JP4028747B2

JP4028747B2 - 発汗装置、該発汗装置を使用した快適性評価方法

Info

Publication number: JP4028747B2
Application number: JP2002105319A
Authority: JP
Inventors: 大介内堀; 正弘久次米; 二三男堀井
Original assignee: UNITIKA TEXTILES CO., LTD.
Current assignee: UNITIKA TEXTILES CO., LTD.
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-04-08
Also published as: JP2003167510A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒト皮膚の発熱、発汗状態および温熱状態を人工的に精度よく発現できる発汗装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発汗装置としては、銅やアルミニウムなどの金属板を使用して模擬皮膚の表面を形成して使用されているものがある（特開平9-70422号公報）。これは測定の時間短縮のために環境や設定の変化にその表面を早く安定（応答）させることを一つの目的としている。
【０００３】
また、発汗装置に用いられている模擬皮膚として、多孔性親水性素材および多孔性疎水性素材を積層させた構成のものも知られている（特公平7-43612号公報）。これは、汗の拡散性や透過性を考慮して選定されており、模擬皮膚表面の均一な濡れを再現し、その表面から均一に発汗と発熱をさせることを目的にしている。
【０００４】
しかし、人間の表面皮膚温度は外部環境の違いや産熱・発汗状態の影響により変化しており、従来の発汗装置では、このような皮膚表面の温度変化を再現することは難しい。特に、模擬皮膚表面に金属を使用していると、その高い熱伝導率のために表面皮膚温度が内部温度に即座に追従するため、特に発汗による皮膚表面の上昇低下の温度変化を再現させることは難しく、模擬皮膚表面の温度変化は実際の人体皮膚表面の温熱挙動とは大きく異なる。またヒトは、皮膚から気体状発汗も液体状発汗も行うが、それに加えて、玉状発汗等の大量発汗までも模擬し、かつ皮膚表面の温度変化を再現できる発汗装置はない。
【０００５】
また、従来の発汗装置を水平以外で使用する場合に圧力損失による発汗量のばらつきはさらに大きくなり、表面から均一に発汗させることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、模擬皮膚の発汗穴からの気体状及び液状・玉状の発汗を安定的かつ容易に制御でき、皮膚からの放熱および皮膚温度をより正確に模擬再現できる発汗装置を提供することを目的とする。
【０００７】
すなわち、上記目的は、発熱性部材および、塩化ビニル、シリコン、ゴム、アクリル樹脂からなるグループから選択される低熱伝導性部材をこの順に積層してなる模擬皮膚を使用した発汗装置により達成される。
【０００８】
より具体的な発汗装置は、発熱性部材および、塩化ビニル、シリコン、ゴム、アクリル樹脂等の低熱伝導性部材をこの順に積層してなる模擬皮膚からなり、各発汗穴に独立して体温の水溶液を一定連続的かつ可変に供給可能な水溶液供給手段が付加されていることに大きな特徴がある。
【０００９】
本発明の発汗装置は、上記構成を有することにより、人間の発汗、発熱状態を人工的に発現させ、安定的に維持制御でき、発汗量、発汗状態、皮膚表面温度を精度よく再現できる。
【００１０】
また、本発明の発汗装置は、各発汗穴からの発汗量を一定連続的かつ可変に調整可能であり、模擬皮膚を水平〜垂直までの様々な角度配置することもできる。
【００１１】
発熱性部材は、温度を制御または供給電力を制御できるヒーターなどを内蔵した加熱体であり、発熱性部材面上の温度分布の均一性が高いものであることが好ましい。係る発熱性部材として、面状発熱体を挙げることができる。その他にも、発熱性部材としては、発熱部材および該発熱部材上に高熱伝導性部材を積層した構成のものでもよい。係る構成の発熱性部材とすることにより、面状発熱体以外の発熱体、例えば線状・棒状の発熱体等を使用しても、発熱性部材表面の温度分布を均一にしかも迅速に行うことができる。
【００１２】
高熱伝導性部材は、発熱部材（発熱体）で発生した熱を均一に分散させ、低熱伝導性部材に熱を均一に伝える働きをするものである。材料としては、銅、アルミニウム、ステンレス、金、銀、鉄等の金属であり、そのような金属と同等の熱伝導性を有するものであれば使用可能である。高熱伝導性部材の厚さは特に制限されるものではないが、通常は0.1〜2mm程度の厚さで十分である。
【００１３】
発熱性部材上には、低熱伝導性部材が積層される。そして、この低熱伝導性部材としては、塩化ビニル、シリコン、ゴム、アクリル樹脂等が使用可能である。例えば、熱伝導率（κ）が0.1〜0.9W/m・℃、厚さ（d）2〜8mmの部材を使用すればよい。その他にも、上記と同程度の熱伝導性を有する高分子材料であれば使用可能である。
【００１４】
発熱性部材および低熱伝導性部材はその順に、下から上へ積層してなり、その積層体を本発明では模擬皮膚と呼んでいる。模擬皮膚には発汗穴が設けられている。
【００１５】
発汗穴は、形状は特に制限はないが、一般的には円状で用いればよく、その径、個数および配置は結果的に発汗装置上で均一な不感蒸泄状態あるいは全面的な濡れ状態を再現できるように適宜設定されるものであり、特に制限されるものではないが、人体発汗量を模擬した送水総量（気体発汗および/または液体状発汗）、また、水溶液供給手段の構成、供給速度等を勘案し、汗としての水溶液を噴出させない観点および装置作製上の観点からは、穴直径0.5〜2.5mm、好ましくは1〜2mmの発汗穴を50cm²/個以下で、好ましくは30cm²/個以下で模擬皮膚に形成するとよい。発汗穴径が大きすぎると液状発汗しにくく、小さすぎると噴出してしまう。発汗穴の数が少なすぎると皮膚表面ヌレ状態が均一にならない。多い方が好ましいが、装置作製上困難を伴う。発汗穴をテーパー状にするとより好ましい。
【００１６】
本発明においては、各発汗穴に独立して体温の水溶液を一定連続的かつ可変に供給可能な水溶液供給手段が付加されている。可変に水溶液供給量を変化できないと運動の変化に伴う発汗量の変化をつけることができない。また一定連続的に供給できないと各供給量設定に対して安定した発汗量を得ることができない。水溶液供給手段としては、穴の数により変化するが総量として15〜2500g/m²/hの範囲で、一定連続的にしかも可変可能な供給手段であればよい。また各発汗穴ごとにそのような手段が付加されているので、装置を水平〜垂直までの色々な角度にも配置可能になり、人体の各部位、例えば脇下、背中等の人体の形態に即して装置を配置することができ、より人体に近い発汗状態を再現可能になる。
【００１７】
発汗穴に供給される水溶液は、液体としての汗を模擬した水溶液でもよいが、蒸留水で十分である。
【００１８】
図1に本発明の発汗装置の一具体例の概略断面図を示した。図１を参照しながら本発明を説明する。
【００１９】
図１中、１０は模擬皮膚であり、発熱部材３、高熱伝導性部材２および低熱伝導性部材１により、下から上へ３→２→１の順に積層して構成されている。模擬皮膚には発汗穴９が設けられている。
【００２０】
模擬皮膚１０は断熱体１１に収納され、水の蓄えられた恒温槽上に設置され、低熱伝導性部材１の表面が外部環境に接している。
【００２１】
模擬皮膚10は、装置に組み入れるとき、図1に示したように、その側面及び底面は断熱材で覆った構成で組み入れられる。係る材料としては発泡ポリスチレンなどが例示できる。そのほかにも発泡ポリスチレンと同等かそれよりも低い熱伝導率を有する材料であれば使用可能である。また、発熱体補償用ヒーターを設けて発熱体と同温に設定することにより、底および側面からの熱流出、流入の影響を少なくすることも有効である。
【００２２】
チューブ等の管12、シリンジ等の水溶液押出手段4、押出応力付与手段13、モーター等の押出応力発生手段5は水溶液供給手段を構成する。水溶液供給手段により、水等の水溶液が発汗穴9へ供給される。例えば水溶液押出手段4のシリンジ内に蓄えられた水等の水溶液に押出応力付与手段13で圧力を付与し、シリンジ内の水溶液を管12へ押出し、押出された水溶液は管12を通じて発汗穴へ供給される。そして発汗量は、押出応力発生手段5で押出応力を変えることにより、調整可能である。
【００２３】
水溶液押出手段としては、例えば、医療用プラスティックシリンジを使用すると設置個数が多くなっても非常に安価に作成することができる。また、容量は5ml以上のものを使用すればよい。長時間の使用が可能となるため容量が大きいほど好ましい。
【００２４】
管12として使用しているチューブとしては、例えば、プラスティックチューブを用いればよく、短くまた硬いほうが好ましい。これは水溶液供給時にチューブ内部に水圧がかかるため、水溶液供給（送水）に対して発汗穴からの水放出の遅れを生じにくくできるためである。
【００２５】
6は恒温槽で、恒温槽6内には水8が蓄えられ、攪拌羽根等の攪拌手段7により恒温槽中の水を攪拌しており、温水浴槽6内の水8で水溶液押出手段4内の水溶液、水溶液押出手段4から供給された管12内の水溶液を加熱している。恒温槽の水の温度は発熱体温度に近い温度に設定される。
【００２６】
図1においては、水溶液押出手段4は、それぞれに押出応力付与手段13が接続されているが、一つの押出応力付与手段13を、複数の水溶液押出手段4に付加する構成でもよい。その場合、押出応力発生手段5も一つでよい。但し、係る構成を採るときは、一つの押出応力付与手段13から複数の水溶液押出手段4に均一に押出圧力がかかるようにする。
【００２７】
本発明の発汗装置は、皮膚の温熱的性質を模擬し、人間の発汗、発熱状態をより人体に近い状態で発現させることが可能で、人体の部位、例えば脇の下、股下等の部位に即した発汗シミュレーションが可能となる。そのような人間（人体）の各部位ごとに人間が衣服を着用したときの衣服内の温湿環境を人工的に作り出すことができ、快適性等の評価に有効に使用することができ、ひいては新しい衣料用素材の開発に結びつく。
【００２８】
【実施例】
実施例1
模擬皮膚として、面状ヒーター（20cm×20cm）上に厚さ1mmのアルミニウム板（熱伝導率（κ）230W/m・℃)(20cm×20cm）を貼り付け、さらにその上に厚さ2mmの塩化ビニル板（熱伝導率0.2W/m・℃)(20cm×20cm）を貼り付けた。
ものを作成し、ヒーター温度を36、37、38℃に設定し、30℃×65%RHの環境下で定常状態に達した時の塩化ビニル板の表面温度を測定した。結果を下記表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
比較例として、実施例1から塩化ビニル板を取り除いたものを模擬皮膚とし、アルミニウム板の表面温度を実施例1と同様の条件で測定した。結果を下記表2に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
30℃×65％RHの環境下では、人体での実測値は体内温度36.9℃で平均皮膚温度34.0℃である。表1の結果より、模擬皮膚表面に塩化ビニル板を用いることでヒーター温度が37℃の時、実際の人体の深部体温と表面皮膚温度との差を再現することができることがわかる。
【００３３】
実施例2
実施例1の構成と同じ構成の模擬皮膚（20cm×20cm）に、図2（発汗穴の分布図）に示すような等間隔の9個の発汗穴（直径1mm）を設けた。その9個の発汗穴一つ一つに取り付けられた送水機（水溶液供給手段）を用いて一定量の水（170g/m²/h）を送り、模擬皮膚が水平状態の場合と垂直に立てた場合について各穴から出てくる水の量を測定した。結果を表3に示した。
【００３４】
比較例2
実施例2において、9個の発汗穴に対して一つの送水機を用いて一定量の水（170g/m²/h）を送ること以外は実施例2と同様にして測定を行った。結果を表3に示した。
【００３５】
【表３】

【００３６】
表3の結果より、9個の発汗穴に対して一つ一つの送水機を用いた場合の方が、各穴から出る水の量のバラツキが小さく、安定した水の供給ができることがわかる。
【００３７】
実施例3
面状ヒーター（20cm×20cm）上に厚さ1mmのアルミニウム板（熱伝導率230W/m・℃)(20cm×20cm）を貼り付け、さらにその上に厚さ2mmの塩化ビニル板（熱伝導率0.2W/m・℃)(20cm×20cm）を貼り付けた積層体を模擬皮膚とした。
【００３８】
この模擬皮膚に、直径1mmの発汗穴36個形成し、図1の構成の発汗装置を組み立てた。
【００３９】
模擬皮膚上に、ポリエステル製ニット生地（20×20cm）をのせ、下着着用時の急速発汗による表面皮膚温度の低下を試験環境20℃、65％RHで測定する試験を行った。具体的には、装置の初期状態をヒーター温度36℃、発汗量（水溶液供給速度）を15g/m²/hとし、この状態が安定したところでヒーター温度を37℃まで0.2℃/minの昇温速度で上げ、上げたところから5分後に発汗量を312g/m²/hとした。この過程の模擬皮膚の表面皮膚温度変化を測定した。結果を図3に示す。
【００４０】
比較例3
塩化ビニル板を貼り付けない構造を模擬皮膚として使用した以外は実施例3と同様にして表面皮膚温度変化を測定した。結果を図3に示す。
【００４１】
参考例
実施例3の測定試料として用いたポリエステル製ニット生地による下着を実際の人間が着用して発汗試験を行ったときの表面皮膚温度の変化を図4に示す。
【００４２】
図3および図4より、本発明による発汗装置を用いると、運動、発汗時の表面皮膚温度の変化についてより人体に近い状態を再現でき、人体が衣服を着用したときの衣服内環境を精度良く再現できることがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の発汗装置は、上記構成を有することにより、人間の発汗、発熱状態を人工的に発現させ、人体により近い発汗量、発汗状態、温熱的特性、湿的特性および皮膚表面温度を精度よく再現でき、また本発明の発汗装置を使用することにより人体が衣服を着用したときの衣服内環境を精度良く再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発汗装置の一具体例の概略断面図。
【図２】発汗穴の分布図。
【図３】発汗量を変化させたときの表面皮膚温度変化を示すグラフ。
【図４】下着を着用した人間の表面皮膚温度変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１：低熱伝導性部材、２：高熱伝導性部材、３：発熱部材、４：水溶液押出手段、５：押出応力発生手段、６：恒温槽、７：攪拌手段、８：水、９：発汗穴、１０：模擬皮膚、１１：断熱材、１２：管、１３：押出応力付与手段

Claims

発熱性部材および、塩化ビニル、シリコン、ゴム、アクリル樹脂からなるグループから選択される低熱伝導性部材をこの順に積層してなり、低熱伝導性部材の表面が外部環境に接する模擬皮膚からなり、該模擬皮膚に発汗穴が設けられ、各発汗穴に独立して体温の水溶液を一定連続的かつ可変に供給可能な水溶液供給手段が付加されていることを特徴とする発汗装置。
発熱性部材および、塩化ビニル、シリコン、ゴムおよびアクリル樹脂からなるグループから選択される低熱伝導性部材をこの順に積層してなり、低熱伝導性部材の表面が外部環境に接する模擬皮膚からなり、該模擬皮膚には穴直径０．５〜２．５ｍｍの発汗穴が３０ｃｍ ^２／個以下で形成されており、各発汗穴に独立して体温の水溶液を一定連続的かつ可変に供給可能な水溶液供給手段が付加されていることを特徴とする発汗装置。
発熱性部材が発熱部材および高熱伝導性部材からなる請求項１または請求項２に記載の発汗装置。
請求項２または請求項３に記載の発汗装置を使用し、水溶液供給手段から総量として１５〜２５００ｇ／ｍ ^２／ｈの水溶液を供給することを特徴とする発汗シミュレーション方法。
請求項２または請求項３に記載の発汗装置を使用し、模擬皮膚上に生地をのせ、初期状態の発熱性部材温度３６℃、発汗量（水溶液供給速度）を１５ｇ／ｍ ^２／ｈとし、この状態が安定したところで発熱性部材温度を３７℃まで０．２℃／ｍｉｎの昇温速度で上げ、上げたところから５分後に発汗量を３１２ｇ／ｍ ^２／ｈとし、この過程の模擬皮膚の表面皮膚温度変化を試験環境２０℃、６５％ＲＨで測定することを特徴とする快適性評価方法。