CN102112178B - 直流型电介质势垒放电式电子照射装置以及电治疗器 - Google Patents

Abstract

提供一种电子照射装置，其能够对平面的被照射部位均匀进行一定方向的电子照射。将干电池6V的直流电源连接到直流型高电压装置，通过直流型高电压装置将6V电源升压至负5500V。将直流型高电压装置的负极输出端子连线到阴极，将直流高电压源的正极输出端子连线到阳极。在阴极的与阳极相对的面上紧贴具有适度的比介电率和一定范围的体积电阻率的电介质薄膜。该电介质薄膜通过聚氨酯橡胶制的膜构成。通过将阴极与电介质薄膜紧贴，构成了本发明的直流型电介质势垒放电电极。在带状的安装器具的上表面配置驱动电源和直流型高电压装置，在下表面配置放电电极和阳极。在把安装器具缠绕在被治疗者的患处的情况下，两电极夹着患处相对。

Description

直流型电介质势垒放电式电子照射装置以及电治疗器

技术领域

本发明涉及实现使用直流高压电源和电介质的平面电极，从电介质表面向被照射物体照射放电电子，使被照射物体中通过微弱电流的电子照射装置以及具有这种电子照射装置的电治疗器。 

背景技术

通常关于放电现象，已知的是由于直流中所观察到的绝缘破坏而伴随声音产生的火花放电和电晕放电，这些放电都是在放电时电流集中于一点，即使放电电流微小但电流密度也很高，还伴随着对被照射物体的损伤。这种一点集中型放电现象在工业中用于汽车点火火花塞等。 

另外，在医疗领域，存在使用直流型电晕放电方式在人体内流过一定电流的电治疗器。例如专利文献1至专利文献3都公开了使用这种直流电晕放电的技术。 

还已知在交流电压下采用电介质破裂放电的电治疗器。即，为了避免较大的电流集中于一点的情况，使电子进行平面放电，已知电介质势垒(barrier)放电(无声放电)，该放电方式是向包含电介质的电极施加交流电压使电子放电。例如在专利文献4中就公开了使用了这种交流的电介质势垒放电的技术。 

在工业领域，为了产生臭氧，广泛采用的是向电介质电极施加交流电压，在距离一定间隔的电极之间交替使电子放电的装置。而专利文献5公开了使用交流的电介质势垒放电的技术。 

专利文献1：日本特开2001-309987号公报 

专利文献2：日本特许第4024227号公报 

专利文献3：日本特开2007-42323号公报 

专利文献4：日本特开平11-276602号公报 

专利文献5：日本特开2006-324128号公报 

然而，现有的电介质势垒放电方式是正负发生变化的交流式，因此放电所产生的电流会随着施加交流电压而变为双向，不适于达成向一定方向放电一定量的电子的目的。 

尤其当这种放电方式用于治疗用医疗设备时，从作为被治疗体的人体角度来看，会引发交替产生电子的赋予和脱离这样的事态，不合乎正确控制所提供的电子量的目的。 

本发明人等保留了作为以往已知的交流性电介质势垒放电方式的特征的平面放电，在此基础上了进行用于实现一定方向的电子的放电的新型直流型电介质势垒放电方式的尝试。 

然而在实现上述改良之际，还存在着如下的较大的妨碍。其理由在于，当施加电压为直流时，电介质势垒放电产生于细微放电彼此独立的较多的电介质表面的各处，然而一旦在某个场所产生了放电，当产生了一次放点时该部分的电位就会降低，后续的放电停止，无法在平面产生持续性的放电，这一点是以往就已知的。 

发明内容

本发明人等为了实现被认为不可能完成且迄今为止还没有报告过实施例的直流型电介质势垒放电，不断锐意研究，终于完成了新型的直流型电介质势垒放电方式。 

为了达成上述目的，本发明的电子照射装置的特征在于，阴极连接到直流高压电源的负极输出端子侧，阳极连接到上述直流高压电源的正极输出端子侧，电介质紧贴配置于上述阴极的与阳极相对的面上，通过上述阴极和电介质构成电介质放电电极，通过向上述电介质放电电极与阳极之间施加上述直流高电压，从而从电介质表面向一个方向放出电子。 

作为本发明的一个方面，上述电介质由体积电阻率小于等于10¹³Ω·cm、比介电率大于等于5的材料构成，而为了增加电介质的比介电率，在电介质材料中混合了导电性物质。 

本发明的电治疗器的特征在于具有上述电子照射装置，在该电子照射装置的电介质放点电极与阴极之间配置被照射部位。还可以在上述电子照射装置中设置用于将流过其电极间的最大电流控制为设定电流值的电流控制电路。 

具有如上结构的本发明的电子照射装置能够在电介质放点电极的整个区域均匀地持续产生一个方向的电子流动。另外，使用这种电子照射装置的电治疗器能够在治疗部位整个区域均匀照射适度流动的电子，因而能获得安全且高效的治疗效果。 

附图说明

图1是表示本发明实施例1的布线图。 

图2是表示实施例1中使用各种电介质材料时的放电电流量测定结果的表。 

图3是表示本发明所使用的电介质材料的比介电率和体积电阻率的图。 

图4是表示本发明第2实施例中接触电介质的阴极的大小及其放点电流量的图表。 

图5是表示本发明实施例2的布线图。 

图6是表示实施例2中使用丙烯制狭缝板的单位表面积电流量测定方法的一个例子的俯视图。 

图7是表示使用图6的丙烯制狭缝板时每单位面积的电流量测定值的表。 

图8是表示实施例2的与电极的距离和每单位面积的电流量的图表。 

图9是表示实施例2的放电电子量浓度梯度的示意图。 

图10是表示本发明实施例2的每单位面积的放电电流量测定值的表。 

图11是表示实施例2的每单位面积的电流量的图表。 

图12是表示实施例2的放电电子量浓度梯度的示意图。 

图13是表示实施例2的阳极的大小和放电电子量的关系的图表。 

图14是表示本发明实施例3的布线图。 

图15是表示实施例3的电介质势垒放电复合电极部分的剖面图。 

图16是表示实施例3的整体结构的侧视图。 

图17是实施例3的平面图。 

图18是表示实施例3的控制部分的框图。 

具体实施方式

实施例1 

下面参照图1～图4具体说明本发明的实施例1。图1是表示实施例1的电路结构的布线图。作为该电路的一个例子，将干电池6V的直流电源1连接到直流型高电压装置2，通过该直流型高电压装置2将上述6V的电源升压到负5500V。直流型高电压装置2的负极输出端子3连线到金属制的阴极5，上述直流型高电压装置2的正极输出端子6连线到阳极7。在上述金属制阴极5与阳极7的相对面上，具有适度的比介电率和一定范围的体积电阻率的电介质薄膜4紧贴配置于阴极上。并且在实施例1中，作为该电介质薄膜4，使用的是厚度为2mm的聚氨酯橡胶制的薄膜。即，实施例1中，通过将阴极5和电介质薄膜4紧贴起来，从而构成本发明的直流型电介质势垒放电电极9。 

实施例1的电子照射装置具有上述结构，接下来说明其作用。首先在阴极5侧的电介质薄膜4与阳极7之间配置了丙烯板8作为电子的照射对象物，该丙烯板8是设置了通孔(气孔)的绝缘体。该丙烯板8为2mm的厚度。另外，阳极7与直流高电压源2的正极输出端子6连接，在中间配置电流计(图中A所示)。 

作为比较例，准备了同样在不设置电介质薄膜4的情况下，在阴极5与阳极7之间配置了相同厚度的丙烯板8的装置。在该比较例的结构中，当由直流型高电压装置2经由阴极5和阳极7向丙烯板8施加了负5500V的电压时，通过丙烯板8的通孔可持续观察到伴随火花和声音的火花放电，此时的电流量在6～13微安的范围内不规则地变化。 

另一方面，如实施例1那样，当使用将电介质薄膜4紧贴于阴极5上的直流型电介质势垒放电电极9的情况下，当由直流型高电压装置2经由阴极5和阳极7向丙烯板8施加了负5500V的电压时，持续进行9.93微安的稳定的无声放电。 

上述结果表示，如果选择了适当的电介质材料，则能仅通过具备单层电介质的阴极和阳极这样的简易结构，实现在直流电压下仅在一定方向发生放电的直流型电介质势垒放电(无声放电)。 

可如下考虑该直流型电介质势垒放电的放电原理。即，如果在电介质表面的各处产生彼此独立的多个细微放电，则由于施加电压是直流，则通常产生了一次放电就会使得该部分的电介质表面电位降低而停止放电。但也可以说明为，如果适当地选择电介质的体积电阻率，则电介质本身在电气方面会作为并联有电容器电容和电阻的分布常数电路发挥作用，陆续在其他场所产生微小的放电。 

图2表示在上述实施例1的电子照射装置中，使用各种电介质材料作为电介质薄膜，测定其放电电流量的结果。根据该图2的测定结果可知，例如使用膜厚度为2mm的聚氨酯橡胶、氯丁二烯橡胶、硅胶的电介质时的放电电流量根据各材料不同而不同。进而，根据对具有相同的聚氨酯结构而分子结构不同的聚氨酯橡胶A与C进行比较 研究的结果可知，放电电子量会由于氨酯甲酸乙酯固有的分子构成材料而受到影响。另外还表示出如果电介质的厚度增加，则电阻会增加，放电电流量会减少。 

而当使用丁腈橡胶(3mm厚)和丁基橡胶(1mm厚)时，含碳的绝缘橡胶的放电电子量分别为28.77微安和36.10微安，表现出良好的放电量。然而在丁基橡胶中，对火花放电进行观察，作为导电体的性质优于作为电介质的性质，未能实现电介质势垒放电。 

如上，通过含有导电性物质虽然能够增加放电电流量，然而必须选定处于保持了作为电介质势垒放电电极的性质的状态下的材料，当使用图1所示的实施例1那样的结构时，本发明的电子照射装置需要能观察到无声放电而非火花放电。 

于是，为了不限于图2的电流量，对所使用的电介质指定适当的条件，测定了图2所示的各电介质的体积电阻率和比介电率。图3表示出该结果。根据该图3可知，各电介质分别存在各自固有的体积电阻率和比介电率，它们对放电电流量带来影响。 

即，放电电流量表现出如下情况：通过使用电介质的体积电阻率小于等于10¹³Ω·cm的绝缘率且比介电率大于等于5的电介质材料就能容易实现直流型电介质势垒放电，作为电介质材料例如可以举出聚氨酯甲酸乙酯、氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶等。 

并且，关于电介质势垒放电应用电极的电介质材料，以在上述图1的试验中不伴随有火花放电作为必要条件，只要是具有同等性能的材料，则不限于上述内容。 

进而根据图2和图3可知，使用比介电率为30、体积电阻率为2.6×10¹⁰Ω·cm、膜厚为3mm的丁腈橡胶时的放点电流量为8.25微安，而通过对丁腈橡胶配合导电性的碳粉，能观察到体积电阻率的减少和比介电率的增加，放电电流量增加至28.77微安。这说明，通过配合导电物质，对电介质的体积电阻率和比介电率产生了影响，体积电阻的减少和电介质中的电流导致的电位恢复得以加速，缩短了再次产生微小放电这样的重复周期的恢复时间，从而带来了放电电流量的增加。 

进而，本发明人等研究了直流型电介质势垒放电方式的放电电流量与施加电压的关系。即，发现了如果增加了从直流高电压装置2向电介质电极9施加的电压值，则放电电流量会增加，与输入电压成比例的情况。此时通过控制电压值能够调节所需的放电电流量。 

实施例2 

接着说明研究了放电电流量与和电介质接触的阴极的面积、形状的关系的实施例 2。首先，如图4所示可知，在恒定电压下，通过增减与电介质接触的阴极的面积，能够成比例地使放电电流量增减。 

进而还研究了与电介质接触的阴极5的形状与放电电子量的分布的关系。即，如图5所示的测定方法那样，将阴极5制作得细长(10mm×70mm)，使其紧贴于电介质薄膜4(50mm×90mm)的中央，在电介质薄膜4与阳极7之间配置与人体手臂类似的高分子凝胶11。接着在电介质电极9与高分子凝胶11之间设置图6所示厚度为1mm的丙烯板缝8的4种图案(1)～(4)，逐渐增加与电介质电极9和高分子凝胶11的接触面积，测定出接触面积的增加和电流量的变化。 

图7是表示该测定结果的表。如该图7所示，阴极5正下方的与阴极5接触的电介质表面部分处的单位面积放电电流量最高，而来自距离阴极5较远的电介质表面的每单位面积的放电电流量减少。因而如图8所示，电子会以正态分布的那样产生其浓度梯度。图9示意性表示出这种情况。 

而如图10和图11所示，以相同尺寸(50mm×90mm)来制作阴极表面积和电介质表面积，把它们重叠时电介质表面部分的单位面积放电电流量为大致均等的电子分配，图12示意性表示出这种情况。 

根据上述结果可知，通过与电介质接触的阴极的形状和位置能够在电介质表面控制适当的放电电子量的浓度梯度，能够在相同电源电压的条件下，向需要的部位限定地照射需要的电子量。 

进而如图13所示，来自壁垒放电电极9的放电电流量还会受到与该电极相对的导电性阳极7的面积的影响，通过增大阳极7的面积而使得放电量增加。另外，如果用绝缘性的棉布覆盖了壁垒放电电极9，则放电量会降低，因而可知阳极7的面积以及和阳极7接触的材料的导电性会对来自电介质薄膜4的放电量带来影响。 

根据上述公开的实施例1和2可知，本发明的直流型电介质势垒放电的放电电子量会受到如下举出的要素的影响。 

1.电介质的体积电阻率 

2.电介质的比介电率 

3.电介质的厚度 

4.与电介质配合的导电性物质 

5.对电介质的输入电压值 

6.与电介质接触的阴极的面积 

7.与电介质接触的阴极的形状 

8.与电介质相对抗的阳极的面积 

9.与电介质相对抗的阳极的导电性 

根据本发明，通过考虑到上述控制要素来制作直流型电介质势垒放电电极，从而能够从电介质整个表面呈平面状引发放电现象，在相对的平板电极之间沿着一定方向产生恒定电流通电。 

实施例3 

接着说明将上述实施例1和2所示结构的电子照射装置用于电治疗器的实施例3。即，从100多年以前就发现了提供给人体的微弱电流具有生理性作用，最近则报告有促进创伤治愈的情况等，已被指出使用微弱电流的治疗法的重要性。 

即，为了将微弱电子作为恒定放电电流在一定方向安全地通过人体，使用上述实施例1和2所示的直流型电介质势垒放电方式的电子照射装置是有效的。图14至图17所示的实施例3就是将本发明的电子照射装置用于电治疗器的具体例子。 

如图14的布线图所示，将应用了外置干电池的直流电源1用作驱动电源。直流电源1上连接着升压用的直流型高电压装置2，将其负极输出端子3(电压平均值在负侧)连接到阴极3。如图15的剖面图所示，使阴极3与聚氨酯甲酸乙酯制的电介质薄膜4(90mm纵×50mm横×2mm厚)紧贴，用绝缘布13覆盖它们以形成电介质复合电极9。另一方面，在直流电源1的零伏侧的正极输出端子6上连接被绝缘布覆盖的阳极7。 

如果在这一对电极9、7之间夹着人体的治疗部位12并施加直流高电压，则会产生直流型电介质势垒放电，由于平面放电而产生的电子会非侵袭性地通过人体的接触部位被提供到体内。 

图16和图17是表示将上述图14和图15所示的电子照射装置应用于便携型电治疗器的事例的侧视图和平面图。如图16所示，在带状安装器具15的上表面配置驱动电源1和直流型高电压装置2，在下表面配置放电电极9和阳极7。通过导线16将直流型高电压控制装置2的负电极侧输出端子3与放电电极9连接起来，通过导线17将直流型高电压控制装置2的正电极侧输出端子6与阳极7连接起来。这种情况下，如图17所示，在带状安装器具15的同一平面上配置直流型电介质势垒放电电极9和阳 极7，当把安装器具15缠绕在被治疗者的患处时，两个电极9、7夹着患处相对配置。 

进而，由于电介质的放电电流量会根据人体的表面湿度、温度发生变化，因而为了用作治疗器，就需要将放电电流量控制为适当的一定范围的电流量控制电路。因此，在实施例3中，如图18所示，直流型高电压控制装置2具有可变电压电源电路18、高压转换整流电路19和反馈控制电路20。 

即，输入到可变电压电源电路18的电源输入端子21、22的电压将与从反馈控制电路20的输出端子32输入到控制电压输入端子25的电压对应的电压向输出端子23、24输出。可变电压电源电路18的输出电压从高压转换整流电路19的输入端子26、27输入到高压转换整流电路19，被转换、整流为所需的电压之后，作为直流电压从输出端子28、29输出。 

反馈控制电路20检测与阳极7串联地插入到与高压转换整流电路19连接的导线17上的电阻器33两端的电压。该电压被输入到反馈控制电路20的输入端子30、31，当电阻器33两端的电压大于在其内部设定的基准电压时，由输出端子32降低可变电压电源电路18的输出电压。在流过与阳极7连接的导线17的电流值大于规定电流的情况下，以该电流值不会大于由反馈控制电路20设定的电流值的方式向可变电压电路18输出控制电压，整体构成为负反馈电路。 

如上，在实施例3中，施加负反馈以使由电介质势垒放电引起的电流值不会大于一定水平，从而能防止安装于人体时产生的由汗等导致的湿度变化引发的过大电流，能确保治疗时的安全性。 

符号说明 

1直流电源；2直流型高电压装置；3直流型高电压装置的负极输出端子；4电介质薄膜；5阴极；6直流型高电压装置的正极输出端子；7阳极；8丙烯板；9直流型电介质势垒放电电极；10电介质的等价分布常数元件；11高分子凝胶；12手臂(人体)；13绝缘布；14导出线；15带状安装器具；16放电电极用导线；17阳极用导线；18可变电压电源电路；19高压转换整流电路；20反馈控制电路；21、22可变电压电源输入端子；23、24可变电压电源输出端子；25可变电压电源控制输入端子；26、27高压转换整流电路输入端子；28、29高压转换整流电路输出端子；30、31反馈控制电路输入端子；32反馈控制电路输出端子；33电阻器。 

Claims (5)

1.一种直流型电介质势垒放电式电子照射装置，其特征在于，阴极连接到直流高压电源的负极输出端子侧，阳极连接到上述直流高压电源的正极输出端子侧，电介质紧贴配置于上述阴极的与阳极相对的面上，通过上述阴极和电介质构成电介质放电电极，

通过向上述电介质放电电极与阳极之间施加直流高电压，从而从电介质表面向一个方向放出电子。

2.根据权利要求1所述的直流型电介质势垒放电式电子照射装置，其特征在于，上述电介质由体积电阻率小于等于10¹³Ω·cm、比介电率大于等于5的材料构成。

3.根据权利要求1或2所述的直流型电介质势垒放电式电子照射装置，其特征在于，为了减小上述电介质的体积电阻率并增大其比介电率，在电介质材料中混入导电性物质。

4.一种电治疗器，其特征在于，具有上述权利要求1所述的电子照射装置，

在该电子照射装置的电介质放电电极与阳极之间配置被照射部位。

5.根据权利要求4所述的电治疗器，其特征在于，上述电子照射装置具有电流控制电路，该电流控制电路将在上述电子照射装置的电极之间流过的最大电流控制为设定电流值。

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