(57)【要約】【課題】  短時間の環境温度変化による影響を排除し、広い環境温度範囲内での精度保証が可能であり、校正作業なし、またはサーモパイル方式に比べて大幅に簡略化された校正が可能であり、環境温度の影響により示度がばらつかない耳式体温計を得ること。【解決手段】  耳式体温計のプローブ２０は、樹脂製の第１断熱部材２１０の先端に樹脂製の第２高断熱部材２２０が慣用の連結手段によって接続される。第２高断熱部材２２０は、先細りのテーパが付けられ、先端に凹面２２１が形成される。保護カバー２３０が第１断熱部材２１０および第２高断熱部材２２０を覆う。サーミスタリード細線２４０が第１断熱部材２１０および第２高断熱部材２２０内に埋め込まれ、先端折返し部分２４１が第２高断熱部材２２０の凹面２２１に露出して張り渡される。サーミスタリード細線２４０の折返し部分２４１のほぼ中央に超高速応答サーミスタ２５０が装着される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の第１断熱部材と、該第１断熱部材の先端に接続された樹脂製の第２高断熱部材と、前記第１断熱部材および前記第２高断熱部材を覆う保護カバーと、前記第１断熱部材および前記第２高断熱部材内に埋め込まれたサーミスタリード細線と、ならびに該サーミスタリード細線の先端折返し部分のほぼ中央に装着された超高速応答サーミスタとを含むプローブを備えた耳式体温計。
【請求項２】
前記第２高断熱部材は先細りのテーパが付けられかつ先端に凹面が形成され、前記サーミスタリード細線の前記先端折返し部分が前記第２高断熱部材の前記凹面に露出して張り渡されている、請求項１に記載の耳式体温計。
【請求項３】
前記第２高断熱部材の前記凹面が鏡面仕上げになっている、請求項２に記載の耳式体温計。
【請求項４】
超高速応答サーミスタの熱時定数が１秒以下（好ましくは、０．１秒以下）である、請求項１に記載の耳式体温計。
【請求項５】
測温回路の電源回路出力側に複数の接点を有するアナログスイッチを設けた、請求項１に記載の耳式体温計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に非接触で被測定対象の温度を測定する温度計に関し、特にプローブ先端部を耳孔に挿入して鼓膜の温度を測る体温計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の耳式体温計の代表例について、説明の便宜上、図８および図９を参照して説明する。図８は従来の耳式体温計の動作原理を示す概略構成図であり、図９は従来の耳式体温計のプローブ先端部の縦断面図である。図８、９に示すように、従来の代表的耳式体温計のプローブ１０は、サーモパイル１１を用いている。一般に、サーモパイルは、冷接点と温接点間の温度差により電位差を生じる（ゼーベック効果）。サーモパイルを温度測定用プローブとして用いるためには、熱電対と同様に室温（環境温度）補償が必要となる。そのために、従来の耳式体温計では、サーミスタ１２が用いられている。
【０００３】
被測定対象の温度がサーモパイル１１の冷接点温度と等しいとき、プローブ１０の出力はゼロ（ゼロ点）となる。一方、被測定対象の温度がサーモパイル１１の冷接点温度よりも高いとき、プローブ１０の出力は非線形的に大きくなる。
【０００４】
プローブ１０を用いて人体温度を計測する場合、プローブ１０の出力は微弱である。そのために、プローブ１０の出力を信号増幅器１３によって信号処理が可能なレベルまで増幅する必要がある。また、リニアライザ１４ａによって非線形出力を線形化する必要もある。一方、サーミスタ１２の出力も非線形であるため、リニアライザ１４ｂによって線形化する必要がある。
【０００５】
環境温度が安定した状態では、サーミスタ１２の温度とサーモパイル１１の冷接点温度とは等しい。プローブ１０からの出力を線形化した信号は、サーミスタ１２の温度と被測定対象の温度との差となる。したがって、プローブ１０の出力を線形化した信号を放射率補正器１５によって補正し、その補正信号とサーミスタ１２の出力を線形化した信号とを加算器１６で室温補償または冷接点温度補償した後、温度換算器１７で環境温度補正を行えば、被測定対象の温度が求められる。これを表示器１８に表示する。
【０００６】
サーモパイルは、個体差の感度バラツキが大きいため、一定の温度差であっても出力電圧にバラツキを生じる。そのために、サーモパイルを用いたプローブに対する感度調整（校正作業）が個々に必要となる。サーモパイルの赤外線吸収膜（赤外線吸収膜と温接点とが一体となった部分、図９の１１６参照）は、被測定対象からの赤外線を吸収して温度が上昇するが、サーモパイルのパッケージからも赤外線吸収膜に対して赤外線は放射されている。通常の使用法では、パッケージはサーモパイルのヒートシンク（吸熱部）と同一の温度とみなせるが、外部からの要因により急激な温度変化を与えると、パッケージの頭部とサーモパイルのヒートシンクとの間に温度差が生じ、プローブの出力は過渡的に不安定な電圧を出力してしまう。
【０００７】
そこで、図９に示すように、プローブ１０に温度変化が均一で緩やかに加わるようにするために、サーモパイル１１０を熱伝導度が良い金属（例えば、アルミ）ホルダ１１１内に設置し、さらに断熱材として空気層１１２と樹脂１１３で囲むようにカバー１１４を設けている。サーモパイル１１０の前面に金属管１１５を設け、測定対象（人体）からの熱放射の影響を小さくする。金属管１１５は放射率が限りなく小さくなるように金メッキを施し、導波管の働きを持たせている。冷接点温度補償用のセンサとして半導体、サーミスタ等が用いられるが、生産コストが安く、精度が良いためにサーミスタが多く用いられている。
【０００８】
サーモパイル冷接点部とサーミスタとの熱結合が悪いと、温度差を生じ、正確な計測ができなくなる。サーミスタ（図示せず）をサーモパイル１１０と同一パッケージ内に取り付け、サーモパイル冷接点部ヒートシンクとサーミスタの熱結合度を高める。同一規格のサーミスタでもＢ常数（抵抗温度特性で任意の２点の温度から求めた抵抗値変化の大きさを表す定数）にバラツキがあるため、広い環境温度範囲で精度を保つのは困難である。例えば、電子体温計のサーミスタで人体の測定温度範囲を３４−４２℃とすると、サーミスタ精度は８℃の範囲内で精度を保つだけでよい。しかし、サーモパイルの環境温度範囲を５−４０℃とした場合、サーミスタ精度は３５℃（４０−５＝３５）の範囲内で精度を保たなければならない。
【０００９】
図９に示すプローブ１０の構造では、環境温度上昇中のときにサーモパイル１１０とプローブ１０の先端部間に温度差を生じ、プローブ先端部はサーモパイル１１０よりも温度が高くなるため正方向の誤差を生じる。環境温度下降中のときは、サーモパイル１１０とセンサ先端部間に温度差を生じ、プローブ先端部はサーモパイル１１０よりも温度が低くなるため負方向の誤差を生じる。この誤差を少なくするため、サーモパイル１１０をカバー１１４で囲み温度変化の影響を少なくしているが、金属ホルダ１１１の大型化は測温対象との関係から限界がある。環境温度変化に対する誤差対策として、サーモパイル・パッケージ内のサーミスタの単位時間当たり変化率を計算してプローブ出力を補正し、誤差を少なくしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の第１の課題は、短時間の環境温度変化による影響を排除し、環境温度変化による誤差を生じない耳式体温計を得ることにある。
【００１１】
赤外線体温計で用いられるサーモパイルの冷接点温度補償には、サーミスタが使用される。サーミスタは電子体温計に使用するような限られた温度範囲においては特性を揃え易いが、体温計で使用するような広い温度範囲では特性を揃え難い。したがって、本発明の第２の課題は、広い環境温度範囲内での精度保証が可能な耳式体温計を得ることにある。
【００１２】
サーモパイルは個体差が大きいため精度を維持するための校正作業が必須であり、サーモパイルの校正作業は製品の生産コスト高につながる。したがって、本発明の第３の課題は、校正作業なし、またはサーモパイル方式に比べて大幅に簡略化された校正が可能な耳式体温計を得ることにある。
【００１３】
従来の耳式体温計は低温環境下において検温すると体温計のプローブが外耳道を冷却してしまい、１回目はそこそこの精度を得られるが、時間を置かずに同じ耳で２回目以降の検温をすると示度が下がってしまう現象がある。その結果、従来の耳式体温計では、環境温度の影響により検温値が変動してしまうという現象がある。したがって、本発明の第４の課題は、環境温度の影響により示度がばらつかない耳式体温計を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に基づく耳式体温計は、樹脂製の第１断熱部材と、第１断熱部材の先端に接続された樹脂製の第２高断熱部材と、第１断熱部材および第２高断熱部材を覆う保護カバーと、第１断熱部材および第２高断熱部材内に埋め込まれたサーミスタリード細線と、ならびにサーミスタリード細線の先端折返し部分のほぼ中央に装着された超高速応答サーミスタとを含むプローブを備えている。第２高断熱部材は、測温時にプローブが外耳道の熱を奪わないようにする。
【００１５】
第２高断熱部材は先細りのテーパが付けられかつ先端に凹面が形成されることが好ましい。サーミスタリード細線の先端折返し部分が第２高断熱部材の凹面に露出して張り渡される。凹面は、赤外線をサーミスタへ反射する効果がある。凹面は、反射率を上げるために、鏡面仕上げされることが好ましい。
【００１６】
超高速応答サーミスタの熱時定数は、測定時間を短縮するために、１秒以下であることが好ましい。
【００１７】
測温回路の誤差を校正するために、測温回路の電源回路出力側に、複数の接点を有するアナログスイッチを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、サーミスタが精度を保つ温度範囲は、測定しようとする体温の温度範囲のみでよく、従来のサーモパイルを用いた耳式体温計のように、測定環境温度範囲全域においてサーミスタの測定精度を保つ必要がない。その結果、本発明のプローブは環境温度の変化（短時間の温度変化）の影響を受けない（プローブで起こるいわゆる「あぶられ」現象がない）。本発明の耳式体温計の測温回路は、従来のサーモパイルを用いた測温回路よりも単純化できる。本発明の耳式体温計は量産時の組立が容易であり、プローブが超小型なので体温計本体の外形形状の制約がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１−７を参照して、本発明に基づく耳式体温計の実施例について説明する。図１および図２は、本発明に基づく耳式体温計のプローブ２０の構造を示す。プローブ２０においては、樹脂製の第１断熱部材２１０の先端に樹脂製の第２高断熱部材２２０が慣用の連結手段（例えば、溶着、接着剤、圧入、ネジ結合等）によって接続される。第２高断熱部材２２０は第１断熱部材２１０との連結部から先端の面２２１へと先細りのテーパが付けられる。保護カバー２３０が第１断熱部材２１０および第２高断熱部材２２０を覆う。サーミスタリード細線２４０が第１断熱部材２１０および第２高断熱部材２２０内に埋め込まれ、先端折返し部分２４１が第２高断熱部材２２０の凹面２２１に露出して張り渡される。サーミスタリード細線２４０の折返し部分２４１のほぼ中央に超高速応答サーミスタ２５０が装着される。従来の耳式体温計に用いられるサーミスタ１２（図８参照）は直径１ｍｍ、長さ２−３ｍｍであるが、一方、本発明の耳式体温計に用いられるサーミスタ２５０は、例えば、一辺が０．３ｍｍの立方体である。
【００２０】
好ましくは、第２高断熱部材２２０の面２２１は、図３に示すように、赤外線をサーミスタ２５０へ反射する効果を高めるために凹面形状に形成され、また、この凹面２２１を鏡面仕上げにすると反射効率をより一層上げることができる。
【００２１】
図４は、本発明に基づく体温計のプローブ２０を外耳道１に挿入したときの測定位置を示す。プローブ２０の先端形状は、プローブ２０の中間部が外耳道入口に密着し、プローブ２０の先端と鼓膜２との間の空間をできるだけ小さくするように選定されることが好ましい。
【００２２】
サーミスタ２５０の温度を確定する要因としては、鼓膜２と外耳道１からの赤外線の直接放射によるサーミスタリード線２４０およびサーミスタ２５０の温度上昇、外耳道内にある空気の直接熱伝導、外耳道内に挿入されたプローブ２０による直接熱伝導がある。外耳道１に挿入されるプローブ２０の先端部分は、挿入時に外耳道１の温度に影響を与えない必要がある。第２高断熱部材２２０および保護カバー２３０はその影響を少なくしている。
【００２３】
図５は、熱時定数の定義を説明する図である。熱時定数は、任意の温度Ｔ１に保持されているサーミスタ２５０を、急激に周囲温度Ｔ２の雰囲気中に挿入したとき、目標温度Ｔ２まで変化するのに要する時間をいう。通常は、温度Ｔ１、Ｔ２の温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）の６３．２％（Ｙ）に達するまでの時間Ｘをいう。ここで対象としているサーミスタ２５０は、空気中での熱時定数が１秒以下（好ましくは、０．１秒以下）の超高速応答サーミスタである。
【００２４】
図６は、図１または２に示すプローブ２０によって体温を実測したときのサーミスタの温度変化を表すグラフである。縦軸は温度（℃）を、横軸は経過時間（秒）をそれぞれ表す。このとき、プローブ２０に実装したサーミスタの熱時定数は１秒であり、温度計測に要する時間は１０秒以内である。短時間で計測するためには、空気中でのサーミスタ２５０の熱時定数が０．１秒程度のものが望ましい。これにより、測定時間を１−２秒に短縮できる。
【００２５】
プローブ２０の高速応答速度を生かすためには、従来の電子体温計で多く用いられている精度は高いが計測時間のかかるＶ−Ｆ変換方式では実現できない。そこで、本発明の耳式体温計では、例えば、図７に示す測温回路方式を採用する。この測温回路方式では、ＡＤコンバータ３１および制御信号処理器３２を内蔵するマイクロコントローラ・ユニット（ＭＣＵ）３０を使用する。ＡＤコンバータ内蔵ＭＣＵは一般に普及し、１０ビットＡＤコンバータ内蔵品までは低価格で選定し易い。ＶrefはＡＤコンバータ３１の基準電源電圧であって、ＡＤ変換値のフルスケール値である。ＭＣＵ内蔵ＡＤコンバータの場合、通常ＭＣＵの電源電圧と同じ電圧にする。電源回路４０の基準電源電圧Ｖrefの分路電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、下記の式（１）、（２）、（３）で表される。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒref、Ｒthは、電源回路の各抵抗を表す。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、アナログスイッチ４０の各端子である。
Ｐ１：Ｖ１＝Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２)×Ｖref                （１）
Ｐ２：Ｖ２＝Ｒ３／(Ｒ３＋Ｒ４)×Ｖref                （２）
Ｐ３：Ｖ３＝Ｒth／(Ｒth＋Ｒref)×Ｖref      （３）
ただし、Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１
【００２６】
誤差要因として、作動増幅器（ＯＰ）６０のオフセット誤差、作動増幅器６０のゲイン誤差（ＧＥ）がある。ＭＣＵ内蔵１０ビットＡＤコンバータは逐次比較方式であり誤差としてＡＤオフセット誤差の影響が大きい。アナログスイッチ５０を端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に切り替えたときのＡＤ変換値をそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３とする。作動増幅器６０の増幅度をＮとすると、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のＡＤ変換値は下記の式（４）、（５）、（６）、（７）で表される。
Ａ１＝Ｖ１＋Ｎ×ＧＥ×ＯＰオフセット誤差＋ＡＤオフセット誤差              （４）
Ａ２＝(ＯＰオフセット誤差＋Ｖ２−Ｖ１)×Ｎ×ＧＥ＋ＡＤオフセット誤差        （５）
Ａ３＝(ＯＰオフセット誤差＋Ｖ３−Ｖ１)×Ｎ×ＧＥ＋ＡＤオフセット誤差        （６）
Ａ２−Ａ１＝(Ｖ２−Ｖ１)×Ｎ×ＧＥ                                          （７）
【００２７】
Ｖ１、Ｖ２、Ｎは既知であるから、ＧＥを下記の式（８）で求めることができる。
ＧＥ＝(Ａ２−Ａ１)／Ｎ(Ｖ２−Ｖ１)                      （８）
【００２８】
アナログスイッチ５０の端子Ｐ１と端子Ｐ２におけるＡＤ変換値を読み取る動作を回路校正サイクルと定義すれば、Ａ３−Ａ１＝(Ｖ３−Ｖ１)×Ｎ×ＧＥとなる。回路校正サイクルでＧＥを求めてあるから、作動増幅器（ＯＰ）６０のゲイン誤差（ＧＥ）を除くことができる。温度計測時、ＭＣＵ３０は端子Ｐ１と端子Ｐ２の校正サイクルを実行し、次に端子Ｐ３の計測を行い、計測値から誤差要因を除き、ＭＣＵ内部テーブルからサーミスタ温度を求めることができる。これを表示器７０に体温として表示する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の耳式体温計は、人間のみならず、動物にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に基づく耳式体温計のプローブ先端部の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線から見たプローブ先端部の正面図である。
【図３】図１に示すプローブ先端部の変形例を示す図である。
【図４】本発明に基づく耳式体温計のプローブ先端部を耳孔に装着した状態を示す概略説明図である。
【図５】サーミスタの熱時定数を説明するグラフである。
【図６】本発明に基づく耳式体温計によって体温を実測した結果を示すグラフである。
【図７】本発明に基づく耳式体温計の測温回路構成図である。
【図８】従来の耳式体温計の動作原理を示す概略構成図である。
【図９】従来の耳式体温計のプローブ先端部の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    外耳道                              ２    鼓膜
１０    プローブ                          ２０    プローブ
１１１    金属ホルダ                      １１６    赤外線吸収膜
２１０    第１断熱部材                    ２２０    第２高断熱部材
２２１    凹面                            ２３０    保護カバー
２４０    サーミスタリード細線            ２５０    超高速応答サーミスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006250883.tif 000008
【図７】
2006250883.tif 000009
【図８】
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【図９】
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