2022-61085 接続構造、及びバイタル計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022061085

(43)【公開日】2022-04-18

(54)【発明の名称】接続構造、及びバイタル計測装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/25 20210101AFI20220411BHJP

【ＦＩ】

A61B5/04 300V

A61B5/04 300B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020168860

(22)【出願日】2020-10-06

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、総務省関東総合通信局、「マルチバイタル柔軟センサと多次元機械学習の連携による予測医療に向けたスマートネットワーク基盤の構築」に関する研究開発に係る委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】太田 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】鷹屋 舞香

(72)【発明者】

【氏名】松田 涼佑

【テーマコード（参考）】

4C127

【Ｆターム（参考）】

4C127AA02

4C127LL01

4C127LL19

4C127LL22

4C127LL23

(57)【要約】

【課題】伸縮電極とバイタル計測デバイスとを強固につなぐことが可能な接続構造を提供することである。
【解決手段】本発明の一態様にかかる接続構造１は、剛性が高い第１の基材１０と、第１の基材１０よりも剛性が低く、伸縮可能な第２の基材２０と、第１の基材１０側に設けられた第１の電極１２と、第２の基材２０側に設けられた液体金属２４と、液体金属２４と接触するように設けられ、液体金属２４よりも粘度の高い導電性ペースト２５と、導電性ペースト２５と第１の電極１２とを電気的に接続する導電性ゴム３１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

剛性が高い第１の基材と、
前記第１の基材よりも剛性が低く、伸縮可能な第２の基材と、
前記第１の基材側に設けられた第１の電極と、
前記第２の基材側に設けられた液体金属と、
前記液体金属と接触するように設けられ、前記液体金属よりも粘度の高い導電性ペーストと、
前記導電性ペーストと前記第１の電極とを電気的に接続する導電性ゴムと、を備える、
接続構造。

【請求項2】

前記第２の基材は、
前記第２の基材の表面から前記第２の基材の内部に設けられた孔部と、
前記孔部の下端から屈曲し、前記第２の基材の伸縮方向に延びるように設けられた細孔と、を備え、
前記液体金属は、少なくとも前記細孔に充填されており、
前記導電性ペーストは、少なくとも前記孔部に充填されている、
請求項１に記載の接続構造。

【請求項3】

前記導電性ペーストは、前記第２の基材の表面から突出するように前記孔部に充填されており、
前記導電性ゴムは、前記導電性ペーストの前記突出している部分と接するように設けられている、
請求項２に記載の接続構造。

【請求項4】

前記第１の基材および前記第２の基材は、互いに水平方向に延在するように設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項5】

前記第１の基材および前記第２の基材は、シリコン樹脂を用いて形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項6】

前記導電性ゴムは、前記第１の基材と前記第２の基材とに渡って配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項7】

前記液体金属が、ガリウムとインジウムの共晶合金、ガリウムとインジウムとスズの共晶合金、又はインジウムとスズの共晶合金からなる、請求項１～６のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項8】

前記導電性ゴムは、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子とが樹脂材料中に分散された構造を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項9】

前記導電性ペーストは、液体金属と金属パウダーとを少なくとも含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の接続構造。

【請求項10】

バイタル計測デバイスと、
電極パッドを備える伸縮電極と、
前記バイタル計測デバイスと前記伸縮電極とを接続する、請求項１～９のいずれか一項に記載の接続構造と、を備え、
前記バイタル計測デバイスは前記第１の基材に設けられており、
前記伸縮電極が前記第２の基材を含み構成されている、
バイタル計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は接続構造、及びバイタル計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、伸縮電極とバイタル計測デバイスとを用いて構成したスマートデバイスが提案されている。このようなスマートデバイスはユーザが常に装着可能であり、ユーザの利便性を向上させることができる。特許文献１には、液体ワイヤに関する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１９－５１６２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなスマートデバイス（バイタル計測装置）では、伸縮電極とバイタル計測デバイスとをつなぐために様々な電極コネクタ(例えばＵＴＦコネクタなど)を用いている。しかしながら、従来の電極コネクタでは、伸縮電極が伸縮した際に電極コネクタに応力がかかり、この応力に耐えられずに電極コネクタ部分が切断する場合があった。このため、伸縮電極とバイタル計測デバイスとを強固につなぐことが可能な接続構造が必要とされていた。

【0005】

上記課題に鑑み本発明の目的は、伸縮電極とバイタル計測デバイスとを強固につなぐことが可能な接続構造、及びバイタル計測装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様にかかる接続構造は、剛性が高い第１の基材と、前記第１の基材よりも剛性が低く、伸縮可能な第２の基材と、前記第１の基材側に設けられた第１の電極と、前記第２の基材側に設けられた液体金属と、前記液体金属と接触するように設けられ、前記液体金属よりも粘度の高い導電性ペーストと、前記導電性ペーストと前記第１の電極とを電気的に接続する導電性ゴムと、を備える。

【0007】

上述の接続構造において、前記第２の基材は、前記第２の基材の表面から前記第２の基材の内部に設けられた孔部と、前記孔部の下端から屈曲し、前記第２の基材の伸縮方向に延びるように設けられた細孔と、を備えていてもよく、前記液体金属は、少なくとも前記細孔に充填されており、前記導電性ペーストは、少なくとも前記孔部に充填されていてもよい。

【0008】

上述の接続構造において、前記導電性ペーストは、前記第２の基材の表面から突出するように前記孔部に充填されていてもよく、前記導電性ゴムは、前記導電性ペーストの前記突出している部分と接するように設けられていてもよい。

【0009】

上述の接続構造において、前記第１の基材および前記第２の基材は、互いに水平方向に延在するように設けられていてもよい。

【0010】

上述の接続構造において、前記第１の基材および前記第２の基材は、シリコン樹脂を用いて形成されていてもよい。

【0011】

上述の接続構造において、前記導電性ゴムは、前記第１の基材と前記第２の基材とに渡って配置されていてもよい。

【0012】

上述の接続構造において、前記液体金属が、ガリウムとインジウムの共晶合金、ガリウムとインジウムとスズの共晶合金、又はインジウムとスズの共晶合金であってもよい。

【0013】

上述の接続構造において、前記導電性ゴムは、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子とが樹脂材料中に分散された構造を有していてもよい。

【0014】

上述の接続構造において、前記導電性ペーストは、液体金属と金属パウダーとを少なくとも含んでいてもよい。

【0015】

本発明の一態様にかかるバイタル計測装置は、バイタル計測デバイスと、電極パッドを備える伸縮電極と、前記バイタル計測デバイスと前記伸縮電極とを接続する、上述の接続構造と、を備え、前記バイタル計測デバイスは前記第１の基材に設けられており、前記伸縮電極が前記第２の基材を含み構成されている。

【発明の効果】

【0016】

本発明により、伸縮電極とバイタル計測デバイスとを強固につなぐことが可能な接続構造、及びバイタル計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態にかかる接続構造を説明するための断面図である。

【図2】実施の形態にかかる接続構造を用いたバイタル計測装置の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる接続構造を説明するための断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる接続構造１は、第１の基材１０、基板１１、電極（第１の電極）１２、第２の基材２０、液体金属２４、導電性ペースト２５、及び導電性ゴム３１を備える。本実施の形態にかかる接続構造１は、第１の基材１０側に設けられた電極１２と、第２の基材２０側に設けられた液体金属２４（伸縮電極の導電線に対応）とを、導電性ペースト２５および導電性ゴム３１を用いて電気的に接続する接続構造である。本実施の形態にかかる接続構造１は、スマートデバイス（バイタル計測装置）に好適に用いることができる。具体的には、本実施の形態にかかる接続構造１は、伸縮電極とバイタル計測デバイスとをつなぐ接続構造に好適に用いることができる。

【0019】

第１の基材１０は剛性が高い基材で構成されている。ここで剛性が高いとは、第２の基材２０と比べて剛性が高いという意味である。例えば、第１の基材１０は硬いゴムを用いて構成することができる。具体的には、第１の基材１０は、シリコン樹脂を用いて構成することができる。第１の基材１０には、上述のバイタル計測デバイスが搭載可能に構成されている。

【0020】

基板１１は、第１の基材１０の上に設けられている。例えば、基板１１はフレキシブルなプリント基板であり、例えばポリイミドを用いて構成することができる。なお、基板１１はリジッドな基板を用いて構成してもよい。基板１１には、バイタル計測デバイスを構成する回路素子などが搭載されている。

【0021】

電極１２は、基板１１の上に設けられている。電極１２は、第２の基材２０側の電極（例えば、図２に示す伸縮電極７１の電極パッド７６）と電気的に接続される電極である。電極１２は、例えば銅、アルミニウム、白金、金などの金属材料を用いて構成することができる。

【0022】

第２の基材２０は、第１の基材１０よりも剛性が低く、伸縮可能な基材で構成されている。例えば、第２の基材２０は軟らかいゴムを用いて構成することができる。具体的には、第２の基材２０は、シリコン樹脂を用いて構成することができる。第２の基材２０は、上述の伸縮電極を構成している（図２の伸縮電極７１参照）。すなわち、第２の基材２０は横方向に伸縮可能に構成されており、これにより第２の基材２０の第１の基材１０と反対側の端部に設けられた電極（例えば、図２に示す伸縮電極７１の電極パッド７６）を伸縮させることができる。

【0023】

第１の基材１０および第２の基材２０は、互いに水平方向に延在するように設けられている。換言すると、第１の基材１０および第２の基材２０は、水平方向において連続するように設けられている。上述のように、第１の基材１０および第２の基材２０は、共にシリコン樹脂（シリコーンゴム）を用いて形成してもよい。具体的には、第１の基材１０を硬いシリコン樹脂を用いて形成し、第２の基材２０を軟らかいシリコン樹脂を用いて形成してもよい。シリコン樹脂を用いて第１の基材１０および第２の基材２０を構成した場合は、これらを構成する材料の相性がよいため、第１の基材１０と第２の基材２０との界面における強度を向上させることができる。

【0024】

第２の基材２０には、液体金属２４が設けられている。第２の基材２０は、第２の基材２０の表面から第２の基材２０の内部に設けられた孔部２２と、孔部２２の下端から屈曲し、第２の基材２０の伸縮方向に延びるように設けられた細孔２１と、を備える。液体金属２４は、細孔２１に充填されている。第２の基材２０の細孔２１に液体金属２４を充填した構成とすることで、第２の基材２０が伸縮した際に液体金属２４がこの伸縮の動きに追従し、液体金属２４の導電性を保持することができる。

【0025】

液体金属２４には、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）等の低融点金属を用いることができる。具体的には、液体金属２４には、ガリウムとインジウムの共晶合金、ガリウムとインジウムとスズの共晶合金、又はインジウムとスズの共晶合金を用いることができる。例えば本実施の形態では、液体金属２４としてガリンスタン（登録商標）を用いることができる。

【0026】

導電性ペースト２５は、液体金属２４と接触するように設けられている。具体的には、導電性ペースト２５は、少なくとも孔部２２に充填されている。換言すると、導電性ペースト２５は、液体金属２４と導電性ゴム３１との間に設けられている。導電性ペースト２５は、液体金属２４よりも粘度の高いペースト状の材料である。

【0027】

導電性ペースト２５は、液体金属と金属パウダーとを少なくとも含む。液体金属には、上述の液体金属２４と同一の材料を用いることができる。金属パウダーには、例えば、ニッケル、タングステン、チタン等の金属材料の粉末を用いることができる。金属パウダーの粒径は、例えば３μｍ以上７μｍ以下とすることができる。また、導電性ペースト２５に対する金属パウダーの割合は、２質量％以上１０質量％以下とすることができる。このよう金属パウダーを添加することで、液体金属の粘度を増やすことができる。

【0028】

なお、製造時は孔部２２を通して細孔２１に液体金属２４を充填し、その後、孔部２２から導電性ペースト２５を充填する。このとき、液体金属２４と導電性ペースト２５の境界は必ずしも明確でなくてもよく、例えば、液体金属２４と導電性ペースト２５との間に、導電性ペースト２５側に向かって金属パウダーが徐々に増加する中間領域が存在していてもよい。

【0029】

なお、図１では、液体金属２４が細孔２１に充填され、導電性ペースト２５が孔部２２と細孔２１の一部に充填されている構成を示した。しかし本実施の形態では、液体金属２４が細孔２１と孔部２２の一部に充填され、導電性ペースト２５が孔部２２の一部に充填されている構成としてもよい。

【0030】

導電性ゴム３１は、導電性ペースト２５と電極１２とを電気的に接続するように設けられている。導電性ゴム３１は、第１の基材１０と第２の基材２０とに渡って配置されている。図１に示すように、導電性ペースト２５は、第２の基材２０の表面から突出するように孔部２２に充填されており、導電性ゴム３１は、導電性ペースト２５の突出している部分（突出部）２６と接するように設けられている。このように、導電性ペースト２５の先端に突出している部分２６を設けることで、導電性ペースト２５と導電性ゴム３１とを確実に接続することができる。

【0031】

例えば、導電性ゴム３１は、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子とが樹脂材料中に分散された構造を有する。このとき使用するカーボンナノチューブの直径は１１０～１７０ｎｍ、長さは５～９μｍとすることができる。また、カーボンナノ粒子の粒径は５０～６０ｎｍとすることができる。また、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子の割合は、１：２～２：１、好ましくは１：１とすることができる。

【0032】

このような構造を備えることで、導電性ゴム３１が伸縮した際に導電性ゴム３１の導電性（抵抗値）が変化することを抑制できる。すなわち、当該構造を備える導電性ゴム３１は、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子とが樹脂材料中において導電パスを形成している。このため、導電性ゴム３１が伸縮した際に、カーボンナノチューブとカーボンナノ粒子とが変位しつつ、導電パスを維持するので、導電性（抵抗値）が変化することを抑制できる。

【0033】

図１に示す接続構造１では、電極１２、導電性ゴム３１、導電性ペースト２５、及び液体金属２４の順に電気的に接続される。このとき、これらの材料の剛性（硬さ）は、電極１２、導電性ゴム３１、導電性ペースト２５、及び液体金属２４の順に低くなる。つまり、電極１２の剛性が最も大きく、液体金属２４の剛性が最も低い。

【0034】

このような構成とすることで、伸縮電極とバイタル計測デバイスとを強固につなぐことが可能な接続構造、及びバイタル計測装置を提供することができる。

【0035】

すなわち、電極１２と液体金属２４とを直接接続した場合は、液体金属２４のぬれ性が高いため、伸縮電極（第２の基材２０）を伸ばした際に、電極１２と液体金属２４との接続が切断しやすい。これに対して本実施の形態にかかる接続構造１では、液体金属２４と電極１２との間に、導電性ペースト２５と導電性ゴム３１とを設け、これらを電気的に接続している。つまり、液体金属２４よりも粘度の高い導電性ペースト２５を液体金属２４と接触するように設けている。そして導電性ペースト２５と電極１２とを導電性ゴム３１を用いて電気的に接続している。ここで導電性ゴム３１も柔軟性を備えるので、伸縮電極（第２の基材２０）が伸びた際に導電性ゴム３１も追従して伸びるので、電極１２と導電性ペースト２５との接続が切断されることを抑制できる。したがって、伸縮電極（第２の基材２０側の液体金属２４）とバイタル計測デバイス（第１の基材１０側の電極１２）とを強固につなぐことが可能になる。

【0036】

また、本実施の形態にかかる接続構造１では、第２の基材２０が伸縮した際に、第２の基材２０の伸縮に液体金属２４および導電性ペースト２５が追従することができる。よって、伸縮電極（液体金属２４および導電性ペースト２５）が断線することを抑制できる。

【0037】

次に、本実施の形態にかかる接続構造１を備えたバイタル計測装置について説明する。図２は、本実施の形態にかかる接続構造１を用いたバイタル計測装置の一例を説明するための図である。図２に示すバイタル計測装置５０は、人体に装着可能なバイタル計測装置であり、例えば人体の心電図を取得可能なバイタル計測装置である。

【0038】

図２に示すように、バイタル計測装置５０は、バイタル計測デバイス６０と、伸縮電極７１～７３と、を備える。各々の伸縮電極７１～７３は、本実施の形態にかかる接続構造１を用いてバイタル計測デバイス６０と接続されている。なお、図１に示した本実施の形態にかかる接続構造１は、図２に示す接続構造１に対応している。

【0039】

各々の伸縮電極７１～７３の端部には、電極パッド７６～７８が設けられている。電極パッド７６～７８は、人体に貼付可能に構成されている。

【0040】

電極パッド７６は、液体金属２４と電気的に接続されている。また、液体金属２４は、導電性ペースト２５および導電性ゴム３１を介してバイタル計測デバイス６０の電極１２（図１参照）と電気的に接続されている。したがって、電極パッド７６は、バイタル計測デバイス６０の電極１２（図１参照）と電気的に接続される。他の電極パッド７７、７８についても同様の構成を備える。

【0041】

バイタル計測デバイス６０は、第１の基材１０上に形成されている。具体的には、第１の基材１０上に設けられた基板１１に、マイクロコントロールユニット６１、アナログ・フロント・エンド６２、通信モジュール６３、バッテリ６４等が設けられている。

【0042】

マイクロコントロールユニット６１は、バイタル計測デバイス６０の各種処理を実行する素子である。アナログ・フロント・エンド６２は、電極パッド７６～７８で検出した信号に対して増幅・フィルタリングなどの所定の処理を施すアナログ回路である。通信モジュール６３は、バイタル計測デバイス６０で計測した結果を無線送信するためのモジュールである。バッテリ６４は、バイタル計測デバイス６０に電源を供給する。

【0043】

本実施の形態にかかるバイタル計測装置５０は、使用時に伸縮電極７１～７３を伸ばして使用する。このため、各々の伸縮電極７１～７３とバイタル計測デバイス６０との接続箇所に応力が印加される。しかしながら、本実施の形態にかかるバイタル計測装置５０では、各々の伸縮電極７１～７３とバイタル計測デバイス６０との接続箇所に、図１に示した接続構造１を備えるので、各々の伸縮電極７１～７３とバイタル計測デバイス６０とを強固につなぐことができる。したがって、各々の伸縮電極７１～７３とバイタル計測デバイス６０との接続箇所に応力が印加された場合であっても、バイタル計測デバイス６０と各々の伸縮電極７１～７３とが電気的に切断されることを抑制できる。

【0044】

なお、上記バイタル計測装置５０は一例であり、本実施の形態にかかる接続構造１は、他の構成を備えるバイタル計測装置にも適用することができる。また、本実施の形態にかかる接続構造１は、バイタル計測装置以外にも適用することができる。つまり、所定のデバイスと、当該デバイスと接続される伸縮電極とを備える構成であれば、デバイスと伸縮電極とを接続する箇所に本願発明にかかる接続構造を適用してもよい。

【0045】

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

【符号の説明】

【0046】

１ 接続構造
１０ 第１の基材
１１ 基板
１２ 電極（第１の電極）
２０ 第２の基材
２１ 細孔
２２ 孔部
２４ 液体金属
２５ 導電性ペースト
２６ 突出部
３１ 導電性ゴム
５０ バイタル計測装置
６０ バイタル計測デバイス
６１ マイクロコントロールユニット
６２ アナログ・フロント・エンド
６３ 通信モジュール
６４ バッテリ
７１、７２、７３ 伸縮電極
７６、７７、７８ 電極パッド

【図1】

【図2】