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JP4336249B2 - Semiconductor fine particle manufacturing method, manufacturing apparatus, and jewelry, fiber, fabric, clothing using semiconductor fine particles - Google Patents
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Semiconductor fine particle manufacturing method, manufacturing apparatus, and jewelry, fiber, fabric, clothing using semiconductor fine particles Download PDF

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Description

本発明は、ゲルマニウムやシリコンなどの半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for producing semiconductor fine particles such as germanium and silicon, and a jewelry, fiber, fabric, and clothing using the semiconductor fine particles.

ゲルマニウムやゲルマニウム−インジウム合金等は、遠赤外線を発して健康増進効果や治療効果を発揮することが知られている。また、その銀との合金は、上記効果を奏する装身具用の合金として適用可能であることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3025245号公報 J.R.Heath et al., "Germanium quantum dots: Optical properties and synthesis", J. Chem. Phys. Vol.101, No.2, pp.1607-1615 (1994) A.G.Rolo et al., "Structural properties of Ge nano-crystals embedded in SiO2 films from X-ray diffraction and Raman Spectroscopy", Thin Solid Films Vol.336 pp.58-62 (1998)
Germanium, germanium-indium alloy, etc. are known to emit far-infrared rays and exhibit a health promotion effect and a therapeutic effect. Moreover, it is known that the alloy with the silver is applicable as an alloy for jewelry that exhibits the above-described effects (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3025245 JRHeath et al., "Germanium quantum dots: Optical properties and synthesis", J. Chem. Phys. Vol.101, No.2, pp.1607-1615 (1994) AGRolo et al., "Structural properties of Ge nano-crystals embedded in SiO2 films from X-ray diffraction and Raman Spectroscopy", Thin Solid Films Vol.336 pp.58-62 (1998)

上記した遠赤外効果を有するゲルマニウムを装身具等に適用する上で、より優れた遠赤外効果の発現、加工性、様々な物品への適用などの観点から、ゲルマニウム微粒子の利用が検討されている。   In applying germanium having the far infrared effect described above to jewelry, etc., the use of germanium fine particles has been studied from the viewpoints of better far infrared effect expression, processability, application to various articles, etc. Yes.

ここで、ゲルマニウムなどの半導体微粒子の製造方法として、例えば、非特許文献1、2に記載されている方法が知られている。例えば、文献1では、無機溶液相でのコロイド状態のゲルマニウム微粒子について記載されている。また、文献2では、SiO薄膜中に含まれた状態のゲルマニウム微粒子について記載されている。しかしながら、これらの方法では、ゲルマニウム微粒子を分離された状態で好適に生成することができないという問題がある。 Here, as a method for producing semiconductor fine particles such as germanium, for example, methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 are known. For example, Document 1 describes germanium fine particles in a colloidal state in an inorganic solution phase. Further, Document 2 describes germanium fine particles contained in a SiO 2 thin film. However, these methods have a problem that germanium fine particles cannot be suitably generated in a separated state.

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ゲルマニウムなどの半導体微粒子を好適に生成することが可能な製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a manufacturing method, a manufacturing apparatus, and a jewelry, fiber, and fabric using the semiconductor fine particles capable of suitably generating semiconductor fine particles such as germanium. The purpose is to provide clothing.

このような目的を達成するために、本発明による半導体微粒子の製造方法は、(1)放電用電極部材、及び電気抵抗を下げるP型またはN型の不純物を含む半導体物質であるゲルマニウムの原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるとともに、その下方に設けられた不活性ガス導入路、及び上方に設けられた不活性ガス排気路を有するチャンバを用い、原料体を、放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように、不活性ガスの雰囲気中に設置する第1ステップと、(2)原料体及び放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって原料体から半導体微粒子であるゲルマニウム微粒子を蒸発させる第2ステップと、(3)原料体から蒸発して、不活性ガス導入路から不活性ガス排気路へのガス流路に沿って上方へと流れるゲルマニウム微粒子を、チャンバ内で不活性ガス排気路がある上方の所定位置に設置された収集部材に付着させることによって収集する第3ステップとを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a method for producing semiconductor fine particles according to the present invention includes (1) a discharge electrode member and a raw material body of germanium , which is a semiconductor material containing a P-type or N-type impurity that lowers electrical resistance. Using a chamber having an inert gas atmosphere inside and an inert gas introduction path provided below and an inert gas exhaust path provided above , Generated by applying a voltage between the raw material body and the discharge electrode member in the first step installed in an inert gas atmosphere so that a predetermined gap is provided between the discharge electrode member and the discharge electrode member. a second step of evaporating germanium particles are semiconductor particles from the material body by an arc discharge which is, (3) and evaporated from the material body, the gas flow path from the inert gas introduction passage into the inert gas exhaust path What germanium particles flowing upwards, characterized in that it comprises a third step of collecting by attaching the collection member which is installed at a predetermined position above there is inert gas exhaust path in the chamber.

また、本発明による半導体微粒子の製造装置は、(a)放電用電極部材、及び放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように配置された、電気抵抗を下げるP型またはN型の不純物を含む半導体物質であるゲルマニウムの原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるとともに、その下方に設けられた不活性ガス導入路、及び上方に設けられた不活性ガス排気路を有するチャンバと、(b)原料体及び放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって原料体から半導体微粒子であるゲルマニウム微粒子を蒸発させるための電圧印加手段と、(c)チャンバ内で不活性ガス排気路がある上方の所定位置に設置され、原料体から蒸発して、不活性ガス導入路から不活性ガス排気路へのガス流路に沿って上方へと流れるゲルマニウム微粒子を付着させることによって収集する収集部材とを備えることを特徴とする。 The semiconductor fine particle manufacturing apparatus according to the present invention includes (a) a discharge electrode member and a P-type or N-type arranged to provide a predetermined gap between the discharge electrode member and the discharge electrode member. A raw material body of germanium , which is a semiconductor substance containing impurities , is contained, the inside is maintained in an inert gas atmosphere, an inert gas introduction path provided below, and an inert gas provided above A chamber having an exhaust path ; and (b) voltage applying means for applying a voltage between the raw material body and the discharge electrode member, and evaporating germanium fine particles, which are semiconductor fine particles , from the raw material body by the generated arc discharge; c) which is provided at a predetermined position above there is inert gas exhaust path in the chamber, it evaporates from the material body, upwardly along the gas flow path from the inert gas introduction passage into the inert gas exhaust path Characterized in that it comprises a collecting member for collecting by depositing germanium particles flowing.

上記した半導体微粒子の製造方法及び製造装置においては、半導体原料体と放電用電極部材との間のギャップに所定の電圧を印加する。そして、アーク放電を発生させて原料体をイオンで叩いて半導体物質を解離、蒸発させることによって半導体微粒子を生成している。これにより、充分に微小な半導体微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。また、チャンバ内で不活性ガスを導入、排気することによって形成されるガス流路を利用し、不活性ガスの排気方向に半導体微粒子を導いて収集している。これにより、原料体で生成された半導体微粒子を効率良く収集することができる。なお、不活性ガスには、アルゴンなどの希ガス、及び窒素ガスが含まれる。   In the semiconductor fine particle manufacturing method and manufacturing apparatus described above, a predetermined voltage is applied to the gap between the semiconductor raw material body and the discharge electrode member. Then, semiconductor fine particles are generated by generating arc discharge and hitting the raw material body with ions to dissociate and evaporate the semiconductor material. As a result, it is possible to generate sufficiently fine semiconductor fine particles in a highly efficient and favorable state. In addition, semiconductor fine particles are guided and collected in the exhaust direction of the inert gas using a gas flow path formed by introducing and exhausting the inert gas in the chamber. Thereby, the semiconductor fine particles produced | generated with the raw material body can be collected efficiently. Note that the inert gas includes a rare gas such as argon and a nitrogen gas.

ここで、製造方法は、第3ステップにおいて、半導体微粒子を、不活性ガスの排気方向の所定位置に設置された収集部材に付着させることによって収集するとともに、収集部材に付着した半導体微粒子をアルコールで溶かして収集部材から分離する第4ステップを備えることが好ましい。また、製造装置は、収集手段が、チャンバ内で不活性ガスの排気方向の所定位置に設置され、半導体微粒子を付着させることによって収集する収集部材であることが好ましい。これにより、半導体微粒子を、簡単な構成で効率良く収集することが可能となる。あるいは、付着した半導体微粒子をハケやフデではきおとして収集する方法を用いても良い。   Here, in the third step, the manufacturing method collects the semiconductor fine particles by adhering to the collecting member installed at a predetermined position in the exhaust gas exhaust direction, and the semiconductor fine particles adhering to the collecting member with alcohol. It is preferable to provide a fourth step of melting and separating from the collecting member. Further, in the manufacturing apparatus, it is preferable that the collecting means is a collecting member that is installed in a predetermined position in the exhaust gas exhaust direction in the chamber and collects semiconductor particles by adhering. As a result, the semiconductor fine particles can be efficiently collected with a simple configuration. Alternatively, a method of collecting the adhering semiconductor fine particles as a brush or a brush may be used.

また、半導体微粒子の製造時において、チャンバ内での不活性ガスの雰囲気の圧力を、0.01気圧〜1気圧の範囲内の圧力に設定することが好ましい。これにより、半導体微粒子の製造効率を向上することができる。あるいは、上記範囲外の圧力、例えば1気圧よりも大きい圧力に設定しても良い。   Moreover, it is preferable to set the pressure of the inert gas atmosphere in the chamber to a pressure within the range of 0.01 to 1 atm during the production of the semiconductor fine particles. Thereby, the manufacturing efficiency of semiconductor fine particles can be improved. Or you may set to the pressure outside the said range, for example, a pressure larger than 1 atmosphere.

半導体微粒子の製造の対象となる具体的な半導体物質については、半導体物質はゲルマニウムであり、原料体に含まれる不純物はP型のインジウムであることが好ましい。あるいは、半導体物質はシリコンであり、原料体に含まれる不純物はP型のボロンであることが好ましい。   As for a specific semiconductor material to be manufactured for semiconductor fine particles, the semiconductor material is preferably germanium, and the impurity contained in the raw material body is preferably P-type indium. Alternatively, the semiconductor material is preferably silicon, and the impurity contained in the raw material body is preferably P-type boron.

本発明による装身具は、上記した製造方法によって製造された半導体微粒子を外表面上に有する装身具である。また、本発明による繊維は、上記した製造方法によって製造された半導体微粒子を含む繊維である。また、本発明による布地は、上記した繊維を素材とする織布、編布、不織布等の布地である。また、本発明による衣類は、上記した布地を縫製してなる衣類である。このような装身具、繊維、布地、及び衣類によれば、健康増進効果や治療効果を有する装身具、繊維、布地、及び衣類を容易に得ることができる。   The jewelry according to the present invention is a jewelry having semiconductor fine particles produced by the above-described production method on the outer surface. Moreover, the fiber by this invention is a fiber containing the semiconductor fine particle manufactured by the above-mentioned manufacturing method. The fabric according to the present invention is a fabric such as a woven fabric, a knitted fabric or a non-woven fabric made of the above-described fibers. The garment according to the present invention is a garment formed by sewing the above-described fabric. According to such an accessory, fiber, fabric, and clothing, an accessory, fiber, fabric, and clothing having a health promoting effect and a therapeutic effect can be easily obtained.

本発明の半導体微粒子の製造方法及び製造装置によれば、半導体原料体と放電用電極部材との間のギャップに所定の電圧を印加し、発生したアーク放電で半導体物質を蒸発させて半導体微粒子を生成することにより、充分に微小な半導体微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。また、得られた半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、及び衣類によれば、健康増進効果や治療効果を充分に得ることができる。   According to the method and apparatus for producing semiconductor fine particles of the present invention, a predetermined voltage is applied to the gap between the semiconductor raw material body and the discharge electrode member, and the semiconductor substance is evaporated by the generated arc discharge to evaporate the semiconductor fine particles. By generating, sufficiently fine semiconductor particles can be generated in a highly efficient and good state. In addition, according to the accessory, fiber, fabric, and clothing using the obtained semiconductor fine particles, a health promotion effect and a therapeutic effect can be sufficiently obtained.

以下、図面とともに本発明による半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor fine particle manufacturing method, a manufacturing apparatus, and a jewelry, fiber, fabric, and clothing using the semiconductor fine particles will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

図1は、本発明による半導体微粒子の製造装置の一実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本製造装置は、チャンバ10と、電圧印加部30と、収集部材40とを備えている。なお、本実施形態においては、微粒子の製造対象となる半導体物質をゲルマニウム(Ge)とした場合について説明する。   FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of an embodiment of a semiconductor fine particle manufacturing apparatus according to the present invention. The manufacturing apparatus includes a chamber 10, a voltage application unit 30, and a collection member 40. In the present embodiment, a case will be described in which germanium (Ge) is used as a semiconductor material to be manufactured for fine particles.

チャンバ10は、その下方に設けられた不活性ガス導入路11と、上方に設けられた不活性ガス排気路12とを有しており、その内部は不活性ガス雰囲気15に保たれている。不活性ガスとしては、好ましくはアルゴン(Ar)が用いられる。あるいは、不活性ガスとして、窒素(N)ガス、Ar以外の希ガス等を用いても良い。 The chamber 10 has an inert gas introduction path 11 provided below and an inert gas exhaust path 12 provided above, and the inside thereof is maintained in an inert gas atmosphere 15. Argon (Ar) is preferably used as the inert gas. Alternatively, nitrogen (N 2 ) gas, a rare gas other than Ar, or the like may be used as the inert gas.

チャンバ10内には、上側が開放された容器25が設置されている。この容器25としては、好ましくはカーボン坩堝が用いられる。また、この容器25内には、微粒子の製造対象となるゲルマニウムの原料体20が収容されている。この原料体20は、その電気抵抗を下げるためのP型不純物としてインジウム(In)を所定濃度で含んだGe(In)のバルク体、もしくは粉体などの固体状の原料体として構成されている。   A container 25 having an open upper side is installed in the chamber 10. As the container 25, a carbon crucible is preferably used. Further, in this container 25, a germanium raw material body 20 which is a production target of fine particles is accommodated. This raw material body 20 is configured as a bulk material of Ge (In) containing indium (In) at a predetermined concentration as a P-type impurity for lowering its electric resistance, or as a solid raw material body such as powder. .

また、チャンバ10内には、この容器25内の原料体20に対して所定位置に、アークトーチ35が設置されている。このアークトーチ35は、ゲルマニウム微粒子を生成する際に用いられる放電用電極部材であり、図1に示すように、Ge(In)原料体20の上面側の所定部位と、アークトーチ35との間で所定のギャップが設けられるように配置されている。このような構成において、原料体20とアークトーチ35との間のギャップ領域が、ゲルマニウム微粒子を生成する際のアーク放電領域21となる。   An arc torch 35 is installed in the chamber 10 at a predetermined position with respect to the raw material body 20 in the container 25. The arc torch 35 is a discharge electrode member used when generating germanium fine particles. As shown in FIG. 1, the arc torch 35 is formed between a predetermined portion on the upper surface side of the Ge (In) raw material 20 and the arc torch 35. Are arranged so as to provide a predetermined gap. In such a configuration, a gap region between the raw material 20 and the arc torch 35 becomes an arc discharge region 21 when germanium fine particles are generated.

これらの容器25、Ge(In)原料体20、及びアークトーチ35に対し、電圧印加用の電源として電源31が設けられている。原料体20を収容している容器25は、配線32を介して電源31の負電極に接続されている。また、アークトーチ35は、配線33を介して電源31の正電極に接続されている。これらの電源31、及び配線32、33により、原料体20とアークトーチ35との間に電圧を印加するための電圧印加部30が構成されている。   A power source 31 is provided as a power source for applying voltage to the container 25, the Ge (In) raw material body 20, and the arc torch 35. The container 25 containing the raw material body 20 is connected to the negative electrode of the power source 31 via the wiring 32. Further, the arc torch 35 is connected to the positive electrode of the power source 31 through the wiring 33. The power supply 31 and the wirings 32 and 33 constitute a voltage application unit 30 for applying a voltage between the raw material body 20 and the arc torch 35.

チャンバ10内で原料体20及び容器25からみて不活性ガスの排気方向、すなわち不活性ガス排気路12がある上方の所定位置には、収集部材40が設置されている。この収集部材40は、Ge(In)原料体20において生成されたゲルマニウム微粒子を収集するための収集手段である。収集部材40としては、例えば、ガラス板やステンレス板などが用いられる。   A collecting member 40 is installed in the chamber 10 in a predetermined position above the direction in which the inert gas is exhausted, that is, the inert gas exhaust path 12 when viewed from the raw material body 20 and the container 25. The collecting member 40 is a collecting means for collecting germanium fine particles generated in the Ge (In) raw material body 20. As the collecting member 40, for example, a glass plate or a stainless plate is used.

図1に示した製造装置を用いた半導体微粒子の製造方法について説明する。まず、図1に示したように、容器25及びGe(In)原料体20をチャンバ10内に収容し、不活性ガス雰囲気15中に設置する。このとき、原料体20は、アークトーチ35との間で所定距離のギャップが設けられるように配置される(第1ステップ)。そして、配線32、33を介して、電源31からの電圧を原料体20及びアークトーチ35の間に印加する。ここで印加する電圧は、例えば30V程度である。   A method for producing semiconductor fine particles using the production apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 1, the container 25 and the Ge (In) raw material body 20 are accommodated in the chamber 10 and installed in the inert gas atmosphere 15. At this time, the raw material body 20 is arrange | positioned so that the gap of predetermined distance may be provided between the arc torches 35 (1st step). Then, a voltage from the power source 31 is applied between the raw material body 20 and the arc torch 35 via the wirings 32 and 33. The voltage applied here is, for example, about 30V.

具体的には、容器25及び原料体20に対して、電源31の負電極によって負の電圧が印加される。また、アークトーチ35に対して、電源31の正電極によって正の電圧が印加される。このとき、アーク放電領域21において原料体20とアークトーチ35との間でアーク放電が発生する。そして、アーク放電によって生じた正イオンが原料体20に衝突することによってゲルマニウムが解離、蒸発する。この蒸発したゲルマニウムが、ゲルマニウム微粒子となる(第2ステップ)。   Specifically, a negative voltage is applied to the container 25 and the raw material body 20 by the negative electrode of the power supply 31. A positive voltage is applied to the arc torch 35 by the positive electrode of the power supply 31. At this time, arc discharge occurs between the raw material 20 and the arc torch 35 in the arc discharge region 21. Then, the positive ions generated by the arc discharge collide with the raw material body 20, whereby germanium is dissociated and evaporated. The evaporated germanium becomes germanium fine particles (second step).

アーク放電領域21でGe(In)原料体20から蒸発したゲルマニウム微粒子は、不活性ガス導入路11から排気路12へのガス流路に沿って上方へと流れる。そして、不活性ガス排気路12の近傍に配置された収集部材40に到達したゲルマニウム微粒子は、図1中に符号45によって示すように、収集部材40の下面に付着することによって収集される(第3ステップ)。なお、微粒子生成後、必要があれば、ゲルマニウム微粒子を収集部材40から分離する作業を行う。この場合、好ましくは、収集部材40に付着したゲルマニウム微粒子45をアルコールで溶かすことにより、収集部材40から分離する方法が用いられる(第4ステップ)。あるいは、付着したゲルマニウム微粒子45をハケやフデではきおとして収集する方法を用いても良い。   The germanium fine particles evaporated from the Ge (In) raw material body 20 in the arc discharge region 21 flow upward along the gas flow path from the inert gas introduction path 11 to the exhaust path 12. Then, the germanium fine particles that have reached the collection member 40 arranged in the vicinity of the inert gas exhaust passage 12 are collected by adhering to the lower surface of the collection member 40 as shown by reference numeral 45 in FIG. 3 steps). In addition, after fine particle production | generation, if necessary, the operation | work which isolate | separates germanium fine particles from the collection member 40 is performed. In this case, preferably, a method is used in which the germanium fine particles 45 attached to the collecting member 40 are separated from the collecting member 40 by dissolving them with alcohol (fourth step). Alternatively, a method may be used in which the attached germanium fine particles 45 are collected as brushes or brushes.

本実施形態による半導体微粒子の製造方法及び製造装置の効果について説明する。   The effects of the semiconductor fine particle manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described.

図1に示したゲルマニウム微粒子の製造装置、及びそれを用いた製造方法においては、ゲルマニウムの原料体20と、放電用電極部材であるアークトーチ35との間のギャップに所定の電圧を印加する。そして、ギャップ領域21において、アーク放電を発生させて原料体20の上面をイオンで叩いてゲルマニウムを解離、蒸発させることによってゲルマニウム微粒子を生成している。このような方法によれば、充分に微小なゲルマニウム微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。具体的には、上記した方法では、例えば1時間あたり5g〜10g程度のゲルマニウム微粒子を製造することが可能である。また、生成されるゲルマニウム微粒子の大きさは、例えば200nm以下の大きさである。   In the germanium fine particle production apparatus and the production method using the same shown in FIG. 1, a predetermined voltage is applied to the gap between the germanium raw material 20 and the arc torch 35 that is a discharge electrode member. In the gap region 21, arc discharge is generated and germanium particles are generated by dissociating and evaporating germanium by hitting the upper surface of the raw material body 20 with ions. According to such a method, it is possible to generate sufficiently fine germanium fine particles in a highly efficient and favorable state. Specifically, in the method described above, for example, germanium fine particles of about 5 g to 10 g per hour can be produced. The size of the generated germanium fine particles is, for example, 200 nm or less.

また、チャンバ10内で、導入路11、排気路12を通して不活性ガスを導入、排気することによって形成されるガス流路を利用し、生成されたゲルマニウム微粒子を不活性ガスの排気方向に導いて、収集部材40で微粒子45を収集している。これにより、原料体20で生成されたゲルマニウム微粒子を効率良く収集することができる。   Further, by using a gas flow path formed by introducing and exhausting an inert gas through the introduction path 11 and the exhaust path 12 in the chamber 10, the generated germanium fine particles are guided in the inert gas exhaust direction. The fine particles 45 are collected by the collecting member 40. Thereby, the germanium fine particles produced | generated with the raw material body 20 can be collected efficiently.

また、上記した方法では、アーク放電によって原料体20とアークトーチ35との間の抵抗が下がり、原料体20に対して直流が印加される。このとき、原料体20中を電流が流れて温度が上昇し、原料体20自体の抵抗が下がることとなる。これにより、アーク放電による原料体20からのゲルマニウムの蒸発量、すなわちゲルマニウム微粒子の生成量が増大し、高効率でのゲルマニウム微粒子の製造が可能となる。   In the above-described method, the resistance between the raw material body 20 and the arc torch 35 is lowered by arc discharge, and a direct current is applied to the raw material body 20. At this time, current flows through the raw material body 20 to increase the temperature, and the resistance of the raw material body 20 itself decreases. As a result, the amount of germanium evaporated from the raw material body 20 by arc discharge, that is, the amount of germanium fine particles generated, is increased, and germanium fine particles can be produced with high efficiency.

ここで、微粒子を生成するためのゲルマニウムの原料体20ではP型不純物としてインジウムを含有させている。このようなP型不純物としては、原料体20の電気抵抗をある程度下げることが可能であれば良く、例えば、インジウム(In)以外にもアルミニウム(Al)、ボロン(B)などを用いることができる。また、その添加濃度は、例えば0.01%〜10%の範囲内の濃度に設定することが好ましい。一般には、不純物としては、電気抵抗を下げるP型またはN型の不純物を用いて良い。ただし、生成されるゲルマニウム微粒子での遠赤外効果などの特性の点から、P型不純物を用いることが好ましく、さらに、P型不純物としてインジウムを用いることが好ましい。   Here, in the germanium raw material body 20 for generating fine particles, indium is contained as a P-type impurity. As such a P-type impurity, it is only necessary that the electrical resistance of the raw material body 20 can be lowered to some extent. For example, aluminum (Al), boron (B), or the like can be used in addition to indium (In). . Moreover, it is preferable to set the addition density | concentration to the density | concentration in the range of 0.01%-10%, for example. In general, a P-type or N-type impurity that lowers the electrical resistance may be used as the impurity. However, in view of characteristics such as far-infrared effect in the generated germanium fine particles, it is preferable to use a P-type impurity, and it is more preferable to use indium as the P-type impurity.

また、上記した製造装置では、Ge(In)原料体20に対して電圧を印加するための放電用電極部材としてアークトーチ35を用いている。このような構成によれば、原料体と電極部材との間でのアーク放電の発生、及びそれによるゲルマニウム微粒子の生成を好適に実現することができる。ただし、このような放電用電極部材としては、図1に示した構成以外にも、様々な構成を用いて良い。また、原料体20を保持する容器25についても、原料体の状態や量などに応じて様々なものを用いて良い。また、図1に示した構成の場合、アークトーチ35としては、例えば、セリウム入りタングステン電極、トリウム入りタングステン電極などを用いることができる。   In the manufacturing apparatus described above, the arc torch 35 is used as a discharge electrode member for applying a voltage to the Ge (In) raw material body 20. According to such a structure, generation | occurrence | production of the arc discharge between a raw material body and an electrode member, and the production | generation of germanium microparticles by it can be implement | achieved suitably. However, as such a discharge electrode member, various configurations other than the configuration shown in FIG. 1 may be used. Various containers 25 for holding the raw material body 20 may be used according to the state and amount of the raw material body. In the case of the configuration shown in FIG. 1, for example, a cerium-containing tungsten electrode or a thorium-containing tungsten electrode can be used as the arc torch 35.

また、アーク放電領域21で原料体20から蒸発したゲルマニウム微粒子を収集する収集手段としては、図1に示した収集部材40以外にも、様々なものを用いて良い。また、不活性ガスの排気方向に収集部材を設置する場合、具体的な収集部材としては、例えば、ガラス、ステンレスなどからなる板状部材、ステンレスメッシュ、ガラスウールなどが好適に用いられる。   Various collecting means other than the collecting member 40 shown in FIG. 1 may be used as collecting means for collecting germanium fine particles evaporated from the raw material body 20 in the arc discharge region 21. Moreover, when installing a collection member in the exhaust direction of an inert gas, as a specific collection member, the plate-shaped member which consists of glass, stainless steel, a stainless mesh, glass wool etc. are used suitably, for example.

また、ゲルマニウム微粒子の製造が行われるチャンバ10内でのArガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気15については、その圧力を、0.01気圧〜1気圧の範囲内の圧力に設定することが好ましい。また、0.1気圧〜0.6気圧の範囲内の圧力に設定することがさらに好ましい。これにより、不活性ガス雰囲気15中におけるゲルマニウム微粒子の生成及び収集を好適に実現して、微粒子の製造効率を向上することができる。あるいは、上記範囲外の圧力に設定しても良い。例えば、上記した方法では、1気圧よりも大きい圧力でもゲルマニウム微粒子の生成及び収集が可能である。   Moreover, it is preferable to set the pressure of the inert gas atmosphere 15 such as an Ar gas atmosphere in the chamber 10 in which germanium fine particles are manufactured to a pressure within a range of 0.01 atmospheric pressure to 1 atmospheric pressure. Further, it is more preferable to set the pressure within the range of 0.1 atmospheric pressure to 0.6 atmospheric pressure. Thereby, the production and collection of germanium fine particles in the inert gas atmosphere 15 can be suitably realized, and the production efficiency of the fine particles can be improved. Or you may set to the pressure outside the said range. For example, in the method described above, germanium fine particles can be generated and collected even at a pressure higher than 1 atmosphere.

図2は、上記した製造方法によって製造されたゲルマニウム微粒子についてラマン分光解析を行った結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はラマンシフトの波数(cm−1)を示し、縦軸は得られたラマン散乱強度を示している。ゲルマニウム微粒子に対してラマン分光解析を行った場合、その波数300cm−1近傍のピークが、フォノンのω−k分散関係によって低波数側にテールを引くことが知られている(例えば、非特許文献1の図2、非特許文献2の図4を参照)。これに対して、図2では、波数300cm−1近傍のピークにおいて低波数側にテールがあることがわかる。これは、ゲルマニウム微粒子の生成を示すものである。 FIG. 2 is a graph showing the results of Raman spectroscopic analysis of germanium fine particles produced by the production method described above. In this graph, the horizontal axis represents the Raman shift wavenumber (cm −1 ), and the vertical axis represents the obtained Raman scattering intensity. When the Raman spectroscopic analysis is performed on the germanium fine particles, it is known that the peak in the vicinity of the wave number of 300 cm −1 draws a tail on the low wave number side due to the phonon ω-k dispersion relation (for example, non-patent document). 1 of FIG. 2 and FIG. 4 of Non-Patent Document 2). On the other hand, in FIG. 2, it can be seen that there is a tail on the low wave number side in the peak near the wave number of 300 cm −1 . This indicates the formation of germanium fine particles.

図3〜図5は、それぞれX線回折測定を行った結果を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は回折角度2θ(deg.)を示し、縦軸は得られたX線回折強度を示している。また、図3のグラフは、収集部材40として用いたステンレス板のゲルマニウム微粒子が未蒸着の状態でのX線回折パターンを、図4のグラフは、ステンレス板に蒸着したゲルマニウム微粒子のX線回折パターンを、図5のグラフは、純ゲルマニウムのX線回折パターンをそれぞれ示している。   3 to 5 are graphs showing the results of X-ray diffraction measurement, respectively. In these graphs, the horizontal axis represents the diffraction angle 2θ (deg.), And the vertical axis represents the obtained X-ray diffraction intensity. 3 is an X-ray diffraction pattern when the germanium fine particles of the stainless steel plate used as the collecting member 40 are not evaporated, and the graph of FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern of the germanium fine particles evaporated on the stainless steel plate. The graph of FIG. 5 shows the X-ray diffraction pattern of pure germanium, respectively.

図5に示す純ゲルマニウムの回折パターンでは、Ge(111)の2θ=27.3deg.のピークが現われている(例えば、非特許文献1の図1を参照)。一方、ゲルマニウム微粒子の蒸着前のステンレス板についての図3に示す回折パターンと、蒸着後の図4に示す回折パターンとを比較すると、ゲルマニウム微粒子が蒸着している図4の回折パターンにおいて、27.3deg.近傍に回折強度分布が現われているものの、その強度分布が広がっていることがわかる。これは、生成されたゲルマニウム微粒子の大きさが不揃いであることに起因するものと考えられる。また、2θ=45deg.、83deg.に、それぞれGe(220)、(422)と思われるピークが現われている。これらのピークは、dが短いためにはっきりしたピークになっているものと考えられる。また、図4中に現われている強度が大きい4本のピークは、ステンレスによるピークと考えられる。   In the diffraction pattern of pure germanium shown in FIG. 5, a peak of Ge (111) at 2θ = 27.3 deg. Appears (see, for example, FIG. 1 of Non-Patent Document 1). On the other hand, when the diffraction pattern shown in FIG. 3 for the stainless steel plate before vapor deposition of the germanium fine particles is compared with the diffraction pattern shown in FIG. 4 after vapor deposition, in the diffraction pattern of FIG. Although the diffraction intensity distribution appears in the vicinity of 3 deg., It can be seen that the intensity distribution is widened. This is considered to be caused by the fact that the generated germanium fine particles are not uniform in size. In addition, peaks considered to be Ge (220) and (422) appear at 2θ = 45 deg. And 83 deg., Respectively. These peaks are considered to be clear peaks because d is short. In addition, the four peaks having high intensity appearing in FIG. 4 are considered to be peaks due to stainless steel.

上記した製造方法及び製造装置によって製造されるゲルマニウム微粒子は、装身具、繊維、布地、及び衣類などに対して好適に適用することが可能である。すなわち、ゲルマニウムは、遠赤外線を発して健康増進効果や治療効果を発揮することが知られており、ゲルマニウム微粒子を用いることにより、充分な健康増進効果や治療効果を有する装身具、繊維、布地、及び衣類を容易に得ることができる。   The germanium fine particles produced by the production method and production apparatus described above can be suitably applied to jewelry, fibers, fabrics, clothing, and the like. That is, germanium is known to exhibit far-infrared rays and exert health promotion effects and therapeutic effects, and by using germanium fine particles, jewelry, fibers, fabrics, and the like having sufficient health promotion effects and therapeutic effects, and Clothing can be easily obtained.

特に、上記した方法で生成されるゲルマニウム微粒子は、充分に微小であってかつ良好な状態で得られるため、より優れた遠赤外効果の発現、加工性、様々な物品への適用などの観点で極めて有効である。   In particular, since the germanium fine particles produced by the above-described method are sufficiently fine and obtained in a good state, viewpoints such as better far-infrared effect expression, processability, and application to various articles It is extremely effective.

また、上記構成では、微粒子の製造に用いられるゲルマニウムの原料体20がインジウムを含んでいるため、生成されるゲルマニウム微粒子もインジウムを含んでいる場合がある。ゲルマニウム微粒子は、ゲルマニウムの微結晶を含んでいるが、インジウムが微量添加されている場合には、それによってP型半導体の性質を呈することとなる。ここで、ゲルマニウムの遠赤外効果は、N型あるいは真性の半導体のときに比べて、P型のときに著しく顕著に発揮される。したがって、このようにゲルマニウム微粒子にインジウムなどのP型不純物が微量添加されていることにより、得られる遠赤外効果を増強することができる。なお、不純物としては、N型不純物が添加されていても良い。   In the above configuration, since the germanium raw material 20 used for the production of fine particles contains indium, the produced germanium fine particles may also contain indium. The germanium fine particles contain germanium microcrystals. When a small amount of indium is added, the germanium fine particles exhibit properties of a P-type semiconductor. Here, the far-infrared effect of germanium is remarkably exhibited in the P-type as compared with the N-type or intrinsic semiconductor. Therefore, the far-infrared effect obtained can be enhanced by adding a small amount of P-type impurities such as indium to the germanium fine particles. Note that an N-type impurity may be added as the impurity.

図6は、ゲルマニウム微粒子を用いた装身具の一例である腕輪の構成を示す斜視図である。本実施形態による腕輪60は、腕に装用する装身具であり、プラスチックからなる円環61の内側に、ゲルマニウム微粒子が塗布されたゲルマニウム微粒子膜62が形成されている。このような構成において、腕輪60が人体に装用されると、ゲルマニウム微粒子膜62が皮膚に接触する。そして、このゲルマニウム微粒子膜62により、遠赤外効果による健康増進、治療効果が発揮される。   FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a bracelet that is an example of an accessory using germanium fine particles. The bracelet 60 according to the present embodiment is an accessory worn on the arm, and a germanium fine particle film 62 coated with germanium fine particles is formed inside an annular ring 61 made of plastic. In such a configuration, when the bracelet 60 is worn on a human body, the germanium fine particle film 62 comes into contact with the skin. The germanium fine particle film 62 exhibits health enhancement and therapeutic effects due to the far infrared effect.

なお、装身具としては、腕輪以外にも、ネックレスや指輪など、様々な装身具を用いて良い。また、装身具の材質としては、銀などの金属や、セラミックス、プラスチックなどを用いることができる。また、ゲルマニウム微粒子の装身具への適用については、一般には、装身具の外表面上にゲルマニウム微粒子を有する構成とすれば良く、その具体的な方法としては、装身具の外表面上に直接に塗布する方法に限らず、レーザ溶解付着させる方法、SiO膜中にゲルマニウム微粒子を分散させたものを塗布する方法、有機バインダにゲルマニウム微粒子を分散させたものを塗布する方法等、様々な方法を用いて良い。 In addition to the bracelet, various accessories such as a necklace and a ring may be used as the accessory. Moreover, as a material of the jewelry, a metal such as silver, ceramics, plastic, or the like can be used. As for the application of the germanium fine particles to the jewelry, generally, it may be configured to have the germanium fine particles on the outer surface of the jewelry, and a specific method thereof is a method of directly applying on the outer surface of the jewelry. Not limited to this, various methods may be used such as a method of laser melting adhesion, a method of applying a dispersion of germanium fine particles in a SiO 2 film, a method of applying a dispersion of germanium fine particles in an organic binder, and the like. .

図7は、ゲルマニウム微粒子を用いた繊維の一例である合成繊維(有機化学繊維)の断面構成を示す模式図である。本実施形態による合成繊維70は、外径が5μm程度のポリエステル繊維であり、その内部にゲルマニウム微粒子71が多数、混ぜ込まれている。これらの微粒子71の大部分は繊維70の内部に埋没しているが、その一部は繊維70の表面から外部に露出している。図7では、一部が露出した微粒子に斜線を付してある。この外部に露出したゲルマニウム微粒子71が人肌と接触することにより、上記した遠赤外効果が発揮される。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a synthetic fiber (organic chemical fiber) which is an example of a fiber using germanium fine particles. The synthetic fiber 70 according to the present embodiment is a polyester fiber having an outer diameter of about 5 μm, and a large number of germanium fine particles 71 are mixed therein. Most of these fine particles 71 are buried inside the fibers 70, but some of them are exposed to the outside from the surface of the fibers 70. In FIG. 7, fine particles partially exposed are shaded. The far-infrared effect described above is exhibited when the germanium fine particles 71 exposed to the outside come into contact with human skin.

また、このような構成では、一部が外部に露出したゲルマニウム微粒子71の大部分はポリエステル繊維70の内部に埋没しているので、織布工程や洗濯に際して微粒子71が繊維70から脱落するような不具合がない。   Further, in such a configuration, most of the germanium fine particles 71 partially exposed to the outside are buried in the polyester fiber 70, so that the fine particles 71 fall off the fiber 70 during the woven cloth process or washing. There are no defects.

ゲルマニウム微粒子を適用する繊維としては、有機化学繊維を用いることが好ましい。このような有機化学繊維は、ガラス繊維や炭素繊維のような無機質の化学繊維を除き、再生繊維、半合成繊維、または合成繊維のいずれかである。再生繊維としては、例えばレーヨン、キュプラ等があり、半合成繊維としては、例えばアセテート等があり、合成繊維としては、例えばポリエステル、ナイロン、アクリル、ビニロン、ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等がある。   Organic fibers are preferably used as the fibers to which the germanium fine particles are applied. Such organic chemical fibers are either recycled fibers, semi-synthetic fibers, or synthetic fibers, except for inorganic chemical fibers such as glass fibers and carbon fibers. Examples of the regenerated fiber include rayon and cupra. Examples of the semi-synthetic fiber include acetate. Examples of the synthetic fiber include polyester, nylon, acrylic, vinylon, vinylidene, polyethylene, polypropylene, and polyurethane.

このようなゲルマニウム微粒子を含有する繊維の製造においては、溶融紡糸可能な繊維原料(ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン等)を用いる場合には、ゲルマニウム微粒子の粉末を含む樹脂ペレットを作製し、これを公知の手法で溶融紡糸すれば良い。溶融紡糸不可能な繊維原料を用いる場合として、例えば再生繊維(レーヨン)の場合には、ビスコースにゲルマニウム微粒子の粉末を混ぜ込ませ、公知の手法でレーヨン繊維にすれば良い。また、アクリル繊維等の場合には、アクリル原料(アクリロニトリル等のアクリルモノマー)中にゲルマニウム微粒子の粉末を混ぜ込ませ、これを合成して繊維化する。なお、この手法は、溶融紡糸可能な繊維原料にも適用可能である。   In the production of fibers containing such germanium fine particles, when fiber materials that can be melt-spun (polyester, nylon, polypropylene, etc.) are used, resin pellets containing germanium fine particle powder are prepared and this is known. What is necessary is just to carry out melt spinning by the method. In the case of using a fiber raw material that cannot be melt-spun, for example, in the case of a regenerated fiber (rayon), a powder of germanium fine particles may be mixed into viscose to form a rayon fiber by a known method. Further, in the case of acrylic fiber or the like, germanium fine powder is mixed in an acrylic raw material (acrylic monomer such as acrylonitrile), and this is synthesized to be fiberized. This technique can also be applied to fiber materials that can be melt-spun.

また、上記したゲルマニウム微粒子を含む繊維を素材とする織布、編布、不織布等の布地、あるいはそのような布地を縫製してなる衣類を用いることにより、その健康増進、治療効果などの遠赤外効果を好適に得ることができる。   In addition, by using fabrics such as woven fabrics, knitted fabrics, and nonwoven fabrics made of fibers containing the germanium fine particles described above, or clothing made by sewing such fabrics, far-redness such as health promotion and therapeutic effects can be obtained. An external effect can be suitably obtained.

ところで、肩凝り等を治療・治癒する健康増進、治療効果をもたらす上記したゲルマニウムの遠赤外効果は、ゲルマニウムの微粒子中に微結晶が形成されているとき、特に好適に発揮される。これは、ゲルマニウムの微結晶は微小ながらも結晶であることから、半導体的な性質を持つためである。このような遠赤外効果が発現する仮説を説明すると、次の通りである。   By the way, the above-mentioned far-infrared effect of germanium, which brings about health promotion and treatment effects for treating and healing stiff shoulders, etc., is particularly preferably exhibited when microcrystals are formed in germanium fine particles. This is because germanium microcrystals are semi-crystalline but have semiconducting properties. The hypothesis that such a far-infrared effect appears is as follows.

まず、遠赤外線のような電磁波の生体に対する作用については、イオン化作用と非イオン化作用があり、非イオン化作用には熱作用と非熱作用が知られている。イオン化作用は主としてエネルギーの大きい短波長の電磁波(例えば放射線や紫外線)によりもたらされる。また、長波長の電磁波(例えば赤外線)の場合には、非イオン化作用として熱作用と非熱作用がもたらされる。   First, the action of electromagnetic waves such as far-infrared rays on a living body has an ionization action and a nonionization action, and a thermal action and a nonthermal action are known as the nonionization action. The ionization effect is mainly caused by short-wave electromagnetic waves (for example, radiation and ultraviolet rays) having a large energy. In the case of an electromagnetic wave having a long wavelength (for example, infrared rays), a thermal action and a non-thermal action are brought about as a non-ionizing action.

赤外線が生体に照射された場合には、吸収したエネルギーにより生体内で温度上昇が起り、いわゆる温熱効果が発揮される。ところが、波長が100ミクロン程度の遠赤外線の場合には、上記の熱作用に加えて、照射された微弱な電磁波が生体に直接作用し、いわゆる非熱作用が発揮される。   When infrared rays are irradiated on a living body, the temperature rises in the living body due to absorbed energy, and a so-called thermal effect is exhibited. However, in the case of far-infrared rays having a wavelength of about 100 microns, in addition to the above-mentioned thermal action, the weak electromagnetic waves that are irradiated directly act on the living body, so-called non-thermal action is exhibited.

ちなみにFrohlichは1960年代より、次のようなモデルを提唱している。すなわち、生体にはコヒーレントな多数の振動モードが存在しているが、エネルギーが供給されると振動が特定のモードに集中し、マクロな秩序を持った励起が生じ得ること、同一振動数のモード間に遠距離の相互作用が生じ得ること、を明らかにしている。そして、このモデルに基づいて、遠赤外線からマイクロ波にかけての波長領域で生体に非熱作用がもたらされる可能性があることを示唆している。   By the way, Frohlich has proposed the following models since the 1960s. That is, there are many coherent vibration modes in the living body, but when energy is supplied, the vibrations are concentrated in a specific mode, and excitation with macro ordering can occur. It is clear that long-distance interactions can occur between them. Based on this model, it is suggested that there is a possibility that a non-thermal action may be brought about in the living body in a wavelength region from far infrared rays to microwaves.

例えば、重要な生体構成物質であるミトコンドリアは、電子伝達系およびこれに共役してADPからATPを合成するが、このATPの生成過程において上記の非熱作用が関与することが予想される。ちなみに、布施正らは「赤外線技術」第12号(1997年)において、細胞内のオルガネラであるミトコンドリアに対する波長100ミクロン帯の遠赤外線の非熱作用を実験的に確認・検討している。   For example, mitochondria, which is an important biological component, synthesizes ATP from ADP coupled to the electron transport system, and it is expected that the non-thermal action is involved in the ATP generation process. By the way, Masanori Fuse et al., In “Infrared Technology” No. 12 (1997), experimentally confirms and examines the non-thermal action of far-infrared rays in the 100-micron wavelength band on mitochondria, which are intracellular organelles.

一方、ゲルマニウムは間接遷移型の半導体であり、そのバンドギャップエネルギーは0.67eV(近赤外相当)であるが、ホール(正孔)には重いホールと軽いホールの二種類があり、液体ヘリウム温度に冷却して電場と磁場を印加すると、これらのホールに関係した波長100ミクロンオーダーの遠赤外線を放射することが知られている。例えば、小宮山進はIII族原子の不純物を含むP型ゲルマニウムを用いて半導体レーザを試作し、液体ヘリウムで冷却しながら波長80〜120ミクロンの遠赤外線レーザ発振を確認している(「固体物理」第31巻第4号(1996年))。   On the other hand, germanium is an indirect transition type semiconductor, and its band gap energy is 0.67 eV (equivalent to the near infrared), but there are two types of holes (holes): heavy holes and light holes. It is known that when an electric field and a magnetic field are applied after cooling to a temperature, far infrared rays having a wavelength of the order of 100 microns related to these holes are emitted. For example, Susumu Komiyama prototyped a semiconductor laser using P-type germanium containing Group III impurities, and confirmed far-infrared laser oscillation at a wavelength of 80 to 120 microns while cooling with liquid helium ("Solid Physics" Vol. 31, No. 4 (1996)).

ここで、上記論文の筆者(小宮山)が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説する。P型ゲルマニウム(間接遷移型半導体)が極低温の状態では多量のホールはガンマ点(バンドの頂上)に縮退しているが、直交する電場と磁場を印加すると、いわゆるサイクロトロン運動を始める。このとき、重いホールは軽いホールに比べると8倍程度も有効質量が大きいため、短時間で光学フォノンに等しい運動エネルギーを持つようになる。すると、直ちに光学フォノンを放出して再び重いホール帯に戻るが、一部は軽いホール帯に散乱される。このようにして軽いホールの蓄積が起り、重いホールに対して反転分布が生じる。この軽いホールは電場により運動エネルギーを得て、これが所定のエネルギーレベルに達すると重いホール帯に直接光学遷移し、波長100ミクロン帯の遠赤外線を放射することとなる。   Here, the radiation mechanism of far-infrared radiation estimated by the author of the above paper (Komiyama) is outlined. When P-type germanium (indirect transition type semiconductor) is at a very low temperature, a large amount of holes are degenerated to the gamma point (the top of the band), but when orthogonal electric and magnetic fields are applied, so-called cyclotron motion begins. At this time, a heavy hole has a kinetic energy equal to that of an optical phonon in a short time because the effective mass is about eight times as large as that of a light hole. Then, the optical phonon is immediately emitted to return to the heavy hole band again, but a part is scattered to the light hole band. In this way, light holes accumulate and an inversion distribution occurs for heavy holes. This light hole obtains kinetic energy by an electric field, and when it reaches a predetermined energy level, it directly makes an optical transition to the heavy hole band and emits far-infrared rays having a wavelength of 100 microns.

本発明者は、かかる二つの実証された事実に着目し、特に好適にはP型のゲルマニウム微結晶を含む微粒子を人体に当接すれば、絶対温度300度程度のP型ゲルマニウムは波長100ミクロン内外の遠赤外線を放出することとなり、これが人体に対して熱作用と共に非熱作用をもたらすのではないか、と考えた。   The present inventor pays attention to these two proven facts, and particularly preferably, when the fine particles containing P-type germanium microcrystals are brought into contact with the human body, the P-type germanium having an absolute temperature of about 300 ° C. has a wavelength of about 100 microns. I thought that this would cause a non-thermal effect as well as a thermal effect on the human body.

本発明者が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説すると、P型ゲルマニウムの微結晶が極低温状態では、多量のホールはガンマ点(バンドの頂上)に縮退しているが、温度が上昇すると熱エネルギーを得てエネルギー分布が広がり、揺らぎも生じる。つまり、ホールのフェルミレベルが価電子帯の近くにあり、室温では25meVのエネルギーがあるため、波長100ミクロン帯の遠赤外線に相当する2.5meVの準位には容易に励起される。   The far-infrared radiation mechanism presumed by the present inventor will be outlined. When the P-type germanium microcrystals are in a cryogenic state, a large number of holes are degenerated to the gamma point (the top of the band). Obtaining energy spreads the energy distribution and causes fluctuations. In other words, since the hole Fermi level is close to the valence band and there is energy of 25 meV at room temperature, it is easily excited to a level of 2.5 meV corresponding to far-infrared rays of a wavelength of 100 microns.

このようにして重いホールは、そのバンドから軽いホールバンドに熱的に容易に励起され、そのホールは遠赤外線を放出して、元の重いホールバンドに戻る。つまり、波長が100ミクロン帯の遠赤外線を放射することとなる。したがって、このようなゲルマニウムの微結晶を含むゲルマニウム微粒子を装身具、繊維、布地、及び衣類等に適用することにより、遠赤外線による健康増進効果、治療効果が得られる。また、ゲルマニウム微粒子が充分に微小であることにより、装身具や繊維等の下地の色、美しさを損なうことがない。   In this way, a heavy hole is easily thermally excited from its band to a light hole band, and that hole emits far-infrared radiation and returns to its original heavy hole band. That is, far infrared rays having a wavelength of 100 microns are emitted. Therefore, by applying germanium fine particles containing such germanium microcrystals to jewelry, fibers, fabrics, clothing, and the like, health promotion effects and therapeutic effects by far infrared rays can be obtained. Further, since the germanium fine particles are sufficiently fine, the color and beauty of the groundwork such as accessories and fibers are not impaired.

本発明による半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、微粒子の製造対象の半導体物質としては、ゲルマニウム(Ge)以外の半導体物質を対象としても良い。そのような半導体物質としては、例えば、シリコン(Si)が挙げられる。この場合、P型不純物としては、ボロン(B)を用いることが好ましい。あるいは、ゲルマニウム、シリコン以外の物質を対象として微粒子を製造することも可能である。   The semiconductor fine particle production method, production apparatus, and jewelry, fiber, fabric, and clothing using the semiconductor fine particles according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, a semiconductor material other than germanium (Ge) may be used as a semiconductor material for which fine particles are manufactured. An example of such a semiconductor material is silicon (Si). In this case, it is preferable to use boron (B) as the P-type impurity. Alternatively, it is possible to produce fine particles targeting a substance other than germanium and silicon.

本発明は、ゲルマニウムなどの半導体微粒子を好適に生成することが可能な製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類として利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a production method, a production apparatus, and a jewelry, fiber, fabric, and clothing using the semiconductor fine particles, which can suitably generate semiconductor fine particles such as germanium.

半導体微粒子の製造装置の一実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows roughly the structure of one Embodiment of the manufacturing apparatus of semiconductor fine particles. ゲルマニウム微粒子のラマン分光解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the Raman spectroscopic analysis result of germanium fine particles. ゲルマニウム微粒子が未蒸着の状態でのステンレス板のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of a stainless steel plate in the state where germanium microparticles | fine-particles are not vapor-deposited. ステンレス板に蒸着したゲルマニウム微粒子のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of the germanium fine particles vapor-deposited on the stainless steel plate. 純ゲルマニウムのX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of pure germanium. ゲルマニウム微粒子を用いた腕輪の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the bracelet using germanium microparticles | fine-particles. ゲルマニウム微粒子を用いた繊維の断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the fiber using germanium microparticles | fine-particles.

符号の説明Explanation of symbols

10…チャンバ、11…不活性ガス導入路、12…不活性ガス排気路、15…不活性ガス雰囲気、20…Ge(In)原料体、21…アーク放電領域、25…容器、30…電圧印加部、31…電源、32、33…配線、35…アークトーチ(放電用電極部材)、40…収集部材、45…ゲルマニウム微粒子、60…腕輪、61…円環、62…ゲルマニウム微粒子膜、70…ポリエステル繊維、71…ゲルマニウム微粒子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Chamber, 11 ... Inert gas introduction path, 12 ... Inert gas exhaust path, 15 ... Inert gas atmosphere, 20 ... Ge (In) raw material body, 21 ... Arc discharge area | region, 25 ... Container, 30 ... Voltage application , 31 ... power source, 32, 33 ... wiring, 35 ... arc torch (discharge electrode member), 40 ... collecting member, 45 ... germanium fine particles, 60 ... bracelet, 61 ... annular ring, 62 ... germanium fine particle film, 70 ... Polyester fiber, 71 ... germanium fine particles.

Claims (11)

放電用電極部材、及び電気抵抗を下げるP型またはN型の不純物を含む半導体物質であるゲルマニウムの原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるとともに、その下方に設けられた不活性ガス導入路、及び上方に設けられた不活性ガス排気路を有するチャンバを用い、前記原料体を、前記放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように、前記不活性ガスの雰囲気中に設置する第1ステップと、
前記原料体及び前記放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって前記原料体から半導体微粒子であるゲルマニウム微粒子を蒸発させる第2ステップと、
前記原料体から蒸発して、前記不活性ガス導入路から前記不活性ガス排気路へのガス流路に沿って上方へと流れる前記ゲルマニウム微粒子を、前記チャンバ内で前記不活性ガス排気路がある上方の所定位置に設置された収集部材に付着させることによって収集する第3ステップと
を備えることを特徴とする半導体微粒子の製造方法。
A discharge electrode member and a raw material body of germanium , which is a semiconductor material containing a P-type or N-type impurity that lowers electrical resistance, are accommodated, and the interior is maintained in an inert gas atmosphere, and is provided therebelow inert gas introduction passage, and with a chamber having an inert gas exhaust path provided above, the raw material, as a predetermined gap is provided between the discharge electrode member, the inert gas A first step to install in the atmosphere of
Applying a voltage between the raw material body and the discharge electrode member, and evaporating germanium fine particles as semiconductor fine particles from the raw material body by the generated arc discharge;
There is the inert gas exhaust path in the chamber for the germanium fine particles that evaporate from the raw material and flow upward along the gas flow path from the inert gas introduction path to the inert gas exhaust path. And a third step of collecting by adhering to a collecting member installed at a predetermined upper position, and a method for producing semiconductor fine particles.
前記収集部材に付着した前記ゲルマニウム微粒子をアルコールで溶かして前記収集部材から分離する第4ステップを備えることを特徴とする請求項1記載の製造方法。 The process according to claim 1, wherein further comprising a fourth step of separating the germanium fine particles adhering to the collecting member from the collecting member is dissolved in alcohol. 前記チャンバ内での前記不活性ガスの雰囲気の圧力を、0.01気圧〜1気圧の範囲内の圧力に設定することを特徴とする請求項1または2記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1 or 2 , wherein the pressure of the atmosphere of the inert gas in the chamber is set to a pressure within a range of 0.01 atmospheric pressure to 1 atmospheric pressure. 前記原料体に含まれる前記不純物はインジウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の製造方法。 The said impurity contained in the said raw material body is an indium, The manufacturing method as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 放電用電極部材、及び前記放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように配置された、電気抵抗を下げるP型またはN型の不純物を含む半導体物質であるゲルマニウムの原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるとともに、その下方に設けられた不活性ガス導入路、及び上方に設けられた不活性ガス排気路を有するチャンバと、
前記原料体及び前記放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって前記原料体から半導体微粒子であるゲルマニウム微粒子を蒸発させるための電圧印加手段と、
前記チャンバ内で前記不活性ガス排気路がある上方の所定位置に設置され、前記原料体から蒸発して、前記不活性ガス導入路から前記不活性ガス排気路へのガス流路に沿って上方へと流れる前記ゲルマニウム微粒子を付着させることによって収集する収集部材
を備えることを特徴とする半導体微粒子の製造装置。
Contains a discharge electrode member and a raw material body of germanium , which is a semiconductor material containing a P-type or N-type impurity that lowers electric resistance, and is disposed so as to provide a predetermined gap between the discharge electrode member and the discharge electrode member A chamber having an inert gas atmosphere inside , an inert gas introduction path provided below the chamber, and an inert gas exhaust path provided above ;
A voltage applying means for applying a voltage between the raw material body and the discharge electrode member, and evaporating germanium fine particles as semiconductor fine particles from the raw material body by the generated arc discharge;
Installed at a predetermined position above the inert gas exhaust path in the chamber, evaporates from the raw material , and moves upward along the gas flow path from the inert gas introduction path to the inert gas exhaust path And a collecting member that collects the germanium particles flowing to the surface by adhering them.
前記チャンバ内での前記不活性ガスの雰囲気の圧力を、0.01気圧〜1気圧の範囲内の圧力に設定することを特徴とする請求項記載の製造装置。 The manufacturing apparatus according to claim 5 , wherein the pressure of the inert gas atmosphere in the chamber is set to a pressure within a range of 0.01 to 1 atmosphere. 前記原料体に含まれる前記不純物はインジウムであることを特徴とする請求項5または6記載の製造装置。 Manufacturing apparatus according to claim 5 or 6, wherein said impurities contained in the raw material body is indium. 請求項1〜のいずれか一項記載の製造方法によって製造されたゲルマニウム微粒子を外表面上に有することを特徴とする装身具。 A jewelry comprising the germanium fine particles produced by the production method according to any one of claims 1 to 4 on an outer surface. 請求項1〜のいずれか一項記載の製造方法によって製造されたゲルマニウム微粒子を含むことを特徴とする繊維。 The fiber characterized by including the germanium microparticles | fine-particles manufactured by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 . 請求項記載の繊維を素材とする織布、編布、不織布の布地。 Fabric for a material fiber of claim 9 wherein, knitted fabrics, non-woven cloth fabric. 請求項10記載の布地を縫製してなる衣類。 A garment formed by sewing the fabric according to claim 10 .
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