(57)【要約】  構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことが可能な生体電極及び生体電極の製造方法を提供すること。  生体電極（１）は、導電性の部材である支持部材（２）と、支持部材（２）から突出する部材である少なくとも１つの電極部材（３）とを備えている。少なくとも電極部材（３）は、シリコーンゴムと表面に架橋性官能基を有する被処理金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されている。
2020080396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の部材である支持部材と、
前記支持部材から突出する部材である、少なくとも１つの電極部材と、
を備え、
少なくとも前記電極部材は、シリコーンゴムと表面に架橋性官能基を有する金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されている、生体電極。
【請求項２】
前記架橋性官能基が、加水分解性シリル基、シラノール基、（メタ）アクリロイル基、アミノ基、ウレイド基、イソシアヌレート基、イソシアネート基及びエポキシ基からなる群から選択された少なくとも１種である、請求項１に記載の生体電極。
【請求項３】
前記金属粒子は、銀粒子である、請求項１又は請求項２に記載の生体電極。
【請求項４】
前記シリコーンゴムは、室温硬化型の液状シリコーンゴムである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体電極。
【請求項５】
前記電極部材は、先端部が先鋭形状である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体電極。
【請求項６】
前記電極部材は、前記先端部に延び方向に対して斜めに除去された面である斜面を有している、請求項５に記載の生体電極。
【請求項７】
導電性の部材である支持部材と、前記支持部材から突出する部材である少なくとも１つの電極部材とを備える生体電極の製造方法であって、
シランカップリング剤による金属粒子の表面処理により、表面に架橋性官能基を有する金属粒子を得る表面処理ステップと、
シリコーンゴムと前記表面に架橋性官能基を有する金属粒子とを含む導電性ゴムを攪拌し、該導電性ゴムを前記支持部材から突出する形状に成形して前記電極部材を成形する電極部材成形ステップとを含む、生体電極の製造方法。
【請求項８】
さらに、前記電極部材成形ステップによって成形された電極部材の先端を先鋭形状に形成する電極形状形成ステップを含む、請求項７に記載の生体電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体電極及び生体電極の製造方法に関し、例えば、導電性粒子を含有する生体電極及び生体電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生体信号を検出するために、生体電極が用いられている。生体電極は、被験者の身体に接触させて用いられる。例えば、アルツハイマー病の早期発見などを目的とした脳機能状態の解析のための脳波信号を検出するために生体電極が用いられている。脳波検出用の生体電極は、脳波信号の検出のために、電極部材が被験者の頭皮に直接接触させられて用いられている。【０００３】
従来の生体電極には、銀、金などの高導電性金属製の皿状の薄板のものがある。この薄板の生体電極は皮膚との密着性が悪く、皮膚との間の接触インピーダンスを低くするために皮膚と生体電極との間にゲルやクリーム、ペーストなどを塗布する必要があった。これらの塗布物は、生体信号の検出の後に除去する必要があり、使用に手間を要していた。また、金属のイオン化による電気二重層が皮膚と電極との界面に形成されて分極電圧が発生する。この分極電圧の変動は信号の基線変動の原因となり、分極電圧を安定させるために、銀電極に対しては電極表面に塩化銀膜を生成するエージングが必要になっていた。【０００４】
これに対し、ゲルなどの塗布が必要とならない生体電極として、金属製のプローブを用いたもの（例えば、特許文献１参照。）や、スポンジなどの吸水性部材にアミノ酸又は有機塩が溶解された電解質溶液を含侵させて形成されたもの（例えば、特許文献２参照。）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４８３０６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４４０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属製のプローブは硬質であるため、頭皮に密着させた際に被験者に痛みを生じさせる場合があり、また、複数の金属製のプローブが設けられている場合は、全てのプローブの頭皮への密着性を良好にする工夫が必要になる。このため、特許文献１のように、金属製のプローブにバネなどの緩衝部材を設ける必要があり、構造が複雑になっていた。【０００７】
また、特許文献２のように吸水性部材に電解質溶液を用いた生体電極の場合は、乾燥による性能低下や、湿っていることによる不快感などがある。また、このような電極は、先端を尖った形状にすることが困難であり、また、柔らかすぎるため良好な弾性を得ることができない。このため、生体に密着させるために、他の部材で補強する必要がある。【０００８】
このように、従来の生体電極に対しては、構造が複雑ではなく、被験者に不快を与えることのないよう良好な弾性を有しており、また使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことが可能な構成が求められていた。【０００９】
しかしながら、上述の課題に鑑みてなされたものであり、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことが可能な生体電極及び生体電極の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の係る生体電極は、導電性の部材である支持部材と、前記支持部材から突出する部材である、少なくとも１つの電極部材と、を備え、少なくとも前記電極部材は、シリコーンゴムと表面に架橋性官能基を有する金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されていることを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記架橋性官能基が、加水分解性シリル基、シラノール基、（メタ）アクリロイル基、アミノ基、ウレイド基、イソシアヌレート基、イソシアネート基及びエポキシ基からなる群から選択された少なくとも１種である。【００１２】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記金属粒子は、銀粒子である。【００１３】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記シリコーンゴムは、室温硬化型の液状シリコーンゴムである。【００１４】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記電極部材は、先端部が先鋭形状である。【００１５】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記電極部材は、前記先端部に延び方向に対して斜めに除去された面である斜面を有している。【００１６】
本発明に係る生体電極の製造方法は、導電性の部材である支持部材と、前記支持部材から突出する部材である少なくとも１つの電極部材とを備える生体電極の製造方法であって、シランカップリング剤による金属粒子の表面処理により、表面に架橋性官能基を有する金属粒子を得る表面処理ステップと、シリコーンゴムと前記表面に架橋性官能基を有する金属粒子とを含む導電性ゴムを攪拌し、該導電性ゴムを前記支持部材から突出する形状に成形して前記電極部材を成形する電極部材成形ステップとを含むことを特徴とする。【００１７】
本発明の一態様に係る生体電極の製造方法において、さらに、前記電極部材成形ステップによって成形された電極部材の先端を先鋭形状に形成する電極形状形成ステップを含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことが可能な生体電極及び生体電極の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る生体電極の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す生体電極の構成の一例を概略的に示す他の方向の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る生体電極の一例の電極部材の正面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る生体電極の構成の他の例を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る生体電極の他の例の電極部材の正面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る生体電極の他の例の電極部材の側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る生体電極の製造方法の電極部材成形ステップにおいて成形される、中間品における電極部材の正面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る生体電極における被処理金属粒子の製造方法の概略を示すフロー図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る生体電極の接触インピーダンス評価試験を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例及び比較例に係る接触インピーダンス評価試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る生体電極１の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、生体電極１は、導電性の部材である支持部材２と、支持部材２から突出する部材である、少なくとも１つの電極部材３とを備えている。少なくとも電極部材３は、シリコーンゴムと表面に架橋性官能基を有する金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されている。金属粒子は、シランカップリング剤を用いた表面処理により金属粒子表面に架橋性官能基が導入されている。なお、以下においては、シランカップリング剤による表面処理で表面に架橋性官能基が導入された金属粒子を「被処理金属粒子」ともいい、シランカップリング剤による表面処理をされておらず、表面に架橋性官能基が導入されていない金属粒子を「未処理金属粒子」ともいい、「被処理金属粒子」及び「未処理金属粒子」を総称して「金属粒子」ともいう。
【００２２】
生体電極１は、被験者の身体に電極部材３の先端部３１が接触して、電極部材３を介して被験者の生体信号を検出可能にする。生体電極１は、例えば、被験者の頭部に接触されて、脳波を検出する脳波検出用の生体電極である。生体電極１は、このような脳波検出用のものに限られず、ウエアラブル情報機器などの、生体信号を検出する他の装置にも適用可能である。以下、生体電極１の構成について具体的に説明する。
【００２３】
支持部材２は、電極部材３を支持している。また、支持部材２は、導電性の材料から形成されており、電極部材３と電気的に接続するようになっている。本実施の形態に係る生体電極１においては、支持部材２及び電極部材３は一体に成形されて作られている。支持部材２は、電極部材３と同じ表面に架橋性官能基を有する被処理金属粒子を含有する導電性ゴムから形成されていてもよく、表面に架橋性官能基を有しない未処理金属粒子を含有する導電性ゴムから形成されていてもよい。支持部材２の形状は、後述するように、電極部材３が突出した状態に電極部材３を支持することができる形状であればよく、具体的な形状に限定されるものではない。支持部材２は、例えば、図１に示すように円盤状又は略円盤状の形状である。
【００２４】
支持部材２には、生体電極１が検出した生体信号を受け取って、この受け取った生体信号の加工や解析、表示などをするための図示しない測定装置に電気的に接続するための端子２１が設けられている。端子２１は、例えば、図２に示すように、測定装置を外部の機器と電気的に接続可能にする接続線Ｌに接続される。また、端子２１は、例えば、電極部材３が支持される面（支持面２２）とは背向する面（端子側面２３）に設けられており、接続線Ｌが接続可能な形状になっている。端子２１は、例えば、端子側面２３から突出する突出部となっている。支持部材２において、端子２１は同一の導電性ゴムによって他の部分と一体的に形成されているが、端子２１は別材料によって他の部分と別体として形成されたものであってもよい。この場合、端子２１は接続線Ｌとの電気的接続に適した材料によって形成することができる。例えば、端子２１を金属製とし、導電性接着剤によって支持部材２の端子側面２３に接着して設けたり、一部が端子側面２３から突出するように端子側面２３よりも内部に埋設して設けたりすることができる。
【００２５】
電極部材３は、図１に示すように、生体電極１において複数設けられており、支持部材２の支持面２２から同一又は略同一の方向に突出している。また、電極部材３は、図１に示すように、各々の先端部３１が同一の平面上に位置するように、支持部材２から延びている。電極部材３は、例えば、図１に示すように、ブラシ状に支持部材２から突出している。電極部材３は、各先端部３１が使用状態において被験者の対象部位に同様の状態で接触するように、対象部位に合わせた位置まで夫々支持部材２から延びていてもよい。つまり、電極部材３の先端部３１は、同一の平面上に位置していなくてもよい。電極部材３の形状は、図１及び図３に示すように、例えば円柱状又は略円柱状の形状であり、先端部３１に向かって先細りする部分を有する形状である。電極部材３は、全体的に先端部３１に向かって先細りする円錐状又は略円錐状の形状であってよく、先端部３１を有して支持部材２から突出する形状であればよい。
【００２６】
先端部３１の形状は、図３に示すように、例えば半球状又は略半球状の形状である。また、先端部３１の形状は、半球状又は略半球状の先端部３１の一部が除去されて形成された、電極部材３の延び方向に直交又は略直交して面する平面又は略平面の露出面を有するものであってもよい。この場合、露出面は、曲面であってもよく、曲面と平面とを有する面であってもよい。露出面は、電極部材の先端部３１が切断又は研磨された切断面又は研磨面である。
【００２７】
図４は、本発明の一実施の形態に係る生体電極１の他の構成を概略的に示す斜視図である。図４に示すように、電極部材３の先端部３１の形状は、先端部３１の支持部材２１側から電極部材３の先端側に向けて電極部材３が鋭くなる先鋭形状であってもよい。電極部材３の先端部３１の先鋭形状としては、円錐状又は略円錐状に尖った形状であってもよく、角状に尖った形状であってもよい。このような先鋭形状とすることにより、生体電極１は、電極部３の尖った先端部３１が被験者の頭髪を掻き分けて頭皮に容易に接触するので、皮膚と電極部材３との接触インピーダンスを低減することができる。また、電極部材３は、柔軟性な導電性ゴムから成形されているので、先端部３１を先鋭形状として頭皮に接触させても痛みがなく、不快感を生じにくい。
【００２８】
本実施の形態では、電極部材３の先端部３１は、図５及び図６に示すように、先端部の一部が除去されて形成された斜面３２を有している。斜面３２は、例えば、電極部材３の延び方向に対して斜めに面する面であり、例えば、図６に示すように、平面又は略平面であり、電極部材３の延び方向に対して斜めに交差する面である。斜面３２は、曲面であってもよく、曲面と平面とを有する面であってもよい。斜面３２は、後述するように、導電性ゴムから成形された電極部材３の中間品４０から先端部分４１が除去されて形成された面であり（図７参照）、電極部材３の中間品４０の先端部分４１が切断又は研磨されて夫々形成された切断面又は研磨面である。
【００２９】
電極部材３を形成する導電性ゴムは、上述のように、シリコーンゴムと、シランカップリング剤により金属粒子表面に架橋性官能基が導入された被処理金属粒子とを含むものである。シリコーンゴムとしては、例えば、有機珪素ポリマーが用いられる。有機珪素ポリマーとしては、主鎖としてシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−）を有し、側鎖としてメチル基、フェニル基、ビニル基などの炭化水素基又は水素を有するものが好ましい。シリコーンゴムとしては、付加反応型のシリコーンゴムを用いてもよく、縮合反応型のシリコーンゴムを用いてもよい。付加反応型のシリコーンゴムは、付加反応によって硬化するシリコーンゴムであり、縮合反応型のシリコーンゴムは、縮合反応によって硬化するシリコーンゴムである。これらのシリコーンゴムは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。シリコーンゴムとしては、例えば、室温硬化型の液状シリコーンゴムが好ましい。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って、通常２０℃〜１００℃で硬化反応が進行してゴム弾性体となるシリコーンゴムである。硬化反応には、空気中の湿気（水分）によって徐々に進むものと、主材に硬化剤を加えることによって直ちに進行するものとがあり、シリコーンゴムは何れの硬化反応によって硬化されるものであってもよい。室温硬化型の液状シリコーンゴムとしては、一種類の室温硬化型の液状シリコーンゴムのみを用いてもよく、複数種類の室温硬化型の液状シリコーンゴムを混合して用いてもよい。室温硬化型の液状シリコーンゴムとしては、例えば、シリコーンゴム（商品名「ＫＥ−１０６」（信越化学工業社製））と、硬化剤（商品名「ＣＡＴ−ＲＧ」（信越化学工業社製））とを用いたものが挙げられる。
【００３０】
シランカップリング剤により表面処理される金属粒子は、例えば、銀粒子である。金属粒子は、導電性を有する金属系の材料であればよい。また、金属粒子は、例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどの炭素系材料を含んでいてもよい。
【００３１】
導電性ゴムの銀粒子としては、凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉とを含んだ形態のものを使用することができる。凝集状の銀粉とは、複数の粒子状の１次粒子が３次元状に凝集したものであり、フレーク状の銀粉とは、形状が鱗片状のものである。凝集状の銀粉及びフレーク状の銀粉の平均粒子径は、特定の値に限定されるものではなく、例えば、凝集状の銀粉は、平均粒子径が４μｍ〜８μｍの範囲のものが好ましく、フレーク状の銀粉は、平均粒子径が５μｍ〜１５μｍの範囲のものが好ましい。なお、銀粒子の平均粒径は、電子顕微鏡写真により測定し、算術平均により算出した平均直径である。
【００３２】
凝集状の銀粉及びフレーク状の銀粉の総配合量は、導電性を付与できる範囲で適宜設定できるが、例えば、液状シリコーンゴム１００重量部に対して、５０重量部〜５００重量部の範囲であることが好ましく、１００重量部〜３００重量部の範囲であることが特に好ましい。凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉の含有比率は、（凝集状の銀粉：フレーク状の銀粉＝１：３〜３：１）であることが好ましく、凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉を同比率にすることがより好ましい。
【００３３】
フレーク状の銀粉としては、例えば、商品名「３２７０７７」（シグマアルドリッチ社製）、商品名「ＦＡ−Ｄ−３」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）、商品名「ＦＡ−２−３」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）などが挙げられる。これらの中でも、フレーク状の銀粒子としては、商品名「ＦＡ−２−３」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）が好ましい。凝集状の銀粒子としては、例えば、商品名「Ｇ−３５」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）が好ましい。
【００３４】
金属粒子表面に導入される架橋性官能基としては、例えば、カルボキシル基、酸無水物基、ビニル基、スチリル基、加水分解性シリル基、シラノール基、（メタ）アクリロイル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアヌレート基、イソシアネート基及びエポキシ基などが挙げられる。これらの架橋性官能基を金属粒子表面に導入することにより、生体電極は、シリコーンゴムと被処理金属粒子の表面との間に架橋結合がより好適に形成される。これにより、生体電極は、金属粒子とシリコーンゴムとの密着性が更に向上するので、使用回数の増大に伴う電極部材３からの金属粒子の脱落をより一層防ぐことが可能となる。上記効果をより一層向上する観点から、架橋性官能基としては、加水分解性シリル基、シラノール基、（メタ）アクリロイル基、アミノ基、ウレイド基、イソシアヌレート基、イソシアネート基及びエポキシ基からなる群から選択された少なくとも１つが好ましく、イソシアネート基及びエポキシ基がより好ましく、エポキシ基が更に好ましい。
【００３５】
金属粒子の表面処理に用いられるシランカップリング剤としては、架橋性官能基を金属粒子表面に導入できるものであれば制限はない。シランカップリング剤としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランなどの加水分解性シリル基を有するケイ素化合物、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどの重合性不飽和基を有するケイ素化合物、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル（１，３−ジメチルブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩などのアミノ基を有するケイ素化合物、３−ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、トリス−（トリメトキシシリルプロピル）イソシアヌレート、イソシアン酸−３−（トリメトキシシリル）プロピル、イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピルなどのイソシアネート基を有するケイ素化合物、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシランなどのエポキシ基を有するケイ素化合物などが挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、シランカップリング剤としては、イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピル及び２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランが好ましい。
【００３６】
シランカップリング剤としては、例えば、商品名「Ｉ０５５６」（イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピル、東京化成工業社製）及び商品名「Ｅ００３２７」（２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、東京化成工業社製）などの市販品を用いてもよい。
【００３７】
なお、電極部材３を形成する導電性ゴムは、上述した成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分を更に含んでいてもよい。他の成分として、例えば、分散剤、補強剤、乾式シリカなどの充填材、老化防止剤、加工助剤、可塑剤などのゴム工業で一般的に使用されている配合剤を、適宜配合することができる。
【００３８】
分散剤としては、変性シリコーンを含有してもよい。変性シリコーンとしては、シロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−；シリコーン鎖ともいう）からなる主鎖に、変性をもたらす側鎖を導入したものを好ましく用いることができ、例えば、ポリエーテル変性、ポリエーテル・アルキル共変性、ポリグリセリン変性、ポリグリセリン・アルキル共変性などを含むシリコーンが挙げられる。変性をもたらす側鎖はエーテル結合（−Ｃ−Ｏ−Ｃ−）を含むことが好ましい。ポリエーテル変性シリコーンとしては、シリコーン鎖からなる主鎖に、ポリエーテル鎖からなる側鎖を導入したものを用いることができる。ポリエーテル・アルキル共変性シリコーンとしては、シリコーン鎖からなる主鎖に、ポリエーテル鎖からなる側鎖と、アルキル鎖からなる側鎖とを導入したものを用いることができる。
【００３９】
ポリグリセリン変性シリコーンとしては、シリコーン鎖からなる主鎖に、ポリグリセリン鎖からなる側鎖を導入したものを用いることができる。ポリグリセリン・アルキル共変性シリコーンとしては、シリコーン鎖からなる主鎖に、ポリグリセリン鎖からなる側鎖と、アルキル鎖からなる側鎖とを導入したものを用いることができる。これらの中でも、ポリエーテル変性シリコーンやポリグリセリン変性シリコーンが特に好ましい。
【００４０】
分散剤としては、例えば、商品名「ＫＦ−６１０６」（ポリグリセリン変性シリコーン界面活性剤、信越化学工業社製）及び商品名「ＫＦ−６０１５」（ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤、信越化学工業社製）などの市販品を用いてもよい。
【００４１】
上述のように、電極部材３は、シリコーンゴムが硬化して形成されたものであり、柔軟性と弾力性とを有しており、被験者の身体への密着性が良好であり、やわらかい肌触りで長時間密着させていても不快感を生じにくく、被験者の身体との安定した接触を維持できるようにすることができる。
【００４２】
電極部材３は、金属粒子が配合されたバインダとしてのシリコーンゴムを硬化することにより成形されており、成形された電極部材３の表面には、被験者との電気的接触を担う金属粒子が存在する。被験者の皮膚と電極部材３との間の接触インピーダンスは、見かけの接触面積ではなく、電気的接触を担う金属粒子と皮膚との有効接触面積によって規定される。従来の電極部材は、使用回数の増大に伴って接触インピーダンスが上昇し、検出する生体信号へ混入するノイズが増大し、または、生体信号の取得自体ができなくなる場合がある。これは、電極部材の先端の金属粒子が使用に伴って脱落し、電気的接触を担う銀粒子と皮膚との有効接触面積が減少することに起因する。
【００４３】
これに対し、本実施の形態では、金属粒子をシランカップリング剤で表面処理して金属粒子表面に架橋性官能基を導入し、架橋性官能基を介した架橋結合によりフィラーとしての金属粒子とバインダとしてのシリコーンゴムとの密着性を向上させるので、電極部材３の先端部３１が被験者の皮膚と接触しても、先端部３１からの金属粒子の脱落を防ぐことができる。このため、電極部材３の使用回数が増大した場合であっても、接触インピーダンスの上昇を防ぐことができ、検出する生体信号へ混入するノイズが増大することはなく、また、生体信号の取得自体ができなくなることはない。
【００４４】
次いで、上述の構成を有する生体電極１の製造方法について説明する。生体電極１の製造方法は、金属粒子の表面処理ステップと、電極部材成形ステップと、電極形状形成ステップとを備えている。金属粒子の表面処理ステップは、表面処理剤による表面処理で表面に架橋性官能基が導入された金属粒子を得る工程である。電極部材成形ステップは、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムを攪拌し、この導電性ゴムを支持部材２から突出する形状に成形して電極部材３を成形する工程である。電極形状形成ステップは、電極部材３の先端部３１を先鋭形状に形成する工程である。以下、生体電極１の製造方法について具体的に説明する。
【００４５】
図８は、本発明の実施の形態に係る金属粒子の表面処理の概略を示すフロー図である。図８に示すように、本実施の形態に係る金属粒子の表面処理は、アルコール水溶液を調製する第１ステップＳＴ１と、調製したアルコール水溶液中へ金属粒子を添加する第２ステップＳＴ２と、金属粒子を添加したアルコール水溶液中に表面処理剤を添加して混合溶液とする第３ステップＳＴ３と、混合溶液を攪拌する第４ステップＳＴ４と、攪拌後の混合溶液を乾燥する第５ステップＳＴ５とを含む。
【００４６】
第１ステップＳＴ１では、アルコール化合物と水とを混合してアルコール水溶液を調製する。アルコール化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール及びブタノールなどが挙げられる。これらの中でもアルコール化合物としては、エタノールが好ましい。水としては、イオン交換水、蒸留水及び純水などが挙げられる。水とアルコール化合物との混合比（水：アルコール化合物）は、０．１〜９９．９〜５０：５０が好ましい。
【００４７】
第２ステップＳＴ２では、第１ステップＳＴ１で調製したアルコール水溶液中へ金属粒子を添加してスラリー状の混合物とする。金属粒子の添加量は、スラリー状の混合物の全質量に対して、例えば、１０質量％以上７０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上４０質量％以下であることがより好ましい。
【００４８】
第３ステップＳＴ３では、第２ステップＳＴ２で調製したスラリー状の混合物にシランカップリング剤を添加する。シランカップリング剤の添加量は、添加した金属粒子の質量に対して、例えば、０．１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上５質量％以下であることがより好ましい。
【００４９】
第４ステップＳＴ４では、第３ステップＳＴ３でシランカップリング剤を添加した混合物を攪拌し、シランカップリング剤と金属粒子とを反応させて、金属粒子表面に架橋性官能基を導入された被処理金属粒子を得る。攪拌温度は、例えば、１０℃以上４０℃以下である。攪拌時間は、例えば、１分以上１時間以下である。
【００５０】
第５ステップＳＴ５は、第４ステップＳＴ４で得られた被処理金属粒子を乾燥させてアルコール水溶液を除去する。第５ステップＳＴ５では、例えば、大気圧（常圧）条件下、６０℃以上１００℃以下で１０分以上５０分以下乾燥させた後、１３０℃以上１７０℃以下で７０分以上１１０分以下乾燥させることにより、アルコール水溶液が除去された被処理金属粒子が得られる。なお、第５ステップＳＴ５での乾燥は、必ずしも２段階で行わなくてもよく、１段階で行ってもよい。また、乾燥時の圧力条件、乾燥温度及び乾燥時間は適宜変更可能である。
【００５１】
上述のように、生体電極１は、同一の導電性ゴムから一体的に成形されており、成形型において導電性ゴムが硬化されて、支持部材２及び電極部材３が一体に成形される。つまり、電極部材成形ステップにおいて、支持部材２と電極部材３とは一体に成形される。但し、電極部材成形ステップにおいて成形された状態では、電極部材３に斜面３２は形成されておらず、電極部材３の先端部３１は半球形状又は略半球形状を有している中間品４０の形態で成形される（図７参照）。
【００５２】
次いで、電極形状形成ステップにおいて、中間品４０の電極部材３の先端部分４１が除去されて、先端部３１に斜面３２が形成される（図７参照）。これにより、電極部材３が形成され、生体電極１が完成する。中間品４０の先端部４１の除去は、種々の方法によって行うことができ、例えば、切断や研磨などによって行われる。切断としては、カッターなどの切断器具による切断があり、研磨としては、表面研磨などがある。完成した生体電極１の電極部材３において、先端部３１は斜面３２を有しており先鋭形状となる。このため、電極部材３の先端部３１を被験者の頭部に配置する場合であっても、頭髪を掻き分けて先端部３１が頭皮に接触するので、電極部材３と頭皮との接触インピーダンスを低減させることができる。また、ここでは、被処理金属粒子の架橋性官能基とシリコーンゴムとが架橋結合を介して密着性が向上しているので、電極部材３の先端部３１が頭髪を掻き分ける際においても、電極部材３の表面から被処理金属粒子が脱落することがない。
【００５３】
上述のように、生体電極１において、電極部材３は、導電性ゴムから形成されており、被験者に不快感を与えることのないよう良好な弾性を有しており、また、被験者の対象部位に一様に密着できる。このため、電極部材３に弾性を与えるための芯材などの補強部材を必要としない。また、電極部材３を導電性ゴムのみから形成することができ、電極部材３の構造が複雑ではなく、製造を容易にすることができる。また、電極部材３は成形表面層４２が除去された露出面３２を有しており、導電性ゲルや電解質溶液などを用いる必要がなく、使用が簡単であり、また、被験者に不快感を与えることがない。また、電極部材は、成型時に架橋性官能基を介して導電性ゴムに含まれるシリコーンゴムと金属粒子との間に架橋結合が形成されるので、金属粒子とシリコーンゴムとの密着性が向上してシリコーンゴムによって保持される。これにより、生体電極は、例えば、脳波測定用として同一の生体電極が複数回使用された場合であっても、使用回数毎の電極部材表面からの金属粒子の脱落を防ぐことができるので、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことができる。さらに、使用回数が増大しても、接触インピーダンスの上昇を防ぐことができるので、検出する生体信号へのノイズの増大を防いで、生体信号の取得自体ができなくなることがない耐久性の高い生体電極を実現できる。したがって、生体電極は、測定対象との接触に基づく電極部材からの金属粒子の脱落を抑制でき、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことができる。
【００５４】
このように、本発明の実施の形態に係る生体電極１は、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、使用回数の増大に伴う接触インピーダンスの上昇を防ぐことができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズなどは、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。
【００５６】
例えば、支持部材２は、上述の形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。同様に、電極部材３は、上述の形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００５７】
また、支持部材２と電極部材３とは、互いに別体であってもよく、電極部材３は上述の表面処理ステップ及び電極部材成形ステップによって形成された後に、別体として形成された支持部材２に取り付けられて固定されて、生体電極１が形成されてもよい。電極部材３と支持部材２との固定は、導電性接着剤によってなされてもよく、嵌着などの係合によってなされてもよい。例えば、電極部材３の底部に凹部又は凸部を形成し、支持部材２に対応する凸部又は凹部を形成し、凹部及び凸部が互いに係合することにより、電極部材３が支持部材２に固定されるようにしてもよい。電極部材３は支持部材２に着脱可能に固定されるようになっていてもよい。
【００５８】
また、支持部材２と電極部材３を別体とした場合、支持部材２と電極部材３の両方を、上述した導電性ゴムによって同一の材料によって形成することができ、また、異なる材料によって形成してもよい。支持部材２を電極部材３とは異なる材料で形成する場合には、支持部材２は導電性ゴムとは別の導電性を有する材料で形成することができる。支持部材２の導電性を有する材料としては、電極部材３を支持するために適した導電性を有する材料が好ましく、電極部材３を安定して支持できる強度を有している、例えば、ステンレス、銅、アルミニウムなどの金属を用いることができる。支持部材２の材料はこれらに限定されず、導電性を有する材料を用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。【００６０】
本発明者らは、上記本発明の実施の形態に係る生体電極１を作製し（実施例１，２）、生体電極１に対して接触インピーダンス評価試験を行った。また、本発明者らは、比較例としての生体電極を作製し（比較例１）、比較例１に対して同様の接触インピーダンス評価試験を行った。なお、実施例１、２及び比較例１の電極の形状は夫々図４に示したものとした。【００６１】
＜銀粒子のシランカップリング処理＞
本実施例では、シランカップリング剤を用いた湿式法で銀粒子を表面処理し、４種類の表面処理後の銀粒子を調製した（以下、シランカップリング剤により処理前の銀粒子を「未処理銀粒子」ともいい、シランカップリング処理後の銀粒子を「被処理銀粒子」ともいい、「未処理銀粒子」及び「被処理銀粒子」を総称して「銀粒子」ともいう。）。４種類の被処理銀粒子Ａ〜Ｄの調製に用いたシランカップリング剤及び被処理銀粒子Ａ〜Ｄの導入官能基を下記表１に示す。以下、被処理銀粒子Ａ〜Ｄの調整方法について説明する。【００６２】
（被処理銀粒子Ａの調製）
まず、水１０ｇとエタノール９０ｇとを混合して質量比で水：エタノール＝１：９のエタノール水溶液を１００ｇ調製した（ステップＳＴ１）。次に、調製したエタノール水溶液１００ｇを室温（２０℃〜３０℃）で攪拌しながら未処理銀粒子Ａ（商品名「Ｇ−３５」、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）３０ｇを添加してスラリー状にした（ステップＳＴ２）。【００６３】
次に、未処理銀粒子Ａに対して１質量％のシランカップリング剤Ａ（イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピル：商品名「Ｉ０５５６」、東京化成工業社製）０．３ｇを、室温（２０℃〜３０℃）でスラリー状の未処理銀粒子Ａに滴下して１０分間攪拌した（ステップＳＴ３、ＳＴ４）。次に、大気圧下、８０℃で３０分間乾燥した後、１５０℃で９０分乾燥して、シランカップリング処理によりイソシアネート基が導入された被処理銀粒子Ａ３０ｇを調製した（ステップＳＴ５）。被処理銀粒子Ａの配合を下記表１に示す。【００６４】
（被処理銀粒子Ｂの調製）
未処理銀粒子Ａ（商品名：「Ｇ−３５」、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）３０ｇに替えて未処理銀粒子Ｂ（商品名：「ＦＡ−２−３」、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）３０ｇを用いたこと以外は、被処理銀粒子Ａと同様にして、シランカップリング処理されたイソシアネート基を有する被処理銀粒子Ｂを３０ｇ調製した。被処理銀粒子Ｂの配合を下記表１に示す。【００６５】
（被処理銀粒子Ｃの調製）
シランカップリング剤Ａ（イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピル：商品名「Ｉ０５５６」、東京化成工業社製）０．３ｇに替えてシランカップリング剤Ｂ（２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン：商品名「Ｅ００３２７」、東京化成工業社製）０．３ｇを用いたこと以外は、被処理銀粒子Ａと同様にして、シランカップリング処理されたエポキシ基を有する被処理銀粒子Ｃを３０ｇ調製した。被処理銀粒子Ｃの配合を下記表１に示す。【００６６】
（被処理銀粒子Ｄの調製）
未処理銀粒子Ａ（商品名：「Ｇ−３５」、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）３０ｇに替えて未処理銀粒子Ｂ（商品名：「ＦＡ−２−３」、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）３０ｇを用いたこと以外は、被処理銀粒子Ｃと同様にして、シランカップリング処理されたエポキシ基を有する被処理銀粒子Ｄを３０ｇ調製した。被処理銀粒子Ｄの配合を下記表１に示す。【００６７】
【表１】
2020080396.tif 000003
【００６８】
上記表１に記載の各成分を以下に示す。
・未処理銀粒子Ａ：商品名「Ｇ−３５」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）
・未処理銀粒子Ｂ：商品名「ＦＡ−２−３」（ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）
・シランカップリング剤Ａ：イソシアン酸−３−（トリエトキシシリル）プロピル（商品名「Ｉ０５５６」、東京化成工業社製）
・シランカップリング剤Ｂ：２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（商品名「Ｅ００３２７」、東京化成工業社製）【００６９】
（実施例１）
＜生体電極の作製＞
バインダとしてのシリコーンゴム（商品名：「ＫＥ−１０６」、信越化学工業社製）を１００質量部、硬化剤（商品名：「ＣＡＴ−ＲＧ」、信越化学工業社製）１０質量部、フィラーとしての被処理銀粒子Ａを１６５質量部、被処理銀粒子Ｂを１６５質量部、分散剤Ａ（商品名「ＫＦ−６１０６」、信越化学工業社製）１０質量部及び分散剤Ｂ（商品名：「ＫＦ−６０１５」、信越化学工業社製）１０質量部を遠心攪拌して生地を作製した。次に、得られた生地を注型成形し、１５０℃、３分間の条件で一次架橋した後、１５０℃、３０分間の条件で二次架橋した。続いて、オートクレーブ内で１２１℃の１０質量％の塩化ナトリウム水溶液（塩水）に、０．１ＭＰａＧにて１時間浸漬する塩水処理を実施して中間品を作製した。次に、図４に示した形状となるように、中間品の電極部材３における先端部３１を切断して電極部材３に成形し、実施例１の生体電極を作製した。生体電極の配合を下記表２に示す。【００７０】
（実施例２）
被処理銀粒子Ａを１６５質量部に換えて、被処理銀粒子Ｃを１６５質量部用いると共に、被処理銀粒子Ｂを１６５質量部に換えて、被処理銀粒子Ｄを１６５質量部用いたこと以外は、実施例１と同様にして生体電極を作製した。生体電極の配合を下記表２に示す。【００７１】
（比較例１）
被処理銀粒子Ａを１６５質量部に換えて、シランカップリング処理を施していない未処理銀粒子Ａを１６５質量部用いると共に、被処理銀粒子Ｂを１６５質量部に換えて、シランカップリング処理を施していない未処理銀粒子Ｂを１６５質量部用いたこと以外は、実施例１と同様にして生体電極を作製した。生体電極の配合を下記表２に示す。【００７２】
【表２】
2020080396.tif 000004
上記表２に記載の各成分を以下に示す。
・シリコーンゴム：ポリジメチルシロキサン（商品名：「ＫＥ−１０６」、信越化学工業社製）
・硬化剤：商品名「ＣＡＴ−ＲＧ」（信越化学工業社製）
・分散剤Ａ：ポリグリセリン変性シリコーン界面活性剤（商品名「ＫＦ−６１０６」、信越化学工業社製）
・分散剤Ｂ：ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤（商品名「ＫＦ−６０１５」、信越化学工業社製）【００７３】
＜評価方法＞
図９は、実施例及び比較例に係る接触インピーダンス評価試験の説明図である。図９に示すように、接触インピーダンス評価試験は、ＬＣＲメータを用いて実施例１，２及び比較例１の接触インピーダンスを夫々測定することにより行った。被験者の右耳朶の付け根にＬＣＲメータ（型番「ＺＭ２３７１」、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）の参照電極を脳波用ペースト（型番「Ｔｅｎ２０」、ＷＥＡＶＥＲ  ａｎｄ  ｃｏｍｐａｎｙ社製）により固定して接触インピーダンスを十分に低減させた状態で接続し、誘導電極としての実施例１，２及び比較例１を夫々被験者の右頭頂部に押付荷重２Ｎで押し当てて、実施例１，２及び比較例１夫々の接触インピーダンスを測定した。接触インピーダンスの測定値としては、実施例１，２及び比較例１夫々の頭皮との接触後１分経過した後の値を採用した。生体電極の耐久性を検証するために、同一サンプルで１０回の測定を実施して測定回数の増大に伴う接触インピーダンスの変化を記録した（試験回数ｎ＝１０）。【００７４】
図１０は、本発明の実施例及び比較例に係る接触インピーダンス測定試験の結果を示す図である。図１０に示すように、実施例１に係る生体電極では、測定回数が増えるにつれて若干接触インピーダンスが上昇したが、測定回数の増大に伴う接触インピーダンスの値の大幅な上昇は見られず、１０回測定後の平均接触インピーダンスの値は５７６［ｋΩ］と低い値であった（実線Ｌ１参照）。また、実施例２は、測定回数が増えても接触インピーダンスの上昇は見られず、測定回数が１回目〜１０回目の間で接触インピーダンスの値が５００Ω以下を維持しており、１０回測定後の平均接触インピーダンスの値は１６５［ｋΩ］と極めて低い値であった（一点鎖線Ｌ２参照）。これらの結果は、バインダとしてのシリコーンゴムとフィラーとしてのシランカップリング処理後の被処理銀粒子の架橋性官能基との架橋結合により、シリコーンゴムと被処理銀粒子との密着性が向上してバインダからの被処理銀粒子の脱落が抑制されたためと推測される。これに対して、比較例１は、測定回数１〜４回目においては、数百ｋΩの値を示していたが、測定回数５回以上で接触インピーダンスが急激に上昇し、１０回測定後の平均インピーダンスの値は７１８０［ｋΩ］であった（破線Ｌ３参照）。この結果は、シランカップリング処理をしていない未処理銀粒子を用いたので、バインダとしてのシリコーンゴムと未処理銀粒子との間に架橋結合によりシリコーンゴムと未処理銀粒子との密着性が向上しなかったために、バインダから未処理銀粒子が脱落したためと推測される。【００７５】
以上のように、上記実施例１、２及び比較例１によれば、シランカップリング処理した銀粒子を用いることにより、使用回数の増大に伴う銀粒子の脱落に基づく接触インピーダンスの上昇を防ぐことが可能となり、生体電極の耐久性を大幅に向上できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明は、使用回数の増大に伴う銀粒子の脱落に基づく接触インピーダンスの上昇を防ぐことができると共に、耐久性に優れた生体電極及び生体電極の製造方法を実現できるという効果を有し、特に、ウエアラブル情報機器、ブレイン・マシン・インターフェース、医療、介護、福祉、医療用計測器、ゲーム機器、自動運転、エレクトロニクス配線などの各分野において好適に使用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…生体電極、２…支持部材、２１…端子、２２…支持面、２３…端子側面、３…電極部材、３１…先端部、３２…斜面、４０…中間品、４１…先端部分、Ｌ…接続線
【図１】
2020080396.tif 000005
【図２】
2020080396.tif 000006
【図３】
2020080396.tif 000007
【図４】
2020080396.tif 000008
【図５】
2020080396.tif 000009
【図６】
2020080396.tif 000010
【図７】
2020080396.tif 000011
【図８】
2020080396.tif 000012
【図９】
2020080396.tif 000013
【図１０】
2020080396.tif 000014
【国際調査報告】
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2020080396.tif 000016
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