JP3786557B2 - 生体インピーダンス測定用電極 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体インピーダンス測定用電極に関する。更に詳しくは、本発明は、人体に微弱な電流を流し、電気抵抗を測定することにより体水分率や体脂肪率を測定する生体インピーダンス測定器に使用され、被測定者の皮膚面に密着させて使用される生体インピーダンス測定用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
体脂肪率や体水分率の測定では、再現性を向上させ、測定値のばらつきをできるだけ小さくするため、電極が被測定者の皮膚面によく密着することが必要とされる。このため、吸引によって皮膚面に密着させる吸引型電極が多用されてきた。
しかし、この電極は、複数の被測定者に対して繰り返し使用されるため、衛生上の問題、皮膚から疾病を感染する恐れ、使用時の不快感、短時間の使用中に電極が経時変化する等の問題があった。また、決められた一定間隔に一対の電極を貼付しないと正確に測定できないため、その設定が困難であった。
【０００３】
ここで、特開平９−３１３４５６号公報によれば、以下の構成により電極を常に一定間隔に貼付しうる体脂肪率測定用電極が記載されている。
具体的には、上記公報の電極は、非導電性の基材シートの表面に導電性物質を用いて形成された一対の電極素子部と、この一対の電極素子部と一体に形成された電極端子部と、前記一対の電極素子部上にそれぞれ設けられた導電性粘着ゲル層とを備え、前記一対の電極素子部が前記基材シート上に一定間隔で形成された構成を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報では、電極素子部を構成する導電性物質には銀や銅等の高導電性の金属が用いられている。しかし、これら高導電性の材料は、空気中で不安定で、腐食されやすいという性質有している。特に、銀は空気中のイオウと敏感に反応し、硫化銀になることが知られている。
従って、これら導電性物質が腐食されると、電極性能が著しく低下し、正確な生体情報（体脂肪率や体水分率）が得られなくなる。そのため、電極の製造環境や包装、保管条件が厳しく管理されている。
しかし、一度包装を開封した後、直ちに使用しない場合には、前述の腐食は徐々に進行し、ときとして正確な生体情報が得られない恐れが生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決し、経時による安定性に優れた高い電極性能を有する生体インピーダンス測定用電極を安価に供給することを目的とする。
かくして本発明によれば、非導電性の基材シートと、この基材シートの表面に導電性物質を用いて一定間隔で形成された一対の電極素子部と、この一対の電極素子部と一体に形成された電極端子部と、少なくとも電極端子部に設けられた難腐食性で導電性のレジスト層と、前記一対の電極素子部上に設けた導電性粘着ゲル層とからなることを特徴とする生体インピーダンス測定用電極が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の電極は、基材シート上に形成された少なくとも電極端子部に設けられた難腐食性のレジスト層と、電極素子部と一体に形成された電極端子部と、電極素子部上に導電性粘着ゲル層を設けた構造であるため、電極端子部を構成する導電性物質が空気との接触により腐食される危険性を低くすることができる。
【０００７】
また、部品点数が実質的に４点だけとなり、構造が簡単であるので安価に大量生産することができる。従って、本発明の電極は使い捨て電極用としても好適である。
なお、本発明の生体インピーダンス測定用電極は、例えば、体脂肪率計、体水分率計等の生体インピーダンスの測定を必要とする測定器の電極として使用することができる。
【０００８】
本発明に使用できる基材シートとしては、その表面が非導電性である限り特に限定されない。特に、人体皮膚への貼付時に一対の電極素子部の間隔を一定に保つ上で、伸縮性がなく、かつ比較的腰強度の高い基材シートを使用することが好ましい。より具体的には、基材シートとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の有機高分子からなる基材シートが挙げられる。このような有機高分子からなる基材シートの厚さは、５０μｍ以上であることが好ましく、５０〜５００μｍの範囲であることがより好ましい。
【０００９】
更に、基材シートはその表面が非導電性であればよく、絶縁性（例えば、ガラス基体等）や導電性基体（金属基体）の上に有機高分子膜を形成した構成も採用することができる。
上記の内、腰強度が高く、その上に印刷が容易なＰＥＴフィルムを使用することが好ましい。
【００１０】
次に、電極端子部と電極素子部は一体に形成されている。両者は、導電性を有する材料から構成される。そのような材料として、具体的には、銀、銀／塩化銀の混合物、ニッケル、モリブデン、銅等の金属の単独又は二種以上の混合物が挙げられる。更に、導電性を損なわない範囲でカーボンブラックやグラファイトを混合していてもよい。なお、電極端子部と電極素子部は銀を含有していることが望ましい。
【００１１】
ここで、電極素子部は一定間隔で少なくとも一対設けられており、この構成により生体インピーダンスの測定を正確に行うことができる。電極素子部の間隔は、使用する材料に応じて適宜設定されるが、１０〜１００ｍｍであるのが好ましい。また、厚さは１〜５０μｍ程度であるのが好ましい。その平面形状は特に限定されず種々の形状を採用することができる。
更に、電極端子部には、通常、生体インピーダンス測定器の先に把持手段を備えたリード線と接続するために、基材シート外に延出する接続手段が設けられる。また、厚さは１〜５０μｍ程度であるのが好ましい。その平面形状は特に限定されず種々の形状を採用することができる。
【００１２】
電極素子部と電極端子部は、図１に示すように、連続した繰り返し模様の電極素子部２と電極端子部３を備えていてもよい。図１中、１は基材シートを意味する。更に、図１に代えて、図２に示すような連続した繰り返し模様の電極素子部２と電極端子部３を備えていてもよい。図２は、図１より、電極端子部３の形状が単純化されているため、その形成を容易かつ大量に行うことができる。
なお、図１及び２では、電極端子部は、電極素子部に対して内向きに設けられているが、外向きに設けられていてもよい。
【００１３】
電極端子部と電極素子部は、例えば、以下の方法により形成することができる。上記粒子状の金属を使用し、その金属を溶媒と、必要に応じてバインダーを含む導電性ペースト剤を、フォトリソグラフィー法、印刷法等により基体シート上の所定の形状に塗布することで形成することができる。なお、所望に応じて、バインダー及び溶媒を焼成により除去してもよい。また、銀、ニッケル等の金属又はそれらの合金からなる金属箔を貼付することによっても形成することが可能である。
【００１４】
次に、少なくとも電極端子部上には、難腐食性で導電性のレジスト層が設けられる。レジスト層は、電極端子部の保護に用いられているため、少なくとも電極端子部上に存在する必要がある。レジスト層は、電極端子部上だけでなく、電極素子部上にも、基材シート上にも設けられていてもよい。特に、生体インピーダンスの測定性能をより向上させる観点から、電極端子部上にのみレジスト層が設けられていることが好ましい。レジスト層の厚さは、電極端子部を保護することができさえすれば特に限定されないが、１〜５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
レジスト層に使用する材料は、特に限定されず、難腐食性かつ導電性を有し、電極端子部の劣化を防止することができる材料であれば、公知のレジスト剤をいずれも使用することができる。例えば、一般に電気回路の基板に用いられるレジスト剤が挙げられる。より具体的には、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル等の樹脂を単独又は混合してなるバインダーと、カーボン、金属等の粒子、導電性高分子のような導電剤とを含むレジスト剤が挙げられる。導電剤の内、カーボン粒子を使用することが好ましい。
【００１６】
レジスト層の形成方法としては、通常印刷法のような塗布法が使用される。レジスト層の形成は、後に説明する導電性粘着ゲル層の形成前に行うことが好ましい。導電性粘着ゲル層の形成後に行うと、電極素子部と導電性粘着ゲル層が接触する部分と、電極端子部のリード線と接続するためにクリップ等を挟む部分にレジスト層をコートすることが困難となるからである。
【００１７】
次に、前記一対の電極素子部上に導電性粘着ゲル層が設けられる。導電性粘着ゲルとしては、導電性を有し、かつ、皮膚に対して刺激性が少なく、粘着力を有するものであれば、何れも使用可能であり、特に限定されない。例えば、ポリアクリルアミド系等のポリアクリル酸誘導体、ポリウレタン、スチレン／ブタジエンコポリマー、ブチルゴム、ビニルエーテルポリマー、シリコーン等のポリマーや天然ゴムをマトリックスとし、これに、水、電解質塩（例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム等の塩酸塩、リン酸塩、硫酸塩、有機酸塩）等を含有させたものが挙げられる。電解質塩は、その種類に応じて異なるが、ポリマー１００重量部に対して、２〜１０重量部の割合で含まれていることが好ましい。また、導電性粘着ゲル層の厚さは、０．３〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。
【００１８】
この導電性粘着ゲル層は、通常予め両面に易剥離性の表面保護シート（例えば、ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム等）を貼着したシートの形態で使用される。導電性粘着ゲル層は、片側の表面保護シートを剥がした後、例えば、図１に示すように、連続した繰り返し模様の電極素子部２と電極端子部３のうちの電極素子部２の面に貼着することで形成することができる。この際、導電性粘着ゲルは粘着性を有するので、接着剤等を用いることなく、圧着させるだけで、電極素子部２上に導電性粘着ゲル層を簡単に形成することができる。なお、導電性粘着ゲル層は、予め電極素子部２の幅Ｗにカットした後、貼着することが好ましい。
【００１９】
導電性粘着ゲル層の形成後、図１に一点鎖線で示す切断線Ｃに沿って一定間隔で基材シート１を切断することにより、個々の生体インピーダンス測定用電極に分離することができる。
以下では、本発明の電極の構成について、図をもとにより具体的に説明する。
【００２０】
図３〜５は、本発明の一実施の形態の電極の概略図である。各図において、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図をそれぞれ意味している。これらの図に示すように、基材シート１は短冊状で構成され、その両端にそれぞれ一対の電極素子部２が形成されている。この電極素子部２から内向きに、即ち対向する方向に電極端子部３がそれぞれ延設されている。
【００２１】
更に、図３では、レジスト層４が、電極端子部３上のみに形成されている。図４では、レジスト層４が、電極素子部２及び電極端子部３の全面に形成されている。図５では、レジスト層４が、電極素子部２及び電極端子部３の全面に加えて、電極端子部３の側面も覆うように形成されている。それぞれ、レジスト層４が、電極端子部２を保護している。
また、電極素子部２上には導電性粘着ゲル層５が設けられている。
一対の電極素子部は正確な生体インピーダンスを得るために、両者の間隔ｄが一定となるように形成されている。また、導電性粘着ゲル層５は、電極素子部２の全面を被覆している。
【００２２】
図３〜５に示す電極を使用して、生体インピーダンスを測定する場合には、電極端子部３の先端部に適当な接続手段を取り付け、この接続手段に生体インピーダンス測定器のリード線を接続する。接続手段は、電極の製造時に電極端子部３に取り付けておいてもよい。接続手段としては、特に限定されるものではなく、例えば着脱の容易なスナップ、わに口、クリップ等を好適に使用することができる。このようなスナップ類は、銅、黄銅等の金属又はその金属の表面をニッケル等でメッキしたものが挙げられる。その頭部が基材シート１を貫通して裏面側（電極素子部２及び電極端子部３の形成面と反対側の面）から突出し、かつ末端の鍔部が基材シート１の表面にある電極素子部３を係止するように構成されている。その際、スナップの抜けをよくするため、スナップの鍔部を接着剤等で電極端子部３の表面に接着してもよく、又は鍔部を適当な粘着フィルムで電極端子部３に固定するようにしてもよい。
【００２３】
図６は、本発明の他の実施の形態の電極の概略図である。なお、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図をそれぞれ意味している。図に示すように、電極端子部２が形成された部位の基材シートの、電極端子部２側を除く周囲に切り込み６を設けている。これ以外の構成は図３〜５と同様である。切り込み６を設けたことにより、図６に矢印で示すように電極端子部３を基材シート１の裏面側に引き出すことができる。そのため、生体インピーダンス測定器のリード線を、前述のような接続手段を用いずに、簡単なクリップ等の接続手段を用いて電極端子部３に直接接続できるようになる。そのため、部品点数の削減になる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
実施例１
厚さ１００μｍ、幅８０ｍｍの長いＰＥＴフィルム（基材シート）１の片面に、導電性物質のペースト（銀／塩化銀からなる粒子と熱硬化性ポリエステル樹脂バインダーの混合物）をスクリーンで図２のような連続した繰り返しパターンに印刷して乾燥、硬化させることで厚さ約７μｍの電極素子部２と電極端子部３を形成した。
【００２５】
次にレジスト剤（カーボン粒子と熱硬化性ポリエステル樹脂の混合物：４０重量％のカーボン粒子を含む）を、導電性物質のペーストを印刷したものと同じスクリーンで、パターンがちょうど重なるようにして印刷し、乾燥、硬化させることで厚さ約１０μｍのレジスト層４を形成した。この後、図６の電極素子部２と同じ幅を有する導電性粘着ゲル（導電性高分子ゲル、積水化成品工業社製テクノゲル）のシートを電極素子部２の上に重ね合わせて貼付することで厚さ約１．２ｍｍの導電性粘着ゲル層５を形成した。次いで、図２に示す切断線Ｃに沿って切断することで図４に示すような電極を得た。
【００２６】
この電極を生体インピーダンス測定器（積水化学工業社製：体脂肪計ＭＬＴ−１００型）にセットした。この生体インピーダンス測定器を用いて、電極の耐久性を確認するために、端子部に接続するクリップを一旦外し、再度端子部を挟み直す動作を３回繰り返して生体インピーダンス測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２７】
次に、上記電極の製造工程において、導電性粘着ゲル層５形成前に、一対の電極素子部２がちょうど折り重なるように基材シート１を半分に折り曲げたこと以外は同様に電極を作成した。この一対の電極端子部のそれぞれにリード線を接続し、周波数２ｋＨｚにて電極対インピーダンスを測定した。その結果を表２に示す。
更に、保存安定性を確認するために、測定に使用した電極と同ロットの電極を特に包装を行わず、開放状態で、４０℃、６５％の恒温恒湿下で保管し、１カ月後、３カ月後のそれぞれの期間経過後、あらためて上記同様の方法で電極対インピーダンスを測定した。その結果を表２に示す。
【００２８】
また、３カ月保管後、実際に生体インピーダンスが測定可能かを確認するために、この電極を上記生体インピーダンス測定器にセットして生体インピーダンスを測定したところ、特に問題なく測定できた。更に、電極の耐久性を確認するために、電極端子部に接続するクリップを一旦外し、再度電極端子部を挟み直す動作を３回繰り返して生体インピーダンス測定を行った。その結果を表３に示す。
【００２９】
実施例２
図３に示すようにレジスト層を電極端子部のみに設けたこと以外は、実施例１と同じ方法で電極を作成し、その評価を行った。結果を、表１〜３に示す。
【００３０】
比較例１
図７に示すようにレジスト層を設けないこと以外は、実施例１と同じ方法で電極を作成し、その評価を行った。結果を、表１〜３に示す。
【００３１】
比較例２
実施例１のレジスト剤で電極素子部２と電極端子部３を形成すること以外は、比較例１と同じ方法で電極を作成し、その評価を行った。結果を、表１〜３に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
表１から、実施例及び比較例１の電極は問題なく生体インピーダンスが測定可能であるが、比較例２は生体インピーダンスの測定ができないことがわかる。
また、表２から、実施例１と２の電極は３カ月後においても低インピーダンスを維持しているが、比較例１の電極は３カ月後に生体インピーダンスが悪化している。また、比較例２の電極は、当初より生体インピーダンスが高く、測定に向かないことがわかる。
【００３６】
更に、表３において、実施例の電極はいずれも生体インピーダンス測定が可能であり、クリップを挟み換えても測定値が悪化することはなかった。しかし、比較例１は当初より測定値が悪化している上に、はさみ換えを数回行うと急激に電極性能が悪化し、測定不能となった。これは、導電性物質層が劣化するため、劣化した電極端子部をクリップで挟み込む際の応力により、層が物理的に破壊され導通不良となるためである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電極は、難腐食性のレジスト層が少なくとも電極端子部上に形成され、更に、電極素子部上に導電性粘着ゲル層を設けているため、電極素子部及び電極端子部を構成する導電性物質が、空気との接触により腐食される危険性が低い。また、部品点数が実質的に４点だけとなり、構造が簡単であるので大量生産に適したものとなり、安価に製造できる。
また、本発明の電極は使い捨て電極用としても好適であり、被測定者ごとに繰り返し同じ電極を使用する場合の衛生上の問題や皮膚感染のおそれ、被測定者の不快感といった問題を解消できる。
【００３８】
一対の電極素子部が基材シート上に一定の間隔で設けられているため、生体インピーダンスの測定を正確に行うことができる。しかも、導電性物質の腐食を防ぐため、複雑な包装や保管方法をとる必要がなく、長期間保存した場合でも高導電性能を維持し、正確な測定を行うことが可能である。
また、一対の電極素子部の間隔を１０〜１００ｍｍとすることで、より正確な測定が可能になる。
更に、前記電極端子部が形成された部位の基材シートの、電極素子部を除く周囲に切り込みを設け、電極端子部を基材シートの裏面側に引き出し可能にすることで、生体インピーダンス測定器のリード線を適当な把持手段を用いて、この引き出した電極端子部分に接続するだけでよい。従って、電極に接続手段を設ける必要がなくなり、部品点数を大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体インピーダンス測定用電極を構成する電極素子部及び電極端子部のパターンの概略平面図である。
【図２】本発明の生体インピーダンス測定用電極を構成する電極素子部及び電極端子部のパターンの概略平面図である。
【図３】本発明の生体インピーダンス測定用電極の概略平面図及び断面図である。
【図４】本発明の生体インピーダンス測定用電極の概略平面図及び断面図である。
【図５】本発明の生体インピーダンス測定用電極の概略平面図及び断面図である。
【図６】本発明の生体インピーダンス測定用電極の概略平面図及び断面図である。
【図７】従来の生体インピーダンス測定用電極の概略平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ 基材シート
２ 電極素子部
３ 電極端子部
４ レジスト層
５ 導電性粘着ゲル層
６ 切り込み
Ｃ 切断線
ｄ 電極素子部の間隔
Ｗ 電極素子部の幅

Claims (3)

1. 非導電性の基材シートと、この基材シートの表面に導電性物質を用いて一定間隔で形成された一対の電極素子部と、この一対の電極素子部と一体に形成された電極端子部と、少なくとも電極端子部に設けられた難腐食性で導電性のレジスト層と、前記一対の電極素子部上に設けた導電性粘着ゲル層とからなることを特徴とする生体インピーダンス測定用電極。
2. レジスト層が、印刷法により形成され、かつカーボンを含有する請求項１に記載の生体インピーダンス測定用電極。
3. レジスト層が、電極端子部にのみ設けられる請求項１又は２に記載の生体インピーダンス測定用電極。

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