JP3443656B2 - 光触媒発色部材とその製造方法 - Google Patents
光触媒発色部材とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光の干渉と回折に
より所望の光学反射・透過特性を得ることで視覚的な着
色効果を持たせると共に、水分と紫外線の照射により素
材表面に吸着した有機物の分解作用である光触媒効果を
有する光触媒発色部材とその製造方法に関する。
より所望の光学反射・透過特性を得ることで視覚的な着
色効果を持たせると共に、水分と紫外線の照射により素
材表面に吸着した有機物の分解作用である光触媒効果を
有する光触媒発色部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】二酸化チタン等のいわゆる光触媒材料は
紫外線の照射により有機物の分解、あるいは水の電気分
解などの作用を示すことが知られ、この性質を応用した
各種の商品が開発されている。中でも、光触媒作用を利
用する外装は、外界で付着する汚染物質や藻等を光分解
して雨水で自然に洗い流すことができるため、外壁の洗
浄コストを低減することができる。また内装材として
も、室内の人体にとって有害なガスや付着物質を分解す
ることも知られている。このように光触媒材料が内外装
材（以下部材と表記する）として普及するためには、部
材を所望の発色に着色する技術の確立が必要である。
紫外線の照射により有機物の分解、あるいは水の電気分
解などの作用を示すことが知られ、この性質を応用した
各種の商品が開発されている。中でも、光触媒作用を利
用する外装は、外界で付着する汚染物質や藻等を光分解
して雨水で自然に洗い流すことができるため、外壁の洗
浄コストを低減することができる。また内装材として
も、室内の人体にとって有害なガスや付着物質を分解す
ることも知られている。このように光触媒材料が内外装
材（以下部材と表記する）として普及するためには、部
材を所望の発色に着色する技術の確立が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光触媒作用を持ちつつ
所望の発色の外装を得るためには、いくつかの手法が考
案されている。例えばある色の塗料中に光触媒材料粉末
を分散させ塗装する、という方法がある。この方法は塗
料中に分散された光触媒物質が表面に露出した部分のみ
で光分解効果が発生するため、汚染物質との接触面積は
光触媒粉末一層分の表面積以上にはなりえず、高い光分
解効果が期待できないという問題がある（問題点１）。
所望の発色の外装を得るためには、いくつかの手法が考
案されている。例えばある色の塗料中に光触媒材料粉末
を分散させ塗装する、という方法がある。この方法は塗
料中に分散された光触媒物質が表面に露出した部分のみ
で光分解効果が発生するため、汚染物質との接触面積は
光触媒粉末一層分の表面積以上にはなりえず、高い光分
解効果が期待できないという問題がある（問題点１）。
【０００４】更に、光触媒による光分解効果は汚染物質
のみならず塗料自身にも及ぶ。光触媒物質と塗料を構成
する物質の接触部が光分解されるために発色が劣化する
だけでなく光触媒物質が脱落するために、長期間にわた
る塗膜の発色と光分解性能の維持ができなかった（問題
点２）。この現象は塗料ではチョーキングとしてよく知
られた現象である。
のみならず塗料自身にも及ぶ。光触媒物質と塗料を構成
する物質の接触部が光分解されるために発色が劣化する
だけでなく光触媒物質が脱落するために、長期間にわた
る塗膜の発色と光分解性能の維持ができなかった（問題
点２）。この現象は塗料ではチョーキングとしてよく知
られた現象である。
【０００５】この光分解効果は、光触媒材料の直接接触
がなければ発生しないことから、二酸化珪素等の光触媒
作用の影響を受けない無機物質や顔料と共に光触媒材料
を混合して成形したり、光触媒材料粉末を光触媒作用を
受けない材料で一部を被覆してから塗料等の中に分散す
るなどの技術も提案されている。しかしながらこの技術
では更に光触媒物質と除去すべき汚染物質との接触面積
を減少させてしまうことになるため、光分解性能は更に
低下することとなり、（問題点１）はむしろ悪化するこ
とになる。
がなければ発生しないことから、二酸化珪素等の光触媒
作用の影響を受けない無機物質や顔料と共に光触媒材料
を混合して成形したり、光触媒材料粉末を光触媒作用を
受けない材料で一部を被覆してから塗料等の中に分散す
るなどの技術も提案されている。しかしながらこの技術
では更に光触媒物質と除去すべき汚染物質との接触面積
を減少させてしまうことになるため、光分解性能は更に
低下することとなり、（問題点１）はむしろ悪化するこ
とになる。
【０００６】粉末状の光触媒材料を樹脂シート等の担持
素材の上に付着させる方法もある。この方式で発色を得
るには、樹脂シートに着色することになるため、発色に
限界があり、光触媒効果による、担持素材の分解劣化が
発生する。テフロン系の比較的耐久性の高い担持素材も
開発されているが、耐熱温度はテフロンの分解温度が３
００度程度であるため、高くはない（問題点３）。
素材の上に付着させる方法もある。この方式で発色を得
るには、樹脂シートに着色することになるため、発色に
限界があり、光触媒効果による、担持素材の分解劣化が
発生する。テフロン系の比較的耐久性の高い担持素材も
開発されているが、耐熱温度はテフロンの分解温度が３
００度程度であるため、高くはない（問題点３）。
【０００７】色素や顔料を使用しないで発色を得る方法
には、光の干渉や回折を利用する方式も考えられる。例
えば、金属チタン板の表面を陽極酸化によってサブミク
ロンの酸化チタン薄膜を形成し、チタン板と酸化チタン
表面との光干渉効果により発色を得る方法がある。この
方法は、半永久的な発色を得ることができるが、 （１）金属チタン板に電流を流して酸化するため、透明
ガラス基板など多様な基板には対応できないこと、 （２）基板に高い平滑度を有するチタン金属表面が必要
であること、 （３）陽極酸化により形成される酸化チタンの構造はア
モルファスといわれ、光触媒効果が高いとされるアナタ
ーゼ構造ではないため、大きな光触媒効果が期待できな
い等の問題がある（問題点４）。
には、光の干渉や回折を利用する方式も考えられる。例
えば、金属チタン板の表面を陽極酸化によってサブミク
ロンの酸化チタン薄膜を形成し、チタン板と酸化チタン
表面との光干渉効果により発色を得る方法がある。この
方法は、半永久的な発色を得ることができるが、 （１）金属チタン板に電流を流して酸化するため、透明
ガラス基板など多様な基板には対応できないこと、 （２）基板に高い平滑度を有するチタン金属表面が必要
であること、 （３）陽極酸化により形成される酸化チタンの構造はア
モルファスといわれ、光触媒効果が高いとされるアナタ
ーゼ構造ではないため、大きな光触媒効果が期待できな
い等の問題がある（問題点４）。
【０００８】更に、（４）可視領域での発色を得るため
には酸化チタンはサブミクロンの膜厚が必要であり、所
望の発色を均一に得るには更にその１０分の１以下の精
密な膜厚制御が必要であること等の様々な問題点があっ
た（問題点５）。
には酸化チタンはサブミクロンの膜厚が必要であり、所
望の発色を均一に得るには更にその１０分の１以下の精
密な膜厚制御が必要であること等の様々な問題点があっ
た（問題点５）。
【０００９】また、他の色素や顔料を用いない発色手法
として、回折格子の応用が考えられる。回折格子は基板
上に一定の周期的な構造を作りつけた光学部品で、その
周期に応じて特定の波長の光をある角度に反射する性質
を有することが知られている。しかしながら、通常の回
折格子では反射する光の波長域が広く、且つ反射される
光波長が角度依存性を有しているため、回折格子を見る
角度により発色が例えば赤から紫へ虹色のように変化し
てしまい、広い角度にわたって所望の発色を得ることは
不可能であった（問題点６）。
として、回折格子の応用が考えられる。回折格子は基板
上に一定の周期的な構造を作りつけた光学部品で、その
周期に応じて特定の波長の光をある角度に反射する性質
を有することが知られている。しかしながら、通常の回
折格子では反射する光の波長域が広く、且つ反射される
光波長が角度依存性を有しているため、回折格子を見る
角度により発色が例えば赤から紫へ虹色のように変化し
てしまい、広い角度にわたって所望の発色を得ることは
不可能であった（問題点６）。
【００１０】また、回折格子はμｍオーダーの微細構造
を有するため、表面への塵埃、汚染物質の付着によりそ
の性能が低下する。このため、表面を透明な物質で覆う
などの工夫をしなければ、回折格子は特殊な清浄な環境
下でしか使用できなかった（問題点７）。
を有するため、表面への塵埃、汚染物質の付着によりそ
の性能が低下する。このため、表面を透明な物質で覆う
などの工夫をしなければ、回折格子は特殊な清浄な環境
下でしか使用できなかった（問題点７）。
【００１１】したがって本発明は、従来の材料よりも高
い光触媒作用を持ちつつ、所望の鮮やかな発色を長期間
にわたり得ることができる光触媒発色部材とその製造方
法を提供することを目的とする。
い光触媒作用を持ちつつ、所望の鮮やかな発色を長期間
にわたり得ることができる光触媒発色部材とその製造方
法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、上記課題を解決するため、基板表面に光触媒物質
薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体
とを積層した薄膜積層体を備え、前記光触媒物質薄膜体
の前記基板表面に対向する面の一部に前記支持 物質薄膜
体が積層しないことにより形成される空隙部を備え、前
記空隙部を前記薄膜積層体の表面に連通したことを特徴
とする光触媒発色部材としたものである。
明は、上記課題を解決するため、基板表面に光触媒物質
薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体
とを積層した薄膜積層体を備え、前記光触媒物質薄膜体
の前記基板表面に対向する面の一部に前記支持 物質薄膜
体が積層しないことにより形成される空隙部を備え、前
記空隙部を前記薄膜積層体の表面に連通したことを特徴
とする光触媒発色部材としたものである。
【００１３】また、請求項２に係る発明は、前記薄膜積
層体の表面に開口を形成し、前記空隙部を前記開口に連
通するように形成した請求項１記載の光触媒発色部材と
したものである。
層体の表面に開口を形成し、前記空隙部を前記開口に連
通するように形成した請求項１記載の光触媒発色部材と
したものである。
【００１４】また、請求項３に係る発明は、前記光触媒
物質が二酸化チタンよりなる請求項１記載の光触媒発色
部材としたものである。
物質が二酸化チタンよりなる請求項１記載の光触媒発色
部材としたものである。
【００１５】また、請求項４に係る発明は、前記支持物
質薄膜体は融点４００度以上の金属、半導体、または絶
縁物からなる請求項１記載の光触媒発色部材としたもの
である。
質薄膜体は融点４００度以上の金属、半導体、または絶
縁物からなる請求項１記載の光触媒発色部材としたもの
である。
【００１６】また、請求項５に係る発明は、前記開口の
形状が平行な溝状である請求項２記載の光触媒発色部材
としたものである。
形状が平行な溝状である請求項２記載の光触媒発色部材
としたものである。
【００１７】また、請求項６に係る発明は、前記開口が
円形、楕円形、または多角形である請求項２記載の光触
媒発色部材としたものである。
円形、楕円形、または多角形である請求項２記載の光触
媒発色部材としたものである。
【００１８】また、請求項７に係る発明は、前記開口の
間隔が前記薄膜積層体の表面で均等に配置している請求
項２記載の光触媒発色部材としたものである。
間隔が前記薄膜積層体の表面で均等に配置している請求
項２記載の光触媒発色部材としたものである。
【００１９】また、請求項８に係る発明は、前記開口の
間隔が前記薄膜積層体の表面で不均等に配置している請
求項２記載の光触媒発色部材としたものである。
間隔が前記薄膜積層体の表面で不均等に配置している請
求項２記載の光触媒発色部材としたものである。
【００２０】また、請求項９に係る発明は、前記支持物
質薄膜体の前記薄膜積層方向と直角方向の断面が円形、
楕円形または多角形状をなす請求項１記載の光触媒発色
部材としたものである。
質薄膜体の前記薄膜積層方向と直角方向の断面が円形、
楕円形または多角形状をなす請求項１記載の光触媒発色
部材としたものである。
【００２１】また、請求項１０に係る発明は、前記薄膜
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、全ての光触媒薄膜体が同一形状である請求項１乃至
請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材とした
ものである。
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、全ての光触媒薄膜体が同一形状である請求項１乃至
請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材とした
ものである。
【００２２】また、請求項１１に係る発明は、前記薄膜
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、前記光触媒薄膜体は、該光触媒薄膜体の薄膜積層方
向と直角方向の断面積が、薄膜積層体の表面から前記基
板表面に向けて順に大きくなるように形成した請求項１
乃至請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材と
したものである。
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、前記光触媒薄膜体は、該光触媒薄膜体の薄膜積層方
向と直角方向の断面積が、薄膜積層体の表面から前記基
板表面に向けて順に大きくなるように形成した請求項１
乃至請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材と
したものである。
【００２３】また、請求項１２に係る発明は、前記薄膜
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、前記光触媒薄膜体は、該光触媒薄膜体の薄膜積層方
向と直角方向の断面積が、薄膜積層体の表面から前記基
板表面に向けて順に小さくなるように形成した請求項１
乃至請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材と
したものである。
積層体は光触媒物質薄膜体と該光触媒物質薄膜体を支持
する支持物質薄膜体とを交互に複数積層したものであ
り、前記光触媒薄膜体は、該光触媒薄膜体の薄膜積層方
向と直角方向の断面積が、薄膜積層体の表面から前記基
板表面に向けて順に小さくなるように形成した請求項１
乃至請求項９のいずれか一つに記載の光触媒発色部材と
したものである。
【００２４】また、請求項１３に係る発明は、光触媒物
質薄膜体としてアナターゼ構造の酸化チタン膜を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一
つに記載の光触媒発色部材としたものである。
質薄膜体としてアナターゼ構造の酸化チタン膜を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一
つに記載の光触媒発色部材としたものである。
【００２５】また、請求項１４に係る発明は、光触媒物
質薄膜体としてアモルファス構造の酸化チタン膜を用い
ることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか
一つに記載の光触媒発色部材としたものである。
質薄膜体としてアモルファス構造の酸化チタン膜を用い
ることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか
一つに記載の光触媒発色部材としたものである。
【００２６】また、請求項１５に係る発明は、基板表面
に光触媒物質薄膜層と支持物質薄膜層を積層し、物理的
ドライエッチングによって全ての層を貫通する開口を形
成す ることにより光触媒物質薄膜体と支持物質薄膜体を
積層した薄膜積層体を形成し、次にウエットエッチング
によって前記開口側から支持物質薄膜体の一部を除去す
ることにより前記光触媒物質薄膜体の前記基板表面に対
向する面の一部に前記支持物質薄膜体が積層しない空隙
部を形成したことを特徴とする光触媒発色部材の製造方
法としたものである。
に光触媒物質薄膜層と支持物質薄膜層を積層し、物理的
ドライエッチングによって全ての層を貫通する開口を形
成す ることにより光触媒物質薄膜体と支持物質薄膜体を
積層した薄膜積層体を形成し、次にウエットエッチング
によって前記開口側から支持物質薄膜体の一部を除去す
ることにより前記光触媒物質薄膜体の前記基板表面に対
向する面の一部に前記支持物質薄膜体が積層しない空隙
部を形成したことを特徴とする光触媒発色部材の製造方
法としたものである。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の態様を図面に沿っ
て説明する。図１は本発明の光触媒発色部材の一例を示
す斜視図であり、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる
図示実施例では平面視で細長い長方形の光触媒物質薄膜
体１の裏面中央に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなる
支持物質薄膜体２が形成され、このような組み合わせの
層を図示実施例では８層重ね合わせて１列の光触媒発色
体３を構成し、これを複数列等間隔に基板４上に配列す
ることにより、全体として光触媒発色部材５としてい
る。前記支持物質薄膜体２は種々の物質を用いることが
できるが、融点が４００度以上の金属、あるいは半導体
であることが好ましい。
て説明する。図１は本発明の光触媒発色部材の一例を示
す斜視図であり、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる
図示実施例では平面視で細長い長方形の光触媒物質薄膜
体１の裏面中央に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなる
支持物質薄膜体２が形成され、このような組み合わせの
層を図示実施例では８層重ね合わせて１列の光触媒発色
体３を構成し、これを複数列等間隔に基板４上に配列す
ることにより、全体として光触媒発色部材５としてい
る。前記支持物質薄膜体２は種々の物質を用いることが
できるが、融点が４００度以上の金属、あるいは半導体
であることが好ましい。
【００３０】上記光触媒薄膜体１の厚さは、発色させる
所望の光の中心波長λの１／４の光学膜厚をなすように
設定し、支持物質薄膜体２の膜厚は空隙部を含めた等価
屈折率においてλ／４の光学膜厚になるように設定され
る。また、各列の配列周期は、最適な発色特性を示すよ
うに中心波長程度の周期に設定する。なお、上記のよう
に光触媒薄膜体１の厚さ、及び支持物質薄膜体２の厚さ
は上記のように単にその厚さではなく、光の干渉・回折
の機能を考慮した光学的厚さがλ／４となる必要がある
が、以下説明の便宜のため、単に「λ／４に設定する」
等と述べる。
所望の光の中心波長λの１／４の光学膜厚をなすように
設定し、支持物質薄膜体２の膜厚は空隙部を含めた等価
屈折率においてλ／４の光学膜厚になるように設定され
る。また、各列の配列周期は、最適な発色特性を示すよ
うに中心波長程度の周期に設定する。なお、上記のよう
に光触媒薄膜体１の厚さ、及び支持物質薄膜体２の厚さ
は上記のように単にその厚さではなく、光の干渉・回折
の機能を考慮した光学的厚さがλ／４となる必要がある
が、以下説明の便宜のため、単に「λ／４に設定する」
等と述べる。
【００３１】二酸化チタン層はアナターゼ構造またはア
モルファス構造のものを使用する。特にアナターゼ構造
の二酸化チタンは、光触媒効果により二酸化チタン層表
面に吸着した汚染物質を、紫外線と水の存在下で分解す
る効果が強いので好ましい。
モルファス構造のものを使用する。特にアナターゼ構造
の二酸化チタンは、光触媒効果により二酸化チタン層表
面に吸着した汚染物質を、紫外線と水の存在下で分解す
る効果が強いので好ましい。
【００３２】上記のような構造の光触媒発色部材５の製
造に際しては、例えば図２に示す製法により行うことが
できる。即ち、最初（ａ）に示すように、珪素（Ｓｉ）
基板４上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）をスパッタリングに
より、前記のように所望の発色光のλ／４の厚さの層と
なるように形成する。その上に同様に二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ２）をスパッタリングにより前記所望の発色光のλ
／４の厚さだけスパッタリングにより形成する。
造に際しては、例えば図２に示す製法により行うことが
できる。即ち、最初（ａ）に示すように、珪素（Ｓｉ）
基板４上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）をスパッタリングに
より、前記のように所望の発色光のλ／４の厚さの層と
なるように形成する。その上に同様に二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ２）をスパッタリングにより前記所望の発色光のλ
／４の厚さだけスパッタリングにより形成する。
【００３３】このような支持物質薄膜層としての二酸化
珪素と、光触媒物質薄膜層としての二酸化チタンの積層
構造を、同様の手法を繰り返すことにより多層構造化す
る。図示実施例では、これを４層積層した例を示してい
るが、この数は任意に設定することができる。更にその
上にチタン層７をスパッタリングにより形成し、その上
に電子ビームレジストとしてのＰＭＭＡ（アクリル樹
脂）８を塗布する。
珪素と、光触媒物質薄膜層としての二酸化チタンの積層
構造を、同様の手法を繰り返すことにより多層構造化す
る。図示実施例では、これを４層積層した例を示してい
るが、この数は任意に設定することができる。更にその
上にチタン層７をスパッタリングにより形成し、その上
に電子ビームレジストとしてのＰＭＭＡ（アクリル樹
脂）８を塗布する。
【００３４】その後同図（ｂ）に示すように、最上層の
ＰＭＭＡを所望の発色光の波長周期でパターンニングを
行い、ＳＦ６でチタン層７をドライエッチングする。こ
のとき用いられるドライエッチング装置としては平行平
板型反応性イオンエッチング装置を用いることができ
る。このとき用いるエッチングガスとしてはＳＦ６、Ｃ
ＨＦ３あるいはそれらにＯ２を添加したものを用い、そ
のエッチングガス流量は総流量を４０ｓｃｃｍに、エッ
チング時の圧力は４．５Ｐに固定し、印加高周波電力は
１００Ｗとすることにより実施することができた。この
ようなドライエッチングによって図２（ｃ）に示すよう
な構造体が得られる。
ＰＭＭＡを所望の発色光の波長周期でパターンニングを
行い、ＳＦ６でチタン層７をドライエッチングする。こ
のとき用いられるドライエッチング装置としては平行平
板型反応性イオンエッチング装置を用いることができ
る。このとき用いるエッチングガスとしてはＳＦ６、Ｃ
ＨＦ３あるいはそれらにＯ２を添加したものを用い、そ
のエッチングガス流量は総流量を４０ｓｃｃｍに、エッ
チング時の圧力は４．５Ｐに固定し、印加高周波電力は
１００Ｗとすることにより実施することができた。この
ようなドライエッチングによって図２（ｃ）に示すよう
な構造体が得られる。
【００３５】その後、ＢＨＦを用いて二酸化珪素膜をウ
エットエッチングし、図２（ｄ）に示すように光触媒物
質薄膜体１の裏面側に空隙部１０を形成する。この空隙
部１０の厚さは支持物質体としての二酸化珪素膜の厚さ
であるのでλ／４の厚さとなっている。
エットエッチングし、図２（ｄ）に示すように光触媒物
質薄膜体１の裏面側に空隙部１０を形成する。この空隙
部１０の厚さは支持物質体としての二酸化珪素膜の厚さ
であるのでλ／４の厚さとなっている。
【００３６】なお、上記のような製法の他、上記ドライ
エッチングを行う原料ガスとして、物理的エッチングを
実現するガスにアルゴンガスまたは酸素ガスを、化学的
エッチングを実現するガスに塩素ガスまたは塩酸ガスを
前記ガスに混合して用い、ウエットエッチングの行程を
行うことなしに支持物質薄膜体を光触媒物質薄膜体より
面積を小さく形成し、光触媒物質薄膜体の裏面側に外部
に通じる空隙部を形成することも可能である。
エッチングを行う原料ガスとして、物理的エッチングを
実現するガスにアルゴンガスまたは酸素ガスを、化学的
エッチングを実現するガスに塩素ガスまたは塩酸ガスを
前記ガスに混合して用い、ウエットエッチングの行程を
行うことなしに支持物質薄膜体を光触媒物質薄膜体より
面積を小さく形成し、光触媒物質薄膜体の裏面側に外部
に通じる空隙部を形成することも可能である。
【００３７】上記実施例においては、光触媒物質薄膜体
とこれを支持する支持物質薄膜体の積層構造体を長い列
状に形成し、これを等間隔で複数列配置した例を示した
が、例えば図３に示すように、光触媒物質薄膜体とこれ
を支持する支持物質薄膜体の積層構造体のユニットを等
間隔で一列に並べ、これを前記と同様に等間隔で複数列
配置するように構成しても良い。上記のように構成する
ことにより、Ｘ−Ｙ平面のいずれの方向から見たときに
も、平行な複数の溝、あるいは直行する複数の溝が形成
された状態となる。
とこれを支持する支持物質薄膜体の積層構造体を長い列
状に形成し、これを等間隔で複数列配置した例を示した
が、例えば図３に示すように、光触媒物質薄膜体とこれ
を支持する支持物質薄膜体の積層構造体のユニットを等
間隔で一列に並べ、これを前記と同様に等間隔で複数列
配置するように構成しても良い。上記のように構成する
ことにより、Ｘ−Ｙ平面のいずれの方向から見たときに
も、平行な複数の溝、あるいは直行する複数の溝が形成
された状態となる。
【００３８】また、上記各実施例では、支持物質薄膜体
を介して複数積層された光触媒物質薄膜体を、全てその
面積が等しくなるように設定しているが、例えば図４に
示すように、（ａ）のように表面から内部に向けてこの
面積が小さくなるように形成することもでき、また、逆
に（ｃ）に示すように、表面から内部に向けて大きくな
るように形成することもできる。なお（ｂ）は比較のた
めに前記図１（ｂ）のものを示したものである。なお、
このような積層体は基板に対してその全面に設けること
もできるが、１個だけ配置することも可能である。
を介して複数積層された光触媒物質薄膜体を、全てその
面積が等しくなるように設定しているが、例えば図４に
示すように、（ａ）のように表面から内部に向けてこの
面積が小さくなるように形成することもでき、また、逆
に（ｃ）に示すように、表面から内部に向けて大きくな
るように形成することもできる。なお（ｂ）は比較のた
めに前記図１（ｂ）のものを示したものである。なお、
このような積層体は基板に対してその全面に設けること
もできるが、１個だけ配置することも可能である。
【００３９】更に、上記実施例においては、その表面か
ら見たときには、いずれも複数の溝が形成された例を示
したが、例えば図５に示すように、表面から見たとき楕
円形をなす開口１１を均等に形成することもできる。こ
の開口１１は上記のような楕円形に限らず、例えば円
形、多角形等種々の形状のものを選定することができ
る。また、上記のような開口を均等に形成することな
く、不均等に配置してもよい。
ら見たときには、いずれも複数の溝が形成された例を示
したが、例えば図５に示すように、表面から見たとき楕
円形をなす開口１１を均等に形成することもできる。こ
の開口１１は上記のような楕円形に限らず、例えば円
形、多角形等種々の形状のものを選定することができ
る。また、上記のような開口を均等に形成することな
く、不均等に配置してもよい。
【００４０】
【発明の効果】本発明による光触媒発色部材は上記のよ
うな構成をなし、また上記のように製造されるものであ
り、高い光触媒効果を得るためには被分解物質との接触
する面積を大きくすることが必要であり、このためには
光触媒材料と汚染物質との接触面積を増大させる必要が
あるという前記従来の問題点１については、本発明にお
いて上記のように、表面に溝あるいは開口部を備え、光
触媒物質薄膜体の下面も外部に連通する状態に形成して
いるので、その表面積は極めて大きなものとすることが
でき、上記の問題点１を解決することができる。
うな構成をなし、また上記のように製造されるものであ
り、高い光触媒効果を得るためには被分解物質との接触
する面積を大きくすることが必要であり、このためには
光触媒材料と汚染物質との接触面積を増大させる必要が
あるという前記従来の問題点１については、本発明にお
いて上記のように、表面に溝あるいは開口部を備え、光
触媒物質薄膜体の下面も外部に連通する状態に形成して
いるので、その表面積は極めて大きなものとすることが
でき、上記の問題点１を解決することができる。
【００４１】即ち、本発明においては、光触媒物質を原
材料中に分散させるのではなく、光触媒材料のみから構
成し、しかも光触媒材料を薄膜化し、空隙部で分離され
た薄膜積層構造とし、表面から内部の光触媒薄膜体にも
汚染物質が接触できるよう、微細な溝を有する光触媒材
料多層膜構造としている。更にこのような構造とするこ
とにより、光触媒材料であるに酸化チタンの純粋な材料
は無色透明であり、粉末では白色を呈するが、この構造
による光の回折効果により、より干渉色による発色が得
られるという付加的な効果も生じる。
材料中に分散させるのではなく、光触媒材料のみから構
成し、しかも光触媒材料を薄膜化し、空隙部で分離され
た薄膜積層構造とし、表面から内部の光触媒薄膜体にも
汚染物質が接触できるよう、微細な溝を有する光触媒材
料多層膜構造としている。更にこのような構造とするこ
とにより、光触媒材料であるに酸化チタンの純粋な材料
は無色透明であり、粉末では白色を呈するが、この構造
による光の回折効果により、より干渉色による発色が得
られるという付加的な効果も生じる。
【００４２】一方、光触媒材料薄膜体に一定の間隔を与
えるスペーサとしてＳｉＯ２等の透明な無機物質を使用
することにより、従来の問題点２の光触媒材料による部
材自身の劣化も避けることができる。また、光触媒材
料、二酸化珪素ともテフロン系の分解温度である３００
度以上でも安定な物質であり、広範囲の用途に長期間安
定して使用することができる。
えるスペーサとしてＳｉＯ２等の透明な無機物質を使用
することにより、従来の問題点２の光触媒材料による部
材自身の劣化も避けることができる。また、光触媒材
料、二酸化珪素ともテフロン系の分解温度である３００
度以上でも安定な物質であり、広範囲の用途に長期間安
定して使用することができる。
【００４３】更に、本発明の上記構造によれば、微細な
多層薄膜構造と溝構造を作ることで、付加的に美しい発
色を得ることができる。これは構造性発色と呼ばれてい
るもので、本発明者らが初めて理論的な解明を行った構
造である。それにより光触媒材料を樹脂シート等の担持
素材上被付着させたものにおける樹脂シートへの着色の
必要性がなくなり、所望の色を長期間維持させることが
でき、従来の問題点３を解決することができる。
多層薄膜構造と溝構造を作ることで、付加的に美しい発
色を得ることができる。これは構造性発色と呼ばれてい
るもので、本発明者らが初めて理論的な解明を行った構
造である。それにより光触媒材料を樹脂シート等の担持
素材上被付着させたものにおける樹脂シートへの着色の
必要性がなくなり、所望の色を長期間維持させることが
でき、従来の問題点３を解決することができる。
【００４４】また、金属チタン板の表面を陽極酸化によ
ってサブミクロンの酸化チタン薄膜を形成し、チタン板
と酸化チタン表面との光干渉効果により発色させる方式
のように素材自体に電流を流す必要が無く、安価なガラ
ス板を含め、鉄板等の多数の種類の材料を使用すること
ができるほか、チタン金属表面を高い平滑度とする必要
が無く、光触媒効果の大きいアナターゼ構造の酸化チタ
ンを用いることができることにより、前記従来の問題点
４を解決することができる。また、酸化チタンをサブミ
クロンの膜厚とし、更にその１０分の１以下の精密な膜
厚制御を行う必要が無くなり、前記問題点５を解決する
ことができる。
ってサブミクロンの酸化チタン薄膜を形成し、チタン板
と酸化チタン表面との光干渉効果により発色させる方式
のように素材自体に電流を流す必要が無く、安価なガラ
ス板を含め、鉄板等の多数の種類の材料を使用すること
ができるほか、チタン金属表面を高い平滑度とする必要
が無く、光触媒効果の大きいアナターゼ構造の酸化チタ
ンを用いることができることにより、前記従来の問題点
４を解決することができる。また、酸化チタンをサブミ
クロンの膜厚とし、更にその１０分の１以下の精密な膜
厚制御を行う必要が無くなり、前記問題点５を解決する
ことができる。
【００４５】更に、本発明は上記のように、単純な回折
格子ではなく、光誘電体多層膜による回折構造をとるた
め、発色の角度依存性を低減することが可能であり、広
い角度範囲にわたって所望の発色を得ることが可能にな
り、従来の問題点６を解決することができる。
格子ではなく、光誘電体多層膜による回折構造をとるた
め、発色の角度依存性を低減することが可能であり、広
い角度範囲にわたって所望の発色を得ることが可能にな
り、従来の問題点６を解決することができる。
【００４６】また、この構造性発色構造が光触媒効果を
有することは、微細なこの構造に付着した汚染物質をそ
の光触媒効果により除去できることも意味している。そ
れにより前記従来の問題点７を解決できる。
有することは、微細なこの構造に付着した汚染物質をそ
の光触媒効果により除去できることも意味している。そ
れにより前記従来の問題点７を解決できる。
【図１】本発明による光触媒発色部材の一実施例を示す
斜視図であり、（ａ）はその全体を示し、（ｂ）はその
一部拡大図である。
斜視図であり、（ａ）はその全体を示し、（ｂ）はその
一部拡大図である。
【図２】本発明による光触媒発色部材の製造方法を用い
て光触媒発色部材を製造する過程を（ａ）〜（ｄ）に順
に示した製造過程説明図である。
て光触媒発色部材を製造する過程を（ａ）〜（ｄ）に順
に示した製造過程説明図である。
【図３】本発明の光触媒発色部材の他の実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図４】同、更に他の例を示す斜視図である。
【図５】同、更に他の例を示す斜視図である。
１ 光触媒物質薄膜体
２ 支持物質薄膜体
３ 光触媒発色体
４ 基板
５ 光触媒発色部材
７ チタン層
８ ＰＭＭＡ層
１０ 空隙部
１１ 開口部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｇ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01J 21/00 - 38/74
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (15)
- 【請求項１】 基板表面に光触媒物質薄膜体と該光触媒
物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体とを積層した薄膜
積層体を備え、 前記光触媒物質薄膜体の前記基板表面に対向する面の一
部に前記支持物質薄膜体が積層しないことにより形成さ
れる空隙部を備え、 前記空隙部を前記薄膜積層体の表面に連通したことを特
徴とする光触媒発色部材。 - 【請求項２】 前記薄膜積層体の表面に開口を形成し、
前記空隙部を前記開口に連通するように形成した請求項
１記載の光触媒発色部材。 - 【請求項３】 前記光触媒物質が二酸化チタンよりなる
請求項１記載の光触媒発色部材。 - 【請求項４】 前記支持物質薄膜体は融点４００度以上
の金属、半導体、または絶縁物からなる請求項１記載の
光触媒発色部材。 - 【請求項５】 前記開口の形状が平行な溝状である請求
項２記載の光触媒発色部材。 - 【請求項６】 前記開口が円形、楕円形、または多角形
である請求項２記載の光触媒発色部材。 - 【請求項７】 前記開口の間隔が前記薄膜積層体の表面
で均等に配置している請求項２記載の光触媒発色部材。 - 【請求項８】 前記開口の間隔が前記薄膜積層体の表面
で不均等に配置している請求項２記載の光触媒発色部
材。 - 【請求項９】 前記支持物質薄膜体の前記薄膜積層方向
と直角方向の断面が円形、楕円形または多角形状をなす
請求項１記載の光触媒発色部材。 - 【請求項１０】 前記薄膜積層体は光触媒物質薄膜体と
該光触媒物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体とを交互
に複数積層したものであり、全ての光触媒薄膜体が同一
形状である請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載
の光触媒発色部材。 - 【請求項１１】 前記薄膜積層体は光触媒物質薄膜体と
該光触媒物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体とを交互
に複数積層したものであり、前記光触媒薄膜体は、該光
触媒薄膜体の薄膜積層方向と直角方向の断面積が、薄膜
積層体の表面から前記基板表面に向けて順に大きくなる
ように形成した請求項１乃至請求項９のいずれか一つに
記載の光触媒発色部材。 - 【請求項１２】 前記薄膜積層体は光触媒物質薄膜体と
該光触媒物質薄膜体を支持する支持物質薄膜体とを交互
に複数積層したものであり、前記光触媒薄膜体は、該光
触媒薄膜体の薄膜積層方向と直角方向の断面積が、薄膜
積層体の表面から前記基板表面に向けて順に小さくなる
ように形成した請求項１乃至請求項９のいずれか一つに
記載の光触媒発色部材。 - 【請求項１３】 光触媒物質薄膜体としてアナターゼ構
造の酸化チタン膜を用いることを特徴とする請求項１乃
至請求項１２のいずれか一つに記載の光触媒発色部材。 - 【請求項１４】 光触媒物質薄膜体としてアモルファス
構造の酸化チタン膜を用いることを特徴とする請求項１
乃至請求項１２のいずれか一つに記載の光触媒発色部
材。 - 【請求項１５】 基板表面に光触媒物質薄膜層と支持物
質薄膜層を積層し、物理的ドライエッチングによって全
ての層を貫通する開口を形成することにより光触媒物質
薄膜体と支持物質薄膜体を積層した薄膜積層体を形成
し、次にウエットエッチングによって前記開口側から支
持物質薄膜体の一部を除去することにより前記光触媒物
質薄膜体の前記基板表面に対向する面の一部に前記支持
物質薄膜体が積層しない空隙部を形成したことを特徴と
する光触媒発色部材の製造方法。
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