(57)【要約】【課題】シート材に埋め込まれたり貼られたりしている配線を損傷させることなく、シート材に確実に取り付けることができる制御ボックスを提供する。【解決手段】制御ボックス１のハウジング１０に、シート材２が通過するスリットであって、上下の縁となる上壁の下端４３と、下壁の上端４４が湾曲しているスリット２０と、このスリット２０の内側に配置されたシート材２を固定するためのボス２５とを設ける。この構成により、スリット２０の内側でボス２５によりシート材２とハウジング１０を固定するので、下端４３および上端４４は凹凸が不要となり、曲率半径の大きな形状にし易いと共に、パッキン３７を取り付けることにより高い防水性を確保できる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線を備えたシート材の縁に、そのシート材を挟み込むように取り付けられ、内部に前記配線に接続される回路基板を収納可能なハウジングを有する制御ボックスであって、
前記ハウジングは前記シート材が通過するスリットであって、そのスリットの上下の縁が湾曲したスリットと、
このスリットの内側に配置された前記シート材を固定する手段とを備えている制御ボックス。
【請求項２】
請求項１において、前記スリットの上下の縁の少なくとも一方の側が弾性のある封止部となっている制御ボックス。
【請求項３】
請求項２において、前記スリットの上下の縁のうち、前記シート材の上側となる縁が前記封止部となっている制御ボックス。
【請求項４】
請求項１において、前記固定する手段は、前記ハウジングの内部に配置されている制御ボックス。
【請求項５】
請求項１において、前記固定する手段は、前記シート材の穴に差し込んで当該シート材を固定する突起である制御ボックス。
【請求項６】
請求項１において、前記回路基板を有し、この回路基板は前記配線の被覆材を固定する手段を備えている制御ボックス。
【請求項７】
請求項６において、前記ハウジングには、複数の前記回路基板が上下に積層して収納されており、前記配線と接続される前記回路基板は最下層に配置されている制御ボックス。
【請求項８】
請求項１に記載の制御ボックスと、この制御ボックスの前記ハウジングに挟み付けられるように取り付けられた前記シート材とを有し、前記ハウジングには回路基板が収納されており、前記配線が前記回路基板に接続されている入出力装置。
【請求項９】
請求項８において、前記シート材には前記配線に接続された圧電センサが配置されている入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線が埋め込まれたり、貼り付けられたりしているシート材を挟み込むように取り付けられる制御ボックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配線が埋め込まれたシート材を用いた製品として、電気カーペット、電気毛布、電気敷布などが販売されている。これらの製品は、配線を通じてヒータに供給する電力を制御する制御ボックスを有し、制御ボックスはシート材の縁に取り付けられている。制御ボックスの筐体またはハウジングは、上部ハウジングおよび下部ハウジングで構成されており、これらでシート材を挟み、さらに、シート材が通過するスリットの上下の縁に設けられた爪あるいは突起でシート材を噛むようにして固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気カーペット、電気毛布および電気敷布は比較的厚く、また、非常に柔らかい。したがって、爪や突起でシート材を挟んでも、シート材の内部に埋め込まれた配線を傷つける可能性はほとんどない。また、シート材自身に損傷を与える可能性もない。
【０００４】
これに対し、近年、圧力センサなどが作りこまれたセンサーシートが登場している。このセンサーシートのシート母材には、圧力センサとして動作する薄膜の半導体材料を所定の間隔で、所定の面が所定の方向を向くように支持するために、薄く柔らかいが、ある程度の形状を維持できるように比較的腰の強いプラスチック製のシートが採用されている。たとえば、複数の圧力センサが配置されたセンサーシートは、就寝者の呼吸状態を検出または監視する生体情報検出装置などのアプリケーションが考えられている。センサーシートを用いた生体情報検出装置は、それを寝具に敷設してその上に横たわった被験者の状態を圧力センサの出力を解析することにより判断し、病院であれば重篤患者の呼吸の有無を検出して緊急時に備えたり、睡眠時に無呼吸症候群の疑いのある患者の無呼吸回数の計測を行うことができる。
【０００５】
このようなセンサーシートを用いた装置においても、センサからの信号を配線を介して受信する制御ボックスが必要であり、生体情報検出装置であると、配線を損傷して断線したりするとその信頼性に大きな影響を与える。その一方で、ベッドを整えたり、装置自体が不要なときは、面積の大きなシート材を畳んでおけることが重要であり、その際、制御ボックスとシート材との境界部分は折れ曲がり易いので配線を損傷しやすい。特に、腰の強いプラスチック製の薄膜を急な角度で曲げると折れてしまったり、折れ目がついて、その個所が繰り返し曲げられることになるので、応力が集中して配線が損傷しやすい。
【０００６】
制御ボックスの内部にシート材が引き込まれるように開いたスリット状の開口の縁の部分の曲率を小さくし、曲率半径を大きくすると、シート材が急激に曲げられなくなるので、応力が集中するのを防止できる。しかしながら、スリットの縁の部分でシート材を挟み込み、その縁に設けた爪や突起などを用いてシート材を固定しようとすると爪あるいは突起を形成する部分が必要になり、さらに曲率半径も大きくしようとするとスリットの縁の部分の面積が非常に大きくなってしまい制御ボックスをコンパクトに纏めることができない。
【０００７】
一方、爪や突起のようなシート材を固定する手段を設けずにスリット状になった縁に部分で挟み込むだけでシート材に制御ボックスを取り付けることも可能である。しかしながら、シート材と制御ボックスとの間に負荷がかかると、その力は配線を介して制御ボックス内の端子台との接合部分に集中することになり、配線の接触不良の要因となる。
【０００８】
そこで、本発明においては、シート材に埋め込まれたり貼られたりしている配線を損傷させることなく、シート材に確実に取り付けることができ、さらに、シート材を挟み込んでいる部分に応力が集中しないようにすることができる制御ボックスを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の、配線を備えたシート材の縁に、そのシート材を挟み込むように取り付けられ、内部に配線に接続される回路基板を収納可能なハウジングを有する制御ボックスにおいては、ハウジングが、シート材が通過するスリットであって、そのスリットの上下の縁が湾曲したスリットと、このスリットの内側に配置されたシート材を固定する手段とを備えていることを特徴としている。この制御ボックスでは、爪や突起などの固定する手段をスリットの縁ではなく、ハウジング内に配置している。このため、スリットの縁には凹凸がなくなり、スリットの縁の幅が狭くてもその曲率半径を大きくできる。したがって、スリットの縁の部分でシート材が折り畳まれるようなことがあっても、応力が集中するのを防止できる。一方、シート材はハウジング内の固定する手段により固定されるので、シート材と制御ボックスとの間に力が加わっても、配線の接合部に無理な力が集中するのを防止できる。
【００１０】
したがって、シート材がプラスチック製などの薄く腰が強いセンサーシートのようなものであっても、折れ目が発生したりすることがなく耐久性が高く、その一方で、制御ボックスが挟み込んだ部分で容易にシート材を曲げることができる制御ボックスを提供できる。そして、挟み込んだ部分が鋭く曲がることがないので、配線が損傷することもない。このため、圧力センサなどを備えたシート材から、あるいはシート材に対して、制御ボックスからデータを入力または出力可能な、信頼性の高い入出力装置を提供できる。
【００１１】
本発明の制御ボックスでは、上述したようにスリットの縁に凹凸を設けなくても良い。したがって、スリットの上下の縁の少なくとも一方の側をゴムなどの弾性のある封止部とすることにより、スリットを密封することができる。センサーシートを生体情報検出装置として利用している場合は、センサーシートの上で寝ている被験者が失禁することもあり、シート材を制御ボックスに引き込むスリットの部分の耐水性を向上できることは非常に有効である。したがって、このようなアプリケーションでは、シート材の表面から水分が流れ込む危険が大きいので、スリットの上下の縁のうち、シート材の上側となる縁を封止部とすることが望ましい。
【００１２】
シート材を固定する手段の最も適したものは、突起であり、予めシート材側に突起を差し込む穴を設けておくことにより、シート材を傷めずに簡単に固定することができる。
【００１３】
さらに、配線が接続される回路基板にも、配線の被覆材を回路基板に固定する手段を設けておくことが望ましい。制御ボックスにシート材を固定し、さらに配線の被覆材を回路基板に固定することにより、２重に配線と回路基板との接続を保護することができる。したがって、万一、シート材がハウジングから外れるようなことがあっても、直ぐに配線と端子との間に無理な力が加わることはなく、配線接続が確実で安全性の高い制御ボックスを提供できる。このため、生体情報検出装置などのアプリケーションに適している。
【００１４】
また、ハウジング内に、複数の回路基板を上下に積層した状態で収納する制御ボックスにおいては、シート材の配線が接続される回路基板を最下層に配置することが望ましい。このように基板を配置にすると、シート材の下方に積み重なる回路基板が少なくなるので、シート材の下方側に突き出る制御ボックスの厚みを小さくできる。したがって、シート材をベッドなどに敷いたときに、制御ボックスのスリットとシートの高さがほぼ同じになり、シート材が制御ボックスの近傍で盛り上がるのを防止できる。したがって、シート材の曲がりが少なくなり、それに起因して無理な力がシート材と制御ボックスとの接続部分に作用しなくなるので配線の信頼性が高まる。また、上述した生体情報検出装置では、制御ボックスの近傍でも被験者が不快感を覚えることなくシート材の上に横たわることができるので、シート材の広範囲を有効に活用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１に、圧電素子を用いた圧力センサ（圧電センサ）７をアレイ状に配置したセンサーシート（シート材）２ａ〜２ｃと、それらを用いた生体情報検出装置３０とを示してある。この生体情報検出装置３０では、３枚のセンサーシート２ａ、２ｂおよび２ｃは、それぞれが同じ構成であり、それらを図面の横方向に連接して一枚の大きなシートアセンブル６０が形成されている。そのシートアセンブル６０の一方の縁６０ａに制御ボックス１が取り付けられている。
【００１６】
センサーシート２ａ、２ｂおよび２ｃ（以降では共通する構成の場合はセンサーシート２として参照する）は薄いプラスチック製のシートを母材として、圧力センサとなる圧電素子７を適当な間隔で規則的に配置したものであり、圧電素子７からの出力を取り出すための配線も同時に作りこまれている。したがって、シートに保持された圧力センサ７は、所定の位置あるいは間隔を維持した状態で、所定の向きで配置されることになる。このため、生体情報検出装置として用いると、多数の圧力センサを配置することにより、その上に横たわる被験者に直に圧力センサを取り付けなくても被験者の状態を把握することが可能となる。したがって、シートアセンブル６０は、セミダブルベッドなどに敷設し、その上に横たわる就寝者（被験者）６１の呼吸状態やその他の状態をシート２に配置された圧力センサ７でセンシングすることが可能である。制御ボックス１は、シート２の各々の圧力センサ７から集められた信号を記憶したり、それらの信号を解析して患者の状態を監視する。
【００１７】
そのため、シートアセンブル６０を構成する３枚のセンサーシート２ａ、２ｂおよび２ｃの出力Ａ、ＢおよびＣは、まず、制御ボックス１から最も離れたセンサーシート２ｃでは、各々のセンサー７からの信号Ｃが途中のセンサーシート２ｂおよびシート２ａの配線５を介して制御ボックス１に伝達され、センサーシート２ｂでは、センサー７からの信号Ｂが途中のセンサーシート２ａの配線４を介して制御ボックス１に伝達される。さらに、センサーシート２ａのセンサー７からの信号Ａは、そのまま、センサーシート２ａの中の配線３を介して制御ボックス１に集約される。
【００１８】
図２は制御ボックス１をシート材に取り付けた様子を斜視図を用いて示してある。制御ボックス１は、ほぼ方形で扁平なハウジング１０を備えており、その内部にシート材２ａに並列に配置された配線３、４および５がそれぞれ接続される回路基板３１と、電池３５と、その他の表示や操作に必要な電気部品が収納されている。ハウジング１０は、上部ハウジングまたは上側筐体１１と、下部ハウジングまたは下側筐体１２とで構成されており、これらが上下に組み合わさった状態では、四方の側面１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄのうち、２つの隣接した側面１０ａおよび１０ｂに、シート材２が通過してハウジング１０の内部に至るスリット２０が連続的に形成される。したがって、上部ハウジング１１および下部ハウジング１２により、シート材２ａを挟み込むようにハウジング１０をシート材２ａの縁（角）の部分２ｘに取り付けることにより、シート材２ａの配線３、４および５がハウジング１０に導入される。
【００１９】
ハウジング１０の上面１０ｅには、圧力センサからの信号Ａ、ＢおよびＣを記録するためのスイッチ１３およびスイッチ１４と、記録状況などを表示可能な液晶表示体１５が配置されている。スリット２０と反対側の側面１０ｃには、記録メディア１６を挿入するためのスロット１７が設けられており、側面１０ｄにはパーソナルコンピュータなどの外部の情報処理装置と接続可能な通信用のコネクタ１８が配置されている。したがって、圧力センサからの信号Ａ、ＢおよびＣは、記録メディア１６あるいは外部の情報処理装置に記録することができる。
【００２０】
図３に制御ボックス１のハウジング１０の内部の概略を断面図により示してある。また、図４にハウジング１０の上部ハウジング１１を外し、上方から見た様子を示してある。ハウジング１０の内部には、配線３、４および５が接続される回路基板３１、電池（バッテリー）３５が接続される回路基板３２、および液晶表示体１５を制御する回路基板３３が下から順番で積層された状態で収納されている。配線３、４および５が接続される３つのコネクタ３６が搭載された最下層の回路基板３１は、下部ハウジング１２の底面４９に複数のボス５３により支持されている。したがって、配線３、４および５は下部ハウジング１２の底面４９に近い高さで回路基板３１に接続することが可能であり、その高さに合わせてシート２を通過させるスリット２０が形成されている。
【００２１】
スリット２０の上方は、上部ハウジング１１の側壁４１の下端部分４３で構成されており、下端部分４３は側壁４１をハウジング１０の内側に大きな曲率半径で曲げた形状となっている。一方、スリット２０の下側は、下部ハウジング１２の側壁４２の上端部分４４で構成されており、上端部分４４は、大きな曲率半径を持った円柱状に近い形状に加工されている。したがって、スリット２０を構成する上下の縁４３および４４は、共に曲率半径が大きな形状であり、これらの端４３および４４に沿って、プラスチック製の薄膜であり腰が強いシート材２が曲がっても、端４３および４４に沿って湾曲するだけで、シート材２が折れ曲がったり、折れたりすることはない。本願の発明者らの実験によると、縁４３および４４の曲率半径を５ｍｍ以上（Ｒ５以上）とすることにより、シート材２が折れ曲がることを防止することが可能である。したがって、シート材２が折れ曲がって、その折れ曲がった部分が常にシート材２を折り畳むときに変形して配線３、４および５が損傷を受けて断線することはない。
【００２２】
スリット２０の上下の縁４３および４４のうち、上の縁４３には封止部材であるゴム製のパッキン３７が取り付けられている。このため、スリット２０の上方の縁は、実際には、側壁４１の下端４３に沿って湾曲したパッキン３７により構成されており、弾性のある封止部となっている。上方の壁端４３から下に伸びたパッキン３７により、パッキン３７が側壁４２の上端４４に密着するようになる。したがって、スリット２０でシート材２を挟むと、パッキン３７がシート材２に密着し、スリット２０を密封することができる。このため、制御ボックス１はシート材２を通すことができるスリット２０を備えているが、ハウジング１０の防水性は高く、水がシート材２の上にこぼれても、それがハウジング１０に侵入するのを防止できる。
【００２３】
また、下部ハウジング１２の側壁４２の上端４４の内側には、上部ハウジング１１の側壁４１の下端４３の内側に飛び出すように複数の突起（ボス）２５が形成されている。また、シート材２には、これらのボス２５の位置に、予め穴２７が開いており、シート材２の角２ｘをスリット２０からハウジング内に挿入すると、シート２の穴２７をボス２５に差し込むことができる。したがって、ボス２５により、シート材２が下部ハウジング１２に固定され、上部ハウジング１１を取り付けると、上部ハウジング１１の側壁４１によってシート材２が抜けにくくなる。そして、上部ハウジング１１の側壁の下端４３に貼り付けられたパッキン３７と下部ハウジング１２の側壁の上端４４によってシート材２が挟みこまれるので、シート材２が貫通するスリット２０を密封することができ、耐水性も高くなる。
【００２４】
このように本例の制御ボックス１では、スリット２０の上下の縁、すなわち、パッキン３７と下壁の上端４４の内側にボス２７を配置することにより、スリット２０の上下の縁となるパッキン３７あるいは上壁の下端４３と下壁の上端４４が平坦となり、非常にシールし易い形状となる。さらに、パッキン３７あるいは上壁の下端４３と下壁の上端４４を断面が一様な形状にできるので、大きなＲをとりやすい。すなわち、上壁の下端４３と下壁の上端４４とを、幅が狭くても曲率半径の大きな形状に成形することが容易であり、スリット２０を通過するシート材２０をスリット２０の入口で無理なく曲げることができる。
【００２５】
シート材２を用いた生体情報検出装置３０は、上述したように、病人や赤ちゃんのモニターとしても利用することが可能なものであり、使用状況によっては、シート材２に飲料を溢してしまったり、就寝者が失禁する可能性もある。したがって、耐水性が高いことは安定した動作を行うために重要なことである。また、ベッドに敷いて利用できるので、不要なときや、ベッドメイクのときは簡単に取り除けるということも利点である。その際、制御ボックス１との境界部分、すなわちスリット２０の前でシート材２は曲がりやすい。また、保管のために収納するときはシート材２をスリット２０の前で曲げてコンパクトにすることが多い。本例の制御ボックス１においては、そのようなケースで、シート材２がスリット２０の前で曲げられても、スリット２０の縁の形状にそって緩く曲がるだけであり、折り目がついたり、折れ曲がってしまうことはない。したがって、シート材２と共に配線３、４および５に折り目がついたり、折れ曲がったりすることはなく、応力が集中したり、同じ個所に繰り返し応力が加わることがない。このため、耐久性が高く、信頼性の高い生体情報検出装置３０として提供することができる。
【００２６】
さらに、配線３、４および５が接続された回路基板３１は、ハウジング１０の最下層に配置されている。したがって、回路基板３１とほぼ水平な、ハウジング１０の底４９に近い高さでスリット２０を通してシート材２を接続できる。シート材２と制御ボックス１０をベッド上に置いたときでも、制御ボックス１０のスリット２０の近傍でシート材２が盛り上がるのを防止できる。このため、制御ボックス１０の近傍に被験者が横たわったときに、被験者の体がシート材２に当って被験者が不快感を感じることが少ない。また、ベッド面とスリット２０との段差が小さいので、そのような状態でスリット２０の近傍でシート材２を下方に押し付ける力が働いてもシート材２の変形は小さい。したがって、被験者が制御ボックス１０の近傍に横たわっても配線３、４および５に対する負荷は小さく、断線の要因になることがない。
【００２７】
また、本例の制御ボックス１では、配線３、４および５が接続される回路基板３１に、リベットやクリップ５１を通すための複数の穴５２が形成されている。したがって、図５に示すように、配線３、４および５のカバー（被覆材あるいは絶縁皮膜）８に設けられた穴５５と回路基板３１の穴５２とに、リベット、クリップあるいはネジ５１などの金具を挿入することにより、回路基板３１とそれぞれの配線３、４および５を固定できる。このように、ハウジング１０に加えて、回路基板３１にも配線を固定する手段を設けておくことにより、さらに確実に配線３、４および５の断線を防止できる。万一、非常に強い力が働いてボス２５からシート材２が外れるような事態になったとしても、それ自体が、配線３、４および５が回路基板３１から外れてしまう原因にはならない。したがって、信頼性が高く、生体情報検出装置３０のように、不具合が発生すると生命に関わる問題が発生するような装置に好適な構成となっている。
【００２８】
なお、上記では、スリット２０の上下の縁となる上壁の下端４３および下壁の上端４４を湾曲させ、上壁の下端４３においては、その形状となるパッキン３７を取り付けてある。これに対し、パッキン３７として自己の形状を維持することができる程度に硬く、上端４４に接したときは十分に変形可能な材質のものを採用すると、図６に示すようにパッキン３７を円柱状などの曲率半径の大きな形状にすることによっても、スリット２０の縁の形状を曲率半径の大きな形状にすることができる。たとえば、図６（ａ）に示すように、上部ハウジング１１の側壁４１の先端部分４３を曲げずに、この部分４３を覆う円柱状のパッキン３７を取付けることができる。さらに、パッキン３７にヒレ状に突き出た部分３８を設けることにより、そのヒレ状の部分３８がさらに変形しやすい部分となり、その部分３８がシート材２や下側の端４４に接して密封性を向上することができる。また、パッキン３７および３８は弾性（可撓性）があるので、シート材２の配線３、４および５がシート材２の表面に貼り付けられていたり、シート材２との厚みの相違などからシート材２の表面に多少凹凸が発生する状態になっていてもパッキン３７および３８がそれに追従して変形するので十分なシール性を維持できる。また、パッキン３７および３８は配線３、４および５の形状にしたがって変形するので、配線自体を傷つけることはない。
【００２９】
また、パッキン３７の取付け方もさまざまであり、図３に示した例のように下端４３にパッキン３７を貼り付けたり、図６（ａ）に示した例のように、下端４３をパッキン３７で挟み込むようにして取り付けることができる。また、図６（ｂ）に示す例では、下端４３にスリット７１を設けて、パッキン３７の一部７２を挿入することにより取り付けている。さらに、パッキン３７の取り付け位置は、アプリケーションに応じては下部ハウジング１２の側壁４２の上端４４とすることも可能である。
【００３０】
また、上記では本発明に係る制御ボックス１を生体情報記録装置に使用した例を説明したが、センサーシートあるいはセンサーシートと同様に薄膜状で腰の強いシートに制御ボックスを取り付ける必要のある装置に対しては同様に有効なものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の制御ボックスにおいては、シート材を通すためのスリットの内側にシート材を固定する手段を設けることにより、スリットの縁を凹凸なくスムーズに湾曲できる構成にしている。これにより、スリットの縁を曲率半径が大きな形状にすることができ、また、パッキンなどの封止部を設けることができる。したがって、センサーシートなどのように薄膜状で、腰の強いプラスチック製のシート材に取り付けてもシート材を折り曲げることがなく、また、シート材を伝わってくる流体に対する密封性が高く、防水性に優れた制御ボックスを提供することができる。このため、本発明の制御ボックスを用いることにより、配線の断線やハウジングに侵入した水分に起因する故障のない信頼性の高い、生体情報記録装置などの入出力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御ボックスを用いた生体情報検出装置の例を示す図である。
【図２】本例の制御ボックスをシート材に取り付けた様子を示す斜視図である。
【図３】本例の制御ボックスの内部構成を示す断面図である。
【図４】本例の制御ボックスを上部ハウジングを取り外して見たときの図である。
【図５】回路基板と配線を固定する様子を示す図である。
【図６】円柱状のパッキンを取り付けた制御ボックスの例を示す図である。
【符号の説明】
１　　制御ボックス
２　　シート材
３、４、５　　配線
１０　　ハウジング
１１　　上部ハウジング
１２　　下部ハウジング
２０　　スリット
２５　　ボス
３１、３２、３３　　回路基板
３７　　パッキン
４３　　上の縁
４４　　下の縁
５１　　リベット
【図１】
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【図２】
2004031853.tif 000004
【図３】
2004031853.tif 000005
【図４】
2004031853.tif 000006
【図５】
2004031853.tif 000007
【図６】
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