JP2017113088A - 生体センサー・デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮自在な生体センサー・デバイスを供すること。【解決手段】生体センサー・デバイス１００は、配線層１０、配線層１０と電気的に導通した生体電極２０、および生体電極２０と電気的に導通した生体コンタクト３０を有して成る。配線層１０は、非伸縮部１０Ａと、一端が該非伸縮部１０Ａに接続された伸縮ストリップ１０Ｂとから少なくとも構成されている。配線層１０の非伸縮部１０Ａには生体電極２０および生体コンタクト３０が設けられている。【選択図】図１

Description

本開示は、生体センサー・デバイスに関する。

種々の生体信号を感知または計測するデバイスとして生体センサーが知られている（特許文献１および２）。生体センサーは種々の用途での適用が検討されている。例えば、ベッドで感圧検知したり、衣服またはシートの形態として生体電気信号を計測したりするなど種々の用途で生体センサーの使用が検討されている。

生体センサーは、あくまでも人体などの生体に対して用いられるデバイスゆえ、無理のない使用感が望まれる。つまり、生体センサー・デバイスに対しては、生体との適合性に加えて、十分な伸縮性を備えていることが求められる。

国際公開第２０１５／１１９２０８号 特開２００１−１５８１７号公報

本開示は、伸縮自在な生体センサー・デバイスを供する。

本開示の一実施形態に係る生体センサー・デバイスは、配線層、配線層と電気的に導通した生体電極、および、生体電極と電気的に導通した生体コンタクトを有して成り、配線層が、非伸縮部と、一端が非伸縮部に接続された伸縮ストリップとから少なくとも構成され、また、生体電極および生体コンタクトが配線層の非伸縮部に設けられている。

本開示の生体センサー・デバイスは十分な伸縮特性を有する。

本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスを模式的に示した図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスの配線層（蛇行状に湾曲する配線層）を模式的に示した図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスの配線層（渦巻き状に湾曲する配線層）を模式的に示した図 渦巻き状に湾曲する配線層を案出するに至る前段階での思想について説明するための模式図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスを模式的に示した図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスの例示的な態様を説明するための模式図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスの別の例示的な態様を説明するための模式図 本発明の一実施形態に係る生体センサー・デバイスの使用時の態様を示す模式図 ニット構造を有する繊維編物を模式的に示した図 ネット構造を有する繊維編物を模式的に示した図 「電子部品の直近配置」の態様を説明するための模式図 「封止材設置」の態様を説明するための模式図 「繊維布設置」の態様を説明するための模式図 「生体電極パターン」の態様を説明するための模式図

まず、本発明者が本開示の生体センサー・デバイスを案出するに至った前段階の思想について説明する。本発明者は、生体センサー・デバイスとして用いられる従来のフレキシブル基板では、フレキシブル基板の延在方向に伸縮可能であるものの、当該延在方向と異なる方向には伸縮しにくく、それゆえ、市場のニーズに応える程の十分な伸縮性が呈され難いという課題を見出した。

特に、本発明者は、生体センサー・デバイスにおいて高い伸縮性の確保と配線抵抗の安定性の確保とが相反する事項であり、それらの両立が難しいといった課題も見出した。これについて以下詳述する。

従来のフレキシブル基板は、“ゆとりある形状”により伸縮性を一般に持たせている。例えば人体に装着するウェアラブル機器などにフレキシブル基板が用いられる場合、人体の曲げ又は伸びなどの動きに沿って伸張させる力が基板に作用し得る。かかる場合、“ゆとりある形状”の配線部分が応力の集中しやすい部分で破断または断線したりする虞がある。より幅広のフレキシブル基板にすることによって引張りに対する断面積を増やして基板の構造強化を図ることができるものの、フレキシブル基板を幅広にするとその分だけ配線の蛇行のための空間を取ることができず、十分な伸縮性が得られなくなる。

特に生体センサー・デバイスは、生体と接触させて使用することが望ましく、それゆえ生体の動きに追従できる高い伸縮性が求められる。

高い伸縮性を与える手法として、導電性糸を用いて伸縮性配線が形成された織地を利用する試みがある（特開２０１３−１４７７６７号公報）。織り方を工夫することによって高い伸張性を得ることができるものの、導電性糸による配線はフレキシブル基板上に金属配線を設けた場合と比較して抵抗が非常に高く、また伸縮時における配線抵抗の変化も大きい。かかる傾向は配線長さが大きくなるほど、顕著になる。そのため、生体信号を読み取るセンサー用途では、抵抗変化がノイズとなり精密な測定が困難となり得る。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、配線層、当該配線層と電気的に導通した生体電極、および、当該生体電極と電気的に導通した生体コンタクトを有して成り、配線層が、非伸縮部と、一端が該非伸縮部に接続された伸縮ストリップとから少なくとも構成され、生体電極および生体コンタクトが配線層の非伸縮部に設けられた生体センサー・デバイスを案出するに至った。

かかる生体センサー・デバイスでは、非伸縮部に接続された伸縮ストリップが伸び縮みすることで十分な伸縮性が呈される。特に、本開示の生体センサー・デバイスは、伸縮ストリップおよび非伸縮部の交互配置によって全体として伸縮自在となっており、生体の動きに追従する高い伸縮性を呈する。また、かかる生体センサー・デバイスの配線層は導電配線を備えているところ、導電性糸などと比べると配線抵抗は低く、伸縮時の配線抵抗変化も小さい。

以下では、一実施形態に係る生体センサー・デバイスについて説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。

一実施形態に係る生体センサー・デバイス１００は、図１に示すように、配線層１０、生体電極２０および生体コンタクト３０を有して成る。配線層１０は導電配線を有しており、いわゆる“フレキシブル基板”の根幹を成す。かかる配線層１０は非伸縮部１０Ａとそれに接続された伸縮ストリップ１０Ｂとから少なくとも構成されており、伸縮ストリップ１０Ｂの変位（例えば伸縮自在）に起因して配線層１０に伸縮性がもたらされ、ひいては全体として生体センサー・デバイス１００に伸縮性がもたらされる。本開示の生体センサー・デバイス１００では、非伸縮部１０Ａと伸縮ストリップ１０Ｂとは互いに一体的または連続的に接続されていることが望ましい。つまり、非伸縮部１０Ａと伸縮ストリップ１０Ｂとが継ぎ目なく一体化していることが望ましい。

図２Ａおよび図２Ｂには配線層１０のみが示される。図示するように、配線層１０においては、非伸縮部１０Ａが複数設けられており、隣接する非伸縮部１０Ａが伸縮ストリップ１０Ｂによって相互に接続されている。図示される態様から分かるように、複数の非伸縮部１０Ａは二次元マトリックス状に配列されてよく、そのように配列された非伸縮部同士を互いに連結するように伸縮ストリップ１０Ｂもまた二次元マトリックス状に配列されてよい。伸縮ストリップ１０Ｂは湾曲形態を有することが望ましい。典型的には、かかる湾曲形状の曲率が変化することで伸縮ストリップ１０Ｂの伸び縮みが発現され、配線層１０が全体として伸縮性を呈する。伸縮ストリップ１０Ｂは各非伸縮部１０Ａに対して１つに限らず、２つ以上設けられてよい。図示されるように、伸縮ストリップ１０Ｂは、その側面と非伸縮部１０Ａの側面との間、およびその側面と他の伸縮ストリップ１０Ｂの側面との間にて間隙１５を有することが望ましい。かかる間隙１５によって各伸縮ストリップ１０Ｂの曲率変化の自由度が大きくなり、生体センサー・デバイス１００が全体としてその平面方向および鉛直方向に伸縮自在となり得る。

例えば、伸縮ストリップ１０Ｂは蛇行状又は渦巻き状に湾曲している。図２Ａに示される態様では、複数の伸縮ストリップ１０Ｂは二次元平面を蛇行するように延在している。換言すれば、図２Ａでは二次元平面上にて延在する伸縮ストリップ１０Ｂはミアンダ形状を有している。互いに隣接する非伸縮部１０Ａは、それらの間で蛇行状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂを共有している。一方、図２Ｂに示される態様では、複数の伸縮ストリップ１０Ｂは二次元平面を渦を巻くように延在している。互いに隣接する非伸縮部１０Ａは、それらの間で渦巻き状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂを共有している。

ここで、図２Ａの如く蛇行状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂから構成された配線層１０と、図２Ｂの如く渦巻き状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂから構成された配線層１０とを比べると、渦巻き状の配線層の方が特に大きく伸張（または伸長）させることができる。これについて、双方とも非伸縮部１０Ａが同じピッチで配置される条件下で考えてみる。蛇行状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂ（図２Ａ）の場合、非伸縮部１０Ａの間で蛇行スペースを十分取れないため、湾曲の曲率半径を小さくすることで細かく蛇行させることになり、伸縮ストリップ１０Ｂのゆとり長さをあまり大きく取れない。一方、渦巻き状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂ（図２Ｂ）の場合、非伸縮部１０Ａを中心として大きな曲率半径で湾曲させるので、伸縮ストリップ１０Ｂのゆとり長さをより大きく取ることができる。また、渦巻き状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂの場合、伸張時に非伸縮部１０Ａを中心に望ましくは渦巻きがほどけるように変位させることも可能であって、伸縮ストリップの伸長が助力され得る。従って、渦巻き状の配線層（図２Ｂ）の方が蛇行状の配線層（図２Ａ）よりも大きく伸張させることができ、また、望ましくは前者の方が後者よりも小さい引張り力で配線層１０を伸張させることもできる。なお、かかる渦巻き状の配線層は、図３に示すように中心部の周りに例えば時計周り方向に回転させることで得られる湾曲思想に基づき案出されたものである。このような渦巻き状の配線層の伸縮態様についていえば、生体センサー・デバイス１００の伸張に伴って中心部となる非伸縮部１０Ａの外周に沿った伸縮ストリップ１０Ｂの曲率が伸縮前と比べて小さくなるように変化し得る（「曲率」は曲率半径の逆数である）。ある一つの例示的な態様でいえば、伸縮ストリップ１０Ｂはその一端から他端に向かうにつれて、中心部の非伸縮部１０Ａの外周から離れるように変形して曲率が小さくなり、伸張に供する。また、渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、中心部の非伸縮部１０Ａの周りに少なくとも半周以上延在していてよく、例えば１〜３周程以上巻回する形態となっていてよい。ちなみに、非伸縮部１０Ａの形状自体は特に限定されるものではない。つまり、非伸縮部１０Ａの形状は、図示されたような円形に特に限定されるものでなく、それ以外に四角形や六角形等の多角形の形状を採ることができる。

配線層１０は、導電配線を有しており、全体としてフレキシブルな基板特性を有している。つまり、配線層１０は、構成要素として絶縁基材１２および導電配線１６を少なくとも有して成る（図２Ａおよび図２Ｂの一部断面図）。図示されるように、導電配線１６は絶縁基材１２の主面上に設けられていることが望ましく、それゆえ、絶縁基材１２と導電配線１６とは互いに積層した形態を有することが望ましい。絶縁基材１２は、電気的な絶縁性を有するシート状基材であることが望ましく、全体として可撓性を有することがより望ましい。絶縁基材１２の材質は樹脂材であってよい。例えば、絶縁基材１２の材質としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂およびエポキシ樹脂などから成る群から選択される少なくとも１種の材質を挙げることができる。一方、導電配線１６は、導電性を有する薄膜形態の配線であってよい。かかる導電配線１６は金属材料を含んで成ることが望ましい。導電配線１６の金属材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）および亜鉛（Ｚｎ）から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。あくまでも例示にすぎないが、導電配線１６の厚さは、例えば、５μｍ〜１０００μｍ程度、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度、より好ましくは５μｍ〜２５０μｍ程度であってよい。導電配線１６は金属箔から構成された層であってよく、それゆえ、パターニング処理された金属箔であってよい。

ある好適な態様では、配線層１０に対して電子部品７０が設けられている（図４参照）。電子部品７０は配線層１０（特にその導電配線１６）と電気的に接続されるところ、これにより、実装体としてウェアラブル機器などの電子デバイス用途に生体センサー・デバイス１００が好適に供される。図４に示すように、電子部品７０は配線層１０の非伸縮部１０Ａに設けられていることが望ましい。非伸縮部１０Ａに設けられると、電子部品７０への影響をなるたけ減じた状態で生体センサー・デバイス１００の伸縮が可能となる。電子部品７０は、エレクトロニクス実装分野で用いられている電子部品であれば、特に制限はない。例えば、電子部品７０としては、Ａ／Ｄ変換素子および増幅素子の他、半導体素子、温度センサー、圧力センサーおよびアクチュエーター等を挙げることができる。ここでいう半導体素子とは、発光素子、受光素子、ダイオードおよびトランジスタなどを実質的に指している。その他の電子部品７０の具体例としては、例えば、ＩＣ（例えばコントロールＩＣ）、インダクタ、コンデンサ、パワー素子、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップバリスタ、チップサーミスタ、その他チップ状の積層フィルター、接続端子などを挙げることができる。このような電子部品７０は、１種類であることに限定されず、少なくとも２種類の電子部品が生体センサー・デバイス１００に設けられていてよい。

生体センサー・デバイス１００に設けられる生体電極２０は、種々の生体信号を検出するための電極であって、典型的には生体に直接的または間接的に貼り付けて使用される。あくまでも例示にすぎないが、生体電極２０は、心電図、脳波、筋電図、網膜電位図、胃電図または蝸牛電図などの生体情報を取得するための電極であって、それゆえ、生体からの電気信号（例えば電位変動など）を検知・検出または計測するための電極に相当する。

本開示の生体センサー・デバイス１００では、生体電極２０が配線層１０と電気的に導通している。具体的には、生体電極２０は、配線層１０の導電配線１６と電気的に接続されていることが望ましい。これにより、生体電極２０で検知・検出された生体信号が好適に情報処理され、ユーザーに供されることになる。

生体電極２０は、配線層１０の非伸縮部１０Ａに設けられている。上述したように配線層１０では複数の非伸縮部１０Ａが二次元マトリックス状に配列されてよく、それゆえ、生体電極２０もまた同様に二次元マトリックス状に配列されてよい。これにより、生体センサー・デバイス１００の使用時に生体表面を大きく覆うように生体電極２０を配置することができる。つまり、マトリックス状に配列された複数の生体電極２０によって多点計測が可能となる。

生体センサー・デバイス１００に設けられる生体コンタクト３０は、生体とのインターフェイスに相当し、典型的には使用時に生体と接触する部材である。これから分かるように「生体コンタクト」における“コンタクト”といった用語は、生体との接触を実質的に意味している。

生体コンタクト３０は、生体電極２０と電気的に導通しており、生体からの生体信号を生体電極２０へと伝える部材に相当する。望ましくは、生体コンタクト３０が導電性を有する粘着層となっている。生体コンタクト３０が粘着性を有する場合、使用時に生体コンタクト３０を生体に貼り付けることができ、それゆえ、その生体コンタクト３０を介して生体信号を生体電極２０で検知・検出できる。つまり、生体コンタクト３０が粘着性を有していると、生体センサー・デバイス１００を生体に直接貼り付けて使用することができ、より精度良く生体信号を検知・検出することができるだけでなく、生体センサー・デバイスの種々の用途への広範な展開が可能となる。このような事項に鑑みれば、本開示の生体センサー・デバイス１００は「生体に対して貼付け可能なデバイス」であるといえる。

生体電極２０と同様、生体コンタクト３０もまた配線層１０の非伸縮部１０Ａに設けられている。配線層１０では複数の非伸縮部１０Ａが二次元マトリックス状に配列されてよく、それゆえ、生体コンタクト３０も同様に二次元マトリックス状に配列されてよい。これによって、生体センサー・デバイス１００の使用時に生体表面を大きく覆うように生体電極２０および生体コンタクト３０を配置することができ、より好適な多点計測が可能となる。

図示する態様から分かるように、生体電極２０と生体コンタクト３０とは互いに積層した形態を有し、そのような積層体が配線層１０の非伸縮部１０Ａにのみ設けられていることが望ましい。あるいは、生体コンタクト３０によって生体電極２０が少なくとも部分的に包囲されるように生体電極２０と生体コンタクト３０とが互いに積層しており、そのような積層体が配線層１０の非伸縮部１０Ａにのみ設けられていることが望ましい。換言すれば、生体電極２０および生体コンタクト３０は配線層１０の非伸縮部１０Ａに設けられているものの、配線層１０の伸縮ストリップ１０Ｂには設けられていない。これによって、配線層１０の伸縮特性が特に阻害されずに生体センサー・デバイス１００として好適な伸縮特性が奏され得る。

生体センサー・デバイス１００では、図４に示すように、配線層１０を支持するための基材８０が設けられていてよい。基材８０は、配線層１０の全体に及ぶことが望ましく、特に生体電極２０および生体コンタクト３０の設置側と反対側の配線層面に設けられていることが望ましい。

図示されるように、配線層１０と基材８０とは互いに積層する形態となっていることが望ましい。換言すれば、配線層１０の主面（特に生体電極２０および生体コンタクト３０の設置側とは反対側の主面）と基材８０の主面とが互いに対向するように直接的または間接的に接していることが望ましい。これは「配線層１０が全体として延在する二次元平面」と「基材８０が全体として延在する二次元平面」とが実質的に互いに平行な位置関係を有することを意味している。

基材８０は可撓性基材であってよい。つまり、基材８０がシート状の形態を有しており、全体として撓むことができるものであってよい。そのような基材８０の可撓性は、生体センサー・デバイス１００の全体として好適な可撓性に資する。また、基材８０は、配線層１０と同様、可撓性のみならず、伸縮性も有していてよい。特に、基材８０はそれが延在する二次元平面上において伸縮可能となっていることが望ましい。これによって生体センサー・デバイス１００の伸縮自在特性が好適に助力され得る。あくまでも例示にすぎないが、基材５０は樹脂材（例えば、エラストマー材）であってよく、あるいは、基材５０が繊維布であってもよい。さらにいえば、基材５０が通気性および／または光透過性を有していてよい。

（生体センサー・デバイスの例示的な態様）
主に図５および図６を参照して生体センサー・デバイスのある例示的な構成について詳述しておく。図５および図６は、湾曲した伸縮ストリップを備えた配線層１０と、生体電極２０と、生体コンタクト３０とを有して成る生体センサー・デバイス１００をそれぞれ模式的に示している。

配線層１０では、二次元マトリックス状に配列された非伸縮部１０Ａの間がそれぞれ湾曲形状の伸縮ストリップ１０Ｂでつながっている。縦と横の伸縮ストリップ１０Ｂの交点に相当する位置に複数の非伸縮部１０Ａが配列されている（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。複数の非伸縮部１０Ａは“アイランド状”に散在しており、それぞれに生体電極２０と生体コンタクト３０との組合せが設けられている。複数の伸縮ストリップ１０Ｂは非伸縮部１０Ａを中心として蛇行状または渦巻き状に湾曲しているところ、互いに隣接する非伸縮部１０Ａの間では伸縮ストリップ１０Ｂが点対称状に湾曲している。つまり、伸縮ストリップ１０Ｂは非伸縮部１０Ａの間で湾曲方向を転じるように延在しており、配線層１０の高い伸縮特性に寄与し得る（特に図２Ａおよび図２Ｂ参照）。

図５および図６の断面図に示されるように、配線層１０は、絶縁基材１２と導電配線１６とが互いに積層した形態を有している。あくまでも例示にすぎないが、絶縁基材１２としてはポリイミドフィルムを用い、導電配線１６としてはパターン形成された銅箔を用いてよい。

配線層１０の導電配線１６と生体電極２０とは互いに電気的に接続されていることが望ましい。図示されるように、生体電極２０が部分的に配線層１０の絶縁基材１２を貫通するように延在してよく、それによって、導電配線１６と生体電極２０との相互の電気的接続がなされてよい。あるいは別法にて絶縁基材１２を貫通するビアによって導電配線１６と生体電極２０とが互いに電気的に接続されてもよい。

図示する形態から分かるように、生体電極２０と生体コンタクト３０との組合せは絶縁基材１２を挟んで導電配線１６の設置側と反対側に設けられていることが望ましい。つまり、絶縁基材１２の一方の主面１２ａに導電配線１６が設けられており、絶縁基材１２の他方の主面１２ｂに生体電極２０および生体コンタクト３０が設けられていることが望ましい（一方の主面１２ａと他方の主面１２ｂは絶縁基材１２において対向する対を成す面に相当する）。これによって、生体側となる側面には生体信号の検知・検出のための機能を持たせる一方、その反対側の側面には検知・検出された生体信号を情報処理する機能を持たせることができ、生体センサー・デバイスの設計自由度が増す。なお、絶縁基材１２の一方の主面１２ａ（特に非伸縮部１０Ａにおける主面１２ａ）には電子部品（不図示）が搭載されていてよい。

配線層１０の隣接する非伸縮部１０Ａの間では蛇行状または渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂが隙間を開けて延在している。このような隙間は、伸縮ストリップ１０Ｂの柔軟な変形を助力する。なお、好適な態様では配線層１０の非伸縮部１０Ａと伸縮ストリップ１０Ｂとは互いに継ぎ目なく一体化されている。例えば絶縁基材１２の前駆体として１枚のフィルム（例えば、ポリイミドフィルム）を用い、それをレーザー・カット加工することを通じて、全体として一体化した配線層を得ることができる。

生体電極２０は、金属などの導電性材料を含んで成るものであれば、特に制限はない。生体電極の導電性材料は、例えば銅系材料、銀系材料、金系材料などであってよい。あくまでも一例であるが、銀系材料（即ち、銀系の導電性材料）として、Ａｇ−ＡｇＣｌ（銀／塩化銀）を挙げることができる。なお、生体電極は、イオン導電性を有する電極であってよく、望ましくは常温でイオン導電性を有する電極である。一方、生体コンタクト３０は、生体との接触に好ましく、かつ、導電性を有するものであれば、特に制限はない。望ましくは生体コンタクト３０は粘着性を有する導電性材料を含んで成る。粘着性を有する導電性材料としては、例えば導電性高分子を挙げることができ、導電性ゲル、導電性接着剤、導電性テープ、導電性ゴム、またはそれらに類するものであってよい。望ましくは、人体との接触で“皮膚の発赤”または“皮膚のかぶれ”などを引き起こさない生体適合性を有する導電性高分子が生体コンタクト３０に用いられる。なお、生体電極と同様、生体コンタクト３０も、イオン導電性を有するものであってよく、望ましくは常温でイオン導電性を有するコンタクトである（あくまでも一例にすぎないが、イオン導電性のみならず、粘着性をも呈するゲル材から生体コンタクト３０が構成されていてよい）。

図５に示されるように、生体センサー・デバイス１００は配線層１０を支持するための基材８０を有して成ることが望ましい。基材８０は、例えば繊維布から構成されている。繊維布は繊維編物であってよい。図示されるように、配線層１０と繊維布の基材８０とは互いに積層していることが望ましい。生体センサー・デバイス１００が引き伸ばされると、特に配線層１０の伸縮ストリップ１０Ｂが伸びたり、撓んだりすることで伸縮特性が発現され得る。この際、基材８０（例えば繊維布）の弾性力、即ち、引張りに対する反力によって配線層１０が塑性変形に至ることを防止でき、ひいては、配線層１０の破断・断線を防止できる。

あくまでも例示にすぎないが、このような生体センサー・デバイス１００は、以下の特徴を少なくとも１つ有し得る。

● 高伸縮特性：配線層１０のうちで伸縮に寄与しない箇所（部品実装部）の裏面に生体電極２０および生体コンタクト３０を集中させている（図５および図７参照）。それゆえ、伸縮配線の高い伸縮特性が阻害されずに維持される。

● 高電気安定性および高配線収容性：配線層１０の伸縮ストリップ１０Ｂに起因して配線を伸縮性金属配線と捉えることができ、それゆえ、望ましくは高電気安定性および高配線収容性がもたされる。

● ドット状接触：生体表面（例えば人体皮膚）に直接貼り付けられる箇所が配線層１０の複数の非伸縮部１０Ａとなっており、全体として生体接触箇所が“ドット状”（点状）となる（図７参照）。これにより、皮膚などの生体表面への悪影響が小さくなるとともに、生体センサー・デバイス１００の使用時の通気性および／または装着感が向上し得る。

● 低ノイズ信号伝送性：生体電極の直上に引回配線および電子部品などを設けることができ、いわゆる“直近Ａ／Ｄ変換”および／または“直近Ｇ配置”などが可能となる（図６参照）。よって、生体電極２０で検知・検出された生体信号について「低ノイズ信号伝送」が可能となる。

● 広範な貼付け領域：“ドット状”の生体接触箇所を増やすことによって（図５および図７参照）、生体センサー・デバイス１００の生体貼付け領域を容易に“大面積化”することができる。特に、本開示の生体センサー・デバイス１００は、人体の曲げ又は伸びなどの動きに追随して伸縮自在となっているので、大面積化によっても装着感は損なわれにくい。

● 堅牢性および非破断・非断線性：基材８０（例えば、伸縮性の絶縁シート材）と一体構造とすることが可能であり、それによって、生体センサー・デバイスに堅牢性がもたらされると共に、伸縮制限効果により非破断・非断線性がもたらされる。

● 高密度実装性および高信頼性：配線層１０の複数の非伸縮部１０Ａに電子部品を実装した後で基材８０への取り付けを行うことができ、高密度実装性および高信頼性がもたらされる（さらにいえば、その際に高温材料を使用することができるので、工法上の利点がある）。

● 狭ピッチアレイ化：生体電極と非伸縮部１０Ａ（部品実装部）とのサイズを合わせると、“狭ピッチアレイ化”が可能となる。このような生体電極の“狭ピッチアレイ化”はより精度の高い検知・検出に資する。

なお、図７に示す態様から分かるように、本開示の生体センサー・デバイス１００は、生体への貼付け箇所（部品実装部）が分散配置され、それらが伸縮ストリップによって互いに接続されているので、生体曲面に沿って好適に貼り付けることが可能である。また、本開示の生体センサー・デバイス１００は、非伸縮な貼付け箇所（生体電極設置部）と伸縮可能なストリップとを分けているので、使用時に生体電極が位置ズレを起こすことなく生体の動きに追随できる。

上記においては生体センサー・デバイス１００の理解のために典型的な実施形態を説明したが、本開示の生体センサー・デバイスは種々の態様を採ることができる。

（繊維布形態の基材）
本開示の生体センサー・デバイス１００を支持するために用いる基材８０としては繊維布を用いてよい。つまり、基材８０が、繊維布から少なくとも構成されていてよく、即ち、繊維からなるシート部材であってよい。繊維布が用いられると、生体センサー・デバイス１００の通気性の点で少なくとも好適となり得る。ここでいう「繊維」は、化学繊維、天然繊維またはそれらの混合繊維であってよい。

化学繊維は、合成繊維、半合成繊維、再生繊維および／または無機繊維であってよい。
合成繊維としては、脂肪族ポリアミド系繊維（例えば、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維）、芳香族ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維（例えば、ビニロン繊維）、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエステル系繊維（例えば、ポリエステル繊維、ＰＥＴ繊維、ＰＢＴ繊維、ポリアリレート繊維）、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、フェノール系繊維およびポリフルオロエチレン系繊維などを挙げることができる。半合成繊維としては、セルロース系繊維および蛋白質系繊維などを挙げることができる。再生繊維としては、レーヨン繊維、キュプラ繊維およびリヨセル繊維などを挙げることができる。そして、無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維および金属繊維などを挙げることができる。

天然繊維は、植物繊維、動物繊維またはそれらの混合繊維であってよい。植物繊維としては、綿および麻（例えば、アマ、ラミー）などを挙げることができる。動物繊維としては、毛（例えば、羊毛、アンゴラ、カシミヤ、モヘヤ）、絹および羽毛（例えば、ダウン、フェザー）などを挙げることができる。

繊維布に用いられる繊維自体は、短繊維であっても長繊維であってもよく、さらには中空繊維であってもよい。また、繊維布に用いられる繊維は、糸形態であってよく、例えば繊維を撚り合わせた撚糸の形態であってもよい。繊維またはそれから得られる繊維糸・撚糸などはそれ自体が弾性特性を有していてよい。

繊維布の構造・構成に関していえば、繊維布が、繊維織物、繊維編物および不織布のいずれであってもよい。つまり、繊維布が、いわゆるタテ糸とヨコ糸とを交差させるように織り込んだ“織物”の形態を有していてよく、あるいは、糸が屈曲するように編み込まれた“網物”の形態を有していてもよい。さらには繊維布は、織ったり編んだりされていない“不織布”の形態（例えば、ニードルパンチ布またはスパンボンド布の形態）を有していてもよい。

ある好適な態様として、繊維布は繊維編物である。つまり、基材８０が編物構造を有していてよい。繊維編物は、引張ると変形し、除力すると実質的に元の形状に戻る弾性体とみなせるところ、引張り変形がある程度進行すると反力（即ち「弾性力」）が急増する傾向を有している。つまり、繊維編物は引っ張られるとある時点で大きな反力・弾性力を生じる構造を有している。かかる急増する弾性力、即ち、引張りに対して急増する反力によって、生体センサー・デバイスの伸張時に配線層１０が塑性変形に至ることを防止でき、ひいては、配線層１０の破断・断線を防止できる。特定の理論に拘束されるわけではないが、急増する反力・弾性力は、繊維糸を屈曲状に絡ませた構成を編物が有するところ、かかる屈曲の変形に起因して柔軟に伸びることができる一方、屈曲が解消されると伸びしろがなくなって伸び自体が制限されることに存している。

繊維編物は、ニット構造（例えば図８に示すようなニット構造）を有するものであってよい。ニット構造を有する編み物生地は、隣接する繊維糸と交互に絡めながら編まれており、１本の繊維糸に着目すると、図示されるように交互に蛇行しながら隣の繊維糸と絡んでいる。繊維糸が蛇行しているため、引張りに対して伸張するゆとりを十分に持っており、セーターやジャージまたはメリアスシャツなどの柔軟で伸縮性を必要とする生地として一般に用いられている。このようなニット構造を有する繊維編物は、低伸張領域では柔軟性および伸縮性に富む一方で、伸張が進行して、繊維糸がほぼ一杯まで伸びきった状態になると、急激に反力が大きくなりそれ以上伸張し難くなる。このような弾性力挙動は、本開示の生体センサー・デバイスに好適に利用できる。

つまり、基材８０としてニット構造を有する繊維編物を配線層１０と共に用いると、かかる繊維編物が配線保護層として好適に機能し、配線層の塑性変形および破断を防止することができる。

また、繊維編物は、ネット構造を有するものであってよく、例えば図９に示すようなネット構造を有する編物であってよい。図９に示される繊維編物では、繊維糸同士を交点で結んで格子状にして、格子点をつなぐ繊維糸はゆとりを持たせて蛇行した形態となっている。無伸張時には、繊維糸がゆとりを持って蛇行する状態であるものの、伸張していくと繊維糸が伸びきったところから急激に反力が増加して、それ以上の伸張が難しくなる。よって、上記“ニット構造”と同様の趣旨で本開示の生体センサー・デバイスに好適に利用できる。

このように基材としてニット構造またはネット構造を有する繊維編物が用いられると、かかる繊維編物の急増する反力・弾性力に起因して配線層が好適に塑性変形に至らず、配線層１０の破断・断線が防止され得る。

（生体センサー・デバイスの応用的態様）
図１０Ａ〜図１０Ｄには、生体センサー・デバイスの種々の応用的態様を示す。

図１０Ａは「電子部品の直近配置」の態様を模式的に示す図である。図１０Ａに示される生体センサー・デバイス１００では、生体電極２０の直近に電子部品７０が配置されている。具体的には、電子部品７０として少なくとも増幅素子（７０ａ）およびＡ／Ｄ変換素子（７０ｂ）が生体電極２０の直上領域に設けられている。これによって、生体電極２０を介した生体電気信号の検知・検出がより好適となり、ひいては、より精度良い生体センサー・デバイス１００がもたらされる。

図１０Ｂは「封止材設置」の態様を模式的に示す図である。図１０Ｂに示される生体センサー・デバイス１００では、配線層１０の導電配線１６を包囲するような封止層８０’が設けられている。より具体的には、配線層１０の導電配線１６を全体的に包む込むように配線層１０の絶縁基材１２上に封止層８０’に設けられている。図示する態様から分かるように、かかる封止層８０’は上述の配線層１０を支持するための基材８０にも相当する。

封止層８０’は伸縮性封止層であることが望ましく、例えばエラストマー材層である。かかる場合、封止層８０’により配線層１０の伸張が大きく阻害されることなく配線層１０の柔軟で自由な変形が可能となる。

図１０Ｃは「繊維布設置」の態様を模式的に示す図である。図１０Ｃに示される生体センサー・デバイス１００では、封止層８０’の上に繊維布８０”が設けられている。繊維布８０”としては、ニット構造またはネット構造を有する繊維編物が設けられてよい。図示する態様から分かるように、繊維布８０”は、封止層８０’と同様、上述の配線層１０を支持するための基材８０に相当する。

かかる繊維布８０”が設けられると、生体センサー・デバイス１００が伸張する際に、その繊維布８０”の弾性力、即ち、引張りに対する反力によって配線層１０が塑性変形に至ることが防止され、ひいては、配線層１０の破断・断線が防止される。なお、図示する形態では、繊維布８０”と封止層８０’とが互いに層状に重なった形態となっているものの、それに限定されず、それらが混然一体となったものであってもよい。

図１０Ｄは「生体電極パターン」の態様を模式的に示す図である。図１０Ｄに示される生体センサー・デバイス１００では、配線層１０の非伸縮部１０Ａの各々に複数の生体電極２０が設けられている。つまり、非伸縮部１０Ａに設けられる生体電極２０は、１つでなく複数となっており、それによって、好適な生体電極パターンが形成されている。

図１０Ｄに示される態様では、より精度の高い検知・検出が可能となったり、あるいは、生体信号の検知・検出以外の付加的な機能を生体センサー・デバイス１００に持たせたりできる。

以上、一実施形態に係る生体センサー・デバイスについて説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく、特許請求の範囲に規定される発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が当業者により為され得ると理解されよう。

本開示の生体センサー・デバイスは、種々の生体電気信号を感知または計測できるので、ヘルスケア分野、医療分野および介護分野などにおいて利用可能である。また、本開示の生体センサー・デバイスは、伸縮性を有するフレキシブル基板デバイスとみなすこともできるので、エレクトロニクス機器の分野またはウェアラブル機器の分野などにおいても利用可能である。

１０ 配線層
１０Ａ 非伸縮部
１０Ｂ 伸縮ストリップ
１２ 絶縁基材
１６ 導電配線
１６Ａ 非伸縮部における導電配線
２０ 生体電極
３０ 生体コンタクト
７０ 電子部品
７０ａ 増幅素子
７０ｂ Ａ／Ｄ変換素子
８０ 基材
８０’ 封止層
８０” 繊維布
１００ 生体センサー・デバイス

Claims (12)

1. 生体センサー・デバイスであって、
   配線層、
   前記配線層と電気的に導通した生体電極、および
   前記生体電極と電気的に導通した生体コンタクト
   を有して成り、
   前記配線層が、非伸縮部と、一端が該非伸縮部に接続された伸縮ストリップとから少なくとも構成されており、
   前記生体電極および前記生体コンタクトが前記配線層の前記非伸縮部に設けられている、生体センサー・デバイス。
2. 前記非伸縮部が複数設けられており、隣接する該非伸縮部が前記伸縮ストリップによって相互に接続されている、請求項１に記載の生体センサー・デバイス。
3. 前記伸縮ストリップが蛇行状または渦巻き状に湾曲している、請求項１または２に記載の生体センサー・デバイス。
4. 前記配線層は絶縁基材と導電配線とから少なくとも構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
5. 前記絶縁基材の一方の主面に前記導電配線が設けられており、該絶縁基材の他方の主面に前記生体電極および前記生体コンタクトが設けられている、請求項４に記載の生体センサー・デバイス。
6. 前記生体センサー・デバイスが伸縮性を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
7. 前記生体センサー・デバイスが、生体に対して貼付け可能なデバイスとなっている、請求項１〜６のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
8. 前記非伸縮部にのみ前記生体電極および前記生体コンタクトが位置付けられている、請求項１〜７のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
9. 前記生体電極が導電性材料を含んで成る、請求項１〜８のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
10. 前記生体コンタクトが導電性粘着層である、請求項１〜９のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
11. 前記配線層の前記非伸縮部に設けられた電子部品を更に有して成る、請求項１〜１０のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。
12. 前記配線層と積層するように設けられた繊維布を更に有して成る、請求項１〜１１のいずれかに記載の生体センサー・デバイス。

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