JPH03186247A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、生体の動脈内の圧脈波を、その生体の皮膚上
から動脈に向かって圧力検出素子を押圧することにより
検出する脈波検出装置に関するものである。

従来の技術 生体の動脈内の圧脈波を、その生体の皮膚上から動脈に
向かって圧力検出素子を押圧することにより検出する脈
波検出装置の一種に、圧力検出素子が形成された半導体
基板の一面を生体の皮膚に押圧する形成のものがある。

たとえば、実開平１−４３９０５号に記載された脈波検
出装置がそれである。

発明が解決すべき課題 ところで、上記従来の脈波検出装置によれば、検出対象
からの圧力が伝播されたときに歪が生じるように半導体
基板の一部に薄肉部が形成され、この薄肉部に形成され
た半導体歪ゲージにより圧力が電気信号に変換され、圧
力信号として出力されるようになっている。しかし、半
導体基板の一面に形成された圧力検出素子を生体の皮膚
に押圧した状態で圧力検出が継続される際において、圧
力に変動がないのにも拘わらず、時として圧力信号波形
のオフセットが急変したり或いは外来光に感応して圧力
信号が変動する不都合があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、脈波検出中において圧力信号
波形の急変のない脈波検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を遠戚するため、本発明者等は種々検討を行
うとともに確認試験を重ねた結果、生体に発生する静電
気が圧力信号に影響することを見出した。本発明はかか
る知見に基づいて為されたものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、感圧素子が一
面に形成された半導体基板を備え、その半導体基板の一
面を生体の皮膚に押圧することにより、その皮膚下に位
置する動脈から発生する圧脈波を検出する脈波検出装置
において、導電性材料から成るシールド層を前記半導体
基板の一面に設けたことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、感圧素子が形成されている半導体基
板の一面に導電性材料から威るシールド層が設けられる
ので、半導体基板の押圧面が静電シールドされる。この
ため、生体に生じる静電気の影響を受は難くなって、圧
力信号のオフセットが急変したり或いは外来光に感応し
て圧力信号が変動することが解消される。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の一実施例である脈波検出装置を示す
断面図である。ハウジング１０は、樹脂製であって全体
として容器状を威し、長手方向の側面の基本形状が三日
月状に形成されているとともに、底壁の幅方向中間部が
長手方向に沿って所定形状に突き出した形状とされてい
る。このようなハウジング１０は、その開口端がたとえ
ば手首などの生体の一部においてその表面１２に対向す
る状態で装着バンド１４により着脱可能に取り付けられ
るようになっている。

減速ギアユニット２２をハウジング１０に固定するため
に、断面り字形の樹脂製の支持プレート２４がねじ部材
２３により減速ギアユニット２２に固定されており、そ
の−面から突き出す一対のブラケット２６（一方のみ図
示）がねじ部材２５によりハウジング１０の相対向する
側壁１８に固着されている。減速ギアユニット２２は、
第１歯車３０と噛み合う第２歯車３２と、第２歯車３２
と同軸に固定された第３歯車３４と、第３歯車３４と噛
み合う第４歯車３６と、第４歯車３６と同軸に固定され
た第５歯車３８と、第５歯車３８と噛み合う状態で駆動
モータ４０の出力軸４２に固定された第６歯車４４とを
金属製の枠部材２８内にそれぞれ回転可能に備えている
。上記第１歯車３０は、枠部材２８に嵌め着けられた樹
脂製の軸受４６を貫通した送りねじ４８の一端部に固定
されている。これにより、送りねじ４８と駆動モータ４
０とが作動的に連結され、駆動モータ４０により送りね
じ４８が回転駆動されるようになっている。なお、上記
駆動モータ４０は、枠部材２８に固定されている。

ハウジング１０の端部には、偏心軸受５０を嵌め着ける
ための穴５２が形成されており、前記送りねじ４８の他
端部はその偏心軸受５０により支持されている。これに
より送りねじ４８は、回転可能な状態でハウジング１０
の幅方向中央に位置させられている。この偏心軸受５０
の回転位置が変更されることにより、偏心穴５８に嵌合
された送りねじ４８の他端部が第２図中上下および左右
方向に変位させられるようになっている。

押圧装置６６番よ、送りねじ４８に螺合された螺合部材
６８およびその螺合部材６８の下側にダイヤフラム７０
を介して固定された角筒状部材７２とから構成されてい
る。そして、ダイアフラム７０の中央部には、脈波セン
サ７４が固定されている。上記螺合部材６８とダイアフ
ラム７０とによって圧力室７６が形成されるので、この
圧力室７６に図示しない圧力調節装置から所定の圧力が
供給されると、上記脈波センサ７４が圧力室７６の圧力
に応じた押圧力で生体の表面１２に向かって押圧される
ようになっている。脈波センサ７４の押圧面７８には、
後述のように、半導体歪抵抗や感圧ダイオード等の複数
の圧力検出素子が配列された半導体基板が設けられてお
り、駆動モータ４０により駆動されることにより脈波セ
ンサ７４が動脈８０の真上に位置させられるとともに、
動脈８０の壁の一部が平坦になるように押圧された状態
で、動脈８０から心拍に同期して発生する圧脈波が検出
されるようになっている。

上記脈波センサ７４は、第１図に詳しく示すように、導
体が積層配線され且つ裏面に増幅用ＩＣ８２およびマル
チプレクサ用ＩＣ８４などが固着されてケース部材８６
の開口に嵌め着けられたセラミック基板８８と、セラ果
ツク或いは樹脂などの電気的絶縁材料から構成され且つ
スルーホールなどによって表裏に配線されてセラミック
基板８８に重ねた状態でケース部材８６の開口に嵌め着
けられた支持プレート９０と、その支持プレート９０の
中央部に固着されることにより支持されているセンサ本
体９２とを備えている。このセンサ本体９２は、第３図
の斜視図にも示すように、比較的剛性の高い材料から構
成されているバックアツプ板９６と、このバックアツプ
板９６の表面に接着された半導体基板９８とから構成さ
れている。

上記バックアツプ板９６と半導体基板９日とは、エポキ
シ樹脂或いはシリコンゴムなどにより好適に接着される
。上記バックアツプ板９６は、石英ガラス製或いは半導
体基板９８と同じ半導体製の厚内板などが用いられる。

なお、熱膨張差の影響を除去するためには、半導体基板
９８と同じ半導体製のバックアツプ板９６の上にシリコ
ンゴムを用いて半導体基板９８を接着するのが最も好ま
しい組み合わせである。

本実施例では、半導体基板９８はシリコン単結晶板であ
り、第３図に示すように、その中央部には、接触圧を検
知するための複数の感圧素子１００が一方向に沿って配
列されている。本実施例の脈波検出装置は、上記感圧素
子１００が動脈８０の真上に位置し且つそれらの配列方
向が動脈８０と直交する姿勢で、脈波センサ７４が押圧
されるようになっている。５００μｍ乃至１５００ｕｍ
の厚みとされることにより剛性が高められているバック
アツプ板９６には、支持プレート９０およびセラもツク
基板８８の中央穴を通して半導体基板９８の裏面（非押
圧側の面）に大気圧を導くための貫通穴１０２が設けら
れている。半導体基板９８は、３００５クロン程度の厚
みを備えており、その裏面に長手状の凹陥部が形成され
ることにより、厚みが数乃至十数ξクロンの薄肉部１０
６が形成されている。第４図に示すように、上記薄肉部
１０６には、半導体基板９８の厚みよりも低い高さを備
え且つ上記長手状の凹陥部を横断する突条１０８が一定
の間隔で複数本形成され、上記薄肉部１０６の突条１０
８の間に位置する部分において前記感圧素子１００が複
数設けられているのである。

上記突条１０Ｂの高さは、クロストークを防止するため
に適宜決定される。

第４図は、半導体基板９８の押圧面を正面から見た図で
あり、上記突条１０８の間の薄肉部１０６に配設されて
いる感圧素子１００の構成を示している。図においては
１つの感圧素子１００についての配置および接続構造が
示されている。４つの歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ、
１１０ｃ、１１０ｄは、たとえば所定の不純物の拡散或
いは注入などの良く知られた半導体製造手法を用いて形
成されている。また、上記４つの歪抵抗素子１１Ｏａ、
１１０ｂ、１１０Ｃ１１１０ｄの電橋を構成するための
導体１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄも、所定
の不純物の拡散或いは注入などの良く知られた半導体製
造手法を用いて形成されている。上記歪抵抗素子１１０
ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄおよび導体１１２ａ
、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄにより構成された電橋
は、それが配設されている薄肉部１０６に加えられた歪
に対応した電気信号を発生するので、１つの感圧素子１
００を構成しているのである。なお、上記歪抵抗素子１
１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄおよび導体１１
２ａ、、１１２ｂ、１１２ｃ。

１１２ｄは、半導体基板９８の不純物濃度を局所的に高
めることにより構成されているので、通常は目視できな
い。

第１図に戻って、前記増幅用ＩＣ８２およびマルチプレ
クサ用ＩＣ８４とセラミック基板８８との間、セラミッ
ク基板８８と支持プレート９０との間、および半導体基
板９８と支持プレー）９０との間は、ボンディングワイ
ヤ１１４によって相互に接続されている。そして、上記
半導体基板９８の上には、エポキシ樹脂やシリコン樹脂
などにより構威された絶縁保護層１１６がコーティング
されることにより、ボンディングワイヤ１１４の接続部
分が保護されている。また、その絶縁保護層１１６の上
には、導電性シリコンゴムから成るシールド層１１Ｂが
全面的にコーティングされることにより、前記感圧素子
１００が静電シールドされている。このシールド層１１
Ｂは、接地されているケース部材８６と銅箔１２０を介
して接続されることにより接地電位とされているのであ
る。

上記シールド層１１Ｂは、たとえば２０Ω／　ｃｍ　”
程度のシート抵抗値を備えたものである。また、絶縁保
護層１１６およびシールド層１１８の厚みは半導体基板
９日上において２００μ以下であるので、圧力検出に支
障が出ないようになっている。

以上のように構威さ、れた脈波検出装置が生体の動脈８
０上に装着され、図示しない起動操作釦が操作されると
、図示しない制御回路が押圧装置６６を制御して、動脈
８０に平坦部が形成される程度にか脈波センサ７４を押
圧させ且つその状態を維持する。そして、この状態で動
脈８０から発生する圧脈波が感圧素子１００により検出
されるとともに、図示しない測定回路において、最適位
置に位置する感圧素子１００から出力される圧力信号に
基づいて動脈８０内の血圧が決定されるのである。

本実施例においては、前述のように、半導体基板９８が
シールド層１１８によって静電シールドされているので
、生体の表面１２に押圧されている状態において、生体
の静電気が発生しても、圧力信号波形に急激なオフセッ
ト変化が発生したり或いは外来光に感応して圧力信号が
変動することが好適に防止される。シールド層１１８が
設けられていない状態において、静電気が加えられると
、何故に圧力信号のオフセット変化や光感応現象が発生
するかは、ＭＯＳＦＥＴと類似の効果であろうと推定さ
れるが、正確には不明である。しかし、本発明者等の実
験によれば、シールド層１１８が設けられていない従来
の構造の脈波センサに対して、−２０ｋＶの静電気を５
０ｍｍ１隔した電極から付与することにより、生体の表
面１２に押圧されていたときと同様の圧力信号波形のオ
フセット変化および光感応現象を再現できた。そして、
前述の実施例のようにシールド層１１８が設けられてい
る脈波センサ７４に対して同様の実験をしたところ、上
記圧力信号波形のオフセット変化および光感応現象は見
られなかったのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例においては、導電性シリコンゴ
ムにより成るシールド層１１８によって半導体基板９８
の押圧面側が静電シールドされていたが、前記銅箔１２
０に電気的に接続されて金属薄膜や導電性プラスチック
シートが前記絶縁層ｇｌＪｉｉｌ１６の表面或いは内部
に固着されていてもよいのである。上記金属薄膜や導電
性プラスチックシートの材質、硬さ、厚みは、圧力検出
に支障がないように決定される。

また、半導体基板９８自体の押圧面に、チタン、クロム
などの導電性薄膜を２酸化シリコンや窒化膜のような絶
縁層を介して形成し、その導電性薄膜を接地電位とする
ことにより、静電シールドが行われてもよいのである。

この場合には、半導体基板９８の押圧面全体ではなく、
ボンディングワイヤ１１４をボンディングするためのパ
ッドを除いて導電性薄膜が形成される必要があるが、少
なくとも前記感圧素子１００が覆われるように形成され
ればよいのである。上記導電性薄膜の材質、厚みも、圧
力検出に支障がないように決定される。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその目的を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図の脈波センサを詳しく示す断面図であ
る。第２図は、本発明の一実施例の脈波検出装置を示す
縦断面を示す図である。第３図は、第２図の脈波センサ
に含まれるセンサ本体を示す斜視図である。第４図は、
第３図の半導体基板の−面に設けられる感圧素子の構造
を説明する図である。 ８ ：半導体基板 ００ ：感圧素子 １１８：シールド層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 感圧素子が一面に形成された半導体基板を備え、該半導
   体基板の一面を生体の皮膚に押圧することにより、該皮
   膚下に位置する動脈から発生する圧脈波を検出する脈波
   検出装置において、 導電性材料から成るシールド層を前記半導体基板の一面
   に設けたことを特徴とする脈波検出装置。