(57)【要約】      （修正有）【課題】体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、生体電気信号を高い精度で取得できる生体電極を提供する。【解決手段】少なくとも、凹凸形状を有する凹凸層５と、電極層１とが積層された積層体からなる、生体電極１０であって、凹凸層５の凸部の高さｈが、０．１ｍｍ以上であり、電極層１の厚みｔが、８ｍｍ以下であり、凹凸層５の凸部の高さｈと、電極層１の厚みｔとの差（ｈ−ｔ）が、０．０１〜８ｍｍである生体電極１０。【選択図】図１
2018102404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、凹凸形状を有する凹凸層と、電極層とが積層された積層体からなる、生体電極。
【請求項２】
前記凹凸層の凸部の高さｈが、０．１ｍｍ以上である、請求項１に記載の生体電極。
【請求項３】
前記電極層の厚みｔが、８ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の生体電極。
【請求項４】
前記凹凸層の凸部の高さｈと、前記電極層の厚みｔとの差（ｈ−ｔ）が、０．０１〜８ｍｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の生体電極。
【請求項５】
前記凹凸層の凸部の微小硬度が、０．０１〜３０Ｎ／ｍｍ2である、請求項１〜４のいずれかに記載の生体電極。
【請求項６】
前記積層体の積層方向とは垂直方向から前記凹凸層を観察した場合に、前記凸部の形状が三角形、四角形、または半円形である、請求項１〜５のいずれかに記載の生体電極。
【請求項７】
前記電極層が、繊維編地または導電性樹脂フィルムにより構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の生体電極。
【請求項８】
凹凸形状を有する電極層を備える、生体電極。
【請求項９】
前記電極層が、基材層の上に設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の生体電極。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の生体電極が固定されている、布地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体電極、及びこれを備える布地に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、心電図、筋電図、脳波、心拍変動などの生体電気信号の取得・記録や、生体に対して電気刺激を付与するために用いられる、生体電極が知られている。生体電極は、体表面に密着させて使用されている。
【０００３】
生体電気信号は、生体を安静にした状態で取得されていたが、近年、日常生活の中で長時間、連続的に生体電気信号を取得し、健康管理などに役立てる試みがなされている。例えば、生体電極を衣類などに固定した、いわゆるウェアラブル電極とし、生体電極で取得した生体電気信号をスマートフォンやタブレット端末などの電子機器にリアルタイムで送信し、スポーツ、健康、医療、エンタテインメントなどの様々な分野に活用する試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１０６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば運動中などの体動が大きい状況においては、生体電極による生体電気信号の取得時に、生体電気信号中にアーチファクト（ノイズ）が取り込まれやすくなり、生体電気信号を精度高く取得することが困難になるという問題がある。
【０００６】
また、汗をかくような状況においては、皮膚に接触した生体電極が滑って動きやすく、生体電極による生体電気信号の取得時に、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすくなる。
【０００７】
以上の従来技術の問題点に鑑み、本発明は、体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、生体電気信号を高い精度で取得できる生体電極を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を重ねた結果、少なくとも、凹凸形状を有する凹凸層と、電極層とが積層された積層体からなる生体電極は、体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、生体電気信号を高い精度で取得できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいてさらに検討を重ねることにより完成したものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項１．  少なくとも、凹凸形状を有する凹凸層と、電極層とが積層された積層体からなる、生体電極。
項２．  前記凹凸層の凸部の高さｈが、０．１ｍｍ以上である、項１に記載の生体電極。
項３．  前記電極層の厚みｔが、８ｍｍ以下である、項１または２に記載の生体電極。
項４．  前記凹凸層の凸部の高さｈと、前記電極層の厚みｔとの差（ｈ−ｔ）が、０．０１〜８ｍｍである、項１〜３のいずれかに記載の生体電極。
項５．  前記凹凸層は、隣り合う凸部間の距離ｗが、１〜８ｍｍである、項１〜４のいずれかに記載の生体電極。
項６．  前記積層体の積層方向に、前記凹凸層の凸部の先端部分の断面を取得した場合に、前記先端部分の角度θが、３０°〜１４０°である、項１〜５のいずれかに記載の生体電極。
項７．  前記凹凸層の凸部の微小硬度が、０．０１〜３０Ｎ／ｍｍ2である、項１〜６のいずれかに記載の生体電極。
項８．  前記積層体の積層方向とは垂直方向から前記凹凸層を観察した場合に、前記凸部の形状が三角形、四角形、または半円形である、項１〜７のいずれかに記載の生体電極。
項９．  前記電極層が、繊維編地または導電性樹脂フィルムにより構成されている、項１〜８のいずれかに記載の生体電極。
項１０．  凹凸形状を有する水分透過抑制層を有しており、
前記水分透過抑制層が、前記凹凸層を構成している、項１〜９のいずれかに記載の生体電極。
項１１．  凹凸形状を有する電極層を備える、生体電極。
項１２．  前記電極層が、基材層の上に設けられている、項１〜１１のいずれかに記載の生体電極。
項１３．  項１〜１２のいずれかに記載の生体電極が固定されている、布地。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、心電図、筋電図、脳波、心拍変動などの様々な生体電気信号を高い精度で取得できる生体電極を提供することができる。本発明の生体電極は、生体電気信号の取得・記録だけでなく、生体に対して効果的に電気刺激を付与するために用いることもできる。また、本発明は、当該生体電極を備える布地を提供することもできる。当該布地は、衣類などに加工することによって、生体電極をウェアラブル電極として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の生体電極の一例の略図的断面図である。
【図２】本発明の生体電極の一例の略図的断面図である。
【図３】本発明の生体電極の一例の略図的断面図である。
【図４】凹凸層を電極層側から平面視した模式図である。
【図５】凹凸層の凹凸形状を側面視した模式図である。
【図６】実施例１の静止時及び歩行時の心電波形である。
【図７】比較例１の静止時及び歩行時の心電波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の生体電極は、少なくとも、凹凸形状を有する凹凸層と、電極層とが積層された積層体からなることを特徴とする。以下、本発明の生体電極、及びこれを備える布地について、詳述する。
【００１３】
本発明の生体電極１０は、例えば図１から図３に示されるように、表面に電極層１を備えている。
【００１４】
電極層を構成する素材としては、導電性を備えていれば、特に制限されず、例えば、導電性の繊維編地、導電性樹脂フィルム、金属箔などが挙げられ、これらの中でも、体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、生体電気信号をより高い精度で取得する観点からは、好ましくは、導電性の繊維編地、導電性樹脂フィルムが挙げられ、さらに生体電極の着用感にも優れる観点からは、より好ましくは導電性の繊維編地が挙げられる。
【００１５】
繊維編地に導電性を付与する観点から、繊維編地は、導電性繊維を含んでいることが好ましい。導電性繊維としては、特に限定されず、導電性を備える公知の繊維を用いることができる。導電性繊維の具体例としては、金属めっき繊維、導電性高分子繊維、金属繊維、炭素繊維、スリット繊維、導電材含有繊維などが挙げられる。導電性繊維は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００１６】
金属めっき繊維としては、特に制限されず、公知のものが使用でき、例えば、銀、銅、金、ステンレスなどの金属、またはこれらのうち少なくとも１種を含む合金などにより、合成繊維の表面が被覆された繊維が挙げられる。金属めっきが施される合成繊維としては、好ましくはナイロン繊維、ポリエステル繊維などが挙げられる。
【００１７】
導電性高分子繊維としては、特に制限されず、公知のものが使用でき、例えば、ポリ３、４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリスチレンスルホン酸（ポリ４−スチレンサルフォネート；ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ繊維、また、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳとマトリックス樹脂を複合化した繊維などが挙げられる。マトリックス樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが挙げられる。また、導電性高分子を合成繊維に含浸させたものであってもよい。合成繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。
【００１８】
金属繊維としては、特に制限されず、銀、ニッケル、銅、鉄、錫などの金属、またはこれらの金属のうち少なくとも１種を含む合金などにより構成された繊維が挙げられる。
【００１９】
導電材含有繊維としては、ポリエステル系ポリマーやポリアミド系ポリマーなどの繊維形成性ポリマーに導電性物質を均一分散したもの（つまり、導電性ポリマー）を用いて構成されるものが有用である。導電性物質としては、例えば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラックなどの導電性カーボンブラック；銀、ニッケル、銅、鉄、錫などの金属単体；硫化銅、硫化亜鉛、ヨウ化銅などの金属化合物などが挙げられる。
【００２０】
導電性繊維の中でも、銀めっきナイロン繊維、銀めっきポリエステル繊維、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳにＰＶＡ等のマトリックス樹脂と複合化した繊維が好ましい。
【００２１】
導電性繊維の電気抵抗値としては、特に制限されないが、例えば、０．１〜１００,０００Ω／１０ｃｍ程度が挙げられる。
【００２２】
電極層を構成する繊維編地は、導電性繊維のみにより構成されていてもよいし、他の繊維をさらに含んでいてもよい。他の繊維としては、好ましくは熱融着繊維または熱合着繊維（以下、熱融着繊維等という。）が挙げられる。熱融着繊維と熱合着繊維との差異は、半溶融または軟化状態からの冷却により生じる結合力の強弱によって区別すればよく、結合力が強いものは熱融着繊維とし、これよりも結合力が弱いものは熱合着繊維とする。この区別は明確とは言えず曖昧模糊とした部分を含むが、要は、熱処理によって繊維同士の交差部を結合できる繊維であればよいものとする。たとえば熱融着繊維としてのポリウレタン繊維の例としては日清紡テキスタイル株式会社製のモビロンＲ、モビロンＲ−Ｌ等が例示でき、熱融着繊維とも熱合着繊維ともされるポリウレタン繊維の例としては旭化成株式会社製のロイカＳＦ等が例示できる。繊維編地が熱融着繊維等をさらに含んでいる場合、導電性繊維と熱融着繊維等とを含む電極層を熱プレス処理することにより、電極層の表面平滑性を向上（すなわち、表面粗さ（Ｒａ）を小さく）させて、皮膚（体表面）への密着性を向上することができる。生体電極の皮膚への密着性が高められることにより、生体電気信号をより一層精度高く取得し得る。
【００２３】
熱融着繊維等としては、例えば８０℃以上程度の熱プレスによって、繊維同士が結合するものであれば、特に制限されないが、好ましくはポリウレタン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維などが挙げられる。熱融着繊維等は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
繊維編地が熱融着繊維等をさらに含んでいる場合、生体電気信号をより一層精度高く取得する観点から、繊維編地中の導電性繊維と熱融着繊維等との質量比（導電性繊維：熱融着繊維等）としては、好ましくは５０：５０〜９８：２程度、より好ましくは６０：４０〜９０：１０程度が挙げられる。
【００２５】
繊維編地を構成している導電性繊維の繊度としては、特に制限されず、例えば１〜３００ｄｔｅｘ程度が挙げられる。導電性繊維はモノフィラメントでもよいし、マルチフィラメントでもよい。熱融着繊維等の繊度としては、特に制限されず、例えば１〜３００ｄｔｅｘ程度が挙げられる。熱融着繊維等はモノフィラメントでもよいし、マルチフィラメントでもよい。繊維編地の編立方法としては、特に制限されず、例えば、シングル編（平編、天竺編ともいう。）、フライス編（ゴム編ともいう。）、パール編、スムース編など緯編のほか、経編や編組も含めた公知の編立方法が挙げられる。
【００２６】
また、電極層として用いられる導電性樹脂フィルムとしては、特に制限されないが、例えば、導電性インクを印刷して形成したもの等が挙げられる。導電性樹脂フィルムの好ましい具体例としては、銀インク、銅インク、カーボンインクなどの導電性インク（ペースト状のものを含む）を印刷した印刷フィルム、金属粉などの導電性フィラー分散フィルムなどが挙げられる。
【００２７】
また、電極層として用いられる金属箔としては、特に制限されないが、金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔などが挙げられる。
【００２８】
さらに、生体電気信号をより一層精度高く取得する観点から、繊維編地の表面が疎水性表面または親水性表面のいずれかを有していることが好ましい。
【００２９】
例えば、電極層表面の疎水性が非常に高い場合、皮膚から放出された水分を、皮膚と電極層表面との間に、効率的に留めることが可能となる。これにより、皮膚と電極層との間の接触インピーダンスが低減し、結果として、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれにくくなり、生体電気信号の取得精度が向上する。
【００３０】
また、電極層表面の親水性が非常に高い場合、皮膚から放出された水分を、電極層に効率的に留めることが可能となる。これにより、電極自体の水分率が向上し、結果として、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれにくくなり、生体電気信号の取得精度が向上する。
【００３１】
例えば、電極層１に疎水処理層を設ける方法としては、特に制限されないが、例えば、電極層１を疎水性表面処理液中に浸漬する方法が挙げられる。また、浸漬の後、乾燥や熱処理を行ってもよく、そうすることにより疎水処理層の耐久性をより優れたものにすることができる。
【００３２】
疎水性表面処理液としては、特に制限されず、公知の疎水性表面処理液を使用することができる。疎水性表面処理液としては、例えば、フッ素系疎水性表面処理液、シリコーン系表面処理液、ワックス系表面処理液などが挙げられる。これらの疎水性表面処理液は、市販品が容易に入手可能である。
【００３３】
電極層１の表面に親水処理層を設ける方法としては、特に制限されないが、例えば、電極層１を親水性表面処理液中に浸漬する方法が挙げられる。また、浸漬の後、乾燥や熱処理を行ってもよく、そうすることにより親水処理層の耐久性をより優れたものにすることができる。
【００３４】
親水性表面処理液としては、特に制限されず、公知の親水性表面処理液を使用することができる。親水性表面処理液としては、例えば、ポリウレタン系親水性表面処理液、ポリエーテル系表面処理液、ポリエステル系表面処理液などが挙げられる。これらの親水性表面処理液は、市販品が容易に入手可能である。
【００３５】
電極層１の厚みｔとしては、特に制限されないが、生体体電気信号をより一層精度高く取得する観点からは、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは０．０１〜５ｍｍ程度、さらに好ましくは０．０２〜２ｍｍ程度が挙げられる。より具体的には、電極層１が繊維編地により構成されている場合、電極層１の厚みｔとしては、好ましくは０．０５〜５ｍｍ程度、より好ましくは０．１〜２ｍｍｍｍ程度が挙げられる。また、電極層１が導電性樹脂フィルムにより構成されている場合、電極層１の厚みｔとしては、好ましくは０．０１〜５ｍｍ程度、より好ましくは０．０２〜２ｍｍ程度が挙げられる。また、電極層１が金属箔により構成されている場合、電極層１の厚みｔとしては、好ましくは０．００５〜５ｍｍ程度、より好ましくは０．０２〜２ｍｍ程度が挙げられる。
【００３６】
本発明の生体電極においては、図１及び図２の模式図に示されるように、電極層１と共に凹凸層５が積層されている。凹凸層５は、前記電極層１側の表面が凹凸形状を有している。
【００３７】
本発明の生体電極においては、生体電極１０の電極層１が皮膚に押し当てられるように着用されることにより、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的に大きな圧力が電極層１を介して皮膚に加わり、電極層１と皮膚との密着性が効果的に高められている。これにより、皮膚と電極層１との間の接触インピーダンスが低減し、結果として、体動が大きい場合などにおいても、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれにくくなり、生体電気信号を精度高く取得することが可能となる。また、前述の通り、汗をかくような状況においては、皮膚に接触した生体電極が滑って動きやすいため、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすくなるものの、皮膚に接触した生体電極の動きが抑制されれば、汗による水分によって、電極層１と皮膚との密着性が高められ、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれにくくなる。本発明の生体電極によれば、皮膚との密着性が高められているため、汗による生体電極の滑りが効果的に抑制されている。このため、本発明の生体電極は、特に、汗をかく状況での生体電気信号の取得に有効である。
【００３８】
また、従来の生体電極では、電気刺激を付与する場合にも、生体電極の感度が悪くなり、電気刺激を付与しにくくなる場合があったが、本発明の生体電極は、皮膚と電極層との間の接触インピーダンスが低減しているため、感度が高く、生体に対して効果的に電気刺激を付与することもできる。
【００３９】
図４は、凹凸層５を電極層１側から平面視した模式図である。図４のｙ方向が生体電極１０を構成する積層体の積層方向である。図４に示されるように、凹凸層５には、複数の凸部５１が設けられており、凸部５１の間に凹部５２が形成されている。凹凸層５を電極層側から平面視した場合の各凸部５１の形状としては、特に制限されず、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、不定形などが挙げられる。図４（ａ）には四角形、図４（ｂ）には円形の例を示している。
【００４０】
また、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高める観点からは、凹凸層５を積層方向とは垂直方向から観察した場合に、凸部５１の形状が三角形、四角形（台形を含む）、または半円形であることが好ましい。凸部５１の好ましい形状としては、四角錐、円錐などが挙げられる。
【００４１】
図５は、凹凸層５の凹凸形状を側面視した（ｚ方向から見た）模式図である。本発明の生体電極において、生体体電気信号をより一層精度高く取得する観点からは、凹凸層５の凸部５１の高さｈとしては、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．５〜８ｍｍ程度、さらに好ましくは１〜３ｍｍ程度が挙げられる。なお、凸部５１の高さｈは、図５に示すように、凸部５１と凹部５２との高低差を意味する。図示を省略するが、本発明において、凹凸層５は、凸部５１のみが複数配置されており、凹部５２においては凹凸層５の下に位置する層が露出する構成（すなわち、凸部５１の高さｈと凹凸層５の厚みｄとが一致する構成）を有していてもよい。
【００４２】
また、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高める観点からは、凹凸層５の凸部５１の高さｈと、電極層１の厚みｔとの差（ｈ−ｔ）が、０．０１〜８ｍｍ程度であることが好ましく、０．０１〜５ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜３ｍｍ程度であることがさらに好ましく、１〜３ｍｍ程度であることが特に好ましい。当該差がこのような範囲にあることにより、生体体電気信号をより一層精度高く取得することができる。
【００４３】
凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高める観点から、隣り合う凸部間の距離ｗとしては、例えば１〜１０ｍｍ程度、好ましくは１〜８ｍｍ程度、より好ましくは２〜６ｍｍ程度、さらに好ましくは２〜５ｍｍ程度が挙げられる。なお、隣り合う凸部間の距離ｗは、各凸部について、最も近接している凸部との距離を意味する。また、凸部５１が不規則に設けられている場合には、任意の凸部５１を１つ選択し、当該凸部５１から距離の近い上位３０個の凸部５１について、それぞれ、上記の距離ｗを測定した平均値とする。前述の凸部５１の高さｈについても、凸部５１の高さが均一でない場合には、当該３０個の平均値とする。
【００４４】
凹凸層５の凸部５１の先端部分の形状としては、特に制限されないが、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高める観点からは、例えば、生体電極を構成する積層体の積層方向に、凹凸層５の凸部５１の先端部分の断面を取得した場合に、先端部分の角度（θ）が、３０°〜１５０°であることが好ましく、４０°〜１４０°であることがより好ましく、６０°〜１３０°であることがさらに好ましい。当該角度（θ）がこのような範囲にあることにより、生体体電気信号をより一層精度高く取得することができる。
【００４５】
凹凸層５には、生体電極の通気性を高める観点から、生体電極の積層方向に貫通孔をを有している（図示は省略している）ことが好ましい。貫通孔の位置は、特に制限されないが、好ましくは凹部５２に設けられていることが好ましい。また、貫通孔の数についても、特に制限されないが、通気性を高める観点からは、複数設けられていることが好ましく、例えば、各凹部５２に貫通孔を設けることができる。
【００４６】
凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高めつつ、生体電極の着用感を高める観点からは、凹凸層５の凸部５１の微小硬度としては、好ましくは０．０１〜２００Ｎ／ｍｍ2、より好ましくは０．０５〜２００Ｎ／ｍｍ2程度、さらに好ましくは０．１〜２０Ｎ／ｍｍ2程度が挙げられる。なお、本発明において、凹凸層５の凸部５１の微小硬度は、以下の方法により測定した値である。
【００４７】
（微小硬度の測定）
ＩＳＯ  １４５７７−１の規定に準拠して、微小硬度計を用いて測定する。負荷速度（試験速度）０．１５ｍＮ／秒、保持時間２秒、押込み深さ１０μｍ、圧子は三角すい圧子（稜間角１１５度）とする。
【００４８】
また、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高めつつ、生体電極の着用感を高める観点からは、凹凸層５の凸部５１のアスカーＣ硬度としては、好ましくは５〜８０度程度、より好ましくは１０〜７５度程度、さらに好ましくは１０〜７０度程度が挙げられる。なお、本発明において、凹凸層５の凸部５１のアスカーＣ硬度は、以下の方法により測定した値である。
【００４９】
（アスカーＣ硬度の測定）
ＳＲＩＳ  ０１０１の規定に準拠して、アスカーゴム硬度計Ｃ型を用いて測定する。なお、測定対象とする試料の厚みが１ｃｍ未満である場合には、試料を重ねて１ｃｍ以上として、測定を実施する。
【００５０】
凹凸層５を構成する素材としては、特に制限されないが、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高めつつ、生体電極の着用感を高める観点からは、好ましくは樹脂が挙げられる。好ましい樹脂としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００５１】
なお、後述のとおり、本発明の生体電極が水分透過抑制層３を有しており、水分透過抑制層３を凹凸形状とすることにより、水分透過抑制層３が、凹凸層５を構成していてもよい（図２を参照）。
【００５２】
凹凸層５の厚みｄとしては、特に制限されないが、凹凸層５の凸部５１の高さｈとしては、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．５〜８ｍｍ程度、さらに好ましくは１〜４ｍｍ程度が挙げられる。
【００５３】
本発明の生体電極において、例えば図１から図３に示されるように、電極層１は、基材層２の上に設けられていることが好ましい。これにより、本発明の生体電極の形状安定性、機械的強度を高めることが可能となる。
【００５４】
基材層２を構成する素材としては、特に制限されないが、生体電極の皮膚への密着性を向上させる観点からは、柔軟性に優れた素材が好ましい。基材層２を構成する素材としては、好ましくは、クロロプレンゴムなどのゴムなどや、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレンなどの樹脂が挙げられる。基材層２を構成する素材は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。生体電極の皮膚への密着性を向上させる観点から、基材層２が樹脂により構成されている場合、樹脂はスポンジ状であることが好ましい。
【００５５】
基材層２は、単層であってもよいし、複層であってもよい。また、基材層２が複層である場合、各層を構成する素材は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００５６】
基材層２の厚みとしては、特に制限されないが、生体電極の形状安定性、機械的強度を高めつつ、生体電極の皮膚への密着性を向上させる観点からは、好ましくは０．１〜１０ｍｍ程度、より好ましくは１〜８ｍｍ程度が挙げられる。
【００５７】
本発明の生体電極において、例えば図１から図３に示されるように、電極層１と基材層２との間に、水分透過抑制層３をさらに有することが好ましい。本発明の生体電極においては、水分透過抑制層３が設けられていることにより、皮膚から放出された水分を、皮膚と電極層表面との間に、より効率的に留めることが可能となり、生体電気信号をより一層精度高く取得し得る。
【００５８】
水分透過抑制層３は、生体電極の水分透過を抑制できるものであれば、特に制限されず、樹脂フィルム、不織布などにより構成することができる。水分透過抑制層３を構成する素材としては、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどが挙げられる。また、水分透過抑制層を不織布により構成することができる。水分透過抑制層３は、単層であってもよいし、複層であってもよい。また、水分透過抑制層３が複層である場合、各層を構成する素材は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００５９】
水分透過抑制層３の水分透過率としては、特に制限されないが、好ましくは２００ｇ／ｍ2／ｈ以下、より好ましくは１５０ｇ／ｍ2／ｈ以下が挙げられる。なお、水分透過抑制層３の水分透過率は、ＪＩＳ  Ｌ１０９９（Ａ−１法）の方法により測定した値である。
【００６０】
また、図２に示されるように、水分透過抑制層３を凹凸形状とすることにより、水分透過抑制層３が、凹凸層５を構成することもできる。この場合の凹凸形状等については、前述の凹凸層５と同様である。
【００６１】
水分透過抑制層３が凹凸層５を構成していない場合の厚みとしては、特に制限されず、例えば１〜５００μｍ程度、より好ましくは１０〜２００μｍ程度が挙げられる。
【００６２】
電極層、凹凸層、基材層、水分透過抑制層を積層する方法としては、特に制限されず、熱プレスや、接着層を設ける方法などが挙げられる。例えば、電極層と凹凸層とを熱プレスにより接着する場合、温度８０〜２００℃程度、圧力０．０５〜２０ＭＰａ程度、１〜６０秒程度の条件で熱プレスすることが好ましい。また、凹凸層と水分透過抑制層とを熱プレスにより接着する場合、温度８０〜２００℃程度、圧力０．０１〜１０ＭＰａ程度、５〜１２０秒程度の条件で熱プレスすることが好ましい。また、基材層と水分透過抑制層とを熱プレスにより接着する場合、温度８０〜２００℃程度、圧力０．０１〜１０ＭＰａ程度、５〜１２０秒秒程度の条件で熱プレスすることが好ましい。
【００６３】
また、接着層を設ける方法としては、例えば、ウレタン不織布、ナイロン不織布などを各層の間に配置して、熱圧着させる方法や、接着剤を用いる方法が挙げられる。接着剤としては、特に制限されず、公知の接着剤が使用可能であり、例えば、ポリウレタン系の接着剤や、変性シリコーンポリマーなどの接着剤を用いることができる。接着層を設ける場合、接着層の厚みとしては、特に制限されず、例えば１〜３００μｍ程度、より好ましくは１０〜２００μｍ程度が挙げられる。
【００６４】
本発明の生体電極には、必要に応じて、これらの層以外の層をさらに設けてもよい。本発明の生体電極の総厚みとしては、特に制限されず、例えば０．１〜１２ｍｍ程度、より好ましくは１〜１０ｍｍ程度が挙げられる。
【００６５】
本発明の生体電極と、生体電気信号を記録する機器とを、配線などで接続することにより、心電図、筋電図、脳波、心拍変動などの生体電気信号の取得・記録が可能となる。また、本発明の生体電極を低周波治療器などの電極とすることにより、生体に対して電気刺激を付与するために用いることもできる。
【００６６】
本発明の生体電極は、例えば、布地に固定して利用することができる。具体的には、例えば、本発明の生体電極と布地を複合化して衣類とし、電極層表面を皮膚に密着させて生体電気信号を取得することができる。例えば、このような衣類を着衣した状態で、生体電極から取得した生体電気信号をリアルタイムに記録・解析することにより、スポーツ、健康、医療、エンタテインメントなどの様々な分野に利用することができる。
【００６７】
本発明の生体電極を布地に固定する方法としては、特に制限されず、例えばウレタン不織布、ナイロン不織布などを間に配置して、熱圧着させる方法でもよいし、接着剤を用いてもよいし、布地に縫い付けてもよい。
【００６８】
布地の素材としては、通常の衣類に使用されるものを用いることができ、例えば、綿、羊毛などの天然繊維素材、ポリエステル、ナイロンなどの合成繊維素材など、特に制限なく用いることができる。
【００６９】
布地は、衣類などの形態に加工されていてもよく、その形態は、取得対象とする生体電気信号の種類に応じて適宜設計することができる。例えば、心電図を取得する場合であれば、生体の心臓に近い胸部に生体電極が配置される下着などの形態が好ましい。
【００７０】
なお、本発明の生体電極は、図３に示されるように、電極層１を凹凸形状としてもよい。電極層１を前述の凹凸層５と同様の凹凸形状とする場合には、凹凸層５を設けなくてもよい。電極層１を凹凸形状とすることにより、凹凸層５の複数の凸部５１による局所的な圧力を高めて、電極層１と皮膚との密着性をより効果的に高めることができる。よって、このような態様によっても、本発明の生体電極は、体動が大きい状況や汗をかく状況など、生体電気信号中にアーチファクトが取り込まれやすい状況においても、生体電気信号を高い精度で取得することができる。本発明の生体電極を当該構成とする場合にも、前述の水分透過抑制層、接着層、基材層などを設けることができる。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００７２】
＜電極層の準備＞
（実施例１）
電極層をナイロン／銀メッキ繊維（三ツ冨士繊維工業株式会社製のナイロンマルチフィラメント［商品名：ＡＧｐｏｓｓ］）７０ｄｔｅｘ／３４ｆ及びポリウレタン繊維（４４ｄｔｅｘ、モビロン（登録商標、日清紡テキスタイル株式会社製）Ｒ）を用いて、丸編機でフライス編立を行った。このときの繊維の混率は、銀メッキ繊維を８０．７質量％、ポリウレタン繊維を１９．３質量％とした。また、度目は、４０コース／０．５インチ、３０ウェール／０．５インチとした。得られた繊維編地を、精練剤１ｇ／Ｌの処理液を用いて精練（６０℃下で１０分間）、水洗（５分間）、脱水（脱水機で３分間）、乾燥（８０℃で１時間）、生地仕上げ（型枠に固定し、１３０℃（湿熱）で１０分間）に供して、繊維編地（ニット）により構成された電極層（表１の厚みｔ）を製造した。
【００７３】
（実施例２、４−６、９、１０、比較例１）
実施例１において、フライス編立の代わりに天竺編立とし、電極層の厚みが表１に記載の厚みｔとなるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、繊維編地（ニット）により構成された電極層を製造した。
【００７４】
（実施例３、７、８、１１）
電極層として、ウレタンフィルム（日本マタイ社製エスマーＵＲＳ）に銀ペーストで印刷したフィルム（厚みｔ＝０．１ｍｍ）を用いた。
【００７５】
＜生体電極の製造＞
次に、上記で用意した各電極層の一方面に、アクリル樹脂により形成された凹凸層を、凹凸形状が電極層側（裏面側は平坦面）となるようにして配置し、接着剤（シリル化ポリウレタン）を用いて接着した。凹凸層の凹凸形状は、図４、５の模式図に示されるように、複数の凸部と、凸部の間に位置する凹部によって形成されており、各凸部は四角錐である。
【００７６】
実施例１〜１１で使用した各凹凸層について、凹凸層の厚みｄ、凸部の高さｈ、隣り合う凸部間の距離ｗ、凹凸層の凸部の高さｈと電極層の厚みｔとの差（ｈ−ｔ）、凸部の先端部分の断面角度θ、凸部の微小硬度、凸部のアスカーＣ硬度を表１に示す。なお、比較例１では、凹凸形状を有していないアクリル樹脂により形成された層（厚み３．０ｍｍ）を配置した。また、凹凸層の凸部の微小硬度及び凸部のアスカーＣ硬度は、それぞれ、後述の方法により測定された値である。
【００７７】
次に、ウレタンフィルム（エスマー（登録商標、日本マタイ株式会社製）＃５、５０μｍ）を凹凸層の裏面側に積層し、熱プレス（１８０℃、１０ＭＰａで３０秒間）して、水分透過抑制層を形成した。得られた積層体をフッ素系の疎水性表面処理液中に浸漬し、熱処理（１５０℃、２分間）を行い、電極層の表面に疎水処理層を形成した。次に、積層体のウレタンフィルム側に、接着層としてのウレタン不織布（エスパンシオーネ（登録商標、ＫＢセーレン株式会社製）  ＵＥＯ−５０、厚み１２０μｍ）と、基材層としてのネオプレンゴム（厚み４ｍｍ）を積層し、熱圧着（１４０℃、０．５ＭＰａで１分間）を行い、各生体電極を得た。なお、得られた生体電極の各層の厚みは、水分透過抑制層が０．１ｍｍ、基材層が２ｍｍであった。また、各電極層、各凹凸層の厚みは、表１に記載の通りである。
【００７８】
（微小硬度の測定）
ＩＳＯ  １４５７７−１の規定に準拠して、微小硬度計を用いて測定した。微小硬度計としては、島津製作所製のダイナミック超微小硬度計「ＤＵＨ−２１１Ｓ」を用いた。負荷速度（試験速度）０．１５ｍＮ／秒、保持時間２秒、押込み深さ１０μｍ、圧子は三角すい圧子（稜間角１１５度）とした。
【００７９】
（アスカーＣ硬度の測定）
ＳＲＩＳ０１０１の規定に準拠して、アスカーゴム硬度計Ｃ型を用いて測定した。実施例及び比較例で用いた凹凸層は、厚みが１ｃｍ未満であるため、凹凸層が１ｃｍ以上となるように重ねて測定を実施した。
【００８０】
＜心電測定＞
被験者の体表面（心臓の上部）に、上記で得られた各生体電極を、それぞれ、着圧が１ｋＰａとなるように貼り付けた。なお、生体電極は、配線を介して、心電計に接続されている。次に、室温１５℃、湿度４０％ＲＨの環境下、トレッドミルを用いて、静止時及び歩行時（速度５ｋｍ／ｈ、測定期間１分間）の心電波形（心電図）を取得した。測定期間中における心電波形の取得精度を、以下の基準により評価した。結果を表１に示す。なお、実施例１及び比較例１の静止時及び歩行時の心電波形をそれぞれ図６，７に示す。図６には、実施例１の生体電極を用いて心電波形を測定し、静止時から歩行時に心電波形が変化した様子が示されている。図７には、比較例１の生体電極を用いて心電波形を測定し、静止時から歩行時に心電波形が変化した様子が示されている。
【００８１】
（評価基準）
Ａ．心電波形が明瞭であり、心電波形を精度高く取得できる。
Ｂ．心電波形に僅かにアーチファクトノイズが混入しているが、心電波形を取得できる。
Ｃ．心電波形にアーチファクトノイズが多く混入しており、取得される心電波形の精度が低い。
Ｄ．心電波形にアーチファクトノイズが非常に多く混入しており、心電波形が取得できない。
【００８２】
【表１】
2018102404.tif 000003
【００８３】
表１の注釈は以下の通りである。
＊１  比較例１においては、凹凸形状を有していないアクリル樹脂により形成された層の厚みである。
【符号の説明】
【００８４】
１  電極層
２  基材層
３  水分透過抑制層
４  接着層
５  凹凸層
１０  生体電極
【図１】
2018102404.tif 000004
【図２】
2018102404.tif 000005
【図３】
2018102404.tif 000006
【図４】
2018102404.tif 000007
【図５】
2018102404.tif 000008
【図６】
2018102404.tif 000009
【図７】
2018102404.tif 000010