JP2021158841A - 給電装置、およびバイタルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】バイタルセンサを動作させる電力を供給する給電装置の利便性を高める。【解決手段】給電回路７１は、バイタルセンサに電力Ｐを供給する。キャパシタ７２は、給電回路７１と電気的に接続されている。コネクタ７３は、キャパシタ７２を充電するための電力Ｃを供給する。シールドケース７４は、少なくとも給電回路７１とキャパシタ７２を覆っており、電磁波をシールドする。【選択図】図４

Description

本発明は、バイタルセンサを動作させる電力を供給する給電装置に関連する。本発明は、当該給電装置を備えたバイタルセンサにも関連する。

特許文献１は、被検者の身体に装着されて当該被検者のバイタルサインを取得するバイタルセンサを動作させるための電力を供給する給電装置の一例を開示している。充電池がセンサハウジングに対して着脱可能とされている。センサハウジングは、内部回路に対する電磁波シールド機能を有しているが、充電池が装着される箇所には電磁波シールドが施されていない。

米国特許第８２９４５８８号明細書

本発明の目的は、バイタルセンサを動作させる電力を供給する給電装置の利便性を高めることである。

上記の目的を達成するための一態様は、給電装置であって、
バイタルセンサに電力を供給するための給電回路と、
前記給電回路と電気的に接続されているキャパシタと、
前記キャパシタを充電する電力を供給するためのコネクタと、
少なくとも前記給電回路と前記キャパシタを覆っており、電磁波をシールドするシールドケースと、
を備えている。

上記の目的を達成するための一態様は、バイタルセンサであって、
被検者の身体に装着可能であり、当該被検者のバイタルサインに対応する信号を出力するプローブと、
少なくとも前記プローブに電力を供給する給電回路と、
前記給電回路と電気的に接続されているキャパシタと、
前記キャパシタを充電する電力を供給するためのコネクタと、
少なくとも前記給電回路と前記キャパシタを覆っており、電磁波をシールドするシールドケースと、
を備えている。

キャパシタは、二次電池と比較して充放電に伴う蓄電性能の劣化が少ないので、交換を想定する必要がない。したがって、コネクタを通じた外部電源からの充電経路を確保できれば、電磁波に対してより密閉性の高い構成を持たせたシールドケースで、給電回路とキャパシタを永続的に収納できる。これにより、給電装置の利便性を高めることができる。例えば、電磁波に対するシールド性が高められているので、磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging；ＭＲＩ）検査のような強い電磁波ノイズ環境下でもバイタルセンサを使用できるようになる。

一実施形態に係るバイタルセンサの外観を例示している。 図１のバイタルセンサにおけるプローブの一例を示している。 図１のバイタルセンサにおけるプローブの別例を示している。 図１のバイタルセンサにおける給電装置の機能構成を例示している。 給電装置の構成の別例を示している。 給電装置の構成の別例を示している。 円筒型のリチウムイオンキャパシタの配置を例示している。 円筒型のリチウムイオンキャパシタの配置を例示している。 箱型のリチウムイオンキャパシタの配置を例示している。 箱型のリチウムイオンキャパシタの配置を例示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。各図面においては、説明対象の各要素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は、一実施形態に係るバイタルセンサ１の外観を例示している。バイタルセンサ１は、プローブ２、筐体３、およびケーブル４を備えている。

プローブ２は、被検者の二酸化炭素濃度に対応する信号を出力するように構成されている。具体的には、プローブ２は、発光素子と受光素子を備えている。プローブ２は、図２に例示されるように、アダプタ５に装着されうる。アダプタ５は、被検者６の顔面に装着される。アダプタ５は、被検者６の呼気が通過する通路５１を備えている。プローブ２は、発光素子と受光素子が通路５１を挟んで対向するように配置される。発光素子から出射された光は、通路５１を通過する際に被検者６の呼気に含まれる二酸化炭素による吸収を受ける。したがって、受光素子における受光強度は、二酸化炭素濃度に応じて変化する。二酸化炭素濃度は、バイタルサインの一例である。顔面は、被検者の身体の一例である。

図１に例示されたプローブ２に代えて、図３に例示されるプローブ２が使用されうる。プローブ２は、被検者６の経皮的動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）に対応する信号を出力するように構成されている。プローブ２は、発光素子と受光素子を備えている。プローブ２は、被検者６の指先に装着される。発光素子から出射された光は、指先の組織を通過して受光素子に入射する。受光素子における入射強度は、被検者６の動脈血に含まれる酸化ヘモグロビン濃度に応じて変化する。ＳｐＯ２は、酸化ヘモグロビン濃度に対応している。ＳｐＯ２は、バイタルサインの一例である。指先は、被検者の身体の一例である。

プローブ２に関して本明細書で用いられる「被検者の身体に装着される」という表現は、図２に例示されるようにアダプタを介して間接的に被検者の身体に装着される場合と、図３に例示されるように直接的に被検者の身体に装着される場合とを含む意味である。

図１に例示されるように、筐体３は、給電装置７を収容している。給電装置７は、バイタルセンサ１を動作させるための電力を供給するように構成されている。ケーブル４は、プローブ２と給電装置７を電気的に接続している。したがって、当該電力の一部は、ケーブル４を介してプローブ２に供給され、上記の発光素子などを動作させる。

図示を省略するが、筐体３は、信号処理装置を収容している。信号処理装置は、プローブ２から出力された信号を処理し、処理された信号をバイタルモニタ装置などの外部機器へ送信するように構成されている。信号処理装置は、適宜の信号変換回路、マイクロコントローラ、通信回路などを備えている。外部機器への信号送信は、有線通信を介してなされてもよいし、無線通信を介してなされてもよい。

図４は、給電装置７の機能構成を例示している。給電装置７は、基板７０、給電回路７１、キャパシタ７２、コネクタ７３、およびシールドケース７４を備えている。

キャパシタ７２は、充放電が可能な電子部品である。キャパシタ７２は、基板７０に支持された給電回路７１と電気的に接続されている。キャパシタ７２に蓄積された電気エネルギーは、給電回路７１に供給される。給電回路７１は、当該電気エネルギーに適宜の処理を行ない、バイタルセンサ１の各部を動作させる電力Ｐとして出力する。

コネクタ７３は、充電線路７３１を介してキャパシタ７２と電気的に接続されている。コネクタ７３は、筐体３の外面に露出可能に配置される。外部電源に接続されたコネクタ１００がコネクタ７３に接続されると、外部電源からの電力Ｃが充電線路７３１を通じてキャパシタ７２に供給される。これにより、キャパシタ７２が充電される。

シールドケース７４は、給電回路７１とキャパシタ７２を覆うことにより、外部より到来する電磁波をシールドし、当該電磁波から給電回路７１とキャパシタ７２を保護可能な構成を有している。

キャパシタは、二次電池と比較して充放電に伴う蓄電性能の劣化が少ないので、交換を想定する必要がない。したがって、コネクタ７３を通じた外部電源からの充電経路を確保できれば、電磁波に対してより密閉性の高い構成を持たせたシールドケース７４で、給電回路７１とキャパシタ７２を永続的に収納できる。これにより、給電装置７の利便性を高めることができる。例えば、電磁波に対するシールド性が高められているので、磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging；ＭＲＩ）検査のような強い電磁波ノイズ環境下でもバイタルセンサ１を使用できるようになる。

ＭＲＩ検査のような強い電磁波ノイズ環境下での使用が想定される場合、シールドケース７４は、非磁性金属により形成されることが好ましい。非磁性金属の例としては、洋白（銅、亜鉛、ニッケルの合金）、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などが挙げられる。

図４においては、給電回路７１のみが基板７０に支持されている。しかしながら、同図に破線で示されるように、キャパシタ７２も基板７０に支持されてもよい。

あるいは、図５に例示されるように、キャパシタ７２に加えてコネクタ７３が基板７０に支持されてもよい。この場合、コネクタ７３とキャパシタ７２を電気的に接続している充電線路７３１は、基板７０の内層に形成されうる。

このような構成によれば、コネクタ７３がシールドケース７４の外側に配置されていても、充電線路７３１が電磁波に直接曝されないようにできるので、バイタルセンサ１全体の電磁波に対するシールド性をさらに高めることができる。

なお、基板７０にシールドケース７４と同電位となる部位を設けることにより、電磁波に対するシールド性をさらに高めることができる。

あるいは、図６に例示されるように、給電回路７１とキャパシタ７２に加えて、コネクタ７３もシールドケース７４内に収容されるように構成されうる。この場合、図４に例示された構成と同様のシールド性を得るにあたって、充電線路７３１を基板７０の内層に形成する必要がない。したがって、基板７０の製造コストの上昇を抑制できる。

図６に例示される構成においては、キャパシタ７２は、基板７０に支持されていてもよいし、基板７０に支持されることなくシールドケース７４内に配置されてもよい。

本実施形態においては、電気二重層現象を利用して充放電を行なうキャパシタが、キャパシタ７２として用いられている。いわゆる従来のコンデンサと比較してエネルギー密度が著しく高いので、給電装置７の大型化を抑制できる。

より具体的には、図７と図８に例示される円筒型のリチウムイオンキャパシタが、キャパシタ７２としてシールドケース７４に覆われている。円筒型のリチウムイオンキャパシタは、蓄電部７２１と基板部７２２を有している。蓄電部７２１は、円筒形状を有しており、内部に複数の電極シートと電解液を収容している。基板部７２２は、蓄電部７２１を支持するとともに、給電回路７１およびコネクタ７３との電気的接続を確保するための接点が設けられている。

図７と図８に例示されるように、基板部７２２は、蓄電部７２１が基板７０の主面７０１に沿って延びるように配置されている。換言すると、基板部７２２は、蓄電部７２１の円筒形状の軸方向が、基板７０の主面７０１に沿って延びるように配置されている。本明細書で用いられる「基板の主面」という語は、基板における最も広い面積を有する面を意味している。

このような構成によれば、シールドケース７４内の空間利用効率を高めることができる。換言すると、シールドケース７４により区画される収容空間内で許容されうる範囲で、蓄電部７２１のサイズを大きくすることができる。これにより、キャパシタ７２のエネルギー密度を高めることができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

上記の実施形態においては、円筒型のリチウムイオンキャパシタが、キャパシタ７２として用いられている。しかしながら、図９および図１０に例示されるように、箱型あるいは積層型と称されるリチウムイオンキャパシタが、キャパシタ７２として用いられてもよい。

この種のリチウムイオンキャパシタは、扁平形状を有しているので、面積が最大となる面７２３を特定できる。図９および図１０に例示されるように、この面７２３が基板７０の主面７０１に対向するように配置することによって、シールドケース７４により区画される収容空間の利用効率を高めることができる。

シールドケース７４は、図４、図５、図７、および図８に例示されるように、その少なくとも一部が基板７０に支持されることを要しない。図６に例示されるように、基板７０の全体がシールドケース７４内に配置されてもよい。

プローブ２により取得される被検者６のバイタルサインは、呼吸気における二酸化炭素濃度やＳｐＯ２に限られない。プローブ２の仕様に応じて、脈拍、血圧、呼吸気における酸素濃度、動脈血における吸光物質濃度などが取得されうる。

１：バイタルセンサ、７：給電装置、７０：基板、７０１：主面、７１：給電回路、７２：キャパシタ、７２１：蓄電部、７２２：基板部、７３：コネクタ、７３１：充電線路、７４：シールドケース、Ｃ、Ｐ：電力

Claims (6)

1. バイタルセンサに電力を供給するための給電回路と、
   前記給電回路と電気的に接続されているキャパシタと、
   前記キャパシタを充電する電力を供給するためのコネクタと、
   少なくとも前記給電回路と前記キャパシタを覆っており、電磁波をシールドするシールドケースと、
   を備えている、
   給電装置。
2. 前記キャパシタは、電気二重層現象を利用して充放電を行なう、
   請求項１に記載の給電装置。
3. 少なくとも前記給電回路を支持している基板を備えており、
   前記キャパシタは、円筒形状を有する蓄電部と、当該蓄電部を支持している基板部を備えたリチウムイオンキャパシタであり、
   前記基板部は、前記蓄電部が前記基板の主面に沿って延びるように配置されている、
   請求項２に記載の給電装置。
4. 少なくとも前記コネクタと前記キャパシタを支持している基板を備えており、
   前記コネクタと前記キャパシタを接続している充電線路は、前記基板の内層に形成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の給電装置。
5. 前記シールドケースは、非磁性金属により形成されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の給電装置。
6. 被検者の身体に装着可能であり、当該被検者のバイタルサインに対応する信号を出力するプローブと、
   少なくとも前記プローブに電力を供給する給電回路と、
   前記給電回路と電気的に接続されているキャパシタと、
   前記キャパシタを充電する電力を供給するためのコネクタと、
   少なくとも前記給電回路と前記キャパシタを覆っており、電磁波をシールドするシールドケースと、
   を備えている、
   バイタルセンサ。

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