JP2017519100A - 皮膚電位センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスクを製造する方法に関し、当該センサーディスクは、複数の異なる材料による複数の層を有し、当該製造する方法は、銅下地層をエッチングする段階と、中間光沢銅層で銅下地層を電気めっきする段階と、中間パラジウムめっき層で中間光沢銅層をめっきする段階と、金めっき表層で中間パラジウムめっき層をめっきする段階とを備える。本発明に係るセンサーディスクを製造する方法の利点は、エッチングによって粗面が生成されることである。この増加した粗さが、センサーディスクと接触する皮膚の表面積の増加につながる。より広い接触面積は、皮膚と金属との間のより広い汗層を意味し、その結果、電気インピーダンスが低減され、従って、センサーディスクにより検出される皮膚コンダクタンス信号の信号対雑音比の改善をもたらす。さらに、表面粗さは、汗をトラッピングするのに役に立ち、インピーダンスの低減及び検出された信号の信号対雑音比の改善にもつながる。さらに、この処理によって製造されるセンサーディスクの高性能に加えて、製造されたセンサーディスクはまた、現代大衆市場の人間工学的及び美学的期待に応え、有利に家電製品に利用され得る。

Description

本発明は、センサに関する。特に、本発明は、ユーザの皮膚上の皮膚電気活動を測定するためのセンサーデバイスの一部として使用されるセンサーディスクに関し、さらに、そのようなセンサーディスクを製造するための方法に関する。

本明細書の全体にわたって、「皮膚電気活動」という用語は、ユーザの皮膚の皮膚電位の特性に変化をもたらす任意の種類の活動を包含することが理解されるべきである。

近来、多数の個人用電子製品が市場に投入されており、ユーザが彼ら自身の健康の特性をモニタすることを可能にする。そのような複数の機器は概して、ユーザから複数の生体計測信号をモニタして測定し、これらの生体測定を情報及び解析用にユーザに表示する。これらの機器は通常、ユーザと接触している場合のみに動作可能であり、結果として、機器の多くは、継続的に着用されており、又は少なくとも長時間に用いられている。こうして、そのような複数の機器には、実験室環境外でも頑丈に実行されることが必要とされており、これらの機器はまた、費用対効果が高く、操作が比較的に簡単でなければならない。

ユーザから複数の生体測定を得る手段として、複数の異なる技術が使用されている。ユーザの皮膚電気活動、筋電図、及び心電図の測定が全て、対応する生体計測信号を変換するために、ユーザの皮膚と接触する複数の電極を用いる。

複数の電極によって得られる複数の生体計測信号が複数の機器に入力するソースとなり、その複数の機器は次に、ユーザにその情報及び結果を送るようにその複数のソース入力信号を増幅し処理するので、上記の複数の技術の全てにおいて、これらの電極の性能及び信頼性が非常に重要である。複数の電極が最初の生体計測信号検出において不十分である場合、次に、増幅及び／又は処理回路が如何に強力であっても、機器は、正確さに欠ける結果をユーザに送るであろう。

実験室環境又は臨床設定において、銀‐塩化銀（Ａｇ‐ＡｇＣＩ）電極が、用いられるのに好ましい種類の電極である。ユーザの皮膚と銀‐塩化銀電極の、皮膚を係止する表面との間の電気経路のインピーダンスを低減させるために、これらの銀‐塩化銀電極は、銀‐塩化銀電極の、皮膚を係止する表面に塗布される導電性ゲルと共に用いられる。これらの種類の電極は、口語的に「湿式電極」として知られている。これらの湿式電極は、ゲルを塗布する必要があり、ユーザには不便なので、以上にて言及されている種類の個人用電子機器での使用に適切ではない。さらに、ユーザにとって、毎日の実生活の設定においてこれらを携帯し、個人用機器の電極に導電性ゲルを定期的に塗布することは合理的な期待に沿うものではないであろう。要約すると、着用可能な生体計測センサーデバイスとして市場に投入されている種類の個人用電子機器に、又は、たとえ、着用可能な機器ではないが、比較的頻繁に長時間に用いられると想定される複数のセンサーデバイスにさえも、湿式電極の使用は実現可能ではない。

要するに、毎日の非専門家的使用において、導電性ゲルの塗布を必要としない電極が所望されている。そのような、いわゆる「乾式電極」は従来技術から知られており、上記にて言及されている個人用電子機器により利用されることが想定される。

さらに、これらの個人用電子機器が消費者向け製品として市場化されるので、乾式電極の外観の美しさが消費者に訴えることもまた重要である。

本発明の乾式電極は、皮膚電気活動の変換のために最適化されるよう設計されており、具体的には、皮膚電気活動のサインとしてユーザの皮膚コンダクタンスをモニタし測定するためのものである。皮膚電気活動の測定用に用いられるものとして知られているいくつかの技術が存在する一方、定直流（ＤＣ）電圧の皮膚への印加を介する皮膚コンダクタンスの測定が、最も広く用いられると考えられる。皮膚コンダクタンスは、年齢、性別、人種、及び遺伝によって、また複数の環境条件に応じて、広く変動する。皮膚コンダクタンスのレベルは、これらの要因に依存して、１μＳから４０μＳまで変動し得る。

皮膚電気活動がユーザの体にある複数のエクリン汗腺の活動によって起こるものである。これらのエクリン汗腺によって生成された汗は実質的に、塩化ナトリウムの溶液であり、従って、電流の伝導を促進する。複数のエクリン汗腺の活性又は不活性がそれぞれ、より多くのこの汗又はより少ないこの汗を生成するであろう。複数のエクリン汗腺の活動は、皮膚の電気伝導度を測定することによって数値化されることができる。ユーザの皮膚コンダクタンスを測定することは、皮膚コンダクタンス生体計測信号を撮影して測定するべく、乾式電極を用いて実現される。次に複数の関連の周知処理段階を用いて、皮膚電気活動を表すこれらの測定された生体計測信号がユーザに示される。

エクリン汗腺の活動が自律神経系の交感神経成分により制御されるので、エクリン汗腺の活動は、自律神経系の活動の指標となる。交感神経系は、個人の全体の神経系の一部であり、自律神経系の交感神経成分は、個人の、いわゆる「ファイト・オア・フライト（ｆｉｇｈｔ ｏｒ ｆｌｉｇｈｔ）」反応を動かす神経系の一部である。結果として、エクリン汗腺活動が、心理的及び／又は生理的覚醒状態の個人の状態の指標となる。このように、複数の乾式電極を用いれば、ユーザの心理的及び／又は生理的覚醒状態を測定し数値化することが可能である。

人間の体における汗腺で密度が最も高いのは手のひらの部分、すなわち、手の腹側、及び、足の裏の部分、すなわち、足の底、にあることが分かっている。指先が汗腺の比較的高い集中度を有し、特に毎日の状態において、皮膚コンダクタンス測定の便利な場所を代表する。従って、複数の乾式電極を、ユーザの複数の指先の周囲に締め付け、又は、ユーザにより彼らの親指と彼らの複数の指のうちの１本との間の決まった場所に保持することが一般的である。

皮膚コンダクタンスを測定するための人間の体における最も実用的で信頼できる領域として複数の指先を選択した上で、ユーザの皮膚の他の領域と比較して非常にうね状であり得る複数の指先の皮膚とインターアクションする適切な電極構成を選択することが重要である。上述のように、ユーザの指先の皮膚と乾式電極の、皮膚を係止する表面との間のインターアクションは、正確かつ真の皮膚コンダクタンス測定を得るのに重要なことである。

以下にてより詳細に説明されるように、従来技術では乾式電極において用いられる多数の異なる材料を考慮してきたが、これらの電極設計及び製造処理においてはいくつかの知られている問題が存在している。複数の課題としては、選択された材料の皮膚コンダクタンス測定を実現する能力と、材料のコストと、材料の外観とを損なう腐食及び他の複数の影響に起因して時間の経過による皮膚コンダクタンス測定感度の低減が含まれる。

乾式電極用のセンサの製造方法と、乾式電極の設計及びその製造における上述の課題のうち少なくとも１つを克服する乾式電極装置とを提供することが、本発明の目標である。

本発明は、皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスクを製造する方法に関し、当該センサーディスクは、複数の異なる材料による複数の層を含み、当該製造方法は、銅下地層をエッチングする段階と、中間光沢銅（ｂｒｉｇｈｔ ｃｏｐｐｅｒ）層でその銅下地層を電気めっきする段階と、中間パラジウムめっき層でその中間光沢銅層をめっきする段階と、金めっき表層でその中間パラジウムめっき層をめっきする段階とを含む。

本発明に係るセンサーディスクを製造する方法の利点は、エッチングすることによって粗面が生成されることである。この増加された粗さが、前記センサーディスクと接触する皮膚の表面積の増加につながる。より広い接触面積は、皮膚と金属との間のより広い汗層を意味し、電気インピーダンスの低減をもたらし、従って、センサーディスクにより検出される皮膚コンダクタンス信号の信号対雑音比の改善をもたらす。

さらに、その表面粗さは、汗のトラッピングに役に立ち、インピーダンスの低減及び複数の検出された信号の信号対雑音比の改善にもつながる。

さらに、この処理によって製造されたセンサーディスクの高性能に加えて、製造されたセンサーディスクはまた、現代大衆市場の人間工学的及び美学的期待に応え、有利に家電製品に利用され得る。

さらなる実施形態では、方法は、金めっき表層で中間パラジウムめっき層をめっきする段階の前に、クエン酸浴中にセンサーディスクを浸漬する段階をさらに備える。

さらなる実施形態では、方法は、中間光沢銅層で銅下地層を電気めっきする段階の前に、硫酸浴中に銅下地層を浸漬する段階をさらに備える。

さらなる実施形態では、方法は、銅下地層をエッチングする段階の前に、銅下地層を脱脂する段階をさらに備える。

さらなる実施形態では、銅下地層を脱脂する段階は、アルカリ性溶液中で銅下地層を浸漬洗浄する段階を含む。

さらなる実施形態では、銅下地層を脱脂する段階は、水酸化ナトリウム、シリコン、及び１つ又は複数の錯化剤を含む溶液中で銅下地層の電解洗浄を実行する段階を含む。

さらなる実施形態では、銅下地層を脱脂する段階は、最初にアルカリ性溶液中で銅下地層を浸漬洗浄し、その後、水酸化ナトリウム、シリコン、及び１つ又は複数の錯化剤を含む溶液中で浸漬洗浄された銅下地層の電解洗浄を実行する段階を含む。

さらなる実施形態では、硫酸浸漬においてエッチングされた銅下地層を浸漬する段階は、中間光沢銅層で銅下地層を電気めっきする段階の前に行われる。

さらなる実施形態では、銅下地層は、２マイクロメートルから４０マイクロメートル（２μｍ〜４０μｍ）の範囲の厚みを有する中間光沢銅層で電気めっきされる。さらなる実施形態では、銅下地層は、およそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の厚みを有する中間光沢銅層で電気めっきされる。

さらなる実施形態では、中間光沢銅層は、１０ナノメートルから５００ナノメートルの範囲（１０ｎｍ〜５００ｎｍ）の厚みを有する中間パラジウムめっき層でめっきされる。さらなる実施形態では、中間光沢銅層は、およそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）の厚みを有する中間パラジウムめっき層でめっきされる。

さらなる実施形態では、中間パラジウムめっき層は、１００ナノメートルから１０マイクロメートルの範囲（１００ｎｍ〜１０μｍ）の厚みを有する金めっき表層でめっきされる。さらなる実施形態では、中間パラジウムめっき層は、およそ１マイクロメートル（１μｍ）の厚みを有する金めっき表層でめっきされる。

さらなる実施形態では、アルカリ性溶液中での銅下地層の浸漬洗浄を含む、銅下地層を脱脂する段階は、およそ６０℃の温度を有する浴中で、およそ５分間実行される。

さらなる実施形態では、中間光沢銅層で銅下地層を電気めっきする段階の前の硫酸浸漬にエッチングされた銅下地層を浸漬する段階は、およそ１２０秒間実行され、かつ、撹拌することなく実行される。

さらなる実施形態では、銅下地層をエッチングする段階は、３０秒から４分の間で実行され、かつ、エッチング液１リットル毎に３グラム未満の銅を含むエッチング液中に実行される。

さらなる実施形態では、銅下地層をエッチングする段階は、およそ６０秒間実行され、かつ、エッチング液１リットル毎に３グラム未満の銅を含むエッチング液中に実行される。

本発明はさらに、皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスクに関し、当該センサーディスクは、銅下地層と、中間光沢銅層と、中間パラジウムめっき層と、金めっき表層とを備える。

複数の層のこの組み合わせによれば、性能の基準、外観、及びコストの間の最良のトレードオフを果たすことが分かった。

さらなる実施形態では、中間光沢銅層は、２マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲（２μｍ〜４０μｍ）の厚みを有する。さらなる実施形態において、中間光沢銅層は、およそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の厚みを有する。

さらなる実施形態では、中間パラジウムめっき層は、１０ナノメートルから５００ナノメートルの範囲（１０ｎｍ〜５００ｎｍ）の厚みを有する。さらなる実施形態では、中間パラジウムめっき層は、およそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）の厚みを有する。

さらなる実施形態では、金めっき表層は、１００ナノメートルから１０マイクロメートルの範囲（１００ｎｍ〜１０μｍ）の厚みを有する。さらなる実施形態では、金めっき表層は、およそ１マイクロメートル（１μｍ）の厚みを有する。

本発明はさらに、皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスクに関し、当該センサーディスクは、上記にて概説された処理に従って製造される。

本発明は、皮膚電気活動測定電極として使用されるセンサーディスクを対象とし、当該センサーディスクは、銅下地層と、中間光沢銅層と、中間パラジウム層と、金めっき表層とを備える。

複数の層のこの組み合わせによれば、性能の基準、外観、及びコストの間の最良のトレードオフを果たすことが分かった。

本発明の処理は、複数の指先上の皮膚電気活動の変換、特に皮膚コンダクタンスのために最適化された乾式電極として使用されるセンサーディスクを製造する処理に関する。高性能に加えて、こうして製造されたセンサーディスクは、現代大衆市場の人間工学的及び美学的期待に応え、家電製品に利用され得る。

本発明は、複数の添付の図面を参照して、単に例として挙げられているこれらのいくつかの実施形態の以下の説明から、より明確に理解されるであろう。
本発明に係るセンサーディスクの斜視図である。 図１ａのセンサーディスクの側面視略図である。 図１ａのセンサーディスクの図式の断面図である。 エックス線蛍光造影により観察された、本発明に従って製造されたセンサーディスクの一部分の表面トポロジの斜視図である。 エックス線蛍光造影により観察された、図３ａのセンサーディスクの部分の表面トポロジの平面図である。 断面線Ａ‐Ａ'に沿った、図３ａのセンサーディスクの表面トポロジの部分の高さの分散のグラフィック表示である。

図１ａ及び図１ｂを参照すると、概して参照番号１００により示されているセンサーディスクが提供される。センサーディスク１００は、上面１０２と、底面１０４と、側壁１０６とを備える。センサーディスク１００の上面１０２及び底面１０４は、実質的に円形である。接続端子１１０が、ショルダージョイント１０８を介して、センサーディスク１００から突き出す。貫通孔１１２が、接続端子１００上に配置され、センサーディスク１００の上面１０２により行われる信号読み取りが、接続端子１１０へ通過して、貫通孔１１２を介することによってセンサーディスク１００と有利に接続され得る線材又はバス（図示せず）上にさらに到達する。接続端子１１０は好ましくは、実質的に直交する角度で、センサーディスク１００の上面１０２から離れて下方にかかり得る。線材は好ましくは、さらなる電気信号調整及び増幅回路（図示せず）と接続されるために、接続端子１１０の貫通孔１１２と隣接して、センサーディスク１００に半田付けされ得る。

センサーディスク１００は、生体計測電子消費者機器（図示せず）における乾式電極として用いられることが想定される。

従来から、簡潔に上述されたように、複数の乾式電極用の複数のセンサーディスクとして使用のための多数の材料が探求されてきた。通常、これらの材料として、複数の金属が、それらの高電気伝導率及び利用可能性という理由により、使われている。以下の表では、センサーディスク１００として使用されると一般に考えられるいくつかの材料の、ρにより示される抵抗率と、σにより示される導電率とを列挙している。

上記の表から、銀、銅、及びアルミニウムが、センサーディスク１００を製造する材料として魅力的な複数の候補であることが分かる。金も魅力的な候補ではあるが、金を用いるコストのことに留意しなければならない。プラチナは、電気的特性及びコストの観点において金と同様であるが、複数のさらなる欠点を有する。ステンレス鋼は、使用するのにそれほど魅力的ではないことが分かる。様々な材料のうち最も魅力的な複数の候補をより詳細に調べる。

銀は、全ての金属において最も導電性を有するものである。銀の外観が、特にその金属が研磨されている場合、魅力的である。しかしながら、銀は、都市環境において大量にある大気硫黄又は硫化水素などの汚染物質の存在で変色する傾向がある。美学的に、変色は、最初に銀の表面に黄色のステインをもたらし、それは次に、紫色に進むことがあり得、やがて黒色に変色し、それらの色のどれもユーザの観点からは魅力的ではない。さらに、美学的に満足効果を生むように考えられ得る、銀に適用されるいかなる研磨も、ユーザの皮膚と接触する金属の表面積を低減する不利な効果を有するであろう。表面積におけるこの低減は、ユーザの皮膚コンダクタンスの測定を介して皮膚電気活動を測定する場合、感度の低減をもたらすであろう。

銅は、比較的安価で、延性があり、かつ、高い導電性を有する。しかしながら、銅のその茶色の仕上げは、銅を、家電機器において用いられるのに特に魅力的ではない。複数の大気条件において、銅はすぐに腐食し、青色及び／又は緑色さびを生成する。この酸化銅は実質的に表面導電率を低減させる。

アルミニウムは、良好な導電体である。アルミニウムはさらなる酸化を防ぐ薄い酸化物層を自然に形成するが、この層は、高い電気抵抗を有する。未研磨のアルミニウムは、幾分鈍い、魅力に欠ける仕上げとなっている。アルミニウムは、鏡面仕上げになるまで研磨できるが、前述のように、その研磨は、ユーザの皮膚と接触するアルミニウムの表面積を低減させるであろう。このことは、研磨されたアルミニウム電極表面を用いてユーザの皮膚電気活動を測定する場合、感度の低減をもたらす。

金は、導電性が高く、また、たとえよく研磨されていない場合であっても、魅力的な外観を有する。しかしながら、金は最も高価な貴金属の１つであり、プラチナよりわずかだけ低コストで銀よりも著しく高価である。金は用いるのに比較的高価である一方、金は、非常に可鍛性の高いものであり、薄い金の層を用いれば、用いられる金の量が最小限に保持されることができるので、製造の観点からは利点である。金は非常に非反応性であり、酸化物層を形成せず、通常の気温では腐食もしないであろう。従って、金は、日常使用においてその表面導電率を保持するであろう。

プラチナは、最も反応性の低い金属であり、非常に高い耐食性があり、空気中でいかなる温度でも酸化しないであろう。しかしながら、その電気伝導率が、金及び銀などの他の貴金属より顕著に低い。プラチナはまた極めて希少であり、故に非常に高価である。未研磨の状態では、プラチナは、消費者向け製品にとっては魅力的ではない灰白色を有する。プラチナを研磨することが、上述と同じく感度における欠点をもたらすであろう。

乾式電極として利用されるセンサーディスク用の材料に関する様々なオプションを評価することによって、材料のいずれの選択も妥協をもたらすことが明確になる。消費者によって日常使用となる電極に関して最も重要である外観の美しさの目的のために、たとえよく研磨されていない場合であってもその魅力的な外観を持つ金が、センサーディスク１００の、皮膚を係止する表面に用いられる材料として選択される。金からセンサーディスク１００全体を製造するコストが法外に高いので、本発明は層状設計手法を採用する。

従って、乾式電極として作動するセンサーディスク１００が、複数の異なる材料による複数の層を有するよう設計される。

図２を参照すると、センサーディスク１００は、銅下地層２００と、中間光沢銅層２０２と、中間パラジウムめっき層２０４と、金めっき表層２０６とを備える。金めっき表層２０６は、センサーディスク１００の上面１０２である、センサーディスク１００の、皮膚を係止する表面を形成する。銅下地層２００の最も低い表面が、センサーディスク１００の底面１０４を形成する。銅下地層２００と、中間光沢銅層２０２と、中間パラジウムめっき層２０４と、金めっき表層２０６とのこの組み合わせは、皮膚電気活動測定感度と、外観の美しさのアピールと、許容可能な製造コストとの最良の組み合わせを果たすと考えられる。

複数の材料の様々な層２００、２０２、２０４及び２０６の厚みも図２に示されている。

銅下地層２００の厚みが参照番号２０８により示される。中間光沢銅層２０２の厚みが参照番号２１０により示される。中間パラジウムめっき層２０４の厚みが参照番号２１２により示される。最後に、金めっき表層２０６の厚みが参照番号２１４により示される。

好ましくは、銅下地層の厚み２０８は、０．２ミリメートル（０．２ｍｍ）から５ミリメートル（５ｍｍ）の範囲にあり、有利には０．５ミリメートル（０．５ｍｍ）である。好ましくは、中間光沢銅層の厚み２１０は、２マイクロメートル（２μｍ）から４０マイクロメートル（４０μｍ）の範囲にあり、有利には１０マイクロメートル（１０μｍ）である。好ましくは、中間パラジウムめっき層の厚み２１２は、１０ナノメートル（１０ｎｍ）から５００ナノメートル（５００ｎｍ）の範囲にあり、有利には１００ナノメートル（１００ｎｍ）である。好ましくは、金めっき表層の厚み２１４は、１００ナノメートル（１００ｎｍ）から１０マイクロメートル（１０μｍ）の範囲にあり、有利には１マイクロメートル（１μｍ）である。

銅下地層２００は、制御された方法で、粗面トポロジをもたらす、予め定められた期間においてエッチングされる。銅下地層２００は次に、光沢銅の層である中間光沢銅層２０２でめっきされる。この中間光沢銅層２０２は、エッチング処理の粗さの一部を埋め、従って、中間光沢銅層２０２は、それを完全になくすのでなく、わずかに表面トポロジの粗さの程度を低減する。このことは、センサーディスク１００の一定の表面粗さを達成するための重要な要因である。

追加的に、中間光沢銅層２０２の光沢銅は、より美学的に満足効果のためにセンサーディスク１００の外観に光沢を与えるのに役に立つ。

中間パラジウムめっき層２０４は次に、加えられる。中間パラジウムめっき層２０４は、そうでなければセンサーディスク１００の上面１０２を変色させる、金めっき表層２０６への中間光沢銅層２０２の拡散も防ぐ一方、センサーディスク１００の外観全体に光沢を与える。パラジウムが導電性を有し、優れた耐食性もみせている。さらに、金めっき表層２０６の耐久性が、金の硬度値より高い硬度値を有する下層を用いることによって強化される。中間パラジウムめっき層２０４は、金めっき表層２０６の硬度値より高い硬度値を有する。従って、中間パラジウムめっき層２０４は、センサーディスク１００に対して増加された機械的支持を提供する。

最後に、本質的に酸性ハード金（ａｃｉｄ ｈａｒｄ ｇｏｌｄ）の層である金めっき表層２０６は、センサーディスク１００に加えられ、センサーディスク１００の製造を完了させる。酸性ハード金とは、少量のコバルトが加えられた金を指すことに留意されるべきである。酸性ハード金が金めっき表層２０６として用いられる場合、金めっき表層２０６の耐久性が強化される。

金めっき表層２０６が、センサーディスク１００を構成する複数の材料のコストの大半を表すので、好ましくは、センサーディスク１００の上面１０２及び接続端子１１０のみが金めっき表層２０６でめっきされる。この手法を採用した結果として、センサーディスク１００の性能の実質的な低下が発生しない。片側めっきは、いくつかの方法によって達成されることができ、この目的のためのブラシめっきシステムについて、本明細書の以下にてさらに説明される。

金めっき表層２０６の厚みと中間光沢銅層２０２の厚みが、センサーディスク１００の製造の観点においては重要である。金めっき表層２０６及び／又は中間光沢銅層２０２の何れかが過剰に厚い場合、次に、銅下地層２００をエッチングすることによって導入された、センサーディスク１００の上面１０２の表面粗さが、滑らかになり過ぎて、故に、ユーザの皮膚の電気伝導度を測定するセンサーディスク１００の能力を低減させることによってセンサーディスク１００の感度を低減させる。以上に言及された複数の好ましい厚みは、本発明のセンサーディスクにとって最適であることが分かっている。

ここで図３ａから図３ｃを包括的に参照すると、センサーディスクの上面１０２の表面トポロジ３００が、乾式電極において用いられる場合のセンサーディスクの全体感度の重要な部分を形成する。上記にて説明されているように、複数の研磨された表面は、特定の意図された粗さ又は凹凸を有する複数の表面と比較して低減された感度をもたらす。複数の研磨された表面が、明るくて反射する、美学的に満足させる仕上げをもたらすが、他方で、複数の粗い又は凹凸のある表面は、複数のランダムな方向に入射光を分散し、鈍くてマットな外観を生む。皮膚コンダクタンスの測定の感度について、センサーディスクの上面１０２上の粗面トポロジ３００対センサーディスクの上面１０２の表面仕上げの美しい外観の間に明確にトレードオフが存在する。

図３ａ及び図３ｂは、本発明に係るセンサーディスクの上面１０２の３００マイクロメートルｘ３００マイクロメートル（３００μｍ ｘ ３００μｍ）の部分の表面高さにおける変化を示す。センサーディスクの上面１０２の３００マイクロメートルｘ３００マイクロメートル（３００μｍ ｘ ３００μｍ）の部分が調べられ、エックス線蛍光造影によって撮影された。このエックス線蛍光造影は、エッチング処理によりセンサーディスクの上面１０２へ誘発された粗さ及び凹凸に関する表面高さにおける変化を示す。およそ０．７マイクロメートル（０．７μｍ）の表面高さにおける変化が図３ａ及び図３ｂに示されている。しかしながら、実際には、０．６マイクロメートルから１．２マイクロメートル（０．６μｍ〜１．２μｍ）の間の表面高さの変化が観察されている。図３ａ及び図３ｂに示されている複数の山部及び複数の谷部３０２、３０４、３０６、３０８が、センサーディスクの上面１０２の部分にわたって意図して形成されている粗さ及び凹凸の例示である。

図３ｂ及び図３ｃを参照すると、本発明のセンサーディスクの上面１０２の部分３００の、断面部分Ａ−Ａ'に沿った高さプロファイル３１５（参照番号３１０としても示されている）が示されている。

図３ｃは特に、センサーディスクの部分３００の断面３１０に沿った表面高さの分散のグラフィック表示を示している。センサーディスクの表面トポロジにおけるこの分散は、本発明の要点となる。表面トポロジにおける複数の山部及び複数の谷部３１８、３２０、３２２、３２４、３２６が図３ｃから見て分かる。例えば、図３ａ及び図３ｂの谷部３０４が図３ｃの谷部３２０として見られる。公称の表面レベル３１６も図３ｃに示されており、複数の山部及び谷部は、この公称の表面レベル３１６に相対して判断されることができる。図３ｃの横軸３１４は、図３ｂに示されている３００マイクロメートル（３００μｍ）長さの断面線３１０に沿って、０から３００の点を示す。図３ｃの縦軸軸３１２は、公称の表面レベル３１６に相対して、センサーディスクの上面１０２の部分３００の断面３１０の表面トポロジの高さを示す。最も高い山部３１８が、表面レベル３１６よりおよそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）上にあり、最も低い谷部３２０が、表面レベル３１６よりおよそ２１５ナノメートル（２１５ｎｍ）下にある。このことは、センサーディスクの上面１０２の部分３００の断面３１０に沿ったおよそ３００ナノメートル（３００ｎｍ）の変化をもたらす。

エッチング及び後続の複数の処理製造段階によって形成された意図された粗さ及び凹凸は、センサーディスクの上面の表面と接触して把持される皮膚の表面積の量の増加をもたらす。このことは、ユーザの皮膚が接触することとなり得る電極上の表面積を増加させる複数の山部及び複数の谷部に起因する。より広い接触面積が皮膚と金属との間のより広い汗層を意味し、電気インピーダンスの低減をもたらし、従って、増加された信号対雑音比の可能性をもたらす。

さらに、表面粗さは、センサーディスクの上面の粗い凹凸のある表面における微視的な複数の山部及び複数の谷部の間の汗のトラッピングに役に立ち、このトラッピングされた汗はまた、インピーダンスの低減をもたらし、結果として、センサーディスクにより検出される複数の信号の信号対雑音比における増加をもたらす。この増加された感度は、ソースで撮影された信号の品質を改善し、かつ、後続の増幅及び複数の処理段階が正しく有効であるという条件で、ユーザの心理的及び／又は生理的覚醒状態の正確な判断をもたらすであろう正確な皮膚コンダクタンス測定結果が続くべきである。図１ａ及び図１ｂのセンサーディスク１００を製造する手順がここで以下にて詳述される。

センサーディスクを用意し製造する、上の処理は、従うことが好ましい１６個の処理段階を含むが、当業者であれば、上にて詳述されている複数の処理段階の代わりに、同じ結果をもたらす複数の既知の代替的な段階が用いられ得ることは、容易に理解されるであろう。

第１の段階では、アルカリ性溶液を用いてセンサーディスク１００の銅下地層２００を浸漬洗浄する。銅下地層２００は、６０度のアルカリ性溶液の浴中に、およそ５分間浸漬される。この段階は、銅下地層２００を脱脂するのに用いられる。例えば、水酸化ナトリウム及びリン酸を含む３０ｇ／Ｌの溶液を用いるアルカリ性溶液が理想的に用いられるべきである。そのような溶液は、ＳＬＯＴＯＣＬＥＡＮ ＡＫ １６０という製品名で、ドクタ‐イング（Ｄｒ． ‐Ｉｎｇ．）マックス・シュロート有限合資会社（Ｍａｘ Ｓｃｈｌｏｔｔｅｒ ＧｍｂＨ ＆Ｃｏ． ＫＧ）により販売されている。もちろん、銅下地層２００を脱脂するのに代替的なアルカリ性溶液が用いられ得ることは理解されるであろう。さらなる実施形態では、超音波及び／又は空気撹拌が、センサーディスク１００の銅下地層２００を浸漬洗浄する段階を実現するべく、アルカリ性溶液と共に用いられ得る。

第２の段階は、センサーディスク１００の銅下地層２００に対して実行される洗浄段階である。

第３の段階では、銅下地層２００を電解清浄する。この段階では、銅下地層２００を電解脱脂させる。最適には、水酸化ナトリウム、シリコン、及びグルコン酸などの１つ又は複数の錯化剤を含む、６ｇ／Ｌの溶液が用いられる。そのような溶液は、ＳＬＯＴＯＣＬＥＡＮ ＥＬ ＤＣＧという製品名で、ドクタ‐イング（Ｄｒ． ‐Ｉｎｇ．）マックス・シュロート有限合資会社（Ｍａｘ Ｓｃｈｌｏｔｔｅｒ ＧｍｂＨ ＆Ｃｏ． ＫＧ）により販売されている。銅下地層２００におよそ２分間印加されるおよそ８Ａ／ｄｍ^２の電流密度が、最良の結果をもたらすことが分かっており、その銅下地層２００は、この電解清浄段階中に陰極処理を受ける。第４の段階では、銅下地層２００を洗浄する。

第５の段階では、いかなる撹拌することなく、硫酸中に銅下地層２００を２分間浸漬する。その硫酸は、５ｖ／ｖ％の濃度で作られている。第６の段階では、センサーディスク１００の銅下地層２００を再び洗浄する。

第７の段階では、センサーディスク１００の銅下地層２００をエッチングする。本明細書にて前に言及されたように、銅下地層２００をエッチングする段階は、本発明のセンサーディスクの製造において非常に重要な段階である。銅下地層２００上の、所望のレベルの表面粗さ及び凹凸を生成するために、銅下地層２００は制御された方法でエッチングされる。エッチング液の銅含有量が長時間の再利用により増加するので、銅下地層２００がエッチング液中に浸漬される持続時間が重要である。好ましくは、３ｇ／Ｌを超えない銅濃度で６０秒間の浸漬が実行される。このことは、十分に一貫して実行されたエッチングされた銅下地層２００を生成することが分かった。しかしながら、所望の程度の凹凸及び粗さを生成するなどのために、用いられた浸漬時間が表面に対するエッチングの十分な量をもたらすという条件で、複数の異なる浸漬時間は用いられ得ることが理解されるであろう。従って、浸漬は、３ｇ／Ｌを超えない銅濃度で３０秒から２４０秒の範囲内の任意の期間において実行されることが想定される。銅濃度がこの値を超えた場合、感度が顕著に低下することが分かった。銅下地層２００のエッチングは、エッチングが未処理の銅下地層の表面粗さにおける複数の変化に対して補うので、適用されるべく後続のめっき処理のための一定の基準を提供する。そのエッチング液は、非過硫酸塩の塩ベースのマイクロエッチングを含む７５ｇ／Ｌの第１溶液で作られ、そのような第１溶液は、ＳＬＯＴＥＴＣＨ ５８４という製品名で、ドクタ‐イング（Ｄｒ． ‐Ｉｎｇ．）マックス・シュロート有限合資会社（Ｍａｘ Ｓｃｈｌｏｔｔｅｒ ＧｍｂＨ ＆Ｃｏ． ＫＧ）により販売されている。さらに、エッチング液は、１０ｖ／ｖ％の硫酸及び１ｇ／Ｌの硫酸銅により追加的に作られる。

第８の段階では、センサーディスク１００のエッチングされた銅下地層２００は、５ｖ／ｖ％の硫酸で作られた組成を有する硫酸浸漬中に浸漬される。そのエッチングされた銅下地層２００は、およそ１０秒間浸漬される。第９の段階は、さらなる洗浄段階である。

処理における第１０の段階は、中間光沢銅層２０２で銅下地層２００を電気銅めっきする段階である。中間光沢銅層２０２は、好ましくはおよそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の厚みで、銅下地層２００に対してめっきされる。銅下地層２００をめっきするための光沢銅溶液が好ましく用いられる。そのような光沢銅は、ＢＲＩＧＨＴ ＣＯＰＰＥＲ ＴＢ１０という製品名で、ドクタ‐イング（Ｄｒ． ‐Ｉｎｇ．）マックス・シュロート有限合資会社（Ｍａｘ Ｓｃｈｌｏｔｔｅｒ ＧｍｂＨ ＆Ｃｏ． ＫＧ）により販売されている。

光沢銅は、およそ３Ａ／ｄｍ^２の電流密度を用いて、室温で２０分の期間において、銅下地層２００に対して電気めっきされる。

この処理における次の第１１の段階では、中間光沢銅層２０２で電気めっきされている銅下地層２００を再び洗浄する。

第１２の段階では、中間パラジウムめっき層２０４で中間光沢銅層２０２をめっきする。中間パラジウムめっき層２０４は好ましくは、ＰＡＬＡＤＩＵＭ ２０００Ｂを用いて形成され得る。中間パラジウムめっき層２０４は、およそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）の厚みでめっきされる。およそ０．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度が好ましく用いられる。

第１３の段階では、ここで中間光沢銅層２０２と中間パラジウムめっき層２０４とで電気めっきされている銅下地層２００を再び洗浄する。

第１４の段階は、ｐＨの調整段階である。ここで中間光沢銅層２０２と中間パラジウムめっき層２０４とで電気めっきされている銅下地層２００は、好ましくは１ｖ／ｖ％の容量‐容量濃度のクエン酸中に短く浸漬される。このことにより、金めっき表層２０６を収容するべく、ここで中間光沢銅層２０２と中間パラジウムめっき層２０４とで電気めっきされている銅下地層２００が用意されるであろう。

第１５の段階では、センサーディスク１００の、皮膚を係止する表面になるであろうその金めっき表層２０６でセンサーディスク１００をめっきする。金めっき表層２０６は、０．８マイクロメートルから１マイクロメートルの範囲（０．８μｍ〜１μｍ）の厚みで作られる。金めっき表層２０６を形成するのに用いられる酸性ハード金は、ＭＥＴＧＯＬＤ ２０１０Ｃ（ＶＢＳ）という製品名で、メタラーテクノロジ（ＵＫ）有限会社（Ｍｅｔａｌｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＵＫ）Ｌｉｍｉｔｅｄ）により販売されているようなコバルトが濃縮された金であろう。０．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度が、めっき処理中に特に効果的であり、複数のプラチナめっきチタン陽極が有利に用いられることが分かっている。およそ４ｇ／Ｌの金含有量が最良の結果をもたらすことが分かっている。

前に記載されたように、金の価格がセンサーディスク１００の材料コストを左右し、従って、顕著なコスト削減が、センサーディスク１００の、皮膚を係止する表面である、センサーディスク１００の上面１０２のみをめっきすることによって達成できる。さらなる実施形態では、センサーディスク１００の、皮膚を係止する表面である、センサーディスク１００の上面１０２は、金めっき表層２０６でまためっきされる接続端子１１０に加えてめっきされる。これにより、有線接続を介してさらなる電気信号調整及び増幅回路との接続のために接続端子１１０の貫通孔１１２にまで金めっき表層２０６の連続性がある。１つの可能な手法としては、高融点の「ストッピングオフ」（ｓｔｏｐｐiｎｇ‐ｏｆｆ）ワックスを用いることである。選択された領域からのワックス除去、又は、選択された領域にワックスが最初に粘着されることを防ぐ複数の漆及び複数のフィルム等を含み、多数のストッピングオフ手法が可能である。ストッピングオフ技術の一の代替的な技術が、ブラシめっき技術である。

このブラシめっき技術は、ブラシを用いてセンサーディスク１００の表面の選択可能なめっきを可能にするであろう。ブラシは通常、ポリプロピレンウールなどの吸収剤に包まれるステンレス鋼で作られる。その包む材料は、金めっき表層２０６を形成するためのめっき液を吸収する。センサーディスク１００は、ＤＣ電源の陰極と接続され、ブラシは、陽極と接続される。ブラシがセンサーディスク１００上に動くので、金めっきがブラシ下の表面上に堆積され、それが、本発明の好ましい実施形態に係るセンサーディスク１００の上面１０２及びセンサーディスク１００の接続端子１１０であり得る。

センサーディスク１００の複数のブラシめっきバッチ用のめっきアセンブリが、処理におけるこの段階を加速し、大量生産時のブラシめっきの使用による認識される非効率性を克服するのに用いられ得る。センサーディスク１００の複数のバッチは、複数のセンサーディスク１００の形状因子に適合する複数の収容スロットを含むよう具体的に構成される真空デッキ内に設置されてよく、その真空デッキは、複数のセンサーディスク１００がデッキ上の複数の収容スロットに取り付けられた場合、めっきされる複数のセンサーディスク１００の下側と接触する複数の陰極のバス配置に嵌め合わせられてよい。めっきアセンブリ内において、ブラシは、キャリッジ装着を用いて、センサーディスク１００の上面１０２上に送られ得る。キャリッジ装着の作動は、手動で制御されることができ、又は好ましくはコンピュータ制御を用いて自動化されることができる。金めっき表層２０６用のめっき液は、移送ポンプを介してブラシに継続的に供給され、移送ポンプはまた、所望の率でめっき液を送るように自動的に制御されることができる。このブラシめっき法の段階は、センサーディスク１００をめっきするための複数の既知技術と比較して非常に効果的で効率的であることが分かる。

処理の第１６の最後の段階では、製造されたセンサーディスク１００を洗浄する。これにより、電子機器における設置、及び、ユーザの皮膚コンダクタンスを測定することによってユーザの皮膚電気活動を測定するための乾式電極としての使用のためのセンサーディスク１００が用意される。

先の明細書全体にわたって、センサーディスク１００がディスクとして説明されており、実質的に円形の形状因子を有するとさらに示されている一方、当業者であれば、ディスク状又は円形ではない、任意の数の異なる形状因子が用いられ得ることを理解するであろう。

さらに、複数の特定の製造者による複数の特定の製品が製造処理において示されている一方、もちろん、複数の同じ所望の効果を提供する複数の代替的な製品が、具体的に言及された複数の製品の代わりに用いられ得ることが理解されるであろう。

先の明細書全体にわたって用いられている「センサーディスク」という用語は、複数の異なる製造材料の全ての層を含む、完全に製造されたセンサーディスクを指してよく、及び／又は、複数の異なる製造材料のうちの１つ又は複数を含む、部分的に製造されたセンサーディスクを指してよい。

「備える」及び「含む」という用語、並びに、文法的理由により必要とされるこれらの任意の変形は、置き換え可能で一番広い可能な解釈に一致させられると考えられる。

複数の図面のうちの何れかに示されている複数の要素が必ずしも縮尺に合わせているものではなく、いくつかの図面に示されている複数の同様の部分に同じ参照番号が指定されることが理解されるであろう。

本発明は、以上に説明されている複数の実施形態に限定されておらず、その構成及び詳細の両方において変更され得る。

Claims (25)

1. 皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用センサーディスクを製造する方法であって、
   前記センサーディスクは、複数の異なる材料による複数の層を含み、
   前記製造する方法は、
   銅下地層をエッチングする段階と、
   中間光沢銅層で前記銅下地層を電気めっきする段階と、
   中間パラジウムめっき層で前記中間光沢銅層をめっきする段階と、
   金めっき表層で前記中間パラジウムめっき層をめっきする段階と
   を備える、
   センサーディスクを製造する方法。
2. 前記方法は、金めっき表層で前記中間パラジウムめっき層をめっきする前記段階の前に、クエン酸浴中に前記センサーディスクを浸漬する段階をさらに備える、請求項１に記載のセンサーディスクを製造する方法。
3. 前記方法は、前記中間光沢銅層で前記銅下地層を電気めっきする前記段階の前に、硫酸浴中に前記銅下地層を浸漬する段階をさらに備える、請求項１又は２に記載のセンサーディスクを製造する方法。
4. 前記方法は、前記銅下地層をエッチングする前記段階の前に、前記銅下地層を脱脂する段階をさらに備える、請求項１から３の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
5. 前記銅下地層を脱脂する前記段階は、アルカリ性溶液中で前記銅下地層を浸漬洗浄する段階を含む、請求項４に記載のセンサーディスクを製造する方法。
6. 前記銅下地層を脱脂する前記段階は、水酸化ナトリウム、シリコン、及び１つ又は複数の錯化剤を含む溶液中で前記銅下地層の電解洗浄を実行する段階を含む、請求項４に記載のセンサーディスクを製造する方法。
7. 前記銅下地層を脱脂する前記段階は、最初にアルカリ性溶液中で前記銅下地層を浸漬洗浄し、その後、水酸化ナトリウム、シリコン、及び１つ又は複数の錯化剤を含む溶液中で、浸漬洗浄された前記銅下地層の電解洗浄を実行する段階を含む、請求項４に記載のセンサーディスクを製造する方法。
8. 硫酸浴中にエッチングされた前記銅下地層を浸漬する前記段階は、中間光沢銅層で前記銅下地層を電気めっきする前記段階の前に行われる、請求項１から７の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
9. 前記銅下地層は、２マイクロメートルから４０マイクロメートル（２μｍ〜４０μｍ）の範囲の厚みを有する前記中間光沢銅層で電気めっきされる、請求項１から８の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
10. 前記銅下地層は、およそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の厚みを有する前記中間光沢銅層で電気めっきされる、請求項１から９の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
11. 前記中間光沢銅層は、１０ナノメートルから５００ナノメートル（１０ｎｍ〜５００ｎｍ）の範囲の厚みを有する中間パラジウムめっき層でめっきされる、請求項１から１０の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
12. 前記中間光沢銅層は、およそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）の厚みを有する中間パラジウムめっき層でめっきされる、請求項１から１１の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
13. 前記中間パラジウムめっき層は、１００ナノメートルから１０マイクロメートル（１００ｎｍ〜１０μｍ）の範囲の厚みを有する金めっき表層でめっきされる、請求項１から１２の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
14. 前記中間パラジウムめっき層は、およそ１マイクロメートル（１μｍ）の厚みを有する金めっき表層でめっきされる、請求項１から１３の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
15. アルカリ性溶液中で前記銅下地層を浸漬洗浄する段階を含む、前記銅下地層を脱脂する前記段階は、およそ６０℃の温度を有する浴中で、およそ５分間実行される、請求項５に記載のセンサーディスクを製造する方法。
16. 中間光沢銅層で前記銅下地層を電気めっきする前記段階の前に硫酸浴中にエッチングされた前記銅下地層を浸漬する前記段階は、およそ１２０秒間実行され、かつ、撹拌することなく実行される、請求項８に記載のセンサーディスクを製造する方法。
17. 前記銅下地層をエッチングする前記段階は、１分間実行され、かつ、エッチング液１リットル毎に３グラム未満の銅を含むエッチング液中に実行される、請求項１から１６の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法。
18. 皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスクであって、
    前記センサーディスクは、銅下地層と、中間光沢銅層と、中間パラジウムめっき層と、金めっき表層とを備える、
    乾式電極用のセンサーディスク。
19. 前記中間光沢銅層は、２マイクロメートルから４０マイクロメートル（２μｍ〜４０μｍ）の範囲の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
20. 前記中間光沢銅層は、およそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
21. 前記中間パラジウムめっき層は、１０ナノメートルから５００ナノメートル（１０ｎｍ〜５００ｎｍ）の範囲の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
22. 前記中間パラジウムめっき層は、およそ１００ナノメートル（１００ｎｍ）の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
23. 前記金めっき表層は、１００ナノメートルから１０マイクロメートル（１００ｎｍ〜１０μｍ）の範囲の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
24. 前記金めっき表層は、およそ１マイクロメートル（１μｍ）の厚みを有する、請求項１８に記載のセンサーディスク。
25. 請求項１から１７の何れか一項に記載のセンサーディスクを製造する方法に従って製造される、皮膚コンダクタンス測定機器における乾式電極用のセンサーディスク。

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