JP5966108B1 - 皮接治療具およびこれに用いる通電チップ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも短時間で優れた治療効果を発揮できる新規な皮接治療具およびこれに用いる通電チップの提供。【解決手段】絶縁性基板１５上に皮膚通電回路１０ａを有する通電チップ１０と、通電チップ１０を搭載する台座１６とを備え、絶縁性基板１５の誘電率ε１を台座１６の誘電率ε２よりも大きくすると共に、絶縁性基板１５と台座１６との間に緩衝材層２０を備え、その誘電率ε３を、ε１＞ε３＞ε２の関係とする。これにより、皮膚１７への装着時に通電効果とともに患部皮内に遠赤外線が効果的に輻射されて当該部位を昇温せしめるため、患部組織が弛緩してより一層治癒効果を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、皮膚に密着させて用い、筋肉のコリや痛みによる不定愁訴の治療を目的とする皮接治療具およびこれに用いる通電チップに関する。

従来、不定愁訴の原因となる筋肉のコリや痛みを治療する方法としては、ハップ剤や温灸、磁気治療具、低周波治療器などを用いる方法の他に、以下の特許文献１乃至４に示すような皮内電流を利用した皮接治療具を用いる方法が知られている。この皮接治療具は、Ｎ型半導体を負極とすると共に、これより電子親和力の高い鉱物(主として貴金属)を正極としてこれら正負極を皮外で電気的に接続した構造を有しており、離間したこれら正負極を同時に皮膚に接触させたときに皮内に発生する微弱なイオン電流（皮内電流）によって筋肉のコリや痛みを緩和するものである。

この原理を用いた皮接治療具としては様々なものがあり、図２は最も典型的な皮接治療具を示したものである。図において、符号１１１は金属からなる正極、１１２はＮ型半導体からなる負極、１１３はこれら正負極１１１、１１２を電気的に接続する導線、１１４はこの導線１１３の絶縁性被覆膜、１１５はこれらを皮膚接触面に形成した絶縁性基板、１１６はこの絶縁性基板１１５を載置した台座、１１７は皮膚、１１８は貼着手段である。絶縁性基板１１５には通常セラミクスが、また台座１１６には樹脂が用いられている。

そして、図示するようにこの正負極１１１、１１２が皮膚１１７に接触すると、この皮膚１１７を含む電気的閉回路が形成され、正負極物質の電子親和力差によって負極１１２から正極１１１に導線１１３を伝って電子ｅ⁻が流れ負極１１２内には過剰正孔ｈ^＋が発生する。これら正負極１１１、１１２の過剰キャリアは皮内に注入されて、それぞれ電極下の皮内イオンを還元酸化し、この結果生じたイオンの相互拡散によりイオン電流Ｉが皮内を流れ、このイオン電流Ｉによって筋肉のコリや痛みが軽減されるものである。

なお、イオン電流Ｉの大きさは、正負極物質の組み合わせで決まる起電圧値や正負極間距離などに依存するが、実際には製造コストや品質、また安全性の観点から正負極物質や極間距離は限定される。現在では、正極１１１の物質は貴金属、負極１１２の物質は酸化亜鉛が主に用いられ、極間距離は素子サイズにも限定されるため１〜２ｍｍとなっている。また、導線１１３は、皮膚に対する安全性の観点から限流抵抗を含む場合が多い。

特許第１４２７３６０号公報 特許第１６３１１３７号公報 特許第３７４８２７８号公報 特願平１０−２５６７５２号公報

このように微弱なイオン電流Ｉの通電によるコリや痛みに不定愁訴の緩解は、筋肉細胞や神経系細胞への電気刺激による生理活性化が起因するとみられるが、前記した材料やサイズの制限下でさらに短時間のうちに治癒効果を高める工夫が求められている。

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は従来よりも短時間で優れた治療効果を発揮できる新規な皮接治療具およびこれに用いる通電チップを提供することにある。

前記したような構成をした従来の皮接治療具による治癒効果を短時間のうちにさらに高めるために本発明では、新たな作用を与えるための構成を付加する。ひとつは遠赤外線輻射効果を高めるための構成であり、他のひとつは皮内イオン電流の高密度化効果を与える構成である。皮内組織の通電刺激に加えて、患部に遠赤外線を効果的に輻射することによって患部組織が昇温緩解することが期待される。また、通電回路電流を増やすことなく皮内のイオン電流密度を上げることができれば、高抵抗の表皮の通電損傷を防ぎつつ患部組織に与える電流刺激効果をより大きくすることができると期待される。

そこで、前記課題を解決するために第１の発明は、絶縁性基板上に皮膚通電回路を有する通電チップと、当該通電チップを搭載する台座とを有する皮接治療具であって、前記絶縁性基板の誘電率ε_１が前記台座の誘電率ε_２よりも大きくなっていると共に、前記絶縁性基板と台座との間に緩衝材層を有し、当該緩衝材層の誘電率ε_３が、ε_１＞ε_３＞ε_２の関係となっていることを特徴とする皮接治療具である。このような構成によれば、皮膚への装着時に通電効果とともに患部皮内に遠赤外線が効果的に輻射されて当該部位を昇温せしめるため、患部組織が弛緩してより一層治癒効果を高めることができる。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記絶縁性基板が酸化アルミニウムまたは酸化タンタル、酸化ジルコニア、酸化チタンのいずれかからなると共に、前記台座がＡＢＳ樹脂からなり、かつ前記緩衝材層がエポキシ樹脂またはフェノール樹脂、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、メラミン、石英ガラス、鉛ガラスのいずれかからなることを特徴とする皮接治療具である。このような構成によれば、各部の誘電率を第１の発明に規定するように、ε_１＞ε_３＞ε_２の関係に維持することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記通電チップを搭載する台座を、前記皮膚通電回路が皮膚の表面に密着するように皮膚に貼着する貼着部材を有することを特徴とする皮接治療具である。このような構成によれば、体表面上の目的の患部に対して通電チップを簡単かつ確実に当接することができる。

第４の発明は、金属からなる正極と半導体からなる負極とを導線で接続した皮膚通電回路を絶縁性基板上に有する通電チップであって、前記正極の周囲に当該正極用の金属材料またはこれと同等の電子親和力を有する材料からなる正極側島状領域を前記導線と非接触の状態で形成すると共に、前記負極の周囲に当該負極用の半導体材料またはこれと同等の電子親和力を有する材料からなる負極側島状領域を前記導線と非接触の状態で形成したことを特徴とする通電チップである。このような構成によれば、通電電流値自体を変えないで患部外に拡散する注入キャリアを患部領域に閉じ込めることにより、患部を流れるイオン電流値を高め、より効果的に治癒効果を上げることが可能になる。

第５の発明は、第４の通電チップを台座に搭載したことを特徴とする皮接治療具である。このような皮接治療具を用いれば第１の発明と同様な作用効果を発揮する。

本発明によれば、皮接治療具の装着時に通電効果とともに患部皮内に遠赤外線が効果的に輻射されて当該部位を昇温せしめるため、患部組織が弛緩して一層治癒効果を高めることができる。また、通電電流値自体を変えないで患部外に拡散する注入キャリアを患部領域に閉じ込めることにより、患部を流れるイオン電流値を高め、より効果的に治癒効果を上げることが可能になる。

本発明に係る皮接治療具１００の実施の一形態を示す拡大断面図である。 従来の皮接治療具の典型例を示す拡大断面図である。 本発明に係る皮接治療具１００の他の実施形態を示す平面図である。 （Ａ）図３中Ｍ−Ｍ’線断面図、（Ｂ）は従来の皮接治療具の作用を示す模式図である。 本発明に係る皮接治療具１００の他の実施形態を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る皮接治療具１００の実施の一形態を示したものである。符号１０は、皮膚１７に密着して用いられる通電チップであり、この通電チップ１０は、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミクスからなる絶縁性基板１５上に、金（Ａｕ）などの金属からなる正極１１と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの半導体からなる負極１２と、これらを接続する極間導線１３と、この極間導線１３を絶縁する導線ガラス被覆膜１４とからなる通電回路１０ａを印刷焼き付けによってその表面（皮膚接触面）に形成して構成されている。

アルミナ（誘電率ε_１：９．５〜９．７）からなる絶縁性基板１５は、通電回路１０ａが形成された面を除いてチップ搭載台座であるＡＢＳ樹脂（誘電率ε_２：２．４〜４）からなる台座１６に埋め込まれている。そして、この絶縁性基板１５と台座１６の間には、その誘電率ε３が絶縁性基板１５よりも小さくかつ台座よりも大きい樹脂（ε_１＞ε_３＞ε_２）からなる緩衝材層２０が介在されている。なお、この緩衝材層２０の厚みは、通常１０μｍ程度であるが、数μｍ以上であれば問題ない。また、この緩衝材層２０は、絶縁性基板１５が薄いときはその側面を除いて底面だけに形成されていてもよい。

（実施例１）
さて、この緩衝材層２０をエポキシ樹脂（誘電率４．５〜５）で構成した場合を実施例Ａ、フェノール樹脂（誘電率６．０〜７．０）で構成した場合を実施例Ｂ、この緩衝材層２０を介在させずアルミナ製の絶縁性基板１５を直接ＡＢＳ樹脂製の台座１６に密着させた場合を実施例Ｃとし、同一サイズのものを同じ方法で１０人の男性被験者の左腕内側に６時間貼付したのち取り外し、直後の貼付箇所皮膚温度を赤外線画像で測定した。なお、あらかじめ貼付前の同一箇所の皮膚温度は赤外線画像で測定してある。

その結果、平均値で、実施例Ａが３１．８１±０．２５℃、実施例Ｂが３１．５１±０．３３℃、実施例Ｃが３０．８８±０．３８℃となり、いずれも貼付前の皮膚温度平均値である２９．２２±０．２８℃を１度以上上回ったが、緩衝材層２０を介在させた場合の優位性も明らかになった。本実施例の緩衝材層２０の誘電率ε_３は、前述したようにアルミナ製の絶縁基板１５の誘電率ε_１より小さく、かつＡＢＳ樹脂製の台座１６の誘電率ε_２より大きい。すなわちε_１＞ε_３＞ε_２の不等式が満足されている。

（実施例２）
緩衝材層２０の材料として前記以外にメラミン（誘電率７．８〜８．９）または鉛ガラス（誘電率６．０）を用いた。この場合も緩衝材層２０を介在させない場合より貼付箇所の平均皮膚温度の上昇が認められた。これらの材料も前記不等式を満足している。

（比較例１）
一方、緩衝材層２０を構成する材料として、厚さ１０〜２０μｍのフィルム状の酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５：誘電率２３）、または酸化チタン（ＴｉＯ_２：誘電率５９）をアルミナ製の絶縁性基板１５とＡＢＳ樹脂製の台座１６との間に挟んだサンプルを作成した。このサンプルの場合、３人の被験者により前記と同様の実験を行って皮膚温度を測定した結果、平均でそれぞれ３０．９２±０．３５℃、３０．８２±０．２６℃であり、絶縁性基板１５と台座１６を直接接合した前記実施例Ｃの場合とほとんど変わらなかった。これら二つの材料の誘電率ε_３はアルミナ製の絶縁性基板１５の誘電率ε_１より大きく、前記不等式を満足してしない。

（比較例２）
また、緩衝材層２０を構成する材料として、テフロン（登録商標）シート（誘電率２．１）またはクラウンガラス薄板（誘電率２．２５）を挟んだサンプルも作成し、同様に男性被験者左腕内側の皮膚に貼付して皮膚温度の変化も調べた。この結果、ε_３＞ε_１とした比較例１と同様、絶縁性基板１５と台座１６を直接接合した場合と実験前後で皮膚温度に有意差を見出すことはできなかった。この実験例の場合は、緩衝材層２０の誘電率ε_３が絶縁性基板１５や台座１６の誘電率より小さく、ε_１＞ε_２＞ε_３の関係となっている。

以上の実験結果から、絶縁性基板１５と台座１６の間に介在させる第三の物質としては、その誘電率ε_３がε_１＞ε_３＞ε_２を満足したときのみ皮膚昇温効果が増大することがわかった。異なる物質の界面に入射する光の反射光エネルギーは、フレネルの式で与えられる。ｒ＝（√ε_２−√ε_１）^２／（√ε_２＋√ε_１）^２ ここでε_１、ε_２はそれぞれ界面を形成する物質の誘電率である。また、各√記号は、ε_１およびε_２にかかる。

光屈折率ｎは√εで与えられ、屈折率の大きな物質から小さな物質の界面に入射した光はしきい角以上で全反射を起すことが知られている。本発明の皮接治療具１００を皮膚に貼付した場合、皮内を流れるイオン電流によって組織が緩解し、血流が改善されて患部が局部的に昇温すると考えられるが、さらに本発明の皮接治療具１００は熱伝導によって体温を吸収しそれ自体も昇温する。皮膚から放熱される熱は数μｍ〜１０μｍ程度の波長を持つ赤外線であるが、絶縁性基板１５を構成するアルミナは熱伝導率が優れているうえに波長変換機能も有する。

近赤外の熱を波長１６μｍ以上の成分を含む遠赤外線に変換して輻射するので皮膚１７から直接絶縁性基板１５に吸収された熱のほか、皮膚１７からＡＢＳ樹脂製の台座１６に吸収された熱も熱伝導によりアルミナ製の絶縁性基板１５に伝搬して遠赤外線に変換される。そして、この絶縁性基板１５から皮膚１７に輻射されるとき長波長化されているためにさらに深奥部まで熱が到達して加温効果を高める。

前記フレネルの式は、皮膚１７から直接アルミナ製の絶縁性基板１５に入射した熱線の皮膚１７以外の境界面から外に逃げる割合が絶縁性基板１５との誘電率差が大きいほど小さくなることを示唆している。しかし、逆にこの差が大きいと皮膚１７以外の境界面（台座１６との境界面）から絶縁性基板１５に入射する熱線の割合が小さくなる。緩衝材層２０を介在させた前記実験結果はアルミナ製の絶縁性基板１５とＡＢＳ樹脂製の台座１６の誘電率をそれぞれε_１、ε_２とするとき、ε_１＞ε_３＞ε_２を満足する誘電率ε_３を持つ第三の物質を両者の界面に存在させたときに絶縁性基板１５に皮膚１７および台座１６より入射する熱の蓄積が第三の物質を介在させない場合より高まることを示唆している。しかし、逆に第三の物質の誘電率ε_３が基板の誘電率ε_１より大きな場合には、絶縁性基板１５からの熱の放散が大きくなり蓄積効果が小さくなることを示唆している。

緩衝材層２０の材料である第三の物質としては、絶縁性基板１５および台座１６の構成材料として本実施例の如く、それぞれアルミナ、ＡＢＳ樹脂を用いた場合には、実施例で示したエポキシ樹脂やフェノール樹脂のほか、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、メラミンなどの樹脂、石英ガラス、鉛ガラスなども用いることができる。また、絶縁性基板１５を酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの誘電率がアルミナより大きな材料で構成すれば、緩衝材層２０の材料をメラミンなどさらに広い範囲から求めることが可能になる。これら緩衝材層２０は、シート形状にすることもできるが、基板１５と台座１６との接着剤を兼ねることもできる。

一方、本実施例で用いたアルミナ製の絶縁性基板１５、ＡＢＳ樹脂製の台座１６の組み合わせにおいて、第三の物質を用いずにアルミナ基板１５下のＡＢＳ樹脂を局部的に一部溶融し、再冷却してアルミナ製の絶縁性基板１５とＡＢＳ樹脂製の台座１６を溶着した構成について前記のように貼付実験と温度測定を行ったところ、３１．０８±０．５５℃の好結果が得られた。

そこで、ＡＢＳ樹脂を深さ方向に斜め研磨し、その断面の密度を測定したところ、非溶融箇所に接している再固化箇所の密度が高まっていることがわかった。この領域のみが高密度化することにより、当該領域の屈折率が向上したのが原因と考えられる。従って、この例のようにアルミナ製の絶縁性基板１５とＡＢＳ樹脂製の台座１６を溶着させることによってもその溶着部分が本発明に係る緩衝材層２０として機能するため、前記実施例１および２と同様な効果が得られる。

次に、図３および図４は本発明に係る皮接治療具１００の他の実施の形態を示したものであり、それぞれ前述した通電チップ１０を構成する絶縁性基板１５上に形成された通電回路１０ａの印刷パターン（図３）と、皮接時の皮内の電流パターン（図４）を模式的に示したものである。先ず、図３における符号１１は金属からなる正極、１２は半導体からなる負極、１３はこれら正極１１および負極１２を接続する極間接続導線、１４はこの極間接続導線１３を被覆したガラス絶縁膜、２１は正極１１と同じ物質（金属）からなり、その周囲に設けられた正極側島状領域、２２は負極１２と同じ材料（半導体）かり、その外側に配置された負極側島状領域である。

図３に示す通電チップ１０は、前記実施の形態と同様にその絶縁性基板１５を通電回路１０ａ面以外を樹脂台座１６上面中央部に埋め込まれて用いられる。また、図４（Ａ）は図３中Ｍ−Ｍ’断面と皮内の電気的分布を示し、（Ｂ）は図３に示す電極パターンのうち島状領域２１，２２を設けない従来構造のＭ−Ｍ’断面および皮内の電気的分布を模式的に示したものである。

図３に示した本発明の皮接治療具１００を皮膚１７に貼着すると、図４（Ａ）に示すように金属製の電極１１から電子ｅ⁻が、また、半導体製の負極１２から正孔ｈ^＋が同時に皮内に注入される。注入された電子ｅ⁻は皮内のイオンを還元し、また、正孔ｈ^＋は皮内イオンを酸化する結果、イオン電流Ｉが発生して皮内を流れる。このイオン電流Ｉが前述したように皮内組織を刺激して治癒効果を発揮すると考えられる。そして、これら各電極１１，１２の周囲に配置された島状領域２１、２２との相互作用により高密度のイオン電流Ｉが流れるようになる。

しかし、図４（Ｂ）に示すように島状領域２１、２２がない従来構造では、注入されたキャリア（電子ｅ⁻、正孔ｈ^＋）の一部は、対向電極側に向かわず周辺に拡散する。これは通電回路１０ａに接した皮内にもともと電位分布が存在し、ポテンシャルの低いほうへキャリアが引きずられるためと考えられる。実際、この皮接治療具１００を一定時間貼付後取り外し、直後に撮影した赤外線写真によれば、貼付位置近傍の別の場所（いわゆる経穴）に電流が流れ昇温している様子が観察された。

このように対向電極１１、１２とは異なる方向に拡散したキャリアは、皮内で酸化還元イオンを作り出しても対向電極１１、１２間のイオン電流Ｉには寄与しないため、患部組織の通電刺激に貢献せず、従って治癒効果にとってはマイナスといえる。患部の治癒効果はイオン電流Ｉの密度が高いほど顕著になるが、電極１１，１２からの注入キャリア密度（すなわち回路電流値）を高めると金属電極１１、半導体負極１２に接触している表皮部位の抵抗値が高いため、電流による「かぶれ」を起しやすくなるので好ましくない。

そこで、図３に示したように、それぞれの電極１１，１２の周囲（外側）にそれぞれ正極側島状領域２１、負極側島状領域２２を設けておけば、図４（Ａ）に示すように皮接したときに正極側島状領域２１は負に、また、負極側島状領域２２は正に帯電する。これは、皮膚導電路を通じて電子親和力がより高い正極側島状領域２１に負極側島状領域から電子が流れ込み、その結果、負極側島状領域２２が電子不足の状態に陥ったためである。なおこれら、島状領域２１，２２にはそれぞれ電気的に独立しており、外部導線が接続されていないので島状領域間に電流が流れることはない。

また、同図に示すように正に帯電した負極側島状領域２２は皮内に正の電界を及ぼすため、負極から注入された正孔が正極１１側以外の方向に拡散するのを妨げる効果を発揮する。また、図示してないが、同様に負に帯電した正極側島状領域２１は皮内に負の電界を及ぼすため、正極１１から注入された電子が負極１２以外の方向に拡散するのを妨げる。

このようにして電極１１，１２から注入されるキャリア（電子ｅ⁻、正孔ｈ^＋）密度を高めることなく、従来のものに比べて患部の皮内に高いイオン電流値を与えることができ、治癒効果を高めることができるのである。なお、本実施の形態では、島状領域２１，２２を形成する材料は、それぞれ正負極材料と同じとしたが本発明はこれに限定されるものでなく、各電極１１，１２と電子親和力をほぼ同じくする材料であれば、島状領域形成物質として用いうることは自明であろう。また、図５に示すように各電極１１，１２を並列に配置した場合は、両側は円形の島状領域となり、その間は直線状の島状領域とすることで同様な作用効果が得られる。

（実施例３）
絶縁性基板１５として、縦横３ｍｍ×６ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミナチップを用い、その片面に図３に示したパターンの印刷焼き付けを行って通電チップ１０を形成した。これを直径９ｍｍ，高さ２ｍｍの円形ＡＢＳ樹脂製の台座１６の中央位置に通電回路１０ａ面を残して埋め込み、貼着手段として台座１６裏面に貼付した粘着シートとともにサンプルＫを形成した。また、図３に示したパターンから島状領域２１，２２を除いた他は、サンプルＫと同じサイズ、パターンのサンプルＬを形成した。Ｌは従来型素子である。これらサンプルＫ、Ｌを脊柱管狭窄症による腰痛患者１８名を対象に貼着実験を行い、島状領域の有無による治癒効果を調べた。

９名ずつに分けた患者グループの片方にサンプルＫを、他方にサンプルＬを、各患者の患部に４個ずつ、経穴（大腸兪、腎兪）に４個ずつ計８個を装着して１週間後に病状を調べた。その結果、島状領域２１，２２を備えたサンプルＫを装着した患者群では、痛みがほぼ消失した患者数が６名、軽快した患者数が２名であった。一方、島状領域２１，２２がない従来タイプのサンプルＬを装着した患者群では、痛みがほぼ消失した患者が３名、軽快した患者数は３名で明らかな優位差がみられた。

１００…皮接治療具
１０…通電チップ
１０ａ…皮膚通電回路
１１…正極（金属）
１２…負極（半導体）
１３…極間導線
１４…被覆膜
１５…絶縁性基板
１６…台座
１７…皮膚
１８…貼着手段
２０…緩衝材層
２１…正極側島状領域
２２…負極側島状領域

Claims (3)

1. 絶縁性基板上に皮膚通電回路を有する通電チップと、当該通電チップを搭載する台座とを有する皮接治療具であって、
   前記絶縁性基板の誘電率ε_１が前記台座の誘電率ε_２よりも大きくなっていると共に、前記絶縁性基板と台座との間に緩衝材層を有し、当該緩衝材層の誘電率ε_３が、ε_１＞ε_３＞ε_２の関係となっていることを特徴とする皮接治療具。
2. 請求項１に記載の皮接治療具において、
   前記絶縁性基板が酸化アルミニウムまたは酸化タンタル、酸化ジルコニア、酸化チタンのいずれかからなると共に、前記台座がＡＢＳ樹脂からなり、かつ前記緩衝材層がエポキシ樹脂またはフェノール樹脂、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、メラミン、石英ガラス、鉛ガラスのいずれかからなることを特徴とする皮接治療具。
3. 請求項１または２に記載の皮接治療具において、
   前記通電チップを搭載する台座を、前記皮膚通電回路が皮膚の表面に密着するように皮膚に貼着する貼着部材を有することを特徴とする皮接治療具。

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