健康医療器具
【課題】赤外線及び荷電粒子を効率的に放出する健康医療器具を提供する。
【解決手段】ＣＢ火薬の密閉容器内での爆発又は金属紛と炭素紛の混合体に爆発衝撃波を加えることにより合成されるＳＰ３構造を有する炭素半導体粉末を繊維、樹脂又はガラスボンド剤と混合加熱硬化させて作られた素子を非磁性金属帯又は弱磁性金属帯の人体接触面に配置した。これにより、人体に装着時に、赤外線の輻射及び荷電粒子の放出を効率よく行い、血行改善効果及び体温上昇効果が向上する。
【解決手段】ＣＢ火薬の密閉容器内での爆発又は金属紛と炭素紛の混合体に爆発衝撃波を加えることにより合成されるＳＰ３構造を有する炭素半導体粉末を繊維、樹脂又はガラスボンド剤と混合加熱硬化させて作られた素子を非磁性金属帯又は弱磁性金属帯の人体接触面に配置した。これにより、人体に装着時に、赤外線の輻射及び荷電粒子の放出を効率よく行い、血行改善効果及び体温上昇効果が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線及び荷電粒子の人体浸透効果をもたらす健康医療器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に対して赤外線を放射すると、血行促進効果、神経繊維活性化効果、鎮痛効果等があることが認められている。従来、身体の一部に装着して赤外線放射による健康増進効果を図る健康医療器具には、赤外線放射材料としてＧｅ及びトルマリンをチップ状に加工したものが知られている。
【０００３】
また、トルマリン等の圧電焦電材料が体温により活性化されて出す荷電粒子の人体への浸透による筋肉の疲労回復効果、鎮痛効果も認識され、利用されてきている。
【０００４】
最近では、磁力線、赤外線及び荷電粒子の相乗効果を狙って、磁石材料と圧電焦電効果を有する赤外線放射材料からなる複合磁石が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平０５−３４７２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、提案されている圧電焦電材料、例えばトルマリン及び半導体材料Ｇｅを使用した健康医療器具は、人体温度による加温効果が続いている間は活性化され、材料固有の赤外線を放射し、その効果は持続するが、圧電焦電効果により発生する荷電粒子は、トルマリンが体温により加熱されて結晶体が歪む時、又は体温と健康医療器具の間の温度差の変化が継続して結晶が歪む時に発生するものであり、医療器具の装着後、全体の温度が定常状態になると、圧電焦電材料は電気的には絶縁体に属するため、その放出電荷量は激減し、荷電粒子の効果は期待できなくなる。すなわち、圧電焦電材料の電荷放出効果は健康医療器具の温度が定常状態に達するまでの時間に限られ、その作用効果は時間的に限定される。
【０００６】
また、トルマリンは、０．１−０．４ｅＶのエネルギーレベルから放射される波長４−１０μｍの温熱効果の大きな赤外線を放射するが、絶縁体であるため、レベル密度が低く、励起されるキャリアーの数が少ないので、体温程度の熱励起では赤外線の放射量が充分に確保できない。また、トルマリン等の圧電焦電材料は、電気的には絶縁物であるため、励起される荷電粒子の数も少なく、発生した荷電粒子が電界により加速されて物体中を動く移動度も小さいので、荷電粒子浸透効果はあまり期待できない。
【０００７】
さらに、Ｇｅは禁制帯幅が０．６ｅＶ程度と小さく、その不純物レベル０．０１ｅＶより放射される赤外線は、主として波長１００μｍ前後のものが多く、深く人体に浸透するとされ、使用されているが、波長１００μｍの赤外線は、ウイーンの変位則に示されるように、物体が３０度Ｋ程度の極低温の物体から放射される赤外線に近く、温熱効果は少ないので、作用効果は主として体温による加熱励起による荷電粒子浸透効果であると思われる。
【０００８】
荷電粒子の効果と赤外線及び磁力線の相乗効果を目的として製造されている磁石粉末と赤外線放射材料粉末の混合体をプレス成型して作成される複合磁石では、荷電粒子の効果を特に増すため、赤外線及び荷電粒子放射材料であるトルマリン粉末を予めカップリング剤で絶縁コーティングして、樹脂成型する製造方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献２】特開２００１−１２６９０８号公報
【０００９】
希土類磁石は導電性の金属材料であり、赤外線をほぼ完全に反射する。フェライト磁石は絶縁体であり、赤外線を透過させる。そのため、磁石材料による赤外線の吸収ロスは余りないと思われるが、ボンド樹脂は基本となる高分子主鎖に付随した官能基による赤外線吸収能が大きいので、磁石内部の赤外線放射材料が体温で活性化されて出す赤外線は途中で吸収され、複合磁石表面には到達し難い。そのため、配合された赤外線放射材料は、その放射能が大きくない限り有効性は低い。
【００１０】
また、荷電粒子の人体浸透効果についていえば、発生する電荷は定常状態に達するまでの時間限定的なものであり、圧電焦電材料であるトルマリンの表面が絶縁された場合は、荷電粒子は絶縁膜を通りにくいので、その効果は殆ど期待できない。絶縁膜を抜けた荷電粒子もボンド樹脂中の電荷のライフタイム及び移動度は大きくないため、樹脂中でトラップされ、例えトルマリンから電荷が発生しても人体表面に達する量は少ない。Ｇｅは半導体であるため荷電粒子放射能は大きいが、半導体バンド構造に起因する赤外線の波長が１００μｍと大きいため、赤外線による温熱効果は小さい。このため、従来型の赤外線及び荷電粒子を使用した複合磁石型での赤外線＆電荷浸透の相乗効果は殆ど期待できない。
【００１１】
本発明者は、従来の圧電焦電材料を用いる健康医療器具が荷電粒子及び赤外線の人体への浸透効果に時間的限定を受ける欠点を解消し、身体に装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を放射し得る健康医療器具を、特願2006-241359において提案した。この提案に係る健康医療器具は、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子を、健康医療器具を構成する金属又は非金属の人体接触面側に配置したことを特徴とする。そして、この健康医療器具は、装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を放射し得る特長を有する。
【００１２】
ところが、出願後の継続された研究により、次の事実が判明した。すなわち、通常、爆発法により作られるダイヤモンドは、中心核のＳＰ３構造（ダイヤモンド構造）と、外郭のＳＰ２構造（グラファイト構造）で構成されているが、これは、ダイヤモンド生成過程で、冷却時に温度が高く、圧力が低くなった時に、ＳＰ３構造の一部がＳＰ２構造に戻るためである。そして、電気抵抗の測定により、衝撃波で合成されたSP３炭素粒子が不純物レベル０．３８ｅＶ付近のエネルギーレベルを持つことが判明した。このエネルギーレベルに励起された電子が安定する時出る赤外線の波長は４−１０μｍである。これにより、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子から放出される有効な電子及び赤外線は、全て中心核のＳＰ３構造から放出されることが明確になった。他方、ＳＰ２構造は、電気伝導体であるため、ＳＰ３構造から放出される電子をショートして、炭素粒子からの放出量を減らす働きをする。また、ＳＰ２構造は、エネルギー幅が０の電気伝導体であるので、全ての波長の赤外線を吸収する。従って、温度３００−４００℃から放出される温熱効果の大きい波長４−１０μｍの赤外線も吸収してしまう。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その課題は、身体に装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を一層高い効率で放射し得る健康医療器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題を解決するために、衝撃波により合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子（以下、単に「ＳＰ３構造炭素粒子」という場合がある。）を、健康医療器具を構成する金属バンド又は非金属バンドの人体接触面側に配置したことを特徴とする(請求項１)。
このように配置された健康医療器具を人体に装着して使用する場合は、その人体接触面では、体温による加熱効果と健康医療器具を構成する金属又は非金属による冷却効果とで、粒子間に温度差が生じ、健康医療器具として装着している時は常に効率の高い赤外線と荷電粒子放出効果が持続する。
【００１５】
ＳＰ３構造炭素粒子を健康医療器具に備えるには、そのＳＰ３構造炭素粒子をエポキシ樹脂又は低融点ガラス粉末等と混合して、健康医療器具を構成する金属又は非金属の人体接触部分にコーティングし加熱硬化するか、ＳＰ３構造炭素粒子を布又は繊維に混入又は付着させてもよい（請求項２）。他の使用方法として、磁性材料の表面に樹脂又はガラスと混合してコーティングするか又は混合粉末として一体成型された製品は、赤外線、荷電粒子及び磁力線の複合効果が期待できる（請求項３−４）。
【００１６】
ＳＰ３構造炭素粒子を得る方法は、具体例の一つとして、密閉容器の中で高性能ＣＢ爆薬を爆発させて、２００万気圧と数千度の温度を瞬時に発生させ、ＳＰ３構造炭素粒子を合成するか、又はカーボン微粉末及びＣｕ粉末等を容器に入れ、上部にセットされた爆薬を点火することにより、同様の圧力温度を粉末混合品にかけてカーボンの結晶構造を変えた後、金属粉を酸で溶かしてＳＰ３構造炭素粒子を得る。その粒子は、製造後の冷却過程で、表面がＳＰ２構造を有する炭素膜で覆われる場合があるが、そのＳＰ２構造の炭素膜は必要に応じて加温濃硝酸又は加温超臨界水等で除去する。（非特許文献１、２参照）。本発明には、ＳＰ２構造の炭素膜は必ずしも必要ではない。
【非特許文献１】大澤映二 Japan Nanonet Bulletin Ｐ108 ０６．０３．０８
【非特許文献２】住友石炭鉱業ｋｋ クラスター技術研究会 ０６．０３．２７
【００１７】
衝撃波法で得られた炭素粉末は、粒子製造工程中の不純物特に爆薬の中に含まれる窒素を含み、Ｎ型半導体になり易い。また、爆発時の圧力により粒子内部の歪等の影響で固体バンド構造が乱れ、０．２−０．４ｅＶの不純物レベルを持つため、電気伝導性がある。また、粉末が特種なＳＰ３構造を有するため、赤外線放射能及び荷電粒子放出能が従来品のトルマリン等に比較して５−１０倍大きいことを、本発明者は見出した。通常の単結晶ダイヤモンドは、禁制帯幅５．５ｅＶで、常温では比抵抗が１０Ｅ１６Ωとほぼ完全な絶縁体であるが、本発明で使用する半導体ＳＰ３構造炭素粒子は、製造条件により比抵抗が１０Ω−１０Ｅ１０Ω位の値を得ることが可能である。絶縁体に近く、比抵抗が大きいダイヤは、不純物レベルの密度が低いため、体温程度の加熱では電荷がバンド幅を超えて励起されにくいので、荷電粒子放出効果は少くなく、したがって、励起される荷電粒子がバレンス帯に落ちる時放出される放射光も少ない。
【００１８】
さらに、半導体熱電素子、磁石又は圧電焦電材料から構成される健康医療器具部品の人体接触面に、ＳＰ３構造炭素粒子を樹脂等混合品の形でコーティングするか又はＳＰ３構造炭素粒子を前記材料粉末と混合して一体成型した複合磁石を配置することが好ましい（請求項３−４）。具体的には、酸化物又は希土類磁石に穴をあけ、中心部に粒子を埋め込むか、又は磁力線を出す金属健康医療器具表面に有機又は無機結合材との混合品をコーティングするか又は複合溶射等でコーティングする方法が提案できる。場合によっては、磁石材料の表面に本発明の材料をコーティングしても良い。
これにより、荷電粒子浸透効果に加えて、赤外線及び磁力線の相乗作用を利用して身体に対する健康医療効果をより向上させることができる。
【００１９】
また、加工性のよい外部磁場４００G以下の半硬質磁性材料又は布に磁石粉を練りこんだバンド（帯）状の健康医療器具を構成し、そのバンドの表面にＳＰ３構造炭素粒子を付着させて使用してもよい（請求項５）。通常の磁性体を使用した４００−１５００G磁界を発生する健康医療器具は、強磁場であるため、腕や心臓ペースメーカーに影響を与える人体部には使用できないが、この請求項の健康医療器具は、腕や心臓ペースメーカーに影響を与える人体部にも使用できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、ＳＰ３構造を有する炭素粒子の体温による励起荷電粒子及び健康医療器具の人体接触面側と外気接触面側の温度差により発生する電界に基づく荷電粒子浸透効果及び赤外線放射効果を利用するため、この健康医療器具の装着時には常に電荷及び赤外線放射の効果が期待できる。従って、人体温度上昇効果が従来品に比較して大きい。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子を繊維に混入させ又は付着させて使用するか、樹脂又はガラスボンド材に混入して健康医療器具の表面に付着し硬化処理して使用出来るので、使用形状の自由度が大きい。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子が健康医療器具の表面にコーティングして使用されるため、炭素粉末の必要量が少なくて済み、コストメリットが大きい。
【００２３】
請求項４の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子を磁性材料粉末及び圧電焦電材料粉末と混合し、樹脂又はガラスボンド材で一体成型できるため、量産性が上がる。また、電荷浸透効果に加えて磁力線及び赤外線の相乗効果が期待でき、人体に対する効果が一層向上する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、健康医療器具を構成する４００G以下の外部磁場を放射する、例えば腕輪、指輪等の磁性金属バンド又は磁石粉末を練り込んだバンドに使用しても相乗効果が期待でき、使用場所の制限がなくなる。これはＳＰ３構造炭素粒子の特殊な半導体構造による赤外線放射能及び電荷浸透効果が大きいためでもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施の形態として、ＳＰ３構造炭素粒子を樹脂又はガラスボンド剤と混合し、液状になった半製品を健康医療器具を構成する金属帯に開けた穴に注入し、加熱硬化させた。他の実施の形態として、康医療器具に使用される磁石等の表面に、前記半製品をコーティングし加熱硬化させた。いずれの場合も、人体温による励起キャリア及びキャリアの温度差による電界を発生させるため、ＳＰ３構造炭素粒子を使用した素子を人体に密着するように、康医療器具の人体接触面に配置した。これにより、持続的な赤外線及び荷電粒子浸透効果が得られた。すなわち、赤外線放射効果及び荷電粒子浸透効果が従来品よりも高められた。
【００２６】
コーティングする場合、バインダーを使用しない混合溶射技術の使用も考えられる。磁力線との複合効果を必要としない場合は、布表面に接着材と混合してコーティングするか又は布等を構成する繊維に混入し又は付着させて使用しても良い。
【００２７】
絶縁体の赤外線輻射材料としては、トルマリン、黒水晶等が従来から使用されているが、ＣＢ火薬等の爆発力で作成される炭素粒子の使用が最も好ましい。この炭素粒子は、通常、中心核がＳＰ３半導体構造で、その表面がＳＰ２構造に近い薄いグラファイトライク層で覆われた複合構造の粒子として製造され、用途に応じて表面のＳＰ２膜は溶解除去される。本発明の用途ではＳＰ２グラファイト層は発生する荷電粒子をショートするので必要とされない。
【００２８】
製造工程中で、爆薬中の窒素成分が不純物として入り、半導体としてのバンド構造の禁制帯に０．１−０．４ｅＶの低エネルギー差をもつ不純物レベルができる特殊な構造をもっているため、人体加温に有効な波長で赤外線輻射能が大きく、加熱による荷電粒子発生効果も大きい。
【００２９】
ＳＰ３構造炭素粒子と、ＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子と、通常の健康医療器具に使用されているトルマリン等の３者の赤外線輻射能の特性を図１に示す。エポキシ樹脂に１０ｗｔ％のＳＰ３炭素粒子を混合したもの（実施例）と、エポキシ樹脂に５０ｗｔ％のトルマリンを混合したもの（比較例１）と、エポキシ樹脂に１０ｗｔ％のＳＰ３及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子を混合したもの（比較例２）とを、それぞれ１５０℃で加熱凝固したサンプルを４０℃の環境で赤外線分光放射能を測定した。
【００３０】
実施例は、エポキシ樹脂に対する配合量が比較例１の５分の１にもかかわらず、２００−４００℃に加熱された物体から、主として４−１０μｍの赤外線放射量が大きい。また、ＳＰ３構造のみを有する炭素粒子を用いる本発明品は、炭素粒子の表面がボンド樹脂で被覆されているため、分光放射率が比較例２に比し、３％程度しか向上していないが、用いられるカップリング剤の種類によっては、より高い分光放射率が得られることが期待できる。
【００３１】
図２に体温付近での加熱により発生するキャリアによる抵抗変化を示す。測定方法は、炭素粒子を５ｍｍφＸ５ｍｍｔにプレス成型し、Ｃｕ電極及び熱電対を付け、電気ヒーターで加温しながら抵抗及び温度を測定した。温度２３−４８℃で電気抵抗値は半分になった。これば、荷電粒子が加熱により２倍になったことを示す。電気抵抗変化の温度係数から計算される活性化エネルギーは、０．３７ｅＶであり、炭素粒子が半導体特性を有していることを示す。半導体赤外線輻射材料としては、波長１００μｍの赤外線放射能の大きく、熱電素子としても性能指数の大きいＧｅ，ＩｎＳｂ等と併用しても、一層の効果が期待できる。
【００３２】
衝撃波法により爆発成型されるＳＰ３構造を有する炭素粒子は、その製法に起因して粒子サイズが１００ｎｍから３ｎｍと細かく、単位重量当りの比表面積が大きいので、表面エネルギーの人体への影響度が大きく、健康医療器具に適用すると、その効果が期待できる。また、使用される爆薬に起因する窒素を不純物として含み易く、Ｎ型半導体特性を示し、電気伝導度も１０−１０Ｅ１５と幅広くとれ、電荷移動度及びキャリア濃度も原則として絶縁体であるトルマリ等圧電焦電材料に比較して大きいので、赤外線輻射能荷電粒子放射能も大きく、健康医療器具としてその効果が大きい。
【００３３】
次に、ＳＰ３構造とＳＰ２構造含有割合が異なる複合炭素粒子を用いた健康医療器具を使用した場合の体温の温度上昇効果を測定し、比較した。ＳＰ３構造とＳＰ２構造の含有割合が９対１の場合の温度上昇効果を１とした場合、測定結果は、次に示す通りであった。
ＳＰ３ ＳＰ２ 温度上昇比 製造元
９ １ １ 国内Ｓ社製
７ ３ ０．６ ロシア製
５ ５ ０．４ 中国製
ＳＰ３とＳＰ２の割合は、製造元による本質的なものはなく、ＳＰ２の除去工程によるものである。
【００３４】
［実施例］
純チタン及び１５０Ｇの放射磁場を有する磁性ステンレス金属腕輪の人体接触面側に３ｍｍφＸ１．８ｍｍｔの穴２０個を開け、トルマリン５０ｗｔ％を含むエポキシ樹脂混合物を穴に注入したもの、及びＳＰ３炭素粒子１０ｗｔ％を含むエポキシ樹脂混合物を穴に注入したものを、それぞれ１５０℃で一時間乾燥して、健康医療器具を作り、それぞれを腕に装着して１５分後の温度上昇をサーモグラフで測定した。
【００３５】
［測定結果］
健康医療器具 トルマリン（50ｗｔ％） ＳＰ３炭素粒子（10ｗｔ％）
純チタン腕輪 ０．２℃ ０．６℃
磁性ステンレス腕輪 ０．３℃ １．０℃
【００３６】
以上の体温上昇測定結果より、本発明に係るＳＰ３構造炭素粒子の人体に対する加温効果が優れていることがわかる。特に弱磁場と併用した時の効果が大きい。また、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子からグラファイト（ＳＰ２構造）を超臨界水で除去する場合は完全に除去されるが、濃硝酸で酸化してグラファイトを除去する際は、重量にして１％程度のＳＰ２構造が残る。しかし、ＳＰ２構造が僅かに存在する物でも、ＳＰ２構造除去処理をしていない複合炭素粒子を用いる健康医療器具よりも格段に赤外線加熱効果及び荷電粒子浸透効果が優れている。従って、本発明は、ＳＰ２構造を必須要件とはしないが、若干残っている物を用いる場合も、本発明の特許請求の範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の爆発による衝撃波を利用して作成された炭素を主成分とするＳＰ３構造を有する半導体粒子の体温加熱による赤外線加熱効果及び荷電粒子浸透効果を利用した健康医療器具又は磁力線との人体に対する複合作用を利用した健康医療器具は、繊維として一般の保温衣類としても、また、ネックレス、腕輪、指輪、足輪、肌着、靴下、腹巻、シーツ、枕及び寝具等の必要とされる形状に成型して人体に使用する以外に、動物用医療器具としても応用できる。特に、従来は効果がないとされた４００Ｇ以下の磁場との併用効果が大きいので、磁性体の使用が禁止されている電子医療器具、例えば心臓ペースメーカーの近くでも、使用可能であるので、産業上有用である。愛玩動物は、人体より体温が高いものが多いので、特に有効であると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＳＰ３構造炭素粒子その他の赤外線分光放射特性図。
【図２】ＳＰ３構造炭素粒子の電気抵抗温度特性図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線及び荷電粒子の人体浸透効果をもたらす健康医療器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に対して赤外線を放射すると、血行促進効果、神経繊維活性化効果、鎮痛効果等があることが認められている。従来、身体の一部に装着して赤外線放射による健康増進効果を図る健康医療器具には、赤外線放射材料としてＧｅ及びトルマリンをチップ状に加工したものが知られている。
【０００３】
また、トルマリン等の圧電焦電材料が体温により活性化されて出す荷電粒子の人体への浸透による筋肉の疲労回復効果、鎮痛効果も認識され、利用されてきている。
【０００４】
最近では、磁力線、赤外線及び荷電粒子の相乗効果を狙って、磁石材料と圧電焦電効果を有する赤外線放射材料からなる複合磁石が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平０５−３４７２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、提案されている圧電焦電材料、例えばトルマリン及び半導体材料Ｇｅを使用した健康医療器具は、人体温度による加温効果が続いている間は活性化され、材料固有の赤外線を放射し、その効果は持続するが、圧電焦電効果により発生する荷電粒子は、トルマリンが体温により加熱されて結晶体が歪む時、又は体温と健康医療器具の間の温度差の変化が継続して結晶が歪む時に発生するものであり、医療器具の装着後、全体の温度が定常状態になると、圧電焦電材料は電気的には絶縁体に属するため、その放出電荷量は激減し、荷電粒子の効果は期待できなくなる。すなわち、圧電焦電材料の電荷放出効果は健康医療器具の温度が定常状態に達するまでの時間に限られ、その作用効果は時間的に限定される。
【０００６】
また、トルマリンは、０．１−０．４ｅＶのエネルギーレベルから放射される波長４−１０μｍの温熱効果の大きな赤外線を放射するが、絶縁体であるため、レベル密度が低く、励起されるキャリアーの数が少ないので、体温程度の熱励起では赤外線の放射量が充分に確保できない。また、トルマリン等の圧電焦電材料は、電気的には絶縁物であるため、励起される荷電粒子の数も少なく、発生した荷電粒子が電界により加速されて物体中を動く移動度も小さいので、荷電粒子浸透効果はあまり期待できない。
【０００７】
さらに、Ｇｅは禁制帯幅が０．６ｅＶ程度と小さく、その不純物レベル０．０１ｅＶより放射される赤外線は、主として波長１００μｍ前後のものが多く、深く人体に浸透するとされ、使用されているが、波長１００μｍの赤外線は、ウイーンの変位則に示されるように、物体が３０度Ｋ程度の極低温の物体から放射される赤外線に近く、温熱効果は少ないので、作用効果は主として体温による加熱励起による荷電粒子浸透効果であると思われる。
【０００８】
荷電粒子の効果と赤外線及び磁力線の相乗効果を目的として製造されている磁石粉末と赤外線放射材料粉末の混合体をプレス成型して作成される複合磁石では、荷電粒子の効果を特に増すため、赤外線及び荷電粒子放射材料であるトルマリン粉末を予めカップリング剤で絶縁コーティングして、樹脂成型する製造方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献２】特開２００１−１２６９０８号公報
【０００９】
希土類磁石は導電性の金属材料であり、赤外線をほぼ完全に反射する。フェライト磁石は絶縁体であり、赤外線を透過させる。そのため、磁石材料による赤外線の吸収ロスは余りないと思われるが、ボンド樹脂は基本となる高分子主鎖に付随した官能基による赤外線吸収能が大きいので、磁石内部の赤外線放射材料が体温で活性化されて出す赤外線は途中で吸収され、複合磁石表面には到達し難い。そのため、配合された赤外線放射材料は、その放射能が大きくない限り有効性は低い。
【００１０】
また、荷電粒子の人体浸透効果についていえば、発生する電荷は定常状態に達するまでの時間限定的なものであり、圧電焦電材料であるトルマリンの表面が絶縁された場合は、荷電粒子は絶縁膜を通りにくいので、その効果は殆ど期待できない。絶縁膜を抜けた荷電粒子もボンド樹脂中の電荷のライフタイム及び移動度は大きくないため、樹脂中でトラップされ、例えトルマリンから電荷が発生しても人体表面に達する量は少ない。Ｇｅは半導体であるため荷電粒子放射能は大きいが、半導体バンド構造に起因する赤外線の波長が１００μｍと大きいため、赤外線による温熱効果は小さい。このため、従来型の赤外線及び荷電粒子を使用した複合磁石型での赤外線＆電荷浸透の相乗効果は殆ど期待できない。
【００１１】
本発明者は、従来の圧電焦電材料を用いる健康医療器具が荷電粒子及び赤外線の人体への浸透効果に時間的限定を受ける欠点を解消し、身体に装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を放射し得る健康医療器具を、特願2006-241359において提案した。この提案に係る健康医療器具は、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子を、健康医療器具を構成する金属又は非金属の人体接触面側に配置したことを特徴とする。そして、この健康医療器具は、装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を放射し得る特長を有する。
【００１２】
ところが、出願後の継続された研究により、次の事実が判明した。すなわち、通常、爆発法により作られるダイヤモンドは、中心核のＳＰ３構造（ダイヤモンド構造）と、外郭のＳＰ２構造（グラファイト構造）で構成されているが、これは、ダイヤモンド生成過程で、冷却時に温度が高く、圧力が低くなった時に、ＳＰ３構造の一部がＳＰ２構造に戻るためである。そして、電気抵抗の測定により、衝撃波で合成されたSP３炭素粒子が不純物レベル０．３８ｅＶ付近のエネルギーレベルを持つことが判明した。このエネルギーレベルに励起された電子が安定する時出る赤外線の波長は４−１０μｍである。これにより、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子から放出される有効な電子及び赤外線は、全て中心核のＳＰ３構造から放出されることが明確になった。他方、ＳＰ２構造は、電気伝導体であるため、ＳＰ３構造から放出される電子をショートして、炭素粒子からの放出量を減らす働きをする。また、ＳＰ２構造は、エネルギー幅が０の電気伝導体であるので、全ての波長の赤外線を吸収する。従って、温度３００−４００℃から放出される温熱効果の大きい波長４−１０μｍの赤外線も吸収してしまう。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その課題は、身体に装着している時には常に有効な荷電粒子及び赤外線を一層高い効率で放射し得る健康医療器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題を解決するために、衝撃波により合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子（以下、単に「ＳＰ３構造炭素粒子」という場合がある。）を、健康医療器具を構成する金属バンド又は非金属バンドの人体接触面側に配置したことを特徴とする(請求項１)。
このように配置された健康医療器具を人体に装着して使用する場合は、その人体接触面では、体温による加熱効果と健康医療器具を構成する金属又は非金属による冷却効果とで、粒子間に温度差が生じ、健康医療器具として装着している時は常に効率の高い赤外線と荷電粒子放出効果が持続する。
【００１５】
ＳＰ３構造炭素粒子を健康医療器具に備えるには、そのＳＰ３構造炭素粒子をエポキシ樹脂又は低融点ガラス粉末等と混合して、健康医療器具を構成する金属又は非金属の人体接触部分にコーティングし加熱硬化するか、ＳＰ３構造炭素粒子を布又は繊維に混入又は付着させてもよい（請求項２）。他の使用方法として、磁性材料の表面に樹脂又はガラスと混合してコーティングするか又は混合粉末として一体成型された製品は、赤外線、荷電粒子及び磁力線の複合効果が期待できる（請求項３−４）。
【００１６】
ＳＰ３構造炭素粒子を得る方法は、具体例の一つとして、密閉容器の中で高性能ＣＢ爆薬を爆発させて、２００万気圧と数千度の温度を瞬時に発生させ、ＳＰ３構造炭素粒子を合成するか、又はカーボン微粉末及びＣｕ粉末等を容器に入れ、上部にセットされた爆薬を点火することにより、同様の圧力温度を粉末混合品にかけてカーボンの結晶構造を変えた後、金属粉を酸で溶かしてＳＰ３構造炭素粒子を得る。その粒子は、製造後の冷却過程で、表面がＳＰ２構造を有する炭素膜で覆われる場合があるが、そのＳＰ２構造の炭素膜は必要に応じて加温濃硝酸又は加温超臨界水等で除去する。（非特許文献１、２参照）。本発明には、ＳＰ２構造の炭素膜は必ずしも必要ではない。
【非特許文献１】大澤映二 Japan Nanonet Bulletin Ｐ108 ０６．０３．０８
【非特許文献２】住友石炭鉱業ｋｋ クラスター技術研究会 ０６．０３．２７
【００１７】
衝撃波法で得られた炭素粉末は、粒子製造工程中の不純物特に爆薬の中に含まれる窒素を含み、Ｎ型半導体になり易い。また、爆発時の圧力により粒子内部の歪等の影響で固体バンド構造が乱れ、０．２−０．４ｅＶの不純物レベルを持つため、電気伝導性がある。また、粉末が特種なＳＰ３構造を有するため、赤外線放射能及び荷電粒子放出能が従来品のトルマリン等に比較して５−１０倍大きいことを、本発明者は見出した。通常の単結晶ダイヤモンドは、禁制帯幅５．５ｅＶで、常温では比抵抗が１０Ｅ１６Ωとほぼ完全な絶縁体であるが、本発明で使用する半導体ＳＰ３構造炭素粒子は、製造条件により比抵抗が１０Ω−１０Ｅ１０Ω位の値を得ることが可能である。絶縁体に近く、比抵抗が大きいダイヤは、不純物レベルの密度が低いため、体温程度の加熱では電荷がバンド幅を超えて励起されにくいので、荷電粒子放出効果は少くなく、したがって、励起される荷電粒子がバレンス帯に落ちる時放出される放射光も少ない。
【００１８】
さらに、半導体熱電素子、磁石又は圧電焦電材料から構成される健康医療器具部品の人体接触面に、ＳＰ３構造炭素粒子を樹脂等混合品の形でコーティングするか又はＳＰ３構造炭素粒子を前記材料粉末と混合して一体成型した複合磁石を配置することが好ましい（請求項３−４）。具体的には、酸化物又は希土類磁石に穴をあけ、中心部に粒子を埋め込むか、又は磁力線を出す金属健康医療器具表面に有機又は無機結合材との混合品をコーティングするか又は複合溶射等でコーティングする方法が提案できる。場合によっては、磁石材料の表面に本発明の材料をコーティングしても良い。
これにより、荷電粒子浸透効果に加えて、赤外線及び磁力線の相乗作用を利用して身体に対する健康医療効果をより向上させることができる。
【００１９】
また、加工性のよい外部磁場４００G以下の半硬質磁性材料又は布に磁石粉を練りこんだバンド（帯）状の健康医療器具を構成し、そのバンドの表面にＳＰ３構造炭素粒子を付着させて使用してもよい（請求項５）。通常の磁性体を使用した４００−１５００G磁界を発生する健康医療器具は、強磁場であるため、腕や心臓ペースメーカーに影響を与える人体部には使用できないが、この請求項の健康医療器具は、腕や心臓ペースメーカーに影響を与える人体部にも使用できる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、ＳＰ３構造を有する炭素粒子の体温による励起荷電粒子及び健康医療器具の人体接触面側と外気接触面側の温度差により発生する電界に基づく荷電粒子浸透効果及び赤外線放射効果を利用するため、この健康医療器具の装着時には常に電荷及び赤外線放射の効果が期待できる。従って、人体温度上昇効果が従来品に比較して大きい。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子を繊維に混入させ又は付着させて使用するか、樹脂又はガラスボンド材に混入して健康医療器具の表面に付着し硬化処理して使用出来るので、使用形状の自由度が大きい。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子が健康医療器具の表面にコーティングして使用されるため、炭素粉末の必要量が少なくて済み、コストメリットが大きい。
【００２３】
請求項４の発明によれば、ＳＰ３構造炭素粒子を磁性材料粉末及び圧電焦電材料粉末と混合し、樹脂又はガラスボンド材で一体成型できるため、量産性が上がる。また、電荷浸透効果に加えて磁力線及び赤外線の相乗効果が期待でき、人体に対する効果が一層向上する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、健康医療器具を構成する４００G以下の外部磁場を放射する、例えば腕輪、指輪等の磁性金属バンド又は磁石粉末を練り込んだバンドに使用しても相乗効果が期待でき、使用場所の制限がなくなる。これはＳＰ３構造炭素粒子の特殊な半導体構造による赤外線放射能及び電荷浸透効果が大きいためでもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施の形態として、ＳＰ３構造炭素粒子を樹脂又はガラスボンド剤と混合し、液状になった半製品を健康医療器具を構成する金属帯に開けた穴に注入し、加熱硬化させた。他の実施の形態として、康医療器具に使用される磁石等の表面に、前記半製品をコーティングし加熱硬化させた。いずれの場合も、人体温による励起キャリア及びキャリアの温度差による電界を発生させるため、ＳＰ３構造炭素粒子を使用した素子を人体に密着するように、康医療器具の人体接触面に配置した。これにより、持続的な赤外線及び荷電粒子浸透効果が得られた。すなわち、赤外線放射効果及び荷電粒子浸透効果が従来品よりも高められた。
【００２６】
コーティングする場合、バインダーを使用しない混合溶射技術の使用も考えられる。磁力線との複合効果を必要としない場合は、布表面に接着材と混合してコーティングするか又は布等を構成する繊維に混入し又は付着させて使用しても良い。
【００２７】
絶縁体の赤外線輻射材料としては、トルマリン、黒水晶等が従来から使用されているが、ＣＢ火薬等の爆発力で作成される炭素粒子の使用が最も好ましい。この炭素粒子は、通常、中心核がＳＰ３半導体構造で、その表面がＳＰ２構造に近い薄いグラファイトライク層で覆われた複合構造の粒子として製造され、用途に応じて表面のＳＰ２膜は溶解除去される。本発明の用途ではＳＰ２グラファイト層は発生する荷電粒子をショートするので必要とされない。
【００２８】
製造工程中で、爆薬中の窒素成分が不純物として入り、半導体としてのバンド構造の禁制帯に０．１−０．４ｅＶの低エネルギー差をもつ不純物レベルができる特殊な構造をもっているため、人体加温に有効な波長で赤外線輻射能が大きく、加熱による荷電粒子発生効果も大きい。
【００２９】
ＳＰ３構造炭素粒子と、ＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子と、通常の健康医療器具に使用されているトルマリン等の３者の赤外線輻射能の特性を図１に示す。エポキシ樹脂に１０ｗｔ％のＳＰ３炭素粒子を混合したもの（実施例）と、エポキシ樹脂に５０ｗｔ％のトルマリンを混合したもの（比較例１）と、エポキシ樹脂に１０ｗｔ％のＳＰ３及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子を混合したもの（比較例２）とを、それぞれ１５０℃で加熱凝固したサンプルを４０℃の環境で赤外線分光放射能を測定した。
【００３０】
実施例は、エポキシ樹脂に対する配合量が比較例１の５分の１にもかかわらず、２００−４００℃に加熱された物体から、主として４−１０μｍの赤外線放射量が大きい。また、ＳＰ３構造のみを有する炭素粒子を用いる本発明品は、炭素粒子の表面がボンド樹脂で被覆されているため、分光放射率が比較例２に比し、３％程度しか向上していないが、用いられるカップリング剤の種類によっては、より高い分光放射率が得られることが期待できる。
【００３１】
図２に体温付近での加熱により発生するキャリアによる抵抗変化を示す。測定方法は、炭素粒子を５ｍｍφＸ５ｍｍｔにプレス成型し、Ｃｕ電極及び熱電対を付け、電気ヒーターで加温しながら抵抗及び温度を測定した。温度２３−４８℃で電気抵抗値は半分になった。これば、荷電粒子が加熱により２倍になったことを示す。電気抵抗変化の温度係数から計算される活性化エネルギーは、０．３７ｅＶであり、炭素粒子が半導体特性を有していることを示す。半導体赤外線輻射材料としては、波長１００μｍの赤外線放射能の大きく、熱電素子としても性能指数の大きいＧｅ，ＩｎＳｂ等と併用しても、一層の効果が期待できる。
【００３２】
衝撃波法により爆発成型されるＳＰ３構造を有する炭素粒子は、その製法に起因して粒子サイズが１００ｎｍから３ｎｍと細かく、単位重量当りの比表面積が大きいので、表面エネルギーの人体への影響度が大きく、健康医療器具に適用すると、その効果が期待できる。また、使用される爆薬に起因する窒素を不純物として含み易く、Ｎ型半導体特性を示し、電気伝導度も１０−１０Ｅ１５と幅広くとれ、電荷移動度及びキャリア濃度も原則として絶縁体であるトルマリ等圧電焦電材料に比較して大きいので、赤外線輻射能荷電粒子放射能も大きく、健康医療器具としてその効果が大きい。
【００３３】
次に、ＳＰ３構造とＳＰ２構造含有割合が異なる複合炭素粒子を用いた健康医療器具を使用した場合の体温の温度上昇効果を測定し、比較した。ＳＰ３構造とＳＰ２構造の含有割合が９対１の場合の温度上昇効果を１とした場合、測定結果は、次に示す通りであった。
ＳＰ３ ＳＰ２ 温度上昇比 製造元
９ １ １ 国内Ｓ社製
７ ３ ０．６ ロシア製
５ ５ ０．４ 中国製
ＳＰ３とＳＰ２の割合は、製造元による本質的なものはなく、ＳＰ２の除去工程によるものである。
【００３４】
［実施例］
純チタン及び１５０Ｇの放射磁場を有する磁性ステンレス金属腕輪の人体接触面側に３ｍｍφＸ１．８ｍｍｔの穴２０個を開け、トルマリン５０ｗｔ％を含むエポキシ樹脂混合物を穴に注入したもの、及びＳＰ３炭素粒子１０ｗｔ％を含むエポキシ樹脂混合物を穴に注入したものを、それぞれ１５０℃で一時間乾燥して、健康医療器具を作り、それぞれを腕に装着して１５分後の温度上昇をサーモグラフで測定した。
【００３５】
［測定結果］
健康医療器具 トルマリン（50ｗｔ％） ＳＰ３炭素粒子（10ｗｔ％）
純チタン腕輪 ０．２℃ ０．６℃
磁性ステンレス腕輪 ０．３℃ １．０℃
【００３６】
以上の体温上昇測定結果より、本発明に係るＳＰ３構造炭素粒子の人体に対する加温効果が優れていることがわかる。特に弱磁場と併用した時の効果が大きい。また、衝撃波で合成されたＳＰ３構造及びＳＰ２構造を有する複合炭素粒子からグラファイト（ＳＰ２構造）を超臨界水で除去する場合は完全に除去されるが、濃硝酸で酸化してグラファイトを除去する際は、重量にして１％程度のＳＰ２構造が残る。しかし、ＳＰ２構造が僅かに存在する物でも、ＳＰ２構造除去処理をしていない複合炭素粒子を用いる健康医療器具よりも格段に赤外線加熱効果及び荷電粒子浸透効果が優れている。従って、本発明は、ＳＰ２構造を必須要件とはしないが、若干残っている物を用いる場合も、本発明の特許請求の範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の爆発による衝撃波を利用して作成された炭素を主成分とするＳＰ３構造を有する半導体粒子の体温加熱による赤外線加熱効果及び荷電粒子浸透効果を利用した健康医療器具又は磁力線との人体に対する複合作用を利用した健康医療器具は、繊維として一般の保温衣類としても、また、ネックレス、腕輪、指輪、足輪、肌着、靴下、腹巻、シーツ、枕及び寝具等の必要とされる形状に成型して人体に使用する以外に、動物用医療器具としても応用できる。特に、従来は効果がないとされた４００Ｇ以下の磁場との併用効果が大きいので、磁性体の使用が禁止されている電子医療器具、例えば心臓ペースメーカーの近くでも、使用可能であるので、産業上有用である。愛玩動物は、人体より体温が高いものが多いので、特に有効であると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＳＰ３構造炭素粒子その他の赤外線分光放射特性図。
【図２】ＳＰ３構造炭素粒子の電気抵抗温度特性図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子を、健康医療器具を構成する金属バンド又は非金属バンドの人体接触面側に配置したことを特徴とする健康医療器具。
【請求項２】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、樹脂、高分子ポリマー繊維又はガラスとの混合体とされ、又は繊維表面に付着させてあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項３】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、磁石、半導体熱電素子又は圧電焦電素子の表面にコーティングしてあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項４】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、磁石材料、圧電焦電材料及び半導体材料粉末と混合し成型してあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項５】
磁性金属部材又は布に磁石紛を付着させた複合材から構成された、外部磁束密度４００Ｇ以下の磁界を発生するバンドの内周側に、請求項２−４のいずれか１項に記載の衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子を備えたことを特徴とする健康医療器具。
【請求項１】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子を、健康医療器具を構成する金属バンド又は非金属バンドの人体接触面側に配置したことを特徴とする健康医療器具。
【請求項２】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、樹脂、高分子ポリマー繊維又はガラスとの混合体とされ、又は繊維表面に付着させてあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項３】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、磁石、半導体熱電素子又は圧電焦電素子の表面にコーティングしてあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項４】
衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子は、磁石材料、圧電焦電材料及び半導体材料粉末と混合し成型してあることを特徴とする請求項１記載の健康医療器具。
【請求項５】
磁性金属部材又は布に磁石紛を付着させた複合材から構成された、外部磁束密度４００Ｇ以下の磁界を発生するバンドの内周側に、請求項２−４のいずれか１項に記載の衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有する炭素粒子を備えたことを特徴とする健康医療器具。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１２５５２８（Ｐ２００８−１２５５２８Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１００４９（Ｐ２００６−３１００４９）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（３０２０００４３８）有限会社 日本アルタ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（３０２０００４３８）有限会社 日本アルタ (7)
【Ｆターム（参考）】
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