WO2024029446A1 - 生体用電極 - Google Patents

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WO2024029446A1
WO2024029446A1 PCT/JP2023/027555 JP2023027555W WO2024029446A1 WO 2024029446 A1 WO2024029446 A1 WO 2024029446A1 JP 2023027555 W JP2023027555 W JP 2023027555W WO 2024029446 A1 WO2024029446 A1 WO 2024029446A1
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WO
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biological electrode
core materials
protrusion
support member
electrode according
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/027555
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English (en)
French (fr)
Inventor
真之 久保
泰成 林
隆浩 林
Original Assignee
Nok株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/263—Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]

Definitions

  • the present disclosure relates to a biological electrode.
  • a bioelectrode that is attached to the surface of the living body is generally used.
  • the biological electrode described in Patent Document 1 includes a plate-shaped portion and a plurality of protrusions protruding from the plate-shaped portion. These are made of insulating elastic members.
  • the tip of each projection is covered with a conductive resin layer.
  • a conductive wire electrically connected to the conductive resin layer is arranged inside each protrusion. This conductive wire is composed of conductive fibers.
  • a biological electrode includes a sheet-like or plate-like base having a first surface and a second surface facing in a direction opposite to the first surface; a plurality of protrusions protruding from a second surface, an electrode member made of an elastic material having conductivity, and provided corresponding to two or more of the plurality of protrusions; A plurality of core materials made of a material having a higher Young's modulus than the elastic material, and a tip of each of the plurality of core materials is located halfway in the corresponding protrusion in the protrusion direction.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the biological electrode of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the biological electrode of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a bottom view of the biological electrode of the first embodiment.
  • 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a biological electrode according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a biological electrode according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a biological electrode according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a biological electrode according to a third embodiment. It is a figure which shows the example of use of a biological electrode.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a biological electrode 1 according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the biological electrode 1 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a bottom view of the biological electrode 1 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the biological electrode 1 is an electrode for detecting potential changes in a living body such as a human or an animal as a biological signal.
  • the biological electrode 1 is used in a state in which it is in contact with the surface of a living body to be detected.
  • the biological electrode 1 is suitably used, for example, to measure brain waves while in contact with the scalp.
  • a measuring device that generates biological information such as brain waves based on biological signals from the biological electrode 1 is electrically connected to the biological electrode 1 .
  • the living body to be detected may be referred to as a subject.
  • the use of the biological electrode 1 is not limited to the measurement of brain waves, but may also be used to measure biological information such as an electrocardiogram or an electromyogram. Therefore, the part of the living body to which the biological electrode 1 is brought into contact is not limited to the scalp, but may be, for example, the arm, leg, chest, or back, and may not be a part where hair grows. Furthermore, the use of the biological electrode 1 is not limited to the use of detecting biological signals, but may also be used, for example, to provide electrical stimulation to a living body.
  • the biological electrode 1 includes a support member 10, an electrode member 20, a connector 30, and a core group 60.
  • a support member 10 As shown in FIG. 1, the biological electrode 1 includes a support member 10, an electrode member 20, a connector 30, and a core group 60.
  • each part of the biological electrode 1 will be explained in order.
  • the support member 10 is a member that supports the electrode member 20.
  • the support member 10 is made of an insulating material, that is, a dielectric material.
  • the insulating material include polymers such as silicone rubber, urethane rubber, fluororubber, and ethylene-propylene-diene ternary copolymer rubber (EPDM).
  • EPDM ethylene-propylene-diene ternary copolymer rubber
  • the insulating material is preferably the same type of polymer as the polymer constituting the electrode member 20.
  • the support member 10 has a disk shape.
  • the support member 10 has a pair of plate surfaces 10a and 10b, a through hole 10c, and a plurality of notches 10d.
  • the plate surface 10a is a surface that supports the electrode member 20.
  • the plate surface 10b is a surface facing in the opposite direction to the plate surface 10a.
  • the through hole 10c is a hole that penetrates the support member 10 in the thickness direction.
  • the through hole 10c opens on each of the plate surface 10a and the plate surface 10b.
  • Each of the plurality of cutouts 10d is a groove provided in the outer peripheral surface of the support member 10.
  • Each notch 10d has the radial direction of the support member 10 as the depth direction, and extends from one of the plate surfaces 10a and 10b to the other.
  • a part of the core material group 60 is arranged in the plurality of notches 10d.
  • the shape of the support member 10 in plan view is not limited to the example shown in FIG. 1, and may be, for example, a polygon.
  • Each of the plate surfaces 10a and 10b is not limited to a flat surface, and may be, for example, a convex or concave curved surface or a conical surface.
  • the cross-sectional shape of the through hole 10c is not limited to a circle, but may be a polygon such as a quadrangle or a pentagon.
  • the support member 10 may be provided as needed, may be omitted, or may be configured integrally with the electrode member 20.
  • the electrode member 20 is a conductive member that is brought into contact with the surface of a living body.
  • the electrode member 20 is made of a conductive elastic material.
  • the elastic material includes, for example, a rubber material and conductive particles.
  • the rubber material include silicone rubber, ethylene-propylene-diene ternary copolymer rubber (EPDM), nitrile rubber, and urethane rubber. Among these, silicone rubber is preferably used as the rubber material from the viewpoint of biocompatibility.
  • the conductive particles include carbon particles made of carbon black, carbon nanotubes, or graphite, metal particles made of metal such as silver, and particles made of metal compounds such as silver chloride. Can be mentioned.
  • the elastic material may include a fiber base material such as a nonwoven fabric or woven fabric made of a resin material or a carbon material, and may also contain various additives. You can.
  • the electrode member 20 has a base 21 and a plurality of protrusions 22.
  • the base 21 is a part of the electrode member 20 that supports the plurality of protrusions 22.
  • the base 21 has a disk shape.
  • the outer shape of the base 21 matches the outer shape of the support member 10 in a plan view.
  • the base 21 has a first surface 21a and a second surface 21b.
  • the first surface 21a is a surface that contacts the plate surface 10a of the support member 10.
  • the first surface 21a is bonded to the plate surface 10a by vulcanization bonding, an adhesive, or the like.
  • the second surface 21b is a surface facing in the opposite direction to the first surface 21a.
  • a plurality of protrusions 22 are provided on the second surface 21b.
  • the shape of the base 21 in plan view is not limited to the example shown in FIG. 1, and may be polygonal or different from the shape of the support member 10 in plan view, for example.
  • Each of the first surface 21a and the second surface 21b is not limited to a flat surface, and may be a convex or concave curved surface or a conical surface, for example.
  • Each of the plurality of protrusions 22 is a protrusion that protrudes from the base 21.
  • the tips of the plurality of protrusions 22 come into contact with the surface of the living body.
  • the electrode member 20 having a plurality of protrusions 22 for example, when the biological electrode 1 is used for measuring brain waves, the plurality of protrusions 22 scrape hair on the head, so that the tips of the plurality of protrusions 22 touch the scalp. contact appropriately. Therefore, biological signals can be suitably detected.
  • the plurality of protrusions 22 are arranged at equal angular intervals along a virtual circle 25 centered on the center O of the base 21 when viewed in the thickness direction of the base 21. More specifically, the centers C1 of the base ends of the plurality of protrusions 22 are arranged on the virtual circle 25. Thereby, the plurality of protrusions 22 are arranged in a well-balanced manner. Here, the plurality of protrusions 22 are arranged so as to surround a circular region 28 that includes the center O of the base 21 when viewed in the thickness direction of the base 21 . In the example shown in FIG. 3, the number of protrusions 22 is six.
  • the arrangement of the plurality of protrusions 22 is not limited to the example shown in FIG.
  • the arrangement may be offset from the virtual circle 25, or may be arranged on a virtual polygon such as a triangle or quadrilateral centered on the center O.
  • at least one protrusion 22 may be provided in the region 28, or a plurality of protrusions arranged on another virtual circle concentric with the virtual circle 25 may be provided.
  • a section 22 may also be provided.
  • the number of protrusions 22 is not limited to the example shown in FIG. 3, and may be five or less or seven or more. However, from the viewpoint of realizing stable contact between the living body and the electrode member 20, the number of protrusions 22 is preferably three or more, and more preferably four or more.
  • Each of the plurality of projections 22 extends in a direction slightly inclined with respect to the thickness direction of the base 21 so that the center C2 of the tip is located radially outward from the center C1 of the base.
  • This inclination allows the space between the above-mentioned region 28 and the living body surface to be widened, and has the advantage that hair can be easily accommodated in the space, as will be described later.
  • the angle of this inclination is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring good contact between the living body and the electrode member 20, it is preferably 10° or more, more preferably 10° or more and 45° or less, and 10° or more. More preferably, the angle is at least 30 degrees. Note that the angle of this inclination may be equal or different between the plurality of protrusions 22. Further, each of the plurality of projections 22 may extend in a direction parallel to the thickness direction of the base 21.
  • Each of the plurality of protrusions 22 has a tapered shape. Therefore, the width or cross-sectional area of each of the plurality of protrusions 22 gradually decreases from the proximal end to the distal end of the protrusion 22. As a result, even if the space between the region 28 and the biological surface is expanded by making the protrusion direction of the protrusion 22 incline with respect to the thickness direction of the base 21 as described above, the size of the electrode member 20 can be reduced. be able to. Note that the width of the protrusion 22 may be substantially constant from the base end to the distal end.
  • each protrusion 22 is circular. Further, as shown in FIG. 2, the tip end surface of each protrusion 22 has a convexly curved shape. Thereby, it is easy to obtain a good contact state or feeling of use between the living body and the protrusion 22.
  • the cross-sectional shape of each protrusion 22 is not limited to a circle, and may be, for example, a polygon such as a quadrangle or a pentagon.
  • the shape of the tip end surface of each protrusion 22 is not limited to the illustrated shape, but may be arbitrary.
  • the height h of the protrusion 22 is not particularly limited, but is preferably 6 mm or more and 15 mm or less. By setting the height h within such a range, the tip of the protrusion 22 can be suitably brought into contact with the biological surface having hair. In particular, in the configuration in which the protrusion 22 is not arranged in the area 28 as described above, even if the subject has a lot of hair, long hair, or thick hair, the protrusion will be removed because the height h is within this range. The hair swept aside by the portion 22 can be accommodated in the space between the region 28 and the surface of the living body in just the right amount. As a result, the tip of the protrusion 22 can be brought into suitable contact with the surface of the living body.
  • the height h of the protrusion 22 is the length from the base end to the tip of the protrusion 22 in the thickness direction of the base 21, that is, in the normal direction to the second surface 21b.
  • the height h of the protrusion 22 is too low, depending on the condition of the subject's hair, etc., it is difficult to maintain good contact of the tip of the protrusion 22 with the biological surface having hair.
  • the height h of the protrusion 22 is too high, not only is this undesirable from the viewpoint of downsizing the biological electrode 1, but also the mold releasability tends to deteriorate when the electrode member 20 is molded using a mold. .
  • the heights h of the plurality of protrusions 22 are equal to each other.
  • the electrode member 20 has a plurality of holes 20a provided corresponding to the plurality of protrusions 22.
  • Each of the plurality of holes 20a is a bottomed hole that opens to the first surface 21a of the base 21.
  • Each of the plurality of holes 20a passes through the base 21.
  • Each hole 20a extends from the first surface 21a to a midway position in the direction in which the protrusion 22 protrudes.
  • the intermediate position in the protrusion direction of the protrusion 22 is a position between the base end and the tip of the protrusion 22.
  • the width of the hole 20a is substantially constant over the entire length.
  • the cross-sectional shape of the hole 20a is circular.
  • a portion of a core material 61, which will be described later, including a tip 61a is inserted into each hole 20a.
  • the shape of the hole 20a is determined according to the shape of the core material 61, which will be described later, and is not limited to the illustrated example. Further, the cross-sectional shape of the hole 20a may be different from the cross-sectional shape of the core material 61.
  • the connector 30 is a snap button type male connector. Although not shown, the connector 30 is fitted into a female connector that is electrically connected to the measuring device. As shown in FIGS. 1 and 4, the connector 30 includes a first conductive member 40 and a second conductive member 50. Each of the first conductive member 40 and the second conductive member 50 has a flanged bottomed cylindrical shape. Each of the first conductive member 40 and the second conductive member 50 is made of, for example, a metal material such as stainless steel. The first conductive member 40 and the second conductive member 50 fit into each other through the through hole 10c of the support member 10.
  • the first conductive member 40 has a first bottomed cylindrical portion 41 and a first flange portion 42.
  • the first bottomed cylindrical portion 41 has a bottomed cylindrical shape having an open end 41a as one end and a closed end 41b as the other end.
  • a reduced diameter portion 43 recessed in the radial direction is provided on the outer peripheral surface of the first bottomed cylindrical portion 41 at a position closer to the closed end 41b than the open end 41a.
  • the outer diameter of the first bottomed cylindrical portion 41 is approximately equal to the diameter of the through hole 10c of the support member 10.
  • the first flange portion 42 has a flange shape that extends outward in the radial direction from the open end 41a.
  • the first flange portion 42 is slightly inclined with respect to the radial direction so as to approach the closed end 41b as it goes radially outward.
  • the first flange portion 42 is interposed between the support member 10 and the base 21 of the electrode member 20, and the first bottomed cylindrical portion 41 is inserted into the through hole 10c of the support member 10. inserted.
  • the closed end 41b and the reduced diameter portion 43 are connected to the through hole.
  • the first flange portion 42 is embedded in the base 21 with elastic deformation of the base 21.
  • the second conductive member 50 has a second bottomed cylindrical portion 51 and a second flange portion 52.
  • the second bottomed cylindrical portion 51 has a bottomed cylindrical shape having an open end 51a as one end and a closed end 51b as the other end.
  • the second bottomed cylindrical portion 51 has a shape whose diameter decreases from the open end 51a toward the closed end 51b.
  • the inner diameter of the open end 51a is approximately equal to the outer diameter of the reduced diameter portion 43.
  • the second flange portion 52 has a flange shape that extends outward in the radial direction from the open end 51a.
  • the second flange portion 52 has a portion that is slightly inclined with respect to the radial direction so as to move away from the closed end 51b as it goes radially outward.
  • the second bottomed cylindrical portion 51 fits over a part of the first bottomed cylindrical portion 41 protruding from the plate surface 10b of the support member 10 as described above.
  • the open end 51a fits into the reduced diameter portion 43.
  • the support member 10 is sandwiched between the first flange portion 42 and the second flange portion 52, so that the connector 30 is fixed to the support member 10.
  • the core material group 60 is an assembly of a plurality of core materials 61 for reinforcing the plurality of protrusions 22 of the electrode member 20.
  • Each of the plurality of core materials 61 is made of a material having a higher Young's modulus than the material forming the electrode member 20.
  • materials constituting each of the plurality of core materials 61 include, for example, resin materials and metal materials. When a resin material is used as a material constituting each of the plurality of core materials 61, even if the core material 61 has a complicated shape, the core material 61 can be formed with high precision by injection molding or the like.
  • the resin material is not particularly limited, but from the viewpoint of processability, it is preferable to use a material with a melting point higher than the molding temperature of the material constituting the electrode member 20. More specifically, a super engineering resin material with a melting point of 150° C. or higher is preferable. Plastic is preferred. Further, the resin material may include a conductive or insulating inorganic filler. On the other hand, when a metal material is used as the material constituting each of the plurality of core members 61, there is an advantage that plastic deformation of the protrusion 22 can be easily reduced while allowing bending deformation of the protrusion 22.
  • the metal material is not particularly limited, but stainless steel is preferred from the viewpoint of corrosion resistance.
  • each of the plurality of core materials 61 may be insulating or conductive, but when it is conductive, it contributes to improving the sensitivity of the biological electrode 1. In this case, from the viewpoint of suitably improving the sensitivity of the biological electrode 1, it is preferable that the core material 61 contacts either the first conductive member 40 or the second conductive member 50.
  • the plurality of core members 61 are provided corresponding to the plurality of protrusions 22. At least a portion of each of the plurality of core materials 61 is arranged within the corresponding protrusion 22 .
  • each of the plurality of core members 61 has a rod shape having a distal end 61a and a proximal end 61b as both ends.
  • Each core member 61 is arranged so as to extend in the direction in which the corresponding protrusion 22 protrudes.
  • each of the plurality of core materials 61 is inserted into the hole 20a of the electrode member 20.
  • the tip 61a is located in the middle of the corresponding protrusion 22 in the protrusion direction. Therefore, the core material 61 does not exist between the tip 61a and the tip 22a of the protrusion 22. Therefore, the portion beyond the tip 61a of the protrusion 22 is more easily deformed by external force than the portion of the protrusion 22 where the core material 61 is present.
  • each of the plurality of core materials 61 has a portion that protrudes from the electrode member 20. The portion is arranged in the notch 10d of the support member 10.
  • the base end 61b of the core material 61 contacts the second flange portion 52 of the second conductive member 50. Therefore, movement of the core material 61 in the length direction is restricted by the second conductive member 50 so that the core material 61 does not come out from the hole 20a. Note that the core material 61 does not need to contact the second conductive member 50.
  • a method for preventing the core material 61 from coming off from the hole 20a there is a method in which the core material 61 is brought into contact with the connector 30, as well as a method in which the core material 61 is attached to another member such as the electrode member 20 with adhesive. For example, a method of fixing the support member 10 by fixing the support member 10, a method of attaching an adhesive tape to the plate surface 10b of the support member 10, etc.
  • the cross-sectional shape of the core material 61 is circular.
  • the tip end surface of the core material 61 is a convex curved surface. Therefore, stress concentration caused by the core material 61 on the electrode member 20 can be reduced. As a result, the durability of the electrode member 20 can be improved.
  • the radius of curvature of the tip surface of the core material 61 is preferably equal to 1/2 of the width W of the core material 61.
  • the width W of the core material 61 is constant over substantially the entire length direction.
  • the specific width W is determined depending on the type of material constituting the core material 61 and is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring the necessary mechanical strength of the protrusion 22,
  • the width Wa of the projection 22 at the position is preferably 1/5 or more and 1/2 or less, and more preferably 1/4 or more and 1/3 or less.
  • the width W of the core material 61 may not be constant, and may become narrower toward the tip 61a, for example.
  • the cross-sectional shape of the core material 61 is not limited to a circle, and may be, for example, an ellipse or a polygon.
  • the distance d between the tip 61a of the core material 61 and the tip 22a of the protrusion 22 is preferably 2 mm or more and 3 mm or less.
  • the distance d is within such a range, when the tip 22a of the protrusion 22 comes into contact with the living body surface, the protrusion 22 is suitably elastically deformed, resulting in a good feeling of use for the subject. Furthermore, by setting the distance d within such a range, the necessary rigidity of the protrusion 22 can be ensured.
  • the biological electrode 1 having the above configuration is manufactured, for example, as follows.
  • the support member 10 is formed by injection molding or the like.
  • each of the first conductive member 40 and the second conductive member 50 of the connector 30 is formed by press molding or the like.
  • the first bottomed cylindrical portion 41 of the first conductive member 40 is obtained.
  • the electrode member 20 is formed by insert molding using the assembly as an insert product.
  • the support member 10 of the assembly is joined to the electrode member 20 by vulcanization adhesive or the like, and the first flange portion 42 of the first conductive member 40 is accommodated on the first surface 21a of the electrode member 20.
  • a recess is formed.
  • the second conductive member 50 is attached to the first conductive member 40.
  • the electrode member 20 may be formed by insert molding using a plurality of core materials 61 as insert products.
  • each core material 61 is joined to the electrode member 20 by vulcanization adhesion or the like.
  • the support member 10 and the electrode member 20 may be joined using an adhesive or the like.
  • the biological electrode 1 includes the electrode member 20 and a plurality of core members 61.
  • the electrode member 20 includes a sheet-like or plate-like base 21 having a first surface 21a and a second surface 21b facing in the opposite direction to the first surface 21a, and a plurality of protrusions 22 protruding from the second surface 21b. , and is made of an elastic material with conductivity.
  • the plurality of core materials 61 are provided corresponding to two or more of the plurality of projections 22 and are made of a material having a higher Young's modulus than the elastic material.
  • the tips 61a of each of the plurality of core members 61 are located midway in the corresponding protrusion 22 in the protrusion direction.
  • the core material 61 made of a material having a higher Young's modulus than the elastic material forming the protrusion 22 is provided on the protrusion 22, the rigidity of the protrusion 22 can be increased. Therefore, fatigue of the protrusion 22 due to repeated use can be reduced. As a result, even if hair grows on the target site of the living body, the plurality of protrusions 22 can appropriately scrape the hair apart over a long period of time, so that the tips 22a of the plurality of protrusions 22 can be placed on the surface of the living body. can be brought into contact with. Therefore, biological information can be measured over a long period of time.
  • the tips 61a of each of the plurality of core members 61 are located midway in the protrusion direction within the protrusion 22, the flexibility of the tip of the protrusion 22 can be utilized. Therefore, it is also possible to reduce the pain of the subject when measuring biological information.
  • each of the plurality of core members 61 has a rod shape extending in the protruding direction of the corresponding protrusion 22. Therefore, the core material 61 can be configured so as not to be exposed from the surface of the protrusion 22. As a result, since there is no interface between the protrusion 22 and the core material 61 on the surface of the protrusion 22, it is possible to prevent the core material 61 from reducing the durability of the protrusion 22. Further, depending on the thickness of the core material 61, the protrusion 22 can be appropriately bent and deformed as the core material 61 is bent. As a result, it is possible to reduce stress concentration occurring between the portion where the core material 61 is present and the portion where the core material 61 is not present in the protrusion direction of the protrusion 22.
  • each of the plurality of core materials 61 is made of metal or resin, the protrusion 22 can be suitably reinforced by the core material 61.
  • the elastic material constituting the electrode member 20 includes a rubber material and conductive particles, the electrode member 20 having desired conductivity and elasticity can be easily realized.
  • the distance d between each tip 61a of the plurality of core members 61 and the tip 22a of the corresponding protrusion 22 is within the range of 2.0 mm or more and 3.0 mm or less. is preferred. In this case, a good balance between the rigidity of the protrusion 22 and the flexibility of the tip of the protrusion 22 can be obtained.
  • the tip surfaces of each of the plurality of core materials 61 are convex curved surfaces. Therefore, stress concentration between the tip 61a of the core material 61 and the protrusion 22 can be suitably reduced.
  • the core material 61 may be used as an insert product. Even if the electrode member is formed by insert molding, there is an advantage that the positioning accuracy of the core material 61 can be easily improved.
  • the biological electrode 1 further includes the plate-shaped support member 10 that contacts the first surface 21a.
  • the support member 10 has a plurality of notches 10d through which the plurality of core members 61 pass. Therefore, after an assembly is formed by assembling the support member 10 and the electrode member 20, the core material 61 can be attached to the assembly.
  • the plurality of protrusions 22 extend in a direction inclined with respect to the thickness direction of the base 21.
  • Such protrusions 22 have the advantage that when hair grows in the target region of the living body, the plurality of protrusions 22 can easily push the hair apart. Further, since a force that causes bending deformation is applied to the protrusion 22, fatigue of the protrusion 22 is likely to occur when the core material 61 is not used. Therefore, in such a configuration of the protrusion 22, the effect of providing the core material 61 becomes significant.
  • Second Embodiment A second embodiment of the present disclosure will be described below. In the embodiments illustrated below, for elements whose operations and functions are similar to those in the first embodiment, the reference numerals used in the description of the first embodiment will be used, and detailed descriptions of each will be omitted as appropriate.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the biological electrode 1A of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view of a biological electrode 1A of the second embodiment.
  • the biological electrode 1A is the same as the biological electrode of the first embodiment described above, except that the length of the core material 61 is different and that the support member 10A and the core material structure 60A are provided in place of the support member 10 and the core group 60.
  • the structure is similar to that of the electrode 1.
  • the support member 10A is configured in the same manner as the support member 10 of the first embodiment except that the plurality of notches 10d is omitted.
  • the core material structure 60A includes a plurality of core materials 61, an annular member 62, and a protrusion 63. These are integrally constructed of the same material.
  • the annular member 62 is a member that supports the plurality of core members 61.
  • the annular member 62 is arranged between the support member 10A and the electrode member 20.
  • the base ends 61b of the plurality of core members 61 are connected to the annular member 62.
  • the protrusion 63 protrudes radially outward from a portion of the annular member 62 in the circumferential direction. The protrusion 63 is used for positioning the core structure 60A when forming the electrode member 20 by insert molding using the core structure 60A as an insert product.
  • two or more of the plurality of core materials 61 are integrally configured.
  • the core material 61 having such a configuration has the advantage that the positioning accuracy of the two or more core materials 61 can be easily improved.
  • two or more members obtained by dividing the annular member 62 may be used, and even in this case, two or more core members 61 are integrally constituted by each of the two or more members. be able to.
  • the biological electrode 1A further includes an annular member 62 that is integrally formed with a plurality of core members 61. Therefore, the positioning accuracy of the plurality of core materials 61 can be improved.
  • the biological electrode 1A further includes the plate-shaped support member 10 that contacts the first surface 21a.
  • the annular member 62 is interposed between the base 21 and the support member 10. Therefore, the electrode member 20 can be easily formed by insert molding using the plurality of core materials 61 and the annular member 62 as insert products.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the biological electrode 1B of the third embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a biological electrode 1B according to the third embodiment.
  • the biological electrode 1B is configured in the same manner as the biological electrode 1 of the first embodiment described above, except that the core material structure 60B is provided in place of the core group 60.
  • the core material structure 60B includes a plurality of core materials 61 and an annular member 62. These are integrally constructed of the same material. That is, the core structure 60B is configured similarly to the core structure 60A of the second embodiment described above, except that the length of the core 61 is different and the protrusion 63 is omitted.
  • the support member 10 is arranged between the annular member 62 and the electrode member 20.
  • the core material structure 60B is attached to the assembly. .
  • the biological electrode 1B further includes the plate-shaped support member 10 interposed between the base 21 and the annular member 62 and in contact with the first surface 21a.
  • the support member 10 has a plurality of notches 10d through which the plurality of core members 61 pass. Therefore, the core material 61 can be assembled to the assembly obtained by assembling the support member 10 and the electrode member 20.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of use of the biological electrode 1.
  • a usage example of the biological electrode 1 of the first embodiment will be described based on FIG. 9. Note that the following usage examples are the same even when the biomedical electrode 1A or the biomedical electrode 1B is used instead of the biomedical electrode 1.
  • a plurality of biological electrodes 1 are appropriately placed at a plurality of locations on the head of the subject H.
  • the measurement location Oz is located at the back of the head X.
  • the electrode member 20 does not have a plurality of protrusions 22, it is difficult to obtain a good contact state between the electrode member 20 and the scalp.
  • the electrode member 20 has a plurality of protrusions 22 as described above, it is possible to obtain a good contact state between the electrode member 20 and the scalp.
  • Electrode for living body 1A... Electrode for living body, 1B... Electrode for living body, 10... Supporting member, 10A... Supporting member, 10a... Plate surface, 10b... Plate surface, 10c... Through hole, 10d... Notch, 20... Electrode member, 20a... Hole, 21... Base, 21a... First surface, 21b... Second surface, 22... Projection, 22a... Tip, 25... Virtual circle, 28... Area, 30... Connector, 40... First conductive Member, 41... First bottomed cylindrical part, 41a... Open end, 41b... Closed end, 42... First flange part, 43... Diameter reduced part, 50... Second conductive member, 51...
  • Second bottomed cylindrical part 51a...Open end, 51b...Closed end, 52...Second flange portion, 60...Core material group, 60A...Core material structure, 60B...Core material structure, 61...Core material, 61a...Tip, 61b...Proximal end , 62... Annular member, 63... Projection, C1... Center, C2... Center, H... Subject, O... Center, Oz... Measurement point, W... Width, Wa... Width, X... Back of the head, d... Distance, h... height.

Abstract

生体用電極は、電極部材と複数の芯材とを備える。電極部材は、第１面と第１面とは反対方向を向く第２面とを有するシート状または板状の基部と、第２面から突出する複数の突起部と、を有し、導電性を有する弾性材料で構成される。複数の芯材は、複数の突起部のうちの２以上の突起部に対応して設けられ、当該弾性材料よりもヤング率の高い材料で構成される。複数の芯材のそれぞれの先端は、対応する突起部内に突出方向での途中に位置する。

Description

生体用電極
　本開示は、生体用電極に関する。
　生体における電位変化に基づく心電図、脳波または筋電図等の生体情報を取得する際には、一般に、生体の表面に装着される生体用電極（Bioelectrode）が用いられる。例えば、特許文献１に記載の生体用電極は、板状部と、板状部から突出する複数の突起と、を有する。これらは、絶縁性の弾性部材で構成される。ここで、各突起の先端は、導電性樹脂層により覆われる。そして、各突起の内部には、この導電性樹脂層に電気的に接続される導電線が配置される。この導電線は、導電繊維で構成される。
国際公開第２０２０／０９５５８９号
　しかし、特許文献１に記載の生体用電極では、突起が繰り返しの使用に伴って徐々に疲労することにより、突起の剛性が低下したり突起が塑性変形したりしてしまう。このため、生体の表面に毛髪が生えている場合、突起により毛髪を掻き分けることが難しくなってしまう。この結果、突起と生体との良好な接触状態を実現することができず、生体情報の計測が困難になる。
　ここで、突起の疲労を低減するための対策として、突起を構成する材料のヤング率を高めることが考えられる。しかし、この対策では、突起の柔軟性を活かすことができないため、生体情報の計測時に被験者が痛みを感じる等の問題が生じる。
　以上の課題を解決するために、本開示の一態様の生体用電極は、第１面と前記第１面とは反対方向を向く第２面とを有するシート状または板状の基部と、前記第２面から突出する複数の突起部と、を有し、導電性を有する弾性材料で構成される電極部材と、前記複数の突起部のうちの２以上の突起部に対応して設けられ、前記弾性材料よりもヤング率の高い材料で構成される複数の芯材と、を備え、前記複数の芯材のそれぞれの先端は、対応する突起部内に突出方向での途中に位置する。
　本開示では、生体情報の計測時に被験者の痛みを軽減しつつ、長期にわたり生体情報の計測を行うことができる。
第１実施形態の生体用電極の分解斜視図である。 第１実施形態の生体用電極の側面図である。 第１実施形態の生体用電極の底面図である。 図３中のＡ－Ａ線断面図である。 第２実施形態の生体用電極の分解斜視図である。 第２実施形態の生体用電極の断面図である。 第３実施形態の生体用電極の分解斜視図である。 第３実施形態の生体用電極の断面図である。 生体用電極の使用例を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
　１．第１実施形態
　図１は、第１実施形態の生体用電極１の分解斜視図である。図２は、第１実施形態の生体用電極１の側面図である。図３は、第１実施形態の生体用電極１の底面図である。図４は、図３中のＡ－Ａ線断面図である。
　生体用電極１は、人または動物等の生体での電位変化を生体信号として検出するための電極である。生体用電極１は、検出対象の生体の表面に接触させた状態で用いられる。後に図９に基づいて詳述するが、生体用電極１は、例えば、頭皮に接触させた状態で脳波の計測に好適に用いられる。図示しないが、生体用電極１には、生体用電極１からの生体信号に基づいて脳波等の生体情報を生成する計測装置が電気的に接続される。以下では、検出対象の生体を被験者という場合がある。
　なお、生体用電極１の用途は、脳波の計測に限定されず、例えば、心電図または筋電図等の生体情報の計測であってもよい。したがって、生体用電極１を接触させる生体の部位は、頭皮に限定されず、例えば、腕、脚、胸または背中等であってもよいし、毛髪の生えた部位でなくともよい。また、生体用電極１の用途は、生体信号を検出する用途に限定されず、例えば、生体に対して電気的な刺激を与える用途であってもよい。
　図１に示すように、生体用電極１は、支持部材１０と電極部材２０とコネクタ３０と芯材群６０とを備える。以下、生体用電極１の各部を順に説明する。
　支持部材１０は、電極部材２０を支持する部材である。支持部材１０は、絶縁性材料すなわち誘電体材料で構成される。当該絶縁性材料としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンの三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）等のポリマーが挙げられる。支持部材１０と電極部材２０との接着性を高める観点から、当該絶縁性材料は、電極部材２０を構成するポリマーと同種のポリマーであることが好ましい。
　図１に示す例では、支持部材１０が円板状をなす。ここで、支持部材１０は、1対の板面１０ａ、１０ｂと貫通孔１０ｃと複数の切欠き１０ｄとを有する。板面１０ａは、電極部材２０を支持する面である。板面１０ｂは、板面１０ａとは反対方向を向く面である。貫通孔１０ｃは、支持部材１０を厚さ方向に貫通する孔である。貫通孔１０ｃは、板面１０ａおよび板面１０ｂのそれぞれに開口する。複数の切欠き１０ｄのそれぞれは、支持部材１０の外周面に設けられる溝である。各切欠き１０ｄは、支持部材１０の径方向を深さ方向とし、板面１０ａおよび板面１０ｂの一方から他方にわたり延びる。複数の切欠き１０ｄには、芯材群６０の一部が配置される。
　なお、支持部材１０の平面視形状は、図１に示す例に限定されず、例えば、多角形でもよい。板面１０ａおよび板面１０ｂのぞれぞれは、平坦面に限定されず、例えば、凸状または凹状の湾曲面または錘面であってもよい。貫通孔１０ｃの横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形または五角形等の多角形でもよい。支持部材１０は、必要に応じて設けられ、省略されてもよいし、電極部材２０と一体で構成されてもよい。
　電極部材２０は、生体の表面に接触させるための導電性部材である。電極部材２０は、導電性を有する弾性材料で構成される。当該弾性材料は、例えば、ゴム材料および導電性粒子を含む。当該ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンの三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム、およびウレタンゴム等が挙げられる。中でも、当該ゴム材料としては、生体適合性等の観点から、シリコーンゴムが好適に用いられる。当該導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはグラファイト等で構成される炭素粒子、銀等の金属で構成される金属粒子、および、塩化銀等の金属化合物で構成される粒子等が挙げられる。なお、当該弾性材料には、ゴム材料および導電性粒子のほか、樹脂材料または炭素材料等で構成される不織布または織布等の繊維基材が含まれてもよいし、各種添加剤が含まれてもよい。
　電極部材２０は、基部２１と複数の突起部２２とを有する。
　基部２１は、複数の突起部２２を支持する電極部材２０の部分である。図１に示す例では、基部２１が円板状をなす。基部２１は、平面視で基部２１の外形が支持部材１０の外形に一致する。ここで、図２に示すように、基部２１は、第１面２１ａと第２面２１ｂとを有する。第１面２１ａは、支持部材１０の板面１０ａに接触する面である。第１面２１ａは、板面１０ａに対して加硫接着または接着剤等により接合される。第２面２１ｂは、第１面２１ａとは反対方向を向く面である。第２面２１ｂには、複数の突起部２２が設けられる。
　なお、基部２１の平面視形状は、図１に示す例に限定されず、例えば、多角形でもよいし、支持部材１０の平面視形状と異なってもよい。第１面２１ａおよび第２面２１ｂのそれぞれは、平坦面に限定されず、例えば、凸状または凹状の湾曲面または錘面であってもよい。
　複数の突起部２２のそれぞれは、基部２１から突出する突起である。複数の突起部２２の先端には、生体の表面が接触する。複数の突起部２２を有する電極部材２０では、例えば、生体用電極１を脳波の計測に用いる場合、複数の突起部２２により頭部の毛髪が掻き分けられるため、複数の突起部２２の先端が頭皮に好適に接触する。このため、生体信号を好適に検出することができる。
　図３に示すように、複数の突起部２２は、基部２１の厚さ方向にみて、基部２１の中心Ｏを中心とする仮想円２５上に沿って等角度間隔で並ぶ。より具体的には、複数の突起部２２の基端の中心Ｃ１が仮想円２５上に配置される。これにより、複数の突起部２２がバランスよく配置される。ここで、複数の突起部２２は、基部２１の厚さ方向にみて、基部２１の中心Ｏを包含する円形の領域２８を囲むように配置される。図３に示す例では、突起部２２の数が６本である。
　なお、複数の突起部２２の配置は、図３に示す例に限定されず、例えば、基部２１の厚さ方向にみて仮想円２５上に沿って等角度間隔でない配置でもよいし、中心Ｃ１が仮想円２５上からずれた配置でもよいし、中心Ｏを中心とする仮想的な三角形または四角形等の多角形上に並ぶ配置でもよい。また、仮想円２５上に並ぶ複数の突起部２２のほかに、領域２８に少なくとも１つの突起部２２が設けられてもよいし、仮想円２５と同心の他の仮想円上に並ぶ複数の突起部２２が設けられてもよい。さらに、突起部２２の数は、図３に示す例に限定されず、５本以下または７本以上であってもよい。ただし、生体と電極部材２０との安定的な接触を実現する観点から、突起部２２の数は、３本以上であることが好ましく、４本以上であることがより好ましい。
　複数の突起部２２のそれぞれは、先端の中心Ｃ２が基端の中心Ｃ１よりも径方向の外方に位置するように、基部２１の厚さ方向に対して若干傾斜する方向に延びる。この傾斜により、前述の領域２８と生体表面との間の空間を広げることができ、後述するように当該空間に毛髪を収めやすいという利点が得られる。この傾斜の角度は、特に限定されないが、生体と電極部材２０との良好な接触を確保する観点から、１０°以上であることが好ましく、１０°以上４５°以下であることがより好ましく、１０°以上３０°以下であることがさらに好ましい。なお、この傾斜の角度は、複数の突起部２２間で互いに等しくてもよいし異なってもよい。また、複数の突起部２２のそれぞれは、基部２１の厚さ方向に対して平行な方向に延びてもよい。
　複数の突起部２２のそれぞれは、先細り形状をなす。したがって、複数の突起部２２のそれぞれの幅または横断面積は、突起部２２の基端から先端に向けて徐々に小さくなる。これにより、前述のように突起部２２の突出方向を基部２１の厚さ方向に対して傾斜させることにより領域２８と生体表面との間の空間を広げても、電極部材２０の小型化を図ることができる。なお、突起部２２の幅が基端から先端に向けて略一定であってもよい。
　図３に示す例では、各突起部２２の横断面形状が円形である。また、図２に示すように、各突起部２２の先端面は、凸湾曲した形状をなす。これにより、生体と突起部２２との良好な接触状態または使用感が得られやすい。なお、各突起部２２の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形または五角形等の多角形でもよい。また、各突起部２２の先端面の形状も、図示の形状に限定されず、任意である。
　突起部２２の高さｈは、特に限定されないが、６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。高さｈがこのような範囲内にあることにより、毛髪を有する生体表面に対して突起部２２の先端を好適に接触させることができる。特に、前述のように領域２８に突起部２２を配置しない構成では、被験者の毛髪が多い、長いまたは太い等の状態であっても、高さｈがこのような範囲内にあることにより、突起部２２により掻き分けられた毛髪を領域２８と生体表面との間の空間内に過不足なく収めることができる。この結果、突起部２２の先端を生体表面に好適に接触させることができる。ここで、突起部２２を生体表面に過剰に押し付ける必要がないので、被験者の痛みを軽減することもできる。なお、突起部２２の高さｈは、基部２１の厚さ方向すなわち第２面２１ｂの法線方向における突起部２２の基端から先端までの長さである。
　これに対し、突起部２２の高さｈが低すぎると、被験者の毛髪の状態等によっては、毛髪を有する生体表面に対して突起部２２の先端の接触状態を良好に保つことが難しい。一方、突起部２２の高さｈが高すぎると、生体用電極１の小型化の観点から好ましくないばかりか、型を用いて電極部材２０を成形する場合、離型性が悪化する傾向を示す。なお、生体と電極部材２０との良好な接触状態を確保する観点から、複数の突起部２２の高さｈは、互いに等しいことが好ましい。
　また、電極部材２０は、複数の突起部２２に対応して設けられる複数の穴２０ａを有する。複数の穴２０ａのそれぞれは、基部２１の第１面２１ａに開口する有底穴である。複数の穴２０ａのそれぞれは、基部２１を貫通する。各孔２０ａは、第１面２１ａから突起部２２の突出方向での途中の位置まで延びる。突起部２２の突出方向での途中の位置とは、突起部２２の基端と先端との間の位置である。図示では、穴２０ａの幅が長さ方向での全域にわたり略一定である。また、穴２０ａの横断面形状は、円形である。各穴２０ａには、後述の芯材６１の先端６１ａを含む一部が挿入される。なお、穴２０ａの形状は、後述の芯材６１の形状に応じて決められ、図示の例に限定されない。また、穴２０ａの横断面形状は、芯材６１の横断面形状と異なってもよい。
　コネクタ３０は、スナップボタン型の雄コネクタである。コネクタ３０は、図示しないが、測定装置に電気的に接続される雌コネクタに嵌合により装着される。図１および図４に示すように、コネクタ３０は、第１導電部材４０と第２導電部材５０とを有する。第１導電部材４０および第２導電部材５０のそれぞれは、フランジ付きの有底筒状なす。第１導電部材４０および第２導電部材５０のそれぞれは、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で構成される。そして、第１導電部材４０および第２導電部材５０は、支持部材１０の貫通孔１０ｃを介して互いに嵌合する。
　第１導電部材４０は、第１有底筒部４１と第１フランジ部４２とを有する。第１有底筒部４１は、一端である開口端４１ａと他端である閉口端４１ｂを有する有底筒状をなす。第１有底筒部４１の外周面には、開口端４１ａよりも閉口端４１ｂに近い位置に、径方向に窪んだ縮径部４３が設けられる。また、第１有底筒部４１の外径は、支持部材１０の貫通孔１０ｃの径と略等しい。第１フランジ部４２は、開口端４１ａから径方向の外方に広がるフランジ状をなす。第１フランジ部４２は、径方向の外方に向かうに従い、閉口端４１ｂに近づくように径方向に対して僅かに傾斜する。
　以上の第１導電部材４０では、第１フランジ部４２が支持部材１０と電極部材２０の基部２１との間に介在した状態で、第１有底筒部４１が支持部材１０の貫通孔１０ｃに挿入される。ここで、第１有底筒部４１の一部が第２導電部材５０と嵌合し得るよう支持部材１０の板面１０ｂから突出することにより、、閉口端４１ｂおよび縮径部４３が貫通孔１０ｃの外部に露出する。また、第１フランジ部４２が基部２１の弾性変形を伴って基部２１に埋設される。
　第２導電部材５０は、第２有底筒部５１と第２フランジ部５２とを有する。第２有底筒部５１は、一端である開口端５１ａと他端である閉口端５１ｂを有する有底筒状をなす。第２有底筒部５１は、開口端５１ａから閉口端５１ｂに向かうに従い、縮径する形状をなす。開口端５１ａの内径は、縮径部４３の外径と略等しい。第２フランジ部５２は、開口端５１ａから径方向の外方に広がるフランジ状をなす。第２フランジ部５２は、径方向の外方に向かうに従い、閉口端５１ｂから離れるように径方向に対して僅かに傾斜する部分を有する。
　以上の第２導電部材５０では、第２有底筒部５１が、前述のように支持部材１０の板面１０ｂから突出した第１有底筒部４１の一部に被さるように嵌合する。ここで、開口端５１ａが縮径部４３に嵌合する。この嵌合状態では、支持部材１０が第１フランジ部４２と第２フランジ部５２との間に挟まれることにより、コネクタ３０が支持部材１０に固定される。
　芯材群６０は、電極部材２０の複数の突起部２２を補強するための複数の芯材６１の集合体である。複数の芯材６１のそれぞれは、電極部材２０を構成する材料よりもヤング率の高い材料で構成される。具体的には、複数の芯材６１のそれぞれを構成する材料としては、例えば、樹脂材料および金属材料が挙げられる。複数の芯材６１のそれぞれを構成する材料として樹脂材料を用いる場合、芯材６１が複雑な形状であっても、射出成形等により高精度に芯材６１を形成することができる。当該樹脂材料としては、特に限定されないが、加工性の観点から、電極部材２０を構成する材料の成形加工温度よりも高い融点の材料が好ましく、より具体的には、融点１５０℃以上のスーパーエンジニアリングプラスチックが好ましい。また、当該樹脂材料には、導電性または絶縁性の無機フィラーが含まれてもよい。一方、複数の芯材６１のそれぞれを構成する材料として金属材料を用いる場合、突起部２２の曲げ変形を許容しつつ、突起部２２の塑性変形を低減しやすいという利点がある。当該金属材料としては、特に限定されないが、耐腐食性の観点から、ステンレス鋼が好ましい。また、複数の芯材６１のそれぞれを構成する材料は、絶縁性でも導電性でもよいが、導電性である場合、生体用電極１の感度向上に寄与する。この場合、生体用電極１の感度を好適に向上させる観点から、芯材６１が第１導電部材４０または第２導電部材５０のいずれかに接触することが好ましい。
　複数の芯材６１は、複数の突起部２２に対応して設けられる。複数の芯材６１のそれぞれの少なくとも一部は、対応する突起部２２内に配置される。
　具体的には、図４に示すように、複数の芯材６１のそれぞれは、先端６１ａおよび基端６１ｂを両端として有する棒状をなす。各芯材６１は、対応する突起部２２の突出方向に沿う方向に延びるように配置される。
　複数の芯材６１のそれぞれの先端６１ａを含む一部は、電極部材２０の穴２０ａに挿入される。ここで、先端６１ａは、対応する突起部２２の突出方向での途中に位置する。したがって、先端６１ａと突起部２２の先端２２ａとの間には、芯材６１が存在しない。このため、突起部２２の先端６１ａよりも先の部分は、突起部２２の芯材６１の存在する部分に比べて、外力により変形しやすい。また、複数の芯材６１のそれぞれは、電極部材２０から突出する部分を有する。当該部分は、支持部材１０の切欠き１０ｄに配置される。このように芯材６１が穴２０ａおよび切欠き１０ｄに配置された状態で、芯材６１の基端６１ｂは、第２導電部材５０の第２フランジ部５２に接触する。このため、芯材６１が穴２０ａから抜けないように、芯材６１の長さ方向での移動が第２導電部材５０により規制される。なお、芯材６１が第２導電部材５０に接触しなくてもよい。また、穴２０ａからの芯材６１の抜けを防止する方法としては、芯材６１をコネクタ３０に接触させる構成による方法のほか、例えば、芯材６１を電極部材２０等の他の部材に接着剤により固定する方法、支持部材１０の板面１０ｂに粘着テープを貼り付ける方法等が挙げられる。
　芯材６１の横断面形状は、円形をなす。そして、芯材６１の先端面は、凸湾曲面である。このため、電極部材２０に対する芯材６１による応力集中を低減することができる。この結果、電極部材２０の耐久性を向上させることができる。ここで、当該応力集中を低減する効果を高める観点から、芯材６１の先端面の曲率半径は、芯材６１の幅Ｗの１／２に等しいことが好ましい。
　図４に示す例では、芯材６１の幅Ｗは、長さ方向での略全域にわたり一定である。具体的な幅Ｗは、芯材６１を構成する材料の種類等に応じて決められ、特に限定されないが、突起部２２の必要な機械的強度を確保する観点から、芯材６１の先端６１ａの位置における突起部２２の幅Ｗａに対して、１／５以上１／２以下であることが好ましく、１／４以上１／３以下であることがより好ましい。なお、芯材６１の幅Ｗは、一定でなくともよく、例えば、先端６１ａに向けて狭くなってもよい。また、芯材６１の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形または多角形等のいずれでもよい。
　また、互いに対応する芯材６１および突起部２２において、芯材６１の先端６１ａと突起部２２の先端２２ａとの間の距離ｄは、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。距離ｄがこのような範囲内にあることにより、突起部２２の先端２２ａが生体表面に接触したとき、突起部２２が好適に弾性変形するため、被験者による使用感が良好となる。また、距離ｄがこのような範囲内にあることにより、突起部２２の必要な剛性を確保することもできる。
　以上の構成の生体用電極１は、例えば、以下のように製造される。まず、支持部材１０が射出成形等により形成される。一方、コネクタ３０の第１導電部材４０および第２導電部材５０のそれぞれがプレス成型等により形成される。そして、支持部材１０の貫通孔１０ｃに第１導電部材４０の第１有底筒部４１を挿入することにより、支持部材１０および第１導電部材４０からなる組立体が得られる。
　その後、当該組立体をインサート品とするインサート成形により、電極部材２０が形成される。ここで、当該組立体の支持部材１０が電極部材２０に加硫接着等により接合されるとともに、電極部材２０の第１面２１ａには、第１導電部材４０の第１フランジ部４２を収容する凹部が形成される。そして、電極部材２０の各穴２０ａに芯材６１を挿入した後、第１導電部材４０に対して第２導電部材５０が装着される。以上により、生体用電極１が製造される。
　なお、電極部材２０の形成は、前述の組立体に加えて、または、前述の組立体に代えて、複数の芯材６１をインサート品とするインサート成形により行ってもよい。この場合、各芯材６１が電極部材２０に加硫接着等により接合される。前述の組立体に代えて複数の芯材６１をインサート品とする場合、支持部材１０と電極部材２０とを接着剤等により接合すればよい。また、複数の芯材６１をインサート品とする場合、各芯材６１の位置決め精度向上の観点から、基端６１ｂに幅Ｗよりも広い頭部を設けること、すなわち、芯材６１を釘状とすることが好ましい。
　以上のように、生体用電極１は、電極部材２０と複数の芯材６１とを備える。電極部材２０は、第１面２１ａと第１面２１ａとは反対方向を向く第２面２１ｂとを有するシート状または板状の基部２１と、第２面２１ｂから突出する複数の突起部２２と、を有し、導電性を有する弾性材料で構成される。複数の芯材６１は、複数の突起部２２のうちの２以上の突起部２２に対応して設けられ、当該弾性材料よりもヤング率の高い材料で構成される。そして、複数の芯材６１のそれぞれの先端６１ａは、対応する突起部２２内に突出方向での途中に位置する。
　以上の生体用電極１では、突起部２２を構成する弾性材料よりもヤング率の高い材料で構成される芯材６１が突起部２２に設けられるので、突起部２２の剛性を高めることができる。このため、繰り返しの使用に伴う突起部２２の疲労を低減することができる。この結果、生体の対象部位に毛髪が生えている場合であっても、長期にわたり、複数の突起部２２により毛髪を好適に掻き分けることにより、複数の突起部２２の先端２２ａを生体表面に好適に接触させることができる。したがって、長期にわたり、生体情報の計測を行うことができる。
　また、複数の芯材６１のそれぞれの先端６１ａが突起部２２内に突出方向での途中に位置するので、突起部２２の先端部の柔軟性を活かすことができる。このため、生体情報の計測時に被験者の痛みを軽減することもできる。
　本実施形態では、前述のように、複数の芯材６１のそれぞれは、対応する突起部２２の突出方向に延びる棒状をなす。このため、芯材６１を突起部２２の表面から露出させないように構成することができる。この結果、突起部２２の表面に突起部２２と芯材６１との界面が存在しないので、芯材６１による突起部２２の耐久性の低下を防止することができる。また、芯材６１の太さに応じて、芯材６１の曲げ変形に伴って突起部２２を適度に曲げ変形させることもできる。この結果、突起部２２の突出方向で芯材６１が存在する部分と存在しない部分との間に生じる応力集中を低減することができる。
　また、前述のように、複数の芯材６１のそれぞれが金属または樹脂で構成されることにより、突起部２２を芯材６１により好適に補強することができる。
　さらに、前述のように、電極部材２０を構成する弾性材料がゴム材料および導電性粒子を含むことにより、所望の導電性および弾性を有する電極部材２０を容易に実現することができる。
　また、前述のように、複数の芯材６１のそれぞれの先端６１ａと、対応する突起部２２の先端２２ａと、の間の距離ｄは、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。この場合、突起部２２の剛性と突起部２２の先端部の柔軟性との良好なバランスが得られる。
　さらに、前述のように、複数の芯材６１のそれぞれの先端面が凸湾曲面である。このため、芯材６１の先端６１ａと突起部２２との間の応力集中を好適に低減することができる。
　また、前述のように、複数の芯材６１のそれぞれの基端に、芯材６１の長さ方向での途中の幅よりも広い幅の頭部が設けられる場合、芯材６１をインサート品とするインサート成形により電極部材を形成しても、芯材６１の位置決め精度を高めやすいという利点がある。
　さらに、前述のように、生体用電極１は、第１面２１ａに接触する板状の支持部材１０をさらに備える。支持部材１０は、複数の芯材６１が貫通する複数の切欠き１０ｄを有する。このため、支持部材１０および電極部材２０を組み立てた組立体を形成した後、その組立体に対して芯材６１を装着することができる。
　また、前述のように、複数の突起部２２は、基部２１の厚さ方向に対して傾斜する方向に延びる。このような突起部２２では、生体の対象部位に毛髪が生えている場合、複数の突起部２２により毛髪を掻き分けやすいという利点がある。また、突起部２２に曲げ変形を生じさせる力が加わるので、芯材６１を用いない場合、突起部２２の疲労が生じやすい。したがって、このような突起部２２の構成では、芯材６１を設けることによる効果が顕著となる。
　２．第２実施形態
　以下、本開示の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用および機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
　図５は、第２実施形態の生体用電極１Ａの分解斜視図である。図６は、第２実施形態の生体用電極１Ａの断面図である。生体用電極１Ａは、芯材６１の長さが異なるとともに、支持部材１０および芯材群６０に代えて支持部材１０Ａおよび芯材構造体６０Ａを備えること以外は、前述の第１実施形態の生体用電極１と同様に構成される。支持部材１０Ａは、複数の切欠き１０ｄを省略したこと以外は、第１実施形態の支持部材１０と同様に構成される。
　図５および図６に示すように、芯材構造体６０Ａは、複数の芯材６１と環状部材６２と突起部６３とを有する。これらは、同一材料で一体に構成される。
　環状部材６２は、複数の芯材６１を支持する部材である。環状部材６２は、支持部材１０Ａと電極部材２０との間に配置される。環状部材６２には、複数の芯材６１の基端６１ｂが接続される。突起部６３は、環状部材６２の周方向での一部から径方向の外方に突出する。突起部６３は、芯材構造体６０Ａをインサート品とするインサート成形により電極部材２０を形成する際に芯材構造体６０Ａの位置決めに用いられる。
　以上の第２実施形態によっても、生体情報の計測時に被験者の痛みを軽減しつつ、長期にわたり生体情報の計測を行うことができる。本実施形態では、前述のように、複数の芯材６１のうちの２以上の芯材６１が一体で構成される。このような構成の芯材６１では、当該２以上の芯材６１の位置決め精度を高めやすいという利点がある。なお、環状部材６２に代えて、環状部材６２を分割した２以上の部材が用いられてもよく、この場合でも、当該２以上の部材のそれぞれにより、２以上の芯材６１を一体で構成することができる。
　また、前述のように、生体用電極１Ａは、複数の芯材６１と一体で構成される環状部材６２をさらに備える。このため、複数の芯材６１の位置決め精度を高めることができる。
　さらに、前述のように、生体用電極１Ａは、第１面２１ａに接触する板状の支持部材１０をさらに備える。そして、環状部材６２は、基部２１と支持部材１０との間に介在する。このため、複数の芯材６１および環状部材６２をインサート品とするインサート成形により電極部材２０を容易に形成することができる。
　３．第３実施形態
　以下、本開示の第３実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用および機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
　図７は、第３実施形態の生体用電極１Ｂの分解斜視図である。図８は、第３実施形態の生体用電極１Ｂの断面図である。生体用電極１Ｂは、芯材群６０に代えて芯材構造体６０Ｂを備えること以外は、前述の第１実施形態の生体用電極１と同様に構成される。
　図５および図６に示すように、芯材構造体６０Ｂは、複数の芯材６１と環状部材６２とを有する。これらは、同一材料で一体に構成される。すなわち、芯材構造体６０Ｂは、芯材６１の長さが異なるとともに、突起部６３を省略したこと以外は、前述の第２実施形態の芯材構造体６０Ａと同様に構成される。
　ただし、本実施形態では、支持部材１０は、環状部材６２と電極部材２０との間に配置される。このような構成の生体用電極１Ｂでは、第１実施形態と同様、例えば、支持部材１０および電極部材２０を組み立てた組立体を形成した後、当該組立体に芯材構造体６０Ｂが装着される。
　以上の第３実施形態によっても、生体情報の計測時に被験者の痛みを軽減しつつ、長期にわたり生体情報の計測を行うことができる。本実施形態では、前述のように、生体用電極１Ｂは、基部２１と環状部材６２との間に介在するとともに第１面２１ａに接触する板状の支持部材１０をさらに備える。そして、支持部材１０は、複数の芯材６１が貫通する複数の切欠き１０ｄを有する。このため、支持部材１０および電極部材２０を組み立てた組立体に対して芯材６１を組み立てることができる。
　４．使用例
　図９は、生体用電極１の使用例を示す図である。以下、第１実施形態の生体用電極１の使用例を図９に基づいて説明する。なお、以下の使用例は、生体用電極１に代えて生体用電極１Ａまたは生体用電極１Ｂを用いた場合も同様である。
　図９に示すように、脳波の計測には、複数の生体用電極１が被験者Ｈの頭部の複数箇所に適宜に配置される。ここで、当該複数箇所のうち、測定箇所Ｏｚは、後頭部Ｘに位置する。後頭部Ｘでは、毛髪が重なりやすいため、電極部材２０が複数の突起部２２を有しない場合、電極部材２０と頭皮との良好な接触状態を得ることが難しい。これに対し、前述のように電極部材２０が複数の突起部２２を有する構成では、電極部材２０と頭皮との良好な接触状態を得ることができる。
　５．変形例
　以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
　５－１．変形例１
　前述の各形態では、生体用電極の有する複数の突起部のすべてに芯材が設けられる態様が例示されるが、生体用電極の有する複数の突起部のうちの２以上の突起部に芯材が設けられていればよく、芯材が設けられない突起部が存在してもよい。
１…生体用電極、１Ａ…生体用電極、１Ｂ…生体用電極、１０…支持部材、１０Ａ…支持部材、１０ａ…板面、１０ｂ…板面、１０ｃ…貫通孔、１０ｄ…切欠き、２０…電極部材、２０ａ…穴、２１…基部、２１ａ…第１面、２１ｂ…第２面、２２…突起部、２２ａ…先端、２５…仮想円、２８…領域、３０…コネクタ、４０…第１導電部材、４１…第１有底筒部、４１ａ…開口端、４１ｂ…閉口端、４２…第１フランジ部、４３…縮径部、５０…第２導電部材、５１…第２有底筒部、５１ａ…開口端、５１ｂ…閉口端、５２…第２フランジ部、６０…芯材群、６０Ａ…芯材構造体、６０Ｂ…芯材構造体、６１…芯材、６１ａ…先端、６１ｂ…基端、６２…環状部材、６３…突起部、Ｃ１…中心、Ｃ２…中心、Ｈ…被験者、Ｏ…中心、Ｏｚ…測定箇所、Ｗ…幅、Ｗａ…幅、Ｘ…後頭部、ｄ…距離、ｈ…高さ。

Claims (13)

  1. 　第１面と前記第１面とは反対方向を向く第２面とを有するシート状または板状の基部と、前記第２面から突出する複数の突起部と、を有し、導電性を有する弾性材料で構成される電極部材と、
    　前記複数の突起部のうちの２以上の突起部に対応して設けられ、前記弾性材料よりもヤング率の高い材料で構成される複数の芯材と、を備え、
    　前記複数の芯材のそれぞれの先端は、対応する突起部内に突出方向での途中に位置する、
    　生体用電極。
  2. 　前記複数の芯材のそれぞれは、対応する突起部の突出方向に延びる棒状をなす、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  3. 　前記複数の芯材のそれぞれは、金属または樹脂で構成される、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  4. 　前記弾性材料は、ゴム材料および導電性粒子を含む、
    　請求項３に記載の生体用電極。
  5. 　前記複数の芯材のそれぞれの先端と、対応する突起部の先端と、の間の距離は、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にある、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  6. 　前記複数の芯材のそれぞれの先端面が凸湾曲面である、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  7. 　前記複数の芯材のそれぞれの基端には、芯材の長さ方向での途中の幅よりも広い幅の頭部が設けられる、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  8. 　前記複数の芯材のうちの２以上の芯材が一体で構成される、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  9. 　前記複数の芯材と一体で構成される環状部材をさらに備える、
    　請求項８に記載の生体用電極。
  10. 　前記第１面に接触する板状の支持部材をさらに備え、
    　前記環状部材は、前記基部と前記支持部材との間に介在する、
    　請求項９に記載の生体用電極。
  11. 　前記基部と前記環状部材との間に介在するとともに前記第１面に接触する板状の支持部材をさらに備え、
    　前記支持部材は、前記複数の芯材が貫通する複数の切欠きを有する、
    　請求項９に記載の生体用電極。
  12. 　前記第１面に接触する板状の支持部材をさらに備え、
    　前記支持部材は、前記複数の芯材が貫通する複数の切欠きを有する、
    　請求項１に記載の生体用電極。
  13. 　前記複数の突起部は、前記基部の厚さ方向に対して傾斜する方向に延びる、
    　請求項１に記載の生体用電極。
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