(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
模擬皮膚部材と、
模擬皮下部材と、
前記模擬皮膚部材と前記模擬皮下部材との間に設けられ、前記模擬皮膚部材と被験材とが接触したときの前記模擬皮膚部材の接触面の熱流束を検出する検出手段と、
前記模擬皮下部材の上面に設けられ、前記模擬皮膚部材および前記模擬皮下部材を加温するヒーター部と、
前記ヒーター部の上面および側面と前記模擬皮下部材の側面の一部とを囲む断熱部材と、
前記ヒーター部のオン・オフを制御する制御手段と、
前記ヒーター部の温度が測定開始温度に達した際に信号を発生する信号表出部と
を備える瞬間的接触温冷感評価装置を用いて、
前記制御手段のオン・オフ制御によって前記ヒーター部の温度を前記測定開始温度よりも高い温度にした後、前記ヒーター部の温度が降下して前記測定開始温度に達した時に前記瞬間的接触温冷感評価装置の前記模擬皮膚部材を前記被験材に接触させて、前記接触面の前記熱流束を測定することを特徴とする瞬間的接触温冷感評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬間的接触温冷感評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅の床材や壁材等の内装材に関する快適性試験や設計基準として、内装材自体の温度等に加えて、ヒトの身体部位が当該内装材に接触した際に生じる接触温熱感を評価する試みが行われるようになってきている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、恒温液体が充填された本体に人体組織を模擬した層を設け、当該本体の載置面を模擬着衣層を介して床表面に接触させて、模擬着衣層と載置面との接触箇所の温度を測定する床暖房の評価装置が提案されている。
【０００４】
また、非特許文献１では、ヒトの足の構造を模した模擬足を用いて、各種の床仕上材料に接触させた際の温度変化を測定することで、床の接触温熱感を評価する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７２２８４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本建築学会構造系論文集  第５１７号、１９９９年、ｐ．３１−３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の接触温熱感の評価においては、例えば、被験材に１０分間接触させた後の接触面の温度変化や、６０分間継続して測定した接触面の温度の最高値によって評価すること等を想定して、評価装置および評価方法が設計されていた。従って、より短い時間スケールでの評価を行う観点からは、評価装置および評価方法のさらなる改良の余地があるという課題があった。特に、例えば床材に関しては、ヒトの足裏が床材に触れてから例えば３０秒後までの瞬間的な接触温冷感を評価することができる評価装置および評価方法が望まれていた。
【０００８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、ヒトの身体部位が被験材に接触した直後の瞬間的な接触温冷感を評価することができる評価方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の瞬間的接触温冷感評価方法は、
模擬皮膚部材と、
模擬皮下部材と、
前記模擬皮膚部材と前記模擬皮下部材との間に設けられ、前記模擬皮膚部材と被験材とが接触したときの前記模擬皮膚部材の接触面の熱流束を検出する検出手段と、
前記模擬皮下部材の上面に設けられ、前記模擬皮膚部材および前記模擬皮下部材を加温するヒーター部と、
前記ヒーター部の上面および側面と前記模擬皮下部材の側面の一部とを囲む断熱部材と、
前記ヒーター部のオン・オフを制御する制御手段と、
前記ヒーター部の温度が測定開始温度に達した際に信号を生じる信号表出部と
を備える瞬間的接触温冷感評価装置を用いて、前記制御手段のオン・オフ制御によって前記ヒーター部の温度を前記測定開始温度よりも高い温度にした後、前記ヒーター部の温度が降下して前記測定開始温度に達した時に前記瞬間的接触温冷感評価装置の前記模擬皮膚部材を前記被験材に接触させて、前記接触面の前記熱流束を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヒトの身体部位が被験材に接触した直後の瞬間的な接触温冷感を評価することができる評価方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る瞬間的接触温冷感評価装置を示す模式側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る瞬間的接触温冷感評価装置の模擬身体部材を示す模式斜視図（ａ）および模式断面図（ｂ）である。
【図３】本発明の瞬間的接触温冷感評価方法の一実施形態を示す模式図である。（ａ）は測定前後の状態を示し、（ｂ）は測定時の状態を示す。
【図４】本発明の瞬間的接触温冷感評価方法の一実施形態において、ヒーター部の温度と測定を開始するタイミングとの関係を例示する図である。（ａ）は、設定温度３３．０℃、測定開始温度３３．７℃の場合を示し、（ｂ）は、設定温度２５．０℃、測定開始温度２５．４℃の場合を示す。
【図５】被験材に接触させた模擬皮膚部材の接触面の熱流束および温度の測定例を示すグラフである。（ａ）は、接触面の熱流束であり、（ｂ）は、接触面の温度であり、（ｃ）は、ヒーター部の温度である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ここでは、床材を被験材とし、ヒトの足部（足裏）を模擬した瞬間的接触温冷感評価装置を適用する場合を例にして説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る瞬間的接触温冷感評価装置を示す模式側面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る瞬間的接触温冷感評価装置の模擬身体部材を示す模式斜視図（ａ）および模式断面図（ｂ）である。
【００１５】
本実施形態に係る瞬間的接触温冷感評価装置１（以下、単に「評価装置１」ともいう。）は、図１および図２に示すように、模擬皮膚部材２と模擬皮下部材３とを備えている。模擬皮膚部材２と模擬皮下部材３との間には、図２（ｂ）に示すように、模擬皮膚部材２と被験材Ｓとが接触したときの模擬皮膚部材２の接触面Ａの熱流束を検出する検出手段４が設けられている。また、模擬皮下部材３の上面には、模擬皮膚部材２および模擬皮下部材３を加温するヒーター部５が設けられている。ヒーター部５の上面および側面と模擬皮下部材３の側面の一部とは、断熱部材６によって囲まれている。ヒーター部５のオン・オフは、制御手段７によって制御される。また、評価装置１は、ヒーター部５の温度が測定開始温度に達した際に信号を生じる信号表出部８を備えている。
【００１６】
本明細書において、「瞬間的」との用語は、模擬皮膚部材２が被験材Ｓと接触した時から接触面Ａの熱流束のピーク（図５参照）が生じるまでの時間（ｔ）を指し、具体的には、例えば、ｔ＝３〜３０秒、好ましくはｔ＝１０秒程度である。このような熱流束のピークの大きさを評価することにより、例えば、床材に素足で触れたようなときの、床材ごとの冷たさや暖かさの差異を比較することができる。
【００１７】
模擬皮膚部材２は、図２（ｂ）に示すように、その下面が被験材Ｓとの接触面Ａとなる。模擬皮膚部材２としては、例えば、シリコン等の軟性樹脂のシートを用いることができる。具体的には、例えば、デュロメータ タイプＡで接触面硬度が５°である厚さ０．５ｍｍのシリコンシートを、直径２４．５ｍｍにカットしたものを用いることができる。なお、この場合、接触面Ａの面積は、約４．７ｃｍ２と計算される。
【００１８】
模擬皮下部材３としては、例えば、シリコン等の軟性樹脂のバルクを用いることができる。具体的には、例えば、デュロメータ タイプＡで接触面硬度が５０〜５５°の９号サイズ（上径２５．４ｍｍ、下径２４．５ｍｍ、高さ５ｍｍ）のシリコン製ゴム栓を用いることができる。
【００１９】
なお、模擬皮膚部材２および模擬皮下部材３の材料はこれらに限定されず、評価装置１が模擬するヒトの身体部位における皮膚から皮下組織への熱伝導率（または皮下組織から皮膚への熱伝導率）等の物性値を考慮して、適宜選択することができる。
【００２０】
検出手段４は、図２（ｂ）に示すように、模擬皮膚部材２と模擬皮下部材３との間に設けられている。より具体的には、本実施形態では、検出手段４は、模擬皮下部材３に埋め込まれており、模擬皮下部材３の下面と検出手段４の底面とが面一となっている。検出手段４は、接触面Ａの熱流束を検出する役割を果たしている。
【００２１】
検出手段４としては、接触面Ａの熱流束を検出することができるものであれば特に限定されず、評価装置１が模擬するヒトの身体部位の構造、特性等を考慮して、適宜選択することができる。例えば、本実施形態では、評価装置１が模擬するヒトの足裏における温度感知部分（冷点）の位置を考慮して、高さ（厚み）が０．６ｍｍの熱流束計（江藤電気株式会社製、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ）を用いることができる。
【００２２】
また、検出手段４として、例えば、熱流束センサーと熱電対の組合せを用いることで、接触面Ａの熱流束および温度を検出できるようにしてもよい。
【００２３】
ヒーター部５は、図２（ｂ）に示すように、模擬皮下部材３の上面に設けられ、模擬皮膚部材２および模擬皮下部材３を加温する役割を果たしている。ヒーター部５は、評価装置１が模擬するヒトの身体部位の温度を再現するように、模擬皮膚部材２および模擬皮下部材３を加温することができる。また、ヒトの身体部位において皮膚温度よりも皮下温度が高いという特徴を考慮して、ヒーター部５は、模擬皮下部材３の上面に設けられている。
【００２４】
ヒーター部５としては、一般に入手可能なヒーターを用いることができ、後述する模擬身体部材１０全体のサイズ、後述する設定温度Ｔ０、測定開始温度Ｔ１等の条件等を考慮して、適宜選択することができる。例えば、セメンティングスポットヒーター（株式会社スリーハイ製、１００Ｖ２Ｗ、縦１３ｍｍ、横１１ｍｍ、高さ５ｍｍ）を用いることができる。
【００２５】
本実施形態に係る評価装置１では、ヒーター部５は、図２（ｂ）に示すように、模擬皮下部材３の上面に、２枚の銅板５１、５２によって挟まれた状態で設けることができる。銅板５１、５２は、連結部材５３によって連結されている。模擬皮下部材３の上面側に位置する銅板５１は、ヒーター部５から模擬皮下部材３への熱伝達を仲介することにより、模擬皮下部材３および模擬皮膚部材２が急激かつ過度に加温されるのを抑制する役割を果たしている。また、ヒーター部５の上面側に位置する銅板５２は、ヒーター部５から断熱部材６への熱伝達を仲介することにより、断熱部材６が急激かつ過度に加温されるのを抑制する役割を果たしている。銅板５１、５２のサイズは、ヒーター部５のサイズや性能等に応じて適宜設計することができ、例えば、直径２７ｍｍ、厚さ１ｍｍとすることができる。
【００２６】
なお、銅板５１上には、後述する模擬身体部材１０の内部温度を計測するための第一熱電対９を設けることができる。また、ヒーター部５の上面と銅板５２との間には、後述する制御手段７によるヒーター部５の温度制御のための第二熱電対７ａを設けることができる。
【００２７】
断熱部材６は、図２（ｂ）に示すように、ヒーター部５の上面および側面と模擬皮下部材３の側面の一部とを囲んでいる。断熱部材６は、評価装置１の周囲の環境温度によってヒーター部５、模擬皮下部材３および模擬皮膚部材２の温度が影響を受けることを抑制し、ひいては、接触面Ａの熱流束が影響を受けることを抑制する役割を果たしている。
【００２８】
一方で、模擬皮膚部材２が被験材Ｓと接触する際に断熱部材６と被験材Ｓとが接触することを回避するために、模擬皮下部材３の側面の一部と模擬皮膚部材２の側面は、断熱部材６で囲まれていない。すなわち、本実施形態では、模擬皮下部材３の一部と模擬皮膚部材２は、断熱部材６の下面から突出した構成となっており、突出部分の高さｈは、模擬皮下部材３および模擬皮膚部材２の弾性変形量を考慮して、例えば、０．８〜２ｍｍとすることができる。
【００２９】
断熱部材６としては、一般に公知の断熱材料を用いることができ、例えば、ウレタンフォーム等が挙げられる。断熱部材６は、１種類の部材であってもよく、２種類以上の部材を組み合わせてもよい。
【００３０】
断熱部材６のサイズは特に制限されないが、例えば、平面視において外形が直径８０ｍｍ、高さ４０ｍｍの円柱状とすることができる。
【００３１】
なお、断熱部材６の側面には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒーター部５、第一熱電対９、第二熱電対７ａ、および検出手段４等の配線１２を通すための配線用孔６１を形成することができる。
【００３２】
図１に示した制御手段７は、ヒーター部５と電気的に接続されており、ヒーター部５のオン・オフを制御する。
【００３３】
制御手段７は、ヒーター部５の上面と銅板５２との間に設けられた第一熱電対７ａによってヒーター部５の温度を検出し、ヒーター部５のオン・オフを切り替える。すなわち、ヒーター部５の温度が設定温度Ｔ０未満の場合にはヒーター部５をオン状態とし、ヒーター部５の温度が設定温度Ｔ０に達すると、ヒーター部５をオフ状態とする。このとき、ヒーター部５自体の余熱により、ヒーター部５の温度は設定温度Ｔ０を超えて上昇する。その後、ヒーター部５の温度が降下し、再び設定温度Ｔ０に達すると、ヒーター部５を再びオン状態とする。これらの動作を繰り返すことにより、制御手段７は、ヒーター部５の温度を制御することができる。
【００３４】
設定温度Ｔ０は、評価装置１が模擬するヒトの身体部位の構成、特徴等に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、例えば、評価装置１が模擬するヒトの足部の内部温度を想定して設定することができ、例えば、３３．０℃、２５．０℃等が挙げられる。
【００３５】
制御手段７としては、一般に入手可能な制御手段を用いることができ、例えば、温度調節器７１を用いることができる。
【００３６】
信号表出部８は、ヒーター部５の温度が測定開始温度Ｔ１に達した際に信号を発生する。測定開始温度Ｔ１は、設定温度Ｔ０を上回る温度であり、評価装置１が模擬するヒトの身体部位の構成、特徴等に応じて適宜設定することができる。例えば、設定温度Ｔ０を３３．０℃とした場合、測定開始温度Ｔ１は３３．７℃とすることができる。また、設定温度Ｔ０を２５．０℃とした場合、測定開始温度Ｔ１は２５．４℃とすることができる。
【００３７】
信号表出部８において発生する信号は、例えば、評価装置１の外部から視認することができる光信号等とすることができる。例えば、本実施形態では、信号表出部８として、温度調節器７１において、ヒーター部５の温度を表示する温度表示部８１とすることができる。
【００３８】
また、別の実施形態として、例えば、評価装置１において、後述する模擬身体部材１０の移動を制御する移動制御手段（図示せず）を備える構成として、信号表出部８において発生する電気信号によって、前記移動制御手段の動作を自動制御するようにしてもよい。
【００３９】
本実施形態に係る評価装置１では、図２（ｂ）に示すように、模擬皮膚部材２、模擬皮下部材３、検出手段４、ヒーター部５、断熱材６とを組み合わせて、可動式の模擬身体部材１０を構成することができる。模擬身体部材１０は、図２（ａ）に示すように、平面視において外形を円形状とすることができる。なお、模擬身体部材１０の側面部、すなわち、断熱部材６の側面には、模擬身体部材１０を手動操作する場合の持ち手部分としてグリップ部（図示せず）を設けてもよい。
【００４０】
また、本実施形態に係る評価装置１では、図１および図２に示すように、模擬身体部材１０の上端部、例えば、断熱部材６の上面に、荷重部材１１を備えることができる。荷重部材１１は、評価装置１が模擬するヒトの身体部位の構造、特性等を考慮して、適宜選択することができる。具体的には、荷重部材１１の質量は、評価装置１が模擬するヒトの足裏に関して、椅子に座った状態において足裏にかかる荷重を想定して設定することができる。例えば、体重６０ｋｇのヒトが椅子に座ったときの片方の上下腿の重量比を１５％とすると、片方の足裏面への荷重は、６０ｋｇ×０．１５＝９．０ｋｇと計算され、足裏の面積を１７５ｃｍ２と仮定して単位面積当たりの荷重を計算すると、９．０ｋｇ／１７５ｃｍ２＝５１ｇ／ｃｍ２となる。これを本実施形態に係る評価装置１に当てはめることにより、荷重部材１１として、例えば、質量２５０ｇの金属製の錘（直径５０ｍｍ、高さ１６ｍｍ）を用いることができる。
【００４１】
なお、本実施形態に係る評価装置１では、必要に応じて、本発明の目的、効果を阻害しない範囲において、追加の構成要素を備えていてもよい。例えば、接触面Ａの熱流束や温度等を記録することのできるロガー、測定した熱流束や温度等のデータを処理・解析等することのできる電子計算機等を設けることができる。
【００４２】
次に、本実施形態の評価装置１を用いて、被験材Ｓとして床材の瞬間的接触温冷感を評価する場合を例にして、評価装置１の動作、および評価装置１を用いた瞬間的接触温冷感評価方法について説明する。
【００４３】
図３は、本発明の瞬間的接触温冷感評価方法の一実施形態を示す模式図である。図３（ａ）は測定前後の状態を示し、図３（ｂ）は測定時の状態を示す。図４は、本発明の瞬間的接触温冷感評価方法の一実施形態において、ヒーター部の温度と測定を開始するタイミングとの関係を例示する図である。図４（ａ）は、設定温度３３．０℃、測定開始温度３３．７℃の場合を示し、図４（ｂ）は、設定温度２５．０℃、測定開始温度２５．４℃の場合を示す。
【００４４】
本実施形態の瞬間的接触温冷感評価方法（以下、単に「評価方法」ともいう。）では、瞬間的接触温冷感評価装置１を用いて、接触面Ａの熱流束を測定する。具体的には、制御手段７のオン・オフ制御によってヒーター部５の温度を測定開始温度Ｔ１よりも高い温度にした後、ヒーター部５の温度が降下して測定開始温度Ｔ１に達した時に評価装置１の模擬皮膚部材２を被験材Ｓに接触させて、接触面Ａの熱流束を測定する。
【００４５】
より具体的には、図３（ａ）に示すように、測定前後の状態においては、評価装置１の模擬身体部材１０は、評価装置１の周囲の環境温度による影響を低減する観点、制御手段７によるヒーター部５の温度制御の効率性の観点等から、保温台１３の上に設置することができる。また、被験材Ｓは、設置台１４の上に配置されている。
【００４６】
そして、図３（ｂ）に示すように、測定時の状態の状態においては、模擬身体部材１０を被験材Ｓの上に配置して、接触面Ａの熱流束を測定する。測定終了後は、再び模擬身体部材１０を保温台１３の上に戻し、次の測定まで待機状態とする。
【００４７】
本実施形態の評価方法において、測定を開始するタイミングは、制御手段７のオン・オフ制御によってヒーター部５の温度が測定開始温度Ｔ１よりも高い温度になった後、ヒーター部５の温度が降下して測定開始温度Ｔ１に達した時である。
【００４８】
ここで、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明すると、図４（ａ）、（ｂ）に示す図においては、制御手段７によるヒーター部５の温度変化に関して、ヒーター部５の温度が設定温度Ｔ０未満である区間５ａと、ヒーター部５の温度が設定温度Ｔ０以上である区間５ｂとに分けることができる。
【００４９】
図４（ａ）、（ｂ）において、本実施形態の評価方法における測定を開始するタイミング（Ｐ）は、区間５ｂにおいて、ヒーター部５の温度が測定開始温度Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ０）よりも高い温度となった後、ヒーター部５の温度が降下して測定開始温度Ｔ１に達した時である。
【００５０】
本実施形態では、ヒーター部５の温度が測定を開始するタイミングＰに達した時に、評価装置１の模擬身体部材１０を被験材Ｓの上に配置して、模擬皮膚部材２と被験材Ｓとを接触させる。
【００５１】
このように測定を開始するタイミングを定めることにより、接触面Ａの熱流束のピークを安定的かつ再現性良く測定することが可能となり、評価装置１の模擬身体部材１０が被験材Ｓに接触した直後の瞬間的な接触温冷感を安定して評価することができる。そのため、例えば表面の塗装状態を変更した板や、基材部の材質を変更した板等の被験材を複数準備しておき、このような瞬間的接触温冷感を同じ条件でそれぞれ評価することにより、床材や壁材に素足や素手で触れたようなときの、冷たさや暖かさの優劣を比較することができる。
【００５２】
本実施形態の評価方法では、模擬身体部材１０の移動は、手動操作であってもよく、自動制御であってもよい。つまり、手動操作の場合には、例えば、信号表出部８から発生する信号によって試験者は測定を開始するタイミングに達したことを認識し、模擬身体部材１０を被験材Ｓの上に移動させて、模擬皮膚部材２と被験材Ｓとを接触させることができる。また、自動制御の場合には、例えば、信号表出部８から発生する信号により、移動制御手段（図示せず）によって模擬身体部材１０を被験材Ｓの上に移動させて、模擬皮膚部材２と被験材Ｓとを接触させる構成とすることもできる。
【００５３】
なお、本実施形態の評価方法では、予備測定として、２〜３回程度、上記の操作を行い、評価装置１の模擬身体部材１０の温度、ヒーター部５の温度、制御手段７の動作等を安定させることが好ましく考慮される。また、本実施形態の評価方法は、評価装置１の周囲の環境温度を一定とする観点等から、例えば、１５℃、２０℃等の一定の温度に保たれた恒温槽（図示せず）内で行うことができる。さらに、本実施形態に係る評価装置１を用いると、被験材Ｓの瞬間的な接触温冷感だけでなく、その後の継続的な接触温冷感を評価することもできる。
【００５４】
図５は、被験材に接触させた模擬皮膚部材の接触面の熱流束および温度の測定例を示すグラフである。グラフ（ａ）は、接触面の熱流束であり、グラフ（ｂ）は、接触面の温度であり、グラフ（ｃ）は、ヒーター部の温度である。
【００５５】
図５に示す測定例では、被験材Ｓとして、オレフィンシートとウッドプラスチックボード（WPB）からなる厚さ１ｍｍの表面材と、ラワンとユーカリとの合板（E70）からなる厚さ１１ｍｍの芯材とを組み合わせた木質材を用いている。また、本測定例では、１５℃に保たれた恒温槽内で、上記木質材に、本実施形態に係る評価装置１の模擬皮膚部材２を接触させた時から７２０秒後までの、模擬皮膚部材２の接触面Ａの熱流束（ａ）および温度（ｂ）を測定している。なお、本測定例では、ヒーター部５の温度（ｃ）も併せて測定している。
【００５６】
図５から理解されるように、本測定例では、模擬皮膚部材２が上記木質材と接触した時から１０秒以内に、接触面Ａの熱流束のピークが生じている。このようにして得られる接触面Ａの熱流束のピークが生じるまでの時間、当該ピークの強度（ピーク値）等は、被験材Ｓの瞬間的な接触温冷感の評価指標として用いることができる。このように、本実施形態に係る評価装置１および評価方法を用いて接触面Ａの熱流束のピークを測定することにより、ヒトの身体部位が被験材に接触した直後の瞬間的な接触温冷感を評価することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な形態はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１  瞬間的接触温冷感評価装置
２  模擬皮膚部材
３  模擬皮下部材
４  検出手段
５  ヒーター部
６  断熱部材
７  制御手段
８  信号表出部
Ａ  接触面
Ｓ  被験材
Ｔ０  設定温度
Ｔ１  測定開始温度
【図１】
0006464523.tif 000002
【図２】
0006464523.tif 000003
【図３】
0006464523.tif 000004
【図４】
0006464523.tif 000005
【図５】
0006464523.tif 000006