(57)【要約】  構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、接触インピーダンスを低減させることができる生体電極を提供する。  生体電極（１）は、導電性の部材である支持部材（２）と、少なくとも１つの、支持部材（２）から突出する部材である電極部材（３）とを備えている。少なくとも電極部材（３）は、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されており、電極部材（３）は、先端（３１）に成形表面層が除去されて形成された面である露出面（３２）を有している。
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【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、
少なくとも１つの、前記支持部材から突出する部材である電極部材と、を備え、
少なくとも前記電極部材は、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されており、
前記電極部材は、先端部に成形表面層が除去されて形成された面である露出面を有していることを特徴とする生体電極。
【請求項２】
前記露出面は、前記支持部材において前記電極部材を支持する支持面に対して傾斜して形成されており、
前記先端部は、尖っていることを特徴とする請求項１記載の生体電極。
【請求項３】
前記露出面の傾きは、各々、前記支持面に対して同じ傾きであることを特徴とする請求項２記載の生体電極。
【請求項４】
前記露出面は、切断面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の生体電極。
【請求項５】
前記露出面は、研磨面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の生体電極。
【請求項６】
前記露出面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の生体電極。
【請求項７】
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ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の生体電極。
【請求項８】
前記金属粒子は、銀粒子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の生体電極。
【請求項９】
導電性の部材である支持部材と、少なくとも１つの、前記支持部材から突出する部材である電極部材とを備える生体電極の製造方法であって、
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、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、
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部において、表面の部分である成形表面層を除去して、成形表面層の内部が露出した面である露出面を形成する露出面形成ステップとを備えることを特徴とする生体電極の製造方法。
【請求項１０】
前記露出面形成ステップでは、前記露出面を前記支持部材において前記電極部材を支持する支持面に対して傾斜させて形成しており、前記先端部を尖がらせて形成していることを特徴とする請求項９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、特に、脳波等の生体信号を検出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等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。従来の生体電極には、銀、金等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、ペースト等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の界面に形成され、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。【０００３】
これに対し、ゲル等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、スポンジ等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】
【０００４】
【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】
【０００５】
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等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。【０００６】
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等がある。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。【０００７】
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、接触インピーダンスを低減することができる構成が求められていた。【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、接触インピーダンスを低減させることができる生体電極及び生体電極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る生体電極は、導電性の部材である支持部材と、少なくとも１つの、前記支持部材から突出する部材である電極部材と、を備え、少なくとも前記電極部材は、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されており、前記電極部材は、先端部に成形表面層が除去されて形成された面である露出面を有していることを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記露出面は、前記支持部材において前記電極部材を支持する支持面に対して傾斜して形成されており、前記先端部は、尖っている。【００１１】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記露出面の傾きは、各々、前記支持面に対して同じ傾きである。【００１２】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記露出面は、切断面である。【００１３】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記露出面は、研磨面である。【００１４】
本発明の一態様に係る生体電極において、前記露出面は、平面である。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
上記目的を達成するために、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、少なくとも１つの、前記支持部材から突出する部材である電極部材とを備える生体電極の製造方法であって、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、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、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部において、表面の部分である成形表面層を除去して、成形表面層の内部が露出した面である露出面を形成する露出面形成ステップとを備えることを特徴とする。【００１８】
本発明の一態様に係る生体電極の製造方法において、前記露出面形成ステップでは、前記露出面を前記支持部材において前記電極部材を支持する支持面に対して傾斜させて形成しており、前記先端部を尖がらせて形成している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る生体電極及び生体電極の製造方法によれば、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、接触インピーダンスを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体電極の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す生体電極の構成を概略的に示す他の方向の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る生体電極の電極部材の正面図である。
【図４】本発明の第１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５】本発明の第１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６】図５を用いて説明する接触インピーダンス評価試験の試験結果を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る生体電極の構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】図７に示す生体電極の構成を概略的に示す他の方向の斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る生体電極の電極部材の正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る生体電極の電極部材の側面図である。
【図１１】本発明の第２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側面図である。
【図１２】本発明の第２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１３】図１２を用いて説明する接触インピーダンス評価試験の試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の第１の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、少なくとも１つの、支持部材２から突出する部材である電極部材３とを備えている。少なくとも電極部材３は、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されており、電極部材３は、先端（先端３１）に成形表面層が除去されて形成された面である露出面３２を有している。生体電極１は、被験者の身体に電極部材３の先端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等の、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を支持しており、また、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おり、支持部材２も電極部材３と同じ導電性ゴムから形成されている。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、表示等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】
また、電極部材３の先端３１は、図１，３に示すように、成形表面層が除去されて形成された面である露出面３２を有している。露出面３２は、電極部材３の延び方向に面する面であり、例えば、図３に示すように、平面又は略平面であり、電極部材３の延び方向に直交又は略直交する面である。露出面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。露出面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の成形表面層４２が除去されて形成された面であり（図４参照）、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。
【００２７】
電極部材３を形成する導電性ゴムは、上述のように、シリコーンゴムと金属粒子とを含むものである。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あり、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く、例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の炭素系材料から成るものであってもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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、凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉を同比率にすることが好ましい。
【００３０】
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、補強剤、乾式シリカなどの充填材、老化防止剤、加工助剤、可塑剤等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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の中間品４０の表面には、金属粒子の少ない層である成形表面層４２が形成される（図４参照）。この形成される成形表面層４２の厚さは、およそ１０μｍ〜１００μｍであると推測される。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。このため、成形時の成形表面層４２を介して電極部材３が皮膚に接触された場合、接触インピーダンスは高くなり、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。
【００３３】
これに対し、図３に示すように、電極部材３は、被験者に接触する先端３１において、成形表面層４２が除去された露出面３２を有しており、電極部材３は、成形表面層４２を介して被験者に接触されることはない。このため、電極部材３の接触インピーダンスを低減させることができ、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。
【００３４】
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、電極部材成形ステップと、露出面形成ステップとを備えている。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り、露出面形成ステップは、電極部材成形ステップによって成形された中間品４０としての電極部材３の先端３１において、表面の部分である成形表面層４２を除去して、成形表面層４２の内部が露出した面である露出面３２を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。
【００３５】
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に露出面３２は形成されておらず、電極部材３が先端３１よりも延びた先端部分４１を有している中間品４０の形態で成形される（図４参照）。上述のように、導電性ゴムから成形された状態では、成形品の表面には、金属粒子の少ない層である成形表面層４２が形成されており、中間品４０においても、図４に示すように、表面に成形表面層４２が電極部材３の先端部分４１も含めて全体に形成されている。
【００３６】
次いで、露出面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、電極部材３に先端３１が形成され、先端３１に露出面３２が形成される（図３参照）。これにより、先端３１において、成形表面層４２が除去され、成形表面層４２の内部の金属粒子を多く含む導電性ゴムの部分が露出する。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における成形表面層４２の除去は、種々の方法によって行うことができ、例えば、切断や研磨等によって行われる。切断としては、カッター等の切断器具による切断があり、研磨としては、表面研磨等がある。完成した生体電極１の電極部材３において、先端部３１は露出面３２を有しており、露出面３２は、成形表面層４２が除去された成形表面層４２の内部の導電性ゴムの部分を露出しており、露出面３２において成形表面層４２よりも多くの金属粒子が露出している。このため、電極部材３の先端３１における接触対象と金属粒子との間の接触面積である有効接触面積を大きくすることができ、電極部材３の先端３１は接触インピーダンスを低減させることができる。露出面３２は、多くの金属粒子を露出させるものがよく、露出面形成ステップにおいて、露出面３２から金属粒子が取り除かれるような成形表面層４２の除去方法よりも、露出面３２から金属粒子が取り除かれないような成形表面層４２の除去方法が好ましい。このため、露出面形成ステップにおける成形表面層４２の除去方法としては、例えば鋭利な刃物での切断が好ましい。
【００３７】
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等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等を用いる必要がなく、使用が簡単であり、また、被験者に不快を与えることがない。また、露出面３２により、接触インピーダンスを低減させることができる。
【００３８】
このように、本発明の第１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、接触インピーダンスを低減させることができる。
【００３９】
次いで、本発明の第１の実施の形態に係る生体電極１の接触インピーダンスの評価試験について説明する。本発明者らは、上記本発明の第１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。比較例１は、生体電極１において、図４に示す中間品４０の電極部材を電極部材３（図３）に変えて有する生体電極であり、先端部分４１を有しており、露出面３２が形成されておらず、先端部分４１に成形表面層４２を有している。
【００４０】
接触インピーダンス評価試験は、図５に示すように、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。具体的には、被験者の右耳朶の付け根にＬＣＲメータの参照電極を脳波用ペースト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、誘導電極としての試験例１，２及び比較例１を夫々被験者の頭皮に押付荷重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。なお、ＬＣＲメータとしては、下記のＬＣＲメータを使用し、また、参照電極に使用する脳波用ペーストとしては、下記の脳波ペーストを使用した。
・ＬＣＲメータ：株式会社エヌエフ回路設計ブロック製、ＺＭ２３７１
・脳波用ペースト：ＷＥＡＶＥＲ  ａｎｄ  ＣＯＭＰＡＮＹ  社製、Ｔｅｎ２０
【００４１】
また、実施例１、２、及び比較例１については、下記の表１に示す配合成分の導電性ゴムを遠心攪拌し、これを成形型に注入し、表２に示すよう架橋条件で架橋し、これを表３に示す塩水処理条件でオートクレープ内にて塩水処理をし、実施例１，２の中間品４０及び比較例１を夫々作製した。そして、実施例１，２の中間品４０に対しては、下記の表４に示す成形表面層除去処理方法で、中間品４０の電極部材３における先端部分４１の成形表面層４２を除去して露出面３２を有する先端３１を電極部材３に形成し、実施例１，２を夫々作製した。実施例１，２の中間品４０の電極部材３における成形表面層４２の除去は、各成形表面層除去処理方法によって先端部分４１を略１ｍｍの幅で除去することにより行った。
【００４２】
【表１】
2020080395.tif 000003
【表２】
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【表３】
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【表４】
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【００４３】
本接触インピーダンス評価試験の試験結果を図６に示す。本評価試験においては、実施例１，２及び比較例１の夫々に対して、上述のようにして接触インピーダンスを３回測定した。試験結果は、この３回の測定値の平均値である。図６に示すように、実施例１の接触インピーダンスの測定結果は、２７９ｋΩであり、実施例２の接触インピーダンスの測定結果は、１８１ｋΩであり、比較例１の接触インピーダンスの測定結果は、３２６ｋΩであった。このように、電極部材の先端部分の成形表面層が除去されている露出面３２において被験者の頭皮に接触する実施例１，２は、電極部材の先端部分の成形表面層において被験者の頭皮に接触する比較例１よりも接触インピーダンスを低減できることが分かる。また、実施例１よりも実施例２の方が接触インピーダンスを低減することができ、中間品４０の電極部材３における先端部分４１の成形表面層４２の除去方法によっても接触インピーダンスが異なってくることが分かる。成形表面層４２をバフ研磨によって除去した実施例１においては、露出面３２から銀粒子のいくつかが取り除かれた恐れがあり、露出面３２から銀粒子が取り除かれる恐れが少ない又は恐れがない、カッターで成形表面層４２を切断除去した実施例２が実施例１よりも接触インピーダンスを低減できることが分かる。
【００４４】
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５の構成を概略的に示す斜視図であり、図８は、図７に示す生体電極の構成を概略的に示す他の方向の斜視図である。図７に示すように、生体電極５は、導電性の部材である支持部材６と、少なくとも１つの、支持部材６から突出する部材である電極部材７とを備えている。少なくとも電極部材７は、シリコーンゴムと金属粒子とを含む導電性ゴムから成形されており、電極部材７は、先端部７１に成形表面層が除去されて形成された面である露出面７２を有している。露出面７２は、支持部材６において電極部材７を支持する支持面６２に対して傾斜して形成されており、電極部材７の先端部７１は、尖っている。
【００４６】
生体電極５は、被験者の身体に電極部材７の先端部７１が接触して、電極部材７を介して被験者の生体信号を検出可能にする。生体電極５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５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等の、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５の構成について具体的に説明する。
【００４７】
支持部材６は、電極部材７を支持しており、また、導電性の材料から形成されており、電極部材７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５においては、支持部材６及び電極部材７は一体に成形されて作られており、支持部材６も電極部材７と同じ導電性ゴムから形成されている。支持部材６の形状は、後述するように、電極部材７が突出した状態に電極部材７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６は、例えば、図７に示すように円盤状又は略円盤状の形状である。
【００４８】
支持部材６には、生体電極５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、表示等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６１が設けられている。端子６１は、例えば、図８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６１は、例えば、電極部材７が支持される面（支持面６２）とは背向する面（端子側面６３）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６１は、例えば、端子側面６３から突出する突出部となっている。
【００４９】
支持部材６において、端子６１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６１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６１を金属製とし、導電性接着剤によって支持部材６の端子側面６３に接着して設けたり、一部が端子側面６３から突出するように端子側面６３よりも内部に埋設して設けたりすることができる。
【００５０】
電極部材７は、図７に示すように、生体電極５において複数設けられており、支持部材６の支持面６２から同一又は略同一の方向に突出している。電極部材７は、例えば、図７に示すように、ブラシ状に支持部材６から突出している。電極部材７の形状は、図７に示すように、例えば、円錐状又は略円錐状の形状であり、先端部７１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７は、全体的に先端部７１に向かって先細りする形状であってよく、先端部７１を有して支持部材６から突出する形状であればよい。
【００５１】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５の電極部材７の正面図であり、図１０は、生体電極５の電極部材７の側面図である。電極部材７の先端部７１の先端部分は、尖っている。すなわち、電極部材７の先端部７１の先端の形状は、支持部材６の支持面６２から電極部材７の先端側に向けて電極部材７が鋭くなる先鋭形状となっている。電極部材７の先端部７１の先鋭形状としては、曲線状又は略曲線状に尖った形状であってもよく、直線上に尖った形状であってもよい。
【００５２】
このような先鋭形状とすることにより、生体電極５は、電極部材７の尖った先端部７１の先端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、頭皮と電極部材７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７は、柔軟な導電性ゴムから成形されているので、先端部７１の先端を先鋭形状として頭皮に接触させても痛みがなく、不快感を生じにくくすることができる。
【００５３】
また、電極部材７の先端部７１は、成形表面層が除去されて形成された面である露出面７２を有しており、露出面７２は、支持部材６において電極部材７を支持する支持面６２に対して傾斜して形成されている。露出面７２は、電極部材７の延び方向に対して斜めに面する面であり、平面又は略平面であり、電極部材７の延び方向に対して斜めに交差する面である。
【００５４】
露出面７２は、各々、楕円状又は略楕円状であり、同じ又は略同じ形状となっている。支持部材６の中心又は略中心から同心円又は略同心円状に等角度間隔又は略等角度間隔に離れて設けられた電極部材７の露出面７２は、各々、支持面６２に対して同じ又は略同じ傾きとなっており、円周方向に沿って同じ又は略同じ向きを向いて形成されている。なお、露出面７２の傾きについては、先端部７１の先端が被験者の頭髪を掻き分けて先端部７１を頭皮に接触させることができれば特に限定されない。
【００５５】
露出面７２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７２は、後述するように、導電性ゴムから成形された電極部材７の中間品８０から先端部分８１の成形表面層８２が除去されて形成された面であり（図１１参照）、電極部材７の中間品８０の先端部分８１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。
【００５６】
電極部材７を形成する導電性ゴムは、上述のように、シリコーンゴムと金属粒子とを含むものである。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あり、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く、例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の炭素系材料から成るものであってもよい。
【００５７】
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。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、凝集状の銀粉とフレーク状の銀粉を同比率にすることが好ましい。
【００５８】
なお、電極部材７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、補強剤、乾式シリカなどの充填材、老化防止剤、加工助剤、可塑剤等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。
【００５９】
上述のように、電極部材７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。
【００６０】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５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８０における電極部材７の側面図である。電極部材７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７の中間品８０の表面には、金属粒子の少ない層である成形表面層８２が形成される。被験者の皮膚と電極部材７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。このため、成形時の成形表面層８２を介して電極部材７が皮膚に接触された場合、接触インピーダンスは高くなり、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。
【００６１】
これに対し、図９，１０に示すように、電極部材７は、被験者に接触する先端部７１において、成形表面層８２が除去された露出面７２を有しており、電極部材７は、成形表面層８２を介して被験者に接触されることはない。このため、電極部材７の接触インピーダンスを低減させることができ、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。
【００６２】
次いで、上述の構成を有する生体電極５の製造方法について説明する。生体電極５の製造方法は、電極部材成形ステップと、露出面形成ステップとを備えている。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６から突出する形状に成形して電極部材７を成形する工程であり、露出面形成ステップは、電極部材成形ステップによって成形された中間品８０としての電極部材７の先端部７１において、表面の部分である成形表面層８２を除去して、成形表面層８２の内部が露出した面である露出面７２を形成する工程である。露出面形成ステップでは、露出面７２を支持部材６において電極部材７を支持する支持面６２に対して傾斜させて形成しており、先端部７１を尖がらせて形成している。以下、生体電極５の製造方法について具体的に説明する。
【００６３】
上述のように、生体電極５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６及び電極部材７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６と電極部材７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７に露出面７２は形成されておらず、電極部材７が露出面７２よりも延びた先端部分８１を有している中間品８０の形態で成形される（図１１参照）。上述のように、導電性ゴムから成形された状態では、成形品の表面には、金属粒子の少ない層である成形表面層８２が形成されており、中間品８０においても、図１１に示すように、表面に成形表面層８２が電極部材７の先端部分８１も含めて全体に形成されている。
【００６４】
次いで、露出面形成ステップにおいて、中間品８０の電極部材７の先端部分８１が支持面６２に対して傾斜して斜めに除去されて、先端部７１に露出面７２が形成される（図９，１０参照）。これにより、先端部７１において、成形表面層８２が除去され、成形表面層８２の内部の金属粒子を多く含む導電性ゴムの部分が露出する。これにより、電極部材７が形成され、生体電極５が完成する。
【００６５】
中間品８０の先端部分８１における成形表面層８２の除去は、種々の方法によって行うことができ、例えば、切断や研磨等によって行われる。切断としては、カッター等の切断器具による切断があり、研磨としては、表面研磨等がある。完成した生体電極５の電極部材７において、先端部７１は露出面７２を有しており、露出面７２は、成形表面層８２が除去された成形表面層８２の内部の導電性ゴムの部分を露出しており、露出面７２において成形表面層８２よりも多くの金属粒子が露出している。このため、電極部材７の先端部７１における接触対象と金属粒子との間の接触面積である有効接触面積を大きくすることができ、電極部材７の先端部７１は接触インピーダンスを低減させることができる。
【００６６】
露出面７２は、多くの金属粒子を露出させるものがよく、露出面形成ステップにおいて、露出面７２から金属粒子が取り除かれるような成形表面層８２の除去方法よりも、露出面７２から金属粒子が取り除かれないような成形表面層８２の除去方法が好ましい。このため、露出面形成ステップにおける成形表面層８２の除去方法としては、例えば鋭利な刃物での切断が好ましい。
【００６７】
上述のように、生体電極５において、電極部材７は、導電性ゴムから形成されており、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、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７に弾性を与えるための芯材等の補強部材を必要としない。また、電極部材７を導電性ゴムのみから形成することができ、電極部材７の構造が複雑ではなく、製造を容易にすることができる。
【００６８】
また、電極部材７は成形表面層８２が除去された露出面７２を有しており、導電性ゲルや電解質溶液等を用いる必要がなく、使用が簡単であり、また、被験者に不快を与えることがない。また、露出面７２により、接触インピーダンスを低減させることができる。さらに、電極部材７の先端部７１の先端部分が尖っているため、電極部材７の尖った先端部７１の先端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、頭皮と電極部材７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７は、柔軟な導電性ゴムから成形されているので、先端部７１の先端を先鋭形状として頭皮に接触させても痛みがなく、不快感を生じにくくすることができる。
【００６９】
このように、本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５は、構造が複雑ではなく、良好な弾性を有しており、接触インピーダンスを低減させることができる。
【００７０】
次いで、本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５の接触インピーダンスの評価試験について説明する。本発明者らは、上記本発明の第２の実施の形態に係る生体電極５を作製し（実施例３）、生体電極５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２）、比較例２に対して同様の接触インピーダンス評価試験を行った。
【００７１】
比較例２は、生体電極５において、図１１に示す中間品８０の電極部材を電極部材７（図９，１０）に変えて有する生体電極であり、先端部分８１を有しており、露出面７２が形成されておらず、先端部７１に成形表面層８２を有している。
【００７２】
接触インピーダンス評価試験は、図１２に示すように、ＬＣＲメータを用いて実施例３及び比較例２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。具体的には、被験者の右耳朶の付け根にＬＣＲメータの参照電極を脳波用ペースト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３及び比較例２を夫々被験者の頭皮に押付荷重２Ｎで押し当てて、実施例３及び比較例２夫々の接触インピーダンスを測定した。
【００７３】
接触インピーダンスの測定値としては、実施例３及び比較例２夫々の頭皮との接触後１分経過した後の値を採用した。なお、ＬＣＲメータとしては、下記のＬＣＲメータを使用し、また、参照電極に使用する脳波用ペーストとしては、下記の脳波ペーストを使用した。
・ＬＣＲメータ：株式会社エヌエフ回路設計ブロック製、ＺＭ２３７１
・脳波用ペースト：ＷＥＡＶＥＲ  ａｎｄ  ＣＯＭＰＡＮＹ  社製、Ｔｅｎ２０
【００７４】
また、実施例３及び比較例２については、下記の表５に示す配合成分の導電性ゴムを遠心攪拌し、これを成形型に注入し、表６に示すような架橋条件で架橋し、これを表７に示す塩水処理条件でオートクレープ内にて塩水処理をし、実施例３の中間品８０及び比較例２を夫々作製した。
【００７５】
そして、実施例３の中間品８０に対しては、下記の表８に示す成形表面層除去処理方法で、中間品８０の電極部材７における先端部分８１の成形表面層８２を支持面６２に対して斜めに除去して露出面７２を有する先端部７１を電極部材７に形成し、実施例３を作製した。
【００７６】
【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【００７７】
本接触インピーダンス評価試験の試験結果を図１３に示す。本評価試験においては、実施例３及び比較例２の夫々に対して、上述のようにして接触インピーダンスを３回測定した。試験結果は、この３回の測定値の平均値である。図１３に示すように、実施例３の接触インピーダンスの測定結果は、２６４ｋΩであり、比較例２の接触インピーダンスの測定結果は、５３００ｋΩであった。
【００７８】
このように、電極部材の先端部分の成形表面層が除去されている露出面７２において被験者の頭皮に接触する実施例３は、電極部材の先端部分の成形表面層において被験者の頭皮に接触する比較例２よりも接触インピーダンスを低減できることが分かる。
【００７９】
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、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。
【００８０】
例えば、支持部材２，６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３，７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。
【００８１】
また、支持部材２，６と電極部材３，７とは、互いに別体であってもよく、電極部材３，７は上述の電極部材成形ステップ及び露出面形成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２，６に取り付けられて固定されて、生体電極１，５が形成されてもよい。電極部材３，７と支持部材２，６との固定は、導電性接着剤によってなされてもよく、嵌着等の係合によってなされてもよい。例えば、電極部材３，７の底部に凹部又は凸部を形成し、支持部材２，６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３，７が支持部材２，６に固定されるようにしてもよい。電極部材３，７は支持部材２，６に着脱可能に固定されるようになっていてもよい。
【００８２】
また、支持部材２，６と電極部材３，７を別体とした場合、支持部材２，と電極部材３，７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２，６を電極部材３，７とは異なる材料で形成する場合には、支持部材２，６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２，６の導電性を有する材料としては、電極部材３，７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３，７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、アルミニウム等の金属を用いることができる。支持部材２，６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。
【符号の説明】
【００８３】
１，５…生体電極、２，６…支持部材、２１，６１…端子、２２，６２…支持面、２３，６３…端子側面、３，７…電極部材、３１，７１…先端、３２，７２…露出面、４０，８０…中間品、４１，８１…先端部分、４２，８２…成形表面層、Ｌ…接続線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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