JP6934710B2

JP6934710B2 - 乳幼児用睡眠パッド

Info

Publication number: JP6934710B2
Application number: JP2016171724A
Authority: JP
Inventors: 浩之赤津; 順八町; 重之足立
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: JP2018033835A

Description

本発明は、睡眠中の乳幼児の生体情報をモニターするために用いられる、乳幼児用睡眠パッドに関する。

睡眠中の乳幼児の呼吸や姿勢のような生体情報をモニターすることにより、乳幼児の異変を察知し適切に対処することは、乳幼児の健康と安全を守る上で非常に重要である。

例えば、特許文献１には、乳幼児に装着されたセンサーユニットから出力された信号を処理して、乳幼児の体温、心拍数、おむつ交換の頻度を評価し、スマートフォンやタブレット等の画面に、乳幼児の健康状態の良さの程度を示すインジケーターを備えたアイコンを表示させるプログラムが開示されている。

特開２０１６−１２３４３５号

特許文献１に記載の発明では、乳幼児の手又は足にセンサーユニットを装着する必要があり、そのようなセンサーユニットは、乳幼児の快適な睡眠を妨げる可能性が考えられる。また、睡眠中に乳幼児が自ら、手や足に装着されたセンサーユニットを取り外してしまう可能性も考えられる。

そこで本発明は、乳幼児の快適な睡眠を妨げることなく、睡眠中の乳幼児の生体情報をモニターするために用いられる、乳幼児用睡眠パッドを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、乳幼児用睡眠パッドであって、
前記パッドに設けられ、前記パッド上に寝かされている乳幼児の荷重を受けるコア部材と、
前記コア部材の下面に設けられ、前記コア部材が受けた乳幼児の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記コア部材よりも軟質な材料により形成され、前記コア部材及び前記複数の荷重検出器が前記パッドの上面及び側面から露出しないように前記コア部材及び前記複数の荷重検出器を被覆する周辺部材とを備える乳幼児用睡眠パッドが提供される。

第１の態様の乳幼児用睡眠パッドにおいて、前記コア部材は略矩形状であってもよく、前記複数の荷重検出器は前記コア部材の下面の四隅にそれぞれ設けられていてもよい。

第１の態様の乳幼児用睡眠パッドは、前記コア部材及び前記複数の荷重検出器が前記パッドの上面及び側面から露出しないように前記コア部材及び前記複数の荷重検出器を被覆し、且つ、前記周辺部材によって少なくとも部分的に被覆される中間部材をさらに備えてもよく、前記中間部材は前記コア部材よりも軟質、且つ、前記周辺部材よりも硬質な材料により形成されていてもよい。

第１の態様の乳幼児用睡眠パッドは、バッテリーと、前記荷重検出器の検出結果を記録する記録手段と、無線通信手段とをさらに備えてもよい。

第１の態様の乳幼児用睡眠パッドは、前記バッテリーに無線給電するためのアンテナ部をさらに備えてもよく、前記アンテナ部は、前記コア部材の上面に設けられた上アンテナと、前記コア部材の下面に設けられた下アンテナとを含んでもよく、前記上アンテナ及び前記下アンテナは、前記コア部材の面方向において対向するように配置されているコイルであってもよい。

本発明の乳幼児用睡眠パッドによれば、睡眠中の乳幼児の生体情報をモニターするために必要な荷重データを、乳幼児の快適な睡眠を妨げることなく取得することができる。

図１は、本発明の乳幼児用睡眠パッドの外観図であり、（ａ）は表面を示す図、（ｂ）は側面を示す図、（ｃ）は裏面を示す図である。図２は、図１（ｂ）のII−II線断面図である。図３は、図１（ａ）のIII−III線断面図である。図４は、図１（ａ）のIV−IV線断面図である。図５は、図１（ａ）のV−V線断面図である。図６は、乳幼児用睡眠パッドに無線給電している状態を示す断面図である。図７は、本発明の乳幼児用睡眠パッドと無線通信可能な外部装置の機能ブロック図である。図８は、本発明の乳幼児用睡眠パッドの変形例に係る図２相当の断面図である。図９は、本発明の乳幼児用睡眠パッドの変形例に係る図３相当の断面図である。

以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態に係る乳幼児用睡眠パッドついて説明する。なお、本実施形態において、「乳幼児」とは、乳児及び幼児を含む、小学校に未就学の子供を意味している。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されるように、本発明の実施形態に係る乳幼児用睡眠パッド１は、乳幼児をその表面に寝かせるためのパッド部１０と、パッド部１０に寝かされている乳幼児の荷重を検出するセンサ部２０とを備える。乳幼児用睡眠パッド１は、パッド部１０の裏面を下に向けた状態で、床や乳幼児用ベッドの底板等の硬い面に敷いて使用される。

パッド部１０は、平面視で略矩形状であり、表面に寝かされている乳幼児の身体全体が収まる程度の広さと、乳幼児の体重を支え得る厚みを有する。センサ部２０は、パッド部１０の四隅付近にそれぞれ配置された４つの荷重センサ２０ａ〜２０ｄから構成される。荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、パッド部１０の裏面から若干突出している。つまり、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの少なくとも下面は、パッド部１０の裏面から露出している。このため、乳幼児用睡眠パッド１を使用している状態では、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの下面が、床や乳幼児用ベッドの底板等の硬い面に直接接している。荷重センサ２０ａ〜２０ｄとしては、例えばビーム型ロードセル、ダイヤフラム型ロードセル、板状ロードセル等を用いることができる。また、荷重センサ２０ａ〜２０ｄには、パッド部１０の裏面から露出する底面に滑り止めを取り付けてもよい。当該底面には、滑り止めを取り付けるための凹部を設けても良い。これらの場合、乳幼児用睡眠パッド１を床等に敷いたときに、滑り止めの効果が得られる。

図２〜図５に示されるように、パッド部１０は、コア部材１２と、周辺部材１４とから構成される。コア部材１２は、パッド部１０の面方向及び厚み方向の中央部に配置されており、パッド部１０の表面に寝かされている乳幼児の荷重を受けて、その荷重を荷重センサ２０ａ〜２０ｄに伝えるための板状部材である。コア部材１２も略矩形状であり、その下面の四隅に荷重センサ２０ａ〜２０ｄがそれぞれ配置されている。なお、本実施形態では、図２及び図３に示されるように、荷重センサ２０ａ〜２０ｄはそれぞれ、コア部材１２の四隅からはみ出すように配置されているが、これには限られない。例えば、荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、コア部材１２の外周よりも内側に収まるように配置されてもよい。換言すれば、コア部材１２の外周が荷重センサ２０ａ〜２０ｄよりも外側に位置するように、荷重センサ２０ａ〜２０ｄを配置してもよい。コア部材１２は、例えば、カーボンファイバー、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の、硬質且つ軽量な素材で形成すると好適である。例えば、縦１３００ｍｍ、横６００ｍｍ、厚さ５．５ｍｍのＣＦＲＰ（ヤング率１３０ｋＮ／ｍｍ^２）では、５０ｋｇの均等荷重がかかった場合のたわみ量が３ｍｍ程度となる。このため、コア部材１２に例えばＣＦＲＰを用いる場合、コア部材１２の厚みを５．５ｍｍ以上とすると、乳幼児の体重を支えるのに十分な剛性が確保され好適である。また、コア部材１２は、軽量化のため、スリットや穴部、凹部が形成されていてもよく、メッシュ状に形成されていてもよい。なお、コア部材１２は、後述する周辺部材１４よりも硬質であればよく、鉄鋼やステンレス鋼等の素材で形成されてもよい。

一方、周辺部材１４は、硬質なコア部材１２及び荷重センサ２０ａ〜２０ｄが乳幼児用睡眠パッド１の上面及び側面から露出しないように、コア部材１２及び荷重センサ２０ａ〜２０ｄを被覆する部材である。周辺部材１４は、例えばゴムやウレタンのような、コア部材１２よりも軟質な素材によってコア部材１２よりも一回り大きく形成されている。なお、コア部材１２及び荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、乳幼児用睡眠パッド１の下面からは露出していてもよい。

図２、図４、及び図５に示されるように、コア部材１２の下面及び上面には、無線給電のためのアンテナ部として、下アンテナ３０ａ及び上アンテナ３０ｂが設けられている。下アンテナ３０ａ及び上アンテナ３０ｂは、コア部材１２の面方向の中央部において対向するように配置されたコイルである。図６に示されるように、乳幼児用睡眠パッド１は、裏面を下に向けた状態で充電モジュール１００の上に置くことにより、無線給電される。無線給電のため乳幼児用睡眠パッド１が充電モジュール１００の上に置かれた状態では、乳幼児用睡眠パッド１の下アンテナ３０ａが、充電モジュール１００のコイル部１１０と対向している。

また、充電モジュール１００の上に置かれた乳幼児用睡眠パッド１の上に、裏面を下に向けた状態で別の乳幼児用睡眠パッド１を置くことにより、別の乳幼児用睡眠パッド１に対しても無線給電することができる。このとき、下の乳幼児用睡眠パッド１の上アンテナ３０ｂと、上の乳幼児用睡眠パッド１の下アンテナ３０ａとが対向している。この状態において、下の乳幼児用睡眠パッド１の上アンテナ３０ｂは、上の乳幼児用睡眠パッド１に充電用電波を発信するアンテナとして機能しており、上の乳幼児用睡眠パッド１の下アンテナ３０ａは、下の乳幼児用睡眠パッド１から発信された充電用電波を受信するアンテナとして機能している。なお、下アンテナ３０ａと上アンテナ３０ｂとの間は、図示しない金属で一面アースし、下からの充電用電波を遮断するように構成してもよい。

図５に示されるように、コア部材１２の下面にはさらに、バッテリー４０、データロガー５０、及び無線通信部６０が設けられている。データロガー５０は、荷重センサ２０ａ〜２０ｄから出力された信号を荷重データとして記録する。そして、無線通信部６０は、データロガー５０に記録された荷重データを外部装置２００に対して無線で送信する。無線通信部６０は、例えばＷｉｆｉや、ＣＳＲｍｅｓｈ（登録商標）などの無線通信プロトコルに対応している。

図７に示すように、外部装置２００は、通信部２１０、入力部２２０、表示部２３０、報知部２４０、及び記憶部２５０と、これらを制御する制御部２６０とを主に備える。外部装置２００としては、例えば、スマートフォン、タブレット等の携帯型端末を利用することができる。通信部２１０は、Ｗｉｆｉや、ＣＳＲｍｅｓｈ（登録商標）などの無線通信プロトコルに対応した通信チップを含み、乳幼児用睡眠パッド１の無線通信部６０と無線通信可能である。通信部２１０は、乳幼児用睡眠パッド１の無線通信部６０から送信された荷重データを受信し、制御部２６０に出力する。入力部２２０は、制御部２６０に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、タッチパネル等にし得る。表示部２３０は、制御部２６０から出力される情報を表示するための液晶画面等の画面である。報知部２４０は、制御部２６０からの出力される情報に基づいて所定の報知を視覚的又は聴覚的に行うためのスピーカ等の装置である。記憶部２５０は、荷重データに基づいて生体情報を分析する際に使用されるデータ等を記憶するためのＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）である。

制御部２６０の機能は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が、記憶部２５０に格納されたプログラムを実行することにより実現される。制御部２６０は、重心位置算出部２７０と生体情報分析部２８０とを備える。重心位置算出部２７０は、通信部２１０が受信した睡眠中の乳幼児の荷重データ、即ち、乳幼児用睡眠パッド１の４つの荷重センサ２０ａ〜２０ｄがそれぞれ検出した荷重データに基づいて、乳幼児用睡眠パッド１における乳幼児の重心位置を算出する。

例えば、乳幼児用睡眠パッド１の中心部を原点とし長手方向にＸ軸、短手方向にＹ軸を取ったＸ−Ｙ平面上において、荷重センサ２０ａ〜２０ｄがそれぞれ座標（Ｘ_１１、Ｙ_１１）、（Ｘ_１２、Ｙ_１２）、（Ｘ_１３、Ｙ_１３）、（Ｘ_１４、Ｙ_１４）に配置されており、荷重センサ２０ａ〜２０ｄが検出した荷重がそれぞれＷ_１１、Ｗ_１２、Ｗ_１３、Ｗ_１４であった場合、乳幼児の重心Ｇの座標（Ｘ、Ｙ）は、次式により算出することができる。

重心位置算出部２７０は、上記の数式１、数式２に基づいて重心Ｇの座標（Ｘ、Ｙ）を所定のサンプリング周期Ｔで算出しながら、重心Ｇの座標（Ｘ、Ｙ）の時間的変動を求める。そして、生体情報分析部２８０は、重心位置算出部２７０が算出した、乳幼児の重心Ｇの座標（Ｘ、Ｙ）の時間的変動に基づいて、乳幼児の呼吸数や姿勢といった生体情報を分析する。

ところで、人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は、研究により、この内臓移動に伴って、重心Ｇが、背骨の延在方向（体軸方向）にほぼ沿って振動することを見出した（以下、「呼吸振動」と呼ぶ）。

したがって、重心位置が特定の方向に呼吸振動している場合、生体情報分析部２８０は、その特定の方向を乳幼児の体軸の方向とみなし、乳幼児用睡眠パッド１上の乳幼児の姿勢（体軸がベッドの長手方向に対して平行なのか、傾いているのか）を判定する。呼吸振動の方向は、例えば、呼吸振動の軌跡からある極値点と当該極値点の直前又は直後に現れる極値点とを特定し、両者を結ぶ軸を求めることにより特定することができる。また、生体情報分析部２８０は、体軸の方向を縦軸、時間軸を横軸として、重心Ｇの時間的変動をプロットし、極大値又は極小値の数をカウントすることにより、乳幼児の呼吸数を判定する。

そして、生体情報分析部２８０により乳幼児の姿勢や呼吸数が所定の条件を満たすと判定された場合、制御部２６０は、表示部２３０や報知部２４０を通じて、乳幼児の異変を外部装置２００のユーザに報知する。

以上のように、本発明の実施形態の乳幼児用睡眠パッド１では、乳幼児の荷重を検出するための荷重センサが、乳幼児に直接接触しないように、コア部材１２の下面に配置されている。このため、乳幼児の快適な睡眠を妨げることなく荷重データを取得することができる。そして、取得した荷重データを無線通信により外部装置２００に送信することにより、外部装置２００において睡眠中の乳幼児の生体情報をモニターすることができる。また、本発明の実施形態の乳幼児用睡眠パッド１は、全体的に軽量な素材から構成されており、硬質な材料からなるコア部材１２がむき出しにならないように、外側が軟質な材料からなる周辺部材１４で覆われている。このため、持ち運びが容易であり、安全に使用することができる。

次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態において、パッド部１０はコア部材１２と周辺部材１４とから構成されていたが、図８及び図９に示すように、コア部材１２と周辺部材１４との間に、コア部材１２と周辺部材１４とをつなぐ中間部材１６がさらに設けられていてもよい。この変形例において、中間部材１６は、パッド部１０の面方向及び厚み方向に関して、コア部材１２よりも外側、且つ周辺部材１４よりも内側に配置されている。コア部材１２がカーボンファイバーで形成され、周辺部材１４がゴム又はウレタンで形成されている場合、中間部材１５は、例えば硬質ゴムのような、ある程度の弾性を有し、コア部材１２より軟質、且つ周辺部材１４より硬質な材料により形成されている。また、この変形例において、荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、コア部材１２の下面及び中間部材１６の下面にわたって配置されている。コア部材１２と周辺部材１４とのつなぎの素材として中間部材１６を介在させることにより、軟質な材料で形成されている周辺部材１４がだれるのを防ぐことができる。これにより、周辺部材１４の外周部分が床や乳幼児用ベッドの底板等の硬い面に接し、荷重センサ２０ａ〜２０ｄが硬い面からのノイズの影響を受けることを回避できる。

なお、中間部材１６を用いる場合、周辺部材１４は、必ずしも図８、図９に示す如くコア部材１２及び中間部材１６の構造全体を隙間無く覆わなくてもよい。例えば、乳幼児用睡眠パッド１を床等に設置したときにコア部材１２及び荷重センサ２０ａ〜２０ｄが乳幼児用睡眠パッド１の上面及び側面から露出しないように、コア部材１２及び荷重センサ２０ａ〜２０ｄが中間部材１６によって被覆されている場合、周辺部材１４は、中間部材１６の角部や各辺のみを覆ってもよい。この場合においても、コア部材１２、荷重センサ２０ａ〜２０ｄ、及び中間部材１６は、乳幼児用睡眠パッド１の下面からは露出していてもよい。

上記実施形態において、周辺部材１４の厚みはほぼ均一に形成されているが、周辺部材１４の外周部分が、その他の部分よりも薄く形成されていてもよい。これにより、軟質な周辺部材１４の外周部分がだれて、床や乳幼児用ベッドの底板等の硬い面に接し、荷重センサ２０ａ〜２０ｄが硬い面からのノイズの影響を受けるのを防ぐことができる。或いは、乳幼児用睡眠パッド１に、硬い面からのノイズを検出するためのセンサをさらに設け、検出されたノイズを荷重センサ２０ａ〜２０ｄが検出した荷重からキャンセルしてもよい。

或いは、乳幼児の寝心地やホールド性を考慮して、周辺部材１４の外周部分が、その他の部分(中央部)よりも厚く(高く)形成されていても良い。

上記実施形態において、バッテリー４０、データロガー５０、及び無線通信部６０は、コア部材１２の下面に設けられていたが、コア部材１２の大きさに応じて適切な位置に配置されていればよく、例えばコア部材１２の側面や内部に配置されていてもよい。また、バッド部１０の面方向の中央部に配置されてもよく、それよりも外側に配置されてもよい。

上記実施形態では、コア部材１２の下面及び上面に、無線給電のための下アンテナ３０ａ及び上アンテナ３０ｂが設けられていたが、給電効率を上げるためのヨークがさらに設けられていてもよい。また、下に重ねられた乳幼児用睡眠パッド１の上アンテナ３０ｂから、上に重ねられた乳幼児用睡眠パッド１の下アンテナ３０ａに向けて、透磁率の高いパスが設けられ、磁束が効率的に上方に放射されるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、乳幼児用睡眠パッド１を充電モジュール１００上に平積みすることにより無線給電を行っていたが、これには限られない。例えば、乳幼児用睡眠パッド１を立てた状態で挿入可能な複数のスロットを備えたクレードル型の充電台を使用して、各スロットに挿入された乳幼児用睡眠パッド１に充電してもよい。この場合、パッド部１０の側面からは、クレードル型充電台との接点が露出していてもよい。クレードル型の充電台を使用する場合、上記実施形態のように乳幼児用睡眠パッド１を平積みした状態で充電する場合と比べて、充電のためのスペースを節約することができる。

上記実施形態では、４つの荷重センサ２０ａ〜２０ｄがパッド部１０の四隅付近にそれぞれ配置されていたが、パッド部１０に寝かされている乳幼児の重心位置を把握できるように荷重センサが配置されていれば、荷重センサの数は２個又は３個であってもよい。或いは、４つの荷重センサ２０ａ〜２０ｄの他に、追加の荷重センサが設けられていてもよい。この場合、パッド部１０に寝かされている乳幼児の重心位置をより正確に把握することができる。

上記実施形態において、外部装置２００の生体情報分析部２８０は、重心位置算出部２７０が算出した乳幼児の重心位置の時間的変動に基づいて、乳幼児の呼吸数や姿勢を判定していたが、これに限られず、乳幼児の心拍数を判定してもよい。この場合、例えば、荷重センサ２０ａ〜２０ｄから出力された荷重信号の各々から心拍の周波数帯域（約０．５Ｈｚ〜約３．３Ｈｚ）に含まれる心拍成分を分離し、分離した心拍成分に基づいて乳幼児の重心Ｇの座標を算出すればよい。そして、心拍成分に基づく重心Ｇの１分間あたりの振動数から、乳幼児の心拍数を算出すればよい。

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の乳幼児用睡眠パッドは、乳幼児の快適な睡眠を妨げることなく、睡眠中の乳幼児の荷重データを取得することができるので、睡眠中の乳幼児の生体情報をモニターするのに役立てることができる。

１乳幼児用睡眠パッド、１０パッド部、１２コア部材、１４周辺部材、１６中間部材、２０センサ部、２０ａ〜２０ｄ荷重センサ、３０ａ下アンテナ、３０ｂ上アンテナ、４０バッテリー、５０データロガー、６０無線通信部、１００充電モジュール、１１０給電用アンテナ、２００外部装置

Claims

乳幼児用睡眠パッドであって、
前記パッドに設けられ、前記パッド上に寝かされている乳幼児の荷重を受けるコア部材と、
前記コア部材の下面に設けられ、前記コア部材が受けた乳幼児の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記コア部材よりも軟質な材料により形成され、前記コア部材及び前記複数の荷重検出器が前記パッドの上面及び側面から露出しないように前記コア部材及び前記複数の荷重検出器を被覆する周辺部材と、
バッテリーと、
前記荷重検出器の検出結果を記録する記録手段と、
無線通信手段と、
前記バッテリーに無線給電するためのアンテナ部とを備え、
前記アンテナ部は、前記コア部材の上面に設けられた上アンテナと、前記コア部材の下面に設けられた下アンテナとを含み、
前記上アンテナ及び前記下アンテナは、前記コア部材の面方向において対向するように配置されているコイルである乳幼児用睡眠パッド。