特許 7412694 塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法

(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】2024-01-04

(45)【発行日】2024-01-15

(54)【発明の名称】塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/06 20060101AFI20240105BHJP

   A42B 3/04 20060101ALI20240105BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

G01N27/06 A

A42B3/04

A61B5/00 N

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019153960

(22)【出願日】2019-08-26

(65)【公開番号】P2021032738

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】518212241

【氏名又は名称】公立大学法人公立諏訪東京理科大学

(73)【特許権者】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋元 伸晃

(72)【発明者】

【氏名】組田 良則

(72)【発明者】

【氏名】近藤 敏仁

(72)【発明者】

【氏名】皆内 佳奈子

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２９６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９８５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０２１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０６５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０７８３０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５３３２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１２１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０９８６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４－２７／２４

Ｇ０１Ｎ ３３／４８３－３３／９８

Ａ６１Ｂ ５／００－５／３９８

Ａ４２Ｂ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備える塩分センサと、
前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル電導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部と、
を備え、
前記塩分センサは、前記一対の電極の歯部が対向する領域に汗が流入し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する塩分濃度計測装置。

【請求項2】

前記電気伝導度計測部は、前記一対の電極に交流電圧を印加した時の前記一対の電極の間の交流抵抗に基づいて電気伝導度を計測し、
前記交流電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下である
請求項１に記載の塩分濃度計測装置。

【請求項3】

前記汗の温度を計測する温度センサを備える
請求項１又は２に記載の塩分濃度計測装置。

【請求項4】

前記電極は、前記基板とは反対側の表面に、金又は白金を含む皮膜を備える
請求項１から３のいずれか１項に記載の塩分濃度計測装置。

【請求項5】

前記塩分センサは、前記電極の高さより厚いスペーサを備える
請求項１から４のいずれか１項に記載の塩分濃度計測装置。

【請求項6】

前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、
前記スペーサは、一方の前記電極の前記歯部の先端よりも、他方の前記電極の前記基部側に配置され、
複数の前記歯部が並ぶ方向において、前記スペーサは、前記基部よりも長い
請求項５に記載の塩分濃度計測装置。

【請求項7】

外殻と、
前記外殻の内側に配置され装着者の皮膚に面する内殻と、
塩分濃度計測装置と、
を備え、
前記塩分濃度計測装置は、
基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備え、前記内殻に配置される塩分センサと、
前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル電導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部と、
を備え、
前記塩分センサは、前記一対の電極の歯部が対向する領域に汗が流入し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する
頭部装着装置。

【請求項8】

前記塩分センサは、前記内殻のうち前記装着者の額に面することになる位置に配置される
請求項７に記載の頭部装着装置。

【請求項9】

前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、
前記一対の電極は、複数の前記歯部が並ぶ方向が前記外殻の縁から頂部に向かう方向に沿うように配置される
請求項７又は８に記載の頭部装着装置。

【請求項10】

塩分センサの櫛歯状の一対の電極の歯部が対向する領域に汗が流入し、流入する汗の電気伝導度を計測する電気伝導度計測ステップと、
前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップと、
を備え、
前記塩分濃度算出ステップは、
ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及び乳酸イオンを含み、それぞれのイオン濃度とモル伝導度が既知の標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶し、
前記セル定数は、前記塩分センサを用いて測定した前記標準溶液の電気伝導度と各イオン濃度と各モル電導度とから算出された値であり、
前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する塩分濃度計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱中症を防止するために、発汗量を計測する装置が知られている。例えば、特許文献１には、発汗量を計測できる頭部装着装置の一例が記載されている。熱中症になる可能性の推定精度を向上させるためには、発汗量に加え汗の塩分濃度が計測されることが望ましい。例えば、特許文献２には、尿の塩分濃度を計測できる塩分センサが記載されている。特許文献２の塩分センサは、一対の電極間の導電率に基づいて尿の塩分濃度を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１９／０７８３０８号

【文献】特開２００４－２２６２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、汗は、広い面積に亘る多数の汗腺から分泌される。熱中症になる可能性の推定に必要な汗の塩分濃度の計測精度を向上させるためには、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測することが望ましい。特許文献２の塩分センサを用いる場合、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測することは困難である。このため、特許文献２の塩分センサを用いる場合、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることには限界がある。

【0005】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測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】

【0006】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の塩分濃度計測装置は、基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備える塩分センサと、前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、を備える。

【0007】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、標準溶液を用いた実験によって予め求められた前記一対の電極に関するセル定数を記憶する記憶部を備え、前記演算部は、前記電気伝導度及び前記セル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する。

【0008】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電気伝導度計測部は、前記一対の電極に交流電圧を印加した時の前記一対の電極の間の交流抵抗に基づいて電気伝導度を計測し、前記交流電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下である。

【0009】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記汗の温度を計測する温度センサを備える。

【0010】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電極は、前記基板とは反対側の表面に、金又は白金を含む皮膜を備える。

【0011】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記塩分センサは、前記電極の高さより厚いスペーサを備える。

【0012】

塩分濃度計測装置の望ましい態様として、前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、前記スペーサは、一方の前記電極の前記歯部の先端よりも、他方の前記電極の前記基部側に配置され、複数の前記歯部が並ぶ方向において、前記スペーサは、前記基部よりも長い。

【0013】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の頭部装着装置は、外殻と、前記外殻の内側に配置され装着者の皮膚に面する内殻と、塩分濃度計測装置と、を備え、前記塩分濃度計測装置は、基板、及び前記基板に配置される櫛歯状の一対の電極を備え、前記内殻に配置される塩分センサと、前記一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測部と、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する演算部と、を備える。

【0014】

頭部装着装置の望ましい態様として、前記塩分センサは、前記内殻のうち前記装着者の額に面することになる位置に配置される。

【0015】

頭部装着装置の望ましい態様として、前記電極は、一方向に間隔を空けて並べられる複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する基部と、を備え、前記一対の電極は、複数の前記歯部が並ぶ方向が前記外殻の縁から頂部に向かう方向に沿うように配置される。

【0016】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の塩分濃度計測方法は、櫛歯状の一対の電極の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測ステップと、前記電気伝導度に基づき、前記一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップと、を備える。

【発明の効果】

【0017】

本開示の塩分濃度計測装置、頭部装着装置、及び塩分濃度計測方法によれば、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、実施形態の塩分濃度計測装置を備える頭部装着装置の底面図である。

【図2】図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３は、実施形態の塩分濃度計測装置を示す模式である。

【図4】図４は、実施形態の塩分センサの正面図である。

【図5】図５は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図6】図６は、図４におけるＣ－Ｃ断面図である。

【図7】図７は、実施形態の塩分センサで計測された標準溶液の導電率と、標準溶液の実際の導電率とを比較するグラフである。

【図8】図８は、実施形態の塩分濃度計測方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0020】

（実施形態）
図１は、実施形態の塩分濃度計測装置を備える頭部装着装置の底面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。図３は、実施形態の塩分濃度計測装置を示す模式である。図４は、実施形態の塩分センサの正面図である。図５は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。図６は、図４におけるＣ－Ｃ断面図である。

【0021】

図２に示すように、頭部装着装置１０は、装着者９０の頭部に装着される装置である。本実施形態の頭部装着装置１０は、ヘルメットである。図１及び図２に示すように、頭部装着装置１０は、外殻１１と、内殻１２と、塩分濃度計測装置１００と、を備える。

【0022】

図２に示すように、外殻１１は、半球状の部材である。外殻１１は、例えば合成樹脂で形成されている。内殻１２は、外殻１１の内側に配置される。内殻１２は、装着者９０の皮膚９１に面する。内殻１２は、バンド部１２１と、ハンモック部１２５と、ベルト部１２３と、を備える。バンド部１２１は、外殻１１の縁に沿う環状の部材である。ハンモック部１２５は、外殻１１の頂部に対応する位置に配置される。ベルト部１２３は、バンド部１２１とハンモック部１２５とを連結している。

【0023】

図３に示すように、塩分濃度計測装置１００は、塩分センサ３１と、電気伝導度計測部３９と、バッテリ１０１と、温度センサ３３と、光電脈波センサ３５と、発汗量センサ３７と、制御装置５０と、出力装置７０と、を備える。

【0024】

塩分センサ３１は、装着者９０の汗の塩分濃度を計測するために必要な情報を検出するセンサである。塩分センサ３１は、装着者９０の皮膚９１に接するように配置される。図１に示すように、塩分センサ３１は、内殻１２のバンド部１２１に配置される。図２に示すように、塩分センサ３１は、バンド部１２１のうち装着者９０の額９５に面することになる位置に配置される。このため、装着者９０が頭部装着装置１０を装着した状態において、塩分センサ３１は、装着者９０の額９５に接する。

【0025】

図４から図６に示すように、塩分センサ３１は、基板４０と、第１電極４１と、第２電極４２と、第１ランド４３と、第２ランド４４と、第１保護膜４５と、第２保護膜４６と、第１スペーサ４７と、第２スペーサ４８と、を備える。

【0026】

基板４０は、絶縁体で形成された板である。基板４０は、フレキシブル基板である。基板４０は、例えばポリイミド（ＰＩ）で形成される。第１電極４１及び第２電極４２は、基板４０の表面に設けられる導体である。第１電極４１及び第２電極４２は、例えば銅で形成される。第１電極４１及び第２電極４２は、基板４０とは反対側の表面に皮膜を備える。皮膜は、金又は白金を含むことが望ましい。皮膜は、例えばＮｉ－Ａｕ（ニッケル金）で形成される。第１電極４１及び第２電極４２は、櫛歯状の電極である。

【0027】

図４に示すように、第１電極４１は、複数の歯部４１１と、基部４１３と、を備える。複数の歯部４１１は一方向に向かって等間隔に並べられる。第１電極４１は、歯部４１１の並ぶ方向が外殻１１の縁１１１から頂部１１３に向かう方向（図２における紙面の上下方向）に沿うように配置される。基部４１３は、全ての歯部４１１を連結する。

【0028】

図４に示すように、第２電極４２は、複数の歯部４２１と、基部４２３と、を備える。複数の歯部４２１は一方向に向かって等間隔に並べられる。第２電極４２は、歯部４２１の並ぶ方向が外殻１１の縁１１１から頂部１１３に向かう方向（図２における紙面の上下方向）に沿うように配置される。１つの歯部４２１が、２つの歯部４１１の間に配置される。すなわち、歯部４１１及び歯部４２１は、交互に配置される。歯部４１１と歯部４２１との間には、隙間が設けられる。基部４２３は、全ての歯部４２１を連結する。

【0029】

以下の説明において、ＸＹＺ直交座標軸が用いられる。Ｘ軸は、基板４０に対して直交する。Ｙ軸は、歯部４１１の長手方向と平行である。Ｚ軸は、複数の歯部４１１が並ぶ方向と平行である。Ｘ軸と平行な方向は、単にＸ方向と記載される。Ｙ軸と平行な方向は、単にＹ方向と記載される。Ｚ軸と平行な方向は、単にＺ方向と記載される。基板４０の裏面から第１電極４１が配置される表面に向かう方向を、＋Ｘ方向とする。第１電極４１から第２電極４２に向かう方向を、＋Ｙ方向とする。＋Ｘ方向を上とし且つ＋Ｙ方向を前とした場合の左方向を、＋Ｚ方向とする。

【0030】

図４に示すように、第１ランド４３は、第１電極４１の－Ｙ方向に配置される。第１ランド４３は、基部４１３と接続される。第１ランド４３は、リード線等を介して電気伝導度計測部３９と接続される。

【0031】

図４に示すように、第２ランド４４は、第２電極４２の＋Ｙ方向に配置される。第２ランド４４は、基部４２３と接続される。第２ランド４４は、リード線等を介して電気伝導度計測部３９と接続される。

【0032】

第１保護膜４５は、第１電極４１の＋Ｘ方向に重ねられる絶縁膜である。第１保護膜４５は、例えばポリイミドで形成される。第１保護膜４５は、基板４０のＺ方向の全長に亘って設けられる。第１保護膜４５は、第１電極４１の基部４１３の全て、及び歯部４１１の一部を覆う。歯部４１１のうち歯部４２１とＺ方向に対向する部分は、露出している。

【0033】

第２保護膜４６は、第２電極４２の＋Ｘ方向に重ねられる絶縁膜である。第２保護膜４６は、例えばポリイミドで形成される。第２保護膜４６は、基板４０のＺ方向の全長に亘って設けられる。第２保護膜４６は、第２電極４２の基部４２３の全て、及び歯部４２１の一部を覆う。歯部４２１のうち歯部４１１とＺ方向に対向する部分は、露出している。

【0034】

第１スペーサ４７は、装着者９０の皮膚９１と第１電極４１との間、及び皮膚９１と第２電極４２との間に隙間を設けるための部材である。第１スペーサ４７は、例えば合成樹脂等で形成される。第１スペーサ４７は、第１保護膜４５の＋Ｘ方向に配置される。第１スペーサ４７は、歯部４２１の先端よりも、－Ｙ方向（基部４１３側）に配置される。第１スペーサ４７のＺ方向の長さは、基部４１３のＺ方向の長さよりも大きい。第１スペーサ４７のＸ方向の長さは、第１電極４１及び第２電極４２のＸ方向の長さよりも大きい。すなわち、Ｘ方向において第１スペーサ４７は、第１電極４１及び第２電極４２よりも厚い。第１電極４１及び第２電極４２のＸ方向の長さは、第１電極４１及び第２電極４２の高さともいえる。第１スペーサ４７は、第１電極４１及び第２電極４２の高さよりも厚い。装着者９０が頭部装着装置１０を装着した状態において、第１スペーサ４７は、装着者９０の皮膚９１に接する。

【0035】

第２スペーサ４８は、装着者９０の皮膚９１と第１電極４１との間、及び皮膚９１と第２電極４２との間に隙間を設けるための部材である。第２スペーサ４８は、例えば合成樹脂等で形成される。第２スペーサ４８は、第２保護膜４６の＋Ｘ方向に配置される。第２スペーサ４８は、歯部４１１の先端よりも、＋Ｙ方向（基部４２３側）に配置される。第２スペーサ４８のＺ方向の長さは、基部４２３のＺ方向の長さよりも大きい。第２スペーサ４８のＸ方向の長さは、第１電極４１及び第２電極４２のＸ方向の長さよりも大きい。すなわち、Ｘ方向において第２スペーサ４８は、第１電極４１及び第２電極４２よりも厚い。第２スペーサ４８は、第１電極４１及び第２電極４２の高さよりも厚い。装着者９０が頭部装着装置１０を装着した状態において、第２スペーサ４８は、装着者９０の皮膚９１に接する。

【0036】

電気伝導度計測部３９は、塩分センサ３１で検出される情報を用いて、装着者９０の汗の電気伝導度を計測する。電気伝導度計測部３９は、バッテリ１０１を電源として、塩分センサ３１に交流電圧を印加する。電気伝導度計測部３９は、第１電極４１及び第２電極４２に交流電圧を印加する。交流電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下であることが望ましい。電気伝導度計測部３９は、塩分センサ３１に交流電圧を印加した時の交流抵抗（インピーダンス）に基づいて電気伝導度を算出する。電気伝導度は、交流抵抗の逆数である。

【0037】

温度センサ３３は、装着者９０の汗の温度を検出するセンサである。温度センサ３３は、装着者９０の皮膚９１に接するように配置される。図１に示すように、温度センサ３３は、内殻１２のバンド部１２１に配置される。電気伝導度は、温度によって変化することが知られている。このため、標準溶液等を用いて、温度による電気伝導度の補正値が予め計測されることが望ましい。電気伝導度の補正値は、後述する制御装置５０の記憶部５３に記憶されることが望ましい。これにより、後述する制御装置５０の演算部５１は、記憶された電気伝導度の補正値に基づいて電気伝導度を補正できる。

【0038】

光電脈波センサ３５は、装着者９０の脈波を検出するセンサである。光電脈波センサ３５は、装着者９０の皮膚９１に接するように配置される。図１に示すように、光電脈波センサ３５は、内殻１２のバンド部１２１に配置される。

【0039】

発汗量センサ３７は、装着者９０の発汗量を計測するために必要な情報を検出するセンサである。発汗量を計測するために必要な情報は、特に限定されない。例えば、発汗量センサ３７は、２つの湿度センサと、風量センサとを備えていてもよい。発汗量センサ３７は、湿度センサによって検出された湿度、及び風量を制御装置５０に送信する。

【0040】

制御装置５０は、コンピュータであり、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、入力インターフェース、及び出力インターフェースを含む。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インターフェース、及び出力インターフェースは、内部バスによって接続されている。図３に示すように、制御装置５０は、演算部５１と、記憶部５３と、を備える。演算部５１及び記憶部５３の各機能は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インターフェース、及び出力インターフェースが連携されることによって実現される。制御装置５０は、電気伝導度計測部３９、温度センサ３３、光電脈波センサ３５、及び発汗量センサ３７と電気的に接続されており、計測値を受信する。

【0041】

演算部５１は、電気伝導度計測部３９から受信した電気伝導度に基づいて、装着者９０の汗の塩分濃度を算出する。演算部５１は、下記式（３）に基づいて、塩分濃度を算出する。汗の導電率（Ｓ／ｃｍ）をκとする。汗に含まれる各イオン（ｉ）の濃度（ｍｏｌ／Ｌ）を、Ｃｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）とする。汗に含まれる各イオン（ｉ）のモル伝導率（Ｓ・ｃｍ^２／ｍｏｌ）を、λｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）とする。汗に含まれる全てのイオンに関するＣｉとλｉの積の和を、ΣＣｉλｉとする。この場合、下記式（１）が成り立つ。なお、汗には、ナトリウムイオン、塩素イオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、乳酸イオン等が含まれる。

【0042】

κ＝１０００×ΣＣｉ×Σλｉ ・・・（１）

【0043】

汗の電気伝統度（Ｓ）をＧとする。第１電極４１の歯部４１１と第２電極４２の歯部４２１との間の距離（ｃｍ）をｄとする。歯部４１１及び歯部４２１の表面積（ｃｍ^２）を、Ａとする。第１電極４１及び第２電極４２に関するセル定数（１／ｃｍ）を、Ｋとする。この場合、下記式（２）が成り立つ。

【0044】

κ＝Ｇ×（ｄ／Ａ）＝Ｇ×Ｋ ・・・（２）

【0045】

式（１）及び式（２）から、下記式（３）が導出される。ΣＣｉは、汗に含まれる全てのイオンに関するＣｉの和である。Σλｉは、汗に含まれる全てのイオンに関するλｉの和である。

【0046】

ΣＣｉ＝Ｋ×Ｇ／（１０００×Σλｉ） ・・・（３）

【0047】

記憶部５３は、汗に含まれる全てのイオンに関するλｉの和（Σλｉ）、及びセル定数（Ｋ）を記憶している。セル定数（Ｋ）は、予め行われる標準溶液を用いた実験によって決められる。標準溶液は、物性が既知の液体である。すなわち、標準溶液に含まれる各イオンの濃度（Ｃｉ）、及び標準溶液に含まれる各イオンのモル伝導率（λｉ）は、既知である。塩分センサ３１を用いて標準溶液の電気伝導度（Ｇ）が計測される。標準溶液のΣＣｉ、Σλｉ、及びＧを式（３）に代入することによって、第１電極４１及び第２電極４２に関するセル定数（Ｋ）が導出される。このように導出されたセル定数（Ｋ）が、記憶部５３に記憶される。

【0048】

図７は、実施形態の塩分センサで計測された標準溶液の導電率と、標準溶液の実際の導電率とを比較するグラフである。図７に示すように、電気伝導度計測部３９が塩分センサ３１に印加する交流電圧の周波数を変化させることによって、電気伝導度計測部３９で計測される標準溶液の導電率と、標準溶液の実際の導電率との相関係数（Ｒ）は０．９９９９となる。すなわち、電気伝導度計測部３９が塩分センサ３１に印加する交流電圧の周波数を変化させることによって、電気伝導度計測部３９は、標準溶液の導電率を高精度に計測できる。汗の導電率は、一般的に１０ｍＳ／ｃｍ以上２０ｍＳ／ｃｍ以下程度である。このため、電気伝導度計測部３９による汗の電気伝導度（Ｇ）の計測精度を高めるためには、電気伝導度計測部３９が塩分センサ３１に印加する交流電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下であることが望ましい。このような最適な計測周波数（電気伝導度計測部３９が塩分センサ３１に印加する交流電圧の周波数）を予め決めておけば、電気伝導度計測部３９の計測周波数を変えられない場合でも、汗の電気伝導度を正確に計測することができる。したがって、電気伝導度計測部３９の計測周波数を変えられない場合でも、汗中に含まれる各イオンの濃度（平均イオン換算濃度）が求めることができる。

【0049】

演算部５１は、温度センサ３３から受信した汗の温度に基づいて、電気伝導度計測部３９から受信したＧを補正する。演算部５１は、記憶部５３に記憶されたΣλｉ、及びＫ、並びに補正したＧを、式（３）に代入することによって、ΣＣｉを算出する。演算部５１は、算出したΣＣｉを、汗の塩分濃度とみなす。演算部５１は、ΣＣｉを塩分濃度として記憶部５３に記憶する。なお、演算部５１は、ΣＣｉと所定の係数とに基づいて、塩分濃度を算出してもよい。

【0050】

演算部５１は、発汗量センサ３７から受信した情報に基づいて、装着者９０の発汗量を算出する。演算部５１は、例えば、外殻１１に流入する空気の相対湿度、外殻１１から流出する空気の相対湿度、及び外殻１１に流入する（又は流出する）風量等に基づいて発汗量を算出する。なお、演算部５１は、他の方法によって発汗量を算出してもよい。

【0051】

演算部５１は、下記式（４）に基づいて、装着者９０の喪失塩分量（ｇ）を算出する。このため、塩分濃度計測装置１００は、喪失塩分量計測装置ともいえる。式（４）のＭは、喪失塩分量である。式（４）のＰは、発汗量（Ｌ）である。式（４）のＣは、塩分濃度（ｍｏｌ／Ｌ）である。式（４）の５８．５との値は、塩化ナトリウムのモル質量（ｇ／ｍｏｌ）である。

【0052】

Ｍ＝Ｐ×Ｃ×５８．５ ・・・（４）

【0053】

汗は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩素等のイオンの混合物である。塩化ナトリウムが汗の主成分なので、モル質量を塩化ナトリウムで代表させる場合に式（４）が成立する。より詳細には、汗の混合物比によって、モル質量を他の物質（例えば塩化カリウム）等の値で案分して補正すれば、喪失塩分量の値は、より正確に算出することができる。

【0054】

演算部５１は、算出した喪失塩分量によって、出力装置７０の状態を変化させる。出力装置７０は、例えば、音又は光等を発する警報装置である。例えば、演算部５１は、算出した喪失塩分量が記憶部５３に記憶された閾値を超えた場合に、出力装置７０に警報を発生させる。なお、出力装置７０は、数値又は画像等を表示する表示装置であってもよい。例えば、演算部５１は、算出した喪失塩分量を出力装置７０に表示する。これにより、頭部装着装置１０は、装着者に自身が熱中症になる可能性があることを認識させることができる。

【0055】

なお、塩分濃度計測装置１００は、必ずしも頭部装着装置１０に適用されなくてもよい。塩分濃度計測装置１００は、例えば衣服に適用されてもよい。塩分濃度計測装置１００は、例えばウェアラブル端末に適用されてもよい。また、頭部装着装置１０は、ヘルメットに限定されず、帽子であってもよい。

【0056】

第１電極４１及び第２電極４２に関するセル定数は、必ずしも標準溶液を用いた実験によって計測されなくてもよい。例えば、演算部５１は、第１電極４１の歯部４１１と第２電極４２の歯部４２１との間の距離（ｃｍ）、及び歯部４１１及び歯部４２１の表面積に基づいて、セル定数を算出してもよい。

【0057】

塩分センサ３１、温度センサ３３、光電脈波センサ３５、及び発汗量センサ３７は、必ずしも内殻１２のバンド部１２１に配置されなくてもよい。塩分センサ３１、温度センサ３３、光電脈波センサ３５、及び発汗量センサ３７が配置される位置は、特に限定されない。

【0058】

塩分センサ３１の第１スペーサ４７及び第２スペーサ４８の配置及び形状は、特に限定されない。第１スペーサ４７及び第２スペーサ４８は、例えば基板４０の表面に配置されてもよいし、歯部４１１及び歯部４２１に重なるように配置されてもよい。第１スペーサ４７及び第２スペーサ４８は、Ｚ方向に延びる形状を有していなくてもよく、例えば略円柱状、略球状等であってもよい。

【0059】

図８は、実施形態の塩分濃度計測方法を示すフローチャートである。図８に示すように、実施形態の塩分濃度計測方法は、上述した塩分センサ３１を用いた、汗の塩分濃度の計測方法である。実施形態の塩分濃度計測方法は、ステップＳ１からステップＳ４を備える。

【0060】

ステップＳ１において、塩分センサ３１の一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）に関するセル定数が計測される。セル定数は、例えば標準溶液を用いた実験によって決められる。ステップＳ１は、セル定数計測ステップともいえる。

【0061】

ステップＳ１の後、ステップＳ２において、一対の電極に汗が接した状態で、一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）の電気伝導度が算出される。第１電極４１及び第２電極４２に交流電圧を印加した時の交流抵抗に基づいて、電気伝導度が算出される。ステップＳ２は、電気伝導度計測ステップともいえる。

【0062】

ステップＳ２の後、ステップＳ３において、セル定数及び電気伝導度に基づき、汗の塩分濃度が算出される。例えば、上述した式（３）に基づいて、汗の塩分濃度を算出する。ステップＳ３は、塩分濃度算出ステップともいえる。

【0063】

ステップＳ３の後、ステップＳ４において、汗の塩分濃度及び被験者の発汗量に基づき、被験者の喪失塩分量が算出される。例えば、上述した式（４）に基づいて、被験者の喪失塩分量が算出される。ステップＳ４は、喪失塩分量算出ステップともいえる。実施形態の塩分濃度計測方法は、喪失塩分量計測方法ともいえる。

【0064】

以上で説明したように、本実施形態の塩分濃度計測装置１００は、塩分センサ３１と、電気伝導度計測部３９と、演算部５１と、を備える。塩分センサ３１は、基板４０、及び基板４０に配置される櫛歯状の一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）を備える。電気伝導度計測部３９は、一対の電極の間の電気伝導度を計測する。演算部５１は、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する。

【0065】

塩分濃度計測装置１００によれば、電極が櫛歯状であるため、一対の電極を広い範囲に配置することが容易である。このため、多数の汗腺から分泌される汗が、混合された状態で一対の電極の間に入ることになる。塩分濃度計測装置１００は、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測できる。したがって、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。

【0066】

塩分濃度計測装置１００は、標準溶液を用いた実験によって予め求められた一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）に関するセル定数を記憶する記憶部５３を備える。演算部５１は、電気伝導度及びセル定数に基づいて汗の塩分濃度を算出する。

【0067】

これにより、一対の電極の形状及び配置等からセル定数を算出する場合と比較して、セル定数の精度が高くなる。したがって、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0068】

また、塩分濃度計測装置１００において、電気伝導度計測部３９は、一対の電極に交流電圧を印加した時の一対の電極の間の交流抵抗に基づいて電気伝導度を計測する。交流電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下である。

【0069】

これにより、電気伝導度計測部３９は、汗の電気伝導度をより高精度に計測できるようになる。このため、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0070】

塩分濃度計測装置１００は、汗の温度を計測する温度センサ３３を備える。

【0071】

汗の電気伝導度は、汗の温度によって変化する。温度センサ３３が設けられることによって、演算部５１は、汗の温度に基づいて汗の電気伝導度を補正することができる。このため、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0072】

塩分濃度計測装置１００において、電極（第１電極４１及び第２電極４２）は、基板４０とは反対側の表面に、金又は白金を含む皮膜を備える。

【0073】

電極が汗に触れるので、電極の表面が腐食する可能性がある。電極の表面に金又は白金を含む皮膜が設けられることによって、塩分濃度計測装置１００は、電極の腐食を抑制できる。

【0074】

塩分濃度計測装置１００において、塩分センサ３１は、電極（第１電極４１及び第２電極４２）の高さよりも厚いスペーサ（第１スペーサ４７又は第２スペーサ４８）を備える。

【0075】

これにより、塩分センサ３１を装着者９０の皮膚９１に当てる時、スペーサが皮膚９１に接する。電極と皮膚９１との間には、隙間が生じる。このため、一対の電極間において汗が流動しやすくなる。一対の電極間における汗の滞留が抑制される。したがって、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0076】

塩分濃度計測装置１００において、電極（第１電極４１）は、一方向（Ｚ方向）に間隔を空けて並べられる複数の歯部４１１と、複数の歯部４１１を連結する基部４１３と、を備える。スペーサ（例えば第１スペーサ４７）は、一方の電極（第２電極４２）の歯部４２１の先端よりも、他方の電極（第１電極４１）の基部４１３側に配置される。複数の歯部４１１が並ぶ方向において、スペーサは、基部４１３よりも長い。

【0077】

これにより、スペーサによって、一対の電極の歯部が対向する領域に汗が導かれやすくなる。一対の電極の歯部が対向する領域に流入する汗の量が増加する。このため、一対の電極に新しい汗が接している状態が保持されやすくなる。したがって、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0078】

本実施形態の頭部装着装置１０は、外殻１１と、内殻１２と、塩分濃度計測装置１００と、を備える。内殻１２は、外殻１１の内側に配置され装着者９０の皮膚９１に面する。塩分濃度計測装置１００は、塩分センサ３１と、電気伝導度計測部３９と、演算部５１と、を備える。塩分センサ３１は、基板４０、及び基板４０に配置される櫛歯状の一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）を備え、内殻１２に配置される。電気伝導度計測部３９は、一対の電極の間の電気伝導度を計測する。演算部５１は、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する。

【0079】

これにより、塩分センサ３１が内殻１２に配置されているので、塩分センサ３１が皮膚９１に押し付けられる。その結果、一対の電極の間に汗がある状態が保持されやすくなる。したがって、塩分濃度計測装置１００は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。

【0080】

頭部装着装置１０において、塩分センサ３１は、内殻１２のうち装着者９０の額９５に面することになる位置に配置される。

【0081】

これにより、装着者９０が頭部装着装置１０を装着した状態において、塩分センサ３１が額９５に接する。汗が生じやすい部分である額９５に塩分センサ３１が配置されることによって、一対の電極の歯部が対向する領域に流入する汗の量が増加する。このため、一対の電極に新しい汗が接している状態が保持されやすくなる。したがって、頭部装着装置１０は、汗の塩分濃度の計測精度をより向上させることができる。

【0082】

頭部装着装置１０において、電極（第１電極４１）は、一方向（Ｚ方向）に間隔を空けて並べられる複数の歯部４１１と、複数の歯部４１１を連結する基部４１３と、を備える。一対の電極は、複数の歯部４１１が並ぶ方向が外殻１１の縁１１１から頂部１１３に向かう方向に沿うように配置される。

【0083】

仮に、歯部４１１の並ぶ方向が外殻１１の縁に沿う方向と同じである場合、電極と接続されるリード線は、装着者９０から見て電極の上側及び下側に延びるように配置される。このため、リード線が装着者９０の視界を妨げる可能性がある。これに対して、歯部４１１の並ぶ方向が外殻１１の縁から頂部に向かう方向に沿うことによって、リード線は、装着者９０から見て電極の右側及び左側に延びるように配置される。したがって、頭部装着装置１０は、リード線によって装着者９０が視界を妨げられることを抑制できる。

【0084】

本実施形態の塩分濃度計測方法は、櫛歯状の一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）の間の電気伝導度を計測する電気伝導度計測ステップ（ステップＳ２）と、電気伝導度に基づき、一対の電極の間にある汗の塩分濃度を算出する塩分濃度算出ステップ（ステップＳ３）と、を備える。

【0085】

本実施形態の塩分濃度計測方法によれば、電極が櫛歯状であるため、一対の電極を広い範囲に配置することが容易である。このため、多数の汗腺から分泌される汗が、混合された状態で一対の電極の間に入ることになる。本実施形態の塩分濃度計測方法は、多数の汗腺から分泌される汗の平均的な塩分濃度を計測できる。したがって、本実施形態の塩分濃度計測方法は、汗の塩分濃度の計測精度を向上させることができる。

【0086】

本実施形態では、塩分センサ３１は、片面に電極とランドが形成された基板を備えていたが、ランドにスルーホールを有し且つ基板の裏面からリード線が取り出される構造を有していてもよい。こうすることで、頭部装着装置１０は、リード線によって装着者９０が視界を妨げられることをより抑制できる。

【符号の説明】

【0087】

１０ 頭部装着装置
１１ 外殻
１２ 内殻
３１ 塩分センサ
３３ 温度センサ
３５ 光電脈波センサ
３７ 発汗量センサ
３９ 電気伝導度計測部
４０ 基板
４１ 第１電極
４２ 第２電極
４３ 第１ランド
４４ 第２ランド
４５ 第１保護膜
４６ 第２保護膜
４７ 第１スペーサ
４８ 第２スペーサ
５０ 制御装置
５１ 演算部
５３ 記憶部
７０ 出力装置
９０ 装着者
９１ 皮膚
９５ 額
１００ 塩分濃度計測装置
１０１ バッテリ
１１１ 縁
１１３ 頂部
１２１ バンド部
１２３ ベルト部
１２５ ハンモック部
４１１ 歯部
４１３ 基部
４２１ 歯部
４２３ 基部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】