(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物の空気圧制御方法であって、
柔軟構造物の高さ指令値及びコンプライアンス指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧指令値が抽出される空気圧指令値抽出ステップと、
前記空気圧指令値抽出ステップからの空気圧指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御するように圧縮空気を入出力する空気圧制御ステップと
よりなることを特徴とする柔軟構造物の空気圧制御方法。
【請求項２】
空気圧制御ステップとして、空気圧指令値抽出ステップからの空気圧指令値と各空気袋ユニットの空気圧との圧力制御誤差に基づいて制御する空気圧制御ステップを用いることを特徴とする請求項１に記載の柔軟構造物の空気圧制御方法。
【請求項３】
複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物であって、
柔軟構造物の高さ指令値及びコンプライアンス指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧指令値が抽出されるコントローラと、
前記コントローラからの空気圧指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御するように圧縮空気を入出力する空気圧制御装置と
を具備することを特徴とする柔軟構造物。
【請求項４】
空気圧制御装置が、コントローラからの空気圧指令値と各空気袋ユニットの空気圧との圧力制御誤差に基づいて制御する空気圧制御器を有することを特徴とする請求項３に記載の柔軟構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばクッションや枕、ベッドなど寝具に利用され、複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物及びその空気圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気圧を利用して寝具の硬さや大きさを制御する方式は既存である（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、従来の方式では、硬さと大きさを同時に独立に制御することはできない。すなわち、一般に空気圧制御方式では、空気袋ユニットが１つの場合は、空気圧を高めていくと剛性が増加すると同時にその大きさも増大する。逆に空気圧を低めていくと、剛性が減少すると同時にその大きさは縮小する。従って、大きさと剛性を独立に相反する方向に制御することは原理的に不可能であった。
【０００３】
【非特許文献１】“形状自動調節まくら”、［online］、松下電器、［２００５年１０月２７日検索］、インターネット＜URL:http://ctlg.national.jp/product/lineup.do？pg=03＆scd=00003923＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、柔軟構造物を構成する複数の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御することにより、柔軟構造物全体の剛性と大きさを独立に制御する柔軟構造物及びその空気圧制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物の空気圧制御方法であって、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御することにより、該柔軟構造物に加わる外力に対する全体の変位の比率と該柔軟構造物全体の大きさを独立に制御することを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物の空気圧制御方法であって、柔軟構造物の高さ指令値及びコンプライアンス指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧指令値が抽出される空気圧指令値抽出ステップと、前記空気圧指令値抽出ステップからの空気圧指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御するように圧縮空気を入出力する空気圧制御ステップとよりなることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記柔軟構造物の空気圧制御方法において、空気圧制御ステップとして、空気圧指令値抽出ステップからの空気圧指令値と各空気袋ユニットの空気圧との圧力制御誤差に基づいて制御する空気圧制御ステップを用いることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物であって、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御することにより、該柔軟構造物に加わる外力に対する全体の変位の比率と該柔軟構造物全体の大きさを独立に制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、複数層に配備された空気袋ユニットを内包する柔軟構造物であって、柔軟構造物の高さ指令値及びコンプライアンス指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧指令値が抽出されるコントローラと、前記コントローラからの空気圧指令値が加えられ、各層の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御するように圧縮空気を入出力する空気圧制御装置とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記柔軟構造物において、空気圧制御装置が、コントローラからの空気圧指令値と各空気袋ユニットの空気圧との圧力制御誤差に基づいて制御する空気圧制御器を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の柔軟構造物及びその空気圧制御方法は、柔軟構造物を構成する複数の空気袋ユニットの空気圧を独立に制御することにより、柔軟構造物全体の剛性と大きさを独立に制御する。例えば、枕の高さと剛性は快眠のためには大変重要な要素であり、人の個性に応じて千差万別である。本発明によれば剛性と高さが任意にかつ独立に設定可能な枕を実現可能である。既存の空気枕ではその両者を独立には設定できないために、別の枕を下に敷いて高さ調整をする煩わしさが存在した。本発明を使えば、容易に人の個性に応じた調整が容易な枕を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る柔軟構造物を示すイメージ図である。図１に示すように、Ｚ軸方向（重力方向）に２層の空気袋ユニット１１，１２がブロック上に積み重ねられて配備され、空気袋ユニット１１，１２を内包する全体が１つの柔軟構造物を形成している。各空気袋ユニット１１，１２は圧縮空気の入出力用パイプ１３，１４を介して空気圧制御装置１５に接続され、各空気袋ユニット１１，１２はそれぞれ独立に任意の空気圧に制御される。前記空気圧制御装置１５はコントローラ１６に電気的に接続され、コントローラ１６から空気圧制御装置１５に空気圧指令値データが供給される。
【００１３】
すなわち、各層の空気袋ユニット１１，１２の空気圧を独立に制御することにより、該柔軟構造物に加わる外力に対する全体の変位の比率と該柔軟構造物全体の大きさを独立に制御することができる。尚、柔軟構造物は複数層に配備された空気袋ユニットを内包するようにしてもよい。説明の簡略化のため以下では、全ての空気袋ユニットの形状と特性は同一とみなすことにする。
【００１４】
図２は本発明の実施形態に係る重力方向に隣接する空気袋ユニットを示す摸式図である。図２を用いて、一例としてＺ軸方向の剛性と大きさが独立に制御可能であることを説明する。以下では、外力ｆ０が定常的に加重されている状況を想定する。図２に示すように、空気袋ユニット１１，１２の空気圧をｐｉ、Ｚ軸方向の高さｈｉ、Ｚ軸方向のコンプライアンス（剛性の逆数）をｃｉとすると、定常状態では近似的に以下の関係が成立する。（ｉ＝１，２）
【００１５】
ｈｉ＝ｋｈｐｉ      ………（１）
ｃｉ＝ｋｃ／ｐｉ      ………（２）
ここで、ｋｈ、ｋｃは、空気袋ユニット１１，１２の物理構造、空力特性及び空気圧制御系から決まる正の定数である。
【００１６】
すなわち、空気圧に比例して剛性と高さが変化するので、１つの空気袋ユニットだけでは、空気圧ｐを決めればＺ軸方向の高さｈとＺ軸方向のコンプライアンス（剛性の逆数）ｃは自然に決まってしまい、独立に制御することは不可能であることが分かる。そこで、２つの空気袋ユニット１１，１２を一つの構造体として考え、その代表点である点１、点２に着目すると、コンプライアンスの直列結合則により以下の関係式が得られる。
【００１７】
ｃ＝ｃ１＋ｃ２      ………（３）
ｈ＝ｈ１＋ｈ２      ………（４）
【００１８】
式（１）、（２）及び式（３）、（４）より下記の関係が得られる。
ｃ＝ｋｃ／ｐ１＋ｋｃ／ｐ２＝ｋｃ・（ｐ１＋ｐ２）／ｐ１・ｐ２      ………（５）
ｈ＝ｋｈｐ１＋ｋｈｐ２＝ｋｈ（ｐ１＋ｐ２）………（６）
【００１９】
よって、空気圧ｐｉを操作することにより、式（５）、（６）の拘束条件下で、Ｚ軸方向のコンプライアンス（剛性の逆数）ｃとＺ軸方向の高さｈを独立に制御可能であることが分かる。以下目標とするコンプライアンスｃと高さｈを実現する空気圧ｐｉを具体的に計算する。便宜的に
【００２０】
ｐ１＋ｐ２≡α      ………（７）
ｐ１・ｐ２≡β      ………（８）
とおくとｐ１とｐ２はｘに関する２次方程式ｘ２−αｘ＋β＝０の解である。また、式（５）、（６）より、α＝ｈ／ｋｈ、β＝ｋｃｈ／ｃｋｈが得られ、以下のように計算される。
【数１】
0004490365.tif 000002
ただし、Ｄ≡（ｈ／ｋｈ）２−４ｋｃｈ／ｋｈｃである。
【００２１】
したがって、判別式Ｄが正である範囲で実現可能なｐ１とｐ２が計算される。すなわち、
ｈｃ＞４ｋｃｋｈ      ………（１０）
の範囲内でｃとｈを独立に実現するｐｉが式（９）で与えられる。
【００２２】
以上の考察から、Ｚ軸方向に隣接する任意の２個のＺ軸方向における目標とするコンプライアンスｃ及び高さｈを独立に任意に制御可能であることが示された。
【００２３】
図３は本発明の実施形態に係る柔軟構造物の制御系を示すブロック図であり、図４は本発明の実施形態に係る柔軟構造物の制御系の動作を示すフローチャートである。図３及び図４において、［］を施した変数はそれぞれ指令値、ＰＤｉは空気圧制御器、ｅｉは圧力制御誤差を表す。
【００２４】
すなわち、枕に頭を乗せている状態で、枕の高さ指令値［ｈ］及びコンプライアンス指令値［ｃ］をコントローラ１６に入力する（ステップＳ１）。コントローラ１６は式（９）に基づき高さ指令値［ｈ］及びコンプライアンス指令値［ｃ］から枕に内包する空気袋ユニット１１，１２の空気圧指令値［ｐ１］，［ｐ２］を設定し、空気圧制御装置１５の減算器１７，１８にそれぞれ対応して出力する（ステップＳ２）。減算器１７，１８には空気袋ユニット１１，１２に設けられた圧力センサ１９，２０から空気圧ｐ１，ｐ２がそれぞれ対応して入力される。前記減算器１７，１８はコントローラ１６から入力された空気圧指令値［ｐ１］，［ｐ２］から圧力センサ１９，２０から入力された空気圧ｐ１，ｐ２をそれぞれ対応して減算して圧力制御誤差ｅ１，ｅ２を算出し、空気圧制御器ＰＤ１，ＰＤ２に出力する（ステップＳ３）。空気圧制御器ＰＤ１，ＰＤ２は減算器１７，１８から入力された圧力制御誤差ｅ１，ｅ２に基づいて制御した空気圧になるように空気袋ユニット１１，１２の圧縮空気を入出力する（ステップＳ４）。したがって、空気袋ユニット１１，１２を内包する枕の高さｈ及びコンプライアンスｃは式（５），（６）に従うことになる。
【００２５】
尚、コントローラ１６はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００２６】
図５は本発明の実施形態に係る柔軟構造物の利用例を示すイメージ図である。図５に示すように、柔軟構造物を枕として利用する場合であり、枕２１に頭２２を乗せている状態で、枕２１の高さ指令値［ｈ］及びコンプライアンス指令値［ｃ］の値を手動にて調整することで、自分好みの硬さと高さの枕２１が実現される。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る柔軟構造物を示すイメージ図である。
【図２】本発明の実施形態に係る重力方向に隣接する空気袋ユニットを示す摸式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る柔軟構造物の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る柔軟構造物の制御系の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る柔軟構造物の利用例を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１，１２…空気袋ユニット、１３，１４…入出力用パイプ、１５…空気圧制御装置、１６…コントローラ、１７，１８…減算器、１９，２０…圧力センサ、２１…枕。
【図１】
0004490365.tif 000003
【図２】
0004490365.tif 000004
【図３】
0004490365.tif 000005
【図４】
0004490365.tif 000006
【図５】
0004490365.tif 000007