(57)【要約】【課題】  荷電粒子浸透効果を主とし、磁力線効果、赤外線効果との相乗効果を効率的に発揮し、宝飾品としても使用できる健康医療器具を提供する。【解決手段】  人体の加温効果による熱電素子の熱起電力を利用した。人体内部への継続的な荷電粒子浸透効果が維持される。熱電素子の近傍に磁石又は赤外線放射材料を配置して、磁力線及び赤外線放射効果を相乗的に発揮させる。磁力線発生には、熱電素子を埋めこんだ硬質磁石又は健康医療器具を構成する金属バンドに半硬質磁性材料を使用する。【選択図】図１
2007319248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体熱電素子をその一方の電極が人体側に存在し、他方の電極が人体と反対側に存在するように配設してなる健康医療器具。
【請求項２】
半導体熱電素子は、Ｐ型及びＮ型単体半導体又はＰＮ接合型半導体である請求項１記載の健康医療器具。
【請求項３】
半導体熱電素子として単元素半導体であるＧｅ，Ｓｉを、化合物半導体としてＦｅＳｉＯ２等の珪化物，Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のカルコゲン化合物、Ｃａ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｃｒ、Ｚｎ等酸化物を単独で又は組合せて使用した請求項１又は２記載の健康医療器具。
【請求項４】
半導体熱電素子の近傍に磁石又は赤外線放射材料を含む複合磁石を配置したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の健康医療器具。
【請求項５】
単体半導体熱電素子の互いに反対側の面に電極金属を着け、一方の電極金属を人体表面に近接又は密着させる加熱端とし、他方の電極金属を健康医療器具を構成する金属部材に接続して冷却端としたことを特徴とする請求項１，２，３，又は４記載の健康医療器具。
【請求項６】
ＰＮ接合型半導体熱電素子を健康医療器具を構成する金属部材に樹脂又は低温半田蝋により１個又は複数個埋め込んであることを特徴とする請求項２記載の健康医療器具。
【請求項７】
金属部材として、抗磁力Ｈｃ４００Ｏｅ以下の半硬質磁性材料を用いたことを特徴とする請求項６記載の健康医療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子の人体浸透効果をもたらす健康医療器具、特に半導体熱電素子を用いるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁力線の人体への血行促進効果を利用するため、磁石材料をチップ状化し、これを粘着テープ等で人体に貼りつけて健康医療器具として使用することは、広く行われている。
磁石には、（ＢＨ）ｍａｘが３程度のフェライト磁石、（ＢＨ）ｍａｘが５ないし１０程度のアルニコ系金属磁石が用いられ、また最近では、（ＢＨ）ｍａｘが１０ないし３０にもなるエネルギー積の大きな希土類磁石が使用されている。
【０００３】
赤外線にも、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、磁石同様にチップ状に加工され、健康医療器具として使用されてきている。赤外線放射材料としては、波長１００μｍ程度の遠赤外線を出すＧｅから、波長１０−１５μｍの赤外線を出すトルマリン等も使用されてきている。
【０００４】
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てくる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。最近では、磁力線単体又は赤外線単体ではその作用効果が限定されるため、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、例えばトルマリンを使用した健康医療器具について言えば、赤外線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。
しかしながら、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とき、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。即ち、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】
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、赤外線荷電粒子粉末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トして、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
【０００７】
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、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てくる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有効に利用されていない。
【０００８】
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。また、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小さく、この意味でも、従来型の複合磁石タイプでの電荷浸透効果は殆ど期待できない。このため、本発明者は、磁力線の遠接作用効果と赤外線及び荷電粒子の近接作用効果を利用した表面コート型複合磁石を特願2006-429１5で提案したが、電荷浸透効果は時間的に限られる。
【０００９】
本発明は、上記従来の複合磁石を用いる健康医療器具の欠点を排除するためになされたものである。すなわち、本発明が解決しようとする第一の課題は、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ることができる健康医療器具を提供することにある。また、第二の課題は、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つつ、磁力線と赤外線の相乗効果も十分に発揮す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】
【００１０】
本発明は、前記第一の課題を解決するために、半導体熱電素子をその一方の電極が人体側に存在し、他方の電極が人体と反対側に存在するように配設して健康医療器具を構成したことを特徴とする(請求項１)。
すなわち、電荷発生素子として温度差により定常的に電荷を発生する半導体熱電素子を、健康医療器具を身体に装着した時の人体接触面と外気接触面との温度差を利用して発電機能を発揮させるように、半導体素子の配置を工夫したものである。これにより、半導体熱電素子の体表面よりの加熱に基づく熱起電力による荷電粒子の皮膚浸透効果を利用することができる。
このように配置された熱電素子を有する健康医療器具を人体に装着して使用する場合は、その熱電素子の人体接触面と外気接触面では、体温による加熱効果と外気による表面冷却効果とで、常に温度差が生じている。熱電素子は、温度差により発電するため、健康医療器具として装着している時は、常に荷電粒子浸透効果が期待できる。ゼーペック効果は、熱電素子に温度差があれば発生するので、人体接触面と外気接触面のどちらの温度が高くても、起電力は発生する。どちらの温度が高いかよってプラスマイナスの極性が反転するのみであり、荷電粒子の作用効果には影響がない。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様は、半導体熱電素子として単体半導体のゼーペック効果及びこの効果をさらに高揚するＰＮ接合半導体を使用したことを特徴とする（請求項２）。
半導体熱電素子の具体例として、単元素半導体であるＧｅ，Ｓｉを、化合物半導体としてＦｅＳｉＯ２等の珪化物，Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のカルコゲン化合物、Ｃａ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｃｒ、Ｚｎ等酸化物又は金属不定比酸化物半導体を単独で又は組合せて使用することができる(請求項３)。
通常酸化物は絶縁体に近く比抵抗が大きいので、熱電半導体として使用する場合は、化学当量比からずらした不定比酸化物の形で使用される。
さらに、半導体熱電素子の近傍に磁石又は赤外線放射材料を含む複合磁石を配置することが好ましい（請求項４）。具体的には、酸化物又は希土類磁石に穴をあけ、中心部に熱電素子を埋め込むか、又は磁力線を出す金属健康医療器具に熱電素子を埋め込む構造が提案できる。場合によっては磁石材料の表面に赤外線放射材料をコートしても良い。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。
また、単体熱電半導体では電極が対向面になるため、外側電極に健康医療器具を構成する金属を密着させて、その金属で熱電素子冷却端及び電荷粒子の人体への浸透用電極を兼ねる構造にすることが望ましい(請求項５)。
ＰＮ接合熱電素子は、電極が同一面に来るため、人体に電極面を接触でき、荷電粒子浸透効果が発揮できる。このため、健康医療器具を構成する金属に穴又はスリットを開け、その穴又はスリットにＰＮ接合熱電素子を樹脂又は低温半田蝋で固定して使用できる。場合によっては、ＰＮ接合熱電素子を磁石に埋め込み、その磁石を前記健康医療器具に埋め込んでもよい（請求項６）。
また、個別磁石の替わりに、加工性のよい抗磁力Ｈｃ４００Ｏｅ以下の半硬質磁性材料でバンド（帯）状の健康医療器具を構成し、金属バンド全体より磁場を発生させても良い（請求項７）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、半導体熱電素子の体温による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力に基づく荷電粒子浸透効果を利用するため、圧電焦電材料による時間的に限定された定常状態に達するまでの電荷発生とは異なり、本健康医療器具装着時には常に電荷の効果が期待できる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、Ｐ型及びＮ型単体熱電素子又はＰＮ接合型熱電素子を電気的に直列又は並列に接続して使用することにより、発生起電力を増加することができる。
請求項３の発明によれば、半導体熱電素子として、単元素半導体であるＧｅ，Ｓｉ、化合物半導体としてＦｅＳｉＯ２等の珪化物、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のカルコゲン化合物、Ｃａ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｃｒ、Ｚｎ酸化物又は金属不定比酸化物を使用する場合は、これらの半導体はキャリア荷電粒子の数が金属に比べて３桁程少ない１０Ｅ１９個  /ccになるようドーパント不純物濃度を制御するため、温度差によるキャリアの濃度分布の差が大きくとれ、ゼーペック係数が金属より１ないし２桁大きく比抵抗も比較的小さいので電荷浸透効果は大きい。絶縁物はキャリアの数が少ないので、起電力があっても比抵抗が数ｋΩ−ｃｍ以上と大きく電流が流れないので荷電粒子浸透効果は期待できない。
請求項４の発明によれば、荷電粒子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。
請求項５の発明によれば、Ｐ型又はＮ型単体熱電素子の場合は健康医療器具を構成する金属バンド（腕輪、指輪等）に熱電素子の電極を兼ねる冷却端を密着させて放熱効果を上げ、反対側電極を人体に密着させて、温度差をつくり、発生起電力を増加させ、荷電粒子浸透効果を増すことができる。
請求項６によれば、ＰＮ接合型半導体熱電素子の場合は、単体熱電素子に比較して熱起電力が大きいので、健康医療器具を構成する金属バンドの外気接触面にＰＮ接合面を、反対側の電極を人体接触面側に埋め込み、プラスマイナス電極線を金属バンドに接続し、金属バンドを人体電荷浸透電極として使用することができる。
請求項７によれば、健康医療器具を構成する金属バンドを半硬質磁性材料で作り、人体に弱磁場を作用させて相乗効果を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、荷電粒子浸透効果を高めるため、半導体熱電素子を健康医療器具に使用して人体温により温度差を発生させ、ゼーペック効果により発生する持続的な起電力を荷電粒子浸透に使用するものである。
固体材料の温度差により発生する起電力を利用する場合は、その性能係数は数式（１）で示される。
Ｚ＝  Ｓの２乗／ KxΩ       ・・・・・・（１）
Ｚは性能指数、Ｓは材料に発生する起電力（ゼーペック係数）、
Ｋは材料の熱伝導率、Ωは材料の比抵抗。
金属は、伝導電子が多いため、温度差による電子の拡散により生じる熱起電力は１０μＶ／℃程度と小さく、また電子による熱伝導が大きいため、性能指数は小さい。
逆に、絶縁物は熱拡散による移動電子が少なく、熱起電力も比較的小さく、電気抵抗も高いので、同じく性能指数は小さい。チタン酸化物では、１００μＶ／Ｋ程度の熱起電力をもつ化合物もあるが、比抵抗が１ＫΩ−ｃｍ程度と大きく、厚さ１ｍｍＸ４ｍｍφの円盤に加工しても素子の内抵抗は１ｋΩを切ることが難しく、  １５０−３００Ωと言われる人体内部抵抗を無しにしても、最大０．１μＡ程度の電流しか流れず、生体電流２０−６０μＡに比較して小さく、有効性は期待できない。このため、中間的な性質を持つ半導体熱電素子が利用される。単体元素であるＧｅとＳｉを熱電半導体として使用する場合は、半導体電気回路に使用する場合と異なり、１０Ｅ１９個/cc程度と高濃度アクセプター又はドナーをドープした不純物半導体が使用される。半導体熱電素子の熱起電力は、300−400μＶ／℃にもなるので、温度差が１０−３℃あれば、生体電流効果が期待できる。
起電力が不足する場合は、Ｐ型及びＮ型半導体熱電素子を１個又は複数個直列接続したものを使用する。Ｐ型素子及びＮ型素子の１組を使用した場合は、各単体素子が３００μＶの起電力があれば、ＰＮ接合一組で６００μ／℃の起電力が期待できる。この素子を１０組直列した熱電素子を温度差５℃で使用した場合は、３０ｍＶの起電力が期待できる。
また、半導体熱電素子の近傍に赤外線放射材料及び磁石又は赤外線放射材料と磁石粉末の混合体から成型された複合磁石を使用した場合は、赤外線、荷電粒子と磁力線の複合効果が期待できる。この場合、赤外線輻射材料としては禁止バンド幅１．５ｅＶ以上の絶縁体赤外線輻射材料と、禁止バンド幅０．４ｅＶ以下の半導体赤外線輻射材料とを共用して、波長の異なる赤外線を同時に使用することが望ましい。
絶縁体赤外線輻射材料としては、トルマリン、黒水晶等が従来より使用されているが、火薬の爆発力で作成されるダイヤモンド超微粒子（ＵＤＤ：Ultra-Dispersed Diamonds）の使用も好ましい。このダイヤモンドは、中心核が単結晶ダイヤで、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特殊な構造をもっているため、全波長で赤外線輻射能が大きい。半導体赤外線輻射材料としては、Ｇｅ，ＩｎＳｂ等が挙げられる。
【００１５】
本発明の具体例として、半導体熱電素子にＢｉ−Ｔｅ熱電半導体を用いる例について説明する。
Ｐ型及びＮ型不純物《アクセプターとドナー》を入れたＢｉ−Ｔｅ合金を、不活性雰囲気中で坩堝にて溶解した後、冷却された金属ロールに吹きつけて急冷凝固させる。得られた薄片Ｂｉ−Ｔｅ合金をメカニカル・アトライター又はボールミルにて粉砕する。急冷凝固品は結晶粒が細かいので、得られた粉末の粒子サイズは細かくなる。得られた粉末に、必要ならば結合剤を加えて、所定の型に粉末燒結成型して、Ｐ型又はＮ型単体熱電素子を作る。ＰＮ接合型熱電素子の場合は、アルミナ等絶縁物紛体をＰ型及びＮ型熱電素子粉末の間に入れて、複数層を構成し、同時にプレス成型燒結する方法も選択できる。
成型方法は、粉末燒結以外に、真空蒸着、スパッタ、溶射方法等が適用できるが、熱電素子構成結晶は、微細化されることが好ましい。
熱電素子の性能指数は、前掲数式（１）に示されるように、ゼーペック係数、熱伝導率、電気伝導率で決定される。ゼーペック係数及び電気伝導率は半導体中のキャリア濃度の関数であり、最適値が存在する。熱伝導率は、熱励起キャリアよって運ばれる熱と格子振動フォノンによって運ばれるものの和で決定される。熱励起キャリアは、荷電粒子を運ぶため、ある割合より減らすことができず、最適キャリア濃度が存在する。最適値は通常１０Ｅ１９個  /ｃｃのキャリア濃度と一致する。したがって、性能指数を上げるためには、格子振動フォノンによって運ばれる熱伝達を減らす必要がある。
結晶粒が微細化されると、結晶粒界面では荷電粒子及びフォノン振動が妨げられるが、キャリアの方が波長が長いので、粒界面での影響を受け難く、結果として性能指数が向上する。このため、熱電素子の結晶粒は、どのような製法がとられようとも、微細化は必要である。
【００１６】
熱電素子と併用される磁石材料としては、フェライト磁石及び希土類磁石又はアルニコ等の金属磁石が使用される。磁石としては、バリウムフェライト磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ希土類磁石、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のアルニコ磁石も挙げられるが、Ｆｅ−Ｃｒ―Ｎｉ系  Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ系等半硬質磁性材料は、圧延線引加工が可能であるので、健康器具金属バンドとして好ましい。抗磁力Ｈｃ４００Ｏｅ以下の機械加工性の良い半硬質磁性材料との組み合わせも有効である《請求項７》。抗磁力４００Ｏｅを超える半硬質磁性材料は、機械的に脆くなるので、金属バンドの製造が難しくなり、実用的ではなくなる。
【００１７】
同時に使用される赤外線輻射材料としては、波長１０−１６μｍの赤外線を出す禁止バンド幅１．５ｅＶ以上の圧電焦電材料、例えばトルマリン、及び波長５０μｍ以上の赤外線を出す禁止バンド幅０．４ｅＶ以下の半導体、例えばＧｅを同時に使用することが好ましい。熱電半導体は、通常禁止バンドが０．４ｅＶ以下で遠赤外線も同時に放出するので、短波長赤外線単独使用でも、場合によっては、効果が期待できる。また、単一材料で全波長の赤外線を効率よく出すＵＤＤダイヤモンド微粒子を使用すれば、製造工程が簡単になる。
【実施例】
【００１８】
続いて、本発明を腕輪の形態に具現化した場合の実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例の健康医療器具である腕輪の正面図、図２は同腕輪の構成要素である金属帯及びその金属帯に埋め込まれる熱電素子の拡大図であり、図３は第２実施例の健康医療器具である腕輪の一部透視正面図、図４は同腕輪の金属帯に埋め込まれているＰＮ接合熱電素子の例を示す拡大図、図５は第３実施例になる腕輪の構成要素である熱電素子と磁石及びこれを組み込んだ金属帯の構造を示す断面図、図６は第４実施例になる腕輪の構成要素である半硬質磁性材料金属帯の構造を示す断面図である。
【００１９】
図１に示す第１実施例である腕輪Ａは、非磁性Ｔｉ系合金からなる複数個の円弧状の金属帯１をその両端に設けてある結合リング２同士をチェーン接続して環状バンドに構成され、互いに対向する位置に存在する金属帯１ａ，１ｂにＢｉ−Ｔｅ系半導体を直列接続するようにＰ型熱電素子３ｐとＮ型熱電素子３ｎを熱起電力の極性が互いに逆になるように向けて埋め込んである。Ｐ型熱電素子３ｐとＮ型熱電素子３ｎは、図２に示すように、両端に極性が互いに異なる電極Ｐ１，Ｐ２を有するもので、一方の電極Ｐ２は金属帯１の人体接触面側に突出され、他方の電極Ｐ１は金属帯１の外気接触面側に位置されている。
熱起電力の極性が互いに逆になるので、出力が倍になる。図２において、Ｔ１，Ｔ２は温度であり、Ｔ１とＴ２が異なる時には常に起電力が生じる。
【００２０】
図３に示す第２実施例である腕輪Ｂは、非磁性Ｔｉ系合金からなる一つの金属帯１の中に図４（ａ）に示される１個のＰＮ接合型熱電素子３ｐｎを埋め込んで、腕輪の半分ずつを身体荷電粒子浸透電極とした構成を有するものである。図３の１ｄは、絶縁端子である。更に起電力を必要とする場合は、ＰＮ接合型熱電素子に代えて、図４（ｂ）に示されるような複数個のＰＮ接合型熱電素子を同様に用いることもできる。
【００２１】
図５は、第３実施例である腕輪（Ｃ、図示省略）の構成要素である非磁性Ｔｉ系合金からなる金属帯１に、フェライト磁石４の中心に熱電素子３を埋め込んでユニット化した素子を固定したものである。
【００２２】
図６は、第４実施例である腕輪（Ｄ、図示省略）を構成する金属帯１に、Ｆｅ−１８Ｃｒ−９Ｎｉ系半硬質磁性ステンレスを使用し、その金属帯１に熱電素子３を埋め込んだものである。半硬質磁性材料の磁気特性は、Ｂｓ２２００Ｇ，Ｂｒ４６０Ｇ，Ｈｃ１２０Ｏｅであった。
【００２３】
前記腕輪（Ｃ）のフェライト磁石４の人体接触面及び腕輪（Ｄ）の半硬質磁性材料表面に、それぞれ、ルテニウム酸化物及びUDDダイヤモンドを含む赤外線放射材料をコートしたもの（Ｅ）を第５実施例として製作した。
【００２４】
上記各実施例の腕輪（Ａ）〜（Ｅ）を腕に装着し、所定時間後の体温上昇効果をサーモグラフで測定し、筋肉疲労回復効果による血流促進の評価をした。
（Ａ）人体による加温により４度の温度差が得られ、発生する起電力として２４ｍＶが得られ、１０μＡ程度の荷電粒子浸透効果が得られた。  
（Ｂ）人体による加温で３ｍＶ（ＰＮ接合１組）及び２．４ｍＶ（１５組複数ＰＮ接合）の電圧が発生し、約３及び３０μＡの荷電粒子浸透効果が得られた。
（Ｃ）前の実施例と同じ荷電粒子浸透効果に加えて、磁力線強度５００Ｇが得られ、磁気荷電粒子の相乗効果が得られた。
（Ｄ）５０Ｇの弱磁場が発生し、荷電粒子浸透効果と磁力線を併用し、相乗効果を得た。
（Ｅ）荷電粒子浸透効果、磁力線効果、赤外線効果の相乗効果を得た。    
【００２５】
測定結果    サーモグラフによる平均温度上昇
（Ａ）      ２．０℃  
（Ｂ）      ２．５℃（ＰＮ接合１組）  3.5℃（１５組ＰＮ接合）
（Ｃ）      ３．７℃（１５組ＰＮ接合）  ２．６℃（Ｐ及びＮ素子）
（Ｄ）      ３．９℃（１５組ＰＮ接合）  ２．８℃（Ｐ及びＮ素子）
（Ｅ）  フェライト磁石表面赤外線コート（ルテニウム酸化物）  ４．０℃（１５組ＰＮ接合）
半硬質金属バンド赤外線コート（UDDダイヤモンド）    ４．２℃（１５組ＰＮ接合）
【００２６】
上記測定結果から明らかなように、人体の加温による熱起電力を使った荷電粒子浸透効果を利用した本発明に係る健康医療器具は、筋肉疲労回復効果による血行促進による体温上昇が大きい。
さらに、磁力線及び赤外線の相乗効果を併用すると、効果が一層促進される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の半導体熱電素子の体温加熱による熱起電力を利用した荷電粒子浸透効果及び磁力線と赤外線効果の人体に対する複合作用を利用した健康医療器具は、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以外に、動物用医療器具としても応用できる。
特に、従来の圧電焦電材料の定常温度に達するまでの時間限定的な電荷浸透効果と異なり、定常的に電荷が流れるため、健康医療器具としての効果は著しく大きい。
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】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例の健康医療器具である腕輪の正面図。
【図２】同腕輪の構成要素である金属帯及びその金属帯に埋め込まれる熱電素子の拡大図。
【図３】第２実施例の健康医療器具である腕輪の一部透視正面図。
【図４】同腕輪の金属帯に埋め込まれている熱電素子の例を示す拡大図。
【図５】第３実施例になる腕輪の構成要素である金属帯及び熱電素子の構造を示す断面図。
【図６】第４実施例になる腕輪の構成要素である金属帯の構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ，Ｂ    腕輪（健康医療器具）
１        金属帯
２        結合リング
３        熱電素子
３ｐ      Ｐ型熱電素子
３ｎ      Ｎ型熱電素子
３ｐｎ    ＰＮ接合型熱電素子
３ｐｎ’  ＰＮ連続型熱電素子
Ｐ１，Ｐ２  電極
４        永久磁石
５        半硬質磁性材料金属帯
【図１】
2007319248.tif 000003
【図２】
2007319248.tif 000004
【図３】
2007319248.tif 000005
【図４】
2007319248.tif 000006
【図５】
2007319248.tif 000007
【図６】
2007319248.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月6日(2006.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体熱電素子をその一方の電極が人体側に存在し、他方の電極が人体と反対側に存在するように配設してなる健康医療器具。
【請求項２】
半導体熱電素子は、Ｐ型及びＮ型単体半導体又はＰＮ接合型半導体である請求項１記載の健康医療器具。
【請求項３】
半導体熱電素子として単元素半導体であるＧｅ，Ｓｉを、化合物半導体としてＦｅＳｉＯ２等の珪化物，Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のカルコゲン化合物、Ｃａ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｃｒ、Ｚｎ等酸化物を単独で又は組合せて使用した請求項１又は２記載の健康医療器具。
【請求項４】
半導体熱電素子の近傍に磁石又は赤外線放射材料を含む複合磁石を配置したことを特徴
とする請求項１、２又は３記載の健康医療器具。
【請求項５】
単体半導体熱電素子の互いに反対側の面に電極金属を着け、一方の電極金属を人体表面
に近接又は密着させる加熱端とし、他方の電極金属を健康医療器具を構成する金属部材に
接続して冷却端としたことを特徴とする請求項１，２，３，又は４記載の健康医療器具。
【請求項６】
ＰＮ接合型半導体熱電素子を健康医療器具を構成する金属部材に樹脂又は低温半田蝋に
より１個又は複数個埋め込んであることを特徴とする請求項２記載の健康医療器具。
【請求項７】
金属部材として、抗磁力Ｈｃ４００Ｏｅ以下の半硬質磁性材料を用いたことを特徴とす
る請求項６記載の健康医療器具。
【請求項８】
ＳＰ3 結晶構造及びＳＰ2 結晶構造を有する複合炭素粒子を併用していることを特徴とする請求項１、２，３，４，５，６又は７に記載の健康医療器具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、荷電粒子浸透効果を高めるため、半導体熱電素子を健康医療器具に使用して人体温により温度差を発生させ、ゼーペック効果により発生する持続的な起電力を荷電粒子浸透に使用するものである。
固体材料の温度差により発生する起電力を利用する場合は、その性能係数は数式（１）で示される。
Ｚ＝  Ｓの２乗／ KxΩ       ・・・・・・（１）
Ｚは性能指数、Ｓは材料に発生する起電力（ゼーペック係数）、
Ｋは材料の熱伝導率、Ωは材料の比抵抗。
金属は、伝導電子が多いため、温度差による電子の拡散により生じる熱起電力は１０μＶ／℃程度と小さく、また電子による熱伝導が大きいため、性能指数は小さい。
逆に、絶縁物は熱拡散による移動電子が少なく、熱起電力も比較的小さく、電気抵抗も高いので、同じく性能指数は小さい。チタン酸化物では、１００μＶ／Ｋ程度の熱起電力をもつ化合物もあるが、比抵抗が１ＫΩ−ｃｍ程度と大きく、厚さ１ｍｍＸ４ｍｍφの円盤に加工しても素子の内抵抗は１ｋΩを切ることが難しく、１５０−３００Ωと言われる人体内部抵抗を無しにしても、最大０．１μＡ程度の電流しか流れず、生体電流２０−６０μＡに比較して小さく、有効性は期待できない。このため、中間的な性質を持つ半導体熱電素子が利用される。単体元素であるＧｅとＳｉを熱電半導体として使用する場合は、半導体電気回路に使用する場合と異なり、１０Ｅ１９個／cc程度と高濃度アクセプター又はドナーをドープした不純物半導体が使用される。半導体熱電素子の熱起電力は、300−400μＶ／℃にもなるので、温度差が１０−３℃あれば、生体電流効果が期待できる。
起電力が不足する場合は、Ｐ型及びＮ型半導体熱電素子を１個又は複数個直列接続したものを使用する。Ｐ型素子及びＮ型素子の１組を使用した場合は、各単体素子が３００μＶの起電力があれば、ＰＮ接合一組で６００μＶ／℃の起電力が期待できる。この素子を１０組直列接続した熱電素子を温度差５℃で使用した場合は、３０ｍＶの起電力が期待できる。
また、半導体熱電素子の近傍に赤外線放射材料及び磁石又は赤外線放射材料と磁石粉末の混合体から成型された複合磁石を使用した場合は、赤外線、荷電粒子と磁力線の複合効果が期待できる。この場合、赤外線輻射材料としては禁止バンド幅１．５ｅＶ以上の絶縁体赤外線輻射材料と、禁止バンド幅０．４ｅＶ以下の半導体赤外線輻射材料とを共用して、波長の異なる赤外線を同時に使用することが望ましい。
絶縁体赤外線輻射材料としては、トルマリン、黒水晶等が従来より使用されているが、火薬の爆発力で作成されるダイヤモンド超微粒子の使用も好ましい。このダイヤモンド超微粒子（以下、ナノダイヤという。）は、中心核がＳＰ3 結晶構造の単結晶ダイヤで、その表面がＳＰ2 結晶構造に近い薄いグラファイトライク層で覆われた特殊な構造をもっているため、全波長で赤外線輻射能が大きい。ナノダイヤの禁止バンド幅は５．５ｅＶである。半導体赤外線輻射材料としては、Ｇｅ，ＩｎＳｂ等が挙げられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
同時に使用される赤外線輻射材料としては、波長１０−１６μｍの赤外線を出す禁止バンド幅１．５ｅＶ以上の圧電焦電材料、例えばトルマリン、及び波長５０μｍ以上の赤外線を出す禁止バンド幅０．４ｅＶ以下の半導体、例えばＧｅを同時に使用することが好ましい。熱電半導体は、通常禁止バンドが０．４ｅＶ以下で遠赤外線も同時に放出するので、短波長赤外線単独使用でも、場合によっては、効果が期待できる。また、ナノダイヤは、単一材料で全波長の赤外線を効率よく出す。このナノダイヤが赤外線輻射能においてトルマリンよりも格段に優れていることは、図７から明らかである。図７は、エポキシ樹脂に５０ｗｔ％のトルマリンを混合したもの及びエポキシ樹脂に１０ｗｔ％のナノダイヤを混合したものをそれぞれ１５０℃で加熱凝固したサンプルＳ１，Ｓ２を４０℃の環境で赤外線分光放射能を測定した場合のナノダイヤとトルマリンの赤外線輻射能の特性の比較を示す。ナノダイヤは、配合量がトルマリンの５分の１にもかかわらず、放射される赤外線放射量が大きい。さらに、ナノダイヤを使用すれば、製造工程が簡単になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７】
2007319248.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月19日(2006.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例の健康医療器具である腕輪の正面図。
【図２】同腕輪の構成要素である金属帯及びその金属帯に埋め込まれる熱電素子の拡大図。
【図３】第２実施例の健康医療器具である腕輪の一部透視正面図。
【図４】同腕輪の金属帯に埋め込まれている熱電素子の例を示す拡大図。
【図５】第３実施例になる腕輪の構成要素である金属帯及び熱電素子の構造を示す断面図。
【図６】第４実施例になる腕輪の構成要素である金属帯の構造を示す断面図。
【図７】ナノダイヤとトルマリンの赤外線輻射能特性の比較図。