JP2014033852A - 電極ユニット、成形型、および電極ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化の要求に応えつつも、電極ユニットの生体に対する密着性を向上させる。
【解決手段】基材２上に配置された電極素子３を覆うように基材２に装着されたゲル部材５は、粘着性および導電性を有する。ゲル部材５の電極素子３を覆う部分５ａの少なくとも一部は、周縁部５ｂよりも肉薄とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体に装着されて生体信号を取得するために用いられる電極ユニットに関する。また本発明は、当該電極ユニットが備える電極素子を覆い、粘着性および導電性を有するゲル部材を成形するために用いられる成形型に関する。さらに本発明は、当該電極ユニットの製造方法に関する。

この種の電極ユニットとして、基材上に電極素子を配置し、当該電極素子を粘着性および導電性を有するゲル部材で覆った構成を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ゲル部材を測定対象の生体に接触させると、その粘着性によって電極ユニットが生体上に保持され、電極素子を通じて生体信号を取得することができる。

特開２００８−１２１６４号公報

新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）等で用いられる電極ユニットは、未熟児や新生児に装着されるために小型化が求められる。生体信号の取出しに用いる電極素子は一定の大きさを確保する必要があるため、ゲル部材の大きさが相対的に小さくなり、電極素子を覆う部分に段差が生じやすくなる。その結果として密着性が低下するため、測定中にゲル部材の一部が生体から剥離したり、電極ユニットそのものが生体から脱落するなどして生体信号の取得が正常になされないおそれが生ずる。

よって本発明は、小型化の要求に応えつつも、電極ユニットの生体に対する密着性を向上させる技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第１の態様は、生体に装着される電極ユニットであって、
基材と、
前記基材上に配置された電極素子と、
前記電極素子と電気的に接続された信号取出部材と、
前記電極素子を覆うように前記基材に装着され、粘着性および導電性を有するゲル部材とを備え、
前記ゲル部材の前記電極素子を覆う部分の少なくとも一部は、周縁部よりも肉薄とされている。

このような構成によれば、肉薄の部分が電極素子に対向するため、電極素子の厚みに伴う段差が生体との接触面に生じにくい。当該接触面を平坦とすることにより、電極ユニットの生体との密着性を向上させることができる。また相対的に肉厚とされた周縁部に十分な量のゲルを配置することができるため、当該箇所の乾燥を抑制できる。このことによっても生体との密着性が向上する。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第２の態様は、生体に装着される電極ユニットであって、
基材と、
前記基材上に配置された電極素子と、
前記電極素子と電気的に接続された信号取出部材と、
前記電極素子を覆うように前記基材に装着され、粘着性および導電性を有するゲル部材とを備え、
前記ゲル部材の生体に接触する面には、周縁を除く領域に少なくとも１つの凹部が形成されている。

このような構成によれば、ゲル部材を生体に押し付けることにより凹部が潰されて空気が抜け、接触面に吸盤作用を発生させることができる。したがって電極ユニットの生体との密着性が向上する。一方、電極ユニットを生体から取り外す際においては、ゲル部材の周縁部のみを皮膚から剥離することにより上記の吸盤作用が失われ、容易にゲル部材全体を生体から離間させることができる。新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）等における未熟児や新生児は皮膚が薄く柔らかいため、電極ユニットの着脱時において皮膚への負担をできる限り抑える必要がある。本構成によれば、皮膚への密着性に優れる一方、容易にゲル部材を皮膚から剥離・離間させることができるため、その要求に十分に応えうる。

上記第１の態様と第２の態様のいずれにおいても、前記電極素子の少なくとも一部は前記基材の第１の側に配置され、前記信号取出部材は、前記基材の第１の側とは逆の第２の側に配置されている構成とすることができる。この場合、ゲル部材が装着される基材の第１の側に配置される電極素子の厚みを最小限とすることができる。この結果、ゲル部材の接触面に電極素子による段差が発生しにくくなり、生体への密着性向上に寄与する。

上記のように、本発明に係る電極ユニットによれば、電極素子に対するゲル部材の大きさが相対的に小さくなっても、密着性の低下を抑制することができ、安定した生体信号の取得が可能となる。すなわち電極ユニットの小型化と測定安定性を両立させることができる。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第３の態様は、生体に装着される電極素子を覆うゲル部材を成形するための型であって、
粘着性および導電性を有するゲル部材を得るための材料を収容する凹部と、
前記凹部の底部に形成された凸部とを備える。

このような構成によれば、成形により得られるゲル部材の一部を、周縁部よりも肉薄にすることができる。凸部の寸法を適宜に調整することによって、当該ゲル部材を基材に装着して最終的に得られる生体との接触面を、平坦あるいは凹部を有するようにできる。

前記凹部と前記凸部が真空成形により形成される構成の場合、容易かつ精密に凸部の寸法を調節可能であり、もってゲル部材の接触面の形状を容易かつ精密に定めることができる。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第４の態様は、生体に装着される電極ユニットの製造方法であって、
凹部を有し、当該凹部の底部に凸部が形成された成形型を用意し、
前記凹部に紫外線硬化性の材料を収容し、
前記材料に紫外線を照射して粘着性および導電性を有するゲル部材を成形し、
基材上に電極素子を配置し、
前記ゲル部材を、前記電極素子を覆うように前記基材に装着する。

このような製造方法によれば、上述の作用効果を有する電極ユニットを容易に得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電極ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電極ユニットの構成を示す図である。 本発明に係る電極ユニットが備えるゲル部材の成形型を製造するための装置の構成を示す縦断面図である。 上記の装置により形成された成形型の構成を示す図である。 本発明に係る電極ユニットの製造方法を説明するための図である。 本発明に係る電極ユニットの変形例を示す縦断面図である。

添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について以下詳細に説明する。なお各図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１に本発明の第１の実施形態に係る電極ユニット１の構成を示す。電極ユニット１は、基材２、電極素子３、被覆導線４、およびゲル部材５を備えている。図１の（ａ）は、電極ユニット１を上方から見た外観を示す平面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）における線IB−IBに沿う構成を示す縦断面図である。

基材２は、不織布や樹脂等の絶縁性材料からなり、平面視円形の外観を呈している。基材２の中央部には開口２ａが形成されている。

電極素子３は、大径部３ａと小径部３ｂを有する円板状の外観を呈しており、少なくとも表面が導電性を有する構成とされる。例えば、ＡＢＳ樹脂で成形され、表面に銀／塩化銀がコーティングされている構成や、樹脂に炭素繊維等が練り込まれている構成等が考えられる。大径部３ａは、基材２の第１の側としての下面２ｂ上に配置される。小径部３ｂは、基材２の開口２ａに挿入され、その一部が基材２の第２の側としての上面２ｃの側に配置される。

被覆導線４は、導電性を有する芯線が絶縁性の被覆により覆われた構成を有している。芯線は、超音波溶着によって電極素子３と物理的および電気的に接続されている。

ゲル部材５は、例えばＡＭＰＳ等の紫外線硬化性および親水性を有する高分子を形成するモノマーを含有する材料からなり、粘着性および導電性を有する。ゲル部材５は、電極素子３を覆うように基材２の下面２ｂに装着されている。

電極ユニット１は、ゲル部材５が生体の皮膚に接触するように装着される。ゲル部材５は弾力性および粘着性を有するため、皮膚表面に沿うように変形しつつ密着する。これにより電極ユニット１は、生体の皮膚表面上に保持される。またゲル部材５は導電性を有している。生体情報は、ゲル部材５と電極素子３を通じて電気的に取得され、本発明の信号取出部材としての被覆導電４を介して電気信号として取り出される。

ゲル部材５において電極素子３を覆う中央部５ａは、周縁部５ｂよりも肉薄とされている。ここで周縁部５ｂとは、周縁５ｃとその近傍を含む部分を意味する。

このような構成によれば、肉薄の部分が電極素子３に対向するため、電極素子３の厚みに伴う段差が中央部５ａと周縁部５ｂの間に生じにくい。よって生体の皮膚との接触面５ｄを全面にわたってほぼ平坦とすることができ、電極ユニット１の皮膚との密着性が向上する。

特許文献１に記載の構成のように、ゲル部材の周縁部が肉薄とされた構成の場合、当該箇所でゲルの乾燥が進み、皮膚からの剥離が生じやすくなる。本実施形態においては、相対的に肉厚とされた周縁部５ｂに十分な量のゲルを配置することができるため、当該箇所の乾燥を抑制できる。このことによっても皮膚との密着性が向上する。

したがって電極ユニット１が小型化されることによって電極素子３に対するゲル部材５の大きさが相対的に小さくなっても、密着性の低下を抑制することができ、安定した生体信号の取得が可能となる。すなわち電極ユニット１の小型化と測定安定性を両立させることができる。

また図１の（ｂ）に示すように、電極素子３の大径部３ａは基材２の下面２ｂの側（第１の側）に配置される一方、小径部３ｂは基材の上面２ｃの側（第１の側とは逆の第２の側）に配置され、信号取出部材としての被覆導線４も上面２ｃの側に配置されている。

したがってゲル部材５が装着される基材２の下面２ｂの側に配置される電極素子３の厚みを最小限とすることができる。この結果、ゲル部材５の接触面５ｄに電極素子３による段差が発生しにくくなり、皮膚への密着性向上に寄与する。

図２に本発明の第２の実施形態に係る電極ユニット１Ａの構成を示す。第１の実施形態に係る電極ユニット１と同一または同様の構成・機能を有する要素については、同一の参照番号を付して繰り返しとなる説明を割愛する。図２の（ａ）は、電極ユニット１Ａを下方から見た外観を示す底面図であり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）における線IIB−IIBに沿う構成を示す縦断面図である。

本実施形態の電極ユニット１Ａは、ゲル部材５Ａの形状が第１の実施形態に係る電極ユニット１のゲル部材５と異なる。具体的には、ゲル部材５Ａの生体との接触面５ｄにおいて、周縁５ｃを除く領域に凹部５ｅが形成されている。これによりゲル部材５Ａの電極素子３を覆う中央部５ａは、周縁部５ｂよりも肉薄とされている。

このような構成によれば、ゲル部材５Ａを生体の皮膚に押し付けることにより凹部５ｅが潰されて空気が抜け、接触面５ｄに吸盤作用を発生させることができる。したがって電極ユニット１Ａの皮膚との密着性が向上する。

一方、電極ユニット１Ａを皮膚から取り外す際においては、ゲル部材５Ａの周縁部５ｂのみを皮膚から剥離することにより上記の吸盤作用が失われ、容易にゲル部材５Ａ全体を皮膚から離間させることができる。新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）等における未熟児や新生児は皮膚が薄く柔らかいため、電極ユニットの着脱時において皮膚への負担をできる限り抑える必要がある。本実施形態の構成によれば、皮膚への密着性に優れる一方、容易にゲル部材５Ａを皮膚から剥離・離間させることができるため、その要求に十分に応えうる。

また第１の実施形態に係る電極ユニット１と同様に、相対的に肉厚とされた周縁部５ｂに十分な量のゲルを配置することができるため、当該箇所の乾燥を抑制できる。このことによっても皮膚との密着性が向上する。したがって電極ユニット１Ａが小型化されることによって電極素子３に対するゲル部材５Ａの大きさが相対的に小さくなっても、密着性の低下を抑制することができ、安定した生体信号の取得が可能となる。すなわち電極ユニット１Ａの小型化と測定安定性を両立させることができる。

図３は、上記の電極ユニット１、１Ａが備えるゲル部材５、５Ａを成形するための型を製造する装置１０の構成を示す縦断面図である。装置１０は周知の構成を有する真空成型装置であり、上面１０ａに第１凹部１１が開口しており、その底部に複数の第２凹部１２が開口している。

各第２凹部１２の底面１２ａは上方に凸とされている。底面１２ａには複数の挿通孔１２ｂが開口している。装置１０の下面１０ｂには第３凹部１３が開口しており、図示しない吸引ポンプと連通している。複数の挿通孔１２ｂは、それぞれ第３凹部１３と各第２凹部１２とを連通している。

成形型は、周知の真空成型法により製造される。まずポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルコポリマー等からなる原材料シート２０が、装置１０の上面１０ａに載置および固定される。なお、原材料シート２０の上面（図３において上側）にはシリコン等の剥離剤が塗布されている。

次いで、原材料シート２０を加熱して軟化させた状態で第３凹部１３に連通する吸引ポンプを作動させると、連通孔１２ｂを通じて空気が吸引され、第１凹部１１および第２凹部１２内に負圧状態が形成される。これにより原材料シート２０の第１凹部１１および第２凹部１２に対向する部分は下方に強く吸引され、延伸を伴いつつ各凹部に沿った形状に変形される。

このようにして得られた成形型３０を図４に示す。図４の（ａ）は成形型３０を上方から見た外観を示す平面図であり、図４の（ｂ）は図４の（ａ）における線IVB−IVBに沿う形状を示す縦断面図である。図３に示した装置１０は３個の第２凹部１２を備えているため、同一形状を有する３個の成形型３０が一体に連なった成型品が得られる。図４は、得られた成形型３０の１つを示すものである。

成形型３０は、基部３１の上面３１ａに開口する凹部３２を備えている。凹部３２は、周壁３３と底壁３４により区画形成されている。基部３１は、真空成型によって装置１０の第１凹部１１に沿うように変形された原材料シート２０によって形成されている。

周壁３３および底壁３４は、真空成型によって装置１０の第２凹部１２に沿うように変形された原材料シート２０によって形成されている。上述のように第２凹部１２の底面１２ａの形状は上方に凸とされているため、底壁３４には凸部３４ａが形成されている。

成形型３０の凹部３２には、上記のゲル部材５、５Ａを得るための紫外線硬化性を有する液状材料が収容される。この状態で当該材料に紫外線を照射することにより、当該材料は所定の弾力性、粘着性、および導電性を有する程度まで硬化される。このとき周壁３３は、得られるゲル部材５、５Ａの周縁５ｃを形成する。また底壁３４は、得られるゲル部材５、５Ａの皮膚との接触面５ｄを形成する。底壁３４には凸部３４ａが形成されているため、得られるゲル部材５、５Ａの中央部５ａは周縁部５ｂよりも肉薄とされる。

上記の原材料シート２０により形成された成形型３０は、上述のように剥離剤が塗布されている。このため得られたゲル部材５、５Ａを容易に成形型３０から剥離可能であり、ゲル部材５、５Ａの型崩れを避けることができる。

次に図５を参照しつつ、上記電極ユニット１、１Ａの組立て方法について説明する。まず複数の電極素子３を、図３に示す成形型３０の配列ピッチに一致するように並べる。次いで複数の開口２ａが形成された１枚の基材２を被せ、各電極素子３の小径部３ｂを対応する開口２ａに嵌め込む。

この状態で被覆導線４の先端部を電極素子３の小径部３ｂに接触させ、周知の冶具を用いて超音波溶着を行なう。これにより被覆電線４の先端部が溶解し、電極素子３と物理的および電気的に接続される。また基材２は、電極素子３と被覆電線４で挟まれる形で固定される。ここで基材２を所定の形状に切断し、電極ユニット１、１Ａごとに分離する。

次に図５の（ｂ）に示すように、成形型３０に収容されたゲル部材５、５Ａに対して基材２の下面２ｂを接触させ、所定の力で押圧する。これにより、ゲル部材５、５Ａの上面５ｆは電極素子３を覆うように変形し、図１の（ｂ）または図２の（ｂ）に示す形状となる。

凸部３４ａの径寸法および高さ寸法を適宜に調整することにより、図１の（ｂ）と図２の（ｂ）のいずれの形状をとるかを選択することができる。すなわち凸部３４ａの寸法をある程度大きくすることにより、接触面５ｄが電極素子３の厚みを吸収するように下方へ変形しても、最終的に凹部５ｅを残すことができる。この場合、ゲル部材５Ａを備える電極ユニット１Ａが得られる。

また上記の場合よりも幾分凸部３４ａの寸法を小さくすることにより、接触面５ｄが電極素子３の厚みを吸収するように下方に変形する結果、最終的に接触面５ｄを平坦とすることができる。この場合、ゲル部材５を備える電極ユニット１が得られる。

上述のように、成形型３０は装置１０によって真空成型によって形成される。凸部３４ａの寸法は、装置１０の第２凹部１２の底面１２ａの形状に基づいて定まるため、底面１２ａの形状を適宜に設計することにより、容易かつ精密に凸部３４ａの寸法を調節できる。もってゲル部材５、５Ａの接触面５ｄの形状を容易かつ精密に定めることができる。

次いでゲル部材５、５Ａが装着された状態の電極ユニット１、１Ａを成形型３０から取り出し、図示しない剥離紙をゲル部材５、５Ａに貼り付けて乾燥・損傷からゲル部材５、５Ａを保護する。

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。

第２の実施形態に係る電極ユニット１Ａのゲル部材５Ａにおいて、周縁部５ｂよりも肉薄とされている箇所（凹部５ｅ）は、必ずしも電極素子３を覆う部分全てを含むように形成されることを要しない。周縁５ｃを除く領域に形成されて生体への装着時において吸盤作用を発生させることができる限りにおいて、電極素子３を覆う部分の一部について肉薄とされる構成としてもよい。

第２の実施形態に係る電極ユニット１Ａのゲル部材５Ａにおいて、凹部５ｅは必ずしも電極素子３を覆う位置に設けられることを要しない。図６の（ａ）に示す電極ユニット１Ｂが備えるゲル部材５Ｂのように、周縁５ｃを除く領域に形成されて生体への装着時において吸盤作用を発生させることができる限りにおいて、電極素子３を覆わない部分に凹部５ｅが形成される構成としてもよい。また凹部５ｅは必ずしも１つだけ形成されることを要しない。同図に示すように、周縁５ｃを除く領域に形成される限りにおいて、複数個の凹部５ｅを形成してもよい。

生体信号を取り出すための信号取出部材は、被覆導線４に限られるものではない。図６の（ｂ）に示す電極ユニット１Ｃが備える電極素子３Ａのように、大径部３ａと導電性の端子４Ａとで基材２を挟んだ状態で、端子４Ａを小径部３ｂ´にかしめた構成としてもよい。この場合、リード線等を接続したクリップで端子４Ａを挟んで生体信号を取り出す。第１の実施形態に係る電極ユニット１の構成にも適用可能である。

電極素子３、３Ａの形状は上記の実施形態において示された構成に限られるものではない。導電性を有し、生体情報を電気的に取得可能な限りにおいて、カーボンシート等によりなるシート電極を用いることもできる。

基材２およびゲル部材５、５Ａの形状は平面視円形状に限られるものではない。電極ユニットの用途に応じて適宜の形状を採ることができる。例えば、基材２を平面視円形状とし、ゲル部材５、５Ａを平面視矩形状としてもよい。またその逆であってもよい。

１、１Ａ：電極ユニット、２：基材、２ｂ：基材の下面、２ｃ：基材の上面、３、３Ａ：電極素子、４：被覆導線、４Ａ：端子、５、５Ａ：ゲル部材、５ａ：ゲル部材の中央部、５ｂ：ゲル部材の周縁部、５ｃ：ゲル部材の周縁、５ｄ：ゲル部材の接触面、５ｅ：ゲル部材の凹部、１０：成形型の製造装置、３０：成形型、３２：成形型の凹部、３４ａ：成形型の凸部

Claims (6)

1. 生体に装着される電極ユニットであって、
   基材と、
   前記基材上に配置された電極素子と、
   前記電極素子と電気的に接続された信号取出部材と、
   前記電極素子を覆うように前記基材に装着され、粘着性および導電性を有するゲル部材とを備え、
   前記ゲル部材の前記電極素子を覆う部分の少なくとも一部は、周縁部よりも肉薄とされている、電極ユニット。
2. 生体に装着される電極ユニットであって、
   基材と、
   前記基材上に配置された電極素子と、
   前記電極素子と電気的に接続された信号取出部材と、
   前記電極素子を覆うように前記基材に装着され、粘着性および導電性を有するゲル部材とを備え、
   前記ゲル部材の生体に接触する面には、周縁を除く領域に少なくとも１つの凹部が形成されている、電極ユニット。
3. 前記電極素子の少なくとも一部は前記基材の第１の側に配置され、前記信号取出部材は、前記基材の第１の側とは逆の第２の側に配置されている、請求項１または２に記載の電極ユニット。
4. 生体に装着される電極素子を覆うゲル部材を成形するための型であって、
   粘着性および導電性を有するゲル部材を得るための材料を収容する凹部と、
   前記凹部の底部に形成された凸部とを備える、成形型。
5. 前記凹部と前記凸部は、真空成形により形成されたものである、請求項４に記載の成形型。
6. 生体に装着される電極ユニットの製造方法であって、
   凹部を有し、当該凹部の底部に凸部が形成された成形型を用意し、
   前記凹部に紫外線硬化性の材料を収容し、
   前記材料に紫外線を照射して粘着性および導電性を有するゲル部材を成形し、
   基材上に電極素子を配置し、
   前記ゲル部材を、前記電極素子を覆うように前記基材に装着する、製造方法。

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