JP2021094147A

JP2021094147A - 生体用電極シート

Info

Publication number: JP2021094147A
Application number: JP2019226643A
Authority: JP
Inventors: 彩竹内; Aya Takeuchi; 宏行宮武; Hiroyuki Miyatake; 文人竹内; Fumito Takeuchi
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-24

Abstract

【課題】使い勝手がよく、且つ、高い生体信号の検出精度を確保し得る生体用電極シートを提供すること。【解決手段】生体に貼付される生体用電極シートであって、フレキシブル基材１０と、フレキシブル基材１０上に設けられた配線１２と、フレキシブル基材１０上に、配線１２と接触するように形成されたゲル状の電極部材１１と、フレキシブル基材１０上に、配線１２を被覆し且つ電極部材１１が露出するように配設された伸縮性を有する絶縁カバー１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、生体用電極シートに関する。

従来、生体に貼付されて、生体内で発生する生体信号を検出する生体用電極が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この種の生体用電極は、例えば、生体の皮膚下で発生する筋電位（筋線維が興奮する際に発生する活動電位）を検出する用途に適用されている。

国際公開２０１７／００７０２１号

ところで、この種の生体用電極は、一般に、特許文献１に記載されているように、生体信号を検出したい位置毎に、個別に生体に貼付される構成となっている。そのため、従来、生体内のある領域での生体信号の分布を把握したい場合や、生体内の複数箇所それぞれで発生する生体信号を比較したい場合等においては、複数の生体用電極を生体に貼付して、当該複数の生体用電極それぞれから引き出し配線を介して、生体信号を取得する構成が採用されている。しかしながら、かかる構成は、複数の生体用電極それぞれから引き出される複数本の引き出し配線が被検体に動きの不自由さを感じさせるため、長時間使用する場合等において使い勝手が良くないという問題がある。

一方、これらの複数の生体用電極を単純に一枚のシート内に形成した場合、複数の生体用電極それぞれの被検体の外形へのフィット性が良好ではなくなり、生体信号のＳＮ比の悪化を引き起こすおそれがある。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、使い勝手がよく、且つ、高い生体信号の検出精度を確保し得る生体用電極シートを提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
生体に貼付される生体用電極シートであって、
フレキシブル基材と、
前記フレキシブル基材上に設けられた配線と、
前記フレキシブル基材上に、前記配線と接触するように形成されたゲル状の電極部材と、
前記フレキシブル基材上に、前記配線を被覆し且つ前記電極部材が露出するように配設された伸縮性を有する絶縁カバーと、
を備える生体用電極シートである。

本開示に係る生体用電極シートによれば、使い勝手がよく、且つ、高い生体信号の検出精度を確保することが可能である。

第１の実施形態に係る電極シートの平面図第１の実施形態に係る電極シートの断面図第１の実施形態に係る電極シートを生体に貼付する方法の一例を示す図第２の実施形態に係る電極シートの構成を示す平面図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図本開示の電極シートの変形例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、第１の実施形態に係る生体用電極シート（以下、「電極シート」と略称する）の構成について説明する。

図１は、電極シート１の平面図である。図２は、電極シート１の断面図である。尚、図２は、図１の１Ｔ−１Ｔ’の位置における断面図である。

図３は、電極シート１を生体Ｈに貼付する方法の一例を示す図である。

電極シート１は、フレキシブル基材１０、電極部材１１、配線１２、絶縁カバー１３、離型フィルム１４、端子１５、及び、引き出し配線１６を備えている。

フレキシブル基材１０は、例えば、ウレタン系樹脂又はオレフィン系樹脂等のエラストマー材料によって形成された基材である。フレキシブル基材１０は、外力によって面内方向に伸長する伸縮性を有する。フレキシブル基材１０は、例えば、シート状、フィルム状、布状、又は不織布であってよい。尚、通気性の観点から、フレキシブル基材１０としては、無孔質フィルムよりも、多孔質フィルム、布、又は不織布が望ましい。

尚、図１中では、フレキシブル基材１０の形状を楕円形状として描いているが、フレキシブル基材１０の形状は、検査対象部位にあわせて適宜設定されればよい。

電極部材１１は、フレキシブル基材１０上に、配線１２と接触するように（ここでは、配線１２上に）配設されている。電極部材１１は、離型フィルム１４を剥離させた際に外部に露出するように配設されている。電極シート１を生体に貼付した際には、電極部材１１が生体と接触する。

電極部材１１は、柔軟性を有するゲル状の導電材料によって構成されている。電極部材１１は、例えば、熱可塑性樹脂（樹脂バインダ）に導電性粒子が分散された導電性材料によって形成される。電極部材１１は、接着性を有し、生体と接触した際に当該生体と接着し、電極シート１を生体に対して貼付された状態を保持する。尚、電極部材１１は、例えば、印刷法によって形成される。

電極部材１１は、互いに分離されて複数（ここでは、６箇所）設けられ、複数の電極部材１１は、ぞれぞれ、各別の配線１２と接続されている。尚、これらの複数の電極部材１１は、絶縁カバー１３から島状に露出するように配設されている、そして、複数の電極部材１１は、それぞれ、生体中の別個の位置の生体信号を取得する。

配線１２は、フレキシブル基材１０上に配設され、一端が電極部材１１に接続され、他端が端子１５に接続されている。そして、配線１２は、電極部材１１にて取得された生体信号を端子１５に伝送する。尚、フレキシブル基材１０上に配設された複数の電極部材１１それぞれと各別に接続するように、複数本の配線１２が配設されている。

配線１２を構成する導電性材料は、例えば、アルミや銅等の金属材料によって構成される。配線１２は、例えば、印刷法によってパターン形成された塗布導体層である。

配線１２は、例えば、平面視で、波形状を呈するように形成されている。これによって、配線１２の面内方向に対する伸縮性を向上させ、電極シート１が伸縮する際に、配線１２が破断することを抑制している。尚、複数本の配線１２は、それぞれ、少なくとも面内方向の所定方向（図１の左右方向）については伸縮性を有するように、波形状に形成されている。

絶縁カバー１３は、フレキシブル基材１０上に、配線１２を被覆するように配設された伸縮性を有するカバー材である。絶縁カバー１３は、配線１２が外部に露出して、生体信号にノイズが重畳することを抑制する。

絶縁カバー１３は、生体に接触させる電極部である電極部材１１が露出するように、配線１２を被覆している。本実施形態に係る絶縁カバー１３は、６個の電極部材１１それぞれが島状に露出するように、フレキシブル基材１０上の全面を被覆している。

絶縁カバー１３は、例えば、フレキシブル基材１０と同様に、ウレタン系樹脂又はオレフィン系樹脂等のエラストマー材料によって形成される。そして、絶縁カバー１３は、外力によって面内方向に伸長する伸縮性を有している。絶縁カバー１３は、例えば、シート状、フィルム状、布状、又は不織布であってよい。尚、通気性の観点から、フレキシブル基材１０としては、無孔質フィルムよりも、多孔質フィルム、布、又は不織布が望ましい。

離型フィルム１４は、フレキシブル基材１０上に、電極部材１１及び絶縁カバー１３を被覆するように配設されている。離型フィルム１４は、電極部材１１の接着力によってフレキシブル基材１０上に保持されており、外力によってフレキシブル基材１０から容易に剥離可能である。離型フィルム１４は、電極シート１を使用する前に、電極部材１１に不純物が付着したり、電極部材１１又は絶縁カバー１３の接着性が劣化することを抑制する。尚、図１では、離型フィルム１４の図示を省略している。

端子１５は、複数の電極部材１１それぞれから延在する各別の配線１２と接続されるように、電極シート１の端部に取り付けられている。端子１５には、引き出し配線１６が接続されており、端子１５が配線１２を介して取得した生体信号は、引き出し配線１６を介して外部の信号処理装置（図示せず）に送出される。

尚、電極シート１は、電極部材１１の電位を安定化させるためのグラウンド導体を有していてもよい。

電極シート１を使用する際には、例えば、まず、離型フィルム１４が電極シート１から剥離される（図３を参照）。そして、電極シート１は、使用者の外力Ｆによって、引き延ばされて又は湾曲させられて、生体Ｈの外形に沿うように変形させられる。そして、電極シート１は、かかる状態にて、電極部材１１の露出面が生体Ｈと対向するように、生体Ｈの貼付対象部位に貼付される。

電極シート１は、例えば、使用者の顔の眼の周囲において使用する場合は、眼筋の動きに起因して発生する筋電位（筋線維が興奮する際に発生する活動電位）を、生体信号として検出する。

尚、実用的観点から、電極シート１の各構成は、以下のような特性を有するのが望ましい。

フレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３は、１０％伸展時の引張弾性力が０．３ＭＰａ以上で且つ１５ＭＰａ以下であるのが望ましい。０．３ＭＰａ以下であると、電極シート１使用時に離型フィルム１４を、電極シート１から剥離する際に変形してしまうおそれがある。又、１５ＭＰａ以上であると、電極シート１を生体に貼付した際に、当該フレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３の反力が強くなりすぎるため、電極シート１が生体から剥がれてしまう。

フレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３は、通気性が１０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以上で且つ５００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下であるのが望ましい。１０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下であると、不感蒸泄が生体の皮膚等に残留することになるため、生体に対して不快感を与えることになる。一方、５００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以上であると、基材としての強度が不足するおそれがある。

電極部材１１は、タック値（接着性を示す指標）のＰｅａｋ値が５０ｇｆ以上で且つ３５０ｇｆ以下であるのが望ましい。５０ｇｆ以下であると、測定時に生体（例えば、皮膚）から剥がれてしまうおそれがある。一方、３５０ｇｆ以上であると、電極シート１を生体から取り外す際に、皮膚の角質が多量に剥がれてしまうおそれがある。尚、電極部材１１のタック値に対するフレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３の引張弾性力は、２３倍以上で且つ１６６倍以下であるのが望ましい。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る電極シート１は、伸縮可能に構成されているため、生体の貼付対象部位の凹凸に沿うように貼付されることが可能である。又、本実施形態に係る電極シート１は、生体に貼付された状態においても、生体の皮膚の動きに追従するように伸縮することができるため、安定した貼付状態を保持することができる。

これによって、電極シート１を生体に貼付した際の電極シート１と生体との密着性を向上させることが可能であり、高精度に生体信号を取得することが可能となる。

又、これによって、一つの電極シート１で、生体の広い領域をカバーすることが可能となる。つまり、これにより、一つの電極シート１で、生体の複数箇所から生体信号を取得することが可能となる。これにより、複数の生体用電極それぞれから複数本の引き出し配線が引き出される従来技術と異なり、引き出し配線１６を一本に束ねて、外部に引き出すことが可能となるため、使い勝手の点でも有用である。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電極シート１の構成を示す平面図である。

本実施形態に係る電極シート１は、フレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３が貫通孔１７を有する点で、第１の実施形態と相違する。第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。

貫通孔１７は、例えば、フレキシブル基材１０の下面側から絶縁カバー１３の上面側までを貫通するように、複数形成されている。貫通孔１７は、生体からの不感蒸泄を放出するために設けられている。又、貫通孔１７は、通気性を良好にするようにも機能する。

これによって、電極シート１は、生体に貼付された際にも、生体からの不感蒸泄を放出することができる。即ち、これによって、電極シート１が貼付されている際の不快感を抑制することができる。

（変形例）
上記各実施形態において、フレキシブル基材１０、電極部材１１、及び配線１２の構成は、種々に変形可能である。

図５〜図１３は、本開示の電極シート１の種々の変形例を示す図である。尚、図５〜図１３は、フレキシブル基材１０、電極部材１１、及び配線１２の領域を拡大した断面図であり、絶縁カバー１３については図示を省略している。

図５は、電極部材１１中に不織布１１ａを埋設した態様を示している。かかる構成によって、ゲル状の電極部材１１が厚膜である場合にも、電極部材１１の形状の安定化を図ることが可能である。

図６は、電極部材１１と配線１２との間に、金属蒸着膜（例えば、ＡｇＣｌ）１２ａを介在させた態様を示している。かかる構成によって、配線１２を金属線で形成した場合にも、電極部材１１と配線１２との間の電気接続の安定性を高めることができる。

図７は、電極部材１１と配線１２との間に、シート材（例えば、アクリロニトリル、ブタジエン及びエステルで形成されたシート）１２ｂを介在させた態様を示している。かかる構成によって、意図しない領域で、電極部材１１と配線１２とが電気接続することを避けることが可能である。尚、この変形例では、電極部材１１と配線１２とは、シート材１２ｂが介在しない領域にて、電気接続することになる。

図８は、配線１２が、金属線１２ｃ１と金属ペースト１２ｃ２とで構成された態様を示している。かかる構成によって、配線１２を金属線のみで構成した態様と比較して、電極部材１１と配線１２との間の電気接続の安定性を高めることができる。

図９は、配線１２が、金属板（例えば、Ａｇ又はＡｇＣｌの）のパターニングによって形成された態様を示している。尚、この場合、フレキシブル基材１０と配線１２との間に、部分的に空隙１０ａが形成されてもよい。空隙１０ａは、配線１２の柔軟性の向上に資する。

図１０は、配線１２とフレキシブル基材１０との間に、シート材（例えば、ポリ塩化ビニルと炭酸カルシウムで形成されたシート）１０ｂを介在させた態様を示している。かかる構成によって、配線１２とフレキシブル基材１０との間の密着性を高めたり、配線１２とフレキシブル基材１０との間の絶縁性を高めることができる。

図１１は、配線（例えば、金属線）１２を、接着シート１０ｃ（例えば、ＰＥＴ等の芳
香族ポリエステルとアクリル系粘着剤の積層体）で挟み込み、当該配線１２を、接着シート１０ｃを介してフレキシブル基材（例えば、発泡シート）１０で挟み込んだ態様を示している。かかる構成によって、配線１２とフレキシブル基材１０との間の接着性を高めることができる。尚、配線１２は、接着シート１０ｃ及びフレキシブル基材１０から露出させられた領域（図示せず）にて、電極部材１１と電気接続する。

図１２は、図１１の態様において、配線１２を樹脂材（例えば、ポリ塩化ビニル）１０ｄで被覆した後に、接着シート１０ｃで挟み込んだ態様を示している。かかる構成によって、配線１２を金属線で構成した場合であっても、配線１２の保持状態の安定性を高めることができる。

図１３は、図１１の態様において、電極部材１１と配線１２との間（図１３中では、電極部材１１とフレキシブル基材１０との間）に、金属蒸着膜１０ｅとシート材１２ｄの積層体が配設された態様を示している。尚、この場合、フレキシブル基材１０と電極部材１１との間に、部分的に空隙１２ｅが形成されてもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

例えば、上記各実施形態では、電極シート１に接着性を保有させるための構成として、接着性を有する電極部材１１を用いる態様を示した。しかしながら、本発明に係る電極シート１においては、これに代えて、電極部材１１の露出面に粘着性の導電性部材を形成する態様であってもよい。又、絶縁カバー１３を、接着性を有する材料によって構成してもよい。

又、上記した第２の実施形態では、電極シート１の通気性を良好にするため、フレキシブル基材１０及び絶縁カバー１３を貫通する貫通孔１７を配設する態様を示した。しかしながら、電極シート１の通気性を良好にする観点からは、フレキシブル基材１０及び／又は絶縁カバー１３を多孔質材料によって形成してもよい。

又、上記各実施形態では、配線１２を金属材料で構成する態様を示した。しかしながら、配線１２は、樹脂材料（樹脂バインダ）に導電性粒子が分散して配合された導電性材料によって形成されてもよい。その場合、配線１２と電極部材１１とが一体的に形成されてもよい。

又、上記各実施形態に係る電極シート１において、フレキシブル基材１０、電極部材１１、配線１２及び絶縁カバー１３の各部材間には、接着層が設けられてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１電極シート
１０フレキシブル基材
１１電極部材
１２配線
１３絶縁カバー
１４離型フィルム
１５端子
１６引き出し配線
１７貫通孔

Claims

生体に貼付される生体用電極シートであって、
フレキシブル基材と、
前記フレキシブル基材上に設けられた配線と、
前記フレキシブル基材上に、前記配線と接触するように形成されたゲル状の電極部材と、
前記フレキシブル基材上に、前記配線を被覆し且つ前記電極部材が露出するように配設された伸縮性を有する絶縁カバーと、
を備える生体用電極シート。
前記電極部材は、前記絶縁カバーから島状に露出するように複数配設され、
複数の前記電極部材は、ぞれぞれ、各別の前記配線と接続されている、
請求項１に記載の生体用電極シート。
前記配線は、平面視で、波形状を呈する、
請求項１又は２に記載の生体用電極シート。
前記配線は、印刷法でパターン形成された塗布導体層である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記フレキシブル基材及び前記絶縁カバーは、前記生体からの不感蒸泄を放出可能に構成された貫通孔を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記電極部材又は前記絶縁カバーは、当該生体用電極シートを前記生体に接着させた状態を保持し得る接着性を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記フレキシブル基材及び前記絶縁カバーは、１０％伸展時の引張弾性力が０．３ＭＰａＮ以上で且つ１５ＭＰａＮ以下である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記フレキシブル基材及び前記絶縁カバーの通気性は、１０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以上で且つ５００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下である、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記電極部材のタック値は、５０ｇｆ以上で且つ３５０ｇｆ以下である、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記電極部材のタック値に対する前記フレキシブル基材及び前記絶縁カバーの引張弾性力は、２３倍以上で且つ１６６倍以下である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の生体用電極シート。
前記生体の筋電位の検出に適用された、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の生体用電極シート。