特許 7511642 生体電極

(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】2024-06-27

(45)【発行日】2024-07-05

(54)【発明の名称】生体電極

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/251 20210101AFI20240628BHJP

   A61B 5/263 20210101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

A61B5/251

A61B5/263

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022533774

(86)(22)【出願日】2021-06-07

(86)【国際出願番号】 JP2021021544

(87)【国際公開番号】W WO2022004282

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2022-12-05

(31)【優先権主張番号】P 2020115673

(32)【優先日】2020-07-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179970

【弁理士】

【氏名又は名称】桐山 大

(74)【代理人】

【識別番号】100071205

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 陽一

(72)【発明者】

【氏名】久保 真之

(72)【発明者】

【氏名】林 隆浩

【審査官】下村 一石

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１４３５５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０８５０３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０８０３９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１０２９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／２４－５／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基端部と前記基端部に接続された先端部とを持ち、導電性ゴムで形成された電極突起を備え、
前記基端部および前記先端部のそれぞれは、導電性粒子を含み、
前記基端部に含まれる導電性粒子の量は、前記先端部に含まれる導電性粒子の量よりも多いことによって、前記基端部の導電性ゴムは、前記先端部の導電性ゴムよりも硬い、生体電極。

【請求項2】

前記先端部の導電性ゴムと前記基端部の導電性ゴムとのそれぞれが含むバインダーの総量を１００重量部とし、
前記先端部の導電性ゴムが含む前記導電性粒子の重量部をＲ１、
前記基端部の導電性ゴムが含む前記導電性粒子の重量部をＲ２、
としたとき、
３００（重量部）≦Ｒ１＜Ｒ２≦４００（重量部）
を満たす、請求項１に記載の生体電極。

【請求項3】

前記基端部と前記先端部との界面において、前記基端部と前記先端部とのうち一方に突部が設けられ、前記基端部と前記先端部とのうち他方に窪みが設けられ、
前記突部が前記窪みにはまっている、請求項１または２に記載の生体電極。

【請求項4】

前記基端部に前記突部が設けられ、前記突部が前記先端部に埋没した請求項３に記載の生体電極。

【請求項5】

前記先端部の後端が凸状とされ、前記後端が前記突部として前記基端部に埋没している、請求項３に記載の生体電極。

【請求項6】

電極形成面を持つ被支持部を備え、
複数の前記電極突起は、前記電極形成面の中央に設けられた配置中心点を囲むように前記電極形成面に配置され、
前記複数の前記電極突起の各々は、先端が丸められた斜円錐形状を持ち、
前記配置中心点を通る前記電極形成面の垂線を主中心軸線とし、前記主中心軸線と垂直な方向を径方向としたときに、
各々の前記電極突起は、前記径方向における外径側へと前記先端部がひろがるように前記主中心軸線に対して傾けられた請求項１～５のいずれか１項に記載の生体電極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、生体電極に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特開２０１７－０７４３６９号には、複数の櫛歯を持つ脳波測定用電極が記載されている。この複数の櫛歯は一例として樹脂材料で形成されている。櫛歯の先端表面には導電性が付与されている。櫛歯の先端表面を被計測物に接触させることで、櫛歯が電極の役割を果たすことができる。被計測物は例えば頭皮である。

【0003】

他に、例えば特開２０１３－１１１３６１号には、先端が高硬度（金属製）とされた生体電極が記載されている。また、特開２０１８－１７５２８８号には、基端を柔軟な材料で形成することで電極を傾きやすくした生体電極が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－０７４３６９号

【文献】特開２０１３－１１１３６１号

【文献】特開２０１８－１７５２８８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

生体電極は使用時に被計測物へと押し当てられる。生体電極が繰り返し使用されたとしても、電極突起をなるべく初期形状に近い形のままで維持したい。その一方で、電極突起を被計測物に当てたときに被計測物にかかる負担をなるべく抑制したい。これらのニーズを効果的に両立させる技術が従来は存在しておらず、生体電極にさらなる改良が求められていた。

【0006】

本開示は、電極形状を維持しやすく被計測物への負担を抑制できる生体電極を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

生体電極の一態様は、基端部と前記基端部に接続された先端部とを持ち、導電性ゴムで形成された電極突起を備え、前記基端部および前記先端部のそれぞれは、導電性粒子を含み、前記基端部に含まれる導電性粒子の量は、前記先端部に含まれる導電性粒子の量よりも多いことによって、前記基端部の導電性ゴムは、前記先端部の導電性ゴムよりも硬い。

【発明の効果】

【0008】

基端部は先端部よりも硬いので電極形状を維持しやすく、その一方で先端部の柔らかさで被計測物の負担を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態の生体電極の構成を表す正面図である。

【図2】実施の形態の生体電極の構成を表す底面図である。

【図3】実施の形態の生体電極における電極突起の構成を表す断面図である。

【図4】第一変形例における生体電極の構成を表す正面図である。

【図5】第一変形例における生体電極における電極突起の断面図である。

【図6】第一変形例における生体電極の中間製品を表す底面斜視図である。

【図7】第一変形例における生体電極の中間製品を表す正面図である。

【図8】第一変形例における生体電極を構成する電極部材を表す底面斜視図である。

【図9】第一変形例における生体電極の先端部を構築する金型の断面図である。

【図10】第二変形例における生体電極の構成を表す正面図である。

【図11】第二変形例における生体電極における電極突起の構成を表す断面図である。

【図12】第二変形例における生体電極の製造工程を表す図である。

【図13】第二変形例のインサート部品を表す正面図である。

【図14】第二変形例における生体電極の電極部材を表す底面斜視図である。

【図15】第三変形例における生体電極の電極突起の構成を表す断面図である。

【図16】他の変形例の電極突起の構成を表す正面図である。

【図17】他の変形例の電極突起の構成を表す正面図である。

【図18】実施例の生体電極の材料を記載した表である。

【図19】実施例の生体電極の銀粉量と硬度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、実施の形態の生体電極１の構成を表す正面図である。実施の形態の生体電極１は、支持部材１０と電極部材２０とコネクタ３０とを備える。支持部材１０は、例えば板状の部材であり、具体的には円板状部材である。支持部材１０は、電極部材２０を支持する支持面１０ａと、支持面１０ａとは反対側の背面１０ｂと、を有する。

【0011】

電極部材２０は、被支持部２１を持つ。被支持部２１は、互いに反対向きの被支持面２１ａと電極形成面２１ｂとを持つ。被支持面２１ａは、支持面１０ａに固定される。電極形成面２１ｂには複数の電極突起２２が設けられる。コネクタ３０は、支持部材１０を貫通して延びるとともに、電極部材２０と接続する。電極部材２０は、コネクタ３０を介して外部の測定装置などと電気的に接続できる。

【0012】

図２は、図１の生体電極１の底面図である。円形の電極形成面２１ｂの中央には、「配置中心点Ｏ」が図示されている。配置中心点Ｏを囲むように、一例として六個の電極突起２２が円状に配置される。

【0013】

図１を含むいくつかの図には、主中心軸線ＯＬと軸方向Ｚと径方向Ｘと周方向Ｒとが図示される。これらの各方向は、実施の形態を説明するために便宜上定義される。「主中心軸線ＯＬ」は、生体電極１の中心軸線である。主中心軸線ＯＬは、配置中心点Ｏを通る電極形成面２１ｂの垂線である。

【0014】

軸方向Ｚと主中心軸線ＯＬとが平行である。径方向Ｘは、軸方向Ｚと直交する方向である。径方向Ｘは、外径側と内径側とにさらに分けられる。外径側は、主中心軸線ＯＬから離れる方向である。内径側は、主中心軸線ＯＬへと近づく方向である。周方向Ｒは、主中心軸線ＯＬまわりに回転する方向である。図１の方向Ａ１は、生体電極１の「コネクタ側」を表し、方向Ａ２は生体電極１の「押し付け方向」を表す。

【0015】

支持部材１０は、電気絶縁性の材料で形成されている。電気絶縁性の材料は、例えば、シリコーンゴムでもよいが、それ以外の硬質樹脂材料などでもよい。支持部材１０の中心部には、支持部材１０を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通穴に、コネクタ３０が通される。

【0016】

電極部材２０は、導電性ゴムで形成される。電極部材２０は、被支持部２１と複数の電極突起２２とを有する。各々の電極突起２２は、基端部２３と先端部２４とを持つ。基端部２３は被支持部２１に接続する。先端部２４は基端部２３の端に接続する。複数の電極突起２２は、被支持部２１から支持部材１０とは反対側に突出する。

【0017】

実施の形態のコネクタ３０は、電極部材２０を外部の測定装置と電気的に接続する。コネクタ３０の一部が被支持部２１に埋設される。コネクタ３０は、支持部材１０を貫通して、支持部材１０の背面１０ｂの上に露出する。コネクタ３０の具体的構造に限定はなく、スナップボタン形コネクタでもよく、例えばステンレス鋼などの金属製でもよい。

【0018】

図２において、電極形成面２１ｂ上には、配置中心点Ｏを中心点とする仮想円Ｎ１が図示されている。複数の電極突起２２のそれぞれは、仮想円Ｎ１の上に周方向Ｒに沿って等間隔に配置される。図２には、基端部２３の横断面中心Ｃ１と先端部２４の横断面中心Ｃ２とが図示されている。電極突起２２の「横断面」は、図１の径方向Ｘと平行な面で電極突起２２を切断したときの切り口である。

【0019】

複数の電極突起２２のそれぞれは、円形の横断面を有しており、且つ基端部２３から先端部２４に向かって徐々に縮径している。複数の電極突起２２のそれぞれは、基端部２３から先端部２４に向かうにつれて（つまり電極形成面２１ｂから離れるにつれて）、横断面の面積が徐々に小さくなるように構築されている。基端部２３の横断面中心Ｃ１が、仮想円Ｎ１の上に位置する。先端部２４の横断面中心Ｃ２は、横断面中心Ｃ１よりも外径側に位置する。一例として、先端部２４が電極形成面２１ｂの外側へはみでている。

【0020】

図３は、図２におけるＭ１－Ｍ１線に沿う電極突起２２の断面図である。図３は、主中心軸線ＯＬを含む仮想平面で電極突起２２を切断して得られる縦断面図でもある。複数の電極突起２２のそれぞれが、図３の断面形状を持つ。図３には、基端部２３の横断面中心Ｃ１と先端部２４の横断面中心Ｃ２とを結ぶ仮想直線ＯＥが図示されている。仮想直線ＯＥを、便宜上、「電極軸線ＯＥ」とも称する。仮想直線ＯＥは、いわば電極突起２２の中心軸線に相当している。図３には、電極突起２２の基端側Ｂ１と先端側Ｂ２とをそれぞれ表す矢印が記入されている。

【0021】

図３には、電極突起２２の形状を説明するためのいくつかの設計パラメータが図示されている。設計パラメータは、傾斜角度θと、テーパ角度φと、寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、を含む。寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ、電極形成面２１ｂを基準とした電極突起２２の全高Ｌ１と、寸法Ｌ１の半分の値Ｌ２と、先端部２４の高さ寸法Ｌ３とである。

【0022】

電極軸線ＯＥと主中心軸線ＯＬとが傾斜角度θを成している。各々の電極突起２２も主中心軸線ＯＬに対して傾斜角度θを持つように傾いている。図２に示すように配置中心点Ｏを基準として外径側へと先端部２４がひろがる。

【0023】

電極突起２２は、頂点が丸められた斜円錐状の形状を有する。図３において、電極突起２２の側周面のうち内径側の面つまり主中心軸線ＯＬに近いほうの面を、内周側面２２ｉとも称す。図３において、電極突起２２の側周面のうち外径側の面つまり主中心軸線ＯＬから遠いほうの面を、外周側面２２ｅとも称す。図３の断面視において、外周側面２２ｅは、主中心軸線ＯＬに対して平行ではなく、ある程度の傾きを有する。主中心軸線ＯＬに対する外周側面２２ｅの傾き角は、傾斜角度θよりも小さい。

【0024】

先端部２４の高さ寸法Ｌ３は、寸法Ｌ２よりも小さい。これにより、基端部２３が電極突起２２のなかで占める割合を多くでき、電極突起２２の形状保持性が高まる。

【0025】

基端部２３と先端部２４との間には、界面２５が存在する。界面２５は、径方向Ｘと平行であり、電極形成面２１ｂと平行である。界面２５は、基端部２３と先端部２４との境界を切断した横断面に相当する。実施の形態では、界面２５が電極軸線ＯＥに対して斜めに交わる。界面２５の法線と電極軸線ＯＥとがゼロ度より大きな角度を成す。

【0026】

電極突起２２のテーパ角度φは、０度より大きく９０度未満の範囲内で任意に設定される。実施の形態では、一例として基端部２３と先端部２４とが同じテーパ角度φを持つ。基端部２３と先端部２４とが界面２５において段差なく滑らかに接続する。

【0027】

以下、実施の形態の材質を述べる。基端部２３および先端部２４それぞれが、導電性ゴムで構築されている。実施の形態の導電性ゴムは、具体的には、シリコーンゴムと導電性粒子とを含む導電性シリコーンゴムである。シリコーンゴムは、例えば室温硬化型の液状シリコーンゴムでもよい。室温硬化型の液状シリコーンゴムは、硬化前には液状又はペースト状であり、２０℃～１００℃で硬化反応が進行してゴム弾性体となる。なお、補強材、充填剤及び種々の添加剤などが適宜含まれてもよい。

【0028】

導電性粒子は、例えば金属粒子でもよい。金属粒子は、例えば銀粒子でもよい。銀粒子は、複数の銀粒子（一次粒子）が凝集した凝集粒子（凝集体）を含んでもよく、フレーク状の銀粒子を含んでもよく、或いはこれらの両方を含んでもよい。導電性粒子は、他の金属粒子や導電性のある炭素系材料粒子などでもよい。他の金属粒子は、銅粒子、金粒子、アルミニウム粒子あるいはニッケル粒子などでもよい。炭素系材料粒子は、カーボンブラック、グラファイトあるいはカーボンナノチューブ等でもよい。カーボンブラックは、ケッチェンブラックあるいはアセチレンブラックでもよい。

【0029】

基端部２３の導電性ゴムは、先端部２４の導電性ゴムよりも硬い。この硬さの違いをつくりだすための手段の一例として、実施の形態では、基端部２３の導電性粒子量が先端部２４の導電性粒子量よりも多くされる。上記シリコーンゴム等のバインダーに対して導電性粒子の添加量を増やしていくと、導電性ゴムが硬くなる傾向がある。実施の形態ではこの傾向が活用される。

【0030】

実施の形態において、先端部２４を構築する材料を便宜上「第一材料」とも称し、基端部２３を構築する材料を便宜上「第二材料」とも称する。第二材料のほうが第一材料よりも導電性粒子の含有量が多い。

【0031】

先端部２４を構築する第一材料は、なるべく柔軟な材料でもよい。ただし、第一材料において、導電性粒子の総量がバインダー量に対して３倍以上とされてもよく、これにより良好な導電率が確保されてもよい。その一方で、基端部２３を構築する第二材料は、なるべく硬い材料でもよい。ただし、第二材料において、導電性粒子の総量がバインダー量に対して４倍以下とされてもよく、これにより流動性が確保されてもよい。

【0032】

ここで、先端部２４の第一材料において、導電性粒子の総量（重量部）を便宜上「Ｒ_１」と記載する。基端部２３の第二材料において、導電性粒子の総量（重量部）を便宜上「Ｒ_２」と記載する。例えば下記の条件式（１）を満たすように各材料が配合されることで、上述した導電率と流動性とを両方とも確保してもよい。
３００ ≦ Ｒ_１ ＜ Ｒ_２≦ ４００ ・・・（１）

【0033】

生体電極１の使用時には、複数の電極突起２２の先端部２４を被計測部位に接触させる。被計測部位は、例えば被験者の身体（皮膚）である。この状態で、コネクタ３０を介して当該被験者の生体信号が検出される。生体電極１は、例えば脳波または脳波以外の他の生体信号を検出する。

【0034】

コネクタ３０を介して電極部材２０が測定装置（不図示）に電気的に接続される。測定装置は、特に制限されないが、例えば脳波測定装置、ウエアラブル情報機器または健康モニタリング機器でもよい。

【0035】

以上説明した実施の形態にかかる生体電極１は、柔らかい先端部２４で被計測部位の負担を減らせるとともに、先端部２４より硬い基端部２３で電極形状を維持しやすい。

【0036】

すなわち、使用時に生体電極１が押し付け方向Ａ２（すなわち先端方向Ｂ２）へと繰り返し押し付けられると、永久変形（塑性変形）等で面圧が低下するおそれがある。電極突起２２はなるべく初期形状のまま維持したい。その一方で、電極突起２２が被計測部位に接触したときの被計測部位の負担を抑制したい。形状維持性の向上と計測負担の軽減とを両立したいニーズがある。この点、基端部２３は先端部２４よりも硬いので電極形状を維持しやすく、その一方で先端部２４の柔らかさで被計測部位の負担を抑制できる。

【0037】

実施の形態では、導電性粒子の配合量を相違させることにより、先端部２４と基端部２３との間で導電性ゴムの硬さの違いをつくりだしている。導電性粒子の量を増やすことは、剛性の向上とともに導電性を向上させる利点もある。このため実施の形態は剛性と導電性とを両立できる優れた特徴も有する。

【0038】

実施の形態では、主中心軸線ＯＬに対して各々の電極突起２２が外径側へひらいている。これにより、生体電極１を被測定部位に押し付けたときに、電極突起２２が弾性変形しつつ測定領域の広範囲を安定的にカバーできる。

【0039】

なお、実施の形態では、硬い導電性ゴムによって基端部２３の導電性および剛性が確保される。実施の形態には、基端部２３が導電性ゴムのみから構築されていて、基端部２３の内部に補強用の金属インサート部品（例えば金属棒など）が設けられていない特徴もある。

【0040】

実施の形態では、界面２５が電極軸線ＯＥと斜めに交差している。界面２５と電極軸線ＯＥとが斜めに交わるほうが、これらが垂直に交わる場合と比べて、界面２５の面積を大きくできる。

【0041】

以下、図４～図１５を用いて、実施の形態の第一変形例ないし第三変形例を説明する。

【0042】

概要を述べると、図４と図１０は第一変形例と第二変形例それぞれの生体電極１０１、２０１の正面図である。図５と図１１と図１５のそれぞれは、第一変形例ないし第三変形例の電極突起１２２、２２２、３２２の縦断面図である。図５と図１１と図１５は、生体電極１と同様に図２のＭ１－Ｍ１線に相当する仮想平面で変形例の生体電極それぞれを切断した縦断面図である。図５と図１１と図１５には、図３と同様に、横断面中心Ｃ１、Ｃ２と電極軸線ＯＥと設計パラメータθ、φ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とが記入される。

【0043】

図４～図９を用いて第一変形例を説明する。図４および図５には、第一変形例の生体電極１０１の構造が示される。生体電極１０１は、電極部材２０が電極部材１２０に置換された点を除いては、実施の形態の生体電極１と同様の構成を備える。

【0044】

電極部材１２０は、被支持部１２１と、被支持部１２１からのびる複数の電極突起１２２を備える。被支持部１２１の形状は被支持部２１と同様としてもよい。被支持部１２１は、互いに反対向きの被支持面１２１ａと電極形成面１２１ｂとを備える。各々の電極突起１２２は、基端部１２３と、先端部１２４と、接続端面１２５とを備える。接続端面１２５は、基端部１２３の端面であり且つ先端部１２４と接続する面でもある。接続端面１２５の中央には、突部１２５ａが設けられる。

【0045】

第一変形例の生体電極１０１は、いくつかの特徴的構成を持っている。特徴の一つは、基端部１２３と先端部１２４との界面に設けられた「突部」と「窪み」である。この「突部」と「窪み」が互いにはまり合う。第一変形例では、基端部１２３に突部１２５ａが設けられ、この突部１２５ａを受け入れる「窪み」が先端部１２４に設けられる。より具体的には、先端部１２４が突部１２５ａに被せられ、突部１２５ａが先端部１２４の内部に埋没する。これにより先端部１２４と基端部１２３とが接する表面積を増加できるので、接触面積の増加により接着力が向上する。

【0046】

特徴の他の一つとして、接続端面１２５の周縁部が環状段差を構築している。環状段差は、基端部１２３よりも先端部１２４がひとまわり細く構築されたものでる。これにより先端部１２４が曲がりやすくなり、被計測部位への負担が更に軽減される。

【0047】

実施の形態と同様に、先端部１２４は前述した第一材料で形成し、基端部１２３は前述した第二材料で形成される。

【0048】

第一変形例の製造方法の一例を述べる。先に基端部１２３が導電性シリコーンゴムで成形され、これが中間製品となる。図６は生体電極１０１の中間製品を表す底面斜視図であり、図７はその正面図である。成形後の基端部１２３が先端部形成用の金型１５０（図９参照）へセットされる。

【0049】

続いて、基端部１２３の端に先端部１２４を成形することで、２色成形品が得られる。図８は生体電極１０１の電極部材１２０の底面斜視図である。なお、図６および図８では被支持部１２１の外周がやや大きく模式的に図示されているが、被支持部１２１の周縁をひと回り小さくカットすることができる。

【0050】

図９は、生体電極１０１の先端部１２４を構築する金型１５０の断面図である。接続端面１２５の環状段差は、先端部１２４を成形する際に、図６および図７の中間製品を挿入する位置（深さ）を規制できる。つまり、金型１５０は、電極突起１２２の形状に応じた斜円錐穴部１５２を有する。斜円錐穴部１５２には、接続端面１２５の環状段差に対応する段差が設けられる。この段差で中間製品の位置決め（深さ決め）が容易となる。

【0051】

上記説明した第一変形例の二つの特徴は、それぞれ単独で実施されてもよい。変形例として、突部１２５ａが設けられる一方で、接続端面１２５の環状段差が省略されてもよい。環状段差の省略は、金型１５０に設ける斜円錐穴部の形状を変形することで実現される。この変形例では、先端部１２４と基端部１２３とが同一のテーパ角度を持つように、両者を滑らかに接続させる斜円錐穴部１５２が設けられる。一方、突部１２５ａが省略された変形例が提供されてもよい。この場合には基端部１２３の端面が平坦となり、この平坦の端面にひとまわり細い先端部１２４が接続される。

【0052】

以上説明した第一変形例では、基端部１２３と先端部１２４との界面において突部１２５ａが先端部１２４の窪みにはまり込む。これにより接触表面積を確保できるので、接着力が向上する。

【0053】

上記第一変形例では、接続端面１２５の周縁が環状段差を構築する。環状段差により、先端部１２４が基端部１２３よりもひとまわり細く構築される特徴がある。

【0054】

図１０～図１４を用いて第二変形例を説明する。図１０および図１１には、第二変形例の生体電極２０１の構造が示されている。生体電極２０１は、電極部材２０が電極部材２２０に置換された点を除いては、実施の形態の生体電極１と同様の構成を備える。

【0055】

電極部材２２０は、被支持部２２１と、被支持部２２１からのびる複数の電極突起２２２を備える。被支持部２２１の形状は被支持部２１と同様としてもよい。被支持部２２１は、互いに反対向きの被支持面２２１ａと電極形成面２２１ｂとを備える。各々の電極突起２２２は、基端部２２３と先端部２２４とを備える。図１１には、先端部２２４の中央胴部における横断面中心Ｃ３も図示されている。

【0056】

先端部２２４の一部が基端部２２３に埋没しているので、基端部２２３と先端部２２４とが接する表面積が増加する。接触面積の増加により接着力が向上する。

【0057】

図１２は、生体電極２０１の製造工程を表す図である。第二変形例の製造方法では、先端部２２４をインサート部品として予め成形しておく。図１３は、実施の形態の第二変形例のインサート部品を表す正面図である。先端部２２４の材料は、前述した「第一材料」である。先端部２２４は、その中心軸線ＯＰに沿って、前端２２４ａと中央胴部２２４ｂと後端２２４ｃとを持つ。中央胴部２２４ｂは両端よりも膨らんでいる。

【0058】

図１２には、電極部材２２０の製造に用いる金型２５０が図示されている。金型２５０は、複数の斜円錐穴部２５２を持つ。インサート部品である先端部２２４が、図１２に矢印で示すように、斜円錐穴部２５２にセットされる。次いで、前述した「第二材料」が金型２５０に投入され、基端部２２３および被支持部２２１が形成されて、二色成形品の電極部材２２０が得られる。図１４は電極部材２２０を表す底面斜視図である。

【0059】

第二変形例の生体電極２０１は、いくつかの特徴的構成を持っている。特徴の一つは、基端部２２３と先端部２２４との界面に設けられた「突部」と「窪み」であり、これらは当該界面で互いにはまり合う。第二変形例では、先端部２２４における後端２２４ｃが「突部」を構築するとともに、基端部２２３にこの後端２２４ｃを受け入れる「窪み」が設けられる。図１０の構造では、一例として、先端部２２４のちょうど半分（つまり中央胴部２２４ｂまで）が、基端部２２３に埋没している。これにより樹脂接合の表面積が増大する。埋没によって、先端部２２４が力を受けたときに基端部２２３が先端部２２４を安定に保持できる。さらなる変形として、先端部２２４の半分未満あるいは半分以上が基端部２２３に埋没してもよい。

【0060】

第二変形例の特徴の他の一つは、先端部２２４がインサート部品とされた点である。インサート部品は、製造上の利点をもたらす。例えば、基端部２２３の樹脂成形工程に課せられる製造条件とは独立に、先端部２２４を自由な形状・材料で形成できる。

【0061】

第二変形例の特徴の更に他の一つは、先端部２２４が下記に述べる種々の「対称性」を有する点である。

【0062】

先端部２２４が持つ「第一の対称形状」は、図１３に示す中央胴部の横断面Ｐ１を鏡映面としたときの「鏡像対称形状」である。その利点の一つは、製造時の作業性向上である。例えば、先端部２２４がインサート部品である場合に前端２２４ａと後端２２４ｃとを逆にしてもよいので、作業者の負担が減る。

【0063】

先端部２２４が持つ「第二の対称形状」は、先端部２２４の長さ方向中心軸線ＯＰ（図１３参照）を回転軸としたときの回転対称形状である。この回転対称形状は、例えば１／２回転対称、１／３回転対称、あるいはｎ回転対称でもよい。その利点の一つとして、先端部２２４をインサート部品としたときに先端部２２４を金型に配置するときの作業性が向上する。回転対称形状を持つ利点の他の一つとして、先端部２２４と基端部２２３との接合表面も回転対称となるので、接合強度が均一になりやすい。

【0064】

先端部２２４が持つ「第三の対称形状」は、両端先細りの対称形状であり、より具体的には中心軸線ＯＰに沿う断面がひし形である。前端２２４ａおよび後端２２４ｃが同じテーパ角度φ_ｉを持つ。これにより、前端２２４ａおよび後端２２４ｃの入替えが可逆であり、且つ先端部２２４がその中心軸まわりに回転自在となる。したがって、金型２５０へのセット方向に限定がなくなり、作業性が向上する。

【0065】

テーパ角度φ_ｉは、基端部２２３のテーパ角度φと等しくともよい。あるいはテーパ角度φ_ｉとテーパ角度φとの大小関係が、φ_ｉ＜φでもよく、φ_ｉ＞φでもよい。

【0066】

先端部２２４は、上記の第一ないし第三の対称形状をすべて含む。ただし、これらのうち任意の一つまたは二つの対称形状を持つように、先端部２２４が変形されてもよい。

【0067】

一例として、先端部２２４が非対称形状に変形されてもよい。例えば、中央横断面Ｐ１に対して非鏡像対称となる任意の形状に、先端部２２４が変形されてもよい。一例として、前端２２４ａの側が斜円錐であり、その一方で、後端２２４ｃの側が円柱、角柱、円錐台または角錐台とされてもよい。他の例として、前端２２４ａと後端２２４ｃとのうち一方のテーパ角度φ_ｉを他方より大きくしてもよい。

【0068】

第二変形例をさらに変形した一例として、インサート部品の使用ではない他の製造方法で、先端部２２４と同様の構造を作り出してもよい。例えば、金型２５０における斜円錐穴部２５２の底に「突起」が設けられ、この突起付き斜円錐穴部２５２で基端部２２３が成形されてもよい。これにより基端部２２３の端面に「基端側に凹む凹部」を設けることができる。この「基端側に凹む凹部」に先端部２２４が成形されることで、基端部２２３の側に先端部２２４の一部が埋没させられてもよい。

【0069】

以上説明したように、第二変形例では、先端部２２４の後端２２４ｃが基端部２２３の窪みにはまり込む。これにより接触表面積を確保できるので、接着力が向上する。

【0070】

図１５を用いて第三変形例を説明する。図１５は、電極突起３２２の縦断面図である。第三変形例において、図１５以外の構造は実施の形態（図１～図２）と同様である。第三変形例の基端部は、基端部３２３ａ（以下、内側基端部３２３ａとも称す）と基端部３２３ｂ（以下、外側基端部３２３ｂとも称す）とを含む二重構造である。内側基端部３２３ａは、電極形成面３２１ｂから高さＬ５だけ突出する。内側基端部３２３ａを埋没させるように、外側基端部３２３ｂが内側基端部３２３ａに被せられる。

【0071】

外側基端部３２３ｂは先端側Ｂ２へ向かって斜円錐形状に連続的にのびており、その末端は先端部３２４とされる。内側基端部３２３ａと被支持部３２１とが、前述した「第二材料」で硬く形成される。外側基端部３２３ｂおよび先端部３２４はその全体が前述した「第一材料」で柔らかく形成される。

【0072】

上述した第一変形例と第二変形例とでは、基端部１２３、２２３と先端部１２４、２２４との界面の「突部」と「窪み」とを設ける場合に、突部が窪みに埋没するように構築される（各変形例の断面図参照）。実施の形態はこのような形状に限定されない。

【0073】

図１６および図１７は、他の変形例の電極突起４２２の正面図である。例えば、一つの変形例として、図１６の正面図に示す電極突起４２２のように、凹形状の窪みを持つ基端部４２３と凸形状の突部を持つ先端部４２４とが互いにはまり合うように構築されてもよい。図１６では、電極突起４２２の外表面に界面４２５があらわれており、界面４２５の凸凹線が外側から視認される。また、本開示において、「突部」は「段差の高い部分」を含んでもよく、「窪み」は「段差の低い部分」を含んでもよい。この場合の例として、図１７の正面図に示す電極突起４２２のように、基端部４２３と先端部４２４とが互いに隙間無くはまり合う一対の段差を備えてもよい。図１７の構成も、図１６と同様に、電極突起４２２の外表面に界面４２５の凸凹線があらわれる。

【0074】

実施の形態および第一～第三変形例に対して更に他の変形が適用されてもよい。下記の変形群から、一種類または複数種類の任意の変形が選択されて、その変形が実施の形態とその上記第一変形例ないし第三変形例に適用されてもよい。

【0075】

図３、図５、図１１、図１５に示した電極突起２２～３２２の設計パラメータθ～Ｌ５は、様々に変更できる。例えば、傾斜角度θは任意の角度に変形できる。一例として、各々の電極突起２２～３２２が電極形成面２１ｂ～３２１ｂから垂直に突出するように、傾斜角度θを設定してもよい。このとき、各々の電極突起２２の電極軸線ＯＥは、主中心軸線ＯＬおよび軸方向Ｚと平行となる。

【0076】

テーパ角度φを持たない形状でもよい。基端部２３～３２３と先端部２４～３２４とのうち一方または両方が、テーパの無い均一太さを持つように構築されてもよい。高さＬ３、Ｌ４、Ｌ５は、寸法Ｌ２以上とされてもよい。先端部２４～３２４は、基端部２３～３２３よりも短くされてもよく、逆に長くされてもよく、或いはこれらが同じ長さでもよい。

【0077】

上記の設計パラメータθ、φ、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の変更のうち、いずれか一つの変更、任意の二つの変更、あるいは３つ全ての変更が適用されてもよい。

【0078】

先端部２４～３２４と基端部２３～３２３の太さ（つまり横断面直径）は、互いに独立に変更してもよい。先端部２４～３２４が基端部２３～３２３より太くされてもよい。

【0079】

本開示の生体電極の基本形状は実施の形態とその変形例の生体電極１、１０１、２０１に限定されず、様々な生体電極形状に対して本開示の特徴は適用されうる。複数の電極突起２２～３２２それぞれの配置方法は任意に変形可能である。実施の形態のような円状に限られず、一列に並んだ櫛状（コーム状）の並びに複数の電極突起２２～３２２が配置されてもよい。電極突起２２～３２２の個数も、任意の数としてもよく、例えば一つでもよい。電極突起２２～３２２の全体形状は、必ずしも斜円錐形状に限定されず、例えば細いピン状でもよく、屈曲ピン状でもよく、例えば板状でもよい。

【実施例1】

【0080】

以下、実施の形態の生体電極１を具体的に実施した一例を述べる。ただし、この実施例に記載した具体的数値および商品名等によって本開示が限定されるものではない。

【0081】

図１８は、実施例の生体電極材料成分を記載した表である。実施例において、「材料Ｅ１」は上述した第一材料の一例として適用されたものであり、「材料Ｅ２」は上述した第二材料の一例として適用されたものである。材料Ｅ１および材料Ｅ２それぞれは、１００重量部のバインダーを含有する。バインダーは、液状シリコーンゴムであり、一例として信越化学工業社製の商品名「ＫＥ－１０６」が用いられる。バインダーには硬化剤が含有されている。使用した硬化剤は、信越化学工業社製の商品名「ＣＡＴ－ＲＧ」である。

【0082】

材料Ｅ１には、バインダー１００重量部に対し、合計で３００重量部の銀粉（つまり銀粒子）が配合される。材料Ｅ１の銀粉は、１５０重量部の第一銀粉と１５０重量部の第二銀粉とからなる。第一銀粉は商品名「ＦＡ－２－３」であり、第二銀粉は商品名「Ｇ－３５」であり、これらはいずれもＤＯＷＡエレクトロニクス社製である。Ｇ－３５は、凝集対策として、事前に、疎水性フュームドシリカ（日本アエロジル社製：商品名「ＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）Ｒ９７２」）が２ｗｔ％ほど混合されている。材料Ｅ２には、バインダー１００重量部に対し、合計で４００重量部の銀粉（銀粒子）が配合される。材料Ｅ２の銀粉は、２００重量部の第一銀粉と２００重量部の第二銀粉とからなる。

【0083】

材料Ｅ１と材料Ｅ２には、それぞれ２０重量部ずつ分散剤が配合される。２０重量部の分散剤は、１０重量部の第一分散剤と１０重量部の第二分散剤とからなる。第一分散剤は商品名「ＫＦ－６０１５」であり、第二分散剤は商品名「ＫＦ－６１０６」であり、これらはいずれも信越化学工業社製である。

【0084】

実施例の製造方法の一例を簡単に説明する。以下の説明において、コネクタ３０は予め支持部材１０に取り付けられる。実施例では、まずシリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムが攪拌される。導電性ゴムは液状でもペースト状でもよい。攪拌された導電性ゴムが、複数の斜円錐穴部を有した成形用の金型（キャビティ）に注入される。

【0085】

先端部２４を成形するために、金型の斜円錐穴部へ「材料Ｅ１（図１８参照）」を計量し、自公転式ミキサーにて脱泡および充填を行う。続いて、１５０℃および２分の条件で硬化を行う。その後、金型を冷却させる。

【0086】

次に、基端部２３および被支持部２１が形成される。すなわち、金型の冷却後に、「材料Ｅ２（図１８参照）」を金型の斜円錐穴部にさらに投入する。続いて、支持部材１０とコネクタ３０との組立体を、支持部材１０の支持面１０ａを下向きにした状態で、金型内の導電性ゴム上に載置する。これにより、支持部材１０の支持面１０ａが、被支持面２１ａに重なるように載置される。

【0087】

支持部材１０をセットした後、脱泡と充填とが行われる。さらに１５０℃かつ３分の条件で硬化を行う。続いて、１５０℃で３０分間の二次加硫を実施する。これにより、導電性シリコーンゴムからなる電極部材２０が得られる。その後、電極部材２０は１０％ＮａＣｌ水溶液に浸漬され、１２１℃かつ０．１ＭＰａの条件で１時間加熱・加圧処理が行われる。加熱・加圧処理にはオートクレーブが使用される。

【0088】

次に、支持部材１０とコネクタ３０との組立体が載置された状態で、電極部材２０の形状に成形された導電性ゴムを架橋する。これにより部品が一体化される。その後、一体化された生体電極１が成形型から取り出される（つまり脱型される）。

【0089】

図１９は、実施例の生体電極１の銀粉量と硬度の関係を示すグラフである。図１９の硬度は、ショアＡ硬度である。図１９に示すように、実施例では、銀粉の配合量が１５０重量部であるときショアＡ硬度は５１であり、銀粉の配合量が２００重量部であるときショアＡ硬度は６１である。６１／５１＝１．１９６であるから、実施例では、基端部２３が先端部２４よりも約１．２倍のショアＡ硬さを持つともいえる。一例として、ショアＡ硬さを１．２倍以上とする程度に、基端部２３の銀粉配合量が先端部２４の銀粉配合量よりも多くされてもよい。

【0090】

なお、実施例において、銀粉（つまり銀粒子）は、バインダーであるシリコーンゴム中に分散可能であれば限定されない。例えば、凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉とのうち少なくとも一種を用いてもよい。凝集状の銀粉は、複数の粒子状の一次粒子が３次元状に凝集したものであり、上記商品名「Ｇ－３５」が例示される。フレーク状の銀粉は、鱗片形状を持つ。凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉とが両方とも配合されてもよい。

【0091】

なお、柔軟性と良好な導電率を両立するために、材料Ｅ１においてＦＡ－２－３およびＧ－３５それぞれの量をバインダー量に対して１．５倍以上としてもよい。この場合は総銀粉量がバインダー量の３．０倍以上でもよい。その一方で、剛性と流動性とを両立するために、材料Ｅ２においてＦＡ－２－３およびＧ－３５それぞれの量をバインダーに対して２．０倍以下としてもよい。この場合は総銀粉量がバインダー量の４．０倍以下でもよい。ＦＡ－２－３およびＧ－３５は同じ配合量に限られず、一方を他方よりも多くしてもよい。

【0092】

上記の実施例は、少なくとも材料成分、材料の商品名、硬度、および製造方法の具体的開示を含む。上記の実施例の具体的開示は、第一ないし第三変形例の生体電極或いはこれらをさらに変形したものに対して適用されてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１、１０１、２０１ 生体電極
１０ 支持部材
１０ａ 支持面
１０ｂ 背面
２０、１２０、２２０ 電極部材
２１、１２１、２２１、３２１ 被支持部
２１ａ、１２１ａ、２２１ａ 被支持面
２１ｂ、１２１ｂ、２２１ｂ、３２１ｂ 電極形成面
２２、１２２、２２２、３２２、４２２ 電極突起
２２ｅ 外周側面
２２ｉ 内周側面
２３、１２３、２２３、４２３ 基端部
３２３ａ 基端部（内側基端部）
３２３ｂ 基端部（外側基端部）
２４、１２４、２２４、３２４、４２４ 先端部
２５、４２５ 界面
３０ コネクタ
１２５ 接続端面
１２５ａ 突部
１５０、２５０ 金型
２２４ａ 前端
２２４ｂ 中央胴部
２２４ｃ 後端
１５２、２５２ 斜円錐穴部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 横断面中心
Ｌ１ 電極突起の全高
Ｌ３ 先端部の高さ寸法
Ｎ１ 仮想円
Ｏ 配置中心点
ＯＥ 電極軸線
ＯＬ 主中心軸線
ＯＰ インサート部品の中心軸線
Ｐ１ インサート部品の横断面（中央横断面）
θ 傾斜角度
φ、φ_ｉ テーパ角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】