JP2004016521A - 空気袋の空気圧調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気袋11,12と、この空気袋を加圧するポンプ20と、空気袋内の空気を排気する排気弁22と、空気袋の内圧を検知する圧力センサ21と、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなる。制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるとともに、間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了する。絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は空気袋の空気圧の調整、殊に枕やベッドなどに用いられる空気袋の空気圧の調整のための空気圧調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に理想的な寝姿勢は、自然に立ったときの姿勢で寝た状態と言われており、従ってこの状態を作ることができるふとんや枕が理想の寝具であり、このようなふとんであれば背骨の形を自然状態に保ち、また上記のような枕であれば頸椎の形を自然状態に保つ。
【0003】
ところで、枕やふとんには、体圧分散機能の点から低発泡ウレタン、殊に低反発性のものを用いたり、空気圧調整が可能な空気袋が用いられている。また、空気袋を用いたものでは、圧力センサによる圧力フィードバックを受けて好ましいとされている絶対圧に空気圧を保つものや、独立し且つ個別に空気圧調整が可能な複数の空気袋で頭や身体を分散支持するものなどが提供されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枕について言えば、個人の頭の形状や頭の重さによって低発泡ウレタンを用いた物においてはいくつもの種類を用意する必要がある。
【0005】
また、空気袋を用いた物においても人間の感覚の不正確さや単に圧力の検知による空気量のコントロールでは、その使用者に適合したものとすることはきわめて困難である。加えるに、たとえ調整できたとしても、枕であればその下のふとんやマットレスが変われば、その人に適合しないものになってしまう。
【0006】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは使用者に応じて適切な空気圧が自動設定される空気袋の空気圧調整装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであることに特徴を有している。絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定するものである。
【0008】
この場合、上記制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の1/2以下になった時点で排気減圧動作を終了するものを好適に用いることができる。
【0009】
また、制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定しているものが好ましい。
【0010】
更には、空気袋が枕用である時、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図3は本発明に係る空気袋を備えた枕1の一例を示しており、該枕1には人体の首部を支えることになる首部空気袋11と、人体の頭部を支えることになる空気袋12とが設けられている。図中12は空気袋11,12の左右に配設されるサイドクッション、14は表面に配設される表面クッションであり、枕1の側面には上記空気袋11,12に個別に接続されるとともに逆止弁を内蔵しているコネクター部15が設けられている。
【0012】
一方、上記空気袋11,12に空気を送って加圧するポンプ20や空気袋11,12内の空気を排気して減圧する排気弁22、空気袋11,12の内圧を検出する圧力センサ21などは、コントローラ2に内蔵されており、これらポンプ20と排気弁22と圧力センサ21は切換弁23と上記コネクター15に着脱自在に連結されるコネクター29(図4参照)とを介して空気袋11,12に接続される。
【0013】
また、上記コントローラ2は、その表面に配されたスイッチ25,26,27の操作と圧力センサ21で検出される圧力とに基づいてポンプ20と排気弁22と切換弁23の動作を制御する制御回路を内蔵している。
【0014】
そして、上記コントローラ2を枕1の空気袋11,12に接続し、使用者が枕1に頭を載せた状態でコントローラ2の表面に配設した自動スイッチ25を操作すれば、制御回路は切換弁23をまず頭部空気袋12側に切り換えてポンプ20を作動させることで、頭部空気袋12を加圧し、次いで切換弁23を首部空気袋11側に切り換えて首部空気袋11を加圧する。その後、制御回路は再度切換弁23を頭部空気袋12側に切り換えて排気弁22を間欠的に開いて排気減圧を行い、次いで切換弁23を首部空気袋11側に切り換えて首部空気袋11の排気減圧を行う。
【0015】
この排気減圧の際に制御回路は空気袋11,12の内圧を適切な状態に調整するのであるが、この調整動作は次のようにして行う。
【0016】
すなわち、最初の加圧に際しては、図1及び図5に示すように、圧力センサ21で検出される圧力が予め定めた圧力Bになるまで加圧し、その時点でいったんポンプ20を停止させる。この時、ポンプ20の出口の圧力は空気袋11(または12)の内圧よりも高く、空気袋11(12)とポンプ20の間に置かれた圧力センサ21には空気袋11(12)の内圧よりも高い圧力が計測され、ポンプ20を停止させれば、上記圧力勾配がなくなるにつれて圧力センサ21で検出される圧力は低下する。従って一定の圧力Bまで空気袋11(12)を加圧するには、目標値Bまでの加圧を行ったときの圧力センサの実際の計測値(目標値B)と加圧停止後の所定時間T1が経過した後のポンプ20から空気袋11(12)までの圧力が安定した時に測定される圧力Pbとの差を計算し、加圧の目標値をPx=B+(B−Pb)に修正して再度加圧を行い、圧力センサ21での計測値が修正目標値Pbに達したら加圧を終了する。この結果、加圧終了後の時間T1経過時の空気袋11(12)の内圧は当初の目標値Bにほぼ設定される。
【0017】
このような加圧制御を行うことで、ポンプ20の加圧能力のばらつきやポンプから空気袋11(12)までの流路の圧力損失、ポンプ20が電池駆動される機器においては電池電圧の変化によるポンプ20の加圧能力の変化等によらず、常に一定の内圧Bまでの加圧が可能になる。なお、圧力の測定は1回目の加圧を目標値Bまで行う途中でポンプ20を停止させて行ってもよい。目標値Bは人体の毛細血管の血流が停止してしまう圧力より低い値に設定することで血行障害を生じさせることがなく調整が可能になる。
【0018】
次に前述のように間欠的排気減圧を行うのであるが、この時、制御回路は排気弁22を所定時間T2(たとえば1秒)だけ開き、その後、所定時間T3(たとえば2秒)だけ排気弁22を閉じるという動作を繰り返すことで間欠的排気減圧を行う。ここで所定時間T3だけ待機するのは、排気弁22が開いて大気に解放された状態においては、排気弁22の排気口付近は大気圧になっていて、この大気圧から空気袋11(12)の内圧までの間で圧力の勾配ができており、この途中に圧力センサが存在しているために排気中および排気弁22を閉じた直後においては正確な空気袋の内圧測定ができないからである。
【0019】
そして、間欠的な排気減圧動作の排気動作直前に検出される圧力P0(加圧完了時の圧力)と、排気減圧を行ってから所定時間T3経過後の圧力P1(次の排気動作直前に検出される圧力)との圧力差ΔP0を制御回路は算出してこの値ΔP0を記憶する。
【0020】
そして2回目の時間T2の排気減圧を行い、その後の時間T3経過後の圧力P2を測定して上記圧力P1との圧力差ΔP1を算出し、このΔP1が上記の初期圧力差ΔP0のA以下になったかどうかを判定する。A以下になっていない時には再度時間T2の排気減圧を行い、その後の時間T3経過後の圧力P3を測定して上記圧力P2との圧力差ΔP2を算出し、このΔP2が上記の初期圧力差ΔP0のA以下になったかどうかを判定するということを繰り返す。そしてn+1回目(nは1以上の整数)の排気減圧を行った時の圧力差ΔPnが初期圧力差ΔP0のA以下になった時に減圧排気を終了する。値Aは1より小さい値で空気袋11,12の形状や枕カバーの材質等に応じて実験により決定するが、通常はA=1/2(好ましくは1/3)を用いることができる。従って、圧力差ΔPnが初期圧力差ΔP0の1/2以下になった時に減圧排気を終了する。なお、算出した圧力差ΔPnが0になってしまった場合や、圧力Pn+1が18mmHg以下になってしまった場合は、異常表示を行ったり、上記加圧動作からやり直すことが好ましい。また間欠的排気減圧を開始してからある時間(たとえば70秒)を経過した後も排気減圧の終了に至らない場合は異常表示を行って動作を停止させてしまうことが好ましい。空気袋11,12に至る配管が折れ曲がってしまったりしていることが想定されるからである。
【0021】
ここで空気袋11,12の空気が抜けて大気圧に近づくにつれて、1回あたりの排気減圧動作に伴う空気袋11,12の内圧変化が少なくなることから、圧力差△Pnの値はnが大きくなるにつれてゼロに近くなるが、上記の時点で排気減圧を終了することは、人体から空気袋11,12が離れようとする直前で排気減圧を終了することになる。つまり、図示例の枕の場合、首部の頸椎の自然状態を保持するのに適切な空気圧のところで排気減圧が終了することになる。しかも初期圧力差ΔP0は個人の頭の重さや形状によって変化する値であるが、この値を排気減圧の終了時の判断のパラメータとして用いていることから、個人の頭の重さや形状に応じた適切な空気圧(枕の高さ)で排気減圧を終了することになる。
【0022】
加えるに、上記の圧力制御では、絶対圧による制御ではなく、圧力差による制御であるために、圧力センサ21の絶対圧力の調整精度が低くても問題はなく、繰り返し精度も±1mmHg程度に抑えることができる。また、実際に使用しているふとんの柔らかさによる体の沈み込みも加味した自動調整がなされることになる。
【0023】
前述のように、首部空気袋11と頭部空気袋12とを有するものにおいて、頭部空気袋12から圧力調整(高さ調整)を行い、その後、首部空気袋11の高さ調整を行っているが、これは首部空気袋11の圧力調整を頭部空気袋12の影響を受けることなく行うためである。
【0024】
なお、コントローラ2に設けた高低調節スイッチ26,27は使用者が好みに応じて加圧や排気減圧を行って高さの微調整を行うためのものであり、これら調節時にはポンプ20の動作や排気動作がどちらの空気袋11,12に対して行われているかが発光ダイオードなどからなる表示部28で表示されるようにしてある。
【0025】
ここでは枕に設けた空気袋について説明したが、腰枕や人体全体を支えるエアマットについても同様の制御を行うことで、人体を自然な状態で支えることができる。
【0026】
また、単一のポンプ20及び排気弁22並びに圧力センサ21で複数の空気袋11,12の調節を行うために切換弁23を設けているものを示したが、空気袋の数に応じたポンプや排気弁や圧力センサを用いることで、たとえば頭部空気袋12と首部空気袋11との空気圧調節を同時に行うようにしてもよい。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであるために、つまりは絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定するものであるために、圧力センサの絶対圧精度が低くても、実際に使用するふとんやマットレスのやわらかさによる沈み込みも考慮した空気圧調整を行うことができ、枕やエアマットとして構成する時、きわめて寝心地の良いものを得ることができる。ちなみに、このような制御を行った時、空気圧をほぼ20mmHgというきわめて好ましい値に調整することができる。
【0028】
この場合、上記制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の1/2以下になった時点で排気減圧動作を終了するものを好適に用いることができる。使用者の頭部や身体の重さや形状に応じた適切な空気圧(高さ)に調整することが確実に行うことができる。
【0029】
また、制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定しているものが好ましい。血行障害を生じさせてしまうことがなく且つ低すぎない圧力まで確実に加圧することができる。
【0030】
更には、空気袋が枕用である時、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることが、頭部及び首部の空気袋の空気圧の調整の点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。
【図2】同上のブロック図である。
【図3】同上の枕部の破断斜視図である。
【図4】同上のコントローラの正面図である。
【図5】同上の加圧時の動作のタイムチャートである。
【図6】同上の減圧時の動作のタイムチャートである。
【符号の説明】
1 枕
2 コントローラ
11 空気袋
12 空気袋
20 ポンプ
21 圧力センサ
22 排気弁
Claims (4)
- 空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであることを特徴とする空気袋の空気圧調整装置。
- 制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の1/2以下になった時点で排気減圧動作を終了するものであることを特徴とする請求項1記載の空気袋の空気圧調整装置。
- 制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定していることを特徴とする請求項1または2記載の空気袋の空気圧調整装置。
- 空気袋は枕用であって、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の空気袋の空気圧調整装置。
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