JP2014033871A - 生体情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極をゴムベルトで被覆するような構成であっても、生体表面に電極を確実に密着させることができ、検出精度を向上させることができる生体情報検出装置を提供する。
【解決手段】一対の電極３１を有する心拍検出部３と、一対の電極３１の間に生じる電位差に基づいて心拍情報を検出する本体部２と、これら心拍検出部３、及び本体部２の少なくとも一部を被覆し、心拍検出部３と本体部２とを一体化させるゴムベルト４とを有し、このゴムベルト４を使用者の胸部Ｃに装着することにより心拍数を検出する心拍計測装置１であって、ゴムベルト４の胸部Ｃ側に、一対の電極３１の少なくとも一部を露出させると共に、ゴムベルト４の胸部Ｃとは反対側に、心拍検出部３の少なくとも一部を露出させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、身体の生体表面に電極を取り付け、生体信号を検出する生体情報検出装置に関するものである。

この種の生体情報検出装置の中には、例えば、心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出し、生体表面から心拍数を計測するものがある。このような生体情報検出装置は、例えば、身体の胸部（生体表面）に接触させることにより、心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出する一対の電極と、これら電極と電気的に接続され、一対の電極により検出された心電信号に基づいて心拍数を導き出す検出回路基板とを備えている。

電極としては、導電エラストマーを帯状に形成したものを用いる場合が多い。そして、この導電エラストマーの一端を検出回路基板に接続するように構成されている。また、検出回路基板は筐体内に収納され、この筐体と導電エラストマーとをウレタンゴム等からなるゴムベルトで被覆して一体化するように構成されている。ここで、ゴムベルトは、導電エラストマーを生体表面に露出させるために、この導電エラストマーの生体表面とは反対側の面を被覆するように形成される（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第５４６４０２１号明細書

ところで、上述の生体情報検出装置の製造手順としては、検出回路基板と導電エラストマーとを接続した後、検出回路基板が収納されている筐体と導電エラストマーとを被覆するようにゴムベルトを成形する手順となる。すなわち、導電エラストマーを先に成形し、その後、ゴムベルトを成形することになる。このため、ゴムベルトの導電エラストマーに接触する側と接触しない側とで外部に露出している面積の差が大きくなる。この結果、ベルト成形後の収縮率が導電エラストマーに接触する側と接触しない側とで大きく変化する。

すなわち、ゴムベルトは、導電エラストマーを生体表面に露出させるために、この導電エラストマーの生体表面とは反対側の面を被覆するように形成されるので、ゴムベルトの導電エラストマーとは反対側が、外部に大きく露出している。このため、収縮率が変化することにより、ゴムベルト全体が生体表面から離間する方向に向かって反るように変形してしまう。よって、導電エラストマーの生体表面への密着性が悪化し、生体情報検出装置の検出精度が悪化してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電極をゴムベルトで被覆するような構成であっても、生体表面に電極を確実に密着させることができ、検出精度を向上させることができる生体情報検出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る生体情報検出装置は、一対の電極を有する生体信号検出部と、前記一対の電極の間に生じる電位差に基づいて生体情報を検出する装置本体と、これら生体信号検出部、及び装置本体の少なくとも一部を被覆し、前記生体信号検出部と前記装置本体とを一体化させるゴムベルトとを有し、このゴムベルトを生体表面に装着することにより前記生体情報を検出する生体情報検出装置であって、前記ゴムベルトの前記生体表面側に、前記一対の電極の少なくとも一部を露出させると共に、前記ゴムベルトの前記生体表面とは反対側に、前記生体信号検出部の少なくとも一部を露出させることを特徴とする。

このように構成することで、ゴムベルトの生体表面側に外部に露出している部位と、生体表面とは反対側に外部に露出している部位との面積の差を小さくすることができる。このため、ゴムベルトの生体表面側と生体表面とは反対側との収縮率の差を小さく、又は差を無くすことができる。さらには、ゴムベルトの生体表面側と、生体表面とは反対側の収縮率を従来とは反対にすることもできる。よって、生体表面に電極を確実に密着させることができ、検出精度を向上させることができる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記一対の電極の前記生体表面側に露出している面積よりも前記生体信号検出部の前記生体表面とは反対側に露出している面積が大きいことを特徴とする。

このように構成することで、ゴムベルトの生体表面側の収縮率を、生体表面とは反対側の収縮率よりも大きくすることができ、ゴムベルト全体を生体表面側に向かって反らせることができる。このため、生体表面に電極を確実に密着させることができ、検出精度を向上させることができる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記一対の電極の前記生体表面側に露出する部位を、複数設けたことを特徴とする。

このように構成することで、ゴムベルト全体を生体表面側に向かって反らせつつ、電極と生体表面との接触面積を増大させることができる。このため、検出精度をさらに向上させることが可能になる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記生体信号検出部は導電エラストマーにより形成され、この導電エラストマーが前記電極を兼ねていることを特徴とする。

このように構成することで、生体信号検出部を弾性変形し易くすることができ、電極の生体表面に対する密着性をさらに高めることができる。このため、検出精度をさらに向上させることが可能になる。

本発明によれば、ゴムベルトの生体表面側に外部に露出している部位と、生体表面とは反対側に外部に露出している部位との面積の差を小さくすることができる。このため、ゴムベルトの生体表面側と生体表面とは反対側との収縮率の差を小さく、又は差を無くすことができる。さらには、ゴムベルトの生体表面側と、生体表面とは反対側の収縮率を従来とは反対にすることもできる。よって、生体表面に電極を確実に密着させることができ、検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態における心拍計測装置の正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態における心拍計測装置の要部拡大断面図である。

（第１実施形態）
次に、この発明の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る生体情報検出装置である心拍計測装置１の正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

（心拍計測装置）
図１、図２に示すように、心拍計測装置１は、使用者の生体表面である胸部Ｃに装着して心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出し、この検出した心電信号を、例えば、無線通信可能とするものである。
尚、以下の説明において、使用者が心拍計測装置１を装着した状態で使用者の胸部Ｃに接する側（図１における紙面奥側、図２における下側）を背面側、この背面側とは反対側であって、かつ外方に向く側（図１における紙面手前側、図２における上側）を正面側などと表現して説明する。

心拍計測装置１は、本体部２と、本体部２における胸部Ｃの周方向両側に接続されている心拍検出部３と、これら本体部２、及び心拍検出部３を被覆して一体化すると共に、心拍計測装置１を胸部Ｃに取り付けるためのゴムベルト４とを備えている。
本体部２は、胸部Ｃの周方向に長くなるように形成されたケース５を有している。ケース５の正面側（図２における左側）には、このケース５との間に空間Ｋが形成されるようにケース５の正面側を覆うカバーガラス２１が設けられている。カバーガラス２１は、この外表面がケース５と面一となるように形成されており、美観性を高めている。

一方、ケース５の背面側には、長手方向中央に電池収納部８が形成されており、ここにボタン型の電池９が収納されている。電池９は、後述の回路基板１２に電気的に接続され、回路基板１２に実装されている素子１２ａ等に電力を供給するようになっている。
回路基板１２は、ケース５の形状に対応するように、胸部Ｃの周方向に長くなるように形成されており、ケース５とカバーガラス２１との間の空間Ｋに配置されている。回路基板１２の長手方向両端には、雄ネジやビス等からなる電極接続具１６が螺入されている。この電極接続具１６により、回路基板１２、ケース５、及び心拍検出部３が共締めされ、且つ回路基板１２と心拍検出部３とが電気的に接続される。

心拍検出部３は、一対の電極３１，３１により構成されている。電極３１は、帯状の導電エラストマーからなり、長手方向一端がそれぞれ電極接続具１６を介して回路基板１２に接続されている。
尚、導電エラストマーとしては、例えば、カーボンブラックを配合した導電シリコンゴム、カーボンブラックを配合した導電ゴム、カーボンブラックを配合した導電ポリウレタンゴム等を用いることができる。

また、電極３１は、心拍計測装置１を使用者に取り付けた際に、胸部Ｃとの間に間隙Ｓが形成可能なように配置されている。さらに、各電極３１の長手方向略中央には、それぞれ胸部Ｃ側に向かって突出する突起部３２が１つ形成されている。突起部３２は、略円柱状に形成されており、この突起部３２の先端が胸部Ｃに接触するようになっている。

このように構成された本体部２、及び心拍検出部３を被覆するゴムベルト４は、例えばウレタンゴムからなるものであって、胸部Ｃの周方向に長くなるように帯状に形成されている。そして、ゴムベルト４は、本体部２の背面側、及び電極３１の周囲を被覆するように、且つ胸部Ｃと電極３１との間の間隙Ｓに介在するように形成されている。
また、ゴムベルト４には、電極３１の突起部３２に対応する位置に貫通孔４１が形成されている。この貫通孔４１を介して突起部３２が胸部Ｃ側に突出するようになっている。

このようにゴムベルト４を形成することにより、電極３１は、胸部Ｃ側である背面側に露出している部位が突起部３２のみであるのに対し、胸部Ｃとは反対側である正面側は、その大部分が露出した状態になる。
換言すれば、電極３１は、この背面側に露出している面積よりも正面側に露出している面積が大きくなっている。さらに、換言すると、ゴムベルト４は、背面側の大部分が露出している一方、正面側の大部分は露出しておらず、電極３１に接触した状態になっている。

また、ゴムベルト４の長手方向両端には、それぞれバンド取付部４２ａ，４２ｂが形成されている。このバンド取付部４２ａ，４２ｂを介して不図示の固定バンドを取り付けることにより、心拍計測装置１を使用者に取り付けることができる。

このような構成ものと、心拍計測装置１を使用者に取り付けると、一対の電極３１，３１の突起部３２が胸部Ｃに接触する。そして、一対の電極３１，３１間に生じる電位差を検出し、この電位差を心電信号として本体部２の回路基板１２に出力する。回路基板１２は、一対の電極３１，３１によって検出された信号に基づいて、心拍数を計測する他、この心拍数を表示したり、心拍数の情報を信号として、例えば腕時計等に無線送信したりする。

（心拍計測装置の製造方法）
次に、心拍計測装置１の製造方法について説明する。
まず、予め一対の電極３１，３１を成形し、これら電極３１，３１と回路基板１２とを接続する。具体的には、ケース５に回路基板１２を組み付けると共に、電極３１，３１をケース５に組み付ける。そして、電極接続具１６を用いて、ケース５、回路基板１２、及び電極３１を共締めする。これにより、回路基板１２と一対の電極３１，３１とが接続された状態になる。

続いて、ケース５に、回路基板１２、及び一対の電極３１，３１を取り付けた状態で、これを所定の金型（不図示）にセットし、この金型にウレタンゴム等のゴムを流し込むことによりゴムベルト４を成形する。これにより、ゴムベルト４によってケース５の一部、及び電極３１，３１の一部が被覆された状態になり、ケース５と電極３１とが強固に一体化される。これにより、心拍計測装置１の製造が完了する。

ここで、ゴムベルト４を形成した後、このゴムベルト４は冷却されて収縮変形する。このとき、ゴムベルト４は、背面側の大部分が露出している一方、正面側の大部分は露出しておらず、電極３１に接触した状態になっているので、ゴムベルト４の背面側の収縮率が大きくなる一方、ゴムベルト４の正面側、つまり、電極３１に接触している側の収縮率が小さくなる。このため、ゴムベルト４は、冷却されることにより胸部Ｃ側に向かって反るように変形する（図２における２点鎖線参照）。

（効果）
したがって、上述の第１実施形態によれば、一対の電極３１，３１をそれぞれ胸部Ｃに密着させることができる。このため、従来よりも心拍計測装置１の検出精度を向上させることができる。
また、一対の電極３１，３１は、導電エラストマーにより形成されているので軟らかく、ゴムベルト４の収縮変形に容易に追随させることができる。すなわち、ゴムベルト４の収縮変形によって、胸部Ｃに確実に沿わせることができる。さらに、電極３１の突起部３２を確実に胸部Ｃに密着させることができる。このため、さらに心拍計測装置１の検出精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図１を援用し、図３に基づいて説明する。
図３は、この第２実施形態における心拍計測装置２０１の要部拡大断面図である。尚、第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第２実施形態において、心拍計測装置２０１は、本体部２と、本体部２における胸部Ｃの周方向両側に接続されている心拍検出部２０３と、これら本体部２、及び心拍検出部２０３を被覆して一体化すると共に、心拍計測装置２０１を胸部Ｃに取り付けるためのゴムベルト２０４とを備えている点、心拍検出部２０３は、一対の電極２３１，２３１により構成されている点、電極２３１は、帯状の導電エラストマーからなり、長手方向一端がそれぞれ電極接続具１６を介して回路基板１２に接続されている点等の基本的構成は、前述した第１実施形態と同様である。

ここで、図３に示すように、第２実施形態と第１実施形態の相違点は、第１実施形態の各電極３１には、それぞれ略円柱状の突起部３２が１つ形成されているのに対し、第２実施形態の各電極２３１には、それぞれ略円柱状の突起部２３２が２つずつ形成されている点にある。
各突起部２３２は、電極２３１の長手方向に沿うように並んで配置されている。一方、ゴムベルト２０４には、電極２３１に対応する部位に貫通孔２４１が形成されている。この貫通孔２４１を介して突起部２３２が胸部Ｃ側に突出した状態になっている。

したがって、上述の第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、ゴムベルト２０４全体を胸部Ｃ側に向かって反らせつつ、電極２３１と胸部Ｃとの接触面積を増大させることができる。このため、検出精度をさらに向上させることが可能になる。

尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の第１実施形態では、電極３１に突起部３２を１つ形成し、上述の第２実施形態では、電極２３１に突起部２３２を２つ形成した場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、電極３１，２３１に３つ以上の複数の突起部３２，２３２を形成してもよい。さらに、突起部３２，２３２の形状は略円柱状に限られるものではなく、ゴムベルト４，２０４を介して胸部Ｃに接触可能な形状であればよい。例えば、突起部３２，２３２に代わって平面視長円形状の凸部を電極３１，２３１に形成してもよい。このような場合、電極３１，２３１全体としては、背面側に露出する面積よりも正面側に露出する面積が大きくなるように形成することが望ましい。

また、上述の実施形態では、生体情報検出装置として、使用者の心拍数を計測する心拍計測装置１，２０１について説明した。しかしながら、本発明に係る構成は、心拍計測装置１，２０１に適用する場合に限られるものではなく、さまざまな生体情報検出装置に適用することが可能である。例えば、生体情報検出装置として、血圧、体温、筋電位等を計測する装置に上述の実施形態の構成を適用することが可能である。

１，２０１ 心拍計測装置
２ 本体部（装置本体）
３，２０３ 心拍検出部（生体信号検出部）
４，２０４ ゴムベルト
１２ 回路基板
３１，２３１ 電極
３２，２３２ 突起部
Ｃ 胸部（生体表面）

Claims (4)

1. 一対の電極を有する生体信号検出部と、
   前記一対の電極の間に生じる電位差に基づいて生体情報を検出する装置本体と、
   これら生体信号検出部、及び装置本体の少なくとも一部を被覆し、前記生体信号検出部と前記装置本体とを一体化させるゴムベルトとを有し、
   このゴムベルトを生体表面に装着することにより前記生体情報を検出する生体情報検出装置であって、
   前記ゴムベルトの前記生体表面側に、前記一対の電極の少なくとも一部を露出させると共に、前記ゴムベルトの前記生体表面とは反対側に、前記生体信号検出部の少なくとも一部を露出させることを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記一対の電極の前記生体表面側に露出している面積よりも前記生体信号検出部の前記生体表面とは反対側に露出している面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
3. 前記一対の電極の前記生体表面側に露出する部位を、複数設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体情報検出装置。
4. 前記生体信号検出部は導電エラストマーにより形成され、この導電エラストマーが前記電極を兼ねていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の生体情報検出装置。

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