(57)【要約】下地層１１と、下地層１１に塗布された少なくともケイ酸と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材とから成る塗布層１３を有する壁面パネルであって、ケイ酸鉱物に含まれる陽イオンと大気中の水分がイオン交換されることにより、界面においてマイナスイオンを生成する。塗布層は火山噴出物が１０重量部に対し、４〜５重量部の結合材を混合し、適量の水を加えて混練したものである。マイナスイオンの発生量は単位体積あたり、通常大気中に存在するマイナスイオンの３倍〜６倍の量である。
2003001008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層と、
前記下地層に塗布され、少なくともケイ酸と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材から成る塗布層と、
を有し、前記ケイ酸鉱物に含まれる陽イオンと大気中の水分がイオン交換されることにより、界面においてマイナスイオンを生成することを特徴とする壁面パネル。
【請求項２】
前記マイナスイオンの発生量は、単位体積あたり、通常大気中に存在するマイナスイオンの３倍〜６倍の量であることを特徴とするクレーム１に記載の壁面パネル。
【請求項３】
前記塗布層は、前記火山噴出物が１０重量部（ｗｅｉｇｈｔ  ｐａｒｔｓ）に対し、４〜５重量部（ｗｅｉｇｈｔ  ｐａｒｔｓ）の結合材を混合し、適量の水を加えて混練したことを特徴とするクレーム１に記載の壁面パネル。
【請求項４】
下地層と、
前記下地層に塗布され、少なくともケイ酸と、酸化アルミニウムと、酸化チタンとを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材から成る塗布層と
を有し、前記酸化チタンが触媒となって、前記ケイ酸塩鉱物中に含まれる水分または酸素が酸化還元反応を起こして活性酵素種または酸素フリーラジカルを生成することを特徴とする壁面パネル。
【請求項５】
下地層と、
前記下地層に塗布され、少なくともケイ酸と、酸化アルミニウムと、酸化チタンとを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材から成る塗布層と
を有し、前記酸化チタンが触媒となって、空気中の水分または酸素と反応して塗布層表面に活性酵素種または酸素フリーラジカルを生成することを特徴とする壁面パネル。
【請求項６】
少なくともケイ酸と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材を塗布（ｐｌａｓｔｅｒ）した壁面と、
空気中の水分量を調整する湿度制御装置と
を備え、前記湿度制御装置で湿度を調整することによって、前記壁面によるイオン交換速度（ｒａｔｅ）を制御して、前記壁面から所望量のマイナスイオンを発生させることを特徴とするマイナスイオン発生システム。
【請求項７】
前記湿度制御装置は、加湿器であることを特徴とするクレーム６に記載のマイナスイオン発生システム。
【請求項８】
前記湿度制御装置は、湿度調整機能を有するエアコンディショナーであることを特徴とするクレーム６に記載のマイナスイオン発生システム。
【請求項９】
前記システムは、居住空間に適用されることを特徴とするマイナスイオン発生システム。
【請求項１０】
少なくともケイ酸と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山灰土に、所定量の結合材と水を加えて混練し、任意の平面に塗布して壁面を形成するステップと、
常温で空気中の水分と自然反応させてイオン交換を行わせ、前記塗布面においてマイナスイオンを発生させるステップと
を含むマイナスイオン発生方法。
【請求項１１】
前記火山灰土を直径５ｍｍ以下の粒径に整え、１００℃〜８００℃の温度で焼成して乾燥させるステップをさらに含むことを特徴とするクレーム１０に記載のマイナスイオン発生方法。
【請求項１２】
前記壁面に水を噴霧して、イオン交換を促進させ、発生するマイナスイオンの量を増大させるステップをさらに含むことを特徴とするクレーム１０に記載のマイナスイオン発生方法。
【請求項１３】
前記壁面は、建物の内壁であり、前記建物内の湿度を調整することによって前記イオン交換量を制御し、前記塗布面において所望量のマイナスイオンを発生させるステップをさらに含むことを特徴とするクレーム１０に記載のマイナスイオン発生方法。
【請求項１４】
前記塗布面は、建物の外壁であることを特徴とするクレーム１０に記載のマイナスイオン発生方法。
【請求項１５】
少なくともケイ酸と、酸化アルミニウムと、酸化チタンとを含むケイ酸塩鉱物から成る火山灰土に、所定量の結合材と水を加えて混練し、任意の平面に塗布して壁面を形成し、
前記酸化チタンを触媒として、水分または酸素を自然に酸化還元反応させて活性酵素種または酸素フリーラジカルを発生させることにより、前記壁面を空気浄化フィルタとして使用する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の技術背景
１．発明の分野
本発明は、天然の火山噴出物（火山灰土）を主成分とする壁材を塗布した壁面が、高いマイナスイオン生成機能を有するという発見に基づくものであり、壁材が有する陽イオン交換機能を利用して、マイナスイオンを効率的に発生させるシステムおよび方法に関するものである。
２．従来の技術
近年、埋蔵量が豊富な火山噴出物の一種であるシラスを活用する研究が、建築の分野で行われている。シラスとは、南九州に広く分布する白色粗しょうの火山噴出物と、それに由来する２次堆積物の総称である。従来は、このシラスを２次的に加工したものを建材として利用する例がほとんどであったが、発明者は、シラスを無加工のまま建築仕上げ用塗材として完成し（米国特許第６，１７１，６５５号、および日本国特許出願第２０００−３９１８５６号）、商業的な成功を収めている。
シラスは、高温マグマの冷却により結晶分化作用が起こり、マグマの主成分であるＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ等が互いに集まり鉱物として晶出し、その後ほどなく爆発的に噴出して形成されたものである。シラスの約３割は結晶鉱物であり、約７割が非晶質の火山ガラスから成っている。
非晶質火山ガラスは、マグマ中の揮発性成分が急激に放出して、多孔質の軽石状となり、ＳｉＯ２が６５〜７３％、Ａｌ２Ｏ３が１２〜１６％、ＣａＯが２〜４％、Ｎａ２Ｏが３〜４％、Ｋ２Ｏが２〜４％と鉄分１〜３％を含んでいる。結晶鉱物は斜長石がもっとも多く、他に紫蘇輝石、石英、普通輝石、磁鉄鉱など多少含まれている。
シラスの加工例として、急速加熱して得られるシラスバルーンの利用が挙げられる。シラスを急速加熱すると、シラスガラスの軟化と水分の蒸発とが同時に起こって発泡し、中空の球状となった、いわゆるシラスパルーン（１９７０年、九州工業技術試験研究所開発）が生成される。シラスバルーンはもともとマグマによる高温加熱で生成され、シラス中に含まれるものである。シラス中に天然に含まれるシラスバルーンの大きさは約３０〜６００μｍで、不燃性、低カサ密度、高融点、低熱伝導率、低誘電率、無害、有毒ガスの無発生などの特徴を有する。近年では、６００〜３０００μｍのシラスバルーンが人工的に生産されている。このようなシラスバルーンを２次加工して、軽量で厚塗りが可能な工業用塗料が生産されている。また、軽量で比較的強度を必要としない天井材等の建築材料への使用も本格的になってきており、さらに、微粉砕シラスを用いた高分子複合材料の開発も進展しつつある。
このようにシラスを２次的に加工する技術に比べ、シラスを無加工のまま直接商品化したものは長く存在しなかった。これは、シラスの水に対する流動性が極めて高いことによる。たとえば、シラスの地表面が雨水等によって浸食され、擦り削られて深い谷が無数に出現した状態が見られるが、水に対する流動性の高さを実証するものである。
シラスと水を混練したものを、そのまま壁材として塗りつけると、乾燥時に表面にひび割れが生じる。また、表面からの乾燥によるひび割れに加え、含まれていた水が壁面をつたって流れ落ちる、いわゆる水流れ現象が生じる。
発明者は、上記の米国特許に開示されるように、天然のシラスに、保水性の高い粘土材を含む所定の材料を所定の割合で添加することによって、ひび割れや水流れといった問題を克服し、天然の火山噴出物であるシラスを有効に活用した壁材の商品化を実現した。この壁材は、現実に商業的な成功を収めているだけではなく、九州工業技術試験所、鹿児島県工業技術センター（特に素材開発部）、宮崎県工業技術センター等において、高い評価を得ている。シラス壁材の開発、商品化により、１０トン３千円前後で取引されていたシラス火山灰土が、１０キログラム１万円前後で取引されるようになり、極めて高い市場活性効果を達成している。
発  明  の  開  示
ところで、最近、発明者はこのような天然シラスを原材料とする壁材の新たな効果を発見した。第１の効果は、天然の火山噴出物であるシラスが有する弱イオン交換機能に基づくマイナスイオン発生効果である。また、第２の効果として、空気中の水分あるいは水素と反応して発生する活性酸素種（すなわち酸素フリーラジカル）による殺菌、消臭効果も確認されている。これらの効果は、天然シラスの壁材が、壁、パネルなどの平面に塗布され、十分な表面積が確保されたときに、より効果的に発揮される。
特に、マイナスイオン発生効果については、常温、通常の湿度で、空気中に存在するマイナスイオンよりも１ケタ多い量が発生することが、発明者によって測定され、確認されている。このようなマイナスイオン発生効果は、梅雨時など、湿度が高くなったときにも失われることはない。むしろ、壁面に水を噴霧したときに、マイナスイオン発生効果がいっそう強力に発揮されるが、これは、後述するように、レナード効果（滝効果）とは区別されるべき効果である。
レナード効果とは、水がその表面積を変えるとき、たとえば、滝つぼの水しぶきなど、水滴がさらに小さな水滴に分裂するときに、分裂した水滴自体がプラスに帯電し、周囲の空気をマイナスに帯電させる効果である。これに対し、本発明の天然シラスを主成分とする壁材を塗布した壁面によるマイナスイオンの生成は、壁材内部の弱イオン交換機能に基づいて持続的に生じるマイナスイオンの生成であり、レナード効果のように、水滴の粉砕により瞬間的に生じるマイナス空気イオンとは異なる。
シラスの有する弱イオン交換機能は、シラスを構成するケイ酸塩鉱物の存在によるものと思われる。シラスの主成分であるケイ酸塩鉱物は、基本単位となるケイ素と酸素の結合体（ＳｉＯ２）の四面体構造に、対イオンとしてアルミニウム、マグネシウム、カルシウム、水素などの陽イオンが結合した構造を持つ。シラスの場合、すでに高温マグマで焼成されているため、ケイ酸塩格子のサイトに取り込まれた金属陽イオンが動く（すなわち交換される）可能性はほとんどないが、格子中に取り込まれた水素イオンは可動である。シラスを構成するケイ酸塩鉱物は軽石状の多孔質物質であり、本来吸水性がある。加えて、ケイ酸塩鉱物中の酸化アルミニウムは、高い保水性を有し、ケイ酸塩格子中には、水素イオンがトラップされている。このようなケイ酸塩鉱物は、空気中の水分子に結合している水素（陽）イオンを取り込み、かわりに内包していた水素イオンＨ３Ｏ＋を放出し、イオン交換体としての特性を有する。
また、上述したように、ケイ酸と結合して塩鉱物を構成する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、多孔質であり、保湿、保水、ガス吸着力が大きい。このため、空気中の水分（水分子）をケイ酸塩格子の中に長時間保持し、持続的なイオン交換を可能にする。特に、水を噴霧し、しばらく時間をおいて測定したときのマイナスイオン値が急増していることは、水分中の水素イオンとシラス素材との相互作用が促進され、界面における空気の負帯電が増長されて、マイナスイオン量が増えると考えられる。
本発明は、このような天然シラスを主成分とする壁材のマイナスイオン発生効果を利用したものであり、第１の特徴として、下地層と、この下地層の上に、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材を塗布（ｐｌａｓｔｅｒ）した塗布層とを有し、前記塗布層において、ケイ酸塩鉱物が空気中の水分とイオン交換を行うことにより、自然の状態で大気中に含まれるマイナスイオンの３倍〜５倍の量のマイナスイオンを生成する壁面パネルを提供する。
上述したように、火山噴出物（シラス）中に含まれるケイ酸塩鉱物の有する弱イオン交換機能と、多孔質構造による保水性により、壁面パネルと空気との界面にコンスタントにＨ３Ｏ＋が放出され、これにより空気が負帯電されて、同量のマイナスイオンが生成される。
火山噴出物（シラス）を主成分とする塗布材料は、無加工のシラスが１０重量部（ｗｅｉｇｈｔ  ｐａｒｔｓ）に対して、４〜５重量部（ｗｅｉｇｈｔ  ｐａｒｔｓ）の結合材を混合し、適量の水を加えて混練したものである。これにより、ひび割れなどを起こすことなく、壁面用の塗布材として機能するとともに、シラスの有するイオン交換機能および保水力を維持することができる。また、平面状に塗布することにより、表面積を広く確保し、内部のイオン交換機能にもとづいてその表面でマイナスイオンを効率よく発生させることができる。
本発明の第２の特徴として、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物から成る火山噴出物を主成分とする壁材を塗布した壁面と、空気中の水分量または湿度を調整する湿度制御装置とを備え、湿度制御装置で湿度を調整することによって、ケイ酸塩鉱物によるイオン交換量（ｒａｔｅ）を制御して、壁面に所望量のマイナスイオンを発生させるマイナスイオン発生システムを提供する。
このようにシラス素材の壁面と湿度制御装置とを組み合わせることによって、壁面におけるマイナスイオンの発生量を人為的に増大、あるいは制御することができる。このシステムは、梅雨時あるいは高湿度時に、シラスを主成分とする壁材を塗布した壁面からのマイナスイオンの発生量が、通常よりもさらに高くなるという発見に基づいてなされたものである。湿度制御装置は、たとえば、加湿器や、湿度調整機能を有するエアコンディショナーである。
マイナスイオンのもたらす効果として、疲労感や緊張感の緩和、集中力の高上、体内での酸化抑制などが知られており、シラスを主成分とする壁材を塗布した壁面を利用したマイナスイオン発生システムは、リクラリゼーションルーム、医療ルーム、介護ルームなどに広く適用することができる。また、本発明のマイナスイオン発生システムは、アパートメント、コンドミニアムなど機密性の高い住空間に適用されたときに、とくにその効果を発揮する。室内のマイナスイオン濃度を高く維持することができ、快適な住空間を作り上げることができるからである。
さらに、シラスを主成分とする壁材を建物の外壁に適用する場合は、居住地周辺の空気のマイナスイオン含有量が自然に増加し、地域全体としての環境の向上に貢献することができる。
シラスの有する第２の効果である活性酸素種（あるいは酸素フリーラジカル）の生成効果は、シラスを構成するケイ酸塩鉱物中に含まれる酸化チタンによるところが大きい。活性酸素種であり、かつフリーラジカルでもある化学種は酸素フリーラジカルと呼ばれている。このような活性酸素種は、強い酸化力にともなう殺菌力や有機物の分解能力を有し、対象となる有機物や化学種と接触反応して、殺菌、分解、消臭効果を発揮することが知られている。
酸化チタンはまた、自然光、照明光などと光触媒反応を起こし、顕著な防汚効果を示すことも知られている。天然の酸化チタンを内部に含むシラスを主成分とする壁材を室内の内装に適用することにより、化学薬品などを使用しなくても、自然に防汚効果を発揮し、室内の空気の浄化、消臭を行うことができる。
このような成分を天然に含むシラスを主成分とする壁材を、広く平面状に塗布することによって、天然の空気浄化フィルタとして用いることができる。
発明の実施の形態
図１は、天然の火山灰噴出物であるシラスを主成分とする壁材を塗布した壁面と、空気中の水分との相互作用により、空気と壁との界面においてマイナスイオンが生成されるメカニズムを説明するための図である。
下地層１１上に広く平面状に塗布された壁材１３は、天然の火山噴出物である乾燥シラスを５０〜６５％、結合材を３０〜４０％、粘土材３〜１０％、シラスバルーン５〜１０％、スサ類１〜５％を含む。これらの原料を適量の水で混練して、下地層１１に塗布することによって、表面積を確保している。
乾燥シラスは、採取した天然のシラスを、綱ふるいなどにより粒径約５ｍｍ以下に整え、不純物を除去した後に乾燥させたものである。結合材（バインダー）は、たとえば石膏プラスターを使用する。粘土材は、塗布作業での可塑性を付与するためのものであり、良好な実施の形態では、含水ケイ酸塩鉱物を組成に含む粘土を採用する。このような粘度は、湿気を帯びると可塑性を示し、乾くと剛性を呈するので、無加工の火山灰土であるシラスを塗布材とする場合に適している。具体的には、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化鉄酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタンなどを組成分として含む粘土材を用いる。このような粘土材は粘着性、可塑性、分散性に特に優れ、ｐＨ５．９、塑性指数が２２．１、粘度７４μ９７％Ｐａｓｓを有する。
シラスバルーンは、乾燥シラス中にも含まれており、壁材としての表面の仕上がりをやわらかい感じにする。スサ類は、バインダーとして機能するとともに、表面の割れを防止するためのものであり、麻スサや藁スサを使用する。必要に応じて、壁材を塗布後、過度の乾燥で表面が粉化しないように、０．０８〜２％の植物性のりを添加する。植物性のりは、たとえば綿花（０．０３〜１％）と海草を煮て粉状にした「つのまた」（０．０５〜１％）を混合したものである。
これらに加え、天然セルロース（パルプ繊維）を原料とする接着補強材や、有機顔料などを添加してもよい。
結合材の量は、乾燥シラス１０重量部に対し、４〜５重量部である。これにより、乾燥シラスに硬化性と付着性を付与する。粘土材の量は、乾燥シラス６重量部に対して１〜１．７重量部である。
ふるいにかけた乾燥シラスは、大粒径・中粒径・小粒径のものを含む。大粒径のものは粒径約１．１ｍｍ〜２．３ｍｍ、中粒径のものは粒径約０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、小粒径のものは粒径０．１ｍｍ以下である。図１の壁材１３にふくまれる乾燥シラスは、大粒径のものを約５％、中粒径のものを約２８％、小粒径のものを約５７％含む。
シラスの主成分は、ケイ酸で、その含有成分比は６５〜７３％である。ケイ酸はそれ自体が負の電荷をおびる性質をもつことから、正の電荷を帯びる陽イオン金属（アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタン、マンガン等）を内包し、さらに、陽イオンであるカルシウム，ナトリウム、カリウム、水素等と結合し，中性結晶体であるケイ酸塩鉱物を構成する。シラスは、この結晶体が火山活動に伴うマグマの高温にさらされ、天然焼成された白色砂質堆積物であるが、その主成分であるケイ酸塩鉱物は、基本単位となるケイ素と酸素の結合体の四面体構造に、対イオンとしてＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈなどの陽イオンが結合した構造を有する。これらのイオンのうち、金属陽イオンはマグマの焼成によりほとんど動かないが、水素イオンは可動である。したがって、高分子構造体であるケイ酸塩格子のサイトに新たに水素イオンが取り込まれ、代わりに内包していた水素イオンが放出される、いわゆるイオン交換の対象とり得る。
また、マグマの焼成の過程で生成されるアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ２Ｏ３）は、シラスの成分中１２〜１６％を占める。アルミナは表面積の大きな多孔質構造により、水分吸着力やガス吸着力が大きい。シラスは、このようなアルミナの特性により、イオン交換機能に加え、高い保水力を有する。
図１において、大気中には様々な要因により空気イオンが生成されている。たとえば、紫外線による気体のイオン化や、特定波長の太陽光線の光電効果により、空気そのものだけではなく、空気中の水分もプラスとマイナスのイオン対に分離され得る。したがって、シラスを主成分とする壁面がない状態でも、湿度約５０％のときで、空気中に３００〜５００／ｃｃのマイナスイオンが存在する。
一方、図１に示すように、シラスを主成分とする壁材１３があると、空気中のプラスイオンであるＨ３Ｏ＋が、壁材１３の界面で、壁材１３を構成するケイ酸塩鉱物と作用する。すなわち、大気中の陽イオンＨ３Ｏ＋がシラス壁面のケイ酸塩格子のサイトを占めようとするとき、ケイ酸塩鉱物は同符号の水素イオン、またはそれに準ずる化学種を放出する。この水素（Ｈ＋）は水分子と反応してＨ３Ｏ＋を再生成し、再生性されたＨ３Ｏ＋は、再度ケイ酸塩格子のサイトを占めようとする。シラス壁の界面で進行するこのような連鎖反応により、シラスを主成分とする壁材の内部で陽イオンの交換が繰り返される一方、連鎖的に生成される陽イオンＨ３Ｏ＋が、ケイ酸塩鉱物内部に介在する水分子と結合して、正の電荷を帯びるクラスターイオンＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｎを形成し、壁面の表面電位層となる。この電位により、壁面周辺のマイナスイオン量が増大することになる。
このようなイオン交換機能は、多孔質で軽石状のケイ酸塩鉱物の保水性、ガス吸着性により可能になるものであるが、さらに、壁材として用いることにより、空気との界面が増大し、界面でのマイナスイオンの生成を促進させるものと思われる。
図２は、直径約０．６ｍｍのシラス粒子の拡大写真である。この写真から明らかなように、人工的に生成された素材では考えられないほど、緻密で奥行きのある構造となっている。壁材１３は、このようなシラス粒子を無加工で使用するため、イオン交換機能を十分に維持するとともに、その多孔性により、一種の空気フィルタとしても機能する。
本発明におけるシラスを主成分とする壁材１３のマイナスイオン発生効果を実証するために、種種の測定を行った。
＜テスト１＞
シラスを主成分とする壁材１３を室内の内装用に使用したモデルハウス６件（Ａ〜Ｆ）において、それぞれ、シラス壁材１３を使用する部屋と、使用しない部屋とでマイナスイオンの計測を行った。モデルハウス６件は、すべて横浜市内に位置する。モデルハウス６件のうち、モデルハウスＡ，Ｂ、Ｃについては、気温６．５℃、湿度５０．５％の条件で測定し、モデルハウスＡ．Ｄ，Ｅ，Ｆについては、気温２６℃、湿度６８％の条件で測定した。
計測する部屋（シラス壁材を使用する部屋と、使用しない部屋の双方）は、あらかじめ前日より締め切っておいた。計測位置は、いずれも、部屋の中央部、床面から５０ｃｍの位置で定置計測とした。モデルハウスＡ，Ｄ，Ｅ、Ｆについては、部屋の中央部に加えて、壁から約５０ｃｍの位置でも測定を行った。測定計器は、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ社製のイオン計測器ＩＣ−１０００を使用した。
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表１および２に示すとおり、シラスを主成分とする壁材を用いた部屋と、使用しない部屋との間に、イオン発生値の差がはっきりとでている。表１の場合のように、比較的湿度が低い場合（５０％前後）は、シラスを主成分とする壁材を使用しない部屋では、イオン計測値は３００〜５００個／ｃｃであり、これは、一般住宅で通常空気中に含まれるとされているイオン値に一致する。これに比べ、シラスを主成分とする壁材を用いた部屋は、モデルハウスＡ〜Ｃにおいて、特に何もしなくても、マイナスイオン値が１ケタ高く、通常の３倍以上の値を記録している。
また、湿度が高い場合（湿度６８％）でも、シラス壁のマイナスイオン発生効果は持続する。むしろ、湿度の高まりにつれて、発生するマイナスイオン値も上昇する傾向にある。
表２の場合、湿度が高くなった分、シラス壁を使用しない部屋においても、空気中に含まれるマイナスイオン量が、６００〜８５０個／ｃｃと、若干高くなっている。一方、シラス壁を使用した部屋では、部屋の中央部で１０００〜１２００個であり、表１に示した湿度５０．５％の場合と大差はないが、シラス壁から５０ｃｍのところで測定すると、１４００〜１８００個／ｃｃのマイナスイオンが発生していることがわかる。これは、湿度の上昇にともなって、シラス壁と空気との界面でイオン交換される速度（ｒａｔｅ）が促進され、あらたなマイナスイオンが壁面で持続的に生成されるからであると考えられる。
＜テスト２＞
シラスを主成分とする壁材１３を壁面に使用した室内で、部屋全体の湿度を故意に変化させて、低湿度時と高湿度時のマイナスイオンの発生状況を観察した。１２ｍ２の室内の中央で、床から５０ｃｍの高さで、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ社製のイオン計測器ＩＣ−１０００を使用して測定した。測定結果を表３に示す。
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一般に、雨の日はマイナスイオンの量は減少するといわれている。生活空間でのマイナスイオンは、通常、細かい水分子の集団（クラスター）に付着して存在するので、クラスターの数が多いほど、マイナスイオンの数が増加する。しかし、雨の日は、水分子が再結合してクラスターの数が減るため、結果としてマイナスイオンの量が減ることになる。
これに反し、シラスを主成分とする壁材１３を用いた部屋では、雨の日であっても、安定したマイナスイオンの発生値を示している。むしろ、湿度の高まりとともに、マイナスイオン発生値も上昇する傾向にある。表３の結果は、部屋の中央部で測定されたものであるが、表２の結果を考慮すると、シラス壁の近傍では、湿度の高まりにつれて、マイナスイオン発生量は、さらに上昇しているものと推測される。
シラスを構成するケイ酸塩鉱物は、多孔質の軽石状の物質であり、吸湿性、保水性に富み、水分を内部に抱え込んで、一定の速度でイオン交換を行う。すなわち、空気中の水分とともに、水分子に結合した水素イオンをケイ酸塩格子サイトに取り込み、内包していた水素イオンとイオン交換を行い、新たな陽イオンを界面に生成して、周囲の空気をマイナスに帯電するという連鎖を循環させる。雨のため、空気中のクラスター数が減少しても、シラス壁面におけるイオン交換の連鎖は維持され、結果的に高いマイナスイオンの生成率（ｒａｔｅ）を示すのである。
シラスを構成するケイ酸塩鉱物のこのような性質を利用して、シラスを主成分とした壁材を塗布した壁面と、湿度を調整する湿度制御装置とを組み合わせて、所望のマイナスイオン環境を作り出すマイナスイオン発生システムを構築することができる。このシステムを一般住宅に適用した場合、たとえば、乾燥する日に、部屋の湿度を適切な値に調整するとともに、室内のマイナスイオン発生率も制御し、爽快な空間を作ることができる。
また、このシステムを医療用やカウンセリング用の室内に用いることによって、患者の精神的な安定をはかるとともに、身体的にも生命活性電位を高めて、細胞の新陳代謝を高めることが可能になる。
＜テスト３＞
シラスを主成分とする壁材を塗布した壁面に、霧吹き等で水を噴霧したときの、マイナスイオンの発生状況を観察した。部屋の床面積は１２ｍ２であり、シラス壁の壁面積は２９ｍ２である。このシラス壁面全体にわたって、６９ｍｌ／ｍ２の噴霧量で水を噴霧した。また、水を噴霧する前と、噴霧から１０分後の双方で、測定を行った。
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シラス壁の存在により、噴霧前であっても、通常空気中に含まれるマイナスイオン（３００〜５００個／ｃｃ）の３倍以上のマイナスイオンが生成されていることが、ここでも確認される。このようなシラス壁に、水を噴霧したところ、壁面から５０ｃｍの位置において、噴霧直後に平均９２５０個／ｃｃのマイナスイオン値が記録されたが、この急激な増大は一時的なものであり、シラス壁の有するイオン交換機能に基づくものではない。むしろ、噴霧から時間をおいて測定した場合の測定結果によって、シラス壁のマイナスイオン発生効果が裏づけされる。噴霧から１０分経過後、部屋の中央および壁面から５０ｃｍのところで、マイナスイオン値を測定したところ、部屋の中央部においても、壁近傍においても、噴霧前の１．７倍のマイナスイオン値を記録している。
シラスを主成分とする壁面に水を噴霧したときのこのマイナスイオン発生効果は、レナード効果とは区別されるべきものである。シラス壁からのマイナスイオンの増大がレナード効果によるものではないことを示すために、比較例として、シラスを主成分とする壁材を使用しない部屋で、ガラス窓および合板の壁面に同様の噴霧量で水を噴霧し、噴霧後３分経過後、および１０分経過後にマイナスイオン値を測定した。測定結果を以下に示す。
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合板面において、噴霧直後（３分後）にマイナスイオン値が上昇するのは、レナード効果によるものである。しかし、シラス壁と異なり、噴霧によるレナード効果は持続せず、１０分後にはマイナスイオン値が低下している。また、ガラス面においては、噴霧直後（３分後）に、マイナスイオン値が低下しているが、これはガラス面に水滴となって付着することにより、クラスターが減少するせいであると考えられる。
表４および５の結果から、シラス壁面のすぐれたマイナスイオン発生効果が確認される。上述したように、シラスを構成するケイ酸塩鉱物は多孔質の軽石状をなし、吸水性にすぐれている。霧吹き等で水を噴霧した場合、その水分と、それに付着する水素イオンを取り込むとともに、内包していた水素イオンを放出し、放出された水素イオンが水分子に結合して界面にプラスの電位を形成するとともに、再度、ケイ酸塩格子サイトに入り込もうとする。噴霧された水は、このようなイオン交換連鎖を促進させ、マイナスイオンの発生率の向上を持続させるものと考えられる。
マイナスイオンが人体の健康によい効果をもたらすことは、すでに知られているとおりである。たとえば、フリッカー計を用いた疲労度の測定結果によれば、森林と同レベルのマイナスイオンが存在する部屋では、疲労度が少なく、集中力も高まることが照明されている。また、脳波計を使っての脳表面の電気活動を記録する測定結果によれば、マイナスイオンの部屋では、通常の部屋に比較してα２波（１０Ｈｚ〜１２．７５Ｈｚ）が高い値を示し、緊張感を緩和させ、リラックスさせることが証明されている。
建物の内装に、図１に示すシラスを主成分とする壁材１３を使用し、壁面や天井に塗布した場合、十分な表面積が確保され、シラスの有するイオン交換機能が発揮されて室内のマイナスイオン濃度が高められる。この結果、酸性血液を中和して健全な抵抗力のある弱アルカリ性の血液に変える血液浄化作用、脳内βエンドルフィンを活性化させる精神安定作用、不眠、頭痛、更年期障害、肩凝り、腰痛、慢性疲労などの自律神経の調整作用、腸肝機能を強化する免疫強化作用、肺機能を高めて炭酸ガスの排出を促進させることで酸素交換率を高める肺機能強化作用、慢性関節リウマチ等の鎮痛作用などが期待される。
実際、モデルハウスの住人から、不眠、花粉症などの緩和が報告されており、ハウスダスト、タバコなどによる喘息、アトピー性皮膚炎の緩和も期待できる。シラスを主成分とする壁材は、その精神安定効果、健康維持効果などから、一般住宅のみならず、医療用ルーム、カウンセリングルーム、リラクゼーションルームなどにも適用することができる。
湿気を吸収するとともに、マイナスイオンを発生するシラス壁は、比較的湿度の高い国や地方の住宅に特に適している。室内の壁面、天井等にシラス壁を使用することにより、湿気を吸収して快適な空間を創出するだけではなく、空気中に生成されたマイナスイオンを体内に吸入することによって、粘膜や毛細血管を介して、体内の活性酵素を還元し、酸化を防止することもできる。
上述したマイナスイオン発生システムを構成するには、少なくともケイ酸と酸化アルミニウムを含むケイ酸塩鉱物からなる火山噴出物に、所定量の結合材（石膏プラスターなど）と、粘土材、シラスバルーン等に適量の水を直接加えて混練し、壁面、パネル等、広く平面状に塗布する。塗布は鏝等で塗りつけてもよいし、スプレーガン等で吹き付けても良い。また、刷毛等を用いてもよく、塗布手段は問わない。
壁面が乾燥後、この壁面を用いた室内の湿度を調整する。湿度調整は、加湿器、エアコンディショナー、噴霧器などを用いる。これにより、壁面から生成されるマイナスイオン量を所望量に調整することができる。
シラスを主成分とする壁面は、とくに閉じられた室内に使用する場合に、マイナスイオン発生効果を発揮するが、これを建物の外壁に用いることも可能である。この場合，開放された空間にあるため、室内と同じ程度の著しいマイナスイオン増大効果を奏することはできないかもしれなが、たとえば、新興住宅地で新築される建物の外壁をシラス主成分の壁にした場合、一般住宅街よりもマイナスイオン値が高い環境を町全体として創出することができる。
シラスを主成分とする壁材１３が有するもうひとつの効果として、活性酸素種（酸素フリーラジカル）の生成に基づく消臭、清浄効果がある。シラス中に酸化チタンとして包含されるチタンは、水素や空気中の湿度（水分）と反応して活性酸素種を生成する。このような活性酸素種は、空気中や水分中に存在する有機物を分解し、臭いを根元から分解消臭する。
さらに、シラス中に含まれる水素が酸素と結合して、水酸基（ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が生成される。また、活性の高い電位の交換過程で接触する水分子や酸素からはスーパーオキサイドアニオンラジカル（・０２−）などの活性酸素種（酸素フリーラジカル）が生成される。活性酸素種（酸素フリーラジカル）は、強い殺菌力や有機物分解力を有することから、こうした反応系を内包したシラス素材の壁面は、表層や内部を通過する空気の浄化、殺菌、消臭に高い効果を破棄し、室内の空気を清浄化する天然の空気浄化フィルタとして機能する。
シラスに含まれる酸化チタンと、シラス壁材の内部および外部の水分に、光が加わると、いわゆる酸化チタンの光触媒反応が起きる。たとえば、酸化チタンに紫外線が照射されると、電子と正孔の対が形成され、これが空気中の酸素や水と反応することによって強い酸化力のスーパーオキサイドイオンや水酸ラジカルを生成する。これはホンダ・フジシマ効果として知られている。
図１に示すシラスを主成分とする壁材１３は、本来的に酸化チタンを包含し、また、軽石状の多孔質物質としてのケイ酸塩鉱物（とくに酸化アルミニウム）は水分を内包する。すなわち、壁材１３自体が活性酵素（酸素フリーラジカル）を生成し、空気浄化フィルタとして機能する。このような浄化機能は、可塑性を付与するために混合される粘度材に酸化チタンを使用すると、いっそう効果的に発揮される。
酸化チタン光触媒には、超親水化現象を発揮する機能も有する。通常の酸化チタンの表面は、チタン原子間を酸素が架橋して安定化した疎水性を有しているが、この酸化チタン表面に紫外線を照射すると、一部の架橋酸素が脱落して酸素欠陥を生じる。ここに空気中の水が解離吸着して化学吸着水（水酸基）を生成して親水性となり、さらに水酸基上に水分子が物理吸着水としてくっつき、親水性が安定的に維持される。このような超親水化により防水滴、防曇されるとともに、水によるセルフクリーニング機能が発揮される。
このようなシラスに含まれる鉱物が有するイオン交換機能と、浄化作用は、シラスを壁材にとして利用し、これを広い平面状に塗布したときに効果的に発揮され、医学的にも環境工学的にもすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
本発明のその他の特徴、効果は、添付の図面を参照して以下に述べる詳細な説明によりいっそう明確になるものである。
図１は、本発明のシラスを主成分とする壁材を塗布した壁面におけるイオン交換機能を説明するための図である。
図２は、シラス粒子の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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