JP6888803B2 - 導電性ゴム基板および生体情報取得用センサ機器 - Google Patents

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Description

本発明は、生体情報を取得するセンサ機器とそのセンサ機器に用いられる導電性ゴム基板に関する。
ヒトの体温や心拍、脈波、血中酸素飽和度、血圧、心電、呼吸、脳波、体動などの生体情報は、そのヒトの体調管理や病気の診断、運動機能の評価等に利用できるため、近年では身に付けるだけでこれらの生体情報を簡単に取得できるウエアラブル機器が開発されている。こうした技術は、例えば、特開2001−292971号公報(特許文献1)や、特開平8−215163号公報(特許文献2)、特開2009−112860号公報(特許文献3)、特開2001−353133号公報(特許文献4)などに記載されている。
特開2001−292971号公報 特開平8−215163号公報 特開2009−112860号公報 特開2001−353133号公報
しかしながら、動作を行うヒトからこれらの生体情報を正確に取得するためには、情報取得に適した状態に常に各種センサをおく必要があり、手足などの人体表面からセンサが離れたりくっついたりせずに密着させて保持し続けることが求められる。しかしながら、これらのセンサ表面は金属や樹脂、ガラスなどの硬質な材料からなる平面であり、その一方で人体表面は非平面であるため、センサを人体表面に対する一定の角度、圧力で密着させて測定を続けるのは難しかった。例えば、センサをテープやゴムバンドで身体に固定しても、動きのある身体に対して密着圧力は一定でなく、接触状態が変わってしまい、得られる生体情報の分析を困難なものにしていた。
そこで本発明は、センサを人体表面に密着させ易くする構成を提供することを目的としてなされたものである。
即ち、本発明は、回路基板とセンサ部品との間に介在し、回路基板とセンサ部品とを導電接続する導電性ゴム基板であって、センサ部品の接点端子と回路基板上の接点とを導通する導通部と、導通部を囲う絶縁部を有し、回路基板に対して接地する支持脚の接地面に前記導通部の一方端が開口し、センサ部品を支持するセンサ受け部に前記導通部の他方端が開口しており、人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形可能な導電性ゴム基板を提供する。
プリント配線基板やフレキシブル配線基板等の回路基板と、その上に設置されるセンサ部品との間に、柔軟性のある導電性ゴム基板を介在させたため、センサ部品を人体表面に対し密着させることができる。そのため、ノイズの少ない生体情報の取得が可能となる。
センサ部品の接点端子と回路基板上の接点とを導通する導通部を備えるため、センサ部品と回路基板とを導電接続することができる。また、この導通部を囲う絶縁部を有するため、複数の導通部どうしを絶縁することができ、また、導通部が過度に折れ曲がるなどの不都合を回避することができる。
回路基板に対して接地する支持脚の接地面に前記導通部の一方端が開口し、センサ部品を支持するセンサ受け部に前記導通部の他方端が開口しているため、回路基板に対しては支持脚を通じて、センサ部品に対してはセンサ受け部を通じて、導電接続することができる。
そして、人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形可能としたため、センサ部品からみれば人体表面に密着させることができてノイズの少ない生体情報を取得でき、身体からみればセンサ部品に密着して装着感に優れた生体情報取得用センサ機器とすることができる。
前記導通部が、ゴム状弾性体中に磁性導電性粒子が配向したものとすることができる。
ゴム状弾性体中に磁性導電性粒子が配向した導通部としたため、この導通部の両端面に接続しただけでは導通せず、この導通部の両端面を圧接することで抵抗値が下がり導通させる導電性ゴム基板とすることができる。
前記導電性ゴム基板の無圧縮時の抵抗値が1.2Ω以上であり、圧接時の抵抗値が0.1Ω以下に低下する導電性ゴム基板とすることができる。
無圧縮時の抵抗値が1.2Ω以上であり、圧接時の抵抗値が0.1Ω以下に低下するようにできるため、圧縮により所定の導通が起こるようにすることができる。
前記センサ受け部がセンサ部品の接点端子を支持するものであり、当該センサ受け部に当該端子と接触する金属薄板を配置する導電性ゴム基板とすることができる。
センサ受け部がセンサ部品の接点端子を支持するものであり、このセンサ受け部に接点端子と接触する金属薄板を配置したため、センサ部品を支持するセンサ受け部を通じて導通させることができる。また、センサ受け部に金属薄板を配置したため、センサ部品との接続をハンダや導電性接着剤で簡単に行うことができ、また、接触抵抗を低くすることができる。
さらにまた、導電性ゴム基板の圧縮に際し、センサ部品の接点端子が細い場合には十分に圧縮できず、導電性が得られにくいことが考えられるが、金属薄板が圧接面を広くし、十分な圧縮が可能となる。
前記支持脚が、前記回路基板に接地しない下表面を有するベース部から突出している導電性ゴム基板とすることができる。
回路基板に接地しない下表面を有するベース部から支持脚が突出したものとしたため、センサ部品から伝わる押圧荷重を支持脚に集中させることができ、支持脚を効果的に変形させることができる。また、支持脚を容易に変形させることができる。
前記導通部を有しない前記支持脚を備える導電性ゴム基板とすることができる。導通部を有しない支持脚を備えるため、導通部以外にも回路基板に対する導電性ゴム基板の接地箇所を設けることができる。そのため、導電性ゴム基板を安定的に回路基板上に載置することができる。また、また、導通部を有する支持脚以外の支持脚も、圧縮変形を受けるため、導電性ゴム基板を滑らかに変形させることができる。
導通部と同じ材質からなる補強部を有する前記支持脚を備える導電性ゴム基板とすることができる。導通部と同じ材質からなる補強部を有する前記支持脚を備えるため、導通部を有しない支持脚も導通部を有する支持脚と同等の強度、柔軟性を有する支持脚とすることができる。そのため、導通部の有無、位置によって変形の状態が変わることを防止できる。
前記センサ部品を反射型フォトセンサとすることができる。反射型フォトセンサとしたため、脈波等の生態情報を取得することができる。
本発明はまた、上記何れかの導電性ゴム基板と、前記センサ部品と、前記回路基板とを備え、人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形し、前記人体表面に密着した前記センサ部品を通じて生体情報の取得が可能な生体情報取得用センサ機器を提供する。
導電性ゴム基板と、前記センサ部品と、前記回路基板とを備え、人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形し、前記人体表面に密着した前記センサ部品を通じて生体情報の取得が可能であるため、ノイズが少ない生体情報を取得でき、高い精度での生態情報の利用が可能である。
前記センサ部品の周囲を囲う窓枠部をさらに備える生体情報取得用センサ機器とすることができる。
センサ部品の周囲を囲う窓枠部をさらに備えるため、センサ部品を適度な位置に位置決めすることができ、また、センサ表面以外へ予期せぬ押圧を受けることを阻止することができる。
さらに、前記導電性ゴム基板に載置される窓枠部を有し、人体表面からの押圧を受けた窓枠部がセンサ部品とともに当該人体表面に密着して動く生体情報取得用センサ機器とすることができる。
導電性ゴム基板に載置される窓枠部を有し、人体表面からの押圧を受けた窓枠部がセンサ部品とともに人体表面に密着して動くため、よりフィット感のある生体情報取得用センサ機器とすることができる。
本発明の生体情報取得用センサ機器及び導電性ゴム基板によれば、センサ部品を人体表面に圧接し易く、またノイズの少ない分析のし易い生体情報を取得することができる。
第1実施形態の生体情報取得用センサ機器の平面図である。 図1の生体情報取得用センサ機器のII−II線断面図である。 図1の生体情報取得用センサ機器のIII−III線断面図である。 図1の導電性ゴム基板の底面図である。 導電性ゴム基板が人体表面で押圧される状態を示す説明図であり、分図5(a)は、センサ部品の一方側が押圧される状態の変化を、分図5(b)は、センサ部品の中央が押圧される状態の変化を、分図5(c)は、センサ部品の他方側が押圧される状態の変化を、それぞれ示す。 導電性ゴム基板が人体表面で押圧される場合について説明する説明図である。 第2−1実施形態の生体情報取得用センサ機器の平面図である。 図7の生体情報取得用センサ機器の正面図である。 図7の生体情報取得用センサ機器のIX−IX線断面図である。 図7の生体情報取得用センサ機器のX−X線断面図である。 図7の生体情報取得用センサ機器のXI−XI線断面図である。 図7の導電性ゴム基板の底面図である。 第2−2実施形態の生体情報取得用センサ機器の図9相当断面図である。 図13の導電性ゴム基板の底面図である。 第2−3実施形態の生体情報取得用センサ機器の図9相当断面図である。 図15の導電性ゴム基板の底面図である。 第3実施形態の生体情報取得用センサ機器の平面図である。 図17の生体情報取得用センサ機器のXVIII−XVIII線断面図である。 図17の生体情報取得用センサ機器のXIX−XIX線断面図である。 図17の導電性ゴム基板の底面図である。 第4実施形態の生体情報取得用センサ機器の図19相当断面図である。 図21の導電性ゴム基板の底面図である。 各実施形態の変形例1の生体情報取得用センサ機器の平面図である。 図23の生体情報取得用センサ機器の図18相当断面図である。 第5実施形態の生体情報取得用センサ機器の図18相当断面図である。 図25の導電性ゴム基板が人体表面で押圧される状態について説明する説明図である。 変形例2の生体情報取得用センサ機器の図10相当断面図である。 実施例の生体情報取得用センサ機器の平面図である。 図28の生体情報取得用センサ機器のXXIX−XXIX線断面図である。 図28の生体情報取得用センサ機器のXXX−XXX線断面図である。 図28の導電性ゴム基板の底面図である。
本発明の導電性ゴム基板および生体情報取得用センサ機器についていくつかの実施形態に基づいて詳しく説明する。各実施形態において共通する材料、製造方法、効果等の重複する部分についてはその説明を省略する。
第1実施形態[図1〜図4]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器1および導電性ゴム基板10を図1〜図4に示す。
生体情報取得用センサ機器1は、センサ部品Sが導電性ゴム基板を挟んで回路基板P上に設けられたものであり、心拍数や血圧等の生体情報の取得を行うことができる。以下、生体情報取得用センサ機器1を構成する部分について説明するが、本明細書や図面において、センサ部品S側を「上側」、回路基板P側を「下側」として説明する。但し、これらは説明の便宜上のものであり、生体情報取得用センサ機器1や導電性ゴム基板10の設置方向や使用方向を限定するものではない。
まずセンサ部品Sには、取得すべき生体情報に応じて、温度センサや光電センサ、圧力センサのほか、発光素子と受光素子を有するフォトセンサ(フォトリフレクタ)、超音波診断用プローブなどの各種のセンサ部品を用いることができるが、ここでは、発光部と受光部を上面に有する反射型フォトセンサを利用している。本実施形態で用いるセンサ部品Saは、センサが内蔵され硬質樹脂で封止されたセンサ本体S1を有し、その裏面の8箇所に接点端子としての端子面S2が形成されている(図2の拡大図)。反射型フォトセンサには、OSRAM製反射型センサSFH7050等を好適に利用することができる。
回路基板Pには、剛直なガラスエポキシ樹脂基板上に配線形成をしたプリント配線基板や、屈曲可能な樹脂フィルム基板上に配線形成をしたフレキシブル配線基板を用いることができるが、ここでは剛直なプリント配線基板を利用している。回路基板Pの表面にはセンサ部品Saと導通させる接点Cが設けられている。
導電性ゴム基板10は、センサ部品Saと回路基板Pとの間に位置するゴムシートであり、絶縁性のゴム状弾性体からなる絶縁部11に導電性粒子が配向した導通部12を備えている。またその形状は、大略板状のベース部13を有しており、ベース部13の下表面13aからは回路基板Pに対して接地する支持脚14が下方に突出している。
導通部12は、ベース部13および支持脚14を上下方向に貫いており、その上側は、センサ部品Saを支持しセンサ受け部15となる金属薄板15aに接している。また下側は、支持脚13の回路基板Pとの接地面に露出し、回路基板P上の接点Cと接している。一方、絶縁部11は導通部12を囲み、導通部12どうしの電気的接触を防止している。また、絶縁部11が導通部12を囲うことで導通部12が過度に折れ曲がるなどの現象を起こし難くしている。
本実施形態では、センサ受け部15に金属薄板15aを設けることで導通部12を確実に圧縮させるとともに、センサ部品Saの端子面S2に対してハンダ接続をし易くしている。金属薄板15aの材質には、銅やニッケル、アルミニウム、鉄、およびこれらを含む合金等が挙げられる。金属薄板15aは導電性ゴム基板10の金型成形時に固着一体化させたり、導電性接着剤等を用いて導通部12の表面に貼り付けて一体化させたりすることができる。
図4の底面図等で示すように、導電性ゴム基板10は回路基板Pに接地しない下表面13aを有するベース部13から支持脚14が導通部12ごとに8本突出して設けられている。この支持脚14は、図3の拡大図等で示すように、ベース部13から回路基板P側に向かうに従い、先端が先細りする絶縁部11が導通部12を囲っている。支持脚14がベース部13から突出することでセンサ部品Saへの押圧による圧縮を支持脚14が受け易くなっており、さらに、こうした円錐台形状に支持脚14が形成されることで、支持脚14の回路基板Pとの接地面が確実に回路基板Pの接点Cと接触することになる。また、導通部12が好適に圧縮されて導通部12の抵抗値の低下を生じさせ易い。
導電性粒子が配向した導通部12には、絶縁性のゴム状弾性体中に磁性導電性粒子が数珠繋ぎに配向したものとすることが好ましい。磁性導電性粒子としては、ニッケル、コバルト、鉄、フェライト、又はこれらの合金が挙げられ、形状としては粒子状、繊維状、細片状、細線状などである。さらに良電性の金属、樹脂、セラミックに磁性導電体を被覆したもの、磁性導電体に良電性の金属を被覆したものとしても良い。良電性の金属には、金、銀、白金、アルミニウム、銅、鉄、パラジウム、クロム、ステンレスなどが挙げられる。磁性導電性粒子の平均粒径は、磁場配向によって連鎖状態を形成し易く、効率よく導体を形成することができる点で、1μm〜200μmとすることが好ましい。
絶縁部11の材質としては、絶縁性の熱硬化性ゴム、絶縁性の熱可塑性エラストマーを例示できる。より具体的には、熱硬化性ゴムでは、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、1,2−ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロスリホンゴム、ポリエチレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが挙げられる。なかでも、成形加工性、電気絶縁性、耐候性などが優れるシリコーンゴムが好ましい。熱可塑性エラストマーでは、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、イオン架橋系熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。
また、導通部12を磁性導電性粒子が配向した構成とするためには、絶縁部11には液状ゴムを硬化した絶縁性のゴム状弾性体、又は加熱溶融可能な絶縁性のゴム状弾性体を用いることが好ましい。例えば、液状ゴムを硬化したゴム状弾性体では、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、1,2−ポリブタジエン、スチレン・ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。加熱溶融可能なゴム状弾性体では、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、イオン架橋系熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。
導電性ゴム基板10の製造について、磁性導電性粒子を配向させて導通部12を形成する方法について説明する。
まず、強磁性体でなる配向ピンを埋め込んだ上型と下型からなる成形用金型を準備し、この成形用金型内に磁性導電性粒子を分散した液状ゴムを注入する。そして、成形用金型に磁場をかけ磁性導電性粒子を配向ピンに沿って配向させて、導通部12となる部分とその周囲に絶縁部11となる部分を形成した後、液状ゴムを加熱硬化させる。こうして導電性ゴム基板10を形成する。
この導電性ゴム基板10では、ベース部13の厚み方向に導電性粒子が連鎖配置した異方導電性に導通部12を形成できるので、導電性粒子が少なくても効率よく導通部12を形成することができ、低硬度の導電性ゴム基板10が得られる。
こうして得られた導電性ゴム基板10の大きさは、その導通部12の高さを0.5〜10mm程度、直径を0.3〜1.0mm程度とすることができる。
また、この導電性ゴム基板10は、センサ部品Saが人体表面Bと密着して圧縮を受けることにより、導電性粒子の連結が強まり、導電性が得られることから、無圧縮時の抵抗値が1.2Ω以上であっても、人体表面Bと密着して圧縮を受けたときの抵抗値を0.1Ω以下とすることができる。
生体情報取得用センサ機器1を製造するには、センサ本体Saと導電性ゴム基板10と回路基板Pとをハンダ接続する。ハンダ接続は、回路基板Pの接点Cとなる端子上にソルダーペーストを塗布し、その上に導電性ゴム基板10の導通部12の位置を合わせて設置し、リフロー炉にて約265℃に加熱して、回路基板Pと導電性ゴム基板10とを固着する。次に、導電性ゴム基板10の金属薄板15aにソルダーペーストを塗布し、その上にセンサ部品Saの金属端子面S2を位置合わせして載置し、リフロー炉にて同様に加熱して、導電性ゴム基板10とセンサ部品Saとを固着する。こうしてセンサ部品Saと回路基板Pが導通接続され、導電性ゴム基板10と一体となった生体情報取得用センサ機器1を得る。なお、ハンダ接続においては、回路基板Pと導電性ゴム基板10とセンサ部品Saとを同時にリフロー炉に入れて行っても良い。
次に導電性ゴム基板10の動作について、図5の説明図を参照して説明する。
手脚等の人体表面Bがセンサ部品Saの表面に接触するに際し、図5(a)で示すように、人体表面Bがセンサ部品Saの中央より右側に接触すると、右側の支持脚14bが左側の支持脚14aよりも押圧されて導電性ゴム基板10が右側に傾倒してセンサ部品Saの表面が人体表面Bに密着する。一方、図5(b)で示すように、人体表面Bがセンサ部品Saの中央に接触すると、左側の支持脚14aと右側の支持脚14bが同等に押圧されて導電性ゴム基板10が傾倒せずにセンサ部品Saの表面が人体表面Bに密着する。
あるいはまた、図5(c)で示すように、人体表面Bがセンサ部品Saの中央より左側に接触すると、左側の支持脚14aが右側の支持脚14bよりも押圧されて導電性ゴム基板10が左側に傾倒してセンサ部品Saの表面が人体表面Bに密着する。このように、センサ部品Saに対して押圧を受ける部位が必ずしも一定していなくても、人体表面Bの接触位置に応じて導電性ゴム基板10が適度に変形し、センサ部品Saを人体表面Bに密着させることができる。
上記説明は、図1で見れば、人体表面Bがセンサ部品Saの上側に接触するか、中心に接触するか、あるいはまた下側に接触するか、の説明であったが、この図1におけるセンサ部品Saの右側、または左側に人体表面Bが接触する場合について、図6を参照して説明する。図6は、導電性ゴム基板10上にセンサ部品Saが載置した状態の平面図であり、導電性ゴム基板10の底面に備える8つの支持脚14を支持脚14a1〜14a8として区別して示している。
この図6において、例えば人体表面Bが領域R1の部分に接触すれば、その押圧を受けた側の支持脚14ほど潰されることになる。即ち、支持脚14a1,14a5が最も潰され、支持脚14a2,14a6が次に潰され、支持脚14a3,14a7がその次に潰され、支持脚14a4,14a8が最も潰されずに変形し、図6における右側が下方になるように導電性ゴム基板10が傾倒してセンサ部品Saの表面が人体表面Bに密着する。あるいはまた、例えば人体表面Bが領域R2の部分に接触すれば、支持脚14a8が最も潰され、支持脚14a7が次に潰され、支持脚14a4がその次に潰され、というように変形し、図6における左下側が下方になるように導電性ゴム基板10が傾倒してセンサ部品Saの表面が人体表面Bに密着する。
したがって、導電性ゴム基板10を介在させた生態情報取得用センサ機器1では、センサ部品Saが容易にその表面の向きを変え、また押圧されるため、身体はセンサ部品Saと接触することによる圧迫感や違和感を少なくすることができる。また、センサ部品Saは人体表面Bに対して密着することでノイズが少なく分析のし易い生体情報を取得することができる。
導電性ゴム基板10の導通部12を導電性粒子で形成し、センサ受け部15を金属薄板15aで形成しているため、センサ部品Saの端子面S2や回路基板Pの接点Cとの接触抵抗が小さいことから、センサ部品Saを通じての生体情報の取得が容易である。
第2−1実施形態[図7〜図12]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器2および導電性ゴム基板20を図7〜図12に示す。
生体情報取得用センサ機器2も、センサ部品Sbが導電性ゴム基板20を挟んで回路基板P上に設けられたものであるが、センサ部品Sbにはセンサ本体S1から6本の金属端子S3が延び、脈波や血中酸素飽和度を検知できるフォトセンサを3つ用いている。このフォトセンサには、例えばOSRAM製反射型センサSFH9206等を好適に利用することができる。接点端子としての金属端子S3は、導電性ゴム基板20にセンサ受け部15として設けた金属薄板15aに対してハンダ接続をしている。
図12の底面図等で示すように、導電性ゴム基板20の下表面13aから突出する支持脚14は、平行な2本の壁状脚14b1,14b2として形成されており、9つの導通部12が1本の脚内にまとめて設けられている。この支持脚14b1,14b2も、図10〜図12で示すように、ベース部13から回路基板P側に向かうに従い、先端が先細りする絶縁部11が導通部12を囲っている。こうした先細り形状に支持脚14b1,14b2が形成されることで、センサ部品Sbへの押圧による圧縮を受け易く導電性が得易くなっている。
本実施形態で用いるセンサ部品Sbでは、センサ本体S1が導電性ゴム基板20の表面から浮き上がっており、金属端子S3が導電性ゴム基板20のセンサ受け部15を押して導通部12が圧縮され易くなっている。
また、図8で示すように、3つのセンサ部品Sの表面は同じ高さにあり、人体表面Bに対してそれぞれ独立して接して生体情報を取得する。こうした構成としたため、各センサ部品Sに対する人体表面Bからの圧接の有無を分析して体動を検知することもできる。
また導電性ゴム部品20では、その支持脚14を平行な2本の壁状脚14b1,14b2として形成しているが、第1実施形態で示した導電性ゴム部品10と同様に、人体表面Bが接触する部分に近い支持脚14の部分がより多く潰されて、この接触する部分から遠ざかる支持脚14の部分ほど潰されずにおかれるため、人体表面Bの接触位置に応じて導電性ゴム基板10が適度に変形し、センサ部品Sbを人体表面Bに密着させることができる。
第2−2実施形態[図13,図14]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器3および導電性ゴム基板21を図13,図14に示す。本実施形態の生態情報取得用センサ機器3は、第2−1実施形態の生態情報取得用センサ機器2と比べて、導電性ゴム基板21の支持脚14の形状が異なっている。
図14の底面図等で示すように、導電性ゴム基板21の下表面13aから突出する支持脚14は、3つの導通部12がまとまって一つの支持脚14となっており、6つの壁状脚14c1〜14c6として形成されている。ベース部13から回路基板P側に向かうに従い、先端が先細りする形状は他の実施形態と同様である。
第2−3実施形態[図15,図16]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器4および導電性ゴム基板22を図15,図16に示す。本実施形態の生態情報取得用センサ機器4でも、第2−1実施形態の生態情報取得用センサ機器2に比べて、導電性ゴム基板21の支持脚14の形状が異なっている。
図16の底面図等で示すように、導電性ゴム基板22の下表面13aから突出する支持脚14は、1つの導通部12に対して1つの支持脚14が形成されている。ベース部13から回路基板P側に向かうに従い、先端が先細りする形状は他の実施形態と同様である。
第3実施形態[図17〜図20]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器5および導電性ゴム基板30を図17〜図20に示す。
生体情報取得用センサ機器5では、その導電性ゴム基板30に、導通部12が貫通する支持脚14の他に、導通部12が通じていない支持脚14dを設けた点で第1、第2実施形態の導電性ゴム基板と異なる。
導電性ゴム基板30では、導通部12としてセンサ部品Saと回路基板Pとを接続する必要がない部分にも支持脚14dを設けることで回路基板P上に導電性ゴム基板30を安定的に載置し、また、ベース部13と回路基板Pとの間の長さが長い場合に導通部12を備える支持脚14の倒れ込みを防止することができる。
第4実施形態[図21,図22]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器6および導電性ゴム基板40を図21,図22に示す。
生体情報取得用センサ機器6では、その導電性ゴム基板40において、導通部12が貫通する支持脚14の他に、導通部12が通じていない支持脚14eを設けた点で第3実施形態の導電性ゴム基板30と同じであるが、支持脚14eは、絶縁部11のみからなるのではなく、その中心に導通部12と同等の材質からなる補強部16を有する点で異なる。なお、図21では支持脚14eにおける補強部16がベース部13を貫通していない構成を示すが、ベース部13を貫通したものとすることも可能である。また、図22では、導通部12と補強部16とを区別するために、導通部12については塗りつぶして表示している。
導電性ゴム基板40では、導通部12としてセンサ部品Saと回路基板Pとを接続する必要がない部分にも支持脚14eを設け、かつこの支持脚14eには、
導通部12と同等の材質からなる補強部16を設けているため、支持脚14eの強度や柔軟性は、導通部12が通じている支持脚14と同等であり、圧縮力を受けた際の挙動も支持脚14と同等とすることができるため、回路基板P上に導電性ゴム基板40を安定的に載置し得ることに加え、センサ部品Saが押圧を受けた際の導電性ゴム基板40の変化が滑らかである。
各実施形態の変形例[図23,図24]
上記各実施形態の生体情報取得用センサ機器および導電性ゴム基板については、センサ部品Sの表面を露出させるとともにその周囲を覆う窓枠部Hを設けることができる。この窓枠部Hつきの生体情報取得用センサ機器7を変形例1として図23,図24に示す。
窓枠部Hにより、センサ部品Saの周囲を保護しており、発光部や受光部のあるセンサ表面以外の部分に人体表面Bなどの外力が及ばないようにしている。また、窓枠部Hにより、センサ部品Saのセンサ表面に過大な荷重がかかることを防止している。
窓枠部Hは、センサ部品Saの外枠となるホルダーの一部であっても、生体情報取得用センサ機器5の外装部品となる筐体の一部であっても良い。また、窓枠部Hに通じるホルダーや筺体の一部が、導電性ゴム基板10を加圧固定するものであってもよい。導電性ゴム基板10を加圧固定すれば、導通部12が加圧される以前に比べるとその抵抗値が小さくなるため、生体情報の取得のために好ましい。
第5実施形態[図25,図26]
本実施形態の生体情報取得用センサ機器8を図25に示す。生体情報取得用センサ機器8では、補強部16を有する支持脚14eを備えた導電性ゴム基板40と、前記変形例1で示した窓枠部Hを用いており、窓枠部Hを導電性ゴム基板40上に接地したことを特徴としている。
本実施形態における窓枠部Hは、固定されて動きがないものとは異なり、導電性ゴム基板40上にあって、人体表面Bで押圧を受ければ、導電性ゴム基板40の変形により、窓枠部Hも傾倒変化をするものである。図26で示すように、例えばセンサ部品Saと窓枠部Hの境界部分が人体表面Bにより押圧されると、センサ部品Saと窓枠部Hの両者が傾倒し、押し込まれる。
生体情報取得用センサ機器8では、センサ部品Saとともに窓枠部Hも傾倒し、変形する。そのため、センサ部品Saだけが変形し窓枠部Hが変形しない場合と比べて、身体の生体情報取得用センサ機器に対する密着性が高まり、よりフィット感の強い生体情報取得用センサ機器とすることができる。
各実施形態のその他の変形例
上記各実施形態では、センサ受け部15には、金属薄板15aを用いていたが、こうした金属薄板15aを設けることなしに、導電性粒子が配向してなる導通部12の端部をベース部13の上表面13bから露出してセンサ受け部15としても良い。また、回路基板P側の導通部12の露出面に金属薄板を設けても良い。回路基板P側に金属薄板を設けることで、回路基板Pとのハンダ接続が容易になる。
上記各実施形態における導電性ゴム基板では、センサ受け部15はベース部13の上表面13bに面一に設けられていたが、ベース部13の下表面13aから支持脚14が突出するように、ベース部13の上表面13bから上方に突出させた突出部17を設けその先端位置にセンサ受け部15を設けることができる。こうした導電性ゴム基板50を変形例2として図27に示す。
センサ受け部15がベース部13の上表面13bから突出していると、小さな圧縮荷重でも導通部12が圧縮され、導電性粒子の接触密度が高まり高い導電性を得易くなる。
導通部12や各種支持脚14,14d,14e等は、センサ部品Sやその端子S2,S3、あるいは回路基板Pの接点Cの位置などに応じて適宜、その位置や大きさを変更することができる。こうした位置や大きさの変更により、センサ部品Sと回路基板Pとの導通を容易にし、また、センサ部品Sの回路基板Pに対する位置決めを容易にすることができる。
次に本発明の実施例について説明する。
<試料の作製>
試料1:
第2−2実施形態で説明した生体情報取得用センサ機器(4)に似た図28〜図31で示す生体情報取得用センサ機器(4')を作製し、試料1の生体情報取得用センサ機器とした。試料1では、センサ部品(S)に、第2−2実施形態で用いた金属端子(S3)を有するセンサ部品(Sb)であるOSRAM製反射型センサSFH9206を、回路基板(P)にプリント配線基板を用いた。導電性ゴム基板には第2−2実施形態で用いた導電性ゴム基板(22)に似た導電性ゴム基板とした。より具体的には、上記センサ部品(Sb)の一つに対応する導電性ゴム基板(60)であり、金属端子(S3)と接続するセンサ受け部(15)の位置から、その直下方向にベース部(13)を貫通するとともに、支持脚(14)が伸びる形状に形成した。
導電性ゴム基板(60)は、液状シリコーンゴムに磁性導電性粒子である銀メッキを施したニッケル粒子を分散させた液状混合物を磁場配向させて硬化して製造した。得られた導電性ゴム基板(60)は、ベース部(13)の厚みが1.5mm、ベース部(13)から先の支持脚(14)の長さを0.3mm、導通部(12)の直径を0.6mm、センサ受け部(15)として銅箔からなる金属薄板(15a)の厚みを0.012mmとした。導電性センサ部品(S)と導電性ゴム基板(60)と回路基板(P)はそれぞれハンダ接続した。
試料2:
試料1で用いたセンサ部品(S)を、導電性ゴム基板(60)を挟まずに直接試料1で用いた回路基板(P)にハンダ接続し、試料2の生態情報取得用センサ機器を得た。
<導通試験>
回路基板(P)にLEDを接続し、センサ部品(S)と回路基板(P)とが通電すると回路基板(P)上のLEDが発光するように構成した。また、人体表面Bの代替品として硬度25(JIS−A)で先端が半球形状のシリコーンゴムを押し子として用いた。そして、試料1及び2のそれぞれにおいて、センサ部品(S)の表面中央を前記押し子で徐々に押圧する導通試験を行った。
この導通試験の結果、試料2では、押し子でセンサ部品(S)の表面を押圧する前に、センサ部品(S)の上方1mm以内の位置に押し子を近付けるとLEDが発光した。一方、試料1では、押し子をセンサ部品(S)の表面に接触させただけではLEDは発光せず、押圧荷重が0.05N以上に導電性ゴム基板(60)を圧接するとLEDは発光した。
<考察>
導通試験の結果より、センサ部品を回路基板に配置しただけでは、検出対象物(押し子)が近づいただけでセンサ部品が反応するため、変わり得るセンサ部品と検出対象物との位置関係に影響してノイズの多い生体情報が検出されるものと考えられる。一方、導電性ゴム基板を介在させることで、検出対象物がセンサ部品に接触し、かつ一定の荷重で押圧して初めて生体情報が検出されるため、ノイズの少ない生体情報が検出できると考えられる。
1 生体情報取得用センサ機器(第1実施形態)
10 導電性ゴム基板(第1実施形態)
11 絶縁部
12 導通部
13 ベース部
13a 下表面
13b 上表面
14 支持脚
14a1〜14a8 支持脚
15 センサ受け部
15a 金属薄板
S センサ部品
Sa 端子面を有するセンサ部品
S1 センサ本体
S2 端子面
P 回路基板
C 接点
B 人体表面
R1,R2 領域
2 生体情報取得用センサ機器(第2実施形態)
20 導電性ゴム基板(第2実施形態)
S センサ部品
Sb 金属端子を有するセンサ部品
S1 センサ本体
S3 金属端子
14 支持脚
14b1,14b2 支持脚
3 生体情報取得用センサ機器(第2−1実施形態)
21 導電性ゴム基板(第2−1実施形態)
14 支持脚
14c1〜14c6 支持脚
4 生体情報取得用センサ機器(第2−2実施形態)
22 導電性ゴム基板(第2−2実施形態)
5 生体情報取得用センサ機器(第3実施形態)
30 導電性ゴム基板(第3実施形態)
14 支持脚
14d (導通部のない)支持脚
6 生体情報取得用センサ機器(第4実施形態)
40 導電性ゴム基板(第4実施形態)
14 支持脚
14e (補強部のある)支持脚
16 補強部
7 生体情報取得用センサ機器(変形例1)
H 窓枠部
8 生体情報取得用センサ機器(第5実施形態)
9 生体情報取得用センサ機器(変形例2)
50 導電性ゴム基板(変形例2)
17 突出部
4’ 生体情報取得用センサ機器(実施例)
60 導電性ゴム基板(実施例)

Claims (10)

  1. 回路基板とセンサ部品との間に介在し、回路基板とセンサ部品とを導電接続する導電性ゴム基板であって、
    センサ部品の接点端子と回路基板上の接点とを導通する導通部と、導通部を囲う絶縁部を有し、回路基板に対して接地する支持脚の接地面に前記導通部の一方端が露出し、センサ部品を支持するセンサ受け部に前記導通部の他方端がしており、
    前記導電性ゴム基板の無圧縮時の抵抗値が1.2Ω以上であり、圧接時の抵抗値が0.1Ω以下に低下するものであり、
    人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形可能な導電性ゴム基板。
  2. 前記導通部が、ゴム状弾性体中に磁性導電性粒子が配向したものである請求項1記載の導電性ゴム基板。
  3. 前記センサ受け部がセンサ部品の接点端子を支持するものであり、当該センサ受け部に当該接点端子と接触する金属薄板を配置する請求項1または請求項2記載の導電性ゴム基板。
  4. 前記支持脚が、前記回路基板に接地しない下表面を有するベース部から突出している請求項1〜請求項何れか1項記載の導電性ゴム基板。
  5. 前記導通部を有しない前記支持脚を備える請求項1〜請求項何れか1項記載の導電性ゴム基板。
  6. 導通部と同じ材質からなる補強部を有する前記支持脚を備える請求項1〜請求項何れか1項記載の導電性ゴム基板。
  7. 前記センサ部品が反射型フォトセンサである請求項1〜請求項何れか1項記載の導電性ゴム基板。
  8. 請求項1〜請求項何れか1項記載の導電性ゴム基板と、前記センサ部品と、前記回路基板とを備え、
    人体表面からの押圧を受けたセンサ部品が当該人体表面に密着して動くように前記支持脚が変形し、前記人体表面に密着した前記センサ部品を通じて生体情報の取得が可能な生体情報取得用センサ機器。
  9. 前記センサ部品の周囲を囲う窓枠部をさらに備える請求項記載の生体情報取得用センサ機器。
  10. 前記導電性ゴム基板に載置される窓枠部を有し、人体表面からの押圧を受けた窓枠部がセンサ部品とともに当該人体表面に密着して動く請求項記載の生体情報取得用センサ機器。
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