JP2018153666A - 生体電極および衣類 - Google Patents

Abstract

【課題】生体電極を着衣に取り付けた後で、着衣が汗等で濡れた状態になったとしても、所望の生体電気信号を取得可能とする。
【解決手段】生体電極は、着衣１１００の生体１０００と接触する面に固定された電気絶縁性の部材からなる取り付け部材１１０６と、取り付け部材１１０６の生体１０００と接触する面に固定された導電性の部材からなる電極部１１０１ａと、取り付け部材１１０６に固定され、電極部１１０１ａと電気的に接続されたコネクタ１１０２ｃとを備える。コネクタ１１０２ｃは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部を含み、この導電部が着衣１１００の生体と接触する面と反対側の面に露出するように取り付け部材１１０６に固定される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、心電図をはじめとする生体電気信号を測定するための生体電極、および生体電極が固定された衣類に関するものである。

脳波、事象関連電位、誘発電位、筋電位、心電位等の生体電気信号の記録、及び生体に対する電気刺激のために、体表面に装着する生体電極が広く使用されている。近年、個人の健康管理の手法の一つとして、長期間にわたって心電波形を記録し、その波形の変化を解析することで、自律神経の乱れや心臓病の兆候を早期に発見することができ、予防医学において有効であることが知られている。長期間にわたって心電波形を取得するため、生体電極の取り付けられた着衣（ウェアラブル電極）が注目されている（文献「David M.D.Ribeiro，et al.，“A Real time, Wearable ECG and Continous Blood Pressure Monitoring System for First Responders”，33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS，pp.6894-6898，2011」参照）。

一般に、ウェアラブル電極は、生体に接触する電極部、生体電気信号を測定する端末を取り付けるコネクタ、電極部とコネクタを接続する配線、電極部とコネクタと配線とを取り付けるベースとなる身生地部分とに分けられ、電極部とコネクタと配線のみに導電性が付与され、身生地は電気絶縁体で形成される。このような構成とすることで、電極部のみから所望の生体電気信号を取得することができる。

しかしながら、一般に着衣の素材は、着用時の快適さを確保するために汗や雨などの水分を吸収する素材が用いられる。電解液を含んだ着衣は電気絶縁性が失われる。このため、関連するウェアラブル電極は、着用者が発汗した時や雨天での使用時において、電極部、コネクタ、配線などの導電体と着衣との電気的な絶縁が確保できず、電極部以外の着衣部分で検出された生体電気信号が電極部から取得した生体電気信号に混入することで所望の生体電気信号を取得できなくなったり、複数の電極間が電気的に短絡することにより生体電気信号が劣化したりするといった問題点があった。なお、本来、雨は電解液ではないが、酸性雨等の影響により雨が電解液として作用する可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生体電極を着衣に取り付けた後で、着衣が汗等で濡れた状態になったとしても、所望の生体電気信号を取得可能とすることにある。

本発明の生体電極は、衣類の生体と接触する面に固定された電気絶縁性の部材からなる取り付け部材と、この取り付け部材の生体と接触する面に固定された導電性の部材からなる電極部と、前記取り付け部材に固定され、前記電極部と電気的に接続されたコネクタとを備え、前記コネクタは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部を含み、この導電部が前記衣類の生体と接触する面と反対側の面に露出するように前記取り付け部材に固定されることを特徴とするものである。

本発明では、電気絶縁性の取り付け部材に電極部とコネクタと配線とを取り付け、配線の表面のうち、生体と接触する部分を電気絶縁性の第１の絶縁部材で覆う。これにより、本発明では、取り付け部材を衣類に取り付けた後で、衣類が汗等で濡れた状態になったとしても、配線と生体との間の短絡、あるいは複数の電極部間の短絡を防ぐことができ、所望の生体電気信号を取得することができる。

図１は、本発明の第１実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図である。 図２は、本発明の第１実施例に係るウェアラブル電極の断面図である。 図３は、本発明の第１実施例に係るウェアラブル電極の他の例を示す断面図である。 図４は、本発明の第２実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図である。 図５は、本発明の第２実施例に係るウェアラブル電極の断面図である。 図６は、本発明の第２実施例に係るウェアラブル電極の他の例を示す断面図である。 図７は、本発明の第２実施例に係るウェアラブル電極の他の例を示す断面図である。 図８は、本発明の第３実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図である。 図９は、本発明の第３実施例に係るウェアラブル電極の断面図である。

［第１実施例］
以下、本発明に係るウェアラブル電極（生体電極）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は本発明の第１実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図、図２は図１のウェアラブル電極のＡ−Ａ’線断面図である。なお、図２では、１組の電極部と配線とコネクタのみについて記載している。
本実施例のウェアラブル電極は、生体１０００（着用者）に接触する導電性繊維構造物からなる２つの電極部１１０１ａ，１１０１ｂと、電極部１１０１ａ，１１０１ｂが取得した生体電気信号を検出処理する生体電気信号測定装置を接続するためのコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂとを電気的に接続する配線１１０３ａ，１１０３ｂと、配線１１０３ａ，１１０３ｂの表面のうち、生体１０００と接触する部分を被覆する防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０５と、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを固定するための防水性かつ電気絶縁性の部材からなる取り付け部材１１０６と、取り付け部材１１０６が固定される着衣１１００とから構成される。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂの数は、１つ以上であれば特に限定されない。電極部１１０１ａ，１１０１ｂの位置は、本発明においては特に限定されず、検出対象とする生体電気信号の種類に応じて変えればよい。例えば、検出対象が心電波形であれば、生体１０００の心臓を挟んだ左右に１つずつ電極部１１０１ａ，１１０１ｂを設置すればよく、検出対象が筋電位であれば、生体１０００の対象とする筋肉上に２つの電極部１１０１ａ，１１０１ｂを設置すればよいが、電極部１１０１ａ，１１０１ｂの配置及び数は本発明を規定するものではない。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂを構成する導電性繊維構造物は、特に限定されないが、銀、銅、金、ステンレス等の金属を細線に加工して柔軟性を付与し、布帛として構成したものや、上記金属を繊維素材にメッキしたもの、カーボンファイバー、導電性高分子を繊維素材に含浸したものなどを用いることができる。特に、導電性高分子としてポリ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、この導電性高分子を繊維素材に含浸したものは、安全性、加工性の観点から電極部として特に好適である。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂは、取り付け部材１１０６の生体１０００と接触する面に固定される。電極部１１０１ａ，１１０１ｂの取り付け部材１１０６への固定方法としては、電解液を含んだ際に導電体となる着衣１１００と電極１１０１ａ，１１０１ｂとが電気的に短絡することを防止するため、取り付け部材１１０６の表裏を貫通する孔を開けない手法を取ることが望ましい。具体的には、電極部１１０１ａ，１１０１ｂの外周部の少なくとも一部を粘着テープで押さえて固定する方法、接着で固定する方法などがある。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂの接着に用いる接着剤としては、特に限定されないが、１００〜１８０℃で融着可能な樹脂を用いることができる。この樹脂の種類はポリエステル、ナイロン、ポリウレタンまたはこれらの混合物が挙げられるが、これらの樹脂に限定されるものではない。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂの固定に使用される粘着テープとしては、厚みが１０〜１００μｍのポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の合成樹脂からなる無孔フィルム、気孔周辺が撥水化された微多孔フィルム、あるいは繊維間の空隙をポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の防水性かつ絶縁性の樹脂で予め埋めたフィルムを基材とするものが使用される。この基材の少なくとも片面にホットメルト等の接着材層を積層した防水テープが粘着テープとして特に好適である。

配線１１０３ａ，１１０３ｂとしては、取り付け部材１１０６に導電性樹脂を印刷したものや、取り付け部材１１０６に導電性樹脂のフィルムを貼り付けたもの、導電性繊維構造物からなる配線１１０３ａ，１１０３ｂの外周部の少なくとも一部を粘着テープで押さえて取り付け部材１１０６に固定したもの、あるいは導電性繊維構造物を取り付け部材１１０６に接着したものを用いることができる。

配線１１０３ａ，１１０３ｂとして導電性樹脂を印刷する場合には、取り付け部材１１０６に電極部１１０１ａ，１１０１ｂを固定した後で、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとの電気的接続が得られるように導電性樹脂を印刷してもよいし、導電性樹脂を印刷した後で、この導電性樹脂との電気的接続が得られるように電極部１１０１ａ，１１０１ｂを取り付け部材１１０６に固定してもよい。

配線１１０３ａ，１１０３ｂとして導電性樹脂のフィルムを用いる場合には、取り付け部材１１０６に電極部１１０１ａ，１１０１ｂを固定した後で、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとの電気的接続が得られるように導電性樹脂のフィルムを取り付け部材１１０６に貼り付けてもよいし、導電性樹脂のフィルムを貼り付けた後で、この導電性樹脂のフィルムとの電気的接続が得られるように電極部１１０１ａ，１１０１ｂを取り付け部材１１０６に固定してもよい。

配線１１０３ａ，１１０３ｂとして導電性繊維構造物を用いる場合も同様に、電極部１１０１ａ，１１０１ｂの後に配線１１０３ａ，１１０３ｂを固定してもよいし、電極部１１０１ａ，１１０１ｂよりも前に配線１１０３ａ，１１０３ｂを固定してもよいが、導電性繊維構造物を用いる場合には、電極部１１０１ａ，１１０１ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを一体成形することも可能である。

配線１１０３ａ，１１０３ｂの固定に使用される粘着テープとしては、上記と同様にポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の合成樹脂からなる無孔フィルム、気孔周辺が撥水化された微多孔フィルム、あるいは繊維間の空隙をポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の防水性かつ絶縁性の樹脂で予め埋めたフィルムを基材とするものが使用される。この基材の少なくとも片面にホットメルト等の接着材層を積層した防水テープが粘着テープとして特に好適である。

配線１１０３ａ，１１０３ｂが生体１０００と接触すると、電極部１１０１ａ，１１０１ｂで取得する生体電気信号の信号経路に対してシャント抵抗が挿入されることとなり、測定装置に入力される所望の生体電気信号が減衰してしまう。そのため、図２に示すように配線１１０３ａ，１１０３ｂを絶縁部材１１０５で覆い、生体１０００と接触しないようにするとよい。ここで、絶縁部材１１０５として上記の粘着テープを用い、配線１１０３ａ，１１０３ｂの固定と絶縁被覆とを同時に達成してもよい。

本実施例では、コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部が生体１０００と接触する面に露出するように取り付け部材１１０６に固定される。コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂとしては、着用者に違和感を与えないため、金属製ドットボタンや導電性を有する線ファスナー、導電性面ファスナー等、従来、着衣の脱着部に用いられる部材を用いることが好ましい。

本実施例では、電解液を含んだ際に導電体となる着衣１１００とコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂ及び配線１１０３ａ，１１０３ｂとが電気的に短絡することを防止するため、コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂの固定方法として、取り付け部材１１０６の表裏を貫通する孔を空けない方法を採ることが望ましい。具体的には、コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂとして導電性面ファスナーを用いる場合には、導電性面ファスナーを粘着テープで押さえて固定する方法、あるいは接着で固定する方法などがある。導電性面ファスナーの固定に使用される粘着テープとしては、上記の防水テープが特に好適である。

一方、金属製ドットボタンのように、基材を貫通したボタンの表裏をかしめることで固定されることを前提とした形態のコネクタの場合、その本来の固定方法を採ることはできない。したがって、導電性面ファスナーと同様に、粘着テープで押さえて固定するか、接着で固定することになる。なお、金属製ドットボタンの場合は、導電性面ファスナーよりも面積が小さいので、十分な固定強度を得られない可能性がある。

取り付け部材１１０６は、防水性かつ電気絶縁性の部材であれば特に限定されず、例えばポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の合成樹脂素材を用いることができる。ただし、取り付け部材１１０６が繊維素材の織物や編物といった形態であると、多量の水分に暴露された際に、織り込まれた繊維と繊維の間隙に水分が担持され水滴となり、担持された水滴同士が数珠繋ぎに連結されることで、複数の電極部の間が電気的に短絡する恐れがある。

そのため、取り付け部材１１０６は、フッ素樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の樹脂からなる無孔フィルム、気孔周辺が撥水化された微多孔フィルム、あるいは繊維間の空隙をポリエステル、ナイロン等の防水性かつ電気絶縁性の樹脂で予め埋めたフィルムであることが望ましい。また、取り付け部材１１０６は、多量の水分に暴露された際にも、電気絶縁性を維持できる部材であってもよいし、半透膜であってもよい。

取り付け部材１１０６の大きさは、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを含む大きさであれば良い。ただし、取り付け部材１１０６表面に担持された水分同士が数珠繋ぎに連結されることで、ウェアラブル電極の導電性を有する部分（電極部１１０１ａ，１１０１ｂ、コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂ、配線１１０３ａ，１１０３ｂ）と着衣１１００とが電気的に連結されることを防ぐため、図２に示すように、生体１０００の皮膚表面に沿って取り付け部材１１０６の外縁がウェアラブル電極の導電性を有する部分の外縁よりも外側に距離ｄ以上張り出すようにすることが望ましい。

距離ｄは、取り付け部材１１０６の材質や表面形状によって設計すべき値であり、本発明を規定するものではないが、例えば取り付け部材１１０６としてポリウレタン無孔膜を用いた場合には、距離ｄを３ｍｍ以上とすることで所期の目的を達成することができる。
また、着用者が着衣１１００を着た際に防水性の取り付け部材１１０６が肌に触れると、汗が吸収されず不快感が生じる恐れがあるため、取り付け部材１１０６の大きさは上記の条件を満たし、かつなるべく小さくなるように設計することが望ましい。

取り付け部材１１０６の着衣１１００への固定方法としては、取り付け部材１１０６の外縁部を着衣１１００に縫い付ける方法、あるいは接着で固定する方法などがある。取り付け部材１１０６を接着剤によって着衣１１００に固定する場合、着衣１１００の素材（例えば綿、レーヨン、毛などの混紡品）と接着剤との組み合わせによっては接着力が小さく、容易に取り付け部材１１０６が剥離してしまうことがある。そのため、図３に示すように、取り付け部材１１０６と着衣１１００との間に、着衣１１００よりも接着材との接着力が大きい固定補助布１１１０を備えるとよい。

固定補助布１１１０は、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ウレタンの少なくとも１つを含む織物、編物、不織布のうちのいずれか１つであり、特にポリエステル、ナイロン等の合成繊維を好適に用いることができる。固定補助布１１１０は、着衣１１００に縫い付けることで固定することができる。固定補助布１１１０として、接着剤との接着力が着衣１１００と接着剤との接着力よりも大きいものを用いることにより、着衣１１００に使用する素材を快適性や機能性を考慮して選択することができ、着衣１１００と接着剤との接着力が小さい場合でも、洗濯などによる剥離耐久性を維持する効果が得られる。

絶縁部材１１０５は、防水性かつ電気絶縁性の部材であれば特に限定されず、例えばポリエステル、ナイロン等の合成樹脂素材を用いることができる。取り付け部材１１０６の場合と同様に、絶縁部材１１０５が繊維素材の織物や編物といった形態であると、多量の水分に暴露された際に、織り込まれた繊維と繊維の間隙に水分が担持され水滴となり、水に含まれるイオン分を通して複数の電極部の間が電気的に短絡する恐れがある。

そのため、絶縁部材１１０５は、フッ素樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の樹脂からなる無孔フィルム、気孔周辺が撥水化された微多孔フィルム、あるいは繊維間の空隙をポリエステル、ナイロン等の防水性かつ電気絶縁性の樹脂で予め埋めたフィルムであることが望ましい。また、絶縁部材１１０５は、多量の水分に暴露された際にも、電気絶縁性を維持できる部材であってもよいし、半透膜であってもよい。

絶縁部材１１０５の大きさは、電気的に絶縁したい配線１１０３ａ，１１０３ｂを含む大きさであればよい。ただし、取り付け部材１１０６の場合と同様に、着用者が着衣１１００を着た際に防水性の部材が肌に触れると、汗が吸収されず不快感が生じる恐れがあるため、絶縁部材１１０５はなるべく小さいことが望ましい。

絶縁部材１１０５の取り付け部材１１０６への固定方法としては、絶縁部材１１０５を縫い付ける方法、あるいは接着で固定する方法などがある。上記のとおり、絶縁部材１１０５として粘着テープを使用すれば、配線１１０３ａ，１１０３ｂの固定と絶縁被覆とを同時に達成することができる。

着衣１１００の素材及び形状は特に限定されず、検出対象とする生体電気信号の種類に応じて変えればよい。例えば、心電位の取得を目的とする場合は生体１０００の心臓に近い胸部を含む着衣形状が望ましく、例えばシャツやブラジャー、腹巻きといった形状が望ましい。下肢部の筋電位の取得を目的とする場合はスパッツやパンツ、ズボンといった形状が望ましいが、本発明はかかる着衣の形状に限定されるものではない。なお、電極部１１０１ａ，１１０１ｂが０．１ｋＰａ以上２．０ｋＰａ以下の圧力で生体１０００の皮膚に密着することが望ましく、外部からベルトなどを用いて密着させてもよい。

以上のように、本実施例では、防水性かつ電気絶縁性の取り付け部材１１０６に電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを取り付け、配線１１０３ａ，１１０３ｂの表面のうち、生体１０００と接触する部分を防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０５で覆うことにより、着衣１１００が汗等で濡れた状態であっても、配線１１０３ａ，１１０３ｂと生体１０００との間の短絡、あるいは複数の電極部１１０１ａ，１１０１ｂ間の短絡を防ぐことができ、所望の生体電気信号を取得することができる。

また、本実施例では、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂよりも取り付け部材１１０６の面積を大きくし、生体１０００の皮膚表面に沿って取り付け部材１１０６の外縁が電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂの外縁よりも外側に所定の距離ｄ以上張り出すようにしたので、着衣１１００が汗等で濡れたときに、着衣１１００の部分で検出された生体電気信号が、電極部１１０１ａ，１１０１ｂで取得する生体電気信号に混入することを防ぐことができる。

なお、本実施例では、取り付け部材１１０６の生体１０００と接触する面にコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂを配置するため、コネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと接続される生体電気信号測定装置側のコネクタは、生体１０００と接触しないようにコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂを絶縁部材で覆う形態であることが望ましい。

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。図４は本発明の第２実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図、図５は図４のウェアラブル電極のＢ−Ｂ’線断面図であり、図１、図２と同様の構成には同一の符号を付してある。なお、図５では、１組の電極部と配線とコネクタのみについて記載している。

本実施例のウェアラブル電極は、電極部１１０１ａ，１１０１ｂと、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと、配線１１０３ａ，１１０３ｂと、絶縁部材１１０５と、取り付け部材１１０６と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと着衣１１００との間を絶縁する防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０７と、取り付け部材１１０６が固定される着衣１１００とから構成される。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂについては、第１実施例と同じにすればよい。
本実施例では、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部が、着衣１１００の生体１０００と接触する面と反対側の面に露出するように配置される。コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの素材については第１実施例のコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと同等である。

金属製ドットボタンのように、基材を貫通したボタンの表裏をかしめることで固定されることを前提とした形態のコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを用いる場合、少なくとも着衣１１００の表面（生体１０００と接触する面と反対側の面）とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間、およびコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを設けるために着衣１１００に形成された貫通孔１２００の側面とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間を電気的に絶縁する防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０７を設ける。

絶縁部材１１０７は、防水性かつ電気絶縁性の部材であれば特に限定されず、例えばポリエステル、ナイロン等の合成樹脂素材を用いることができる。絶縁部材１１０５の場合と同様に、絶縁部材１１０７が繊維素材の織物や編物といった形態であると、多量の水分に暴露された際に、織り込まれた繊維と繊維の間隙に水分が担持され、水に含まれるイオン分を通して複数の電極部の間が電気的に短絡する恐れがある。

そのため、絶縁部材１１０７は、フッ素樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等の樹脂からなる無孔フィルム、気孔周辺が撥水化された微多孔フィルム、あるいは繊維間の空隙をポリエステル、ナイロン等の防水性かつ電気絶縁性の樹脂で予め埋めたフィルムであることが望ましい。また、絶縁部材１１０７は、多量の水分に暴露された際にも、電気絶縁性を維持できる部材であってもよいし、半透膜であってもよい。

絶縁部材１１０７には、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄが通る貫通孔が予め形成されている。着衣１１００に取り付け部材１１０６を固定し、取り付け部材１１０６に電極部１１０１ａ，１１０１ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを固定した後で、着衣１１００と取り付け部材１１０６と配線１１０３ａ，１１０３ｂとに貫通孔を空ける。このとき、少なくとも着衣１１００に設けられる貫通孔１２００については、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの着衣１１００を貫通する部分よりも大きな径の孔となるようにする。

そして、貫通孔１２００に差し込むように絶縁部材１１０７を装着した後で、絶縁部材１１０７と取り付け部材１１０６と配線１１０３ａ，１１０３ｂとの貫通孔にコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを挿入し、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの表裏をかしめる。これにより、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄおよび絶縁部材１１０７の固定と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの絶縁被覆と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと配線１１０３ａ，１１０３ｂとの電気的接続を同時に達成することができる。

また、着衣１１００と取り付け部材１１０６と配線１１０３ａ，１１０３ｂとに事前に貫通孔を設けずに、着衣１１００の生体１０００と接触する面と反対側の面にシート状の絶縁部材１１０７を載せた状態で、着衣１１００と取り付け部材１１０６と配線１１０３ａ，１１０３ｂとを一度に貫通するようにコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを設置してもよい。この場合、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの取り付け時の摩擦力によって取り付け部材１１０６及び絶縁部材１１０７が、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの取り付けで出来た着衣１１００の貫通孔の中に引き込まれるので、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと着衣１１００とが接触しないようにすることができ、図２の場合と同等の構造を実現することができる。

また、図６に示すように、生体電気信号測定装置との接続用の導電部を除く、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの着衣１１００と接触する部分の表面に絶縁部材１１０７を予め形成しておいてもよい。この場合、絶縁部材１１０７としては、上記の素材の他、ポリエステル系、ウレタン系、アクリレート系の絶縁材料を用いることができる。絶縁部材１１０７の形成方法としては、塗布や電着等といった方法がある。絶縁部材１１０７を予め形成しておくことにより、絶縁部材１１０７を固定する工程を簡略化することができる。

また、金属製ドットボタンのように、基材を貫通したボタンの表裏をかしめることで固定されることを前提とした形態のコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを用いる場合、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄに接続する生体電気信号測定装置を脱着する際の力によってコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄが着衣１１００から外れる可能性がある。そこで、図７に示すように、着衣１１００よりもヤング率の大きい補強部材１１０８を、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと着衣１１００との間に設けるようにするとよい。

補強部材１１０８の着衣１１００への固定方法としては、補強部材１１０８の外周部の少なくとも一部を粘着テープで押さえて固定する方法、接着で固定する方法などがある。補強部材１１０８の固定に使用される粘着テープとしては、上記の防水テープが特に好適である。また、補強部材１１０８を着衣１１００に掛止するための爪１４００を補強部材１１０８に設けるようにしてもよい。

補強部材１１０８が爪１４００を備え、かつコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと接するように配置される場合、補強部材１１０８は防水性かつ電気絶縁性の素材からなる。この補強部材１１０８の素材としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート等の公知の有機樹脂を用いることができる。

絶縁部材１１０７と同様に、補強部材１１０８には、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄが通る貫通孔が予め形成されている。上記と同様に、着衣１１００の貫通孔１２００に差し込むように絶縁部材１１０７を装着した後で、絶縁部材１１０７の上から補強部材１１０８を上記のように着衣１１００に固定する。そして、補強部材１１０８と絶縁部材１１０７と取り付け部材１１０６と配線１１０３ａ，１１０３ｂとの貫通孔にコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを挿入し、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの表裏をかしめる。これにより、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと絶縁部材１１０７と補強部材１１０８の固定と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの固定の補強と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの絶縁被覆と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと配線１１０３ａ，１１０３ｂとの電気的接続を同時に達成することができる。

なお、補強部材１１０８を絶縁部材１１０７と着衣１１００との間に配置することも可能である。この場合、補強部材１１０８がコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと接することはないので、補強部材１１０８を導電性を持つ素材から形成してもよく、ステンレス、アルミ、真鍮等の公知の金属素材を用いることができる。また、補強部材１１０８として、着衣１１００よりもヤング率の大きい布生地を用いてもよい。

絶縁部材１１０５の素材は第１実施例と同じである。ただし、図５〜図７のようにコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの一部が生体１０００と接触する側に露出する場合、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの生体１０００と接触する部分を絶縁部材１１０５で覆う必要がある。コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄに金属製ドットボタンボタンを用いる場合、取り付け金具の生体１０００と接触する側が予め絶縁性の樹脂で被覆されているものを用いれば、コネクタ部の絶縁部材１１０５の代わりとして用いることができる。
取り付け部材１１０６と着衣１１００については、第１実施例と同じにすればよい。

以上のように、本実施例では、防水性かつ電気絶縁性の取り付け部材１１０６に電極部１１０１ａ，１１０１ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを取り付けると共に、着衣１１００にコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを取り付け、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと配線１１０３ａ，１１０３ｂの表面のうち、生体１０００と接触する部分を防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０５で覆い、着衣１１００とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間を防水性かつ電気絶縁性の絶縁部材１１０７で絶縁することにより、着衣１１００が汗等で濡れた状態であっても、配線１１０３ａ，１１０３ｂと生体１０００との間の短絡、複数の電極部１１０１ａ，１１０１ｂ間の短絡、あるいは着衣１１００とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間の短絡を防ぐことができ、所望の生体電気信号を取得することができる。また、本実施例では、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄが着衣１１００の表側に取り付けられるため、着用者にとって生体電気信号測定装置の取り付け／取り外しが容易になる。

また、本実施例では、補強部材１１０８を設けることにより、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの固定を補強することができる。本実施例では、伸縮性のある着衣１１００を用いた場合でも、生体電気信号測定装置をコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄから脱着する際の力によってコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄが着衣１１００から外れてしまう事象を防止することができ、生体電極の耐久性を向上させることができる。また、本実施例では、着衣１１００に伸縮性のある素材を用いることができるので、電極部１１０１ａ，１１０１ｂの生体の皮膚への接触を安定させることができ、所望の生体電気信号を長期間安定して取得することができる。

［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例について説明する。図８は本発明の第３実施例に係るウェアラブル電極を生体に装着した様子を示す模式図、図９は図８のウェアラブル電極のＣ−Ｃ’線断面図であり、図１〜図７と同様の構成には同一の符号を付してある。なお、図９では、１組の電極部と配線とコネクタのみについて記載している。

本実施例のウェアラブル電極は、電極部１１０１ａ，１１０１ｂと、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと、配線１１０３ｃ，１１０３ｄと、絶縁部材１１０５と、取り付け部材１１０６と、絶縁部材１１０７ａと、着衣１１００とから構成される。

電極部１１０１ａ，１１０１ｂについては、第１実施例および第２実施例と同じにすればよい。
第２実施例と同様に、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部が、着衣１１００の生体１０００と接触する面と反対側の面に露出するように配置される。

配線１１０３ｃ，１１０３ｄの素材については、第１実施例および第２実施例の配線１１０３ａ，１１０３ｂと同じでよいが、本実施例では、図９に示すように、電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間の着衣１１００に形成された貫通孔１２０１を通して配線１１０３ｃ，１１０３ｄを、着衣１１００の生体１０００と接触する側と反対側に引き出すようにしている。

取り付け部材１１０６ａの大きさと素材については、第１実施例および第２実施例の取り付け部材１１０６と同じでよいが、取り付け部材１１０６ａは、着衣１１００の生体１０００と接触する面と配線１１０３ｃ，１１０３ｄとの間を電気的に絶縁するだけでなく、配線１１０３ｃ，１１０３ｄを通すために着衣１１００に形成された貫通孔１２０１の側面と配線１１０３ｃ，１１０３ｄとの間を電気的に絶縁するように設けられる。これにより、着衣１１００と配線１１０３ｃ，１１０３ｄとが接触しないようにすることができる。

絶縁部材１１０７ａの素材については、第１実施例および第２実施例の絶縁部材１１０７と同じでよいが、絶縁部材１１０７ａは、少なくとも着衣１１００の表面（生体１０００と接触する面と反対側の面）とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを設けるために着衣１１００に形成された貫通孔１２００の側面とコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄとの間、および配線１１０３ｃ，１１０３ｄを通すために着衣１１００に形成された貫通孔１２０１の側面と配線１１０３ｃ，１１０３ｄとの間を電気的に絶縁するように設けられる。

なお、図９の例では、貫通孔１２０１の側面のうち電極部１１０１ａ，１１０１ｂ側の側面を取り付け部材１１０６ａで被覆し、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄ側の側面を絶縁部材１１０７ａで被覆しているが、これに限るものではなく、貫通孔１２００の場合と同様に、貫通孔１２０１の側面を全て絶縁部材１１０７ａで被覆してもよい。
また、取り付け部材１１０６ａが配線１１０３ｃ，１１０３ｄの表裏両面を被覆するようにしてもよい。

コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを取り付けるためには、第２実施例と同様に、着衣１１００に取り付け部材１１０６ａを固定し、取り付け部材１１０６ａに電極部１１０１ａ，１１０１ｂと配線１１０３ｃ，１１０３ｄとを固定した後で、配線１１０３ｃ，１１０３ｄを貫通孔１２０１から着衣１１００の生体１０００と接触する側と反対側に引き出し、着衣１１００の貫通孔１２００，１２０１に差し込むように絶縁部材１１０７ａを装着する。

そして、絶縁部材１１０７ａの上に配線１１０３ｃ，１１０３ｄを沿わせるように配置した後、配線１１０３ｃ，１１０３ｄと絶縁部材１１０７ａとの貫通孔にコネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄを挿入し、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの表裏をかしめる。これにより、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと配線１１０３ｃ，１１０３ｄと絶縁部材１１０７ａの固定と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの絶縁被覆と、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄと配線１１０３ｃ，１１０３ｄとの電気的接続を同時に達成することができる。

絶縁部材１１０５の素材は第１実施例と同じであるが、第２実施例と同様に、コネクタ１１０２ｃ，１１０２ｄの生体１０００と接触する部分を絶縁部材１１０５で覆う必要がある。
着衣１１００については、第１実施例と同じにすればよい。なお、第１実施例で説明した固定補助布１１１０を第２実施例および第３実施例に適用してもよい。また、第２実施例で説明した補強部材１１０８を第３実施例に適用してもよい。

［第４実施例］
次に、本発明の第４実施例について説明する。本実施例は、第１実施例の具体例を示すものである。なお、本発明が以下の例に限定されるものでないことは言うまでもない。

［サンプル１］
図１、図２に示した構造のウェアラブル電極を次に示す部材で作製した。電極部１１０１ａ，１１０１ｂは、導電成分としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを１ｗｔ％、バインダーとしてアクリル系熱硬化性樹脂５ｗｔ％を分散した分散液を、ポリエステルナノファイバーのスムース組織の丸編物に対してグラビアコーティング法で薬剤塗布量が１５ｇ／ｍ²になるように塗布して作製した。

着衣１１００には、８４Ｔ−３６Ｆのポリエステル仮撚り加工糸と３３Ｔのポリウレタン弾性糸を引きそろえたものを３２ゲージ丸編み機で作製したベア天生地を使用した。配線１１０３ａ，１１０３ｂとしては、三ツ冨士繊維工業（株）製の銀メッキ糸「ＡＧｐｏｓｓ」の１１０Ｔ−３４をリボン状にしたものを使用した。絶縁部材１１０５としては、東レコーテックス（株）製のポリウレタン防水シームテープ「αＥ−１１０」を使用した。取り付け部材１１０６としては、絶縁部材１１０５と同じ防水シームテープの接着面でない面にホットメルト接着剤を用いて使用した。

［サンプル２］
上記のサンプル１と同じ部材を用いて、図３に示した構造のウェアラブル電極を作製した。電極部１１０１ａ，１１０１ｂとコネクタ１１０２ａ，１１０２ｂと配線１１０３ａ，１１０３ｂとを取り付け部材１１０６を介して固定補助布１１１０に取り付けた後、固定補助布１１１０をホットメルト接着剤により着衣１１００に固定した。固定補助布１１１０には、着衣１１００と同じ素材を用いた。

［サンプル３］
上記のサンプル２と同じ構造で、着衣１１００のみ天然素材である４０番手の綿紡績と３３Ｔのポリウレタン弾性糸を引きそろえたものを３２ゲージ丸編み機で作製したベア天生地を使用した。固定補助布１１１０は、縫い付けることにより着衣１１００に固定した。

［比較例］
上記のサンプル１と同じ部材を用いて、電極部１１０１ａ，１１０１ｂを取り付け部材１１０６を用いずに着衣１１００にホットメルト接着剤により固定したウェアラブル電極を作製した。

サンプル１〜３と比較例のウェアラブル電極を酸性人工汗液に２４時間浸漬した後、以下の通電部と絶縁部の電気抵抗及び着用時の心電図波形を測定した。その結果を表１に示す。

通電部Ａ抵抗は電極部１１０１ａとコネクタ１１０２ａ間の電気抵抗、通電部Ｂ抵抗は電極部１１０１ｂとコネクタ１１０２ｂ間の電気抵抗、絶縁部Ａ抵抗は電極部１１０１ａと電極部１１０１ｂ間の電気抵抗、絶縁部Ｂ抵抗は電極部１１０１ａと着衣１１００間の電気抵抗、絶縁部Ｃ抵抗は電極部１１０１ｂと着衣１１００間の電気抵抗である。心電図波形の減衰の数値は、ウェアラブル電極を酸性人工汗液に浸す前の心電図波形のピーク・トゥ・ピーク（Peak to Peak）の振幅値を基準としたときの値を示している。

測定に使用した人工汗については、ＪＩＳ Ｌ ０８４８（２００４年）で規定された酸性人工汗液を次のとおり調整した。具体的には、酸性人工汗液は、Ｌ−ヒスチジン塩酸塩一水和物０．５ｇ、塩化ナトリウム５ｇ及びりん酸二水素ナトリウム二水和物２．２ｇを水に溶かし、これに０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液約１５ｍｌと水を加えてｐＨが５．５で全容が約１Ｌになるように調整した。

表１によると、関連するウェアラブル電極と同様の構造を有する比較例では、絶縁部の抵抗値が低下し、絶縁部としての機能が損なわれており、心電図波形も約９０％減衰した。これに対して本実施例に係るサンプル１〜３では、絶縁部の絶縁性が維持されており、良好な心電図波形を示した。

本発明は、着衣が汗などの水分を含有する状態であっても、所望の生体電気信号を取得可能とする技術に関するものである。本発明は、日常生活の健康管理、ジョギング、マラソンやその他スポーツ時の生体データの把握、建設現場や道路工事、架線保全などの屋外作業での労務管理、バスやトラックの運転手、炭鉱労働者、消防士、救助隊員などの労務管理に適用することができる。

１０００…生体、１１０１ａ，１１０１ｂ…電極部、１１０２ａ，１１０２ｂ，１１０２ｃ，１１０２ｄ…コネクタ、１１０３ａ，１１０３ｂ，１１０３ｃ，１１０３ｄ…配線、１１０５，１１０７，１１０７ａ…絶縁部材、１１０６，１１０６ａ…取り付け部材、１１０８…補強部材、１１００…着衣、１１１０…固定補助布、１２００，１２０１…貫通孔、１４００…爪。

Claims (7)

1. 衣類の生体と接触する面に固定された電気絶縁性の部材からなる取り付け部材と、
   この取り付け部材の生体と接触する面に固定された導電性の部材からなる電極部と、
   前記取り付け部材に固定され、前記電極部と電気的に接続されたコネクタとを備え、
   前記コネクタは、生体電気信号測定装置との接続用の導電部を含み、この導電部が前記衣類の生体と接触する面と反対側の面に露出するように前記取り付け部材に固定されることを特徴とする生体電極。
2. 請求項１記載の生体電極において、
   さらに、前記コネクタの表面のうち、生体と接触する部分を被覆する電気絶縁性の第１の絶縁部材と、
   前記コネクタと前記衣類との間を絶縁する電気絶縁性の第２の絶縁部材とを備えることを特徴とする生体電極。
3. 請求項１または２記載の生体電極において、
   さらに、前記衣類の素材よりもヤング率の大きい補強部材を備え、
   前記コネクタは、前記衣類の表裏を貫通して衣類に固定される形態のコネクタであり、
   前記補強部材は、補強部材に厚さ方向に沿って形成された孔と前記衣類に厚さ方向に沿って形成された孔とを前記コネクタが貫通した状態で、前記衣類に固定されることを特徴とする生体電極。
4. 請求項２記載の生体電極において、
   前記第２の絶縁部材は、前記コネクタの衣類と接触する部分の表面に予め形成されることを特徴とする生体電極。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体電極において、
   さらに、前記取り付け部材と前記衣類との間に設けられた固定補助布を備えることを特徴とする生体電極。
6. 請求項５記載の生体電極において、
   前記固定補助布は、前記取り付け部材の固定に接着剤を用いる場合に、前記接着剤との接着力が前記衣類と前記接着剤との接着力よりも大きいものであり、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ウレタンの少なくとも１つを含む織物、編物、不織布のうちのいずれか１つであることを特徴とする生体電極。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体電極を備え、前記生体電極は、前記電極部が生体と接触するように固定されたことを特徴とする衣類。