JP2829379B2 - 加圧型人工発汗装置 - Google Patents

加圧型人工発汗装置

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JP2829379B2 JP7252003A JP25200395A JP2829379B2 JP 2829379 B2 JP2829379 B2 JP 2829379B2 JP 7252003 A JP7252003 A JP 7252003A JP 25200395 A JP25200395 A JP 25200395A JP 2829379 B2 JP2829379 B2 JP 2829379B2
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荘一 大槻
寛睦 若野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人間などの動物の
皮膚の温熱的な性質を模擬して、その発汗・発熱状態を
人工的に発現させる装置に関し、さらに詳しくは、気体
状および液体状の水の放散が可能な加圧型人工発汗装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】皮膚からの水分の放出は、平静状態では
水蒸気として、また運動状態では主に液体の水として行
われる。したがって、人工発汗装置は、気体状及び液体
状の水を放散できることが望ましい。
【0003】また、衣服の温熱機能を評価するために用
いる人体型発汗装置においては、装置を複数のブロック
に分割し、それぞれのブロックごとに独立に発汗の制御
を行う必要があると考えられる。すなわち、人体型発汗
装置の姿勢、すなわち、立てた状態で用いるか、寝かし
た状態で用いるかなどによって、発汗ブロックの発汗面
は様々な角度に置かれるので、発汗ブロックの位置によ
る水圧差により発汗量に誤差が生じないようにする必要
がある。実用的には、上下差10cmの水圧差で発汗量の差
がほとんどゼロになれば良いので、このような仕様を満
足する人工発汗装置を開発する必要がある。
【0004】特開平5-324097号公報に開示されている人
工発汗装置は、熱導伝性薄板と疎水性多孔質膜の間に親
水性多孔質膜を挟んだ模擬皮膚用積層体を用い、外部か
ら水を注入することによって、疎水性多孔質膜表面から
均一に水を蒸発させることができる。しかしながら、こ
の装置を実際に用いると、積層体の一点より注入した水
が親水性多孔質膜を拡散し積層体内の全体に拡がるに
は、かなり長時間を必要とする。また、この公開公報に
は、注入水の加圧によって積層体表面から液体の水を放
出することができると記されているが、実際には、液体
の水は、注入口の近傍から局所的に放出されることがあ
り、積層体表面からの均一な放出は困難である場合があ
る。
【0005】主に液体状の水の放散を目的とする技術
も、いくつか提案されている。例えば、天然皮革の裏側
に加圧水を送ると、皮膚面では、人体と同様な粒状発汗
が再現される。この場合、加圧の程度を0.001 〜0.05 k
g/cm2の範囲で可変とすると、発汗量は、人体発汗範囲
の1.6 〜70mg/cm2・hrをカバーできることが示されてい
る。しかしながら、天然材料である皮革では、カビなど
が発生しやすく、また均一な発汗性能を有するものが得
られ難い。さらに、皮膚面を垂直にして加圧水を送る
と、同一皮膚面上の上下差数10cm程度の2点で、下部の
発汗量が上部の約10倍になるという欠点を有している。
【0006】特開昭63-46132号公報には、焼結金属板上
に溶射によりセラミック層を形成させたものを模擬皮膚
として用い、模擬皮膚裏面から水を加圧送入し、表面か
ら液状の水を滴出させる方法が開示されている。この方
法によれば、発汗部位の上下差による発汗量の差はほと
んどなく、また皮膚面を垂直にした場合にも、均一な発
汗状態が得られる。しかしながら、このような構造の模
擬皮膚は、目詰まりによって発汗性能が変化しやすく、
そのため一定期間ごとに交換する必要があるが、同じ性
質のものを再現性良く製作することが難しく、コストが
高くなるという問題点を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、気
体状および液体状の水の放出を容易に制御することがで
き、しかも模擬皮膚のメンテナンスを容易に行い得る人
工発汗装置を提供することを主な目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
従来技術の問題点を解決するために、模擬皮膚材料を種
々探索するとともに、発汗装置の構造を種々検討してき
た。
【0009】まず、濾過材として用いられている多孔質
膜が、模擬皮膚として適当な透水性を有することに着目
した。すなわち、これら多孔質膜は、透過水量と水圧の
関係がほぼ直線的で、しかも均一な性能を持つものが容
易に得られる。しかしながら、多孔質膜は、単独では耐
圧性(加圧水に対抗する機械的強度)が低いという難点
を有している。
【0010】そこで、本発明者は、さらに研究を重ねた
結果、多孔質膜に加圧水に対抗する機械的強度を与えて
これを保持するために、微小な貫通孔を有する穴あき金
属板の裏側に多孔質膜を固定した状態で、多孔質膜裏側
から水を加圧送入する場合には、穴あき金属板表面から
液体状及び気体状の水を均一に放出することが可能とな
ることを見出した。本発明は、この様な知見に基づいて
完成されたものである。
【0011】すなわち、本発明は、下記の構造を有する
人工発汗装置を提供する; 1.中空構造体内に加圧送入した水を構造体の任意の面
に設けた取り外し可能な穴あき金属板から放出する形式
の人工発汗装置であって、穴あき金属板の内側に透水性
膜を設けることにより、中空構造体内に加圧送入した水
が穴あき金属板から均一に放出される様に構成したこと
を特徴とする加圧型人工発汗装置。
【0012】2.穴あき金属板の厚さが0.2〜2mm、孔の
径が0.01〜0.5mm、孔の数が1〜100個/cm2であり、透水
性膜の透水性が水圧0.01kg/cm2で0.1〜40ml/cm2・hr、
水圧1kg/cm2で5〜2000ml/cm2・hrである上記項1に記載
の加圧型人工発汗装置。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明においては、人体の外形に
相当する中空構造体の任意の面或いは任意の部分に取り
外し可能な穴あき金属板を取り付けるとともに、その内
側に透水性膜を配置する。すなわち、模擬皮膚としての
穴あき金属板が外面側に位置し、透水性膜がその内層側
に位置する。
【0014】中空構造体は、任意の形状とすることがで
きる。例えば、上面開放状態の金属製函体にスペーサー
を介して多孔質膜および穴あき金属板を重ね、これをフ
レームで締め付け保持することにより、函体内部に中空
部を備えた構造体を形成させることができる。この場合
には、中空部に水を加圧送入することにより、多孔質膜
および模擬皮膚としての穴あき金属板の孔を経て、水が
外部に放出される。或いは、必要ならば、中空構造体
は、人体などの外形を模したものであっても良い。要す
るに、人工発汗試験において、中空構造体内に加圧送入
した水が、発汗状態を模式的に再現して、穴あき金属板
から均一に気体状および/または液体状で外部に放出さ
れる限り、その形態などは、特に限定されない。
【0015】穴あき金属板および多孔質膜は、水を加圧
送入する注入口を有する中空構造体に対し、ネジなどで
固定する形式とすることにより、性能の劣化した多孔質
膜の交換を容易に行うことができる。
【0016】本発明装置で用いる透水性膜としては、ニ
トロセルロース、セルロースアセテート、ポリサルホ
ン、ポリアミド、親水化ポリプロピレン、親水化ポリテ
トラフルオロエチレンなどからなる多孔質膜が使用でき
る。膜としての厚さは、特に限定されるものではない
が、通常20〜200μm程度であり、膜の透水性は、水圧
0.01kg/cm2で0.1〜40ml/cm2・hr程度、水圧1kg/cm2で5
〜2000ml/cm2・hr程度が適当である。
【0017】また、穴あき金属板としてはアルミニウ
ム、銅、黄銅、青銅、ステンレス鋼などの板が使用でき
る。金属板の厚さは、0.2〜2mm程度、孔の大きさは、直
径0.01〜0.5mm程度、孔の数は、1〜100 個/cm2程度とす
ることが好ましい。
【0018】本発明による人工発汗装置は、中空構造体
内部に水を加圧送入し、透水性多孔質膜および穴あき金
属板を経て、外部に液体状および/または気体状の水を
放出させることにより、使用される。発汗状態は、多孔
質膜の透水性、穴あき金属板の孔径、水の加圧状態など
を変化させることにより、所望の条件に対応して、多種
多様な状態で再現することができる。
【0019】
【発明の効果】本発明の加圧型人工発汗装置は、裏側に
多孔質膜を固定した穴あき金属板を模擬皮膚とし、これ
を任意の面に有する中空構造体(例えば、函体)からな
る。中空構造体内に加圧送入された水は、多孔質膜を押
して穴あき金属板に密着させ、多孔質膜を透過した後、
穴あき金属板から均一に放出される。水は、その送入量
に応じて気体状又は液体状となり、金属板の貫通孔から
系外に放出される。液体状の水は金属板の表面で水滴と
なり、人体と同様な粒状発汗が再現される。
【0020】この様に、多孔質膜は穴あき金属板に適度
な透水抵抗を与え、穴あき金属板は、柔らかい多孔質膜
の支持体および模擬皮膚表面としての役割を果たす。多
孔質膜の素材および孔径、金属板の貫通孔の孔径および
数などを調節することにより、発汗位置の上下差10cmに
相当する水圧差0.01kg/cm2でも、発汗量にほとんど差を
生じさせない様にできる。
【0021】従って、本発明装置をどの様な位置および
向きに設置しても、送入量に応じた水分の均一な放出が
可能となるので、本発明装置は、人体型発汗装置を構成
する発汗ブロックとして有用であることが実証された。
【0022】さらに、穴あき金属板および多孔質膜は、
中空構造体にネジなどで固定することができるので、性
能の変化しやすい模擬皮膚のメンテナンスを容易に行う
ことができる。
【0023】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明らかにする。
【0024】実施例1 図1および図2に示すように、10cm×10cm×5mmのアル
ミニウム板1に1mm厚のシリコン樹脂製スペーサー2、
透水性膜3、穴あき金属板4および2mm厚のステンレス
鋼製締め付けフレーム5を順に重ね、全体をネジ9で締
め付けて密閉固定する。アルミニウム板の中央には注水
口6を設け、端寄りには空気抜き口7が設けてある。
【0025】アルミニウム板の下面中央に設けた注水口
6に微量吐出ポンプ(図示せず)を接続し、予備通水し
て内部の空気を充分に除去した後、空気抜き口7に接続
したバルブ8を閉じ、模擬皮膚面となる穴あきステンレ
ス鋼板の発水面を水平にして通水加圧する。
【0026】透水性膜として水圧0.01kg/cm2で3ml/cm2
・hr、水圧1kg/cm2で230ml/cm2・hrの透水性を有するニ
トロセルロース製多孔質膜(孔径0.1μm、厚さ110μ
m)を用い、穴あき金属板として貫通孔(1個/cm2)の
孔径が1mm、0.32mm、0.1mmの3種の穴あきステンレス鋼
板(厚さ0.5mm)を用いて、ポンプからの吐出水量を可
変にして、水圧の変化を観測した。
【0027】図2に示す様に、孔径1mmの鋼板(1)を
用いた場合、水圧0.01kg/cm2における吐出水量は約30mg
/cm2・hrとなる。水圧0.01kg/cm2は、10cm水柱の圧力に
相当するので、10cmの上下差のある2点では、人体の最
大発汗量70mg/cm2・hrの約半分に達する発汗量の差を生
じるになる。したがって、孔径1mmでは、模擬皮膚の発
水面を垂直にした場合の発汗状態は、著しく不均一とな
る。
【0028】一方、孔径0.32mmの鋼板(2)を用いた場
合には、水圧0.01kg/cm2における吐出水量は、約3mg/cm
2・hrとなり、発水面を垂直にしても、実用上十分に均
一な模擬発汗状態が得られることになる。
【0029】これに対し、孔径0.1mmの鋼板(3)を用
いた場合には、0.1 kg/cm2以下の水圧では、水はほとん
ど放出されず、定量的で均一な発汗状態の再現が可能と
なる。
【0030】実施例2 下記に示す透水性膜および穴あき金属板を使用して、実
施例1と同様な手法により、ポンプからの吐出水量を可
変にして、水圧の変化を観測した。
【0031】I.使用した透水性膜 (1)水圧0.01kg/cm2で18ml/cm2・hr、水圧1kg/cm2で1
530ml/cm2・hrの透水性を有するニトロセルロース製多
孔質膜(孔径0.2μm、厚さ133μm) (2)水圧0.01kg/cm2で14ml/cm2・hr、水圧1kg/cm2で5
60ml/cm2・hrの透水性を有する親水化ポリプロピレン製
多孔質膜(孔径0.02μm×0.2μm、厚さ25μm) (3)水圧0.01kg/cm2で3ml/cm2・hr、水圧1kg/cm2で23
0ml/cm2・hrの透水性を有するニトロセルロース製多孔
質膜(孔径0.1μm、厚さ110μm)II.穴あき金属板 貫通孔数=4個/cm2、孔径=0.1mmで厚さ=0.5mmの穴あ
きステンレス鋼板 図3に示す様に、多孔質膜(1)を用いた場合、水圧0.
01kg/cm2における吐出水量は約8mg/cm2・hrとなる。こ
れは、10cmの上下差のある2点では、人体の最大発汗量
70mg/cm2・hrの約10%に相当する発汗量の差を生じるこ
とを示す。従って、多孔質膜(1)では、模擬皮膚の発
水面を垂直にした場合の発汗状態は、やや不均一である
が、実用的には充分な性能が得られる。
【0032】多孔質膜(2)を用いた場合、水圧0.01kg
/cm2における吐出水量は約6mg/cm2・hrとなり、多孔質
膜(1)と同様に、発水面を垂直にしても、実用上充分
に均一な模擬発汗状態が得られる。
【0033】また、多孔質膜(3)を用いる場合には、
水圧0.01kg/cm2における吐出水量は約1mg/cm2・hrとな
り、ほぼ定量的で均一な発汗状態の再現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で使用した本発明による人工発汗装置の
概要を示す平面図である。
【図2】実施例で使用した本発明による人工発汗装置の
概要を示す側面図である。
【図3】実施例1による人工発汗装置を用いて測定した
ポンプからの吐出水量と水圧との関係を示すグラフであ
る。
【図4】実施例2による人工発汗装置を用いて測定した
ポンプからの吐出水量と水圧との関係を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1…アルミニウム板 2…シリコン樹脂製スペーサー 3…透水性膜 4…穴あき金属板 5…ステンレス鋼製締め付けフレーム 6…注水口 7…空気抜き口 8…バルブ 9…ネジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−192976(JP,A) 特開 昭58−21164(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G09B 23/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中空構造体内に加圧送入した水を構造体の
    任意の面に設けた取り外し可能な穴あき金属板から放出
    する形式の人工発汗装置であって、穴あき金属板の内側
    に透水性膜を設けることにより、中空構造体内に加圧送
    入した水が穴あき金属板から均一に放出される様に構成
    したことを特徴とする加圧型人工発汗装置。
  2. 【請求項2】穴あき金属板の厚さが0.2〜2mm、孔の径が
    0.01〜0.5mm、孔の数が1〜100個/cm2であり、透水性膜
    の透水性が水圧0.01kg/cm2で0.1〜40ml/cm2・hr、水圧1
    kg/cm2で5〜2000ml/cm2・hrである請求項1に記載の加
    圧型人工発汗装置。
JP7252003A 1995-09-04 1995-09-04 加圧型人工発汗装置 Expired - Lifetime JP2829379B2 (ja)

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