JP2011078546A - 赤外線、磁力線及び荷電粒子を放射する機能素子及びこの機能素子を用いた機能素子担持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体粒子を電気的に絶縁体である担持体に担持さたときに生じる荷電粒子の効率を向上し、半導体粒子の配合量を減らしながら励起時に赤外線、磁力線及び荷電粒子の相乗効果を発揮する。
【解決手段】 活性化性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を配合した複合粒子からなる機能素子であり、半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させる。複合粒子は、全体積中半導体粒子を３０〜９５ｖｏｌ％とするとき、ルテニュウム酸化物粒子を０．１〜１０ｖｏｌ％、鉄複合酸化物粒子を５〜７０ｖｏｌ％の割合で配合され、電気的な絶縁体である有機高分子材料によって形成される担持体に対し０．１〜２０ｖｏｌ％の割合で添加されることにより、パーコレーション効果を発生させ、体温程度の加温によって、複合粒子からの荷電粒子、磁力線及び赤外線の持続的な発生を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線、磁力線及び荷電粒子を放射する機能素子及びこの機能素子を用いた機能体に関する。

近年、慢性的なコリや痛みに悩まされる人々が増加している。その主な原因は、筋肉や神経の局部的疲労によると言われている。筋肉や神経の疲労をもたらす原因及びその程度は、各人によって異なるが、原因が、スポーツによる筋肉疲労のような一過性のものではなく、日常生活の中にある場合には、慢性疾患によることが多い。コリや痛みの程度が重度の場合は、医療機関における治療や鍼灸治療が必要となる。しかし、コリや痛みが比較的軽度であっても、日常生活では不快感（不定愁訴）を伴うので、簡便な治療方法の開発が求められている。

そこで、家庭でも使用可能とされたコリや痛みの治療具として、パップ剤や温灸、金属粒や磁気治療具、低周波治療器などが開発され用いられている。これらの治療具は、いずれも、患部の血行を促進し、それにより局部的に滞留した老廃物質を浄化することを目的としている。このうち、パップ剤や温灸、磁気治療具は血管拡張による効果を、また、低周波治療器は、規則的に筋肉を緊張・弛緩させることによる物療効果を、さらに、金属粒は東洋医学における経絡・経穴治療を目的としたものである。

また、本件出願の発明者等の研究により、筋肉や神経の局部的疲労に起因するコリや痛みの治療には、コリや痛みを生じている身体の局部に、磁力線に加えて赤外線及び荷電粒子を同時に照射若しくは印加することが有効であることが確認された。

そこで、赤外線及び荷電粒子を放射し、筋肉や神経の局部的疲労に起因するコリや痛みの治療に用いることを可能とする機能素子が特開２００９−９６８８０号（特許文献１）において提案されている。

特許文献１に記載される機能素子は、半導体粒子を電気絶縁性の複数の非相溶性高分子マトリクス複合材に、複合材に対する半導体粒子の混合率を０．１−１０ｖｏｌ％として混合し所定の形状に成型してなるものである。この機能素子は、非相溶高分子複合体に配合された半導体粒子が、個々の高分子マトリクスと半導体粒子の表面濡れ性及び表面張力、界面自由エネルギーの相互関係により所定の高分子マトリクスの中のみに分散するか又は複合高分子マトリクスの界面に優先的に分散する現象により、高分子内で相互に疑似的に接続されパーコレーション効果を生じさせ、巨大熱起電力を生じさせる。そのため、この機能素子は、赤外線及び荷電粒子放射特性に優れた特性を有する。

特開２００９−９６８８０号

本発明は、特許文献１に記載される機能素子が有する赤外線及び荷電粒子放射特性に優れた特性に加えて、さらに、磁力線の放射特性を有する新規な機能素子及びこの機能素子を用いた機能素子体を提供することを技術課題とする。

また、本発明は、生体への赤外線及び荷電粒子浸透能力の性能を損なうことなく磁力線との総合作用で生体効果の大きい機能素子及びこの機能素子を用いた機能素子体を提供することを技術課題とする。

さらに具体的には、本発明は、半導体粒子の少ない配合量で温度により励起されて常に荷電粒子を多量に発生する半導体熱電素子としての荷電粒子発生体に磁力腺を付加して生体効率を挙げるようにした機能素子及びこの機能素子を用いた機能素子体を提供することを技術課題とする。

上述したような課題を達成するために提案される本発明は、半導体粒子に電気抵抗の低いルテニュウム酸化物粒子に磁気特性を有する鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した機能素子である。この機能素子は、例えば体温程度の温度、若しくは常温（２５℃）に加温されることにより励起され、半導体素子から荷電粒子を発生させる。

また、本発明は、上記機能素子を、所定の有機高分子材料によって構成された担持体中又はその担持体の表面に拡散浸透させた機能素子体である。

そして、本発明に係る機能素子体は、上記機能素が添加された担持体を構成する有機高分子材料の成型条件での濡れ性、表面張力、界面エネルギーで決定される濡れ係数Ｗａ（wetting coefficient）を制御することにより、担持体を構成する有機高分子材料内でパーコレーション配列させることにより擬似的な一次元粒子配列状態を作り、量子効果による大きな熱電能と配列された磁性粒子の形状異方性効果により発生する磁界を利用した相乗効果で大きな生体効果を実現する。

具体的に、本発明は、赤外線、磁力線及び荷電粒子放射特性を有する機能素子であって、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した複合粒子からなり、この複合粒子に含まれる半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させるようにしたものである。この機能素子に用いられるルテニュウム酸化物は、カーボンブラック（ＣＢ）粉末より４桁も電気抵抗が低く半導体粒子の間に入り熱電池の内部抵抗をさげ生体電流を流れやすくし、一次元ライクに配列された鉄酸化物磁性粒子は形状効果で発生する磁力線が増し生体効果を高める。

また、本発明は、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子として、爆発衝撃法で作製されるナノダイヤ又はＧｅ，Ｓｉが用いられる。爆発衝撃法で作製されるナノダイヤは、基本粒子サイズが３〜８ｎｍとされるので、電気的な絶縁体である有機高分子材料の成型体内又は半導体粒子の担持体としての繊維製品にパーコレーション配列された場合、荷電粒子の運動が略一次元に限定されるので巨大熱電能が得やすい。

さらに、半導体粒子として用いられるナノダイヤは、ホウ素（Ｂ）又は窒素（Ｎ）をドーピングし活性化エネルギーレベルを０．２〜０．７ｅＶとしたものを使用し、基本粒子サイズを３〜８ｎｍとする微小化処理されたものを使用することが好ましい。

また、本発明に係る機能素子を構成する鉄酸化物粒子としては、鉄を２０〜７０ｖｏｌ％含有し、その他の金属元素を５〜３０ｖｏｌ％含有する鉄酸化物複合粒子を用いることが望ましい。この鉄酸化物複合粒子において、鉄が２０ｖｏｌ％以下になると所定の磁気モーメントが得られず、７０ｖｏｌ％以上では抗磁力を１００〜３０００Ｈｃの磁気特性が得にくい。鉄酸化物複合粒子に含まれるその他の金属元素としては、鉄酸化物の磁気特性を向上させるＳｒ、Ｂａが好ましい。

そして、本発明に係る機能素子を構成する複合粒子は、全体積中半導体粒子を３０〜９５ｖｏｌ％とするとき、ルテニュウム酸化物粒子を０．１〜１０ｖｏｌ％含有し、鉄複合酸化物粒子を５〜７０ｖｏｌ％の割合で配合したものを用いることが望ましい。この複合粒子において、半導体粒子が３０ｖｏｌ％以下では発生する荷電粒子の量が不足し、ルテニュウム酸化物粒子が０．１ｖｏｌ％以下では電気抵抗が下げられず１０ｖｏｌ％以上ではその作用効果が飽和する。

本発明に用いる複合粒子において、好ましい配合割合は、半導体粒子を７０〜９５ｖｏｌ％とし、残りのルテニュウム酸化物粒子と鉄酸化物粒子を５〜３０ｖｏｌ％とすることが望ましい。

また、本発明は、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合し、半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させるようにした複合粒子からなる機能素子を、所定の有機高分子材料によって構成された担持体に担持させた機能素子体である。この機能素子体において、機能素子は、担持体中又は担持体の表面に拡散浸透されて担持される。ここで用いられる担持体は、電気的な絶縁体である有機高分子材料によって形成されている。

また、機能素子を担持するために用いられる担持体は、電気的な絶縁体としての有機高分子を材料とする繊維、不織布、糸、織物、編み物等の繊維製品、あるいは合成樹脂成型体が用いられる。

本発明に係る機能素子を用いた機能素子体は、機能素子を担持する担持体を構成する有機高分子材料に対し、機能素子を０．１〜２０ｖｏｌ％の割合で添加することが望ましい。機能素子の担持体を構成する有機高分子材料に対する添加割合が０．１ｖｏｌ％以下では荷電粒子の効果を得ることができない。また、２０ｖｏｌ％以上添加しても、荷電粒子の効果の向上を期待することができず、高価な機能素子の割合が大きくなることにより、機能素子体の価額が高価になってしまう。

ところで、本発明に係る機能素子体は、担持体を構成する有機高分子材料に対する機能素子の添加割合が、体積比で０．１ｖｏｌ％であっても、添加された機能素子は、担持体に一様に分布するのではなく、担持体が合成樹脂の成型体である場合には、この成型体内でパーコレーション配列して局部的に集中しており、担持体が有機高分子材料からなる繊維、あるいはこの繊維を材料とする不織布、糸、織物等の繊維製品である場合には、これら担持体の非晶質部分に集中して拡散浸透することにより、機能素子が集中した部分に微小熱電池が構成される。このため、上述したような繊維、この繊維を材料とする繊維製品を担持体とするとき、この担持体に対する機能素子の配合量を重量比で０．００１ｗｔ％程度添加することにより、微小電池からの荷電粒子による抗菌防臭効果として、制菌活性値２．４が得られている。

そして、本発明に係る機能素子体において、１種類の有機高分子材料からなる単一高分子型の担持体に機能素子を担持させてパーコレーション効果を得るようにした場合には、機能素子は、担持体を構成する有機高分子材料に対し８ｖｏｌ％程度添加することが望ましい。

また、複数種類の有機高分子材料からなる複合高分子型の担持体に機能素子を担持させてダブルパーコレーション効果を得るようにした場合には、機能素子は、担持体を構成する有機高分子材料に対し２ｖｏｌ％程度添加することが望ましい。

さらに、機能素子が担持される担持体が、繊維製品である場合には、機能素子は、繊維製品を構成するマトリクスの非結晶部分に選択的に浸透するので０．１ｖｏｌ％程度添加することが望ましいが、抗菌防臭効果の用途に目的を限定する場合には、０．００１ｖｏｌｗ％程度の添加で目的を達成することができる。

そして、機能素子を担持するために用いられる担持体は、エポキシ系、アクリル系、カーボネイト系、ナイロン系、ビニル系の有機高分子材料の１種又は２種により成型される。担持体を複数の有機高分子材料により構成する場合、例えばポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）の如く非相溶性の高分子材料の組み合わせを使用する。非相溶性の高分子材料を組み合わせることにより、配合された機能素子を構成する各粒子の界面エネルギーの制御により、機能素子の各粒子は一つの高分子に集中するダブルパーコレーション配置するので、高分子材料の使用量を減らすことができる。

機能素子の担持体としてポリエステル繊維のような人工繊維の繊維製品を用いる場合に、機能素子を担持させるため、浸染法を用いる場合はキャリア染色法を採用することが好ましい。ところで、人工繊維は、天然繊維に比較して結晶性が悪いので、染色法を用いて機能素子を担持させることが望ましい。なお、機能素子の担持体として人工繊維の繊維製品を用い場合に、機能素子の粒子サイズは天然繊維の繊維製品を用いる場合よりも大きくてもよい。

そして、染色法を用いて機能素子を担持体に担持させる場合、機能素子を構成する半導体粒子とルテニュウム鉄酸化物粒子を分離して２回に分けて染色してもよい。この場合、半導体粒子で先に染色し、その後ルテニュウム鉄酸化物粒子で染色するようにしてもよい。

また、本発明に係る機能素子体において、機能素子が担持される担持体を人工繊維の繊維製品を用いる場合には、予め人工繊維を構成する高分子材料に機能素子を添加し、この機能素子が添加された高分子材料を溶融紡糸することによって、機能素子を人工繊維に担持するようにしてもよい。

なお、人工繊維からなる繊維製品に機能素子を担持させる場合には、染色法を用いて繊維の非晶質部分に選択的に浸透拡散させる方法を採用することが好ましい。染色法を用いて機能素子を繊維製品に担持させることにより、機能素子が繊維中で自動的に擬似一次元配列するので使用する機能素子の量が少なくでき経済的である。

また、上述したような染色法を用いて機能素子を繊維製品に担持させる場合、繊維製品は、布状に加工され織物や編物の形態とされたものでもよい。

さらに、機能素子を担持するために用いられる繊維製品は、木綿、絹、羊毛等の天然繊維によって形成したものであってもよい。この場合、機能素子は、染色法を用いて担持体としての繊維製品に担持される。

さらにまた、繊維製品を担持体とするときには、染色法として捺染法を採用してもよい。この場合、繊維表面の長軸方向に窪みを付けるか又は異型断面の繊維を用いて凹部分に粒子を優先的に吸着又は付着させる等の異方性配列を増長する捺染法を使用するのが好ましい。このような捺染法を用いて、機能素子を繊維製品を構成する繊維の表面に担持させることにより、機能素子を繊維の表面で擬似一次元配列させることが可能となり、使用する機能素子の量を一層少なくでき経済的である。

本発明に係る機能素子は、２５℃程度の常温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベルを０．１〜１ｅＶとする半導体材料を粉砕微粉化した半導体粒子を原料として用い、その半導体粒子の電気的な接続を助けるルテニュウム酸化物と半導体粒子から発生する荷電粒子の作用を増加させる磁力線を放射する鉄酸化物粒子が複合化して使用される。この機能素子は、所定の有機高分子材料によって構成された担持体中又はその担持体の表面に拡散浸透させた機能素子体として構成されたとき、半導体粒子が機能素子体の内部で直列接続された状態（パーコレーション）になり、磁性粒子が形状異方性効果で磁力線を放射する。そして、この機能素子体を生体の皮膚に接触若しくは近接させたときには、磁性粒子から放射される磁力線を生体に入射し、生体の電気抵抗が急激に下がり、機能素子を構成する各粒子の熱起電力が積算されて大きな起電力を有するようになる。パーコレーション状態にある半導体粒子は、生体の体温により加温され励起された場合、半導体粒子から発生した荷電粒子は、半導体粒子を担持した担持体が電気的に絶縁材料である有機高分子材料により形成されているため、１次元運動をして直列接続された粒子間を伝わって電荷が荷電粒子発生体の表面に滲み出るので、優れた赤外線と荷電粒子放射特性と磁界による相乗効果の大きい機能素子体、例えば健康医療器具を構成することができる。

本発明に係る機能素子は、半導体粒子にルテニュウム酸化物及び鉄酸化物粒子の１種又は２種を所定の割合で配合することにより、生体の体温程度の温度で加熱することにより半導体粒子から放射される荷電粒子の量が増加し、この荷電粒子が磁性体としての鉄酸化物粒子から放射される磁力線が作用することにより、この機能素子を生体の皮膚に接触し又は近接することにより、生体の皮下組織を電解質とする生体電池が構成されたとき、生体電池としての機能を増すことができる。

そして、本発明に係る機能素子を構成する半導体粒子として、爆発衝撃法で作製されるナノダイヤ又はＧｅ，Ｓｉを用いることにより、生体の体温等で加熱され活性化されて発生する荷電粒子及び赤外線を人体に浸透させる効果を増大できる。

また、本発明に係る機能素子を構成する鉄酸化物粒子として、鉄を２０〜７０ｖｏｌ％含有し、その他の金属元素を５〜３０ｖｏｌ％含有し、抗磁力を１００〜３０００Ｈｃとする鉄酸化物複合粒子を用いることにより、赤外線 磁力線と荷電粒子放射特性による相乗効果を増大できる。

更に、本発明に係る機能素子は、所定の有機高分子材料によって構成された担持体に担持させることにより、生体の皮膚に接触若しくは近接させて利用可能な機能素子体とされ、筋肉や神経の局部的疲労に起因するコリや痛みの治療を目的とした健康医療器具を構成することができる。この健康医療器具は、荷電粒子の人体表面への浸透効果の時間的制約をなくし、装着している時には常に荷電粒子を人体に浸透させ、赤外線、磁力線と荷電粒子の相乗効果を十分に発揮させることができる。

更にまた、本発明に係る機能素子を担持する担持体として、有機高分子を材料とする繊維、不織布、糸、織物、編み物等の繊維製品とすることにより、赤外線と荷電粒子放射特性と磁界を同時に放射可能とする衣服を得ることができる。

図１は、機能素子を担持する担持体を構成する高分子材料に対する機能素子の配合割合に対する導電率を示し、図１中Ａは、担持体をポリプロピレン（ＰＰ）単独で形成した例を示し、図１中Ｂは、担持体を非相溶性のポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）からなる高分子材料により形成した例を示す。 図２は、本発明に係る機能素子体の表面電位、導電率と体表面温度上昇特性とを示す特性図である。 図３は、窒素（Ｎ）等の不純物をドーピングしたナノダイヤの電気抵抗温度特性を示す特性図である。 図４は、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたナノダイヤの電気抵抗温度特性を示す特性図である。 図５は、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子とからなる複合粒子の磁気特性を示す特性図である。 図６は、ポリエステル繊維布により形成したサポータの血流特性を比較して示す表である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明に係る機能素子は、半導体粒子に電気抵抗の低いルテニュウム酸化物粒子と磁気特性を有する鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した機能素子であって、例えば体温程度の温度に加温されることにより励起され、半導体素子から荷電粒子を発生させ、さらに赤外線、磁力線を放射する。

また、本発明は、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合し、半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させるようにした複合粒子からなる機能素子を、所定の有機高分子材料によって構成された担持体に担持させた機能素子体である。

本発明に係る機能素子体は、電気的な絶縁体である有機高分子材料に、半導体粒子にルテニュウム酸化物粒子と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した機能素子を１〜８ｖｏｌ％の割合で添加した成型材料を所定の形状に成型して得られる。この成型体の有機高分子材料からなる部分が機能素子の担持体として機能する。

機能素子が添加された成型材料の成型は、射出成型機や押出成型機等の各種成型機を用いて行われる。

また、本発明に係る機能素子体は、有機高分子材料からなる人工繊維、あるいはこの繊維を材料とする不織布、糸、織物等の繊維製品を機能素子の担持体として用いることができる。機能素子の担持体として用いられる繊維は、有機高分子材料を溶融紡糸機により溶融防止して製造することができる。

なお、人工繊維への機能素子の担持は、予め機能素子を添加した高分子材料を溶融紡糸機により溶融紡糸することに行うことができる。

ところで、人工繊維からなる繊維製品に機能素子を担持させる場合には、染色法を用いて繊維の非晶質部分に選択的に浸透拡散させる方法を採用することが好ましい。染色法を用いて機能素子を繊維製品に担持させることにより、機能素子が繊維中で自動的に擬似一次元配列するので使用する機能素子の量が少なくでき経済的であるためである。

さらにまた、繊維製品を担持体とするときには、染色法として捺染法を採用してもよい。この場合、繊維表面の長軸方向に窪みを付けるか又は異型断面の繊維を用いて凹部分に粒子を優先的に吸着又は付着させる等の異方性配列を増長する捺染法を使用するのが好ましい。このような捺染法を用いて、機能素子を繊維製品を構成する繊維の表面に担持させることにより、機能素子を繊維の表面で擬似一次元配列させることが可能となり、使用する機能素子の量を一層少なくでき経済的である。

そして、本発明に係る機能素子を担持する担持体を構成する電気的な絶縁体である有機高分子材料は、機能素子を構成する半導体粒子、ルテニュウム酸化物粒子及び鉄酸化物粒子を結合する結合材となる。この結合材として機能する有機高分子材料中に担持された機能素子は、有機高分子材料に対し１〜８ｖｏｌ％の割合で添加されると、有機高分子材料中において直列接続された状態（パーコレーション）になり、電気抵抗が急激に下がり、大きな起電力を有するようになる。有機高分子材料中でパーコレーション状態にある機能素子が加温され励起されると、機能素子から発生する荷電粒子は、機能素子の各粒子の周囲にあって各粒子間を結合する結合剤が絶縁物であるため、１次元運動をして直列接続された各粒子間を伝わって機能素子の表面に滲み出る。

ここで、担持体を構成する電気的な絶縁体である有機高分子材料に対する機能素子の配合量と導電率の関係を図１中のＡで示す。なお、ここで、機能素子を担持する担持体は、一種類のみの高分子材料により形成されて、ポリプロピレン（ＰＰ）により形成されている。

ところで、電気的な絶縁体である有機高分子材料を成型して得られる担持体に、半導体粒子にルテニュウム酸化物粒子と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した機能素子を担持させたときに発生するパーコレーション効果は、担持体を構成する有機高分子材料に配合される機能素子を構成する各粒子の粒子サイズにも依存するが、担持体が一種類の高分子材料のみから構成される場合、機能素子を構成する各粒子は、３次元的に分布するため、図１中のＡに示すように、有機高分子材料に対する機能素子の配合量が３〜２０ｖｏｌ％の範囲でパーコレーション効果が発生し、概ね５〜８ｖｏｌ％の範囲で最も効率の良いパーコレーション効果を示す。

そして、機能素子の担持体を、例えばポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）の如く非相溶性の高分子材料からなる高分子材料により形成した場合には、図１中Ｂで示すように、高分子材料に対する機能素子の配合量が３〜２０ｖｏｌ％の範囲でパーコレーション効果が発生し、機能素子の配合割合が１〜４ｖｏｌ％のとき、最も効率の良いパーコレーション効果を生じさせる。したがって、非相溶性の複数の高分子材料を用いて担持体を形成することにより高分子材料の使用量を減らすことができる。

また、高分子材料からなる担持体に担持される機能素子を構成する半導体粒子は、平均粒径が３ｎｍ〜１μｍの範囲にあることが望ましい。半導体粒子は、平均粒径が３ｎｍ未満であると半導体としてのバンド構造が乱れ、１μｍ以上になると半導体粒子内の励起荷電粒子相互間の反発作用が強く起こるようになり、荷電粒子の１次元的な動きができなくなり、半導体粒子内の電位差が減少する。

なお、バルク半導体は、半導体内で熱励起荷電粒子が相互の電気的反発力で３次元で動くため、素子として発生する電位が最大でも３００μＶ程度であり、室温付近で熱起電力を発生させるには不十分であった。

そして、機能素子を構成する半導体粒子は、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体材料により形成することが望ましい。活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体材料として、爆発衝撃法で作製されるナノダイヤ又はＧｅ，Ｓｉが用いられる。半導体粒子の材料として用いられるナノダイヤは、ナノダイヤ単体であるとき、生体の体温程度の温度での加温で多くの荷電粒子を発生させるため、活性化エネルギーの上限は０．５ｅＶ程度に抑える必要がある。ナノダイヤの作成過程で、ホウ素（Ｂ）又は窒素（Ｎ）をドープすることにより、活性化エネルギーレベルを０．２〜０．７ｅＶに抑える、ダイヤモンドの基本粒子サイズを３〜８ｎｍとする微小化工程を経たダイヤモンド粒子を用いることが望ましい。

本発明に係る機能素子は、半導体粒子に電気抵抗の低いルテニュウム酸化物粒子と磁気特性を有する鉄酸化物粒子を所定の割合で配合してなるものであり、半導体粒子であるナノダイヤの粒子間を電気抵抗が低く粒子間に入りやすいルテニュウム酸化物粒子が接合するので、ナノダイヤの活性化エネルギーレベルは１ｅＶ程度であってもよい。このような活性化エネルギーレベルの高いナノダイヤを爆発衝撃法で作製する際、爆発に用いる火薬の爆発時に主成分の窒素等のドーピングで、特別なドーピング材は用いなくともよい。

本発明に係る機能素子を有機高分子材料を成型して得られる担持体に担持した機能素子体は、活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体を微粒子化して高分子マトリクスにパーコレーション配置し、擬似的に半導体粒子を直列接続して、発生する荷電粒子の運動方向を１次元に限定することにより、数Ｖ〜数１０Ｖの大きな熱起電力を得ることに成功している（図２参照）。

また、この機能素子体を生体の皮膚に接触させ、生体の体温により加温されることにより励起される半導体素子から発生する荷電粒子を生体に浸透させる作用能力を高めるため、一定の磁界を加えることが望ましい。そこで、本発明に係る機能素子体に用いられる機能素子は、半導体粒子に加えて磁界を発生する鉄酸化物が添加されている。ここで鉄酸化物により加えられる磁界は、磁束密度が１００〜４００Ｇ程度であることが望ましい。加えられる磁束密度が１００Ｇ以下であると、磁界の荷電粒子に与える効果が少なく、磁束密度が４００Ｇ以上であると、機能素子体を健康医療器具として用いた場合に、心臓駆動電気器具等の動作に悪影響を及ぼす虞があるためである。

そして、本発明に係る機能素子体を構成する半導体粒子としては、ＣＢ火薬等の衝撃波で合成されたＳＰ３及びＳＰ２複合構造を有する半導体炭素粒子を用いることが特に好ましい。衝撃波で合成されたＳＰ３構造を有するダイヤモンド複合粒子は、基本粒径が３〜１０ｎｍであり、成型後の特別な粉砕工程が不要である。また、爆発成形時に火薬等の成分である窒素がダイヤモンド格子に浸透して、Ｎ型半導体になる。

ここで得られる半導体炭素粒子の活性化エネルギーレベルを０．５ｅＶ以下に下げるには、ドーピング効率のよいホウ素（Ｂ）を添加する。火薬の窒素（Ｎ）等の不純物をドーピングしたナノダイヤの電気抵抗温度特性を図３に示し、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたナノダイヤの電気抵抗温度特性を図４に示す。

ところで、 絶縁体に近く、比抵抗が大きい禁制帯幅が５．５ｅＶのダイヤモンドは、不純物レベルの密度が低いため、生体の体温程度の加温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とき放出される放射光も少ない。これに対し、衝撃波法で得られた半導体複合炭素粒子は、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型半導体になり易くホウ素（Ｂ）のドーピングも容易である。更に、この半導体複合炭素粒子は、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、０．２〜１．０ｅＶの不純物レベルを有するため、４〜１０μｍの赤外線を効率よく放射し、電気伝導性がある。また、上記半導体複合炭素粒子は、粉末が特種なＳＰ３及びＳＰ２複合構造を有するため、赤外線放射能及び荷電粒子放出能が、トルマリン等に比較して５〜１０倍大きい。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１０Ｅ１６Ωとほぼ完全な絶縁体であるが、本発明で使用するＳＰ３及びＳＰ２複合炭素粒子は、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。

上述したような活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合し、半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させるようにした複合粒子からなる機能素子を、電気的に絶縁材料である有機高分子材料によって構成された担持体に担持させた機能素子体を健康医療器具として構成するには、平板な板状に成型された機能素子体を身体に装着される金属製のベルト等の支持体に支持し、機能素子体が生体の皮膚の表面に接触して装着されるように構成する。なお、支持体は、金属製に限られるものではなく、合成樹脂等の非金属により形成したものであってもよい。

このように、金属製のベルト等の支持体に機能素子体を支持した健康医療器具は、身体に装着されたとき、生体への接触面では、生体の体温による加温効果と、健康医療器具を構成する金属製の支持体又は非金属の支持体による冷却効果とで、機能素子を構成する各粒子間に温度差が生じるので、身体に装着しているときは、赤外線放射と荷電粒子磁力線の放出が持続する。

また、本発明に係る機能素子体が、予め機能素子を添加した高分子材料を溶融紡糸することによって製造される繊維を用いた布状の織物、あるいは染色法を用いて機能素子を拡散浸透させた繊維を用いた布状の織物であるときには、この織物に粘着テープを設け、この粘着テープを介して身体の患部に貼り付けるようすることにより健康医療器具とすることができる。

また、布状の織物とされた機能素子体は、衣服として身体に装着するようにしてもよい。衣服として構成した場合には、衣服の一部を機能素子体により構成するようにしてもよい。

高分子成型体加工品
高分子材料としてポリプロピレンを選択し、半導体粒子としてＣＢ火薬の爆発法で製造されたホウ素（Ｂ）をドーピングした図４に示すような電気抵抗温度特性を有し、基本粒子サイズ３〜８ｎｍとする半導体炭素粒子であるナノダイヤ粉末を選択し、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子とからなる複合粒子として図５に示すような磁気特性を示すものを選択し、サンプルを形成し、以下のテストを行った。

なお、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子とからなる複合粒子は、鉄（Ｆｅ）を５７．４ｖｏｌ％、ルテニュウム（Ｒｕ）を３８．３ｖｏｌ％、ストロンチウム（Ｓｒ）を４．３ｖｏｌ％の割合で配合されている。

サンプル１：ポリプロピレンＰＰ（９２ｖｏｌ％）＋ナノダイヤ粉末（８ｖｏｌ％）
パーコレーション配列
サンプル２：ポリプロピレンＰＰ（９２ｖｏｌ％）＋ナノダイヤ粉末（７Ｖｏｌ％）
＋ルテニュウム鉄酸化物（１Ｖｏｌ％）
ここで作製されるサンプルは、次の工程を経て作製される。まず、高分子材料を先に１９０℃で１５分加熱した後、所定のナノダイヤ粉末又はナノダイヤ粉末とルテニュウム鉄酸化物粉末を加え１５分間混練機で混合し混合粉末を得る。この混合粉末を１２０Ｋｇ、型温度１３０度℃の射出成型条件で、直径（φ）が４ｍｍで厚さ（ｔ）が３ｍｍの成型体を作製し、この成型体をチタン（Ｔｉ）製の腕輪バンドに８個埋め込み手首に装着し、５分経過後の温度上昇を測定した。その結果を以下に示す。

温度上昇測定結果 サンプル（１） １．２度
サンプル（２） １．７度
繊維製品
サンプル３：ナノダイヤ粉末のみをポリエステル繊維布に１３０度℃３０分アニオンキャリアー染色
サンプル４：ナノダイヤ粉末（９０ｖｏｌ％）とルテニュウム鉄酸化物（１０％ｖｏｌ）とを混合した混合粉末をポリエステル繊維布に１３０度℃３０分アニオンキャリアー染色
サンプル３、４で得られたポリエステル繊維布を、人の腕に外周に装着するサポータとして構成した。なお、サンプル３、４とも染色用分散液の粉末濃度は、５ｇ/１リットルで一定とした。

サンプル５として、ポリエステル繊維布のみからなるサポータを用意した。

サンプル３〜５を腕に装着し、装着後１０分を経過したときの血流を測定した。血流の測定は、周知の血流測定器を用いて行った。その結果を、図６に示す。

ナノダイヤ粉末とルテニュウム鉄酸化物とを混合した本発明に係る機能素子を被着したサンプル４は、ナノダイヤ粉末のみを被着したサンプル３に比し、単位時間当たり血管を流れる血流量値が２０％程度増加している。これは、本発明に係る機能素子を用いたサンプル４は、生体電流が多く流れることに加え、磁気特性の効果と相まって血流値が増加しているものと考えられる。

本発明に係る半導体粒子に電気抵抗の低いルテニュウム酸化物粒子と磁気特性を有する鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した機能素子を有機高分子材料の成型体又は繊維製品の担持体に担持させた機能素子体は、発生電位が大きく、半導体粒子が体温程度の低温で加温されるのみで励起荷電粒子が発生し、人体に装着したときには、発生する励起荷電粒子を有効に人体に浸透し、合わせて半導体粒子からの赤外線放射及び鉄酸化物からの磁力線との相乗効果が得られる。このため、本発明に係る機能素子体を保温繊維製品や健康医療器具として使用でき、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使用することを可能とするばかりか、動物用医療器具にも適用できる。特に、本発明に係る機能素子及び機能素子体は、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。

また、本発明に係る機能素子体は、荷電粒子の発生能力が大きいのでワイプ布として利用でき、特に、ナノダイヤ粉末を用いた半導体粒子を用いた機能素子体にあっては、研磨能に加え微細ゴミの電気的除去能力が高いので、絶縁体ガラス及びプラスチックのワイプ布としての利用が可能である。また、発生する荷電粒子は、相手側にも伝わり絶縁体の付着物を呼び込みにくいので獣毛等がつきにくくペット用の衣服及びペット用のカーシート等に有効に利用できる。

Claims (14)

1. 活性化性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した複合粒子からなり、この複合粒子に含まれる半導体粒子から放射される荷電粒子の生体効果を増加させるようにしたことを特徴とする機能素子。
2. 上記半導体粒子は、爆発衝撃法で作製されるナノダイヤ、Ｇｅ、Ｓｉのいずれか１であることを特徴とする請求項１記載の機能素子。
3. 上記ナノダイヤは、微小化工程でホウ素（Ｂ）又は窒素（Ｎ）がドーピングされ、活性化エネルギーレベルが０．２〜０．７ｅＶされていることを特徴とする請求項２記載の機能素子。
4. 上記鉄酸化物粒子は、鉄を２０〜７０ｖｏｌ％含有し、その他の金属元素を５〜３０ｖｏｌ％含有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の機能素子。
5. 上記その他の金属元素は、鉄酸化物の磁気特性を向上させるＳｒ又はＢａであることを特徴とする請求項４記載の機能素子。
6. 上記複合粒子は、全体積中半導体粒子を３０〜９５ｖｏｌ％とするとき、ルテニュウム酸化物粒子を０．１〜１０ｖｏｌ％、鉄複合酸化物粒子を５〜７０ｖｏｌ％の割合で配合されていることを特徴とする請求項１記載の機能素子。
7. 活性化エネルギーレベルが０．１〜１ｅＶを有する半導体粒子に、ルテニュウム酸化物と鉄酸化物粒子を所定の割合で配合した複合粒子からなる機能素子を、電気的な絶縁体である有機高分子材料によって形成される担持体に担持させたことを特徴とする機能素子体。
8. 上記機能素子は、電気的な絶縁体である有機高分子材料によって形成される担持体に対し０．１〜２０ｖｏｌ％の割合で担持されていることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。
9. 上記機能素子は、全体積中半導体粒子を３０〜９５ｖｏｌ％とするとき、ルテニュウム酸化物粒子を０．１〜１０ｖｏｌ％、鉄複合酸化物粒子を５〜７０ｖｏｌ％の割合で配合された複合粒子であることを特徴とする請求項７又は８記載の機能素子体。
10. 上記機能素子を担持する担持体は、電気的な絶縁体である有機高分子の成型体であることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。
11. 上記担持体は、エポキシ系、アクリル系、カーボネイト系、ナイロン、ビニル系樹脂のいずれか１又は２以上の混合有機高分子の請求項形態であることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。
12. 上記担持体は、電気的な絶縁体である有機高分子を材料とする繊維、不織布、糸、織物、編み物等の繊維製品であることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。
13. 上記担持体は、木綿、絹、羊毛等の天然繊維によって形成された繊維製品であることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。
14. 上記担持体を構成する有機高分子材料に対し、上記機能素子が０．１〜２０ｖｏｌ％の割合で添加されていることを特徴とする請求項７記載の機能素子体。