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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】発汗分析装置、および発汗分析方法
(51)【国際特許分類】
A61B 5/00 20060101AFI20231205BHJP
【ＦＩ】
A61B5/00 N
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022504833
(86)(22)【出願日】2020-03-04
(86)【国際出願番号】 JP2020009100
(87)【国際公開番号】W WO2021176586
(87)【国際公開日】2021-09-10
【審査請求日】2022-06-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100153006
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 勇三
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121669
【弁理士】
【氏名又は名称】本山 泰
(72)【発明者】
【氏名】橋本 優生
(72)【発明者】
【氏名】石原 隆子
(72)【発明者】
【氏名】桑原 啓
【審査官】山口 裕之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１９８５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５２９６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０６３９２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２３８８５４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２３１２３６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体に装着されるウェアラブルデバイスと、
前記ウェアラブルデバイスの受光素子より出力された電気信号のピークの発生の頻度より、前記生体の発汗に関する物理量を算出するように構成された第１算出回路と、
算出された前記発汗に関する物理量を出力するように構成された出力部と
を備え、
前記ウェアラブルデバイスは、
第１流路と、第２流路と、第３流路とを形成する基板と、
前記基板に配置され、前記第２流路に向けて光を出射するように構成された光源と、
前記光源と向かい合うように前記基板に配置され、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力するように構成された前記受光素子と
を備え、
前記第１流路は、一端が前記基板の第１の側面に開口し、前記生体の皮膚から分泌される汗を輸送するように構成され、
前記第２流路は、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続され、前記汗を輸送するように構成され、
前記第３流路は、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口して、前記汗を輸送するように構成され、
前記第１算出回路は、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積に、前記受光素子より出力された電気信号のピークの数を乗ずることで、前記生体の発汗量を算出する
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項2】
生体に装着されるウェアラブルデバイスと、
前記ウェアラブルデバイスの受光素子より出力された電気信号のピークの発生の頻度より、前記生体の発汗に関する物理量を算出するように構成された第１算出回路と、
算出された前記発汗に関する物理量を出力するように構成された出力部と
を備え、
前記ウェアラブルデバイスは、
第１流路と、第２流路と、第３流路とを形成する基板と、
前記基板に配置され、前記第２流路に向けて光を出射するように構成された光源と、
前記光源と向かい合うように前記基板に配置され、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力するように構成された前記受光素子と
を備え、
前記第１流路は、一端が前記基板の第１の側面に開口し、前記生体の皮膚から分泌される汗を輸送するように構成され、
前記第２流路は、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続され、前記汗を輸送するように構成され、
前記第３流路は、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口して、前記汗を輸送するように構成され、
前記第１算出回路は、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出する
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の発汗分析装置において、前記第２流路の内壁は、疎水性とされており、
前記第３流路の内壁は、親水性とされている
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１項に記載の発汗分析装置において、前記光源から前記受光素子までの光路は、前記第２流路と交差する
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の発汗分析装置において、前記基板は、互いに接合された第１基板と第２基板とを含み、
前記第２基板は、前記第１基板と対抗する面に、前記第１基板とともに前記第１流路と、前記第２流路と、前記第３流路とをそれぞれ形成する第１溝と、第２溝と、第３溝とを有し、
前記光源と前記受光素子とは、前記第２基板における前記第１基板と対抗する面の、前記第２流路を形成する前記第２溝を挟んで、溝幅に沿った方向に互いに向かい合うように配置されている
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発汗分析装置において、前記第２流路は、流路長よりも流路幅が大きい
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の発汗分析装置において、前記受光素子より出力された前記電気信号から、前記汗に含まれる所定の成分の濃度を算出するように構成された第２算出回路をさらに備え、
前記出力部は、前記第２算出回路で算出された前記濃度を出力するように構成されている
ことを特徴とする発汗分析装置。
【請求項8】
一端が基板の第１の側面に開口した第１流路に、生体の皮膚から分泌される汗を輸送させる第１ステップと、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路に、前記汗を輸送させる第２ステップと、
前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口した第３流路に前記汗を輸送させる第３ステップと、
前記基板に配置された光源から、前記第２流路に向けて光を出射する第４ステップと、
前記光源と向かい合うように前記基板に配置された受光素子が、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力する第５ステップと、
前記第５ステップで出力された前記電気信号から、前記生体の発汗に関する物理量を算出する第６ステップと、
前記第６ステップでの算出結果を出力する第７ステップと
を含み、
前記第６ステップは、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積に、前記受光素子より出力された電気信号のピークの数を乗ずることで、前記生体の発汗量を算出するステップを含む
ことを特徴とする発汗分析方法。
【請求項9】
一端が基板の第１の側面に開口した第１流路に、生体の皮膚から分泌される汗を輸送させる第１ステップと、
前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路に、前記汗を輸送させる第２ステップと、
前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口した第３流路に前記汗を輸送させる第３ステップと、
前記基板に配置された光源から、前記第２流路に向けて光を出射する第４ステップと、
前記光源と向かい合うように前記基板に配置された受光素子が、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力する第５ステップと、
前記第５ステップで出力された前記電気信号から、前記生体の発汗に関する物理量を算出する第６ステップと、
前記第６ステップでの算出結果を出力する第７ステップと
を含み、
前記第６ステップは、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出するステップを含む
ことを特徴とする発汗分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発汗分析装置、および発汗分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
人体などの生体には筋肉や神経等の電気的な活動を行う組織があり、これらを正常に稼働させ続けるために、主に自律神経系と内分泌系の働きにより、体内の電解質濃度を一定に保つ仕組みが備わっている。
【0003】
例えば、人体が暑熱環境に長時間にわたって暴露されたり、過度な運動等を行うと、発汗で体内の水分が大量に失われ、電解質濃度が正常値から外れることが生じ得る。このような場合、熱中症に代表されるさまざまな諸症状が人体に生じることとなる。そのため、身体の脱水状況を把握する上では、発汗量や汗の中の電解質濃度をモニタリングすることは、有益な手法の１つといえる。
【0004】
例えば、非特許文献１では、従来の代表的な発汗量の計測技術として、発汗時の水蒸気量の変化を計測している。非特許文献１に記載の技術では、外気との湿度差に基づいて発汗量が推定されるため、エアーポンプを用いて計測系の空気を入れ替える必要がある。
【0005】
ところで、近年、ＩＣＴ産業の発展やコンピュータの小型化および軽量化により、ユーザに装着されるウェアラブルデバイスが普及しつつある。ウェアラブルデバイスは、ヘルスケアやフィットネス分野での活用が注目されている。
【0006】
例えば、ユーザの発汗量や汗の中の電解質濃度をモニタリングする測定技術をウェアラブルデバイスで実現する場合においても、デバイスの小型化は必要不可欠である。例えば、非特許文献１に記載されている発汗量の測定技術をウェアラブルデバイスで実現しようとした場合、計測系の空気を入れ替えるためのエアーポンプが比較的大きな体積を占めてしまうため、装置全体の小型化に課題があるといえる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【文献】鶴岡 典子，河野 隆宏，松永 忠雄，永富 良一，芳賀 洋一，“小型発汗計の開発とストレス負荷及び温熱負荷時の発汗計測”，生体医工学，５４巻５号，ｐｐ．２０７－２１７，２０１６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、計測系の空気を入れ替えるためのエアーポンプを用いることなく、汗の物理量を測定することができる発汗分析装置、および発汗分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決するために、本発明に係る発汗分析装置は、生体に装着されるウェアラブルデバイスと、前記ウェアラブルデバイスの受光素子より出力された電気信号のピークの発生の頻度より、前記生体の発汗に関する物理量を算出するように構成された第１算出回路と、算出された前記発汗に関する物理量を出力するように構成された出力部とを備え、前記ウェアラブルデバイスは、第１流路と、第２流路と、第３流路とを形成する基板と、前記基板に配置され、前記第２流路に向けて光を出射するように構成された光源と、前記光源と向かい合うように前記基板に配置され、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力するように構成された受光素子とを備え、前記第１流路は、一端が前記基板の第１の側面に開口し、前記生体の皮膚から分泌される汗を輸送するように構成され、前記第２流路は、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続され、前記汗を輸送するように構成され、前記第３流路は、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口して、前記汗を輸送するように構成され、前記第１算出回路は、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積に、前記受光素子より出力された電気信号のピークの数を乗ずることで、前記生体の発汗量を算出することを特徴とする。
また、本発明に係る発汗分析装置は、生体に装着されるウェアラブルデバイスと、前記ウェアラブルデバイスの受光素子より出力された電気信号のピークの発生の頻度より、前記生体の発汗に関する物理量を算出するように構成された第１算出回路と、算出された前記発汗に関する物理量を出力するように構成された出力部とを備え、前記ウェアラブルデバイスは、第１流路と、第２流路と、第３流路とを形成する基板と、前記基板に配置され、前記第２流路に向けて光を出射するように構成された光源と、前記光源と向かい合うように前記基板に配置され、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力するように構成された受光素子とを備え、前記第１流路は、一端が前記基板の第１の側面に開口し、前記生体の皮膚から分泌される汗を輸送するように構成され、前記第２流路は、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続され、前記汗を輸送するように構成され、前記第３流路は、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口して、前記汗を輸送するように構成され、前記第１算出回路は、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出することを特徴とする。
また、本発明に係る発汗分析装置は、生体に装着されるウェアラブルデバイスと、前記ウェアラブルデバイスの受光素子より出力された電気信号のピークの発生の頻度より、前記生体の発汗に関する物理量を算出するように構成された第１算出回路と、算出された前記発汗に関する物理量を出力するように構成された出力部とを備え、前記ウェアラブルデバイスは、第１流路と、第２流路と、第３流路とを形成する基板と、前記基板に配置され、前記第２流路に向けて光を出射するように構成された光源と、前記光源と向かい合うように前記基板に配置され、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力するように構成された受光素子とを備え、前記第１流路は、一端が前記基板の第１の側面に開口し、前記生体の皮膚から分泌される汗を輸送するように構成され、前記第２流路は、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続され、前記汗を輸送するように構成され、前記第３流路は、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口して、前記汗を輸送するように構成され、前記第１算出回路は、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出することを特徴とする。
【0011】
上述した課題を解決するために、本発明に係る発汗分析方法は、一端が基板の第１の側面に開口した第１流路に、生体の皮膚から分泌される汗を輸送させる第１ステップと、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路に、前記汗を輸送させる第２ステップと、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口した第３流路に前記汗を輸送させる第３ステップと、前記基板に配置された光源から、前記第２流路に向けて光を出射する第４ステップと、前記光源と向かい合うように前記基板に配置された受光素子が、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力する第５ステップと、前記第５ステップで出力された前記電気信号から、前記生体の発汗に関する物理量および前記汗に含まれる所定の成分の濃度の少なくともいずれかを算出する第６ステップと、前記第６ステップでの算出結果を出力する第７ステップとを含み、前記第６ステップは、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積に、前記受光素子より出力された電気信号のピークの数を乗ずることで、前記生体の発汗量を算出するステップを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る発汗分析方法は、一端が基板の第１の側面に開口した第１流路に、生体の皮膚から分泌される汗を輸送させる第１ステップと、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路に、前記汗を輸送させる第２ステップと、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口した第３流路に前記汗を輸送させる第３ステップと、前記基板に配置された光源から、前記第２流路に向けて光を出射する第４ステップと、前記光源と向かい合うように前記基板に配置された受光素子が、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力する第５ステップと、前記第５ステップで出力された前記電気信号から、前記生体の発汗に関する物理量を算出する第６ステップと、前記第６ステップでの算出結果を出力する第７ステップとを含み、前記第６ステップは、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出するステップを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る発汗分析方法は、一端が基板の第１の側面に開口した第１流路に、生体の皮膚から分泌される汗を輸送させる第１ステップと、前記第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路に、前記汗を輸送させる第２ステップと、前記第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が前記基板の第２の側面に開口した第３流路に前記汗を輸送させる第３ステップと、前記基板に配置された光源から、前記第２流路に向けて光を出射する第４ステップと、前記光源と向かい合うように前記基板に配置された受光素子が、前記光源から出射され、前記第２流路を透過した前記光を受光し、受光された前記光を電気信号に変換して出力する第５ステップと、前記第５ステップで出力された前記電気信号から、前記生体の発汗に関する物理量を算出する第６ステップと、前記第６ステップでの算出結果を出力する第７ステップとを含み、前記第６ステップは、前記第２流路に形成される汗の液滴の予め求められている体積を、前記受光素子より出力された電気信号のピークの周期と、前記第１流路の入口である開口と接触する前記生体の皮膚の面積で除算することで、前記生体の単位面積当たりの発汗速度を算出するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、一端が基板の第１の側面に開口した第１流路と、第１流路の径よりも大きい径を有し、一端が前記第１流路の他端と接続された第２流路と、第２流路の径よりも小さい径を有し、一端が前記第２流路の他端に接続され、他端が基板の第２の側面に開口した第３流路とを備える。そのため、計測系の空気を入れ替えるためのエアーポンプを用いることなく、汗に関する物理量を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
［発明の概要］
まず、本発明の実施の形態に係るウェアラブルデバイス１の概要について、図１を参照して説明する。
まず、本発明の実施の形態に係るウェアラブルデバイス１の概要について、図１を参照して説明する。
【0016】
図１は、ウェアラブルデバイス１の底面を模式的に示した図である。ウェアラブルデバイス１はユーザ（生体）に装着され、ユーザの皮膚ＳＫの汗腺から分泌された汗ＳＷを輸送する第１流路１２、第２流路１３、および第３流路１４を形成する基板を備える。第１流路１２および第３流路１４の径は、第２流路１３の径よりも小さい。本実施の形態では、第１流路１２に流入する汗ＳＷは、第１流路１２から第２流路１３へと輸送され、さらに、汗ＳＷは第２流路１３から第３流路１４へと輸送され、第３流路１４から外部へ排出される。
【0017】
ウェアラブルデバイス１は、光源１５と受光素子１６とが第２流路１３を挟んで、互いに向かい合うように基板に配置されている。本実施の形態では、基板は、互いに接合された第１基板１０と第２基板１１とを含む。
【0018】
［ウェアラブルデバイスの構成］
次に、本発明の実施の形態について図１から図８を参照して説明する。図１は、ウェアラブルデバイス１の底面の模式図である。図２は、図１のウェアラブルデバイス１のＩＩ－ＩＩ’線断面図である。図３は、図１のウェアラブルデバイス１のＩＩＩ－ＩＩＩ’線断面図である。
次に、本発明の実施の形態について図１から図８を参照して説明する。図１は、ウェアラブルデバイス１の底面の模式図である。図２は、図１のウェアラブルデバイス１のＩＩ－ＩＩ’線断面図である。図３は、図１のウェアラブルデバイス１のＩＩＩ－ＩＩＩ’線断面図である。
【0019】
ウェアラブルデバイス１は、例えば、ユーザに装着される第１基板１０および第２基板１１、第１流路１２、第２流路１３、第３流路１４、光源１５、および受光素子１６を備える。
【0020】
第１基板１０は、第２基板１１と対抗する面で第２基板１１と接合されている。
【0021】
第２基板１１は、第１基板１０と対抗する面に、第１流路１２と、第２流路１３と、第３流路１４とをそれぞれ形成する第１溝と、第２溝と、第３溝とを有する。本実施の形態では、溝が形成された第２基板１１の面と、対抗する第１基板１０の面とが接合されて形成された空間により、第１流路１２、第２流路１３、および第３流路１４が形成される。
【0022】
また、第２基板１１には、光源１５と受光素子１６とが第２流路１３を挟んで、互いに向かうように配置されている。
【0023】
第１基板１０および第２基板１１の材料としては、任意の絶縁性材料を用いることができる。絶縁材料として、例えば、ガラスなどの親水性材料、あるいは樹脂などの疎水性材料を用いてもよい。
【0024】
第１流路１２は、その一端が、第１基板１０と第２基板１１とが互いに接合された基板の側面（第１の側面）に開口し、他端は第２流路１３の一端と接続され、皮膚ＳＫの汗腺から分泌される汗ＳＷを輸送する。第１流路１２は、第２基板１１の第１基板１０と対抗する面に形成された溝（第１溝）と第１基板１０とで形成された空間を有する。
【0025】
第１流路１２の一端には、図示されない入口構造が設けられており、汗ＳＷを収集する。例えば、汗ＳＷを収集する入口構造は、ユーザの皮膚ＳＫに接する開口を有する流路構造としてもよい。
【0026】
第１流路１２の断面形状は、矩形や円形などとすることができる。また、第１流路１２は例えば、流路長および流路幅が一定の細管であり、例えば、断面積が、１ｍｍ２程度あるいは１ｍｍ２以下とすることができる。第１流路１２の内壁は、親水性および疎水性のいずれであってもよい。なお、第１流路１２の内壁は疎水性とされている場合であっても、汗腺から分泌された汗ＳＷは、その浸透圧により第１流路１２から第２流路１３、さらに第３流路１４へと輸送される。
【0027】
第２流路１３は、第１流路１２の径よりも大きい径を有し、一端が第１流路１２の他端と接続され、汗ＳＷを輸送する。第２流路１３の他端は、第３流路１４の一端と接続されている。第２基板１１の第１基板１０と対抗する面に、第２流路１３の溝（第２溝）が形成される。第２流路１３は、互いに接合された第１基板１０と第２基板１１とで形成された空間を有する。
【0028】
本実施の形態では、図１から図３に示すように、第２流路１３は流路長よりも大きい流路幅を有する。また、第２流路１３の内壁は、疎水性とされている。第２流路１３は、少なくとも汗ＳＷの液滴の一滴分を保持できる体積を有する。第２流路１３の断面形状は、図１から図３に示すように矩形としてもよく、また円形などとしてもよい。あるいは、第２流路１３は、液滴が収まる球状の空間として形成されてもよい。
【0029】
第２流路１３の内壁は、疎水性とされていることから、第１流路１２で輸送された汗ＳＷが第２流路１３の入口に輸送されてくると、汗ＳＷは、第２流路１３において、液滴を形成する。
【0030】
第３流路１４は、第２流路１３の径よりも小さい径を有し、一端が第２流路１３の他端に接続され、第３流路１４の他端は、互いに接合された第１基板１０および第２基板１１を有する基板の側面（第２の側面）に開口し、汗ＳＷを輸送する。第２基板１１の第１基板１０と対抗する面に、第３流路１４の溝（第３溝）が形成される。第３流路１４は、互いに接合された第１基板１０と第２基板１１とで形成された空間を有する。
【0031】
第３流路１４の断面形状は、矩形や円形などとすることができる。また、第３流路１４は、例えば、流路長および流路幅が一定の細管であり、例えば、断面積が、１ｍｍ２程度あるいは１ｍｍ２以下の、第２流路１３の断面積よりも十分に小さい断面積を有する。第３流路１４の内壁は、親水性とされている。本実施の形態では、第２流路１３で形成される汗ＳＷの液滴が、第３流路１４の入口（一端）に接すると、形成された液滴分の体積の汗ＳＷが第３流路１４に吸い込まれるように流れ込み、第３流路１４の出口（他端）側へ輸送される。
【0032】
第３流路１４の他端には、例えば、第３流路１４から輸送される汗ＳＷの排出や蒸発を促す出口構造が設けられていてもよい。第３流路１４の他端に設けられる出口構造の例としては、綿や絹等の繊維や多孔質セラミック基板などの多孔体を用いることができる。
【0033】
このように、細管の第１流路１２と、流路の断面積が第１流路１２および第３流路１４より大きい疎水性の内壁を有する第２流路１３と、親水性の内壁を有する細管の第３流路１４とにより、毛細管現象により、第１流路１２から第２流路１３、さらに第２流路１３から第３流路１４へと汗ＳＷが輸送される。
【0034】
光源１５は、例えば、第２基板１１に配置され、第２流路１３に向けて光を出射する。光源１５は、例えば、レーザーダイオードで構成される。例えば、図１および図２に示すように、光源１５は、第２基板１１における第１基板１０と対抗する面の、第２流路１３を形成する溝を挟んで、溝幅に沿った方向に後述の受光素子１６と互いに向かい合うように配置されている。
【0035】
受光素子１６は、フォトダイオードなどで構成され、例えば、第２基板１１における第１基板１０と対抗する面の、第２流路１３を形成する溝を挟んで、溝幅に沿った方向に光源１５と向かい合うように配置される。受光素子１６は、光源１５から出射され、汗ＳＷが輸送される第２流路１３を透過した光を受光する。受光素子１６は、受光した光を電気信号に変換して出力する。光源１５から受光素子１６までの光路は、第２流路１３を交差する。例えば、図１に示すように、汗ＳＷが輸送される流路長に対して垂直方向に沿った光路が形成される。
【0036】
上述したウェアラブルデバイス１は、以下の製造方法により作製される。まず、樹脂やＳｉをエッチングして流路となる溝が形成された型を作製し、次に、作製した型をもとに電鋳により金属構造体を作製し、作製した型をエッチングなどで除去し、金属製の成形型を得る。成形型を転写することで疎水性の樹脂などからなる流路が形成された第２基板１１を成型する。その後、第１流路１２および第３流路１４の内壁を、例えば、プラズマ処理により親水性とする表面処理を施す。最後に、疎水性の樹脂などの絶縁性材料からなる第１基板１０の面と流路の溝が形成された第２基板１１の面とを貼り合わせてウェアラブルデバイス１とする。
【0037】
また、ウェアラブルデバイス１は、第１基板１０および第２基板１１として、ガラス基板など、親水性の絶縁性材料を用いることもできる。この場合、第２基板１１に形成される第１流路１２、第２流路１３、および第３流路１４は親水性の内壁を有する。この場合、第２流路１３については、例えば、シランカップリング処理やフッ素プラズマ処理などで、第２流路１３の内壁を疎水性（撥水性）とする表面処理を施す。フッ素プラズマ処理を用いた場合、内壁が不活性となり、汗ＳＷに皮脂などが含まれている場合でも第２流路１３の内壁に撥水性を持たせることができる。
【0038】
図５Ａに示すように、皮膚ＳＫの汗腺より分泌された汗ＳＷが、第１流路１２から流れ込み、第２流路１３に輸送され、さらに発汗量の増加あるいは継続的に発汗されることで、液体の汗ＳＷが疎水性の内壁を有する第２流路１３内で、例えば、液滴を形成する。第２流路１３において汗ＳＷの液滴が形成される前は、光源１５から出射された光は、第２流路１３内の空気層を透過して受光素子１６で受光される。一方、第２流路１３において液滴が形成され第３流路１４側へ近づくと、光源１５から出射された光は、汗ＳＷの液体層を透過して、受光素子１６で受光される。
【0039】
その後、図５Ｂに示すように、さらに汗ＳＷの発汗量が増加あるいは継続的に発汗することで、第２流路１３の液滴が、親水性の内壁を有する第３流路１４の入口に接触すると、毛細管現象により、第２流路１３内の汗ＳＷが第３流路１４に吸引される。このとき、第２流路１３内の汗ＳＷの液滴は消失するため、第２流路１３は空気層のみとなり、光源１５から出射された光は、空気層のみを透過して受光素子１６で受光される。
【0040】
その後、図５Ｃに示すように、さらに発汗量が増加あるいは継続的な発汗が生ずることで、再び第２流路１３において汗ＳＷの液滴が形成される。このように、第２流路１３内における汗ＳＷの出現と消失のサイクルを汗ＳＷの分泌速度（発汗速度）に応じて繰り返す。
【0041】
図４は、光源１５および受光素子１６によってウェアラブルデバイス１が光学的に測定した汗ＳＷに関する物理量である受光量（光強度）を示した電気信号の一例である。
【0042】
図４の縦軸は受光素子１６によって受光された光の受光量を示しており、横軸は時間を示す。また、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、図４の各時刻（ａ）、（ｂ）、（ｃ）での第２流路１３を流れる汗ＳＷの状態を示している。
【0043】
受光素子１６から出力される電気信号は、図４に示すように、第２流路１３での汗ＳＷの液滴の形成および消失のサイクルに応じた連続するパルス波形のような信号波形を有する。
【0044】
図４の時刻（ａ）での電流値は、図５Ａに示すように、第２流路１３に汗ＳＷの液滴が形成されて光源１５から受光素子１６までの光路と交差する。汗ＳＷの液体層を透過した光の受光量（光強度）は、第２流路１３内に空気が媒質として含まれている場合と比較して、受光量は減少する。また、第２流路１３に輸送される汗ＳＷの量、つまり、媒質に含まれる空気層および汗ＳＷの量に応じて受光量が変化する。
【0045】
図４の時刻（ｂ）では、図５Ｂに示すように、光源１５から出射された光は、第２流路１３の空気層のみを介して受光素子１６で受光される。その後、一定の時間にわたって発汗量が生ずると、図４の時刻（ｃ）に対応する図５Ｃに示すように、再び汗ＳＷが第２流路１３に輸送され、光源１５からの光が空気層から汗ＳＷの液体層の順に媒質が変化しながら透過して、受光素子１６で受光される。
【0046】
［発汗分析装置の機能ブロック］
次に、上述したウェアラブルデバイス１を備える発汗分析装置１００の機能構成について、図６のブロック図を参照して説明する。
次に、上述したウェアラブルデバイス１を備える発汗分析装置１００の機能構成について、図６のブロック図を参照して説明する。
【0047】
発汗分析装置１００は、ウェアラブルデバイス１と、取得部２０と、第１算出回路２１と、第２算出回路２２と、記憶部２３と、出力部２４とを備える。
【0048】
取得部２０は、ウェアラブルデバイス１で得られた電気信号を取得する。取得部２０は、取得した電気信号の増幅、ノイズの除去、ＡＤ変換などの信号処理を行う。取得された電気信号の時系列データは、記憶部２３に蓄積される。取得部２０によって取得される電気信号の時系列データは、例えば、図４に示すように、上述した第２流路１３における汗ＳＷの出現および消失のサイクルに応じたピークを有する波形となる。
【0049】
第１算出回路２１は、電気信号の極大値または極小値の発生の頻度より、発汗に関する物理量を算出する。例えば、第１算出回路２１は、電気信号の時系列データから、予め求められている第２流路１３に形成される汗ＳＷの液滴の体積に液滴の出現（あるいは消失）回数（つまり図４のピークの数）を乗ずることで、発汗量を算出する。汗ＳＷの液滴の体積は、例えば、第２流路１３の体積と汗ＳＷの特性とにより事前に計算で求めることができる。あるいは、実験により液滴の体積を求めてもよい。
【0050】
また、第１算出回路２１は、予め求められている汗ＳＷの液滴の体積を、第２流路１３における汗ＳＷの出現（あるいは消失）の周期と、第１流路１２あるいは第１流路１２に接続されている入口構造に接触するユーザの皮膚ＳＫの面積で除算することで、単位面積当たりの発汗速度を算出する。なお、皮膚ＳＫの面積として第１流路１２あるいは入口構造の開口の断面積を用いることができる。
【0051】
第２算出回路２２は、ウェアラブルデバイス１で得られた電気信号から、汗ＳＷに含まれる所定の成分の濃度を算出する。例えば、第２算出回路２２は、汗ＳＷに含まれる成分（水、塩化ナトリウム、尿素、乳酸など）の濃度を算出する。より詳細には、第２算出回路２２は、光源１５のレーザ波長を特定の汗ＳＷの成分の吸収波長とし、汗ＳＷが第２流路１３に輸送される際の受光素子１６での光の受光量から、特定の汗の成分濃度を算出することができる。
【0052】
記憶部２３は、取得部２０によってウェアラブルデバイス１から取得された電気信号の時系列データを記憶する。また、記憶部２３には、第２流路１３の体積、光源１５のレーザ波長に関する情報が予め記憶されている。
【0053】
出力部２４は、第１算出回路２１および第２算出回路２２で算出された発汗量、発汗速度、および汗ＳＷの成分濃度を出力する。出力部２４は、例えば、図示されない表示装置に算出結果を表示することができる。あるいは、出力部２４は、後述の通信Ｉ／Ｆ１０５より、図示されない外部の通信端末装置に算出結果を送出してもよい。
【0054】
［発汗分析装置のハードウェア構成］
次に、上述した機能を有するウェアラブルデバイス１を備える発汗分析装置１００を実現するハードウェア構成の一例について、図７を参照して説明する。
次に、上述した機能を有するウェアラブルデバイス１を備える発汗分析装置１００を実現するハードウェア構成の一例について、図７を参照して説明する。
【0055】
図７に示すように、発汗分析装置１００は、例えば、バスを介して接続されるＭＣＵ１０１、メモリ１０２、ＡＦＥ１０３、ＡＤＣ１０４、通信Ｉ／Ｆ１０５を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。発汗分析装置１００には、例えば、外部に設けられたウェアラブルデバイス１がバスを介して接続されている。また、発汗分析装置１００は、電源１０６を備え、図６および図７に示すウェアラブルデバイス１以外の装置全体への電源供給を行う。
【0056】
メモリ１０２には、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０１が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。ＭＣＵ１０１とメモリ１０２とによって、図６に示した取得部２０、第１算出回路２１、第２算出回路２２を含む発汗分析装置１００の各機能が実現される。
【0057】
ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）１０３は、ウェアラブルデバイス１で測定されたアナログの電流値を示す微弱な電気信号である測定信号を増幅する回路である。
【0058】
ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０４は、ＡＦＥ１０３で増幅されたアナログ信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換する回路である。ＡＦＥ１０３およびＡＤＣ１０４は、図６で説明した取得部２０を実現する。
【0059】
メモリ１０２は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリや、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリなどで実現される。メモリ１０２は、ＡＤＣ１０４より出力された信号の時系列データを一時的に記憶する。メモリ１０２は、図６で説明した記憶部２３を実現する。
【0060】
また、メモリ１０２は、発汗分析装置１００が発汗分析処理を行うためのプログラムを格納するプログラム格納領域を有する。さらには、例えば、上述したデータやプログラムやなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。
【0061】
通信Ｉ／Ｆ１０５は、通信ネットワークＮＷを介して各種外部電子機器との通信を行うためのインターフェース回路である。
【0062】
通信Ｉ／Ｆ１０５としては、例えば、ＬＴＥ、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などの有線や無線によるデータ通信規格に対応した通信インターフェースおよびアンテナが用いられる。通信Ｉ／Ｆ１０５によって、図６で説明した出力部２４が実現される。
【0063】
なお、発汗分析装置１００は、ＭＣＵ１０１に内蔵されている時計、あるいは、図示されないタイムサーバから時刻情報を取得してサンプリング時刻として用いる。
【0064】
［発汗分析方法］
次に、上述した構成を有するウェアラブルデバイス１を備えた発汗分析装置１００の動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。事前にウェアラブルデバイス１がユーザに装着されて、電源１０６がＯＮとなり発汗分析装置１００が起動すると、以下の処理が実行される。
次に、上述した構成を有するウェアラブルデバイス１を備えた発汗分析装置１００の動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。事前にウェアラブルデバイス１がユーザに装着されて、電源１０６がＯＮとなり発汗分析装置１００が起動すると、以下の処理が実行される。
【0065】
まず、取得部２０は、ウェアラブルデバイス１から電流値を示す電気信号を取得する（ステップＳ１）。次に、取得部２０は、電気信号を増幅する（ステップＳ２）。より詳細には、ＡＦＥ１０３は、ウェアラブルデバイス１で測定された微弱な電流信号を増幅する。
【0066】
次に、取得部２０は、ステップＳ２で増幅された電気信号をＡＤ変換する（ステップＳ３）。具体的には、ＡＤＣ１０４が、ＡＦＥ１０３で増幅されたアナログ信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された電気信号の時系列データは記憶部２３に記憶される（ステップＳ４）。
【0067】
次に、第１算出回路２１は、取得された電気信号から、ユーザの発汗量を算出する（ステップＳ５）。その後、第１算出回路２１は、電気信号から発汗速度を算出する（ステップＳ６）。
【0068】
次に、第２算出回路２２は、取得された電気信号から、汗ＳＷに含まれる所定の成分の濃度を算出する（ステップＳ７）。その後、測定が終了すると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、出力部２４は、発汗量、発汗速度、および成分濃度を含む算出結果を出力する（ステップＳ９）。一方、測定が終了していない場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１に戻される。
【0069】
なお、第１算出回路２１は、発汗量および発汗速度のいずれかを算出する構成としてもよい。また、設定により、発汗量、発汗速度、および成分濃度のうちのいずれか１つあるいは２つの値を算出する構成とすることもでき、これらの値が算出される順番は任意である。
【0070】
また、説明した実施の形態において、ウェアラブルデバイス１は、ユーザの皮膚ＳＫから汗ＳＷを収集する入口構造と接続されていれば、ユーザの体にバンドで固定されていても、ユーザが装着する衣服に固定されていてもよい。
【0071】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ウェアラブルデバイス１は、基板に形成された、内壁が疎水性とされた第２流路１３と、第２流路１３と接続し第２流路１３の径よりも小さい径を有する親水性の内壁を有する第３流路１４とによって汗ＳＷが輸送される。また、光源１５と受光素子１６とが第２流路１３を挟んで、互いに向かい合うように配置されている。そのため、エアーポンプを用いることなく、汗に関する物理量を測定することができる。また、測定された汗に関する物理量から、発汗量や発汗速度などの発汗に関する物理量や汗に含まれる成分を測定できる。
【0072】
本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１は、エアーポンプを用いることなく汗ＳＷを液体の状態で回収し、一定体積ごとに第２流路１３から第３流路１４に輸送されるので、ウェアラブルデバイス１のサイズをより小型化できる。また、その結果として、発汗分析装置１００のサイズを小型化することができる。
【0073】
また、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１は、光源１５と受光素子１６とを備え、一定の周期で汗ＳＷが第２流路１３に出現し第３流路１４に輸送されるサイクルに応じた受光量の変化に伴う電流信号の時系列データを測定する。そのため、ユーザに装着されたウェアラブルデバイス１により、光学的に汗に関する物理量を測定することができる。
【0074】
以上、本発明のウェアラブルデバイス、発汗分析装置、および発汗分析方法における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
【符号の説明】
【0075】
１…ウェアラブルデバイス、１０…第１基板、１１…第２基板、１２…第１流路、１３…第２流路、１４…第３流路、１５…光源、１６…受光素子、２０…取得部、２１…第１算出回路、２２…第２算出回路、２３…記憶部、２４…出力部、１００…発汗分析装置、１０１…ＭＣＵ、１０２…メモリ、１０３…ＡＦＥ、１０４…ＡＤＣ、１０５…通信Ｉ／Ｆ、１０６…電源、ＳＷ…汗。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】