JP2004081712A

JP2004081712A - 電極装置

Info

Publication number: JP2004081712A
Application number: JP2002249858A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ogawa; 小川　達也; Saori Takahashi; 高橋　抄織; Taiji Fuchita; 渕田　泰司; Kenji Mori; 森　健二; Shigeto Higo; 肥後　成人
Original assignee: Hisamitsu Pharmaceutical Co Inc; Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Hisamitsu Pharmaceutical Co Inc; Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-18
Also published as: US7005784B2; EP1393772A2; US20050174029A1; EP1393772A3

Abstract

【課題】基材フィルム１０上の電極層２０や絶縁層３０、特に絶縁層３０の割れを防止し、しかもまた、ブロッキングをも防止する。
【解決手段】電極装置は、屈曲部５００の内周に窪み５０を区画する基材フィルム１０と、基材フィルム１０にパタ−ン形成した電極層２０および絶縁層３０を備える。電極層２０は、窪み５０の中から外へと、屈曲部５００をクロスする。絶縁層３０は、屈曲部５００の付近の電極層２０の上を被う。絶縁層３０の誘電体として、ガラス転移温度が２５℃以下の低Ｔｇ樹脂と、その低Ｔｇ樹脂よりも高いガラス転移温度（たとえば、４０℃以上）をもつ高Ｔｇ樹脂とを混合した樹脂組成物を用いる。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、病気の治療や診断の医療分野で用いる生体適用の電極装置であり、特に、電極装置の構成要素である電極層や絶縁層の割れの防止を図った電極装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
イオントフォレーシス（Ａｃｔａ　Ｄｅｒｍａｔｏｌ　ｖｅｎｅｒｅｏｌ、６４巻、９３ペ−ジ、１９８４年）や、エレクトロポレ−ション（特表平３−５０２４１６号公報、Ｐｒｏｃ．　Ａｃａｄ．　Ｓｃｉ．　ＵＳＡ、９０巻、１０５０４〜１０５０８ペ−ジ、１９９３年）は、電気的なエネルギ−を用いて皮膚や粘膜から薬物や生理活性物質を生体内へ導入する処理方法である。また、それらと同じ原理を用いて、生体内から診断物質を取り出し、病状を観察する方法がある（Ｎａｔｕｒｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　１巻、１１９８〜１２０１ペ−ジ、１９９５年）。そのような方法において、電気的なエネルギ−を加えるために、電極装置が必要である。
【０００３】
特開２０００−３１６９９１号の公報は、繰り返して使う外部の電源装置に対し、この種の電極装置を使い捨てにする考え方を明らかにしている。使い捨て可能な電極装置は、基本的に、屈曲部があり、その屈曲部を境に高低差がある第１および第２の両部分をもつ基材フィルムと、その基材フィルム上、屈曲部をクロスして高低差のある第１および第２の両部分に行き渡るように形成された電極層と、その電極層上、屈曲部を含む選択的な領域に形成された絶縁層とを備えている。なお、屈曲部は、その内周に電解質の物質を入れる容器部分（窪みあるいは凹部）を区画するためなどから、この種の電極装置に付き物である。
【０００４】
【先の提案】
このような屈曲部をもつ電極装置における大きな技術的課題は、屈曲部の付近で生じやすい電極層や絶縁層の割れを有効に防止することである。電極層の割れは電気的な断線を生じるおそれがあるし、また、絶縁層の割れは電極層を露出し、漏電のおそれがあるので、それらの割れを有効に防止しなければならない。発明者らが、電極層や絶縁層の割れの原因についていろいろ検討したところ、外力を受けるとき、基材フィルムと、その上の電極層および絶縁層との伸びが互いに異なることが割れの主因であることを判明した。電極装置に加わる主な外力は、屈曲部を加工する際の圧縮力であるが、そのほか、電極装置を使用する際に加わる力も外力となりうる。
【０００５】
このような検討結果に基づき、特願２００２−４７０２９号（提出日：２００２年２月２２日）を先に提案した。その先願では、外力が加わった際に電極層および基材フィルムの伸びに追従して絶縁層が柔軟に伸びるようにするため、絶縁層を構成する誘電体として、ガラス転移温度が２５℃以下、好ましくは０℃以下、さらに好ましくは−２０℃以下の樹脂材料を用いるようにしている。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
屈曲部における基材フィルム／電極層／絶縁層の伸びの違いは、より上層に位置する絶縁層により大きな影響を与えるであろう。絶縁層の割れをより確実に防止するためには、絶縁層を構成する誘電体として、ガラス転移温度がより低い樹脂を用いることが好ましい。しかし、そのようにガラス転移温度がより低い樹脂を用いた場合、電極装置を積み重ねた際に、隣り合う電極装置が互いに粘着する現象、つまりブロッキングを生じるおそれがあることが新たに判明した。ブロッキングは、電極装置を量産する場合などに、多数の電極装置を取り扱う上で障害となる。
そこで、この発明では、基材フィルム上の電極層や絶縁層、特に絶縁層の割れを防止し、しかもまた、ブロッキングをも防止することができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の解決手段および好ましい実施形態】
この発明は、ガラス転移温度の異なる二種類の樹脂をブレンド（混合）するとき、ブレンドされた樹脂組成物が、ブレンドした二種類の樹脂のそれぞれのガラス転移温度を独立に示すような特性をもつ、という発見に基づく。先の提案のように、ガラス転移温度が２５℃以下、好ましくは０℃以下、さらに好ましくは−２０℃以下の樹脂材料を用いることによって、絶縁層の柔軟性を増し、その割れを防止することができる。また、絶縁層を構成する誘電体として、ガラス転移温度が室温以上、好ましくは４０℃以上の樹脂材料を用いることによって、ブロッキングを有効に防止することができる。そこで、この発明では、前記の発見に基づいて、絶縁層を構成する誘電体として、ガラス転移温度が２５℃以下の低Ｔｇ樹脂と、その低Ｔｇ樹脂のガラス転移温度よりもガラス転移温度が高い高Ｔｇ樹脂とを少なくとも含む樹脂組成物を用いるようにしている。ここで、「少なくとも含む」とは、樹脂のほか樹脂を溶解するための溶剤、また、シリカやベントナイトなどの周知の添加剤を含むという意味、さらには、コスト低減や塗工適正などの観点から、他の樹脂を混合することもできるという意味である。他の樹脂は、この発明の目的を損なわない範囲で少量、たとえば３重量％以下で混合することができる。
また、絶縁層を構成する誘電体としては、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、アクリル系、ポリイミド系などの共重合体を含む電気的絶縁性の各種の樹脂材料を用いることができる。それらの中から、所定のガラス転移温度をもつ低Ｔｇ樹脂および高Ｔｇ樹脂を適宜選択して用いることができる。その中でも、熱可塑性飽和共重合ポリエステル樹脂は特に好ましい。低Ｔｇ樹脂および高Ｔｇ樹脂のブレンドに際しては、同系列の樹脂が相溶性などの観点から望ましいが、異種の樹脂でも問題なく混合することができ、混合したものを用いて絶縁層を塗工できるものであれば適用することができる。
【０００８】
基材フィルム自体は、前記した特開２０００−３１６９９１号の公報のものと同様、プラスチックフィルムと金属フィルムとをラミネートした部材を広く適用することができる。使用時に電極装置自体をある程度変形させて皮膚に密着させるようにするため、基材フィルムは、手で容易に屈曲可能であり、しかも、曲げた状態を保持することができるようにすると良い。その点、特開平１１−５４８５５号の公報が示すように、プラスチックフィルムと金属フィルムとのそれぞれの厚さを１０〜２００μｍとし、しかも、プラスチックフィルムの曲げた状態を元に戻そうとする復元特性と、金属フィルムの曲げた状態を保持しようとする形状保持力とを考慮した層構成にすべきである。金属フィルムの厚さ１に対し、プラスチックフィルムの厚さ２が境界条件であり、この形状保持性のほかコスト等を考慮すると、好ましくは３０〜１００μｍ、特には、各層の厚さを同等にし、それぞれ４０〜８０μｍにすると良い。プラスチックフィルムの材料としては、電気的な絶縁性にすぐれたポリエチレンテレフタレートが好適であるが、そのほか、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系、あるいはポリエチレンナフタレートを代表としたポリエステル系のものを用いることができる。他方、金属フィルムの材料としては、アルミニウムあるいはその合金が好適であるが、そのほか、銅、すず、銀、金、鉛、あるいはそれらの各合金を用いることもできる。基材フィルムの最も好適なラミネ−ト形態は、金属フィルムの上下面をプラスチックフィルムで挟んだサンドイッチ形態である。
【０００９】
屈曲部をもつ電極装置は、基材フィルムの一面に電極層、ついで電極層の少なくとも一部を被うように絶縁層をそれぞれ形成した後、電極層および絶縁層の熱的な破壊を避けるため、冷間プレス加工によって屈曲部（通常は、窪みあるいは凹部を区画し、その内周が容器部分となる）を成形し、その後、所定形状に抜き加工を行うことによって得る。したがって、屈曲部をもつ電極装置は、一般には、屈曲部を境に高さの低い第１部分（窪み）と、高さの高い第２部分（電極端子部）とを備える。基材フィルム上へ電極層や絶縁層を形成するには、スクリーン印刷やグラビア印刷などの印刷を適用するのが好ましい。特に、スクリ−ン印刷によれば、厚さのコントロ−ルがしやすく、しかも、印刷によるパタ−ンを正確に描くことができる。電極層の材料としては、各種の電極材料を適用することができ、印刷で電極層を形成する場合には、たとえば導電性ペーストインキ（特には、カ−ボンを主成分とするインキのように伸びやすいものが好ましい）を用いることができる。また、絶縁層は、電極層の部分が皮膚と直接接触することを防ぐように設けるため、必然的に屈曲部を含むように電極層の上を被う。したがって、絶縁層の厚さは、成形加工に伴って伸びた場合でも、有効な電気的な絶縁性を保つように、たとえば、０．５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１μｍ〜３０μｍに設定すべきである。
【００１０】
【第１の実験例】
この発明を凹部（窪み）をもつアルミラミネートカップタイプの電極装置に適用し、絶縁層の割れおよびブロッキングの発生を確認した。図１が印刷したパタ−ンを示す上面図、図２がその側断面図である。また、図３は、屈曲して窪みを設けた後、抜き加工した後の電極装置の一形態の上面図、図４がその側断面図である。まず、厚さ３８μｍのアルミニウム板の表面全体に、厚さ２５μｍのポリエチレンテレフタレートをラミネ−トしたアルミラミネート部材を用意し、それを基材フィルム１０とする。その基材フィルム１０上、電気絶縁性のポリエチレンテレタレ−トの一面に、銀含量が９０％の銀ペ−ストを用いてスクリ−ン印刷により電極層２０を厚さ４０μｍほどに形成した。電極層２０は、円形部分２０１と長方形部分２０２とを含み、両部分が部分的に重なり合った形状である。電極層２０を乾燥させた後、長方形部分２０２の一部を被うように数種類の誘電体をスクリ−ン印刷により厚さ１５μｍに塗工し、４角形状の絶縁層３０を形成した。数種類の誘電体として、ガラス転移温度Ｔｇが８５℃と−２９℃の二つの樹脂をブレンドしたものを用いた。ブレンドは、一方の樹脂を８５部、７５部、７５部、６５部、５０部、２５部と変え、しかもまた、比較の意味で１００部および０部のもの、つまり、ガラス転移温度Ｔｇが８５℃と−２９℃との各樹脂をそれぞれ単独に用いたものも比較の意味から準備した。ここで、「部」とは、重量％を意味する。絶縁層３０の印刷を終えた後、圧縮成形により窪み５０を設け、窪み５０の周囲の屈曲部５００の部分の割れ（特には絶縁層３０の割れ）を確認した。なお、絶縁層３０を構成する樹脂としては、熱可塑性飽和共重合ポリエステルを用いた。
【００１１】
絶縁層３０の割れの有無は、電極装置の絶縁不良確認試験によって判断した。その試験の方法は、次のとおりである。まず、陽極（Ａｇ）、電解質溶液（生理食塩水）、陰極（ＡｇＣｌ）、定電流源で試験回路を構成する。その回路に電流を流すと、陽極ではＡｇがＣｌ⁻イオンと反応してＡｇＣｌを生成する。この時、絶縁層３０の部分にクラック（割れ）があると、そこに電解液が浸潤しＡｇＣｌが生成する。そのようにＡｇＣｌが生成すると、陽極が銀白色から褐色に変わるため、目視により絶縁層３０の割れを確認することができる（陰極では、確認することはできない）。また、ブロッキングについては、電極装置を重ね合わせて１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を４０℃で２４時間加えることによって、その有無を判断した。また、窪み５０に電解質物質を入れるため、その周囲の屈曲部５００の屈曲角度ａ（図５参照）は、通常、２０°〜９０°である。屈曲したものについて、窪み５０の内側、つまり絶縁層３０の側の角度ｂを内角、その反対側の基材フィルム１０側の角度ｃを共役角という。屈曲の程度が絶縁層３０の割れの発生を左右するので、共役角２３０°と２５０°との両場合を試験した。表１が、以上のような第１の実験例の結果を示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
表１の結果から次のようなことが分かる。ガラス転移温度８５℃の樹脂（高Ｔｇ樹脂）を１００部にしたサンプル１では、測定総数１０個のすべてにおいて絶縁層３０の割れが発生している。それに対し、ガラス転移温度−２９℃の樹脂（低Ｔｇ樹脂）を１００部にしたサンプル７をはじめ、その低Ｔｇ樹脂と高Ｔｇ樹脂とをブレンドしたサンプル２〜６の各場合には、絶縁層３０の割れは見られない。したがって、絶縁層３０の割れの発生を防止するために、ガラス転移温度の低い低Ｔｇ樹脂を絶縁層３０の誘電体として含ませることが有効である（第１の知見）。一方、高Ｔｇ樹脂を１００部にしたサンプル１をはじめ、高Ｔｇ樹脂の含量が高いサンプル２〜５では、ブロッキンブ現象は見られないが、低Ｔｇ樹脂を１００部にしたサンプル７および低Ｔｇ樹脂の含量が高いサンプル６において、ブロッキング現象が見られた。とすると、ブロッキングの防止のためには、ガラス転移温度の高い高Ｔｇ樹脂を絶縁層３０の誘電体として比較的に多く（たとえば５０部以上）含ませることが有効である（第２の知見）。
【００１４】
【第２の実験例】
第１の実験例の結果をさらに確認するため、低Ｔｇ樹脂としてガラス転移温度１℃のポリエステル系樹脂（ユニチカ株式会社製の商品名：エリ−テルＵＥ‐３２２３）を用い、また、高Ｔｇ樹脂としては、第１の実験例のものと同じガラス転移温度８５℃のポリエステル系樹脂（ユニチカ株式会社製の商品名：エリ−テルＵＥ‐９８００）を用い、前記の第１の実験例と同様の実験を行った。表２が、それによる第２の実験例の結果を示す。
【００１５】
【表２】

【００１６】
表２から分かるように、ガラス転移温度１℃の低Ｔｇ樹脂を絶縁層３０の誘電体として所定以上（２０部を越えるよう、好ましくは５０部以上）含ませること（サンプル１０〜１４）によって、絶縁層３０の割れを防止することができる。これは、前記第１の実験例による第１の知見と同様である。また、ガラス転移温度８５℃の高Ｔｇ樹脂を絶縁層３０の誘電体として所定以上（５０部を越えるよう）含ませること（サンプル８〜１１）によって、ブロッキングの発生を防止することができる。これは、前記第１の実験例による第２の知見と同様である。また、第１および第２の両実験例の結果を比較すると、ブロッキング防止の観点からすると、ガラス転移温度の高い高Ｔｇ樹脂を含ませるとともに、ブレンドするガラス転移温度の低い低Ｔｇ樹脂として、ガラス転移温度が高めのもの（たとえば、−２９℃よりも１℃の樹脂）を選択するのが好ましい（第３の知見）。前記第１の実験例の結果に加えて、第２の実験例の結果をも考慮すると、ガラス転移温度が−２０℃以下の低Ｔｇ樹脂と、ガラス転移温度が６５℃以上の高Ｔｇ樹脂とをブレンドする場合、低Ｔｇ樹脂を１〜５０重量部にすれば良いことが分かる。
【００１７】
【第３の実験例】
そこで、ガラス転移温度を変化させることによって、絶縁層３０の割れ、あるいはブロッキングがどのような影響を受けるかについてさらに調べた。その結果を次の表３および表４に示す。
【００１８】
【表３】

【００１９】
【表４】

【００２０】
ガラス転移温度８５℃と６７℃の各樹脂に関する表３の結果から、両樹脂ともにブロッキングを防止する上で有効であるが、絶縁層３０の割れを防止する上では、ガラス転移温度がより低い６７℃の樹脂の方が８５℃の樹脂に比べてより効果的なようであり、しかもまた、共役角がより大きい２５０°の場合に比べて共役角２３０°の場合の方が有効である。
また、高Ｔｇ樹脂としてガラス転移温度が４０℃の熱可塑性飽和ポリエステル系樹脂（ユニチカ株式会社製の商品名：エリ−テルＵＥ‐３２１６）、６７℃（商品名：エリ−テルＵＥ‐３２００）、８５℃（商品名：エリ−テルＵＥ‐９８００）のものを用い、また、低Ｔｇ樹脂としてガラス転移温度が−２９℃の熱可塑性飽和ポリエステル系樹脂（ユニチカ株式会社製の商品名：エリ−テルＵＥ‐３４０１）、−２０℃（商品名：エリ−テルＵＥ‐３４００）、１℃（商品名：エリ−テルＵＥ‐３２２３）のものを用い、高Ｔｇ樹脂と低Ｔｇ樹脂とを１：１の割合で混合し、ブロッキングのテストを行った表４は、前記の第３の知見を明らかにしている。すなわち、ブロッキング防止の観点からは、高Ｔｇ樹脂として、ガラス転移温度がより高い樹脂を用いるのが好ましく、しかも、低Ｔｇ樹脂としても、絶縁層の割れ防止を損なわない範囲でガラス転移温度がより高い樹脂（たとえば、０℃近くの樹脂）を用いるのが好ましい。また、表４は、ガラス転移温度が１℃以下の低Ｔｇ樹脂と、ガラス転移温度が４０℃以上の高Ｔｇ樹脂とをブレンドする場合、その混合割合を１：１の近傍（たとえば、４５／５５〜５５／４５）にすると良いことを教えている。なお、表４に関係する実験では、いずれの場合でも絶縁層に微細な割れの発生はなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】製造途中における電極装置の上面図である。
【図２】図１のものの側断面図である。
【図３】成形加工および打抜きを終えた後の電極装置の形態を示す上面図である。
【図４】図３のものの側断面図である。
【図５】屈曲部の屈曲角を説明するための部分的な側断面図である。
【符号の説明】
１０　基材フィルム
２０　電極層
３０　絶縁層
５０　窪み
５００　屈曲部

Claims

屈曲部をもつ基材フィルムと、その基材フィルム上の屈曲部を含む領域に形成された電極層と、その電極層上、前記屈曲部を含む選択的な領域に形成された絶縁層とを備える電極装置であって、前記絶縁層を構成する誘電体は、ガラス転移温度が２５℃以下の低Ｔｇ樹脂と、その低Ｔｇ樹脂のガラス転移温度よりもガラス転移温度が高い高Ｔｇ樹脂とを少なくとも含む樹脂組成物であることを特徴とする電極装置。
前記フィルム基材は、前記屈曲部を境に高低差がある第１の部分と第２の部分とをもち、前記電極層は、前記第１の部分と第２の部分にわたって形成されている、請求項１の電極装置。
前記樹脂組成物は、ガラス転移温度について、前記低Ｔｇ樹脂がもつ２５℃以下の低いガラス転移温度と、前記高Ｔｇ樹脂がもつ高いガラス転移温度との両方の特性を示す、請求項１あるいは２の電極装置。
前記高Ｔｇ樹脂のガラス転移温度が４０℃以上である、請求項１あるいは２の電極装置。
前記樹脂組成物は、外力により前記絶縁層を損なうような割れを防止する機能とブロッキング防止機能を併せもつ、請求項１〜４のいずれか一つの電極装置。
前記基材フィルムは、プラスチックフィルムと金属フィルムとをラミネートした部材からなり、そのラミネート部材は、手で容易に屈曲可能であり、しかも、曲げた状態を保持することができる、請求項１あるいは２の電極装置。
前記屈曲部は、その内周に電解質を含むゲルを入れる容器部分を区画する、請求項１あるいは２の電極装置。
前記絶縁層の厚さは、０．５μｍ〜１００μｍである、請求項１あるいは２の電極装置。