JP5410976B2 - 圧縮によって調整されるバルブを備える複合クッションおよびそのためのバルブ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ組立体に関しており、これを使用する膨張可能な本体に関する。

特に人間を支持するためのクッション技術の分野において、適切な支持（サポート）特
性を成すことが重要であると考えられる。医療での用途において、適切な支持特性は、最
重要である。

様々な手段が、適切な支持、性能、機能、価格および使い勝手の望ましい結果を生み出
すための材料の適切な組合せならびに方法を提供するために利用されている。

いくつかのクッションは、機械的な支持技術にのみ頼っている（例えば、発泡フォーム
といった圧縮可能な材料のみの使用）。

他のクッションは、空気を利用した支持技術にのみたよっている（例えば膨張可能な袋
）。更に他のクッションは、組み合わされた方法に頼っている。

空気を利用した方法を含む用途においては、装置の膨張および収縮の制御をすることが
望ましく、このためにバルブ組立体が用いられる。ユーザがクッションに沈み込む深さを
調節する手段として空気を使用する場合、一般にバルブは、クッションの内部容積内の空
気を放出するために開けられる。一旦沈み込みが所望の水準に達すると、ユーザは、バル
ブを閉めて内部容積を再度密閉する。

より進化したバルブ組立体も用いられてきている。ここで開示された発明の譲受人であ
るカスケード デザイン，インク．（ＣＡＳＣＡＤＥ ＤＥＳＩＧＮＳ，ＩＮＣ．）は、
そのＺｏｉｄ ＰＳＶ（登録商標）車椅子用クッションにおいて、プリセットされたバル
ブ組立体を組み込んでいる。このバルブ組立体は、発泡フォームにユーザを沈み込ませる
ために空気を放出して、ユーザに合わせ、クッションの表面にかかるユーザの体重を配分
する。十分な空気が放出されたことをＰＳＶが感知したとき、最適圧力分配のために空気
の流れを自動的に閉ざす。

しかしながら、ユーザは、膨張が起こる前もしくは調整の前にバルブを最初に開けなく
てはならず、また使用後はそれを閉じなくてはならない。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の手段を採用する。
すなわち、ユーザが上に乗る場合は圧縮されるとともに、上に乗らない場合は自己膨張して休止状態の形状に回復が可能な本体の平面方向の内部に装着されるバルブ組立体であって、外気に面して開口した外部開口部と、この外部開口部と流体連通し、前記本体の内部に位置する内部開口部と、前記膨張可能な本体に対する界接面とを有する通気体と、前記本体の内部に挿入され、前記内部開口部から延びる近位端を有し、遠位端で終わる、圧潰が可能、かつ圧潰をしない場合は休止状態の形状に回復が可能な中空の長形部材と、前記本体の横断方向の内部であって、かつ前記ユーザが上に乗ることによる機械的力を与えられた場合に前記長形部材を圧潰して密閉するように、前記長形部材上の第１の位置で前記長形部材の周りに配置され、発泡フォームを備えている第１の圧縮部材と、を備え、前記機械的力が与えられない場合には、前記長形部材は、前記遠位端から近位端、または前記近位端から遠位端への流体移動が可能な状態のままであることを特徴とするバルブ組立体、および前記バルブ組立体が開口部を塞いでおり、長形部材の全体がチャンバー内に延在していることを特徴とする自己膨張式本体である。
本発明の実施例において、ユーザが積極的に関与することなく、膨張可能な本体からの
流体の流出容量を調整および／または膨張可能な本体内の一般的な加圧の度合いを設定す
ることを可能にする。

かかる特徴は、特に、可動性に障害のある人間に関連するものであって、膨張可能な本
体内の容積および／または圧力の手動もしくは積極的な調整が望ましくないか不可能であ
る場合の用途において関連するものである。

本明細書で用いられる用語「流体」は、気体および液体を含むが、実際の用途では、動
作流体は、気体であって、とりわけ空気である。従って、開示の内容が他の意味の利益を
享受しない限り、「流体」という用語が通常使われている。特に明記しない場合、「気体
」または「空気」という記載は、上記のように用語「流体」と同義であるとする。

本発明のバルブ組立体の実施例は、分離した部品または一体化した形態において、外部
開口部を画成する通気体と、外部開口部と流体連通する内部開口部と、膨張可能な本体に
対する界接面とを備える。膨張可能な本体に対する界接面は、流体不浸透性の密閉を提供
するように構成されたバルブ組立体を膨張可能な本体に組み込むための適当な手段を提供
する。

従って、膨張可能な本体が周囲環境から流動的に密閉されている場合、外部開口部から
内部開口部までが、膨張可能な本体によって画成された内部容積もしくはチャンバーの内
外への唯一の有効な流体導管である。

長手方向軸および横軸を画成する圧潰可能な中空長形部材は、内部開口部を画成してい
る構造体から延びている。長形部材は、多くの点でダックビルバルブと類似して機能する
。

しかしながら、ダックビルバルブとは異なり、長形部材は常時開いており、外部開口部
と長形部材の遠位端との間の流体導管を提供する。

更に、ダックビルバルブとは異なり、長形部材の閉塞は、圧力差と対比して長形部材の
外側面全体に渡って、概ね対向する機械的力が付加されることからのみ生じる。

かかる概ね対向する機械的力が無い場合、長形部材は、その遠位端から近位端、または
近位端から遠位端へ流体移動が可能な状態のままである。

膨張可能な本体に一体化されるときに半密閉構造体が生じる。特に、チャンバー内の流
体圧力が周囲環境と同等（正味流体交換）またはそれ以下（正味流体充填）である限り、
流体は、常に、膨張可能な本体を備えるパネルによって画成されるチャンバー内に入るこ
とができる。

チャンバー流体圧力が周囲環境を上回る場合、流体がチャンバーから長形部材を通して
外部開口部から放出される。この流体放出は、チャンバー流体圧力が周囲環境の流体圧力
を上回っている限り継続するのであって、概ね対向する機械的力が長軸に沿ってかつその
横軸全体に実質的に渡って長形部材の少なくとも一部に与えられるまで、または放出する
流体が無くなるまで継続する。

これらの力は、上記したように長形部材の少なくとも一部分を圧潰し、これにより流体
不浸透性の密閉を成すことが好ましい。概ね対向する機械的力がある限り、クッションは、
チャンバーの流体の量が一定のままである状態におかれる。

概ね、対向する機械的力の増加によって、膨張可能な本体の容積の減少またはチャンバー圧力の増加（膨張可能な本体がこの本体の変形を抑制する張力要素を含む場合）のいずれかのみという結果になるが、かかる力の除去によってバルブ組立体がチャンバーと周囲環境との間の流体連通を再び成すことが可能となり、チャンバー圧力が周囲環境よりも少ない場合に流体を膨張可能な本体に導入する。

長形本体は、適当な対向する機械的力が与えられた場合に予想通りに変形し、かかる力が除去された場合に休止状態の形状に回復する弾性材料から好ましくは成る。

長形部材は、空洞体なので、その内面は、処理されるか、コーティングされるか、本体
の性能および／または作動特性を高める材料でのラミネーションを受けてもよい。このよ
うに、長形部材が適切な肉厚の薄いポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）から構成されていてもよく
、一方、内面は、長形部材が接触による圧縮を受けるときに弾性のある密閉を成すために
ウレタン層を有する。

実施態様が、長形本体内に取り外し可能なライナー（例えばＰＶＣライナー内に同心状
に配置された取り外し可能なウレタンライナー）を有する場合も本発明の範囲内である。
長形部材の幾何学的形状（横断面）の要件は無いが、楕円であるか卵子形状が用いられる
ことが好ましい。

本体の制御不可能な変形に対して抵抗する張力要素等を組み込んだ膨張可能な本体に組
み込まれるときに、長形部材の配置は重要になる。沈み込みに対する制御が重要であるそ
うした用途において、長形部材の正確な配置が、ユーザの体の一部によってもたらされた
機械的な圧縮に対抗することを確実にするのであって、このことは所望の支持水準に相関
することが好ましい。長形本体の圧潰の時間に影響を及ぼす変数は、与えられた圧力や、
圧力の位置に対する長形部材の位置（力のベクトル分布）や、長形部材の剛性や、長形部
材の幾何学的形状などである。

概ね、対向する機械的力の適正かつ予想可能な態様を確実にするために、長形部材または好ましくは膨張本体のいずれかに構造体を組み込むことができる。長形部材に近接して圧力を局所化する部材を設けることによって、よりハイレベルなバルブ組立体の性能が確実に達成され得る。

よって、かかる対向する圧縮部材は、長形部材の作動可能な部分に、分配された力を局
所化する。加えて、性能パラメータが、圧縮部材の物理的特性（高さ、上面面積、下面面
積、構成、密度、局所化のための隆起など）並びに、圧縮部材の位置（他の圧縮部材に対
する近さ、クッションの幾何学的形状に関連する分配）を変更することによって変更し得
る。

上記に加え、当業者は、本明細書に開示された発明を従来の膨張可能な本体（自己膨張
であるか否かに関わらない）に適用したり、従来の外部的に操作可能な導管閉塞手段（例
えばネジ式バルブまたはこれに類似するもの）を本明細書で開示された内部密閉手段に加
えて用いたりすることができることを想到するであろう。

図１は、長形部材が仮想的に示されている、第１の膨張可能な本体内のバルブ組立体の斜視図である。 図２は、図１のバルブ組立体の断面側面図である。 図３は、図１のバルブ組立体の詳細な斜視図である。 図４は、対向する圧縮部材または発泡フォーム「ピストン」の形態である対向する圧縮部材を有する膨張可能な本体の第２の実施例を伴って示される、図１のバルブ組立体の実施例を一部切り取ったものである。 図５は、バルブ組立体および図４の対向する圧縮部材の断面側面図である。 図６は、本体に着座された部位の押込み力歪（Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を変えるための複数の貫通した切り込みまたは孔を示すと共に、複数の圧縮部材の軸外位置を示す。 図７は、図６の実施例を一部切り取った斜視図である。 図８は、図６の圧縮部材の分離した斜視図であって、特に、圧縮局所化ディスクと圧縮部材の近位端での隆起とを示す。

以下の説明は、当業者が本発明の実施例を製作し使用することができるように示されて
いる。

この実施例に対する様々な変更態様は、当業者には直ちに明らかであって、本明細書に
おける一般的な原理は、添付の請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱すること
なく、他の実施例および用途に適用することができる。よって、本発明は、図示した実施
例に限られていることを目的とせず、本明細書において開示される原理および特徴に合っ
た最も広い範囲を与えられることが意図される。

以下、いくつかの図を参照していくが、類似する部品は、類似する符号によって特定さ
れ、とりわけ図１では、自己膨張式クッション１０が斜視図で示されている。

クッション１０は、実質的に流体／気体に対して不浸透性である覆いを備えており、こ
の覆いは、パネル１２ａおよび１２ｂと発泡フォーム芯（コア）１４（図４）とを備えており、これら全ては、米国特許第４，０２５，９７４号，４，１４９，９１９号，４，２６１，７７６号および４，６２４，８７７号に加えカスケード デザイン，インク．が所有する類似する特許において開示されている方法に従って構成されることが望ましい（これらの開示内容は、本明細書に参照として組み込まれている）。

よって、パネル１２ａおよび１２ｂは、これらの共通の周囲に沿って密閉されており、
発泡フォーム芯１４を封じ込めている。結果として生じる構造は、発泡フォーム芯１４に
よって占有されるチャンバーを画成し、このチャンバーは、バルブ組立体３０の存在を抜
きにした場合に周囲環境に対して密閉されるであろう。

従って、発泡フォーム芯の内外への流体の出入りの唯一の手段は、バルブ組立体３０を
介してである。上記の特許において開示されている膨張可能な本体は、従来のネジ式バル
ブ構造を用いており、流体／気体の出入りを調整する。その開位置において、対向するパ
ネルによって画成されたチャンバーは、周囲環境に晒され、また、その閉位置においてチ
ャンバーは、周囲環境から隔離される。このように、ユーザが膨張可能な本体を圧縮され
た状態から膨張させたい場合、この本体が自己膨張式であるなら単にバルブを開け、チャ
ンバーを周囲環境と均一にし、次にこの本体の圧縮または圧力の状態に関わらずチャンバ
ーの容量が一定となるようにバルブを閉じるのである。

クッション１０は、かかる自己膨張式本体とは異なり、周囲環境からクッションチャン
バーを隔離するための外部手段を必ずしも必要としない（しかしながら、かかる外部閉塞
手段は、本発明の範囲内である）。その代わりに、バルブ組立体３０によって画成された
、チャンバーと周囲環境との間の流体導管を選択的に遮断するために内部手段が提供され
る。

バルブ組立体３０は、通気体４０と、長形部材６０と、圧縮部材７０ａ〜７０ｃ（図５〜図８）として一般的に参照される圧縮部材（単体の場合この圧縮部材は、反応表面が必要であって、複数すなわち「対」の場合は、反応表面を本質的に備える）とを備える。始めに通気体４０を参照すると、外部フランジ４２は、プラスチックまたはこれに類似する材料から形成することができ、パネル１２ａおよび１２ｂとの界接面として機能する。このように、パネル１２ａおよび１２ｂが前述したように密閉されて、図１で最もよく示された外部フランジ４２を取り巻く場合、剛性構造が内部チャンバーと周囲環境との間に存在する。

まず、図２および図３を参照すると、通気体４０は、ブッシング４６が挿入される内部
開口部４４を更に備える。ブッシング４６は、外部フランジ４２に使用されるものと同じ
か適合性のあるプラスチックから構成されることが好ましい。当業者は、ブッシング４６
が外部フランジ４２と一体（例えば、射出成型といった単一の製造工程から生じる）であ
ってもよいことを当然理解するであろう。ブッシング４６は、外部開口部５０を画成する
面部である第１の端部４８と、内部開口部５４を画成し更に導管５６（図５）を画成する面部である第２の端部５２と、を含む。

第１の端部４８が外部フランジ４２の内部開口部４４に嵌まるように寸法決めされる一
方、第２の端部５２は、長形部材６０の近位端６４ａを外側に受けるように寸法決めされ
る。長形部材６０は、適切な対向する機械的力の付加に対して予想通りに変形し、かつか
かる力が解除された場合に休止状態の形状に回復する弾性材料から構成されている。長形部材６０は、中空体のため、その内面は、処理されるか、コーティングされるか、本体の性能および／または作動特性を高める材料でのラミネーションを受けてもよい。このように、長形部材６０が適切な肉厚の薄いＰＶＣから構成されていてもよく、一方、内面６６は、長形部材６０が接触による圧縮を受けるときに弾性のある密閉を成すためにウレタン層を有する。

長形部材６０は、遠位端６４ｂから近位端６４ａに向かって延びる楕円の断面を有する
ことが望ましい。この形状は、クッション１０の使用中に短軸が垂直方向にあり、下記に
記載するように長形部材６０が圧潰することを容易にしている。

本発明の特徴は、クッションチャンバーの内外への流体の流れを内部的に調整する能力
である。本発明の実施例は、長形部材６０に作用する少なくとも一つの圧縮部材７０を用
いてこの機能を達成する。充分な圧縮力が長形部材６０の一部に作用するときに、内面６
６の対向する側部が互いに接触し、これにより密閉を成す（この接触は、当該部材の短軸
に沿って連続するか、楕円の長軸に沿って連続する（かかる構造に対して接触がなされる
場合）と考えられ、もし一つの圧縮部材が使用されるのであればこれには対向して配置さ
れた反応表面があると考えられる）。

図４および図５に示された実施例において、対向する圧縮部材７０ａは、互いに同一で
あるが、長形部材６０に対して互いに鏡像の関係で配置される。

どのような圧縮部材７０も本件用途に特に適した一または複数の材料から構成すること
ができるが、例示した実施例においては密度および／または押込み力歪値が芯１４よりも
高い発泡材料が使用されており、下記に記述するように、その機能を高めるために様々な
付加的な構造を備えていてもよい。例示の実施例において各圧縮部材は、芯の孔または中
空円筒に配置され、「スリーブ」を形成する。これは、ピストン往復機関を説明する場合
にピストンがスリーブ内にあるのとほぼ同じである。しかしながら、当業者は、長形部材
の圧縮をなす無数の形態を想到すると思われ、これらには、芯の外面に延在しない圧縮部
材や、複合圧縮部材や、芯に埋め込まれた剛性構造体や、長形部材を包含する蝶番式の構
造体もしくは長形部材を包含するはさみで切られた構造体が含まれるが、これらに限定さ
れない。

例示の実施例において、各圧縮部材７０ａがピストンとして動作し、下記により詳細に
記載するように、一般的に圧縮的な機械的力を受けたときに圧縮部材７０ａは、対応する「スリーブ」内を移動する。両方の圧縮部材７０ａの内転運動によって、上面６２ａおよび下面６２ｂで長形部材６０の局所的な圧潰が起き、それによって上述のように内面６６ａおよび６６ｂを互いに接触させ、周囲環境からチャンバーを孤立させる。一旦対向する圧縮力が除去されると、長形部材６０および／または芯１４の固有の弾力性は、「スリーブ
」と各圧縮部材の外面とを画成しているその表面間の固有の摩擦によって、長形部材６０
の内面６６ａと内面６６ａとの間の密閉を減失させる。

当然、圧縮部材の異なる形態は、特定の実施例において存在するものに対して代替また
は付加的な回復バイアスを与えることができ、例えば、蝶番式の圧縮部材がその蝶番から
延びるアームに対する旋回性開口バイアスを組み込んでいてもよい。

本発明の信頼できる実施例は、図６および図７に示されており、複数の孔１８が芯１４
に形成され、ユーザを適切に受けるために特定の領域でクッションの押込み力歪を変える
。孔１８は、芯１４の一方の表面から対向する他方の表面に貫通するように芯１４を打ち
抜くことによって形成されることが望ましい（但し、貫通孔は必ずしも必要ではない）。

非マトリックス形式における曲線式の幾何学的形態が、比較的一貫した肉厚を提供し、
かつ、局所的な圧迫を分配する（さもないと芯１４からパネル１２の意図しない分離を起
こす可能性がある）ために選択される。

当業者は、かかるクッションの押込み力歪値を変更する無数の方法があることが分かる
であろう。複数の別個の部品を互いに嵌合または接着する複合芯の形成や、部材の形状や
、パネル１２の選択的な接着などである。かかる押込み力歪変更は、開示された実施例の
動作には必ずしも必要ではないが、エンドユーザの見地から望まれると思われる。さらに
、圧縮部材７０での減少された押込み力歪値またはこの圧縮部材７０に隣接する領域での
減少された押込み力歪値は、同じ効果を増加させる。

対向する開口部を有する少なくとも一つの孔１８には、一対の圧縮部材が取り付けられ
ている。図示された実施例では、圧縮部材７０ｂおよび７０ｃが使用されている。各圧縮
部材は、長形部材６０の最も近くにある上部の近位端部７２（図８）と、遠位端部７４（
図８）とを含んでいる。圧縮部材７０ｂおよび７０ｃは、クッション１０の中心線上では
ない孔１８に位置しており、このクッションの使用中の骨盤／臀部および大腿／脚との接
触で中心から外れた所で起こるより大きな荷重に対応している。

バルブ組立体３０の機能を確実にするために、複数の圧縮部材が長形部材６０の長軸に
沿って用いられている。結果、クッション１０は、異なるサイズおよび姿勢のユーザでも
使用可能である。更に、各部材７０の圧縮の有効性は、かかる変数を考慮に入れて場合に
よっては変更することができる。

圧縮部材７０ｂおよび７０ｃの閉塞効果を強化するために、各部材の近位端部７２は、
横断リブ７８を上部に有するポリエチレン・ディスク７６を含んでおり、図７および特に
図８に最もよく示されている。これらのリブまたは隆起部は長形部材６０において更に圧
縮力を局所化し、より良好な密閉をもたらす。

図示はされてはいないが、他の実施例では、複数のリブを各ディスクに形成しており、
この特徴を備える対向する圧縮部材の対向する機械的圧縮に起因する圧着効果を更に増加
する。

Claims (14)

1. ユーザが上に乗る場合は圧縮されるとともに、上に乗らない場合は自己膨張して休止状態の形状に回復が可能な本体の平面方向の内部に装着されるバルブ組立体であって、
   外気に面して開口した外部開口部と、この外部開口部と流体連通し、前記本体の内部に
   位置する内部開口部と、前記膨張可能な本体に対する界接面とを有する通気体と、
   前記本体の内部に挿入され、前記内部開口部から延びる近位端を有し、遠位端で終わる、圧潰が可能、かつ圧潰をしない場合は休止状態の形状に回復が可能な中空の長形部材と、
   前記本体の横断方向の内部であって、かつ前記ユーザが上に乗ることによる機械的力を与えられた場合に前記長形部材を圧潰して密閉するように、前記長形部材上の第１の位置で前記長形部材の周りに配置され、発泡フォームを備えている第１の圧縮部材と、を備え、
   前記機械的力が与えられない場合には、前記長形部材は、前記遠位端から近位端、また
   は前記近位端から遠位端への流体移動が可能な状態のままであることを特徴とするバルブ組立体。
2. 第１の圧縮部材は、機械的力が与えられる前に長形部材に接触していることを特徴とする請求項１に記載のバルブ組立体。
3. 長形部材は、その内面にコーティングを備えており、対向する内面が互いに接触するときに密閉状態の形成を促進するようになされていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ組立体。
4. 長形部材は、第１の位置において楕円の横断面を有することを特徴とする請求項１に記載のバルブ組立体。
5. 第１の圧縮部材に概ね対向する第２の圧縮部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のバルブ組立体。
6. 第１の圧縮部材は、力を局所化する特徴をその近位端に有し、長形部材に作用するときに単位面積あたりの圧力を増加することを特徴とする請求項１記載のバルブ組立体。
7. 長形部材の長手方向に沿って配置された複数対の圧縮部材を更に備えることを特徴とする請求項５に記載のバルブ組立体。
8. 複数の圧縮部材の少なくともいくつかは、異なる押込み力歪（Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）値を有することを特徴とする請求項７に記載のバルブ組立体。
9. 通気体は、外部開口部と内部開口部との間の双方向の流体の流れを防ぐために組み込まれた手段を有していないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ組立体。
10. 長形部材の第１の位置は、開口部が無いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ組立体。
11. 長形部材は、圧縮部材によって押圧されるいずれの箇所にも開口部を有していないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ組立体。
12. 長形部材は、その遠位端において一つの開口部を画成しており、その近位端において一つの開口部を画成しており、この近位端の開口部は、通気体の内部開口部に流体的に連結されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ組立体。
13. 弾性のある芯材料で満たされたチャンバーと、前記芯を周囲環境に晒すための開口部とを画成する自己膨張式本体であって、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバルブ組立体が開口部を塞いでおり、長形部材の全体がチャンバー内に延在していることを特徴とする自己膨張式本体。
14. 長形部材および第１の圧縮部材は、チャンバーを画成する自己膨張式本体の一部を構成しないことを特徴とする請求項１３に記載の自己膨張式本体。
    

Images