JP7199187B2 - 脈波センサ - Google Patents

Description

本発明は、脈波センサに関する。

近年、圧力センサを利用して、心臓の拍動に伴って伝わる血管（動脈）の圧力波を脈波として測定する脈波センサが知られている（例えば、特許文献１）。このよう脈波センサでは、血管の脈動に起因した皮膚の変動を、シール部材の開口部を皮膚に押し当てることで形成される密閉空間（空気室）の内部の圧力変化として、圧力センサが検出することで、脈波を検出している。

特開２０１６－６３９３６号公報

しかしながら、上述した従来の脈波センサでは、例えば、被測定部位の表面形状や、腱及び筋肉どなどの皮下組織の体動、等によって、シール部材と皮膚の間に隙間が生じて、空気室の気密が保てない場合があった。そのため、従来の脈波センサでは、感度よく脈波を検出することが困難であった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、感度よく脈波を検出することができる脈波センサを提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、生体表面に押し当てられる開口部と、内部に空気室を保持する第１層と、前記第１層の前記開口部側に配置され前記第１層よりも柔らかい弾性体で構成された第２層と、からなるアタッチメント部と、前記空気室の内部の圧力変化に応じて変位する圧力センサと、前記圧力センサの変位に基づいて測定対象血管の脈波を検出する脈波検出部とを備え、前記第２層は、前記生体表面側の先端に向かって内側に細くなるテーパ部を備えることを特徴とする脈波センサである。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記第２層は、前記測定対象血管の周辺の生体組織による前記生体表面の凸部を覆うように配置された凹部を前記生体表面側に備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記第２層は、前記測定対象血管の周辺の生体組織による前記生体表面の凸部を覆うように配置された、前記第２層の主部材よりも柔らかい部材の緩和部分を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記アタッチメント部は、前記第１層と前記第２層との間に、前記第２層を支持する支持層と、前記第１層と前記支持層とを前記空気室の気密を保持しつつ着脱可能に固定する粘着層と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記アタッチメント部の開口部の内側形状は、平面視で四角形状又は角丸四角形状になるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記第２層は、前記生体表面の弾性と等しい弾性になるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記圧力センサは、前記空気室内に連通する連通孔が形成された基板と、前記連通孔を覆うように前記基板に片持ち状態で接続され、前記連通孔を通じた前記空気室の内部の内圧変化に応じて撓み変形するカンチレバーと、を備え、前記カンチレバーは、前記基板の平面視で、所定のギャップをあけた状態で前記連通孔の内側に配置されることで、前記連通孔を部分的に覆うように形成され、前記脈波検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗を含む抵抗値変化検出回路を有し、前記変位検出抵抗の抵抗値変化に対応した前記抵抗値変化検出回路からの出力信号に基づいて前記脈波を検出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記生体表面と直交方向の前記第１層の厚みが２ｍｍ以上であり、前記直交方向の前記第２層の厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、前記直交方向の前記第１層と前記第２層との合計の厚みが１５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の脈波センサにおいて、前記開口部の開口面における前記空気室の幅が、４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、感度よく脈波を検出することができる。

第１の実施形態による脈波センサの一例を示す構成図である。 第１の実施形態における圧力センサの一例を示す断面図である。 第１の実施形態における圧力センサの一例を示す平面図である。 第１の実施形態における脈波検出部の一例を示す回路図である。 第１の実施形態における脈波センサの検出結果の一例を示す図である。 第２の実施形態による脈波センサの一例を示す構成図である。 第３の実施形態による脈波センサの一例を示す構成図である。 第４の実施形態による脈波センサの一例を示す構成図である。 第５の実施形態による脈波センサの一例を示す構成図である。 第６の実施形態における第２層の一例を示す平面図である。 第６の実施形態における効果を説明する図である。

以下、本発明の実施形態による脈波センサについて図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による脈波センサ１の一例を示す構成図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態による脈波センサ１は、使用者の手首ＷＲ（生体の一例）に装着されて使用され、心臓の拍動に伴って伝わる橈骨動脈ＢＶ（測定対象血管の一例）の圧力波を脈波として測定するセンサである。具体的には、脈波センサ１は、主に手首ＷＲの裏側（手の平側）に装着される。

なお、橈骨動脈ＢＶは、人体の腕部の長さ方向に沿って延びる動脈であり、橈骨動脈ＢＶの血管幅は、一般的に２ｍｍ～４ｍｍの範囲内とされている。本実施形態では、橈骨動脈ＢＶが延びる方向を走行方向Ｍ１（本発明に係る第１方向）といい、手首ＷＲの裏側の平面視で走行方向Ｍ１に対して直交するように交差する方向を交差方向Ｍ２（本発明に係る第２方向）という。

また、図１（ｂ）は、本実施形態による脈波センサ１の図１のＡ－Ａに沿った断面図である。また、図１（ｃ）は、本実施形態におけるアタッチメント部３０の開口部３４の一例を示す平面図である。
図１（ｂ）に示すように、脈波センサ１は、圧力センサ１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体２１と、アタッチメント部３０と、脈波検出部４０とを備えている。
なお、本実施形態では、皮膚ＳＫからセンサ基板２０に向かう方向を上方といい、その反対方向を下方という。

センサ基板２０は、例えば、回路基板であり、センサ基板２０の上側主面（第１主面）には、後述するＳＯＩ基板５０、キャビティ筐体２１、及び脈波検出部４０が実装されている。また、センサ基板２０には、当該センサ基板２０を厚み方向に貫通する貫通孔２２が形成されている。センサ基板２０は、皮膚ＳＫ（手首ＷＲ表面）に対して対向配置された状態で手首ＷＲに固定される。

なお、センサ基板２０の平面視で、互いに直交する２方向のうちの一方の方向を前後方向Ｌ１といい、他方向を左右方向Ｌ２という。センサ基板２０は、前後方向Ｌ１に沿った長さが左右方向Ｌ２に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。ただし、センサ基板２０の形状はこの場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
また、本実施形態では、橈骨動脈ＢＶの走行方向Ｍ１にセンサ基板２０の左右方向Ｌ２が一致し、且つ交差方向Ｍ２にセンサ基板２０の前後方向Ｌ１が一致するように、脈波センサ１が手首ＷＲに固定されるものとする。

アタッチメント部３０は、センサ基板２０から下方に向けて（皮膚ＳＫ（手首ＷＲ表面）に向けて突出するように形成されている。アタッチメント部３０は、センサ基板２０に対して一体に組み合わされるとともに、皮膚ＳＫ側に開口した開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てることで密閉される空気室３３を内部に有する。すなわち、アタッチメント部３０の内側に位置する内部空間が空気室３３に対応する。
また、アタッチメント部３０は、筒状（例えば、円筒状）に形成されており、第１層３１と、第２層３２とを備えている。

第１層３１は、センサ基板２０を支持するとともに、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に空気室３３を保持する。例えば、センサ基板２０と直交方向の第１層３１の長さａ（厚み方向の長さ）が２ｍｍ（ミリメートル）以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

第２層３２は、第１層３１の開口部３４側に配置され、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に弾性変形し、第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成される。第２層３２は、例えば、ゴム、シリコン、ウレタン樹脂のゲルなどであり、皮膚ＳＫと同程度に柔らかさを有している。すなわち、第２層３２は、皮膚ＳＫの弾性と等しい弾性になるように形成されている。第２層３２は、弾性変形して、皮膚ＳＫと密着することで、空気室３３の気密性を保つように機能する。例えば、センサ基板２０と直交方向の第２層３２の長さｂ（厚み方向の長さ）が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、例えば、直交方向の第１層３１と第２層３２との合計の長さ（ａ＋ｂ）が１５ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、本実施形態では、アタッチメント部３０及び空気室３３は、円筒状に形成されており、図１（ｃ）に示すように、アタッチメント部３０の開口部３４の形状は、外周形状が円形状、且つ、内側形状が円形状のドーナツ形状になっている。また、開口部３４の開口面における空気室３３の幅ｃは、４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。また、第２層３２の開口面の幅ｅは、１ｍｍ以上であり、アタッチメント部３０の開口面の外周の円形状の幅ｄは、６ｍｍ以上であることが好ましい。

圧力センサ１０は、センサ基板２０に支持されるとともに、空気室３３の内部の圧力変化に応じて変位する。圧力センサ１０は、キャビティ筐体２１と、ＳＯＩ基板５０とを備える。
キャビティ筐体２１は、ＳＯＩ基板５０を覆うように、センサ基板２０の上側に配置され、底箱状に形成されている筐体である。すなわち、キャビティ筐体２１は、センサ基板２０によりキャビティ筐体２１の開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の上側主面に配置されている。キャビティ筐体２１は、例えば、四角形状（立方形状）の有底箱状に形成されている。
ここで、図２及び図３を参照して、圧力センサ１０の構成の詳細について説明する。

図２は、本実施形態における圧力センサ１０の一例を示す断面図である。また、図３は、本実施形態における圧力センサ１０の一例を示す平面図である。なお、図２に示す圧力センサ１０の断面図は、図２に示すＢ－Ｂ線に沿った縦断面図に相当する。

図２及び図３に示すように、圧力センサ１０は、空気室３３の内部の圧力変化に応じて撓み変形可能なカンチレバー３とキャビティ５とを備えている。
カンチレバー３は、センサ基板２０の上面に対して重なった状態で接合された半導体基板によって形成されている。本実施形態では、半導体基板として、シリコン支持層５１、シリコン酸化膜等の絶縁層５２及びシリコン活性層５３を、下方からこの順番で配置されたＳＯＩ基板５０を例に挙げて説明している。従って、カンチレバー３は、ＳＯＩ基板５０によって形成されている。

ただし、カンチレバー３はＳＯＩ基板５０によって形成される場合に限定されるものではない。なお、シリコン支持層５１を一定電位に維持する（例えば、シリコン支持層５１をセンサ基板２０のグラウンド等に接続）等して、ＳＯＩ基板５０に厚さ方向の電位差の変動が生じることを抑制することが好ましい。

また、ＳＯＩ基板５０は、センサ基板２０と同様に、前後方向Ｌ１に沿った長さが左右方向Ｌ２に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。シリコン支持層５１及び絶縁層５２には、これらシリコン支持層５１及び絶縁層５２を厚み方向に貫通するとともに、センサ基板２０と同様に貫通孔２２が形成されている。

貫通孔２２は、空気室３３内に貫通しているとともに、後述するギャップＧ１及びギャップＧ２を通じてカンチレバー３の上方に位置するキャビティ５に連通している。これにより、ギャップＧ１及びギャップＧ２と、貫通孔２２を通じて、空気室３３内とキャビティ５とは互いに連通している。すなわち、圧力センサ１０は、キャビティ５の内部と外部とを連通する連通孔（ギャップＧ１及びギャップＧ２）と、カンチレバー３とを備えている。

カンチレバー３は、片持ち状に支持された状態でＳＯＩ基板５０に形成されている。カンチレバー３は、基端部３ｂが片持ち支持されており、基端部３ｂが半導体基板に接続され、且つ先端部３ａが自由端とされた片持ち梁構造とされ、キャビティ５を覆うように配置されている。また、カンチレバー３は、基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ５の内部と外部（空気室３３の内部）との圧力差に応じて撓み変形する。また、カンチレバー３は、レバー本体２と、レバー本体２を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部４とを有し、キャビティ５を覆うように配置される。
なお、本実施形態では、前後方向Ｌ１に沿ってレバー支持部４からレバー本体２に向かう方向を前方といい、その反対方向を後方という。

ギャップＧ１は、平面視でキャビティ５の内部に連通する領域内に形成され、空気をキャビティ５の内外に流通させる連通孔として機能する。
カンチレバー３の基端部３ｂには、当該カンチレバー３を厚さ方向に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ２（区画溝）が形成されている。ギャップＧ２は、左右方向Ｌ２に間隔をあけて、前後方向Ｌ１に互いに平行に配置された２つの直線ギャップのうちの１つに後述するギャップＧ３に接続されて形成されている。このギャップＧ２は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいて圧力センサ１０の左右方向Ｌ２の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー３は基端部３ｂを中心として撓み変形し易い構造とされている。

２つのレバー支持部４は、ギャップＧ２を挟んで左右方向Ｌ２に並ぶように配置され、レバー本体２と半導体基板とを接続するとともにレバー本体２を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー３は、これらレバー支持部４を中心に撓み変形する。
なお、２つのレバー支持部４の左右方向Ｌ２に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー３が撓み変形した際、一方のレバー支持部４に作用する応力と、他方のレバー支持部４に作用する応力とは同等とされている。

上述したカンチレバー３には、ピエゾ抵抗（抵抗素子）であるドープ層６（不純物半導体層）が全面に亘って形成されている。このドープ層６は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

ドープ層６のうち、カンチレバー３が形成された部分（レバー支持部４に形成されている部分を含む）は、上述した抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）として機能する。抵抗Ｒ１は、レバー支持部４の撓み量に応じて抵抗値が変化する。
また、ドープ層６の上面には、ドープ層６よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる外部電極７が形成されている。この外部電極７は、抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）の第１端（例えば、外部電極７Ａ）及び第２端（例えば、外部電極７Ｂ）として機能する。

シリコン活性層５３には、当該シリコン活性層５３を複数の領域に区画する複数の溝部が形成されている。本実施形態では、ギャップＧ１及びギャップＧ３が、シリコン活性層５３の上面から絶縁層５２に達する深さで形成されている。
ギャップＧ１は、前後方向Ｌ１に沿って直線状に延びるように形成されている。ギャップＧ１は、前端部がＳＯＩ基板５０の前方側の側面に達し、且つ後端部が連通孔として連通するように形成されている。これにより、ドープ層６（ピエゾ抵抗）及び外部電極７のうち、前方側に位置する部分は、ギャップＧ１によって左右方向Ｌ２に分断されている。

ギャップＧ３は、シリコン活性層５３のうちギャップＧ２よりも後方側に位置する領域に、ギャップＧ２に接続されて形成されているとともに、前後方向Ｌ１に沿って直線状に延びるように形成されている。ギャップＧ３は、前端部がギャップＧ２に連通し、且つ後端部がＳＯＩ基板５０の後方側の側面に達するように形成されている。これにより、ドープ層６（ピエゾ抵抗）及び外部電極７のうち、ギャップＧ３によって左右方向Ｌ２に分断されている。
上述したギャップＧ１及びギャップＧ３によって、外部電極７は、外部電極７Ａ及び外部電極７Ｂに区画されている。従って、外部電極７Ａ及び外部電極７Ｂは、後述する変位検出抵抗（抵抗Ｒ１）を経由する通電経路を除き、直接的な相互の電気的接続は切り離されている。

図１の説明に戻り、脈波検出部４０は、圧力センサ１０の変位に基づいて橈骨動脈ＢＶ（測定対象血管）の脈波を検出する。ここで、図４を参照して、脈波検出部４０の詳細な構成について説明する。
図４は、本実施形態における脈波検出部４０の一例を示す回路図である。
図４に示すように、脈波検出部４０は、ホイートストンブリッジ回路４１と、差動増幅回路４２とを備えている。

ホイートストンブリッジ回路４１は、圧力センサ１０が有する抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。
抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ１に接続されており、キャビティ５内と空気室３３内の差圧に応じて抵抗値が変化する。抵抗Ｒ１は、例えば、ピエゾ抵抗（ドープ層６）である。また、抵抗Ｒ２は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。

また、抵抗Ｒ３は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１は、圧力センサ１０内に構成されており、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４は、圧力センサ１０の外部に備えられた外付け抵抗である。また、抵抗Ｒ２は、例えば、抵抗Ｒ１と温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、圧力センサ１０内に構成されてもよいし、圧力センサ１０の近傍の外部に備えられてもよい。なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との温度特性を一致させることにより、脈波検出部４０は、温度変動による検出結果への影響を低減することができる。

差動増幅回路４２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号Ｓとして出力する。なお、この電位差は、ドープ層６（ピエゾ抵抗）の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバー３の変位に基づいた値となる。差動増幅回路４２は、反転入力端子（－端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。
なお、外部電極７Ａは、抵抗Ｒ１の第１端として機能し、電圧Ｖｃｃの供給線が接続される。外部電極７Ｂは、抵抗Ｒ１の第２端及び抵抗Ｒ２の第１端として機能し、ノードＮ１を介して差動増幅回路４２の反転入力端子（－端子）が接続される。

次に、本実施形態による脈波センサ１の動作について説明する。
図１に示すように、アタッチメント部３０の開口部３４を、手首ＷＲの測定箇所（例えば、橈骨動脈ＢＶの位置）の皮膚ＳＫに押し当てると、アタッチメント部３０の第２層３２が弾性変形して、アタッチメント部３０が皮膚ＳＫに密着される。これにより、空気室３３の気密性が確保され、橈骨動脈ＢＶの脈動によって生じる動脈上部の皮膚変位が、空気室３３の内部の圧力変化に変換される。

次に、圧力センサ１０のカンチレバー３は、空気室３３の内部の圧力変化に応じて撓み変形する。これにより、カンチレバー３に形成された抵抗Ｒ１が、カンチレバー３の撓み変形に応じて抵抗値が変化する。そして、脈波検出部４０のホイートストンブリッジ回路４１は、抵抗Ｒ１の抵抗値の変化を検出し、差動増幅回路４２が、当該抵抗値の変化を増幅して出力する。その結果、脈波検出部４０は、図５に示すような、脈波の検出結果を出力する。

図５は、本実施形態における脈波センサ１の検出結果の一例を示す図である。
この図において、グラフの縦軸は、検出信号の電圧［Ｖ］を示し、横軸は、時間［ｓｅｃ（秒）］を示している。また、波形Ｗ１は、脈波センサ１による脈波の検出結果を示している。脈波センサ１は、図５の波形Ｗ１に示すような、脈波の検出結果を出力する。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１は、センサ基板２０と、アタッチメント部３０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０とを備える。センサ基板２０は、皮膚ＳＫ（生体表面）に対して対向配置された状態で手首ＷＲに固定される。アタッチメント部３０は、センサ基板２０に対して一体に組み合わされるとともに、皮膚ＳＫ側（生体表面側）に開口した開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てることで密閉される空気室３３を内部に有する。圧力センサ１０は、センサ基板２０に支持されるとともに、空気室３３の内部の圧力変化に応じて変位する。脈波検出部４０は、圧力センサ１０の変位に基づいて橈骨動脈ＢＶ（測定対象血管）の脈波を検出する。そして、アタッチメント部３０は、第１層３１と、第２層３２とを備える。第１層３１は、センサ基板２０を支持するとともに、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に空気室３３を保持する。第２層３２は、第１層３１の開口部３４側に配置され、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に弾性変形し、第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成されている。

すなわち、本実施形態による脈波センサ１は、アタッチメント部３０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０とを備える。アタッチメント部３０は、生体表面に押し当てられる開口部３４と、内部に空気室３３を保持する第１層３１と、第１層３１の開口部３４側に配置され第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成された第２層３２と、からなる。圧力センサ１０は、空気室３３の内部の圧力変化に応じて変位する。脈波検出部４０は、圧力センサ１０の変位に基づいて測定対象血管（例えば、橈骨動脈ＢＶ）の脈波を検出する。

これにより、本実施形態による脈波センサ１は、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てる際にアタッチメント部３０の第２層３２が弾性変形するため、例えば、被測定部位の表面形状や、腱及び筋肉どなどの皮下組織の体動などが生じた場合であっても、空気室３３の気密性を確保することができる。また、これにより、空気室３３の気密性が向上するため、本実施形態による脈波センサ１は、使用者に負担をかけず、且つ、脈動に影響を与えるような圧力を血管にかけない、弱い皮膚ＳＫへの押し当てにより、脈波を検出することができる。また、本実施形態による脈波センサ１は、アタッチメント部３０の第１層３１が、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に空気室３３を保持するため、空気室３３内の体積が一定になり、例えば、橈骨動脈ＢＶの脈動によって生じる動脈上部の皮膚変位による空気室３３の内部の圧力変化を感度よく検出することができる。よって、本実施形態による脈波センサ１は、長時間感度よく脈波を検出することができる。

また、本実施形態では、第２層３２は、皮膚ＳＫの弾性と等しい弾性になるように形成されている。なお、ここでの皮膚ＳＫの弾性と等しい弾性とは、皮膚ＳＫの弾性と略等しい弾性も含まれる。
これにより、本実施形態による脈波センサ１は、さらにアタッチメント部３０の密着度を向上させることができるため、空気室３３の気密性をさらに向上させることができる。また、第２層３２の弾性が、皮膚ＳＫの弾性と同等であるため、皮膚ＳＫに過度の負担を与えずに、脈波を検出することができる。

また、本実施形態では、圧力センサ１０は、空気室３３内に連通する連通孔（貫通孔２２）が形成されたＳＯＩ基板５０と、連通孔（貫通孔２２）を覆うようにＳＯＩ基板５０に片持ち状態で接続され、連通孔（貫通孔２２）を通じた空気室３３の内部の内圧変化に応じて撓み変形するカンチレバー３と、を備える。カンチレバー３は、基板の平面視で、所定のギャップ（例えば、ギャップＧ１）をあけた状態で連通孔（貫通孔２２）の内側に配置されることで、連通孔（貫通孔２２）を部分的に覆うように形成されている。脈波検出部４０は、カンチレバー３の撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗を含む抵抗値変化検出回路（例えば、ホイートストンブリッジ回路４１）を有し、変位検出抵抗（抵抗Ｒ１）の抵抗値変化に対応した抵抗値変化検出回路からの出力信号に基づいて脈波を検出する。すなわち、圧力センサ１０は、空気室３３の内部の圧力変化に応じて撓み変形するカンチレバー３を備える。脈波検出部４０は、カンチレバー３の撓み変形に応じて抵抗値が変化する抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）を含むホイートストンブリッジ回路４１を有し、抵抗Ｒ１（変位検出抵抗）の抵抗値変化に対応したホイートストンブリッジ回路４１からの出力信号に基づいて脈波を検出する。
これにより、本実施形態による脈波センサ１は、空気室３３の内部の圧力変化をカンチレバー３の撓み変形に応じて抵抗値を変化として検出できるため、ホイートストンブリッジ回路４１という簡易な構成により、高感度（高精度）に脈波を検出することができる。

また、本実施形態では、圧力センサ１０は、内部にキャビティ５が形成されるキャビティ筐体２１と、キャビティ５の内部と空気室３３とを連通する連通孔（例えば、ギャップＧ１）と、カンチレバー３とを備える。カンチレバー３は、連通孔を除いてキャビティ５の開口面を塞ぐように基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ５の内部と外部（空気室３３）との圧力差に応じて撓み変形する。
これにより、圧力センサ１０が、空気室３３の微小な圧力変化をカンチレバー３により検出することができるため、本実施形態による脈波センサ１は、さらに高感度（高精度）に脈波を検出することができる。

また、本実施形態では、皮膚ＳＫ（生体表面）と直交方向の第１層３１の厚み（図１に示す長さａ）が２ｍｍ以上であり、直交方向の第２層３２の厚み（図１に示す長さｂ）が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、直交方向の第１層３１と第２層３２との合計の厚み（ａ＋ｂ）が１５ｍｍ以下である。
上述した第１層３１の厚み（ａ）が薄すぎる（短すぎる）と、空気室３３内に皮膚ＳＫの一部が入り込み検出感度が低下する場合がある。また、第２層３２の厚み（ｂ）が薄い（短い）と、空気室３３の気密性が確保できなくなる場合がある。また、第１層３１の厚み（ａ）及び第２層３２の厚み（ｂ）が厚すぎる（長すぎる）と、空気室３３の体積が大きくなることで、皮膚ＳＫの変位に対する空気室３３の内部の圧力変化が小さくなるため、検出感度が低下する場合がある。そのため、本実施形態による脈波センサ１は、第１層３１の厚み（ａ）及び第２層３２の厚み（ｂ）を上述した範囲になるように構成することで、脈波の検出を感度よく最適に行うことができる。

また、本実施形態では、開口部３４の開口面における空気室３３の幅（図１に示す長さｃ）が、４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
一般に、例えば、橈骨動脈ＢＶの血管幅が、２ｍｍ～４ｍｍの範囲内とされているため、上述した範囲になるように構成することで、本実施形態による脈波センサ１は、例えば、橈骨動脈ＢＶに対して、脈波の検出を感度よく適切に行うことができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による脈波センサ１ａについて説明する。
脈波を検出する際に、血管の周辺に、筋肉や腱などの皮下組織（生体組織）が存在すると、皮膚ＳＫと、アタッチメント部３０の第２層３２との間に隙間が生じて、アタッチメント部３０の密着性が低下する場合がある。そこで、本実施形態では、筋肉や腱などの皮下組織（生体組織）が存在する場合の変形例について説明する。

図６は、本実施形態による脈波センサ１ａの一例を示す構成図である。図６（ａ）は、本実施形態による脈波センサ１ａの断面図であり、図６（ｂ）は、本実施形態におけるアタッチメント部３０ａの第２層３２ａの一例を示す平面図である。
なお、図６において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、脈波センサ１ａは、圧力センサ１０と、センサ基板２０と、アタッチメント部３０ａと、脈波検出部４０とを備えている。
また、アタッチメント部３０ａは、筒状に形成されており、第１層３１と、第２層３２ａとを備えている。本実施形態では、第２層３２ａの構成が異なる点を除いて、基本的には、第１の実施形態の構成と同様である。

第２層３２ａは、第１層３１の開口部３４側に配置され、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に弾性変形し、第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成される。第２層３２ａは、例えば、ゴム、シリコン、ウレタン樹脂のゲルなどであり、皮膚ＳＫと同程度に柔らかさを有している。第２層３２ａは、橈骨動脈ＢＶの周辺の生体組織（例えば、筋肉や腱）による皮膚ＳＫの凸部を覆うように配置された凹部３５を皮膚ＳＫ側に備えている。
なお、橈骨動脈ＢＶの周辺には、長掌筋腱ＴＮが存在し、皮膚ＳＫの表面に長掌筋腱ＴＮによる凸部が生じることがある。第２層３２ａは、この長掌筋腱ＴＮによる皮膚ＳＫの凸部を覆うように、窪み状の部分である凹部３５を皮膚ＳＫ側に備えている。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１ａは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ａとを備え、アタッチメント部３０ａは、第１層３１と、第２層３２ａとを備える。第２層３２ａは、長掌筋腱ＴＮによる皮膚ＳＫの凸部を覆うように、窪み状の部分である凹部３５を皮膚ＳＫ側に備える。
これにより、本実施形態による脈波センサ１ａは、例えば、筋肉や腱などの周辺の生体組織（皮下組織）による凸部を第２層３２ａの凹部３５により覆うことで、例えば、橈骨動脈ＢＶ（測定対象血管）の周辺に筋肉や腱などの生体組織がある場合であっても、第２層３２ａと皮膚ＳＫとの密着性を維持することができる。これにより、本実施形態による脈波センサ１ａは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、空気室３３の気密性をさらに向上させることができる。また、本実施形態による脈波センサ１ａは、筋肉や腱などの生体組織（皮下組織）がアタッチメント部３０ａによって圧迫されることによる利用者の不快感や苦痛を低減することができる。

［第３の実施形態］
次に、図面を参照して、第３の実施形態による脈波センサ１ｂについて説明する。
本実施形態では、筋肉や腱などの皮下組織（生体組織）が存在する場合における、上述した第２の実施形態とは別の変形例について説明する。

図７は、本実施形態による脈波センサ１ｂの一例を示す構成図である。図７（ａ）は、本実施形態による脈波センサ１ｂの断面図であり、図７（ｂ）は、本実施形態におけるアタッチメント部３０ｂの第２層３２ｂの一例を示す平面図である。
なお、図７において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７（ａ）に示すように、脈波センサ１ｂは、圧力センサ１０と、センサ基板２０と、アタッチメント部３０ｂと、脈波検出部４０とを備えている。
また、アタッチメント部３０ｂは、筒状に形成されており、第１層３１と、第２層３２ｂとを備えている。本実施形態では、第２層３２ｂの構成が異なる点を除いて、基本的には、第１の実施形態の構成と同様である。

第２層３２ｂは、第１層３１の開口部３４側に配置され、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に弾性変形し、第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成される。第２層３２ｂは、橈骨動脈ＢＶの周辺の生体組織（例えば、筋肉や腱）による皮膚ＳＫの凸部を覆うように配置された、第２層３２ｂの主部材（主部材部分３２ｂ－１）よりも柔らかい部材の緩和部分３２ｂ－２を備えている。すなわち、第２層３２ｂは、主部材部分３２ｂ－１と、緩和部分３２ｂ－２とを備え、緩和部分３２ｂ－２の弾性は、主部材部分３２ｂ－１の弾性よりも低くなるように構成されている。
図７（ｂ）に示すように、第２層３２ｂを平面視した場合に、第２層３２ｂには、長掌筋腱ＴＮを覆うように、アタッチメント部３０ｂの緩和部分３２ｂ－２が配置されている。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１ｂは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ｂを備え、アタッチメント部３０ｂは、第１層３１と、第２層３２ｂとを備える。第２層３２ｂは、橈骨動脈ＢＶの周辺の生体組織（例えば、長掌筋腱ＴＮ）による皮膚ＳＫの凸部を覆うように配置された、第２層３２ｂの主部材（主部材部分３２ｂ－１の部材）よりも柔らかい部材の緩和部分３２ｂ－２を備える。
これにより、本実施形態による脈波センサ１ｂは、例えば、筋肉や腱などの周辺の生体組織（皮下組織）による凸部を第２層３２ｂの緩和部分３２ｂ－２により覆うことで、例えば、橈骨動脈ＢＶ（測定対象血管）の周辺に筋肉や腱などの生体組織がある場合であっても、第２層３２ｂと皮膚ＳＫとの密着性を維持することができる。これにより、本実施形態による脈波センサ１ｂは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、空気室３３の気密性をさらに向上させることができる。また、本実施形態による脈波センサ１ｂは、筋肉や腱などの生体組織（皮下組織）がアタッチメント部３０ｂによって圧迫されることによる利用者の不快感や苦痛を低減することができる。

［第４の実施形態］
次に、図面を参照して、第４の実施形態による脈波センサ１ｃについて説明する。
本実施形態では、使用者の体動などにより、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てる圧力が低下した場合でも、空気室３３の気密性を保持するための変形例について説明する。

図８は、本実施形態による脈波センサ１ｃの一例を示す構成図である。
なお、図８において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８に示すように、脈波センサ１ｃは、圧力センサ１０と、センサ基板２０と、アタッチメント部３０ｃと、脈波検出部４０とを備えている。
また、アタッチメント部３０ｃは、筒状に形成されており、第１層３１と、第２層３２ｃとを備えている。本実施形態では、第２層３２ｃの構成が異なる点を除いて、基本的には、第１の実施形態の構成と同様である。

第２層３２ｃは、第１層３１の開口部３４側に配置され、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に弾性変形し、第１層３１よりも柔らかい弾性体で構成される。第２層３２ｃは、皮膚ＳＫ側の先端に向かって内側に細くなるテーパ部ＴＰを備えている。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１ｃは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ｃを備え、アタッチメント部３０ｃは、第１層３１と、第２層３２ｃとを備える。第２層３２ｃは、皮膚ＳＫ側の先端に向かって内側に細くなるテーパ部ＴＰを備えている。
これにより、アタッチメント部３０ｃは、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てた際に、内側の開口面が外側の開口面よりも押圧が高くなるため、開口部３４の内側がより高くなる。そのため、本実施形態による脈波センサ１ｃは、弱い力でより高い密着度をえることができる。よって、本実施形態による脈波センサ１ｃは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、例えば、使用者の体動などにより、開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てる圧力が低下した場合でも、空気室３３の気密性を保持することができる。

［第５の実施形態］
次に、図面を参照して、第５の実施形態による脈波センサ１ｄについて説明する。
本実施形態では、アタッチメント部３０の第２層３２を、付け替え可能（開口部３４を皮膚ＳＫに押し当てる圧力が低下した場合でも、空気室３３の気密性を保持するための変形例について説明する。

図９は、本実施形態による脈波センサ１ｄの一例を示す構成図である。
なお、図９において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９に示すように、脈波センサ１ｄは、圧力センサ１０と、センサ基板２０と、アタッチメント部３０ｄと、脈波検出部４０とを備えている。
また、アタッチメント部３０ｄは、筒状に形成されており、第１層３１と、第２層３２と、支持層３６と、粘着層３７とを備えている。本実施形態では、第１層３１と第２層３２と間に、支持層３６及び粘着層３７を備えている点が異なる点を除いて、基本的には、第１の実施形態の構成と同様である。

支持層３６は、第２層３２の第１層３１側の面に配置され、第２層３２を支持する。支持層３６は、皮膚ＳＫと同等程度に柔らかい弾性体である第２層３２を支持するために、第２層３２よりも固い部材（弾性の低い部材）で構成されている。
粘着層３７は、第１層３１と支持層３６とを空気室３３の気密を保持しつつ着脱可能に固定する。
なお、本実施形態における第２層３２は、粘着層３７の部分から取り外し可能（着脱可能）であり、必要に応じて、第２層３２を付け替えることができる。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１ｄは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ｄとを備え、アタッチメント部３０ｄは、第１層３１と、第２層３２とを備えるとともに、第１層３１と第２層３２との間に、第２層３２を支持する支持層３６と、第１層３１と支持層３６とを空気室３３の気密を保持しつつ着脱可能に固定する粘着層３７とを備える。

これにより、本実施形態による脈波センサ１ｄは、第２層３２を付け替えることができるため、例えば、複数の柔らかさの第２層３２を用意しておいて、使用者の皮膚ＳＫの柔らかさや好みに応じて、第２層３２を付け替えて脈波を検出することができる。また、本実施形態による脈波センサ１ｄは、使用者ごとに毎回、第２層３２を付け替えることで、感染症などのリスクを低減しつつ、脈波を検出することができる。よって、本実施形態による脈波センサ１ｄは、利便性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、アタッチメント部３０ｄが、支持層３６を備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、粘着層３７と第２層３２との間で、取り外しできる構成が可能であれば、支持層３６を備ない形態であってもよい。

［第６の実施形態］
次に、図面を参照して、第６の実施形態による脈波センサ１ｅについて説明する。
本実施形態では、アタッチメント部３０の第２層３２の形状の変形例について説明する。

図１０は、本実施形態における第２層３２ｅ（３２ｆ）の一例を示す平面図である。
図１０（ａ）は、本実施形態の第１の変形例である第２層３２ｅの平面図を示している。
なお、本実施形態において、脈波センサ１ｅの構成は、第２層３２ｅの平面視の形状が異なる点を除いて、第１の実施形態の脈波センサ１と同様であるため、ここではその説明を省略する。

本実施形態による脈波センサ１ｅは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ｅとを備え、アタッチメント部３０ｅは、第１層３１と第２層３２ｅを備えている。
第２層３２ｅの開口部３４の内側形状は、図１０（ａ）に示すように、平面視で角丸四角形状（角丸長方形状）になるように構成されている。この開口部３４の内側形状は、４辺のうちの対抗する２辺が、交差方向Ｍ２と平行に配置され、走行方向Ｍ１の辺の長さが、交差方向Ｍ２の辺の長さよりも長い長方形状となっている。なお、開口部３４の内側形状は、角丸長方形状の代わりに、長方形状であってもよい。

また、本実施形態による脈波センサ１ｅは、アタッチメント部３０ｅの代わりにアタッチメント部３０ｆを備え、アタッチメント部３０ｆは、第２層３２ｅの代わりに、第２層３２ｆを備えている。第２層３２ｆの開口部３４の内側形状は、図１０（ｂ）に示すように、正方形（角丸正方形）であってもよい。なお、図１０（ｂ）は、本実施形態の第２の変形例である第２層３２ｆの平面図を示している。

次に、図１１を参照して、本実施形態による脈波センサ１ｅの効果について説明する。
図１１は、本実施形態における効果を説明する図である。この図において、比較のために、第１の実施形態のアタッチメント部３０（第２層３２）の平面図を併記している。
図１１に示すように、使用者の体動によって、測定対象血管の位置が、橈骨動脈ＢＶ１の位置から橈骨動脈ＢＶ２の位置にずれた場合に、第１の実施形態のアタッチメント部３０（第２層３２）では、空気室３３に接する血管の面積が、面積Ｓ１から面積Ｓ２に減少する。そのため、第１の実施形態の脈波センサ１では、検出感度が低下することがある。

これに対して、本実施形態によるアタッチメント部３０ｅ（第２層３２ｅ）では、測定対象血管の位置が、橈骨動脈ＢＶ１の位置から橈骨動脈ＢＶ２の位置にずれた場合に、空気室３３に接する血管の面積が、面積Ｓ３から面積Ｓ４になる。しかしながら、面積Ｓ３と面積Ｓ４とはほぼ等しいため、第１の実施形態の脈波センサ１では、検出感度が低下することはなく、安定して脈波を検出することができる。

以上説明したように、本実施形態による脈波センサ１ｅは、センサ基板２０と、圧力センサ１０と、脈波検出部４０と、アタッチメント部３０ｅとを備える。アタッチメント部３０ｅの開口部３４の内側形状は、平面視で四角形状又は角丸四角形状になるように構成されている。
これにより、本実施形態による脈波センサ１ｅは、例えば、使用者の体動やアタッチメント部３０ｅの位置ずれによる検出不具合を低減することができ、安定して脈波を検出することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態は、単独で実施される例を説明したが、各実施形態の一部又は全部を組み合わせて実施するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態において、アタッチメント部３０（３０ａ～３０ｅ）が円筒状に形成されている例を説明したが、これに限定されるものではなく、四角形状（立方形状）の有底箱状に形成されてもよい。また、キャビティ筐体２１は、四角形状（立方形状）の有底箱状に形成される例を説明したが、これに限定されるものではなく、円筒状の有底箱状に形成されていてもよい。

また、上記の各実施形態において、人体の腕部を走行する橈骨動脈ＢＶを測定対象血管として、手首ＷＲに装着する脈波センサ１（１ａ～１ｅ）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。脈波センサ１（１ａ～１ｅ）は、例えば、腕部を巻回するように固定ベルトを取り付けることで、腕部により脈波を検出するようにしてもよい。この場合、測定対象血管としては、橈骨動脈ＢＶに限定されるものではなく、例えば尺骨動脈或いは上腕動脈であってもよい。
また、脈波センサ１（１ａ～１ｅ）は、例えば、人体の脚部の巻回するように固定ベルトを取り付けることで、脚部により脈波を検出するようにしてもよい。この場合、測定対象血管としては、例えば、大腿動脈であってもよい。また、脈波センサ１（１ａ～１ｅ）は、例えば、家畜等の飼育動物或いは実験動物等に装着して、脈波を検出するようにしてもよい。

また、上記の第２及び第３の実施形態において、筋肉や腱などの生体組織の一例として、長掌筋腱ＴＮに対応する凹部３５又は緩和部分３２ｂ－２を適用する例を説明したが、これに限定されるものではなく、他の筋肉や腱などの生体組織に対応した凹部３５又は緩和部分３２ｂ－２を適用するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態において、圧力センサ１０の一例として、カンチレバー３を利用したセンサを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、空気室３３の内部の圧力変化に応じて変位するセンサであれば、その他の構造を採用してもよい。
例えば、空気室３３の内部の圧力変化に応じて変位する薄膜のダイヤフラムを有する圧力センサを採用してもよい。
また、上記の各実施形態において、圧力センサ１０は、キャビティ筐体２１を備える例（キャビティ５を有する例）について説明したが、これに限定されるものではなく、キャビティ筐体２１を備えていない（キャビティ５を有していない）構成であってもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 脈波センサ
２ レバー本体
３ カンチレバー
３ａ 先端部
３ｂ 基端部
４ レバー支持部
５ キャビティ
６ ドープ層（ピエゾ抵抗）
７、７Ａ、７Ｂ 外部電極
１０ 圧力センサ
２０ センサ基板
２１ キャビティ筐体
２２ 貫通孔
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ アタッチメント部
３１ 第１層
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｅ、３２ｆ 第２層
３２ｂ－１ 主部材部分
３２ｂ－２ 緩和部分
３３ 空気室
３４ 開口部
３５ 凹部
３６ 支持層
３７ 粘着層
４０ 脈波検出部
４１ ホイートストンブリッジ回路
４２ 差動増幅回路
５０ ＳＯＩ基板
５１ シリコン支持層
５２ 絶縁層
５３ シリコン活性層
ＢＶ、ＢＶ１、ＢＶ２ 橈骨動脈
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ギャップ
ＳＫ 皮膚
ＴＮ 長掌筋腱
ＴＰ テーパ部
ＷＲ 手首

Claims (6)

1. 生体表面に押し当てられる開口部と、内部に空気室を保持する第１層と、前記第１層の前記開口部側に配置され前記第１層よりも柔らかい弾性体で構成された第２層と、からなるアタッチメント部と、
   前記空気室の内部の圧力変化に応じて変位する圧力センサと、
   前記圧力センサの変位に基づいて測定対象血管の脈波を検出する脈波検出部と
   を備え、
   前記第２層は、前記生体表面側の先端に向かって内側に細くなるテーパ部を備える
   ことを特徴とする脈波センサ。
2. 前記アタッチメント部は、
   前記第１層と前記第２層との間に、前記第２層を支持する支持層と、前記第１層と前記支持層とを前記空気室の気密を保持しつつ着脱可能に固定する粘着層と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
3. 前記第２層は、前記生体表面の弾性と等しい弾性になるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脈波センサ。
4. 前記圧力センサは、
   前記空気室内に連通する連通孔が形成された基板と、
   前記連通孔を覆うように前記基板に片持ち状態で接続され、前記連通孔を通じた前記空気室の内部の内圧変化に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   を備え、
   前記カンチレバーは、前記基板の平面視で、所定のギャップをあけた状態で前記連通孔の内側に配置されることで、前記連通孔を部分的に覆うように形成され、
   前記脈波検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗を含む抵抗値変化検出回路を有し、前記変位検出抵抗の抵抗値変化に対応した前記抵抗値変化検出回路からの出力信号に基づいて前記脈波を検出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の脈波センサ。
5. 前記生体表面と直交方向の前記第１層の厚みが２ｍｍ以上であり、前記直交方向の前記第２層の厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、前記直交方向の前記第１層と前記第２層との合計の厚みが１５ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脈波センサ。
6. 前記開口部の開口面における前記空気室の幅が、４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の脈波センサ。

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