JP2022133931A - 生体電位計測電極および生体情報計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザが利用しやすい形態で電気的および機械的な信頼性の高い生体電位計測電極および生体情報計測装置を提供する。【解決手段】本開示の一実施形態の電極は、電気回路が実装された基板と、基板に設けられ、電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、導電性および弾性を有すると共に、少なくとも第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部とを備える。【選択図】図１
Description
本開示は、生体電位計測電極およびこれを備えた生体情報計測装置に関する。
例えば、特許文献１では、支持基板の一方の面に導電性を有するゴム電極部が、他方の面に信号処理回路が配置され、それらゴム電極部と信号処理回路とが支持基板を貫通する導電性糸によって電気的に接続された生体測定電極装置が開示されている。
ところで、近年、樹脂製のフレキシブル電極を用いた脳波計が開発されている。しかしながら、生体と接するフレキシブル電極と、インピーダンス変換回路等の信号処理回路が実装された基板とは、主に金属製のホック等によって機械的に接続されているため、体動が生じたときにフレキシブル電極と基板との電気的な接続が不安定になりやすい。このため、フレキシブル電極と基板との電気的な接続部の信頼性の向上が望まれている。
よって、ユーザが利用しやすい形態で電気的および機械的な信頼性の高い生体電位計測電極および生体情報計測装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施形態の生体電位計測電極は、電気回路が実装された基板と、基板に設けられ、電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、導電性および弾性を有すると共に、少なくとも第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部とを備えたものである。
本開示の一実施形態の生体情報計測装置は、上記本開示の一実施形態の生体電位計測電極を備えたものである。
本開示の一実施形態の生体電位計測電極および一実施形態の生体情報計測装置では、少なくとも、電気回路が実装された基板に設けられた第１の電極部の一部を、導電性および弾性を有し、生体に接する第２の電極部に埋設するようにした。これにより、基板側と、第２の電極との接触面積が増大する。
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．実施の形態（複数の面に接続電極が延在する基板を計測電極に埋設した例）
１－１．生体電位計測電極の構成
１－２．計測電極の製造方法
１－３．生体情報計測装置の構成
１－４．作用・効果
２．変形例
２－１．変形例１（電気回路と接続電極とを直接接続した例）
２－２．変形例２（基板および電気回路を計測電極に埋設した例）
２－３．変形例３（基板の裏面にのみ接続電極を設けた例）
２－４．変形例４（基板の一部を埋設した例）
２－５．変形例５（接続電極を２つの部材から構成した例）
２－６．変形例６（接続電極の形状の他の例）
２－７．変形例７（接続電極の一部を計測電極に埋設した例）
３．適用例
１．実施の形態（複数の面に接続電極が延在する基板を計測電極に埋設した例）
１－１．生体電位計測電極の構成
１－２．計測電極の製造方法
１－３．生体情報計測装置の構成
１－４．作用・効果
２．変形例
２－１．変形例１（電気回路と接続電極とを直接接続した例）
２－２．変形例２（基板および電気回路を計測電極に埋設した例）
２－３．変形例３（基板の裏面にのみ接続電極を設けた例）
２－４．変形例４（基板の一部を埋設した例）
２－５．変形例５（接続電極を２つの部材から構成した例）
２－６．変形例６（接続電極の形状の他の例）
２－７．変形例７（接続電極の一部を計測電極に埋設した例）
３．適用例
＜１．実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０）の構成の一例を表した斜視図である。図２は、図１に示したＩ－Ｉ線に対応する生体電位計測電極１０の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０は、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１、図３参照）の電極として用いられるものである。本実施の形態の生体電位計測電極１０は、例えば、電気回路１２が実装され、複数の面に亘って接続電極１３が設けられた基板１１が、生体に接する計測電極１５に埋設されたものである。なお、図１および図２は、生体電位計測電極１０の構成の一例を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
図１は、本開示の一実施の形態に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０）の構成の一例を表した斜視図である。図２は、図１に示したＩ－Ｉ線に対応する生体電位計測電極１０の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０は、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１、図３参照）の電極として用いられるものである。本実施の形態の生体電位計測電極１０は、例えば、電気回路１２が実装され、複数の面に亘って接続電極１３が設けられた基板１１が、生体に接する計測電極１５に埋設されたものである。なお、図１および図２は、生体電位計測電極１０の構成の一例を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
（１－１．生体電位計測電極の構成）
生体電位計測電極１０は、基板１１と、電気回路１２と、接続電極１３と、貫通電極１４と、計測電極１５とを有している。この基板１１が本開示の「基板」の一具体例に相当し、電気回路１２が、本開示の「電気回路」の一具体例に相当する。また、接続電極１３が、本開示の「第１の電極部」の一具体例に相当し、計測電極１５が、本開示の「第２の電極部」の一具体例に相当する。
生体電位計測電極１０は、基板１１と、電気回路１２と、接続電極１３と、貫通電極１４と、計測電極１５とを有している。この基板１１が本開示の「基板」の一具体例に相当し、電気回路１２が、本開示の「電気回路」の一具体例に相当する。また、接続電極１３が、本開示の「第１の電極部」の一具体例に相当し、計測電極１５が、本開示の「第２の電極部」の一具体例に相当する。
基板１１は、対向する一対の面（表面１１Ｓ１および裏面１１Ｓ２）と、表面１１Ｓ１と裏面１１Ｓ２との間の側面１１Ｓ３とを有している。基板１１には電気回路１２が実装されている。接続電極１３は、例えば基板１１の裏面１１Ｓ２および側面１１Ｓ３に亘って形成されている。電気回路１２と接続電極１３は、例えば、基板１１の表面１１Ｓ１と裏面１１Ｓ２との間を貫通する貫通電極１４によって互いに電気的に接続されている。計測電極１５は、導電性を有すると共に、例えば生体に沿って変形可能な弾性体によって構成されている。本実施の形態では、基板１１は、計測電極１５に埋設されており、これにより、基板１１（具体的には、接続電極１３）は、計測電極１５と複数の面で電気的に接触するようになる。
基板１１は、例えば、表面１１Ｓ１および裏面１１Ｓ２に配線構造を有すると共に、表面１１Ｓ１側および裏面１１Ｓ２側それぞれに設けられた配線同士の電気的な接続がビア（例えば、貫通電極１４）でなされた積層基板である。
電気回路１２は、例えば、オペアンプを利用したボルテージフォロア回路を有している。電気回路１２は、その他、例えば、発振対策やインピーダンス調整、フィルタリングのために、周辺にＲ／Ｃを含む回路を含んでいてもよい。具体的には、電気回路１２は、後述するスイッチ素子１２１、可変抵抗素子１２２、ＡＣ電流源１２３、差動回路１２４、増幅回路１２５、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）１２６、信号処理回路１２７，１２９およびバッファ回路１２８等を含んでいる（例えば、図４参照）。
接続電極１３は、上記のように、基板１１の裏面１１Ｓ２および側面１１Ｓ３に亘って設けられている。接続電極１３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）等の導電性金属材料により形成されている。
計測電極１５は、生体の皮膚にドライ環境で接触させるドライ電極である。計測電極１５は、弾性を有しており、例えばヤング率が１０ＧＰａ未満であり、例えば１ＧＰａ未満であることが好ましい。計測電極１５は、例えば、カーボン粒子または金属粒子等の導電性材料を混錬することで導電性を付加された樹脂材料を用いて形成されている。
樹脂材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）およびこれらのコポリマー等の熱可塑性樹脂が挙げられる。この他、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性のエラストマーを用いることができる。あるいは、天然ゴムやスチレンブタジエンゴムおよびイソプレンゴム等のジエン系ゴムを用いることができる。
カーボン粒子としては、例えば、カーボンブラック（グラフファイト）、カーボンナノチューブおよびグラフェンの粒子、フレークまたは繊維が挙げられる。金属粒子としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）等が挙げられる。この他、硫化銅および塩化銀等の金属硫化物、セレン化銅およびセレン化銀等の金属セレン化物、塩化銅および塩化銀等の金属塩化物を用いることができる。
これらの他、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＡＩ樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＤＦ樹脂、エポキシ樹脂、ポリ乳酸樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂等のポリマー粒子にメタルがコーティングされた粒子を用いてもよい。ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオール、ポリアニリンおよびそれらのコポリマーや類縁体等の導電性高分子を分散するようにしてもよい。
計測電極１５の外形は、特に限定されず、例えば、平面形状の他に、ドーム型、ピラミッド型あるいは櫛型等の任意の形状をとることができる。計測電極１５は、さらに、生体との接触面１５Ｓ１に複数の突起部１５Ｘを有していてもよい。これにより、例えば毛髪等の体毛を有する皮膚と良好な接触が可能となる。
（１－２．計測電極の製造方法）
本実施の形態の計測電極１５は、例えば以下のようにして製造することができる。
本実施の形態の計測電極１５は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、導電性カーボンブラック（東海カーボン株式会社製トーカブラック）にＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを被覆、含有させることで導電性粒子を得る。続いて、この導電性粒子を３０ｗｔ％で熱可塑性ポリウレタンエラストマーに混錬し、導電性のエラストマーを得る。
一方、ボルテージフォロワ回路を含む電気回路１２を表面１１Ｓ１に実装したガラスエポキシ基板（基板１１）を作製する。続いて、基板１１の裏面１１Ｓ２および側面１１Ｓ３に接続電極１３を形成する。
次に、電気回路１２が実装された基板１１の表面１１Ｓ１を一時的な樹脂コーティング膜で保護した後、基板１１を成型枠にセットし、導電性のエラストマーを射出成型する。これにより、所望の形状を有する、基板１１が埋設された計測電極１５が得られる。その後、樹脂コーティング膜を除去した後、配線コネクタにより生体電位計測電極１０と生体電位計測計とを接続する。
なお、上述した製造方法は一例であり、その他の方法を用いて製造するようにしてもよい。
（１－３．生体情報計測装置の構成）
図３は、生体情報計測装置１の概略構成の一例を表したものである。生体情報計測装置１は、生体１０００の生体情報を検出する装置である。生体情報としては、例えば、脳波、心電、眼電等が挙げられる。生体１０００は、典型的には人であるが、動物であってもよい。生体情報計測装置１は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル機器である。
図３は、生体情報計測装置１の概略構成の一例を表したものである。生体情報計測装置１は、生体１０００の生体情報を検出する装置である。生体情報としては、例えば、脳波、心電、眼電等が挙げられる。生体１０００は、典型的には人であるが、動物であってもよい。生体情報計測装置１は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル機器である。
生体情報計測装置１は、ネットワークに接続されている。ネットワークは、例えば、ＬＡＮまたはＷＡＮ等の通信回線である。ネットワークには、端末装置２０が接続されている。生体情報計測装置１は、ネットワークを介して端末装置２０と通信することができるように構成されている。端末装置２０は、例えば携帯端末であり、ネットワークを介して生体情報計測装置１と通信することができるように構成されている。
端末装置２０は、例えば、入力部、制御部、表示部および通信部を備えている。入力部は、ユーザからの入力情報を受け付ける。制御部は、入力部に入力された入力情報を、通信部を介して生体情報計測装置１に送信する。通信部は、ネットワークを介して、生体情報計測装置１から、例えば画像データを受信する。制御部は、通信部で受信した画像データに基づいて映像信号を生成し、表示部に出力する。表示部は、制御部から入力された映像信号に基づいて画像データを表示する。
生体情報計測装置１は、例えば、１または複数の生体電位計測電極１０Ｘおよび生体電位基準電極１０Ｙと、制御部３０と、記憶部４０と、通信部５０とを備えている。
図４は、生体電位計測電極１０Ｘの回路構成の一例を表したものである。図５は、生体電位基準電極１０Ｙの回路構成の一例を表したものである。生体電位計測電極１０Ｘは、上述した生体電位計測電極１０に相当するものである。生体電位基準電極１０Ｙは、生体電位計測電極１０Ｘに対するリファレンス電極であり、例えば、上述した生体電位計測電極１０と同様の構成を有している。
生体電位計測電極１０Ｘは、さらに、スイッチ素子１２１と、可変抵抗素子１２２と、ＡＣ電流源１２３と、差動回路１２４と、増幅回路１２５と、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）１２６と、信号処理回路１２７とを有している。生体電位基準電極１０Ｙは、さらに、スイッチ素子１２１と、バッファ回路１２８と、信号処理回路１２９とを有している。なお、バッファ回路１２８は省略してもよい。
生体電位計測電極１０Ｘおよび生体電位基準電極１０Ｙのスイッチ素子１２１は、それぞれ、信号処理回路１２７，１２９からの制御信号に基づいて計測電極１５のオン／オフを切り替える。生体電位計測電極１０Ｘのスイッチ素子１２１は、生体電位計測電極１０Ｘおよび生体電位基準電極１０Ｙそれぞれの計測電極１５と生体１０００との間の接触インピーダンスの調整に用いられる。
可変抵抗素子１２２は、生体電位基準電極１０Ｙの計測電極１５と、差動回路１２４との間に設けられている。具体的には、可変抵抗素子１２２は、バッファ回路１２８の出力端と、差動回路１２４の入力端との間の配線に対して直列に挿入されている。可変抵抗素子１２２は、差動回路１２４の入力端子間のインピーダンス差の調整に用いられる。可変抵抗素子１２２の抵抗値は、信号処理回路１２７からの制御信号に基づいて設定される。
ＡＣ電流源１２３は、スイッチ素子１２１の出力端と、差動回路１２４の入力端との間の配線に接続されている。ＡＣ電流源１２３は、生体電位計測電極１０Ｘの計測電極１５にＡＣ電流を供給する。ＡＣ電流源１２３は、生体電位計測電極１０Ｘの計測電極１５および生体電位基準電極１０Ｙの計測電極１５と生体１０００との間の接触インピーダンスの計測に用いられる。
差動回路１２４は、生体電位計測電極１０Ｘの計測電極１５から得られる計測信号と、生体電位基準電極１０Ｙの計測電極１５から得られる基準信号との差分に対応する生体信号を生成する。差動回路１２４において、２つの入力端は、スイッチ素子１２１の出力端と、可変抵抗素子１２２とに接続されている。差動回路１２４は、基準信号を用いることで、計測信号に含まれるコモンモードノイズ（交流ノイズ）を除去する。
増幅回路１２５は、差動回路１２４から入力された生体信号を増幅する。ＡＤＣ１２６は、増幅回路１２５から入力された生体信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタルの生体信号を信号処理回路１２７に出力する。
信号処理回路１２７は、生体電位計測電極１０Ｘの生体信号に対して所定の処理を行い、それにより得られた生体信号を制御部３０に出力する。
信号処理回路１２７は、制御部３０からの制御信号に基づいて、スイッチ素子１２１を制御することにより、生体電位計測電極１０Ｘの計測電極１５と生体１０００との間の接触インピーダンスを切り替える。信号処理回路１２７は、さらに、制御部３０からの制御信号に基づいて、可変抵抗素子１２２を制御することにより、差動回路１２４の入力端子間のインピーダンス差を切り替える。
信号処理回路１２７は、記憶部４０から読み出した設定値４１に基づいて、スイッチ素子１２１に対する制御を行うことにより、生体電位計測電極１０Ｘの計測電極１５と生体１０００との間の接触インピーダンスを所定の値に設定する。生体電位計測電極１０Ｘにおいて、信号処理回路１２７は、さらに、記憶部４０から読み出した設定値に基づいて、可変抵抗素子１２２に対する制御を行うことにより、差動回路１２４の入力端子間のインピーダンス差を所定の値に設定する。
バッファ回路１２８は、例えば、ボルテージフォロアで構成されており、インピーダンス変換を行う。バッファ回路１２８の出力端は、生体電位計測電極１０の差動回路１２４の入力端に電気的に接続される。これにより、バッファ回路１２８によるインピーダンス変換後の信号（基準信号）の電圧値がバッファ回路１２８の出力端に接続される差動回路１２４の数に依って変動するのが抑えられる。信号処理回路１２９は、制御部３０からの制御信号に基づいて、スイッチ素子１２１を制御することにより、生体電位基準電極１０Ｙの計測電極１５と生体１０００との間の接触インピーダンスを切り替える。信号処理回路１２９は、さらに、制御部３０からの制御信号に基づいて、可変抵抗素子１２２を制御することにより、差動回路１２４の入力端子間のインピーダンス差を調整する。
制御部３０は、生体電位計測電極１０Ｘで得られた生体信号ＳｉｇＡに基づいて所定の画像データを生成する。通信部５０は、制御部３０で生成された画像データを、ネットワークを介して端末装置２０に送信する。記憶部４０には、例えば、生体電位計測電極１０Ｘのスイッチ素子１２１の設定値と、生体電位基準電極１０Ｙのスイッチ素子１２１の設定値と、可変抵抗素子１２２の設定値とが記憶される。制御部３０は、さらに、信号処理回路１２７と、信号処理回路１２９とに対して、制御信号を出力することにより、生体電位計測電極１０Ｘのスイッチ素子１２１および可変抵抗素子１２２と、生体電位基準電極１０Ｙのスイッチ素子１２１とを制御する。
（１－４．作用・効果）
本実施の形態の生体電位計測電極１０は、電気回路１２が実装され、複数の面に亘って接続電極１３が設けられた基板１１を計測電極１５に埋設するようにした。これにより、基板１１側と、計測電極１５とが複数の面で接するようになる。以下、これについて説明する。
本実施の形態の生体電位計測電極１０は、電気回路１２が実装され、複数の面に亘って接続電極１３が設けられた基板１１を計測電極１５に埋設するようにした。これにより、基板１１側と、計測電極１５とが複数の面で接するようになる。以下、これについて説明する。
一般に、脳波等の生体電位計測や皮膚電気活動等の生体インピーダンス計測を行う生体情報計測装置においては、ウェット電極と呼ばれる計測用のジェルや生理食塩水等を用いて生体との接触インピーダンスを低減するような電極が用いられている。
しかしながら，コンシューマ用途ではユーザの汚染や経時変化、煩わしさの観点からウェット電極を用いることは難しい。このため、近年、ドライ電極と呼ばれる乾式の電極を用いた生体情報計測装置の開発が進められている。ドライ電極は、簡便に装着できる反面、接触インピーダンスが１０ｋΩ～１００ｋΩと大きい。このため、ノイズによる信号品質の低下を低減するために、電極から電気的になるべく近い距離にインピーダンス変換回路を配置することでインピーダンスの低減が図られる。このような電極はアクティブ電極と呼ばれている。
アクティブ電極は、装着感（快適性）の観点から、ゴム等のエラストマーにカーボンのような導電性の粒子を混合したフレキシブル電極で構成されている。このフレキシブル電極と、インピーダンス変換回路を含む信号処理回路が形成された基板とは、一般に、機械的な金属製のホックを用いて接続されている。このため、体動が生じたときにフレキシブル電極と基板との電気的な接続が不安定になりやすい。また、このような接続形態は、生体情報計測装置の形状やユーザビリティの制約も大きく、筐体設計の自由度を低下させる要因となっている。
これに対して、本実施の形態では、電気回路１２が実装され、複数の面に亘って接続電極１３が設けられた基板１１を、導電性および弾性を有する計測電極１５に埋設するようにした。これにより、接続電極１３と計測電極１５とが複数の面で接するようになり、接触面積が増大する。
以上により、本実施の形態の生体電位計測電極１０では、上記のように金属製のホック等を用いて機械的に接続した場合と比較して、基板１１側と、計測電極１５との接触面積が向上するため、基板１１側と、計測電極１５との電気的な接続が確保される。即ち、生体電位を正確に測定することができると共に、複数方向からの応力に対する信頼性が向上する。よって、ユーザが利用しやすい形態で電気的および機械的な信頼性の高い生体電位計測電極１０を提供することが可能となる。
また、本実施の形態の生体電位計測電極１０では、計測電極１５に電気回路１２が実装された基板１１を埋設するようにしたので、上記のようにホック等を用いて機械的に接続した場合と比較して、基板１１側と、計測電極１５との接続部のスペースを削減することができる。よって、生体電位計測電極１０の小型化を実現することが可能となる。これにより、生体情報計測装置１の装着感を改善することが可能となる。
次に、上記実施の形態の変形例１～７および適用例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
図６は、本開示の変形例１に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ａ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ａは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ａは、接続電極１３が基板１１の裏面１１Ｓ２から側面１１Ｓ３および表面１１Ｓ１にかけて延在形成されており、基板１１の表面１１Ｓ１の一部（例えば、周縁部分）が計測電極１５によって覆われている点が、上記実施の形態とは異なる。
（２－１．変形例１）
図６は、本開示の変形例１に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ａ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ａは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ａは、接続電極１３が基板１１の裏面１１Ｓ２から側面１１Ｓ３および表面１１Ｓ１にかけて延在形成されており、基板１１の表面１１Ｓ１の一部（例えば、周縁部分）が計測電極１５によって覆われている点が、上記実施の形態とは異なる。
このように、接続電極１３を裏面１１Ｓ２から表面１１Ｓ１まで形成し、計測電極１５が基板１１の表面１１Ｓ１に設けられた接続電極１３を覆うように基板１１を埋設させることにより、基板１１側と、計測電極１５との接触面積がさらに増える。よって、電気的および機械的な信頼性をさらに向上させることが可能となる。
また、電気回路１２と、接続電極１３との電気的な接続は、例えば、図６に示したように、基板１１の表面１１Ｓ１に形成された接続電極１３の一部を電気回路１２までさらに延伸させることで、貫通電極１４を介さずに電気的に接続するようにしてもよい。
（２－２．変形例２）
図７は、本開示の変形例２に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｂ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ｂは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ｂは、変形例１の構成に加えて、基板１１の表面１１Ｓ１および電気回路１２をパッシベーション膜１６で保護し、基板１１全体を計測電極１５に埋設したものである。
図７は、本開示の変形例２に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｂ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ｂは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ｂは、変形例１の構成に加えて、基板１１の表面１１Ｓ１および電気回路１２をパッシベーション膜１６で保護し、基板１１全体を計測電極１５に埋設したものである。
これにより、基板１１側と、計測電極１５との接触面積がさらに増える。よって、電気的および機械的な信頼性をさらに向上させることが可能となる。
（２－３．変形例３）
上記実施の形態では、接続電極１３を基板１１の裏面１１Ｓ２および側面１１Ｓ３に亘って設けた例を示したがこれに限定されるものではない。接続電極１３は、例えば、図８に示した生体電位計測電極１０Ｃのように、基板１１の裏面１１Ｓ２にのみ形成するようにしてもよい。
上記実施の形態では、接続電極１３を基板１１の裏面１１Ｓ２および側面１１Ｓ３に亘って設けた例を示したがこれに限定されるものではない。接続電極１３は、例えば、図８に示した生体電位計測電極１０Ｃのように、基板１１の裏面１１Ｓ２にのみ形成するようにしてもよい。
（２－４．変形例４）
また、例えば上記変形例３の構成において、図９に示した生体電位計測電極１０Ｄのように、基板１１の一部を計測電極１５に埋設するようにしてもよい。
また、例えば上記変形例３の構成において、図９に示した生体電位計測電極１０Ｄのように、基板１１の一部を計測電極１５に埋設するようにしてもよい。
（２－５．変形例５）
図１０は、本開示の変形例５に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｅ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ｅは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ｅは、接続電極１３を２つの部材（第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂ）からなる構成とし、一方（第１導電部１３Ａ）を計測電極１５に埋設した点が、上記実施の形態とは異なる。
図１０は、本開示の変形例５に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｅ）の断面構成を模式的に表したものである。生体電位計測電極１０Ｅは、上記実施の形態と同様に、例えば、生体の生体情報を検出する装置（生体情報計測装置１）の電極として用いられるものである。本変形例の生体電位計測電極１０Ｅは、接続電極１３を２つの部材（第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂ）からなる構成とし、一方（第１導電部１３Ａ）を計測電極１５に埋設した点が、上記実施の形態とは異なる。
本変形例の接続電極１３は、上記のように第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂの２つの部材から構成されている。第１導電部１３Ａは、計測電極１５に埋設されている。第２導電部１３Ｂは、基板１１の裏面１１Ｓ２に設けられている。
第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂは、それぞれ、磁性導電体を用いて形成されている。計測電極１５に埋設される第１導電部１３Ａは、第２導電部１３Ｂを磁気吸着させるためにマグネット電極として形成されている。具体的には、第１導電部１３Ａとしては、例えば、合金磁石、フェライト磁石および希土類磁石等の永久磁石が用いられる。合金磁石としては、例えば、マンガンアルミ磁石や白金磁石が挙げられる。希土類磁石としては、例えば、ネオジム磁石やプラセオジム磁石が挙げられる。第１導電部１３Ａをマグネット電極として形成する場合には、第２導電部１３Ｂは、例えば、強磁性体を用いて形成される。強磁性体としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パーマロイ、アルニコおよびステンレス等が挙げられる。
本変形例の計測電極１５は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、上記実施の形態と同様に、導電性カーボンブラック（東海カーボン株式会社製トーカブラック）にＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを被覆、含有させることで導電性粒子を得る。続いて、この導電性粒子を３０ｗｔ％で熱可塑性ポリウレタンエラストマーに混錬し、導電性のエラストマーを得る。
次に、第１導電部１３Ａとして、全面に例えばＮｉメッキ処理を行った基板状の磁石を作製する。続いて、この磁石を成型枠にセットし、導電性のエラストマーを射出成型する。これにより、所望の形状を有する、第１導電部１３Ａが埋設された計測電極１５が得られる。
次に、基板１１の裏面１１Ｓ２に第２導電部１３Ｂを設置し、例えばはんだを用いて電気回路１２（具体的には、例えば貫通電極１４）と電気的に接続する。その後、基板１１と計測電極１５とを、それぞれに形成された第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂの磁力により電気的に接合する。
なお、上述した製造方法は一例であり、その他の方法を用いて製造するようにしてもよい。
このように、本変形例では接続電極１３を２つの部材（第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂ）を用いて構成し、第１導電部１３Ａを計測電極１５に埋設し、第２導電部１３Ｂを基板１１の裏面１１Ｓ２に設けるようにした。更に、第１導電部１３Ａはマグネット電極で構成し、第２導電部１３Ｂは強磁性体を用いて形成する。これにより、基板１１（具体的には、第２導電部１３Ｂ）と計測電極１５とは、磁力によって電気的に接合されるようになり、例えば電極交換の際に、計測電極１５のみを交換することが可能となる。よって、上記実施の形態の効果に加えて、生体情報計測装置１の利便性および経済性（コスト）が向上すると共に、環境負荷を低減することが可能となる。
（２－６．変形例６）
図１１は、本開示の変形例６に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｆ）の断面構成を模式的に表したものである。上述した計測電極１５に埋設される第１導電部１３Ａは、例えば、図１１に示したように、計測電極１５に埋設される部分を、計測電極１５の表面に露出する部分よりも幅広に形成するようにしてもよい。これにより、計測電極１５からの第１導電部１３Ａの脱落を防ぐことができる。
図１１は、本開示の変形例６に係る生体電位計測電極（生体電位計測電極１０Ｆ）の断面構成を模式的に表したものである。上述した計測電極１５に埋設される第１導電部１３Ａは、例えば、図１１に示したように、計測電極１５に埋設される部分を、計測電極１５の表面に露出する部分よりも幅広に形成するようにしてもよい。これにより、計測電極１５からの第１導電部１３Ａの脱落を防ぐことができる。
（２－７．変形例７）
また、上記変形例６とは異なり、図１２に示した生体電位計測電極１０Ｇのように、第１導電部１３Ａの一部を計測電極１５に埋設するようにしてもよい。更に、第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂの構成は逆にしてもよい。具体的には、第２導電部１３Ｂをマグネット磁石とし、強磁性体を用いて第１導電部１３Ａを形成するようにしてもよい。
また、上記変形例６とは異なり、図１２に示した生体電位計測電極１０Ｇのように、第１導電部１３Ａの一部を計測電極１５に埋設するようにしてもよい。更に、第１導電部１３Ａおよび第２導電部１３Ｂの構成は逆にしてもよい。具体的には、第２導電部１３Ｂをマグネット磁石とし、強磁性体を用いて第１導電部１３Ａを形成するようにしてもよい。
＜３．適用例＞
次に、本開示の生体電位計測電極（例えば、生体電位計測電極１０）を備えた生体情報計測装置１の具体例（適用例）について説明する。ただし、以下で説明する適用例の構成はあくまで一例であり、その構成は適宜変更可能である。
次に、本開示の生体電位計測電極（例えば、生体電位計測電極１０）を備えた生体情報計測装置１の具体例（適用例）について説明する。ただし、以下で説明する適用例の構成はあくまで一例であり、その構成は適宜変更可能である。
生体電位計測電極１０は、例えば、図１３に示したヘッドマウントディスプレイ２のパッド部２１１やバンド部２１２の内側に設置することができる。この他、生体電位計測電極１０は、例えば、図１４に示したヘッドフォン３のパッド部３１１やバンド部３１２の内側に設置することができる。生体電位計測電極１０は、例えば、図１５に示したヘッドバンド４のバンド部４１１の内側に設置することができる。生体電位計測電極１０は、例えば、図１６に示したイヤフォン５のイヤーピース５１１に設置することができる。
また、生体電位計測電極１０は、ウェアラブル機器の他に、例えば、時計（腕時計）、鞄、衣服、帽子、眼鏡および靴等の服飾品に適用してもよい。例えば、生体電位計測電極１０は、図１７に示した帽子６の内側のスベリ６１１に設置することができる。
以上、実施の形態および変形例１～７ならびに適用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、板状の基板１１を用いた例を示したが、例えば、内側に開口を有するドーナツ型の基板を用いるようにしてもよい。これにより、基板１１の内側にも計測電極１５との接触面が形成されるため、より安定した基板１１と計測電極１５との接続が可能となる。よって、信頼性をさらに向上させることが可能となる。
また、上記実施の形態等において説明した全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素をさらに含んでいてもよい。また、上述した構成要素の材料等は一例であり、記載したものに限定されるものではない。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成も取ることも可能である。以下の構成の本技術によれば、少なくとも、電気回路が実装された基板に設けられた第１の電極部の一部を、導電性および弾性を有し、生体に接する第２の電極部に埋設するようにした。これにより、基板側と、第２の電極とが複数の接触面で接触するようになるため、ユーザが利用しやすい形態で電気的および機械的な信頼性を向上させることが可能となる。
（１）
電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
備えた生体電位計測電極。
（２）
前記基板は、前記電気回路が実装された第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の側面に相当する第３の面とを有する、前記（１）に記載の生体電位計測電極。
（３）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面に設けられ、前記電気回路と前記第１の電極部とは、前記基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する貫通電極を介して電気的に接続されている、前記（２）に記載の生体電位計測電極。
（４）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第３の面まで延在形成されている、前記（３）に記載の生体電位計測電極。
（５）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在形成されている、前記（３）に記載の生体電位計測電極。
（６）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在すると共に、前記第１の面に設けられた前記第１の電極部の一部が前記電気回路まで延伸することにより、前記電気回路と電気的に接続されている、前記（２）または（３）に記載の生体電位計測電極。
（７）
前記第２の電極部には、さらに前記基板の少なくとも一部が埋設されている、前記（１）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（８）
前記電気回路の表面を覆うパッシベーション膜をさらに有し、
前記第２の電極部に前記第１の電極部、前記基板および前記電気回路が埋設されている、前記（１）乃至（７）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（９）
前記第１の電極部は、前記第２の電極部に埋設された第１の導電部と、前記基板の第２の面に設けられた第２の導電部とからなる、前記（２）乃至（８）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１０）
前記第１の導電部および前記第２の導電部は、磁性導電体を用いて形成されている、前記（９）に記載の生体電位計測電極。
（１１）
前記第１の導電部および前記第２の導電部の一方が強磁性体を用いて形成されている、前記（１０）に記載の生体電位計測電極。
（１２）
前記第２の電極部は、生体との接触面に複数の突起を有する、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１３）
前記第２の電極部は、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニルビニレン、ポリチオール、ポリアニリンまたはそれらの類縁体を含む樹脂を用いて形成されている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１４）
前記第２の電極部は、金属粒子、金属硫化物、金属セレン化物または金属塩化物を含む樹脂を用いて形成されている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１５）
電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
を備えた生体電位計測電極を有する生体情報計測装置。
（１）
電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
備えた生体電位計測電極。
（２）
前記基板は、前記電気回路が実装された第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の側面に相当する第３の面とを有する、前記（１）に記載の生体電位計測電極。
（３）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面に設けられ、前記電気回路と前記第１の電極部とは、前記基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する貫通電極を介して電気的に接続されている、前記（２）に記載の生体電位計測電極。
（４）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第３の面まで延在形成されている、前記（３）に記載の生体電位計測電極。
（５）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在形成されている、前記（３）に記載の生体電位計測電極。
（６）
前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在すると共に、前記第１の面に設けられた前記第１の電極部の一部が前記電気回路まで延伸することにより、前記電気回路と電気的に接続されている、前記（２）または（３）に記載の生体電位計測電極。
（７）
前記第２の電極部には、さらに前記基板の少なくとも一部が埋設されている、前記（１）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（８）
前記電気回路の表面を覆うパッシベーション膜をさらに有し、
前記第２の電極部に前記第１の電極部、前記基板および前記電気回路が埋設されている、前記（１）乃至（７）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（９）
前記第１の電極部は、前記第２の電極部に埋設された第１の導電部と、前記基板の第２の面に設けられた第２の導電部とからなる、前記（２）乃至（８）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１０）
前記第１の導電部および前記第２の導電部は、磁性導電体を用いて形成されている、前記（９）に記載の生体電位計測電極。
（１１）
前記第１の導電部および前記第２の導電部の一方が強磁性体を用いて形成されている、前記（１０）に記載の生体電位計測電極。
（１２）
前記第２の電極部は、生体との接触面に複数の突起を有する、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１３）
前記第２の電極部は、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニルビニレン、ポリチオール、ポリアニリンまたはそれらの類縁体を含む樹脂を用いて形成されている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１４）
前記第２の電極部は、金属粒子、金属硫化物、金属セレン化物または金属塩化物を含む樹脂を用いて形成されている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の生体電位計測電極。
（１５）
電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
を備えた生体電位計測電極を有する生体情報計測装置。
１…生体情報計測装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ…生体電位計測電極、１１…基板、１２…電気回路、１３…接続電極、１３Ａ…第１導電部、１３Ｂ…第２導電部、１４…貫通電極、１５…計測電極、１５Ｘ…突起部。
Claims (15)
- 電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
備えた生体電位計測電極。 - 前記基板は、前記電気回路が実装された第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の側面に相当する第３の面とを有する、請求項１に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面に設けられ、前記電気回路と前記第１の電極部とは、前記基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する貫通電極を介して電気的に接続されている、請求項２に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第３の面まで延在形成されている、請求項３に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在形成されている、請求項３に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の電極部は前記基板の前記第２の面から前記第１の面の周縁まで延在すると共に、前記第１の面に設けられた前記第１の電極部の一部が前記電気回路まで延伸することにより、前記電気回路と電気的に接続されている、請求項２に記載の生体電位計測電極。
- 前記第２の電極部には、さらに前記基板の少なくとも一部が埋設されている、請求項１に記載の生体電位計測電極。
- 前記電気回路の表面を覆うパッシベーション膜をさらに有し、
前記第２の電極部に前記第１の電極部、前記基板および前記電気回路が埋設されている、請求項１に記載の生体電位計測電極。 - 前記第１の電極部は、前記第２の電極部に埋設された第１の導電部と、前記基板の第２の面に設けられた第２の導電部とからなる、請求項２に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の導電部および前記第２の導電部は、磁性導電体を用いて形成されている、請求項９に記載の生体電位計測電極。
- 前記第１の導電部および前記第２の導電部の一方が強磁性体を用いて形成されている、請求項１０に記載の生体電位計測電極。
- 前記第２の電極部は、生体との接触面に複数の突起を有する、請求項１に記載の生体電位計測電極。
- 前記第２の電極部は、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニルビニレン、ポリチオール、ポリアニリンまたはそれらの類縁体を含む樹脂を用いて形成されている、請求項１に記載の生体電位計測電極。
- 前記第２の電極部は、金属粒子、金属硫化物、金属セレン化物または金属塩化物を含む樹脂を用いて形成されている、請求項１に記載の生体電位計測電極。
- 電気回路が実装された基板と、
前記基板に設けられ、前記電気回路と電気的に接続された第１の電極部と、
導電性および弾性を有すると共に、少なくとも前記第１の電極部の一部が埋設された、生体に接する第２の電極部と
を備えた生体電位計測電極を有する生体情報計測装置。
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