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WO2018139483A1 - 伸縮性起毛電極及びその製造方法 - Google Patents

伸縮性起毛電極及びその製造方法 Download PDF

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WO2018139483A1
WO2018139483A1 PCT/JP2018/002107 JP2018002107W WO2018139483A1 WO 2018139483 A1 WO2018139483 A1 WO 2018139483A1 JP 2018002107 W JP2018002107 W JP 2018002107W WO 2018139483 A1 WO2018139483 A1 WO 2018139483A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
resin layer
conductive
insertion portion
conductive fibers
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/002107
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　学
大樹 延島
一徳 栗原
小林　健
俊弘 竹下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Priority to KR1020197020111A priority patent/KR102320136B1/ko
Priority to EP18745420.2A priority patent/EP3574824B1/en
Priority to JP2018564598A priority patent/JP6847425B2/ja
Priority to CN201880007800.2A priority patent/CN110198666B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a brushed electrode in which conductive fibers are raised on the surface of a sheet body and a method for manufacturing the same, and in particular, it can be used for a biological electrode that is pressed against the body and collects biological signals and has elasticity.
  • the present invention relates to a stretchable raised electrode and a method for producing the same.
  • a flexible electrode that can be pressed against a surface of an uneven object to allow a current to flow between the object and the object.
  • a biological electrode as a measurement electrode that is pressed against the body and collects biological signals.
  • a biological electrode such as an electrocardiogram is collected by applying a conductive gel between a body electrode of a human body and a conductive gel between the body electrodes of the human body.
  • the conductive gel is used to electrically fill a space between the body portion and the biological electrode so as to reliably measure a weak current.
  • an elastic or stretchable electrode base material is used so that the weak current of the living body can be collected following the surface of an uneven object without using a conductive gel, or the surface of the electrode base material is electrically conductive. It has been proposed to plant or raise natural fibers.
  • Patent Document 1 discloses a bioelectrode in which a detection unit having conductivity and flexibility such as a cloth made of conductive fiber is provided around a holding unit having elasticity and thickness such as sponge. Such a bioelectrode can be installed on the inside of the clothes and deformed to improve adhesion to the living body, but does not have stretchability.
  • Patent Document 2 discloses a bioelectrode in which a strip electrode made of conductive fibers is continuously integrated with a stretchable cloth member by nonwoven fabric processing, weaving processing, or knitting processing. In such a bioelectrode, the cloth member as a base material expands and contracts, but the belt-like electrode portion does not expand and contract. Therefore, it can be considered to use a conductive stretchable film as disclosed in Patent Document 3, for example, for the belt-like electrode.
  • Patent Document 4 discloses a raised electrode in which a plurality of contacts made of conductive fibers are extended from a base in a raised state as a biological electrode for collecting brain waves, although it is not an electrode made of a sheet body. Yes.
  • the base does not expand and contract, but the electrode expands and contracts substantially when the contact moves flexibly.
  • a bioelectrode in which an electrode portion made of a metal thin film is provided on a stretchable sheet body, the sheet body can be stretched, but the electrode section does not stretch.
  • a bioelectrode restricts the operation of the wearer and lacks the comfort of wearing, and is not particularly preferable as a wearable electrode.
  • seat body which has a stretching property is considered.
  • a current collector that collects current from a large number of brushed parts is provided along the surface of the sheet body, it should follow the expansion and contraction of the sheet body as well as electrical and mechanical coupling with the conductive fibers. The structure for this was not easy.
  • the present invention has been made in view of the situation as described above, and the object of the present invention is to be used as a bioelectrode or the like for collecting biosignals by being pressed against the body, and has elasticity.
  • An object of the present invention is to provide a stretchable brushed electrode and a method for producing the same.
  • the raised electrode according to the present invention is a raised electrode in which the surface of a stretchable sheet body is raised, and a resin layer provided to be stretchable following the surface of the sheet body, and the resin layer A plurality of s fibers each having an insertion portion into which one end portion is inserted, and the adjacent conductive fibers are in electrical contact with each other at a non-insertion portion to the resin layer, and the conductive fibers
  • the conductive fiber is provided to the resin layer at a density such that the conductivity of the electrode region of the given sheet body is in-plane isotropic.
  • the conductivity as an electrode can be obtained even if the resin layer does not have high conductivity, the range of selection of the material of the resin layer corresponding to the sheet body can be widened, and the conductive fibers can be applied. While being able to do easily, the selection range of a provision form can be expanded.
  • the conductive fibers having adjacent contacts may be inclined with respect to the sheet body so as to maintain the contacts by expansion and contraction of the sheet body. According to this invention, stable conductivity can be obtained.
  • the conductive fiber may be characterized in that the length of the insertion portion is smaller than the non-insertion portion.
  • the non-insertion portion of the conductive fiber may be twice or more as long as the insertion portion.
  • the length of the conductive fiber may be 1 mm or less. According to this invention, it functions stably as an electrode without being affected by the expansion and contraction of the sheet body.
  • the conductive fiber may be a needle-like body in which a conductive plating is provided on a surface of the fiber. According to this invention, it functions stably as an electrode without being affected by the expansion and contraction of the sheet body.
  • the resin layer may be an insulator. According to this invention, the range of selection of the material of the resin layer corresponding to the sheet body can be widened, and the conductive fiber can be easily applied, and the range of selection of the application form can be expanded.
  • the method for producing a raised electrode according to the present invention is a method for producing a raised electrode in which the surface of a stretchable sheet body is raised, and is provided so as to be stretchable following the surface of the sheet body.
  • a raising step of raising one end portion of the adhesive layer to fly and a raising step of curing the adhesive layer to give the resin layer, and the adjacent conductive fibers are the resin.
  • Giving the conductive fibers to such a density that they are in electrical contact at the non-insertion portion of the layer and the conductivity of the electrode region of the sheet body provided with the conductive fibers is in-plane isotropic. It is characterized by.
  • the conductivity as an electrode can be obtained even if the resin layer does not have high conductivity, the range of selection of the material of the resin layer corresponding to the sheet body can be widened, and the conductive fibers can be applied. While being able to do easily, the selection range of a provision form can be expanded.
  • the raising step includes placing the sheet body on an earthed electrode and applying a voltage between the electrostatic spray gun and the conductive fibers charged from the electrostatic spray gun. It may be characterized by including a spraying step of spraying toward the sheet body. According to this invention, raising of the conductive fiber can be efficiently provided.
  • the spraying step may be characterized in that the voltage is adjusted and the length of the insertion portion is made smaller than the non-insertion portion of the conductive fiber. Further, the spraying step may be characterized in that the non-insertion portion of the conductive fiber is twice or more as long as the insertion portion. According to this invention, a stable electrode can be obtained without being affected by the expansion and contraction of the sheet body.
  • a brushed electrode as one embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
  • the brushed electrode 10 is implanted so as to insert a base material 1 made of a stretchable sheet body, a resin layer 2 bonded to the surface thereof, and one end portion into the resin layer 2.
  • the conductive fibers 3 are in electrical contact with each other at the non-insertion portion where adjacent fibers are not inserted into the resin layer 2, and the conductivity of the electrode region formed in the raised electrode 10 is in-plane. It is given at a density that is isotropic.
  • the electrode region is a region in which the non-inserted portion of the conductive fiber 3 is exposed on the main surface side of the raised electrode 10, for example, indicated by x in the horizontal direction and z in the height direction. It is the area
  • the base material 1 is not particularly limited as long as it is a stretchable sheet body, for example, a fabric made of synthetic fibers such as nylon or polyester, a sheet made of a thermosetting resin such as urethane, or a synthetic rubber such as butyl rubber. A sheet or a sheet made of a synthetic polymer such as silicone can be used. According to a method of spraying the conductive fibers 3 by an electrostatic spray method as will be described later, the substrate 1 can be insulative.
  • the resin layer 2 is a layer made of an adhesive capable of providing the conductive fibers 3 on the surface of the substrate 1 as described above.
  • an emulsion-based adhesive such as a silylated urethane-based elastic adhesive or an acrylic emulsion Etc. can be used.
  • the resin layer 2 is not particularly required to be electrically conductive, and is a material suitable for obtaining the electrode region made of the conductive fibers 3 as described above, for example, a material having high adhesion to the base material 1. Can be selected regardless of the conductivity. For example, it is preferable to select an insulating material as the resin layer 2 together with the base material 1 because the range of material selection can be expanded compared to the conductive material.
  • the conductive fiber 3 for example, carbon nanofibers, metal fibers, chemical fibers coated with a conductive polymer or plated with metal can be used.
  • the wire diameter and fiber length of the conductive fiber 3 are appropriately selected so that the above-described application form can be obtained.
  • the conductive fiber 3 has a wire diameter of, for example, 20 ⁇ m or less and a fiber length. It is preferable that it is a short fiber used as the acicular body made into 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the conductive fiber 3 has a wire diameter and a fiber so that the above-described application form can be obtained and the electrode can stably function as an electrode against expansion and contraction required for the raised electrode 10.
  • the number per unit area and the inclination with respect to the base material 1 are set according to the length.
  • an adhesive 2a for forming a resin layer (adhesive layer) 2 is applied on the substrate 1, and the electrode region is patterned.
  • a mask 5 having an opening 5a to be an electrode pattern is placed, and an adhesive 2a to be a resin layer 2 is spread from the squeegee 6 thereon.
  • the adhesive 2a has a viscosity that does not cause bleeding on the substrate 1, for example, 10 to 400 Pa ⁇ s.
  • an electrode pattern can be formed with the adhesive 2a.
  • the thickness of the mask 5, that is, the thickness of the resin layer 2 by the adhesive 2 a formed on the substrate 1 can be used to implant the conductive fibers 3, and is preferably 10 to 1000 ⁇ m, for example. is there.
  • other methods such as a screen printing method, a stencil printing method, a dispensing method, a spray coating method, and an ink jet method can be used.
  • conductive fibers 3 are sprayed by electrostatic spraying. That is, the conductive fiber 3 charged from the electrostatic spray gun 12 is placed on the substrate 1 while the substrate 1 is placed on the grounded electrode 11 and a voltage is applied to the electrostatic spray gun 12. Spray. The conductive fiber 3 flies and is drawn to the electrode 11 along the electric force line 13. As a result, the conductive fiber 3 is implanted in the adhesive 2a having a thickness so that one end portion is inserted by the initial velocity by spraying and electrostatic force and is raised, or in the portion other than the electrode pattern of the substrate 1 Get down directly on.
  • the length of the insertion portion of the conductive fiber 3 into the adhesive 2 a can be controlled by adjusting the voltage between the electrode 11 and the electrostatic spray gun 12.
  • Other known methods such as spray coating and electrostatic flocking may be used as long as one end of the conductive fiber 3 can be inserted into the resin layer 2.
  • the adhesive 2 a is cured by drying or the like to form a resin layer 2, and the conductive fibers 3 that have jumped directly onto the base material 1 and fell directly on the substrate 1 are collected by a vacuum cleaner 14. Remove by suction. You may remove using a weak adhesion roller. As a result, the raised electrode 10 can be obtained in which the conductive fiber 3 is implanted on the electrode pattern to form an electrode region.
  • an insulating film may be formed on the conductive fiber 3 in a portion that is not used as an electrode region to form a wiring region. That is, an insulating film is formed by press-bonding an insulating sheet or applying and drying an insulating paste.
  • an insulating film As such an insulating film, urethane elastomers, silicone resins, and butyl rubber materials that are rich in elasticity and flexibility are suitable.
  • the conductive fiber 3 having one end inserted into the resin layer 2 in the initial state is electrically connected by a contact C at the non-insertion portion.
  • the conductive fiber 3 is inclined in the direction of reducing the thickness of the raised electrode 10. That is, the conductive fiber 3 has its other end side closer to the resin layer 2, in other words, the angle with respect to the main surface of the substrate 1 (see FIG. 1) is decreased and the inclination thereof is increased in the sleeping direction, Reduce the thickness of the electrode region. Even in this case, the contact C can be maintained at a position closer to the resin layer 2 and electrical connection can be maintained.
  • the conductive fibers 3 are in contact with each other in a three-dimensional manner, and several adjacent conductive fibers 3 are provided at a plurality of locations so as to give in-plane isotropic electrical characteristics. It is preferable to exist at a high density so as to have the following contact C. According to this, both the base material 1 and the resin layer 2 can be insulating.
  • the insertion part of the conductive fibers 3 which had the contact C was included.
  • the distance is away.
  • the distance d2 in the stretching direction between the deepest portion and the outermost surface portion of the insertion portion of the conductive fiber 3 becomes longer than the distance d1 before being stretched as the stretchable resin layer 2 stretches.
  • the conductive fiber 3 is inclined so as to reduce the angle with respect to the main surface of the substrate 1.
  • the contact C can be maintained on the more distal end side (the other end side) of the conductive fiber 3.
  • the density of the conductive fibers 3 in the electrode region tends to be reduced by deformation in the stretching direction
  • the decrease in density can be offset by the deformation that thins the electrode region in the thickness direction. Easy to maintain electrical connection in the area.
  • the change in the angle of the conductive fiber 3 accompanying the elongation of the resin layer 2 can be obtained when the insertion portion of the conductive fiber 3 is sufficiently smaller than the non-insertion portion.
  • the brushed electrode 10 having elasticity can be used as a bioelectrode for collecting biosignals by being pressed against the body. That is, the raised electrode 10 forms a three-dimensional network in which the conductive fibers 3 are electrically connected to each other. Even if it is deformed, it can maintain in-plane isotropic conductivity and is suitable for use as a bioelectrode.
  • the raising electrode 10 can also make the angle with respect to the main surface of the base material 1 of the conductive fiber 3 small.
  • the raised electrode 10 (see FIG. 1) with the same angle increased well following deformation against pressing, but by reducing the angle, the raised electrode 10 is electrically conductive with respect to extension in the direction along the main surface of the substrate 1. Can be easily maintained.
  • the brushed electrode 10 can be formed by laminating a resin layer 2 and an electrode region layer made of conductive fibers 3.
  • the resin layer 2 ′ overlapped on the conductive fiber 3 includes an electrode region having conductivity also in the resin layer 2 ′.
  • FIGS. 5 (a1) and (b1) two types of brushed electrodes 10a and 10b were produced. That is, as shown in the cross-sectional photographs and cross-sectional views of FIGS. 5 (a2), (a3), (b2) and (b3), the brushed electrode 10a having a small angle of the conductive fibers 3 with respect to the main surface of the substrate 1; A brushed electrode 10b having such a large angle was produced.
  • the conductive fiber 3 a silver-plated fiber having a linear shape of 17 ⁇ m and a length of 0.5 mm was used.
  • the conductive rubber G is pressed onto the brushed electrodes 10a and 10b, and the electrical resistance between the brushed electrodes 10a and 10b and the conductive rubber G is measured when sliding on the electrodes. did.
  • coated and dried Ag paste to the base material 1 as the comparative example 1, and using the copper plate electrode as the comparative example 2 and pressing the conductive rubber G in the same manner and sliding the electrode is used. It was measured.
  • the electric resistance was smaller than that in Comparative Examples 1 and 2, and the change was small and the change was isotropically continuous in the plane. This is probably because the raised electrodes 10a and 10b are deformed following the shape of the tip of the pressed conductive rubber G to obtain a large number of contact points with the conductive rubber G, thereby widening the contact area.
  • the conductive rubber G was also deformed with good followability by the deformation of the conductive fiber 3 so that the number of contact points with the conductive rubber G was maintained.
  • the electric resistance of the raising electrode 10b with a large angle of the conductive fiber 3 with respect to the main surface of the base material 1 was smaller than the raising electrode 10a with a small angle. As described above, it is considered that increasing the angle of the conductive fiber 3 better follows the deformation with respect to the pressing.
  • Comparative Example 1 Ag paste electrode
  • Comparative Example 2 copper plate
  • the followability to the shape change in the thickness direction is poor, and the contact area with the pressed conductive rubber G is reduced.
  • the electrical resistance is considered to be discontinuously greatly changed by further reducing the small contact area.
  • the brushed electrodes 10a and 10b and the Ag paste electrode of Comparative Example 1 were each stretched 1.5 times in the direction along the main surface, and the expansion / contraction operation was repeatedly performed.
  • the electrical resistance of the electrode region in the direction along the line was measured.
  • Comparative Example 1 the electrical resistance changed greatly and discontinuously by the expansion / contraction operation. It can be seen that the electrical resistance of the Ag paste electrode increases when it is stretched.
  • the raised electrodes 10a and 10b both have small changes in electrical resistance due to the expansion / contraction operation and are continuous changes, and it can be seen that the conductivity is well maintained against the extension.
  • the change in electrical resistance of the raised electrode 10a having a smaller angle of the conductive fiber 3 with respect to the main surface of the substrate 1 was smaller than that of the raised electrode 10b having a larger angle.
  • reducing the angle of the conductive fibers 3 makes it easier to maintain the conductivity against the extension in the direction along the main surface of the substrate 1.
  • washing was repeated for each of the raised electrodes 10a and 10b and the Ag paste electrode of Comparative Example 1, and the electrical resistance of the electrode region in the direction along the main surface with respect to the number of washings was measured.
  • the electrical resistance was greatly increased by washing only three times. It is considered that the Ag paste was divided in the direction along the main surface due to a shape change such as bending of the electrode during the cleaning, and further partially dropped off by the water flow.
  • the raised electrodes 10a and 10b a large change in electrical resistance due to cleaning was not observed at least 10 times. It is considered that the followability of the resin layer 2 with respect to deformation such as bending is high, and that the conductive fibers 3 are not easily dropped off by washing.
  • the brushed electrodes 10a and 10b can better follow deformation such as pressing and stretching, maintain electrical conductivity, and are excellent as biological electrodes.
  • the brushed electrode 20 was manufactured by the manufacturing method described above.
  • three electrode regions 21 made of conductive fibers 3 are formed in a square shape above the paper surface, and wiring regions 22 made of conductive fibers 3 extending downward from each of the electrode regions 21 are formed.
  • the wiring region 22 is a region where an insulating coating made of an insulator is formed from above the region where the conductive fibers 3 are implanted.
  • a terminal 23 is connected to the lower end of the wiring region 22.
  • the raising electrode 30 shown to Fig.10 (a) is manufactured using screen printing and electrostatic flocking.
  • the adhesive 2a was applied to the substrate 1 by screen printing (see FIG. 2), and the conductive fibers 3 were implanted by the electrostatic straight hair method.
  • an acrylic emulsion (trade name: Boncoat W-386) manufactured by DIC Corporation was used.
  • the mesh 31 used for screen printing is a 3D mesh having a mesh count of 200 made of fibers with a wire diameter of 40 ⁇ m and a thickness of 155 ⁇ m so that the adhesive 2a can be applied thickly.
  • the screen plate was obtained by applying a photosensitive emulsion to the mesh 31 to a thickness of 50 ⁇ m, drying, attaching a positive film with a screen mask manufactured by Mitani Micronics Co., Ltd. shown in FIG. The screen plate was coated with a liquid so that the adhesive 2a did not remain.
  • the conductive fiber 3 is The brushed electrode 30 having the above-described application form was obtained.

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Abstract

身体に押し当てられて生体信号を収集するための生体電極などに使用され得て伸縮性を有する伸縮性起毛電極及びその製造方法の提供。 伸縮性を有するシート体の表面を起毛させた起毛電極である。シート体（１）の表面に沿って追従して伸縮可能に与えられた樹脂層（２）と、樹脂層（２）にその一端部を挿入された挿入部を有する複数の導電性繊維（３）と、を含み、隣接する導電性繊維（３）同士が樹脂層（２）への非挿入部において電気的に接触し、且つ、導電性繊維（３）の与えられたシート体（１）の電極領域の導電率が面内等方となるような密度で前記樹脂層（２）に導電性繊維（３）が与えられている。かかる起毛電極は、静電スプレー法によって与えられ得る。

Description

伸縮性起毛電極及びその製造方法
　本発明は、シート体の表面に導電性繊維を起毛させた起毛電極及びその製造方法に関し、特に、身体に押し当てられて生体信号を収集するための生体電極などに使用され得て伸縮性を有する伸縮性起毛電極及びその製造方法に関する。
　凹凸のある物体の表面に押し当てて該物体との間で電流を流すことのできる可撓性を有するフレキシブル電極が知られている。かかるフレキシブル電極の１つとして、身体に押し当てられて生体信号を収集する計測電極としての生体電極がある。例えば、人体の胴体部に導電性シートからなる生体電極をその間に導電性ジェルを与えて押し当て、心電図などの生体信号が収集される。ここで導電性ジェルは胴体部と生体電極との間を電気的に埋めて微弱な電流を確実に計測できるようにするために用いられる。
　ところで、過敏な皮膚のような場合、導電性ジェルを直接、該皮膚に接触させることは好まれず、また、ウエアラブル電極のような長時間に亘る使用用途の場合にあっても導電性ジェルを用いたくないとの要望がある。そこで、導電性ジェルを用いなくとも凹凸のある物体の表面に追従し生体の微弱電流を収集できるように、弾力性や伸縮性を有する電極基材を用い、又は、電極基材の表面に導電性繊維を植毛、起毛させることなどが提案されている。
　例えば、特許文献１では、スポンジなどの弾力と厚みを有する保持部の周囲に導電性繊維からなる布などの導電性と柔軟性を有する検出部を与えた生体電極が開示されている。かかる生体電極は衣服の内側に設置され変形することで生体への密着性を高め得るが、伸縮性は有しない。一方、特許文献２では、伸縮性を有する布部材に対して導電性繊維からなる帯状電極を連続して不織布加工、織り加工、又は、編み加工により一体化させた生体電極が開示されている。かかる生体電極は、基材としての布部材は伸縮するが、帯状電極部分は伸縮しない。そこで、帯状電極に、例えば、特許文献３に開示されるような、導電性伸縮フィルムを用いることも考慮できる。
　また、特許文献４では、シート体からなる電極ではないが脳波を収集するための生体電極として、導電性繊維からなる複数の接触子を起毛状態でベースから延出させた起毛電極を開示している。かかる電極は、ベースは伸縮しないが、接触子が柔軟に移動することで実質的に電極が伸縮することになる。
特開２０１１－３６５２４号公報 特開平５－１３７６９９号公報 特開２０１６－２１２９８６号公報 特開２０１５－１６１６６号公報
　伸縮性を有するシート体の上に金属薄膜からなる電極部を与えた生体電極において、シート体は伸縮できるものの電極部は伸縮しない。このような生体電極は装着者の動作を拘束し装着の快適性に欠き、特に、ウエアラブル電極としては好ましくない。そこで、伸縮性を有するシート体に導電性繊維からなる起毛を与えた起毛電極が考慮される。しかしながら、多数の起毛からの電流を集電する集電部をシート体の表面に沿って設けようとするなら、導電性繊維との電気的且つ機械的結合とともにシート体の伸縮に追従するようにしなければならず、このための構造は簡単ではなかった。
　本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、身体に押し当てられて生体信号を収集するための生体電極などに使用され得て伸縮性を有する伸縮性起毛電極及びその製造方法を提供することにある。
　本発明による起毛電極は、伸縮性を有するシート体の表面を起毛させた起毛電極であって、前記シート体の表面に沿って追従して伸縮可能に与えられた樹脂層と、前記樹脂層にその一端部を挿入された挿入部を有する複数のｓ繊維と、を含み、隣接する前記導電性繊維同士が前記樹脂層への非挿入部において電気的に接触し、且つ、前記導電性繊維の与えられた前記シート体の電極領域の導電率が面内等方となるような密度で前記樹脂層に前記導電性繊維が与えられていることを特徴とする。
　かかる発明によれば、樹脂層が高い導電率を有さずとも電極としての導電性を得られるから、シート体に対応した樹脂層の材料選択の幅を広げ得て、導電性繊維の付与を容易にできるようになるとともに、付与形態の選択幅を広げることができるのである。
　上記した発明において、隣接し接点を有する前記導電性繊維同士は前記シート体の伸縮で前記接点を維持するよう前記シート体に対して傾斜することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、安定した導電率を得られるのである。
　上記した発明において、前記導電性繊維は、前記非挿入部に対して前記挿入部の長さを小とすることを特徴としてもよい。また、前記導電性繊維の前記非挿入部は、前記挿入部の２倍以上の長さであることを特徴としてもよい。更に、前記導電性繊維の長さが１ｍｍ以下であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、シート体の伸縮に影響を受けることなく安定して電極として機能するのである。
　上記した発明において、前記導電性繊維は繊維の表面に導電性のメッキを与えられた針状体であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、シート体の伸縮に影響を受けることなく安定して電極として機能するのである。
　上記した発明において、前記樹脂層は絶縁体であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、シート体に対応した樹脂層の材料選択の幅を広げ得て、導電性繊維の付与を容易にできるようになるとともに、付与形態の選択幅を広げることができるのである。
　また、本発明による起毛電極の製造方法は、伸縮性を有するシート体の表面を起毛させた起毛電極の製造方法であって、前記シート体の表面に沿って追従して伸縮可能に与えられた樹脂層と、前記樹脂層にその一端部を挿入された挿入部を有する複数の導電性繊維と、を含み、前記シート体の前記表面に接着層を与える工程と、前記表面に向けて前記導電性繊維を飛翔させ前記接着層に一端部を挿入させて起毛させる起毛工程と、前記接着層を硬化させて前記樹脂層を与える硬化工程と、を含み、隣接する前記導電性繊維同士が前記樹脂層への非挿入部において電気的に接触し、且つ、前記導電性繊維の与えられた前記シート体の電極領域の導電率が面内等方となるような密度に前記導電性繊維を与えることを特徴とする。
　かかる発明によれば、樹脂層が高い導電率を有さずとも電極としての導電性を得られるから、シート体に対応した樹脂層の材料選択の幅を広げ得て、導電性繊維の付与を容易にできるようになるとともに、付与形態の選択幅を広げることができるのである。
　上記した発明において、前記起毛工程は、前記シート体をアースした電極に載置して静電スプレーガンとの間に電圧を印加した状態で、前記静電スプレーガンから帯電した導電性繊維を前記シート体に向けて噴霧する噴霧工程を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、効率的に導電性繊維の起毛を与え得るのである。
　上記した発明において、前記噴霧工程は、前記電圧を調整し、前記導電性繊維の前記非挿入部に対して前記挿入部の長さを小とすることを特徴としてもよい。また、前記噴霧工程は、前記導電性繊維の前記非挿入部を前記挿入部の２倍以上の長さであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、シート体の伸縮に影響を受けることなく安定した電極を得られるのである。
本発明による１つの実施例における起毛電極の断面図である。 起毛電極の製造方法を示す工程図である。 起毛電極が導電性繊維によって変形等に追従する原理を説明する図である。 起毛電極の他の実施例を示す断面図である。 評価試験に用いた起毛電極の外観写真、断面写真及び断面模式図である。 起毛電極上で導電ゴムをスライドさせる評価試験について説明する図、及び、その結果を示す電気抵抗変化のグラフである。 伸縮の評価試験の結果を示す電気抵抗変化のグラフである。 洗浄耐性の評価試験の結果を示す電気抵抗のグラフである。 実施例１における起毛電極の外観写真及び得られた心電波形である。 実施例２における起毛電極の外観、スクリーン印刷に用いたメッシュの拡大図及びスクリーンマスクのパターン図である。
　本発明による１つの実施例としての起毛電極について図１を用いて詳細に説明する。
　図１に示すように、起毛電極１０は、伸縮性を有するシート体からなる基材１と、その表面に接合された樹脂層２と、樹脂層２に一端部を挿入するように植設された複数の導電性繊維３とを含む。ここで、導電性繊維３は、隣接する繊維同士が樹脂層２に挿入されていない非挿入部分において互いに電気的に接触し、起毛電極１０内に形成される電極領域の導電率が面内で等方となるような密度で付与されている。ここで、電極領域は、導電性繊維３の非挿入部分が起毛電極１０の主面側に露出している領域であり、例えば、同図中で横方向にｘで示し、高さ方向にｚで示した範囲の領域である。また、上面視でも同様に導電性繊維３が露出している領域である。
　基材１は、伸縮性を有するシート体であれば特に制限はなく、例えば、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維による織物、ウレタンなどの熱硬化性樹脂系のエラストマーによるシート、ブチルゴムなどの合成ゴムによるシート、シリコーンなどの合成高分子化合物によるシートなどを用いることができる。後述するような、静電スプレー法により導電性繊維３を吹き付ける方法によれば、基材１は絶縁性であり得る。
　樹脂層２は、基材１の表面に導電性繊維３を上記したような付与形態とし得る接着剤による層であり、例えば、シリル化ウレタン系の弾性接着剤、アクリルエマルジョンなどのエマルジョン系接着剤などを用いることができる。なお、樹脂層２としては、特に導電性を必要とされておらず、上記したような導電性繊維３による電極領域を得るために好適な材料、例えば基材１に対して接着性の高い材料などを導電性に関係なく選択できる。例えば、基材１とともに樹脂層２として絶縁性材料から選択すれば、導電性材料に比べて材料選択の幅を広げ得て好ましい。
　導電性繊維３は、例えば、カーボンナノファイバー、金属繊維、導電性高分子をコートしたり金属メッキを施したりした化学繊維等を用いることができる。導電性繊維３の線径及び繊維長は、上記したような付与形態とできるように、適宜、選択される。電極領域の導電率や起毛電極１０の変形に対する追従性、生体電極として身体に接触させる場合の柔軟性や快適性等を考慮し、導電性繊維３は、例えば線径を２０μｍ以下、繊維長を０.１ｍｍ以上０.５ｍｍ以下とする針状体となる短繊維であることが好ましい。また、導電性繊維３は、上記したような付与形態を得られるようにするとともに、起毛電極１０に必要とされる伸縮や変形に対して安定して電極として機能するよう、その線径や繊維長に合せて単位面積当たりの本数や基材１に対する傾き(基材１の主面に対する角度)を設定される。
［製造方法］
　次に、本発明による１つの実施例として、起毛工程に噴霧工程を利用した起毛電極１０の製造方法について図２を用いて説明する。
　図２(ａ)に示すように、まず、基材１の上に樹脂層（接着層）２を形成させるための接着剤２ａを塗布し、電極領域をパターニングする。例えば、電極パターンとなる開口部５ａを有するマスク５を置き、その上からスキージ６で樹脂層２となる接着剤２ａを塗り伸ばす。ここで接着剤２ａは基材１上で滲みを発生させないような粘度、例えば１０～４００Ｐａ・ｓとされることが好適である。
　図２(ｂ)に示すように、マスク５を取り除くと、接着剤２ａで電極パターンを形成できる。なお、マスク５の厚さ、すなわち基材１の上に形成される接着剤２ａによる樹脂層２の厚さは導電性繊維３を植設させ得るものであり、例えば、１０～１０００μｍが好適である。なお、接着剤２ａのパターニングにおいては、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法、ディスペンシング法、スプレーコート法、インクジェット法など、他の方法も用い得る。
　図２(ｃ)に示すように、静電スプレー法により導電性繊維３を吹き付ける。すなわち、基材１をアースした電極１１に載置して静電スプレーガン１２との間に電圧を印加した状態で、静電スプレーガン１２から帯電した導電性繊維３を基材１の上に噴霧する。導電性繊維３は飛翔し電気力線１３に沿って電極１１に引き寄せられる。その結果、導電性繊維３は、噴霧による初速と静電気力によって一端部を挿入させて起毛するように厚さを有する接着剤２ａに植設され、又は、電極パターン以外の部分において基材１の上に直接降りかかる。導電性繊維３の接着剤２ａへの挿入部の長さは、電極１１と静電スプレーガン１２との間の電圧を調整して制御可能である。また、導電性繊維３の一端部を樹脂層２に挿入できるものであれば、スプレーコート法や静電植毛法など、他の公知の方法を用いてもよい。
　図２(ｄ)に示すように、硬化工程として、接着剤２ａを乾燥させるなどして硬化させて樹脂層２とし、基材１に飛翔し直接降りかかった導電性繊維３をバキュームクリーナ１４で吸引して除去する。弱粘着ローラーなどを用いて除去してもよい。これによって、導電性繊維３を電極パターン上に植設し電極領域とした起毛電極１０を得ることができる。
　さらに、電極領域としない部分には、導電性繊維３の上から絶縁膜を形成して配線領域としてもよい。すなわち、絶縁シートを圧着したり、絶縁ペーストを塗布して乾燥させたりして絶縁膜を形成する。かかる絶縁膜としては、伸縮性や柔軟性に富むウレタンエラストマーやシリコーン樹脂、ブチルゴム系材料が好適である。
［原理］
　次に、生体電極として起毛電極１０を使用した場合に、伸縮や変形に追従し、導電性を維持する原理について、図３及び図４を用いて説明する。
　図３(ａ)に示すように、初期状態で樹脂層２に一端を挿入された導電性繊維３は、非挿入部で接点Ｃによって電気的に接続している。
　図３(ｂ)に示すように、このような起毛電極１０の上から物体Ｂを押し付けると、起毛電極１０の厚さを小さくする方向に導電性繊維３は傾く。つまり、導電性繊維３は、その他端側を樹脂層２に近づけるように、換言すれば基材１(図１参照)の主面に対する角度を小さくして寝る方向に、その傾きを大きくし、電極領域の厚さを小さくする。この場合でも、より樹脂層２に近づけた位置で接点Ｃを維持し、電気的な接続を維持できる。なお、実際には、導電性繊維３同士は３次元的に複数同士で接触し合っており、面内等方的な電気特性を与えるよう、隣接するいくつかの導電性繊維３同士が複数箇所の接点Ｃを有するよう高い密度で存在することが好ましい。これによれば、基材１及び樹脂層２がいずれも絶縁性であり得る。
　また、図３(ｃ)に示すように、起毛電極１０を基材１(図１参照)の主面に沿った方向に伸ばすと、接点Ｃを有していた導電性繊維３同士の挿入部の距離は離れる。ここで、導電性繊維３の挿入部の最も深い部分と最表面の部分との延伸方向の距離ｄ２は伸縮可能な樹脂層２の伸びに伴い、伸ばされる前の距離ｄ１よりも長くなる。距離ｄ１からｄ２への変形によって、導電性繊維３は基材１の主面に対する角度を小さくよう傾斜する。これにより、導電性繊維３のより先端側(他端側)に接点Ｃを維持し得る。延伸方向の変形によって電極領域内での導電性繊維３の密度は低下されようとするが、一方で厚さ方向に電極領域を薄くする変形によってかかる密度の低下を少なからず相殺し得て、電極領域内での電気的な接続を維持しやすい。
　なお、かかる樹脂層２の伸びに伴う導電性繊維３の角度の変化は、導電性繊維３の挿入部が非挿入部に比べて十分に小さいことで得られ、典型的には、長さの比において２倍以上、つまり、挿入部：非挿入部＝１：２、また、好ましくは１：３～５である。なお、この比が大きすぎると、導電性繊維３は、図３(ｂ)に示すような物体Ｂの押し付け時に形状変化をし、又、抜けやすくなってしまう。
　以上のような原理で、伸縮性を有する起毛電極１０は、身体に押し当てられて生体信号を収集するための生体電極などに使用され得るのである。すなわち、起毛電極１０は、導電性繊維３同士を電気的に接続させた３次元的なネットワークを形成しており、曲面に対して追従して変形させても、また、押し付けによって厚さ方向に変形させても、面内等方の導電性を維持し得て、生体電極としての使用に適する。
　このように、導電性繊維３による電極領域によって導電性を維持できるから、上記したように樹脂層２に導電性を必要とせず、導電性繊維３を好ましい付与形態で植設できるように基材１に対応した樹脂層２の材料選択の幅を広げ得るのである。
　なお、図４(ａ)に示すように、起毛電極１０は、導電性繊維３の基材１の主面に対する角度を小さくしたものとすることもできる。同角度を大きくした起毛電極１０(図１参照)は、押し付けに対する変形によく追従するが、同角度を小さくすることで、基材１の主面に沿った方向への伸長に対して導電性を維持しやすくできる。
　また、図４(ｂ)に示すように、起毛電極１０は、樹脂層２及び導電性繊維３による電極領域の層を積層させることもできる。この場合、導電性繊維３の上に重ねられた樹脂層２’は、その内部にも導電性を有する電極領域を備えることになる。樹脂層２及び２’を積層させたことで厚さ方向への変形により追従しやすくなるとともに、電気的な接続を樹脂層２’内で維持できて、導電性をより安定的に維持できる。
［評価試験］
　次に、起毛電極１０を作製して評価試験を行った結果について、図５乃至図８を用いて説明する。
　図５(ａ１)及び(ｂ１)に示すように、２種類の起毛電極１０ａ及び１０ｂを作製した。すなわち、図５(ａ２)、(ａ３)、(ｂ２)及び(ｂ３)による断面写真及び断面図に示すように、基材１の主面に対する導電性繊維３の角度の小さい起毛電極１０ａと、かかる角度の大きい起毛電極１０ｂを作製した。なお、導電性繊維３としては、線形１７μｍ、長さ０.５ｍｍの銀メッキ繊維を用いた。
　図６(ａ)に示すように、起毛電極１０ａ及び１０ｂの上に導電ゴムＧを押し当てて、電極上をスライドさせたときの起毛電極１０ａ及び１０ｂと導電ゴムＧと間の電気抵抗を測定した。なお、比較例１として基材１にＡｇペーストを塗布して乾燥させた電極、比較例２として銅板電極を用い、同様に導電ゴムＧを押し当てて電極上をスライドさせたときの電気抵抗を測定した。
　図６(ｂ)に示すように、起毛電極１０ａ及び１０ｂにおいては、比較例１及び２に比べて電気抵抗は小さく、その変化も小さく面内等方的に連続的な変化であった。これは、押し当てられた導電ゴムＧの先端部の形状に起毛電極１０ａ及び１０ｂが追従して変形し、導電ゴムＧとの接触点を多く得て接触面積を広くできたためと考えられる。また、導電ゴムＧのスライドに対しても、特に導電性繊維３の変形によって追従性よく変形して、導電ゴムＧとの接触点の数を維持するようにできたものと考えられる。なお、基材１の主面に対する導電性繊維３の角度の大きな起毛電極１０ｂの方が角度の小さな起毛電極１０ａよりも電気抵抗が小さかった。これは、上記したように、導電性繊維３の角度を大きくしたほうが、押し付けに対する変形によく追従するためであると考えられる。
　これに対し、比較例１(Ａｇペースト電極)や比較例２(銅板)では、厚さ方向の形状変化に対する追従性が悪く、押し付けた導電ゴムＧとの接触面積を小さくしてしまう。またこれをスライドさせても、導電ゴムＧの移動に伴う形状変化に追従しづらく、小さな接触面積をさらに減少させるなどして電気抵抗を不連続的に大きく変化させてしまうものと考えられる。
　図７に示すように、起毛電極１０ａ及び１０ｂと、比較例１のＡｇペースト電極をそれぞれ主面に沿った方向に１.５倍に伸ばし、もとに戻す伸縮操作を繰り返し行い、その主面に沿った方向の電極領域の電気抵抗を測定した。比較例１は伸縮操作によって大きく不連続的に電気抵抗が変化した。Ａｇペースト電極は伸ばしたときに電気抵抗が大きくなってしまうことが判る。これに対し、起毛電極１０ａ及び１０ｂはともに伸縮操作による電気抵抗の変化は小さく連続的な変化であり、伸長に対して導電性を良好に維持していることが判る。より詳細には、基材１の主面に対する導電性繊維３の角度の小さい起毛電極１０ａの方が、角度の大きい起毛電極１０ｂよりも電気抵抗の変化が小さかった。上記したように、導電性繊維３の角度を小さくした方が、基材１の主面に沿った方向への伸長に対して導電性をより維持しやすいことが判る。
　図８に示すように、起毛電極１０ａ及び１０ｂと、比較例１のＡｇペースト電極のそれぞれについて洗浄を繰り返し行い、洗浄の回数に対する主面に沿った方向の電極領域の電気抵抗を測定した。比較例１のＡｇペースト電極では、わずか３回の洗浄で電気抵抗を大きく増大させてしまった。洗浄中の電極の曲げ等の形状変化によりＡｇペーストが主面に沿った方向に分断されてしまい、さらには部分的に水流で脱落してしまったと考えられる。対して、起毛電極１０ａ及び１０ｂはともに洗浄による電気抵抗の大きな変化が少なくとも１０回までは観察されなかった。曲げ等の変形に対する樹脂層２の追従性が高く、導電性繊維３の洗浄による脱落が少なかったものと考えられる。
　以上のように、起毛電極１０ａ及び１０ｂによれば、Ａｇペースト電極に比べて、押し付けや延伸といった変形に良好に追従し、導電性を維持できて、生体電極として優れることが判る。
［実施例１］
　図９(ａ)に示すように、上記した製造方法によって起毛電極２０を製造した。起毛電極２０は紙面上方に導電性繊維３による電極領域２１が方形に３つ形成され、電極領域２１のそれぞれから下方に向けて延びる導電性繊維３による配線領域２２が形成される。配線領域２２は、上記したように、導電性繊維３の植設された領域の上から絶縁体からなる絶縁被膜を形成された領域である。配線領域２２の下端には、端子２３が接続されている。
　図９(ｂ)に示すように、起毛電極２０によって心電波形の計測を行ったところ、明瞭な波形が得られ、心電図を得るための生体電極として良好に機能することが確認された。
［実施例２］
　図１０(ａ)に示す起毛電極３０は、スクリーン印刷及び静電植毛を用いて製造されたものである。スクリーン印刷によって基材１に接着剤２ａを塗布し(図２参照)、静電直毛法によって導電性繊維３を植設した。接着剤２ａとしては、ＤＩＣ株式会社製のアクリルエマルジョン(商品名：ボンコート　Ｗ－３８６)を用いた。
　図１０(ｂ)を参照すると、スクリーン印刷に用いたメッシュ３１は、接着剤２ａを厚く塗布できるよう、紗厚を１５５μｍと厚くした線径４０μｍの繊維によるメッシュカウント２００の３Ｄメッシュである。スクリーン版は、メッシュ３１に感光乳剤を５０μｍの厚さで塗布し、乾燥させ、図１０(ｃ)に示すミタニマイクロニクス株式会社製のスクリーンマスクによるポジフィルムを貼り付けて露光させて得た。なお、スクリーン版には、接着剤２ａが版残りしないように溌液コートを施した。
　このように、電極領域(及び配線領域)を形成する電極パターンとなるよう接着剤２ａをスクリーン印刷によって塗布し、導電性繊維３を静電植毛法によって植設しても、導電性繊維３を上記したような付与形態とした起毛電極３０を得られた。
　以上、本発明による実施例、これに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
　１　　基材
　２　　樹脂層
　３　　導電性繊維
１０、１０ａ、１０ｂ、２０、３０　起毛電極

Claims (11)

  1. 　伸縮性を有するシート体の表面を起毛させた起毛電極であって、
    　前記シート体の表面に沿って追従して伸縮可能に与えられた樹脂層と、前記樹脂層にその一端部を挿入された挿入部を有する複数の導電性繊維と、を含み、
    　隣接する前記導電性繊維同士が前記樹脂層への非挿入部において電気的に接触し、且つ、前記導電性繊維の与えられた前記シート体の電極領域の導電率が面内等方となるような密度で前記樹脂層に前記導電性繊維が与えられていることを特徴とする起毛電極。
  2. 　隣接し接点を有する前記導電性繊維同士は前記シート体の伸縮で前記接点を維持するよう前記シート体に対して傾斜することを特徴とする請求項１記載の起毛電極。
  3. 　前記導電性繊維は、前記非挿入部に対して前記挿入部の長さを小とすることを特徴とする請求項２記載の起毛電極。
  4. 　前記導電性繊維の前記非挿入部は、前記挿入部の２倍以上の長さであることを特徴とする請求項３記載の起毛電極。
  5. 　前記導電性繊維の長さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の起毛電極。
  6. 　前記導電性繊維は繊維の表面に導電性のメッキを与えられた針状体であることを特徴とする請求項３記載の起毛電極。
  7. 　前記樹脂層は絶縁体であることを特徴とする請求項１記載の起毛電極。
  8. 　伸縮性を有するシート体の表面を起毛させた起毛電極の製造方法であって、
    　前記シート体の表面に沿って追従して伸縮可能に与えられた樹脂層と、前記樹脂層にその一端部を挿入された挿入部を有する複数の導電性繊維と、を含み、
    　前記シート体の前記表面に接着層を与える工程と、前記表面に向けて前記導電性繊維を飛翔させ前記接着層に一端部を挿入させて起毛させる起毛工程と、前記接着層を硬化させて前記樹脂層を与える硬化工程と、を含み、
    　隣接する前記導電性繊維同士が前記樹脂層への非挿入部において電気的に接触し、且つ、前記導電性繊維の与えられた前記シート体の電極領域の導電率が面内等方となるような密度に前記導電性繊維を与えることを特徴とする起毛電極の製造方法。
  9. 　前記起毛工程は、前記シート体をアースした電極に載置して静電スプレーガンとの間に電圧を印加した状態で、前記静電スプレーガンから帯電した導電性繊維を前記シート体に向けて噴霧する噴霧工程を含むことを特徴とする請求項８記載の起毛電極の製造方法。
  10. 　前記噴霧工程は、前記電圧を調整し、前記導電性繊維の前記非挿入部に対して前記挿入部の長さを小とすることを特徴とする請求項９記載の起毛電極の製造方法。
  11. 　前記噴霧工程は、前記導電性繊維の前記非挿入部を前記挿入部の２倍以上の長さであることを特徴とする請求項１０記載の起毛電極の製造方法。
     
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020121008A (ja) * 2019-01-31 2020-08-13 国立研究開発法人産業技術総合研究所 衣類に配置可能な電極体アレイおよび衣類
JP2020188895A (ja) * 2019-05-21 2020-11-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 心電シート、心電測定電極ユニット、心電電極選択評価回路、心電シートの使用方法及び心電シートの製造方法
JP2022160798A (ja) * 2021-04-07 2022-10-20 住友ベークライト株式会社 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11931175B2 (en) * 2019-12-13 2024-03-19 Ecole De Technologie Superieure In-ear and around-the-ear electroencephalography system with floating electrodes and method thereof
CN115916527A (zh) * 2020-10-07 2023-04-04 Nok株式会社 导电性橡胶布
CN112563443B (zh) * 2020-11-20 2022-08-12 扬州大学 一种柔性电池电极及其制作工艺
JP7066098B1 (ja) * 2020-11-30 2022-05-13 住友理工株式会社 静電型トランスデューサ
CN114073527B (zh) * 2021-11-19 2023-09-26 东南大学 具有屏蔽和静电抑制的非接触柔性电极的心电采集床垫
CN116417567A (zh) * 2023-06-09 2023-07-11 深圳海辰储能控制技术有限公司 正极极片、储能装置及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05137699A (ja) 1991-11-15 1993-06-01 Nippon Koden Corp 生体用電極
JP2011036524A (ja) 2009-08-17 2011-02-24 Nec Corp 生体用電極
JP2012176120A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Terumo Corp 体内水分計
JP2015016166A (ja) 2013-07-11 2015-01-29 日本電信電話株式会社 生体電極
JP2015213607A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 株式会社タニタ 生体情報測定装置用カバー
JP2016212986A (ja) 2015-04-30 2016-12-15 国立大学法人大阪大学 伸縮性導電フィルムおよび伸縮性導電フィルムの製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04121904A (ja) * 1990-09-13 1992-04-22 Fuji Xerox Co Ltd 異方導電体及びその製造方法
CN1091553A (zh) * 1992-11-20 1994-08-31 国家标准公司 电池电极的基质及其制造方法
JPH07130347A (ja) * 1993-10-28 1995-05-19 Ube Nitto Kasei Co Ltd バッテリセパレータ
JP3555693B2 (ja) * 1994-02-17 2004-08-18 日本電池株式会社 非水電解質電池
WO1999062134A1 (fr) * 1998-05-27 1999-12-02 Toray Industries, Inc. Papier de fibres de carbone pour piles a combustible a polymeres solides
JP2005259564A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子発熱体及び該発熱体の製造方法
JP4892910B2 (ja) * 2005-09-29 2012-03-07 東レ株式会社 導電性繊維およびそれを用いてなる繊維製品
JP5557992B2 (ja) * 2008-09-02 2014-07-23 国立大学法人北海道大学 カーボンナノチューブが付着した導電性繊維、導電性糸、繊維構造体およびそれらの製造方法
JP5589593B2 (ja) * 2009-06-29 2014-09-17 ソニー株式会社 生体信号測定用装具
CN102270524A (zh) * 2010-05-21 2011-12-07 中国科学院福建物质结构研究所 基于热塑性透明聚合物的银纳米线透明导电薄膜及其制备方法
ITTO20110297A1 (it) * 2011-04-01 2012-10-02 Torino Politecnico Dispositivo di elettrodo tessile e relativo procedimento di realizzazione
CN102797185B (zh) * 2012-07-10 2014-12-10 东南大学 一种基于碳纤维分布式传感的智能frp复合筋及其规模化生产工艺
CN105308105A (zh) * 2013-06-19 2016-02-03 东洋纺株式会社 绝缘导热片
JP6228086B2 (ja) * 2014-08-28 2017-11-08 日本電信電話株式会社 生体信号取得装置および方法
CN104523267A (zh) * 2015-01-09 2015-04-22 东华大学 一种刺绣绒毛柔性心电电极
JP6597790B2 (ja) * 2015-11-17 2019-10-30 株式会社村田製作所 脈波伝播時間計測装置、及び、生体状態推定装置
CN105679555B (zh) * 2016-01-12 2018-02-23 东华大学 一种三维氨基化碳纳米管阵列/可拉伸纺织纤维电极材料的制备方法
JP7137812B2 (ja) * 2018-01-17 2022-09-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 電気的刺激付与および筋収縮検出可能なデバイスおよび計測システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05137699A (ja) 1991-11-15 1993-06-01 Nippon Koden Corp 生体用電極
JP2011036524A (ja) 2009-08-17 2011-02-24 Nec Corp 生体用電極
JP2012176120A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Terumo Corp 体内水分計
JP2015016166A (ja) 2013-07-11 2015-01-29 日本電信電話株式会社 生体電極
JP2015213607A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 株式会社タニタ 生体情報測定装置用カバー
JP2016212986A (ja) 2015-04-30 2016-12-15 国立大学法人大阪大学 伸縮性導電フィルムおよび伸縮性導電フィルムの製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020121008A (ja) * 2019-01-31 2020-08-13 国立研究開発法人産業技術総合研究所 衣類に配置可能な電極体アレイおよび衣類
JP7137844B2 (ja) 2019-01-31 2022-09-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 衣類に配置可能な電極体アレイおよび衣類
JP2020188895A (ja) * 2019-05-21 2020-11-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 心電シート、心電測定電極ユニット、心電電極選択評価回路、心電シートの使用方法及び心電シートの製造方法
JP7236733B2 (ja) 2019-05-21 2023-03-10 国立研究開発法人産業技術総合研究所 心電シート、心電測定電極ユニット、心電電極選択評価回路、心電シートの使用方法及び心電シートの製造方法
JP2022160798A (ja) * 2021-04-07 2022-10-20 住友ベークライト株式会社 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ
JP7301089B2 (ja) 2021-04-07 2023-06-30 住友ベークライト株式会社 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ
JP2023113964A (ja) * 2021-04-07 2023-08-16 住友ベークライト株式会社 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ
JP7416317B2 (ja) 2021-04-07 2024-01-17 住友ベークライト株式会社 柔軟性シート電極、ウェアラブル生体電極および生体センサ

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