JPH1142282A - 額温制御装置とこれを用いた覚醒維持装置及び入眠促進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 額温を適切に制御する。 【解決手段】 人体顔部の額表面温度を検出する額温検
出部２と、額温検出部の出力に基づいて人体顔部に冷却
刺激を加えて額温を制御する額温制御手段３とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体の額温を制御
する額温制御装置とこれを用いた覚醒維持装置及び入眠
促進装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】デスクワーク作業や学習中、車両を含む
あらゆる輸送手段の運転、或いはモニタの監視作業、工
場の製造ラインでの単調作業等、心身に特別の緊張、興
奮、苦痛等がなく、身体の運動も少ない、或いは外界か
らの意味のある刺激が少ない場合に起こりやすい覚醒度
の低下を防ぐものとして、これまでに冷風刺激を用いて
覚醒度を維持するものを特願平７−３３７５９９号とし
て出願している。

【０００３】また、就寝時の入眠をスムーズにするため
に、人体表面からの放熱量を制御する放熱量制御手段を
有する睡眠誘導装置（特開平７−２２５０４２号公報）
も提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の覚醒維持装置では、主に冷風の制御方法（冷風曝露
時間、間隔等）というハード側の条件が示されているだ
けで、生体側の状態に関係なく出力刺激が決まるように
なっていた。このために冷風がきちんと顔面に向けて出
力されているか、または覚醒維持に適当な顔部冷却がな
されているか等について確認できない構成であった。ま
た、機器側の条件である冷風刺激は、季節、室温、湿度
等によって、大きく左右される。つまり、室温が高い時
には覚醒度を維持する（額温を下げる）のにかなり低温
の冷風が必要であり、反対に冬期等には室温との温度差
が小さい冷風でも十分であるといったように、環境条件
毎に冷風刺激条件が異なるため、それぞれの環境条件に
対する設定を用意しておかなければならなかった。

【０００５】上記睡眠誘導装置については、就寝時にお
ける顔部からの放熱量をセンシングしながら冷却刺激を
与えることで放熱量を制御（夏の夜の寝苦しさの解消と
いう点では、顔面からの放熱量を８０Ｗ／ｍ² 以上、好
ましくは１１０Ｗ／ｍ² 以上の放熱がなされるものとす
るのが好ましいのがわかっており、また微風と輻射とを
併用して放熱量を制御するのが好ましい）していること
から、生体側の状態に沿った制御をする構成にはなって
いるが、額温をどのようにするかについては触れられて
おらず、また顔部を冷却する際の冷却速度についても言
及されていない。入眠時の顔面冷却速度が急すぎる場
合、逆に入眠阻害になることから、顔部冷却速度は大変
重要な項目と考えられる。

【０００６】本発明はかかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、額温を適切に制御するこ
とができる額温制御装置と、これを用いて額温を検出し
ながら顔部へ最適レべルの冷却刺激を与え、覚醒維持、
及び入眠促進を実現する覚醒維持装置及び入眠促進装置
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、人体顔部の額
表面温度を検出する額温検出部と、額温検出部の出力に
基づいて人体顔部に冷却刺激を加えて額温を制御する額
温制御手段とからなる額温制御装置を主たる特徴とす
る。上記額温制御手段には、額温検出部の出力に基づい
て刺激種類と刺激出力タイミングとを判断する刺激出力
判断部と、冷却手段とを備えたものを好適に用いること
ができる。センシング及び制御する項目としては、額温
の変動域、変動幅、低下速度、経時変動等とする。

【０００８】そして、これらの構成により、覚醒維持を
目的とする場合、間欠的に出力される冷却刺激により額
温が常に上下変動を操り返すようにする。ただし毎回の
冷却刺激出力は、低下した額温が初期温付近まで回復し
てからにする。これは、額温が下がりすぎると不快なだ
けでなく、顔面麻痺等の症状を引き起こしかねないため
であり、常に持続性冷覚を起こさない温度以上での変動
を繰り返すようにしなければならない。額温の回復が遅
い揚合には、顔部を暖めて回復の補助をすることも考え
る。さらに、冷却刺激による額温低下は急であるほど覚
醒度回復に効果があると思われるため、その低下速度が
なるべく速くなるようにする。

【０００９】また、入眠促進を目的とする場合は、冷却
刺激により額温がなるべく早く基礎体温に近づくように
することが有効であるが、額温は極めて緩やかに低下し
ていくように冷却刺激の出力を制御する。ただし、睡眠
第１サイクル目のレム出現前までに冷却手段による額温
低下を終了するようにしておく。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施態様の全体
構成について図１を用いて説明する。覚醒維持及び入眠
促進用の額温制御装置は、人体の皮膚温を感知する人体
温度センサ１と、人体温度センサ１により人体顔部の額
表面温度を検出する額温検出部２と、額温検出部２の出
力に基づいて額温を制御する額温制御手段３とからな
る。

【００１１】ここにおける人体温度センサ１は、サーミ
スタ、熱電対、赤外線センサ等、温度を感知できる手段
であれば何でもよく、皮膚に直接装着するか、身体より
少し離れた所で人体に向かって設置する。額温検出部２
は、人体温度センサ１の出力を入力して、皮膚表面の温
度を検出するものである。

【００１２】額温制御手段３は、顔部に向けて出力する
刺激を制御するもので、制御項目は、額温の変動域、変
動幅、低下速度、経時変動である。額温制御手段３は、
図２に示すように、刺激出力判断部３０、冷却手段３
１、加温手段３２とからなる。刺激出力判断部３０は、
額温検出部２の出力に基づいて刺激種類と刺激出力タイ
ミングを判断するものである。ここにおける刺激種類
は、覚醒維持や入眠促進に効果のある手段なら形態は何
であってもよく、冷却手段３１と加温手段３２共に、気
流、輻射、伝導等が考えられる。例えば、顔部を冷却す
る場合、冷風を用いる以外にも、冷輻射パネルを顔部付
近に設置する方法や冷媒を直接顔部に当てるといった方
法が考えられる。刺激出力タイミングは、額温の経時変
動から判断する。

【００１３】次に覚醒維持を目的とする場合の動作につ
いて図面を用いて説明する。図３は、温覚および冷覚を
起こす閾と初期皮膚温との関係を示す図である。まず、
覚醒度に訴えかけるためには、「無関感覚」領域にある
額温が「冷覚閾」を越えて「冷たくなった感覚」領域ま
で急激に変化するような冷却刺激を与えることが必要で
ある。そして、この「冷覚閾」を超えて急激に「冷たく
なった感覚」を得ることを繰り返せば、眠気を催すこと
がなく、結果としてある程度の時間内での覚醒維持が可
能となる。つまり、図中の矢印のように、額温が「無関
感覚」領域と「冷たくなった感覚」との間で、「冷覚
閾」を越えて上下変動を繰り返すよう制御することが覚
醒維持に効果的である。この時、額温は持続性冷覚を起
こさない皮膚温度以上でなければならないため、「持続
性冷覚」領域に移動してはいけない。

【００１４】以上のような額温変動を、経時的に示した
グラフの一例が図４である。まず、持続性冷覚を起こさ
ないようにするため、額温の上下変動が３２〜３３℃程
度以下にならないように注意する。そのうえで額温の上
下変動幅が、１℃程度以上になるように制御する。この
時、冷却刺激によって額温が１℃／１０秒程度以上の急
激な速度で低下すれば、より強く「冷たくなった感覚」
を与えることができ、効果が高い。また、低下した額温
は、冷却刺激出力停止後、元に戻ろうとして自然に上昇
し、やがて初期温度まで回復するわけだが、何らかの理
由で回復に時間がかかることがある。回復までの時間が
長くなれば、覚醒度低下につながりやすい。また、額温
の回復を待たずに冷却刺激を再度与えると、額温はどん
どん低下してしまい、持続性冷覚を起こすことになりか
ねない。そこで、低下した額温の回復が遅い場合には、
額温制御手段３内の加温手段３２により、顔部を暖めて
額温の回復を補助するような制御を行うとよい。ただ
し、この場合、眠気を催すような加温方法は避けねばな
らない。

【００１５】また、熟眠時には、皮膚表面温は一定値に
収束することが知られているため、身体の部位間（例え
ば額と脚部）の温度差がなくなると覚醒度が低下しやす
くなるということが考えられる。つまり、覚醒維持に
は、額温と脚部温との温度差が必要である。我々の研究
からこの額温と脚部温との温度差は、２℃程度以上必要
であることがわかっている。なお、覚醒維持用冷却刺激
による額温低下は、上下変動だけであり、トレンドの低
下ではない。つまり、覚醒度低下防止には、脚部温の上
昇を防ぐことが有効である。

【００１６】これを図５を用いて説明する。図１の構成
に、人体温度センサ１により人体脚部表面温度を検出す
る脚温検出部２’と、脚温検出部２’の出力に基づいて
脚温を制御する脚温制御手段３’を加えている。このよ
うな構成にすることによって、額温、脚温の両検出部の
出力を比較し、常に額温と脚部温との温度差が、２℃程
度以上となっていることを確認する。この温度差を確保
するためには、額温が下がりすぎないように制御した
り、或いは脚を冷却して脚温の上昇を防いだり、脚温を
積極的に低下させたりすることも考えられる。

【００１７】以上のような本覚醒維持装置は、デスクワ
ーク作業や学習中、車両を含むあらゆる輸送手段の連
転、或いはモニタの監視作業、工揚の製造ラインでの単
調作業等、覚醒度が低下しては困るような全ての状況に
対して利用できる。次に入眠促進を目的とする場合につ
いて、まず、睡眠と皮膚表面温との関係について説明す
る。睡眠時の生理的メカニズムは覚醒維持時と反対にな
ると考えられるため、前述内容より、入眠促進には「頭
寒足熱」を図り、額温を基礎体温に近づけるようにすれ
ばよいことがわかる。

【００１８】つまり、図６のように額温を制御すればよ
い。ここでは、基礎体温に近づくまでの時間を３０分程
度以内としている。額温が基礎体温範囲内に低下するま
でに３０分以上かかるようであれば、スムーズな入眠と
は言えないためである。またこの時、額温は極めて緩や
かに低下していくように冷却刺激の出力を制御する必要
がある。この額温の低下速度を１℃／２０分程度になる
ように制御すると入眠の妨げになることもなく、適当で
ある。ただし、額温が最初から低い場合や既に基礎体温
範囲内にある時には、制御する必要がない場合もある。

【００１９】額温が基礎体温まで低下した後も、基礎体
温範囲内で額温が推移するよう冷却を続ける。しかし、
冷却手段による額温制御は、睡眠第１サイクル目のレム
出現前（例えば、入眠後９０分乃至１１０分間程度）ま
でに終了しているようにする。これは、レム時は自律神
経系の機能が乱れ、レム時以降も顔部冷却を続けると、
そのために中途覚醒してしまうことも考えられるためで
ある。

【００２０】

【発明の効果】請求項１記載の額温制御装置は、額温を
センシングしながら顔部を冷却することによって生体に
とって最適な刺激を確実に与えることができる。請求項
２記載の額温度装置は、額温検出部の出力に基づいて刺
激種類と刺激出力タイミングを判断するため、額温の経
時変動に沿った刺激を与えることができる。

【００２１】請求項３記載の覚醒維持装置は、持続性冷
覚を感じないレべルで冷却手段を制御するため、顔部の
冷えといった不快感を伴うことなく覚醒状態を維持する
ことができる。請求項４及び５記載の覚醒維持装置は、
額温の変動幅、低下速度、経時変動を制御することによ
って、より確実に覚醒度を維持することができる。

【００２２】請求項６記載の覚醒維持装置は、常に額温
が持続性冷覚を起こさない皮層温度以上で、「冷覚閾」
を越えて上下変動を繰り返すよう制御することができ
る。請求項７記載の覚醒維持装置は、額温と脚部温との
温度差を制御することによって、眠気を催しにくい身体
状態での覚醒度制御を行うことができる。請求項８及び
９記載の入眠促進装置は、顔面を冷却しすぎることなく
かつ適当な冷却を行い、額温の基礎体温への収束を速め
ることによってスムーズな入眠を可能にすることができ
る。

【００２３】請求項１０記載の入眠促進装置は、中途覚
醒等を防ぐことが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示すブロック図であ
る。

【図２】同上の額温制御手段の一例のブロック図であ
る。

【図３】覚醒維持作用を示す「温覚およぴ冷覚を起こす
閾と初期皮膚温との関係」の説明図である。

【図４】本発明の覚醒維持作用の一例における額温制御
の説明図である。

【図５】本発明の覚醒維持作用の他例を示すブロック図
である。

【図６】本発明の入眠促進作用の一例における額温制御
の説明図である。

【図７】睡眠リズムの説明図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体顔部の額表面温度を検出する額温検
   出部と、額温検出部の出力に基づいて人体顔部に冷却刺
   激を加えて額温を制御する額温制御手段とからなること
   を特徴とする額温制御装置。
2. 【請求項２】 額温制御手段は、額温検出部の出力に基
   づいて刺激種類と刺激出力タイミングとを判断する刺激
   出力判断部と、冷却手段とを備えたものであることを特
   徴とする請求項１記載の額温制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の額温制御装置を
   用いた覚醒維持装置であって、額温制御手段は持続性冷
   覚を起こさない皮膚温度以上で「冷覚閾」を越えて額温
   が上下変動を繰り返すよう冷却手段を動作させるもので
   あることを特徴とする覚醒維持装置。
4. 【請求項４】 額温制御手段は額温の変動幅を１℃程度
   以上としていることを特徴とする請求項３記載の覚醒維
   持装置。
5. 【請求項５】 額温制御手段は額温を下げる時の額温の
   低下速度を１℃／１０秒程度以上の急な低下速度とする
   ものであることを特徴とする請求項３または４記載の覚
   醒維持装置。
6. 【請求項６】 額温制御手段は加温手段を備えるととも
   に低下した額温の回復が遅い場合に顔部を暖めて額温の
   回復を補助するように加温手段を制御するものであるこ
   とを特徴とする請求項３〜５のいずれかの項に記載の覚
   醒維持装置。
7. 【請求項７】 額温制御手段は、額温制御中の額と足元
   との温度差を常時２℃程度以上とするものであることを
   特徴とする請求項３〜６のいずれかの項に記載の覚醒維
   持装置。
8. 【請求項８】 請求項１または２記載の額温制御装置を
   用いた入眠促進装置であって、額温制御手段は額温が３
   ０分程度以内に基礎体温に近づくよう冷却手段を動作さ
   せるものであることを特徴とする入眠促進装置。
9. 【請求項９】 額温制御手段は額温を下げる時の額温の
   低下速度を１℃／２０分程度の緩やかな低下速度とする
   ものであることを特徴とする請求項８記載の入眠促進装
   置。
10. 【請求項１０】 額温制御手段は睡眠第１サイクル目の
    レム出現前までに冷却手段による額温低下を終了するも
    のであることを特徴とする請求項８または９記載の入眠
    促進装置。