荷重検知センサの空気の調節機構
【課題】 樹脂製カバーの内部に空気を封入したパネル式センサは、被看護者の下に設置した場合、被看護者の体重で押圧された状態にあるので、時間的経過により前記樹脂製カバー内に密封された空気の一部が外部に漏出し、接点の作動が不安定になるという問題があった。
【解決手段】 所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられている荷重検知センサ。
【解決手段】 所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられている荷重検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検知センサに関し、より詳しくは被看護者の離床又は離席を、押圧力による荷重の変化によって検知する荷重検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
病院や介護施設等において被看護者の世話を行う場合、看護者にとっては精神的、肉体的に非常に大きな負担がかかるため、これらを軽減するために様々な介護支援装置が提案されている。例えば、本出願人は、前記介護支援装置に用いるセンサとして、被看護者がベッドや車いすや椅子から離床や離席したことを検知するために、荷重の増減と空気圧の作用によって作動する、対向して電気的に絶縁した一対の電極板と該電極板を包み内部に空気を含んで気密性を保持する樹脂製のカバーに、該電極板から電気信号を取出すケーブルを一体化したパネル式センサを提案している（例えば、特許文献１参照。）。また、それぞれ片面に導体インクによる印刷配線を設けた上下２枚の弾性プレートを、刷面を内側に向け平面視にて上下プレートの印刷配線に複数の交点ができる配置で上下印刷配線間に隙間を空けて保持し、それら上下プレートの各印刷配線に外部端子を接続し、所定の荷重を受けて上記２枚の弾性プレートが弾性変形することにより上下印刷配線が上記交点のいずれかで接続して外部端子間で導通する構成とした荷重センサが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
さらに、車用シートに用いられるものとして、上側フィルムと下側フィルムが積層され、配線パターン部と感圧部が形成されてなる感圧センサであって、前記感圧部において前記上側フィルムと前記下側フィルム間に印加される圧力に応じた電気信号が、前記感圧部から前記配線パターン部に形成された配線パターンを介し、さらに前記配線パターンに電気接続される電気コネクタを介して外部に出力されるようになっており、前記上側フィルムと下側フィルムの間には、前記感圧部から前記配線パターン部を介して前記電気コネクタに連通する空気抜き通路が形成されている感圧センサが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２６１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９４１４号公報
【特許文献３】特開２００１−５６２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に示すパネル式センサは、荷重検知の作動を確実にするために、対向して電気的に絶縁した一対の電極板を、空気を含んで気密性を保持する樹脂製カバーで包囲したものとしている。しかしながら、本出願人が引続き研究を重ねた結果、前記樹脂製カバー内に空気を密封したものを被看護者の下（例えば、ベッドのマットレスの下）に設置した場合、被看護者の体重により前記樹脂製カバーが押圧された状態にあるので、時間的経過により前記樹脂製カバー内に密封された空気の一部が外部に漏出し、一対の電極板に設けられた接点の作動が不安定になるという問題が生じていた。
【０００６】
また、特許文献２に示す荷重センサは、全周を密着させたシートの内部の周縁部に隙間保持用のクッション材を設け、該クッション材の四隅には通気穴が設けられている。しかしながら、前記通気穴は、印刷配線間の隙間保持と、シート内部における空気の流通を容易にすることを目的としたものであり、空気はシート内部に密閉された状態にある。従って、押圧された状態で長時間使用すると空気の一部が外部に漏出し、感圧部の作動が不安定になるという問題を有している。
【０００７】
更に、前記特許文献３に示す感圧センサは、感圧部の作動を確実するためと称して、上側フィルムと下側フィルムの間に、感圧部から配線パターン部を介して電気コネクタに連通する空気抜き通路が形成されている。これにより、感圧部に滞留している空気は、人の着座により圧力が印加されると空気抜き通路を通って電気コネクタ内に設けられた内部空間に移動し、人の離席により圧力が排除されると前記内部空間から空気抜き通路を通って感圧部に戻るようになっている。この構造は空気排出手段として感圧部の外部に設けられた電気コネクタ内に空気溜を設けたものであり、実質的には空気を密閉した構造であるため、空気を外気に排出するという技術的思想は全く考慮されていない。また、この発明の主目的は、シート座面に置ける圧力分布を検出し、乗員が大人か子供かを判断して、車用エアバッグ作動時のエアバッグの展開エネルギーを制御するためのメンブレン状体重センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１では、所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることを特徴とする荷重検知センサとしている。これにより、袋体に貯留されている空気は、押圧力による荷重の増加により袋体の外部に緩やかに排出され、押圧力が除かれると荷重の減少により袋体の内部に緩やかに流入する。その結果、被看護者の寝返りや位置移動等による短時間の荷重変動には作動しない信頼性の高い荷重検知センサを得ることができる。
【０００９】
本発明の請求項２では、任意形状に形成された袋体において、どの位置に荷重の増減（変化）があっても検知できるようにするために、前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は放射状に形成されている荷重検知センサとしている。また、請求項３では、荷重検知センサの設置場所や環境に応じて感度を調整するために、前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出時間及び外部空気の袋体内部への流入時間を調節する調節機構が設けられている。
【００１０】
本発明の請求項４では、被看護者が居住又は行動する、殆どの場所に設置可能とするために、前記信号取出部は、建屋内の専用線、電灯線又はナースコールシステム等のネットワークに接続可能な有線方式や、携帯電話（ＰＨＳを含む）や無線システム等に送受信可能な無線方式としている。また、請求項５では、前記荷重検知センサの設置場所が、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓など、被看護者が居住または行動する様々な場所に設置されている荷重検知センサとしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の特徴は、電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体において、内部に気体が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることである。袋体内部に空気を密封した構造の場合、長時間荷重が加えられると電極間は閉状態（接触した状態）となるが、袋体内の空気が外部に漏洩すると袋体内部が負圧となり、荷重が解除されても電極間は閉状態のままで、開状態（離れた状態）に復帰しない場合がある。このため、電極間が接点として充分に機能しないという問題があった。そこで、袋体に外部に通じる穴を設けることにより、袋体に荷重が加えられると空気は外部に排出され、荷重が解除されると空気は袋体内部に流入する。これにより、電極間接触（接触抵抗）の安定、電極接点の作動性能の向上、瞬時の荷重変動に対する不感動など、荷重検知センサとしての信頼性が顕著に向上する。
【００１２】
本発明の請求項２は、任意の形状に形成された袋体において、どの位置に荷重の増減（変化）があっても検知できるようにするため、前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は放射状に形成されている。これにより、荷重検知センサの形状に応じて好ましい電極の配線形状を適用することができる。例えば、正方形状や長方形状の荷重検知センサには格子状または方形状の電極配線を用いることができ、円形状の荷重検知センサには円状の電極配線を用いることができるので、加重検知センサの形状に合わせて最適な電極形状を適用することができる。
【００１３】
本発明の請求項３は、袋体と外部との空気の排出・流入を制御する手段として、前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出速度及び外部空気の袋体内部への吸入速度を調節する調節機構が設けられている。荷重検知センサは、設置場所や環境等により作動感度を修正する必要があり、例えば、荷重が加えられたときに電極間が閉となる場合と、手等で把持することにより電極間が閉となる場合では、荷重検知センサが作動する押圧力または押圧時間を調節機構で調整することで、より信頼性の高い荷重検知センサとすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４は、荷重検知センサの信号取出部が、建屋内の専用線、電灯線、ナースコールシステム等のネットワーク等に接続可能な有線方式や、携帯電話（ＰＨＳを含む）や無線システム等に送受信可能な無線方式としている。これにより、本発明の荷重検知センサは、病院や介護施設等に設置された既存設備に容易に取り付けることができる。
【００１５】
本発明の請求項５は、荷重検知センサの設置場所が、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓など、被看護者が居住または行動する様々な場所に設置されるものとしている。これにより、被看護者の日常行動の殆どを監視することが可能となるので、看護者の精神的、身体的負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良の実施形態について図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能なものである。また、各図面において、同一部材は同一符号で表示している。
【００１７】
図１は本発明の請求項１に係る実施形態の一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＸ−Ｘ線断面図である。なお、理解を容易にするために、（ｃ）は断面を拡大表示している。図１において、荷重検知センサ１は、所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板の対向する面にそれぞれ設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部１６と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体１７とから構成されている。
【００１８】
一対の電極板は可撓性を有する薄板であり、例えば、合成樹脂板を用いて長方形などの略矩形状に形成されている。板厚は電極板の形状や寸法により異なるが０．１ｍｍ〜２ｍｍが望ましい。前記一対の電極板は、上電極板１１と下電極板１２が所定間隙を保持するようにクッション材１５を挟持して、上電極板１１と下電極板１２の電極面が対向するように配置されている。このクッション材１５は、押圧力Ｗにより収縮し押圧力Ｗが除かれると元の形状に戻る弾力性を有したもので、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジ或いはＰＥスポンジ等、様々な材質のスポンジを用いることができる。また、スポンジに代えて所定の弾力性を有するゴム片を用いることも可能である。前記クッション材１５は、上電極板１１と下電極板１２のいずれかの面又は両面に接着剤を用いて貼着されている。
【００１９】
電極は、上電極板１１及び下電極板１１の片面に設けられており、端部に電極引出口２１が設けられている。この上電極１３と下電極１４が設けられている面を対向させて接触させると多数の接点２３ができるように配置されている。多数の接点２３ができるように上電極１３および下電極１４を配置するためには、例えば、前記上電極板１１に全配線が接続された複数の縦配線よりなる上電極１３を設け、下電極板１２に全配線が接続された複数の横配線よりなる下電極１４を設け、これらの電極面を接触させることにより多数の接点２３を得ることができる。また、上下電極板１１，１２のどの部分に押圧力Ｗが加えられても接点２３ができるようにするため、上下電極１３，１４は上下電極板１１，１２の全面にわたって配線されている。前記上下電極１３，１４を上下電極板１１，１２に配線するためには、例えば、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド、ＰＶＣ，ＰＥＴ等の合成樹脂シートからなる電極板の表面にＣｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等からなる薄膜状の抵抗素子を蒸着又はスパッタリングにより形成する方法、前記電極板の表面に印刷配線により形成する方法等が用いられる。印刷配線の構造は、合成樹脂フィルムシート材に導電性ペーストを印刷し接点が形成される。印刷で接点や回路を形成する導電性ペーストには銀ペーストが用いられ、通常は銀ペーストの上からカーボンペーストをオーバーコートする。これは、銀のマイグレーション（高温度下で直流電圧を印加することにより、銀がパターン間を移行する現象で短絡事故の原因となる）防止と銀接点表面の酸化・硫化防止のためである
【００２０】
信号取出部１６は、上電極板１１の電極引出口２１と下電極板１２の電極引出口２１に接続された接点信号取出用リード線２２を把持する本体１６１及び信号ケーブル１６２より構成されている。この２本の接点信号取出用リード線２２は、信号ケーブル１６２内に収納され、前記信号ケーブル１６２の先端に設けられたコネクタ１９に接続されている。また、信号取出部１６の本体１６１は袋体１７の縁部に固着されている。
【００２１】
袋体１７は、柔軟性と耐水性を有する材料、例えば、ナイロン等の軟質の合成樹脂シートを用いることが望ましい。なお、これに限らずＰＶＣ，ポリプロピレン、ターポリン、ゴムシートなど空気を透過させない材料であれば使用することができる。袋体１７は、所定間隙を保持し電極面を対向して配置された上電極板１１及び下電極板１２の全周を覆い、且つ、前記上電極板１１及び下電極板１２と袋体１７の周囲には空気Ａが貯留する空間を設けていると共に、袋体１７の全周縁は空気が漏洩しないように高周波溶着機などを用いて溶着されている。また、前記下電極板１２両端部は袋体１７に固着されているが、荷重検知センサ１の取扱安定性を高めるためには前記上電極板１１又は下電極板１２いずれかの外周縁に複数の突起片（図示しない）を設けて、該袋体１７内縁部に接触させるか該袋体１７に固着させてもよい。
【００２２】
前記袋体１７の底面には、信号取出部１６の両側に、袋体の外部（大気）に通じる通気孔１８が設けられている。この通気孔１８が設けられていることにより、袋体１７内部に空気を貯留させることができる。この通気孔１８の設置場所、孔径及び設置数は、荷重検知センサ１の袋体１７の大きさや設置場所により適宜変更することができ、該袋体１７の底面面積に対する開口率などで設定されるが、通気孔１８は１〜４個設置することが望ましい。しかし、５個以上設置することも可能である。なお、通気孔１８の形状は円形を標準とするが、方形や三角形など任意の形状とすることができる。通気孔１８は開口するだけでもよいが、亀裂や破損を防止するために、通気孔１８の周縁を熱溶融処理、ハトメ処理又はシール貼付処理などにより補強を行っている。
【００２３】
図２は長方形状の袋体１７に設けられた通気孔１８の実施形態の一例を示した説明図であり、(ａ)は底面に２個設置したもの、（ｂ）は底面に４個設置したもの、（ｃ）は接点信号取出部１６の側面に２個設置したもの、（ｄ）は接点信号取出部１６の側面に１個設置したもの、（ｅ）は底面の四隅に設置したものである。図３は正方形状の袋体１７ａに設けられた通気孔１８の実施形態の一例を示した説明図であり、（ｆ）は底面のニ隅に設置したもの、（ｇ）は底面の対角隅に設置したもの、（ｈ）は底面の中心に１個設置したものである。
【００２４】
図４〜図６は、本発明の請求項２に係る実施形態の一例を模式的に示したものである。図４は格子状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。図４（ａ）において、所定間隔で縦方向に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、電極引出口２１を有する横方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図４（ｂ）において、電極引出口２１を有する線条を含む複数の線条の下電極１４ａが所定間隔で横方向に設けられ、前記横方向の線条の端部が縦方向の線条の下電極１４ｂに其々接続されている。ここで、格子状パターンとは、上電極板１１と下電極板１２の電極配線面を重ね合わせると図４（ｃ）のように格子状となるので、本発明では格子状パターンと定義する。格子状パターンは、電極板の形状が正方形や長方形のものに適用することが望ましく、図４では正方形の格子状パターンの例を示しているが、電極板が長方形であれば、格子状パターンも電極板の形状に合わせて長方形とすることができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２５】
図５は円形状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極の配線図である。図５（ａ）において、所定間隔で同心円状に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、端部に電極引出口２１を有する縦方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図５（ｂ）において、中心点を交点として放射状に線条の下電極１４ａが延出され、縦方向上方に延びる下電極１４ｂの端部には電極引出口２１が設けられている。ここで、円形状パターンとは、上電極板１１の電極配線が複数の同心円で配線されているので、本発明では円形状パターンと定義する。円形状パターンは、電極板の形状が正方形や円形のものに適用することが望ましい。なお、電極板の大きさに応じて、上電極板１１の電極は同心円の大きさや間隔を適宜変更することができ、下電極板１２の電極は放射状の線条の個数や長さを適宜変更することができる。また、電極板の形状が楕円であれば円形状パターンも電極板の形状に合わせて楕円形の同心円とすることができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２６】
図６は方形状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極の配線図である。図６（ａ）において、所定間隔で同心角状に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、電極引出口２１を有する縦方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図６（ｂ）において、中心点を交点として放射状に線条の下電極１４ａが延出され、縦方向上方に延びる下電極１４ｂの端部には電極引出口２１が設けられている。ここで、方形状とは、上電極板１１の電極配線が複数の同心角で配線されているので、本発明では方形状パターンと定義する。方形状パターンは、電極板の形状が正方形や長方形のものに適用することが望ましく、図６では正方形の方形状パターンを示しているが、電極板が長方形であれば、方形状パターンも電極板の形状に合わせて長方形とすることが可能である。なお、電極板の大きさに応じて、上電極板１１の電極は四角形の大きさや間隔を適宜変更することができ、下電極板１２の電極は放射状の線条の個数や長さを適宜変更することができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２７】
図７はクッション材１５の配置例を示したものであり，（ａ）は格子状パターンの電極の配置図、（ｂ）は円状パターンの電極の配置図、（ｃ）は方形状パターンの電極の配置図である。クッション材１５は、上電極板１１と下電極板１２の電極面が対向して所定間隙を保持するように設けられたものである。このクッション材１５は、押圧力Ｗにより収縮し押圧力Ｗが除かれると元の形状に復元する弾力性を有したもので、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジ或いはＰＥスポンジ等、様々な材質のスポンジを用いることができる。また、スポンジに代えてゴムを用いることも可能である。前記クッション材１５は、電極板の四辺近傍及び中心部に設置するが、電極配線上には貼付しないほうがよい。図７において、四辺近傍に配置されたクッション材１５は、接着剤又は両面テープなどにより上電極板１１に貼付される。次に、下電極板１２の電極面を対向させて上電極板１１と下電極板１２をクッション材１５を介して接着する。なお、中心部に貼付されたクッション材１５は、下電極板１２に貼付されていなくても機能上の問題はない。また、電極板の大きさや形状に応じて、図７に示した設置場所以外にも適宜配置することができる。更に、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２８】
図８は本発明の請求項３に係る実施形態の一例を示す調節機構３０であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は空気を排出している状態を示す正面断面図、（ｃ）は空気が流入している状態を示す正面断面図である。図８において、円筒胴状の本体３１の内周面に、中心部を通る支柱３２が架設されており、該支柱３２で隔てられた一方の内周壁には半円状の弁座３３が設けられ、他方の内周壁には前記弁座３３とは段差をつけて半円状の弁座３４が設けられている。前記支柱３２には支軸３５と該支軸３５に巻回されたコイルバネ３６により半円状の弁３７，３８が其々軸支されている。図８（ａ）において、弁３７は押圧力Ｗを受けると、押圧力Ｗがコイルバネの付勢力より強くなり開状態となって空気が排出される。また、空気の排出が止まると弁座３３に当接して閉状態となるようコイルバネ３６で付勢されている。一方、弁３８は押圧力Ｗを受けると弁座３４に当接して閉状態となるが、空気の排出が止まると開状態になるようコイルバネ３６で付勢されている。
【００２９】
図８（ｂ）において、弁３７は押圧力Ｗが除かれても、弁３７は閉状態になるようコイルバネ３６で付勢されている。一方、弁３８は押圧力Ｗが除かれるとクッション材１５の膨張（元の形状に復元する）力とコイルバネ３６の付勢力により開状態となり矢印方向に空気が流入する。また、空気が袋体１７内部に貯留して、空気の流入が停止した後も開状態となるようコイルバネ３６で付勢されている。なお、コイルバネ３６の付勢力は調整可能としているので、弁３７，３８を開閉させる力、弁の開度及び開閉速度を調節することができる。これにより、荷重検知センサ１の設置場所や環境に応じて袋体１７の内部に貯留した空気の外部への排出時間、袋体内部への空気の流入時間を調節することができるので、荷重検知センサの作動の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
図９は本発明の請求項４に係る実施形態の一例を示す信号取出部１６の詳細図であり、（ａ）は有線方式、（ｂ）は無線方式である。図９（ａ）において、信号取出部１６から延出された信号ケーブル１６２には接点信号取出用リード線２２が内包されており、前記信号ケーブル１６２の先端には中継器（図示しない）に接続するコネクタ１９が設けられている。有線方式では、建屋内の専用線、電灯線又はナースコールシステム等のネットワークに接続することが可能である。図９（ｂ）において、信号取出部１６ａには送信器１６５が組み込まれている。該送信器１６５は複数の機器番号を設定する機能を有しているので、同一病室に複数の荷重検知センサ１を設置しても混信することはない。送信器１６５の電源は電池１６６を用いているが、電池１６６に代えてソーラー電源や商用電源（図示しない）に接続してもよい。無線方式とすると、被看護者が居住又は行動する殆どの場所に容易に設置可能となる。無線方式では、携帯型電話（ＰＨＳを含む）や無線システムに使用することが可能である。
【００３１】
図１０は、本発明の請求項５に係る実施形態の一例を示した斜視図であり、(ａ)はベッドの上、（ｂ）はベッドの柵、（ｃ）はベッド下の周辺に、それぞれ設置した状態を示したものである。図１０（ａ）において、荷重検知センサ１はベッド床とマットレスの間に設置しているが、マットレスの上に設置してもよい。図１０（ｂ）において、荷重検知センサ１はベッドの横側に設置しているが、ベッドの前後（頭側及び足側）に設置してもよい。図１１は本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｄ）はマットレスの縁、（e）はベッドの上に２個、（f）はベッドの柵、ベッド下及びマットレスの縁に、それぞれ設置した状態を示したものである。図１２は、本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｇ）は部屋の出入口、（ｈ）は椅子又は車椅子、（ｉ）は便座に、それぞれ設置した状態を示したものである。なお、図示していないが、浴室の壁や手摺り、階段の手摺り、部屋の床などに設置することができる。これにより、被看護者の日常行動の殆どを監視することが可能となるので、看護者の精神的、身体的負担を軽減することができる。
【００３２】
本発明による荷重検知センサの作用について説明する。図１３は本発明の荷重検知センサ１をベッドのマットレス４０とベッドの床５０の間に設置した状態を示した正面断面図であり、（a）は被看護者がベッドに在床状態を示す説明図、（b）は被看護者がベッドから離床状態を示す説明図である。なお、理解を容易にするために、断面図は拡大表示されている。図１３において、１は荷重検知センサ、１１は上電極板、１３は上電極板に設けられた上電極、１２は下電極板、１４は下電極板に設けられた下電極、１５はクッション材、２１は電極引出口、１６は信号取出部、２２は接点信号取出用リード線、１７は袋体、Ａは空気、５０はベッドの床、４０はマットレス、Ｗは荷重による押圧力である。
【００３３】
図１３（a）において、マットレス４０の上部から被看護者の体重を受けて押圧力Ｗが加えられる。すると、荷重検知センサ１の袋体１７は押圧力Ｗにより圧縮されるので、袋体１７の内部に貯留されている空気Ａが通気孔１８より外部へ徐々に排出される。更に圧縮が続くと上電極板１１がクッション材１５を圧縮しながら下降し、上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が接触した位置で停止する。上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が接触すると接点信号が取出され、両端子間は電気的に閉状態となる。
【００３４】
図１３（ｂ）において、マットレス４０の上部から被看護者が離床すると、押圧力Ｗが除かれてクッション材１５が元の形状に復元するまで上電極板１１を上方に押し上げて停止する。これに伴い、袋体１７の内部には通気孔１８より外部から空気が流入し、袋体１７内部に空気が貯留する。上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が離間すると接点信号が取出され、両端子間は電気的に開状態となる。
【００３５】
袋体１７の底面に設けられた通気孔１８は、荷重検知センサ１の信頼性を保持するための重要な機能を有している。前記通気孔１８の孔径は空気が短時間（例えば、１〜５秒）で排出されないように、袋体１７底面積に対する開口率より算出された孔径（例えば、３〜８ｍｍ）としている。これにより、押圧力Ｗを受けたときに袋体１７内部に貯留されている空気は徐々に通気孔１８より外部へ排出される。また、押圧力Ｗが除かれたときは通気孔１８より徐々に空気が袋体１７内部に流入し貯留される。その結果、被看護者がベッド上で寝返りや体位変更により荷重の移動があっても、短時間の荷重変化では接点信号が検出されないので、誤作動を防止することができる。
【００３６】
図１４は本発明の荷重検知センサを用いた被看護者監視システムの一例を示すブロック図である。図１４において、１００は荷重検知センサ、１１０は荷重検知センサの出力信号、１２０は中継器、１３０は中継器の出力信号、Ｔは出力信号が発信される時間、１４０はナースコール接続アダプタ、１５０はナースコール装置、１７０はチャイム、１８０は無線信号の送信器、１９０は信号電波、２００は無線信号の受信器である。荷重検知センサ１に押圧力(被看護者がベッドに在床状態)では出力信号１１０は閉であり、押圧力が除かれると出力信号１１０は開になる。出力信号１１０が閉から開になると、中継器１２０が作動して出力信号１１０を出す。出力信号１１０はＴ時間だけ閉となる接点信号である。この出力信号１１０でナースコール接続アダプタ１４０、チャイム１７０又は送信器１８０を作動させる。なおナースコール接続アダプタ１４０、チャイム１７０又は送信器１８０のいずれかに接続するか、これらを組み合わせて接続することができる。ナースコール接続アダプタ１４０は病院や施設に既設されているナースコール装置１５０と連動させるためのもので、荷重検知センサ１の作動により該ナースコール装置１５０を利用して音声、音又は表示灯で報知することができる。なお、前記有線方式は、施設内の専用線を使用したもの又は電灯線通信やモデムを含むものとする。送信器１８０は荷重検知センサ１００の作動を無線で伝達できるものであり、受信器２００（例えば、携帯型電話器）により移動中であっても場所を選ばずに音声、音又は表示灯で報知することができる。中継器１２０は単に接続するだけの単機能のものと、荷重検知センサ１００の出力信号１１０を遅延させたり、反転させる信号変換機能を有しているものを、用途に応じて選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、主として被看護者監視システムに用いるもので、被看護者の離床又は離席等の行動を、荷重の変化によって検知する荷重検知センサに関するものであるが、荷重の変化を検知する機能を応用して、例えば、窓枠などの住居開口部分に設置することにより、防犯装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の請求項１に係る実施形態の一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の長方形状の袋体に設けられた通気孔の実施形態の一例を示した説明図であり、(ａ)は底面に２個設置したもの、（ｂ）は底面に４個設置したもの、（ｃ）は接点信号取出部の側面に２個設置したもの、（ｄ）は接点信号取出部の側面に１個設置したもの、（ｅ）は底面の四隅に設置したものである。
【図３】本発明の正方形状の袋体に設けられた通気孔の実施形態の一例を示した説明図であり、（ｆ）は底面のニ隅に設置したもの、（ｇ）は底面の対角隅に設置したもの、（ｈ）は底面の中心に１個設置したものである。
【図４】本発明の請求項２に係る実施形態の格子状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。
【図５】本発明の請求項２に係る実施形態の円形状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。
【図６】本発明の請求項２に係る実施形態の方形状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図である。
【図７】本発明のクッション材の配置例を示したものであり，（ａ）は格子状パターンの電極の配置図、（ｂ）は円状パターンの電極の配置図、（ｃ）は方形状パターンの電極の配置図である。
【図８】本発明の請求項３に係る実施形態の一例を示す調節機構であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は空気を排出している状態を示す正面断面図、（ｃ）は空気が流入している状態を示す正面断面図である。
【図９】本発明の請求項４に係る実施形態の一例を示す信号取出部の詳細図であり、（ａ）は有線方式、（ｂ）は無線方式である。
【図１０】本発明の請求項５に係る実施形態の一例を示した斜視図であり、(ａ)はベッドの上、（ｂ）はベッドの柵、（ｃ）はベッド下の周辺に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１１】本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｄ）はマットレスの縁、（e）はベッドの上に２個、（f）はベッドの柵、ベッド下及びマットレスの縁に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１２】本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｇ）は部屋の出入口、（ｈ）は椅子又は車椅子、（ｉ）は便座に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１３】本発明の荷重検知センサをベッドのマットレスの下に設置した状態を示した正面断面図であり、（a）は被看護者がベッドに在床の状態を示す説明図、（b）は被看護者がベッドから離床した状態を示す説明図である。
【図１４】本発明の荷重検知センサを用いた被看護者監視システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１００ 荷重検知センサ
１１ 上電極板
１２ 下電極板
１３、１３ａ、１３ｂ 上電極
１４、１４ａ、１４ｂ 下電極
１５ クッション材
１６ 信号取出部
１７，１７ａ 袋体
１８ 通気孔
１９ コネクタ
２１ 電極引出口
２２ 接点信号取出用リード線
２３ 接点
３０ 調節機構
３１ 本体
３２ 支柱
３３，３４ 弁座
３５ 支軸
３６ コイルバネ
３７，３８ 弁
４０ マットレス
５０ ベッドの床
１１０ 出力信号
１２０ 中継器
１３０ 中継器の出力信号
１４０ ナースコールシステム接続アダプタ
１５０ ナースコール装置
１７０ チャイム
１８０ 送信器
１９０ 信号電波
２００ 受信器
Ａ 空気
Ｔ 時間
Ｗ 押圧力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検知センサに関し、より詳しくは被看護者の離床又は離席を、押圧力による荷重の変化によって検知する荷重検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
病院や介護施設等において被看護者の世話を行う場合、看護者にとっては精神的、肉体的に非常に大きな負担がかかるため、これらを軽減するために様々な介護支援装置が提案されている。例えば、本出願人は、前記介護支援装置に用いるセンサとして、被看護者がベッドや車いすや椅子から離床や離席したことを検知するために、荷重の増減と空気圧の作用によって作動する、対向して電気的に絶縁した一対の電極板と該電極板を包み内部に空気を含んで気密性を保持する樹脂製のカバーに、該電極板から電気信号を取出すケーブルを一体化したパネル式センサを提案している（例えば、特許文献１参照。）。また、それぞれ片面に導体インクによる印刷配線を設けた上下２枚の弾性プレートを、刷面を内側に向け平面視にて上下プレートの印刷配線に複数の交点ができる配置で上下印刷配線間に隙間を空けて保持し、それら上下プレートの各印刷配線に外部端子を接続し、所定の荷重を受けて上記２枚の弾性プレートが弾性変形することにより上下印刷配線が上記交点のいずれかで接続して外部端子間で導通する構成とした荷重センサが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
さらに、車用シートに用いられるものとして、上側フィルムと下側フィルムが積層され、配線パターン部と感圧部が形成されてなる感圧センサであって、前記感圧部において前記上側フィルムと前記下側フィルム間に印加される圧力に応じた電気信号が、前記感圧部から前記配線パターン部に形成された配線パターンを介し、さらに前記配線パターンに電気接続される電気コネクタを介して外部に出力されるようになっており、前記上側フィルムと下側フィルムの間には、前記感圧部から前記配線パターン部を介して前記電気コネクタに連通する空気抜き通路が形成されている感圧センサが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２６１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９４１４号公報
【特許文献３】特開２００１−５６２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に示すパネル式センサは、荷重検知の作動を確実にするために、対向して電気的に絶縁した一対の電極板を、空気を含んで気密性を保持する樹脂製カバーで包囲したものとしている。しかしながら、本出願人が引続き研究を重ねた結果、前記樹脂製カバー内に空気を密封したものを被看護者の下（例えば、ベッドのマットレスの下）に設置した場合、被看護者の体重により前記樹脂製カバーが押圧された状態にあるので、時間的経過により前記樹脂製カバー内に密封された空気の一部が外部に漏出し、一対の電極板に設けられた接点の作動が不安定になるという問題が生じていた。
【０００６】
また、特許文献２に示す荷重センサは、全周を密着させたシートの内部の周縁部に隙間保持用のクッション材を設け、該クッション材の四隅には通気穴が設けられている。しかしながら、前記通気穴は、印刷配線間の隙間保持と、シート内部における空気の流通を容易にすることを目的としたものであり、空気はシート内部に密閉された状態にある。従って、押圧された状態で長時間使用すると空気の一部が外部に漏出し、感圧部の作動が不安定になるという問題を有している。
【０００７】
更に、前記特許文献３に示す感圧センサは、感圧部の作動を確実するためと称して、上側フィルムと下側フィルムの間に、感圧部から配線パターン部を介して電気コネクタに連通する空気抜き通路が形成されている。これにより、感圧部に滞留している空気は、人の着座により圧力が印加されると空気抜き通路を通って電気コネクタ内に設けられた内部空間に移動し、人の離席により圧力が排除されると前記内部空間から空気抜き通路を通って感圧部に戻るようになっている。この構造は空気排出手段として感圧部の外部に設けられた電気コネクタ内に空気溜を設けたものであり、実質的には空気を密閉した構造であるため、空気を外気に排出するという技術的思想は全く考慮されていない。また、この発明の主目的は、シート座面に置ける圧力分布を検出し、乗員が大人か子供かを判断して、車用エアバッグ作動時のエアバッグの展開エネルギーを制御するためのメンブレン状体重センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１では、所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることを特徴とする荷重検知センサとしている。これにより、袋体に貯留されている空気は、押圧力による荷重の増加により袋体の外部に緩やかに排出され、押圧力が除かれると荷重の減少により袋体の内部に緩やかに流入する。その結果、被看護者の寝返りや位置移動等による短時間の荷重変動には作動しない信頼性の高い荷重検知センサを得ることができる。
【０００９】
本発明の請求項２では、任意形状に形成された袋体において、どの位置に荷重の増減（変化）があっても検知できるようにするために、前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は放射状に形成されている荷重検知センサとしている。また、請求項３では、荷重検知センサの設置場所や環境に応じて感度を調整するために、前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出時間及び外部空気の袋体内部への流入時間を調節する調節機構が設けられている。
【００１０】
本発明の請求項４では、被看護者が居住又は行動する、殆どの場所に設置可能とするために、前記信号取出部は、建屋内の専用線、電灯線又はナースコールシステム等のネットワークに接続可能な有線方式や、携帯電話（ＰＨＳを含む）や無線システム等に送受信可能な無線方式としている。また、請求項５では、前記荷重検知センサの設置場所が、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓など、被看護者が居住または行動する様々な場所に設置されている荷重検知センサとしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の特徴は、電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体において、内部に気体が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることである。袋体内部に空気を密封した構造の場合、長時間荷重が加えられると電極間は閉状態（接触した状態）となるが、袋体内の空気が外部に漏洩すると袋体内部が負圧となり、荷重が解除されても電極間は閉状態のままで、開状態（離れた状態）に復帰しない場合がある。このため、電極間が接点として充分に機能しないという問題があった。そこで、袋体に外部に通じる穴を設けることにより、袋体に荷重が加えられると空気は外部に排出され、荷重が解除されると空気は袋体内部に流入する。これにより、電極間接触（接触抵抗）の安定、電極接点の作動性能の向上、瞬時の荷重変動に対する不感動など、荷重検知センサとしての信頼性が顕著に向上する。
【００１２】
本発明の請求項２は、任意の形状に形成された袋体において、どの位置に荷重の増減（変化）があっても検知できるようにするため、前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は放射状に形成されている。これにより、荷重検知センサの形状に応じて好ましい電極の配線形状を適用することができる。例えば、正方形状や長方形状の荷重検知センサには格子状または方形状の電極配線を用いることができ、円形状の荷重検知センサには円状の電極配線を用いることができるので、加重検知センサの形状に合わせて最適な電極形状を適用することができる。
【００１３】
本発明の請求項３は、袋体と外部との空気の排出・流入を制御する手段として、前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出速度及び外部空気の袋体内部への吸入速度を調節する調節機構が設けられている。荷重検知センサは、設置場所や環境等により作動感度を修正する必要があり、例えば、荷重が加えられたときに電極間が閉となる場合と、手等で把持することにより電極間が閉となる場合では、荷重検知センサが作動する押圧力または押圧時間を調節機構で調整することで、より信頼性の高い荷重検知センサとすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４は、荷重検知センサの信号取出部が、建屋内の専用線、電灯線、ナースコールシステム等のネットワーク等に接続可能な有線方式や、携帯電話（ＰＨＳを含む）や無線システム等に送受信可能な無線方式としている。これにより、本発明の荷重検知センサは、病院や介護施設等に設置された既存設備に容易に取り付けることができる。
【００１５】
本発明の請求項５は、荷重検知センサの設置場所が、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓など、被看護者が居住または行動する様々な場所に設置されるものとしている。これにより、被看護者の日常行動の殆どを監視することが可能となるので、看護者の精神的、身体的負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良の実施形態について図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能なものである。また、各図面において、同一部材は同一符号で表示している。
【００１７】
図１は本発明の請求項１に係る実施形態の一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＸ−Ｘ線断面図である。なお、理解を容易にするために、（ｃ）は断面を拡大表示している。図１において、荷重検知センサ１は、所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板の対向する面にそれぞれ設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部１６と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体１７とから構成されている。
【００１８】
一対の電極板は可撓性を有する薄板であり、例えば、合成樹脂板を用いて長方形などの略矩形状に形成されている。板厚は電極板の形状や寸法により異なるが０．１ｍｍ〜２ｍｍが望ましい。前記一対の電極板は、上電極板１１と下電極板１２が所定間隙を保持するようにクッション材１５を挟持して、上電極板１１と下電極板１２の電極面が対向するように配置されている。このクッション材１５は、押圧力Ｗにより収縮し押圧力Ｗが除かれると元の形状に戻る弾力性を有したもので、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジ或いはＰＥスポンジ等、様々な材質のスポンジを用いることができる。また、スポンジに代えて所定の弾力性を有するゴム片を用いることも可能である。前記クッション材１５は、上電極板１１と下電極板１２のいずれかの面又は両面に接着剤を用いて貼着されている。
【００１９】
電極は、上電極板１１及び下電極板１１の片面に設けられており、端部に電極引出口２１が設けられている。この上電極１３と下電極１４が設けられている面を対向させて接触させると多数の接点２３ができるように配置されている。多数の接点２３ができるように上電極１３および下電極１４を配置するためには、例えば、前記上電極板１１に全配線が接続された複数の縦配線よりなる上電極１３を設け、下電極板１２に全配線が接続された複数の横配線よりなる下電極１４を設け、これらの電極面を接触させることにより多数の接点２３を得ることができる。また、上下電極板１１，１２のどの部分に押圧力Ｗが加えられても接点２３ができるようにするため、上下電極１３，１４は上下電極板１１，１２の全面にわたって配線されている。前記上下電極１３，１４を上下電極板１１，１２に配線するためには、例えば、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド、ＰＶＣ，ＰＥＴ等の合成樹脂シートからなる電極板の表面にＣｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等からなる薄膜状の抵抗素子を蒸着又はスパッタリングにより形成する方法、前記電極板の表面に印刷配線により形成する方法等が用いられる。印刷配線の構造は、合成樹脂フィルムシート材に導電性ペーストを印刷し接点が形成される。印刷で接点や回路を形成する導電性ペーストには銀ペーストが用いられ、通常は銀ペーストの上からカーボンペーストをオーバーコートする。これは、銀のマイグレーション（高温度下で直流電圧を印加することにより、銀がパターン間を移行する現象で短絡事故の原因となる）防止と銀接点表面の酸化・硫化防止のためである
【００２０】
信号取出部１６は、上電極板１１の電極引出口２１と下電極板１２の電極引出口２１に接続された接点信号取出用リード線２２を把持する本体１６１及び信号ケーブル１６２より構成されている。この２本の接点信号取出用リード線２２は、信号ケーブル１６２内に収納され、前記信号ケーブル１６２の先端に設けられたコネクタ１９に接続されている。また、信号取出部１６の本体１６１は袋体１７の縁部に固着されている。
【００２１】
袋体１７は、柔軟性と耐水性を有する材料、例えば、ナイロン等の軟質の合成樹脂シートを用いることが望ましい。なお、これに限らずＰＶＣ，ポリプロピレン、ターポリン、ゴムシートなど空気を透過させない材料であれば使用することができる。袋体１７は、所定間隙を保持し電極面を対向して配置された上電極板１１及び下電極板１２の全周を覆い、且つ、前記上電極板１１及び下電極板１２と袋体１７の周囲には空気Ａが貯留する空間を設けていると共に、袋体１７の全周縁は空気が漏洩しないように高周波溶着機などを用いて溶着されている。また、前記下電極板１２両端部は袋体１７に固着されているが、荷重検知センサ１の取扱安定性を高めるためには前記上電極板１１又は下電極板１２いずれかの外周縁に複数の突起片（図示しない）を設けて、該袋体１７内縁部に接触させるか該袋体１７に固着させてもよい。
【００２２】
前記袋体１７の底面には、信号取出部１６の両側に、袋体の外部（大気）に通じる通気孔１８が設けられている。この通気孔１８が設けられていることにより、袋体１７内部に空気を貯留させることができる。この通気孔１８の設置場所、孔径及び設置数は、荷重検知センサ１の袋体１７の大きさや設置場所により適宜変更することができ、該袋体１７の底面面積に対する開口率などで設定されるが、通気孔１８は１〜４個設置することが望ましい。しかし、５個以上設置することも可能である。なお、通気孔１８の形状は円形を標準とするが、方形や三角形など任意の形状とすることができる。通気孔１８は開口するだけでもよいが、亀裂や破損を防止するために、通気孔１８の周縁を熱溶融処理、ハトメ処理又はシール貼付処理などにより補強を行っている。
【００２３】
図２は長方形状の袋体１７に設けられた通気孔１８の実施形態の一例を示した説明図であり、(ａ)は底面に２個設置したもの、（ｂ）は底面に４個設置したもの、（ｃ）は接点信号取出部１６の側面に２個設置したもの、（ｄ）は接点信号取出部１６の側面に１個設置したもの、（ｅ）は底面の四隅に設置したものである。図３は正方形状の袋体１７ａに設けられた通気孔１８の実施形態の一例を示した説明図であり、（ｆ）は底面のニ隅に設置したもの、（ｇ）は底面の対角隅に設置したもの、（ｈ）は底面の中心に１個設置したものである。
【００２４】
図４〜図６は、本発明の請求項２に係る実施形態の一例を模式的に示したものである。図４は格子状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。図４（ａ）において、所定間隔で縦方向に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、電極引出口２１を有する横方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図４（ｂ）において、電極引出口２１を有する線条を含む複数の線条の下電極１４ａが所定間隔で横方向に設けられ、前記横方向の線条の端部が縦方向の線条の下電極１４ｂに其々接続されている。ここで、格子状パターンとは、上電極板１１と下電極板１２の電極配線面を重ね合わせると図４（ｃ）のように格子状となるので、本発明では格子状パターンと定義する。格子状パターンは、電極板の形状が正方形や長方形のものに適用することが望ましく、図４では正方形の格子状パターンの例を示しているが、電極板が長方形であれば、格子状パターンも電極板の形状に合わせて長方形とすることができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２５】
図５は円形状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極の配線図である。図５（ａ）において、所定間隔で同心円状に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、端部に電極引出口２１を有する縦方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図５（ｂ）において、中心点を交点として放射状に線条の下電極１４ａが延出され、縦方向上方に延びる下電極１４ｂの端部には電極引出口２１が設けられている。ここで、円形状パターンとは、上電極板１１の電極配線が複数の同心円で配線されているので、本発明では円形状パターンと定義する。円形状パターンは、電極板の形状が正方形や円形のものに適用することが望ましい。なお、電極板の大きさに応じて、上電極板１１の電極は同心円の大きさや間隔を適宜変更することができ、下電極板１２の電極は放射状の線条の個数や長さを適宜変更することができる。また、電極板の形状が楕円であれば円形状パターンも電極板の形状に合わせて楕円形の同心円とすることができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２６】
図６は方形状パターンを示したもので、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極の配線図である。図６（ａ）において、所定間隔で同心角状に設けられた複数の線条の上電極１３ａが、電極引出口２１を有する縦方向の線条の上電極１３ｂに其々接続されている。図６（ｂ）において、中心点を交点として放射状に線条の下電極１４ａが延出され、縦方向上方に延びる下電極１４ｂの端部には電極引出口２１が設けられている。ここで、方形状とは、上電極板１１の電極配線が複数の同心角で配線されているので、本発明では方形状パターンと定義する。方形状パターンは、電極板の形状が正方形や長方形のものに適用することが望ましく、図６では正方形の方形状パターンを示しているが、電極板が長方形であれば、方形状パターンも電極板の形状に合わせて長方形とすることが可能である。なお、電極板の大きさに応じて、上電極板１１の電極は四角形の大きさや間隔を適宜変更することができ、下電極板１２の電極は放射状の線条の個数や長さを適宜変更することができる。また、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２７】
図７はクッション材１５の配置例を示したものであり，（ａ）は格子状パターンの電極の配置図、（ｂ）は円状パターンの電極の配置図、（ｃ）は方形状パターンの電極の配置図である。クッション材１５は、上電極板１１と下電極板１２の電極面が対向して所定間隙を保持するように設けられたものである。このクッション材１５は、押圧力Ｗにより収縮し押圧力Ｗが除かれると元の形状に復元する弾力性を有したもので、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジ或いはＰＥスポンジ等、様々な材質のスポンジを用いることができる。また、スポンジに代えてゴムを用いることも可能である。前記クッション材１５は、電極板の四辺近傍及び中心部に設置するが、電極配線上には貼付しないほうがよい。図７において、四辺近傍に配置されたクッション材１５は、接着剤又は両面テープなどにより上電極板１１に貼付される。次に、下電極板１２の電極面を対向させて上電極板１１と下電極板１２をクッション材１５を介して接着する。なお、中心部に貼付されたクッション材１５は、下電極板１２に貼付されていなくても機能上の問題はない。また、電極板の大きさや形状に応じて、図７に示した設置場所以外にも適宜配置することができる。更に、上電極板１１と下電極板１２の電極配線を入れ替えることもできる。
【００２８】
図８は本発明の請求項３に係る実施形態の一例を示す調節機構３０であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は空気を排出している状態を示す正面断面図、（ｃ）は空気が流入している状態を示す正面断面図である。図８において、円筒胴状の本体３１の内周面に、中心部を通る支柱３２が架設されており、該支柱３２で隔てられた一方の内周壁には半円状の弁座３３が設けられ、他方の内周壁には前記弁座３３とは段差をつけて半円状の弁座３４が設けられている。前記支柱３２には支軸３５と該支軸３５に巻回されたコイルバネ３６により半円状の弁３７，３８が其々軸支されている。図８（ａ）において、弁３７は押圧力Ｗを受けると、押圧力Ｗがコイルバネの付勢力より強くなり開状態となって空気が排出される。また、空気の排出が止まると弁座３３に当接して閉状態となるようコイルバネ３６で付勢されている。一方、弁３８は押圧力Ｗを受けると弁座３４に当接して閉状態となるが、空気の排出が止まると開状態になるようコイルバネ３６で付勢されている。
【００２９】
図８（ｂ）において、弁３７は押圧力Ｗが除かれても、弁３７は閉状態になるようコイルバネ３６で付勢されている。一方、弁３８は押圧力Ｗが除かれるとクッション材１５の膨張（元の形状に復元する）力とコイルバネ３６の付勢力により開状態となり矢印方向に空気が流入する。また、空気が袋体１７内部に貯留して、空気の流入が停止した後も開状態となるようコイルバネ３６で付勢されている。なお、コイルバネ３６の付勢力は調整可能としているので、弁３７，３８を開閉させる力、弁の開度及び開閉速度を調節することができる。これにより、荷重検知センサ１の設置場所や環境に応じて袋体１７の内部に貯留した空気の外部への排出時間、袋体内部への空気の流入時間を調節することができるので、荷重検知センサの作動の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
図９は本発明の請求項４に係る実施形態の一例を示す信号取出部１６の詳細図であり、（ａ）は有線方式、（ｂ）は無線方式である。図９（ａ）において、信号取出部１６から延出された信号ケーブル１６２には接点信号取出用リード線２２が内包されており、前記信号ケーブル１６２の先端には中継器（図示しない）に接続するコネクタ１９が設けられている。有線方式では、建屋内の専用線、電灯線又はナースコールシステム等のネットワークに接続することが可能である。図９（ｂ）において、信号取出部１６ａには送信器１６５が組み込まれている。該送信器１６５は複数の機器番号を設定する機能を有しているので、同一病室に複数の荷重検知センサ１を設置しても混信することはない。送信器１６５の電源は電池１６６を用いているが、電池１６６に代えてソーラー電源や商用電源（図示しない）に接続してもよい。無線方式とすると、被看護者が居住又は行動する殆どの場所に容易に設置可能となる。無線方式では、携帯型電話（ＰＨＳを含む）や無線システムに使用することが可能である。
【００３１】
図１０は、本発明の請求項５に係る実施形態の一例を示した斜視図であり、(ａ)はベッドの上、（ｂ）はベッドの柵、（ｃ）はベッド下の周辺に、それぞれ設置した状態を示したものである。図１０（ａ）において、荷重検知センサ１はベッド床とマットレスの間に設置しているが、マットレスの上に設置してもよい。図１０（ｂ）において、荷重検知センサ１はベッドの横側に設置しているが、ベッドの前後（頭側及び足側）に設置してもよい。図１１は本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｄ）はマットレスの縁、（e）はベッドの上に２個、（f）はベッドの柵、ベッド下及びマットレスの縁に、それぞれ設置した状態を示したものである。図１２は、本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｇ）は部屋の出入口、（ｈ）は椅子又は車椅子、（ｉ）は便座に、それぞれ設置した状態を示したものである。なお、図示していないが、浴室の壁や手摺り、階段の手摺り、部屋の床などに設置することができる。これにより、被看護者の日常行動の殆どを監視することが可能となるので、看護者の精神的、身体的負担を軽減することができる。
【００３２】
本発明による荷重検知センサの作用について説明する。図１３は本発明の荷重検知センサ１をベッドのマットレス４０とベッドの床５０の間に設置した状態を示した正面断面図であり、（a）は被看護者がベッドに在床状態を示す説明図、（b）は被看護者がベッドから離床状態を示す説明図である。なお、理解を容易にするために、断面図は拡大表示されている。図１３において、１は荷重検知センサ、１１は上電極板、１３は上電極板に設けられた上電極、１２は下電極板、１４は下電極板に設けられた下電極、１５はクッション材、２１は電極引出口、１６は信号取出部、２２は接点信号取出用リード線、１７は袋体、Ａは空気、５０はベッドの床、４０はマットレス、Ｗは荷重による押圧力である。
【００３３】
図１３（a）において、マットレス４０の上部から被看護者の体重を受けて押圧力Ｗが加えられる。すると、荷重検知センサ１の袋体１７は押圧力Ｗにより圧縮されるので、袋体１７の内部に貯留されている空気Ａが通気孔１８より外部へ徐々に排出される。更に圧縮が続くと上電極板１１がクッション材１５を圧縮しながら下降し、上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が接触した位置で停止する。上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が接触すると接点信号が取出され、両端子間は電気的に閉状態となる。
【００３４】
図１３（ｂ）において、マットレス４０の上部から被看護者が離床すると、押圧力Ｗが除かれてクッション材１５が元の形状に復元するまで上電極板１１を上方に押し上げて停止する。これに伴い、袋体１７の内部には通気孔１８より外部から空気が流入し、袋体１７内部に空気が貯留する。上電極板１１の上電極１３と下電極板１２の下電極１４が離間すると接点信号が取出され、両端子間は電気的に開状態となる。
【００３５】
袋体１７の底面に設けられた通気孔１８は、荷重検知センサ１の信頼性を保持するための重要な機能を有している。前記通気孔１８の孔径は空気が短時間（例えば、１〜５秒）で排出されないように、袋体１７底面積に対する開口率より算出された孔径（例えば、３〜８ｍｍ）としている。これにより、押圧力Ｗを受けたときに袋体１７内部に貯留されている空気は徐々に通気孔１８より外部へ排出される。また、押圧力Ｗが除かれたときは通気孔１８より徐々に空気が袋体１７内部に流入し貯留される。その結果、被看護者がベッド上で寝返りや体位変更により荷重の移動があっても、短時間の荷重変化では接点信号が検出されないので、誤作動を防止することができる。
【００３６】
図１４は本発明の荷重検知センサを用いた被看護者監視システムの一例を示すブロック図である。図１４において、１００は荷重検知センサ、１１０は荷重検知センサの出力信号、１２０は中継器、１３０は中継器の出力信号、Ｔは出力信号が発信される時間、１４０はナースコール接続アダプタ、１５０はナースコール装置、１７０はチャイム、１８０は無線信号の送信器、１９０は信号電波、２００は無線信号の受信器である。荷重検知センサ１に押圧力(被看護者がベッドに在床状態)では出力信号１１０は閉であり、押圧力が除かれると出力信号１１０は開になる。出力信号１１０が閉から開になると、中継器１２０が作動して出力信号１１０を出す。出力信号１１０はＴ時間だけ閉となる接点信号である。この出力信号１１０でナースコール接続アダプタ１４０、チャイム１７０又は送信器１８０を作動させる。なおナースコール接続アダプタ１４０、チャイム１７０又は送信器１８０のいずれかに接続するか、これらを組み合わせて接続することができる。ナースコール接続アダプタ１４０は病院や施設に既設されているナースコール装置１５０と連動させるためのもので、荷重検知センサ１の作動により該ナースコール装置１５０を利用して音声、音又は表示灯で報知することができる。なお、前記有線方式は、施設内の専用線を使用したもの又は電灯線通信やモデムを含むものとする。送信器１８０は荷重検知センサ１００の作動を無線で伝達できるものであり、受信器２００（例えば、携帯型電話器）により移動中であっても場所を選ばずに音声、音又は表示灯で報知することができる。中継器１２０は単に接続するだけの単機能のものと、荷重検知センサ１００の出力信号１１０を遅延させたり、反転させる信号変換機能を有しているものを、用途に応じて選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、主として被看護者監視システムに用いるもので、被看護者の離床又は離席等の行動を、荷重の変化によって検知する荷重検知センサに関するものであるが、荷重の変化を検知する機能を応用して、例えば、窓枠などの住居開口部分に設置することにより、防犯装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の請求項１に係る実施形態の一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の長方形状の袋体に設けられた通気孔の実施形態の一例を示した説明図であり、(ａ)は底面に２個設置したもの、（ｂ）は底面に４個設置したもの、（ｃ）は接点信号取出部の側面に２個設置したもの、（ｄ）は接点信号取出部の側面に１個設置したもの、（ｅ）は底面の四隅に設置したものである。
【図３】本発明の正方形状の袋体に設けられた通気孔の実施形態の一例を示した説明図であり、（ｆ）は底面のニ隅に設置したもの、（ｇ）は底面の対角隅に設置したもの、（ｈ）は底面の中心に１個設置したものである。
【図４】本発明の請求項２に係る実施形態の格子状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。
【図５】本発明の請求項２に係る実施形態の円形状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図、（ｃ）は、上電極板と下電極板を重ね合わせた状態を示す電極配線図である。
【図６】本発明の請求項２に係る実施形態の方形状パターンを模式的に示したものであり、（ａ）は上電極板の電極配線図、（ｂ）は下電極板の電極配線図である。
【図７】本発明のクッション材の配置例を示したものであり，（ａ）は格子状パターンの電極の配置図、（ｂ）は円状パターンの電極の配置図、（ｃ）は方形状パターンの電極の配置図である。
【図８】本発明の請求項３に係る実施形態の一例を示す調節機構であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は空気を排出している状態を示す正面断面図、（ｃ）は空気が流入している状態を示す正面断面図である。
【図９】本発明の請求項４に係る実施形態の一例を示す信号取出部の詳細図であり、（ａ）は有線方式、（ｂ）は無線方式である。
【図１０】本発明の請求項５に係る実施形態の一例を示した斜視図であり、(ａ)はベッドの上、（ｂ）はベッドの柵、（ｃ）はベッド下の周辺に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１１】本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｄ）はマットレスの縁、（e）はベッドの上に２個、（f）はベッドの柵、ベッド下及びマットレスの縁に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１２】本発明の請求項５に係る実施形態の他例を示した斜視図であり、（ｇ）は部屋の出入口、（ｈ）は椅子又は車椅子、（ｉ）は便座に、それぞれ設置した状態を示したものである。
【図１３】本発明の荷重検知センサをベッドのマットレスの下に設置した状態を示した正面断面図であり、（a）は被看護者がベッドに在床の状態を示す説明図、（b）は被看護者がベッドから離床した状態を示す説明図である。
【図１４】本発明の荷重検知センサを用いた被看護者監視システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１００ 荷重検知センサ
１１ 上電極板
１２ 下電極板
１３、１３ａ、１３ｂ 上電極
１４、１４ａ、１４ｂ 下電極
１５ クッション材
１６ 信号取出部
１７，１７ａ 袋体
１８ 通気孔
１９ コネクタ
２１ 電極引出口
２２ 接点信号取出用リード線
２３ 接点
３０ 調節機構
３１ 本体
３２ 支柱
３３，３４ 弁座
３５ 支軸
３６ コイルバネ
３７，３８ 弁
４０ マットレス
５０ ベッドの床
１１０ 出力信号
１２０ 中継器
１３０ 中継器の出力信号
１４０ ナースコールシステム接続アダプタ
１５０ ナースコール装置
１７０ チャイム
１８０ 送信器
１９０ 信号電波
２００ 受信器
Ａ 空気
Ｔ 時間
Ｗ 押圧力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることを特徴とする荷重検知センサ。
【請求項２】
前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は方形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の荷重検知センサ。
【請求項３】
前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出時間及び外部空気の袋体内部への流入時間を調節する調節機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の荷重検知センサ。
【請求項４】
前記信号取出部は、有線方式又は無線方式であることを特徴とする請求項１〜3いずれかに記載の荷重検知センサ。
【請求項５】
前記センサは、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓に設置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の荷重検知センサ。
【請求項１】
所定間隙を有し対向して配置された一対の電極板と、該電極板に設けられた電極と、該電極からの接点信号を取出すための信号取出部と、前記電極板の周囲に空間を設けて被覆した袋体とから構成されており、前記袋体は内部に空気が貯留する空間を有すると共に外部に通じる通気孔が設けられていることを特徴とする荷重検知センサ。
【請求項２】
前記電極は、前記電極板面に格子状、円形状又は方形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の荷重検知センサ。
【請求項３】
前記袋体に設けられた通気孔に、袋体の内部に貯留した空気の排出時間及び外部空気の袋体内部への流入時間を調節する調節機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の荷重検知センサ。
【請求項４】
前記信号取出部は、有線方式又は無線方式であることを特徴とする請求項１〜3いずれかに記載の荷重検知センサ。
【請求項５】
前記センサは、ベッドの上、ベッドの柵、ベッド下の周辺、部屋の床面、部屋の出入口、浴室、便器、車椅子、椅子又は窓に設置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の荷重検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１１４００５（Ｐ２００７−１１４００５Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０４３９８（Ｐ２００５−３０４３９８）
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（５９５１１４４４７）株式会社テクノスジャパン (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（５９５１１４４４７）株式会社テクノスジャパン (9)
【Ｆターム（参考）】
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