WO2011052286A1 - 光触媒構造体および脱臭装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a photocatalyst structure that undergoes a photocatalytic reaction when irradiated with light of a predetermined wavelength, and a deodorizing device that purifies a purification target substance contained in the air using the photocatalyst structure.
  • the photocatalyst film when the photocatalyst film is irradiated with light of a predetermined wavelength (for example, ultraviolet rays), the substance adhering to the surface of the photocatalyst film is subjected to the photocatalytic action to be purified. In this case, it is desirable that the irradiated light is efficiently used for the photocatalytic reaction in the photocatalytic film.
  • a predetermined wavelength for example, ultraviolet rays
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a photocatalyst structure capable of efficiently causing a photocatalytic reaction.
  • Another object of the present invention is to provide a novel deodorizing apparatus using such a photocatalytic structure.
  • the photocatalyst structure according to the first aspect of the present invention includes a substrate having a concavo-convex structure formed on a surface thereof, and a photocatalyst film that is disposed on the concavo-convex structure side of the substrate and reflects the shape of the concavo-convex structure.
  • the concavo-convex structure is formed at a pitch smaller than the wavelength of light at which the photocatalytic film causes a photocatalytic reaction.
  • the deodorizing apparatus includes the photocatalyst structure according to the first aspect, a light source that irradiates the photocatalyst structure with the light from the substrate side, and air flowing through the photocatalyst structure. And a fan.
  • the present invention it is possible to provide a photocatalyst structure capable of efficiently causing a photocatalytic reaction. Moreover, according to this invention, the novel deodorizing apparatus using this photocatalyst structure can be provided.
  • FIG. 4A is a view showing the laminated structure of the purification plate 10
  • FIG. 4B is a view showing the uneven structure 11a of the substrate 11, and FIG. It is a figure which shows a next electrophotographic image.
  • the purification plate 10 includes a substrate 11, a permeable film 12, a photocatalyst film 13, and an adsorption film 14.
  • the substrate 11 is made of a translucent material such as polycarbonate, and the refractive index is set to 1.6.
  • a concavo-convex structure 11a is formed such that cylindrical protrusions are arranged at a constant pitch evenly in the vertical and horizontal directions, as shown in FIGS. .
  • the pitch of the concavo-convex structure 11a (the width of the columnar protrusion) is 250 nm both vertically and horizontally, and the height of the columnar protrusion is 175 nm.
  • the photographic image in FIG. 6C is an image obtained when an alloy film is formed to 20 nm on the concavo-convex structure 11a by sputtering and then imaged with 10 Pt-Pd deposited for electrophotographic imaging. is there.
  • a resist is applied on a silicon master by spin coating (step 1).
  • the concavo-convex structure with the above pitch is formed by EB drawing (electron beam cutting) (step 2).
  • development processing is performed (step 3), and RIE processing is performed (step 4).
  • oxygen plasma ashing is performed to remove the remaining resist (step 5). Thereby, an uneven structure is formed on the silicon master (Si master).
  • Ni plating is performed on the Si base (step 6) to deposit Ni.
  • the deposited Ni layer is peeled off from the Si primaries to produce a stamper (Step 7).
  • the stamper is injection-molded (step 8) to produce the substrate 11 (step 9). Thereby, the substrate 11 to which the concavo-convex structure is transferred is formed.
  • a light-transmitting material such as polyolefin can be used as the material of the substrate 11 in addition to polycarbonate.
  • biodegradable materials such as polylactic acid can be used. When a biodegradable material is used, the environmental load at the time of disposal can be reduced.
  • laser beam cutting can be used instead of EB drawing.
  • a photoresist layer is applied on the silicon master.
  • a laser beam having a wavelength of about 400 nm is used as the cutting beam.
  • the permeable film 12 is laminated on the concavo-convex structure 11a of the substrate 11 formed by the above procedure by a sputtering method.
  • the transmission film 12 is made of Al 2 O 3 and has a refractive index of 1.6 so as to be substantially the same as that of the substrate 11.
  • the upper and lower surfaces of the permeable film 12 have a concavo-convex structure reflecting the concavo-convex structure 11 a of the substrate 11. Since the permeable membrane 12 is made of a non-electrolytic inorganic material, it is not eroded by the photocatalytic reaction of the photocatalytic membrane 13 described later.
  • the film thickness and Ra (surface roughness) of the transmission film 12 are set so that the substrate 11 is not eroded by the photocatalyst film 13 and light incident from the substrate 11 side reaches the photocatalyst film 13 sufficiently. ing.
  • the substrate 11 is eroded by the photocatalytic reaction of the photocatalyst film 13 and the substrate 11 is deteriorated.
  • the film thickness of the permeable film 12 is set large in order to prevent the generation of holes, light incident from the substrate 11 side is absorbed by the permeable film 12 and hardly reaches the photocatalyst film 13. For this reason, the photocatalytic reaction in the photocatalytic film 13 is difficult to proceed.
  • the Ra of the permeable membrane 12 is controlled by adjusting the gas pressure during sputtering.
  • the film thickness of the permeable film 12 was 7 nm and Ra was 0.8 nm
  • the substrate 11 was eroded by the photocatalytic reaction of the photocatalyst film 13, but the film thickness of the permeable film 12 was reduced.
  • the thickness was 7 nm and Ra was 0.6 nm
  • the substrate 11 was not eroded by the photocatalytic reaction of the photocatalytic film 13. From this, it is judged that it is desirable to form the permeable membrane 12 so that Ra on the membrane surface is about 10% or less of the film thickness.
  • the film thickness of the transmission film 12 is preferably set to about 3 to 80 nm so that light incident from the substrate 11 side is sufficiently transmitted toward the photocatalytic film 13. From the above, in this embodiment, the thickness of the permeable membrane 12 is 7 nm and Ra is 0.66.
  • the gas pressure during sputtering was 0.3 Pa.
  • the photocatalyst film 13 is laminated on the upper surface of the permeable film 12 by sputtering.
  • the photocatalytic film 13 is made of TiO 2 and has a refractive index of 2.5.
  • the upper and lower surfaces of the photocatalyst film 13 have a concavo-convex structure reflecting the concavo-convex structure formed on the upper surface of the transmission film 12. Thereby, a structure reflecting the concavo-convex structure 11a on the surface of the substrate 11 is formed on the upper surface (reaction surface) of the photocatalyst film 13, the surface area of the upper surface of the photocatalyst film 13 is increased, and a photocatalytic reaction easily occurs.
  • the surface of the photocatalyst film 13 itself after film formation can be made porous by adjusting the gas pressure when it is laminated.
  • the surface area of the photocatalyst film 13 can be increased, and the surface area of the photocatalyst film 13 can be increased more than the uneven structure 11 a of the substrate 11.
  • the film thickness of the photocatalyst film 13 is small, the upper surface of the transmission film 12 is not completely covered by the photocatalyst film 13.
  • the film thickness of the photocatalyst film 13 is set to 80 nm so that the upper surface of the permeable film 12 is sufficiently covered and light transmitted to the upper surface is sufficiently obtained. did.
  • TiO 2 forming the photocatalytic film 13 includes anatase crystal fine particles.
  • the anatase crystal absorbs ultraviolet light having a wavelength of 388 nm or less from the band gap and causes a photocatalytic reaction.
  • anatase crystals are fine particles and are present in the photocatalyst film 13, the anatase crystals are uniformly distributed over the substrate 11 even if the shape of the substrate 11 is complicated. Thereby, the photocatalytic reaction easily occurs efficiently over a wide range on the photocatalytic film 13.
  • TiO 2 is known to form a rutile structure, an amorphous structure, and a brookite structure in addition to the anatase crystal structure, and the photocatalytic reaction varies depending on the structure. That is, the activity of reaction and the wavelength at which it reacts differ from structure to structure.
  • the TiO 2 forming the photocatalytic film 13 used in the present embodiment includes a plurality of structures. Specifically, amorphous and anatase crystal defects, fine particles containing a small amount of nitrogen contained during sputtering, and rutile fine particles are included. Thereby, the photocatalytic reaction of the photocatalytic film 13 is also promoted by light having a wavelength in the visible light region of 400 to 500 nm.
  • the structure formed of TiO 2 does not need to include all the structures described above other than the anatase crystal structure, and may include fine particles that can obtain activity with visible light.
  • the photocatalytic film 13 exerts a photocatalytic action on the substance attached to the photocatalytic film 13.
  • substances that undergo photocatalysis include ammonia, acetaldehyde, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, formaldehyde, acetic acid, toluene, fungi, and oil. These substances are decomposed into carbon dioxide, water and the like under the photocatalytic action.
  • the adsorption film 14 is laminated on the upper surface of the photocatalyst film 13 by sputtering.
  • Adsorption film 14 is formed of SiO 2.
  • SiO 2 is hygroscopic and has the property of easily taking in water molecules and gas phase gas in the air. This makes it easier for substances in the air on the upper surface of the adsorption film 14 to adhere to the adsorption film 14. Further, the substance adsorbed on the adsorption film 14 remains on the adsorption film 14 and undergoes photocatalysis.
  • the adsorption film 14 is laminated on the photocatalyst film 13 so that the upper surface of the photocatalyst film 13 is not completely coated. That is, countless fine holes are formed in the adsorption film 14 by reducing the gas pressure during sputtering (specifically, 0.8 to 1 Pa or more) or increasing the sputtering rate (70 (/ min or more). Is done. Thereby, the substance adhering to the upper surface of the adsorption film 14 comes into contact with the photocatalyst film 13 through the fine holes.
  • the film thickness of the adsorption film 13 is desirably set to a thickness at which the substance attached to the adsorption film 14 efficiently contacts the photocatalytic film 13, and specifically, about 3 to 100 nm is desirable. In the present embodiment, the thickness of the adsorption film 13 is 7 nm.
  • the purification plate 10 when ultraviolet light having a wavelength of 375 nm is irradiated from the surface of the substrate 11 opposite to the transmission film 12 (hereinafter referred to as “incident surface”) to the purification plate 10, Such ultraviolet light passes through the substrate 11, the transmission film 12, and the photocatalyst film 13 and reaches the upper surface of the photocatalyst film 13 (hereinafter referred to as “reaction surface”). Thereby, the substance adhering to the adsorption film 14 and in contact with the reaction surface can receive a photocatalytic action.
  • the transmission film 12 is disposed between the substrate 11 and the photocatalytic film 13, erosion of the substrate 11 due to the photocatalytic action of the photocatalytic film 12 can be suppressed.
  • the concavo-convex structure is formed on the reaction surface, the area where the reaction surface comes into contact with the substance is increased, and the photocatalytic reaction by the photocatalyst film 13 easily occurs.
  • the ultraviolet light causes multiple reflection on the surface of the concavo-convex structure formed on the reaction surface, the opportunity for reaction between the photocatalyst film 13 and the ultraviolet light increases, and the photocatalytic reaction by the photocatalyst film 13 easily occurs.
  • the photocatalytic reaction with respect to the substance is more efficiently performed than in the case where the adsorption film 14 is not provided.
  • a fine concavo-convex structure is formed on the contact surface of the substrate 11 and the permeable film 12, the contact surface of the permeable film 12, and the contact surface of the photocatalyst film 13.
  • the refractive index of the transmission film 12 and the substrate 11 is adjusted to 1.6.
  • the material of the transmission film 12 and the substrate 11 is appropriately set accordingly. Just choose.
  • the materials of the transmission film 12 and the substrate 11 are made to be as close as possible to each other. It is good to choose.
  • the purification plate 10 since light can be incident from the incident surface, a photocatalytic reaction can be caused on the reaction surface. Therefore, even when a large amount of the substance to be purified adheres to the adsorption film 14, the reaction surface. The photocatalytic reaction in can occur without delay.
  • the permeable film 12, the photocatalyst film 13, and the adsorption film 14 may be arranged not only on the upper surface side of the substrate 11 but also on the lower surface side, similarly to the upper surface side.
  • the adsorption film 14 is composed of a light transmission film.
  • a single light source causes a photocatalytic reaction on the lower surface (reaction surface) of the permeable film 12 on the lower surface side and the upper surface (reaction surface) of the permeable film 12 on the upper surface side.
  • the material used for each layer of the purification plate 10 is not limited to the above.
  • the thickness of each layer can also be suitably changed according to the change of material.
  • the wavelength of light used for the photocatalytic reaction can be appropriately changed according to the material used for the photocatalytic film 13.
  • a concavo-convex structure was formed on the substrate so that cylindrical protrusions were arranged at a constant pitch evenly in the vertical and horizontal directions.
  • the pitch of the concavo-convex structure (distance between adjacent cylindrical protrusions) is 250 nm both vertically and horizontally, and the height of the cylindrical protrusion is 170 nm.
  • the uneven structure was generated by the process shown in FIG. That is, the substrate on which the concavo-convex structure was transferred was formed by the process shown in FIG. In this measurement, polycarbonate was used as the substrate material.
  • the alloy film (reflection film) was formed as follows.
  • FIG. 3 shows the measurement results.
  • the measurement results of reflectivity for a structure in which an alloy film of Co50Al50at.% Is formed by sputtering on a glass substrate having a flat reflective film forming surface are shown.
  • the light was irradiated from the alloy film (reflective film) side so that a plurality of concavo-convex structures were included in the irradiation range.
  • the effect of reducing the reflectance occurs when at least the pitch of the concavo-convex structure (250 nm) is smaller than the wavelength of light used for the photocatalytic reaction (375 nm). Therefore, in the purification plate 10, the pitch of the concavo-convex structure is set smaller than the wavelength of light used for the photocatalytic reaction, so that the interface between the substrate 11 and the transmission film 12, the contact surface of the transmission film 12 and the interface between the photocatalyst film 13 The reflection of the light at can be suppressed.
  • ⁇ Deodorization device The following is an example in which the purification plate 10 is applied to a deodorizing apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the deodorizing apparatus 1.
  • the deodorizing apparatus 1 includes a purification plate 10, a blower path 20, fans 31 and 32, filters 41 and 42, an odor sensor 51, a light emitting unit 60, an LED drive circuit 70, and fan drive circuits 81 and 82.
  • the power switch 90 and the control circuit 100 are provided.
  • the blower path 20 is formed of a hollow cylinder and is configured such that air can flow in the X-axis direction.
  • An intake port 20a and an exhaust port 20b are formed at the inlet and the outlet of the air passage 20, respectively.
  • a purification region 20 c for arranging the purification plate 10 is formed in the vicinity of the center of the blower path 20.
  • the purification plate 10 has the substrate 11, the permeable film 12, the photocatalyst film 13, and the adsorption film 14 laminated so as to be parallel to the XY plane. Moreover, the purification
  • the fans 31 and 32 circulate air from the intake port 20a to the exhaust port 20b. Thereby, the air in the vicinity of the intake port 20a is sucked from the intake port 20a by the fan 31, passes through the purification region 20c, and is sent from the exhaust port 20b by the fan 32.
  • the filter 41 removes large dust contained in the air sucked from the intake port 20a, and the filter 42 removes small dust contained in the air sent from the filter 41 side.
  • the odor sensor 51 detects odor components contained in the air sent from the fan 31 toward the purification region 20c. The detection signal of the odor sensor 51 is output to the control circuit 100.
  • the light emitting unit 60 has a plurality of LEDs 61 on the XY plane. These LEDs 61 emit light having a wavelength of 375 nm toward the incident surface of the purification plate 10.
  • the LED drive circuit 70 drives the plurality of LEDs 61 arranged in the light emitting unit 60 in response to a command from the control circuit 100.
  • the fan drive circuits 81 and 82 drive the fans 31 and 32, respectively, in response to a command from the control circuit 100.
  • the number of rotations of the fans 31 and 32 is controlled by the control circuit 100.
  • the power switch 90 is provided with an ON / OFF switching switch, and the operator can switch the power of the deodorizing apparatus 1 to ON / OFF by switching the switch.
  • a switching signal for the power switch 90 is output to the control circuit 100.
  • the control circuit 100 controls the LED drive circuit 70 and the fan drive circuits 81 and 82 based on the output signal of the odor sensor 51 and the switching signal of the power switch 90.
  • the deodorizing apparatus 1 When the deodorizing apparatus 1 is configured in this way, the air taken in from the air inlet 20a by driving the fan 31 is removed by the filters 41 and 42 and sent to the purification region 20c.
  • the air sent to the purification region 20 c comes into contact with the adsorption film 14 of the purification plate 10, the substance contained in the air is retained by the adsorption film 14 and comes into contact with the reaction surface of the photocatalytic film 13.
  • the photocatalytic film 13 is irradiated with light from the LED 61 of the light emitting unit 60, a photocatalytic reaction occurs on the reaction surface, and the substance in contact with the reaction surface is decomposed.
  • the substance decomposed by the action of the purification plate 10 is sent out from the purification region 20c toward the exhaust port 20b when the fans 31 and 32 are driven, and is sent out from the exhaust port 20b. In this way, substances contained in the air near the deodorizing device 1 are purified.
  • the air flow path and the drive circuit such as the LED 61 can be disposed with the purification plate 10 interposed therebetween, purification can be performed even if the purification substance is a gas that erodes the circuit.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining control by the control circuit 100.
  • FIG. 4A is a flowchart showing the control of the LED 61 and the fans 31 and 32 immediately after the power switch 90 of the deodorizing apparatus 1 is turned on.
  • the control circuit 100 causes the LED 61 to emit light in pulses via the LED driving circuit 70 (S12).
  • the LED 61 emits pulses
  • the LED 61 is turned on (lit) for a time t1 every period T1, as shown in FIG.
  • the control circuit 100 causes the LED 61 to emit DC light via the LED drive circuit 70.
  • the LED 61 emits DC light
  • the LED 61 is always ON (lighted) as shown in FIG.
  • the control circuit 100 drives the fans 31 and 32 via the fan drive circuits 81 and 82. In this way, the deodorizing apparatus 1 is operated normally.
  • the power of the deodorizing apparatus 1 is turned on and the LED 61 emits DC light
  • the photocatalyst film 13 absorbs light energy, and the temperature of the photocatalyst film 13 rises suddenly.
  • the adhering unpurified substance is released into the air in the purification region 20c without being purified.
  • the fans 31 and 32 are driven in this state, unpurified substances released into the air in the purification region 20c are sent out from the exhaust port 20b.
  • the unpurified substance is separated from the adsorption film 14 by the airflow generated by the fans 31 and 32 and is sent out from the exhaust port 20b.
  • the LED 61 emits pulse light for a certain period after the power is turned on. Therefore, the temperature rise of the photocatalyst film 13 during this period is moderate. For this reason, the unpurified substance adhering to the adsorption film 14 is retained on the adsorption film 14 and purified. Thereby, it is suppressed that an unpurified substance is discharge
  • the fans 31 and 32 are stopped, unpurified substances adhering to the adsorption film 14 are prevented from being separated from the adsorption film 14 and sent out from the exhaust port 20b by the air flow. obtain. Although the fans 31 and 32 are stopped here, the fans 31 and 32 are driven at a low rotational speed (weak operation) to such an extent that unpurified substances adhering to the adsorption film 14 are not released into the air. ).
  • the predetermined time used for the determination in S13 is the time required until the unpurified substance adhering to the adsorption film 14 is sufficiently reduced, that is, necessary for purifying to the extent that new adsorption is possible. Set to required time. In this way, after a predetermined time has elapsed, the unpurified substance adhering to the adsorption film 14 is reduced, and the substance floating in the purification region 20c can be adsorbed to the adsorption film 14. Therefore, the deodorizing apparatus can be quickly used. Air intake in the vicinity of 1 can be started.
  • FIG. 5B is a flowchart showing the control of the LED 61 during the normal operation of the deodorizing apparatus 1.
  • the LED 61 When the control circuit 100 determines that the detection signal of the odor sensor 51 is equal to or less than the predetermined value (S21: YES), the LED 61 emits pulses (S22), and determines that the detection signal of the odor sensor 51 is larger than the predetermined value. (S21: NO), the LED 61 is caused to emit DC light (S23).
  • the purification target substance can be reliably purified even when a very small amount of the substance to be purified exists in the air sent to the purification region 20c. Is possible. That is, when the LED 61 emits DC light when there is only a trace amount of the purification target substance in the air, the temperature of the photocatalytic film 13 rises. Thereby, since the temperature of the air in the vicinity of the purification plate 10 rises, the purification target substance contained in the air becomes difficult to adhere to the adsorption film 14, and the purification target substance becomes difficult to be purified. However, in this case, if the LED 61 emits pulses, the temperature increase of the photocatalytic film 13 is suppressed, so that the purification target substance is likely to adhere to the adsorption film 14 and the purification target substance is easily purified.
  • the substance contained in the air sucked from the intake port 20a is purified by the photocatalytic action of the photocatalyst film 13 of the purification plate 10 and is sent out from the exhaust port 20b. Thereby, the air near the deodorizing apparatus 1 can be purified.
  • the deodorizing apparatus 1 even after the deodorizing apparatus 1 is turned on, the unpurified substance attached to the adsorption film 14 when the power is turned off can be sent out from the exhaust port 20b. Since it is suppressed, it is possible to suppress the odor from being emitted from the deodorizing apparatus 1 to the outside immediately after the power is turned on. Further, when the purification target substance is in a very small amount during normal operation of the deodorizing apparatus 1, the LED 61 emits pulse light and the temperature rise of the photocatalytic film 13 is suppressed. 10 and can be purified more reliably.
  • Fig.6 (a) is a figure which shows the structure of the deodorizing apparatus 1 in this example of a change.
  • the deodorizing apparatus 1 in this modified example has a configuration in which an odor sensor 52 is added to the deodorizing apparatus 1 shown in FIG.
  • the odor sensor 52 has the same configuration as that of the odor sensor 51 and detects an odor component contained in the air sent from the purification region 20 c toward the fan 32.
  • the detection signal of the odor sensor 52 is output to the control circuit 100.
  • FIG. 6A only the vicinity of the purification region 20c is shown for convenience.
  • FIG. 6B is a flowchart showing control of the LED 61 and the fans 31 and 32 immediately after the deodorizing apparatus 1 is turned on.
  • S11 and S13 are deleted and S31 and S32 are added from the flowchart of FIG.
  • the control circuit 100 causes the LED 61 to emit pulses via the LED driving circuit 70 (S12), and drives the fans 31 and 32 at a rotational speed that is several steps lower than the normal state ( Drive weakly).
  • the control circuit 100 determines whether or not the detection signal of the odor sensor 51 is larger than the detection signal of the odor sensor 52 (S32). If it is determined that the detection signal of the odor sensor 51 is larger than the detection signal of the odor sensor 52 (S32: YES), the process proceeds to S14 and S15, and the drive of the LED 61 and the fans 31, 32 is in the normal state. Is done. On the other hand, if it is determined that the detection signal of the odor sensor 51 is equal to or less than the detection signal of the odor sensor 52 (S32: NO), the process waits.
  • the control circuit 100 causes the deodorizing device 1 to It is determined that the unpurified substance adhering to the adsorption film 14 is substantially purified when the power is turned off, and the LED 61 and the fans 31 and 32 are driven in a normal state (S14 and S15).
  • the purification plate 10 is not limited to the arrangement shown in FIGS. 4 and 6A, and another purification plate similar to the purification plate 10 may be arranged as follows. In FIG. 7, only the vicinity of the purification region 20 c is shown for convenience.
  • a purification plate 110 is installed so as to be symmetrical with the purification plate 10 shown in FIGS. 4 and 6A with respect to the purification region 20c.
  • the light emitted from the LED 61 is absorbed by the purification plate 10. Further, the light transmitted through the purification plate 10 is absorbed by the adsorption film 14 of the purification plate 110 and the substance attached on the adsorption film 14 of the purification plate 110. However, part of the light emitted from the LED 61 reaches the photocatalytic film 13 of the purification plate 110 and causes a photocatalytic reaction in the photocatalytic film 13 of the purification plate 110. Thereby, the air in the purification
  • another purification plate 110 may be installed on the inner wall surface of the purification region 20c between the purification plate 10 and the purification plate 110.
  • another purification plate 120 is arranged in the positive direction of the Z-axis of the purification plate 10 shown in FIGS. 4 and 6 (a).
  • the permeable film 12, the photocatalyst film 13, and the adsorption film 14 are arranged so as to have a photocatalytic action on both surfaces in the positive and negative directions of the Z axis.
  • cleaning board 120 is being fixed to the inner wall face of the purification
  • the light emitted from the LED 61 passes through the purification plate 10 and reaches the photocatalytic film 13 in both the positive and negative directions of the Z-axis of the purification plate 120, and a photocatalytic reaction occurs in each photocatalytic film 13.
  • the air in the purification region 20c can be further purified by greatly increasing the reaction area with one light source.
  • another purification plate having the same configuration as the purification plate 120 may be installed in the positive direction of the Z axis of the purification plate 120 in the purification region 20 c.
  • the purification plate 110 and the light emission are symmetric with respect to the purification region 20c so as to be symmetric with the purification plate 10 and the light emitting unit 60 shown in FIGS.
  • a unit 130 is installed.
  • the light emitting unit 130 has the same configuration as that of the light emitting unit 60, and the light emitted from the plurality of LEDs 61 arranged in the light emitting unit 130 is irradiated to the photocatalyst film 13 of the purification plate 110.
  • the light from the light emitting unit 60 passes through the purification plate 10 and reaches the purification plate 110. Further, the light from the light emitting unit 130 passes through the purification plate 110 and reaches the purification plate 10. Thereby, the light quantity irradiated to the reaction surface of the photocatalyst film
  • the air in the purification region 20c can be further purified as compared with the embodiment of the deodorizing apparatus.
  • the purification plate and the light emitting unit are arranged to face each other in the Z-axis direction.
  • the purification plate and the light emitting unit may be arranged to face each other in the Y-axis direction. In this way, the air in the purification region 20c can be further purified.
  • the purification plate 120 in FIG. 7B may be disposed between the purification plate 10 and the purification plate 110. In this way, since the light transmitted through the purification plates 10 and 110 is irradiated onto the purification plate 120 from above and below, the photocatalytic reaction on the upper and lower surfaces of the purification plate 120 can be performed efficiently.
  • the purification plates are configured in multiple stages from the light emitting unit in the light emitting direction, the number of light emitting units can be reduced as much as possible, and the cost can be reduced. Moreover, since the light which permeate
  • the purification plate 10 includes the substrate 11, the permeable film 12, the photocatalytic film 13, and the adsorption film 14 so as to be formed with a transmittance of 70% or more.
  • a transmitted light of 25% or more was obtained even in a four-layer structure, and it functioned sufficiently even if there was a loss of light.
  • the transmittance is at least 50% for the purification plate alone.
  • the light emission state of the LED 61 is pulse light emission or DC light emission, but the LED 61 is controlled so that the light emission energy of the LED 61 changes stepwise according to the detection signal of the odor sensor 51. May be.
  • the light energy reaching the photocatalyst film 13 can be changed according to the amount of the substance to be purified contained in the purification region 20c, so that a photocatalytic reaction can be more efficiently caused.
  • the LED 61 only needs to emit light at a period T2 different from the period T1 of FIG.
  • the LED 61 may emit light with a light emission time different from the light emission time t1 of FIG.
  • the LED 61 is used as a light source for causing a photocatalytic reaction.
  • a semiconductor laser may be used instead of the LED 61.
  • the light energy applied to the photocatalytic film 13 is adjusted by switching the semiconductor laser to DC light emission or pulse light emission as in the above embodiment.
  • the light energy applied to the photocatalyst 13 may be adjusted by switching the emission power of the semiconductor laser between Pw1 and Pw2.
  • the emission power Pw of the semiconductor laser may be changed stepwise.
  • the semiconductor laser has a wide range of output power, which is advantageous for changing in steps.
  • Claim 4 which concerns on the deodorizing apparatus of this invention can be characterized by the following restrictions other than the claim as described in a claim.
  • the deodorization apparatus further comprising an odor sensor disposed in a ventilation path for flowing the air through the photocatalyst structure, wherein the light source has a detection signal equal to or lower than a predetermined value.
  • the light is emitted from the light source at a first power, and when the detection signal of the odor sensor is larger than a predetermined value, the light is emitted from the light source at a second power larger than the first power.
  • Deodorizing device characterized by.
  • the deodorizing apparatus further comprising first and second odor sensors respectively disposed on an upstream side and a downstream side of the photocatalyst structure, wherein when the deodorizing apparatus is activated, the fan has a first odor sensor.
  • the detection signal of the first odor sensor becomes larger than the detection signal of the second odor sensor after the activation.
  • the fan is driven at a second rotational speed larger than the first rotational speed, and the light is emitted from the light source at a second power larger than the first power.
  • Deodorizing device When the light is emitted at a first power from the light source and driven at a rotational speed, and the detection signal of the first odor sensor becomes larger than the detection signal of the second odor sensor after the activation.
  • the fan is driven at a second rotational speed larger than the first rotational speed, and the light is emitted from the light source at a second power larger than the first power.

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Abstract

【課題】光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供する。また、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置を提供する。 【解決手段】浄化板（光触媒構造体）１０は、凹凸構造１１ａが表面に形成された基板１１と、基板１１の凹凸構造１１ａ側に配されるとともに凹凸構造１１ａの形状が反映された光触媒膜１３とを備える。凹凸構造１１ａは、光触媒膜１３が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている。基板１１側から所定波長の光が入射されることで、吸着膜１４に滞留した被浄化物質が、光触媒膜１３による光触媒反応により浄化される。この浄化板１０を脱臭装置に組み込むことで、脱臭能力が高められ得る。

Description

光触媒構造体および脱臭装置
　本発明は、所定波長の光が照射されることにより光触媒反応を起こす光触媒構造体、および、この光触媒構造体を用いて空気中に含まれる浄化対象物質を浄化する脱臭装置に関するものである。
　近年、光触媒活性物質を含む光触媒構造体を用いて、大気浄化、脱臭、浄水、抗菌、防汚、水分解を行う光触媒装置の開発が進められている。この種の光触媒構造体は、一般に、基板上に、酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる光触媒膜が積層されることにより生成される（特許文献１）。
特許３８０９３４７
　上記光触媒構造体では、光触媒膜に所定波長の光（たとえば、紫外線）が照射されることにより、光触媒膜表面に付着している物質が光触媒作用を受けて浄化される。この場合、照射される光が、効率良く、光触媒膜における光触媒反応に利用されることが望ましい。
　しかしながら、光触媒反応を生じさせるための光が光触媒膜側から照射されると、この光は、光触媒膜表面に付着した浄化対象物質により遮られるため、光触媒膜に到達し難くなるという問題が生じる。他方、光触媒反応を生じさせるための光が基板側から照射されると、この光は、基板と光触媒膜との間の界面において反射されるため、光触媒膜に到達し難くなるという問題が生じる。
　本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供することを目的とする。
　また、本発明は、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る光触媒構造体は、凹凸構造が表面に形成された基板と、前記基板の前記凹凸構造側に配されるとともに前記凹凸構造の形状が反映された光触媒膜とを備える。ここで、前記凹凸構造は、前記光触媒膜が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている。
　本発明の第２の態様に係る脱臭装置は、上記第１の態様に係る光触媒構造体と、前記光を前記基板側から前記光触媒構造体に照射する光源と、前記光触媒構造体に空気を流すためのファンとを備える。
　本発明によれば、光触媒反応を効率良く生じさせ得る光触媒構造体を提供することができる。また、本発明によれば、かかる光触媒構造体を用いた新規な脱臭装置を提供することができる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
実施の形態に係る浄化板の構成を示す図である。 実施の形態に係る基板の形成手順を説明する図である。 実施の形態に係る凹凸構造の反射率低減作用を示す測定結果である。 実施の形態に係る脱臭装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る制御回路による制御を説明する図である。 実施の形態に係る脱臭装置の構成の変更例および制御回路による制御の変更例を説明する図である。 実施の形態に係る浄化板の配置の変更例を示す図である。 実施の形態に係るパルス信号の変更例および半導体レーザの出射パワーを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
　＜浄化板＞
　図１に、本実施の形態に係る浄化板１０の構成を示す。同図（ａ）は、浄化板１０の積層構造を示す図であり、同図（ｂ）は、基板１１の凹凸構造１１ａを示す図であり、同図（ｃ）は、凹凸構造１１ａの二次電子写真像を示す図である。
　同図（ａ）を参照して、浄化板１０は、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４を有する。
　基板１１は、ポリカーボネート等の透光性材料から形成されており、屈折率は１．６に設定されている。基板１１の透過膜１２側の面には、同図（ｂ）、（ｃ）に示す如く、縦横均等に一定ピッチにて円柱状の突起が並ぶようにして、凹凸構造１１ａが形成されている。凹凸構造１１ａのピッチ（円柱状突起の幅）は、縦横ともに２５０ｎｍであり、円柱状突起の高さは、１７５ｎｍとなっている。
　なお、同図（ｃ）の写真像は、凹凸構造１１ａ上に合金膜をスパッタによって２０ｎｍ形成した後、電子写真撮像のためにＰｔ－Ｐｄを１０Å蒸着した状態で撮像を行ったときのものである。
　ここで、図２を参照して基板１１の形成手順について説明する。
　まず、シリコン原盤上にスピンコートによりレジストを塗布する（工程１）。次に、ＥＢ描画（電子ビームカッティング）にて、上記ピッチの凹凸構造を形成する（工程２）。この描画後、現像処理を行い（工程３）、ＲＩＥ加工を行う（工程４）。さらに、酸素プラズマアッシングを行って、残存するレジストを除去する（工程５）。これにより、シリコン原盤上に凹凸構造が形成される（Ｓｉ原基）。
　続いて、このＳｉ原基に対し、Ｎｉメッキを行って（工程６）、Ｎｉを堆積させる。そして、堆積したＮｉ層をＳｉ原基から剥離して、スタンパを作製する（工程７）。このスタンパに対し、射出成形を行って（工程８）、基板１１を作製する（工程９）。これにより、凹凸構造が転写された基板１１が形成される。
　なお、本実施の形態では、基板１１の材料としてポリカーボネート以外に、ポリオレフィンといった透光性材料を用いることもできる。また、これ以外に、ポリ乳酸等の生分解性材料を用いることもできる。生分解性材料を用いると、廃棄時における環境負荷等を小さくすることができる。
　また、ＥＢ描画の替わりに、レーザビームカッティングを用いることもできる。この場合、シリコン原盤上には、フォトレジスト層が塗布される。また、カッティングビームとしては、波長４００ｎｍ程度のレーザ光が用いられる。
　図１（ａ）に戻り、透過膜１２は、上記手順によって形成された基板１１の凹凸構造１１ａ上に、スパッタ法によって積層される。透過膜１２は、Ａｌ２Ｏ３からなり、屈折率は基板１１と略同じとなるよう１．６に設定されている。また、透過膜１２の上面と下面は、基板１１の凹凸構造１１ａを反映して凹凸構造となっている。なお、透過膜１２は、非電解質な無機材料からなるため、後述する光触媒膜１３の光触媒反応により浸食されない。
　また、透過膜１２の膜厚およびＲａ（表面粗さ）は、基板１１が光触媒膜１３によって浸食されないように、且つ、基板１１側から入射する光が光触媒膜１３に十分に届くように設定されている。
　すなわち、透過膜１２の膜厚が小さく設定されると、Ｒａの設定によっては、透過膜１２にホールが生じ、基板１１と光触媒膜１３とがこのホールにより接することが起こり得る。このように基板１１が光触媒膜１３に接すると、後述する光触媒膜１３の光触媒反応により基板１１が浸食され、基板１１に劣化が生じる可能性がある。また、透過膜１２のＲａが大きく設定されると、透過膜１２の膜厚によっては、透過膜１２にホールが生じる。この場合も、光触媒膜１３の光触媒反応により基板１１が浸食され、基板１１に劣化が生じる可能性がある。他方、ホールの発生を防ぐために、透過膜１２の膜厚が大きく設定されると、基板１１側から入射する光が、透過膜１２によって吸収されて光触媒膜１３に届きにくくなる。このため、光触媒膜１３での光触媒反応が進み難くなる。
　このようなことを考慮して、透過膜１２の膜厚およびＲａが、適正に設定される必要がある。なお、透過膜１２のＲａの制御は、スパッタ時のガス圧を調節することによって行われる。
　本件発明者の行った実験では、透過膜１２の膜厚を７ｎｍとし、Ｒａを０．８ｎｍとすると、基板１１に光触媒膜１３の光触媒反応による浸食が生じたが、透過膜１２の膜厚を７ｎｍとし、Ｒａを０．６ｎｍとすると、基板１１に光触媒膜１３の光触媒反応による浸食が生じなかった。このことから、透過膜１２は、膜表面のＲａが膜厚の１０％以下程度となるよう形成するのが望ましいと判断される。また、基板１１側から入射する光が光触媒膜１３に向けて十分に透過するよう、透過膜１２の膜厚は３～８０ｎｍ程度に設定されるのが望ましい。以上から、本実施の形態では、透過膜１２の膜厚を７ｎｍ、Ｒａを０．６６とした。なお、スパッタ時のガス圧を０．３Ｐａとした。
　光触媒膜１３は、透過膜１２の上面にスパッタ法によって積層される。光触媒膜１３は、ＴｉＯ２からなり、屈折率は２．５に設定されている。また、光触媒膜１３の上面と下面は、透過膜１２の上面に形成された凹凸構造を反映して凹凸構造となっている。これにより、基板１１の表面の凹凸構造１１ａを反映した構造が光触媒膜１３の上面（反応面）に形成され、光触媒膜１３上面の表面積が大きくなり、光触媒反応が起こりやすくなる。
　なお、成膜後の光触媒膜１３自体の表面は、積層される際にガス圧の調整によって多孔質状とすることができる。これにより、光触媒膜１３自体が多孔質状となるため、光触媒膜１３の表面積を大きくすることができ、さらに基板１１の凹凸構造１１ａより光触媒膜１３の表面積を増やすことができる。光触媒膜１３の膜厚が小さいと、透過膜１２の上面が光触媒膜１３により完全に覆われなくなる。他方、光触媒膜１３の膜厚が大きいと、透過膜１２の上面に形成された凹凸構造が光触媒膜１３の上面（反応面）に反映しなくなることに加えて、透過膜１２側から入射する光が、光触媒膜１３による吸収により、光触媒膜１３の上面まで透過し難くなる。そこで、本実施の形態では、これらを考慮して、透過膜１２の上面が十分に被覆され、且つ、上面へと透過する光が十分に得られるように、光触媒膜１３の膜厚を８０ｎｍとした。
　光触媒膜１３を形成するＴｉＯ２は、アナターゼ結晶微粒子を含んでいる。アナターゼ結晶は、バンドギャップから波長３８８ｎｍ以下の紫外光を吸収し、光触媒反応を起こす。また、アナターゼ結晶は、微粒子で光触媒膜１３内に存在するため、基板１１の形状が複雑であっても基板１１に対して均一に分布する。これにより、光触媒膜１３上で広範囲に亘って効率的に光触媒反応が起き易くなる。
　また、ＴｉＯ２は、アナターゼ結晶構造以外に、ルチル構造、アモルファス構造、ブルカイト構造を形成することが分かっており、構造により光触媒反応が異なる。すなわち、反応の活性や反応する波長が構造毎に異なっている。本実施の形態で用いた光触媒膜１３を形成するＴｉＯ２には、複数の構造が含まれている。具体的には、アモルファス状のものおよびアナターゼ結晶欠陥や、スパッタ時に含まれる微量の窒素を含む微粒子、ルチル微粒子が含まれている。これにより、光触媒膜１３の光触媒反応は、４００～５００ｎｍの可視光領域の波長の光によっても促進されることとなる。よって、光触媒反応を起こす光源としてＬＥＤや半導体レーザが用いられる場合に、これら光源から出射される光が温度や個体差などにより可視光を含む場合でも、光の利用効率が高められる。なお、ＴｉＯ２により形成される構造として、アナターゼ結晶構造以外に、上記に記述した全ての構造が含まれる必要はなく、可視光で活性を得られる微粒子が含まれれば良い。
　なお、光触媒膜１３は、光触媒膜１３に付着した物質に対して光触媒作用を及ぼす。光触媒作用を受ける物質として、アンモニア、アセトアルデヒド、硫化水素、メチルメルカプタン、ホルムアルデヒド、酢酸、トルエン、菌、油分、などが挙げられる。これら物質は、光触媒作用を受けて二酸化炭素や水等に分解される。
　吸着膜１４は、光触媒膜１３の上面にスパッタ法によって積層される。吸着膜１４は、ＳｉＯ２からなる。ＳｉＯ２は吸湿性があり、空気中の水分子や気相ガスを取り込み易い性質を有する。これにより、吸着膜１４の上面にある空気中の物質が、吸着膜１４に付着し易くなる。また、吸着膜１４に吸着した物質は、吸着膜１４上に留まり光触媒作用を受ける。
　なお、吸着膜１４は、光触媒膜１３の上面を完全にコートしてしまわないよう、光触媒膜１３上に積層される。すなわち、スパッタ時のガス圧を低くしたり（具体的には０．８～１Ｐａ以上）、スパッタレートを早くしたりする（７０Å／ｍｉｎ以上）ことにより、吸着膜１４に無数の微細孔が形成される。これにより、吸着膜１４の上面に付着した物質が、微細孔を介して、光触媒膜１３と接するようになる。吸着膜１３の膜厚は、吸着膜１４に付着した物質が光触媒膜１３と効率的に接する厚みに設定されるのが望ましく、具体的には、３～１００ｎｍ程度とするのが望ましい。本実施の形態では、吸着膜１３の膜厚を７ｎｍとした。
　以上、上記浄化板１０によれば、浄化板１０に対して基板１１の透過膜１２とは反対側の面（以下、「入射面」という）から、波長３７５ｎｍの紫外光が照射されると、かかる紫外光は、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３を透過し、光触媒膜１３の上面（以下、「反応面」という）に到達する。これにより、吸着膜１４に付着して反応面に接している物質が光触媒作用を受け得る。
　この場合、基板１１と光触媒膜１３の間に透過膜１２が配されているため、光触媒膜１２の光触媒作用による基板１１の浸食が抑制され得る。また、反応面には凹凸構造が形成されているため、反応面が物質と接触する面積が大きくなり、光触媒膜１３による光触媒反応が起こりやすくなる。さらに、反応面に形成された凹凸構造表面において紫外光が多重反射を引き起こすため、光触媒膜１３と紫外光との反応機会が多くなり、光触媒膜１３による光触媒反応が起こりやすくなる。
　また、上記浄化板１０によれば、吸着膜１４に物質が留められ易くなるため、吸着膜１４がない場合に比べて、物質に対する光触媒反応がより効率的に行われるようになる。
　また、上記浄化板１０によれば、基板１１と透過膜１２の接面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の接面に微細な凹凸構造が形成され、この凹凸構造のピッチ（２５０ｎｍ）が光触媒反応のための紫外光の波長（３７５ｎｍ）よりも小さく設定されているため、入射面から入射する紫外光が、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面で反射することが抑制される。また、基板１１と透過膜１２の屈折率が略同じであるため、入射面から入射する光が、透過膜１２と基板１１の界面で反射することが、さらに抑制される。これにより、浄化板１０の入射面から入射する光が、より効率的に光触媒膜１３に到達する。なお、このように作製した浄化板１０の波長λ＝３７５ｎｍでの透過率は７０％以上であった。
　なお、本実施の形態では、透過膜１２と基板１１の屈折率を１．６に合わせたが、他の屈折率に合わせる場合には、それに応じて、透過膜１２と基板１１の材料を適宜選択すれば良い。また、透過膜１２と基板１１の屈折率は一致させるのが望ましいが、両者の屈折率が相違する場合にも、なるべく両者の屈折率が接近するように、透過膜１２と基板１１の材料を選択すると良い。
　また、上記浄化板１０によれば、入射面から光を入射させることにより、反応面において光触媒反応を生じさせることができるため、吸着膜１４に浄化対象物質が多量に付着した場合でも、反応面における光触媒反応が滞りなく起こり得る。
　なお、基板１１の上面側だけでなく下面側にも、上面側と同様に、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が配されるようにしても良い。このとき、吸着膜１４は光透過膜により構成される。この場合、下面側から光が入射すると、１つの光源で下面側の透過膜１２の下面（反応面）と、上面側の透過膜１２の上面（反応面）において、光触媒反応が生じることとなる。但しこの場合、下面側表面に多量の物質が付着して光の透過が減少することを考慮する必要がある。
　また、浄化板１０の各層に用いる材料は、上記に限定されるものではない。また、各層の厚みも、材料の変更に応じて、適宜、変更可能である。さらに、光触媒反応に用いる光の波長も、光触媒膜１３に用いる材料に応じて適宜変更され得る。なお、このように光触媒反応に用いる光の波長が変更される場合には、それに応じて、凹凸構造のピッチを調整するのが望ましい。すなわち、上記と同様、光触媒反応に用いる光が、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面で反射するのを抑制するためには、当該光の波長よりも凹凸構造のピッチを小さく設定する必要がある。
　上記実施の形態では、基板１１側から光を照射するとして説明した。しかしながら、凹凸構造とＴｉＯ２の多孔質構造により光触媒反応面積が飛躍的に増大するため、吸着膜１４側から光を照射しても、吸着膜１４に付着する対象物質の量が多くなければ、これらの構造がない従来の浄化板に比べて、浄化性能を高めることができる。しかしながら、吸着膜１４に付着する対象物質が圧倒的に多く、吸着膜１４側から反応面に光が届かなければ、従来の浄化板と同じ結果となる。よって、本実施の形態のように、光を基板１１側から入射する方が望ましい。
　＜測定例＞
　発明者は、上記凹凸構造による反射率低減作用の測定を行ったので、以下、これについて説明する。
　本測定では、図１（ｃ）に示すように、縦横方向に均等に一定ピッチにて円柱状の突起が並ぶようにして、基板上に凹凸構造を形成した。凹凸構造のピッチ（隣り合う円柱状突起間の距離）は、縦横ともに２５０ｎｍであり、円柱状突起の高さは、１７０ｎｍである。凹凸構造は、図２に示す工程により生成した。すなわち、図２に示す工程により、凹凸構造が転写された基板を形成した。なお、本測定では、基板材料として、ポリカーボネートを用いた。
　本測定では、このようにして生成した基板上に、Ｃｏ50Ａｌ50at.%の合金膜（反射膜）を、スパッタによって２０ｎｍ形成した。なお、本測定では、基板上に、この合金膜（反射膜）のみを形成した。
　合金膜（反射膜）の形成は、以下のようにして行った。
　真空チャンバで５×１０－５Ｐａ以上まで真空引きを行ったのち、Ａｒガスを導入し、０．６Ｐａの雰囲気中でスパッタを行った。チャンバ内には、ＣｏターゲットとＡｌターゲットを設置し、同時にそれぞれに電力を投入することにより合金化するＣｏ－スパッタ法を用いてＣｏ50Ａｌ50at.%の合金膜（反射膜）を製膜した。尚、基板は、合金膜（反射膜）を均一に製膜するために、放電中に、４０ｒｐｍで自公転させた。
　このようにして合金膜（反射膜）を生成した後、反射率の測定を行った。図３に、その測定結果を示す。同図には、比較例として、反射膜形成面が平坦なガラス基板上にＣｏ50Ａｌ50at.%の合金膜をスパッタによって２０ｎｍ形成した構造体に対する反射率の測定結果を重ねて示してある。光は、合金膜（反射膜）側から複数の凹凸構造が照射範囲に含まれるように照射した。
　同図から、基板上に上記のような凹凸構造を形成すると、平坦なＡｌ－Ｃｏ膜を形成したガラス基板に比べ、反射率が３５～４０％程度低下することが分かる。このことから、凹凸構造を形成すると、凹凸構造を形成しない鏡面部分との間で大きな反射率差を発現させることができることが分かる。
　かかる反射率の低減作用は、図３から、少なくとも凹凸構造のピッチ（２５０ｎｍ）が、光触媒反応に用いる光の波長（３７５ｎｍ）よりも小さいと起こることが分かる。したがって、上記浄化板１０では、光触媒反応に用いる光の波長よりも凹凸構造のピッチを小さく設定することで、基板１１と透過膜１２の界面と、透過膜１２の接面と光触媒膜１３の界面における当該光の反射を抑制することができる。
　＜脱臭装置＞
　以下は、上記浄化板１０を脱臭装置に適用した例である。
　図４は、脱臭装置１の構成を示す図である。
　脱臭装置１は、浄化板１０と、送風経路２０と、ファン３１、３２と、フィルター４１、４２と、臭気センサ５１と、発光ユニット６０と、ＬＥＤ駆動回路７０と、ファン駆動回路８１、８２と、電源スイッチ９０と、制御回路１００と、を備える。
　送風経路２０は、中空の筒体からなっており、その中を空気がＸ軸方向に流通できるよう構成されている。送風経路２０の入口と出口には、それぞれ吸気口２０ａと排気口２０ｂが形成されている。また、送風経路２０の中心付近には、浄化板１０が配置されるための浄化領域２０ｃが形成されている。
　浄化板１０は、上記の如く、基板１１と、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が、Ｘ－Ｙ平面に平行となるよう積層されている。また、浄化板１０は、浄化領域２０ｃ内に突出するように設置されている。
　ファン３１、３２は、吸気口２０ａから排気口２０ｂに向けて、空気を流通させる。これにより、吸気口２０ａ付近にある空気は、ファン３１によって吸気口２０ａから吸い込まれ、浄化領域２０ｃを通り、ファン３２によって排気口２０ｂから送出される。
　フィルター４１は、吸気口２０ａから吸い込まれた空気に含まれる大きな埃を取り除き、フィルター４２は、フィルター４１側から送出される空気に含まれる小さい埃を取り除く。臭気センサ５１は、ファン３１から浄化領域２０ｃに向けて送出される空気に含まれる臭い成分を検出する。臭気センサ５１の検出信号は、制御回路１００に出力される。
　発光ユニット６０は、Ｘ－Ｙ平面上に複数のＬＥＤ６１を有している。これらＬＥＤ６１は、浄化板１０の入射面に向けて波長３７５ｎｍの光を出射する。ＬＥＤ駆動回路７０は、制御回路１００からの指令に応じて、発光ユニット６０に配された複数のＬＥＤ６１を駆動する。
　ファン駆動回路８１、８２は、制御回路１００からの指令に応じて、それぞれ、ファン３１、３２を駆動する。ファン３１、３２の回転数は、制御回路１００によって制御される。電源スイッチ９０には、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えスイッチが設けられており、操作者はこのスイッチを切り替えることにより、脱臭装置１の電源をＯＮ／ＯＦＦに切り替えることができる。電源スイッチ９０の切り替え信号は、制御回路１００に出力される。制御回路１００は、臭気センサ５１の出力信号と電源スイッチ９０の切り替え信号に基づき、ＬＥＤ駆動回路７０と、ファン駆動回路８１、８２を制御する。
　このように脱臭装置１が構成されると、ファン３１が駆動されることにより吸気口２０ａから取り込まれた空気が、フィルター４１、４２で埃を取り除かれ、浄化領域２０ｃに送出される。浄化領域２０ｃに送出された空気は、浄化板１０の吸着膜１４に接すると、かかる空気中に含まれる物質が吸着膜１４に留められ、光触媒膜１３の反応面と接することとなる。この状態で、発光ユニット６０のＬＥＤ６１から光触媒膜１３に光が照射されると、反応面において光触媒反応が起こり、反応面と接している物質が分解される。浄化板１０による作用を受けて分解された物質は、ファン３１、３２が駆動されることにより浄化領域２０ｃから排気口２０ｂへ向けて送出され、排気口２０ｂから送出される。こうして、脱臭装置１の近傍の空気中に含まれる物質が浄化される。本実施の形態の構成では、浄化板１０を挟んで空気の流路とＬＥＤ６１等の駆動回路を配置できるため、浄化物質が回路を浸食するガスであっても浄化可能となる。
　図５は、制御回路１００による制御を説明する図である。
　同図（ａ）は、脱臭装置１の電源スイッチ９０がＯＦＦからＯＮにされた直後のＬＥＤ６１とファン３１、３２の制御を示すフローチャートである。
　脱臭装置１の電源がＯＮされると、まず、電源ＯＮされてからの経過時間がカウントされる（Ｓ１１）。続いて、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をパルス発光させる（Ｓ１２）。ここで、ＬＥＤ６１がパルス発光されると、同図（ｃ）に示すように、ＬＥＤ６１は、周期Ｔ１ごとに時間ｔ１だけＯＮ（点灯）となる。
　同図（ａ）に戻り、制御回路１００により、脱臭装置１の電源がＯＮされてからの経過時間が所定時間に達したと判定されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ１４に処理が進められ、所定時間に達していないと判定されると（Ｓ１４：ＮＯ）、処理が待機される。
　Ｓ１４では、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をＤＣ発光させる。ここで、ＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、同図（ｄ）に示すように、ＬＥＤ６１は常時ＯＮ（点灯）となる。同図（ａ）に戻り、Ｓ１５では、制御回路１００が、ファン駆動回路８１、８２を介して、ファン３１、３２を駆動する。このようにして、脱臭装置１が通常動作とされる。
　このようにＬＥＤ６１とファン３１、３２が制御されると、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後に、電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着した未浄化物質が、排気口２０ｂから送出されることが抑制される。
　すなわち、電源ＯＦＦ時に浄化領域２０ｃ付近に浮遊している物質は、吸着膜１４の吸着能力が高いため、吸着膜１４に付着される。この状態で、脱臭装置１の電源がＯＮされて、ＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、光触媒膜１３が光エネルギーを吸収して、光触媒膜１３の温度が急瞬に上昇するため、吸着膜１４に付着している未浄化物質が、浄化されずに浄化領域２０ｃの空気中に放出されてしまう。この状態でファン３１、３２が駆動されると、浄化領域２０ｃの空気中に放出された未浄化物質が排気口２０ｂから送出されてしまう。加えて、ファン３１、３２による気流によって、吸着膜１４から未浄化物質が離脱し、排気口２０ｂから送出されてしまう。
　これに対し、図５（ａ）の制御では、上記のように、電源ＯＮから一定期間はＬＥＤ６１がパルス発光されるため、この期間における光触媒膜１３の温度上昇が緩やかになる。このため、吸着膜１４に付着している未浄化物質は、吸着膜１４に留められて浄化される。これにより、未浄化物質が浄化領域２０ｃの空気中に放出されるのが抑制される。また、このとき、ファン３１、３２は停止しているため、吸着膜１４に付着している未浄化物質が、気流によって、吸着膜１４から離脱して排気口２０ｂから送出されるのが抑制され得る。なお、ここでは、ファン３１、３２を停止するようにしたが、吸着膜１４に付着している未浄化物質が空気中に放出されない程度に、ファン３１、３２を低い回転数で駆動（弱運転）するようにしても良い。
　なお、Ｓ１３での判定に用いられる所定時間は、吸着膜１４に付着した未浄化物質が十分に減少するまでの所要時間、つまり、新たな吸着が可能になる程度に浄化がすすむのに必要な所要時間に設定される。こうすると、所定時間が経過した後には、吸着膜１４に付着した未浄化物質が減少して、浄化領域２０ｃ内に浮遊する物質が吸着膜１４に吸着可能となっているため、迅速に脱臭装置１の近傍の空気の取り込みを開始することができる。
　同図（ｂ）は、脱臭装置１の通常動作時のＬＥＤ６１の制御を示すフローチャートである。
　制御回路１００は、臭気センサ５１の検出信号が所定値以下であると判定すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＬＥＤ６１をパルス発光させ（Ｓ２２）、臭気センサ５１の検出信号が所定値よりも大きいと判定すると（Ｓ２１：ＮＯ）、ＬＥＤ６１をＤＣ発光させる（Ｓ２３）。
　このようにＬＥＤ６１が制御されると、脱臭装置１の通常動作時に、浄化領域２０ｃに送出される空気に浄化対象となる物質が微量しか存在しない場合にも、確実に浄化対象物質を浄化することが可能となる。すなわち、空気中に浄化対象物質が微量しか存在しないときにＬＥＤ６１がＤＣ発光されると、光触媒膜１３の温度が上昇する。これにより、浄化板１０近傍の空気の温度が上昇するため、空気に含まれる浄化対象物質が吸着膜１４に付着し難くなり、浄化対象物質が浄化され難くなる。しかしながら、この場合に、ＬＥＤ６１がパルス発光されれば、光触媒膜１３の温度上昇が抑制されるため、浄化対象物質が吸着膜１４に付着し易くなり、浄化対象物質が浄化され易くなる。
　以上、上記脱臭装置１によれば、吸気口２０ａから吸い込まれた空気に含まれる物質は、浄化板１０の光触媒膜１３の光触媒作用により浄化され、排気口２０ｂから送出される。これにより、脱臭装置１の近傍の空気が浄化され得る。
　また、上記脱臭装置１によれば、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後であっても、電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着していた未浄化物質が、排気口２０ｂから送出されることが抑制されるため、電源ＯＮの直後に、脱臭装置１から外部に異臭が放たれるのが抑制され得る。また、脱臭装置１の通常動作時に、浄化対象物質が微量であると、ＬＥＤ６１がパルス発光とされて、光触媒膜１３の温度上昇が抑制されるため、微量の浄化対象物質を効率的に浄化板１０に吸着させることができ、浄化対象物質をより確実に浄化することができる。
　＜脱臭装置の変更例＞
　図６（ａ）は、本変更例における脱臭装置１の構成を示す図である。
　本変更例における脱臭装置１は、図４に示した脱臭装置１に、臭気センサ５２が追加された構成となっている。臭気センサ５２は、臭気センサ５１と同様の構成であり、浄化領域２０ｃからファン３２に向けて送出される空気に含まれる臭い成分を検出する。臭気センサ５２の検出信号は、制御回路１００に出力される。なお、図６（ａ）には、便宜上、浄化領域２０ｃの近傍のみが示されている。
　図６（ｂ）は、脱臭装置１の電源がＯＮされた直後のＬＥＤ６１とファン３１、３２の制御を示すフローチャートである。なお、本変更例では、図５（ａ）のフローチャートから、Ｓ１１、Ｓ１３が削除され、Ｓ３１、Ｓ３２が追加されている。
　脱臭装置１の電源がＯＮされると、制御回路１００が、ＬＥＤ駆動回路７０を介して、ＬＥＤ６１をパルス発光させ（Ｓ１２）、ファン３１、３２を通常状態よりも数段低い回転数で駆動（弱運転）する。
　続いて、制御回路１００は、臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ３２）。臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号よりも大きいと判定されると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、Ｓ１４とＳ１５に処理が進められて、ＬＥＤ６１とファン３１、３２の駆動が通常状態とされる。他方、臭気センサ５１の検出信号が、臭気センサ５２の検出信号以下と判定されると（Ｓ３２：ＮＯ）、処理が待機される。
　ここで、下流側に配された臭気センサ５２の検出信号の方が、上流側に配された臭気センサ５１の検出信号よりも小さくなると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、制御回路１００は、脱臭装置１の電源ＯＦＦ時に吸着膜１４に付着した未浄化物質が略浄化されたと判断し、ＬＥＤ６１とファン３１、３２の駆動を通常状態で駆動する（Ｓ１４、Ｓ１５）。
　このようにＬＥＤ６１とファン３１、３２が制御されると、本変更例においても、脱臭装置１の電源がＯＮされた後に、未浄化物質が排気口２０ｂから送出されることが抑制され得る。
　＜浄化板の配置の変更例＞
　上記浄化板１０は、図４と図６（ａ）に示したような配置に限られず、以下のように、浄化板１０と同様の別の浄化板が配置されても良い。なお、図７では、便宜上、浄化領域２０ｃの近傍のみ図示されている。
　図７（ａ）に示す脱臭装置１には、浄化領域２０ｃに対して、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０と対称となるように、浄化板１１０が設置されている。
　この場合、ＬＥＤ６１から出射される光は、浄化板１０によって吸収される。さらに浄化板１０を透過した光は、浄化板１１０の吸着膜１４と、浄化板１１０の吸着膜１４上に付着している物質により吸収される。しかしながら、ＬＥＤ６１から出射される光の一部は、浄化板１１０の光触媒膜１３に到達し、浄化板１１０の光触媒膜１３において光触媒反応を生じさせる。これにより、上記図４と図６（ａ）に示した脱臭装置１に比べて、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、図７（ａ）において、浄化板１０と浄化板１１０との間に、さらに別の浄化板１１０が浄化領域２０ｃの内壁面に設置されても良い。
　図７（ｂ）に示す脱臭装置１には、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０のＺ軸正方向にさらに別の浄化板１２０が配置されている。浄化板１２０は、Ｚ軸正方向と負方向の両方の面に光触媒作用を有するよう、透過膜１２と、光触媒膜１３と、吸着膜１４が配されている。また、浄化板１２０は、図示の如く、浄化領域２０ｃの内壁面に固定されている。
　この場合、ＬＥＤ６１から出射される光は、浄化板１０を透過して、浄化板１２０のＺ軸正方向と負方向の両方の光触媒膜１３に到達し、それぞれの光触媒膜１３において光触媒反応を生じさせる。これにより、上記脱臭装置の実施形態に比べて、１つの光源で反応面積を大幅に増加させることで、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、図７（ｂ）において、浄化領域２０ｃ内に、浄化板１２０と同様の構成を有するさらに別の浄化板が、浄化板１２０のＺ軸正方向に設置されても良い。
　図７（ｃ）に示す脱臭装置１には、浄化領域２０ｃに対して、図４と図６（ａ）に示した浄化板１０および発光ユニット６０と対称となるように、浄化板１１０および発光ユニット１３０が設置されている。発光ユニット１３０は、発光ユニット６０と同様の構成であり、発光ユニット１３０に配された複数のＬＥＤ６１から出射された光は、浄化板１１０の光触媒膜１３に照射される。発光ユニット６０からの光は、浄化板１０を通って浄化板１１０に至る。また、発光ユニット１３０からの光は浄化板１１０を通って、浄化板１０に至る。これにより、浄化板１０、１３０の光触媒膜１３の反応面に照射される光量が大幅に増え、より光触媒反応が活発となる。
　この場合も、浄化板１１０において、浄化板１０と同様に光触媒反応が生じるため、上記脱臭装置の実施形態に比べて、浄化領域２０ｃ内の空気がより浄化され得る。なお、同図（ｃ）では、Ｚ軸方向に浄化板および発光ユニットが対向するよう配置されたが、さらにＹ軸方向に浄化板と発光ユニットが対向するように配置されても良い。こうすると、さらに浄化領域２０ｃ内の空気が浄化され得る。また、図７（ｃ）の構成において、図７（ｂ）における浄化板１２０が、浄化板１０と浄化板１１０の間に配されても良い。こうすると、浄化板１０、１１０を透過した光が上下から浄化板１２０に照射されるため、浄化板１２０の上面および下面における光触媒反応が効率よく行われ得る。
　このように、発光ユニットから光出射方向に浄化板を多段に構成すると、発光ユニットの数をできるかぎり少なくでき、コスト的に安くできる。また、浄化板を透過する光を再利用できるため効率が良くなる。さらに、限られたスペースで大面積に光触媒反応を起こすことが可能となる。
　なお、浄化板を多段に構成する場合は、浄化板の透過率が低くなると、光が対面する浄化板まで届かず、効果が得られ難くなる。本実施の形態において、上記浄化板１０は、基板１１と、透過膜１２、光触媒膜１３、吸着膜１４とを含めて７０％以上の透過率で形成されるようにした。これにより、４層構造でも２５％以上の透過光が得られ、光の損失があっても十分機能するものであった。多段構成においては、透過率が少なくとも浄化板単体で５０％以上あることが望ましい。
　以上、本発明の実施の形態および変更例について説明したが、本発明は上記実施の形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
　たとえば、上記脱臭装置の実施形態では、ＬＥＤ６１の発光状態はパルス発光またはＤＣ発光とされたが、臭気センサ５１の検出信号に応じて、ＬＥＤ６１の発光エネルギーが段階的に変化するようＬＥＤ６１が制御されても良い。こうすると、浄化領域２０ｃに含まれる浄化対象物質の量に応じて、光触媒膜１３に到達する光エネルギーを変化させることができるため、より効率的に光触媒反応を生じさせることができる。
　なお、ＬＥＤ６１の発光エネルギーを変化させるためには、ＬＥＤ６１のデューティ比を変化させれば良い。例えば、図８（ａ）に示すように、図５（ｃ）の周期Ｔ１とは異なる周期Ｔ２でＬＥＤ６１が発光されれば良い。または、図８（ｂ）に示すように、図５（ｃ）の発光時間ｔ１とは異なる発光時間でＬＥＤ６１が発光されれば良い。
　また、上記実施の形態では、光触媒反応を起こさせる光源としてＬＥＤ６１が用いられたが、ＬＥＤ６１の替わりに半導体レーザが用いられても良い。この場合、上記実施の形態のように、半導体レーザがＤＣ発光またはパルス発光に切り替えられることにより、光触媒膜１３に照射される光エネルギーが調節される。または、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、半導体レーザの出射パワーが、Ｐｗ１とＰｗ２に切り替えられることにより、光触媒１３に照射される光エネルギーが調節されるようにしても良い。さらに、臭気センサ５１の検出信号に応じて、半導体レーザの発光エネルギーが段階的に変化させる場合、半導体レーザの出射パワーＰｗが段階的に変化されれば良い。特に半導体レーザは、出射パワーのレンジが広く、段階的に変化させるのに有利である。
　この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　なお、本発明の脱臭装置に係る請求項４は、特許請求の範囲に記載の請求項の他、以下の限定により特徴づけられ得る。
　請求項４に記載の脱臭装置において、前記光触媒構造体に前記空気を流すための送風経路内に配された臭気センサをさらに備え、前記臭気センサの検出信号が所定値以下であるとき、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、前記臭気センサの検出信号が所定値よりも大きいとき、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、ことを特徴とする脱臭装置。
　請求項４に記載の脱臭装置において、前記光触媒構造体の上流側および下流側にそれぞれ配された第１および第２の臭気センサをさらに備え、前記脱臭装置の起動時には、前記ファンが第１の回転数で駆動され、且つ、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、前記起動の後、前記第１の臭気センサの検出信号が前記第２の臭気センサの検出信号よりも大きくなると、前記ファンが前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で駆動され、且つ、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、ことを特徴とする脱臭装置。
　　１０、１１０、１２０　…　浄化板（光触媒構造体）
　　１１　…　基板
　　１２　…　透過膜
　　１３　…　光触媒膜
　　１４　…　吸着膜
　　３１、３２　…　ファン
　　５１、５２　…　臭気センサ
　　６０、１３０　…　発光ユニット（光源）
　　６１　…　ＬＥＤ（光源）

Claims (6)

  1. 　凹凸構造が表面に形成された基板と、
    　前記基板の前記凹凸構造側に配されるとともに前記凹凸構造の形状が反映された光触媒膜と、を備え、
    　前記凹凸構造は、前記光触媒膜が光触媒反応を起こす光の波長よりも小さいピッチで形成されている、
    ことを特徴とする光触媒構造体。
  2. 　請求項１に記載の光触媒構造体において、
    　前記基板と前記光触媒膜との間に透過膜をさらに備える、
    ことを特徴とする光触媒構造体。
  3. 　請求項１または２に記載の光触媒構造体において、
    　前記光触媒膜上に配されるとともに物質を滞留させて前記光触媒膜に接触させる吸着膜をさらに備える、
    ことを特徴とする光触媒構造体。
  4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載の光触媒構造体と、
    　前記光を前記基板側から前記光触媒構造体に照射する光源と、
    　前記光触媒構造体に空気を流すためのファンと、を備える、
    ことを特徴とする脱臭装置。
  5. 　請求項４に記載の脱臭装置において、
    　前記脱臭装置の起動時には、前記光源から第１のパワーで前記光が出射され、
    　前記起動から所定の時間が経過すると、前記光源から前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーで前記光が出射される、
    ことを特徴とする脱臭装置。
  6. 　請求項４または５に記載の脱臭装置において、
    　前記光触媒構造体に前記空気を流すための送風経路内に配された臭気センサをさらに備え、
    　前記臭気センサからの検出信号に基づいて前記光源からの光の出射パワーが制御される、
    ことを特徴とする脱臭装置。
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