JP2709260B2 - 遠赤外線輻射方法 - Google Patents
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Description
外線を輻射する遠赤外線輻射方法に関する。
々のヒーターが開発されている。特に、最近では、炭素
繊維を用いた面状発熱体(以下、炭素繊維面状発熱体と
呼ぶ)が遠赤外線を輻射する発熱体として注目されてい
る。炭素繊維面状発熱体については、例えば、特公昭5
1−3098号公報、特公昭48−101634号公
報、特開昭60−107288号公報、特開昭60−1
07289号公報、特開昭62−160681号公報、
特開昭62−281293号公報、特開昭63−197
83号公報、特開平1−112687号公報、特開平5
−13151号公報、特開平5−144554号公報等
に開示されている。なお、本明細書中では、輻射と放射
は同じ意味で用いている。
安定化するため炭素繊維を成形機能物質、例えば樹脂等
により面状に形成されている。この炭素繊維面状発熱体
は高温に発熱するので、本来、樹脂のような可燃性の物
質を用いることは望ましくないが、炭素繊維を面状に安
定させる面安定材としてやむをえず使用している。その
ため、この面安定材としては、可炎性の樹脂は用いられ
ず、耐熱性を有する樹脂が選択されている。また、この
ような炭素繊維面状発熱体の主たる用途が加熱または暖
房であることから、その発熱特性及び電気特性に主眼を
おいた多くの開発がなされている。
面状発熱体に関して、従来は発熱性の面からの研究が多
くなされているが、遠赤外線輻射体の面からの研究はほ
とんど行われていない。このような遠赤外線輻射体は、
加熱および暖房の他に、温熱治療にも用いられる。ま
た、本発明者の研究知見によると、遠赤外線輻射体を遠
赤外線の波長に依存した治療等の用途に用いることも可
能である。それには、用途の内容に応じた特定の波長領
域の遠赤外線を選択的かつ効率よく輻射する必要があ
る。
ステムに固有の遠赤外線帯域があることの知見を得てい
るが、本発明は遠赤外線を輻射する方法および構造に関
するものゆえ、ここではそれについては述べない。
定の波長領域の遠赤外線を効率よく輻射することができ
る遠赤外線輻射方法を提供することである。
の波長を制御することができる遠赤外線輻射方法を提供
することである。
領域の遠赤外線を効率よく輻射することを可能にすべ
く、単なる発熱体としてではなく、遠赤外線輻射材料と
して炭素繊維に着目した。ここで、遠赤外線とは、約4
μmから約100μm(=1mm)の範囲の波長を有す
る赤外線をいう。
す。黒体とは、周囲から輻射される電磁波をあらゆる波
長にわたってすべて吸収する仮想的な物体である。輻射
に関して外部と熱平行状態にある黒体は、その温度で受
けた輻射エネルギーをすべて外部に放出する。言い換え
れば、黒体はどの波長においても吸収率が1であり、反
射率が0の物質である。一方、実際の物体は黒体のよう
に照射されたエネルギーを100%吸収するとはなく、
そこから放出されるエネルギーは受けた輻射エネルギー
よりも小さい。参考文献としては、例えば、日本電熱協
会遠赤外線委員会編,「遠赤外加熱の理論と実際」,オ
ーム社が挙げられる。
分光輻射エネルギーのピークは、温度が高くなるにつれ
て短波長側にシフトする。遠赤外線の波長領域(4μm
から100μm)でピークを有する黒体の温度は室温か
らせいぜい200°C程度までの範囲である。したがっ
て、遠赤外線を効率よく輻射するためには高温加熱は必
要ではない。
す。300K(=27°C)から500K(=227°
C)の範囲では炭素が最も大きな輻射率を有することが
図2からわかる。この場合の炭素の輻射率は0.9であ
り、黒体の輻射率1.0にかなり近い。この温度範囲
は、図1の黒体の分光輻射エネルギー曲線において黒体
が遠赤外線を最も効率よく輻射する範囲である。図1お
よび図2から、炭素が遠赤外線を最も効率よく輻射する
物質であることがわかる。すなわち、遠赤外線の輻射効
率のみを考えれば炭素以外の物質は効率的ではない。
外線の選択に関して、有機化合物の赤外吸収スペクトル
に着目した。有機化合物は、それが有する基の固有振動
数に応じてその有機化合物に特有の赤外吸収スペクトル
を示す。
を示す。例えば、メタクリル酸メチル樹脂は、5.9μ
m、6.7μmおよび7.9μmの波長において遠赤外
線の吸収ピークを有する。また、エポキシ樹脂は、6.
2μm、6.4μm、7.3μm、7.5μm、8.9
μmおよび12.0μmの波長において赤外線の吸収ピ
ークを有する。このように、樹脂の種類によりそれぞれ
固有の遠赤外線吸収ピークが現れる。
物質内部で分子状態に応じた共鳴が起こり、特定の波長
領域の遠赤外線が選択的に外部に輻射される。すなわ
ち、各物質は、赤外吸収スペクトルにおいて吸収ピーク
を有する波長に依存した波長領域の遠赤外線を輻射する
能力を有する。したがって、各種有機化合物をフィルタ
として用いることにより、所望の波長の遠赤外線を選択
することができる。これに対して、図4に示すように、
アルミニウム、銅、銀、金の金属は、遠赤外線の波長領
域においてほぼ100%の反射率を有している。したが
って、遠赤外線の輻射体としては用いることができな
い。
最も効率よく輻射する物体として炭素繊維を選択し、か
つ特定の波長領域の遠赤外線の選択のために有機化合物
を積極的に、かつ効率的に用いることにより本発明を創
作した。
よび生理的理由は、遠赤外線を被輻射物質の生体構造お
よび物性構造と分子共鳴させ、以って有益なエネルギー
を入力させることにあるが、本発明の説明においてはそ
の原理を述べることはしない。
素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線波長領域の
全体に渡る遠赤外線を輻射し、輻射された遠赤外線を選
択された有機化合物に吸収させ、選択された有機化合物
内の分子状態に依存する所定の波長領域の遠赤外線を選
択的に共鳴輻射させるものである。
素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線領域の全波
長を有する遠赤外線を輻射し、輻射された遠赤外線を選
択された有機化合物に吸収させ、吸収された遠赤外線を
選択された有機化合物内の分子状態に依存する所定の波
長で選択的に共鳴させることにより、遠赤外線領域の全
波長を有する遠赤外線を所定の波長を有する遠赤外線に
変換するものである。
素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線波長領域の
全体に渡る遠赤外線を輻射し、複数種類の有機化合物の
うち1または複数種類の有機化合物を選択し、選択され
た1または複数種類の有機化合物に輻射された遠赤外線
を吸収させ、選択された1または複数種類の有機化合物
内の分子状態に依存する所定の波長領域の遠赤外線を選
択的に共鳴輻射させるものである。
1、第2または第3の発明に係る遠赤外線輻射方法にお
いて、選択された有機化合物が炭素繊維混抄紙に積層さ
れた有機化合物層からなるものである。
は、炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線波長
領域の全体に渡る遠赤外線が最も効率よく輻射され、そ
の遠赤外線が選択された有機化合物に吸収され、その有
機化合物内の分子状態に依存する所定の波長領域の遠赤
外線が共鳴輻射される。
ては、炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線領
域の全波長を有する遠赤外線が最も効率よく輻射され、
その遠赤外線が選択された有機化合物に吸収され、その
有機化合物内の分子状態に依存する所定の波長で遠赤外
線が共鳴することにより所定の波長を有する遠赤外線が
選択的に輻射される。
ては、炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠赤外線波
長領域の全体に渡る遠赤外線が最も効率よく輻射され、
その遠赤外線が選択された1または複数種類の有機化合
物に吸収され、その有機化合物内の分子状態に依存する
所定の波長領域の遠赤外線が共鳴輻射される。有機化合
物の種類を変えることにより輻射される遠赤外線の波長
領域を制御することが可能となる。
線輻射方法においては、炭素繊維混抄紙により遠赤外線
エネルギーが効率よく輻射される。
ては、炭素繊維混抄紙により遠赤外線エネルギーが効率
よく輻射され、その遠赤外線エネルギーが有機化合物層
により特定の波長領域の遠赤外線に変換される。
によれば、0°Cまたはそれ以下の温度で所望の波長領
域の遠赤外線を輻射することも可能となる。
遠赤外線輻射体の平面図であり、図5の(b)はその遠
赤外線輻射体の端部の断面図である。この遠赤外線輻射
体は、炭素繊維混抄紙100およびその炭素繊維混抄紙
100の両面にラミネートされた有機化合物層101,
102からなる。
造される。和紙の原料となるコウゾ、ミツマタまたはガ
ンピ等の靱皮繊維に水を加えてパルプ液を作るととも
に、5mm程度にカッテングされた炭素繊維をその中に
混入し、分散させる。そのパルプ液を抄紙用の紙上に流
し、ウエットシートを形成する。そのウエットシートを
搾水用のロールを用いて機械的に脱水し乾燥させた後、
所定の寸法に裁断する。このようにして、厚さ0.2m
m前後の炭素繊維混抄紙100が形成される。
は、例えば熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられ
る。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン
樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ウレタン樹脂等がある。また、熱可塑性樹脂と
しては、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニリ
デン樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン
樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、
メタクリル酸メチル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、
ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリウレ
タン、ポリカーボネート、ポリエステル、ニトロセルロ
ース等がある。有機化合物層101,102として、
鉄、銅、銀、白金等の重金属元素を含む有機化合物を用
いてもよい。このように、有機化合物層101,102
としては、遠赤外線の波長領域に吸収ピークを有する物
質であれば、そのピークを評価して、あらゆる物質を本
発明の目的に用いることができる。
射すべき遠赤外線の波長領域に応じて選択される。有機
化合物層101の材料と有機化合物層102の材料とが
同じである必要はなく、異なる材料を用いてもよい。こ
の場合、遠赤外線輻射体の表面および裏面からは異なる
波長領域の遠赤外線が輻射される。
定の波長領域の遠赤外線を効率よく輻射するために用い
られるため、有機化合物層101,102の耐熱性およ
び可燃性のいかんを問わない。
ラスエポキシ樹脂からなる場合を例にとって図5に示す
遠赤外線輻射体の製造方法を説明する。
って帯状の銀ペースト104を印刷し、銀ペースト10
4上に導電性の接着剤が塗布された銅箔テープ103を
貼着する。このようにして炭素繊維混抄紙100の対向
する縁部に一対の電極が形成される。
層で炭素繊維混抄紙100を挟み、ホットプレスするこ
とにより、ガラスエポキシ樹脂層を熱硬化させる。この
際、図5の(b)に示すように、各銅箔テープ103の
端部の領域において、ガラスエポキシ樹脂層に導線取付
け用の穴を形成しておく。
両面にガラスエポキシ樹脂からなる有機化合物層10
1、102がラミネートされる。最後に、各銅箔テープ
103の一端部にはんだづけ等により導線105を接続
する。このようにして、厚さ0.5mm前後の遠赤外線
輻射体が製造される。
テープ103に電圧を印加すると炭素繊維混抄紙100
内に分散された炭素繊維に電流が流れ、それらの炭素繊
維が発熱して炭素繊維混抄紙100の表面および裏面か
ら遠赤外線が輻射される。有機化合物層101,102
が赤外吸収ピークの波長の遠赤外線を吸収すると、有機
化合物層101,102内部で共鳴が起こり、特定の波
長領域の遠赤外線が選択的に外部に輻射される。すなわ
ち、有機化合物層101,102は、受けた発熱エネル
ギーを特定の波長領域の遠赤外線に変換して輻射する能
力を有する。
化合物により形成することにより、その有機化合物の赤
外吸収ピークの波長に依存した種々の波長領域の遠赤外
線が効率よく輻射される。すなわち、この実施例の遠赤
外線輻射体は、有機化合物層101,102の種類に依
存した波長選択性を有する。
要に応じて複数種類の有機化合物を重ね合わせて形成し
てもよい。図6の例では、有機化合物層101が3種類
の有機化合物層101A,101B,101Cの積層体
からなる。
101B,101Cの赤外吸収ピークが複合され、複合
された赤外吸収ピークに対応する波長領域の遠赤外線が
選択的に輻射される。
線輻射体の断面図である。この遠赤外線輻射体は、炭素
繊維混抄紙100、有機化合物層101および反射板1
06からなる。
6に接着されている。炭素繊維混抄紙100の表面に
は、対向する二辺に沿って一対の電極107が形成され
ている。炭素繊維混抄紙100上には有機化合物層10
1が交換可能に載置されている。
01は、第1の実施例における炭素繊維混抄紙100お
よび有機化合物層101とそれぞれ同様である。反射板
106は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金等の金属
板または金属メッキされた板からなる。これらの金属
は、図4に示したように、遠赤外線の波長領域において
ほぼ100%の反射率を有している。したがって、炭素
繊維混抄紙100の裏面から輻射された遠赤外線のほと
んどが反射板106により有機化合物層101の方向へ
反射される。それにより、遠赤外線の輻射効率を向上さ
せることができる。
有機化合物層101を他の材料からなる有機化合物に取
り替えることにより、輻射すべき遠赤外線の波長領域を
容易に制御することができる。
線輻射体の断面図である。この遠赤外線輻射体は、炭素
繊維混抄紙100およびその炭素繊維混抄紙100の表
面にコーティングされた有機化合物層101からなる。
可能な有機化合物が用いられる。この有機化合物層10
1は、炭素繊維混抄紙100の表面に溶剤に溶解された
有機化合物を塗布することにより形成される。炭素繊維
混抄紙100の裏面には、対向する二辺に沿って一対の
電極107が形成されている。
炭素繊維混抄紙100の表面にコーティングする有機化
合物101の種類に依存した波長領域の遠赤外線が選択
的に効率よく輻射される。
線輻射体の断面図である。この遠赤外線輻射体は、有機
化合物層101およびその有機化合物層101中に分散
されて混入された炭素繊維200からなる。この遠赤外
線輻射体は、液体状の有機化合物内に炭素繊維を混入
し、分散させた後、その有機化合物をシート状に成型す
ることにより製造される。有機化合物層101の裏面に
は、炭素繊維200に接触するように一対の電極107
が設けられている。
有機化合物層101の種類に依存した波長領域の遠赤外
線が選択的に効率よく輻射される。
外線輻射体の平面図であり、図11はその遠赤外線輻射
体の断面図である。この遠赤外線輻射体は、炭素繊維混
抄紙100、その炭素繊維混抄紙100の表面にラミネ
ートされた3種類の有機化合物層101a,101b,
101cおよび炭素繊維混抄紙100の裏面にラミネー
トされた有機化合物層102からなる。有機化合物層1
01a,101b,101cは異なる材料からなる。
機化合物層101aに対応する領域内に一対の電極10
7aが形成され、有機化合物層101bに対応する領域
内に一対の電極107bが形成され、有機化合物層10
1cに対応する領域内に一対の電極107cが形成され
ている。
3組の電極107a,107b,107cのうちいずれ
か1組の電極に通電することにより、対応する有機化合
物層の種類に依存した波長領域の遠赤外線が選択的に効
率よく輻射される。
の治療に用いることができる。生体の部分または治療内
容によって照射すべき遠赤外線の波長領域が異なる場
合、有機化合物層の種類をその部分または治療内容に最
適な波長領域の遠赤外線を輻射するように選択すること
ができる。それにより、生体の各部分を最適な波長領域
の遠赤外線で治療することができる。
射加熱および輻射暖房に効果的に用いることができる。
従来の面状発熱体の研究においては、その面状発熱体自
体の温度上昇のみに着目されていた。しかしながら、遠
赤外線輻射体から輻射された輻射エネルギーは空気中を
直進して物体に到達し、ほとんどがそこで吸収される。
それにより、物体内部の分子運動が活発化され、温度上
昇が生じる。このように、遠赤外線輻射体を用いた加熱
および暖房では、輻射された遠赤外線により物体が直接
的に暖められる。そのため、遠赤外線輻射体は、生体以
外でも、遠赤外線照射が必要な物質すべてに作用するこ
とができる。
および暖房では、発熱体自体の温度上昇は問題ではな
く、輻射温度の上昇が重要である。図12に、ニクロム
線からなる発熱体の輻射温度上昇および炭素繊維からな
る発熱体の輻射温度上昇を示す。図12から明らかなよ
うに、同じ消費電力において炭素繊維からなる発熱体の
輻射温度上昇はニクロム線からなる発熱体の輻射温度上
昇よりも大きく、しかも上昇速度が速い。これにより、
所望の輻射に到達する時間が極めて短くなる。
を用いると、効率よい加熱または暖房が可能となる。
の種類を選択することにより特定の波長領域の遠赤外線
を選択的に効率よく輻射することができる。また、有機
化合物の種類を変更することにより輻射される遠赤外線
の波長領域を制御することができる。
る。
る。
輻射体の平面図であり、(b)はその遠赤外線輻射体の
端部の断面図である。
他の構成例を示す断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
の平面図である。
用いた発熱体の輻射温度上昇を示す図である。
化合物層 103 銅箔テープ 104 銀ペースト 105 導線 106 反射板 107 電極 200 炭素繊維 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠
赤外線波長領域の全体に渡る遠赤外線を輻射し、前記輻
射された遠赤外線を選択された有機化合物に吸収させ、
前記選択された有機化合物内の分子状態に依存する所定
の波長領域の遠赤外線を選択的に共鳴輻射させることを
特徴とする遠赤外線輻射方法。 - 【請求項2】 炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠
赤外線領域の全波長を有する遠赤外線を輻射し、前記輻
射された遠赤外線を選択された有機化合物に吸収させ、
前記吸収された遠赤外線を前記選択された有機化合物内
の分子状態に依存する所定の波長で選択的に共鳴させる
ことにより、遠赤外線領域の全波長を有する前記遠赤外
線を所定の波長を有する遠赤外線に変換することを特徴
とする遠赤外線輻射方法。 - 【請求項3】 炭素繊維混抄紙からなる発熱体により遠
赤外線波長領域の全体に渡る遠赤外線を輻射し、複数種
類の有機化合物のうち1または複数種類の有機化合物を
選択し、前記選択された1または複数種類の有機化合物
に前記輻射された遠赤外線を吸収させ、前記選択された
1または複数種類の有機化合物内の分子状態に依存する
所定の波長領域の遠赤外線を選択的に共鳴輻射させるこ
とを特徴とする遠赤外線輻射方法。 - 【請求項4】 前記選択された有機化合物は、前記炭素
繊維混抄紙に積層された有機化合物層からなることを特
徴とする請求項1、2または3記載の遠赤外線輻射方
法。
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