JPWO2006046703A1 - 電極及びイオントフォレーシス装置 - Google Patents

Abstract

イオントフォレーシス装置などの生体への通電が行われる装置に好適に使用できる電極が開示される。当該電極（は、非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有し、前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有する。特に好ましい実施形態では、前記導電シートが前記導電シートが、炭素繊維又は炭素繊維紙から構成され、或いは炭素繊維又は炭素繊維紙及びこれに含浸された高分子エラストマーから構成される。前記端子部材は、高分子マトリクスと、当該高分子マトリクス中に分散する非金属導電フィラーから構成することができる。

Description

本発明は、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの生体への通電が行われる機器に使用される電極に関し、より詳細には、面抵抗が低く、かつ、金属イオンの生体への移行についての対策が施された電極に関する。また本発明は、面抵抗が低く、かつ、金属イオンの生体への移行についての対策が施された電極を備えるイオントフォレーシス装置に関する。

イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの機器は、薬剤の投与を行い、或いはマッサージなどの効果を得るため、皮膚を通して生体（人体など）への通電を行うようになっている。

これらの機器において生体への通電に使用される電極（「導子」とも呼ばれる）は、多くの場合、装置本体からの通電を受けるための金属材料で形成された端子部材と、当該端子部材に電気的に接続された一定の面積（例えば、１０〜５０ｍｍφ、或いは１０〜５０ｍｍ角程度）を有する導電シートを備えており、また、多くの場合、上記導電シートと生体の皮膚との間に配置された、皮膚との密着性を向上させるための（或いは生体に投与するための薬剤を保持するための）追加的な部材を備えている。

ここで、これらの電極では、電極の生体への密着性を高め、また、折り曲げなどによる破損を防ぐ必要から、上記導電シートには、カーボン粉を混入させた導電性樹脂や導電性シリコンゴム、或いは金属薄膜などの柔軟性の高いシート材が使用される場合が多い。

しかし、導電性樹脂や導電性シリコンゴムの柔軟性を高めるためには、カーボンの混入量を一定比率以下に押さえることが必要であり、その場合には、導電シートの抵抗値が大きくなってしまう問題がある。

即ち、この種の電極における導電シートは、薬剤の投与効率を高め、或いは適切なマッサージ効果を得るためにある一定の面積を有するようにされており、通電は、その面積の全体から行われることが好ましいが、導電シートの抵抗値が大きくなると、導電シート上における端子部材から離れた部位からの電流密度は小さくなり、通電は専ら端子部材の近傍の僅かな面積から行われるようになってしまう。

一方、金属薄膜よりなる導電シートは、多くの場合低抵抗であり、薄膜化によって容易に十分な柔軟性を得ることができるが、生体への通電を行う間に導電シートの金属成分がイオン化し、これが生体内に移行して健康被害を生じる可能性がある。

この点、銀薄膜よりなる導電シートの場合には、健康被害の懸念が小さいと言われているが、実際には、銀薄膜に不可避的に含まれる不純物金属がイオン化し、これが生体に移行する問題があり、健康被害への懸念を完全に解消することはできない。
特開２００２−２３３５８４号公報

本発明は、上記問題に鑑みて、生体への通電に使用される電極であって、抵抗値が低く、従って、通電の際に、導電シートの全体から、より均一な電流密度で通電を行うことができ、かつ、金属イオンの生体への移行の問題が解決された電極、及びこの電極を使用するイオントフォレーシス装置を提供することをその目的とする。

本発明は、上記問題を解決したものであり、
非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有する電極であって、
前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有することを特徴とする電極である。

即ち、本発明では、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの機器からの通電を受けるための端子部材及び生体への通電を行うための導電シートの双方を、金属を含まない材料により構成しているために、通電中における金属イオンの生体への移行の問題を解消することが可能である。

また、導電シートと端子部材とがともに非金属材料から構成される別個の部材として構成されているため、導電シートとしては、生体への安全性が確保でき、ある程度の柔軟性を有している限り、固有抵抗の低い材料を広く非金属材料から選択することが可能となり、一方、端子部材については、端子としての強度や耐久性、耐薬品性を有している限り、ある程度固有抵抗の高い材料であっても使用することが可能となるなど、材料選択の幅を広げることが可能となる。

この場合、導電シートは、１〜３０Ω／□、特に、１〜１０Ω／□の表面抵抗値を有することが好ましく、これにより、導電シートの全面から実質的に均一な電流密度での通電を行うことが可能となる。

生体への適用に適する十分な柔軟性を有し、かつ、上記のような表面抵抗値を実現できる具体的な構成として、本発明の導電シートは、炭素繊維又は炭素繊維紙から構成することが好ましい。

この炭素繊維としては、導電シートの全面から実質的に均一な電流密度での通電を行いうる程度の十分に高い導電性を有している限り、天然繊維系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などあらゆる種類の炭素繊維を使用することができ、炭素繊維紙としては、任意の炭素繊維を抄紙技術を用いてマット状、或いはペーパー状に成形したものを使用することができる。

また本発明の導電シートは、炭素繊維又は炭素繊維紙、及び前記炭素繊維又は前記炭素繊維紙に含浸された高分子エラストマーから構成することも可能であり、これにより、炭素繊維又は炭素繊維紙の脱落による電極の品質低下を防止し、また、製造工程等における電極の取扱性を向上させることが可能となる。

なお、ここで使用される高分子エラストマーとしては、熱可塑性ポリウレタンやシリコンゴムなどの柔軟性が高く、生体に対して有毒性の物質を含まない材料を使用することが好ましい。

また、皮膚と導電シートの接触抵抗、又は導電シートと皮膚の間に配置される導電性媒体と導電シートの接触抵抗を低減させるために、高分子エラストマーに非金属導電フィラーを分散させるなどにより導電性の高められた高分子エラストマーを使用することが好ましい。

上記本発明における端子部材は、高分子マトリクスと、当該高分子マトリクス中に分散する非金属導電フィラーから構成することが好ましい。

この高分子マトリクスとしては、生体への安全性から、シリコンゴムやシリコン樹脂が特に好適に使用されるが、接続端子としての役割を果たすに足りる十分な機械的な強度や耐久性等の特性を端子部材に付与できる限り、天然ゴムや合成ゴムなどの他のゴム材料、或いは熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの他の天然又は合成樹脂材料を使用することも可能である。

また、高分子マトリクスに混入される非金属フィラーとしては、カーボンが特に好ましく使用することができ、具体的には、グラファイトや黒鉛、カーボンブラック、或いはガラス状炭素の微細粉や炭素繊維を裁断した短繊維などを使用することが可能である。

高分子マトリクスに対するカーボンの混入量は、端子部材に求められる強度と導電性との兼ね合いにより定めることができるが、後述する本発明の実施形態からも明らかなように、本発明の端子部材は、比較的その断面が太く、長さが短い形態とすることが可能であることから、必ずしも高い導電性を有する組成とすることは必要でなく、例えば、高分子マトリクスとしてシリコンゴムを使用し、カーボンとしてカーボンブラックを使用した場合には、シリコンゴム１００重量部に対してカーボンブラック２０〜６０重量部を配合した組成とすることができる。

本発明の電極では、端子部材を構成する高分子マトリクスの一部、或いは高分子マトリクスの一部とカーボンの一部を炭素繊維又は炭素繊維紙に含侵させた状態で固化させることにより、端子部材を導電シートに取り付けることが可能であり、この場合には、端子部材の取り付けのための部材を導電シートの前面側（生体側）に設けることが不要となるため、導電シートの前面に突起部を設けた場合に生じる皮膚と電極の密着性の低下の問題を回避することができる。

また、本発明では、端子部材の導電シートへの取り付けを一体成型により行うことが可能であり、これにより、電極の製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明における端子部材は、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの電源に接続されるコネクターのメス型（又は、オス型）嵌合部に嵌合するオス型（又は、メス型）嵌合部を設けることが可能であり、これにより、接続操作の利便性を高めることができる。

また、上記本発明の電極は、より低い電圧でより高い薬剤の投与効率を得るために、より広い面積からの均一な電流密度での通電が望まれ、また、金属イオンの生体への移行の回避が必要とされているイオントフォレーシス装置に特に好適に使用することができる。

この場合、少なくとも、イオントフォレーシス装置が備える作用側電極構造体及び非作用側電極構造体のいずれか一方に上記本発明の電極を使用することが好ましく、例えば、マイナスイオンに解離する薬剤を投与するイオントフォレーシス装置の場合であれば、少なくとも非作用側電極構造体において上記本発明の電極を使用し、プラスイオンに解離する薬剤を投与するイオントフォレーシス装置の場合であれば、少なくとも作用側電極構造体において上記本発明の電極を使用することが好ましい。

また、本発明のイオントフォレーシス装置は、
電源、作用側電極構造体、非作用側電極構造体を備え、
当該作用側電極構造体が、
前記電源の第１の導電型の端子に接続される第１の電極と、
前記第１の電極の前面に配置された第１導電性媒体層と、
当該第１導電性媒体層の前面に配置された前記第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型のイオンを選択する第１のイオン交換膜と、
当該第１のイオン交換膜の前面に配置され、前記第１の導電型のイオンに解離した薬剤を含む薬剤溶液を保持する薬剤層と、
前記薬剤層の前面に配置され、前記第１の導電型のイオンを選択する第２のイオン交換膜とを備え、
前記非作用側電極構造体が、
前記電源の前記第２の導電型の端子に接続される第２の電極と、
前記第２の電極の前面に配置された第２導電性媒体層とを備え、
前記第１、第２の電極の少なくともいずれか一方を、
非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有する電極であって、
前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有する電極とすることが特に好ましく、これにより、生体からの薬剤イオンと反対導電型を持つイオンの作用側電極への移行を抑制することによる薬剤イオンの生体内への効率的な投与、作用側電極構造体の導電シート近傍において発生するＨ^＋イオン、ＯＨ⁻イオンなどが薬剤層に移行しｐＨが変化することによる生体皮膚への悪影響の防止などの効果を有することに加えて、金属イオンが生体に移行する懸念を伴うことなく、導電シートの面積全体から均一な電流密度をもって薬剤イオンを効率的に生体に投与できるイオントフォレーシス装置を実現することができる。

また、上記イオントフォレーシス装置における非作用側電極構造体を、更に、
前記第２導電性媒体層の前面に配置された前記第２の導電型のイオンを選択する第３のイオン交換膜とを備えるものとし、或いは、
前記第２導電性媒体層の前面に配置された、前記第１の導電型のイオンを選択する第４のイオン交換膜と
当該第４のイオン交換膜の前面に配置された第３導電性媒体層と、
当該第３導電性媒体層の前面に配置され、前記第２の導電型のイオンを選択する第５のイオン交換膜を備えるものとすることが可能であり、
この場合には、非作用側電極構造体の導電性媒体層における電気分解により発生する酸素ガス、塩素ガスなどによる通電抵抗の増大、乃至、塩素ガスなどの有害ガスによる生体への悪影響や、非作用側電極構造体の導電シートの近傍において発生するＨ^＋イオン、ＯＨ⁻イオンによるｐＨ変化からくる生体皮膚へのダメージなどの問題を軽減し、長時間安定した通電状態での安全な薬剤の投与を可能とすることができる。

なお、上記本発明において、第１又は第２の導電型は、プラス又はマイナスを意味し、第１又は第２の導電型のイオンを選択するイオン交換膜は、プラスイオン又はマイナスイオンを選択的に通過させるイオン交換膜、即ちカチオン交換膜又はアニオン交換膜を意味する。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電極１０ａの平面図であり、図１（ｂ）、（ｃ）は、当該電極１０ａの断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、電極１０ａは、オス型嵌合部１１ａ、胴部１１ｂ及び接合部１１ｃを備える導電性シリコンゴムにより形成された端子部材１１と、絹布、木綿などの織布を高温処理により炭化させた炭素繊維よりなる導電シート１２とを備えている。

この端子部材１１は、導電シート１２上に配置した型中において、シリコンゴム１００重量部にカーボンブラック５０重量部、及び硫黄系加硫剤５重量部を配合したコンパウンドを１４０〜１６０℃にて加硫させたものであり、上記コンパウンド中のシリコンゴム及びカーボンブラックが、加硫処理中に導電シート１２を構成する炭素繊維中に含侵した状態で固化することで導電シート１２に一体化されている。

なお、電極１０ａは、導電シート１２の上面の保護のため、或いは電極１０ａを、後述のように、導電性媒体等の液体と組み合わせて使用した場合に、その液体が導電シート１２上方にしみ出すことを防止するために、図１（ｃ）に示すようなカバー１３を設けることができる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る電極１０ｂ〜１０ｄの断面図である。

図２（ａ）〜（ｃ）の電極１０ｂ〜１０ｄは、電極１０ａと同様の素材で形成された端子部材１１、導電シート１２を備えているが、図１に示す電極１０ａとは、端子部材１１への導電シート１２の取り付けの態様において相違している。

即ち、図２（ａ）の電極１０ｂでは、端子部材１１の下方に係止部１１ｄ、１１ｅが形成されており、導電シート１２は、その中央に設けられた小孔に係止部１１ｅを挿通させることにより端子部材１１に取り付けられており、図２（ｂ）の電極１０ｃでは、更に、係止部１１ｅの幅を狭く、また、先細りの形状にすることで、導電シート１２の小孔への挿通が容易に行いうるようになっている。また、図２（ｃ）の電極１０ｄでは、端子部材１１の胴部１１ｂ内に軸孔が形成され、端子部材１１と同様の導電性シリコンゴムよりなるストッパー１４の軸１４ａを上記軸孔に填め込むことで導電シート１２がストッパー１４の係止部１４ｂに挟み込まれている。

上記の各電極１０ａ〜１０ｄでは、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの機器からの配線がオス型嵌合部１１ａに接続され、生体への電流が、オス型嵌合部１１ａ→胴部１１ｂ→接合部１１ｃ→導電シート１２を経て導電シート１２の下方に位置する生体皮膚へと導かれる。

この場合、胴部１１ｂの寸法は、例えば、１〜３ｍｍφ径×０．５〜２ｍｍ長などのように、大径でかつ短く構成することが可能であるため、端子部材１１を構成する材料が必ずしも高い導電性を有していない場合でも、端子部材１１の形状、寸法の設定により、導電シート１２への通電に支障が生じないようにすることは容易であり、従って、端子部材１１については、強度や耐久性、耐薬品性などの特性を優先した材料設計を行うことが可能である。

また、炭素繊維よりなる導電シートは、例えば、１〜１０Ω／□（４探針法、ＪＩＳ Ｋ７１９４）などの極めて低い表面抵抗を有するため、接合部１１ｃから導かれた電流は、導電シートの面積全体から均一に生体皮膚に導かれることになる。

なお、電極１０ａ〜１０ｄの導電シート１２には上記の炭素繊維に代えて、炭素繊維を抄紙技術を用いてマット状又はペーパー状に成形した炭素繊維紙を使用することも可能であり、或いは炭素繊維又は炭素繊維紙に熱可塑性ポリウレタンやシリコンゴムなどよりなる高分子エラストマーを含浸させたものを使用することが可能であり、この場合も、導電シートの表面抵抗を１〜１０Ω／□などの極めて低い値とすることが可能である。

更に、上記各電極１０ａ〜１０ｄには、金属素材が使用されていないため、イオン化した金属が生体に移行する懸念を生じない。

また、後述の通り、本発明の電極の使用目的によっては、導電シート１２と生体皮膚との間に導電性媒体を含侵させた薄膜部材を介在させた状態で、或いは導電シート１２を導電性媒体に浸漬した状態で生体への通電が行われる場合があるが、上記各電極１０ａ〜１０ｄでは、この導電性媒体の一部が導電シート１２の炭素繊維に浸透し、導電シート１２と薄膜部材、或いは導電シートと導電性媒体との導通状態がより良好なものとなる。

また、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの機器からの通電は、オス型嵌合部１１ａにメス型嵌合部を有する金属製のコネクターを接続して行われる場合があるが、本発明の電極１０ａ〜１０ｄでは、このような金属製の部材と接触する可能性のあるオス型嵌合部１１ａと導電シート１２との間が、胴部１１ｂにより隔てられいるために、或いは導電シート１２上にカバー１３が設けられている場合には、更に、カバー１３により保護されているているために、このような金属製の部材の電気分解による金属イオンの生成や、そのような金属イオンの導電シート１２、或いは導電性媒体中への移行が防止される。

以上のように、電極１０ａ〜１０ｄは、いずれも生体への通電に使用される電極として好ましい特性を有しているが、この中でも電極１０ａは、電極１０ｂ〜１０ｄにおける係止部１１ｅ、１４ｂのように、導電シート１２の側に凸状の突起を有さない構成であり、生体皮膚と電極の密着状態をより良好に保つことが可能である点において特に好ましい。

なお、本発明の電極は、図３（ａ）、（ｂ）の１０ｅ、１０ｆに例示されるように、上記のような構成に加えて、端子部材１１に金属の補強部材１５を取り付けることも可能であり、これにより、端子部材１１の強度や耐久性を向上させ、或いは電極への通電をコネクターを介して行う場合における端子部材１１とコネクターとの接触を良好なものにすることができる。

図４は、本発明の電極を使用したイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図である。

図示されるように、このイオントフォレーシス装置２０ａは、大きな構成要素（部材）として、作用側電極構造体２１、非作用側電極構造体２２、電源２３を備えている。なお、参照符号２７は生体の皮膚（又は粘膜）を示している。

作用側電極構造体２１は、電源２３の第１の導電型の端子にコード２４ａ、メス型コネクタ２５ａを介して接続された電極３０、当該電極３０と電気的な接続を保つように配置された第１導電性媒体層３３、当該第１導電性媒体層３３の前面に配置された第１の導電型と反対の導電型（以下、「第２の導電型」という）のイオンを選択するイオン交換膜３４、当該イオン交換膜３４の前面に配置された薬剤層３５、当該薬剤層３５の前面に配置された第１の導電型のイオンを選択するイオン交換膜３６を有しており、その全体がカバー乃至容器２６ａに収容されている。

また、非作用側電極構造体２２は、電源２３の第２の導電型の端子にコード２４ｂ、メス型コネクタ２５ｂを介して接続された電極４０、当該電極４０と電気的な接続を保つように配置された第２導電性媒体層４３、当該第２導電性媒体層４３の前面に配置された第１の導電型のイオンを選択するイオン交換膜４４、当該イオン交換膜４４の前面に配置された第３導電性媒体層４５、当該第３導電性媒体層４５の前面に配置された第２の導電型のイオンを選択するイオン交換膜４６を有しており、その全体がカバー乃至容器２６ｂに収容されている。

ここで、電極３０、４０は、図１〜３に示した電極１０ａ〜１０ｆと同様に、オス型嵌合部１１ａ、胴部１１ｂ及び接合部１１ｃを備える導電性シリコンゴムにより形成された端子部材１１と、絹布、木綿などの織布を高温処理により炭化させた炭素繊維よりなる導電シート１２とを備えている。

この場合、端子部材１１及び導電シート１２の形状、寸法は、電極３０、４０の強度や取扱性、薬剤の投与効率などを考慮して適宜定めることができるが、一例として、端子部材１１は、シリコンゴム１００重量部に対してカーボンブラック２０〜６０重量部を配合した組成を用い、オス型嵌合部１１ａを２．３ｍｍφ程度の曲面状の形状に、胴部１１ｂを２．０ｍｍφ、長さ１０ｍｍ程度の円柱状に、接合部を４．０ｍｍφ程度、厚み０．５ｍｍ程度の円盤状に形成し、導電シート１２は、絹布、木綿などの織布を高温処理により炭化させた炭素繊維よりなる３０ｍｍφ（厚み０．５ｍｍ程度）の円形のシートとすることができる。

導電性媒体層３３、４３、４５には、電極３０、４０の導電シート１２との導通を良好なものとするために、リン酸緩衝食塩水、生理食塩水などの導電性媒体が使用される。

また、導電シート１２との接触部近傍で生じる導電性媒体の電解反応によるガスの発生やｐＨの変化を防止するために、上記の導電性媒体に、水の電解反応（プラス極での酸化及びマイナス極での還元）よりも酸化または還元されやすい化合物を添加することが可能であり、生体安全性、経済性（安価かつ入手の容易性）の観点からは、例えば、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄などの無機化合物、アスコルビン酸（ビタミンＣ）やアスコルビン酸ナトリウムなどの医薬剤、乳酸などの皮膚面に存在する酸性化合物、あるいはシュウ酸、リンゴ酸、コハク酸、フマル酸などの有機酸及び／又はその塩などの使用が好ましく、これらを単独で、或いは組み合わせて添加することができる。

また、これら導電性媒体層３３、４３、４５は、上記のような導電性媒体を液体状態で保持するものとしても良く、或いは取り扱い性の向上などのため、高分子材料などで形成された吸水性の薄膜体などに上記のような導電性媒体を含侵させて保持するものとしても良い。

この場合の吸水性の薄膜体として使用できる材料としては、例えば、アクリルヒドロゲル膜、セグメント化ポリウレタン系ゲル膜、ゲル状固体電解質形成用のイオン導電性多孔質シート（例えば、特開昭１１−２７３４５２に開示された、アクリロニトリルが５０モル％以上（好ましくは７０〜９８モル％）、空隙率が２０〜８０％のアクリルニトリル共重合体をベースとする多孔質重合体）などを使用することができ、これに含侵させる上記導電性媒体の含侵率（乾燥時の重量をＤ、含浸後の重量をＷとしたときの１００×（Ｗ−Ｄ）／Ｄ［％］）としては、３０〜４０％の含浸率とすることが好ましい。

また、薬剤層３５には、薬効成分が作用側電極構造体２１が接続される端子と同一の導電型である第１の導電型の薬剤イオンにイオン解離する薬剤の溶液が保持される。

この薬剤層３５も、導電性媒体層３３、４３、４５と同様に、薬剤溶液を液体状態で保持するものとしても良く、或いは取り扱い性の向上などのため、高分子材料などで形成された吸水性の薄膜体、例えば、アクリルヒドロゲル膜などに薬剤溶液を含侵させて保持するものとしても良い。

また、第１又は第２の導電型のイオンを選択するイオン交換膜３４、３６、４４、４６としては、（株）トクヤマ製ネオセプタ（ＮＥＯＳＥＰＴＡ、ＣＭ−１、ＣＭ−２、ＣＭＸ、ＣＭＳ、ＣＭＢ）などのカチオン交換膜、或いは（株）トクヤマ製ネオセプタ（ＮＥＯＳＥＰＴＡ、ＡＭ−１、ＡＭ−３、ＡＭＸ、ＡＨＡ、ＡＣＨ、ＡＣＳ）などのアニオン交換膜を使用することができ、特に、多孔質フィルムの空隙部の一部または全部に、陽イオン交換機能を有するイオン交換樹脂が充填されたカチオン交換膜、或いは陰イオン交換機能を有するイオン交換樹脂が充填されたアニオン交換膜が好ましく使用することができる。

ここで、上記イオン交換樹脂としては、パーフルオロカーボン骨格にイオン交換基が導入されたフッ素系のもの、又はフッ素化されていない樹脂を骨格とする炭化水素系のものが使用できるが、製造工程の簡便さから炭化水素系のイオン交換樹脂が好ましく、また、イオン交換樹脂の充填率は、多孔質フィルムの空隙率とも関係するが、一般的には５〜９５質量％であり、特に、１０〜９０質量％、更には、２０〜６０質量％とすることが好ましい。

また、上記イオン交換樹脂が有するイオン交換基としては、水溶液中で負又は正の電荷を有する基を生じる官能基であれば特に限定されない。このようなイオン交換基となり得る官能基を具体的に例示すれば、陽イオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基等が挙げられる。また、これらの酸基は、遊離酸として、或いは塩の形で存在していてもよい。塩の場合の対カチオンとしては、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属陽イオンや、アンモニウムイオン等が挙げられる。これらの陽イオン交換基の中でも、一般的に、強酸性基であるスルホン酸基が特に好ましい。また、陰イオン交換基としては、１〜３級アミノ基、４級アンモニウム基、ピリジル基、イミダゾール基、４級ピリジニウム基、４級イミダゾリウム基等が挙げられる。これら陰イオン交換基における対アニオンとしては、塩素イオン等のハロゲンイオンやヒドロキシイオン等が挙げられる。これら陰イオン交換基のなかでも、一般的に、強塩基性基である４級アンモニウム基や４級ピリジニウム基が好適に用いられる。

また、上記多孔質フィルムは、表裏を連通する細孔を多数有するフィルムもしくはシート状のものが特に制限されることなく使用されるが、高い強度と柔軟性を両立させるために、熱可塑性樹脂からなるものであることが好ましい。

この多孔質フィルムを構成する熱可塑性樹脂としては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、３−メチル−１−ブテン、４−メチル−1−ペンテン、５−メチル−１−ヘプテン等のα−オレフィンの単独重合体または共重合体等のポリオレフィン樹脂；ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−オレフィン共重合体等の塩化ビニル系樹脂；ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等のフッ素系樹脂；ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド樹脂；ポリイミド樹脂等からなるものが制限なく使用されるが、機械的強度、柔軟性、化学的安定性、耐薬品性に優れ、イオン交換樹脂との馴染みがよいことからポリオレフィン樹脂を用いるのが好ましい。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンが特に好ましく、ポリエチレンが最も好ましい。

上記熱可塑性樹脂からなる多孔質フィルムの性状は、特に限定されないが、薄くかつ強度に優れ、さらに電気抵抗も低いイオン交換膜としやすい点で、孔の平均孔径が、好ましくは０．００５〜５．０μｍ、より好ましくは０．０１〜２．０μｍ、最も好ましくは０．０２〜０．２μｍであるのがよい。なお、上記平均孔径は、バブルポイント法（ＪＩＳ Ｋ３８３２−１９９０）に準拠して測定される平均流孔径を意味する。同様に、多孔質フィルムの空隙率は、好ましくは２０〜９５％、より好ましくは３０〜９０％、最も好ましくは３０〜６０％であるのがよい。さらに、多孔質フィルムの厚みは、イオン交換膜が後述するような厚さとなるように、好ましくは５〜１４０μｍ、より好ましくは１０〜１２０μｍ、最も好ましくは１５〜５５μｍであるのがよい。通常、このような多孔質フィルムを使用したアニオン交換膜、カチオン交換膜は、多孔質フィルムの厚さ＋０〜２０μｍ程度の厚さになる。

上記イオントフォレーシス装置２０ａでは、電源２３から印加される電圧により、第１導電型のイオンに解離した薬剤層３５中の薬剤イオンが、イオン交換膜３６及び皮膚２７を介して生体内に投与される。

この場合、イオン交換膜３４、３６、４４、４６の作用により、薬剤イオンと反対導電型のイオンが生体側から薬剤層３５側に移行することが防止され、電極３０、４０で発生したＨ^＋やＯＨ⁻の皮膚２７側への移動が抑制され、皮膚２７上におけるｐＨ変化を抑制しつつ、効率の良い薬剤イオンの投与を長時間安定して行うことが可能である。

また、上記イオントフォレーシス装置２０ａでは、電極３０、４０の導電シート１２が、低抵抗の炭素繊維で形成されているため、導電性媒体層３３／イオン交換膜３４／薬剤層３５／イオン交換膜３６、或いは導電性媒体層４３／イオン交換膜４４／導電性媒体層４５／イオン交換膜４６を介する通電は、導電シート１２の全体から極めて均一な電流密度をもって行われることになる。

従って、電気抵抗の高い導電性シリコンゴムなどから形成された導電シートを使用していたがために、端子部材の近傍の狭い面積に電流密度が集中した状態での通電が行われていた従来のイオントフォレーシス装置と比較して、本発明のイオントフォレーシス装置では、薬剤の生体への投与効率を更に上昇させることが可能である。

また、銀などの金属の薄膜よりなる導電シートを使用していた従来のイオントフォレーシス装置と異なり、本発明のイオントフォレーシス装置では、作用側電極構造体２１、非作用側電極構造体２２の内部に金属素材を使用する必要性が解消されており、従って、電気分解などにより生じる金属イオンの生体への移行が防止される。

また、導電性媒体層３３、４３が導電性媒体を液体状体で保持するものである場合においては、或いは導電性媒体を高分子材料などで形成された吸水性の薄膜体に含侵して保持する場合においても、その含侵量によっては、導電性媒体の一部が、電極３０、４０の導電シート１２を構成する炭素繊維に浸透した状態となり、導電シート１２と導電性媒体層３３、４３との導通状態が一層良好に保たれることになる。

一方、導電シート１２とメス型コネクタ２５ａ、２５ｂの間は、少なくとも、胴部１１ｂにより隔てられているために、メス型コネクタ２５ａ、２５ｂが金属により構成されている場合でも、また、導電シート１２に導電性媒体層３３、４３の導電性媒体が浸透した状態となる場合であっても、メス型コネクタ２５ａ、２５ｂの金属成分がイオン化して導電シート１２に移行し、或いは更に生体へと移行する懸念はない。

図５、図６は、他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置２０ｂ、２０ｃの構成を示す説明図である。

このイオントフォレーシス装置２０ｂは、その非作用側電極構造体２２が、イオン交換膜４４及び第３導電性媒体層４５を有さず、イオントフォレーシス装置２０ｃは、その非作用側電極構造体２２が、イオン交換膜４４及び第３導電性媒体層４５、イオン交換膜４６を有さないない点を除いて図４に示すイオントフォレーシス装置２０ａと同一の構成を有しており、非作用側電極構造体２２の皮膚２７との当接面におけるｐＨ変化の抑制性能においてイオントフォレーシス装置２０ａに及ばない点はあるものの、その他の点においては、イオントフォレーシス装置２０ａと同等の性能を発揮し、特に、イオントフォレーシス装置２０ａと同様に、導電シート１２の全面からの均等な電流密度での通電が行われることによる薬剤の投与効率の向上、金属イオンの生体への注入の懸念の解消、導電シート１２と導電性媒体層３３、４３との良好な導通状態の保持などの効果を発揮する。

図７は、低周波治療器５０における本発明の電極の使用態様を示す説明図である。

図７に示されるように、低周波治療器５０は、低周波治療器本体５１と、当該低周波治療器本体５１からコード５２、５２及びメス型コネクタ５３、５３を介して通電を受ける一組の電極５４、５４を備えている。

上記電極５４は、図１〜３に示した電極１０ａ〜１０ｆと同様に、オス型嵌合部１１ａ、胴部１１ｂ及び接合部１１ｃを備える導電性シリコンゴムにより形成された端子部材１１と、絹布、木綿などの織布を高温処理により炭化させた炭素繊維よりなる導電シート１２とを備えている。

また、導電シート１２の下方には、塩化カリウム水溶液などの導電性媒体を含侵させたポリヒドロキシメタアクリレートなどのゲル体よりなる導電性粘着層５５が配置されており、皮膚への通電は、当該導電性粘着層５５を介して行われるようになっている。

なお、図中の５６は、導電シート１２の上面を保護するためのカバーである。

この電極５４、５４では、抵抗値の低い炭素繊維で形成された導電シート１２が使用されているために、導電シート１２の全面から極めて均一な電流密度をもって通電を行うことができ、従って、狭い範囲に電流が集中することによる不快感を与えることなく、生体に対してマッサージ等の作用を施すことができる。

また、この低周波治療器５０では、電極５４、導電性粘着層５５などに金属製の部材を使用する必要がないため、通電中に金属イオンが生体に移行する懸念を有さない。

なお、メス型コネクタ５３には、通常、金属製の部材が使用されるが、この低周波治療器５０では、メス型コネクタ５３と導電シート１２の間に、少なくとも胴部１１ｂが介在するために、メス型コネクタ５３の金属成分がイオン化して導電性粘着剤５５に、更には生体へと移行することは防止される。

以上、本発明をいくつかの実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載内において、種々の改変が可能である。

例えば、端子部材に使用する高分子マトリクスには、シリコンゴム以外に、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなど各種のゴム材料、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。

また、端子部材に使用するカーボンには、グラファイトや黒鉛、カーボンブラック、或いはガラス状炭素の微細粉や炭素繊維を裁断した短繊維などの各種の炭素材料を使用することができる。

また、高分子マトリクスに対するカーボンの配合割合は、使用する高分子マトリクス及びカーボンの種類に応じて、必要な機械的特性、電気的特性、或いは耐久性などを勘案して適宜に定めることが可能である。

また、導電シートに使用する炭素繊維は、導電シートの全面から実質的に均一な電流密度での通電を行い得る程度の十分に高い導電性を有している限り、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などあらゆる種類の炭素繊維を使用することがでる。

また、導電シートには、炭素繊維を抄紙技術を用いてマット状、或いはペーパー状に成形した炭素繊維紙を使用することも可能である。

また、導電シートの弾力性や取扱性を改善するために、炭素繊維、或いは炭素繊維紙に、シリコンゴムや熱可塑性ポリウレタンなどのポリマーを含侵させ、これを導電シートとして使用することも可能である。

また、上記した実施形態では、円形の導電シートを使用する場合を例に説明を行ったが、導電シートの形状は、方形や多角形状など、任意の形状のものを使用することができる。

また、本発明の電極における端子部材の導電シートへの取り付けは、端子部材と導電シートが使用上の問題を生じない程度に適切に固定され、両者間における必要な導通が確保される方法であれば、上記した実施形態に記載した方法に限られず、任意の方法により行うことが可能である。

また、上記した実施形態では、端子部材が導電シートの中央付近に取り付けられている場合を例に説明したが、端子部材は、導電シートの端部を含む任意の位置に取り付けることができる。

また、上記した実施形態では、電極の端子部材にオス型嵌合部が設けられる場合について説明したが、本発明の電極の端子部材は、オス型嵌合部に代えて、メス型の嵌合部が設けられたものとすることも可能であり、イオントフォレーシス装置や低周波治療器などの機器への接続は、当該メス型嵌合部に嵌合するオス型嵌合部を有するコネクターを介して行われるものとすることも可能である。

また、上記した実施形態では、本発明の電極がイオントフォレーシス装置又は低周波治療器に使用される場合について説明したが、本発明の電極は、心電計や美顔器など、生体への通電が行われる他の任意の機器の電極として使用することが可能である。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電極の平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、同電極の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る電極の断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る電極の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオントフォレーシス装置であって、本発明の電極を使用したイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図である。 低周波治療器における本発明の電極の使用態様を示す説明図である。

Claims (16)

1. 非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有する電極であって、
   前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有することを特徴とする電極。
2. 前記導電シートの表面抵抗値が１〜３０Ω／□であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
3. 前記導電シートの表面抵抗値が１〜１０Ω／□であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
4. 前記導電シートが、炭素繊維又は炭素繊維紙から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極。
5. 前記導電シートが、炭素繊維又は炭素繊維紙、及び前記炭素繊維又は前記炭素繊維紙に含浸された高分子エラストマーから構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極。
6. 前記端子部材が、高分子マトリクスと、当該高分子マトリクス中に分散する非金属導電フィラーから構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極。
7. 前記非金属フィラーがカーボンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極。
8. 前記端子部材が、前記高分子マトリクスの一部を前記炭素繊維又は前記炭素繊維紙に含侵させた状態で固化させることにより前記導電シートに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電極。
9. 前記導電シートが一体成型により前記端子部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電極。
10. 前記高分子マトリクスがシリコンゴムであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電極。
11. 前記端子部材が、電源に接続されるコネクタに嵌合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電極。
12. 前記端子部材に、金属製の補強部材が取り付けられていることを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電極。
13. 電源、作用側電極構造体、非作用側電極構造体を備えるイオントフォレーシス装置であって、
    少なくとも前記作用側電極構造体及び前記非作用側電極構造体のいずれか一方が、
    非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有する電極であって、
    前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有する電極を備えることを特徴とするイオントフォレーシス装置。
14. 電源、作用側電極構造体、非作用側電極構造体を備えるイオントフォレーシス装置であって、
    前記作用側電極構造体が、
    前記電源の第１の導電型の端子に接続される第１の電極と、
    前記第１の電極の前面に配置された第１導電性媒体層と、
    当該第１導電性媒体層の前面に配置された前記第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型のイオンを選択する第１のイオン交換膜と、
    当該第１のイオン交換膜の前面に配置され、前記第１の導電型のイオンに解離した薬剤を含む薬剤溶液を保持する薬剤層と、
    前記薬剤層の前面に配置され、前記第１の導電型のイオンを選択する第２のイオン交換膜とを備え、
    前記非作用側電極構造体が、
    前記電源の前記第２の導電型の端子に接続される第２の電極と、
    前記第２の電極の前面に配置された第２導電性媒体層とを備え、
    前記第１、第２の電極の少なくともいずれか一方が、
    非金属材料よりなる導電性の端子部材と、前記端子部材に取り付けられた非金属材料よりなる導電シートとを有する電極であって、
    前記導電シートが、前記端子部材よりも低い固有抵抗を有する電極であることを特徴とするイオントフォレーシス装置。
15. 前記非作用側電極構造体が、更に、
    前記第２導電性媒体層の前面に配置された前記第２の導電型のイオンを選択する第３のイオン交換膜とを備えることを特徴とする請求項１４に記載のイオントフォレーシス装置。
16. 前記非作用側電極構造体が、更に、
    前記第２導電性媒体層の前面に配置された、前記第１の導電型のイオンを選択する第４のイオン交換膜と、
    当該第４のイオン交換膜の前面に配置された第３導電性媒体層と、
    当該第３導電性媒体層の前面に配置され、前記第２の導電型のイオンを選択する第５のイオン交換膜を備えることを特徴とする請求項１４に記載のイオントフォレーシス装置。
    

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