JP2017093550A - エアセルユニット、マットレス、クッション及び介護ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】支持対象物を支持する面積を広くすることで、面圧の低下を促進可能なエアセルユニット、マットレス、クッション及び介護ロボットを提供する。
【解決手段】互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第１のシート１１及び第２のシート１２を第１の固着部１３により固着した第１のエアセル１０と、互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第３のシート２１及び第４のシート２２を第２の固着部２３により固着した第２のエアセル２０と、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０を、互いに重ね合わせとなるように、かつ、重ね合わせた方向に直交する方向に相対移動可能に連結すると共に、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の間が大気に連通して分離した中間層３０と、を備え、第１の固着部１３と第２の固着部２３とは、互い違いに配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、中空でクッション性を有するエアセルユニットと、これを利用するマットレス、クッション及び介護ロボットに関する。

従来、空気非透過性の合成樹脂製のシートを重ね合わせて中空に固着したエアセルを複数並べ、各エアセルの空気圧を適宜調圧可能にしたマットレスが普及している。エアセルを利用したマットレスは、利用者を適度な面圧で支持することができ、例えば、床ずれの予防など、介護用に好適である。

このようなエアセルを利用したマットレスとして、例えば、４枚のシート（上から順に第１のシート〜第４のシート）を重ね合わせ、第１のシートと第２のシート、第２のシートと第３のシート、第３のシートと第４のシートをそれぞれ複数の点状に接着して各シートの間で３層のエアセルを形成したものが知られている（特許文献１参照）。このマットレスでは、第１のシートと第２のシートからなる第１のエアセルの接着部と、第２のシートと第３のシートからなる第２のエアセルの接着部とを、互いに重ならないように互い違いとなる矩形の角となる位置に配置している。また、第２のシートと第３のシートからなる第２のエアセルの接着部と、第３のシートと第４のシートからなる第３のエアセルの接着部とを、互いに重ならないように互い違いとなる矩形の角となる位置に配置している。このマットレスによれば、互いに固着された３層のエアセルが重ねられることにより、底着きの回避を図ることができる。

特開２００２−１３６３９６号公報

しかしながら、上述した特許文献１のマットレスでは、第１のシート〜第４のシートの間で重なり合ったシート同士が接着され、特に第１のエアセルと第３のエアセルとは平面視において同じ位置に固定されることになり、従って、３層のエアセル同士の水平方向への位置関係は相対的に固定されたままになってしまう。

ここで、一般的に介護用に使用されるマットレスについては、利用者の床ずれを予防するために、利用者に接触して支持する面の面圧を下げることが望まれている。そのために、マットレスと利用者とはできるだけ広い面積で接触することが好ましい。これに対し、特許文献１のマットレスでは、３層のエアセル同士の水平方向への位置関係が相対的に固定されているので、利用者の重量を重力方向に沿って真下から支持するに留まり、利用者の体形や姿勢に応じて利用者を側方から包み込むような作用はない。このため、利用者がマットレス上で寝返り等により移動する際、利用者の支持面が小面積で移動して、長時間に亘って利用者を低い面圧で支持するには十分でない。また、例えば、第２のシートが一部破損して、第１のエアセルと第２のエアセルとの空気が連通した場合、空気がマットレスの限定箇所に偏って溜まってしまい、利用者を移動してしまう虞がある。このため、特許文献１のマットレスは、利用者をあらゆる環境において低い面圧で支持するには十分でない。

そこで、本発明は、支持対象物を支持する面積をどのような状況においても広くすることで、面圧の低下を促進可能なエアセルユニット、マットレス、クッション及び介護ロボットを提供することを目的とする。

本発明のエアセルユニットは、互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第１のシート及び第２のシートを、点状の複数箇所である第１の固着部により固着した第１のエアセルと、互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第３のシート及び第４のシートを、点状の複数箇所である第２の固着部により固着した第２のエアセルと、前記第１のエアセル及び前記第２のエアセルを、互いに重ね合わせとなるように、かつ、重ね合わせた方向に直交する方向に相対移動可能に連結すると共に、前記第１のエアセル及び前記第２のエアセルの間が大気に連通して分離した中間層と、を備え、前記第１の固着部と前記第２の固着部とは、互い違いに配置されることを特徴とする。

本発明によれば、第１のエアセル及び第２のエアセルは中間層が介在して重ね合わせた方向に直交する方向（以下、平面方向という）に自由度が高く相対移動可能であり、かつ、第１の固着部及び第２の固着部は互い違いに配置されており、第１のエアセル及び第２のエアセルの対向する凹凸面が嵌り合っている。そして、エアセルユニットに支持対象物の荷重を掛けると、第１のエアセル及び第２のエアセルを互いに押圧する力が作用する。この時、第１のエアセル及び第２のエアセルの対向する凹凸面が変形し、様々な角度で押し合って荷重の大きい方から小さい方に移動する分力が発生し、第１のエアセル及び第２のエアセルを平面方向に相対移動させる。

また、第１のエアセル及び第２のエアセルの空気圧を適切に調整することにより、支持対象物を支持するエアセルユニットの部分が凹み、凹んだ部分の空気は周囲に逃げて、支持対象物を包み込むように膨張する。膨張に伴い、第１のエアセル及び第２のエアセルは異なる態様で変形するが、互いに自由度が高く水平方向に相対移動するので、変形しつつも受ける荷重に応じて最も収まりの良い状態に自然に位置し、結果的に支持対象物を広い面積で支持するようになる。

これらの理由により、本発明によれば、支持対象物の周囲に位置するエアセルユニットの部位は、支持対象物の荷重が掛かる前に比べて膨張し、膨張した部分が支持対象物を周囲から包み込むように変形する。このため、支持対象物を荷重の作用方向だけでなく広い面積で接触して支持することができるので、支持する荷重の分散を図り、支持対象物との接触面における面圧を低下することができる。

また、第１〜第４のシートのいずれかが破損しても、第１のエアセル又は第２のエアセルの気体が大気に逃げるだけで、他方のエアセルに影響を及ぼすことはなく、エアセルユニット上の支持対象物を移動してしまうことはない。

第１の実施形態に係るエアセルの概略の分解斜視図である。 第１の実施形態に係るエアセルの概略の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 第１の実施形態に係るエアセルの概略の断面図であり、（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線、（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線、（ｄ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ線で切断した状態を示す。 第１の実施形態に係るマットレスの概略の斜視図である。 第１の実施形態に係るマットレスに利用者が横臥した状態の概略の断面図である。 実施例に係るマットレスに利用者が横臥した状態の圧力分布を示す模式図である。 第２の実施形態に係る介護ロボットの概略の斜視図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、エアセルユニット１の一例としてマットレス５０に適用した場合について説明している。

まず、このマットレス５０に適用されるエアセルユニット１について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。図１に示すように、エアセルユニット１は、互いに重ね合わせた上側の第１のエアセル１０及び下側の第２のエアセル２０と、これら第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の間に介在された中間層３０とを備えている。

第１のエアセル１０は、互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第１のシート１１及び第２のシート１２を、点状の複数箇所である第１の固着部１３により固着して形成されている。第１のシート１１及び第２のシート１２は、いずれも可撓性を有する例えばウレタン等の合成樹脂製としている。第１の固着部１３は、平面視において正方形の角となる位置に配置されている。本実施形態では、第１のシート１１及び第２のシート１２は、第１の固着部１３において加熱により接着（溶着）することで固着されている。

第１のエアセル１０は１つの気体層（空気室）を有しており、外部から空気室に空気を供給することで膨らませることができる。本実施形態では、第１のエアセル１０が軽く膨らむ程度に空気を入れている。第１のエアセル１０の一部に外部から荷重を掛けると荷重の掛かった部分が凹み、凹んだ部分の空気は周囲に逃げて、荷重が掛かった部分を包み込むように膨張する（図５参照）。

第２のエアセル２０は、互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第３のシート２１及び第４のシート２２を、点状の複数箇所である第２の固着部２３により固着して形成されている。第３のシート２１及び第４のシート２２は、第１のシート１１及び第２のシート１２と同様に、いずれも可撓性を有する例えばウレタン等の合成樹脂製としている。第２の固着部２３は、平面視において正方形の角となる位置に配置されている。本実施形態では、第３のシート２１及び第４のシート２２は、第２の固着部２３において加熱により接着することで固着されている。

第２のエアセル２０は１つの気体層（空気室）を有しており、外部から空気室に空気を供給することで膨らませることができる。本実施形態では、第２のエアセル２０が軽く膨らむ程度に空気を入れている。第２のエアセル２０の一部に外部から荷重を掛けると荷重の掛かった部分が凹み、凹んだ部分の空気は周囲に逃げて、荷重が掛かった部分を包み込むように膨張する（図５参照）。

中間層３０は、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０を、互いに重ね合わせとなるように、かつ、重ね合わせた方向に直交する方向（以下、水平方向という）に自由度が高く相対移動可能に連結すると共に、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の間を大気に連通して分離して形成されている（図３参照）。第１のエアセル１０を構成する第１のシート１１及び第２のシート１２、並びに第２のエアセル２０を構成する第３のシート２１及び第４のシート２２は、図２（ｂ）に示すように、その接着された周縁部１０ａ，２０ａが広く形成されている。そして、例えば、これら周縁部１０ａ，２０ａに鳩目により多数の穴が形成されており、これらの穴を通るように紐２５が周囲を取り巻くように掛けられて、紐２５の端が抜け止め固定されている。これにより、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は、水平方向に相対移動可能に、かつ互いに重ね合わさるように一体に連結されると共に、両エアセル１０，２０の間が空気に連通して分離される中間層３０が形成される。尚、中間層３０は、紐２５による連結に限られず、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の周縁の適宜な箇所を溶着等により固着することで一体化して構成してもよい。この場合、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の間に介在される中間層３０を大気に連通させるため、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の周縁の一部を開放する。

ここで、中間層３０において、第１の固着部１３と第２の固着部２３とは、互い違いに配置されている。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、第２の固着部２３は、第１の固着部１３が配置される正方形の中央部に配置されている。これにより、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は、無荷重の際には図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように各凹凸が嵌り合った状態で位置している。また、図３（ａ）に示すように、エアセルユニット１の第１の固着部１３と第２の固着部２３とを結ぶ直線（図２（ａ）中のＡ−Ａ線）上では、各固着部１３，２３はエアセルユニット１の上面及び下面に露出し、凹凸を形成する。図３（ｂ）に示すように、エアセルユニット１の第１の固着部１３を結び第２の固着部２３の間を通過する直線（図２（ａ）中のＢ−Ｂ線）上では、第１の固着部１３はエアセルユニット１の上面に露出して凹凸を形成するが、エアセルユニット１の下面は平坦になる。図３（ｃ）に示すように、エアセルユニット１の第２の固着部２３を結び第１の固着部１３の間を通過する直線（図２（ａ）中のＣ−Ｃ線）上では、第２の固着部２３はエアセルユニット１の下面に露出して凹凸を形成するが、エアセルユニット１の上面は平坦になる。図３（ｄ）に示すように、エアセルユニット１の各固着部１３，２３の間を通過する直線（図２（ａ）中のＤ−Ｄ線）上では、エアセルユニット１の上面及び下面は平坦になる。尚、図３（ａ）〜（ｄ）は概略図であって、実際は各固着部１３，２３に影響されて正確に平坦になるとは限らない。

上述したエアセルユニット１を製造する際は、まず第１のシート１１及び第２のシート１２を重ね合わせ、その両側から両シート１１，１２を挟んで熱溶着用の電極を当てて、第１の固着部１３において溶着を行い、第１のエアセル１０を形成する。また、第３のシート２１及び第４のシート２２を重ね合わせ、その両側から両シート２１，２２を挟んで熱溶着用の電極を当てて、第２の固着部２３において溶着を行い、第２のエアセル２０を形成する。更に、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の周縁部１０ａ，２０ａを紐２５により結束して、エアセルユニット１を形成する。尚、本実施形態では、各シート１１，１２，２１，２２の固着方法として加熱による接着である溶着を適用した場合について説明したが、これには限られず、例えば接着剤を利用した接着等、他の接着方法を用いてもよい。

次に、上述したエアセルユニット１を備えるマットレス５０について、図４を用いて詳細に説明する。このマットレス５０は、長手方向に沿って隣接する第１〜第３のエアセルユニット１〜３を有している。本実施形態では、横臥した利用者に対し、第１のエアセルユニット１は頭部及び胸部を支持し、第２のエアセルユニット２は腹部を支持し、第３のエアセルユニット３は脚部を支持するよう、それぞれ配置されている。

第１〜第３のエアセルユニット１〜３の第１のエアセル１０は、連続した１枚の第１のシート１１及び１枚の第２のシート１２を固着して形成されている。即ち、第１〜第３のエアセルユニット１〜３の第１のエアセル１０は、第１のシート１１及び第２のシート１２を第１の固着部１３において溶着し、第１〜第３のエアセルユニット１〜３の境界部分を区切るように溶着することで形成されている。同様に、第１〜第３のエアセルユニット１の第２のエアセル２０は、連続した１枚の第３のシート２１及び１枚の第４のシート２２を第２の固着部２３において溶着し、第１〜第３のエアセルユニット１〜３の境界部分を区切るように溶着することで形成されている。

マットレス５０の長手方向の両端部では、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０が、互いに溶着されて離れないように一体化されている。また、マットレス５０の短手方向の両端部では、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は、互いに溶着されずに開放されている。第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の間には中間層３０が介在され、マットレス５０の短手方向の両端部において大気に開放されている。即ち、マットレス５０の周縁部は、長手方向の両端部において第１のエアセル１０と第２のエアセル２０とが溶着されると共に、短手方向の両端部において紐２５により第１のエアセル１０と第２のエアセル２０とが連結され、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は、中間層３０の介在により各エアセル１０，２０の可撓範囲において水平方向に相対移動可能である。

第１〜第３のエアセルユニット１〜３の第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は、それぞれ空気管４０を介してポンプ４１に連結されている。ポンプ４１は不図示の制御部に接続され、制御部は各エアセルユニット１〜３における第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の合計６個の空気室の空気圧をそれぞれ独立して制御可能である。これにより、このマットレス５０では、制御部が第１〜第３のエアセルユニット１〜３の６個の空気室の空気圧を適宜調整することにより、利用者に対して身体の部位に応じた適切な体圧分散を図って支持することができる。

次に、上述したマットレス５０に利用者Ｕが横臥した場合の動作について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。まず、制御部によりポンプ４１が駆動され、マットレス５０の第１〜第３のエアセルユニット１〜３に空気が充填されて、マットレス５０が適切な空気圧に調整される。

図５に示すように、利用者Ｕがマットレス５０（ここでは、例えば第１のエアセルユニット１）に横臥すると、利用者Ｕの身体が第１のエアセルユニット１を下方に押圧する。身体の真下に位置する第１のエアセルユニット１の部位では、身体の荷重によって各エアセル１０，２０が凹み、その内部の空気が周囲の荷重の掛かっていない部位に押しやられる（図中、矢印）。また、同時に、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は異なる態様で変形するが、中間層３０において第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０が水平方向に自由度が高く相対移動するので、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０は変形しつつも受ける荷重に応じて最も収まりの良い状態に自然に位置するようになる。これらの理由により、身体の周囲に位置する第１のエアセルユニット１の部位は、利用者Ｕが横臥する前に比べて膨張し、膨張した部分が身体を周囲から包み込むように変形する。

また、利用者Ｕが寝返り等により姿勢を変えた場合、第１のエアセルユニット１に対して荷重の作用する位置が変動する。この場合、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の各内部では空気が自由に移動できるので、利用者Ｕの移動に追従して変形し、常に利用者Ｕを周囲から包み込んだ状態になる。このため、利用者Ｕの身体を真下だけでなく広い面積で接触して支持することができるので、支持する体重の分散を図り、身体との接触部における面圧を著しく低下することができる。

上述したように本実施形態のマットレス５０によれば、利用者Ｕの身体の周囲に位置する第１のエアセルユニット１の部位は、利用者Ｕの身体の荷重が掛かる前に比べて膨張し、膨張した部分が利用者Ｕの身体を周囲から包み込むように変形する。このため、利用者Ｕの身体を荷重の作用方向だけでなく広い面積で接触して支持することができるので、支持する荷重の分散を図り、利用者Ｕの身体との接触面における面圧を著しく低下することができる。このため、マットレス５０における寝返りのし易さや包み込まれるような安心感により、利用者Ｕは快適な横臥状態を取ることができる。更に、体圧分散能を向上したことで、特に外力に対する抵抗の弱い高齢者をも適切に支持することができ、また、このマットレス５０によれば、利用者Ｕの身長や体型によらず柔軟に変形可能であるので、様々な利用者Ｕに違和感を与えることなく全身を支持することができる。

また、本実施形態のマットレス５０によれば、第１の固着部１３は正方形の角となる位置に配置され、第２の固着部２３は正方形の中央部に配置されることで、互い違いに配置されている。このため、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の対向面において、水平方向に対して均一な力が発生するので、利用者Ｕを支持する際の面圧の偏りを抑制することができる。

また、本実施形態のマットレス５０によれば、２枚のシート１１，１２を溶着して形成した第１のエアセル１０と、２枚のシート２１，２２を溶着して形成した第２のエアセル２０とを溶着して形成しているので、３枚のシートを互い違いに重ねて溶着して形成した場合に比べて電極の設置が容易になり溶着作業を簡易化することができる。しかも、本実施形態のマットレス５０は、３枚のシートを互い違いに溶着して形成したマットレスのように真ん中のシートの破損によって他の部位が大きく膨張してしまう事態は起こり得ず、マットレス５０の空気の偏りにより利用者が意図に反して移動することを防止できる。

尚、上述した本実施形態のマットレス５０では、第１の固着部１３は正方形の角となる位置に配置され、第２の固着部２３は正方形の中央部に配置される場合について説明したが、これには限られない。例えば、第１の固着部１３は矩形の角となる位置に配置され、第２の固着部２３は矩形の中央部に配置されるようにしてもよく、あるいは第１の固着部１３は三角形等の多角形の角となる位置に配置され、第２の固着部２３は三角形等の多角形の中央部に配置されるようにしてもよい。いずれの場合も、第１のエアセル１０及び第２のエアセル２０の対向面において、水平方向に対して均一な力が発生するので、利用者Ｕを支持する際の面圧の偏りを抑制することができる。

（実施例）
上述した第１の実施形態に係るマットレス５０を用いて、利用者Ｕ（身長１５５ｃｍ、体重５０ｋｇ）が横臥した状態で圧力分布を測定した。その結果を図６に示す。同図に示すように、マットレス５０に荷重が掛かった部位は、体型に比べて広かった。これにより、本実施例におけるマットレス５０によれば、利用者Ｕは広い面積で包み込まれるように支持されることが確認された。

更に、面圧の測定の結果、全ての部位で面圧を１０ｍｍＨｇ程度に抑えることができた。従来のエアセルを用いたマットレスでは、面圧は２０〜２５ｍｍＨｇ程度であったので、本実施例におけるマットレス５０によれば、面圧を大幅に低減できることが確認された。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図７を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、エアセルユニット１の一例としてクッション６０に適用した場合について説明している。本実施形態では、クッション６０は、エアセルユニット１を備えている。また、このクッション６０は、介護ロボットに適用されている。尚、エアセルユニット１の構成は第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

図７に示すように、介護ロボットは、利用者（被介護者）Ｕを支持する支持具７１と、支持具７１を移動させる駆動部７２と、駆動部７２を制御する制御部７３とを備えている。本実施形態では、支持具７１は、水平で平行な２本のアーム形状であり、各アームの上側に利用者Ｕを支持し、駆動部７２によって昇降可能としている。

支持具７１の利用者Ｕを支持する部位には、クッション６０が設けられている。これにより、支持具７１に利用者Ｕを支持する際は、クッション６０が利用者Ｕに当接するので、広い面積で接触することで、面圧を低減しながらも高い保持性を維持することができる。

上述した本実施形態のクッション６０では、介護ロボットの利用者Ｕに接触する部位に適用した場合について説明したが、これには限られず、クッション６０を、例えば、着座用、その他のクッションとして適用してもよい。

１…第１のエアセルユニット（エアセルユニット）、２…第２のエアセルユニット（エアセルユニット）、３…第３のエアセルユニット（エアセルユニット）、１０…第１のエアセル、１１…第１のシート、１２…第２のシート、１３…第１の固着部、２０…第２のエアセル、２１…第３のシート、２２…第４のシート、２３…第２の固着部、３０…中間層、５０…マットレス、６０…クッション、７１…支持具、７２…駆動部、７３…制御部、Ｕ…利用者（被介護者）。

Claims (6)

1. 互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第１のシート及び第２のシートを、点状の複数箇所である第１の固着部により固着した第１のエアセルと、
   互いに重ね合わされ周囲が接着されて気体層を形成する第３のシート及び第４のシートを、点状の複数箇所である第２の固着部により固着した第２のエアセルと、
   前記第１のエアセル及び前記第２のエアセルを、互いに重ね合わせとなるように、かつ、重ね合わせた方向に直交する方向に相対移動可能に連結すると共に、前記第１のエアセル及び前記第２のエアセルの間が大気に連通して分離した中間層と、を備え、
   前記第１の固着部と前記第２の固着部とは、互い違いに配置される、
   ことを特徴とするエアセルユニット。
2. 前記第１の固着部は、平面視において矩形の角となる位置に配置され、前記第２の固着部は、前記矩形の中央部に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエアセルユニット。
3. 請求項１又は２に記載のエアセルユニットを備える、
   ことを特徴とするマットレス。
4. 前記エアセルユニットを、前記直交する方向に沿って隣接して３つ有し、各エアセルユニットにおける前記第１のエアセル及び前記第２のエアセルの空気圧をそれぞれ独立して制御可能である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のマットレス。
5. 請求項１又は２に記載のエアセルユニットを備える、
   ことを特徴とするクッション。
6. 被介護者を支持する支持具と、
   前記支持具を移動させる駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記支持具の前記被介護者を支持する部位に設けられる請求項５に記載のクッションと、を備える、
   ことを特徴とする介護ロボット。
   
   
   

Images