JPS63229302A - 体動検知型センサ−素子 - 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］ 本発明は体動検知型センサー素子に関する。より詳しく
は被検体への装着が容易でかつ被検体の動きを阻害する
ことのなく、安全に体動を検知するセンサー素子に関す
る。

〔従来の技術］ 人体の肘、膝等の屈曲に伴う大きな伸長変形や、呼吸に
よる腹部の動きのように、小さな変形から時には大きな
変形を伴う体動を検知することが必要な場合が医療分野
を中心にある。しかしながら、これまでに体動を検知す
る手段はほとんどなく、わずかに呼吸に伴う腹部の動き
をとらえる用途でいくつかの問題点を残しながら使用さ
れているにすぎない。この場合の呼吸検出手段として１
よ、エアーバッグのついたベルトを胴囲に巻いて空気の
流れをストレーンゲージや圧電素子で検知する差正方式
、体に直接電極をとりつけて、高周波弱電流を流すイン
ピーダンス測定法などがある。前者は、ベルト装着によ
る人体への圧迫感があり、呼吸に伴う体動を阻害しやす
いという欠点を有する。

また、後者のインピーダンス測定法では、電極を体表面
に接着させ、弱電流とはいえ、高周波電流を人体に流す
ため、電気機器から誤って過電流が流れる危険性があり
、かつ心拍の影響を受ける場合があり、正確な体動検知
ができないという欠点がある。このように、体の動きを
阻害せず、安全にかつ手軽に小さな変形から時には大き
な変形を伴う体動を検知できる体動検知型センサーはい
まだ開発されていないのが現状である。一方、人体の肘
や膝などの屈曲部の大きな変位を伴う体動の検出に際し
て、伸長変形によって電気抵抗値が減少する素材を用い
る方法と、伸長変形によって電気抵抗値が増大する素材
を用いる方法の何れかを採用することが考えられる。

しかしながら従来伸長変形によって電気抵抗値が減少す
る性質を有する素材は知られておらず、したがって伸長
変形によって生ずる電気抵抗値の減少をとらえることに
よって被検物、すなわち検査されることになる対象物の
伸長の有無、伸長の量、伸長・圧縮の頻度を検出するこ
とのできる素子も開発されていなかった。

そこで伸長変形によって電気抵抗値が増大する性質を利
用した素子、例えばストレーンゲージを用いて伸長変形
を検出することが考えられる。すなわち、例えばコンス
タンタン、アドバンス、ニクローム等の細い金属線を引
張ると電気抵抗値が増大するのでこの性質を利用してス
トレーンゲージが作られる。しかしこの種の金属線の伸
長率は極めて小さい（１％以下）ため、前記ストレーン
ゲージは被検物の微小変形にしか対応できず、例えば人
体の肘、膝等の屈曲部分のような大きな伸長変形の検出
には用いることができない。

一方被検物の変形を検知する素子として圧電素子や感圧
導電性ゴムを用いた素子が知られている。

しかし圧電素子は機械的歪変形を電圧変化としてとらえ
るものであるが、ストレーンゲージと同様に微小変形の
用途にしか通さない。また後者の感圧導電性ゴムは圧縮
変形に対して電気抵抗値が減少するものであり、伸長変
形に対しては電気抵抗値の低下は生じない。

前述の如〈従来公知の素子は微小な伸長変形にしか用い
ることができないか、あるいは圧縮変形にしか用いるこ
とができない。したがって従来公知の素子では、伸長、
屈曲変形、特に相当量の伸長、屈曲変形をする被検物の
体動の変位量を検出することができず、従ってそのよう
な変位を検出できる体動検知型センサー素子もなかった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、従来公知の素子を用いては、微小変形か
ら大変形にわたって被検体の動きを阻害することなく、
安全にかつ容易に体動を検知する体動検知センサー素子
を実現することができない。

そこで本出願と同一の出願人によって微小変形から相当
量の変形挙動までを電気的に検出するのに用いることが
できるシート状物が提案されている。

例えば、その１番目のシート状物は昭和５９年９月２７
日に「変形導電性高分子エラストマー」の名で出願され
た特願昭５９−２００５７７号（特開昭６１−８０７０
８号）中に記載されたシートであって、絶縁性の高分子
エラストマーに、薄片状の形状をした導電性フィラーを
入れることにより、フィラーの面に平行な方向に伸長し
た際に、伸長方向の導電性が向上するシートである。２
番目のシート状物は昭和６０年３月４日に「変形導電性
編織物」の名で出願された特願昭６０−４１０２４号（
特開昭６１−２０１０４５号）中に記載されたシート状
物であって、そのシート状物は構成する糸の交絡部分お
よび交絡部分間についての電気導通性又は電気絶縁性が
下記の条件を満たすように形成されていることによって
任意の方向に伸長を加えた場合にその電気抵抗値が変化
する変形導電性編織物である。即ち、■　編織物の所定
の面積中における全交絡部分の中で、電気的に絶縁状態
にある交絡部分の数を！１とし、電気的に導通状態にあ
る交絡部分の数を！、２とした場合にその比ｆ、＃！、
の値が−平方インチ当りの測定値で１７９以上であるこ
と；■　前記編織物を構成するそれぞれの糸の長手方向
一定長での隣り合う複数の交絡部分間について、電気的
に絶縁状態である交絡部分の数をｍ。

とし、電気的に導通状態である交絡部分間の数をｍ２と
した場合に、その比ｍ、／ｍ２の値が１インチ当りの測
定値で１７９以上であること。

前述のようなシート状物の任意の２点に電極をとり付け
、電極間のシート状物を伸長すればシート状物の重陽間
の電気抵抗が減少するので、その減少の有無および減少
の程度を２個の電極間で測定すれば被検物の伸長の有無
および伸長の程度を把握することができる。又これらシ
ート状物、特に後者の変形導電性編織物は相当量の伸長
変形をすることができるので、微小変形から相当量の変
形をする被検物の伸長屈曲挙動、すなわち伸長屈曲の有
無、伸長屈曲の量、伸長屈曲を伴う圧縮の頻度等を検出
することができる。

以下の説明において前記シート状物を伸長導電シートと
称し、伸長導電シートに電極を取りつけた素子を伸長導
電素子と称する。

しかしながら、このように構成された伸長導電素子は、
被検体に取付けて使用する際に下記のような問題点を有
する。

即ち、伸長導電素子の電極に検出回路端子をつなぐ際、
少なくとも２個以上の電極をつなぐ必要があるため、測
定に緊急を要する場合や、乳幼児のＸ線撮影のように短
時間に行なわなければならない場合等に、操作性が不十
分であった。

本発明は、本発明の出願人によってさきに提案された伸
長導電素子を被検体に取着して体動を検出する際の問題
点を解決して、被検体への装着が容易であり、被検体の
動きを阻害することなく、安全にかつ確実に微小変位か
ら大変位にわたる体動を検知することができる体動検知
型センサー素子を提供することを口約とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、伸長によって電気抵抗値が変化する伸
長導電シートからなり、これの少なくとも２個所に電極
を設けてなる伸長導電素子であって、前記各電極の検出
回路装置に接続されるべき端部が、相互に至近距離を保
って配置されていることを特徴とする伸長導電素子によ
って達成される。

本発明者らは、前述した従来にない優れた特性を有する
伸長導電シートを、体動検知型センサー素子として応用
した結果、感度良く体動を検知することができたが、＃
電極を検出回路端子に接続する際、複数の電極をつなぐ
必要があり、操作性が不十分であることがわかった。こ
れを解決すべく鋭意検討を進めた結果、本発明に至った
。

本発明の第１の特徴は、検出回路装置に接続される電極
端部が相互に至近距離の領域内に集合している点にある
。

ここでいう電極とは、機能の面から一般的には３つの構
成部位に分かれる。即ち、電極の端部に位置し、伸長導
電シートと電気的に接続可能な手段を有する電極端部（
以下、素子側電極端部と略称）、電極の他の端部に位置
し、検出回路装置の端子と電気的に接続可能な手段を有
する電極端部（以下、検出側電極端部と略称）、前記２
つの端部の中間に位置し、素子側電極端部と検出側電極
端部を電気的につなぐ電極部（以下、中間電極部と略称
）とからなるが、これは機能面で分がれるのであって、
長さの面では、各部位の境界が不明確である場合がある
。

次に、検出側電極端部が至近距離を保って配置されてい
るとは、伸長導電素子に少なくとも２つ以上具わってい
る電極の、検出側電極端部が、−回の操作で検出回路装
置の端子と接続するのに十分な位置的に狭い範囲に集合
することをいう。

図を用いて、更に詳細に検出側電極端部の集合について
説明する。

第１〜３図は、本発明の体動検知型センサー素子の例で
ある。

第１図に示す第１実施例においては、伸長導電。

シート１の両端には導電性樹脂層１４によって左右二つ
の重臣２の素子側端部３が接合されている。

導電！ｇ８２は、屈曲性を有するヘースフィルム２ａと
これの片面に印刷された導電層２ｂからなり、中間電極
部４の先端に検出回路装置の端子に接続されるべき端部
５を具えている。両方の電極２の中間電極部４同士は両
面粘着テープ１６によって相互に背中合わせに接合され
、その検出側端部５の上面に設置された銅板１５が電極
端部の表裏面に出るように固定されている。この構成に
よって、伸長導電素子の両電極２は、検出回路装置側の
端子（図示しない）に、鰐口クリップ型コネクター６を
用いて１回の操作で接続可能となり、操作性が向上する
。なお図において、符号１１は作用伸度設定用シート、
１２は伸長導電素子を被検体に取付けるためのサージカ
ルテープであり、１３はその離型紙である。この例にお
いては、伸長導電シート１跨ぐ方の左側の電極２の中間
電極部４が、自由に屈曲可能な素材から構成されている
ので、伸長導電素子の変形が阻害されることがなく好ま
しい。

第２図の例においては、接合された両電極２の検出側電
極端部５同士が剛性を有する絶縁性の補強板２７、例え
ばアクリル板を介して固定されているので、電極端部の
変形がなく、これを検出回路装置の端子に接続された雌
型コネクター６に対する謹型コネクターとして使用する
ことが可能であり、１回の差し込み操作で接続すること
ができる。

第３図の例においては、両電極２は平面的に並列されて
配置されている。各検出側電極端部５には導電性ゴムか
らなる断面が半月形の柱状体３８が固定され、互いに対
面するように設置されている。そして柱状体の間には柱
状体３８よりも背の低いプラスチック磁石３９が配置さ
れている。これに対応して検出回路装置側の端子には、
同じく導電性ゴムからなるシート部材３７の上にプラス
チック磁石３６を接合したコネクター６を使用し、両者
を磁力によって１操作で接続可能とすることができる。

なお、第２図及び第３図の例においては、電極２とサー
ジカルテープ１２とが、両面粘着テープ１６によって接
合されている。この結果、測定時には電極２はサージカ
ルテープ１２を介して被検体に固定されることになるが
、これにより体動以外の外乱応力、例えば検出回路装置
の端子から出ているリード線から直接に伸長導電シート
に伝播する力が、この固定部において被検体に吸収され
、体動の検出精度が向上する。

又、電極がサージカルテープを介さず接着剤や粘着テー
プ等で直接に被検体に固定されてもよい。

電極の固定される部分は前述の素子側電極端部、検出側
電極端部、中間電極部のいずれに属していてもよいし、
２つ以上の構成部位にわたって被検体に固定されていて
もよい。

以上のように、伸長導電素子を用いた体動検知型センサ
ー素子の電極の検出側電極端部を１ケ所に集合すると、
体動検知型センサー素子を被検体に装着する際の操作性
が非常に向上する。

以下、本発明に用いる電極について、更に詳細に説明す
る。

まず、素子側電極端部について記す。素子側電極端部が
有する伸長導電シートに電気的に接続可能な手段には、
伸長導電シートに固着する方式（以下、固着方式と略称
）と脱着可能な方式（以下、脱着方式と略称）とがある
。

固着方式の素子側電極端部は、真ちゅう、銅などからな
る金属製の鳩目やスナップボタン、リベット圧着端子な
どによる圧着、導電性樹脂層による接着、金属線での編
製などにより電極を伸長導電シートに取り付けて、電気
的導通を実現させるものであるが固着可能なものであれ
ばこれに限るものではない。尚、ここでいう導電性樹脂
層とは、通常よく用いられるエポキシ系、アクリル系、
エステル系などのプラスチック系接着剤をはじめ、ウレ
タン系、ラテックス系などの接着剤、または熱溶融型の
ポリマー、例えばポリエステル系、ポリアミド系樹脂な
どを基材とし、それに通常５〜５０体積％の範囲内で適
当量の導電性フィラーを混入した導電性樹脂からなる層
である。ここでい・う導電性フィラーとは、ニッケル、
銅、鉄、アルミニウム、金、銀、などの金属もしくはそ
れらの合金もしくは導電性カーボンなどからなり、形状
としでは粉末もしくは短繊維状である。特に基材の樹脂
がゴム状弾性を示す場合に、伸長導電シートの変形によ
って亀裂などが入ることなく柔軟に追随し、電気的接触
不良を防げたり、人体に異物感や不快感を与えることが
なく好ましい。

また脱着方式の素子側電極端部としては、磁石の磁力、
鰐口クリップなどバネによる挟持、気圧差、接着剤の粘
着力、織成ファスナーなどの繊維のからみを利用したも
のが挙げられる。

また素子側電極端部は、間隔をあけて設けられておれば
よく、その間隔、位置、個数、形状等は、用途、使用方
法によって適宜選択すれば良い。

次に検出側電極端部が有する検出回路装置との接続可能
な手段は、検出回路装置の端子の様式に合せた形となる
。即ち、検出回路の端子が鰐口クリノブなどの挾持する
方式の場合は、銅板や真ちゅう板などの金属板がはんだ
付などの手段により先述の中間電極部に接続されている
様式が好ましい。その他に、先述の素子側電極部の脱着
方式に記述したすべての方式が適用される。また通常電
線の接続に使われるコネクターでも良い。

中間電極部は、素子側電極端部と検出側電極端部間を電
気的に接続するものであるから、導電性を有する素材で
あれば、形状、大きさなどは特に限定されない。

中間電極部に必要な導電性とは、伸長導電性シートの抵
抗値変化の情報を十分に検出回路装置に伝える程度の導
電性であり、素子側電極端部と検出側電極端部との間で
の電気抵抗値が１０’Ω以下である必要があり、１０３
Ω以下であることが好ましく、１０Ω以下であることが
更に好ましい。

次に本発明でいう伸長導電シートは、先に〔発明が解決
しようとする問題点〕で記述したものであるが、伸長導
電シートに、伸長性を有する絶縁性の補強材を一部もし
くは全部埋没させるかまたは接着させて構成して用いて
もよい。このように補強された伸長導電シートを用いれ
ば、センサー・素子として使用する場合に、伸長くり返
し後の導電性能の低下および物理的な破損が著しく改善
されることになる。

また、伸長導電素子の抵抗値の変化する範囲を設定する
ために、本出願人により「作用伸度設定型伸長導電素子
」の名で出願された作用伸度設定機構を有していても良
い。また、本出願人により「対被検物絶縁型伸長導電素
子」の名で出願された少なくとも片面が絶縁状態に形成
されている伸長導電素子であってもよい。

以下、実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明
の体動検知型センサー素子は、これら実施例や先の図面
に示すもののみに限定されるものでないことは明らかで
ある。

〔実施例〕

旭化成工業■製のポリエステル繊維糸条からなるタフタ
（経５０　ｄ　／２４　ｆ　、緯７５ｄ　／３６　ｆ　
）を水酸化ナトリウム水溶液（８０ｇ／ｌ、１００’Ｃ
で減量加工（減量率２０％）し、５ｎ（Ｊ！２：塩酸が
３：１０、　　の重量比の浴中で感受性化し、水洗脱水
後、ＰｄＣ１ｚ：塩酸が重量比１：１５の浴中で活性化
し、水洗脱水後ＮｉＣ１！、ｚ　’　６ＨｚＯ、ＮａＨ
ＰＯｚ、クエン酸ナトリウム、ＮＨＡＣｊ２、アンモニ
ア水がｌ：ｌ：３：２：２の重量比の浴中９０°ＣＸ２
分処理して、Ｎ１メッキエステルタフタを作製した。こ
れをＩＯＣＴＩＩＸｌｏｃｍの大きさのサンプルになし
、２重円筒形の層流発生装置（内側の円筒が高速回転、
外筒の内径２５ｃｍ、内筒の外径１０ｃｍ）に水と一緒
に入れ、内筒回転速度２０Ｏｒｐｍで、３００分処理し
て伸長導電性織物を得た。

次に、市販ウレタン系エラストマー樹脂（溶媒ＤＭＰ　
、固形分１０−ｔ％）を９０μｍ、３００μｍゲージで
それぞれ離形紙にコーテイング後１００°ｃ×３　ｍｔ
ｎ乾燥させ、生乾きの状態でこのシート状の伸長導電性
シートの両面にそれぞれ４ｋｇ／ｃｍの圧力で１１０°
Ｃで熱接着転写し、１００°ＣＸ３０分乾燥させ、伸長
導電性シートを得た。

次に伸長導電性シートを１　ｃｍ巾Ｘ５ｃｍ長にバイア
ス方向に裁断し、両端から１ｃｍ長を銅板ではさ・み、
２０％伸長することにより、電気抵抗値を測定したとこ
ろ、両端の銅板間で伸長前後で４．５×１０Ｉ０Ωから
６０Ωに抵抗値が変化した。

次に、伸長導電シートの両端から１ｃｍにカーボン系導
電性樹脂を塗布し、伸長導電シートの一端にｌ　Ｃ１１
Ｘ　３　ｃｍのフレキシブルプリント回路（３５μｍＦ
Ｊのポリエステルベースフィルムに、Ａｇ系導電層と熱
融着ポリマーを積層）の端部を、他端に１　ｃｍ　Ｘ　
３　ｃｍのフレキシブルプリント回路の端部を接着した
。さらに各々のフレキシブルプリント回路の伸長導電シ
ートとの接着側でない方の端からｌ　ｃｍにＣｕメッキ
タフタを熱融着した。

次に、漏電防止用の２枚の絶縁紙（重なり部分にシリコ
ン樹脂をスプレーしたもの）を接着した。

また、サージカルテープを取り付けた。

次に、２枚のフレキシブルプリント回路の端部をそろえ
て両面粘着テープで固定し、第１図に示す本発明の体動
検知型センサー素子、試料Ｎ０８１を作製した。

次に、試料Ｎｏ、１用の検出回路装置の端子として、樹
脂製鰐口クリップの内側に２枚のＣｕ板を接着したもの
を作製した。

次に、試料Ｎｏ、１と同様にして伸長導電シートにフレ
キシブルプリント回路を取りつけ、さらに、２枚のフレ
キシブルプリント回路の間（端部から１、５　Ｃｎｌ　
）に、アクリル板（厚さ１ｍｍ）をはさみ、両面粘着テ
ープでアクリル板と２枚のフレキシブルプリント回路を
接着した。さらに、フレキシブルプリント回路とサージ
カルテープを両面粘着テープで固定し、第２図に示す本
発明の試料Ｎｏ、　２を作製した。尚、試料Ｎｏ、２用
の検出回路装置の端子として、樹脂製コネクター（内側
にＣｕ板を挿入）を作製した。

次に、第３図のように、フレキシブルプリント回路の端
部に鉄製の半円状リングを接着剤で接着し、内側にそれ
より厚みの薄い樹脂製マグネットを取り付け、本発明の
試料Ｎｏ、３を作製した。尚、第３図（ａ）は、試料Ｎ
ｏ、３の断面図、（ｂ）は平面図である。また、さらに
、試料Ｎｏ、３用の検出回路装置の端子として、樹脂製
マグネットと鉄、製の半円状リングを貼り合わせたもの
を作製した。

これらの体動検知型センサー素子試料Ｎｏ、１〜３を、
体動検知のため被検体の腹部に装着した後、電極と検出
回路装置の端子を接続する操作を行なったところ、−回
の容易な操作で複数の電極と検出回路装置の端子を接続
することができ、操作性が非常に良かった。即ち、試料
Ｎｏ、１では、鰐口クリップで電極をはさむ一回の操作
、Ｎｏ、２では、コネクターに電極をさしこむ一回の操
作Ｎｏ、３では、電極と検出回路装置の端子を接触させ
る（電極と検出回路装置の端子が磁力で引き合い接続す
る）−回の操作で、複数の電極と検出回路装置の端子を
接続することができた。これらの操作は非常に簡単で短
時間で行なうことができ、安全性も高く、且つ、電気的
接続が確実であるという点で信頼性の高い操作である。

尚、試料を回路（抵抗・電圧変換回路）につなぎ、ノ、
トレージスコープで波形を観察した結果、いずれも微少
変形から大変形にわたる体動が、被検体の自由運動を阻
害することなく検出できた。

〔発明の効果〕

未発明による体動検知センサー素子は、前述の如く構成
されているので、従来公知のセンサー素子を用いては行
うことのできない、微小変形から大変形にわたる体動の
検出を、被検体の体動を阻害することなく、安全に、容
易に、且つ確実に行うことができる。これによって、本
発明センサー素子は呼吸の周期を検知するＮＭＲ−ＣＴ
、　Ｘ線ＣＴなどのＣＴ用呼吸同期センサーや肺機能検
査装置〔新生児の無呼吸症、特に未熟児に対する呼吸管
理、または、呼吸波形を記録して、肺活量、流速（波形
の勾配から算出して末梢肺機能を検査する）から肺機能
を調べることを目的とする〕などの医療用センサーとし
て使える。また、万歩計として、肘や膝などに貼りつけ
て歩行数を検知するセンサー、筋力増強やシエイプアッ
プを目的とした各種トレーニング器具（曲げや伸びを伴
う）の回数や屈曲度などのレベルを検知するスポーツト
レーニング用センサーや、手袋の指部分に取付けて歯の
動きに直に対応したフィンガースイッチ用として　　。

用いることができる。さらに、人体の間接部などの機能
回復を目的として、伸長度や屈曲度を検知するリハビリ
テーション用器具に用いられる。また、しん帯の再建手
術時にしん帯を接合する適切な位置と張力を知るための
センサーや股縫合術後の伸長の許容範囲を知るためのセ
ンサーとして用いられるなど応用範囲は広い。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、本発明の体動検知型センサー素子の概略
図を示し、第１．２図、第３図の（ａ）は側面断面図を
、第３図（ｂ）は上から見た平面図である。 ■・・・伸長導電シート、　２・・・電極、２ａ・・・
ベースフィルム、２ｂ・・・導電層、３・・・素子側電
極端部、　４・・・中間電極部、５・・・検出側電極端
部、　６・・・コネクター、１１・・・作用伸度設定用
シート、 １２・・・サージカルテープ、 １３・・・離型紙、　　　　１４・・・導電性樹脂、１
５・・・銅板、　　　　　１６・・・両面粘着テープ、
２７・・・補強板、　　　３８・・・柱状体、３９・・
・プラスチック磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、伸長によって電気抵抗値が変化する伸長導電シート
   からなり、これの少なくとも２個所に電極を設けてなる
   伸長導電素子であって、前記各電極の検出回路装置に接
   続されるべき端部が、相互に至近距離を保って配置され
   ていることを特徴とする体動検知型センサー素子。 ２、前記各電極端部が両面粘着テープ又は接着剤層を介
   して互いに接着固定されている特許請求の範囲第１項に
   記載された体動検知型センサー素子。 ３、前記各電極端部が剛性を有する補強部材を介して互
   いに固定されている特許請求の範囲第１項に記載された
   体動検知型センサー素子。 ４、前記各電極端部が柱状体をなして互いに並列して配
   置されると共に、その中間に前記柱状体よりも背の低い
   磁性部材が設けられている特許請求の範囲第１項に記載
   された体動検知型センサー素子。