JP2006208370A - 表面変位測定方法及びこれに用いる表面変位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人体支持・被覆体及び人体の間に簡易な部材を介在させた状態で、人体支持・被覆体表面の変位又はこの人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位を測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置を提供すること。
【解決手段】
人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する人体被覆体である人体支持・被覆体の表面の変位を測定する。変形可能な被検出体５０を人体支持・被覆体表面１００に沿わせ、人体支持・被覆体１００裏面側に被検出体５０を検出するセンサ５とこのセンサを用いて走査するスキャナとを設け、スキャナによりセンサで被検出体を走査し、人体支持・被覆体の表面の変位を測定する。変形可能な被検出体を人体表面に沿わせ、人体支持・被覆体裏面側に被検出体を検出するセンサを設けても良い。
【選択図】 図８

Description

本発明は、寝具、クッション等の人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する服やギブス等の人体被覆体である人体支持・被覆体の表面の変位又はこの人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位を測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置に関する。

上述の如き人体支持・被覆体の表面の変位測定方法としては、特許文献１〜７及び非特許文献１に記載のものが知られている。また、参考までに人体支持・被覆体以外の表面の変位測定方法としては、特許文献７〜９に記載のものが知られている。
特開平１０−２１６１０５号 特開２０００− ９３４０７号 特開平１１−１９２２１５号 特開２０００− ８３９２８号 特開２００３−２１９９３５号 特開２００３−１３０６３５号 特開平２−２９１９０３号 実開平６−４９９４８号 特開２００３−３３７００５号 第２０回睡眠シンポジウム研究発表（６）川島美勝他５名 健康で快適な睡眠環境の創造と評価に関する研究

特許文献１に記載の方法では、ストリップ状鋼板の表面に貼り付けた歪みゲージを利用し、被験者の寝姿勢を測定している。特許文献２に記載の方法では、寝姿勢の被験者に測定子を連続変位させながら押し当てて測定している。特許文献３に記載の方法では、クッションに針を貫通させ、特許文献４，５及び非特許文献１に記載の方法では、寝具に検出ロッドを貫通させ、被験者の寝姿勢を測定している。特許文献６に記載の方法では、互いに屈曲可能に連結された関節片の相対的屈曲を検出することにより、寝具表面の変位を測定している。また、特許文献７記載の方法では、流体又は粉体を袋に入れ靴内面に加圧密着されて測定している。

しかし、特許文献１記載の方法では、人体と支持体との間に精密な歪みゲージを介在させ、特許文献２の方法では、測定子の移動機構を設けねばならず、特許文献３〜５記載及び非特許文献１の方法では、針又は検出ロッドを寝具等に貫通させねばならず、特許文献６記載の方法では、機構的に複雑な関節片の連続体を人体と支持体との間に介在させなければならず、特許文献７記載の方法では、流体又は粉体を袋に入れたものを加圧密着させなければならず、その点で測定及びその準備が煩雑となる。

また、特許文献８記載の方法では、地盤に固定された永久磁石に対し変位することにより磁気シート表面に表れる磁粉粒子の軌跡を記録し、その軌跡を読み取ることで変位を測定している。特許文献９の方法では、被測定材を磁化させ、磁化された被測定材からの漏れ磁束により磁気シートの表される磁粉模様により厚さ分布等を測定している。

しかし、いずれの方法も磁気シート表面に表せる形状や模様等を目視により判断しなければならず、正確な変位量を測定することは困難である。

かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、人体支持・被覆体及び人体の間に簡易な部材を介在させた状態で、人体支持・被覆体表面の変位又はこの人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位を測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る表面変位測定方法の特徴は、寝具、クッション等の人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する服やギブス等の人体被覆体である人体支持・被覆体表面の変位を測定する方法において、変形可能なシート状の被検出体を人体支持・被覆体表面に沿わせ、人体支持・被覆体裏面側に被検出体を検出するセンサとこのセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体支持・被覆体表面の変位を測定することにある。

また、本発明に係る表面変位測定方法の他の特徴は、寝具、クッション等の人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する服やギブス等の人体被覆体である人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位を測定する方法であって、変形可能なシート状の被検出体を人体表面に沿わせ、人体支持・被覆体裏面側に被検出体を検出するセンサとこのセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体支持・被覆体の変位を測定することにある。

これらの方法によれば、人体と人体支持・被覆体との間に介在させる変形可能な被検出体はセンサによりその位置を検出すればよく、被検出体は簡易な構成のもので足りる。そして、被検出体とセンサとは非接触なので、全体の構成も簡素となり、寝具等を物理的に貫通させる必要もない。

さらに、上記表面変位測定方法により測定した人体支持・被覆体表面の変位と、上記表面変位測定方法により測定した人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位との差分を求めることで、人体支持・被覆体表面と人体表面との間の隙間分布を求めることが可能となる。

前記被検出体を導電体とする場合は、前記センサが電磁気センサとなる。また、前記センサが励磁コイルと複数の検出コイルとを有する場合は、検出コイルを前記走査方向に交差する方向に隔てて配置することで、複数ラインによる合理的な測定が可能となる。

前記被検出体を永久磁石とする場合は、前記センサを磁気センサとしてもよい。また、前記被検出体は帯状に形成することが望ましい。

一方、上記いずれかに記載の表面変位測定方法に用いる表面変位測定装置の特徴は、人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する人体被覆体である人体支持・被覆体表面又は人体支持・被覆体表面に接触する人体表面に沿わせるための変形可能なシート状の被検出体と、人体支持・被覆体裏面側に配置される被検出体を検出するセンサと、このセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体支持・被覆体表面又は前記人体表面の変位を測定することにある。

上記本発明に係る表面変位測定方法及び表面変位測定装置の特徴によれば、人体支持・被覆体及び人体の間に簡易な構成である「変形可能なシート状の被検出体」を介在させた状態で、寝具、クッション等の人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する服やギブス等の人体被覆体である人体支持・被覆体表面の変位又はこの人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位を測定することが可能となった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１，２は、それぞれ表面変位測定装置１を構成するスキャナ２の平面図と側面図であり、このスキャナ２は、センサ５を身体の長手方向に走査させるための縦ガイド３と、センサ５の相対変位を記録するためのエンコーダー４とを備えている。表面変位測定装置１は図３に示すように、発信器１１で発生した交流信号をブリッジ回路１２に接続したセンサ５を介して導電性シート５０を励磁し、その出力を増幅器１３で検出し、ＣＰＵ１４で解析する。センサ５は上述の通り縦ガイド３に支えられ、移動位置がエンコーダー４により記録される。

図４に示すようにセンサ５はコア５ａとコイル５ｂとからなり、図５に示すようにこのセンサ５とほぼ同様の標準コイル１２ａがブリッジ回路１２で直列接続される。さらに、直接接続された符号１２ｂ、１２ｃで示す可変抵抗１，可変抵抗２が先のセンサ５及び標準コイル１２ａと並列接続される。そして、センサ５及び標準コイル１２ａの間と、可変抵抗１及び可変抵抗２の間とから増幅器１３に対する出力が取り出される。

図６に示すように、身体装着衣６０は非導電体である生地６１の前面に前開口６２を形成し、さらに上部両側面に腕を通すための一対のアームホール６３，６３を備えている。そして、背筋に導電性シート６５を有し、身体に装着した状態で前開口６２を面ファスナーで着脱可能な留め具６４により締め付け、導電性シート６５を背筋に沿わせることができる。導電性シート５０，６５はいずれもアルミニウム、銅、鉄などの導電材料の箔や塗料を用いることができ、補強のための合成樹脂等のシートとこれら導電材料とが積層されたものや、導電繊維で織り上げた布等を用いるのが望ましい。導電性シート５０，６５は測定範囲内において、測定対象に沿って変形するものであればよい。導電性シート５０，６５はいずれも縦ガイド３によるセンサ５の走査で検出が行えれば足り、したがって、縦ガイド３と敷き布団１００上の導電性シート５０又は導電性シート６５との位置的誤差を考慮して、導電性シート５０，６５を帯状に形成すればよい。

さらに、導電性シート５０，６５を測定対象となる線に沿わせて帯状に形成することにより、測定対象となる特定部分の形状に沿わせることができ、特定部分における表面変位をより正確に測定することができる。導電性シート５０，６５は変形可能に構成されているため、導電性シート５０，６５を幅広とすると、測定対象線周辺の変形した導電性シート５０，６５の影響を受けて、測定結果に誤差が生じる場合があるからである。本実施形態においては、導電性シート６５を測定対象線である背筋に沿わせることにより、背筋部分の表面変位をより正確に測定することが可能となる。

また、センサ５により導電性シート５０，６５の励磁による渦電流とこれに起因する磁束の変化を検出し、シート５０，６５とセンサ５間の距離を電気的信号値を用いて表示する検量線を用いて表示できるので、被検出体の表面の変位量を正確に測定することができる。導電性シート５０，６５は通電可能であればよく、被検出体は磁性体でも非磁性体であっても適用することができる。なお、本実施形態では、導電性シート６５を背筋に沿わせたが、導電シートを沿わせる部位は限定されるものではない。また、導電性シートの幅や長さは、測定対象の形状等に合わせ適宜変更すればよい。

次に、上述の表面変位測定装置１を用いて寝具表面又は寝具に横たわる人体表面の変位測定方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、スキャナ２上に敷き布団１００を載置し、さらにその上に導電性シート５０を載置する。そして、センサ５を敷き布団１００の長手方向に沿って走査し、導電性シート５０の励磁による渦電流とこれに起因する磁束の変化をセンサ５により検出し、その出力を図７（ｂ）に示すように補正して測定値としてプロットする。なお、グラフ中「実測値」は実際にスケールを用いて形状的に測定した結果であり、以下同様とする。

続いて、図８（ａ）に示すように、導電性シート５０の上に人が横たわり、人体Ｈによる敷き布団１００表面の変位を測定する。敷き布団１００表面に沿う導電性シート５０は人体Ｈの背面とほぼ同様であるが、破線で囲む部分では、導電性シート５０と人体Ｈ表面との間に身体の浮き上がりによる隔たりが生じている。

その後、導電性シート５０を敷き布団１００上から除くと共に身体装着衣６０を着用した人が、図９（ａ）に示すように、敷き布団１００上に横たわり、人体Ｈ表面の変位を導電性シート６５の検出により測定する。人体Ｈ表面に沿う導電性シート６５は、破線で囲む部分において導電性シート６５と敷き布団１００表面との間に隔たりを生じている。

図１０のグラフは上記測定結果を全て統合したものである。三角印に示す導電性シート６５による人体Ｈ背面の変位と四角印に示す導電性シート５０による敷き布団１００表面の変位とに一部隔たりを生じ、この部分が上述の身体の浮き上がりに起因するものであることが、上記試験により明らかとなった。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１１、１２に示す第二実施形態では、縦ガイド３に沿って水平移動する横ガイドレール６とこの横ガイドレール６上でのセンサ５の水平移動量を検出する第二エンコーダー７とが設けられている。縦ガイド３と横ガイドレール６とは直交配置され、スキャナ２平面上でセンサ５を二次元的に走査させることが可能である。この場合、先の導電性シート５０，６５は十分な広さの面積を確保することが必要である。

図１３に示す第三実施形態では、単一コイルのセンサ５の代わりに複数コイルのセンサ２０を用いている。本実施形態の検出コイル２１は図１の縦ガイド３に交差する方向に複数設けられ、さらに検出コイル２１を支持するボビン２２ａの周りにコイル２２ｂが巻回されている。各検出コイル２１はセンサ５と同様コア２１ａとコイル２１ｂとを備えている。励磁コイル２２は発信器１１により励磁され、各検出コイル２１は各ブリッジ回路１２と増幅器１３とに個別に接続され、マルチプレクサ１６により出力が切り替えられて、上述と同様にＣＰＵ１４での解析がなされる。したがって、本実施形態によれば、複数ラインでの検出を同時に行うことが可能である。

最後に、本発明の更に他の実施形態の可能性について説明する。
上記各実施形態では、符号５０，６５のシートとして導電性シートを用いた。しかし、符号５０，６５のシートとしてに永久磁石のシートを用い、センサ５，２０として磁気センサを用いてもよい。永久磁石のシートには、例えば、マグネットシート、マグネットペーパー、マグネットフィルム等がある。また、磁気センサとしては、例えば、ＧＭＲ磁気センサ、ホール素子、ＭＩ素子、ＭＲセンサ等を用いることができる。

磁気センサにより永久磁石のシートから発する磁束の変化を検出し、シート５０，６５とセンサ５間の距離を電気的信号値を用いて表示する検量線を用いて表示できるので、被検出体の表面の変位量を正確に測定することができる。永久磁石のシートは、シート自体が磁力を発しているため検出回路を簡素化することができる。なお、本実施形態においても、永久磁石のシートを測定対象の形状に沿わせることができるように、帯状に形成することが可能であり、永久磁石のシートの幅や長さ等は対象部位の形状等に合わせ適宜変更すればよい。

上記実施形態では、身体表面の変位測定のために身体装着衣６０を用いた。導電性シート６５は身体装着衣６０の締め付けにより身体に沿わせたが、例えば導電性シート６５の裏面に粘着層を設けて身体側に沿わせても良い。また、導電性シート６５単体の裏面に粘着層を設けて、身体側に直接貼り付けても良い。さらに、身体や身体に密着する衣料に導電塗料を直接塗布し、又は、衣料若しくは寝具表面自体を導電繊維により構成し、上記測定を行っても良い。したがって、被検出体５０，６５とは、寝具等又は人体の表面の代替として間接的に測定される場合の他、そのもの自身が導電性を有する場合は直接的に測定されることとなる。

上記各実施形態では、図６（ｂ）に示すように、１本の帯状の被検出体を測定対象に沿わせて表面変位を測定した。しかし、被検出体の本数は１本に限られず、複数本設けても構わない。係る場合、例えば被検出体を隣り合うもの同士が互いに測定誤差を生じない適宜間隔をおいて平行に配置して、検査対象の全面の表面変位をより正確に測定することができる。幅広の被検出体を配置する場合に比べ、被検出体の周辺の変形や動きによる変形の影響を抑制して変位を測定することができるからである。また、表面変位が大きいと予測される箇所に集中して複数本設けても構わない。これにより、変位量が大きい箇所において、精密に表面変位を測定することができる。

なお、請求項及び上記実施形態に於いて表面、裏面は便宜上の区別であって、それぞれ、人体支持・被覆体の一面と他面とを表すものとする。例えば、ギブスの内表面は表面に該当するものと考えることができる。

本発明によれば、人体を支持する人体支持体及び／又は人体被覆体である人体支持・被覆体の表面の変位を測定することができる。人体支持体は重力の掛かる状態で人体を支持するものであり、この人体支持体には、ハンモック、敷き布団及び枕等の寝具、椅子、ソファー及び乗り物の運転席の如きクッション等が該当する。また、人体被覆体には、セーター、ズボン、下着、ダウン製品等の衣類、硬化したギブス等が該当する。寝袋の如きものは人体支持体であるが、同時に人体被覆体にも属し、本発明の対象となる。

表面変位測定装置の平面図である。 表面変位測定装置の側面図である。 表面変位測定装置のシステム構成を示すブロック図である。 （ａ）はセンサの縦断面図、（ｂ）は平面図である。 ブリッジ回路のブロック図である。 （ａ）は身体装着具の平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は底面図である。 人が寝ていない状態のふとんの表面変位測定に関し、（ａ）は測定状況を説明する側面図、（ｂ）は測定結果を示すグラフであり、「実測値」はスケールを用いた測定結果を示す値、「測定値」は本発明の方法による測定結果を示す値である。 人が寝ている状態のふとんの表面変位測定に関する図７相当図である。 ふとん上に寝ている人の表面変位測定に関する図７相当図である。 図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）のグラフの合算状態を示す図である。 第二実施形態に係る表面変位測定装置の平面図である。 第二実施形態に係る表面変位測定装置の側面図である。 第三実施形態に関し、（ａ）はセンサの縦断面図、（ｂ）は平面図である。 第三実施形態に係るブリッジ回路のブロック図である。

符号の説明

１：表面変位測定装置、２：スキャナ、３：縦ガイド、４：エンコーダー、５：センサ、５ａ：コア、５ｂ：コイル、６：横ガイドレール、７：第二エンコーダー、１１：発信器、１２：ブリッジ回路、１２ａ：標準コイル、１２ｂ：可変抵抗１、１２ｃ：可変抵抗２、１３：増幅器、１４：ＣＰＵ、１６：マルチプレクサ、２０：センサ、２１：検出コイル、２１ａ：コア、２１ｂ：コイル、２２：励磁コイル、２２ａ：ボビン、２２ｂ：コイル、５０：導電性シート、６０：身体装着衣、６１：生地、６２：前開口、６３：アームホール、６４：留め具、６５：導電性シート、１００：敷き布団、Ｈ：人体

Claims (8)

1. 人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する人体被覆体である人体支持・被覆体の表面の変位を測定する表面変位測定方法であって、変形可能なシート状の被検出体を人体支持・被覆体表面に沿わせ、人体支持・被覆体裏面側に被検出体を検出するセンサとこのセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体支持・被覆体の表面の変位を測定することを特徴とする表面変位測定方法。
2. 人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する人体被覆体である人体支持・被覆体の表面に接触する人体表面の変位を測定する表面変位測定方法であって、変形可能なシート状の被検出体を人体表面に沿わせ、人体支持・被覆体裏面側に被検出体を検出するセンサとこのセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体表面の変位を測定することを特徴とする表面変位測定方法。
3. 請求項１記載の表面変位測定方法により測定した人体支持・被覆体表面の変位と、請求項２記載の表面変位測定方法により測定した人体支持・被覆体表面に接触する人体表面の変位との差分を求めることを特徴とする表面変位測定方法。
4. 前記被検出体が導電体であり、前記センサが電磁気センサである請求項１又は２記載の表面変位測定方法。
5. 前記センサが励磁コイルと複数の検出コイルとを有し、検出コイルは前記走査方向に交差する方向に隔てて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表面変位測定方法。
6. 前記被検出体が永久磁石であり、前記センサが磁気センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の表面変位測定方法。
7. 前記被検出体は帯状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面変位測定方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の表面変位測定方法に用いる表面変位測定装置であって、
   人体を支持する人体支持体及び／又は人体を被覆する人体被覆体である人体支持・被覆体表面又は人体支持・被覆体表面に接触する人体表面に沿わせるための変形可能なシート状の被検出体と、人体支持・被覆体裏面側に配置される被検出体を検出するセンサと、このセンサを用いて走査するスキャナとを設け、前記スキャナにより前記センサで前記被検出体を走査し、人体支持・被覆体表面又は前記人体表面の変位を測定することを特徴とする表面変位測定装置。
   

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