(57)【要約】  生体内埋め込み型医療装置（１０）は、筐体（１１）、電子回路部品（１３）、受電コイル（１５）及び磁性材（１６）を備える。筐体（１１）は、生体適合材によって形成され、内部空間（１１０）を形成する。電子回路部品（１３）は、内部空間（１１０）に配置されている。受電コイル（１５）は、内部空間（１１０）に配置され、外部の電磁界と相互に作用して電磁界共鳴フィールドを形成して電力を受電する。筐体（１１）の、電磁界共鳴フィールドが形成される領域の少なくとも一部は、非金属系の生体適合材によって形成されている。
2020066095.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磁界共鳴フィールドを形成して電力を受電する受電コイルと、
前記内部空間に配置され、前記受電コイルを通して受電された電力を蓄電する蓄電デバイスと、
前記内部空間に配置され、前記受電コイルで受電した電力又は前記蓄電デバイスに蓄電された電力を用いて、少なくとも信号処理を行う電子回路と、
を備え、
前記筐体の、前記電磁界共鳴フィールドが形成される領域の少なくとも一部は、非金属系の生体適合材で形成される、
生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２】
前記内部空間に配置され、前記電磁界共鳴フィールドが形成される領域に磁性材を備える、
請求項１に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項３】
前記内部空間に配置され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する回路基板を備え、
前記電子回路は前記回路基板の第１主面に実装された電子部品を有し、
前記受電コイルは前記回路基板の第２主面側に配置され、
前記磁性材は前記受電コイルと前記回路基板との間に配置される、
請求項２に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項４】
前記磁性材は、平面状の磁性シートであり、前記回路基板の平面視において、前記受電コイルと重なる、
請求項３に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項５】
前記回路基板の平面視において、前記電子部品の配置領域は、前記受電コイルの形成領域の少なくとも一部と重なる、
請求項３又は４に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項６】
前記筐体の、前記電磁界共鳴フィールドが形成される領域以外の部分は金属系の生体適合材で構成される、
請求項１から５のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項７】
前記受電コイルは平面型のコイルである、
請求項１から６のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項８】
前記受電コイルは有芯のソレノイド型のコイルである、
請求項１から６のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項９】
前記内部空間に配置され、前記電子回路に電気的に接続され、外部の通信モジュールと通信を行う内蔵通信モジュール及び当該内蔵通信モジュールに接続された通信用アンテナを備え、
前記筐体の、前記通信用アンテナの電波の放射領域となる部分の少なくとも一部は、非金属系の生体適合材によって形成される、
請求項１から８のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１０】
前記電磁界共鳴フィールドが形成される領域に配置された非金属系の生体適合材と、前記通信用アンテナの電波の放射領域となる部分に配置された非金属系の生体適合材とは、離間している、
請求項９に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１１】
前記電子回路は無線通信用の回路を含み、
該無線通信用の回路は前記受電コイルを用いた通信を行う、
請求項１から１０のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１２】
前記筐体の一部に形成されたフィードスルーを有し、
前記電子回路は、前記フィードスルーを介して、前記筐体の外部に位置する生体センサに電気的に接続される、
請求項１から１１のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１３】
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た受電コイルと、
前記内部空間に配置され、前記受電コイルで受電した電力で信号処理を行う電子回路と、
を備え、
前記筐体の、前記受電コイルが前記筐体の外部に対向する領域は、非金属系の生体適合材で形成される、
生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１４】
前記筐体の、前記非金属系の生体適合材によって形成される領域以外の領域は、金属系の生体適合材によって形成される、
請求項１３に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１５】
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た受電コイルと、
前記内部空間に配置され、前記受電コイルで受電した電力で信号処理を行う電子回路と、
を備え、
前記筐体は、前記受電コイルによる電力の受電経路に、非金属系の生体適合材からなる部分を有し、
前記筐体の、前記非金属系の生体適合材によって形成された領域以外の領域は、金属系の生体適合材によって形成される、
生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１６】
前記内部空間の、前記受電コイルの近傍に配置され、前記受電コイルに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１３から１５のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１７】
前記磁性材は平面状の磁性シートであり、
前記受電コイルは前記磁性材と前記非金属系の生体適合材との間に挟まれる位置にあり、
前記磁性材の平面視で、前記磁性シートは前記受電コイルに重なる、
請求項１６に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１８】
前記内部空間に配置され、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する回路基板を備え、
前記電子回路は前記回路基板の第１主面に実装された電子部品を有し、
前記受電コイルは前記回路基板の第２主面側に配置され、
前記磁性材は前記受電コイルと前記回路基板との間に配置される、
請求項１７に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項１９】
前記受電コイルで受電した電力を蓄電する蓄電デバイスを備え、
前記蓄電デバイスは前記筐体の第１方向の一方端に配置され、
前記受電コイルは前記筐体の前記第１方向の他方端に配置される、
請求項１３から１８のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２０】
前記筐体の金属系の生体適合材は開口部を有する箱状の第１部材であり、
前記筐体の非金属系の生体適合材は前記開口部を塞ぐ形状の第２部材であり、
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を備える、
請求項６，１４，１５のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２１】
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２０に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２２】
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２１に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２３】
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２０から２２のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２４】
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２０から２３のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２５】
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２０から２４のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２６】
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２０から２５のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２７】
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２０から２６のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２８】
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２７に記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項２９】
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２０から２８のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項３０】
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２０から２９のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項３１】
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２０から３０のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【請求項３２】
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２０から３１のいずれかに記載の生体内埋め込み型医療装置。
【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、生体外からワイヤレスで給電される生体内埋め込み型医療装置に関する。
【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医療装置が記載されている。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ている。【０００３】
受電コイルは、ヘリカル巻きされて筒状に形成された導体によって実現されている。受電コイルと電子回路が実装される回路基板とは、装置本体の平面視において並んで配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１に記載の生体内埋め込み型医療装置では、受電コイルと送電コイルとの磁界結合での結合度を高めることが容易ではなく、受電効率を向上させることが難しい。また、一般に、生体適合に優れた材料であるサファイア、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は容易であるが、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、受電効率が高い生体内埋め込み型医療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の生体内埋め込み型医療装置は、筐体、受電コイル、蓄電デバイス及び電子回路を備える。筐体は、生体適合材によって形成され、内部に密閉空間を形成する。受電コイルは、密閉空間に配置され、外部の電磁界と相互に作用して電磁界共鳴フィールドを形成して電力を受電する。蓄電デバイスは、密閉空間に配置され、受電コイルを通して受電された電力を蓄電する。電子回路は、密閉空間に配置され、受電コイルで受電した電力又は蓄電デバイスに蓄電した電力を用いて、少なくとも信号処理を行う。筐体の、電磁界共鳴フィールドが形成される領域の少なくとも一部は、非金属系の生体適合材によって形成されている。【０００８】
また、この発明の生体内埋め込み型医療装置は、筐体、受電コイル及び電子回路を備える。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。受電コイルは、内部空間に配置される。電子回路は内部空間に配置され、受電コイルで受電した電力で信号処理を行う。そして、筐体の、受電コイルが筐体外部に対向する領域は、非金属系の生体適合材で形成される。【０００９】
また、この発明の生体内埋め込み型医療装置は、筐体、受電コイル及び電子回路を備える。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。受電コイルは内部空間に配置される。電子回路は内部空間に配置され、受電コイルで受電した電力で信号処理を行う。そして、筐体は、受電コイルによる電力の受電経路に、非金属系の生体適合材からなる部分を有し、筐体の、非金属系の生体適合材によって形成された領域以外の領域は、金属系の生体適合材によって形成される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、受電効率が高い生体内埋め込み型医療装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、受電コイル、磁性材及び非金属系の生体適合材からなる第２部材との位置関係を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る給電システムの構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る給電・通信システムの構成を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る給電・通信システムの構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、生体内埋め込み型医療装置の構成の派生例を示す断面図である。
【図１２】図１２は第７の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｈの断面図である。
【図１３】図１３は生体内埋め込み型医療装置１０Ｈの分解平面図である。
【図１４】図１４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１５】図１５（Ａ）、図１５（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１６】図１６は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈに対して給電する送電装置の構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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１８】図１８は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｉの断面図である。
【図１９】図１９は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｊの断面図である。
【図２０】図２０は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｋの断面図である。
【図２１】図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は、第９の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の、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２２】図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）、図２２（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２３】図２３は第１０の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の、送電装置９０の送電部と生体内埋め込み型医療装置の受電部とで構成される給電系の回路図である。
【図２４】図２４は図２３に示される給電系の等価回路図である。
【図２５】図２５は、図２３、図２４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】
【００１２】
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。
【００１３】
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。図２は、受電コイル、磁性材及び非金属系の生体適合材からなる第２部材との位置関係を示す平面図である。
【００１４】
図１に示すように、生体内埋め込み型医療装置１０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。
【００１５】
筐体１１は、第１部材１１１と第２部材１１２とを備える。筐体１１は、第１部材１１１と第２部材１１２と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１１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１１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。
【００１６】
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。
【００１７】
そして、このように、筐体１１は、箱状であることによって、内部空間１１０を有する。内部空間１１０は密閉空間である。なお、本願で言う密閉空間とは、筐体１１の外部に対して完全に遮蔽された空間であることが好ましい。ただし、内部空間１１０に配置された回路基板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に対して、生体内埋め込み型医療装置１０としての機能に影響を殆ど与えない程度に筐体１１の外部からの影響を受ける状態であってもよい。
【００１８】
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。第１部材１１１に、このような材料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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。すなわち、耐久性に重要性が置かれた場合には、化学式Al2O3で表される材料を用い、形状等から加工性に重要性が置かれた場合には、ガラスを用いる。同様に、セラミックについても、セラミックの特性に準じて、適宜優先的に採用できる。
【００２３】
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。
【００２４】
回路基板１２は、絶縁性基板を主体として、生体内埋め込み型医療装置１０の機能を実現するための導体パターンが形成されている。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が第１主面ＭＳ１１Ａ及び第２主面ＭＳ１１Ｂと略平行になるように、配置されている。この際、回路基板１２は、第２主面ＭＳ１２Ｂが筐体１１の第２主面ＭＳ１１Ｂ側になり、第１主面ＭＳ１２Ａが筐体１１の第１主面ＭＳ１１Ａ側になっている。
【００２５】
複数の電子回路部品１３は、生体内埋め込み型医療装置１０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、受動素子等からなる。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１主面ＭＳ１２Ａ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。なお、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の外形によって決まる領域の少なくとも一部に重なっていることが好ましく、この領域内に含まれることがより好ましい。これにより、筐体１１の平面形状を小さくでき、生体内埋め込み型医療装置１０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。なお、図１では、二次電池１４は、回路基板１２に対して、横並びに配置されているが、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａ上に配置されていてもよい。なお、二次電池１４は受電コイル１５から離間していることが好ましい。これにより、受電コイル１５のコイル開口を鎖交する磁束が二次電池１４に殆ど達せず、二次電池１４の電極に渦電流が生じなく、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。
【００２７】
受電コイル１５は、平面型のコイルであり、基材１５１とコイル導体１５２とを備える。基材１５１は、絶縁性を有し、平膜である。コイル導体１５２は、線状導体からなり、二次元曲線によって構成される渦巻き（スパイラル）形状である。コイル導体１５２は、基材１５１の一方主面に形成されている。
【００２８】
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。この際、受電コイル１５は、コイル導体１５２の形成面と第２主面ＭＳ１２Ｂとが平行になるように配置されている。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。なお、本実施形態では、コイル導体１５２は一層であるが、複数層であってもよい。
【００２９】
磁性材１６は平膜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。この際、磁性材１６は、主面がコイル導体１５２の形成面と第２主面ＭＳ１２Ｂと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及び第２主面ＭＳ１２Ｂに当接していることが好ましい。
【００３０】
ここで、図２に示すように、生体内埋め込み型医療装置１０を平面視して、受電コイル１５のコイル導体１５２の形成領域は、第２部材１１２に重なっている。すなわち、第２部材１１２は、受電コイルに１５による電力の受電経路に重なるように配置されている。さらに、磁性材１６は受電コイル１５のコイル導体１５２の形成領域に重なっている。
【００３１】
このような構成からなる生体内埋め込み型医療装置１０は、図３に示すような給電システムによって給電される。図３は、本発明の第１の実施形態に係る給電システムの構成を示す断面図である。
【００３２】
図３に示すように、給電システム１は、生体内埋め込み型医療装置１０と、送電装置９０とを備える。生体内埋め込み型医療装置１０は、生体内に配置され、送電装置９０は、生体外に配置される。
【００３３】
生体内埋め込み型医療装置１０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が生体内の中央側となるように、配置されている。
【００３４】
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。
【００３５】
筐体９１は、箱状であり、内部空間９１０を有する。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９１０に配置されている。
【００３６】
回路基板９２は、絶縁性基板を主体として、送電装置９０の機能を実現するための導体パターンが形成されている。
【００３７】
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。
【００３８】
送電コイル９５は基材とコイル導体とを備える。基材は、絶縁性を有し、平膜である。コイル導体は、線状導体からなり、二次元曲線によって構成される渦巻き（スパイラル）形状である。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。
【００３９】
磁性材９６は平膜である。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。
【００４０】
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、生体内埋め込み型医療装置１０に近接して配置される。この際、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。
【００４１】
例えば、具体的には、図３に示すように、送電コイル９５の形成領域と、受電コイル１５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。
【００４２】
このような配置状態では、受電コイル１５と送電コイル９５との間には、生体内埋め込み型医療装置１０の筐体１１における非金属系の生体適合材からなる第２部材１１２と、送電装置９０における非金属系材料からなる筐体９１とが存在し、生体内埋め込み型医療装置１０の筐体１１における金属系の生体適合材からなる第１部材１１１は、存在しない。この状態で、所定の周波数からなる給電用の電流を送電コイル９５に流すと、受電コイル１５は、送電コイル９５の生じる電磁界と相互に作用し、電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲを形成する。すなわち、この領域が、電力供給用の電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲを形成するための結合領域となる。
【００４３】
そして、上述のように、送電コイル９５と受電コイル１５とが所定の位置関係になると、電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲが強くなる。換言すると、送電コイル９５と受電コイル１５とが強い電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲを形成するように、送電装置９０は、生体内埋め込み型医療装置１０に対して配置される。
【００４４】
これにより、受電コイル１５には給電用の電流が効率良く流れ、生体内埋め込み型医療装置１０には、効率良く電力が供給される。すなわち、生体内埋め込み型医療装置１０における受電する領域に非金属系の生体適合材を配置することによって、受電効率は向上する。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。
【００４５】
そして、このように強い電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲが形成されることによって、電磁界共鳴フィールドＦＥＭＲ外への電磁界の漏れが抑制される。したがって、生体内埋め込み型医療装置１０の回路基板１２、電子回路部品１３及び生体内埋め込み型医療装置１０が埋め込まれた生体への給電用の電磁界による悪影響を効果的に抑制できる。
【００４６】
さらに、生体内埋め込み型医療装置１０では、受電コイル１５における送電コイル９５側の反対側に磁性材１６が配置されている。これにより、受電コイル１５と送電コイル９５とによって生じる電磁界における生体内埋め込み型医療装置１０の厚み方向の端が磁性材１６によって閉磁され、磁気結合領域を通る強い磁路が形成される。したがって、受電コイル１５と送電コイル９５との磁界結合の磁束密度が高くなり、受電効率がさらに向上する。
【００４７】
さらに、回路基板１２及び電子回路部品１３は、磁性材１６を基準として、受電コイル１５と反対側に配置されているので、回路基板１２及び電子回路部品１３に対する電磁干渉を抑制できる。これにより、生体内埋め込み型医療装置１０の信頼性は向上する。特に、また、磁性材１６に重なっていない電子回路部品１３及び二次電池１４等は金属系の生体適合材からなる第１部材１１１に囲まれているので、上述の給電時の電磁干渉を抑制できる。これにより、生体内埋め込み型医療装置１０の信頼性はさらに向上する。
【００４８】
また、電子回路部品１３の生体の表面側以外は、金属系の生体適合材からなる第１部材１１１によって覆われている。したがって、電子回路部品１３からの放射ノイズが第１部材１１１で遮断され、主に生体内等の外部への悪影響が抑制される。さらに、周辺機器から電子回路部品１３への電磁干渉が第１部材１１１で遮断され、電子回路部品１３の動作不良等が抑制される。
【００４９】
以上のように、本実施形態の構成を用いることによって、受電効率が高く、信頼性が高い生体内埋め込み型医療装置１０を実現できる。
【００５０】
また、本実施形態では、二次元曲線からなる渦巻き形状のコイル導体１５２を備える受電コイル１５を用いることで、生体内埋め込み型医療装置１０を薄型に構成できる。さらに、受電コイル１５を回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂに配置し、平面視において電子回路部品１３の実装領域と重ねることによって、従来技術のように、受電コイルと回路基板とを横並びにする構成よりも、平面面積を小さくできる。すなわち、本実施形態の構成を用いることによって、薄型、且つ、小型の生体内埋め込み型医療装置１０を実現できる。そして、このように、生体内埋め込み型医療装置１０を薄型、且つ、小型にしても、受電効率を高くでき、信頼性を高くできる。
【００５１】
また、受電コイル１５は、膜状の基材１５１にコイル導体１５２を形成する構造であるので、所望のインダクタンスを実現するための構造を様々なパターンによって実現できる。したがって、受電コイル１５の設計自由度が向上し、薄型、且つ、小型の生体内埋め込み型医療装置１０へ適用し易い。
【００５２】
なお、本実施形態の構成では、生体に対する所定の処理（計測、電気信号の印加等）を、生体内埋め込み型医療装置１０が自律して行う態様に適する。ただし、電子回路部品１３に無線通信用の回路素子を備えることによって、送電コイル９５と受電コイル１５との磁気結合を利用したデータ通信が可能である。これにより、生体内埋め込み型医療装置１０は、生体に対する所定の処理（計測、電気信号の印加等）を行う制御信号を外部から得られる。
【００５３】
また、本実施形態では、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａ側のみに電子回路部品１３を実装する態様を示した。ただし、第１主面ＭＳ１１Ａ及び第２主面ＭＳ１１Ｂを構成する第１部材１１１に囲まれる領域であれば、回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂ側にも電子回路部品１３を実装することは可能である。ただし、回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａ側のみに電子回路部品１３を実装する方が好ましい。
【００５４】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、生体内埋め込み型医療装置の本体外に生体センサを備える生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【００５５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【００５６】
図４に示すように、第２の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ａは、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０に対して、生体センサ２１を追加した点で異なる。生体内埋め込み型医療装置１０Ａの他の構成は、生体内埋め込み型医療装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００５７】
生体センサ２１は、例えば、図４に示すような線状である。生体センサ２１の延びる方向の一方端は回路基板１２に接続されている。生体センサ２１は、筐体１１の第１部材１１１に形成された孔（図示を省略している。）に挿通している。生体センサ２１の延びる方向の他方端は、生体内埋め込み型医療装置１０Ａの筐体１１の外部、すなわち、生体内に配置されている。この生体センサ２１を用いることによって、生体内埋め込み型医療装置１０Ａは、生体に対して、所定の電気信号等を与えることができる。また、生体センサ２１や生体センサ２１以外のセンサをさらに追加して用いることによって、生体に対して、所定の生体電位を取得できる。
【００５８】
なお、第１部材１１１に形成された生体センサ２１用の孔は非金属系の生体適合材によって充填されている。これにより、筐体１１の内部空間１１０の密閉性は確保される。
【００５９】
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、外部の通信モジュールと通信を行う内蔵通信モジュールを備える生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【００６０】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【００６１】
図５に示すように、第３の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ａに内蔵通信モジュール３１を備え、その筐体１１Ｂに第３部材１１３を備えたものである。生体内埋め込み型医療装置１０Ｂの他の構成は、生体内埋め込み型医療装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００６２】
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。第３部材１１３は、第２部材１１２と同様に、非金属系の生体適合材からなる。
【００６３】
第１部材１１１は、第２主面ＭＳ１１Ｂに、互いに離間する２個の開口を有する。第２部材１１２は、第１部材１１１の２個の開口の内、一方の開口に嵌め込まれており、第３部材１１３は、他方の開口に嵌め込まれている。
【００６４】
内蔵通信モジュール３１は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。
【００６５】
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。
【００６６】
このような構成からなる生体内埋め込み型医療装置１０Ｂは、図６に示すような給電・通信システムによって給電及びデータ通信される。図６は、本発明の第３の実施形態に係る給電・通信システムの構成を示す断面図である。
【００６７】
図６に示すように、給電・通信システム１Ｂは、生体内埋め込み型医療装置１０Ｂ、送電装置９０及び外部通信装置８０を備える。生体内埋め込み型医療装置１０Ｂは、生体内に配置され、送電装置９０及び外部通信装置８０は、生体外に配置される。送電装置９０の構成及び生体内埋め込み型医療装置１０Ｂに対する配置態様は、第１の実施形態に示した給電システム１と同様であり、説明は省略する。
【００６８】
外部通信装置８０は、筐体８１、回路基板８２、電子回路部品８３及び通信モジュール８４を備える。
【００６９】
筐体８１は、箱状であり、内部空間を有する。筐体８１は、樹脂等の非金属系材料からなる。回路基板８２、電子回路部品８３及び通信モジュール８４は、筐体８１の内部空間に配置されている。電子回路部品８３及び通信モジュール８４は、回路基板８２に実装されている。
【００７０】
外部通信装置８０は、通信モジュール８４と内蔵通信モジュール３１との間に、第３部材１１３が介し、第１部材１１１が介さないように、生体内埋め込み型医療装置１０Ｂに近接して配置される。これにより、通信モジュール８４と内蔵通信モジュール３１とは、近距離無線通信を実現できる。
【００７１】
この構成によって、データ通信用の電波の放射領域には金属（導電体）が介在せず、生体内埋め込み型医療装置１０Ｂは、生体に対する所定の処理（計測、電気信号の印加等）を実現する制御信号を、外部通信装置８０から取得できる。
【００７２】
そして、生体内埋め込み型医療装置１０Ｂの構成を用いることによって、内蔵通信モジュール３１と受電コイル１５とが離間しているので、データ通信用の無線通信と給電とが同時であっても、これらの相互干渉を抑制できる。さらに、平面視において、内蔵通信モジュール３１と受電コイル１５と間に、金属系の生体適合材からなる第１部材１１１が配置されることで、データ通信用の無線通信と給電とが同時であっても、これらの相互干渉は、さらに確実に抑制できる。
【００７３】
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、給電とデータ通信とを個別に行う生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【００７４】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【００７５】
図７に示すように、第４の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｃは、第３の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｂに対して、受電コイル１５と内蔵通信モジュール３１との位置関係が異なり、これに伴い、筐体１１Ｃの構成が異なる。生体内埋め込み型医療装置１０Ｃの他の構成は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００７６】
筐体１１Ｃは、第１部材１１１と第２部材１１２Ｃとを備える。第２部材１１２Ｃは、第２部材１１２と同様に、非金属系の生体適合材からなる。
【００７７】
内蔵通信モジュール３１は受電コイル１５に近接して配置されている。受電コイル１５におけるコイル導体１５２の形成領域と内蔵通信モジュール３１とは、平面視において、第２部材１１２Ｃに重なっている。
【００７８】
このような構成からなる生体内埋め込み型医療装置１０Ｃは、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すような給電・通信システムによって給電及びデータ通信される。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る給電・通信システムの構成を示す断面図である。図８（Ａ）は給電時を示し、図８（Ｂ）はデータ通信時を示す。
【００７９】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、第４の実施形態に係る給電・通信システム１Ｃは、第３の実施形態に係る給電・通信システム１Ｂに比較して、上述の生体内埋め込み型医療装置１０Ｃの構成が異なり、給電とデータ通信とを個別に行う点で異なる。給電・通信システム１Ｃの他の構成は、給電・通信システム１Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００８０】
図８（Ａ）に示すように、給電時には、送電装置９０を生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させる。この際、第１の実施形態にも示したように、送電コイル９５と受電コイル１５とが電磁界共鳴フィールドを形成するように、送電装置９０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに対して所定の位置に配置される。この際、外部通信装置８０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させない。もしくは、外部通信装置８０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させても、データ通信を行わない。
【００８１】
図８（Ｂ）に示すように、データ通信時には、外部通信装置８０を生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させる。この際、第３の実施形態にも示したように、通信モジュール８４と内蔵通信モジュール３１とが近接するように、外部通信装置８０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに対して配置される。この際、送電装置９０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させない。もしくは、送電装置９０は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｃに近接させても、給電を行わない。
【００８２】
このような構成及び処理によって、データ通信用の無線通信と給電との相互干渉は、確実に抑制できる。
【００８３】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、筐体の外部に生体センサを備える生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【００８４】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【００８５】
図９に示すように、第５の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｄは、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０に対して、外部の生体センサ１３０を追加した点で異なる。また、内蔵通信モジュール３１を備え、筐体１１Ｂに第３部材１１３を備えた点で異なる。生体内埋め込み型医療装置１０Ｄの他の構成は、生体内埋め込み型医療装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００８６】
生体内埋め込み型医療装置１０Ｄは生体センサ１３０を備える。また、生体内埋め込み型医療装置１０Ｄは、筐体１１Ｂにおける第１部材１１１の領域に、フィードスルー１１４を備えている。フィードスルー１１４は、筐体１１Ｂにおける回路基板１２の第１主面ＭＳ１２Ａ側に配置されている。生体センサ１３０は、このフィードスルー１１４及びケーブル１１４０を介して、筐体１１Ｂ内の回路基板１２に接続されている。
【００８７】
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。
【００８８】
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、ソレノイド型の受電コイルを備える生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【００８９】
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の構成を示す断面図である。
【００９０】
図１０に示すように、第６の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｅは、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０に対して、ソレノイド型の受電コイル１５Ｅを備える点で異なる。生体内埋め込み型医療装置１０Ｅの他の構成は、生体内埋め込み型医療装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００９１】
受電コイル１５Ｅは、積層された複数層のコイル導体１５２を備える。複数層のコイル導体１５２は、積層方向に順次接続されており、１個のヘリカルコイルを形成している。ヘリカルコイルの中心領域には、磁性体の芯材１５３が配置されている。この構成によって、受電コイル１５Ｅはソレノイド型のコイルを実現する。
【００９２】
このような構成では、受電コイル１５Ｅの中心にさらに磁束を集中させることができ、電磁界共鳴フィールドを強めることができる。
【００９３】
なお、受電コイル１５Ｅ、磁性材１６及び第２部材１１２の配置位置及び形状は、上述の実施形態に示した構成に限るものではない。例えば、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）等に示す構成であってもよい。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、生体内埋め込み型医療装置の構成の派生例を示す断面図である。なお、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０の派生例を示すものであるが、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す構成の概念は、他の実施形態の生体内埋め込み型医療装置にも、適宜適用可能である。以下では、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０との相違点のみを説明する。
【００９４】
図１１（Ａ）に示すように、生体内埋め込み型医療装置１０Ｆは、受電コイル１５及び磁性材１６が回路基板１２における二次電池１４側の端の位置に配置されている。これに伴い、第２部材１１２は、筐体１１Ｆの第２主面ＭＳ１１Ｂにおける二次電池１４に近い位置に配置されている。そして、受電コイル１５、磁性材１６及び第２部材１１２は、平面視において重なっている。
【００９５】
図１１（Ｂ）に示すように、生体内埋め込み型医療装置１０Ｇの受電コイル１５Ｅは第１の実施形態に係る受電コイル１５よりも大きく、回路基板１２の第２主面ＭＳ１２Ｂの半分以上を占める面積となっている。これに伴い、受電コイル１５Ｇのコイル導体１５２Ｇは、受電コイル１５のコイル導体１５２よりも巻回数が多い。また、この構造により、コイル導体１５２Ｇは、コイル導体１５２よりも中央の開口を広くできる。
【００９６】
磁性材１６Ｇは、コイル導体１５２Ｇの形成領域に重なるように配置されている。
【００９７】
筐体１１Ｇは、第１部材１１１と第２部材１１２Ｇとを備える。第１部材１１１は、一方面（筐体１１Ｇの第２主面ＭＳ１１Ｂ側の面）が開口する箱状である。第２部材１１２Ｇは、この第１部材１１１の開口を塞ぐ平板である。すなわち、筐体１１Ｇは、第２主面ＭＳ１１Ｂの全面が第２部材１１２Ｇによって形成されている。
【００９８】
これらの構成であっても、第１の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０と同様の作用効果が得られる。ただし、第２部材は、電磁界共鳴フィールドが形成される領域のみに配置される方が好ましい。
【００９９】
《第７の実施形態》
第７の実施形態では、密閉性に優れた筐体を備える生体内埋め込み型医療装置について示す。
【０１００】
図１２は第７の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｈの断面図である。図１３は、この生体内埋め込み型医療装置１０Ｈの分解平面図である。
【０１０１】
生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈの機能を実現するための主要回路が構成されている。
【０１１１】
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。
【０１１２】
複数の電子回路部品１３は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。
【０１１３】
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、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈを小型化できる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図１３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。
【０１１６】
コイル導体１５２は、主要部が一層の渦巻き（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。
【０１１７】
図１２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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図１４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１５（Ａ）、図１５（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１５（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１５（Ｂ）はそれらを組み合わせた状態での部分断面図である。
【０１２１】
図１３、図１５（Ａ）、図１５（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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図１５（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１５（Ｂ）に示した構造が得られる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図１６は、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈに対して給電する送電装置の構成を示す断面図である。図１６においては、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈに送電装置を近接させた状態での断面図である。
【０１２７】
図１６に示す生体内埋め込み型医療装置１０Ｈは生体内に配置され、送電装置９０は生体外に配置される。
【０１２８】
生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。
【０１３６】
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医療装置１０Ｈ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。
【０１３７】
図１６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。
【０１３８】
図１７は生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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、生体内埋め込み型医療装置１０Ｈ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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
《第８の実施形態》
第８の実施形態では、生体内埋め込み型医療装置の本体外に生体センサを備える生体内埋め込み型医療装置の例について示す。
【０１４２】
図１８は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｉの断面図であり、図１９は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｊの断面図であり、図２０は第８の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置１０Ｋの断面図である。
【０１４３】
図１８に示す生体内埋め込み型医療装置１０Ｉ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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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１８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。
【０１４６】
図１９に示す生体内埋め込み型医療装置１０Ｊ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１８に示した生体内埋め込み型医療装置１０Ｉと同様である。
【０１４７】
図２０に示す生体内埋め込み型医療装置１０Ｋ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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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１６等参照）との間の磁気結合を阻害しない。
【０１５０】
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。
【０１５１】
《第９の実施形態》
第９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。
【０１５２】
図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は、第９の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の、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２１（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２１（Ｂ）はそれらを組み合わせた状態での部分断面図である。
【０１５３】
図２１（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。
【０１５４】
図２１（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２１（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。
【０１５５】
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）、図２２（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。
【０１５６】
図２２（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２２（Ｃ）、図２２（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。
【０１５７】
《第１０の実施形態》
第１０の実施形態では、生体内埋め込み型医療装置の受電コイルと、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医療装置について示す。
【０１５８】
図２３は第１０の実施形態に係る生体内埋め込み型医療装置の、送電装置９０の送電部と生体内埋め込み型医療装置の受電部とで構成される給電系の回路図である。図２４は図２３に示される給電系の等価回路図である。さらに、図２５は、図２３、図２４の各部の電圧電流の波形図である。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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２５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２５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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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、電力給電の過程をシンプルにして電力損失を低減できる。
【０１６７】
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。
【符号の説明】
【０１６８】
Ｃ…キャパシタ
Co…平滑用キャパシタ
ＦＥＭＲ…電磁界共鳴フィールド
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
１…給電システム
１Ｂ，１Ｃ…通信システム
１０，１０Ａ〜１０Ｋ…生体内埋め込み型型医療装置
１１、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｆ、１１Ｇ：筐体
１２…回路基板
１３…電子回路部品
１４…二次電池
１５、１５Ｅ、１５Ｇ：受電コイル
１５Ｎ…電コイルの根部
１６，１６Ｇ，１７…磁性材
２１…生体センサ
３１…内蔵通信モジュール
８０…外部通信装置
８１…筐体
８２…回路基板
８３…電子回路部品
８４…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，１１２Ｃ，１１２Ｇ…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
１５２，１５２Ｇ…コイル導体
１５３…芯材
９１０…内部空間
１１４０…ケーブル
【図１】
2020066095.tif 000003
【図２】
2020066095.tif 000004
【図３】
2020066095.tif 000005
【図４】
2020066095.tif 000006
【図５】
2020066095.tif 000007
【図６】
2020066095.tif 000008
【図７】
2020066095.tif 000009
【図８】
2020066095.tif 000010
【図９】
2020066095.tif 000011
【図１０】
2020066095.tif 000012
【図１１】
2020066095.tif 000013
【図１２】
2020066095.tif 000014
【図１３】
2020066095.tif 000015
【図１４】
2020066095.tif 000016
【図１５】
2020066095.tif 000017
【図１６】
2020066095.tif 000018
【図１７】
2020066095.tif 000019
【図１８】
2020066095.tif 000020
【図１９】
2020066095.tif 000021
【図２０】
2020066095.tif 000022
【図２１】
2020066095.tif 000023
【図２２】
2020066095.tif 000024
【図２３】
2020066095.tif 000025
【図２４】
2020066095.tif 000026
【図２５】
2020066095.tif 000027
【国際調査報告】
2020066095.tif 000028
2020066095.tif 000029