JP7416317B2 - 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ - Google Patents
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Description
本発明者が検討した結果、導電性エラストマー層を有するシート電極において、導電性および洗濯耐性の点で改善の余地があることが判明した。
柔軟性基材と、
前記柔軟性基材に設けられた導電性エラストマー層と、
を備え、
前記導電性エラストマー層が、
前記柔軟性基材の内部に含浸している含浸層、および前記柔軟性基材の内部に含浸していない積層を備える、
柔軟性シート電極が提供される。
上記の柔軟性シート電極を備える、ウェアラブル生体電極が提供される。
上記のウェアラブル生体電極を備える、生体センサが提供される。
詳細なメカニズムは定かではないが、含浸層がアンカー効果により積層を柔軟性基材に密着させる状態を維持できるため、繰り返しの洗濯あるいは繰り返しの伸縮・屈曲などの変形後においても、導電性エラストマー層と柔軟性基材との剥離を抑制でき、さらには表面抵抗値の変動を抑制できるものと考えられる。
このようなウェアラブル生体電極は、基材の伸縮や曲げ等の変形時においても、柔軟性シート電極における断線が抑制され、安定的に生体電位の測定が可能となる。また、基材変形時においても、柔軟性シート電極の柔軟性基材からの剥離発生が抑制され、互いの密着性が維持される。
図1は、柔軟性シート電極1の構成の一例を示す上面図である。図1(a)は、柔軟性シート電極1の(b)のA-A断面図、(b)は柔軟性シート電極1の上面図である。
積層23は、形成された領域における柔軟性基材10の表面全体を被覆し、表面が平滑面で構成されてもよい。
厚みの測定方法は、柔軟性シート電極1を積層方向に切断し、その断面の一つを電子顕微鏡で観察して、例えば1mm×1mmの所定領域のSEM画像を取得し、そのSEM画像に基づいて、導電性エラストマー層20が柔軟性基材の内部に含浸している含浸層21の厚み(T1)、導電性エラストマー層20が柔軟性基材の内部に含浸していない積層23の厚み(T2)、柔軟性基材10の厚み(T3)を求める方法を採用できる。
T1/T2の下限は、例えば、0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上である。これにより、導電性エラストマー層と柔軟性基材との密着性や洗濯耐性を高められる。
T1/T2の上限は、例えば、100以下、好ましくは50以下、より好ましくは30以下である。これにより、導電性を高められる。
T1/T3の下限は、例えば、0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上である。これにより、導電性エラストマー層と柔軟性基材との密着性や洗濯耐性を高められる。
T1/T3の上限は、例えば、1以下、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下である。これにより、柔軟性シート電極の柔軟性の低下を抑制できる。
導電性エラストマー層20の付着量の上限は、例えば、300mg/cm2以下、好ましくは250mg/cm2以下、より好ましくは200mg/cm2以下である。これにより、柔軟性シート電極の柔軟性の低下を抑制できる。
この延在方向に伸長させたとき、伸縮性を有するとは、伸長率が、例えば、10%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは50%以上まで伸長可能であり、かつ、その伸長率時において導電性エラストマー層20が断線しない状態を意味する。
一方、R2/R1の下限は、特に限定されないが、1.0以上でもよく、好ましくは1.1以上でもよい。
また、導電性エラストマー層20は、導電性エラストマーを含む導電性ペーストを用いた印刷方法で形成されてもよい。すなわち、導電性エラストマー層20の一例は、導電性ペーストの印刷層で構成される。このため、シート電極デザインの設計自由度に優れた柔軟性シート電極を提供できる。
一方、繊維基材の目付の上限は、例えば、500g/m2以下、好ましくは400g/m2以下、より好ましくは350g/m2以下である。これにより、柔軟性の低下を抑制できる。また、導電性エラストマー層の含浸度合を高められる。
柔軟性基材10の厚みT3の下限は、機械的強度の観点から、例えば、10μm以上、好ましくは50μm以上、より好ましくは100μm以上である。
導電性エラストマー材料の形態は、ペーストでも、フィルムでもよい。含浸方法は、形態に応じて、公知の手法から選択できる。
含浸方法は、スクリーン加工、ディッピング加工、コーティング加工、カレンダー加工、ラミネート加工、真空含浸加工等が挙げられる。これらの加工において、ブレード、ローラー、プレスなどを用いて、必要なら加熱して、導電性エラストマー材料を柔軟性基材10の内部に導入させることが可能である。
まず、作業台上に支持体を設置し、その支持体上に柔軟性基材10を置く。
続いて、柔軟性基材10上に所定の開口パターン形状を有するマスクを配置する。
続いて、柔軟性シート電極1上に、マスクを介して、導電性ペーストを、スキージを用いて塗工する。
その後、導電性ペーストに硬化処理を施す。としては、シリコーンゴム系硬化性組成物を含む導電性ペーストの場合、例えば、硬化温度を160℃~220℃、硬化時間を1時間~3時間等とすることができる。硬化処理後または硬化処理前に、マスクを取り外す。
その後、柔軟性基材10支持体を分離し、柔軟性シート電極1が得られる。
図3は、ウェアラブル生体電極100の構成の一例を示す上面図である。図4は、図3のB-B断面図である。
ウェアラブル生体電極100は、柔軟性基材10および導電性エラストマー層20を有する柔軟性シート電極1を備える。
本明細書において、シート状とは、導電性エラストマー層20の厚みをD(mm)、導電性エラストマー層20の上面視における一面22の面積をS(mm2)としたとき、S、Dが、例えば、50≦S/D、好ましくは200≦S/D、より好ましくは400≦S/Dである。S/Dの上限は、被験者の測定部位に応じて設定すればよく、特に限定されないが、例えば、S/D≦107でもよい。
外部接続部30は、導電性エラストマー層20と反対側の柔軟性基材10に設けられている。例えば、図2の外部接続部30は、柔軟性基材10の他面13上に形成される。これによりウェアラブル生体電極100の使用時に外部接続部30が、導電性エラストマー層20とともに身体に接触することを防止し、生体電気信号の検出の妨げになることを抑制できる。
図4の外部接続部30は、オス型スナップボタンであり、金属製の取付具である取付板32および取付ピン34を用いて柔軟性基材10に固定される。外部接続部30と取付板32とで柔軟性基材10を挟み込む固定方法によって、外部接続部30の固定位置の位置ずれを抑制できる。
取付ピン34は、導電性エラストマー層20の一部、例えば、接続部26に接触し、導電性エラストマー層20と外部接続部30との導通を図ることができる。
また、電子部品として、加速センサ、温度センサ、圧力センサなどの他のセンサを併用してもよい。
図5の生体センサ200は、ウェアラブル生体電極100、コネクタ210、ケーブル220、センサモジュール230、コンピュータ240を備える。
ケーブル220は、コネクタ210と、電子部品であるセンサモジュール230およびコンピュータ240とを電気的に接続する。
センサモジュール230は、心電波形測定の場合、ECGセンサモジュールを使用できる。センサモジュール230は、外部のRF源、ライン周波数、電気ノイズからの干渉を抑制する電気回路を有し、生体電気信号の測定時におけるノイズを抑制できる。
コンピュータ240は、生体電気信号を取得し、表面筋電・心電・皮膚電位・脳波等の生体電位の波形を生成・出力できる。コンピュータ240は、CPU、周辺部品、入出力インタフェース、コネクタなどを備えるプリント基板で構成されたシングルボードコンピュータを使用してもよい。
の生体信号測定システムは、生体センサを備えるものである。生体信号測定システムは、生体センサから受けたデータを、表示、解析または保存するシステム(測定装置)であり得る。
ウェアラブル生体電極100は、柔軟性基材10および導電性エラストマー層20が交互に積層した多層配線構造を有してもよい。
外部接続部30は、機械的手法にて柔軟性基材10に設置されるが、接着剤などを用いて化学的手法にて設置されてもよい。
この絶縁性エラストマーおよび導電性エラストマーが、同一のエラストマー材料を含むように構成されてもよい。
絶縁性エラストマーは、エラストマー材料単独で構成されてもよく、エラストマー材料及び非導電性フィラーを含むように構成されてもよい。絶縁性エラストマーの一例は、シリコーンゴムを含み、好ましくはシリコーンゴム及び非導電性フィラーを含む。シリコーンゴムは、エラストマーの中でも、化学的に安定であり、また、機械的強度にも優れる。
この中でも、衛生面の観点から、エラストマー材料として、生体適合性が高いシリコーンゴムを用いることが好ましい。
導電性エラストマーの好ましい一例は、シリコーンゴム及び導電性フィラーを含む。これにより、導電性エラストマーの伸縮性及び導通性を高められる。
また、導電性エラストマー層20は、銀粉および非導電性フィラーとしてシリカ粒子を含んでもよい。これにより、導電性エラストマー層20の伸縮耐久性を向上できる。
また、同一のシリコーンゴムを含む場合、このシリコーンゴムがビニル基含有オルガノポリシロキサンを含むシリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物で構成されてもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を含むことができる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有する直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐構造を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)とに分類され、これらのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
(Ha(R7)3-aSiO1/2)m(SiO4/2)n
(式(c)において、R7は一価の有機基、aは1~3の範囲の整数、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である)
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、必要に応じ、非導電性フィラーとして、シリカ粒子(C)を含むことができる。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、シランカップリング剤(D)を含むことができる。
シランカップリング剤(D)は、加水分解性基を有することができる。加水分解基が水により加水分解されて水酸基になり、この水酸基がシリカ粒子(C)表面の水酸基と脱水縮合反応することで、シリカ粒子(C)の表面改質を行うことができる。
上記式(4)中、nは1~3の整数を表わす。Yは、疎水性基、親水性基またはビニル基を有するもののうちのいずれかの官能基を表わし、nが1の時は疎水性基であり、nが2または3の時はその少なくとも1つが疎水性基である。Xは、加水分解性基を表わす。
シランカップリング剤(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリカ粒子(C)を用いる場合、シリコーンゴム全体としての機械的強度の向上に資することができる。また、シランカップリング剤(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な機械特性を持つことができる。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、白金または白金化合物(E)を含むことができる。
白金または白金化合物(E)は、硬化の際の触媒として作用する触媒成分である。白金または白金化合物(E)の添加量は触媒量である。
また、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物には、上記成分(A)~(E)以外に、水(F)が含まれていてもよい。
さらに、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、上記(A)~(F)成分以外に、他の成分をさらに含むことができる。この他の成分としては、例えば、珪藻土、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウール、マイカ等のシリカ粒子(C)以外の無機充填材、反応阻害剤、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等の添加剤が挙げられる。
次に、本実施形態のシリコーンゴムの製造方法について説明する。
本実施形態のシリコーンゴムの製造方法としては、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製し、このシリコーンゴム系硬化性組成物を硬化させることによりシリコーンゴムを得ることができる。
以下、詳述する。
また、[3]次に、工程[2]で得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、溶剤に溶解させ、導電性フィラーを加えることで導電性ペーストを得ることができる。
導電性ペーストや絶縁性ペーストは、溶剤を含む。
溶剤としては、公知の各種溶剤を用いることができるが、例えば、高沸点溶剤を含むことができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここで用いられる溶媒は、上記の導電性ペースト中の組成成分を均一に溶解ないし分散させることのできる溶媒の中から適宜選択すればよい。
各樹脂の純溶剤および良溶剤と貧溶剤の混合溶剤に対する溶解性を調べ、HSPiPソフトにその結果を入力し、D:分散項、P:極性項、H:水素結合項、R0:溶解球半径を算出する。
このとき、導電性ペーストおよび/又は絶縁性ペーストのチキソ指数の下限値は、例えば、1.0以上であり、好ましくは1.1以上であり、より好ましくは1.2以上である。これにより、印刷法で得られた配線の形状を安定的に保持することができる。一方で、導電性ペーストおよび/又は絶縁性ペーストのチキソ指数の上限値は、例えば、3.0以下であり、好ましくは2.5以下であり、より好ましくは2.0以下である。これにより、ペーストの印刷容易性を向上させることができる。
導電性フィラーとしては、公知の導電材料を用いてもよいが、金属粉(G)を用いてもよい。
金属粉(G)を構成する金属は特に限定はされないが、例えば、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらを合金化した金属粉のうち少なくとも一種類、あるいは、これらのうちの二種以上を含むことができる。
これらのうち、金属粉(G)としては、導電性の高さや入手容易性の高さから、銀または銅を含むこと、すなわち、銀粉または銅粉を含むことが好ましい。
なお、これらの金属粉(G)は他種金属でコートしたものも使用できる。
平均粒径D50をこのような範囲に設定することで、シリコーンゴムとして適度な導電性を発揮することができる。
なお、金属粉(G)の粒径は、たとえば、導電性ペースト、あるいは導電性ペーストを用いて成形したシリコーンゴムについて透過型電子顕微鏡等で観察の上、画像解析を行い、任意に選んだ金属粉200個の平均値として定義することができる。
導電性フィラーの含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴムが適度な導電特性を持つことができる。また、導電性フィラーの含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な柔軟性を持つことができる。
シリコーンゴム系硬化性組成物の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴムが適度な柔軟性を持つことができる。また、シリコーンゴム系硬化性組成物の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムの機械的強度の向上を図ることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 柔軟性基材と、
前記柔軟性基材に設けられた導電性エラストマー層と、
を備え、
前記導電性エラストマー層が
前記柔軟性基材の内部に含浸している含浸層、および前記柔軟性基材の内部に含浸していない積層を備える、
柔軟性シート電極。
2. 1.に記載の柔軟性シート電極であって、
前記含浸層の厚みをT1、前記積層の厚みをT2としたとき、T1、T2が、0.1≦T1/T2≦100を満たすように構成される、柔軟性シート電極。
3. 1.または2.に記載の柔軟性シート電極であって、
前記柔軟性基材の厚みをT3としたとき、T1、T3が、0.01≦T1/T3≦1を満たすように構成される、柔軟性シート電極。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層の付着量が、15mg/cm 2 以上300mg/cm 2 以下である、柔軟性シート電極。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層が、導電性フィラーおよび非導電性フィラーを含む、柔軟性シート電極。
6. 5.に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーが、金属系フィラー、炭素系フィラー、金属酸化物フィラー、および金属メッキフィラーからなる群から選ばれる一または二以上を含む、柔軟性シート電極。
7. 5.または6.に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーが、リン片状の銀粉を含む、柔軟性シート電極。
8. 5.~7.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記非導電性フィラーが、シリカ粒子を含む、柔軟性シート電極。
9. 5.~8.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーの含有量が、前記導電性エラストマー層中、50質量%以上90質量%以下である、柔軟性シート電極。
10. 1.~9.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層が、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムからなる群から選択される一種以上のエラストマー材料を含む、柔軟性シート電極。
11. 1.~10.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層において、未伸長時における表面抵抗値をR1、表面の面内方向の一つに20%伸長したときの表面抵抗値をR2としたとき、R1、R2が、1.0≦R2/R1≦7.0を満たすように構成される、柔軟性シート電極。
12. 1.~11.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極であって、
前記柔軟性基材が繊維基材で構成される、柔軟性シート電極。
13. 12.に記載の柔軟性シート電極であって、
前記繊維基材が、織物または編物である、柔軟性シート電極。
14. 1.~13.のいずれか一つに記載の柔軟性シート電極を備える、ウェアラブル生体電極。
15. 14.に記載のウェアラブル生体電極を備える、生体センサ。
表1に示す原料成分を以下に示す。
(A1-1):第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:下記の合成スキーム1により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造)
(A1-2):第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:下記の合成スキーム2により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造でR1およびR2がビニル基である構造)
(B-1):オルガノハイドロジェンポリシロキサン:モメンティブ社製、「TC-25D」
(C):シリカ微粒子(粒径7nm、比表面積300m2/g)、日本アエロジル社製、「AEROSIL300」
(D-1):ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)、Gelest社製、「HEXAMETHYLDISILAZANE(SIH6110.1)」
(D-2)ジビニルテトラメチルジシラザン、Gelest社製、「1,3-DIVINYLTETRAMETHYLDISILAZANE(SID4612.0)」
(E-1):白金化合物 (モメンティブ社製、商品名「TC―25A」)
(F):純水
(G1):銀粉、徳力化学研究所社製、商品名「TC-101」、メジアン径d50:8.0μm、アスペクト比16.4、平均長径4.6μm
[合成スキーム1:第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)の合成]
下記式(5)にしたがって、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を合成した。
すなわち、Arガス置換した、冷却管および攪拌翼を有する300mLセパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)、カリウムシリコネート0.1gを入れ、昇温し、120℃で30分間攪拌した。なお、この際、粘度の上昇が確認できた。
その後、155℃まで昇温し、3時間攪拌を続けた。そして、3時間後、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン0.1g(0.6mmol)を添加し、さらに、155℃で4時間攪拌した。
さらに、4時間後、トルエン250mLで希釈した後、水で3回洗浄した。洗浄後の有機層をメタノール1.5Lで数回洗浄することで、再沈精製し、オリゴマーとポリマーを分離した。得られたポリマーを60℃で一晩減圧乾燥し、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を得た(Mn=2.2×105、Mw=4.8×105)。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.04モル%であった。
上記(A1-1)の合成工程において、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)に加えて2,4,6,8-テトラメチル2,4,6,8-テトラビニルシクロテトラシロキサン0.86g(2.5mmol)を用いたこと以外は、(A1-1)の合成工程と同様にすることで、下記式(6)のように、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)を合成した(Mn=2.3×105、Mw=5.0×105)。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.93モル%であった。
以下の手順に従って、サンプル1のシリコーンゴム系硬化性組成物を調整した。
まず、下記の表1に示す割合で、90%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)、シランカップリング剤(D)および水(F)の混合物を予め混練し、その後、混合物にシリカ粒子(C)を加えてさらに混練し、混練物(シリコーンゴムコンパウンド)を得た。
ここで、シリカ粒子(C)添加後の混練は、カップリング反応のために窒素雰囲気下、60~90℃の条件下で1時間混練する第1ステップと、副生成物(アンモニア)の除去のために減圧雰囲気下、160~180℃の条件下で2時間混練する第2ステップとを経ることで行い、その後、冷却し、残り10%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)を2回に分けて添加し、20分間混練した。
続いて、下記の表2に示す割合で、得られた混練物(シリコーンゴムコンパウンド)100重量部に、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)、白金または白金化合物(E)を加えて、ロールで混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物を得た。
得られた15.3重量部のサンプル1のシリコーンゴム系硬化性組成物を、34.8重量部のデカン(溶剤)に浸漬し、続いて自転・公転ミキサーで撹拌し、65.2重量部の金属粉(G1)を加えた後にさらに自転・公転ミキサーで混練することで、シリコーンゴム系硬化性組成物と金属粉(G1)の合計の含有量が69.8重量%の導電性ペースト1を得た。
SUS製基板の平面に、7cm×7cm×0.4mmtの柔軟性基材(ポリエステル製編物、目付130g/m2)を置き、続いて、5cm×5cmの開口を1個有し、厚みが125μmのマスク(ポリエチレンテレフタレート製)を柔軟性基材の表面に置いた。
続いて、上記の導電性ペーストをマスクの開口に塗布し、繊維の目と直交する垂直塗りとなる印刷方向にて、ガラス板を用いて、表2に示す印刷条件に基づいてスキージ印刷を行った。
続いて、マスクを取り外し、印刷された導電性ペースト1を、140℃20分で乾燥し、180℃2時間で硬化し、柔軟性基材に設けられた導電性エラストマー層を備える柔軟性シート電極を作製した。
また、柔軟性シート電極を積層方向に切断し、その断面の一つを電子顕微鏡で観察して1mm×1mmの領域のSEM画像を取得し、SEM画像に基づいて、導電性エラストマー層が柔軟性基材の内部に含浸している含浸層の厚み(T1)、導電性エラストマー層が柔軟性基材の内部に含浸していない積層の厚み(T2)、柔軟性基材の厚み(T3)を求めた。
具体的には、導電性エラストマー層が形成されていない領域で柔軟性基材のみの断面SEM画像Aを取得し、そのSEM画像Aから基材厚み(T3)を測定した。
導電性エラストマー層が形成された領域で柔軟シート電極の断面SEM画像Bを取得し、そのSEM画像Bから、柔軟シート電極の総厚み(X)を測定し、その総厚み(X)から基材厚み(T3)を差し引いて、積層厚み(T2)を算出した。
柔軟シート電極の断面SEM画像Bから、導電ペーストが含浸されている境界から基材と積層の境界までの長さを、含浸厚み(T1)として測定した。
その結果、実施例1~5では、上記領域中の導電性エラストマー層は、柔軟性基材の表面全体を被覆形成しており、その表面が、柔軟性基材の表面構造よりも平滑な平滑面で構成されていることが分かった。
一方の比較例1では、上記領域中の導電性エラストマー層は、下地の柔軟性基材の表面構造に追従するように付着する部分を有しており、全体として一つの面を形成していないことが分かった。
得られた柔軟性シート電極の印刷部を5cm×5cmに切り出してサンプルを作製した。
そのサンプルを用いて、25℃環境下、未伸長時の状態、又は、四角形状の電極の対角方向に20%伸長させた状態で、四角形状の柔軟性シート電極の対角上における表面抵抗値(Ω)を測定した。
得られた柔軟性シート電極を下記の洗濯耐性試験を行った。
1.柔軟性シート電極を縦、横それぞれの方向に50%300回伸縮を繰り返した。
2.ビーカー中に中性洗剤と水を入れ、1の処理をした柔軟性シート電極を浸漬し、24時間撹拌した。
3.ビーカー中に水を入れ、2の処理をした柔軟性シート電極を浸漬し、10分間撹拌し、洗剤をすすいだ。
4.90℃オーブン中、30分間乾燥した。
上記1~4の手順を10回繰り返した。
各実施例において、20%伸長を100回繰り返したとき、および50%伸長を100回繰り返したとき、いずれも、比較例と比べて、洗濯耐性試験前後における抵抗値変動が小さいことを確認した。
また、各実施例において、導電性エラストマー層にクラックが生じたり、柔軟性基材との間に剥離が起こることはなく初期状態を維持していることが確認された。一方、比較例1において、導電性エラストマー層のクラックや柔軟性基材との間の剥離が確認された。
このため、実施例1~5の柔軟性シート電極の洗濯耐性を良好(○)、比較例1のものを不良(×)と評価した。結果を表2に示す。
得られた各実施例の柔軟性シート電極において、導電性エラストマー層が形成された面とは反対側の柔軟性基材の他面上に外部接続部(金属製のオス型スナップボタン)を装着し、外部接続部と導電性エラストマー層とを電気的に接続して、ウェアラブル生体電極を得た。
ウェアラブル生体電極を3個準備し、3個のウェアラブル生体電極の外部接続部のそれぞれを、コネクタ(メス型スナップボタン)付きの電極ケーブルおよびECGセンサ(Plux社製)を介して、BITalino(Plux社製)に接続し、心電測定装置(生体センサ)を作製した。
3個のウェアラブル生体電極の一面に設けられた柔軟性シート電極を、被験者の肌に直接装着し、3点誘導方式(測定点・リファレンス・ボディーアース)にて被験者の心電位を測定した。
上記結果、各実施例の柔軟性シート電極を備えるウェアラブル生体電極を用いることで、心電波形をモニタリングできることが確認された。
このような柔軟性シート電極は、ウェアラブル生体電極に好適に用いることが可能である。
10 柔軟性基材
11 一面
12 本体
13 他面
14 拡張部
20 導電性エラストマー層
21 含浸層
22 一面
23 積層
24 伸縮性配線
26 接続部
30 外部接続部
32 取付板
34 取付ピン
50 保護層
52 絶縁保護層
60 絶縁エラストマー層
100 ウェアラブル生体電極
200 生体センサ
210 コネクタ
220 ケーブル
230 センサモジュール
240 コンピュータ
Claims (16)
- 柔軟性基材と、
前記柔軟性基材に設けられた導電性エラストマー層と、
を備え、
前記導電性エラストマー層が
前記柔軟性基材の内部に含浸している含浸層、および前記柔軟性基材の内部に含浸していない積層を備え、
前記導電性エラストマー層を構成する前記含浸層および前記積層の厚みを下記の手順に従って測定した上で、前記導電性エラストマー層の厚みをD(mm)、前記導電性エラストマー層の上面視における一面の面積をS(mm 2 )としたとき、S、Dが、50≦S/D≦10 7 を満たすものである、柔軟性シート電極。
(手順)
当該柔軟性シート電極を積層方向に切断し、その断面の一つを電子顕微鏡で観察して、前記導電性エラストマー層が形成されていない領域での1mm×1mmの断面SEM画像Aを取得し、その断面SEM画像Aに基づいて前記柔軟性基材の厚みを測定する。
同様に前記断面を電子顕微鏡して、前記導電性エラストマー層が形成された領域での1mm×1mmの断面SEM画像Bを取得し、その断面SEM画像Bに基づいて当該柔軟シート電極の総厚みを測定し、その総厚み(X)から前記柔軟性基材の厚みを差し引いて、前記積層の厚みを算出する。
また、前記断面SEM画像Bに基づいて、前記含浸層が前記柔軟性基材に含浸している境界から前記柔軟性基材と前記積層の境界までの長さを、前記含浸層の厚みとして測定する。 - 請求項1に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層の伸長率が、10%以上である、柔軟性シート電極。 - 請求項1または2に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層が、表面が平滑面で構成される前記積層を備える、柔軟性シート電極。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記含浸層の厚みをT1、前記積層の厚みをT2としたとき、T1、T2が、0.1≦T1/T2≦100を満たすように構成される、柔軟性シート電極。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記柔軟性基材の厚みをT3としたとき、T1、T3が、0.01≦T1/T3≦1を満たすように構成される、柔軟性シート電極。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層における1cm 2 当たりの重量が、15mg/cm2以上300mg/cm2以下である、柔軟性シート電極。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層が、導電性フィラーおよび非導電性フィラーを含む、柔軟性シート電極。 - 請求項7に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーが、金属系フィラー、炭素系フィラー、金属酸化物フィラー、および金属メッキフィラーからなる群から選ばれる一または二以上を含む、柔軟性シート電極。 - 請求項7または8に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーが、リン片状の銀粉を含む、柔軟性シート電極。 - 請求項7~9のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記非導電性フィラーが、シリカ粒子を含む、柔軟性シート電極。 - 請求項7~10のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性フィラーの含有量が、前記導電性エラストマー層中、50質量%以上90質量%以下である、柔軟性シート電極。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記導電性エラストマー層が、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムからなる群から選択される一種以上のエラストマー材料を含む、柔軟性シート電極。 - 請求項1~12のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極であって、
前記柔軟性基材が繊維基材で構成される、柔軟性シート電極。 - 請求項13に記載の柔軟性シート電極であって、
前記繊維基材が、織物または編物である、柔軟性シート電極。 - 請求項1~14のいずれか一項に記載の柔軟性シート電極を備える、ウェアラブル生体電極。
- 請求項15に記載のウェアラブル生体電極を備える、生体センサ。
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