JP7207027B2

JP7207027B2 - 生体電極、及び生体信号測定装置

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Publication number: JP7207027B2
Application number: JP2019042915A
Authority: JP
Inventors: 省吾泊; 渉山田; 聞多井戸; 正須藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: JP2020142008A

Description

本発明は、生体電極、及び生体信号測定装置に関する。

生体信号を検出するため部材として、生体電極がある。
例えば、特許文献１には、樹脂に金属粒子を含有させた弾性体で構成され、人体に密着させて使用される生体電極が開示されている。
また、特許文献２には、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合樹脂）に炭素繊維を含有させた生体電極が開示されている。

特開２０１８－１１９３１号公報特開２０１８－３３７６９号公報

本発明の課題は、生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料と１種のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極を提供することである。

前記課題を達成するための手段は、以下の態様が含まれる。
＜１＞
生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料とＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極。
＜２＞
前記生体接触部が、前記２種以上のカーボンブラックとして、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ未満の第一のカーボンブラックと、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ以上の第二のカーボンブラックと、を含有する＜１＞に記載の生体電極。
＜３＞
前記第一のカーボンブラックと、前記第二のカーボンブラックと、のＤＢＰ吸油量差（絶対値）が、７０ｃｍ^３／１００ｇ以上４００ｃｍ^３／１００ｇ以下である＜２＞に記載の生体電極。
＜４＞
前記第一のカーボンブラックと、前記第二のカーボンブラックと、のＤＢＰ吸油量差（絶対値）が、１００ｃｍ^３／１００ｇ以上３００ｃｍ^３／１００ｇ以下である＜３＞に記載の生体電極。
＜５＞
前記第二のカーボンブラックの含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して１０質量部以上３０質量部以下であり、かつ前記第一のカーボンブラックおよび前記第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５０質量部以上７０質量部以下である＜２＞～＜４＞のいずれか１項に記載の生体電極。
＜６＞
前記第二のカーボンブラックの含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して15質量部以上２５質量部以下であり、かつ前記第一のカーボンブラックおよび前記第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５５質量部以上６５質量部以下である＜５＞に記載の生体電極。
＜７＞
前記生体電極の生体接触部の体積抵抗率が１×１０^５Ω・ｃｍ以下である＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の生体電極。
＜８＞
前記生体電極の生体接触部のゴム硬度が、３０°以上６０°以下である＜１＞～＜７＞のいずれか１項に記載の生体電極。
＜９＞
前記ゴム材料が、シリコーンゴムである＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載の生体電極。
＜１０＞
＜１＞～＜９＞のいずれか１項に記載の生体電極を備え、生体信号を測定する生体信号測定装置。
＜１１＞
前記生体信号が脳波である＜１０＞に記載の生体信号測定装置。

＜１＞に係る発明によれば、生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料と１種のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。
＜２＞に係る発明によれば、生体と接触する生体接触部に、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ未満のカーボンブラックが２種以上含む場合、又は、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ以上のカーボンブラックが２種以上含む場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。
＜３＞、又は＜４＞に係る発明によれば、第一のカーボンブラックと第二のカーボンブラックとのＤＢＰ吸油量差（絶対値）が、７０ｃｍ^３／１００ｇ未満である場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。
＜５＞、又は＜６＞に係る発明によれば、第二のカーボンブラックの含有量が、ゴム材料１００質量部に対して１０質量部未満若しくは３０質量部超え、又は、第一のカーボンブラックおよび第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５０質量部未満若しくは７０質量部超えである場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。

＜７＞に係る発明によれば、生体電極の生体接触部の体積抵抗率が１×１０^５Ω・ｃｍ超えである場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。
＜８＞に係る発明によれば、生体電極の生体接触部のゴム硬度が、３０°未満又は６０°超えである場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。
＜９＞に係る発明によれば、ゴム材料がイソプレン、ブチルゴム等である場合に比べ、生体安全性が高く、精度良く生体信号を測定する生体電極が提供できる。

＜１０＞に係る発明によれば、生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料と１種のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極を備える場合に比べ、精度良く生体信号を測定する生体信号測定装置が提供できる。
＜１１＞に係る発明によれば、生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料と１種のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極を備える場合に比べ、精度良く生体信号として脳波を測定する生体信号測定装置が提供できる。

本実施形態に係る生体電極の一例を示す概略斜視図である。本実施形態に係る生体電極の他の一例を示す概略斜視図である。本実施形態に係る生体信号測定装置の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の一例である実施形態について説明する。

＜生体電極＞
本実施形態に係る生体電極は、生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料とＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する。
ここで、本実施形態に係る生体電極は、生体と接触する生体接触部が、少なくとも上記構成であればよく、電極全体が上記構成を有する部材であってもよい。

本実施形態に係る生体電極は、上記構成により、精度良く生体信号を測定する。その理由は、次の通り推測される。

脳波、心拍、脈拍等の生体信号を測定するために、生体の皮膚表面から流れる微弱電流を測定する生体電極が使用されている。そして、生体信号を精度良く測定するためには、生体電極の少なくとも生体接触部は、低抵抗であり、生体に対する動的追随性（つまり、生体に対する密着性）が求められる。

ここで、生体電極の生体接触部の低抵抗化を実現するためには、導電剤として、ＤＢＰ吸油量が高いカーボンブラックを配合することが有効である。
しかし、ＤＢＰ吸油量が高いカーボンブラックは、強補強剤としても機能するため、生体接触部のゴム硬度が高くなる。それにより、生体に対する生体接触部の密着性、つまり、生体に対する動的追随性も低くなり、生体信号の検出精度が低下することがある。
一方で、ＤＢＰ吸油量が低いカーボンブラックを配合すると、カーボンブラック間の距離が抵抗に寄与するほどの距離に至らないため低抵抗化が実現され難い。そのため、生体信号の検出精度が低下することがある。なお、ＤＢＰ吸油量が低いカーボンブラックは、低補強剤であるため、生体接触部のゴム硬度の変化が少ない。

そこで、本実施形態に係る生体電極では、少なくとも生体接触部を、導電性を有し、ゴム材料とＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックとを含有する構成とする。
ＤＢＰ吸油量が異なるカーボンブラックを混合することにより、ＤＢＰ吸油量が大きいカーボンブラック間にＤＢＰ吸油量が小さいカーボンブラックが入り、低抵抗化が実現される。
その一方で、ＤＢＰ吸油量が高いカーボンの補強剤としての効果を低減させ、ゴム硬度を抑える。
それにより、生体接触部の導電性を確保しつつ、過度なコム硬度の上昇を抑え、生体への密着性（つまり、生体に対する動的追随性）が高くなる。
また、ＤＢＰ吸油量が高いカーボンブラックは、分散性が低く、抵抗のバラツキが大きくなる傾向があるが、ＤＢＰ吸油量が小さいカーボンブラックを配合することで、バラツキが小さくなる。

以上から、本実施形態に係る生体電極は、精度良く生体信号を測定すると推測される。

以下、本実施形態に係る生体電極の詳細について説明する。

本実施形態に係る生体電極は、例えば、図１に示すように、シート状の生体電極が例示される。
シート状の生体電極は、例えば、層状の生体接触部の単層構造体が例示される。一方で、シート状の生体電極は、基材と基材上に設けられた層状の生体接触部とを有する２層以上の構造体であってもよい。つまり、生体電極は、その全体を生体接触部で構成された構造体であってもよいし、生体接触部と、生体接触部以外の部材（例えば、生体接触部を支持する基材等）とを有する構造体であってもよい。

なお、本実施形態に係る生体電極の形状は、特に制限はなく、用途に応じて、選択される。例えば、生体電極は、基材と基材の表面に設けられた複数の突起状の生体接触部とで構成された構造体（図２参照）であってもよい。

ここで、図１～図２中、１０は生体電極、１２は生体接触部、１４は基材を示す。

次に、本実施形態に係る生体電極の生体接触部の構成について説明する。なお、単に、生体接触部と称して説明する。

生体接触部は、ゴム材料と、カーボンブラックと、を含む。生体接触部は、その他添加剤を含んでもよい。

－ゴム材料－
ゴム材料としては、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エピクロルヒドリン－エチレンオキシドゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、塩素化ポリイソプレン、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム、水素化ポリブタジエン、ブチルゴム、シリコーンゴム等、又は、これらの２種以上の混合材料が挙げられる。なお、ゴム材料には、エラストマーも含む。
これらの中でも、ゴム材料としては、生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エピクロルヒドリン(ＥＣＯ)ゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴムが好ましく、ウレタンゴム、シリコーンゴムがより好ましい。特に、シリコーンゴムは、生体安全性が高く好ましい。

－カーボンブラック－
カーボンブラックは、ＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックを適応する。
ＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックのうち、低抵抗化および生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、少なくとも２種のカーボンブラックが、ＤＢＰ吸油量７０ｃｍ^３／１００ｇ以上４００ｃｍ^３／１００ｇ以下（好ましくは１００ｃｍ^３／１００ｇ以上３００ｃｍ^３／１００ｇ以下の範囲で異なることが好ましい。

具体的には、低抵抗化および生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、ＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックとして、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ未満（好ましくは５０ｃｍ^３／１００ｇ以上２００ｃｍ^３／１００ｇ未満）の第一のカーボンブラックと、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ以上（好ましくは２００ｃｍ^３／１００ｇ以上５００ｃｍ^３／１００ｇ未満）の第二のカーボンブラックと、を適用することが好ましい。

そして、同観点から、第一のカーボンブラックと、第二のカーボンブラックと、のＤＢＰ吸油量差（絶対値）は、７０ｃｍ^３／１００ｇ以上４００ｃｍ^３／１００ｇ以下が好ましく、１００ｃｍ^３／１００ｇ以上３５０ｃｍ^３／１００ｇ以下がより好ましく、１００ｃｍ^３／１００ｇ以上３００ｃｍ^３／１００ｇ以下がさらに好ましく、１５０ｃｍ^３／１００ｇ以上３００ｃｍ^３／１００ｇ以下が特に好ましい。
なお、第一のカーボンブラック、第二のカーボンブラックを各々２種以上併用する場合、ＤＢＰ吸油量差（絶対値）は、各々のカーボンブラックの、含有量についての加重平均値の差とする。

第一のカーボンブラックとしては、ＤＢＰ吸油量２８ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（アサヒサーマル、旭カーボン（株）製）、ＤＢＰ吸油量６３ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（旭＃５０Ｕ、旭カーボン（株）製）、ＤＢＰ吸油量７５ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（旭＃７０L、旭カーボン（株）製）、ＤＢＰ吸油量１３０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（＃３０３０Ｂ、三菱ケミカル（株）製）、ＤＢＰ吸油量１７５ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（＃３０５０Ｂ、三菱ケミカル（株）製）等が挙げられる。
第二のカーボンブラックとしては、ＤＢＰ吸油量２２０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック（旭Ｆ－２００ＳＨＳ、旭カーボン（株）製）、ＤＢＰ吸油量３００ｃｍ^３／１００ｇのケッチェンブラック（ＥＣＰ２００Ｌ、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）、ＤＢＰ吸油量３６５ｃｍ^３／１００ｇのケッチェンブラック（ＥＣ３００Ｊ、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）、ＤＢＰ吸油量４９５ｃｍ^３／１００ｇのケッチェンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）等が挙げられる。

ここで、ＤＢＰ吸油量は、カーボンブラック１００ｇに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）の量を示すものであり、ＡＳＴＭ（アメリカ標準試験法）Ｄ２４１４－６ＴＴに定義される値である。

カーボンブラック（例えば、第一および第二のカーボンブラック）としては、酸化処理によりその表面に酸素含有官能基（カルボキシル基、キノン基、ラクトン基、水酸基等）が形成された酸化処理カーボンブラックであることがよい。酸化処理カーボンブラックは、カーボンブラックを高温雰囲気下で空気と接触、反応させる空気酸化法、常温下で窒素酸化物やオゾン等と反応させる方法、高温下での空気酸化後、低温下でオゾン酸化する方法等により得られる。

カーボンブラック（例えば、第一および第二のカーボンブラック）のｐＨとしては、２以上１０以下が好ましく、５以上９以下がより好ましい。
カーボンブラックのｐＨは、２０℃の水１０００ｍｌにカーボンブラック５０ｇを加えた水溶液のｐＨであり、ＪＩＳＺ８８０２（２０１１）規定のｐＨ測定方法によって測定される値である。
なお、２種以上のカーボンブラックを併用した場合、カーボンブラックのｐＨは含有量についての加重平均値とする。

カーボンブラック（例えば、第一および第二のカーボンブラック）の平均一次粒径としては、分散性の観点から、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。

カーボンブラックの平均一次粒径は、次の方法により測定される。
測定対象となる生体接触部をミクロトームにより切断して、２００ｎｍの厚さの測定サンプルを採取し、本測定サンプルをＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察する。そして、カーボンブラックの一次粒子５０個の径（最大径）を測定して、その平均値を平均一次粒径とする。

カーボンブラック全体（例えば、第一および第二のカーボンブラックの合計）の含有量は、低抵抗化および生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、ゴム材料１００質量部に対して、４０質量部以上８０質量部以下が好ましく、５０質量部以上７０質量部以下がより好ましい。

特に、同観点から、カーボンブラックのうち、第二のカーボンブラックの含有量は、ゴム材料１００質量部に対して１０質量部以上３０質量部以下が好ましく、１５質量部以上２５質量部以下がより好ましい。
また、第二のカーボンブラックの含有量は、第一のカーボンブラックおよび第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５０質量部以上７０質量部以下であることが好ましく、５５質量部以上６５質量部以下であることがより好ましく、

ただし、低抵抗化および生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、第二カーボンブラックの含有量は、第一のカーボンブラックおよび第二のカーボンブラックの合計に対して、１０質量％以上８０質量％以下、１０質量％以上７５質量％以下、１０質量％以上７０質量％以下、１０質量％以上５０質量％以下の範囲も挙げられる。

なお、生体電極部の低抵抗化および生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上が図れれば、カーボンブラック以外の電子伝導性導電剤、イオン伝導性導電剤、導電性ポリマー等の導電材を含んでもよい。

－その他添加剤－
その他添加剤としては、例えば、発泡剤、難燃剤、劣化防止剤、整泡剤、各種充填剤等が挙げられる、
発泡剤としては、例えば、ベンゼンスルホニルヒドラジド、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ’－ジニトロソペンタメチレンテトラミンやこれらの混合物等が挙げられる。
難燃剤としては、例えば、トリスクロロエチルホスフェート、トリスクロロプロピルホスフェート等のリン酸エステル系化合物等が挙げられる。
劣化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤等の紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系等の光安定剤等が挙げられる。
整泡剤としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル等のシリコーン系界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。
各種充填剤としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム等が挙げられる。
なお、その他添加剤としては、上記以外にも、軟化剤、可塑剤、硬化剤、酸化防止剤、界面活性剤、カップリング剤、充填剤（シリカ、炭酸カルシウム等）等の、コム材料に添加され得る材料が挙げられる。

また、その他添加剤としては、次の添加剤も挙げられる。
ゴム材料の加硫剤としては、例えば、硫黄または２，４，６－トリメルカプト－s－トリアジン、６－メチルキノキサリン－２，３－ジチオカルバメート等のハロゲン基を引き抜いて加硫する加硫剤が挙げられる。
ゴム材料の加硫促進剤としては、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジカルバミン酸塩系、キサントゲン酸塩等挙げられる。これらは、単独もしくは、２種以上が併用されてもよい。その他、酸化亜鉛、ステアリン酸などの公知のゴム配合材料を加えることができる。

シリコーンゴムの架橋のための白金触媒としては、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とアルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン化合物との反応物、塩化白金酸とビニル基含有シロキサンとの反応物、白金－オレフィン錯体、白金－ビニル基含有シロキサン錯体等の白金系触媒、ロジウム錯体及びルテニウム錯体等の白金族金属系触媒などが挙げられる。また、これらの触媒をアルコール系、炭化水素系、シロキサン系溶剤に溶解・分散させたものを用いてもよい。

また、付加硬化型のシリコーン樹脂を用いる場合には、付加反応制御剤を添加してもよい。この付加反応制御剤は、溶液中及び塗膜形成後の加熱硬化前の低温環境下で、白金触媒が作用しないようにするためのクエンチャーとして添加するものである。具体的には、３－メチル－１－ブチン－３－オール、３－メチル－１－ペンチン－３－オール、３，５－ジメチル－１－ヘキシン－３－オール、１－エチニルシクロヘキサノール、３－メチル－３－トリメチルシロキシ－１－ブチン、３－メチル－３－トリメチルシロキシ－１－ペンチン、３，５－ジメチル－３－トリメチルシロキシ－１－ヘキシン、１－エチニル－１－トリメチルシロキシシクロヘキサン、ビス（２，２－ジメチル－３－ブチノキシ）ジメチルシラン、１，３，５，７－テトラメチル－１，３，５，７－テトラビニルシクロテトラシロキサン、１，１，３，３－テトラメチル－１，３－ジビニルジシロキサン等が挙げられる。

光硬化を行う方法としては、（メタ）アクリレート末端やオレフィン末端を有している樹脂を用いるか、末端が（メタ）アクリレート、オレフィンやチオール基になっている架橋剤を添加するとともに、光によってラジカルを発生させる光ラジカル発生剤を添加する方法や、オキシラン基、オキセタン基、ビニルエーテル基を有している樹脂や架橋剤を用い、光によって酸を発生させる光酸発生剤を添加する方法が挙げられる。

光ラジカル発生剤としては、アセトフェノン、４，４’－ジメトキシベンジル、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾフェノン、２－ベンゾイル安息香酸、４，４’－ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’－ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、４－ベンゾイル安息香酸、２，２’－ビス（２－クロロフェニル）－４，４’，５，５’－テトラフェニル－１，２’－ビイミダゾール、２－ベンゾイル安息香酸メチル、２－（１，３－ベンゾジオキソール－５－イル）－４，６－ビス（トリクロロメチル）－１，３，５－トリアジン、２－ベンジル－２－（ジメチルアミノ）－４’－モルホリノブチロフェノン、４，４’－ジクロロベンゾフェノン、２，２－ジエトキシアセトフェノン、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン、２，４－ジエチルチオキサンテン－９－オン、ジフェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）、１，４－ジベンゾイルベンゼン、２－エチルアントラキノン、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２－ヒドロキシ－２－メチルプロピオフェノン、２－ヒドロキシ－４’－（２－ヒドロキシエトキシ）－２－メチルプロピオフェノン、２－イソニトロソプロピオフェノン、２－フェニル－２－（ｐ－トルエンスルホニルオキシ）アセトフェノンを挙げることができる。

熱分解型のラジカル発生剤を添加することによって硬化させることもできる。熱ラジカル発生剤としては、２，２’－アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチルバレロニトリル）、２，２’－アゾビス（２－メチルブチロニトリル）、４，４’－アゾビス（４－シアノバレン酸）、２，２’－アゾビス（メチルプロピオンアミジン）塩酸、２，２’－アゾビス［２－（２－イミダゾリン－２－イル）プロパン］塩酸、２，２’－アゾビス（４－メトキシ－２，４－ジメチルバレロニトリル）、２，２’－アゾビス（シクロヘキサン－１－カルボニトリル）、１［（１－シアノ－１－メチルエチル）アゾ］ホルムアミド、２，２’－アゾビス［２－メチル－Ｎ－（２－ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］、２，２’－アゾビス［Ｎ－（２－プロペニル）－２－メチルプロピオンアミド］、２，２’－アゾビス（Ｎ－ブチル－２－メチルプロピオンアミド）、ジメチル－２，２’－アゾビス（イソブチレート）、４，４’－アゾビス（４－シアノペンタン酸）、ジメチル－２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオネート）、ベンゾイルパーオキシド、ｔｅｒｔ－ブチルヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルパーオキシド、ジ－ｔｅｒｔ－アミルパーオキシド、ジ－ｎ－ブチルパーオキシド、ジメチル－２，２’－アゾビス（２－メチルプロプロネート）、ジクミルパーオキシド等を挙げることができる。

光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、Ｎ－スルホニルオキシイミド、オキシム－Ｏ－スルホネート型酸発生剤等を挙げることができる。

－生体接触部の特性－
生体接触部の体積抵抗率は、低抵抗化と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、１×１０^５Ω・ｃｍ以下が好ましく、１×１０^３Ω・ｃｍ以下がより好ましい。
生体接触部の体積抵抗率は、次に示す方法により測定された値である。
生体接触部からシート状の測定試料を採取し、その測定試料に対し、ＪＩＳＫ６９１１（１９９５）に従って、測定治具（Ｒ１２７０２Ａ／Ｂレジスティビティ・チェンバ：アドバンテスト社製）と高抵抗測定器（Ｒ８３４０Ａデジタル高抵抗／微小電流計：アドバンテスト社製）とを用い、電場（印加電圧／組成物シート厚）が１０００Ｖ／ｃｍになるよう調節した電圧を３０秒印加した後、その流れる電流値より、下記式を用いて算出する。
体積抵抗率（Ωｃｍ）＝（１９．６３×印加電圧（Ｖ））／（電流値（Ａ）×測定試料厚（ｃｍ））

生体接触部のゴム硬度は、生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、２０°以上８０°以下が好ましく、３０°以上６０°以下がより好ましく、３５°以上５５°以下がさらに好ましい。
生体接触部のゴム硬度は、ショアーＡ硬度である。ショアーＡ硬度は、ＪＩＳＫ６２５３－３（２０１２年）に準拠する。具体的には、デュロメータータイプＡで、サンプル押針し１５秒後の数値をゴム硬度（つまりショアーＡ硬度）として測定する。

生体接触部における生体接触面の表面粗さＲｚは、生体への密着性の向上と共に、生体信号の測定精度向上の観点から、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上４０μｍ以下がより好ましい。
帯電部材の表面における表面粗さＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１－１９９４の十点平均粗さＲｚである。
表面粗さＲｚは、表面粗さ測定機（東京精密社製サーフコム１４００Ａ）を用い、カットオフ０．８ｍｍ、測定長４．０ｍｍ、トラバーススピード０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で、測定対象物の３か所を測定し、その平均値を算出する。

生体接触部は、発泡体で構成されていてもよいし、非発泡体で構成されていてもよい。

－生体接触部の製造方法－
生体接触部の製造方法は、特に制限はない。
生体接触部は、例えば、ゴム材料（例えば、未加硫のゴム材料）、カーボンブラック、およびその他添加剤等を含む混合物を、押出成形機等により押出成形して製造する。
また、生体接触部は、例えば、予め成形したシート状の素材に対して、型等によって目的とする形状に成形してもよいし、ショットブラスト、サンドブラスト、液体ブラスト等のブラスト処理等により、目的とする形状に成形してもよい。

－生体電極の用途－
生体電極は、例えば、脳波、心拍、脈拍等の生体信号を測定する生体測定装置の電極として適用される。
具体的には、生体電極は、例えば、１）生体（例えば人体）の耳の外耳道に挿入される脳波測定用の生体電極、２）脳波測定用の生体電極であって、耳掛け部分に設けられる生体電極、３）生体（例えば人体）の、頭部の額又は全体に設置される脳波測定用の生体電極、４）生体（例えば人体）の、腕、足、胸部又は腹部に設置される脈拍測定用の電極（又は心拍測定用の電極）等に適用される。

（生体信号測定装置）
本実施形態に係る生体信号測定装置は、生体信号を測定する装置であって、上記本実施形態に係る生体電極を備える。

例えば、図３に示すように、本実施形態に係る生体信号測定装置１０１は、生体電極１０と、生体電極１０を保持する保持部材２０と、生体電極１０で得られた生体の生体信号（例えば、脳波、脈拍、心拍等の信号）を処理するための生体信号処理部２２と、生体信号に関する情報を含む各種情報を表示する表示部２４と、生体信号測定装置１０１に操作情報等を入力するための入力部２６と、処理された信号を外部装置に送信する通信インターフェース２８と、装置１０１の各部を制御する制御部３０と、を備えている。

保持部材２０は、例えば、生体（例えば人体）の耳の外耳道に挿入される脳波測定用、耳掛け部分に設けられる脳波測定用、生体（例えば人体）の、頭部の額又は全体に設置される脳波測定用、又は、生体（例えば人体）の、腕、足、胸部又は腹部に設置される脈拍測定用（若しくは心拍測定用）等の用途に応じた形状の部材とする。

生体信号処理部２２は、例えば、信号増幅回路等の各種処理回路で構成される。
表示部２４は、例えば、液晶ディスプレイ等で構成される。表示部２４は、タッチパネル方式を採用して、入力部２６として機能してもよい。
入力部２６は、ポインティングデバイス（マウス等）、キーボード、ボタン等の各種入力機器で構成される。
通信インターフェース２８は、外部装置（生体信号測定用のパーソナルコンピュータ、携帯端末）と通信するためのインターフェースであり、たとえば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

制御部３０は、図示しないが、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ストレージ、および入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を備え、各構成がバスを介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵは、ＲＯＭまたはストレージからプログラムを読み出し、ＲＡＭを作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵは、ＲＯＭまたはストレージに記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。
ＲＯＭは、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭは、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。
ストレージは、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）またはフラッシュメモリにより構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。

本実施形態に係る生体信号測定装置は、その構成に制限はなく、測定する対象の生体信号に応じた構成が採用される。また、生体信号測定装置は、測定した生体信号に関する情報を表示せず、測定した生体信号を外部装置にのみ送信する端末装置であってもよい。

本実施形態に係る生体信号測定装置は、例えば、
１）生体（例えば人体）の耳の外耳道に挿入される、生体電極を有する測定部を備える脳波測定装置
２）生体電極を有する耳掛け形状とした測定部を備える脳波測定装置
３）生体（例えば人体）の、頭部の額又は全体に設置される、生体電極を有する測定部を備える脳波測定装置
４）生体（例えば人体）の、腕、足、胸部又は腹部に設置される、生体電極を有する脈拍測定装置（又は心拍測定装置）
等が例示される。

本実施形態に係る生体信号測定装置は、生体電極が低抵抗で、生体に対する生体電極の密着性（具体的には動的追随性）が高く、精度良い生体信号の測定が実現される観点から、生体信号として脳波を測定する脳波測定装置に適している。

以下、実施例および比較例を挙げ、本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
ジメチルシロキサンユニット９９．８２５ｍｏｌ％、メチルビニルシロキサン単位０．１５ｍｏｌ％ジメチルビニルシロキサンユニット０．０２５ｍｏｌ％からなり、平均重合度が約５０００であるゴム状オルガノポリシロキサン１００部に、ＤＢＰ吸油量３６０ｃｍ^３／１００ｇケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）：２０部と、ＤＢＰ吸油量１３０ｃｍ^３／１００ｇのカーボンブラック３０３０Ｂ（三菱ケミカル（株）製）：４０部と、ヒュームドシリカ２部と、カップリング剤１．０部と、を加圧ニーダーで混合し、ベースコンパウンドを作製した。
次に、上記ベースコンパウンドに硬化剤としてＣ－８Ａ（信越化学工業社製）１．５部添加したコンパウンドを、厚さ２ｍｍの金型で１６５℃×１５分成形した後、２００℃で４時間処理し、ゴムシートを得た。
このゴムシートを裁断し、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍの生体電極とした。

＜実施例２～１０、比較例１～２＞
表１に従って、カーボンブラックの種類及び量（部数）を変更した以外は、実施例１と同様にしてゴムシートを得た。そして、得られたゴムシートを生体電極とした。

＜評価＞
（各種特性値）
得られた生体電極の下記特性を既述の方法に従って測定した。
・体積抵抗率（ｌｏｇΩｃｍ）
・ゴム硬度（ショアーＡ硬度）（°）
・生体接触面の表面粗さ（μｍ）

（生体電極評価）
得られた生体電極を使用し、次の通り、生体電極評価を実施した。周波数は、脳波のα波が８Ｈｚ～１４Ｈｚに特異的なピークを持つことから評価は、１０Ｈｚの交流電圧信号を生体電極に発信し、入力と出力の差異を評価した。入力(リファレンス)の交流電圧信号は生体電極を介さずに測定した。
生体電極(ゴムシート)を接続せず、（株）ニューロスカイ製ＭｉｎｄＷａｖｅＭｏｂｉｌｅとファンクションジェネレーター（ヒューレットパッカード社製３３１２０Ａ１５ＭＨｚｆｕｎｃｔｉｏｎ／任意波形発生器）を接続する。接続方法は、ファンクションジェネレーターとニューロスカイ(株)製ＭｉｎｄＷａｖｅＭｏｂｉｌｅへの入力側には、生体電極が接続できるようワニ口クリップで接続し、ニューロスカイ(株)製ＭｉｎｄＷａｖｅＭｏｂｉｌｅからのＲＥＦとＧＮＤのそれぞれはワニ口クリップの端子を出力側としてファンクションジェネレーターに接続する。ファンクションジェネレーターより１０μＶ、１０Ｈｚの交流電圧信号を発信しリファレンスの波形を測定し、波形データは、ＰＣに出力する。次に生体電極をファンクションジェネレーター出力とニューロスカイ(株)製ＭｉｎｄＷａｖｅＭｏｂｉｌｅの間に接続し、ファンクションジェネレーターより１０μＶ、１０Ｈｚの交流電圧信号を発信し生体電極(ゴムシート)の波形を測定する。このとき、生体電極(ゴムシート)に接続するワニ口クリップの間隔は１０ｍｍとする。生体電極(ゴムシート)接続時の電圧波形の１サイクルのピークピーク値５０サイクル分の平均値と、リファレンスの電圧波形１サイクルのピークピーク値５０サイクル分の平均値の差分の割合で生体電極の有無での差異を評価した。

そして、生体電極の有無での差異を次の基準で評価した。
Ａ（◎）：レファレンスとの平均値の差分の割合が±０．５％以内
Ｂ（〇）：レファレンスとの平均値の差分の割合が±１．０％以内
Ｃ（△）：レファレンスとの平均値の差分の割合が±１．５％以内
Ｄ（×）：レファレンスとの平均値の差分の割合が±１．５％から外れる

上記結果から、本実施例の生体電極は、比較例の生体電極に比べ、精度良く、生体信号としての脳波が測定されることがわかる。

各例で使用するカーボンブラックの詳細は、次の通りである。
・アサヒサーマル：カーボンブラック、旭カーボン（株）製、ＤＢＰ吸油量２８ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝８０ｎｍ
・旭＃５０Ｕ：カーボンブラック、旭カーボン（株）製、ＤＢＰ吸油量６３ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝７０ｎｍ
・＃３０３０Ｂ：カーボンブラック、三菱ケミカル（株）製、平均一次粒径＝５５ｎｍ
・ＦＸ３５：カーボンブラック、デンカ（株）製、ＤＢＰ吸油量２２０ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝２６ｎｍ
・ＥＣＰ２００Ｌ：ケッチェンブラック、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、ＤＢＰ吸油量３００ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝３５ｎｍ
・ＥＣ３００Ｊ：ケッチェンブラック、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、ＤＢＰ吸油量３６０ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝３９．５ｎｍ
・ライオナイトＣＢ：カーボンブラック、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、ＤＢＰ吸油量３７８ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝２８ｎｍ
・ＨＳ５００：カーボンブラック、旭カーボン（株）製、ＤＢＰ吸油量５００ｃｍ^３／１００ｇ、平均一次粒径＝３８ｎｍ

１０生体電極
２０保持部材
２２生体信号処理部
２４表示部
２６入力部
２８通信インターフェース
３０制御部
１０１生体信号測定装置

Claims

生体と接触する生体接触部であって、導電性を有し、ゴム材料とＤＢＰ吸油量が異なる２種以上のカーボンブラックとを含有する生体接触部を有する生体電極。
前記生体接触部が、前記２種以上のカーボンブラックとして、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ未満の第一のカーボンブラックと、ＤＢＰ吸油量が２００ｃｍ^３／１００ｇ以上の第二のカーボンブラックと、を含有する請求項１に記載の生体電極。
前記第一のカーボンブラックと、前記第二のカーボンブラックと、のＤＢＰ吸油量差（絶対値）が、７０ｃｍ^３／１００ｇ以上４００ｃｍ^３／１００ｇ以下である請求項２に記載の生体電極。
前記第一のカーボンブラックと、前記第二のカーボンブラックと、のＤＢＰ吸油量差（絶対値）が、１００ｃｍ^３／１００ｇ以上３００ｃｍ^３／１００ｇ以下である請求項３に記載の生体電極。
前記第二のカーボンブラックの含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して１０質量部以上３０質量部以下であり、かつ前記第一のカーボンブラックおよび前記第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５０質量部以上７０質量部以下である請求項２～請求項４のいずれか１項に記載の生体電極。
前記第二のカーボンブラックの含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して１５質量部以上２５質量部以下であり、かつ前記第一のカーボンブラックおよび前記第二のカーボンブラックの合計８０質量部に対して５５質量部以上６５質量部以下である請求項５に記載の生体電極。
前記生体電極の生体接触部の体積抵抗率が１×１０^５Ω・ｃｍ以下である請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の生体電極。
前記生体電極の生体接触部のゴム硬度が、３０°以上６０°以下である請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の生体電極。
前記ゴム材料が、シリコーンゴムである請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の生体電極。
請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の生体電極を備え、生体信号を測定する生体信号測定装置。
前記生体信号が脳波である請求項１０に記載の生体信号測定装置。