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JP3109065B2 - Electrode for dielectric relaxation measurement - Google Patents

Electrode for dielectric relaxation measurement

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Publication number
JP3109065B2
JP3109065B2 JP06329607A JP32960794A JP3109065B2 JP 3109065 B2 JP3109065 B2 JP 3109065B2 JP 06329607 A JP06329607 A JP 06329607A JP 32960794 A JP32960794 A JP 32960794A JP 3109065 B2 JP3109065 B2 JP 3109065B2
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JP
Japan
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electrode
dielectric relaxation
internal electrode
measurement
tip
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智 内藤
正人 星
一 徳田
悟 真下
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Kao Corp
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Kao Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、誘電緩和を測定するた
めに使用する電極に関する。さらに詳しくは、皮膚表層
中に存在する水分の量と水の状態とに関する情報を得る
ことを目的として皮膚表層の誘電緩和を測定する場合に
有用な電極に関する。
This invention relates to electrodes used to measure dielectric relaxation. More specifically, the present invention relates to an electrode useful for measuring the dielectric relaxation of the skin surface layer for the purpose of obtaining information on the amount of water present in the skin surface layer and the state of the water.

【0002】[0002]

【従来の技術】皮膚表層の水分の測定は、皮膚自体の性
質の評価や、皮膚に塗布する化粧品あるいは医薬品の評
価等に有用である。
2. Description of the Related Art The measurement of the water content of the skin surface layer is useful for evaluating the properties of the skin itself and for evaluating cosmetics or pharmaceuticals applied to the skin.

【0003】従来より、皮膚表層の水分の測定方法とし
ては、一般に高周波インピーダンス法が用いられてい
る。しかし、高周波インピーダンス法は、皮膚表層の水
の挙動を直接的には観測していないため、皮膚表層の水
分以外に測定値に影響を及ぼす因子が多く、再現性に問
題がある。また、高周波インピーダンス法により得られ
る情報は、皮膚表面からどの程度の深さのものであるか
があいまいであるという問題もある。さらに、この方法
では、自由水であるか結合水であるかという水の状態に
関する情報を得ることもできない。
Conventionally, a high-frequency impedance method has been generally used as a method for measuring the moisture in the surface layer of the skin. However, since the high-frequency impedance method does not directly observe the behavior of water on the surface of the skin, there are many factors other than the moisture on the surface of the skin that affect measured values, and there is a problem in reproducibility. There is also a problem that information obtained by the high-frequency impedance method is ambiguous at what depth from the skin surface. Furthermore, this method does not provide information on the state of the water, whether it is free water or bound water.

【0004】これに対して、皮膚表層に存在する水の誘
電緩和を測定する方法が考えられる。誘電緩和の測定方
法としては、周波数領域測定法と時間領域反射法(以
下、TDR法(Time Domain Reflectometry method)と略
する)とがあるが、近年、後者の測定技術及びその応用
の研究が積極的に進められている。
[0004] On the other hand, a method of measuring the dielectric relaxation of water present on the skin surface layer is considered. There are two methods for measuring dielectric relaxation: a frequency domain measurement method and a time domain reflection method (hereinafter abbreviated as TDR method). In recent years, research on the latter measurement technique and its application has been actively conducted. Is being advanced.

【0005】このTDR法は、試料に特定波形の励起信
号(例えば、ステップパルス)を印加して反射波を観測
し、その反射波の各周波数成分の位相と強度の変化から
試料の複素誘電率を求め、それに基づいて試料の物性を
知る方法である。この方法によれば、試料中の自由水や
結合水を非破壊的にかつ定量的に測定することが可能と
なる。例えば、特開平2−110357号公報には、T
DR法用の装置として、試料にステップパルスを励起信
号として印加するものが提案されており、この装置を使
用した生体の水分測定に関する応用例が記載されている
(同公報第4頁上右欄10行〜第7頁下右欄17行)。
In the TDR method, an excitation signal (for example, a step pulse) having a specific waveform is applied to a sample to observe a reflected wave, and the complex permittivity of the sample is determined from changes in the phase and intensity of each frequency component of the reflected wave. , And the physical properties of the sample are known based on it. According to this method, free water and bound water in a sample can be measured nondestructively and quantitatively. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-110357 discloses that T
As an apparatus for the DR method, an apparatus for applying a step pulse to a sample as an excitation signal has been proposed, and an application example relating to the measurement of water content in a living body using this apparatus is described (top right column on page 4 of the publication). Line 10 to page 7, lower right column, line 17).

【0006】図9は、特開平2−110357号公報の
TDR法用の装置に使用されている電極(プローブ)1
の断面図である。この電極1は、同軸状の内部電極1a
と外部電極1bからなる。内部電極1aは同軸ケーブル
2の内部導体2aに接続され、外部電極1bは同軸ケー
ブル2の外部導体2bに接続される。またこの内部電極
1aと外部電極1bは、それぞれ同軸ケーブル2の内部
導体2a、外部導体2bと同径となっており、それぞれ
の被測定試料と接する端面は平面となっている。これま
でのところ、TDR法の測定に用いられる図9のような
電極の大きさは、内部電極の径が320μm以上、外部
電極の内径が1.05mm以上であり、その電気長は1
15μmを超えるものとなっている。
FIG. 9 shows an electrode (probe) 1 used in an apparatus for the TDR method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-110357.
FIG. This electrode 1 has a coaxial internal electrode 1a.
And the external electrode 1b. The internal electrode 1a is connected to the internal conductor 2a of the coaxial cable 2, and the external electrode 1b is connected to the external conductor 2b of the coaxial cable 2. The inner electrode 1a and the outer electrode 1b have the same diameter as the inner conductor 2a and the outer conductor 2b of the coaxial cable 2, respectively, and their end faces in contact with the sample to be measured are flat. Until now, the size of the electrode as shown in FIG. 9 used for the measurement of the TDR method is such that the inner electrode has a diameter of 320 μm or more, the outer electrode has an inner diameter of 1.05 mm or more, and the electric length is 1
It exceeds 15 μm.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、皮膚には、
その表面に厚さ100〜300μmの表皮が存在し、そ
の最外層が角質層(厚さ10〜20μm)と呼ばれてい
る。また、表皮の下には真皮があり、さらにその下に皮
下組織が存在する。このため化粧品や医薬品が皮膚表層
の水分に及ぼす効果を調べるためには、皮膚の所望の深
さの水分測定を行えるようにすることが好ましく、少な
くとも最外層あるいは皮膚表面から100μm程度まで
の水分測定が行えるようにすることが必要となる。しか
しながら、従来のTDR法の水分測定装置は、それを皮
膚の水分測定に用いた場合に、皮膚のどの深さの水分を
測定しているかを明らかにしていない。
By the way, on the skin,
An epidermis having a thickness of 100 to 300 μm is present on the surface, and the outermost layer is called the stratum corneum (10 to 20 μm in thickness). The dermis is located below the epidermis, and the subcutaneous tissue is located below the dermis. For this reason, in order to examine the effect of cosmetics and pharmaceuticals on the surface moisture of the skin, it is preferable to measure the moisture at a desired depth of the skin, and to measure the moisture from at least the outermost layer or the skin surface to about 100 μm. It is necessary to be able to do. However, the conventional moisture measuring device of the TDR method does not clarify at what depth of the skin the moisture is measured when it is used for measuring the moisture of the skin.

【0008】そこで、本発明者は、図9に示したような
電極を用いてTDR法を行った場合の測定深さを、後述
する実施例に示した方法により推定した。その結果、内
部電極の直径が0.51mm、外部電極の内径が1.7
mmの電極を用いた場合、電極の電気長とほぼ等しい、
皮膚の最外層から約180μmという広範囲の深さの水
分測定を行っていることがわかった。したがって、従来
の方法では、化粧品や医薬品が皮膚表層の水分に及ぼす
効果を十分に調べることができないということがわかっ
た。
Therefore, the present inventor estimated the measurement depth in the case where the TDR method was performed using the electrodes as shown in FIG. As a result, the inner electrode had a diameter of 0.51 mm and the outer electrode had an inner diameter of 1.7.
When using an electrode of mm, it is almost equal to the electrical length of the electrode,
It was found that moisture was measured over a wide range of depths of about 180 μm from the outermost layer of the skin. Therefore, it was found that the effect of cosmetics and pharmaceuticals on the moisture of the skin surface layer cannot be sufficiently investigated by the conventional method.

【0009】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、TDR法等の誘電緩和の測
定により皮膚表層の水分測定を行う場合に、皮膚の最外
層から100μm以内の範囲の水分を測定できるように
すること、さらには所望の深さの皮膚の水分を測定でき
るようにし、角質層の水分測定をできるようにすること
を目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when measuring the water content of the skin surface layer by measuring the dielectric relaxation such as the TDR method, the present invention is not limited to the case where the outermost layer of the skin is within 100 μm. It is an object of the present invention to be able to measure moisture in a range, and to measure moisture in the skin at a desired depth, and to measure moisture in the stratum corneum.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、測定に使
用する電極の先端部を小型化することにより、電極の電
気長を100μm以下にできること、またこれにより内
部電極と外部電極の間の電気力線が皮膚内を通過する深
さを制御することができ、上記の目的が達成できること
を見出し、本発明を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made it possible to reduce the electric length of the electrode to 100 μm or less by reducing the size of the tip of the electrode used for measurement. It has been found that the depth of the lines of electric force passing through the skin can be controlled and the above object can be achieved, and the present invention has been completed.

【0011】即ち、本発明は、芯線状の内部電極と、そ
の内部電極に絶縁体を介して同軸状に配された外部電極
からなり、内部電極の先端面と外部電極の先端面が被測
定試料に対する接触面となる誘電緩和測定用電極であっ
て、電極の電気長が100μm以下であることを特徴と
する電極を提供する。
That is, the present invention comprises a core-shaped internal electrode and an external electrode coaxially arranged on the internal electrode with an insulator interposed therebetween, and the tip surface of the internal electrode and the tip surface of the external electrode are measured. Provided is an electrode for measuring dielectric relaxation, which serves as a contact surface with a sample, wherein the electrode has an electrical length of 100 μm or less.

【0012】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明
する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要
素を表している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent components.

【0013】本発明は、皮膚表層中に存在する水分の量
と水の状態とに関する情報を得ることを目的として、皮
膚表面から深さ100μm程度までの皮膚表層の誘電緩
和を測定する場合に有用な電極である。その構造は、基
本的には図9に示した従来の電極と同様に、芯線状の内
部電極と、その内部電極に絶縁体を介して同軸状に配さ
れた外部電極からなっているが、電極の電気長が100
μm以下であることを特徴としている。
The present invention is useful for measuring the dielectric relaxation of the skin surface from the skin surface to a depth of about 100 μm for the purpose of obtaining information on the amount of water present in the skin surface and the state of the water. Electrode. Its structure is basically composed of a core-shaped internal electrode and an external electrode coaxially arranged on the internal electrode via an insulator, as in the conventional electrode shown in FIG. The electrical length of the electrode is 100
μm or less.

【0014】ここで、電極の電気長とは、同軸ケーブル
等の伝送路の一端に複素誘電率ε(ω)の負荷を設
け、他端から角振動数ωの電磁波V(ω)を印加した場
合の当該電磁波V(ω)と、その反射波R(ω)と、負
荷の複素誘電率ε(ω)との関係式である次式(1)
において、パラメータγd として含まれるものである。
Here, the electrical length of the electrode means that a load having a complex permittivity ε * (ω) is provided at one end of a transmission line such as a coaxial cable, and an electromagnetic wave V (ω) having an angular frequency ω is applied from the other end. Equation (1), which is a relational expression between the electromagnetic wave V (ω), the reflected wave R (ω), and the complex permittivity ε * (ω) of the load,
, Is included as a parameter γd.

【0015】[0015]

【数1】 この電気長γd は、複素誘電率ε(ω)が知られてい
る公知の標準試料の反射波を測定することにより求める
ことができる。
(Equation 1) The electric length γd can be obtained by measuring a reflected wave of a known standard sample whose complex permittivity ε * (ω) is known.

【0016】また、電気長は、電極の形状と大きさによ
って定まる電極固有の物理量であり、測定方法には依存
しない。したがって、周波数領域測定法あるいは時間領
域反射法(TDR法)のいずれの誘電緩和の測定方法に
おいても、電極の電気長は一定である。
The electrical length is a physical quantity unique to the electrode determined by the shape and size of the electrode, and does not depend on the measuring method. Therefore, the electrical length of the electrode is constant in any of the dielectric relaxation measurement methods such as the frequency domain measurement method and the time domain reflection method (TDR method).

【0017】一方、本発明者は、電気長が誘電緩和測定
時の被測定試料の測定深さと密接な関係があり、電気長
が測定深さの尺度となることを見出した。例えば、後述
する実施例に示されているように、表層と下層の2層か
らなり、表層の厚みが、測定に使用する電極の電気長と
等しい試料について誘電緩和を測定する場合、その電極
で得られる全情報の63%(1−e-1)が表層からの情
報であり、86%が電気長の2倍までの測定深さからの
情報である。
On the other hand, the present inventor has found that the electrical length is closely related to the measurement depth of the sample to be measured during the dielectric relaxation measurement, and that the electrical length is a measure of the measurement depth. For example, as shown in Examples described later, when measuring dielectric relaxation for a sample composed of a surface layer and a lower layer, and the thickness of the surface layer is equal to the electrical length of the electrode used for measurement, the electrode is 63% (1-e -1 ) of the total information obtained is information from the surface layer, and 86% is information from a measurement depth up to twice the electrical length.

【0018】したがって、本発明の電極は、周波数領域
測定法あるいは時間領域反射法のいずれの誘電緩和の測
定方法においても、表面から深さ約100μmまでの表
層の測定をするために有用なものとなる。
Therefore, the electrode of the present invention is useful for measuring the surface layer from the surface to a depth of about 100 μm in any of the frequency domain measurement method and the time domain reflection method for measuring the dielectric relaxation. Become.

【0019】本発明において、電極の電気長を従来より
も短い100μm以下とするための具体的態様として
は、例えば、(1) 内部電極が試料に接触する電極先端面
の面積を小さくする、あるいは(2) 内部電極と外部電極
との先端面における間隔を狭める等の態様をあげること
ができる。なお、外部電極は、その内径が内部電極との
間隔に関与するが、それ以外の形状や大きさ等について
は任意とすることができる。
In the present invention, specific examples for setting the electrical length of the electrode to 100 μm or less, which is shorter than the conventional one, include, for example, (1) reducing the area of the electrode tip surface where the internal electrode contacts the sample, or (2) An embodiment in which the distance between the inner electrode and the outer electrode at the tip end surface is narrowed or the like can be given. Note that the inner diameter of the external electrode is related to the distance from the internal electrode, but other shapes and sizes can be arbitrarily set.

【0020】また、誘電緩和測定時に多重反射を極力防
止し、測定を正確に行えるようにするためには、電極と
当該電極と接続する同軸ケーブルとのインピーダンス、
及び電極内のインピーダンスを一定とすることが好まし
く、そのために、電極の任意の位置において、内部電極
の径と外部電極の内径との比率を一定とすることが好ま
しい。そこで、(1) の内部電極の先端面の面積を小さく
する場合の好ましい態様としては、例えば、図1(a)
に示した電極10aのように、同軸ケーブルと接続する
内部電極1a及び外部電極1bの断面積を先端部に向か
って連続的に小さくしたものや、同図(b)に示した電
極10b、同図(c)に示した電極10cあるいは同図
(d)に示した電極10dなどのように、内部電極1a
及び外部電極1bの断面積を先端部に向かって段階的に
小さくしたもの等をあげることができる。
In order to minimize multiple reflections at the time of dielectric relaxation measurement and to perform the measurement accurately, the impedance of the electrode and the coaxial cable connected to the electrode must be determined.
In addition, it is preferable to make the impedance inside the electrode constant, and therefore, it is preferable to make the ratio between the diameter of the internal electrode and the inside diameter of the external electrode constant at an arbitrary position of the electrode. Therefore, as a preferable mode for reducing the area of the tip surface of the internal electrode in (1), for example, FIG.
As shown in the electrode 10a shown in FIG. 2, the internal electrode 1a and the external electrode 1b connected to the coaxial cable have the cross-sectional area continuously reduced toward the tip, and the electrode 10b shown in FIG. Like the electrode 10c shown in FIG. 10C or the electrode 10d shown in FIG.
And the cross-sectional area of the external electrode 1b gradually reduced toward the tip.

【0021】ただし、電極の先端面から10mm、特に
1mm以内の電極先端部においてはインピーダンスの整
合性は考慮しなくても実際上問題はない。したがって、
図2に示した電極10eのように、本発明の電極として
は、市販の同軸ケーブルの内部導体の先端部のみを加工
することにより、内部電極1aの先端部のみが先端面に
向けて細くなるようにし、外部電極1bの内径及び外径
は一定としたものでもよい。
However, there is no practical problem even if impedance matching is not taken into consideration at the electrode tip within 10 mm, particularly within 1 mm from the electrode tip. Therefore,
Like the electrode 10e shown in FIG. 2, as the electrode of the present invention, only the tip of the internal conductor of the commercially available coaxial cable is processed so that only the tip of the internal electrode 1a becomes thinner toward the tip surface. In this manner, the inner and outer diameters of the external electrode 1b may be constant.

【0022】上述の本発明の電極の内部電極の先端面は
円形であるが、本発明において、内部電極の先端部形状
は円形に限られない。図3に示したように、市販の同軸
ケーブルの内部導体の先端部のみを加工することによ
り、内部電極1aに筒状凹部(同図(a))や円錐状凹
部(同図(b))を形成し、先端面が環状となるように
し、それにより先端面の面積を小さくしてもよい。
Although the tip surface of the internal electrode of the electrode of the present invention is circular, the shape of the tip of the internal electrode is not limited to a circle in the present invention. As shown in FIG. 3, by processing only the tip of the inner conductor of a commercially available coaxial cable, a cylindrical recess (FIG. 3A) or a conical recess (FIG. 2B) is formed in the internal electrode 1a. May be formed so that the front end surface is annular, thereby reducing the area of the front end surface.

【0023】また、本発明の電極としては、その電気長
が100μm以下である限り、同軸ケーブルの内部導体
に格別加工を施すことなく、直接使用することができ
る。このような同軸ケーブルとしては、内部導体の径が
10μm〜270μmの細径のケーブルをあげることが
できる。細径の同軸ケーブルから本発明の電極を構成す
る場合、本発明の電極は、その電極よりも径の大きい通
常の同軸ケーブルの先端に接続することができるコネク
ター部を必要とする。この場合、コネクター部として
は、図1に示した電極と同様に、内部電極の径を連続的
又は段階的に変化させるものを使用する。
Further, as long as the electrical length of the electrode of the present invention is 100 μm or less, it can be used directly without specially processing the inner conductor of the coaxial cable. As such a coaxial cable, a small-diameter cable having an inner conductor having a diameter of 10 μm to 270 μm can be used. When the electrode of the present invention is formed from a small-diameter coaxial cable, the electrode of the present invention requires a connector portion that can be connected to the tip of a normal coaxial cable having a larger diameter than the electrode. In this case, as the connector part, one that changes the diameter of the internal electrode continuously or stepwise is used, similarly to the electrode shown in FIG.

【0024】本発明において、内部電極の先端面の面積
を小さくするにあたり、その具体的数値は測定すべき皮
膚表層の深さ、当該電極の電極形状等に応じて定めるこ
とができるが、一般には直径10μm〜270μmの円
の面積に相当する78μm2〜5.7×104 μm2
することが好ましい。したがって、内部電極の端面が円
形の場合、その径は10μm〜270μmとすることが
好ましい。
In the present invention, when reducing the area of the tip surface of the internal electrode, its specific value can be determined according to the depth of the skin surface layer to be measured, the electrode shape of the electrode, and the like. it is preferable that the 78μm 2 ~5.7 × 10 4 μm 2 corresponding to the area of a circle having a diameter 10Myuemu~270myuemu. Therefore, when the end face of the internal electrode is circular, the diameter is preferably 10 μm to 270 μm.

【0025】これにより、皮膚の最外層から100μm
以内の深さの水分測定を行うことが可能となる。さらに
電気長を1μm〜100μm、より好ましくは5μm〜
25μmとすることにより、角質層の水分測定を行うこ
とが可能となる。
With this, 100 μm from the outermost layer of the skin
It is possible to perform a moisture measurement at a depth within the range. Further, the electric length is 1 μm to 100 μm, more preferably 5 μm to
By setting it to 25 μm, it becomes possible to measure the water content of the stratum corneum.

【0026】また、電極の先端面における内部電極と外
部電極との間隔は、同軸ケーブルと電極とのインピーダ
ンスの整合性の点から10μm〜310μmとすること
が好ましい。
The distance between the internal electrode and the external electrode on the tip surface of the electrode is preferably 10 μm to 310 μm from the viewpoint of impedance matching between the coaxial cable and the electrode.

【0027】電極の材質としては特に制限はないが、耐
蝕性の金属が好ましく、例えば、金、白金、銅等を使用
することができる。
The material of the electrode is not particularly limited, but is preferably a corrosion-resistant metal, for example, gold, platinum, copper or the like.

【0028】また、内部電極1aと外部電極1bとの
間、及び図3(a)、(b)に示したように内部電極1
aの先端部に形成した凹部には、テフロン樹脂、エポキ
シ樹脂等の絶縁材を充填することが好ましい。これによ
り、標準試料として液体試料を測定することが可能とな
り、また凹部への不要な異物の付着を防止できる。
Also, as shown in FIGS. 3A and 3B, between the internal electrode 1a and the external electrode 1b, and as shown in FIGS.
It is preferable to fill the concave portion formed at the front end portion a with an insulating material such as Teflon resin or epoxy resin. This makes it possible to measure a liquid sample as a standard sample, and to prevent unnecessary foreign substances from adhering to the concave portions.

【0029】本発明の電極の製造方法には、特に制限は
ない。
The method for producing the electrode of the present invention is not particularly limited.

【0030】本発明の電極を用いてTDR法等の誘電緩
和測定を行う場合に、本発明の電極に接続する同軸ケー
ブルとしては、上述のようなインピーダンスの整合性を
有する限り特に制限はなく、市販のものを使用すること
ができる。電極を測定試料に接触させる際の操作性の点
からは、フレキシブルケーブルを使用することが好まし
い。また、TDR法による測定自体は、特開平2−11
0357号公報等に記載されている公知の方法によるこ
とができる。
When dielectric relaxation measurement such as TDR method is performed using the electrode of the present invention, the coaxial cable connected to the electrode of the present invention is not particularly limited as long as it has the impedance matching as described above. Commercially available ones can be used. From the viewpoint of operability when bringing the electrode into contact with the measurement sample, it is preferable to use a flexible cable. The measurement itself by the TDR method is disclosed in
A known method described in, for example, Japanese Patent No. 0357 can be used.

【0031】[0031]

【作用】TDR法等の誘電緩和測定を行うことにより皮
膚の水分測定を行う場合に、電極の電気長は電極から皮
膚に滲み出す信号の深さ、即ち測定深さに相当する。本
発明によれば、電極の電気長を100μm以下とするの
で、測定深さを浅くすることができる。さらに、100
μm以下で電極長を適宜設定することにより、皮膚表面
から100μm以内の所望の深さの皮膚表層の水分測定
を行うことが可能となり、角質層の水分測定をすること
も可能となる。
When measuring moisture in the skin by performing dielectric relaxation measurement such as the TDR method, the electrical length of the electrode corresponds to the depth of a signal oozing from the electrode into the skin, that is, the measurement depth. According to the present invention, since the electrical length of the electrode is 100 μm or less, the measurement depth can be reduced. In addition, 100
By appropriately setting the electrode length to not more than μm, it becomes possible to measure the water content of the skin surface layer at a desired depth within 100 μm from the skin surface, and it is also possible to measure the water content of the stratum corneum.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments.

【0033】実施例1〜5、比較例1〜3 図4に示したように、先端部が内部電極1a、絶縁材1
c及び外部電極1bからなる電極を、A、B、Cの3種
の形状に作製した。この場合、内部電極1aの先端面の
半径(あるいは幅)L、内部電極1aの先端面の面積S
1 、内部電極1aと絶縁材1cとを合わせた先端面の面
積S2 、及び外部電極の先端面の内径Dは、それぞれ表
1に示した値とした。電極素材は、内部電極1a、外部
電極1b共に銅とし、絶縁材1cとしては内部電極1a
と外部電極1bとの間にテフロンを充填した。
Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 As shown in FIG.
An electrode composed of c and the external electrode 1b was formed in three types of shapes A, B, and C. In this case, the radius (or width) L of the tip surface of the internal electrode 1a and the area S of the tip surface of the internal electrode 1a
1, the area S2 of the end face of the combined internal electrode 1a and insulating material 1c, and the inner diameter D of the end face of the external electrode were as shown in Table 1. The electrode material is copper for both the internal electrode 1a and the external electrode 1b, and the internal electrode 1a is used as the insulating material 1c.
Teflon was filled between the electrode and the external electrode 1b.

【0034】(評価) (1) 電極の電気長の測定 誘電スペクトルが既に知られているアセトンを標準試料
として使用して誘電緩和測定を行い、電極の電気長を求
めた。即ち、電極の先端をアセトンに浸し、励起信号と
してステップパルスを用いてTDR法で反射波を測定
し、励起信号と測定された反射波とを用い、電気長γd
をパラメータとして、式(1)から誘電スペクトルを算
出した。この場合、電気長γd の値を変えながら誘電ス
ペクトルを算出し、その算出した誘電スペクトルの値が
アセトンの既知の誘電スペクトルと最も一致した場合の
電気長γd を当該電極の電気長γd とした。この結果を
表1に示した。また、形状A、Bの電極について、得ら
れた電気長γd と内部電極の半径Lとの関係図を図8に
示した。
(Evaluation) (1) Measurement of Electric Length of Electrode Dielectric relaxation measurement was performed using acetone, whose dielectric spectrum was already known, as a standard sample, and the electric length of the electrode was obtained. That is, the tip of the electrode is immersed in acetone, the reflected wave is measured by the TDR method using a step pulse as an excitation signal, and the electrical length γd is calculated using the excitation signal and the measured reflected wave.
Was used as a parameter to calculate the dielectric spectrum from equation (1). In this case, the dielectric spectrum was calculated while changing the value of the electrical length γd, and the electrical length γd when the calculated value of the dielectric spectrum most closely matched the known dielectric spectrum of acetone was defined as the electrical length γd of the electrode. The results are shown in Table 1. FIG. 8 shows the relationship between the obtained electrical length γd and the radius L of the internal electrode for the electrodes of shapes A and B.

【0035】(2) 電極の測定深さの測定 TDR法による皮膚の水分測定に各電極を使用した場合
の測定深さを調べるために、水(表層)−テフロン(下
層)の2層からなる試料に対して表層である水の厚みを
種々変えて100MHzにおける誘電率を次のように測
定した。
(2) Measurement of electrode measurement depth In order to examine the measurement depth when each electrode is used for measuring skin moisture by the TDR method, two layers of water (surface layer) and Teflon (lower layer) are used. The dielectric constant at 100 MHz was measured as follows by changing the thickness of the surface water with respect to the sample.

【0036】まず、図5に示したように、ガラス板11
にテフロンテープ(テフロンの誘電率2)12を貼った
ものを、水浴(水の誘電率78)13に入れ、そのテフ
ロンテープ12に対向するように浴中に電極10をセッ
トした。また、この水浴13はZステージ14に載置
し、Zステージ14には膜厚計15を取り付けた。そし
て、Zステージ14を上下させることにより、電極10
とテフロンテープ12との距離xを変化させ、そのとき
の誘電率を測定した。この場合、誘電率の測定方法とし
ては、ステップパルスを励起信号とするTDR法を用い
た。
First, as shown in FIG.
A Teflon tape (dielectric constant of Teflon 2) 12 was put in a water bath (dielectric constant 78 of water) 13, and the electrode 10 was set in the bath so as to face the Teflon tape 12. The water bath 13 was placed on a Z stage 14, and a film thickness gauge 15 was attached to the Z stage 14. By moving the Z stage 14 up and down, the electrode 10
The distance x between the tape and the Teflon tape 12 was changed, and the dielectric constant at that time was measured. In this case, a TDR method using a step pulse as an excitation signal was used as a method of measuring the dielectric constant.

【0037】こうして得られた誘電率を、実験例3及び
比較例1〜3について、図6に示した。なお、同図の誘
電率変化率は、テフロンの誘電率を0、水の誘電率を1
00と規格化した値を示している。また、同図において
下段の図は上段の図のL=−100〜400μmの範囲
の拡大図である。さらに、実施例3及び比較例1〜3に
ついて、図7に、−ln(1−誘電率変化率)と膜厚計の
読みとの関係を示した。なお、図6、図7において膜厚
計の読み(即ち、電極10とテフロンテープ12との距
離x)が負の値の領域は、電極10がテフロンテープ1
2に接触したまま上方に移動していることを表してい
る。
The dielectric constant thus obtained is shown in FIG. 6 for Experimental Example 3 and Comparative Examples 1 to 3. In the figure, the permittivity change rate is such that the permittivity of Teflon is 0 and the permittivity of water is 1
00 shows a standardized value. In the same figure, the lower diagram is an enlarged view of the range of L = −100 to 400 μm in the upper diagram. Further, for Example 3 and Comparative Examples 1 to 3, FIG. 7 shows the relationship between -ln (1-dielectric constant change rate) and a reading of a film thickness meter. In FIGS. 6 and 7, the region where the reading of the film thickness meter (that is, the distance x between the electrode 10 and the Teflon tape 12) is a negative value is a region where the electrode 10 is the Teflon tape 1.
2 is moving upward while contacting with No. 2.

【0038】このような誘電率の測定においては、電極
10がテフロンテープ12に接している場合には、電極
10からの励起信号の滲み出しはテフロンテープ12の
みに行われるので、図6に示されているように、観測さ
れる誘電率は一定値を示す。一方、電極10をテフロン
テープ12から離していき、両者の距離xを大きくして
いくと、電極10からの励起信号の滲み出しは水とテフ
ロンテープ12の双方に及ぶので、観測される誘電率は
大きくなり、さらに距離xを大きくしていくと次第に誘
電率は水の規格化値100に近付く。
In such a measurement of the dielectric constant, when the electrode 10 is in contact with the Teflon tape 12, the exudation of the excitation signal from the electrode 10 is performed only on the Teflon tape 12, so that it is shown in FIG. As shown, the observed permittivity shows a constant value. On the other hand, when the electrode 10 is moved away from the Teflon tape 12 and the distance x between them is increased, the exudation of the excitation signal from the electrode 10 reaches both the water and the Teflon tape 12, so that the observed dielectric constant Is increased, and as the distance x is further increased, the dielectric constant gradually approaches the standardized value of water of 100.

【0039】ここで、図7において、距離xが正の領域
において、プロットが直線関係を示していることから、
測定される誘電率は距離xに対して指数関数的に変化し
ていることがわかる。即ち、表層(水)の誘電率を
ε1 、下層(テフロン)の誘電率をε2 、観測される誘
電率をεobs とすると、観測される誘電率εobs は、次
式(2)で表されることがわかる。
Here, in FIG. 7, in a region where the distance x is positive, since the plot shows a linear relationship,
It can be seen that the measured permittivity changes exponentially with distance x. That is, assuming that the permittivity of the surface layer (water) is ε 1 , the permittivity of the lower layer (Teflon) is ε 2 , and the observed permittivity is ε obs , the observed permittivity ε obs is given by the following equation (2). It can be seen that it is represented.

【0040】[0040]

【数2】 式中、do は、図7のプロットでxが正の領域における
直線の傾きの逆数である。こうして求められるdo の値
を表1に示した。表1から、このdo の値は、上述のγ
d と一致することがわかる。
(Equation 2) In the equation, do is the reciprocal of the slope of the straight line in the region where x is positive in the plot of FIG. Table 1 shows the values of do thus obtained. From Table 1, this value of do is equal to the above γ
It turns out that it matches d.

【0041】そこで、式(2)は次式(3)と表せるこ
とがわかる。
Thus, it can be seen that equation (2) can be expressed as equation (3).

【0042】[0042]

【数3】 したがって、観察される誘電率εobs には、電極の電気
長γd の範囲における情報が63%の重みを占めている
こと、よって、電極の測定深さの尺度として、電気長γ
d を用いることが妥当であることがわかる。
(Equation 3) Thus, the observed permittivity ε obs weighs 63% of the information in the range of the electrical length γd of the electrode, and thus the electrical length γ as a measure of the measured depth of the electrode.
It turns out that it is appropriate to use d.

【0043】さらに、表1から、内部電極の先端面の面
積を小さくすることにより、あるいは内部電極と外部電
極との間隔を狭めることにより電気長γd を小さくする
ことができることがわかる。よって、内部電極の先端面
の面積を小さくすることにより、TDR法で水分測定を
行った場合の測定深さを浅くできることがわかる。ま
た、測定深さを数十μm以下とすることもできるので、
角質層等の皮膚表層の水分測定を行えることがわかる。
Further, from Table 1, it can be seen that the electrical length γd can be reduced by reducing the area of the tip surface of the internal electrode or by reducing the distance between the internal electrode and the external electrode. Therefore, it can be seen that by reducing the area of the tip surface of the internal electrode, the measurement depth when performing the moisture measurement by the TDR method can be reduced. In addition, since the measurement depth can be set to several tens μm or less,
It can be seen that the water content of the skin surface layer such as the stratum corneum can be measured.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】[0045]

【発明の効果】TDR法等の誘電緩和の測定により皮膚
表層の水分測定を行う場合に、本発明の電極を用いる
と、皮膚の最外表面から100μm以内で所望の深さの
水分測定を行うことが可能となり、角質層の水分測定を
行うことも可能となる。
When the electrode of the present invention is used to measure the moisture of the skin surface by measuring the dielectric relaxation such as the TDR method, the moisture of a desired depth is measured within 100 μm from the outermost surface of the skin. This makes it possible to measure the water content of the stratum corneum.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電極の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an electrode of the present invention.

【図2】本発明の電極の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the electrode of the present invention.

【図3】本発明の電極の内部電極の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of an internal electrode of the electrode of the present invention.

【図4】実施例及び比較例の電極の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of electrodes of an example and a comparative example.

【図5】電極の測定深さの測定方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of measuring a measurement depth of an electrode.

【図6】膜厚計の読みと誘電率変化率との関係図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the reading of a film thickness meter and the rate of change in dielectric constant.

【図7】膜厚計の読みと誘電率変化率との関係図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a reading of a film thickness meter and a dielectric constant change rate.

【図8】内部電極の半径と電気長との関係図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a radius of an internal electrode and an electrical length.

【図9】従来の電極の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a conventional electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極 1a 内部電極 1b 外部電極 1c 絶縁材 2 同軸ケーブル 2a 内部導体 2b 外部導体 10、10a〜10e 電極 11 ガラス板 12 テフロンテープ 13 水浴 14 Zステージ 15 膜厚計 Reference Signs List 1 electrode 1a internal electrode 1b external electrode 1c insulating material 2 coaxial cable 2a internal conductor 2b external conductor 10, 10a to 10e electrode 11 glass plate 12 Teflon tape 13 water bath 14 Z stage 15 thickness gauge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01N 22/04 G01N 22/04 Z (56)参考文献 特開 平2−110357(JP,A) 特開 昭60−63039(JP,A) 特公 昭57−46852(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/00 A61B 5/05 A61B 10/00 G01N 22/00 G01N 22/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G01N 22/04 G01N 22/04 Z (56) References JP-A-2-110357 (JP, A) JP-A-60-63039 ( JP, A) JP 57-46852 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 5/00 A61B 5/05 A61B 10/00 G01N 22/00 G01N 22 / 04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 芯線状の内部電極と、その内部電極に絶
縁体を介して同軸状に配された外部電極とからなり、内
部電極の先端面と外部電極の先端面が被測定試料に対す
る接触面となる誘電緩和測定用電極であって、電極の電
気長が100μm以下であることを特徴とする電極。
1. An internal electrode having a core wire and an external electrode coaxially disposed on the internal electrode via an insulator, wherein the tip surface of the internal electrode and the tip surface of the external electrode are in contact with the sample to be measured. An electrode for measuring dielectric relaxation, which is a surface, wherein the electrode has an electric length of 100 μm or less.
【請求項2】 電極の電気長が、1μm〜100μmで
ある請求項1記載の誘電緩和測定用電極。
2. The electrode for dielectric relaxation measurement according to claim 1, wherein the electric length of the electrode is 1 μm to 100 μm.
【請求項3】 内部電極の径が電極の先端部に向かって
連続的又は段階的に細くなっている請求項1又は2記載
の誘電緩和測定用電極。
3. The electrode for dielectric relaxation measurement according to claim 1, wherein the diameter of the internal electrode is reduced continuously or stepwise toward the tip of the electrode.
【請求項4】 内部電極の先端面が円形であるか又は先
端部に凹部が形成されることにより先端面が環状となっ
ている請求項1〜3のいずれかに記載の誘電緩和測定用
電極。
4. The electrode for dielectric relaxation measurement according to claim 1, wherein the tip surface of the internal electrode is circular or the tip surface is annular by forming a concave portion at the tip portion. .
【請求項5】 内部電極の先端面の面積が、78μm2
〜5.7×104 μm2 である請求項4記載の誘電緩和
測定用電極。
5. The area of the tip surface of the internal electrode is 78 μm 2
5. The electrode for dielectric relaxation measurement according to claim 4, wherein the thickness is from about 5.7 × 10 4 μm 2 .
【請求項6】 内部電極の円形の先端面の直径が、10
μm〜270μmである請求項4記載の誘電緩和測定用
電極。
6. A circular tip surface of an internal electrode having a diameter of 10
The electrode for dielectric relaxation measurement according to claim 4, wherein the thickness is from μm to 270 μm.
【請求項7】 先端面における内部電極と外部電極との
間隔が10μm〜310μmである請求項1〜6のいず
れかに記載の誘電緩和測定用電極。
7. The dielectric relaxation measurement electrode according to claim 1, wherein a distance between the internal electrode and the external electrode on the distal end surface is 10 μm to 310 μm.
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