JPH11342343A

JPH11342343A - 光触媒体、ランプおよび照明器具

Info

Publication number: JPH11342343A
Application number: JP10181000A
Authority: JP
Inventors: Akira Kawakatsu; 晃川勝
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 1999-12-14
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JP4016485B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超微粒子分散液コーティング法による光触媒膜
形成を改善して、光触媒膜の基体に対する付着性を向上
させるとともに、光透過率が良好な光触媒体、これを用
いたランプおよび照明器具を提供する。【解決手段】基体に表面に凹凸面を形成した金属酸化物
からなる下地層を介して酸化チタンの超微粒子を主体と
していて、下地層の凹凸面内に入り込み、かつ密着した
光触媒膜を形成する。また、下地層を金属酸化物からな
る多孔質なものにすると、その表面に凹凸面が形成され
る。下地層の凹部を基体の表面まで貫通させたり、光触
媒膜の表面に多数の貫通孔を備えた金属酸化物構造体層
を形成してもよい。金属酸化物としては、酸化ケイ素、
酸化チタンおよび酸化アルミニウムを用いることができ
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、これを用
いたランプおよび照明器具に関する。

【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、光触媒膜を構成して光触媒作
用を呈する半導体に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や他
の活性なラジカルなどを生じ、有機物からなる汚れや臭
いの成分を酸化還元して分解する。

【０００４】光触媒作用のある物質のうち、現在最も有
望視されているのは酸化チタンである。酸化チタンは、
光触媒作用が顕著であるとともに、安全で工業的に合理
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。

【０００５】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。

【０００６】光触媒膜の製造方法には種々あるが、いわ
ゆるディップ法と超微粒子分散液コーティング法とが一
般的に用いられている。

【０００７】いわゆるディップ法は、基体に光触媒膜を
構成する金属のアルコキシドたとえば光触媒膜が酸化チ
タンである場合には、チタンのアルコキシドを含む塗布
液を塗布し、４００〜５００℃の温度で焼成して光触媒
膜を形成する方法である。この製造方法により得られた
光触媒膜は、膜強度に優れるために耐久性がある。

【０００８】超微粒子分散液コーティング法は、酸化チ
タンなどの光触媒性の超微粒子を水およびイソプロピル
アルコールなどからなる溶液中に分散させた水溶性分散
液を基体に塗布し、焼成して光触媒膜を得る方法であ
る。この製造方法により得られた光触媒膜は、結晶性が
高く、光触媒性に優れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】いわゆるディップ法に
より得られた光触媒膜は、高温で長時間焼成しないと、
膜表面における結晶性が十分でなく、光触媒性が低いと
いう問題がある。基体がソーダライムガラスなどの軟質
ガラスの場合には、ガラスの軟化温度が比較的低いの
で、所要の高温で焼成できないから、十分な光触媒性を
得ることが困難である。

【００１０】また、上記製造方法により光触媒膜を形成
すると、ガラスの屈折率に比べて酸化チタンを主体とす
る光触媒膜の屈折率が大きいために、両者の屈折率差に
よって生じる光干渉作用によって、可視光透過率が低下
するという問題もある。

【００１１】そこで、出願人は、ディップ法におけるこ
れらの問題を解決するために、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を特願平９−１
４０３７２号として出願した。この出願の発明により、
金属酸化物の添加により光触媒膜の屈折率を低下させ
て、光透過率の低下を防止するとともに、干渉色が生じ
ないようにすることができた。

【００１２】一方、超微粒子分散液コーティング法にお
いては、基体との付着性を十分に得にくいとともに、有
機質の結着材を用いている場合に、その結着材にクラッ
クが発生しやすい。結着材にクラックが発生すると、白
濁などにより透過率低下が発生するといった問題があ
る。

【００１３】本発明は、超微粒子分散液コーティング法
による光触媒膜形成を改善して、光触媒膜の基体に対す
る付着性を向上させるとともに、光透過率が良好な光触
媒体、これを用いたランプおよび照明器具を提供するこ
とを主な目的とする。

【００１４】

【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；基体に形成され表面に凹凸面を備えた金
属酸化物からなる下地層と；下地層の凹凸面の凹部内に
入り込み、かつ密着して形成された酸化チタンの微粒子
を主体とする光触媒膜と；を具備していることを特徴と
している。

【００１５】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。

【００１６】（基体について）基体は、光触媒膜を担持
するもので、専ら光触媒膜担持を目的とする部材はもち
ろんのこと、元来光触媒の担持を目的としない他の機能
のために形成されるもの（以下、「機能材」という。）
であることを許容する。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】基体は、光触媒膜を高温で焼成して形成す
る場合には、その焼成に耐え得る耐熱性を備えている必
要がある。

【００２０】（下地層について）本発明においては、光
触媒膜を直接基体表面に被着しないで、下地層を介して
基体に形成する。下地層は、金属酸化物からなり、その
表面に凹凸面を備えている。下地層は、金属酸化物から
構成されているため、一般的に透明性を備えて、酸化チ
タンを主成分とする光触媒膜との相性が良好で、また焼
成によって基体に強固に結着させることができる。

【００２１】また、下地層の表面に凹凸面を形成するに
は、どのような手段によってもよいが、好適な手段は、
金属酸化物の平均粒径が光触媒膜を構成する超微粒子の
平均粒径より大きい粒子が分散した金属酸化物を用いて
下地層を形成することである。たとえば、平均粒径３０
〜２００ｎｍの金属酸化物粒子を混在させた分散液を基
体に塗布して、８０〜３００℃の範囲で焼成することに
より、形成することができる。

【００２２】さらに、下地層を構成する金属酸化物の材
質を光触媒膜の屈折率より小さな屈折率を有するものを
選択することができる。

【００２３】そうすれば、たとえばソーダライムガラス
のように屈折率の小さな基体と屈折率の大きな光触媒膜
との中間の屈折率を有する下地層を形成して屈折率の傾
斜構造を実現することができる。傾斜構造にすることに
より、互いに接触する層間の屈折率の差を小さくして光
干渉の発生を抑制することができる。

【００２４】（光触媒膜について）光触媒物質は、酸化
チタンＴｉＯ₂を主成分とする。酸化チタンは、光触媒
作用が顕著であるとともに、安全で工業的に合理的な価
格で、しかも必要量を入手できるので、光触媒物質とし
て、現在最も有望視されている。

【００２５】また、酸化チタンには、その結晶構造とし
てルチル形とアナターゼ形とがある。光触媒作用は、ア
ナターゼ形の方が優れているといわれている。

【００２６】したがって、本発明においては、アナター
ゼ形の酸化チタンを用いるのが好適である。しかし、実
際的にはアナターゼ形にルチル形が混合して形成される
場合も多く、しかも、酸化チタンの超微粒子を用いる場
合にはそれでも実用的な光触媒作用を得ることができる
から、本発明においては、両者の混合した態様を許容す
る。さらに、それらの混合比の如何によって有機物の分
解性が変化する。

【００２７】さらに、本発明においては、光触媒膜中に
副成分として、酸化チタン以外の光触媒物質が添加され
ていてもよい。その他の光触媒物質としては、以下のも
のがある。ＷＯ₃、ＬａＲｈＰ₃、ＦｅＴｉＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ
₃、ＣｄＦｅ₂Ｏ₄、ＳｒＴｉＯ₃、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、
ＧａＰ、ＲｕＯ₂、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＭｏＳ₃、ＬａＲｈ
Ｏ₃、ＣｄＦｅＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＭｏＳ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｃ
ｄＯ、ＳｎＯ₂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。

【００２８】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。

【００２９】また、上記各物質の中で原料コストの面に
おいては、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＺｎＯが優れている。

【００３０】さらにまた、本発明において、酸化チタン
は、超微粒子の形で用いる。超微粒子とは、平均粒径が
２０ｎｍ以下なるべくは７〜１０ｎｍの極めて細かい微
粒子をいい、好ましくは微粒子の形状がなるべく球形に
近く、しかも粒径のばらつきが少なくて結晶性の良好な
微粒子である。

【００３１】さらにまた、本発明において、光触媒膜
は、下地層の凹凸面内に入り込み、かつ密着している。
このような構造は、たとえば下地層の表面に凹凸面を形
成し、下地層の上に光触媒膜の分散液を塗布し、乾燥し
て焼成すれば、容易に形成することができる。

【００３２】なお、焼成は、２００℃以上たとえば３０
０〜６００℃の範囲で行うことができる。

【００３３】さらにまた、酸化チタンの超微粒子を下地
層の凹凸面内に確実に入り込ませるには、熱による方法
と機械的圧力による方法とのいずれか一方または両方を
加えることができる。前者の方法の場合は、光触媒膜を
上にして約６５０℃で焼成すると、下地層が軟化しだし
て酸化チタンの超微粒子が自重によって沈下して下地層
中に入り込む。後者の方法の場合は、酸化チタンの超微
粒子の塗布層の上から機械的圧力を加えて下地層中に押
し込む。

【００３４】さらにまた、光触媒膜中に二酸化ケイ素を
微量添加させることができる。二酸化ケイ素は、結着材
として作用する。

【００３５】（本発明の作用について）本発明において
は、下地層の表面に凹凸面が形成され、光触媒膜が凹凸
面に入り込み、かつ密着しているので、光触媒膜の付着
強度が大きくなる。

【００３６】光触媒膜は、酸化チタンの超微粒子を主体
としているので、従来の超微粒子酸化チタンを用いた光
触媒膜と同様に光触媒作用が強い。

【００３７】下地層を構成する金属酸化物として、屈折
率が光触媒膜のそれより小さい金属酸化物たとえば酸化
ケイ素、酸化アルミニウムなどを用いれば、屈折率が傾
斜して、光干渉の発生を防止することができる。このた
め、光触媒膜の透過率が向上して、透明性の高い光触媒
体が得られる。

【００３８】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、下地層は、凹凸面の平均深さが
２０〜１５０ｎｍであり；光触媒膜は、酸化チタンの超
微粒子の平均粒径が１〜２０ｎｍであるとともに凹凸面
の平均深さより小さい；ことを特徴としている。

【００３９】本発明は、下地層の凹凸面の平均深さおよ
び酸化チタンの超微粒子の平均粒径のサイズと、サイズ
相互の関係を規定している。

【００４０】凹凸面の平均深さとは、凹凸の頂部と谷部
と間の距離をいう。

【００４１】そうして、凹凸面の平均深さが酸化チタン
の超微粒子の平均粒径より大きいことにより、光触媒膜
を構成している酸化チタンの超微粒子の最下層の超微粒
子は、下地層の凹凸面内に十分に入り込み、密着するの
で、光触媒膜は、下地層に強固に付着する。

【００４２】請求項３の発明の光触媒膜は、請求項１ま
たは２記載の光触媒体において、下地層は、その凹部が
基体の表面まで貫通しており；光触媒膜は、少なくとも
その一部が凹部内に埋設されている；ことを特徴として
いる。

【００４３】（下地層について）本発明において、下地
層に基体の表面まで貫通している凹部を形成する手段は
問わない。たとえば、下地層の金属酸化物を形成する金
属のアルコキシドのような金属化合物液に固体の有機化
合物粒子を添加し、適宜溶剤で希釈した塗布液を調整し
て、基体に塗布し、焼成することにより、有機化合物粒
子が分解した跡に上記の構成を備えた凹部を形成するこ
とができる。また、上記金属化合物液に金属酸化物粒子
を添加してもよい。

【００４４】また、凹部の横断面形状は、円形、ハニカ
ム状、楕円形などどのような形状であってもよい。

【００４５】さらに、凹部の縦断面形状は、円柱形、逆
円錐形、湾曲した形状、屈曲した形状などどのような形
状であってもよい。

【００４６】（光触媒膜について）光触媒膜は、酸化チ
タンの超微粒子を用いて先行する請求項におけるのと同
様に形成すればよい。

【００４７】また、光触媒膜は、そのほぼ全体が下地層
の凹部内に埋設され、したがって下地層の凸部が光触媒
膜の表面に露出した状態であってもよい。しかし、光触
媒膜の主として基体に近い下層の部分が下地層に埋設さ
れ、上層の部分は下地層の上に連続した層を形成してい
てもよい。

【００４８】（本発明の作用について）本発明の光触媒
体は、上記の構成を備えていることにより、以下の作用
を奏する。

【００４９】（１）光触媒作用が良好である。

【００５０】結晶性が良好な超微粒子により、高い光触
媒作用が得られる。

【００５１】（２）光触媒膜の強度が大きい。

【００５２】付着性の良好な金属酸化物からなる下地層
に基体の表面まで貫通する凹部が形成され、その凹部内
に酸化チタンの超微粒子が埋設されているから、光触媒
膜の付着性が良好で、光触媒膜は高強度になる。

【００５３】（３）光触媒膜が高透過率である。

【００５４】基体の表面から光触媒膜の表面にかけて屈
折率が傾斜的に変化するので、ガラスの基体と光触媒膜
との間に光の反射が低減され、可視光の透過率が向上
し、基体にガラスを用いた場合、生地のガラスより大き
な可視光透過率が得られる。

【００５５】請求項４の発明の光触媒体は、基体と；基
体に形成された金属酸化物からなる多孔質の下地層と；
下地層に密着して形成された酸化チタンの超微粒子を主
体とする光触媒膜と；を具備していることを特徴として
いる。

【００５６】多孔質とは、気孔率が３０％以上であり、
好ましくは７０％以下であることをいう。気孔は、連続
性であって、下地層の表面から基体の表面まで連通して
いてもよいし、下地層の中間まで連続してもよい。な
お、気孔率が７０％を超えると、下地層の強度の低下が
顕著になるから、なるべく７０％以下にするのが好まし
い。

【００５７】そうして、下地層が多孔質であると、表面
も凹凸面になるので、光触媒膜の酸化チタンの超微粒子
が凹凸面内に入り込み、密着しやすくなる。

【００５８】また、下地層が多孔質であると、水を含み
やすくなり、濡れ性が良好になるので、光触媒膜の付着
性が向上する。

【００５９】請求項５の発明の光触媒体は、請求項１な
いし４のいずれか一記載の光触媒体において、多数の貫
通孔を備えた金属酸化物構造体層を表面に備えているこ
とを特徴としている。

【００６０】金属酸化物構造体層は、光触媒膜の表面に
配設され、その貫通孔によって細かい網目のような隙間
を形成しながら光触媒膜を覆う。金属酸化物構造体層に
多数の貫通孔を形成する手段は問わない。たとえば、請
求項３における下地層を形成するのと同様に、金属酸化
物を形成する金属のアルコキシドのような化合物液に固
体の有機化合物粒子を添加し、適宜溶剤で希釈した塗布
液を調整して、基体に塗布し、焼成することにより、有
機化合物粒子が分解した跡に上記の構成を備えた凹部を
形成することができる。また、上記金属化合物液に金属
酸化物粒子を添加してもよい。

【００６１】また、貫通孔の横断面形状および縦断面形
状についても、請求項３におけるのと同様に種々の形状
であることを許容する。

【００６２】さらに、下地層と表面の金属酸化物構造体
層下地層とが直接または光触媒膜の超微粒子の間に浸透
することにより部分的に接続しているように構成するこ
とができる。

【００６３】さらにまた、貫通孔中に酸化チタンの超微
粒子を入り込ませるには、請求項１において述べた方法
を加えることによって一層確実に行わせることができ
る。

【００６４】そうして、本発明においては、酸化チタン
の超微粒子からなる光触媒膜の上に金属酸化物構造体層
が超微粒子間に浸透しながら形成されるため、光触媒膜
の膜強度が向上する。さらに、金属酸化物構造体層と下
地層とが接続していれば、なお一層膜強度が向上する。

【００６５】また、金属酸化物構造体層には多数の貫通
孔が形成されているため、臭い物質、汚れ物質および細
菌などの有機物質は上記貫通孔を通過して光触媒膜に接
触するから、光触媒作用は阻害されるようなことはな
い。

【００６６】さらに、貫通孔の孔隙のサイズを制御する
ことにより、粒子サイズの大きい汚れ物質を通過させな
いように構成することもできる。

【００６７】さらにまた、金属酸化物構造体層に多数の
貫通孔が形成されているため、等価的な屈折率が小さく
なって、反射防止膜として作用する。したがって、基体
にガラスを用いた場合、生地のガラスより可視光等価率
が最大６〜８％程度向上する。

【００６８】さらにまた、金属酸化物構造体層が光触媒
膜の表面を保護して、傷が付きにくくする。

【００６９】請求項６の発明の光触媒体は、請求項１な
いし５のいずれか一記載の光触媒体において、下地層
は、チタンＴｉ、ケイ素ＳｉおよびアルミニウムＡｌの
少なくとも一種の酸化物からなることを特徴としてい
る。

【００７０】本発明において規定する金属酸化物は、い
ずれも透明性の良好な下地層を形成することができる。

【００７１】また、ケイ素およびアルミニウムの酸化物
は、光触媒膜の屈折率より屈折率が小さいので、基体の
屈折率との差を小さくして光干渉を生じにくくする。

【００７２】請求項７の発明の光触媒体は、請求項１な
いし６のいずれか一記載の光触媒体において、下地層
は、酸化ケイ素および酸化チタンが重量比で４０：６０
〜８０：２０の割合で混合して形成されていることを特
徴としている。

【００７３】酸化ケイ素および酸化チタンを上記の範囲
にすることにより、屈折率を所望に調整できるととも
に、さらに強固な付着性を得ることができる。

【００７４】また、酸化チタンの微粒子を酸化ケイ素に
混合して焼成すると、酸化ケイ素が結着材として作用さ
せることもでき、基体に対する付着性の良好な下地層を
形成することができる。

【００７５】しかも、酸化チタンの粒子サイズを光触媒
膜の酸化チタンの微粒子のそれより大きなたとえば平均
粒径３０〜２００ｎｍのものを用いることで、表面に平
均深さ２０〜１５０ｎｍの凹凸面を容易に形成すること
ができる。

【００７６】このような構成の下地層を形成するには、
たとえば酸化ケイ素をポリシロキサンなどのケイ素化合
物を有機溶剤で希釈した塗布液を調整して基体に塗布
し、焼成する。その際、所望の粒径の酸化チタンを塗布
液に分散させる。

【００７７】請求項８の発明のランプは、発光部をガラ
スバルブが包囲していて波長４００ｎｍ以下を含む発光
を行うランプ本体と；ガラスバルブを基体としてその少
なくとも外面に被着された請求項１ないし７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。

【００７８】本発明のランプは、発光原理は問わない。
たとえば、白熱電球、放電ランプなどであることを許容
する。

【００７９】白熱電球の場合、色温度が高いハロゲン電
球の方が一般照明用電球より波長４００ｎｍ以下の発光
割合が高いが、一般照明用の白熱電球であってもよい。

【００８０】放電ランプの場合、低圧放電ランプおよび
高圧放電ランプのいずれでもよい。

【００８１】低圧放電ランプとしては、たとえば蛍光ラ
ンプがある。蛍光ランプに用いる蛍光体を選択して４０
０ｎｍ以下の発光を適当に増加させることができる。こ
のような蛍光ランプは、比較的可視光の低下が少なく
て、しかも光触媒体の活性化作用が一般照明用の蛍光ラ
ンプに比較して良好なので、光触媒体活性化用のランプ
として好適である。しかし、本発明は一般照明用として
従来から多用されている３波長形発光の蛍光体やカルシ
ウムハロリン酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプであること
を許容するものである。

【００８２】また、主として４００ｎｍ以下の発光を利
用する目的の殺菌ランプやブラックライト、ケミカルラ
ンプなどをも許容する。

【００８３】一方、高圧放電ランプとしては、たとえば
水銀ランプ、メタルハライドランプおよび高圧ナトリウ
ムランプなどであるを許容する。

【００８４】なお、ガラスバルブは、放電媒体を包囲し
ている態様であってもよいし、発光部を内包している発
光管をさらに包囲する外管であってもよい。

【００８５】本発明においては、ランプのガラスバルブ
を基体として光触媒膜を形成しているので、たとえラン
プが発生する４００ｎｍ以下の発光量が少なくても光触
媒膜を十分に活性化することができる。

【００８６】また、本発明のランプを用いると、光触媒
作用によりガラスバルブに付着するたばこの脂や、ばい
煙などの有機質の汚れ物質が分解されるので、ガラスバ
ルブの汚れによる光束低下が少なくなる。このため、長
期間にわたって良好な照明を行うことができるととも
に、ランプの清掃インターバルを長くすることができ
る。

【００８７】さらに、ランプが点灯するのに伴って生じ
る発熱により、ランプの周囲に熱対流が発生じ、室内の
空気が対流する。ランプに接触した空気の消臭、殺菌が
行われる。したがって、本発明のランプを用いることに
より、室内空気を消臭、殺菌することができる。

【００８８】請求項９の発明の照明器具は、制光手段を
備えた照明器具本体と；照明器具本体の制光手段の少な
くとも一部を基体として形成された請求項１ないし７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。

【００８９】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。

【００９０】制光手段は、反射体、グローブ、セード、
透光性カバーおよびルーバなどの一種類または任意の複
数種類の組み合わせで用いられていることを許容する。

【００９１】また、制光手段の全体に光触媒膜を形成し
てもよいが、その一部分に形成してもよい。

【００９２】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するが、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
低下を抑制することができる。

【００９３】また、制光手段に接触した空気中の臭い物
質を分解したり殺菌することにより、室内の脱臭、殺菌
を行うこともできる。

【００９４】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。

【００９５】以上の説明から理解できるように、制光手
段に光触媒膜を形成するので、光触媒膜は透明性の良好
なものが好適である。

【００９６】

【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。

【００９７】図１は、本発明の光触媒体の第１の実施形
態における光触媒膜の断面を拡大して示す電子顕微鏡写
真である。

【００９８】図２は、同じく概念的要部拡大断面図であ
る。

【００９９】各図において、１は基体、２は下地層、３
は光触媒膜である。

【０１００】基体１は、ソーダライムガラスから構成さ
れている。

【０１０１】下地層について下地層２は、酸化ケイ素および酸化チタンが重量比で６
０：４０の割合の混合して構成されており、透明性で多
孔性であるとともに、表面が平均深さ約３０ｎｍの凹凸
面２ａに形成された被膜である。

【０１０２】この下地層２は、ポリシロキサンをエタノ
ールに溶解させた溶液に平均粒径約３０ｎｍの酸化チタ
ン粒子を分散させた塗布液を調整して、基体１の表面に
塗布し、乾燥させて、約２００℃で焼成して形成したも
のである。

【０１０３】光触媒膜について光触媒膜２は、平均粒径約７ｎｍの酸化チタンの超微粒
子を下地層２の上に結着させて形成されている。この光
触媒膜３は、下地層２の表面に形成された凹凸面２ａに
入り込み、かつ下地層２に密着している。

【０１０４】図３は、本発明の光触媒体の第１の実施形
態における光触媒膜の分光透過率特性を示すグラフであ
る。

【０１０５】図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸
は透過率（％）を、それぞれ示す。

【０１０６】曲線は、本実施形態による光触媒膜の分光
透過率特性を示す。

【０１０７】図から明かなように、本実施形態によれ
ば、可視光および紫外域において透過率が向上してい
る。

【０１０８】図４は、本発明の光触媒体の第１の実施形
態におけるインクの分解性についての測定結果を示すグ
ラフである。

【０１０９】図において、横軸は経過時間（分）を、縦
軸は分解性を、それぞれ示す。

【０１１０】曲線は、本実施形態によるインクの分解性
を示す。

【０１１１】図から明かなように、本実施形態によれ
ば、光触媒作用が優れていることが分かる。

【０１１２】次に、本実施形態の光触媒体における光触
媒膜の鉛筆法による硬度テストを行った結果、６〜７Ｈ
であった。このことは、本発明によれば、十分高い強度
の光触媒膜を得られることを示している。

【０１１３】図５は、本発明の光触媒体の第２の実施形
態を示す概念的要部拡大断面図である。

【０１１４】図６は、同じく概念的要部拡大平面図であ
る。

【０１１５】各図において、図２と同一部分については
同一符号を付して説明は省略する。

【０１１６】本実施形態は、下地層２の凹凸面２ａによ
り形成される凹部２ｂが基体１の表面まで貫通している
点で異なる。

【０１１７】すなわち、下地層２は、以下の手段により
製作する。

【０１１８】ポリシロキサンなどのケイ素化合物に目標
の膜厚以上の粒径を備えたエポキシ樹脂粒子を添加した
塗布液を調整し、ガラスからなる基体１の表面に塗布す
る。

【０１１９】次に、基体１を４００℃以上の温度で焼成
する。この工程でエポキシ樹脂粒子は、分解して消失す
る。

【０１２０】そうして、得られた下地層２にはエポキシ
樹脂が消失してできた空孔が基体の表面まで貫通した凹
部２ｂを構成する。この凹部２ｂの横断面形状および縦
断面形状は図においては円柱状に描いているが、エポキ
シ樹脂粒子の形状、添加量などによって様々なものとな
り、いずれであっても本発明の作用、効果が得られるの
で、差し支えない。

【０１２１】さて、基体１の下地層２を形成したら、次
にアナターゼ形の酸化チタンの超微粒子（粒径約１０ｎ
ｍ）を水とイソプロピルアルコールとの溶液に分散した
分散液を調整して下地層２の上から塗布する。

【０１２２】次に、基体１を３００〜６００℃で焼成し
て酸化チタンが下地層２の凹部２ｂ内に埋設して光触媒
膜３を形成する。

【０１２３】以上のようにして形成された光触媒膜３
は、硬度８Ｈないし９Ｈの非常に硬い膜であるととも
に、以下に示す高い可視光透過率および優れた光触媒作
用を示した。

【０１２４】図７は、本発明の光触媒体の第２の実施形
態における分光透過率特性を比較例のそれとともに示す
グラフである。

【０１２５】図において、横軸は、波長（ｎｍ）を、縦
軸は透過率（％）を、それぞれ示す。また、曲線Ａは本
実施形態の透過率特性を、曲線Ｂは比較例の透過率特性
を、それぞれ示す。なお、比較例は、ガラスの基体のみ
である。

【０１２６】図から明らかなように、本実施形態におい
ては、特に可視光域において比較例のガラスの基体より
６〜８％高い透過率が得られる。

【０１２７】図８は、本発明の光触媒体の第２の実施形
態におけるインクの分解性についての測定結果を比較例
のそれとともに示すグラフである。

【０１２８】図において、横軸は経過時間（分）を、縦
軸は分解性を、それぞれ示す。また、曲線Ｃは本実施形
態のインクの分解特性を、曲線Ｄは比較例のインクの分
解特性を、それぞれ示す。なお、比較例は、従来の酸化
チタン超微粒子を用いた光触媒体である。

【０１２９】図から明かなように、本実施形態の光触媒
体は従来の酸化チタン超微粒子を用いた光触媒体と殆ど
変わらない光触媒作用を備えていることが理解できる。

【０１３０】次に、図４および図５に示す構造の光触媒
体と同様な構成でありながら、異なる手段によって製作
する第３の実施形態について次に説明する。

【０１３１】すなわち、ポリシロキサンをエタノールに
溶解させた溶液に粒径５０ｎｍ前後の酸化チタンを重量
比で５０：５０の割合で混合した塗布液を調整して、基
体１に塗布する。

【０１３２】次に、基体１を８０〜３００℃で焼成する
と、膜厚が約１００ｎｍの下地層２が形成される。

【０１３３】下地層２の表面には、深さ２０以上の凹凸
面２ａが形成され、かなりの割合で基体１の表面に達す
る凹部すなわち基体１の表面まで貫通する凹部２ｂが形
成される。

【０１３４】さらに、アナターゼ形を主体とする約１０
ｎｍの粒径の酸化チタン超微粒子を水およびイソプロピ
ルアルコールの混合液に分散させた塗布液を下地層２の
うえから塗布し、３００〜６００℃で焼成して光触媒膜
３を形成する。

【０１３５】そうして、下地層２の基体の表面まで貫通
した凹部２ｂ内に光触媒膜が進入した光触媒体を得るこ
とができる。

【０１３６】図９は、本発明の光触媒体の第３の実施形
態を示す概念的要部拡大断面図である。

【０１３７】図において、図５と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【０１３８】本実施形態は、光触媒膜３が下地層２の凹
部２ｂ内だけでなく、凹部２ｂの上において連続した膜
状部３ａを形成している点で異なる。

【０１３９】図１０は、本発明の光触媒体の第４の実施
形態を示す概念的要部拡大断面図である。

【０１４０】図１１は、同じく概念的要部拡大平面図で
ある。

【０１４１】各図において、図５と同一部分については
同一符号を付して説明は省略する。

【０１４２】本実施形態は、光触媒膜３の上にさらに金
属酸化物構造体層４を形成している点で異なる。

【０１４３】すなわち、金属酸化物構造体層４は、下地
層２と同様に貫通した凹部４ａを備えており、光触媒膜
３は凹部４ａを介して外気に接触することができる。

【０１４４】また、金属酸化物構造体層４は、光触媒膜
３を形成した後、下地層２と同様な手段によって形成す
ることができる。

【０１４５】そうして、光触媒膜３は、下地層２および
金属酸化物構造体層４によってサンドイッチされるの
で、付着強度が向上する。この際に、下地層２と金属酸
化物構造体層４とが部分的に接着すれば、より一層付着
強度が向上する。

【０１４６】図１２は、本発明の光触媒体の第４の実施
形態におけるインクの分解特性についての測定結果を比
較例のそれとともに示すグラフである。

【０１４７】図において、横軸は経過時間（分）を、縦
軸は分解性を、それぞれ示す。また、曲線Ｅは本実施形
態を、曲線Ｆは従来の光触媒体を、それぞれ示す。な
お、比較例は、酸化チタン超微粒子の光触媒膜を備えた
従来の光触媒体である。

【０１４８】図から明かなように、本実施形態は光触媒
作用が従来とほぼ同様である。

【０１４９】図１３は、本発明のランプの一実施形態に
おける蛍光ランプを示す要部断面正面図である。

【０１５０】図において、１１はガラスバルブ、１２は
光触媒膜、１３は蛍光体層、１４はフィラメント電極、
１５は口金である。

【０１５１】ガラスバルブ１１は、光触媒膜１２に対し
て基体として機能するとともに、内部に蛍光ランプとし
ての機能部分を気密に収納する。すなわち、ガラスバル
ブ１１の内部に放電媒体としての水銀およびアルゴンを
主体とする希ガスを数ｔｏｒｒ封入し、内面に蛍光体層
１３を担持し、さらに両端に一対のフィラメント電極１
４を封装している。

【０１５２】口金１５は、アルミニウム製のキャップ状
の口金本体１５ａおよび口金本体１５ａに絶縁して取り
付けられた一対の口金ピン１５ｂから構成され、ガラス
バルブ１１の両端部に接着されている。フィラメント電
極１４の両端はそれぞれ口金ピン１５ｂに接続されてい
る。

【０１５３】そうして、本実施形態の蛍光ランプを用い
て照明すると、光触媒膜１２の光触媒作用により、蛍光
ランプの表面に付着した有機の汚れ物質が分解され、接
触した空気中の臭い物質が分解されて周囲の消臭が行わ
れる。

【０１５４】図１４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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。この透光性ガラスカバー２３は、可視光
を透過するとともに、波長４００ｎｍ以下の紫外領域の
少なくとも一部に比較的高い透過率特性を有している。
また、透光性ガラスカバー２３の前面には図１に示す光
触媒膜が形成されている。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】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
の紫外線も可視光と一緒に透光性ガラスカバー２３を通
過して光触媒膜に入射するから、光触媒膜は紫外線によ
り活性化され、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。

【０１６５】

【発明の効果】請求項１ないし７の各発明によれば、表
面が凹凸面を備えた金属酸化物からなる下地層を基体に
形成して、酸化チタンの超微粒子を主体とする光触媒膜
が下地層の凹凸面に入り込み、かつ密着して形成されて
いることにより、高い光触媒性と高膜強度とを備えてい
ながら、屈折率が膜厚方向に傾斜して分布するので、下
地層に対する付着性が良好で可視光透過率の高い光触媒
体を提供することができる。

【０１６６】請求項２の発明によれば、加えて下地層の
凹凸面の平均深さが２０〜１５０ｎｍであるとともに、
光触媒膜を構成する酸化チタンの超微粒子の平均粒径が
１〜２０ｎｍで、かつ下地層の凹凸面の平均深さより小
さくしたことにより、光触媒膜が下地層の凹凸面に入り
込みやすく、かつ密着しやすい光触媒体を提供すること
ができる。

【０１６７】請求項３の発明によれば、加えて下地層の
凹部が基体の表面まで貫通しており、光触媒膜が凹部内
に埋設されていることにより、光触媒膜の強度が高いと
ともに、屈折率が膜厚方向に良好に傾斜分布するので、
光触媒膜を形成しない生地のガラス基体より高い可視光
透過率を備えた光触媒体を提供することができる。

【０１６８】請求項４の発明によれば、基体に金属酸化
物からなる多孔質の下地層を形成し、下地層の上に酸化
チタンの超微粒子を主体とする光触媒膜を形成したこと
により、下地層の気孔の中に光触媒膜が進入するととも
に、濡れ性が良好で光触媒膜の付着性が良好な光触媒体
を提供することができる。

【０１６９】請求項５の発明によれば、加えて多数の貫
通孔を備えた金属酸化物構造体層を光触媒膜の上に形成
したことにより、金属酸化物構造体層が光触媒膜に進入
して一層膜強度が向上した光触媒体を提供することがで
きる。

【０１７０】請求項６の発明によれば、加えて下地層を
チタン、ケイ素およびアルミニウムの酸化物の少なくと
も一種から形成したことにより、透過率が高くて、干渉
色が生じにくい光触媒体を提供することができる。

【０１７１】請求項７の発明によれば、加えて下地層が
酸化ケイ素および酸化チタンが重量比で４０：６０〜８
０：２０の割合で混合して形成されていることにより、
酸化ケイ素が結着材として作用して基体に対する付着性
の良好な光触媒体を提供することができる。

【０１７２】請求項８の発明によれば、請求項１ないし
７の効果を有するランプを提供することができる。

【０１７３】請求項９の発明によれば、請求項１ないし
７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第１の実施形態における光
触媒膜の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真

【図２】同じく概念的要部拡大断面図

【図３】本発明の光触媒体の第１の実施形態における光
触媒膜の分光透過率特性を示すグラフ

【図４】本発明の光触媒体の第１の実施形態におけるイ
ンクの分解性についての測定結果を示すグラフ

【図５】本発明の光触媒体の第２の実施形態を示す概念
的要部拡大断面図

【図６】同じく概念的要部拡大平面図

【図７】本発明の光触媒体の第２の実施形態における分
光透過率特性を比較例のそれとともに示すグラフ

【図８】本発明の光触媒体の第２の実施形態におけるイ
ンクの分解性についての測定結果を比較例のそれととも
に示すグラフ

【図９】本発明の光触媒体の第３の実施形態を示す概念
的要部拡大断面図

【図１０】本発明の光触媒体の第４の実施形態を示す概
念的要部拡大断面図

【図１１】同じく概念的要部拡大平面図

【図１２】本発明の光触媒体の第４の実施形態における
インクの分解性についての測定結果を比較例のそれとと
もに示すグラフ

【図１３】本発明のランプの一実施形態における蛍光ラ
ンプを示す要部断面正面図

【図１４】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…下地層２ａ…凹凸面３…光触媒膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体と；基体に形成され表面に凹凸面を備
えた金属酸化物からなる下地層と；下地層の凹凸面内に
入り込み、かつ密着して形成された酸化チタンの超微粒
子を主体とする光触媒膜と；を具備していることを特徴
とする光触媒体。
【請求項２】下地層は、凹凸面の平均深さが２０〜１５
０ｎｍであり；光触媒膜は、酸化チタンの超微粒子の平
均粒径が１〜２０ｎｍであるとともに凹凸面の平均深さ
より小さい；ことを特徴とする請求項１記載の光触媒
体。
【請求項３】下地層は、その凹部が基体の表面まで貫通
しており；光触媒膜は、少なくともその一部が凹部内に
埋設されている；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】基体と；基体に形成された金属酸化物から
なる多孔質の下地層と；下地層に密着して形成された酸
化チタンの超微粒子を主体とする光触媒膜と；を具備し
ていることを特徴とする光触媒体。
【請求項５】多数の貫通孔を備えた金属酸化物構造体層
を表面に備えていることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれか一記載の光触媒体。
【請求項６】下地層は、チタンＴｉ、ケイ素Ｓｉおよび
アルミニウムＡｌの少なくとも一種の酸化物からなるこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の光
触媒体。
【請求項７】下地層は、酸化ケイ素および酸化チタンが
重量比で４０：６０〜８０：２０の割合で混合して形成
されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
か一記載の光触媒体。
【請求項８】発光部をガラスバルブが包囲していて波長
４００ｎｍ以下を含む発光を行うランプ本体と；ガラス
バルブを基体としてその少なくとも外面に被着された請
求項１ないし７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ランプ。
【請求項９】制光手段を備えた照明器具本体と；照明器
具本体の制光手段の少なくとも一部を基体として形成さ
れた請求項１ないし７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。