を示す。この図から，電気陰性度が1.6
より小さく，イオン半径が0.12nmより小さいものを添加
することが有効であることがわかった。

【００５２】（実施例２）SiO₂ゾル中に粒径の異なるTi
O₂微粒子を分散させた溶液を数種類製造した。なお，Ti
O₂／SiO₂比は重量比で9とし，Li添加量は5wt％として実
施例１と同様な操作でTiO₂分散SiO₂膜をPETフィルム上
に形成させ，有機色素を用いて10分後の分解率を調べ
た。

【００５３】

【表２】

【００５４】表２に作成した試料の各条件と試験結果を
示した。これらの結果から，分散したTiO₂粒子の大きさ
は，8〜10nmが最も有効であることがわかった。このよ
うに，粒子径により分解速度が変化し，さらにTiO₂／Si
O₂比を小さくするとTiO₂微粒子の最適粒子径は変化した
が，5〜15nmの範囲であれば分解速度は良好であった。
したがって，Li添加触媒のTiO₂粒子径は5〜15nmであれ
ば良いことがわかった。また，以上の結果はLi以外のN
a，K，Mg，Ca，Sr，Znについても同様であった。

【００５５】（実施例３）

【００５６】

【表３】

【００５７】表３にLi添加量，TiO₂／SiO₂を変化させた
場合の色素分解率および膜強度について調べた結果を示
した。なお，溶液の作製および成膜法は実施例1と同様
に行った。これらの結果から，分解率と強度ともに有効
である条件は，Li添加量が0.5〜20wt％で，TiO₂／SiO₂
が9〜5であることがわかった。

【００５８】

【表４】

【００５９】表４にはTiO₂／SiO₂および膜厚を変化させ
た場合の色素分解率および膜質について調べた結果を示
した。なお，溶液の製造および成膜法は実施例1と同様
に行ったが，膜厚は溶液の固形分濃度を0.5〜8wt％まで
変化させて調節した。

【００６０】結果は膜厚が100〜500nmであればTiO₂／Si
O₂比の影響を受けずに分解率，膜質とも良好であること
がわかった。

【００６１】以上の結果はLi以外のNa，K，Mg，Ca，S
r，Znについても同様であった。

【００６２】（実施例４）

【００６３】

【表５】

【００６４】表５にはTiO₂以外の酸化物半導体であるAT
O，ITO，ZnO，Fe₂O₃，Cr₂O₃微粒子を添加した場合の色
素分解率を調べた結果を示した。結果はATO，Fe₂O₃，Cr
₂O₃微粒子添加が有効であり，添加量はいずれの場合も
限定されないが，特に10〜20wt％が有効であった。ここ
で，各酸化物の構成元素の電子親和力を見ると以下のよ
うになり，1.2eV以上の電子親和力を有する構成元素を
用いた酸化物半導体を用いると有効であることがわかっ
た。

【００６５】

【表６】

【００６６】酸化物半導体の電子親和力がTiのそれより
小さい場合は，微粒子の粒子界面にはショットキーバリ
アが形成され，添加した酸化物半導体のキャリアをTiO₂
中に注入できず効果が現れない。これに対して，酸化物
半導体の電子親和力がTiのそれより大きい場合は，微粒
子の粒子界面にはショットキーバリアが形成されず，オ
ーミック接合となり，容易に酸化物半導体のキャリアを
TiO₂中に注入することができ，有効に機能する。特に有
効であったATOは，電子親和力はTiより若干小さいが，
その差がほとんどないため性能が向上した。これは導電
性酸化物であるATOのキャリア濃度が高く，ATOの大量の
キャリアがTiO₂中に注入され，光触媒の活性が向上した
ためである。さらに，このような酸化物半導体添加時に
おいてもLiの添加効果が高いことがわかった。

【００６７】

【表７】

【００６８】また，酸化物半導体の持つキャリアを有効
に利用する方法としては，微粒子添加だけでなく，積層
化もある。表６にはTiO₂／SiO₂膜とATO膜を積層した場
合の結果を示した。結果は積層が有効で，さらに，Liを
両方に添加することで，さらに性能が向上することを示
している。また，多数回交互に積層することも有効であ
ることがわかった。

【００６９】さらに，以上のようなATO添加ではATOが導
電性を有することから，作製した膜は低抵抗化すること
ができる。表面抵抗を測定するとATO添加膜は10⁸Ω／□
オーダであり，このような低抵抗膜は帯電防止機能を有
する。この帯電防止機能は，光触媒が，有機物の分解に
寄与するが，無機物には作用しないという欠点を補うも
のである。つまり，帯電防止機能により静電気で付着す
るような無機物の付着（例えばほこり）を防ぐことが可
能となる。したがって，防汚効果をさらに向上させるこ
とが可能となった。

【００７０】（実施例６）SiO₂ゾル中に粒子径5nmのTiO
₂微粒子を分散させた溶液を作製し，これにAg，Pt，P
d，Rh，Ni，Cu，RuO₂微粒子をそれぞれ，TiO₂に対して2
wt％添加した。なお，TiO₂／SiO₂比は重量比で9とし
た。作製したAg，RuO₂微粒子添加TiO₂分散ＳｉＯ_２ゾル
を用いて，実施例１と同様な操作でAg，Pt，Pd，Rh，N
i，Cu，RuO₂微粒子を添加したTiO₂分散SiO₂膜をPETフィ
ルム上に形成させ，有機色素の分解特性を調べた。結果
は表7に示したようにAg，Pt，Pd，Rh，Ni，Cu，RuO₂微
粒子添加により分解速度が大きくなっていることがわか
った。

【００７１】

【表８】

【００７２】（実施例７）実施例１で作製したLi添加光
触媒とLi無添加光触媒について，蛍光燈，太陽光，白熱
ランプ，水銀灯を用いて，タバコのヤニ，アセトアルデ
ヒド，尿素，大腸菌の分解特性を比較した。その結果，
Li添加光触媒はいずれのランプを用いても，タバコのヤ
ニ，アセトアルデヒド，尿素，大腸菌の分解特性が，Li
無添加光触媒の3〜5倍となることがわかった。このよう
にLi添加触媒は，紫外線ランプだけでなく，生活環境下
で使用するランプで十分な作用を示すことがわかった。
また，Li以外のNa，K，Mg，Ca，Sr，Znを添加した場合
も同様な作用を示した。

【００７３】

【表９】

【００７４】（実施例８）実施例１で作製したLi添加Ti
O₂分散SiO₂膜は，PETフィルム上に直接成膜すると，光
触媒作用により基材のPETフィルムにダメージを与えて
しまう。そこで，実施例1で作製したLi添加TiO₂分散SiO
₂膜をコートする際，PETフィルムとの間にSiO₂膜を1層
設けたフィルムを作製した。さらに，SiO₂膜中に光触媒
作用を失活させる成分，Al，Fe，Zrの各硝酸塩を添加し
た試料，あるいはLi添加TiO₂分散SiO₂膜中にATOを添加
した試料を作製し，各種試験を行った。その結果は表１
０に示した。

【００７５】

【表１０】

【００７６】結果は，Li添加TiO₂分散SiO₂膜とPETフィ
ルムの間にバリア層としてSiO₂膜を１層設けることによ
り，長期間使用しても膜の剥離を防止することができ
た。さらに，SiO₂膜中にAl，Fe，Zrを添加することによ
り光触媒活性を完全に失活させることができ，接着強度
を維持できることがわかった。また，ATO添加膜では帯
電防止機能が加わり，ほこり等の付着も抑制でき，有機
物の分解だけでなく無機物の付着も防止でき，より優れ
た防汚効果を有したフィルムを作製することができた。

【００７７】なお，基材がポリプロピレン等の場合，本
発明による光触媒薄膜が接着しにくくなる場合があり，
その場合，紫外線照射，コロナ放電等を用いて基材表面
を改質するか，プライマを塗布してから上記の成膜を行
うとよい。これらの前処理を行った結果，基材表面に微
細な凹凸を形成することができ，ほこり等の付着を一層
抑制して，防汚効果を向上させることができた。

【００７８】図１０は本発明による他の実施例を示す空
気調和機の概略断面図である。本実施例においては，室
外ユニット２１に集光器１１１を設置し，光ファイバケ
ーブル１１２を介して発光部１１３から室内ユニット１
内に太陽光を導入することができるようになっている。
光ファイバケーブル１１２は冷媒配管１１および１１’
とともに束ねてあり，穴１１４を貫通させて室内ユニッ
ト１と室外ユニット２１とを連結してある。このため，
穴１１４は従来と同様に１か所とすることができる。ま
た，発光部１１３は本図のように熱交換器２の上流側に
設置することもできるし，図３の紫外線ランプ１０の位
置と同様に熱交換器２の下流側に設置することもでき
る。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば，耐熱性の乏しい材料，
例えばプラスチックの上に高活性の光触媒を形成して抗
菌，脱臭および防汚効果を持たせた部材を空調機に配設
し，通風抵抗を増加させることなく光触媒を付加した熱
交換装置および空調機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す空気調和機の概略断面
図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す室内ユニットの断面
図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す室内ユニットの断面
図である。

【図４】本発明の一実施例を示す室内ユニットの正面図
である。

【図５】本発明の一実施例を示す室内ユニットの正面図
である。

【図６】本発明によるプラスチックフィルム上に形成し
たTiO₂分散SiO₂積層膜の構造図である。

【図７】本発明によるTiO₂分散SiO₂積層膜の有機色素の
分解試験結果である。

【図８】本発明によるTiO₂分散SiO₂積層膜への助触媒添
加効果を示した図である。

【図９】本発明によるTiO₂分散SiO₂積層膜へ添加した助
触媒の電気陰性度とイオン半径に対する効果の有無を示
した図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す空気調和機の概略
断面図である。

【符号の説明】

１…室内ユニット，２…熱交換器，３…ファン，４…フ
ィルタ，５…吹出空気ダクト，６…前面吸気口，７…前
面開閉パネル，８…ルーバ，９…紫外線ランプ，１１…
冷媒配管，１２…圧縮機，１３…膨張弁，２１…室外ユ
ニット，２２…熱交換器，２３…ファン，２４…ファン
ダクト，２５…風向，１０１…PETフィルム，１０２…S
iO₂，１０３…TiO₂，１０４…TiO₂分散SiO₂膜，１０４
…SiO₂膜内の細孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大石知司茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】融点または分解温度が300℃以下の基材の
上に，TiO₂微粒子が分散してある酸化物光触媒薄膜を備
えた部材であって、酸化物光触媒薄膜中に電気陰性度が
1.6より小さくイオン半径が0.12nmより小さい元素を添
加した部材を具備した空気調和機。
【請求項２】請求項１において、前記酸化物光触媒薄膜
に添加した元素が，Na，Li，K，Sr，Mg，Ca，Znのうち
少なくとも一種類である部材を具備した空気調和機。
【請求項３】請求項１または２において、前記TiO₂微粒
子の大きさが5〜20nmである部材を具備した空気調和
機。
【請求項４】融点または分解温度が300℃以下の基材の
上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光触媒
薄膜を備えた部材であって，酸化物光触媒薄膜中に電気
陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さ
い元素が添加してあって，TiO₂／SiO₂の重量比が9〜5で
ある部材を具備した空気調和機。
【請求項５】請求項４において、電気陰性度が1.6より
小さく，イオン半径が0.12nmより小さい前記元素の添加
量が0.5〜20wt％である部材を具備した空気調和機。
【請求項６】請求項４または５において、前記酸化物光
触媒薄膜の膜厚が100〜500nmである部材を具備した空気
調和機。
【請求項７】融点または分解温度が300℃以下の基材の
上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光触媒
薄膜を備えた部材であって，酸化物光触媒薄膜中に電気
陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さ
い元素が添加してあって，さらに少なくとも電子親和力
が1.2以上の金属元素から構成される酸化物半導体を主
体とする酸化物微粒子が分散した部材を具備した空気調
和機。
【請求項８】請求項７において、前記酸化物半導体を主
体とする酸化物微粒子の添加量が2〜50wt％である部材
を具備した空気調和機。
【請求項９】融点または分解温度が300℃以下の基材の
上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光触媒
薄膜を備えた部材であって，表面より数えて第奇数層の
SiO₂中にTiO₂微粒子が分散してあり，電気陰性度が1.6
より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素が添加
してある酸化物光触媒薄膜が形成してあって，表面より
数えて第偶数層には，少なくとも電子親和力が1.2以上
の金属元素から構成される酸化物半導体を主体とする酸
化物微粒子が分散してある酸化物薄膜が形成してあっ
て，積層構造を有した部材を具備した空気調和機。
【請求項１０】請求項７ないし９のいずれかのものにお
いて、電子親和力が1.2以上の金属元素から構成される
酸化物半導体を主体とする前記酸化物微粒子が分散して
ある酸化物薄膜がSn，Fe，Crのうち少なくとも一種から
構成される部材を具備した空気調和機。
【請求項１１】TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化
物光触媒薄膜を備えた部材において，酸化物光触媒薄膜
中に電気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nm
より小さい元素が添加してあって，さらに少なくともAT
O（アンチモン添加酸化スズ）を主体とする酸化物微粒
子が分散してあって，表面抵抗値が10⁹Ω／□以下で帯
電防止機能を有している部材を具備した空気調和機。
【請求項１２】TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化
物光触媒薄膜を備えた部材において，表面より数えて第
奇数層のSiO₂中にTiO₂微粒子が分散してあり，電気陰性
度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元
素が添加してある酸化物光触媒薄膜が形成してあって，
表面より数えて第偶数層には，ATO（アンチモン添加酸
化スズ）を主体とする酸化物微粒子が分散してあり，表
面抵抗値が10⁸Ω／□以下で帯電防止機能を有している
酸化物薄膜が形成してあり，積層構造を有した部材を具
備した空気調和機。
【請求項１３】融点あるいは分解温度が300℃以下の基
材の上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光
触媒薄膜を備えた部材であって，表面より数えて第奇数
層にはSiO₂中にTiO₂微粒子が分散してあって，電気陰性
度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元
素を添加した酸化物光触媒薄膜が形成してあって，表面
より数えて第偶数層には，Fe，Al，Zrのうち少なくとも
一種が添加してある酸化物薄膜が形成してあって，積層
構造を有した部材を具備した空気調和機。
【請求項１４】融点または分解温度が300℃以下の基材
の上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光触
媒薄膜を備えた部材であって，表面より数えて第奇数層
のSiO₂中にTiO₂微粒子が分散してあり，電気陰性度が1.
6より小さく，イオン半径が0.12nmより小さい元素が添
加してある酸化物光触媒薄膜が形成してあって，表面よ
り数えて第偶数層には，ATO（アンチモン添加酸化ス
ズ）を主体とする酸化物微粒子が分散してあって，表面
抵抗値が10⁸Ω／□以下で帯電防止機能を付与した酸化
物薄膜中にFe，Al，Zrのうち少なくとも一種が添加して
ある酸化物薄膜が形成してあり，積層構造を有した部材
を具備した空気調和機。
【請求項１５】融点または分解温度が300℃以下の基材
の上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散してある酸化物光触
媒薄膜を備えた部材であって，酸化物光触媒薄膜中に電
気陰性度が1.6より小さく，イオン半径が0.12nmより小
さい元素が添加してあり，さらにPt，Rh，Pd，Ag，Cu，
Niのうち少なくとも一種が添加してある部材を具備した
空気調和機。
【請求項１６】請求項１ないし１５のいずれかのものに
おいて、表面に凹凸を形成させた，融点または分解温度
が300℃以下の基材の上に，TiO₂微粒子がSiO₂中に分散
してある酸化物光触媒薄膜を備えた部材を具備した空気
調和機。
【請求項１７】請求項１ないし１６のいずれかのものに
おいて、空気調和機の内部に取付けられたファン，フィ
ルタ，空気吹出ダクト，ドレインおよび外装部材の一部
に酸化物光触媒薄膜を配設した空気調和機。
【請求項１８】請求項１ないし１６のいずれかのものに
おいて、空気吸込部およびルーバの一部に酸化物光触媒
薄膜を配設した空気調和機。
【請求項１９】請求項１８において、室外側に集光部を
設置し，光ファイバケーブルにより室内機内部に光を導
入した空気調和機。
【請求項２０】請求項１９において、光ファイバケーブ
ルを，室内機と室外機を連結する冷媒配管を通すための
穴に通した空気調和機。