JP4180126B2

JP4180126B2 - 強誘電体と半導体からなる複合治療器

Info

Publication number: JP4180126B2
Application number: JP07360195A
Authority: JP
Inventors: 三郎石黒; 達夫井上; 良次藤田; 哲裕岩田
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: JPH0810339A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、筋肉痛、肩こり等の治療や、筋肉皮膚の活性化、運動能力向上などに使用される治療器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筋肉痛、肩こり等の治療に、ゲルマニウム、シリコン等の半導体の結晶やセラミックス等の成形体に半導体の薄膜をコーティングした半導体治療器が使用されている。
通常、人間の皮膚は、正常な状態では図１０に示すように、表皮２の表面角質層１は−２０〜−３０ｍＶに、基底膜３を挟んだ真皮４は＋２０〜＋３０ｍＶに帯電している。この皮膚表面の電位がプラスに、真皮の電位がマイナスに逆転する異常な状態になると凝りや痛みが生ずる。
【０００３】
ｐ形半導体は正孔がキャリヤとなっているので電子を吸引してマイナスに帯電する性質があり、ｐ形半導体を凝りや痛みがある所に貼付けると、皮膚表面の電位をマイナスに、真皮の電位をプラスに戻す効果があるので、治療にはｐ形半導体が有効であると考えられている（特願平５−３８８５１号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、神経生理学によると、凝りや痛みは単なる電位の逆転だけではない。真皮４側のプラス帯電というのは、Ｎａ⁺イオン等の膜電位によるもので神経や細胞内液はＮａ⁺イオンが少なくマイナス電位、細胞外液は内液に比べてＮａ⁺イオンが１０倍も高いのでプラス電位となっている。これが病的状態となり、凝りや痛みを生ずると、図５に示すように、凝りや痛みのある部位６では細胞内や神経５にＮａ⁺イオンが流入し、それが脳に痛みのインパルスとして伝達される。Ｎａ⁺イオンが細胞内に流入すると、一時的に細胞内はプラス、細胞外（真皮電位）はマイナスとなり逆転電位となるが、ミリ秒の単位でナトリウムポンプが働いて細胞内からＮａ⁺イオンが排出されるので、再び細胞内はマイナス、細胞外（真皮電位）はプラスに戻る。痛みが続くのは、これが繰り返されて真皮の電位が−，＋，−，＋，−と変動するためであり、ｐ形半導体のマイナス電位だけで表皮の電位をマイナスに安定化するには時間がかかり十分な効果が得られない場合がある。
【０００５】
本発明は、半導体治療器におけるかかる問題を解決するものであって、強誘電体又は強誘電体を含む材料の表面に、ｎ形半導体膜をコーティングし、ｎ形半導体膜の上にｐ形半導体膜をさらにコーティングする構造により、皮膚電位の病的な変動による痛みを解消することのできる強誘電体と半導体の複合治療器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強誘電体又は強誘電体を含む材料の表面に、１ｎｍ〜５００ｎｍのｎ形半導体膜をコーティングし、ｎ形半導体膜の上に、そのｎ形半導体膜と同種の半導体材料からなる５０ｎｍ〜５００ｎｍのｐ形半導体膜をさらにコーティングして強誘電体と半導体の複合治療器を構成することにより上記課題を解決している。強誘電体を含む材料としては、織布、不織布、紙、プラスチックス、又はセラミックスに、強誘電体粉末を混紡、混合、塗布、又は付着させたものが使用される。
【０００７】
強誘電体としては、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＺＴ、又はロッシェル塩が使用される。
ｎ形半導体膜及びｐ形半導体膜としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム燐、インジウム燐、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、又は有機半導体の薄膜が使用される。
【０００８】
【作用】
図５のような皮膚の凝りや痛みのある部位６に、図６に示すように本発明の強誘電体と半導体の複合治療器１０を貼付すると、表皮電位の＋，−，＋，−，＋の変化に応じて強誘電体７の表面に−，＋，−，＋，−，＋の電位が誘起される。この強誘電体７の表面には、ｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９が積層コーティングされているので、半導体の性質からマイナスの電気はｎ−ｐ積層を通って表皮２に流れるが、プラスの電気はｎ−ｐ積層を通過せず表皮２にには流れない。従って、図７に示すように、表皮電位Ｓはプラスからマイナスに戻り安定化する。表皮電位Ｓがマイナスに戻り安定化すると、誘電作用で真皮電位Ｃがプラスに戻り、神経５への刺激がなくなるので痛まなくなる。最終的には、図８および図９に示す安定した状態となり、凝りや痛みから開放される。痛みがなくなれば、強誘電体の表面電位Ｄはプラスとなりマイナス電位は発生しなくなるので、表皮２に過剰にマイナスの電気が流れることはない。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の実施例である強誘電体と半導体からなる複合治療器の縦断面図、図２、図３は複合治療器の他の実施例の縦断面図、図４は半導体の結合状態の一例を示す説明図である。ここで、複合治療器１０は、強誘電体７の表面に、ｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９が積層コーティングされている。
【００１０】
強誘電体７としては、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＺＴ、又はロッシェル塩が使用され、図１及び図２の実施例では、その粉末を焼結してセラミックスとするか、樹脂に混合して成形物としている。
図３の実施例では、織布、不織布、紙、プラスチックス等の布状物１６の表面に強誘電体７を塗布乾燥させ、これにｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９を積層コーティングしている。強誘電体７は繊維に混紡して織布とすることもできる。
【００１１】
ｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９のコーティングは、スパッタリング、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ塗布など何れの方法でもよいが、先ずｎ形半導体膜８をコーティングしてから、次にｐ形半導体膜９のコーティングを行う。これは、強誘電体７に誘起された電気のうち、マイナスの電気を通しプラスの電気を通さないようにするためである。痛みを感ずる神経のスパイク電位はミリ秒の単位で＋，−に振動するので、強誘電体７に誘起される電位もミリ秒単位で変化する。従って、コーティングするｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９の厚さも、キロヘルツ領域でマイナスの電気を通しプラスの電気を通さない膜厚が必要であり、多結晶薄膜、アモルファス薄膜、単結晶薄膜によって差はあるが、通常１ｎｍ〜５００ｎｍの薄膜が使用される。ｐ形半導体膜９は外側で摩擦があるので５０ｎｍ以上ある方が望ましいが、ｎ形半導体膜８は１ｎｍ以上あれば差し支えない。
【００１２】
ｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９には、例えばシリコンとガリウム燐のようにそれぞれ別種の半導体を使用してもよいが、ｐ−ｎ接合がヘテロジャンクションになるので同種の半導体を使用して電子の移動をスムーズにする方が望ましい。図４に示す半導体の結合状態の例では、複合治療器１０のｐ形半導体９は硼素ドープシリコンである。シリコンＳｉは４価で４個の結合電子１７を持ちダイヤモンド結合しているが、その中に入っている硼素Ｂは３価でその結合電子２０は３個であるため正孔２１ができる。一方、ｐ形半導体９と接しているｎ形半導体８はアンチモンドープシリコンであり、シリコンＳｉ中のアンチモンＳｂは５価でその結合電子１８は５個であるためそのうちの１個は余剰電子１９となる。この余剰電子１９はｐ形半導体９の正孔２１に移動して安定化する。従って、ｎ形半導体８はプラスに、ｐ形半導体９はマイナスに帯電している。このようなｐ形半導体膜９はそのマイナス電位が接触する表皮２をマイナス電位に保つ効果もある。なお、強誘電体が酸化チタンの様にｎ型の場合は、ｎ型半導体膜を省略し、強誘電体に直接Ｐ型半導体膜を生成させても同じ効果を得ることが出来る。
【００１３】
ｎ形半導体膜及びｐ形半導体膜としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム燐、インジウム燐、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、又は有機半導体の薄膜が使用できるが、価格や取扱いの容易さからシリコンや有機半導体の薄膜が多く用いられる。有機半導体では、マイナスチャージのものをｐ形、プラスチャージのものをｎ形として使用する。
【００１４】
人体が凝りや痛みを感ずる場合、凝りや痛みがある部位６には、真皮電位が−，＋，−，＋，−と変動する。この電位の変化を受けて表皮２が＋，−，＋，−，＋と変化する。そこで、図５のように皮膚の凝りや痛みのある部位６に、図６に示すように本発明の強誘電体と半導体の複合治療器１０を貼付すると、表皮電位の＋，−，＋，−，＋の変化に応じて強誘電体７の表面に表皮電位と逆位相の−，＋，−，＋，−の電位が誘起される。この強誘電体７の表面には、ｎ形半導体膜８及びｐ形半導体膜９が積層コーティングされているので、半導体の性質からマイナスの電気はｎ−ｐ積層を通って表皮２に流れるが、プラスの電気はｎ−ｐ積層を通過せず表皮２には流れない。従って、複合治療器１０は、マイナスの電気のみを表皮２側へ流し、凝りや痛みのある部位６の電位が揺らいでいる間は刺激を持続する。
【００１５】
図７に示すように、表皮電位Ｓがプラスからマイナスに戻ると誘電作用で真皮電位Ｃがプラスに戻り安定化して、神経５内へのＮａ^＋イオンの注入も抑制され痛みが減少する。最終的には、図８および図９に示す安定した状態となり、凝りや痛みから開放される。痛みがなくなれば、強誘電体の表面電位Ｄはプラスとなりマイナス電位は発生しなくなるので、表皮２に過剰にマイナスの電気が流れることはなく安全である。
【００１６】
（実施例１）
チタン酸バリウム１２ｇ、エポキシ樹脂５０ｇ、硬化剤２０ｇを加えて塗料化し、幅１５０mm、長さ２３０mmの木綿布に塗布した。硬化乾燥後、燐２００ｐｐｍドープｎ形シリコン半導体を５０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上に硼素２００ｐｐｍドープｐ形シリコン半導体を１００ｎｍの厚さにスパッタリングし、直径１５mmの円形状に切り抜き試料とした。
【００１７】
比較例として、チタン酸バリウム１２ｇ、エポキシ樹脂５０ｇ、硬化剤２０ｇを加えて塗料化し、木綿布に塗布して硬化乾燥させ、半導体薄膜はコーティングしないものを用いた。
先ず比較例の試料を肩凝り患者１２名の圧痛点に４〜１０箇所貼付した。３日後軽快１名、やや軽快４名、変化なし７名であった。そこで、比較例の試料を外し、１時間後、実施例の試料をやや軽快４名、変化なし７名の計１１名の患者の同じ位置に貼付した。３日後軽快７名、やや軽快３名、変化なし１名であった。使用した試料の種別は被着者には知らせずに行った。
【００１８】
やや軽快を効果率５０％として単純に効果率を計算すると、比較例では２５．０％、実施例では１１名に対し７７．３％となる。比較例で軽快した１名を実施例でも軽快するとして計算すれば、１２名に対し効果率は７９．２％となる。
（実施例２）
幅１５０mm、長さ２３０mmの木綿布にシリコン樹脂コーティングを行い、その上に、タンタル酸リチウム１２ｇ、エポキシ樹脂５０ｇ、硬化剤２０ｇを加えてメチルイソブチルケトン５０ｍｌで薄めたものを塗布し、乾燥硬化させた。この表面に、燐２００ｐｐｍドープｎ形シリコン半導体を８０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上に硼素２００ｐｐｍドープｐ形シリコン半導体を１００ｎｍの厚さにスパッタリングし、更にその上にアクリル系粘着剤を２度塗布し、直径２０mmの円形状に切り抜き試料とした。
【００１９】
比較例として、エポキシ樹脂のみをコーティングした木綿布に燐２００ｐｐｍドープｎ形シリコン半導体を８０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上に硼素２００ｐｐｍドープｐ形シリコン半導体を１００ｎｍの厚さにスパッタリングし、更にその上にアクリル系粘着剤を２度塗布したものを用いた。
二日酔いによる頭痛患者１６名に対し、比較例の試料を６名の患者の後頭部に４箇所貼付した。貼付後、軽快２名、やや軽快３名、変化なし１名であった。
【００２０】
本実施例の試料を１０名の患者の同じ位置に貼付した。貼付直後、軽快８名、やや軽快１、変化なし１名であった。
効果率は、比較例が５８％、本実施例が８５％であった。
（実施例３）
チタン酸鉛とジルコン酸鉛の１：１混晶粉末にバインダーとしてシリコーンワニスを加え、図１に示すような錐部を有する直径７ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状に圧粉成形し、３００°Ｃで低温焼結した。これを基板として燐２００ｐｐｍドープｎ形シリコン半導体を３０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上に硼素２００ｐｐｍドープｐ形シリコン半導体を１００ｎｍの厚さにスパッタリングした。
【００２１】
比較例としては、塩化ビニールを実施例と同じサイズに成形し、燐２００ｐｐｍドープｎ形シリコン半導体を３０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上に硼素２００ｐｐｍドープｐ形シリコン半導体を１００ｎｍの厚さにスパッタリングした。
比較例の試料を腰痛患者６名の腰の圧痛点に６〜１０個所貼付した。３日後、軽快２名、やや軽快２、変化なし２名であった。
【００２２】
実施例の試料を他の腰痛患者９名の腰の圧痛点に６〜１０個所貼付した。３日後、軽快６名、やや軽快２、変化なし１名であった。
効果率は、比較例が５０％、本実施例が７７．８％であった。
（実施例４）
チタン酸バリウム粉末にバインダーとしてシリコーンワニスを加え図１に示すような錐部を有する直径６ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状に圧粉成形し、１２５０°Ｃで焼結した。これを基板としてアンチモン２００ｐｐｍドープｎ形ゲルマニウム半導体を３０ｎｍの厚さにスパッタリングし、その上にインジウム２００ｐｐｍドープｐ形ゲルマニウム半導体を８０ｎｍの厚さにスパッタリングした。
【００２３】
比較例としては、酸化アルミニウム粉末を実施例と同様の方法で成形し、半導体薄膜はコーティングしないものを用いた。
この実施例と比較例の試料を用いて、筋力に対する影響を調査した。
筋力テストを下記の方法で行った。
被験者は男性１０名、女性１名でこれを二グループに分け、実施例グループ（男性５名、女性１名）に本実施例の試料を貼付し、比較例グループ（男性５名）には比較例の試料を貼付する。
【００２４】
測定対象とする筋力は、膝を伸ばす筋力であり、試料の貼付部位は、膝の周囲と大腿部で計１１個を貼付する。
測定装置にはＡｒｉｅｌＣｏｍｐｕｔｅｒｉｓｅｄＥｘｅｒｃｉｓｅｒｓを用い、被験者は腰掛けた状態で大腿部を固定し、膝の曲げ伸ばし運動を行う。
測定装置は角速度２４０度／秒の設定で、被験者は膝の曲げ伸ばし運動を全力で先ず１分間行い、次に５分間休憩後１分間、更に５分間休憩後１分間、計３セット行う。
１セット目の運動は、ウォーミングアッブと測定に対する慣れを目的として、両グループとも試料を貼付せず、１セット目の運動直後休憩の間に試料を貼付する。
【００２５】
筋力は、各被験者の３セット中の最大値をその被験者の最大筋力とし、これに対する各セット内の各回の測定値を百分率でプロットしその変化で比較する。
上記筋力テスト結果、実施例の試料を貼付した被験者の筋力の減衰量が、比較例の試料を貼付した被験者の筋力の減衰量より小さくなり、この傾向は３セット目に顕著に現れた。図１１は、縦軸を最大筋力に対する百分率、横軸を膝の曲げ伸ばしの回数として、３セット目の膝伸筋力の変化を表したグラフであり、線Ｅは実施例グループ６名の平均値、線Ｆは比較例グループ５名の平均値を示している。
【００２６】
図１２は、実施例グループと比較例グループとの筋力変化の有意差を検定（ｔ検定）した結果を示している。この結果より、３セット目の膝の曲げ伸ばし１６回目以降において両グループ間に有意差が認められ、実施例グループは、比較例グループに比べて筋疲労が軽減されている。このように、本実施例の試料を貼付することにより、疲労が軽減されるので、筋疲労が原因で起こる痛みの予防や治療、さらに、運動能力、競技力の向上にも効果がある。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の強誘電体と半導体からなる複合治療器は、凝りや痛みのある部位の皮膚の電位の変化を受けて強誘電体に発生するプラスとマイナスの電気のうち、マイナスの電気のみを表皮に流すので、痛みが続く限りマイナスの電気を間欠的に表皮に流し、刺激を持続し皮膚を正常な電位に戻すことができる。この生体反応は痛みの生理作用を利用しているので、広範囲に応用でき、また生体に注入したり、傷をつけたりすることがなく安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である強誘電体と半導体からなる複合治療器の縦断面図である。
【図２】複合治療器の他の実施例の縦断面図である。
【図３】複合治療器の他の実施例の縦断面図である。
【図４】半導体の結合状態の一例を示す説明図である。
【図５】凝りや痛みのある場合の皮膚の電位の状態を示す説明図である。
【図６】凝りや痛みのある皮膚に複合治療器を貼付した状態を示す説明図である。
【図７】複合治療器を貼付したときの皮膚の電位と強誘電体の表面電位の変化を示すグラフである。
【図８】複合治療器を貼付後、凝りや痛みが解消した状態を示す説明図である。
【図９】凝りや痛みが解消したときの皮膚の電位と強誘電体の表面電位の変化を示すグラフである。
【図１０】正常な皮膚の電位の状態を示す説明図である。
【図１１】膝伸筋力の変化を表したグラフである。
【図１２】実施例グループと比較例グループとの筋力変化の有意差を検定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１表面角質層
２表皮
３基底膜
４真皮
５神経
６凝りや痛みのある部位
７強誘電体
８ｎ形半導体膜
９ｐ形半導体膜
１０複合治療器
１６布状物
１７結合電子
１８結合電子
１９余剰電子
２０結合電子
２１正孔
Ｂ硼素
Ｓｉシリコン
Ｓｂアンチモン

Claims

強誘電体又は強誘電体を含む材料の表面に、１ｎｍ〜５００ｎｍのｎ形半導体膜をコーティングし、ｎ形半導体膜の上に、そのｎ形半導体膜と同種の半導体材料からなる５０ｎｍ〜５００ｎｍのｐ形半導体膜をさらにコーティングしてなる強誘電体と半導体からなる複合治療器。
強誘電体を含む材料が、織布、不織布、紙、プラスチックス、又はセラミックスに、強誘電体粉末を混紡、混合、塗布、又は付着させたものである請求項１記載の強誘電体と半導体からなる複合治療器。
強誘電体が、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＺＴ、又はロッシェル塩である請求項１、又は請求項２記載の強誘電体と半導体からなる複合治療器。
ｎ形半導体膜及びｐ形半導体膜が、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム燐、インジウム燐、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、又は有機半導体の薄膜である請求項１、請求項２、又は請求項３記載の強誘電体と半導体からなる複合治療器。