JP2007501086A - 刺繍電極 - Google Patents

Abstract

刺繍された電極であって、下地材料上に縫われた導電性スレッドの刺繍された構成要素からなる。所定の構成要素において、ステッチの向きは、構成要素が延びる方向に対して平行であるよう選択される。

Description

本発明は、ファブリック回路（ｆａｂｒｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ）、特には刺繍された構造（ｅｍｂｒｏｉｄｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）であるファブリック回路に係る。

心電図測定中等に身体からの信号を検出するよう、又は、筋肉、臓器、又は神経刺激中等に身体に電気信号を適用するよう、身体に電極を適用することは既知である。電極に関する２つの必要要件は、電極と身体との間で電気的エネルギを動かすよう適切に機能すること、及び、着用者にとって快適であることである。電極を手触りが柔らかく可撓性に作ることにより、快適性を高めることができる。

着用者が電極の存在に気づかないことが通常は望ましいため、快適性は、歩行での使用又はスポーツの訓練での使用の間は特に重要である。歩行中の使用の場合、電極は長時間着用され得、スポーツの訓練の場合は、競技者が電極の存在によって気を散らされないことが重要である。

原理上、可撓性のファブリック電極は、適切な材料及び構造技術が選択された場合は、歩行及びスポーツの訓練での適用（及び他の適用）において要求される快適性を提供することができる。更に、国際公開第０１／０２０５２号パンフレット（特許文献１）に記載される通り、衣服にファブリック電極を組み込むことは可能である。特許文献１は、医用電極として使用されるよう適合された衣服に関する。かかる衣服は、電極として使用されるよう導電性域である域を少なくとも１つ有する少なくとも２つの異なる域を有し、導電性域は金属繊維を有する。即ち、前述の域のうち少なくとも一方は弾性域であり、非導電性の糸の織布である。導電性の域は編まれ得、構造は詳しく説明される。特許文献１はまた、衣服が弾性域を有し得るという事実に簡潔に言及する。該域上では、更なる情報は殆ど与えられないが、導電性域は導電性の糸を使って刺繍される。

本出願者は、歩行状態にある人間の心電計（ＥＣＧ）測定を実行するのに適切である、編まれたファブリック電極で実験を行っている。機械的に可撓性である電極を使うことによって、ユーザに対して肌への更なる快適性及びよりよい接触を与えるよう適合する、ことが認識される。更にこのことはまた、電極が衣服に組み込まれ、衣服との順応において動かすことができる場合、ユーザの快適性に役立ち得る。しかしながら、実験の結果から、歩行又はスポーツの訓練の状態のもとでは、機械的に可撓性のある電極の使用は損傷を受け得ることもわかっている。これは、使用中の電極の屈曲及び／又は部分的伸縮は、電極を使用して得られた検出されたＥＣＧ測定における動作が誘発した電気的雑音を生成する、所望しない効果を有するためである。検出された信号は実際のＥＣＧ信号を向上するよう処理され得るが、場合によっては、動作によって誘発された雑音は、肌の表面から検出可能である小さな電気ＥＣＧ信号を完全に隠し得る。動作によって誘発された雑音の全体的効果は、電極と肌が接触する領域において導電性材料の内容を高めることによって最低限化され得るが、これは、製造における制限又はユーザの快適性における有害な影響により、常に可能又は望ましいわけではない。
国際公開第０１／０２０５２号パンフレット

本発明は、縫付け刺繍をされた構成要素を有する改善された電極を与えることを目的とする。

本発明の第１の面によれば、下地上に刺繍された導電性スレッドを有する刺繍された構成要素を有する電極が与えられ、該構成要素は、電極の性能を最適化するよう選択された向きでスレッドがステッチ（ｓｔｉｔｃｈ）される少なくとも１つの部分を有する、ことを特徴とする。

有利には、ステッチの向きにおける局所的変化は、刺繍されたパターンの一部分としてみなされる際に、電気的構成要素の効果的な電気抵抗を決定するよう使用され得る。

任意では、ステッチする向きは、スレッドが電気伝導の所望される方向に対して略平行であるように選択される。有利には、これは、電気伝導の方向における構成要素の導電性の向上に繋がるべきである。

本発明の第２の面によれば、１つ又はそれ以上の刺繍された構成要素を形成するよう下地材料上にステッチされた導電性スレッドからなる刺繍された電極が与えられる。前述された電極は、第１の刺繍された構成要素と、第１の構成要素の一部分から延びる１つ又はそれ以上の更なる刺繍された構成要素を有する。

任意では、第１の刺繍された構成要素は、それ自体に折り重なって配置される。

任意では、少なくとも１つの更なる刺繍された構成要素は、第１の構成要素の一部分に対して延びる。

１つ又はそれ以上の刺繍された構成要素の一部分は、電極の性能を最適化するよう選択された向きでステッチされた導電性スレッドから作られ得る。望ましくは、ステッチする向きは、スレッドの方向が該部分の局所性における電気伝導の所望される向きに対して略平行であるよう、選択される。

１つの可能な配置では、第１の刺繍された構成要素は、周辺電極構成部品を形成し、少なくとも１つの更なる刺繍された構成要素は、周辺構成部品によって示された周辺内で、第１の構成要素の一部分から第１の構成要素の他の部分へと延びる。この場合、少なくとも１つの更なる刺繍された構成要素は、更なる刺繍された構成要素の他の１つのと交差し横切り得る。

導電性スレッドは、銀メッキされたポリアミドである。

本発明の第３の面によれば、第１又は第２の面の刺繍された電極を有する衣服又は装身具が与えられる。

本発明の第４の面によれば、第１又は第２の面の刺繍された電極を有する装置が与えられる。

本発明のこれらの及び他の面は、これより添付の図面を参照して説明される。

図面は、線図であり、実寸大に描かれていないことが留意されるべきである。図面の部分の相対的な寸法及び比率は、図面中の明確性及び便宜上、サイズを誇張又は縮小されている。同一の参照符号は一般的に、異なる実施例における対応する特性又は同様の特性を言及するよう使用される。

刺繍された電極１０は、刺繍工程によって形成され、該工程中、導電性スレッドは、スレッドをパターンでステッチすることによって下地材料１１上に取り付けられる。少なくともスレッドの外側表面は、導電性であるべきである。下地材料は、非導電性のフェルトのシートである。刺繍された電極１０の場合、刺繍されたパターンは、一般的に楕円形で且つ電極１０の周辺構成部品を形成し続ける第１の刺繍構成要素１２からなる。刺繍されたパターンはまた、第１の複数の略直線状の構成要素１３の形状における更なる刺繍された構成要素からなる。かかる第１の複数の略直線状の構成要素１３は、互いに対して平行であり、周辺構成部品内で第１の構成要素１２の一部分から他の部分へと延びるよう互いに対して空間をあけられる。図示された配置では、第１の複数の直線状の構成要素１３は夫々、第１の構成要素１２によって形成された周辺構成部品の異なる部分から、また、該部分へと延びる。刺繍されたパターンはまた、第２の複数の略直線状の構成要素１４の形状における更なる刺繍された構成要素からなる。かかる第２の複数の略直線状の構成要素１４は、互いに対して平行であり、周辺構成部品内で第１の構成要素１２の一部分から他の部分へと延びるよう互いに対して空間をあけられる。図示された配置では、第２の複数の直線状の構成要素１４は夫々、第１の構成要素１２によって形成された周辺構成部品の異なる部分から、また、該部分へと延びる。第１の複数の略直線状の構成要素１３は、第２の複数の略直線状の構成要素１４が延びる方向に対して略９０度である方向に延びる。第１の刺繍された構成要素１２によって示される楕円形の主軸が水平且つゼロ度の方向に延びると判断されるように見られるよう電極が配置される際、第１の複数の略直線状の構成要素１３は、主軸に対して＋４５度の方向に延び、第２の複数の略直線状の構成要素１４は、主軸に対して＋１３５度の方向に延びる。

本出願者は、刺繍の工程が、ステッチの局所性において随意にステッチの方向（向き）が選択されることを可能とすること、を認識している。従って、織られた又は編まれた糸の方向に制限を置く編み又は織り工程とは異なり、刺繍の工程は、刺繍されたパターンの全ての他の局所性で選択されたステッチの方向とは無関係に、刺繍されたパターンの特定の局所性でステッチの方向が選択されることを可能とする。本出願者はまた、導電性スレッドでステッチすることによって刺繍する際は十分な導電性がスレッドに沿って与えられ、従って刺繍されたパターンの特定の局所性において十分な導電性が、ステッチの向きの方向で得られる、ことを認識している。従って、所定の刺繍されたパターンに関しては、パターンの多種の局所性におけるステッチの方向を注意深く選択することが、刺繍されたパターンの導電性を制御するよう使用され得る。電極を形成する刺繍されたパターンの場合は、ステッチの方向は、通常、パターン全体の導電性を最適化するようパターンの多種の局所性において選択される。

本出願者はまた、刺繍されたパターンの一部分を該部分のステッチの方向に対して（即ちその方向に沿って）平行な方向に延ばす試みがなされる際は、該部分がステッチ方向に対して平行ではない方向に延ばされる際と比較して、導電性における変化が少ない。これは、ステッチ方向に沿った電気伝導の主要な作用は導電性スレッドを介するが、ステッチ方向に対して直角の方向での電動の主要な作用はスレッド間の接触に依存するためである、と考えられる。近接する導電スレッドの間の接触が阻害されるため、かかる接触の効果は、刺繍された部分の伸張及び屈曲の影響を受けやすい。導電性における変化が伸張又は屈曲の際に少ない場合、導電性材料の刺繍されたパターンを有する電極を使用して生物測定信号を測定する際に観察される関連の動作が誘発した電気的雑音も少ない。刺繍された電極は、一般的には、刺繍された電極の本質として伸張に対して耐性があるが、使用中は少々の伸張が発生することは可能である。

第１の複数の略直線状の構成要素１３のステッチ方向は、該直線状の構成要素１３が延びる方向に対して平行である。従って、線Ａ−Ａで示される第１の複数の略直線状の構成要素１３の方向に対して平行である方向にセンサを伸張するよう試みられる場合、直線状の構成要素の長さに沿った電気抵抗における変化は、典型的には１オームの１０分の１より小さいオーダで小さくなる。第２の複数の略直線状の構成要素１４のステッチ方向は、該構成要素が延びる方向に対して平行である。従って、線Ｂ−Ｂで示される第２の複数の略直線状の構成要素１４の方向に対して平行である方向にセンサを伸張するよう試みられる場合、直線状の構成要素の長さに沿った電気抵抗における変化は、典型的には１オームの１０分の１より小さいオーダで小さくなる。

電極が、導電性のステッチされた意図に沿った適切な伝導であるＡ−Ａ又はＢ−Ｂとは異なる方向に延びる際、電気的特性の変化を最低限に抑え、よって電気的に誘発された雑音を制限するよう助ける電極パターンを作る。

任意で、更なる刺繍された構成要素は、構成要素のうち第１の複数１３及び第２の複数１４とは異なる方向に走る刺繍されたパターンに付加され得る。

例えば、図１を参照すると、更なる複数の構成要素が、周辺構成部品１０によって示された楕円形の主軸に対して平行である方向（参照符号Ｘで示す）にわたり得るか、及び／又は、更なる複数の構成要素が、周辺構成部品１０によって示された短軸に対して平行である方向（参照符号Ｙで示す）にわたり得る。

刺繍工程は、当業者には周知であり、刺繍されたパターンを作り上げるよう下地材料１１に対してステッチされたスレッドからなる。２本のスレッドはステッチ工程において使用される。一方のスレッドは刺繍された下地材料の第１の表面上に大部分が位置付けられ、他方のスレッドは下地材料の第２の（対向する）表面上に大部分が位置付けられ、一方のスレッドはステッチプロセスによって他方のスレッドとインターループする。第１の実施例の電極１０の場合、図１の平面図によって図示される上方表面は、使用中は肌に対して着用される電極の表面である。従って図示されたパターンは、導電性スレッドを使用することによって上方表面上に形成される。場合によっては、他方の表面（図示せず）上にステッチされたスレッドは導電性又は非導電性であり得る。導電スレッドの使用は、導電性全体を上昇するポテンシャルを有するが、非導電スレッドの使用は、その裏側上で電極を電気的に絶縁する必要があるところで役立つ。

第１の実施例の電極１０の場合、導電性スレッドは銀メッキをされたポリアミドであるが、同業者によって理解される通り、ポリエステル又はステンレススチールのスレッド等が他の適切な導電性スレッドの代わりに又はそれに加えて使用され得る。スレッドの選択を決定する要因には、スレッドの電気的及び物理的特性が含まれる。これらは、製造上の検討材料によって決定付けられ、
第１の実施例の銀メッキされたポリアミドのスレッドを有する電極１０上で行われた真直ＤＣ抵抗測定は、楕円形の主軸の方向である第１の刺繍された構成要素１２の一端から他端へとわたって測定された抵抗を示し、図１中の参照符号「Ｃ」及び「Ｄ」で示された測定点を使用し、約１オーム、具体的には０．７オームであった。電極の伸張又は屈曲は測定された電気抵抗において殆ど変化をもたらさず、伸張下での同一の測定は０．６オームであった。

第１の複数の直線状の構成要素１３が、第１の複数の直線状の構成要素と交差及び横断する際、それらは刺繍のステッチ工程に基づき、互いに対して物理的及び電気的接触にある。第１及び第２の直線状の構成要素１３，１４の夫々は、電極の周辺を形成する第１の刺繍された構成要素１２と交差する。全ての直線状の構成要素は、ステッチ工程に基づき第１の刺繍された構成要素１２と物理的及び電気的に接触する。

電極１０は、導電性スレッドも有する接触端子１５を備えられる。接触端子は、第１の刺繍された構成要素１２へと伸張し、物理的及び電気的接触を確立するようステッチされる。接触端子１５は、電極を電気機器又は電子機器に電気的に接続するよう使用される。

第１の刺繍された構成要素１２を作るステッチのステッチ向きは、望ましくは一般的には楕円形の周りで変化され、構成要素１２の所定の部分においてステッチは、常に構成要素１２によって取られた経路と一致する。

信号を検出するよう電極を使用する間、人間の肌から検出された電気信号は、最も低い電気抵抗の経路による刺繍されたパターンを介して電極上の信号の検出点から電極接触端子１５へ向かう。かかる経路は、第１の刺繍された構成要素１２及び／又は導電性構成要素の第１の複数１３及び第２の複数１４を介し得る。実際には、信号は、第１の導電性構成要素１３及び第２の導電性構成要素１４の交差点を介してジグザグに進み得る。周辺構成部品１０によって示された楕円形の主軸に対して平行である方向（参照符号Ｘ）にわたる少なくとも１つの更なる構成要素を含むことによって、例えば図１中Ｃ又はＤで示された点から、本体から又は本体への電流の移動において電極の性能が改善され得る。

刺繍されたパターンのいずれかのポイントから端子１５までの最も少ない電気抵抗の最短経路は、一般的には、パターンを介する最短経路であるが、上述された通り、刺繍されたパターンのいずれの局所における刺繍されたステッチの向きも、電極の意図された適用に依存して、刺繍されたパターンの一部分から他の部分への最も少ない電気抵抗の経路を決定するよう選ばれ得る。実際は、局所的に変化するステッチの向きのかかるアプローチは、電極の意図された使用が本体へと電流を運ぶことである場合に有利に使用され得る。ステッチの向きは、電極が他の場合と比較してより均等に電極の範囲にわたって電流を電極から本体へと与えられるよう、選択される。

第１の刺繍された構成要素１２が楕円形であるように図示されているが、これは円形、正方形、長方形又は他の多角形の形状等であってよいと推測され得る。

電極の他の実施例は、本発明から逸脱することなく可能であり、その選択肢は図２ａ乃至２ｃに図示される。全ての場合において、刺繍されたパターンの少なくとも一部分は、所定のステッチの局所性における刺繍されたパターンによってとられた経路に対して略平行、即ち一致する方向でステッチされる。図２ａ，２ｂ，２ｃ中の陰影又は点線の方向は、ステッチの方向を示すよう意図される。

本開示を読むことにより、他の修正が当業者にとっては明らかとなる。かかる修正は、他の特性を有し得る。該特性は、電極の設計、製造及び使用、かかる電極を備えられた衣服又は装飾品、布地及び刺繍、及び、関連する製造及び構築技術、及びそれらの適用において既知であり、また、すでに記載された特性の代わりに又はそれに加えて使用され得る。

本発明の刺繍された電極の第１の実施例の正面図を示す。 本発明の刺繍された電極の更なる実施例の他の刺繍のパターンを示す図である。 本発明の刺繍された電極の更なる実施例の他の刺繍のパターンを示す図である。 本発明の刺繍された電極の更なる実施例の他の刺繍のパターンを示す図である。

Claims (12)

1. 刺繍された構成要素を有する電極であって、
   下地に刺繍された導電性スレッドを有し、
   前記構成要素は、前記スレッドが前記電極の性能を最適化するよう選択された向きでステッチされた少なくとも１つの部分を有する、ことを特徴とする、
   電極。
2. 前記ステッチの向きは、スレッドの方向が電気伝導の所望された方向に対して略平行であるよう選択される、ことを特徴とする、
   請求項１記載の電極。
3. 刺繍された電極であって、
   １つ又はそれ以上の刺繍された構成要素を形成するよう、下地材料上にステッチされた伝導性スレッドから構成され、
   前記電極は、第１の刺繍された構成要素と、前記第１の構成要素の一部分から延びる１つ又はそれ以上の更に刺繍された構成要素とを有する、
   電極。
4. 前記第１の刺繍された構成要素は、それ自体に折り重なるよう配置される、
   請求項３記載の刺繍された電極。
5. 前記少なくとも１つの更に刺繍された電極は、前記第１の構成要素の一部分にむかって延びる、
   請求項３又は４記載の刺繍された電極。
6. １つ又はそれ以上の前記刺繍された構成要素の一部分は、前記電極の性能を最適化するよう選択された向きでステッチされた前記導電性スレッドから作られる、
   請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の刺繍された電極。
7. 前記第１の刺繍された構成要素は、周辺電極構成部品を形成し、前記更なる刺繍された構成要素のうち少なくとも１つは、前記第１の構成要素の一部分から前記第１の構成要素の他の部分までの前記周辺構成部品によって示される周辺内に延びる、
   請求項３乃至６のうちいずれか一項記載の刺繍された電極。
8. 前記更なる刺繍された構成要素のうち少なくとも１つは、前記更なる刺繍された構成要素のうち他の１つに交差し横切る、
   請求項７記載の刺繍された電極。
9. 前記ステッチの向きは、スレッドの方向が前記部分の前記局所性において電気伝導の所望された方向に対して略平行であるように選択される、
   請求項６記載の刺繍された電極。
10. 前記導電性スレッドは、銀メッキをされたポリアミドである、
    請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の刺繍された電極。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の刺繍された電極を有する、衣服又は装飾品。
12. 前記１乃至１０のうちいずれか一項記載の刺繍された電極を有する装置。

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