健康器具
【課題】健康増進効果を発揮しつつ、衛生面に優れた健康器具を提供する。
【解決手段】赤外線を放出する健康器具１であって、薄膜で被覆された固形物１０と、固形物１０を収容する本体部１１と、固形物１０に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源１２と、を備え、固形物１０の一部は、本体部１１の外側に露出されており、薄膜１０ｂは、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有することで、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光を適切に本体部１１の外側へ放出できる。
【解決手段】赤外線を放出する健康器具１であって、薄膜で被覆された固形物１０と、固形物１０を収容する本体部１１と、固形物１０に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源１２と、を備え、固形物１０の一部は、本体部１１の外側に露出されており、薄膜１０ｂは、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有することで、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光を適切に本体部１１の外側へ放出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康器具に関するものであり、特にゲルマニウムを用いた健康器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、健康器具として、ゲルマニウムを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の健康器具は、岩盤浴用のユニットであって、ゲルマニウム鉱石又は麦飯石を含有する略平板状の床板本体における表面部の一部又は全面に、適宜間隔で複数個の凹部が形成され、該凹部内には、ゲルマニウム鉱石を含有する石粒が収容されてなり、凹部の開口端に石粒の抜け出しを防ぐための押え材が装着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１００９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、健康器具は医療分野や福祉・介護分野において複数回利用され又は複数人により共用されることがあるため、治療の源である赤外線の強度の調整ができるものや健康増進だけでなく衛生面に優れたものが望まれている。そこで、本発明は、適切な強度の赤外線を出力することができるとともに、健康増進効果を発揮しつつ衛生面に優れた健康器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る健康器具は、赤外線を放出する健康器具であって、薄膜で被覆された固形物と、固形物を収容する本体部と、固形物に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源と、を備え、固形物の一部は、本体部の外側に露出されており、薄膜は、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有して形成されることを特徴として構成される。
【０００６】
本発明に係る健康器具では、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が、励起光源から赤外線又は可視光線が照射される固形物の表面側に、赤外線及び可視光線を透過させる釉薬又はポリエチレンによって配置される。このため、励起光である赤外線又は可視光線を、極力吸収されることなくゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物へ到達させることができる。そして、励起光が、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の価電子帯の電子（正孔）を励起して伝導体に遷移させる。そして、励起された電子が伝導体から価電子帯に落ちる際に、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光が価電子帯から放出される。ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物は、固形物の表面側に配置されており、その配置位置が例えば固形物の表面から赤外線の波長よりも短い位置とされることで、放出光は固形物に吸収されることなく本体部の外側に放出される。放出光は、赤外線領域の波長成分を含む適切な強度の光となるため、例えば遠赤外線領域の光を照射する治療等に用いることができるとともに、赤外線領域の光により嫌気性細菌の繁殖を抑制することが可能となる。なお、酸化ゲルマニウムも価電子帯の性格上、赤外線を放出することができる。よって、適切な強度の赤外線を出力することが可能となるとともに、健康増進効果を発揮しつつ衛生面に優れた健康器具を得ることができる。
【０００７】
上記健康器具では、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が例えば溶融分散されている。なお、ゲルマニウム（屈折率４）の価電子帯から発せられた赤外線が空気（屈折率１）中に発せられる場合において、ゲルマニウムから直接空気中に赤外線が発せされる場合と、例えばガラス（屈折率１．４〜２）に分散されたゲルマニウムから赤外線が発せられる場合とを比較すると、後者の方が屈折率の差が小さくなるので、より効率的に赤外線を空気中に放出することができるものと考える。すなわち、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が溶融分散されることで効率的に赤外線を空気中に放出することが可能となる。
【０００８】
ここで、ゲルマニウム合金が、シリコンゲルマニウムであってもよい。このように構成することで、励起光によってゲルマニウムだけでなくシリコンの価電子帯の電子（正孔）が励起されるため、放出光の出力強度を一層高めることができるとともに広範囲の波長成分を有する放出光を得ることが可能となる。
【０００９】
また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が、粒子の状態で薄膜に含有されてもよい。このように構成することで、励起光が薄膜内部まで到達してゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の粒子に作用することができるため、固形物の表面から放出される放出光の出力強度を一層高めることが可能となる。
【００１０】
また、薄膜が、銀粒子、又は銀粒子とゲルマニウム、ゲルマニウム合金もしくはゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有することが好ましい。このように構成することで、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物から放出される光が、銀により反射される。このため、放出光を本体部の外側へ適切に放出することができる。
【００１１】
また、薄膜が、麦飯石又は粘土をさらに含有ことが好適である。このように構成することで、赤外線及び麦飯石もしくは粘土により、例えば嫌気性細菌の繁殖を抑制したり、尿や汗等の有機物質を分解したりすることができる。
【００１２】
また、固形物が、球体を呈し、本体部に回転可能に設けられることが好適である。このように構成することで、例えば固形物が設けられた側の本体部の一面を皮膚や患部に接触させた状態で移動させることができるので、広範囲の部位に連続的に波長と強度を変更して照射することが可能となる。
【００１３】
また、励起光源が、固形物と当接した状態で本体部に収容されることが好適である。このように構成することで、励起光源からの励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に直接作用させることができるので、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００１４】
あるいは、励起光源に接続され、励起光源から照射された赤外線又は可視光線を固形物に伝播させる光ファイバをさらに備えることが好適である。このように構成することで、本体部の表面から放出される光の照射幅を狭くすることができる。このため、目標とする部位に適切に照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、健康増進効果を発揮しつつ、衛生面に優れた健康器具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る健康器具の一部斜視図である。
【図２】図１の健康器具の内部構造を拡大して示す側断面図である。
【図３】ゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。
【図４】銀微粒子及びゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。
【図５】図１の健康器具の変形例の内部構造を拡大して示す側断面図である。
【図６】励起光として赤外線を用いた放出光出力測定系の概要図である。
【図７】釉薬に含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図６の測定系で測定した結果である。
【図８】励起光として可視光線を用いた放出光出力測定系の概要図である。
【図９】釉薬に含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図８の測定系で測定した結果である。
【図１０】ポリエチレンに含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図８の測定系で測定した結果である。
【図１１】尿の分解を説明するための実験前の写真である。
【図１２】図１１に示す試験物を所定期間放置した後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００１８】
本実施形態に係る健康器具は、岩盤浴用の床板、介護ベッドの床板、シャワーヘッドのシャワーローラ部等、主に人体の皮膚表面と接触する健康器具として好適に採用されるものである。
【００１９】
最初に、本実施形態に係る健康器具の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る健康器具の一部斜視図、図２は、図１の健康器具の内部構造を拡大して示す斜視図である。図１に示すように、健康器具１は、略板状の上部本体部１１ａと略板状の下部本体部１１ｂとを重ね合わせて構成される本体部１１を備えている。上部本体部１１ａ、下部本体部１１ｂの材料としては、例えば透明アクリル、ウレタン樹脂又はポリエチレン樹脂等が用いられる。上部本体部１１ａの上面側（下部本体部１１ｂと当接する主面と対向する主面側）には、球体の固形物１０がその一部を上部本体部１１ａ上面から外側へ露出させた状態で複数配置されている。上部本体部１１ａの上面及び固形物１０は、人体の皮膚表面と接触する接触部として機能する。
【００２０】
図２に示すように、上部本体部１１ａには、下部本体部１１ｂとの重なり方向に貫通された円形の貫通孔１１ｄが形成されており、貫通孔１１ｄ内に固形物１０が収容されている。貫通孔１１ｄの内径は、固形物１０の直径（例えば１〜２０ｍｍ）よりも大きく形成されている。また、上部本体部１１ａの上面側における貫通孔１１ｄの開口端には、内側に張り出す環状の鍔１１ｃが内周に沿って設けられており、鍔１１ｃの内径が固形物１０の直径よりも小さく形成されることで、本体部１１からの固形物１０の抜け出しを防止している。
【００２１】
また、下部本体部１１ｂには、貫通孔１１ｄと対応する位置に、上部本体部１１ａとの重なり方向に貫通された円形の貫通孔１１ｅが形成されており、貫通孔１１ｄと貫通孔１１ｅとは連通した状態とされている。貫通孔１１ｅ内には、励起光として赤外線又は可視光線を発光する励起光源１２が収容されており、励起光源１２は固形物１０に当接されて配置される。このため、励起光源１２から照射された励起光は、固形物１０に直接作用する。励起光源１２としては、例えば、赤外線又は可視光線を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））が用いられる。ここで、発光ダイオードにより得られる赤外線は、波長領域が約７００ｎｍ〜約１ｍｍの範囲となる電磁波であり、発光ダイオードにより得られる可視光線は、波長領域が約３６０ｎｍ〜約８３０ｍｍの範囲となる電磁波である。
【００２２】
固形物１０は、励起光源１２によって下側から支持されることで、その一部を上部本体部１１ａ上面から外側へ露出させた状態で、上部本体部１１ａ内部に回転可能に配置される。また、固形物１０は、略球体のコア部１０ａを備えており、コア部１０ａの表面は薄膜１０ｂで被覆されている。コア部１０ａの材料としては、例えば、セラミックス、石英ガラス又は軟質・硬質ガラス等が用いられる。また、薄膜１０ｂは、溶融された釉薬あるいは溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含んで形成された混晶で構成される。例えば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物は、溶融された釉薬内又は溶融されたポリエチレン内に分散（溶融分散）されている。ゲルマニウム合金としては、例えば、ＡｇＧｅ合金、ＳｉＧｅ合金（シリコンゲルマニウム合金）等が用いられ、ゲルマニウム酸化物としては、ＧｅＯ２が用いられる。また、薄膜１０ｂには、ＧｅＳｉＯ２、麦飯石又は粘土が含有されていてもよい。
【００２３】
また、薄膜１０ｂは、釉薬あるいはポリエチレンを母体材料（又はバインダー）とし、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が微粒子として母体材料内部に分散して存在してもよい。ゲルマニウム又はゲルマニウム合金の微粒子の直径は、例えば１ｎｍ〜１００μｍである。なお、ゲルマニウム又はゲルマニウム合金の微粒子の表面は、酸化された状態であってもよい。
【００２４】
また、薄膜１０ｂは、さらに銀を含有してもよい。銀は、例えば微粒子として単独で薄膜１０ｂ内部に分散して存在してもよい。あるいは、薄膜１０ｂに含有される銀粒子は、例えばゲルマニウム、ゲルマニウム合金又は前記ゲルマニウム酸化物の粒子と接合して接合粒子を形成してもよい。
【００２５】
さらに、薄膜１０ｂは、固形物１０の表面からゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が配置された位置までの距離が、赤外線の波長よりも短くなるように構成される。
【００２６】
次に、本実施形態に係る健康器具１の作用効果を説明する。上述した健康器具１において、励起光源１２から出力された励起光は、固形物１０を覆う薄膜１０ｂに照射される。励起光は、赤外線又は可視光線であるため、薄膜１０ｂに含有される釉薬又はポリエチレンに吸収されることなく薄膜１０ｂに含有されるゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に到達する。そして、励起光が、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の価電子帯の電子（正孔）を励起して伝導体に遷移させる。そして、励起された電子が伝導体から価電子帯に落ちる際に、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光が価電子帯から放出される。ここで、固形物１０の表面からゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が配置された位置までの距離が、赤外線の波長よりも短くなるように構成されているため、トンネル効果により固形物１０の表面から赤外線が減衰することなく放出される。放出光は、上部本体部１１ａの上面側から外側へ放出され、例えば人体の皮膚に照射される。
【００２７】
また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子化による作用効果について、図３を用いて説明する。図３は、ゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。図３の（Ａ）は、バルクのゲルマニウムにおける励起光の光路、図３の（Ｂ）は、母体材料を石英ガラスとし内部にゲルマニウム微粒子３１を分散配置させた薄膜１０ｂにおける励起光の光路を示している。励起光は、可視光又は赤外線であり、ゲルマニウムのバンドギャップ以上のエネルギーを有している。図３の（Ａ）に示すように、バルクのゲルマニウムに励起光が照射された場合、励起光はゲルマニウムの表面のみで吸収・反射され、ゲルマニウムの表面のみから放出光（赤外線）が発生する。一方、図３の（Ｂ）に示すように、励起光がゲルマニウム微粒子３１を含有する薄膜１０ｂに照射された場合、励起光（特に赤外線）が石英ガラスの内部に大部分浸透し、内部に配置されたゲルマニウム微粒子３１に到達する。励起光は、ゲルマニウム微粒子３１の表面で吸収されるとともに屈折し、更に別のゲルマニウム微粒子３１に到達して吸収される。このように、薄膜１０ｂ内部のゲルマニウム微粒子３１により、赤外線が次々と発生する。すなわち、ゲルマニウムを微粒子化することにより励起光が十分に吸収されるため、放出光の強度を一層大きくすることができる。発生した放出光（赤外線）の波長は３〜３００μｍであり、石英ガラスの表面からそれぞれ発生する波長以下に位置するゲルマニウム微粒子３１からの赤外線はトンネル効果で外部へ出力される。よって放出光の強度を一層大きくすることができる。
【００２８】
また、銀微粒子及びゲルマニウム微粒子による接合粒子の作用効果について、図４を用いて説明する。図４は、銀微粒子及びゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。図４に示すように、薄膜１０ｂに含有される銀微粒子３０は、ゲルマニウム微粒子３１と接合して接合粒子を形成している。銀微粒子３０とゲルマニウム微粒子３１との接合面３２は、ゲルマニウム微粒子３１からの放出光を反射するように機能する。すなわち、ゲルマニウム微粒子３１から出力される放出光は、銀微粒子３０との接合面３２で反射されてゲルマニウム微粒子３１側（例えば矢印Ｌ０で示す方向）に放出される。このように、放出光が散乱することなく所定の方向に出力されるため、放出光の強度を一層大きくすることができる。
【００２９】
ここで、参考までにゲルマニウムが遠赤外線を含む赤外光を発生させる原理とメカニズムについて概説すると、次のようになる。
【００３０】
ゲルマニウムは、間接遷移型の半導体であり、そのバンドギャップエネルギーが０．６７ｅＶ（近赤外相当）であるが、ホール（正孔）には重いホールと軽いホールの二種類があり、液体ヘリウム温度に冷却して電場と磁場とを印加すると、これらのホールに関係した波長１００μｍオーダの遠赤外線を含む赤外光を放射することが知られている。例えば、小宮山進はIII族原子の不純物を含むｐ型ゲルマニウムを用いて半導体レーザを試作し、液体ヘリウムで冷却しながら波長８０〜１２０μｍの遠赤外線レーザ発振を確認している（「固体物理」，第３１巻第４号，１９９６年）。
【００３１】
ここで、上記論文の筆者（小宮山）が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説すると、ｐ型ゲルマニウム（間接遷移型半導体）が極低温の状態では多量のホールはガンマ点（バンドの頂上）に縮退しているが、直交する電場と磁場とを印加すると、いわゆるサイクロトン運動を始める。このとき、軽いホールは重いホールに比べると１／８倍程度も有効質量が小さいため容易に高エネルギー側に励起されやすく、重いホールのレベルから励起光によって軽いホールのバンドに次々と励起されて反転分布が生じ、軽いホールは電場により運動エネルギーを得て、これが所定のエネルギーレベルに達すると重いホール帯に直接光学遷移し、波長１００μｍ帯の遠赤外線の赤外光を放射することになる。
【００３２】
以上、本実施形態に係る健康器具１によれば、励起光源１２から放出された励起光が固形物１０を覆うゲルマニウムのバンドギャップあるいは価電子帯の電子（正孔）を励起することで、固形物１０から赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の光が放出される。なお、酸化ゲルマニウムであっても、価電子帯の性格上、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の光が放出される。放射された光のうち波長０．７〜４μｍの領域を含む赤外線は、硫化水素を発生する嫌気性細菌の発生・増殖を抑制することが可能である。また、放射された光のうち波長４〜１０００μｍの領域を含む赤外線（遠赤外線）は、傷や神経障害の治療、肩こりや腰痛などの緩解などに対して効果を発揮する。さらに、励起光源１２から放出される励起光として可視光線を採用することで色彩療法（カラーセラピー）も期待できる。このように、健康増進の効果を発揮しつつ、衛生面にも優れた健康器具１を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が例えば溶融分散されている。なお、ゲルマニウム（屈折率４）の価電子帯から発せられた赤外線が空気（屈折率１）中に発せられる場合において、ゲルマニウムから直接空気中に赤外線が発せされる場合と、例えばガラス（屈折率１．４〜２）に分散されたゲルマニウムから赤外線が発せられる場合とを比較すると、後者の方が屈折率の差が小さくなるので、より効率的に赤外線を空気中に放出することができるものと考える。すなわち、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が溶融分散されることで効率的に赤外線を空気中に放出することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンによって固形物１０の表面に配置させることで、励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に十分照射することができるので、出力強度の強い放出光を得ることが可能となる。さらに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の配置位置が例えば固形物１０の表面から赤外線の波長よりも短い位置とされることで、放出光は固形物１０に吸収されることなくトンネル効果により本体部１１の外側に放出される。このため、遠赤外線を用いた健康増進効果や温熱治療効果を十分に発揮することができるとともに、フィルタを介して放出光に含まれる波長成分を選択して患部に照射する場合であっても健康増進効果や温熱治療効果を奏する程度の放出光強度を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、固形物１０の表面だけでなくコア部１０ａにもゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を配置することも考えられるが、固形物１０の内部で励起されて放出される放出光は、固形物１０の外側に至るまでに吸収され減衰するため、固形物１０から十分に取り出すことができない。このため、固形物１０の表面側のみにゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を配置し、コア部１０ａはセラミックス、石英ガラス又は軟質・硬質ガラス等の材料で構成することで、費用対効果の高い健康器具とすることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム合金としてＳｉＧｅを採用することができるので、励起光によってゲルマニウムだけでなくシリコンの価電子帯の電子（正孔）が励起されるため、放出光の出力強度を一層高めることが可能となるとともに、広範囲の波長成分を有する放出光を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を微粒子状態とすることができる。ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子は、結晶化された際に半導体的な性質を持つため、肩凝り等を治療・治癒する健康増進、治療効果をもたらすゲルマニウムの遠赤外効果を特に好適に発揮することができる。また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を微粒子状態とすることで、励起光が薄膜１０ｂ内部まで到達してゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子３１に作用することが可能となるため、固形物１０の表面から放出される放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、薄膜１０ｂが、銀粒子、又は銀粒子とゲルマニウム、ゲルマニウム合金もしくはゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有することができる。このため、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物から放出される光は、銀微粒子との接合面で反射され照射方向が調整されて本体部１１の外側へ適切に放出される。よって、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、薄膜１０ｂに麦飯石又は粘土をさらに含有させることができるので、赤外線及び麦飯石もしくは粘土により、嫌気性細菌の繁殖を抑制したり、尿素やアンモニアを分解したりすることが可能となり、より一層衛生面に優れた健康器具とすることができる。特に寝たきりの病人等の介護ベッドとして採用した場合、尿漏れや発汗による臭いを抑制・消臭することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、固形物１０が球体を呈し、本体部に回転可能に設けることができるので、例えば固形物が設けられた側の本体部の一面を皮膚や患部に接触させた状態で移動させることが可能となり、広範囲の部位に指圧効果を含め連続的に波長と強度を変更して照射することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る健康器具１によれば、励起光源１２を固形物１０と当接した状態で本体部１１に収容することができるので、励起光源１２からの励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に直接作用させることが可能となり、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は本発明に係る健康器具の一例を示すものである。本発明に係る健康器具は、実施形態に係る健康器具に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、各実施形態に係る健康器具を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４３】
例えば、上述した実施形態では、励起光源１２が固形物１０に当接した場合を説明したが、これに限られるものではなく、励起光源１２が固形物１０と間隔を空けて配置されてもよい。さらに、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバを介在させてもよい。図５は、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバ１３を介在させた健康器具の内部構造の一部拡大図である。図５に示すように、下部本体部１１ｂ内部において、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバ１３が配置されている。光ファイバ１３は、励起光源１２に接続され、励起光源１２から照射された赤外線又は可視光線を固形物１０に伝播させる。また、光ファイバ１３が固形物１０を下方から支持することで固形物１０が上部本体部１１ａに回転可能に配置される。このように構成することで、励起光源１２から出力された励起光は、固形物１０を覆う薄膜１０ｂに照射される際に、光ファイバ１３を介して照射領域が限定される。このため、本体部１１の表面から放出される光の照射幅を狭くすることができる。このため、目標とする部位に適切に照射することが可能となる。
【実施例】
【００４４】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００４５】
まず、本発明者は、実施形態に係る健康器具１の薄膜１０ｂの放出光の出力及び波長成分を検証した。
（実施例１）
実施形態に係る釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１５を石英ガラス基板１４上に積層して作成した。薄膜１５は、８００℃以上で溶融した釉薬にゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１５は、釉薬が９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（測定条件１）
作成した薄膜１５の放出光の出力及び波長成分を図６に示す測定系で測定した。図６に示すように、励起光源（ＬＤ素子）１２から出力させた赤外線（波長０・９μｍ）を、石英ガラス基板１４の裏側へ光ファイバ１３を介して照射し、薄膜１５から放出される放出光Ｌ１の強度を検出素子１６で検出した。測定では、ＬＤ素子１２の電流値を２Ａ、４Ａとし、励起光である赤外線の強度を変化させて放出光の強度及び波長成分を検証した。結果を図７に示す。
（比較例１）
タングステンヒータ（温度６００℃）が出力する光の波長成分を比較例１として測定した。結果を図７に示す。
【００４６】
図７は、放出光の出力強度と波長との関係を示すグラフであり、横軸が波長（ｃｍ）の逆数、縦軸が放出光の強度を示す。図７では、実施例１の測定結果として、ＬＤ素子１２の電流値を２Ａとした場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ２、ＬＤ素子１２の電流値を４Ａとした場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ１で示している。また、比較例１の測定結果として、タングステンヒータの放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＴで示している。図７のグラフＧＧＥ１，ＧＧＥ２に示すように、実施例１の釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１５に赤外線を照射した場合、比較例１のタングステンヒータのグラフＧＴと同様に、約３μｍ〜約１０μｍの領域に係る範囲の放出光（遠赤外線を含む赤外線）が出力されることが確認された。さらに、グラフＧＧＥ１に示すように、ＬＤ素子１２の電流値を４Ａとすることで、実施例１の薄膜１５は、比較例１のタングステンヒータの出力光よりも出力強度の強い放出光を出力することができることが確認された。
【００４７】
（測定条件２）
次に、本発明者は、実施形態に係る健康器具の放出光にフィルタを適用し、フィルタ透過後の出光光の出力強度を測定した。薄膜１５は、実施例１と同様のものを用いた。ＬＤ素子１２の電流値は２Ａとし、フィルタとして、フッ化バリウム（ＢａＦ２）を用いた。結果を図７のグラフＧＧＥ３に示す。図７に示すように、フィルタを適用したグラフＧＧＥ３は、フィルタを適用しなかったグラフＧＧＥ２に比べて出力強度が若干低下したが、温感治療に用いる強度が確保できることが確認された。
【００４８】
次に、本発明者は、励起光として可視光線を採用した場合を検証した。
（実施例２）
実施形態に係る釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１７をセラミックス基板１８上に積層して作成した。薄膜１７は、薄膜１５と同様であり、８００℃以上で溶融した釉薬にゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１７は、釉薬が９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（実施例３）
実施形態に係るポリエチレン及びゲルマニウムを含有する薄膜１９を石英ガラス基板２０上に積層して作成した。薄膜１９は、１５０℃以上で溶融したポリエチレンにゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１９は、ポリエチレンが９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（測定条件３）
作成した薄膜１７，１９の放出光の出力及び波長成分を図８に示す測定系で測定した。図８に示すように、白色光源（ＬＤ素子）１２から出力させた白色光線（波長２〜１６μｍ）Ｌ２を、薄膜１７，１９に斜めに直接照射し、薄膜１７，１９から放出される放出光Ｌ３の強度を検出素子１６で検出した。比較例として、白色光線Ｌ２を照射せずに出力された放出光Ｌ３の波長成分を測定した。結果を図９，１０に示す。
【００４９】
図９，１０は、放出光の出力強度（発光強度）と波長との関係を示すグラフであり、横軸が波長（μｍ）、縦軸が放出光の強度を示す。図９，１０では、白色光線Ｌ２を照射した場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ４，ＧＧＥ５、白色光線Ｌ２を照射しない場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＢ１，ＧＢ２で示している。図９のグラフＧＧＥ４，ＧＢ１に示すように、実施例２の釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１７に白色光線を照射した場合、比較例と比べて約２μｍ〜約６μｍの領域に係る範囲の放出光（遠赤外線を含む赤外線）が出力されることが確認された。約２μｍ〜約６μｍの領域に係る範囲の赤外線の強度は強く、ガラスの表面のゲルマニウムからの赤外線はトンネル効果により放出されることが確認された。また、図１０のグラフＧＧＥ５，ＧＢ２に示すように、実施例３のポリエチレン及びゲルマニウムを含有する薄膜１９に白色光線を照射した場合、比較例と比べて約２μｍ〜約１６μｍの赤外線領域〜遠赤外線領域に係る範囲の放出光が出力されることが確認された。すなわち、ゲルマニウムのバインダーとして石英ガラスを用いた場合には、６μｍよりも長い波長の放出光は吸収されてしまうが、ゲルマニウムのバインダーとしてポリエチレンを用いた場合には、放出光の吸収が抑制されることが確認された。
【００５０】
次に、本発明者は、実施形態に係る健康器具１の細菌抑制効果及び消臭効果（尿の分解効果）を検証した。透明な小便に薄膜１０ｂを構成する材料を混ぜて経過を確認した。検証した材料を以下に示す。
（実施例１）
小便にゲルマニウム、麦飯石及び粘土を混入した（図１１のＤ）。
（比較例１）
小便に何も混入しなかった（図１１のＡ）。
（比較例２）
小便に麦飯石及び粘土を混入した（図１１のＤ）。
（比較例３）
小便にゲルマニウム銀を混入した（図１１のＣ）。
【００５１】
上記実施例１及び比較例を放置し、１７日間経過したものを図１２に示す。図１２のＡに示すように、小便に何も混入しなかった比較例１は、透明度が極めて低下し異臭がした。一方、図１２のＢ，Ｃに示すように、小便に麦飯石及び粘土を混入した比較例２、小便にゲルマニウム銀を混入した比較例３は、比較例１に比べて透明度は高いが濁っており、悪臭がした。これに対して、図１２のＤに示すように、小便にゲルマニウム、麦飯石及び粘土を混入した実施例１では、比較例１〜３に比べて明らかに透明度が高く、悪臭も抑えられていた。よって、ゲルマニウム（ゲルマニウム合金、ゲルマニウム酸化物）、麦飯石及び粘土の組合せにより細菌抑制効果及び消臭効果（尿の分解効果）が十分発揮されることが確認された。
【符号の説明】
【００５２】
１…健康器具、１０…固形物、１０ｂ…薄膜、１１…本体部、１２…励起光源（ＬＤ素子）、１３…光ファイバ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康器具に関するものであり、特にゲルマニウムを用いた健康器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、健康器具として、ゲルマニウムを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の健康器具は、岩盤浴用のユニットであって、ゲルマニウム鉱石又は麦飯石を含有する略平板状の床板本体における表面部の一部又は全面に、適宜間隔で複数個の凹部が形成され、該凹部内には、ゲルマニウム鉱石を含有する石粒が収容されてなり、凹部の開口端に石粒の抜け出しを防ぐための押え材が装着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１００９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、健康器具は医療分野や福祉・介護分野において複数回利用され又は複数人により共用されることがあるため、治療の源である赤外線の強度の調整ができるものや健康増進だけでなく衛生面に優れたものが望まれている。そこで、本発明は、適切な強度の赤外線を出力することができるとともに、健康増進効果を発揮しつつ衛生面に優れた健康器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る健康器具は、赤外線を放出する健康器具であって、薄膜で被覆された固形物と、固形物を収容する本体部と、固形物に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源と、を備え、固形物の一部は、本体部の外側に露出されており、薄膜は、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有して形成されることを特徴として構成される。
【０００６】
本発明に係る健康器具では、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が、励起光源から赤外線又は可視光線が照射される固形物の表面側に、赤外線及び可視光線を透過させる釉薬又はポリエチレンによって配置される。このため、励起光である赤外線又は可視光線を、極力吸収されることなくゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物へ到達させることができる。そして、励起光が、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の価電子帯の電子（正孔）を励起して伝導体に遷移させる。そして、励起された電子が伝導体から価電子帯に落ちる際に、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光が価電子帯から放出される。ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物は、固形物の表面側に配置されており、その配置位置が例えば固形物の表面から赤外線の波長よりも短い位置とされることで、放出光は固形物に吸収されることなく本体部の外側に放出される。放出光は、赤外線領域の波長成分を含む適切な強度の光となるため、例えば遠赤外線領域の光を照射する治療等に用いることができるとともに、赤外線領域の光により嫌気性細菌の繁殖を抑制することが可能となる。なお、酸化ゲルマニウムも価電子帯の性格上、赤外線を放出することができる。よって、適切な強度の赤外線を出力することが可能となるとともに、健康増進効果を発揮しつつ衛生面に優れた健康器具を得ることができる。
【０００７】
上記健康器具では、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が例えば溶融分散されている。なお、ゲルマニウム（屈折率４）の価電子帯から発せられた赤外線が空気（屈折率１）中に発せられる場合において、ゲルマニウムから直接空気中に赤外線が発せされる場合と、例えばガラス（屈折率１．４〜２）に分散されたゲルマニウムから赤外線が発せられる場合とを比較すると、後者の方が屈折率の差が小さくなるので、より効率的に赤外線を空気中に放出することができるものと考える。すなわち、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が溶融分散されることで効率的に赤外線を空気中に放出することが可能となる。
【０００８】
ここで、ゲルマニウム合金が、シリコンゲルマニウムであってもよい。このように構成することで、励起光によってゲルマニウムだけでなくシリコンの価電子帯の電子（正孔）が励起されるため、放出光の出力強度を一層高めることができるとともに広範囲の波長成分を有する放出光を得ることが可能となる。
【０００９】
また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が、粒子の状態で薄膜に含有されてもよい。このように構成することで、励起光が薄膜内部まで到達してゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の粒子に作用することができるため、固形物の表面から放出される放出光の出力強度を一層高めることが可能となる。
【００１０】
また、薄膜が、銀粒子、又は銀粒子とゲルマニウム、ゲルマニウム合金もしくはゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有することが好ましい。このように構成することで、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物から放出される光が、銀により反射される。このため、放出光を本体部の外側へ適切に放出することができる。
【００１１】
また、薄膜が、麦飯石又は粘土をさらに含有ことが好適である。このように構成することで、赤外線及び麦飯石もしくは粘土により、例えば嫌気性細菌の繁殖を抑制したり、尿や汗等の有機物質を分解したりすることができる。
【００１２】
また、固形物が、球体を呈し、本体部に回転可能に設けられることが好適である。このように構成することで、例えば固形物が設けられた側の本体部の一面を皮膚や患部に接触させた状態で移動させることができるので、広範囲の部位に連続的に波長と強度を変更して照射することが可能となる。
【００１３】
また、励起光源が、固形物と当接した状態で本体部に収容されることが好適である。このように構成することで、励起光源からの励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に直接作用させることができるので、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００１４】
あるいは、励起光源に接続され、励起光源から照射された赤外線又は可視光線を固形物に伝播させる光ファイバをさらに備えることが好適である。このように構成することで、本体部の表面から放出される光の照射幅を狭くすることができる。このため、目標とする部位に適切に照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、健康増進効果を発揮しつつ、衛生面に優れた健康器具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る健康器具の一部斜視図である。
【図２】図１の健康器具の内部構造を拡大して示す側断面図である。
【図３】ゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。
【図４】銀微粒子及びゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。
【図５】図１の健康器具の変形例の内部構造を拡大して示す側断面図である。
【図６】励起光として赤外線を用いた放出光出力測定系の概要図である。
【図７】釉薬に含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図６の測定系で測定した結果である。
【図８】励起光として可視光線を用いた放出光出力測定系の概要図である。
【図９】釉薬に含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図８の測定系で測定した結果である。
【図１０】ポリエチレンに含有されたＧｅの放出光出力強度と波長との関係を図８の測定系で測定した結果である。
【図１１】尿の分解を説明するための実験前の写真である。
【図１２】図１１に示す試験物を所定期間放置した後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００１８】
本実施形態に係る健康器具は、岩盤浴用の床板、介護ベッドの床板、シャワーヘッドのシャワーローラ部等、主に人体の皮膚表面と接触する健康器具として好適に採用されるものである。
【００１９】
最初に、本実施形態に係る健康器具の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る健康器具の一部斜視図、図２は、図１の健康器具の内部構造を拡大して示す斜視図である。図１に示すように、健康器具１は、略板状の上部本体部１１ａと略板状の下部本体部１１ｂとを重ね合わせて構成される本体部１１を備えている。上部本体部１１ａ、下部本体部１１ｂの材料としては、例えば透明アクリル、ウレタン樹脂又はポリエチレン樹脂等が用いられる。上部本体部１１ａの上面側（下部本体部１１ｂと当接する主面と対向する主面側）には、球体の固形物１０がその一部を上部本体部１１ａ上面から外側へ露出させた状態で複数配置されている。上部本体部１１ａの上面及び固形物１０は、人体の皮膚表面と接触する接触部として機能する。
【００２０】
図２に示すように、上部本体部１１ａには、下部本体部１１ｂとの重なり方向に貫通された円形の貫通孔１１ｄが形成されており、貫通孔１１ｄ内に固形物１０が収容されている。貫通孔１１ｄの内径は、固形物１０の直径（例えば１〜２０ｍｍ）よりも大きく形成されている。また、上部本体部１１ａの上面側における貫通孔１１ｄの開口端には、内側に張り出す環状の鍔１１ｃが内周に沿って設けられており、鍔１１ｃの内径が固形物１０の直径よりも小さく形成されることで、本体部１１からの固形物１０の抜け出しを防止している。
【００２１】
また、下部本体部１１ｂには、貫通孔１１ｄと対応する位置に、上部本体部１１ａとの重なり方向に貫通された円形の貫通孔１１ｅが形成されており、貫通孔１１ｄと貫通孔１１ｅとは連通した状態とされている。貫通孔１１ｅ内には、励起光として赤外線又は可視光線を発光する励起光源１２が収容されており、励起光源１２は固形物１０に当接されて配置される。このため、励起光源１２から照射された励起光は、固形物１０に直接作用する。励起光源１２としては、例えば、赤外線又は可視光線を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））が用いられる。ここで、発光ダイオードにより得られる赤外線は、波長領域が約７００ｎｍ〜約１ｍｍの範囲となる電磁波であり、発光ダイオードにより得られる可視光線は、波長領域が約３６０ｎｍ〜約８３０ｍｍの範囲となる電磁波である。
【００２２】
固形物１０は、励起光源１２によって下側から支持されることで、その一部を上部本体部１１ａ上面から外側へ露出させた状態で、上部本体部１１ａ内部に回転可能に配置される。また、固形物１０は、略球体のコア部１０ａを備えており、コア部１０ａの表面は薄膜１０ｂで被覆されている。コア部１０ａの材料としては、例えば、セラミックス、石英ガラス又は軟質・硬質ガラス等が用いられる。また、薄膜１０ｂは、溶融された釉薬あるいは溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含んで形成された混晶で構成される。例えば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物は、溶融された釉薬内又は溶融されたポリエチレン内に分散（溶融分散）されている。ゲルマニウム合金としては、例えば、ＡｇＧｅ合金、ＳｉＧｅ合金（シリコンゲルマニウム合金）等が用いられ、ゲルマニウム酸化物としては、ＧｅＯ２が用いられる。また、薄膜１０ｂには、ＧｅＳｉＯ２、麦飯石又は粘土が含有されていてもよい。
【００２３】
また、薄膜１０ｂは、釉薬あるいはポリエチレンを母体材料（又はバインダー）とし、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が微粒子として母体材料内部に分散して存在してもよい。ゲルマニウム又はゲルマニウム合金の微粒子の直径は、例えば１ｎｍ〜１００μｍである。なお、ゲルマニウム又はゲルマニウム合金の微粒子の表面は、酸化された状態であってもよい。
【００２４】
また、薄膜１０ｂは、さらに銀を含有してもよい。銀は、例えば微粒子として単独で薄膜１０ｂ内部に分散して存在してもよい。あるいは、薄膜１０ｂに含有される銀粒子は、例えばゲルマニウム、ゲルマニウム合金又は前記ゲルマニウム酸化物の粒子と接合して接合粒子を形成してもよい。
【００２５】
さらに、薄膜１０ｂは、固形物１０の表面からゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が配置された位置までの距離が、赤外線の波長よりも短くなるように構成される。
【００２６】
次に、本実施形態に係る健康器具１の作用効果を説明する。上述した健康器具１において、励起光源１２から出力された励起光は、固形物１０を覆う薄膜１０ｂに照射される。励起光は、赤外線又は可視光線であるため、薄膜１０ｂに含有される釉薬又はポリエチレンに吸収されることなく薄膜１０ｂに含有されるゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に到達する。そして、励起光が、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の価電子帯の電子（正孔）を励起して伝導体に遷移させる。そして、励起された電子が伝導体から価電子帯に落ちる際に、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の波長成分を含む光が価電子帯から放出される。ここで、固形物１０の表面からゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が配置された位置までの距離が、赤外線の波長よりも短くなるように構成されているため、トンネル効果により固形物１０の表面から赤外線が減衰することなく放出される。放出光は、上部本体部１１ａの上面側から外側へ放出され、例えば人体の皮膚に照射される。
【００２７】
また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子化による作用効果について、図３を用いて説明する。図３は、ゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。図３の（Ａ）は、バルクのゲルマニウムにおける励起光の光路、図３の（Ｂ）は、母体材料を石英ガラスとし内部にゲルマニウム微粒子３１を分散配置させた薄膜１０ｂにおける励起光の光路を示している。励起光は、可視光又は赤外線であり、ゲルマニウムのバンドギャップ以上のエネルギーを有している。図３の（Ａ）に示すように、バルクのゲルマニウムに励起光が照射された場合、励起光はゲルマニウムの表面のみで吸収・反射され、ゲルマニウムの表面のみから放出光（赤外線）が発生する。一方、図３の（Ｂ）に示すように、励起光がゲルマニウム微粒子３１を含有する薄膜１０ｂに照射された場合、励起光（特に赤外線）が石英ガラスの内部に大部分浸透し、内部に配置されたゲルマニウム微粒子３１に到達する。励起光は、ゲルマニウム微粒子３１の表面で吸収されるとともに屈折し、更に別のゲルマニウム微粒子３１に到達して吸収される。このように、薄膜１０ｂ内部のゲルマニウム微粒子３１により、赤外線が次々と発生する。すなわち、ゲルマニウムを微粒子化することにより励起光が十分に吸収されるため、放出光の強度を一層大きくすることができる。発生した放出光（赤外線）の波長は３〜３００μｍであり、石英ガラスの表面からそれぞれ発生する波長以下に位置するゲルマニウム微粒子３１からの赤外線はトンネル効果で外部へ出力される。よって放出光の強度を一層大きくすることができる。
【００２８】
また、銀微粒子及びゲルマニウム微粒子による接合粒子の作用効果について、図４を用いて説明する。図４は、銀微粒子及びゲルマニウム微粒子の作用効果を説明する概要図である。図４に示すように、薄膜１０ｂに含有される銀微粒子３０は、ゲルマニウム微粒子３１と接合して接合粒子を形成している。銀微粒子３０とゲルマニウム微粒子３１との接合面３２は、ゲルマニウム微粒子３１からの放出光を反射するように機能する。すなわち、ゲルマニウム微粒子３１から出力される放出光は、銀微粒子３０との接合面３２で反射されてゲルマニウム微粒子３１側（例えば矢印Ｌ０で示す方向）に放出される。このように、放出光が散乱することなく所定の方向に出力されるため、放出光の強度を一層大きくすることができる。
【００２９】
ここで、参考までにゲルマニウムが遠赤外線を含む赤外光を発生させる原理とメカニズムについて概説すると、次のようになる。
【００３０】
ゲルマニウムは、間接遷移型の半導体であり、そのバンドギャップエネルギーが０．６７ｅＶ（近赤外相当）であるが、ホール（正孔）には重いホールと軽いホールの二種類があり、液体ヘリウム温度に冷却して電場と磁場とを印加すると、これらのホールに関係した波長１００μｍオーダの遠赤外線を含む赤外光を放射することが知られている。例えば、小宮山進はIII族原子の不純物を含むｐ型ゲルマニウムを用いて半導体レーザを試作し、液体ヘリウムで冷却しながら波長８０〜１２０μｍの遠赤外線レーザ発振を確認している（「固体物理」，第３１巻第４号，１９９６年）。
【００３１】
ここで、上記論文の筆者（小宮山）が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説すると、ｐ型ゲルマニウム（間接遷移型半導体）が極低温の状態では多量のホールはガンマ点（バンドの頂上）に縮退しているが、直交する電場と磁場とを印加すると、いわゆるサイクロトン運動を始める。このとき、軽いホールは重いホールに比べると１／８倍程度も有効質量が小さいため容易に高エネルギー側に励起されやすく、重いホールのレベルから励起光によって軽いホールのバンドに次々と励起されて反転分布が生じ、軽いホールは電場により運動エネルギーを得て、これが所定のエネルギーレベルに達すると重いホール帯に直接光学遷移し、波長１００μｍ帯の遠赤外線の赤外光を放射することになる。
【００３２】
以上、本実施形態に係る健康器具１によれば、励起光源１２から放出された励起光が固形物１０を覆うゲルマニウムのバンドギャップあるいは価電子帯の電子（正孔）を励起することで、固形物１０から赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の光が放出される。なお、酸化ゲルマニウムであっても、価電子帯の性格上、赤外線領域（遠赤外線領域を含む）の光が放出される。放射された光のうち波長０．７〜４μｍの領域を含む赤外線は、硫化水素を発生する嫌気性細菌の発生・増殖を抑制することが可能である。また、放射された光のうち波長４〜１０００μｍの領域を含む赤外線（遠赤外線）は、傷や神経障害の治療、肩こりや腰痛などの緩解などに対して効果を発揮する。さらに、励起光源１２から放出される励起光として可視光線を採用することで色彩療法（カラーセラピー）も期待できる。このように、健康増進の効果を発揮しつつ、衛生面にも優れた健康器具１を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が例えば溶融分散されている。なお、ゲルマニウム（屈折率４）の価電子帯から発せられた赤外線が空気（屈折率１）中に発せられる場合において、ゲルマニウムから直接空気中に赤外線が発せされる場合と、例えばガラス（屈折率１．４〜２）に分散されたゲルマニウムから赤外線が発せられる場合とを比較すると、後者の方が屈折率の差が小さくなるので、より効率的に赤外線を空気中に放出することができるものと考える。すなわち、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物が溶融分散されることで効率的に赤外線を空気中に放出することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンによって固形物１０の表面に配置させることで、励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に十分照射することができるので、出力強度の強い放出光を得ることが可能となる。さらに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の配置位置が例えば固形物１０の表面から赤外線の波長よりも短い位置とされることで、放出光は固形物１０に吸収されることなくトンネル効果により本体部１１の外側に放出される。このため、遠赤外線を用いた健康増進効果や温熱治療効果を十分に発揮することができるとともに、フィルタを介して放出光に含まれる波長成分を選択して患部に照射する場合であっても健康増進効果や温熱治療効果を奏する程度の放出光強度を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、固形物１０の表面だけでなくコア部１０ａにもゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を配置することも考えられるが、固形物１０の内部で励起されて放出される放出光は、固形物１０の外側に至るまでに吸収され減衰するため、固形物１０から十分に取り出すことができない。このため、固形物１０の表面側のみにゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を配置し、コア部１０ａはセラミックス、石英ガラス又は軟質・硬質ガラス等の材料で構成することで、費用対効果の高い健康器具とすることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム合金としてＳｉＧｅを採用することができるので、励起光によってゲルマニウムだけでなくシリコンの価電子帯の電子（正孔）が励起されるため、放出光の出力強度を一層高めることが可能となるとともに、広範囲の波長成分を有する放出光を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を微粒子状態とすることができる。ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子は、結晶化された際に半導体的な性質を持つため、肩凝り等を治療・治癒する健康増進、治療効果をもたらすゲルマニウムの遠赤外効果を特に好適に発揮することができる。また、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を微粒子状態とすることで、励起光が薄膜１０ｂ内部まで到達してゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物の微粒子３１に作用することが可能となるため、固形物１０の表面から放出される放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、薄膜１０ｂが、銀粒子、又は銀粒子とゲルマニウム、ゲルマニウム合金もしくはゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有することができる。このため、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物から放出される光は、銀微粒子との接合面で反射され照射方向が調整されて本体部１１の外側へ適切に放出される。よって、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、薄膜１０ｂに麦飯石又は粘土をさらに含有させることができるので、赤外線及び麦飯石もしくは粘土により、嫌気性細菌の繁殖を抑制したり、尿素やアンモニアを分解したりすることが可能となり、より一層衛生面に優れた健康器具とすることができる。特に寝たきりの病人等の介護ベッドとして採用した場合、尿漏れや発汗による臭いを抑制・消臭することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る健康器具１によれば、固形物１０が球体を呈し、本体部に回転可能に設けることができるので、例えば固形物が設けられた側の本体部の一面を皮膚や患部に接触させた状態で移動させることが可能となり、広範囲の部位に指圧効果を含め連続的に波長と強度を変更して照射することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る健康器具１によれば、励起光源１２を固形物１０と当接した状態で本体部１１に収容することができるので、励起光源１２からの励起光をゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物に直接作用させることが可能となり、放出光の出力強度を一層高めることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は本発明に係る健康器具の一例を示すものである。本発明に係る健康器具は、実施形態に係る健康器具に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、各実施形態に係る健康器具を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４３】
例えば、上述した実施形態では、励起光源１２が固形物１０に当接した場合を説明したが、これに限られるものではなく、励起光源１２が固形物１０と間隔を空けて配置されてもよい。さらに、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバを介在させてもよい。図５は、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバ１３を介在させた健康器具の内部構造の一部拡大図である。図５に示すように、下部本体部１１ｂ内部において、励起光源１２と固形物１０との間に光ファイバ１３が配置されている。光ファイバ１３は、励起光源１２に接続され、励起光源１２から照射された赤外線又は可視光線を固形物１０に伝播させる。また、光ファイバ１３が固形物１０を下方から支持することで固形物１０が上部本体部１１ａに回転可能に配置される。このように構成することで、励起光源１２から出力された励起光は、固形物１０を覆う薄膜１０ｂに照射される際に、光ファイバ１３を介して照射領域が限定される。このため、本体部１１の表面から放出される光の照射幅を狭くすることができる。このため、目標とする部位に適切に照射することが可能となる。
【実施例】
【００４４】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００４５】
まず、本発明者は、実施形態に係る健康器具１の薄膜１０ｂの放出光の出力及び波長成分を検証した。
（実施例１）
実施形態に係る釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１５を石英ガラス基板１４上に積層して作成した。薄膜１５は、８００℃以上で溶融した釉薬にゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１５は、釉薬が９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（測定条件１）
作成した薄膜１５の放出光の出力及び波長成分を図６に示す測定系で測定した。図６に示すように、励起光源（ＬＤ素子）１２から出力させた赤外線（波長０・９μｍ）を、石英ガラス基板１４の裏側へ光ファイバ１３を介して照射し、薄膜１５から放出される放出光Ｌ１の強度を検出素子１６で検出した。測定では、ＬＤ素子１２の電流値を２Ａ、４Ａとし、励起光である赤外線の強度を変化させて放出光の強度及び波長成分を検証した。結果を図７に示す。
（比較例１）
タングステンヒータ（温度６００℃）が出力する光の波長成分を比較例１として測定した。結果を図７に示す。
【００４６】
図７は、放出光の出力強度と波長との関係を示すグラフであり、横軸が波長（ｃｍ）の逆数、縦軸が放出光の強度を示す。図７では、実施例１の測定結果として、ＬＤ素子１２の電流値を２Ａとした場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ２、ＬＤ素子１２の電流値を４Ａとした場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ１で示している。また、比較例１の測定結果として、タングステンヒータの放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＴで示している。図７のグラフＧＧＥ１，ＧＧＥ２に示すように、実施例１の釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１５に赤外線を照射した場合、比較例１のタングステンヒータのグラフＧＴと同様に、約３μｍ〜約１０μｍの領域に係る範囲の放出光（遠赤外線を含む赤外線）が出力されることが確認された。さらに、グラフＧＧＥ１に示すように、ＬＤ素子１２の電流値を４Ａとすることで、実施例１の薄膜１５は、比較例１のタングステンヒータの出力光よりも出力強度の強い放出光を出力することができることが確認された。
【００４７】
（測定条件２）
次に、本発明者は、実施形態に係る健康器具の放出光にフィルタを適用し、フィルタ透過後の出光光の出力強度を測定した。薄膜１５は、実施例１と同様のものを用いた。ＬＤ素子１２の電流値は２Ａとし、フィルタとして、フッ化バリウム（ＢａＦ２）を用いた。結果を図７のグラフＧＧＥ３に示す。図７に示すように、フィルタを適用したグラフＧＧＥ３は、フィルタを適用しなかったグラフＧＧＥ２に比べて出力強度が若干低下したが、温感治療に用いる強度が確保できることが確認された。
【００４８】
次に、本発明者は、励起光として可視光線を採用した場合を検証した。
（実施例２）
実施形態に係る釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１７をセラミックス基板１８上に積層して作成した。薄膜１７は、薄膜１５と同様であり、８００℃以上で溶融した釉薬にゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１７は、釉薬が９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（実施例３）
実施形態に係るポリエチレン及びゲルマニウムを含有する薄膜１９を石英ガラス基板２０上に積層して作成した。薄膜１９は、１５０℃以上で溶融したポリエチレンにゲルマニウムを添加して形成した。この薄膜１９は、ポリエチレンが９０重量％、ゲルマニウムが１０重量％の混晶とした。
（測定条件３）
作成した薄膜１７，１９の放出光の出力及び波長成分を図８に示す測定系で測定した。図８に示すように、白色光源（ＬＤ素子）１２から出力させた白色光線（波長２〜１６μｍ）Ｌ２を、薄膜１７，１９に斜めに直接照射し、薄膜１７，１９から放出される放出光Ｌ３の強度を検出素子１６で検出した。比較例として、白色光線Ｌ２を照射せずに出力された放出光Ｌ３の波長成分を測定した。結果を図９，１０に示す。
【００４９】
図９，１０は、放出光の出力強度（発光強度）と波長との関係を示すグラフであり、横軸が波長（μｍ）、縦軸が放出光の強度を示す。図９，１０では、白色光線Ｌ２を照射した場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＧＥ４，ＧＧＥ５、白色光線Ｌ２を照射しない場合における放出光の強度及び波長成分のグラフをＧＢ１，ＧＢ２で示している。図９のグラフＧＧＥ４，ＧＢ１に示すように、実施例２の釉薬及びゲルマニウムを含有する薄膜１７に白色光線を照射した場合、比較例と比べて約２μｍ〜約６μｍの領域に係る範囲の放出光（遠赤外線を含む赤外線）が出力されることが確認された。約２μｍ〜約６μｍの領域に係る範囲の赤外線の強度は強く、ガラスの表面のゲルマニウムからの赤外線はトンネル効果により放出されることが確認された。また、図１０のグラフＧＧＥ５，ＧＢ２に示すように、実施例３のポリエチレン及びゲルマニウムを含有する薄膜１９に白色光線を照射した場合、比較例と比べて約２μｍ〜約１６μｍの赤外線領域〜遠赤外線領域に係る範囲の放出光が出力されることが確認された。すなわち、ゲルマニウムのバインダーとして石英ガラスを用いた場合には、６μｍよりも長い波長の放出光は吸収されてしまうが、ゲルマニウムのバインダーとしてポリエチレンを用いた場合には、放出光の吸収が抑制されることが確認された。
【００５０】
次に、本発明者は、実施形態に係る健康器具１の細菌抑制効果及び消臭効果（尿の分解効果）を検証した。透明な小便に薄膜１０ｂを構成する材料を混ぜて経過を確認した。検証した材料を以下に示す。
（実施例１）
小便にゲルマニウム、麦飯石及び粘土を混入した（図１１のＤ）。
（比較例１）
小便に何も混入しなかった（図１１のＡ）。
（比較例２）
小便に麦飯石及び粘土を混入した（図１１のＤ）。
（比較例３）
小便にゲルマニウム銀を混入した（図１１のＣ）。
【００５１】
上記実施例１及び比較例を放置し、１７日間経過したものを図１２に示す。図１２のＡに示すように、小便に何も混入しなかった比較例１は、透明度が極めて低下し異臭がした。一方、図１２のＢ，Ｃに示すように、小便に麦飯石及び粘土を混入した比較例２、小便にゲルマニウム銀を混入した比較例３は、比較例１に比べて透明度は高いが濁っており、悪臭がした。これに対して、図１２のＤに示すように、小便にゲルマニウム、麦飯石及び粘土を混入した実施例１では、比較例１〜３に比べて明らかに透明度が高く、悪臭も抑えられていた。よって、ゲルマニウム（ゲルマニウム合金、ゲルマニウム酸化物）、麦飯石及び粘土の組合せにより細菌抑制効果及び消臭効果（尿の分解効果）が十分発揮されることが確認された。
【符号の説明】
【００５２】
１…健康器具、１０…固形物、１０ｂ…薄膜、１１…本体部、１２…励起光源（ＬＤ素子）、１３…光ファイバ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を放出する健康器具であって、
薄膜で被覆された固形物と、
前記固形物を収容する本体部と、
前記固形物に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源と、
を備え、
前記固形物の一部は、前記本体部の外側に露出されており、
前記薄膜は、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有して形成されること、
を特徴とする健康器具。
【請求項２】
前記ゲルマニウム合金が、シリコンゲルマニウムである請求項１に記載の健康器具。
【請求項３】
前記ゲルマニウム、前記ゲルマニウム合金又は前記ゲルマニウム酸化物が、粒子の状態で前記薄膜に含有される請求項１又は２に記載の健康器具。
【請求項４】
前記薄膜が、銀粒子、又は銀粒子と前記ゲルマニウム、前記ゲルマニウム合金もしくは前記ゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有する請求項３に記載の健康器具。
【請求項５】
前記薄膜が、麦飯石又は粘土をさらに含有する請求項１〜４の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項６】
前記固形物が、球体を呈し、前記本体部に回転可能に設けられる請求項１〜５の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項７】
前記励起光源が、前記固形物と当接した状態で前記本体部に収容される請求項１〜６の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項８】
前記励起光源に接続され、前記励起光源から照射された赤外線又は可視光線を前記固形物に伝播させる光ファイバをさらに備える請求項１〜７の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項１】
赤外線を放出する健康器具であって、
薄膜で被覆された固形物と、
前記固形物を収容する本体部と、
前記固形物に向けて赤外線又は可視光線を照射する励起光源と、
を備え、
前記固形物の一部は、前記本体部の外側に露出されており、
前記薄膜は、溶融された釉薬又は溶融されたポリエチレンに、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金又はゲルマニウム酸化物を含有して形成されること、
を特徴とする健康器具。
【請求項２】
前記ゲルマニウム合金が、シリコンゲルマニウムである請求項１に記載の健康器具。
【請求項３】
前記ゲルマニウム、前記ゲルマニウム合金又は前記ゲルマニウム酸化物が、粒子の状態で前記薄膜に含有される請求項１又は２に記載の健康器具。
【請求項４】
前記薄膜が、銀粒子、又は銀粒子と前記ゲルマニウム、前記ゲルマニウム合金もしくは前記ゲルマニウム酸化物の粒子との接合粒子をさらに含有する請求項３に記載の健康器具。
【請求項５】
前記薄膜が、麦飯石又は粘土をさらに含有する請求項１〜４の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項６】
前記固形物が、球体を呈し、前記本体部に回転可能に設けられる請求項１〜５の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項７】
前記励起光源が、前記固形物と当接した状態で前記本体部に収容される請求項１〜６の何れか一項に記載の健康器具。
【請求項８】
前記励起光源に接続され、前記励起光源から照射された赤外線又は可視光線を前記固形物に伝播させる光ファイバをさらに備える請求項１〜７の何れか一項に記載の健康器具。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−５７６８（Ｐ２０１２−５７６８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６６０８（Ｐ２０１０−１４６６０８）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９５１０６２８０）株式会社日本ゲルマニウム研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９５１０６２８０）株式会社日本ゲルマニウム研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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