(57)【要約】【課題】  皮接中に体温により活性化して皮膚インピーダンスが低下しても電流変化をおこす可能性の小さな皮接治療具を提供する。【解決手段】  少なくとも皮接面がナノ半導体を含む有機又は無機絶縁体で構成されるパーコレーション型生体電池Ａと、Ａに近接配置された不活性金属電極Ｂからなる生体電池を皮接して用いる。パーコレーション生体電池の比抵抗値Ｒが１０Ｅ６−１０Ωの間の適当な抵抗値を有する。さらに、皮内に注入されたキャリアの運動に影響を与える程度の大きさの磁場１００―１２００Ｇを付与した皮接治療具を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ半導体粒子を有機又は無機の絶縁体中に所定の割合で分散させてなる生体熱電池を備え、半導体粒子が生体温度により活性化されて発生する荷電粒子を皮膚より浸透させることを特徴とする皮接治療具。
【請求項２】
ナノ半導体として、室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベル０．１−０．５ｅＶを有する半導体を用い、その半導体を絶縁体マトリクスに３−４０ｗｔ％配合することにより、パーコレーション効果を起こさせて、皮膚接触面より荷電粒子を浸透させることを特徴とする皮接治療具。
【請求項３】
生体熱電池は、不活性金属電極で一端が電気的に接続され、電池及び金属電極が共に皮膚に接触する構造からなる請求項１又は２に記載の皮接治療具。
【請求項４】
皮接時に生体熱電池より皮膚内に注入された電子及び正孔の運動に影響を及ぼす程度の強さの磁場が付与されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の皮接治療具。
【請求項５】
ナノ半導体粒子として、衝撃波法により製造されるＳＰ３構造を有する炭素粒子又は２元素半導体、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓを使用することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の皮接治療具。
【請求項６】
生体熱電池は、無機または有機絶縁体で保護され、絶縁体は他極を構成する皮膚に接触する不活性金属電極チタン、Ａｕ，Ｐｔでカバーされた構造を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の皮接治療具、
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮接治療具、特に、肩コリや腰痛及び筋肉痛等の不定愁訴の解消に効果のある皮接治療具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、慢性的なコリや痛みに悩まされる患者が増えている。その主な原因は、筋肉や神経の局部的疲労によると言われている。筋肉や神経の疲労をもたらす原因及びその程度は、各人によって異なる。原因が、スポーツによる筋肉疲労のような一過性のものではなく、日常生活の中にある場合には、慢性疾患によることが多い。コリや痛みの程度が重い場合は、病院における物療や鍼灸治療に頼らざるを得ない、しかし、コリや痛みが比較的軽くても、日常生活では不快感（不定愁訴）を伴なうので、家庭で使用できる簡便な治療方法の開発が求められている。
【０００３】
従来、家庭で使用可能なコリや痛みの治療具としては、パップ剤や温灸、金属粒や磁気治療具、低周波治療器などが開発され、市販されている。これらはいずれも、患部の血行を促進し、それにより局部的に滞留した老廃物質を浄化することを狙いとしている。このうち、パップ剤や温灸、磁気治療具は血管拡張による効果を、また、低周波治療器は、規則的に筋肉を緊張・弛緩させることによる物療効果を、さらに、金属粒は東洋医学における経絡・経穴治療を目的としたものである。
これに対して、本発明者は、皮接時の体温により生体電池が形成され、その直流起電力の通電刺激で筋肉や神経の疲労を癒し得る荷電粒子浸透型健康器具を開発し、特許出願した（特許願２００７−０１７５９４，２００６−３１００４９，２００６−２８２４４７２）。これらの荷電粒子浸透型健康器具は、コリや痛みの治療に対して上記家庭用治療具以上の効果を発揮している。
【０００４】
前記荷電粒子浸透型健康器具と同様に、生体電池の形成を目的とする治療具として、外部回路短絡型の異種金属組合せによるものが開示されている（例えば、実開昭５７−１０３７４３号公報）。
図３は、異種金属又はバルク半導体金属の組合せからなる二つの皮接治療具の違いを説明する図である。図４は、実際の構成を示す。図３は金属／バルク半導体電極の組合せによる生体電池の原理を示している。すなわち、この生体電池では、半導体から金属電極へ流出した電子が電解質である皮膚内へ流入して還元作用（例えば、体内に分布する鉄イオンについては、Ｆｅ３ ＋ ＋ｅ→Ｆｅ２ ＋ ）を惹起する。バルク半導体の熱起電力は体温加熱により励起され発生した荷電粒子は、互いに電気的反発力が働き、バルク半導体内では３次元方向に運動ができるため、半導体内部での荷電粒子密度の大きな変化は期待できなく、起電力は数百μＶのオーダーであり、荷電粒子浸透効果は少ない。
【０００５】
一方，異種金属の組合せ（例えばＣｕ／Ｚｎの組合せ）による皮接具においては、図４で示すように、電子親和力ｘのより大きな金属Ａに向かって電子が金属Ｂから流出するため、金属Ｂでは電子が不足してプラスに耐電する（ｘ Ａ＞ｘ Ｂ）。しかし、金属Ｂは皮接面でショットキー障壁を形成することはないので、皮膚面あるいはその近傍に分布する水分由来のマイナスイオンＯＨ− が金属Ｂの表面層に浸入して速やかに吸着化合する。この結 果、金属Ｂの皮接面には水酸化物が形成される。例えば、Ｃｕ／Ｚｎの組合せでは、金属ＢであるＺｎの皮接面で、Ｚｎ＋２０Ｈ− →Ｚ（ＯＨ）2なる反応を生じる。卑金属のこれら水酸化物は一般に絶縁性であり、そのため、金属Ｂの表面が高抵抗化して起電力が不安定になり、やがて水酸化物層厚の増大に伴って発電が停止する。これが表面の不動態化現象である。また、金属は本来キャリア濃度が１０Ｅ２０個ＣＣと大きく、熱励起による電子濃度の差が得られにくいので、起電力は半導体より小さく、この面でも期待できない。
【特許文献１】特開平８−１７３５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、金属正極／バルク半導体及び異種金属の組み合わせ皮接治療器では、皮膚に直接接触した場合生体に過剰な電流が流れて、皮膚損傷を起こす場合がある。皮膚を含む生体のインピーダンスは、通常は５００−１ＫΩ位であるが、発汗等では水分が塩を含むため、数Ωに下がる場合がある。生体温度で活性化されて発生する起電力が数百μＶとはいえ、皮接治療具から、場合によっては１００μＡの電流が生体に流れ込む可能性がある。これは通常の生体電流１０μＡに比較してはるかに大きいので、アレルギー反応を起こし、皮膚に損傷を与える場合も生じる。このため、過剰電流を生体に流さないように、保護抵抗器をつける必要がある。生体に一定の効果を常に与えるには、一定の電流を流す必要があるが、生体インピーダンスは年齢、発汗状態により大きく変動するため、従来型の皮接治療器では、この条件を満足できなかった。すなわち、高齢者は一般に皮膚の含水率が低く、従って、皮接治療具の接触抵抗、皮膚インピーダンスは、共に高くなる。皮膚インピーダンスは、金属／半導体及び異種金属電極間の距離を短縮することによって小さくすることが出来るが、この場合、過剰電流が生じる危険があった。体温により活性化されて発生する理論発生起電力は、基本的に変化しないので、意図せざる皮膚内電流値の増加（２〜２０倍の増加）がもたらされることになる。このような大幅な電流値の増加は、皮膚組織に対する過剰刺激をもたらす。従って、皮膚の弱い患者はアレルギー反応を起こし、発赤や掻疼感を訴えることがある。従って、高齢者や重症患者には、常に一定の荷電粒子浸透能を保つため、材料組合せ及び皮接治療具のデバイス形状の工夫を行う必要があったが、生体の皮膚インピーダンスは極めて変化しやすい性質をもつので、できなかった。
【０００７】
生体電池の適用試験の過程で、生体電池の皮接通電によって筋肉、神経系組織が生理活性化されると、皮膚インピーダンスが著しく低下する現象が報告されている。通常、皮膚インピーダンスは、１０〜５０ＭΩ／ｃｍ、両電極の接触抵抗は、１〜１５ＭΩ／ｃｍであるが、前記生体電池の皮接によってコリや痛みが緩解した患者の皮接前後における皮接箇所の皮膚インピーダンスは、共に５０〜９５％程度低下していることが認められている。これは、皮膚呼吸など新陳代謝の活性化によって皮膚内のイオン導電度が局部的に高まったことに起因するものと考えられる。
【０００８】
イオン導電度の高まりと共に、コリや痛みの治療と引換えに、皮膚損傷を引起こす場合が散見される。これに対しては、発生起電力の小さな組合せを選択すれば対処出来るが、発生起電力が小さい組合せでは、通電効果が限定されるので、高齢者や重症患者には治療効果が薄くなるおそれがないではない。
【０００９】
本発明の第１の目的は、前記問題点を解決して、大きな起電力を有し、皮接中に生理活性化して皮膚インピーダンスが低下しても、一定の電流が流れ、皮膚損傷を起こす可能性の小さいナノ半導体電池皮接治療具を提供することにある。本発明の第２の目的は、絆創膏又は貼着布等で人体の必要な箇所に密着できる安価で使い捨て可能な生体電池形皮接治療具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明よる皮接治療具は、前記目的を達成するために、ナノ半導体粒子を有機又は無機の絶縁体中に所定の割合で分散させてなる生体熱電池を備え、半導体粒子が生体温度により活性化されて発生する荷電粒子を皮膚より浸透させることを特徴としている。
そして、前記ナノ半導体として、室温付近で荷電粒子を発生させる活性化エネルギーレベル０．１−０．５ｅＶを有する半導体を用い、その半導体を絶縁体マトリクスに３−４０ｗｔ％配合することにより、パーコレーション効果を起こさせて、皮膚接触面より荷電粒子を浸透させることを特徴としている。
さらに、前記生体熱電池は、不活性金属電極で一端が電気的に接続され、電池及び金属電極が共に皮膚に接触する構造からなること特徴としている。
さらに、皮接時に生体熱電池より皮膚内に注入された電子及び正孔の運動に影響を及ぼす程度の強さの磁場が付与されていることが好ましい。
ナノ半導体粒子として、衝撃波法により製造されるＳＰ３構造を有する炭素粒子又は２元素半導体、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓを使用することが望ましい。
生体熱電池は、無機または有機絶縁体で保護され、絶縁体は他極を構成する皮膚に接触する不活性金属電極チタン、Ａｕ，Ｐｔでカバーされた構造を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１によれば、ナノ粒子半導体が有機又は無機絶縁体の中にパーコレーション状態で分散され、室温付近で半導体から励起された起電力によるキャリアが身体に浸透するため、他のバルク半導体及び異種金属を使用した皮接治療具に比較して生体効果が大きい。  請求項２によれば、活性化エネルギーレベル０．１−０．５ｅＶを有する半導体を使用するため、体温付近での加熱により励起されるキャリアの数が多い。また、ナノ半導体粒子がマトリクス絶縁体中に３−４０ｗｔ％配合されるときは、各粒子が直列に接続された状態になるので、各粒子から発生する起電力が積算され、１０−５０Ｖの大きな電圧が発生する。
【００１２】
請求項３によれば、前記パーコレーション電池の一端は皮膚に接触し、他端は電極を兼ねた金属で保護されるとともに、電気回路を構成するので、発生したキャリアが皮膚面より身体に浸透し易くなる。
【００１３】
請求項４によれば、身体に浸透するキャリアが、磁界による血流増加効果と重畳されるので、一層の効果が期待できる。
【００１４】
請求項５によれば、ナノ半導体として衝撃波法により製造されるＳＰ３ダイヤモンド構造を有する炭素粒子を使用する。この粒子は火薬の爆発工程で発生する窒素を含むので、活性化エネルギー０．１−０．５ｅＶの不純物レベルが生じ体温加熱で容易に励起され、キャリアが発生する。ＩｎＳｂは０．１８ｅＶ、ＩｎＡｓは０．２３ｅＶのバンドギャップを有する直接遷移型の半導体で、比較的純度の良い材料が入手できるので、皮接治療具として工業的に使用し易い。
【００１５】
請求項６によれば、パーコレーション生体電池の電極を兼ねた保護カバーとして、不活性金属チタン、Ａｕ，Ｐｔが皮膚に接触するため、金属アレルギーが起こりにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明よる皮接治療具は、ナノ半導体粒子を有機又は無機の電気絶縁体中にパーコレーション現象を起こすように分散させてなる生体電池を使用したことを特徴としている。
本発明に係る皮接治療具は、ナノ半導体微細結晶と電気絶縁体の特別な配合関係で生じるパーコレーション現象を利用した生体電池を金属電極で導電接続して皮接するもので、前記異種金属又はバルク半導体金属の組合せからなる従来の皮接具とは、構成も、よってきたる効果も異にする。
本発明による皮接治療具は、第１に、ナノ半導体微粒子が電気絶縁体中でパーコレーション現象を起こして各粒子が擬似的に直列接続されることにより、各粒子に発生した起電力が積算し、生体活性化により数ないし数十Ｖの大きな起電力が生じる現象を利用する。  第２に、パーコレーション配列されたナノ半導体粒子を含む成型体の比抵抗が１０Ｅ８−１０Ωと大きいことによる人体への流入電流の定電流化現象を利用する。
生体電池のインピーダンスが皮膚接触抵抗、人体抵抗より２−５桁大きいため、人体抵抗の変化による電流密度の変化は無視でき、特許文献１に示されるような、特別な保護抵抗及び皮膚電極接触部での化学変化による接触抵抗変化に対する特別な配慮は必要としない。
【００１７】
［実施例］
住友石炭鉱業株式会社製の粒径３−８ｎｍのクラスターダイヤモンド１次粒子の全量に対して８ｗｔ％と、有機樹脂としてのポリプロピレンの全量に対して９２ｗｔ％とを攪拌ミルにて混合した後、射出成型機により１２０ｋｇの圧力で直径３ｍｍ、高さ４ｍｍのペレット状の生体用電池を製作した。
図１及び図２は、本発明品の構造の一例を示す説明図である。
図１の皮接治療具Ａは、金属ケースで保護されたパーコレーション生体電池である。さらに詳しくは、外形が直径５ｍｍ、高さ３ｍｍのチタンケース３の中に前記生体用電池１をエポキシ樹脂２で埋めこんで、皮接治療具Ａを製作した。図２の皮接治療具Ｂは、上記構成に磁石４を備えて、磁力線効果を重畳したものである。
上記皮接治療具Ａを肩に貼着布で５個密着させた後、肩部分の温度の時間変化をサーモグラフにて測定した。また、皮接治療具単体を５個の生体電池部分の比抵抗及び体温加熱により励起されたキャリアにより生じる起電力を、表面電位計により測定した。
測定結果は、皮接治療具の電気抵抗は１０Ｅ８−１０Ω、表面電位は２５−５２Ｖであった。
【００１８】
［実験結果］
人の肩に装着した後の皮接治療具の最大温度上昇を時間経過に沿って測定した結果を表１に示す。
（表１）
肩装着後の皮接治療具の最大上昇温度の時間経過
時間経過        0分    1.5分    3分    4.5分    6分    7.5分    9分  
上昇温度〔℃〕  ０    ０．３  ０．７  ０．８  １．０  １．０    １．０
【００１９】
実施例から明らかなように、本発明の皮接治療具は、人体に接触した場合の皮膚接触抵抗及び人体抵抗1−10ＭΩに比較して内部インピーダンスが大きいので、一定の電流が流 れ、皮膚アレルギーによる発赤等皮膚損傷を起こすことがなかった。また、生体熱電池の起電力は、従来のバルク半導体及び異種金属熱電池の起電力の１−２桁大きいので、装着後の温度上昇が早く、不定愁訴等の解消などの生体効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る皮接治療具の内部構造の一例を示す断面図。
【図２】本発明に係る皮接治療具の内部構造の他の例を示す断面図。
【図３】従来品であるバルク半導体及び金属を使用した生体電池の作用メカニズムを示す説明図。
【図４】従来品である異種金属組み合わせ生体電池の作用メカニズムを示す説明図。
【図５】従来例の生体電池の内部構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１      生体熱電池
２      充填樹脂
３      金属ケース
４      磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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