JP7841551B2 - Biosensors and biosignal measurement systems - Google Patents
Biosensors and biosignal measurement systemsInfo
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Description
本発明は、生体用電極、生体センサー、及び生体信号測定システムに関する。 This invention relates to bioelectrodes, biosensors, and biosignal measurement systems.
これまで生体用電極において様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1には、弾性体からなる母材(導電性を有する突出部)と母材の表面に形成された構造体(土台)とを備える生体用電極が記載されている(請求項1、図2)。この母材は、ベース材となる弾性体にナノ炭素材料を配合してなると記載されている(段落0068)。 Various developments have been made in bioelectrodes. One such technology is the one described in Patent Document 1. Patent Document 1 describes a bioelectrode comprising a base material made of an elastic material (a conductive protrusion) and a structure (base) formed on the surface of the base material (Claim 1, Figure 2). It is stated that this base material is formed by compounding a nanocarbon material into an elastic base material (paragraph 0068).
しかしながら、本発明者が検討した結果、上記特許文献1に記載の生体用電極において、測定安定性の点で改善の余地があることが判明した。 However, as a result of the inventor's investigation, it was found that there is room for improvement in terms of measurement stability in the biomedical electrode described in Patent Document 1.
これまでの生体電極において、生体表面に接触し、センサーとして機能する柱状弾性体は、導通確保のため、その表面全体に導電層が形成されているか、あるいは上記の特許文献1に記載の母材のように、その全体が導電性部材で構成されていた。 In conventional bioelectrodes, the columnar elastic body that contacts the biological surface and functions as a sensor either has a conductive layer formed over its entire surface to ensure conductivity, or, as in the case of the base material described in Patent Document 1 above, the entire body is composed of a conductive material.
本発明者はさらに検討したところ、全体が導電性部材で覆われた柱状弾性体を用いた生体電位の測定時において、抵抗の変動が大きくなるため、ノイズが生じる恐れがあることが判明した。詳細なメカニズムは定かではないが、柱状弾性体が生体表面に接触し、その外側が収縮方向に、内側が伸長方向に変形すると、弾性柱状部の表面や表面近傍における抵抗値が外側と内側で大きく変動するため、と考えられる。 Further investigation by the inventors revealed that when measuring biopotential using a columnar elastic body entirely covered with a conductive material, the resistance fluctuates significantly, potentially generating noise. While the detailed mechanism is unclear, it is thought that when the columnar elastic body contacts a biological surface, and its outer surface deforms in a contracting direction while its inner surface expands, the resistance values on or near the surface of the elastic columnar portion fluctuate significantly between the outer and inner surfaces.
このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、柱状弾性体の導通をその内部を通る導電線によって得ることで、柱状弾性体の変形時による抵抗の変動を抑制できるとともに、柱状弾性体の先端部を略円錐形状とすることで、先端部が円柱形状の場合と比較して生体表面に追従しやすくなり、生体接触時の大きな変形が抑制されるため、ノイズが抑制され、その結果として、測定安定性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。 Based on these findings, further intensive research revealed that by obtaining conductivity in a columnar elastic body through conductive wires running through its interior, fluctuations in resistance during deformation of the columnar elastic body can be suppressed. Furthermore, by making the tip of the columnar elastic body approximately conical, it becomes easier to conform to the biological surface compared to a cylindrical tip, suppressing large deformations during biological contact. This reduces noise and, as a result, improves measurement stability, leading to the completion of the present invention.
本発明によれば、
板状支持部と、
前記板状支持部の一面に設けられた、略円錐形状の弾性柱状部と、
前記弾性柱状部の先端を覆うように形成された導電性樹脂層と、
前記導電性樹脂層と電気的に接続するとともに、先端側から基端側に向かって前記弾性柱状部の内部に配置された導電線と、
を備える、生体用電極が提供される。
According to the present invention,
Plate-shaped support part,
A substantially conical elastic columnar portion is provided on one surface of the plate-shaped support portion,
A conductive resin layer formed to cover the tip of the elastic columnar portion,
A conductive wire is electrically connected to the conductive resin layer and is positioned inside the elastic columnar portion from the tip end towards the base end,
A biomedical electrode is provided that includes the following features.
また本発明によれば、上記生体用電極を備える、生体センサーが提供される。
また本発明によれば、上記生体センサーを備える、生体信号測定システムが提供される。
Furthermore, according to the present invention, a biosensor equipped with the above-mentioned bioelectrode is provided.
Furthermore, according to the present invention, a biosignal measurement system equipped with the above-mentioned biosensor is provided.
本発明によれば、測定安定性に優れた生体用電極、それを用いた生体センサーおよび生体信号測定システムが提供される。 According to the present invention, a bioelectrode with excellent measurement stability, a biosensor using the same, and a biosignal measurement system are provided.
本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。従って、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。
本明細書中、「略」という用語は、特に明示的な説明の無い限りは、製造上の公差やばらつき等を考慮した範囲を含むことを表す。
In this embodiment, the directions of front, back, left, right, up, and down are defined and explained as shown in the figure. However, these are defined for convenience in order to easily explain the relative relationships of the components. Therefore, they do not limit the direction during manufacturing or use of the product that embodies the present invention.
In all drawings, similar components are denoted by the same reference numerals, and explanations are omitted where appropriate. Furthermore, the drawings are schematic and do not necessarily correspond to actual dimensional proportions.
In this specification, the term "abbreviated" means, unless otherwise explicitly stated, a range that takes into account manufacturing tolerances, variations, etc.
本実施形態の生体用電極について概説する。
生体用電極は、板状支持部と、板状支持部の一面に設けられた、略円錐形状の弾性柱状部と、弾性柱状部の先端を覆うように形成された導電性樹脂層と、導電性樹脂層と電気的に接続するとともに、先端側から基端側に向かって弾性柱状部の内部に配置された導電線と、を備える。
This section outlines the biomedical electrodes of this embodiment.
The bioelectrode comprises a plate-shaped support portion, a substantially conical elastic columnar portion provided on one surface of the plate-shaped support portion, a conductive resin layer formed to cover the tip of the elastic columnar portion, and a conductive wire electrically connected to the conductive resin layer and arranged inside the elastic columnar portion from the tip side to the base side.
本発明者は、次のような知見を得た。
これまで、生体用電極の弾性柱状部の導通について、表面全体を導電性樹脂層で形成する方法や、弾性柱状部自体を導電材料で構成する方法が検討されてきた。
しかしながら、生体表面に接触した場合、弾性柱状部の内側と外側との伸び縮み変形によって、導電性樹脂層や導電材料で構成される弾性柱状部の抵抗が変動し、ノイズが生じる恐れがあることが判明した。また、弾性柱状部の変形時に、変形が大きな部分で導電性樹脂層に断線が生じる恐れもある。
The inventors have obtained the following findings.
To date, methods have been investigated for ensuring conductivity in the elastic columnar portion of biomedical electrodes, including forming the entire surface with a conductive resin layer and constructing the elastic columnar portion itself from a conductive material.
However, it has been found that when the elastic columnar structure comes into contact with a biological surface, the resistance of the elastic columnar structure, which is composed of a conductive resin layer and conductive material, may fluctuate due to the stretching and contracting deformation between the inside and outside of the elastic columnar structure, potentially generating noise. Furthermore, there is a risk of wire breakage occurring in the conductive resin layer in areas where the deformation is significant during the deformation of the elastic columnar structure.
これに対して、弾性柱状部の内部に配置された導電線に導通を図る構造は、上記の方法で導通を図る構造と比較して、変形時における抵抗の変動を抑制することが可能になる。
詳細なメカニズムは定かではないが、次のようなことが考えられる。
生体表面接触時において、弾性柱状部の外側が縮み方向に、内側が引張り方向に変形する。このとき、弾性柱状部の内部を通過する導電線は、弾性柱状部の表面や表面近傍と比べて、変形や変形歪みが比較的に小さくなる。このため、弾性柱状部が接触時から徐々に大きく変形したときでも、初期抵抗(接触時抵抗)からの抵抗値の変動が抑制されるため、ノイズの発生を安定的に抑制できる。
In contrast, a structure that uses conductive wires placed inside an elastic columnar section to achieve electrical conductivity can suppress fluctuations in resistance during deformation, compared to a structure that achieves conductivity using the method described above.
The detailed mechanism is not clear, but the following is a possible explanation.
When in contact with a biological surface, the outer part of the elastic columnar portion deforms in the contraction direction, and the inner part deforms in the tension direction. At this time, the conductive wire passing through the interior of the elastic columnar portion undergoes relatively smaller deformation and deformation strain compared to the surface or near the surface of the elastic columnar portion. Therefore, even when the elastic columnar portion deforms significantly from the time of contact, fluctuations in the resistance value from the initial resistance (resistance at contact) are suppressed, thus stably suppressing the generation of noise.
また、略円錐形状の柱状弾性部は、円柱形状の構造と比べて、生体表面に接触した時、その表面に追従しやすいので、押し付け力が同じ場合、大きな変形が抑制される。これによって、接触抵抗の変動の増大を抑えることができる。 Furthermore, the roughly conical columnar elastic section conforms more easily to the surface of a living organism when in contact with it, compared to a cylindrical structure. Therefore, under the same pressing force, large deformations are suppressed. This helps to reduce the increase in fluctuations in contact resistance.
以上により、本実施形態の生体用電極は、生体接触時において、ノイズの発生を抑制できるため、測定安定性を向上することが可能になる。 Therefore, the bioelectrode of this embodiment can suppress noise generation during biological contact, thereby improving measurement stability.
本実施形態の生体用電極は、脳波、心拍、筋肉活動、神経システム活動などの生体からの電位変動を検出できる。生体用電極はコネクタや電子部品等をさらに備えて、外部装置と接続できる生体センサーを構成できる。この生体センサーはウェアラブル可能である。生体センサーから検出された脳波などの生体電位を解析することにより、様々な用途に応じた生体信号測定システムを構築できる。 The bioelectrode of this embodiment can detect potential fluctuations from living organisms, such as electroencephalograms (EEGs), heart rates, muscle activity, and nervous system activity. The bioelectrode can be further equipped with connectors and electronic components to form a biosensor that can be connected to external devices. This biosensor is wearable. By analyzing the bioelectric potentials, such as EEGs, detected by the biosensor, a biosignal measurement system tailored to various applications can be constructed.
以下、本実施形態の生体用電極の構成について詳述する。 The configuration of the biomedical electrode in this embodiment will be described in detail below.
図1は、本実施形態の生体用電極100の概要を示す模式図で、(a)は斜視図であり、(b)は、(a)のA-A断面図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing an overview of the biomedical electrode 100 of this embodiment, where (a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view taken along line A-A in (a).
図1の生体用電極100は、板状支持部10、弾性柱状部(柱状部20)および導電性樹脂層30を備える。
板状支持部10は、絶縁性弾性部材で構成されており、その一面12に少なくとも1つの柱状部20を有してもよい。柱状部20は、絶縁性弾性部材で構成されており、少なくとも先端部26が略円錐形状を有してもよい。導電性樹脂層30は、導電性弾性部材で構成されており、柱状部20の少なくとも先端22(先端部26の一部)の表面を覆うように形成されてもよい。導電線60は、柱状部20の内部に、導電性樹脂層30と導通するように配置される。
The biomedical electrode 100 shown in Figure 1 comprises a plate-shaped support portion 10, an elastic columnar portion (columnar portion 20), and a conductive resin layer 30.
The plate-shaped support portion 10 is made of an insulating elastic member and may have at least one columnar portion 20 on one of its surfaces 12. The columnar portion 20 is made of an insulating elastic member and may have at least a tip portion 26 that is substantially conical in shape. The conductive resin layer 30 is made of a conductive elastic member and may be formed to cover the surface of at least the tip 22 (part of the tip portion 26) of the columnar portion 20. The conductive wire 60 is arranged inside the columnar portion 20 so as to be electrically connected to the conductive resin layer 30.
生体用電極100の先端が測定対象に接触すると、導電性樹脂層30および導電線60を介して、柱状部20で検出した生体電気信号を、板状支持部10に設けられた外部接続部110(コネクタ)に伝送され得る。そして、コネクタを介して、生体用電極100が検出した生体電気信号が外部に伝送される。 When the tip of the bioelectrode 100 comes into contact with the object to be measured, the bioelectrical signal detected by the columnar portion 20 can be transmitted via the conductive resin layer 30 and the conductive wire 60 to the external connection portion 110 (connector) provided on the plate-shaped support portion 10. The bioelectrical signal detected by the bioelectrode 100 is then transmitted externally via the connector.
板状支持部10の上面視形状は、例えば、楕円や正円などの略円形でもよく、正方形、長方形、五角形、六角形などの略多角形でもよい。多角形の角部に丸み(アール)が付与されてもよい。
ここで、上面視とは、柱状部20の先端22から板状支持部10に向かって見たときの上面方向から観察することを意味する。
The top view shape of the plate-shaped support portion 10 may be, for example, an ellipse or a perfect circle, or an approximate polygon such as a square, rectangle, pentagon, or hexagon. The corners of the polygon may be rounded (radius).
Here, "top view" means observing from the top direction when looking from the tip 22 of the columnar portion 20 toward the plate-shaped support portion 10.
板状支持部10の一面12は、平面で構成されてもよいが、外側に湾曲した湾曲面を有してもよい。ここで、一面12とは、柱状部20の傾斜面28と板状支持部10とが接する接点を少なくとも3点通過する面で構成されてもよい。また、板状支持部10と柱状部20との間は、そこに界面が存在せず、シームレスに構成されていてもよい。 One surface 12 of the plate-shaped support portion 10 may be a flat surface, or it may have a curved surface that curves outward. Here, the one surface 12 may be a surface that passes through at least three contact points where the inclined surface 28 of the columnar portion 20 and the plate-shaped support portion 10 meet. Furthermore, there may be no interface between the plate-shaped support portion 10 and the columnar portion 20, and the structure may be seamless.
板状支持部10の他面14は、コネクタと接続可能な構造を有し得る。例えば、一面12とは反対側の他面14には、コネクタと電気的に接続可能な電極が、一部を露出した状態で埋設されてもよい。
また、他面14の少なくとも一部または全体が導電性弾性部材で覆われていてもよい。導電性弾性部材は、導電性樹脂層30と同じ材料で構成されてもよい。なお、板状支持部10の側面は導電性弾性部材で覆われていなくてもよい。
The other surface 14 of the plate-shaped support portion 10 may have a structure that allows connection to a connector. For example, on the other surface 14 opposite to the surface 12, electrodes that can be electrically connected to a connector may be embedded with a portion exposed.
Furthermore, at least a part or all of the other surface 14 may be covered with a conductive elastic member. The conductive elastic member may be made of the same material as the conductive resin layer 30. Note that the side surface of the plate-shaped support portion 10 does not need to be covered with a conductive elastic member.
板状支持部10は、柱状部20と一体部材で構成されてもよい。すなわち、板状支持部10は、複数の柱状部20と同じ樹脂材料で一体化して構成され得る。例えば、後述のシリコーンゴム系硬化性組成物等の硬化性エラストマー組成物を金型成形することで、板状支持部10と複数の柱状部20とをシームレスで結合した成形体が得られる。これにより、柔軟性と強度に優れた弾性成形体を実現できる。 The plate-shaped support portion 10 may be formed as an integral member with the columnar portion 20. That is, the plate-shaped support portion 10 can be formed by integrating it with multiple columnar portions 20 using the same resin material. For example, by molding a curable elastomer composition, such as the silicone rubber-based curable composition described later, a molded body can be obtained in which the plate-shaped support portion 10 and multiple columnar portions 20 are seamlessly joined. This makes it possible to realize an elastic molded body with excellent flexibility and strength.
板状支持部10及び柱状部20のそれぞれは、絶縁性弾性部材の一つとして、導電性フィラーを含有せずに、シリコーンゴムを含む絶縁性シリコーンゴム(ゴム成形体)で構成され得る。 Each of the plate-shaped support portion 10 and the columnar portion 20 may be made of insulating silicone rubber (rubber molded body) containing silicone rubber, without containing conductive fillers, as one of the insulating elastic members.
柱状部20は、一または二以上の板状支持部10に設けられていてもよい。
柱状部20の上面視形状は、楕円や正円などの略円形でもよく、正方形、長方形、五角形、六角形などの略多角形でもよい。柱状部20の上面視形状と板状支持部10の上面視形状が同一であってもよい。この中でも、略円形、好ましくは正円形とすることで、測定安定性を高められる。
The columnar portion 20 may be provided on one or more plate-shaped support portions 10.
The top view shape of the columnar portion 20 may be a roughly circular shape such as an ellipse or a perfect circle, or a roughly polygonal shape such as a square, rectangle, pentagon, or hexagon. The top view shape of the columnar portion 20 and the top view shape of the plate-shaped support portion 10 may be the same. Among these, a roughly circular shape, preferably a perfect circle, can improve measurement stability.
また、上面視における柱状部20の基端部24の外縁部は、上面視における板状支持部10の一面12と、面積が同一に構成されてもよい、面積が小さくなるように構成されてもよい。柱状部20と板状支持部10との接地面積を広くすることで、生体用電極100の耐久性を向上できる。 Furthermore, the outer edge of the base end 24 of the columnar portion 20 in a top view may be configured to have the same area as one surface 12 of the plate-shaped support portion 10 in a top view, or it may be configured to have a smaller area. By increasing the contact area between the columnar portion 20 and the plate-shaped support portion 10, the durability of the biomedical electrode 100 can be improved.
柱状部20の先端部26は、例えば、略半球状、楕円体形状、円錐形状、及び円錐台形状のいずれかで構成されてもよい。この中でも、測定安定性の観点から、略半球状、楕円体形状が用いられる。 The tip 26 of the columnar portion 20 may be composed of, for example, a roughly hemispherical, ellipsoidal, conical, or frustoconical shape. Among these, a roughly hemispherical or ellipsoidal shape is used from the viewpoint of measurement stability.
柱状部20の先端22は、丸み(アール)が付与されていてもよい。これにより、接触時に生体への引っかかりを抑制でき、装着安定性を向上できる。また、成形後の脱型が容易になるため、製造安定性を高められる。
先端22を通過する断面視の一つにおいて、先端22のアールは、例えば、0.25mm~5mm、より好ましくは0.5mm~3mmである。このような範囲内とすることで、装着安定性および測定安定性を高められる。
The tip 22 of the columnar portion 20 may be rounded (radius). This can suppress snagging on the body during contact and improve attachment stability. In addition, it makes demolding after molding easier, thus improving manufacturing stability.
In one cross-sectional view passing through the tip 22, the radius of the tip 22 is, for example, 0.25 mm to 5 mm, more preferably 0.5 mm to 3 mm. By keeping it within this range, mounting stability and measurement stability can be improved.
柱状部20は、上面視における周囲の少なくとも一部に傾斜面28を有する
傾斜面28の傾斜角θは、図1(b)に示すように、柱状部20の先端22を通過する断面視において、柱状部20の基端部24の側面(傾斜面28)と一面12とがなす角度を意味する。
傾斜面28の傾斜角θは、例えば、10~89度、好ましくは15度~85度、より好ましくは20度~75度、さらに好ましくは30度~65度である。上記下限値以上とすることにより、測定面に対する追従性を高めることができる。上記上限値以下とすることにより、変形状態のバラツキを抑制できる。
The columnar portion 20 has an inclined surface 28 on at least a portion of its periphery when viewed from above. The inclination angle θ of the inclined surface 28 refers to the angle formed between the side surface (inclined surface 28) of the base portion 24 of the columnar portion 20 and the surface 12 in a cross-sectional view passing through the tip 22 of the columnar portion 20, as shown in Figure 1(b).
The inclination angle θ of the inclined surface 28 is, for example, 10 to 89 degrees, preferably 15 to 85 degrees, more preferably 20 to 75 degrees, and even more preferably 30 to 65 degrees. Setting it above the lower limit improves the ability to follow the measurement surface. Setting it below the upper limit suppresses variations in the deformation state.
先端部26の傾斜面29の傾斜角(傾斜面29と一面12とがなす角)は、基端部24の傾斜面28の傾斜角θと同一でもよいが、傾斜角θよりも僅かに小さくなるように構成されてもよい。これにより、傾斜角θとアールの角度を適当に調整が可能になる。先端部26の傾斜面29と基端部24の傾斜面28との間は角部やアールが形成されてもよいが、シームレスに構成されていてもよい。 The inclination angle of the inclined surface 29 of the tip portion 26 (the angle between the inclined surface 29 and the surface 12) may be the same as the inclination angle θ of the inclined surface 28 of the base portion 24, but it may also be configured to be slightly smaller than the inclination angle θ. This allows for appropriate adjustment of the angle between the inclination angle θ and the radius. A corner or radius may be formed between the inclined surface 29 of the tip portion 26 and the inclined surface 28 of the base portion 24, but it may also be configured seamlessly.
柱状部20の中心軸は、先端22を通過する断面において、板状支持部10の中心と一致してもよいが、中心が偏心した構造を有していてもよい。偏心構造の柱状部20の中心軸は、板状支持部10の中心部分から側面側に向かって傾く構成としてもよい。 The central axis of the columnar portion 20 may coincide with the center of the plate-shaped support portion 10 in the cross-section passing through the tip 22, but it may also have an eccentric structure. The central axis of the eccentric columnar portion 20 may be configured to be inclined toward the side from the central portion of the plate-shaped support portion 10.
板状支持部10の高さをH1、柱状部20の高さをH2としたとき、H2/H1は、例えば、0.5~20、好ましくは1~15、より好ましくは2~10である。このような範囲内とすることで、測定安定性および製造安定性を高めることができる。 When the height of the plate-shaped support portion 10 is H1 and the height of the columnar portion 20 is H2, H2/H1 is, for example, 0.5 to 20, preferably 1 to 15, and more preferably 2 to 10. By keeping it within this range, measurement stability and manufacturing stability can be improved.
柱状部20は、内部に導電線60を備える。
導電線60は、先端22を覆う導電性樹脂層30と電気的に接続するとともに、先端部26から基端部24に向かって柱状部20の内部に配置される。
The columnar portion 20 is equipped with a conductive wire 60 inside.
The conductive wire 60 is electrically connected to the conductive resin layer 30 covering the tip 22, and is positioned inside the columnar portion 20 from the tip portion 26 toward the base portion 24.
導電線60は、公知のものを使用することができるが、例えば、導電繊維で構成され得る。
導電繊維としては、金属繊維、金属被覆繊維、炭素繊維、導電性ポリマー繊維、導電性ポリマー被覆繊維、および導電ペースト被覆繊維からなる群から選択される一種以上を用いることができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The conductive wire 60 can be of known origin, but for example, it may be made of conductive fiber.
As conductive fibers, one or more selected from the group consisting of metal fibers, metal-coated fibers, carbon fibers, conductive polymer fibers, conductive polymer-coated fibers, and conductive paste-coated fibers can be used. These may be used individually or in combination of two or more types.
上記金属繊維、金属被覆繊維、の金属材料は、導電性を有するものであれば限定されないが、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、ステンレス、アルミニウム、銀/塩化銀およびこれらの合金等が挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、導通性の観点から、銀を用いることができる。また、金属材料は、クロム等の環境に負荷を与える金属を含まないことが好ましい。 The metal material of the above-mentioned metal fiber and metal-coated fiber is not limited as long as it is conductive, but examples include copper, silver, gold, nickel, tin, lead, zinc, bismuth, antimony, stainless steel, aluminum, silver/silver chloride, and alloys thereof. These may be used individually or in combination of two or more. Among these, silver can be used from the viewpoint of conductivity. Furthermore, it is preferable that the metal material does not contain metals that are harmful to the environment, such as chromium.
上記金属被覆繊維、導電性ポリマー被覆繊維、導電ペースト被覆繊維の繊維材料は、特に限定されないが、合成繊維、半合成繊維、天然繊維のいずれでもよい。これらの中でも、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、絹および綿等を用いることが好ましい。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The fiber materials for the metal-coated fibers, conductive polymer-coated fibers, and conductive paste-coated fibers are not particularly limited, but may be synthetic fibers, semi-synthetic fibers, or natural fibers. Among these, polyester, nylon, polyurethane, silk, and cotton are preferred. These may be used individually or in combination of two or more.
上記炭素繊維は、例えば、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。 Examples of the carbon fibers mentioned above include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers.
上記導電性ポリマー繊維および導電性ポリマー被覆繊維の導電性ポリマー材料は、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリナフタレン、及びこれらの誘導体等の導電性高分子およびバインダ樹脂の混合物、あるいは、PEDOT-PSS((3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホン酸))等の導電性高分子の水溶液が用いられる。 The conductive polymer material used for the above-mentioned conductive polymer fibers and conductive polymer-coated fibers is, for example, a mixture of conductive polymers and binder resins such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, polyphenylenevinylene, polynaphthalene, and their derivatives, or an aqueous solution of a conductive polymer such as PEDOT-PSS ((3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonic acid)).
上記導電ペースト被覆繊維の導電ペーストに含まれる樹脂材料は特に限定されないが伸縮性を有することが好ましく、例えばシリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、スチレンゴム、クロロプレンゴム、およびエチレンプロピレンゴムからなる群から選択される一種以上を含むことができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The resin material contained in the conductive paste-coated fiber described above is not particularly limited, but it is preferably elastic. For example, it may include one or more materials selected from the group consisting of silicone rubber, urethane rubber, fluororubber, nitrile rubber, acrylic rubber, styrene rubber, chloroprene rubber, and ethylene propylene rubber. These may be used individually or in combination of two or more materials.
上記導電ペースト被覆繊維の導電ペーストに含まれる導電性フィラーは特に限定されないが、公知の導電材料を用いてもよいが、金属粒子、金属繊維、金属被覆繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマー被覆繊維および金属ナノワイヤーからなる群から選択される一種以上を含むことができる。 The conductive filler contained in the conductive paste of the conductive paste-coated fiber described above is not particularly limited, and known conductive materials may be used. It may include one or more selected from the group consisting of metal particles, metal fibers, metal-coated fibers, carbon black, acetylene black, graphite, carbon fibers, carbon nanotubes, conductive polymers, conductive polymer-coated fibers, and metal nanowires.
上記導電性フィラーを構成する金属は、特に限定はされないが、例えば、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銀/塩化銀、或いはこれらの合金のうち少なくとも一種類、あるいは、これらのうちの二種以上を含むことができる。この中でも、導電性の高さや入手容易性の高さから、銀または銅が好ましい。 The metals constituting the conductive filler described above are not particularly limited, but may include, for example, at least one of copper, silver, gold, nickel, tin, lead, zinc, bismuth, antimony, silver/silver chloride, or alloys thereof, or two or more of these. Among these, silver or copper are preferred due to their high conductivity and availability.
上記導電線60が、線状の導電繊維を複数本撚り合わせた撚糸で構成されてもよい。これにより、変形時における導電線60の断線を抑制できる。 The conductive wire 60 may be composed of a twisted yarn made by twisting together multiple linear conductive fibers. This suppresses the breakage of the conductive wire 60 during deformation.
本明細書において、導電繊維における被覆とは、単に繊維材料の外表面を覆うことのみならず、単繊維を撚り合わせた撚糸などの場合は、その撚糸の中の繊維間隙に金属、導電性ポリマー、または導電ペーストが含浸し、撚糸を構成する単繊維を1本毎に被覆するものを含む。 In this specification, coating of conductive fibers includes not only simply covering the outer surface of the fiber material, but also, in the case of twisted yarns formed by twisting single fibers together, impregnating the interfiber gaps within the yarn with a metal, conductive polymer, or conductive paste, thereby coating each individual single fiber constituting the yarn.
上記導電線60の引張破断伸度は、例えば、1%以上~50%以下、好ましくは1.5%以上~45%である。このような数値範囲内とすることで、変形時の破断を抑制しつつも、柱状部20の過度な変形を抑制できる。
導電線60は、柱状部20の内部を導通する態様であれば各種の配置構造を採用し得る。
例えば、導電線60の先端は、柱状部20の先端22あるいは先端部26の傾斜面29に対して、突出した構造、略同一面上となる構造、埋没した構造のいずれでもよい。導電性樹脂層30との接続安定性の観点から、突出した構造を用いてもよい。導電線60の先端の突出部分は、一部または全体が導電性樹脂層30で覆われている。
The tensile break elongation of the conductive wire 60 is, for example, 1% or more to 50%, preferably 1.5% or more to 45%. By keeping the value within this range, excessive deformation of the columnar portion 20 can be suppressed while suppressing breakage during deformation.
Various arrangement structures can be adopted for the conductive wire 60, as long as it conducts electrical conductivity inside the columnar portion 20.
For example, the tip of the conductive wire 60 may be a protruding structure, a structure that is substantially flush with the surface 29 of the tip 22 or tip portion 26 of the columnar portion 20, or a structure that is embedded. A protruding structure may be used from the viewpoint of connection stability with the conductive resin layer 30. The protruding portion of the tip of the conductive wire 60 is partially or entirely covered with the conductive resin layer 30.
導電線60の先端の吐出構造は、折り返し無し、折り返し有り、柱状部20の先端部26の表面に巻き付ける構造が採用し得る。また、導電線60は、柱状部20の中心軸を通過せず、中心軸に対して傾斜してもよい。 The discharge structure at the tip of the conductive wire 60 can be either without a fold, with a fold, or wrapped around the surface of the tip 26 of the columnar portion 20. Furthermore, the conductive wire 60 may not pass through the central axis of the columnar portion 20, but may be inclined relative to the central axis.
導電線60の先端と反対側の他端は、板状支持部10の他面14に接続されるコネクタと電気的に導通を図ることができればどのような構成とされていてもよい。例えば、導電線60の他端は、柱状部20の基端部24を通過し、さらに板状支持部10の一面12、側面あるは、他面14側まで延在していてもよい。導電線60の他端は、他面14に設けられた導電性樹脂層30を介してコネクタと電気的に接続してもよい。 The other end of the conductive wire 60, opposite to its tip, may be configured in any way as long as it can be electrically connected to the connector connected to the other surface 14 of the plate-shaped support portion 10. For example, the other end of the conductive wire 60 may pass through the base end 24 of the columnar portion 20 and extend further to one surface 12, a side, or the other surface 14 of the plate-shaped support portion 10. The other end of the conductive wire 60 may be electrically connected to the connector via a conductive resin layer 30 provided on the other surface 14.
導電性樹脂層30は、柱状部20の少なくとも先端22の表面を覆うように構成されてもよく、柱状部20の先端22から先端部26まで、先端22から基端部24の途中まで覆うように構成されてもよい。すなわち、柱状部20の表面全体を覆わないように構成すればよい。
この導電性樹脂層30は、先端22を覆う部分と離間して、板状支持部10の一面12や他面14を覆うように構成されてもよい。
The conductive resin layer 30 may be configured to cover at least the surface of the tip 22 of the columnar portion 20, or it may be configured to cover from the tip 22 to the tip 26 of the columnar portion 20, or from the tip 22 to partway up the base portion 24. In other words, it is sufficient that it is configured not to cover the entire surface of the columnar portion 20.
The conductive resin layer 30 may be configured to cover one surface 12 and the other surface 14 of the plate-shaped support portion 10, spaced apart from the portion covering the tip 22.
導電性樹脂層30は、導電性弾性部材の一つとして、導電性フィラーとシリコーンゴムとを含む導電性シリコーンゴムで構成される。例えば、後述の導電性フィラーを含まない絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物に、導電性フィラーを加えた導電性溶液(導電性シリコーンゴム系硬化性組成物)を、上記の成形体に塗布することにより、導電性樹脂層30を形成できる。板状支持部10や柱状部20を構成するシリコーンゴムと同種のシリコーンゴム材料を用いることで、導電性樹脂層30の密着性を向上できる。 The conductive resin layer 30 is composed of conductive silicone rubber containing a conductive filler and silicone rubber, serving as one of the conductive elastic members. For example, the conductive resin layer 30 can be formed by applying a conductive solution (conductive silicone rubber-based curable composition) – which is an insulating silicone rubber-based curable composition without the conductive filler described later – to the molded body. The adhesion of the conductive resin layer 30 can be improved by using the same type of silicone rubber material as that used for the plate-shaped support portion 10 and the columnar portion 20.
上記導電性フィラーは、公知の導電材料を用いてもよいが、金属粒子、銀/塩化銀粒子、金属繊維、金属被覆繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマー被覆繊維および金属ナノワイヤーからなる群から選択される一種以上を含むことができる。 The above-mentioned conductive filler may be a known conductive material, but may also include one or more selected from the group consisting of metal particles, silver/silver chloride particles, metal fibers, metal-coated fibers, carbon black, acetylene black, graphite, carbon fibers, carbon nanotubes, conductive polymers, conductive polymer-coated fibers, and metal nanowires.
上記導電性フィラーを構成する金属は、特に限定はされないが、例えば、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銀/塩化銀、或いはこれらの合金のうち少なくとも一種類、あるいは、これらのうちの二種以上を含むことができる。この中でも、導電性の高さや入手容易性の高さから、銀または銅が好ましい。 The metals constituting the conductive filler described above are not particularly limited, but may include, for example, at least one of copper, silver, gold, nickel, tin, lead, zinc, bismuth, antimony, silver/silver chloride, or alloys thereof, or two or more of these. Among these, silver or copper are preferred due to their high conductivity and availability.
上記導電性フィラーの含有量の下限値は、導電性樹脂層30中のシリコーンゴム100質量%に対して、例えば、30質量%以上、好ましくは35質量%以上、より好ましくは40質量%以上である。これにより、薄膜の場合でも、生体電気信号の伝送性を高めることができる。一方、上記導電性フィラーの含有量の上限値は、導電性樹脂層30中のシリコーンゴム100質量%に対して、例えば、90質量%以下、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。これにより、柱状部20の変形に対する導電性樹脂層30の耐久性を高めることができる。 The lower limit of the conductive filler content is, for example, 30% by mass or more, preferably 35% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more, relative to 100% by mass of the silicone rubber in the conductive resin layer 30. This enhances the transmission of bioelectrical signals, even in the case of a thin film. On the other hand, the upper limit of the conductive filler content is, for example, 90% by mass or less, preferably 85% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less, relative to 100% by mass of the silicone rubber in the conductive resin layer 30. This enhances the durability of the conductive resin layer 30 against deformation of the columnar portion 20.
導電性樹脂層30の膜厚の下限値は、例えば、5μm以上、好ましくは8μm以上、より好ましくは10μm以上である。これにより、繰り返し使用時の耐久性を高めることができる。一方、導電性樹脂層30の膜厚の上限値は、例えば、200μm以下、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以下である。これにより、柱状部20の変形容易性を維持することが可能である。また、薄膜とすることで、柱状部20のゴム硬度Aについて、所望値からの変動を抑制できる。柱状部20の断面視において、柱状部20の先端22または側面上の少なくとも一部の導電性樹脂層30の膜厚が上記数値範囲内とすることが好ましい。 The lower limit of the thickness of the conductive resin layer 30 is, for example, 5 μm or more, preferably 8 μm or more, and more preferably 10 μm or more. This enhances durability during repeated use. On the other hand, the upper limit of the thickness of the conductive resin layer 30 is, for example, 200 μm or less, preferably 150 μm or less, more preferably 100 μm or less, and even more preferably 50 μm or less. This maintains the ease of deformation of the columnar portion 20. Furthermore, by making it a thin film, fluctuations from the desired value in the rubber hardness A of the columnar portion 20 can be suppressed. In a cross-sectional view of the columnar portion 20, it is preferable that the thickness of the conductive resin layer 30 on the tip 22 or at least a portion of the side surface of the columnar portion 20 is within the above numerical range.
導電性樹脂層30の膜厚において、柱状部20の先端22表面における膜厚D1が、板状支持部10の他面14表面における膜厚D2と比べて厚くなるように構成されてもよい。例えば、上述の導電性溶液を塗布した後に、さらに、導電性樹脂層30がコーティングされた柱状部20の一部を、ペースト状の導電性溶液にディップ(浸漬塗布)を行ってもよい。これにより、柱状部20の先端22や先端22から所定部分(例えば、柱状部20全体の1/2、1/3または1/4)までを比較的に厚膜とすることができる。この厚膜は柱状部20の先端部の周方向全体に設けられていることが好ましい。これにより、導電性樹脂層30の先端部での剥離を抑制し、柱状部20の断線などの破損を抑制できる。このため、生体用電極100の耐久性を向上できる。 The thickness of the conductive resin layer 30 may be configured such that the thickness D1 on the surface of the tip 22 of the columnar portion 20 is thicker than the thickness D2 on the surface of the other surface 14 of the plate-shaped support portion 10. For example, after applying the conductive solution described above, a portion of the columnar portion 20 coated with the conductive resin layer 30 may be dipped (immersion coated) in a paste-like conductive solution. This allows for a relatively thick film to be applied to the tip 22 of the columnar portion 20 and to a predetermined portion from the tip 22 (for example, 1/2, 1/3, or 1/4 of the entire columnar portion 20). It is preferable that this thick film is provided along the entire circumferential direction of the tip of the columnar portion 20. This suppresses peeling of the conductive resin layer 30 at the tip and prevents damage such as wire breakage of the columnar portion 20. Therefore, the durability of the biomedical electrode 100 can be improved.
本実施形態において、37℃、JIS K 6253(1997)に準拠して測定される、柱状部20(弾性柱状部)の表面におけるタイプAデュロメータ硬さをゴム硬度Aとする。
ゴム硬度Aの測定対象は、柱状部20を用いる方法、柱状部20と板状支持部10が一体部材で構成される場合に板状支持部10を用いる方法、これらを構成するシリコーンゴムを用いる方法が採用できる。また、導電性樹脂層30が薄層によりゴム硬度Aに殆ど影響を与えない場合には、表面に導電性樹脂層30が形成された柱状部20あるいは板状支持部10を測定対象として用いてもよい。これらから試験片を作製し、その試験片を測定対象(サンプル)とし得る。複数の試験片を重ねたものをサンプル厚みとしてもよい。なお、押針から試験片端までの距離が12mm未満でも、ある程度距離があれば許容できる。
In this embodiment, the Type A durometer hardness on the surface of the columnar portion 20 (elastic columnar portion), measured at 37°C in accordance with JIS K 6253 (1997), is defined as rubber hardness A.
The measurement target for rubber hardness A can be a columnar portion 20, a plate-shaped support portion 10 when the columnar portion 20 and the plate-shaped support portion 10 are formed as an integrated member, or the silicone rubber constituting these components. Furthermore, if the conductive resin layer 30 is thin and has little effect on rubber hardness A, the columnar portion 20 or plate-shaped support portion 10 with the conductive resin layer 30 formed on its surface may be used as the measurement target. Test pieces can be prepared from these and used as the measurement target (sample). Multiple test pieces stacked together may be used as the sample thickness. Note that even if the distance from the indenter to the edge of the test piece is less than 12 mm, it is acceptable as long as there is a certain distance.
上記ゴム硬度Aの下限は、例えば、15以上、好ましくは18以上、より好ましくは20以上である。これにより、接触抵抗を低く、脳波取得率を高められる。一方、上記ゴム硬度Aの上限は、65以下、好ましくは53以下、より好ましくは50以下である。これにより、接触抵抗を低くできる。また、測定部分への接触時に柱状部20が容易に変形でき、測定部分の形状に追従した状態に変形できるため、対象者(ユーザー)の装着感を高め、経時的使用時の違和感を抑制できる。 The lower limit of the rubber hardness A is, for example, 15 or higher, preferably 18 or higher, and more preferably 20 or higher. This allows for lower contact resistance and increased electroencephalogram (EEG) acquisition rate. On the other hand, the upper limit of the rubber hardness A is 65 or lower, preferably 53 or lower, and more preferably 50 or lower. This allows for lower contact resistance. Furthermore, the columnar portion 20 can easily deform upon contact with the measurement area, conforming to the shape of the measurement area, thereby improving the user's wearing comfort and suppressing discomfort during prolonged use.
ここで、上記シリコーンゴム系硬化性組成物について説明する。
上記シリコーンゴムは、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物で構成することができる。シリコーンゴム系硬化性樹脂組成物の硬化工程は、例えば、100~250℃で1~30分間加熱(1次硬化)した後、100~200℃で1~4時間ポストベーク(2次硬化)することによって行われる。
Here, we will describe the above-mentioned silicone rubber-based curable composition.
The above-mentioned silicone rubber can be composed of a cured product of a silicone rubber-based curable composition. The curing process of the silicone rubber-based curable resin composition is carried out, for example, by heating at 100 to 250°C for 1 to 30 minutes (primary curing), followed by post-baking at 100 to 200°C for 1 to 4 hours (secondary curing).
絶縁性シリコーンゴムは、導電性フィラーを含まないシリコーンゴムであり、導電性シリコーンゴムは導電性フィラーを含むシリコーンゴムである。 Insulating silicone rubber is silicone rubber that does not contain conductive fillers, while conductive silicone rubber is silicone rubber that contains conductive fillers.
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)を含むことができる。ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物の主成分となる重合物である。 The silicone rubber-based curable composition according to this embodiment may contain a vinyl group-containing organopolysiloxane (A). The vinyl group-containing organopolysiloxane (A) is a polymer that forms the main component of the silicone rubber-based curable composition of this embodiment.
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサンを含んでもよい。同種のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサンとは、少なくとも官能基が同じビニル基を含み、直鎖状を有していればよく、分子中のビニル基量や分子量分布、あるいはその添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるビニル基含有オルガノポリシロキサンをさらに含んでもよい。
The insulating silicone rubber curable composition and the conductive silicone rubber curable composition may contain the same type of vinyl group-containing linear organopolysiloxane. The same type of vinyl group-containing linear organopolysiloxane only needs to contain at least the same vinyl group functional group and have a linear structure, and may differ in the amount of vinyl groups in the molecule, the molecular weight distribution, or the amount added.
Furthermore, the insulating silicone rubber-based curable composition and the conductive silicone rubber-based curable composition may further contain different vinyl group-containing organopolysiloxanes.
上記ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、直鎖構造を有するビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を含むことができる。 The vinyl group-containing organopolysiloxane (A) described above may include a vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) having a linear structure.
上記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)は、直鎖構造を有し、かつ、ビニル基を含有しており、かかるビニル基が硬化時の架橋点となる。 The above-mentioned vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) has a linear structure and contains vinyl groups, which serve as crosslinking points during curing.
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)のビニル基の含有量は、特に限定されないが、例えば、分子内に2個以上のビニル基を有し、かつ15モル%以下であるのが好ましく、0.01~12モル%であるのがより好ましい。これにより、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)中におけるビニル基の量が最適化され、後述する各成分とのネットワークの形成を確実に行うことができる。本実施形態において、「~」は、その両端の数値を含むことを意味する。 The vinyl group content of the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) is not particularly limited, but preferably it has two or more vinyl groups in the molecule and is 15 mol% or less, more preferably 0.01 to 12 mol%. This optimizes the amount of vinyl groups in the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1), ensuring the formation of a network with the components described later. In this embodiment, "~" means including the numerical values at both ends.
なお、本明細書中において、ビニル基含有量とは、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を構成する全ユニットを100モル%としたときのビニル基含有シロキサンユニットのモル%である。ただし、ビニル基含有シロキサンユニット1つに対して、ビニル基1つであると考える。 In this specification, the vinyl group content refers to the mole percentage of vinyl group-containing siloxane units, where the total number of units constituting the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) is considered to be 100 mol%. However, it is assumed that there is one vinyl group per vinyl group-containing siloxane unit.
また、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の重合度は、特に限定されないが、例えば、好ましくは1000~10000程度、より好ましくは2000~5000程度の範囲内である。なお、重合度は、例えばクロロホルムを展開溶媒としたGPC(ゲル透過クロマトグラフィー)におけるポリスチレン換算の数平均重合度(又は数平均分子量)等として求めることができる。 Furthermore, the degree of polymerization of the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) is not particularly limited, but is preferably in the range of approximately 1,000 to 10,000, and more preferably 2,000 to 5,000. The degree of polymerization can be determined, for example, by the number-average degree of polymerization (or number-average molecular weight) in polystyrene terms in GPC (gel permeation chromatography) using chloroform as the developing solvent.
さらに、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の比重は、特に限定されないが、0.9~1.1程度の範囲であるのが好ましい。 Furthermore, the specific gravity of the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) is not particularly limited, but is preferably in the range of approximately 0.9 to 1.1.
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)として、上記のような範囲内の重合度および比重を有するものを用いることにより、得られるシリコーンゴムの耐熱性、難燃性、化学的安定性等の向上を図ることができる。 By using a vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) having a degree of polymerization and specific gravity within the above-mentioned range, the heat resistance, flame retardancy, and chemical stability of the resulting silicone rubber can be improved.
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)としては、特に、下記式(1)で表される構造を有するものであるが好ましい。 The vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) is preferably one having the structure represented by the following formula (1).
式(1)中、R1は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられ、中でも、ビニル基が好ましい。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。 In formula (1), R1 is a substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, aryl group, or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. Examples of alkenyl groups having 1 to 10 carbon atoms include vinyl, allyl, and butenyl groups, with vinyl being preferred. Examples of aryl groups having 1 to 10 carbon atoms include phenyl.
また、R2は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 Furthermore, R2 is a substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, aryl group, or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. Examples of alkenyl groups having 1 to 10 carbon atoms include vinyl, allyl, and butenyl groups. An example of an aryl group having 1 to 10 carbon atoms is the phenyl group.
また、R3は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 Furthermore, R3 is a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, or hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. An example of an aryl group having 1 to 8 carbon atoms is the phenyl group.
さらに、式(1)中のR1およびR2の置換基としては、例えば、メチル基、ビニル基等が挙げられ、R3の置換基としては、例えば、メチル基等が挙げられる。 Furthermore, examples of substituents for R1 and R2 in formula (1) include methyl groups and vinyl groups, and examples of substituents for R3 include methyl groups.
なお、式(1)中、複数のR1は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。さらに、R2、およびR3についても同様である。 In equation (1), the multiple R1s are independent of each other and may be different from each other or the same. The same applies to R2 and R3 .
さらに、m、nは、式(1)で表されるビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を構成する繰り返し単位の数であり、mは0~2000の整数、nは1000~10000の整数である。mは、好ましくは0~1000であり、nは、好ましくは2000~5000である。 Furthermore, m and n are the number of repeating units constituting the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) represented by formula (1), where m is an integer from 0 to 2000 and n is an integer from 1000 to 10000. m is preferably from 0 to 1000, and n is preferably from 2000 to 5000.
また、式(1)で表されるビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の具体的構造としては、例えば下記式(1-1)で表されるものが挙げられる。 Furthermore, a specific structure of the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) represented by formula (1) can be found, for example, in the structure represented by formula (1-1) below.
式(1-1)中、R1およびR2は、それぞれ独立して、メチル基またはビニル基であり、少なくとも一方がビニル基である。 In formula (1-1), R1 and R2 are each independently a methyl group or a vinyl group, and at least one of them is a vinyl group.
さらに、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)としては、ビニル基含有量が分子内に2個以上のビニル基を有し、かつ0.4モル%以下である第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、ビニル基含有量が0.5~15モル%である第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを含有するものであるのが好ましい。シリコーンゴムの原料である生ゴムとして、一般的なビニル基含有量を有する第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、ビニル基含有量が高い第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを組み合わせることで、ビニル基を偏在化させることができ、シリコーンゴムの架橋ネットワーク中に、より効果的に架橋密度の疎密を形成することができる。その結果、より効果的にシリコーンゴムの引裂強度を高めることができる。 Furthermore, it is preferable that the vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1) contains a first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) having two or more vinyl groups in the molecule and a vinyl group content of 0.4 mol% or less, and a second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2) having a vinyl group content of 0.5 to 15 mol%. By combining the first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1), which has a typical vinyl group content, with the second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2), which has a high vinyl group content, the vinyl groups can be unevenly distributed, allowing for more effective formation of crosslink density variations within the crosslinking network of the silicone rubber. As a result, the tear strength of the silicone rubber can be more effectively increased.
具体的には、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)として、例えば、上記式(1-1)において、R1がビニル基である単位および/またはR2がビニル基である単位を、分子内に2個以上有し、かつ0.4モル%以下を含む第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、R1がビニル基である単位および/またはR2がビニル基である単位を、0.5~15モル%含む第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを用いるのが好ましい。 Specifically, it is preferable to use, for example, a first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) having two or more units in the molecule where R1 is a vinyl group and/or R2 is a vinyl group in the above formula (1-1), and containing 0.4 mol% or less of these units, and a second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2) containing 0.5 to 15 mol% of units where R1 is a vinyl group and/or R2 is a vinyl group.
また、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)は、ビニル基含有量が0.01~0.2モル%であるのが好ましい。また、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)は、ビニル基含有量が、0.8~12モル%であるのが好ましい。 Furthermore, the first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) preferably has a vinyl group content of 0.01 to 0.2 mol%. The second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2) preferably has a vinyl group content of 0.8 to 12 mol%.
さらに、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを組み合わせて配合する場合、(A1-1)と(A1-2)の比率は特に限定されないが、例えば、重量比で(A1-1):(A1-2)が50:50~95:5であるのが好ましく、80:20~90:10であるのがより好ましい。 Furthermore, when combining the first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) and the second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2), the ratio of (A1-1) to (A1-2) is not particularly limited, but for example, a weight ratio of (A1-1):(A1-2) of 50:50 to 95:5 is preferred, and a weight ratio of 80:20 to 90:10 is more preferred.
なお、第1および第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)および(A1-2)は、それぞれ1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, the first and second vinyl group-containing linear organopolysiloxanes (A1-1) and (A1-2) may be used individually or in combination of two or more types.
また、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、分岐構造を有するビニル基含有分岐状オルガノポリシロキサン(A2)を含んでもよい。 Furthermore, the vinyl group-containing organopolysiloxane (A) may also include a vinyl group-containing branched organopolysiloxane (A2) having a branched structure.
<<オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)>>
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を含むことができる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有する直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐構造を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)とに分類され、これらのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
<<Organohydrogenpolysiloxane (B)>>
The silicone rubber-based curable composition of this embodiment may contain a crosslinking agent. The crosslinking agent may include organohydrogenpolysiloxane (B).
Organohydrogenpolysiloxanes (B) are classified into linear organohydrogenpolysiloxanes (B1) having a linear structure and branched organohydrogenpolysiloxanes (B2) having a branched structure, and a compound may contain either one or both of these.
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の架橋剤を含んでもよい。同種の架橋剤とは、少なくとも直鎖構造や分岐構造などの共通の構造を有していればよく、分子中の分子量分布や異なる官能基が含まれていてもよく、その添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる架橋剤をさらに含んでもよい。
The insulating silicone rubber curable composition and the conductive silicone rubber curable composition may contain the same type of crosslinking agent. The same type of crosslinking agent only needs to have a common structure such as a linear or branched structure, and may have different molecular weight distributions and different functional groups, and the amount added may also differ.
Furthermore, the insulating silicone rubber-based curable composition and the conductive silicone rubber-based curable composition may further contain different crosslinking agents.
直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、直鎖構造を有し、かつ、Siに水素が直接結合した構造(≡Si-H)を有し、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)のビニル基の他、シリコーンゴム系硬化性組成物に配合される成分が有するビニル基とヒドロシリル化反応し、これらの成分を架橋する重合体である。 The linear organohydrogenpolysiloxane (B1) has a linear structure and a structure in which hydrogen is directly bonded to Si (≡Si-H). It is a polymer that undergoes a hydrosilylation reaction with the vinyl groups of vinyl group-containing organopolysiloxane (A), as well as vinyl groups of components incorporated into silicone rubber-based curable compositions, thereby crosslinking these components.
直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の分子量は特に限定されないが、例えば、重量平均分子量が20000以下であるのが好ましく、1000以上、10000以下であることがより好ましい。 The molecular weight of the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) is not particularly limited, but for example, a weight-average molecular weight of 20,000 or less is preferred, and a weight-average molecular weight of 1,000 or more and 10,000 or less is more preferred.
なお、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の重量平均分子量は、例えばクロロホルムを展開溶媒としたGPC(ゲル透過クロマトグラフィー)におけるポリスチレン換算により測定することができる。 Furthermore, the weight-average molecular weight of linear organohydrogenpolysiloxane (B1) can be measured, for example, by converting it to polystyrene equivalent using GPC (gel permeation chromatography) with chloroform as the developing solvent.
また、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、通常、ビニル基を有しないものであるのが好ましい。これにより、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の分子内において架橋反応が進行するのを的確に防止することができる。 Furthermore, it is preferable that the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) does not typically contain vinyl groups. This effectively prevents the crosslinking reaction from proceeding within the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) molecule.
以上のような直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)としては、例えば、下記式(2)で表される構造を有するものが好ましく用いられる。 As the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) described above, one having the structure represented by the following formula (2) is preferably used.
式(2)中、R4は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、これらを組み合わせた炭化水素基、またはヒドリド基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 In formula (2), R4 is a substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, aryl group, hydrocarbon group, or hydride group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. Examples of alkenyl groups having 1 to 10 carbon atoms include vinyl, allyl, and butenyl groups. Examples of aryl groups having 1 to 10 carbon atoms include phenyl.
また、R5は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、これらを組み合わせた炭化水素基、またはヒドリド基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 Furthermore, R5 is a substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, aryl group, hydrocarbon group, or hydride group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. Examples of alkenyl groups having 1 to 10 carbon atoms include vinyl, allyl, and butenyl groups. An example of an aryl group having 1 to 10 carbon atoms is the phenyl group.
なお、式(2)中、複数のR4は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。R5についても同様である。ただし、複数のR4およびR5のうち、少なくとも2つ以上がヒドリド基である。 In formula (2), the multiple R4s are independent of each other and may be different from each other or the same. The same applies to R5 . However, at least two of the multiple R4s and R5s are hydride groups.
また、R6は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。複数のR6は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。 Furthermore, R6 is a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, or hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. An example of an aryl group having 1 to 8 carbon atoms is the phenyl group. Multiple R6s are independent of each other and may be different from each other or the same.
なお、式(2)中のR4,R5,R6の置換基としては、例えば、メチル基、ビニル基等が挙げられ、分子内の架橋反応を防止する観点から、メチル基が好ましい。 In formula (2), examples of substituents R4 , R5 , and R6 include methyl groups and vinyl groups, and methyl groups are preferred from the viewpoint of preventing intramolecular crosslinking reactions.
さらに、m、nは、式(2)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)を構成する繰り返し単位の数であり、mは2~150整数、nは2~150の整数である。好ましくは、mは2~100の整数、nは2~100の整数である。 Furthermore, m and n are the number of repeating units constituting the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) represented by formula (2), where m is an integer from 2 to 150 and n is an integer from 2 to 150. Preferably, m is an integer from 2 to 100 and n is an integer from 2 to 100.
なお、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, linear organohydrogenpolysiloxane (B1) may be used alone or in combination of two or more types.
分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、分岐構造を有するため、架橋密度が高い領域を形成し、シリコーンゴムの系中の架橋密度の疎密構造形成に大きく寄与する成分である。また、上記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)同様、Siに水素が直接結合した構造(≡Si-H)を有し、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)のビニル基の他、シリコーンゴム系硬化性組成物に配合される成分のビニル基とヒドロシリル化反応し、これら成分を架橋する重合体である。 The branched organohydrogenpolysiloxane (B2) has a branched structure, forming regions with high crosslink density, and is a component that greatly contributes to the formation of a dense-sparse crosslink structure within the silicone rubber system. Furthermore, similar to the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) described above, it has a structure in which hydrogen is directly bonded to Si (≡Si-H), and is a polymer that undergoes hydrosilylation reactions with the vinyl groups of vinyl group-containing organopolysiloxane (A), as well as with the vinyl groups of components blended into the silicone rubber curable composition, thereby crosslinking these components.
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の比重は、0.9~0.95の範囲である。 Furthermore, the specific gravity of branched organohydrogenpolysiloxane (B2) is in the range of 0.9 to 0.95.
さらに、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、通常、ビニル基を有しないものであるのが好ましい。これにより、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の分子内において架橋反応が進行するのを的確に防止することができる。 Furthermore, it is preferable that the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) typically does not contain vinyl groups. This effectively prevents the crosslinking reaction from proceeding within the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) molecule.
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)としては、下記平均組成式(c)で示されるものが好ましい。 Furthermore, the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) is preferably the one shown in the following average composition formula (c).
平均組成式(c)
(Ha(R7)3-aSiO1/2)m(SiO4/2)n
(式(c)において、R7は一価の有機基、aは1~3の範囲の整数、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である)
Average composition formula (c)
(H a (R 7 ) 3-a SiO 1/2 ) m (SiO 4/2 ) n
(In formula (c), R 7 is a monovalent organic group, a is an integer in the range of 1 to 3, m is the number of H a (R 7 ) 3-a SiO 1/2 units, and n is the number of SiO 4/2 units.)
式(c)において、R7は一価の有機基であり、好ましくは、炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。 In formula (c), R7 is a monovalent organic group, preferably a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, or hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. An example of an aryl group having 1 to 10 carbon atoms is the phenyl group.
式(c)において、aは、ヒドリド基(Siに直接結合する水素原子)の数であり、1~3の範囲の整数、好ましくは1である。 In formula (c), a is the number of hydride groups (hydrogen atoms directly bonded to Si), and is an integer in the range of 1 to 3, preferably 1.
また、式(c)において、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である。 Furthermore, in equation (c), m is the number of H a (R 7 ) 3-a SiO 1/2 units, and n is the number of SiO 4/2 units.
分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は分岐状構造を有する。直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、その構造が直鎖状か分岐状かという点で異なり、Siの数を1とした時のSiに結合するアルキル基Rの数(R/Si)が、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)では1.8~2.1、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)では0.8~1.7の範囲となる。 Branched organohydrogenpolysiloxane (B2) has a branched structure. Linear organohydrogenpolysiloxane (B1) and branched organohydrogenpolysiloxane (B2) differ in their structure, specifically whether they are linear or branched. The number of alkyl groups R attached to Si (R/Si), where Si is considered as 1, ranges from 1.8 to 2.1 for linear organohydrogenpolysiloxane (B1) and from 0.8 to 1.7 for branched organohydrogenpolysiloxane (B2).
なお、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、分岐構造を有しているため、例えば、窒素雰囲気下、1000℃まで昇温速度10℃/分で加熱した際の残渣量が5%以上となる。これに対して、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、直鎖状であるため、上記条件で加熱した後の残渣量はほぼゼロとなる。 Furthermore, because branched organohydrogenpolysiloxane (B2) has a branched structure, the amount of residue when heated to 1000°C at a heating rate of 10°C/min under a nitrogen atmosphere is 5% or more. In contrast, linear organohydrogenpolysiloxane (B1), being linear, has virtually zero residue after heating under the above conditions.
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の具体例としては、下記式(3)で表される構造を有するものが挙げられる。 Furthermore, a specific example of a branched organohydrogenpolysiloxane (B2) is one having the structure represented by the following formula (3).
式(3)中、R7は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基、もしくは水素原子である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。R7の置換基としては、例えば、メチル基等が挙げられる。 In formula (3), R7 is a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, or a hydrocarbon group combining these, or a hydrogen atom, having 1 to 8 carbon atoms. Examples of alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, and propyl groups, with methyl being preferred. An example of an aryl group having 1 to 8 carbon atoms is the phenyl group. Examples of substituents on R7 include methyl groups.
なお、式(3)中、複数のR7は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。 In equation (3), the multiple R7s are independent of each other and may be different from each other or the same.
また、式(3)中、「-O-Si≡」は、Siが三次元に広がる分岐構造を有することを表している。 Furthermore, in equation (3), "-O-Si≡" indicates that Si has a branched structure that extends in three dimensions.
なお、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, branched organohydrogenpolysiloxane (B2) may be used alone or in combination of two or more types.
また、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)において、Siに直接結合する水素原子(ヒドリド基)の量は、それぞれ、特に限定されない。ただし、シリコーンゴム系硬化性組成物において、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)中のビニル基1モルに対し、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の合計のヒドリド基量が、0.5~5モルとなる量が好ましく、1~3.5モルとなる量がより好ましい。これにより、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)および分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)と、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)との間で、架橋ネットワークを確実に形成させることができる。 Furthermore, the amount of hydrogen atoms (hydride groups) directly bonded to Si in the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) and the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) is not particularly limited. However, in the silicone rubber-based curable composition, it is preferable that the total amount of hydride groups in the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) and the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) is 0.5 to 5 moles, and more preferably 1 to 3.5 moles, per mole of vinyl groups in the vinyl group-containing linear organohydrogenpolysiloxane (A1). This ensures the reliable formation of a crosslinking network between the linear organohydrogenpolysiloxane (B1) and the branched organohydrogenpolysiloxane (B2) and the vinyl group-containing linear organohydrogenpolysiloxane (A1).
<<シリカ粒子(C)>>
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、非導電性フィラーを含む。非導電性フィラーは、必要に応じ、シリカ粒子(C)を含んでもよい。これにより、エラストマーの硬さや機械的強度の向上を図ることができる。
<<Silica particles (C)>>
The silicone rubber-based curable composition according to this embodiment includes a non-conductive filler. The non-conductive filler may also include silica particles (C) as needed. This can improve the hardness and mechanical strength of the elastomer.
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の非導電性フィラーを含んでもよい。同種の非導電性フィラーとは、少なくとも共通の構成材料を有していればよく、粒子径、比表面積、表面処理剤、又はその添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
The insulating silicone rubber curable composition and the conductive silicone rubber curable composition may contain the same type of non-conductive filler. The same type of non-conductive filler only needs to have at least common constituent materials, and may differ in particle size, specific surface area, surface treatment agent, or the amount added.
Furthermore, the insulating silicone rubber-based curable composition and the conductive silicone rubber-based curable composition may further contain different silane coupling agents.
シリカ粒子(C)としては、特に限定されないが、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ等が用いられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The silica particles (C) are not particularly limited, but for example, fumed silica, calcined silica, precipitated silica, etc., can be used. These may be used individually or in combination of two or more types.
シリカ粒子(C)は、例えば、BET法による比表面積が例えば50~400m2/gであるのが好ましく、100~400m2/gであるのがより好ましい。また、シリカ粒子(C)の平均一次粒径は、例えば1~100nmであるのが好ましく、5~20nm程度であるのがより好ましい。 The silica particles (C) preferably have a specific surface area of, for example, 50 to 400 m² /g by the BET method, and more preferably 100 to 400 m² /g. The average primary particle size of the silica particles (C) is preferably 1 to 100 nm, and more preferably about 5 to 20 nm.
シリカ粒子(C)として、かかる比表面積および平均粒径の範囲内であるものを用いることにより、形成されるシリコーンゴムの硬さや機械的強度の向上、特に引張強度の向上をさせることができる。 By using silica particles (C) within the specified range of specific surface area and average particle size, the hardness and mechanical strength of the resulting silicone rubber can be improved, particularly its tensile strength.
<<シランカップリング剤(D)>>
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、シランカップリング剤(D)を含むことができる。
シランカップリング剤(D)は、加水分解性基を有することができる。加水分解基が水により加水分解されて水酸基になり、この水酸基がシリカ粒子(C)表面の水酸基と脱水縮合反応することで、シリカ粒子(C)の表面改質を行うことができる。
<<Silane coupling agent (D)>>
The silicone rubber-based curable composition of this embodiment may contain a silane coupling agent (D).
The silane coupling agent (D) may have a hydrolyzable group. The hydrolyzable group is hydrolyzed by water to form a hydroxyl group, and this hydroxyl group undergoes a dehydration condensation reaction with the hydroxyl groups on the surface of the silica particles (C), thereby modifying the surface of the silica particles (C).
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種のシランカップリング剤を含んでもよい。同種のシランカップリング剤とは、少なくとも共通の官能基を有していればよく、分子中の他の官能基や添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
The insulating silicone rubber curable composition and the conductive silicone rubber curable composition may contain the same type of silane coupling agent. The same type of silane coupling agent only needs to have at least a common functional group, and other functional groups in the molecule and the amount added may differ.
Furthermore, the insulating silicone rubber-based curable composition and the conductive silicone rubber-based curable composition may further contain different silane coupling agents.
また、このシランカップリング剤(D)は、疎水性基を有するシランカップリング剤を含むことができる。これにより、シリカ粒子(C)の表面にこの疎水性基が付与されるため、シリコーンゴム系硬化性組成物中ひいてはシリコーンゴム中において、シリカ粒子(C)の凝集力が低下(シラノール基による水素結合による凝集が少なくなる)し、その結果、シリコーンゴム系硬化性組成物中のシリカ粒子(C)の分散性が向上すると推測される。これにより、シリカ粒子(C)とゴムマトリックスとの界面が増加し、シリカ粒子(C)の補強効果が増大する。さらに、ゴムのマトリックス変形の際、マトリックス内でのシリカ粒子(C)の滑り性が向上すると推測される。そして、シリカ粒子(C)の分散性の向上及び滑り性の向上によって、シリカ粒子(C)によるシリコーンゴムの機械的強度(例えば、引張強度や引裂強度など)が向上する。 Furthermore, this silane coupling agent (D) may include a silane coupling agent having hydrophobic groups. This imparts these hydrophobic groups to the surface of the silica particles (C), thereby reducing the cohesive force of the silica particles (C) in the silicone rubber curable composition and, consequently, in the silicone rubber itself (reducing aggregation due to hydrogen bonding by silanol groups). As a result, it is presumed that the dispersibility of the silica particles (C) in the silicone rubber curable composition improves. This increases the interface between the silica particles (C) and the rubber matrix, thereby enhancing the reinforcing effect of the silica particles (C). Furthermore, it is presumed that the slipperiness of the silica particles (C) within the matrix improves during deformation of the rubber matrix. Finally, the improved dispersibility and slipperiness of the silica particles (C) improve the mechanical strength of the silicone rubber due to the silica particles (C) (e.g., tensile strength and tear strength).
さらに、シランカップリング剤(D)は、ビニル基を有するシランカップリング剤を含むことができる。これにより、シリカ粒子(C)の表面にビニル基が導入される。そのため、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化の際、すなわち、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)が有するビニル基と、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)が有するヒドリド基とがヒドロシリル化反応して、これらによるネットワーク(架橋構造)が形成される際に、シリカ粒子(C)が有するビニル基も、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)が有するヒドリド基とのヒドロシリル化反応に関与するため、ネットワーク中にシリカ粒子(C)も取り込まれるようになる。これにより、形成されるシリコーンゴムの低硬度化および高モジュラス化を図ることができる。 Furthermore, the silane coupling agent (D) may include a silane coupling agent having vinyl groups. This introduces vinyl groups to the surface of the silica particles (C). Therefore, during the curing of the silicone rubber-based curable composition—that is, when the vinyl groups of the vinyl group-containing organopolysiloxane (A) and the hydride groups of the organohydrogenpolysiloxane (B) undergo a hydrosilylation reaction to form a network (crosslinked structure)—the vinyl groups of the silica particles (C) also participate in the hydrosilylation reaction with the hydride groups of the organohydrogenpolysiloxane (B), thus incorporating the silica particles (C) into the network. This allows for lower hardness and higher modulus of the resulting silicone rubber.
シランカップリング剤(D)としては、疎水性基を有するシランカップリング剤およびビニル基を有するシランカップリング剤を併用することができる。 As the silane coupling agent (D), a silane coupling agent having a hydrophobic group and a silane coupling agent having a vinyl group can be used in combination.
シランカップリング剤(D)としては、例えば、下記式(4)で表わされるものが挙げられる。 Examples of silane coupling agents (D) include those represented by the following formula (4).
Yn-Si-(X)4-n・・・(4)
上記式(4)中、nは1~3の整数を表わす。Yは、疎水性基、親水性基またはビニル基を有するもののうちのいずれかの官能基を表わし、nが1の時は疎水性基であり、nが2または3の時はその少なくとも1つが疎水性基である。Xは、加水分解性基を表わす。
Y n -Si-(X) 4-n ...(4)
In formula (4) above, n represents an integer from 1 to 3. Y represents a functional group having a hydrophobic group, a hydrophilic group, or a vinyl group, and when n is 1, it is a hydrophobic group, and when n is 2 or 3, at least one of them is a hydrophobic group. X represents a hydrolyzable group.
疎水性基は、炭素数1~6のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基等が挙げられ、中でも、特に、メチル基が好ましい。 Hydrophobic groups are alkyl groups, aryl groups, or hydrocarbon groups with 1 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, and phenyl groups. Among these, methyl groups are particularly preferred.
また、親水性基は、例えば、水酸基、スルホン酸基、カルボキシル基またはカルボニル基等が挙げられ、中でも、特に、水酸基が好ましい。なお、親水性基は、官能基として含まれていてもよいが、シランカップリング剤(D)に疎水性を付与するという観点からは含まれていないのが好ましい。 Furthermore, hydrophilic groups include, for example, hydroxyl groups, sulfonic acid groups, carboxyl groups, or carbonyl groups, with hydroxyl groups being particularly preferred. While hydrophilic groups may be included as functional groups, their absence is preferable from the viewpoint of imparting hydrophobicity to the silane coupling agent (D).
さらに、加水分解性基は、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、クロロ基またはシラザン基等が挙げられ、中でも、シリカ粒子(C)との反応性が高いことから、シラザン基が好ましい。なお、加水分解性基としてシラザン基を有するものは、その構造上の特性から、上記式(4)中の(Yn-Si-)の構造を2つ有するものとなる。 Furthermore, hydrolyzable groups include alkoxy groups such as methoxy groups and ethoxy groups, chloro groups, and silazane groups, among which silazane groups are preferred due to their high reactivity with silica particles (C). Note that those having a silazane group as a hydrolyzable group will have two (Y n -Si-) structures in formula (4) above, due to their structural characteristics.
上記式(4)で表されるシランカップリング剤(D)の具体例は、次の通りである。
上記官能基として疎水性基を有するものとして、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランのようなアルコキシシラン;メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシランのようなクロロシラン;ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、及びトリメチルエトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。
Specific examples of the silane coupling agent (D) represented by the above formula (4) are as follows:
Examples of functional groups having a hydrophobic group include alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, and decyltrimethoxysilane; chlorosilanes such as methyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, and phenyltrichlorosilane; and hexamethyldisilazane. Among these, silane coupling agents having a trimethylsilyl group, which includes one or more selected from the group consisting of hexamethyldisilazane, trimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, and trimethylethoxysilane, are preferred.
上記官能基としてビニル基を有するものとして、例えば、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシランのようなアルコキシシラン;ビニルトリクロロシラン、ビニルメチルジクロロシランのようなクロロシラン;ジビニルテトラメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、及びビニルメチルジメトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。 Examples of functional groups having a vinyl group include alkoxysilanes such as methacryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and vinylmethyldimethoxysilane; chlorosilanes such as vinyltrichlorosilane and vinylmethyldichlorosilane; and divinyltetramethyldisilazane. Among these, a silane coupling agent having a vinyl group-containing organosilyl group, comprising one or more selected from the group consisting of methacryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, divinyltetramethyldisilazane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and vinylmethyldimethoxysilane, is preferred.
またシランカップリング剤(D)がトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤およびビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤の2種を含む場合、疎水性基を有するものとしてはヘキサメチルジシラザン、ビニル基を有するものとしてはジビニルテトラメチルジシラザンを含むことが好ましい。 Furthermore, when the silane coupling agent (D) includes two types: a silane coupling agent having a trimethylsilyl group and a silane coupling agent having a vinyl group-containing organosilyl group, it is preferable that the hydrophobic agent includes hexamethyldisilazane and the vinyl group includes divinyltetramethyldisilazane.
トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤(D1)およびビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤(D2)を併用する場合、(D1)と(D2)の比率は、特に限定されないが、例えば、重量比で(D1):(D2)が、1:0.001~1:0.35、好ましくは1:0.01~1:0.20、より好ましくは1:0.03~1:0.15である。このような数値範囲とすることにより、所望のシリコーンゴムの物性を得ることができる。具体的には、ゴム中におけるシリカの分散性およびゴムの架橋性のバランスを図ることができる。 When using a silane coupling agent (D1) having a trimethylsilyl group and a silane coupling agent (D2) having a vinyl group-containing organosilyl group in combination, the ratio of (D1) to (D2) is not particularly limited, but for example, the weight ratio of (D1):(D2) is 1:0.001 to 1:0.35, preferably 1:0.01 to 1:0.20, and more preferably 1:0.03 to 1:0.15. By using such a numerical range, the desired physical properties of the silicone rubber can be obtained. Specifically, a balance can be achieved between the dispersibility of silica in the rubber and the crosslinking properties of the rubber.
本実施形態において、シランカップリング剤(D)の含有量の下限値は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)の合計量100重量部に対して、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましい。また、シランカップリング剤(D)の含有量上限値は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)の合計量100重量部に対して、100質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることがさらに好ましい。
シランカップリング剤(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、エラストマーを含む柱状部と導電性樹脂層との密着性を高めることができる。また、シリコーンゴムの機械的強度の向上に資することができる。また、シランカップリング剤(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な機械特性を持つことができる。
In this embodiment, the lower limit of the silane coupling agent (D) content is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and even more preferably 5% by mass or more, based on 100 parts by weight of the total amount of vinyl group-containing organopolysiloxane (A). The upper limit of the silane coupling agent (D) content is preferably 100% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or less, based on 100 parts by weight of the total amount of vinyl group-containing organopolysiloxane (A).
By setting the content of the silane coupling agent (D) to above the lower limit, the adhesion between the columnar portion containing the elastomer and the conductive resin layer can be improved. This can also contribute to improving the mechanical strength of the silicone rubber. Furthermore, by setting the content of the silane coupling agent (D) to below the upper limit, the silicone rubber can acquire appropriate mechanical properties.
<<白金または白金化合物(E)>>
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、触媒を含んでもよい。触媒は、白金または白金化合物(E)を含むことができる。白金または白金化合物(E)は、硬化の際の触媒として作用する触媒成分である。白金または白金化合物(E)の添加量は触媒量である。
<<Platinum or platinum compound (E)>>
The silicone rubber-based curable composition according to this embodiment may contain a catalyst. The catalyst may include platinum or a platinum compound (E). Platinum or a platinum compound (E) is a catalytic component that acts as a catalyst during curing. The amount of platinum or a platinum compound (E) added is a catalytic amount.
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の触媒を含んでもよい。同種の触媒とは、少なくとも共通の構成材料を有していればよく、触媒中に異なる組成が含まれていてもよく、その添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる触媒をさらに含んでもよい。
The insulating silicone rubber curable composition and the conductive silicone rubber curable composition may contain the same type of catalyst. The same type of catalyst only needs to have at least common constituent materials, and may contain different compositions, and the amounts added may also differ.
Furthermore, the insulating silicone rubber-based curable composition and the conductive silicone rubber-based curable composition may further contain different catalysts.
白金または白金化合物(E)としては、公知のものを使用することができ、例えば、白金黒、白金をシリカやカーボンブラック等に担持させたもの、塩化白金酸または塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とオレフィンの錯塩、塩化白金酸とビニルシロキサンとの錯塩等が挙げられる。 As platinum or a platinum compound (E), known materials can be used, such as platinum black, platinum supported on silica or carbon black, chloroplatinic acid or an alcoholic solution of chloroplatinic acid, a complex salt of chloroplatinic acid and an olefin, or a complex salt of chloroplatinic acid and a vinylsiloxane.
なお、白金または白金化合物(E)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, platinum or platinum compound (E) may be used alone or in combination of two or more types.
本実施形態において、シリコーンゴム系硬化性組成物中における白金または白金化合物(E)の含有量は、触媒量を意味し、適宜設定することができるが、具体的にはビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)、シリカ粒子(C)、シランカップリング剤(D)の合計量100重量部に対して、白金族金属が重量単位で0.01~1000ppmとなる量であり、好ましくは、0.1~500ppmとなる量である。
白金または白金化合物(E)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴム系硬化性組成物が適切な速度で硬化することが可能となる。また、白金または白金化合物(E)の含有量を上記上限値以下とすることにより、製造コストの削減に資することができる。
In this embodiment, the content of platinum or platinum compound (E) in the silicone rubber curable composition refers to the catalytic amount and can be set as appropriate, but specifically, the amount of platinum group metal is 0.01 to 1000 ppm by weight per 100 parts by weight of the total amount of vinyl group-containing organopolysiloxane (A), silica particles (C), and silane coupling agent (D), preferably 0.1 to 500 ppm.
By setting the content of platinum or platinum compound (E) above the lower limit, the silicone rubber-based curable composition can be cured at an appropriate rate. Furthermore, by setting the content of platinum or platinum compound (E) below the upper limit, it is possible to reduce manufacturing costs.
<<水(F)>>
また、本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物には、上記成分(A)~(E)以外に、水(F)が含まれていてもよい。
<<Water (F)>>
Furthermore, the silicone rubber-based curable composition according to this embodiment may also contain water (F) in addition to the above-mentioned components (A) to (E).
水(F)は、シリコーンゴム系硬化性組成物に含まれる各成分を分散させる分散媒として機能するとともに、シリカ粒子(C)とシランカップリング剤(D)との反応に寄与する成分である。そのため、シリコーンゴム中において、シリカ粒子(C)とシランカップリング剤(D)とを、より確実に互いに連結したものとすることができ、全体として均一な特性を発揮することができる。 Water (F) functions as a dispersion medium that disperses the various components contained in the silicone rubber-based curable composition, and also contributes to the reaction between silica particles (C) and the silane coupling agent (D). Therefore, within the silicone rubber, the silica particles (C) and the silane coupling agent (D) can be more reliably linked to each other, resulting in uniform properties overall.
(その他の成分)
さらに、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、上記(A)~(F)成分以外に、他の成分をさらに含むことができる。この他の成分としては、例えば、珪藻土、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウール、マイカ等のシリカ粒子(C)以外の無機充填材、反応阻害剤、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等の添加剤が挙げられる。
(Other ingredients)
Furthermore, the silicone rubber-based curable composition of this embodiment may further contain other components in addition to the components (A) to (F) described above. Examples of these other components include inorganic fillers other than silica particles (C), such as diatomaceous earth, iron oxide, zinc oxide, titanium oxide, barium oxide, magnesium oxide, cerium oxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, zinc carbonate, glass wool, and mica; additives such as reaction inhibitors, dispersants, pigments, dyes, antistatic agents, antioxidants, flame retardants, and thermal conductivity enhancers.
本実施形態に係る導電性溶液(導電性シリコーンゴム組成物)は、導電性フィラーを含まない上記シリコーンゴム系硬化性組成物に加えて、上記導電性フィラーおよび溶剤を含むものである。 The conductive solution (conductive silicone rubber composition) according to this embodiment contains, in addition to the above-mentioned silicone rubber-based curable composition which does not contain a conductive filler, the above-mentioned conductive filler and solvent.
上記溶剤としては、公知の各種溶剤を用いることができるが、例えば、高沸点溶剤を含むことができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Various known solvents can be used as the solvent mentioned above, but for example, high-boiling point solvents may be included. These may be used individually or in combination of two or more.
上記溶剤の一例としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、トリフルオロメチルベンゼン、ベンゾトリフルオリドなどの芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、シクロペンチルエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;ジクロロメタン、クロロホルム、1,1-ジクロロエタン、1,2-ジクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタンなどのハロアルカン類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのカルボン酸アミド類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド類などを例示することができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the above solvents include, for example, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, cyclohexane, heptane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, octane, decane, dodecane, and tetradecane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, trifluoromethylbenzene, and benzotrifluoride; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl methyl ether, cyclopentyl ethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, 1,3-dioxane, and tetrahydrofuran; haloalkanes such as dichloromethane, chloroform, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, and 1,1,2-trichloroethane; carboxylic acid amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; and sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide. These can be used individually or in combination of two or more types.
上記導電性溶液は、溶液中の固形分量などを調整することで、スプレー塗布やディップ塗布等の各種の塗布方法に適切な粘度を備えることができる。 The above conductive solution can be made to have a viscosity suitable for various coating methods, such as spray coating and dip coating, by adjusting the amount of solids in the solution.
また、上記導電性溶液が上記導電性フィラーおよび上記シリカ粒子(C)を含む場合、導電性樹脂層30が含むシリカ粒子(C)の含有量の下限値は、シリカ粒子(C)および導電性フィラーの合計量100質量%に対して、例えば、1質量%以上であり、好ましくは3質量%以上であり、より好ましくは5質量%以上とすることができる。これにより、導電性樹脂層30の機械的強度を向上させることができる。一方で、上記導電性樹脂層30が含むシリカ粒子(C)の含有量の上限値は、シリカ粒子(C)および導電性フィラーの合計量100質量%に対して、例えば、20質量%以下であり、好ましくは15質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下である。これにより、導電性樹脂層30における導電性と機械的強度や柔軟性とのバランスを図ることができる。 Furthermore, when the conductive solution contains the conductive filler and the silica particles (C), the lower limit of the silica particle (C) content in the conductive resin layer 30 can be, for example, 1% by mass or more, preferably 3% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, based on 100% by mass of the total amount of silica particles (C) and conductive filler. This improves the mechanical strength of the conductive resin layer 30. On the other hand, the upper limit of the silica particle (C) content in the conductive resin layer 30 can be, for example, 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of silica particles (C) and conductive filler. This allows for a balance between conductivity and mechanical strength or flexibility in the conductive resin layer 30.
導電性溶液を必要に応じて加熱乾燥することで、導電性シリコーンゴムが得られる。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、導電性樹脂層30の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
Conductive silicone rubber can be obtained by heating and drying the conductive solution as needed.
The conductive silicone rubber may also be configured without silicone oil. This prevents a decrease in conductivity due to silicone oil bleeding out onto the surface of the conductive resin layer 30.
本実施形態の生体用電極100の製造方法の一例は次の工程を含むことができる。
まず、金型を用いて、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を加熱加圧成形し、板状支持部10および柱状部20を有する成形体を得る(成形工程)。
An example of a method for manufacturing the biomedical electrode 100 of this embodiment may include the following steps.
First, the above-mentioned silicone rubber-based curable composition is heated and pressurized using a mold to obtain a molded body having a plate-shaped support portion 10 and a columnar portion 20 (molding process).
続いて、導電線60を柱状部20の内部に挿入させる(導電線挿入工程)。例えば、針を使って導電線60を柱状部20の内部に通すことができる。なお、ミシンを使用することで量産可能である。
あるいは、上記成形工程時において、導電線60を配置した成形空間内に、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を導入し、加圧加熱成形するインサート成形を用いてもよい。
Next, the conductive wire 60 is inserted into the columnar portion 20 (conductive wire insertion step). For example, the conductive wire 60 can be passed through the columnar portion 20 using a needle. Mass production is possible by using a sewing machine.
Alternatively, insert molding may be used during the molding process, in which the silicone rubber-based curable composition is introduced into the molding space where the conductive wire 60 is placed, and then molded under pressure and heat.
続いて、得られた成形体の柱状部20の先端部26を、上記導電性溶液にディップ塗布し、加熱乾燥する(先端被覆工程)。先端部26に、導電性溶液をスプレー塗布し、加熱乾燥してもよい。これにより、柱状部20の先端22を覆う導電性樹脂層30を形成する。
その後、所定の温度・温度条件でポストキュア(アニール工程)を行う。
以上により、生体用電極100を製造することができる。
Next, the tip portion 26 of the columnar portion 20 of the obtained molded body is dipped in the conductive solution and heated and dried (tip coating step). Alternatively, the conductive solution may be sprayed onto the tip portion 26 and then heated and dried. This forms a conductive resin layer 30 that covers the tip portion 22 of the columnar portion 20.
Subsequently, a post-curing (annealing) process is performed at a predetermined temperature and under specified temperature conditions.
As described above, a biomedical electrode 100 can be manufactured.
その他の製造方法の一例として、次のような工程を有してもよい。
成形工程で、例えば、複数の凹部を有する金型を用いて、複数の柱状部20および板状支持部10のセットが形成された成形体シートを得る。
続いて、導電線挿入工程で、成形体シート中の複数の柱状部20に導電線60を差し込む。
続いて、先端被覆工程で、成形体シート中の複数の柱状部20の先端部26において、少なくとも先端22を覆う導電性樹脂層30を形成する。
続いて、成形体シートから、板状支持部10、柱状部20、導電線60、及び導電性樹脂層30を備える個片化成形体を取り出す(個片化工程)。取り出す方法として、例えば、成形体シートを打ち抜く方法を採用してもよい。
その後、アニール工程で、それぞれの個片化成形体をポストキュアする。
以上により、生体用電極100を製造できる。
As an example of another manufacturing method, the following steps may be included.
In the molding process, for example, a mold having multiple recesses is used to obtain a molded sheet in which a set of multiple columnar portions 20 and plate-shaped support portions 10 is formed.
Next, in the conductive wire insertion process, conductive wires 60 are inserted into multiple columnar portions 20 in the molded sheet.
Next, in the tip coating process, a conductive resin layer 30 is formed at the tip portions 26 of the multiple columnar portions 20 in the molded sheet, covering at least the tip 22.
Next, individual molded bodies comprising a plate-shaped support portion 10, a columnar portion 20, a conductive wire 60, and a conductive resin layer 30 are removed from the molded sheet (fragmentation step). As a method of removal, for example, a method of punching out the molded sheet may be employed.
Subsequently, each individual molded piece is post-cured in an annealing process.
Based on the above, a biomedical electrode 100 can be manufactured.
なお、上記成形工程の後、上記導電線挿入工程の前に、柱状部20の先端部26を所望の形状に切断(カット)し、傾斜面を形成してもよい。あるいは、カットに代えて、金型成形により、柱状部20の先端部26に傾斜面を形成してもよい。 Furthermore, after the molding process described above and before the conductive wire insertion process, the tip 26 of the columnar portion 20 may be cut into a desired shape to form an inclined surface. Alternatively, instead of cutting, the inclined surface may be formed on the tip 26 of the columnar portion 20 by mold molding.
本実施形態の生体用電極100は、脳、心臓、筋肉、神経等の生体活動から発生する生体電気信号を検知することができる。この生体用電極100は、柔軟性を備えることから、頭皮への装着性に優れるため、脳波測定用電極として好適に用いることができる。 The bioelectrode 100 of this embodiment can detect bioelectrical signals generated from biological activities such as those of the brain, heart, muscles, and nerves. Because this bioelectrode 100 is flexible, it offers excellent attachment to the scalp and is therefore suitable for use as an electrode for electroencephalography (EEG) measurement.
生体用電極100を使用した脳波測定用電極は、BMI(Brain Machine Interface)への活用が期待される。 The electroencephalogram (EEG) measurement electrodes using biomedical electrodes 100 are expected to be utilized in BMI (Brain-Machine Interface) applications.
また、生体用電極100は、測定部分にジェルの塗布が必要なウエットセンサーではなく、簡便で繰り返し使用が可能なドライセンサーとして使用できる。また、生体用電極100は、バネ付きの金属ピン型のドライセンサーと比較して、対象者(ユーザー)の痛みや違和感を軽減できる柔軟性を有することができる。また、生体用電極100は小型化によりウェアラブルデバイスに搭載可能である。 Furthermore, the bioelectrode 100 can be used as a simple and reusable dry sensor, rather than a wet sensor that requires gel application to the measurement area. Compared to spring-loaded metal pin-type dry sensors, the bioelectrode 100 offers greater flexibility, reducing pain and discomfort for the subject (user). Additionally, its miniaturization allows it to be integrated into wearable devices.
本実施形態の生体センサーについて説明する。
図2は、生体センサー200の一例の概要を示す模式図である。
本実施形態の生体センサー200は、生体用電極100を備えており、生体用電極100に接続した外部接続部110をさらに備えることができる。
The biosensor of this embodiment will now be described.
Figure 2 is a schematic diagram showing an overview of an example of a biosensor 200.
The biosensor 200 of this embodiment includes a bioelectrode 100, and may further include an external connection part 110 connected to the bioelectrode 100.
外部接続部110は、生体用電極100の板状支持部10に取り外し自在に取り付けられていてもよいが、板状支持部10に固定されていてよい。 The external connection part 110 may be detachably attached to the plate-shaped support part 10 of the biomedical electrode 100, or it may be fixed to the plate-shaped support part 10.
外部接続部110は、耐久性の観点からシリコーンゴムより強固であり、導電性を有する外部電極部を少なくとも備える。外部電極部は、例えば、金属製で構成される。この外部電極部は、生体用電極100で検知した生体電気信号を、外部の電子部品に送ることができる。外部電極部の形状は、特に限定されないが、電子部品と接続可能なコネクタや、配線が取り付け可能に構成される。例えば、外部接続部110は金属製のスナップボタンで構成され、外部の配線や基板の電極とコンタクトピンで電気的に接続される構造を有し得る。 The external connection section 110 is more robust than silicone rubber from a durability standpoint and includes at least an external electrode section that is conductive. The external electrode section is made of, for example, metal. This external electrode section can transmit bioelectrical signals detected by the bioelectrode 100 to an external electronic component. The shape of the external electrode section is not particularly limited, but it is configured to allow connection to an electronic component or wiring. For example, the external connection section 110 may be made of a metal snap button and have a structure that electrically connects to external wiring or electrodes on a circuit board via contact pins.
生体センサー200は、外部接続部110を介して電気的に接続可能な電子部品をさらに備えてもよい。電子部品としては、各種用途に応じて公知の部品を使用できるが、例えば、増幅器(アンプ)、AD変換器、CPU、メモリ、通信回路、無線通信ユニット、アナログフィルター、コンデンサー、抵抗器、バッテリー等が挙げられる。これらの1個または2個以上が、回路基板上にモジュール化されていてもよい。これにより、生体センサー200をウェアラブルデバイスとして活用できる。
また、電子部品として、加速センサー、温度センサー、圧力センサーなどの他のセンサーを併用してもよい。
The biosensor 200 may further include electronic components that can be electrically connected via the external connection part 110. Various known components can be used as electronic components depending on the application, but examples include amplifiers, AD converters, CPUs, memory, communication circuits, wireless communication units, analog filters, capacitors, resistors, and batteries. One or more of these may be modularized on a circuit board. This allows the biosensor 200 to be used as a wearable device.
Additionally, other sensors such as acceleration sensors, temperature sensors, and pressure sensors may be used in combination as electronic components.
生体センサー200は、1個または2個以上の複数の生体用電極100を備える。生体センサー200は、ヘッドギアやアームバンドなどの生体への取り付け治具に設置されていてもよい。 The biosensor 200 comprises one or more bioelectrodes 100. The biosensor 200 may be mounted on a device for attachment to a living body, such as a headgear or armband.
本実施形態の生体信号測定システムについて説明する。
本実施形態の生体信号測定システムは、生体センサー200を備えるものである。生体信号測定システムは、生体センサー200から受けたデータを、表示、解析または保存するシステム(測定装置)であり得る。
The biosignal measurement system of this embodiment will now be described.
The biosignal measurement system of this embodiment includes a biosensor 200. The biosignal measurement system may be a system (measuring device) that displays, analyzes, or stores data received from the biosensor 200.
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 The embodiments of the present invention have been described above, but these are merely examples, and various other configurations can be adopted. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above; modifications, improvements, etc., within the scope of achieving the objectives of the present invention are included.
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited in any way to the descriptions in these examples.
表1に示す原料成分は以下の通りである。 The raw material components shown in Table 1 are as follows:
(ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A))
(A1-1):第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:ビニル基含有量は0.04モル%、Mn=2,2×105、Mw=4,8×105)、下記の合成スキーム1により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造)
(A1-2):第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:ビニル基含有量は0.93モル%、下記の合成スキーム2により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造でR1およびR2がビニル基である構造)
(Organopolysiloxane containing vinyl group (A))
(A1-1): First vinyl group-containing linear organopolysiloxane: vinyl group content is 0.04 mol%, Mn = 2.2 × 10⁵ , Mw = 4.8 × 10⁵ ), vinyl group-containing dimethylpolysiloxane synthesized by the following synthesis scheme 1 (structure represented by formula (1-1) above)
(A1-2): Second vinyl group-containing linear organopolysiloxane: Vinyl group content is 0.93 mol%, vinyl group-containing dimethylpolysiloxane synthesized by the following synthesis scheme 2 (structure represented by formula (1-1) above, where R1 and R2 are vinyl groups)
(オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B))
(B):オルガノハイドロジェンポリシロキサン:モメンティブ社製、「TC-25D」
(Organohydrogenpolysiloxane (B))
(B): Organohydrogenpolysiloxane: Momentive Corporation, "TC-25D"
(シリカ粒子(C))
(C):シリカ微粒子(粒径7nm、比表面積300m2/g)、日本アエロジル社製、「AEROSIL300」
(Silica particles (C))
(C): Silica microparticles (particle size 7 nm, specific surface area 300 m² /g), manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., "AEROSIL300"
(シランカップリング剤(D))
(D-1):ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)、Gelest社製、「HEXAMETHYLDISILAZANE(SIH6110.1)」
(D-2):ジビニルテトラメチルジシラザン、Gelest社製、「1,3-DIVINYLTETRAMETHYLDISILAZANE(SID4612.0)」
(Silane coupling agent (D))
(D-1): Hexamethyldisilazane (HMDZ), manufactured by Gelest, "HEXAMETHYLDISILAZANE (SIH6110.1)"
(D-2): Divinyltetramethyldisilazane, manufactured by Gelest, "1,3-DIVINYLTETRAMETHYLDISILAZANE (SID4612.0)"
(白金または白金化合物(E))
(E):白金または白金化合物:モメンティブ社製、「TC-25A」
(Platinum or platinum compound (E))
(E): Platinum or platinum compound: Momentive Corporation, "TC-25A"
(水(F))
(F):純水
(Water (F))
(F): Pure water
(金属粉(G))
(G1):銀粉、徳力化学研究所社製、商品名「TC-101」、メジアン径d50:8.0μm、アスペクト比16.4、平均長径4.6μm
(Metal powder (G))
(G1): Silver powder, manufactured by Tokuriki Chemical Research Institute, product name "TC-101", median diameter d 50 : 8.0 μm, aspect ratio 16.4, average major diameter 4.6 μm
(ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)の合成)
[合成スキーム1:第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)の合成]
下記式(5)にしたがって、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を合成した。
すなわち、Arガス置換した、冷却管および攪拌翼を有する300mLセパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)、カリウムシリコネート0.1gを入れ、昇温し、120℃で30分間攪拌した。なお、この際、粘度の上昇が確認できた。
その後、155℃まで昇温し、3時間攪拌を続けた。そして、3時間後、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン0.1g(0.6mmol)を添加し、さらに、155℃で4時間攪拌した。
さらに、4時間後、トルエン250mLで希釈した後、水で3回洗浄した。洗浄後の有機層をメタノール1.5Lで数回洗浄することで、再沈精製し、オリゴマーとポリマーを分離した。得られたポリマーを60℃で一晩減圧乾燥し、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を得た(Mn=2,2×105、Mw=4,8×105)。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.04モル%であった。
(Synthesis of vinyl group-containing organopolysiloxane (A))
[Synthesis Scheme 1: Synthesis of the first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1)]
A first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) was synthesized according to the following formula (5).
Specifically, 74.7 g (252 mmol) of octamethylcyclotetrasiloxane and 0.1 g of potassium silicate were placed in a 300 mL separable flask equipped with a condenser and stirring blades, which had been purged with Ar gas. The mixture was then heated and stirred at 120°C for 30 minutes. An increase in viscosity was observed during this process.
The temperature was then raised to 155°C, and stirring was continued for 3 hours. After 3 hours, 0.1 g (0.6 mmol) of 1,3-divinyltetramethyldisiloxane was added, and the mixture was stirred again at 155°C for 4 hours.
Furthermore, after 4 hours, the mixture was diluted with 250 mL of toluene and washed three times with water. The organic layer after washing was reprecipitated and purified by washing several times with 1.5 L of methanol to separate the oligomer and polymer. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 60°C overnight to obtain the first vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-1) (Mn = 2, 2 × 10⁵ , Mw = 4, 8 × 10⁵ ). The vinyl group content, calculated by 1H-NMR spectroscopy, was 0.04 mol%.
[合成スキーム2:第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)の合成]
上記(A1-1)の合成工程において、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)に加えて2,4,6,8-テトラメチル2,4,6,8-テトラビニルシクロテトラシロキサン0.86g(2.5mmol)を用いたこと以外は、(A1-1)の合成工程と同様にすることで、下記式(6)のように、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)を合成した。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.93モル%であった。
[Synthesis Scheme 2: Synthesis of the second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2)]
In the synthesis step of (A1-1) described above, 0.86 g (2.5 mmol) of 2,4,6,8-tetramethyl2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane was added in addition to 74.7 g (252 mmol) of octamethylcyclotetrasiloxane. Except for this difference, the second vinyl group-containing linear organopolysiloxane (A1-2) was synthesized in the same manner as the synthesis step of (A1-1), as shown in formula (6) below. The vinyl group content, calculated by 1H-NMR spectroscopy, was 0.93 mol%.
<シリコーンゴム系硬化性組成物の調製>
次のようにしてシリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
まず、下記の表1に示す割合で、90%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)、シランカップリング剤(D)および水(F)の混合物を予め混練し、その後、混合物にシリカ粒子(C)を加えてさらに混練し、混練物(シリコーンゴムコンパウンド)を得た。
ここで、シリカ粒子(C)添加後の混練は、カップリング反応のために窒素雰囲気下、60~90℃の条件下で1時間混練する第1ステップと、副生成物(アンモニア)の除去のために減圧雰囲気下、160~180℃の条件下で2時間混練する第2ステップとを経ることで行い、その後、冷却し、残り10%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)を2回に分けて添加し、20分間混練した。
続いて、下記の表1に示す割合で、得られた混練物(シリコーンゴムコンパウンド)100重量部に、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)、白金または白金化合物(E)を加えて、ロールで混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物A(エラストマー組成物)を得た。
<Preparation of silicone rubber-based curable compositions>
A silicone rubber-based curable composition was prepared as follows.
First, a mixture of 90% vinyl group-containing organopolysiloxane (A), silane coupling agent (D), and water (F) was pre-kneaded in the proportions shown in Table 1 below. Then, silica particles (C) were added to the mixture and kneaded further to obtain a compound (silicone rubber compound).
Here, the kneading after the addition of silica particles (C) was carried out in two steps: the first step of kneading under a nitrogen atmosphere at 60-90°C for 1 hour for the coupling reaction, and the second step of kneading under a reduced pressure atmosphere at 160-180°C for 2 hours to remove the by-product (ammonia). After that, it was cooled, and the remaining 10% vinyl group-containing organopolysiloxane (A) was added in two parts and kneaded for 20 minutes.
Next, organohydrogenpolysiloxane (B), platinum, or a platinum compound (E) were added to 100 parts by weight of the obtained mixture (silicone rubber compound) in the proportions shown in Table 1 below, and the mixture was kneaded with a roll to obtain silicone rubber-based curable composition A (elastomer composition).
<ディップコート用の導電性溶液の調製>
得られた13.7重量部のシリコーンゴム系硬化性組成物Aを、31.8重量部のデカン(溶剤)に浸漬し、続いて自転・公転ミキサーで撹拌し、54.5重量部の金属粉(G1)を加えた後に三本ロールで混練することで、導電性ペースト(ディップコート用の導電性溶液)を得た。
<Preparation of conductive solution for dip coating>
The obtained 13.7 parts by weight of silicone rubber-based curable composition A was immersed in 31.8 parts by weight of decane (solvent), then stirred with a rotating/revolving mixer, and after adding 54.5 parts by weight of metal powder (G1), it was kneaded with a three-roll mixer to obtain a conductive paste (conductive solution for dip coating).
<スプレー塗装用の導電性溶液の調製>
得られた13.7重量部のシリコーンゴム系硬化性組成物Aを、31.8重量部のデカン(溶剤)に浸漬し、続いて自転・公転ミキサーで撹拌し、54.5重量部の金属粉(G1)を加えた後に三本ロールで混練することで、樹脂ワニスを得た。その後、樹脂ワニスをデカンで2.5倍加えて、自転・公転ミキサーで撹拌し希釈して、スプレー塗装用の導電性溶液を得た。
<Preparation of conductive solution for spray painting>
The obtained 13.7 parts by weight of silicone rubber-based curable composition A was immersed in 31.8 parts by weight of decane (solvent), then stirred in a rotating/revolving mixer, and after adding 54.5 parts by weight of metal powder (G1), it was kneaded with a three-roll mixer to obtain a resin varnish. Subsequently, the resin varnish was diluted by adding 2.5 times its volume of decane and stirring in a rotating/revolving mixer to obtain a conductive solution for spray coating.
<生体用電極の作製>
(実施例1)
上記で得られたシリコーンゴム系硬化性組成物Aを、板状支持部および略円錐形状の柱状部の成形空間(凹部)を複数有する金型を用いて、180℃、10MPaで10分間加熱して、硬化させ、それぞれの凹部内に、板状支持部と柱状部とが一体化した成形体を得た(成形工程)。
得られた成形体の柱状部の内部に、縫い針を用いて、導電線A(ミツフジ社製、AGposs、太さ:100d/34f、引張破断伸度:29.3%)を通した(導電線挿入工程)。
続いて、成形体の柱状部の先端部(柱状部の全長をLとしたとき、先端から約1/2Lの領域)と板状支持部の他面とを、上記の<ディップコート用の導電性溶液>にディップし、120℃、30分間で加熱乾燥した(先端被覆工程)。
その後、140℃、2時間のポストキュアを行った(アニール工程)。
以上により、図1に示す、板状支持部10上に略円錐形状の柱状部20を有する生体用電極Aを得た。
生体用電極A中、傾斜角θは53度、先端22のアールは1.5mm、導電線60の先端は柱状部20の先端22よりも突出しており、導電性樹脂層30で覆われていた。
<Fabrication of biomedical electrodes>
(Example 1)
The silicone rubber-based curable composition A obtained above was heated at 180°C and 10 MPa for 10 minutes using a mold having multiple molding spaces (recesses) for plate-shaped support parts and substantially conical columnar parts to cure it, thereby obtaining a molded body in which the plate-shaped support parts and columnar parts were integrated within each recess (molding process).
A conductive wire A (manufactured by Mitsufuji Co., Ltd., AGposs, thickness: 100d/34f, tensile strength at break: 29.3%) was passed through the columnar portion of the obtained molded body using a sewing needle (conductive wire insertion step).
Next, the tip of the columnar part of the molded body (the region from the tip to about 1/2 L, where L is the total length of the columnar part) and the other surface of the plate-shaped support part were dipped in the above-mentioned <conductive solution for dip coating> and heated and dried at 120°C for 30 minutes (tip coating step).
Subsequently, a post-curing process was performed at 140°C for 2 hours (annealing process).
Based on the above, a biomedical electrode A having a substantially conical columnar portion 20 on a plate-shaped support portion 10 was obtained, as shown in Figure 1.
In the biomedical electrode A, the inclination angle θ was 53 degrees, the radius of the tip 22 was 1.5 mm, the tip of the conductive wire 60 protruded beyond the tip 22 of the columnar portion 20, and it was covered with a conductive resin layer 30.
(実施例2)
導電線Aに代えて、導電線B(ミツフジ社製、AGposs、太さ:70d/24f、引張破断伸度:27.9%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、生体用電極Bを得た。
(Example 2)
A biomedical electrode B was obtained in the same manner as in Example 1, except that conductive wire B (manufactured by Mitsufuji Co., Ltd., AGposs, thickness: 70d/24f, tensile strength at break: 27.9%) was used instead of conductive wire A.
(実施例3)
導電線Aに代えて、導電線C(日本精線社製、金属繊維 ステンレス鋼繊維ナスロン、SUS304、太さ:0.22mm、引張破断伸度:1.6%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、生体用電極Cを得た。
(Example 3)
A biomedical electrode C was obtained in the same manner as in Example 1, except that conductive wire C (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd., metal fiber stainless steel fiber Naslon, SUS304, thickness: 0.22 mm, tensile break elongation: 1.6%) was used instead of conductive wire A.
(比較例1)
実施例1と同様にして、上記<生体用電極の作製>の成形体を得た。
導電線挿入工程を行わずに、得られた成形体の表面全体に、上記の<スプレー塗装用の導電性溶液>をスプレー塗布し、120℃、30分間で加熱乾燥させ、成形体の表面全体に導電性樹脂層を形成した。その後、140℃、2時間のポストキュアを行い、生体用電極Dを得た。
(Comparative Example 1)
A molded body for the above-mentioned <fabrication of biomedical electrodes> was obtained in the same manner as in Example 1.
Without performing the conductive wire insertion process, the above-mentioned <conductive solution for spray coating> was spray-coated onto the entire surface of the obtained molded body, and heated and dried at 120°C for 30 minutes to form a conductive resin layer over the entire surface of the molded body. Subsequently, post-curing was performed at 140°C for 2 hours to obtain biomedical electrode D.
得られた生体用電極A~Dについて、下記の評価項目について評価を実施した。評価結果を表2に示す。 The obtained biomedical electrodes A through D were evaluated against the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Table 2.
(装着安定性)
実施例1と同様にして、上記<生体用電極の作製>を行い、導電線と接続するように先端部に2mmφの鋼球(ツバキ・ナカシマ製 高炭素クロム軸受鋼鋼材)を取り付け、比較例2の生体用電極Eを得た。
(Mounting stability)
The above-described <Preparation of Biomedical Electrode> was carried out in the same manner as in Example 1, and a 2 mmφ steel ball (high-carbon chromium bearing steel material manufactured by Tsubaki Nakashima) was attached to the tip so as to connect to a conductive wire, thereby obtaining the biomedical electrode E of Comparative Example 2.
被験者の後頭部に対して、比較例2の生体用電極Eの柱状部の先端部を押し当てつつ、先端部とは反対側の生体用電極Eの他面に対して、プッシュプルゲージ(日本電産シンポ株式会社製、製品名:デジタルフォースゲージ FGJN-2)の測定子、15Nの一定荷重で押し付けたところ、当該被験者において、痛みを感じ、短時間しか耐えられない、との評価が示された。 When the tip of the columnar portion of the biomedical electrode E of Comparative Example 2 was pressed against the back of the subject's head, and the measuring probe of a push-pull gauge (manufactured by Nidec-Shimpo Corporation, product name: Digital Force Gauge FGJN-2) was pressed against the other side of the biomedical electrode E opposite the tip with a constant load of 15 N, the subject reported feeling pain and being unable to tolerate it for more than a short time.
これに対して、実施例1~3の生体用電極A~Cを用いたところ、接触感はあるが、気にならない、あるいは、痛みは感じない、と評価が示された。したがって、実施例1~3の生体用電極A~Cは、比較例2の生体用電極Eと比べて装着安定性に優れていることがわかった。 In contrast, when biomedical electrodes A to C of Examples 1 to 3 were used, the evaluation indicated that while there was a tactile sensation, it was not bothersome, or no pain was felt. Therefore, it was found that biomedical electrodes A to C of Examples 1 to 3 exhibited superior attachment stability compared to biomedical electrode E of Comparative Example 2.
(測定安定性)
<脳波測定システムの作製>
図2に示すように、上記の<生体用電極の作製>で得られた生体用電極100の他面14に、導電性樹脂層を介して外部接続部110(ケーブルの端部が装着自在の構造を有する金属製のスナップボタン)を装着した。この外部接続部110に、ディスポ電極コード(株式会社ミユキ技研 製品名:AP-C131-015)、ポータブル脳波計(株式会社ミユキ技研 製品名:PolymateMini AP-108)をこの順で電気的に接続して、脳波測定システムを作製した。ポータブル脳波計は、ノートパソコンとBluetoothで接続され、波形表示プログラム(株式会社ミユキ技研 製品名:Mobile Acquisition Monitor)により、頭部との接触抵抗を取得した。グランドとリファレンスは、左耳たぶを使用した。
(Measurement stability)
<Construction of an electroencephalogram (EEG) measurement system>
As shown in Figure 2, an external connection part 110 (a metal snap button with a structure that allows the cable end to be attached) was attached to the other side 14 of the bioelectrode 100 obtained in the above-mentioned <Fabrication of Bioelectrodes> via a conductive resin layer. A disposable electrode cord (Miyuki Giken Co., Ltd., product name: AP-C131-015) and a portable electroencephalograph (Miyuki Giken Co., Ltd., product name: PolymateMini AP-108) were electrically connected to this external connection part 110 in this order to create an electroencephalogram measurement system. The portable electroencephalograph was connected to a laptop computer via Bluetooth, and contact resistance with the head was acquired using a waveform display program (Miyuki Giken Co., Ltd., product name: Mobile Acquisition Monitor). The left earlobe was used as the ground and reference.
続いて、被験者の頭部に脳波測定用のヘッドギア(国際10/20法に基づくノード配置を備えるヘッドギアを3Dプリンターで成形してたもの)を装着させた。
その後、被験者の後頭部に、生体用電極100の先端部26を接触させて、被験者の後頭部(0z)に対して、得られた生体用電極100の柱状部20の先端部26を押し当てつつ、生体用電極100の外部接続部110に対して、プッシュプルゲージ(日本電産シンポ株式会社製、製品名:デジタルフォースゲージ FGJN-2)の測定子を、まずは7N荷重で押し付け、徐々に除力して、5N、3N、1N時における接触抵抗(kΩ)を連続的に測定し、荷重に対する接触抵抗の変化を評価した。その結果を表2に示す。
Next, a headgear for measuring electroencephalography (a headgear with a node configuration based on the International 10/20 method, molded using a 3D printer) was attached to the subject's head.
Subsequently, the tip 26 of the bioelectrode 100 was brought into contact with the back of the subject's head. While pressing the tip 26 of the columnar portion 20 of the bioelectrode 100 against the back of the subject's head (0z), the measuring probe of a push-pull gauge (manufactured by Nidec-Shimpo Corporation, product name: Digital Force Gauge FGJN-2) was pressed against the external connection portion 110 of the bioelectrode 100, first with a load of 7N, then gradually releasing the force. The contact resistance (kΩ) was continuously measured at 5N, 3N, and 1N loads to evaluate the change in contact resistance with respect to the load. The results are shown in Table 2.
表2を踏まえると、実施例1の生体用電極は、比較例1と比べて、荷重変化初期時の接触抵抗の変化量(Δ(7N-5N))が小さく抑えられていることがわかった、。 Based on Table 2, it was found that the biomedical electrode of Example 1 exhibited a smaller change in contact resistance (Δ(7N-5N)) during the initial stage of load change compared to Comparative Example 1.
以上より、実施例1~3の生体用電極A~Cは、比較例2の生体用電極Eと比べて装着安定性に優れており、比較例1の生体用電極Dと比べて測定安定性に優れていることがわかった。 Based on the above, it was found that biomedical electrodes A to C of Examples 1 to 3 exhibit superior attachment stability compared to biomedical electrode E of Comparative Example 2, and superior measurement stability compared to biomedical electrode D of Comparative Example 1.
10 板状支持部
12 一面
14 他面
20 柱状部
22 先端
24 基端部
26 先端部
28 傾斜面
29 傾斜面
30 導電性樹脂層
60 導電線
100 生体用電極
110 外部接続部
200 生体センサー
10 Plate-shaped support part 12 One surface 14 Other surface 20 Columnar part 22 Tip 24 Base end 26 Tip 28 Inclined surface 29 Inclined surface 30 Conductive resin layer 60 Conductive wire 100 Biomedical electrode 110 External connection part 200 Biosensor
Claims (13)
前記絶縁性板状支持部の一面に設けられた、略円錐形状の絶縁性弾性柱状部と、
前記絶縁性弾性柱状部の先端を覆うように形成された導電性樹脂層と、
前記導電性樹脂層と電気的に接続するとともに、先端側から基端側に向かって前記絶縁性弾性柱状部および前記絶縁性板状支持部の内部に配置された導電線と、
を備える、生体用電極と、
前記生体用電極と電気的に接続するとともに、前記生体用電極が検出した生体電気信号を外部に伝送する外部接続部と、
を備える、生体センサー。 Insulating plate-shaped support part,
A substantially conical insulating elastic columnar portion is provided on one surface of the insulating plate-shaped support portion,
A conductive resin layer formed to cover the tip of the insulating elastic columnar portion,
A conductive wire is electrically connected to the conductive resin layer and is arranged inside the insulating elastic columnar portion and the insulating plate-shaped support portion from the tip end to the base end .
A biomedical electrode equipped with,
An external connection unit that electrically connects to the bioelectrode and transmits the bioelectrical signal detected by the bioelectrode to the outside,
A biosensor equipped with [specific features/equipment ].
前記絶縁性弾性柱状部の先端部が、略半球状、楕円体形状、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、または略角錐形状のいずれかで構成される、生体センサー。 A biosensor according to claim 1,
A biosensor in which the tip of the insulating elastic columnar part is formed in one of the following shapes: approximately hemispherical, ellipsoidal, conical, frustoconical, pyramidal, or approximately pyramidal.
37℃、JIS K 6253(1997)に準拠して測定される、前記絶縁性弾性柱状部の表面におけるタイプAデュロメータ硬さが、15以上65以下である、生体センサー。 A biosensor according to claim 1 or 2,
A biosensor having a Type A durometer hardness of 15 to 65 on the surface of the insulating elastic columnar part, measured at 37°C in accordance with JIS K 6253 (1997).
前記絶縁性板状支持部と前記絶縁性弾性柱状部とが一体部材で構成される、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 3,
A biosensor in which the insulating plate-shaped support portion and the insulating elastic columnar portion are formed as an integrated member.
前記導電線が、導電繊維で構成される、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 4,
A biosensor in which the aforementioned conductive wire is made of conductive fibers.
前記導電線が、線状の導電繊維を複数本撚り合わせた撚糸で構成される、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 5,
A biosensor in which the conductive wire is composed of a twisted yarn made by twisting together multiple linear conductive fibers.
前記導電繊維が、金属繊維、金属被覆繊維、炭素繊維、導電性ポリマー繊維、導電性ポリマー被覆繊維、および導電ペースト被覆繊維からなる群から選択される一種以上を含む、生体センサー。 A biosensor according to claim 6,
A biosensor wherein the conductive fiber includes one or more selected from the group consisting of metal fibers, metal-coated fibers, carbon fibers, conductive polymer fibers, conductive polymer-coated fibers, and conductive paste-coated fibers.
前記絶縁性弾性柱状部が、シリコーンゴムを含む絶縁性シリコーンゴムで構成される、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 7,
A biosensor in which the insulating elastic columnar portion is made of insulating silicone rubber containing silicone rubber.
前記導電性樹脂層が、導電性フィラーとシリコーンゴムを含む導電性シリコーンゴムで構成される、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 8,
A biosensor in which the conductive resin layer is composed of conductive filler and conductive silicone rubber containing silicone rubber.
前記導電性フィラーの含有量は、前記シリコーンゴム100質量%に対して、30質量%以上90質量%以下である、生体センサー。 A biosensor according to claim 9,
A biosensor in which the content of the conductive filler is 30% by mass or more and 90% by mass or less based on 100% by mass of the silicone rubber.
前記導電性フィラーが、金属粒子、銀/塩化銀粒子、金属繊維、金属被覆繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマー被覆繊維および金属ナノワイヤーからなる群から選択される一種以上を含む、生体センサー。 A biosensor according to claim 9 or 10,
A biosensor wherein the conductive filler includes one or more selected from the group consisting of metal particles, silver/silver chloride particles, metal fibers, metal-coated fibers, carbon black, acetylene black, graphite, carbon fibers, carbon nanotubes, conductive polymers, conductive polymer-coated fibers, and metal nanowires .
脳波測定用電極に用いる、生体センサー。 A biosensor according to any one of claims 1 to 11,
A biosensor used in electrodes for measuring electroencephalography (EEG).
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