JP4122265B2 - ベッドパッドおよびこれを用いたベッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベッドパッドに関するもので、特にクッション層の下面に敷設された感圧センサによって人体からの心拍や呼吸の動きを検知することのできるベッドパッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーシートのウレタン部の下にセンサを配置するものは本出願人に係る先の出願によって公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２８２３５８号公報
【０００４】
図７は特許文献１記載の座席の構成図を示している。
図において、７０は座席、７１は振動検出手段、７２は表布、７３はウレタンフォーム、７４はシートスプリング、７５はシートフレームである。振動検出手段７１は、座席７０の人体との接触面から表布７２、ウレタンフォーム７３を介して一定距離ｒ以上離れた座席７０を構成するシートスプリング７４上に固定されている。ここで、ｒは、座席７０に着座した人体に振動検出手段７１の存在が人体に感じられなくなる距離で、振動検出手段７１の外郭の硬度が高いほど、ウレタンフォーム７３が柔らかいほど長くなる。
このように、ウレタン製の座席の表面から一定距離以上離れた部分に振動検出手段を固定し、振動検出手段の出力を処理して、その出力により座席上の人体の有無を判定するというもので、振動検出手段が人体との触面から離れて設置されているため、振動検出手段が剛体で構成されていても着座感に対する影響が少なくできる、というものである。
【０００５】
ところが、上記引用文献１記載の発明はカーシートに関するものであり、カーシートの場合、臀部から上体全部の体重が狭い臀部に集中するので振動検出手段をウレタン座席の下面に設けていても検出できるのであるが、この技術思想をそのままベッドに応用して見たところ、次のような問題点があることが判った。
図２は振動検出手段（圧電センサ）をベッドに用いた各種の実験例で、（ａ）は実験例１、（ｂ）は実験例２、（ｃ）が実験例３である。
図２（ｂ）において、２２はウレタン層から成るベッド、２３はウレタン層ベッド２２の下方に敷設された圧電センサで、ここでは特にコード状圧電センサ（後述）を用いている。Ｐはベッドに横臥している人体である。
コード状圧電センサ２３が下部に敷設されたウレタン層ベッド２２の上に人が横臥した状態で、コード状圧電センサ２３に得られる信号（人体の心臓から発せられる心拍）を検出して見たところ、コード状圧電センサ２３が検出した検出値は微かな値でしかなかった。
【０００６】
その理由は、ウレタン層ベッドの上に横臥すると、人体Ｐの背面側で凸部となっている部分、すなわち頭部Ｐ１と肩甲骨部Ｐ２と臀部Ｐ３と踵Ｐ４の部分が特にベッドパッドに強く当たるので深く沈みその他の部位はそれほど沈まないため、これら４点からの心拍振動だけが震動源となって下方に伝達されることとなり、その結果コード状圧電センサ２３といえども十分な信号として検出できなかったのではないかと本出願人は考えた。
そこで、増幅度を大きく上げたところ、逆に他のノイズ（外を通る自動車による振動、ベッドの近くを通る人の振動等）を多く拾ってしまい、カーシートでは実用化されていても、図２（ｂ）のベッドには実用的でないことが判った。
【０００７】
図２（ｃ）は（ｂ）の欠点をカバーするものとして本出願人が考えた実験例で、ウレタンベッド２２の上にコード状圧電センサ２３を敷設したものである。このようなベッドの上に横臥すると、センサは頭部Ｐ１と肩甲骨部Ｐ２と臀部Ｐ３と踵Ｐ４の部分からの心拍振動ばかりか、その他の部位である首部、腰部、大腿部、脹ら脛部などからの心拍振動をも確実に検出することができた。
ただ、直径数ミリのセンサケーブルの多数回曲折配置されたものの上に横臥することになるので、寝心地が悪く、これも実用化に問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、心拍振動を確実に検出ができると共に、寝心地も良いベッドバッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る請求項１記載の心拍検知可能なベッドパッドの発明は、低反発性ウレタン層と、該低反発性ウレタン層の下面に敷設された感圧センサとから成ることを特徴とする。
このように構成することにより、心拍振動等を確実に検出ができると共に、寝心地も良いベッドバッドが得られる。
請求項２記載の心拍検知可能なベッドパッドの発明は、低反発性ウレタン層と、該低反発性ウレタン層の下面に敷設された通常のウレタン製クッション層と、該クッション層の下面に敷設された感圧センサとから成ることを特徴とする。
このように構成することにより、心拍振動等を確実に検出ができると共に、寝心地も良いベッドバッドが低コストで得られる。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のベッドパッドにおいて、前記感圧センサが可撓性を有したコード状の圧電センサから成ることを特徴とする。
このようにすることにより、心拍振動等をさらに確実に検出ができるようになる。
請求項４記載のベッド要素の発明は、表面に凹凸の形成された剛性板と、該剛性板の上に載置された請求項１〜３のいずれか１項記載のベッドパッドから成ることを特徴とする。
このように構成することにより、心拍振動等をさらに確実に検出ができるようになる。
請求項５記載のベッドの発明は、ベッドフレームと、該ベッドフレームの上に傾斜可能に取りつけられた可動板と、該可動板の上に載置された請求項４記載のベッド要素とから成ることを特徴とする。
このように構成することにより、心拍振動を確実に検出ができると共に、寝心地も良い介護用のベッドが得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る心拍検知可能なベッド等について図面を参照して詳細に説明する。
まず、ここで使用するコード状圧電センサについて簡単に説明しておく。
コード状圧電センサは、本出願人によって実用的に開発されたピエゾ素子材料を用いたケーブル状のセンサで、その構成を図４に示す。
図において、６０がコード状圧電センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）６１と、この中心電極６１の周囲にピエゾ素子材料６２を被覆し、さらにピエゾ素子材料６２の周囲に外側電極６３を配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）６４で被覆して成るものである。
【００１１】
コード状圧電センサ６０は、使用温度が１２０℃まで可能な出願人独自開発の耐熱性を有する樹脂系材料をピエゾ素子材料６２に用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料（一軸延伸ポリ弗化ビニリデン）やピエゾ素子材料（クロロプレンと圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料）の最高使用温度である９０℃より高い温度域(１２０℃以下)で使用できる。そして、ピエゾ素子材料６２がフレキシブル性を有する樹脂と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電極から成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有している。
【００１２】
さらに、コード状圧電センサ６０は高分子ピエゾ素子材料並みの高感度であり、人体の挟み込みを検出するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）では、高分子ピエゾ素子材料並みの高感度を有している。それは本ピエゾ素子材料６２の比誘電率（約５５）が高分子ピエゾ素子材料（約１０）よりも大きいので、低周波数領域（１０Ｈｚ以下）でも感度の低下が小さいからである。
【００１３】
ピエゾ素子材料６２は、樹脂系材料と１０μｍ以下の圧電性セラミック粉末の複合体から構成され、振動検出特性はセラミックにより、またフレキシブル性は樹脂によりそれぞれ実現している。本ピエゾ素子材料６２は樹脂系材料として塩素系ポリエチレンを用い、高耐熱性（１２０℃）と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。
【００１４】
このようにして得られたコード状圧電センサ６０はピエゾ素子材料６２を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料６２に数ｋＶ/ｍｍの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料６２に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要である。この分極処理はピエゾ素子材料６２に中心電極６１と外側電極６３を形成した後、両電極に直流高電圧を印加することにより行われる。ピエゾ素子材料６２にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、本発明では一定長さのピエゾ素子材料６２に密着できる補助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出・回避して分極を安定化でき、これにより数１０ｍ以上の長尺化も可能になる。
【００１５】
また、コード状圧電センサにおいては、中心電極６１にコイル状金属中心電極を、外側電極６３にフィルム状電極（アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これによりピエゾ素子材料６２と電極の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケーブル状実装構成が可能になる。
中心電極６１は銅−銀合金コイル、外側電極６３はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムから成る三層ラミネートフィルム、ピエゾ素子材料６２はポリエチレン系樹脂＋圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率は５５、電荷発生量は１０−１３Ｃ（クーロン）/ｇｆ、最高使用温度は１２０℃となる。
【００１６】
図５はこのコード状圧電センサ６０に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。出願人がコード状圧電センサ６０の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、コード状圧電センサ６０に（ａ）のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が（ｂ）のような現象になる。
（１）すなわち、時刻ｔ０ではコード状圧電センサ６０に荷重が加わっていないときは、センサ出力は２（Ｖ）を示している。
（２）時刻ｔ１でコード状圧電センサ６０に一定方向に曲げ荷重を加えると、加わった瞬間からセンサ出力は４（Ｖ）に増加したあと直ぐに反転して０（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
（３）そのあと、曲げたままにしていてもセンサ出力は２（Ｖ）を示したままである。
（４）時刻ｔ３でコード状圧電センサ６０を元の状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は０．８（Ｖ）に減少したあと、直ぐに反転して２．２（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
このように、このコード状圧電センサは加速度に反応した出力を生じるため、力の加わった瞬間にのみ信号が出力され、その後、力が加えられつづけていても変動が無い限り、すなわち加速度がないともはや出力は出さない。同じく、力を除去したときもその瞬間にだけ出力が出るという特性を備えている。したがって、このコード状圧電センサをベッド下部に波状に曲折敷設しても、曲折した瞬間にはＯＮ状態になるものの、敷設完了後は出力は出さなくなる。そして、その後は、コード状圧電センサのどこか１部に力が加わったときにのみ出力を出すこととなる。
【００１７】
図２（ａ）は（ｂ）と（ｃ）の従来装置の欠点をカバーするものとして本出願人がさらに考えた実験例である。
図において、２１は低反発性ウレタン層から成るベッド、２３はその下方に敷設されたコード状圧電センサ、Ｐはベッドに横臥している人である。
これによれば、コード状圧電センサ２３がベッドに横臥している人Ｐから遠く離れているにもかかわらず、心拍振動を確実に検出することができた。
その理由は、低反発性ウレタン層２１を用いているために人体の背面側が頭から首、肩、背、腰、臀部、太股、ふくらはぎ、踵のすべての部位が均一に沈むので、図のように心拍振動が全体からコード状圧電センサに伝わるようになるためではないかと判断している。
【００１８】
図１は図２（ａ）の実験結果を基に考出した本発明に係るベッドの分解斜視図である。
図において、１０は本発明に係るベッドパッドで、低反発性ウレタン層１１とその下の通常のウレタン層１２とから構成されている。低反発性ウレタン層１１の厚みはベッドパッド１０の全体の厚みの１／２以下としてある。
２０はコード状圧電センサ敷設シートで、敷布のような布製シート２１とこの上に波形状に蛇行配置されたコード状圧電センサ２２とから構成されている。
３０は凹凸プラスチック板で、プラスチック板３２の表面に窪み３２１を多数設けることで、凹凸が形成してある。これの作用効果については後述する。
４０は大きなシーツ４１を２枚折りにして３辺をファスナー４２で開閉可能にできているカバー袋である。ファスナー４２を開いて、ベッドパッド１０、コード状圧電センサ敷設シート２０、凹凸プラスチック板３０の順で上から積み重ねた状態でこのカバー袋４０の中に収納し、ファスナー４２を閉めればベッドのクッション部が出来上がる。
５０はベッドフレームで、額縁状枠５１の中に支持板５２と５３を取り付け、支持板５２はモータ５４の作動で、図のように傾斜するようになっている。この支持板５２と５３の上に、上記カバー袋４０を載置することによって、ベッドが完成する。
【００１９】
ベッドパッド１０を構成する「低反発性ウレタン」と「通常のウレタン」について、ここで説明をする。
「低反発性ウレタン」は、ウレタンフォームの組成、すなわち、ポリイソシアネートの種類やポリオールの官能基数および水酸基価などを選択して、そのウレタンフォームが使用される温度（通常は室温）においてガラス転移が起こるように処方され、このガラス転移現象によって低反発性が付与されるようにして成るものである。
これに対して、「通常のウレタン」は、ウレタンフォームが使用される温度（室温）においてガラス転移が起こらないように処方され、したがって反発性の強いものとなっている。
【００２０】
両者の物性値は、つぎのようになっている。
通常のウレタンフォームは硬さに応じて三種類に分かれる。ソフトタイプとミディアムタイプとハードタイプである。
１）ソフトタイプのウレタンフォームは、密度２０±２ｋｇ／ｍ3 、硬度６±１．５、引裂強度０．２ｋｇ／ｃｍ以上、引張強度０．６ｋｇ／ｃｍ2 以上、伸長率１５０％以上、反発弾性３５％以上、残留歪６％以下である。
２）ミディアムタイプのウレタンフォームは、密度２０±２ｋｇ／ｍ3 、硬度１１±１．５、引裂強度０．２ｋｇ／ｃｍ以上、引張強度０．７ｋｇ／ｃｍ2 以上、伸長率１２０％以上、反発弾性３５％以上、残留歪６％以下である。
３）ハードタイプのウレタンフォームは、密度２１±２ｋｇ／ｍ3 、硬度１５±２．０、引裂強度０．２ｋｇ／ｃｍ以上、引張強度０．７ｋｇ／ｃｍ2 以上、伸長率１２０％以上、反発弾性３５％以上、残留歪６％以下である。
【００２１】
また、低反発性のウレタンフォームは、密度６５±１０ｋｇ／ｍ3 、硬度５．５±２．０、引裂強度０．２ｋｇ／ｃｍ以上、引張強度０．５ｋｇ／ｃｍ2 以上、伸長率１５０％以上、反発弾性５％以下、残留歪３％以下である。
なお、上記の密度および硬度はＪＩＳ−Ｋ６４０１により、引裂強度、引張強度および伸長率はＪＩＳ−Ｋ６３０１により、反発弾性および残留歪はＪＩＳ−Ｋ６４０１により測定したものである。
【００２２】
また、ベッドパッドは低反発性ウレタン層のみの構成としても良いが、図１のようにベッドパッド１０を低反発性ウレタン層１１と通常のウレタン層１２との２層構成としたのは、低反発性ウレタン層だけで所定の厚みを構成すると高価となりかつ沈みすぎて良くないからである。
そしてこの場合、所定の厚みの１／２弱を低反発性ウレタン層で構成し、この低反発性ウレタン層の下に通常のクッション材であるウレタン層を残りの厚みにして貼り付けたものを用いるのが良いことが判明した。
【００２３】
図３は、コード状圧電センサ敷設シート２０の検出感度を上げるため、（ａ）は凹凸板に，（ｂ）は平板にコード状圧電センサ敷設シート２０がそれぞれ敷設された概念斜視図を示している。
図（ｂ）のような平板３３の上にコード状圧電センサ３１が設けられた場合、コード状圧電センサ３１のうち図のハッチング部分Ｈが上から押圧されると、吹き出し図で拡大して示すように、押圧されたコード状圧電センサ部分が押圧される前の状態（点線）から下方向に加圧されるのでその変化のみが信号となって現れる。
【００２４】
これに対して、図（ａ）のような窪み３２１の設けられた凹凸板３２の上にコード状圧電センサ３１が設けられた場合、コード状圧電センサ３１のうち図のハッチング部分Ｈが上から押圧されると、吹き出し図で拡大して示すように、押圧されたコード状圧電センサ部分が押圧される前との上下方向変化が信号となって現れる他に、窪み３２１の上にある押圧されたコード状圧電センサ部分では、窪み３２１の縁で大きく曲げ変形が生じるので曲げ変形による信号も発生する。そして、上下方向変化によって生じる信号よりもむしろ曲げ変形によって生じる信号の方がはるかに大きな信号が得られることとなる。
したがって、コード状圧電センサの下には凹凸板を設けておくのが好ましい。
【００２５】
なお、ベッドパッドとして、低反発性ウレタン層の上下に通常のウレタン製クッション層が敷設されたサンドイッチ形のベッドパッドの下面に圧電センサを敷設する構成としてもよい。
【００２６】
本実施例のコード状感圧センサの出力信号に基づき、公知の信号処理を行ってベッドパッド上の人の心拍や呼吸を検出することができる。図６は、心拍や呼吸を検出するための検出ユニット１００のブロック図（ａ）と、心拍、呼吸および寝返り等の体動によるコード状感圧センサの検知信号からそれぞれのパルス化原理を説明する図（ｂ）である。
図６（ａ）において、１００は心拍や呼吸、寝返り等の検出ユニット、１０１はコード状感圧センサ（コード状圧電センサ）、１０２はフィルタ回路、１０３は増幅回路、１０４は計数回路、１０５は表示部である。
図６（ａ）に示したように、コード状感圧センサ（コード状圧電センサ）１０１が寝具上の人体の心拍、呼吸および寝返り等の体動により変形を受けると、コード状感圧センサ１０１から圧電効果による電圧が図（ｂ）の（Ａ）のような波形で発生する。すなわち、入床・寝返り・離床の場合は検出電圧の振幅が大きく、呼吸と心拍はそれよりかなり小さいが周期的でありしかも両者の周波数が異なる。このことに着目して、発生した電圧出力のうち心拍活動、呼吸活動および寝返り等の体動の少なくとも１つに対応した所定の周波数成分のみをフィルタ回路１０２が通過し、増幅回路１０３が増幅する。さらに、増幅回路の出力信号があらかじめ定められた閾値以上になる回数を計数回路１０４が計数することによって心拍数は図の（１）のように、呼吸数は図の（２）のように、そいして寝返り等の体動は図の（３）のようにしてそれぞれパルス化され、その回数が計算され、計数値が表示部１０５に表示される。
【００２７】
ここで、心拍数を計数する場合はフィルタ回路１０２の帯域設定を約０．７〜約２Ｈｚ、呼吸数を計数する場合は約０．１〜約０．５Ｈｚ、寝返り等の体動を計数する場合は約１〜約１０Ｈｚとする。心拍数を計数する場合に体動が生じると心拍より体動の方が出力信号レベルが大きいので、出力信号が乱れて誤動作につながる可能性があるが、心拍数を計数する場合に上限値と下限値を設けて、その範囲内に出力信号がある場合に心拍数に対応する所定の閾値を超えた回数の計数を行えばよい。呼吸数および体動回数を計数する場合も同様な手順で行なう。
【００２８】
尚、上記ではあらかじめ定められた閾値以上になる回数を計数することにより心拍数や呼吸数を計数したが、公知の他の方法、たとえば、コード状感圧センサ１０１の出力信号をマイコンでＡＤ変換してデジタルデータとし、前記デジタルデータの時系列データから自己相関係数を演算して心拍数や呼吸数を演算する方法を用いてもよい。
また、コード状感圧センサとして、コード状の圧電センサを用いたが、同軸状の静電容量センサやケーブル状の感圧抵抗型センサ等、振動検知可能な他のセンサを用いてもよい。また、ベッドパッドの下面に敷設して人体の心拍や呼吸による振動検知が可能であれば、ケーブル状のみならず、帯状やシート状の感圧センサを用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のようにベッドパッドを、低反発性ウレタン層と、該低反発性ウレタン層の下面に敷設された圧電センサとから構成したり、又は、低反発性ウレタン層と、その下面に敷設された通常のウレタン製クッション層と、該クッション層の下面に敷設された圧電センサとから構成したので、心拍振動を確実に検出ができると共に、寝心地も良いベッドバッドが得られた。
また、さらに、表面に凹凸の形成された剛性板を追加すると、心拍振動をさらに確実に検出ができるようになった。
このようなベッドパッドを用いてベッドを作ったら、寝心地も良い介護用ベッドが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベッドの分解斜視図である。
【図２】圧電センサをベッドに用いた各種の実験例である。
【図３】コード状圧電センサが、（ａ）は凹凸板に，（ｂ）は平板にそれぞれ敷設された概念斜視図を示している。
【図４】コード状圧電センサの構成図である。
【図５】コード状圧電センサに加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。
【図６】心拍や呼吸を検出するための検出ユニット１００のブロック図（ａ）と、心拍、呼吸および寝返り等の体動によるコード状感圧センサの検知信号からそれぞれのパルス化原理を説明する図（ｂ）である。
【図７】特許文献１記載の座席の構成図である。
【符号の説明】
１０ 本発明に係るベッドパッド
１１ 低反発性ウレタン層
１２ 通常のウレタン層
２０ コード状圧電センサ敷設シート
２１ 布製シート
２２ コード状圧電センサ
３０ 凹凸プラスチック板
３１ コード状圧電センサ
３２ プラスチック板
３２１ 窪み
４０ カバー袋
４１ シーツ
４２ ファスナー
５０ ベッドフレーム
５１ 額縁状枠
５２ 支持板
５３ 可動板
５４ モータ
１００ 心拍や呼吸等の検出ユニット
１０１ コード状感圧センサ（コード状圧電センサ）
１０２ フィルタ回路
１０３ 増幅回路
１０４ 計数回路
１０５ 表示部

Claims (5)

1. 低反発性ウレタン層と、該低反発性ウレタン層の下面に敷設された感圧センサとから成ることを特徴とするベッドパッド。
2. 低反発性ウレタン層と、該低反発性ウレタン層の下面に敷設された通常のウレタン製クッション層と、該クッション層の下面に敷設された感圧センサとから成ることを特徴とするベッドパッド。
3. 前記感圧センサは可撓性を有したコード状の圧電センサから成ることを特徴とする請求項１または２記載のベッドパッド。
4. 表面に凹凸の形成された剛性板と、該剛性板の上に載置された請求項１〜３のいずれか１項記載のベッドパッドから成ることを特徴とするベッド要素。
5. ベッドフレームと、該ベッドフレームの上に傾斜可能に取りつけられた可動板と、該可動板の上に載置された請求項４記載のベッド要素とから成ることを特徴とするベッド。

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