JP7054206B2 - 生体用回路基板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生体の皮膚に接触させて、生体内で発生する微弱電流を検出するのに用いられる生体用回路基板及びその製造方法に関するものである。
従来、この種の生体用回路基板の中には、例えば特許文献1の図1に示すように、電極(13)を形成した検出部(11)と、心電図などの測定機器に接続される端子接続部(40)を設けたフラットケーブル(31)とを、1枚のフレキシブル回路基板で構成した生体用回路基板(1-1)がある。上記構成の生体用回路基板(1-1)によれば、検出部(11)を生体の皮膚に貼り付け、端子接続部(41)を測定機器に接続するだけでその装着が完了するので取付作業が容易に行える。
特開2014-42707号公報
しかし、上記生体用回路基板(1-1)において、フラットケーブル(31)の長さが長くなると、検出部(11)とフラットケーブル(31)とを同時にプレス加工によって切断するためのプレス金型が大きくなり、製造設備の大型化、製造コストの増大化を招いてしまう虞があった。
また、プレス金型を大きくできないような場合は、一度のプレス工程で切断できず、このため複数回のプレス工程を行う際に、プレス位置ずれなどでフラットケーブル(31)を断線させてしまう虞もあった。
また、フラットケーブル(31)や端子接続部(40)の幅と比較して、検出部(11)の幅が広いため、プレス加工した際に生じる合成樹脂フィルムの無駄(材料ロス)が多くなってしまう虞もあった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、プレス金型の小型化が図れ、また材料ロスも生じにくく、容易且つ低コストに製造することができる生体用回路基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、回路基板上に、生体からの信号を検出する電極と、前記電極に接続される回路パターンと、前記回路パターンに接続される他の機器接続用の接続パターン部と、を形成した生体用回路基板において、前記生体用回路基板を第1の回路基板と第2の回路基板で構成し、前記第1の回路基板には、前記電極と、当該電極に接続される前記回路パターンの一部と、当該回路パターンに接続される第1の接続用パターンとを形成し、前記第2の回路基板には、前記第1の接続用パターンに接続される第2の接続用パターンと、当該第2の接続用パターンに接続される前記回路パターンの他の一部と、当該回路パターンに接続される前記接続パターン部と、を形成し、前記第1,第2の回路基板の第1,第2の接続用パターンを、導電性接着剤を介して接合し、且つ当該接合部分の周囲にインサート成形による基板固定体を取り付けて固定したことを特徴としている。
本発明によれば、生体用回路基板を、幅の広い電極を形成した第1の回路基板と、幅の狭い回路パターンや接続パターン部を形成した第2の回路基板とに分割できるので、両者を1枚の回路基板として形成する場合に比べて、プレス金型の小型化が図れ、またプレス加工した際に生じる回路基板の材料ロスも少なくでき、これらのことから製造コストの低減化を図ることができる。
また本発明は、上記特徴に加え、前記第1の回路基板には、前記電極を設けた面に第1のシールド接続用パターンが形成されると共に、前記電極を形成した面の反対側の面にシールドパターンが形成され、さらに前記シールドパターンと第1のシールド接続用パターンがスルーホールによって接続され、一方、前記第2の回路基板には、第2のシールド接続用パターンが形成されると共に、当該第2のシールド接続用パターンに接続されて前記接続パターン部近傍位置に引き出される第2のシールド用回路パターンが形成され、前記第1のシールド接続用パターンと前記第2のシールド接続用パターンとを、前記第1,第2の接続用パターンと共に、前記導電性接着剤を介して接合し、前記基板固定体で固定したことを特徴としている。
本発明によれば、第1の回路基板に設けた電極シールド用のシールドパターンを、前記電極に接続した回路パターンと共に、容易且つ確実に、第2の回路基板の接続パターン部側に引き出すことが可能となる。
また本発明は、上記特徴に加え、前記基板固定体は、溶融時に接着性を有する成形材料で構成されていることを特徴としている。
これによって、基板固定体の第1,第2の回路基板への密着度が増し、導電性接着剤によって接合した部分の補強をより確実に行うことができる。
また本発明は、回路基板上に、生体からの信号を検出する電極と、前記電極に接続される回路パターンと、前記回路パターンに接続される他の機器接続用の接続パターン部と、を形成した生体用回路基板の製造方法において、前記生体用回路基板として第1の回路基板と第2の回路基板を用意し、前記第1の回路基板には、前記電極と、当該電極に接続される前記回路パターンの一部と、当該回路パターンに接続される第1の接続用パターンとを形成し、前記第2の回路基板には、前記第1の接続用パターンに接続される第2の接続用パターンと、当該第2の接続用パターンに接続される前記回路パターンの他の一部と、当該回路パターンに接続される前記接続パターン部と、を形成し、前記第1,第2の回路基板の第1,第2の接続用パターンを、導電性接着剤を介して接合する工程と、当該接合部分の周囲にインサート成形による基板固定体を取り付けて固定する工程と、を有することを特徴としている。
本発明によれば、生体用回路基板を、幅の広い電極を形成した第1の回路基板と、幅の狭い回路パターンや接続パターン部を形成した第2の回路基板とに分割できるので、両者を1枚の回路基板として形成する場合に比べて、使用するプレス金型の小型化が図れ、またプレス加工した際に生じる回路基板の材料ロスも少なくでき、これらのことから製造コストの低減化を図ることができる。
また、第1,第2の回路基板はそれぞれ一度のプレス工程で切断できるので、1枚の回路基板に対して複数回のプレス工程を行う場合に比べ、プレス位置ずれなどによる断線なども生じにくくなる。
本発明によれば、プレス金型の小型化が図れ、また材料ロスも生じにくく、容易且つ低コストに生体用回路基板を製造することができる。
生体用回路基板1-1を示す図であり、図1(a)はその概略断面図(図1(c)のA-A断面図)、図1(b)は別の位置での概略断面図(図1(c)のB-B断面図)、図1(c)は平面図である。 第1の回路基板10を単体で示す図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は裏面図である。 第2の回路基板50を単体で示す裏面図である。 生体用回路基板1-2を示す図であり、図4(a)は図1(a)に相当する部分の概略断面図、図4(b)は図1(b)に相当する部分の概略断面図である。 生体用回路基板1-3を示す図であり、図5(a)は図1(a)に相当する部分の概略断面図、図5(b)は図1(b)に相当する部分の概略断面図である。 生体用回路基板1-4を示す図であり、図6(a)は図1(a)に相当する部分の概略断面図、図6(b)は図1(b)に相当する部分の概略断面図である。 他の第2の回路基板50を用いた生体用回路基板1-5を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る生体用回路基板1-1を示す図であり、図1(a)はその概略断面図(図1(c)のA-A断面図)、図1(b)は別の位置での概略断面図(図1(c)のB-B断面図)、図1(c)は平面図である。これらの図に示すように、生体用回路基板1-1は、電極21などを形成した第1の回路基板10と、他の機器接続用の接続パターン部61などを形成した第2の回路基板50とを、導電性接着剤70と基板固定体80によって接合一体化して構成されている。なお以下の説明において、「上」とは第1の回路基板10の下記する合成樹脂フィルム11から電極21を見る方向をいい、「下」とはその反対方向をいうものとする。
図2は、第1の回路基板10を単体で示す図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は裏面図である。同図および図1に示すように、第1の回路基板10は、この例では、可撓性を有する合成樹脂フィルム11の表面(上面)に、電極21や、この電極21に接続される回路パターン(以下「第1の回路パターン」という)23などを形成し、一方合成樹脂フィルム11の裏面(下面)に、シールドパターン29などを形成して構成されている。なお、第1の回路基板10の内、前記電極21を形成した円形の部分を検出部10a、前記第1の回路パターン23を形成した帯状の部分を引出部(フラットケーブル部)10b、引出部10bの先端部分を基板接続部10cということとする。
合成樹脂フィルム11としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリフェニレンスルフイド(PPS)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルムなどの各種可撓性を有する合成樹脂フィルムが用いられる。
前記検出部10aを構成する円形に形成した合成樹脂フィルム11の上面中央には、円形の電極21が形成され、この電極21の外周には、当該検出部10aから引出部10bに延びる第1の回路パターン23が接続され、その先端は第1の接続用パターン25となっている。第1の接続用パターン25は、基板接続部10cの部分に形成されている。第1の接続用パターン25は、前記第1の回路パターン23と略同一幅に形成されている。また、前記第1の接続用パターン25に隣接する位置(基板接続部10cの部分)には、第1の接続用パターン25に平行に、1本の第1のシールド接続用パターン27が形成されている。一方、シールドパターン29は、合成樹脂フィルム11の下面のほぼ全面に形成されている。そして、シールドパターン29は、第1のシールド接続用パターン27に、スルーホール31を介して電気的に接続されている。
図3は、第2の回路基板50を単体で示す裏面図である。同図及び図1に示すように、第2の回路基板50は、この例では、可撓性を有する合成樹脂フィルム51の裏面(下面)に、回路パターン(以下「第2の回路パターン」という)53や、第2のシールド用回路パターン55などを形成して構成されている。なお、第2の回路基板50の内、前記第1の回路基板10側の部分を基板接続部50a、反対側の端部部分を機器接続部50c、それらの中間部分を帯状の引出部(フラットケーブル部)50bということとする。
合成樹脂フィルム51は帯状であり、前記合成樹脂フィルム11と同様、PETフィルム、PPSフィルム、PIフィルム、PEIフィルムなどの各種可撓性を有する合成樹脂フィルムが用いられる。
第2の回路パターン53と第2のシールド用回路パターン55は、合成樹脂フィルム51の長手方向に向かって平行に1本ずつ形成され、前記第1の回路基板10側の端部(基板接続部50aの部分)は、それぞれ、第2の接続用パターン57及び第2のシールド接続用パターン59となっており、反対側の端部(機器接続部50cの部分)は、それぞれ、接続パターン部61及び接続パターン部63となっている。なお、第2の接続用パターン57は、前記第1の回路基板10の第1の接続用パターン25に対向する位置に設けられ、第2のシールド接続用パターン59は、前記第1の回路基板10の第1のシールド接続用パターン27に対向する位置に設けられている。
導電性接着剤70は、この例では、異方性導電フィルム(ACF)または異方性導電ペースト(ACP)によって構成されている。
基板固定体80は、この例では、溶融時に接着性を有する成形材料として、ナイロン系エラストマーを用いている。このナイロン系エラストマーはゴム弾性を有するが、他の各種成形材料(例えば硬質のABS樹脂など)を用いてもよい。
そして第1の回路基板10と第2の回路基板50を接続するには、第1の回路基板10の基板接続部10cの上面と、第2の回路基板50の基板接続部50aの下面とを対向させ、導電性接着剤70によって接合する。導電性接着剤70は、異方性導電フィルム又は異方性導電ペーストなので、第1,第2の接続用パターン25,57間、及び第1,第2のシールド接続用パターン27,59間を接合する方向に熱と圧力を印可することで、熱圧着した方向のみに導電性を有して接着される。
次に、前記導電性接着剤70による接合部分の周囲に、基板固定体80をインサート成形によって取り付ける。この基板固定体80は、上述のように、溶融時に接着性を有する成形材料なので、前記接合部分への成形時の接着性が高くて第1,第2の回路基板10,50に強く密着し、導電性接着剤70によって接合した部分の補強をより確実に行うことができる。即ちこの接続構造によれば、導電性接着剤70と基板固定体80の両者によって、第1の回路基板10と第2の回路基板50間の電気的・機械的接続を強固にすることができる。なお、基板固定体80は、この例ではナイロン系エラストマーを用いていてゴム弾性を有するので、第1,第2の回路基板10,50の湾曲やその他の衝撃などに対して弾性変形し、損傷することはなく、確実に、第1,第2の接続用パターン25,57間、及び第1,第2のシールド接続用パターン27,59間の接続状態を強固に維持することができる。また上記組立手順はその一例であり、他の各種異なる組立手順を用いて組み立てても良いことはいうまでもない。
これによって、生体用回路基板1-1が完成する。この生体用回路基板1-1によれば、第1の回路基板10に設けたシールドパターン29によって、電極21に侵入しようとするノイズなどを防御することができる。即ち、シールドパターン29に入力したノイズは、スルーホール31、第1,第2のシールド接続用パターン27,59、第2のシールド用回路パターン55を介して、接続パターン部63に導き出すことが可能となる。なお、第2の回路基板50の接続パターン部61,63を設けた部分、即ち機器接続部50cは、他の機器のコネクタなどに差し込まれ、接続される。
上記生体用回路基板1-1は、幅の広い電極21(検出部10a)を形成した第1の回路基板10と、幅の狭い第2の回路パターン53(引出部50b)や接続パターン部63(機器接続部50c)を形成した第2の回路基板50とに分割されているので、両者を1枚の回路基板として形成する場合に比べて、プレス金型の小型化が図れ、またプレス加工した際に生じる回路基板の材料ロスも少なくでき、これらのことから製造コストの低減化を図ることができる。本発明の効果は、第1,第2の回路パターン23,53の長さが長ければ長いほど効果が大きくなる。
また上記実施形態では、第1の回路基板10に電極21を設け、一方第2の回路基板50の機器接続部50cを他の機器に接続する構成としたので、第1の回路基板10を用いて定型の生体用回路基板(主要部分)を製造し、その後、他の機器の設置位置などによって異なる各種形状の第2の回路基板50を第1の回路基板10に接続することが可能となる。即ち例えば、定型の第1の回路基板10を製造し、一方第2の回路基板50として、上記図1(c)や図3などに示す第2の回路基板50を用いる代わりに、図7に示すように、前記図1(c)などに示す第2の回路基板50とは異なる形状(屈曲させた形状)の第2の回路基板50を用いることで、機器接続部50cの位置を種々変更することを容易に行うことができる。このように、第1の回路基板10を製造する際に第2の回路基板50は連結しておかなくてよいので、第1の回路基板10の製造が容易に行え、その後客先の要望に応じた形状の第2の回路基板50を接続すればよいので、電極21(検出部10a)から引き出す引出部(フラットケーブル部)10b,50bの形状や長さが、各種要望に応じて異なる場合であっても、容易且つ低コストに、これに対応することができる。
ところで、第1の回路基板10の第1の接続用パターン25と第1のシールド接続用パターン27との間(または基板接続部10c中のその他の位置)に貫通孔を設け、一方第2の回路基板50の第2の接続用パターン57と第2のシールド接続用パターン59との間(または基板接続部50a中のその他の位置)にも貫通孔を設け、第1,第2の回路基板10,50を導電性接着剤70によって接合した際に、上記第1の回路基板10に設けた貫通孔と上記第2の回路基板50に設けた貫通孔の位置を一致させ、その後、基板固定体80をインサート成形することによって取り付ければ、第1,第2の回路基板10,50の上下の基板固定体80が前記貫通孔を通して連結され、第1,第2の回路基板10,50間の接続状態をさらに強固に維持することができる。
図4は、本発明の第2実施形態に係る生体用回路基板1-2を示す図であり、図4(a)は前記図1(a)に相当する部分の概略断面図、図4(b)は前記図1(b)に相当する部分の概略断面図である。同図に示す生体用回路基板1-2において、前記図1~図3に示す生体用回路基板1-1と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図1~図3に示す実施形態と同じである。
この生体用回路基板1-2において、上記生体用回路基板1-1と相違する点は、第2の回路基板50の上面全体に、即ち、合成樹脂フィルム51の第2の回路パターン53などを形成した面の反対側の面全体に、第2回路基板用の第2のシールドパターン65を形成し、当該第2のシールドパターン65と前記第2のシールド接続用パターン59とを第2のスルーホール67によって電気的に接続した点のみである。なお、第2のスルーホール67は、必ずしも前記第2のシールド接続用パターン59において接続する必要はなく、第2のシールド用回路パターン55や接続パターン部63において接続してもよい。
このように構成すれば、第1の回路基板10に形成した電極21などの各種回路パターンのみでなく、第2の回路基板50に形成した各種回路パターンについても、外部から侵入しようとするノイズなどを防御することができる。即ち、第2のシールドパターン65に入力したノイズは、スルーホール67、第2のシールド接続用パターン59、第2のシールド用回路パターン55を介して接続パターン部63に導き出すことが可能となる。
なお、この生体用回路基板1-2のように、第2のシールドパターン65を機器接続部50c側まで回路として引き出す場合は、第2のシールドパターン65に侵入したノイズはスルーホール67、第2のシールド接続用パターン59、及び第2のシールド用回路パターン55を介さなくても外部に導き出すことができる。この場合、第2のシールド用回路パターン55の内、第2のシールド接続用パターン59を除く部分は省略してもよい。
図5は、本発明の第3実施形態に係る生体用回路基板1-3を示す図であり、図5(a)は前記図1(a)に相当する部分の概略断面図、図5(b)は前記図1(b)に相当する部分の概略断面図である。同図に示す生体用回路基板1-3において、前記図1~図4に示す生体用回路基板1-1,1-2と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図1~図4に示す実施形態と同じである。
この生体用回路基板1-3において、上記生体用回路基板1-2と相違する点は、第1の回路基板10の上面の電極21の周囲を囲む面にも、第3のシールドパターン33を形成し、この第3のシールドパターン33を前記第1のシールド接続用パターン27に接続した点である。なお、第1の回路パターン23を含む引出部10bの上面には、第3のシールドパターン33との絶縁を図るため、絶縁層35が形成されている。
このように構成すれば、第1の回路基板10に形成した電極21などの各種回路パターンに対して外部から侵入しようとするノイズなどをさらに確実に防御することができる。即ち、第3のシールドパターン33に入力したノイズなどは、第1,第2のシールド接続用パターン27,59、第2のシールド用回路パターン55を介して、接続パターン部63に導き出すことが可能となる。
図6は、本発明の第4実施形態に係る生体用回路基板1-4を示す図であり、図6(a)は前記図1(a)に相当する部分の概略断面図、図6(b)は前記図1(b)に相当する部分の概略断面図である。同図に示す生体用回路基板1-4において、前記図1~図5に示す生体用回路基板1-1,1-2,1-3と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図1~図5に示す実施形態と同じである。
この生体用回路基板1-4において、上記生体用回路基板1-3と相違する点は、第2のシールドパターン65と第2のスルーホール67を省略した点のみである。即ち、この生体用回路基板1-4は、第1の回路基板10に形成した電極21などの各種回路パターンに対して外部から侵入しようとするノイズなどを重点的に防御する構成になっている。
さらに他の実施形態として、図示はしないが、前記図6に示す生体用回路基板1-4において、シールドパターン29及びスルーホール31を省略し、第3のシールドパターン33のみによって、生体用回路基板のシールドを図ってもよい。
さらに他の実施形態として、図示はしないが、前記図5に示す生体用回路基板1-3において、シールドパターン29及びスルーホール31を省略し、第2,第3のシールドパターン65,33によって、生体用回路基板のシールドを図ってもよい。
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態では、第1,第2の回路基板を何れもフレキシブル回路基板で構成したが、場合によっては、何れか一方又は両者を硬質の回路基板で構成してもよい。また上記実施形態では、電極部と引出部をそれぞれ1つずつとして説明したが、電極部や引出部は複数であってもよく、形状や構造にも種々の変更が可能である。さらに、電極や、電極に接続される回路パターンや、回路パターンに接続される接続パターン部についても、形状、構造、数量などにおいて種々の変更が可能である。また導電性接着剤70は異方性でなくてもよく、その場合は対向する第1,第2の接続用パターン間と、第1,第2のシールド接続用パターン間をそれぞれ別々に接着すればよい。
また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
1-1,1-2,1-3,1-4 生体用回路基板
10 第1の回路基板(回路基板)
11 合成樹脂フィルム
21 電極
23 第1の回路パターン(回路パターン)
25 第1の接続用パターン
27 第1のシールド接続用パターン
29 シールドパターン
31 スルーホール
50 第2の回路基板(回路基板)
53 第2の回路パターン(回路パターン)
55 第2のシールド用回路パターン
57 第2の接続用パターン
59 第2のシールド接続用パターン
61 接続パターン部
63 接続パターン部
70 導電性接着剤
80 基板固定体

Claims (4)

  1. 回路基板上に、生体からの信号を検出する電極と、前記電極に接続される回路パターンと、前記回路パターンに接続される他の機器接続用の接続パターン部と、を形成した生体用回路基板において、
    前記生体用回路基板を第1の回路基板と第2の回路基板で構成し、
    前記第1の回路基板には、前記電極と、当該電極に接続される前記回路パターンの一部と、当該回路パターンに接続される第1の接続用パターンとを形成し、
    前記第2の回路基板には、前記第1の接続用パターンに接続される第2の接続用パターンと、当該第2の接続用パターンに接続される前記回路パターンの他の一部と、当該回路パターンに接続される前記接続パターン部と、を形成し、
    前記第1,第2の回路基板の第1,第2の接続用パターンを、導電性接着剤を介して接合し、且つ当該接合部分の周囲にインサート成形による基板固定体を取り付けて固定したことを特徴とする生体用回路基板。
  2. 請求項1に記載の生体用回路基板であって、
    前記第1の回路基板には、前記電極を設けた面に第1のシールド接続用パターンが形成されると共に、前記電極を形成した面の反対側の面にシールドパターンが形成され、さらに前記シールドパターンと第1のシールド接続用パターンがスルーホールによって接続され、
    一方、前記第2の回路基板には、第2のシールド接続用パターンが形成されると共に、当該第2のシールド接続用パターンに接続されて前記接続パターン部近傍位置に引き出される第2のシールド用回路パターンが形成され、
    前記第1のシールド接続用パターンと前記第2のシールド接続用パターンとを、前記第1,第2の接続用パターンと共に、前記導電性接着剤を介して接合し、前記基板固定体で固定したことを特徴とする生体用回路基板。
  3. 請求項1又は2に記載の生体用回路基板であって、
    前記基板固定体は、溶融時に接着性を有する成形材料で構成されていることを特徴とする生体用回路基板。
  4. 回路基板上に、生体からの信号を検出する電極と、前記電極に接続される回路パターンと、前記回路パターンに接続される他の機器接続用の接続パターン部と、を形成した生体用回路基板の製造方法において、
    前記生体用回路基板として第1の回路基板と第2の回路基板を用意し、
    前記第1の回路基板には、前記電極と、当該電極に接続される前記回路パターンの一部と、当該回路パターンに接続される第1の接続用パターンとを形成し、
    前記第2の回路基板には、前記第1の接続用パターンに接続される第2の接続用パターンと、当該第2の接続用パターンに接続される前記回路パターンの他の一部と、当該回路パターンに接続される前記接続パターン部と、を形成し、
    前記第1,第2の回路基板の第1,第2の接続用パターンを、導電性接着剤を介して接合する工程と、
    当該接合部分の周囲にインサート成形による基板固定体を取り付けて固定する工程と、
    を有することを特徴とする生体用回路基板の製造方法。
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