呼吸センサ
【課題】 被検者に負担をかけることなく、呼吸状態を簡便かつ正確に検出することのできる呼吸センサを提供する。
【解決手段】 呼吸センサ２を、エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体２０と、センサ本体２０に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極Ａ、Ｂと、を備えて構成する。センサ本体２０は、呼吸による被検者９の体の動きに伴って弾性変形し、センサ本体２０の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、被検者９の呼吸状態が検出される。
【解決手段】 呼吸センサ２を、エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体２０と、センサ本体２０に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極Ａ、Ｂと、を備えて構成する。センサ本体２０は、呼吸による被検者９の体の動きに伴って弾性変形し、センサ本体２０の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、被検者９の呼吸状態が検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の呼吸状態を検出することのできる呼吸センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、無呼吸症候群の発見、治療のため、呼吸状態の測定が必要となる。通常、呼吸状態の測定は、被検者の鼻孔や口腔等に、マスクやチューブ等の器具を取り付けて行われている。しかし、この方法によると、器具の装着により、被検者が息苦しさ、圧迫感を感じてしまい、被検者の負担が大きい。また、被検者が器具を意識してしまい、普段の呼吸状態が再現されにくい。一方、アテトーゼ脳性麻痺の患者には、脳の運動中枢の病変により、呼吸がうまくできないといった症状が現れる。このような患者の呼吸状態は、意識的に呼吸させた時のスパイログラム（呼吸曲線）では、正しく把握することはできない。
【０００３】
例えば、被検者に負担の少ない呼吸状態の測定方法として、特許文献１には、呼吸による胴体部周囲の長さの増減から呼吸状態を検出する着衣型センサが紹介されている。また、特許文献２には、マットに感圧パイプを内臓し、マット上に横になった被検者の体の動きによる圧力変化から無呼吸を検出する無呼吸検出装置が紹介されている。
【特許文献１】特開平１０−９９２９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１０７１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の着衣型センサによると、着衣を被検者の体格に合わせる必要があるため、測定時における着衣の調節が煩雑である。また、着衣の重さや違和感、胴体部の締め付け感等により、被験者に負担がかかる。さらに、歩行等の運動時には、呼吸以外の情報が支配的となり、呼吸状態の正確な測定は難しい。
【０００５】
一方、上記特許文献２の無呼吸検出装置によると、被検者を寝かせた状態でしか測定することはできない。また、寝返り等の姿勢変化や、その他の体動による影響を受けやすく、呼吸状態の正確な測定は難しい。また、装置が大がかりで製造コストも高い。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被検者に負担をかけることなく、呼吸状態を簡便かつ正確に検出することのできる呼吸センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の呼吸センサは、エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、を備えてなり、該センサ本体は、呼吸による被検者の体の動きに伴って弾性変形し、該センサ本体の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、該被検者の呼吸状態を検出可能なことを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００８】
本発明の呼吸センサにおけるセンサ本体（以下、適宜「本発明におけるセンサ本体」と称す。）は、弾性変形可能であり、エラストマーと球状の導電性フィラーとを有する。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。また、導電性フィラーは、エラストマー中に、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されている。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００重量％とした場合の５０重量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。
【０００９】
このように、導電性フィラーが、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されると、エラストマー分を介した導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成される。したがって、本発明におけるセンサ本体は、荷重が印加されていない状態（以下、適宜「無荷重状態」と称す。）、言い換えると、弾性変形していない自然状態で、高い導電性を有する。なお、本明細書における「弾性変形」には、圧縮、伸張、曲げ等による変形がすべて含まれる。
【００１０】
例えば、従来からある感圧導電性樹脂は、非圧縮状態で電気抵抗が大きく、圧縮により変形すると電気抵抗が減少する。これは、感圧導電性樹脂の構成から次のように説明することができる。すなわち、感圧導電性樹脂は、樹脂と、該樹脂に配合された導電性フィラーと、からなる。ここで、導電性フィラーの充填率は低い。このため、無荷重状態において、導電性フィラー同士は離れている。つまり、無荷重状態では、感圧導電性樹脂の電気抵抗は大きい。また、荷重が印加され感圧導電性樹脂が変形すると、導電性フィラー同士が接触して、一次元的な導電パスが形成される。これにより、電気抵抗が減少する。
【００１１】
これに対して、本発明におけるセンサ本体は、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。この理由は、次のように考えられる。図１、図２に、本発明におけるセンサ本体の、荷重の印加前後における導電パスの変化をモデルで示す。ただし、図１、図２に示すのは、センサ本体の一例であり、本発明におけるセンサ本体、導電性フィラーの形状、材質等を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１に示すように、センサ本体１００において、導電性フィラー１０２の多くは、エラストマー１０１中に一次粒子の状態で存在している。また、導電性フィラー１０２の充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無荷重状態において、センサ本体１００には、導電性フィラー１０２による三次元的な導電パスＰが形成されている。よって、無荷重状態では、センサ本体１００の電気抵抗は小さい。一方、図２に示すように、センサ本体１００に荷重が印加されると、センサ本体１００は弾性変形する（図２中の点線枠は、図１の無荷重状態を示している。）。ここで、導電性フィラー１０２は最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー１０２が移動できるスペースはほとんどない。よって、センサ本体１００が弾性変形すると、導電性フィラー１０２同士が反発し合い、導電性フィラー１０２同士の接触状態が変化する。その結果、三次元的な導電パスＰが崩壊し、電気抵抗が増加する。
【００１３】
例えば、被検者の呼吸に伴う胸部の動きに着目すると、吸気時には、横隔膜が下がり胸部が膨張する。これに伴い、胸部表面は曲率が大きくなるように変位する。一方、呼気時には、横隔膜が上がり胸部が収縮する。これに伴い、胸部表面は曲率が小さくなるように変位する。したがって、例えば、上記センサ本体を備えた本発明の呼吸センサを、被検者の胸部表面に配置した場合、呼吸に伴う胸部表面の変位によって、センサ本体が弾性変形する。センサ本体が弾性変形すると、電極から出力される電気抵抗が変化する。センサ本体の電気抵抗の経時変化により、被検者の呼吸の周期や呼吸の深さ等、つまり呼吸状態を検出することができる。ここで、「電気抵抗を出力可能」とは、電気抵抗を直接あるいは間接的に出力可能なことをいう。すなわち、直接、電極から電気抵抗を出力する場合は勿論、電圧や電流など電気抵抗に関連する他の電気量を出力する場合を含む。
【００１４】
このように、本発明の呼吸センサによると、被検者の呼吸により変位する部位に配置することで、簡便に呼吸状態を検出することができる。すなわち、従来のように鼻孔や口腔等にマスクやチューブ等の器具を取り付ける必要はない。このため、呼吸状態を測定する際に、被検者に息苦しさ、圧迫感等を感じさせずに済む。したがって、被検者への負担が小さい。また、測定する際の緊張感も少ないため、普段の呼吸状態を検出することができる。さらに、本発明の呼吸センサによると、スパイロメータを用いた呼気量、吸気量の測定とは異なり、被検者に意識的に呼吸させることなく呼吸状態を検出することができる。このため、例えば、アテトーゼ脳性麻痺の患者等の呼吸状態を、正確に把握することができる。
【００１５】
また、本発明の呼吸センサを、被検者の呼吸により変位する部位に固定すると、測定時の姿勢、状態等によらず呼吸状態を測定することができる。したがって、安静時に加え、歩行等の運動時にも測定することができる。また、車椅子等で移動している間にも測定することができる。ここで、本発明の呼吸センサは、被検者の肌に直接的に固定してもよく、衣服等を介して間接的に固定してもよい。このように、本発明の呼吸センサは、例えば、家庭等で使用する医療診断補助器具として有用である。なお、本発明における「被検者」には、人間は勿論のこと、動物も含まれる。
【００１６】
また、本発明におけるセンサ本体は、エラストマーを母材とする。このため、本発明の呼吸センサは、加工性に優れ、形状の自由度が高い。よって、平坦でない部位への配置も容易であり、呼吸により変位する部位の広い領域に配置することができる。
【００１７】
本発明の呼吸センサでは、エラストマーや導電性フィラーの種類、導電性フィラーの充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の呼吸センサは、無荷重状態において高い導電性を有する。つまり、本発明の呼吸センサは、無荷重状態において導電状態にある。このため、無荷重状態において、導電性の低いセンサ（例えば、従来の感圧導電性樹脂を用いたセンサ）と比較して、作動診断が容易である。すなわち、無荷重状態において導電性の低いセンサの場合、無荷重状態のままでは、正常なのか異常なのか（例えば回路に断線等が生じているのか）判別しにくい。このため、導電性が低いセンサに、敢えて、比較的高い電圧を印加して、通電させてみる必要がある。あるいは、センサを試験的に作動させて通電状態をチェックする必要がある。したがって、作動診断が煩雑である。これに対して、本発明の呼吸センサの場合、無荷重状態において高い導電性を有している。このため、無荷重状態のままで、正常、異常の判別がし易い。したがって、作動診断が容易である。例えば、呼吸状態の測定開始時に、本発明の呼吸センサが組み込まれている回路に電流を流すことで、容易に作動診断を行うことができる。
【００１９】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記被検者の胸部および腹部の少なくとも一方を含む領域に配置されている構成とするとよい（請求項２に対応）。
【００２０】
被検者が呼吸すると、主に胸部、腹部が膨張、収縮する。このため、胸部や腹部付近は、呼吸による変位量が大きい。したがって、本構成によると、センサ本体の弾性変形量を大きくすることができる。その結果、被検者の呼吸状態を、より高精度で検出することができる。
【００２１】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である構成とするとよい（請求項３に対応）。本構成によると、呼吸による被検者の体の動き、例えば、胸部、腹部等の膨張、収縮に追従して、センサ本体が曲げ変形する。このため、センサ本体の曲げ変形による電気抵抗の変化を検出することができる。センサ本体が曲げ変形した場合、単なる圧縮変形、伸張変形と比較して、より大きな弾性変形量を確保し易い。したがって、本構成によると、被検者の呼吸状態を高精度で検出することができる。
【００２２】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、さらに、前記センサ本体と前記被検者の体との間に介装される基材を有する構成とするとよい（請求項４に対応）。
【００２３】
ここで、「被検者の体」とは、被検者の肌は勿論、被験者が身に付けている衣服を含む（次の（５）、（６）の構成についても同じ）。本構成において、基材を、例えば絶縁性の高い材料から構成することにより、センサ本体から被検者への導電を遮断することができる。これにより、本発明の呼吸センサの安全性をより向上させることができる。また、基材を介装させることにより、本発明の呼吸センサを被検者の肌に直接的に固定した場合でも、被検者の肌表面の汗、油分等から、センサ本体を保護することができる。さらに、基材の材質を調整することにより、被検者の肌のかぶれ防止等が可能となり、被検者の体への負担をより少なくすることができる。
【００２４】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、前記被検者の体に固定される固定面と、該固定面に背向する背向面と、を有し、テープ部材で該背向面側から該被検者の体と共に被覆することにより、該被検者の体に固定されている構成とするとよい（請求項５に対応）。
【００２５】
例えば、医療用のテープ部材として、サージカルテープ等が知られている。したがって、本構成によると、例えば、市販のテープ部材を利用して、本発明の呼吸センサを被検者の体に容易に固定することができる。また、本構成によると、センサ本体の背向面の変形が、テープ部材により規制される。これにより、固定面の変形量と、背向面の変形量と、の較差が大きくなる。その結果、センサ本体全体としての弾性変形量が大きくなり、電気抵抗の増加量も大きくなる。したがって、本構成によると、被検者の呼吸状態をより検出し易くなる。なお、「被検者の体に固定される固定面」とは、固定面が被検者の体に直接固定される態様と、基材等を介して間接的に固定される態様と、の両方を含む。
【００２６】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記センサ本体と前記被検者の体との間には接着部材が配置され、該接着部材により該被検者の体に固定されている構成とするとよい（請求項６に対応）。
【００２７】
本構成によると、両面テープ、接着ゲル等の接着部材を利用して、本発明の呼吸センサを被検者の体に容易に固定することができる。また、上記（５）の構成と組み合わせると、センサ本体をより強固に固定することができるため、センサ本体がはずれにくくなる。なお、上記（４）の構成により、センサ本体と被検者の体との間に基材が介装されている場合には、接着部材を基材と被検者の体との間に配置すればよい。すなわち、基材の被検者の体との接触面に、接着部材を配置すればよい。
【００２８】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、前記エラストマーと前記導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）が３５ｖｏｌ％以上である構成とするとよい（請求項７に対応）。
【００２９】
一般に、絶縁性のエラストマーに導電性フィラーを混合してエラストマー組成物とした場合、エラストマー組成物の電気抵抗は、導電性フィラーの配合量によって変化する。図３に、エラストマー組成物における、導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を模式的に示す。
【００３０】
図３に示すように、エラストマー１０１に導電性フィラー１０２を混合していくと、エラストマー組成物の電気抵抗は、はじめはエラストマー１０１の電気抵抗とほとんど変わらない。しかし、導電性フィラー１０２の配合量がある体積分率に達すると、電気抵抗が急激に低下して、絶縁体−導電体転移が起こる（第一変極点）。この第一変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、臨界体積分率（φｃ）と称す。また、さらに導電性フィラー１０２を混合していくと、ある体積分率から、電気抵抗の変化が少なくなり電気抵抗変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、飽和体積分率（φｓ）と称す。このような電気抵抗の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１０１中に導電性フィラー１０２による導電パスＰ１が形成されるためと考えられている。
【００３１】
例えば、導電性フィラーの粒子径が小さい、導電性フィラーとエラストマーとの相溶性が悪い等の理由により、導電性フィラーが凝集し、凝集体が形成されている場合には、一次元的な導電パスが形成され易い。このような場合には、エラストマー組成物の臨界体積分率（φｃ）は、２０ｖｏｌ％程度と比較的小さくなる。同様に、飽和体積分率（φｓ）も比較的小さくなる。言い換えると、臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）が小さい場合には、導電性フィラーは一次粒子として存在しにくく、二次粒子（凝集体）を形成し易い。よって、この場合、導電性フィラーをエラストマー中に多量に配合することは難しい。つまり、導電性フィラーを最密充填に近い状態で配合することは難しい。また、粒子径の小さな導電性フィラーを多量に配合すると、凝集構造が三次元的に成長するため、弾性変形に対する導電性の変化が乏しくなる。
【００３２】
本構成によると、センサ本体は、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上であるエラストマー組成物からなる。飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上と大きいため、導電性フィラーは、エラストマー中に略単粒子状態で安定に存在する。よって、導電性フィラーを、最密充填に近い状態で配合することができる。
【００３３】
（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーの充填率は、前記センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下である構成とするとよい（請求項８に対応）。
【００３４】
本構成によると、エラストマー中に導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合される。よって、センサ本体に、導電性フィラーによる三次元的な導電パスが形成され易くなる。
【００３５】
（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーは、カーボンビーズである構成とするとよい（請求項９に対応）。
【００３６】
カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。
【００３７】
（１０）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である構成とするとよい（請求項１０に対応）。
【００３８】
本構成によると、導電性フィラーは凝集しにくく、一次粒子の状態で存在し易い。なお、平均粒子径は、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径を意味する。
【００３９】
（１１）好ましくは、上記（１）ないし（１０）のいずれかの構成において、前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む構成とするとよい（請求項１１に対応）。
【００４０】
本構成によると、エラストマーと導電性フィラーとの相溶性が良好である。このため、導電性フィラーが一次粒子の状態で存在し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の呼吸センサの実施形態について説明する。まず、本発明の呼吸センサの実施形態について説明し、次に、本発明の呼吸センサを構成するセンサ本体について詳しく説明する。
【００４２】
〈呼吸センサ〉
まず、本実施形態の呼吸センサの配置について説明する。図４に、本実施形態の呼吸センサが配置された被検者の胸部付近の正面図を示す。図４において、方位は、被検者を基準に定義している。図４にハッチングで示すように、呼吸センサ２は、被検者９の左半身における胸部と腹部との境界付近に、左右方向に延在して配置されている。呼吸センサ２は、後述する制御装置（図略）と、導線（図略）により接続されている。
【００４３】
次に、呼吸センサ２の構成について説明する。図５に、呼吸センサ２付近の正面図を示す。図５において、方位は、被検者９を基準に定義している。また、図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。なお、図６では、説明の便宜上、導線を省略して示す。図５、図６に示すように、呼吸センサ２は、センサ本体２０と基材フィルム２１とを備えている。
【００４４】
基材フィルム２１は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材フィルム２１の膜厚は、約０．１ｍｍである。基材フィルム２１の左端上部には、コネクタ２２が取り付けられている。基材フィルム２１の裏面（被検者９側の面）には、両面テープ８０が配置されている。両面テープ８０で貼り付けられることにより、基材フィルム２１は、被検者９の肌に直接的に固定されている。基材フィルム２１は、本発明における基材に含まれる。また、両面テープ８０は、本発明における接着部材に含まれる。
【００４５】
センサ本体２０は、左右方向に延びる長尺板状を呈している。センサ本体２０の大きさは、幅約５ｍｍ、長さ約１００ｍｍ、厚さ約２ｍｍである。センサ本体２０は、基材フィルム２１の表面に固定されている。センサ本体２０は、息を吐ききった状態でちょうど無荷重状態（自然状態）になるよう、配置されている。
【００４６】
センサ本体２０は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）中に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ）が配合されたエラストマー複合材料からなる。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２０の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の４８ｖｏｌ％である。また、ＥＰＤＭにカーボンビーズを混合したエラストマー組成物のパーコレーションカーブにおいて、臨界体積分率（φｃ）は４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は４８ｖｏｌ％である。
【００４７】
センサ本体２０の右端には電極Ａが、左端には電極Ｂが、各々取り付けられている。詳しく説明すると、電極Ａ、Ｂは、各々金属製であって、上下に延びる短冊状を呈している。電極Ａ、Ｂは、その一部がセンサ本体２０と基材フィルム２１との間に介装されるよう配置されている。電極Ａとコネクタ２２とは導線２３Ａにより、電極Ｂとコネクタ２２とは導線２３Ｂにより、各々、結線されている。また、電極Ａ、Ｂと、後述する制御装置（図略）とは、コネクタ２２を介して、導線２３Ａ、２３Ｂにより接続されている。
【００４８】
次に、本実施形態の呼吸センサ２が組み込まれた呼吸測定装置の電気的構成について説明する。図７に、本実施形態の呼吸測定装置のブロック図を示す。図７に示すように、本実施形態の呼吸測定装置１は、呼吸センサ２と、制御装置３と、表示装置４と、を備えている。ここで、制御装置３は、ブリッジ回路３０と、増幅回路３１と、入力回路３２と、波形処理部３３と、記憶部３４と、出力回路３５と、を備えている。
【００４９】
ブリッジ回路３０には、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が配置されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、センサ本体２０の抵抗Ｒとにより、ホイーストンブリッジ回路が構成されている。電源Ｖｉｎ（詳しくは制御装置３の内部電源）の電圧、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の電気抵抗値は、各々既知である。このため、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との中間電位Ｖ１と、抵抗Ｒと抵抗Ｒ１との中間電位Ｖ２と、の電位差を測定することにより、実質的にセンサ本体２０の抵抗Ｒを測定することができる。
【００５０】
増幅回路３１には、中間電位Ｖ１、Ｖ２が入力される。中間電位Ｖ１、Ｖ２の電位差ΔＶは、増幅回路３１により増幅され、アナログの電圧データとして、入力回路３２に入力される。入力回路３２は、入力されるアナログの電圧データを、デジタルデータに変換する。デジタルデータは、波形処理部３３に入力される。波形処理部３３は、所定のフィルタリングを施すことにより、ノイズ等を除去する。記憶部３４では、フィルタリング後のデジタルデータを格納する。記憶部３４は、出力回路３５を介して、表示装置４に接続されている。表示装置４は、記憶部３４に格納されたデジタルデータを、電圧波形あるいは抵抗波形として、表示する。
【００５１】
次に、本実施形態の呼吸測定装置１の動きについて説明する。前述したように、センサ本体２０は、息を吐ききった状態（最大呼気状態）でちょうど自然状態になるように、配置されている。また、前出図１に示すように、自然状態のセンサ本体２０において、導電性フィラー１０２は、最密充填に近い状態で充填されている。このため、多数の導電パスＰが形成されている。したがって、最大呼気状態において、センサ本体２０の電気抵抗値は、最小値である。この状態から、被検者が息を吸うと、胸部が膨張し、胸部と腹部との境界付近表面は曲率が大きくなるように変位する。これに伴い、センサ本体２０は、被検者９の前方に撓むように湾曲変形する。すると、センサ本体２０（抵抗Ｒ）の電気抵抗値が大きくなる。詳しく説明すると、吸気時にセンサ本体２０が湾曲変形すると、前出図２に示すように、導電性フィラー１０２同士が反発し合う。このため、導電パスＰが崩壊してしまう。したがって、抵抗Ｒの電気抵抗値は、最大呼気状態に対して大きくなる。このように、平常時においては、センサ本体２０は、自然状態（最大呼気状態）→中湾曲状態→大湾曲状態（最大吸気状態）→中湾曲状態→自然状態という変化を、周期的に繰り返す。したがって、被検者９の呼吸周期に合わせて、センサ本体２０の電気抵抗値は変化する。
【００５２】
図８に、本実施形態の呼吸測定装置１により得られた電気抵抗値の変化の一例を示す。図８に示すように、被検者が息を吸うと（吸気）、抵抗Ｒの電気抵抗値は大きくなる。反対に、被検者が息を吐くと（呼気）、抵抗Ｒの電気抵抗値は小さくなる。吸気および呼気の１サイクル、つまり一呼吸が、一つの山型波形として示されている。ここで、図８中、白抜き両矢印で示すように、呼気から呼気までの時間（一山の幅。つまり一周期）が長い場合には、ゆっくりした呼吸状態であることがわかる。一方、周期が短い場合には、速い呼吸状態であることがわかる。
【００５３】
次に、本実施形態の呼吸センサ２の作用効果について説明する。本実施形態の呼吸センサ２によると、被検者９の胸部と腹部との境界付近に配置するだけで、従来のように鼻孔や口腔等に器具を取り付ける必要はない。このため、呼吸状態を測定する際に、被検者９に息苦しさ、圧迫感等を感じさせずに済む。また、センサ本体２０の厚さは約２ｍｍと薄い。このため、被検者９へ装着した際の違和感は少ない。このように、本実施形態の呼吸センサ２によると、被検者９へ負担をかけずに簡便に呼吸状態を測定することができる。加えて、測定する際の緊張感も少ないため、普段の呼吸状態を検出することができる。また、被検者９に意識的に呼吸させることなく、呼吸状態を検出することができる。このため、本実施形態の呼吸センサ２によると、例えば、アテトーゼ脳性麻痺の患者等の呼吸状態を、正確に把握することができる。
【００５４】
また、胸部と腹部との境界付近は、呼吸による変位量が大きい。このため、呼吸に伴うセンサ本体２０の弾性変形量が大きくなる。したがって、被検者９の胸部と腹部との境界付近に配置することにより、被検者９の呼吸状態を、より高精度で検出することができる。また、本実施形態の呼吸センサ２は、被検者９の肌に直接的に固定されている。このため、測定時の姿勢、状態等によらず呼吸状態を測定することができる。例えば、安静時、車椅子等による移動時、歩行等の運動時にも測定することができる。また、本実施形態の呼吸センサ２は、基材フィルム２１裏面に貼着された両面テープ８０により、被検者９の肌に固定されている。つまり、既存の両面テープ８０により貼着するという簡便な作業で、呼吸センサ２を被検者９に装着することができる。
【００５５】
また、センサ本体２０と被検者９の肌との間には、ポリイミド製の基材フィルム２１が介装されている。よって、センサ本体２０から被検者９への導電を遮断することができる。つまり、本実施形態の呼吸センサ２の安全性は高い。また、被検者９の肌表面の汗、油分等から、センサ本体２０を保護することができる。
【００５６】
また、センサ本体２０は、ＥＰＤＭを母材とする。このため、本実施形態の呼吸センサ２は、加工性に優れ、形状の自由度が高い。よって、被検者９の体に沿うように配置しやすい。また、本実施形態の呼吸測定装置１を作動させると、呼吸センサ２に電流が流れ、常時通電状態となる。これにより、容易に作動診断を行うことができる。
【００５７】
以上、本発明の呼吸センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、呼吸センサを、被検者の左半身における胸部と腹部との境界付近に配置した。しかし、本発明の呼吸センサの配置場所は、呼吸により変位する部位であれば、特に限定されるものではない。例えば、胸部、腹部等が好適である。ここで、配置するセンサ本体の数は、特に限定されるものではない。呼吸により変位する部位に２つ以上配置してもよい。複数箇所からデータを採取することで、検出精度を向上させることができる。例えば、呼吸センサを、被検者の左半身および右半身にそれぞれ一つずつ配置するとよい。左右両方からデータを採取することにより、例えば、寝返り等の姿勢の変化による影響を少なくすることができる。また、上記実施形態では、センサ本体を、最大呼気状態でちょうど自然状態になるように配置した。しかし、センサ本体の基準状態は、得られるデータの解析しやすさ等を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、最大吸気状態でちょうど自然状態になるように配置してもよい。
【００５９】
センサ本体の構成は、上記実施形態に限定されるものではない。これについては、後述する。また、センサ本体の大きさ、形状は、特に限定されるものではない。被検者の負担を少なくするという観点から、センサ本体を、被検者に違和感を与えない程度の大きさとするとよい。例えば、センサ本体の厚さを、３ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下とすると好適である。センサ本体の形状は、上記実施形態の長尺板状の他、四角板状、円板状等であってもよい。
【００６０】
また、センサ本体に接続される電極数は特に限定されない。例えば、本実施形態のような長尺状のセンサ本体の場合、長手方向の所定間隔ごとに電極を配置すると、隣接する電極の間隔ごとに呼吸状態の検出を行うことができる。複数箇所からデータを採取することにより、例えば、姿勢等により呼吸状態を検出しにくい区間がある場合でも、それ以外の区間のデータから、呼吸状態を検出することができる。なお、電極をセンサ本体に加硫接着により固定すると、センサ本体の加硫成形と同時に、電極を配置することができる。
【００６１】
上記実施形態では、呼吸センサを、被検者の肌に直接的に固定した。しかし、本発明の呼吸センサは、被検者の着衣の上から間接的に固定してもよい。また、上記実施形態では、センサ本体と被検者の肌との間に基材を介装させた。しかし、基材を介装させずに、被検者の体に配置してもよい。基材を介装させる場合、基材の材質は、特に限定されるものではない。絶縁性、被検者の皮膚への負担等を考慮して、適宜決定すればよい。また、被検者の負担を少なくするという観点から、基材の厚さを０．４ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ以下とすると好適である。
【００６２】
また、被検者の体に対する呼吸センサの固定方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、サージカルテープ等のテープ部材を併用して、呼吸センサを固定してもよい。この場合、センサ本体の固定面と反対側の背向面側から、テープ部材を被覆して、被検者の体に呼吸センサを固定すればよい。また、上記実施形態の両面テープ（接着部材）に代えて、センサ本体の背向面側からテープ部材を被覆するだけでもよい。
【００６３】
本発明の呼吸センサに接続される制御装置、表示装置の構成は、特に限定されるものではない。例えば、制御装置は、呼吸状態が正常か異常かを判別可能な演算部を備えていてもよい。この場合、呼吸状態が異常であると判別された場合には、警報装置により警報を鳴らす等して、被検者あるいは測定者に注意を喚起することができる。例えば、入力回路から演算部にデジタルデータを入力し、演算部にて、所定時間蓄積された電位差ΔＶ（デジタル変換後のΔＶ）から、呼吸振幅を算出する。一方、記憶部には、振幅下限しきい値および振幅上限しきい値を格納しておく。演算部は、算出された呼吸振幅と、これら振幅下限しきい値および振幅上限しきい値を比較する。平常時には、振幅下限しきい値＜呼吸振幅＜振幅上限しきい値となっている。例えば、呼吸が弱くなるような異常時には、呼吸一サイクルにおけるセンサ本体の湾曲量が小さくなる。このため、呼吸振幅が小さくなる。したがって、演算部における演算の結果、呼吸振幅≦振幅下限しきい値となる。この場合、速やかに警報装置から警報を出力する。このように、演算部の演算結果に応じて警報を出力する形態で実施してもよい。
【００６４】
また、表示装置は、常に制御装置に接続されていなくても構わない。呼吸状態を知りたい時だけに、制御装置に接続してもよい。表示装置の種類は、特に限定されず、例えば、パソコン等の画面、データ出力シート等が挙げられる。
【００６５】
〈センサ本体〉
本発明の呼吸センサを構成するセンサ本体は、エラストマーと導電性フィラーとを有する。エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。エラストマーは、絶縁性であることが望ましい。また、導電性フィラーとの混合物（エラストマー組成物）を調製した場合、パーコレーションカーブにおける飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上となるものを用いることが望ましい。飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合することが難しいからである。また、飽和体積分率（φｓ）以上の領域においては、電気抵抗が低く、安定した導電性が発現される。よって、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上の場合には、弾性変形した際の導電体から絶縁体への電気抵抗の変化範囲が広くなる。さらに、飽和体積分率（φｓ）が４０ｖｏｌ％以上となるものを用いると、より好適である。なお、本明細書における「エラストマー組成物」は、エラストマーと球状の導電性フィラーとを必須成分とする。つまり、エラストマーと球状の導電性フィラーとの混合物でもよく、エラストマー、球状の導電性フィラー、および他の添加剤等の混合物であってもよい。
【００６６】
また、導電性フィラーとの親和性を考慮して、次式（１）で表されるゲル分率が１５％以下のエラストマーを用いるとよい。ゲル分率が１０％以下であるとより好適である。
ゲル分率（％）＝（Ｗｇ−Ｗｆ）／Ｗｆ×１００・・・（１）
[式（１）中、Ｗｇは、エラストマーに導電性フィラーを混合したエラストマー組成物を、エラストマーの良溶媒に溶解した際に得られる溶媒不溶分（導電性フィラーとエラストマーとからなるゲル分）の重量である。Ｗｆは、導電性フィラーの重量である。なお、エラストマーの良溶媒としては、溶媒とエラストマーとのＳＰ値（溶解度パラメータ）が近いものが望ましく、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、クロロホルム等が挙げられる。]
【００６７】
ゲル分率の値は、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）の指標となる。すなわち、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％未満となる場合には、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分が多く存在するため、ゲル分率は比較的大きな値になる。反対に、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％以上となる場合には、導電性フィラーが略単粒子状態で存在するため、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分は少なく、ゲル分率は１５％以下の比較的小さな値になる。
【００６８】
エラストマーの具体例として、例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム［エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲ等）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いればよい。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が極めて良好なＥＰＤＭが好適である。また、導電性フィラーとの相溶性が良好なＮＢＲ、シリコーンゴムも好適である。
【００６９】
導電性フィラーは、球状を呈する。なお、球状には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、１以上２以下の範囲が望ましい。アスペクト比が２より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成され易いからである。この場合、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。また、エラストマー中における導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。
【００７０】
導電性フィラーは、導電性を有する粒子であれば、特に限定されるものではない。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。
【００７１】
導電性フィラーは、できるだけ凝集せず、一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径やエラストマーとの相溶性等を考慮するとよい。例えば、導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子）は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成し易い。また、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上である。反対に、１００μｍを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動（平行運動）が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。なお、導電性フィラーとエラストマーとの組み合わせや、導電性フィラーの平均粒子径等を適宜調整することで、上記臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）を、所望の範囲内に調整することができる。
【００７２】
また、導電性フィラーの粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０の値は、１以上３０以下であることが望ましい。ここで、Ｄ９０は、累積粒度曲線において積算重量が９０％となる粒子径を、Ｄ１０は、同積算重量が１０％となる粒子径である。Ｄ９０／Ｄ１０の値が３０を超えると、粒度分布がブロードになるため、センサ本体の変形量に対する電気抵抗の増加挙動が不安定になる。これにより、検出の再現性が低下するおそれがある。Ｄ９０／Ｄ１０の値が１０以下であるとより好適である。なお、導電性フィラーとして、二種類以上の粒子を使用する場合には、Ｄ９０／Ｄ１０の値は１００以下であればよい。
【００７３】
このような導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ［ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ）］、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ［ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ）］、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）等が挙げられる。
【００７４】
導電性フィラーは、エラストマー中に高充填率で配合されている。所望の導電性を発現させるため、導電性フィラーは、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）以上の割合で配合されていることが望ましい。導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合するという観点から、臨界体積分率（φｃ）は３０ｖｏｌ％以上であることが望ましい。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。したがって、例えば、導電性フィラーの充填率は、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。３０ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されないため、所望の導電性が発現しない。また、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。反対に、６５ｖｏｌ％を超えると、エラストマーへの混合が困難となり、成形加工性が低下する。また、センサ本体が弾性変形しにくくなる。５５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。
【００７５】
センサ本体には、上記エラストマー、導電性フィラーに加え、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。また、上記球状の導電性フィラーと共に、異形状（例えば、針状等）の導電性フィラーが配合されていても構わない。
【００７６】
センサ本体は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤等の添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填して、所定の条件下でプレス加硫する。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の呼吸センサを用いた呼吸測定試験について説明する。
【００７８】
〈試験方法〉
上記実施形態の呼吸センサ２（前出図５参照）を用いて、呼吸測定試験を行った。ここで、センサ本体は、以下のように作製した。まず、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン（登録商標）６１０１」）８５重量部（以下「部」と略称する）（８５ｇ）と、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン６０１」）３４部（３４ｇ）と、ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン５０５」）３０部（３０ｇ）と、酸化亜鉛（白水化学工業社製）５部（５ｇ）と、ステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１部（１ｇ）と、パラフィン系プロセスオイル（日本サン石油社製「サンパー（登録商標）１１０」）２０部（２０ｇ）と、をロール練り機にて素練りした。次に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ、粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０＝３．２）２７０部（２７０ｇ）を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させた。さらに、加硫促進剤として、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ−Ｐ」）１．５部（１．５ｇ）、テトラメチルチウラムジスルフィド（三新化学社製「サンセラー（登録商標）ＴＴ−Ｇ」）１．５部（１．５ｇ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（大内新興化学社製「ノクセラーＭ−Ｐ」）０．５部（０．５ｇ）と、硫黄（鶴見化学工業社製「サルファックスＴ−１０」）０．５６部（０．５６ｇ）と、を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させ、エラストマー組成物を調製した。
【００７９】
調製したエラストマー組成物中のカーボンビーズの体積分率は、エラストマー組成物全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物のパーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）は、約４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は、約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物を溶媒（トルエン）に溶解し、溶媒不溶分を測定したところ、ゲル分率は約３％であった。
【００８０】
次に、エラストマー組成物を、所定の大きさの帯状に成形して成形体とした。その成形体を金型に充填し、長手方向両端に電極を配置して、１７０℃で３０分間プレス加硫することにより、電極を備えたセンサ本体を得た。得られたセンサ本体におけるカーボンビーズの充填率は、センサ本体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。
【００８１】
作製されたセンサ本体および電極を、ポリイミド製の基材フィルム上に固定して呼吸センサを構成した。この呼吸センサを、前出図５に示すように、被検者の左半身における胸部と腹部との境界付近に配置した。一方、被検者の鼻孔下には、温度センサを配置した。
【００８２】
呼吸測定試験は、次のようにして三種類行った。第一の試験は、被検者に通常の呼吸をしてもらい、通常時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。第二の試験は、被検者に意識的に腹式で大きく呼吸をしてもらい、腹式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。第三の試験は、被検者に意識的に胸式で大きく呼吸をしてもらい、胸式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。また、第一〜第三のいずれの試験においても、温度センサにより、被検者の鼻孔下の温度を測定した。
【００８３】
〈試験結果〉
各呼吸測定試験の結果を図９〜図１１に示す。図９は、通常の呼吸時における呼吸センサ（抵抗Ｒ、以下図１０、図１１において同じ）の電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。図１０は、腹式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。図１１は、胸式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。
【００８４】
図９〜図１１に示すように、呼吸の種類によらず、電気抵抗値の変化は鼻孔下温度の変化と対応している。これより、本発明の呼吸センサによると、呼吸の種類に関わらず、呼吸周期の測定が可能であることがわかる。また、呼吸の種類に対応した波形が得られていることから、本発明の呼吸センサによると、呼吸周期や呼吸深さ、つまり呼吸状態を正確に把握できることがわかる。
【００８５】
例えば、胸式あるいは腹式により大きく呼吸した場合には、心電計により得られた心電図波形、筋電計により得られた筋電図波形から、呼吸状態をある程度把握することができる。しかし、通常の呼吸の場合、心電図波形、筋電図波形では呼吸を示すピークが現れにくいため、呼吸状態を把握することは難しい。この点、本発明の呼吸センサによると、通常の呼吸時においても、呼吸状態を正確に測定することができる。また、得られた電気抵抗値データをフーリエ変換して規則性周期を求めることにより、呼吸周期を容易に求めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明におけるセンサ本体の荷重印加前の導電パスを示す模式図である。
【図２】同センサ本体の荷重印加後の導電パスを示す模式図である。
【図３】エラストマー組成物におけるパーコレーションカーブの模式図である。
【図４】本発明の実施形態の呼吸センサが配置された被検者の胸部付近の正面図である。
【図５】同呼吸センサ付近の正面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】同呼吸センサが組み込まれた呼吸測定装置のブロック図である。
【図８】同呼吸測定装置により得られた電気抵抗値の変化の一例を示グラフである。
【図９】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（通常時）。
【図１０】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（腹式呼吸時）。
【図１１】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（胸式呼吸時）。
【符号の説明】
【００８７】
１：呼吸測定装置
２：呼吸センサ ２０：センサ本体 ２１：基材フィルム（基材） ２２：コネクタ
２３Ａ、２３Ｂ：導線
３：制御装置 ３０：ブリッジ回路 ３１：増幅回路 ３２：入力回路
３３：波形処理部 ３４：記憶部 ３５：出力回路
４：表示装置 ８０：両面テープ（接着部材） ９：被検者
１００：センサ本体 １０１：エラストマー １０２：導電性フィラー
Ａ、Ｂ：電極 ΔＶ：電位差 Ｒ：抵抗 Ｒ１〜Ｒ３：抵抗 Ｖ１、Ｖ２：中間電位
Ｖｉｎ：電源 Ｐ：導電パス Ｐ１：導電パス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の呼吸状態を検出することのできる呼吸センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、無呼吸症候群の発見、治療のため、呼吸状態の測定が必要となる。通常、呼吸状態の測定は、被検者の鼻孔や口腔等に、マスクやチューブ等の器具を取り付けて行われている。しかし、この方法によると、器具の装着により、被検者が息苦しさ、圧迫感を感じてしまい、被検者の負担が大きい。また、被検者が器具を意識してしまい、普段の呼吸状態が再現されにくい。一方、アテトーゼ脳性麻痺の患者には、脳の運動中枢の病変により、呼吸がうまくできないといった症状が現れる。このような患者の呼吸状態は、意識的に呼吸させた時のスパイログラム（呼吸曲線）では、正しく把握することはできない。
【０００３】
例えば、被検者に負担の少ない呼吸状態の測定方法として、特許文献１には、呼吸による胴体部周囲の長さの増減から呼吸状態を検出する着衣型センサが紹介されている。また、特許文献２には、マットに感圧パイプを内臓し、マット上に横になった被検者の体の動きによる圧力変化から無呼吸を検出する無呼吸検出装置が紹介されている。
【特許文献１】特開平１０−９９２９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１０７１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の着衣型センサによると、着衣を被検者の体格に合わせる必要があるため、測定時における着衣の調節が煩雑である。また、着衣の重さや違和感、胴体部の締め付け感等により、被験者に負担がかかる。さらに、歩行等の運動時には、呼吸以外の情報が支配的となり、呼吸状態の正確な測定は難しい。
【０００５】
一方、上記特許文献２の無呼吸検出装置によると、被検者を寝かせた状態でしか測定することはできない。また、寝返り等の姿勢変化や、その他の体動による影響を受けやすく、呼吸状態の正確な測定は難しい。また、装置が大がかりで製造コストも高い。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被検者に負担をかけることなく、呼吸状態を簡便かつ正確に検出することのできる呼吸センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の呼吸センサは、エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、を備えてなり、該センサ本体は、呼吸による被検者の体の動きに伴って弾性変形し、該センサ本体の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、該被検者の呼吸状態を検出可能なことを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００８】
本発明の呼吸センサにおけるセンサ本体（以下、適宜「本発明におけるセンサ本体」と称す。）は、弾性変形可能であり、エラストマーと球状の導電性フィラーとを有する。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。また、導電性フィラーは、エラストマー中に、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されている。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００重量％とした場合の５０重量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。
【０００９】
このように、導電性フィラーが、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されると、エラストマー分を介した導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成される。したがって、本発明におけるセンサ本体は、荷重が印加されていない状態（以下、適宜「無荷重状態」と称す。）、言い換えると、弾性変形していない自然状態で、高い導電性を有する。なお、本明細書における「弾性変形」には、圧縮、伸張、曲げ等による変形がすべて含まれる。
【００１０】
例えば、従来からある感圧導電性樹脂は、非圧縮状態で電気抵抗が大きく、圧縮により変形すると電気抵抗が減少する。これは、感圧導電性樹脂の構成から次のように説明することができる。すなわち、感圧導電性樹脂は、樹脂と、該樹脂に配合された導電性フィラーと、からなる。ここで、導電性フィラーの充填率は低い。このため、無荷重状態において、導電性フィラー同士は離れている。つまり、無荷重状態では、感圧導電性樹脂の電気抵抗は大きい。また、荷重が印加され感圧導電性樹脂が変形すると、導電性フィラー同士が接触して、一次元的な導電パスが形成される。これにより、電気抵抗が減少する。
【００１１】
これに対して、本発明におけるセンサ本体は、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。この理由は、次のように考えられる。図１、図２に、本発明におけるセンサ本体の、荷重の印加前後における導電パスの変化をモデルで示す。ただし、図１、図２に示すのは、センサ本体の一例であり、本発明におけるセンサ本体、導電性フィラーの形状、材質等を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１に示すように、センサ本体１００において、導電性フィラー１０２の多くは、エラストマー１０１中に一次粒子の状態で存在している。また、導電性フィラー１０２の充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無荷重状態において、センサ本体１００には、導電性フィラー１０２による三次元的な導電パスＰが形成されている。よって、無荷重状態では、センサ本体１００の電気抵抗は小さい。一方、図２に示すように、センサ本体１００に荷重が印加されると、センサ本体１００は弾性変形する（図２中の点線枠は、図１の無荷重状態を示している。）。ここで、導電性フィラー１０２は最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー１０２が移動できるスペースはほとんどない。よって、センサ本体１００が弾性変形すると、導電性フィラー１０２同士が反発し合い、導電性フィラー１０２同士の接触状態が変化する。その結果、三次元的な導電パスＰが崩壊し、電気抵抗が増加する。
【００１３】
例えば、被検者の呼吸に伴う胸部の動きに着目すると、吸気時には、横隔膜が下がり胸部が膨張する。これに伴い、胸部表面は曲率が大きくなるように変位する。一方、呼気時には、横隔膜が上がり胸部が収縮する。これに伴い、胸部表面は曲率が小さくなるように変位する。したがって、例えば、上記センサ本体を備えた本発明の呼吸センサを、被検者の胸部表面に配置した場合、呼吸に伴う胸部表面の変位によって、センサ本体が弾性変形する。センサ本体が弾性変形すると、電極から出力される電気抵抗が変化する。センサ本体の電気抵抗の経時変化により、被検者の呼吸の周期や呼吸の深さ等、つまり呼吸状態を検出することができる。ここで、「電気抵抗を出力可能」とは、電気抵抗を直接あるいは間接的に出力可能なことをいう。すなわち、直接、電極から電気抵抗を出力する場合は勿論、電圧や電流など電気抵抗に関連する他の電気量を出力する場合を含む。
【００１４】
このように、本発明の呼吸センサによると、被検者の呼吸により変位する部位に配置することで、簡便に呼吸状態を検出することができる。すなわち、従来のように鼻孔や口腔等にマスクやチューブ等の器具を取り付ける必要はない。このため、呼吸状態を測定する際に、被検者に息苦しさ、圧迫感等を感じさせずに済む。したがって、被検者への負担が小さい。また、測定する際の緊張感も少ないため、普段の呼吸状態を検出することができる。さらに、本発明の呼吸センサによると、スパイロメータを用いた呼気量、吸気量の測定とは異なり、被検者に意識的に呼吸させることなく呼吸状態を検出することができる。このため、例えば、アテトーゼ脳性麻痺の患者等の呼吸状態を、正確に把握することができる。
【００１５】
また、本発明の呼吸センサを、被検者の呼吸により変位する部位に固定すると、測定時の姿勢、状態等によらず呼吸状態を測定することができる。したがって、安静時に加え、歩行等の運動時にも測定することができる。また、車椅子等で移動している間にも測定することができる。ここで、本発明の呼吸センサは、被検者の肌に直接的に固定してもよく、衣服等を介して間接的に固定してもよい。このように、本発明の呼吸センサは、例えば、家庭等で使用する医療診断補助器具として有用である。なお、本発明における「被検者」には、人間は勿論のこと、動物も含まれる。
【００１６】
また、本発明におけるセンサ本体は、エラストマーを母材とする。このため、本発明の呼吸センサは、加工性に優れ、形状の自由度が高い。よって、平坦でない部位への配置も容易であり、呼吸により変位する部位の広い領域に配置することができる。
【００１７】
本発明の呼吸センサでは、エラストマーや導電性フィラーの種類、導電性フィラーの充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の呼吸センサは、無荷重状態において高い導電性を有する。つまり、本発明の呼吸センサは、無荷重状態において導電状態にある。このため、無荷重状態において、導電性の低いセンサ（例えば、従来の感圧導電性樹脂を用いたセンサ）と比較して、作動診断が容易である。すなわち、無荷重状態において導電性の低いセンサの場合、無荷重状態のままでは、正常なのか異常なのか（例えば回路に断線等が生じているのか）判別しにくい。このため、導電性が低いセンサに、敢えて、比較的高い電圧を印加して、通電させてみる必要がある。あるいは、センサを試験的に作動させて通電状態をチェックする必要がある。したがって、作動診断が煩雑である。これに対して、本発明の呼吸センサの場合、無荷重状態において高い導電性を有している。このため、無荷重状態のままで、正常、異常の判別がし易い。したがって、作動診断が容易である。例えば、呼吸状態の測定開始時に、本発明の呼吸センサが組み込まれている回路に電流を流すことで、容易に作動診断を行うことができる。
【００１９】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記被検者の胸部および腹部の少なくとも一方を含む領域に配置されている構成とするとよい（請求項２に対応）。
【００２０】
被検者が呼吸すると、主に胸部、腹部が膨張、収縮する。このため、胸部や腹部付近は、呼吸による変位量が大きい。したがって、本構成によると、センサ本体の弾性変形量を大きくすることができる。その結果、被検者の呼吸状態を、より高精度で検出することができる。
【００２１】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である構成とするとよい（請求項３に対応）。本構成によると、呼吸による被検者の体の動き、例えば、胸部、腹部等の膨張、収縮に追従して、センサ本体が曲げ変形する。このため、センサ本体の曲げ変形による電気抵抗の変化を検出することができる。センサ本体が曲げ変形した場合、単なる圧縮変形、伸張変形と比較して、より大きな弾性変形量を確保し易い。したがって、本構成によると、被検者の呼吸状態を高精度で検出することができる。
【００２２】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、さらに、前記センサ本体と前記被検者の体との間に介装される基材を有する構成とするとよい（請求項４に対応）。
【００２３】
ここで、「被検者の体」とは、被検者の肌は勿論、被験者が身に付けている衣服を含む（次の（５）、（６）の構成についても同じ）。本構成において、基材を、例えば絶縁性の高い材料から構成することにより、センサ本体から被検者への導電を遮断することができる。これにより、本発明の呼吸センサの安全性をより向上させることができる。また、基材を介装させることにより、本発明の呼吸センサを被検者の肌に直接的に固定した場合でも、被検者の肌表面の汗、油分等から、センサ本体を保護することができる。さらに、基材の材質を調整することにより、被検者の肌のかぶれ防止等が可能となり、被検者の体への負担をより少なくすることができる。
【００２４】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、前記被検者の体に固定される固定面と、該固定面に背向する背向面と、を有し、テープ部材で該背向面側から該被検者の体と共に被覆することにより、該被検者の体に固定されている構成とするとよい（請求項５に対応）。
【００２５】
例えば、医療用のテープ部材として、サージカルテープ等が知られている。したがって、本構成によると、例えば、市販のテープ部材を利用して、本発明の呼吸センサを被検者の体に容易に固定することができる。また、本構成によると、センサ本体の背向面の変形が、テープ部材により規制される。これにより、固定面の変形量と、背向面の変形量と、の較差が大きくなる。その結果、センサ本体全体としての弾性変形量が大きくなり、電気抵抗の増加量も大きくなる。したがって、本構成によると、被検者の呼吸状態をより検出し易くなる。なお、「被検者の体に固定される固定面」とは、固定面が被検者の体に直接固定される態様と、基材等を介して間接的に固定される態様と、の両方を含む。
【００２６】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記センサ本体と前記被検者の体との間には接着部材が配置され、該接着部材により該被検者の体に固定されている構成とするとよい（請求項６に対応）。
【００２７】
本構成によると、両面テープ、接着ゲル等の接着部材を利用して、本発明の呼吸センサを被検者の体に容易に固定することができる。また、上記（５）の構成と組み合わせると、センサ本体をより強固に固定することができるため、センサ本体がはずれにくくなる。なお、上記（４）の構成により、センサ本体と被検者の体との間に基材が介装されている場合には、接着部材を基材と被検者の体との間に配置すればよい。すなわち、基材の被検者の体との接触面に、接着部材を配置すればよい。
【００２８】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、前記エラストマーと前記導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）が３５ｖｏｌ％以上である構成とするとよい（請求項７に対応）。
【００２９】
一般に、絶縁性のエラストマーに導電性フィラーを混合してエラストマー組成物とした場合、エラストマー組成物の電気抵抗は、導電性フィラーの配合量によって変化する。図３に、エラストマー組成物における、導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を模式的に示す。
【００３０】
図３に示すように、エラストマー１０１に導電性フィラー１０２を混合していくと、エラストマー組成物の電気抵抗は、はじめはエラストマー１０１の電気抵抗とほとんど変わらない。しかし、導電性フィラー１０２の配合量がある体積分率に達すると、電気抵抗が急激に低下して、絶縁体−導電体転移が起こる（第一変極点）。この第一変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、臨界体積分率（φｃ）と称す。また、さらに導電性フィラー１０２を混合していくと、ある体積分率から、電気抵抗の変化が少なくなり電気抵抗変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、飽和体積分率（φｓ）と称す。このような電気抵抗の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１０１中に導電性フィラー１０２による導電パスＰ１が形成されるためと考えられている。
【００３１】
例えば、導電性フィラーの粒子径が小さい、導電性フィラーとエラストマーとの相溶性が悪い等の理由により、導電性フィラーが凝集し、凝集体が形成されている場合には、一次元的な導電パスが形成され易い。このような場合には、エラストマー組成物の臨界体積分率（φｃ）は、２０ｖｏｌ％程度と比較的小さくなる。同様に、飽和体積分率（φｓ）も比較的小さくなる。言い換えると、臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）が小さい場合には、導電性フィラーは一次粒子として存在しにくく、二次粒子（凝集体）を形成し易い。よって、この場合、導電性フィラーをエラストマー中に多量に配合することは難しい。つまり、導電性フィラーを最密充填に近い状態で配合することは難しい。また、粒子径の小さな導電性フィラーを多量に配合すると、凝集構造が三次元的に成長するため、弾性変形に対する導電性の変化が乏しくなる。
【００３２】
本構成によると、センサ本体は、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上であるエラストマー組成物からなる。飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上と大きいため、導電性フィラーは、エラストマー中に略単粒子状態で安定に存在する。よって、導電性フィラーを、最密充填に近い状態で配合することができる。
【００３３】
（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーの充填率は、前記センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下である構成とするとよい（請求項８に対応）。
【００３４】
本構成によると、エラストマー中に導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合される。よって、センサ本体に、導電性フィラーによる三次元的な導電パスが形成され易くなる。
【００３５】
（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーは、カーボンビーズである構成とするとよい（請求項９に対応）。
【００３６】
カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。
【００３７】
（１０）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である構成とするとよい（請求項１０に対応）。
【００３８】
本構成によると、導電性フィラーは凝集しにくく、一次粒子の状態で存在し易い。なお、平均粒子径は、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径を意味する。
【００３９】
（１１）好ましくは、上記（１）ないし（１０）のいずれかの構成において、前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む構成とするとよい（請求項１１に対応）。
【００４０】
本構成によると、エラストマーと導電性フィラーとの相溶性が良好である。このため、導電性フィラーが一次粒子の状態で存在し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の呼吸センサの実施形態について説明する。まず、本発明の呼吸センサの実施形態について説明し、次に、本発明の呼吸センサを構成するセンサ本体について詳しく説明する。
【００４２】
〈呼吸センサ〉
まず、本実施形態の呼吸センサの配置について説明する。図４に、本実施形態の呼吸センサが配置された被検者の胸部付近の正面図を示す。図４において、方位は、被検者を基準に定義している。図４にハッチングで示すように、呼吸センサ２は、被検者９の左半身における胸部と腹部との境界付近に、左右方向に延在して配置されている。呼吸センサ２は、後述する制御装置（図略）と、導線（図略）により接続されている。
【００４３】
次に、呼吸センサ２の構成について説明する。図５に、呼吸センサ２付近の正面図を示す。図５において、方位は、被検者９を基準に定義している。また、図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。なお、図６では、説明の便宜上、導線を省略して示す。図５、図６に示すように、呼吸センサ２は、センサ本体２０と基材フィルム２１とを備えている。
【００４４】
基材フィルム２１は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材フィルム２１の膜厚は、約０．１ｍｍである。基材フィルム２１の左端上部には、コネクタ２２が取り付けられている。基材フィルム２１の裏面（被検者９側の面）には、両面テープ８０が配置されている。両面テープ８０で貼り付けられることにより、基材フィルム２１は、被検者９の肌に直接的に固定されている。基材フィルム２１は、本発明における基材に含まれる。また、両面テープ８０は、本発明における接着部材に含まれる。
【００４５】
センサ本体２０は、左右方向に延びる長尺板状を呈している。センサ本体２０の大きさは、幅約５ｍｍ、長さ約１００ｍｍ、厚さ約２ｍｍである。センサ本体２０は、基材フィルム２１の表面に固定されている。センサ本体２０は、息を吐ききった状態でちょうど無荷重状態（自然状態）になるよう、配置されている。
【００４６】
センサ本体２０は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）中に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ）が配合されたエラストマー複合材料からなる。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２０の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の４８ｖｏｌ％である。また、ＥＰＤＭにカーボンビーズを混合したエラストマー組成物のパーコレーションカーブにおいて、臨界体積分率（φｃ）は４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は４８ｖｏｌ％である。
【００４７】
センサ本体２０の右端には電極Ａが、左端には電極Ｂが、各々取り付けられている。詳しく説明すると、電極Ａ、Ｂは、各々金属製であって、上下に延びる短冊状を呈している。電極Ａ、Ｂは、その一部がセンサ本体２０と基材フィルム２１との間に介装されるよう配置されている。電極Ａとコネクタ２２とは導線２３Ａにより、電極Ｂとコネクタ２２とは導線２３Ｂにより、各々、結線されている。また、電極Ａ、Ｂと、後述する制御装置（図略）とは、コネクタ２２を介して、導線２３Ａ、２３Ｂにより接続されている。
【００４８】
次に、本実施形態の呼吸センサ２が組み込まれた呼吸測定装置の電気的構成について説明する。図７に、本実施形態の呼吸測定装置のブロック図を示す。図７に示すように、本実施形態の呼吸測定装置１は、呼吸センサ２と、制御装置３と、表示装置４と、を備えている。ここで、制御装置３は、ブリッジ回路３０と、増幅回路３１と、入力回路３２と、波形処理部３３と、記憶部３４と、出力回路３５と、を備えている。
【００４９】
ブリッジ回路３０には、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が配置されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、センサ本体２０の抵抗Ｒとにより、ホイーストンブリッジ回路が構成されている。電源Ｖｉｎ（詳しくは制御装置３の内部電源）の電圧、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の電気抵抗値は、各々既知である。このため、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との中間電位Ｖ１と、抵抗Ｒと抵抗Ｒ１との中間電位Ｖ２と、の電位差を測定することにより、実質的にセンサ本体２０の抵抗Ｒを測定することができる。
【００５０】
増幅回路３１には、中間電位Ｖ１、Ｖ２が入力される。中間電位Ｖ１、Ｖ２の電位差ΔＶは、増幅回路３１により増幅され、アナログの電圧データとして、入力回路３２に入力される。入力回路３２は、入力されるアナログの電圧データを、デジタルデータに変換する。デジタルデータは、波形処理部３３に入力される。波形処理部３３は、所定のフィルタリングを施すことにより、ノイズ等を除去する。記憶部３４では、フィルタリング後のデジタルデータを格納する。記憶部３４は、出力回路３５を介して、表示装置４に接続されている。表示装置４は、記憶部３４に格納されたデジタルデータを、電圧波形あるいは抵抗波形として、表示する。
【００５１】
次に、本実施形態の呼吸測定装置１の動きについて説明する。前述したように、センサ本体２０は、息を吐ききった状態（最大呼気状態）でちょうど自然状態になるように、配置されている。また、前出図１に示すように、自然状態のセンサ本体２０において、導電性フィラー１０２は、最密充填に近い状態で充填されている。このため、多数の導電パスＰが形成されている。したがって、最大呼気状態において、センサ本体２０の電気抵抗値は、最小値である。この状態から、被検者が息を吸うと、胸部が膨張し、胸部と腹部との境界付近表面は曲率が大きくなるように変位する。これに伴い、センサ本体２０は、被検者９の前方に撓むように湾曲変形する。すると、センサ本体２０（抵抗Ｒ）の電気抵抗値が大きくなる。詳しく説明すると、吸気時にセンサ本体２０が湾曲変形すると、前出図２に示すように、導電性フィラー１０２同士が反発し合う。このため、導電パスＰが崩壊してしまう。したがって、抵抗Ｒの電気抵抗値は、最大呼気状態に対して大きくなる。このように、平常時においては、センサ本体２０は、自然状態（最大呼気状態）→中湾曲状態→大湾曲状態（最大吸気状態）→中湾曲状態→自然状態という変化を、周期的に繰り返す。したがって、被検者９の呼吸周期に合わせて、センサ本体２０の電気抵抗値は変化する。
【００５２】
図８に、本実施形態の呼吸測定装置１により得られた電気抵抗値の変化の一例を示す。図８に示すように、被検者が息を吸うと（吸気）、抵抗Ｒの電気抵抗値は大きくなる。反対に、被検者が息を吐くと（呼気）、抵抗Ｒの電気抵抗値は小さくなる。吸気および呼気の１サイクル、つまり一呼吸が、一つの山型波形として示されている。ここで、図８中、白抜き両矢印で示すように、呼気から呼気までの時間（一山の幅。つまり一周期）が長い場合には、ゆっくりした呼吸状態であることがわかる。一方、周期が短い場合には、速い呼吸状態であることがわかる。
【００５３】
次に、本実施形態の呼吸センサ２の作用効果について説明する。本実施形態の呼吸センサ２によると、被検者９の胸部と腹部との境界付近に配置するだけで、従来のように鼻孔や口腔等に器具を取り付ける必要はない。このため、呼吸状態を測定する際に、被検者９に息苦しさ、圧迫感等を感じさせずに済む。また、センサ本体２０の厚さは約２ｍｍと薄い。このため、被検者９へ装着した際の違和感は少ない。このように、本実施形態の呼吸センサ２によると、被検者９へ負担をかけずに簡便に呼吸状態を測定することができる。加えて、測定する際の緊張感も少ないため、普段の呼吸状態を検出することができる。また、被検者９に意識的に呼吸させることなく、呼吸状態を検出することができる。このため、本実施形態の呼吸センサ２によると、例えば、アテトーゼ脳性麻痺の患者等の呼吸状態を、正確に把握することができる。
【００５４】
また、胸部と腹部との境界付近は、呼吸による変位量が大きい。このため、呼吸に伴うセンサ本体２０の弾性変形量が大きくなる。したがって、被検者９の胸部と腹部との境界付近に配置することにより、被検者９の呼吸状態を、より高精度で検出することができる。また、本実施形態の呼吸センサ２は、被検者９の肌に直接的に固定されている。このため、測定時の姿勢、状態等によらず呼吸状態を測定することができる。例えば、安静時、車椅子等による移動時、歩行等の運動時にも測定することができる。また、本実施形態の呼吸センサ２は、基材フィルム２１裏面に貼着された両面テープ８０により、被検者９の肌に固定されている。つまり、既存の両面テープ８０により貼着するという簡便な作業で、呼吸センサ２を被検者９に装着することができる。
【００５５】
また、センサ本体２０と被検者９の肌との間には、ポリイミド製の基材フィルム２１が介装されている。よって、センサ本体２０から被検者９への導電を遮断することができる。つまり、本実施形態の呼吸センサ２の安全性は高い。また、被検者９の肌表面の汗、油分等から、センサ本体２０を保護することができる。
【００５６】
また、センサ本体２０は、ＥＰＤＭを母材とする。このため、本実施形態の呼吸センサ２は、加工性に優れ、形状の自由度が高い。よって、被検者９の体に沿うように配置しやすい。また、本実施形態の呼吸測定装置１を作動させると、呼吸センサ２に電流が流れ、常時通電状態となる。これにより、容易に作動診断を行うことができる。
【００５７】
以上、本発明の呼吸センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、呼吸センサを、被検者の左半身における胸部と腹部との境界付近に配置した。しかし、本発明の呼吸センサの配置場所は、呼吸により変位する部位であれば、特に限定されるものではない。例えば、胸部、腹部等が好適である。ここで、配置するセンサ本体の数は、特に限定されるものではない。呼吸により変位する部位に２つ以上配置してもよい。複数箇所からデータを採取することで、検出精度を向上させることができる。例えば、呼吸センサを、被検者の左半身および右半身にそれぞれ一つずつ配置するとよい。左右両方からデータを採取することにより、例えば、寝返り等の姿勢の変化による影響を少なくすることができる。また、上記実施形態では、センサ本体を、最大呼気状態でちょうど自然状態になるように配置した。しかし、センサ本体の基準状態は、得られるデータの解析しやすさ等を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、最大吸気状態でちょうど自然状態になるように配置してもよい。
【００５９】
センサ本体の構成は、上記実施形態に限定されるものではない。これについては、後述する。また、センサ本体の大きさ、形状は、特に限定されるものではない。被検者の負担を少なくするという観点から、センサ本体を、被検者に違和感を与えない程度の大きさとするとよい。例えば、センサ本体の厚さを、３ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下とすると好適である。センサ本体の形状は、上記実施形態の長尺板状の他、四角板状、円板状等であってもよい。
【００６０】
また、センサ本体に接続される電極数は特に限定されない。例えば、本実施形態のような長尺状のセンサ本体の場合、長手方向の所定間隔ごとに電極を配置すると、隣接する電極の間隔ごとに呼吸状態の検出を行うことができる。複数箇所からデータを採取することにより、例えば、姿勢等により呼吸状態を検出しにくい区間がある場合でも、それ以外の区間のデータから、呼吸状態を検出することができる。なお、電極をセンサ本体に加硫接着により固定すると、センサ本体の加硫成形と同時に、電極を配置することができる。
【００６１】
上記実施形態では、呼吸センサを、被検者の肌に直接的に固定した。しかし、本発明の呼吸センサは、被検者の着衣の上から間接的に固定してもよい。また、上記実施形態では、センサ本体と被検者の肌との間に基材を介装させた。しかし、基材を介装させずに、被検者の体に配置してもよい。基材を介装させる場合、基材の材質は、特に限定されるものではない。絶縁性、被検者の皮膚への負担等を考慮して、適宜決定すればよい。また、被検者の負担を少なくするという観点から、基材の厚さを０．４ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ以下とすると好適である。
【００６２】
また、被検者の体に対する呼吸センサの固定方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、サージカルテープ等のテープ部材を併用して、呼吸センサを固定してもよい。この場合、センサ本体の固定面と反対側の背向面側から、テープ部材を被覆して、被検者の体に呼吸センサを固定すればよい。また、上記実施形態の両面テープ（接着部材）に代えて、センサ本体の背向面側からテープ部材を被覆するだけでもよい。
【００６３】
本発明の呼吸センサに接続される制御装置、表示装置の構成は、特に限定されるものではない。例えば、制御装置は、呼吸状態が正常か異常かを判別可能な演算部を備えていてもよい。この場合、呼吸状態が異常であると判別された場合には、警報装置により警報を鳴らす等して、被検者あるいは測定者に注意を喚起することができる。例えば、入力回路から演算部にデジタルデータを入力し、演算部にて、所定時間蓄積された電位差ΔＶ（デジタル変換後のΔＶ）から、呼吸振幅を算出する。一方、記憶部には、振幅下限しきい値および振幅上限しきい値を格納しておく。演算部は、算出された呼吸振幅と、これら振幅下限しきい値および振幅上限しきい値を比較する。平常時には、振幅下限しきい値＜呼吸振幅＜振幅上限しきい値となっている。例えば、呼吸が弱くなるような異常時には、呼吸一サイクルにおけるセンサ本体の湾曲量が小さくなる。このため、呼吸振幅が小さくなる。したがって、演算部における演算の結果、呼吸振幅≦振幅下限しきい値となる。この場合、速やかに警報装置から警報を出力する。このように、演算部の演算結果に応じて警報を出力する形態で実施してもよい。
【００６４】
また、表示装置は、常に制御装置に接続されていなくても構わない。呼吸状態を知りたい時だけに、制御装置に接続してもよい。表示装置の種類は、特に限定されず、例えば、パソコン等の画面、データ出力シート等が挙げられる。
【００６５】
〈センサ本体〉
本発明の呼吸センサを構成するセンサ本体は、エラストマーと導電性フィラーとを有する。エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。エラストマーは、絶縁性であることが望ましい。また、導電性フィラーとの混合物（エラストマー組成物）を調製した場合、パーコレーションカーブにおける飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上となるものを用いることが望ましい。飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合することが難しいからである。また、飽和体積分率（φｓ）以上の領域においては、電気抵抗が低く、安定した導電性が発現される。よって、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上の場合には、弾性変形した際の導電体から絶縁体への電気抵抗の変化範囲が広くなる。さらに、飽和体積分率（φｓ）が４０ｖｏｌ％以上となるものを用いると、より好適である。なお、本明細書における「エラストマー組成物」は、エラストマーと球状の導電性フィラーとを必須成分とする。つまり、エラストマーと球状の導電性フィラーとの混合物でもよく、エラストマー、球状の導電性フィラー、および他の添加剤等の混合物であってもよい。
【００６６】
また、導電性フィラーとの親和性を考慮して、次式（１）で表されるゲル分率が１５％以下のエラストマーを用いるとよい。ゲル分率が１０％以下であるとより好適である。
ゲル分率（％）＝（Ｗｇ−Ｗｆ）／Ｗｆ×１００・・・（１）
[式（１）中、Ｗｇは、エラストマーに導電性フィラーを混合したエラストマー組成物を、エラストマーの良溶媒に溶解した際に得られる溶媒不溶分（導電性フィラーとエラストマーとからなるゲル分）の重量である。Ｗｆは、導電性フィラーの重量である。なお、エラストマーの良溶媒としては、溶媒とエラストマーとのＳＰ値（溶解度パラメータ）が近いものが望ましく、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、クロロホルム等が挙げられる。]
【００６７】
ゲル分率の値は、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）の指標となる。すなわち、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％未満となる場合には、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分が多く存在するため、ゲル分率は比較的大きな値になる。反対に、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％以上となる場合には、導電性フィラーが略単粒子状態で存在するため、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分は少なく、ゲル分率は１５％以下の比較的小さな値になる。
【００６８】
エラストマーの具体例として、例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム［エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲ等）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いればよい。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が極めて良好なＥＰＤＭが好適である。また、導電性フィラーとの相溶性が良好なＮＢＲ、シリコーンゴムも好適である。
【００６９】
導電性フィラーは、球状を呈する。なお、球状には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、１以上２以下の範囲が望ましい。アスペクト比が２より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成され易いからである。この場合、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。また、エラストマー中における導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。
【００７０】
導電性フィラーは、導電性を有する粒子であれば、特に限定されるものではない。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。
【００７１】
導電性フィラーは、できるだけ凝集せず、一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径やエラストマーとの相溶性等を考慮するとよい。例えば、導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子）は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成し易い。また、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上である。反対に、１００μｍを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動（平行運動）が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。なお、導電性フィラーとエラストマーとの組み合わせや、導電性フィラーの平均粒子径等を適宜調整することで、上記臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）を、所望の範囲内に調整することができる。
【００７２】
また、導電性フィラーの粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０の値は、１以上３０以下であることが望ましい。ここで、Ｄ９０は、累積粒度曲線において積算重量が９０％となる粒子径を、Ｄ１０は、同積算重量が１０％となる粒子径である。Ｄ９０／Ｄ１０の値が３０を超えると、粒度分布がブロードになるため、センサ本体の変形量に対する電気抵抗の増加挙動が不安定になる。これにより、検出の再現性が低下するおそれがある。Ｄ９０／Ｄ１０の値が１０以下であるとより好適である。なお、導電性フィラーとして、二種類以上の粒子を使用する場合には、Ｄ９０／Ｄ１０の値は１００以下であればよい。
【００７３】
このような導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ［ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ）］、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ［ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ）］、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）等が挙げられる。
【００７４】
導電性フィラーは、エラストマー中に高充填率で配合されている。所望の導電性を発現させるため、導電性フィラーは、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）以上の割合で配合されていることが望ましい。導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合するという観点から、臨界体積分率（φｃ）は３０ｖｏｌ％以上であることが望ましい。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。したがって、例えば、導電性フィラーの充填率は、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。３０ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されないため、所望の導電性が発現しない。また、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。反対に、６５ｖｏｌ％を超えると、エラストマーへの混合が困難となり、成形加工性が低下する。また、センサ本体が弾性変形しにくくなる。５５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。
【００７５】
センサ本体には、上記エラストマー、導電性フィラーに加え、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。また、上記球状の導電性フィラーと共に、異形状（例えば、針状等）の導電性フィラーが配合されていても構わない。
【００７６】
センサ本体は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤等の添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填して、所定の条件下でプレス加硫する。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の呼吸センサを用いた呼吸測定試験について説明する。
【００７８】
〈試験方法〉
上記実施形態の呼吸センサ２（前出図５参照）を用いて、呼吸測定試験を行った。ここで、センサ本体は、以下のように作製した。まず、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン（登録商標）６１０１」）８５重量部（以下「部」と略称する）（８５ｇ）と、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン６０１」）３４部（３４ｇ）と、ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン５０５」）３０部（３０ｇ）と、酸化亜鉛（白水化学工業社製）５部（５ｇ）と、ステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１部（１ｇ）と、パラフィン系プロセスオイル（日本サン石油社製「サンパー（登録商標）１１０」）２０部（２０ｇ）と、をロール練り機にて素練りした。次に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ、粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０＝３．２）２７０部（２７０ｇ）を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させた。さらに、加硫促進剤として、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ−Ｐ」）１．５部（１．５ｇ）、テトラメチルチウラムジスルフィド（三新化学社製「サンセラー（登録商標）ＴＴ−Ｇ」）１．５部（１．５ｇ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（大内新興化学社製「ノクセラーＭ−Ｐ」）０．５部（０．５ｇ）と、硫黄（鶴見化学工業社製「サルファックスＴ−１０」）０．５６部（０．５６ｇ）と、を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させ、エラストマー組成物を調製した。
【００７９】
調製したエラストマー組成物中のカーボンビーズの体積分率は、エラストマー組成物全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物のパーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）は、約４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は、約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物を溶媒（トルエン）に溶解し、溶媒不溶分を測定したところ、ゲル分率は約３％であった。
【００８０】
次に、エラストマー組成物を、所定の大きさの帯状に成形して成形体とした。その成形体を金型に充填し、長手方向両端に電極を配置して、１７０℃で３０分間プレス加硫することにより、電極を備えたセンサ本体を得た。得られたセンサ本体におけるカーボンビーズの充填率は、センサ本体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。
【００８１】
作製されたセンサ本体および電極を、ポリイミド製の基材フィルム上に固定して呼吸センサを構成した。この呼吸センサを、前出図５に示すように、被検者の左半身における胸部と腹部との境界付近に配置した。一方、被検者の鼻孔下には、温度センサを配置した。
【００８２】
呼吸測定試験は、次のようにして三種類行った。第一の試験は、被検者に通常の呼吸をしてもらい、通常時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。第二の試験は、被検者に意識的に腹式で大きく呼吸をしてもらい、腹式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。第三の試験は、被検者に意識的に胸式で大きく呼吸をしてもらい、胸式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値の変化を測定した。また、第一〜第三のいずれの試験においても、温度センサにより、被検者の鼻孔下の温度を測定した。
【００８３】
〈試験結果〉
各呼吸測定試験の結果を図９〜図１１に示す。図９は、通常の呼吸時における呼吸センサ（抵抗Ｒ、以下図１０、図１１において同じ）の電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。図１０は、腹式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。図１１は、胸式呼吸時における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示す。
【００８４】
図９〜図１１に示すように、呼吸の種類によらず、電気抵抗値の変化は鼻孔下温度の変化と対応している。これより、本発明の呼吸センサによると、呼吸の種類に関わらず、呼吸周期の測定が可能であることがわかる。また、呼吸の種類に対応した波形が得られていることから、本発明の呼吸センサによると、呼吸周期や呼吸深さ、つまり呼吸状態を正確に把握できることがわかる。
【００８５】
例えば、胸式あるいは腹式により大きく呼吸した場合には、心電計により得られた心電図波形、筋電計により得られた筋電図波形から、呼吸状態をある程度把握することができる。しかし、通常の呼吸の場合、心電図波形、筋電図波形では呼吸を示すピークが現れにくいため、呼吸状態を把握することは難しい。この点、本発明の呼吸センサによると、通常の呼吸時においても、呼吸状態を正確に測定することができる。また、得られた電気抵抗値データをフーリエ変換して規則性周期を求めることにより、呼吸周期を容易に求めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明におけるセンサ本体の荷重印加前の導電パスを示す模式図である。
【図２】同センサ本体の荷重印加後の導電パスを示す模式図である。
【図３】エラストマー組成物におけるパーコレーションカーブの模式図である。
【図４】本発明の実施形態の呼吸センサが配置された被検者の胸部付近の正面図である。
【図５】同呼吸センサ付近の正面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】同呼吸センサが組み込まれた呼吸測定装置のブロック図である。
【図８】同呼吸測定装置により得られた電気抵抗値の変化の一例を示グラフである。
【図９】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（通常時）。
【図１０】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（腹式呼吸時）。
【図１１】呼吸測定試験における呼吸センサの電気抵抗値、および鼻孔下温度の経時変化を示すグラフである（胸式呼吸時）。
【符号の説明】
【００８７】
１：呼吸測定装置
２：呼吸センサ ２０：センサ本体 ２１：基材フィルム（基材） ２２：コネクタ
２３Ａ、２３Ｂ：導線
３：制御装置 ３０：ブリッジ回路 ３１：増幅回路 ３２：入力回路
３３：波形処理部 ３４：記憶部 ３５：出力回路
４：表示装置 ８０：両面テープ（接着部材） ９：被検者
１００：センサ本体 １０１：エラストマー １０２：導電性フィラー
Ａ、Ｂ：電極 ΔＶ：電位差 Ｒ：抵抗 Ｒ１〜Ｒ３：抵抗 Ｖ１、Ｖ２：中間電位
Ｖｉｎ：電源 Ｐ：導電パス Ｐ１：導電パス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、
を備えてなり、
該センサ本体は、呼吸による被検者の体の動きに伴って弾性変形し、該センサ本体の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、該被検者の呼吸状態を検出可能な呼吸センサ。
【請求項２】
前記被検者の胸部および腹部の少なくとも一方を含む領域に配置されている請求項１に記載の呼吸センサ。
【請求項３】
前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である請求項１または請求項２に記載の呼吸センサ。
【請求項４】
さらに、前記センサ本体と前記被検者の体との間に介装される基材を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項５】
前記センサ本体は、前記被検者の体に固定される固定面と、該固定面に背向する背向面と、を有し、
テープ部材で該背向面側から該被検者の体と共に被覆することにより、該被検者の体に固定されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項６】
前記センサ本体と前記被検者の体との間には接着部材が配置され、
該接着部材により該被検者の体に固定されている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項７】
前記センサ本体は、前記エラストマーと前記導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、
該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）が３５ｖｏｌ％以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項８】
前記導電性フィラーの充填率は、前記センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項９】
前記導電性フィラーは、カーボンビーズである請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項１０】
前記導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項１１】
前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項１】
エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、
を備えてなり、
該センサ本体は、呼吸による被検者の体の動きに伴って弾性変形し、該センサ本体の弾性変形に基づく該電気抵抗の経時変化から、該被検者の呼吸状態を検出可能な呼吸センサ。
【請求項２】
前記被検者の胸部および腹部の少なくとも一方を含む領域に配置されている請求項１に記載の呼吸センサ。
【請求項３】
前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である請求項１または請求項２に記載の呼吸センサ。
【請求項４】
さらに、前記センサ本体と前記被検者の体との間に介装される基材を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項５】
前記センサ本体は、前記被検者の体に固定される固定面と、該固定面に背向する背向面と、を有し、
テープ部材で該背向面側から該被検者の体と共に被覆することにより、該被検者の体に固定されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項６】
前記センサ本体と前記被検者の体との間には接着部材が配置され、
該接着部材により該被検者の体に固定されている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項７】
前記センサ本体は、前記エラストマーと前記導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、
該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）が３５ｖｏｌ％以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項８】
前記導電性フィラーの充填率は、前記センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項９】
前記導電性フィラーは、カーボンビーズである請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項１０】
前記導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の呼吸センサ。
【請求項１１】
前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の呼吸センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２２９０８４（Ｐ２００８−２２９０８４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７４０６９（Ｐ２００７−７４０６９）
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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