JP2007075619A - 水パッド - Google Patents

Abstract

【課題】水パッドを、温／冷湿布用パッド、シート・クッション、水マットレス、医療用マットレス、温熱パッド、マウス・パッドなどとして使用される様々な形態に作成する。
【解決手段】その中に密閉室を画定し負圧から大気圧と均衡した圧力までの内部圧力を有する密閉された流体不透過性可撓性容器１と、密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある密閉室内に収容されオープン・セルを有する軟質かつ弾性の内部パッド２と、内部パッド内のオープン・セル２１内に充填された流体と、流体が外圧力を受けて内部パッドの外に押し出された場合に流体を受けるための密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある密閉室内に画定される緩衝空間１１とを備えた構造として水パッドを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般にパッドに関し、より詳細には、圧縮されても拡張または硬化しない水パッドに関する。

人は、ベッド・パッド、シート・パッド、枕パッド、温湿布用パッド、冷湿布用パッド、眼パッド、ブラジャー用パッドなど様々なパッドを様々な目的で様々な場所に使用することができる。

パッドは、発泡材で簡単に形成することができ、または流体あるいはスタッフィング材料で充填することができる。パッドは基本的に、パッド本体、およびパッド本体を覆う外側被覆またはバッグを有する。バッグは、流体を収容するために防水でなければならず、良好に密閉して漏れを防止しなければならない。

水は、実際に、比熱が高く最も安価な環境保護自然冷却剤である。そのため、水は、冷湿布、温湿布、または冷／温湿布用の流体パッドに非常によく使用されている。しかし、従来の流体パッド内の流体は重力によって常に底部に向かって流れるため、流体パッド中の流体の不均一な分配が生じる。冷／温湿布に使用される場合は、流体を所望の位置に保持するのが難しい。従来の流体パッドが座席に使用される場合は、流体が圧力を伝達する手段として働き、流体パッドの拡張および硬化が生じる。そのため接触圧が増加し、不安定に浮動する。また、垂直の流れを無くすために、従来の流体パッドを複数の独立した室に分割し、またはシックナーを加えて流体の流動性を低減することができ、あるいはシリコーン・ゴムを代わりに使用することができる。

しかし、流体パッドを複数の独立した室に分割しても、流体が垂直に流れる問題を部分的に制御することしかできない。それぞれ独立した室内の流体は重力に逆らうことができずに、各室の底部に流れる。シックナーを使用しても流体の性質を変えることはできず、流体が底部に向かって流れる時間を単に遅らせるだけであり、保持する助けにはならない。さらに、シリコーン・ゴムを使用するとかなりコスト高になる。シリコーン・ゴムのエンタルピー（比熱）は、水のエンタルピー（比熱）の半分未満である。したがって、それはあまり効率のよい設計ではない。すなわち、２倍の働きで半分の結果しか得られない。

１９７１年１０月１２日に発行された米国特許第３，６１１，４５５号は、接触圧が低く安定した支持を有するように設計された水パッドを開示している。しかし、明細書の第２段落の１７〜１８行目に、弾性固体および流体が共に支持手段として働くことが記載されている。これは、従来の流体パッドの共通の問題である。流体が１つまたは複数の支持手段として働く場合、圧力を均等に伝達することができる。それによって、不安定な支持および高い接触圧が生じる。

パスカルの法則によれば、同じ絶対高度にある静止した非圧縮性流体の連結された本体内の全ての点における流体圧力は、流体のある位置に追加の圧力が加えられても、同一である。簡単に述べると、本体の重さが重くなるに従って、流体パッドの拡張率および硬さが増す。

外圧によって圧縮されると、内部流体が圧力媒体および支持手段になる理由は何か。その答えは、「流体パッド内の不十分な緩衝空間」である。流体パッドの内部流体はユーザの体重の圧力を伝達し、それによって流体パッドの拡張および硬化が生じて、ユーザと流体パッドの間の接触面積が比較的縮小され、接触圧が比較的大きくなる。式Ｐ＝Ｗ／Ａによれば、ただしＰ：圧力、Ｗ：重さ、Ａ：面積であるが、この一連の反応により、米国特許第３，６１１，４５５号の予想に反する結果が得られる。

実際、米国特許第３，６１１，４５５号によれば、バッグ内で画定される緩衝空間は不十分である。これは、明細書の第２段落の２９〜３１行目から知ることができる。内部パッドの外に流れる流体を受けるのに内部の緩衝空間が不十分な場合にのみバッグの拡張および増大が生じる。この設計では、流体が支持手段として働くことができるようになされているため、バッグは外圧を受けたときに拡張し硬化する。このとき、流体がユーザの体重の大部分を支持するため、身体が流体上に座るには不安定になる。

さらに、明細書の第３段落の４３〜４７行目および添付の図面の図３でも、不十分な緩衝空間の問題が示されている。流体が圧縮されてパッドを拡張し、流体パッドの底面が、水を充満したボールのように非常に引き伸ばされる。この提示は、流体が圧力支持に加担する必要条件と一致する。このときユーザがわずかに身体を移動すると、流体が流体パッドを変形させるように強制され、身体が流体パッド上で不安定に支持されることになる。したがって、高い接触圧および不安定な支持の問題は全て、不十分な内部の緩衝空間によって起こるものである。

上述の欠点以外に、米国特許第３，６１１，４５５号は他の問題も有する。ＰＵ（ポリウレタン）フォームは、水を９０％より多く含有することができる親水性多孔性材料である。しかし、米国特許第３，６１１，４５５号によれば、内部パッドは水を８０％しか含有していない。これは、内部パッドの２０％が空気によって占められていることを指す。この構成によってエンタルピーが低下し、支持安定性が低減される。こうした問題は、明細書の第４段落の７〜９行目から知ることができる。

したがって、従来設計の上述の様々な問題を回避する流体パッドを提供することが望ましい。

本発明は、現状を考慮して実施されるものである。本発明の一態様によれば、水パッドは、その中に密閉室を画定し、負圧から大気圧と均衡した圧力までの内部圧力を有する密閉された流体不透過性可撓性容器と、軟質かつ弾性の材料から作成され前記密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある密閉室内に収容され、複数のオープン・セルを有する内部パッドと、前記内部パッド内のオープン・セル内に充填された流体と、前記流体が外圧力を受けて前記内部パッドの外に押し出された場合に前記流体を受けるための前記密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある前記密閉室内に画定された緩衝空間とを備える。

本発明の他の態様によれば、密閉された流体不透過性可撓性容器はポリマーから作成され、内部パッドはスポンジまたは発泡材から作成され、流体は不凍剤を含む水である。

本発明の他の態様によれば、緩衝空間は負圧設計の場合は内部パッドの最高の高さよりも低く、流体の液位は内部パッドの最上面より０．５ｃｍ高い高さよりも低い。

本発明の他の態様によれば、上述の緩衝空間は、水パッドが外圧を支持する場合に水パッドが拡張または硬化しないように、内部パッドの外に流れる流体を受けるのに十分である。さらに、緩衝空間は密閉された流体不透過性可撓性容器内で内部パッドの周囲に画定される。別法として、緩衝空間は内部パッド上の孔または溝の形に形成することもでき、または内部パッドが緩衝空間を形成する複数の孔または溝を有するように作成することもできる。

本発明の他の態様によれば、密閉された流体不透過性可撓性容器が、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）、ＳＢＲ（スチレンブタジエン・ゴム）、ＰＵ（ポリウレタン）フォーム、またはＳＢ（スチレンブタジエン）フォームド・ゴムから作成され、内部パッドがＰＵ（ポリウレタン）フォームまたはＳＢ（スチレンブタジエン）フォームド・ゴムから作成される。

本発明の他の態様によれば、流体の量は内部パッドの体積の８５％〜１２０％未満である。

本発明は以下の説明および添付の図面を参照することにより、より完全に理解することができる。
図１〜３を参照すると、容器１、内部パッド２、および流体３を備える、本発明による水パッドが示されている。

容器１は内部パッド２を容器１内に収容することができるように、内部パッド２よりも大きいサイズである。容器１は、漏れを防ぐために、たとえばポリマーなど防水材料で作成される。内部パッド２が容器１内に収容された後、取り囲まれた緩衝空間１１が容器１内の内部パッド２の周囲に存在する。水パッドの通常の使用では、緩衝空間１１は内部パッド２の外に絞り出される流体３を受けるのに十分であり、外圧力が内部パッド２内だけに加えられ、流体３が圧力を伝達するようにはならない。したがって、流体３は支持手段として働かず、容器１は軟らかく保持される。上述の緩衝空間１１は、水パッドが圧力を支持する場合に水パッドが拡張または硬化しないように、内部パッド２の外に流れる流体３を受けるのに十分であるように画定される。したがって、負圧設計では、緩衝空間１１は、容器１内で内部パッド２の周囲に画定される。別の方法として、この緩衝空間を、内部パッド２上の孔２２または溝２３（図４を参照）の形に形成することもできる。さらに、図５で示したように、大気圧の設計で流体３の液位が内部パッド２の上面と同じ、またはそれよりもわずかに高くなる程度まで流体３の量を増加することができる。緩衝空間１１は、水パッドを軟質状態に維持するのに十分であり、水パッドが外圧力を受けたときに水パッドが拡張または硬化しないようになされる。

内部パッド２は、たとえばその中に複数のオープン・セル２１を有するスポンジまたは発泡材など軟質かつ弾性の材料から作成される。内部パッド２は、圧縮されると、変形し接触面積が拡張されるように強制され、それによって接触圧が低減される。

実際、内部パッド２の形状、サイズ、および硬度を規定することによって、接触圧を知ることができる。内部パッド２上の支持圧力が規定されると、流体３の量および緩衝空間１１のサイズを計算することができる。さらに、緩衝空間１１のサイズを様々な適用例に応じて変更することができる。たとえば、温／冷湿布用には緩衝空間１１を比較的小さくし、着座または睡眠用には緩衝空間１１を比較的大きくすることができる。また、内部パッド２が比較的小さく硬い場合は、緩衝空間１１を比較的縮小することができる。換言すれば、緩衝空間１１の要件が比較的小さい場合は、流体３の量を比較的増加することができる。しかし、緩衝空間１１を内部パッド２の外に移動する流体３の体積より大きくして、水パッドが拡張または硬化しないようにしなければならない。

流体３は、凍結防止のための不凍剤を加えた清浄水でもよい。さらに、内部パッド２を圧縮して内部の空気を除去してから、流体３をオープン・セル２１内に充填する。このとき、水パッドの内圧は負圧である。流体３を内部パッド２内に充填して内部パッド２を拡張した後、水パッド内の負圧のレベルと大気圧のレベルの均衡が徐々にとられる。

簡単に述べると、適切な緩衝空間１１を有する条件下では、流体３の充填を制御することによって、様々な製品の様々な要件を満たすように圧力と内容液の様々な組合せを設定するのは簡単である。たとえば、垂直の流れが許容されない製品には負圧設計が使用される。長時間の温度調整が維持される製品では、流体３の量が内部パッド２の体積と概ね同じ、またはそれよりもわずかに多い、均衡した圧力の設計を使用する。

安定した支持を維持する負圧設計では、低い接触圧、および流体の一様な配分、並びに流体３が内部パッド２内で垂直に流れるのを阻止することによって、流体３の液位が内部パッド２の上面を超えないようになされる。均衡のとれた内圧と外圧を有する均衡した圧力設計では、流体３の液位を内部パッド２の上面と同じ、またはそれよりもわずかに高くすることができ、流体３の量を内部パッド２の体積の８５％〜１２０％に維持する。すなわち流体３の液位が内部パッド２の最高点を超えても上面から０．５ｃｍより高くならないようにする。

前の負圧設計では、内部パッド２と含まれた流体３の両方が、前の負圧設計の重力に対する大気圧によって強制され、流体３の量が内部パッド２の体積の８５％を超えるように維持される。均衡した圧力設計では、流体３の量は内部パッド２の体積の１２０％を超えない。さらに、均衡した圧力設計では、垂直方向に流れる流体の量が内部パッド２の体積を超える部分に限定される。水パッドが垂直に設定される場合、底部に流れる流体の最大量は２０％を超えない。

やはり図２を参照すると、実際に水パッドに負圧設計が使用される場合、大気圧は、密閉された容器１を圧縮して、流体３が内部パッド２内のオープン・セル２１内に保持されるように押し込める。通常、水パッドが移動または回転されても、流体３は底部に垂直に下方に流れない。水パッドが外圧力を受けた場合、内部パッド２は変形するように強制される。水パッドに加えられる力を増大することによって、流体３が内部パッド２の外に出て容器１の内部にある緩衝空間１１内に入るようにすることができる。しかし、外圧力が消えると、流体３は大気圧によって内部パッド２内のオープン・セル２１内に再び流れるように強制される。さらに、内部パッド２は流体３で充満しているため、内部パッド２内に残存する空気は僅かであり、流体３は内部パッド２内で移動しない。

図５を参照すると、水パッドが、内圧と外圧の均衡がとれた均衡した圧力設計の場合、内部パッド２内の流体３は垂直方向に流れず、内部パッド２の外部にある流体３の僅かな部分だけが垂直方向に流れることができ、それによって前述の負圧設計と同じ効果が得られる。したがって、この設計によって、設計された緩衝空間１１を占領せずに、内部パッド２の体積よりも多い量の流体３を充填することができるようになる。たとえば、この設計による流体３の量は内部パッド２の体積の１２０％でもよい。

さらに、容器１および内部パッド２を伸張可能に作成することができる。その場合、容器１をＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）、ＳＢＲ（スチレンブタジエン・ゴム）、ＰＵ（ポリウレタン）フォーム、ＳＢ（ブスチレンタジエン）フォームド・ゴムなどから作成することができ、内部パッド２をＰＵ（ポリウレタン）フォーム、ＳＢ（スチレンブタジエン）フォームド・ゴムなどから作成することができる。水パッドを、温／冷湿布用に人の身体の一部に直接結ぶことができる細長いひもの形状に作成することができる。したがって、本発明を救急製品として使用することができる。さらに、同様の従来の製品に勝る機能および品質を示す、シート・クッション、水マットレス、医療用マットレス、温熱パッド、マウス・パッドなどとして使用されるように本発明を作成することもできる。

上記で示したように、本発明は、大気圧を使用し、構成部品間の関係を再設定して、多くの新規の機能をもたらし、不安定な支持、高い接触圧、密封縁部が壊れやすいこと、流体の垂直の流れなど、従来の製品の欠点を回避するものである。本発明による流体は、基本的に、水パッドを内部パッドの形状に応じて配分するものである。内部パッドの形状設計によって、水パッドは、身体のどの部分の屈曲にも完全に一致して、最適の温／冷湿布効果をもたらす。さらに、安定した支持で垂直の流れが無く内容液が最大である利点から、本発明を、暑い季節用の冷却マットレスとして使用されるように設計し、ユーザが水パッド上で寝るときにエア・コンディショナーのスイッチを入れる必要がないようにすることもできる。

水パッドの原型は、図１〜５の形状で構成される。水パッドは滑らかに機能して、上記で論じた特徴を全て提供するものである。

本発明の特定の実施形態を例示の目的で詳細に記載したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を加え向上させることができる。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲以外には限定されないものである。

本発明による水パッドを示す立面図である。 外圧を受けて変形した水パッドを示す概略図である。 吊るされた位置での水パッドの状況を示す概略図である。 本発明による水パッド用の内部パッドの代替形態を示す立面図である。 使用された図４の内部パッドを示す、本発明を示す断面図である。

符号の説明

１ 容器
２ 内部パッド
３ 流体
１１ 緩衝空間
２１ オープン・セル
２２ 孔
２３ 溝

Claims (13)

1. その中に密閉室を画定し、負圧から大気圧と均衡した圧力までの内部圧力を有する、密閉された流体不透過性可撓性容器と、
   軟質かつ弾性の材料から作成され、前記密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある前記密閉室内に収容され、複数のオープン・セルを有する内部パッドと、
   前記内部パッド内の前記オープン・セル内に充填される流体と、
   前記流体が外圧力を受けて前記内部パッドから外に押し出された場合に前記流体を受けるための前記密閉された流体不透過性可撓性容器の内部にある前記密閉室内に画定された緩衝空間とを備えることを特徴とする水パッド。
2. 前記密閉された流体不透過性可撓性容器がポリマーから作成されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
3. 前記内部パッドがスポンジ材または発泡材のうちの１つから作成されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
4. 前記流体が不凍剤を含む水であることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
5. 内部圧力が負の場合は前記緩衝空間が前記内部パッドの最高の高さより低いことを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
6. 内部圧力が大気圧と均衡している場合は前記流体の液位が前記内部パッドの最上面より０．５ｃｍ高い高さよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
7. 前記緩衝空間は、前記水パッドが外圧力を支持する場合に、前記水パッドを拡張し硬化させないように、前記内部パッドの外に流れる前記流体を受けるのに十分であることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
8. 前記緩衝空間が、前記密閉された流体不透過性可撓性容器内で前記内部パッドの周囲に画定されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
9. 前記緩衝空間が、前記内部パッド上の孔および溝の形に形成されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
10. 前記内部パッドが、前記緩衝空間を形成する複数の孔および溝を有することを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
11. 前記流体の量が、前記内部パッドの体積の８５％〜１２０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
12. 前記密閉された流体不透過性可撓性容器が、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）、ＳＢＲ（スチレンブタジエン・ゴム）、ＰＵ（ポリウレタン）フォーム、およびＳＢ（スチレンブタジエン）フォームド・ゴムが含まれる材料のうちの１つから作成されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。
13. 前記内部パッドがＰＵ（ポリウレタン）フォーム、およびＳＢ（スチレンブタジエン）フォームド・ゴムの材料のうちの１つから作成されることを特徴とする請求項１に記載の水パッド。

Images