(57)【要約】【課題】静置状態でよりマイナスイオンを多量に発生することができ、しかも高強度で耐久性あるマイナスイオン発生体、並びに当該マイナスイオン発生体を効率よく生産できる生産方法を提供する。【解決手段】耐熱性無機基材の表面に、自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜が形成されたマイナスイオン発生体。前記耐熱性無機基材は、セラミックス製又は金属製が好ましく、前記溶射皮膜は、気孔率３〜２０％の多孔質膜であることが好ましい。前記自発分極物質としてはトルマリン、前記放射性物質としてはモナザイトが好ましい。溶射皮膜は、自発分極物質の粉末と放射性物質の粉末の混合粉末を、耐熱性無機基材表面に溶射することにより形成される。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性無機基材の表面に、自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜が形成されているマイナスイオン発生体。
【請求項２】
前記耐熱性無機基材は、セラミックスである請求項１に記載のマイナスイオン発生体。
【請求項３】
前記耐熱性無機基材は、金属である請求項１に記載のマイナスイオン発生体。
【請求項４】
前記溶射皮膜は、気孔率３〜２０％の多孔質膜である請求項１〜３のいずれかに記載のマイナスイオン発生体。
【請求項５】
前記自発分極物質はトルマリンである請求項１〜４のいずれかに記載のマイナスイオン発生体。
【請求項６】
前記放射性物質はモナザイトである請求項１〜５のいずれかに記載のマイナスイオン発生体。
【請求項７】
前記溶射皮膜には、前記自発分極物質及び前記放射性物質が自発分極物質：放射性物質＝９：１〜２：８の割合で含有されている請求項１〜６のいずれかに記載のマイナスイオン発生体。
【請求項８】
前記溶射皮膜は、膜厚２０〜５００μｍである請求項１〜７のいずれかに記載のマイナスイオン発生体。
【請求項９】
粒子径５〜１２５μｍの自発分極物質の粉末と粒子径５〜１２５μｍの放射性物質の粉末を混合した混合粉末を、耐熱性無機基材表面に溶射して、該耐熱性無機基材表面にマイナスイオン発生膜を形成する工程を含むマイナスイオン発生体の製造方法。
【請求項１０】
前記溶射はプラズマ溶射法により行う請求項９に記載のマイナスイオン発生体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動を与えたり、擦ったりすることなく、静置状態でマイナスイオンを多量に発生し続けることができるマイナスイオン発生体及びその製造方法に関する。さらに詳述すると、エアコンディショナーや加湿器の吹き出し口や空気清浄装置の通気口部分、あるいは自動車の排気ガス排気口に備え付けて、マイナスイオンを多く含んだ空気の供給、あるいはプラスイオンが多量に存在している環境でのプラスイオンの中和に利用できるマイナスイオン発生体、並びに当該マイナスイオン発生体を効率よく生産できる生産方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
身体に好影響を与える空気は、プラスイオン対マイナスイオンが３：１〜４：１であるといわれている。しかしながら、現代の環境は、電気製品から出る電磁波、排気ガスなどにより、プラスイオンの割合が高くなっている。このような環境の中で、マイナスイオンを供給することによりリラックス効果を与えることを目的として、空気清浄機やエアコンディショナー、加湿器等の空気又は蒸気吹き出し口や送風機、扇風機等にマイナスイオン発生体を取り付けることが考えられている。
【０００３】
マイナスイオンを発生できる天然鉱物として、トルマリンがよく知られている。トルマリンの結晶は自発分極しているため、外部からの応力によりマイナスイオンを発生することができる。例えば、特開２００１−２８８６７９号公報に、アクリル系、ポリウレタン系、シリコーン系、フッ素系、メラミン系、グリオキザール系樹脂等のバインダー水溶液にトルマリン微粒子を混合した塗料を、繊維表面にコーティングしたマイナスイオン発生体が提案されている。このマイナスイオン発生体を、繰り返し圧力５００Ｐａ以上の環境下で使用することにより、マイナスイオンを供給し続けることができる。また特開平２００２−９５７３３号には、トルマリン粉末を担持した木材、金属、繊維等の板材を複数枚近接して配設するとともに、この板材に対して送風を行うファンを配設して、ファンから発生する気流によって板材同士が衝突することにより、トルマリン粉末が加圧されてマイナスイオンを発生するようにしたマイナスイオン発生装置が開示されている。
【０００４】
トルマリン単独で発生されるマイナスイオンは微量であるため、外部からの応力等を与えなくてもマイナスイオンを発生できるマイナスイオン発生体としては、例えば、特開２００１−２０１７７号公報に、ポリエステル等の合成繊維布の表面に自発分極を有する粉体と該粉体を励起する励起粉体の塗布膜を形成したものが提案されている。この塗布膜は、自発分極物質の粉末と励起剤の粉末の混合粉末を高分子エマルジョン等のバインダーに分散させてなる塗液を塗布することにより形成される。また特開２００２−８０８００号公報に、トルマリンの微粉末と、セメント系接着剤又は水ガラス系接着剤等の無機系接着剤を混合してなるマイナスイオン放出性コーティング剤が開示されている。
【０００５】
繊維等の被着体にトルマリン含有コーティング液を塗布するだけでなく、自発分極物質の粉末と励起剤の粉末をポリエステル樹脂等と混練した樹脂ペレットやシート状成形体も提案されている（特開２００１−１９４２０号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マイナスイオンの発生量を高めるために、塗料中に含まれる自発分極物質と励起剤の含有量を上げることが考えられるが、相対的にバインダー量を減らすことになるため、被着体への接着強度との関係で限界がある。
【０００７】
トルマリン含有塗膜の表面積を上げることによって、表層に現れるトルマリン量を高めてマイナスイオン発生量を上げたり（例えば特開２００１−１９４２０号）、トルマリンを担持する担体の表面積を上げて、空気との接触面積を上げること（例えば特開２００１−１４５６９４号）が提案されている。
【０００８】
本発明は、上記のような従来のマイナスイオン発生体とは別に、静置状態でよりマイナスイオンを多量に発生することができ、しかも高強度で耐久性あるマイナスイオン発生体、さらには当該マイナスイオン発生体を効率よく生産できる生産方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイナスイオン発生体は、耐熱性無機基材の表面に、自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜が形成されているものである。
【００１０】
前記耐熱性無機基材は、セラミックス製であってもよいし、金属製であってもよい。また、前記溶射皮膜は、気孔率３〜２０％の多孔質膜であることが好ましい。
前記自発分極物質はトルマリンであることが好ましく、前記放射性物質はモナザイトであることが好ましい。
【００１１】
前記溶射皮膜には、前記自発分極物質及び前記放射性物質が自発分極物質：放射性物質＝９：１〜２：８の割合で含有されていることが好ましい。
また、前記溶射皮膜は、膜厚２０〜５００μｍであることが好ましい。
【００１２】
本発明のマイナスイオン発生体の製造方法は、粒子径５〜１２５μｍの自発分極物質の粉末と粒子径５〜１２５μｍの放射性物質の粉末を混合した混合粉末を、耐熱性無機基材表面に溶射して、該耐熱性無機基材表面にマイナスイオン発生膜を形成する工程を含む。前記溶射はプラズマ溶射法により行うことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のマイナスイオン発生体は、耐熱性無機基材の表面に、自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜が形成されたものである。
【００１４】
本発明で使用する耐熱性無機基材は、表面に焼結膜を形成する際の温度でも軟化、変形、劣化しない無機物質からなる基材で、具体的には金属、セラミックス、無機系炭素材料、ガラスなどが用いられ得るが、好ましくはセラミックス製基材又は金属製基材を用途に応じて用いる。理由は明確ではないが、溶射皮膜の組成、膜厚が同じであっても、プラスチック等の有機基材に比べて金属やセラミックス等の無機基材の方がマイナスイオンの発生量が高くなる傾向にあり、さらにセラミックス製基材よりも金属製基材の方がマイナスイオン発生量が高くなる傾向にあるからである。また、金属製基材では焼結膜の接着強度を高めるために粗面化といった前処理が必要となるのに対し、セラミック製基材では本来的に表面が粗面化されているので前処理する必要がなく、生産上都合がよい。さらに後述するように、本発明のマイナスイオン発生体における溶射皮膜は多孔質膜であるため、基材表面の一部が空気や湿分に曝されることになり、基材の耐食性が問題となる場合がある。よって、加湿器やエアコンディナーのように湿分が高い空気と接する箇所への用途の場合にはセラミックス製基材が好ましく用いられる。
【００１５】
基材に使用する金属の種類は特に限定されず、銅、ニッケル、鉄、銀、アルミニウム、ステンレスなどを用いることができる。基材に使用するセラミックスの種類は特に限定しないが、具体的にはアルミナ、マグネシア等の酸化物系セラミックス；炭化珪素等の炭化物系セラミックス；窒化珪素等の窒化物系セラミックスなどを使用できる。
【００１６】
耐熱性無機基材の形状は特に限定せず、丸棒状、角棒状、平板、球体、塊状、枠状など、さらに構造物の一部として使用する場合にはその構造物に応じた形状でもよく、用途、マイナスイオンの使用箇所に応じて適宜選択することができる。
【００１７】
本発明で使用する自発分極物質としては、電気石として知られているトルマリンが最も自発分極が大きいので好ましく用いられる。トルマリンの他、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＫＴａＯ３、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３、ロッシェル塩、硫酸グリシン、リン酸カリウム、プロピオン酸カルシウムストロンチウムなどの強誘電体を用いることもできる。
【００１８】
ここで、トルマリンとは、天然の電気石系鉱物であり、一般式ＸＹ９Ｓｉ６Ｏ２７（式中、ＸはＮａ，Ｃａ，Ｋ，Ｍｎ、ＹはＭｇ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｌｉである）で表される。
【００１９】
放射性物質は、自発分極物質の励起剤として用いられる。すなわち、自発分極物質は、大きな自発分極を有するトルマリンであっても、振動や微弱電流などを与えることなく単独で発生するマイナスイオンは微量であるが、放射性物質との共存により静置状態でのマイナスイオン発生量が高められる。放射性物質から放射される放射線が自発分極物質結晶内の分極状態を乱し、結晶表面でマイナスイオンを発生しやすくしていると考えられる。
【００２０】
本発明で使用する放射性物質とは、人体に害を与えないような微量の放射線を放射しているものが好ましく使用され、具体的には、モナザイト、デービド鉱、ブランネル石、センウラン鉱、ニンギョウ石、リンカイウラン石、カルノー石、チャムン石、メタチャムン石、フランセビル石、トール石、コフィン石、サマルスキー石、トリウム石、トロゴム石などの天然鉱物が使用され、より好ましくはモナザイトが使用される。
【００２１】
自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜は、自発分極物質と放射性物質を基材表面に溶射して形成されるもので、気孔率３〜２０％程度の多孔質膜が好ましい。
【００２２】
溶射皮膜は、溶射材料として用いる自発分極物質及び放射性物質を熱に溶かして吹き付けることにより形成されるので、コーティング液における分散媒や接着剤のような介在物質を必要とすることがなく、自発分極物質と放射性物質とからなる膜を形成することができる。従って、自発分極物質の粉末と放射性物質とが近接した状態で混在しているので、自発分極物質が効率よく励起されることができる。一方、自発分極物質及び放射性物質を焼結して得られる焼結体の場合には、両物質がより緻密に近接していることになるが、焼成過程で自発分極物質の結晶構造に変化がもたらされているため、マイナスイオン発生量は低減する傾向にある。この点、溶射皮膜の形成においても溶射材料が高温で熱せられることになるが、溶射皮膜においては自発分極物質の結晶構造は維持されており、粉末のときのマイナスイオン発生効果が失われていないという驚くべき特徴を有している。溶射皮膜の場合、膜には粒子が完全に溶融したものの他、半溶融したもの、未溶融のものが混在しているためと推測される。さらに、溶射皮膜は液滴ないし粉末微粒子が基材に被着して形成されることから、開気孔、閉気孔を含んだ多孔質膜となっており、しかも表面は凹凸ある粗面膜となっている、従って、空気との接触面積が塗膜よりも大きくなっており、溶射皮膜を構成する一部の自発分極物質の結晶構造が変化してマイナスイオン発生効果が失われたとしても、高いマイナスイオン発生量を確保することができる。
【００２３】
溶射皮膜の気孔率は３〜２０％であることが好ましく、より好ましくは５〜１７％である。３％未満では、接触面積の増大によるマイナスイオン発生量の増大効果が小さく、２０％超では溶射皮膜の密着性が低下し、また皮膜の機械的強度が低下するからである。
【００２４】
溶射皮膜における自発分極物質と放射性物質の混合比率は、自発分極物質：放射性物質（質量比）が２：８〜９：１の範囲で、使用する自発分極物質及び放射性物質の種類やこれらの組合わせにより適宜選択される。自発分極物質としてトルマリンを使用し、放射性物質としてモナズ石を使用する場合には、トルマリン：モナズ石が９：１〜７：３とすることが好ましい。本発明では後述するように、自発分極物質の粉末と放射性物質の粉末の混合粉末を溶射することによりマイナスイオン発生膜を形成しているので、両物質の割合を広範囲に選択することができる。
【００２５】
溶射皮膜の膜厚は特に限定しないが、好ましくは２０〜５００μｍ、より好ましくは５０〜２００μｍである。２０μｍ未満では、薄すぎて自発分極物質が被着していない部分が増大するからである。一方、５００μｍ超ではマイナスイオン発生量の効果がほぼ飽和するのでコスト的に不利だからである。
【００２６】
本発明のマイナスイオンにおける溶射皮膜は、自発分極物質の粉末と放射性物質の粉末の混合粉末を、基材表面に溶射することにより形成される。溶射方法としては、溶射材料を燃焼炎で溶かすガス式であってもよいし、プラズマによって溶かす方法であってもよい。プラズマジェットを用いるプラズマ溶射が好ましく用いられる。プラズマ溶射方法としては、大気プラズマ溶射又は減圧雰囲気下で行う減圧プラズマ溶射などが用いられる。プラズマ溶射方法では、気孔率３〜２０％の溶射皮膜を容易に得ることができる。
【００２７】
溶射材料に使用する自発分極物質の粉末としては、粒子径５〜１２５μｍの粉末が好ましく、より好ましくは３０〜８０μｍのものが用いられる。５μｍ未満では溶射の際の溶融により得られる自発分極物質の液滴が小さくなりすぎて、マイナスイオン発生に有効な結晶構造を維持できないおそれがあるからである。一方、１２５μｍを超えると、溶射ガンへの流動性が低下して溶射しにくくなるだけでなく、気孔率が高すぎた膜が得られたり、溶射膜の密着性が悪くなるからである。また、放射性物質による励起効果も得にくくなるからである。尚、自発分極物質の粒度はマイナスイオン発生のレベルと関係していると考えられており、粉末をバインダーで分散する塗料タイプでは好ましい粒径範囲は狭く、粒度の調整をシビアに行う必要があるが、本発明で使用する自発分極物質の粉末の粒度の調整はそれ程厳しくなく、塗料タイプよりも広範囲の粒度分布を有する粉体を使用できる。
【００２８】
溶射材料に使用する放射性物質の粉末としては、好ましくは粒子径５〜１２５μｍ、より好ましくは３０〜８０μｍのものが用いられる。自発分極物質の粉末と同様に、バインダーを用いる塗料タイプよりも使用できる粒度分布が広い。溶射の際の溶融により粒子の一部ないし全てが溶融してしまうからである。
なお、自発分極物質及び放射性物質の粒子径は、粒子の８０％以上が上記範囲内にあることを意味している。
【００２９】
溶射材料における自発分極物質と放射性物質の含有比率、すなわち溶射材料として用いる混合粉末における自発分極物質の粉末と放射性物質の粉末の混合比率は、得ようとする焼結膜における両物質の混合比率に準じて、自発分極物質：放射性物質が２：８〜９：１となるようにすることが好ましい。溶射により得られるマイナスイオン発生膜では、使用した溶射材料の混合比率がほぼ維持されるからである。
【００３０】
以上のような構成を有する本発明のマイナスイオン発生体は、基材とマイナスイオン発生膜との組合わせにおいて、よりマイナスイオンの発生が高い組合わせを採用している。また、マイナスイオン発生膜としての溶射皮膜は、接着剤や分散媒といった介在物質なしで形成されているので、自発分極物質と放射性物質とが十分近接した状態で存在することができ、放射性物質の励起作用が有効に利用される。さらに、多孔質膜で、空気との接触面積を大きいので、静置状態において効率よくマイナスイオンを大量に発生させることができる。
【００３１】
従って、本発明のマイナスイオン発生体は、マイナスイオンの効果を発揮できる種々の用途に使用できる。例えば、空気清浄器に設置することにより、汚れたれた空気やプラスイオンを多く含む空気を中和してマイナスイオンを多く含むさわやかな空気に変えることができる。また、エアコンディショナーの吹き出し口や加湿器の通風部に設置することにより、マイナスイオン発生体から発生したマイナスイオンを多量に含む冷気、暖気又は蒸気を放出することができる。
【００３２】
尚、基材が金属の場合に多孔質の溶射皮膜については、基材表面が空気、さらに湿分に曝されることになるが、マイナスイオン発生膜の作用による湿分の電解により生じるＯＨ−イオンがヒドロニウムイオンとなって、水酸化鉄を四・三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に変えて、金属（特に鉄）の場合の酸化を抑制することが期待できる。よって、金属製基材もセラミック製基材ほどではないが、湿分に対する耐食性を有することが期待されるので、扇風機や送風機といった通常ないし乾燥空気との接触が主となる用途には、腐食の問題はないと考えられる。
【００３３】
【実施例】
〔マイナスイオンの測定方法〕
作製したマイナスイオン発生体のマイナスイオン量は、以下のようにして測定した。すなわち、神戸イオン商会から販売されているイオン測定器ＫＳＴ−９００のセンサ部を、マイナスイオン発生体から５ｃｍ離したところに配置して測定した。ＫＳＴ−９００は、１ｃｍ３中のマイナスイオンの個数（０．００２μｍ以下のイオン）が測定される。
【００３４】
〔マイナスイオン発生体の作製〕
Ｎｏ．１〜１０：
基材として、表１に示す材質からなる、直径８ｍｍで長さ２５０ｍｍの丸棒を用いた。自発分極物質の粉体としてトルマリン粉体（粒子径５〜８０μｍ）と、放射性物質の粉体としてモナズ石の粉体（粒子径５〜８０μｍ）を、トルマリン粉体：モナズ石粉体＝８：２で混合した。この混合粉体を大気プラズマ溶射装置を用いて、基材表面に溶射し、厚み約１２０μｍの溶射皮膜を形成した。形成された溶射皮膜の気孔率は、７〜１３％程度であった。
得られたマイナスイオン発生体表面のマイナスイオン量（個／ｃｍ３）を上記測定方法に基づいて測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
Ｎｏ．１１〜１４：
粒子径２０μｍ以下のトルマリン粉体と粒子径２０μｍ以下のモナズ石粉体を、トルマリン粉体：モナズ石粉体＝８：２で混合した混合粉体を、アクリル系バインダー水溶液（濃度４０％）中に分散させて、固形分６０％のマイナスイオン発生コーティング液を調製した。
このコーティング液を、表１に示す材質からなる、直径８ｍｍで長さ２５０ｍｍの丸棒表面に吹きつけ塗装して、厚み４０μｍのマイナスイオン発生塗膜を形成した。
得られたマイナスイオン発生体表面のマイナスイオン量を上記測定方法に基づいて測定した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2004084046.tif 000002
【００３７】
Ｎｏ．１〜１０の比較からわかるように、ほぼ同等の組成及び膜厚を有するマイナスイオン発生膜（溶射皮膜）であっても、基材の材質によりマイナスイオン発生量が異なり、プラスチック製基材よりもセラミック製基材、さらには金属製基材の方が大きいことがわかる。そして、セラミックス製基材及び金属製基材に自発分極物質と放射性物質とからなる溶射皮膜を形成することにより、快適といわれている滝のマイナスイオン効果に匹敵する２０００〜３０００個／ｃｍ３のマイナスイオンが発生していた。
【００３８】
一方、Ｎｏ．１１〜１４は、いずれも自発分極物質及び放射性物質に加えてバインダーを含む塗膜であり、基材としてマイナスイオン発生効果を最大に発揮させられると考えられるニッケル基材の場合でもせいぜい２０００個／ｃｍ３であり、他の金属製基材やセラミック製基材では２０００個／ｃｍ３以上のマイナスイオンを発生させることはできなかった。
【００３９】
Ｎｏ．１〜１０とＮｏ．１１〜１４の比較から、基材の種類にかかわらず、溶射皮膜の方がマイナスイオン発生量が多くなることがわかる。多孔質の溶射皮膜は、塗膜より表面積が大きいためと考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のマイナスイオン発生体は、放射性物質と自発分極物質とをバインダー等の他の物質を介在させることなく近接させているので、放射性物質の励起効果を有効に生かせることができる。しかも放射性物質と自発分極物質は、空気との接触面積を高めた多孔質の溶射皮膜として存在しているので、天然鉱物を用いる方法でありながら、高いマイナスイオン発生量を得ることができる。
また、マイナスイオン発生膜から本来発生されるマイナスイオン発生量を有効に発生させることができる無機基材を用いており、さらにセラミックス基材を用いることにより、基材表面が多量の湿分に曝される用途に使用することも可能となる。