表面変位測定方法及びこれに用いる表面変位測定装置

【課題】介在物の表面に簡易な部材を設けた状態で、介在物表面の変位より正確に測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置を提供すること。
【解決手段】被検出体５２及びこの被検出体５２との離隔距離を測定可能なセンサ５５を介在物を介して配置し、介在物の一側面の表面変位を測定する。一側面に被検出体５２又はセンサ５５を複数個適宜測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させて設ける。
また、被検出体５２及びセンサ５５が検出方向性を有し、これら両者の方向を一致させて相対変位させるように、一側面に設けた被検出体５２又はセンサ５５の変位方向を制限するようにしても良い。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、寝具、クッション又は人体を被覆する服、ギブス若しくは履物などの介在物の表面の変位を測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の如き介在物のうち、人体を支持する人体支持体及び人体を被覆する被覆体の表面の変位測定方法としては、特許文献１〜７及び非特許文献１に記載のものが知られている。また、参考までに人体支持・被覆体以外の表面の変位測定方法としては、特許文献７〜９に記載のものが知られている。
【特許文献１】特開平１０−２１６１０５号
【特許文献２】特開２０００− ９３４０７号
【特許文献３】特開平１１−１９２２１５号
【特許文献４】特開２０００− ８３９２８号
【特許文献５】特開２００３−２１９９３５号
【特許文献６】特開２００３−１３０６３５号
【特許文献７】特開平２−２９１９０３号
【特許文献８】実開平６−４９９４８号
【特許文献９】特開２００３−３３７００５号
【非特許文献１】第２０回睡眠シンポジウム研究発表（６）川島美勝他５名健康で快適な睡眠環境の創造と評価に関する研究
【０００３】
特許文献１に記載の方法では、ストリップ状鋼板の表面に貼り付けた歪みゲージを利用し、被験者の寝姿勢を測定している。特許文献２に記載の方法では、寝姿勢の被験者に測定子を連続変位させながら押し当てて測定している。特許文献３に記載の方法では、クッションに針を貫通させ、特許文献４，５及び非特許文献１に記載の方法では、寝具に検出ロッドを貫通させ、被験者の寝姿勢を測定している。特許文献６に記載の方法では、互いに屈曲可能に連結された関節片の相対的屈曲を検出することにより、寝具表面の変位を測定している。また、特許文献７記載の方法では、流体又は粉体を袋に入れ靴内面に加圧密着されて測定している。
【０００４】
しかし、特許文献１記載の方法では、人体と支持体との間に精密な歪みゲージを介在させ、特許文献２の方法では、測定子の移動機構を設けねばならず、特許文献３〜５記載及び非特許文献１の方法では、針又は検出ロッドを寝具等に貫通させねばならず、特許文献６記載の方法では、機構的に複雑な関節片の連続体を人体と支持体との間に介在させなければならず、特許文献７記載の方法では、流体又は粉体を袋に入れたものを加圧密着させなければならず、その点で測定及びその準備が煩雑となる。
【０００５】
また、特許文献８記載の方法では、地盤に固定された永久磁石に対し変位することにより磁気シート表面に表れる磁粉粒子の軌跡を記録し、その軌跡を読み取ることで変位を測定している。特許文献９の方法では、被測定材を磁化させ、磁化された被測定材からの漏れ磁束により磁気シートの表される磁粉模様により厚さ分布等を測定している。
【０００６】
しかし、いずれの方法も磁気シート表面に表せる形状や模様等を目視により判断しなければならず、正確な変位量を測定することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、介在物の表面に簡易な部材を設けた状態で、介在物表面の変位をより正確に測定する表面変位測定方法及び表面変位測定装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る表面変位測定方法の特徴は、被検出体及びこの被検出体との離隔距離を測定可能なセンサを介在物を介して配置し、介在物の一側面の表面変位を測定する方法であって、前記一側面に前記被検出体又は前記センサを複数個適宜測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させて設けたことにある。
【０００９】
ここで、図１３（ａ）に本発明の原理図を、図１３（ｂ）に比較例をそれぞれ示す。図１３（ａ）では、被検出体である励磁コイル２２を複数個測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させてあるので、センサである検出コイル２１（例えばＰ１）の有効な磁場の範囲Ａ内に隣の励磁コイル２２（例えばＰ２）が入らず、Ｘ印で表示した測定位置は実際の表面Ｓ０とほぼ同位置となる。
【００１０】
なお、連続した導電シートを被検出体として用いると、検出コイル２１（例えばＰ１）は、有効な磁場の範囲Ａ内の導電シートの位置を平均化するため、Ｂ区域の導電シート５０の影響を受け、実際の表面位置Ｐ１ａとは異なる検出表面位置Ｐ１ｂを認識することがあり、このような検出誤差の低減を図ることができる。
【００１１】
上記特徴に加え、前記被検出体及び前記センサが検出方向性を有し、これら両者の方向を一致させて相対変位させるように、前記一側面に設けた前記被検出体又は前記センサの変位方向を制限するようにしても良い。
【００１２】
また、前記被検出体及び前記センサのうち一方が検出方向性を有し他方が検出方向性を有さず、前記他方を前記一方の方向性に一致させて相対変位させるように、前記他方の変位方向を制限するようにしてもよい。
【００１３】
一方、本発明の他の特徴は、被検出体及びこの被検出体を検出可能なセンサを備え、介在物の一側面の表面変位を測定する方法であって、前記一側面に前記被検出体又は前記センサのうち一方を測定位置線に沿わせて設け、他方を複数個適宜前記変位方向に沿わせて設けてもよい。
【００１４】
上記特徴において、前記被検出体が励磁コイルであり、前記センサが磁気センサであるものとしてもよい。一方、前記センサが磁気センサであり、前記被検出体が前記磁気センサの検出方向に交差配置された電流を流すワイヤとしてもよい。この場合、前記被検出体が導電体であり、前記センサが電磁気センサである。また、前記被検出体が永久磁石であり、前記センサが磁気センサとしてもよい。磁気センサとしては、例えば検出コイルが用いられる。
【００１５】
一方、被検出体及びこの被検出体との離隔距離を測定可能なセンサとを介在物を介して配置してあり、介在物の一側面の表面変位を測定する上記いずれかに記載の表面変位測定方法に用いる表面変位測定装置の特徴構成は、前記一側面に前記被検出体又は前記センサを複数個適宜測定位置線に沿わせることにある。
【００１６】
また、被検出体及びこの被検出体を検出可能なセンサを備え、介在物の一側面の表面変位を測定する表面変位測定装置の特徴は、前記一側面に前記被検出体又は前記センサのうち一方を測定位置線に沿わせて設け、他方を複数個適宜前記前記変位方向に沿わせて設けたことにある。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明に係る表面変位測定方法及び表面変位測定装置の特徴によれば、前記一側面に前記被検出体又は前記センサを複数個適宜測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させて設けた簡易な構造で、寝具、クッション等の介在物表面の変位を簡易且つより正確に測定することが可能となった。
【００１８】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１，２は、それぞれ表面変位測定装置１を構成するスキャナ２の平面図と側面図であり、このスキャナ２は、センサ５を身体の長手方向に走査させるための縦ガイド３と、センサ５の相対変位を記録するためのエンコーダー４とを備えている。表面変位測定装置１は、シート５０に埋め込まれている被検出体である励磁コイルを励磁させ、図３に示すように、発信器１１で発生した交流信号をブリッジ回路１２に接続したセンサ５によりその出力を増幅器１３で検出し、ＣＰＵ１４で解析する。センサ５は上述の通り縦ガイド３に支えられ、移動位置がエンコーダー４により記録される。
【００２０】
図４に示すようにセンサ５はコア５ａとコイル５ｂとからなり、図５に示すようにこのセンサ５とほぼ同様の標準コイル１２ａがブリッジ回路１２で直列接続される。さらに、直接接続された符号１２ｂ、１２ｃで示す可変抵抗１，可変抵抗２が先のセンサ５及び標準コイル１２ａと並列接続される。そして、センサ５及び標準コイル１２ａの間と、可変抵抗１及び可変抵抗２の間とから増幅器１３に対する出力が取り出される。
【００２１】
図６に示すように、身体装着衣６０は非導電体である生地６１の前面に前開口６２を形成し、さらに上部両側面に腕を通すための一対のアームホール６３，６３を備えている。そして、背筋にシート６５を有し、身体に装着した状態で前開口６２を面ファスナーで着脱可能な留め具６４により締め付け、シート６５を測定位置線である背筋に沿わせることができる。
【００２２】
また、図７に示すように、スキャナ２上には、介在物となる敷き布団１００及び枕１０１が載置され、さらにその上にはシート５０が載置される。敷き布団１００及び枕１０１の下部にはセンサ５となる検出コイル５５が身体の長手方向に走査可能に設けられている。そして、このシート５０の上に人が横たわった場合の人体Ｈによる敷き布団１００及び枕１０１の表面変位を測定する。
【００２３】
シート５０，６５は、図８に示すように、複数のブロック５１がスライドレール５４を介して連結され帯状に形成されている。帯状に形成することにより、測定位置線に沿わせることができ、ブロック５１のほぼ中央には被検出体となる励磁コイル５２が埋め込まれており、励磁コイル５２は互いに離隔されている。また、励磁コイル５２はコイルの軸心に沿った方向、すなわち垂直方向に磁界を発生させる。ブロック５１の側面５３にはスライドレール５４に嵌合する凹部５３ａが設けられている。この凹部５３ａにより、ブロック５１の移動は垂直方向にのみ制限される。よって、励磁コイル５２は、シート５０の変形に対しても常に水平に保たれ、敷き布団１００の下部を走査する検出コイル５５と相対することとなる。なお、シート５０は、測定範囲内において測定位置線に沿って変形するものであればよい。
【００２４】
さらに、シート５０，６５を測定位置となる線に沿わせて帯状に形成することにより、測定対象となる特定部分の形状に沿わせることができ、特定部分における表面変位をより正確に測定することができる。シート５０，６５は変形可能に構成されているため、シート５０，６５を幅広とすると、測定対象線周辺の変形したシート５０，６５の影響を受けて、測定結果に誤差が生じる場合があるからである。本実施形態においては、シート６５を測定位置線である背筋に沿わせることにより、背筋部分の介在物の表面変位をより正確に測定することが可能となる。
【００２５】
また、励磁コイル５２の励磁による磁束を検出コイル５５により検出し、各励磁コイル５２と検出コイル５５間の距離を電気的信号値を用いて表示する検量線を用いて表示できるので、介在物の表面の変位を正確に測定することができる。
【００２６】
次に、上述の表面変位測定装置１を用いて寝具表面又は寝具に横たわる人体表面の変位測定方法について説明する。
まず、図７に示すように、スキャナ２上に敷き布団１００及び枕１０１を載置し、さらにその上にシート５０を載置する。続いて、シート５０の上に背筋が沿うように人が横たわる。そして、検出コイル５５を敷き布団１００の長手方向に沿って走査させる。検出コイル５５の移動に連動させて、検出コイル５５が真下に位置した励磁コイル５２にのみ電流を流し、シート５０の被検出体である各励磁コイル５２の励磁による磁束を検出コイル５５により検出し、その出力をリフトオフ距離に変換して測定値とする。
【００２７】
さらに、その後、シート５０を敷き布団１００上から除くと共に身体装着衣６０を着用した人が、敷き布団１００上に横たわり、人体Ｈ表面の変位をシート６５の検出により測定してもよい。測定後、シート５０での測定結果とシート６５での測定結果とを比較することにより、敷き布団１００の表面変位と身体の表面形状との差が明確となり、正確な敷き布団１００の表面変位量を測定することも可能である。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
図９に示す第二実施形態では、シート５０の各ブロック５１には、ほぼ中央にセンサとなる検出コイル５５が埋め込まれており、被検出体となる励磁コイル５２が身体の長手方向に走査させるための縦ガイド３に取り付けられている。励磁コイル５２をシート５０に沿うように移動させて、各ブロック５１の検出コイル５５により、励磁コイル５２の励磁による磁束を検出する。この場合、検出コイル５５の真下に励磁コイル５２が位置した際に検出する信号が最大となるので、その最大値からリフトオフ距離を算出することにより、正確な凹凸形状を測定することができる。
【００２９】
図１０に示す第三実施形態では、シート５０の各ブロック５１には被検出体となる励磁コイル５２が埋め込まれており、この励磁コイル５２と真下にセンサとなる検出コイル５５を相対させて複数設けてある。介在物を介して相対する励磁コイル５２と検出コイル５５は対をなす。測定に際しては、１の励磁コイル５２を励磁させ、対をなす検出コイル５５にて検出する。そして、順次各対となる励磁コイル５２と検出コイル５５にて測定を行い、それらの検出値からリフトオフ距離を算出することにより、正確な凹凸形状を測定することができる。
【００３０】
図１１に示す第四実施形態においては、シート７０の被検出体として導線７１を用いる。図１１（ａ）に示すように、シート７０には、適宜間隔をおいて略コの字状の導線７１が張られており、人体の長手方向と平行をなす導線部には、不必要な電磁波をカットするため電磁シールド７３が設けられている。測定に際しては、布団１００の下部に設けた検出コイル７５を走査させると共に、検出コイル７５の移動に連動させて検出コイル７５が真下に位置した導線７１にのみ電流を流し、被検出部７２に発生する磁束を検出する。そして、各被検出部７２にて検出した値からリフトオフ距離を算出することにより、正確な凹凸形状を測定することができる。なお、検出コイル７５は磁気センサであってもよく、また、各被検出体となる導線の被検出部７２に相対するように、検出コイル又は磁気コイルを複数設けても構わない。
【００３１】
次に、図１２に示す第五実施形態について説明する。本実施形態においては、上記各実施形態と異なり、布団１００及び枕１０１の側面から表面変位を測定する。
布団１００及び枕１０１の側面には、センサとなる検出ユニット８５が側面に沿って走査可能に設けられている。この検出ユニット８５は、センサとなる複数の検出コイル８６が適宜間隔をおいて積層されている。他方、シート８０は、シート側面に被検出体となる導線８１が設けられている。図１２（ｂ）に示すように、人が横たわり変形したシート８０の側面をその側面に沿って検出ユニット８５を走査させ、検出ユニット８５の各検出コイル８６にて、導線８１による磁束を測定する。そして、走査した各地点において、最大値を検出した検出コイル８６の位置をプロットすることにより、表面変位を計測することができる。なお、検出コイルに代えて磁気センサを用いてもよい。
【００３２】
最後に、本発明の更に他の実施形態の可能性について説明する。
上記各実施形態では、シート５０，６５を測定位置線である背筋に沿わせたが、シートを沿わせる部位は限定されるものではない。また、シートの幅や長さ、被検出体の離隔間隔や個数等は、測定対象の形状等に合わせ適宜変更すればよい。
【００３３】
上記各実施形態では、被検出体として励磁コイル、センサとして検出コイルを用いた。しかし、被検出体として永久磁石を用い、センサとして磁気センサを用いてもよい。また、磁気センサとしては、例えば、ＧＭＲ磁気センサ、ホール素子、ＭＩ素子、ＭＲセンサ等を用いることができる。また、上記第五実施形態において、側面に被検出体として導線を設けたシートを用いたが、側面を磁化した磁気シートを用いても構わない。係る場合、検出ユニットには磁気センサを用い、磁気シートには、例えば、マグネットシート、マグネットペーパー、マグネットフィルム等が用いられる。さらに、上述のように、各実施形態においてセンサとなる磁気センサとして検出コイルを用いた。しかし、センサとなる磁気センサには検出コイルの他、他の磁気センサを用いても構わない。
【００３４】
磁気センサにより永久磁石から発する磁束を検出し、被検出体とセンサ間の距離を電気的信号値を用いて表示する検量線を用いて表示できるので、介在物の表面の変位量を正確に測定することができる。永久磁石は、それ自体が磁力を発しているため検出回路を簡素化することができる。なお、本実施形態においても、永久磁石のシートを測定対象の形状に沿わせることができるように、帯状に形成することが可能であり、永久磁石間の距離やシートの長さ等は対象物の形状等に合わせ適宜変更すればよい。
【００３５】
上記各実施形態では、１本の帯状のシートを測定位置線に沿わせて表面変位を測定した。しかし、被検出体の本数は１本に限られず、複数本設けても構わない。係る場合、例えば被検出体を隣り合うもの同士が互いに測定誤差を生じない適宜間隔をおいて平行に配置して、検査対象の全面の表面変位をより正確に測定することができる。幅広の被検出体を配置する場合に比べ、被検出体の周辺の変形や動きによる変形の影響を抑制して変位を測定することができるからである。また、表面変位が大きいと予測される箇所に集中して複数本設けても構わない。これにより、変位量が大きい箇所において、精密に表面変位を測定することができる。
【００３６】
さらに、複数本のシートを用いる場合、シートをマトリックス上に載置し、縦ガイド３に沿って水平移動する横ガイドレールとこの横ガイドレール上でのセンサ５の水平移動量を検出する第二エンコーダーとを設け、スキャナ２平面上でセンサ５を二次元的に走査させることもできる。
【００３７】
また、図７，９の関係のように、被検出体とセンサは、上記各実施形態において相互に入れ替えても構わない。さらに、図１０に示すように、上記各実施形態において、センサを走査させる他に被検出体と対をなすよう複数のセンサを設けても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、介在物の一側面の表面の変位を測定することができる。この介在物には、ハンモック、敷き布団、枕及び寝袋等の寝具、椅子、ソファー、乗り物の運転席の如きクッション、履物、手袋等が該当する。また、セーター、ズボン、下着、ダウン製品等の衣類、硬化したギブス等も該当する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】表面変位測定装置の平面図である。
【図２】表面変位測定装置の側面図である。
【図３】表面変位測定装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）はセンサの縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】ブリッジ回路のブロック図である。
【図６】（ａ）は身体装着具の平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は底面図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る表面変位測定装置に関し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図８】（ａ）はシートの拡大平面図、（ｂ）はシートの拡大側面図、（ｃ）はシートが変形した状態を示す（ｂ）相当図、（ｄ）は各ブロックの連結部近傍の拡大平面図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る表面変位測定装置を示す図７相当図である。
【図１０】本発明の第三実施形態に係る表面変位測定装置を示す図７相当図である。
【図１１】本発明の第四実施形態に係る表面変位測定装置に関し、（ａ）はシートの平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。（ｄ）は平面図である。
【図１２】本発明の第五実施形態に係る表面変位測定装置の図７相当図である。
【図１３】（ａ）は本発明の原理図、（ｂ）は比較例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：表面変位測定装置、２：スキャナ、３：縦ガイド、４：エンコーダー、５：センサ、５ａ：コア、５ｂ：コイル、１１：発信器、１２：ブリッジ回路、１２ａ：標準コイル、１２ｂ：可変抵抗１、１２ｃ：可変抵抗２、１３：増幅器、１４：ＣＰＵ、２１：検出コイル、２２：励磁コイル、５０：シート、５１：ブロック、５２：励磁コイル（被検出体）、５３：側面、５３ａ：凹部、５４：スライドレール、５５：検出コイル（センサ）、６０：身体装着衣、６１：生地、６２：前開口、６３：アームホール、６４：留め具、６５：被検出体、７０：シート、７１：導線、７２：被検出部（被検出体）、７３：電磁シールド、７５：検出コイル（センサ）、８０：シート、８１：導線（被検出体）、８５：検出ユニット（センサ）、８６：検出コイル、１００：敷き布団、１０１：枕、Ａ：有効磁場範囲、Ｈ：人体、Ｐ１ａ：表面位置、Ｐ１ｂ：検出表面位置、Ｓ０：表面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体及びこの被検出体との離隔距離を測定可能なセンサを介在物を介して配置し、介在物の一側面の表面変位を測定する表面変位測定方法であって、
前記一側面に前記被検出体又は前記センサを複数個適宜測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させて設けたことを特徴とする表面変位測定方法。
【請求項２】
前記被検出体及び前記センサが検出方向性を有し、これら両者の方向を一致させて相対変位させるように、前記一側面に設けた前記被検出体又は前記センサの変位方向を制限することを特徴とする請求項１記載の表面変位測定方法。
【請求項３】
前記被検出体及び前記センサのうち一方が検出方向性を有し他方が検出方向性を有さず、前記他方を前記一方の方向性に一致させて相対変位させるように、前記他方の変位方向を制限することを特徴とする請求項１記載の表面変位測定方法。
【請求項４】
被検出体及びこの被検出体を検出可能なセンサを備え、介在物の一側面の表面変位を測定する表面変位測定方法であって、
前記一側面に前記被検出体又は前記センサのうち一方を測定位置線に沿わせて設け、他方を複数個適宜前記変位方向に沿わせて設けたことを特徴とする表面変位測定方法。
【請求項５】
前記被検出体が励磁コイルであり、前記センサが磁気センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面変位測定方法。
【請求項６】
前記センサが磁気センサであり、前記被検出体が前記磁気センサの検出方向に交差配置された電流を流すワイヤであることを特徴とする請求項１、３又は４のいずれかに記載の表面変位測定方法。
【請求項７】
前記被検出体が導電体であり、前記センサが電磁気センサであることを特徴とする請求項１、３又は４のいずれかに記載の表面変位測定方法。
【請求項８】
前記被検出体が永久磁石であり、前記センサが磁気センサであることを特徴とする請求項１、３又は４のいずれかに記載の表面変位測定方法。
【請求項９】
被検出体及びこの被検出体との離隔距離を測定可能なセンサとを介在物を介して配置してあり、介在物の一側面の表面変位を測定する請求項１〜３，５〜８のいずれかに記載の表面変位測定方法に用いる表面変位測定装置であって、
前記一側面に前記被検出体又は前記センサを複数個適宜測定位置線に沿わせると共に互いに離隔させて設けたことを特徴とする表面変位測定装置。
【請求項１０】
被検出体及びこの被検出体を検出可能なセンサを備え、介在物の一側面の表面変位を測定する請求項４〜８記載の表面変位測定装置であって、
前記一側面に前記被検出体又は前記センサのうち一方を測定位置線に沿わせて設け、他方を複数個適宜前記変位方向に沿わせて設けたことを特徴とする表面変位測定装置。

【図１】