水分蒸散量および身体発汗量の経時測定装置

【課題】人工的な空気流を使用せずに物体表面の水分蒸散量を測定する。その際、装置は小型、軽量、携帯式で、人体の測定であれば被験者の行動を阻害せず、長時間にわたり使用可能なことを実現する。また浴室などの高湿状況下や運動時の多量発汗でも測定できることも課題の一つである。
【解決手段】温湿度センサーと吸湿（乾燥）剤を組み合わせ、検出後の余剰の水分を吸湿剤に吸着させて装置内の湿度を低めに保つことで、上記課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体表面の水分蒸散や皮膚の発汗を経時的に測定するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人と生活環境や衣服環境の関係を研究する際、発汗計は必須の装置であり、また工業分野においてもシート素材の水蒸気透過性、装置類からの水分蒸発性能等を評価する際に蒸散量測定装置は欠かせない。
【０００３】
従来の水分蒸散量測定では、測定対象物に対し定常的な空気流を当て、その流れの上流側と下流側に湿度センサーを配し、両センサーの湿度差から計量する方法が取られている（下記「特許文献１、２」参照）。原理的にこの方法で測定は可能であるが、実用上、三つの問題を抱える。
【０００４】
一つは、定常空気流を作り出すことが難しく、測定精度はその定常性に依存し、またポンプなどの機構部品が必要なために構造上、装置の小型・携帯型化が図りにくい。二つ目の問題は、運動時発汗のように多量の水分が蒸散する場合、湿度センサーが飽和し、測定精度の低下あるいは測定不能となることである。三つめは人工的に空気流を作りだし水蒸気を持ち去るメカニズムであるから、自然な水分蒸散現象とは懸け離れていることである。
【０００５】
一方、多量の水分蒸散に対し、下記特許文献３のようにヒーターで湿潤空気を加熱してある程度蒸発させる対処法も考えられるが、応答が遅く、またヒーター制御の搭載により大きさの制限や価格の上昇の問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献１】
【０００６】
特開２００１−１９０５０２号公報
【特許文献２】
【０００７】
特許３７１１５２１号公報
【特許文献３】
【０００８】
特許２６００１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の発汗計や水分蒸散計が解決できなかった三つの課題、即ち、
（１）ポンプ等の機構部分を無くし小型・軽量・省電力にすることで長時間の無拘束計測を行うこと、
（２）多量の水分蒸散に対しても精度が落ちることなく計測できること、
（３）人工的な空気流を使わず出来る限り自然な蒸散状態で測定すること、
を解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
まず従来のように人工的空気流を利用せず、皮膚などの測定対象に密閉カップを当てることで外気に左右されない状態を作り出し、１個の湿度センサーでカップ内の湿度上昇をモニターする。
【００１１】
しかしこれだけでは、運動時の発汗のような多量の水分蒸散に対応できず、センサーは水滴で飽和し測定不能となる。そこでカップ上面にシリカゲル等の吸湿（乾燥）剤を配備して、センサーで検量し終えた蒸気を吸湿剤で吸収する方式が考えられる。
【発明の効果】
【００１２】
機械機構が無く湿度センサーの電子回路を中心に構成できるため小型化が可能で、身体に付けたまま普段の生活の中で発汗データを収集するなど、利用範囲が広がる。また従来の装置に比べ極めて安価に製造でき、可動部分が無いため故障率も低い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は測定装置の構成を示したものである。
【図２】図２は上記装置を手掌の皮膚面に適用して得られた湿度変化である。
【図３】図３は湿度センサーの値から水分蒸散量を求める方法の１例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
皮膚発汗測定においては衣服内に装着可能な大きさ、また一般工業計測においては測定対象の機能を疎阻害することのない大きさに小型化するために、一定空気流による測定方式を避け、湿度センサーを中心に実現した。
【００１５】
水分蒸散量が多い場合の測定値の飽和を想定し、検量後の余剰水分を吸湿（乾燥）剤（シリカゲル等）で吸着することにより、多量の水分蒸散でも測定可能となった。
【実施例】
【００１６】
図１は最も簡単な実施例で、測定対象からの水分蒸散を捕らえる複数の穴２を有する外箱１に、吸湿（乾燥）剤４、吸湿剤を留め置く網目状仕切り板３、湿度センサー６の取り付けられた電気回路基板５からなる。
【００１７】
水分蒸散量の絶対値を得るために、センサー６には絶対湿度が測定できるタイプ、あるいは相対湿度測定後に温度補正などの方法で計算により絶対湿度が求められるタイプを使用する。また電気回路基板５には簡易防水処理を施す。
【００１８】
図１の電気回路基板５にセンサーおよび信号処理回路のみ搭載する場合は、出力信号を導き出すリード線を外箱１の外に引き出し記録する。しかし、電気回路基板５にマイクロコンピュータ、メモリ、電池を搭載する場合は、図１の構成のみでよい。この構成ならば２×３×２ｃｍ以下の大きさで実現できる。
【００１９】
マイクロコンピュータ、メモリ、電池を搭載した図１の装置を用いて得られた手掌皮膚発汗量データ例を図２に示す。同図中の「発汗量」とは、前記特許文献２と同等な原理に基づく従来の発汗計による同時計測値である。両者の変動は極めて良く相関し、図１の装置が十分に実用的であることを示している。
【００２０】
通常、湿度センサーは相対湿度を出力する。そこでその値を温度補正により絶対湿度、さらには従来の水分蒸散量、即ち単位時間当たり、かつ単位面積当たりの水分量（例えば［ｇ／ｃｍ２／ｈｒ］）に変換する方がよい。
【００２１】
図１の装置を用いて、従来の水分蒸散量を求める方法として、一つは図２で行なったように従来の装置と同時に測定を行い、両者の相関を予め計っておくことが考えられる。
【００２２】
他の方法として、本装置が乾燥剤への水分吸着を行っているが故に、湿度センサーは真の値の一部を反映していると考え、これを基に理論的に構築する方法がある。図３に示すように、湿度センサー出力にセンサー空間の有効体積Ｖを掛けた水分量ｘが時間経過データとして得られるものとする。ここで、実際には湿度センサーでは検出できなかったバイアスΔｘをｘに加算することにより、真の水分蒸散量ｙが得られる。Δｘを求めるために、まず測定時間Ｔの前後で、吸湿剤の質量を測定し、その増加量Ｗを求める。また湿度センサー出力変動を積分し、平均値Ｓを求める。これよりΔｘ＝Ｗ／Ｔ−Ｓとして求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
生体計測においては、長時間の屋外作業時、車や電車の運転および機器操作中の生理学的検査、多量の発汗を伴う運動時の衣服や器具の開発、入浴時の生理学研究など、従来測定が難しかった実場面での無拘束計測分野への利用が期待できる。そのため健康産業、化粧品、運動機器、衣服、寝具、生活環境等のあらゆる商品開発の基礎データを提供できる。
【００２４】
医療、歯科治療においては、手術中や集中治療中の患者モニターとして有用である。
【００２５】
一方、工業分野では被膜水分透過性の長時間記録や、建築物（壁）を通した水分蒸発の長時間モニターなど、小型かつ長期間の記録計になったことで応用分野は広がる。
【符号の説明】
【００２６】
１外箱
２水蒸気流入孔
３網目状仕切り板
４吸湿剤（シリカゲル等）
５電気回路基板
６温湿度センサー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を導入する一個ないし複数の穴を有するケース内に、湿度センサーと温度センサーと吸湿（乾燥）剤を配置し、それらの信号を処理する電子回路をケース内に内蔵または外部に置き、処理したデータを保存するとともに、演算を施すことによって身体の発汗および物体表面の水分蒸散量を経時的に得て、結果を記録する装置。

【図１】