JP5844200B2

JP5844200B2 - 接触式内部温度計

Info

Publication number: JP5844200B2
Application number: JP2012081614A
Authority: JP
Inventors: 眞人土田
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN104220855B; WO2013145969A1; US20150055681A1; JP2013210325A; US9885617B2; CN104220855A

Description

本発明は、接触式内部温度計に関する。

様々な状況において、測定対象物の表面温度ではなく、その内部温度を迅速・正確かつ簡便（すなわち、非侵襲）に測定したいとの要求が存在している。そのような要求の代表的なものとして、人体を含む生体の体温測定が挙げられる。しかしながら、生体の内部温度（深部体温などと称されることもある）、すなわち、血流により概ね恒温に保たれていると考えられる程度の生体内部の温度を測定するのは通常困難である。測定対象が人体の場合、一般的には、舌下や脇の下など熱が外部に逃げにくい場所に温度計を保持し、温度計と人体とが熱平衡状態となってからの温度計の読みを体温として採用することが多いが、熱平衡状態が得られるまでに５分から１０分程度と長時間を要し、また得られる体温は必ずしもその内部温度と一致するとは限らない。このため、かかる方式は、乳幼児やある種の傷病患者等、長時間の体温測定が困難な対象への適用が困難な場合があり、また、精密な体温管理を行うに足る精度の高い体温を得るのは難しい。

そこで、人体の内部温度を迅速・正確に測定するための温度計として、体表面に接触する第１の温度センサと、第１の温度センサに対し断熱材を挟んで配置される第２の温度センサからなるセンサの組を用いて、各温度センサにおける温度測定結果から内部温度を求めるものが提案されている。

例えば、特許文献１には、１組のセンサの組を用いて、非定常状態において熱伝達方程式を数学的に解くことにより、測定対象物の内部温度を予測する高速精密温度測定装置が記載されている。

また、特許文献２には、２組のセンサの組を用い、第２の温度センサ（中間センサ）と外気との間にさらに断熱材を配置し、各センサの組を通過する熱流束の値を異なるものとした体温計が開示されている。同文献記載の体温計では、定常状態における各センサの出力から測定対象物の内部温度を算出する。

特許第３８６３１９２号公報特許第４６００１７０号公報

上述の特許文献１のように、１組のセンサの組を用いて非定常状態で内部温度を予測する方法では、確かに短時間での測定が可能であるものの、例えば一度測定を行った直後など、センサの組が十分に昇温している状況で続けざまに測定を行おうとすると、センサの組が定常状態に達してしまい、測定を行い得なくなる場合がある。このようなときには、センサの組が自然放熱により十分に温度が下がるまで長時間待たなければならなかった。

一方、特許文献２のように、定常状態で内部温度を算出する方法では、連続での測定には特段の支障はないものの、最初（例えば、体温計が室温にある場合など）の測定においては、センサの組が定常状態となるまで相当の時間を有するため、迅速な測定は難しい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、接触式内部温度計において、迅速でかつ連続の測定を可能とすることである。

なお、ここまでの記載は接触式内部温度計の代表的な例として人体の内部温度を測定する体温計について主に説明したが、本発明が対象とする接触式内部温度計はこれに限定されるものでなく、生物・無生物問わず非侵襲にてその内部温度を測定する必要があるいかなる測定対象物にも適用可能である。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

（１）測定対象物の内部温度を算出するため前記測定対象物の被測定面に接触させる測定面と、第１の熱抵抗体の測定面側に第１の測定面側温度センサが配置され、背面側に第１の背面側温度センサが配置され、前記第１の測定面側温度センサは、その測定面側において前記測定面に設けられた第１のプローブと熱的に結合する第１の温度センサ積層体と、第２の熱抵抗体の測定面側に第２の測定面側温度センサが配置され、背面側に第２の背面側温度センサが配置され、前記第２の測定面側温度センサは、その測定面側において前記測定面に設けられた第２のプローブと熱的に結合する第２の温度センサ積層体を少なくとも有し、前記第１の測定面側温度センサ、前記第１の背面側温度センサ、前記第２の測定面側温度センサ及び前記第２の背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、を有し、前記コントローラは、非定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第１のモードと、定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第２のモードとを有する接触式内部温度計。

（２）（１）において、前記コントローラは、前記定常状態と前記非定常状態を検出して、前記第１のモードと前記第２のモードを切り替える接触式内部温度計。

（３）（２）において、前記コントローラは、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に非定常状態である場合に前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化に基いて前記非定常状態を検出する接触式内部温度計。

（４）（３）において、前記コントローラは、前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化を測定中に、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に定常状態となったことに基づいて前記定常状態を検出する接触式内部温度計。

（５）（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記コントローラによる前記内部温度の算出後、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が配置される空間を換気する換気機構を有する接触式内部温度計。

上記（１）又は（２）の側面によれば、接触式内部体温計において、迅速でかつ連続の測定が可能となる。

上記（２）の側面によれば、温度センサ積層体が非定常状態にある場合に迅速に内部温度を算出できる。

上記（３）の側面によれば、非定常状態での測定中に温度センサ積層体が定常状態となった場合にも、定常状態における熱伝導方程式に基づいて正しく内部温度を算出できる。

上記（４）の側面によれば、連続して測定を行う際にも正確に測定対象物の内部温度を測定できる。

本発明の実施形態に係る接触式内部温度計を背面側から見た外観図である。本発明の実施形態に係る接触式内部温度計を測定面側から見た外観図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による接触式内部温度計の概略断面図である。図３における測定ヘッド近傍の拡大断面図である。本発明の実施形態に係る接触式内部温度計の測定ヘッドに設けられた測定部の等価熱回路を示す図である。本発明の実施形態に係る接触式内部温度計による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る接触式内部温度計による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る接触式内部温度計１００を背面側から見た外観図、図２は同実施形態に係る接触式内部温度計１００を測定面側から見た外観図である。なお、本明細書にて接触式内部温度計とは、温度計であって、測定対象表面に接触させることにより内部温度を測定する温度計を意味している。また、内部温度とは、測定対象の表面温度でなく、その内部であって、実質的に恒温熱源と考えられる部位の温度を意味している。ここで、実質的に恒温熱源と考えられるとは、測定対象内部の熱容量が大きい場合や、測定対象内部に常に熱が供給される結果、接触式内部温度計による測定がその温度に実用上の影響を及ぼさないと考えられることを意味している。たとえば、測定対象が生体である場合には、血流により体幹より常に熱が供給されることとなるので、後者に該当する。

本実施形態で示す接触式内部温度計１００は、図示の通り携帯式であり、ケース１の先端に測定ヘッド２が取り付けられている。測定ヘッド２はケース１から突き出すように設けられており、その先端はおおむね平坦な測定面２０となっている。そして、かかる測定面２０を測定対象物の被測定面、例えば皮膚に接触させることによりその内部温度を計測する。測定面２０の表面には、略円形の第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０が図２に示すように、接触式内部温度計１００の長手方向に沿って直列に配置されている。なお、これら第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０の配置は任意であり、その配置方向は必ずしも接触式内部温度計１００の長手方向に沿ったものでなくともよい。

ケース１の測定面２０の反対側の面である背面１０には、ランプ１１、表示部１２、ブザー１３が設けられている。以降、本明細書では、測定面２０が向く方向を測定面側、その反対方向である背面が向く方向を背面側と称する。また、ケース１は長く伸び丸みを帯びた形状をしており、使用者が手に持つグリップ１４を形成している。図２に見られるように、ケース１のグリップ１４の測定面側には電池蓋１５が設けられ、内部に接触式内部温度計１００の電源となる電池を収容するようになっている。また、ケース１の適宜の位置、ここでは図２に示した位置に吸気穴１６が、測定ヘッド２の側面に排気穴２１が設けられ、それぞれの内部空間が外気と連通するようになされている。ケース１と測定ヘッド２は、支持環５により接続されている。

なお、図１及び図２に示した接触式内部温度計１００のデザインは一例である。かかるデザインは、その主たる用途や市場性等を考慮の上適宜変更して差し支えない。また、各構成部品の配置は、その機能を損なわない範囲で任意に選択してよい。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による接触式内部温度計１００の概略断面図である。ケース１は、好ましくはＡＢＳ樹脂等任意の合成樹脂製の中空の成形品であり、接触式内部温度計１００を構成する各種部品をその内部に一体に収容する。グリップ１４内には、電池６及び回路基板１７が収容されている。回路基板１７上には、その上に図示しないコントローラをはじめとする各種の電子部品が実装されており、電池６からの電力供給を受けて、電力を必要とする全ての部品への電力を供給するとともにその動作を制御している。電池６は、図示のものは市販の単４型（米国ではＡＡＡと称される）乾電池であるが、その形式は任意のものであってよく、ボタン型、角型等の形状や、１次電池・２次電池の別も任意であってよい。なお、各部品と回路基板１７とを電気的に接続する配線は、図示が煩雑となるため省略している。

ランプ１１は、好ましくは多色発光可能な発光ダイオードであり、接触式内部温度計１００の状態を使用者に通知するために点灯するものである。表示部１２は、本実施形態では液晶表示装置であり、接触式内部温度計１００の測定結果を図１に示すような態様で使用者に通知するためのものである。もちろん、表示部１２にはこのほかにも任意の情報、例えば、電池６の残量等を表示するようにしてよい。あるいは、接触式内部温度計１００の状態を併せて表示するようにして、ランプ１１を省略してもよい。ブザー１３は、本実施形態では一般的な電子ブザーであり、ビープ音により接触式内部温度計１００の状態を使用者に通知するためのものである。なお、ブザー１３の形式も又任意であり、スピーカを備えるようにして、音声あるいはメロディ等による通知をするようにしてもよい。あるいは、ランプ１１及び／又は表示部１２による通知のみとして、ブザー１３を省略してもよい。

また、ケース１内部には隔壁１８が設けられており、ケース１内部をグリップ空間１９ａとヘッド空間１９ｂとに仕切っている。隔壁１８には開口が設けられており、かかる開口を塞ぐようにブロア７が取り付けられている。ブロア７の機能については後述する。

ケース１の先端部には、支持環５を介して測定ヘッド２が取り付けられる。支持環５は、好ましくはシリコンゴム或いはその発泡体等の弾力を有し且つ断熱性に優れた材料で形成され、測定ヘッド２のケース１に対する若干の動きを許容するとともに、測定ヘッド２からケース１への伝熱を遮断するようになっている。これは、測定面２０を測定対象物に接触させる際に、測定面２０が確実に測定対象物に密着するようにするためと、測定ヘッド２からケース１へと熱が流出することによる測定誤差の発生を防止するためである。しかしながら、支持環５は必須の構成でなく、測定面２０と測定対象物との密着に問題がなく、また測定ヘッド２が十分に熱伝導率の低い材質であり実用上問題ない場合には、これを省略し、測定ヘッド２を直接ケース１に固定する又は両者を一体に形成するなどしてもよい。また、支持環５の形状も環状に限定されるものでなく、任意の形状のものを用いてよい。

測定ヘッド２は、形状が安定しており、熱伝導率が低く、かつ比熱の小さい材質で形成することが好ましく、例えば、硬質発泡ウレタンや硬質発泡塩化ビニルが好適に用いられる。しかしながら、この点についても実用上の問題がなければ材質は特に限定されるものでなく、任意でよい。

測定ヘッド２の測定面２０には第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０に対応する位置にそれぞれ開口が設けられており、各プローブが測定面２０からわずかに突出するように取り付けられている。各プローブは、熱伝導率の高い材質であることが好ましく、本実施形態では金属製である。なお、各プローブの材質は耐腐食性を備えていることが好ましく、金属材料では、アルミニウムやステンレスが好適である。なお、上述の通り、測定ヘッド２自体は熱伝導率が低い材質から構成されるため、第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０は、互いに熱的に隔離されることとなる。

第１のプローブ３０の背面側には、第１の温度センサ積層体３１が設けられ、両者は互いに熱的に結合している。また、第２のプローブ４０の背面側には、第２の温度センサ積層体４１が設けられており、両者は互いに熱的に結合している。第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１の詳細については後述する。なお、温度センサ積層体は、本実施形態では第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１の２つを設けているが、誤差の分散あるいは故障時のバックアップ目的で、プローブ及び温度センサ積層体を３つ以上設けるようにしてもよい。

図４は、図３における測定ヘッド２近傍の拡大断面図である。ここでは、図３の支持環５より背面側に位置する部材は図示を省略している。

同図に詳細に示されるように、第１の温度センサ積層体３１は、測定面２０側に配置され、第１のプローブ３０と接触し熱的に結合する第１の測定面側温度センサ３１ａと、背面側に配置される第１の背面側温度センサ３１ｂと、その間に配置され、第１の測定面側温度センサ３１ａから第１の背面側温度センサ３１ｂへの熱流路を形成する熱抵抗として機能する第１の熱抵抗体３１ｃを積層した構造となっている。また、第２の温度センサ積層体４１も第１の温度センサ積層体３１と同様の構造となっており、測定面側に配置され、第２のプローブ４０に接触し熱的に結合する第２の測定面側温度センサ４１ａ、背面側に配置される第２の背面側温度センサ４１ｂと、その間に配置され、第２の測定面側温度センサ４１ａから第２の背面側温度センサ４１ｂへの熱流路を形成する熱抵抗として機能する第２の熱抵抗体４１ｃを積層した構造となっている。従って、測定面２０を測定対象物に接触させると、測定対象物から熱が第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０に伝わり、その熱はそれぞれ第１の温度センサ積層体３１については第１の測定面側温度センサ３１ａ、第１の熱抵抗体３１ｃ、第１の背面側温度センサ３１ｂを順番に通過し、第２の温度センサ積層体４１については第２の測定面側温度センサ３１ａ、第２の熱抵抗体３１ｃ、第２の背面側温度センサ３１ｂを順番に通過して大気に放散されることになる。

各温度センサにはどのようなものを用いてもよいが、本実施形態ではサーミスタである。それぞれの温度センサは、回路基板１７（図３参照）に図示しない配線により接続されており、各温度センサにおける温度を検知できるようになっている。

詳細は後述するが、本実施形態に係る接触式内部温度計１００は１組の温度センサ積層体を用いた非定常状態における温度測定と、２組の温度センサ積層体を用いた定常状態における温度測定のいずれをも行い得るように構成されている。特に、定常状態における温度測定を行うためには、定常状態において、第１の温度センサ積層体３１を通過する熱流束と、第２の温度センサ積層体３２を通過する熱流束が異なっており、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの熱抵抗の比が既知である必要がある。そこで、図４に示されているとおり、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの厚みを異なるものとすることにより、両者の熱抵抗の値を異なるものとしている。なお、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃの熱抵抗の値を異なるものとするには、ここで示したように、厚み等の幾何学的寸法を異なるものとしたり、その材質を異なるものとするとよい。或いは、熱抵抗体３１ｃと熱抵抗体４１ｃとして同一のものを用い（例えば、温度センサを実装するフレキシブルプリント基板等）、第１の背面側温度センサ３１ｂ又は第２の背面側温度センサ３１ｂ或いはその両方に放熱性能を調整するための適宜の構造、例えば、放熱板や放熱フィン或いは断熱材を設けることにより、第１の温度センサ積層体３１を通過する熱流束と、第２の温度センサ積層体３２を通過する熱流束が異なるようにしてもよい。

ここで、本実施形態に係る接触式内部温度計１００による内部温度の測定原理を説明する。前述のように、接触式内部温度計１００は、１組の温度センサ積層体を用いた非定常状態における温度測定と、２組の温度センサ積層体を用いた定常状態における温度測定のいずれをも行い得るように構成されており、それぞれの温度測定の原理は異なる。ここでは、接触式内部温度計１００が非定常状態において温度測定をしている状態でのコントローラの動作を第１のモード、定常状態において温度測定をしている状態でのコントローラの動作を第２のモードと呼ぶこととする。

まず、第１のモード、すなわち、非定常状態における測定原理を説明すると、前掲の特許文献１に記載されているように、測定対象である内部温度をＴ_ｂ、第１の測定面側温度センサ３１ａにおける温度をＴ_１１、第１の背面側温度センサ３１ｂにおける温度をＴ_１２、第１の熱抵抗体３１ｃ内部の時間ｔにおける温度をＴ（ｔ）とすると、次の熱伝導方程式が近似的に成り立つ。

ここで、未知数はＴ_ｂ、ω_１及びω_２の３つであるが、数１の左辺が時間差における温度であることから、異なる時刻ｔにおいて少なくとも４回温度測定を行うことにより、これら未知数の値を決定することができ、Ｔ_ｂの値を求めることができる。なお、上述の説明では第１の温度センサ積層体３１を用いて温度測定をするものとしたが、これに替え、第２の温度センサ積層体４１を用いるものとしてもよい。

以上が非定常状態における温度測定の基本的な原理であるが、測定精度の保障のため、一旦Ｔ_ｂを求めた後、さらに測定を継続して新たにＴ_ｂを求め、両者の差異が所定の閾値を下回った場合、すなわちＴ_ｂの計算結果が収束した場合に最終的に得られた値をＴ_ｂとして採用するようにしてもよい。

次に、第２のモード、すなわち、定常状態における測定原理を説明する。図５は、本発明の実施形態に係る接触式内部温度計の測定ヘッドに設けられた測定部の等価熱回路を示す図である。同図を図４を参照しつつ説明すると、Ｔ_ｂ、Ｔ_１１、Ｔ_１２は先の通りであり、Ｔ_２１は第２の測定面側温度センサ４１ａにおける温度、Ｔ_２２は第２の背面側温度センサ４１ｂにおける温度である。また、熱抵抗Ｒ_ｂは測定対象内部から第１のプローブ３０及び第２のプローブ４０を通して第１の測定面側温度センサ３１ａ及び第２の測定面側温度センサ４１ａに熱が伝わる際の熱抵抗であり、熱抵抗Ｒ_１は第１の熱抵抗体３１ｃの、熱抵抗Ｒ_２は第２の熱抵抗体４１ｃの熱抵抗である。そして、Ｔ_ｂ＞Ｔ_１１＞Ｔ_１２及び、Ｔ_ｂ＞Ｔ_２１＞Ｔ_２２が成立している。

ここで、図に示した系が定常状態にあると仮定すると、Ｔ_ｂよりＴ_１２へと流れる熱流束は一定であるから、次の熱伝導方程式が成立する。

として求められる。なお、ここでＫ＝Ｒ_１／Ｒ_２であり、あらかじめ実験的にあるいは計算により求めておく。

以上が定常状態における温度測定の基本的な原理である。

図６及び図７は、本実施形態の接触式内部温度計１００による内部温度の測定アルゴリズムを示すフローチャートである。なお、同図に示す制御は、接触式内部温度計１００の回路基板１７に搭載されたコントローラにより行われる。コントローラは、マイクロコントローラ等の適宜の情報処理装置であり、第１の測定面側温度センサ３１ａ、第１の背面側温度センサ３１ｂ、第２の測定面側温度センサ４１ａ及び第２の背面側温度センサ４１ｂの測定結果に基づいて測定対象物の内部温度Ｔ_ｂを算出する。

なお、図６に示したフローチャートは、第１のモードにおける制御を示すものであり、図７に示したフローチャートは、第２のモードにおける制御を示すものである。

コントローラは、まず、測定が開始されるとステップＳ１にて変数ｎに１を代入し、時刻ｔ_ｎにおいてＴ_１１ｎ、Ｔ_１２ｎをそれぞれ測定する。ここで、時刻ｔの添字ｎは、その値が大きくなるほど時間が経過していることを示す。また、温度Ｔについて付された添字ｎは、その温度Ｔが時刻ｔ_ｎにおいて得られたものであることを示す。

続くステップＳ２において、ｎを１インクリメントする。これにより時刻がｔ_１からｔ_２へと進む。さらにステップＳ３において、再びＴ_１１ｎ、Ｔ_１２ｎをそれぞれ測定する。このとき、先のステップＳ１で求めたＴ_１１、Ｔ_１２はそれぞれＴ_{１１ｎ−１}、Ｔ_{１２ｎ−１}となる。

そしてステップＳ４において、Ｔ_１１ｎ−Ｔ_{１１ｎ−１}の絶対値があらかじめ定められた閾値より大きいか否かを判定する。この判定は、時刻がｔ_ｎ−１からｔ_ｎに変化した時のＴ_１１の温度変化の大きさを調べているものであり、この温度変化の大きさが所定値より大きければ第１の温度センサ積層体３１は熱的に非定常状態にあることを示し、そうでなければ第１の温度センサ積層体３１は熱的に定常状態にあることを示している。なお、この判定はここで示した例ではＴ_１１のみを参照することにより行っているが、これ以外に得られる値、すなわちＴ_１２、Ｔ_２１及びＴ_２２の何れを用いてもよいし、また、これら全てについて判定を行うようにしても、これら全ての平均或いは和を用いてもよい。

ステップＳ４の結果が肯定、すなわち、非定常状態にある場合には、続くステップＳ５において既定の回数、すなわち、４回以上温度測定がおこなわれているかをｎの値によって判定する。温度測定の回数が４回に達していなければ、数１よりＴ_ｂを求めることができないため、ステップＳ２へと戻る。

既定の回数以上温度測定がおこなわれている場合、ステップＳ６へ進み、数１よりＴ_ｂｎをもとめる。なお、ここでは第１の温度センサ積層体３１における測定結果に基いてＴ_ｂｎを求めるようにしているが、これに替え、第２の温度センサ積層体４１における測定結果に基づくようにしてもよい。

続くステップＳ７では、Ｔ_ｂｎが２回以上求められているか否かをｎの値によって判定する。これは、次のステップＳ８で、Ｔ_ｂｎの収束の有無を判定するため、Ｔ_ｂｎを少なくとも２回求めておく必要があるためである。Ｔ_ｂｎが２回以上求められていなければ、ステップＳ２へと戻る。

ステップＳ８では、Ｔ_ｂｎ−Ｔ_ｂｎ−１の絶対値があらかじめ定められた閾値以下であるかを判定する。この判定は、時刻がｔ_ｎ−１からｔ_ｎに変化した時のＴ_ｂｎの変化の大きさを調べるものであり、この変化の大きさが所定値以下であればＴ_ｂｎが収束しており、正しいＴ_ｂが得られたと考えられる。Ｔ_ｂｎが収束していなければステップＳ２に戻り、Ｔ_ｂｎが収束していればステップＳ９にてＴ_ｂとしてＴ_ｂｎを採用し、測定を終了する。

以上のフローでは、ステップＳ５及びステップＳ７において、既定の回数に達するまで温度測定を繰り返し行う間に、ステップＳ４に示すように、温度センサ積層体が定常状態となっているかどうかを判定しており、定常状態となっている場合には図７に示す定常状態において温度測定を行う制御へと移行するものである。また、ステップＳ８において、数１により計算されるＴ_ｂｎの値が収束するまで温度測定を繰り返し行う間にも、ステップＳ４に示すように、温度センサ積層体が定常状態となっているかどうかを判定しており、定常状態となっている場合には図７に示す定常状態において温度測定を行う制御へと移行するものである。

温度センサ積層体、この場合は第１の温度センサ積層体３１が定常状態となった場合には、ステップＳ４より図７のステップＳ１０へと進み、Ｔ_１１、Ｔ_１２、Ｔ_２１及びＴ_２２の全てを測定し、ステップＳ１１にて数４よりＴ_ｂを計算し、測定を終了する。

続いて、本実施形態に係る接触式内部温度計１００を用いて内部温度を測定する手順、すなわち測温動作の手順を図１乃至４を参照しつつ説明する。

手順１：接触式内部温度計１００の測定面２０を測定対象物に接触させる。

手順２：回路基板１７に搭載されたコントローラにより、測温動作が開始される。なお、この測温動作の開始は、第１の測定面側温度センサ３１ａ又は第２の測定面側温度センサ４１ａ或いはその両方により測定される温度の上昇を検知することにより自動的に行ってもよいし、図示しない押ボタン等のスイッチを使用者が操作することにより行ってもよい。このとき、コントローラはブザー１３によるビープ音により測定を開始したことを使用者に通知する。同時に、ランプ１１を任意の色、例えば赤色に点灯し、使用者に測定面２０を測定対象物に接触させたまま維持するよう促す。

手順３：コントローラは、図６及び図７に示したアルゴリズムに従い測定対象物の内部温度Ｔ_ｂを算出し、図１に示したように表示部１２に表示する。また、ブザー１３によるビープ音の発生、並びに、ランプ１１を先ほどの色とは異なる任意の色、例えば緑色に点灯することにより、使用者に測定が終了したことを通知する。なお、算出された内部温度Ｔ_ｂは、本実施形態では表示部１２に表示することにより使用者に通知することとしているが、これに限られず、接触式内部温度計１００に設けたメモリに蓄積したり、接触式内部温度計１００の外部の機器に有線又は無線にて出力したりしてもよい。この場合には、表示部１２は必ずしも必須の構成ではない。また、算出された内部温度Ｔ_ｂを表示する際に、かかる内部温度Ｔ_ｂが非定常状態における測定により得られたのか、定常状態における測定により得られたのかを示すようにしてもよい。

なお、以上の説明では、使用者への測定開始及び測定終了の各種通知をいずれもブザー１３によるビープ音及びランプ１１の点灯により行ったが、これらの通知の方法はここで例示したものに限定されない。特に、ビープ音についてはこれを省略し、或いは使用者の設定によりこれを発声しないこととしてもよい。音声を用いず、ランプ１１の点灯のみにより使用者に各種の通知を行うようにすると、例えば測定対象が就寝中の乳児である場合に、乳児の睡眠を妨げることなく測定が可能である等好ましい場合がある。もちろん、ランプ１１の点灯をどのようにするか、例えば発光色をどのように選択するかは任意である。また、発色光によらず、ランプ１１を点滅させたり、発光光の強度を変化させたり、あるいはランプ１１を複数設けておき、その点灯数や位置を違えることにより使用者に各種通知を行うようにしてもよい。さらに前述したように、ランプ１１でなく、表示部１２により使用者に各種通知を行ってもよい。

手順４：コントローラは、ブロア７を作動させ、ヘッド空間１９ｂを換気する。この動作は、ヘッド空間１９ｂが外気と隔てられていると、測定に伴い、第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１を通過してヘッド空間１９ｂ内の空気に伝達された熱によりヘッド空間１９ｂ内の気温が上昇し、第１の温度センサ積層体３１及び第２の温度センサ積層体４１を通過する熱流束の大きさが小さくなって測定精度が低下したり測定不能となったりする事態を防止するためものである。

本実施形態では、ブロア７は図１のグリップ空間１９ａからヘッド空間１９ｂへと流れる気流を発生させる。そのため、ブロア７により誘起される空気の流れは、図中矢印に示すように、吸気穴１６から吸い込まれ、ブロア７を通過し、第１の温度センサ積層体３１の近傍を通過して排気穴２１から排出されるものとなる。従って、本実施形態のブロア７、吸気穴１６及び排気穴２１は協働してヘッド空間１９ｂを換気する換気機構を構成することになる。

なお、換気機構の構成はどのようなものであってもよく、ブロア７、吸気穴１６及び排気穴２１の配置は任意である。また、吸排気の向きを逆にしてもよい。また、ブロア７の形式は特に限定されず、一般的なファンであってもよいし、圧電素子を利用したマイクロブロアであってもよい。あるいは、換気性能に問題がなければ、ブロア７を省略し、吸気穴１６及び排気穴２１のみにより換気機構を構成しても差し支えない。

以上説明した接触式内部温度計１００によれば、その温度センサ積層体が非定常状態にあるうちは非定常状態における熱伝導方程式に基いて測定対象物の内部温度を算出し、温度センサ積層体が定常状態であれば定常状態における熱伝導方程式に基いて測定対象物の内部温度を算出するため、迅速でかつ連続の測定が可能である。

以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

１ケース、２測定ヘッド、５支持環、６電池、７ブロア、１０背面、１１ランプ、１２表示部、１３ブザー、１４グリップ、１５電池蓋、１６吸気穴、１７回路基板、１８隔壁、１９ａグリップ空間、１９ｂヘッド空間、２０測定面、２１排気穴、３０プローブ、３１第１の温度センサ積層体、３１ａ第１の測定面側温度センサ、３１ｂ第１の背面側温度センサ、３１ｃ第１の熱抵抗体、４０第２のプローブ、４１第２の温度センサ積層体、４１ａ第２の測定面側温度センサ、４１ｂ第２の背面側温度センサ、４１ｃ第２の熱抵抗体、１００接触式内部温度計。

Claims

測定対象物の内部温度を算出するため前記測定対象物の被測定面に接触させる測定面と、
第１の熱抵抗体の測定面側に第１の測定面側温度センサが配置され、背面側に第１の背面側温度センサが配置され、前記第１の測定面側温度センサは、その測定面側において前記測定面に設けられた第１のプローブと熱的に結合する第１の温度センサ積層体と、
第２の熱抵抗体の測定面側に第２の測定面側温度センサが配置され、背面側に第２の背面側温度センサが配置され、前記第２の測定面側温度センサは、その測定面側において前記測定面に設けられた第２のプローブと熱的に結合する第２の温度センサ積層体を少なくとも有し、
前記第１の測定面側温度センサ、前記第１の背面側温度センサ、前記第２の測定面側温度センサ及び前記第２の背面側温度センサの測定結果に基づいて前記測定対象物の内部温度を算出するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、非定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第１のモードと、定常状態における熱伝導方程式に基いて前記内部温度を算出する第２のモードとを有する接触式内部温度計。
前記コントローラは、前記定常状態と前記非定常状態を検出して、前記第１のモードと前記第２のモードを切り替える請求項１記載の接触式内部温度計。
前記コントローラは、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に非定常状態である場合に前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化に基いて前記非定常状態を検出する請求項２記載の接触式内部温度計。
前記コントローラは、前記第１の測定面側温度センサ及び前記第１の背面側温度センサの温度測定値の時間変化を測定中に、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が熱的に定常状態となったことに基づいて前記定常状態を検出する請求項３記載の接触式内部温度計。
前記コントローラによる前記内部温度の算出後、前記第１の温度センサ積層体及び前記第２の温度センサ積層体が配置される空間を換気する換気機構を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の接触式内部温度計。