JP5601489B2

JP5601489B2 - 空気封入式接触圧計測法

Info

Publication number: JP5601489B2
Application number: JP2009139649A
Authority: JP
Inventors: 幸哉小南
Original assignee: 株式会社エイエムアイ・テクノ
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP2010271294A

Description

産業上の利用分野

この発明は、衣服や用具を身に着けた際の生体へ圧迫や拘束圧、寝具や椅子を利用した際の体圧などの柔軟面への接触圧計測法に関するものである。

従来の柔軟面の接触圧計測は、柔らかい袋に少しの空気を封じ込め接触間に設置して受圧し計測する方法がある。それは水深圧で校正を行い再現性や計測精度が良いことを確認し、水を湯に変化させ熱影響も少ないと確認して解り易い計測法として使用されている。その計測は事前に受圧センサの袋に空気を入れチューブで圧力センサへ繋ぎ、それから受圧センサを部位に設置して、その上に計測対象を装着し計測し、それは１カ所の受圧センサに対し１個の圧力センサでの計測であった。

発明が解決しようとする課題

できれば安価で容易に圧力センサ１個で２カ所以上の計測を行え、繋がったチューブなどで日常行動を制限しないで経時変化を間歇的に計測できることが求められている。健康目的やむくみ対策などで近年強い圧迫の靴下や用具が多く出ているが、それらの圧迫の強さや効果を観るには、圧迫し始め時と圧迫を続けた時間、その圧迫強さ、効果時間などの相関や、生理的な変化、体形変化が計測値に表れ、用具の選択、評価、使用法などのパラメータとなる。従来１個の圧力センサで２ヵ所以上の計測する際は、一旦装着した被計測物を外し、受圧センサを他の部位に付け直し再装着して計測する必要があり、その際特に伸縮性がある繊維などを同じ状態に再装着するには、圧迫と摩擦で同じ位置に合わせることは非常に面倒である。用具装着の位置ズレ、素材の伸縮特性の変化、汗など湿気による素材と摩擦環境の変化、皺の状態の違いなどの要因で、それらの複合的に再現誤差が生じる。また、経時変化を計測するには、受圧センサと計測器本体がチューブで繋がった状態で行う必要があり日常行動を制限される。

課題を解決するための手段

１台の圧力センサで多点計測するには、すでに接触間に挟んだ袋１の受圧センサに、後から定量の空気を押し込んで圧力計測を行う手法である。数多くの受圧センサを各部位に着け１台の圧力センサで計測することが出来る。その機器構成として、図１、図６に示す接触圧を感知する柔らかく非伸縮性の膜でなる袋１にチューブ２が付いた受圧センサと、筒状の容積Ａを確保し側面に排気孔１４を設け、押しバネ１２で作動するコック１３が付いたピストン弁９が中空管７の口を塞ぐ状態に働き、排気孔１４を通過する位置まで駆動するシリンダ８と、そして大気との差圧計測する圧力計６で構成する。シリンダ８、圧力計６、接続口５は配管で繋がり、図７、図８に示す計測時は計測面Ｄと被計測物Ｃ間の袋１のチューブ２を接続口５に繋ぎ、コック１３を引き、そして放すことでピストン弁９が容積Ａの空気を押し出し圧力計６で計測する。前もって数個の受圧センサを各部位に付けてから被計測物Ｃを装着し順次計測する。その際、受圧センサのチューブ２端を被計測物Ｃの外にわずか出る程度の長さにしたり巻いて置くなど考慮する。また、経時計測も受圧センサを部位に付けた状態で置き、再度受圧センサと圧力計を接続して計測する。

作用

作用として、図１、図５、図６に示す袋１とチューブ２からなる受圧センサと、ピストン弁９と排気孔１４を備えたシリンダ８と、それに大気との差圧計測する圧力計６、または圧力センサを内蔵し表示部１５付の圧力測定器２２で構成している。受圧センサは、図１に示す非伸縮性の柔わかい膜からなる扁平状の袋１にチューブ２が繋がる。空気を押し込み送り出す装置のシリンダ８は、事前に受圧センサの袋１を例えば直径２０ｍｍで、加圧しない環境で厚み１ｍｍに膨らむ空気量の容積Ａを割り出しておく。図３に示すシリンダ８の機構は、中空で端に中空管７を介し接続口５を備え容積Ａの側面に排気孔１４を設け、コック１３が付いたロッド１０の中間にバネ固定板１１があり、先端にピストン弁９を備える。バネ固定板１１を支点に押しバネ１２によりピストン弁９が中空管７の口を押し塞ぐ状態にある。図８で示す押しバネ１２の強さは、計測圧力によって押されても中空管７への口を塞いだ状態を維持する。圧力計６とシリンダ８と接続口５は中空管７で繋がり、接続口５はチューブ２を接続・切り離しできる機構である。以上の構成で計測は図６に示す受圧センサの袋１を被計測物Ｃと計測面Ｄとの間に挟みチューブ２の端は接触外部に引き出し、図３、図７に示すチューブ２を接続口５に繋いだ後、コック１３を引張り力Ｉで引きピストン弁９の先端が排気孔１４を通過すると、容積Ａ、中空管７、チューブ２内などの空気を吸引し圧力計６は一時負圧を示すが０値Ｆで収まる。次に図８に示すコック１３を放し、ピストン弁９は容積Ａの空気を中空管７へ押し出しその口を塞ぎ、中空管７、圧力計６、チューブ２、袋１の内部に圧縮され、容積Ａより余分な空気は排気孔１４で出される。唯一袋１だけが変形し被計測物Ｃと計測面Ｄの接触間の圧迫された圧縮空気を圧力計６で計測する。その計測値は被計測物Ｃと計測面Ｄの接触力、柔らかさによる吸収、曲率、変形による互いの接触面のズレ応力が生じ摩擦などの影響を受けた値となり、許容誤差は袋１の膜素材と圧縮空気の厚みへの集中応力が生じた分であるが、極めて平坦な空気で受圧する計測法である。

実施例として、図１、図３に示す受圧センサは圧迫で広がらないように非伸縮性で極めて柔わかく計測精度を上げた薄い素材でなる膜からなる集中応力が生じにくい扁平状の袋１にチューブ２を備える。チューブ２は計測する圧力で潰れない自在に曲がり端は開放されている。空気を押し出す装置のシリンダ８は、事前に受圧センサの袋１を、例えば２０ｍｍの直径で加圧しない状態で厚みは１ｍｍ、または０．５ｍｍに膨ます空気量を容積Ａとし封入量に設定する。シリンダ８の機構は、筒状で端に中空管７を介し接続口５を備え、その端から容積Ａの側面に排気孔１４を設け、コック１３が付いたロッド１０の中間にバネ固定板１１を付け押しバネ１２が働き先端にピストン弁９を備える。図８に示すシリンダ８内とバネ固定板１１との間で押しバネ１２でピストン弁９が中空管７への孔を押し塞ぐ状態にある。押しバネ１２は中空管７からの計測圧力で押されても中空管７への口を塞いだまま維持する強さである。圧力計６、シリンダ８、接続口５は中空管７で繋がり、接続口５はチューブ２と接続・切り離しができる機構である。以上の構成で計測時は図６に示す被計測物Ｃと計測面Ｄとの間で圧迫した袋１のチューブ２の端を外部に出し、図７に示すチューブ２を接続口５に接続後、コック１３を指２１の引張り力Ｉで引き一体のピストン弁９の先端は排気口１４を通過する。この時の圧力計６の値は一時負圧になり０値Ｆに落ち着く。コック１３を放し図８に示すピストン弁９は中空管７への口を塞ぐ状態になる。その際に図７に示す余分な空気は排気孔１４で排出され容積Ａの空気を中空管７へ押し出し、被計測物Ｃと計測面Ｄに圧迫された袋１は圧縮空気Ｂとなり、チューブ２、中空管７の各内部が同圧となり圧力計６の計測値Ｇが計測される。

図２に示す受圧センサのチューブ２と接続口５の間に、接続部４を備えた中継チューブ３を設けることで、チューブ２が短い受圧センサで製作し部位に着けても妨げずに日常行動を行える間欠的な経時計測が可能となる。

シリンダ８のピストン弁９を図４に示す引きバネ１６でピストン弁９の可動することもできる。またエアポンプ、エアシリンダ、油圧シリンダや、磁力などの力でピストン弁９の可動ができる。

空気封入の容積Ａに加え、図９に示す容積Ａの半分の容積Ｅのシリンダ８など２個以上を備え、それらのシリンダ８と圧力計６と接続口５をそれぞれ中空管７で繋ぎ受圧センサの袋１の大きさの違いや、計測面Ｄの硬さの違いで空気封入量を適した量のシリンダ８のコック１３を引き空気封入量を選択できる。例えば小さい袋１には空気量を少ない方を選び、厚みも薄く集中応力が小さい。また計測面Ｄの柔らかさの違いでは、圧迫による袋１の沈みのあるなしで考え、マネキンなど硬い面には沈まないので半分の量を選択し、同じ体形の柔らかい生体は標準量を選び計測した場合、許容誤差が少なく比較できる。

図１４、図１５、図１６に示すシリンダ８側面に容積Ａより大きい容積の吸引容積Ｋの位置に吸引孔３３を設け、排気孔１４を指で塞ぎながらコック１３を引張り力Ｉで引き、ピストン弁９が吸引孔３３を通過まで吸引容積Ｋの吸引が行われ、チューブ２を介して袋１に残留した空気を吸引し負圧になり、吸引孔３３を通過した時点で吸引孔３３から大気が入り圧力が０値Ｆになる。排気孔１４の指を離し開放し、コック１３を放すとピストン弁９が容積Ａの空気を押し出す。これは受圧センサを常時計測ダミーなどに組み込んである場合などで、受圧センサに先に空気を入れ、後から被計測物Ｃを装着し圧迫掛かる計測で要いられる。排気孔１４を指ではなく半自動に作用する装置として、図１４、図１５、図１６に示すコック１３をケースフレーム３９の外部に出し、ケースフレーム３９の内側に軸受け４０を備え、アーム３５の中間に回転軸３６を設け先端に弁３４を備え、その反対の端に押しボタン３８を備え、弁押しバネ３７の作用により、計測時は図１４図、図１５に示す排気孔１４を塞いだ状態に弁３４が作用する。吸引後に図１６に示す押す力Ｌで押しボタン３８で作動させ回転軸３６で弁３４は排気孔１４を開放し、コック１３を放しピストン弁９を作動させることで容積Ａの空気を押し出す。

耐久性を考慮に於いて、袋１の保護と位置ズレ防止のために、図１３、図１７に示す接触間の被計測物Ｃと柔軟体３１の計測面Ｄとの間で互いのズレが生じる。それは被計測物Ｃの装着時、被計測物Ｃと計測面Ｄの圧迫による変形でその変形量の違い、互いの表面摩擦、発汗による摩擦増大など圧迫が強いほど袋１の破壊に繋がる影響が大きい。感度が良く薄く繊細な袋１は内部が空気層のため横ズレに対し耐久性が劣るため部位に着け方の考慮を要す。袋１と被計測物Ｃの間にカバーテープ２３で覆うことで、図１１、図１２、図１３で示す例えばフィルム材のカバーテープ２３は、袋１と接する非粘着面２４が同じくフィルム材の袋１とした場合、横ズレの力に対し摩擦が少ない場合横滑りする。袋１は計測面Ｄに対しほぼ垂直方向の厚み変形し力を受ける。それにはカバーテープ２３の周囲が粘着面２６で、中央部は接触する袋１のすべりや変形の自在性を考慮し袋１より一回り広い非粘着面２４にし、その中心にのぞき孔２５を設ける。袋１の中心にも印３２を付け、部位に着ける際は、のぞき孔２５から袋１の印３２を見ながら中心を合わせて着ける。

シリンダ８による空気封入の確認は、袋１を完全に潰し空気封入を行うプレス試験機で確認できる。図１０に示すダブルクリップ２７に丁番２８を固定材３０で付け、丁番２８の板の接触面に袋を傷めないように緩和材２９を貼る。ダブルクリップ２７の潰す強さは容積Ａの空気封入の操作後、袋１は潰れたままチューブ２、中空管７、圧力計６など配管内で圧縮され、袋１に空気が入らない強さである。プレス試験時は、緩和材２９間に袋１を挟みチューブ２を接続口５に接続し、コック１３で空気封入操作後に圧力計６にこの条件下での計測最大値Ｈが表示される。挟んだままで時間経過と共に計測最大値Ｈが下がる時は空気漏れの異常と判断でき、また封入操作を数回繰り返すことで空気封入量の再現性が計測値で確認できる。

発明の効果

以上により、靴下１８の計測では、図１７に示す事前に袋１とチューブ２でなる受圧センサ数個を下肢１７の各部位に付け靴下１８を着用し準備する。１個の圧力センサを備えた圧力測定器２２での計測は、部位に着けた受圧センサのチューブ２を接続部４に繋ぎ中継チューブ３を接続口５に接続、コック１３を引き空気封入操作を行い計測値Ｇが表示部１５に示す。計測操作を各受圧センサのチューブ２と接続し繰り返すことで多点計測が可能である。特に靴下１８で強い圧迫の口ゴム１９部のふくらはぎの周囲では、圧力値の違いは大きく、生体への圧力効果と靴下１８がずり落ちない程度の圧力、口ゴム１９の幅と接触面積との相関、それら摩擦との相関などが明らかにできる。また、経時変化は受圧センサを部位に着けたまま時間を置いて、再度受圧センサと圧力測定器２２を接続し計測して行う。また図１３、図１７に於いて圧迫が掛かる靴下１８など被計測物Ｃの着脱時に表面に強いせん断応力が生じる。非伸縮性で柔わかい膜の繊細な袋１を計側面Ｄに付ける際はカバーテープ２３にて保護し位置ズレ防止も兼ね不可欠である。

本発明の構成の断面図本発明の中継部を備えた構成の断面図本発明の空気封入操作途中の断面図本発明の引張りバネによる実施例の断面図本発明を圧力計測器の準備段階の外観図本発明の計測準備状態の断面図本発明の計測操作中の断面図本発明の計測時の断面図本発明のシリンダ８を２つ備えた断面図本発明のプレス試験時の断面図本発明の受圧センサとカバーテープの正面図本発明の受圧センサとカバーテープのＪ−Ｊの断面図本発明のカバーテープ使用時の計測部の断面図本発明の吸引機構の断面図本発明の吸引作用時の断面図本発明の吸引機構の空気封入時の断面図本発明の下肢に受圧センサを数個着け計測中の外観図

１は袋
２はチューブ
３は中継チューブ
４は接続部
５は接続口
６は圧力計
７は中空管
８はシリンダ
９はピストン弁
１０はロッド
１１はバネ固定板
１２は押しバネ
１３はコック
１４は排気孔
１５は表示部
１６は引きバネ
１７は下肢
１８は靴下
１９は口ゴム
２０は粘着テープ
２１は指
２２は圧力測定器
２３はカバーテープ
２４は非粘着面
２５はのぞき孔
２６は粘着面
２７はダブルクリップ
２８は丁番
２９は緩和材
３０は固定材
３１は柔軟体
３２は印
３３は吸引孔
３４は弁
３５はアーム
３６は回転軸
３７は弁押しバネ
３８は押しボタン
３９はケースフレーム
４０は軸受け
Ａは容積
Ｂは圧縮空気
Ｃは被計測物
Ｄは計測面
Ｅは半分の容積
Ｆは０値
Ｇは計測値
Ｈは計測最大値
Ｉは引張り力
Ｊは受圧センサとカバーテープの断面線
Ｋは吸引容積
Ｌは押す力

Claims

（イ）シリンダ８として、一方が塞がった中空管の端からの内部容積Ａの側面部に排気孔１４を備え、塞がった端に空気の流通口、及び受圧部である袋１のチューブ２端を接続・切り離しできる接続口５を有する。シリンダ８内に軸方向にスライドする弁にて容積Ａの空気を流通口から押出す機構で、その弁は常時流通口を押し塞ぐ状態を維持し、受圧した計測最大圧力による反発力が流通口からあっても塞いだ状態を維持する強さである。弁は連結されたコック１３を引く操作で流通口の塞ぎを解除できる機構である。
（ロ）容積Ａは、袋１に入れる空気量とし、接触圧測定時に袋１の厚みに掛かる集中応力が極めて少ない量とし、計測しようとする値に対し余力を持った量とする。袋１が被計測物と計測面の接触面間で完全に潰れた状態の時が最大測定範囲である。
（ハ）シリンダ８の流通口と接続口５の間の圧力を圧力計に導き、圧力計測する機能を有する。
（ニ）受圧部の手段として、袋１にチューブ２を備え、その袋１は柔軟性があり非伸縮性で潰れてもほとんど広がらない特性を持ち、チューブ２は最大計測圧でも潰れないが自在に曲がる特性である。
（ホ）（イ）（ロ）（ハ）（ニ）で構成され、計測は袋１が前記接触面間に袋全面を挟んだ状態で、シリンダ８の接続口５にチューブ２を接続し、コック１３を引く。ピストン弁９が排気孔１４を通過直前の工程では、袋１・チューブ２・中空管７・シリンダ８容積Ａの繋がった中空内容積が大きく拡がり、それらの内部は陰圧状態になる。
（ヘ）ピストン弁９が排気口１４を通過した時点で、排気口１４から大気がシリンダ８内へ入り、袋１・チューブ２・中空管７・シリンダ８の内部は大気圧に変わる。
（ト）コック１３を放した工程では、ピストン弁９が排気口１４に達し通過するまでは排気孔１４より空気が排気し、中空管７の口を塞いだ状態になるまでの工程で、容積Ａの空気が中空管７・接続口５・チューブ２・袋１へと押込み、唯一変形する袋１が押込まれた圧縮空気により接触面に直角方向に膨もうとする力が働く。その際、接触している力と接触する物の柔らかさに相関した力となり袋内部の空気が受圧し、袋１と中空で繋がった圧力計で計測する。それらの構成・工程を有する空気封入式接触圧計測法。
受圧センサのチューブ２と接続口５との間に、中継チューブ３を有した請求項１の空気封入式接触圧計測法。
容積Ａが異なったシリンダ８を２個以上備え、それぞれ中空管で繋がり、袋１の大きさや、測定値によって袋１への封入量を使い分けできる機構の請求項１の空気封入式接触圧計測法。
シリンダ８の容積Ａより大きい容積の吸引容積Ｋの側面に孔を設け、ピストン弁９が通過した工程で大気を吸引する機構で構成された請求項１の空気封入式接触圧計測法。
シリンダ８の排気孔１４を開閉できる機構を備え、袋１に残留した空気を吸引する機構を備えた請求項１の空気封入式接触圧計測法。
試験機として、ダブルクリップ２７に蝶番２８を付け、蝶番２８の接触面に緩和材２９で覆い、その蝶番２８のいたと板の間に袋１を全面接触するように挟む。クリップの強さは、袋１を完全と潰す強さである。シリンダ８の容積Ａを押込んだ際の最大圧力を知り、そのうえ受圧部の空気漏れを発見できる機能を有した請求項１の空気封入式接触圧計測法。