JP6561421B2

JP6561421B2 - 発汗量検出プローブ

Info

Publication number: JP6561421B2
Application number: JP2017217903A
Authority: JP
Inventors: 英哉百瀬; 正雄坂口; 坂口　　正雄
Original assignee: Skinos Co Ltd
Current assignee: Skinos Co Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: JP2019088368A

Description

本発明は、皮膚面から蒸散する発汗量を測定するための発汗量検出プローブに関するものである。

従来、皮膚面からの発汗量を計測する発汗計は、例えば特許文献１に記載されているように、発汗量検出用のプローブ（カプセル）が皮膚面に着接された状態で、発汗計本体から自然空気（室内空気あるいは屋外気）がプローブ内部空間にフレキシブルパイプを介して供給される。このプローブ内で皮膚面からの汗と自然空気とが混合されフレキシブルパイプを介して発汗計本体に戻されて大気中に排気される。プローブの内部空間に供給前の自然空気の湿分と内部空間経由後の汗を混合した自然空気の湿分を、発汗計本体内の２つの絶対湿度センサによりそれぞれ測定し、２つの絶対湿度センサの出力差分を演算し、発汗量を計測する。

特開２００１−６１７９１号公報

特許文献１の発汗計では、発汗計本体とプローブとが２本のフレキシブルパイプで接続されている。フレキシブルパイプは柔らかいものの、空気の流路になる為、ある程度の太さ（径）が必要である。そのため、フレキシブルパイプの取り回しなどの測定のセッティングが煩雑であると共に、測定の最中にフレキシブルパイプが邪魔になるという課題がある。又、プローブが大きいと測定時に邪魔になるという課題がある。

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、発汗計本体から空気を送風することなく汗を検出することが可能で、小型化することができる発汗量検出プローブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された発汗量検出プローブは、吸気孔と、前記吸気孔から自然空気を吸気して送風するための送風部と、前記送風部の送風する前記自然空気の温度及び湿度を測定するための第１の温湿度センサと、皮膚面に着接される開口部と、前記送風部の下流側に設けられており、前記開口部に連通して前記皮膚面の汗を放散させると共に、放散した前記汗及び前記自然空気を混合させる第１の混合室と、前記第１の混合室内の温度及び湿度を測定するための第２の温湿度センサと、前記第１の混合室から前記汗及び前記自然空気の汗混合空気を排気するための排気孔と、前記第１の温湿度センサが一方の面に実装されると共に、前記第２の温湿度センサが他方の面に実装された基板とを、筐体カプセルに備え、前記開口部に対向する前記第１の混合室の天井部が、前記基板で構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発汗量検出プローブは、請求項１に記載のものであり、前記吸気孔、前記送風部、前記基板、前記第１の混合室及び前記開口部が直線的に並んで配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発汗量検出プローブは、請求項１又は２に記載のものであり、前記基板の外形が多角形状に形成されており、前記基板の少なくとも２辺の横を前記自然空気が通流するように、前記送風部から前記第１の混合室に流れる前記自然空気の流路が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発汗量検出プローブは、請求項１から３のいずれかに記載のものであり、前記第１の温湿度センサの上流側にエアーフィルタが設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発汗量検出プローブは、請求項１から４のいずれかに記載のものであり、発汗量検出プローブ全体の排気能力が、発汗量検出プローブ全体の吸気能力よりも低いことを特徴とする。

請求項６に記載の発汗量検出プローブは、請求項１から５のいずれかに記載のものであり、前記吸気孔に、先端部が開放端のエアーチューブが接続されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発汗量検出プローブは、請求項１から６のいずれかに記載のものであり、前記第１の混合室内に、前記排気孔に繋がる第２の混合室が設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発汗量検出プローブは、請求項１から７のいずれかに記載のものであり、前記第１の温湿度センサ及び前記第２の温湿度センサの測定値に基づいて前記皮膚面の発汗量を演算する演算部を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発汗量検出プローブは、請求項８に記載のものであり、前記演算部が、前記第１の温湿度センサと前記第２の温湿度センサとの測定の遅延時間に基づいて、前記第１の温湿度センサの測定値を遅延させて前記発汗量を演算するものであることを特徴とする。

請求項１０に記載の発汗計は、請求項１から７のいずれかに記載の発汗量検出プローブを含んで構成される発汗計であって、前記発汗量検出プローブから出力される前記第１の温湿度センサ及び前記第２の温湿度センサの測定値に基づいて、前記皮膚面の発汗量を演算する演算部を備えることを特徴とする。

請求項１１に記載の発汗計は、請求項１０に記載のものであり、前記演算部が、前記第１の温湿度センサと前記第２の温湿度センサとの測定の遅延時間に基づいて、前記第１の温湿度センサの測定値を遅延させて前記発汗量を演算するものであることを特徴とする。

本発明の発汗量検出プローブは、自然空気を吸気して送風する送風部を内蔵すると共に、第１の温湿度センサ及び第２の温湿度センサを１枚の基板に実装して内蔵することで、発汗計本体から空気を送風することなく汗の検出が可能で、小型化することができるものである。

第１の混合室の天井部が前記基板で構成されている場合、筐体カプセルの材料を減らすことができる。吸気孔、送風部、基板、第１の混合室及び開口部が直線的に並んで配置されている場合、各構成部材同士の距離を最短に配置できると共に、自然空気の流路を無駄なく最短とすることができるため、発汗量検出プローブをより小型化することができる。

基板の外形が多角形状に形成されており、基板の少なくとも２辺の横を自然空気が通流するように、送風部から前記第１の混合室に流れる自然空気の流路が形成されている場合、流路を太く（断面を大きく）することで、自然空気の通流抵抗が小さくなる。送風部から第１の混合室までの通流抵抗が小さいと、送風能力の小さな小型の送風部を使用しても第１の混合室に自然空気を充分に供給できるため、発汗量検出プローブをより小型化することができる。

第１の温湿度センサの上流側にエアーフィルタが設けられている場合、発汗量検出プローブの周囲の温湿度に急激な変動があったとしても、その影響を緩和でき、小型の発汗量検出プローブであっても正確な発汗量を測定することができる。

排気孔の排気能力が、前記吸気孔の吸気能力よりも低い場合、汗混合空気に含まれる汗の量を多くできるので、汗の検出及び測定が容易になり、小型の発汗量検出プローブであっても精度よく発汗量を測定することができる。

吸気孔に先端部が開放端のエアーチューブが接続されている場合、衣服の内側のような湿度の高い状態の皮膚面に発汗量検出プローブを着接した場合であっても、エアーチューブから衣服の外側等の湿度の低い自然空気を吸気できるため、小型の発汗量検出プローブであっても発汗量を正確に測定することができる。

第１の混合室内に、排気孔に繋がる第２の混合室が設けられている場合、汗混合空気の流路が長くなるため、汗と自然空気とを良好に混合することができ、小型の発汗量検出プローブであっても発汗量を正確に測定することができる。

第１の温湿度センサ及び第２の温湿度センサの測定値に基づいて皮膚面の発汗量を演算する演算部を備える場合、発汗量を出力することができるため便利である。この演算部が、第１の温湿度センサと第２の温湿度センサとの測定の遅延時間に基づいて、第１の温湿度センサの測定値を遅延させて発汗量を演算する場合、周囲の温湿度が急激に変化した場合であっても、発汗量を正確に測定することができる。この演算部を発汗計側に備える場合であっても、発汗量を正確に測定することができる。

本発明を適用する発汗量検出プローブの構造を模式的に分解して示す斜視図である。本発明を適用する発汗量検出プローブの側面図である。図２に示した発汗量検出プローブのＭ−Ｍ線断面図である。図３に示した発汗量検出プローブのＮ−Ｎ線断面図である。本発明を適用する発汗量検出プローブの使用状態を模式的に示す説明図である。本発明を適用する発汗量検出プローブの信号処理回路の構成を示すブロック図である。第１の温湿度センサの検出波形と第２の温湿度センサの検出波形の遅延時間を説明するための説明図である。本発明を適用する別の発汗量検出プローブの使用状態を模式的に示す縦断面図である。本発明を適用する別の発汗量検出プローブの使用状態を模式的に示す縦断面図である。図９に示す発汗量検出プローブのＹ−Ｙ線断面図である。本発明を適用する別の発汗量検出プローブの自然空気の流路の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

図１〜図１１に示す本発明を適用する発汗量検出プローブ１，１ａは、吸気孔１１と、吸気孔１１から自然空気を吸気して送風するための送風部４と、送風部４の送風する自然空気の温度及び湿度を測定するための第１の温湿度センサ５と、皮膚面ＳＫに着接される開口部１２と、送風部４の下流側に設けられており、開口部１２に連通して皮膚面ＳＫの汗を放散させると共に、放散した汗及び自然空気を混合させる第１の混合室１３と、第１の混合室１３内の温度及び湿度を測定するための第２の温湿度センサ７と、第１の混合室１３から汗及び自然空気の汗混合空気を排気するための排気孔１４と、第１の温湿度センサ５が一方の面に実装されると共に第２の温湿度センサ７が他方の面に実装された基板６とを、筐体カプセル２，５２に備えるものである。

開口部１２に対向する第１の混合室１３の天井部が、基板６で構成されていることが好ましい。吸気孔１１、送風部４、基板６、第１の混合室１３及び開口部１２が直線上に並んで配置されていることが好ましい。基板６の外形が多角形状に形成されており、基板６の少なくとも２辺の横を自然空気が通流するように、送風部４から第１の混合室１３に流れる自然空気の流路１５，１５ａが形成されていることが好ましい。第１の温湿度センサ５の上流側にエアーフィルタ３が設けられていることが好ましい。排気孔１４の排気能力が、吸気孔１１の吸気能力よりも低いことが好ましい。吸気孔１１に、先端部が開放端２８のエアーチューブ２７が接続されていることが好ましい。第１の混合室１３内に、排気孔１４に繋がる第２の混合室１７が設けられていることが好ましい。

発汗量検出プローブ１，１ａは、第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７の測定値に基づいて皮膚面ＳＫの発汗量を演算する演算部３０を備えることが好ましい。演算部３０が、第１の温湿度センサ５と第２の温湿度センサ７との測定の遅延時間に基づいて、第１の温湿度センサ５の測定値を遅延させて発汗量を演算するものであることが好ましい。
以下、具体的に説明する。

図１に、本発明を適用する発汗量検出プローブ１の構成を分解した状態で示す。図２に、発汗量検出プローブ１の側面図を示す。図３に、図２に示した発汗量検出プローブ１のＭ−Ｍ線断面図を示す。図４に、図３に示した発汗量検出プローブ１のＮ−Ｎ線断面図を示す。図５に、発汗量検出プローブ１の使用状態を示す。

図１〜図５に示す発汗量検出プローブ１は、小型の筐体カプセル（筐体ケース）２内に構成部品を一体的に収容するものである。発汗量検出プローブ１は、筐体カプセル２、エアーフィルタ３、送風部４、第１の温湿度センサ５、基板６、第２の温湿度センサ７及びマイクロプロセッサ８（演算部３０）を備えると共に、筐体カプセル２に形成された吸気孔１１、開口部１２、第１の混合室１３、排気孔１４を備えている。

筐体カプセル２は、上端が閉じられた略筒状（一例として略円筒状）に形成されている。筐体カプセル２は、一例として、上部カプセル２ａ及び下部カプセル２ｂに分割して形成されている。上部カプセル２ａ及び下部カプセル２ｂは、合成樹脂によって形成されている。下部カプセル２ｂは、略筒状（この例では略円筒状）に形成されていて、この下部カプセル２ｂの上部側の蓋になるように、上部カプセル２ａが形成されている。

筐体カプセル２（上部カプセル２ａ）の上部（皮膚面ＳＫと逆側）の中央部には、自然空気の通流する吸気孔１１が形成されている。吸気孔１１は、筒状の筐体カプセル２の内径（筒のサイズ）よりも小径（小さいサイズ）に形成されている。

筐体カプセル２（下部カプセル２ｂ）の下端（皮膚面ＳＫ側）には、皮膚面ＳＫ（図５参照）に着接（貼付）される開口部１２が形成されている。この開口部１２に連通するように、筐体カプセル２の内側が第１の混合室１３になっている。第１の混合室１３は、皮膚面ＳＫに着接された状態で皮膚面ＳＫの汗を放散させると共に、放散した汗と自然空気とを混合させる空間として形成されたものである。第１の混合室１３は、送風部４の下流側に設けられている。筐体カプセル２の皮膚面ＳＫへの貼付は、開口部１２の周辺部に例えば両面テープ、接着剤又は粘着剤を付して行う。

開口部１２の開口面積は、一例として１ｃｍ^２で形成されている。皮膚面ＳＫの発汗量の単位をｍｇ／ｃｍ^２・ｍｉｎで表す場合、開口部１２の開口面積が１ｃｍ^２であれば、発汗量の測定値を面積で除算して換算することなくそのまま使用することができる。

筐体カプセル２（下部カプセル２ｂ）の内壁の中程には、一例として、外形が多角形状（一例として四角形状）の基板６の角部を支持するために窪ませた複数（４つ）の基板支持部４１が形成されている。下部カプセル２ｂの内壁の上部側には、一例として四角形状の送風部４の角部を支持するために窪ませた複数（４つ）の送風部支持部４２が形成されている。同図に示すように、基板６と送風部４とは、筐体カプセル２の筒軸方向に４５度回転した状態で対面して配置されるように、基板支持部４１及び送風部支持部４２が形成されている。又、基板６と送風部４とが空間を開けて配置されるように、基板支持部４１及び送風部支持部４２が形成されている。下部カプセル２ｂの上端側から、最初に基板６を基板支持部４１まで挿入し、次に送風部４を送風部支持部４２まで挿入することで、基板６及び送風部４を下部カプセル２ｂに簡便に取り付けることができる。固定は接着又は螺子等によって行う。

基板６は、第１の混合室１３の天井部（開口部１２に対向する天井部）を構成している。このように、基板６が第１の混合室１３の天井部を兼用することで、筐体カプセル２の材料を少なくすることができるため、発汗量検出プローブ１（筐体カプセル２）を小型化することができる。又、基板６は、第１の温湿度センサ５が一方の面（送風部４側の面）に実装されると共に第２の温湿度センサ７が他方の面（第１の混合室１３側の面）に実装されている。このように、第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７を１枚の基板６に実装することで、２枚の基板に分けて実装する場合と比較して、発汗量検出プローブ１を小型化することができる。

下部カプセル２ｂ（筐体カプセル２）の内壁の中程には、第１の混合室１３から汗及び自然空気の汗混合空気を外界に排気するための排気孔１４が形成されている。排気孔１４は、第１の混合室１３に連通している。排気孔１４が１つ形成されている例を示しているが、設ける数は任意である。

上部カプセル２ａの内側には、送風部４の上部側が嵌るように送風部４の外形形状とほぼ同形状の窪み（図３参照）が形成されている。又、上部カプセル２ａには、送風部４より上側で吸気孔１１に連通する位置に、エアーフィルタ３がちょうど嵌る窪みが形成されている。上部カプセル２ａにエアーフィルタ３を挿入しておき、送風部４を嵌め込んだ下部カプセル２ｂに上部カプセル２ａを嵌め込み、上部カプセル２ａと下部カプセル２ｂとを固定することで、発汗量検出プローブ１（筐体カプセル２）を簡便に組み立てることができる。

発汗量検出プローブ１は、吸気孔１１、エアーフィルタ３、送風部４、基板６、第１の混合室１３及び開口部１２が直線的に並んで配置されている。このように配置すると、各構成部材同士の距離を最短に配置できると共に、自然空気の流路を無駄なく最短とすることができるため、発汗量検出プローブ１を小型化することができる。

図４に示すように、基板６の少なくとも２辺の横を自然空気が通流するように、送風部４から第１の混合室１３に流れる自然空気の流路１５が形成されていることが好ましい。この例のように、基板６の３辺の横に自然空気の流路１５が形成されているほうがより好ましい。この例のように、独立する複数の流路１５が形成されていることがより好ましい。このように流路１５を太く（断面を大きく）したり、流路１５の数を多くしたりすると、自然空気の通流抵抗が小さくなる。送風部４から第１の混合室１３までの通流抵抗（流路１５，１５，１５の総合の通流抵抗）が小さいと、送風能力の小さな小型の送風部４を使用しても第１の混合室１３に自然空気を充分に供給できるため、発汗量検出プローブ１を小型化することができる。

第１の温湿度センサ５よりも上流側にエアーフィルタ３が設けられていることが好ましい。この例のように、送風部４よりも上流側（吸気孔１１と送風部４との間）にエアーフィルタ３が設けられている方が、送風部４の送風する自然空気の通流抵抗にならないため、より好ましい。

エアーフィルタ３は、例えば、スポンジ、繊維、紙などで形成された塵埃の流入を阻止するものである。エアーフィルタ３は、塵埃の流入を阻止するためだけに設けられているのではなく、通過する際に吸入した自然空気を拡散し均一化することで測定誤差を少なくして発汗量を正確に測定できるようにする為にも設けられている。その機能については後述する。

送風部４は、例えば、電動のエアーファン、エアーポンプ又はエアーブロワである。送風部４は、吸気孔１１から自然空気を吸気して、送風部４の下流側に設けられた第１の混合室１３に自然空気を送風する。

第１の温湿度センサ５は、送風部４の送風する自然空気の温度及び湿度を測定するためのものである。前述したように、第１の温湿度センサ５は、基板６の送風部４側の面に実装されている。第１の温湿度センサ５が送風部４に対向（対面）する基板６の位置に配置されていることが好ましい。

第２の温湿度センサ５は、第１の混合室１３内の汗混合空気の温度及び湿度を測定するためのものである。前述したように、第２の温湿度センサ７は、基板６の第１の混合室１３側の面に実装されている。第２の温湿度センサ５は、良好に混合された汗混合空気が当たるように、第１の混合室１３の天井部の中央部に位置するように、基板６に配置されていることが好ましい。吸気孔１１、送風部４、第１の温湿度センサ５、第２の温湿度センサ７が直線的に並ぶように配置されていることが好ましい。

第１の温湿度センサ５として、温度センサと湿度センサとが一体的に形成されたものを用いてもよいし、温度センサと湿度センサとが別体で形成されたものを用いてもよい。第２の温湿度センサ７も同様である。

基板６は、プリント配線が両面に形成されたプリント基板である。基板６のいずれかの面には、マイクロプロセッサ８が実装されている。マイクロプロセッサ８には、第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７が接続されている。マイクロプロセッサ８は演算部３０として動作する。マイクロプロセッサ８等の電子部品は、湿度の低い送風部４側の基板６の面に実装されていることが好ましい。

基板６には、送風部４が電気配線ケーブル（不図示）で接続されている。マイクロプロセッサ８は、送風部４の動作を制御して、送風部４の吸気する自然空気の流量を制御可能に構成されていることが好ましい。

図５に示すように、発汗量検出プローブ１及び発汗計本体１０１によって発汗計が構成される。発汗量検出プローブ１は、発汗計本体１０１に多芯の電線配線であるケーブル１１０を介して接続されて使用される。発汗量検出プローブ１に、ケーブル１１０を着脱可能に接続するためのコネクタ（不図示）が設けられていてもよい。発汗計本体１０１には、複数の発汗量検出プローブ１を接続することができる。

発汗量検出プローブ１は、測定した発汗量を、ケーブル１１０を介して発汗計本体１０１に出力する。又、発汗量検出プローブ１は、発汗計本体１０１からケーブル１１０を介して動作用の電力の供給を受けて動作する。又、発汗量検出プローブ１は、ケーブル１１０を介して設定用のコンピュータ１２１との接続が可能であり、マイクロプロセッサ８の動作用プログラムや各種動作用のパラメータ等の更新・設定等が可能に構成されている。

発汗計本体１０１は、一例として、表示部１０２、電源部１０３、及び無線通信部１０４を備えている。発汗計本体１０１は、発汗量検出プローブ１が測定した発汗量を、表示部１０２に表示する。又、発汗計本体１０１は、発汗量検出プローブ１が測定した発汗量を、有線又は無線通信部１０４を介して無線で、外部のコンピュータ１２１等の外部機器に出力することが可能である。無線通信部１０４は、例えば無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）などデータ通信用の公知の無線通信機器である。なお、発汗量検出プローブ１が小型液晶画面等の表示部１０２を備えて、発汗量などを表示するようにしてもよい。又、発汗量検出プローブ１が無線通信部１０４を備えて、発汗量検出プローブ１から外部機器に発汗量を無線で直接出力するようにしてもよい。又、発汗量検出プローブ１が外部機器接続用のコネクタを備えて、発汗量検出プローブ１から外部機器に発汗量を有線で直接出力するようにしてもよい。

電源部１０３は、発汗量検出プローブ１の各部（送風部４、基板６の実装部品等）の動作用の電力を供給するものである。電源部１０３は、商用交流電源（例えば商用交流１００Ｖ）を直流電圧に変換する回路であってもよいし、電池であってもよい。なお、電源部１０３として、発汗量検出プローブ１に非接触（ワイヤレス）で電力を供給する公知の非接触型の電力供給装置を用いてもよい。この場合、発汗量検出プローブ１には、対応する非接触型の公知の受電装置を備えればよい。又、発汗量検出プローブ１が、一次電池、二次電池、太陽電池を備えてもよい。発汗量検出プローブ１に何を内蔵するかは、小型化の観点等から適宜検討すればよい。

図５に、発汗量検出プローブ１が動作したときの自然空気の流路を太線矢印及び太い破線矢印で示す。送風部４が作動すると、自然空気が吸気孔１１から吸気されて、エアーフィルタ３、送風部４、流路１５，１５，１５（図４参照）を通り第１の混合室１３に送風される。太い破線矢印は、基板６の紙面の裏面側の流路１５を通る自然空気を表している。第１の混合室１３内で汗と自然空気とが混合される。この汗混合空気は、排気孔１４から外部に排気される。

第１の混合室１３に送風された自然空気は、開口部１２の皮膚面ＳＫ上を通って皮膚面ＳＫから放散される汗と一緒になる。第１の混合室１３に複数の流路１５，１５，１５から互いにぶつかる向きで自然空気が流入すると、自然空気同士がぶつかって渦等の乱流が生じるため、汗と自然空気とを良好に混合することができる。したがって、第１の混合室１３を小さく形成できるため、発汗量検出プローブ１（筐体カプセル２）を小型化することができる。

排気孔１４の排気能力は、吸気孔１１の吸気能力よりも低いことが好ましい。仮に、排気孔１４の排気能力の方が吸気孔１１の吸気能力よりも高い場合には、自然空気（汗混合空気）が早く外界に排気されてしまい汗混合空気に含まれる汗の量が少なくなる。一方、排気孔１４の排気能力の方が吸気孔１１の吸気能力よりも低い場合には、自然空気が第１の混合室１３内に可及的に長い時間留まって汗混合空気に含まれる汗の量が多くなる。汗の量が多い方が汗を精度よく検出しやすいため、発汗量を正確に測定することができる。

吸気した自然空気の温度及び湿度が、第１の温湿度センサ５によって測定される。第１の混合室１３内の汗混合空気の温度及び湿度が、第２の温湿度センサ７によって測定される。

図６に、発汗量検出プローブ１の電気的な信号処理のブロック図を示す。発汗量検出プローブ１は、第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７の測定値に基づいて皮膚面ＳＫの発汗量を演算する演算部３０を備えている。演算部３０は、第１の温湿度センサ５と第２の温湿度センサ７との測定の遅延時間に基づいて、第１の温湿度センサ５の測定値を遅延させて発汗量を演算するものである。

第１の温湿度センサ５は、第１の温度センサ２１ａ及び第１の湿度センサ２２ａから構成されている。第２の温湿度センサ７は、第２の温度センサ２１ｂ及び第２の湿度センサ２２ｂから構成されている。演算部３０は、第１の絶対湿度演算回路３１ａ、第２の絶対湿度演算回路３１ｂ、遅延回路３２、及び差動増幅器３３によって構成されている。演算部３０は、一例として、マイクロプロセッサ８によるディジタル信号処理で演算可能に構成されている。

第１の温度センサ２１ａによって測定された温度、及び第１の湿度センサ２２ａによって測定された湿度は、各々Ａ／Ｄ変換されて第１の絶対湿度演算回路３１ａに入力され、自然空気の絶対湿度（第１の絶対湿度検知信号Ｓ１）が算出される。第１の絶対湿度演算回路３１ａから出力される第１の絶対湿度検知信号Ｓ１は、遅延回路３２によって所定の遅延時間だけ遅延されて、差動増幅器３３の反転入力端子（−）に入力される。この遅延時間については、後に詳述する。

第２の温度センサ２１ｂによって測定された温度、及び第２の湿度センサ２２ｂによって測定された湿度は、各々Ａ／Ｄ変換されて第２の絶対湿度演算回路３１ｂに入力され、汗と自然空気との汗混合空気の絶対湿度（第２の絶対湿度検知信号Ｓ２）が算出される。第２の絶対湿度演算回路３１ｂから出力される第２の絶対湿度検知信号Ｓ２は、差動増幅器３３の非反転入力端子（＋）に入力される。差動増幅器３３は、自然空気の絶対湿度（第１の絶対湿度検知信号Ｓ１）と汗混合空気の絶対湿度（第２の絶対湿度検知信号Ｓ２）との差を演算して、皮膚面ＳＫの発汗量を出力する。差動増幅器３３（マイクロプロセッサ８）は、皮膚面ＳＫの発汗量を、例えばmg/cm²・minの単位で表すように演算して出力する。

次に、発汗量検出プローブ１の動作について説明する。

［自然空気の流量及び遅延時間の設定］
測定を行う前に、予め、送風部４の送風する自然空気の流量（誘導流量）を設定し、次にマイクロプロセッサ８に内設の遅延回路３２に対して第１の絶対湿度検知信号Ｓ１と第２の絶対湿度検知信号Ｓ２（図６参照）との立ち上がり時点を一致させるように遅延時間の設定を行う。これら設定は、発汗計本体１０１又は発汗量検出プローブ１にコンピュータ１２１（図５参照）を接続して、マイクロプロセッサ８又はその周辺回路に動作用パラメータを記録することで行う。

これらの流量及び遅延時間の設定調整は、発汗量検出プローブ１の製造時や出荷前調整時に行ってもよいし、実際の測定前に行ってもよい。適正な流量及び遅延時間が決まったら、同種の発汗量検出プローブ１に対し固定値として製造時に記録するようにしてもよい。

自然空気の流量（流速）は、送風部４を作動させ、第１の温湿度センサ５（第１の温度センサ２１ａ及び第１の湿度センサ２２ａ）、第２の温湿度センサ７（第２の温度センサ２１ｂ及び第２の湿度センサ２２ｂ）が温度及び湿度を良好に測定可能な流量に適宜設定すればよい。

図７に、遅延時間について説明する説明図を示す。同図中、（ａ）は第１の温度センサ２１ａの検出する温度波形、（ｂ）は第１の湿度センサ２２ａの検出する湿度波形、（ｃ）は第１の絶対湿度検知信号Ｓ１の波形、（ｄ）は第２の温度センサ２１ｂの検出する温度波形、（ｅ）は第２の湿度センサ２２ｂの検出する湿度波形、（ｆ）は第２の絶対湿度検知信号Ｓ２の波形を示している。なお、同図は、発汗量検出プローブ１にエアーフィルタ３を装着していない場合の例を示している。

同図は、例えば発汗量検出プローブ１に人が息を吹きかけたときのように、発汗量検出プローブ１の周囲の自然空気の温度及び湿度が急激に変化した場合の各部の波形を模式的に示したものである。

例えば発汗量検出プローブ１に人が息を吹きかけると、息は自然空気よりも温度及び湿度が高いため、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の温度センサ２１ａ、第１の湿度センサ２２ａ、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１の波形が上昇する。各波形の立ち上がりピークは時刻Ａになる。この息が発汗量検出プローブ１内を通って第２の温度センサ２１ｂ、第２の湿度センサ２２ｂの位置まで流れて測定されるまで多少時間が掛かる。そのため、同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、第２の温度センサ２１ｂ、第２の湿度センサ２２ｂ、第２の絶対湿度検知信号Ｓ２の各波形の立ち上がりピークは時刻Ｂになる。測定時刻Ａと測定時刻Ｂとの時間差が遅延時間Ｄである。このように、発汗量検出プローブ１内を流れる自然空気の第１の温湿度センサ５から第２の温湿度センサ７までの時間差に起因して遅延時間Ｄが発生する。

そこで、図６に示したように、演算部３０に遅延回路３２を備えて、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１を遅延回路３２で遅延時間Ｄの分だけ遅延させて発汗量を演算することで、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１に対する第２の絶対湿度検知信号Ｓ２の遅延を解消でき、測定誤差なく発汗量を正確に演算することができる。

遅延時間Ｄは、例えば、図７に示したように、第１の温度センサ２１ａ、第１の湿度センサ２２ａ、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１、第２の温度センサ２１ｂ、第２の湿度センサ２２ｂ、第２の絶対湿度検知信号Ｓ２の各部の波形をコンピュータ１２１等でモニタリングしながら、発汗量検出プローブ１に息等を吹きかけて測定すればよい。このとき、開口部１２は漏気の無いようにテープ等で閉口させておく。

特許文献１に示した従来の発汗計では、発汗計本体とプローブ（カプセル）とが長いフレキシブルパイプで接続されており、発汗計本体から自然空気が供給されていた。プローブに息を吹きかけるような状況はあっても、発汗計本体に息を吹きかけるような状況はあまり無かった。又、発汗計本体はプローブよりも大きくて、発汗計本体の吸気孔からコンプレッサまでの空気流路の長さや、コンプレッサから温湿度センサの設けられたタンクまでの空気流路の長さはある程度の長さで形成されていて、タンクも広く形成されていた。そのため、発汗計本体に息を吹きかけても、空気流路やタンク内で息が拡散するため、息の温度や湿度が発汗計本体で測定されることはほぼ無かった。しかしながら、本発明の発汗量検出プローブ１は小型のものであり、発汗量検出プローブ１自体が吸気するため、息を吹きかけるような周囲環境が急激に変化する状況があり得るため、遅延時間Ｄの影響を考慮する必要性が生じた。

なお、自然空気の流量（流速）により、第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７の測定時刻の時間差（遅延時間）が変化するため、流量を変化させたときには、遅延時間Ｄも変化させる必要がある。

第１の温湿度センサ５の上流に、エアーフィルタ３を設けることで、例えば息等による周囲の自然空気の急激な温湿度変動の影響を緩和することができる。エアーフィルタ３を設けると、図７に示した各波形のピーク値は小さくなる。その理由は、エアーフィルタ３を通るときに息等が拡散するので、自然空気が均一化するためと考察される。エアーフィルタ３として、息等が拡散しやすいように、容積の大きなものや、通気抵抗（圧力損失）の大きなものを用いることが好ましい。ただし、エアーフィルタ３の大きさと小型化とはトレードオフの関係にあり、又、通気抵抗と自然空気の流量とはトレードオフの関係になるため、適度なものを用いればよい。

［発汗量の測定］
発汗量は次のように測定する。先ず、表示部１０２のゼロ点調整をする。この場合、開口部１２を漏気の無いようにテープ等で閉口した状態で、送風部４を駆動させて自然空気を一定流量で誘導(誘導自然空気)する。そして、図示していないゼロ点調節スイッチを押して、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１と第２の絶対湿度検知信号Ｓ２とのレベルの差分をゼロに調整する。これで、表示部１０２に発汗量がゼロ表示される。

上記のゼロ点調整により表示部１０２のモニタで発汗量がゼロになっていることを確認後、例えば図５に示したように、発汗量検出プローブ１を皮膚面ＳＫに着接する。第１の混合室１３内において、自然空気と皮膚面ＳＫからの発汗とが混合される。前述したように、排気孔１４の排気能力を小さくし、かつ、３方向の流路１５，１５，１５が設けられていることで、汗の濃度を高めると共に自然空気に渦等の乱流を生じさせて、汗と自然空気とを良好に混合することができる。

第１の温度センサ２１ａ及び第１の湿度センサ２２ａによって自然空気の温湿度が測定され、第２の温度センサ２１ｂ及び第２の湿度センサ２２ｂによって汗混合空気の温湿度が測定される。これらが演算部３０（図６参照）で発汗量に演算される。

発汗量検出プローブ１の周囲の自然空気の温湿度が息等で急激に変動した場合、エアーフィルタ３でその影響が緩和される。又、演算部３０が第１の絶対湿度検知信号Ｓ１を遅延時間Ｄだけ遅延させる遅延回路３２を備えているため、第１の絶対湿度検知信号Ｓ１と第２の絶対湿度検知信号Ｓ２との立ち上がり時点が一致することから自然空気の流れる時間差に起因する誤差が生じず、正確な測定値を得ることができる。

マイクロプロセッサ８は、皮膚面ＳＫの発汗量をmg/cm²・minの単位に演算・計測して出力する。この発汗量は、発汗計本体１０１に出力される。

発汗計本体１０１は、表示部１０２に皮膚面ＳＫの発汗量をアナログ又はディジタル表示するとともに発汗量計測信号を有線又は無線で出力する。

なお、図５の発汗計本体１０１内に破線で示すように、発汗計本体１０１が演算部３０を備えて、発汗量検出プローブ１及び発汗計本体１０１によって発汗計を構成してもよい。この場合、発汗量検出プローブ１は、第１の温湿度センサ５（第１の温度センサ２１ａ、第１の湿度センサ２２ａ）、第２の温湿度センサ７（第２の温度センサ２１ｂ、第２の湿度センサ２２ｂ）の測定値を発汗計本体１０１に出力する。発汗計本体１０１の演算部３０は、発汗量検出プローブ１から出力される第１の温湿度センサ５及び第２の温湿度センサ７の測定値に基づいて皮膚面ＳＫの発汗量を演算する。演算部３０は、第１の温湿度センサ５と第２の温湿度センサ７との測定の遅延時間Ｄに基づいて、第１の温湿度センサ５の測定値を遅延させて発汗量を演算すればよい。

図８に示すように、発汗量検出プローブ１の吸気孔１１に、先端部２８が開放端のエアーチューブ２７を接続するようにしてもよい。エアーチューブ２７は、エアーが内部を通る中空のフレキシブルパイプ又は硬質パイプである。

エアーチューブ２７は、その先端部２８を例えば衣服２０１から外界側に突き出して、衣服２０１よりも外界側の自然空気を吸気するためのものである。先端部２８を衣服２０１よりも外界側に出せればよいので、エアーチューブ２７の長さは、例えば２０ｍｍ〜３００ｍｍ程度に形成されている。

同図に示す発汗量検出プローブ１は、衣服２０１を着用した皮膚面ＳＫに着接されている。衣服２０１と皮膚面ＳＫとの間の衣服内空間２０３は、皮膚面ＳＫから汗が放散されるため、湿度が高く、場合によっては湿度１００％（飽和水蒸気量）に達することがある。湿度１００％になると、それ以上の水分を含むことはできない。

発汗量検出プローブ１にエアーチューブ２７を接続しない場合、発汗量検出プローブ１は吸気孔１１から衣服内空間２０３の自然空気を吸気する。衣服内空間２０３の湿度が飽和状態に近いと、発汗量検出プローブ１が吸気した自然空気に汗を含ませることが出来なくなるため、発汗量の測定が出来なくなる。

吸気孔１１にエアーチューブ２７を接続することで、衣服２０１よりも外界側の湿度の低い自然空気を吸気することができるので、衣服２０１を着用して発汗量が多い場合であっても、発汗量を正確に測定することができる。又、衣服２０１を着用しない場合であっても、皮膚面ＳＫの発汗量が多く、被測定者が静止している状態では、皮膚面ＳＫ付近の湿度が高くなる。このようなときにも、エアーチューブ２７を接続して皮膚面ＳＫから離れた位置から自然空気を吸気することで、発汗量を正確に測定することができる。

図９〜図１１に、本発明を適用する別の発汗量検出プローブ１ａを示す。図９に、発汗量検出プローブ１ａの縦断面図を示す。図１０に、図９に示した発汗量検出プローブ１ａのＹ−Ｙ線断面図を示す。図１１に、発汗量検出プローブ１ａの自然空気の流路を示す。なお、既に説明した構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

発汗量検出プローブ１ａは、第１の混合室１３内に、排気孔１４に繋がる第２の混合室１７が設けられているものである。

発汗量検出プローブ１ａは、筐体カプセル（筐体ケース）５２、内部カプセル５３、送風部４、エアーフィルタ３、第１の温湿度センサ５（第１の温度センサ２１ａ及び第１の湿度センサ２２ａ）、基板６、第２の温湿度センサ７（第２の温度センサ２１ｂ及び第２の湿度センサ２２ｂ）、マイクロプロセッサ８、吸気孔１１、開口部１２、内口部５５、第１の混合室１３、第２の混合室１７、排気パイプ５８及び排気孔１４を一体的に備えている。

筐体カプセル５２は、皮膚面ＳＫに着接（貼付）されるものであり、略筒状（一例として円筒状）に形成されている。筐体カプセル５２は、上部側に吸気孔１１が形成され、皮膚面ＳＫに着接される側（図の下端側）の筒端に開口部１２が形成されている。この開口部１２に連通するように、筐体カプセル２の内側が第１の混合室１３になっている。第１の混合室１３は、皮膚面ＳＫに着接された状態で皮膚面ＳＫの汗を放散させると共に、放散した汗と吸気した自然空気とを混合させる空間として形成されたものである。

筐体カプセル５２の内側には、筒状の内部カプセル５３が形成されている。内部カプセル５３は、筐体カプセル５２と同心（同軸）で形成されている。内部カプセル５３は、開口部１２の上空に位置するように形成されている。内部カプセル５３の皮膚面ＳＫ側の筒端に開口する内口部５５が形成されている。

内部カプセル５３内が第２の混合室１７になっている。第２の混合室１７は、汗と自然空気とをより一層混合させるための空間である。開口部１２に対向する第１の混合室１３及び第２の混合室１７の共通の天井部が、基板６で形成されている。基板６には、上面側（送風部４側）に、第１の温湿度センサ５が実装されており、下面側（第２の混合室側）に、第２の温湿度センサ７が実装されている。又、基板６には、マイクロプロセッサ８が実装されている。

図１０に示すように、筒状の筐体カプセル５２の内壁と内部カプセル５３の外壁との間に空間（隙間）が形成され、この空間が自然空気の流路１５ａになっている。図１０に、基板６の位置を仮想的に破線で示す。基板６の４辺の横を自然空気が通るように、流路１５ａが形成されている。又、２本の排気パイプ５８，５８で分断されるため、２つの流路１５ａ，１５ａが形成されている。流路１５ａ，１５ａは比較的断面積を広く形成できるため、自然空気の通流抵抗を小さくできる。このため、小型の送風部４を使用することができ、発汗量検出プローブ１ａを小型化することができる。

筐体カプセル５２の側面には、排気孔１４が形成されている。内部カプセル５３の第２の混合室１７から排気孔１４に連通する排気パイプ５８が設けられている。この例では、２組の排気孔１４及び排気パイプ５８を設けた例を示しているが、設ける数は任意である。２つの排気孔１４，１４の排気能力を、吸気孔１１の吸気能力よりも小さく形成することが好ましい。

筐体カプセル５２、内部カプセル５３及び排気パイプ５８は、例えば合成樹脂で形成されている。筐体カプセル５２は、エアーフィルタ３、送風部４及び基板６等を取り付けられるように、適宜分割して形成されている。

筐体カプセル５２の内部には、吸気孔１１の下流に位置するように、送風部４、エアーフィルタ３がこの順で配置されている。送風部４とエアーフィルタ３とを逆の順で配置してもよい。

吸気孔１１、送風部４、エアーフィルタ３、基板６、第１の混合室１３、第２の混合室１７、開口部１２が直線的に並んで配置されているため、各部材間の距離が小さくなり、全体的に小型化することができる。

図１１に、発汗量検出プローブ１ａが動作したときの自然空気の流路を太線矢印で示す。送風部４が作動すると、自然空気は、吸気孔１１、送風部４、エアーフィルタ３、第１の温湿度センサ５、流路１５ａ，１５ａ、第１の混合室１３、第２の混合室１７、第２の温湿度センサ７、排気パイプ５８、排気孔１４の流路で流れる。第１混合室１３の内部に第２の混合室を設けたことで、汗混合空気の流路が長くなると共に、流路が折れ曲がるため、汗と自然空気を良好に混合することができる。又、複数の流路１５ａ，１５ａを通った自然空気が、第１の混合室１３でぶつかって空気の渦等の乱流が生じるため、汗と自然空気を良好に混合することができる。良好に混合された汗混合空気の温度及び湿度が、第２の温湿度センサ７によって測定される。このため、発汗量を正確に測定することができる。

第１混合室１３の内部に第２の混合室が設けられているので、汗混合空気の流路を長くしたにもかかわらず、発汗量検出プローブ１ａを小型に形成することができる。

なお、発汗量検出プローブ１，１ａでは、基板６が第１の混合室１３の天井部を構成する位置に配置された例を示したが、第１の温湿度センサ５が自然空気に当たり、第２の温湿度センサ７が汗混合空気に当たる位置であれば、任意の位置に配置することができる。例えば、第１の温湿度センサ５が流路１５，１５ａ側に表出するように、第１の混合室１３の側壁を構成するように基板６を配置してもよい。又、吸気孔１１、送風部４、エアーフィルタ３、基板６、第１の混合室１３、（第２の混合室１７）、開口部１２が直線上に配置された例を示したが、いずれかを直線上から外れる位置に配置してもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明の発汗量検出プローブ１，１ａは、小型、かつ軽量に構成でき、野外スポーツ、様々な作業中、通勤や、オフィスでの仕事中における発汗量の正確な測定が可能で使用者の行動を妨げない。又、複数の発汗量検出プローブ１，１ａを皮膚に貼付することで、多点の発汗部位差を計測することもできる。

１・１ａは発汗量検出プローブ、２は筐体カプセル、２ａは上部カプセル、２ｂは下部カプセル、３はエアーフィルタ、４は送風部、５は第１の温湿度センサ、６は基板、７は第２の温湿度センサ、８はマイクロプロセッサ、１１は吸気孔、１２は開口部、１３は第１の混合室、１４は排気孔、１５・１５ａは流路、１７は第２の混合室、２１ａは第１の温度センサ、２１ｂは第２の温度センサ、２２ａは第１の湿度センサ、２２ｂは第２の湿度センサ、２７はエアーチューブ、２８は先端部、３０は演算部、３１ａは第１の絶対湿度演算回路、３１ｂは第２の絶対湿度演算回路、３２は遅延回路、３３は差動増幅器、４１は基板支持部、４２は送風部支持部、５２は筐体カプセル、５３は内部カプセル、５５は内口部、５８は排気パイプ、１０１は発汗計本体、１０２は表示部、１０３は電源部、１０４は無線通信部、１１０はケーブル、１２１はコンピュータ、２０１は衣服、２０３は衣服内空間、Ａは時刻、Ｂは時刻、Ｄは遅延時間、Ｓ１は第１の絶対湿度検知信号、Ｓ２は第２の絶対湿度検知信号、ＳＫは皮膚面である。

Claims

吸気孔と、
前記吸気孔から自然空気を吸気して送風するための送風部と、
前記送風部の送風する前記自然空気の温度及び湿度を測定するための第１の温湿度センサと、
皮膚面に着接される開口部と、
前記送風部の下流側に設けられており、前記開口部に連通して前記皮膚面の汗を放散させると共に、放散した前記汗及び前記自然空気を混合させる第１の混合室と、
前記第１の混合室内の温度及び湿度を測定するための第２の温湿度センサと、
前記第１の混合室から前記汗及び前記自然空気の汗混合空気を排気するための排気孔と、
前記第１の温湿度センサが一方の面に実装されると共に、前記第２の温湿度センサが他方の面に実装された基板とを、筐体カプセルに備え、
前記開口部に対向する前記第１の混合室の天井部が、前記基板で構成されていることを特徴とする発汗量検出プローブ。
前記吸気孔、前記送風部、前記基板、前記第１の混合室及び前記開口部が直線的に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発汗量検出プローブ。
前記基板の外形が多角形状に形成されており、前記基板の少なくとも２辺の横を前記自然空気が通流するように、前記送風部から前記第１の混合室に流れる前記自然空気の流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発汗量検出プローブ。
前記第１の温湿度センサの上流側にエアーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の発汗量検出プローブ。
発汗量検出プローブ全体の排気能力が、発汗量検出プローブ全体の吸気能力よりも低いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発汗量検出プローブ。
前記吸気孔に、先端部が開放端のエアーチューブが接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発汗量検出プローブ。
前記第１の混合室内に、前記排気孔に繋がる第２の混合室が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発汗量検出プローブ。
前記第１の温湿度センサ及び前記第２の温湿度センサの測定値に基づいて前記皮膚面の発汗量を演算する演算部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の発汗量検出プローブ。
前記演算部が、前記第１の温湿度センサと前記第２の温湿度センサとの測定の遅延時間に基づいて、前記第１の温湿度センサの測定値を遅延させて前記発汗量を演算するものであることを特徴とする請求項８に記載の発汗量検出プローブ。
請求項１から７のいずれかに記載の発汗量検出プローブを含んで構成される発汗計であって、前記発汗量検出プローブから出力される前記第１の温湿度センサ及び前記第２の温湿度センサの測定値に基づいて、前記皮膚面の発汗量を演算する演算部を備えることを特徴とする発汗計。
前記演算部が、前記第１の温湿度センサと前記第２の温湿度センサとの測定の遅延時間に基づいて、前記第１の温湿度センサの測定値を遅延させて前記発汗量を演算するものであることを特徴とする請求項１０に記載の発汗計。