JP6934380B2

JP6934380B2 - 生体信号取得用衣服

Info

Publication number: JP6934380B2
Application number: JP2017185311A
Authority: JP
Inventors: 慎之介有馬; 昌也大月
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP2019058346A

Description

本発明は、生体からの生体信号を検出するための生体信号取得用衣服に関する。

近年、生体からの生体信号（生体からの電気信号）を検出することができるシステムを備えた衣服が提案されている。例えば、特許文献１には、検出生体電気信号を記録する生体電気信号記録器と導電性繊維縫合部からなる電極が着衣部の所定の位置に配置された生体電気信号誘導センサが記載されている。特許文献２には、身生地本体に、導電部と検出機器とを相互接触方向へ押し付ける押し付け付勢が設けられた生体データ取得用衣類が記載されている。

特開２００２−１５９４５８号公報特開２０１７−８９０５２号公報

しかし、特許文献１に記載の生体電気信号誘導センサや特許文献２に記載の生体データ取得用衣類には、生体の動きなどによって、生体信号を取得する電極と生体との密着性の変動が生じることに対する考慮がなされていない。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、生体が動いた場合でも、生体と電極の密着性が高い生体信号取得用衣服を提供する。

本発明は、衣服本体を構成する衣服本体生地の裏面側に配置される１つ以上の電極と、生体と接触してなる前記電極が取得した生体信号を受信する受信装置が接続可能なコネクタと、前記電極と前記コネクタとを導通する生体信号伝送部とを備えた生体信号取得用衣服において、前記電極と前記衣服本体生地の間にはクッション層が配置されていることを特徴とする生体信号取得用衣服に関する。

前記生体信号取得用衣服において、前記コネクタは、前記衣服本体生地の表面側に配置されている接続部と、前記接続部を衣服本体に固定する固定部を有し、前記接続部と前記固定部は、前記衣服本体生地と前記生体信号伝送部を挟むように配置されてもよい。

前記衣服本体生地の裏面側において、前記生体信号伝送部及び前記固定部は、絶縁性シートで覆われていることが好ましい。

前記生体信号取得用衣服において、前記固定部と前記絶縁シートの間には、クッション層が配置されていることが好ましい。

前記生体信号取得用衣服において、前記クッション層は、編物、織物及び不織布からなる群から選ばれる一以上の繊維集合体で構成されていることが好ましい。前記クッション層は、ダブルラッセルで構成されていることがより好ましい。前記クッション層は、ポリエステル繊維で構成されていることが好ましい。

前記生体信号取得用衣服において、前記クッション層は、厚みが０．５〜１０ｍｍであることが好ましい。

本発明は、電極と衣服本体生地の間にクッション層を配置することにより、電極に柔軟性を付与し、生体が動いた場合でも、生体（肌）と電極の密着性が高い生体信号取得用衣服を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る生体信号取得用衣服の模式的正面図であり、図１Ａは表面側を示し、図１Ｂは裏面側を示す。図２は、図１に示す生体信号取得用衣服のＩ−Ｉ’線での断面図である。図３は、生体信号受信装置の模式的説明図である。図４は、生体信号取得用衣服における各構成のサイズを説明するための模式図である。図５は、心電図である。（ａ）は実施例１の生体信号取得用衣服を着用して測定した結果であり、（ｂ）は比較例１の生体信号取得用衣服を着用して測定した結果である。

本発明の発明者らは、電極を備えた衣服において、生体（人体）が動いた場合の生体（肌）と電極の密着性を高めるために、鋭意検討を重ねた。その結果、電極と衣服本体生地の間にクッション層を配置すると、すなわち電極の表面側にクッション層を配置すると、電極に柔軟性が付与され、生体が動いた場合でも、電極が生体の動きに追従しやすく、電極と生体（肌）の密着性が高くなることを見出した。本明細書において、「裏面側又は裏側」とは生体に近い側をいい、「表面側又は表側」とは生体と遠い側をいう。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳細に説明する。しかし、本発明は、下記図面に示したものに限定されない。

図１は本発明の一実施形態に係る生体信号取得用衣服の模式的正面図であり、図１Ａは表面側を示し、図１Ｂは裏面側を示す。図２は、同生体信号取得用衣服のＩ−Ｉ’線での断面図である。図３は、生体信号受信装置を模式的説明図である。該実施形態の生体信号取得用衣服１（シャツ）は、衣服本体２と、電極３と、生体信号伝送部４と、コネクタ５とを備えており、電極３と衣服本体２を構成する衣服本体生地２０１の間にはクッション層１０が配置されている。すなわち、クッション層１０は、電極３の表面側に配置されている。

電極３は、衣服本体２を構成する衣服本体生地２０１の裏面側に配置され、生体（着用者の肌）と接触して生体からの生体信号を取得する。該実施形態において、電極３は２個であり、みぞおちの両側を覆う領域に左右対称的に配置されているが、電極は１個でもよく、３個以上でもよい。また、電極の配置場所も取得しようとする生体信号や対象とする生体組織などに応じて適宜決めることができる。生体信号としては、例えば、脈波、脈拍、呼吸、体動等による信号が挙げられる。測定部位としては、例えば、胸部、背部、腹部などが挙げられる。みぞおちの両側を覆う領域に左右対称的に配置する場合、心拍数等を検出することができる。電極の数に応じて、生体信号伝送部及びコネクタの数を適宜調整すればよい。

電極３の素材は、生体信号を取得することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、導電性繊維で構成することができる。導電性繊維としては、例えば、繊維に導電性金属をめっきした導電性金属めっき繊維や繊維に導電性高分子を含浸したもの等を用いることができる。導電性金属としては、例えば、銀、アルミナ、金、銅等が挙げられ、導電性が高い観点から、銀が好ましい。繊維としては、特に限定されないが、耐久性に優れる観点から、ポリエステル繊維やナイロン繊維などを用いることができる。導電性繊維を不織布、編物及び織物などの繊維集合体にして電極として用いることができる。電極３を構成する繊維集合体は、特に限定されないが、例えば、目付が１００〜５００ｇ/ｍ²であってもよい。電極３の大きさや形状は、生体信号が取得できればよく特に限定されない。例えば、電極３の縦及び横の長さがいずれも、１〜１０ｃｍであってもよい。また、電極３は、特に限定されないが、例えば、厚みが０．０１〜５ｍｍであってもよい。

生体信号伝送部４は、衣服本体生地２０１の裏面側に配置され、電極３と導通しており、電極３が取得した生体信号を伝送する。生体信号伝送部４は、電極３が取得した生体信号を伝送することができればよく、その素材は特に限定されない。例えば、電極３と同様に、導電性繊維で構成することができる。該実施形態において電極３と生体信号伝送部４は一体（一つの構造体）であり、すなわち、電極３の一部を延長することで生体信号伝送部４が構成されている。具体的には、電極３から延長された周辺部及び突出部が生体信号伝送部４を構成している。なお、電極３と生体信号伝送部４は、一体でなく、別々の構造体であってもよい。電極３と生体信号伝送部４が別々の構造体の場合、導電性繊維糸で縫い込むことで電極３と生体信号伝送部４を接合させてもよく、接着剤で電極３と生体信号伝送部４を接着させてもよい。接着剤としては、特に限定されず、例えば、ホットメルト接着剤等を用いることができる。

コネクタ５は、衣服本体生地の表面側に配置されている接続部５１と、接続部５１を衣服本体に固定する固定部５２を有し、接続部５１と固定部５２は、衣服本体生地２０１と生体信号伝送部４を挟むように配置されていてもよい。コネクタ５としては、例えば、導電性金属のスナップボタン、マグネットホック等を用いることができる。

生体信号取得用衣服１の裏側において、生体信号伝送部４及びコネクタ５の固定部５１は、絶縁性シート２０で覆われていることが好ましい。該実施形態において、電極３と生体信号伝送部４は一体であり、電極３の周辺部及び突出部が生体信号伝送部４を構成しており、これらが絶縁性シート２０で覆われていることが好ましい。これにより、検出対象の生体信号以外はノイズを低減することができる。絶縁性シート２０は、電気絶縁性を有するものであればよく特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシート、ポリウレタンシート等が挙げられる。

生体信号取得用衣服１において、コネクタ５の固定部５２と絶縁シート２０の間には、クッション層３０が配置されていることが好ましい。コネクタ５による異物感を軽減することができる。

クッション層１０及びクッション層３０は、クッション性を有すればよく、素材は特に限定されない。例えば、樹脂発泡体や繊維集合体等のクッション材を用いることができる。樹脂発泡体としては、例えば、ポリウレタンフォーム等を用いることができる。クッション層１０及び/又はクッション層３０は、着用感の観点から、繊維集合体で構成されていることが好ましい。前記繊維集合体は、特に限定されず、編物、織物及び不織布のいずれであってもよく、柔軟性に優れる観点から、編物であることが好ましく、ダブルラッセルであることがより好ましい。前記繊維集合体は、特に限定されないが、耐久性の観点から、例えば、ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維で構成されていることが好ましい。

クッション層１０は、特に限定されないが、例えば、電極に柔軟性を付与やすい観点から、厚みが０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．５〜５ｍｍであることがより好ましい。クッション層１０は、特に限定されないが、例えば、電極に柔軟性を付与やすい観点から、目付が１０〜５００ｇ/ｍ²であることが好ましく、５０〜４００ｇ/ｍ²であることがより好ましい。

クッション層１０の大きさは、電極３の大きさに併せて適宜調整することができる。クッション層１０の縦長さ及び横長さは、特に限定されないが、例えば、それぞれ、電極３の縦長さ及び横長さの０．５〜１．５倍の範囲であってもよい。

生体信号取得用衣服１は、生体信号を受信する受信装置６を有してもよい。生体信号受信装置６は、電極３が取得し、生体信号伝送部４が伝送して来た生体信号を受信するとともに、該生体信号を電気信号に変換し、例えば、無線等によって送信する小型の携帯端末装置である。該実施形態において、図３に示されているように、生体信号受信装置６は、接続部６１を有しており、接続部６１とコネクタ５の接続部５１を着脱可能する係合することで、生体信号受信装置６とコネクタ５を着脱可能に接続することができる。衣服未使用時、特に洗濯時には、生体信号受信装置６を取り外すことができる。

衣服本体２を構成する衣服本体生地２０１は、編物であってもよく、織物であってもよい。電極３を生体に密着させやすい観点から、衣服本体生地２０１は、伸縮性生地であることが好ましい。例えば、衣服本体生地２０１は、横方向及び/又は縦方向の伸び率が５０％以上４００％以下であることが好ましく、１００％以上３００％以下であることがより好ましい。本明細書において、伸び率は、ＪＩＳＬ１０９６８．１６．１（Ｂ法）に基づいて、１５Ｎ荷重下で測定したものである。このような伸縮性生地は、弾性繊維（糸）と非弾性繊維（糸）で構成することができる。弾性繊維しては、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン弾性繊維、ポリエーテル・エステル弾性繊維、ポリアミド弾性繊維、ポリオレフィン弾性繊維などが挙げられ、伸長性に優れる観点からポリウレタン弾性繊維が好適である。非弾性繊維としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系合成繊維、ナイロンなどのポリアミド系合成繊維などを使用することができる。

生体信号取得用衣服１において、衣服本体生地２０１とクッション層１０の接合は、縫製による縫着で行ってもよく、接着剤で接着させてもよい。電極３とクッション層１０は、縫製による縫着又は接着剤によって接合させてもよい。或いは、生体信号伝送部４と電極３が一体である場合は、電極３とクッション層１０は接合させず、縫製による縫着又は接着剤によって、生体信号伝送部４と衣服本体生地２０１を接合することで、電極３と衣服本体生地２０１の間にクッション層１０を配置することができる。

図１では、生体信号取得用衣服１が半袖シャツの場合を例示しているが、生体信号取得用衣服１は、生体に接触するように身に着けるものであればよく、例えば、無袖シャツ、長袖シャツ、ガードル等が挙げられる。生体信号取得用衣服１を着用することで、日常生活を行いながら、長期間連続的に心電図などを計測することができる。

生体信号取得用衣服は、衣服のずれ上がりを防止するために、裾部の一部又は全部において、周方向に沿ってゴム等の弾性体で構成された帯状の留め具を配置してもよい。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
衣服本体生地２０１として、２way伸縮性生地（ポリエステル繊維８２重量％、ポリウレタン弾性繊維１８重量％、縦伸び率２２５％、横伸び率１１９％、目付１５５ｇ/ｍ²、ゲージ３２Ｇ、丸編み）を用い、図１に示すような衣服本体２（ＪＡＳＰＯ：Ｍサイズ）を作製した。

ナイロン繊維に銀メッキを行った導電性繊維（ミツフジ社製：「ＡＧｐｒｏｓｓ」）を用いて織物を作製した。次に、図４（ａ）に示すように、Ｌ１が５０ｍｍ、Ｌ２が１５ｍｍ、Ｌ３が２５ｍｍ、Ｗ１が７０ｍｍ、Ｗ２が４０ｍｍ、Ｗ３が１１０ｍｍになるようにカットして、電極３と生体信号伝送部４の一体物７０を得た。

ポリエステル繊維１００質量％からなるダブルラッセル（目付２００ｇ/ｍ²、厚み２ｍｍ）を、図４（ｂ）に示すように、Ｌ４が３０ｍｍ、Ｗ４が５０ｍｍとなるようにカットして、クッション層１０を構成するクッション材として用いた。また、ポリエステル繊維１００質量％からなるダブルラッセル（目付２００ｇ/ｍ²、厚み２ｍｍ）を、図４（ｂ）に示すように、Ｌ５が２０ｍｍ、Ｗ５が４０ｍｍとなるようにカットして、クッション層３０を構成するクッション材として用いた。

図１〜図２に示される生体信号取得用衣服１（半袖シャツ）を、下記のように作製した。なお、図１〜図２では、後述する接着剤は図示していない。クッション層１０を構成するクッション材の裏面（生体側）にポリウレタン系ホットメルト接着剤を付与し、上記で得られた一体物７０を、電極３がクッション層１０の裏面側のポリウレタン系ホットメルト接着剤と接するように配置し、熱を加えることで電極３とクッション層１０がポリウレタン系ホットメルト接着剤で接着するようにした。次に、クッション層１０を構成するクッション材の表面（生地側）にポリウレタン系ホットメルト接着剤を熱で接着させた。同時に、一体物７０における生体信号伝送部４の表面にもポリウレタン系ホットメルト接着剤を熱で接着させた。次に、クッション層１０及び生体信号伝送部４をポリウレタン系ホットメルト接着剤が衣服本体生地２０１に接するように衣服本体生地２０１の裏面側に配置し、熱を加えることで、クッション層１０及び生体信号伝送部４を衣服本体生地２０１に接着させた。次に、スナップボタンを凸部が衣服本体生地２０１の表面側になるように、かつ止め部が生体信号伝送部４の裏面側になるように配置して止めることで、接続部５１（凸部）と、固定部５２（止め部）を有するコネクタ５を形成した。接続部５１（凸部）間の距離Ｄａは２０ｍｍであった。次に、コネクタ５の固定部５２の裏面側にポリウレタン系ホットメルト接着剤を配置し、その裏面側にクッション層３０を構成するクッション材を配置し、熱を加えることで、クッション層３０をコネクタ５の固定部５２に接着させた。次に、生体信号伝送部４とクッション層３０の裏面側に、生体信号伝送部４とクッション層３０を覆うように、図４（ｃ）に示すようなＬ６が６０ｍｍ、Ｌ７が４０ｍｍ、Ｗ６が２４０ｍｍ、Ｗ７が６０ｍｍ、Ｗ８が１００ｍｍである絶縁性シート２０（ポリ・テープ社製：「ポリ・フレックス」）を配置して熱プレスすることで、絶縁性シート２０を、生体信号伝送部４、クッション層３０及び衣服本体生地２０１に融着させた。図１において、Ｌｃは２００ｍｍであった。

（比較例１）
クッション層１０を設けない以外は、実施例１と同様の構成の生体信号取得用衣服を作製した。

実施例１及び比較例１の生体信号取得用衣服を着用させて、下記のように心拍を測定するため心電図を計測した。その結果をそれぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した。

（心電図の計測）
生体信号取得用衣服を着用した後、左右の電極をそれぞれ０．１ｍＬ程度の水で濡らせ、十分に安静にした後、両腕を大きく回す運動を行った時の心電図を計測した。

実施例１のクッション層１０を有する生体信号取得用衣服を着用して計測した図５（ａ）の心電図は、心拍波形のノイズが少なく、心拍ピークを精度高く判断可能であった。実施例１のように、電極と衣服本体生地の間、すなわち電極の表面側にクッション層が設けられている場合、電極と生体（肌）との密着性が向上し、運動時にも電極が生体に追従することで心拍由来の電流のみを正確に取得できたと推測される。

一方、比較例１のクッション層１０を有しない生体信号取得用衣服を着用して計測した図５（ｂ）の心電図は、ピーク間隔が一定ではなく、心拍ピーク以外の余分のピークが多かった。比較例１のように、電極と衣服本体生地の間にクッション層が設けられていないと、生体が動いた場合、電極と生体の密着性が悪く、腕を動かした時の筋電または電極と肌が擦れた時の電流と推測される心拍ピーク以外の余分のピークが現れてしまうと思われる。

１生体信号取得用衣服
２衣服本体
３電極
４生体信号伝送部
５コネクタ
６生体信号受信装置
１０、３０クッション層
２０絶縁性シート５１コネクタの接続部
５２コネクタの固定部
６１生体信号受信装置の接続部
７０電極と生体信号伝送部の一体物
２０１衣服本体生地

Claims

衣服本体を構成する衣服本体生地の裏面側に配置される１つ以上の電極と、
生体と接触してなる前記電極が取得した生体信号を受信する受信装置が接続可能なコネクタと、
前記電極と前記コネクタとを導通する生体信号伝送部とを備えた生体信号取得用衣服において、
前記コネクタは、前記衣服本体生地の表面側に配置されている接続部と、前記接続部を衣服本体に固定する固定部を有し、前記接続部と前記固定部は、前記衣服本体生地と前記生体信号伝送部を挟むように配置されており、
前記衣服本体生地の裏面側において、前記生体信号伝送部及び前記コネクタの固定部は、絶縁性シートで覆われており
前記電極と前記衣服本体生地の間、及び前記固定部と前記絶縁性シートの間にはクッション層が配置されていることを特徴とする生体信号取得用衣服。
前記クッション層は、編物、織物及び不織布からなる群から選ばれる一以上の繊維集合体で構成されている請求項１に記載の生体信号取得用衣服。
前記クッション層は、厚みが０．５〜５ｍｍである請求項１又は２に記載の生体信号取得用衣服。
前記クッション層は、ダブルラッセルで構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体信号取得用衣服。
前記クッション層は、ポリエステル繊維で構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体信号取得用衣服。