(57)【要約】【課題】使用者に応じて適切な空気圧が自動設定されるものとする。【解決手段】空気袋１１，１２と、この空気袋を加圧するポンプ２０と、空気袋内の空気を排気する排気弁２２と、空気袋の内圧を検知する圧力センサ２１と、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなる。制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるとともに、間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了する。絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであることを特徴とする空気袋の空気圧調整装置。
【請求項２】
制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の１／２以下になった時点で排気減圧動作を終了するものであることを特徴とする請求項１記載の空気袋の空気圧調整装置。
【請求項３】
制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定していることを特徴とする請求項１または２記載の空気袋の空気圧調整装置。
【請求項４】
空気袋は枕用であって、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の空気袋の空気圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気袋の空気圧の調整、殊に枕やベッドなどに用いられる空気袋の空気圧の調整のための空気圧調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に理想的な寝姿勢は、自然に立ったときの姿勢で寝た状態と言われており、従ってこの状態を作ることができるふとんや枕が理想の寝具であり、このようなふとんであれば背骨の形を自然状態に保ち、また上記のような枕であれば頸椎の形を自然状態に保つ。
【０００３】
ところで、枕やふとんには、体圧分散機能の点から低発泡ウレタン、殊に低反発性のものを用いたり、空気圧調整が可能な空気袋が用いられている。また、空気袋を用いたものでは、圧力センサによる圧力フィードバックを受けて好ましいとされている絶対圧に空気圧を保つものや、独立し且つ個別に空気圧調整が可能な複数の空気袋で頭や身体を分散支持するものなどが提供されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枕について言えば、個人の頭の形状や頭の重さによって低発泡ウレタンを用いた物においてはいくつもの種類を用意する必要がある。
【０００５】
また、空気袋を用いた物においても人間の感覚の不正確さや単に圧力の検知による空気量のコントロールでは、その使用者に適合したものとすることはきわめて困難である。加えるに、たとえ調整できたとしても、枕であればその下のふとんやマットレスが変われば、その人に適合しないものになってしまう。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは使用者に応じて適切な空気圧が自動設定される空気袋の空気圧調整装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであることに特徴を有している。絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定するものである。
【０００８】
この場合、上記制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の１／２以下になった時点で排気減圧動作を終了するものを好適に用いることができる。
【０００９】
また、制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定しているものが好ましい。
【００１０】
更には、空気袋が枕用である時、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図３は本発明に係る空気袋を備えた枕１の一例を示しており、該枕１には人体の首部を支えることになる首部空気袋１１と、人体の頭部を支えることになる空気袋１２とが設けられている。図中１２は空気袋１１，１２の左右に配設されるサイドクッション、１４は表面に配設される表面クッションであり、枕１の側面には上記空気袋１１，１２に個別に接続されるとともに逆止弁を内蔵しているコネクター部１５が設けられている。
【００１２】
一方、上記空気袋１１，１２に空気を送って加圧するポンプ２０や空気袋１１，１２内の空気を排気して減圧する排気弁２２、空気袋１１，１２の内圧を検出する圧力センサ２１などは、コントローラ２に内蔵されており、これらポンプ２０と排気弁２２と圧力センサ２１は切換弁２３と上記コネクター１５に着脱自在に連結されるコネクター２９（図４参照）とを介して空気袋１１，１２に接続される。
【００１３】
また、上記コントローラ２は、その表面に配されたスイッチ２５，２６，２７の操作と圧力センサ２１で検出される圧力とに基づいてポンプ２０と排気弁２２と切換弁２３の動作を制御する制御回路を内蔵している。
【００１４】
そして、上記コントローラ２を枕１の空気袋１１，１２に接続し、使用者が枕１に頭を載せた状態でコントローラ２の表面に配設した自動スイッチ２５を操作すれば、制御回路は切換弁２３をまず頭部空気袋１２側に切り換えてポンプ２０を作動させることで、頭部空気袋１２を加圧し、次いで切換弁２３を首部空気袋１１側に切り換えて首部空気袋１１を加圧する。その後、制御回路は再度切換弁２３を頭部空気袋１２側に切り換えて排気弁２２を間欠的に開いて排気減圧を行い、次いで切換弁２３を首部空気袋１１側に切り換えて首部空気袋１１の排気減圧を行う。
【００１５】
この排気減圧の際に制御回路は空気袋１１，１２の内圧を適切な状態に調整するのであるが、この調整動作は次のようにして行う。
【００１６】
すなわち、最初の加圧に際しては、図１及び図５に示すように、圧力センサ２１で検出される圧力が予め定めた圧力Ｂになるまで加圧し、その時点でいったんポンプ２０を停止させる。この時、ポンプ２０の出口の圧力は空気袋１１（または１２）の内圧よりも高く、空気袋１１（１２）とポンプ２０の間に置かれた圧力センサ２１には空気袋１１（１２）の内圧よりも高い圧力が計測され、ポンプ２０を停止させれば、上記圧力勾配がなくなるにつれて圧力センサ２１で検出される圧力は低下する。従って一定の圧力Ｂまで空気袋１１（１２）を加圧するには、目標値Ｂまでの加圧を行ったときの圧力センサの実際の計測値（目標値Ｂ）と加圧停止後の所定時間Ｔ１が経過した後のポンプ２０から空気袋１１（１２）までの圧力が安定した時に測定される圧力Ｐｂとの差を計算し、加圧の目標値をＰｘ＝Ｂ＋（Ｂ−Ｐｂ）に修正して再度加圧を行い、圧力センサ２１での計測値が修正目標値Ｐｂに達したら加圧を終了する。この結果、加圧終了後の時間Ｔ１経過時の空気袋１１（１２）の内圧は当初の目標値Ｂにほぼ設定される。
【００１７】
このような加圧制御を行うことで、ポンプ２０の加圧能力のばらつきやポンプから空気袋１１（１２）までの流路の圧力損失、ポンプ２０が電池駆動される機器においては電池電圧の変化によるポンプ２０の加圧能力の変化等によらず、常に一定の内圧Ｂまでの加圧が可能になる。なお、圧力の測定は１回目の加圧を目標値Ｂまで行う途中でポンプ２０を停止させて行ってもよい。目標値Ｂは人体の毛細血管の血流が停止してしまう圧力より低い値に設定することで血行障害を生じさせることがなく調整が可能になる。
【００１８】
次に前述のように間欠的排気減圧を行うのであるが、この時、制御回路は排気弁２２を所定時間Ｔ２（たとえば１秒）だけ開き、その後、所定時間Ｔ３（たとえば２秒）だけ排気弁２２を閉じるという動作を繰り返すことで間欠的排気減圧を行う。ここで所定時間Ｔ３だけ待機するのは、排気弁２２が開いて大気に解放された状態においては、排気弁２２の排気口付近は大気圧になっていて、この大気圧から空気袋１１（１２）の内圧までの間で圧力の勾配ができており、この途中に圧力センサが存在しているために排気中および排気弁２２を閉じた直後においては正確な空気袋の内圧測定ができないからである。
【００１９】
そして、間欠的な排気減圧動作の排気動作直前に検出される圧力Ｐ０（加圧完了時の圧力）と、排気減圧を行ってから所定時間Ｔ３経過後の圧力Ｐ１（次の排気動作直前に検出される圧力）との圧力差ΔＰ０を制御回路は算出してこの値ΔＰ０を記憶する。
【００２０】
そして２回目の時間Ｔ２の排気減圧を行い、その後の時間Ｔ３経過後の圧力Ｐ２を測定して上記圧力Ｐ１との圧力差ΔＰ１を算出し、このΔＰ１が上記の初期圧力差ΔＰ０のＡ以下になったかどうかを判定する。Ａ以下になっていない時には再度時間Ｔ２の排気減圧を行い、その後の時間Ｔ３経過後の圧力Ｐ３を測定して上記圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ２を算出し、このΔＰ２が上記の初期圧力差ΔＰ０のＡ以下になったかどうかを判定するということを繰り返す。そしてｎ＋１回目（ｎは１以上の整数）の排気減圧を行った時の圧力差ΔＰｎが初期圧力差ΔＰ０のＡ以下になった時に減圧排気を終了する。値Ａは１より小さい値で空気袋１１，１２の形状や枕カバーの材質等に応じて実験により決定するが、通常はＡ＝１／２（好ましくは１／３）を用いることができる。従って、圧力差ΔＰｎが初期圧力差ΔＰ０の１／２以下になった時に減圧排気を終了する。なお、算出した圧力差ΔＰｎが０になってしまった場合や、圧力Ｐｎ＋１が１８ｍｍＨｇ以下になってしまった場合は、異常表示を行ったり、上記加圧動作からやり直すことが好ましい。また間欠的排気減圧を開始してからある時間（たとえば７０秒）を経過した後も排気減圧の終了に至らない場合は異常表示を行って動作を停止させてしまうことが好ましい。空気袋１１，１２に至る配管が折れ曲がってしまったりしていることが想定されるからである。
【００２１】
ここで空気袋１１，１２の空気が抜けて大気圧に近づくにつれて、１回あたりの排気減圧動作に伴う空気袋１１，１２の内圧変化が少なくなることから、圧力差△Ｐｎの値はｎが大きくなるにつれてゼロに近くなるが、上記の時点で排気減圧を終了することは、人体から空気袋１１，１２が離れようとする直前で排気減圧を終了することになる。つまり、図示例の枕の場合、首部の頸椎の自然状態を保持するのに適切な空気圧のところで排気減圧が終了することになる。しかも初期圧力差ΔＰ０は個人の頭の重さや形状によって変化する値であるが、この値を排気減圧の終了時の判断のパラメータとして用いていることから、個人の頭の重さや形状に応じた適切な空気圧（枕の高さ）で排気減圧を終了することになる。
【００２２】
加えるに、上記の圧力制御では、絶対圧による制御ではなく、圧力差による制御であるために、圧力センサ２１の絶対圧力の調整精度が低くても問題はなく、繰り返し精度も±１ｍｍＨｇ程度に抑えることができる。また、実際に使用しているふとんの柔らかさによる体の沈み込みも加味した自動調整がなされることになる。
【００２３】
前述のように、首部空気袋１１と頭部空気袋１２とを有するものにおいて、頭部空気袋１２から圧力調整（高さ調整）を行い、その後、首部空気袋１１の高さ調整を行っているが、これは首部空気袋１１の圧力調整を頭部空気袋１２の影響を受けることなく行うためである。
【００２４】
なお、コントローラ２に設けた高低調節スイッチ２６，２７は使用者が好みに応じて加圧や排気減圧を行って高さの微調整を行うためのものであり、これら調節時にはポンプ２０の動作や排気動作がどちらの空気袋１１，１２に対して行われているかが発光ダイオードなどからなる表示部２８で表示されるようにしてある。
【００２５】
ここでは枕に設けた空気袋について説明したが、腰枕や人体全体を支えるエアマットについても同様の制御を行うことで、人体を自然な状態で支えることができる。
【００２６】
また、単一のポンプ２０及び排気弁２２並びに圧力センサ２１で複数の空気袋１１，１２の調節を行うために切換弁２３を設けているものを示したが、空気袋の数に応じたポンプや排気弁や圧力センサを用いることで、たとえば頭部空気袋１２と首部空気袋１１との空気圧調節を同時に行うようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、空気袋と、この空気袋を加圧するポンプと、空気袋内の空気を排気する排気弁と、空気袋の内圧を検知する圧力センサと、圧力センサによる検知圧に基づいてポンプ及び排気弁を制御する制御回路とからなり、上記制御回路は空気圧調整にあたり、空気袋をいったん加圧した後に排気弁による排気減圧を間欠的に行わせるものであるとともに、空気袋に人体荷重が加わった状態での間欠的排気減圧の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差に応じて排気減圧動作を終了するものであるために、つまりは絶対圧ではなく、排気減圧時に圧力センサで検出される圧力低下の遅れを圧力差でみて、この圧力差に基づいて空気圧を決定するものであるために、圧力センサの絶対圧精度が低くても、実際に使用するふとんやマットレスのやわらかさによる沈み込みも考慮した空気圧調整を行うことができ、枕やエアマットとして構成する時、きわめて寝心地の良いものを得ることができる。ちなみに、このような制御を行った時、空気圧をほぼ２０ｍｍＨｇというきわめて好ましい値に調整することができる。
【００２８】
この場合、上記制御回路は間欠的排気減圧時の圧力差が初回排気減圧時の圧力差の１／２以下になった時点で排気減圧動作を終了するものを好適に用いることができる。使用者の頭部や身体の重さや形状に応じた適切な空気圧（高さ）に調整することが確実に行うことができる。
【００２９】
また、制御回路はポンプによる加圧動作を間欠的に行わせるとともに、初期加圧動作の停止直前もしくは停止直後の圧力と停止から所定時間経過後の圧力との圧力差から加圧動作停止圧力を決定しているものが好ましい。血行障害を生じさせてしまうことがなく且つ低すぎない圧力まで確実に加圧することができる。
【００３０】
更には、空気袋が枕用である時、首部を支える首部空気袋と、頭部を支える頭部空気袋とを備えており、制御回路は首部空気袋の加圧の後に頭部空気袋の加圧を行い、次いで頭部空気袋の排気減圧終了後に首部空気袋の排気減圧を行うものであることが、頭部及び首部の空気袋の空気圧の調整の点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。
【図２】同上のブロック図である。
【図３】同上の枕部の破断斜視図である。
【図４】同上のコントローラの正面図である。
【図５】同上の加圧時の動作のタイムチャートである。
【図６】同上の減圧時の動作のタイムチャートである。
【符号の説明】
１　枕
２　コントローラ
１１　空気袋
１２　空気袋
２０　ポンプ
２１　圧力センサ
２２　排気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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