(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-13
(45)【発行日】2024-05-21
(54)【発明の名称】脳波測定用電極および脳波測定装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/256 20210101AFI20240514BHJP
A61B 5/369 20210101ALI20240514BHJP
【FI】
A61B5/256 110
A61B5/369
(21)【出願番号】P 2020126409
(22)【出願日】2020-07-27
【審査請求日】2023-07-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000002141
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】北添 雄眞
(72)【発明者】
【氏名】八木澤 隆
【審査官】佐々木 創太郎
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2017/0112444(US,A1)
【文献】国際公開第2018/230445(WO,A1)
【文献】実開平07-027505(JP,U)
【文献】特開昭54-041582(JP,A)
【文献】国際公開第2020/095589(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61B5/05-5/0538
5/24-5/398
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極部と、前記電極部を保持するホルダとを有する脳波測定用電極であって、
前記電極部は、
弾性部材で形成された柱状の基部と、
前記基部の一端に設けられた複数の電極用突起部と、
前記電極用突起部の少なくとも先端側表面に設けられた導電部と、
前記導電部から前記電極用突起部と前記基部とを介し前記基部の他の一端までも設けられた信号経路と、
を有し、
前記ホルダは、導電性であって、有底の筒状形状を呈するとともに、前記筒状形状の外側面に計測部に接続するための接続部を備え、前記筒状形状の内部に前記電極部を保持
し、
前記基部の他の一端に露出する前記信号経路と前記ホルダの内部壁面と電気的に接続する導電性を有し弾性変形する連結部材が設けられており、
前記連結部材は導電性繊維クッション、導電性ウレタンフォーム、又は導電性スポンジである、脳波測定用電極。
【請求項2】
前記基部の他の一端に露出する前記信号経路と前記ホルダの内部壁面と電気的に接続する導電性ペーストが設けられている、請求項1に記載の脳波測定用電極。
【請求項3】
前記ホルダと前記電極部との間の空間に充填剤が充填されている、請求項1
または2に記載の脳波測定用電極。
【請求項4】
前記ホルダの内周面と前記基部の外周面が密着している、請求項1から
3までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。
【請求項5】
前記電極部が前記ホルダから離脱する方向への移動を規制する規制部を更に有する、請求項1から
4までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。
【請求項6】
前記ホルダの接続部は、前記筒状形状の底面の外表面から延出する嵌合突起である、請求項1から
5までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。
【請求項7】
前記信号経路は、前記電極用突起部と前記基部の内部に設けられた導電繊維からなる、請求項1から
6までのいずれか1項に記載の脳波測定用電極。
【請求項8】
請求項1から
7までのいずれか1項の脳波測定用電極と、
前記接続部に接続され、測定した脳波信号を計測する計測部と、を有する脳波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脳波測定用電極および脳波測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
これまで脳波検出用電極に関して様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1に開示の脳波測定用電極(脳波検出用生体電極)は、複数の貫通孔を有するホルダ部と、前記貫通孔の周面よりも外周側に広がる基底部と該基底部から突出した前記貫通孔を貫通可能な少なくとも1つの突出部とを有する少なくとも1つの導電性弾性体から形成された電極部と、前記基底部を前記ホルダ部との間で挟持する導電性の蓋部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで
図9に公知の脳波測定用電極100の断面構造を示す。脳波測定用電極100は、電極部130のホルダであるキャップ150と、スナップボタン140とが別構成である。キャップ150の内部にスナップボタン140を配置し、このとき、キャップ150の中心に設けられた貫通孔153から、スナップボタン140の凸状のボタン本体142が外に突出する。スナップボタン140の下面側に導電ペースト層160を設け、電極部130を配置してシリコーン接着剤170で固定される。このとき、スナップボタン140の円盤部141が貫通孔153を塞ぐように構成されているが、スナップボタン140がずれる等によって貫通孔153の塞ぎが不十分となり、シリコーン接着剤170が隙間から貫通孔153に漏れてしまうことがあった。漏れたシリコーン接着剤170がボタン本体142に付着してしまうことがあり、これによって計測部との接続不良(導通)が引き起こされてしまうことがあった。また、部品点数が多いと製造コストの上昇を引き起こしたり、製品品質の向上が難しくなるなどの課題があり、別の技術が求められていた。特許文献1に開示の技術では、シリコーン接着剤等を用いた場合における上記汚染の課題について何ら対策が考慮されていなかった。また、部品点数も多くなってしまうという課題もあった。
【0005】
本発明はこのような状況に鑑みなされたものであって、脳波測定用電極において、計測部等の外部機器に接続される端子の導通不良を抑制する技術を提供することを目的とする。また別の観点では、脳波測定用電極において部品点数を低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、電極部と、前記電極部を保持するホルダとを有する脳波測定用電極であって、
前記電極部は、
弾性部材で形成された柱状の基部と、
前記基部の一端に設けられた複数の電極用突起部と、
前記電極用突起部の少なくとも先端側表面に設けられた導電部と、
前記導電部から前記電極用突起部と前記基部とを介し前記基部の他の一端までも設けられた信号経路と、を有し、
前記ホルダは、導電性であって、有底の筒状形状を呈するとともに、前記筒状形状の外側面に計測部に接続するための接続部を備え、前記筒状形状の内部に前記電極部を保持する、脳波測定用電極を提供できる。
本発明に寄れば、上記の脳波測定用電極と、
脳波測定用電極の前記接続部に接続され、測定した脳波信号を計測する計測部と、を有する脳波測定装置を実現できる。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、脳波測定用電極において、計測部等の外部機器に接続される端子の導通不良を抑制する技術を提供できる。また、別の観点では、部品点数を低減する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】第1の実施形態に係る、人の頭部に装着した状態の脳波測定装置を模式的に示す図である。
【
図2】第1の実施形態に係る、フレームの斜視図である。
【
図3】第1の実施形態に係る、脳波測定用電極の斜視図である。
【
図4】第1の実施形態に係る、脳波検出用電極を模式的に示した断面図である。
【
図5】第1の実施形態に係る、脳波検出用電極を模式的に示した分解断面図である。
【
図6】第2の実施形態に係る、脳波検出用電極を模式的に示した断面図である。
【
図7】第3の実施形態に係る、脳波検出用電極を模式的に示した断面図である。
【
図8】第4の実施形態に係る、脳波検出用電極を模式的に示した断面図である。
【
図9】背景技術に係る、脳波検出用電極を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<第1の実施形態>
<概要>
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1は人の頭部99に装着した状態の脳波測定装置1を模式的に示す図である。
脳波測定装置1は、人の頭部99に装着され、脳波を生体からの電位変動として検出し、検出した脳波を計測部(図示せず)に出力する。計測部は、脳波測定用電極10が検出した脳波を取得して、モニタ表示したり、データ保存したり、周知の脳波解析処理を行う。
【0010】
<脳波測定装置1の構造>
図1に示すように、脳波測定装置1は、複数の脳波測定用電極10と、フレーム20と、を有する。本実施形態では、脳波測定用電極10は、5ch分(5個)設けられている。
【0011】
<フレーム20の構造>
図2にフレーム20の斜視図を示す。フレーム20は、例えばポリアミド樹脂のような硬質部材で帯状に、かつ人間の頭部99の形状に沿うように湾曲して形成されている。
【0012】
フレーム20には、脳波測定用電極10を取り付けるための開孔として電極ユニット取付部21が5カ所設けられている。電極ユニット取付部21の位置(すなわち脳波測定用電極10の取付位置)は、例えば国際10-20電極配置法におけるT3、C3、Cz、C4、T4の位置に対応する。
【0013】
電極ユニット取付部21の内周面は、脳波測定用電極10の外周面と略同一の外径となるように設定されており、脳波測定用電極10が電極ユニット取付部21に嵌め込まれて固定される。なお、電極ユニット取付部21の内周面及び脳波測定用電極10の外周面を螺刻して、脳波測定用電極10が電極ユニット取付部21に螺着する構成でもよい。
【0014】
<脳波測定用電極10の構造>
図3に脳波測定用電極10の斜視図を示す。
図4に脳波測定用電極10を模式的に示した断面図を示す。
図5に
図4の脳波測定用電極10を分解して示した断面図を示す。なお、
図5では、シリコーン接着剤70は省いて示している。
【0015】
脳波測定用電極10は、電極部30と、キャップ一体型スナップボタン50、導電ペースト層60とを有する。キャップ一体型スナップボタン50は、導電性を有するとともに、有底円筒形状を呈してその内部に電極部30を収容するホルダとして機能し、かつ、外部の計測部に接続する接続部として機能する。電極部30は、キャップ一体型スナップボタン50の筒形状内部にシリコーン接着剤70により固定される。
【0016】
<電極部30>
電極部30は、基部31と、突起部32と、導電性接触部33と、信号線部34とを有する。基部31と突起部32は、ゴム状の弾性部材によって一体に設けられている。弾性部材の具体的な材料については後述する。なお、基部31と突起部32とは一体に設けられる構成に限らず、別体に設けたものを接着剤や嵌合構造により組み付けた構成でもよい。
【0017】
基部31は略円柱形状である。基部31の一端側(図示では下側)の円形の基部下面36に、図示下側方向に突出する略円錐状の複数の突起部32が円形状の周方向に所定間隔で設けられている。なお、突起部32の形状は円錐形状に限らず、三角錐等の角錐や円柱形状など様々な形状を採用することができる。
【0018】
突起部32の少なくとも先端側表面には導電性接触部33が設けられている。突起部32の表面全体に導電性接触部33が設けられてもよい。
【0019】
基部31の外径は、例えば10mm~50mmである。基部31の高さ(厚さ)は、例えば2mm~30mmである。突起部32の高さは、例えば3mm~15mmである。突起部32の幅(根元部分の外径)は例えば1mm~10mmである。
【0020】
<信号線部34の構造>
図4や
図5に示すように、電極部30には、導電性接触部33に接続する信号経路として信号線部34が設けられている。信号線部34は、基部31及び突起部32を介して導通する態様であれば各種の配線構造を採用し得る。ここでは、信号線部34は、突起部32の先端の導電性接触部33から、突起部32及び基部31の内部を通り、基部31の基部上面35に露出するように設けられている。
【0021】
例えば、信号線部34の先端は、突起部32の先端部分またはその近傍、すなわち導電性接触部33が形成される領域に対して、突出した構造、略同一面上となる構造、埋没した構造のいずれでもよい。導電性接触部33との接続安定性の観点から、突出した構造を用いてもよい。信号線部34の先端の突出部分は、一部または全体が導電性接触部33で覆われている。信号線部34の先端の突出構造は、折り返し無し、折り返し有り、突起部32の先端部の表面に巻き付ける構造が採用し得る。信号線部34の他の配線構造として、突起部32及び基部31の表面に設けられる構造であってもよいし、一部が内部に一部が表面に設けられる配線構造であってもよい。すなわち、導電性接触部33が検出した信号が導電ペースト層60に伝わればよい。
【0022】
<電極部30の材料>
電極部30(基部31と突起部32)の材料について説明する。脳波検出用電極50は、上述のようにゴム状の弾性体である。ゴム状の弾性体として、具体的にはゴムや熱可塑性エラストマー(単に「エラストマー(TPE)」ともいう)である。ゴムとしては、例えばシリコーンゴムがある。熱可塑性エラストマーとして、例えば、スチレン系TPE(TPS)、オレフィン系TPE(TPO)、塩化ビニル系TPE(TPVC)、ウレタン系TPE(TPU)、エステル系TPE(TPEE)、アミド系TPE(TPAE)などがある。
【0023】
電極部30がシリコーンゴムである場合、37℃、JIS K 6253(1997)に準拠して測定される、電極部30(基部31や突起部32)の表面におけるタイプAデュロメータ硬さをゴム硬度Aとしたとき、ゴム硬度Aが、例えば、15以上55以下である。
【0024】
ここで、上記シリコーンゴム系硬化性組成物について説明する。
上記シリコーンゴムは、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物で構成することができる。シリコーンゴム系硬化性樹脂組成物の硬化工程は、例えば、100~250℃で1~30分間加熱(1次硬化)した後、100~200℃で1~4時間ポストベーク(2次硬化)することによって行われる。
【0025】
絶縁性シリコーンゴムは、導電性フィラーを含まないシリコーンゴムであり、導電性シリコーンゴムは導電性フィラーを含むシリコーンゴムである。
【0026】
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)を含むことができる。ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物の主成分となる重合物である。
【0027】
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサンを含んでもよい。同種のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサンとは、少なくとも官能基が同じビニル基を含み、直鎖状を有していればよく、分子中のビニル基量や分子量分布、あるいはその添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるビニル基含有オルガノポリシロキサンをさらに含んでもよい。
【0028】
上記ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、直鎖構造を有するビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を含むことができる。
【0029】
上記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)は、直鎖構造を有し、かつ、ビニル基を含有しており、かかるビニル基が硬化時の架橋点となる。
【0030】
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)のビニル基の含有量は、特に限定されないが、例えば、分子内に2個以上のビニル基を有し、かつ15モル%以下であるのが好ましく、0.01~12モル%であるのがより好ましい。これにより、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)中におけるビニル基の量が最適化され、後述する各成分とのネットワークの形成を確実に行うことができる。本実施形態において、「~」は、その両端の数値を含むことを意味する。
【0031】
なお、本明細書中において、ビニル基含有量とは、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を構成する全ユニットを100モル%としたときのビニル基含有シロキサンユニットのモル%である。ただし、ビニル基含有シロキサンユニット1つに対して、ビニル基1つであると考える。
【0032】
また、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の重合度は、特に限定されないが、例えば、好ましくは1000~10000程度、より好ましくは2000~5000程度の範囲内である。なお、重合度は、例えばクロロホルムを展開溶媒としたGPC(ゲル透過クロマトグラフィー)におけるポリスチレン換算の数平均重合度(又は数平均分子量)等として求めることができる。
【0033】
さらに、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の比重は、特に限定されないが、0.9~1.1程度の範囲であるのが好ましい。
【0034】
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)として、上記のような範囲内の重合度および比重を有するものを用いることにより、得られるシリコーンゴムの耐熱性、難燃性、化学的安定性等の向上を図ることができる。
【0035】
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)としては、特に、下記式(1)で表される構造を有するものであるが好ましい。
【0036】
【0037】
式(1)中、R1は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられ、中でも、ビニル基が好ましい。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。
【0038】
また、R2は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。
【0039】
また、R3は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。
【0040】
さらに、式(1)中のR1およびR2の置換基としては、例えば、メチル基、ビニル基等が挙げられ、R3の置換基としては、例えば、メチル基等が挙げられる。
【0041】
なお、式(1)中、複数のR1は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。さらに、R2、およびR3についても同様である。
【0042】
さらに、m、nは、式(1)で表されるビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を構成する繰り返し単位の数であり、mは0~2000の整数、nは1000~10000の整数である。mは、好ましくは0~1000であり、nは、好ましくは2000~5000である。
【0043】
また、式(1)で表されるビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)の具体的構造としては、例えば下記式(1-1)で表されるものが挙げられる。
【0044】
【0045】
式(1-1)中、R1およびR2は、それぞれ独立して、メチル基またはビニル基であり、少なくとも一方がビニル基である。
【0046】
さらに、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)としては、ビニル基含有量が分子内に2個以上のビニル基を有し、かつ0.4モル%以下である第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、ビニル基含有量が0.5~15モル%である第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを含有するものであるのが好ましい。シリコーンゴムの原料である生ゴムとして、一般的なビニル基含有量を有する第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、ビニル基含有量が高い第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを組み合わせることで、ビニル基を偏在化させることができ、シリコーンゴムの架橋ネットワーク中に、より効果的に架橋密度の疎密を形成することができる。その結果、より効果的にシリコーンゴムの引裂強度を高めることができる。
【0047】
具体的には、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)として、例えば、上記式(1-1)において、R1がビニル基である単位および/またはR2がビニル基である単位を、分子内に2個以上有し、かつ0.4モル%以下を含む第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)と、R1がビニル基である単位および/またはR2がビニル基である単位を、0.5~15モル%含む第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを用いるのが好ましい。
【0048】
また、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)は、ビニル基含有量が0.01~0.2モル%であるのが好ましい。また、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)は、ビニル基含有量が、0.8~12モル%であるのが好ましい。
【0049】
さらに、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)と第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)とを組み合わせて配合する場合、(A1-1)と(A1-2)の比率は特に限定されないが、例えば、重量比で(A1-1):(A1-2)が50:50~95:5であるのが好ましく、80:20~90:10であるのがより好ましい。
【0050】
なお、第1および第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)および(A1-2)は、それぞれ1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0051】
また、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)は、分岐構造を有するビニル基含有分岐状オルガノポリシロキサン(A2)を含んでもよい。
【0052】
<<オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)>>
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、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。
【0053】
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の架橋剤を含んでもよい。同種の架橋剤とは、少なくとも直鎖構造や分岐構造などの共通の構造を有していればよく、分子中の分子量分布や異なる官能基が含まれていてもよく、その添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる架橋剤をさらに含んでもよい。
【0054】
直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、直鎖構造を有し、かつ、Siに水素が直接結合した構造(≡Si-H)を有し、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)のビニル基の他、シリコーンゴム系硬化性組成物に配合される成分が有するビニル基とヒドロシリル化反応し、これらの成分を架橋する重合体である。
【0055】
直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の分子量は特に限定されないが、例えば、重量平均分子量が20000以下であるのが好ましく、1000以上、10000以下であることがより好ましい。
【0056】
なお、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の重量平均分子量は、例えばクロロホルムを展開溶媒としたGPC(ゲル透過クロマトグラフィー)におけるポリスチレン換算により測定することができる。
【0057】
また、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、通常、ビニル基を有しないものであるのが好ましい。これにより、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)の分子内において架橋反応が進行するのを的確に防止することができる。
【0058】
以上のような直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)としては、例えば、下記式(2)で表される構造を有するものが好ましく用いられる。
【0059】
【0060】
式(2)中、R4は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、これらを組み合わせた炭化水素基、またはヒドリド基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。
【0061】
また、R5は炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基、これらを組み合わせた炭化水素基、またはヒドリド基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基等が挙げられる。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。
【0062】
なお、式(2)中、複数のR4は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。R5についても同様である。ただし、複数のR4およびR5のうち、少なくとも2つ以上がヒドリド基である。
【0063】
また、R6は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。複数のR6は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【0064】
なお、式(2)中のR4,R5,R6の置換基としては、例えば、メチル基、ビニル基等が挙げられ、分子内の架橋反応を防止する観点から、メチル基が好ましい。
【0065】
さらに、m、nは、式(2)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)を構成する繰り返し単位の数であり、mは2~150整数、nは2~150の整数である。好ましくは、mは2~100の整数、nは2~100の整数である。
【0066】
なお、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0067】
分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、分岐構造を有するため、架橋密度が高い領域を形成し、シリコーンゴムの系中の架橋密度の疎密構造形成に大きく寄与する成分である。また、上記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)同様、Siに水素が直接結合した構造(≡Si-H)を有し、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)のビニル基の他、シリコーンゴム系硬化性組成物に配合される成分のビニル基とヒドロシリル化反応し、これら成分を架橋する重合体である。
【0068】
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の比重は、0.9~0.95の範囲である。
【0069】
さらに、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、通常、ビニル基を有しないものであるのが好ましい。これにより、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の分子内において架橋反応が進行するのを的確に防止することができる。
【0070】
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)としては、下記平均組成式(c)で示されるものが好ましい。
【0071】
平均組成式(c)
(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)
【0072】
式(c)において、R7は一価の有機基であり、好ましくは、炭素数1~10の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基である。炭素数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~10のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。
【0073】
式(c)において、aは、ヒドリド基(Siに直接結合する水素原子)の数であり、1~3の範囲の整数、好ましくは1である。
【0074】
また、式(c)において、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である。
【0075】
分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は分岐状構造を有する。直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、その構造が直鎖状か分岐状かという点で異なり、Siの数を1とした時のSiに結合するアルキル基Rの数(R/Si)が、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)では1.8~2.1、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)では0.8~1.7の範囲となる。
【0076】
なお、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、分岐構造を有しているため、例えば、窒素雰囲気下、1000℃まで昇温速度10℃/分で加熱した際の残渣量が5%以上となる。これに対して、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)は、直鎖状であるため、上記条件で加熱した後の残渣量はほぼゼロとなる。
【0077】
また、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の具体例としては、下記式(3)で表される構造を有するものが挙げられる。
【0078】
【0079】
式(3)中、R7は炭素数1~8の置換または非置換のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基、もしくは水素原子である。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、中でも、メチル基が好ましい。炭素数1~8のアリール基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。R7の置換基としては、例えば、メチル基等が挙げられる。
【0080】
なお、式(3)中、複数のR7は互いに独立したものであり、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【0081】
また、式(3)中、「-O-Si≡」は、Siが三次元に広がる分岐構造を有することを表している。
【0082】
なお、分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0083】
また、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)において、Siに直接結合する水素原子(ヒドリド基)の量は、それぞれ、特に限定されない。ただし、シリコーンゴム系硬化性組成物において、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)中のビニル基1モルに対し、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)の合計のヒドリド基量が、0.5~5モルとなる量が好ましく、1~3.5モルとなる量がより好ましい。これにより、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)および分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)と、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)との間で、架橋ネットワークを確実に形成させることができる。
【0084】
<<シリカ粒子(C)>>
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、非導電性フィラーを含む。非導電性フィラーは、必要に応じ、シリカ粒子(C)を含んでもよい。これにより、エラストマーの硬さや機械的強度の向上を図ることができる。
【0085】
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の非導電性フィラーを含んでもよい。同種の非導電性フィラーとは、少なくとも共通の構成材料を有していればよく、粒子径、比表面積、表面処理剤、又はその添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
【0086】
シリカ粒子(C)としては、特に限定されないが、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ等が用いられる。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。
【0087】
シリカ粒子(C)は、例えば、BET法による比表面積が例えば50~400m2/gであるのが好ましく、100~400m2/gであるのがより好ましい。また、シリカ粒子(C)の平均一次粒径は、例えば1~100nmであるのが好ましく、5~20nm程度であるのがより好ましい。
【0088】
シリカ粒子(C)として、かかる比表面積および平均粒径の範囲内であるものを用いることにより、形成されるシリコーンゴムの硬さや機械的強度の向上、特に引張強度の向上をさせることができる。
【0089】
<<シランカップリング剤(D)>>
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。
【0090】
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種のシランカップリング剤を含んでもよい。同種のシランカップリング剤とは、少なくとも共通の官能基を有していればよく、分子中の他の官能基や添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
【0091】
また、このシランカップリング剤(D)は、疎水性基を有するシランカップリング剤を含むことができる。これにより、シリカ粒子(C)の表面にこの疎水性基が付与されるため、シリコーンゴム系硬化性組成物中ひいてはシリコーンゴム中において、シリカ粒子(C)の凝集力が低下(シラノール基による水素結合による凝集が少なくなる)し、その結果、シリコーンゴム系硬化性組成物中のシリカ粒子(C)の分散性が向上すると推測される。これにより、シリカ粒子(C)とゴムマトリックスとの界面が増加し、シリカ粒子(C)の補強効果が増大する。さらに、ゴムのマトリックス変形の際、マトリックス内でのシリカ粒子(C)の滑り性が向上すると推測される。そして、シリカ粒子(C)の分散性の向上及び滑り性の向上によって、シリカ粒子(C)によるシリコーンゴムの機械的強度(例えば、引張強度や引裂強度など)が向上する。
【0092】
さらに、シランカップリング剤(D)は、ビニル基を有するシランカップリング剤を含むことができる。これにより、シリカ粒子(C)の表面にビニル基が導入される。そのため、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化の際、すなわち、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)が有するビニル基と、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)が有するヒドリド基とがヒドロシリル化反応して、これらによるネットワーク(架橋構造)が形成される際に、シリカ粒子(C)が有するビニル基も、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)が有するヒドリド基とのヒドロシリル化反応に関与するため、ネットワーク中にシリカ粒子(C)も取り込まれるようになる。これにより、形成されるシリコーンゴムの低硬度化および高モジュラス化を図ることができる。
【0093】
シランカップリング剤(D)としては、疎水性基を有するシランカップリング剤およびビニル基を有するシランカップリング剤を併用することができる。
【0094】
シランカップリング剤(D)としては、例えば、下記式(4)で表わされるものが挙げられる。
【0095】
Yn-Si-(X)4-n・・・(4)
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。
【0096】
疎水性基は、炭素数1~6のアルキル基、アリール基、またはこれらを組み合わせた炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基等が挙げられ、中でも、特に、メチル基が好ましい。
【0097】
また、親水性基は、例えば、水酸基、スルホン酸基、カルボキシル基またはカルボニル基等が挙げられ、中でも、特に、水酸基が好ましい。なお、親水性基は、官能基として含まれていてもよいが、シランカップリング剤(D)に疎水性を付与するという観点からは含まれていないのが好ましい。
【0098】
さらに、加水分解性基は、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、クロロ基またはシラザン基等が挙げられ、中でも、シリカ粒子(C)との反応性が高いことから、シラザン基が好ましい。なお、加水分解性基としてシラザン基を有するものは、その構造上の特性から、上記式(4)中の(Yn-Si-)の構造を2つ有するものとなる。
【0099】
上記式(4)で表されるシランカップリング剤(D)の具体例は、次の通りである。
上記官能基として疎水性基を有するものとして、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランのようなアルコキシシラン;メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシランのようなクロロシラン;ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、及びトリメチルエトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。
【0100】
上記官能基としてビニル基を有するものとして、例えば、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシランのようなアルコキシシラン;ビニルトリクロロシラン、ビニルメチルジクロロシランのようなクロロシラン;ジビニルテトラメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、及びビニルメチルジメトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。
【0101】
またシランカップリング剤(D)がトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤およびビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤の2種を含む場合、疎水性基を有するものとしてはヘキサメチルジシラザン、ビニル基を有するものとしてはジビニルテトラメチルジシラザンを含むことが好ましい。
【0102】
トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤(D1)およびビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤(D2)を併用する場合、(D1)と(D2)の比率は、特に限定されないが、例えば、重量比で(D1):(D2)が、1:0.001~1:0.35、好ましくは1:0.01~1:0.20、より好ましくは1:0.03~1:0.15である。このような数値範囲とすることにより、所望のシリコーンゴムの物性を得ることができる。具体的には、ゴム中におけるシリカの分散性およびゴムの架橋性のバランスを図ることができる。
【0103】
本実施形態において、シランカップリング剤(D)の含有量の下限値は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)の合計量100重量部に対して、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましい。また、シランカップリング剤(D)の含有量上限値は、ビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)の合計量100重量部に対して、100質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることがさらに好ましい。
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、エラストマーを含む柱状部と導電性樹脂層との密着性を高めることができる。また、シリコーンゴム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。
【0104】
<<白金または白金化合物(E)>>
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、触媒を含んでもよい。触媒は、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。
【0105】
絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、同種の触媒を含んでもよい。同種の触媒とは、少なくとも共通の構成材料を有していればよく、触媒中に異なる組成が含まれていてもよく、その添加量が異なっていてもよい。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる触媒をさらに含んでもよい。
【0106】
白金または白金化合物(E)としては、公知のものを使用することができ、例えば、白金黒、白金をシリカやカーボンブラック等に担持させたもの、塩化白金酸または塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とオレフィンの錯塩、塩化白金酸とビニルシロキサンとの錯塩等が挙げられる。
【0107】
なお、白金または白金化合物(E)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0108】
本実施形態において、シリコーンゴム系硬化性組成物中における白金または白金化合物(E)の含有量は、触媒量を意味し、適宜設定することができるが、具体的にはビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)、シリカ粒子(C)、シランカップリング剤(D)の合計量100重量部に対して、白金族金属が重量単位で0.01~1000ppmとなる量であり、好ましくは、0.1~500ppmとなる量である。
白金または白金化合物(E)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴム系硬化性組成物が適切な速度で硬化することが可能となる。また、白金または白金化合物(E)の含有量を上記上限値以下とすることにより、製造コストの削減に資することができる。
【0109】
<<水(F)>>
また、本実施形態に係る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。
【0110】
水(F)は、シリコーンゴム系硬化性組成物に含まれる各成分を分散させる分散媒として機能するとともに、シリカ粒子(C)とシランカップリング剤(D)との反応に寄与する成分である。そのため、シリコーンゴム中において、シリカ粒子(C)とシランカップリング剤(D)とを、より確実に互いに連結したものとすることができ、全体として均一な特性を発揮することができる。
【0111】
(その他の成分)
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。
【0112】
本実施形態に係る導電性溶液(導電性シリコーンゴム組成物)は、導電性フィラーを含まない上記シリコーンゴム系硬化性組成物に加えて、上記導電性フィラーおよび溶剤を含むものである。
【0113】
上記溶剤としては、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。
【0114】
上記溶剤の一例としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、トリフルオロメチルベンゼン、ベンゾトリフルオリドなどの芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、シクロペンチルエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;ジクロロメタン、クロロホルム、1,1-ジクロロエタン、1,2-ジクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタンなどのハロアルカン類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのカルボン酸アミド類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド類などを例示することができる。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。
【0115】
上記導電性溶液は、溶液中の固形分量などを調整することで、スプレー塗布やディップ塗布等の各種の塗布方法に適切な粘度を備えることができる。
【0116】
また、上記導電性溶液が上記導電性フィラーおよび上記シリカ粒子(C)を含む場合、電極部30が含むシリカ粒子(C)の含有量の下限値は、シリカ粒子(C)および導電性フィラーの合計量100質量%に対して、例えば、1質量%以上であり、好ましくは3質量%以上であり、より好ましくは5質量%以上とすることができる。これにより、電極部30の機械的強度を向上させることができる。一方で、上記電極部30が含むシリカ粒子(C)の含有量の上限値は、シリカ粒子(C)および導電性フィラーの合計量100質量%に対して、例えば、20質量%以下であり、好ましくは15質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下である。これにより、電極部30における導電性と機械的強度や柔軟性とのバランスを図ることができる。
【0117】
導電性溶液を必要に応じて加熱乾燥することで、導電性シリコーンゴムが得られる。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、電極部30の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
【0118】
<信号線部34の材料>
信号線部34は、公知のものを使用することができるが、例えば、導電繊維で構成され得る。導電繊維としては、金属繊維、金属被覆繊維、炭素繊維、導電性ポリマー繊維、導電性ポリマー被覆繊維、および導電ペースト被覆繊維からなる群から選択される一種以上を用いることができる。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。
【0119】
上記金属繊維、金属被覆繊維、の金属材料は、導電性を有するものであれば限定されないが、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、ステンレス、アルミニウム、銀/塩化銀およびこれらの合金等が挙げられる。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。これらの中でも、導通性の観点から、銀を用いることができる。また、金属材料は、クロム等の環境に負荷を与える金属を含まないことが好ましい。
【0120】
上記金属被覆繊維、導電性ポリマー被覆繊維、導電ペースト被覆繊維の繊維材料は、特に限定されないが、合成繊維、半合成繊維、天然繊維のいずれでもよい。これらの中でも、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、絹および綿等を用いることが好ましい。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。
【0121】
上記炭素繊維は、例えば、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
【0122】
上記導電性ポリマー繊維および導電性ポリマー被覆繊維の導電性ポリマー材料は、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリナフタレン、及びこれらの誘導体等の導電性高分子およびバインダ樹脂の混合物、あるいは、PEDOT-PSS((3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホン酸))等の導電性高分子の水溶液が用いられる。
【0123】
上記導電ペースト被覆繊維の導電ペーストに含まれる樹脂材料は特に限定されないが伸縮性を有することが好ましく、例えばシリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、スチレンゴム、クロロプレンゴム、およびエチレンプロピレンゴムからなる群から選択される一種以上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。
【0124】
上記導電ペースト被覆繊維の導電ペーストに含まれる導電性フィラーは特に限定されないが、公知の導電材料を用いてもよいが、金属粒子、金属繊維、金属被覆繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマー被覆繊維および金属ナノワイヤーからなる群から選択される一種以上を含むことができる。
【0125】
上記導電性フィラーを構成する金属は、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、銀/塩化銀、或いはこれらの合金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。この中でも、導電性の高さや入手容易性の高さから、銀または銅が好ましい。
【0126】
上記信号線部34が、線状の導電繊維を複数本撚り合わせた撚糸で構成されてもよい。これにより、変形時における信号線部34の断線を抑制できる。
【0127】
本実施形態において、導電繊維における被覆とは、単に繊維材料の外表面を覆うことのみならず、単繊維を撚り合わせた撚糸などの場合は、その撚糸の中の繊維間隙に金属、導電性ポリマー、または導電ペーストが含浸し、撚糸を構成する単繊維を1本毎に被覆するものを含む。
【0128】
信号線部34の引張破断伸度は、例えば、1%以上~50%以下、好ましくは1.5%以上~45%である。このような数値範囲内とすることで、変形時の破断を抑制しつつも、突起部32の過度な変形を抑制できる。
【0129】
<導電性接触部33の材料>
導電性接触部33の導電部材は、例えば、良導性金属を含むペースト(いわゆる導電性ペースト)である。良導性金属は、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらの合金からなる群から選択される一種以上を含む。特に、入手性や導電性の観点から、銀や塩化銀、銅が好適である。
【0130】
良導性金属を含むペーストで導電性接触部33を形成する場合は、ゴム状の弾性体でできた突起部32の頂部を、良導性金属を含むペースト状の導電性溶液にディップ(浸漬塗布)する。これにより、突起部32の表面に導電性接触部33が形成される。
【0131】
なお、導電性フィラーおよび溶剤を含む導電性溶液を、突起部32に塗布することにより、導電性樹脂層としての導電性接触部33を形成してもよい。このとき、溶剤を突起部32と同じ系統の材質(シリコーンゴム)とすることで、導電性接触部33(導電性樹脂層)の密着性を高められる。
【0132】
導電性溶液を必要に応じて加熱乾燥することで、導電性シリコーンゴムが得られる。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、導電性接触部33の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
【0133】
これにより、脳波測定装置1を頭部99へ装着する際の毛髪の掻き分け性能を向上させることができる。また、脳波測定装置1を装着した際の導電性接触部33の接触面積の十分な確保が可能となる。
【0134】
<電極部30の製造方法>
本実施形態の電極部30の製造方法の一例は次の工程を含むことができる。
まず、金型を用いて、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を加熱加圧成形し、基部31基および突起部32からなる成形体を得る。続いて、得られた成形体の各突起部32の内部に、縫い針を用いて、信号線部34を通す。その後得られた成形体の突起部32の先端部分に、ペースト状の導電性溶液をディップ塗布し、加熱乾燥後、ポストキュアを行う。これにより、突起部32に導電性接触部33を形成できる。以上により、電極部30を製造することができる。なお、上記成形工程時において、信号線部34を配置した成形空間内に、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を導入し、加圧加熱成形するインサート成形を用いてもよい。
【0135】
<キャップ一体型スナップボタン50>
キャップ一体型スナップボタン50は、例えば、良導体の金属からなり、有底筒状形状を呈し、有底部分の外面に外部の計測部に接続するための接続手段(スナップボタン53)を有する。良導体の金属として、例えばステンレス、銅合金、アルミニウム合金、真鍮などを用いることができる。
【0136】
キャップ一体型スナップボタン50は、有底筒状形状の底面であるキャップ天板51と、キャップ天板51の周縁からに図示下方向に延出する筒形状のキャップ胴部52とを一体に備える。
【0137】
キャップ胴部52の内周面55は、電極部30の基部31の外径よりも大きく形成されており、電極部30が収容された状態で、基部31の外周面37がキャップ胴部52の内周面55と若干離間するように設定されている。
【0138】
円形のキャップ天板51の外面56中心(すなわち上面視で円形状の中心)には図示上方に延出する円柱状のスナップボタン53が設けられている。キャップ天板51の内面54は、導電ペースト層60に接続する。
【0139】
スナップボタン53は、外部の計測部と接続するための信号線が取り付けられるインタフェイスである。ここでは、スナップボタン53は、例えば、円柱形状の先端側が根元側より拡径した接続端子の形状となっており、信号線に設けられた端子と嵌合する。なお、スナップボタン53の形成位置は、円形のキャップ天板51の外面56中心に限らず、中心からオフセットした位置でもよいし、キャップ胴部52の外周面に設けられてもよい。
【0140】
<導電ペースト層60>
導電ペースト層60は、電極部30をキャップ一体型スナップボタン50に収容する際に、キャップ一体型スナップボタン50のキャップ天板51の内面54と基部31の基部上面35との間に設けられ、それらの間の導電を良好に維持する。導電ペースト層60の導電部材として、突起部32に設けられた導電性接触部33と同様の導電部材を用いることができ、例えば、良導性金属を含むペースト(いわゆる導電性ペースト)がある。良導性金属は、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらの合金からなる群から選択される一種以上を含む。特に、入手性や導電性の観点から、銀や塩化銀、銅が好適である。
【0141】
<キャップ一体型スナップボタン50による電極部30等の収容構造>
キャップ一体型スナップボタン50に電極部30等を収容した構造について、
図3~
図5を参照して脳波測定用電極10の製造方法とともに説明する。
【0142】
まず、キャップ一体型スナップボタン50のキャップ天板51の内面54に導電ペースト層60を塗布する。つぎに、電極部30を、基部31の基部上面35をキャップ一体型スナップボタン50のキャップ天板51の内面54に押し当てるようにして収容する。
【0143】
このとき、キャップ天板51の内面54には導電ペースト層60が設けられているので、電極部30の基部上面35とキャップ天板51の内面54との間に導電ペースト層60が介在する。導電ペースト層60のペーストの粘性により電極部30とキャップ一体型スナップボタン50との導通が良好に図られる。言い換えると、基部31の基部上面35には、導電性接触部33から延びる信号線部34の端部が露出していることから、導電性接触部33から、信号線部34及び導電ペースト層60を介してキャップ一体型スナップボタン50に繋がる信号経路が確立される。
【0144】
つづいて、電極部30とキャップ一体型スナップボタン50との間に形成された空間にシリコーン接着剤70を注入し硬化させ、電極部30がキャップ一体型スナップボタン50の内部に固定される。これによって
図3や
図4に示した脳波測定用電極10が得られる。
【0145】
このように、キャップ一体型スナップボタン50が、電極部30の保持する為の機能と、外部の計測部との信号線との接続手段としての機能(スナップボタン53)とを一体に有することから、部品点数の削減を実現できる。これによって、製造コストの削減、管理工数の削減を実現できる。また、脳波測定用電極10は、シンプルな構造であることから、故障の発生を抑制でき、また、故障時の補修等が容易である。
【0146】
また、脳波測定用電極10において、キャップ一体型スナップボタン50のキャップ天板51には、厚さ方向(図示では上下)に貫通する開口を有していない。したがって、
図9の公知の脳波測定用電極100で説明したような課題が解消される。すなわちキャップ一体型スナップボタン50の筒形状の内部に注入されたシリコーン接着剤70や導電ペースト層60が外部に漏れてスナップボタン53を汚染することがない。特にシリコーン接着剤70の汚染による導通不良が生じることを回避できる。また、シリコーン接着剤70による汚染がないことから、製造工程の管理を簡素化でき、この点でもコスト削減を実現できる。
【0147】
<脳波測定用電極10の特徴・機能のまとめ>
本実施形態の脳波測定用電極10の特徴・機能について、以下にまとめて説明する。
(1)脳波測定用電極10は、電極部30と、電極部30を保持するキャップ一体型スナップボタン50とを有する。
電極部30は、弾性部材で形成された柱状の基部31と、基部31の一端(ここでは基部下面36)に設けられた複数の突起部32と、突起部32の少なくとも先端側表面に設けられた導電性接触部33と、導電性接触部33から突起部32と基部31とを介し基部31の他の一端(ここでは基部上面35)まで設けられた信号線部34と、を有する。
キャップ一体型スナップボタン50は導電性であって、有底の筒状形状を呈するとともに、筒状形状の外側面に計測部に接続するためのスナップボタン53を備え、かつ筒状形状の内部に電極部30を保持する。
キャップ一体型スナップボタン50が、電極部30の保持する為の機能と、外部の計測部との信号線との接続機能(スナップボタン53)とを一体に有することから、部品点数の削減を実現でき、コスト削減や信頼性向上を実現できる。
また、キャップ一体型スナップボタン50のキャップ天板51には、貫通孔がないので、キャップ一体型スナップボタン50の内部に注入されたシリコーン接着剤70が外部に漏れてスナップボタン53を汚染することがない。
(2)脳波測定用電極10において、基部31の他の一端に露出する信号線部34とキャップ一体型スナップボタン50の内部壁面(内面54や内周面55)と電気的に接続する導電ペースト層60が設けられている。
これによって電極部30とキャップ一体型スナップボタン50との導通を良好に実現できる。
(3)脳波測定用電極10において、キャップ一体型スナップボタン50と電極部30との間の空間に充填剤(例えばシリコーン接着剤70)が充填されている。シリコーン接着剤70により、電極部30を確実にキャップ一体型スナップボタン50に保持することができる。また、上述のように、シリコーン接着剤70が漏れてスナップボタン53を汚染することがないので、漏れにくい特性の充填剤を採用するといった設計上の制約もなく、幅広い材質の充填剤から選択できる。
(4)脳波測定用電極10において、信号線部34は、突起部32と基部31の内部に設けられた導電繊維からなる。
(5)脳波測定装置1は、上記の脳波測定用電極10と、脳波測定用電極10のスナップボタン53に接続され測定した脳波信号を計測する計測部(図示せず)と、を有する。
【0148】
<第2の実施形態>
図6を参照して、本実施形態の脳波測定用電極10Aを説明する。以下では、第1の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成・機能については適宜説明を省略する。
【0149】
本実施形態の脳波測定用電極10Aでは、電極部30の固定にモールド樹脂を設けずに、電極部30がキャップ一体型スナップボタン50から離脱する方向への移動を規制する規制部として係止爪57が設けられている。具体的には、キャップ胴部52の下側端部に内部方向(筒形状内部側)に向けた係止爪57が複数箇所に設けられている。キャップ胴部52の深さ、すなわち上下方向の高さは、電極部30を収容した状態で基部下面36と同じ位置になるように設定されている。さらに、係止爪57が基部下面36の外縁部分を押さえている。
【0150】
このような構成により、電極部30の固定を確実に維持できる。シリコーン接着剤70を使用しなくできる。また、シリコーン接着剤70を使用した場合でも、少量とすることができる。すなわち、シリコーン接着剤70がキャップ一体型スナップボタン50の下側開口から漏れるような場合であっても、使用する量が少ないため、スナップボタン53への汚染を確実に抑制できる。
【0151】
<第3の実施形態>
図7を参照して、本実施形態の脳波測定用電極10Bを説明する。以下では、第1及び第2の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成・機能については適宜説明を省略する。
【0152】
図示のように、脳波測定用電極10Bにおいて、キャップ一体型スナップボタン50の内周面55と電極部30の基部31の外周面37が密着して、隙間が無い。このような構成を採用することで、第1の実施形態に示したようなシリコーン接着剤70を不要とすることができたり、また使用する場合であっても大幅に削減することができる。すなわち、スナップボタン53へのシリコーン接着剤70の汚染を確実に回避できる。なお、キャップ一体型スナップボタン50の内周面55と電極部30の基部31の外周面37とを密着させる構造を、ネジ嵌合させる構成としてもよい。
【0153】
<第4の実施形態>
図8を参照して、本実施形態の脳波測定用電極10Cを説明する。以下では、第1~第3の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成・機能については適宜説明を省略する。
【0154】
図示のように、脳波測定用電極10Cにおいて、第1~第3の実施形態の導電ペースト層60の代わりに、導電クッション層80を設けている。すなわち、電極部30の基部31の他の一端(基部上面35)に露出する信号線部34とキャップ一体型スナップボタン50の内部壁面(内面54や内周面55と電気的に接続する導電性を有し弾性変形する導電クッション層80が設けられている。
【0155】
導電クッション層80は、例えば、導電性繊維クッションである。導電性繊維クッションとして、各種の金属繊維や樹脂繊維をメッキ処理したものを用いることができるが、ナイロン繊維を銀メッキ処理した繊維やステンレス繊維を好適に用いることができる。一例としては、銀メッキ繊維綿(大阪電気工業株式会社製)やSUS繊維ウェブ(日本精線株式会社製)、銀メッキ繊維ステープル(大阪電気工業株式会社製)を用いることができる。導電性繊維クッションを構成する導電性繊維の直径は、例えば10~150μmである。導電クッション層80として、導電性繊維クッションの他に、例えば導電性ウレタンフォームや導電性スポンジなどをもちいることができるが、すくなくとも導電性の機能と、圧縮時に反発力(付勢力)が作用する機能を有する部材であればよい。
【0156】
これによって、第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、外部から衝撃が作用した場合でも、導電クッション層80が衝撃を吸収し、脳波測定用電極10の構成要素や固定構造に悪影響が生じることを抑制できる。例えば、衝撃により突起部32の表面に設けられた導電性接触部33が剥離してしまうことを抑制できる。
【0157】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【0158】
1 脳波測定装置
10、10A、10B、10C 脳波測定用電極
20 フレーム
21 電極ユニット取付部
30 電極部
31 基部
32 突起部
33 導電性接触部
34 信号線部
50 キャップ一体型スナップボタン
51 キャップ天板
52 キャップ胴部
53 スナップボタン
57 係止爪
60 導電ペースト層
70 モールド樹脂
80 導電性クッション部材