JP2021180700A - 脳波測定用電極及び脳波測定装置 - Google Patents
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
基部と、
前記基部から延出する複数の突起部と、
前記突起部に設けられた電極部と、
を有し、
前記突起部は、上面視で前記基部に対して最も外側の側面が前記基部から延びる垂線に対し外側に傾いて延出しており、かつ、先端部分に略平坦な接触面を有し、
前記接触面は、最大幅の位置から先端側に向けて漸次先細りの形状を呈しており、
前記電極部は前記接触面に設けられている、
脳波検出用電極が提供される。
本発明によれば、上記の脳波検出用電極を備える脳波測定装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1は人の頭部99に装着した状態の脳波測定装置1を模式的に示す図である。
脳波測定装置1は、人の頭部99に装着され、脳波を生体からの電位変動として検出し、検出した脳波を脳波表示装置(図示せず)に出力する。脳波表示装置は、脳波測定装置1が検出した脳波を取得して、モニタ表示したり、データ保存したり、周知の脳波解析処理を行う。
図1に示すように、脳波測定装置1は、複数の脳波電極ユニット10と、フレーム20と、を有する。本実施形態では、脳波電極ユニット10は、5ch分(5個)設けられている。
図2にフレーム20の斜視図を示す。フレーム20は、例えばポリアミド樹脂のような硬質部材で帯状に、かつ人間の頭部99の形状に沿うように湾曲して形成されている。
図3に脳波電極ユニット10の正面図を示す。脳波電極ユニット10は、略円柱状の胴部11と、その一端側(図中下側)に設けられた脳波検出用電極50とを有する。
螺刻部13は、円柱形状の側面に螺刻した形状である。螺刻部13の一端(図中上側)に信号取出部12が設けられている。信号取出部12には信号出力端子が設けられるとともに、脳波電極ユニット10をフレーム20に螺着する際に作業者によって必要に応じて所定の治具を用いて操作される。螺刻部13の他端(図中下側)には、螺刻部13より小径の円柱状の電極固定部14が設けられている。電極固定部14に脳波検出用電極50が取り付けられる。
図4は脳波検出用電極50の斜視図である。図5はひとつの突起部60を横(周方向側)から見た図である。図6はひとつの突起部60を突起形成面52の中心59側から見た図である。図7は、図6に示した突起部60を、突起部60の形状の元となった錐体(ここでは三角錐)の形状を重ねて示した図である。
本実施形態の突起部60は、突起部本体61と、電極形成面62とを有する。具体的には、突起部60は、円錐をもとに形成されている。すなわち、突起部60は、円錐の先端部分を斜めに切り取った形状を呈する突起部本体61と、切り取られた部分の形状が楕円面となった電極形成面62とを有する。この楕円形状の電極形成面62に電極部80が設けられる。また、楕円形状は、その楕円中心の法線(垂線)が、基部51の中心59の垂線(すなわち中心軸線L)を向いている。電極形成面62が楕円のように外郭が曲線であるような場合、脳波検出用電極50が頭皮に押しつけられた際に、毛髪を円滑にかきわけることができる。なお、突起部60が角錐をもとに形成されもよく、その場合、電極形成面62は楕円面ではなく多角形の面となる。
まず、脳波検出用電極50の寸法及び突起部60の配置に関するパラメータについて説明する。脳波検出用電極50の外径、すなわち突起形成面52の直径は、例えば10mm以上30mm以下である。突起部60の突起部底面63の外径(すなわち円錐の底面が呈する円の直径)は、例えば、2mm以上5mm以下である。
このように、突起部60の先端が先細りである場合、特に元もなった円錐の上記角度αが15度以上28度以下の範囲である場合、毛髪を円滑にかき分けることができる。
このような高さとすることで、頭部99に接触する際に、適度に変形し、頭皮との接触面積を良好に維持できる。
上記の頂点の角度αは、円錐(突起部60の突起部底面63)の直径D1、突起部60の先端部分65の位置での円錐の直径D2および突起部60の高さHの関数、すなわち次の式(2)で表すことができる。
tan(α/2)=(D1−D2)/2H ・・・式(2)
tan(α/2)の値が上記範囲より大きければ、毛髪をかき分ける性能が低下する傾向がある。また、tan(α/2)の値が上記範囲より小さければ、低負荷時(すなわち頭皮に押しつける力が小さい条件)で大変形してしまい、突起部60の先端部分65が浮いてしまう等の現象が生じてしまうため、頭皮に適切にフィットしない場合がある。そこで、tan(α/2)を上記範囲とすることで、毛髪のかき分け性能と頭皮への適切な接触状態の確保とのバランスをとることができる。
本実施形態の場合、面積Sは電極形成面62の楕円の面積として求められる。図示のように、この楕円は、元となった円錐を、先端部分65が所定の高さH、中心59に最も近い位置(下端部分66)が所定の高さhとなるように平面で切り取ることで形成される。したがって、先端部分65と下端部分66とを結ぶ直線が楕円の長軸となる。
電極部80を上述の面積Sの範囲とすることで、頭皮と十分な接触面積を確保できる。すなわち、上述した先細り形状により、頭皮に押しつけられる際に、接触領域が徐々に増加するように変形し、また、毛髪をかき分けることができる。
突起部60の電極形成面62が、上記のような先細り形状を有していることで、頭皮に押しつけられる際に、接触領域が徐々に増加するように変形し、また、毛髪をかき分けることができる。
突起部60の内部には、電極部80に接続する導電性の信号線69(図5において破線で示す)が設けられている。信号線69は、突起部60の内部を導通する態様であれば各種の配置構造を採用し得る。例えば、信号線69の先端は、突起部60の電極形成面62に対して、突出した構造、略同一面上となる構造、埋没した構造のいずれでもよい。電極部80との接続安定性の観点から、突出した構造を用いてもよい。信号線69の先端の突出部分は、一部または全体が電極部80で覆われている。
脳波検出用電極50の材料について説明する。脳波検出用電極50は、上述のようにゴム状の弾性体である。ゴム状の弾性体として、具体的にはゴムや熱可塑性エラストマー(単に「エラストマー(TPE)」ともいう)である。ゴムとしては、例えばシリコーンゴムがある。熱可塑性エラストマーとして、例えば、スチレン系TPE(TPS)、オレフィン系TPE(TPO)、塩化ビニル系TPE(TPVC)、ウレタン系TPE(TPU)、エステル系TPE(TPEE)、アミド系TPE(TPAE)などがある。
上記シリコーンゴムは、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物で構成することができる。シリコーンゴム系硬化性樹脂組成物の硬化工程は、例えば、100〜250℃で1〜30分間加熱(1次硬化)した後、100〜200℃で1〜4時間ポストベーク(2次硬化)することによって行われる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるビニル基含有オルガノポリシロキサンをさらに含んでもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を含むことができる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有する直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐構造を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)とに分類され、これらのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる架橋剤をさらに含んでもよい。
(Ha(R7)3−aSiO1/2)m(SiO4/2)n
(式(c)において、R7は一価の有機基、aは1〜3の範囲の整数、mはHa(R7)3−aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である)
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、非導電性フィラーを含む。非導電性フィラーは、必要に応じ、シリカ粒子(C)を含んでもよい。これにより、エラストマーの硬さや機械的強度の向上を図ることができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、シランカップリング剤(D)を含むことができる。
シランカップリング剤(D)は、加水分解性基を有することができる。加水分解基が水により加水分解されて水酸基になり、この水酸基がシリカ粒子(C)表面の水酸基と脱水縮合反応することで、シリカ粒子(C)の表面改質を行うことができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
上記式(4)中、nは1〜3の整数を表わす。Yは、疎水性基、親水性基またはビニル基を有するもののうちのいずれかの官能基を表わし、nが1の時は疎水性基であり、nが2または3の時はその少なくとも1つが疎水性基である。Xは、加水分解性基を表わす。
上記官能基として疎水性基を有するものとして、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランのようなアルコキシシラン;メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシランのようなクロロシラン;ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、及びトリメチルエトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。
シランカップリング剤(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、エラストマーを含む柱状部と導電性樹脂層との密着性を高めることができる。また、シリコーンゴムの機械的強度の向上に資することができる。また、シランカップリング剤(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な機械特性を持つことができる。
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、触媒を含んでもよい。触媒は、白金または白金化合物(E)を含むことができる。白金または白金化合物(E)は、硬化の際の触媒として作用する触媒成分である。白金または白金化合物(E)の添加量は触媒量である。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる触媒をさらに含んでもよい。
白金または白金化合物(E)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴム系硬化性組成物が適切な速度で硬化することが可能となる。また、白金または白金化合物(E)の含有量を上記上限値以下とすることにより、製造コストの削減に資することができる。
また、本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物には、上記成分(A)〜(E)以外に、水(F)が含まれていてもよい。
さらに、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、上記(A)〜(F)成分以外に、他の成分をさらに含むことができる。この他の成分としては、例えば、珪藻土、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウール、マイカ等のシリカ粒子(C)以外の無機充填材、反応阻害剤、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等の添加剤が挙げられる。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、突起部60の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
信号線69は、公知のものを使用することができるが、例えば、導電繊維で構成され得る。導電繊維としては、金属繊維、金属被覆繊維、炭素繊維、導電性ポリマー繊維、導電性ポリマー被覆繊維、および導電ペースト被覆繊維からなる群から選択される一種以上を用いることができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
電極部80の導電部材は、例えば、良導性金属を含むペーストである。良導性金属は、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらの合金からなる群から選択される一種以上を含む。特に、入手性や導電性の観点から、銀や塩化銀、銅が好適である。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。電極部80の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
本実施形態の脳波検出用電極50の製造方法の一例は次の工程を含むことができる。
まず、金型を用いて、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を加熱加圧成形し、基部51および突起部60からなる成形体を得る。続いて、得られた成形体の各突起部60の内部に、縫い針を用いて、信号線69を通す。その後得られた成形体の突起部60の電極形成面62に、ペースト状の導電性溶液をディップ塗布し、加熱乾燥後、ポストキュアを行う。これにより、突起部60の電極形成面62に電極部80を形成できる。
以上により、脳波検出用電極50を製造することができる。
なお、上記成形工程時において、信号線69を配置した成形空間内に、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を導入し、加圧加熱成形するインサート成形を用いてもよい。
脳波検出用電極50の特徴について、特に突起部60の構造についてまとめて説明する。
(1)脳波検出用電極50は、
基部51(支持体)と、
基部51から延出する複数の突起部60と、
突起部60に設けられた電極部80と、
を有し、
突起部60は、上面視で基部51に対して最も外側の側面が脳波検出用電極50から延びる垂線(中心軸線L)に対し外側に傾いて延出しており、かつ、先端部分に略平坦な電極形成面62(接触面)を有し、
電極形成面62は、最大幅の位置から先端側に向けて漸次先細りの形状を呈しており、
電極部80は電極形成面62に設けられている。
これによって、突起部60は、頭皮との接触圧力が増加するに伴い電極形成面62(すなわち電極部80)の接触領域が徐々に増加するように変形する。したがって、電極部80と頭皮の間に毛髪が入り込んでも、接触領域が増加するので、毛髪の影響を低減できる。また、突起部60が弾性変形するので、被験者に不快な思いをさせることも抑制できる。さらにまた、接触領域が徐々に増加するように変形することで、毛髪を円滑にかきわけることができ、電極形成面62(すなわち電極部80)と頭皮の間に介在する毛髪を減少させることができる。
(2)突起部60は錐体の先端部分を斜めに切り取った形状を呈し、電極形成面62は錐体の先端部分を斜めに切り取られて形成された面である。
これによって、脳波検出用電極50が頭皮に押しつけられた際に、毛髪を円滑にかきわけることができる。
(3)突起部60のもととなった錐体は円錐であり、電極形成面62は楕円となっている。
特に電極形成面62が楕円のように外郭が曲線であるような場合、脳波検出用電極50が頭皮に押しつけられた際に、毛髪を円滑にかきわけることができる。
(4)突起部60のもととなった三角錐の先端の角度αは15度以上28度以下である。
このように、突起部60の先端が先細りである場合、特に突起部60のもととなった円錐の頂角の角度αが15度以上28度以下である場合、毛髪を円滑にかき分けることができる。
(5)錐体は幅方向に対称であってもよい。
言い換えると、突起部60は、周方向に倒れることなく真っ直ぐ放射状に設けられている。このような構成により、頭部99の形状や毛髪の量にかかわらず、電極部80と頭皮の接触を安定させることができる。
(6)突起部60は幅方向に非対称であってもよい。
言い換えると、突起部60は、周方向に倒れるように斜めに向けて設けられている。
このような構成によると、毛髪が多い場合や、毛髪にクセ等がある場合に、毛髪をかき分けることができ、汎用的な形状では対応できない場合、すなわち、上述のように錐体が幅方向に対称となるような構成の脳波検出用電極50では対応できない場合でも、安定した脳波測定が可能となる。
(7)電極形成面62の面積S(電極部80の面積でもある)は1mm2以上100mm2以下である。
電極部80を上述の面積Sの範囲(1mm2以上100mm2以下)とすることで、頭皮と十分な接触面積を確保できる。すなわち、上述した先細り形状により、頭皮に押しつけられる際に、接触領域が徐々に増加するように変形し、また、毛髪をかき分けることができる。
(8)電極形成面62の水平方向の最大幅R1と、最大幅の中心位置P0から最も先端側の位置Pzまで引いた直線の距離Xを10等分したときの先端側の0.1Xの位置における水平方向の幅R2との比R2/R1は、0.1以上0.5以下である。
突起部60の電極形成面62が、上記のような先細り形状を有していることで、頭皮に押しつけられる際に、接触領域が徐々に増加するように変形し、また、毛髪をかき分けることができる。
(9)突起部60の高さhは0.5mm以上20mm以下である。
このような高さとすることで、頭部99に接触する際に、適度に変形し、頭皮との接触面積を良好に維持できる。
(10)突起部60の元となった円錐の頂点の角度αは、円錐(突起部60の突起部底面63)の直径D1、突起部60の先端部分65の位置での円錐の直径D2および突起部60の高さHとした場合に、次の式(2)で表すtan(α/2)の値が0.15以上0.25以下である。
tan(α/2)=(D1−D2)/2H ・・・式(2)
tan(α/2)の値が上記範囲より大きければ、毛髪をかき分ける性能が低下する傾向がある。また、tan(α/2)の値が上記範囲より小さければ、低負荷時(すなわち頭皮に押しつける力が小さい条件)で大変形してしまい、突起部60の先端部分65が浮いてしまう等の現象が生じてしまうため、頭皮に適切にフィットしない場合がある。そこで、tan(α/2)を上記範囲とすることで、毛髪のかき分け性能と頭皮への適切な接触状態の確保とのバランスをとることができる。
(11)基部51と突起部60とは、ゴム状の弾性体からなり、弾性体の硬度は、25以上35以下である。
突起部60が上記の硬度のゴム状の弾性体であるため、被験者の頭部99に押し当てられた際に、接触圧を適正に保つことができ、また、押し当てる圧力が強すぎて被験者に不快を与えることを抑制できる。
(12)脳波測定装置は、上述の脳波電極ユニット10を有する。
高さH:1〜10mm(1mm間隔で10種)
D1:2.3mm、2.7mm、3.2mm
D2:0.3mm、0.5mm、1.0mm
また、図9に、突起部60の形状の一例として、高さH=6mmの場合の形状について、突起部60を中心59側から見た側面図の一覧を示している。
(a)表中において、右側及び上側に位置する突起部60ほど、低負荷で変形が大きくなる。すなわち、高さHが高いほど、また、先端側の直径D2が小さいほど変形しやすく、電極形成面62と頭皮の接触が良好に維持できないケースが増える。
(b)表中において、左側及び下側に位置する突起部60ほど、毛髪のかき分け性能が低くなる。すなわち、高さHが低いほど、また、先端側の直径D2が大きいほど、毛髪のかき分けが良好に行われず、電極形成面62と頭皮との間に毛髪が介在するケースが増える。
10 脳波電極ユニット
20 フレーム
21 電極ユニット取付部
50 脳波検出用電極
51 基部
52 突起形成面
54 側面
60 突起部
61 突起部本体
62 電極形成面
63 突起部底面
65 先端部分
66 下端部分
Claims (12)
- 基部と、
前記基部から延出する複数の突起部と、
前記突起部に設けられた電極部と、
を有し、
前記突起部は、上面視で前記基部に対して最も外側の側面が前記基部から延びる垂線に対し外側に傾いて延出しており、かつ、先端部分に略平坦な接触面を有し、
前記接触面は、最大幅の位置から先端側に向けて漸次先細りの形状を呈しており、
前記電極部は前記接触面に設けられている、
脳波測定用電極。 - 前記突起部は錐体の先端部分を斜めに切り取った形状を呈し、
前記接触面は前記錐体の先端部分を斜めに切り取られて形成された面である、
請求項1に記載の脳波測定用電極。 - 前記錐体は円錐であり、
前記接触面は楕円となっている、
請求項2に記載の脳波測定用電極。 - 前記錐体の先端の角度は15度以上28度以下である、
請求項2または3に記載の脳波測定用電極。 - 前記錐体は幅方向に対称である、
請求項2から4までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記錐体は幅方向に非対称である、
請求項2から5までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記接触面の面積は1mm2以上100mm2以下である、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記接触面の水平方向の最大幅R1と、前記最大幅の中心位置から最も先端側の位置まで引いた直線の距離を10等分したときの先端側の1/10の位置における水平方向の幅R2との比R2/R1は、0.1以上0.5以下である、
請求項1から7までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記突起部の高さは0.5mm以上20mm以下である、
請求項1から8までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記錐体の頂点の角度をαとしたときに、
式tan(α/2)が0.15以上0.25以下である、
請求項2から6までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 前記基部と前記突起部とは、ゴム状の弾性体からなり、
前記弾性体の硬度は、25以上35以下である、
請求項1から10までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。 - 請求項1から11までのいずれか1項に記載の脳波測定装置。
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