JP3219962B2 - ベッドパッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠赤外線による温熱効
果を発揮すると共に、悪臭を吸収するベッドパッド（下
敷）に関する。

【０００２】

【従来の技術】

１．ベッドパッドの暖房効果について 従来から、遠赤外線を放射するセラミック粉末をナイロ
ンなどに練り込んで繊維とし、布地に織った素材を用い
て、暖房効果を期待したベッドパッドが使われてきた。
しかし、この方法は簡便である反面、放射体となるセラ
ミックスの含有量が少なく温度も低いので赤外線放射量
が僅かであって、期待した暖房効果は得られなかった。 ２．ベッドパッドの温熱治療効果について ベッドパッドに温熱治療効果を持たせることができれ
ば、就寝中に疲労回復や治療が期待できるが、人体の熱
エネルギーの放出は僅かなので、電力などにより熱エネ
ルギーを供給しない限り温熱効果を発揮することができ
なかった。 ３．抗菌消臭効果について ベッドパッドの材料に、抗菌、消臭処理（バイオクリエ
イト処理など）を行ったポリエステル綿を使って消臭効
果を得ていたが、消臭剤の含浸量が少なく、含浸度合も
弱いので、洗濯などによる効果低下が大きく、永続的に
消臭効果が満足できる製品は少なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、 １．暖房効果が十分発揮でき、２．温熱治療効果を有す
ると共に、３．抗菌消臭効果が永続する、ベッドパッド
を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のベッドパッド
は、人体に接触する接触面を有し、通気性、弾力性を有
する表皮と、表皮に対向して配設する裏皮と、表皮と裏
皮との間に内装する活性炭素繊維を含む放射体と放射体
を加熱させる加熱手段を有した遠赤外線放射装置を備
え、放射体の活性炭素繊維には抗菌消毒剤液を含浸させ
ると共に、放射体と表皮との間に非金属製ハニカム材よ
りなる断熱材を配設した構成を具備する。

【０００５】また、遠赤外線放射装置の放射体は１．５
Ω・ｃｍの電気抵抗値を有する炭素繊維を有し、遠赤外
線放射装置の放射体の加熱手段は活性炭素繊維を約７０
℃まで昇温させる構成を具備する。

【０００６】

【作用】ベッドパッド上に人間（物体）が横臥し、パッ
ド内から放射される赤外線が物体に照射されると、物体
の照射された個所は赤外線を反射、吸収あるいは透過す
る現象が生ずる。物体に吸収された場合、赤外線の持つ
熱エネルギーは物体の温度を上昇させるが、特に、物体
に水分が含有されていて、赤外線の波長が水の分子の固
有振動数に一致すると、水の分子は激しく振動して、分
子同志の摩擦熱で温度を上昇させる。この場合、物体は
照射された表面から、熱伝導で物体の内部に熱が伝わる
のではなく、物体を構成する水の分子が振動し、この振
動する水の分子が摩擦熱で直接温度上昇させるので、発
熱する部分を分割し、温度上昇させようとする部分のみ
の水の分子に振動を与えることによって局部的な昇温が
可能である。その代表的な例は電子レンジの加熱である
が、電子レンジが放射する電磁波の周波数は２，４５０
メガヘルツで、水の分子が持つ４つの固有振動数の一つ
の振動数に一致している。しかし、この波長は電波に属
するものであり、人間の治療や暖房に利用することは危
険であった。残る３つの水分子の固有振動は極めて振動
数が高いので、周波数の代わりに波長で表されるのが一
般的であり、それらの波長は、２．６６μｍ（ミクロ
ン）、２．７３μｍ、６．２７μｍであることが知られ
ている。

【０００７】水の分子の振動について、波長と振動の形
態について説明する。 ［水の分子の共振］水の分子は水素（Ｈ）２個と、酸素
（Ｏ）１個が結合している。そして、水の分子は固有振
動数の波長を２．６６μｍ、２．７３μｍ、６．２７μ
ｍおよび１２．２４ｃｍ（２、４５０ＭＨｚ：電子レン
ジ）で、酸素に対して水素が運動している。そこで、こ
の固有振動数と同じ振動数の電磁波を与えることによ
り、水の分子を共振させることができる。ここで、水の
分子の固有振動数と同数の波長の電磁波を照射して、水
の分子の振動の変化をみる（図４参照）。 （ａ） 静止状態を示している。 （ｂ） ２．６６μｍの波長の遠赤外線を照射すると、
水素（Ｈ）は酸素（Ｏ）の方向に伸縮振動する。 （ｃ） ２．７３μｍの波長の遠赤外線を照射すると、
水素（Ｈ）は酸素（Ｏ）の周りを回転振動する。 （ｄ） ６．２７μｍの波長の遠赤外線を照射すると、
１個、１個の水素（Ｈ）は羽ばたくように揺動し、振動
形態としては最も激しい動きをする。 （ｅ） １２．２４ｃｍ（２、４５０ＭＨｚ）の電波を
照射すると、酸素（Ｏ）を中心として、２個の水素
（Ｈ）が上下に移動する。

【０００８】［暖房に有効な遠赤外線の波長］水の分子
の固有振動数である２．６６μｍ、２．７３μｍ、６．
２７μｍの波長を持つ遠赤外線を、水分を含む被照射物
体に照射して浸透させると、浸透した部分の水の分子が
激しく共振して発熱する。この現象は共鳴吸収とも呼ば
れる。特に、６．２７μｍの波長を照射した場合、最も
大きな振幅で振動するので、発熱効果も最大である。一
方、遠赤外線の浸達力が大きくないと、皮膚から透過し
た熱エネルギーが患部まで到達しないので、治療効果の
達成のためには赤外線の浸達力が問題となる。そこで、
実際に、生の牛肉を使用して、遠赤外線を照射し、有効
な遠赤外線の波長と吸収の関係をみる（図５参照）。こ
のグラフから波長が６μｍ以下、１０μｍ（１４μｍま
では許容範囲）以上の波長は反射あるいは透過してしま
うが、遠赤外線が６μｍから１４μｍの範囲においては
牛肉に良く吸収され、温度上昇に効果的であることがわ
かる。すなわち、生の牛肉の同種素材の人体に向けて遠
赤外線を照射した場合でも、波長が６μｍから１４μｍ
の遠赤外線が良く吸収され、人体を温めるのに効果的で
あることが推測できる。

【０００９】［遠赤外線を放射する物質］そこで、この
ベッドパッドは物体への赤外線吸収効率がよい６．２７
μｍの波長を持つ遠赤外線を豊富に照射させる。では赤
外線照射率の高い物質は何か。セラミクスは、優れた赤
外線の放射物質であることは知られている。しかし、焼
成物質であるので柔軟性は得られないので、この発明に
おいては、セラミクスの粉末をナイロンなどの繊維に練
り込んでセラミクスの赤外線照射特性を利用している。
さらに、［理想黒体］に最も近い特性を有する炭素を、
繊維状にした炭素繊維を用いることにより、柔軟性が得
られ、さらに、炭素繊維の持つ導電性を活かして通電可
能として電気発熱体／放射体を構成し、電力のエネルギ
ーを遠赤外線の放射熱エネルギーに変換している。

【００１０】［遠赤外線を放射する物質の放射面積］物
質が持つ遠赤外線の放射特性は、単位面積あたりの放射
量（Ｗ／ｍ²）で論じられる。暖房／温熱治療効果を期
待するためには、放射量の総量が問題となるので、放射
特性と放射面積の［積］を大きくする必要がある。セラ
ミクス粉末を、ナイロンなどの繊維に練り込んだベッド
パッドは表面積の２０％程度をセラミックスにより構成
して放射体としている。本発明では放射体として、布状
に織った炭素繊維を用いて見かけの放射体の全面積から
遠赤外線を放射させた。さらに、炭素繊維の表面を活性
化した活性炭素繊維を用いて炭素繊維の放射面積を増大
させている。ここで、繊維状の活性炭と粒状の活性炭と
の物性の相違を図６に示す。このように、活性化した炭
素繊維の表面積は、通常の炭素繊維の５００から５，０
００倍に増加するので、遠赤外線の放射能力を著しく増
加させることができる。

【００１１】［遠赤外線を放射する物質の温度と放射量
の関係］ここで、理想物体の温度に対する赤外線放射特
性を図７により説明する。このグラフから、理想物体の
単位面積あたりの赤外線放射量は、絶対温度の４乗に比
例して増加することがわかる（ステファン・ボルツマン
の法則）。このことから、放射体の温度を７０℃まで昇
温させることにより、体温に近い３６℃の場合の１．６
倍の放射量を得ることとなる。この事実より、赤外線放
射体の温度を７０℃近くまで上昇させることによって、
加熱エネルギーを人体の昇温に有効な６．２７μｍ近傍
の放射熱エネルギーに極めて効率良く変換できる。

【００１２】［遠赤外線の放射を電力で補う方法］ベッ
トパッドを人間の体温（約３６℃）で温めたのみの場
合、温熱治療に必要とする放射量が不足する。そこで、
この発明は電力により放射体に熱エネルギーを供給して
いる。すなわち、放射体としての炭素繊維の布に電極を
設けて通電を可能とし、電流を流して発熱体としてい
る。従って、本発明に用いる炭素繊維は、放射体である
と同時に電気発熱体としての機能を有する。

【００１３】［特殊な電気抵抗値を持つ炭素繊維］通常
の炭素繊維の電気抵抗値は、２×１０マイナス¹³Ω・ｃ
ｍであるが、このベットパッドに使用する炭素繊維は、
通常の炭素繊維の約１００倍に近い１．５Ω・ｃｍとい
う電気抵抗値を有する。弾性率と電気抵抗値の関係は図
８に示しているが、高強度／高弾性炭素繊維は黒鉛含有
を高め、黒鉛化に伴って結晶粒が整列し、電気抵抗値が
低下する。そこで、本発明のベットパッドに用いる炭素
繊維は強度／弾性値を犠牲とし、焼成工程を調整するこ
とにより、所要の電気抵抗値（１．５Ω・ｃｍ）を持つ
炭素繊維として製作されている。

【００１４】［放射体の温度を体温以上に保つ方法］放
射体である炭素繊維の表面に配設する多孔断熱材は人体
と放射体とを遮断し、人体への熱伝導を軽減させ、電力
を供給して炭素繊維を発熱させ放射体の温度の上昇に伴
う遠赤外線の放射を豊富にする。多孔断熱材としてアラ
ミド繊維のハニカム芯材を使った実験では、放射温度を
７０℃程度に高くすることができた。ハニカム芯材の開
口率は９７％と開口面積が広いので、遠赤外線の表皮方
向への放射を殆ど阻害しない。

【００１５】［炭素繊維表面の活性化と吸臭材の含浸］
本発明では、活性化した炭素繊維の表面は遠赤外線の放
射量を増加すると共に、活性化により炭素繊維の吸着力
も著しく増加する。この特性を利用して活性部に抗菌、
脱臭剤を含浸させて、吸臭効果を持たせている。活性化
した炭素繊維に含浸させた抗菌、脱臭剤は、洗濯等でも
剥離することはなく、永続的に効果を有する。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例を図１に示す。この実施例では、放射体
である活性炭素繊維に電極を設けて通電し、放射体を直
接発熱させている。ベッドパッド５は表皮１０と裏皮２
０との間に、遠赤外線放射装置５０を内装する。表皮１
０、および裏皮２０は通気性があり、ある程度弾力性の
ある材料で形成された矩形体である。遠赤外線放射装置
５０は活性炭素繊維の織物で形成する放射体５５と、放
射体５５の端縁に配設する電極５３とを備えている。遠
赤外線放射装置５０は複数の放射体５５を並設して構成
される。この実施例では小型の放射体５５を６つ（５５
Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ，５５Ｅ，５５Ｆ）並設し
てベッドパッド５の遠赤外線放射装置５０を形成してい
る。各放射体５５の電極５３は電線５７を介して電源変
圧器４０に連結する。電源変圧器４０は電源に連絡され
る。ベッドパッド５の用途から感電防止のため、電源電
圧は低電圧（１４ボルト）に設定されている。さらに、
放射体５５の活性炭素繊維は焼成工程を調整して電気抵
抗値を１．５Ω・cmとすると共に、加熱状態で抗菌、消
臭剤を含浸させている。遠赤外線放射装置５０の上面、
表皮１０との間には非金属ハニカム材６０を配設する。
ハニカム材６０は並設する放射体５５の上面に接着等の
手段により固着されている。ハニカム材６０はアラミド
繊維で構成され、表面開口率は９７％と開口面積を広く
とり、開口方向を表裏面に向けて配設する。このように
構成するベットパッド５は下敷きふとんの上、あるいは
ベットのマットの上に敷いて使用する。

【００１７】次に、ベッドパッド５の作用を説明する。
ベッドパッド５の電源変圧器４０を電源に接続する。家
庭用電源電圧は１００ボルトであるが変圧器４０により
ベットパッド５への電圧は１４ボルトに減圧される。各
放射体５５は電極５３を通じて導電性の炭素繊維に通電
される。放射体５５の炭素繊維は１．５Ω・cmの抵抗値
を有し、電流により炭素繊維はほぼ７０℃程度に昇温す
る。このとき、放射体５５の上面、物体（人体等）が接
触する面、には人体と放射体５０とを断熱するハニカム
材６０が配設されているので、炭素繊維の熱はハニカム
材６０に遮断されて、直接物体には伝達しない。さら
に、ハニカム材６０は開口率が高く、物体方向への赤外
線の放射を阻害することはない。このように、放射体６
０の炭素繊維は放射体であると同時に電気発熱体として
の機能を達成し、多量の赤外線を放射する。そして、各
放射体５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ，５５
ｆは選択的に個別に発熱させることができるので横臥し
た人の、肩、背中、腰、太もも、ふくらはぎ、足先、そ
れぞれを個別に昇温させて、部位別に温熱治療ができ
る。また、放射体６０は活性化させた炭素繊維に多量に
吸着、含浸させた抗菌、脱臭剤により長期間の使用にお
いても臭いの発生、および雑菌の繁殖等の危惧がない。
また、放射体６０に含浸した抗菌剤、脱臭剤は洗濯等に
より剥離することなく永続し、常に清潔で使用心地のよ
いベッドパッドとなる。さらに、ベッドパッド５は部分
的に発熱可能となっているので、省電力化が達成でき
る。

【００１８】実施例２ この実施例は放射体の下面に電気発熱体を配設したベッ
ドパッドを示している。図３はベッドパッドの斜視構成
説明図である。実施例１と同じ構成をなすものは同じ符
号を付して説明を省略する。ベッドパッド７は表皮１０
と裏皮２０との間に、遠赤外線放射装置１５０を内装す
る。遠赤外線放射装置１５０はセラミクス粉末を混入し
たナイロン繊維と活性炭素繊維の織物、またはセラミク
ス粉末を混入したナイロン繊維と活性炭素繊維を主材と
した不織布等で形成する放射体１５５と、放射体１５５
の下面（裏皮２０側）に配設する電気ヒ−タ１５３と、
放射体１５５の上面（表皮１０側）に配設する多孔断熱
材１５１とを備えている。放射体１５５はベッドパッド
サイズにあわせた矩形状に構成される。電気ヒ−タ１５
３は小型の面状ヒ−タ１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，
１５３ｄ，１５３ｅ，１５３ｆを並設し、電源変圧器を
介して電源に連結可能となっている。各面状ヒ−タ１５
３（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）はそれぞれ独自に通電可
能となっている。多孔断熱材１５１はナイロンなどの合
成繊維を立体織物として開口面積を広くした板状体とし
たものを用い、放射体１５５に接着剤等により固着され
ている。

【００１９】このように構成するベッドパッド７は、放
射体１５５の下面に配設する面状ヒータ１５３に通電し
てヒータ１５３を発熱させ、放射体１５５を間接的に昇
温させる。さらに、面状ヒータ１５３は個別に通電でき
る小型のヒータ１５３により構成されているので、所望
する人体の個所を個別に温度調節することにより所望す
るヒータを個別に発熱させ、放射体１５５の所望する個
所を昇温させて、赤外線の放射量を増加させることによ
り、この部分の温熱治療ができる。このベッドパッド７
も省電力化を達成する。なお、電気発熱体として、一般
的なニクロム線ヒータを用いてもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明のベッドパッドは比較的高温まで
昇温可能な赤外線放射装置を内装し、人体に作用して温
度を上昇させるのに有効な６．２７μｍ程度の長い波長
の遠赤外線を豊富に放射させることにより、身体を内部
から温めることができる。このベッドパッドは快適な暖
房効果を奏すると共に、放射する遠赤外線を受けたベッ
ドパッド上の人体（物体）の個所は、水分子の活動を活
発にし血液の循環が改善されて治療効果を示し、あるい
は疲労を回復させることができる。床ズレの予防治療に
も効果を示す。人体と発熱体とは熱的に遮断されている
ので、放射体は高温となっても、疾患部は治療に有効な
遠赤外線の放射のみを受けるので、暑い季節において
も、治療を目的とした適用が可能である。さらに、発熱
体に吸着させた、抗菌消臭材がベッド周辺の悪臭を吸収
するので、快適な生活環境を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベッドパッドの構成説明斜視図。

【図２】放射体の構成説明図。

【図３】ベッドパッドの構成説明斜視図。

【図４】水分子の振動状態説明図。

【図５】生肉の吸収する波長、反射する波長を示すグラ
フ。

【図６】活性炭素繊維の特性を示す図表。

【図７】理想物体の温度に対する赤外線放射特性を示す
グラフ。

【図８】炭素繊維の弾性率と電気抵抗値の関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

５，７ ベッドパッド １０ 表皮 ２０ 裏皮 ４０ 電源変圧器 ５０，１５０ 遠赤外線放射装置 ５３ 電極 ５５，１５５ 放射体 ６０ ハニカム材 １５１ 多孔断熱材 １５３ 発熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−32518（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170110（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−7529（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−204687（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−123132（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−194344（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−133890（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61G 7/05 A47C 27/00 A61F 7/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体に接触する接触面を有し、通気性、
   弾力性を有する表皮と、 表皮に対向して配設する裏皮と、 表皮と裏皮との間に内装する遠赤外線放射装置を備え、 遠赤外線放射装置は活性炭素繊維を含む放射体と、放射
   体を加熱させる加熱手段を有し、放射体の活性炭素繊維
   には抗菌消臭剤液を含浸させると共に、放射体と表皮との間には非金属製ハニカム材よりなる断
   熱材を配設して、人体と放射体との間を断熱したことを
   特徴とする ベッドパッド。
2. 【請求項２】 遠赤外線放射装置の放射体は１．５Ω・
   ｃｍ程度の電気抵抗値を有する活性炭素繊維よりなり、
   加熱手段の加熱により約７０℃まで昇温することを特徴
   とする請求項１記載のベッドパッド。