JP3145399U - 沿面上に電界を形成するための発電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の面形状に沿って電界を形成させる事により、（１）殺菌（２）筋肉や神経などの機能改善（３）電界を利用した疾病の治療、この３点を可能とする発電素子を提供する。
【解決手段】第一層が導電性加工された紙、不織布、織り布、高分子材料製フイルム、高分子材料製網または有孔高分子材料製シートから選択された１種類または２種類以上の材料からなり、第二層が、第一層の表面、裏面または両面において接するマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体または２種類以上の導体、化学半電池の電解質２、化学半電池の電極１、化学電池の正電極または化学電池の負電極からなる積層構成物３であり、第一層と第二層の露出面間に１０〜２０００ｍＶの電圧を発生させることが可能な発電素子である。
【選択図】図１

Description

本考案は生活空間において、沿面上に電界を誘起するための発電素子の構造に関する。

直流あるいは交流電源に近接する空間には電界が形成されることが分かっている。この電界強度は、電源からの距離に反比例して低下しており、任意の沿面上に電界を経済的に形成させることは難しい。このような事情もあって電界は日常ほとんど利用されないのが実情である。

またこの電界は生体の生命維持活動、例えば殺菌作用、筋肉や神経の機能維持と向上あるいは一部の疾病を改善する事と深い関係を有するにも拘らず十分に理解されることなく、健康維持に活用されていない。

ガンを始め多くの生活習慣病は活性酸素が主原因であるとされている。活性酸素は、分子内に電子不足状態の酸素を含む一連の化合物として存在する。この活性酸素対策としては、各種抗酸化剤が発表され市販されているが、いずれも経口摂取させるもので、消化管を通る間に失効し十分な効果を上げることが出来ないのが現状である。外部から電子を送り込み電子を直接作用させて活性酸素の電子不足状態を解消させる事が出来れば最良の抗酸化剤となるが、現状はビタミンＣ、ビタミンＥあるいはポリフエノールのような主に動植物由来の有機化合物を抗酸化剤として経口摂取する方法しかない状況となっている。電界の実体は電子の作用によっておこる電気現象で有り、この電子を利用して健康改善に資する事が出来れば最良の効果を得る事が出来るが、今のところこの電子を利用するという概念を取り入れた治療法は一部でスタートしたばかりで実施例は未だ少ない。
特公 昭５５−３０３６５ 防臭、脱臭及び水虫予防用中敷き 特開 昭６０−１６５９６０シート状電池を用いた治療方法及び治療具 特開 平３−２６８７６８ 足面治療用フイルム 日本医事新報；Ｎｏ．３７８４ 伊藤勝基 微弱直流電流通電療法による癌治療の可能性 （平成８年１１月２日） ｗｗｗ．ｈｒ−ｉｎｏｕｅ．ｎｅｔ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｎｏｔｅｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｅｔｉｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ静電場の話

所望の面形状に沿って電界を形成させる事により、（１）殺菌（２）筋肉や神経などの機能改善（３）電界を利用した疾病の治療、この３点を可能とする発電素子を開発する事を課題とする。

本考案は、第一層が導電性加工された紙、不織布、織り布、高分子材料製フイルム、高分子材料製網または有孔高分子材料製シートから選択された１種類または２種類以上の材料からなり、第二層が、第一層の表面、裏面または両面において接するマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体または２種類以上の導体、化学半電池の電解質、化学半電池の電極、化学電池の正電極または化学電池の負電極からなる積層構成物であり、第一層と第二層の露出面間に１０〜２０００ｍＶの電圧を発生させることが可能な発電素子である。

本考案の第一層は、この表面、裏面または両面において接する導体、化学半電池の電解質、化学半電池の電極、化学電池の正電極または化学電池の負電極の縦横有孔寸法および有孔面積以上の縦横寸法および面積を有するものである。これによって、電界は第一層全体に広がり、小さい導体、小さな化学半電池または化学電池で大きな面積の電界が得られることになる。ここで電池の電極設計上または電池組み立て加工上の理由から生じる寸法または面積は、有孔寸法または有孔面積には含まないものとする。

第一層の導電性加工は、基材となる紙、不織布、織り布、高分子材料製フイルムまたは有孔高分子製シートの片面にマグネシウム箔、アルミニウム箔または網の貼り合わせ、アルミニウムの真空蒸着、導電性高分子膜の形成、電解質の塗布または基材に電解質または導電性材料を配合して基材に導電性を付与することによって行う。このようにして得られた導電性シート材料は、単独または２種以上組み合わせて用いられる。このうち電解質の塗布によるものが、工程が簡単で好ましい方法である。電解質は、キトサン、カチオン界面活性剤、カチオン高分子電解質、イオン液体、リン脂質類、アルギン酸塩類、レシチン、コラーゲンまたはゼラチンなどの電解質が好ましい。電解質は、２種類以上を組み合わせて用いることもできる。これによって長時間安定した発電が得られ洗濯堅牢度も向上する。この電解質は使用に伴い発電能力が低下する事が有る。その時は、電解質を再度塗布乾燥する事によって回復可能である。その時の塗布方法としては、浸漬法、ローラーコート法、噴霧塗装法が好ましい。

化学半電池は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、導電性高分子、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体または２種類以上の導体を含む層からなる電極層と、電解質を含む紙、不織布、織り布、高分子電解質膜、電解質透過膜、イオン液体、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、リン脂質類、アルギン酸塩類、膠、カゼイン、吸水性高分子ゲル、界面活性剤または保水保湿性乳化混合物から選択された１種類または２種類以上の物質を含むイオン電導が可能な電解質層の二層構造からなる積層構成物である。

化学電池は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、導電性高分子、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体、または２種類以上の導体を含む層からなる電極（１）と、電解質を含有する紙、不織布、織り布、高分子電解質膜、電解質透過膜、イオン液体、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、リン脂質類、アルギン酸塩類、膠、カゼイン、吸水性高分子ゲル、界面活性剤または保水保湿性乳化混合物から選択された１種類または２種類以上の物質を含むイオン電導が可能な層と、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、導電性高分子、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された、電極（１）とは異種の１種類の導体または２種類以上の導体を含む層からなるもう一方の電極（２）からなる三層構造の積層構成物である。また第一層が化学電池の電解質の役割を果たすことも出来る。その時は、第一層の表面、裏面または両面に電極（１）および電極（２）が配置されることになる。両面に電極を配置する時は、電極の極性および相互の位置関係は任意に選択が可能である。この事は前項記載の化学半電池についても同様である。

炭素塗布シートは、粉状黒鉛またはカーボンブラックの単体または混合物をゼラチン、膠、カゼイン、または高分子材料を結合剤として塗料とし、これを紙、不織布、織り布、高分子材料製の網または有孔高分子材料製の膜に塗布乾燥した導電性のシートである。

黒鉛シートは、黒鉛をシート状に加圧成型した主としてパッキング材に使われているものである。この黒鉛シートは空隙を電解質で充填しておくことが好ましい。その方法は、黒鉛シートを液状の電解質で含浸する事によって行う事が簡単で有り確実なので好ましい。

化学電池としては、市販のボタン型乾電池、コイン型乾電池または円筒型乾電池も使用可能である。出力は定格１２ボルト以下のもので良い。乾電池は、正電極と負電極が近接しているので、両極間の絶縁に配慮し両極の境界に絶縁テープを貼るなどの処置を施す事が好ましい。円筒型乾電池は、リード線を使い間接的に第一層に電極が接続するようにすることも可能である。

第一層に非接触状態の電極は、露出面を不織布、織り布、高分子材料製の網または高分子材料製の膜で覆って保護し、生体の運動や外力による損傷を防ぐ。特に生体表面と接する面の露出した金属や炭素を保護しておく事が好ましい。これによって発電素子内に電流の漏えいする事も防止できることになり、生体に対し損傷を与える危険性が減る事になる。本発明者の実験では、電池の漏えい電流の値は１ｍＡ以下であった。電流値が大きいと負極の消耗が大きくなるので好ましくない。

本発電素子を装着する方法は、生体の場合には粘着テープやマジックテープ、専用の帯などの取り付け具を用いて足裏、足首、太腿、腰部、腹部、胸部あるいは頭部などの患部や動脈近くに直接装着するほか、着衣類、履物類、装身具類、寝具類、家具類、建築物の内装類、玩具類、家庭用または業務用の電気製品、食器類、事務用品類、厨房器具類、医療器具類、動物飼育小屋内装類、動物飼育器具類、または物品の包装材料類にそれぞれに適した任意の既知の方法で取り付けて行う。着衣類、履物類または装身具を形成する繊維、類、プラスチックシート類や網を本考案の方法で導電性加工を行い第一層の機能を持たせる事も可能である。

本発電素子を生体に装着する時に、解熱剤、鎮痛剤、傷治療剤、皮膚剥離剤、抗アレルギー剤、粘着剤、保湿剤または抗電気二重層剤などの薬効性の物質を介在させても、生体内の電界発生には影響は見受けられないので、即効性を求める時には、この方法を採用する事が好ましい。

本発電素子は、生体に装着するほか、建築物の内装類、玩具類、食器類、事務用品類、事務器具類、厨房器具類、医療器具類、動物飼育小屋内装類、動物飼育器具類、または物品の包装材料に殺菌作用を付帯させるために使用される。その装着方法は、それぞれの用途に適した任意の方法により行われる事になる。

本考案の発電素子は、腰に装着すると腰痛および関節痛が消失し、老人にあっては夜間の排尿が一晩に一回前後に改善される。排便では、便秘および下痢がほとんど解消し、毎日定期的に排泄するようになる。かゆみ、耳鳴りなどの症状の改善にも効果が有る。
胆管結石の苦痛や胸やけも緩和される症例が得られている。頭部では、抜け毛が少なくなり、発毛も見受けられる。
このような、従来の直流電気療法では達成されなかった症例の改善に加えて、前項までに述べたように、生活上の多くの場合に、殺菌を必要とする機会に著効を持続して発揮する。
このような本考案の効果は、必要とする空間に必要な電界を持続的に発生する事が可能になったことによるものである。
従来の電気治療器は、正電極と負電極の間に電気回路が形成されるだけであり、本考案に見られるような必要とする空間に電界を広範囲に誘起する事は出来なかった。

本考案の発電素子の第一層は天然物由来の電解質であるキトサン（例えば小林製薬製キトサン）を５〜２０％好ましくは１０〜１５％紡糸したレーヨン繊維を用いて織られた布（例えばオーミケンシ製ＩＫＫ−１１６グラビオンスムース）に固体高分子電解質（例えばカチオン電解質、日東紡製ＰＡＳ−Ｊ−８１）を１０〜１５ｇ／ｍ^２塗布乾燥したものが好ましい。レーヨン織り布の他に、市販の木綿とポリエステル混紡（坪量約１００ｇ／ｍ^２が好ましい）の靴下その物を第一層として用い、発電素子の付いた靴下とする事が出来る。このような生体に密着する用途には、ゼラチン（株式会社ゼライス製、食品添加用ゼラチンＡＵ−Ｐ）などの生体由来の安全な電解質を使用することになる。布類の他に、高分子材料のフイルム類、例えばＰＥＴフイルムにカチオン系の界面活性剤や固体高分子電解質を塗布しても同じ効果が得られ実用可能である。

発電素子の第二層は、アルミニウム箔（三菱アルミニウム（株）製、三菱アルミホイル、厚さ０．０１２ｍｍ）が適している。大きさは１０×２０ｍｍ前後で良い。これを前記第一層の表面に接触させ粘着テープで貼り付け固定する。この時第一層の大きさは最大で２０ｃｍ×３０ｃｍ程度とし、略その中央にアルミニウム箔を固定する。靴下の場合は、外側土踏まず付近にテープで固定する。この状態で、アルミニウム箔と第一層の外側露出面は、約１５０ｍＶの電圧が計測可能となる。第一層の大きさが３０ｃｍ以上の時は、複数のアルミニウム箔を３０ｃｍ以上に一個程度の適当な距離を置いて配置することになる。この距離は、第一層の電気抵抗によって異なる。第二層に化学半電池または化学電池を用いるときも同様の考え方で複数個配置する事が出来る。

電解質としては、上記キトサンやゼラチンの他に、合成リン脂質剤（例えば（株）日油製ＭＰＣレジン）または天然リン脂質剤（例えば辻製油（株）製レシチン）高分子電解質膜（例えば積水化成品（株）製テクノゲル、ＣＲタイプ、厚さ０．５ｍｍ）界面活性剤（例えば花王（株）製、コータミンＤ８６Ｐコンク）を使用したものも、液状の電解質を使わないのでべたつきや乾燥による出力変動が少なく、装着時の違和感も少なく使用可能である。また界面活性剤は異種イオンのものを塗り重ねると固化し堅牢度が向上して靴下など着衣類に適用する時はべたつきがなくなり好ましい。

負電極は、アルミニウム箔の他に、マグネシウム箔（三菱製鋼（株）製、純マグネ、厚さ０．２ｍｍ）が好ましい。マグネシウム電極を使用した時の電池出力は１０００〜２０００ｍＶ の高い電圧を得る事が可能である。正電極としては銅箔、炭素塗布シートまたは黒鉛シートが好ましい。これらの正負電極の組み合わせたもので、化学電池は構成されることが好ましい。

化学半電池または化学電池の大きさは、１０〜２０ｍｍの寸法が使いやすい。この時の第一層の辺の長さは３０ｃｍ以上の長方形とする事が可能である。この状態で、例えばマグネシウム電極を用いた化学電池は、第一層の露出面上に約１５０ｍＶの電界を示す。そのとき生体表面の電圧は逆の極性を示す。即ち、第一層の電圧が負の時は生体は正、第一層が正の電圧の時は負の値となる。
化学半電池または化学電池は、第一層に粘着フイルム（日東電工（株）製両面粘着テープ）またはホットメルトタイプフイルム状接着剤（日本マタイ（株）製エルフアンＮＴ）によって固定する事が好ましい。これによって外部との電気絶縁も達成できる。
上記の積層構造の治療具は、足裏、腹部、頭部など生体表面に医療用テープを用いて貼るのが良い。この時、医療用テープは第一層と接していない電極を外部と絶縁する役割を兼ねることができる。関節痛などの痛みのある所は、患部近くに貼る。足裏は正、その他の所は負の電極を基本とする。筋肉痛などの局部的な小面積の患部は、正の電極を生体表面に接触させると即効性が有る事が分かっている。
テープなどで貼って固定するほかに、腹巻きや胸当て、靴、靴下、帽子などの着衣類や履物類、装身具あるいは絨毯などの内装材には、これらを形成する繊維類を導電加工して第一層の役割を持たせて発電素子とする事が出来る。これらの導電加工された繊維類は使用と共に汚染が進むが、通常の衣類と同じように洗濯が可能である。洗濯によって発電能力が低下した時は、前述の電解質を浸漬乾燥あるいは噴霧乾燥によって発電能力を回復させる事が可能である。

以上に述べた健康面での利用の他に、本考案の発電素子は殺菌用途に幅広く用いることができる。その時の発電素子の構成は、基材として不織布、プラスチックフイルムなど幅広く選択可能である。電解質は、レシチンやゼラチンが安全な物質として好ましい選択となる。電池としては、出力の大きい市販の乾電池を用いて利便性と殺菌効果を高めることが可能となる。

電界効果によって殺菌並びに健康面での改善を図るという本考案の所期の課題は解決され、費用対効果にも優れたものとなり大きな産業になると考えている。

化学半電池を第一層の表面に配置した発電素子の断面構成説明図。 化学電池を第一層の表面に配置した発電素子の断面構成説明図。 化学半電池を第一層の裏面に配置した発電素子の断面構成説明図。 化学電池を第一層の裏面に配置した発電素子の断面構成説明図。

符号の説明

１ 化学半電池または化学電池の電極。
２ 化学半電池または化学電池の電解質層。
３ 化学電池の電極。
４ 発電素子第一層で導電性を有する層。
５ 生体または生活環境における殺菌処理対象物。
６ 外部との電気絶縁および位置の固定のための粘着フイルム、絶縁テープ、高分子材料製の網または高分子材料製の膜。
７ 露出部の表面保護層。

Claims (10)

1. 第一層が導電性加工された紙、不織布、織り布、高分子材料製フイルム、高分子材料製網または有孔高分子材料製シートから選択された１種類または２種類以上の材料からなり、第二層が、第一層の表面、裏面または両面において接するマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体または２種類以上の導体、化学半電池の電解質、化学半電池の電極、化学電池の正電極または化学電池の負電極からなる積層構成物であり、第一層と第二層の露出面間に１０〜２０００ｍＶの電圧を発生させることが可能な発電素子。
2. 請求項１記載の第一層の縦横寸法および面積が、第二層の縦横有効寸法および有効面積以上であることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
3. 請求項１記載の化学半電池が、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された、１種類の導体または２種類以上の導体を含む層からなる電極と、電解質が、紙、不織布、織り布、高分子電解質膜、電解質透過膜、イオン液体、リン脂質類、アルギン酸塩類、コラーゲン、ゼラチン、膠、カゼイン、吸水性高分子ゲル、界面活性剤または保水保湿性乳化混合物から選択された１種類または２種類以上の物質を含むイオン電導が可能な層からなる二層構造の積層構成物であることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
4. 請求項１記載の化学電池が、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、導電性高分子、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された１種類の導体または２種類以上の導体を含む層からなる電極（１）と、電解質を含有する紙、不織布、織り布、高分子電解質膜、電解質透過膜、イオン液体、リン脂質類、アルギン酸塩類、コラーゲン、ゼラチン、膠、カゼイン、吸水性高分子ゲル、界面活性剤または保水保湿性乳化混合物から選択された１種類または２種類以上の物質を含むイオン電導が可能な層と、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、チタン、ニッケル、錫、クローム、銅、銀、白金、金、導電性高分子、炭素塗布シートまたは黒鉛シートから選択された、電極（１）とは異種の１種類の導体または２種類以上の導体を含む層からなるもう一方の電極（２）となる三層構造の積層構成物であることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
5. 請求項１、請求項３または請求項４記載の炭素塗布シートが、粉状黒鉛、カーボンブラックまたは粉状黒鉛とカーボンブラックの混合物をゼラチン、膠、カゼインまたは高分子材料を結合剤として紙、不織布、織り布、高分子材料製の網または有孔高分子材料製の膜に塗布乾燥した導電性のシートであることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
6. 請求項１、請求項３または請求項４記載の黒鉛シートが、電解質を内包していることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
7. 請求項１記載の化学電池がボタン型、コイン型または円筒型の乾電池の正電極または負電極が直接または間接的に第一層と接していることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
8. 請求項１記載の発電素子が、不織布、織り布、高分子材料製の網または高分子材料製のの膜で覆われていることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
9. 請求項１記載の第一層が、生体表面、着衣類、履物類、装身具類、寝具類、家具類、建築物の内装類、玩具類、食器類、事務用品類、事務器具類、厨房器具類、家庭用または業務用の電気製品、医療器具類、動物飼育小屋内装類、動物飼育器具類または物品の包装材料類に近接、接触またはこれらの一部として装着されていることを特徴とする請求項１記載の発電素子。
10. 請求項１記載の第一層が、解熱剤、鎮痛剤、傷治療剤、皮膚剥離剤、抗アレルギー薬、粘着剤、保湿剤または抗電気二重層材料を含むことを特徴とする請求項１記載の発電素子。

Images