JP2004279219A - 尿情報測定装置及び尿情報測定装置を用いた洋風大便器ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の尿量測定システムでは、専用の便器や便座が必要となるなど、装置の構成が複雑で高価であるという問題があった。
【解決手段】使用者の尿を受ける採尿器と、同じく使用者の尿を受ける溜水部と、前記溜水部に落下した尿を溜水とともに下水に排出するトラップ部を備えた洋風大便器ユニットに設置され、使用者の尿に含まれる少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する尿成分濃度測定手段と、前記溜水部の少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段と、前記尿成分濃度測定手段の測定結果と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果と、ナトリウム濃度及び／又はカリウム濃度測定手段の測定結果とに基づいて排泄された尿量を推定する尿量推定手段を備えたことを特徴とする尿情報測定装置。
【選択図】 図１２
【解決手段】使用者の尿を受ける採尿器と、同じく使用者の尿を受ける溜水部と、前記溜水部に落下した尿を溜水とともに下水に排出するトラップ部を備えた洋風大便器ユニットに設置され、使用者の尿に含まれる少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する尿成分濃度測定手段と、前記溜水部の少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段と、前記尿成分濃度測定手段の測定結果と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果と、ナトリウム濃度及び／又はカリウム濃度測定手段の測定結果とに基づいて排泄された尿量を推定する尿量推定手段を備えたことを特徴とする尿情報測定装置。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排泄された尿量を知ることができる尿情報測定装置及びそれを搭載した洋風大便器ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、便鉢上方に設けた椀状の受尿器で、排泄された尿の全量を採取することにより尿量を測定するようにした便器がある（例えば、特許文献１参照）。また、便器と便座の間に重量センサーを設け、排泄前後の体重差によって尿量を算出するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。またトラップ部に連通した圧力センサーまたは水位センサーを設け、前記センサーの変化量によって尿量を推定するようにした小便器がある。（例えば、特許文献３および４参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３０１６２９号公報
【特許文献２】
特開平９−１１９８５９号公報
【特許文献３】
特開平１０−０３７２８４号公報
【特許文献４】
特開２００２−３３９４３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の尿量測定システムでは、専用の便器や便座が必要となったり、男女による排尿位置の違いへの対応処置が必要などの理由により、装置の構成が複雑で高価であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、既存の便器を利用できるため安価、かつ、機能手段を後付けすることも可能で、かつ使用者の性別に係わらす、排泄された尿量を簡易的に知ることができる洋風大便器ユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、使用者の尿を受ける採尿器と、同じく使用者の尿を受ける溜水部と、前記溜水部に落下した尿を溜水とともに下水に排出するトラップ部を備えた洋風大便器ユニットに設置され、使用者の尿に含まれる少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する尿成分濃度測定手段と、前記溜水部の少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段と、前記尿成分濃度測定手段の測定結果と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果と、ナトリウム濃度及び／又はカリウム濃度測定手段の測定結果とに基づいて排泄された尿量を推定する尿量推定手段を備えたことを特徴とするので、既存の洋風大便器を利用して尿量測定手段を追加できることに加え、溜水に落下・流入する全量が把握できるため男性・女性で排尿位置が異なることによる影響が発生せず、また便器に対して特別な加工を実施しないため、尿量測定手段を利用しない使用者や清掃者に対しても洋風大便器としての使い勝手が低下することがない。
【０００７】
上記目的を達成するために請求項２は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段は、前記使用者の尿を受ける採尿器に配置され、使用者の尿を直接受けて測定することを特徴とするので、尿の濃さによる影響を除外することができ高い精度が期待できる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項３は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、測定時に前記洋風大便器ユニットの溜水中に配置されることを特徴とするので、前記溜水の電気伝導度の排尿による変化状態で尿量が推定できるという本発明の主旨に加え、前記尿に含まれるナトリウム濃度又はカリウム濃度センシング手段と測定回路および機構を共通化することが可能であり、安価な構成で機構を実現することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項４は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段のうち少なくともどちらか一方は、温度測定手段をその近傍に配置していることを特徴とするので、同一のナトリウム濃度又はカリウム濃度を持つものであっても温度が変化すると見かけのナトリウム濃度又はカリウム濃度が変化するという誤差要因を取り除くことができ、尿量推定の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項５は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果は、前記温度測定手段の測定結果によって、所定温度におけるナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算されることを特徴とするので、化学分野で一般的に推奨される２５℃換算値を使用した推定が可能となり、同一のナトリウム濃度又はカリウム濃度を持つものであっても温度が変化すると見かけのナトリウム濃度又はカリウム濃度又が変化するという誤差要因を取り除くことができ、尿量推定の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項６は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、測定時のみ溜水部に着水され、非測定時にはリム面上方まで引き上げられて使用者から視認できない位置に格納される検知部を有することを特徴とするので、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部が使用者から容易に視認できて見苦しいこと、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部の存在が洋風大便器ユニットの清掃性を悪化させること、および、大便によって前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部が汚れたり測定信頼性に悪影響を与える可能性を解消することができる。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項７は、請求項１ないし６のいずれかに記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、その近傍に配置した溜水撹拌手段によって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化を促進することを特徴とするので、排尿開始から変動する前記溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定結果が非定常の状態から定常の状態に移行する時間を短時間、かつ、繰り返し安定性を向上させることができ、結果として尿量推定結果を高信頼性で開示することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項８は、請求項１ないし６に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、測定終了後に、清浄な水により洗浄されることを特徴とするので、大便や尿と接する可能性のあるナトリウム濃度又はカリウム濃度センシングを実施する前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の検出部を清浄に保つことができ、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の検出部の動作信頼性が低下することがなく、結果として尿量推定結果を高信頼性で開示することができる。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項９は、請求項６ないし請求項８に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、リム面上方に引き上げられている時に、少なくともその一部分が交換可能であることを特徴とするので、ナトリウム濃度又はカリウム濃度センシングを実施する前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の信号伝達部分を前記洋風大便器のボール面内に手を入れることなく衛生的に交換できる。
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１０は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿量推定手段は、前記尿成分濃度測定手段の測定結果である使用者の尿に含まれるナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定値と、前記溜水成分濃度測定手段の非定常状態における測定結果である溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の時間に対する変動量とから推定された定常値か、または、前記溜水成分濃度測定手段の定常状態時の測定結果のうちの定常値と、により尿量を推定することを特徴とするので、排尿する使用者毎に固有で発生する尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度の個人差、食事内容や体内のホルモンバランスなどによる都度都度のバラツキ、尿流速の絶対値差や時間当りの変動、および、排尿時間の絶対値差があっても、短時間で精度良く尿量を推定することができる。
【００１６】
上記目的を達成するために請求項１１は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿量推定手段は、尿量を推定するに際して少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度が既知であるダミー尿を前記洋風大便器ユニットにあらかじめ定められた量を供給することによって前記溜水部の溜水容量を設定することを特徴とするので、便器種類毎の溜水量絶対値差があっても、施工時や定期的な補正が実現可能であり、精度良く尿量を推定することができる。
【００１７】
上記目的を達成するために請求項１２は、請求項１ないし１１に記載の尿情報測定装置において、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定値は、電気伝導度の測定結果によって算出されることを特徴とするので、高価なナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定用のイオンセンサーが不要である。電気伝導度の測定は、所定の端子間のインピーダンスを測定することによって実現でき、可動部分が存在しないため構造が簡略で動作信頼性が高い。
【００１８】
上記目的を達成するために請求項１３は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の尿情報測定装置を用いたことを特徴とするので、既存の洋風大便器を利用して尿量測定手段を追加できることに加え、溜水に落下・流入する全量が把握できるため男性・女性で排尿位置が異なることによる影響が発生せず、また便器に対して特別な加工を実施しないため、尿量測定手段を利用しない使用者や清掃者に対しても洋風大便器としての使い勝手が低下することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の測定原理を示す模式図である。以下に洋風大便器内部のナトリウム濃度又はカリウム濃度濃度を測定することによって、尿量を推定する原理を説明する。洋風大便器３１のボール面３２には、容積Ｑの溜水３３が溜められ、トラップ部３５を介して図示しない下水に連通されているとする。使用者の排尿行為によって尿は、尿流速ｑで排尿時間Ｔで尿量Ｒが溜水３３に排出される。この間、溜水３３からはトラップ３５を経て、前記尿量Ｒと同一容量分の尿混じりのあふれ水が下水に向けて排出されることになるが、このあふれ水は我々の得た知見では排尿された尿は溜水３３への拡散が進まず、実質的にはほぼほぼ元の溜水３３即ち、水であることが判った。
【００２０】
ここで、排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη１、および、尿が混ざる前の溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη２とすると、前記排尿行為によって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度η１の尿量Ｒと、ナトリウム濃度又はカリウム濃度η２の溜水容積（Ｑ−Ｒ）が混ぜ合わされることになる。両者が混合開始されて一定時間経過した定常状態では、尿が混ざった後の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη３で、容積Ｑの溜水ができる。ナトリウムおよびカリウムは尿中に多量に含まれること、高血圧症の管理指標となること、および、水中での電離係数が高いことから選定された。これを等式で表すと、
【式１】
Ｒ×η１＋（Ｑ−Ｒ）×η２＝Ｑ×η３
で表される。これを展開すると、
【式２】
Ｒ＝Ｑ×（η３−η２）／（η１−η２）
となる。（式２）は使用者が使用した便器固有の値である溜水容量Ｑと、測定可能なナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定値であるη１・η２・η３によって、尿量Ｒが測定可能であることが示されている。
【００２１】
便器と尿量推定機能部が一体で商品構成される場合は、商品出荷前に溜水の容量Ｑは定数として設定可能である。しかし、既存の便器に対して尿量推定機能部を後から組み合わせるいわゆる後付けの場合は、便器の種類毎に溜水の容量Ｑは異なっているため、溜水の容量Ｑを当該便器の値に設定しなければならない。その場合は、便器の品番毎に溜水の容量Ｑを予め入力したテーブルを設定し、施工時に便器品番を入力しても良い。また、施工時に容量Ｒと、ナトリウム濃度又はカリウム濃度が既知のテスト水を流したときの測定値η１・η２・η３により、後記する（式３）に従って、施工された便器に対する溜水容量Ｑを推定設定して、以降の尿量推定に利用してもよい。なお溜水容量Ｑに対して実測結果を補正する係数などを加えることは、設計要因的範疇の事項である。
【式３】
Ｑ＝Ｒ×（η１−η２）／（η３−η２）
【００２２】
次に、実際の測定手順について述べる。
排尿開始に伴い、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度η２は、拡散・混合している非定常状態から所定時間経過を経て、定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３になる。使用者の尿の排泄容量は１回当り２００ｍＬ〜７００ｍＬ、ナトリウム濃度又はカリウム濃度は各々５００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍ・５００ｐｐｍ〜３５００ｐｐｍ、および、洋風大便器の溜水量が１〜４Ｌの範囲で定常状態となる時間を確認したところ、概ね３分以内であった。定常状態を待つ測定方法の場合、尿量推定値を表示するまでに３分程度かかることになる。
【００２３】
定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３は、測定開始から定常状態となって安定するまでの時間を待って測定しても良いが、尿量推定値を表示するまでの時間を短縮するためには、ナトリウム濃度又はカリウム濃度の時間変動量から定常値を予測推定する方法を取っても良いし、溜水を撹拌したりして、定常値に安定するまでの時間を短縮する方法を採用してもよい。溜水の撹拌を実施した場合、前記測定条件において、定常状態になるまでの時間は概ね１分以内であった。
【００２４】
尿の主要な電解物質は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化カリウム（ＫＣｌ）である。その濃度の測定は選択透過膜を用いた、いわゆるイオンセンサーを使用して測定する方法もあるが、ナトリウム又はカリウムは尿中の主要な電離物質であること、および、水中における電離係数が高いことを鑑みて、電気伝導度を直接測定して、ナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算して求める方法について以下に述べる。
【００２５】
図２、図３は各々、人尿におけるナトリウム濃度又はカリウム濃度と電気伝導度の相関関係を実験で求めたグラフである。ナトリウム濃度又はカリウム濃度と電気伝導度は、高い相関関係があることが示されている。本出願人の確認によれば、ナトリウム濃度をＸ１（ｐｐｍ）およびカリウム濃度をＸ２（ｐｐｍ）とした場合、電気伝導度Ｙ（ｍＳ／ｃｍ）は後記する（式４）、（式５）の関係にあることが判った。
【式４】
Ｘ１＝Ｙ／０．００７
【式５】
Ｘ２＝Ｙ／０．０１５
【００２６】
電気伝導度を直接測定する方法は、被測定対象に置かれた所定の端子間のインピーダンスを測定することによって容易に実現でき、可動部分が存在しないことに加え、前述した測定成分に応じたイオンセンサーの場合の所定イオンの選択手段が不要であるため構造が簡略で、動作信頼性が高いという特徴がある。
【００２７】
図４は、本発明における第一の実施例を示す正面方向断面図である。本装置の取り付け位置は便器内部に組み込むだけでなく、便座背部に設けられる衛生洗浄装置と外郭部材を共通にした例である。
【００２８】
洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１の上面は、図示しない便座等が当接するリム面３４が構成されている。使用者が着座する便座の後方には、便座回動のためのヒンジ等が構成されるケース２が配置されており、その内部には溜水３３中のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う溜水成分濃度測定手段１０が配置されている。溜水成分濃度測定手段１０は、溜水３３に対向しており、溜水３３からの測定結果信号を伝送するホース部材１４が連結されている。
【００２９】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための検知部と、サーミスタセンサーや熱電対などによる温度検知部が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３０】
図５は、本発明における第二の実施例の正面方向断面図である。溜水成分濃度測定手段１０を便器リム面上方の便器と便座の間に配置した例である。洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１の上面のリム面３４の上方には、内部に溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する濃度測定手段１１を配した溜水成分濃度測定手段１０が配置され、リムカバー３によってリム面３４に固定される。溜水成分濃度測定手段１０は、溜水３３からの測定結果信号を伝送するホース部材１４が連結されている。
【００３１】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部と、溜水３３の温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などによる図示しない温度検出手段が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３２】
図６は、本発明の第二の実施例の側面方向断面図である。洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められ、トラップ部３５を介して、図示しない下水と連通している。洋風大便器３１の上面は、リム面３４が構成されている。リム面３４の上方には、内部にナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための濃度測定手段１１を配したリムカバー３が覆せられている。本実施例の濃度測定手段１１は、溜水３３に対してホース部材１４が連結されている。
【００３３】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための検知部と、サーミスタセンサーや熱電対などによる温度検知部が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３４】
また、リムカバー３の内部には図示しないモータ等からなる駆動機構によって、ボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１が設けられており、採尿アーム２１の先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。そして、採尿器２２には排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部が設けられている。採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が検出されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が測定される。なお、採尿アーム２１を測定時のみボール面３２内に伸出させ、非測定時にはリムカバー３に収納されるように収納機構部が設けられている。
【００３５】
図７は、本発明を実施したときの使用者の尿流速変動を示すグラフである。排尿開始後、尿流速はピークを迎えた後、次第に尿流速が低下して排尿が終了する。一般に尿流速のピーク値は１５〜５０ｍＬ／秒であり、排尿時間は６０秒以下である。尿量は尿流速の時間当りの総和であり、膀胱に溜まっているた尿の容積Ｒを表すことになる。
【００３６】
図８は、溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度変動を示す模式図である。実験によると、排尿開始に伴い、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度η２が拡散・混合している非定常状態から、所定時間経過を経て定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３になる。本件請求項の定常値とはこの時の濃度η３の値を指している。溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３は、非定常状態から定常状態になるまでの時間を待つと、直接測定可能であるが結果を得るためには時間がかかることが予想される。
【００３７】
実測した結果、ナトリウム濃度又はカリウム濃度ηの変動カーブは、時間ｔにより後記する（式６）で表されることが分かった。このことより、変動カーブを推定し、安定までの時間を待たずにη３を推定することも可能であることが判る。なお、Ａ，Ｂは定数であり、ナトリウム濃度又はカリウム濃度といった目的とする成分の変動状態を実験等によって求めて設定すればよい。
【式６】
η＝Ａｔ（１／Ｂ）＋η２
【００３８】
図９は、溜水部のナトリウム濃度の排尿開始からの時間経過による変化状態を、人間の一般的な一回の排尿量といわれている２００〜５００ｍＬの範囲のうち、２００ｍＬ、３５０ｍＬ、５００ｍＬの場合を測定した事例の結果を示すグラフである。排尿開始前における溜水部のナトリウム濃度と、排尿のナトリウム濃度には大きな濃度差があるため、短時間で溜水全体に一様に拡散することはない。排尿された溜水面から一定深さの位置に検出部を配置すると、その部分における拡散によって定常状態に至るまでのナトリウム濃度が測定されることになる。検出部を溜水面から３０ｍｍの深さに配置した場合では、溜水３３の撹拌を行わない場合、安定までに要する時間は概ね排尿開始から３分程度であった。本グラフでは人間の一般的な排尿量である２００〜５００ｍＬが測定可能であることと、溜水の撹拌によって安定時間が短縮されることが示されている。
【００３９】
ここで、溜水撹拌の実現方法としては、水面を上下移動体で波立たせる方法など各種存在するが、本事例においては溜水中で気泡を発生させ水面部のみを撹拌する方法を採用した。
【００４０】
図１０は、本発明の装置で測定する場合の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化挙動を示すグラフである。測定開始から終了までの、溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変動が示されている。測定開始スイッチの操作（ａ点）によって、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段１につながるホース部材１４は駆動手段によって溜水３３に移動・着水し（ｂ点）、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を開始する。排尿開始（ｃ点）から終了（ｄ点）にかけて、溜水３３よりナトリウム濃度又はカリウム濃度が高い尿が供給されるため、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度は上昇し定常状態に安定する（ｅ点）。尿量推定演算を終了し、測定値の表示が行われて測定は終了する（ｆ点）。その後、溜水成分濃度測定手段１０のホース部材１４は溜水３３から移動し、所定の位置に格納される（ｇ点）。
【００４１】
（式２）で示したように溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化量（η３−η２）はその間に排泄された尿量Ｒと相関関係があり、その測定結果から尿量を推定することができる。また、前記変化量だけでなく、排泄によるナトリウム濃度又はカリウム濃度変動時の変動カーブを推定し、安定までの時間を待たずにη３を推定することも可能である。変動カーブ推定をすると、短時間で尿量の算出が可能である。
【００４２】
図１１は、本発明の排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う尿成分濃度測定手段２０に設けられた採尿器２２の構造を示す断面図である。洋風大便器のボール面３１内を回動する採尿アーム２１の先端には、使用者の尿を受ける採尿器２２が配置され、尿と接するように複数の端子２３が設けられている。前記複数の端子２３間のインピーダンスの測定結果に基づき演算処理をすることによって、尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度が測定される。
【００４３】
また、本例において尿温度を測定するセンサーは省略しているが、温度による測定値の変動を補正するためには、採尿器２２の内側の尿と接する部分に温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などを配置しても良い。なお、簡易的測定の場合には、尿温度は深部体温に近いということから、体温を一定と仮定して温度による影響を無視して演算処理を行なう方法をとっても良い。
【００４４】
図１２は、本発明の第三の実施例を示す斜視図である。なお本図にて使用者が着座する便座は、以降の説明を明確にするために省略されている。
【００４５】
洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１のリム面３４の側方には、溜水及び排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定のデータ処理や駆動制御、また操作表示部を持った制御手段１が配置され、その内部には溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段１０が配置されている。リム面３４にはを配したリムカバー３が覆せられており、その上面には排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う尿成分濃度測定手段２０が配置されている。本実施例の溜水成分濃度測定手段１０にはホース部材１４が連結されており、ホース部材１４には後述の伸縮機構が接続されている。
【００４６】
また、尿成分濃度測定手段２０には図示しないモータ等からなる駆動機構によってボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１が取り付けられ、その先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。そして、採尿器２２にはナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部が設けられている。
【００４７】
採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が検出されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が検出される。なお、採尿アーム２１を測定時のみボール面３２内に伸出させ、非測定時にはリムカバー３に収納されるように収納機構部を設けても良い。
【００４８】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度情報を検出するための検知部と、溜水３３の温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などによる図示しない温度検出手段が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００４９】
ナトリウム濃度又はカリウム濃度は化学的には２５℃換算で表現され、１℃あたり０．１％程度の誤差が発生する。ナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部の近傍に温度センサー等の温度検出手段を配置し、その検知情報に基づいて同時に温度換算を実施すれば、尿量の推定精度が向上する。
【００５０】
なお、本実施例のようにナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部が採尿器２２とホース部材１４との２箇所に設けられる場合には、採尿器２２に設けられる排尿側のナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部は、人体の深部体温に近い尿を直接受けることになるため、平均的体温である３６．４℃であると仮定して２５℃のナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算することによって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部の近傍に設けられる温度検出手段を１つ省略することができる。
【００５１】
図１３は、以上述べてきた本発明の第三の実施例での溜水成分濃度測定手段１０の詳細断面図である。。
【００５２】
溜水成分濃度測定手段１０は、内部にナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する濃度測定手段１１とホース部材１４を駆動するホース部材駆動手段とを収納しており、リム面３４に固定するためのリムカバー３と連結されている。
【００５３】
ホース部材駆動手段はローター１５とそれを回動するための電動機やエアモータなどの回動アクチュエータ１６を有している。ローター１５に巻き付けられたホース部材１４は、回動アクチュエータ１６によって繰り出されたり巻き取られたりするようになっている。回動アクチュエータ１６がローター１５を回転させて、ホース部材１４を繰り出すと、ホース部材１４は溜水３３に着水するようになっている。
【００５４】
待機時、ホース部材１４はローター１５に巻き付けられてリム面３４の上方に格納され、尿量測定をしない時や掃除の時などに洋風大便器としての使い勝手を低下させることがない。
【００５５】
濃度測定手段１１はシール材を介してローター１５と接続されている。したがって、ローター１５は外周に巻き付けられたホース部材１４と連通する情報伝送部材１２を介して、ホース部材１４の検知部で検出されたナトリウム濃度又はカリウム濃度情報が濃度測定手段１１に伝送される。
【００５６】たリムカバー３の収納部にはホース部材１４を洗浄するための洗浄ノズル１７が配置されており、衛生的な使用を可能としている。またホース部材１４は、ローター１５に巻き付けられているだけであり、ホース部材１４の接続もローター１５の通信伝送路１２に差し込まれているだけである。日々の使用で汚れたホース部材１４はローター５から引き抜き、新しいホース部材１４を同じ部位に差し込んでローター５に巻き付けるだけで交換可能である。便器ボール面の中に手を入れなくても、リム面上で交換できるよう配慮されている。
【００５７】
図１４は、本発明の第四の実施例を示す斜視図である。本図は溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段を溜水に移動させる駆動手段の位置が、特に指定されるもので無いことを示している。ホース部材１４は洋風大便器３１の前方に設けられた溜水成分濃度手段１０の回動アクチュエータ１６によって、測定時には左右方向に回転駆動され、ボール面３２に沿って移動して最下方の近傍位置で着水し、待機時にはリム面３４近傍への格納ができるようになっている。
【００５８】
そして、ホース部材１４の検知部で検出されたナトリウム濃度又はカリウム濃度情報は溜水成分濃度手段１０の濃度測定手段１１に送られてナトリウム濃度又はカリウム濃度の算出が行なわれる。その他の構成は他の実施例と同様なものは同じ記号を付して説明を省略する。このように溜水成分濃度手段１０の設置位置は洋風大便器３１の適宜な位置に設置可能である。
【００５９】
また、リムカバー３には図示しない駆動機構によって、ボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１の先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が測定されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が測定される。
【００６０】
図１５は本発明の動作事例を示すフローチャート図である。使用者が測定開始を指示すると、ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定が開始される。次いで、ナトリウム濃度又はカリウム濃度センシング手段の一端が溜水に移動する。使用者が排尿を開始してからナトリウム濃度又はカリウム濃度変化カーブが測定される。例えば１分間というような測定表示までの時間を設定し、それまでにナトリウム濃度又はカリウム濃度が安定している時は、その値を利用して尿量の推定演算・表示を実施する。安定が遅れている時には、変動カーブで安定値を推定して尿量の推定演算・表示を実施する。
【００６１】
図１６に本発明の第五の実施例を示す。本実施例では温水洗浄便座が取り付けられた便器に、溜水成分濃度測定手段１０と尿成分濃度測定手段２０とが便器の左右のリムに分かれて設置されており、成分測定・演算・結果表示等を行う制御手段１が別置きで配置されている。
【００６２】
図１７は本発明の第六の実施例を示す。本実施例では温水洗浄便座４０のケーシングと一体的に本装置の制御手段１が設けられており、溜水成分濃度測定手段１０も同じケーシングの中に収納されている。また、尿成分濃度測定手段２０は便座４１と便器のリム面との間の空間にその採尿アーム２１が収納されるようにして配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の洋風大便器の数学的モデル図である。
【図２】人尿におけるナトリウム濃度と電気伝導度の相関関係を示すグラフである。
【図３】人尿におけるカリウム濃度と電気伝導度の相関関係を示すグラフである。
【図４】本発明における溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第一の実施例を示す正面方向断面図である。
【図５】本発明における溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第二の実施例を示す正面方向断面図である。
【図６】本発明の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第二の実施例を示す側面方向断面図である。
【図７】使用者の尿流速変動を示すグラフである。
【図８】溜水部の成分濃度変動を示す模式図である。
【図９】溜水部のナトリウム濃度を測定項目とした事例を示すグラフである。
【図１０】本発明の溜水の成分濃度の挙動を示す模式図である。
【図１１】本発明の採尿器に設けられた成分濃度測定手段の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第三の実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第三の実施例における溜水成分濃度測定手段の詳細断面図である。
【図１４】本発明の第四の実施例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の動作事例を示すフローチャート図である。
【図１６】本発明の第五の実施例を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第六の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…制御手段
２…ケース
３…リムカバー
１０…溜水成分濃度測定手段
１１…濃度測定手段
１２…情報伝送部材
１３…
１４…ホース部材
１５…ローター
１６…回動アクチュエータ
１７…洗浄ノズル
２０…尿成分濃度測定手段 ２１…採尿アーム
２２…採尿器
２３…端子
３１…洋風大便器
３２…ボール面
３３…溜水
３４…リム面
３５…トラップ部
３６…温水洗浄便座制御部
１０１…使用者
Ａ…定数
Ｂ…定数
ｑ…尿流速、単位時間当りの尿流入量
Ｑ…溜水部の容積
Ｒ…排尿される尿の容積
ｔ…時間
η１…排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度
η２…初期の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度
η３…尿が混ざった後の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度
【発明の属する技術分野】
本発明は、排泄された尿量を知ることができる尿情報測定装置及びそれを搭載した洋風大便器ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、便鉢上方に設けた椀状の受尿器で、排泄された尿の全量を採取することにより尿量を測定するようにした便器がある（例えば、特許文献１参照）。また、便器と便座の間に重量センサーを設け、排泄前後の体重差によって尿量を算出するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。またトラップ部に連通した圧力センサーまたは水位センサーを設け、前記センサーの変化量によって尿量を推定するようにした小便器がある。（例えば、特許文献３および４参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３０１６２９号公報
【特許文献２】
特開平９−１１９８５９号公報
【特許文献３】
特開平１０−０３７２８４号公報
【特許文献４】
特開２００２−３３９４３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の尿量測定システムでは、専用の便器や便座が必要となったり、男女による排尿位置の違いへの対応処置が必要などの理由により、装置の構成が複雑で高価であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、既存の便器を利用できるため安価、かつ、機能手段を後付けすることも可能で、かつ使用者の性別に係わらす、排泄された尿量を簡易的に知ることができる洋風大便器ユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、使用者の尿を受ける採尿器と、同じく使用者の尿を受ける溜水部と、前記溜水部に落下した尿を溜水とともに下水に排出するトラップ部を備えた洋風大便器ユニットに設置され、使用者の尿に含まれる少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する尿成分濃度測定手段と、前記溜水部の少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段と、前記尿成分濃度測定手段の測定結果と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果と、ナトリウム濃度及び／又はカリウム濃度測定手段の測定結果とに基づいて排泄された尿量を推定する尿量推定手段を備えたことを特徴とするので、既存の洋風大便器を利用して尿量測定手段を追加できることに加え、溜水に落下・流入する全量が把握できるため男性・女性で排尿位置が異なることによる影響が発生せず、また便器に対して特別な加工を実施しないため、尿量測定手段を利用しない使用者や清掃者に対しても洋風大便器としての使い勝手が低下することがない。
【０００７】
上記目的を達成するために請求項２は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段は、前記使用者の尿を受ける採尿器に配置され、使用者の尿を直接受けて測定することを特徴とするので、尿の濃さによる影響を除外することができ高い精度が期待できる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項３は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、測定時に前記洋風大便器ユニットの溜水中に配置されることを特徴とするので、前記溜水の電気伝導度の排尿による変化状態で尿量が推定できるという本発明の主旨に加え、前記尿に含まれるナトリウム濃度又はカリウム濃度センシング手段と測定回路および機構を共通化することが可能であり、安価な構成で機構を実現することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項４は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段のうち少なくともどちらか一方は、温度測定手段をその近傍に配置していることを特徴とするので、同一のナトリウム濃度又はカリウム濃度を持つものであっても温度が変化すると見かけのナトリウム濃度又はカリウム濃度が変化するという誤差要因を取り除くことができ、尿量推定の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項５は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果は、前記温度測定手段の測定結果によって、所定温度におけるナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算されることを特徴とするので、化学分野で一般的に推奨される２５℃換算値を使用した推定が可能となり、同一のナトリウム濃度又はカリウム濃度を持つものであっても温度が変化すると見かけのナトリウム濃度又はカリウム濃度又が変化するという誤差要因を取り除くことができ、尿量推定の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項６は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、測定時のみ溜水部に着水され、非測定時にはリム面上方まで引き上げられて使用者から視認できない位置に格納される検知部を有することを特徴とするので、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部が使用者から容易に視認できて見苦しいこと、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部の存在が洋風大便器ユニットの清掃性を悪化させること、および、大便によって前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度のセンシング手段検出部が汚れたり測定信頼性に悪影響を与える可能性を解消することができる。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項７は、請求項１ないし６のいずれかに記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段は、その近傍に配置した溜水撹拌手段によって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化を促進することを特徴とするので、排尿開始から変動する前記溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定結果が非定常の状態から定常の状態に移行する時間を短時間、かつ、繰り返し安定性を向上させることができ、結果として尿量推定結果を高信頼性で開示することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項８は、請求項１ないし６に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、測定終了後に、清浄な水により洗浄されることを特徴とするので、大便や尿と接する可能性のあるナトリウム濃度又はカリウム濃度センシングを実施する前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の検出部を清浄に保つことができ、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の検出部の動作信頼性が低下することがなく、結果として尿量推定結果を高信頼性で開示することができる。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項９は、請求項６ないし請求項８に記載の尿情報測定装置において、前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、リム面上方に引き上げられている時に、少なくともその一部分が交換可能であることを特徴とするので、ナトリウム濃度又はカリウム濃度センシングを実施する前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の信号伝達部分を前記洋風大便器のボール面内に手を入れることなく衛生的に交換できる。
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１０は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿量推定手段は、前記尿成分濃度測定手段の測定結果である使用者の尿に含まれるナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定値と、前記溜水成分濃度測定手段の非定常状態における測定結果である溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の時間に対する変動量とから推定された定常値か、または、前記溜水成分濃度測定手段の定常状態時の測定結果のうちの定常値と、により尿量を推定することを特徴とするので、排尿する使用者毎に固有で発生する尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度の個人差、食事内容や体内のホルモンバランスなどによる都度都度のバラツキ、尿流速の絶対値差や時間当りの変動、および、排尿時間の絶対値差があっても、短時間で精度良く尿量を推定することができる。
【００１６】
上記目的を達成するために請求項１１は、請求項１に記載の尿情報測定装置において、前記尿量推定手段は、尿量を推定するに際して少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度が既知であるダミー尿を前記洋風大便器ユニットにあらかじめ定められた量を供給することによって前記溜水部の溜水容量を設定することを特徴とするので、便器種類毎の溜水量絶対値差があっても、施工時や定期的な補正が実現可能であり、精度良く尿量を推定することができる。
【００１７】
上記目的を達成するために請求項１２は、請求項１ないし１１に記載の尿情報測定装置において、前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定値は、電気伝導度の測定結果によって算出されることを特徴とするので、高価なナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定用のイオンセンサーが不要である。電気伝導度の測定は、所定の端子間のインピーダンスを測定することによって実現でき、可動部分が存在しないため構造が簡略で動作信頼性が高い。
【００１８】
上記目的を達成するために請求項１３は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の尿情報測定装置を用いたことを特徴とするので、既存の洋風大便器を利用して尿量測定手段を追加できることに加え、溜水に落下・流入する全量が把握できるため男性・女性で排尿位置が異なることによる影響が発生せず、また便器に対して特別な加工を実施しないため、尿量測定手段を利用しない使用者や清掃者に対しても洋風大便器としての使い勝手が低下することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の測定原理を示す模式図である。以下に洋風大便器内部のナトリウム濃度又はカリウム濃度濃度を測定することによって、尿量を推定する原理を説明する。洋風大便器３１のボール面３２には、容積Ｑの溜水３３が溜められ、トラップ部３５を介して図示しない下水に連通されているとする。使用者の排尿行為によって尿は、尿流速ｑで排尿時間Ｔで尿量Ｒが溜水３３に排出される。この間、溜水３３からはトラップ３５を経て、前記尿量Ｒと同一容量分の尿混じりのあふれ水が下水に向けて排出されることになるが、このあふれ水は我々の得た知見では排尿された尿は溜水３３への拡散が進まず、実質的にはほぼほぼ元の溜水３３即ち、水であることが判った。
【００２０】
ここで、排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη１、および、尿が混ざる前の溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη２とすると、前記排尿行為によって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度η１の尿量Ｒと、ナトリウム濃度又はカリウム濃度η２の溜水容積（Ｑ−Ｒ）が混ぜ合わされることになる。両者が混合開始されて一定時間経過した定常状態では、尿が混ざった後の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度をη３で、容積Ｑの溜水ができる。ナトリウムおよびカリウムは尿中に多量に含まれること、高血圧症の管理指標となること、および、水中での電離係数が高いことから選定された。これを等式で表すと、
【式１】
Ｒ×η１＋（Ｑ−Ｒ）×η２＝Ｑ×η３
で表される。これを展開すると、
【式２】
Ｒ＝Ｑ×（η３−η２）／（η１−η２）
となる。（式２）は使用者が使用した便器固有の値である溜水容量Ｑと、測定可能なナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定値であるη１・η２・η３によって、尿量Ｒが測定可能であることが示されている。
【００２１】
便器と尿量推定機能部が一体で商品構成される場合は、商品出荷前に溜水の容量Ｑは定数として設定可能である。しかし、既存の便器に対して尿量推定機能部を後から組み合わせるいわゆる後付けの場合は、便器の種類毎に溜水の容量Ｑは異なっているため、溜水の容量Ｑを当該便器の値に設定しなければならない。その場合は、便器の品番毎に溜水の容量Ｑを予め入力したテーブルを設定し、施工時に便器品番を入力しても良い。また、施工時に容量Ｒと、ナトリウム濃度又はカリウム濃度が既知のテスト水を流したときの測定値η１・η２・η３により、後記する（式３）に従って、施工された便器に対する溜水容量Ｑを推定設定して、以降の尿量推定に利用してもよい。なお溜水容量Ｑに対して実測結果を補正する係数などを加えることは、設計要因的範疇の事項である。
【式３】
Ｑ＝Ｒ×（η１−η２）／（η３−η２）
【００２２】
次に、実際の測定手順について述べる。
排尿開始に伴い、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度η２は、拡散・混合している非定常状態から所定時間経過を経て、定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３になる。使用者の尿の排泄容量は１回当り２００ｍＬ〜７００ｍＬ、ナトリウム濃度又はカリウム濃度は各々５００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍ・５００ｐｐｍ〜３５００ｐｐｍ、および、洋風大便器の溜水量が１〜４Ｌの範囲で定常状態となる時間を確認したところ、概ね３分以内であった。定常状態を待つ測定方法の場合、尿量推定値を表示するまでに３分程度かかることになる。
【００２３】
定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３は、測定開始から定常状態となって安定するまでの時間を待って測定しても良いが、尿量推定値を表示するまでの時間を短縮するためには、ナトリウム濃度又はカリウム濃度の時間変動量から定常値を予測推定する方法を取っても良いし、溜水を撹拌したりして、定常値に安定するまでの時間を短縮する方法を採用してもよい。溜水の撹拌を実施した場合、前記測定条件において、定常状態になるまでの時間は概ね１分以内であった。
【００２４】
尿の主要な電解物質は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化カリウム（ＫＣｌ）である。その濃度の測定は選択透過膜を用いた、いわゆるイオンセンサーを使用して測定する方法もあるが、ナトリウム又はカリウムは尿中の主要な電離物質であること、および、水中における電離係数が高いことを鑑みて、電気伝導度を直接測定して、ナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算して求める方法について以下に述べる。
【００２５】
図２、図３は各々、人尿におけるナトリウム濃度又はカリウム濃度と電気伝導度の相関関係を実験で求めたグラフである。ナトリウム濃度又はカリウム濃度と電気伝導度は、高い相関関係があることが示されている。本出願人の確認によれば、ナトリウム濃度をＸ１（ｐｐｍ）およびカリウム濃度をＸ２（ｐｐｍ）とした場合、電気伝導度Ｙ（ｍＳ／ｃｍ）は後記する（式４）、（式５）の関係にあることが判った。
【式４】
Ｘ１＝Ｙ／０．００７
【式５】
Ｘ２＝Ｙ／０．０１５
【００２６】
電気伝導度を直接測定する方法は、被測定対象に置かれた所定の端子間のインピーダンスを測定することによって容易に実現でき、可動部分が存在しないことに加え、前述した測定成分に応じたイオンセンサーの場合の所定イオンの選択手段が不要であるため構造が簡略で、動作信頼性が高いという特徴がある。
【００２７】
図４は、本発明における第一の実施例を示す正面方向断面図である。本装置の取り付け位置は便器内部に組み込むだけでなく、便座背部に設けられる衛生洗浄装置と外郭部材を共通にした例である。
【００２８】
洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１の上面は、図示しない便座等が当接するリム面３４が構成されている。使用者が着座する便座の後方には、便座回動のためのヒンジ等が構成されるケース２が配置されており、その内部には溜水３３中のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う溜水成分濃度測定手段１０が配置されている。溜水成分濃度測定手段１０は、溜水３３に対向しており、溜水３３からの測定結果信号を伝送するホース部材１４が連結されている。
【００２９】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための検知部と、サーミスタセンサーや熱電対などによる温度検知部が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３０】
図５は、本発明における第二の実施例の正面方向断面図である。溜水成分濃度測定手段１０を便器リム面上方の便器と便座の間に配置した例である。洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１の上面のリム面３４の上方には、内部に溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する濃度測定手段１１を配した溜水成分濃度測定手段１０が配置され、リムカバー３によってリム面３４に固定される。溜水成分濃度測定手段１０は、溜水３３からの測定結果信号を伝送するホース部材１４が連結されている。
【００３１】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部と、溜水３３の温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などによる図示しない温度検出手段が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３２】
図６は、本発明の第二の実施例の側面方向断面図である。洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められ、トラップ部３５を介して、図示しない下水と連通している。洋風大便器３１の上面は、リム面３４が構成されている。リム面３４の上方には、内部にナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための濃度測定手段１１を配したリムカバー３が覆せられている。本実施例の濃度測定手段１１は、溜水３３に対してホース部材１４が連結されている。
【００３３】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定するための検知部と、サーミスタセンサーや熱電対などによる温度検知部が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００３４】
また、リムカバー３の内部には図示しないモータ等からなる駆動機構によって、ボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１が設けられており、採尿アーム２１の先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。そして、採尿器２２には排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部が設けられている。採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が検出されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が測定される。なお、採尿アーム２１を測定時のみボール面３２内に伸出させ、非測定時にはリムカバー３に収納されるように収納機構部が設けられている。
【００３５】
図７は、本発明を実施したときの使用者の尿流速変動を示すグラフである。排尿開始後、尿流速はピークを迎えた後、次第に尿流速が低下して排尿が終了する。一般に尿流速のピーク値は１５〜５０ｍＬ／秒であり、排尿時間は６０秒以下である。尿量は尿流速の時間当りの総和であり、膀胱に溜まっているた尿の容積Ｒを表すことになる。
【００３６】
図８は、溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度変動を示す模式図である。実験によると、排尿開始に伴い、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度η２が拡散・混合している非定常状態から、所定時間経過を経て定常状態のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３になる。本件請求項の定常値とはこの時の濃度η３の値を指している。溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度η３は、非定常状態から定常状態になるまでの時間を待つと、直接測定可能であるが結果を得るためには時間がかかることが予想される。
【００３７】
実測した結果、ナトリウム濃度又はカリウム濃度ηの変動カーブは、時間ｔにより後記する（式６）で表されることが分かった。このことより、変動カーブを推定し、安定までの時間を待たずにη３を推定することも可能であることが判る。なお、Ａ，Ｂは定数であり、ナトリウム濃度又はカリウム濃度といった目的とする成分の変動状態を実験等によって求めて設定すればよい。
【式６】
η＝Ａｔ（１／Ｂ）＋η２
【００３８】
図９は、溜水部のナトリウム濃度の排尿開始からの時間経過による変化状態を、人間の一般的な一回の排尿量といわれている２００〜５００ｍＬの範囲のうち、２００ｍＬ、３５０ｍＬ、５００ｍＬの場合を測定した事例の結果を示すグラフである。排尿開始前における溜水部のナトリウム濃度と、排尿のナトリウム濃度には大きな濃度差があるため、短時間で溜水全体に一様に拡散することはない。排尿された溜水面から一定深さの位置に検出部を配置すると、その部分における拡散によって定常状態に至るまでのナトリウム濃度が測定されることになる。検出部を溜水面から３０ｍｍの深さに配置した場合では、溜水３３の撹拌を行わない場合、安定までに要する時間は概ね排尿開始から３分程度であった。本グラフでは人間の一般的な排尿量である２００〜５００ｍＬが測定可能であることと、溜水の撹拌によって安定時間が短縮されることが示されている。
【００３９】
ここで、溜水撹拌の実現方法としては、水面を上下移動体で波立たせる方法など各種存在するが、本事例においては溜水中で気泡を発生させ水面部のみを撹拌する方法を採用した。
【００４０】
図１０は、本発明の装置で測定する場合の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化挙動を示すグラフである。測定開始から終了までの、溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変動が示されている。測定開始スイッチの操作（ａ点）によって、溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段１につながるホース部材１４は駆動手段によって溜水３３に移動・着水し（ｂ点）、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を開始する。排尿開始（ｃ点）から終了（ｄ点）にかけて、溜水３３よりナトリウム濃度又はカリウム濃度が高い尿が供給されるため、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度は上昇し定常状態に安定する（ｅ点）。尿量推定演算を終了し、測定値の表示が行われて測定は終了する（ｆ点）。その後、溜水成分濃度測定手段１０のホース部材１４は溜水３３から移動し、所定の位置に格納される（ｇ点）。
【００４１】
（式２）で示したように溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化量（η３−η２）はその間に排泄された尿量Ｒと相関関係があり、その測定結果から尿量を推定することができる。また、前記変化量だけでなく、排泄によるナトリウム濃度又はカリウム濃度変動時の変動カーブを推定し、安定までの時間を待たずにη３を推定することも可能である。変動カーブ推定をすると、短時間で尿量の算出が可能である。
【００４２】
図１１は、本発明の排尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う尿成分濃度測定手段２０に設けられた採尿器２２の構造を示す断面図である。洋風大便器のボール面３１内を回動する採尿アーム２１の先端には、使用者の尿を受ける採尿器２２が配置され、尿と接するように複数の端子２３が設けられている。前記複数の端子２３間のインピーダンスの測定結果に基づき演算処理をすることによって、尿中のナトリウム濃度又はカリウム濃度が測定される。
【００４３】
また、本例において尿温度を測定するセンサーは省略しているが、温度による測定値の変動を補正するためには、採尿器２２の内側の尿と接する部分に温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などを配置しても良い。なお、簡易的測定の場合には、尿温度は深部体温に近いということから、体温を一定と仮定して温度による影響を無視して演算処理を行なう方法をとっても良い。
【００４４】
図１２は、本発明の第三の実施例を示す斜視図である。なお本図にて使用者が着座する便座は、以降の説明を明確にするために省略されている。
【００４５】
洋風大便器３１のボール面３２には、使用者の尿が落下する溜水３３が溜められている。洋風大便器３１のリム面３４の側方には、溜水及び排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定のデータ処理や駆動制御、また操作表示部を持った制御手段１が配置され、その内部には溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段１０が配置されている。リム面３４にはを配したリムカバー３が覆せられており、その上面には排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定を行う尿成分濃度測定手段２０が配置されている。本実施例の溜水成分濃度測定手段１０にはホース部材１４が連結されており、ホース部材１４には後述の伸縮機構が接続されている。
【００４６】
また、尿成分濃度測定手段２０には図示しないモータ等からなる駆動機構によってボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１が取り付けられ、その先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。そして、採尿器２２にはナトリウム濃度又はカリウム濃度などの成分濃度情報を検出するための検知部が設けられている。
【００４７】
採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が検出されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が検出される。なお、採尿アーム２１を測定時のみボール面３２内に伸出させ、非測定時にはリムカバー３に収納されるように収納機構部を設けても良い。
【００４８】
ホース部材１４が溜水３３と接する部分には、溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度情報を検出するための検知部と、溜水３３の温度を測定するためのサーミスタセンサーや熱電対などによる図示しない温度検出手段が配されている。尿混じりの溜水３３の温度は、周囲環境温度と尿温度によって温度変化が発生するが、前記温度差による誤差は温度補正によって取り除かれる。
【００４９】
ナトリウム濃度又はカリウム濃度は化学的には２５℃換算で表現され、１℃あたり０．１％程度の誤差が発生する。ナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部の近傍に温度センサー等の温度検出手段を配置し、その検知情報に基づいて同時に温度換算を実施すれば、尿量の推定精度が向上する。
【００５０】
なお、本実施例のようにナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部が採尿器２２とホース部材１４との２箇所に設けられる場合には、採尿器２２に設けられる排尿側のナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部は、人体の深部体温に近い尿を直接受けることになるため、平均的体温である３６．４℃であると仮定して２５℃のナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算することによって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度情報検知部の近傍に設けられる温度検出手段を１つ省略することができる。
【００５１】
図１３は、以上述べてきた本発明の第三の実施例での溜水成分濃度測定手段１０の詳細断面図である。。
【００５２】
溜水成分濃度測定手段１０は、内部にナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する濃度測定手段１１とホース部材１４を駆動するホース部材駆動手段とを収納しており、リム面３４に固定するためのリムカバー３と連結されている。
【００５３】
ホース部材駆動手段はローター１５とそれを回動するための電動機やエアモータなどの回動アクチュエータ１６を有している。ローター１５に巻き付けられたホース部材１４は、回動アクチュエータ１６によって繰り出されたり巻き取られたりするようになっている。回動アクチュエータ１６がローター１５を回転させて、ホース部材１４を繰り出すと、ホース部材１４は溜水３３に着水するようになっている。
【００５４】
待機時、ホース部材１４はローター１５に巻き付けられてリム面３４の上方に格納され、尿量測定をしない時や掃除の時などに洋風大便器としての使い勝手を低下させることがない。
【００５５】
濃度測定手段１１はシール材を介してローター１５と接続されている。したがって、ローター１５は外周に巻き付けられたホース部材１４と連通する情報伝送部材１２を介して、ホース部材１４の検知部で検出されたナトリウム濃度又はカリウム濃度情報が濃度測定手段１１に伝送される。
【００５６】たリムカバー３の収納部にはホース部材１４を洗浄するための洗浄ノズル１７が配置されており、衛生的な使用を可能としている。またホース部材１４は、ローター１５に巻き付けられているだけであり、ホース部材１４の接続もローター１５の通信伝送路１２に差し込まれているだけである。日々の使用で汚れたホース部材１４はローター５から引き抜き、新しいホース部材１４を同じ部位に差し込んでローター５に巻き付けるだけで交換可能である。便器ボール面の中に手を入れなくても、リム面上で交換できるよう配慮されている。
【００５７】
図１４は、本発明の第四の実施例を示す斜視図である。本図は溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段を溜水に移動させる駆動手段の位置が、特に指定されるもので無いことを示している。ホース部材１４は洋風大便器３１の前方に設けられた溜水成分濃度手段１０の回動アクチュエータ１６によって、測定時には左右方向に回転駆動され、ボール面３２に沿って移動して最下方の近傍位置で着水し、待機時にはリム面３４近傍への格納ができるようになっている。
【００５８】
そして、ホース部材１４の検知部で検出されたナトリウム濃度又はカリウム濃度情報は溜水成分濃度手段１０の濃度測定手段１１に送られてナトリウム濃度又はカリウム濃度の算出が行なわれる。その他の構成は他の実施例と同様なものは同じ記号を付して説明を省略する。このように溜水成分濃度手段１０の設置位置は洋風大便器３１の適宜な位置に設置可能である。
【００５９】
また、リムカバー３には図示しない駆動機構によって、ボール面３２内を回動移動する採尿アーム２１の先端には、尿道口から排泄された尿を直接採取する採尿器２２が設けられている。採尿器２２において尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度η１が測定されると共に、尿量を推定すべく尿混じりの水となる溜水３３のナトリウム濃度又はカリウム濃度のη２からη３への変化が測定される。
【００６０】
図１５は本発明の動作事例を示すフローチャート図である。使用者が測定開始を指示すると、ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定が開始される。次いで、ナトリウム濃度又はカリウム濃度センシング手段の一端が溜水に移動する。使用者が排尿を開始してからナトリウム濃度又はカリウム濃度変化カーブが測定される。例えば１分間というような測定表示までの時間を設定し、それまでにナトリウム濃度又はカリウム濃度が安定している時は、その値を利用して尿量の推定演算・表示を実施する。安定が遅れている時には、変動カーブで安定値を推定して尿量の推定演算・表示を実施する。
【００６１】
図１６に本発明の第五の実施例を示す。本実施例では温水洗浄便座が取り付けられた便器に、溜水成分濃度測定手段１０と尿成分濃度測定手段２０とが便器の左右のリムに分かれて設置されており、成分測定・演算・結果表示等を行う制御手段１が別置きで配置されている。
【００６２】
図１７は本発明の第六の実施例を示す。本実施例では温水洗浄便座４０のケーシングと一体的に本装置の制御手段１が設けられており、溜水成分濃度測定手段１０も同じケーシングの中に収納されている。また、尿成分濃度測定手段２０は便座４１と便器のリム面との間の空間にその採尿アーム２１が収納されるようにして配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の洋風大便器の数学的モデル図である。
【図２】人尿におけるナトリウム濃度と電気伝導度の相関関係を示すグラフである。
【図３】人尿におけるカリウム濃度と電気伝導度の相関関係を示すグラフである。
【図４】本発明における溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第一の実施例を示す正面方向断面図である。
【図５】本発明における溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第二の実施例を示す正面方向断面図である。
【図６】本発明の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度測定手段の第二の実施例を示す側面方向断面図である。
【図７】使用者の尿流速変動を示すグラフである。
【図８】溜水部の成分濃度変動を示す模式図である。
【図９】溜水部のナトリウム濃度を測定項目とした事例を示すグラフである。
【図１０】本発明の溜水の成分濃度の挙動を示す模式図である。
【図１１】本発明の採尿器に設けられた成分濃度測定手段の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第三の実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第三の実施例における溜水成分濃度測定手段の詳細断面図である。
【図１４】本発明の第四の実施例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の動作事例を示すフローチャート図である。
【図１６】本発明の第五の実施例を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第六の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…制御手段
２…ケース
３…リムカバー
１０…溜水成分濃度測定手段
１１…濃度測定手段
１２…情報伝送部材
１３…
１４…ホース部材
１５…ローター
１６…回動アクチュエータ
１７…洗浄ノズル
２０…尿成分濃度測定手段 ２１…採尿アーム
２２…採尿器
２３…端子
３１…洋風大便器
３２…ボール面
３３…溜水
３４…リム面
３５…トラップ部
３６…温水洗浄便座制御部
１０１…使用者
Ａ…定数
Ｂ…定数
ｑ…尿流速、単位時間当りの尿流入量
Ｑ…溜水部の容積
Ｒ…排尿される尿の容積
ｔ…時間
η１…排尿のナトリウム濃度又はカリウム濃度
η２…初期の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度
η３…尿が混ざった後の溜水のナトリウム濃度又はカリウム濃度
Claims (13)
- 使用者の尿を受ける採尿器と、同じく使用者の尿を受ける溜水部と、前記溜水部に落下した尿を溜水とともに下水に排出するトラップ部を備えた洋風大便器ユニットに設置され、使用者の尿に含まれる少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する尿成分濃度測定手段と、前記溜水部の少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度を測定する溜水成分濃度測定手段と、前記尿成分濃度測定手段の測定結果と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果と、ナトリウム濃度及び／又はカリウム濃度測定手段の測定結果とに基づいて排泄された尿量を推定する尿量推定手段を備えたことを特徴とする尿情報測定装置。
- 前記尿成分濃度測定手段は、前記使用者の尿を受ける採尿器に配置され、使用者の尿を直接受けて測定することを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記溜水成分濃度測定手段は、測定時に前記洋風大便器ユニットの溜水中に配置されることを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段のうち少なくともどちらか一方は、温度測定手段をその近傍に配置していることを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記尿成分濃度測定手段と前記溜水成分濃度測定手段の測定結果は、前記温度測定手段の測定結果によって、所定温度におけるナトリウム濃度又はカリウム濃度に換算されることを特徴とする請求項４に記載の尿情報測定装置。
- 前記溜水成分濃度測定手段は、測定時のみ溜水部に着水され、非測定時にはリム面上方まで引き上げられて使用者から視認できない位置に格納される検知部を有することを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記溜水成分濃度測定手段は、その近傍に配置した溜水撹拌手段によって、ナトリウム濃度又はカリウム濃度の変化を促進することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の尿情報測定装置。
- 前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、測定終了後に、清浄な水により洗浄されることを特徴とする請求項１ないし６に記載の尿情報測定装置。
- 前記溜水成分濃度測定手段の検知部は、リム面上方に引き上げられている時に、少なくともその一部分が交換可能であることを特徴とする請求項６ないし請求項８に記載の尿情報測定装置。
- 前記尿量推定手段は、前記尿成分濃度測定手段の測定結果である使用者の尿に含まれるナトリウム濃度又はカリウム濃度の測定値と、前記溜水成分濃度測定手段の非定常状態における測定結果である溜水部のナトリウム濃度又はカリウム濃度の時間に対する変動量とから推定された定常値か、または、前記溜水成分濃度測定手段の定常状態時の測定結果のうちの定常値と、により尿量を推定することを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記尿量推定手段は、尿量を推定するに際して少なくともナトリウム濃度又はカリウム濃度が既知であるダミー尿を前記洋風大便器ユニットにあらかじめ定められた量を供給することによって前記溜水部の溜水容量を設定することを特徴とする請求項１に記載の尿情報測定装置。
- 前記ナトリウム濃度又はカリウム濃度測定値は、電気伝導度の測定結果によって算出されることを特徴とする請求項１ないし１１に記載の尿情報測定装置。
- 請求項１ないし１２のいずれかに記載の尿情報測定装置を用いた洋風大便器ユニット。
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| JP2003071252A JP2004279219A (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 尿情報測定装置及び尿情報測定装置を用いた洋風大便器ユニット |
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