(57)【要約】【課題】近年トイレの環境を利用して個人の生体情報を取得し、健康管理を行うことが各所で提案されており、測定対象の重要な１つとして日常の体温測定がある。しかし、一般的な温度センサを単に便座に内蔵しただけでは、正しい体温測定が不可能であった。そこで、便座に設置しても安定的な体温測定ができ、被験者が無意識のままに体温を用いた健康管理ができる便座を提供する。【解決手段】内蔵した加熱装置により便座本体の温度を任意の温度に設定し、被測定者が着座面に接した後、着座面近傍と本体内部との温度差を温度差測定器により測定し、さらに同時に着座面の温度も測定する。加熱装置の出力を変化させることで本体の温度を変化させ、異なる着座面温度において２回以上の測定を行うことで、温度差がゼロになるときの温度を算出することで体内部温度を反映する体温を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱装置を有する本体と、前記加熱装置と着座面との間に温度差測定器と、該温度差測定器またはその近傍の温度を測定する温度センサとを備えた便座。
【請求項２】
前記温度差測定器は熱電対を複数利用した熱電素子であることを特徴とする請求項１に記載の便座。
【請求項３】
前記温度差測定器は熱抵抗体の上下に前記温度センサをそれぞれ一個ずつの配したものであることを特徴とする請求項１に記載の便座。
【請求項４】
前記加熱装置と前記温度差測定器との間には副加熱装置を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の便座。
【請求項５】
前記副加熱装置にはペルチェ素子を利用することを特徴とする請求項４に記載の便座。
【請求項６】
加熱装置による加熱と温度センサの出力測定により本体の温度を任意の温度に設定する工程と、被測定者が着座面に接した後、該着座面近傍と前記本体の内部との温度差を温度差測定器により測定する工程と、前記加熱装置の出力を変化させることで前記本体の温度を変化させる工程とを有することにより、異なる着座面温度において少なくとも２回以上の温度差測定を行うことで、温度差がゼロになるときの温度を算出することで体温を測定する体温測定方法。
【請求項７】
加熱装置による加熱と温度センサの出力測定により本体の温度を任意の温度に設定する工程と、副加熱装置を用いて温度調節をする工程と、着座面に接した被測定者と前記本体の内部との温度差を温度差測定器により測定する工程と、前記副加熱装置の出力を変化させることで、前記温度差測定器の温度を変化させる工程とを有することにより、異なる着座面温度において少なくとも２回以上の温度差測定を行うことで、温度差がゼロになるときの温度を算出することで体温を測定する体温測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容易に生体情報の測定が行える健康管理機能付き便座に関し、特にその測定対象が体温である便座構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トイレの環境を利用して個人の生体情報を取得し、健康管理を行うことが各所で提案されている。その背景には、トイレ環境は人が日常定期的に利用をするところであるため、日に何回か必ず出入りすることが見込める上、主に座った状態で一定時間いるという比較的安静状態が保てることから、被験者が意識せずに定常的な健康情報を取得することが可能となるからである。
【０００３】
また、トイレの利用の特徴的なこととして、起床後の早い時間に定期的に出入りする場所であるため、空腹で安静な状態がほぼ決まった時間で測定できることから、毎日の健康管理には非常に好都合となる。そしてその測定の対象としては、血圧、体重、体温、体脂肪、尿量、尿成分などが考えられている。
【０００４】
ところで、測定対象の中で一般的ではあるが、非常に重要なパラメーターとして体温の測定がある。体温は、通常は携帯用の体温計という器具で腋の下にはさみ測定を行うが、服の下に入れるなど面倒であることから、特に体調の悪さを感じているとき以外はわざわざ行うことは考えにくい。さらに落下や非使用時の置き場所などの衛生的な問題からも、トイレ内で行う行為には不向きである。
【０００５】
そこで、被験者が意識せずに毎日トイレ内で定期的に測定できる方法が望まれるところである。その１つの方法として、尿の温度を直接的、あるいは間接的に測定する方が考えられてはいるが、設置する上では設備が大がかりになり高価になってしまい、あまり使われることはない。
【０００６】
そこで、さらに直接的に体温を測定する方法が考えられている（たとえば特許文献１参照）。この方法では、便器の便座にサーミスタなどの温度センサを設置、あるいは内蔵しているところが特徴である。そして、被験者が便座に着座することで、臀部あるいは大腿部がセンサ位置に接触することでセンサ温度が変化し、被験者が無意識でも体温が測定できることになる。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２２００６０号公報（３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法を用いることで、無意識のうちにトイレ利用者の体温は測定可能であることは明らかである。しかし、従来の方法では、被験者の皮膚が触っているところの温度を測定していることから、体温とはいえ皮膚温の測定となっている。皮膚温は外気に触れているため一般に真の体温よりは低くなっており、それは外気の状態により変化するため、健康を管理する上では適当ではない。また、便座はかなり熱容量が大きいことから、元々の便座の温度が低い場合は、なかなか体温まで上昇するには時間がかかり、体温測定は現実的ではなくなる。
【０００９】
また、最近ではトイレの便座には保温機能が付いていることが一般的になっている。つまり便座の中にヒーター機能を有しているものであり、常にある設定温度近辺に保たれて
いる。そのため、体温に近く温度を設定できる可能性はあるが、反対にそのヒーターの設定温度に体温が左右されてしまうと言う問題が生じる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は上記の問題を解決し、便座に設置しても体表面温度ではなく体内部に相当する体温を安定的に測定でき、被験者が無意識のままに体温を用いた健康管理ができる便座を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明の便座および体温測定方法においては、下記に記載する手段を採用する。
【００１２】
内部に加熱装置を有する本体と、加熱装置と着座面との間に温度差測定器と、温度差測定器またはその近傍の温度を測定する温度センサとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
温度差測定器は熱電対を複数利用した熱電素子である、または熱抵抗体の上下に温度センサそれぞれ一個ずつ配したものであるとよい。
【００１４】
さらに加熱装置と温度差測定器との間には副加熱装置を有するとさらに好ましく、副加熱装置にはペルチェ素子を利用するのがよい。
【００１５】
また加熱装置による加熱と温度センサの出力測定により本体の温度を任意の温度に設定する工程と、被測定者が着座面に接した後、着座面近傍と前記本体の内部との温度差を温度差測定器により測定する工程と、加熱装置の出力を変化させることで本体の温度を変化させる工程とにより、異なる着座面温度において少なくとも２回以上の温度差測定を行うことで、温度差がゼロになるときの温度を算出することで体温を測定することを特徴とする。
【００１６】
さらに加熱装置による加熱と温度センサの出力測定により本体の温度を任意の温度に設定する工程と、副加熱装置を用いて温度調節をする工程と、着座面に接した被測定者と本体の内部との温度差を温度差測定器により測定する工程と、副加熱装置の出力を変化させることで、温度差測定器の温度を変化させる工程とにより、異なる着座面温度において少なくとも２回以上の温度差測定を行うことで、温度差がゼロになるときの温度を算出することで体温を測定するとなお好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の便座は、皮膚表面の温度の測定ではなく、熱流（温度差）と温度との相関から体内部温度を測定できるものであり、信頼性の高い体温測定が可能となるものである。
【００１８】
従来は、保温便座との併用が難しかったが、便座の温度を上昇させた状態でも体温が測定できるため、より実用的な方法である。また、便座全体を加熱する加熱装置に加えて局所的な副加熱装置を導入することで、必要な部分のみを素早く温度コントロールできるようになり、さらに短時間の測定が可能となる。
【００１９】
さらに本発明の便座では、被験者が自ら別体のセンサ素子を操作する必要が無く、最も基本的な便座に座るという動作のみで体温が測定できることから、無意識のうちに体温測定をすることが可能となる。
【００２０】
以上のように本発明の便座をトイレに導入することで、たとえば起床直後などの決まった時間に、体温という基本的な生体情報を正確に取得することが可能となり、さらに効果的な日常の健康管理をトイレ空間で実現できることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
はじめに図１を用いて本発明の便座の実施形態について説明する。ただし図１は便座の、温度測定にかかわる部分のみを示した要部断面図であり、次のような構成要素を有している。
【００２２】
まず、便座の本体１０が全体の形状を作り上げているものであり、便座本来の人が座るという機能の役目をしている。本体１０の内部はその外壁が強固のものであれば、ほぼ空洞と言うこともあり得るが、その他ウレタンやゴム系のプラスチック材料などで満たすことも可能である。本体１０の内部には加熱装置２０が備えられている。これは、便座の温度を体温近くまで上昇させるためのものであり、保温便座としての機能も有している。
【００２３】
加熱装置２０と便座の着座面５１との間には温度差測定器３０を設けている。この温度差測定器３０は着座面５１の温度、つまり被験者が着座したときの皮膚温度と加熱装置２０により一定の温度になっている本体１０内部の温度との温度差を測定するものである。
【００２４】
温度差測定器３０は本体１０にほぼ埋め込まれた状態で設置されており、その表面と本体の表面とに段差がないようにほぼ一致している。基本的にはこの構成でよいが、隙間の形成などによる信頼性上の問題から、本体１０と温度差測定器３０との全体を覆う保護カバー５０を設けると良い。保護カバー５０もプラスチック材を用いればよいが、カーボンなどを混入させて熱伝導を向上させた材料の方がなお良い。
【００２５】
着座面５１の温度を測定するためには、温度センサ４０が設けられている。温度センサ４０はサーミスタあるいは熱電対などを利用した、熱容量が非常に小さな小型なものを用いる。着座面５１の温度と言っても基本的には温度差測定器３０を流れる熱流の存在する場所を測定するのが好ましいため、温度差測定器３０に接しているか出来るだけ近い位置に設置する。なお、本実施の形態では着座面５１の温度を測定しているが、これは最も系を簡略化するためである。後述するが、本発明の測定原理では体温測定時には温度差測定器３０の温度差がゼロになる時を、つまり体温と本体１０との温度が同じになる時を測定ポイントとしているため、温度差測定器３０の反対面やその近辺などに温度センサ４０を設置しても実現可能である。
【００２６】
ここで、温度差測定器３０について図２および図３を用いて詳しく説明する。まず、図２のような熱電素子が温度差測定器３０には利用することが出来る。ここで用いた熱電素子は２枚の基板３１の間に複数の熱電対３２を配したものである。この熱電素子の上下に温度差が加えられると、熱電対３２に起電圧が生じる。熱電対３２の単位温度差あたりの起電圧は材料によって決まっているため、この起電圧を測定することがそのまま温度差の測定を行っていることとなる。またこの熱電素子では、熱電対３２は複数直列化されて最終的にリード線３３から出力されるようになっており、一対あたりの小さな電圧を増幅出来るようになっている。
【００２７】
また、別な温度差測定器３０は図３に示した温度センサ４０を利用したものである。図のようにプラスチックやセラミックス材料でできた熱抵抗体３４には温度センサ４０を上下１個ずつ配している。この温度差測定器３０は文字通り温度センサ４０で直接的に温度差を測定するものである。この場合、便座の本体１０に設置した時は、着座面５１側に来た温度センサ４０は、先に述べた着座面５１の温度を測定するための温度センサ４０として利用することが出来る。
【００２８】
最後に、本体１０内部が空洞の時などには、温度差測定器３０の上下方向の熱流を安定に保つために、放熱板７０を温度差測定器３０の片面に接して取り付けると効果的である
。あるいは加熱装置２０を温度差測定器３０に接することも可能である。
【００２９】
続いて本発明の便座を用いた体温測定方法について、動作原理を基に図４を用いて説明する。この図は先に示した図１に被験者の臀部８０が接したところを示した要部断面図である。
【００３０】
まず、便座は本体１０内部にある加熱装置２０により、人間の体温に近い任意の温度に設定される。この加熱は、被験者（トイレ使用者）がトイレに入ったことを何らかの方法で検知して開始されても良いが、待機中は常に一定温度に設定されておいても良い。また、温度設定には温度センサ４０の出力を利用して設定するため、被験者が着座する前は基本的に着座面５１の温度Ｔ１と放熱板７０の温度Ｔ２は近い温度になっている。
【００３１】
ある体温Ｔｂを有する被験者が便座に着座すると、被験者の体温により着座面５１の温度Ｔ１は低下あるいは上昇する。しかし、Ｔ１が変化しても体温測定動作がスタートしていれば、この時は加熱装置２０の出力は一定に保っておき変化はさせない。体温測定動作に入るためには、被験者が自ら測定スイッチを入れる動作により、あるいは人体センサや圧力センサを用いた着座検知などで、自動的にスタートすることも可能である。
【００３２】
着座した後一定時間が経過すると、それぞれの温度は平衡状態になる。この時、Ｔｂ＞Ｔ２であれば、人体側から便座の本体１０側へ一定の熱量Ｑの流れが生じ、温度差測定器３０には一定の温度差が現れる。この時の状態を式に表すと以下のようになる。
［式１］  Ｑ＝（Ｔｂ−Ｔ１）λ１ｈ１＝（Ｔ１−Ｔ２）λ２ｈ２
λ１：体内の熱伝導率
λ２：温度差測定器の熱伝導率
ｈ１：皮膚から測定温度部位までの深さ
ｈ２：温度差測定器の厚さ
そして式１を変形することにより、式２が得られる。
［式２］  （Ｔ１−Ｔ２）＝αＴｂ−αＴ１    （ただしα＝λ１ｈ１／λ２ｈ２）
【００３３】
式２では、αおよびＴｂは定数であるため、測定された温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＴ１に一次比例した関係にあることを示している。そして温度差がゼロになったときはＴ１とＴｂが一致したことであり、その時のＴ１を測定すれば体温Ｔｂが分かるということが明らかである。また、このことをグラフに表すと図５の様になる。図から分かるように、少なくとも２点以上のセンサ温度Ｔ１で温度差を測定し、温度差とセンサ温度を縦横にとったグラフを作ることで、横軸を交差する点を推測して体温が分かるというものである。
【００３４】
そこで、一旦温度差と着座面５１の温度を測定した後、加熱装置２０の出力を変化させる。この時、温度センサ４０の温度をモニターし、せいぜい１℃〜数℃温度が変わったところで、再度出力は一定に保つ。そしてこの様な前回とは異なる温度にて再度温度差を測定する。この様にして、複数の温度での温度差を測定することで、先に示した式あるいはグラフから、体温は測定することが可能となる。
【００３５】
付け加えておくが、式２を多少変形すると次のようになる。
［式３］  （Ｔ１―Ｔ２）＝αＴｂ−α（Ｔ２＋（Ｔ１−Ｔ２））
これは、さらに変形すると以下のようになる。
［式４］  （Ｔ１−Ｔ２）＝αＴｂ／（１＋α）−αＴ２／（１＋α）
【００３６】
つまり、式４ではα／（１＋α）も定数のため、（Ｔ１−Ｔ２）がＴ２と一次の関係になり、やはり温度差がゼロの時のＴ２が体温Ｔｂと同じであることを示している。このことは、先にも述べた温度差測定器３０の加熱装置２０側を測定しても同じ結果が得られる
ことを示しており、温度センサ４０の配置は着座面５１近辺だけとは限らないことを明示するものである。
【００３７】
続いて、実際の測定例について説明する。今回の測定では、温度差測定器３０としては図２に示したような熱電素子を利用している。熱電素子は約３ｍｍ角のもので、ビスマステルル系の熱電対を１８対搭載しているものである。これは７．２ｍＶ／℃の出力を有しており、先に述べたように電圧出力を測定することで温度差が分かるものである。また温度センサ４０には、０．５ｍｍの大きさのチップ型サーミスタを用いている。
【００３８】
この様な測定系で、加熱装置２０の出力を複数変化させて測定した結果を図６に示した。横軸は着座面５１の温度であり、縦軸は温度差測定器３０の出力である。縦軸は熱電素子から得られる電圧出力そのままではあるが、これは温度差を反映しているものである。ちなみに上述の単位温度あたりの出力から考えると、たとえば３０．８℃の着座面５１の温度の時は電圧が約４．８ｍＶであるため、温度差測定器３０の温度差は０．６７℃ほどであることを示している。ただし、本発明の測定方法では温度差ゼロ（＝電圧出力ゼロ）になるところが必要なだけであるので、特に温度差に変換する必要はない。
【００３９】
図６から明らかなように、着座面５１温度と温度差の関係は式２で述べたものと同じように、直線関係が得られている。そして、この直線のグラフは３６．２℃付近で横軸を通過していることが分かることから、今回の被測定者の体温は３６．２℃であることが判明した。ちなみにグラフの中で、３６．２℃よりもさらに高いところにある測定点では、便座の温度が体温より高く設定されていることを示しており、本発明の測定では便座の温度は必ずしも体温より低く設定しなければならないというわけではない。
【００４０】
この様に、今回の測定では８回の測定結果を用いてグラフ化しているが、着座面５１の温度と温度差には直線関係があるので、２回以上の測定を行えば基本的に体温を算出することは可能である。
【００４１】
つづいて本発明の便座について、さらに改良した構成について説明する。図７にその要部断面図を示した。この構成においても、本体１０内部にある加熱装置２０と温度差測定器３０と温度センサ４０と保護カバー５０については先に述べた便座と同じである。
【００４２】
ここで、新たなる構成要素としては、温度差測定器３０の加熱装置２０側の面に接触するように、副加熱装置６０を備えている。そしてこの副加熱装置６０にはペルチェ素子を利用している。ペルチェ素子は電流を流すことで必要な面を加熱が出来るが、さらに逆電流を流すことで、冷却することも可能である。それにより、温度の設定を非常に微妙にコントロールすることが可能となる。そして、副加熱装置６０であるペルチェ素子の片面には放熱板７０が設けられている。
【００４３】
この様な構成の温度測定機能付き便座では、まずは加熱装置２０を利用して本体１０温度を任意の一定値に保っておく。これは、保温便座として一般的に利用するときと同じである。そして、加熱装置２０の出力はそのままにしておき、副加熱装置６０を利用して着座面５１の温度は適宜設定し、複数回の温度および温度差測定を行うようにする。最終的な測定結果はやはり図６の様な直線関係として得られ、体温が導き出されることとなる。
【００４４】
本改良型の便座では、ペルチェ素子を用いた副加熱装置６０を利用しているため、加熱および冷却が出来ることから、加熱温度がオーバーシュートすることなく、目的温度に早く正確に到達させることができる。これによって測定精度が高められるとともに測定時間も短縮することが出来る。また、保温便座としての機能は加熱装置２０が行うことから、便座全体の温度をコントロールする必要が無く局所的な温度制御で良いため、さらに測定
時間を短縮させる効果がある。
【００４５】
最後に本発明の便座の全体構成について図８を用いて簡単に説明する。楕円様の便座１１には後部付近に温度差測定器３０など、これまで説明してきた必要な部品が埋め込まれている。その位置は、ほとんどの使用者の臀部あるいは大腿部が確実に触れる場所である。ただし温度差測定器３０などの位置は図に示しているが、実際は保護カバーに覆われているため目視することは出来ない。
【００４６】
温度差測定器３０と前述の温度センサの出力、あるいは加熱装置への電力供給は設置されたリード線９２を通して入出される。リード線９２の先には測定あるいは制御回路を備えたコントロールボックス９０が備えられ測定動作全体を行っており、さらには表示部９１にて測定した体温が表示される。
【００４７】
以上、本実施の形態では温度差測定器３０から出力される温度差がゼロになる時の温度センサ４０の温度を体温として算出している。ただし、便座内部の構成が完全に原理構成と一致しない可能性もある。たとえば、着座面５１の面内方向への熱拡散や温度差測定器３０と別経路の熱流が存在する場合などである。この様な時は、算出した温度センサ４０の温度に多少補正を加えて表示する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態における便座の測定部を示した要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態における便座に利用できる温度測定器の一例を示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態における便座に利用できる温度測定器の一例を示した断面図である。
【図４】本発明の実施形態における便座の体温測定方法と測定原理を説明するための測定部付近の要部断面図である。
【図５】本発明の便座を用いて体温を測定した場合の理論的測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の便座を用いて体温を測定した場合の測定結果の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の異なる実施形態における便座の測定部を示した要部断面図である。
【図８】本発明の便座を搭載する便器全体を示した外観図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  本体
１１  便座
２０  加熱装置
３０  温度差測定器
３１  基板
３２  熱電対
３３  リード線
３４  熱抵抗体
４０  温度センサ
５０  保護カバー
５１  着座面
６０  副加熱装置
７０  放熱板
８０  臀部
９０  コントロールボックス
９１  表示部
９２  リード線
【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】
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【図７】
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【図８】
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