JP7079199B2 - 生体信号検出衣料 - Google Patents

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Description

本発明は、心電をはじめとする生体信号を検出するための生体信号検出衣料に関するものである。
近年、無線電子機器の小型化により無線電子機器を身体に配する技術の検討が盛んに行われており、個人の健康管理の手法の一つとして、長期間にわたって心電、心拍、筋電などの生体信号を検出できる生体信号検出衣料(ウェアラブル電極と表記されることもある)が種々検討されている。
具体的には、シャツやパンツなどの衣類において伸縮性を持つ生地の部分に導電性繊維構造物を設置させることで局所的に生体に密着し、生体信号を受信できる衣類(例えば、特許文献1参照)、衣服に対してセンサー、電子機器を配置し、その間に伸縮性の電線が配されている衣類(例えば、特許文献2参照)、電極、トランスミッター、電源が衣服に取り付けられ、洗濯可能な心拍数モニタリング衣料(例えば、特許文献3参照)、着用者の立ち方向に対して横向きの伸張性のあるベルトを有し、そのベルトに心電または皮膚抵抗を測定するためのエラストマー材料を基材とした電極が配置されたボディースーツ(例えば、特許文献4参照)、両肩部の内面に双極子誘導の電極を設け、胸部および胴部などに締め付けるための帯状の織編物を備えた衣類(例えば、特許文献5参照)、横方向に長い下地フィルム上の左右に電極フィルムを重ね、電極-電極間の中心部を絶縁層で更に被覆した電極部をアンダーベルトの内面に配置させ電極フィルムが身体に接触することにより心臓が発する電気信号の情報を取得する電極付ブラジャー(例えば、特許文献6等)が提案されている。
特開2015-100673号公報 特開2012-188799号公報 米国特許第8224418号公報 特表2008-503287号公報 特開平6-70896号公報 意匠登録第1552253号
生体信号検出衣料には、生体信号を長期間安定的に検出でき、かつ不快感を与えることのない着用感が求められている。しかしながら、シャツやパンツなどの衣類において伸縮性を持つ生地の部分に導電性繊維構造物を設置させることで局所的に生体に密着し、生体信号を受信できる衣類(特許文献1)や、衣服に対してセンサー、電子機器を配置し、その間に伸縮性の電線が配されている衣類(特許文献2)では、シャツやパンツ型であるため、生地や電線に伸縮性があっても、生体信号を検出しようとするとバストまたはチェストの高さにより電極が身体から浮いてしまうことで生体信号を安定的に検出することが困難となることがある。また、ブラジャーを着用している場合、前記衣類に設置してある電極がブラジャーに重なってしまうことで生体信号を検出することが困難となるという課題がある。
また、着用者の立ち方向に対して横向きの伸張性のあるベルトを有し、そのベルトに心電または皮膚抵抗を測定するための、導電粒子が埋め込まれたエラストマーのかたまりである円盤形状の電極が配置されたボディースーツ(特許文献4)や、両肩部の内面に双極子誘導の繊維構造物でない電極を設け、胸部および胴部などに締め付けるための帯状の織編物を備えた衣類(特許文献5)、横方向に長い下地フィルム上の左右に電極フィルムを重ね、電極-電極間の中心部を絶縁層で更に被覆した電極部をアンダーベルトの内面に配置させ電極フィルムが身体に接触することにより心臓が発する電気信号の情報を取得する電極付ブラジャー(特許文献6)では、電極が繊維構造物で構成されていないため、洗濯をすることが困難であり、繰り返し(長期間)着用することが難しく、あるいは着用し続けた際の肌触りが悪くなり不快感を与えるという課題がある。
本発明は、上記従来技術に鑑み、不快感を与えることなく、長期間連続的かつ安定的に生体信号を検出可能な生体信号検出衣料を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の生体信号検出衣料は、ハーフトップ型衣料、ブラジャー型の衣料本体部と、胸囲の寸法調整が可能な係止具を有し、前記衣料本体部の下部に配置されるアンダーベルトと、導電性繊維からなる少なくとも2つ以上の電極と、生体信号を検出する測定装置を装着するためのコネクタと、前記電極と前記コネクタとを導通接続する配線部とを具備し、前記電極、前記コネクタ、および前記配線部が前記アンダーベルトに設置されており、前記衣料本体部は、肩部の頂点から前記アンダーベルト上部までの長さが20.0cm以上、35.0cm以下の長さであることを特徴とする。
本発明にかかる生体信号検出衣料は、ハーフトップ型または、ブラジャー型の衣料本体部の下部に配置されるアンダーベルトに、電極、コネクタ、配線部を設置することにより、着用する際に不快感を与えずに、生体信号を長時間連続的かつ安定的に検出することができる。
図1は、本発明の実施の形態1にかかるハーフトップ型生体信号検出衣料の模式図である。 図2は、本発明の実施の形態2にかかるブラジャー型生体信号検出衣料の模式図である。 図3は、図1の生体信号検出衣料のアンダーベルトのX-X’線での断面図である。 図4は、本発明の実施の形態1にかかるハーフトップ型生体信号検出衣料をブラジャーの上から着用した際の模式図である。 図5は、本発明の実施の形態1および2にかかるハーフトップ型およびブラジャー型生体信号検出衣料のネックポイントまたはストラップの頂点からアンダーベルト上部までの長さの測定部位を示した模式図である。 図6は、本発明の実施の形態3にかかる胸部ベルト型(ブラジャー型)生体信号検出衣料の模式図である。
以下に、本発明にかかる生体信号検出衣料を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の実施の形態1にかかるハーフトップ型の生体信号検出衣料100の模式図である。ハーフトップ型の生体信号検出衣料100とは、前身頃104aと、後身頃104bとを有する衣料本体部104と、アンダーベルト114をパーツとして具備している衣料を表す。また、前身頃104aと後身頃104bとを連結するために、ストラップなどの部材を用いることもある。
また、図2は、本発明の実施の形態2にかかるブラジャー型の生体信号検出衣料200の模式図であり、ブラジャー型の生体信号検出衣料200とは、前身頃204aと、ストラップ204bとを有する衣料本体部204と、アンダーベルト114をパーツとして具備する衣料を表す。
図1(a)および図2(a)は正面図(前身頃側)、図1(b)および図2(b)は前身頃の裏面図(肌に接する側)、図1(c)および図2(c)は背面図(後身頃側)である。
なお、以下、ハーフトップ型またはブラジャー型の生体信号検出衣料100、200を、生体信号検出衣料100、200と記載する場合がある。
図1に示すように、本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100は、衣料本体部104と、衣料本体部104の下部に配置されるアンダーベルト114と、導電性繊維からなる少なくとも2つ以上の電極101a、101b(101)と、生体信号を検出する測定装置106を装着するためのコネクタ102と、電極101a、101bとコネクタ102とを導通接続するための配線部103a、103b(103)とを具備する。電極101a、101b、コネクタ102、および配線部103a、103bがアンダーベルト114に設置してある。
また、図2に示すように、本発明のブラジャー型生体信号検出衣料200は、衣料本体部204と、衣料本体部204の下部に配置されるアンダーベルト114と、導電性繊維からなる少なくとも2つ以上の電極101a、101b(101)と、生体信号を検出する測定装置106を装着するためのコネクタ102と、電極101a、101bとコネクタ102とを導通接続するための配線部103a、103b(103)とを具備する。電極101a、101b、コネクタ102、および配線部103がアンダーベルト114に設置してある。
本明細書において設置とは、方法に限定はなく、アンダーベルト114と電極101a、101b、アンダーベルト114とコネクタ102、アンダーベルト114と配線部103a、103bが接触し、かつ固定されていれば良い。方法の例としては、ホットメルト接着剤を用いた接着でも良いし、糸を用いて縫い合わせる方法でも良いし、金属製ドットボタンを介して固定する方法でも良い。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200では、生体信号を身体から検出する電極101a、101bが、導電性繊維からなる。導電性繊維は、導電性高分子を含浸した繊維構造物であることが好ましく、繊維構造物がマルチフィラメントであり、繊維構造物を構成する単繊維の表面および単繊維間隙に導電性樹脂が担持されていることがさらに好ましい。従来の一般的に心電図の電極に用いられているフィルムタイプの電極では、身体との密着性を高め電気信号を得る為に、アクリル系のジェルを電極表面に塗ることが必須であり、皮膚障害が起こり易いという問題がある。一方、本発明に係る繊維構造物からなる電極101a、101bは、皮膚への接触時の刺激性が少なく、安全性が高い。
本発明に係る電極101a、101bに用いる導電性高分子は、導電性を有する樹脂であれば特に限定されない。PEDOT/PSSなどの導電性高分子やカーボンブラック、CNT(Carbon Nanotube)、金属微粒子などを配合した導電性樹脂組成物などがある。しかし、エラストマー樹脂などの伸縮性を持つ樹脂を用いた場合、伸縮具合により導電性が変化してしまい、安定的に信号を検出することが難しくなるため好ましくない。電極101a、101bに用いる導電性高分子は、樹脂そのものが導電性を有する導電性高分子である、チオフェン系導電性高分子のPEDOTにポリスチレンスルホン酸(ポリ4-スチレンサルフォネート;PSS)をドープしたPEDOT/PSSが安全性、加工性の観点からより好適である。
電極101a、101bに使用する繊維構造物の形態としては、編物、織物および不織布などの布帛状物、および紐状物などが挙げられる。好ましくは、編物、織物が用いられる。また、繊維構造物に含浸させる導電性樹脂の量が不足すると、繰り返し使用での洗濯耐久性が得られなくなるため、繊維構造物の目付けは、50g/m以上300g/m以下であることが好ましい。50g/mより小さいと、導電性樹脂を含む加工液を繊維構造物に塗布した際に、加工液を保持する量が少なくなることで、導電性樹脂の含浸量が少なくなり、洗濯耐久性が得られない。300g/mより大きいと実質目付けが大きく、着用感が劣る原因となる。より好ましくは、60g/m以上250g/m以下である。
本発明の繊維構造物で用いられる繊維素材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートなどからなる繊維や、これらに第三成分を共重合してなる芳香族ポリエステル系繊維、L-乳酸を主成分とするもので代表される脂肪族ポリエステル系繊維、ナイロン6やナイロン66などのポリアミド系繊維、ポリアクリロニトリルを主成分とするアクリル系繊維、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維などの合成繊維などを使用することができる。また、酸化チタン等の添加物を配合した繊維や、吸湿性向上等の機能性付与のためにポリマー改質した繊維も使用してもよい。
本発明に係る繊維構造物は、繊維表面および繊維間の空隙へ導電性樹脂を担持させる観点から、単繊維の繊維径が0.2dtex以下のマルチフィラメントを含むことが好ましい。0.2dtex以下の単繊維マルチフィラメントの繊維構造物に占める混率は、性能に影響がない範囲であれば特に限定されないが、混率は高い方が導電性、耐久性の観点から好ましく、より好ましくは50%以上100%以下である。さらに、単繊維の本数が多いほど複数の単繊維から構成される空隙、すなわち導電性樹脂が担持される部位が細分化されることで導電性樹脂の繊維構造物への担持性が高くなり、かつ、繊維径が細くなることで細分化されても導電性樹脂の連続性が保持されるため、優れた高導電性および洗濯耐久性が得られるようになる。好ましくは、人工皮革やアウター素材などに用いられる繊維径が5μm以下のマイクロファイバーを用いることが好ましく、より好ましくは、繊維径10nm以上1000nm以下のナノファイバーを用いることがより好ましい。
ナノファイバーとしては、“ナノアロイ(登録商標)”繊維から作製されるナノファイバーステープル糸集合体、エレクトロスピニング方式などにより作製されるモノフィラメント糸の集合体など既知の方法で作製されたナノファイバーを含む繊維構造物が好適に利用できるが、ナノファイバーのマルチフィラメント糸を含む繊維構造物がより好ましい。ナノファイバーのマルチフィラメント糸は既知の複合紡糸方式などにより作製できる。一例としては、特開2013-185283号公報に例示された複合口金を用いた複合繊維を脱海した、繊維径のバラツキが小さいナノファイバーマルチフィラメント糸が有効に利用できるがこれらに限定されるものではない。
また、本発明に使用する電極101a、101bは導電性物質を含む繊維構造物の片面に、樹脂層が積層されてなることが好ましい。生体電極への適応を考えると、電極101a、101bに用いる繊維構造物の肌と接する面の裏面側に樹脂層が積層されることが好ましい。繊維構造物に導電性樹脂を付与する際に、繊維構造物の片面に、樹脂層が積層されていることで繊維構造物が担持する加工液の量が多くなるため、導電性樹脂の含浸量が多くなり、優れた洗濯耐久性および高導電性を得られるようになる。
樹脂層を構成するポリマーの種類、形状は、湿度コントロールが可能なものであればよく、特に限定されるものではないが、透湿層であることが好ましい。完全に湿気の移動を遮断すると、蒸れ感が強くなり、着用時の不快感に繋がるほか、かぶれなどの原因にも繋がる。透湿層としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)多孔膜、親水性のポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂など親水性エラストマーからなる無孔膜、ポリウレタン樹脂微多孔膜など、既知の膜、フィルム、積層物、樹脂などをコーティング、ラミネート方式で積層した形態が挙げられるがこれらに限定されるものではない。基材である繊維構造物への追随性の観点から、透湿層は、伸縮性を有するポリウレタン樹脂微多孔膜をラミネートにより積層接着したものが好ましい。
電極101a、101bの大きさや形状については、生体信号が検出できれば特に規定されるものではなく、タテ、ヨコの長さは各2.0cm以上、20.0cm以下であることが好ましい。電極101a、101bのタテ、ヨコの長さが各2.0cmより小さいと、電極の面積が小さ過ぎるため、電極と人体の接触面積が小さくなることで接触抵抗が大きくなると共に、運動時などに生地が動く際に電極もずれ易く、ノイズを拾い易くなる。20.0cmより大きいと実質信号検出に必要のない大きさであると共に、電極の面積が大き過ぎるため、隣接する電極との間隔が小さく、ショートなどトラブルの原因になり易い。より好ましくは、タテ、ヨコの長さが各2.0cm以上、18.0cm以下であることが好ましい。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200に使用する測定装置106は、コネクタ102を介して、衣料本体部104、204に着脱および接続することが好ましい。また、測定装置106を衣料本体部104、204から取り外すことで、洗濯することが可能となる。コネクタ102としては、特に限定されるものではなく、一般的にコードの接続に使用されるソケットなどを用いても良いが、測定装置106を衣料本体部104、204に同時に固定することができる複数の金属性ドットボタンを使用することがより好ましい。
測定装置106は、モバイル端末やパーソナルコンピュータと通信によりデータを転送する機能を有することが好ましい。本機能により、例えば、パソコン内に簡便にデータを取得、蓄積し、解析することも可能となる。また、測定装置106は、無線通信によりモバイル端末やパーソナルコンピュータと通信することが特に好ましい。無線通信により、通信のためにユーザを拘束する必要がなくなる。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200では、電極101a、101bで得た生体信号を測定装置106に送信する配線部103a、103bが必要となる。配線部103a、103bは、衣料本体部104、204のアンダーベルト114に導電性樹脂をプリントする方法や導電性樹脂のフィルムをラミネートする方法、更に導電性を有する繊維や金属線により形成されることが好ましい。
導電性を有する繊維により配線部103a、103bを形成する場合、導電性繊維としては、ポリエステルやナイロン繊維を銀、アルミまたはステンレス鋼を含む金属繊維でカバーリングした糸やカーボンブラックをポリエステルやナイロンの芯や鞘の一部に繊維の長さ方向に複合配置した導電性繊維、銀、アルミまたはステンレス鋼を含む金属類をポリエステルやナイロン繊維にコーティングした金属コーティング糸を用いれば良い。耐久性や汎用性の観点からポリエステルやナイロン繊維を銀、アルミまたはステンレス鋼を含む金属繊維でカバーリングした糸を使用することが特に好ましい。
導電性繊維や導電性樹脂のプリント等により形成される配線部103a、103bは、アンダーベルト114の表面(皮膚に接しない面)に配置するか、もしくはアンダーベルト114の裏面(皮膚に接する面)に配置した配線部103a、103bを、電気的絶縁性部材105を用いて被覆することが好ましい。表面または裏面に配置した配線部103a、103bを電気的絶縁性部材105で被覆することで、配線部103a、103bが皮膚に直接接触せず、電極101a、101bが検出した生体信号に配線部103a、103bが取得したノイズが混入することがなく、精度よく生体信号を測定することが可能となる。更に、デザイン性の観点からは、アンダーベルト114の表面に配線部103a、103bを設けると、配線部103a、103bまたは電気的絶縁性部材105が露出してしまう。配線部103a、103bおよび電気的絶縁性部材105を露出させないためには、アンダーベルト114の裏面に配置した配線部103a、103bを電気的絶縁性部材105で被覆することが好ましい。
配線部103a、103bに使用する導電性繊維を衣料本体部104、204のアンダーベルト114に取り付ける方法としては、導電性繊維を帯状に製織することにより得られた導電性テープからなる配線部103a、103bを、ホットメルト接着剤を片面に付与した電気的絶縁性を持つ電気的絶縁性部材105とアンダーベルト114の生地で挟み込み、熱接着により貼り付けることが好ましい。その他にも、ミシンを用いた縫製において、導電性繊維を下糸に、通常のミシン糸を上糸に用いて、生地の裏面を上に向けて縫製することが可能である。これにより、アンダーベルト114の皮膚と密着しない表面側に導電性繊維が主として露出する。更に、導電性繊維の縫い付け方としては、アンダーベルト114に導電性繊維を千鳥状に縫い付けることが好ましい。導電性繊維を千鳥状に縫い付けることで、生地の伸縮時も、縫い糸部分が動くことが可能となり、生地に追従するため、ストレッチ性を阻害しない。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200では、これらの導電性繊維構造物からなる電極101a、101bと配線部103a、103bとを接続すれば分極を抑制できるため、微弱な生体信号の検出に好ましいだけでなく、腐食(電蝕)も抑制できるため、長期間の連続的利用が可能となる。電極101a、101bと配線部103a、103bとを接続する方法は、特に限定されるものではないが、アンダーベルト114に配置した電極101a、101b上に配線部103a、103bを重ねた後、接触部分をミシンを用いて縫い付ける方法や、導電性樹脂をプリントして配線部103を形成する際に、電極101a、101bに重ねてプリントする方法、導電性樹脂フィルムを用いて配線部103a、103bを形成する際に、導電性樹脂フィルムの片面にホットメルト接着剤を付与し、電極101a、101b上に該フィルムを熱圧着して配線部103を形成する方法、または、金属性ドットボタンを介して配線部103と電極101a、101bを接続する方法などが挙げられる。
本発明の配線部103a、103bは、電極101a、101bから得た生体信号を測定装置106に感度良く伝達することが必要とされる。配線部103a、103bが生体信号を感度良く伝達できなくなる原因としては、ノイズの混入が考えられ、身体1(図4参照)と配線部103a、103bが接触することによる電極設置箇所以外の心電や筋電等の検出、または雨や汗などの水分の接触による生体信号の漏電が挙げられる。上記要因によるノイズを克服するためには、配線部103a、103bを防水性の電気的絶縁性部材105により被覆することが好ましい。中でも、アンダーベルト114の裏面にホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁フィルムである電気的絶縁性部材105をアイロンやプレス機で熱圧着した上に配線部103a、103bを置き、更にその上から配線部103a、103bを挟むようにホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁性部材105をアイロンやプレス機で熱圧着を行い、配線部103a、103bを肌側と生地側の防水性電気的絶縁フィルムで被覆することがより好ましい。
図3は、図1の生体信号検出衣料100のアンダーベルト114のX-X’線での断面図である(図2の生体信号検出衣料200のX-X’線での断面図も同様となる)。図3に示す配線部103a、103bは、導電性繊維を帯状に製織することにより作製する。アンダーベルト114の裏面にホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁性部材105をアイロンやプレス機で熱圧着した上に、作製した配線部103a、103bを置き、更にその上から配線部103a、103bを挟むようにホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁性部材105をアイロンやプレス機で熱圧着を行い、配線部103a、103bを肌側と生地側の防水性電気的絶縁で被覆することにより形成することができる。
ハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200において、アンダーベルト114の裏面(皮膚に接する面)であって、着用時に左右のアンダーバスト近傍に接する部分に電極101a、101bがそれぞれ配置されている。
2つの電極101a、101bを、アンダーベルト114の裏面の左右のアンダーバスト近傍にそれぞれ配置したため、バストまたはチェストの高さによる影響を受けることなく電極101a、101bを、身体1に安定して接触させることができ、長期間の連続的な生体信号の測定が可能となる。また、測定装置106と電極101a、101bとが、アンダーベルト114に直接配置された配線部103a、103bにて導通接続される。配線部103a、103bがアンダーベルト114と一体化されているため、着用者に不快感を与えず、配線部103a、103bの動きによる生体信号測定時のノイズも防止することができる。
ハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200は、下着の内側に着用しても良いし、外側に重ねて着用しても良い。特に、Tシャツやカップ付きインナーを着用する場合は、Tシャツやカップ付きインナーの内側に着用し、ブラジャーを着用する場合は、ブラジャーの外側に着用することが好ましい。ブラジャーの上から重ねて着用した際に、安定的に生体信号を検出するためには、図4に示すように、アンダーベルト114がブラジャー3に重ならず、かつ腹部側に位置することが好ましい。図4は、本発明の実施の形態1にかかるハーフトップ型生体信号検出衣料100をブラジャー3の上から着用した際の模式図である。
電極101a、101bにより安定的に生体信号を検出するためには、図5に示すように、生体信号検出衣料100、200の肩部のネックポイントAまたはストラップの頂点Bからアンダーベルト114の上部までの長さが20.0cm以上、35.0cm以下の長さであることが好ましい。図5(a)は、本発明の実施の形態1にかかるハーフトップ型生体信号検出衣料100のネックポイントAからアンダーベルト114上部までの長さ500Aの測定部位を示した模式図であり、図5(b)は、本発明の実施の形態2にかかるブラジャー型生体信号検出衣料200のストラップの頂点Bからアンダーベルト114上部までの長さ500Bの測定部位を示した模式図である。生体信号検出衣料100、200の肩部のネックポイントAまたはストラップの頂点Bからアンダーベルト上部までの長さが20.0cm未満になると、アンダーバスト114の位置がバストまたはチェストに近くなることからバストまたはチェストの高さによる影響を受けやすくなり、電極が身体から浮いてしまい、生体信号を安定的に検出することが困難になることが懸念される。更に、図4に示すように、ブラジャー3の外側に生体信号検出衣料100等を着用した場合に、アンダーベルト114がブラジャー3の上に重なってしまい、アンダーベルト114に接着した電極101a、101bが直接肌に触れないため、生体信号を検出することが困難になる。また、肩部のネックポイントAまたはストラップの頂点Bからアンダーベルト114上部までの長さが35.0cmより大きくなると、生体信号検出衣料100、200を着用した際に、アンダーベルト114の位置が腹部になる可能性が高く、腹部の筋電を検出してしまい、心電を検出する際に、ノイズとなってしまうことが懸念される。なお、ストラップの頂点Bとは、アンダーベルト114の係止具130を止め、アンダーベルト114の下辺を揃えた状態で、張力をかけることなく延ばしたときのストラップの肩端部分を表す。
生体信号検出衣料100、200において、アンダーベルト114の幅r1は電極101a、101bのタテの長さr2に影響され、アンダーベルト114に電極101a、101bを接着するためには、電極101a、101bのタテの長さr2よりもアンダーベルト114の幅r1が大きくなくてはならない。具体的には、アンダーベルト114の幅r1は、6.0cm以上であることが好ましい。
本発明の生体信号検出衣料100、200は、アンダーベルト114に寸法調整可能な係止具130が付いていることが好ましい。生体信号検出衣料100、200として、生体信号を安定的に検出するためには、着用した際に、電極101a、101bが肌に密着していることが必要となる。着用者の体格には個人差があり、各個人の体格に合わせるため、係止具130を2つ以上備え付けることが好ましい。この場合の寸法調整可能な係止具とは、フック、面ファスナー、調整管など寸法調整が可能な部材を表す。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200は、アンダーベルト114が2枚重ねられ、上下端が縫い合わされた袋状になっている。表側のアンダーベルト114の上部端の一部は、肌側のアンダーベルト114および衣料本体部104と縫い合わされずに開口部124が設けられていることが好ましい。アンダーベルト114に取りつけられた電極101a、101bが生体信号を読み取り、コネクタ102を介して取りつけられた測定装置106に生体信号を送電する仕組みとなっているが、開口部124がない場合、生体信号検出衣料100、200の表面に測定装置106が露出した形になり、デザイン性の観点から好ましくなく、更に動作時の振動によりコネクタ102から測定装置106が外れてしまう恐れがある。開口部124を設けることにより測定装置106を収納できるポケット部が形成され、測定装置106の表面への露出がなくなる。更に、2枚のアンダーベルト114からなるポケットにより測定装置106が押さえられ、振動による測定装置106の外れを抑えることができる。また、測定装置106の出し入れが容易となるように開口部124の幅は1.0cm以上、10.0cm以下であることが特に好ましい。
コネクタ102、測定装置106および開口部124は、配置場所に制限はなく、電極101aおよび101bの配置場所の中間や、衣料本体部104、204の胸部または肩部の左右のいずれかに具備することも可能である。胸部または肩部に測定装置106等を設置することで、ユーザの動きによる雑音が混入しにくい、ユーザの日常生活活動への影響が少ない、ユーザが測定装置106を容易に着脱できるという効果が得られる。しかしながら、電極101a、101bから離れた位置に配置すると配線が長くなり、配線部103a、103bに使用しているホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁性部材105により伸縮性が損なわれるため、最も配線部103a、103bが短くなる電極101a、101bの中間に配置することが好ましい。
本発明のハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200では、ノイズの少ない信号を得るために、アンダーベルト114に配置した電極101a、101bを身体1に密着させる必要がある。電極101a、101bの身体1への着圧が少なくとも、0.1kPa以上、2.0kPa以下の圧力で身体1に密着させることが好ましい。2.0kPaより大きい場合、信号は良好に取れるものの、着圧が大きく、着用感が苦しくなり、0.1kPa以下では動作時に、電極が皮膚から離れ、良好な信号が得られなくなる
上記の着圧および着用した際の快適性を実現するためには、衣料本体部104、204およびアンダーベルト114が織編物からなり、該織編物の縦方向あるいは横方向のどちらか一方の伸長率が30.0%以上、100.0%以下であることが好ましい。着圧は生地のストレッチ特性と縫製サイズから調整することができるが、30.0%より小さいとサイズを大きくして前述の着圧の範囲内に収めたとしても動作時の伸びに追従せず、動作性が悪くなる。また、100.0%より大きくなるとサイズを小さくし、前述の着圧の範囲内に収めても、動作時の伸びに対する強度が低くなり、破れの原因となる可能性がある。
上記の着圧および着用快適性を実現するためには、電極101a、101bを取り付ける衣料本体部104、204およびアンダーベルト114が弾性糸と非弾性糸からなる織編物であることが好ましい。弾性糸と非弾性糸からなる織編物は、生地のストレッチ特性に優れており、上記の着圧を実現することができる。
織編物に適用する弾性糸の素材は特に限定されるものではなく、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、もしくは、天然ゴム、合成ゴム、半合成ゴムからなる糸状のいわゆるゴム糸、合成繊維にゴムをデッピングしたり、コーティングした特殊繊維などを使用することができる。耐久性の観点から特にポリウレタン弾性繊維が好適である。
また、織編物に適用する非弾性糸の素材も特に限定されるものではないが、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。また、非弾性糸の素材として、前述した繊維に酸化チタン等の添加物を含ませたものを使用してもよいし、機能性付与のためにポリマー改質した繊維も使用してもよい。また、非弾性糸の単繊維単位の断面形状も規定されるものではなく、丸形、三角形、八葉形、扁平形、Y形に代表される様々な異形断面糸も使用することができる。さらに、非弾性糸として、粘度が異なるポリマーからなる芯鞘またはサイドバイサイド型の複合糸を使用することもできる。また、これらの原糸に仮撚加工を施した仮撚加工糸を用いても良い。さらには、ポリアクリルニトリル、ポリプロピレンなどの合成繊維、レーヨン、ポリノジック、キュプラなどの再生繊維、アセテート、トリアセテートなどの半合成繊維、綿、麻、羊毛、絹などの天然繊維などを要求特性に合わせて使用すれば良い。このように、非弾性糸としては、用途に応じて最適な素材を適宜選定すれば良い。
弾性糸と非弾性糸を用いる織編物について、織方や編方については特に限定されるものではなく、前述の着圧を実現できれば良い。例えば、織物の場合、芯に弾性糸、鞘に非弾性糸をカバーリングしたカバーリング糸を経糸、緯糸に用いて平織りやツイル組織に製織する方法や、丸編の場合は、該カバーリング糸を天竺組織やスムース組織に編成する方法や、非弾性糸と弾性糸を引き揃えて編成するベア天竺編やベアスムース編などを用いることが出来る。経編の場合は、フロントの筬に非弾性糸、バックの筬に弾性糸を用いたダブルデンビー組織や、ハーフ組織で編成すれば良い。より好ましくは、生地の伸縮性に優れ、運動時にも生地がスムーズに伸縮して着圧の乱れが少なく、インナーなどに好適な、丸編や経編を採用すれば良い。
ハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200において、アンダーベルト114の左右のアンダーバスト近傍にそれぞれ電極101a、101bを配置し、電極101a、101bのいずれか1つを関電極とし、前記関電極以外の電極101a、101bを不関電極(生体基準電位電極)として、前記関電極と前記不関電極との電位差を心電図波形として検出する。なお、図1および図2では2つの電極101a、101bを使用する場合について例示しているが、2つ以上であれば、限定されるものではない。
また、本発明の生体信号検出衣料は、図1および図2に示すハーフトップ型生体信号検出衣料100、ブラジャー型生体信号検出衣料200に加え、図6に示すような構造であってもよい。図6は、本発明の実施の形態3にかかる胸部ベルト型(ブラジャー型)生体信号検出衣料300の模式図である。胸部ベルト型(ブラジャー型)生体信号検出衣料300は、ストラップ304aと、後身頃304bとを有する衣料本体部304と、アンダーベルト114をパーツとして具備している衣料である。
実施の形態3の胸部ベルト型(ブラジャー型)生体信号検出衣料300は、衣料本体部304と、衣料本体部304の下部に配置されるアンダーベルト114と、導電性繊維からなる少なくとも2つ以上の電極101a、101b(図示しない)と、生体信号を検出する測定装置106(図示しない)を装着するためのコネクタ102(図示しない)と、電極101とコネクタ102とを導通接続するための配線部103a、103b(図示しない)とを具備する。実施例1および2と同様に、電極101a、101b、コネクタ102、および配線部103a、103bがアンダーベルト114の裏側(身体1に接する側)に設置してある。また、電極101a、101b、コネクタ102、配線部103a、103b、衣料本体部304、アンダーベルト114の構成も実施の形態1および2と同様のものを使用することができる。
アンダーベルト114の前中心には、開口部124を設けられる。また、アンダーベルト114の左右の脇前部には、面ファスナー130a(オス)が配置され、アンダーベルト114の左右脇部に、面ファスナー130b(メス)のついた持ち手130cを取り付けている。面ファスナー130a、130bが係止具として機能する。
このように、本発明にかかる生体信号検出衣料100、200、300により、生体信号を衣服の形態で検出することを実現し、日常生活活動を阻害せずに長時間連続的に心電図等の計測が可能となる。
次に、本発明の生体信号検出衣料について、実施例を参照して詳細に説明するが、本発明の生体信号検出衣料はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1)伸長率
表地および裏地の伸長率は、JIS L 1096(2010年版)「織物及び編物の生地試験方法」の伸び率D法(定荷重法)に準じて測定した。
まず、幅50mm×長さ300mmの試験片を、ウェール方向とコース方向にそれぞれ5枚ずつ採取した。測定には、引張試験機を用い、つかみ間隔を200mmとし、試験片のたるみや張力を除いて、初荷重29mN(3g)をかけて試験片をつかみに固定した。引張速度200mm/minで4.9N(500g)まで伸ばし、一定荷重を加えたまま1分間保持後のつかみ間隔を測り、次の式により伸長率E(%)を求め、5枚のウェール方向及びコース方向についてそれぞれ平均値で表した。
伸び率E(%)={(L-L)/L}×100
L:元のつかみ間隔の長さ(mm)
:1分間放置後の印間の長さ(mm)
(2)伸長回復率
また、伸長回復率は同じくJIS L 1096(2010年版)「織物及び編物の生地試験方法」のE法(定荷重法)に従って測定した。
まず、幅50mm×長さ300mmの試験片を、ウェール方向とコース方向にそれぞれ5枚ずつ採取した。測定には、引張試験機を用い、つかみ間隔を200mmとし、試験片のたるみや張力を除いて、初荷重29mN(3g)をかけて試験片をつかみに固定した。引張速度200mm/minで4.9N(500g)まで伸ばし、一定荷重を加えたまま1分間保持後、直ちに荷重を除き、更に3分間放置する。この操作を繰り返した後、初荷重の下で再びつかみ間隔の長さ(mm)を測る。
次の式によって伸長回復率E(%)を求め、5枚のウェール方向及びコース方向それぞれについて平均値で表した。
伸長回復率E(%)={(L-L)/(L-L)}×100
L:元の印間の長さ(mm)
:1分間放置後の印間の長さ(mm)
:荷重を取り除いた後、3分間放置後に初荷重を加えたときのつかみ間隔の長さ(mm)
(3)アンダーベルト幅
実施例および比較例で得られた衣料のアンダーベルトの幅を測定した。
(4)ネックポイントまたはストラップの頂点からアンダーベルト上部までの長さ
図5および図6に示すように、実施例および比較例で得られた生体信号検出衣料のネックポイントAからアンダーベルト114上部までの長さ(アンダーベルト114に対する垂線の長さ500A)、またはストラップの頂点Bからアンダーベルト114上部までの長さ(アンダーベルト114に対する垂線の長さ500B)を測定した。測定の際は、平らな台上で、衣料、生地に張力をかけない状態で測定を行った。
(5)衣服圧
(株)エイエムアイ・テクノ製の接触圧測定器のエアパックセンサーを着用者の脇下、右側第5肋骨付近(アンダーベルト位置)の合計2箇所に貼り付ける。その上に生体信号検出衣料を着用して立位状態で静止して10秒、前屈状態で静止して10秒の衣服圧を計測し、3回の衣服圧計測結果の平均値を求めた。
(6)データ採取性、着用快適性、易着脱性
実施例および比較例で得られた生体信号検出衣料をモニター5名に着用させ、生体信号のデータ採取性(生体信号検出精度)、着用快適性、易着脱性を5段階評価し、その平均値をとった。その評価基準を表1に示す。
生体信号のデータ採取性とは、静止状態10秒間、腕振り10回、左右腰ひねり10回、前屈10回をした際に、実施例および比較例の生体信号検出衣料から得られる生体信号(心電波形)中へのノイズの有無の評価項目であり、生体信号(心電波形)にノイズが入らない場合は、データ採取性が良く、ノイズが入る場合はデータ採取性が悪いという判断をした。
Figure 0007079199000001
実施例1
実施例1では、図1に示すハーフトップ型の生体信号検出衣料100を縫製により作製した。衣料本体部104およびアンダーベルト114の身生地として、ポリエチレンテレフタレートからなる56T-22Fのポリエステル繊維とポリウレタン繊維を用いて、丸編物を製編した。また、電極101は、上記の丸編物に、水とエタノールの混合溶媒(水44wt%、エタノール50wt%)に、導電性高分子としてPEDOT/PSSを1.0wt%、バインダーとしてアクリル系熱硬化性樹脂を5.0wt%を分散した分散液を、既知のグラビアコーティング法で薬剤塗布量が15g/mになるように塗布して作製した。さらに、ナイロン繊維を銀糸でカバーリングした糸を用いて幅1.5cm、長さ5.0cmの帯状に製織した配線部103、ホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁フィルムを電気的絶縁性部材105として使用し、以下に示す仕様で生体信号検出衣料100を作製した。なお、コネクタ102として、YKK(株)製の衣料用金属製ドットボタンを使用した。
衣料本体部104は、前身頃104aのネックポイントAからアンダーベルト114上部までの長さ(500A)を24cmにし、前身頃104aと左右後身頃104bの下辺には長さ65cm、幅8cmの2枚のアンダーベルト114を縫着し、袋状とした。前身頃104aの前中心とアンダーベルト114の縫合部は、アンダーベルト114の1枚を前身頃104aに縫合せず、開口部124を設けた。また、アンダーベルト114の後中心の左右には、係止具130を備え付けた。電極101aおよび101bと、配線部103aおよび103bとコネクタ102はアンダーベルト114の裏面側(肌に接する側)上に接着された電気的絶縁性部材105に接着させ、配線部103aおよび103b上をさらに電気的絶縁性部材105で被覆した。電極101aおよび101bの配置場所は、アンダーベルト114の前中心から5.0cm左右に離れた位置とした。心電図測定装置である測定装置106は、左側に配置された電極101bを正の関電極(陽極)とし、右側に配置された電極101aを負の関電極(陰極)としてコネクタ102に接続し、心電図波形を取得することにより心電図波形を検出することができた。
実施例2
生体信号検出衣料のパターン以外は実施例1と同様の方法・手順で作製した。実施例2では、衣服形状としては図2に示すブラジャー型の生体信号検出衣料200を縫製により作製した。ストラップの頂点Bからアンダーベルト114上部までの長さ(500B)を24cmにし、前身頃204aの下辺には長さ65cm、幅8cmの2枚のアンダーベルト114を縫着し、袋状とした。前身頃204aの左右の肩部からアンダーベルト114の左右背面部まではストラップ204bを用いて連結させた。前身頃204aの前中心とアンダーベルト114の縫合部では、アンダーベルト114の1枚を縫合せず、開口部124を設けた。また、アンダーベルト114の後中心の左右には、係止具130を備え付けた。電極101aおよび101bと、配線部103aおよび103bとコネクタ102はアンダーベルト114の裏面側(肌に接する側)上に接着された電気的絶縁性部材105に接着させ、配線部103aおよび103b上をさらに電気的絶縁性部材105で被覆した。電極101aおよび101bの配置場所は、アンダーベルト114の前中心から5.0cm左右に離れた位置とした。心電図測定装置である測定装置106は、左側に配置された電極101bを正の関電極(陽極)とし、右側に配置された電極101aを負の関電極(陰極)としてコネクタ102に接続し、心電図波形を取得することにより心電図波形を検出することができた。
実施例3
実施例3では、図6に示す肩紐付き胸部ベルト型(ブラジャー型)の生体信号検出衣料300を縫製により作製した。アンダーベルト114および衣料本体部304の身生地に、ポリエチレンテレフタレートからなる56T-22Fのポリエステル繊維とポリウレタン繊維を用いて、丸編物を製編した。また、電極101は、上記の丸編物に、水とエタノールの混合溶媒(水44wt%、エタノール50wt%)に、導電性高分子としてPEDOT/PSSを1.0wt%、バインダーとしてアクリル系熱硬化性樹脂を5.0wt%を分散した分散液を、既知のグラビアコーティング法で薬剤塗布量が15g/mになるように塗布して作製した。さらに、ナイロン繊維を銀糸でカバーリングした糸を用いて幅1.5cm、長さ5.0cmの帯状に製織した配線103、ホットメルト接着剤を付与した防水性の電気的絶縁フィルムを電気的絶縁性部材105(図示しない)として使用し、以下に示す仕様で生体信号検出衣料300を作製した。なお、コネクタとして、YKK(株)製の衣料用金属製ドットボタンを使用した。
実施例3で作製した生体信号検出衣料300は、ストラップ304aの頂点Bからアンダーベルト114上部までの長さ(500B)を24cmとした。長さ65cm、幅8cmの2枚のアンダーベルト114を縫着し、袋状とした。アンダーベルト114の前中心では、アンダーベルト114を縫合せず、開口部124を設けた。また、アンダーベルト114の左右の脇前部には、面ファスナー130a(オス)を縫い合わせ、アンダーベルト114の左右脇部には面ファスナー130b(メス)のついた持ち手130cを挟み込み、胸囲寸法を調節できるようにした。電極101、コネクタ102、配線103、電気的絶縁性部材105は、実施例1および2と同様にして設置した。心電図測定装置である測定装置106は、左側に配置された電極101bを正の関電極(陽極)とし、右側に配置された電極101aを負の関電極(陰極)としてコネクタ102に接続し、心電図波形を取得することにより心電図波形を検出することができた。
比較例1
ポリウレタン繊維をナイロン繊維でカバーリングした糸を用いて、幅6.0cmの平ゴムを長さ65cmのベルトをにし、作製したベルトに実施例1と同様にして作成した電極101aおよび101b、コネクタ102、配線部103aおよび103bを取り付けた生体信号検出用ベルトを作製した。
比較例2
電極101aおよび101bの位置をアンダーベルト114でなく、前身頃104aの左右胸部下に配置する以外は実施例1と同様に生体信号検出衣料を作製した。
比較例3
前身頃104aおよび左右後身頃104bのパターンを変更し、前身頃104aのネックポイントAからアンダーベルト114上部までの長さ(500A)が18cmとなる以外は実施例1と同様に生体信号検出衣料を作製した。
比較例4
前身頃104aおよび左右後身頃104bのパターンを変更し、前身頃104aのネックポイントAからアンダーベルト114上部までの長さ(500A)が40cmとなる以外は実施例1と同様に生体信号検出衣料を作製した。
比較例5
衣服のパターン・構成をTシャツに変更し、電極101a、101bの位置を左右胸窩下に配置する以外は実施例1と同様に生体信号検出衣料を作製した。
実施例1~3および比較例1~5の衣服形状、混率、ウェールおよびコースの伸長率(%)、ウェールおよびコースの伸長回復率(%)を表2にまとめた。
Figure 0007079199000002
実施例1~3および比較例1~5のアンダーベルト幅(cm)、ネックポイントAまたはストラップの頂点Bからアンダーベルトまでの高さ(cm)、立位および前屈での衣服圧(脇下)(kPa)、立位および前屈での衣服圧(第5肋骨付近)(kPa)を表3にまとめた。
Figure 0007079199000003

実施例1~3および比較例1~5の生体信号のデータ採取性(生体信号検出精度)、着用快適性、易着脱性を表4にまとめた。
Figure 0007079199000004
表4から明らかなように、本発明の生体信号検出衣料の範囲内にある実施例1~3は生体信号検出精度および着用快適性が優れているのに対して、本発明の生体信号検出衣料の範囲外の比較例1~5では、比較例1は着用快適性が劣り、比較例2~4は生体信号検出精度が劣り、比較例5は易着脱性が劣ることが明らかとなった。
1 身体
3 ブラジャー
100 ハーフトップ型生体信号検出衣料
101a、101b 電極
102 コネクタ
103a、103b 配線部
104、204、304 衣料本体部
105 電気的絶縁性部材
106 測定装置
114 アンダーベルト
124 開口部
130 係止具
200 ブラジャー型生体信号検出衣料
300 胸部ベルト型(ブラジャー型)生体信号検出衣料
500A ネックポイントAからアンダーベルト上部までの長さ
500B ストラップの頂点Bからアンダーベルト上部までの長さ
A ネックポイント
B ストラップの頂点

Claims (3)

  1. ハーフトップ型またはブラジャー型の衣料本体部と、
    胸囲の寸法調整可能な係止具を有し、前記衣料本体部の下部に配置されるアンダーベルトと、
    導電性繊維からなる少なくとも2つ以上の電極と、
    生体信号を検出する測定装置を装着するためのコネクタと、
    導電性繊維を帯状に製織してなり、前記電極と前記コネクタとを導通接続する配線部と、
    を具備し、前記電極、前記コネクタ、および前記配線部が前記アンダーベルトに設置されており、前記衣料本体部は、肩部の頂点から前記アンダーベルト上部までの長さが20.0cm以上、35.0cm以下であり、前記アンダーベルトは2枚重ねの袋状をなし、前身頃の中心に1.0cm以上10.0cm以下の範囲の開口部が設けられ、
    前記配線部は、前記配線部の肌側と生地側に配置された防水性の電気的絶縁部材で両側から密着するように被覆され、前記生地側に配置された防水性の電気的絶縁性部材の一端は前記電極と前記衣料本体部との間に配置されていることを特徴とする生体信号検出衣料。
  2. 前記アンダーベルトの幅が6.0cm以上であることを特徴とする請求項1に記載の生体信号検出衣料。
  3. 前記衣料本体部および前記アンダーベルトは、伸縮性を有する生地で構成され、前記生地のタテまたはヨコ方向の伸び率が30.0%以上、100.0%以下であり、かつ伸長回復率が80.0%以上、100.0%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の生体信号検出衣料。
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