JPS607832A - 労働量測定方法並に呼気ガス流量と酸素濃度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生物例えば人間の労働量を、行動を束縛するこ
となく長期間連続的に検出できろ１Ｓｌｌｌ定方法なら
びに呼気ガス流量と酸素濃度の検出装置Ｇε関するもの
である。

原子力発電プラントにおける放射線環境下における作業
のように、特殊な作業条件にもとつく肉体的、精神的彼
方の大きい作業現場においては、作業者の災害や誤操作
などにもとつく施設の災害を招き易く、重大な事故に発
展するおそれがある。

従って常に作業者の身体活動レベルを杷握して、適正な
労働量となるように作業時間や休憩時間の配分などに適
正かつ綿密な配慮が必要とされ、このような要求は単に
労働医学の面のみでなく、スポーツ医学や臨床医学など
の分野でも要求される。

ところで広い範囲に亘って行動する作業者の労働量の杷
握に当っては、従来がら生体組織において消費される酸
素消費量によるものが良く知られている。これは第１図
（ｃＬ）に示すように作業者（Ａ）に呼吸用保護具（Ｂ
）とバッグ（Ｃ１を装着させ、呼吸用保護具ＦＢ＋の呼
気弁ｔＤ）による呼気ガスを、パルプ（Ｅｌを備えたサ
ンプリング用チューブ（Ｆ）によりバッグｆＣ１内に一
定時間採取する。そののち、バッグ（Ｃ１を取はずして
、流量計（Ｇ）を介して酸素濃度計（Ｈ）に接続し、バ
ッグ（Ｏ）に蓄積された全呼気ガスの容量とその酸素濃
度をめて、それらの相乗積と採取時間の関係から平均酸
素消費量を算出する方法である。

しかしこの方法には次のような欠陥がある。即ち成る時
間帯内において多種多様の作業を連続的に要求される場
合においては、作業者の労働量はその時々刻々の労働の
質と量によって酸素消＊貴も第２図のように変化するが
、上記ターグラスバンク方式のように呼気を溜める方法
では、測定結果は第２図中に点線によって図示するよう
に積分されたものとなるので、時々刻々の値を測定する
ことができない。またバッグは作業者が背負うことがら
、あ寸り太きいと行動の束縛を生ずるため、その容量に
はおのずからなる制限がある。従って（１１す定時間が
長い場合には、第２図中沈火い実線で示すように全作業
中の僅かな部分しかｉｎ、１１定できず、長時間の測定
を必要とする場合にはバッグをｆ’１回も交換しなけれ
ばならない。従って操作が面倒であるばかりか、長時間
におけろ正確かつ連続的な測定を行い得ない欠点がある
。

本発明は作業活動を全く阻害することなく、時々刻々の
労働量を長時間に亘って測定できる酸素消費量による労
働量の測定方法を提供し、捷だこれに併せて本発明の実
現を容易とする呼気流量と酸素濃度の測定装置を提供す
るものである。次に図面を用いてその詳細を説明′１−
る。

本発明の特徴とするところは、小型軽量かつ検出出力を
電気量として得られるように作られた呼気ガス流量と酸
素濃度測定器（Ｊ）を第６図に示す本発明の一実施例図
のように作業者に携行させ、作業者（Ａｌが装着した保
護具（Ｂ）の呼気弁（Ｄ）を、サンプリング用チューブ
（Ｆｌにより呼気ガス流量と酸素濃度測定器（Ｊ）に接
続する。そして得られた呼気ガスの流量の検出電気量、
および酸素濃度の検出電気量から労働量を測定するよう
にした点にある。このようにずれは例えは周知のデータ
伝送方法、例廠は作業者に送信機（Ｋ）を携行させて、
送信情報を離れた場所において受信機により受信して、
そのテークを演算装置などの処理装置に加えて処理して
、例えばブラウン管により時間と代謝量の関係図形を連
続的に表示したり、演算結果をプリントアウトすること
ができるので、行動を束縛１−ることなく時々刻々の労
働量を長時間に亘−って連続的かつ正確に測定できる。

また複数の作業者に流量と酸素濃度検出器を携行させ、
その検出電気量を作業者毎に周波数を変えて送信し、こ
れを受信側において選択分離するようにずれば、複数の
作業者の労働量を同時に測定できる。また魁に本発明で
は酸素濃度などを電気量として検出しているので、有線
による伝送方式によっても伝送でき、この場合は伝送線
は細くてすむので、行動を束縛されることなく測定でき
る。また無線有線による伝送が不可能な場合には、最近
その発達が著しい小型テープレコーダを作業者に携行さ
せ、これによって検出電気量を一旦収録したのち丙生す
る測定方法も可能となり、従来方法の欠点は一掃されろ
。

次に本発明を実現１−る携行に適する小型軽量かつ検出
量を電気量として送出１−ろ呼気流量と酸素濃度検出器
についそ説明する。従来の呼気流Ｍ、’　ｎ　ｌにおい
ては、その検出部に熱線式流凰検出器が用いられている
が、これは第４図に示す断面図のように、円筒体ｔａｌ
内に加熱される白金線（ｂ）を設け、その一方の開口か
ら他方の開口に向けて呼気ガスを通じて流量をめるもの
である。

しカルながらこの方式のものは１．被測定ガスの温度お
よび周辺環境温度などとの関係から、白金線の温度が低
いと大きな測定誤差を招き易い。このため白金線（ｂ）
の温度を数＋ｏｏ℃に保っ必要があるため、携行に可能
な乾電池のような小型電源では容量不足であって、例え
ば充分な電力を供給できる蓄電池などの大型電源が必要
とされる。従ってこのような従来形式のものでは、到底
携行に適するような小型＠量に構成することはできない
。

才だ酸素濃度検出器として、従来から赤外線吸収法、磁
性法、電位制定法などによるものが用いられているが、
これらの方法では測定系が大型であるはかりか、例えば
磁性法にあっては、磁界中に設けられる白金線の加熱に
大きな電力を必要とし、電位滴定法では振動や位置の反
転などを嫌う水銀滴下電極やその水銀をうける電極、滴
定溶液槽などを必要とし、これまた携行型とすることば
できない。その結果従来の流量側や酸素濃度計などでは
本発明の実現は難かしい。

第５図は本発明の実現のために提案されたされた小型軽
量な呼気流量と酸素濃度検出器を示す断面図、第６図は
流量検出機構の部分斜視図である。

第５図において（ｌは流量…］ｊ定部、（りは酸素濃度
測定部を示す。流量測定部（１）において（６）は両端
が閉塞された円筒状ケースで隔壁Ｃ３（Ｌ）にＪ：り内
部を２分割されて、歯車室（３ｂ）と羽根車室（３Ｃ）
とが形成されている。そして羽根車室（５Ｃ）の上部と
右端には呼気ガスの流入ｊｌ　（５ｄ）と流出口（５ｅ
）を有１−ろ。（４）は羽根車で、軽くて丈夫な月利、
例えは薄い合成樹脂板によって作られており、流入口（
６ｄ）から送りこまれ流出口（６ｅ）から抽出される、
呼気ガスＧａ、の流量にもとついて回転されろ。（５）
は減速歯車であって、隔壁（３ｒＬ）を気密に貫通した
回転軸（６）の回転、即ち羽根車（４）の回転を所望値
に減速づ−る。（７）は流量を電気量に変換１−る機構
であって、次の各部からなる。（８）は短冊状の光遮断
体であって、羽根車（４）により回転軸（６）を井して
回転される。（９）はフ第１・カップラであって、例え
ば第６図のように等間隔で円周上に配置された複数筒の
光源（９ｃＬ）と、これと対向配置されたフォトトラン
ジスタ（９ｂ）とから形成され、光遮断体（８）が光源
（９ａ、）からの光を遮断する毎に電気信号を送出する
。そして例えば呼気ガスの流量が１ｔのとさ、光遮断体
（８）が１回転するように羽根車（４）の面積や歯車機
構（７）のギヤ比などを選定する。

丑た第６図のように例えば円周上を１０等分して１０箇
のフォトトランジスタ（９ｂ）を配置スルことにより、
流”Ｑｏｌを毎に一定レベルのパルス信号が送出さｇ、
その数を計測Ｊ−ることによって呼気ガスの流量を連続
的に電気量として検出する。

次に酸素濃度測定部（幻において（１０）は測定室、（
１０ＬＬ）はその外周に間隔をおいて設けた外部ケース
であって、流量測定室（１０）には、その左端に流量測
定部（υの呼気ガス流出口（６ｅ）と連なる流入口（ｉ
　ｏｂ）を有し、捷だ中間部下端には流出口（ｊＯｃ）
を有する。（１０ｄ）は恒温セル室であって、流入口（
１０ｂ）と流出口（１０ｃ）によって形成される排気通
路に対面するように一端が開口する。（１１）は酸−に
透過膜例えばテフロ膜であって、恒温セル室（ｊＯｄ、
）ｌへ の開口端を閉塞するように設けられ、ここに呼気ガスが
衝突するようにする。（１２）はポーラロクラフ電極で
あって、酸素透過膜（１１）を透過した酸素分子が端部
表面に衝突するように・Ｉは温セル室（１０ｄ）内に固
定さＩする。（１６）は加熱体例え（ｄ電熱線であって
、恒温セル室（１０ａ）に巻回されて図示しない電源に
より発熱し、呼気ガス中の湿分か酸素透過い電源によっ
て直流の一定電圧を印ＩＪＩＩ　ｌ、て、呼気ガス中の
酸素濃度の変化を電仲電流の変化として与えろ。

以上のように本発明の流量測定部は呼気カスによる小型
軽量な羽根車の回転などによって得ろようにしており、
従来流量計のように白金線の加熱ｌ＼ のための大きな電力を全く必要としない。しかも流量を
無線伝送や割算機による演算に有利／よテジタル電気信
号として直接取出すことができるので、従来の流量計の
ように白金線の温度変化に対応するアナログ量を、デジ
タル電気量に変換する必要も全くない。

捷だ酸素濃度測定部（りも、酸素透過膜（１りとポーラ
ログラフ電極（１２）からなる乾式であって小型な検出
部からなり、従来のように大きな加熱電力を必要とする
こともなく、振動や反転を嫌う液を用いる必要がない。

しかもポーラログラフ電極および恒温のために必要とさ
れる電力も数ワット程度ですむ。従って流量と酸素濃度
の検出器を、従来のものに比べて携行に便利であり、し
かも検出出力を電気量として検出しうる小型軽量なもの
とすることができる。

オフ図は呼気ガス流量および酸素濃度検出テークを無線
伝送して測定する例を示す系統図である。

図において（Ｎは作業者、［Ｂｌは呼吸用保護具、ｔＤ
ｌは呼気弁、（Ｆ）はサンプリング用チューブ、＋Ｊ）
は本発明の流量および酸素濃度検出器であって、呼気の
流入口（３ｄ）には呼気弁ＣＤ）からのサンプリング用
チューブＣＦ）が接続される。（Ｋ）は送信機であって
、増幅部（１４）、アナログ、テジタル変換器（１５）
、送信部（１０などからなり、流量測定部（ｊ＋のパル
ス出力を増幅部（１りにより増幅し、また酸素濃度測定
部（１）のアナログ出力を変換器（１５）によりデジタ
ル１直に変換増幅して送信部（１６）に加えて、アンテ
ナ（１７）により送信するもので、流量および酸素濃度
検出器（Ｊ＋および送信機（Ｋ）は作業者ＦＡ＋に携行
させる。

また送信は雑音の影響を受けにくいように例えは周波数
変調して送信する。次に（Ｌｌは受信機であって、受信
部（１８）、増幅部（１９）、選択分離部（２りなどか
らなる。そして受信部（１８）は受信信号を復調し、選
択分離部（２０）により流量信号と酸素濃度信号を分離
する。（Ｍｌはテーク処理装置であって、演算装置（２
１）とその結果を表示する表示器例え（・Ｊブラウン管
（２２）およびプリンタ（２３）などからなる。

そして演算装置（２１）は受信ａ（Ｌｌから連続的に入
力される呼気ガスの流量および呼気ガス中の酸素濃度を
与える信号を基として、次式に示す労働量の算出式によ
り、任意の時刻Ｔｎ−，からＴｎ　までの労働量Ｒ（Ｔ
ｎ）を演算する。そして演算結果を例や作業能率の向上
を図りつるもので、本発明は単に労働医学の面だけでな
く、無拘束な状態における労働量を知ることが必要なス
ポーツ医学や臨床医学分野に使用してその効果は極めて
太きい。

【図面の簡単な説明】

′第１図は従来における労働量の測定法を示１〜図、第
２図は作業時間と労働量の関係倒閣、第６図は本発明の
実施例図、第４図は従来の流量計の代表例火水す断面図
、第５図、第６図は本発明の呼気流量および酸素濃度検
出器の断面図および流量検出機構の説明図、オフ図は本
発明による測定倒閣である。 （Ａ）・・・作業者、　（Ｂ）・・・呼吸用保護具、　
（Ｃ）・・・ハック、（Ｄ＋　呼気弁、　（Ｅｌ・・・
バルブ、　（Ｆ’）・・・サンプリング用チューブ、　
（Ｇ）・・・流量計、　（Ｈ）・・・酸素濃度計、ＩＪ
）・・・流量と酸素濃度検出器、　（Ｋ）・・・送信機
、（Ｌｌ・・・受信機、　＋Ｍ）・・・演算表示装置、
　（刀・・・流量測定部、　（す・・・酸素濃度測定部
、　（６）・・・円筒状ケース、（３ｃＬ）・・・隔壁
、（３ｂ）　・・−歯車室、（３Ｃ）・・・羽根車室、
（３ｄ）・・・呼気ガス流入口、（５ｅ）・・・流出口
、　（４）・・・羽根車、　（５）・・・減速歯用、（
６）・・・回転軸、　（７）・・・流量を電気宿に変換
１−る機第１り、（８）・・・その光遮断体、　（９）
・・・フォトカッグラ、（９ｃＬ）・・・光源、　（９
ｂ）・・・フォトトランジスタ、（１０）・・・測定室
、（１０ａ、）・・夕Ｖ部ケース、（ｔａｂ）・・・呼
気ガス流入口、（１０ｃ）・・・流出口」、（１０ｄ）
・・・恒温セル室、（１１）・・・酸素迭過膜、（１２
）・・・ポーラログラフに極、（１６）・・・保温用加
熱体、（１４）・・・増幅部、（１５）・・・アナロタ
・テジタル変換器、　（１６）−・送信部、　（１７）
　アシ・テナ、（１８）・・・受信部、０９）・増幅部
、（２０）・・・選択分離部、（２１）・・・演算装置
、（２２）・・・表示器、　（２３）・・・プリンタ。 特許出願人　財団法人　電力中央研究所代理人弁理士　
天場　学 夕Ｉ　１　名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１ン　労働量の被測定者に呼気ガス流量と酸素濃度を
   電気量として送出する検出器を携行さぜろと共に、この
   被測定者が装着したマスクの呼気弁からの呼気ガスを、
   サンプリングチューブにより上記呼気ガスの流量と酸素
   濃度検出器に接続して、その検出電気出力を伝送回線に
   、！り処理装置に伝送して？ｌｌ１ｌ定することを特徴
   とする労働量測定方法。 （２）　労働量の被測定者に呼気ガス流量と酸素濃度を
   電気量として送出１−ろ検出器を携行させると共に、こ
   の被測定者が装着したマスクの呼気弁からの呼気ガスを
   、サンプリングチューブにより上記呼気ガスの流量と酸
   素濃度検出器に接続して、その検出電気出力を被測定者
   に携行させたチープレコータ゛に一旦収録したのち処理
   ずろようにしたことを特徴と１−る労働量測定力法。 （ロ）被測定呼気ガス流路中に位置して呼気ブｊスＩＡ
   Ｌ量に比例して回転する羽根車と、これにより回転され
   る光遮断体により光を断続されて呼気流量をこれに比例
   するパルス信号として送出するフ第１・カップラとより
   なる流量測定部と、流量測定部から排出された呼気ガス
   が衝突１−るように上記流量測定部の排出、被測定呼気
   ガス流路中に設けた酸素分子透過膜と、その背後に設け
   たポーラログラフ電極とからなり、酸素分子透過量に応
   じたポーラログラフ電極の電流の変化から酸素濃度を測
   定′ｆろ酸素濃度６４１ｊ定部とを備えた呼気ガス流量
   とｎ支索濃度検出器。