(57)【要約】  生体内埋め込み型電子機器（１０Ａ）は、筐体（１１）と、受電コイル（１５）と、電子回路と、を備える。筐体（１１）は生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する。受電コイル（１５）は、筐体（１１）の内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力の受電を行う、又は、外部へ電磁波を送信する。電子回路は、内部空間に配置され、受電コイル（１５）に接続され、少なくとも電気信号の処理を行う。そして、筐体（１１）は、金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材（１１１）と、非金属系の生体適合材からなり、開口部を塞ぐ形状の第２部材（１１２）と、第１部材（１１１）と第２部材（１１２）との間に配置された環状のパッキング（１１５）と、を備える。
2020066094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する筐体と、
前記内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力を受電するコイル、又は、電波を用いて外部へ電気信号を送信若しくは外部から電気信号を受信するアンテナと、
前記内部空間に配置され、前記コイル又は前記アンテナに接続され、少なくとも電気信号の処理を行う電子回路と、
を備え、
前記筐体は、
金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材と、
非金属系の生体適合材からなり、前記開口部を塞ぐ形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置された環状のパッキングと、
を有して構成される、
生体内埋め込み型電子機器。
【請求項２】
生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する筐体と、
前記内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力を受電するコイルと、
電波を用いて、外部へ電気信号を送信又は外部から電気信号を受信する通信用アンテナと、
前記内部空間に配置され、前記コイル及び前記通信用アンテナ接続され、少なくとも電気信号の処理を行う電子回路と、
を備え、
前記筐体は、
金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材と、
非金属系の生体適合材からなり、前記開口部を塞ぐ形状の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置された環状のパッキングと、
を有して構成される、
生体内埋め込み型電子機器。
【請求項３】
前記筐体は、前記第１部材の前記開口部に、前記第２部材を嵌め入れる方向に、当該第２部材を保持する、金属系の生体適合材からなる環状の固定部材を有する、
請求項１または２に記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項４】
前記第１部材及び前記固定部材は、互いの接触部にねじ嵌合用の溝をそれぞれ有する、
請求項３に記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項５】
前記パッキングは非金属系の生体適合材からなる、
請求項１から４のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項６】
前記パッキングはシロキサン結合による主骨格をもつ合成高分子化合物からなる、
請求項１から４のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項７】
前記パッキングの環状中心から放射方向での断面は概略Ｌ型である、
請求項１から６のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項８】
前記パッキングには生体適合性のあるオイルが塗布されている、
請求項１から７のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項９】
前記金属系の生体適合材は、Ti又はTi-6Al-4Vによるチタン合金を主成分とする材料である、
請求項１から８のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項１０】
前記金属系の生体適合材は、セラミックの粉末と前記チタン合金の粉末との混合物の焼結材である、
請求項９に記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項１１】
前記非金属系の生体適合材は、サファイア、ルビー、ガラス又はセラミックである、
請求項１から１０のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項１２】
前記コイルは、前記筐体の外部にある送電コイルとの間に電磁界共鳴フィールドを形成して、前記送電コイルから電力を受電する、
請求項１から１１のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項１３】
前記筐体内の、前記外部とは反対面側に、前記コイルと鎖交する磁束の磁路の一部を構成する磁性材を備える、
請求項１から１２のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【請求項１４】
前記筐体内に、前記コイルにより受電された電力を蓄電する蓄電デバイスを備える、
請求項１から１３のいずれかに記載の生体内埋め込み型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体や動物などの生体内に埋め込んで（植え込んで）利用される、生体内埋め込み型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外部から給電される構造を有する生体内埋め込み型の医療装置が示されている。この装置は、装置本体、受電コイル、二次電池及び電子回路を備える。受電コイル、二次電池及び電子回路は、装置本体の内部に収容される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の生体内埋め込み型医療装置では、装置内の受電コイルと外部の送電コイルとの磁界結合によって、電力供給を行うように構成されているが、装置と、その外部である生体内との環境を隔離したまま、給電を行うための具体的な構成については示されていない。【０００５】
一般に、生体適合性に優れた材質であるサファイア、ルビー、ガラス又はセラミックなどは、筐体としての加工が困難である。一方、チタンなどの金属の生体適合材は筐体としての加工が容易であるが、このような金属筐体を用いると、筐体を通して磁気結合を構成することは容易ではない。また、外部磁界によって金属筐体に渦電流が発生し、筐体が発熱するという問題も生じる。【０００６】
本発明の目的は、生体適合性と気密・水密性を保ちつつ、外部の電磁界と作用する電磁作用を確保した、生体内埋め込み型電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の生体内埋め込み型電子機器は、筐体と、電力用のコイル又は信号用のアンテナと、電子回路とを備える。または、電力用のコイルと、信号用のアンテナと、電子回路とを備える。筐体は、生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する。コイルは、内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力の受電を行う。また、アンテナは、電波を用いて外部へ電気信号を送信若しくは外部から電気信号を受信する。電子回路は、内部空間に配置され、コイル又はアンテナに接続され、少なくとも電気信号の処理を行う。そして、筐体は、金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材と、非金属系の生体適合材からなり、前記開口部を塞ぐ形状の第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置された環状のパッキングと、を有して構成される。【０００８】
この構成では、非金属系の生体適合材を介して、外部の電磁界と相互作用させることができる。また、第２部材の難加工性を第１部材の加工容易性で補うことができ、さらに、パッキングによって気密・水密性を確保できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、生体適合性と気密・水密性を保ちつつ、外部の電磁界と作用する電磁作用を確保した、生体内埋め込み型電子機器が得られる。そのため、例えば、電波を用いて電気信号を外部へ送信する、または外部から受信することができる。また、密閉された内部空間を有する生体適合材によって形成された筐体の内部には、生体適合材によって形成されていない電子回路や電子部品を利用することができ、筐体を通して、外部の電気エネルギーや外部の電波を利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第１の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ａの断面図である。
【図２】図２は生体内埋め込み型電子機器１０Ａの分解平面図である。
【図３】図３は、パッキング１１５の形状を示す、破断面が表れた斜視図である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、筐体１１の第１部材１１１の開口部に対する第２部材等の嵌合部の構造を示す部分断面図である。
【図５】図５は、生体内埋め込み型電子機器１０Ａに対して送電する送電装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は生体内埋め込み型電子機器１０Ａと送電装置９０とで構成される給電システムの回路構成を示すブロック図である。
【図７】図７は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｂの断面図である。
【図８】図８は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｃの断面図である。
【図９】図９は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｄの断面図である。
【図１０】図１０は第３の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｅの断面図である。
【図１１】図１１は第３の実施形態に係る、別の生体内埋め込み型電子機器１０Ｆの断面図である。
【図１２】図１２は第３の実施形態に係る、さらに別の生体内埋め込み型電子機器１０Ｇの断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、第４の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器の筐体１１の第１部材１１１の開口部に対する第２部材等の嵌合部の構造を示す部分断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）は、第１部材１１１の開口部の周縁と第２部材との間に挟み込まれる、又は第１部材１１１の開口部と固定リング１１６との間に挟み込まれる、パッキングのその他の形状を示す図である。
【図１５】図１５は、第５の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器の受電部と外部の送電部とで構成される給電系の回路図である。
【図１６】図１６は図１５に示される給電系の等価回路図である。
【図１７】図１７は、図１５、図１６各部の電圧電流の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００１２】
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ａの断面図である。図２は、この生体内埋め込み型電子機器１０Ａの分解平面図である。
【００１３】
生体内埋め込み型電子機器１０Ａは、筐体１１、回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５及び磁性材１６を備える。二次電池１４は、本発明の「蓄電デバイス」に対応する。
【００１４】
筐体１１は、第１部材１１１、第２部材１１２、固定リング１１６及びパッキング１１５で構成される。固定リング１１６は本発明に係る「固定部材」の一例である。第１部材１１１は円板状の底板部と円筒状の側壁部とで構成される。第２部材１１２は円板状を成している。第２部材１１２は第１部材１１１の開口にパッキング１１５を介して嵌め込まれている。第１部材１１１に対する第２部材１１２の嵌合部の詳細な構造については後に示す。このように、筐体１１は、第１部材１１１と第２部材１１２とがパッキング１１５を介して組み合わされて、内部空間１１０を有する薄型の円缶状を成している。本実施形態においては、第１部材１１１の下面を筐体１１の第１主面ＭＳ１１Ａといい、第２部材１１２の上面（外面）を筐体１１の第２主面ＭＳ１１Ｂという。
【００１５】
第１部材１１１は金属系の生体適合材の成型体である。例えば、第１部材１１１は、Ti（純チタン）又は、Ti-6Al-4V等のTi合金からなる。または、セラミックの粉末と上記チタン合金の粉末との混合物の焼結材である。第１部材１１１に、このような金属系の生体適合材を用いることによって、生体への影響及び生体からの影響を抑制できる。
【００１６】
金属系の生体適合材としては上述のとおり、Tiを主成分にする材料であることが好ましいが、金属系の生体適合材質として、ステンレス鋼においてCrやMoを含む材料や、Co-Cr合金等も利用可能である。なお、金属系の生体適合材としては、環境や応力等への耐久性が得られる材料であることが好ましく、例えば、ヤング率が100GPa以上の材料であることがより好ましい。
【００１７】
第２部材１１２は非金属系の生体適合材の成型体である。例えば、第２部材１１２は、サファイア、ルビー、ガラス又はセラミック等からなる。第２部材１１２に、このような非金属系の生体適合材を用いることによって、生体への影響及び生体からの影響を抑制できる。
【００１８】
なお、環境に対する耐久性の面で、上記セラミックとしては、化学式Al2O3で表されるサファイアやルビー等の材料を用いたファインセラミックスであることが好ましい。
【００１９】
また、加工の容易性に重点をおく場合には、非金属系の生体適合材にはガラスを用いることが好ましい。
【００２０】
パッキング１１５は、第１部材１１１及び第２部材１１２よりも柔軟性を有する材料であって、シリコーンゴム等、シロキサン結合による主骨格をもつ合成高分子化合物の成型体である。このパッキング１１５には生体適合性のあるオイルとして、例えばシリコーンオイルなどが塗布されている。
【００２１】
回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５及び磁性材１６は、筐体１１の内部空間１１０に配置されている。なお、以下では、受電コイル１５と磁性材１６とを個別のものとして説明するが、磁性材１６は、受電コイル１５の一部として構成することも可能である。
【００２２】
回路基板１２は、所定の導体パターンが形成された絶縁性基体及びこの絶縁性基体に実装された電子回路部品１３で構成されている。この回路基板１２に、生体内埋め込み型電子機器１０Ａの機能を実現するための主要回路が構成されている。
【００２３】
回路基板１２は、平板であり、第１主面ＭＳ１２Ａと第２主面ＭＳ１２Ｂとを有する。回路基板１２は、第１主面ＭＳ１２Ａ及び第２主面ＭＳ１２Ｂが、筐体１１の第１主面ＭＳ１１Ａ及び第２主面ＭＳ１１Ｂに対して略平行になるように配置されている。また、回路基板１２は、その第２主面ＭＳ１２Ｂが筐体１１の第２主面ＭＳ１１Ｂ側になり、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａが筐体１１の第１主面ＭＳ１１Ａ側になっている。
【００２４】
複数の電子回路部品１３は、生体内埋め込み型電子機器１０Ａの機能を実現するための部品であり、例えば、各種の生体センサ、ＩＣ、受動素子等である。すなわち、複数の電子回路部品１３は、本願発明の信号処理を行う「電子回路」の構成要素である。複数の電子回路部品１３は、回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂに実装されており、回路基板１２の導体パターンに接続されている。
【００２５】
なお、回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂの平面視において、複数の電子回路部品１３の配置位置は、受電コイル１５の外形によって定まる受電コイル１５の領域の少なくとも一部に重なっていることが好ましく、全ての電子回路部品１３が上記領域内に収まっていることがより好ましい。これにより、筐体１１の第１主面ＭＳ１１Ａ又は第２主面ＭＳ１１Ｂの平面形状を小さくでき、生体内埋め込み型電子機器１０Ａを小型化できる。
【００２６】
二次電池１４は、既知の充放電可能な電池であり、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａに沿って配置されている。二次電池１４は薄型であることが好ましい。二次電池１４は回路基板１２の導体パターンに接続されている。
【００２７】
図２に表れているように、受電コイル１５と回路基板１２とは、単一の多層基板に一体的に構成されている。受電コイル１５は平面型のコイルであり、絶縁性の基材１５１とコイル導体１５２とで構成されている。受電コイル１５はその付け根部１５Ｎを介して回路基板１２に繋がっている。受電コイル１５のコイル導体１５２は回路基板１２の導体パターンに接続されている。受電コイルの付け根部１５Ｎの基材積層数は受電コイル１５部分の積層数や回路基板１２部分の積層数より少なく、フレキシブル性を有する。
【００２８】
コイル導体１５２は、主要部が１層の渦巻き（スパイラル）状に形成された導体パターンである。なお、コイル導体１５２は複数層に亘って形成されていてもよい。
【００２９】
図１に表れているように、受電コイル１５は、回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂ側に配置されている。受電コイル１５は、コイル導体１５２の形成面と筐体１１の第２主面ＭＳ１１Ｂとが平行になるように配置されている。
【００３０】
磁性材１６は円板状の磁性シートである。磁性材１６は、受電コイル１５と回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂとの間に配置されている。磁性材１６は、その主面がコイル導体１５２の形成面に平行になるように配置されている。磁性材１６は、受電コイル１５に当接していることが好ましい。
【００３１】
受電コイル１５は二次電池１４から離間している、また、受電コイル１５と二次電池１４との間に磁性材１６が配置されているので、受電コイル１５のコイル開口を鎖交する磁束が二次電池に殆ど達せず、二次電池１４の電極に渦電流が殆ど生じることなく、それによる発熱及び受電コイル１５の受電効率の低下が抑制される。
【００３２】
図３は、上記パッキング１１５の形状を示す、破断面が表れた斜視図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、筐体１１の第１部材１１１の開口部に対する第２部材１１２等の嵌合部の構造を示す部分断面図である。図４（Ａ）は、筐体１１の第１部材１１１、第２部材１１２、固定リング１１６及びパッキング１１５を組み合わせる前の状態での部分断面図である。図４（Ｂ）はそれらを組み合わせた状態での部分断面図である。
【００３３】
図２、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に表れているように、第１部材１１１の開口部に、第２部材１１２を嵌め入れる方向に、この第２部材１１２を保持する、環状の固定リング１１６を備える。第１部材１１１の開口部の外周縁には、ねじ溝１１１ＳＧが形成されている。つまり、第１部材１１１の開口部には雄ねじが形成されている。
【００３４】
固定リング１１６は概形が円環状であり、その環状中心から放射方向での断面はＬ字状である。この固定リング１１６の内周縁には、ねじ溝１１６ＳＧが形成されている。つまり、固定リング１１６には雌ねじが形成されている。この固定リング１１６のねじ溝１１６ＳＧは第１部材１１１のねじ溝１１１ＳＧに螺合する。
【００３５】
図４（Ａ）に示す状態から、第１部材１１１の開口部の内周縁にパッキング１１５を装着し、その上に第２部材１１２を載置し、さらにその上から固定リング１１６を被せて、固定リング１１６のねじ溝１１６ＳＧに第１部材１１１のねじ溝１１１ＳＧを螺合させる。そのことによって、第２部材１１２が第１部材１１１に向かって押圧され、第１部材１１１と第２部材１１２との間でパッキング１１５が押圧される。パッキング１１５は、第１部材１１１及び第２部材１１２より柔軟性を有するので、変形して、第１部材１１１と密着しつつ第２部材１１２の外周縁とも密着する。このことにより、図４（Ｂ）に示した構造が得られる。
【００３６】
固定リング１１６は金属系の生体適合材からなる。例えば第１部材１１１と同様に、Ti又は、Ti-6Al-4V等のTi合金からなる。
【００３７】
パッキング１１５は非金属系の生体適合材からなる。例えば、有機的可塑剤などを含まない医療用途向けのシリコーンゴムであり、液状シリコーンゴム（LSR）や高温加硫シリコーンゴム（HCR，HTV）である。
【００３８】
図５は、生体内埋め込み型電子機器１０Ａに対して送電する送電装置の構成を示す断面図である。図５においては、生体内埋め込み型電子機器１０Ａに送電装置を近接させた状態での断面図である。
【００３９】
図５に示す生体内埋め込み型電子機器１０Ａは生体内に配置され、送電装置９０は生体外に配置される。
【００４０】
生体内埋め込み型電子機器１０Ａは、第２主面ＭＳ１１Ｂが体の表面側（生体内から生体外を向く側）になり、第１主面ＭＳ１１Ａが生体の内部側となるように、配置されている。
【００４１】
送電装置９０は、筐体９１、回路基板９２、電子回路部品９３、送電コイル９５及び磁性材９６を備える。
【００４２】
筐体９１は箱状である。筐体９１は樹脂等の非金属系材料からなる。回路基板９２、電子回路部品９３、送電コイル９５及び磁性材９６は、筐体９１の内部空間に配置されている。
【００４３】
回路基板９２には送電装置９０の機能を実現するための回路が構成されている。
【００４４】
複数の電子回路部品９３は、送電装置９０の機能を実現するための部品であり、各種の電源用ＩＣ、受動素子等からなる。複数の電子回路部品９３は、回路基板９２の一方主面に実装されており、回路基板９２の導体パターンに接続されている。
【００４５】
送電コイル９５は、基材とコイル導体とを備える。この基材は絶縁性を有する薄板である。また、コイル導体は、スパイラル状に形成された導体パターンである。このコイル導体は基材の一方主面に形成されている。送電コイル９５は、回路基板９２に対して横並びに配置されている。送電コイル９５のコイル導体は、回路基板９２に接続されている。なお、本実施形態では、送電コイル９５のコイル導体は一層であるが、複数層であってもよい。
【００４６】
磁性材９６は円板状の磁性シートである。磁性材９６は送電コイル９５の一方主面側に配置されている。磁性材９６は送電コイル９５に当接していることが好ましい。
【００４７】
送電装置９０は、送電コイル９５が受電コイル１５に対して所定の位置関係となるように、生体内埋め込み型電子機器１０Ａに近接して配置される。その際、送電装置９０は、磁性材９６が送電コイル９５を基準として、受電コイル１５と反対側になるように配置される。
【００４８】
このような配置状態で、受電コイル１５と送電コイル９５とは磁気的に結合し、送電装置９０から生体内埋め込み型電子機器１０Ａへ電力が供給される。この電力は、二次電池１４に蓄電され、電子回路部品１３等に供給される。
【００４９】
図５に示す例では、送電コイル９５のコイル導体の形成領域と、受電コイル１５のコイル導体の形成領域とは、平面視において略全体に亘って重なっており、近接している。
【００５０】
図６は生体内埋め込み型電子機器１０Ａと送電装置９０とで構成される給電システムの回路構成を示すブロック図である。送電装置９０には送電コイル９５、それに接続された送電回路、通信回路及びマイクロプロセッサ等が設けられている。生体内埋め込み型電子機器１０Ａには、受電コイル１５、整合回路、ＥＭＩフィルタ、整流回路、充電回路及び二次電池１４が設けられている。これらの回路によって電源系の回路が構成されている。また、生体内埋め込み型電子機器１０Ａには、通信回路、マイクロプロセッサ、Ｉ／Ｏ回路が設けられている。これらの回路によって信号処理系及び演算系の回路が構成されている。上記通信回路はキャパシタＣを介して受電コイル１５に接続されている。
【００５１】
上記整流回路は受電コイルに誘導される電流電圧を整流し、ＥＭＩフィルタは電磁ノイズ成分を除去する。整流回路は、受電した交流電流電圧を直流に整流する。充電回路は整流回路から出力される直流電力で二次電池１４を充電制御する。
【００５２】
上記Ｉ／Ｏ回路は、それに接続されている各種センサに対する信号の入出力を行う。マイクロプロセッサは所定の信号処理及び演算処理を行う。通信回路は送電装置やその他の計測装置、診療装置など、外部の装置に対してデータを出力する。これは、受電コイル１５に流れる電流に所定フォーマットの信号を重畳させることによって行う。
【００５３】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、生体内埋め込み型電子機器の本体外に生体センサを備える生体内埋め込み型電子機器の例について示す。
【００５４】
図７は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｂの断面図であり、図８は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｃの断面図であり、図９は第２の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｄの断面図である。
【００５５】
図７に示す生体内埋め込み型電子機器１０Ｂは、筐体１１の第１部材１１１の円筒状の側壁部にフィードスルー１１４を備えている。生体センサ２１は、それ自体が線状であり、フィードスルー１１４を介して、筐体１１外へ引き出されている。
【００５６】
生体センサ２１は、フィードスルー１１４を介して、筐体１１内の回路基板１２に接続されている。
【００５７】
フィードスルー１１４は、筐体１１内における受電コイル１５から離れた位置に配置されている。図７に示す例では、フィードスルー１１４と受電コイル１５との間に磁性材１６が介在する位置に配置されている。
【００５８】
図８に示す生体内埋め込み型電子機器１０Ｃは、筐体１１の第１部材１１１の円板状の底板部にフィードスルー１１４を備えている。その他の構成は図７に示した生体内埋め込み型電子機器１０Ｂと同様である。
【００５９】
図９に示す生体内埋め込み型電子機器１０Ｄは、筐体１１、回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５及び磁性材１６，１７を備える。
【００６０】
筐体１１は、第１部材１１１、第２部材１１２Ａ，１１２Ｂ、固定リング１１６及びパッキング１１５で構成される。第１部材１１１は円筒状である。第２部材１１２Ａ，１１２Ｂはそれぞれ円板状を成している。第２部材１１２Ａ，１１２Ｂは第１部材１１１の二つの開口にパッキング１１５を介してそれぞれ嵌め込まれている。そして、第２部材１１２Ｂの一部にはフィードスルー１１４を備えている。
【００６１】
このような構成とすることによって、生体センサ２１を、筐体１１の外部に配置することができ、生体センサ２１の配置の自由度が向上する。また、フィードスルー１１４の主要部が金属材であっても、フィードスルー１１４は、受電コイル１５から磁気的に離れた位置に配置されているので、受電コイル１５と送電コイル９５（図５等参照）との間の磁気結合を阻害しない。
【００６２】
なお、磁性材１７を二次電池１４や回路基板１２より外部側に配置しているので、何らかの理由で第２部材１１２Ｂ側の磁界強度が高くても、その外部からの磁界によって二次電池１４や回路基板１２の導体パターンに流れる誘導電流は抑制される。また磁性材１７は、受電コイル１５と送電コイル９５との間の磁気結合を形成するための適切な磁路の一部を構成する。
【００６３】
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、外部へ電気信号を送信又は外部から電気信号を受信するアンテナを備える生体内埋め込み型電子機器の例を示す。
【００６４】
図１０は第３の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器１０Ｅの断面図である。この生体内埋め込み型電子機器１０Ｅは、筐体１１Ｂ、回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５及び磁性材１６を備える。
【００６５】
筐体１１Ｂは、第１部材１１１、第２部材１１２及び第３部材１１３を備える。筐体１１Ｂは、第１部材１１１に第２部材１１２及び第３部材１１３を組み合わせることによって、薄型の箱状を形成している。筐体１１Ｂは、第１主面ＭＳ１１Ａと第２主面ＭＳ１１Ｂとを有する。第１主面ＭＳ１１Ａと第２主面ＭＳ１１Ｂとは、筐体１１Ｂの高さ方向に離間し、それぞれが高さ方向に直交しており、互いに対向している。
【００６６】
第１部材１１１は、第２主面ＭＳ１１Ｂの一部に開口を有する箱状であり、第２部材１１２は平板状である。そして、第２部材１１２は、第１部材１１１の開口に嵌め込まれている。
【００６７】
筐体１１Ｂの第１部材１１１の円筒状の側壁部にはフィードスルー１１４を備えている。このフィードスルー１１４及びケーブル１１４０を介して、筐体１１外に生体センサ１３０が接続されている。
【００６８】
このような構成とすることによって、生体センサ１３０を筐体１１Ｂの外部に配置することができ、生体センサ１３０の配置の自由度が向上する。この際、フィードスルー１１４は、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａ側に配置されているので、電磁界共鳴フィールドの形成を阻害しない。
【００６９】
また、この生体内埋め込み型電子機器１０Ｅは内蔵通信モジュール３１を備える。内蔵通信モジュール３１は回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂに実装されている。内蔵通信モジュール３１は、受電コイル１５から離間し、平面視において、内蔵通信モジュール３１の通信用アンテナが第３部材１１３に重なるように配置されている。
【００７０】
内蔵通信モジュール３１は、外部へ電気信号を送信又は外部から電気信号を受信する平面型の通信用アンテナと通信用ＩＣとを備える。これらは、内蔵通信モジュール３１用の回路基板に実装又は形成されている。内蔵通信モジュール３１で実現する通信はデータ通信である。この通信は、400MHz帯のMICS、2.4GHz帯のWi-Fi、2.4GHz帯のBluetooth（登録商標）、2.4GHz帯のBluetooth Low Energy（登録商標）、5.0GHz帯のWi-Fi等、近距離の無線通信で実現され、消費電力が低いことが好ましい。
【００７１】
図１１は第３の実施形態に係る、別の生体内埋め込み型電子機器１０Ｆの断面図である。この生体内埋め込み型電子機器１０Ｆは、筐体１１、回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５、磁性材１６及び内蔵通信モジュール３１を備える。内蔵通信モジュール３１は受電コイル１５に設けられている。内蔵通信モジュール３１は、受電コイル１５のコイル導体の巻回領域外にあり、かつコイル導体から離間している。その他の構成は第１の実施形態で示した生体内埋め込み型電子機器１０Ａと同様である。
【００７２】
図１２は第３の実施形態に係る、さらに別の生体内埋め込み型電子機器１０Ｇの断面図である。この生体内埋め込み型電子機器１０Ｇは、筐体１１、回路基板１２、電子回路部品１３、二次電池１４、受電コイル１５、磁性材１６及び内蔵通信モジュール３１を備える。内蔵通信モジュール３１は回路基板１２に実装されている。内蔵通信モジュール３１の上部には磁性材１６及び受電コイル１５のコイル導体は無い。つまり、内蔵通信モジュール３１の通信用アンテナが磁性材１６及び受電コイル１５のコイル導体で覆われないので、筐体１１の第２主面ＭＳ１１Ｂ側で通信が可能となる。
【００７３】
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、筐体の第１部材と第２部材との嵌合部の他の構造の例を示す。
【００７４】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、筐体１１の第１部材１１１の開口部に対する第２部材１１２等の嵌合部の構造を示す部分断面図である。図１３（Ａ）は、筐体１１の第１部材１１１、第２部材１１２、固定リング１１６及びパッキング１１５Ａ，１１５Ｂを組み合わせる前の状態での部分断面図である。図１３（Ｂ）はそれらを組み合わせた状態での部分断面図である。
【００７５】
図１３（Ａ）に表れているように、第１部材１１１の開口部に、第２部材１１２を嵌め入れる方向に、この第２部材１１２を保持する、環状の固定リング１１６を備える。この固定リング１１６は概形が円環状であり、その環状中心から放射方向での断面はＬ字状である。この固定リング１１６の内周縁には溝１１６Ｇが形成されている。
【００７６】
図１３（Ａ）に示す状態から、固定リング１１６の溝１１６Ｇにパッキング１１５Ｂを装着し、第１部材１１１の開口部の内周縁にパッキング１１５Ａを装着し、その上に第２部材１１２を載置し、さらにその上から固定リング１１６を被せて、固定リング１１６を第１部材１１１の開口部の外周に嵌合させる。その状態で、図１３（Ｂ）に表れているように、パッキング１１５Ｂが固定リング１１６の溝１１６Ｇと第１部材１１１の開口部の外周縁との間に挟み込まれる。また、パッキング１１５Ａが第１部材１１１の開口部の内周縁と第２部材１１２の外周縁との間に挟み込まれる。
【００７７】
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）は、第１部材１１１の開口部の周縁と第２部材１１２との間に挟み込まれる、又は第１部材１１１の開口部と固定リング１１６との間に挟み込まれる、パッキングのその他の形状を示す図である。第１部材１１１の開口部の周縁と第２部材１１２との間、又は第１部材１１１の開口部と固定リング１１６との間に挟み込まれるパッキングとしては、種々の形状のパッキングを用いることができる。
【００７８】
図１４（Ａ）に示すように、環状中心から放射方向での断面が矩形のパッキングであってもよい。また、環状中心から放射方向での断面が、環状の周回面に平行な平面を有する半円形であってもよい。また、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）に示すように、環状中心から放射方向での断面が、複数の花弁を有する花形状であってもよい。
【００７９】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、生体内埋め込み型電子機器の受電コイルと、その筐体の外部にある送電コイルとの間に電磁界共鳴フィールドを形成して、送電コイルから電力を受電する生体内埋め込み型電子機器について示す。
【００８０】
図１５は、第５の実施形態に係る生体内埋め込み型電子機器の受電部と外部の送電部とで構成される給電系の回路図である。図１６は図１５に示される給電系の等価回路図である。さらに、図１７は、図１５、図１６の各部の電圧電流の波形図である。
【００８１】
送電部の入力部には入力電源Viを備える。送電部は、送電コイルnpと、この送電コイルnpに電気的に接続された交流電流発生回路とを備える。受電部は、受電コイルnsと、この受電コイルnsに電気的に接続された受電回路とを備える。
【００８２】
送電コイルnp及び受電コイルnsはそれぞれヘリカル状のコイルであり、それぞれ中央部を入出力部としている。そのため、送電コイルnpは等価的インダクタンスLp，Lmp，Lrp及び等価的キャパシタンスCrpを有し、これらによって共振回路を構成している。同様に、受電コイルnsはインダクタンスLs，Lms，Lrs及びキャパシタンスCrsを有し、これらによって共振回路を構成している。そして、この二つのヘリカル状コイルは巻回軸がほぼ揃っている（ほぼ同軸）であることにより、送電コイルnpと受電コイルnsとの間に、電界エネルギー及び磁界エネルギーが相互に作用して電磁界共鳴フィールドが形成される。
【００８３】
送電交流電流発生回路は、等価的に第１スイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路と、等価的に第２スイッチング素子Q2、ダイオードDds2及びキャパシタCds2の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路とを備える。
【００８４】
スイッチング素子Q1，Q2は図外のスイッチング制御回路によってスイッチング制御される。図１７において、Vgs1は第１スイッチング素子Q1のゲート・ソース間電圧信号、Vgs2は第２スイッチング素子Q2のゲート・ソース間電圧信号である。この図１７に示すように、第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチング素子Q2は交互にオン／オフされることにより、送電コイルnpに交流電圧交流電流を供給する。
【００８５】
上記スイッチング制御回路は第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチング素子Q2を所定の動作周波数でスイッチングすることで、直流電圧を上記共振回路に断続的に与えて共振電流を発生させる。これにより、第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路の両端電圧を半周期毎の半波の正弦波状の波形とする。例えば、国際的なISM（Industrial, Scientific and Medical）バンドである6.78MHzや13.56MHzでスイッチング動作させる。
【００８６】
受電部には、受電コイルnsに生じる交流電流を整流する、スイッチング素子Q3，Q4による受電整流回路及び平滑用キャパシタCoを備える。
【００８７】
スイッチング素子Q3，Q4は図外のスイッチング制御回路によって制御され、受電コイルnsに流れる共振電流の方向の変化に同期して整流されて、負荷Roに直流電流が供給される。
【００８８】
電磁界共鳴結合によりワイヤレス給電を行うシステムでは、高周波磁界を共振器に与える方式とは異なり、電力供給の過程をシンプルにして電力損失を低減できる。
【００８９】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【００９０】
《態様》
以上に示した本発明の実施形態により開示した態様を次に列挙する。
【００９１】
（態様１）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等は、生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する筐体１１と、内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力の受電を行う受電用のコイル１５又は電波を用いて外部へ電気信号を送信若しくは外部から電気信号を受信するアンテナとしてのコイル１５と、内部空間に配置され、コイル１５に接続され、少なくとも電気信号の処理を行う電子回路と、を備える。そして、前記筐体１１は、金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材１１１と、非金属系の生体適合材からなり、開口部を塞ぐ形状の第２部材１１２と、第１部材１１１と第２部材１１２との間に配置された環状のパッキング１１５等と、を有して構成される。
【００９２】
上記構成により、非金属系の生体適合材を介して、外部の電磁界と相互作用させることができる。また、第２部材１１２の難加工性を第１部材１１１の加工容易性で補うことができ、さらに、パッキング１１５等によって気密・水密性を確保できる。
【００９３】
（態様２）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等は、生体適合材によって形成され、密閉された内部空間を形成する筐体１１と、内部空間に配置され、外部の電界又は磁界からなる電磁界と相互に作用して電力の受電を行う受電用のコイル１５と、外部へ電気信号を送信又は外部から電気信号を受信する通信用アンテナと、内部空間に配置され、受電用のコイル１５及び通信用アンテナに接続され、少なくとも電気信号の処理を行う電子回路と、を備える。そして、前記筐体１１は、金属系の生体適合材からなり、開口部を有する箱状の第１部材１１１と、非金属系の生体適合材からなり、開口部を塞ぐ形状の第２部材１１２と、第１部材１１１と第２部材１１２との間に配置された環状のパッキング１１５等と、を有して構成される。
【００９４】
（態様３）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の筐体１１の第１部材１１１の開口部に、第２部材１１２を嵌め入れる方向に、当該第２部材１１２を保持する、金属系の生体適合材からなる環状の固定部材１１６を有する。この構造により、第１部材１１１に対する第２部材１１２の取付強度を容易に高めることができる。
【００９５】
（態様４）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の第１部材１１１及び固定部材１１６は、互いの接触部にねじ嵌合用の溝１１１ＳＧ，１１６ＳＧをそれぞれ有する。この構造により、第１部材１１１に対する第２部材１１２の取付強度及び密閉性を容易に高めることができる。
【００９６】
（態様５）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等のパッキング１１５等は非金属系の生体適合材からなる。このことにより、パッキング１１５等が生体に触れても、生体に対する生体内埋め込み型電子機器の影響及び生体からの生体内埋め込み型電子機器への影響を低減できる。
【００９７】
（態様６）
上記パッキング１１５等はシロキサン結合による主骨格をもつ合成高分子化合物からなる。このことにより、生体に対する適合性が高くかつ高い密閉性を保てる。
【００９８】
（態様７）
上記パッキング１１５等の環状中心から放射方向での断面は概略Ｌ型である。このことにより、第１部材１１１の開口部の内周縁と第２部材１１２の外周縁との接合面積が拡張されて、筐体１１の高い密閉性が得られる。
【００９９】
（態様８）
前記パッキング１１５等には生体適合性のあるオイルが塗布されている。このことにより、パッキング１１５等による密閉性が高まる。
【０１００】
（態様９）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の金属系の生体適合材は、Ti又はTi-6Al-4Vによるチタン合金を主成分とする材料である。このことにより、生体への影響及び生体からの影響をより抑制できる。
【０１０１】
（態様１０）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の金属系の生体適合材は、セラミックの粉末と上記チタン合金の粉末との混合物の焼結材である。このことにより、加工が難しい金属系の生体適合材を自在な形に成型できるようになる。また、素材や調合量を調整することにより、加工のしやすさや硬度を調整できる。さらに、加工コストを削減できる。
【０１０２】
（態様１１）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の非金属系の生体適合材は、サファイア、ルビー、ガラス又はセラミックである。このことにより、生体への影響及び生体からの影響をより抑制できる。なお、非金属系の生体適合材で構成される第２部材は単純な板状とできるので、このような加工性が低い材料でも使用可能である。
【０１０３】
（態様１２）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の受電コイル１５は、筐体１１の外部にある送電コイル９５との間に電磁界共鳴フィールドを形成して、送電コイル９５から電力を受電する。このことにより、電磁界共鳴フィールド外への電磁界の漏れが抑制される。したがって、生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の回路基板１２、電子回路部品１３及び生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等が埋め込まれた生体への送電のために生成する電磁界による悪影響を効果的に抑制できる。
【０１０４】
（態様１３）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の筐体１１内の、外部とは反対面側に、受電コイル１５と鎖交する磁束の磁路の一部を構成する磁性材１６を備える。このことにより、受電コイルのコイル開口を鎖交する磁束が、二次電池や回路基板等の筐体１１内部の部材に殆ど達せず、二次電池や回路基板の導体パターンに誘導電流が生じなく、それによる発熱及び受電コイル１５の受電効率の低下が抑制される。
【０１０５】
（態様１４）
生体内埋め込み型電子機器１０Ａ等の筐体１１内に、受電コイル１５により受電された電力を蓄電する蓄電デバイスを備える。このことにより、蓄電デバイスに蓄電された安定した電源電圧で電子回路を駆動させることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
Ｃ…キャパシタ
Co…平滑用キャパシタ
ＭＳ１１Ａ…第１主面
ＭＳ１１Ｂ…第２主面
ＭＳ１２Ａ…第１主面
ＭＳ１２Ｂ…第２主面
np…送電コイル
ns…受電コイル
Q1…第１スイッチング素子
Q2…第２スイッチング素子
Q3，Q4…スイッチング素子
Ro…負荷
Vi…入力電源
１０Ａ〜１０Ｇ…生体内埋め込み型電子機器
１１，１１Ｂ…筐体
１２…回路基板
１３…電子回路部品
１４…二次電池
１５…受電コイル（コイル）
１５Ｎ…受電コイルの付け根部
１６，１７…磁性材
２１…生体センサ
３１…内蔵通信モジュール
９０…送電装置
９１…筐体
９２…回路基板
９３…電子回路部品
９５…送電コイル
９６…磁性材
１１０…内部空間
１１１…第１部材
１１１ＳＧ，１１６ＳＧ…ねじ溝
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ…第２部材
１１３…第３部材
１１４…フィードスルー
１１５，１１５Ａ，１１５Ｂ…パッキング
１１６…固定リング（固定部材）
１１６Ｇ…溝
１３０…生体センサ
１５１…基材
１５２…コイル導体
１１４０…ケーブル
【図１】
2020066094.tif 000003
【図２】
2020066094.tif 000004
【図３】
2020066094.tif 000005
【図４】
2020066094.tif 000006
【図５】
2020066094.tif 000007
【図６】
2020066094.tif 000008
【図７】
2020066094.tif 000009
【図８】
2020066094.tif 000010
【図９】
2020066094.tif 000011
【図１０】
2020066094.tif 000012
【図１１】
2020066094.tif 000013
【図１２】
2020066094.tif 000014
【図１３】
2020066094.tif 000015
【図１４】
2020066094.tif 000016
【図１５】
2020066094.tif 000017
【図１６】
2020066094.tif 000018
【図１７】
2020066094.tif 000019
【国際調査報告】
2020066094.tif 000020
2020066094.tif 000021