JP2022012318A - Biomedical electrode - Google Patents
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Abstract
【課題】電極脚を頭皮により確実に接触させることができると共に、使用時における安全性を高めることができる生体用電極を提供する。
【解決手段】本発明に係る生体用電極1Aは、基体部10と、一端が基体部10に設けられ、基体部10の斜め下方に延在して、生体と接触可能な領域を他端の表面に有する、複数の電極脚20Aと、を備え、電極脚20Aが、基体部10の外周面101又は上面に斜めに設けられている。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological electrode capable of reliably contacting an electrode leg with a scalp and enhancing safety at the time of use.
SOLUTION: A biological electrode 1A according to the present invention has a substrate portion 10 and one end thereof is provided on the substrate portion 10 and extends diagonally downward of the substrate portion 10 so as to have a region in contact with the living body at the other end. A plurality of electrode legs 20A having a surface surface are provided, and the electrode legs 20A are obliquely provided on the outer peripheral surface 101 or the upper surface of the substrate portion 10.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、生体用電極に関する。 The present invention relates to biological electrodes.
脳波、脈波、心電、筋電、体脂肪等の生体情報の測定に用いる電極として、複数の電極脚を櫛歯状に配置した生体情報測定用電極(生体用電極)がある。生体情報の測定は、生体用電極を皮膚等の生体に接触させることで生体情報に関する電気信号(電圧又は電流)を取得して、行われる。このとき、測定部位に頭髪等の体毛がある場合、それを掻き分けて皮膚に接触し易くするため、生体用電極には電極脚が櫛歯状に配置されている。 As an electrode used for measuring biological information such as electroencephalogram, pulse wave, electrocardiogram, myoelectricity, and body fat, there is a biological information measuring electrode (biological electrode) in which a plurality of electrode legs are arranged in a comb-teeth shape. The measurement of biological information is performed by acquiring an electric signal (voltage or current) related to biological information by bringing a biological electrode into contact with a living body such as skin. At this time, if there is body hair such as hair at the measurement site, the electrode legs are arranged in a comb-teeth shape on the biological electrode in order to scrape it off and make it easier to contact the skin.
生体情報として頭髪のある部位から脳波を測定する際には、頭髪が電極脚と頭皮の間に挟まらないように、頭髪を掻き分けて電極脚を頭皮に接触させて使用される。また、生体用電極は頭皮の表面に比較的長い時間取り付けられて使用されることが多い。 When measuring brain waves from a certain part of the hair as biometric information, the hair is scraped off and the electrode legs are brought into contact with the scalp so that the hair is not caught between the electrode legs and the scalp. In addition, biological electrodes are often used by being attached to the surface of the scalp for a relatively long time.
そのため、生体用電極を生体に接触させて使用するに当たり、電極脚と生体との接触の安定性を高めつつ、生体用電極に外部から衝撃が加わった時でも被験者(使用者)が安全に使用できる生体用電極の開発が検討されている。 Therefore, when using the biological electrode in contact with the living body, the subject (user) can safely use it even when an external impact is applied to the biological electrode while improving the stability of contact between the electrode legs and the living body. The development of bioelectrodes that can be used is under consideration.
このような生体用電極として、例えば、生体に装着される装具に回動可能に設けられ、装具に装着される側の第1の面と、第1の面に対して表裏対向する第2の面とを有する回動部と、第2の面に対してそれぞれ斜めに突出して設けられた複数の電極端子とを具備する生体信号検出電極が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As such a biological electrode, for example, a second surface that is rotatably provided on a device to be mounted on a living body and that faces the first surface and the first surface on the side to be mounted on the device. A biological signal detection electrode including a rotating portion having a surface and a plurality of electrode terminals provided so as to project obliquely with respect to the second surface is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の生体信号検出電極は、複数の電極端子が第2の面に対して斜めに配置されていることで、検出電極の回動によって頭髪をすくい上げ、掻き分け性を向上させている。しかし、すくい上げながら掻き分けた頭髪は電極端子からずり落ち易いため、掻き分けた頭髪が電極端子と頭皮との間に挟まりやすい。特許文献1の生体信号検出電極では、頭髪の掻き分け性が十分得られないため、電極端子を頭皮に十分に当てることができず、頭皮と電極端子との接触が不安定となる可能性がある。
In the biological signal detection electrode of
また、特許文献1の生体信号検出用電極では、電極端子が第2の面に設置されており、頭皮と第2の面の間に位置するため、生体信号検出用電極を使用者の頭皮に装着している時に、人や物が生体信号検出用電極に接触したり、使用者が転倒した場合等、電極端子に掛かった強い応力が頭皮に加わってしまう。そのため、電極端子が使用者の頭皮や頭蓋骨等、生体の一部を強く押し付けて傷つける可能性がある。また、電極端子が折れた場合には、折れた電極端子の端部や屈曲部が頭皮に押し付けられるため、頭皮をより傷つけてしまう可能性がある。
Further, in the electrode for detecting biological signals of
本発明の一態様は、電極脚を頭皮により確実に接触させることができると共に、使用時における安全性を高めることができる生体用電極を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a biological electrode capable of reliably contacting the electrode legs with the scalp and enhancing safety during use.
本発明に係る生体用電極の一態様は、基体部と、一端が前記基体部に設けられ、前記基体部の斜め下方に延在して、生体と接触可能な領域を他端の表面に有する、複数の電極脚と、を備え、前記電極脚が、前記基体部の外周面又は上面に斜めに設けられている。 One aspect of the biological electrode according to the present invention is to have a substrate portion, one end of which is provided on the substrate portion, extends diagonally downward of the substrate portion, and has a region on the surface of the other end that can come into contact with the living body. A plurality of electrode legs are provided, and the electrode legs are obliquely provided on the outer peripheral surface or the upper surface of the substrate portion.
本発明の一態様に係る生体用電極は、電極脚を頭皮により確実に接触させることができると共に、使用時における安全性を高めることができる。 In the biological electrode according to one aspect of the present invention, the electrode legs can be reliably brought into contact with the scalp, and safety during use can be enhanced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。本明細書において数値範囲を示すチルダ「~」は、別段の断わりがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in each drawing, and duplicate description is omitted. The scale of each member in the drawing may differ from the actual scale. In the present specification, the tilde "-" indicating a numerical range means that the numerical values described before and after the tilde are included as the lower limit value and the upper limit value unless otherwise specified.
[第1の実施形態]
<生体用電極>
第1の実施形態に係る生体用電極について説明する。生体とは、人体(人)、及び牛、馬、豚、猿、鳥、犬、猫等の動物等をいう。本実施形態に係る生体用電極は、生体用、中でも人体用として好適に用いることができる。本実施形態では、一例として、生体用電極が、生体の一部である頭皮に接触させて生体情報を測定する脳波測定用電極である場合について説明する。本実施形態に係る生体用電極は、生体の一部に接触させて生体情報の測定を行うものであればよく、例えば、頭皮以外の、体毛等が存在する皮膚の一部に接触させて生体情報の測定を行うものでもよい。
[First Embodiment]
<Biological electrodes>
The biological electrode according to the first embodiment will be described. The living body means a human body and animals such as cows, horses, pigs, monkeys, birds, dogs, and cats. The biological electrode according to the present embodiment can be suitably used for a living body, especially for a human body. In the present embodiment, as an example, a case where the biological electrode is an electroencephalogram measuring electrode that is brought into contact with the scalp, which is a part of the living body, to measure biological information will be described. The biological electrode according to the present embodiment may be any as long as it is in contact with a part of the living body to measure biological information. For example, the living body is brought into contact with a part of the skin other than the scalp where hair or the like is present. Information may be measured.
図1は、本実施形態に係る生体用電極の外観を示す斜視図であり、図2は、本実施形態に係る生体用電極の外観を示す他の斜視図であり、図3は、図1のI-I方向視における図である。なお、図1~図3中の一点鎖線は、生体用電極の中心軸Jを示す。中心軸Jとは、生体用電極を生体に設置した際の中心となる軸である。図1~図3に示すように、生体用電極1Aは、基体部10と、頭皮と接触する複数(図2では、12個)の電極脚20Aと、端子部30とを備え、複数の電極脚20Aが基体部10の外周面101に櫛歯状に配置されている。生体用電極1Aでは、電極脚20Aで頭髪を掻き分けて、電極脚20Aの先端部を頭皮に接触させる。
1 is a perspective view showing the appearance of the biological electrode according to the present embodiment, FIG. 2 is another perspective view showing the appearance of the biological electrode according to the present embodiment, and FIG. 3 is FIG. 1. It is a figure in the I-I direction view of. The alternate long and short dash line in FIGS. 1 to 3 indicates the central axis J of the biological electrode. The central axis J is the central axis when the biological electrode is installed in the living body. As shown in FIGS. 1 to 3, the
本明細書では、3軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)の3次元直交座標系を用い、生体用電極の中心軸Jに平行な方向をZ軸方向とし、中心軸Jに直交する面において、互いに直交する2つの方向のうち一方をX軸方向とし、他方をY軸方向とする。生体用電極の端子部30側を+Z軸方向とし、その反対方向を-Z軸方向とする。以下の説明において、+Z軸方向を上といい、-Z軸方向を下という場合がある。
In the present specification, a three-dimensional Cartesian coordinate system in three-axis directions (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction) is used, the direction parallel to the central axis J of the biological electrode is the Z-axis direction, and the central axis J is used. In the plane orthogonal to each other, one of the two directions orthogonal to each other is the X-axis direction, and the other is the Y-axis direction. The
生体用電極1Aを構成する、基体部10、電極脚20A及び端子部30は、適度に柔軟性を有していることが好ましい。基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料(基材)は、ショアA硬度が60以上であることが好ましく、75°以上であることがより好ましく、90°以上であることがさらに好ましい。ショアA硬度が60以上であれば、電極脚20Aで頭髪を掻き分ける際に、電極脚20Aの変形することが抑えられ、頭髪を掻き分けることができる。ショアA硬度は、なお、ショアA硬度は、ASTM D2240-15(2015),"Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness"により、所与の時間後に測定された時の材料の硬度値である。硬度は、Aプローブを備えたRex Hybrid硬度テスター(Rex Gauge Company、Inc.,Buffalo Grove,IL)で測定することができる。
It is preferable that the
基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料としては、導電性エラストマー、絶縁性エラストマー、その他の絶縁材料、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂材料;カーボン材料;金属;導電性セラミックス等を用いることができる。なお、絶縁材料とは、導電性がないか導電性が極めて小さい材料をいう。また、基体部10、電極脚20A及び端子部30は、同一の材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。本実施形態では、基体部10、電極脚20A及び端子部30は、同一の導電性エラストマーで一体に形成されているものとし、電極脚20Aから端子部30まで導通している。なお、基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料として絶縁材料を用いる場合は、生体と生体情報を取り出すための端子部30とを電気的に接続する必要がある。この場合には、例えば、導電性の被膜(図8の導電層60参照)を基体部10、電極脚20A及び端子部30の表面の少なくとも一部に形成することで達成することができる。この導電層は、銀ペースト、カーボンペースト、導電性高分子等による表面コーティング、金等の蒸着やスパッタリング等により好適に形成することができる。
The materials forming the
導電性エラストマーは、その種類は特に限定されるものではない。導電性エラストマーは、例えば、導電性フィラーをゴム弾性を有する非導電性エラストマーに一定の配合割合で均一に混合することで得られる。基体部10、電極脚20A及び端子部30は、ゴム弾性を有する非導電性エラストマーを含んで成形されることで、適度に低い弾性率を有することができる。そのため、生体用電極1Aの使用時に、基体部10、電極脚20A及び端子部30は頭皮等の生体の凹凸形状に追従して変形し易くなるので、頭皮等への接触を確実にすることができると共に、頭皮等への押圧力を緩和できる。
The type of the conductive elastomer is not particularly limited. The conductive elastomer can be obtained, for example, by uniformly mixing the conductive filler with the non-conductive elastomer having rubber elasticity at a constant blending ratio. The
上述の導電性フィラーとしては、導電性を有していれば、その種類は特に限定されるものではない。導電性フィラーとしては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン又はカーボンファイバー(炭素繊維)等のカーボン材料;アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、又はニッケル等の金属;いわゆるABO3型のペロブスカイト型複合酸化物等の導電性セラミックス等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。これらの中でも、カーボン材料を用いることが好ましい。カーボン材料は、腐食し難く高い耐食性を有すると共に、低コストで高い伝導性を有することができるので優れた経済性を有する。また、カーボン材料は非磁性であるため、例えば生体用電極1Aは生体情報の測定とMRI測定等とに同時に用いることができる。さらに、カーボン材料は、被験者に対して金属材料のようにアレルギー(金属アレルギー)等を誘発することを防ぐことができる。
The type of the above-mentioned conductive filler is not particularly limited as long as it has conductivity. Examples of the conductive filler include carbon materials such as graphite, carbon black, carbon nanotubes, carbon nanohorns or carbon fiber (carbon fiber); aluminum, gold, silver, copper, iron, platinum, chromium, tin, indium and antimony. Metals such as titanium or nickel; conductive ceramics such as so-called ABO 3 type perovskite type composite oxides and the like can be mentioned, but the present invention is not limited thereto. These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a carbon material. The carbon material is resistant to corrosion and has high corrosion resistance, and can have high conductivity at low cost, so that it has excellent economic efficiency. Further, since the carbon material is non-magnetic, for example, the
上述の非導電性エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中では、シリコーンゴムを用いることが好ましい。シリコーンゴムは、溶剤に対して腐食し難く、繰り返し使用しても変形し難くため、高い耐久性を有する。また、シリコーンゴムは、皮膚に対して無害であり、優れた生体適合性を有する。さらに、シリコーンゴムは、ゴム弾性を有する共に、低硬度で高い導電性を有する。 Examples of the above-mentioned non-conductive elastomer include silicone rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, acrylic nitrile butadiene rubber, butyl rubber, urethane rubber, and fluorine. Examples include rubber. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use silicone rubber. Silicone rubber has high durability because it is not easily corroded by a solvent and is not easily deformed even after repeated use. In addition, silicone rubber is harmless to the skin and has excellent biocompatibility. Further, the silicone rubber has rubber elasticity, low hardness and high conductivity.
導電性エラストマーではない絶縁材料としては、上記の非導電性エラストマー;超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、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(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂;ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール(POM)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ABS樹脂、液晶ポリマー(LCP)等を用いることができる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、超高分子量ポリエチレンとは、重量平均分子量を数百万(例えば、100万)以上に高めたポリエチレンのことをいう。 Examples of the insulating material that is not a conductive elastomer include the above-mentioned non-conductive elastomers; ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoro. Fluorine-based resins such as ethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP) and tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE); polypropylene (PP), polyacetal (POM), polyamide (PA), polyimide (PI), poly Ether Etherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT), ABS resin, liquid crystal polymer (LCP) and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The ultra-high molecular weight polyethylene refers to polyethylene having a weight average molecular weight increased to several million (for example, one million) or more.
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。これらは1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。 As the thermosetting resin, an epoxy resin, a urethane resin, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
熱可塑性樹脂としては、アクリル系樹脂等を用いることができる。アクリル系樹脂としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリメチルα‐トリフルオロメチルアクリレート(PTFMA)、ポリトリフルオロエチルα‐クロロアクリレート(PCLEF)等が挙げられる。 As the thermoplastic resin, an acrylic resin or the like can be used. Examples of the acrylic resin include polyacrylic acid, polyacrylic acid ester, polymethylmethacrylate (PMMA), polymethylα-trifluoromethylacrylate (PTFMA), polytrifluoroethyl α-chloroacrylate (PCLEF) and the like.
基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料として用いられる、カーボン材料、金属及び導電性セラミックスとしては、上述の導電性フィラーを形成する材料として用いられる、カーボン材料、金属及び導電性セラミックスと同様の材料を用いることができる。
As the carbon material, the metal and the conductive ceramics used as the material for forming the
本実施形態では、上記のように例示した材料の中でも、生体用電極1Aが適度な柔軟性を有しつつ、生体用電極1Aを3Dプリンタで安定して製造できる点から、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることが好ましい。
In the present embodiment, among the materials exemplified above, the epoxy resin and the acrylic resin can be stably produced by the 3D printer while the
[基体部]
基体部10は、複数の電極脚20Aを支持する部材である。図4は、図1のII-II方向視における図である。図4に示すように、基体部10は、平面視(+Z軸方向から見たとき)において、略円形に形成されている。
[Hypokeimenon]
The
[電極脚]
図1~図3に示すように、電極脚20Aは、基体部10の外周面101に環状に複数(図2では、12本)設けられる。電極脚20Aは、一端が基体部10の外周面101に設けられ、外周面101に設けられている位置から基体部10の斜め下方に延在している。すなわち、電極脚20Aは、外周面101から基体部10の下方(-Z軸方向)に向けて螺旋(ヘリックス)状に形成されている。
[Electrode legs]
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of
なお、螺旋状は、中心軸線に沿って一定の径で巻回された螺旋を描く弦巻形状をいい、基体部10の平面視において、電極脚20Aの先端部が基体部10の外周面101から回転しながら円の中心軸Jに沿って軌跡を描くように電極脚20Aが形成されている。
The spiral shape refers to a spiral winding shape that draws a spiral wound with a constant diameter along the central axis, and the tip portion of the
図5は、図1のIII-III断面図である。図5に示すように、電極脚20Aは、基体部10及び端子部30と一体に成形されている。なお、電極脚20Aは、基体部10と別体で形成されていてもよい。この場合、電極脚20Aは、基体部10に導電性接着剤により接合する方法、電極脚20Aの一部を基体部10に嵌め込んで固定する方法等を用いて基体部10に固定することが好ましい。これにより、電極脚20Aは、基体部10と電気的に接続されるため、端子部30は電極脚20Aと電気的に接続されることになる。導電性接着剤等としては、公知の接合部材を用いることができる。
FIG. 5 is a sectional view taken along line III-III of FIG. As shown in FIG. 5, the
電極脚20Aは、一端が基体部10の外周面101に設けられ、外周面101を起点として外周面101から基体部10の斜め下方に向かって、螺旋状に湾曲した脚本体21Aと、脚本体21Aの他端である先端に設けられ、生体である頭皮等と接触可能な領域を表面に有する先端部22とを備える。先端部22は、先端に丸みがある曲面形状に形成されていることが好ましく、本実施形態では、球状に形成されている。なお、先端部22は、球状以外に、先端丸みを有する円錐形状に形成されてもよい。
One end of the
先端部22は、球状に形成されている部分であり、生体である頭皮等と接触する先端と、生体用電極1Aを傾斜させた時等に生体と接触する可能性のある、先端の周辺領域を含む。本実施形態では、先端部22の表面を、「生体と接触可能な領域A(以下、「領域A」という)」とする。
The
電極脚20Aは、図3に示すように、正面視において、先端部22と水平方向の面との間に形成される角度θ1は、基体部10の外周面101から先端部22にかけて形成される脚本体21Aと水平方向の面との間に形成される角度θ2以下であることが好ましい。角度θ1が角度θ2以下であるとき、先端部22の頭皮との接触角は小さくできるため、先端部22が頭髪に絡みやすくなり、頭髪が掻き分け易くなる。
As shown in FIG. 3, the
電極脚20Aは、図1~図3に示すように、領域Aである先端部22の表面に溝部(先端溝部)221を有している。図1のIV-IV方向視の図を図6に示す。図6に示すように、先端溝部221は、電極脚20Aの先端部22を先端部22から+Z軸方向に向かって見たとき、放射状に略等しい角度で6つ形成されている。電極脚20Aは、先端部22に先端溝部221を有することで、電極脚20Aの先端部22を頭皮に押し当てて頭髪を掻き分ける際に、頭髪が先端溝部221に引っかかり易くなるため、頭髪の掻き分け性を高める効果が得られる。また、電極脚20Aは、先端部22に先端溝部221を有することで、先端溝部221に生じるエッジ効果によりイオンから電子に変換する電気化学的反応の増大、実効的な接触面の増大、局所的な接触圧増大等により接触インピーダンスを低減させる共に、電位収束が早まることで平衡反応を高速化させることができる。さらに、電極脚20Aは、先端部22に先端溝部221を有することで、先端溝部221内に液体を保持させることもできる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
なお、先端溝部221内に含まれる液体は、水、電解液(食塩水)等の生体に害を与えない液体であれば用いることができる。
The liquid contained in the
先端溝部221の断面形状は、断面視において略U字状に形成されているが、略V字状等に形成されていてもよい。
The cross-sectional shape of the
また、先端溝部221の幅は、適宜設定可能であり、頭髪が先端溝部221に引っかかり易くして頭髪の掻き分け性を高めると共に、頭皮との接触面積を大きくしつつ液体を保持できればよく、先端溝部221の幅としては、例えば、100μm~1mmであることが好ましく、より好ましくは150μm~500μmであり、さらに好ましくは150μm~300μmである。なお、本実施形態では、幅とは、先端溝部221の底部から表面側までの幅の最大値(最大幅)をいう。先端溝部221の断面形状が、断面視において略V字状に形成されている場合でも、幅とは、最大幅、すなわち、先端部22の表面における幅の値をいう。
Further, the width of the
また、先端溝部221の最大深さも、適宜設定可能であり、頭髪が先端溝部221に引っかかり易くして頭髪の掻き分け性を高めると共に、頭皮との接触面積を大きくしつつ液体を保持できればよく、先端溝部221の最大深さとしては、例えば、100μm~1mmであることが好ましく、より好ましくは150μm~900μmであり、さらに好ましくは180μm~800μmである。
Further, the maximum depth of the
[導電層]
生体用電極1Aは、図5に示すように、電極脚20Aの先端部22に生体信号の検出性が良い導電層13を有することが好ましい。生体用電極1Aは、電極脚20Aの先端部22の表面に導電層13を有することで、電極脚20Aの先端部22が頭皮と直接接触している場合よりも、頭皮と生体用電極1Aとの間の接触インピーダンスを下げることができ、電位の平衡化を早めることができるため、検出する生体信号の安定化を早くすることができる。また、生体と接触する部分が金属により形成されている生体用電極は、使用者によっては金属アレルギーを引き起こす可能性がある。導電層13を、金属を使わず導電性高分子を含んだ樹脂で形成すると、導電層13が頭皮に接触しても使用者に金属アレルギーを生じさせることはなく、安全に使用することができる。よって、生体用電極1Aは、全ての使用者に安心して使用することができる。なお、導電層13は、使用者に金属アレルギーの懸念がない場合、銀塩化銀等の不分極の金属電極であってもよい。不分極電極を導電層に用いることで導電性高分子と同様の生体信号の検出性能が得られる。
[Conductive layer]
As shown in FIG. 5, the
本実施形態では、基体部10、電極脚20A及び端子部30が導電性エラストマーを用いて一体に形成されているので、基体部10、電極脚20A及び端子部30との導通は確保されている。そのため、導電層13は、先端部22にのみ形成されていればよいが、先端部22の表面以外に、電極脚20Aの他の部分に形成されていてもよい。また、導電層13は、基体部10、電極脚20A及び端子部30の一部又は全面に形成されていてもよい。例えば、基体部10、電極脚20A及び端子部30が絶縁材料で形成されている場合には、基体部10、電極脚20A及び端子部30の導通を確保するため、導電層13は、基体部10、電極脚20A及び端子部30の一部又は全面に形成する必要がある。
In the present embodiment, since the
導電層13は、導電性高分子を含有することが好ましい。導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子、ポリピロール系導電性高分子、ポリアセチレン系導電性高分子、ポリフェニレン系導電性高分子及びこれらの誘導体、並びにこれらの複合体等を用いることができる。これらは、一種単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。これらの中でも、頭皮等のような生体との接触インピーダンスがより低く、高い導電性を有する点から、ポリチオフェンの一種であるポリ3、4-エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)にドーパントとしてポリアニリンの一種であるポリスチレンスルホン酸(ポリ4-スチレンサルフォネート;PSS)をドープした複合体であるPEDOT/PSSを用いることが好ましい。
The
導電層13の厚さは、1μm~5μmであることが好ましい。この範囲内であれば、導電層13は必要な導電性を有することができるので、頭皮等から伝達される電気信号を安定して通電させることができ、頭髪や頭皮等との摺動による摩耗にも実用的な耐久性を得ることができる。なお、導電層13の厚さとは、導電層13の厚さの平均値をいう。例えば、導電層13の断面において、任意の場所で数カ所(例えば、6か所程度)測定した時、これらの測定箇所の厚さの平均値をいう。また、本実施形態において、厚さとは、導電層13の接触面に対して垂直方向の層の長さをいう。
The thickness of the
導電層13は、その表面及び内部に多数の細孔を有する多孔質構造を有していてもよい。多孔質構造を有する多孔質体は、公知の方法により形成することができ、例えば、ファイバ同士をバインダで結着して固定し、複数のファイバを網目状に連結させることで形成することができる。
The
ファイバを形成する材料としては、金属、金属酸化物、カーボン、炭化物、セルロース、ポリエステル等を用いることができる。なお、ファイバとは、ファイバの太さを円相当直径で表した場合、平均太さ(平均径)が1nm~100μmのものである。ファイバの太さは、光散乱装置、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)等の公知の方法を用いて求めることができる。例えば、SEM等でファイバを観察し、任意に選んだ所定の数(例えば、10~200本)のファイバの長手方向に対して直交する方向の長さ(ファイバの径方向の長さ)を測定し、その平均値を算出することで、平均径が求められる。 As a material for forming the fiber, a metal, a metal oxide, carbon, a carbide, cellulose, polyester or the like can be used. The fiber has an average thickness (average diameter) of 1 nm to 100 μm when the thickness of the fiber is expressed by a diameter equivalent to a circle. The thickness of the fiber can be determined by using a known method such as a light scattering device, a laser microscope, and a scanning electron microscope (SEM). For example, the fibers are observed with an SEM or the like, and the length in the direction orthogonal to the longitudinal direction of an arbitrarily selected predetermined number (for example, 10 to 200) fibers (length in the radial direction of the fibers) is measured. Then, by calculating the average value, the average diameter can be obtained.
ファイバは、ナノファイバであることが好ましい。ナノファイバを用いれば、ファイバ同士よりもナノファイバー同士の方がよく絡み合わせることができるため、複数のファイバを結合材で結着された結合体により細かい細孔を形成することができる。 The fiber is preferably nanofiber. When nanofibers are used, nanofibers can be entangled with each other better than fibers with each other, so that fine pores can be formed by a bond obtained by binding a plurality of fibers with a binder.
バインダは、ファイバ同士を結着するための結合材として機能し、導電性高分子と、合成樹脂(バインダ樹脂)とを含むことができる。なお、バインダが導電性高分子だけでもファイバ同士を十分結着でき、導電層13の形状を保持できる場合等においては、バインダ樹脂は含まれていなくてもよい。導電性高分子としては、上記の導電性高分子を用いることができる。バインダ樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、スチレン-ブタジエン樹脂、スチレン-アクリロニトリル樹脂、スチレン-マレイン酸樹脂、アクリル酸系樹脂、スチレン-アクリル酸樹脂、ポリエチレン樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル樹脂、アルキド樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂;シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂;エポキシ-アクリル酸系樹脂(具体的には、エポキシ化合物のアクリル酸誘導体付加物等)、ウレタン-アクリル酸系樹脂(具体的には、ウレタン化合物のアクリル酸誘導体付加物)の光硬化性樹脂等の各種樹脂を用いることができる。これらの樹脂の中で、硬化収縮が小さい樹脂がよく、例えばシリコーン樹脂が好ましい。これらのバインダ樹脂は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
The binder functions as a binder for binding the fibers to each other, and can include a conductive polymer and a synthetic resin (binder resin). The binder resin may not be contained in the case where the fibers can be sufficiently bonded to each other even if the binder is only a conductive polymer and the shape of the
[端子部]
端子部30は、図1~図3に示すように、基体部10の上側(+Z軸方向)に設けられ、図4に示すように、平面視において基体部10の上面の略中央部(中心軸Jが通る位置)に設けられている。
[Terminal part]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
端子部30は、図1及び図3に示すように、平面視において基体部10の上面の略中央部(中心軸Jが通る位置)に+Z軸方向に突出して設けられた棒状の突出部31と、突出部31に回転可能に設けられた接続部32とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
突出部31は、その中央部分に、外周形状が他の部分より小さい保持部311を有し、保持部311の外周に接続部32が軸回りに回転可能に嵌め込まれた状態で設けられている。
The
接続部32は、その上面、底面及び内周面の少なくとも一部が突出部31と接している。接続部32は、円筒状部材であって、側面に切欠き321を有する。切欠き321より、接続部32は、端子部30から着脱可能としつつ、保持部311にその軸周りに回転可能な状態で端子部30との接続を維持することができる。接続部32は、基体と同じ導電エラストマー等である他、金、銀、銅等の金属等を用いて形成することができる。
At least a part of the upper surface, the bottom surface and the inner peripheral surface of the connecting
端子部30の突出部31は、基体部10と一体に成形されているため、基体部10と電気的に接続されている。端子部30の接続部32は、突出部31の保持部311に嵌め込まれ、保持部311と接触しているため、突出部31を介して基体部10と電気的に接続されている。
Since the protruding
生体用電極1Aでは、基体部10、電極脚20A及び端子部30は、いずれも、導電性を有する。そのため、電極脚20Aの先端部22から端子部30の接続部32にかけて電気的に接続されることになる。接続部32と保持部311の接触部分には、導電性グリース等、導電性の粘性流体が介在していることが好ましい。導電性の粘性流体が界面に介在することで接続部32と保持部311の導電性を安定化することができる。その他、接続部32と保持部311の接触部の導電性を向上又は安定化させる方法として、可変抵抗器に用いられるような摺動ブラシを組み入れてもよいし、柔らかい導電性スポンジ等の導電樹脂を介在させてもよい。
In the
端子部30は、検査装置50(図7参照)の測定部53(図7参照)と接続されている。具体的には、端子部30の接続部32に配線52(図7参照)がクリップ端子等を介して配線され、接続部32は配線52(図7参照)と接続される。この配線52(図7参照)と測定部53(図7参照)とが接続されている。端子部30は、電極脚20Aの先端部22から基体部10を介して得られた生体(頭皮等)からの生体情報(電気信号)を端子部30を介して測定部53(図6参照)に伝え、生体情報(脳波)として測定される。
The
生体用電極1Aの製造方法の一例について説明する。基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料(樹脂や金属等)を用いて3Dプリンタによって、基体部10と、電極脚20Aと、端子部30の突出部31とを一体として作製すると共に、端子部30の接続部32を作製する。
An example of a method for manufacturing the
また、基体部10、電極脚20A及び端子部30は、その他、例えば、射出成形(インジェクション成形)、圧縮成形(コンプレッション成形)、押出成形(トランスファー成形)等公知の成形方法で、所望の形状にそれぞれ成形してもよい。これらの成形法を用いる際、基体部10、電極脚20A及び端子部30の形状に対応した金型を用いることができる。基体部10、電極脚20A及び端子部30を成形した後、基体部10と、電極脚20Aと、端子部30の突出部31とを、例えば、不図示の導電性接着剤や導電性ペースト等により接合する。
Further, the
射出成形法等を用いる場合、射出成形後、基体部10及び電極脚20Aを成形する原料(樹脂や金属等)が供給される原料供給管(例えば、スプール、ランナー等)が基体部10、電極脚20A及び端子部30にそれぞれ連結されている。例えば、原料供給管が基体部10、電極脚20A及び端子部30にそれぞれ連結されている場合、原料供給管の少なくとも一部は、基体部10、電極脚20A及び端子部30の成形後も、基体部10、電極脚20A及び端子部30に連結しておくことが好ましい。原料供給管は、基体部10、電極脚20A及び端子部30にそれぞれ連結されていれば、基体部10、電極脚20A及び端子部30の掴み手として用いることができる。例えば、導電層13の形成時に、電極脚20Aの先端部22を導電性高分子を含む溶液に浸漬する際、原料供給管は、電極脚20Aの掴み手として用いることで、先端部22に導電層13を容易に形成できる。なお、原料供給管は、好適な成形を行うために製品のどの位置にするか適宜決定できる。
When an injection molding method or the like is used, after injection molding, the raw material supply pipe (for example, spool, runner, etc.) to which the raw material (resin, metal, etc.) for molding the
基体部10、電極脚20A及び端子部30の成形後、端子部30の接続部32を端子部30の保持部311に嵌め込む。
After molding the
次に、エキシマによる真空紫外光(エキシマUV光)を照射する方法、又はAr及び酸素を含む混合ガス中でプラズマ処理する方法を用いて、先端部22の表面を活性化処理する。先端部22の表面を活性化処理することで、導電層13の形成時に、先端部22と導電層13との密着性を向上させることができる。これにより、先端部22の洗浄や拭き取り等により物理的な力が加わった際に、導電層13が先端部22から容易に剥がれることを防止できる。
Next, the surface of the
また、エキシマUV光を照射する方法を用いる場合、先端部22の表面にエキシマUV光を照射する。エキシマUV光は、大気中で波長が240nm以下のUV光であり、放電性ガスの種類により、所定の波長(中心波長)を有する。放電性ガスとして、Ar2(波長126nm)、Kr2(波長146nm)、ArBr(波長165nm)、Xe2(波長172nm)、KrI(波長191nm)、KrCl(波長222nm)等を用いることができる。エキシマUV光を放射する照射ランプが、例えば、Xeガスを封入した誘電体バリヤ放電ランプであるとする。この場合、誘電体バリヤ放電ランプは、Xe原子が励起されたエキシマ状態(Xe2
*)となり、このエキシマ状態から再びXe原子に解離するときに波長約172nmの光を発生する。この波長172nmの光を酸素に照射することで、高濃度のオゾンが発生する。このオゾンの作用により、基体部10、電極脚20A及び端子部30のうち、エキシマUV光が照射される箇所の表面が改質され、親水性の高い基(例えば、水酸基(OH基)、アルデヒド基(CHO基)、カルボキシル基(COOH基)が形成される。電極脚20Aの先端部22にエキシマUV光を照射することで、先端部22の表面を活性化処理することができるので、先端部22の表面を親水性に変化させることができる。この結果、先端部22の表面の液体に対する濡れ性を高めることができる。そのため、エキシマUV光を照射する方法は、先端部22のみを簡易に活性化処理することができるので、基体部10、電極脚20A及び端子部30が導電性材料で形成されている場合に有効に用いることができる。なお、本実施形態では、少なくとも先端部22の表面を活性化処理できればよく、基体部10の先端部22以外の部分や、基体部10及び端子部30の全体にエキシマUV光を照射してもよい。
When the method of irradiating the excimer UV light is used, the surface of the
また、Ar及び酸素を含む混合ガス中でプラズマ処理する方法を用いる場合、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面がプラズマで活性化処理される。これにより、先端部22の表面以外に、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面を親水性に変化させることができる。この結果、先端部22を含め、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面の液体に対する濡れ性を高めることができる。そのため、基体部10、電極脚20A及び端子部30が導電性材料又は絶縁材料のいずれで形成されている場合でも有効に用いることができる。
Further, when the method of plasma treatment in a mixed gas containing Ar and oxygen is used, the entire surface of the
コロナ放電やフレーム処理を用いる場合、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面がコロナ放電又はフレーム処理で表面処理されることで、基体部10、電極脚20A及び端子部30の表面に極性基(官能基)が生成される。これにより、プラズマ処理する方法を用いる場合と同様、先端部22の表面以外に、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面を親水性に変化させることができる。この結果、基体部10、電極脚20A及び端子部30の全体の表面の液体に対する濡れ性を高めることができるので、基体部10、電極脚20A及び端子部30が導電性材料又は絶縁材料のいずれで形成されている場合でも有効に用いることができる。
When corona discharge or frame treatment is used, the entire surface of the
次に、先端部22の表面に導電性高分子を含有する導電層13を形成する。まず、少なくとも先端部22に、導電性高分子を含む溶液を塗布して塗布層を形成する。導電性高分子を含む溶液を少なくとも先端部22の表面に塗布する方法としては、導電性高分子を含む溶液に少なくとも先端部22を浸漬する浸漬法、導電性高分子を含む溶液を少なくとも先端部22に吹き付けるスプレー法等を用いることができる。
Next, the
その後、先端部22に形成された塗布層を乾燥して、塗布層を硬化させる。これにより、先端部22の表面に導電層13が形成される。本実施形態では、基体部10、電極脚20A及び端子部30が導電性エラストマーで形成されているため、導電層13は、先端部22の表面に形成すれば足りる。この導電層13を形成する工程は、一般に、所望の導電層13の膜厚や精度を得るため、塗布溶液の固形成分率や粘度に応じて、複数回繰り返されることが多い。
Then, the coating layer formed on the
電極脚20Aの先端部22に導電層13が形成されることにより、生体用電極1Aが得られる。
By forming the
次に、一実施形態に係る生体用電極1Aを備えた検査装置を用いて被験者の生体情報として脳波を測定する場合の一例について説明する。図7は、生体用電極1Aを備えた検査装置を用いて被験者の脳波を測定する一例を示す図である。
Next, an example of a case where an electroencephalogram is measured as biological information of a subject by using an inspection device provided with a
図7に示すように、検査装置50は、生体用電極1Aと、被験者の頭部に被せるキャップ51と、配線52と、測定部53と、表示部54とを有する。
As shown in FIG. 7, the
キャップ51は、使用者(被験者)の頭部及び額を覆うように帽子又はヘルメットの形状を有し、合成樹脂や布等で形成される。生体用電極1Aが、キャップ51に所定間隔で複数カ所(例えば、21か所)に設けられ、使用者の頭皮や額等(頭皮等)55の任意の場所に取り付けられる。配線52は、例えば、リード線等であり、一端が端子部30を構成する接続部32に接続され、他端が測定部53に接続される。測定部53は、電源部531、及び頭皮等55からの生体情報信号(電気信号)を解析して、生体情報として脳波を測定する信号解析部532を有する。表示部54は、モニターであり、信号解析部532で解析された脳波541を表示する。脳波541は、その周波数により、例えば、α波(8Hz~13Hz)、β波(14Hz~30Hz)、θ波(4Hz~7Hz)、δ波(0.5Hz~3Hz)に分類される。
The
生体用電極1Aをキャップ51に固定して、電極脚20Aの先端部22を導電層13(図5参照)を介して頭部の測定部位に接触させる。このとき、測定部位に頭髪があるため、先端部22は頭髪に乗ってしまい、頭皮55等に接触していない場合が多い。そのため、生体用電極1Aを頭皮に設置する際、複数の電極脚20Aをそれぞれの中心軸Jの軸回りに回転させて、頭髪を掻き分けながら、電極脚20Aと皮膚(頭皮)表面とを接触させる。なお、生体用電極1Aを額のように頭髪がない部分に設置する場合には、生体用電極1Aを回転させる必要がなく、複数の電極脚20Aの先端部22を額表面に接触させればよい。
The
電源部531を入れて、測定を開始すると、頭皮等55からの電流が電気信号として頭皮等55から導電層13(図5参照)を介して電極脚20Aの先端部22に伝えられる。伝達された電気信号は、先端部22から、生体用電極1Aを通って、配線52及び測定部53の順に伝えられる。信号解析部532は、伝えられた電気信号を解析して、表示部54に脳波(例えば、α波、β波、θ波等)541を表示する。
When the
このように、生体用電極1Aは、基体部10と、基体部10の斜め下方に延在した、複数の電極脚20Aとを備え、電極脚20Aを基体部10の外周面101に外周面101を起点として斜めに取り付けている。生体用電極1Aでは、基体部10を中心軸Jの軸回りに回転させると、電極脚20Aを頭髪の間に侵入し易くすることができるため、電極脚20Aの脚本体21Aに頭髪を絡ませ易くすることができる。基体部10を中心軸Jの軸回りに回転させる際、斜めに配置された電極脚20Aと頭皮と接触する角度が広角の方向に回転させることで、掻き上げた頭髪を上方に押上げ易くなり、電極脚20Aの基体部10側に移動させ易くなる。これにより、電極脚20Aは先端部22側から基体部10側に頭髪をスムーズに安定して掻き分けることができる。そのため、電極脚20Aによる頭髪の掻き分け性を向上させることができる。
As described above, the
また、生体用電極1Aは、電極脚20Aを基体部10の外周面101を起点として取り付けているため、生体用電極1Aが使用者の頭皮等に取り付けている状態で、誤って外部から生体用電極1Aに所定以上の強い荷重が頭皮側に向かって加わった際に、電極脚20Aが撓ませて易く、電極脚20Aを容易に変形させることができる。さらに、生体用電極1Aは、電極脚20Aを基体部10の外周面101を起点として外周面101に斜めに取り付けることで、外部から荷重が加わった場合には、電極脚20Aを基体部10の外周面101から容易に分離させることができる。またさらに、電極脚20Aは基体部10の外周面に取り付けられているため、外力によって変形、分離又はその途中で折れた電極脚20Aは基体部10の外側に位置し、基体部10と頭皮との間に挟まれ難くすることができる。よって、生体用電極1Aは、外力によって変形、分離又は折れた電極脚20Aが基体部10と頭皮との間に挟まれ難くすることで、頭皮の表面を強く押し付けて頭皮の表面に食い込むことを抑えることができる。これにより、電極脚20Aが頭皮にダメージを与えることを回避することができるので、生体情報測定用電極10Aの使用時に使用者が転倒した場合等でも、使用者の安全を確保することができる。
Further, since the
例えば、生体用電極1Aは、電極脚20Aを基体部10の外周面101に取り付けることで、生体用電極1Aに外力が加わり、生体用電極1Aの正面視における電極脚20Aの高さが外力が加わっていない時の高さの所定値(例えば、2/3)以下となったときには、基体部10と電極脚20Aとの接合部分で分離させ易くすることができる。電極脚20Aは、基体部10の外周面101を起点として取り付けられているため、適度な弾性を有し、生体用電極1Aにある程度の大きさの外力が加わっても、電極脚20Aと基体部10との接合部分は分離しない。仮に、生体用電極1Aに大きい外力が加わっても、基体部10と電極脚20Aとの接合状態を維持し続けると、先端部22が頭皮に強く食い込み、頭皮を損傷する可能性が高くなる。本実施形態では、生体用電極1Aは、電極脚20Aを基体部10の外周面101に取り付け、生体用電極1Aに外力が加わった際に、生体用電極1Aの正面視における電極脚20Aの高さが所定の高さ以下となったときには、基体部10と電極脚20Aとの接合部分で分離させ易くすることで、頭皮の損傷を抑制することができる。
For example, in the
このように、生体用電極1Aは、電極脚20Aによる頭髪の掻き分け性を向上させることができると共に、電極脚20Aが頭皮にダメージを与えることを回避することができるので、電極脚20Aを頭皮により確実に接触させることができると共に、使用時における安全性を高めることができる。
As described above, the
また、生体用電極1Aは、電極脚20Aを、基体部10の外周面101に沿って、螺旋状に形成することができる。これにより、電極脚20Aで掻き分けた頭髪が電極脚20Aに沿って頭皮側に下がり難くすることができるので、頭髪の掻き分け性をより高めることができる。また、生体用電極1Aは、電極脚20Aを螺旋状に湾曲して形成することで、弾性を高めることができるため、頭皮の表面に沿って変形させ易くすることができると共に、荷重が加わった際に変形して撓み易くすることができる。そのため、生体用電極1Aは、電極脚20Aの頭皮に対する接触応力を緩和することができると共に、外部から生体用電極1Aに所定の荷重が生体側に向かって加わった場合に電極脚20Aの撓みをスムーズに行うことができる。
Further, in the
生体用電極1Aは、正面視において、電極脚20Aを、先端部22と水平方向の面との間に形成される角度θ1が基体部10の外周面101を起点とし、外周面101から先端部22にかけて形成される電極脚20Aの脚本体21と水平方向の面との間に形成される角度θ2以下となるように構成することができる。これにより、先端部22と頭皮との間に形成される接触角をより小さくすることができるため、先端部22に頭髪をより絡ませ易くすることができるので、頭髪の掻き分け性をより高めることができる。また、先端部22の頭皮への接触効力を緩和できるので、頭皮への負担をより軽減することができる。
In the front view of the
生体用電極1Aは、電極脚20Aの先端部22に生体信号検出性の良い導電層13を備えることができる。これにより、導電層13が頭皮等の表面に接触して、導電層13と頭皮等の表面とを導通させることで、頭皮等と導電層13との間の接触インピーダンスを下げることができるので、頭皮等から電気信号が取得し易くなる。よって、生体用電極1Aは、頭皮等と電気的に接続を維持できるため、生体情報(脳波)を容易に安定して測定することができる。特に、導電層13が、導電性高分子の中でもPEDOT/PSSを用いて形成されている場合、頭皮と導電層13との間の接触インピーダンスをより低くすることができるので、頭皮等から電気信号がさらに取得し易くなり、生体情報をさらに安定して測定することができる。
The
このように、生体用電極1Aは、電極脚20Aを頭皮に確実に接触させて頭皮から得られる生体情報(脳波)を安定して測定することができると共に、外部から荷重が加わった場合でも、外力によって変形、分離又は折れた電極脚20Aが頭皮にダメージを与えることを回避し、使用者の安全性を確保できる。そのため、生体用電極1Aは、人以外に、例えば、動物の、脳波、脈波、心電、筋電、体脂肪等の様々な生体の情報を皮膚に接触させて測定する生体用電極として好適に用いることができる。
In this way, the
なお、本実施形態では、基体部10は、中空構造を有していてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、図8に示すように、電極脚20Aの全面に、導電層13と電気的に接続された下地導電層60を形成してもよい。これにより、例えば、基体部10が絶縁材料で形成されている場合でも、先端部22と電極脚20Aとの間の導通を確保することができる。導電性高分子は、導電層13と同様の導電性高分子が使用されるため、導電性高分子の説明は書略する。下地導電層60の厚さは、導通が取れればよく、例えば、0.2μm~2μm程度であればよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the base
本実施形態では、生体用電極1Aは、電極脚20Aを基体部10の外周面101を起点として取り付けているが、図9に示すように、電極脚20Aを基体部10の上面(+Z軸方向側の面)102を起点として取り付けてもよい。また、基体部10の上面及び外周面101を起点として取り付けてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、生体用電極1Aは、電極脚20Aを12本有するが、基体部10の大きさ等に応じて適宜変更可能であり、電極脚20Aは1つでもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、先端部22の形状は、丸みがある円錐形状でもよいし、頭皮に接触できる端面を有する平坦形状であってもよい。
In the present embodiment, the shape of the
本実施形態では、先端溝部221は、先端部22に必ずしも設ける必要はなく、先端部22で頭髪を動かすことができる場合、電極脚20Aの直径が細い場合、又は電極脚20Aがエッジのある形状である場合にはなくてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、基体部10及び端子部30と電極脚20Aとは別々の材料で形成されていてもよい。このとき、基体部10と電極脚20Aとは、合成樹脂からなる結着部材により結着することが好ましい。結着部材としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の合成樹脂を用いることができる。また、結着部材として、前記合成樹脂の他に、ゴム等の弾性を有した合成樹脂でもよい。さらに、基体部10と電極脚20Aとの接合部分は、外力による荷重で剥がれる弾性接着剤で接合されていてもよい。弾性接着剤は、硬化状態において所定の弾性を有するものであればよい。弾性接着剤としては、シリコーン系、シリル化ウレタン系、変性シリコーン系、シリル化ウレタン系及びその誘導体;、ゴム系接着剤;変性シリコーン型エポキシマトリックス系、アクリル等の非架橋性樹脂;フィラー等の可塑剤を添加して、弾性率を低下させた架橋性接着樹脂等を用いることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、基体部10及び電極脚20Aと端子部30とは別々の材料で構成されていてもよい。例えば、端子部30は、金属材料等の導電性を有する材料により形成できる。端子部30は、基体部10の端子部30との接続面と、例えば、導電性接着剤や導電性ペースト等により固定して接続できる。これにより、端子部30は電極脚20Aと一体で形成されている基体部10と電気的に接続できるため、端子部30は、基体部10を介して、電極脚20Aの先端部22と電気的に接続させることができる。
In the present embodiment, the
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る生体用電極は、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aが備える電極脚20Aの脚本体21の形状を変更したものである。
[Second Embodiment]
The biological electrode according to the second embodiment is a modification of the shape of the
図10は、本実施形態に係る生体用電極の正面図であり、図11は、生体用電極の底面図である。図10及び図11に示すように、本実施形態に係る生体用電極1Bは、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aにおいて、電極脚20Aに代えて、基体部10から先端部22側にかけて連続的に広がるように形成された電極脚20Bを有している。
FIG. 10 is a front view of the biological electrode according to the present embodiment, and FIG. 11 is a bottom view of the biological electrode. As shown in FIGS. 10 and 11, the
電極脚20Bは、脚本体21Bを、電極脚20Bの先端部22が基体部10の外周面101から回転しながら外側に広がるような軌跡を描くように形成している。そのため、先端部22の少なくとも一部は、平面視において、基体部10の外周面101よりも外側に位置する。電極脚20Bが脚本体21Bを備えることで、脚本体21Bに頭髪が絡み易くなり、電極脚20Bで掻き分けた頭髪が電極脚20Bに沿って頭皮側により下がり難くすることができる。また、電極脚20Bは、より変形し易くなり、さらに撓み易くすることができる。さらに、電極脚20Bに強い外力が加わり、電極脚20Bが折れた場合でも、折れた電極脚20Bが基体部10に押されて頭皮を押圧するのをさらに軽減することができる。
The
よって、生体用電極1Bは、電極脚20Bを備えることで、頭髪の掻き分け性をさらに高め、頭皮にさらに確実に接触させることができると共に、電極脚10Bが頭皮にダメージを与えることをさらに回避し易くすることができ、使用時における安全性をさらに高めることができる。
Therefore, by providing the
なお、本実施形態では、電極脚20Bは、脚本体21Bを基体部10から先端部22側にかけて段階的に広がるように形成してもよい。
In the present embodiment, the
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る生体用電極は、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aが備える電極脚20Aの構成を変更したものである。
[Third Embodiment]
The biological electrode according to the third embodiment is a modification of the configuration of the
図12は、本実施形態に係る生体用電極を図1のIII-III方向から見た部分断面図である。図12に示すように、本実施形態に係る生体用電極1Cは、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aにおいて、電極脚20Aを構成する脚本体21Aの基体部10との接合部分の近傍に切欠き23を設けたものである。切欠き23によって、基体部10と電極脚20Aとの接合強度を弱めることができる。
FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the biological electrode according to the present embodiment as viewed from the direction III-III of FIG. As shown in FIG. 12, the
切欠き23は、脚本体21Aの周方向に形成することができ、基体部10と電極脚20Aとの接合強度を弱める点から、脚本体21Aの基体部10側に形成されていることが好ましい。
The
切欠き23の断面視における形状は、切欠き23は、脚本体21Aの断面視において略V字状に形成することができる。なお、切欠き23は、脚本体21Aの断面視において略U字状に形成されていてもよい。
As for the shape of the
また、切欠き23は、脚本体21Aの周方向又は軸方向に複数形成されていてもよい。
Further, a plurality of
切欠き23は、所定の荷重が加わった際に基体部10と脚本体21Aとを分離するように形成されていることが好ましい。そのため、切欠き23の位置、形状、数等は、所定の荷重が加わった際に、切欠き23で基体部10と脚本体21Aとを分離するように設計する。
The
生体用電極1Cは、電極脚20Aの基体部10との接合部分に切欠き23を備えることで、電極脚20Aは切欠き23によって変形し易くなるため、生体用電極1Aに外部から衝撃が加わった際に、切欠き23の周辺の電極脚20Aが変形することで、電極脚20Aが頭皮の表面を押圧するのを軽減することができる。また、生体用電極1Cに外部から一定の荷重が加わった際に、切欠き23で電極脚20Aと基体部10とを分離することで、電極脚20Aが頭皮の表面を強く押し付けて頭皮の表面に食い込むことを抑えることができる。さらに、生体用電極1Cを頭皮に取り付ける際の電極脚20Aの先端部22の頭皮への接触圧力を軽減できるので、頭皮の痛みを緩和することができる。
Since the
なお、本実施形態では、切欠き23は、基体部10の電極脚20Aとの接合部分に設けてもよいし、基体部10と電極脚20Aとの両方に設けてもよい。
In the present embodiment, the
[第4の実施形態]
第4の実施形態に係る生体用電極は、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aが備える基体部10の構成を変更したものである。
[Fourth Embodiment]
The biological electrode according to the fourth embodiment is a modification of the configuration of the
図13は、本実施形態に係る生体用電極の正面図であり、図1のI-I方向から見た図である。図14は、生体用電極を図1のIII-III方向から見た断面図である。図13及び図14に示すように、本実施形態に係る生体用電極1Dは、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aにおいて、基体部10の外周面101に、直接、電極脚20Aを設けず、基体部10の外周面101に板状に突出した突出部15を設け、突出部15の下面151に電極脚20Aを固定したものである。突出部15は、基体部10、電極脚20A及び端子部30と同様の材料を用いて形成することができる。
FIG. 13 is a front view of the biological electrode according to the present embodiment, and is a view seen from the I-I direction of FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of the biological electrode as viewed from the direction III-III of FIG. As shown in FIGS. 13 and 14, the
生体用電極1Dは、電極脚20Aを突出部15の下面151に固定することで、生体用電極1Aに外部から衝撃が加わった際に、電極脚20Aが折れても、折れた電極脚20Aが基体部10と頭皮との間により挟まり難くすることができる。そのため、折れた電極脚20Aが頭皮を押圧して頭皮にダメージを与えるのをより安定して抑えることができる。
In the
また、生体用電極1Dは、突出部15の下面151の位置は、基体部10の下面よりも高い位置とすることが好ましい。これにより、生体用電極1Dに外部から衝撃が加わり、位置ずれが生じた場合でも、突出部15が頭皮当たり難くすることができる。また、電極脚20Aが基体部10と頭皮との間にさらに挟まり難くすることができるので、頭皮へのダメージをさらに抑えることができる。
Further, in the
なお、本実施形態では、突出部15は、基体部10、電極脚20A及び端子部30と異なる材料で形成されてもよい。
In this embodiment, the protruding
[第5の実施形態]
第5の実施形態に係る生体用電極は、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aが備える基体部10の構成を変更したものである。
[Fifth Embodiment]
The biological electrode according to the fifth embodiment is a modification of the configuration of the
図15は、本実施形態に係る生体用電極を図1のIII-III方向から見た断面図である。図15に示すように、本実施形態に係る生体用電極1Eは、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aにおいて、基体部10の外周面101に緩衝材16を設け、緩衝材16の下面161に電極脚20Aを固定したものである。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the biological electrode according to the present embodiment as viewed from the direction III-III of FIG. As shown in FIG. 15, in the
緩衝材16は、例えば、シリコン又はウレタン系の発泡合成樹脂材やシリコンゲル等からなる材質に導電性フィラーを含んで成形することで形成することができる。導電性フィラーとしては、上述の、基体部10、電極脚20A及び端子部30を形成する材料として用いられる導電性フィラーを用いることができる。また、緩衝材16が発泡合成樹脂材やシリコンゲル等で形成される場合、その表面に導電層13等の導電性を有する皮膜を形成すればよい。
The cushioning
生体用電極1Eは、電極脚20Aを緩衝材16の下面161に固定することで、生体用電極1Cに外部から衝撃が加わった際に、電極脚20Aの頭皮に対する押圧力を緩和することができる。また、生体用電極1Eを頭皮に取り付ける際の電極脚20Aの先端部22の頭皮への接触圧力を軽減することができるので、頭皮の痛みを緩和することができる。
By fixing the
[第6の実施形態]
第6の実施形態に係る生体用電極は、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aが備える電極脚20Aの脚本体21Aに突出部を設けたものである。
[Sixth Embodiment]
The biological electrode according to the sixth embodiment is provided with a protrusion on the
図16は、本実施形態に係る生体用電極の正面図である。図16に示すように、本実施形態に係る生体用電極1Fは、上記の第1の実施形態に係る生体用電極1Aにおいて、電極脚20Aを構成する脚本体21Aの側面に基体部10側に突出した突起部70を備えている。
FIG. 16 is a front view of a biological electrode according to the present embodiment. As shown in FIG. 16, the
突起部70は、脚本体21Aの基体部10側の側面であって、脚本体21Aの高さの略中央部分に設けられている。突起部70は、脚本体21Aの側面に沿って形成され、脚本体21Aの側面に対して直交する方向に沿って傾斜する、2つのテーパ面71を有している。2つのテーパ面71は、先端部22側にいくほど傾斜が近づくように形成されている。
The
生体用電極1Fは、電極脚20Aを構成する脚本体21Aの側面に突起部70を設けることで、突起部70に頭髪が引っ掛かり易くなり、電極脚20Aで掻き分けた頭髪が電極脚20Aに沿って頭皮側に下がり難くすることができる。よって、生体用電極1Fは、頭髪の掻き分け性をさらに高めることができる。
In the
なお、本実施形態では、突起部70は、2つのテーパ面71を有するように形成されているが、頭髪が引っ掛かり易い形態であればよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、突起部70は、脚本体21Aの高さ方向において先端部22側に設けられてもよいし、基体部10側に設けられてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、突起部70は、脚本体21Aの側面に脚本体21Aの長さ方向及び周方向の少なくとも何れか一つの方向に沿って2つ以上設けてもよい。
In the present embodiment, two or
以上の通り、実施形態を説明したが、上記各実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As described above, the embodiments have been described, but each of the above embodiments is presented as an example, and the present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiment can be implemented in various other embodiments, and various combinations, omissions, replacements, changes, etc. can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1A、1B、1C、1D、1E、1F 生体用電極
10 基体部
101 外周面
13 導電層
15 突出部
16 緩衝材
20A、20B 電極脚
22 先端部
221 先端溝部
23 切欠き
30 端子部
70 突起部
A 領域
1A, 1B, 1C, 1D, 1E,
Claims (8)
一端が前記基体部に設けられ、前記基体部の斜め下方に延在して、生体と接触可能な領域を他端の表面に有する、複数の電極脚と、を備え、
前記電極脚が、前記基体部の外周面又は上面に斜めに設けられている生体用電極。 The base part and
It comprises a plurality of electrode legs, one end of which is provided on the substrate and extends diagonally downward of the substrate and has a region of contact with a living body on the surface of the other end.
A biological electrode in which the electrode legs are obliquely provided on the outer peripheral surface or the upper surface of the substrate portion.
前記突出部の下面に前記電極脚が固定される請求項1~4の何れか一項に記載の生体用電極。 A protrusion is provided on the outer peripheral surface of the substrate portion, and a protrusion is provided.
The biological electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode legs are fixed to the lower surface of the protruding portion.
前記緩衝材の下面に前記電極脚が固定される請求項1~4の何れか一項に記載の生体用電極。 A cushioning material is provided on the outer peripheral surface of the substrate portion, and a cushioning material is provided.
The biological electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode legs are fixed to the lower surface of the cushioning material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020114097A JP2022012318A (en) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Biomedical electrode |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115975221A (en) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 哈尔滨工业大学 | A non-swellable, highly tissue-adhesive hydrogel and its preparation method and application in multimodal electrodes |
| JPWO2023157908A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 |
-
2020
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Cited By (3)
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| JPWO2023157908A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | ||
| JP7420319B2 (en) | 2022-02-17 | 2024-01-23 | 住友ベークライト株式会社 | Biosignal measurement electrode, biosignal measurement device, and biosignal measurement method |
| CN115975221A (en) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 哈尔滨工业大学 | A non-swellable, highly tissue-adhesive hydrogel and its preparation method and application in multimodal electrodes |
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