JP2010042078A - 寝具 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力を検知した部位において、該圧力に応じた応力を付与することが可能で、かつ利用者の体形等によらず優れたフィット感を得ることが可能な寝具を提供すること。
【解決手段】利用者の身体と接するマット2を備えた寝具であって、マット2の利用者と接する面からマット2の厚さ方向において、利用者からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子3が、マット2の面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されていること。
【選択図】図1
【解決手段】利用者の身体と接するマット2を備えた寝具であって、マット2の利用者と接する面からマット2の厚さ方向において、利用者からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子3が、マット2の面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されていること。
【選択図】図1
Description
本発明は寝具に係り、より詳しくは、利用者からの圧力を検知した部位において、該圧力に応じた応力を利用者に付与することが可能で、フィット感に優れた寝具に関する。
従来の寝具には、床ずれ防止、マッサージ機能、就寝時の快適性などを目的として、加圧装置が配され、身体に対して何らかの圧力を加える類の寝具がある。
例えば特許文献1には、床ずれやむくみなどを防止する目的として、ベッドマットの中に押圧用のピンがアレイ状に配置されたベッドが開示されている。このベッドは、アクチュエータ素子でピンをストロークさせ、利用者の身体を押圧するものである。アクチュエータ素子としては、PZTなどの圧電性セラミックス、電磁モーター、空気圧、油圧などを使い、ピンは独立して駆動できるように構成されている。
また、特許文献2や特許文献3には、床ずれやむくみなどを防止する目的として、ベッドマットの中にベローズなどのエアーアクチュエータ素子がアレイ状に配置されたベッドや、エアークッションが配されたベッドが開示されている。これらのベッドでは、ベローズやエアークッションは独立して駆動させることができ、利用者の身体を押圧する構成となっている。
さらに特許文献4には、ゴムやナイロン糸を用いたベッドが開示されている。このベッドでは、身体に及ぼされる応力を調整することができ、柔らかく安全で、静かである。
また、特許文献2や特許文献3には、床ずれやむくみなどを防止する目的として、ベッドマットの中にベローズなどのエアーアクチュエータ素子がアレイ状に配置されたベッドや、エアークッションが配されたベッドが開示されている。これらのベッドでは、ベローズやエアークッションは独立して駆動させることができ、利用者の身体を押圧する構成となっている。
さらに特許文献4には、ゴムやナイロン糸を用いたベッドが開示されている。このベッドでは、身体に及ぼされる応力を調整することができ、柔らかく安全で、静かである。
しかしながら、上述した特許文献1に開示されたベッドでは、アクチュエータ素子が強固であり、大きな力が発生する。そのため、仮に装置が誤動作した場合、身体が挟まれて抜けなくなる、怪我をするなどの虞がある。また、ピンがストロークする構造なので、ベッドの厚さが厚くなってしまう。
また、上述した特許文献2及び特許文献3に開示されたベッドはエアー駆動のため、エアーの排気音やエアーコンプレッサーの駆動音など騒音が生じる。また、エアーコンプレッサーからは水が排出されるため、排水の処理が必要とされる。
上述した特許文献4に開示されたベッドでは、応力を及ぼす機構をマトリクス状に配置することが困難な構成となっているため、身体の各部位に対して、利用者の好きなタイミングで心地よい応力付与ができないという問題がある。
さらに、上述した特許文献1〜4に開示されたベッドでは、アクチュエータ素子とは別に圧力センサを有するため、圧力をセンシングする部位と身体に応力を付与する部位とが異なり、利用者が思ったところに適切な応力を付与することが困難である。また、アクチュエータ素子と応力センサの両者が必要であるため、コストが高くなり、更にベッドマットにマトリクスを構成する際に、実装密度が低下するといった問題が生じていた。
特開2005−204945号公報
特開2004−242930号公報
特開平5−337021号公報
特公平6−69413号公報
また、上述した特許文献2及び特許文献3に開示されたベッドはエアー駆動のため、エアーの排気音やエアーコンプレッサーの駆動音など騒音が生じる。また、エアーコンプレッサーからは水が排出されるため、排水の処理が必要とされる。
上述した特許文献4に開示されたベッドでは、応力を及ぼす機構をマトリクス状に配置することが困難な構成となっているため、身体の各部位に対して、利用者の好きなタイミングで心地よい応力付与ができないという問題がある。
さらに、上述した特許文献1〜4に開示されたベッドでは、アクチュエータ素子とは別に圧力センサを有するため、圧力をセンシングする部位と身体に応力を付与する部位とが異なり、利用者が思ったところに適切な応力を付与することが困難である。また、アクチュエータ素子と応力センサの両者が必要であるため、コストが高くなり、更にベッドマットにマトリクスを構成する際に、実装密度が低下するといった問題が生じていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、圧力を検知した部位において、該圧力に応じた応力を付与することが可能で、かつ利用者の体形等によらず優れたフィット感を得ることが可能な寝具を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載の寝具は、利用者の身体と接するマットを備えた寝具であって、前記マットの利用者と接する面から前記マットの厚さ方向において、前記利用者からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子が、前記マットの面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されていることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の寝具は、請求項1において、前記マットにおいて、前記ソフトアクチュエータ素子の配置は、マトリクス状であることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の寝具は、請求項1ないし5のいずれかにおいて、外部からの圧力による前記ソフトアクチュエータ素子の電位容量の変化を検知する電位容量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記ソフトアクチュエータ素子に加える応力を算出するコンピュータ、前記ソフトアクチュエータ素子に応力を付与するための電源、及び前記ソフトアクチュエータ素子への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記ソフトアクチュエータ素子とが電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の寝具は、請求項6において、任意の時間ごとに外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を前記ソフトアクチュエータ素子に発生させることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の寝具は、請求項1において、前記マットにおいて、前記ソフトアクチュエータ素子の配置は、マトリクス状であることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の寝具は、請求項2において、前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の寝具は、請求項1ないし5のいずれかにおいて、外部からの圧力による前記ソフトアクチュエータ素子の電位容量の変化を検知する電位容量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記ソフトアクチュエータ素子に加える応力を算出するコンピュータ、前記ソフトアクチュエータ素子に応力を付与するための電源、及び前記ソフトアクチュエータ素子への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記ソフトアクチュエータ素子とが電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の寝具は、請求項6において、任意の時間ごとに外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を前記ソフトアクチュエータ素子に発生させることを特徴とする。
本発明の寝具によれば、ソフトアクチュエータ素子が利用者からの圧力を検知すると共に、該圧力に応じた応力を発生させることができる。したがって、利用者の体形や動きに合わせて適切な箇所に応力を付与することができ、利用者に優れたフィット感を与えることが可能となる。
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
<第1実施形態>
図1(a)は、本発明の寝具10を模式的に示した断面図である。
本発明の寝具10は、下部マット1と、下部マット1上に設けられ、利用者11の身体と接する上部マット2とから概略構成されている。また、上部マット2は、利用者11と接する面2aから下部マット1方向(上部マット2の厚さ方向)において、利用者11からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子3が、上部マット2の面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されている。以下、本発明の寝具10について詳細に説明する。
なお、図1では、ソフトアクチュエータ素子3が上部マット2の面内において、全域にマトリクス状に配置された一例を示している。また、必ずしも下部マット1と上部マット2とからなる必要はなく、上部マット2のみから構成されていてもよい。
図1(a)は、本発明の寝具10を模式的に示した断面図である。
本発明の寝具10は、下部マット1と、下部マット1上に設けられ、利用者11の身体と接する上部マット2とから概略構成されている。また、上部マット2は、利用者11と接する面2aから下部マット1方向(上部マット2の厚さ方向)において、利用者11からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子3が、上部マット2の面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されている。以下、本発明の寝具10について詳細に説明する。
なお、図1では、ソフトアクチュエータ素子3が上部マット2の面内において、全域にマトリクス状に配置された一例を示している。また、必ずしも下部マット1と上部マット2とからなる必要はなく、上部マット2のみから構成されていてもよい。
本発明の寝具10とは、敷蒲団若しくはベッド用敷マットのようなシート状の敷物寝具である。本発明の寝具は、一般的に用いられる上記寝具のほか、医療用の寝具あるいは寝袋の底面部として用いることができる。
下部マット1としては、通常、敷蒲団若しくはベッド用敷マットのようなシート状の敷物寝具で用いられているものであれば得に限定されるものではなく、例えばウレタンシートやエアーマット、綿布団、ウールの布団等が挙げられる。または、ソフトアクチュエータ素子3で発生した応力が、利用者11に効率的に加えられるように、木製などの硬質のものを用いることもできる。
上部マット2は、利用者の身体と接する部分であり、例えばウレタン、綿、ウール、紙、ポリエステル、シルク等からなる。該上部マット2中には、利用者11からの圧力を感知可能な領域内に複数のソフトアクチュエータ素子3が相対的に離散して埋め込むように配置されている。ここで、利用者11からの圧力を検知可能な領域とは、利用者11が上部マット2に乗った際に、ソフトアクチュエータ素子3の電位が変化する程度に該ソフトアクチュエータ素子3に変形が生じる領域であり、適用するソフトアクチュエータ素子3や上部マット2を構成する材料によって適宜調節することができる。
なお、上部マット2は、例えば寝具10を被包するシーツ等の通気性生地(図中、非表示)を介して利用者11と接していてもよいし、各ソフトアクチュエータ素子3を包装体で覆い、それぞれを横方向に接続して上部マット2とすることもできる。
図1において、上部マット2はソフトアクチュエータ素子3と同様にマトリクス状に分割してなるものが記載されているが、特にこの構造に限定されるものではなく、1枚のシート状であってもよいし、例えば頭部、体幹部、脚部と3分割されたものであってもよい。
なお、上部マット2は、例えば寝具10を被包するシーツ等の通気性生地(図中、非表示)を介して利用者11と接していてもよいし、各ソフトアクチュエータ素子3を包装体で覆い、それぞれを横方向に接続して上部マット2とすることもできる。
図1において、上部マット2はソフトアクチュエータ素子3と同様にマトリクス状に分割してなるものが記載されているが、特にこの構造に限定されるものではなく、1枚のシート状であってもよいし、例えば頭部、体幹部、脚部と3分割されたものであってもよい。
ソフトアクチュエータ素子3は、1つの例として、利用者からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を発生するもので、受動的柔軟性(Passive flexibility)を有し、化学エネルギーや電気エネルギー等の物理エネルギーを駆動力とした導電性高分子アクチュエータ素子である。各ソフトアクチュエータ素子3同士は、相対的に離散して(離間して)上部マット2に配置されている。
ソフトアクチュエータ素子3の形状は特に限定されるものではなく、例えば円柱状のほか、四角柱等の多角柱状などが挙げられる。大きさは、感知する圧力や発生させる応力に応じて適宜変更できるが、例えば幅、厚さともに数cm程度の大きさのものを適用できる。
ソフトアクチュエータ素子3の形状は特に限定されるものではなく、例えば円柱状のほか、四角柱等の多角柱状などが挙げられる。大きさは、感知する圧力や発生させる応力に応じて適宜変更できるが、例えば幅、厚さともに数cm程度の大きさのものを適用できる。
ソフトアクチュエータ素子3としては、例えば誘電エラストマーと、誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなるもの、イオン交換膜と、イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなるもの、または電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなるもの等が挙げられる。これらの具体例については後述する。
従来では、上述したように圧力の感知と応力の発生とはそれぞれ別の部材で行っていたが、本発明においては、同一のソフトアクチュエータ素子3により圧力の感知と応力の発生とを行うため、低コスト化を図ることができる。更に、圧力を感知する部位と身体に応力を付与する部位が同一であるため、利用者が思ったところに適切な応力を付与することができ、フィット感に優れた寝具を得ることができる。また、ソフトアクチュエータ素子3自体が軽量であるため、ソフトアクチュエータ素子3を複数配置した際でも、過度に上部マット2が重くなることがなく、取り扱い性に優れた寝具を得ることができる。また、ソフトアクチュエータ素子3自体が高分子で構成されているため、柔らかく感触がよいという利点を有する。
ソフトアクチュエータ素子3ではなく、従来のように例えばPZTなどのセラミックスアクチュエータ素子や、電磁モーターなどを応力発生源に用いた場合、これらのアクチュエータ素子は強力な応力を発生し、なおかつ素子自体が強固であるため、万が一、セラミックスアクチュエータ素子や電磁モーターなどが暴走した場合、身体がありえない方向に曲げられたり、身体が挟まれて抜けなくなる虞がある。また、エアークッションを用い場合は、エアーの脱気音がうるさく、快適さにかける。また、エアーコンプレッサーを用いるため、直近に該エアーコンプレッサーがある場合動作音がうるさく、遠くにエアーコンプレッサーを置いたとすると、配管を延ばす必要があり、エアークッションの動作が乱雑となる虞がある。
本発明のようにソフトアクチュエータ素子を用いた場合では、仮にソフトアクチュエータ素子3自体が暴走して身体が不意の方向に曲げられた場合であっても、身体に負担をしいる応力よりも、ソフトアクチュエータ素子3を構成する高分子の方が降伏応力が低いため、身体が痛む前にソフトアクチュエータ素子3自体が降伏し、利用者の身体に負担をかける虞がない。さらに、ソフトアクチュエータ素子3は駆動させても動作音が出ないため、ベッドなどの寝具に最適である。
本発明のようにソフトアクチュエータ素子を用いた場合では、仮にソフトアクチュエータ素子3自体が暴走して身体が不意の方向に曲げられた場合であっても、身体に負担をしいる応力よりも、ソフトアクチュエータ素子3を構成する高分子の方が降伏応力が低いため、身体が痛む前にソフトアクチュエータ素子3自体が降伏し、利用者の身体に負担をかける虞がない。さらに、ソフトアクチュエータ素子3は駆動させても動作音が出ないため、ベッドなどの寝具に最適である。
ソフトアクチュエータ素子3は、図1に示すように上部マット2面内において全域に配置されてもよいし、局所的に配置されてもよい。
ソフトアクチュエータ素子3が上部マット2の全域に配置されることで、利用者11の身体の各部位により加えられた圧力に対し、適度な応力を発生して利用者11に加えられるため、フィット感のよい寝具を得ることができる。この際、ソフトアクチュエータ素子3を配置する位置によってその大きさや形状を変化させてもよい。例えば、頭部や臀部、肩部周辺など大きな圧力が加わる箇所には大きめあるいは厚さの厚い作動力の大きなソフトアクチュエータ素子3を配置することができる。
ソフトアクチュエータ素子3が上部マット2の全域に配置されることで、利用者11の身体の各部位により加えられた圧力に対し、適度な応力を発生して利用者11に加えられるため、フィット感のよい寝具を得ることができる。この際、ソフトアクチュエータ素子3を配置する位置によってその大きさや形状を変化させてもよい。例えば、頭部や臀部、肩部周辺など大きな圧力が加わる箇所には大きめあるいは厚さの厚い作動力の大きなソフトアクチュエータ素子3を配置することができる。
一方、上部マット2面内に局所的にソフトアクチュエータ素子3を配置することで、本発明の寝具10の低コスト化を図ることができる。この場合、身体の一部に疾患を有した利用者に最適である。具体的には、例えば腰にヘルニアを疾病した利用者にあっては、上部マット2において、利用者の腰及びその近傍と接する部位にのみソフトアクチュエータ素子3を配置することで、睡眠中などの際に疾患部位に的確な応力付与を行うことができる。そのため、患部に余計な力が加わることが抑制され、痛みの低減を図ること、及び疾病からの回復を補助することが可能となる。
本発明の寝具10において、ソフトアクチュエータ素子3の配置は、マトリクス状であることが好ましい。特に本発明においては、同一のソフトアクチュエータ素子3により圧力のセンシングと応力の発生とを行うため、上部マット2にマトリクスを構成する際に高密度化を図ることができる。そのため、身体の各部位に対してより的確な応力付与を行うことができ、フィット感により優れた寝具10を得ることができる。ソフトアクチュエータ素子3の配置がマトリクス状である場合、例えばその密度は、4〜9個/100cm2程度である。
図1(b)は、寝具10に利用者11が仰向けに寝た時の様子を模式的に示した図であり、図1(c)は、ソフトアクチュエータ素子3によって利用者11の姿勢が最適となるように応力が付与された状態を模式的に示した図である。
利用者11の身体の部位によって重量が異なり、また、凹凸があるため、寝具10にかかる圧力は、図1(b)に示すように、上部マット2面内で大きく差がある。そのため、身体の各部位の重量に応じて沈み込んだ状態となる。
本発明の寝具10においては、図1(b)でソフトアクチュエータ素子3に加わった圧力に対応した応力を利用者11に付与することで、図1(c)に示すように、利用者11の全身にかかる圧力が一定となり、脊椎が自然なS字曲線を描くような姿勢で睡眠をとることが可能となる。そのため、睡眠時における疲労回復効果の向上が図れる。特に、睡眠中に利用者11が寝返りを打った際であっても、利用者11の身体の位置の変化をソフトアクチュエータ素子3に加わる圧力変化により検知し、該圧力変化に適した応力を利用者に付与することができる。したがって、寝具10上における利用者の位置によらず、最適なフィット感を与えることができ、睡眠時における疲労回復効果の向上がより一層図れる。
更に、睡眠中に頭部11aや臀部11b、肩部11c等の局所に力が加わることが大幅に低減されるため、肩部11cや頸部11d、臀部11bのこりを低減することができる。
また、リウマチやヘルニア等を疾患している利用者であっても、疾患部位に不要な力が加わることがなく、快適な睡眠を得ることができる。
利用者11の身体の部位によって重量が異なり、また、凹凸があるため、寝具10にかかる圧力は、図1(b)に示すように、上部マット2面内で大きく差がある。そのため、身体の各部位の重量に応じて沈み込んだ状態となる。
本発明の寝具10においては、図1(b)でソフトアクチュエータ素子3に加わった圧力に対応した応力を利用者11に付与することで、図1(c)に示すように、利用者11の全身にかかる圧力が一定となり、脊椎が自然なS字曲線を描くような姿勢で睡眠をとることが可能となる。そのため、睡眠時における疲労回復効果の向上が図れる。特に、睡眠中に利用者11が寝返りを打った際であっても、利用者11の身体の位置の変化をソフトアクチュエータ素子3に加わる圧力変化により検知し、該圧力変化に適した応力を利用者に付与することができる。したがって、寝具10上における利用者の位置によらず、最適なフィット感を与えることができ、睡眠時における疲労回復効果の向上がより一層図れる。
更に、睡眠中に頭部11aや臀部11b、肩部11c等の局所に力が加わることが大幅に低減されるため、肩部11cや頸部11d、臀部11bのこりを低減することができる。
また、リウマチやヘルニア等を疾患している利用者であっても、疾患部位に不要な力が加わることがなく、快適な睡眠を得ることができる。
図2は、誘電エラストマー31と、誘電エラストマー31の両側31a、31bに配された対向電極32,33とからなるソフトアクチュエータ素子3Aを模式的に示した図である。図2(a)は圧力が作用していない通常の状態のソフトアクチュエータ素子であり、図2(b)は、圧力が加わり、圧縮された状態のソフトアクチュエータ素子2を模式的に示したものである。また、図2(c)は、作用機序を模式的に示した図である。
外部からの圧力を受け、図2(b)及び図2(c)に示すように対向電極32,33間の距離が変化することで電位容量が変化する。この電位容量の変化を測定することでソフトアクチュエータ素子3Aは圧力を検知することができる。また、応力の発生に関しては、対向電極32,33に通電することによって生じるクーロン力によって応力を発生することができる。
外部からの圧力を受け、図2(b)及び図2(c)に示すように対向電極32,33間の距離が変化することで電位容量が変化する。この電位容量の変化を測定することでソフトアクチュエータ素子3Aは圧力を検知することができる。また、応力の発生に関しては、対向電極32,33に通電することによって生じるクーロン力によって応力を発生することができる。
この誘電エラストマー31としては、例えば、シリコン、アクリル、ウレタンなどが挙げられる。またその厚さは、検知する圧力の大きさや発生させる応力等に応じて適宜調節できる。例えば誘電エラストマー31としてアクリルを用いた場合では、400%の歪みと約8MPaの応力を得ることができる。
また対向電極32,33としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
また対向電極32,33としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
電解質が必要なソフトアクチュエータ素子では、電解質は液体であることが多く、該電解質を封止するための構造が必要となり、コストが高くなってしまう。また、該封止構造は繰り返しの可動により劣化し、損傷が生じる虞があるため、信頼性が低下する虞がある。誘電エラストマー31と対向電極32,33とを用いた場合では、電解質を必要としないため、コストを低減することが出来るとともに、繰り返し使用した際の信頼性の向上を図ることができる。特に、寝具10にはかなりの回数の繰り返しが生じるため、信頼性を高くしておくことは、非常に有用である。
また、図3に示すように、誘電エラストマー31の両側31a、31bに加え、側面31c、31dにも電極30c、30dを配することもできる。この際、ソフトアクチュエータ素子に加わった圧力の検知には、対向電極32,33を用い、応力の発生には電極30c、30dを用いる。すなわち、対向電極32,33間の距離が変化したことによる電位容量の変化からソフトアクチュエータ素子に生じた圧力を検知し、該圧力に応じて電極30c,30dに通電することで、応力を発生させることができる。電極30c,30dに通電した場合、電極30a,30bの水平方向の方が、電極31,32の水平方向と比べ、誘電エラストマー31の伸長は大きいため、より大きな応力を発生させることができる。なお、電極30c、30dは、伸縮に耐えるように折れ線状などに加工しておくことができる。
図4(a)は、イオン交換膜34と、イオン交換膜34の両側に配された対向電極32,33とからなるソフトアクチュエータ素子3Bを模式的に示した図であり、図4(b)はその作用機序を模式的に示した図である。
イオン交換膜34はイオン交換樹脂からなり、その厚さは、検知する圧力の大きさや発生させる応力等に応じて適宜調節できる。誘電エラストマー31と同様に外部からの圧力を受けイオン交換膜34が圧縮し、対向電極22,23間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図4(b)に示すように、イオン交換膜34に電圧をかけると、イオン交換膜34内のイオン41,42及び高分子電解質43は、イオン41,42の電荷に応じて対向電極32あるいは対向電極33の方向に移動する。その際に、イオン41,42にひきずられて水分子44も移動するため、イオン交換膜34の部分的な膨潤、膨張が起こり、応力が発生する。
イオン交換膜34はイオン交換樹脂からなり、その厚さは、検知する圧力の大きさや発生させる応力等に応じて適宜調節できる。誘電エラストマー31と同様に外部からの圧力を受けイオン交換膜34が圧縮し、対向電極22,23間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図4(b)に示すように、イオン交換膜34に電圧をかけると、イオン交換膜34内のイオン41,42及び高分子電解質43は、イオン41,42の電荷に応じて対向電極32あるいは対向電極33の方向に移動する。その際に、イオン41,42にひきずられて水分子44も移動するため、イオン交換膜34の部分的な膨潤、膨張が起こり、応力が発生する。
このようなイオン交換膜34としては、陽イオン交換樹脂、及び陰イオン交換樹脂のどちらも適用することが可能である。例えば、スチレン系やアクリル系のものが挙げられる。より具体的には、例えばスチレン・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつものや、アクリル酸・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつもの、ポリエチレンやフッ素樹脂などにスルホン酸基やカルボキシル基などの親水性官能基を導入したもの、などが挙げられる。
また対向電極32,33としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
また対向電極32,33としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
この方式のソフトアクチュエータ素子は、直流1.5V程度の小さな電圧で駆動することができるので、本発明の寝具10に用いた際に、安全であるという利点がある。
図5(a)は、電解質35と、電解質35の一面35aに配された導電性ポリマー36と、電解質35の他面35bに配された電極37とからなるソフトアクチュエータ素子3Cを模式的に示した図であり、図5(b)はその作用機序を模式的に示した図である。
誘電エラストマー31と同様に外部からの圧力を受け電解質35が圧縮し、導電性ポリマー36と電極37との間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図5(b)に示すように、導電性ポリマー36に電圧を印加すると、導電性ポリマー36に電解質35中の陰イオン51(あるいは陽イオン52)の侵入もしくは脱離が起こり、体積が変化して応力が発生する。イオンの侵入、脱離の際に、水分子を伴って該イオンが侵入、脱離したり、酸化・還元反応を伴ったりする場合もある。なお、図4(b)は、電解質35中の陰イオン51が導電性ポリマー35に侵入した際の様子を模式的に示したものである。
誘電エラストマー31と同様に外部からの圧力を受け電解質35が圧縮し、導電性ポリマー36と電極37との間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図5(b)に示すように、導電性ポリマー36に電圧を印加すると、導電性ポリマー36に電解質35中の陰イオン51(あるいは陽イオン52)の侵入もしくは脱離が起こり、体積が変化して応力が発生する。イオンの侵入、脱離の際に、水分子を伴って該イオンが侵入、脱離したり、酸化・還元反応を伴ったりする場合もある。なお、図4(b)は、電解質35中の陰イオン51が導電性ポリマー35に侵入した際の様子を模式的に示したものである。
この導電性ポリマー36としては、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、などが挙げられる。
また電極37としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
また電極37としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
導電性ポリマー36を用いたソフトアクチュエータ素子3を本発明の寝具10に適用した場合では、ソフトアクチュエータ素子がある形状に変化した後は、印加電圧を解除しても形状が保持されるという特徴があり、低消費電力で駆動できるという利点がある。
なお、上部マット2の位置(利用者の身体の各部位)に応じて、上記誘電エラストマー31と誘電エラストマー31の両側に配された対向電極32,33とからなるソフトアクチュエータ素子3A、イオン交換膜34とイオン交換膜34の両側に配された対向電極32,33とからなるソフトアクチュエータ素子3B、または電解質35と、電解質35の一面35aに配された導電性ポリマー36と、電解質35の他面35bに配された電極37とからなるソフトアクチュエータ素子3Cをそれぞれ使い分けることもできる。例えば、応力の変化が比較的少ない脚などの部分では、低消費電力で駆動できる導電性ポリマー36を用いたソフトアクチュエータ素子3Cを配置し、大きな応力が繰り返し加わる臀部には、信頼性に優れた誘電エラストマー31を用いたソフトアクチュエータ素子3Aを配置し、頭部には、低電力で安全性に優れたイオン交換膜34を用いたソフトアクチュエータ素子3Bを配置する。このように利用者の身体の各部位に応じてソフトアクチュエータ素子3を使い分けることで、より効果的に利用者に適した快適なフィット感を与えることができる。
図6は、上部マット2において、ソフトアクチュエータ素子3の配置がマトリクス状である寝具10と、各ソフトアクチュエータ素子3を制御する制御装置60との一例を模式的に示した図である。
制御装置60は、スイッチング回路62と、デジタルマルチメータ63と、直流電源64と、コンピュータ65とから概略構成されている。そして、制御装置60と各ソフトアクチュエータ素子3とは配線61により電気的に接続されている。
制御装置60は、スイッチング回路62と、デジタルマルチメータ63と、直流電源64と、コンピュータ65とから概略構成されている。そして、制御装置60と各ソフトアクチュエータ素子3とは配線61により電気的に接続されている。
各ソフトアクチュエータ素子3に加わった圧力による電位容量の変化は、配線61を介してアナログ電流信号として出力され、デジタルマルチメータ63に入力され、該圧力がセンシングされる。デジタルマルチメータ63としては、例えば電気容量測定器などを用いることができる。
デジタルマルチメータ63で測定した電位容量の変化の値をコンピュータ65に取り込み、所定のアルゴリズムにしたがって適切な応力付加を与えるための印加電圧を計算し、直流電源64から出力され、配線61を介してソフトアクチュエータ素子3にアナログ電流信号として出力される。ソフトアクチュエータ素子3では、直流電源64からの電流信号に応じた応力が発生される。
各ソフトアクチュエータ素子3への出力(応力付与)、および各ソフトアクチュエータ素子3からの入力(圧力測定)の切り替えは、スイッチング回路62を用いて切り替えることができる。したがって、各ソフトアクチュエータ素子3とスイッチング回路62とを繋ぐ配線61は、圧力測定用と応力付与用とを同じ配線61で行うことができる。
デジタルマルチメータ63で測定した電位容量の変化の値をコンピュータ65に取り込み、所定のアルゴリズムにしたがって適切な応力付加を与えるための印加電圧を計算し、直流電源64から出力され、配線61を介してソフトアクチュエータ素子3にアナログ電流信号として出力される。ソフトアクチュエータ素子3では、直流電源64からの電流信号に応じた応力が発生される。
各ソフトアクチュエータ素子3への出力(応力付与)、および各ソフトアクチュエータ素子3からの入力(圧力測定)の切り替えは、スイッチング回路62を用いて切り替えることができる。したがって、各ソフトアクチュエータ素子3とスイッチング回路62とを繋ぐ配線61は、圧力測定用と応力付与用とを同じ配線61で行うことができる。
制御装置60を用いることで、図1に示したように、利用者11の全身にかかる圧力が一定となるようにソフトアクチュエータ素子3を調整するほか、部分的な沈み込みを防ぐように調整したり、特定の部位を持ち上げたり下げたりすることができる。また、特定の部位をマッサージする機能も実現できる。
例えば寝る場合、最初の2時間は背中をマッサージするように動かして、その後は頭側を高くした体勢を保てるようにソフトアクチュエータ素子3を調整する、といった使い方が考えられる。マッサージをする時間帯は、例えば10秒おきに圧力センシングを繰り返し、身体にかかる応力を小刻みに変化させることで心地よさが増す。また、例えば腰の辺りを圧迫してもらいたい時には、腰に小さな力を入れることでベッドに圧力を与え、その圧力をセンシングしてその場所に大きな応力を返す仕組みにすることもできる。この場合、フィードバックされるまでの時間が短い方が快適性は高いので、2秒おき程度に圧力センシングが繰り返されるとよい。
例えば寝る場合、最初の2時間は背中をマッサージするように動かして、その後は頭側を高くした体勢を保てるようにソフトアクチュエータ素子3を調整する、といった使い方が考えられる。マッサージをする時間帯は、例えば10秒おきに圧力センシングを繰り返し、身体にかかる応力を小刻みに変化させることで心地よさが増す。また、例えば腰の辺りを圧迫してもらいたい時には、腰に小さな力を入れることでベッドに圧力を与え、その圧力をセンシングしてその場所に大きな応力を返す仕組みにすることもできる。この場合、フィードバックされるまでの時間が短い方が快適性は高いので、2秒おき程度に圧力センシングが繰り返されるとよい。
就寝時は身体の動きも少ないため、測定される圧力に変化がない場合、圧力センシングの間隔を徐々に延ばしていき、10分程度まで延ばすこともできる。そうすることで、本発明の寝具10に費やす消費電力を低減することができる。また、利用者11が寝返りをうって身体の向きが変わり、寝具10に及ぼす応力の変化が生じた場合にあっても、該応力の変化を感知し、それにみあった応力を付与することができる。そのため、就寝中に体勢が変わった場合においても身体の各部位に適切なフィット感を与えることができ、関節や筋肉に加わる負荷が低減され、効果的に疲れをとることができる。
なお、ソフトアクチュエータ素子3が上部マット2の面内全域あるいは局所に、相対的に離散して配置された寝具においても、上述した図5と同様に制御装置60を用いることができる。
本発明は、日常用、医療用などの寝具に適用することができ、利用者の体形によらず、フィット感に優れた寝具を提供することが可能となる。
1 下部マット、2 上部マット、3(3A,3B,3C) ソフトアクチュエータ素子、10 寝具、11 利用者、11a 頭部、11b 臀部、11c 肩部、11d 頸部、11e 脚部、31 誘電エラストマー、32,33 対向電極、34 イオン交換膜、35 電解質、36 導電性ポリマー、37 電極、41,42 イオン、43 高分子電解質、44 水分子、51 陰イオン、52 陽イオン、60 制御装置、61 配線、62 スイッチング回路、63 電位容量測定器、64 直流電源、65 コンピュータ。
Claims (7)
- 利用者の身体と接するマットを備えた寝具であって、
前記マットの利用者と接する面から前記マットの厚さ方向において、前記利用者からの圧力を感知可能な領域内に、該圧力に応じた応力を発生する複数のソフトアクチュエータ素子が、前記マットの面内の全域あるいは局所に、相対的に離散して配置されていることを特徴とする寝具。 - 前記マットにおいて、前記ソフトアクチュエータ素子の配置は、マトリクス状であることを特徴とする請求項1に記載の寝具。
- 前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項1または2に記載の寝具。
- 前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項1または2に記際の寝具。
- 前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする請求項1または2に記載の寝具。
- 外部からの圧力による前記ソフトアクチュエータ素子の電位容量の変化を検知する電位容量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記ソフトアクチュエータ素子に加える応力を算出するコンピュータ、前記ソフトアクチュエータ素子に応力を付与するための電源、及び前記ソフトアクチュエータ素子への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記ソフトアクチュエータ素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の寝具。
- 任意の時間ごとに外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を前記ソフトアクチュエータ素子に発生させることを特徴とする請求項6に記載の寝具。
Priority Applications (1)
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WO2019107309A1 (ja) | 2017-11-28 | 2019-06-06 | 正毅 千葉 | 誘電エラストマー駆動センサシステムおよびシート |
CN111467162A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-31 | 上海理工大学 | 一种用于压疮预防的护理装置 |
WO2021106669A1 (ja) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 株式会社資生堂 | 皮膚刺激装置および皮膚刺激方法 |
-
2008
- 2008-08-11 JP JP2008206573A patent/JP2010042078A/ja active Pending
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