光触媒モジュールおよび光触媒システム
【課題】光源からの出射光の利用効率を向上させることが可能な光触媒モジュールを提供する。
【解決手段】この光触媒モジュール１００は、半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０を取り囲むように配置され、半導体レーザ装置１０からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面２０ａを有する基材２０と、基材２０の表面２０ａ上に設けられ、金属粒子２１ａが島状に分布した状態、または、隣接する金属粒子２１ａ同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層２１と、金属層２１の表面上に設けられた光触媒材層２２とを備える。
【解決手段】この光触媒モジュール１００は、半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０を取り囲むように配置され、半導体レーザ装置１０からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面２０ａを有する基材２０と、基材２０の表面２０ａ上に設けられ、金属粒子２１ａが島状に分布した状態、または、隣接する金属粒子２１ａ同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層２１と、金属層２１の表面上に設けられた光触媒材層２２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒モジュールおよび光触媒システムに関し、特に、光源と光触媒材とを備えた光触媒モジュールおよび光触媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの入射光を励起光に用いた光触媒素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、外部から入射された光を導波可能に構成された基材と、基材の表面上に形成された金属被覆層と、金属被覆層上に形成された光触媒薄膜層とを備えた光触媒素子が開示されている。この特許文献１に記載の光触媒素子では、所定の部分に、素子の表面から光触媒薄膜層および金属被覆層を貫通して基材まで達する受光部（貫通部）が形成されている。そして、光触媒素子の外部に設けられるとともに受光部と対向した位置に配置された光源（発光ダイオード）から出射された光が、受光部を介して基材内部に入射されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光触媒素子では、外部に配置された光源からの出射光のうち、受光部を通り抜ける光のみが基材内部に入射されて光触媒素子の励起光として利用される一方、受光部を通り抜けない光は、光触媒素子の励起光には利用されない構成であると考えられる。このため、光源からの出射光の利用効率が低下するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光源からの出射光の利用効率を向上させることが可能な光触媒モジュールおよび光触媒システムを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光触媒モジュールは、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、基材の表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを備える。
【０００８】
この発明の第１の局面による光触媒モジュールでは、上記のように、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材とを備えることによって、光源からの出射光の全てが基材内部に入射された後に基材の表面により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層の励起光として利用されるので、光源からの出射光の一部のみを光触媒材層の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の局面による光触媒モジュールでは、上記した構成を備えることによって、光源により基材内部に入射された光が、基材と金属層との界面において反射を繰り返しながら閉空間内に閉じ込められた状態となった際、島状または網状となった金属粒子間に形成された隙間を介して基材から金属層上の光触媒材層に向かって進むエバネッセント波（エバネッセント光）が発生される。ここで、エバネッセント波とは、所定の屈折率を有する媒質Ａ中に入射した光が、他の異なる屈折率を有する媒質Ｂとの接触界面において全反射する際に、接触界面から媒質Ｂ中にしみ出す光（表面波／局在波）として知られている。また、エバネッセント波の発生に伴い、金属粒子が有する自由電子とエバネッセント光とが相互作用（共鳴）して表面プラズモンが発生される。この表面プラズモンは、光強度を増強させる現象として観察される。そして、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とによる励起光を利用して、光触媒材層が有する光触媒材をより活性化させることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒モジュールを得ることができる。
【００１０】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、金属層は、島状に分布した金属の粒子、または、網状の状態を有する金属層の網目が、基材の表面上に不規則的に配置されている。このように構成すれば、島を形成する金属粒子の大きさ（隣接する金属粒子同士の間隔）や、網状となった金属層の網目の大きさが規則性をしない分、金属粒子の大きさや網目が規則性を有する場合と比較して、表面プラズモンを発生させるためのエバネッセント波が有する波長（光源からの光と金属粒子と相互作用を起こすことが可能な共鳴波長）に所定の範囲の幅を持たせることができる。これにより、光源が有する出射光の波長幅（波長帯域）を広げることができるので、光源波長にばらつきが生じる場合であっても、光触媒材層における光触媒反応を活性化させるための表面プラズモンを安定して発生させることができる。
【００１１】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、光源は、半導体レーザ素子である。このように構成すれば、コヒーレント光であるレーザ出射光を用いて、より強力なエバネッセント波を発生させることができる。これにより、表面プラズモンをより強力に発生させることができるので、光触媒材がより激しく励起される分、光触媒モジュールの環境浄化能力をより高めることができる。
【００１２】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、基材は、透光性を有する樹脂またはガラス材料からなり、基材の表面は、尖った角部を有しない丸みを帯びた形状を有して形成されている。このように構成すれば、光源から出射されて樹脂中を透過した光を、金属層と接する基材の尖った角部のない丸みを帯びた表面において基材内部に向かって確実に反射させることができるので、表面プラズモンの元となるエバネッセント波（エバネッセント光）を容易に発生させることができる。また、基材の表面が尖った角部を有さずに丸みを帯びて形成されているので、一度反射された光が基材内部を透過して再び別な場所の表面で反射する状態を継続させることができる。これにより、基材と金属層との界面においてエバネッセント波を効率よく発生させることができる。
【００１３】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、基材の表面は、複数の凹部および凸部を含む形状を有しており、１つの凹部から隣接する凸部を隔てて隣り合う凹部までの距離は、光触媒材層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、凹部と凸部とからなる凹凸形状の起伏に沿って光触媒材層を形成することができるので、光触媒材層が外部に対して反応する際の面積（表面積）を増加させることができる。これにより、環境浄化を効率よく行うことができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による光触媒システムは、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、基材の表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを含む光触媒モジュールと、複数の光触媒モジュールを収納する筐体とを備える。
【００１５】
この発明の第２の局面による光触媒システムでは、上記のように、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材とを含む光触媒モジュールを備えることによって、光源からの出射光の全てが基材内部に入射された後に基材の表面により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層の励起光として利用されるので、光源からの出射光の一部のみを光触媒材層の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュールにより構成された光触媒システムを得ることができる。
【００１６】
また、第２の局面による光触媒システムでは、複数の光触媒モジュールの各々が上記した構成を含むことによって、個々の光触媒モジュールにおいてモジュール内で発生するエバネッセント波および表面プラズモンによる励起光を用いて光触媒反応を起こさせることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールを構成する基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールにおいて、基材の表面近傍でエバネッセント波により光触媒材層が励起される現象を模式的に示した図である。
【図６】金属層を構成する金属粒子のサイズとエバネッセント光の波長との関係を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第１変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の第２変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の第３変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の第４変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大平面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した平面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による光触媒モジュールを備えた光触媒システムの構造を示した断面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態による光触媒システムを構成する反応容器の蓋体に固定された光触媒モジュールの配置関係を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による光触媒モジュール１００の構造について説明する。なお、図２は、図１の９１０−９１０線に沿った断面を示している。
【００２０】
本発明の第１実施形態による光触媒モジュール１００は、図１および図２に示すように、内部に半導体レーザ素子１（図２参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材２０とを備えている。なお、半導体レーザ素子１および半導体レーザ装置１０は、本発明の「光源」の一例である。
【００２１】
また、基材２０は、透光性を有するシリコン樹脂を用いたモールド成型品からなり、外径Ｄ１（図２参照）を有した状態で、レーザ光の出射方向（Ａ１方向）に沿って略円柱状に延びて形成されている。また、基材２０の長手方向（Ａ方向）の両端部（隅部）近傍において、表面２０ａが所定の曲率からなる曲面を有して滑らかに形成されることにより、基材２０は、表面２０ａによって内部に閉じた空間が形成されるように構成されている。ここで、表面２０ａには尖った角部などが形成されずに、全ての領域において丸みを帯びて形成されているのが好ましい。また、表面２０ａの丸みを帯びた部分が９０度以下の鋭角な曲面によって構成されていないことがより好ましい。
【００２２】
また、基材２０はシリコン樹脂による中実体構造を有しており、長手方向の一方側（Ａ１側）の表面２０ａから内部（Ａ１方向）に向かって所定の内径を有して凹状に窪む穴部２０ｃが形成されている。この穴部２０ｃは、後述する半導体レーザ装置１０のキャップ１６の外形形状と略等しいか若干大きく形成されており、キャップ１６が穴部２０ｃの内側面に沿って隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、光触媒モジュール１００では、キャップ１６の窓部１６ａ（図２参照）から出射されたレーザ光が、穴部２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材２０内部に入射されるように構成されている。また、基材２０内部に閉じた空間が形成されることにより、基材２０内部に入射された光が、表面２０ａを透過して外部に漏れ出ることがないように構成されている。
【００２３】
また、基材２０の表面２０ａ上には、金属ナノ粒子からなる金属層２１と、薄膜状の光触媒材層２２とが形成されている。ここで、図１および図２では、基材２０の表面２０ａ上に金属層２１と光触媒材層２２とが形成されている様子を概略的に示している一方、詳細な層構造については、図３に図示している。すなわち、基材２０の表面２０ａ付近を拡大した状態では、図３に示すように、基材２０の表面２０ａ上に、Ａｕからなり個々のサイズ（平均粒径など）が定まらずに不規則性を有した粒子状の金属粒子２１ａが形成されている。また、金属層２１は、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に不規則的に分布した状態で形成されている。
【００２４】
また、上述の金属層２１を平面的に見た場合、図４に示すように、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に不規則的に島状に分布して形成されている領域や、隣接する金属粒子２１ａ同士が部分的に結合して網状の状態を有して形成されている領域などがあり、全体として、金属層２１は、表面２０ａ上において完全な連続膜とはなっていない。また、金属粒子２１ａの個々のサイズが不規則性を有するので、島状に分布した金属粒子２１ａ間に形成される隙間の大きさも不規則性を有している。また、金属粒子２１ａの個々のサイズが不規則性を有するので、網状に形成されている金属層２１の領域における網目（隙間）の大きさも不規則性を有している。そして、島状または網状の領域に関係なく、金属粒子２１ａ間に形成された不規則性を有する隙間（網目）の部分から、基材２０の表面２０ａが露出している。なお、図４では、金属層２１上（紙面手前側）に積層されている光触媒材層２２については、説明の都合上、図示を省略している。
【００２５】
また、図３に示すように、金属層２１と、金属粒子２１ａの隙間（網目）から露出する基材２０の表面２０ａとを覆うように、アナターゼ型（低温型）二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる光触媒材層２２が薄膜状に形成されている。ここで、光触媒材層２２は、数ｎｍ以上約１μｍ以下の厚み（平均厚み）を有している。また、光触媒材層２２は、外部流体（気体または液体および両者が混在したもの）と接する表面２２ａが、下部に形成された金属粒子２１ａの分布状態（表面的な凹凸形状）に伴って起伏を有した状態で形成されている。
【００２６】
したがって、第１実施形態では、図５に示すように、半導体レーザ装置１０（図１参照）から出射されたレーザ光（複数の矢印で示す）が、金属層２１または光触媒材層２２と接する基材２０の界面（表面２０ａの部分）で基材２０内部に向かって反射（全反射）するように構成されている。この際、基材２０の界面が９０度以下の鋭角な曲面を有していないので、レーザ光は、基材２０の界面において、基材２０内部に向かって確実に反射するように構成されている。また、図１に示すように、基材２０は穴部２０ｃにより半導体レーザ装置１０を取り囲むようにして取り付けられているので、反射後のレーザ光が再び表面２０ａの別な位置で反射する多重反射を繰り返しながら、レーザ出射光（反射光）が基材２０内部の閉じた空間内に閉じ込められるように構成されている。
【００２７】
これにより、第１実施形態では、表面２０ａにおいてレーザ光が多重反射を起こす際、島状および網状となった金属層２１（金属粒子２１ａと金属粒子２１ａとの間）に形成された隙間（網目）の部分から、光触媒材層２２側に向かって放射状に局在するエバネッセント波（エバネッセント光）が発生されるように構成されている。ここで、隙間の長さ（平均値）がエバネッセント光の有する波長以下となるように金属層２１（所定の粒子サイズを有する個々の金属粒子２１ａが分布した状態）が形成されるのが好ましい。これにより、エバネッセント波を確実に発生させることが可能になる。
【００２８】
また、第１実施形態では、基材２０の表面２０ａの部分で発生したエバネッセント波により、金属層２１を構成する個々の金属粒子２１ａの表面に、表面プラズモンが発生するように構成されている。すなわち、レーザ出射光（反射光）が発する光源の明るさ（光強度）が、金属粒子２１ａの表面に生じた表面プラズモンによってさらに増強されるように構成されている。これにより、光触媒モジュール１００では、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とにより増強された励起光を利用して、光触媒材層２２が有する光触媒材をより活性化させることが可能に構成されている。なお、エバネッセント波は局在波であり、光触媒材層２２から外部（大気中）に放射されることはなく、光触媒モジュール１００の周囲にユーザが近寄った場合でも、何ら影響を及ぼさない。
【００２９】
ここで、表面プラズモンが強く発生するためには、金属粒子のサイズ（平均直径）に応じた波長（共鳴波長）が存在する。具体的には、金属粒子のサイズとエバネッセント光の波長（共鳴波長）とは、図６に示すような相関関係を有している。すなわち、金属粒子が相対的に小さければ、表面プラズモンの共鳴波長も相対的に小さくなり、金属粒子が相対的に大きければ、表面プラズモンの共鳴波長も相対的に大きくなる性質を有している。なお、図６では、グラフの横軸に示す金属粒子のサイズは、個々の金属粒子が規則的なサイズを有して形成された状態であり、基材の表面上に規則性を有して分布した場合の平均粒径として示している。この場合、金属粒子間の隙間間隔も基材の表面上において略一様であることが前提とされている。
【００３０】
また、一般的に、光源として用いられる半導体レーザ素子は、レーザ光の出射波長が素子毎に所定の範囲内でばらつきを生じた状態で製造される。たとえば、約４００ｎｍの発振波長を有する半導体レーザ素子を製造した場合、個々のレーザ素子間において、約３９０ｎｍ〜約４１０ｎｍの範囲で出射波長がばらついている。したがって、基材の表面上に形成された金属粒子のサイズと、光触媒モジュールに搭載されている半導体レーザ素子の発振波長とが図６におけるグラフＰ上で交わる場合には、その半導体レーザ素子（光源）の波長が表面プラズモンの共鳴波長となってエバネッセント光を発生させることが可能である一方、金属粒子のサイズと半導体レーザ素子の発振波長とが図６におけるグラフＰ上で交わらない（一致しない）場合には、その半導体レーザ素子（光源）の発振波長が表面プラズモンのための共鳴波長にならずにエバネッセント光を適切に発生させることができない。
【００３１】
このような点を考慮した結果、第１実施形態における基材２０の表面２０ａには、金属粒子２１ａのサイズが不規則性を有し、かつ、金属粒子２１ａ間の隙間間隔も不規則性を有した金属層２１が形成されているので、光源となる半導体レーザ素子１の発振波長が製造誤差に起因して素子間でばらつきを生じていても、半導体レーザ素子１が搭載された個々の光触媒モジュール１００では、半導体レーザ素子１が有する発振波長のばらつき（素子毎の個体差）を吸収することが可能である。すなわち、図６を用いて説明すると、半導体レーザ素子１が波長範囲Ａを有して度数分布していても、基材２０の金属層２１が波長範囲Ａに対応する範囲Ｂの複数の金属粒子サイズを含んで形成されているので、波長範囲Ａを有して製造されたどの半導体レーザ素子１を用いても、基材２０の表面２０ａで表面プラズモンを確実に共鳴させることが可能であることを意味している。なお、後述する製造プロセスにおいて、金属層２１の形成条件を適宜制御して金属粒子２１ａのサイズ（隙間や網目の大きさ）を形成することにより、光源となる半導体レーザ素子１の波長帯域（約４００ｎｍ帯、約５００ｎｍ帯、約７００ｎｍ帯など）に応じて光触媒材層２２に光触媒反応を起こさせることが可能な光触媒モジュール１００を作製することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、半導体レーザ装置１０は、半導体レーザ素子１（図２参照）が載置された台座１４（図２参照）と、リード端子１１〜１３を互いに絶縁した状態で固定するとともに台座１４が固定される金属製のステム１５と、ステム１５に取り付けられ、半導体レーザ素子１を覆うとともにレーザ出射光を透過可能な窓部１６ａ（図２参照）を有する金属製のキャップ１６とを備えている。また、半導体レーザ素子１の後方（窓部１６ａに対向する側とは反対側）の台座１４上には、図示しないモニタ用ＰＤ（フォトダイオード）が固定されている。そして、半導体レーザ素子１およびモニタ用ＰＤの各々のｐ側電極が、金属線を介してリード端子１２および１３にそれぞれ接続されるとともに、半導体レーザ素子１およびモニタ用ＰＤの各々のｎ側電極が、台座１４を介して負極側のリード端子１１に接続されている。
【００３３】
次に、図１〜図４を参照して、第１実施形態による光触媒モジュール１００の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、硬化前のシリコン樹脂を所定の形状を有する型（図示せず）に流し込み、図１および図２に示すような形状を有する基材２０をモールド成型する。この際、基材２０には、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が嵌め込まれる穴部２０ｃが同時に形成される。
【００３５】
次に、図３に示すように、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いて、型から取り出された基材２０の表面２０ａ上に金属層２１を形成する。この際、成膜条件を制御することにより、光源となる半導体レーザ素子１から出射されるレーザ光の発振波長に応じて、表面２０ａ上に形成される金属層２１の厚み（金属粒子２１ａの大きさ）が決定される。これにより、図４に示すように、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に島状または網状に分布した状態の金属層２１が形成される。その後、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いて、金属層２１と、金属層２１の隙間から露出する表面２０ａとの表面とを覆うように、光触媒材層２２（図３参照）を堆積させる。
【００３６】
最後に、所定の製造プロセスを用いて製造された半導体レーザ装置１０を基材２０の穴部２０ｃに嵌め込むことにより、図１に示した光触媒モジュール１００が製造される。
【００３７】
第１実施形態では、上記のように、半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０を取り囲むように配置され、半導体レーザ装置１０からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面２０ａを有する基材２０とを備えることによって、半導体レーザ装置１０からの出射光の全てが基材２０内部に入射された後に基材２０により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層２２の励起光として利用されるので、半導体レーザ装置１０からの出射光の一部のみを光触媒材層２２の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率を向上させることができ、光源と光触媒構造とが一体となったコンパクトな光触媒モジュール１００を得ることができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、上記した構成を備えることによって、半導体レーザ装置１０により基材２０内部に入射された光が、金属層２１または光触媒材層２２と接する基材２０の表面２０ａの部分（界面）で反射を繰り返しながら閉空間内に閉じ込められた状態となった際、島状に分布する金属粒子２１ａ間に形成された隙間から、光触媒材層２２側に向かって進行するエバネッセント波が発生される。また、光触媒材層２２中に発生したエバネッセント波により、金属層２１（個々の金属粒子２１ａ）の表面に、表面プラズモンが発生される。そして、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とによる励起光を利用して、光触媒材層２２が有する光触媒材をより活性化させることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒モジュール１００を得ることができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、金属層２１を構成する島状または網状に分布した個々の金属粒子２１ａが、基材２０の表面２０ａ上に不規則的に配置されることによって、金属粒子２１ａの大きさ（金属粒子２１ａ同士の間隔）や、金属層２１の網目の大きさが不規則となる分、表面プラズモンを発生させるためのエバネッセント波が有する波長（半導体レーザ素子１からの光と金属粒子２１ａと相互作用を起こすことが可能な共鳴波長）に所定の範囲の幅を持たせることができる。これにより、半導体レーザ素子１が有する出射光の波長幅（波長帯域）を広げることができるので、製造誤差に起因して個々の半導体レーザ素子１の波長にばらつきが生じる場合であっても、光触媒材層２２における光触媒反応を活性化させるための表面プラズモンを安定して発生させることができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、光源に半導体レーザ素子１を用いることによって、レーザ出射光を用いて、より強力なエバネッセント波を発生させることができる。これにより、表面プラズモンをより強力に発生させることができるので、光触媒材層２２がより激しく励起される分、光触媒モジュール１００の環境浄化能力をより高めることができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、透光性を有するシリコン樹脂を用いて基材２０を形成し、かつ、基材２０の表面２０ａを、尖った角部を有しない滑らかな丸みを帯びた形状を有して形成することによって、半導体レーザ素子１から出射されて樹脂中を透過した光を、金属層２１と接する基材２０の丸みを帯びた表面２０ａにおいて基材２０内部に向かって確実に反射させることができるので、表面プラズモンの元となるエバネッセント波（エバネッセント光）を容易に発生させることができる。また、表面２０ａが尖った角部などを有さずに滑らかな丸みを帯びて形成されているので、一度反射されたレーザ光がシリコン樹脂中を透過して再び別な場所の表面２０ａで反射する状態を継続させることができる。これにより、基材２０と金属層２１との界面において、エバネッセント波を効率よく発生させることができる。
【００４２】
（第１実施形態の第１変形例）
図７を参照して、第１実施形態の第１変形例について説明する。この第１実施形態の第１変形例による光触媒モジュール１０１では、上記第１実施形態と異なり、光触媒材層２３の表面２３ａが平坦性を有している場合について説明する。
【００４３】
すなわち、図７に示すように、光触媒材層２３は、外気と接する表面２３ａが平坦性を有した状態で基材２０の表面２０ａと金属層２１とを覆うように形成されている。また、表面２３ａは、表面２０ａと略同じ輪郭を有するように形成されている。この場合、光触媒モジュール１０１の製造プロセスにおいて、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａに、微粒子からなる光触媒材が混入された溶剤をスピンコートなどの方法を用いて塗布した後、所定の温度条件下で基材２０を加熱することにより、平坦性を有する表面２３ａからなる光触媒材層２３を形成することが可能である。なお、光触媒モジュール１０１のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００４４】
第１実施形態の第１変形例では、上記のように、スピンコートなどを用いて基材２０の表面２０ａに光触媒材層２３を形成することができるので、スパッタ装置などの大がかりな装置を用いて光触媒モジュールを製造する場合と異なり、製造プロセスを簡素化させることができる。これにより、光触媒モジュール１０１の製造コストを低減することができる。
【００４５】
（第１実施形態の第２変形例）
図８を参照して、第１実施形態の第２変形例について説明する。この第１実施形態の第２変形例による光触媒モジュール１０２では、上記第１実施形態と異なり、光触媒材層２２が、誘電体などからなるバッファ層３０（保護膜）を介して形成される場合について説明する。
【００４６】
すなわち、図８に示すように、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａをバッファ層３０が覆うとともに、バッファ層３０上に光触媒材層２２が形成されている。ここで、バッファ層３０は、ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３などの材料からなる誘電体膜により構成されていてもよいし、ＳｉＯ２などの酸化膜であってもよい。また、バッファ層３０は、金属層２１と光触媒材層２２とが直接接触した際に化学反応が起きやすくなることを抑制するために設けられている。
【００４７】
また、第１実施形態の第２変形例における光触媒モジュール１０２の製造プロセスでは、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａに、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いて先にバッファ層３０を形成した後、バッファ層３０の表面上に光触媒材層２２を堆積させる方法が適用される。なお、光触媒モジュール１０２のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００４８】
第１実施形態の第２変形例では、上記のように、光触媒材層２２がバッファ層３０を介して金属層２１（基材２０）の表面に形成されているので、光触媒モジュール１０２の使用時に、金属層２１と光触媒材層２２とが直接的に化学反応を起こすことを抑制することができる。
【００４９】
（第１実施形態の第３変形例）
図９を参照して、第１実施形態の第３変形例について説明する。この第１実施形態の第３変形例による光触媒モジュール１０３では、上記第１実施形態の第２変形例の製造プロセスと異なり、スピンコートにより光触媒材層２４を形成する場合について説明する。
【００５０】
すなわち、図９に示すように、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａ上にＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いてバッファ層３０を形成した後、上記第１実施形態の第１変形例の製造プロセスと同様にスピンコートを用いて光触媒材層２４を塗布し、その後、所定の温度条件下で基材２０を加熱することにより平坦性を有する表面２４ａからなる光触媒材層２４を形成することが可能である。なお、光触媒モジュール１０３のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５１】
第１実施形態の第３変形例では、上記のように、バッファ層３０を形成した後に光触媒材層２４をスピンコートを用いて形成しているので、製造コストが低減された光触媒モジュール１０３を製造することができ、かつ、光触媒モジュール１０３の使用時に、金属層２１と光触媒材層２４とが直接的に化学反応を起こすことを抑制することができる。
【００５２】
（第１実施形態の第４変形例）
図１０を参照して、第１実施形態の第４変形例について説明する。この第１実施形態の第４変形例による光触媒モジュール１０４では、上記第１実施形態の第２変形例の製造プロセスと異なり、バッファ層３０および光触媒材層２４を共にスピンコートにより形成する場合について説明する。
【００５３】
すなわち、図１０に示すように、バッファ層３０は、基材２０とは反対側の表面３０ａが平坦性を有した状態で表面２０ａと金属層２１とを覆うように形成されている。そして、バッファ層３０を覆う光触媒材層２４についても、バッファ層３０との接触面（内表面）および外気と接する表面２４ａとが共に平坦性を有した状態で形成されている。なお、光触媒モジュール１０４のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。また、第１実施形態の第４変形例の効果については、上記第３変形例と同様である。
【００５４】
（第１実施形態の第５変形例）
図１１および図１２を参照して、第１実施形態の第５変形例について説明する。この第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュール１０５では、上記第１実施形態および上記第１実施形態の第１〜第４変形例の製造プロセスと異なり、基材２０の表面２０ａ上に、不規則的に分布する細孔３６を多数有して多孔質膜となった金属層３５を形成する場合について説明する。
【００５５】
すなわち、図１１に示すように、基材２０の表面２０ａ上には、Ａｌの多孔質膜からなり平面的に見て網状を有する金属層３５が形成されている。ここで、金属層３５の表面には不規則的に分布する大小様々な大きさ（内径）の細孔３６が形成されている。また、細孔３６は、基材２０側に略半球状に形成された底部３６ａを有しており、金属層３５の表面は、底部３６ａの形状に沿って山の裾野が広がるような稜線を有して形成されている。また、細孔３６の底部は表面２０ａに達しており、図１２に示すように、金属層３５が存在しない細孔３６の底部３６ａから基材２０の表面２０ａが露出している。なお、図１２では、金属層３５上（紙面手前側）に積層されている光触媒材層２２については、説明の都合上、図示を省略している。
【００５６】
したがって、第１実施形態の第５変形例においても、表面２０ａにおいてレーザ光が多重反射を起こした際、網状となった金属層３５に形成された網目となる細孔３６の部分から、光触媒材層２２側に向かって放射状に進行するエバネッセント波が発生されるように構成されている。この際、光触媒材層２２は、表面２２ａ（図１１参照）が、下部に形成された金属層３５の稜線に沿った起伏を有して形成されている。なお、光触媒モジュール１０５のその他の構成については、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５７】
また、第１実施形態の第５変形例における光触媒モジュール１０５の製造プロセスでは、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いて、型から取り出された基材２０の表面２０ａ上に完全な膜状の金属層３５（例えば、アルミニウム）を形成する。その後、基材２０を硫酸などの水溶液からなる電解液中に沈めるとともに、電解液中で基材２０に形成された金属層３５を陽極酸化することにより、電解液と接する金属層３５の表面から基材２０側に向かって延びる細孔３６を多数形成して金属層３５の多孔質膜を形成する。この際、金属層３５の表面から進行した陽極酸化により、金属層３５内部には、筒状の金属酸化物（例えば、アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）が細孔３６を囲むように徐々に深さ方向に生成される。したがって、陽極酸化の後にアルミナの部分をウェットエッチングを用いて除去することにより、金属層３５に不規則的に分布した多数の細孔３６が形成される。
【００５８】
なお、光触媒モジュール１０５のその他の製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５９】
第１実施形態の第５変形例では、上記のように、金属層３５を陽極酸化する製造プロセスを用いることによって、不規則的に分布した多数の細孔３６を有する金属層３５を、基材２０の表面２０ａ上に容易に形成することができる。また、陽極酸化を用いることにより、不規則的に分布した多数の細孔３６を基材２０の表面２０ａ上に再現性よく形成することができる。これにより、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュール１０５を容易に作製することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図２および図１３を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態による光触媒モジュール２００では、上記第１実施形態と異なり、外形が略球形状を有するように形成された基材２２０を用いて光触媒モジュール２００を構成する場合について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００６１】
本発明の第２実施形態による光触媒モジュール２００は、図１３に示すように、半導体レーザ素子１（図２参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材２２０とを備えている。
【００６２】
ここで、第２実施形態では、基材２２０は、外径Ｄ１を有した状態で、外形が略球形状を有して形成されている。すなわち、レーザ光の出射方向（Ａ方向）に沿って見た場合（図２参照）でも、レーザ光の出射方向と直交する方向（Ｂ方向）から見た場合（図１３参照）でも、基材２２０の外形が略同様の球形状に構成されており、基材２２０の内部に光学的に閉じた空間が形成されている。また、シリコン樹脂からなる基材２２０には、一方側（Ａ１側）の表面２２０ａから内部（Ａ１方向）に向かって凹状に窪む穴部２２０ｃが形成されており、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が穴部２２０ｃの内側面に沿って隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、窓部１６ａ（図２参照）から出射されたレーザ光が、穴部２２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材２２０内に入射されるように構成されている。
【００６３】
なお、第２実施形態による光触媒モジュール２００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態による光触媒モジュール２００においても、基材２２０の表面２２０ａ上に形成される金属層、光触媒材層およびバッファ層に関しては、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明した構成と同様の構成を有して形成することが可能である。
【００６４】
第２実施形態では、上記のように、基材２２０を、略球形状を有して形成することによって、レーザ出射光（反射光）を、基材２２０の内部により容易に閉じ込めることができるので、光触媒材を活性化させるための励起光となるエバネッセント波および表面プラズモンを容易に発生させることができる。これにより、環境浄化能力がより高められた光触媒モジュール２００を得ることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第３実施形態）
図１４および図１５を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態による光触媒モジュール３００では、上記第１実施形態と異なり、光源の出射方向から見た断面形状が略矩形形状を有するように形成された基材３２０を用いて光触媒モジュール３００を構成する場合について説明する。なお、図１５は、図１４の９３０−９３０線に沿った断面を示している。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００６６】
本発明の第３実施形態による光触媒モジュール３００は、図１４および図１５に示すように、半導体レーザ素子１（図１５参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、穴部３２０ｃを嵌合させることにより半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材３２０とを備えている。
【００６７】
ここで、第３実施形態では、基材３２０は、図１５に示すように、光源の出射方向から見た場合の断面が矩形形状（辺々の長さがＬ２を有する略正方形形状）を有して形成されている。また、この際、基材３２０の隅部近傍において表面３２０ａが所定の曲率を有して形成されている。また、図１４に示すように、基材３２０の長手方向（Ａ方向）の隅部近傍においても表面３２０ａは所定の曲率を有して形成されている。これにより、基材３２０の内部に光学的に閉じた空間が形成されるように構成されている。なお、表面３２０ａの隅部における曲率は、上記第１実施形態の場合よりも小さく形成されている。
【００６８】
なお、第３実施形態による光触媒モジュール３００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第３実施形態による光触媒モジュール３００においても、基材３２０の表面３２０ａ上に形成される金属層、光触媒材層およびバッファ層に関しては、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明した構成と同様の構成を有して形成することが可能である。
【００６９】
第３実施形態では、上記のように、光源の出射方向から見た場合の基材３２０の断面を矩形形状（略正方形形状）を有して形成することによって、上記第１実施形態における基材２０と比較して、表面３２０ａの表面積をより大きく確保することができるので、表面積が増加する分、金属層２１と光触媒材層２２との形成領域をより広くすることができる。すなわち、外気と接触する光触媒材層２２の表面積が増加するので、光触媒モジュール３００の浄化能力をより向上させることができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７０】
（第４実施形態）
図１６を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態による光触媒モジュール４００では、上記第１実施形態と異なり、外殻部４２０ｂにより内部が中空構造を有するように形成された基材４２０を用いて光触媒モジュール４００を構成する場合について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００７１】
本発明の第４実施形態による光触媒モジュール４００は、図１６に示すように、半導体レーザ素子１が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材４２０とを備えている。
【００７２】
ここで、第４実施形態では、基材４２０は、所定の厚みを有する外殻部４２０ｂと、長手方向の一方側（Ａ２側）の表面（外側の表面）４２０ａから外殻部４２０ｂを厚み方向（Ａ１方向）に貫通する穴部４２０ｃとにより構成されている。また、穴部４２０ｃは、半導体レーザ装置１０のステム１５の外径と略等しいか若干大きく形成されており、ステム１５が穴部４２０ｃに隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、光触媒モジュール４００では、外殻部４２０ｂから基材４２０の内部空間Ｑに突出するように取り付けられたキャップ１６の窓部１６ａから出射されたレーザ光が、確実に基材４２０の内部空間Ｑに入射されるように構成されている。
【００７３】
また、第４実施形態では、基材４２０は、ガラス材料を用いて形成されている。すなわち、光触媒モジュール４００の製造プロセスでは、外殻部４２０ｂを有する基材４２０を作製する際、ガラス電球製造時の製造技術を応用することが可能である。なお、基材４２０に金属層２１および光触媒材層２２を形成する点については、上記第１実施形態の製造プロセスと略同様である。
【００７４】
なお、第４実施形態による光触媒モジュール４００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第４実施形態による光触媒モジュール４００においても、基材４２０に形成する金属層、光触媒材層およびバッファ層に関して、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明したのと同様の変更を加えて形成することが可能である。
【００７５】
第４実施形態では、上記のように、ガラス材料を用いて外殻部４２０ｂを有する中空構造の基材４２０を形成することによって、従来から用いられているガラス電球製造時の製造技術を応用することにより、光源からの出射光の利用効率が向上され、かつ、環境浄化能力が高められた光触媒モジュール４００を容易に作製することができる。また、基材がガラス材料であるので、レーザ光による基材４２０の光損傷が生じず、長寿命の光触媒モジュール４００を提供することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７６】
（第５実施形態）
図１７および図１８を参照して、第５実施形態について説明する。この第５実施形態による光触媒モジュール５００では、上記第１実施形態と異なり、表面５２０ａが複数の凹部２と凸部３とを有するように形成された基材５２０を用いて光触媒モジュール５００を構成する場合について説明する。なお、図１８は、図１７の９５０−９５０線に沿った断面を示している。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００７７】
本発明の第５実施形態による光触媒モジュール５００は、図１７および図１８に示すように、半導体レーザ素子１（図１８参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材５２０とを備えている。
【００７８】
ここで、第５実施形態では、シリコン樹脂からなる基材５２０は、表面５２０ａが複数の凹部２および凸部３によって凹凸形状を有した状態で形成されている。また、複数の凹部２および凸部３は、表面５２０ａの全ての領域に形成されている。これにより、上記第１実施形態における基材２０、上記第３実施形態における基材３２０および上記第４実施形態における基材４２０と比較して、基材５２０の表面積は凹凸形状を有する分増加されて構成されている。また、表面５２０ａに形成されている複数の凹部２および凸部３は、９０度以下の鋭角な曲面により構成されていないのが好ましい。これにより、レーザ光を、基材５２０の表面５２０ａの部分において、基材５２０内部に向かって確実に反射させることが可能になる。
【００７９】
また、凹凸形状を有する表面５２０ａ上に、上記第１実施形態と同様の材料からなる金属層２１および光触媒材層２２が形成されている。なお、第５実施形態では、凹凸形状を構成する１つの凹部２から隣接する凸部３を隔てて隣り合う凹部２までの距離Ｌ３が、光触媒材層２２の厚み（最大厚み）よりも大きく構成されている。したがって、金属層２１および光触媒材層２２は、凹凸形状の起伏に沿って基材５２０の表面５２０ａを確実に覆うように積層されている。
【００８０】
なお、表面５２０ａが凹凸形状を有している場合においても、基材５２０の内部には閉じた空間が形成されており、基材５２０に入射された光が、表面５２０ａを透過して外部に漏れ出ることがないように構成されている。また、基材５２０には、Ａ１側の表面５２０ａから内部に向かって所定の内径を有して凹状に窪む穴部５２０ｃ（図１７参照）が形成されており、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が穴部５２０ｃと嵌合するように構成されている。したがって、窓部１６ａ（図１８参照）から出射されたレーザ光が、穴部５２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材５２０内に入射されるように構成されている。
【００８１】
なお、第５実施形態による光触媒モジュール５００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第５実施形態による光触媒モジュール５００の製造プロセスでは、表面５２０ａが複数の凹部２および凸部３からなる凹凸形状を有するように基材５２０をモールド成型する点を除いて、ＥＢ蒸着法などを用いて、型から取り出された基材５２０の表面５２０ａ上に金属層２１および光触媒材層２２を形成する製造プロセス点などは、上記第１実施形態と同様である。
【００８２】
また、第５実施形態による光触媒モジュール５００においても、基材５２０に形成する金属層および光触媒材層に関して、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例にて説明したのと同様の変更を加えて形成することが可能である。
【００８３】
第５実施形態では、上記のように、基材５２０の表面５２０ａが、複数の凹部２および凸部３を含む凹凸形状を有して形成されており、凹凸形状を構成する１つの凹部２から隣接する凸部３を隔てて隣り合う凹部２までの距離Ｌ３を、光触媒材層２２の厚み（最大厚み）よりも大きく構成することによって、凹凸形状の起伏に沿って光触媒材層２２を形成することができるので、光触媒材層２２が外部に対して反応する際の面積（表面積）を増加させることができる。これにより、光触媒モジュール５００は、環境浄化を効率よく行うことができる。なお、第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
（第６実施形態）
図１、図１９および図２０を参照して、第６実施形態について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００８５】
本発明の第６実施形態による光触媒システム６００は、図１９に示すように、上記第１実施形態による光触媒モジュール１００が、反応容器６１０内に所定の配列形態をなした状態で複数（２３個）収納されて構成されている。なお、反応容器６１０は、本発明の「筐体」の一例である。
【００８６】
また、反応容器６１０は、流体の浄化作用が行われる凹部６１１ａが形成された下部筐体６１１と、下部筐体６１１の開口部６１１ｂを塞ぐ蓋体６１２とによって構成されている。また、下部筐体６１１の側面には、浄化前の流体（気体あるいは液体）を反応容器６１０に流し込むための吸入部６１３と、浄化後の流体を反応容器６１０から外部に排出するための排出部６１４とが設けられている。そして、蓋体６１２の下面６１２ａに、光触媒モジュール１００が複数懸架された状態で取り付けられている。また、光源となる半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３（図１参照）が、蓋体６１２に設けられた図示しない引き出し電極に接続されることにより、光触媒モジュール１００が動作可能に構成されている。
【００８７】
また、図２０に示すように、光触媒モジュール１００は、蓋体６１２の面内方向において千鳥配列をなして取り付けられている。これにより、吸入部６１３から取り込まれた浄化前の流体が光触媒モジュール１００群の間を通り抜けていく間に、光触媒材による浄化作用を受けて浄化された後、排出部６１４から排出されるように構成されている。
【００８８】
このようにして、複数の光触媒モジュール１００が取り付けられた光触媒システム６００が構成されている。
【００８９】
第６実施形態における光触媒システム６００では、上記第１実施形態における光触媒モジュール１００を備えているので、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュール１００を用いて、流体の浄化を行うことが可能な光触媒システム６００を実現することができる。
【００９０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９１】
たとえば、上記第１〜第６実施形態では、光触媒モジュールの光源として半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。
【００９２】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、基材を中実体構造として構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第５実施形態と同様に、基材を中空体構造としてもよい。
【００９３】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、シリコン樹脂を用いて基材を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、透光性を有する樹脂としてたとえばエポキシ樹脂などを用いて基材を形成してもよい。
【００９４】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、樹脂を用いて基材を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第５実施形態と同様に、基材をガラス材料を用いて形成してもよい。
【００９５】
また、上記第１〜第６実施形態では、Ａｕからなる金属粒子を用いて金属層を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、島状に分布した状態または網状に形成されるような金属層であれば、Ａｕ以外の、たとえば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐｄ、ＡｌおよびＷなどの金属を用いて金属層を形成してもよい。このような金属を用いても、基材の表面近傍においてエバネッセント波を発生させることが可能であり、金属粒子が有する自由電子とエバネッセント波とが相互作用して表面プラズモンを発生させることが可能である。
【００９６】
また、上記第１実施形態の第５変形例では、Ａｌの多孔質膜を用いて基材２０の表面２０ａ上に金属層３５を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、陽極酸化によって形状および分布状態に不規則性を有するような細孔が形成可能な金属多孔質膜であれば、Ａｌ以外の、たとえば、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂなどの金属を用いて金属層を形成してもよい。
【００９７】
また、上記第１〜第６実施形態では、ＴｉＯ２からなる光触媒材を用いた光触媒材層を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＴｉＯ２以外の、たとえば、窒素ドープのＴｉＯ２、炭素ドープのＴｉＯ２、硫黄ドープのＴｉＯ２などのその他の光触媒材を用いて光触媒材層を形成してもよい。
【００９８】
また、上記第６実施形態では、光触媒モジュール１００を反応容器６１０を構成する蓋体６１２にのみ取り付けた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、蓋体６１２のみならず、光触媒モジュール１００を下部筐体６１１の内側面や底面などの場所に取り付けて光触媒システムを構成してもよい。すなわち、光触媒モジュール１００の平面的な配列のみならず、反応容器６１０内において光触媒モジュール１００を立体的に配置するようにしてもよい。
【００９９】
また、上記第６実施形態では、複数の光触媒モジュール１００を蓋体６１２の面内方向において千鳥配列をなすように取り付けた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の光触媒モジュール１００をマトリクス状（碁盤の目状）に配置してもよい。
【０１００】
また、上記第６実施形態では、第１実施形態による光触媒モジュール１００を用いて光触媒システム６００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上記第１実施形態の第１〜第５変形例による光触媒モジュールや、上記第２〜第５実施形態による光触媒モジュールを個々に用いて光触媒システムを構成してもよいし、各々を組み合わせてもよい。
【０１０１】
また、上記第１〜第６実施形態では、金属製のキャップ１６が被せられた半導体レーザ装置１０を基材２０に取り付けることにより光触媒モジュール１００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体レーザ装置１０にキャップ１６を設けることなく、基材の穴部を半導体レーザ装置に直接被せて取り付けて光触媒モジュールを構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 半導体レーザ素子（光源）
２ 凹部
３ 凸部
１０ 半導体レーザ装置（光源）
２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 基材
２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａ、５２０ａ 表面
２１、３５ 金属層
２２、２３、２４ 光触媒材層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 光触媒モジュール
２００、３００、４００、５００ 光触媒モジュール
６００ 光触媒システム
６１０ 反応容器（筐体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒モジュールおよび光触媒システムに関し、特に、光源と光触媒材とを備えた光触媒モジュールおよび光触媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの入射光を励起光に用いた光触媒素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、外部から入射された光を導波可能に構成された基材と、基材の表面上に形成された金属被覆層と、金属被覆層上に形成された光触媒薄膜層とを備えた光触媒素子が開示されている。この特許文献１に記載の光触媒素子では、所定の部分に、素子の表面から光触媒薄膜層および金属被覆層を貫通して基材まで達する受光部（貫通部）が形成されている。そして、光触媒素子の外部に設けられるとともに受光部と対向した位置に配置された光源（発光ダイオード）から出射された光が、受光部を介して基材内部に入射されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光触媒素子では、外部に配置された光源からの出射光のうち、受光部を通り抜ける光のみが基材内部に入射されて光触媒素子の励起光として利用される一方、受光部を通り抜けない光は、光触媒素子の励起光には利用されない構成であると考えられる。このため、光源からの出射光の利用効率が低下するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光源からの出射光の利用効率を向上させることが可能な光触媒モジュールおよび光触媒システムを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光触媒モジュールは、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、基材の表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを備える。
【０００８】
この発明の第１の局面による光触媒モジュールでは、上記のように、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材とを備えることによって、光源からの出射光の全てが基材内部に入射された後に基材の表面により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層の励起光として利用されるので、光源からの出射光の一部のみを光触媒材層の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の局面による光触媒モジュールでは、上記した構成を備えることによって、光源により基材内部に入射された光が、基材と金属層との界面において反射を繰り返しながら閉空間内に閉じ込められた状態となった際、島状または網状となった金属粒子間に形成された隙間を介して基材から金属層上の光触媒材層に向かって進むエバネッセント波（エバネッセント光）が発生される。ここで、エバネッセント波とは、所定の屈折率を有する媒質Ａ中に入射した光が、他の異なる屈折率を有する媒質Ｂとの接触界面において全反射する際に、接触界面から媒質Ｂ中にしみ出す光（表面波／局在波）として知られている。また、エバネッセント波の発生に伴い、金属粒子が有する自由電子とエバネッセント光とが相互作用（共鳴）して表面プラズモンが発生される。この表面プラズモンは、光強度を増強させる現象として観察される。そして、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とによる励起光を利用して、光触媒材層が有する光触媒材をより活性化させることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒モジュールを得ることができる。
【００１０】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、金属層は、島状に分布した金属の粒子、または、網状の状態を有する金属層の網目が、基材の表面上に不規則的に配置されている。このように構成すれば、島を形成する金属粒子の大きさ（隣接する金属粒子同士の間隔）や、網状となった金属層の網目の大きさが規則性をしない分、金属粒子の大きさや網目が規則性を有する場合と比較して、表面プラズモンを発生させるためのエバネッセント波が有する波長（光源からの光と金属粒子と相互作用を起こすことが可能な共鳴波長）に所定の範囲の幅を持たせることができる。これにより、光源が有する出射光の波長幅（波長帯域）を広げることができるので、光源波長にばらつきが生じる場合であっても、光触媒材層における光触媒反応を活性化させるための表面プラズモンを安定して発生させることができる。
【００１１】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、光源は、半導体レーザ素子である。このように構成すれば、コヒーレント光であるレーザ出射光を用いて、より強力なエバネッセント波を発生させることができる。これにより、表面プラズモンをより強力に発生させることができるので、光触媒材がより激しく励起される分、光触媒モジュールの環境浄化能力をより高めることができる。
【００１２】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、基材は、透光性を有する樹脂またはガラス材料からなり、基材の表面は、尖った角部を有しない丸みを帯びた形状を有して形成されている。このように構成すれば、光源から出射されて樹脂中を透過した光を、金属層と接する基材の尖った角部のない丸みを帯びた表面において基材内部に向かって確実に反射させることができるので、表面プラズモンの元となるエバネッセント波（エバネッセント光）を容易に発生させることができる。また、基材の表面が尖った角部を有さずに丸みを帯びて形成されているので、一度反射された光が基材内部を透過して再び別な場所の表面で反射する状態を継続させることができる。これにより、基材と金属層との界面においてエバネッセント波を効率よく発生させることができる。
【００１３】
上記第１の局面による光触媒モジュールにおいて、好ましくは、基材の表面は、複数の凹部および凸部を含む形状を有しており、１つの凹部から隣接する凸部を隔てて隣り合う凹部までの距離は、光触媒材層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、凹部と凸部とからなる凹凸形状の起伏に沿って光触媒材層を形成することができるので、光触媒材層が外部に対して反応する際の面積（表面積）を増加させることができる。これにより、環境浄化を効率よく行うことができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による光触媒システムは、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、基材の表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを含む光触媒モジュールと、複数の光触媒モジュールを収納する筐体とを備える。
【００１５】
この発明の第２の局面による光触媒システムでは、上記のように、光源と、光源を取り囲むように配置され、光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材とを含む光触媒モジュールを備えることによって、光源からの出射光の全てが基材内部に入射された後に基材の表面により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層の励起光として利用されるので、光源からの出射光の一部のみを光触媒材層の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュールにより構成された光触媒システムを得ることができる。
【００１６】
また、第２の局面による光触媒システムでは、複数の光触媒モジュールの各々が上記した構成を含むことによって、個々の光触媒モジュールにおいてモジュール内で発生するエバネッセント波および表面プラズモンによる励起光を用いて光触媒反応を起こさせることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールを構成する基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光触媒モジュールにおいて、基材の表面近傍でエバネッセント波により光触媒材層が励起される現象を模式的に示した図である。
【図６】金属層を構成する金属粒子のサイズとエバネッセント光の波長との関係を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第１変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の第２変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の第３変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の第４変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した拡大平面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュールの基材の表面近傍を示した平面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による光触媒モジュールの構造を示した上面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態による光触媒モジュールの構造を示した正面図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による光触媒モジュールを備えた光触媒システムの構造を示した断面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態による光触媒システムを構成する反応容器の蓋体に固定された光触媒モジュールの配置関係を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による光触媒モジュール１００の構造について説明する。なお、図２は、図１の９１０−９１０線に沿った断面を示している。
【００２０】
本発明の第１実施形態による光触媒モジュール１００は、図１および図２に示すように、内部に半導体レーザ素子１（図２参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材２０とを備えている。なお、半導体レーザ素子１および半導体レーザ装置１０は、本発明の「光源」の一例である。
【００２１】
また、基材２０は、透光性を有するシリコン樹脂を用いたモールド成型品からなり、外径Ｄ１（図２参照）を有した状態で、レーザ光の出射方向（Ａ１方向）に沿って略円柱状に延びて形成されている。また、基材２０の長手方向（Ａ方向）の両端部（隅部）近傍において、表面２０ａが所定の曲率からなる曲面を有して滑らかに形成されることにより、基材２０は、表面２０ａによって内部に閉じた空間が形成されるように構成されている。ここで、表面２０ａには尖った角部などが形成されずに、全ての領域において丸みを帯びて形成されているのが好ましい。また、表面２０ａの丸みを帯びた部分が９０度以下の鋭角な曲面によって構成されていないことがより好ましい。
【００２２】
また、基材２０はシリコン樹脂による中実体構造を有しており、長手方向の一方側（Ａ１側）の表面２０ａから内部（Ａ１方向）に向かって所定の内径を有して凹状に窪む穴部２０ｃが形成されている。この穴部２０ｃは、後述する半導体レーザ装置１０のキャップ１６の外形形状と略等しいか若干大きく形成されており、キャップ１６が穴部２０ｃの内側面に沿って隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、光触媒モジュール１００では、キャップ１６の窓部１６ａ（図２参照）から出射されたレーザ光が、穴部２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材２０内部に入射されるように構成されている。また、基材２０内部に閉じた空間が形成されることにより、基材２０内部に入射された光が、表面２０ａを透過して外部に漏れ出ることがないように構成されている。
【００２３】
また、基材２０の表面２０ａ上には、金属ナノ粒子からなる金属層２１と、薄膜状の光触媒材層２２とが形成されている。ここで、図１および図２では、基材２０の表面２０ａ上に金属層２１と光触媒材層２２とが形成されている様子を概略的に示している一方、詳細な層構造については、図３に図示している。すなわち、基材２０の表面２０ａ付近を拡大した状態では、図３に示すように、基材２０の表面２０ａ上に、Ａｕからなり個々のサイズ（平均粒径など）が定まらずに不規則性を有した粒子状の金属粒子２１ａが形成されている。また、金属層２１は、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に不規則的に分布した状態で形成されている。
【００２４】
また、上述の金属層２１を平面的に見た場合、図４に示すように、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に不規則的に島状に分布して形成されている領域や、隣接する金属粒子２１ａ同士が部分的に結合して網状の状態を有して形成されている領域などがあり、全体として、金属層２１は、表面２０ａ上において完全な連続膜とはなっていない。また、金属粒子２１ａの個々のサイズが不規則性を有するので、島状に分布した金属粒子２１ａ間に形成される隙間の大きさも不規則性を有している。また、金属粒子２１ａの個々のサイズが不規則性を有するので、網状に形成されている金属層２１の領域における網目（隙間）の大きさも不規則性を有している。そして、島状または網状の領域に関係なく、金属粒子２１ａ間に形成された不規則性を有する隙間（網目）の部分から、基材２０の表面２０ａが露出している。なお、図４では、金属層２１上（紙面手前側）に積層されている光触媒材層２２については、説明の都合上、図示を省略している。
【００２５】
また、図３に示すように、金属層２１と、金属粒子２１ａの隙間（網目）から露出する基材２０の表面２０ａとを覆うように、アナターゼ型（低温型）二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる光触媒材層２２が薄膜状に形成されている。ここで、光触媒材層２２は、数ｎｍ以上約１μｍ以下の厚み（平均厚み）を有している。また、光触媒材層２２は、外部流体（気体または液体および両者が混在したもの）と接する表面２２ａが、下部に形成された金属粒子２１ａの分布状態（表面的な凹凸形状）に伴って起伏を有した状態で形成されている。
【００２６】
したがって、第１実施形態では、図５に示すように、半導体レーザ装置１０（図１参照）から出射されたレーザ光（複数の矢印で示す）が、金属層２１または光触媒材層２２と接する基材２０の界面（表面２０ａの部分）で基材２０内部に向かって反射（全反射）するように構成されている。この際、基材２０の界面が９０度以下の鋭角な曲面を有していないので、レーザ光は、基材２０の界面において、基材２０内部に向かって確実に反射するように構成されている。また、図１に示すように、基材２０は穴部２０ｃにより半導体レーザ装置１０を取り囲むようにして取り付けられているので、反射後のレーザ光が再び表面２０ａの別な位置で反射する多重反射を繰り返しながら、レーザ出射光（反射光）が基材２０内部の閉じた空間内に閉じ込められるように構成されている。
【００２７】
これにより、第１実施形態では、表面２０ａにおいてレーザ光が多重反射を起こす際、島状および網状となった金属層２１（金属粒子２１ａと金属粒子２１ａとの間）に形成された隙間（網目）の部分から、光触媒材層２２側に向かって放射状に局在するエバネッセント波（エバネッセント光）が発生されるように構成されている。ここで、隙間の長さ（平均値）がエバネッセント光の有する波長以下となるように金属層２１（所定の粒子サイズを有する個々の金属粒子２１ａが分布した状態）が形成されるのが好ましい。これにより、エバネッセント波を確実に発生させることが可能になる。
【００２８】
また、第１実施形態では、基材２０の表面２０ａの部分で発生したエバネッセント波により、金属層２１を構成する個々の金属粒子２１ａの表面に、表面プラズモンが発生するように構成されている。すなわち、レーザ出射光（反射光）が発する光源の明るさ（光強度）が、金属粒子２１ａの表面に生じた表面プラズモンによってさらに増強されるように構成されている。これにより、光触媒モジュール１００では、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とにより増強された励起光を利用して、光触媒材層２２が有する光触媒材をより活性化させることが可能に構成されている。なお、エバネッセント波は局在波であり、光触媒材層２２から外部（大気中）に放射されることはなく、光触媒モジュール１００の周囲にユーザが近寄った場合でも、何ら影響を及ぼさない。
【００２９】
ここで、表面プラズモンが強く発生するためには、金属粒子のサイズ（平均直径）に応じた波長（共鳴波長）が存在する。具体的には、金属粒子のサイズとエバネッセント光の波長（共鳴波長）とは、図６に示すような相関関係を有している。すなわち、金属粒子が相対的に小さければ、表面プラズモンの共鳴波長も相対的に小さくなり、金属粒子が相対的に大きければ、表面プラズモンの共鳴波長も相対的に大きくなる性質を有している。なお、図６では、グラフの横軸に示す金属粒子のサイズは、個々の金属粒子が規則的なサイズを有して形成された状態であり、基材の表面上に規則性を有して分布した場合の平均粒径として示している。この場合、金属粒子間の隙間間隔も基材の表面上において略一様であることが前提とされている。
【００３０】
また、一般的に、光源として用いられる半導体レーザ素子は、レーザ光の出射波長が素子毎に所定の範囲内でばらつきを生じた状態で製造される。たとえば、約４００ｎｍの発振波長を有する半導体レーザ素子を製造した場合、個々のレーザ素子間において、約３９０ｎｍ〜約４１０ｎｍの範囲で出射波長がばらついている。したがって、基材の表面上に形成された金属粒子のサイズと、光触媒モジュールに搭載されている半導体レーザ素子の発振波長とが図６におけるグラフＰ上で交わる場合には、その半導体レーザ素子（光源）の波長が表面プラズモンの共鳴波長となってエバネッセント光を発生させることが可能である一方、金属粒子のサイズと半導体レーザ素子の発振波長とが図６におけるグラフＰ上で交わらない（一致しない）場合には、その半導体レーザ素子（光源）の発振波長が表面プラズモンのための共鳴波長にならずにエバネッセント光を適切に発生させることができない。
【００３１】
このような点を考慮した結果、第１実施形態における基材２０の表面２０ａには、金属粒子２１ａのサイズが不規則性を有し、かつ、金属粒子２１ａ間の隙間間隔も不規則性を有した金属層２１が形成されているので、光源となる半導体レーザ素子１の発振波長が製造誤差に起因して素子間でばらつきを生じていても、半導体レーザ素子１が搭載された個々の光触媒モジュール１００では、半導体レーザ素子１が有する発振波長のばらつき（素子毎の個体差）を吸収することが可能である。すなわち、図６を用いて説明すると、半導体レーザ素子１が波長範囲Ａを有して度数分布していても、基材２０の金属層２１が波長範囲Ａに対応する範囲Ｂの複数の金属粒子サイズを含んで形成されているので、波長範囲Ａを有して製造されたどの半導体レーザ素子１を用いても、基材２０の表面２０ａで表面プラズモンを確実に共鳴させることが可能であることを意味している。なお、後述する製造プロセスにおいて、金属層２１の形成条件を適宜制御して金属粒子２１ａのサイズ（隙間や網目の大きさ）を形成することにより、光源となる半導体レーザ素子１の波長帯域（約４００ｎｍ帯、約５００ｎｍ帯、約７００ｎｍ帯など）に応じて光触媒材層２２に光触媒反応を起こさせることが可能な光触媒モジュール１００を作製することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、半導体レーザ装置１０は、半導体レーザ素子１（図２参照）が載置された台座１４（図２参照）と、リード端子１１〜１３を互いに絶縁した状態で固定するとともに台座１４が固定される金属製のステム１５と、ステム１５に取り付けられ、半導体レーザ素子１を覆うとともにレーザ出射光を透過可能な窓部１６ａ（図２参照）を有する金属製のキャップ１６とを備えている。また、半導体レーザ素子１の後方（窓部１６ａに対向する側とは反対側）の台座１４上には、図示しないモニタ用ＰＤ（フォトダイオード）が固定されている。そして、半導体レーザ素子１およびモニタ用ＰＤの各々のｐ側電極が、金属線を介してリード端子１２および１３にそれぞれ接続されるとともに、半導体レーザ素子１およびモニタ用ＰＤの各々のｎ側電極が、台座１４を介して負極側のリード端子１１に接続されている。
【００３３】
次に、図１〜図４を参照して、第１実施形態による光触媒モジュール１００の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、硬化前のシリコン樹脂を所定の形状を有する型（図示せず）に流し込み、図１および図２に示すような形状を有する基材２０をモールド成型する。この際、基材２０には、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が嵌め込まれる穴部２０ｃが同時に形成される。
【００３５】
次に、図３に示すように、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いて、型から取り出された基材２０の表面２０ａ上に金属層２１を形成する。この際、成膜条件を制御することにより、光源となる半導体レーザ素子１から出射されるレーザ光の発振波長に応じて、表面２０ａ上に形成される金属層２１の厚み（金属粒子２１ａの大きさ）が決定される。これにより、図４に示すように、個々の金属粒子２１ａが表面２０ａ上に島状または網状に分布した状態の金属層２１が形成される。その後、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いて、金属層２１と、金属層２１の隙間から露出する表面２０ａとの表面とを覆うように、光触媒材層２２（図３参照）を堆積させる。
【００３６】
最後に、所定の製造プロセスを用いて製造された半導体レーザ装置１０を基材２０の穴部２０ｃに嵌め込むことにより、図１に示した光触媒モジュール１００が製造される。
【００３７】
第１実施形態では、上記のように、半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０を取り囲むように配置され、半導体レーザ装置１０からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面２０ａを有する基材２０とを備えることによって、半導体レーザ装置１０からの出射光の全てが基材２０内部に入射された後に基材２０により構成された閉空間内に閉じ込められた状態で光触媒材層２２の励起光として利用されるので、半導体レーザ装置１０からの出射光の一部のみを光触媒材層２２の励起光に利用する場合と比較して、光源からの出射光の利用効率を向上させることができ、光源と光触媒構造とが一体となったコンパクトな光触媒モジュール１００を得ることができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、上記した構成を備えることによって、半導体レーザ装置１０により基材２０内部に入射された光が、金属層２１または光触媒材層２２と接する基材２０の表面２０ａの部分（界面）で反射を繰り返しながら閉空間内に閉じ込められた状態となった際、島状に分布する金属粒子２１ａ間に形成された隙間から、光触媒材層２２側に向かって進行するエバネッセント波が発生される。また、光触媒材層２２中に発生したエバネッセント波により、金属層２１（個々の金属粒子２１ａ）の表面に、表面プラズモンが発生される。そして、エバネッセント波の発生とエバネッセント波に伴う表面プラズモンの発生とによる励起光を利用して、光触媒材層２２が有する光触媒材をより活性化させることができるので、環境浄化能力が高められた光触媒モジュール１００を得ることができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、金属層２１を構成する島状または網状に分布した個々の金属粒子２１ａが、基材２０の表面２０ａ上に不規則的に配置されることによって、金属粒子２１ａの大きさ（金属粒子２１ａ同士の間隔）や、金属層２１の網目の大きさが不規則となる分、表面プラズモンを発生させるためのエバネッセント波が有する波長（半導体レーザ素子１からの光と金属粒子２１ａと相互作用を起こすことが可能な共鳴波長）に所定の範囲の幅を持たせることができる。これにより、半導体レーザ素子１が有する出射光の波長幅（波長帯域）を広げることができるので、製造誤差に起因して個々の半導体レーザ素子１の波長にばらつきが生じる場合であっても、光触媒材層２２における光触媒反応を活性化させるための表面プラズモンを安定して発生させることができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、光源に半導体レーザ素子１を用いることによって、レーザ出射光を用いて、より強力なエバネッセント波を発生させることができる。これにより、表面プラズモンをより強力に発生させることができるので、光触媒材層２２がより激しく励起される分、光触媒モジュール１００の環境浄化能力をより高めることができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、透光性を有するシリコン樹脂を用いて基材２０を形成し、かつ、基材２０の表面２０ａを、尖った角部を有しない滑らかな丸みを帯びた形状を有して形成することによって、半導体レーザ素子１から出射されて樹脂中を透過した光を、金属層２１と接する基材２０の丸みを帯びた表面２０ａにおいて基材２０内部に向かって確実に反射させることができるので、表面プラズモンの元となるエバネッセント波（エバネッセント光）を容易に発生させることができる。また、表面２０ａが尖った角部などを有さずに滑らかな丸みを帯びて形成されているので、一度反射されたレーザ光がシリコン樹脂中を透過して再び別な場所の表面２０ａで反射する状態を継続させることができる。これにより、基材２０と金属層２１との界面において、エバネッセント波を効率よく発生させることができる。
【００４２】
（第１実施形態の第１変形例）
図７を参照して、第１実施形態の第１変形例について説明する。この第１実施形態の第１変形例による光触媒モジュール１０１では、上記第１実施形態と異なり、光触媒材層２３の表面２３ａが平坦性を有している場合について説明する。
【００４３】
すなわち、図７に示すように、光触媒材層２３は、外気と接する表面２３ａが平坦性を有した状態で基材２０の表面２０ａと金属層２１とを覆うように形成されている。また、表面２３ａは、表面２０ａと略同じ輪郭を有するように形成されている。この場合、光触媒モジュール１０１の製造プロセスにおいて、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａに、微粒子からなる光触媒材が混入された溶剤をスピンコートなどの方法を用いて塗布した後、所定の温度条件下で基材２０を加熱することにより、平坦性を有する表面２３ａからなる光触媒材層２３を形成することが可能である。なお、光触媒モジュール１０１のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００４４】
第１実施形態の第１変形例では、上記のように、スピンコートなどを用いて基材２０の表面２０ａに光触媒材層２３を形成することができるので、スパッタ装置などの大がかりな装置を用いて光触媒モジュールを製造する場合と異なり、製造プロセスを簡素化させることができる。これにより、光触媒モジュール１０１の製造コストを低減することができる。
【００４５】
（第１実施形態の第２変形例）
図８を参照して、第１実施形態の第２変形例について説明する。この第１実施形態の第２変形例による光触媒モジュール１０２では、上記第１実施形態と異なり、光触媒材層２２が、誘電体などからなるバッファ層３０（保護膜）を介して形成される場合について説明する。
【００４６】
すなわち、図８に示すように、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａをバッファ層３０が覆うとともに、バッファ層３０上に光触媒材層２２が形成されている。ここで、バッファ層３０は、ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３などの材料からなる誘電体膜により構成されていてもよいし、ＳｉＯ２などの酸化膜であってもよい。また、バッファ層３０は、金属層２１と光触媒材層２２とが直接接触した際に化学反応が起きやすくなることを抑制するために設けられている。
【００４７】
また、第１実施形態の第２変形例における光触媒モジュール１０２の製造プロセスでは、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａに、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いて先にバッファ層３０を形成した後、バッファ層３０の表面上に光触媒材層２２を堆積させる方法が適用される。なお、光触媒モジュール１０２のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００４８】
第１実施形態の第２変形例では、上記のように、光触媒材層２２がバッファ層３０を介して金属層２１（基材２０）の表面に形成されているので、光触媒モジュール１０２の使用時に、金属層２１と光触媒材層２２とが直接的に化学反応を起こすことを抑制することができる。
【００４９】
（第１実施形態の第３変形例）
図９を参照して、第１実施形態の第３変形例について説明する。この第１実施形態の第３変形例による光触媒モジュール１０３では、上記第１実施形態の第２変形例の製造プロセスと異なり、スピンコートにより光触媒材層２４を形成する場合について説明する。
【００５０】
すなわち、図９に示すように、金属層２１が形成された基材２０の表面２０ａ上にＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いてバッファ層３０を形成した後、上記第１実施形態の第１変形例の製造プロセスと同様にスピンコートを用いて光触媒材層２４を塗布し、その後、所定の温度条件下で基材２０を加熱することにより平坦性を有する表面２４ａからなる光触媒材層２４を形成することが可能である。なお、光触媒モジュール１０３のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５１】
第１実施形態の第３変形例では、上記のように、バッファ層３０を形成した後に光触媒材層２４をスピンコートを用いて形成しているので、製造コストが低減された光触媒モジュール１０３を製造することができ、かつ、光触媒モジュール１０３の使用時に、金属層２１と光触媒材層２４とが直接的に化学反応を起こすことを抑制することができる。
【００５２】
（第１実施形態の第４変形例）
図１０を参照して、第１実施形態の第４変形例について説明する。この第１実施形態の第４変形例による光触媒モジュール１０４では、上記第１実施形態の第２変形例の製造プロセスと異なり、バッファ層３０および光触媒材層２４を共にスピンコートにより形成する場合について説明する。
【００５３】
すなわち、図１０に示すように、バッファ層３０は、基材２０とは反対側の表面３０ａが平坦性を有した状態で表面２０ａと金属層２１とを覆うように形成されている。そして、バッファ層３０を覆う光触媒材層２４についても、バッファ層３０との接触面（内表面）および外気と接する表面２４ａとが共に平坦性を有した状態で形成されている。なお、光触媒モジュール１０４のその他の構成および製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。また、第１実施形態の第４変形例の効果については、上記第３変形例と同様である。
【００５４】
（第１実施形態の第５変形例）
図１１および図１２を参照して、第１実施形態の第５変形例について説明する。この第１実施形態の第５変形例による光触媒モジュール１０５では、上記第１実施形態および上記第１実施形態の第１〜第４変形例の製造プロセスと異なり、基材２０の表面２０ａ上に、不規則的に分布する細孔３６を多数有して多孔質膜となった金属層３５を形成する場合について説明する。
【００５５】
すなわち、図１１に示すように、基材２０の表面２０ａ上には、Ａｌの多孔質膜からなり平面的に見て網状を有する金属層３５が形成されている。ここで、金属層３５の表面には不規則的に分布する大小様々な大きさ（内径）の細孔３６が形成されている。また、細孔３６は、基材２０側に略半球状に形成された底部３６ａを有しており、金属層３５の表面は、底部３６ａの形状に沿って山の裾野が広がるような稜線を有して形成されている。また、細孔３６の底部は表面２０ａに達しており、図１２に示すように、金属層３５が存在しない細孔３６の底部３６ａから基材２０の表面２０ａが露出している。なお、図１２では、金属層３５上（紙面手前側）に積層されている光触媒材層２２については、説明の都合上、図示を省略している。
【００５６】
したがって、第１実施形態の第５変形例においても、表面２０ａにおいてレーザ光が多重反射を起こした際、網状となった金属層３５に形成された網目となる細孔３６の部分から、光触媒材層２２側に向かって放射状に進行するエバネッセント波が発生されるように構成されている。この際、光触媒材層２２は、表面２２ａ（図１１参照）が、下部に形成された金属層３５の稜線に沿った起伏を有して形成されている。なお、光触媒モジュール１０５のその他の構成については、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５７】
また、第１実施形態の第５変形例における光触媒モジュール１０５の製造プロセスでは、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いて、型から取り出された基材２０の表面２０ａ上に完全な膜状の金属層３５（例えば、アルミニウム）を形成する。その後、基材２０を硫酸などの水溶液からなる電解液中に沈めるとともに、電解液中で基材２０に形成された金属層３５を陽極酸化することにより、電解液と接する金属層３５の表面から基材２０側に向かって延びる細孔３６を多数形成して金属層３５の多孔質膜を形成する。この際、金属層３５の表面から進行した陽極酸化により、金属層３５内部には、筒状の金属酸化物（例えば、アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）が細孔３６を囲むように徐々に深さ方向に生成される。したがって、陽極酸化の後にアルミナの部分をウェットエッチングを用いて除去することにより、金属層３５に不規則的に分布した多数の細孔３６が形成される。
【００５８】
なお、光触媒モジュール１０５のその他の製造プロセスについては、上記第１実施形態で示した光触媒モジュール１００と略同様である。
【００５９】
第１実施形態の第５変形例では、上記のように、金属層３５を陽極酸化する製造プロセスを用いることによって、不規則的に分布した多数の細孔３６を有する金属層３５を、基材２０の表面２０ａ上に容易に形成することができる。また、陽極酸化を用いることにより、不規則的に分布した多数の細孔３６を基材２０の表面２０ａ上に再現性よく形成することができる。これにより、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュール１０５を容易に作製することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図２および図１３を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態による光触媒モジュール２００では、上記第１実施形態と異なり、外形が略球形状を有するように形成された基材２２０を用いて光触媒モジュール２００を構成する場合について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００６１】
本発明の第２実施形態による光触媒モジュール２００は、図１３に示すように、半導体レーザ素子１（図２参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材２２０とを備えている。
【００６２】
ここで、第２実施形態では、基材２２０は、外径Ｄ１を有した状態で、外形が略球形状を有して形成されている。すなわち、レーザ光の出射方向（Ａ方向）に沿って見た場合（図２参照）でも、レーザ光の出射方向と直交する方向（Ｂ方向）から見た場合（図１３参照）でも、基材２２０の外形が略同様の球形状に構成されており、基材２２０の内部に光学的に閉じた空間が形成されている。また、シリコン樹脂からなる基材２２０には、一方側（Ａ１側）の表面２２０ａから内部（Ａ１方向）に向かって凹状に窪む穴部２２０ｃが形成されており、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が穴部２２０ｃの内側面に沿って隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、窓部１６ａ（図２参照）から出射されたレーザ光が、穴部２２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材２２０内に入射されるように構成されている。
【００６３】
なお、第２実施形態による光触媒モジュール２００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態による光触媒モジュール２００においても、基材２２０の表面２２０ａ上に形成される金属層、光触媒材層およびバッファ層に関しては、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明した構成と同様の構成を有して形成することが可能である。
【００６４】
第２実施形態では、上記のように、基材２２０を、略球形状を有して形成することによって、レーザ出射光（反射光）を、基材２２０の内部により容易に閉じ込めることができるので、光触媒材を活性化させるための励起光となるエバネッセント波および表面プラズモンを容易に発生させることができる。これにより、環境浄化能力がより高められた光触媒モジュール２００を得ることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第３実施形態）
図１４および図１５を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態による光触媒モジュール３００では、上記第１実施形態と異なり、光源の出射方向から見た断面形状が略矩形形状を有するように形成された基材３２０を用いて光触媒モジュール３００を構成する場合について説明する。なお、図１５は、図１４の９３０−９３０線に沿った断面を示している。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００６６】
本発明の第３実施形態による光触媒モジュール３００は、図１４および図１５に示すように、半導体レーザ素子１（図１５参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、穴部３２０ｃを嵌合させることにより半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材３２０とを備えている。
【００６７】
ここで、第３実施形態では、基材３２０は、図１５に示すように、光源の出射方向から見た場合の断面が矩形形状（辺々の長さがＬ２を有する略正方形形状）を有して形成されている。また、この際、基材３２０の隅部近傍において表面３２０ａが所定の曲率を有して形成されている。また、図１４に示すように、基材３２０の長手方向（Ａ方向）の隅部近傍においても表面３２０ａは所定の曲率を有して形成されている。これにより、基材３２０の内部に光学的に閉じた空間が形成されるように構成されている。なお、表面３２０ａの隅部における曲率は、上記第１実施形態の場合よりも小さく形成されている。
【００６８】
なお、第３実施形態による光触媒モジュール３００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第３実施形態による光触媒モジュール３００においても、基材３２０の表面３２０ａ上に形成される金属層、光触媒材層およびバッファ層に関しては、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明した構成と同様の構成を有して形成することが可能である。
【００６９】
第３実施形態では、上記のように、光源の出射方向から見た場合の基材３２０の断面を矩形形状（略正方形形状）を有して形成することによって、上記第１実施形態における基材２０と比較して、表面３２０ａの表面積をより大きく確保することができるので、表面積が増加する分、金属層２１と光触媒材層２２との形成領域をより広くすることができる。すなわち、外気と接触する光触媒材層２２の表面積が増加するので、光触媒モジュール３００の浄化能力をより向上させることができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７０】
（第４実施形態）
図１６を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態による光触媒モジュール４００では、上記第１実施形態と異なり、外殻部４２０ｂにより内部が中空構造を有するように形成された基材４２０を用いて光触媒モジュール４００を構成する場合について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００７１】
本発明の第４実施形態による光触媒モジュール４００は、図１６に示すように、半導体レーザ素子１が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材４２０とを備えている。
【００７２】
ここで、第４実施形態では、基材４２０は、所定の厚みを有する外殻部４２０ｂと、長手方向の一方側（Ａ２側）の表面（外側の表面）４２０ａから外殻部４２０ｂを厚み方向（Ａ１方向）に貫通する穴部４２０ｃとにより構成されている。また、穴部４２０ｃは、半導体レーザ装置１０のステム１５の外径と略等しいか若干大きく形成されており、ステム１５が穴部４２０ｃに隙間なく嵌め込まれるように構成されている。したがって、光触媒モジュール４００では、外殻部４２０ｂから基材４２０の内部空間Ｑに突出するように取り付けられたキャップ１６の窓部１６ａから出射されたレーザ光が、確実に基材４２０の内部空間Ｑに入射されるように構成されている。
【００７３】
また、第４実施形態では、基材４２０は、ガラス材料を用いて形成されている。すなわち、光触媒モジュール４００の製造プロセスでは、外殻部４２０ｂを有する基材４２０を作製する際、ガラス電球製造時の製造技術を応用することが可能である。なお、基材４２０に金属層２１および光触媒材層２２を形成する点については、上記第１実施形態の製造プロセスと略同様である。
【００７４】
なお、第４実施形態による光触媒モジュール４００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第４実施形態による光触媒モジュール４００においても、基材４２０に形成する金属層、光触媒材層およびバッファ層に関して、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例の各々において説明したのと同様の変更を加えて形成することが可能である。
【００７５】
第４実施形態では、上記のように、ガラス材料を用いて外殻部４２０ｂを有する中空構造の基材４２０を形成することによって、従来から用いられているガラス電球製造時の製造技術を応用することにより、光源からの出射光の利用効率が向上され、かつ、環境浄化能力が高められた光触媒モジュール４００を容易に作製することができる。また、基材がガラス材料であるので、レーザ光による基材４２０の光損傷が生じず、長寿命の光触媒モジュール４００を提供することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７６】
（第５実施形態）
図１７および図１８を参照して、第５実施形態について説明する。この第５実施形態による光触媒モジュール５００では、上記第１実施形態と異なり、表面５２０ａが複数の凹部２と凸部３とを有するように形成された基材５２０を用いて光触媒モジュール５００を構成する場合について説明する。なお、図１８は、図１７の９５０−９５０線に沿った断面を示している。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００７７】
本発明の第５実施形態による光触媒モジュール５００は、図１７および図１８に示すように、半導体レーザ素子１（図１８参照）が搭載された半導体レーザ装置１０と、半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３以外の部分を取り囲むように取り付けられた基材５２０とを備えている。
【００７８】
ここで、第５実施形態では、シリコン樹脂からなる基材５２０は、表面５２０ａが複数の凹部２および凸部３によって凹凸形状を有した状態で形成されている。また、複数の凹部２および凸部３は、表面５２０ａの全ての領域に形成されている。これにより、上記第１実施形態における基材２０、上記第３実施形態における基材３２０および上記第４実施形態における基材４２０と比較して、基材５２０の表面積は凹凸形状を有する分増加されて構成されている。また、表面５２０ａに形成されている複数の凹部２および凸部３は、９０度以下の鋭角な曲面により構成されていないのが好ましい。これにより、レーザ光を、基材５２０の表面５２０ａの部分において、基材５２０内部に向かって確実に反射させることが可能になる。
【００７９】
また、凹凸形状を有する表面５２０ａ上に、上記第１実施形態と同様の材料からなる金属層２１および光触媒材層２２が形成されている。なお、第５実施形態では、凹凸形状を構成する１つの凹部２から隣接する凸部３を隔てて隣り合う凹部２までの距離Ｌ３が、光触媒材層２２の厚み（最大厚み）よりも大きく構成されている。したがって、金属層２１および光触媒材層２２は、凹凸形状の起伏に沿って基材５２０の表面５２０ａを確実に覆うように積層されている。
【００８０】
なお、表面５２０ａが凹凸形状を有している場合においても、基材５２０の内部には閉じた空間が形成されており、基材５２０に入射された光が、表面５２０ａを透過して外部に漏れ出ることがないように構成されている。また、基材５２０には、Ａ１側の表面５２０ａから内部に向かって所定の内径を有して凹状に窪む穴部５２０ｃ（図１７参照）が形成されており、半導体レーザ装置１０のキャップ１６が穴部５２０ｃと嵌合するように構成されている。したがって、窓部１６ａ（図１８参照）から出射されたレーザ光が、穴部５２０ｃの窓部１６ａと対向する底面を介して確実に基材５２０内に入射されるように構成されている。
【００８１】
なお、第５実施形態による光触媒モジュール５００のその他の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、第５実施形態による光触媒モジュール５００の製造プロセスでは、表面５２０ａが複数の凹部２および凸部３からなる凹凸形状を有するように基材５２０をモールド成型する点を除いて、ＥＢ蒸着法などを用いて、型から取り出された基材５２０の表面５２０ａ上に金属層２１および光触媒材層２２を形成する製造プロセス点などは、上記第１実施形態と同様である。
【００８２】
また、第５実施形態による光触媒モジュール５００においても、基材５２０に形成する金属層および光触媒材層に関して、上記した第１実施形態の第１〜第５変形例にて説明したのと同様の変更を加えて形成することが可能である。
【００８３】
第５実施形態では、上記のように、基材５２０の表面５２０ａが、複数の凹部２および凸部３を含む凹凸形状を有して形成されており、凹凸形状を構成する１つの凹部２から隣接する凸部３を隔てて隣り合う凹部２までの距離Ｌ３を、光触媒材層２２の厚み（最大厚み）よりも大きく構成することによって、凹凸形状の起伏に沿って光触媒材層２２を形成することができるので、光触媒材層２２が外部に対して反応する際の面積（表面積）を増加させることができる。これにより、光触媒モジュール５００は、環境浄化を効率よく行うことができる。なお、第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
（第６実施形態）
図１、図１９および図２０を参照して、第６実施形態について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付している。
【００８５】
本発明の第６実施形態による光触媒システム６００は、図１９に示すように、上記第１実施形態による光触媒モジュール１００が、反応容器６１０内に所定の配列形態をなした状態で複数（２３個）収納されて構成されている。なお、反応容器６１０は、本発明の「筐体」の一例である。
【００８６】
また、反応容器６１０は、流体の浄化作用が行われる凹部６１１ａが形成された下部筐体６１１と、下部筐体６１１の開口部６１１ｂを塞ぐ蓋体６１２とによって構成されている。また、下部筐体６１１の側面には、浄化前の流体（気体あるいは液体）を反応容器６１０に流し込むための吸入部６１３と、浄化後の流体を反応容器６１０から外部に排出するための排出部６１４とが設けられている。そして、蓋体６１２の下面６１２ａに、光触媒モジュール１００が複数懸架された状態で取り付けられている。また、光源となる半導体レーザ装置１０のリード端子１１〜１３（図１参照）が、蓋体６１２に設けられた図示しない引き出し電極に接続されることにより、光触媒モジュール１００が動作可能に構成されている。
【００８７】
また、図２０に示すように、光触媒モジュール１００は、蓋体６１２の面内方向において千鳥配列をなして取り付けられている。これにより、吸入部６１３から取り込まれた浄化前の流体が光触媒モジュール１００群の間を通り抜けていく間に、光触媒材による浄化作用を受けて浄化された後、排出部６１４から排出されるように構成されている。
【００８８】
このようにして、複数の光触媒モジュール１００が取り付けられた光触媒システム６００が構成されている。
【００８９】
第６実施形態における光触媒システム６００では、上記第１実施形態における光触媒モジュール１００を備えているので、光源からの出射光の利用効率が向上された光触媒モジュール１００を用いて、流体の浄化を行うことが可能な光触媒システム６００を実現することができる。
【００９０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９１】
たとえば、上記第１〜第６実施形態では、光触媒モジュールの光源として半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。
【００９２】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、基材を中実体構造として構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第５実施形態と同様に、基材を中空体構造としてもよい。
【００９３】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、シリコン樹脂を用いて基材を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、透光性を有する樹脂としてたとえばエポキシ樹脂などを用いて基材を形成してもよい。
【００９４】
また、上記第１〜第４実施形態および第６実施形態では、樹脂を用いて基材を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第５実施形態と同様に、基材をガラス材料を用いて形成してもよい。
【００９５】
また、上記第１〜第６実施形態では、Ａｕからなる金属粒子を用いて金属層を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、島状に分布した状態または網状に形成されるような金属層であれば、Ａｕ以外の、たとえば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐｄ、ＡｌおよびＷなどの金属を用いて金属層を形成してもよい。このような金属を用いても、基材の表面近傍においてエバネッセント波を発生させることが可能であり、金属粒子が有する自由電子とエバネッセント波とが相互作用して表面プラズモンを発生させることが可能である。
【００９６】
また、上記第１実施形態の第５変形例では、Ａｌの多孔質膜を用いて基材２０の表面２０ａ上に金属層３５を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、陽極酸化によって形状および分布状態に不規則性を有するような細孔が形成可能な金属多孔質膜であれば、Ａｌ以外の、たとえば、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂなどの金属を用いて金属層を形成してもよい。
【００９７】
また、上記第１〜第６実施形態では、ＴｉＯ２からなる光触媒材を用いた光触媒材層を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＴｉＯ２以外の、たとえば、窒素ドープのＴｉＯ２、炭素ドープのＴｉＯ２、硫黄ドープのＴｉＯ２などのその他の光触媒材を用いて光触媒材層を形成してもよい。
【００９８】
また、上記第６実施形態では、光触媒モジュール１００を反応容器６１０を構成する蓋体６１２にのみ取り付けた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、蓋体６１２のみならず、光触媒モジュール１００を下部筐体６１１の内側面や底面などの場所に取り付けて光触媒システムを構成してもよい。すなわち、光触媒モジュール１００の平面的な配列のみならず、反応容器６１０内において光触媒モジュール１００を立体的に配置するようにしてもよい。
【００９９】
また、上記第６実施形態では、複数の光触媒モジュール１００を蓋体６１２の面内方向において千鳥配列をなすように取り付けた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の光触媒モジュール１００をマトリクス状（碁盤の目状）に配置してもよい。
【０１００】
また、上記第６実施形態では、第１実施形態による光触媒モジュール１００を用いて光触媒システム６００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上記第１実施形態の第１〜第５変形例による光触媒モジュールや、上記第２〜第５実施形態による光触媒モジュールを個々に用いて光触媒システムを構成してもよいし、各々を組み合わせてもよい。
【０１０１】
また、上記第１〜第６実施形態では、金属製のキャップ１６が被せられた半導体レーザ装置１０を基材２０に取り付けることにより光触媒モジュール１００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体レーザ装置１０にキャップ１６を設けることなく、基材の穴部を半導体レーザ装置に直接被せて取り付けて光触媒モジュールを構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 半導体レーザ素子（光源）
２ 凹部
３ 凸部
１０ 半導体レーザ装置（光源）
２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 基材
２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａ、５２０ａ 表面
２１、３５ 金属層
２２、２３、２４ 光触媒材層
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 光触媒モジュール
２００、３００、４００、５００ 光触媒モジュール
６００ 光触媒システム
６１０ 反応容器（筐体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源を取り囲むように配置され、前記光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、
前記基材の前記表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する前記金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、
前記金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを備える、光触媒モジュール。
【請求項２】
前記金属層は、島状に分布した前記金属の粒子、または、網状の状態を有する前記金属層の網目が、前記基材の表面上に不規則的に配置されている、請求項１に記載の光触媒モジュール。
【請求項３】
前記光源は、半導体レーザ素子である、請求項１または２に記載の光触媒モジュール。
【請求項４】
前記基材は、透光性を有する樹脂またはガラス材料からなり、
前記基材の前記表面は、尖った角部を有しない丸みを帯びた形状を有して形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒モジュール。
【請求項５】
前記基材の表面は、複数の凹部および凸部を含む形状を有しており、
１つの前記凹部から隣接する前記凸部を隔てて隣り合う前記凹部までの距離は、前記光触媒材層の厚みよりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒モジュール。
【請求項６】
光源と、前記光源を取り囲むように配置され、前記光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、前記基材の前記表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する前記金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、前記金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを含む光触媒モジュールと、
複数の前記光触媒モジュールを収納する筐体とを備える、光触媒システム。
【請求項１】
光源と、
前記光源を取り囲むように配置され、前記光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、
前記基材の前記表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する前記金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、
前記金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを備える、光触媒モジュール。
【請求項２】
前記金属層は、島状に分布した前記金属の粒子、または、網状の状態を有する前記金属層の網目が、前記基材の表面上に不規則的に配置されている、請求項１に記載の光触媒モジュール。
【請求項３】
前記光源は、半導体レーザ素子である、請求項１または２に記載の光触媒モジュール。
【請求項４】
前記基材は、透光性を有する樹脂またはガラス材料からなり、
前記基材の前記表面は、尖った角部を有しない丸みを帯びた形状を有して形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒モジュール。
【請求項５】
前記基材の表面は、複数の凹部および凸部を含む形状を有しており、
１つの前記凹部から隣接する前記凸部を隔てて隣り合う前記凹部までの距離は、前記光触媒材層の厚みよりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒モジュール。
【請求項６】
光源と、前記光源を取り囲むように配置され、前記光源からの光を閉空間内に閉じ込めるように構成された表面を有する基材と、前記基材の前記表面上に設けられ、金属の粒子が島状に分布した状態、または、隣接する前記金属の粒子同士が部分的に結合して網状の状態を有する金属層と、前記金属層の表面上に設けられた光触媒材層とを含む光触媒モジュールと、
複数の前記光触媒モジュールを収納する筐体とを備える、光触媒システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２１８２４０（Ｐ２０１１−２１８２４０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６３２９（Ｐ２０１０−８６３２９）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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