JP2023111693A - Pulse wave measuring apparatus - Google Patents

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拓也 永井
Takuya Nagai
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MinebeaMitsumi Inc
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Abstract

To provide a pulse wave measuring apparatus capable of suppressing the plastic deformation of a pulse wave sensor.SOLUTION: The pulse wave measuring apparatus, which is attachable to a subject, comprises a casing and a pulse wave sensor affixed to the casing. The pulse wave sensor comprises a strain-inducing body where a strain gage is placed. The strain-inducing body is affixed to the casing in a state of being capable of making contact with the subject. A sensor face being the subject-side face of the strain-inducing body is concaved in a direction of separating from the subject, with respect to a face positioned around the sensor face of the casing.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、脈波測定装置に関する。 The present invention relates to a pulse wave measuring device.

心臓が血液を送り出すことに伴い発生する脈波を検出する脈波センサが知られている。一例として、外力の作用により撓み可能に支持されている起歪体となる受圧板と、その受圧板の撓みを電気信号に変換する圧電変換手段とが設けられた脈波センサが挙げられる。この脈波センサは、受圧板の可撓領域が外方に向かって凸曲面となるドーム状に形成されており、圧電変換手段として受圧板における頂部の内面に圧力検出素子を備えている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A pulse wave sensor is known that detects a pulse wave generated as the heart pumps out blood. One example is a pulse wave sensor provided with a pressure-receiving plate serving as a strain-generating body supported flexibly by the action of an external force, and piezoelectric conversion means for converting the flexure of the pressure-receiving plate into an electrical signal. In this pulse wave sensor, the flexible region of the pressure receiving plate is formed in a dome shape with a convex curved surface facing outward, and a pressure detecting element is provided on the inner surface of the top of the pressure receiving plate as piezoelectric conversion means (for example, , see Patent Document 1).

特開2002-78689号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-78689

脈波センサは、微小な信号を検出する必要があるため、脈波センサを用いた脈波測定装置では、測定精度を向上するために、脈波センサを被験者に適度に密着させる必要がある。 Since a pulse wave sensor needs to detect minute signals, a pulse wave measuring device using a pulse wave sensor needs to bring the pulse wave sensor into close contact with the subject in order to improve measurement accuracy.

しかし、上記の脈波センサにおいて、受圧板はSUSや銅等の材料を用いて数十μm~数百μm程度の厚さに形成されているため、橈骨動脈に押し付けると、人の皮膚、筋肉、血管からの反発力により塑性変形するおそれがあった。 However, in the above-described pulse wave sensor, the pressure receiving plate is made of a material such as SUS or copper and is formed with a thickness of several tens of μm to several hundreds of μm. , there is a risk of plastic deformation due to the repulsive force from blood vessels.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、脈波センサの塑性変形を抑制可能な脈波測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pulse wave measuring device capable of suppressing plastic deformation of a pulse wave sensor.

本脈波測定装置は、被験者に装着可能な脈波測定装置であって、筐体と、前記筐体に固定された脈波センサと、を有し、前記脈波センサは、ひずみゲージが配置された起歪体を備え、前記起歪体が前記被験者に接触可能な状態で前記筐体に固定され、前記起歪体の前記被験者側の面であるセンサ面は、前記筐体の前記センサ面の周囲に位置する面に対して、前記被験者から遠ざかる方向に窪んでいる。 The present pulse wave measuring device is a pulse wave measuring device that can be worn by a subject, and has a housing and a pulse wave sensor fixed to the housing, and the pulse wave sensor is provided with a strain gauge. The strain body is fixed to the housing in a state in which the strain body can contact the subject, and the sensor surface, which is the subject side surface of the strain body, is the sensor of the housing. It is recessed in the direction away from the subject with respect to the surface positioned around the surface.

開示の技術によれば、脈波センサの塑性変形を抑制可能な脈波測定装置を提供できる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a pulse wave measuring device capable of suppressing plastic deformation of the pulse wave sensor.

第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する斜視図である。1 is a perspective view illustrating a pulse wave measuring device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する表面側斜視図である。1 is a front side perspective view illustrating a pulse wave measuring device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する裏面側斜視図である。FIG. 2 is a back side perspective view illustrating the pulse wave measuring device according to the first embodiment; 第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する側面図である。1 is a side view illustrating a pulse wave measuring device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脈波センサを例示する斜視図である。1 is a perspective view illustrating a pulse wave sensor according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脈波センサを例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a pulse wave sensor according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る脈波センサを例示する断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a pulse wave sensor according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その1)である。1 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その2)である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment;

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1実施形態〉
[脈波測定装置1]
図1は、第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する斜視図であり、脈波測定装置を被験者の手首に装着した様子を示している。図2は、第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する表面側斜視図である。図3は、第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する裏面側斜視図である。図4は、第1実施形態に係る脈波測定装置を例示する側面図である。
<First embodiment>
[Pulse wave measuring device 1]
FIG. 1 is a perspective view illustrating the pulse wave measuring device according to the first embodiment, showing how the pulse wave measuring device is worn on the wrist of a subject. FIG. 2 is a front side perspective view illustrating the pulse wave measuring device according to the first embodiment. FIG. 3 is a back side perspective view illustrating the pulse wave measuring device according to the first embodiment. FIG. 4 is a side view illustrating the pulse wave measuring device according to the first embodiment;

なお、図4の矢印Nは、脈波センサ40のセンサ面40sの法線方向を示している。図1~図4の説明では、便宜上、矢印Nの始点(根元)側を「上側」と称し、矢印Nの終点(矢尻)側を「下側」と称する。又、各部位の上側に位置する面を「上面」と称し、各部位の下側に位置する面を「下面」と称する。ただし、脈波測定装置1は天地逆の状態で用いることもできる。又、脈波測定装置1は任意の角度で配置することもできる。又、平面視とは、矢印Nの方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、矢印Nの方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。 An arrow N in FIG. 4 indicates the normal direction of the sensor surface 40 s of the pulse wave sensor 40 . 1 to 4, for the sake of convenience, the starting point (root) side of the arrow N will be referred to as the "upper side", and the ending point (arrowhead) side of the arrow N will be referred to as the "lower side". Further, the surface located above each part is called "upper surface", and the surface located below each part is called "lower surface". However, the pulse wave measuring device 1 can also be used upside down. Also, the pulse wave measuring device 1 can be arranged at any angle. In addition, the term “planar view” refers to viewing an object in the direction of the arrow N. As shown in FIG. The planar shape refers to the shape of the object when the object is viewed in the direction of the arrow N. As shown in FIG.

図1~図4を参照すると、脈波測定装置1は、被験者に装着可能な腕時計型のウェアラブルデバイスであり、主に、筐体10と、脈波センサ40と、ベルト部90とを有している。 With reference to FIGS. 1 to 4, the pulse wave measuring device 1 is a wristwatch-type wearable device that can be worn by a subject, and mainly includes a housing 10, a pulse wave sensor 40, and a belt portion 90. ing.

脈波測定装置1は、例えば、脈波センサ40が被験者の橈骨動脈の近くに配置されるように、被験者の手首に装着される。脈波は、心臓が血液を送り出すことに伴い発生する血管の容積変化を波形としてとらえたもので、脈波測定装置1は、血管の容積変化をモニターすることができる。 The pulse wave measuring device 1 is worn on the subject's wrist, for example, so that the pulse wave sensor 40 is placed near the subject's radial artery. A pulse wave is a waveform obtained by capturing a change in the volume of a blood vessel that occurs as the heart pumps out blood, and the pulse wave measurement device 1 can monitor the change in the volume of the blood vessel.

筐体10は、上部11と、下部12と、蓋部13とを有している。上部11は、平面形状が略矩形状の中空の箱であり、上側が開口している。下部12は、平面形状が上部11よりも小さい略矩形状であり、上部11の下面から下側に突起している。蓋部13は、上部11の上側の開口を塞いでいる。蓋部13は、例えば、4隅において、ねじ70により上部11及び/又は下部12と取り外し自在に固定することができる。上部11、下部12、及び蓋部13は、例えば、金属や樹脂等から形成できる。なお、上部11と下部12とは一体に形成されたものでもよく、接着剤や溶接等により別体を接合したものでもよい。 The housing 10 has an upper portion 11 , a lower portion 12 and a lid portion 13 . The upper part 11 is a hollow box having a substantially rectangular planar shape, and is open on the upper side. The lower portion 12 has a substantially rectangular planar shape smaller than that of the upper portion 11 and protrudes downward from the lower surface of the upper portion 11 . The lid portion 13 closes the upper opening of the upper portion 11 . The lid portion 13 can be detachably fixed to the upper portion 11 and/or the lower portion 12 by screws 70, for example, at four corners. The upper portion 11, the lower portion 12, and the lid portion 13 can be made of metal, resin, or the like, for example. The upper portion 11 and the lower portion 12 may be integrally formed, or may be separate bodies joined by an adhesive, welding, or the like.

上部11の内部に、例えば、電池や電子部品が搭載されてもよい。上部11に搭載される電子部品は、例えば、脈波センサ40が測定した信号を処理する信号処理用の半導体や、信号処理の結果を外部に送信する無線通信用の半導体を含んでもよい。脈波測定装置1と外部回路等とを有線で接続する場合は、上部11の側面等にコネクタを配置してもよいし、上部11の側面等からケーブルを引き出してもよい。 For example, a battery or electronic components may be mounted inside the upper portion 11 . The electronic components mounted on the upper part 11 may include, for example, a semiconductor for signal processing that processes the signal measured by the pulse wave sensor 40, or a semiconductor for wireless communication that transmits the result of signal processing to the outside. When pulse wave measuring device 1 and an external circuit or the like are connected by wire, a connector may be arranged on the side surface of upper portion 11 or the like, or a cable may be pulled out from the side surface of upper portion 11 or the like.

下部12の略中央には、矢印N方向に貫通する平面形状が略円形の貫通孔12xが設けられている。貫通孔12xは脈波センサ40を固定するための孔であり、脈波センサ40は貫通孔12xに挿入された状態で下部12に固定されている。脈波センサ40と下部12との固定には、ねじ止めや圧入等の任意の方法を用いることができる。 A through-hole 12x having a substantially circular planar shape and penetrating in the direction of the arrow N is provided in substantially the center of the lower portion 12 . The through hole 12x is a hole for fixing the pulse wave sensor 40, and the pulse wave sensor 40 is fixed to the lower portion 12 while being inserted into the through hole 12x. Any method such as screwing or press-fitting can be used to fix the pulse wave sensor 40 and the lower part 12 together.

脈波センサ40は、筐体10の下部12に固定されている。具体的には、脈波センサ40は、ひずみゲージ100(後述)が配置された起歪体42(後述)を備え、起歪体42が被験者に接触可能な状態で筐体10に固定されている。起歪体42の被験者側の面であるセンサ面40sは、筐体10のセンサ面40sの周囲に位置する面である下部12の下面12aに対して、被験者から遠ざかる方向に窪んでいる。 Pulse wave sensor 40 is fixed to lower portion 12 of housing 10 . Specifically, the pulse wave sensor 40 includes a strain body 42 (described later) in which a strain gauge 100 (described later) is arranged. there is The sensor surface 40s, which is the subject-side surface of the strain body 42, is recessed in the direction away from the subject with respect to the lower surface 12a of the lower portion 12, which is the surface positioned around the sensor surface 40s of the housing 10. FIG.

つまり、脈波センサ40のセンサ面40sは、筐体10の下面よりも矢印Nの根元側に窪んだ位置にある。センサ面40sの筐体10の下面からの窪み量Dは、例えば、矢印N方向に測定して1mm以上2mm以下程度とすることができる。なお、脈波センサ40のセンサ面40sとは反対側の面は、下部12内に収まってもよいし、上部11内に突起してもよい。 That is, the sensor surface 40s of the pulse wave sensor 40 is recessed toward the base of the arrow N from the lower surface of the housing 10 . The recess amount D of the sensor surface 40s from the lower surface of the housing 10 can be, for example, about 1 mm or more and 2 mm or less when measured in the arrow N direction. In addition, the surface of the pulse wave sensor 40 opposite to the sensor surface 40 s may be accommodated in the lower portion 12 or protrude into the upper portion 11 .

なお、センサ面40sは、例えば、筐体10のセンサ面40sの周囲に位置する面(筐体10の下部12の下面12a)と平行である。ここでの平行は、±5度の誤差を許容するものとする。 Note that the sensor surface 40s is, for example, parallel to a surface located around the sensor surface 40s of the housing 10 (the lower surface 12a of the lower portion 12 of the housing 10). The parallelism here allows an error of ±5 degrees.

ベルト部90は、例えば、ベルト本体91と、第1接続部92と、第2接続部93とを有している。ベルト本体91は、例えば、樹脂、ゴム、布等により形成され、伸縮性を有する。伸縮性を有するベルト本体91を用いることにより、脈波センサ40による被験者の橈骨動脈への押圧力を確保することができる。第1接続部92及び第2接続部93は、ベルト本体91を筐体10の下部12の両端に接続するための部材である。第1接続部92及び第2接続部93は、例えば、樹脂、ゴム等により形成することができる。 The belt portion 90 has, for example, a belt body 91 , a first connection portion 92 and a second connection portion 93 . The belt main body 91 is made of, for example, resin, rubber, cloth, or the like, and has elasticity. By using the stretchable belt body 91, it is possible to ensure the pressing force of the pulse wave sensor 40 on the subject's radial artery. The first connection portion 92 and the second connection portion 93 are members for connecting the belt body 91 to both ends of the lower portion 12 of the housing 10 . The first connecting portion 92 and the second connecting portion 93 can be made of resin, rubber, or the like, for example.

図示の例では、ベルト本体91の一端は、第1接続部92の一端に設けられた溝に挿入されて固定されている。第1接続部92の他端にはベルト本体91の幅方向の両側に突起する突起部が設けられている。第1接続部92の2つの突起部は、下部12の一端側に設けられた切れ込み部の対向する一対の貫通孔に一軸で揺動自在に取り付けられている。 In the illustrated example, one end of the belt body 91 is inserted into and fixed to a groove provided at one end of the first connection portion 92 . The other end of the first connection portion 92 is provided with protrusions that protrude on both sides in the width direction of the belt body 91 . The two protrusions of the first connecting portion 92 are attached to a pair of opposed through holes of a notch provided on one end side of the lower portion 12 so as to be uniaxially swingable.

また、ベルト本体91の他端は、第2接続部93の一端に設けられた溝に挿入されて固定されている。第2接続部93の他端にはベルト本体91の幅方向の両側に突起する突起部が設けられている。第2接続部93の2つの突起部は、下部12の他端側に設けられた切れ込み部の対向する一対の貫通孔に一軸で揺動自在に取り付けられている。 The other end of the belt main body 91 is inserted into a groove provided at one end of the second connection portion 93 and fixed. The other end of the second connection portion 93 is provided with protrusions that protrude on both sides in the width direction of the belt body 91 . The two protrusions of the second connection portion 93 are attached to a pair of opposing through holes of a cut portion provided on the other end side of the lower portion 12 so as to be uniaxially swingable.

第1接続部92及び第2接続部93は、必要に応じて設けることができる。すなわち、ベルト部90をベルト本体91のみから構成し、ベルト本体91の一端を直接筐体10の下部12の一端に揺動自在に取り付け、ベルト本体91の他端を直接筐体10の下部12の他端に揺動自在に取り付けてもよい。 The first connecting portion 92 and the second connecting portion 93 can be provided as required. That is, the belt portion 90 is composed only of the belt body 91 , one end of the belt body 91 is directly attached to one end of the lower portion 12 of the housing 10 so as to be swingable, and the other end of the belt body 91 is directly attached to the lower portion 12 of the housing 10 . It may be attached to the other end of the so as to be swingable.

ベルト本体91は、図示の例のような連続した1つの構造体であってもよいが、複数の構造体から構成してもよい。例えば、一端が第1接続部92に固定された第1帯状体と、一端が第2接続部93に固定された第2帯状体とを設け、第1帯状体の他端と第2帯状体の他端とを面ファスナー等により取り外し自在に接続可能な構成としてもよい。この場合、第1帯状体の他端と第2帯状体の他端を接続する位置により、脈波測定装置1を被験者に装着する際の締め付け強さを変えることができる。つまり、ベルト本体91の長さを調整することで、被験者の橈骨動脈と脈波センサ40との密着性を向上させ、一定の圧力をかけ続けることができる。 The belt body 91 may be a single continuous structure as in the illustrated example, or may be composed of a plurality of structures. For example, a first strip having one end fixed to the first connecting portion 92 and a second strip having one end fixed to the second connecting portion 93 are provided, and the other end of the first strip and the second strip are provided. may be detachably connected to the other end of the terminal by means of a hook-and-loop fastener or the like. In this case, depending on the position where the other end of the first band-shaped body and the other end of the second band-shaped body are connected, the tightening strength when attaching the pulse wave measuring device 1 to the subject can be changed. In other words, by adjusting the length of the belt main body 91, the adhesion between the subject's radial artery and the pulse wave sensor 40 can be improved, and a constant pressure can be continuously applied.

脈波測定装置1で高精度の脈波を得ることで、血糖値や血圧等をモニターすることができる。また、動脈硬化等の予測が可能となる。 By obtaining highly accurate pulse waves with the pulse wave measuring device 1, it is possible to monitor blood sugar levels, blood pressure, and the like. In addition, it becomes possible to predict arteriosclerosis and the like.

仮に、脈波測定装置1において、脈波センサ40のセンサ面40sが筐体10の下面(下部12の下面12a)から突起しているとすると、脈波測定装置1を被験者の腕に装着する際に、センサ面40sが被験者の腕に接触して塑性変形し、脈波の正確な測定ができなくなるおそれがある。また、脈波測定装置1を被験者の腕に装着して測定する際の押圧力が強くなるため、手首の皮膚、筋肉、血管等からの反発力でセンサ面40sが塑性変形し、脈波の正確な測定ができなくなるおそれがある。 If, in the pulse wave measuring device 1, the sensor surface 40s of the pulse wave sensor 40 protrudes from the lower surface of the housing 10 (lower surface 12a of the lower part 12), the pulse wave measuring device 1 is worn on the arm of the subject. At that time, the sensor surface 40s may contact the subject's arm and be plastically deformed, making it impossible to accurately measure the pulse wave. In addition, since the pressing force when the pulse wave measuring device 1 is attached to the subject's arm for measurement is increased, the sensor surface 40s is plastically deformed by the repulsive force from the skin, muscles, blood vessels, etc. of the wrist, and the pulse wave is measured. Accurate measurements may not be possible.

しかし、本実施形態に係る脈波測定装置1では、脈波センサ40のセンサ面40sは、筐体10のセンサ面40sの周囲に位置する面に対して、被験者から遠ざかる方向に窪んでいる。これにより、脈波測定装置1を被験者の腕に装着する際に、センサ面40sが被験者の腕に接触しないため、センサ面40sが塑性変形するおそれがない。また、脈波測定装置1を被験者の腕に装着して測定する際の押圧力が強くなり過ぎないため、手首の皮膚、筋肉、血管等からの反発力を軽減でき、センサ面40sの塑性変形を抑制できる。 However, in the pulse wave measuring device 1 according to the present embodiment, the sensor surface 40s of the pulse wave sensor 40 is recessed in the direction away from the subject with respect to the surfaces of the housing 10 located around the sensor surface 40s. Accordingly, when the pulse wave measuring device 1 is worn on the subject's arm, the sensor surface 40s does not come into contact with the subject's arm, so there is no risk of plastic deformation of the sensor surface 40s. In addition, since the pressing force when the pulse wave measuring device 1 is attached to the subject's arm and measured is not too strong, the repulsive force from the skin, muscles, blood vessels, etc. of the wrist can be reduced, and the sensor surface 40s is plastically deformed. can be suppressed.

さらに、センサ面40sが筐体10の下面から突起している或いは筐体10の下面と面一であるならば常時、センサ面40sと被験者の肌とが触れているのに対して、本実施形態に係る脈波測定装置1によれば、測定の際にベルト等の締め付けにより圧力をかけた状態でなければ、センサ面40sが積極的に肌に触れることはない。このため、脈波センサ40の保護や金属アレルギー対策等にも繋がる。 Furthermore, if the sensor surface 40s protrudes from the lower surface of the housing 10 or is flush with the lower surface of the housing 10, the sensor surface 40s and the subject's skin are always in contact. According to the pulse wave measuring device 1 according to the embodiment, the sensor surface 40s does not actively touch the skin unless pressure is applied by tightening a belt or the like during measurement. Therefore, it leads to protection of the pulse wave sensor 40 and countermeasure against metal allergy.

なお、脈波センサ40と蓋部13との間に、脈波センサ40を被験者側に付勢する付勢機構を有してもよい。付勢機構は、例えば、ばねのみで構成してもよいし、ばねと、ばねの付勢力を調整する調整部とを含む構成としてもよいし、その他の構成としてもよい。脈波センサ40を被験者側に付勢する付勢機構を有することで、脈波センサ40のセンサ面40sを被験者の手首に安定的に押圧可能となる。 A biasing mechanism that biases the pulse wave sensor 40 toward the subject may be provided between the pulse wave sensor 40 and the lid portion 13 . For example, the urging mechanism may be composed only of a spring, may be configured to include a spring and an adjustment section for adjusting the urging force of the spring, or may be configured in some other manner. By having an urging mechanism that urges the pulse wave sensor 40 toward the subject, the sensor surface 40s of the pulse wave sensor 40 can be stably pressed against the subject's wrist.

[脈波センサ40]
図5は、第1実施形態に係る脈波センサを例示する斜視図である。図6は、第1実施形態に係る脈波センサを例示する平面図である。図7は、第1実施形態に係る脈波センサを例示する断面図であり、図6のA-A線に沿う断面を示している。なお、図5~図7は、図4等とは視る方向が異なっており、図4では脈波センサ40のセンサ面40sは下側にあるが、図5~図7では上側となる。
[Pulse wave sensor 40]
FIG. 5 is a perspective view illustrating the pulse wave sensor according to the first embodiment; FIG. 6 is a plan view illustrating the pulse wave sensor according to the first embodiment; FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the pulse wave sensor according to the first embodiment, showing a cross section along line AA in FIG. 5 to 7 are viewed from a different direction from FIG. 4, etc. In FIG. 4, the sensor surface 40s of the pulse wave sensor 40 is on the lower side, but in FIGS. 5 to 7 it is on the upper side.

図5~図7を参照すると、脈波センサ40は、筐体41と、起歪体42と、ひずみゲージ100とを有している。 5 to 7, the pulse wave sensor 40 has a housing 41, a strain body 42, and a strain gauge 100. FIG.

起歪体42は、基部42aと、梁部42bと、負荷部42cと、延伸部42dとを有している。起歪体42は、例えば、平面視で4回対称の形状である。起歪体42の材料としては、例えば、SUS(ステンレス鋼)、銅、及びアルミニウム等を用いることができる。なお、起歪体42の材料としては、金属に限らず、ガラス等の非金属を用いてもよい。起歪体42は例えば平板状であり、各構成要素は、例えばプレス加工法等により一体に形成されている。負荷部42cを除く起歪体42の厚さtは、例えば、一定である。厚さtは、例えば、0.01mm以上0.25mm以下である。 The strain generating body 42 has a base portion 42a, a beam portion 42b, a load portion 42c, and an extending portion 42d. The strain-generating body 42 has, for example, a four-fold symmetrical shape in a plan view. As a material of the strain generating body 42, for example, SUS (stainless steel), copper, aluminum, or the like can be used. The material of the strain-generating body 42 is not limited to metal, and non-metal such as glass may be used. The strain generating body 42 is, for example, a flat plate shape, and each component is integrally formed by, for example, a press working method. The thickness t of the strain body 42 excluding the load portion 42c is constant, for example. The thickness t is, for example, 0.01 mm or more and 0.25 mm or less.

なお、図5~図7における脈波センサ40の説明では、便宜上、起歪体42の負荷部42cが設けられている側を[上側]と称し、負荷部42cが設けられていない側を「下側」と称する。又、各部位の上側に位置する面を「上面」と称し、各部位の下側に位置する面を「下面」と称する。ただし、脈波センサ40は天地逆の状態で用いることができる。、又、脈波センサ40は任意の角度で配置することもできる。又、平面視とは対象物を起歪体42のセンサ面40sに対する上側から下側への法線方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、前記法線方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。 In the description of the pulse wave sensor 40 in FIGS. 5 to 7, for convenience, the side of the strain-generating body 42 on which the load portion 42c is provided is referred to as the [upper side], and the side on which the load portion 42c is not provided is referred to as " called "lower side". Further, the surface located above each part is called "upper surface", and the surface located below each part is called "lower surface". However, the pulse wave sensor 40 can be used upside down. Also, the pulse wave sensor 40 can be arranged at any angle. Further, the term "planar view" refers to viewing an object in the direction normal to the sensor surface 40s of the strain-generating body 42 from the upper side to the lower side. The planar shape refers to the shape of the object when the object is viewed in the normal direction.

脈波センサ40において、筐体41は起歪体42を保持する部分である。筐体41は円筒状であって、下面側が塞がれ上面側が開口されている。筐体41は、例えば、金属や樹脂等から形成できる。筐体41の上面側の開口を塞ぐように、略円板状の起歪体42が接着剤等により固定されている。起歪体42は、ひずみゲージ100が配置されており、脈波を検出する部分である。 In pulse wave sensor 40 , housing 41 is a portion that holds strain-generating body 42 . The housing 41 is cylindrical, closed on the bottom side and open on the top side. The housing 41 can be made of metal, resin, or the like, for example. A substantially disk-shaped strain-generating body 42 is fixed with an adhesive or the like so as to block the opening on the upper surface side of the housing 41 . The strain-generating body 42 is a portion where the strain gauge 100 is arranged and which detects a pulse wave.

起歪体42において、基部42aは、図5及び図6に示す円形の破線よりも外側の円形枠状(リング状)の領域である。なお、円形の破線よりも内側の領域を円形開口部と称する場合がある。つまり、起歪体42の基部42aは、円形開口部を備えている。基部42aの幅wは、例えば、1mm以上5mm以下である。基部42aの内径d(すなわち、円形開口部の直径)は、例えば、5mm以上40mm以下である。 In the strain generating body 42, the base portion 42a is a circular frame-shaped (ring-shaped) region outside the circular dashed line shown in FIGS. Note that the area inside the circular dashed line may be referred to as a circular opening. That is, the base portion 42a of the strain generating body 42 has a circular opening. The width w1 of the base portion 42a is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less. The inner diameter d of the base portion 42a (that is, the diameter of the circular opening) is, for example, 5 mm or more and 40 mm or less.

梁部42bは、基部42aの内側を橋渡しするように設けられている。梁部42bは、例えば、平面視で十字状に交差する2本の梁を有し、2本の梁の交差する領域は円形開口部の中心を含む。図6の例では、十字を構成する1本の梁がX方向を長手方向とし、十字を構成する他の1本の梁がY方向を長手方向とし、両者は直交している。直交する2本の梁の各々は、基部42aの内径d(円形開口部の直径)より内側にあり、かつ可能な限り長いことが好ましい。つまり、各々の梁の長さは、円形開口部の直径と略等しいことが好ましい。梁部42bを構成する各々の梁において、交差する領域以外の幅wは一定であり、例えば、1mm以上5mm以下である。幅wが一定であることは必須ではないが、幅wを一定とすることで、ひずみをリニアに検出するできる点で好ましい。 The beam portion 42b is provided so as to bridge the inside of the base portion 42a. The beam portion 42b has, for example, two beams that intersect in a cross shape in a plan view, and the intersecting area of the two beams includes the center of the circular opening. In the example of FIG. 6, one beam forming the cross has its longitudinal direction in the X direction, and another beam forming the cross has its longitudinal direction in the Y direction, and they are orthogonal to each other. Each of the two orthogonal beams is preferably inside the inner diameter d (the diameter of the circular opening) of the base 42a and is as long as possible. That is, the length of each beam is preferably approximately equal to the diameter of the circular opening. The width w2 of each beam constituting the beam portion 42b is constant except for the intersecting region, and is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less. Although it is not essential that the width w2 is constant, it is preferable in that the strain can be detected linearly by making the width w2 constant.

負荷部42cは、梁部42bに設けられている。負荷部42cは、例えば、梁部42bを構成する2本の梁の交差する領域に設けられる。負荷部42cは、梁部42bの上面から突起している。梁部42bの上面を基準とする負荷部42cの突起量は、例えば、0.1mm程度である。梁部42bは可撓性を有しており、負荷部42cに負荷が加わると弾性変形する。 The load portion 42c is provided on the beam portion 42b. The load portion 42c is provided, for example, in an area where two beams forming the beam portion 42b intersect. The load portion 42c protrudes from the upper surface of the beam portion 42b. The amount of protrusion of the load portion 42c based on the upper surface of the beam portion 42b is, for example, about 0.1 mm. The beam portion 42b is flexible, and elastically deforms when a load is applied to the load portion 42c.

4つの延伸部42dは、平面視で基部42aの内側から梁部42bの方向に延伸する扇形の部分である。各々の延伸部42dと梁部42bとの間には、1mm程度の隙間が設けられている。なお、当該隙間を例えば0.05~0.2mm程度とした場合には、外部から筐体41内部へのコンタミ侵入を防止することが可能である。延伸部42dは、脈波センサ40のセンシングには寄与しないため、設けなくてもよい。脈波センサ40は、外部との電気信号の入出力を行うシールドケーブルやフレキシブル基板等(図示せず)を有している。 The four extending portions 42d are fan-shaped portions extending from the inside of the base portion 42a toward the beam portion 42b in plan view. A gap of about 1 mm is provided between each extending portion 42d and beam portion 42b. If the gap is set to, for example, about 0.05 to 0.2 mm, it is possible to prevent contaminants from entering the housing 41 from the outside. The extending portion 42d does not contribute to the sensing of the pulse wave sensor 40, so it does not have to be provided. The pulse wave sensor 40 has a shielded cable, a flexible substrate, and the like (not shown) for inputting and outputting electrical signals with the outside.

なお、起歪体42のセンサ面40sは、基部42aの上面、梁部42bの上面、及び延伸部42dの上面により構成されている。負荷部42cは、センサ面40sよりも突起している。センサ面40sは、例えば、平面である。 The sensor surface 40s of the strain generating body 42 is composed of the upper surface of the base portion 42a, the upper surface of the beam portion 42b, and the upper surface of the extension portion 42d. The load portion 42c protrudes from the sensor surface 40s. The sensor surface 40s is, for example, a plane.

ひずみゲージ100は、起歪体42に設けられている。ひずみゲージ100は、例えば、梁部42bの下面側に設けることができる。梁部42bは平板状であるため、ひずみゲージを容易に貼り付けることができる。ひずみゲージ100は、1個以上設ければよいが、本実施形態では、4つのひずみゲージ100を設けている。4つのひずみゲージ100を設けることで、フルブリッジにより、ひずみを検出することができる。 The strain gauge 100 is provided on the strain generating body 42 . The strain gauge 100 can be provided, for example, on the lower surface side of the beam portion 42b. Since the beam portion 42b has a flat plate shape, the strain gauge can be easily attached. One or more strain gauges 100 may be provided, but four strain gauges 100 are provided in this embodiment. By providing four strain gauges 100, strain can be detected by a full bridge.

4つのひずみゲージ100のうちの2つは、X方向を長手方向とする梁の負荷部42cに近い側(円形開口部の中心側)に、平面視で負荷部42cを挟んで対向するように配置されている。4つのひずみゲージ100のうちの他の2つは、Y方向を長手方向とする梁の基部42aに近い側に、平面視で負荷部42cを挟んで対向するように配置されている。このような配置により、圧縮力と引張力を有効に検出してフルブリッジにより大きな出力を得ることができる。 Two of the four strain gauges 100 are arranged so as to face the load portion 42c in plan view on the side near the load portion 42c of the beam whose longitudinal direction is the X direction (center side of the circular opening). are placed. The other two of the four strain gauges 100 are arranged on the side near the base portion 42a of the beam whose longitudinal direction is the Y direction so as to face each other across the load portion 42c in plan view. Such an arrangement allows effective detection of compressive and tensile forces to provide greater power output from the full bridge.

脈波センサ40は、負荷部42cが被験者の橈骨動脈に当たるように被験者の腕に固定して使用される。被験者の脈波に応じて負荷部42cに負荷が加わって梁部42bが弾性変形すると、ひずみゲージ100の抵抗体の抵抗値が変化する。脈波センサ40は、梁部42bの変形に伴なうひずみゲージ100の抵抗体の抵抗値の変化に基づいて脈波を検出できる。脈波は、例えば、ひずみゲージ100の電極と接続された測定回路から、周期的な電圧の変化として出力される。 The pulse wave sensor 40 is used by being fixed to the subject's arm so that the load portion 42c contacts the subject's radial artery. When a load is applied to the load portion 42c according to the subject's pulse wave and the beam portion 42b is elastically deformed, the resistance value of the resistor of the strain gauge 100 changes. The pulse wave sensor 40 can detect a pulse wave based on a change in the resistance value of the resistor of the strain gauge 100 accompanying deformation of the beam portion 42b. A pulse wave is output as a periodic change in voltage from a measurement circuit connected to the electrodes of the strain gauge 100, for example.

[ひずみゲージ100]
図8は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図9は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その1)であり、図8のB-B線に沿う断面を示している。図8及び図9を参照すると、ひずみゲージ100は、基材110と、抵抗体130と、配線140と、電極150と、カバー層160とを有している。なお、図8では、便宜上、カバー層160の外縁のみを破線で示している。なお、カバー層160は、必要に応じて設けることができる。
[Strain gauge 100]
FIG. 8 is a plan view illustrating a strain gauge according to the first embodiment; FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along line BB in FIG. 8 and 9, the strain gauge 100 has a substrate 110, a resistor 130, wiring 140, electrodes 150, and a cover layer 160. As shown in FIG. In addition, in FIG. 8, only the outer edge of the cover layer 160 is shown with a dashed line for convenience. Note that the cover layer 160 can be provided as necessary.

なお、図8及び図9におけるひずみゲージ100の説明では、便宜上、ひずみゲージ100において、基材110の抵抗体130が設けられている側を「上側」と称し、抵抗体130が設けられていない側を「下側」と称する。又、各部位の上側に位置する面を「上面」と称し、各部位の下側に位置する面を「下面」と称する。ただし、ひずみゲージ100は天地逆の状態で用いることもできる。又、ひずみゲージ100は任意の角度で配置することもできる。例えば、図7では、ひずみゲージ100は、図9とは上下が反転した状態で梁部42bに貼り付けられる。つまり、図9の基材110が接着剤等で梁部42bの下面に貼り付けられる。又、平面視とは、基材110の上面110aに対する上側から下側への法線方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、前記法線方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。 8 and 9, in the strain gauge 100, the side of the base material 110 on which the resistor 130 is provided is referred to as the "upper side" for convenience, and the resistor 130 is not provided. The side will be referred to as the "lower side". Further, the surface located above each part is called "upper surface", and the surface located below each part is called "lower surface". However, the strain gauge 100 can also be used upside down. Also, the strain gauge 100 can be arranged at any angle. For example, in FIG. 7, the strain gauge 100 is affixed to the beam portion 42b in a state inverted from that in FIG. That is, the base material 110 in FIG. 9 is attached to the lower surface of the beam portion 42b with an adhesive or the like. In addition, the term “planar view” refers to viewing an object in the normal direction from the upper side to the lower side with respect to the upper surface 110a of the base material 110 . The planar shape refers to the shape of the object when the object is viewed in the normal direction.

基材110は、抵抗体130等を形成するためのベース層となる部材である。基材110は可撓性を有する。基材110の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ100の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、基材110の厚さは5μm~500μm程度であってよい。なお、起歪体42の外面から受感部へのひずみの伝達性、および、環境変化に対する寸法安定性の観点から考えると、基材110の厚さは5μm~200μmの範囲内であることが好ましい。また、絶縁性の観点から考えると、基材110の厚さは10μm以上であることが好ましい。 The base material 110 is a member that serves as a base layer for forming the resistor 130 and the like. Base material 110 has flexibility. The thickness of the base material 110 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the purpose of use of the strain gauge 100 or the like. For example, the thickness of the base material 110 may be about 5 μm to 500 μm. Considering the transmission of strain from the outer surface of the strain-generating body 42 to the sensing part and the dimensional stability against environmental changes, the thickness of the base material 110 should be in the range of 5 μm to 200 μm. preferable. Moreover, from the viewpoint of insulation, the thickness of the base material 110 is preferably 10 μm or more.

基材110は、例えば、PI(ポリイミド)樹脂、エポキシ樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、LCP(液晶ポリマー)樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成される。なお、フィルムとは、厚さが500μm以下程度であり、かつ可撓性を有する部材を指す。 The substrate 110 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyetheretherketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, LCP (liquid crystal It is formed from an insulating resin film such as polymer) resin, polyolefin resin, or the like. In addition, the film refers to a member having a thickness of about 500 μm or less and having flexibility.

基材110が絶縁樹脂フィルムから形成される場合、当該絶縁樹脂フィルムには、フィラーや不純物等が含まれていてもよい。例えば、基材110は、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成されてもよい。 When the base material 110 is formed of an insulating resin film, the insulating resin film may contain fillers, impurities, and the like. For example, the base material 110 may be formed from an insulating resin film containing filler such as silica or alumina.

基材110の樹脂以外の材料としては、例えば、SiO、ZrO(YSZも含む)、Si、Si、Al(サファイヤも含む)、ZnO、ペロブスカイト系セラミックス(CaTiO、BaTiO)等の結晶性材料が挙げられる。又、前述の結晶性材料以外に非晶質のガラス等を基材110の材料としてもよい。又、基材110の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金(ジュラルミン)、チタン等の金属を用いてもよい。金属を用いる場合、金属製の基材110上に絶縁膜が設けられる。 Materials other than the resin of the base material 110 include, for example, SiO 2 , ZrO 2 (including YSZ), Si, Si 2 N 3 , Al 2 O 3 (including sapphire), ZnO, perovskite ceramics (CaTiO 3 , crystalline materials such as BaTiO 3 ). In addition to the crystalline material described above, amorphous glass or the like may be used as the material of the base material 110 . As the material of the base material 110, a metal such as aluminum, an aluminum alloy (duralumin), or titanium may be used. When using metal, an insulating film is provided on the base material 110 made of metal.

抵抗体130は、基材110の上側に所定のパターンで形成された薄膜である。ひずみゲージ100において、抵抗体130は、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体130は、基材110の上面110aに直接形成されてもよいし、基材110の上面110aに他の層を介して形成されてもよい。なお、図8では、便宜上、抵抗体130を濃い梨地模様で示している。 The resistor 130 is a thin film formed in a predetermined pattern on the upper side of the base material 110 . In the strain gauge 100, the resistor 130 is a sensing part that receives strain and produces a resistance change. The resistor 130 may be formed directly on the upper surface 110a of the base material 110, or may be formed on the upper surface 110a of the base material 110 via another layer. In addition, in FIG. 8, the resistor 130 is shown with a dark pear-skin pattern for the sake of convenience.

抵抗体130は、複数の細長状部が長手方向を同一方向(図8の例ではX方向)に向けて所定間隔で配置され、隣接する細長状部の端部が互い違いに連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造である。複数の細長状部の長手方向がグリッド方向となり、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向(図8の例ではY方向)となる。 In the resistor 130, a plurality of elongated portions are arranged in the same longitudinal direction (the X direction in the example of FIG. 8) at predetermined intervals, and the ends of adjacent elongated portions are alternately connected to form an overall structure. It is a structure that folds in a zigzag as The longitudinal direction of the plurality of elongated portions is the grid direction, and the direction perpendicular to the grid direction is the grid width direction (the Y direction in the example of FIG. 8).

抵抗体130において、最もY+側に位置する細長状部のX-側の端部は、Y+方向に屈曲し、抵抗体130のグリッド幅方向の一方の終端130eに達する。また、最もY-側に位置する細長状部のX-側の端部は、Y-方向に屈曲し、抵抗体130のグリッド方向の他方の終端130eに達する。各々の終端130e及び130eは、配線140を介して、電極150と電気的に接続されている。言い換えれば、配線140は、抵抗体130のグリッド幅方向の各々の終端130e及び130eと各々の電極150とを電気的に接続している。 In the resistor 130, the X− side end of the elongated portion located closest to the Y+ side is bent in the Y+ direction and reaches one end 130e1 of the resistor 130 in the grid width direction. Also, the X-side end of the elongated portion located closest to the Y-side bends in the Y-direction and reaches the other end 130e2 of the resistor 130 in the grid direction. Each termination 130e 1 and 130e 2 is electrically connected to an electrode 150 via a wire 140 . In other words, the wiring 140 electrically connects the ends 130e 1 and 130e 2 of the resistor 130 in the grid width direction and each electrode 150 .

抵抗体130は、例えば、Cr(クロム)を含む材料、Ni(ニッケル)を含む材料、又はCrとNiの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体130は、CrとNiの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Crを含む材料としては、例えば、Cr混相膜が挙げられる。Niを含む材料としては、例えば、Cu-Ni(銅ニッケル)が挙げられる。CrとNiの両方を含む材料としては、例えば、Ni-Cr(ニッケルクロム)が挙げられる。 The resistor 130 can be made of, for example, a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 130 can be made of a material containing at least one of Cr and Ni. Materials containing Cr include, for example, a Cr mixed phase film. Materials containing Ni include, for example, Cu—Ni (copper nickel). Materials containing both Cr and Ni include, for example, Ni—Cr (nickel chromium).

ここで、Cr混相膜とは、Cr、CrN、及びCrN等が混相した膜である。Cr混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでいてもよい。 Here, the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr 2 N and the like are mixed. The Cr mixed phase film may contain unavoidable impurities such as chromium oxide.

抵抗体130の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ100の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、抵抗体130の厚さは0.05μm~2μm程度であってよい。特に、抵抗体130の厚さが0.1μm以上である場合、抵抗体130を構成する結晶の結晶性(例えば、α-Crの結晶性)が向上する。また、抵抗体130の厚さが1μm以下である場合、抵抗体130を構成する膜の内部応力に起因する、(i)膜のクラックおよび(ii)膜の基材110からの反りが、低減される。 The thickness of the resistor 130 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the purpose of use of the strain gauge 100 or the like. For example, the thickness of the resistor 130 may be about 0.05 μm to 2 μm. In particular, when the thickness of the resistor 130 is 0.1 μm or more, the crystallinity of the crystal (for example, the crystallinity of α-Cr) forming the resistor 130 is improved. In addition, when the thickness of the resistor 130 is 1 μm or less, (i) cracks in the film and (ii) warpage of the film from the base material 110 due to internal stress of the film constituting the resistor 130 are reduced. be done.

横感度を生じ難くすることと、断線対策とを考慮すると、抵抗体130の幅は10μm以上100μm以下であることが好ましい。更に言えば、抵抗体130の幅は10μm以上70μm以下であることが好ましく、10μm以上50μm以下であるとより好ましい。 In consideration of making it difficult for lateral sensitivity to occur and taking measures against disconnection, the width of the resistor 130 is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. Furthermore, the width of the resistor 130 is preferably 10 μm or more and 70 μm or less, more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.

例えば、抵抗体130がCr混相膜である場合、安定な結晶相であるα-Cr(アルファクロム)を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上させることができる。又例えば、抵抗体130がCr混相膜である場合、抵抗体130がα-Crを主成分とすることで、ひずみゲージ100のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを-1000ppm/℃~+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。ここで、「主成分」とは、抵抗体を構成する全物質の50重量%以上を占める成分のことを意味する。ゲージ特性を向上させるという観点から考えると、抵抗体130はα-Crを80重量%以上含むことが好ましい。更に言えば、同観点から考えると、抵抗体130はα-Crを90重量%以上含むことがより好ましい。なお、α-Crは、bcc構造(体心立方格子構造)のCrである。 For example, when the resistor 130 is a Cr mixed phase film, the stability of gauge characteristics can be improved by using α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystal phase, as the main component. Further, for example, when the resistor 130 is a Cr mixed phase film, the strain gauge 100 has a gauge factor of 10 or more and a gauge factor temperature coefficient TCS and a resistance temperature coefficient TCR by making the resistor 130 mainly composed of α-Cr. can be in the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. Here, the "main component" means a component that accounts for 50% by weight or more of the total substance constituting the resistor. From the viewpoint of improving gauge characteristics, the resistor 130 preferably contains 80% by weight or more of α-Cr. Furthermore, from the same point of view, it is more preferable that the resistor 130 contains 90% by weight or more of α-Cr. Note that α-Cr is Cr with a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

又、抵抗体130がCr混相膜である場合、Cr混相膜に含まれるCrN及びCrNは20重量%以下であることが好ましい。Cr混相膜に含まれるCrN及びCrNが20重量%以下であることで、ひずみゲージ100のゲージ率の低下を抑制することができる。 Also, when the resistor 130 is a Cr mixed phase film, CrN and Cr 2 N contained in the Cr mixed phase film are preferably 20% by weight or less. When CrN and Cr 2 N contained in the Cr mixed phase film are 20% by weight or less, a decrease in the gauge factor of the strain gauge 100 can be suppressed.

又、Cr混相膜におけるCrNとCrNとの比率は、CrNとCrNの重量の合計に対し、CrNの割合が80重量%以上90重量%未満となるようにすることが好ましい。更に言えば、同比率は、CrNとCrNの重量の合計に対し、CrNの割合が90重量%以上95重量%未満となるようにすることがより好ましい。CrNは半導体的な性質を有する。そのため、前述のCrNの割合を90重量%以上95重量%未満とすることで、TCRの低下(負のTCR)が一層顕著となる。更に、前述のCrNの割合を90重量%以上95重量%未満とすることで抵抗体130のセラミックス化を低減することができる。したがってため、抵抗体130の脆性破壊が起こりにくくすることができる。 Also, the ratio of CrN and Cr 2 N in the Cr mixed phase film is preferably such that the ratio of Cr 2 N is 80% by weight or more and less than 90% by weight with respect to the total weight of CrN and Cr 2 N. . More preferably, the ratio of Cr 2 N to the total weight of CrN and Cr 2 N is 90% by weight or more and less than 95% by weight. Cr 2 N has semiconducting properties. Therefore, by setting the ratio of Cr 2 N to 90% by weight or more and less than 95% by weight, the decrease in TCR (negative TCR) becomes even more pronounced. Furthermore, by setting the ratio of Cr 2 N to 90% by weight or more and less than 95% by weight, it is possible to reduce the use of ceramics in the resistor 130 . Therefore, brittle fracture of the resistor 130 can be made difficult to occur.

一方で、CrNは化学的に安定であるという利点も有する。Cr混相膜にCrNをより多く含むことで、不安定なNが発生する可能性を低減することができるため、安定なひずみゲージを得ることができる。ここで「不安定なN」とは、Cr混相膜の膜中に存在し得る、微量のNもしくは原子状のNのことを意味する。これらの不安定なNは、外的環境(例えば高温環境)によっては膜外へ抜け出ることがある。不安定なNが膜外へ抜け出るときに、Cr混相膜の膜応力が変化し得る。 On the other hand, CrN also has the advantage of being chemically stable. By including more CrN in the Cr mixed phase film, the possibility of generating unstable N can be reduced, so a stable strain gauge can be obtained. Here, “unstable N” means a trace amount of N 2 or atomic N that may exist in the Cr mixed-phase film. These unstable N may leak out of the film depending on the external environment (for example, high temperature environment). When unstable N escapes out of the film, the film stress of the Cr mixed phase film can change.

配線140は、基材110上に設けられている。配線140は、抵抗体130及び電極150と電気的に接続されている。配線140は、直線状には限定されず、任意のパターンとすることができる。また、配線140は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。なお、図8では、便宜上、配線140を抵抗体130よりも薄い梨地模様で示している。 The wiring 140 is provided on the base material 110 . The wiring 140 is electrically connected with the resistor 130 and the electrode 150 . The wiring 140 is not limited to a straight line, and may have any pattern. Also, the wiring 140 can be of any width and any length. In addition, in FIG. 8, the wiring 140 is shown with a pear-skin pattern that is thinner than the resistor 130 for the sake of convenience.

電極150は、基材110上に設けられている。電極150は、配線140を介して抵抗体130と電気的に接続されている。電極150は、平面視において、配線140よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極150は、ひずみにより生じる抵抗体130の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極である。電極150には、例えば外部接続用のリード線等が接合される。電極150の上面に、銅等の抵抗の低い金属層、または、金等のはんだ付け性が良好な金属層を積層してもよい。抵抗体130と配線140と電極150とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。なお、図8では、便宜上、電極150を配線140と同じ梨地模様で示している。 Electrode 150 is provided on substrate 110 . Electrode 150 is electrically connected to resistor 130 via wiring 140 . The electrode 150 is wider than the wiring 140 and formed in a substantially rectangular shape in plan view. The electrodes 150 are a pair of electrodes for outputting to the outside the change in the resistance value of the resistor 130 caused by strain. A lead wire for external connection, for example, is joined to the electrode 150 . A metal layer with low resistance such as copper or a metal layer with good solderability such as gold may be laminated on the upper surface of the electrode 150 . Although the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150 are given different symbols for convenience, they can be integrally formed from the same material in the same process. In FIG. 8, the electrodes 150 are shown in the same pear-skin pattern as the wiring 140 for the sake of convenience.

カバー層160は、必要に応じて、基材110上に設けられる。カバー層160は、基材110の上面110aに、抵抗体130及び配線140を被覆し電極150を露出するように設けられる。カバー層160の材料としては、例えば、PI樹脂、エポキシ樹脂、PEEK樹脂、PEN樹脂、PET樹脂、PPS樹脂、複合樹脂(例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂)等の絶縁樹脂が挙げられる。なお、カバー層160は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層160の厚さは、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、カバー層160の厚さは2μm~30μm程度とすることができる。カバー層160を設けることで、抵抗体130に機械的な損傷等が生じることを抑制することができる。又、カバー層160を設けることで、抵抗体130を湿気等から保護することができる。 A cover layer 160 is optionally provided on the substrate 110 . The cover layer 160 is provided on the upper surface 110 a of the base material 110 so as to cover the resistors 130 and the wirings 140 and expose the electrodes 150 . Examples of materials for the cover layer 160 include insulating resins such as PI resins, epoxy resins, PEEK resins, PEN resins, PET resins, PPS resins, and composite resins (eg, silicone resins and polyolefin resins). Note that the cover layer 160 may contain a filler or a pigment. The thickness of the cover layer 160 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the thickness of the cover layer 160 can be about 2 μm to 30 μm. By providing the cover layer 160, it is possible to prevent the resistor 130 from being mechanically damaged. Also, by providing the cover layer 160, the resistor 130 can be protected from moisture and the like.

ひずみゲージ100において、抵抗体130の材料としてCr混相膜を用いた場合、高感度化かつ、小型化を実現することができる。例えば、従来のひずみゲージの出力が0.04mV/2V程度であったのに対して、抵抗体130の材料としてCr混相膜を用いた場合は0.3mV/2V以上の出力を得ることができる。また、従来のひずみゲージの大きさ(ゲージ長×ゲージ幅)が3mm×3mm程度であったのに対して、抵抗体130の材料としてCr混相膜を用いた場合の大きさ(ゲージ長×ゲージ幅)は0.3mm×0.3mm程度に小型化することができる。 In the strain gauge 100, when a Cr mixed phase film is used as the material of the resistor 130, it is possible to achieve high sensitivity and miniaturization. For example, while the output of a conventional strain gauge was about 0.04 mV/2 V, when a Cr mixed phase film is used as the material of the resistor 130, an output of 0.3 mV/2 V or more can be obtained. . In addition, while the size of the conventional strain gauge (gauge length x gauge width) was about 3 mm x 3 mm, the size (gauge length x gauge width) can be reduced to about 0.3 mm×0.3 mm.

したがって、抵抗体130の材料としてCr混相膜を用いたひずみゲージ100は、起歪体42の狭い部位に配置する必要があり、かつ橈骨動脈に発生する極めて微小な変動の検出が必要な脈波測定装置1に特に好適に用いることができる。また、抵抗体130の材料としてCr混相膜を用いたひずみゲージ100は、従来のひずみゲージよりも高抵抗である。したがって、電池で駆動する場合に、低消費電力化が可能となるため、電池寿命を長くすることができる。 Therefore, the strain gauge 100 using a Cr mixed-phase film as the material of the resistor 130 must be arranged in a narrow portion of the strain-generating body 42, and it is necessary to detect extremely minute fluctuations occurring in the radial artery. It can be used particularly preferably for the measuring device 1 . Moreover, the strain gauge 100 using a Cr mixed phase film as the material of the resistor 130 has a higher resistance than the conventional strain gauge. Therefore, when driven by a battery, power consumption can be reduced, and the battery life can be extended.

[ひずみゲージの製造方法]
以下、ひずみゲージ100の製造方法について説明する。ひずみゲージ100を製造するためには、まず、基材110を準備し、基材110の上面110aに金属層(便宜上、金属層Aとする)を形成する。金属層Aは、最終的にパターニングされて抵抗体130、配線140、及び電極150となる層である。従って、金属層Aの材料や厚さは、前述の抵抗体130、配線140、及び電極150の材料や厚さと同様である。
[Manufacturing method of strain gauge]
A method of manufacturing the strain gauge 100 will be described below. In order to manufacture the strain gauge 100 , first, the base material 110 is prepared, and a metal layer (referred to as metal layer A for convenience) is formed on the upper surface 110 a of the base material 110 . The metal layer A is a layer that is finally patterned to become the resistor 130 , the wiring 140 and the electrode 150 . Therefore, the material and thickness of the metal layer A are the same as those of the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150 described above.

金属層Aは、例えば、金属層Aを形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜することができる。金属層Aは、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法、蒸着法、アークイオンプレーティング法、またはパルスレーザー堆積法等を用いて成膜されてもよい。 The metal layer A can be formed, for example, by magnetron sputtering using a raw material capable of forming the metal layer A as a target. The metal layer A may be formed using a reactive sputtering method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, a pulse laser deposition method, or the like instead of the magnetron sputtering method.

なお、基材110の上面110aに下地層を形成してから金属層Aを形成してもよい。例えば、基材110の上面110aに、所定の膜厚の機能層をコンベンショナルスパッタ法により真空成膜してもよい。このように下地層を設けることによって、ひずみゲージ100のゲージ特性を安定化させることができる。 Note that the metal layer A may be formed after forming a base layer on the upper surface 110a of the base material 110 . For example, on the upper surface 110a of the substrate 110, a functional layer having a predetermined film thickness may be vacuum-formed by conventional sputtering. By providing the base layer in this manner, the gauge characteristics of the strain gauge 100 can be stabilized.

本願において、機能層とは、少なくとも上層である金属層A(抵抗体130)の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材110に含まれる酸素または水分による金属層Aの酸化を防止する機能、および/または、基材110と金属層Aとの密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。 In the present application, the functional layer refers to a layer having a function of promoting crystal growth of at least the upper metal layer A (resistor 130). The functional layer further has a function of preventing oxidation of the metal layer A due to oxygen or moisture contained in the base material 110 and/or a function of improving adhesion between the base material 110 and the metal layer A. is preferred. The functional layer may also have other functions.

基材110を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むことがあり、また、Crは自己酸化膜を形成することがある。そのため、特に金属層AがCrを含む場合、金属層Aの酸化を防止する機能を有する機能層を成膜することが好ましい。 The insulating resin film forming the base material 110 may contain oxygen and moisture, and Cr may form a self-oxidized film. Therefore, especially when the metal layer A contains Cr, it is preferable to form a functional layer having a function of preventing the metal layer A from being oxidized.

このように、金属層Aの下層に機能層を設けることにより、金属層Aの結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる金属層Aを作製することができる。その結果、ひずみゲージ100において、ゲージ特性の安定性が向上する。又、機能層を構成する材料が金属層Aに拡散することにより、ひずみゲージ100において、ゲージ特性が向上する。 In this way, by providing the functional layer under the metal layer A, it becomes possible to promote the crystal growth of the metal layer A, and the metal layer A having a stable crystal phase can be produced. As a result, in the strain gauge 100, the stability of gauge characteristics is improved. In addition, the material forming the functional layer diffuses into the metal layer A, so that the gauge characteristics of the strain gauge 100 are improved.

図10は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その2)である。図10は、抵抗体130、配線140、及び電極150の下地層として機能層120を設けた場合のひずみゲージ100の断面形状を示している。 FIG. 10 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment. FIG. 10 shows the cross-sectional shape of the strain gauge 100 when the functional layer 120 is provided as a base layer for the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150. FIG.

機能層120の平面形状は、例えば抵抗体130、配線140、及び電極150の平面形状と略同一にパターニングされてよい。しかしながら、機能層120と抵抗体130、配線140、及び電極150との平面形状は略同一でなくてもよい。例えば、機能層120が絶縁材料から形成される場合には、機能層120を抵抗体130、配線140、及び電極150の平面形状と異なる形状にパターニングしてもよい。この場合、機能層120は例えば抵抗体130、配線140、及び電極150が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。或いは、機能層120は、基材110の上面全体にベタ状に形成されてもよい。 The planar shape of the functional layer 120 may be patterned to be substantially the same as the planar shape of the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150, for example. However, the planar shapes of the functional layer 120, the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150 may not be substantially the same. For example, when the functional layer 120 is made of an insulating material, the functional layer 120 may be patterned into a shape different from the planar shape of the resistor 130 , the wiring 140 and the electrode 150 . In this case, the functional layer 120 may be formed solidly in the region where the resistor 130, the wiring 140, and the electrode 150 are formed, for example. Alternatively, the functional layer 120 may be formed all over the top surface of the substrate 110 .

次に、フォトリソグラフィによって金属層Aをパターニングすることで、図8に示す平面形状の抵抗体130、2つの配線140、及び2つの電極150を形成する。 Next, by patterning the metal layer A by photolithography, a planar resistor 130, two wirings 140, and two electrodes 150 shown in FIG. 8 are formed.

抵抗体130、配線140、及び電極150を形成した後、基材110の上面110aにカバー層160を形成してもよい。カバー層160は抵抗体130及び配線140を被覆するが、電極150はカバー層160から露出していてよい。例えば、基材110の上面110aに、抵抗体130及び配線140を被覆し電極150を露出するように、半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートして、その後に当該絶縁樹脂フィルムを加熱して硬化させることにより、カバー層160を形成することができる。以上の工程により、ひずみゲージ100が完成する。 A cover layer 160 may be formed on the upper surface 110 a of the substrate 110 after forming the resistor 130 , the wiring 140 , and the electrodes 150 . Cover layer 160 covers resistor 130 and wiring 140 , but electrode 150 may be exposed from cover layer 160 . For example, a semi-cured thermosetting insulating resin film is laminated on the upper surface 110a of the substrate 110 so as to cover the resistor 130 and the wiring 140 and expose the electrode 150, and then the insulating resin film is laminated. The cover layer 160 can be formed by heating and curing. Through the above steps, the strain gauge 100 is completed.

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. can be added.

1 脈波測定装置、10 筐体、11 上部、12 下部、12a 下面、12x 貫通孔、13 蓋部、40 脈波センサ、41 筐体、42 起歪体、42a 基部、42b 梁部、42c 負荷部、42d 延伸部、40s センサ面、70 ねじ、90 ベルト部、91 ベルト本体、92 第1接続部、93 第2接続部、100 ひずみゲージ、110 基材、110a 上面、130 抵抗体、130e,130e 終端、140 配線、150 電極、160 カバー層 1 Pulse wave measuring device 10 Case 11 Upper part 12 Lower part 12a Lower surface 12x Through hole 13 Lid part 40 Pulse wave sensor 41 Case 42 Strain body 42a Base part 42b Beam part 42c Load Part 42d Extension part 40s Sensor surface 70 Screw 90 Belt part 91 Belt body 92 First connection part 93 Second connection part 100 Strain gauge 110 Base material 110a Upper surface 130 Resistor 130e 1 , 130e 2 terminations, 140 wiring, 150 electrodes, 160 cover layer

Claims (8)

被験者に装着可能な脈波測定装置であって、
筐体と、
前記筐体に固定された脈波センサと、を有し、
前記脈波センサは、ひずみゲージが配置された起歪体を備え、前記起歪体が前記被験者に接触可能な状態で前記筐体に固定され、
前記起歪体の前記被験者側の面であるセンサ面は、前記筐体の前記センサ面の周囲に位置する面に対して、前記被験者から遠ざかる方向に窪んでいる、脈波測定装置。
A pulse wave measuring device attachable to a subject,
a housing;
and a pulse wave sensor fixed to the housing,
The pulse wave sensor includes a strain body in which a strain gauge is arranged, and the strain body is fixed to the housing so as to be in contact with the subject,
A pulse wave measuring device, wherein a sensor surface, which is a surface of the strain body on the side of the subject, is recessed in a direction away from the subject with respect to a surface of the housing located around the sensor surface.
前記センサ面は、平面である、請求項1に記載の脈波測定装置。 The pulse wave measuring device according to claim 1, wherein the sensor surface is flat. 前記センサ面は、前記筐体の前記センサ面の周囲に位置する面と平行である、請求項2に記載の脈波測定装置。 3. The pulse wave measuring device according to claim 2, wherein said sensor surface is parallel to a surface of said housing surrounding said sensor surface. 一端が前記筐体の一方側に接続され、他端が前記筐体の他方側に接続された帯状体を有し、
前記帯状体は、伸縮性を有する請求項1乃至3の何れか一項に記載の脈波測定装置。
a belt-shaped body having one end connected to one side of the housing and the other end connected to the other side of the housing;
The pulse wave measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the belt-like body has stretchability.
前記起歪体は、
円形開口部を備えた基部と、
前記基部の内側を橋渡しする梁部と、
前記梁部に設けられた負荷部と、を有し、
前記起歪体の変形に伴なう前記ひずみゲージの抵抗値の変化に基づいて脈波を検出する、請求項1乃至4の何れか一項に記載の脈波測定装置。
The strain-generating body is
a base with a circular opening;
a beam that bridges the inside of the base;
and a load portion provided on the beam portion,
5. The pulse wave measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the pulse wave is detected based on a change in the resistance value of the strain gauge that accompanies deformation of the strain body.
前記梁部は、平面視で十字状に交差する2本の梁を有し、
前記梁の交差する領域は、前記円形開口部の中心を含み、
前記梁の交差する領域に、前記負荷部が設けられている、請求項5に記載の脈波測定装置。
The beam portion has two beams that intersect in a cross shape in a plan view,
the area of intersection of the beams includes the center of the circular opening;
6. The pulse wave measuring device according to claim 5, wherein said load section is provided in an area where said beams intersect.
前記ひずみゲージを4つ備え、
4つの前記ひずみゲージのうちの2つは、第1方向を長手方向とする前記梁の前記負荷部に近い側に、平面視で前記負荷部を挟んで対向するように配置され、
4つの前記ひずみゲージのうちの他の2つは、前記第1方向と直交する第2方向を長手方向とする前記梁の前記基部に近い側に、平面視で前記負荷部を挟んで対向するように配置されている、請求項6に記載の脈波測定装置。
Equipped with four strain gauges,
Two of the four strain gauges are arranged on a side of the beam having a first direction as a longitudinal direction and close to the load section so as to face each other across the load section in a plan view,
The other two of the four strain gauges are opposed to the side of the beam near the base portion whose longitudinal direction is the second direction orthogonal to the first direction, with the load portion interposed therebetween in a plan view. 7. The pulse wave measuring device according to claim 6, arranged to:
前記ひずみゲージは、Cr混相膜から形成された抵抗体を有する、請求項1乃至7の何れか一項に記載の脈波測定装置。 The pulse wave measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein said strain gauge has a resistor formed of a Cr mixed phase film.
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