JP2016057198A - 熱流計測装置及び代謝計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源と温度センサーとの位置関係による計測温度差を補償することのできる技術を提供すること。【解決手段】指輪タイプの熱源計測装置４は、受熱部４１１にて被計測体７と接触して受熱し、第１熱拡散体４１２、伝熱層４１３、第２熱拡散体４１４、放熱部４１５の順に伝熱して放熱する。第１熱拡散体４１２の温度を第１温度センサー４１６で計測し、第２熱拡散体４１４の温度を第２温度センサー４１７で計測し、それらの温度から熱流を算出する。第１熱拡散体４１２及び第２熱拡散体４１４の熱拡散効果により、熱源たる動脈血管８と第１温度センサー４１６や第２温度センサー４１７との相対位置がどのようであっても安定して高精度に温度計測できる。【選択図】図２

Description

本発明は、熱流を計測する熱流計測装置等に関する。

温度や熱流の計測は、計測対象の状態を把握する上で重要である。
例えば、体温を長時間に渡り連続的にモニタリングすることで健康状態を監視したり、体幹部位や末梢部位から放出される熱流を計測することで生体リズムや代謝・自律神経の機能等を監視することが可能となる。

公知の体温計測に係る技術としては、例えば被計測体に２つの温度センサーを貼り付けてそれぞれで体温を計測し、計測位置の差を反映した補正を施すことで精密な計測を実現する技術（例えば、特許文献１を参照）や、温度センサーの肌への密着度を高めて計測精度を向上させる技術（例えば、特許文献２を参照）が知られる。
また、公知の熱流計測に係る技術としては、皮膚から放出される熱をヒートパイプにより熱速センサーに導く技術（例えば、特許文献３を参照）や、皮膚表面温度を計測するプローブの周辺に電熱ヒーターを設けて、皮膚表面からの熱放散を補償して計測精度を高める技術（例えば、特許文献４を参照）などが知られるところである。

特開２０１４−５５９６３号公報 特表２００７−５３０１５４号公報 特表２００４−５３２０６５号公報 特開２００２−２０２２０５号公報

人体のような生体における熱源の代表例として動脈血管が挙げられるが、動脈血管の位置は厳密には個体それぞれにより異なる。そのため、熱源に対する温度センサーの位置関係によって、計測される温度に違いが生じ得る。

位置関係に基づく計測差を補償する方法として、例えば、より多くの温度センサーを搭載してその平均を採用することが考えられる。しかし、製造コストや計測装置の大型化の面で好ましくない。特に、近年では、計測装置を装着したままの長時間モニタリングへの要望が高く、計測装置の大型化は装着性や使用感の観点からも好ましくない。

本発明は、こうした事情を鑑みて考案されたものであり、熱源と温度センサーとの位置関係による計測温度差を補償することのできる技術を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するための第１の発明は、第１熱拡散体と、前記第１熱拡散体に熱的に接続する第１温度センサーと、第２熱拡散体と、前記第２熱拡散体に熱的に接続する第２温度センサーと、前記第１熱拡散体と前記第２熱拡散体との間に配置された伝熱層と、を備えた熱流計測装置である。

第１の発明によれば、第１熱拡散体から伝熱層を経て第２熱拡散体へ向かう伝熱、或いはその逆の伝熱を利用して熱流を計測する構成において、第１熱拡散体や第２熱拡散体への伝熱に位置的なムラがあったとしても、熱拡散効果により第１熱拡散体或いは第２熱拡散体の温度は均一となる。従って、熱源と第１温度センサーとの位置関係、或いは熱源と第２温度センサーとの位置関係に影響されない温度計測や熱流計測が可能となる。

第２の発明は、前記第１熱拡散体の熱伝導率が、前記伝熱層の熱伝導率よりも高く、前記第２熱拡散体の熱伝導率は、前記伝熱層の熱伝導率よりも高い、第１の発明の熱流計測装置である。

第２の発明によれば、第１熱拡散体から第２熱拡散体へ伝熱するまでに、第１熱拡散体の熱拡散効果によりその温度が均一になるのに十分な時間を確保することが可能となる。よって、第１熱拡散体から第２熱拡散体への伝熱ムラを抑制し、一層、熱源と温度センサーとの相対位置関係に影響され難くなる。

より好ましくは、第３の発明として、前記第１熱拡散体の熱伝導率および前記第２熱拡散体の熱伝導率が１００（Ｗ／ｍＫ）以上で、前記伝熱層の熱伝導率が０．３〜１００（Ｗ／ｍＫ）である、第１又は第２の発明の熱流計測装置を構成するとよい。

もし、熱流計測装置を指輪のように、被計測体の末梢部（例えば，手指）の外周を覆う構造とするならば、前記第１熱拡散体が被計測体と接触する受熱面積は２０４〜６９０（ｍｍ^２）である、第１〜第３の何れかの発明の熱流計測装置を構成することができる。

第４の発明によれば、様々な手指のサイズに対応しつつも、手指の関節環に適当に納まる環が構成されるので、装着性や使用感の点で優れる。長時間のモニタリングを想定する使い方にも好適と言える。

第５の発明は、前記第１熱拡散体の最大温度勾配よりも前記伝熱層の最大温度勾配の方が大きく、前記第２熱拡散体の最大温度勾配よりも前記伝熱層の最大温度勾配の方が大きい、第１〜第４の何れかの発明の熱流計測装置である。

第５の発明によれば、一層、熱源と温度センサーとの相対位置関係に影響され難くなる。

第６の発明は、前記第１熱拡散体は、第１曲面を有し、前記第２熱拡散体は、第２曲面を有し、前記伝熱層は、前記第１曲面と前記第２曲面とに挟持されている、第１〜第５の何れかの発明の熱流計測装置である。

第６の発明によれば、被計測体が人体のような外形に曲面を有する場合に好適である。

第７の発明は、第３熱拡散体と、前記第３熱拡散体に熱的に接続する第３温度センサーと、を更に備え、前記第３熱拡散体と前記第３温度センサーとは、前記伝熱層内に配置されている、第１〜第６の何れかの発明の熱流計測装置である。

第７の発明によれば、全体への熱拡散効果を高めることができるので、熱源と温度センサーとの相対位置が計測精度に及ぼす影響をより一層低減できる。

第８の発明は、前記第２熱拡散体が、前記第２曲面の反対面となる第３曲面を有し、前記第３曲面側に開口部を有する保護部を更に備える、第１〜第７の何れかの発明の熱流計測装置である。

第８の発明によれば、第２熱拡散体からの放熱性を確保しつつ、他の物体が第２熱拡散体に接触し難い構造とすることができる。

第９の発明は、前記保護部の熱伝導率が、前記伝熱層の熱伝導率よりも小さい、第８の発明の熱流計測装置である。

第９の発明によれば、仮に保護部に計測対象外の物体が接触した場合でも、計測への影響を低減できる。

第１０の発明は、第１〜第９の何れかの発明の熱流計測装置を備え、前記熱流計測装置の計測結果に基づき、代謝量を推量する、代謝計測装置である。

第１０の発明によれば、第１〜第９の何れかの発明の熱流計測装置で得られる精度の高い計測結果に基づいて代謝量を推量することができる。

熱流計測装置の構成例を示す図。 熱流計測装置の径断面図。 熱流計測装置の軸断面図。 熱流測定装置の軸側から見た一端側面図。 熱流測定装置の軸側から見た他端側面図。 ヒートリングにおける熱の伝わり方を説明するための径方向断面図。 ヒートリングにおける熱の伝わり方を説明するための径方向断面図。 ヒートリングにおける熱の伝わり方を説明するための径方向断面図。 熱流と代謝量の相関例を示すグラフ。 ヒートリングの変形例を示す断面図。 代謝計測装置の変形例を示す斜視図。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態における代謝計測装置の構成例を示す図である。
代謝計測装置２は、被計測者の手指に装着した指輪状の熱流計測装置４と、熱流計測装置４で計測された温度或いは熱流Ｑに基づいて代謝量を推量的に算出する演算装置６とを備える。

演算装置６は、演算部、記憶部、通信部、入力部、及び画像表示部を備え、代謝量を演算するプログラムを実行可能なコンピューターである。演算装置６は、専用設計されたハードウェアで実現することもできるが、汎用のパーソナル・コンピューターや、スマートフォン、タブレット型コンピューター、腕時計型等のウェアラブルコンピューターなどに、熱流計測装置４とのデータ通信や代謝量の演算を行うアプリケーションプログラムを実行させることで実現してもよい。

熱流計測装置４は、１）連続的な温度計測機能と、２）計測した温度から熱流Ｑ等の生体情報を算出する演算機能と、３）計測値及び算出した生体情報を記憶するデータロガー機能と、４）記憶したデータを演算装置６へ送信するデータ通信機能と、を有する電子装置でありウェアラブルコンピューターである。

具体的には、熱流計測装置４は、熱源を内包する被計測体の外周に装着される環状体であって、ヒートリング４１と、ヒートリング４１の両端面及び外周を覆う保護部４７とを備え、幅広の指輪型の外観を有する。

ヒートリング４１は、被計測体（本実施形態では人の手指とする）の周囲を囲み、内周の接触部位から受熱し、外周から大気へ自然放熱する手段である。内径側（伝熱上流側）と外径側（伝熱下流側）との各温度を計測し、計測値に基づいて熱流Ｑを求めることができる。ヒートリング４１の内径は、想定される計測対象の外形により適宜設定可能である。本実施形態では、計測対象として人の手指を想定しているので真円を含む楕円とされる。その内径は様々なサイズが用意され、直径が１０〜３０ｍｍ程度とされる。

保護部４７は、例えば、ＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer）やＰＭＭＡ（Poly Methyl Methacrylate）樹脂などの合成樹脂で成形され、計測対象以外の物体のヒートリング４１への接触を防止するとともに、熱流計測装置４の制御用電子部品等（後述）を内包する。断熱性の観点から、熱伝導率λp＜０．３Ｗ／ｍＫとする材料を用いるのが望ましい。ヒートリング４１を覆う厚さは、断熱性の観点からすれば厚いほど好ましいが、重量増や装着感の観点から１〜５ｍｍ程度とする。

保護部４７のうちヒートリング４１の外周面を覆う部分には、適当な外周開口部４７１が単数または複数設けられており、ヒートリング４１が周辺環境に接して自然放熱するのを助ける。開口率は、他物体の接触防止の効果とヒートリング４１の放熱性とから適宜設定する。例えば、開口率３０％〜９０％とする。なお、開口部の形状や分布は一様に限らず、隣の指と接触し易い側部は開口率を下げて、上部と下部は開口率を高くすると言った偏りをもたせても良い。

図２と図３は、それぞれ熱流計測装置４の径方向断面図及び軸方向断面図である。
ヒートリング４１は、径方向に層状の構造を有している。内側から順に、受熱部４１１と、第１熱拡散体４１２と、伝熱層４１３と、第２熱拡散体４１４と、放熱部４１５と、第１熱拡散体４１２の温度を計測する第１温度センサー４１６と、第２熱拡散体４１４の温度を計測する第２温度センサー４１７と、を有する。

受熱部４１１は、被計測体と接触して受熱する。本実施形態では、表面保護の観点からテフロン（登録商標）薄膜層などにより実現するが、第１熱拡散体４１２の内面が兼ねるとしても良い。

第１熱拡散体４１２は、受熱部４１１と熱的に接続され、受熱部４１１から伝えられた熱をヒートリング４１の周方向に拡散させる環状部材である。例えば、アルミニウム、銅、銀、カーボンナノチューブなどの熱伝導率の高い材料（熱伝導率λｓ＞１００Ｗ／ｍＫ）により作られる。

第１熱拡散体４１２の径方向の厚さｄは、熱伝導と機械的強度との観点から適宜設定可能であるが、例えば、厚さｄ＝０．０５mm〜０．５mmとする。
第１熱拡散体４１２の軸方向の幅ｗは、想定される熱源の大きさによる。本実施形態では手指を想定しているので、熱源となる動脈の直径を最大１０mmと想定すれば、温度分布の平均化を促進する意味から少なくともその半分とし、指の関節間距離を考慮して、幅ｗ＝５mm〜１０mm程度とする。

伝熱層４１３は、第１熱拡散体４１２の外周面（第１曲面）と第２熱拡散体４１４の内周面（第２曲面）との間に挟持され、且つ熱的に接続された伝熱材であって、第１熱拡散体４１２にて全周に拡散された熱を第２熱拡散体４１４へ伝達する。

伝熱層４１３の材料は、第１熱拡散体４１２から第２熱拡散体４１４へできるだけ均一に熱を伝えられるように、熱伝導率λが第１熱拡散体の熱伝導率λｓよりも小さくなるように選択される。例えば、第１熱拡散体を熱伝導率λｓ＞１００Ｗ／ｍＫとすれば、伝熱層４１３の熱伝導率λを０．３Ｗ／ｍＫ〜１００Ｗ／ｍＫとして、ガラス、セラミックス、ステンレスやチタンなどの金属、プラスチックなどの材料、金属粉やカーボン材料（カーボンナノチューブ等）をガラスや樹脂に分散させた複合材料、を選択することができる。伝熱層４１３の材質をガラス、セラミックス、ステンレスやチタンなどの金属、プラスチックなどの材料とし、その熱伝導率λを０．３Ｗ／ｍＫ〜２０Ｗ／ｍＫとするのがより好ましい。

伝熱層４１３の厚さは、大きい程ヒートリング４１の内外の温度差が生じ易くなり熱流を高精度に測定できる点で有利である。しかし、本実施形態の熱流計測装置４は手指への装着を想定しているため、重量や装着感、他の手指や衣服等とのひっかかりなどを考慮して、１mm〜５mm程度とする。

第２熱拡散体４１４は、伝熱層４１３から伝わった熱を更にヒートリング４１の周方向に拡散して均一化する。第２熱拡散体４１４は、その熱伝導率λｅが伝熱層４１３の熱伝導率λよりも大きい値となる材料で作られる。第１熱拡散体４１２と同じ材料を選択してもよい。

放熱部４１５は、第２熱拡散体４１４から伝わった熱を周辺環境へ放熱する。本実施形態では、表面保護の観点からテフロン薄膜層などにより実現するが、第２熱拡散体４１４の外周面が兼ねるとしても良い。

第１温度センサー４１６および第２温度センサー４１７は、例えばサーミスターや熱電対などの公知の測温用センサーにより実現され、ＣＰＵモジュール４２に接続されている。

なお、ヒートリング４１の軸方向端面には、断熱材４９が貼設されており、軸方向面から保護部４７への伝熱は抑制されるように配慮されている。

図４及び図５は、熱流計測装置４の軸側から見た一端側面図及び他端側面図である。保護部４７は、ヒートリング４１の軸方向端面を覆う部分に、熱流計測装置４の制御用電子部品等（後述）を内包する。

具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）モジュール４２と、メインメモリーモジュール４３１と、分析データ用メモリーモジュール４３２と、無線通信モジュール４４と、アンテナモジュール４５とを内包する。また、これらに電力を供給するためのバッテリー４６が内包されている。なお、これらを結ぶデータ通信や電力供給用の電線４８も、適宜保護部４７内に内包されているものとする。バッテリー４６は、非接触・無線充電により充電可能な構成とすると好適である。

ＣＰＵモジュール４２は、熱流計測装置４の制御を行う制御基板に相当する。例えば、ＣＰＵ４２１やＩＣメモリー４２２、インターフェース回路４２３、操作スイッチ４２４、ステータス表示用ＬＥＤ４２５などを搭載する。勿論、これらの一部又は全部を纏めて１つの集積回路により実現する構成も可能である。

そして、ＣＰＵモジュール４２は、ＩＣメモリー４２２に記憶されているプログラムをＣＰＵ４２１で実行して、熱流計測装置４を統合的に制御する。
具体的には、ＣＰＵモジュール４２は次の機能を実現する。
１）ＣＰＵ４２１のシステムクロックを用いた計時機能。
２）インターフェース回路４２３を介して接続された第１温度センサー４１６及び第２温度センサー４１７からそれぞれ第１熱拡散体４１２の温度Ｔｓ及び第２熱拡散体４１４の温度Ｔｅを周期的に取得する計測機能。
３）メインメモリーモジュール４３１を利用して、計測した温度Ｔｓ及び温度Ｔｅからヒートリング４１を単位時間当たりに流れる熱流Ｑ及び熱流束ｑを算出する演算機能。
４）分析データ用メモリーモジュール４３２へ、温度Ｔｓ・温度Ｔｅ・熱流Ｑ等を時系列に記憶させるデータログ機能。
５）無線通信モジュール４４及びアンテナモジュール４５を介して、演算装置６とデータ通信を実現し、分析データ用メモリーモジュール４３２に記憶されている分析データを送信するデータ通信機能。
勿論、これら以外の機能を適宜実現させるとしてもよい。

［動作の説明］
次に、代謝計測装置２の動作について説明する。
先ず、被計測体に熱流計測装置４を装着し、操作スイッチ４２４を操作して電源を入れる。なお、本実施形態では、計測対象者の手指に熱流計測装置４を嵌めることとし、ヒートリング４１の内周面には手指の皮膚がほぼ満遍なく接しているものとする。

図６〜図８は、ヒートリング４１における熱の伝わり方を説明するための径方向断面図であって、矢印により熱の移動を表している。なお、理解を容易にするために、切断面のハッチングを省略している。

図６に示すように、人の指を被計測体７とすると、熱源は動脈血管８であり、熱流がこの動脈血管８から各方向へ分散する（動脈血管８の周りの太黒矢印）。
この時、動脈血管８は指の腹側（図で言うところの下側）に近いため、ヒートリング４１には、受熱部４１１のうちの指の腹側に接触する部分に最も早く熱が到達する。対して、受熱部４１１のうち、指の背側（図で言うところの上側）に接触する部分は、動脈血管８から遠いため遅く熱が到達する。すなわち、受熱部４１１から伝達される熱の分布にムラが生じ得ることになる。

しかし、受熱部４１１から伝達される熱の分布にムラがあるとしても、受熱部４１１から熱が伝わる第１熱拡散体４１２は高い熱伝導率λｓを有しているため、伝達された熱は分布ムラを解消するように第１熱拡散体４１２全体へほぼ均一に拡散する（受熱部４１１及び第１熱拡散体４１２の周方向に沿った小黒矢印）。換言すると、第１熱拡散体４１２は、熱拡散効果により熱源の位置によらず全体が等温になる。当然、第１温度センサー４１６で計測される温度も、熱源の位置に影響されないことになる。換言すれば、第１温度センサー４１６が１つであっても、そして熱流計測装置４を手指に対してどのような向きで嵌めても計測に影響を与えないと言える。温度センサーの個数低減は、製造コストの低減に大いに貢献し、装着向きを任意とすることは使い勝手や使用感の向上をもたらすことになる。

さて、第１熱拡散体４１２の温度が均一になると、図７に示すように、熱は第１熱拡散体４１２から伝熱層４１３へ径方向に伝わり、やがて第２熱拡散体４１４へ達する（伝熱層４１３の放射状のハッチング矢印）。更に、熱は放熱部４１５に伝わって、外周開口部４７１として露出する部位から周辺環境（本実施形態では大気）へ放熱される。

外周開口部４７１の配置は、保護部４７の全周に均一に設けられているとは限らない。一見すると、放熱部４１５のうち保護部４７が覆っている部分と、外周開口部４７１により露出している部分とでは、放熱度合いの違いから温度ムラが生じるようにも思えるが、第２熱拡散体４１４が高い熱伝導率λｅを有しているためその懸念はない。従って、第２温度センサー４１７で計測される温度は、外周開口部４７１との相対位置に依存しないことになる。これは、熱流計測装置４をできるだけ薄く作成する際に、外周開口部４７１のデザインや第２温度センサー４１７の配置レイアウトを決定する上で大きな自由度を与えることになり、装着性や使用感を向上させる余地を増す効果を生む。

一方、熱流計測装置４の電源がＯＮになると、ＣＰＵモジュール４２ではＣＰＵ４２１がＩＣメモリー４２２からプログラムを読み出して実行し、システムクロックを用いた計測時間の計時処理と、第１温度センサー４１６による温度Ｔｓ及び第２温度センサー４１７による温度Ｔｅの連続的な計測処理を開始する。

そして、計測開始から第２温度センサー４１７で安定して温度が計測できる程度に適当な時間が経過したならば、ＣＰＵモジュール４２は、次の方法で熱流Ｑと深部温度Ｔｃを算出する。

先ず、ヒートリングを径方向に伝熱する熱流束ｑは、式（１）で表される。但し、λ＝伝熱層４１３の熱伝導率、ｄＴ／ｄｒ＝ヒートリング４１の径方向の温度勾配である。

いま、ヒートリング４１の径方向の位置ｒにおける熱流束ｑは、円筒面を単位時間に流れる熱流Ｑに対して式（２）の関係にある。

式（１）と式（２）とから、微小温度勾配ｄＴは式（３）で示される。

これを半径方向にｒで積分し、境界条件となる位置ｒ＝Ｒｓ（受熱部４１１の内周半径：図２参照）において、温度Ｔ＝Ｔｓ（第１温度センサー４１６による計測温度）とすると、半径方向の位置ｒにおける温度Ｔは式（４）で表される。但し、ｌｏｇは自然対数である。

式（４）において、位置ｒ＝Ｒｅ（放熱部４１５の外周半径：図２参照）の温度Ｔ＝Ｔｅ（第２温度センサー４１７による計測温度）とすると、ヒートリング４１内の温度勾配は式（５）で表される。

よって、式（５）から第１温度センサー４１６で計測される温度Ｔｓ、第２温度センサー４１７で計測される温度Ｔｅを用いて、被計測体の発する熱流Ｑを式（６）で算出できる。

熱流Ｑを算出したならば、ＣＰＵモジュール４２は更に被計測体の深部温度Ｔｃを算出する。深部温度Ｔｃは、環境温度の影響を受けにくい核心部の温度すなわち深部体温である。近年、熱中症予防や良質な睡眠を得るためなど様々な健康管理のパラメーターとして利用されている。従来の皮膚表面温度から深部温度Ｔｃを測定する計測装置では、皮膚表面からの放熱を補償（熱流補償）するために別途電熱ヒーター部を設ける必要があったが、本実施形態では第１熱拡散体４１２の熱拡散効果と、これを覆う熱伝導率λの低い伝熱層４１３で覆う構造とによって熱流補償を実現することで、ヒーター部無しで深部温度Ｔｃを計測可能としている。

具体的には、前述のように、熱源の位置にかかわらず被計測体７からの熱は、第１熱拡散体４１２の熱拡散効果により全周で均一化される（図６参照）。被計測体７のうち、熱源（動脈血管８）から遠い部分（図６の上側、手指なら背側）ほど温度は低くなると思われるが、熱は第１熱拡散体４１２を介して伝わることで（図６の動脈血管８より上方で、中心向きに描かれているハッチング矢印を参照）、熱源から遠いために比較的低温になりがちな部分の温度も上がる。そしてやがて、図８に示すように、ある程度の深さまではあたかも深部温度Ｔｃの円筒状の熱源（深部層９）が存在して、熱が一定勾配でヒートリング４１の外周方向へ伝搬すると見なせるようになる。

深部層９において最も深い、すなわち最も温度が高い部位の温度を深部温度Ｔｃとすると、深部層９は熱伝達率λｔで伝熱する伝達部と考えられるから、深部層９の厚さをｄとすると、前出の式（５）から深部温度Ｔｃと受熱部４１１の温度Ｔｓとの温度差は式（７）で表される。

また、式（５）と式（７）とから、深部温度Ｔｃと第２温度センサー４１７で計測される温度Ｔｅとの温度差は、式（８）で表される。

そして、式（８）と式（７）の両辺を除算して熱流Ｑを消去し、これをＤとおくと式（９）が得られる。

ここで、Ｄは被計測体７の発する熱流Ｑに依存しないために定数とみなせる。よって、深部温度Ｔｃは式（１０）により算出することができる。

ＣＰＵモジュール４２は、温度Ｔｓ及び温度Ｔｅを計測する都度、式（６）から熱流Ｑを算出する。そして、計測開始からの経過時間と、温度Ｔｓと、温度Ｔｅと、熱流Ｑと、深部温度Ｔｃとを対応づけて、分析データ用メモリーモジュール４３２に時系列に記憶制御する。なお、記憶制御と並列して、演算装置６とのデータ通信を確立して、分析データ用メモリーモジュール４３２に記憶されたデータを送信する制御を行うとしても良い。

演算装置６は、熱流計測装置４から受信したデータに含まれる熱流Ｑから代謝量Ｑallを求めて算出結果を逐次表示する。グラフ表示するなど、公知の統計処理を行うとしてもよい。

具体的には、演算装置６には予め実験により得られた熱流Ｑと代謝量Ｑallとの相関関数Ｆが記憶されており、これを参照して代謝量Ｑallを得る。

関数Ｆは、例えばプロファイルデータを用いて次のようにして用意することができる。
被計測体として人を想定するならば、性別・身長・体重・年齢・体脂肪などの個人情報の属性パラメーター（プロファイル）が異なる多数の被検者について、運動・温度環境などの付加を変化させた状態で、呼気ガス分析器により酸素消費量ＶＯ２と二酸化酸素消費量ＶＣＯ２を計測し、式（１１）により代謝量Ｑallを算出する。また、これと平行して、熱流計測装置４による熱流Ｑを計測する。

そして、計測データを、性別・身長・体重・年齢・体脂肪などのパラメーターによって分類したグループ別に、熱流Ｑと代謝量Ｑallとの相関をとり、回帰分析により関数Ｆを統計的に求める（図９参照）。演算装置６には、グループ別に、グループを定義する上記パラメーターの条件と、求められた関数Ｆとが、対応付けて記憶されている。或いはプログラムに組み込まれているとしてもよい。

代謝計測装置２のオペレーターは、演算装置６に、被計測体の上記パラメーターの値を入力する。演算装置６は入力された値に適合するグループを判定する。そして、判定されたグループに対応する関数Ｆを参照して、熱流計測装置４から受信した熱流Ｑから代謝量Ｑallを求める。そして、熱流Ｑと代謝量Ｑallの値とを時系列に数値表示或いはグラフ表示する。

以上、本実施形態によれば、被計測体７から受熱部４１１への伝熱に位置的なムラがあったとしても、第１熱拡散体４１２はその熱拡散効果により温度は均一となる。従って、熱源（動脈血管８）と第１温度センサー４１６との位置関係にかかわらず、安定して精度の高い温度Ｔｓを計測できる。また、第１温度センサー４１６を、ただ１つの温度センサーとすることができるため、製造コストを抑制することができる。

また、放熱に着目すると、放熱部４１５は外周開口部４７１に露出した部位から限定的に大気に放熱するので放熱ムラが生まれるが、第２熱拡散体４１４の熱拡散効果により放熱ムラにかかわらず第２温度センサー４１７で安定して精度の高い温度Ｔｅを計測できる。

また、第１熱拡散体４１２と第２熱拡散体４１４の熱伝導率が、伝熱層４１３の熱伝導率より高く、且つ前者の最大温度勾配が後者のそれより高くなるように構成されている。これにより、第１熱拡散体４１２から第２熱拡散体４１４へ伝熱し、温度が均一になるまでの時間を低減することが可能となる。よって、第１熱拡散体４１２から第２熱拡散体４１４への伝熱ムラを抑制し、より一層、熱源と温度センサーとの相対位置関係に影響され難い構造を有している。

また、熱流計測装置４は、手指（被計測体）への装着向きを気にする必要がない指輪形状を有しているため、装着が容易であり、長時間のモニタリングの使用に応える構造と言える。

〔変形例〕
なお、本発明の実施形態は上記に限らず、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

［その１］
例えば、図１０に示すように、伝熱層４１３に第３熱拡散体４１８と、第３熱拡散体４１８の温度を計測する第３温度センサー４１９とを追加した構成も可能である。第３熱拡散体４１８は、第１熱拡散体４１２や第２熱拡散体４１４と同様に実現される。また、第３温度センサー４１９は、第１温度センサー４１６や第２温度センサー４１７と同様にして実現される。当該構成によれば、上記実施形態よりもヒートリング４１の周方向への熱拡散能力を高めることができるので、より一層、熱源と温度センサーとの相対位置や冷熱源と温度センサーとの相対位置に影響されない計測を実現できる。

また、当該構成を適用した場合、熱流Ｑは、式（６）に於いて第２温度センサー４１７で計測された温度Ｔｅに代えて、第３温度センサー４１９で計測された温度を用いることとして熱流Ｑを算出する、或いは、式（６）に於いて第１温度センサー４１６で計測された温度Ｔｓに代えて、第３温度センサー４１９で計測された温度を用いて熱流Ｑを算出するとしてもよい。

更には、式（６）に適用する温度センサーの組合せを第１温度センサー４１６，第２温度センサー４１７、第３温度センサー４１９の中から複数選択して熱流Ｑを１次算出し、それらを平均して最終的な熱流Ｑとする構成も可能である。

［その２］
上記実施形態では、被計測体として人の手指を前提として説明したが、被計測体の外径が手指程度であれば、足の指などで計測してもよいのは勿論である。
また、人であれば指等の抹消部に限らず体幹部（例えば、胸部や腹部）で計測するとしてもよい。その場合、例えば図１１の代謝計測装置２Ｂで示すように、熱流計測装置４のヒートリング４１の径を上記実施形態よりも大きくすればよい。具体的には、ヒートリング４１の軸方向の幅を１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、周長が６００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度のベルトタイプとすると、装着性と側面からの熱流出の影響をできるだけ小さくできるので好適である。ベルトのバックルに相当する部位には、ＣＰＵモジュール４２やメインメモリーモジュール４３１、分析データ用メモリーモジュール４３２、無線通信モジュール４４、アンテナモジュール４５などを内蔵し、更に小型の演算装置６を着脱式に備えることとしてもよい。なお、ベルトタイプとする場合には、保護部４７は省略することができる。

［その３］
また、上記実施形態では、熱流計測装置４にて温度Ｔｓと温度Ｔｅとから熱流Ｑを算出する構成としたが、熱流計測装置４を、温度Ｔｓと温度Ｔｅとを計測し時系列に記憶する温度計測記録装置としてのみ機能させ、熱流Ｑは演算装置６にて演算する構成としてもよい。

［その４］
また、上記実施形態では、人に代表される生体を計測対象としているが、計測対象はこれに限らない。例えば、温度管理等が必要な工業用のパイプやチューブ、タンク、保温ケース、炉などを計測対象としてもよい。

２…代謝計測装置、４…熱流計測装置、６…演算装置、７…被計測体、８…動脈血管、９…深部層、４１…ヒートリング、４２…ＣＰＵモジュール、４４…無線通信モジュール、４５…アンテナモジュール、４６…バッテリー、４７…保護部、４８…電線、４９…断熱材、４１１…受熱部、４１２…第１熱拡散体、４１３…伝熱層、４１４…第２熱拡散体、４１５…放熱部、４１６…第１温度センサー、４１７…第２温度センサー、４１８…第３熱拡散体、４１９…第３温度センサー、４２１…ＣＰＵ、４２２…ＩＣメモリー、４２３…インターフェース回路、４２４…操作スイッチ、４２５…ステータス表示用ＬＥＤ、４３１…メインメモリーモジュール、４３２…分析データ用メモリーモジュール、４７１…外周開口部

Claims (10)

1. 第１熱拡散体と、
   前記第１熱拡散体に熱的に接続する第１温度センサーと、
   第２熱拡散体と、
   前記第２熱拡散体に熱的に接続する第２温度センサーと、
   前記第１熱拡散体と前記第２熱拡散体との間に配置された伝熱層と、
   を備えた熱流計測装置。
2. 前記第１熱拡散体の熱伝導率は、前記伝熱層の熱伝導率よりも高く、
   前記第２熱拡散体の熱伝導率は、前記伝熱層の熱伝導率よりも高い、
   請求項１に記載の熱流計測装置。
3. 前記第１熱拡散体の熱伝導率および前記第２熱拡散体の熱伝導率が１００（Ｗ／ｍＫ）以上で、
   前記伝熱層の熱伝導率が０．３〜１００（Ｗ／ｍＫ）である、
   請求項１又は２に記載の熱流計測装置。
4. 前記第１熱拡散体が被計測体と接触する受熱面積は２０４〜６９０（ｍｍ^２）である、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の熱流計測装置。
5. 前記第１熱拡散体の最大温度勾配よりも前記伝熱層の最大温度勾配の方が大きく、
   前記第２熱拡散体の最大温度勾配よりも前記伝熱層の最大温度勾配の方が大きい、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の熱流計測装置。
6. 前記第１熱拡散体は、第１曲面を有し、
   前記第２熱拡散体は、第２曲面を有し、
   前記伝熱層は、前記第１曲面と前記第２曲面とに挟持されている、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の熱流計測装置。
7. 第３熱拡散体と、
   前記第３熱拡散体に熱的に接続する第３温度センサーと、
   を更に備え、
   前記第３熱拡散体と前記第３温度センサーとは、前記伝熱層内に配置されている、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の熱流計測装置。
8. 前記第２熱拡散体は、前記第２曲面の反対面となる第３曲面を有し、
   前記第３曲面側に開口部を有する保護部を更に備える、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の熱流計測装置。
9. 前記保護部の熱伝導率は、前記伝熱層の熱伝導率よりも小さい、
   請求項８に記載の熱流計測装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の熱流計測装置を備え、
    前記熱流計測装置の計測結果に基づき、代謝量を推量する、
    代謝計測装置。

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