JP2018028506A - 荷重検出器及び荷重検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】偏置誤差の影響を抑制して良好に荷重検出を行うことのできる荷重検出器を提供する。【解決手段】荷重検出器は、第1支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有するビーム形ロードセルと、前記ビーム形ロードセルと対向して配置され、第2支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有する梁部と、物体が載置される載置部であって、前記ビーム形ロードセルに連結される第1連結部と前記梁部に連結される第2連結部とを有し、前記ビーム形ロードセルと前記梁部の間に設けられた載置部とを備える。前記ビーム形ロードセルが延在する方向において、前記梁部の前記自由端は、前記ビーム形ロードセルの前記自由端とは反対側に位置しており、前記載置部の第1連結部は、前記ビーム形ロードセルと前記ビーム形ロードセルの前記自由端側で連結され、前記載置部の第2連結部は前記梁部と前記梁部の前記自由端側で連結されている。【選択図】図1
Description
本発明は、ビーム形ロードセルを含む荷重検出器、及び該荷重検出器を含む荷重検出システムに関する。
病院や介護施設等におけるベッドに加えられる荷重を検出して、ベッド上に患者や入所者が存在しているか否かを判断する在床検知が知られている。荷重を検出する荷重検出器は様々な位置に配置することができ、例えばベッドの支持脚の下に配置することができる。
特許文献1は、ベッドの脚の下に配置し得る荷重検出器として、ひずみゲージが取り付けられた片持ち梁部と、当該片持ち梁部の基端部に取り付けられた載置板部とを有する荷重検出器を開示している。
ベッド等の重量物の下に配置される荷重検出器が備えるロードセルは、定格容量が大きいことが求められる。さらに、ベッドの下に荷重検出器を配置する場合には、ベッド上に被験者が倒れ込んだり、子供が飛び乗ったり、多数の人間が同時に腰掛けたりしてもロードセルに過負荷が加わらないよう、定格容量の特に大きいロードセルを使用して安全率を大きく取ることが望ましい。しかしながら、定格容量の大きいロードセルを用いると荷重検出器の製造コストが増大してしまい、また、微小な荷重の変化への対応が出来なくなってしまう。
本発明は、ベッド等の重量物の荷重検出に好適に用いることができ、且つ製造コストの抑制された荷重検出器、及び当該荷重検出器を含む荷重検出システムを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に従えば、
第1支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有するビーム形ロードセルと、
前記ビーム形ロードセルと対向して配置され、第2支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有する梁部と、
物体が載置される載置部であって、前記ビーム形ロードセルに連結される第1連結部と前記梁部に連結される第2連結部とを有し、前記ビーム形ロードセルと前記梁部の間に設けられた載置部とを備える荷重検出器であって、
前記ビーム形ロードセルが延在する方向において、前記梁部の前記自由端は、前記ビーム形ロードセルの前記自由端とは反対側に位置しており、
前記載置部の第1連結部は、前記ビーム形ロードセルと前記ビーム形ロードセルの前記自由端側で連結され、前記載置部の第2連結部は前記梁部と前記梁部の前記自由端側で連結されている荷重検出器が提供される。
第1支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有するビーム形ロードセルと、
前記ビーム形ロードセルと対向して配置され、第2支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有する梁部と、
物体が載置される載置部であって、前記ビーム形ロードセルに連結される第1連結部と前記梁部に連結される第2連結部とを有し、前記ビーム形ロードセルと前記梁部の間に設けられた載置部とを備える荷重検出器であって、
前記ビーム形ロードセルが延在する方向において、前記梁部の前記自由端は、前記ビーム形ロードセルの前記自由端とは反対側に位置しており、
前記載置部の第1連結部は、前記ビーム形ロードセルと前記ビーム形ロードセルの前記自由端側で連結され、前記載置部の第2連結部は前記梁部と前記梁部の前記自由端側で連結されている荷重検出器が提供される。
第1の態様の荷重検出器において、前記ビーム形ロードセルと前記梁部とが平行に配置されていてもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記ビーム形ロードセルの前記自由端と前記第2支持台とが、前記ビーム形ロードセルの延在方向において略同一の位置にあってもよく、前記梁部の前記自由端と前記第1支持台とが、前記ビーム形ロードセルの延在方向において略同一の位置にあってもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記ビーム形ロードセルは起歪体を含んでもよく、前記載置部は、前記起歪体及び前記梁部の下面に取り付けられた平板状の本体部を含んでもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記ビーム形ロードセルは起歪体を含んでもよく、前記載置部は、前記起歪体及び前記梁部の上面に取り付けられた曲板であってもよく、前記曲板は、前記ビーム形ロードセルと前記梁部との間に、前記ビーム形ロードセルと略平行に延在するU溝を画成していてもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記荷重検出器は、床面に配置され、前記載置部を上下方向に変位させて前記載置部の上に載置された前記物体の荷重を検出する荷重検出器であってもよく、前記載置部に固定されたスロープであって、前記載置部の変位時に、前記床面と前記スロープの下側端部とが上下方向において離間しているスロープを更に備えてもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記スロープは、前記ビーム形ロードセルの延在方向の両端側に設けられていてもよい。
第1の態様の荷重検出器は、前記第1支持台又は前記第2支持台の少なくとも一方に固定されたスロープを更に備えてもよく、前記載置部は前記スロープに独立して変位可能であってもよい。
第1の態様の荷重検出器は、床面に配置され、前記載置部を上下方向に変位させて前記載置部の上に載置された前記物体の荷重を検出する荷重検出器であってもよく、前記荷重検出器が前記床面に配置された状態において、前記スロープの下側端部が前記床面に接触してもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記載置部は、中央部に設けられた移動規制部を有してもよい。
第1の態様の荷重検出器において、前記第1支持台と前記第2支持台とが一体に形成されていてもよい。
第1の態様の荷重検出器は、キャスター付ベッドの上の被験者の荷重を検出する荷重検出器であってもよく、前記載置部は前記キャスターが載置される載置部であってもよい。
本発明の第2の態様に従えば、
ベッドの上の被験者の荷重を検出する荷重検出システムであって、
ベッドの脚に配置された、第1の態様の複数の荷重検出器と、
前記複数の荷重検出器に接続され、前記荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の荷重を算出する制御部とを有する荷重検出システムが提供される。
ベッドの上の被験者の荷重を検出する荷重検出システムであって、
ベッドの脚に配置された、第1の態様の複数の荷重検出器と、
前記複数の荷重検出器に接続され、前記荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の荷重を算出する制御部とを有する荷重検出システムが提供される。
本発明の荷重検出器、及び当該荷重検出器を含む荷重検出システムは、ベッド等の重量物の荷重検出に好適に用いることができ、且つ製造コストが抑制されている。
<第1実施形態>
図1〜図6を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1〜図6を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1、2に示す通り、第1実施形態の荷重検出器100は、第1、第2基部11、12と、第1、第2基部11、12にそれぞれ連結されたビーム形ロードセル21及び梁部22と、ビーム形ロードセル21及び梁部22によってビーム形ロードセル21及び梁部22の間に支持される載置板(載置部)3とを主に有する。以下の説明においては、ビーム形ロードセル21及び梁部22の延在する方向を長手方向とする。
第1基部11は、床面上に配置されてビーム形ロードセル21を片持ち支持する部材であり、平面形状がビーム形ロードセル21とほぼ同形の矩形である平板部11aと、平板部11aの一端から長手方向に延在するとともに上方向に突出する支持台部11bとを有する。それゆえ、支持台部11bの頂面11btは平板部11aの頂面11atよりも上方に位置する。
支持台部11bの頂面11btには、2つのねじ穴Thが形成されている。支持台部11bには、ねじT及びねじ穴Thを介してビーム形ロードセル21が固定される。
第2基部12も第1基部11と同一の形状を有し、平板部12aと支持台部12bとを有する。第2基部12は第1基部11から所定距離だけ離間して、第1基部11と対向して(この例では平行に)配置されているが、第1基部11の支持台部11bは第2基部12bとは逆向きになるように配置されている。すなわち、第1基部11の平板部11aに支持台部11bが接続する位置と第2基部12の平板部12aに支持台部12bが接続する位置とは互いに反対側である。支持台部12bには、ねじT及び支持台部12bの頂面12btに形成されたねじ穴Thを介して、梁部22が固定される。
ビーム形ロードセル21は、貫通孔hを有する角柱形状の起歪体21sと、起歪体21sに取り付けられたひずみゲージ21gとを有する。ビーム形ロードセル21は、起歪体21sに生じたひずみをひずみゲージ21gの抵抗値の変化として検出し、これによりビーム形ロードセル21に加えられた荷重を検出する。
起歪体21sは、アルミニウムや鉄等の金属で形成された長尺の角柱である。起歪体21sの長手方向の中央部には幅方向に貫通する貫通孔hが形成されている。貫通孔hは、断面形状が円形である2つの円形孔hcと、2つの円形孔hcを長手方向に連結する、断面形状が略矩形である矩形孔hrとを有している。起歪体21sのうち、貫通孔hの上方及び下方に位置する部分には、貫通孔hの存在により上下方向の厚みが小さくなった薄肉部21thが画成されている。
起歪体21sの一端部21ss近傍には、上下方向に貫通する2つのねじ穴Thが形成されている。起歪体21sの一端部21ssは、ねじT及びねじ穴Thを介して第1基部11の支持台部11bに固定されている。これにより起歪体21sは、一端部21ssを固定端、他端部21sfを自由端として、第1基部11(支持台部11b)に片持ち支持されている。
起歪体21sの他端部21sf近傍にも、上下方向に貫通する2つのねじ穴Thが形成されている。起歪体21sの他端部21sf近傍の下面21sdには、ねじT及びねじ穴Thを介して後述する載置板3が固定されている。すなわち起歪体21s(ビーム形ロードセル21)は、自由端である他端部21sf近傍において、載置板3を、上下方向に移動可能に支持している。
ひずみゲージ21gは、起歪体21sの薄肉部21thに2つ取り付けられている。より詳細には、ひずみゲージ21gは、起歪体21sの長手方向の略中央部において、起歪体21sの上面21st及び下面21sdにそれぞれ1つずつ取り付けられている。またひずみゲージ21gは不図示のリード線を介して、外部の制御部と接続されている。
梁部22は、ビーム形ロードセル21の起歪体21sと同一の金属材料で形成されており、起歪体21sと同様に、中央部に幅方向に貫通する貫通孔hが形成された角柱形状である。梁部22は、ビーム形ロードセル21から所定距離だけ離間して、ビーム形ロードセル21と対向して(この例では平行に)配置されている。
梁部22の一端部22ss近傍には、上下方向に貫通する2つのねじ穴Thが形成されている。梁部22の一端部22ssは、ねじT及びねじ穴Thを介して第2基部12の支持台部12bに固定されている。これにより梁部22は、一端部22ssを固定端、他端部22sfを自由端として、第1基部12(支持台部12b)に片持ち支持されている。
梁部22の他端部22sf近傍にも、上下方向に貫通する2つのねじ穴Thが形成されている。梁部22の他端部22sf近傍の下面22sdには、ねじT及びねじ穴Thを介して後述する載置板3が固定されている。すなわち梁部22は、自由端である他端部22sf近傍において、載置板3を、上下方向に移動可能に支持している。起歪体21sとの配置関係でみると、梁部22の一端部(固定端)22ss、他端部(自由端)22sfは、長手方向において、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの他端部(自由端)21sf、一端部(固定端)22ssとそれぞれ同じ位置にある。すなわち、起歪体21sと梁部22とは、互いに対向しつつ同方向に延在しているが、それらの固定端に対する自由端の向きは互いに逆である。また、起歪体21sを支持する支持台部11bと梁部22の他端部(自由端)22sfとは長手方向において略同じ位置にあり、梁部22を支持する支持台部12bと起歪体21sの他端部(自由端)21sfとは長手方向において略同じ位置にある。
載置板3は、検出対象が載置される板状部材であり、アルミニウムや鉄等の金属により形成されている。載置板3は、平面視矩形状の平板である本体部31と、本体部31の一端部近傍から第1基部11側に突出した第1連結部32と、本体部31の他端部近傍から第2基部12側に突出した第2連結部33とを主に有する。
本体部31の一端部には、キャスターCT(図3)等を転動させて本体部31上に登らせることが可能なスロープ34が設けられている。同様に本体部31の他端部にも、スロープ34と同様のスロープ35が設けられている。図3に示す通り、載置板3上に計測対象物を載置した計測時(載置板3の上下方向への変動時)においてスロープ34、35の下側端部は床面から離間しており、接地していない。本体部31の長手方向及び幅方向の中央部には、凹部(移動規制部)36(図2)が形成されている。スロープ34又はスロープ35を介して載置板3の本体部31に載置されたキャスターCT等は、凹部36内に配置されて長手方向、幅方向の移動が規制される。
第1連結部32には2つのねじ穴Thが形成されている。第1連結部32は、ねじT及びねじ穴Thを介してビーム形ロードセル21の起歪体21sの他端部21sf(自由端)近傍の下面21sdに固定されている。同様に第2連結部33にも2つのねじ穴Thが形成されている。第2連結部33は、ねじT及びねじ穴Thを介して梁部22の他端部22sf(自由端)近傍の下面22sdに固定されている。すなわち載置板3は、本体部31の一つの角部の近傍においてビーム形ロードセル21の自由端に固定され且つ本体部31の対角部の近傍において梁部22の自由端に固定されて、ビーム形ロードセル21及び梁部22によって、上下方向に微小移動が可能な状態で、2点支持されている。
次に、荷重検出器100の使用方法について、検出対象がベッド上の被験者であり、載置板3にはベッドの脚部BL(図3)の下端部に取り付けられた移動用のキャスターCTが載置される場合を例に挙げて説明する。
荷重検出器100を用いた荷重検出を行う場合は、まずキャスターCTを載置板3の本体部31上に載置する。具体的には、スロープ34又はスロープ35を介してキャスターCTを本体部31上に登らせ、次いでキャスターCを凹部36内に配置する。これにより、キャスターCTは本体部31上に長手方向及び幅方向の移動が規制された状態で良好に載置される。なお、ベッドの有するその他のキャスターCTは、それぞれ別個の荷重検出器100の上にそれぞれ載置される。
ベッド上の被験者の荷重は、ベッドの脚BL、キャスターCT、載置板3を介して、載置板3を支持するビーム形ロードセル21の起歪体21sに伝達される。荷重が伝達された起歪体21sにはひずみが生じ、ひずみゲージ21gはこのひずみを抵抗値の変化として検出する。検出された抵抗値の変化は、リード線(不図示)を介して外部又は第1基部11又は第2基部12に設けられた制御部(不図示)に出力される。制御部において演算処理を施すことで、被験者の荷重を得ることができる。
演算処理は、載置板3に載置された被験体の荷重の内の、ビーム形ロードセル21に加えられる荷重の割合に基づいて行われる。具体的には例えば、ビーム形ロードセル21の起歪体21sと梁部22とが、同一材料且つ同一形状であり、被験体が、載置板3の起歪体21sへの取り付けの取付中心C1(図4)と載置板3の梁部22への取り付けの取付中心C2(図4)の中点に載置されている場合は、ビーム形ロードセル21には載置板3に載置された被験体の荷重の半分が伝えられるため、演算処理は、ひずみゲージ21gに基づく検出値を2倍して被験体の荷重を求めることを含む。
本実施形態の荷重検出器100の効果を以下にまとめる。
本実施形態の荷重検出器100においては、載置板3の上に載置された被験体の荷重は、ビーム形ロードセル21の起歪体21sと梁部22とに分散して加えられるため、載置板3上に比較的大きな荷重が付加されても良好に荷重の検出を行うことができる。すなわち、本実施形態の荷重検出器100は、ベッド等の重量物の荷重検出に好適に用いることができ、且つ定格容量の小さいビーム形ロードセルを用いているため製造コストが抑制されている。
本実施形態の荷重検出器100においては、載置板3の本体部31は、取付中心C1と取付中心C2とを最短距離で結ぶ線分L上において最もたわみにくい(図4)。したがって、線分L上にベッドのキャスターCTを配置することで、載置板3のたわみの影響を受けることなく、ベッド上の被験者の荷重を検出することができる。なお、取付中心C1と取付中心C2とが、荷重検出器1の長手方向において、載置板3を挟んで両側に位置するため線分Lは載置板3の略中央を通り、キャスターCTの好適な載置位置も載置板3の略中央を含む。
本実施形態の荷重検出器100においては、載置板3が、互いに分離したビーム形ロードセル21と梁部22とにそれぞれ直接連結されて、ビーム形ロードセル21と梁部22との間に配置されている。したがって、ビーム形ロードセル21、梁部22、載置台3を含む荷重検出器100全体の構成をコンパクトにすることができ、且つ載置板3を、ビーム形ロードセル21と梁部22との間に画成される空間において、荷重検出器100の設置された床面により近い位置(低位置)に配置することができる。これにより、載置板3へのキャスターCT等の転動体の乗り上げを容易とすることができる。
本実施形態の荷重検出器100においては、載置板3の長手方向及び幅方向の中心部に凹部36が形成されている。したがって検出時に載置板3に載置される物体がベッドのキャスターCT等の転動可能な回転体であっても、該物体を、載置板3の直線L上又はその近傍に保持し、荷重検出を正確に且つ安定して行うことができる。
本実施形態の荷重検出器100においては、載置板3を支持するビーム形ロードセル21と梁部22とが、載置板3の両側に配置されている。したがってキャスターCTは、ビーム形ロードセル21と梁部22との間の載置板3に、ビーム形ロードセル21及び梁部22に干渉することなく進入することができる。すなわち、キャスターCTの載置板3への進入は、ビーム形ロードセル21の自由端側あるいは梁部22の自由端側のいずれからでも可能である。また、載置板3の長手方向の両端部にスロープ34、35が設けられているため、キャスターCTの載置が容易である。したがって、荷重検出器100をベッド下に配置するときには、ベッドを移動させる方向にロードセルの長手方向が向いていればよく、荷重検出器100の配置、特に複数の荷重検出器100の配置を簡単に行うことができる。
次に、本実施形態の荷重検出器100の製造方法を説明する。
本実施形態の荷重検出器100の製造においては、まず第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22、載置板3を個別に作成する。第1、第2基部11、12は樹脂や金属等の任意の材料であってよいが、一例としてアルミニウムの圧延材を使用することができる。載置板3は、アルミニウムの圧延板に切断加工、曲げ加工等を施して第1、第2連結部32、33、スロープ34、35を設けるだけで容易に成形することができる。
次に、それぞれ別個に作成した第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22、載置板3を、ねじTにより一体に固定する。このように、本実施形態の荷重検出器100は、部品点数が少なく、かつ切断加工や曲げ加工、ねじ止め等の容易な工程のみで製造することができる。
<変形例>
次に、図5、6を参照して第1実施形態の変形例の荷重検出器200について説明する。変形例の荷重検出器200は、第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22を備える点は第1実施形態の荷重検出器100と同一であるが、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの下面21sd及び梁部22の下面22sdに固定された載置板3に代えて、起歪体21sの上面21st及び梁部22の上面22stに固定された載置板(載置部)4を有する点が第1実施形態の荷重検出器100と異なる。
次に、図5、6を参照して第1実施形態の変形例の荷重検出器200について説明する。変形例の荷重検出器200は、第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22を備える点は第1実施形態の荷重検出器100と同一であるが、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの下面21sd及び梁部22の下面22sdに固定された載置板3に代えて、起歪体21sの上面21st及び梁部22の上面22stに固定された載置板(載置部)4を有する点が第1実施形態の荷重検出器100と異なる。
図5、6に示す荷重検出器200の構成のうち、第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22については説明を省略する。
載置板4は、検出対象を支持する部材であり、アルミニウムの圧延板により形成されている。載置板4は、平面視矩形状の底面41bと側面視矩形状の側面41sとを有する凹部41と、側面41sの上端部から略水平に第1基部11側に延びる平面視矩形状の第1連結部42と、凹部41の側面41sの上端部から略水平に第2基部12側に延びる平面視矩形状の第2連結部43とを主に有する。凹部41の第1ロードセル21の長手方向と直交する断面形状は略U字状である。すなわち載置板4は、ビーム形ロードセル21と梁部22との間に、ビーム形ロードセル21の長手方向と略平行に延在するU溝を画成する曲板である。
凹部41の底面41bの長手方向の両端部近傍には、長手方向中央に向かうに従って上昇するスロープ44、45が設けられている。これにより、凹部41の底面41bの長手方向中央部には、スロープ44の端面44aとスロープ45の端面45a、及び凹部41の側面41sにより囲まれた保持領域(移動規制部)CAが画成される。
第1連結部42の長手方向の一端部近傍には2つのねじ穴Thが形成されている。第1連結部42は、平板状のスペーサ51を第1連結部42とビーム形ロードセル21とによって上下から挟んだ状態で、ねじT及びねじ穴Thを介して、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの他端部21sf(自由端)近傍に固定されている。
同様に第2連結部43の長手方向の他端部近傍にも2つのねじ穴Thが形成されている。第2連結部43は、スペーサ51と同様のスペーサ(不図示)を第2連結部43と梁部22とによって上下から挟んだ状態で、ねじT及びねじ穴Thを介して、梁部22の他端部22sf(自由端)近傍に固定されている。すなわち載置板4は、矩形状の凹部41の底面41bの一つの角部の近傍においてビーム形ロードセル21の自由端に固定され且つ凹部41の底面41bの対角部の近傍において梁部22の自由端に固定されて、ビーム形ロードセル21及び梁部22によって、上下方向に微小移動が可能な状態で、2点支持されている。
変形例の荷重検出器200も、第1実施形態の荷重検出器100と同様に使用することができる。
変形例の荷重検出器200においても、上記実施形態の荷重検出器100と同様の効果を得ることができる。
更に変形例の荷重検出器200においては、載置板4は凹部41を有しており、更に凹部41が、ビーム形ロードセル21と梁部22との離間距離よりも幅が小さい底面41bを有している。この形状により、載置板4は上方からの荷重に対してたわみにくいため、荷重検出器200は、載置板4のたわみの影響を荷重検出器100よりも更に小さくすることができる。
更に変形例の荷重検出器200においては、ビーム形ロードセル21と保持領域CAとの間、及び梁部22と保持領域CAとの間にそれぞれ載置板4の凹部41の側面41sが配置されている。したがって保持領域CAに載置されるキャスターCT等とビーム形ロードセル21、梁部22との衝突が防止される。
変形例の荷重検出器200においては、載置板4を支持するビーム形ロードセル21と梁部22とが、載置板4の凹部41の底面41bの両側に配置されている。したがって計測対象がベッド上の被験者であり、載置板4にはベッドの脚部BL(図3)の下端部に取り付けられた移動用のキャスターCTが載置される場合には、キャスターCTは、ビーム形ロードセル21と梁部22との間の載置板4にビーム形ロードセル21及び梁部22のいずれにも干渉することなく進入することができる。すなわちキャスターCTの載置板4への侵入は、ビーム形ロードセル21の自由端側あるいは梁部22の自由端側のいずれからでも可能である。また、載置板4にはスロープ44、45が設けられているので、キャスターCTをスロープ44又はスロープ45を用いて容易に底面41b上に載置することができる。載置されたキャスターCTは、スロープ44の端面44aとスロープ45の端面45aとによって長手方向の移動が抑制され、凹部41の側面41sによって幅方向の移動が抑制される。
次に、図7、図8を参照して第1実施形態の他の変形例の荷重検出器300について説明する。変形例の荷重検出器300は、第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22を備える点は第1実施形態の荷重検出器100と同一であるが、平板状の載置板3に代えて、壁部54を備え切欠部Nを画成する載置板(載置部)5を備える点、及び第2基部12に固定されたガイド部材6を備える点が第1実施形態の荷重検出器100と異なる。
図7、図8に示す荷重検出器300の構成のうち、第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22については、第1実施形態の第1基部11、第2基部12、ビーム形ロードセル21、梁部22とそれぞれ同一であるため説明を省略する。
載置板5は、載置板3と同様に検出対象が載置される部材であり、平板状の本体部51と、本体部51から第1基部11側に突出する第1連結部52と、本体部51から第2基部12側に突出する第2連結部53と、壁部54とを有する。壁部54は、本体部51の上面から直立するように形成されている。
本体部51は、ビーム形ロードセル21、梁部22の延在方向(長手方向)に長い矩形状の矩形部51rと、矩形部51rの長辺方向の一端部から長辺方向に突出する一対の突出部51pとを有する。一対の突出部51pは、矩形部51rの短辺方向の両端部近傍に設けられており、一対の突出部51pと矩形部51rの一方の短辺により切欠部Nが画成されている。
第1連結部52は、一対の突出部51pの一方から、第1基部11側に突出している。第1連結部52には2つのねじ穴Thが形成されており、第1連結部52は、ねじT及びねじ穴Thを介してビーム形ロードセル21の起歪体21sの他端部21sf(自由端)近傍の下面21sdに固定されている。
第2連結部53は、矩形部51rの突出部51pが設けられた一端部とは反対側の端部から、第2基部12側に突出している。第2連結部53には2つのねじ穴Thが形成されており、第2連結部53は、ねじT及びねじ穴Thを介して梁部22の他端部22sf(自由端)近傍の下面22sdに固定されている。
壁部54は平面視コ字状(略U字状)であり、本体部51の矩形部51rの長辺方向に沿って延びる一対の長壁部54l(図8)と、本体部51の矩形部51rの短辺方向に沿って延び、一対の長壁部54lを繋ぐ短壁部54s(図8)とを含む。一対の長壁部54lはそれぞれ、本体部51上において、突出部51pの全域と矩形部51rの大部分にわたって延在している。
本体部51の矩形部51rの上面中央の、壁部54と切欠部Nとに囲まれた領域には、平面視が略矩形の凹部(移動規制部)55(図8)が設けられている。凹部55の中心は、平面視において、第1連結部52の中央部と第2連結部53の中央部とを結ぶ対角線上にほぼ位置している。
ガイド部材6は、くさび形(又は三角柱形)の部材であり、キャスターCT等の転動体を床面から載置板5上へと案内する傾斜面(スロープ)61を有する。ガイド部材6は、傾斜面61と直交する側面から延びる連結部62を介して、第2基部12の平板部12aに固定され、載置板5の下方で第1基部11と第2基部12との間に位置している。ガイド部材6の傾斜面61は、平面視において、載置板5が画成する切欠部Nの内部に位置している。傾斜面61の下側端部は、ビーム形ロードセル21が延在する長手方向において、ビーム形ロードセル21の他端部(自由端)21sfと梁部22の他端部(自由端)22sfとの間に位置している。すなわちガイド部材6は、長手方向において、ビーム形ロードセル21及び梁部22の寸法内に収まっている。
本変形例は、載置板5が傾斜面61を有するガイド部材6と独立に変位する点で第1実施形態と異なる。具体的には、載置板5は、傾斜面(スロープ)61に独立して変位可能である。ガイド部材6は、傾斜面61の下側端部と第1基部11、第2基部12の下面とが略同一平面上に位置するように第2基部12に固定されており、荷重検出器300を床面に設置した時には、ガイド部材6の傾斜面61の下側端部は床面に接触する。載置板5はガイド部材6と独立に変位するので、傾斜面61が床面に接触していても荷重計測には影響がない。
また、本変形例においては、傾斜面61の高さは、第1基部11、第2基部12の下面と載置板5の上面との間の距離に略等しい。したがって、本変形例の荷重検出器300においては、ガイド部材6の傾斜面61の上側端部と載置板5の上面とは略同一平面上に位置しており、傾斜面61上を転動して傾斜面61の上側端部に至ったキャスターCTは容易に載置板5の上面に渡ることができる。
変形例の荷重検出器300も、第1実施形態の荷重検出器100と同様に使用することができ、第1実施形態の荷重検出器100と同様の効果を得ることができる。
更に変形例の荷重検出器300においては、ガイド部材6の傾斜面61を用いて、キャスターCT等の転動体を、床面から載置板5の上面まで容易にガイドすることができる。
また変形例の荷重検出器300においては、載置板5が切欠部Nを画成し、平面視において切欠部Nの内部にガイド部材6が配置されている。また、傾斜面61の下側端部は、ビーム形ロードセル21が延在する長手方向において、ビーム形ロードセル21の他端部(自由端)21sfと梁部22の他端部(自由端)22sfとの間に位置している。したがって、ガイド部材6及び傾斜面61が、長手方向においてビーム形ロードセル21、梁部22の外側に突出しておらず、コンパクトである。
また変形例の荷重検出器300においては、載置板5の本体部51の上面に壁部54が設けられている。したがって、凹部55に載置されるキャスターCT等の転動体とビーム形ロードセル21、梁部22との衝突が防止される。
本変形例の荷重検出器300において、次の変形態様を採用することもできる。
本変形例の荷重検出器300において、ガイド部材6は必ずしも第2基部12に固定されている必要はなく、第1基部11に固定されていてもよく、第1基部11と第2基部12の両方に固定されていてもよい。また、ガイド部材6は、長手方向においてビーム形ロードセル21、梁部22の外側に突出するように配置されていてもよい。その他、ガイド部材6は、載置板5がガイド部材6に接触しておらず、ガイド部材6に対して独立して移動可能になるよう、任意の部材に対して、任意の方法で固定され得る。またガイド部材6は必ずしも取り外し不可能な状態で第2基部12等に固定される必要はなく、着脱可能であってもよい。
本変形例の荷重検出器300において、ガイド部材6はくさび形でなくてもよい。ガイド部材6は例えば傾斜面(スロープ)を有する平板状であってもよい。また、傾斜面(スロープ)の傾斜角は一定でなくてもよく、キャスターCT等の転動体の進行方向に沿って変化していてもよい。
本変形例の荷重検出器300において、載置板5の形状は任意である。載置板5は必ずしも壁部54を有さなくてもよく、載置板5の本体部51は突出部51pを有さなくてもよい。本体部51が突出部51pを有さない場合は、第1連結部52は本体部51の矩形部51rから突出し得る。または、壁部54を有する載置板5において本体部51の突出部51pを省略することもできる。この場合は、第1連結部52を壁部54の長壁部54lに設けてもよい。なお、載置板5がどのような形状であっても、凹部55を設ける場合は、平面視において第1連結部52と第2連結部53とを結ぶ線上に設けることが望ましいが、必須ではない。載置板5に代えて、載置板4のように湾曲した形状の載置部を用いることもできる。
なお、上記の実施形態及び変形例の荷重検出器100、200、300は、載置板3、4、5に加えられる荷重の大きさ(即ち、載置板3、4、5に載置された被験体の重量)ではなく、載置板3、4、5に加えられる荷重の時間的変動のみを検知するように構成されていてもよい。本明細書及び本発明においては、「荷重検出器」とは、載置板に載置された被験体の重量は計測せず、その時間的な変動量のみを算出するよう構成された装置も含む。また、「荷重検出」とは、荷重の絶対値ではなく荷重の時間的な変動量のみを検出することも含む。
なお、上記の実施形態の及び変形例の荷重検出器100、200、300において、梁部22は、ビーム形ロードセル21の起歪体21sと異なる材料で形成されていてもよく、異なる形状であってもよい。例えば、梁部22は貫通孔hを有さない角柱であってもよく、荷重検出器100、200、300の長手方向に延びる長手の平板であってもよい。なお、起歪体21sのばね定数と梁部22のばね定数とを同一とし、載置板3、4、5の中央部に被験体が載置された時に起歪体21sに生じるひずみの量と梁部22に生じるひずみの量とを同一としてもよい。これにより、ビーム形ロードセル21の検出値に基づいて被験体の重量を求める演算が容易となる。ばね定数は起歪体21s、梁部22の材質と形状に基づいて決定されるため、例えば起歪体21sと梁部22の材質及び形状が同一であれば起歪体21sと梁部22とのばね定数は等しくなるが、両者のばね定数を同一とする方法はこれには限られない。
なお、上記の実施形態及び変形例において、第1基部11の平板部11a、第2基部12の平板部12aの長手方向の長さは任意である。また平板部11aと平板部12aの一方又は両方を省略することも可能である。
なお、上記の実施形態及び変形例では、第1基部11と第2基部12とは互いに独立した別個の部品であったがこれには限られない。第1基部11と第2基部12とは一体であってよく、例えば平板部11aと平板部12aとは、載置板3の下方で延在する平板によって連結されていてもよい。
なお、上記の実施形態及び変形例では、ビーム形ロードセル21、梁部22を、ねじTによって第1基部11、第2基部12に固定していたがこれには限られない。ビーム形ロードセル21、梁部22の第1基部11、第2基部12への固定は、ボルトやリベットを用いて行ってもよく、溶接によって行ってもよい。
なお、上記の実施形態及び変形例では、ビーム形ロードセル21の第1基部11への取り付けを、支持台部11bの頂面11btと起歪体21sの下面21sdとを接触させた状態で行っているがこれには限られない。ビーム形ロードセル21の第1基部11への取り付けは、例えば、支持台部11bの前面と起歪体21sの長手方向の端面とを接触させた状態で行ってもよい。梁部22の第2基部12への取り付けも同様である。
なお、上記の実施形態及び変形例では、ビーム形ロードセル21と梁部22とは平行に対向していたが、ビーム形ロードセル21と梁部22とは、5°程度より小さい角度を有して対向していてもよい。
なお、上記の実施形態及び変形例では、ビーム形ロードセル21の起歪体21sにはひずみゲージ21gが2つ取り付けられていたが、、起歪体21sに取り付けられるひずみゲージ21gの数は1つでもよく、3つ以上であってもよい。
なお、上記の実施形態及び変形例では、載置板3、4、5の第1連結部32、42、52は、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの他端部21sf近傍に取り付けられていた。しかしこれには限られず、載置板3、4、5の第1連結部32、42、52は、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの長手方向中央よりも他端部21sf側(自由端側)に取り付けれられていればよい。また、載置板3、4、5の第1連結部32、42、52を、ビーム形ロードセル21の起歪体21sの薄肉部21thよりも自由端側の任意の位置に取り付けることもできる。
なお、上記の実施形態及び変形例では、載置板3、載置板4、載置板5をねじTによって第1ロードセル21、第2ロードセル22に固定していたがこれには限られない。載置板3、載置板4、載置板5の第1ロードセル21、第2ロードセル22への固定は、ボルトやリベットを用いて行ってもよく、溶接によって行ってもよい。
なお、上記の実施形態では、載置板3の第1、第2連結部32、33は本体部31の長手方向の両端部に形成されていたがこれには限られない。第1、第2連結部32、33は、本体部31(又は載置板3)の長手方向において、長手方向中央を挟んでそれぞれ反対側に設けられていればよい。
なお、上記の実施形態及び変形例では、載置板3、載置板5の第1連結部32、52は水平方向に延在する平板部として形成されていたが、第1連結部32、52を長手方向に直交して垂直方向に延在する平板部を含む形状とすることも可能である。この場合は、載置板3、載置板5のビーム形ロードセル21への取り付けは、垂直方向に延在する平板部の一面とビーム形ロードセル21の起歪体21sの長手方向の端面とを接触させた状態で行う。載置板3、載置板5の第2連結部33、53についても同様である。
なお、上記の実施形態では、載置板3の本体部31の長手方向の長さがビーム形ロードセル21、梁部22の長手方向の長さと同一であったが、これには限られない。載置板3の本体部31は、ビーム形ロードセル21、梁部22よりも短くてもよく、長くてもよい。
なお、上記の変形例では、載置板4の第1、第2連結部42、43のビーム形ロードセル21、梁部22への取り付けを、凹部41の底面41bの長手方向の両端部近傍で行っていたがこれには限られない。第1、第2連結部42、43のビーム形ロードセル21、梁部22への取り付けは、凹部41の底面41b(又は載置板4)の長手方向において、長手方向中央を挟んだそれぞれ反対側で行われていればよい。
なお、上記の変形例において、載置板4の第1、第2連結部42、43の端部に、長手方向に直交して垂直方向に延在する平板部を設けても良い。この場合は、載置板4のビーム形ロードセル21、梁部22への取り付けは、垂直方向に延在する平板部の一面とビーム形ロードセル21の起歪体21s、梁部22の長手方向の端面とを接触させ、且つ第1、第2連結部42、43の下面と起歪体21s、22sの上面との間に所定の間隔を設けた状態で行う。第1連結部42、43と起歪体21s、22sとの間にスペーサを配置してもよいし、配置しなくてもよい。
なお、上記の変形例では、載置板4の長手方向の長さがビーム形ロードセル21、梁部22の長手方向の長さと同一であったが、これには限られない。載置板4は、ビーム形ロードセル21、梁部22よりも短くてもよく、長くてもよい。
なお、上記の実施形態の荷重検出器100及び変形例の荷重検出器300において、載置板3、載置板5をビーム形ロードセル21の起歪体21sの上面21st、及び梁部22の上面22stに固定してもよい。
なお、上記の変形例の荷重検出器200において、載置板4をビーム形ロードセル21の起歪体21sの下面21sd、及び梁部22の下面22sdに固定してもよい。
なお、上記の実施形態の荷重検出器100において、載置板3のスロープ34又はスロープ35の一方又は両方を省略してもよい。一方のスロープを省略した場合には、載置板3の本体部31のスロープを有さない端部に、キャスターCT等が通過できないように略垂直の壁を形成してもよい。同様に、上記の変形例の荷重検出器200においても、載置板4のスロープ44又はスロープ45の一方又は両方を省略してもよい。一方のスロープを省略した場合には、載置板4の凹部41のスロープを有さない端部に、底面41bと側面41sとに接続された略垂直の壁を形成してもよい。
なお、上記の実施形態の荷重検出器100において、載置板3に凹部36が形成されていなくてもよい。
なお、上記の実施形態の荷重検出器100において、第1基部11と第1連結部32との間のギャップ(隙間)をコントロールすることによって、ビーム形ロードセル21に過負荷が掛らないようにしても良い。ここで、ギャップコントロールとは、例えば、支持台部11bの高さを低くし、第1連結部32の厚みを大きくし、且つ/又は平板部11aを長手方向へ延長して第1連結部32と対向させ、以てビーム形ロードセル21をその限界負荷を超えて歪まないよう制限すること(すなわち、ストッパ機構)を意味する。
同様に、上記の変形例の荷重検出器300においても、第1基部11と第1連結部52との間のギャップコントロールによって、ビーム形ロードセル21に過負荷が掛らないようにしても良い。
<第2実施形態>
第2実施形態の荷重検出システム500について、図9を参照して説明する。
第2実施形態の荷重検出システム500について、図9を参照して説明する。
荷重検出システム500は、4つの荷重検出器100と、制御器CONTを主に有する。4つの荷重検出器100と制御器CONTとは配線で接続されている。
荷重検出システム500を使用する際には、4つの荷重検出器100の載置板3の上に、ベッドBDの4本の脚に取り付けられたキャスターCTをそれぞれ載置する(図9)。これにより、4つの荷重検出器100の各々は、ベッドBDの脚を介して加えられるベッドBD上の被験者の荷重の一部を検出する。
4つの荷重検出器100に接続された制御器CONTは、各荷重検出器100のビーム形ロードセル21からの出力をそれぞれ所定倍(一例として2倍)した後に足し合わせ、ベッドBD上の被験者の体重を求める。また制御器CONTによってその他の任意の処理を行ってもよい。例えば、ビーム形ロードセル21からの出力に基づいて、ベッドBD上の被験者の重心位置及びその変動の様子を算出してもよい。ベッドBD上の被験者の重心位置は、4つ荷重検出器100の4つビーム形ロードセル21の4つの出力値の絶対値には依存せず、4つの出力値の相対的な大小関係のみに基づいて算出されるため、荷重検出器100は、ベッドBD上の被験者の体重を求めることなく、被検者の重心位置とその変動の様子のみを算出してもよい。
本実施形態の荷重検出システム500は、第1実施形態の荷重検出器100を使用しているため、第1実施形態の荷重検出器100と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態の荷重検出システム500は、製造コストの安い荷重検出器100を用いて、ベッドBD上の被験者の重心位置及びその変動を高精度に算出できる点が有利である。
なお、本実施形態の荷重検出システムにおいて、荷重検出器100の数は4つには限られず、3つ以下でもよく、5つ以上でもよい。また荷重検出器100に代えて変形例の荷重検出器200、300を用いることもできる。
なお、本実施形態の荷重検出システムは、キャスターCTではなく、ベッドBDの脚を直接荷重検出器100の載置板3に載置して使用することもできる。またベッドの脚が上下に2分割されている場合には、荷重検出器100の第1、第2基部11、12を分割された脚のうちの下部脚の上方に配置し、載置板3上に上部脚を載置して被験者の荷重を検出することもできる。本明細書において「ベッドの脚に荷重検出器を配置する」とは、キャスターCTの下に荷重検出器を配置する場合、ベッドBDの脚の下に直接荷重検出器を配置する場合、上部脚と下部脚の間に荷重検出器を配置する場合を含むものとする。
なお、本実施形態の荷重検出システムにおいて、荷重検出器100からの出力を、配線ではなく無線により制御器CONTに送信してもよい。また制御器CONTには、制御器CONTによって求められた荷重を表示するための表示器や、求められた荷重に基づいて所定の報知を行うための報知機が接続されていてもよい。
本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
本発明の荷重検出器及び荷重検出システムはベッド等の重量物の荷重検出に好適に用いることができ、且つ製造コストが抑制されている。したがって、病院や介護施設等における荷重検出に基づく患者や被介護者の管理の普及を促し、医療や介護の質の向上に貢献することができる。
11 第1基部
12 第2基部
21 ビーム形ロードセル
22 梁部
3、4、5 載置部
5 スペーサ
100、200、300 荷重検出器
500 荷重検出システム
BD ベッド
CT キャスター
12 第2基部
21 ビーム形ロードセル
22 梁部
3、4、5 載置部
5 スペーサ
100、200、300 荷重検出器
500 荷重検出システム
BD ベッド
CT キャスター
Claims (13)
- 第1支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有するビーム形ロードセルと、
前記ビーム形ロードセルと対向して配置され、第2支持台上で片持ち支持されることによって自由端を有する梁部と、
物体が載置される載置部であって、前記ビーム形ロードセルに連結される第1連結部と前記梁部に連結される第2連結部とを有し、前記ビーム形ロードセルと前記梁部の間に設けられた載置部とを備える荷重検出器であって、
前記ビーム形ロードセルが延在する方向において、前記梁部の前記自由端は、前記ビーム形ロードセルの前記自由端とは反対側に位置しており、
前記載置部の第1連結部は、前記ビーム形ロードセルと前記ビーム形ロードセルの前記自由端側で連結され、前記載置部の第2連結部は前記梁部と前記梁部の前記自由端側で連結されている荷重検出器。 - 前記ビーム形ロードセルと前記梁部とが平行に配置されている請求項1に記載の荷重検出器。
- 前記ビーム形ロードセルの前記自由端と前記第2支持台とが、前記ビーム形ロードセルの延在方向において略同一の位置にあり、前記梁部の前記自由端と前記第1支持台とが、前記ビーム形ロードセルの延在方向において略同一の位置にある請求項2に記載の荷重検出器。
- 前記ビーム形ロードセルは起歪体を含み、前記載置部は、前記起歪体及び前記梁部の下面に取り付けられた平板状の本体部を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- 前記ビーム形ロードセルは起歪体を含み、前記載置部は、前記起歪体及び前記梁部の上面に取り付けられた曲板であり、前記曲板は、前記ビーム形ロードセルと前記梁部との間に、前記ビーム形ロードセルと略平行に延在するU溝を画成している請求項1〜3のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- 前記荷重検出器は、床面に配置され、前記載置部を上下方向に変位させて前記載置部の上に載置された前記物体の荷重を検出する荷重検出器であり、
前記載置部に固定されたスロープであって、前記載置部の変位時に、前記床面と前記スロープの下側端部とが上下方向において離間しているスロープを更に備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の荷重検出器。 - 前記スロープは、前記ビーム形ロードセルの延在方向の両端側に設けられている請求項6に記載の荷重検出器。
- 前記第1支持台又は前記第2支持台の少なくとも一方に固定されたスロープを更に備え、前記載置部は前記スロープに独立して変位可能である請求項1〜5のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- 前記荷重検出器は、床面に配置され、前記載置部を上下方向に変位させて前記載置部の上に載置された前記物体の荷重を検出する荷重検出器であり、
前記荷重検出器が前記床面に配置された状態において、前記スロープの下側端部が前記床面に接触する請求項8に記載の荷重検出器。 - 前記載置部は、中央部に設けられた移動規制部を有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- 前記第1支持台と前記第2支持台とが一体に形成されている請求項1〜10のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- 前記荷重検出器は、キャスター付ベッドの上の被験者の荷重を検出する荷重検出器であって、前記載置部は前記キャスターが載置される載置部である請求項1〜11のいずれか一項に記載の荷重検出器。
- ベッドの上の被験者の荷重を検出する荷重検出システムであって、
ベッドの脚に配置された、請求項1〜12のいずれか一項に記載された複数の荷重検出器と、
前記複数の荷重検出器に接続され、前記荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の荷重を算出する制御部とを有する荷重検出システム。
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