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1. WO2020080297 - 生体センサおよびその製造方法

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明 細 書

発明の名称 生体センサおよびその製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0003   0004   0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016  

発明の効果

0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089  

実施例

0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125  

符号の説明

0126  

先行技術文献

特許文献

0127  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1A   1B   2A   2B   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 生体センサおよびその製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、生体センサおよびその製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 従来、生体表面に貼付されて使用される貼付型の生体センサが知られている。例えば、柔軟なポリマー材料からなる第1層と、第1層より硬い第2層と、データ取得用モジュールとを厚み方向に順に備える生体適合性ポリマー基板が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0003]
 生体センサには、生体に貼付したときに優れた装着感が求められる。
[0004]
 例えば、生体センサにおける各部材が柔軟であれば、優れた装着感が得られ、また、各部材の面積が小さければ、優れた装着感が得られる。
[0005]
 特許文献1の生体適合性ポリマー基板の第2層は、大面積であり、比較的硬いため、装着感が損なわれるという不具合がある。
[0006]
 また、特許文献1の生体適合性ポリマー基板のデータ取得用モジュールは、第2層に比べて小面積であるものの、硬質の材料を含むため、硬く、さらに厚いため、装着感が損なわれるという不具合がある。
[0007]
 本発明は、部材の圧縮弾性率、厚みおよび平面積を考慮して、優れた装着感を付与できる生体センサを提供する。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明者らは、基材に配置される部材の圧縮弾性率Eおよび厚みTから得られる剛性Kに着目し、部材の剛性Kおよび平面積Sが所望の関係式を満足すれば、優れた装着感を生体に付与できることを見出し、本発明をするに至った。
[0009]
 本発明[1]は、下記式(1)で表される剛性Kが3.0N・mm 以下である基材と、前記基材の第1の主面に配置され、所定以上の剛性を有し、かつ下記式(2)を満足する部品とを備える、生体センサを含む。
[0010]
[数1]


 式(1)において、Eは、単位がMPaである23℃の圧縮弾性率、Tは、単位がmmである厚みである。式(2)において、Kは、前記式(1)で示され、単位がN・mm である剛性、Sは、単位がcm である平面積である。
[0011]
 この生体センサでは、基材の剛性Kが十分に低く、また、一定程度の剛性を持つ部品が式(2)を満足して、平面積Sに応じた剛性Kを有するので、生体への優れた装着感を付与することができる。
[0012]
 本発明[2]は、前記部品は、前記基材に実装される実装部品と、前記実装部品を封止する封止部品とを備え、前記実装部品は、10[cm ]以下の平面積S1と、1.0×10 -2[N・mm ]以上の剛性K1とを有し、前記封止部品が、15[cm ]以上の平面積S2と、3.0[N・mm ]以下の剛性K2とを有する、(1)に記載の生体センサを含む。
[0013]
 この生体センサでは、実装部品は、剛性K1が高い一方で、平面積S1が小さいため、装着感が損なわれることがなく、また、封止部品は、平面積Sが大きい一方で、剛性K2が低いため、装着感が損なわれることがない。そのため、生体への優れた装着感を付与することができる。
[0014]
 本発明[3]は、下記式(1)で示される剛性Kが3.0N・mm 以下である基材と、所定以上の剛性を有し、かつ下記式(2)を満足する部品とを準備する第1工程と、前記基材の第1の主面に、前記部品を配置する第2工程とを備える、生体センサの製造方法を含む。
[0015]
[数2]


 式(1)において、Eは、単位がMPaである23℃の圧縮弾性率、Tは、単位がmmである厚みである。式(2)において、Kは、前記式(1)で示され、単位がN・mm である剛性、Sは、単位がcm である平面積である。
[0016]
 この生体センサの製造方法では、第1工程で、剛性Kが十分に低い基材と、一定程度の剛性を有し式(2)を満足する部品を準備し、第2工程で、部品を基材に配置することにより、優れた装着感を生体に付与できる生体センサを製造することができる。

発明の効果

[0017]
 本発明の生体センサの製造方法およびそれにより得られる生体センサは、優れた装着感を生体に付与する。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1A] 本発明の生体センサの一実施形態を示す平面図である。
[図1B] 本発明の生体センサの位置実施形態を示す断面図である。
[図2A] 生体センサの試験例を示す平面図である。
[図2B] 生体センサの試験例を示す断面図である。
[図3] 剛性Kと装着感の点数(平均値)との関係を示す。
[図4] 平面積Sと剛性Kとの関係を示す。
[図5] サンプル群ごとの物性の評価結果を示す図である。

発明を実施するための形態

[0019]
 <一実施形態>
  <貼付型生体センサ>
 本発明の生体センサの一実施形態である貼付型生体センサ1を、図1A~図1Bを参照して、説明する。
[0020]
 この貼付型生体センサ1は、面内方向(X-Y面内)に延びる略矩形シート形状を有する。貼付型生体センサ1の厚み方向をZ方向とする。
[0021]
 貼付型生体センサ1は、基材2と、部品3とを、厚み方向(+Z方向)に向かって順に備える。
[0022]
 <基材>
 基材2は、貼付型生体センサ1を支持する支持材であるとともに、貼付型生体センサ1に感圧接着性(粘着性)を付与する粘着材である(感圧接着性支持基材である)。
[0023]
 基材2は、好ましくは、貼付型生体センサ1において、最も広い平面積S、最も低い圧縮弾性率E、および、最も薄い厚みTを有する。なお、基材2の剛性Kは、後述するが、好ましくは、貼付型生体センサ1において、最も低い。
[0024]
 基材2は、貼付型生体センサ1の厚み方向の表面側の第1の主面21と、裏面側の第2の主面22を有する。基材2の平面視形状は、貼付型生体センサ1の平面視形状と略同一である。具体的には、基材2は、貼付型生体センサ1の長手方向(図1A及び図1Bの例ではX方向)に延びる略矩形シート形状を有する。
[0025]
 基材2は、例えば、感圧接着層6および支持層7を厚み方向(Z方向)に向かって順に備える。感圧接着層6は、基材2の第2の主面22を形成しており、基材2における貼付面を形成する。支持層7は、基材2の第1の主面21を形成しており、基材2において部品3を支持する支持面を形成する。
[0026]
 感圧接着層6および支持層7のそれぞれは、基材2と同一の平面視形状を有する。
[0027]
 感圧接着層6の材料としては、例えば、生体適合性を有する感圧接着剤が挙げられ、具体的には、後述する剛性Kを有するように選択される。そのような感圧接着剤として、例えば、アクリル系感圧接着剤、シリコーン系感圧接着剤などが挙げられ、好ましくは、アクリル系感圧接着剤が挙げられる。
[0028]
 支持層7の材料としては、例えば、伸縮性を有する絶縁体などが挙げられ、具体的には、後述する剛性Kを有するように選択される。そのような絶縁体としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂などが挙げられ、好ましくは、ポリウレタン系樹脂が挙げられる。
[0029]
 基材2の剛性Kは、3.0N・mm 以下であるが、10 -2N・mm 以下であってもよい。好ましくは、10 -3N・mm 以下、より好ましくは、10 -4N・mm 以下、さらに好ましくは、10 -5N・mm 以下、とりわけ好ましくは、5×10 -6N・mm 以下である。
[0030]
 基材2の剛性Kは、式(1)で示される。
  K=ET /12            (1)
ここで、Eは、単位がMPaである23℃の圧縮弾性率、Tは、単位がmmである厚みである。
[0031]
 基材2の剛性Kが上記した上限を超えると、貼付型生体センサ1の生体に対する装着感が損なわれる。
[0032]
 一方、基材2の剛性Kは、例えば、10 -10N・mm 以上、好ましくは、10 -9N・mm 以上である。基材2の剛性Kが上記した下限以上であれば、貼付型生体センサ1の機械強度に優れ、また、取扱性が良好である。
[0033]
 上記式(1)に記載されるように、剛性Kは、圧縮弾性率Eおよび厚みTによって決定されるため、基材2の圧縮弾性率Eおよび厚みTは、剛性Kが上記した範囲内となるように選択される。
[0034]
 具体的には、基材2の23℃の圧縮弾性率Eは、例えば、感圧接着層6および支持層7をまとめて測定したときの値であって、例えば、7000MPa以下、好ましくは、3000MPa以下であり、また、例えば、0.1MPa以上である。
[0035]
 基材2の厚みTは、感圧接着層6および支持層7の総厚みであって、例えば、0.1mm以下、好ましくは、0.01mm以下であり、また、例えば、0.1μm以上、好ましくは、1μm以上である。
[0036]
 なお、感圧接着層6の厚みの、支持層7の厚みに対する比(感圧接着層6の厚み/支持層7の厚み)は、例えば、0.5以上、好ましくは、1よりも大きく、好ましくは、3以上であり、また、例えば、20以下、好ましくは、10以下である。具体的には、感圧接着層6の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、95μm以下、好ましくは、70μm以下、より好ましくは、50μm以下である。支持層7の厚みは、1μm以上、好ましくは、5μm以上であり、また、例えば、95μm以下、好ましくは、50μm以下、より好ましくは、10μm以下である。
[0037]
 基材2の平面積Sは、基材2に配置される部品3の大きさ、個数、生体に貼付するときの貼付型生体センサ1の取扱性などを考慮して適宜選択される。具体的には、基材2の平面積Sは、例えば、1cm 以上、好ましくは、10cm 以上であり、また、例えば、1000cm 以下、好ましくは、250cm 以下である。
[0038]
  <部品>
 部品3は、基材2の第1の主面21に配置されている。部品3は、平面視において、基材2のX-Y面内に含まれている。この明細書及び特許請求の範囲で、「部品」とは、基材2に搭載される所定以上の剛性をもつもの、より具体的には、基材の剛性以上の剛性をもつものをいう。基材以上の硬さをもつ部品が、部品による装着感の悪化の原因となり得るからである。
[0039]
 部品3では、後述する剛性Kを有するように、圧縮弾性率Eおよび厚みTが設定されているが、好ましくは、部品3は、基材2より高い圧縮弾性率E、および/または、基材2より厚い厚みTを有し、そして、基材2より高い剛性Kを有することが許容される。
[0040]
 部品3は、基材2に複数配置されている。具体的には、部品3は、例えば、基材2に実装される実装部品4と、実装部品4を封止する封止部品5とを備える。
[0041]
 実装部品4は、基材2の第1の主面21において、長手方向に互いに間隔を隔てて複数隣接(対向)配置されている。
[0042]
 複数の実装部品4のそれぞれは、複数の部品3のうち、比較的小さい平面積S1を有する。実装部品4の平面積S1は、例えば、12.5cm 以下、好ましくは、10cm 以下、より好ましくは、7.5cm 以下、さらに好ましくは、5cm 以下であり、また、例えば、0.01cm 以上、好ましくは、0.1cm 以上である。実装部品4の厚みT、圧縮弾性率Eおよび剛性Kは、後で詳述する。
[0043]
 実装部品4の具体例としては、例えば、電池、マイクロコンピュータやメモリなどの電子デバイスが基板(硬質基板)に実装された電子基板(制御回路基板など)、電子基板が筐体に収容されてパッケージとして構成された基板パッケージなどが挙げられる。実装部品4は、上記した具体例から適宜複数選択される。実装部品4の形状は特に限定されないが、その一例を挙げれば、例えば、やや厚肉の平面視略円形状(具体的には、略円柱形状)、例えば、やや薄肉の平面視略矩形状(具体的には、略矩形平板形状)などが挙げられる。
[0044]
 実装部品4は、センサ(検知部)として作用する電極8を複数さらに含んでおり、複数の電極8のそれぞれは、基材2の第2の主面22に電極表面が露出するように、基材2に埋設されている。複数の電極8のそれぞれは、例えば、底面視において、互いに交差する導線(交差導線)から構成される略網(井桁)形状を有する。なお、貼付型生体センサ1では、電極8が、生体内の微弱信号を電気信号としてセンシング(検知)し、制御回路基板に入力され、電池から供給される電力に基づいて、電気信号を処理して情報として記憶する。
[0045]
 実装部品4の材料としては、例えば、セラミックス、硬質樹脂(具体的には、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂など)、金属(銅などの導体)などの硬質材料が挙げられる。
[0046]
 封止部品5は、一例として、基材2の第1の主面21において、複数の実装部品4(具体的には、電極8以外の実装部品4)をまとめて被覆して封止する封止層である。封止層は、X-Y面内に延びるシート形状を有し、実装部品4の厚み方向の上面および周側面を被覆して、実装部品4を密封する。封止部品5は、必ずしも実装部品4の全面に密着している必要はなく、基板2の第1の主面21上で内部に実装部品4を封止できるカバーまたはパッケージであってもよい。
[0047]
 封止部品5は、複数の部品3のうち、比較的大きい平面積S2を有する。封止部品5の平面積S2は、実装部品4の平面積S1より大きく、例えば、12.5cm を超え、好ましくは、15cm 以上、より好ましくは、20cm 以上であり、また、例えば、100cm 以下である。封止部品5の厚みT、圧縮弾性率Eおよび剛性Kは、後で詳述する。なお、封止部品5の厚みTは、基材2の厚み方向一方面と、封止部品5の厚み方向一方面との間の距離である。
[0048]
 封止部品5の材料としては、例えば、軟質材料が挙げられ、具体的には、伸縮性を有する絶縁体(ゲルを含む)が挙げられ、より具体的には、実装部品4の硬質材料より軟質の材料が挙げられる。具体的には、基材2で例示した軟質材料から、上記した物性を有するように、適宜選択される。
[0049]
  <部品の剛性および平面積等>
 この貼付型生体センサ1では、部品3が、下記式(2)を満足する。
  K≦6.34×10 14×S -10.6        (2)
ここで、Kは、上記式(1)で示され、単位がN・mm である剛性である。Sは、単位がcm である平面積である。
[0050]
 具体的には、部品3が基材2に複数配置される場合には、複数の部品3のいずれもが、式(2)を満足する。
[0051]
 より具体的には、実装部品4および封止部品5のいずれもが、式(2)を満足することが望ましい。換言すれば、実装部品4および封止部品5のうち、1つでも、式(2)を満足しない貼付型生体センサ1は、本発明に含まれない。
[0052]
 部品3が式(2)を満足しない場合、つまり、
  K>6.34×10 14×S -10.6
のときは、装着感が損なわれる。
[0053]
 装着感とは、例えば、生体が感じる痛み、痒み、つっぱり、かぶれ、蒸れに起因する不快感、剥がれに起因する違和感などを含む。
[0054]
 なお、式(2)は、下記式(4)と同義である。
  Log10(K/6.34)≦14×S -10.6    (4)
 式(2)(および式(4))を満足する平面積Sおよび剛性Kの領域は、図4において最も上に位置する曲線C1上と、それより下側においてハッチング処理された範囲とを含む領域である。
[0055]
 好ましくは、この貼付型生体センサ1では、実装部品4および封止部品5のいずれもが、式(3)を満足する。
  K≦2.97×10 ×S -7.39        (3)
 式(3)を満足すれば、より一層優れた装着感を生体に付与することができる。
なお、式(3)は、下記式(5)と同義である。
  Log10(K/2.97)≦8×S -7.39    (5)
 式(3)(および式(5))を満足する平面積Sおよび剛性Kの領域は、図4において3つの曲線のうち、中央に位置する曲線C2上とそれより下側の範囲とを含む領域である。
[0056]
 一方、下記式(6)を満足することも好適である。
  K≧325×S -5          (6)
 式(6)を満足する平面積Sおよび剛性Kの領域は、図4において最も下に位置する曲線C3上とそれより上側の範囲とを含む領域である。
[0057]
 式(6)を満足すれば、各部品3が十分な剛性を有する。但し、この場合でも、式(1)および式(6)の両方を満足する。そのため、貼付型生体センサ1は、各部品3の剛性を担保しつつ、優れた装着感を生体に付与することができる。
[0058]
 具体的には、部品3の厚みTは、例えば、0.01mm以上であり、また、例えば、10mm以下である。
[0059]
 部品3の23℃の圧縮弾性率Eは、例えば、100MPa以上であり、また、例えば、100,000MPa以上である。
[0060]
 部品3の平面積Sは、例えば、0.1cm 以上であり、また、例えば、500cm 以下である。
[0061]
 とりわけ、部品3が、小さい平面積S1(好ましくは、10cm 以下)を有する実装部品4、および、実装部品4よりも大きい平面積S2(好ましくは、15cm 以上)を有する封止部品5を備える場合には、実装部品4の厚みT1が、好ましくは、2mm超過であり、23℃の圧縮弾性率Eが、好ましくは、10,000MPa以上であり、そして、厚みT1および圧縮弾性率Eにより式(2)から算出される剛性K1は、1.0×10 -2[N・mm ]以上、さらには、1.0×10 -1[N・mm ]以上と高いことが許容される。
[0062]
 封止部品5の厚みT2は、好ましくは、2mm以下であり、23℃の圧縮弾性率Eが、好ましくは、5,000MPa以下であり、そして、厚みT2および圧縮弾性率Eにより式(2)から算出される剛性K2は、3.0[N・mm ]以下、あるいは1.0×10 -3[N・mm ]以下、さらには、1.0×10 -4[N・mm ]以下と抑制される(低く設定される)。
[0063]
  <剛性および平面積に関する式の導出方法>
 上記した各式の導出方法を詳説する。なお、具体的なサンプル、数値等は、後の実施例欄で詳述する。
[0064]
 まず、基材2と、複数の部品3とを準備する。
[0065]
 次いで、図2A~図2Bに示すように、複数の部品3のそれぞれを基材2の第1の主面21に配置して、貼付型生体センサ1のサンプルを複数製造する。なお、基材2は、複数の部品3に共通して用いられ、具体的には、1種類の基材2が用いられる。
[0066]
 ここで、図5に示すように、複数の部品3が同一の平面積Sを有するが、厚みTおよび/または圧縮弾性率Eがそれぞれ異なる複数のサンプルを、一のサンプル群として分類する。
[0067]
 一のサンプル群中で、複数のサンプルの部品3の剛性Kは、厚みTおよび/または圧縮弾性率Eが異なることから、それぞれ、異なる。
[0068]
 このようなサンプル群を複数準備する。つまり、部品3の平面積Sが異なる複数のサンプル群を準備する。
[0069]
 次いで、サンプルを人体の皮膚に貼着する。具体的には、基材2(感圧接着層6)の第2の主面22を皮膚に貼付する。
[0070]
 サンプル毎に、人体が感じる、痛み、痒み、つっぱり、かぶれ、蒸れに起因する不快感、剥がれに起因する違和感(つまり、装着感)を点数化する。具体的には、装着感に関する上記した複数の項目のそれぞれについて、1~4点、または、1~3点で評価し、点数が与えられる。1つのサンプルについては、複数の被験者(n=複数)に試験され、そして、複数の被験者に与えられた点数の平均値を得る。
[0071]
 点数の平均値は、サンプル群毎(つまり、部品3が同一の平面積S毎)に分類し、続いて、図3に示すように、1つのサンプル群における複数のサンプルのそれぞれについて、剛性Kおよび点数をプロットする。
[0072]
 詳しくは、部品3が同一の平面積Sを有する複数のサンプルに関し、横軸が剛性K、縦軸が装着感の点数で示されるグラフにプロットする。その後、プロットされた複数の点に近似する近似線L(L1~L4など)を描画する。その後、描画した近似線Lと、装着感の基準点との交点を求め、かかる交点における基準剛性K'(第1基準剛性K 1st、さらには、第2基準剛性K 2nd)を取得する。装着感の基準点は、その点以下であれば、優れた装着感を生体に付与できる一方、その点を超過すれば、装着感が損なわれる点である。図5に示すように、1つのサンプル群は、1つの基準剛性K'(具体的には、後述する第1基準剛性K 1stおよび第2基準剛性K 2ndのそれぞれ)を取得する。なお、基準点および基準剛性K'の具体例は、後の実施例で説明する。
[0073]
 上記した1つのサンプル群につき1つの基準剛性K'を求める処理を、他のサンプル群についても実施する。これによって、複数のサンプル群のそれぞれが、複数の基準剛性K'のそれぞれを取得する。
[0074]
 図4に示すように、続いて、複数のサンプル群の基準剛性K'、および、複数のサンプル群のそれぞれに対応する平面積Sを、横軸が平面積S、縦軸が剛性Kで示されるグラフにプロットする。
[0075]
 その後、プロットされた複数の点に近似する近似曲線C(C1及びC2)を描画し、続いて、近似曲線Cの計算式として表される式(2)及び式(3)を得る。
[0076]
  <生体センサの製造方法>
 次に、貼付型生体センサ1の製造方法を説明する。
[0077]
 貼付型生体センサ1の製造方法は、第1工程と、第2工程とを備える。この製造方法では、第1工程と、第2工程とが順に実施される。
[0078]
 第1工程では、剛性Kが3.0N・mm 以下である基材2と、所定の剛性を有し式(2)を満足する部品3とを準備する。
[0079]
 この第1工程では、まず、式(2)を満足する平面積Sおよび剛性Kを有する基材2のみを選択して準備する。
[0080]
 次いで、部品3が、実装部品4および封止部品5を備える場合には、実装部品4および封止部品5の材料を、実装部品4および封止部品5のそれぞれが、所定の圧縮弾性率Eとなるように選択し、さらに、実装部品4および封止部品5のそれぞれの厚みTを決定する。圧縮弾性率Eおよび厚みTを式(1)に代入して、剛性Kが得られる。続いて、式(2)を満足するように、各部品3に応じた平面積Sを決定する。
[0081]
 第2工程では、基材2の第1の主面21に、部品3を配置する。
[0082]
 具体的には、まず、実装部品4を基材2の第1の主面21に載置し、その後、封止部品5を基材2の第1の主面21と周側面を被覆するように、配置する。これによって、封止部品5が実装部品4を被覆(封止)する。なお、電極8は、基材2の第2の主面22に配置したり、あるいは、基材2の厚み方向を貫通する開口部を形成し、第2の主面22に電極8を配置した後、開口部を基材2の材料で充填することもできる。
[0083]
 これにより、貼付型生体センサ1が得られる。
[0084]
 そして、この貼付型生体センサ1では、基材2の剛性Kが十分に低く、また、部品3が式(2)を満足して、平面積Sに応じた剛性Kを有するので、生体への優れた装着感を付与することができる。
[0085]
 この貼付型生体センサ1では、実装部品4は、剛性K1が高い一方で、平面積S1が小さいため、装着感が損なわれることがなく、また、封止部品5は、実装部品4と比較して平面積Sが大きい一方で、剛性K2が低いため、装着感が損なわれることがない。そのため、生体への優れた装着感を付与することができる。
[0086]
 この貼付型生体センサ1の製造方法では、第1工程で、剛性Kが十分に低い基材2と、式(2)を満足する部品3を準備し、第2工程で、部品3を基材2に配置することにより、優れた装着感を生体に付与できる貼付型生体センサ1を製造することができる。
[0087]
 <変形例>
 以下の各変形例において、上記した一実施形態と同様の部材および工程については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例を適宜組み合わせることができる。さらに、各変形例は、特記する以外、一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
[0088]
 生体は、人体および人体以外の生物を含む。生体として、好ましくは、人体である。
[0089]
 一実施形態では、第1工程において、部品3を準備するとき、圧縮弾性率E、厚みT、平面積Sの順に、部品3の物性を決定したが、部品3が式(2)を満足すれば、その順序は、限定されない。例えば、まず、平面積Sを決定し、その後、式(2)を満足するように、圧縮弾性率Eおよび厚みTを順に決定、あるいは、厚みTおよび圧縮弾性率Eを順に決定、さらには、厚みTおよび圧縮弾性率Eを同時に決定することもできる。
実施例
[0090]
 以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
[0091]
  試験例1
 <式(2)の導出例>
 基材2と、複数の部品3を準備した。
[0092]
 基材2は、優肌パーミロール(登録商標)Lite(ポリウレタン系樹脂、ニトムズ社製))からなり、その厚みTが0.008mm、平面積Sが50cm 、圧縮弾性率Eが25MPaである。
[0093]
 複数の部品3の材料および物性を、図5に記載する。図5中のテスト材料1~テスト材料3の詳細を下記する。
テスト材料1:ABS樹脂
テスト材料2:伸縮性ゲル、ポリウレタン系樹脂、硬度0、型番H0-100(エクシール社製)
テスト材料3:伸縮性ゲル、ポリウレタン系樹脂、硬度7、型番H5-100(エクシール社製)
図5の剛性K欄中「E+」または「E-」以降の数値は、10の指数を表し、例えば、「8.3E+01」は、「8.3×10 」を意味する。図3~図4についても、「E+」または「E-」は、上記と同義である。
[0094]
 図2A~図2Bに示すように、次いで、複数の部品3のそれぞれを、基材2の第1の主面21に配置して、複数のサンプルを製造した。
[0095]
 図5に示すように、同一の平面積Sを有する部品3を備える複数のサンプルを1つのサンプル群として分類した。具体的には、試験例1では、2cm の平面積Sを有する部品3を備える3つのサンプルを第1サンプル群に分類し、5cm の平面積Sを有する部品3を備える4つのサンプルを第2サンプル群に分類し、12cm の平面積Sを有する部品3を備える5つのサンプルを第3サンプル群に分類し、20cm の平面積Sを有する部品3を備える3つのサンプルを第4サンプル群に分類した。
[0096]
 さらに、1種類のサンプルは、被験者の人数と同数(具体的には、3つ)だけ製造した。
[0097]
 続いて、同一種類の複数(3つ)のサンプルのそれぞれを3人(n=3)の人体(被験者)のそれぞれの皮膚に貼着した。そして、被験者毎に、下記の項目(装着感)のそれぞれを評価し、被験者毎に、装着感の点数を取得した。「痒み・痛み」と「かぶれ」の指標は特に装着感に影響与えるため、5倍の係数を掛け、各指標の点数を足し合わせ、合計を得た。図5には3人の被験者の装着感点数の平均値を記載している。
[0098]
 (痒み・痛み)
4点 痛かった
3点 痒かった
2点 チクチクした
1点 気にならなかった
 (つっぱり)
3点 静止時および運動時のいずれでも、つっぱった
2点 運動時にはつっぱらないが、静止時に、つっぱった
1点 静止時および運動時のいずれでも、気にならなかった
 (かぶれ)
4点 かぶれた
3点 跡が残った
2点 赤みを帯びた
1点 異常がなかった
 (蒸れ)
3点 不快に感じ、我慢できなかった
2点 不快に感じたが、我慢できた
1点 気にならなかった
 (剥がれ)
3点 完全に剥がれた
2点 一部剥がれた
1点 剥がれなかった
 上記の評価(5つの評価)において、合計点13点(痒み・痛み:1点×5(係数)、つっぱり:1点、かぶれ:1点×5(係数)、蒸れ:1点、剥がれ:1点の合計点)が最低点であり、最も優れた装着感を付与することを示す。合計点49点(痒み・痛み:4点×5(係数)、つっぱり:3点、かぶれ:4点×5(係数)、蒸れ:3点、剥がれ:3点の合計点)が、最高点であり、装着感が最も損なわれることを示す。
[0099]
 評価の結果として、装着感の点数の平均値を図5に示す。その後、図3に示すように、第1サンプル群~第4サンプル群のそれぞれの複数のサンプルに関し、横軸が剛性K、縦軸が装着感の平均値で示されるグラフにプロットした。
[0100]
 その後、サンプル群毎にプロットされた複数の点に近似する近似線L(右側斜め上方に傾斜する太実線)を描画した。詳しくは、第1サンプル群~第4サンプル群に対応して、4つの近似線(太線)L1~L4を描画した。
[0101]
 その後、4つの近似線L1~L4と、装着感の第1基準点との交点をそれぞれ求め、かかる交点における第1基準剛性K 1stを取得した。
[0102]
 この試験例1では、第1基準点を23点とした。23点は、装着感の評価における最高点(49点)から最低点(13点)を差し引いた点数(36点)の約28%の点数(10点)を、最低点(13点)に加えた値(13点+10点)である。第1基準点以下であれば、サンプルが優れた装着感を生体に付与することを示す。
[0103]
 1つのサンプル群は、1つの第1基準剛性K 1stを有する。具体的には、図5に示すように、第1サンプル群は、第1基準剛性K 1st:1.8×10 19N・mm を有し、第2サンプル群は、第1基準剛性K 1st:1.2×10 N・mm を有し、第3サンプル群は、第1基準剛性K 1st:1.5×10 N・mm を有し、第4サンプル群は、第1基準剛性K 1st:2.1N・mm を有する。
[0104]
 その後、図4に示すように、第1サンプル群~第4サンプル群の第1基準剛性K 1stおよび平面積Sを、横軸が平面積S、縦軸が剛性Kで示されるグラフにプロットした。この試験例1では、4つの点を、グラフ上にプロットした。
[0105]
 その後、プロットされた4つの点に近似する近似曲線C1を描画するとともに、近似曲線C1の計算式として表される式(2)を得た。
  K≦6.34×10 14×S -10.6        (2)
  試験例2
 <式(3)の導出例>
 図3に示す第1基準剛性K 1stの取得に代えて、第2基準剛性K 2ndを取得した以外は、試験例1と同様に処理した。
[0106]
 この試験例では、第1基準点より装着感の要件が厳格な第2基準点を採用した。第2基準点を18点とした。18点は、装着感の評価における最高点(49点)から最低点(13点)を差し引いた点数(36点)の約14%の点数(5点)を、最低点(13点)に加えた値(13点+5点)である。第2基準点以下であれば、サンプルがより一層優れた装着感を生体に付与することを示す。
[0107]
 また、1つのサンプル群は、1つの第2基準剛性K 2ndを有し、その具体的な値は、図5の通りである。
[0108]
 また、図4に示すように、近似曲線C2の計算式として表される式(3)を得た。
[0109]
  実施例1
 図1に示すように、基材2と、基材2の厚み方向一方面に配置される複数の部品3とを備える貼付型生体センサ1を準備した。
[0110]
 部品3は、電池および基板パッケージからなる実装部品4と、封止層からなる封止部品5である。
[0111]
 基材2は、優肌パーミロール(登録商標)Lite(ニトムズ社製))からなり、その厚みTが0.1mm、平面積Sが30cm 、圧縮弾性率Eが25MPaである。圧縮弾性率Eおよび厚みTの値を式(1)に代入して、基材2の剛性K1.1×10 -6を得た。なお、基材2の剛性K1.1×10 -6は、3.0N・mm 以下の範囲内であった。
[0112]
 電池(実装部品4)は、硬質であり、その厚みTが2mm、平面積Sが3.1cm 、圧縮弾性率Eを電池構成材料で最も硬いステンレスの弾性率200,000MPaと仮定した。圧縮弾性率Eおよび厚みTを式(1)に代入して、剛性K1.3×10 N・mm を得た。そして、電池(実装部品4)の剛性Kおよび平面積Sを式(2)に代入し、式(2)の不等式を満足した。
[0113]
 基板パッケージ(実装部品4)は、硬質であり、その厚みTが0.3mm、平面積Sが7.5cm 、圧縮弾性率Eが3,000MPaである。圧縮弾性率Eおよび厚みTを式(1)に代入して、剛性K6.8N・mm を得た。そして、基板パッケージ(実装部品4)の剛性Kおよび平面積Sを式(2)に代入し、式(2)の不等式を満足した。
[0114]
 封止層(封止部品5)の厚みTは、軟質のポリウレタン樹脂からなり、その厚みが、3mm、平面積Sが16.5cm 、圧縮弾性率Eが0.04MPaである。圧縮弾性率Eおよび厚みTを式(1)に代入して、剛性K0.00009N・mm を得た。そして、封止層(封止部品5)の剛性Kおよび平面積Sを式(2)に代入し、式(2)の不等式を満足した。
[0115]
 つまり、基材2が式(1)満足し、実装部品4および封止部品5のいずれもが、式(2)を満足した。
[0116]
 この貼付型生体センサ1を人体の皮膚に貼着しても、その装着感が優れていた。
[0117]
  比較例1
 電池(実装部品4)が式(1)を満足しなかった以外は、実施例1と同様に処理して、貼付型生体センサ1を得、これを人体の皮膚に貼着した。良好な装着感が損なわれた。
[0118]
 具体的には、電池(実装部品4)の厚みTが、2mm、平面積Sが12cm であって、式(1)および式(2)に代入して、左辺>右辺となり、式(2)の不等式を満足しなかった。
[0119]
  比較例2
 基板パッケージ(実装部品4)が式(1)を満足しなかった以外は、実施例1と同様に処理して、貼付型生体センサ1を得、これを人体の皮膚に貼着した。良好な装着感が損なわれた。
[0120]
 具体的には、基板パッケージ(実装部品4)の平面積が30cm (過大)であって、式(1)および式(2)に代入して、左辺>右辺となり、式(2)の不等式を満足しなかった。
[0121]
  比較例3
 封止層(封止部品5)が式(1)を満足しなかった以外は、実施例1と同様に処理して、貼付型生体センサ1を得、これを人体の皮膚に貼着した。良好な装着感が損なわれた。
[0122]
 具体的には、封止層(封止部品5)の圧縮弾性率Eが、1,000MPa(過大)であって、剛性K2250N・mm を得て、これを式(2)に代入して、左辺>右辺となり、式(2)の不等式を満足しなかった。
[0123]
  比較例4
 電池(実装部品4)が式(1)を満足しなかった以外は、実施例1と同様に処理して、貼付型生体センサ1を得、これを人体の皮膚に貼着した。良好な装着感が損なわれた。
[0124]
 具体的には、電池(実装部品4)の厚みTが、80mm(極めて厚肉)であって、式(1)への代入によって、剛性K8.5×10 N・mm を得た。これを式(2)に代入して、左辺>右辺となり、式(2)の不等式を満足しなかった。
[0125]
 本出願は、2018年10月17日に出願された日本国特許出願第2018-195820号、及び、2019年9月27日に出願された日本国特許出願第2019-177232号に基づいて、その優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を含む。

符号の説明

[0126]
1  貼付型生体センサ
2  基材
3  部品
4  実装部品
5  封止部品
21  第1の主面
22  第2の主面

先行技術文献

特許文献

[0127]
特許文献1 : 特開2012-10978号公報

請求の範囲

[請求項1]
 下記式(1)で示される剛性Kが3.0N・mm 以下である基材と、
 前記基材の第1の主面に配置され、所定以上の剛性を有し下記式(2)を満足する部品とを備えることを特徴とする、生体センサ。
[数1]


ここで、式(1)のEは、単位がMPaである23℃の圧縮弾性率、Tは、単位がmmである厚み式(2)のKは、前記式(1)で示され、単位がN・mm である剛性、Sは、単位がcm である平面積である。
[請求項2]
 前記部品の剛性は、前記基材の剛性以上であることを特徴とする請求項1に記載の生体センサ。
[請求項3]
 前記部品は、前記基材に実装される実装部品と、前記実装部品を封止する封止部品とを備え、
 前記実装部品は、10[cm ]以下の平面積S1と、1.0×10 -2[N・mm ]以上の剛性K1とを有し、
 前記封止部品が、15[cm ]以上の平面積S2と、3.0[N・mm ]以下の剛性K2とを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の生体センサ。
[請求項4]
 下記式(1)で示される剛性Kが3.0N・mm 以下である基材と、所定以上の剛性を有し下記式(2)を満足する部品とを準備する第1工程と、
 前記基材の第1の主面に、前記部品を配置する第2工程と
を備えることを特徴とする、生体センサの製造方法。
[数2]


ここで、式(1)のEは、単位がMPaである23℃の圧縮弾性率、Tは、単位がmmである厚み、式(2)のKは、前記式(1)で示され、単位がN・mm である剛性、Sは、単位がcm である平面積である。

図面

[ 図 1A]

[ 図 1B]

[ 図 2A]

[ 図 2B]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]