JP6738086B2 - 体重測定機能付きエアマット装置及び体重測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、寝たままの状態で体重を測定することが可能な体重測定機能付きエアマット装置に関するものであり、さらには体重測定方法に関するものである。

空気圧式のエアセルを使用したマットレスは、体重や体型に応じて硬さ等を設定することができ、体圧分散性に優れることから、広く利用されている。また、例えばエアセルの膨張収縮を利用した波動動作を自動で行うことにより、体圧が同一部位に長時間集中しないようにすることができ、特に高齢者や病人のような寝たきり状態の使用者に好適である。

近年、この種のエアマット装置においては、さらなる高機能化が求められており、例えば体重測定機能も求められる機能の一つである。空気圧利用のマットレスは、利用者の体重・体型に適したエアセルの硬さ設定を行わなかった場合に、過度な沈み込みやマットレスが硬すぎることによる違和感が生じ、快適性が損なわれてしまうだけでなく、最適な体圧分散が得られないことがある。体重を測定し、それに応じてエアセルの調圧を行えば、このような問題を解消することができる。

体重測定機能としては、様々な方式のものが提案されており、例えば特許文献１や特許文献２には、エアセルの内圧を計測することで、体重測定を行うことが開示されている。

例えば特許文献１に記載される体重測定装置は、患者をエアマットで保持した状態で空気を排出してエアマットのマット内部圧力を漸次低下させ、エアマットの内部圧力とエアマットに加わる患者を含む荷重とが平衡状態におけるマット内部圧力に基づき患者の体重を求める、というものである。

特許文献２に記載される体重測定用ベットは、患者が横臥する寝具の下側に膨張・収縮が自在の主タンクを配設し、この主タンクに膨張・収縮が自在の標準タンクを開閉弁付きの管状体を介して連通するとともに、この管状体に差圧伝送器を設け、上記寝具上に患者が乗った際に、主タンクの内圧と標準タンクの内圧との間に生じる差圧から患者の体重変化を測定できるようにしたものである。

特開２００４−２７１３６８号公報 特許３６３７５５２号公報

しかしながら、身体が不自由な、特に寝たきりの高齢者や患者の体重を測定することにはかなりの困難が伴うことから、これら従来技術では、必ずしも十分とは言えない。例えば、特許文献１の体重測定装置の場合、エアマットを所定の圧力にした後、マットレス上に患者を仰向けの姿勢で横にする必要があり、体重測定のたびに患者をマットレスから下ろさなくてはならない。

特許文献２に記載される体重測定用ベットの場合、体重の変化量に関しては、患者を載せたままの状態で計測できるが、体重測定に関しては、主タンクの内圧に基づいて計測しており、先の特許文献１記載の発明と同様、患者をベットから下ろして調圧（基準となる内圧に調整）する必要があるものと考えられる。体重測定の際に、対象となる高齢者、患者等をベッドから下ろさなくてはならないとなると、本人のみならず、例えば介護者の負担も非常に大きくなり、その改善が望まれるところである。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、利用者（被測定者）がエアマット上に乗った状態であっても何度でも体重そのものの測定を行うことができ、利用者を測定の際にわざわざ動かす必要のない体重測定機能付きエアマット装置及び体重測定方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の体重測定機能付きエアマット装置は、それぞれ独立に内圧が制御される一対のエアマットを有し、これら一対のエアマットが重ねて配置されてなり、前記一対のエアマットを異なる内圧に調圧する調圧手段と、異なる内圧に調圧された一対のエアマット間を連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する機構と、前記一対のエアマットの少なくとも一方の内圧を計測する計測手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の体重測定方法は、それぞれ独立に内圧が制御される一対のエアマットを重ねて配置し、前記一対のエアマットを異なる内圧に調圧した後、これら一対のエアマット間を連通し、収束する内圧、若しくは一定時間後の内圧を計測することにより体重を測定することを特徴とする。

それぞれ独立に制御され、異なる内圧に調圧されたエアマット（ポンプマットとセンサマット）を連通することで、両マットは同一の内圧に収束する。その収束する内圧（若しくは、一定時間経過後の内圧）が、被測定者の体重によって異なることを利用し、体重を測定する。

本発明においては、異なる内圧に調圧される一対のエアマットを重ね、被測定者がマットに乗った状態で前記調圧を行うが、調圧から計測まで被測定者が乗った状態で行っても問題がない。

本発明によれば、利用者（被測定者）がエアマット上に乗った状態であっても何度でも体重そのものの測定を行うことができ、利用者を測定のたびにわざわざ動かす必要がない。

本発明を適用した体重測定機能付きエアマット装置の概略構成を分解して示す斜視図である。 エアマットの配置例を示す図である。 原理１における無負荷状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は連通前、（Ｂ）は連通後である。 原理１における軽負荷状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は連通前、（Ｂ）は連通後である。 原理１における重負荷状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は連通前、（Ｂ）は連通後である。 原理２における軽負荷状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は連通前、（Ｂ）は連通後である。 原理２における重負荷状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は連通前、（Ｂ）は連通後である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれエアマットの他の配置例を示す図である。 内圧測定の実験方法（原理１）を説明する図である。 原理１において、おもりの重さによる内圧変化を示す図である。 原理１における検量線を示す図である。 調圧の際の負荷の影響を調べる予備実験方法を説明する図である。 負荷の有無による内圧変化の相違を示す図である。 原理２において、おもりの重さによる内圧変化を示す図である。 原理１における検量線を示す図である。

以下、本発明を適用した体重測定機能付きエアマット装置及び体重測定方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

先ず、体重測定機能付きエアマット装置の構成であるが、本発明のエアマット装置は、それぞれ独立に内圧が制御される一対のエアマットを有し、これら一対のエアマットが重ねて配置されている。具体的には、図１に示すように、上から順に、メインマット１、高圧に調圧されるエアマット（ポンプマットと称する。）２、低圧に調圧されるエアマット（センサマットと称する。）３が重ねられ、これらがフレーム４に収容されている。各エアマット１〜３の配置を図２に示す。

前記メインマット１は、利用者が横になって休息するためのものであり、当該メインマット１が主体となって、体圧を分散し、快適な寝心地を提供する。このメインマット１は、他のエアマット（ポンプマット２やセンサマット３）とは独立に内圧が制御され、体重や体型等を考慮して所定の内圧に維持される。

一方、前記ポンプマット２及びセンサマット３は、体重測定のために設けられるものであり、これらを異なる内圧に調圧し、その後、連通することで体重の測定を行う。したがって、これらポンプマット２やセンサマット３には、これらエアマットを異なる内圧に調圧する調圧手段や、異なる内圧に調圧された一対のエアマット間を連通する連通手段、エアマットの少なくとも一方（ここではセンサマット３）の内圧を計測する計測手段（いずれも図示は省略する。）が設けられている。連通手段は、例えばポンプマット２とセンサマット３を繋ぐホースであり、その中途部に連通の遮断と開放を切り替える開閉手段が設けられている。計測手段は、前記センサマット３ではなくポンプマット２に接続してもよいし、連通手段に接続してもよく、構造等の観点からは、連通手段に接続することが好ましい。

次に、前記体重測定機能付きエアマット装置における体重測定方法について説明する。本発明の体重測定機能付きエアマット装置及び体重測定方法は、異なる内圧に調圧されたエアマット（高圧のポンプマット２と低圧のセンサマット３）を連通し、その収束する内圧（若しくは、一定時間経過後の内圧）を計測することで体重を測定する。

ここで、高圧のポンプマット２と低圧のセンサマット３の内圧は所定の内圧に収束するが、初期の内圧の設定により、体重の増加に伴って収束する内圧が高くなる場合（原理１）と、体重の増加に伴って収束する内圧が低くなる場合（原理２）とがある。

原理１の場合、体重測定の手順としては、先ず、連通手段を遮断した状態（閉状態）で、ポンプマット２を高圧に、センサマット３を低圧にする。ポンプマット２の設定内圧としては、例えば５０ｍｍＨｇ以上である。センサマット３の設定内圧としては、例えば５ｍｍＨｇ未満であり、０ｍｍＨｇであってもよい。ポンプマット２やセンサマット３の内圧を前記設定内圧とすることで、その上に利用者が乗っていても、体重測定に際して、その影響を受けることがない。

原理１の場合、体重測定の手順としては、先ず、連通手段を遮断した状態（連通前）で、ポンプマット２を高圧（５０ｍｍＨｇ以上）に、センサマット３を低圧（５ｍｍＨｇ未満）に調圧する。このような設定にすることで、利用者の体重の影響を受けることがない。例えばポンプマット２は、十分に高圧であるため、重負荷が掛かっても潰れることがない。十分に高圧にすることで、体重が軽くても、体重が重くても、ポンプマット２の内圧が同じであれば、その中の空気の容量は等しくなる。つまり、連通前におけるポンプマット２の内圧と容量（蓄えるエネルギー）は、体重の大きさによって左右されない。一方、センサマット３は、十分に低圧であるため、そもそも容量を持っていない。したがって、連通前のセンサマット３の内圧と容量（蓄えるエネルギー）も体重の大きさによって左右されることはない。

次いで、連通手段に設けられた開閉手段を開状態とし、ポンプマット２とセンサマット３とを連通状態とする。すると、高圧のポンプマット２の空気は、センサマット３に移動し、ポンプマット２の内圧は次第に低下するとともに、センサマット３の内圧は次第に上昇し、所定の内圧に収束する。この収束する内圧（一定時間経過後の内圧）は、利用者の体重によって異なる。連通後、前記両マットの内圧が変動すると同時に、体重の影響を受け始める。いずれのマットも、連通前は体重の大きさに関わらず同量のエネルギーを蓄えていたが、連通後は、両マットとも体重の大きさに応じた潰れ方をするようになる。すなわち、体重が大きければ大きいほど両マットは潰れ、体積は小さくなる。この時、連通前に持っていたエネルギーは体重の大きさに関係なく一定であるため、体積が小さい、すなわち体重が重いほど空気は圧縮され、内圧は高くなる。そこで、収束した内圧（一定時間経過後のセンサマット３の内圧）を計測し、予め求めておいた検量線と照らし合わせ、体重を算出する。

図３から図５は、体重測定方法の測定原理（原理１）を説明するための図であり、図３は無負荷、図４は軽負荷、図５は重負荷の場合をそれぞれ示す。

無負荷において、例えば連通前には、ポンプマット２内の空気容量が１０、センサマット３内の空気容量が０とする［図３（Ａ）］。この状態から連通すると、図３（Ｂ）に示すように、ポンプマット２内の空気は、ポンプマット２やセンサマット３の形状、容積に応じた比率で振り分けられる。例えば、ポンプマット２内の空気容量が６、センサマット３内の空気容量が４である。トータルの空気量は変わらないが、両者の内圧は等しくなる。

軽負荷Ｌを乗せた場合、連通前の状態は、無負荷の時と同じである。ポンプマット２内の空気容量が１０、センサマット３内の空気容量が０である［図４（Ａ）］。軽負荷Ｌが加わった場合、連通後はセンサマット３に空気が移動するが、軽負荷Ｌが加わっている分、センサマット３が潰れる。したがって、センサマット３の空気容量は、無負荷の時より少なくなる。同様に、ポンプマット２内の空気が移動することで、ポンプマット２の内圧は下がり、さらに軽負荷Ｌが加わったことで、ポンプマット２も潰れる。すなわち、ポンプマット２とセンサマット３のいずれもが軽負荷Ｌが加わったことで若干潰れ、容量は小さくなる。例えば、ポンプマット２内の空気容量が５、センサマット３内の空気容量が３である。もともと１０あった空気が８（５＋３）にまで圧縮されるため、連通後にセンサマット３の内圧が上昇する。

重負荷Ｈを乗せた場合には、ポンプマット２、センサマット３ともにさらに潰れることになり、容量は小さくなる。すなわち、トータルで１０あった空気は、より圧縮され、その結果、連通後の内圧は高くなる。

したがって、ポンプマット２を所定の内圧（空気容量）にした後に、ポンプマット２とセンサマット３の間を連通させ、連通後に収束するセンサマット３の内圧を計測すれば、体重に換算することができる。また、ポンプマット２の調圧の際に利用者の体重の影響を受けることがないので、一連の測定操作は、利用者がマットに乗ったままで行うことができ、測定に際していちいち利用者をマットから下ろす必要はない。

原理２の場合には、ポンプマット２の設定内圧は例えば５０ｍｍＨｇ以上とし、センサマット３の設定内圧は、例えば５ｍｍＨｇ以上、４０ｍｍＨｇ以下とする。その他は、原理１の場合と同様であるが、原理２の場合、体重の増加に伴い、収束する内圧は低くなる。

原理２においても、連通前のポンプマット２の内圧は十分に高圧であるため、重負荷が掛かっても潰れることがない。つまり、連通前におけるポンプマット２の内圧と容量（蓄えるエネルギー）は、原理1同様、体重の大きさによって左右されない。

これに対し、原理２のセンサマット３の内圧は体重の影響を受ける範囲であるため、調圧を行う際に掛かる負荷（体重）が重いほど、マットは潰れ容量は小さくなる。つまり、連通前のセンサマット３においては、同内圧であっても、その容量（蓄えるエネルギー）は体重が重いほど小さくなる。

連通後は、原理1同様、高圧のポンプマット２の空気は、センサマット３に移動し、ポンプマット２の内圧は次第に低下し、体重の影響を受け始めるが、原理２の条件では、そもそも連通前に蓄えているエネルギーが体重の影響を受けており、体重が重いほどエネルギーは小さくなっているため、連通後の収束する内圧も体重が重いほど、小さくなる傾向を示す。

すなわち、原理２においては、連通前の内圧の条件によって、連通後の体重の影響（重いほど内圧が上がる傾向）よりも、連通前のエネルギーの差（重いほど蓄えるエネルギーが小さい傾向）の方が支配的にすることで、原理１とは異なる傾向（重いほど、内圧は低くなる）を作り出すことができる。

図６及び図７は、体重測定方法の測定原理（原理２）を説明するための図であり、図６は軽負荷、図７は重負荷の場合をそれぞれ示す。

軽負荷Ｌを乗せた場合、連通前の状態は、ポンプマット２の内圧は５０ｍｍＨｇ、空気容量が７８、センサマット３の内圧は１０ｍｍＨｇ、空気容量が１７である［図６（Ａ）］。連通後はセンサマット３に空気が移動し、ポンプマット２とセンサマット３の内圧は等しくなり（５２．９ｍｍＨｇ）、ポンプマット２の空気容量は５５、センサマット３の空気量は２２である［図６（Ｂ）］。

重負荷Ｈを乗せた場合、連通前の状態は、重負荷Ｈの影響で、軽負荷Ｌの場合よりもポンプマット２、センサマット３の空気容量が小さくなり、ポンプマット２の内圧は５０ｍｍＨｇ、空気容量が７０、センサマット３の内圧は１０ｍｍＨｇ、空気容量が６である［図７（Ａ）］。すなわち、センサマット３には少量の空気が封入され、低圧に調圧されている為、体重の大きさの影響を受ける（体重が重くなると、センサマットの潰れが大きくなり、体積は小さくなる。）。

連通後はセンサマット３に空気が移動するが、負荷（体重）が重くなると、センサマットの体積が小さくなる為、ポンプマットからの空気の流入量は少なくなる。つまり、ポンプマットの空気量は体重が重いより多く残る（体積は大きくなる）。ポンプマット２の内圧は４９．８ｍｍＨｇ、空気容量が６０．５、センサマット３の内圧は４９．８ｍｍＨｇ、空気容量が１１である［図７（ｂ）］。

以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、各エアマットの配置は、種々の変更が可能である。図８は、メインマット１、ポンプマット２、及びセンサマット３の様々な配置例を示すものである。図８（Ａ）では、上からメインマット１、センサマット３、ポンプマット２の順に配置している。図８（Ｂ）は、一番上にポンプマット２を配置した例である。ポンプマット２の下にメインマット１を配置し、その下にセンサマット３を配置している。

図８（Ｃ）は、メインマット１を省略した例を示すものであり、ポンプマット２の下にセンサマット３を配置している。図８（Ｄ）は、ポンプマット３を２層のポンプマット２ａ，２ｂから構成したもので、これらポンプマット２ａ，２ｂ間にセンサマット３を挟みこんでいる。図８（Ｅ）もポンプマット３を２層のポンプマット２ａ，２ｂから構成した例であり、センサマット３を利用者が横になった時の身長方向に細長い複数（ここでは２つ）のエアセル３ａ，３ｂから構成し、身長方向と直交する方向において、これらエアセル３ａ，３ｂを両サイドに配置した例である。

以下、本発明を具体的な実験結果に基づいて説明する。

負荷（体重）によるセンサマットの内圧変化（原理１）
図９は、本実験において用いた装置の構成を示すものである。床面上にセンサマット３を置き、その上にポンプマット２を載置した。さらに、その上におもりＢを乗せた。センサマット３とポンプマット２間はホース５で連結し、その中途位置に開閉弁６及び内圧計測手段を設けた。

以上の構成において、ポンプマット２の設定内圧は９０ｍｍＨｇ、センサマット３の設定内圧は０ｍｍＨｇとし、測定の際に調圧した。

測定に際しては、種々の重さのおもりＢをメインマット１上に乗せ、開閉弁６を閉じた状態でポンプマット２及びセンサマット３の内圧を前記設定内圧に調圧した。次いで、開閉弁６を開け、ポンプマット２とセンサマット３間を連通させ、センサマット３の内圧の変化を計測した。おもりＢの重さを変えて計測した結果が図１０である。

センサマット３の内圧は、開閉弁６を開くと５０ｍｍＨｇ付近まで急激に上昇するが、その後は、おもりＢの重さに応じて収束していく。例えば、おもりＢが重い場合は高圧に収束し、おもりＢが軽い場合には低圧に収束する。この結果を基に、６０秒経過後のおもりＢの重さとセンサマット３の内圧をプロットし、検量線を作成した。検量線を図１１に示す。原理１の場合、おもりＢの重さの上昇に伴って収束する内圧も上昇している。この検量線に基づいて利用者の体重を計測したところ、通常の体重計と同等の体重測定を行うことができた。

利用者が乗ったままでも影響を受けないことの検証実験
図１２に示すように、２０ｍｍＨｇに調圧した第１のエアマット１１の下に第２のエアマット１２を配置し、第２のエアマット１２にポンプ１３を接続した。第２のエアマット１２については、初期状態では、その空気を完全に抜いておいた。

次いで、おもりＢを乗せ、一定の負荷を与えた状態で第２のエアマット１２に空気を送り込んだ。負荷の大きさ（おもりＢの重さ）を２０ｋｇから１００ｋｇまで変えて同じ実験を行い、負荷の大きさ（おもりＢの重さ）によって空気充填量がどのように変化するか測定を行った。結果を図１３に示す。

第２のエアマット１２の内圧が５０ｍｍＨｇ以下では、おもりＢの重さによって内圧の挙動が異なり、空気充填量がおもりＢの重さの影響を受ける。これに対して、第２のエアマット１２の内圧が５０ｍｍＨｇを越えると、おもりＢの重さによらず、第２のエアマット１２の内圧変化はほとんど同じである。このことは、おもりＢの重さによらず空気充填量を一定にでき、おもりＢを乗せたままでもその影響を受けることなく第２のエアマット１２の調圧が可能であることを示している。

負荷（体重）によるセンサマットの内圧変化（原理２）
使用した装置の構成は、原理１の場合と同様である。ポンプマット２の設定内圧は７０ｍｍＨｇ、センサマット３の設定内圧は１０ｍｍＨｇとし、測定の際に調圧した。

ポンプマット２とセンサマット３間を連通させ、センサマット３の内圧の変化を計測した結果を図１４に示す。また、検量線を図１５に示す。原理２の場合、おもりＢの重さの上昇に伴って収束する内圧は低下している。

１ メインマット
２ ポンプマット
３ センサマット
４ フレーム

Claims (15)

1. それぞれ独立に内圧が制御される一対のエアマットを有し、これら一対のエアマットが重ねて配置されてなり、
   前記一対のエアマットを異なる内圧に調圧する調圧手段と、異なる内圧に調圧された一対のエアマット間を連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する機構と、前記一対のエアマットの少なくとも一方の内圧を計測する計測手段とを備えることを特徴とする体重測定機能付きエアマット装置。
2. 前記一対のエアマットは、高圧に調圧されるポンプマットと、低圧に調圧されるセンサマットであり、それぞれ１以上のエアマットから構成されることを特徴とする請求項１記載の体重測定機能付きエアマット装置。
3. 内圧が一定に維持されるエアマットをメインマットとして備えることを特徴とする請求項１または２記載の体重測定機能付きエアマット装置。
4. 上からメインマット、ポンプマット、センサマットの順に重ねて配置されていることを特徴とする請求項３記載の体重測定機能付きエアマット装置。
5. 上からメインマット、センサマット、ポンプマットの順に重ねて配置されていることを特徴とする請求項３記載の体重測定機能付きエアマット装置。
6. 上からポンプマット、メインマット、センサマットの順に重ねて配置されていることを特徴とする請求項３記載の体重測定機能付きエアマット装置。
7. ポンプマットが２つのエアマットから構成され、これらエアマット間にセンサマットが挟み込まれるように配置されていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の体重測定機能付きエアマット装置。
8. 前記センサマットは、寝姿勢時の身長方向に細長い複数のエアセルから構成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載の体重測定機能付きエアマット装置。
9. それぞれ独立に内圧が制御される一対のエアマットを重ねて配置し、
   前記一対のエアマットを異なる内圧に調圧した後、
   これら一対のエアマット間を連通し、収束する内圧、若しくは一定時間後の内圧を計測することにより体重を測定することを特徴とする体重測定方法。
10. 前記一対のエアマットは、高圧に調圧されるポンプマットと、低圧に調圧されるセンサマットであることを特徴とする請求項９記載の体重測定方法。
11. 前記収束する内圧、若しくは一定時間後の内圧は、体重の増加に伴って高くなることを特徴とする請求項９また１０記載の体重測定方法。
12. 前記ポンプマットの内圧を５０ｍｍＨｇ以上とし、センサマットの内圧を５ｍｍＨｇ未満とすることを特徴とする請求項１１記載の体重測定方法。
13. 前記収束する内圧、若しくは一定時間後の内圧は、体重の増加に伴って低くなることを特徴とする請求項９また１０記載の体重測定方法。
14. 前記ポンプマットの内圧を５０ｍｍＨｇ以上とし、センサマットの内圧を５ｍｍＨｇ以上、４０ｍｍＨｇ以下とすることを特徴とする請求項１３記載の体重測定方法。
15. 各エアマットの調圧から内圧の計測まで、被測定者が乗った状態で行うことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項記載の体重測定方法。

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