JPS63238853A - 皮膚抵抗計測用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体皮膚の生理活性度に対応した皮膚抵抗値
を局部的に測定するための皮膚抵抗計測用センサに関す
る。

〔従来の技術〕

従来より皮膚抵抗をａｔ！ｌ定する手段のひとつとして
、皮膚上に載置した一定間隔の正負電極間に一定の電圧
を印加して流れる電流値を測定するやり方がある。簡便
な方法として広く知られている。

〔発明が解決しようとする問題点３ 人体等の生体皮膚は表皮、真皮、皮下組織から成り、生
体の温度調節や新陳代謝の機能（発汗や皮膚呼吸作用）
の一部を受持つと同時に、外部から細菌等の生体内侵入
を防ぐ重要な役割を担っている。皮下組織は血流、汗腺
等を通じて身体内外の代謝サイクルを司どると共に皮膚
組織のそのものの活性化を支えている。一方、真皮は皮
下組織から細胞構成物質の補給を受けて一定の周期で各
種皮膚細胞を新生している。生理活性機能を失った皮膚
細胞は上方に押出されて外界から真皮を保護する表皮と
なる。これら生体皮膚はしたがって下層に位置する組織
程高い生理活性度を有し、含水率が高い。すなわち皮膚
下層はど電気伝導度は高い。ところで生体皮膚の新陳代
謝作用は他の細胞同様生体の老化に伴って沈滞するため
皮膚の含水率は低下する、すなわち皮膚の電気伝導度は
低くなる。また、皮膚疾患や自己免疫性疾患などで、生
体皮膚の生理活性度が失調すると患部は正常時に比べて
一般に潤いを失ない皮膚荒れを起して電気伝導度が低下
する。逆に外傷や感染症、アレルギー性疾患などで皮膚
組織が炎症を起し、リンパ液が浸出して周囲の健常組織
に比べ局部的に皮膚抵抗が急落する場合もある。

このように皮膚年令や皮膚の健康状態は含水率を介して
電気伝導度に反映されるので、皮膚抵抗が手軽に測定で
きれば健康状態の判定に役立つ。

たとえば、上記したように皮膚が老化すると含水率が低
下して表面にヒビ割れやささくれを生じ、シミやシワが
増えて美容上問題であるだけでなく、外部から細菌や有
害物質が体内に浸透しやすくなるため生体の健康を維持
する上からも好ましくない。老化によって皮下組織から
脂肪分や水分の補給が滞り、皮膚の「みずみずしさ」が
低下するのを補完するにはクリームや水溶液に必要成分
を含ませて皮膚表面に塗り込むことが有効である。これ
ら外部から補給した水分やイオン、油脂分は表皮から内
部に浸透したり、／表皮に被膜を作って外気を遮断する
ため皮膚の「みずみずしさＪが回復するのである。この
ような痛んだ皮膚の回復過程は当然皮膚抵抗の変化とし
て観測されるはずである。

従来より皮膚抵抗を８１１定する手段のひとつとして前
記した皮膚上に載置した一定間隔の正負電極間に一定の
電圧を印加して流れる電流値を測定する方法が知られて
いた。しかし、この方法では常時一定値を示す外部電源
が必要であり、装置が大型化して手軽さを欠く上に電極
間短絡などの事故によって大電流が皮膚面を流れ火傷を
発生するという危険もあった。

本発明は上記した従来の電気式皮膚抵抗測定装置がもつ
欠点を解消し、新規な原理に基づく簡便な電気式皮膚抵
抗測定装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明では、化学電池の原
理を応用し、標準単極電位のより高い陽極電極と標準単
極電位のより低い陰極電極との間に直流電位差計又は電
流計を接続した構造の装置を用い、前記陰陽極の皮接面
積を一定かつ皮接陰陽極間距離を一定にする如くして生
体皮−に圧接し、以って発生した電圧を前記直流電位差
計に表示する皮膚抵抗計測用センサを□開示する。特に
陽極材料として貴金属、陰極材料として半導体結晶を用
いたセンサは、安定かつ大きな起電力が発生でき有用で
ある。

〔作用〕

本発明によれば、陽極電極−皮膚−陰極電極とで一種の
化学電池が形成され、皮膚の生理状態に応じた電圧が発
生し電位差計でどれを検畠表示する。

〔実施例〕

以下本発明の原理、実施例゛を説明する。第１図は本発
明の一実施例を示す。標準単極電位のより高い導電性鉱
物（甲）２と、より低い導電性鉱物（乙）３とを一定の
間隔をもって絶縁性樹脂４で固定する。甲２と乙３はそ
れぞれ別々のリード線に接続され、各々のリード線は外
部で直流電位差計５の端子に接続されている。この時直
流電位差計５のプラス端子には甲２のリード線が、また
マイナス端子には乙３のリード線がそれぞれ接続される
。導電性鉱物甲、乙のそれぞれが同じ表面積。

たとえば直径３膿の球状をしており、絶縁性樹脂４に半
球が埋め込まれた状態とする。甲、乙の各々を同時に、
絶縁性樹脂４の表面が皮膚面１に接触するようにして皮
膚面１に圧接した状態を第１図（ａ）に示す。この時直
流電位差計の指針は皮膚抵抗値に対応した正の一定電位
を示す。これは次のような理由による。甲２が金属、乙
３がｎ型半導体単結晶の例で説明すると、本皮膚抵抗計
測用センサを皮接した場合、エネルギーバンドダイヤグ
ラムは第１図（ｂ）の如くなる。図でＥｃは伝導帯底の
電子エネルギー、Ｅｖは充満帯頂上の電子エネルギー、
ｅ−は自由電子、ｈ＋は自由正孔・を示す。

標７（１Ｂ単極″屯位は甲２が高いので圧接によって電
気的閉回路が形成されると、乙３より甲２へ自由電子が
流入する。自由電子は甲２より圧接部の皮膚１へ流入し
、図示したようなポテンシャル勾配が形成さ才しる。上
記したように生体皮膚Ｊ−は電気伝導体であり、陽極（
甲２）より流入した電子は内部抵抗の分布に沿った電気
力線にしたがって陰極（乙３）側へと皮ｔＪｌ内を流れ
る。すなわち、皮膚１は単なる抵抗体ではなく電解質と
して作用し、甲２−皮膚１−乙３はいわゆる生体電池を
構成する。周知のように化学電池は電解質内での酸化還
元反応によって起電力を発生するもので、陽極側では還
元反応、陰極側では酸化反応が生ずる。本例の場合は甲
２の近傍皮膚内で、たとえばＦ（、”＋ｅ−→Ｆｅ”（
酸化剤Ｆｅ″＋）乙３では　Ｓ−＋Ｓ”＋ｅ−（還元剤
乙）が生ずるのである。ここに、Ｓは半導体で、たとえ
ばＳ三Ｇｅとすれば Ｇｅ　−）　Ｇ６”＋２６− となる。陰極半導体乙３と皮膚１との接触面には記化学
反応によってショットキー障壁は逆偏倚されている。こ
のために皮膚内から陰極に電子が流れ込むことは出来な
い。陽極への電子流出によって半導体結晶内には電子が
不足するので、結晶の欠陥準位を介して半導体の伝導帯
に自由電子が励起される。自由電子励起によって発生し
た自由正孔は半導体の内部電界によって皮膚１との界面
に流れ、界面では皮膚の触媒作用によって半導体陽イオ
ン化して結晶から遊離、皮膚１内へ拡散浸透する。すな
わち、電解質（皮膚」）内における電池電流は陽極金属
（甲２）側から注入される電子と陰極半導体（乙３）側
から流入する陽イオンによって構成される。

この化学電池の起電力は原理的には陽極材料中と陰極材
料乙の組合せが支配するが、外部に取出し得る起電力は
実際には電解質（皮りの酸化還元能（反応の強さ）と電
池内部抵抗によって決定される。たとえば甲２として白
金、乙３としてｎ型ゲルマニウム結晶を用いた場合、希
硫酸などの電解質溶液を用いると外部に取出しうる最大
の電圧は約１．１，５Ｖになるが、同じ材料組合せで第
１図（ａ）に示す皮膚抵抗計測用センサーを構成した場
合、甲乙間皮接距離を１ＩＩＩＴ１以下に短縮しても外
部に取出しうる電圧は高々０．７ｖである。しかし甲乙
の組合せを限定し、皮接面積をそれぞれ一定にしく甲乙
それぞれの皮接面積は異なった一定値をとることは可能
）、さらに甲乙の皮接間距離を一定に保てば第１図（ａ
）の如くリード線を通じて外部の直流電位差計５に表示
される電圧値は電極２−３間の皮膚抵抗（電池内部抵抗
の一部を構成）を反映した値になる。したがって、目的
に応じて、甲乙材料の組合せ、皮接面積、甲乙間の皮接
距離を変化させれば、外部に表示される電圧値を適当な
大きさに選定することができる。

人体皮膚の含水率、イオン導電率は上述の如く年令や個
人差によって異なり、また１個人においても該当する皮
膚部位や体調、さらには季節や天候によって微妙に変化
する。皮膚年令を本発明の皮膚抵抗計測用センサで測定
する試みとして、各年代層から健康な男女被験者を５名
ずつ選び、１月（冬期）と８月（夏期）の晴天日子前１
０時に右手中部の皮膚抵抗対応発生電圧値を第１図（ａ
）の装置で測定した平均値を第１表に示す。この場合、
甲２は直径３■の白金球、乙３は直径３ｍｍのｎ−Ｇｅ
、（抵抗率０．０１０ｃｍ）球とし、両者の皮接間隔は
２月ｗｎとした。

第１表　年令層別皮膚抵抗対応値 表示した測定値はグループ毎に有意差があることを示し
、年令が高くなる程、また夏期よりも冬期において皮膚
抵抗が高くなることを意味している。更に女より男の皮
膚抵抗が高く、また年令が若い程夏期と冬期の皮膚抵抗
差の大きいことが示唆されている。これらは皮膚の新陳
代謝が関与した現象とみなすことができる。なお、皮膚
抵抗が高ければそれだけ電池内部抵抗が高まるので、第
１表の表示電圧値は小さくなる。したがって本発明の装
置を用いれば、予め用意したデータに基づいて一定の誤
差範囲内で被験者の皮膚年令を推定することができる。

同一被験者の皮膚でも位置が異なればまた異なった皮膚
抵抗値を示す。これは皮膚抵抗が細胞組織の局部的な含
水率やイオン導電性を反映していることを考慮すれば当
然である。たとえば第１表に記載した被験者グループの
うち１ｏ代男を選び８月（夏期）の晴天日子後２時に測
定した部位による表示電圧の違いを第２表に示す。なお
、用いた測定装置は第１表の場合と同じであり、計ａ＋
Ｉｌ値は平均電圧で表示しである。第１表に示した年令
別グループ程大きな差異はみられないが、明らかに測定
部位による有意差は認められる。

第２表　身体部位による皮膚抵抗対応値とくに皮膚が肉
厚であり、表皮が荒れやすいヒジの皮膚抵抗が高いこと
が指摘される。このような局部的皮膚抵抗が電圧表示で
簡便に相対測定できることは、皮膚健康の維持に大変プ
ラスになると考えられる。本発＋ｙイの装置は従来の電
気式抵抗測定装置とは異なり外部電源を必要としないの
できわめて手軽であり、また電源電圧の調整等予備操作
が不要であるだけでなく、両電極が仮りに短絡しても過
大電流が流れる危険もなく人体計測に好適である（電極
が短絡すれば電圧が発生しないだけのことである）。ま
た、流れる電流値自体大変小さい（高々０．１ｍＡ程度
）。これは皮膚の電解質作用が小さいためであり、した
がって外部電源を用いるよりはるかに安全性は高いただ
し正しい測定値を得るには、皮膚表面の水分や脂分、汚
れを予めぬぐい、電極の汚れもふき取って接触抵抗を小
さく保つよう注意しなければならない。

本発明の別の実施例であるスプリング式与圧型皮膚抵抗
計測装置を第２図に示す。生体皮Ａ１１ｉ１に接触する
電極部分は、陽極として半円状の金板２゜陰極として半
円状の半導体すず（α−８ｎ）板３を用いた。それぞれ
の半径は約５ｍとしたにの２つの電極２と３との間の中
央部に幅Ｉｎｎの絶縁溝１１を葬げた。この電極２，３
．溝４とは絶縁性樹脂４で固定した。各電極に接続した
リード線９゜１０は樹脂４による固定部内を経て中空円
筒部８内を上方へ伸び、それぞれ中空円筒部８のふたに
取りつけた直流電位差計５の端子に接続させた。前記円
板電極とリード線を固定した円柱状絶縁樹脂４は、該装
置の外枠７に接着されており、該外枠７はスプリング６
を介して中空円筒部８に接触し　　　　　□ている。そ
の結果皮膚抵抗計測時には、一定面積の陰陽電極がスプ
リング６による一定与圧によって皮接し、一定の接触抵
抗を与えることができる。

本装置を用いて生体皮膚抵抗を測定し、肌［うるおいｊ
の化粧品による改善が計３１１１できるかどうかをテス
トした。

１０代と２０代の女性各１０人に対し、８月の晴天日屋
内において右ホホ、右手甲部の皮膚抵抗を測定した後水
溶性イオンを含む美容クリームを被測定部位にすり込み
、皮膚抵抗の変化を電位変化として測定し各グループの
平均値を第３表に示した。

第１表に測定結果を表示した如く、若い女性の皮膚は一
般に「潤い」があり、したがって直流電位差計５の表示
電圧は高いが、それでもなお第３表の結果は美容クリー
ムが肌のみずみずしさを改善する効果があることを示し
ている。

第３表美容クリ−ムレこよる皮膚抵抗変化対応値当然高
齢化した皮膚においても美容クリームはより一層効果を
発揮することが予測され、皮膚うるおいの改善度が本装
置によって表示できることがわかる。

以上の実施例では本センサーの電極組合せとして、標準
単極電位の高い導電性鉱物甲２が貴金属、これより標準
単極電位の低い導電性鉱物乙３が半導体結晶の場合につ
いて述べた。貴金属は標準単極電位が高くまた耐蝕性に
すぐれているため陽極材料として好適である。また、陰
極材料として用いられる半導体結晶は、第１図（ｂ）で
示したように陰極側皮膚からの電子流入を阻止し、陽イ
オン電流の発生源となるため効果的な陰極材料であると
いえる。しかし、甲乙の材料選択は標準単極電位の大小
条件を満たせば基本的に他の導電性鉱物間絹合せも可能
である。７たとえば甲としてＣｕ。

ＺとしてＦｅを用いて第２図の装置を構成しても、皮膚
抵抗の測定は出来る。ただし、このように甲乙が共に金
属である場合はエネルギーバンドダイヤグラムで異物質
境界の伝導帯底準位Ｅｃが連続し、生体皮膚］−に電極
を圧着した場合、乙３→甲２→皮膚１→乙３と電子流入
を生ずるため陰極側からイオン電流が発生するのが妨げ
られる。この結果陰極における酸化反応（イオン反応）
が抑制され、外部直流電位差計５に表示される電圧値は
、両電極の標準単極電位差から予測される値よりはるか
に小さくなる。たとえば」二記甲２がＣｕ、　Ｚ３がＦ
ｅの組合せでは理論的に０．４ｖが予測される所皮接面
では高々０．１■にとどまる。また閉回路を流れる電流
担体が電子だけであることがら皮接条件の影響を受けや
すく、ａｌす定値がバラつきやすい。このために、電極
材料としては標準単極電位差だけでなく、とくに陰極材
料には半導体結晶を用いた組合せが望ましい。半導体と
して本実施例ではＧａとα−３ｎの場合のみについて述
べたが、選択は勿論これらの例にとどまることなくＳｅ
やＴｅといった単体系半導体やＺｎＳ、Ｃｅ２Ｓ３．Ｌ
ａＢ６などの化合物半導体を用いることも出来、場合に
よってはａ−８ｉ：Ｈなどの非晶質半導体を用いること
も可能である。半導体を用いる場合は電池内部抵抗を下
げるために低抵抗、高品質のものを用いることが望まし
い。

なお、電極形状や皮接面積、皮接治具等は前記実施例に
述べた以外のものを用いることが可能であることは自明
である。即ち、電極２，３はそわぞれ一定面積を持てば
よく、その形状は特に問わないし、電位差計の取りつけ
場所も第２図の位置に限定されない、電位差計に代って
電流計を設けてもよい。微小ではあるが、その電流を検
出することになる。

以上実施例を用いて本発明の生体皮膚抵抗計測用センサ
を説明したが、本発明によって手軽かつ安全に生体皮膚
抵抗の局部的変化を知ることが可能となり、「皮膚の管
理」に大変役立てることができるようになった。本発明
の装置はまた、皮接することによってはじめて起電力を
発生するため、センサ劣化の心配もなく長期的に安定し
て使用しうるという利点もある。

〔発明の効果〕

本発明では生体皮にノ面の局部的抵抗値に対応したＭ４
測結果を示したが、この他本発明の装置を頭・髪の含水
度測定や皮下脂肪の分布測定にも応用できることは自明
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明の別の実施例。 原理を説明するための図である。図において１は生体皮
膚、２は陽極電極中、３は陰極電極乙、４は絶縁性樹脂
、５は直流電位差計、６はスプリング、７は外枠、８は
中空円筒部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに一定間隔を保って使用される陰陽両電極と該
   電極に接続され両極間に発生する電圧を検出する機能を
   有する直流電位差計とより成ると共に、前記陽電極は所
   定の標準単極電位を有し一定の皮接表面積をもつ第一の
   導電性鉱物甲より成り、陰電極は上記標準単極電位より
   低い標準単極電位を有し一定の皮接表面積をもつ第二の
   導電性鉱物乙より成り、上記陰陽両電極を同時に皮接し
   て用いる皮膚抵抗計測用センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の甲が貴金属であり、乙
   が半導体結晶である皮膚抵抗計測用センサ。