JP2000329630A - 寝具用荷重検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各荷重検出素子から延設される出力配線数の
低減を図る。 【解決手段】 多数の荷重検出素子３１のそれぞれと信
号処理部３２とを接続する電気配線５を一本にまとめる
と共に、各荷重検出素子３１と信号処理部３２との間に
アナログスイッチ３２１１を設ける。また、各荷重検出
素子３１に負荷抵抗３２１２を接続し、この接続点の電
位を出力信号として信号処理部３２に出力する。そし
て、アナログスイッチ３２１１を順次オン、オフさせる
ことにより、荷重検出素子３１が１つずつ信号処理部３
２に接続されるようにする。これにより、各荷重検出素
子３１に加えられている荷重に応じた出力信号がシリア
ル化されて、信号処理部３２に出力される。これによ
り、各荷重検出素子３１のそれぞれから延設される電気
配線を省線化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、寝具上の就寝者の
寝姿などの検出に用いられる寝具用荷重検出センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】高齢化に伴い、老人ホームなどに収容さ
れている寝たきり老人や、病院における術後患者の床擦
れの予防が求められている。

【０００３】このため、特開平２−４１１５８号公報に
示すように、複数のエアセルで構成されたエアーマット
を用いて定期的に各エアセルの空気圧を可変して、床擦
れを予防する装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この装
置は、就寝者の寝具上の位置とは無関係に、定期的に各
エアセルの空気圧を可変するため、必ずしも床擦れがで
きている部位、あるいはでき易い部位を除圧する効果が
期待できないという問題がある。

【０００５】そこで、本発明者らは、就寝者の下に荷重
検出が行なえる複数の荷重検出センサを設置し、この荷
重検出センサからの荷重信号に基づいて就寝者の寝姿あ
るいは人体の部位別荷重を算出する方法を考えた。

【０００６】このような場合、複数の荷重検出センサの
それぞれから出力配線を延設し、就寝者の寝姿などを算
出するための外部装置に出力できるようにすると考えら
れる。

【０００７】しかしながら、寝具上に全体的に配置され
る荷重検出センサが多大であり、これらすべてから外部
装置まで一様に出力配線を延設するのはコスト高とな
り、実用的でない。

【０００８】一方、エアーマットは柔軟性に富む材質で
構成されているため、エアーマットの下に荷重検出セン
サを配置すると、就寝者の荷重を荷重検出センサで正確
に検出することができない。

【０００９】このため、エアーマット上に荷重検出セン
サを配置するのが好ましいが、この荷重検出センサをエ
アーマットに適用させようとすると、荷重検出センサを
個々のエアセルの形状変化に対応させて柔軟に変化する
フィルム状素材で構成する必要がある。この柔軟性のあ
るフィルム素材に各種の演算処理を実現する電子回路
（チップ部品）を実装できれば、配線の短縮化等の点で
有利であるが、前記フィルム素材にチップ部品を実装す
ることが難しいため、ある程度剛性があり、チップ部品
が搭載可能な部材が必要となる。この場合、柔軟なフィ
ルムと剛性がある部材間で電気的な接続を行なうことに
なるが、フィルム状素材に加わる体重により、フィルム
状素材とコネクタとの電気的接続部にストレスが加わ
り、断線などが発生する場合がある。

【００１０】本発明は上記問題に鑑みて成され、各荷重
検出部から延設される出力配線数の低減を図ることを目
的とする。

【００１１】さらに、柔軟性を有するフィルム状素材と
剛性がある部材との電気的な接続を可能とし、ストレス
による断線の恐れが少ないセンサを提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１に記載の発明においては、多数の荷重検出
素子（３１）のそれぞれを外部装置に順次切換えて送信
するためのスイッチング手段（３２１１）と、多数の荷
重検出素子のそれぞれと前記スイッチング手段（３２１
１）とを接続する電気配線（５）と、前記外部装置（１
００）からの荷重検出素子の選択信号に基づき、前記ス
イッチング手段（３２１１）を順次オン、オフするスイ
ッチ制御部からなる信号処理部を備えることを特徴とし
ている。

【００１３】このように、多数の荷重検出素子のそれぞ
れと信号処理部とを接続する電気配線の複数をまとめ、
スイッチング手段により、多数の荷重検出素子からの出
力信号を順次選択することにより、多数の荷重検出素子
それぞれの出力信号をシリアル化させることができる。
これにより、多数の荷重検出素子のそれぞれと外部装置
とをすべて別々に接続する必要がなくなり、配線の省線
化を図ることができる。

【００１４】請求項２に記載の発明においては、多数の
荷重検出素子は、負荷抵抗（３２１２）に接続されてお
り、この接続点の電位を外部装置に出力信号として出力
するようになっていることを特徴としている。

【００１５】このように、各荷重検出素子がスイッチン
グされた際に、荷重検出素子が負荷抵抗と接続されるよ
うにし、荷重検出素子と負荷抵抗との接続点の電位を外
部装置に出力信号として送信するようにすれば、各荷重
検出素子からの出力信号を電圧信号として送信すること
ができる。

【００１６】請求項３に記載の発明においては、フィル
ム状素材で構成された第１のシート部（３００）を有
し、荷重検出素子の信号配線は、第１のシート部に導体
パターンとして印刷されており、信号処理部は、第１の
シート部に搭載されていることを特徴としている。

【００１７】このように、フィルム状素材を用いて荷重
検出センサを構成することができる。

【００１８】請求項４に記載の発明においては、信号処
理部は、第２のシート部（３２０）と、第２のシート部
に実装され、信号処理回路を構成するチップ部（３２
１）と、第２のシート部に形成され、信号処理回路に接
続された接続端子（３２２）とを有して構成されてお
り、第１のシートと第２のシートとの間に配置された弾
性体からなる導電部材（３０７）を介して、信号配線と
接続端子とが電気的に接続されることで、信号処理部と
多数の荷重検出素子とが接続されていることを特徴とし
ている。

【００１９】このように、弾性体で構成される導電部材
によって、荷重検出素子が形成された第１のシートと信
号処理部が形成された第２のシートとを接続するように
しているため、応力によって配線にストレスがかかって
も、導電部材の弾性変形によってこのストレスを緩和す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施形態について
説明する。

【００２１】寝具用荷重検出センサを適用した寝具の模
式図を図１に示す。以下、図１に基づき寝具Ａの構造に
ついて説明する。

【００２２】寝具Ａは、図示しないベッド台上に配置さ
れたエアーマット１、このエアーマット上にシーツ２、
及びこれらエアーマット１とシーツ２との間に荷重検出
センサ３が挟み込まれた構成となっている。

【００２３】エアーマット１は、複数のエアセルで構成
され、各エアセルの内圧はエアーポンプ２１から供給さ
れる空気により所定内圧に制御される。

【００２４】荷重検出センサ３は、フィルム状素材で構
成されており、シーツ２とエアーマット１との間に設置
される。この荷重検出センサ３には、各エアセルに均等
に分布された複数の荷重検出素子３１（例えば、２１０
個）が備えられている。この荷重検出素子３１は、荷重
に対してリニアに電気抵抗値が変化するものであり、就
寝者とエアーマット１との接触部位において、印加荷重
に応じて電気抵抗値が変化する。荷重検出センサ３は、
各荷重検出素子３１が発生する出力信号に基づいて就寝
者の寝姿を算出すると共に、この寝姿の表示を行なう外
部装置１００に接続されている。具体的には、各荷重検
出素子３１の電気抵抗値の変化に基づいて就寝者と寝具
との接触部位を検出し、就寝者の寝姿の検出を行なうよ
うにしている。

【００２５】そして、就寝者の寝姿から人体の部位別荷
重を算出し、その荷重履歴に応じて外部装置１００がエ
アーマット１の内圧を人体部位別に制御し、就寝者の床
擦れ防止等を行なうようにしている。この荷重検出セン
サ３の部分拡大図を図２（ａ）に示し、図２（ａ）のＡ
−Ａ矢視断面図を図２（ｂ）に示す。

【００２６】図２（ａ）に示すように、荷重検出センサ
３に備えられた荷重検出素子３１は、２つの櫛歯状の電
極３１ａ、３１ｂが噛み合わさった構成となっている。
これら荷重検出素子３１の櫛歯状の電極３１ａ、３１ｂ
の一方が共通電源に接続され、他方が信号処理部３２へ
出力信号（電流）を送るための配線に接続されている。

【００２７】以下、図２（ｂ）基づいて荷重検出センサ
３の構造の詳細を説明する。

【００２８】荷重検出センサ３は、所定の導体パターン
が印刷されたベースフィルム３００に各種材料を貼り付
けなどすることで荷重検出素子３１、信号処理部３２を
形成した構成となっている。

【００２９】ベースフィルム３００には、各荷重検出素
子３１に備えられた電極３１ａと共通電源とを接続する
配線４、他方の電極３１ｂから信号処理部３２に向けて
延ばされた出力配線５、およびこの出力配線５と信号処
理部３２とを接続するための電極端子３０６が上記導体
パターンとして印刷されている。

【００３０】荷重検出素子３１は、粘着糊にて両面粘着
可能なスペーサ３０２によって、ギャップが形成される
ようにベースフィルム３００に感圧インクフィルム３０
１を貼付け固定し、このギャップ内において感圧フィル
ム３０１の表面に塗布された感圧インク（エポキシ系樹
脂）３０３と、エアギャップ内においてベースフィルム
３００に櫛歯状に印刷された電極３１ａ、３１ｂとが対
向配置された構成となっている。

【００３１】このように構成された荷重検出素子３１
は、厚みが０．３ｍｍと薄く、かつフィルム素材がＰＥ
Ｉ（ポリエーテルイミド）などの柔軟な素材を用いて形
成しているため、エアーマット１などの曲率の小さな面
に装着可能となっている。

【００３２】この荷重検出素子３１に荷重が加えられる
と、その荷重に応じてベースフィルム３００及び感圧イ
ンクフィルム３０１が歪み、電極パターン３０４と感圧
インク３０３が接触して、その接触面積が変化するた
め、加えられた荷重に応じて電極３１ａと電極３１ｂ間
の電気抵抗値が変化する。

【００３３】なお、このようにフィルム状素材の歪みに
よって荷重検出を行なっていることから、他の部位の歪
みの影響を受けないようにするために、各荷重検出素子
３１を囲むようにベースフィルム３００に穴部Ｈを設け
ている。

【００３４】信号処理部３２は、粘着糊によって両面粘
着可能なスペーサ３０８にて、ベースフィルム３００と
ベースフィルム３２０を貼付け固定されることで、ベー
スフィルム３００上に搭載されている。ベースフィルム
３２０の表面には信号処理回路が構成されたＬＳＩ３２
１がはんだ付け実装などにより取り付けられており、ま
た、ベースフィルム３２０の裏面には信号処理回路の出
力端子に接続された外部出力用のコネクタ３２３が実装
されている。

【００３５】また、信号処理部３２には、信号処理回路
に接続された接続端子３２２が備えられており、ベース
フィルム３００に貼り付けられた異方性導電体３０７を
介して接続端子３０７が接続端子３０６と接続された構
成となっている。これにより、信号処理部３２と荷重検
出素子３１とが電気的に接続されている。この異方性導
電体３０７は、導電性ゴムなどの弾性体で構成されてい
る。

【００３６】なお、異方性導電体３０７の両面には導電
性接着剤が塗付されており、この導電性接着剤によって
接続端子３０６と接続端子３２２との接続が行なわれて
いる。

【００３７】このように、弾性体で構成された異方性導
電体３０７にて信号処理部３２と荷重検出素子３１との
電気的接続を行なうことにより、ベースフィルム３００
の変形によって各荷重検出素子３１から延設された配線
５がストレスを受けても、異方性導電体３０７の弾性変
形によりこのストレスを緩和することができるため、配
線５の断線などを防止することができる。

【００３８】図３に、荷重検出センサ３の回路構成を示
す。

【００３９】この図に示されるように、一端側が共通電
源に接続された複数の荷重検出素子３１の他端側は１本
の配線にまとめられて負荷抵抗３２１２に接続され、こ
の負荷抵抗３２１２を介して接地状態とされている。こ
の荷重検出素子３１と負荷抵抗３２１２との接続点が信
号処理部３２の出力端子につながる信号出力スイッチ３
２１３の入力端子に接続されている。そして、外部装置
１００から送られてくるリクエスト（ＲＥＱ）信号によ
って信号出力スイッチ３２１３がオンされたときに外部
出力が成されるようになっている。さらに、各荷重検出
素子３１から延設された配線５のそれぞれにはアナログ
スイッチ３２１１が備えられいる。このアナログスイッ
チ３２１１によって各荷重検出素子３１のそれぞれと負
荷抵抗３２１２との間のスイッチングが行なえるように
なっている。

【００４０】そして、外部装置１００から、予め各荷重
検出素子３１に割り振ったアドレスを用いてどこの荷重
検出素子３１の信号を出力するかというバイナリコード
のアドレス情報が送信されると、それをコード変換部３
２１０でデシマルコードに変換し、該当する荷重検出素
子３１に接続されたアナログスイッチ３２１１をＯＮす
るようになっている。

【００４１】これにより、負荷抵抗３２１２に１つの荷
重検出素子３１が接続され、接続点には電圧ＶＣＣを荷
重検出素子３１と負荷抵抗３２１２で分圧した電圧が発
生し、接続された荷重検出素子３１の電気抵抗値に応じ
た電位が出力端子を通じて外部装置１００に出力され
る。そして、この動作を各荷重検出素子３１に対して時
分割で行なうことにより、就寝者によって各荷重検出セ
ンサ３に加えられている荷重を検出することができる。

【００４２】なお、外部装置１００からのリクエスト信
号は、アナログスイッチ３２１１がオンされて出力電圧
が一定に定まるまでの遅れ時間が経過してから送られる
ようになっている。これにより、出力電圧が安定してが
ら出力としての検出ができるようになっている。

【００４３】このように、各荷重検出素子３１から延ば
される配線５を一本化し、アナログスイッチ３２１１に
よって各荷重検出素子３１からの信号を１つづつ検出で
きるようにすることにより、パラレル信号として得られ
る各荷重検出素子３１の出力をシリアル化させることが
でき、荷重検出素子３１に接続される配線を省線化（例
えば、２１１本必要とされたワイヤーハーネスを１２本
に省線化）させることができる。

【００４４】なお、全ての荷重検出素子３１からの出力
信号を１本の信号線に集約する必要はなく、少なくとも
荷重検出素子３１と信号処理部３２とを接続する信号線
の数に比較して信号処理部３２と外部装置１００とを接
続する信号線の数が減少されていれば良い。 （他の実施形態）荷重検出素子３１は、感圧方式に限定
されるものではなく、例えば、静電容量式センサや歪み
ゲージ等柔軟性がある素材に形成できる方式であればよ
い。また、荷重検出素子３１の個数も２１０個に限定さ
れるものではない。

【００４５】信号処理部３２は、パラレル信号をシリア
ル信号に変換できる構成であれば何でもよい。また、信
号処理部３２のベースフィルム３００への固定方法は接
着剤の他、圧着などでもよい。

【００４６】さらに、ベースフィルム３００を介しての
荷重検出素子３１と信号処理部３２との信号接続も異方
性導電体３０７に限定されるものではなく、フィルム間
の信号接続が可能な方法であればよい。

【００４７】外部装置１００は、信号処理部３２ととも
にベースフィルム３２０上に形成されてもよい。この場
合は、寝姿に関する情報等が外部装置１００によって演
算され、その演算信号のみが外部のディスプレイ等に送
信される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における寝具用荷重検出セ
ンサの全体構成を示す図である。

【図２】（ａ）は、荷重検出素子３１の拡大図、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】荷重検出センサの回路構成を示す図である。

【符号の説明】

１…エアーマット、２…シーツ、３…荷重検出センサ、
４…配線、５…出力配線、３１…荷重検出素子、３２…
信号処理部、３１ａ、３１ｂ…抵抗体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 寝具として就寝者の下に配置され、付加
   された荷重に応じた出力を発生する多数の荷重検出素子
   （３１）と、 前記多数の荷重検出素子から送信される出力信号に基づ
   いて、前記寝具上の就寝者の寝姿あるいは人体の部位別
   荷重の検出を行なう外部装置（１００）とを備えてなる
   寝具用荷重検出センサにおいて、 前記多数の荷重検出素子のそれぞれを前記外部装置に順
   次切換えて送信するためのスイッチング手段（３２１
   １）と、 前記多数の荷重検出素子のそれぞれと前記スイッチング
   手段（３２１１）とを接続する電気配線（５）と、 前記外部装置（１００）からの荷重検出素子の選択信号
   に基づき、前記スイッチング手段（３２１１）を順次オ
   ン、オフするスイッチ制御部（３２１０）からなる信号
   処理部とを備えることを特徴とする寝具用荷重検出セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記多数の荷重検出素子の複数は、負荷
   抵抗（３２１２）に接続されており、この接続点の電位
   を前記外部装置に前記出力信号として出力するようにな
   っていることを特徴とする請求項１に記載の寝具用荷重
   検出センサ。
3. 【請求項３】 フィルム状素材で構成された第１のシー
   ト部（３００）を有し、 前記荷重検出素子の信号配線は、前記第１のシート部に
   導体パターンとして印刷されており、 前記信号処理部は、前記第１のシート部に搭載されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の寝具用荷重
   検出センサ。
4. 【請求項４】 前記信号処理部は、第２のシート部（３
   ２０）と、 前記第２のシート部に実装され、信号処理回路を構成す
   るチップ部（３２１）と、 前記第２のシート部に形成され、前記信号処理回路に接
   続された接続端子（３２２）とを有して構成されてお
   り、 前記第１のシートと前記第２のシートとの間に配置され
   た弾性体からなる導電部材（３０７）を介して、前記荷
   重検出素子に接続された信号配線と前記接続端子とが電
   気的に接続されることで、前記信号処理部と前記多数の
   荷重検出素子とが接続されていることを特徴とする請求
   項３に記載の寝具用荷重検出センサ。