３Ｄ自在変形シートを活用した福祉機器開発研究(第２報)
兵頭敬一郎 *・佐藤幸志郎 *・北嶋俊朗 **・疋田武士 *・佐藤寿喜 **製品開発支援担当・ **工業化学担当

Research and development of welfare equipment utilizing 3D freely deformablesheets (the 2nd report)
Keiichiro HYODO*，Koushirou SATOU *，Toshiro KITAJIMA **，Takeshi HIKIDA *，Hisaki SATOU**

要

Product Design and Development Section・ **Industrial Chemistry Section旨
車椅子を長時間利用する高齢者の褥瘡予防や褥瘡後のケアができる車椅子用シートの実現を目指して，身体形状に合わせてシートの支持面が３次元で変形しその形状を維持する方法を検討し，その機構設計と試作開発を行った．
試作品Ａは，JIS T 9271:2015 に基づく試験の結果，性能を満たしており，使用上支障のある破損はなかったが，重量や厚み，操作性などの課題があることがわかった．試作品Ｃは，軽量化と薄型化を実現できたが，主観評価により，「底に何か物がある」や「底付き感」を感じ，「柔らかい感」が不足していることがわかった．
今後は，知財化を進めるとともに，開発した３Ｄ自在変形シートに興味を持つ企業に対して，機能や特徴，現状の課題を含めて理解してもらい，技術移転と商品化に向けて取り組みたい．

1.

はじめにことが報告されている．

大分県では東九州メディカルバレー構想を策定し，平

当研究では，福祉機器の中でも車椅子用シートに着目

成２９年３月には特区の再認定を受け，医療分野のみなし，座面の支持面を個人の身体形状に合わせて変形し，らず，介護・福祉・看護分野にも対象領域を拡大した．

その形状が容易に保持と開放ができる技術を確立し，褥

大分県の高齢化率は 32％を超え，全国平均の 27.7％

瘡等の予防や創傷後のケアができる製品を開発することを上回る高齢化の進展を背景に，県内のものづくり企業を目標とする．

においても新たな技術開発による福祉・医療機器の開発2.1

先行商品調査が進んでいる．

市販されているオフィスチェアの操作レバーを調査

当研究は，個人の身体形状に合わせて支持面形状が３し，レバーを引き上げることでシートの支持面が開放さ次元で自在に変形できるシートの実現を目指し，車椅子れ変形し，レバーを離すことで保持される方法を検討しの座面や自助具等の福祉機器に活用することで褥瘡等のた．

予防や創傷ケアに利用できる技術の構築を目標とする．

2.2

先行技術調査一般社団法人発明推進協会に簡易型先行技術調査を依

2.

研究内容

頼し，出願予定の発明に関連する国内特許文献を抽出し平成 27〜29 年度に産学官連携で高齢者用椅子を開発た．

し，導入した施設に入居する高齢者の状況を調査したと

2.3

ころ，車椅子利用者が多いことがわかった．

試作したシートＡ・Ｂ（Fig.1）は，体圧分散性，薄型施設に入居する高齢者は，腰や臀部の痛みを感じている人が多いことから，身体の形状に合わせて支持面形状が容易に変形できるシートを開発することで体圧が分散

３Ｄ自在変形シートの設計化や軽量化，レバーの安全性や操作性，低コスト化等の課題があった．
上記の課題を解決するために，フレームの軽量化やレされ身体への負担が軽減できＱＯＬの向上が期待できる． バーの加圧方法を変更し試作品を設計した．
一方，オーダーメイドで支持面形状を成形する方法についての先行研究はあるが

(１)

2.4

JIS T 9271:2015 に基づく試験，想定していない姿勢や動試作したシートは，JIS T 9271:2015 福祉用具-車椅子

作，着座位置が変化した場合には違和感や痛みが生じる用クッションの「沈み込み」と「耐久性」について試験

2.6

快適性の主観評価

28～58 歳の女性 6 名に試料Ａと試料Ｂに着座してもらい下記の主観評価シートにて評価していただいた．
試料Ａ：標準品と設定．密閉されたシートカバーに発泡ウレタンが封入され，エアバルブの調節で座面形状をFig.1

前方加圧タイプシートの試作品Ａ・Ｂ

維持できる市販のシート．
試料Ｂ：開発品（試作品Ｃ）．あらかじめ臀部の形状にを行った．（Fig.2）

合わせて長さ調節した円筒状のセル部材の集合体で構成

沈み込みは，荷重装置に坐骨結節や大腿骨上部の突起の役割を持つ LCJ を取り付け，シートの指定位置を 135Nし，レバーを引くと支持面が変形し離すと支持面が保持される．

（L135）と 180N（L180）の負荷をかけた際の沈み込み量を測定し，負荷をかける前の試料の厚さとの関係等を算出した．荷重装置は，INSTORON 社製の静荷重試験機 5969型を使用した．性能については下記のとおり．
【沈み込みの性能】
通常荷重時沈み込み量：20mm 以上（試料厚さ（h）-L135）
過荷重時沈み込み量： 5mm 以上

（L135-L180）
耐久性は，使用者体重を 100kg と想定し，その 20％程度の重さの砂袋を試料に乗せ，荷重装置にて 1000N の力で 1000 回繰り返す．性能については下記のとおり．
【耐久性の性能】
Fig.4 主観評価シートと評価の様子

使用上支障のある破損があってはならない
2.7

看護の専門家によるアドバイス

客員研究員として，看護の専門家から試作品に対するアドバイスと改良に向けた意見をいただき，製品化の方向性を検討した．

Fig.2

3.

JIS T 9271:2015 に基づく試験の様子
3.1

2.5

体圧分布測定研究結果及び考察

先行商品調査試作品Ａ・Ｂで採用した加圧調節レバーについては，測定は，当センター研究員の２名を対象とし，評価用トグル機構によるクランプを利用したが，加圧時には押に試作した３Ｄ自在変形シート２種に着座し体圧分布をし下げて，解除時には引き上げる必要がある上に，セル測定した．測定は，市販の圧力センサーＦＳＲ４０２をの加圧を最適化するために微調節が必要であった．

椅子用のビニールレザーに複数枚貼り付け配線し，プログラミングした装置を製作し測定に使用した．

そこで，オフィスチェアや自動車用シートの調節用レバーの操作方法や位置を調査した．
当センター内にある２社のオフィスチェアを調査した
ところ，レバーが座面の前方下部に左右２つあり，一方は高さ調節用，もう一方は背もたれの角度調節用で，どちらもレバーを上方に引き上げることで調節ができ，レバーを離すとその調節位置で固定された．
自動車用シートは，１社の軽自動車の運転席のシートを調査した．シート全体を前後にスライドするために座Fig.3

体圧分布測定（左：試作品Ａ，右：試作品Ｂ）

面の幅方向に水平のレバーが前方下部にあり，左右どちらからでも操作ができ，運転や乗降時の邪魔にならないことで圧力が解除され支持面が身体形状に変形，手を離よう，操作部が座面幅より多少短めに設計されていた．

すとバネで加圧され支持面の形状が記憶される方法に設

このように，レバーを引き上げるとストッパーが解除計を変更した．

される機構は，オフィスチェアや自動車のシートでも採加圧レバーの位置については，今までの試作品と同様用されており，テコやスライド機構等の組み合わせによに支持面の前方下部に設けた空間に配置し，左右どちらり，リクライニングや，前後位置調節用として利用されからでも操作できるよう座面の幅に収まるサイズで木製ていることから，試作品の参考にすることとした．のバーを取り付けた．
3.4

JIS T9271:2015 に基づく試験

試作品は，沈み込み試験において L135 が 90，L180 が87 であった．通常荷重時沈み込み量は 22 で 20 以上，過荷重時沈み込み量が 3 で二捨三入すると 5 となり性能を満たしていることがわかった．
耐久性試験では，使用上支障のある破損はなかった．
Fig.5

調節用レバーの調査（オフィスチェア）

3.5

体圧分布測定体圧分布測定を行った２名のうちの１名の着座５分間
3.2

先行技術調査の平均値の測定結果を Fig.6 に示す．測定できた 7，9～

一般社団法人発明推進協会に簡易型先行技術調査を依頼し，主な構成要件に対応するキーワードとＦＩ，Ｆタ

14ch の試作品Ａと試作品Ｂの圧力の違いはほとんど見られなかった．

ームに基づく CyberPatentDesk による検索結果と関連すると考えられる先行技術が４文献抽出された．
関連すると考えられる先行技術との対比表において，「柱状のセル部材上に着座し，水平方向に加圧しセル同士の摩擦力で上下方向に任意の位置で固定され，臀部形状が記録される」について，類似技術～記載なしの評価であった．いずれも水平方向から加圧の記載のない構成であることから，新規性，進歩性が一定程度認められる
Fig.6と判断し知財化に向けて検討することとした．
3.3

体圧分布測定による圧力の比較

３Ｄ自在変形シートの設計

昨年度，複数の試作をし，客員研究員や看護の専門家からの意見を基に下記のポイントに沿って改良設計を行

3.6

快適性の主観評価

主観評価の結果を Fig.7 に示す．

った．
・軽量化

・薄型化

・セルの長さの最適化

・セルのサイズを小径化
・セルの加圧レバーの最適化

軽量化については，箱状フレームの薄肉化と薄型化により，前回の試作品の約 5.2kg から約 3kg と，今までの試作品に比べて約 2.2kg 軽量化できた．
薄型化については，全てのセルの長さを短くするだけ
では底つき感が増大すると考え，あらかじめ支持面が臀部の形状に合うようにセルの長さを調節することで厚さを 112mm から約 85mm と薄型化した．
セルのサイズについては，外径 22mm の中空の樹脂パイプから 18mm に変更することで，身体形状に合わせてFig.7

体圧分布測定による圧力の比較

より滑らかな支持面を形成できるようになった．
セルの加圧レバーについては，先行商品で採用されて「底に何か物がある」については，開発品は６人全ている操作と同様の方法で，着座後にレバーを引き上げるがアリと回答され，VAS も，「底付き感」が平均 5.6 と感じる側に評価されていた．

もらい技術移転と商品化に向けて取り組みたい．

「柔らかい感」「もっちり感」についても，開発品は６

参考文献

人のうち５人がナシと評価された．
主観評価の集計結果を見ると，標準品に比べて開発品（１）藤巻吾郎ほか，家具製品のカスタマイズ技術に関は，表面やセルの下のクッションの厚みや弾力を検討すする研究～個人の体型に合わせた支持面形状の提案技術る必要があると考えられる．

（ケーススタディ），平成 30 年度岐阜県生活技術研究所
研究報告，p19～22，20193.7

客員研究員による試作品に対するアドバイス（２）佐藤幸志郎ほか，体重差対応型ソファーの設計

試作品Ｂについて，客員研究員より下記のとおりアド－第一報 透触面の考えに基づく快適性の追求－，日本人バイスをいただいた．

間工学会

・シートが厚いと，座った際に足が地面につかなくなるが，フットレストの高さ調節で対応可能．
ただし，フットレスト上に誤って立ち上がると転倒の恐れがある．
・シートが厚いと，ひじ掛けが相対的に低くなるため，転落の恐れがある．
・食事の際には，テーブルに膝が当たる可能性もある．
・底板やセルの長さの工夫で，着座時に臀部が可能な限り車いすのシートと同じ高さにできないか．
・セルの直径が小さくなりすぎると，もし一点で圧力がかかった場合に血流が阻害される可能性がある．
・レバーの位置は前方の邪魔にならない位置であれば利用者も介助者も使用できる．
・主に介助者が操作する場合は利用者の背中と背もたれの隙間に手が入るので後方でも可能．
・力が入りやすいのは引き上げる方法であるが，試作品
では少し強すぎるのでは．
・褥瘡患部の除圧ができることは良いが，周辺の圧力が一定以上高くなると患部の血流が阻害されるので，臀部全体に圧力が分散されることが理想．

4.

まとめ

今年度，開発した試作品Ｃは，試作品Ａに比べて約42％の軽量化と約 24％の薄型化を実現でき，レバーは先行品と同様の操作性となるよう改良した．
看護の専門家から，先行品のシートにない機能と特徴を持っているため，安全性や安楽性を追求し製品化を進めてはどうかとのアドバイスをいただいた．
また，知財の専門家から，セル同士に圧力をかけすることで支持面を身体形状に合わせて固定でき，一部を変形する技術は，新規性，進歩性が一定程度認められるとの意見をいただいたことから知財化を進めることとした．
主観評価により，「底に何か物がある」や「底付き感」を感じ，「柔らかい感」が不足していることがわかった．
今後は，開発した３Ｄ自在変形シートに興味を持つ企業に対して，機能や特徴，現状の課題を含めて理解して九州沖縄支部会大会講演集，2020