JPH10216105A - 寝姿勢計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベッド上に寝ている被験者の寝姿勢を、実時
間で、連続的に計測することができるようにする。 【解決手段】 ストリップ状薄鋼板１９の両面に、対の
状態で歪みゲージ１１、１１’を有するとともに、この
ような対の歪みゲージ１１、１１’をストリップ状薄鋼
板の長手方向に複数組有するテープセンサ１を設ける。
テープセンサ１に対して直交するように、かつ、その一
端部がベッド７の側端部に設けられた固定治具６にカン
チレバー状に取付けられる薄バネ鋼板５を設ける。この
薄バネ鋼板５の固定治具６への取付部近傍にテープセン
サ１との結合点（固定点）１５の沈み込み量を検出する
歪みゲージ５１を設ける。各歪みゲージ１１、１１’、
５１からのデータを基に演算処理を行ない、テープセン
サ１上の被験者の寝姿勢を算出する演算手段２を設け
る。演算手段２による演算処理結果を表示する表示手段
３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベッド上に寝てい
る人体の寝姿を計測する寝姿勢計測装置に関するもので
あり、特に、人体の寝姿をリアルタイムで、かつ、動的
に連続計測することのできるようにした寝姿勢計測装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のものとしては、例えば、
特開平４−１１０７０１号公報記載のものの如く、熱可
塑性樹脂シートを可塑性を有する状態に暖めておき、そ
の上に人体が寝ることによって上記樹脂シートに人体の
寝姿を転写し、この転写された樹脂シートが冷えてかた
まった状態のものを、後に所定の計測手段を用いて計測
するようにしているものがある。また、特開昭５９−２
４６１８号公報記載のものの如く、柔軟性袋内に型取り
用のビーズを封入しておき、この上に人体が寝ることに
よって寝姿勢が形成された状態において、空気を抜いて
型取りをし、この型を所定の計測手段を用いて計測する
ことによって寝姿を得る（計測する）ようにしているも
のがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ものは、いずれも、人体の寝姿について、一つの形態を
計測することができるにすぎない。従って、人間がベッ
ド上に寝ている状態において、例えば寝返りを打ったと
き等における寝姿勢について、ベッドの変形状態等を動
的に、かつ、連続的に計測することができない。このよ
うな問題点を解決するために、ベッドのクッション体上
に設置されるものであって、ベッド変形状態（沈み込み
量）に沿って変形するとともに、当該変形量を計測する
ことのできるようにしたテープセンサ等からなる寝姿勢
計測装置を提供しようとするのが、本発明の目的（課
題）である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては次のような手段を講ずることとし
た。すなわち、ベッド上に寝ている人体の寝姿を、連続
的に、かつ、実時間（リアルタイム）で計測することの
できるようにした寝姿勢計測装置に関して、薄鋼板の両
面に対の状態で歪みゲージを有するとともに、このよう
な対の状態の歪みゲージを上記薄鋼板の長手方向に複数
組有するようにしたテープセンサと、当該テープセンサ
に対して直交するように設けられるものであって、その
中央部付近において、上記テープセンサの端末部が固定
されるとともに、その一端部はベッドの側端部に設けら
れた固定治具にカンチレバー状に取付けられ、かつ、当
該固定治具への取付部近傍には上記テープセンサ固定部
（固定点）の沈み込み量を検出するための歪みゲージを
有する薄鋼板と、からなる構成を採ることとした。

【０００５】このような構成を採ることにより、本発明
のものにおいては次のような作用を呈することとなる。
すなわち、ベッドのクッション体上に本装置を設置する
とともに、テープセンサの長手方向を、被験者の脊柱に
沿うように配置することによって、当該ベッド上（テー
プセンサ上）に寝た状態の被験者（人体）の寝姿勢を実
時間（リアルタイム）で、かつ、ある一定時間内におけ
る寝姿勢の変化状態を連続的に計測することができるよ
うになる。すなわち、被験者がベッド上に寝ることによ
って、当該被験者（人体）の背面形態に沿って、上記ベ
ッドクッション体の表面及びテープセンサが変形をす
る。ところで、このとき、上記テープセンサには、その
表裏両面の適宜箇所に歪みゲージが装着されているの
で、上記被験者（人体）の背面形態等に応じた歪みが上
記テープセンサに取付けられた各歪みゲージにて検出さ
れる。そして、これらにデータ処理部を追加することに
よって、これら検出された各歪み量（εi ）を基に、所
定の演算式に基づいて、その点における曲率（Ｋi ）が
算出される。この曲率（Ｋi ）をテープセンサの固定点
を起点にして、その長手方向に順次積分処理を行うこと
によって、テープセンサの変形曲線が算出されることと
なる。

【０００６】また、このようにして算出されるテープセ
ンサ変形曲線の起点となる固定点のところには、被験者
の頭部が載ることとなり、この被験者の頭部の重みによ
って、上記固定点（起点）のところがベッドのクッショ
ン体内へ沈み込むこととなる。すなわち、変形曲線の起
点となる基準点がずれることとなる。この基準点のずれ
を補正するために、上記固定点のところを、上記テープ
センサと直交するように設けられるものであって、その
一端がベッド側端部に設けられた固定治具にカンチレバ
ー状に取付けられた薄鋼板に、所定の締結手段を用いて
結合（固定）するようにしている。そして、このような
薄鋼板のカンチレバー状固定部の近傍部のところに所定
の歪ゲージを設けることとしている。このような薄鋼板
がベッドのクッション体上に設置されることによって、
上記固定点の沈み込み量は、上記歪ゲージを介して、分
布荷重を受ける片持梁（カンチレバー）の撓み量として
算出される。そして、この撓み量をもって、上記固定点
の基準点（起点）修正が成されることとなる。

【０００７】また、本寝姿勢計測装置は、上記構成のも
のにデータ処理部を追加することによって、上記テープ
センサに取付けられた歪みゲージからの出力データを基
に、実時間（リアルタイム）で被験者の寝姿勢、すなわ
ち、ベッドクッション体の変形量（変形状態）を計測す
ることができるようになっている。従って、被験者が寝
返りを打った状態等におけるベッドの変形状態、あるい
はベッドクッション体のバネ特性の経時的な変化等を計
測することができる。また、これら計測データを基に、
これらに関する特性の解析及び評価をすることができる
ようになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１ないし図８を基に説明する。本発明の実施の形態にか
かるものの、その構成は、図１及び図２に示す如く、ス
トリップ状の薄鋼板１９の両面に対の状態で歪みゲージ
１１、１１’を有するとともに、このような対の状態の
歪みゲージ１１、１１’を上記ストリップ状の薄鋼板１
９の長手方向に複数組有するようにしたテープセンサ１
と、当該テープセンサ１に対して直交するように設けら
れるものであって、その中央部のところにおいて、上記
テープセンサ１の端末部が固定されるとともに、その一
端部はベッド７の側端部に設けられた固定治具６にカン
チレバー状に取付けられ、かつ、当該固定治具６への取
付部近傍には上記テープセンサ１固定点１５の沈み込み
量を検出するための歪みゲージ５１を有するストリップ
状の薄バネ鋼板５と、これら薄鋼板１９及び薄バネ鋼板
５に設けられた各歪みゲージ１１、１１’、５１からの
データを基に所定の形状予測法に基づく演算式に則って
演算処理を行ない、上記テープセンサ１上の被験者（人
体）の寝姿勢を算出する演算手段２と、当該演算手段２
による演算処理結果（算出結果）を所定のディスプレイ
上に表示する表示手段３と、からなることを基本とする
ものである。

【０００９】このような基本構成において、上記テープ
センサ１は、図３及び図４に示す如く、ステンレス鋼板
等からなるストリップ状の薄鋼板１９を基礎に、このス
トリップ状薄鋼板１９の表裏両面に、対の状態で歪みゲ
ージ１１、１１’が設けられるようになっているもので
ある。そして、この一対の歪みゲージ１１、１１’は、
上記ストリップ状薄鋼板１９の長手方向に、被験者（人
体）の頭部から脚部までの間に対応するように適宜数
（複数組）設けられるようになっているものである。ま
た、このような構成からなるストリップ状薄鋼板１９の
幅方向の両側面部には、ストリップ状薄鋼板１９と同様
の変形（たわみ変形）をするフレキシブルプリント基板
１８が設けられるようになっているものである。そし
て、このフレキシブルプリント基板１８のところに設け
られた各ターミナル１８１、１８１’のところに、上記
各歪みゲージ１１、１１’からのリード線が接続される
ようになっているものである。

【００１０】このような構成からなる本テープセンサ１
の一方の端末部は、本テープセンサ１と直交するように
設けられたストリップ状の薄鋼板あるいは薄バネ鋼板
（以下薄バネ鋼板という）５に固定されるようになって
いるものである（図１参照）。このストリップ状の薄バ
ネ鋼板５は、図１に示す如く、ベッド７のクッション体
７７上であって、その長手方向に直交するように設けら
れるとともに、その一端部がベッド７の側端部に設けら
れた固定治具６にカンチレバー状に取付けられるように
なっているものである。すなわち、本固定治具６に取付
けられる側とは反対の側の端部は自由端を形成し、ベッ
ド７のクッション体７７上に載せられた状態となってい
るものである。そして、このような薄バネ鋼板５の固定
治具６への取付部近傍には、後に述べるテープセンサ１
の固定点１５の沈み込み量を検出するための歪みゲージ
５１が設けられるようになっている。なお、このような
ストリップ状の薄バネ鋼板５のほぼ中央部のところは上
記テープセンサ１の端末部と給合されるようになってい
るものである。

【００１１】なお、このようなテープセンサ１の端末部
とストリップ状の薄バネ鋼板５との結合部の構造は、図
５及び図６に示すような構成となっている。すなわち、
上記テープセンサ１側には、本テープセンサ１を形成す
るストリップ状薄鋼板１９の端末部のところに、本スト
リップ状薄鋼板１９の長手方向に伸びた形態からなる長
穴１９５が設けられるようになっている。そして、この
ような長穴１９５を有する部分が上記ストリップ状の薄
バネ鋼板５と直交するように重ね合わされ、更には、上
記長穴１９５を介してボルト・ナット等からなる締結手
段９にて、両者１、５が結合（固定）されるようになっ
ているものである。すなわち、これら構成にて固定点１
５が形成されるようになっているものである。なお、こ
の長穴１９５を介して上記薄バネ鋼板５とテープセンサ
１の端末部とが結合されることにより、上記テープセン
サ１に異常に大きな荷重が加わった場合には、上記長穴
１９５のところにおいてテープセンサ１と薄バネ鋼板５
との間にて相対滑り運動が生ずることとなる。これによ
って、上記テープセンサ１に設けられた歪みゲージ１
１、１１’の破損が回避されるようになっている。

【００１２】また、このような固定点１５のところは、
図５及び図６に示す如く、全体が広い面積をもってスト
リップ状の薄バネ鋼板５とテープセンサ１とが接合する
ようになっているとともに、上記ストリップ状の薄バネ
鋼板５は薄い板厚を有するようになっているものである
ので、本ストリップ状の薄バネ鋼板５の板幅方向の側端
部５５と上記テープセンサ１の裏面側との接触するとこ
ろは、滑らかな変化面を形成することとなる。従って、
テープセンサ１の本接合部には、せん断力が生じないよ
うになり、歪みゲージ１１、１１’にはノイズ信号等が
入力しないようになる。

【００１３】このような構成からなるテープセンサ１及
びストリップ状の薄バネ鋼板５が、図１に示す如く、ベ
ッド７のクッション体７７上に設置されるとともに、上
記テープセンサ１に設けられた各歪みゲージ１１、１
１’及びストリップ状の薄バネ鋼板５のカンチレバー状
固定部の近傍に設けられた歪みゲージ５１（固定点１５
の沈み込み量計測用）が、図２に示すような回路にて結
合されるようになっているものである。そして、このよ
うな構成からなる上記テープセンサ１に設けられた各歪
みゲージ１１、１１’は、図２に示す如く、表面側の歪
みゲージ１１と裏面側の歪みゲージ１１’とが対の状態
に結合され、両者１１、１１’からの信号が差し引きさ
れた状態で差動アンプ２１に導入されて増幅されるよう
になっているものである。このような結合構造（回路構
成）を採ることによって、被験者のテープセンサ１上へ
の搭乗によって生ずるテープセンサ１全体の引張力の影
響が、演算手段２の演算部２２に入力されるデータには
及ばないようにしているものである。

【００１４】なお、このような構成からなる各歪みゲー
ジ１１、１１’からの入力信号を差動アンプ２１を経由
して入力するとともに、所定の演算法則に則って演算処
理をする演算部２２は、マイクロプロセッサユニット
（ＭＰＵ）を主体とするマイクロコンピュータ等からな
るものである。そして、これら演算部２２及び上記差動
アンプ２１をもって、本演算手段２が形成されるように
なっているものである。そして、このような演算手段２
にて所定の演算処理のなされた結果が、上記テープセン
サ１の各点の変形量、すなわち、ベッド７のクッション
体７７の変形量として表示手段３に表示されるようにな
っているものである。この表示手段３は、既存のモニタ
テレビ等のディスプレ装置からなるものであって、上記
演算手段２にて算出された結果（データ）を、実時間
（リアルタイム）で表示するようになっているものであ
る。

【００１５】また、このような構成からなる本テープセ
ンサ１において、図７に示すような人体の頭部等の置か
れる固定点１５については、当該頭部の重みによって、
その固定点１５がベッド７のクッション体７７側へ一部
沈み込むこととなる。従って、この沈み込み量を計測し
て、テープセンサ１にて計測されたデータの基準値を補
正してやる必要がある。すなわち、寝姿勢計測装置の起
点となる固定点１５の基準値（ゼロ点）を補正する必要
がある。そのため、ストリップ状の薄バネ鋼板５の固定
端近傍に歪みゲージ５１を設け（図１参照）、この歪み
ゲージ５１からのデータ（電圧）を、図８に示すような
相関関係に基づいて変換し、上記固定点１５における薄
バネ鋼板５のたわみ量を算出し、このたわみ量をもって
固定点１５における沈み込み量としている。この沈み込
み量分を補正することによってテープセンサ１の変形曲
線のゼロ点調整を行なうこととしている。

【００１６】次に、本実施の形態にかかるものの作動態
様について、その計測手順を主に説明する。まず、図１
に示す如く、ベッド７のクッション体７７上に上記構成
からなるテープセンサ１等からなる本寝姿勢計測装置を
設置する。このような状態において、図７に示す如く、
テープセンサ１の長手方向が被験者の脊柱に沿うよう
に、上記被験者（人体）を寝させる。これによって、ベ
ッド７上（テープセンサ１上）に寝た状態の被験者（人
体）の寝姿勢を実時間（リアルタイム）で、かつ、ある
一定時間内における寝姿勢の変化状態を連続的に計測す
ることができるようになる。すなわち、図７に示す如
く、被験者（人体）の背面形態に沿って、上記ベッド７
のクッション体７７表面及びテープセンサ１が変形をす
る。ところで、このとき、上記テープセンサ１には、そ
の表裏両面の適宜箇所に歪みゲージ１１、１１’が装着
されているので、上記被験者（人体）の背面形態等に応
じた歪みが上記テープセンサ１に取付けられた各歪みゲ
ージ１１、１１’にて検出されることとなる。これら各
歪み量（εi ）を基に、所定の演算式に基づいて、その
点における曲率（Ｋi ）が演算手段２にて算出される。

【００１７】なお、この演算処理に先だって、図２に示
す如く、所定の作動アンプ２１等を介して、各歪みゲー
ジ１１、１１’における計測データの修正処理及び増幅
処理が成される。このようにして調整されたデータを基
に、所定の形状予測法に基づく演算式に則って、演算処
理が行なわれる。この演算処理は、基本的には上記歪み
ゲージ１１、１１’にて計測された各歪み量（εi ）を
基に、その点の曲率（Ｋi ）を算出し、この曲率（Ｋi
）を、テープセンサ１の固定点１５を起点にして、そ
の長手方向に順次積分処理を行なうことによって、テー
プセンサ１の変形曲線を算出するようにしているもので
ある。なお、この演算処理（演算式）の詳細内容は、本
出願人が既に出願をしている特開平８−１２２００９号
公報記載の各数式に基づくものである。このようにして
算出されたテープセンサ１の変形曲線を所定の表示手段
３に表示させることによって、被験者の寝ているベッド
７のクッション体７７についての人間工学的な性能等が
解析及び評価されることとなる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ベッド上に寝ている人
体の寝姿を、連続的に、かつ、実時間（リアルタイム）
で計測することのできるようにした寝姿勢計測装置に関
して、薄鋼板の両側に対の状態で歪みゲージを有すると
ともに、このような対の状態の歪みゲージを上記薄鋼板
の長手方向に複数組有するようにしたテープセンサと、
当該テープセンサに対して直交するように設けられるも
のであって、その中央部のところにおいて、上記テープ
センサの端末部が固定されるとともに、その一端部はベ
ッドの側端部に設けられた固定治具にカンチレバー状に
取付けられ、かつ、当該固定治具への取付部近傍には上
記テープセンサ固定部の沈み込み量を検出するための歪
みゲージを有する薄鋼板と、これら各薄鋼板に設けられ
た各歪みゲージからのデータを基に所定の形状予測法に
基づく演算式に則って演算処理を行ない、上記テープセ
ンサ上の被測定人体の寝姿勢を算出する演算手段と、当
該演算手段による演算処理結果（算出結果）を所定のデ
ィスプレイ上に表示する表示手段と、からなる構成を採
ることとしたので、テープセンサの長手方向を、被測定
人体の脊柱に沿うように配置することによって、当該ベ
ッド上（テープセンサ上）に寝た状態の被測定人体（被
験者）の寝姿勢を実時間（リアルタイム）で、かつ、あ
る一定時間内における寝姿勢の変化状態を連続的に計測
することができるようになった。

【００１９】すなわち、本発明においては、被験者がベ
ッド上に寝ることによって、当該被験者の背面形態に沿
って、上記ベッドクッション体表面及びテープセンサが
変形をし、これによって、本テープセンサの表裏両面に
設けられた各歪みゲージから歪み量が検出され、この歪
み量を基に所定の演算式に基づいた演算処理が行なわ
れ、最終的にテープセンサの変形曲線が算出されるよう
になった。その結果、このテープセンサの変形曲線を所
定の表示手段に表示させることによって、被験者の寝て
いるベッド（クッション体）の人間工学的な性能等を解
析及び評価することができるようになった。また、本寝
姿勢計測装置は、上記テープセンサに取付けられた歪み
ゲージからの出力データを基に、実時間（リアルタイ
ム）で被験者の寝姿勢、すなわち、ベッドクッション体
の変形量（変形状態）を計測することができるようにな
っているものであるので、被験者が寝返りを打った状態
等におけるベッドの変形状態、あるいはベッドクッショ
ン体のバネ特性の経時的な変化等を計測することができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主要部を成すテープセンサ周りの全体
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の主要部を成すテープセンサに設けられ
た歪みゲージ、演算手段、及び表示手段についての結合
構造を示す回路図である。

【図３】本発明の主要部を成すテープセンサにおける歪
みゲージの配置状態を示す斜視図である。

【図４】本発明の主要部を成すテープセンサにおける歪
みゲージの配置状態を示す縦断面図である。

【図５】本発明の主要部を成すテープセンサの端末部に
おけるストリップ状の薄バネ鋼板（薄鋼板）との結合構
造を示す斜視図である。

【図６】本発明の主要部を成すテープセンサの固定点周
りの構造を示す縦断面図である。

【図７】本発明にかかる寝姿勢計測装置を用いての計測
状態を示す図である。

【図８】本発明にかかる沈み込み量計測用歪みゲージに
おける沈み込み量（撓み量）と歪みゲージ発生電圧との
間の相関関係を示す図である。

【符号の説明】

１ テープセンサ １１ 歪みゲージ １１’ 歪みゲージ １５ 固定点 １８ フレキシブルプリント基板 １８１ ターミナル １８１’ ターミナル １９ 薄鋼板（ストリップ状薄鋼板） １９５ 長穴 ２ 演算手段 ２１ 差動アンプ ２２ 演算部 ３ 表示手段 ５ 薄鋼板（薄バネ鋼板） ５１ 歪みゲージ ５５ 側端部 ６ 固定治具 ７ ベッド ７７ クッション体 ９ 締結手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄鋼板の両面に対の状態で歪みゲージを
   有するとともに、このような対の状態の歪みゲージを上
   記薄鋼板の長手方向に複数組有するようにしたテープセ
   ンサと、当該テープセンサに対して直交するように設け
   られるものであって、その中央部付近において、上記テ
   ープセンサの端末部が固定されるとともに、その一端部
   はベッドの側端部に設けられた固定治具にカンチレバー
   状に取付けられ、かつ、当該固定治具への取付部近傍に
   は上記テープセンサ固定部の沈み込み量を検出するため
   の歪みゲージを有する薄鋼板と、からなることを特徴と
   する寝姿勢計測装置。