JP7298519B2

JP7298519B2 - 温感拡張装置

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Publication number: JP7298519B2
Application number: JP2020040247A
Authority: JP
Inventors: 拓依田; 昌敏羽田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: JP2021137503A

Description

本明細書の技術分野は、温感拡張装置に関する。

屋内または自動車内の暖房器具としてエアコンやヒーターが用いられる。これらは屋内または自動車内の空気を加熱することにより、屋内または自動車内の空気の温度を上昇させる。そのため、屋内または自動車内にいる人は暖かい温度環境の中で活動することができる。

一方、視覚的な暖房効果についても研究開発されてきている。例えば、特許文献１には、光を生じない輻射体とは別に、輻射体近傍に光源を配置する技術が開示されている（特許文献１の段落［０００６］）。そして、輻射体の推定温度に応じてＬＥＤの明るさを変える旨が開示されている（特許文献１の段落［００２９］）。これにより、人が視覚的な暖房効果を得られるとともに輻射体が高温であることを人が理解しやすい旨が記載されている（特許文献１の段落［０００７］）。

特開２００３－６５６１３号公報

暖房器具の運転開始直後においては、人の皮膚表面の温度は温感を生じさせるほど上がってはいない。特許文献１に記載の技術では、輻射体の推定温度が皮膚表面の温度を温感閾値以上に変温させられない程度に低い場合、暖房器具は人に温感を生じさせることができない。また、特許文献１以外の通常の暖房器具においても、同様である。

そのため、例えば、暖房開始直後においても、暖房器具が人に暖かみを感じさせることが好ましい。そのためには、実際の温度以上に人に暖かみを感じさせることができればよい。それによって、小さい熱出力で人に暖かみを感じさせることができる。この場合には、省エネルギー効果が得られる。

本明細書の技術が解決しようとする課題は、人体のある領域の実際の温度以上にその領域に温感を感じさせることができる温感拡張装置を提供することである。

第１の態様における温感拡張装置は、人体のある温感領域において人が感じる温度を、その温感領域の現実の温度以上とする温感拡張装置において、人体を支持する支持部と、人の皮膚表面の変温領域に熱を加えてその変温領域の温度を変化させる変温部と、変温領域と異なる皮膚表面の領域である加振領域に存在する、加振領域から最も近い第１の骨に骨伝導可能な振動を与えて、加振領域以外の領域に骨伝導により振動を伝搬させる加振部と、変温部と加振部とを制御する制御部と、を有し、変温部および加振部は、人の身体の少なくとも一部または衣類等と接触しており、制御部は、加振部を制御して加振領域に振動を与える第２制御を、変温部を制御して変温領域の温度を変温させる第１制御に連動させる制御部であり、人の上半身に温感領域を発生させる場合には、変温部は、人の上半身の一部と接触する位置に設けられており、加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨との少なくとも一つである第１の骨の近傍に接触して、第１の骨に振動を与えられる位置に設けられており、人の下半身に温感領域を発生させる場合には、変温部は、人の下半身の一部と接触する位置に設けられており、加振部は、腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つである第１の骨の近傍に接触して、第１の骨に振動を与えられる位置に設けられており、温感領域を、変温領域及び加振領域以外の領域に発生させることを特徴とする。

この温感拡張装置は、人の皮膚表面の変温領域の温度を変化させるとともに人の皮膚表面の加振領域に振動を与えることにより、人の温感領域に温感を生じさせることができる。温感領域は、変温領域および加振領域とは重ならない領域である。このように、人の身体の一部を加熱することにより、人の身体の様々な箇所に温感を生じさせることができる。

本明細書では、人体のある領域の実際の温度以上にその領域に温感を感じさせることができる温感拡張装置が提供されている。

第１の実施形態の温感拡張装置の概略構成を示す側面図である。第１の実施形態の温感拡張装置の概略構成を示す背面図である。第１の実施形態の温感拡張装置の制御系を示すブロック図である。第１の実施形態の温感拡張装置の加熱パターンを示すグラフである。実験結果を示す表である。図５の温感面積の拡大率を示すグラフである。

以下、具体的な実施形態について、温感拡張装置を例に挙げて説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
１．温感拡張装置
図１は、第１の実施形態の温感拡張装置１００の概略構成を示す側面図である。図２は、第１の実施形態の温感拡張装置１００の概略構成を示す背面図である。図１および図２に示すように、温感拡張装置１００は、人の身体を支持することができる。

温感拡張装置１００は、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂと、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂと、支持部１７０と、床１８０と、制御部１９０と、を有する。

大腿部加熱部１１０ａは、人の左大腿部の背面を加熱する。大腿部加熱部１１０ｂは、人の右大腿部の背面を加熱する。大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂは、人の大腿部の背面を加熱して温度を上昇させる加熱部である。人の左右の大腿部は、変温領域ＨＲ１である。大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂは、例えば、赤外線を照射する赤外線照射部、またはヒーターである。

大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂは、人の皮膚表面の変温領域ＨＲ１の温度を変化させるための変温部である。変温部は、変温領域ＨＲ１の温度を変化させる。変温領域ＨＲ１における変温前後の接触範囲の圧力変動は、人の弁別閾値未満であるとよい。

足裏振動部１２０ａは、人の左足裏に振動を与える。足裏振動部１２０ｂは、人の右足裏に振動を与える。足裏振動部１２０ａ、１２０ｂは、人の左右の足裏に振動を与える加振部である。人の左右の足裏は、加振部により振動される加振領域ＶＲ１である。振動周波数は、例えば、１Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下である。もちろん、これ以外の数値であってもよい。

臀部振動部１３０ａは、人の左の臀部に振動を与える。臀部振動部１３０ｂは、人の右の臀部に振動を与える。臀部振動部１６０ａ、１６０ｂは、人の臀部に振動を与える加振部である。人の臀部は、加振部により振動される加振領域ＶＲ２である。振動周波数は、例えば、１Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下である。もちろん、これ以外の数値であってもよい。

足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとは、人の皮膚表面の加振領域ＶＲ１、ＶＲ２に振動を与える加振部である。後述するように、加振部は、変温部と連動することにより、温感領域ＳＲ１に実際の局所皮膚温度以上に局所温感を感じさせることができる。

支持部１７０は、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂと、を支持する。

床１８０は、支持部１７０を支持する。また、床１８０は、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂを有する。足裏振動部１２０ａ、１２０ｂは、床１８０の凹部に配置されている。床１８０は、振動部を支持する支持部の役割も兼ねている。

大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂと、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとは、人の身体の少なくとも一部または衣類等と接触し、接触箇所に熱、振動等の刺激を与えるためのものである。

制御部１９０は、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂと、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂと、を制御する。制御部１９０は、上記以外のその他の各部を制御してもよい。

２．温感拡張装置の制御系
２－１．制御系
図３は、第１の実施形態の温感拡張装置１００の制御系を示すブロック図である。図３に示すように、制御部１９０は、変温部Ｈ１と加振部Ｖ１とを制御する。変温部Ｈ１は、人の皮膚表面の変温領域ＨＲ１の温度を変化させるためのものである。加振部Ｖ１は、人の皮膚表面の加振領域ＶＲ１、ＶＲ２に振動を与えるためのものである。ここで、変温領域ＨＲ１は、加振領域と重ならない領域である。

変温部Ｈ１は、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂを有する。変温部Ｈ１は、後述するように、変温領域ＨＲ１を加熱する加熱期間と変温領域ＨＲ１を加熱しない非加熱期間とを交互に繰り返しながら変温領域ＨＲ１を加熱する。

加振部Ｖ１は、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂと、を有する。加振部Ｖ１は、人の皮膚表面の加振領域ＶＲ１、ＶＲ２または衣類等に接触して加振領域ＶＲ１、ＶＲ２を振動させる。

２－２．第１制御および第２制御
制御部１９０は、変温領域ＨＲ１の温度を変温させる第１制御と、加振領域ＶＲ１、ＶＲ２に振動を与える第２制御と、を実行可能である。制御部１９０は、第２制御を第１制御に連動して実行する。第１制御は、第１変温制御である。第２制御は、第１振動制御である。第１制御は、変温領域ＨＲ１の温度を上昇させる。

第２制御の開始タイミングは、第１制御の開始タイミング以後のタイミングであり、かつ、第１制御の終了タイミングより前のタイミングである。

ここで、連動しているとは、第２制御が第１制御に追従していることを意味している。第１制御と第２制御とが同時に同じタイミングで実行されることを意味しているわけではない。つまり、第２制御は、第１制御がオン状態の間に開始されることを意味している。加振領域ＶＲ１、ＶＲ２は、変温領域ＨＲ１とは重ならない領域である。加振領域ＶＲ１、ＶＲ２は、変温領域ＨＲ１の近傍であるとよい。

３．加熱パターン
大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂは、パルス状に人の各部を加熱する。変温部Ｈ１は、変温領域ＨＲ１の変温速度の絶対値を０．１℃／秒以上１０℃／秒以下で温度変化させる。制御部１９０は、変温領域ＨＲ１の変温速度の絶対値を０．１℃／ｓｅｃ以上１０℃／ｓｅｃ以下の範囲内とする第１制御を行う。好ましくは、０．２℃／秒以上９．９℃／秒以下である。

図４は、第１の実施形態の温感拡張装置１００の加熱パターンを示すグラフである。図４の横軸は時刻である。図４の上側の縦軸は加熱のための電力である。図４の下側の縦軸は皮膚温度である。

説明のために、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂを例に挙げて説明する。図４に示すように、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂはパルス状に人の大腿部を加熱する。なお、変温部Ｈ１は、変温領域ＨＲ１の温度を上昇させる加熱部である。第１制御は、変温領域ＨＲ１の温度を上昇させる制御である。

図４に示すように、変温部Ｈ１は、加熱期間Ｔ１に変温領域ＨＲ１の温度を上昇させ、非加熱期間Ｔ２に変温領域ＨＲ１の温度を下降させる。つまり、非加熱期間Ｔ２では、皮膚を冷却するのである。そして、全体として、皮膚の平均温度はゆるやかに上昇している。

加熱期間Ｔ１は、例えば、１秒以上３秒以下である。非加熱期間Ｔ２は、例えば、２秒以上５秒以下である。これらの数値範囲は例示であり、上記以外の数値であってもよい。また、図４に示すように、非加熱期間Ｔ２は、加熱期間Ｔ１よりも長い。

図４において、加熱期間Ｔ１では皮膚温度は急速に立ち上がり、非加熱期間Ｔ２では皮膚温度は比較的緩やかに立ち下がる。非加熱期間Ｔ２における変温領域ＨＲ１の温度変化率の絶対値は、加熱期間Ｔ１における変温領域ＨＲ１の温度変化率の絶対値よりも小さい。

大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂは、図４の加熱パターンで人の各部を加熱する。このように、温感拡張装置１００の変温部Ｈ１は、変温領域ＨＲ１を加熱する加熱期間Ｔ１と変温領域ＨＲ１を加熱しない非加熱期間Ｔ２とを交互に繰り返しながら変温領域ＨＲ１を加熱する。つまり、変温部Ｈ１は、パルス状に人の各部を加熱する。なお、加熱期間Ｔ１の直後であっても皮膚温度が上昇することがある。

４．温感領域
一方、加振部は、加振領域ＶＲ１、ＶＲ２から最も近い第１の骨に振動を伝導する。第１の骨として、例えば、趾節骨や踵骨が挙げられる。また、加振部は、第１の骨に隣接する第２の骨に骨伝導により振動を伝導する。第２の骨として、例えば、脛骨や腓骨が挙げられる。もちろん、骨伝導により、さらに離れた骨にも振動が伝わる可能性がある。そして、骨に伝わった振動が、周囲の筋肉等にも伝わる。これにより、振動が温感領域ＳＲ１に伝わり、変温部による変温領域ＨＲ１への熱刺激と相まって、温感領域ＳＲ１に温感を生じさせる。

このように、温感拡張装置１００は、振動が伝わりやすい骨に振動を伝えるとともに、骨の周囲の筋肉等に振動を伝播させる。これにより、より広範囲に温感を生じさせることができる。

図１に示すように、温感領域ＳＲ１は、変温領域ＨＲ１および加振領域ＶＲ１、ＶＲ２と異なる領域である。また、温感領域ＳＲ１は、変温領域ＨＲ１および加振領域ＶＲ１、ＶＲ２のように必ずしも皮膚表面である必要はない。ただし、温度を感じる温度受容体は、皮膚表面付近に多く存在する。このため、温感領域ＳＲ１は、主に皮膚表面の領域であると考えられる。

５．第１の実施形態の効果
図１に示すように、温感拡張装置１００においては、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂが変温領域ＨＲ１を変温し、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂが加振領域ＶＲ１を振動させるとともに臀部振動部１３０ａ、１３０ｂが加振領域ＶＲ２を振動させる。この振動は、皮膚表面の加振領域ＶＲ１、ＶＲ２から人体の骨に伝わり、骨伝導によりその他の骨に伝わる。これにより、人は、温感領域ＳＲ１に温感を感じる。温感領域ＳＲ１は、例えば、ふくらはぎのあたりである。ふくらはぎには熱も振動も直接与えていないにもかかわらず、人はふくらはぎに局所的な温感を感じる。なお、温感領域ＳＲ１には、個人差がある。

温感拡張装置１００の変温部Ｈ１は、人の皮膚表面を加熱期間Ｔ１と非加熱期間Ｔ２との繰り返しにより加熱する。このように、人の皮膚表面を小刻みに温度変化させる。このため、加熱期間Ｔ１における皮膚の温度上昇速度を十分に大きくすることができる。このように皮膚の温度上昇速度が大きいと温感を生じやすい。

温感拡張装置１００は、加熱部位に感じる温感を再分配し、または強調することにより、温感領域で実際の温度以上に温感を強く感じさせることができる。また、温感拡張装置１００は、室内または自動車内の全容積に及ぶ空気を加熱することなく、人の皮膚の一部を局所的に加熱するだけでよい。

そのため、温感拡張装置１００は、室内や自動車内において、加熱器具に電源を入れたばかりで室内や自動車内がそれほど暖まっていない段階において、人に暖かさをより感じさせることができる。つまり、人の快適性が向上する。

温感拡張装置１００が実際に加熱するのは人の皮膚表面の一部に過ぎない。そのため、各加熱部は小さくてよい。また、温感拡張装置１００が出力する熱量は小さくてよい。これらのことから、ヒーターやエアコン等の加熱器具の消費電力を抑制し、省エネルギー効果が期待できる。

また、非加熱期間Ｔ２は加熱期間Ｔ１よりも長い。非加熱期間Ｔ２では、皮膚を自然冷却するため、加熱期間Ｔ１では皮膚温度は急速に立ち上がり、非加熱期間Ｔ２では皮膚温度は比較的緩やかに立ち下がる。非加熱期間Ｔ２は加熱期間Ｔ１よりも長いため、皮膚の温度を全体的にゆるやかに上昇させることができる。つまり、皮膚の過剰な加熱を抑制できる。

６．従来のＴｈｅｒｍａｌＲｅｆｅｒｒａｌとの関係
人に触刺激と温度刺激とを同時に異なる箇所に提示した場合に、触刺激を提示した箇所に温感を生じさせる現象をＴｈｅｒｍａｌＲｅｆｅｒｒａｌという。ＴｈｅｒｍａｌＲｅｆｅｒｒａｌは、実際には熱を与えていない領域に温感を生じさせる錯覚現象の一種である。

従来のＴｈｅｒｍａｌＲｅｆｅｒｒａｌでは、人に温度刺激と振動刺激とを同時に異なる箇所に提示した場合に、加振領域に温感を感じる。つまり、従来においては、加振領域と温感領域とは重なっている。一方、第１の実施形態の温感拡張装置１００では、加振領域ＶＲ１、ＶＲ２とは異なる温感領域ＳＲ１に温感を感じる。このような温感領域の拡張は、振動の骨伝導により生じると考えられる。このため、第１の実施形態の温感拡張装置１００は、従来のＴｈｅｒｍａｌＲｅｆｅｒｒａｌとは異なる効果を奏する。

７．変形例
７－１．変温部
変温部は、必ずしも大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂに限らない。変温部は、人体のその他の箇所を加熱してもよい。つまり、変温領域は、図１の変温領域ＨＲ１に限らない。また、変温部は、加熱部以外に人の皮膚表面の温度を変化させるものであれば、その他のものを用いてよい。

７－２．加振部
加振部は、必ずしも足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとに限らない。加振部は、人体のその他の箇所に振動を与えてもよい。つまり、加振領域は、図１の加振領域ＶＲ１、ＶＲ２に限らない。ただし、加振領域は、骨に近い皮膚表面であることが好ましい。つまり、加振部Ｖ１は、人の骨の近傍に配置されているとよい。標準体重の人を対象として、加振部から骨までの距離は、例えば、１ｍｍ以上１ｃｍ以下である。好ましくは、５ｍｍ以下である。

加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨と腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられているとよい。

７－３．温感領域
温感領域は、変温部Ｈ１および加振部Ｖ１の位置等により変化する。そのため、温感領域は、図１の温感領域ＳＲ１に限らない。

７－４．変温部および加振部の組み合わせ
変温部Ｈ１および加振部Ｖ１は、種々の組み合わせが可能である。表１は、変温部Ｈ１および加振部Ｖ１の箇所を例示する表である。表２は、変温部Ｈ１および加振部Ｖ１の連動性の組み合わせを例示する表である。

表１には、変温領域および加振領域の候補となる人体部位と、その人体部位に近い骨と、が記載されている。また、その人体部位を変温領域または加振領域とする場合に、その変温部Ｈ１または加振部Ｖ１が記号で表されている。

表２には、どの変温部とどの加振部とを連動させるかが示されている。表２の「○」は「連動あり」の場合を示しており、「－」は「連動なし」の場合を示している。表２は、例示である。そのため、表２において「連動なし」とされている組み合わせに対して、「連動あり」としてもよい。

［表１］
人体部位骨変温部加振部
肩上腕骨－Ｖａ
背部肩甲骨ＨｂＶｂ
腰腸骨－Ｖｉ
臀部坐骨ＨｈＶｈ
大腿部大腿骨Ｈｔ－
膝膝蓋骨ＨｋＶｋ
下腿部脛骨Ｈｃ－
足部踵骨－Ｖｆ

［表２］
ＶａＶｂＶｉＶｈＶｋＶｆ
Ｈｂ ○ ○ －－－－
Ｈｈ－－ ○ ○ ○ ○
Ｈｔ－－ ○ ○ ○ ○
Ｈｋ－－ ○ ○ ○ ○
Ｈｃ－－ ○ ○ ○ ○
○：連動あり－：連動なし

７－４－１．上半身
変温部は、人の上半身の一部と接触する位置に設けられており、加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられているとよい。上半身に温感を感じさせることができるからである。

７－４－２．下半身
変温部は、人の下半身の一部と接触する位置に設けられており、加振部は、腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられているとよい。下半身に温感を感じさせることができるからである。

７－５．刺激の同期
加振部Ｖ１が加振領域ＶＲ１、ＶＲ２に与える振動は、変温部Ｈ１が変温領域ＨＲ１に温度変化を与える周期Ｔと同期しているとよい。

また、制御部１９０は、第２制御を第１制御に連動して実行する。そして、第２制御の開始タイミングは、第１制御の開始タイミング以後のタイミングであり、かつ、第１制御の終了タイミングより前のタイミングである。そのため、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂは、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂに連動して振動を与える。また、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂは、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂに連動して振動を与える。

足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとは、必ずしも連動していなくてもよい。実際には、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとは、大腿部加熱部１１０ａ、１１０ｂを介して、結果的に連動することが多い。もちろん、意図的に、足裏振動部１２０ａ、１２０ｂと、臀部振動部１３０ａ、１３０ｂとを同期させてもよい。

７－６．調整部
温感拡張装置１００は、調整部を有するとよい。ユーザーが調整部により出力を調整することにより、ユーザーが変温部Ｈ１および加振部Ｖ１の出力を調整できる。人により快適な温度は異なるため、バス等の乗り合い車両の内部において、各人がそれぞれにとって好ましい温感を得ることができる。

７－７．加熱期間および振動期間
第２制御の開始タイミングは、第１制御の終了タイミングより後であってもよい。このとき、加熱期間と振動期間とは重なっていない。ただし、加熱期間の終了後から振動期間の開始までの期間は短いほうがよい。そして、振動期間の開始時刻において、皮膚温度が上昇していることが好ましい。例えば、第２制御の開始タイミングは、第１制御の開始タイミング以後のタイミングであり、かつ、第１制御の終了タイミングから３秒経過した後の時刻より前のタイミングであってもよい。好ましくは、第１制御の終了タイミングから２秒経過した後の時刻より前のタイミングである。第２制御は、第１制御がオン状態の終了後まもない時刻に開始されてもよい。

７－８．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。

（実験）
１．実験方法
１－１．実験装置
図１および図２に示す温感拡張装置１００に類する実験装置を用いた。ただし、この実験装置においては、変温部および振動部は左半身に接触する箇所にのみ配置されている。また、変温部は左大腿部の裏を加熱し、振動部は左足裏（左足底）に振動を与える。変温部は左臀部を直接加熱しない。

変温部は５ｃｍ×５ｃｍのポリイミドフィルムヒーターである。変温部の配置箇所は、左大腿部の裏側に接触する領域である。振動部は触覚刺激用のボイスコイル型スピーカーである。ボイスコイル型スピーカーの天頂部はユニバーサルジョイントを介して床面に接続されている。その接続箇所は踵骨に近い位置である。オーディオアンプが振動波形を発生させる。この振動する床面の上に被験者の左足の裏が載せられることとなる。

１－２．実験条件
被験者は、４名の成人男性であった。室温は２７．１±０．５℃であった。湿度は４９．１±７．９％であった。被験者はフリースズボンを着用し、下着、靴下、靴は被験者自身のものを使用した。また、被験者は中腰姿勢で実験を行った。

ポリイミドフィルムヒーターの電力は２８．８Ｗであった。１秒間の加熱と７秒間の非加熱とを１周期とし、この周期を繰り返した。振動波形は１００Ｈｚの正弦波であった。オーディオアンプの出力は－２０ｄＢであり、１．５Ｗに相当する。また、加熱の開始時刻から１．５秒経過後に振動の入力を開始し、加熱の終了時刻から１．５秒経過後に振動を終了させた。ここでは、加熱期間の終了後に振動期間を開始している。

２．評価方法
熱傷の評価法であるＬｕｎｄ＆Ｂｒｏｗｄｅｒの法則を参考にして、温感面積の定量化を図った。そのために、次のＳｔｅｐを実行した。

Ｓｔｅｐ１被験者の身長Ｈ（ｃｍ）、体重Ｗ（ｋｇ）を用いて高比良の式により全身の皮膚表面積Ｓｗｈｏｌｅ（ｃｍ²）を求める。
Ｓｗｈｏｌｅ＝７２．４６ × Ｈ^0.725 × Ｗ^0.425 …（１）
Ｓｔｅｐ２Ｌｕｎｄ＆Ｂｒｏｗｄｅｒの法則から全身の皮膚表面積Ｓｗｈｏｌｅに占める各部位の割合ρを求めるとともに、各部位の皮膚面積Ｓｓｅｇ（ｃｍ²）を求める。
Ｓｓｅｇ＝Ｓｗｈｏｌｅ × ρ …（２）
Ｓｔｅｐ３部位の名称と百分率ｐ_n（％）を用いて被験者自身に温感が生じた範囲を申告させる。
Ｓｔｅｐ４申告された内容から温感面積Ｓｓｅｎｓを求める。
Ｓｓｅｎｓ＝ Σｎ（Ｓｓｅｇ_n × ｐ_n） …（３）
Ｓｔｅｐ５足裏の部位面積Ｓｓｏｌｅを分母にして温感の拡大率Ｍ（％）を算出する。
Ｍ＝１００ × Ｓｓｅｎｓ／Ｓｓｏｌｅ …（４）

３．実験結果
図５は、実験結果を示す表である。図５には、被験者Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて実験データが示されている。高比良の式を用いることにより、各被験者の身長および体重から、全身の表面積が算出されている。Ｌｕｎｄ＆Ｂｒｏｗｄｅｒの法則を用いることにより、全身の表面積から、左大腿部等の各部位の面積が算出されている。

図５において、被験者Ａの左足底の温感申告値は１００％である。これは、被験者Ａが左足裏の全体に温感を感じたことを示している。被験者Ａの左下腿部の温感申告値は３０％である。これは、被験者Ａが左大腿部の面積の３０％の領域に温感を感じたことを示している。

図５において、被験者Ａの左下腿部の部位面積が７０２．１ｃｍ²であり、温感申告値が３０％であるため、被験者Ａの温感面積は２１０．６ｃｍ²（＝７０２．１ｃｍ²×０．３）である。

図５に示すように、被験者によって温感を感じる部位は異なっている。なお、左大腿部の裏に加熱を受けているにもかかわらず、被験者Ａは左大腿部に温感を感じなかったと申告した。

図５に示すように、被験者Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、加熱した箇所以外の箇所に温感を感じた。被験者Ａは、加熱していない左下腿部および左足底に温感を感じた。被験者Ｂは、加熱していない左臀部に温感を感じた。被験者Ｃは、加熱していない左臀部、左下腿部、左足底に温感を感じた。被験者Ｄは、加熱していない左下腿部に温感を感じた。

被験者Ａは、熱も振動も直接与えていない左下腿部に温感を感じた。被験者Ｂは、熱も振動も直接与えていない左臀部に温感を感じた。被験者Ｃは、熱も振動も直接与えていない左臀部、左下腿部に温感を感じた。被験者Ｄは、熱も振動も直接与えていない左下腿部に温感を感じた。

これは以下のように考えられる。例として左下腿部を挙げる。左足底に与えられた振動は、まず、左踵骨に伝わる。振動は、骨伝導により、左踵骨から左脛骨または左腓骨に伝わる。振動は、これらの骨から周囲の筋肉を伝わり皮膚表面に伝わる。このように、骨伝導により、振動は人体内を伝導することができる。その結果、広範囲な領域に温感を感じさせることができる。

図６は、図５の温感面積の拡大率を示すグラフである。図６の横軸は被験者である。図６の縦軸は温感面積の拡大率である。温感面積の拡大率は、各部位の温感面積の合計を左足底の面積で割った値である。つまり、振動の入力面積に対して、温感を感じた面積を示している。

図６に示すように、振動を与えた面積に対して、それよりも十分に広い面積に温感を感じた。被験者が温感を感じる領域（温感領域）の部位および面積については、個人差がある。振動は骨伝導により伝達するが、その伝播する領域が体格その他の個体差に起因して変わるからと考えられる。

４．実験のまとめ
このように、変温領域を加熱し、加振領域に振動を与えることにより、加振領域とは異なる温感領域に温感を感じさせることができた。温感領域には多少の個人差がある。このとき、足裏に与えられた振動は、骨伝導により脛骨または腓骨を伝わり、その先に伝達されたと考えられる。これにより、直接振動を与えていない領域（温感領域）に温感を生じさせたと考えられる。

（付記）
第１の態様における温感拡張装置は、人の皮膚表面の変温領域の温度を変化させるための変温部と、人の皮膚表面の加振領域に振動を与える加振部と、変温部と加振部とを制御する制御部と、を有する。加振領域は、変温領域と重ならない領域である。変温部および加振部は、人の身体の少なくとも一部または衣類等と接触するためのものである。制御部は、変温領域の温度を変温させる第１制御と、加振領域に振動を与える第２制御と、を実行可能である。制御部は、第２制御を第１制御に連動して実行する。

第２の態様における温感拡張装置においては、加振部は、加振領域から最も近い第１の骨に振動を伝導する。

第３の態様における温感拡張装置においては、加振部は、第１の骨に隣接する第２の骨に骨伝導により振動を伝導する。

第４の態様における温感拡張装置は、変温部および加振部を支持する支持部を有する。

第５の態様における温感拡張装置においては、変温部は、変温領域の変温速度の絶対値を０．１℃／ｓｅｃ以上１０℃／ｓｅｃ以下の範囲内とする。

第６の態様における温感拡張装置においては、第２制御の開始タイミングは、第１制御の開始タイミング以後のタイミングであり、かつ、第１制御の終了タイミングから３秒経過した後の時刻より前のタイミングである。

第７の態様における温感拡張装置においては、変温部は、変温領域の温度を上昇させる加熱部である。第１制御は、変温領域の温度を上昇させる制御である。

第８の態様における温感拡張装置においては、変温領域における変温前後の接触範囲の圧力変動が、人の弁別閾値未満である。

第９の態様における温感拡張装置においては、加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨と腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられている。

第１０の態様における温感拡張装置においては、変温部は、人の上半身の一部と接触する位置に設けられている。加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられている。

第１１の態様における温感拡張装置においては、変温部は、人の下半身の一部と接触する位置に設けられている。加振部は、腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つの近傍と接触する位置に設けられている。

１００…温感拡張装置
１１０ａ、１１０ｂ…大腿部加熱部
１２０ａ、１２０ｂ…足裏振動部
１３０ａ、１３０ｂ…臀部振動部
１７０…支持部
１８０…床
１９０…制御部

Claims

人体のある温感領域において人が感じる温度を、その温感領域の現実の温度以上とする温感拡張装置において、
人体を支持する支持部と、
人の皮膚表面の変温領域に熱を加えてその変温領域の温度を変化させる変温部と、
前記変温領域と異なる皮膚表面の領域である加振領域に存在する、前記加振領域から最も近い第１の骨に骨伝導可能な振動を与えて、前記加振領域以外の領域に骨伝導により振動を伝搬させる加振部と、
前記変温部と前記加振部とを制御する制御部と、
を有し、
前記変温部および前記加振部は、人の身体の少なくとも一部または衣類等と接触しており、
前記制御部は、前記加振部を制御して前記加振領域に振動を与える第２制御を、前記変温部を制御して前記変温領域の温度を変温させる第１制御に連動させる制御部であり、
人の上半身に前記温感領域を発生させる場合には、前記変温部は、人の上半身の一部と接触する位置に設けられており、前記加振部は、上腕骨と尺骨と肩甲骨との少なくとも一つである前記第１の骨の近傍に接触して、前記第１の骨に前記振動を与えられる位置に設けられており、
人の下半身に前記温感領域を発生させる場合には、前記変温部は、人の下半身の一部と接触する位置に設けられており、前記加振部は、腸骨と坐骨と膝蓋骨と踵骨との少なくとも一つである前記第１の骨の近傍に接触して、前記第１の骨に前記振動を与えられる位置に設けられており、
前記温感領域を、前記変温領域及び前記加振領域以外の領域に発生させる
ことを特徴とする温感拡張装置。
請求項１に記載の温感拡張装置において、
前記加振領域は足裏であり、前記変温領域は大腿部の裏側であり、前記温感領域を、下腿部または臀部に発生させる
ことを特徴とする温感拡張装置。
請求項１または請求項２に記載の温感拡張装置において、
前記加振部は正弦波の振動を前記加振領域に与えることを特徴とする温感拡張装置。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の温感拡張装置において、
前記加振部はボイスコイル型スピーカーの出力する正弦波の振動を前記加振領域に与えることを特徴とする温感拡張装置。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の温感拡張装置において、
前記変温部は、加熱期間と、非加熱期間とを有するパルス状の周期的加熱であり、前記変温領域の変温速度の絶対値を０．１℃／ｓｅｃ以上１０℃／ｓｅｃ以下の範囲内とし、
前記第２制御の開始タイミングは、前記第１制御の開始タイミング以後のタイミングであり、かつ、前記第１制御の終了タイミングから３秒経過した後の時刻より前のタイミングである
ことを特徴とする温感拡張装置。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の温感拡張装置において、
前記加振部は、前記第１の骨に隣接する第２の骨に、前記第１の骨を介する骨伝導により振動を伝導させることを特徴とする温感拡張装置。
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の温感拡張装置において、
前記変温領域における変温前後の接触範囲の圧力変動が、人の弁別閾値未満であることを特徴とする温感拡張装置。
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の温感拡張装置において、
前記変温部および前記加振部は、前記支持部により支持されていることを特徴とする温感拡張装置。