光触媒フィルタ、光触媒フィルタユニット、クリーンルーム、空気浄化装置、製造装置、並びに空気浄化方法
【課題】 アンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させたセラミック光触媒フィルタ及び光触媒フィルタユニットを提供する。
【解決手段】 セラミック光触媒フィルタ２０は、３次元網目構造の基材層をＳｉＯ２を主成分としＡｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成し、この基材層の表面に形成した光触媒層を、ＴｉＯ２を主成分とし、かつＴｉＯ２とＳｉＯ２の重量比率を約８：２として形成し、光触媒層の表面を弱酸性に調整したものである。セラミック光触媒フィルタ２０を使用した光触媒フィルタユニットＦは、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程を行うクリーンルーム１に空気を供給する空気出口２に配設されている。この光触媒フィルタユニットＦは、側面枠１１に回動可能に取付けたトップパネル１２の開閉により、側面枠１１の内部に収納したセラミック光触媒フィルタ２０及び光源ランプ３１を交換可能とされている。
【解決手段】 セラミック光触媒フィルタ２０は、３次元網目構造の基材層をＳｉＯ２を主成分としＡｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成し、この基材層の表面に形成した光触媒層を、ＴｉＯ２を主成分とし、かつＴｉＯ２とＳｉＯ２の重量比率を約８：２として形成し、光触媒層の表面を弱酸性に調整したものである。セラミック光触媒フィルタ２０を使用した光触媒フィルタユニットＦは、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程を行うクリーンルーム１に空気を供給する空気出口２に配設されている。この光触媒フィルタユニットＦは、側面枠１１に回動可能に取付けたトップパネル１２の開閉により、側面枠１１の内部に収納したセラミック光触媒フィルタ２０及び光源ランプ３１を交換可能とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルフィルタの代替として用いることができるガス状汚染物質除去用の光触媒フィルタに係り、特にクリーンルームに要求されるごく微量レベルまで空気中の臭気物質や有害物質を分解除去することが可能な光触媒フィルタ、及び該光触媒フィルタを用いた光触媒フィルタユニット、クリーンルーム、空気浄化装置、製造装置、並びに空気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程において、ウェハやガラス、樹脂などの基板を扱うクリーンルームでは、汚染による製品の歩留まりの低下等を防止し、また製品の信頼性を向上させるために、微粒子やガス状汚染物質などの汚染物質を除去し、高清浄度を保つことが要求されている。
そのため、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）、ＵＬＰＡフィルタ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ）等を用いた微粒子の除去が行われていた。しかし、高集積半導体素子のような高品質化、精密化された製品の製造においては、さらに、ＨＥＰＡフィルタ等では除去できないガス状汚染物質などによる汚染を防止する必要が生じていた。
【０００３】
通常、空気中には、ガス状汚染物質として硝酸ガス、硫酸ガス、塩酸ガスのような酸性ガス、アンモニア、アミン類のようなアルカリ性ガス、及び有機系ガスが存在する。また、クリーンルーム内に存在する高分子樹脂のような有機物からも、微量ではあるが有機系ガスが発生する。また、製造装置の排気系からの漏洩や、オペレータなどに由来のガス状汚染物質も発生する。このように、クリーンルーム内には、外気から導入されるガス状汚染物質に加えて、内部でもガス状汚染物質が発生し、これらを除去する必要があった。
【０００４】
従来は、このような汚染物質を吸着する吸着フィルタを用いてクリーンルーム内の空気中のガス状汚染物質の除去が行われていた。吸着フィルタの吸着材には、例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭、イオン交換繊維などが使用されている。
例えば、活性炭をベースとするいわゆるケミカルフィルタにより、クリーンルーム内のガス状汚染物質を物理吸着あるいは化学吸着して除去している（特許文献１参照）。また、陽イオン交換体もしくは陰イオン交換体、又は陽イオン交換基と陰イオン交換基を併有するイオン交換体が付加されたイオン交換繊維を用いたイオン交換フィルタにより、上記のようなアルカリ性ガスや酸性ガスなどのイオン性ガス状汚染物質を吸着して除去している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１８７６１２号公報（第２−５頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３００９３６号公報（第２−５頁、図１）
【０００５】
特許文献２のようなイオン交換フィルタは、従来、半導体や液晶を製造するクリーンルーム内のプロセスエリアにおいて、腐食性ガス（アンモニアや酸性ガス）を除去するために使用されている。また、リソグラフィ工程では、光学系におけるミラーやレンズの曇りの原因となるアンモニアやアルカリ性ガスを除去するために使用されている。
そして、上記のようなＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、イオン交換フィルタ等を通した清浄な空気を垂直一方向または水平一方向に流し続けることにより、クリーンルーム内の清浄度を保つようなシステムが構成されていた。具体的には、天井全面または一部、壁全面または一部に設けられた吹き出し口に上記フィルタを備えたフィルタユニットを取り付け、このフィルタユニットを通過する過程で汚染物質が吸着・除去され、微粒子やガス状汚染物質を含んだ空気が清浄化されるように構成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のような吸着フィルタは、いずれも、吸着されたガス状汚染物質が分解されずにフィルタ内に蓄積される。従って、捕集されたガスの飽和、再放出が発生するという問題点があった。すなわち、ケミカルフィルタでは、フィルタの濾材そのものや、フィルタを固着するためのシール材などからガス状物質が脱離し、フィルタ自体が汚染源となるという問題点があった。
また、吸着フィルタは吸着量に限界があり、ガス除去性能を維持するためには、定期的なフィルタの交換作業が必要とされている。そして、交換したフィルタはほとんど再生できないため、メンテナンスに手間を要すると共に、ランニングコストがかかるという問題点があった。特に、イオン交換フィルタの場合にはフィルタユニットが高価であり、一旦飽和したフィルタユニットは再生されることなく廃棄されるため、ランニングコストの高さが問題点とされていた。
【０００７】
一方、上記特許文献２にも記載されているように、気体中のガス状汚染物質を除去するフィルタとして光触媒フィルタが用いられている。光触媒フィルタは、光触媒反応によりガス状汚染物質を分解処理するため、吸着フィルタのように吸着量の限界により飽和してしまうことがなく再放出も起こらない。しかし、光触媒反応による反応性生物、例えば硝酸塩や硫酸塩等の物質がフィルタ上に触媒被毒として堆積され、この触媒被毒が光触媒フィルタの性能劣化の原因となってしまうという問題点があった。
この点に鑑み、本発明の特許出願人等は、水洗等で触媒被毒成分を除去できる再生可能な光触媒フィルタ（特許文献３参照）を開発した。この光触媒フィルタは、セラミック質あるいは金属質の基材上に酸化チタン等の触媒成分の膜を形成した構造とされており、水洗のみで触媒被毒成分を除去することができ、再生可能な光触媒フィルタとして使用することができる。また、その際、塵などの汚れも同時に除去することができる。
【特許文献３】特開２００３−０５３１９４号公報（第２−５頁、図１）
【０００８】
上記のセラミック製光触媒フィルタは、アルカリ性ガス、酸性ガス、有機系ガス、硫黄系ガス等の種々の汚染物質を分解することができ、また、耐久性のあるセラミック質や金属質などの剛性基材上に酸化チタンを担持させて光触媒層を形成しているので、水洗による再賦活処理を容易に行うことができる。しかし、ウェハやガラスなどの基板を扱うクリーンルーム内におけるアンモニアガスの除去性能については、さらなる改善が望まれていた。特に、酸性ガスや有機系ガスの除去性能を低下させずにアンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させ、アンモニアガスの濃度をクリーンルームで要求されるごく微量レベルまで減少させることが可能な光触媒フィルタが望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、他のガス状汚染物質の除去性能を低下させることなく、アンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させた光触媒フィルタ及び該光触媒フィルタを用いた光触媒フィルタユニット、クリーンルーム、空気浄化装置、製造装置、及び空気浄化方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、アンモニアガスの濃度を、半導体や液晶、有機ＥＬ等の素子あるいはデバイスの製造又は加工工程を行うクリーンルームにおいて要求されるごく微量レベルまで効率よく減少させることが可能な光触媒フィルタを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、水洗により容易に触媒被毒成分を除去して再賦活させることにより、ほぼ初期の状態まで酸化分解能の復元が可能な光触媒フィルタを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光触媒フィルタの着脱が容易であってメンテナンスに手間を要さない光触媒フィルタユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、請求項１に記載の光触媒フィルタによれば、３次元網目構造を有するセラミック基材層と、該セラミック基材層の表面に形成された光触媒層と、を備え、前記セラミック基材層は、ＳｉＯ２を主成分とし、かつ、Ａｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成され、前記光触媒層は、ＴｉＯ２を主成分とし、かつ、ＳｉＯ２を含むと共に、前記光触媒層中におけるＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の重量比率が約８：２とされ、前記光触媒層の表面が弱酸性に調整されてなること、により解決される。
３次元網目構造のセラミック基材層は、表面がポーラスで表面積が大きいため、担持させる光触媒の量を自在にコントロールすることができる。また、ＳｉＯ２成分を従来品より増加させることにより、光触媒反応により除去される汚染ガスの中でも、アンモニアガスの吸着・除去効率を選択的に向上させることができる。また、トップコートと基材との密着効果が向上されるので、トップコートの基材からの脱落がより発生しにくくなり、発塵が抑制される。また、触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができるので、再利用することができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからない。また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のように、前記光触媒層は、表面のｐＨが５以上７未満となるように調整することができる。このように、トップコートの表面が弱酸性に処理されていると、塩基性ガスの吸着サイトが増加され、アンモニアガスの吸着・除去効率を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載のように、前記セラミック基材層及び前記光触媒層は、Ｎａ及びＢを含まないように構成することができる。このように構成すると、酸化チタン（ＴｉＯ２）とＮａ成分が反応して光触媒活性を有さない化合物に変化してしまうことがない。また、基材成分中のホウ素に由来する酸性ガス等の汚染ガスが発生することがない。
【００１３】
また、前記課題は、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットによれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタと、該光触媒フィルタに隣接して配設される光源と、を備え、前記光源は、光触媒反応を誘起する処理光を前記光触媒フィルタに照射すること、により解決される。
このような構成により、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光触媒フィルタに光触媒反応を生起させ、アンモニアガスを効率的に吸着・除去することができる。また、発塵が抑制されているので、清浄空気を供給することができる。また、触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからず、また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１４】
また、前記課題は、請求項５に記載の光触媒フィルタユニットによれば、筒状に形成された空気流路を有する筐体と、該筐体に一端が回動可能に接続され、前記空気流路の一端に対面する交差状態と対面しない開放状態とに変位可能に構成され、前記交差状態において前記空気流路と対面する位置に形成された開口を有する平板状のトップパネルと、を備え、前記トップパネルには、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタが着脱可能に設けられ、かつ、該光触媒フィルタパネルに隣接する位置に、光触媒反応を誘起する処理光を照射する光源が設置されてなること、により解決される。
このように構成すると、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光触媒フィルタを空気流路に設置して、アンモニアガスを効率的に吸着・除去することができる。また、光触媒フィルタはトップパネルに着脱可能とされており、トップパネルは光触媒フィルタごと回動可能とされている。従って、光触媒フィルタをトップパネルの回動により空気流路から取り出して容易に交換することができるので、交換、メンテナンスが更に容易化される。
【００１５】
また、請求項６に記載のように、前記光触媒フィルタは平板状に形成され、前記空気流路を通過する空気の流れに交差するように配設され、かつ、前記光源を挟んで対峙するように２層に配設されると好適である。このように構成すると、光源が発する処理光を効率よく利用することができる。また、３次元網目構造の表面に形成された光触媒層に空気が効率的に接触されるので、汚染物質を効率的に吸着、分解することができる。
また、請求項７に記載のように、前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えた構成とすることもできる。このように構成すると、光触媒フィルタに到達する前の空気から、比較的粒径の大きい粒子や塵を除去することができる。光触媒フィルタユニット側からの発塵、特に、酸化チタン等の光触媒層の剥離や磨耗などによる発塵を除去した空気を供給することができる。
【００１６】
また、前記課題は、請求項８に記載のクリーンルームによれば、空気を取り入れるための空気導入口を備え、前記空気導入口には、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の光触媒フィルタユニットが配設されたこと、により解決される。また、請求項９に記載のように、このクリーンルームを、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うクリーンルームとすることができる。
このように、半導体、液晶、有機ＥＬ等の製造工程を行うクリーンルームに、上記各構成の光触媒フィルタを用いて浄化空気を供給することにより、アンモニアガスをはじめとする汚染ガスや塵などの濃度をごく微量に保つことができる。また、従来の吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからず、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１７】
また、前記課題は、請求項１０に記載の空気浄化装置によれば、クリーンルーム内から取り入れた空気を通過させる空気流路を備え、前記空気流路には、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えて構成され、クリーンルーム内に設置されたこと、により解決される。そして、請求項１１に記載のように、前記クリーンルームは、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことができる。
そしてまた、前記課題は、請求項１２に記載の製造装置によれば、請求項１０に記載の空気浄化装置を備え、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うこと、により解決される。
【００１８】
このように、本発明の光触媒フィルタユニットを用いて空気浄化装置を構成することができる。そして、この空気浄化装置をクリーンルーム内に設置してクリーンルーム内で発生する汚染物質を除去することができる。また、空気浄化装置を半導体、液晶、有機ＥＬ等の製造装置に組み込んで、製造工程において汚染物質が製品に悪影響を与えないように構成することができる。
【００１９】
また、前記課題は、請求項１３に記載の空気浄化方法によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタに、酸性ガス，塩基性ガス，有機性ガスの少なくともいずれかを含む汚染空気を接触させ、前記光触媒フィルタの表面に前記汚染空気に含まれる汚染物質を吸着させる工程と、前記光触媒フィルタの表面に光触媒反応を誘起する処理光を照射して前記汚染物質を分解除去する工程と、前記光触媒フィルタの表面に堆積した触媒被毒成分を水洗により除去する工程と、を行うこと、により解決される。そして、請求項１４に記載のように、前記汚染物質はアンモニアを含むことを特徴とする。また、請求項１５に記載のように、前記汚染物質は、酸素，塩素，硫酸，硝酸，燐酸，アミン，水酸化アンモニウム，の少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
【００２０】
このように、請求項１乃至請求項３に記載の構成からなる光触媒フィルタを用いることにより、アンモニアガスの吸着・除去効率を選択的に向上させることができる。また、水洗浄により機能を復帰させることができるので、再利用することができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからない。また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（イ）アンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させることができ、他のガス状汚染物質の除去性能を低下させることなく、アンモニアガスの濃度を、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程に要求されるごく微量レベルまで減少させることができる。
（ロ）水洗により容易に触媒被毒成分を除去して再賦活させることができるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
（ハ）光触媒フィルタの着脱が容易とされているので、メンテナンスに手間を要さない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，部材の配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
図１、図２は本実施形態の光触媒フィルタユニットを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。図３は本実施形態の光触媒フィルタユニットを設置したクリーンルームの構成を示す説明図である。図４〜図６は本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。図７は本実施形態のセラミック光触媒フィルタの使用状態を示す説明図である。
また、図８は本実施形態のセラミック光触媒フィルタの外観を示す説明図、図９はアンモニア除去性能確認試験の結果を示す説明図である。
【００２３】
（全体構成）
本実施形態において浄化空気が供給されるクリーンルーム１は、例えば、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程内におけるウェハやガラス、樹脂などの基板を扱う作業空間であって、空気中におけるガス成分や浮遊微粒子などが予め定められた高い清浄度レベル以下の状態を保つように管理されており、必要に応じて温度、湿度、圧力などの環境条件についても管理されている。このクリーンルーム１には、図１に示すように、天井面や壁面の所定位置に空気出口２が設けられており、この空気出口２には、空気浄化装置Ｓの空気供給口７２が接続されている。すなわち、クリーンルーム１の上に設けられた天井裏空間３が空気浄化のための空間とされており、この天井裏空間３に、外部に連通された空気循環路や、空気浄化装置Ｓを設置することができる。
【００２４】
（空気浄化装置の構成）
まず、本発明のセラミック光触媒フィルタ２０を内部に設けた空気浄化装置Ｓについて説明する。
本実施形態では、図１に示すように、空気浄化装置Ｓによってガス状汚染物質や微粒子の捕集・除去が行われた浄化空気が、空気出口２からクリーンルーム１に供給されている。
例えば、外部から空気を取り入れる場合は、外部の未処理空気を、外部に連通された空気循環路Ｃ１を通って空気浄化装置Ｓに導入し、浄化する。また、クリーンルーム内の空気を浄化して循環させる場合は、クリーンルーム内から吸引した未処理空気を、空気循環路Ｃ２を通って空気浄化装置Ｓに導入し、浄化する。
【００２５】
なお、空気出口２には、ルーバーなどの空気整流手段を設けてもよい。また、空気循環路Ｃ１、Ｃ２には、導入する空気の風量を調整するためにダンパ等を設けてもよい。また、空気循環路Ｃ１には、外部から導入された空気の温度調整や湿度調整等を行うための冷却器、ヒーター、除湿機等を設けてもよい。
また、後述するように、この天井裏空間全体を空気浄化装置Ｓとして機能させるような構成であってもよい。すなわち、図３に示すように、天井裏空間を密閉し、この天井裏空間に外部に連通された空気循環路Ｃ１を接続する。そして、天井裏空間３とクリーンルーム１とは、直接天井面に設けられた空気出口（図１における空気出口２を同様の構成）によって接続される。そして、この空気出口の天井裏空間側に、後述するセラミック光触媒フィルタ２０を備えた光触媒フィルタユニットＦを設置した構成とすることができる。
【００２６】
本実施形態の空気浄化装置Ｓは、セラミック光触媒フィルタ２０と、光源装置３０と、プレフィルタ４０と、ＵＬＰＡフィルタ５０と、送風装置６０と、筐体７０と、を主要構成とする。
筐体７０は内部に取り入れた空気を浄化するための浄化空間Ｒを形成するものである。この筐体７０には、空気循環路Ｃ１及び空気循環路Ｃ２に連通された空気導入口７１と、クリーンルーム１の空気出口２に連通された空気供給口７２が設けられ、空気導入口７１と空気供給口７２の間に浄化空間Ｒが形成されている。
【００２７】
浄化空間Ｒには、空気が流れる上流側から順に、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、光源装置３０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０、が取り付けられている。このように、本例では、セラミック光触媒フィルタ２０は光源装置３０の前後に取り付けられ、２枚設けられている。
プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０の各フィルタはそれぞれ筐体７０から着脱可能に構成されており、取り外して交換あるいはメンテナンスすることができる。
【００２８】
送風装置６０は未処理空気を吸引して浄化空間Ｒを通過させる空気の流れを発生させるためのもので、例えばファンモジュールにより構成されている。この送風装置６０は、筐体７０の内部に設けることができ、例えばプレフィルタ４０の上流側に設けることができる。また、本例のように、筐体７０の外部に設けることもでき、空気循環路Ｃ１及び空気循環路Ｃ２に取り付けてもよい。
ガス状汚染物質や微粒子を含む未処理空気は、送風装置６０により空気導入口７１から吸引されて浄化空間Ｒ内に送風される。そして、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０の順に通過し、空気供給口７２に到達するまでの過程において微粒子やガス状汚染物質が除去される。
【００２９】
セラミック光触媒フィルタ２０は、光触媒反応により空気からガス状汚染物質等を除去するものであり、通気性のある３次元網目構造とされ、平板状に形成されている。本例では、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０は、両面が露出され空気が透過可能な状態で、浄化空間Ｒを流れる空気の進行方向と略垂直にセットされている。
本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、光触媒反応により、ガス状汚染物質のうち特にアンモニアを効率よく除去することができるが、この特徴については後述する。
【００３０】
光源装置３０は、光源ランプ３１と、安定器３２と、電極ソケット３３と、を主要構成とするものである。光源ランプ３１は紫外線を放射するものであって、本例では、直管形のブラックライトが使用されている。
光源ランプ３１は、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の略中間の位置に、略等間隔に並んで複数配設されている。光源ランプ３１の両端部３１ａ（不図示）はそれぞれ電極ソケット３３に接続され、配線を介して安定器３２及び外部の電源に接続されている。電極ソケット３３は浄化空間Ｒ内の所定位置に取り付けられている。
本例では、この光源ランプ３１の照射により、光源ランプ３１を挟んで対峙する２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の表面が、それぞれ、略均一な紫外線の照射を受ける。この紫外線により、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の表面において、それぞれ、光触媒反応を生起させることができる。
【００３１】
プレフィルタ４０は、空気導入口７１とセラミック光触媒フィルタ２０との間に配設されており、未処理空気中の比較的粒径の大きい粒子や塵を除去するためのものである。プレフィルタ４０は、例えば、ポリプロピレン等から成る不織布をプリーツ折り加工して形成されている。また、不織布に、活性炭等の吸着物質を内蔵することにより、空気中の臭気成分も合わせて吸着して除去するように構成してもよい。また、公知の集塵フィルタと脱臭フィルタを組み合わせた構成としても良い。
【００３２】
ＵＬＰＡフィルタ５０は、ごく小さな微粒子を捕集するためのフィルタであって、セラミック光触媒フィルタ２０と空気供給口７２の間に配設されている。ＵＬＰＡフィルタ５０は、従来用いられていたＨＥＰＡフィルタでは除去できない０．１μｍ程度の微小粒子であっても除去できるように構成されている。
このように、浄化空間Ｒ内の空気の流れの最終段階にＵＬＰＡフィルタ５０を配置することにより、クリーンルーム１側に、空気浄化装置Ｓ側からの発塵、特に、酸化チタン等の光触媒層の剥離や磨耗などによる発塵が漏れないようにすることができる。
【００３３】
なお、上記構成では、セラミック光触媒フィルタ２０は、空気の進行方向に光源ランプ３１を挟んで対峙するように２枚設けられていたが、２枚に限らずもっと多数配設してもよい。また、１枚だけにしてもよい。多数配設した場合には、各層に光を照射することができる位置及び数の光源ランプを配設すれば、各層で光触媒反応を生起させることができ、短時間で多量の空気を浄化することができる。
【００３４】
また、本例では、後述するようにセラミック質の基材層を備えた不燃性のセラミック光触媒フィルタ２０を用いているため、セラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１との距離を従来よりも接近させることができる。
すなわち、従来の紙製の光触媒フィルタでは、不必要な発熱により発火するようなことがないように配慮する必要があったが、本例では不燃性とされているのでこのような制限がなく、設計の自由度が増大されている。また、セラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１を従来に比べて近付けることにより、フィルタ表面での紫外線強度を強めることができる。光量が強ければ強いほど光触媒反応速度が向上すると考えられるので、これにより、短時間で多量の空気を浄化することができる。
【００３５】
また、上記構成のセラミック光触媒フィルタ２０、プレフィルタ４０、ＵＬＰＡフィルタ５０は、セラミックフィルタのようにそれ自体が剛性を有しており形状を維持できる場合には、フィルタ単体を着脱可能に構成することができる。また、剛性のないフィルタの場合には、枠体に取り付けたり、フィルタカートリッジとして着脱可能に構成することができる。また、カートリッジ化すれば、交換やメンテナンスが容易とされる。
【００３６】
また、上記構成では空気浄化装置Ｓを天井裏空間３に設置したが、図２に示すように、クリーンルーム１の室内に設置することもできる。図２（ａ）の空気浄化装置Ｓでは、空気導入口７１から直接クリーンルーム１内の空気を取り入れるように、空気導入口側に送風装置６０を設けている。このように、室内設置型の空気浄化装置として構成すれば、既存のクリーンルームに設置して使用することができる。また、図２（ｂ）に示すように、半導体や液晶、有機ＥＬなどの製造装置４に、空気浄化装置Ｓ１を一体に組み込むこともできる。このように構成すると、半導体や液晶、有機ＥＬなどのワークの近傍の空間に、常に浄化空気を供給することができる。
【００３７】
（光触媒フィルタユニットの構成）
次に、本実施形態の光触媒フィルタユニットＦについて説明する。この光触媒フィルタユニットＦは、セラミック光触媒フィルタ２０及び光源装置３０を装着可能に構成され、必要に応じてプレフィルタ４０やＵＬＰＡフィルタ５０をも装着可能とされ、これらを一体にユニット化して構成されている。
この光触媒フィルタユニットＦの特徴は、後述するように、フィルタや光源ランプがトップパネルに装着され、このトップパネルを回動作動させることによりフィルタや光源ランプをユニット内から容易に取り出し可能に構成されており、これにより、フィルタや光源の交換及びメンテナンスを容易に行うことができることである。
この光触媒フィルタユニットＦは、図３、図７に示すように、筒状のフレーム１０の内部が浄化すべき空気の空気流路となるように空気出口２に取り付けられる。すなわち、空気出口２の天井裏空間３側に直接取り付けて使用される。
【００３８】
本実施形態の光触媒フィルタユニットＦは、概略筒状に形成されたフレーム１０と、このフレーム１０内に配設された２枚のセラミック光触媒フィルタ２０と、このセラミック光触媒フィルタ２０の間に配設された複数の光源ランプ３１と、を主要構成とする。
図４〜図６に本実施形態の光触媒フィルタユニットＦの構成を示す。図４（ａ）はフレーム１０をトップパネル側から見た図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図４において、取付枠１３及び光源ランプ３１は点線で示している。また、図５（ａ）は図４のフレーム１０に取り付けられたセラミック光触媒フィルタ２０及び光源ランプ３１等をトップパネル側から見た図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図５において、側面枠１１は図示を省略しており、トップパネル１２は点線で示している。また、図６は図５（ｂ）の領域Ｃの拡大図である。
【００３９】
フレーム１０は、略矩形断面の短い筒体からなる側面枠１１と、この側面枠１１の一方の開口に一端側が蝶着されたトップパネル１２と、側面枠１１の内周に沿って固定された取付枠１３と、を備えて構成されている。
トップパネル１２は、図４に示すように、ヒンジ１２ａにより一端側を軸として側面枠１１に対して回動可能に取り付けられており、側面枠１１の開口に対面する閉鎖状態と対面しない開放状態とに変位される。また、このトップパネル１２は、側面枠１１の開口に対面する中央領域が大きく矩形状に開口されている。
【００４０】
取付枠１３は、トップパネル１２の裏側に設けられており、トップパネル１２の開口よりもやや大きい寸法の平板状のセラミック光触媒フィルタ２０と、光源ランプ３１等を着脱可能に構成されている。
取付枠１３は、図５、図６に示すように、光源ランプ３１を空気流路と交差するように取り付けるための枠状のランプ取付部１３ａと、セラミック光触媒フィルタ２０を空気流路と交差するように着脱可能に取り付けるためのフィルタ取付部１３ｂと、ランプ取付部１３ａ及びフィルタ取付部１３ｂをトップパネル１２の裏側に固定するための取付部材１３ｃと、を備えて構成されている。
【００４１】
ランプ取付部１３ａは、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、略コの字型断面を有する部材を、コの字型断面の開口側を対向させるようにして枠状に組み付けて構成することができる。コの字型断面部材の互いに対向するウェブ面には、その略中央に沿って、電極ソケット３３がそれぞれ略等間隔に配設されている。そして、光源ランプ３１は、図５に示すように、対向する位置にある電極ソケット３３に両端部３１ａがそれぞれ接続されて支持される。本実施形態では、側面枠１１の内部に、空気流路と交差するように、６本の光源ランプ３１を略平行に設置することができる。
【００４２】
フィルタ取付部１３ｂは、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、略コの字型断面のランプ取付部１３ａの両面のフランジ部に取り付けられた断面Ｌ字型部材を備え、この断面Ｌ字型部材とランプ取付部１３ａとの間にフィルタ枠１４の外周側に設けられた突出部１４ａを挟んでビスやボルト等の取付部材で固定することにより構成されている。フィルタ枠１４は、略コの字型断面を有し、その開口側の内法幅をセラミック光触媒フィルタ２０の端部の厚さよりもやや大きく設定した部材を、開口側を対向させるようにして２本略平行に配設して構成されている。
【００４３】
取付部材１３ｃは、トップパネル１２の開口から少し外周側の位置において、トップパネル１２の裏面側に略垂直に延出されるように取り付けられており、トップパネル１２を側面枠１１の一方の開口に対面させて閉鎖状態としたときに、側面枠１１の内周面から所定寸法離間された位置に収納されるように配設されている。上記のランプ取付部１３ａはこの取付部材１３ｃの側面に固定されており、フィルタ取付部１３ｂはランプ取付部１３ａを介して取付部材１３ｃに固定されている。なお、取付部材１３ｃの側面の裏側には光源ランプ３１の配線や安定器３２等が固定されており、取付部材１３ｃと側面枠１１との隙間に配線や安定器３２等が収納される。
【００４４】
このように構成すると、セラミック光触媒フィルタ２０は、その両側端をフィルタ枠１４にそれぞれはめこんでスライド移動させることにより、トップパネル１２の裏側に、トップパネルと略平行に装着することができる。また、本例の構成では、フィルタ枠１４はランプ取付部１３ａの両面にそれぞれ設けられている。従って、光源ランプ３１を挟んで、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０を略平行に装着することができる。そして、セラミック光触媒フィルタ２０を取り外すことにより間に挟まれた光源ランプ３１を外部に露出させて電極ソケット３３から着脱可能とし、光源ランプ３１を交換することができる。
また、このように構成すると、セラミック光触媒フィルタ２０は裏返して取り付けることができる。従って、片面側に汚れが付着した場合には、汚れが付着した面を光源ランプ３１側を向くように取り付けて、光触媒反応により汚れを除去することができる。
【００４５】
なお、図６（ａ）はセラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１をトップパネル１２に装着した構成であるが、図６（ｂ）に示すように、本実施形態では、トップパネル１２とその下のセラミック光触媒フィルタ２０との間にプレフィルタ４０の端部の形状に合わせたフィルタ取り付け部が設けられており、ここにプレフィルタ４０を装着することができる。そして、ＵＬＰＡフィルタ５０はトップパネル１２とは分離され、側面枠１１の内部の空気出口２との接続部にセットされている。また、本発明はこのような構成に限定されず、ＵＬＰＡフィルタ５０についてもトップパネル１２に装着してもよい。すなわち、トップパネル１２、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１、セラミック光触媒フィルタ２０、の次に、ＵＬＰＡフィルタ５０を装着可能に構成してもよい。
このように、プレフィルタ４０やＵＬＰＡフィルタ５０を光触媒フィルタユニットＦに一体に装着することにより、セラミック光触媒フィルタ２０の近傍で塵や微粒子を捕獲することができる。また、光触媒フィルタユニットＦとクリーンルームに接続される空気出口との間に、別途ＵＬＰＡフィルタ５０の取付部を設ける必要がない。また、トップパネル１２の天井裏空間３側、あるいは天井裏空間３と空気循環路との間に、別途プレフィルタ４０の取付部を設ける必要がない。従って、この光触媒フィルタユニットＦを装着するだけでクリーンルームに清浄空気を供給することができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１がトップパネル１２の裏面側に装着されており、また、必要に応じて、プレフィルタ４０、ＵＬＰＡフィルタ５０もトップパネル１２の裏面側に装着することができる。そして、このような構成により、フィルタや光源の交換及びメンテナンスは、以下のように行うことができる。
本実施形態では、トップパネル１２を、各フィルタや光源を装着した状態で、ヒンジを中心とした回動作動により、側面枠１１の開口に対面する閉鎖状態（図７（ａ））と対面しない開放状態（図７（ｂ））とに変位させることができる。そして、閉鎖状態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等が取り付けられた取付枠１３は、側面枠１１に囲まれた空間に収納されており、このとき、フィルタユニットを通過する空気が光触媒作用によって浄化される。一方、トップパネル１２を側面枠１１に対して回動させて側面枠１１の開口を開放した開放状態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等が取り付けられた取付枠１３が、側面枠１１に囲まれた空間から外部に取り出された状態となる。
【００４７】
つまり、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等を、トップパネル１２を回動させるという容易な操作により、側面枠１１の内部の空気流路から取付枠１３ごと外部に取り出すことができる。そして、取付枠１３ごと外部に取り出された状態において、上述したように、セラミック光触媒フィルタ２０をフィルタ枠１４にスライドさせて着脱する作業を容易に行うことができる。また、プレフィルタ４０についても同様に着脱することができる。そしてまた、各フィルタを取り外すことにより、光源ランプ３１が外部に露出された状態となり、光源ランプ３１の交換・メンテナンスを容易に行うことができる。
なお、本実施形態ではＵＬＰＡフィルタ５０はトップパネル１２と分離されて側面枠１１の内部に配設されている。従って、ＵＬＰＡフィルタ５０の交換は、トップパネル１２を回動させた状態で、側面枠１１の内部の取り付け位置から取り外す作業を行うことになるが、上述のようにＵＬＰＡフィルタ５０についてもトップパネル１２に装着するように構成し、取付枠１３ごと外部に取り出して着脱することができる。
【００４８】
また、本例の光触媒フィルタユニットＦには、図４に示すように、一端がトップパネル１２の側面枠１１側の面に接続されると共に、他端が側面枠１１の内周面に接続された伸縮可能なステー１５が設けられている。
このステー１５は、荷重を加えることにより屈曲または伸長され、伸縮可能とされているが、内部にダンパー機構が組み込まれているため、大きな荷重が加えられても、急激に伸縮されないように構成されている。そして、伸長された状態において、トップパネル１２を所定の開き角度となる位置で支持することができる。
【００４９】
本例では、トップパネル１２を、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等を取り付けた重量状態で回動させて各フィルタや光源ランプを外部に取り出し、交換する。従って、ステー１５にダンパー機構が組み込まれていない場合には、トップパネル１２が、その重量により、不意に回動作動開始したり、急激な速度で回動作動してしまう可能性があった。そこで、本例では、このような不都合を防止するために、ダンパー機構が組み込まれ、回動速度調節機能を有すると共に、トップパネル１２を開放位置で保持することが可能なステー１５を設けている。ステー１５にダンパー機構が組み込まれていない場合には、トップパネル１２が作業中に不意に回動作動開始したり、急激な速度で回動作動してしまい、交換作業を安全かつスムーズに行うことができないが、本例は、このような不都合を防止することが可能とされている。
【００５０】
また、本例のトップパネル１２には、側面枠１１の開口に対面した状態から開き方向に回動させる際に引っ張って作動開始させるためのハンドル１６が設けられている。このハンドル１６は、通常はトップパネル１２の表面に形成された凹部にトップパネル１２の表面と面一となるように収納し、必要なときに引き出して使用することができるものである。
このように、本実施形態では、ステー１５やハンドル１６のように、メンテナンス作業をより容易にするための構成が設けられている。
【００５１】
以上のように構成した光触媒フィルタユニットＦを空気出口２の天井裏空間側に取り付ける際には、図３、図７に示すように、空気出口２側に更にＵＬＰＡフィルタ５０を配設し、天井裏空間側にプレフィルタ４０を取り付けてもよい。また、光触媒フィルタユニットＦに、ＵＬＰＡフィルタ５０及びプレフィルタ４０を着脱可能に組み込んで、一体に構成することもできる。
【００５２】
また、以上説明した各部材を組み立てる際に使用する材料として、有機性ガスなどのガス状汚染物質が発生されないシール部材、例えば無機素材パッキンやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂パッキンを使用すると好適である。
【００５３】
（セラミック光触媒フィルタの特性）
本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、アンモニアガスの吸着・分解を効率的に行うことが可能な特徴を有するものであり、酸化チタン等の光触媒が表面に担持されている。セラミック光触媒フィルタ２０は、図８に示すような３次元網目構造を有しており、多孔質状のセラミックからなる基材層と、この基材層の表面に形成された酸化チタンを含む光触媒層を備えている。
【００５４】
このセラミック光触媒フィルタ２０は、酸化チタンを主成分とするコーティング材料を、３次元網目構造のセラミック多孔体からなる基材の表面に塗工し、乾燥し、焼成して製造される。これにより、酸化チタンを主成分とするトップコート（光触媒層）がセラミック多孔体の表面に形成されている。コーティング材料としては、通常、水に分散させたチタニアゾルやアルコキシドなどの有機チタン溶液からなるコーティング液などが使用される。
【００５５】
具体的には、セラミック多孔体をコーティング液に浸漬することにより３次元網目構造の表面にコーティング剤を付着させ、その後１０００℃以下の温度で乾燥し、１３００〜１５００℃の温度で焼成する。このとき、コーティング剤へのセラミック多孔体の浸漬と乾燥とを複数回繰り返した後焼成することにより、光触媒層の膜厚を厚くすることができ、光触媒の担持量を高めることができる。
なお、従来は、基材層と光触媒層との間にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる中間緩衝膜を同時焼成により形成することにより、酸化チタン微粒子をセラミック多孔体に密着性良く担持させ、光触媒層の剥離の問題を解消していたが、本例のセラミック光触媒フィルタ２０では、後述するように、基材に主成分としてＳｉＯ２を含み、トップコートにもＳｉＯ２を含むこと、及び、基材中のＡｌ２Ｏ３を従来品よりも増加させたこと、等により、中間膜を形成しなくても酸化チタン微粒子をセラミック多孔体に密着性良く担持させることができる。
【００５６】
光触媒層に含まれる酸化チタンは、活性の高いアナターゼ型酸化チタン微粒子が使用されている。酸化チタンは、紫外線が照射されるとＯＨラジカルなどの活性酸素を発生させる。そして、ＯＨラジカルが有機物の分子結合を切断することにより、空気中の種々の化学物質を分解除去することができる。
【００５７】
この光触媒反応は、より詳しくは、以下のような反応である。酸化チタンが紫外線を吸収すると、酸化チタンの内部に電子と正孔が生成して表面近くで拡散し反応する（光固体表面反応または光固体界面反応）。すなわち、電子はスーパーオキサイドアニオンになり、正孔は吸着水と反応してヒドロキシラジカルになる。そして、酸化チタン表面にガス状汚染物質がぶつかると、酸化反応を起こし、分解される。
このように、光触媒を用いたフィルタでは、光触媒反応によりガス状汚染物質を分解し除去するため、イオン交換フィルタのように飽和状態となってガス状汚染物質を吸着できなくなることはない。また、ガス状汚染物質は分解されるので、再放出されるということはない。
【００５８】
そして、本例のセラミック光触媒フィルタ２０によれば、アンモニアガスは、光触媒反応により、以下の酸化燃焼反応を起こして分解される。すなわち、
（１）４ＮＨ３＋５Ｏ２→４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
（２）２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２
（３）３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ２＋ＮＯ
となり、ここで生成されたＨＮＯ２は光触媒を用いたフィルタの表面で塩を形成し保持されるが、水洗等により除去することができる。また、（３）の過程で生成されたＮＯは、（２）の過程で再反応され、最終的に除去される。
従って、セラミック光触媒フィルタの定期的なメンテナンスは水洗のみとなり、ランニングコストを低くすることができる。なお、光触媒反応に必要な光源（ブラックライト）の交換コストを加味しても、少なくとも年一度程度の交換が必要な従来のイオン交換フィルタと比較して、コストを低下させることができる。
【００５９】
基材層は、水洗可能であり、空隙率及び表面積が大きく、かつ、剛性の高い３次元網目構造のセラミック多孔体が使用されている。アンモニアなどのガス状汚染物質を光触媒により分解・除去する場合には、部分酸化物であるアセトアルデヒドや酢酸などが生成しないようにするために、ガス状汚染物質が二酸化炭素や水に完全に分解されるまで表面に保持する必要がある。従って、表面積の大きい多孔質の基材を使用するのが好ましい。また、表面積の増加により、反応効率も上昇される。また、通気抵抗を低くするため、空隙率の大きい基材を使用するのが好ましい。
【００６０】
なお、セラミック多孔体を構成するセラミックは、一般的には、アルミナ、シリカ、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）等の酸化物セラミックのほか、炭化珪素、窒化珪素などの非酸化物セラミック等を使用することができ、また、これらの混合物を主成分として形成されたセラミックを使用することができる。
【００６１】
ここで、本発明のセラミック光触媒フィルタ２０の特徴的な構成について説明する。
本願出願人は、アンモニア分解・除去性能を向上させるためのセラミック光触媒フィルタ２０の構成について研究を行い、基材層を形成するセラミック多孔体と、光触媒層を形成するトップコートの組成について種々検討した結果、光触媒反応によりアンモニアガスを効率よく除去するために、以下に説明する組成の基材およびトップコートを使用することに想到した。
表１に、本例と従来例の光触媒フィルタの構成の比較を示す。
【表１】
【００６２】
表１の構成により、本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、以下の特徴を備える。
１．基材の特徴
本例の基材は、主成分としてＳｉＯ２（ＳｉＯ２（約６７％）−Ａｌ２Ｏ３（約２１％）−ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ２、Ｋ２Ｏ等（約１２％））を用いており、従来品と異なる以下の特徴を備える。
（１）成分中にＮａ、Ｂを含まない
（２）成分中のＡｌ２Ｏ３を従来品よりも増加させる（従来品約１２％→本例約２１％）
（３）成分中のＳｉＯ２の含有量を従来品よりも増加させる
２．トップコートの特徴
本例のトップコートは、主成分としてＴｉＯ２及びＳｉＯ２を用いており、従来品と異なる以下の特徴を備える。
（１）表面を弱酸性に処理する（ｐＨ：５以上７未満）
（２）成分中のＳｉＯ２の含有量を従来品よりも増加させる
（３）成分中のＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の成分比を従来品よりも増加させる（ＴｉＯ２：ＳｉＯ２が従来品は約９：１、本例は約８：２）
【００６３】
以上の構成により、本例の光触媒フィルタでは、次のような特性が得られる。
（１）トップコートの成分中のＳｉＯ２成分の増加等により、トップコートの表面が弱酸性に処理され、塩基性ガスの吸着サイトが増加される。光触媒反応は表面に吸着された物質を光触媒（酸化チタン等）の酸化分解力で分解する。この時、表面の吸着サイトがほぼ飽和した状態（吸着平衡が保たれた状態）で分解反応が進行するが、反応速度を向上させるには吸着サイトに空きを持たせることが必要不可欠となる。すなわち、ＳｉＯ２成分の増加により吸着サイトが増加され、アンモニアガスの吸着・除去効率が向上される。
（２）焼成温度をコントロールすることにより、結晶の径がランダムとなるように配列させている。これにより、トップコートの表面が弱酸性にシフトしたことによる酸性ガスへの性能低下が抑えられる。
（３）基材及びトップコートの成分中のＳｉＯ２成分の含有量を増加させることにより、トップコートと基材との密着効果が向上される。これにより、トップコートの基材からの脱落がより発生しにくくなり、フィルタ本体からの発塵が抑制される。
（４）基材成分中にＮａ（ナトリウム）、Ｂ（ホウ素）成分を含まないので、酸化チタンとＮａ成分が反応して光触媒活性を有さない化合物に変化してしまうことがない。また、基材成分中のホウ素に由来する酸性ガス等の汚染ガスが発生することがない。
（５）外観的特徴としては、トップコートの成分中のＳｉＯ２成分の増加等が反映され、従来品のようなねずみ色ではなく白色となっている。従って従来品との識別が容易である。
【００６４】
また、本例の光触媒フィルタを構成する基材が有するその他の特色について述べる。
（ａ）セラミック質の３次元網目構造の多孔体からなる多孔質基材は、表面がポーラスで表面積が大きいため、担持させる酸化チタン量を自在にコントロールできる。
（ｂ）触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができる。また、有機物質が表面に体積しても、加熱処理によって除去することができる。
（ｃ）セラミック質の基材は不燃性であるため、光源ランプとの距離を近づけることができる。
（ｄ）空孔率が８０〜９０％と非常に高く通気抵抗が極めて小さい。
（ｅ）多孔質基材の骨格がアトランダムに存在するため、流体との接触効率が良い。
【００６５】
本願出願人は、上記の特徴を有する光触媒フィルタがアンモニアガスの分解・除去に対して有効であることを確認するために試験を行った。以下、その内容及び結果について説明する。
（実験内容）
光触媒フィルタユニットＦを搭載した試験機（光環境浄化装置ＳＳＣ−５０Ｅ）をステンレス製の密閉試験室（容積：３０ｍ３）に設置し、この密閉試験室に処理対象のガスを注入して試験対象空気を調整し、試験機の循環送風運転（処理風量４ｍ３／ｍｉｎ）を開始し、経過時間ごとに試験対象空気を採取して残留ガス濃度を測定器（１３１２型マルチガスモニター）で測定して濃度推移を確認し、分解除去率を求めた。本試験では、一定濃度（初期濃度１５ｐｐｍ）のアンモニアガスを含む試験対象空気を調整して密閉試験室に注入した。
【００６６】
図９に試験結果を示す。比較対照として、従来品のアンモニア特化型でない光触媒フィルタを試験機に搭載して同一条件で行った試験結果を示す。この図から、本例の光触媒フィルタ（図９におけるアンモニア特化型フィルタ）を用いた場合には、従来品（図９における標準型フィルタ）と比較してアンモニアが急速に除去されることが確認される。特に、従来品は１ｐｐｍを割ってからの低濃度領域において除去速度が低下してしまうが、本例の光触媒フィルタでは低濃度領域でも除去速度が低下されず、反応が停止することもない。
以上のように、本例の光触媒フィルタのアンモニア分解・除去性能が確認された。
【００６７】
（改変例）
以上に説明した実施形態は、以下の（ａ）〜（ｄ）のように改変することもできる。
（ａ） 光源ランプ３１の光によって照射される筐体７０、フレーム１０、取付枠１３等の表面にも、光触媒として酸化チタンの薄膜をコーティングしてもよい。これにより、筐体７０、フレーム１０、取付枠１３等の表面にガス成分やカビ等が付着した場合に、これらを分解することができる。
（ｂ） 上記実施形態の光触媒フィルタユニットは、室内置き型の空気清浄機や、空気調和機、換気ダクト等に設置されるフィルタユニットとして適用することができる。
（ｃ） 上記実施形態では、光触媒として代表的な酸化チタンを用いた。しかし、これに限らず、酸化チタン以外の光触媒を用いたものであってもよい。例えば、ガリウムリンや、ガリウム砒素や、硫化カドミウム、炭酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン等を用いてもよい。この場合、光源を適宜変更して、光触媒反応が効率的に行われるような波長の光を発するものを用いる。
（ｄ） 上記実施形態では、光源ランプとしてブラックライトを用いたが、光源はこれに限定されるものではない。光源ランプは、光触媒の光吸収の波長を持つものであれば良く、周知の光源が適宜選択できる。すなわち、可視光線又は紫外線を放射するものが使用できるが、光触媒反応による汚染物質の分解効率（分解処理速度）の点からは、紫外線を放射するものが好ましい。紫外線用の光源としては、例えば水銀灯、水素放電管、ライマン放電管、キセノン放電管などをその光吸収域により適宜使用することができる。ケミカルライト、発光ダイオードを光源とすることもできる。また、太陽光を導入して光源として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態の光触媒フィルタを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の光触媒フィルタを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図３】本実施形態の光触媒フィルタユニットを設置したクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図４】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図５】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図６】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図７】本実施形態の光触媒フィルタユニットの使用状態を示す説明図である。
【図８】本実施形態のセラミック光触媒フィルタの構成を示す説明図である。
【図９】アンモニア除去性能確認試験の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ クリーンルーム
２ 空気出口
３ 天井裏空間
４ 製造装置
１０ フレーム
１１ 側面枠
１２ トップパネル
１２ａ ヒンジ
１３ 取付枠
１３ａ ランプ取付部
１３ｂ フィルタ取付部
１３ｃ 取付部材
１４ フィルタ枠
１４ａ 突出部
１５ ステー
１６ ハンドル
２０ セラミック光触媒フィルタ
３０ 光源装置
３１ 光源ランプ
３１ａ 両端部
３２ 安定器
３３ 電極ソケット
４０ プレフィルタ
５０ ＵＬＰＡフィルタ
６０ 送風装置
７０ 筐体
７１ 空気導入口
７２ 空気供給口
Ｃ１，Ｃ２ 空気循環路
Ｆ 光触媒フィルタユニット
Ｒ 浄化空間
Ｓ，Ｓ１ 空気浄化装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルフィルタの代替として用いることができるガス状汚染物質除去用の光触媒フィルタに係り、特にクリーンルームに要求されるごく微量レベルまで空気中の臭気物質や有害物質を分解除去することが可能な光触媒フィルタ、及び該光触媒フィルタを用いた光触媒フィルタユニット、クリーンルーム、空気浄化装置、製造装置、並びに空気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程において、ウェハやガラス、樹脂などの基板を扱うクリーンルームでは、汚染による製品の歩留まりの低下等を防止し、また製品の信頼性を向上させるために、微粒子やガス状汚染物質などの汚染物質を除去し、高清浄度を保つことが要求されている。
そのため、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）、ＵＬＰＡフィルタ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ）等を用いた微粒子の除去が行われていた。しかし、高集積半導体素子のような高品質化、精密化された製品の製造においては、さらに、ＨＥＰＡフィルタ等では除去できないガス状汚染物質などによる汚染を防止する必要が生じていた。
【０００３】
通常、空気中には、ガス状汚染物質として硝酸ガス、硫酸ガス、塩酸ガスのような酸性ガス、アンモニア、アミン類のようなアルカリ性ガス、及び有機系ガスが存在する。また、クリーンルーム内に存在する高分子樹脂のような有機物からも、微量ではあるが有機系ガスが発生する。また、製造装置の排気系からの漏洩や、オペレータなどに由来のガス状汚染物質も発生する。このように、クリーンルーム内には、外気から導入されるガス状汚染物質に加えて、内部でもガス状汚染物質が発生し、これらを除去する必要があった。
【０００４】
従来は、このような汚染物質を吸着する吸着フィルタを用いてクリーンルーム内の空気中のガス状汚染物質の除去が行われていた。吸着フィルタの吸着材には、例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭、イオン交換繊維などが使用されている。
例えば、活性炭をベースとするいわゆるケミカルフィルタにより、クリーンルーム内のガス状汚染物質を物理吸着あるいは化学吸着して除去している（特許文献１参照）。また、陽イオン交換体もしくは陰イオン交換体、又は陽イオン交換基と陰イオン交換基を併有するイオン交換体が付加されたイオン交換繊維を用いたイオン交換フィルタにより、上記のようなアルカリ性ガスや酸性ガスなどのイオン性ガス状汚染物質を吸着して除去している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１８７６１２号公報（第２−５頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３００９３６号公報（第２−５頁、図１）
【０００５】
特許文献２のようなイオン交換フィルタは、従来、半導体や液晶を製造するクリーンルーム内のプロセスエリアにおいて、腐食性ガス（アンモニアや酸性ガス）を除去するために使用されている。また、リソグラフィ工程では、光学系におけるミラーやレンズの曇りの原因となるアンモニアやアルカリ性ガスを除去するために使用されている。
そして、上記のようなＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、イオン交換フィルタ等を通した清浄な空気を垂直一方向または水平一方向に流し続けることにより、クリーンルーム内の清浄度を保つようなシステムが構成されていた。具体的には、天井全面または一部、壁全面または一部に設けられた吹き出し口に上記フィルタを備えたフィルタユニットを取り付け、このフィルタユニットを通過する過程で汚染物質が吸着・除去され、微粒子やガス状汚染物質を含んだ空気が清浄化されるように構成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のような吸着フィルタは、いずれも、吸着されたガス状汚染物質が分解されずにフィルタ内に蓄積される。従って、捕集されたガスの飽和、再放出が発生するという問題点があった。すなわち、ケミカルフィルタでは、フィルタの濾材そのものや、フィルタを固着するためのシール材などからガス状物質が脱離し、フィルタ自体が汚染源となるという問題点があった。
また、吸着フィルタは吸着量に限界があり、ガス除去性能を維持するためには、定期的なフィルタの交換作業が必要とされている。そして、交換したフィルタはほとんど再生できないため、メンテナンスに手間を要すると共に、ランニングコストがかかるという問題点があった。特に、イオン交換フィルタの場合にはフィルタユニットが高価であり、一旦飽和したフィルタユニットは再生されることなく廃棄されるため、ランニングコストの高さが問題点とされていた。
【０００７】
一方、上記特許文献２にも記載されているように、気体中のガス状汚染物質を除去するフィルタとして光触媒フィルタが用いられている。光触媒フィルタは、光触媒反応によりガス状汚染物質を分解処理するため、吸着フィルタのように吸着量の限界により飽和してしまうことがなく再放出も起こらない。しかし、光触媒反応による反応性生物、例えば硝酸塩や硫酸塩等の物質がフィルタ上に触媒被毒として堆積され、この触媒被毒が光触媒フィルタの性能劣化の原因となってしまうという問題点があった。
この点に鑑み、本発明の特許出願人等は、水洗等で触媒被毒成分を除去できる再生可能な光触媒フィルタ（特許文献３参照）を開発した。この光触媒フィルタは、セラミック質あるいは金属質の基材上に酸化チタン等の触媒成分の膜を形成した構造とされており、水洗のみで触媒被毒成分を除去することができ、再生可能な光触媒フィルタとして使用することができる。また、その際、塵などの汚れも同時に除去することができる。
【特許文献３】特開２００３−０５３１９４号公報（第２−５頁、図１）
【０００８】
上記のセラミック製光触媒フィルタは、アルカリ性ガス、酸性ガス、有機系ガス、硫黄系ガス等の種々の汚染物質を分解することができ、また、耐久性のあるセラミック質や金属質などの剛性基材上に酸化チタンを担持させて光触媒層を形成しているので、水洗による再賦活処理を容易に行うことができる。しかし、ウェハやガラスなどの基板を扱うクリーンルーム内におけるアンモニアガスの除去性能については、さらなる改善が望まれていた。特に、酸性ガスや有機系ガスの除去性能を低下させずにアンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させ、アンモニアガスの濃度をクリーンルームで要求されるごく微量レベルまで減少させることが可能な光触媒フィルタが望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、他のガス状汚染物質の除去性能を低下させることなく、アンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させた光触媒フィルタ及び該光触媒フィルタを用いた光触媒フィルタユニット、クリーンルーム、空気浄化装置、製造装置、及び空気浄化方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、アンモニアガスの濃度を、半導体や液晶、有機ＥＬ等の素子あるいはデバイスの製造又は加工工程を行うクリーンルームにおいて要求されるごく微量レベルまで効率よく減少させることが可能な光触媒フィルタを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、水洗により容易に触媒被毒成分を除去して再賦活させることにより、ほぼ初期の状態まで酸化分解能の復元が可能な光触媒フィルタを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光触媒フィルタの着脱が容易であってメンテナンスに手間を要さない光触媒フィルタユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、請求項１に記載の光触媒フィルタによれば、３次元網目構造を有するセラミック基材層と、該セラミック基材層の表面に形成された光触媒層と、を備え、前記セラミック基材層は、ＳｉＯ２を主成分とし、かつ、Ａｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成され、前記光触媒層は、ＴｉＯ２を主成分とし、かつ、ＳｉＯ２を含むと共に、前記光触媒層中におけるＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の重量比率が約８：２とされ、前記光触媒層の表面が弱酸性に調整されてなること、により解決される。
３次元網目構造のセラミック基材層は、表面がポーラスで表面積が大きいため、担持させる光触媒の量を自在にコントロールすることができる。また、ＳｉＯ２成分を従来品より増加させることにより、光触媒反応により除去される汚染ガスの中でも、アンモニアガスの吸着・除去効率を選択的に向上させることができる。また、トップコートと基材との密着効果が向上されるので、トップコートの基材からの脱落がより発生しにくくなり、発塵が抑制される。また、触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができるので、再利用することができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからない。また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のように、前記光触媒層は、表面のｐＨが５以上７未満となるように調整することができる。このように、トップコートの表面が弱酸性に処理されていると、塩基性ガスの吸着サイトが増加され、アンモニアガスの吸着・除去効率を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載のように、前記セラミック基材層及び前記光触媒層は、Ｎａ及びＢを含まないように構成することができる。このように構成すると、酸化チタン（ＴｉＯ２）とＮａ成分が反応して光触媒活性を有さない化合物に変化してしまうことがない。また、基材成分中のホウ素に由来する酸性ガス等の汚染ガスが発生することがない。
【００１３】
また、前記課題は、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットによれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタと、該光触媒フィルタに隣接して配設される光源と、を備え、前記光源は、光触媒反応を誘起する処理光を前記光触媒フィルタに照射すること、により解決される。
このような構成により、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光触媒フィルタに光触媒反応を生起させ、アンモニアガスを効率的に吸着・除去することができる。また、発塵が抑制されているので、清浄空気を供給することができる。また、触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからず、また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１４】
また、前記課題は、請求項５に記載の光触媒フィルタユニットによれば、筒状に形成された空気流路を有する筐体と、該筐体に一端が回動可能に接続され、前記空気流路の一端に対面する交差状態と対面しない開放状態とに変位可能に構成され、前記交差状態において前記空気流路と対面する位置に形成された開口を有する平板状のトップパネルと、を備え、前記トップパネルには、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタが着脱可能に設けられ、かつ、該光触媒フィルタパネルに隣接する位置に、光触媒反応を誘起する処理光を照射する光源が設置されてなること、により解決される。
このように構成すると、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光触媒フィルタを空気流路に設置して、アンモニアガスを効率的に吸着・除去することができる。また、光触媒フィルタはトップパネルに着脱可能とされており、トップパネルは光触媒フィルタごと回動可能とされている。従って、光触媒フィルタをトップパネルの回動により空気流路から取り出して容易に交換することができるので、交換、メンテナンスが更に容易化される。
【００１５】
また、請求項６に記載のように、前記光触媒フィルタは平板状に形成され、前記空気流路を通過する空気の流れに交差するように配設され、かつ、前記光源を挟んで対峙するように２層に配設されると好適である。このように構成すると、光源が発する処理光を効率よく利用することができる。また、３次元網目構造の表面に形成された光触媒層に空気が効率的に接触されるので、汚染物質を効率的に吸着、分解することができる。
また、請求項７に記載のように、前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えた構成とすることもできる。このように構成すると、光触媒フィルタに到達する前の空気から、比較的粒径の大きい粒子や塵を除去することができる。光触媒フィルタユニット側からの発塵、特に、酸化チタン等の光触媒層の剥離や磨耗などによる発塵を除去した空気を供給することができる。
【００１６】
また、前記課題は、請求項８に記載のクリーンルームによれば、空気を取り入れるための空気導入口を備え、前記空気導入口には、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の光触媒フィルタユニットが配設されたこと、により解決される。また、請求項９に記載のように、このクリーンルームを、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うクリーンルームとすることができる。
このように、半導体、液晶、有機ＥＬ等の製造工程を行うクリーンルームに、上記各構成の光触媒フィルタを用いて浄化空気を供給することにより、アンモニアガスをはじめとする汚染ガスや塵などの濃度をごく微量に保つことができる。また、従来の吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからず、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００１７】
また、前記課題は、請求項１０に記載の空気浄化装置によれば、クリーンルーム内から取り入れた空気を通過させる空気流路を備え、前記空気流路には、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えて構成され、クリーンルーム内に設置されたこと、により解決される。そして、請求項１１に記載のように、前記クリーンルームは、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことができる。
そしてまた、前記課題は、請求項１２に記載の製造装置によれば、請求項１０に記載の空気浄化装置を備え、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うこと、により解決される。
【００１８】
このように、本発明の光触媒フィルタユニットを用いて空気浄化装置を構成することができる。そして、この空気浄化装置をクリーンルーム内に設置してクリーンルーム内で発生する汚染物質を除去することができる。また、空気浄化装置を半導体、液晶、有機ＥＬ等の製造装置に組み込んで、製造工程において汚染物質が製品に悪影響を与えないように構成することができる。
【００１９】
また、前記課題は、請求項１３に記載の空気浄化方法によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタに、酸性ガス，塩基性ガス，有機性ガスの少なくともいずれかを含む汚染空気を接触させ、前記光触媒フィルタの表面に前記汚染空気に含まれる汚染物質を吸着させる工程と、前記光触媒フィルタの表面に光触媒反応を誘起する処理光を照射して前記汚染物質を分解除去する工程と、前記光触媒フィルタの表面に堆積した触媒被毒成分を水洗により除去する工程と、を行うこと、により解決される。そして、請求項１４に記載のように、前記汚染物質はアンモニアを含むことを特徴とする。また、請求項１５に記載のように、前記汚染物質は、酸素，塩素，硫酸，硝酸，燐酸，アミン，水酸化アンモニウム，の少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
【００２０】
このように、請求項１乃至請求項３に記載の構成からなる光触媒フィルタを用いることにより、アンモニアガスの吸着・除去効率を選択的に向上させることができる。また、水洗浄により機能を復帰させることができるので、再利用することができる。従って、吸着フィルタと比較して交換・メンテナンスの手間がかからない。また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（イ）アンモニアガスの吸着・分解効率を選択的に向上させることができ、他のガス状汚染物質の除去性能を低下させることなく、アンモニアガスの濃度を、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程に要求されるごく微量レベルまで減少させることができる。
（ロ）水洗により容易に触媒被毒成分を除去して再賦活させることができるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
（ハ）光触媒フィルタの着脱が容易とされているので、メンテナンスに手間を要さない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，部材の配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
図１、図２は本実施形態の光触媒フィルタユニットを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。図３は本実施形態の光触媒フィルタユニットを設置したクリーンルームの構成を示す説明図である。図４〜図６は本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。図７は本実施形態のセラミック光触媒フィルタの使用状態を示す説明図である。
また、図８は本実施形態のセラミック光触媒フィルタの外観を示す説明図、図９はアンモニア除去性能確認試験の結果を示す説明図である。
【００２３】
（全体構成）
本実施形態において浄化空気が供給されるクリーンルーム１は、例えば、半導体や液晶、有機ＥＬ等の製造工程内におけるウェハやガラス、樹脂などの基板を扱う作業空間であって、空気中におけるガス成分や浮遊微粒子などが予め定められた高い清浄度レベル以下の状態を保つように管理されており、必要に応じて温度、湿度、圧力などの環境条件についても管理されている。このクリーンルーム１には、図１に示すように、天井面や壁面の所定位置に空気出口２が設けられており、この空気出口２には、空気浄化装置Ｓの空気供給口７２が接続されている。すなわち、クリーンルーム１の上に設けられた天井裏空間３が空気浄化のための空間とされており、この天井裏空間３に、外部に連通された空気循環路や、空気浄化装置Ｓを設置することができる。
【００２４】
（空気浄化装置の構成）
まず、本発明のセラミック光触媒フィルタ２０を内部に設けた空気浄化装置Ｓについて説明する。
本実施形態では、図１に示すように、空気浄化装置Ｓによってガス状汚染物質や微粒子の捕集・除去が行われた浄化空気が、空気出口２からクリーンルーム１に供給されている。
例えば、外部から空気を取り入れる場合は、外部の未処理空気を、外部に連通された空気循環路Ｃ１を通って空気浄化装置Ｓに導入し、浄化する。また、クリーンルーム内の空気を浄化して循環させる場合は、クリーンルーム内から吸引した未処理空気を、空気循環路Ｃ２を通って空気浄化装置Ｓに導入し、浄化する。
【００２５】
なお、空気出口２には、ルーバーなどの空気整流手段を設けてもよい。また、空気循環路Ｃ１、Ｃ２には、導入する空気の風量を調整するためにダンパ等を設けてもよい。また、空気循環路Ｃ１には、外部から導入された空気の温度調整や湿度調整等を行うための冷却器、ヒーター、除湿機等を設けてもよい。
また、後述するように、この天井裏空間全体を空気浄化装置Ｓとして機能させるような構成であってもよい。すなわち、図３に示すように、天井裏空間を密閉し、この天井裏空間に外部に連通された空気循環路Ｃ１を接続する。そして、天井裏空間３とクリーンルーム１とは、直接天井面に設けられた空気出口（図１における空気出口２を同様の構成）によって接続される。そして、この空気出口の天井裏空間側に、後述するセラミック光触媒フィルタ２０を備えた光触媒フィルタユニットＦを設置した構成とすることができる。
【００２６】
本実施形態の空気浄化装置Ｓは、セラミック光触媒フィルタ２０と、光源装置３０と、プレフィルタ４０と、ＵＬＰＡフィルタ５０と、送風装置６０と、筐体７０と、を主要構成とする。
筐体７０は内部に取り入れた空気を浄化するための浄化空間Ｒを形成するものである。この筐体７０には、空気循環路Ｃ１及び空気循環路Ｃ２に連通された空気導入口７１と、クリーンルーム１の空気出口２に連通された空気供給口７２が設けられ、空気導入口７１と空気供給口７２の間に浄化空間Ｒが形成されている。
【００２７】
浄化空間Ｒには、空気が流れる上流側から順に、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、光源装置３０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０、が取り付けられている。このように、本例では、セラミック光触媒フィルタ２０は光源装置３０の前後に取り付けられ、２枚設けられている。
プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０の各フィルタはそれぞれ筐体７０から着脱可能に構成されており、取り外して交換あるいはメンテナンスすることができる。
【００２８】
送風装置６０は未処理空気を吸引して浄化空間Ｒを通過させる空気の流れを発生させるためのもので、例えばファンモジュールにより構成されている。この送風装置６０は、筐体７０の内部に設けることができ、例えばプレフィルタ４０の上流側に設けることができる。また、本例のように、筐体７０の外部に設けることもでき、空気循環路Ｃ１及び空気循環路Ｃ２に取り付けてもよい。
ガス状汚染物質や微粒子を含む未処理空気は、送風装置６０により空気導入口７１から吸引されて浄化空間Ｒ内に送風される。そして、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、ＵＬＰＡフィルタ５０の順に通過し、空気供給口７２に到達するまでの過程において微粒子やガス状汚染物質が除去される。
【００２９】
セラミック光触媒フィルタ２０は、光触媒反応により空気からガス状汚染物質等を除去するものであり、通気性のある３次元網目構造とされ、平板状に形成されている。本例では、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０は、両面が露出され空気が透過可能な状態で、浄化空間Ｒを流れる空気の進行方向と略垂直にセットされている。
本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、光触媒反応により、ガス状汚染物質のうち特にアンモニアを効率よく除去することができるが、この特徴については後述する。
【００３０】
光源装置３０は、光源ランプ３１と、安定器３２と、電極ソケット３３と、を主要構成とするものである。光源ランプ３１は紫外線を放射するものであって、本例では、直管形のブラックライトが使用されている。
光源ランプ３１は、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の略中間の位置に、略等間隔に並んで複数配設されている。光源ランプ３１の両端部３１ａ（不図示）はそれぞれ電極ソケット３３に接続され、配線を介して安定器３２及び外部の電源に接続されている。電極ソケット３３は浄化空間Ｒ内の所定位置に取り付けられている。
本例では、この光源ランプ３１の照射により、光源ランプ３１を挟んで対峙する２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の表面が、それぞれ、略均一な紫外線の照射を受ける。この紫外線により、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０の表面において、それぞれ、光触媒反応を生起させることができる。
【００３１】
プレフィルタ４０は、空気導入口７１とセラミック光触媒フィルタ２０との間に配設されており、未処理空気中の比較的粒径の大きい粒子や塵を除去するためのものである。プレフィルタ４０は、例えば、ポリプロピレン等から成る不織布をプリーツ折り加工して形成されている。また、不織布に、活性炭等の吸着物質を内蔵することにより、空気中の臭気成分も合わせて吸着して除去するように構成してもよい。また、公知の集塵フィルタと脱臭フィルタを組み合わせた構成としても良い。
【００３２】
ＵＬＰＡフィルタ５０は、ごく小さな微粒子を捕集するためのフィルタであって、セラミック光触媒フィルタ２０と空気供給口７２の間に配設されている。ＵＬＰＡフィルタ５０は、従来用いられていたＨＥＰＡフィルタでは除去できない０．１μｍ程度の微小粒子であっても除去できるように構成されている。
このように、浄化空間Ｒ内の空気の流れの最終段階にＵＬＰＡフィルタ５０を配置することにより、クリーンルーム１側に、空気浄化装置Ｓ側からの発塵、特に、酸化チタン等の光触媒層の剥離や磨耗などによる発塵が漏れないようにすることができる。
【００３３】
なお、上記構成では、セラミック光触媒フィルタ２０は、空気の進行方向に光源ランプ３１を挟んで対峙するように２枚設けられていたが、２枚に限らずもっと多数配設してもよい。また、１枚だけにしてもよい。多数配設した場合には、各層に光を照射することができる位置及び数の光源ランプを配設すれば、各層で光触媒反応を生起させることができ、短時間で多量の空気を浄化することができる。
【００３４】
また、本例では、後述するようにセラミック質の基材層を備えた不燃性のセラミック光触媒フィルタ２０を用いているため、セラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１との距離を従来よりも接近させることができる。
すなわち、従来の紙製の光触媒フィルタでは、不必要な発熱により発火するようなことがないように配慮する必要があったが、本例では不燃性とされているのでこのような制限がなく、設計の自由度が増大されている。また、セラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１を従来に比べて近付けることにより、フィルタ表面での紫外線強度を強めることができる。光量が強ければ強いほど光触媒反応速度が向上すると考えられるので、これにより、短時間で多量の空気を浄化することができる。
【００３５】
また、上記構成のセラミック光触媒フィルタ２０、プレフィルタ４０、ＵＬＰＡフィルタ５０は、セラミックフィルタのようにそれ自体が剛性を有しており形状を維持できる場合には、フィルタ単体を着脱可能に構成することができる。また、剛性のないフィルタの場合には、枠体に取り付けたり、フィルタカートリッジとして着脱可能に構成することができる。また、カートリッジ化すれば、交換やメンテナンスが容易とされる。
【００３６】
また、上記構成では空気浄化装置Ｓを天井裏空間３に設置したが、図２に示すように、クリーンルーム１の室内に設置することもできる。図２（ａ）の空気浄化装置Ｓでは、空気導入口７１から直接クリーンルーム１内の空気を取り入れるように、空気導入口側に送風装置６０を設けている。このように、室内設置型の空気浄化装置として構成すれば、既存のクリーンルームに設置して使用することができる。また、図２（ｂ）に示すように、半導体や液晶、有機ＥＬなどの製造装置４に、空気浄化装置Ｓ１を一体に組み込むこともできる。このように構成すると、半導体や液晶、有機ＥＬなどのワークの近傍の空間に、常に浄化空気を供給することができる。
【００３７】
（光触媒フィルタユニットの構成）
次に、本実施形態の光触媒フィルタユニットＦについて説明する。この光触媒フィルタユニットＦは、セラミック光触媒フィルタ２０及び光源装置３０を装着可能に構成され、必要に応じてプレフィルタ４０やＵＬＰＡフィルタ５０をも装着可能とされ、これらを一体にユニット化して構成されている。
この光触媒フィルタユニットＦの特徴は、後述するように、フィルタや光源ランプがトップパネルに装着され、このトップパネルを回動作動させることによりフィルタや光源ランプをユニット内から容易に取り出し可能に構成されており、これにより、フィルタや光源の交換及びメンテナンスを容易に行うことができることである。
この光触媒フィルタユニットＦは、図３、図７に示すように、筒状のフレーム１０の内部が浄化すべき空気の空気流路となるように空気出口２に取り付けられる。すなわち、空気出口２の天井裏空間３側に直接取り付けて使用される。
【００３８】
本実施形態の光触媒フィルタユニットＦは、概略筒状に形成されたフレーム１０と、このフレーム１０内に配設された２枚のセラミック光触媒フィルタ２０と、このセラミック光触媒フィルタ２０の間に配設された複数の光源ランプ３１と、を主要構成とする。
図４〜図６に本実施形態の光触媒フィルタユニットＦの構成を示す。図４（ａ）はフレーム１０をトップパネル側から見た図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図４において、取付枠１３及び光源ランプ３１は点線で示している。また、図５（ａ）は図４のフレーム１０に取り付けられたセラミック光触媒フィルタ２０及び光源ランプ３１等をトップパネル側から見た図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図５において、側面枠１１は図示を省略しており、トップパネル１２は点線で示している。また、図６は図５（ｂ）の領域Ｃの拡大図である。
【００３９】
フレーム１０は、略矩形断面の短い筒体からなる側面枠１１と、この側面枠１１の一方の開口に一端側が蝶着されたトップパネル１２と、側面枠１１の内周に沿って固定された取付枠１３と、を備えて構成されている。
トップパネル１２は、図４に示すように、ヒンジ１２ａにより一端側を軸として側面枠１１に対して回動可能に取り付けられており、側面枠１１の開口に対面する閉鎖状態と対面しない開放状態とに変位される。また、このトップパネル１２は、側面枠１１の開口に対面する中央領域が大きく矩形状に開口されている。
【００４０】
取付枠１３は、トップパネル１２の裏側に設けられており、トップパネル１２の開口よりもやや大きい寸法の平板状のセラミック光触媒フィルタ２０と、光源ランプ３１等を着脱可能に構成されている。
取付枠１３は、図５、図６に示すように、光源ランプ３１を空気流路と交差するように取り付けるための枠状のランプ取付部１３ａと、セラミック光触媒フィルタ２０を空気流路と交差するように着脱可能に取り付けるためのフィルタ取付部１３ｂと、ランプ取付部１３ａ及びフィルタ取付部１３ｂをトップパネル１２の裏側に固定するための取付部材１３ｃと、を備えて構成されている。
【００４１】
ランプ取付部１３ａは、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、略コの字型断面を有する部材を、コの字型断面の開口側を対向させるようにして枠状に組み付けて構成することができる。コの字型断面部材の互いに対向するウェブ面には、その略中央に沿って、電極ソケット３３がそれぞれ略等間隔に配設されている。そして、光源ランプ３１は、図５に示すように、対向する位置にある電極ソケット３３に両端部３１ａがそれぞれ接続されて支持される。本実施形態では、側面枠１１の内部に、空気流路と交差するように、６本の光源ランプ３１を略平行に設置することができる。
【００４２】
フィルタ取付部１３ｂは、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、略コの字型断面のランプ取付部１３ａの両面のフランジ部に取り付けられた断面Ｌ字型部材を備え、この断面Ｌ字型部材とランプ取付部１３ａとの間にフィルタ枠１４の外周側に設けられた突出部１４ａを挟んでビスやボルト等の取付部材で固定することにより構成されている。フィルタ枠１４は、略コの字型断面を有し、その開口側の内法幅をセラミック光触媒フィルタ２０の端部の厚さよりもやや大きく設定した部材を、開口側を対向させるようにして２本略平行に配設して構成されている。
【００４３】
取付部材１３ｃは、トップパネル１２の開口から少し外周側の位置において、トップパネル１２の裏面側に略垂直に延出されるように取り付けられており、トップパネル１２を側面枠１１の一方の開口に対面させて閉鎖状態としたときに、側面枠１１の内周面から所定寸法離間された位置に収納されるように配設されている。上記のランプ取付部１３ａはこの取付部材１３ｃの側面に固定されており、フィルタ取付部１３ｂはランプ取付部１３ａを介して取付部材１３ｃに固定されている。なお、取付部材１３ｃの側面の裏側には光源ランプ３１の配線や安定器３２等が固定されており、取付部材１３ｃと側面枠１１との隙間に配線や安定器３２等が収納される。
【００４４】
このように構成すると、セラミック光触媒フィルタ２０は、その両側端をフィルタ枠１４にそれぞれはめこんでスライド移動させることにより、トップパネル１２の裏側に、トップパネルと略平行に装着することができる。また、本例の構成では、フィルタ枠１４はランプ取付部１３ａの両面にそれぞれ設けられている。従って、光源ランプ３１を挟んで、２枚のセラミック光触媒フィルタ２０を略平行に装着することができる。そして、セラミック光触媒フィルタ２０を取り外すことにより間に挟まれた光源ランプ３１を外部に露出させて電極ソケット３３から着脱可能とし、光源ランプ３１を交換することができる。
また、このように構成すると、セラミック光触媒フィルタ２０は裏返して取り付けることができる。従って、片面側に汚れが付着した場合には、汚れが付着した面を光源ランプ３１側を向くように取り付けて、光触媒反応により汚れを除去することができる。
【００４５】
なお、図６（ａ）はセラミック光触媒フィルタ２０と光源ランプ３１をトップパネル１２に装着した構成であるが、図６（ｂ）に示すように、本実施形態では、トップパネル１２とその下のセラミック光触媒フィルタ２０との間にプレフィルタ４０の端部の形状に合わせたフィルタ取り付け部が設けられており、ここにプレフィルタ４０を装着することができる。そして、ＵＬＰＡフィルタ５０はトップパネル１２とは分離され、側面枠１１の内部の空気出口２との接続部にセットされている。また、本発明はこのような構成に限定されず、ＵＬＰＡフィルタ５０についてもトップパネル１２に装着してもよい。すなわち、トップパネル１２、プレフィルタ４０、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１、セラミック光触媒フィルタ２０、の次に、ＵＬＰＡフィルタ５０を装着可能に構成してもよい。
このように、プレフィルタ４０やＵＬＰＡフィルタ５０を光触媒フィルタユニットＦに一体に装着することにより、セラミック光触媒フィルタ２０の近傍で塵や微粒子を捕獲することができる。また、光触媒フィルタユニットＦとクリーンルームに接続される空気出口との間に、別途ＵＬＰＡフィルタ５０の取付部を設ける必要がない。また、トップパネル１２の天井裏空間３側、あるいは天井裏空間３と空気循環路との間に、別途プレフィルタ４０の取付部を設ける必要がない。従って、この光触媒フィルタユニットＦを装着するだけでクリーンルームに清浄空気を供給することができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１がトップパネル１２の裏面側に装着されており、また、必要に応じて、プレフィルタ４０、ＵＬＰＡフィルタ５０もトップパネル１２の裏面側に装着することができる。そして、このような構成により、フィルタや光源の交換及びメンテナンスは、以下のように行うことができる。
本実施形態では、トップパネル１２を、各フィルタや光源を装着した状態で、ヒンジを中心とした回動作動により、側面枠１１の開口に対面する閉鎖状態（図７（ａ））と対面しない開放状態（図７（ｂ））とに変位させることができる。そして、閉鎖状態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等が取り付けられた取付枠１３は、側面枠１１に囲まれた空間に収納されており、このとき、フィルタユニットを通過する空気が光触媒作用によって浄化される。一方、トップパネル１２を側面枠１１に対して回動させて側面枠１１の開口を開放した開放状態では、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等が取り付けられた取付枠１３が、側面枠１１に囲まれた空間から外部に取り出された状態となる。
【００４７】
つまり、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等を、トップパネル１２を回動させるという容易な操作により、側面枠１１の内部の空気流路から取付枠１３ごと外部に取り出すことができる。そして、取付枠１３ごと外部に取り出された状態において、上述したように、セラミック光触媒フィルタ２０をフィルタ枠１４にスライドさせて着脱する作業を容易に行うことができる。また、プレフィルタ４０についても同様に着脱することができる。そしてまた、各フィルタを取り外すことにより、光源ランプ３１が外部に露出された状態となり、光源ランプ３１の交換・メンテナンスを容易に行うことができる。
なお、本実施形態ではＵＬＰＡフィルタ５０はトップパネル１２と分離されて側面枠１１の内部に配設されている。従って、ＵＬＰＡフィルタ５０の交換は、トップパネル１２を回動させた状態で、側面枠１１の内部の取り付け位置から取り外す作業を行うことになるが、上述のようにＵＬＰＡフィルタ５０についてもトップパネル１２に装着するように構成し、取付枠１３ごと外部に取り出して着脱することができる。
【００４８】
また、本例の光触媒フィルタユニットＦには、図４に示すように、一端がトップパネル１２の側面枠１１側の面に接続されると共に、他端が側面枠１１の内周面に接続された伸縮可能なステー１５が設けられている。
このステー１５は、荷重を加えることにより屈曲または伸長され、伸縮可能とされているが、内部にダンパー機構が組み込まれているため、大きな荷重が加えられても、急激に伸縮されないように構成されている。そして、伸長された状態において、トップパネル１２を所定の開き角度となる位置で支持することができる。
【００４９】
本例では、トップパネル１２を、セラミック光触媒フィルタ２０、光源ランプ３１等を取り付けた重量状態で回動させて各フィルタや光源ランプを外部に取り出し、交換する。従って、ステー１５にダンパー機構が組み込まれていない場合には、トップパネル１２が、その重量により、不意に回動作動開始したり、急激な速度で回動作動してしまう可能性があった。そこで、本例では、このような不都合を防止するために、ダンパー機構が組み込まれ、回動速度調節機能を有すると共に、トップパネル１２を開放位置で保持することが可能なステー１５を設けている。ステー１５にダンパー機構が組み込まれていない場合には、トップパネル１２が作業中に不意に回動作動開始したり、急激な速度で回動作動してしまい、交換作業を安全かつスムーズに行うことができないが、本例は、このような不都合を防止することが可能とされている。
【００５０】
また、本例のトップパネル１２には、側面枠１１の開口に対面した状態から開き方向に回動させる際に引っ張って作動開始させるためのハンドル１６が設けられている。このハンドル１６は、通常はトップパネル１２の表面に形成された凹部にトップパネル１２の表面と面一となるように収納し、必要なときに引き出して使用することができるものである。
このように、本実施形態では、ステー１５やハンドル１６のように、メンテナンス作業をより容易にするための構成が設けられている。
【００５１】
以上のように構成した光触媒フィルタユニットＦを空気出口２の天井裏空間側に取り付ける際には、図３、図７に示すように、空気出口２側に更にＵＬＰＡフィルタ５０を配設し、天井裏空間側にプレフィルタ４０を取り付けてもよい。また、光触媒フィルタユニットＦに、ＵＬＰＡフィルタ５０及びプレフィルタ４０を着脱可能に組み込んで、一体に構成することもできる。
【００５２】
また、以上説明した各部材を組み立てる際に使用する材料として、有機性ガスなどのガス状汚染物質が発生されないシール部材、例えば無機素材パッキンやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂パッキンを使用すると好適である。
【００５３】
（セラミック光触媒フィルタの特性）
本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、アンモニアガスの吸着・分解を効率的に行うことが可能な特徴を有するものであり、酸化チタン等の光触媒が表面に担持されている。セラミック光触媒フィルタ２０は、図８に示すような３次元網目構造を有しており、多孔質状のセラミックからなる基材層と、この基材層の表面に形成された酸化チタンを含む光触媒層を備えている。
【００５４】
このセラミック光触媒フィルタ２０は、酸化チタンを主成分とするコーティング材料を、３次元網目構造のセラミック多孔体からなる基材の表面に塗工し、乾燥し、焼成して製造される。これにより、酸化チタンを主成分とするトップコート（光触媒層）がセラミック多孔体の表面に形成されている。コーティング材料としては、通常、水に分散させたチタニアゾルやアルコキシドなどの有機チタン溶液からなるコーティング液などが使用される。
【００５５】
具体的には、セラミック多孔体をコーティング液に浸漬することにより３次元網目構造の表面にコーティング剤を付着させ、その後１０００℃以下の温度で乾燥し、１３００〜１５００℃の温度で焼成する。このとき、コーティング剤へのセラミック多孔体の浸漬と乾燥とを複数回繰り返した後焼成することにより、光触媒層の膜厚を厚くすることができ、光触媒の担持量を高めることができる。
なお、従来は、基材層と光触媒層との間にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる中間緩衝膜を同時焼成により形成することにより、酸化チタン微粒子をセラミック多孔体に密着性良く担持させ、光触媒層の剥離の問題を解消していたが、本例のセラミック光触媒フィルタ２０では、後述するように、基材に主成分としてＳｉＯ２を含み、トップコートにもＳｉＯ２を含むこと、及び、基材中のＡｌ２Ｏ３を従来品よりも増加させたこと、等により、中間膜を形成しなくても酸化チタン微粒子をセラミック多孔体に密着性良く担持させることができる。
【００５６】
光触媒層に含まれる酸化チタンは、活性の高いアナターゼ型酸化チタン微粒子が使用されている。酸化チタンは、紫外線が照射されるとＯＨラジカルなどの活性酸素を発生させる。そして、ＯＨラジカルが有機物の分子結合を切断することにより、空気中の種々の化学物質を分解除去することができる。
【００５７】
この光触媒反応は、より詳しくは、以下のような反応である。酸化チタンが紫外線を吸収すると、酸化チタンの内部に電子と正孔が生成して表面近くで拡散し反応する（光固体表面反応または光固体界面反応）。すなわち、電子はスーパーオキサイドアニオンになり、正孔は吸着水と反応してヒドロキシラジカルになる。そして、酸化チタン表面にガス状汚染物質がぶつかると、酸化反応を起こし、分解される。
このように、光触媒を用いたフィルタでは、光触媒反応によりガス状汚染物質を分解し除去するため、イオン交換フィルタのように飽和状態となってガス状汚染物質を吸着できなくなることはない。また、ガス状汚染物質は分解されるので、再放出されるということはない。
【００５８】
そして、本例のセラミック光触媒フィルタ２０によれば、アンモニアガスは、光触媒反応により、以下の酸化燃焼反応を起こして分解される。すなわち、
（１）４ＮＨ３＋５Ｏ２→４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
（２）２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２
（３）３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ２＋ＮＯ
となり、ここで生成されたＨＮＯ２は光触媒を用いたフィルタの表面で塩を形成し保持されるが、水洗等により除去することができる。また、（３）の過程で生成されたＮＯは、（２）の過程で再反応され、最終的に除去される。
従って、セラミック光触媒フィルタの定期的なメンテナンスは水洗のみとなり、ランニングコストを低くすることができる。なお、光触媒反応に必要な光源（ブラックライト）の交換コストを加味しても、少なくとも年一度程度の交換が必要な従来のイオン交換フィルタと比較して、コストを低下させることができる。
【００５９】
基材層は、水洗可能であり、空隙率及び表面積が大きく、かつ、剛性の高い３次元網目構造のセラミック多孔体が使用されている。アンモニアなどのガス状汚染物質を光触媒により分解・除去する場合には、部分酸化物であるアセトアルデヒドや酢酸などが生成しないようにするために、ガス状汚染物質が二酸化炭素や水に完全に分解されるまで表面に保持する必要がある。従って、表面積の大きい多孔質の基材を使用するのが好ましい。また、表面積の増加により、反応効率も上昇される。また、通気抵抗を低くするため、空隙率の大きい基材を使用するのが好ましい。
【００６０】
なお、セラミック多孔体を構成するセラミックは、一般的には、アルミナ、シリカ、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）等の酸化物セラミックのほか、炭化珪素、窒化珪素などの非酸化物セラミック等を使用することができ、また、これらの混合物を主成分として形成されたセラミックを使用することができる。
【００６１】
ここで、本発明のセラミック光触媒フィルタ２０の特徴的な構成について説明する。
本願出願人は、アンモニア分解・除去性能を向上させるためのセラミック光触媒フィルタ２０の構成について研究を行い、基材層を形成するセラミック多孔体と、光触媒層を形成するトップコートの組成について種々検討した結果、光触媒反応によりアンモニアガスを効率よく除去するために、以下に説明する組成の基材およびトップコートを使用することに想到した。
表１に、本例と従来例の光触媒フィルタの構成の比較を示す。
【表１】
【００６２】
表１の構成により、本例のセラミック光触媒フィルタ２０は、以下の特徴を備える。
１．基材の特徴
本例の基材は、主成分としてＳｉＯ２（ＳｉＯ２（約６７％）−Ａｌ２Ｏ３（約２１％）−ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ２、Ｋ２Ｏ等（約１２％））を用いており、従来品と異なる以下の特徴を備える。
（１）成分中にＮａ、Ｂを含まない
（２）成分中のＡｌ２Ｏ３を従来品よりも増加させる（従来品約１２％→本例約２１％）
（３）成分中のＳｉＯ２の含有量を従来品よりも増加させる
２．トップコートの特徴
本例のトップコートは、主成分としてＴｉＯ２及びＳｉＯ２を用いており、従来品と異なる以下の特徴を備える。
（１）表面を弱酸性に処理する（ｐＨ：５以上７未満）
（２）成分中のＳｉＯ２の含有量を従来品よりも増加させる
（３）成分中のＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の成分比を従来品よりも増加させる（ＴｉＯ２：ＳｉＯ２が従来品は約９：１、本例は約８：２）
【００６３】
以上の構成により、本例の光触媒フィルタでは、次のような特性が得られる。
（１）トップコートの成分中のＳｉＯ２成分の増加等により、トップコートの表面が弱酸性に処理され、塩基性ガスの吸着サイトが増加される。光触媒反応は表面に吸着された物質を光触媒（酸化チタン等）の酸化分解力で分解する。この時、表面の吸着サイトがほぼ飽和した状態（吸着平衡が保たれた状態）で分解反応が進行するが、反応速度を向上させるには吸着サイトに空きを持たせることが必要不可欠となる。すなわち、ＳｉＯ２成分の増加により吸着サイトが増加され、アンモニアガスの吸着・除去効率が向上される。
（２）焼成温度をコントロールすることにより、結晶の径がランダムとなるように配列させている。これにより、トップコートの表面が弱酸性にシフトしたことによる酸性ガスへの性能低下が抑えられる。
（３）基材及びトップコートの成分中のＳｉＯ２成分の含有量を増加させることにより、トップコートと基材との密着効果が向上される。これにより、トップコートの基材からの脱落がより発生しにくくなり、フィルタ本体からの発塵が抑制される。
（４）基材成分中にＮａ（ナトリウム）、Ｂ（ホウ素）成分を含まないので、酸化チタンとＮａ成分が反応して光触媒活性を有さない化合物に変化してしまうことがない。また、基材成分中のホウ素に由来する酸性ガス等の汚染ガスが発生することがない。
（５）外観的特徴としては、トップコートの成分中のＳｉＯ２成分の増加等が反映され、従来品のようなねずみ色ではなく白色となっている。従って従来品との識別が容易である。
【００６４】
また、本例の光触媒フィルタを構成する基材が有するその他の特色について述べる。
（ａ）セラミック質の３次元網目構造の多孔体からなる多孔質基材は、表面がポーラスで表面積が大きいため、担持させる酸化チタン量を自在にコントロールできる。
（ｂ）触媒被毒の堆積により性能が劣化しても、水洗浄により機能を復帰させることができる。また、有機物質が表面に体積しても、加熱処理によって除去することができる。
（ｃ）セラミック質の基材は不燃性であるため、光源ランプとの距離を近づけることができる。
（ｄ）空孔率が８０〜９０％と非常に高く通気抵抗が極めて小さい。
（ｅ）多孔質基材の骨格がアトランダムに存在するため、流体との接触効率が良い。
【００６５】
本願出願人は、上記の特徴を有する光触媒フィルタがアンモニアガスの分解・除去に対して有効であることを確認するために試験を行った。以下、その内容及び結果について説明する。
（実験内容）
光触媒フィルタユニットＦを搭載した試験機（光環境浄化装置ＳＳＣ−５０Ｅ）をステンレス製の密閉試験室（容積：３０ｍ３）に設置し、この密閉試験室に処理対象のガスを注入して試験対象空気を調整し、試験機の循環送風運転（処理風量４ｍ３／ｍｉｎ）を開始し、経過時間ごとに試験対象空気を採取して残留ガス濃度を測定器（１３１２型マルチガスモニター）で測定して濃度推移を確認し、分解除去率を求めた。本試験では、一定濃度（初期濃度１５ｐｐｍ）のアンモニアガスを含む試験対象空気を調整して密閉試験室に注入した。
【００６６】
図９に試験結果を示す。比較対照として、従来品のアンモニア特化型でない光触媒フィルタを試験機に搭載して同一条件で行った試験結果を示す。この図から、本例の光触媒フィルタ（図９におけるアンモニア特化型フィルタ）を用いた場合には、従来品（図９における標準型フィルタ）と比較してアンモニアが急速に除去されることが確認される。特に、従来品は１ｐｐｍを割ってからの低濃度領域において除去速度が低下してしまうが、本例の光触媒フィルタでは低濃度領域でも除去速度が低下されず、反応が停止することもない。
以上のように、本例の光触媒フィルタのアンモニア分解・除去性能が確認された。
【００６７】
（改変例）
以上に説明した実施形態は、以下の（ａ）〜（ｄ）のように改変することもできる。
（ａ） 光源ランプ３１の光によって照射される筐体７０、フレーム１０、取付枠１３等の表面にも、光触媒として酸化チタンの薄膜をコーティングしてもよい。これにより、筐体７０、フレーム１０、取付枠１３等の表面にガス成分やカビ等が付着した場合に、これらを分解することができる。
（ｂ） 上記実施形態の光触媒フィルタユニットは、室内置き型の空気清浄機や、空気調和機、換気ダクト等に設置されるフィルタユニットとして適用することができる。
（ｃ） 上記実施形態では、光触媒として代表的な酸化チタンを用いた。しかし、これに限らず、酸化チタン以外の光触媒を用いたものであってもよい。例えば、ガリウムリンや、ガリウム砒素や、硫化カドミウム、炭酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン等を用いてもよい。この場合、光源を適宜変更して、光触媒反応が効率的に行われるような波長の光を発するものを用いる。
（ｄ） 上記実施形態では、光源ランプとしてブラックライトを用いたが、光源はこれに限定されるものではない。光源ランプは、光触媒の光吸収の波長を持つものであれば良く、周知の光源が適宜選択できる。すなわち、可視光線又は紫外線を放射するものが使用できるが、光触媒反応による汚染物質の分解効率（分解処理速度）の点からは、紫外線を放射するものが好ましい。紫外線用の光源としては、例えば水銀灯、水素放電管、ライマン放電管、キセノン放電管などをその光吸収域により適宜使用することができる。ケミカルライト、発光ダイオードを光源とすることもできる。また、太陽光を導入して光源として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態の光触媒フィルタを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の光触媒フィルタを用いた空気浄化装置及びクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図３】本実施形態の光触媒フィルタユニットを設置したクリーンルームの構成を示す説明図である。
【図４】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図５】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図６】本実施形態の光触媒フィルタユニットの構成を示す説明図である。
【図７】本実施形態の光触媒フィルタユニットの使用状態を示す説明図である。
【図８】本実施形態のセラミック光触媒フィルタの構成を示す説明図である。
【図９】アンモニア除去性能確認試験の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ クリーンルーム
２ 空気出口
３ 天井裏空間
４ 製造装置
１０ フレーム
１１ 側面枠
１２ トップパネル
１２ａ ヒンジ
１３ 取付枠
１３ａ ランプ取付部
１３ｂ フィルタ取付部
１３ｃ 取付部材
１４ フィルタ枠
１４ａ 突出部
１５ ステー
１６ ハンドル
２０ セラミック光触媒フィルタ
３０ 光源装置
３１ 光源ランプ
３１ａ 両端部
３２ 安定器
３３ 電極ソケット
４０ プレフィルタ
５０ ＵＬＰＡフィルタ
６０ 送風装置
７０ 筐体
７１ 空気導入口
７２ 空気供給口
Ｃ１，Ｃ２ 空気循環路
Ｆ 光触媒フィルタユニット
Ｒ 浄化空間
Ｓ，Ｓ１ 空気浄化装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元網目構造を有するセラミック基材層と、該セラミック基材層の表面に形成された光触媒層と、を備え、
前記セラミック基材層は、ＳｉＯ２を主成分とし、かつ、Ａｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成され、
前記光触媒層は、ＴｉＯ２を主成分とし、かつ、ＳｉＯ２を含むと共に、前記光触媒層中におけるＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の重量比率が約８：２とされ、前記光触媒層の表面が弱酸性に調整されてなることを特徴とする光触媒フィルタ。
【請求項２】
前記光触媒層は、表面のｐＨが５以上７未満であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒フィルタ。
【請求項３】
前記セラミック基材層及び前記光触媒層は、Ｎａ及びＢを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光触媒フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタと、
該光触媒フィルタに隣接して配設される光源と、を備え、
前記光源は、光触媒反応を誘起する処理光を前記光触媒フィルタに照射することを特徴とする光触媒フィルタユニット。
【請求項５】
筒状に形成された空気流路を有する筐体と、
該筐体に一端が回動可能に接続され、前記空気流路の一端に対面する交差状態と対面しない開放状態とに変位可能に構成され、前記交差状態において前記空気流路と対面する位置に形成された開口を有する平板状のトップパネルと、を備え、
前記トップパネルには、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタが着脱可能に設けられ、かつ、該光触媒フィルタパネルに隣接する位置に、光触媒反応を誘起する処理光を照射する光源が設置されてなることを特徴とする光触媒フィルタユニット。
【請求項６】
前記光触媒フィルタは平板状に形成され、前記空気流路を通過する空気の流れに交差するように配設され、かつ、前記光源を挟んで対峙するように２層に配設されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光触媒フィルタユニット。
【請求項７】
前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、
前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光触媒フィルタユニット。
【請求項８】
空気を取り入れるための空気導入口を備え、
前記空気導入口には、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の光触媒フィルタユニットが配設されたことを特徴とするクリーンルーム。
【請求項９】
半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする請求項８に記載のクリーンルーム。
【請求項１０】
クリーンルーム内から取り入れた空気を通過させる空気流路を備え、
前記空気流路には、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えて構成され、クリーンルーム内に設置されたことを特徴とする空気浄化装置。
【請求項１１】
前記クリーンルームは、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする請求項１０に記載の空気浄化装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の空気浄化装置を備え、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする製造装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタに、酸性ガス，塩基性ガス，有機性ガスの少なくともいずれかを含む汚染空気を接触させ、前記光触媒フィルタの表面に前記汚染空気に含まれる汚染物質を吸着させる工程と、
前記光触媒フィルタの表面に光触媒反応を誘起する処理光を照射して前記汚染物質を分解除去する工程と、
前記光触媒フィルタの表面に堆積した触媒被毒成分を水洗により除去する工程と、を行うことを特徴とする空気浄化方法。
【請求項１４】
前記汚染物質はアンモニアを含むことを特徴とする請求項１３に記載の空気浄化方法。
【請求項１５】
前記汚染物質は、酸素，塩素，硫酸，硝酸，燐酸，アミン，水酸化アンモニウム，の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の空気浄化方法。
【請求項１】
３次元網目構造を有するセラミック基材層と、該セラミック基材層の表面に形成された光触媒層と、を備え、
前記セラミック基材層は、ＳｉＯ２を主成分とし、かつ、Ａｌ２Ｏ３を約２１重量％含んで形成され、
前記光触媒層は、ＴｉＯ２を主成分とし、かつ、ＳｉＯ２を含むと共に、前記光触媒層中におけるＴｉＯ２に対するＳｉＯ２の重量比率が約８：２とされ、前記光触媒層の表面が弱酸性に調整されてなることを特徴とする光触媒フィルタ。
【請求項２】
前記光触媒層は、表面のｐＨが５以上７未満であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒フィルタ。
【請求項３】
前記セラミック基材層及び前記光触媒層は、Ｎａ及びＢを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光触媒フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタと、
該光触媒フィルタに隣接して配設される光源と、を備え、
前記光源は、光触媒反応を誘起する処理光を前記光触媒フィルタに照射することを特徴とする光触媒フィルタユニット。
【請求項５】
筒状に形成された空気流路を有する筐体と、
該筐体に一端が回動可能に接続され、前記空気流路の一端に対面する交差状態と対面しない開放状態とに変位可能に構成され、前記交差状態において前記空気流路と対面する位置に形成された開口を有する平板状のトップパネルと、を備え、
前記トップパネルには、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタが着脱可能に設けられ、かつ、該光触媒フィルタパネルに隣接する位置に、光触媒反応を誘起する処理光を照射する光源が設置されてなることを特徴とする光触媒フィルタユニット。
【請求項６】
前記光触媒フィルタは平板状に形成され、前記空気流路を通過する空気の流れに交差するように配設され、かつ、前記光源を挟んで対峙するように２層に配設されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光触媒フィルタユニット。
【請求項７】
前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、
前記光触媒フィルタを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光触媒フィルタユニット。
【請求項８】
空気を取り入れるための空気導入口を備え、
前記空気導入口には、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の光触媒フィルタユニットが配設されたことを特徴とするクリーンルーム。
【請求項９】
半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする請求項８に記載のクリーンルーム。
【請求項１０】
クリーンルーム内から取り入れた空気を通過させる空気流路を備え、
前記空気流路には、請求項４に記載の光触媒フィルタユニットと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの上流側に配設されたプレフィルタと、前記光触媒フィルタユニットを通過する空気の流れの下流側に配設された微粒子捕捉フィルタと、を備えて構成され、クリーンルーム内に設置されたことを特徴とする空気浄化装置。
【請求項１１】
前記クリーンルームは、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする請求項１０に記載の空気浄化装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の空気浄化装置を備え、半導体、液晶、有機ＥＬの少なくともいずれかの製造工程を行うことを特徴とする製造装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルタに、酸性ガス，塩基性ガス，有機性ガスの少なくともいずれかを含む汚染空気を接触させ、前記光触媒フィルタの表面に前記汚染空気に含まれる汚染物質を吸着させる工程と、
前記光触媒フィルタの表面に光触媒反応を誘起する処理光を照射して前記汚染物質を分解除去する工程と、
前記光触媒フィルタの表面に堆積した触媒被毒成分を水洗により除去する工程と、を行うことを特徴とする空気浄化方法。
【請求項１４】
前記汚染物質はアンモニアを含むことを特徴とする請求項１３に記載の空気浄化方法。
【請求項１５】
前記汚染物質は、酸素，塩素，硫酸，硝酸，燐酸，アミン，水酸化アンモニウム，の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の空気浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２５５５２９（Ｐ２００６−２５５５２９Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７３５９２（Ｐ２００５−７３５９２）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（３９１０５６１１４）盛和工業株式会社 (3)
【出願人】（５０４２８１９９４）プラネット株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（３９１０５６１１４）盛和工業株式会社 (3)
【出願人】（５０４２８１９９４）プラネット株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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