(57)【要約】物体の熱消費を決定する方法および装置である。装置は蒸発熱損失、さらに物体の全熱損失を測定するための表面被覆および／または導電層を有する熱流センサを備えている。センサはまたセンサのエッジまたは底部からセンサの活性領域にへの汗の移動を助ける構造を備えている。センサは、正にバイアスされた電極がセンサのエッジまたは底部に形成され、負にバイアスされた電極がセンサの中央または上部に形成されるように電気浸透を行わせる電極を備えている。電気浸透により汗はセンサのエッジまたは底部の正の電極からセンサの中央または上部の負の電極に移動する。別のセンサは汗が移動しなければならない距離を減少させるために感知部分のエッジに熱電対を配置されている。汗の移動はじょうはつ熱損失の測定を高める。センサの出力はまたパーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）等のような装置に与えられることができる。【選択図】図２
2004528912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の外被の表面からの全体的な熱流を測定することによりカロリー消費を決定する装置において、
ａ）熱流を測定するように構成された熱流センサを具備し、この熱流センサは、
ａ１）中間層と、
ａ２）この中間層のエッジに近い第１の表面上に形成された第１および第２の熱電対素子とを具備している装置。
【請求項２】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料の少なくとも一部は前記外被の表面と接触し、上面被覆材料の別の部分は前記熱流センサを覆っており、前記上面被覆材料は流体を吸収してその流体を前記外被の表面から前記熱流センサと接触している前記上面被覆材料の部分へ移動させて前記吸収された流体が前記熱流センサを覆っている前記上面被覆材料の部分から蒸発することができるように構成されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記外被表面および前記上面被覆材料は本質的に同じ蒸発速度を有している請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記上面被覆材料は、皮革、合成樹脂薄膜および緊密に織られた繊維からなるグループから選択されている請求項２記載の装置。
【請求項５】
ｂ）前記熱流センサと前記上面被覆材料との間に配置され、前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性材料を備えている請求項２記載の装置。
【請求項６】
ｂ）前記熱伝導性材料は、金属箔、真空蒸着した金属薄膜および熱伝導性プラスチックからなるグループから選択されている請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記上面被覆材料および前記外被は本質的に同じ蒸発速度を有している請求項６記載の装置。
【請求項８】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料の少なくとも一部は前記外被の表面と接触し、上面被覆材料の別の部分は前記熱流センサを覆っており、前記上面被覆材料は第１のナイロン（商標名）繊維およびこの第１のナイロン（商標名）繊維ともに織られている第２のクールマックス（商標名）繊維とを含む合成樹脂薄膜により形成されている請求項１記載の装置。
【請求項９】
ｃ）前記熱流センサと前記上面被覆材料との間に配置され、前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成する熱伝導性材料を備えている請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記熱伝導性材料は、金属箔、真空蒸着した金属薄膜および熱伝導性プラスチックからなるグループから選択されている請求項９記載の装置。
【請求項１１】
さらに、ｂ）前記熱流センサから計算装置へデータを提供するように構成された出力を備えている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
対象物の外被の表面からの全体的な熱流を測定することによりカロリー消費を決定する装置において、
ａ）熱流を測定するように構成された熱流センサを具備し、この熱流センサは、
ａ１）前記熱流センサのエッジにおいて熱電対素子を形成する熱電対手段を具備している装置。
【請求項１３】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料は流体を吸収して流体を前記外被の表面から前記熱流センサと接触している前記上面被覆材料の部分へ移動させて前記吸収された流体が前記熱流センサを覆っている前記上面被覆材料の部分から蒸発することができるように構成されている請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
ｂ）前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性手段を備えている請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
さらに、ｃ）前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性手段を備えている請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
対象物の外被の表面からの全体的な熱流を測定することによりカロリー消費を決定する装置において、
ａ）熱流を測定するように構成された熱流センサを具備し、この熱流センサは、
ａ１）少なくとも１つの正にバイアスされた電極と、
ａ２）少なくとも１つの負にバイアスされた電極とを具備している装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの正にバイアスされた電極は２個の正にバイアスされた電極を含んでおり、前記少なくとも１つの負にバイアスされた電極は２個の正にバイアスされた電極の間に配置されている請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの正にバイアスされた電極は前記外被表面の付近に配置され、前記少なくとも１つの負にバイアスされた電極は前記熱流センサの深さ方向において前記少なくとも１つの正にバイアスされた電極の上方に配置されている請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料の少なくとも一部は前記外被の表面と接触し、上面被覆材料の別の部分は前記熱流センサを覆っており、前記上面被覆材料は流体を吸収して流体を前記外被の表面から前記熱流センサと接触している前記上面被覆材料の部分へ移動させて前記吸収された流体が前記熱流センサを覆っている前記上面被覆材料の部分から蒸発することができるように構成されている請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記外被表面および前記上面被覆材料は本質的に同じ蒸発速度を有している請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記上面被覆材料は、皮革、合成樹脂薄膜および緊密に織られた繊維からなるグループから選択されている請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
さらに、ｂ）前記熱流センサと前記上面被覆材料との間に配置され、前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性材料を備えている請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
前記熱伝導性材料は、金属箔、真空蒸着した金属薄膜および熱伝導性プラスチックからなるグループから選択されている請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記上面被覆材料および前記外被の両者は本質的に同じ蒸発速度を有している請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料の少なくとも一部は前記外被の表面と接触し、上面被覆材料の別の部分は前記熱流センサを覆っており、前記上面被覆材料は第１のナイロン（商標名）繊維およびこの第１のナイロン（商標名）繊維ともに織られている第２のクールマックス（商標名）繊維とを含む合成樹脂薄膜により形成されている請求項１６記載の装置。
【請求項２６】
さらに、ｃ）前記熱流センサと前記上面被覆材料との間に配置され、前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性材料を備えている請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記熱伝導性材料は、金属箔、真空蒸着した金属薄膜および熱伝導性プラスチックからなるグループから選択されている請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
さらに、ｂ）前記熱流センサから計算装置へデータを提供するように構成された出力を備えている請求項１６記載の装置。
【請求項２９】
対象物の外被の表面からの全体的な熱流を測定することによりカロリー消費を決定する装置において、
ａ）熱流を測定するように構成された熱流センサ手段を具備し、この熱流センサは、
ａ１）前記熱流センサ手段のエッジから前記熱流センサ手段の最も活性な領域へ汗を移動させる手段を具備している装置。
【請求項３０】
さらに、ｂ）上面被覆材料を備え、その上面被覆材料は流体を吸収して流体を前記外被の表面から前記熱流センサ手段と接触している前記上面被覆材料の部分へ移動させて前記吸収された流体が前記熱流センサ手段を覆っている前記上面被覆材料の部分から蒸発することができるように構成されている請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
ｂ）前記熱流センサ手段の前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性手段を備えている請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
さらに、ｃ）前記熱流センサの前記表面を横切る実質上均一な熱流を生成させる熱伝導性手段を備えている請求項３０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対流性、伝導性、放射性、および蒸発性の熱流を測定する方法および装置に関する。特に、好ましい実施形態では、人体またはその他の生体からの全体的な熱損失を生体の１乃至数箇所だけからの熱流を測定することによって評価するために使用され、それらの生体の各部分は生体の特定領域にわたる熱損失を表すものと仮定する。この全体的な熱流の測定から、カロリー消費の計算を行うことができる。
【背景技術】
【０００２】
カロリー消費の決定は体重制御或いはフィットネスプログラムの重要なコンポーネントである。燃焼されたカロリーの量は一般にしょていの活性度の値の使用によりトレッドミル或いはバイクのような運動器具の動作測定値によって評価される。しかしながら、特に信頼性のあるものは存在しない。表は平均的に、ある任意性で各活動を行う７０ｋｇの個人に対する平均割合であるに過ぎない。所定の個人のカロリー消費を非常に正確に反映するものはなく、表は実際のカロリー消費量から５０％程度変化する可能性がある。カロリー計算装置を有する運動器具は同様のエラーを生じ、そのような装置は日々の全体のカロリー消費の指示を与えることはできない。
【０００３】
もっと信頼性のあるのはカロリー消費を実際に監視する方法である。人体の新陳代謝の“エンジン”は顕著な熱量を発生する。静止状態でこの熱発生は１００ワットノ電球の発熱量と等価である。人体において体温を９８．６度Ｆに維持しようとするとき、人体表面の血液流を調整することによって環境に対する熱損失を制御している。静止状態で皮膚を流れる血液は制限され、皮膚の表面は体内部よりも２０度Ｆ低くされている。しかしながら、体操等の運動により、発生した過度の熱（人間の筋肉を収縮させるために必要なエネルギの約８０％が熱として消費される）は体温を一定に維持するために環境に対して制動されなければならない。血液流は皮膚に送られ、その温度を上げて熱が環境に対して制動される割合は増加される。
【０００４】
常温動物では、身体は、蒸発、対流、放射および熱伝導損失機構の総合的作用により制御された熱損失による新陳代謝プロセスにより熱の発生をバランスさせることにより内部の体温ほぼ一定に維持している。静止状態で、通常の室温状態において、身体は対流および放射による熱損失（同時に少量の熱伝導損失を伴って）を利用して、主として皮膚表面の血液流の制御により体温を調節している。若しも、個人が体操のような運動を行い、或いは周囲の気温が３５度Ｃに上昇した場合には、対流および放射による熱損失は体内の温度の制御には不適当であり、蒸発熱損失の利用が始まる。蒸発は感知できないように生じても（すなわち、明瞭な発汗なしに）、感知できても（すなわち、明瞭な汗を発生する）他の２つの組合わせられた機構よりも数倍大きい熱損失を与えることができる。
【０００５】
熱流は全身のカロリー計により正確に測定されることができる。この装置は対象物が位置されている室であり、対象物により発散された全体の熱が捕捉されて測定される。身体全体のカロリー計の欠点は、それが高価であり、比較的移動困難であり、対象物の動作や運動が室内のスペースに制限されることである。文献（Ｗ．Ｈ．ＣLOSE．ＭＪＤauncey，1980年、“直接カロリー計および熱流計により測定された人体からの熱損失”Ｂｒ．Ｊ．Ｎutr ，43, 87，87〜93頁）参照。
【０００６】
全身のカロリー計の欠点を克服するために、熱流センサを使用するサンプリング技術が開発され、被検体の皮膚表面の幾つかの選択された位置のみにおいて熱損失を測定することによって被検体からの熱損失全体を評価することを可能にした。測定された各値は被検体の特定の領域に対する熱損失を評価するために“加重係数”によって乗算される。全領域の熱損失成分の合計は全体の熱損失の評価である。“加重係数”のシステムの１つはＨardyおよびＤu Ｂois によって開発され、文献（Ａrchives of Intermal Medicine，17巻、6 号、863 〜871 頁）に記載されている。
【０００７】
伝統的な熱流センサは、一般的に、材料の熱抵抗によりその材料を横切るときに生じる温度差の測定に基づいている。センサが熱流を正確に測定するために、顕著な絶縁層は付加されてはならず、設置された表面と同じようにその表面から熱が失われなければならない。ある利用可能な熱流センサは、対流、放射および熱伝導損失が主体である壁、ドア、ボイラー、パイプのような非生命体の物体では良好に動作する。しかしがら、そのようなセンサは蒸発熱損失が顕著である人体からの熱損失を測定するのには不適当である。
【０００８】
ＲｄＦにより生成されるようないくつかの現在の熱流センサはその出力信号の一部として身体からの蒸発熱損失成分を含む場合には信頼性のある使用はできない。その結果として２つの主な理由によって熱損失の低い評価が生じる。すなわち：１）そのようなセンサは皮膚の表面を実際に覆って蒸発を妨げ、それ故センサの下側から移動する水蒸気はセンサに隣接する皮膚表面から蒸発し、センサ表面自体からは蒸発しない。また、２）人体の熱損失を監視するために使用されるとき、皮膚表面からの蒸発熱損失が増加するので、それによって皮膚表面の温度が減少し、これらのセンサは実際に減少された熱流を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、蒸発熱損失を含む熱損失の全ての成分を実際に測定することのできる優れた熱流センサを提供することである。
本発明のさらに別の、さらに特定された目的は、蒸発熱損失が、センサの適切な部分に汗が移動するのを促進させることにより蒸発熱損失が正確に測定されることを確実にするのに特に適している優れた熱流センサ設計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の、およびその他の目的を達成するために、本発明は熱流の全成分を測定することによりカロリー消費を決定する方法および装置を開示している。それは小型で可搬性であり、比較的廉価で、運動性や動きに大きな制限を与えることなく被検者が装着することができる。本発明は、蒸発熱損失を測定することのできない現在使用されている熱流センサに比較して優れた性能の改良された熱流センサ素子を利用している。現在全身のカロリー計のような装置だけが熱損失の全成分を測定することができるが、前述のようにこれらの装置は大型で、高価で、移動が困難で、被検者の活動を制限する欠点がある。
【００１１】
蒸発熱損失の測定を改善するために、本発明熱流センサ素子はセンサの中央に向かう蒸発流体の移動が促進されるような特定の構造を採用している。すなわち、本発明では、センサの活性領域に向かう蒸発流体の移動を促進するためにセンサ素子中に電極を適切に配置して、電気バイアスを与えることにより電気浸透を誘起させている。
【００１２】
蒸発熱損失の測定を改善する別の方法として、本発明熱流センサは、活性感知素子が熱電対であり、それは汗が適切に感知位置に移動しなければならない距離が減少するようにセンサのエッジに配置される。
【００１３】
熱流センサ素子による蒸発熱損失の測定を強化する付加的な特徴として、本発明は随意的に上面被覆材料を有するセンサ素子の設計を含み、それは監視できる表面（すなわち皮膚）から熱流センサ素子の周囲の雰囲気に面する表面に蒸発流体が移動し、その熱流センサ素子の表面から蒸発することを可能にする。さらに、蒸発熱損失の測定を容易にするために、本願発明は随意的に熱流センサ素子の周囲雰囲気に面する表面およびそれを囲んでいる測定される表面上で実質的に均一なおんどを生成する。これは熱流センサ素子の周囲雰囲気に面する表面を覆って配置される熱伝導層を使用することによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面を参照にした以下の詳細な説明を参照することにより本願発明はより良好に理解され、その種々の付随的な利点は当業者には明らかになるであろう。
本発明は多くの応用を有しているが、以下の説明は、例えば生体（人間または動物）からの熱流を測定することによりカロリー消費を感知することを中心にしている。それにおいては監視される表面は皮膚であり、それを通過する流体の蒸発成分は汗であり、ここで使用される用語“汗”は感知可能または感知不可能な流体損失を含み、塩分を含む流体に限定されない。しかしながら、これは本願発明のただ１つの応用ではない。本発明のその他の使用には例えば蒸発クーラの最適かが含まれる。
本発明は修正された熱流センサ素子を使用して熱の伝導、対流、放射、および蒸発損失を測定する。
【００１５】
蒸発熱損失は皮膚表面の汗が蒸発するときに生じる。図１は、典型的に使用される背景熱流センサ素子の断面図である。この構成において、熱流センサ素子10は対象物の皮膚16に対して汗17をトラップする。これは汗17が蒸発するのを妨げ、熱流センサ素子10によってカバーされた皮膚16の区域からの蒸発熱損失を妨害する。熱流センサ素子10は蒸発熱損失を測定しない。これは周囲の皮膚16で生じ、熱流測定は囲んでいる皮膚16上の熱損失20を表さない。このエラーは蒸発による熱損失に等しい量だけ実際の熱損失20よりも低くなるように熱損失の評価を低下させる。その結果、熱流センサ素子10はセンサの下側の汗17の蒸発を妨げて、汗17はセンサ10の下に滞積され、汗の一部18は漏洩してセンサ10を囲む領域で集められる。この熱流センサ素子10のエッジを囲む領域の汗18の収集は、センサを囲む領域の熱損失を増加させる。伝統的な従来のセンサ素子10の設計は、エッジから離れたセンサ素子10の中心に感知素子を位置させており、そのためそのような従来のセンサ素子10は感知素子が位置している中心で最も感度が高い。そのような背景熱流センサ素子10はセンサ区域の中心で最も感度が高く、周辺区域で最も感度が低いから、熱流センサ素子10を囲む区域で増加された熱損失22は検出されない。さらに、熱流センサ素子10のエッジで増加された熱損失は局部的な冷却を生じて熱流センサ素子10によって測定される対流および放射熱流を減少させる。
【００１６】
本発明者は、改良された熱流センサを開発した。それは上述のような背景熱流センサの欠点を最少にし、補償して蒸発熱流を測定することができる。そのような改良された熱流センサの１実施例は図２および３に全体を符号8 で示されている。この熱流センサ8 では、熱流センサ素子10は以下説明するように皮膚のような表面16上に配置されている。
【００１７】
熱流センサ素子10の周囲空気に面する側面24における蒸発熱損失の誘起を強化するために、熱流センサ8 は上面被覆材料12を備え、それは熱流センサ素子10の周縁を囲む汗の成長18が矢印11で示されているように上面被覆材料12を通って熱流センサ素子10の周囲空気に面する側面24に移動させる。この移動は熱流センサ素子10の外側表面24からの汗の蒸発を増加させ、それは対象体の皮膚表面16上で生じる蒸発熱損失をシミュレートする。上面被覆材料12は同じ条件下で対象体の皮膚表面16の蒸発率と類似した汗の蒸発率を有することが好ましい。蒸発率は典型的に２０ｇ／ｍ2／日乃至１００ｇ／ｍ2／時間の範囲内であることが好ましい。
【００１８】
上面被覆材料12は水蒸気がセンサ素子10の表面上に移動することを可能にするが、例えば、親水性表面処理、センサ表面のエッチング溝の形成等による水蒸気を移動させる他の技術もまた使用可能である。
【００１９】
上面被覆材料12は汗のような蒸発流体を吸収することができなければならず、熱流センサ素子10の周囲空気に面する側面24に皮膚表面16から汗を吐きだすことが好ましい。最良に機能するように思われる上面被覆材料はレザー、合成樹脂薄膜、緻密に織られた繊維等から構成されるが、他の材料も使用可能である。上面被覆材料として適した合成樹脂薄膜の１例はＭILLPORE 社によって製造されている材料である。合成樹脂薄膜の他の例としては、ゲルマンサイエンス社によって製造されている商品名Thermipor およびVersapor（商標名）である。
【００２０】
一般的に、上面被覆材料12が薄いほど処理作業は良好になる。さらに、１〜２０ミクロンの開口を有する上面被覆材料は測定された表面から熱流センサ素子10の周囲側面24へ生成された汗18を吐きだすのに特に適している。適当な緻密に織られた繊維の例はロスアンジェルスのスペクトラム社により製造されたスペクトラ／メッシュである。
【００２１】
測定エラーをさらに減少させるために、熱流センサ8 は熱流センサ素子10の周囲側面24および囲んでいる皮膚表面16の部分の両者を横切って配置された熱伝導層14を備えることができる。これは皮膚表面16および熱流センサ素子10の上部24の両者を横切って実質上均一な熱流を生成し、そのため熱流センサ素子10の上部24は囲んでいる皮膚表面16を横切って生じるのと実質上同じ熱流を感知する。これはエッジに比較して中央部表面を横切る汗を少なくさせるように熱流変化を補正するのを助け、それにより皮膚表面16よりも熱流センサ素子10の表面24の蒸発を少なくする。熱伝導材料は、金属箔、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼、および金箔、真空蒸着した金属薄膜、熱導電性プラスチックからなるグループから選択されることが好ましがそれに限定されない。その厚さは３０００ＡＧＮ乃至２ミルの範囲であることが好ましい。
【００２２】
熱流センサ8 は上面被覆材料と熱伝導層の両者を備えていることが好ましいが、熱流センサ8 はまたそれらのいずれか一方のみを使用することもできる。
【００２３】
熱流センサ8 を囲む組織中の人工的な熱保持を阻止するために、装置を使用者の皮膚表面に対して熱をトラップするように固定する場合には、すなわち、隔離される場合には、人工的に増加された皮膚温度が生じて熱流センサによる測定にエラーを生成する。それ故、熱流センサ8 を取付けるために使用されるストラップは織られた材料が使用されて１／８〜１／４インチの開口で９５％以上の開口面積を有することが好ましいが、使用者に装置を固定するために他の材料も使用可能である。
【００２４】
好ましい方法では、それぞれ上面被覆材料12および／または熱伝導層14を有する多数の熱流センサ8 が被検体上の種々の位置に配置され、被検体に対する全体的な熱損失を決定する。別の好ましい実施形態では、単一の熱流センサ8 が被検体上に配置され、その被検体に対する熱損失の型式を決定する。被検査体の本体または本体に近い端部は通常熱損失を表している。しかしながら、そのような典型的な領域はまた個々の被検体によって変化する可能性があり、被検体に多数の熱流センサ8 を適用することによって各センサを個別に評価してその被検体に対する全てのセンサに対する全体の熱損失をほぼ表す１以上のセンサを識別することが可能である。熱損失に対する１つの“典型的な領域”がその被検体に対して識別された場合には、被検体はその典型的な領域に取付けられたただ１つの熱流センサ8 しか必要としない。
【００２５】
好ましい実施形態では、感知装置であるセンサ8 は例えば弾性を有するアームバンドで取付けられ、それは着用者が自由に動けるように開放された織物で形成されることができる。熱流情報はマイクロ制御装置或いは熱流情報をカロリー消費情報に変換することのできるアナログ装置によってカロリー消費および累積カロリー消費のレートに関して連続的に監視され、記録されることができる。
【００２６】
カロリー消費は本発明の方法および装置から得られる熱流の測定結果から多くの方法で計算されることができる。
カロリー消費（ｋ- ｃａｌ）＝被検体全表面積（ｍ2）×
各センサにより抽出された被検体表面の割合（熱流の典型的な領域を感知する
１つのセンサでは１）×熱フラックス（ｋ- ｃａｌ／ｍ2／分）×感知時間（分）
マイクロ制御装置は被検体を連続的に監視し、記録し、全体の熱フラックスを感知するようにプログラムされ、それによって被検体に対するカロリー消費の瞬間的な割合および全体のカロリー消費を監視することを可能にする。
【００２７】
図４に示されているように、熱伝導層14は中央表面領域29と、全体を30で示しているセンサ素子10の周辺を越えて突出している周縁領域とを含んでいてもよい。この周縁領域30は熱伝導層14中に形成された一連のフィンガー31を含んでいてもよい。周縁領域30は熱流センサ素子10の周辺の実質的な部分を囲んで位置しているが、熱流センサ素子10のワイヤ接続導体32が通過する部分は除外されている。図示のようにフィンガー31は隣接するフィンガーとの間に開放区域を有している。
【００２８】
しかしながら、本発明者は図４のセンサは改良できることを認識した。
すなわち、人体または動物の本体からの熱流の正確な測定のために重要な要件はできるだけ正確に蒸発熱損失を捕捉することである。それは熱流センサ8 の表面から皮膚表面からの熱損失を模擬させることによって達成される。このような模擬動作を行うために、汗はセンサの表面、特に、センサ素子10の中央部であるセンサ素子10の活性領域に上に移動させなければならない。
【００２９】
センサ素子のエッジからセンサ素子の中央部へ汗を移動させる込みとを促進することによって汗の検知をさらに改善するために、本発明者によって開発された２つの優れたセンサ設計がの図５および６に示されている。
【００３０】
図５は本発明の新しいセンサ設計の第１の例を示している。図５において、素子500 は本発明のこの実施例のセンサを示しており、それは本質的に図１乃至４に示されたセンサ素子10に対応するものである。すなわち、図５のセンサ素子500 は図１乃至４に示されたセンサ素子10に対して使用される。
【００３１】
図５において、図１乃至４に示されたセンサ素子10と同様のセンサ構造であるが、図５のセンサ素子500 は表面に電極501, 502, 503 を備えている点で相違している。電極501, 502は正の電界を与えられ、電極503 は負の電界を与えられる。電極503 はセンサ500 の中央の電極501 と502 の間に位置し、したがってセンサ500 の活性領域に上に位置している。
【００３２】
図５のセンサ500 は電気浸透の原理で動作し、水、すなわち蒸発損失からの汗は正電極から負電極への電界に応じて移動する。図５の実施例において、センサ500 の端部に到達した汗は電気浸透によってセンサ500 の端部から電極501, 502, 503 によって生成された電界によりセンサ500 の中央に向かって移動される。汗は正電圧を供給されているセンサ500 の両側のエッジの正の電極501, 502から離れてセンサ500 の中央の負電極503 に向けて駆動される。電極503 はセンサ500 の活性領域である中央にある電極であるから、このような本発明の構造によって感知される汗はセンサ500 の適切な位置に移動される。
【００３３】
図５のセンサ500 において、断面は示されていないが、電極501, 502, 503 は典型的にセンサ500 の上部表面に設けられて図３の矢印11により示されるような汗の移動を受取るように動作し、すなわち汗は図３の矢印11により示されるようにセンサ500 の上部表面へ移動し、したがって電極501, 502, 503 はセンサ500 の上部表面に設けられることが好ましい。
【００３４】
図６は本発明の改良されたセンサ設計の第２の実施例を示しており、電気浸透プロセスで動作するが深さ方向で処理が行われている。すなわち、図６は、断面形状で本発明のさらに別の実施例を示している。図６のセンサ600 の構造は、電極601, 602, 603 の配置を除いて図１乃至４に示されたセンサ素子10と実質上同じである。
【００３５】
図６のセンサ600 では、正の電圧を与えられた電極601 はセンサ600 の底部表面、すなわち被検体の皮膚に接触している表面に設けられている。さらに負の電圧を与えられた別の電極602, 603は電極601 より上方の位置のセンサ600 の上部表面に設けられている。この装置も電気浸透に基づいて動作し、被検体の皮膚に対する汗はセンサ600 の深さ方向に、正の電圧を与えられた電極601 から負の電圧を与えられた電極602, 603に向かって移動し、それによってセンサ600 の適当な点に設けられて正確に蒸発熱損失を反映することができる。図６の実施例では、正の電圧の電極601 はセンサ600 の中央に位置し、一方負の電圧の電極602, 603はセンサ600 のエッジに位置している。このような電極配置により、蒸発は皮膚表面からの蒸発を正確に示すことができる。
【００３６】
しかしながら、負の電圧を与えられた電極602, 603を正の電圧を与えられた電極601 の真上に位置させることも可能である。
【００３７】
図５および６に示されたセンサ構造の使用は、蒸発熱損失の決定においてセンサの動作を改善する。
【００３８】
図５および６に示されたセンサ500 および600 は電気浸透に基づいて動作し、電気バイアスがセンサの適切な点に汗を移動させるのを助けるために使用される。しかしながら、本発明者により認識された別の方法では、センサの少なくとも１次元に減少するようにセンサの活性領域汗が容易に移動することができるようにし、それにより汗が移動しなければならない距離を減少させる。このコンテキストにおいて、センサ素子10は中間層を横切る熱損失を測定するために使用される熱電対の形態を取ることができる。背景熱電対センサの構造は図７に示されている。図７に示すように、背景熱電対センサ700 は中間層710 を備え、それを横切る温度差が測定される。すなわち、熱電対センサ700 は中間層710 の底部と中間層710 の上部との間の温度差を測定するための構造を有している。図７の熱電対センサ700 は、図７では上部の熱電対715 しか示されていないが、中間層710 の上部と底部の両方の中間層710 の中心点に複数の熱電対715 を形成することによって動作を行う。これらの熱電対715 は第１と第２の熱電対素子720 および725 の接続で形成されている。
【００３９】
しかしながら、そのような背景熱流センサによると、汗は正確な熱流測定値を与えるように熱電対が配置されている地点まで移動しなければならず、それは汗が中間層710 の中央部まで移動しなければならないことを意味している。その結果、そのような背景熱電対センサ700 は汗が移動するための充分な通路を有しなければならない欠点がある。
【００４０】
本発明のさらに別の方法では、活性の熱電対素子に汗が移動して到達しなけれは通路の距離を減少させ、それによって熱流および蒸発のさらに正確な測定を行うことのできる熱電対センサを提供する。そのような優れた本願発明の熱電対センサ素子は図８の（ａ）および（ｂ）に示されている。
【００４１】
図８の（ａ）および（ｂ）はさらにセンサ素子10としては用できる本発明によるセンサ800 の構成を示している。
図８の（ａ）および（ｂ）のセンサ800 の構造において、図８の（ｂ）は深さ方向の断面図を示し、一方、図８の（ａ）は上面図を示している。センサ800 の構造は非対称の熱電対815, 817を含み、長い方の熱電対815 は図８の（ｂ）の右側に形成され、短い方の熱電対815 は左側に形成されている。図８の（ａ）および（ｂ）に示される熱流センサ800 の構造は、熱電対の活性感知領域に到達するために汗が移動しなければならない距離を減少することによりセンサの活性領域への汗の移動を助ける。すなわち、図８の（ａ）および（ｂ）のセンサ800 の構造により、活性熱電対素子815, 817はセンサのエッジの近くに形成され、それ故、汗は活性熱電対素子815, 817に到達するために移動する距離は小さい値に減少される。そのような動作は上述したのと同様の理由で熱流の感知を高めることになる。センサ800 はまた図８の（ｂ）に示されるように熱電対素子815, 817の保護のためと、熱電対への水蒸気の移動を助けるためにカバー層820 を備えており、特に、上述したように外側カバー820 は上面被覆材料12から形成される。
【００４２】
上述したように、本願発明の１特徴によれば、上面被覆材料12がセンサ素子上に設けられることができる。本願発明の好ましい１実施形態では、上面被覆材料12は２つの異なった繊維の織られた新しい設計により薄膜が形成されることができる。
【００４３】
本発明のさらに別の特徴は特別の構造を有する薄膜を上面被覆材料12として使用する。本願発明の１特徴によれば、薄膜の特別の構造が使用され、それにより１方向における薄膜の特性は蒸発表面面積の増加の悪影響なしに向上されることができる。巻込まれた直径を有するDacon 繊維である商品名クールマックス（デュポン社）のようなある種の糸はより良好な冷却を行うために汗を有効に吐きだすように構成されている。しかしながら、そのような材料はまた単純な固体の糸よりも遥かに高い蒸発面積を与える。したがって薄膜がそのようなクールマックスのような糸だけで形成された場合には、皮膚に比較して蒸発が増加して過度のカロリー消費を生じる可能性がある。
【００４４】
本発明の特徴は、図９に示されているように、ナイロンの単一繊維の固体糸915 を主体としてそれより少ない数のクールマックスのような糸910 と組合わせて織ることによって薄膜900 を形成することにある。その比率は例えば、１本のクールマックス繊維対２本のナイロン繊維である。そのような構造によってセンサを横切る吐きだしは表面面積を増加させないで増加させることができる。さらに、糸は例えば１方向に織られなければならない。センサの組立てにおいて、薄膜は上面被覆材料12として熱流センサ上を糸が横切るように配置しなければならない。
【００４５】
図１０は、センサにより検出される情報を中継する能力を改善する本発明のセンサの構成を示している。
すなわち、前述したように、熱流センサにより検出された情報を取出してそれをパーソナルコンピュータやＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）等の装置中に与えることがて熱流センサのユーザにとってしばしば望ましいことであることを本発明者は認識している。データを操作し、比較のためにデータをテーブルに記憶し、データを異なったグラフィック形態で表示する等の動作をユーザが行うことが可能になる。
【００４６】
図１０はそのような構成が示され、それにおいて熱流センサ10, 500, 600, 700 はＰＤＡに接続されている。ＰＤＡの最も普通のものはパームパイロットであるが、もちろん多くのＰＤＡが使用されることができ、それにはームムオペレイティングシステム、マイクロソフトＣＥ、ポケットＰＣオペレイティングシステムその他が含まれている。熱流センサ10, 500, 600, 700 は、ライン接続、無線通信等のようなよく知られている手段によってＰＤＡ1000または別のＰＣ等にデータを提供することができる。
【００４７】
さらに、ＰＤＡ1000はディスプレイ1010に接続されている。ディスプレイ1010はＰＤＡと一体の部分であってもよく、或いはパーソナルコンピュータの別のディスプレイのような別個のディスプレイであってもよい。
【００４８】
したがって、本発明では、熱流センサは、無線周波数、赤外線伝送（ＩＲ）、ハードワイア通信その他の手段により電流を受信することのできるデータロガー／出力装置および／またはＰＣおよび／またはＰＤＡおよび／またはその他の型式の出力装置と通信する。装置はまた、信号を発生および捕捉し、それを変換して結果を表示する装置を含めて１つの装置に完全に集積されてもよく、或いはそれらの機能を行うための別々の装置を含んでいてもよい。
【００４９】
したがって、測定装置は熱流センサおよび／または熱電対またはサーミスチまたはその他のカロリー消費の測定のための熱流測定装置とデータロガー、ＰＣ、ＰＤＡその他の装置との間の有線または無線接続による通信装置を含んでいる。ＰＣ或いはＰＤＡまたはデータロガーは記憶された情報を利用するソフトウエアを介して熱流センサからの信号をカロリー消費に変換する。この情報のユーザへのフィードバックはユーザがカロリー消費を知る助けとなる。情報はフィットネス監視、健康監視、体重管理等に対して有効である。
【００５０】
ＰＣ或いはＰＤＡまたはデータロガーはまた以前の分、時間、日、週、月、または年その他の時間インターバルにわたるカロリー消費についての前の記憶された情報を含んでいてもよい。この情報は種々の利用に対して使用され、それには例えば前の測定値に対する比較、カロリー摂取の比較等が含まれる。付加的に、カロリーおよび食物の栄養内容がこのデータベースに記録されてユーザのカロリー消費により食物のカロリー摂取と比較されるために使用することができる。この情報はその後、フィットネス、健康、体重管理等のレベルを決定するために使用される。
【００５１】
明らかに、本発明の多くの付加的な変形、変更が前述の説明に基づいて可能である。それ故、本発明は明細書に記載された特定の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】現在使用されている背景熱流センサの断面図。
【図２】本発明の１実施形態の使用状態における断面図。
【図３】図２に示された円で囲まれた部分の拡大図。
【図４】本発明者により開発された熱損失の測定のために使用される背景センサの概略的平面図。
【図５】本発明の熱損失測定のための第１の好ましいセンサの概略的平面図。
【図６】本発明の熱損失測定のための第２の好ましいセンサの断面図。
【図７】熱電対を使用する背景熱流センサの概略図。
【図８】本発明の熱損失測定のためのさらに別の好ましいセンサの概略図。
【図９】本発明の熱流センサで使用される薄膜の構造説明図。
【図１０】本発明の好ましい実施形態における本発明のセンサの取付け説明図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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