JP4773455B2 - 空気セルの空気充填システム - Google Patents

Description

本発明は、空気セルの空気充填システムに関し、より詳しくは、マットレスや座用家具のみならず、空気を充填した空気セルを備える自動車のシートやキャンプ用の家具として利用可能な空気セルの空気充填システムに関する。

座用の家具や臥床用の家具に空気が充填されたセルが据付けられたものは、従来から公知のものである。このようなセル付の家具は、元来、病院で使用されていたウォータベッドを、論理的に更に発展させたものである。ウォータベッドにおいて、マットレスに水を充満させることにより、一層均等な圧力分布が支持面全体にわたって得られ、発生するおそれのある褥創を予防することを可能としている。

しかしながら、このようなウォータベッドは数多くの欠点を有する。まず、身体的に弱い人間は、自己の横臥位置を変更するのが困難である。なぜなら、身体位置の変更を行なうためには、身体の下にあるマットレス中の水を同時に動かす必要を生ずるためである。したがって、乳児がウォータベッドを使用する場合には、危険を生ずる可能性もある。
他の欠点として、比較的取扱いが煩雑であるとともに重量が非常に大きいことが挙げられる。また、水が良好な熱伝達媒体であることも、特に問題である。不快感を生じさせないようにするため、特に、身体から体温が奪われることに起因する健康上の問題の発生を防止するため、ウォータベッド中の水（通常は、最高で室温にしかならない）は加熱され、少なくとも約２５℃以上２８℃以下の温度範囲に調整される必要がある。しかしながら、このような温度範囲は、静脈に疾患を有する者にとっては非常に危険な温度帯である。
空気セル付きのマットレスは、温度調節装置を必要としない。なぜなら、空気は低い熱伝達性を有するためである。また、公知のウォータベッドの利点を失うこともない。空気セル付きのマットレスの使用により、ウォータベッドの前述の熱伝達に起因する問題以外の欠点も回避可能である。加えて、ウォータベッドのように水を側方に押しやることがなく、負荷を与えられた内部空気は、体積全体にわたって均等にその空気圧を上昇せしめるとともにマットレス形状が使用者の身体形状に適合するものとなる。

しかしながら、空気セルを有する座用家具やマットレスは、完全に空気を密封できないという欠点を有する。特に、使用時に圧力が加えられて空気が漏出することにより、空気セルには圧力損失が生ずる。このため、定期的に空気を補充する必要がある。したがって、旧来のシステムは手動又は電動モータで駆動する充填システムを備え、これにより、一旦選択された硬さ度合いを基本的に時間的な制約なしで一定に保持することを可能としている。

米国特許第４，３０６，３２２号公報は、折り畳み式の一体化ポンプを備える空気セル充填システムを開示する。このシステムによれば、ポンプが逆止弁を介して直接的に空気セルに接続する。ポンプを取り出して手動で圧縮することにより、空気セルに空気が補充されることとなる。空気補充時に、空気が過剰に充填されることにより、空気セルが硬くなりすぎることとなり、別のバルブを介して空気セル中の空気を放出する必要性を生ずることが比較的簡単に生じうる。このような煩雑な操作を防ぐために、調整弁を介して、予め設定された圧力までしか空気が充填されないシステムが採用されることとなる。

また、自動的な空気補充システムが開発され、これにより、空気セルを所望の圧力に継続的に維持することが可能となっている。例えば、欧州特許第０６２０７１６Ｂ１号公報には、一体化された空気システムを有する上敷きマットレスが開示されている。このマットレスは、空気セルの周囲を取り巻く発泡材フレームを備える。そして、発泡材フレーム中に空気貯蔵・供給システムが一体的に設けられている。空気貯蔵・供給システムは、空気ポンプ、空気タンク及び圧力調整弁からなる。発泡材フレームに負荷が加わる場合（即ち、使用者がマットレス上に乗った場合）、発泡材フレームと一体化されたポンプ本体に圧力が加わることとなる。この結果、空気がポンプ本体から空気タンクに送られることとなる。その後、ポンプ本体から送出された空気は圧縮され貯蔵される。ポンプ本体とタンクの接続配管には、逆止弁が取付けられる。マットレスの負荷が除去されると、すぐに、空気タンクの圧力が、圧力調整バルブにより設定されている値にまで下がり、マットレス中の空気セルの圧力と空気タンクの圧力が平衡状態となる。マットレス端部の負荷が取り除かれるとすぐに、ポンプ本体は最初の状態に戻り、別の弁体を介して周囲の空気を吸引することとなる。

しかしながら、このシステムも一連の欠点を有するものである。
ポンプ本体の空気は、マットレス端部に使用者が座ることにより、マットレスの端部の圧力が十分に上昇したとき、言い換えると、使用者が完全にマットレスの端部に座したときのみ、タンクに押し込まれることとなる。しかし、通常は、マットレス端部は、臀部によってではなく、脚部により負荷がかけられ、沈み込みを生ずるものである。したがって、ポンプ本体に生ずる圧縮作用は不十分なものとなる。

他の欠点として、設定した圧力値にマットレスの空気セルを維持するために、タンクを常に圧力下におく必要があることを挙げることができる。しかしながら、何らかの原因（例えば、タンクに接続する逆止弁にゴミが侵入するなど）により、タンクの圧力が降下すると、空気セルの圧力を設定した値に正しく維持することは不可能となる。一方で、圧縮された空気の圧力は、空気セルを介してのみ緩和可能である。このため、頻繁に使用すると、タンク部分において簡単に１００ミリバール以上の圧力が生ずることとなる。この結果、接続部と弁体が高負荷に曝されることとなる。
加えて、空気流入口からタンクまでの経路、更には空気流入口から圧力調整バルブまでの経路が極端に長くなることが挙げられる。このことは、空気が漏出する面を増大させることとなる。また接続箇所の数の増大は、密封不良の可能性を増大させる。意図的に空気セルを減圧させることは、空気漏出により達成可能である。したがって、空気セルの圧力を低い水準にするのに非常に時間がかかることも欠点の１つということができる。

米国特許第４，３０６，３２２号公報 欧州特許第０６２０７１６Ｂ１号公報

本発明は、タンクなしで作動するとともに空気セルの空気充填システム全体に負荷が加わっていないときにおいても空気セルと同じ圧力を有するポンプ・制御システムを得ることを課題とし、これにより、上記欠点を回避可能である。

上記課題を、請求の範囲の独立請求項に記載の技術的特徴により解決する。

本発明に係る空気吸気システムは、接続配管を非常に少なくし、本質的に小さな構造を有する。したがって、欧州特許第０６２０７１６Ｂ１号公報に記載のシステムと比較して、接続箇所の数が少なく、これにより意図しない圧力降下の可能性を低減することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
図は、本発明の基本的な構成を示している。装置全体は、装置を収容するケーシング（図示せず）と同様に、所定の大きさを有し、例えば、マットレスの頭部又は足部の領域にケーシングは取り付け可能である。
本発明の本質的な部分は、ポンプシステム（本明細書においては２室式エアバッグとして示されている）及びこのポンプシステムと機能的に接続する制御システムからなる。しかしながら、技術的に代替可能な実施形態、例えば、空気セルからの空気及び吸気した外気を収容するチャンバを直接的に且つ機能的に接続し、押し戻し装置を介して同時に完全にチャンバを空にする方法により、同様の発明を構築可能である。したがって、本発明は、このような技術的構成も包含するものである。

使用者によって、空気セルに負荷が加えられるとすぐに、空気セル（図示せず）からの空気が、接続配管（１）を介して、２室式エアバッグ（３）の第１チャンバ（２）に押し込まれる。これにより、エアバッグ（３）が膨張し、エアバッグの外側面（４）が押し戻しバネ（５）に当たり、その膨張が抑えられる。外周に配される第１チャンバ（２）が膨張することにより、第１チャンバ（２）中央に配された第２チャンバ（６）の空間容積が強制的に拡張されることとなる。この結果、第２チャンバ（６）に負圧が発生し、配管（７）を介して、周囲の空気が第２チャンバ（６）に吸引されることとなる。
この配管（７）は、逆止弁（８）を介して、外気へ繋がる接続配管（９）と接続し、他の逆止弁（１０）を介して配管（１）と接続する。接続配管（９）にはエアフィルタ（１１）が取付けられる。エアフィルタ（１１）は、逆止弁の機能を損失させる可能性のある粉塵粒子の侵入を、例え粉塵粒子が微細なものであったとしても、確実に阻止する働きをする。

使用者からの空気セルに加わる負荷が除去されるとすぐに、空気セル内の圧力とチャンバ（２）の圧力が同時に且つ急速に低減する。また、押し戻しバネ（５）がエアバッグ（３）の外側面（４）に対して圧力を加え、エアバッグ（３）を再度略完全に押し潰した状態とする。
押し戻しバネ（５）は、空気セルの標準圧力よりも約１ミリバール以上約５ミリバール以下、好ましくは、約２ミリバール以上約４ミリバール以下の範囲で高い押圧力を有する。
この状態において、第１チャンバ（２）からの空気が空気セルに押し戻されるだけでなく、第２チャンバ（６）からの空気も逆止弁（１０）を介して配管（１）に押し込まれて、空気セルに押し戻されることとなる。この結果、空気セル充填システムから負荷が除去された後に、空気セル内の空気の損失が再び補填されることとなる。逆止弁（１０）の前には、流量絞り部（１２）が配される。この結果、圧力調整バルブ（１３）により決定された値まで、徐々に空気セル内に圧力を加えることが可能となる。この構造により、システム全体が、予め設定された空気セルの標準圧力となる。

圧力調整バルブ（１３）には、従来型のダイアフラム弁を使用可能である。この場合、圧力設定の精度は、ダイアフラム面と直接関係する。したがって、圧力ダイアルフラム（１４）はできるだけ大きな面を有している必要がある。試験において、約３０ｍｍ以上約５０ｍｍ以下のダイアフラム直径のときに、好ましい圧力設定精度を得ることができ、満足しうる結果を得ることができた。

例えば、空気セルが非常に高温となることに起因して、システム上で好ましくない過圧状態となる場合、配管（１）と接続する過圧バルブ（１５）がすぐに開くように設計される。過圧バルブ（１５）は、約６０ミリバール又は約７０ミリバールの限界圧力に設定可能である。これにより、高すぎる圧力に起因する損傷を防止することが可能となる。

しかしながら、もともと選択された空気セルの標準圧力が高すぎることもありえる。好ましくは、荷重がかかっていない状態における空気セルの標準圧力を、調整バルブ（１６）により任意のより低い圧力値へ低減できることが好ましい。本実施例においては、調整バルブ（１６）は手動で操作可能である。

弁体（８，１０，１５，１６）をダイアフラム弁で構成してもよい。この場合、これらダイアフラム弁のダイアフラム面の直径は、約０．５ｃｍ以上約２ｃｍ以下とされる。好ましくは、ダイアフラム面の直径は、約１ｃｍ程度とされる。また、ダイアフラムの厚さは、約０．２ｍｍ以上約０．４ｍｍ以下、好ましくは、約０．２５ｍｍとされる。

本発明の空気セル充填システムの利点の１つは、負荷が加わる位置とは無関係に自動的に空気の補充が行なわれることである。なぜなら、負荷が加わるたびに新鮮な空気が吸引されることとなり、この結果、公知の装置と比較して、特に空気セルの信頼性に関して著しい改善がもたらされることとなる。

他の利点は、非常に簡素化され、部品点数が削減された構造並びにこれにより始めて可能となった非常に短い配管である。更に、空気セルの空気補充を行なうために、前もって圧縮された空気を収容するタンクを必要としない点も利点として挙げることができる。加えて、新鮮な空気を使って、空気セルの空気補充を行なう対象となる予備空気チャンバの圧力は最大で大気圧であるので、予備空気の高すぎる圧力に起因して発生しうる構成部品或いは構成部品の接続箇所が破損の危険に曝されることを確実に避けることが可能となる。

ポンプシリンダとは対照的に、圧力形成の初期における立ち上げ時間がゼロに削減されることが可能となるため、空気ポンプシステム（３）を２室エアバッグの形態として実施することは、特に、有利である。

本発明の基本的な構成を示す図である。

Claims (10)

1. 空気セルと、該空気セルに自動的に空気を定量補給するシステムを備える臥床用・座用の一体化された家具用空気セル充填システムであって、
   前記空気を補給するシステムは、前記空気セル充填システムと一体化されるとともに負荷に応じて反応し、予め設定された値に空気セルの圧力値を維持し、
   前記空気充填システムは、空気ポンプシステム（３）と制御システム（１７）を備え、
   前記空気ポンプシステム（３）は互いに分離した少なくとも２つのチャンバ（２，６）を備え、
   前記少なくとも２つのチャンバ（２，６）のうち第１チャンバ（２）は、配管（１）を介して直接的に空気セルと接続し、
   前記少なくとも２つのチャンバ（２，６）のうち第２チャンバ（６）は、圧力調整バルブ（１３）と配管（７）を介して空気セルと接続するとともに配管（９）を介して周囲大気と接続することを特徴とする空気セル充填システム。
2. 前記空気ポンプシステム（３）は、２室式エアバッグ形式の少なくとも２つのチャンバ（２，６）を備え、
   該チャンバ（２，６）は、バネ（５）などの押し戻し装置が作用する共通の境界面（４）を備え、
   前記空気セルの負荷が取り除かれたときに、前記チャンバ（２，６）が略完全に空となることを特徴とする請求項１記載の空気セル充填システム。
3. 前記チャンバ（２）が、中央に配置されたチャンバ（６）を取り囲むように形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気セル充填システム。
4. 前記配管（１）と前記配管（７）が逆止弁（１０）を介して、互いに接続することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の空気セル充填システム。
5. 前記配管（７）が、逆止弁（８）を介して、外気と接続するとともに前記配管（９）に接続し、
   該配管（９）は一体化したエアフィルタ（１１）を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の空気セル充填システム。
6. 前記配管（１）が、過圧弁（１５）と接続することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の空気セル充填システム。
7. 前記配管（１）に、調整弁（１６）が組み込まれることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の空気セル充填システム。
8. 前記配管（７）に、流量絞り部（１２）が組み込まれることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の空気セル充填システム。
9. 前記圧力調整バルブ（１３）が、ダイアフラム弁であり、
   圧力ダイアフラム（１４）が１５ｍｍ以上７０ｍｍ以下の直径、好ましくは、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の直径を備えることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の空気セル充填システム。
10. 前記弁体（８，１０，１５，１６）は、ダイアフラム弁であり、
    該ダイアフラム弁の面直径が、約０．５ｃｍ以上２ｃｍ以下、好ましくは、約１ｃｍ近傍の範囲であり、
    前記ダイアフラム弁の厚さが、約０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下、好ましくは約０．２５ｍｍの厚さの寸法であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の空気セル充填システム。

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