特開 2017-176539 弾性構造体および弾性構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-176539(P2017-176539A)

(43)【公開日】2017年10月5日

(54)【発明の名称】弾性構造体および弾性構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   A47C 27/15 20060101AFI20170908BHJP

   A47C 31/12 20060101ALI20170908BHJP

   A47C 27/04 20060101ALI20170908BHJP

【ＦＩ】

   A47C27/15 A

   A47C31/12

   A47C27/15 B

   A47C27/04 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2016-69585(P2016-69585)

(22)【出願日】2016年3月30日

(71)【出願人】

【識別番号】590002389

【氏名又は名称】静岡県

(71)【出願人】

【識別番号】397051911

【氏名又は名称】ソフトプレン工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100106057

【弁理士】

【氏名又は名称】柳井 則子

(72)【発明者】

【氏名】船井 孝

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敬明

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 文明

(72)【発明者】

【氏名】袴田 恭正

(72)【発明者】

【氏名】横田 秀夫

【テーマコード（参考）】

3B096

【Ｆターム（参考）】

3B096AB05

3B096AB07

(57)【要約】

【課題】対象物に対応して、対象物に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を向上することができる弾性構造体および弾性構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】利用者Ｐを支持する本体部１１と、本体部１１に設けられた第一の弾性調整部２１と、第二の弾性調整部２２と、第三の弾性調整部２３とを備え、各弾性調整部２１，２２，２３は、本体部１１に対する利用者Ｐからの荷重印加方向Ｆと交差する面方向に積層セル３１として複数分割されており、各積層セル３１は、異なる弾性率を有する複数の弾性体３３が荷重印加方向Ｆに積層されている。本体部１１は、利用者Ｐの仰臥した状態における体幹Ｐａに対応した位置に設けられた体幹支持部１５と、利用者Ｐの頭部Ｐｂが配置される枕設置部１３と、を有し、体幹支持部１５には、第一の弾性調整部２１が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を支持する本体部と、
前記本体部の一部に設けられた弾性調整部と、
を備え、
前記弾性調整部は、前記本体部に対する前記対象物からの荷重印加方向と交差する面方向に積層セルとして複数分割されており、
各積層セルは、異なる弾性率を有する複数の弾性体が前記荷重印加方向に積層されていることを特徴とする弾性構造体。

【請求項2】

前記本体部は、
前記対象物としての利用者の仰臥した状態における体幹に対応した位置に設けられた体幹支持部と、
前記体幹支持部に前記利用者が仰臥した状態で前記利用者の頭部が配置される枕設置部と、
を有し、
前記体幹支持部には、第一の前記弾性調整部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弾性構造体。

【請求項3】

前記本体部は、前記体幹支持部を挟んで前記枕設置部の反対側には前記利用者の足部が配置される足配置部を有し、
前記枕設置部および前記足配置部の少なくとも一方には、第二の前記弾性調整部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の弾性構造体。

【請求項4】

前記各積層セルの支える荷重は、均一となるように形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項5】

前記各積層セルの支える荷重は、前記対象物としての利用者における前記積層セルに対応する部位の重量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項6】

仰臥した状態における前記対象物としての利用者の身長方向に沿うように設定された軸線に対し、左右対称位置に配置された前記各積層セルにおける前記複数の弾性体の積層割合は、互いに略同一であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項7】

前記各積層セルにおける前記複数の弾性体の積層割合は、肩幅方向に略同一であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項8】

前記弾性体は、合成樹脂発泡品を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項9】

前記合成樹脂発泡品は、ウレタンフォームであることを特徴とする請求項８に記載の弾性構造体。

【請求項10】

前記本体部は、弾性体により形成された表層を備え、
前記表層は、並んで配置された複数の前記積層セルに対して重ねて設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項11】

寝具のマットレスであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の弾性構造体。

【請求項12】

対象物を支持する本体部と、前記本体部の一部に設けられた弾性調整部と、を備え、前記弾性調整部は、前記本体部に対する前記対象物からの荷重印加方向と交差する面方向に積層セルとして複数分割されており、各前記積層セルは、異なる弾性率を有する複数の弾性体が前記荷重印加方向に積層された弾性構造体を製造する弾性構造体の製造方法であって、
前記積層セルに含まれるそれぞれの前記弾性体の前記荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、前記積層セルの荷重に対する変形量と、前記積層セルの前記荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報が記憶された積層セル情報記憶媒体から、前記積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップと、
前記弾性構造体の利用者の体幹形状を示す体幹形状情報を取得する体幹形状情報取得ステップと、
前記弾性構造体の位置のうちの前記利用者の体幹に対応した位置に配置される複数の前記積層セルのそれぞれについて、前記積層割合を、前記積層セル情報取得ステップにおいて取得された前記積層セル情報と、前記体幹形状情報取得ステップにおいて取得された前記体幹形状情報に基づいて決定する積層割合決定ステップと、
を有することを特徴とする弾性構造体の製造方法。

【請求項13】

前記体幹形状情報取得ステップにおいて取得された前記体幹形状情報に基づいて、前記利用者の体幹部の重量を推定する体幹部重量推定ステップを有し、
前記積層割合決定ステップは、前記体幹部重量推定ステップにおいて推定された前記利用者の体幹部の重量に基づいて、前記積層割合を決定することを特徴とする請求項１２に記載の弾性構造体の製造方法。

【請求項14】

前記体幹部重量推定ステップは、前記利用者の体重に基づいて、前記利用者の体幹部の重量を推定することを特徴とする請求項１３に記載の弾性構造体の製造方法。

【請求項15】

前記積層割合決定ステップは、前記弾性構造体の用途に応じた前記弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて、前記積層割合を決定することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の弾性構造体の製造方法。

【請求項16】

前記弾性構造体は寝具のマットレスであることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の弾性構造体の製造方法。

【請求項17】

前記積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、前記積層割合と前記変形量と前記反力とが対応付けられた前記積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップを有することを特徴とする請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の弾性構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性構造体および弾性構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、利用者の体圧分布等に合わせて形状や弾性力等を各位置で変化させたマットレス等の寝具が知られている。
下記特許文献１には、弾力性のあるブロックを枠体内全体に並べ、寝姿勢に応じて高さの異なるブロックに入れ替えることで形状を調整した寝具が提案されている。また下記特許文献２には、大きさが同じで弾力性が異なる断片に入れ替えることで弾力性分布を設けた寝具が提案されている。さらに下記特許文献３には、多層構造のマットレスにおいて層の数や層の厚さ、層の特性などを調整することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−２０５２３１号公報

【特許文献2】特開２００６−１４０号公報

【特許文献3】特開２０１３−２１２３１７号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Zatsiorsky, V., Seluyanov, V., “The mass and inertia characteristics of the main segments of the human body”, Biomechanics, VIII-B (1983), pp. 1152-1159

【非特許文献2】阿江通良, 湯 海鵬, 横井孝志, “日本人アスリートの身体部分慣性特性の推定”, バイオメカニズム(11)(1992), pp. 23-33

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の弾性構造体は、利用者の寝姿における体圧を分散する性能（以下、「圧力分散性能」という。）や利用者の姿勢を維持する性能（以下、「姿勢維持性能」という。）を向上させ、快適な状態で利用者を支持するという点でさらに改善する余地があった。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、対象物に対応して、対象物に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を向上することができる弾性構造体および弾性構造体の製造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】

【0006】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明に係る弾性構造体は、対象物を支持する本体部と、前記本体部の一部に設けられた弾性調整部と、を備え、前記弾性調整部は、前記本体部に対する前記対象物からの荷重印加方向と交差する面方向に積層セルとして複数分割されており、各積層セルは、異なる弾性率を有する複数の弾性体が前記荷重印加方向に積層されていることを特徴としている。

【0007】

本発明によれば、本体部の一部に弾性調整部が設けられ、弾性調整部が積層セルとして複数に分割されているので、弾性調整部を対象物に対応する適切な範囲に設定することで、本体部における対象物の各部に適した位置の弾性を容易に調整できる。
また各積層セルが互いに異なる弾性率の弾性体を荷重印加方向に複数積層して構成されているので、各積層セルの積層割合を調整することで、弾性調整部の各位置における変形量および反力を調整できる。
さらに、対象物の各部に負荷される圧力を適切に調整したり対象物の姿勢に対応するように弾性調整部を適切に変形させたりすることができる。したがって、対象物に対応して、対象物に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を向上することができる弾性構造体を提供することが可能である。

【0008】

また、前記本体部は、前記対象物としての利用者の仰臥した状態における体幹に対応した位置に設けられた体幹支持部と、前記体幹支持部に前記利用者が仰臥した状態で前記利用者の頭部が配置される枕設置部と、を有し、前記体幹支持部には、第一の前記弾性調整部が設けられていることを特徴としている。

【0009】

本発明によれば、利用者が体幹支持部に仰臥した状態で頭部が配置される部位に枕設置部が設けられている。そのため利用者が枕設置部に頭部を配置するように仰臥すれば、そのまま体幹を体幹支持部の第一の弾性調整部に配置される。したがって利用者が意識せずに体幹を第一の弾性調整部に配置することができ、使い勝手がよい。

【0010】

また、前記本体部は、前記体幹支持部を挟んで前記枕設置部の反対側には前記利用者の足部が配置される足配置部を有し、前記枕設置部および前記足配置部の少なくとも一方には、第二の前記弾性調整部が設けられていることを特徴としている。

【0011】

本発明によれば、枕設置部および足配置部の少なくとも一方に第二の弾性調整部が設けられているので、利用者の頭部や足部について沈込みの量や分布を調整できる。そのため利用者の体の傾きなどを適切に調整できて寝心地を向上できる。

【0012】

また、前記各積層セルの支える荷重は、均一となるように形成されていることを特徴としている。

【0013】

本発明によれば、各積層セルが支える荷重ができるだけ均一となるように形成されているので、利用者の各部に受ける反力のバラツキを低減できる。これにより、局部的な強い反力を緩和し、接触面積を増加させることができるので、利用者の寝姿における体圧を分散する圧力分散性能を向上できる。

【0014】

また、前記各積層セルの支える荷重は、前記対象物としての利用者における前記積層セルに対応する部位の重量であることを特徴としている。

【0015】

本発明によれば、各積層セルが利用者における積層セルに対応する部位の重量を支えるので、利用者の寝姿における各部位の体形状に合わせて各積層セルを変形させることができる。そのため体形を維持して無理なく支持することができ、利用者の寝姿における姿勢を維持する姿勢維持性能を向上できる。

【0016】

また、仰臥した状態における前記対象物としての利用者の身長方向に沿うように設定された軸線に対し、左右対称位置に配置された前記各積層セルにおける前記複数の弾性体の積層割合は、互いに略同一であることを特徴としている。

【0017】

本発明によれば、軸線に対して左右対称位置に配置された各積層セルの積層割合が互いに略同一である。仰臥した状態における利用者の各部の重量は略左右対称のため、各弾性調整部全体における各積層セルの積層割合や配置を、利用者の半身により容易に設計することができる。

【0018】

また、前記各積層セルにおける前記複数の弾性体の積層割合は、肩幅方向に略同一であることを特徴としている。

【0019】

本発明によれば、各積層セルにおける積層割合が肩幅方向に略同一であるので、利用者が寝返りを打っても寝心地を損なわず、使い勝手がよい。

【0020】

また、前記弾性体は、合成樹脂発泡品を含むことを特徴としている。
また、前記合成樹脂発泡品は、ウレタンフォームであることを特徴としている。

【0021】

本発明によれば、弾性体が合成樹脂発泡品を含むので、軽量でクッション性を確保し易い。さらに、合成樹脂発泡品、とりわけウレタンフォームは、圧縮されたときに圧縮方向と交差する方向へ広がり難いため、設計通りの弾性を得ることができ、所望の弾性力の分布を容易に実現できる。

【0022】

また、前記本体部は、弾性体により形成された表層を備え、前記表層は、並んで配置された複数の前記積層セルに対して重ねて設けられていることを特徴としている。

【0023】

本発明によれば、複数の積層セルの端部に連続して重ねて表層が設けられているので、配列した複数の積層セルが連続して滑らかに変形でき、使い勝手がよい。

【0024】

また、上述の弾性構造体は、寝具のマットレスであることを特徴としている。

【0025】

本発明によれば、利用者に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を容易に向上することが可能であり、マットレスに好適に適用できる。

【0026】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明に係る弾性構造体の製造方法は、対象物を支持する本体部と、前記本体部の一部に設けられた弾性調整部と、を備え、前記弾性調整部は、前記本体部に対する前記対象物からの荷重印加方向と交差する面方向に積層セルとして複数分割されており、各前記積層セルは、異なる弾性率を有する複数の弾性体が前記荷重印加方向に積層された弾性構造体を製造する弾性構造体の製造方法であって、前記積層セルに含まれるそれぞれの前記弾性体の前記荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、前記積層セルの荷重に対する変形量と、前記積層セルの前記荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報が記憶された積層セル情報記憶媒体から、前記積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップと、前記弾性構造体の利用者の体幹形状を示す体幹形状情報を取得する体幹形状情報取得ステップと、前記弾性構造体の位置のうちの前記利用者の体幹に対応した位置に配置される複数の前記積層セルのそれぞれについて、前記積層割合を、前記積層セル情報取得ステップにおいて取得された前記積層セル情報と、前記体幹形状情報取得ステップにおいて取得された前記体幹形状情報に基づいて決定する積層割合決定ステップと、を有することを特徴とする。

【0027】

本発明によれば、積層セルに含まれるそれぞれの弾性体の荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、積層セルの荷重に対する変形量と、積層セルの荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報が記憶された積層セル情報記憶媒体に基づいて、複数の積層セルのそれぞれの積層割合が決定されるため、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0028】

上述の弾性構造体の製造方法では、前記体幹形状情報取得ステップにおいて取得された前記体幹形状情報に基づいて、前記利用者の体幹部の重量を推定する体幹部重量推定ステップを有し、前記積層割合決定ステップは、前記体幹部重量推定ステップにおいて推定された前記利用者の体幹部の重量に基づいて、前記積層割合を決定する、ことが可能である。
本発明によれば、利用者の体幹部の重量を推定して積層割合を決定するため、利用者の体幹部の重量を考慮して、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0029】

上述の弾性構造体の製造方法では、前記体幹部重量推定ステップは、前記利用者の体重に基づいて、前記利用者の体幹部の重量を推定する、ことが可能である。
本発明によれば、利用者の体重に基づいて体幹部の重量を推定するため、利用者の実際の情報（体重）に基づいて体幹部の重量を推定することができ、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0030】

上述の弾性構造体の製造方法では、前記積層割合決定ステップは、前記弾性構造体の用途に応じた前記弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて、前記積層割合を決定する、ことが可能である。
本発明によれば、弾性構造体の用途に応じた弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて積層割合を決定するため、弾性構造体の用途に応じて、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0031】

上述の弾性構造体の製造方法では、前記弾性構造体は寝具のマットレスである。
本発明によれば、利用者にとって快適なマットレスを製造することができる。

【0032】

上述の弾性構造体の製造方法では、前記積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、前記積層割合と前記変形量と前記反力とが対応付けられた前記積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップを有する、ことが可能である。
本発明によれば、積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、好適な積層セル情報を取得することができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明によれば、本体部の一部に弾性調整部が設けられ、弾性調整部が積層セルとして複数に分割されているので、弾性調整部を対象物に対応する適切な範囲に設定することで、本体部における対象物の各部に適した位置の弾性を容易に調整できる。
また各積層セルが互いに異なる弾性率の弾性体を荷重印加方向に複数積層して構成されているので、各積層セルの積層割合を調整することで、弾性調整部の各位置における変形量および反力を調整できる。
さらに、対象物の各部に負荷される圧力を適切に調整したり対象物の姿勢に対応するように弾性調整部を適切に変形させたりすることができる。したがって、対象物に対応して、対象物に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を向上することができる弾性構造体を提供することが可能である。

【0034】

本発明によれば、積層セルに含まれるそれぞれの弾性体の荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、積層セルの荷重に対する変形量と、積層セルの荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報が記憶された積層セル情報記憶媒体に基づいて、複数の積層セルのそれぞれの積層割合が決定されるため、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。
本発明によれば、利用者の体幹部の重量を推定して積層割合を決定するため、利用者の体幹部の重量を考慮して、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。
本発明によれば、利用者の体重に基づいて体幹部の重量を推定するため、利用者の実際の情報（体重）に基づいて体幹部の重量を推定することができ、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。
本発明によれば、弾性構造体の用途に応じた弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて積層割合を決定するため、弾性構造体の用途に応じて、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。
本発明によれば、利用者にとって快適なマットレスを製造することができる。
本発明によれば、積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、好適な積層セル情報を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】実施形態におけるマットレスと仰臥した状態の利用者とを対応させて示す断面図である。

【図2】実施形態におけるマットレスの平面図である。

【図3】実施形態における積層セルの斜視図である。

【図4】実施形態における弾性調整部の部分斜視図である。

【図5】実施形態における体幹支持部に体幹を支持した状態を示す断面図である。

【図6】他の例におけるマットレスの平面図である。

【図7】実施形態におけるマットレスの製造方法の処理の手順の一例を示す図である。

【図8】実施形態におけるマットレスの製造方法の処理の手順の一例を示す図である。

【図9】実施形態におけるブロックマトリクスの作成方法の処理の手順の一例を示す図である。

【図10】計測姿勢（側面）の一例を示す図である。

【図11】計測姿勢（後面）の一例を示す図である。

【図12】人体モデル（前面）の一例を示す図である。

【図13】人体モデル（側面）の一例を示す図である。

【図14】人体モデル（体幹部１／２）の一例を示す図である。

【図15】設計対象範囲の一例を示す図である。

【図16】マットレスの構造の一例を示す図である。

【図17】マットレスの上面に人体モデルを配置した例を示す図である。

【図18】マットレスの上面に人体モデルを配置した場合の沈み込み量の一例を示す図である。

【図19】マットレス（体幹部１／２）の上面に人体モデル（体幹部１／２）の背中が接するように配置した例を示す図である。

【図20】各積層セルの上端面の中心点の例を示す図である。

【図21】積層セルの変形量の導出を説明するための図である。

【図22】体圧分散型のマットレスの設計結果の一例を示す図である。

【図23】実施形態に係る体圧分散型のマットレスに関する体圧分布計測結果の一例を示す図である。

【図24】従来品に係るマットレスに関する体圧分布計測結果の一例を示す図である。

【図25】実施形態と従来品との最大体圧の比較の例を示す図である。

【図26】実施形態と従来品との接触面積の比較の例を示す図である。

【図27】積層セルにかかる人体の重量の算出を説明するための図である。

【図28】姿勢維持型のマットレスの設計結果の一例を示す図である。

【図29】３ＤのＣＡＤによるモデリングを説明するための図である。

【図30】人体モデルの解析結果の一例を示す図である。

【図31】実施形態と従来品とで椎間板に生じる応力の比較の例を示す図である。

【図32】変形挙動の再現結果の一例を示す図である。

【図33】実施形態に係るブロックマトリクスの一例を示す図である。

【図34】他の例におけるマットレスの構造の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
（体圧分散型のマットレス）
本実施形態の弾性構造体は寝具のマットレスであり、弾性構造体に支持される対象物はマットレスの利用者である。
図１は、実施形態におけるマットレスと仰臥した状態の利用者とを対応させて示す断面図であり、図２は、マットレスの平面図であり、図３は、積層セルの斜視図であり、図４は、弾性調整部の部分斜視図であり、図５は、体幹支持部に体幹を支持した状態を示す断面図である。

【0037】

図１および図２に示すように、マットレス１０は、利用者Ｐを支持するための本体部１１を備えている。本体部１１は全体が弾力性を有する部材により構成されている。
本体部１１には軸線Ｌに沿って、体幹支持部１５と、枕設置部１３と、足配置部１７と、が設けられている。軸線Ｌは、マットレス１０に利用者Ｐが仰臥した際、身長方向に沿うように延びる直線として設定されている。

【0038】

体幹支持部１５は、マットレス１０に仰臥した状態における利用者Ｐの体幹Ｐａに対応した位置に設けられている。
枕設置部１３は、体幹支持部１５に仰臥した状態で利用者Ｐの頭部Ｐｂが配置される部位に対応した位置に設けられている。枕設置部１３には枕が配置されていてもよいが、ここでは本体部１１と一体に枕が設けられていてもよい。
足配置部１７は、体幹支持部１５を挟んで枕設置部１３の反対側に設けられている。足配置部１７は仰臥した状態で利用者Ｐの足部Ｐｃが配置される部位に対応した位置に設けられている。

【0039】

体幹支持部１５は周囲の本体部１１に囲まれた第一の弾性調整部２１を備えている。枕設置部１３は、周囲の本体部１１に囲まれた第二の弾性調整部２２を備えている。足配置部１７は、周囲の本体部１１に囲まれた第三の弾性調整部２３を備えている。
本体部１１の枕設置部１３、体幹支持部１５および足配置部１７を除く部位は、略一定の弾性力の分布に形成されている。第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３は、本体部１１とは異なり、所望の弾性力分布に形成されている。

【0040】

第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３は、本体部１１への荷重印加方向Ｆと交差する面方向に、積層セル３１として複数に分割されている。
図３に示すように、積層セル３１は、互いに異なる弾性率を有する複数の弾性体３３が荷重印加方向Ｆに積層されている。積層セル３１は、平面視で正方形を有する四角柱状に形成されている。なお、積層セル３１は、平面視で長方形を有する四角柱状に形成されていてもよい。

【0041】

積層セル３１を構成する複数の弾性体３３は、それぞれ荷重印加方向Ｆに圧縮されて弾性変形可能な材料により形成されており、互いに異なる弾性特性を有している。荷重印加方向Ｆに隣接する弾性体３３同士は互いに密接している。
弾性体３３は、例えばウレタンフォーム等の合成樹脂発泡品を含むのが好適である。

【0042】

本実施形態では各弾性体３３はウレタンフォームからなる。互いに硬さが異なる第１のウレタン３３ａと第２のウレタン３３ｂを用いて、第１のウレタン３３ａからなる弾性体３３や第２のウレタン３３ｂからなる弾性体３３が、所望の弾性特性を得るように組み合わされている。なお、弾性体３３は、様々な種類のウレタンであってもよい。図３および図４では、各積層セル３１が第１のウレタン３３ａからなる弾性体３３と第２のウレタン３３ｂからなる弾性体３３とを組み合わせて構成されている。第１のウレタン３３ａは、例えば第２のウレタン３３ｂよりも利用者Ｐ側に配置されている。
ここで、本実施形態では、第１のウレタンの硬さの方が、第２のウレタンの硬さよりも、低い（つまり、柔らかい）。
具体的には、第１のウレタン３３ａの種類として、低反発ウレタンが用いられている。また、第２のウレタン３３ｂの種類として、高反発ウレタン、または、半硬質ウレタンが用いられている。
本実施形態では、低反発ウレタン、高反発ウレタン、半硬質ウレタンという語を、これら３つのなかで、低反発ウレタンが最も低い硬度であり（つまり、最も柔らかく）、高反発ウレタンが中程度の硬度であり（つまり、中程度の硬さであり）、半硬質ウレタンが最も高い硬度である（つまり、最も硬い）という意味で使用する。但し、これらの語は説明の便宜上で使用するものであり、その語に限定されることはなく、第１のウレタンと第２のウレタンとで硬さが異なれば、任意の名称のウレタンが用いられてもよい。
なお、低反発ウレタンは、例えば、軟質ウレタンの一種であり、押し込んだ際（圧縮時）にゆっくりと復元する性質のものが呼ばれる。また、高反発ウレタンは、例えば、軟質ウレタンの一種であり、ゴムのような反発力を持つ性質のものが呼ばれる。また、半硬質ウレタンは、例えば、軟質ウレタンと硬質ウレタンとの中間的な性質のものである。硬質ウレタンは、例えば、独立気泡で復元性が無いものが呼ばれる。但し、上記したように、これらの名称は明確に区分されない場合もあるため、本実施形態で使用する名称に限定されない。

【0043】

第一の弾性調整部２１を構成する複数の積層セル３１や第二の弾性調整部２２を構成する複数の積層セル３１、第三の弾性調整部２３を構成する複数の積層セル３１は、互いに略同じ形状に形成されており、荷重印加方向Ｆにおける全長も略同一に形成されている。
各積層セル３１は、弾性体３３の種類と荷重印加方向Ｆの長さの比等の積層割合とを調整することで、それぞれ所望の弾性特性を実現している。

【0044】

第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３では、本体部１１に設けられた凹部内に複数の積層セル３１が収容されている。
第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３の複数の積層セル３１は、隣り合う積層セル３１の側面同士が接触した状態で互いに直交する方向に配列している。

【0045】

配列した複数の積層セル３１の上部には、弾性体により形成された表層１９が設けられている。表層１９は、第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３を構成する複数の積層セル３１に対して重ねて設けられている。本実施形態の表層１９は、マットレス１０の本体部１１の上面全体を構成するように連続して設けられている。
配列した複数の積層セル３１の下部には、弾性体により形成された表層２０（裏層と呼ばれてもよい。）が設けられている。表層２０は、第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３を構成する複数の積層セル３１に対して重ねて設けられている。本実施形態の表層２０は、マットレス１０の本体部１１の下面全体を構成するように連続して設けられている。
このように、本実施形態では、マットレス１０の本体部１１の上面と下面の両方から表層１９，２０で当該本体部１１を挟んでいる。
なお、本実施形態では、表層１９と表層２０とで、互いに厚さが同じである場合を示すが、他の構成例として、互いに厚さが異なる構成が用いられてもよい。

【0046】

第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３では、マットレス１０の利用者Ｐの体形や体重等に応じ、各位置の積層セル３１における弾性特性が設定されている。
図５に示すように、第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３は、仰臥した状態における利用者Ｐの各部位に対応する積層セル３１が弾性変形して利用者Ｐに適度な体圧で接触するように、弾性特性が調整されている。

【0047】

本実施形態の場合、各積層セル３１により支える荷重は、略均一となるように、各積層セル３１の弾性体３３の種類および積層割合が調整されている。例えば利用者Ｐの所定部位における重量を、その所定部位に接触する積層セル３１の数で均等に分けた荷重を各積層セル３１により支える設定としていてもよい。

【0048】

本実施形態では、軸線Ｌに対して左右対称位置に配置された各積層セル３１における複数の弾性体３３の種類および積層割合は、互いに略同一にしている。また各積層セル３１における弾性体３３の積層割合は、肩幅方向に略同一にしている。
第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３において、体圧を分散するように積層セル３１の弾性特性や配置を設定するには、例えば後述するような設計により行うことができる。

【0049】

以上のようなマットレス１０によれば、本体部の一部に弾性調整部が設けられ、弾性調整部が積層セルとして複数に分割されているので、弾性調整部を対象物に対応する適切な範囲に設定することで、本体部における対象物の各部に適した位置の弾性を容易に調整できる。
また各積層セルが互いに異なる弾性率の弾性体を荷重印加方向に複数積層して構成されているので、各積層セルの積層割合を調整することで、弾性調整部の各位置における変形量および反力を調整できる。
さらに、対象物の各部に負荷される圧力を適切に調整したり対象物の姿勢に対応するように弾性調整部を適切に変形させたりすることができる。したがって、対象物に対応して、対象物に負荷される圧力を分散する圧力分散性能や対象物の姿勢を維持する姿勢維持性能を向上することができる弾性構造体を提供することが可能である。

【0050】

また、このマットレス１０によれば、利用者Ｐが体幹支持部１５に仰臥した状態で頭部Ｐｂが配置される部位に枕設置部１３が設けられている。そのため利用者Ｐが枕設置部１３に頭部Ｐｂを配置するように仰臥すれば、そのまま体幹Ｐａを体幹支持部１５の第一の弾性調整部２１に配置されることになる。そのため利用者Ｐは意識せずに体幹Ｐａを第一の弾性調整部２１に配置することができて使い勝手がよい。

【0051】

また、このマットレス１０によれば、枕設置部１３に第二の弾性調整部２２が設けられ、足配置部１７に第三の弾性調整部２３が設けられている。そのため利用者Ｐの頭部Ｐｂや足部Ｐｃについて沈込み量や分布を調整でき、利用者Ｐの体の傾きなどを適切に調整できて寝心地を向上できる。

【0052】

また、このマットレス１０によれば、各積層セル３１が支える荷重ができるだけ均一となるように弾性調整部２１，２２，２３の弾性特性が調整されている。そのため利用者Ｐの各部位に受ける反力のバラツキを低減でき、局部的に強い反力を受けることを緩和したり、利用者＜の寝姿における広い範囲に接触させ易くしたりできる。これにより利用者Ｐの寝姿における体圧を分散する性能を向上できる。

【0053】

また、このマットレス１０によれば、軸線Ｌに対して左右対称位置に配置された各積層セル３１の積層割合が互いに略同一となっている。仰臥した状態における利用者Ｐの各部の重量は、通常、略左右対称のため、弾性調整部２１，２２，２３全体における各積層セル３１の積層割合や配置を、利用者Ｐの半身のデータによって容易に設計することができる。

【0054】

また、このマットレス１０によれば、各積層セル３１における積層割合が肩幅方向に略同一となっている。そのため利用者Ｐが寝返りを打っても寝心地を損なわず、使い勝手がよい。

【0055】

また、このマットレス１０によれば、弾性体３３が合成樹脂発泡品を含むので、軽量でクッション性を確保し易い。さらに圧縮されたときに圧縮方向と交差する方向へ広がり難いため、設計通りの弾性を得ることができ、所望の弾性力の分布を容易に実現できる。

【0056】

また、このマットレス１０によれば、複数の積層セル３１の端部に連続して重ねて表層（本実施形態では、表層１９および表層２０）が設けられているので、配列した複数の積層セル３１が連続して滑らかに変形でき、使い勝手がよい。

【0057】

（変形例：姿勢維持型のマットレス）
次に、各積層セル３１の弾性体３３の種類および積層割合を調整する方法についての変形例を説明する。
上記では、第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３において、各積層セル３１により支える荷重ができるだけ均一となるように調整した。これに対して、実施形態の変形例では、利用者Ｐの姿勢を維持するように各積層セル３１を調整する。

【0058】

すなわち、各積層セル３１の弾性体３３の種類および積層割合は、各積層セル３１が支える荷重が利用者Ｐにおける積層セル３１に対応する部位の重量となるように調整される。各部位の重量は、例えば利用者Ｐにおける積層セル３１に対応する部位の密度と厚みとにより算出してもよい。
第一の弾性調整部２１、第二の弾性調整部２２および第三の弾性調整部２３において、利用者Ｐの姿勢を維持するように積層セル３１の弾性特性や配置を設定するには、例えば後述するように行うことができる。

【0059】

実施形態の変形例によれば、各積層セル３１が利用者Ｐにおける積層セル３１に対応する部位の重量を支えるように構成している。そのため利用者Ｐの寝姿における各部位の形状に合わせて各積層セル３１を変形させることができる。したがって、体形を維持して無理なく支持することができ、利用者Ｐの寝姿における姿勢を維持する性能を向上することが可能である。

【0060】

本発明の技術範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態ではマットレス１０の例を用いて説明したが、本発明の弾性構造物は対象物を載置したり、対象物の周囲に配置することで保護したりする梱包材などにも適用可能である。

【0061】

また、上記では枕設置部１３に第二の弾性調整部２２を設け、足配置部１７に第三の弾性調整部２３を設けたが、枕設置部１３および足配置部１７は周囲の本体部１１と同様の弾性力分布となるように形成されていてもよい。さらに枕設置部１３または足配置部１７の一方だけに第二の弾性調整部２２が設けられていてもよい。

【0062】

また、上記では各積層セル３１は平面視で正方形状のものを使用したが、積層セル３１の形状は適宜変更可能である。例えば軸線Ｌに対して直交する方向に長く連続した帯状に形成したものであってもよい。図６を参照して、このような構成例を説明する。
図６は、他の例におけるマットレスの平面図である。
図６に示すように、マットレス１０Ａは、利用者Ｐを支持するための本体部１１Ａを備えている。本体部１１Ａには軸線ＬＡに沿って、体幹支持部１５Ａと、枕設置部１３Ａと、足配置部１７Ａと、が設けられている。体幹支持部１５Ａは第一の弾性調整部２１Ａを備えており、枕設置部１３Ａは第二の弾性調整部２２Ａを備えており、足配置部１７Ａは第三の弾性調整部２３Ａを備えている。第一の弾性調整部２１Ａ、第二の弾性調整部２２Ａおよび第三の弾性調整部２３Ａは、本体部１１Ａへの荷重印加方向Ｆと交差する面方向に、積層セル３１Ａとして複数に分割されている。
ここで、図６の例では、図２の例と比べて、各積層セル３１Ａが軸線ＬＡに対して直交する方向に長く連続した帯状に形成されたものであって、当該方向において１つの一体物として構成されている点が相違しており、他の点は同様である。この帯状の長さは任意であってもよく、図６の例では、マットレス１０Ａの肩幅方向の両端まで届く長さとなっている。このような帯状の積層セル３１Ａを備えるマットレス１０Ａでは、肩幅方向に関して利用者Ｐが寝ることが可能な位置（ここでは、利用者Ｐの下に弾性調整部が存在する位置）を広くすることができるという効果があり、特に、肩幅方向の両端まで届く帯状の積層セル３１Ａを備える構成ではその効果を最大限に発揮することができる。なお、図６の例に係るマットレス１０Ａに利用者Ｐが仰臥した場合に側面から見た様子（断面）は図１と同様である。
なお、図２および図６の例では３つの弾性調整部（第一の弾性調整部２１，２１Ａ、第二の弾性調整部２２，２２Ａ、第三の弾性調整部２３，２３Ａ）を備えるマットレス１０，１０Ａの構成例を示したが、他の構成例として、任意の１つの弾性調整部のみ（例えば、体幹部の第一の弾性調整部２１，２１Ａのみ）を備えるマットレス、または、任意の２つの弾性調整部を備えるマットレス、または、４つ以上の弾性調整部を備えるマットレスが設計および製造されてもよい。
さらに、上記では隣り合う積層セル３１，３１Ａ同士が互いに接触して配置されていたが、隣り合う積層セル３１，３１Ａ同士が隙間を設けて配置されていてもよい。

【0063】

（実施形態の弾性構造体の製造方法）
図７および図８は、実施形態におけるマットレスの製造方法の処理の手順の一例を示す図である。
図７および図８では、全体の処理としてステップＳ１〜ステップＳ２３を示してある。このうち、マットレスを発注する顧客の処理はステップＳ１、Ｓ２３であり、マットレスを製造する業者の処理はステップＳ２〜ステップＳ１６、ステップＳ１８〜ステップＳ２２である。また、マットレスを製造するためのデータが用意されており、この入力データはステップＳ１７で使用される。

【0064】

図７および図８を参照して、実施形態におけるマットレスの製造方法の処理の手順の一例を説明する。
顧客は、業者に対してマットレスを発注する（ステップＳ１）。
業者は、顧客の注文内容が適切か否かを判断する（ステップＳ２）。この結果、注文内容が適切でない場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、業者は、顧客に対して注文内容を問い合わせる（ステップＳ３）。この場合、業者は、必要な顧客情報を確認し、必要に応じて顧客に確認する。その後、ステップＳ４の処理へ移行する。
注文内容が適切であった場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、またはステップＳ３で注文内容を問い合わせた後に、業者は、発注者情報を入力する（ステップＳ４）。この入力先は、例えば、業者のコンピュータであり、当該コンピュータを介して当該発注者情報が記憶装置に記憶される。

【0065】

次に、業者は、顧客との間で、人体の計測（測定）の日程を調整する（ステップＳ５）。これにより、業者は、計測を実施するスケジュールを立てる。この人体計測は、マットレスの利用者（マットレスの使用予定者）の人体の計測である。利用者は、顧客自身でもよく、または、他の人でもよい。
そして、業者は、調整した日程で、利用者の人体形状を計測する（ステップＳ６）。また、業者は、利用者の体重を計測する（ステップＳ７）。これらにより、業者は、人体形状のデータ（人体形状データ）と、体重のデータ（体重データ）を取得する。
ここで、図７の例では、ステップＳ５〜ステップＳ７で業者が利用者の計測を行ったが、他の例として、顧客が計測結果のデータを業者に提供して、業者が当該データを取得してもよい。

【0066】

業者は、取得した人体形状データを修正する（ステップＳ８）。これにより、業者は、設計モデルを作成する。ここで、例えば、設計対象部となる体幹部（本実施形態では、その１／２）に対応する部分の人体モデルを生成する。
また、業者は、修正後の人体形状データおよび取得した体重データに基づいて、体幹部の重量を算出する（ステップＳ９）。この際、例えば、従来知られている人体重量配分割合の情報を用いてもよい。

【0067】

業者は、積層セルの分割数を設定する（ステップＳ１０）。この分割数は、例えば、利用者の身長に応じて設定される。
また、業者は、マットレスの沈み込み量を設定する（ステップＳ１１）。
そして、業者は、マットレスの沈み込み量に基づいて、各積層セルの変形量を設定する（ステップＳ１２）。

【0068】

次に、業者は、設計手法として、設計コンセプトの確認に基づき、体圧分散型の設計手法を用いるか、または姿勢維持型の設計手法（本実施形態では、変形例として説明する）を用いるかを判断する。この判断は、例えば、顧客の希望や、業者の経験などに基づいて、行われてもよい。
この結果、体圧分散型の設計手法が用いられる場合（ステップＳ１３：体圧分散型）、業者は、（体幹部重量／積層セルの数）の計算により、その解として、均等な荷重値（均等荷重値）を算出する（ステップＳ１４）。一方、姿勢維持型の設計手法が用いられる場合（ステップＳ１３：姿勢維持型）、業者は、（各積層セルの上面における人体の重量）の計算により、その解として、各積層セルの荷重値を算出する（ステップＳ１５）。

【0069】

業者は、ブロックマトリクスの情報が算出した荷重値と変形量を網羅しているか否かを判断する（ステップＳ１６）。ここで、ブロックマトリクスは、積層セルの積層割合と、変形量と、反力との関係を格納する。ブロックマトリクスは、例えば、あらかじめ用意される。
この結果、ブロックマトリクスの情報が算出した荷重値と変形量を網羅していない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、業者は、網羅していない部分について、ブロックマトリクスを作成する（ステップＳ１７）。そして、再びステップＳ１６の処理へ移行する。
一方、ブロックマトリクスの情報が算出した荷重値と変形量を網羅している場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、業者は、設定した変形量で発生する反力と算出した荷重値が釣り合う積層割合を導出する（ステップＳ１８）。

【0070】

そして、業者は、マットレスを製造する（ステップＳ１９）。その後、業者は、マットレスの製品を検査する（ステップＳ２０）。業者は、製品が設計寸法通りに出来ているか否かを判断する（ステップＳ２１）。この結果、製品が設計寸法通りに出来ていない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、業者は、再びステップＳ１９の処理（マットレスの製造）へ移行する。
一方、製品が設計寸法通りに出来ている場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、製品を梱包して出荷する（ステップＳ２２）。
これによって、顧客に製品が納品される（ステップＳ２３）。

【0071】

図９は、実施形態におけるブロックマトリクスの作成方法の処理の手順の一例を示す図である。
ここでは、業者がブロックマトリクスを作成する場合を示すが、他の者によってブロックマトリクスが作成されてもよい。
作成者は、ブロックマトリクスの作成を開始する（ステップＳ１０１）。
作成者は、材料を選定して手配する（ステップＳ１０２）。作成者は、取得した材料を試験片形状に加工する（ステップＳ１０３）。試験片形状は、例えば、円筒形またはダンベル形状などである。作成者は、試験片の寸法を計測する（ステップＳ１０４）。作成者は、試験片について、圧縮試験および引張試験を行う（ステップＳ１０５）。
その後、作成者は、Ｏｇｄｅｎ−ｆｏａｍのひずみエネルギ関数を導出する（ステップＳ１０６）。そして、作成者は、導出したひずみエネルギ関数を用いたシミュレーションを行う（ステップＳ１０７）。これにより、実実験との精度を検証することができる。ここで、本実施形態では、一例として、Ｏｇｄｅｎ−ｆｏａｍで近似している。また、本実施形態では、一例として、有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いてシミュレーションを行う。

【0072】

作成者は、精度が許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。
この結果、精度が許容範囲内ではない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、作成者は、再びステップＳ１０６の処理へ移行する。
一方、精度が許容範囲内である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、作成者は、ブロックマトリクスを作成する（ステップＳ１０９）。その後、ブロックマトリクスの作成を終了する（ステップＳ１１０）。

【0073】

以下で、実施形態におけるマットレスの製造方法について、より詳しく説明する。

【0074】

＜利用者の体形の三次元形状計測および体重計測などの一例＞
利用者の体形の三次元形状計測の一例について説明する。
利用者の体形を三次元スキャナ（３Ｄスキャナ）を用いて計測する。計測機器は任意の機器であってもよい。これにより、利用者の全身の体形を表すポリゴンデータを取得する。
一例として、利用者に計測用の着衣に着替えてもらい、利用者に対して安全上の観点から計測について説明し、３Ｄスキャナを用いて利用者の体形を計測し、利用者の体重を計測し、利用者の体圧分布を計測する。
ここで計測した体重あるいは体圧分布に基づき、設計対象部（本実施形態では、体幹部）の重量を推定し、マットレスの設計に活用する。全身の人体モデルの情報には、体幹形状情報が含まれる。

【0075】

図１０は、計測姿勢（側面）の一例を示す図である。
図１１は、計測姿勢（後面）の一例を示す図である。
図１０および図１１の例は、人体１０１の安静立位での計測姿勢である。本例では、計測点の例として、乳様突起(耳垂)１２１、肩峰１２２、大転子１２３、膝蓋骨後面１２４、外果の１〜２ｃｍ前方１２５、後頭隆起１２６、椎骨棘突起１２７、殿裂１２８を示してある。
これらのデータを用いて人体のモデル（人体モデル）を生成する。なお、人体モデルの生成の際に、検出した特徴点を用いた切断位置（例えば、体幹部を抽出するための位置）へのマーキングが行われてもよい。

【0076】

＜利用者の体形の三次元形状計測の他の例＞
利用者の体形の三次元形状計測の他の例について説明する。
Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）およびＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）の画像に基づいて人体のモデル（人体モデル）を構築する。これにより、人体の内部組織の形状情報を有する三次元人体モデルを生成する。なお、ＣＴとＭＲＩは、例えば、両方が行われてもよく、または、任意の一方のみが行われてもよい。また、さらに、３Ｄスキャナを用いて利用者の体形を計測して、その結果（全身の体形を表すポリゴンデータ）を用いてもよい。
なお、既に人体モデルが構築済みである場合には、当該人体モデルが用いられてもよい。
全身の人体モデルの情報には、体幹形状情報が含まれる。

【0077】

図１２は、人体モデル１５１（前面）の一例を示す図である。
図１３は、人体モデル１５１（側面）の一例を示す図である。
この人体モデル１５１は、全身のモデルであり、ポリゴンデータである。

【0078】

図１４は、人体モデル１７１（体幹部１／２）の一例を示す図である。
この人体モデル１７１は、設計対象範囲を決定して、不要な部分を削除したものである。本実施形態では、体幹部が左右対称であるとみなして、１／２の部分のモデルを用いる。

【0079】

＜設計対象範囲の決定とその重量の決定＞
ここで、設計対象範囲の決定とその重量の決定について説明する。
図１５は、設計対象範囲の一例を示す図である。
図１５には、人体モデル１９１を示してある。位置２０１および位置２０２はそれぞれ右の肩峰および左の肩峰に対応している。これら２つの位置２０１，２０２の間の距離（肩幅方向の距離）Ｌ１は、本実施形態では、積層セルの幅（本実施形態では、５０ｍｍ）の倍数である。
位置２２１は第七頸椎に対応しており、位置２２２は第七頸椎から所定の距離の位置に対応している。当該所定の距離（身長方向の距離）Ｌ２は、本実施形態では、積層セルの幅（本実施形態では、５０ｍｍ）の倍数である。
なお、本実施形態では、すべての積層セルの幅が同じ（均等）である場合を示すが、他の構成例として、積層セルごとに幅が異なり得る構成が用いられてもよく、この構成では、距離Ｌ１や距離Ｌ２は、必ずしも、１つの積層セルの幅の倍数になるとは限らない。また、他の構成例として、肩幅方向と身長方向とで積層セルの幅が異なる構成が用いられてもよい。
ここで、長方形の内部の範囲２４１を設計対象範囲とする。この範囲２４１は４つの位置２０１〜２０２、２２１〜２２２を頂点とする長方形の内部である。そして、第七頸椎で頭部を切断し、肩峰にて両腕を切断する（例えば、非特許文献１参照）。

【0080】

設計対象部の重量決定の第１の方法では、生成した人体モデルを、範囲２４２と範囲２４３との境界で切断する（例えば、非特許文献２参照）。これら２つの範囲２４２〜２４３は、合わせて、範囲２４１を形成する。
男性の人体に関し、範囲２４２の重量を体重の４８．９％とみなし、また、女性の人体に関し、範囲２４２の重量を体重の４５．７％とみなす（例えば、非特許文献２参照）。
範囲２４３は、利用者の全身モデルから大腿部を切り出して得た体積と、非特許文献２の重量から密度を算出し、範囲２４３の体積に乗じることで求める（例えば、非特許文献２参照）。
設計対象部の重量として、範囲２４２の重量と範囲２４３の重量との合計値を使用する。なお、本実施形態では、設計対象部の重量として、体幹部の重量の推定結果が用いられている。

【0081】

設計対象部の重量決定の第２の方法では、実施済みの体圧分布計測結果から体幹部の重量を推定する。すなわち、体圧分布計測結果から得られる体重に対する設計対象部（範囲２４１）の重量の割合を計算し、この割合を計測済みの体重に乗じた結果が設計対象部の重量であると推定する。

【0082】

＜体圧分散型の手法によるマットレスの設計＞
図１６〜図２６を参照して、体圧分散型の手法によるマットレスの設計について説明する。
図１６は、マットレスの構造の一例を示す図である。
図１６の例では、実施形態のマットレスの平面構造３０１と断面形状３０２を示してある。設計対象部３２１は、マットレスの肩幅方向に関して中央に配置されている。設計対象部３２１には、複数の積層セルがマトリクス状に並べられて配置されている。積層セルごとに、弾性体３２２ａおよび弾性体３２２ｂが積層されている。

【0083】

一例として、マットレスの寸法は、身長方向の長さＬ１１が２０００ｍｍであり、肩幅方向の長さＬ２１が１０００ｍｍであり、厚さＬ２３が１００ｍｍである。設計対象部３２１とマットレスの頭側の端との距離Ｌ１２が４００ｍｍである。各積層セルは、平面視したときに正方形であり、当該正方形の一辺の長さＬ３１が５０ｍｍである。また、各積層セルの厚さは１００ｍｍである。設計対象部３２１は、身長方向の長さＬ１３が５０ｍｍの倍数であり、肩幅方向の長さＬ２２が３００ｍｍである。
ここで、設計対象部３２１の身長方向の長さＬ１３は，決定された設計対象範囲（図１５に示される範囲２４１）と同じ長さとする。

【0084】

各積層セルでは、弾性体としてウレタンを用いている。各積層セルでは、低反発ウレタン、高反発ウレタン、半硬質ウレタンのうちの２種を積層し、素材の積層割合を変えることで硬さ特性を変える。本実施形態では、低反発ウレタンと高反発ウレタンとの組み合わせ、または、低反発ウレタンと半硬質ウレタンとの組み合わせを用いる。マットレスの上面側に低反発ウレタンを配置し、その下側（マットレスの下面側）に高反発ウレタンあるいは半硬質ウレタンを配置する。

【0085】

マットレスの設計において、生成した人体モデルの背中がマットレスの上面に接するように配置して、人体（人体モデル）がマットレスに沈み込む量を決定する。
図１７は、マットレスの上面に人体モデルを配置した例を示す図である。
図１７には、マットレス３５１に人体モデル３５２が沈み込んでいない状態と、マットレス３７１に人体モデル３７２が沈み込んだ状態を示してある。ここで、説明の便宜上から符号を変えたが、マットレス３５１とマットレス３７１は同じものであり、人体モデル３５２と人体モデル３７２は同じものである。沈み込んだ状態では、沈み込み量分だけ人体モデル３７２をマットレス３７１の側に平行移動している。
なお、図１７では、説明の便宜上から、マットレス３５１，３７１を構成する各積層セルを２層構造のモデルとして示したが、これは説明のための表示であって設計上必要はなく、各積層セルの構造もこの段階では決定していない。

【0086】

マットレス３７１に人体モデル３７２が沈み込んだ状態に基づき、マットレス３７１の底面側面心点から人体（人体モデル３７２）までの垂直距離（荷重印加方向の距離）を積層セルごとに計測する。そして、積層セルごとに、当該垂直距離をマットレス３７１の厚さから減じた値を当該積層セルの変形量とする。
図１８は、マットレス３７１の上面に人体モデル３７２を配置した場合の沈み込み量の一例を示す図である。
図１８の例では、マットレス３７１に対する人体モデル３７２の沈み込み量（平行移動する量）を所定値Ｌ５３（この例では、６０ｍｍ）としてある。また、マットレス３７１の底面（各積層セルの底面）から人体モデル３７２までの距離Ｌ５１と、各積層セルの変形量Ｌ５２を示してある。

【0087】

ここで、図１９〜図２１を参照して、各積層セルの変形量を求める方法について、より詳しく説明する。
図１９は、マットレス４１１（体幹部１／２）の上面に人体モデル４１２（体幹部１／２）の背中が接するように配置した例を示す図である。本実施液体では、体幹部の１／２の部分を用いる。また、図１９には、複数の積層セル４３１を示してある。
次に、図１９に示される情報に基づいて、各積層セル４３１の上端面（マットレスの上面）の中心に点（中心点）を生成する。
図２０は、各積層セル４３１の上端面の中心点４３２の例を示す図である。図２０には、ＸＹＺ直交座標系を示してある。ＸＹ平面は積層セル４３１の上端面（マットレスの上面）に設けられており、Ｚ軸は当該上端面に対して垂直方向（マットレスの厚さ方向）の軸である。なお、図２０の例では、Ｚ軸の正から負に向かう方向が、荷重印加方向である。

【0088】

図２１は、積層セル４３１の変形量の導出を説明するための図である。
図２１には、マットレス４１１と、積層セル４３１と、沈み込み前（平行移動前）の人体モデル４１２と、マットレス４１１の上面から当該人体モデル４１２までの距離γ_ｎ［ｍｍ］（ｎは各積層セルの識別番号とする）と、沈み込み後（平行移動後）の人体モデル４５１と、生成した中心点４３２と、中心点４３２を通ってマットレス４１１の面に直交する線と沈み込み後の人体モデル４５１との交点（点４９１、点４９２）と、人体モデル４１２がマットレス４１１に沈み込む量（沈み込み量Ｌ７１）を示してある。当該沈み込み量Ｌ７１が積層セル４３１が沈み込む量となる。

【0089】

積層セル４３１ごとに、中心点４３２から沈み込み前の人体モデル４１２までのＺ軸方向の距離γ_ｎを算出する。この算出は、任意の機能を用いて行われてもよく、例えば、Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌを使用して行われてもよい。
沈み込み後の人体モデル４５１がマットレス４１１に沈み込む量（沈み込み量Ｌ７１）を所定値（本実施形態では、６０ｍｍ）に設定する。そして、積層セル４３１ごとに、変形量（６０−γ_ｎ）を算出する。
設計対象としている体幹部の重量を算出値（この例では、２１．９ｋｇとする）に設定する。なお、当該算出値の代わりに、推定値が用いられてもよい（例えば、非特許文献１、２参照）。本例では、体圧分散型であるため、各積層セル４３１が等しい荷重を受け持つ。この例では、体幹部の積層セル４３１の数（総数）が４２個であるとし、この場合、各積層セル４３１は０．５２１ｋｇ（＝２１．９ｋｇ／４２を四捨五入した値）の荷重（反力となる）を受け持つ。
これにより、変形量と反力が決まるため、ブロックマトリクス７１１を読み取ることで、ウレタンの構成が決まる。この結果を各積層セル４３１の各弾性体に適用する。そして、マットレスの設計が終了する。

【0090】

ここで、本実施形態では、各積層セル４３１の上端面の面積はすべて等しい値（５０ｍｍ×５０ｍｍ）である。このため、各積層セル４３１で等しい荷重を支えることで、各積層セル４３１の上端面にかかる面圧が等しくなる。このとき、１個の積層セル４３１が支える荷重としては、設計対象部の人体の重量を積層セル４３１の数（総数）で除した結果の値を用いることが理想的な一例である。

【0091】

このように、体圧分散型のマットレスを設計する場合、すべての積層セルが同じ重量を支える構造とする。この場合、すべての積層セルが同じ重量を支えることから、体圧が平均化されることになる。このため、設計対象部の重量を積層セルの数（総数）で除した値（設計ごとに一定値となる）を反力（支える重量）とする。
そして、各積層セルについて、各弾性体の変形量と、反力（支える重量）に基づいて、ブロックマトリクスを使用して、必要となるウレタンの構成（積層割合）を導く。

【0092】

ここで、本実施形態では、図３３に示されるブロックマトリクス７１１が用いられる。ブロックマトリクス７１１では、各積層セルのウレタンの構成と、各弾性体の変形量と、反力（支える重量）といった３つのパラメーターの対応関係を格納している。このため、これら３つのパラメーターのうちの２つが決まると、残りの１つを決めることができる。
なお、ブロックマトリクス７１１の生成の詳細については後述する。

【0093】

図２２は、体圧分散型のマットレスの設計結果の一例を示す図である。
図２２には、設計結果に係るマットレスの構造５１１を示してある。図２２には、説明のためにＸ１−Ｙ１直交座標を示してあり、Ｙ１軸の正の方向が人体の頭側である。
図２２の例では、マットレスの構造５１１は、複数（＝６×１４）個の積層セルを含んでおり、高反発−低反発の積層セル５３１と半硬質−低反発の積層セル５３２とを模様分けして示してある。
高反発−低反発の積層セル５３１は、高反発ウレタンと低反発ウレタンを組み合わせて構成される。
半硬質−低反発の積層セル５３２は、半硬質ウレタンと低反発ウレタンを組み合わせて構成される。
図２２において、各積層セル５３１、５３２に示された値（Ｐ１−Ｑ１という形式の値）は、左側の値Ｐ１が高反発ウレタンあるいは半硬質ウレタンの厚さ［ｍｍ］を表わしており、右側の値Ｑ１が低反発ウレタンの厚さ［ｍｍ］を表している。
ここで、本実施形態では、人体は左右対称であると仮定している。このため、人体の右半分あるいは左半分の片側のみについて設計を行い、当該片側を設計した後に左右対称に展開する。

【0094】

また、本実施形態では、体幹部を設計対象部として弾性調整部（図２の例における体幹支持部１５に対応する第一の弾性調整部２１）を設計する場合を示した。さらに、人体の他の部分（図２の例における枕設置部１３に対応する第二の弾性調整部２２や、足配置部１７に対応する第三の弾性調整部２３）を設計する場合には、当該部分を設計対象部として、当該部分の情報（人体の情報）に基づいて設計する。

【0095】

実施形態で設計して製造（ここでは、試作）したマットレスと、従来品のマットレスとを対比した結果の例を参考として示す。
図２３は、実施形態に係る体圧分散型のマットレスに関する体圧分布計測結果５５１の一例を示す図である。
図２４は、従来品に係るマットレスに関する体圧分布計測結果５７１の一例を示す図である。

【0096】

図２５は、実施形態と従来品との最大体圧の比較の例を示す図である。
図２５において、縦軸は最大体圧値（ｍｍＨｇ）を表わしている。実施形態の体圧分散型のマットレスの最大体圧値１００１は、従来品の最大体圧値１００２と比べて、約２３％低減することが確認された。
図２６は、実施形態と従来品との接触面積の比較の例を示す図である。
図２６において、縦軸は接触面積（ｍｍ^２）を表わしている。実施形態の体圧分散型のマットレスの接触面積１０１１は、従来品の接触面積１０１２と比べて、約１５％増加する（つまり、より広い面で体重を支える）ことが確認された。
このように、実施形態の体圧分散型のマットレスでは、従来品と比べて、良好な性能が得られた。

【0097】

（変形例）
＜姿勢維持型の手法によるマットレスの設計＞
以下で、上述した体圧分散型の手法によるマットレスの設計とは相違する点を説明し、共通な部分は詳しい説明を省略する。
例えば、マットレスが複数の積層セルから構成されるという構造、ブロックマトリクス７１１、および人体モデルの作成の手法については、体圧分散型の手法と同様なものが用いられる。
姿勢維持型の手法では、体圧分散型の手法と比べて、マットレスの設計時に想定する積層セルが受け持つ荷重が相違する。

【0098】

図２７〜図３１を参照して、姿勢維持型の手法によるマットレスの設計について説明する。
マットレスを設計する際、各積層セルが受け持つ重量を均一にするのではなく、各積層セルの上部に存在する人体の重量とする。これにより、人体がマットレスに沈み込んだ後の姿勢を人体モデルの姿勢に維持することができるマットレスの設計が期待できる。

【0099】

図２７は、積層セル６１２にかかる人体の重量の算出を説明するための図である。
図２７には、マットレス６１１と、積層セル６１２と、沈み込み前（平行移動前）の人体モデル６０１と、マットレス６１１の上面から当該人体モデル６０１までの距離γ_ｎ［ｍｍ］（ｎは各積層セルの識別番号とする）と、沈み込み後（平行移動後）の人体モデル６０２と、生成した中心点６２４と、中心点６２４を通ってマットレス６１１の面に直交する線と沈み込み前の人体モデル６０１との交点（点６２１、点６２２）と、当該線と沈み込み後の人体モデル６０２との交点（前記した点６２２、点６２３）と、人体モデル６０２がマットレス６１１に沈み込む量（沈み込み量Ｌ１０１）と、中心点６２４を通ってマットレス６１１の面に直交する方向における人体（人体モデル６０１）の厚さＬ１０２（＝δ_ｎ）を示してある。当該沈み込み量Ｌ１０１が積層セル６１２が沈み込む量となる。

【0100】

人体の密度を設定する。人体の密度は、例えば、利用者の人体の実際の密度が計測された値であってもよく、または、標準的な人体の密度が定義された値であってもよく、または、他の値であってもよい。
積層セル６１２ごとに、中心点６２４から沈み込み前の人体モデル６０１までのＺ軸方向の距離γ_ｎを算出する。この算出は、任意の機能を用いて行われてもよく、例えば、Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌを使用して行われてもよい。
沈み込み後の人体モデル６０２がマットレス６１１に沈み込む量（沈み込み量Ｌ１０１）を所定値（本実施形態では、６０ｍｍ）に設定する。そして、積層セル６１２ごとに、変形量（６０−γ_ｎ）を算出する。
設計対象としている体幹部の重量を算出値（この例では、２１．９ｋｇとする）に設定する。なお、当該算出値の代わりに、推定値が用いられてもよい（例えば、非特許文献１、２参照）。

【0101】

本例では、姿勢維持型であるため、次のようにして、各積層セル６１２の上部に存在する人体の重量を算出する。
すなわち、各積層セル６１２の上部に存在する人体（人体モデル６０１）の厚さＬ１０２（＝δ_ｎ）を算出する。各積層セル６１２の上端面の面積（本実施形態では、５０ｍｍ×５０ｍｍ）と当該厚さＬ１０２（＝δ_ｎ）の算出値に基づいて、各積層セル６１２の上部に存在する人体の体積を近似的に算出する。この算出は、例えば、当該面積と当該厚さとの積である。次に、各積層セル６１２について、算出した体積に対して人体の密度を乗算し、その結果の値を当該各積層セル６１２の上部に存在する人体の重量とみなす。
これにより、変形量と反力（人体の重量）が決まるため、ブロックマトリクス７１１を読み取ることで、ウレタンの構成が決まる。この結果を各積層セル６１２の各弾性体に適用する。そして、マットレスの設計が終了する。

【0102】

図２８は、姿勢維持型のマットレスの設計結果の一例を示す図である。
図２８には、設計結果に係るマットレスの構造６５１を示してある。図２８には、説明のためにＸ２−Ｙ２直交座標を示してあり、Ｙ２軸の正の方向が人体の頭側である。
図２８の例では、マットレスの構造６５１は、複数（＝６×１４）個の積層セルを含んでおり、高反発−低反発の積層セル６７１と半硬質−低反発の積層セル６７２とを模様分けして示してある。
高反発−低反発の積層セル６７１は、高反発ウレタンと低反発ウレタンを組み合わせて構成される。
半硬質−低反発の積層セル６７２は、半硬質ウレタンと低反発ウレタンを組み合わせて構成される。
図２８において、各積層セル６７１，６７２に示された値（Ｐ２−Ｑ２という形式の値）は、左側の値Ｐ２が高反発ウレタンあるいは半硬質ウレタンの厚さ［ｍｍ］を表わしており、右側の値Ｑ２が低反発ウレタンの厚さ［ｍｍ］を表している。
ここで、本実施形態では、人体は左右対称であると仮定している。このため、人体の右半分あるいは左半分の片側のみについて設計を行い、当該片側を設計した後に左右対称に展開する。

【0103】

また、本実施形態では、体幹部を設計対象部として弾性調整部（図２の例における体幹支持部１５に対応する第一の弾性調整部２１）を設計する場合を示した。さらに、人体の他の部分（図２の例における枕設置部１３に対応する第二の弾性調整部２２や、足配置部１７に対応する第三の弾性調整部２３）を設計する場合には、当該部分を設計対象部として、当該部分の情報（人体の情報）に基づいて設計する。

【0104】

図２９〜図３１を参照して、実施形態の姿勢維持型のマットレスの効果を確認した結果の例を示す。
図２９は、３ＤのＣＡＤによるモデリングを説明するための図である。
図２９には、設計した姿勢維持型のマットレスの形状を３ＤのＣＡＤでモデリングした結果（マットレス６９１）と、人体モデル６９２を示してある。この人体モデル６９２は、皮質骨、椎間板、その他の組織で構成される人体モデルであって、利用者の体形と同じモデルである。
当該人体モデル６９２を当該マットレス６９１の上部に配置した。
ここで、皮質骨および椎間板の情報として、「身体組織の物性値データベース」（ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｃｆｄ−ｄｕｏ．ｒｉｋｅｎ．ｊｐ／ｃｂｍｓ−ｍｐ／ｊ／を参照。）から引用した力学的特性値を適用した。また、その他の組織の情報として、脂肪の力学的特性値を適用した。これらにより、人体（人体モデル６９２）がマットレス６９１に沈み込んだ際に姿勢の変化（人体モデル６９２の変形）が起きる場合に、椎間板が変形して、椎間板モデル内に応力が生じるようにした。

【0105】

図３０は、人体モデルの解析結果の一例を示す図である。
図３０には、変形後におけるマットレス６９３および人体モデル６９４を示してある。また、変形量の最大点６９５を示してある。

【0106】

図３１は、実施形態と従来品とで椎間板に生じる応力の比較の例を示す図である。
図３１に示されるグラフでは、横軸は人体の身長方向の位置を表わしており、縦軸は椎間板応力［ＭＰａ］を表わしている。当該グラフでは、実施形態に係る姿勢維持型のマットレスについての特性１０２１と、従来品に係るマットレスの特性１０２２を示してある。
なお、人体の身長方向の位置として、頸椎（第五頸椎〜第七頸椎）と、胸椎（第一胸椎〜第十二胸椎）と、腰椎（第一腰椎〜第五腰椎）を示してある。

【0107】

このように、設計した姿勢維持型のマットレスの形状を３ＤのＣＡＤでモデリングし、各積層セルに適切な力学的特性を適用し、人体モデルを活用した生体力学シミュレーションにより効果の確認を行った。この際、マットレスの設計時に想定した重量を人体に定義し、人体モデルがマットレスに沈み込む生体力学シミュレーションを行った。
この結果、実施形態に係る姿勢維持型のマットレスでは、従来品と比べて、第十胸椎と第四腰椎との間に生じる応力が小さくなった（図３１に示される範囲１０３１を参照）。これは、実施形態に係る姿勢維持型のマットレスでは、従来品と比べて、椎間板の形状が解析開始前から変形していないことを示しており、解析開始前の姿勢（すなわち、人体モデル作成時の姿勢）を維持して寝ることができることを示している。

【0108】

以下で、マットレスの設計準備について、より詳しく説明する。
本実施形態では、設計準備は、体圧分散型のマットレスを設計して製造する場合と、姿勢維持型のマットレスを設計して製造する場合とで、共通である。

【0109】

＜設計準備における材料試験＞
設計準備における材料試験について説明する。
マットレスの素材であるウレタンの材料試験を行い、その変形挙動をＦＥＭ解析で再現できるひずみエネルギ関数を導出する。当該ひずみエネルギ関数は、変形挙動を表す。
具体的には、まず、マットレスの素材の材料試験を行う。例えば、素材ごとに、マットレスの素材であるウレタンを円柱形状に切り出して、圧縮試験と体積試験を行う。また、素材ごとに、ウレタンをダンベル形状に切り出して、引張り試験を行う。各ウレタンの材料試験では、応力−ひずみ線図が得られる。
次に、応力−ひずみ線図に基づいて、素材ごとに、ウレタンの変形挙動を再現するひずみエネルギ関数を導出する。本実施形態では、材料試験の結果を、体積変化を再現できるひずみエネルギ関数で近似する。本実施形態では、ひずみエネルギ関数の一例として、Ｏｇｄｅｎ−ｆｏａｍを選定した。また、近似作業は、コンピュータなどを用いて行われてもよく、例えば、ＡＮＳＹＳ ＡＰＤＬのカーブフィッティングで実行する。

【0110】

ここで、ひずみエネルギ関数Ｗに関し、Ｏｇｄｅｎ−ｆｏａｍを式（１）に示してある。式（１）における変数λ_１，λ_２，λ_３は三方向の伸長比を表し、Ｊは弾性変形勾配の行列式を表し、Ｎは次数を表し、他の変数α_ｉ、β_ｉ、μ_ｉは素材等（例えば、物理的な特性）に応じて決まる材料定数を表す。ここで、次数Ｎについても、材料定数の一つとして取り扱っている。なお、ｉは１〜Ｎをとる変数として計算上用いられる。本実施形態では、式（１）をフィッティングに利用する。

【0111】

【数1】

【0112】

次に、直方体に切り出したウレタンの中央を押し込む実験と再現の解析を行い、ＦＥＭ解析で変形挙動を再現できることを確認した。この解析は、コンピュータなどを用いて行われてもよく、例えば、ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈで実行する。

【0113】

図３２は、変形挙動の再現結果の一例を示す図である。
図３２に示されるグラフにおいて、横軸は変位［ｍｍ］を表わしており、縦軸は荷重［Ｎ］を表わしている。実験結果の特性１１０１と、ＦＥＭ解析による再現の結果の特性１１０２を示してある。これらは実用可能な程度で近い特性になっており、変位が小さいところでは一致度が良好である。

【0114】

＜設計準備におけるブロックマトリクスの作成＞
設計準備におけるブロックマトリクスの作成について説明する。本実施形態では、ひずみエネルギ関数を用いて、コンピュータシミュレーションを行って、ブロックマトリクスを作成する。

【0115】

図３３は、実施形態に係るブロックマトリクス７１１（積層セル情報）の一例を示す図である。
ブロックマトリクス７１１の情報は、積層セル情報記憶媒体に記憶される。積層セル情報記憶媒体は、例えば、コンピュータなどが有する記憶装置であってもよく、または、持ち運びが可能な記録媒体（記憶媒体）であってもよく、または、紙などの媒体であってもよい。ブロックマトリクス７１１の情報は、例えば、コンピュータなどの装置により取得されてもよく、または、人（本実施形態では、業者）により取得されてもよい。

【0116】

ブロックマトリクス７１１は、ウレタンの構成（積層割合）を示す部分（欄７２１）と、ウレタンの変形量を示す部分（欄７２２）と、ウレタンの反力（＝重量）を示す部分（欄７２３）を含む。
ウレタンの構成を示す部分（欄７２１）は、２つの欄（図３３の例では、Ａ欄とＢ欄）を含んでいる。積層セルに関し、一方の欄（Ａ欄）には低反発ウレタンの厚さ（積層方向の長さ）の値が格納されており、他方の欄（Ｂ欄）には高反発ウレタンまたは半硬質ウレタンの厚さ（積層方向の長さ）の値が格納されている。本実施形態では、Ａ欄の値とＢ欄の値との和（厚み方向の高さの合計値）が１００ｍｍに固定されている。
ウレタンの変形量を示す部分（欄７２２）には、当該変形量の値が格納されている。
ウレタンの反力（＝支える重量）を示す部分（欄７２３）には、当該反力の値が格納されている。図３３の例では、反力の値を「ａｋ−ｊ」と示してあり、ｋ（ｋ＝０〜１００）は素材Ａの厚さを表わしており、ｊ（ｊ＝１〜９９）は変形量を表わしている。
これらにより、ブロックマトリクス７１１では、積層セルに関し、低反発ウレタンの厚さと、高反発ウレタンまたは半硬質ウレタンの厚さと、変形量と、反力とが対応付けられて格納されている。
なお、本実施形態では、積層セルをブロックとみなして、「ブロックマトリクス」と呼んでいる。各積層セルは、複数の硬さ（弾性率）の異なる素材（本実施形態では、２つの素材Ａ、Ｂ）で構成される。そして、積層セルの厚さを一定（本実施形態では、１００ｍｍ）として、各素材の積層割合を変えることで、積層セルの硬さを調整する。
ここで、本実施形態では、積層セルの厚さを一定とした場合を示すが、他の構成例として、設計時等に積層セルの厚さを変更することが可能な構成が用いられてもよく、例えば、顧客の要求等に応じて積層セルの厚さ（積層セルの厚さという項目の値）を変更してマットレスを設計および製造することが可能であってもよい。

【0117】

ブロックマトリクス７１１は、一例として、次のようにして作成される。
まず、積層セルを再現するＣＡＤモデルを生成する（例えば、図３に示されるようなモデル）。積層セルを構成するブロックのサイズは５０ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍである。本実施形態では、各積層セルは２種類の異なる素材（素材Ａ、素材Ｂ）を積層して構成され、各素材Ａ、Ｂの厚さを変化させることで、ブロックの硬さを変化させる。

【0118】

次に、生成したＣＡＤモデルに、上述した材料試験で導出したひずみエネルギ関数を適用する。
本実施形態では、各素材Ａ、Ｂの厚さを１ｍｍ単位で変化させる場合を示す。この場合、ウレタンの構成に関し、素材Ａの厚さが０ｍｍで素材Ｂの厚さが１００ｍｍである状態から、素材Ａの厚さを１ｍｍ単位で増加させていき（つまり、素材Ｂの厚さを１ｍｍ単位で減少させていき）、素材Ａの厚さが１００ｍｍで素材Ｂの厚さが０ｍｍの状態まで変化させる。これらそれぞれの素材Ａ、Ｂの厚さの状態について、ブロックがＤ［ｍｍ］の変形量だけ変形した場合の反力をＦＥＭ解析で算出する。本実施形態では、変形量Ｄは、１ｍｍ単位で１ｍｍから９９ｍｍまで変化させている。
これらにより、素材Ａ、Ｂの厚さ、変形量、反力の関係が得られ、ブロックマトリクス７１１を作成することができる。本実施形態では、ブロックマトリクス７１１には、９９９９（＝１０１×９９）パターンの情報が格納される。

【0119】

これらの結果をまとめて、ブロックマトリクス７１１を作成することができる。
本実施形態では、素材Ａ（図３の例では、第１のウレタン３３ａ）が低反発ウレタンであり素材Ｂ（図３の例では、第２のウレタン３３ｂ）が高反発ウレタンである場合のブロックマトリクスと、素材Ａ（図３の例では、第１のウレタン３３ａ）が低反発ウレタンであり素材Ｂ（図３の例では、第２のウレタン３３ｂ）が半硬質ウレタンである場合のブロックマトリクスとの両方を作成する。そして、高反発ウレタンを使用する場合には高反発ウレタンに対応するブロックマトリクスを参照し、半硬質ウレタンを使用する場合には半硬質ウレタンに対応するブロックマトリクスを参照する。

【0120】

なお、本実施形態では、有限要素法による数値解析を用いており、その場合に、ひずみエネルギ関数の一例としてＯｇｄｅｎ−ｆｏａｍを用いたが、他の構成例として、他の任意の計算手法が用いられてもよい。すなわち、本実施形態に係るブロックマトリクス７１１のような素材Ａ、Ｂの厚さ、変形量、反力の関係を得ることができれば、任意の計算手法が用いられてもよい。また、そのために、任意の計測手法が用いられてもよい。
また、本実施形態では、各積層セルを構成する弾性体を２種類（２層）としたが、他の構成例として、３種類以上（３層以上）としてもよく、この場合、ブロックマトリクスでは素材Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・といったように、素材の欄には３種類以上の弾性体の厚さのパラメーターが格納される。

【0121】

ここで、上記では各積層セル３１は平面視で正方形状のものを使用したが、図６に示されるように帯状に形成された積層セル３１Ａが用いられてもよい。図３４を参照して、図６の例に対応するマットレスの構造について説明する。なお、図３４の例では、体幹部の第一の弾性調整部２１Ａに相当する弾性調整部のみを備えるマットレスを設計および製造する場合を示す。なお、同様な設計手法が、他の弾性調整部（例えば、第二の弾性調整部２２Ａ、第三の弾性調整部２３Ａ）に適用されてもよい。
図３４は、他の例におけるマットレスの構造の一例を示す図である。
図３４の例では、他の例におけるマットレスの平面構造３０１Ａと断面形状３０２Ａを示してある。設計対象部３２１Ａは、マットレスの肩幅方向に関して両端に届くように配置されている。設計対象部３２１Ａには、複数の帯状の積層セルが身長方向に並べられて配置されている。積層セルごとに、弾性体８２２ａおよび弾性体８２２ｂが積層されている。
なお、図３４の例では、各寸法Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１，Ｌ２３，Ｌ３１については、図１６の例と同じにしてあるが、他の値が用いられてもよい。

【0122】

図３４に示されるマットレスを設計する手法の一例を示す。
概略的には、図３４に示されるような帯状の積層セルを備える弾性調整部は、まず図１６に示されるように肩幅方向に複数（図１６の例では、６個）の小さい積層セルを備える弾性調整部を想定して設計した後に、その設計の結果の情報を使用（活用）して設計される。ここで、肩幅方向に複数の小さい積層セルを備える弾性調整部を想定する場合、当該複数の小さい積層セルの両端は肩幅方向の両端には届かない（つまり、当該複数の小さい積層セルの両端の周囲に枠があるような）構成を想定して設計し、その後、それよりも肩幅方向に長い（本実施形態では、肩幅方向の両端まで届かせた）帯状の積層セルへ置き換える。この理由は、本実施形態では、マットレスの上に利用者の人体が存在する範囲に基づいて弾性調整部を設計するためであり、逆に言えば、マットレスの上に利用者の人体が存在しないところについては弾性調整部を設計できないからである。
図３４に示されるマットレスを設計する手法の手順の一例として（手順１）〜（手順３）を示す。
（手順１）まず、上記のように、図１６に示されるように肩幅方向に複数の小さい積層セルを備える弾性調整部を想定して設計する。
（手順２）それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、前記した肩幅方向の複数の小さい積層セルを帯状にひとまとめにし、さらに肩幅方向の両端まで届くようにした積層セル（図３４に示されるような帯状の積層セル）へ置き換える。これにより、それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、前記した肩幅方向の複数の小さい積層セルが、１つの帯状の積層セルに置き換えられる。
（手順３）前記した置き換え後のそれぞれの帯状の積層セルの硬さを決定する。これにより、帯状の積層セルごとに硬さが決まった弾性調整部が設計される。
ここで、それぞれの帯状の積層セルの硬さを決定する手法としては、任意の手法が用いられてもよく、例えば、次の（決定手法１）〜（決定手法４）のうちの任意の１つが用いられてもよい。
（決定手法１）それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、帯状の積層セルへ置き換える前における肩幅方向の複数の小さい積層セルの設計結果に基づいて、これら複数の小さい積層セルのうちで最も硬い（つまり、最も硬度が高い）積層セルの硬さと同じ硬さに、帯状の積層セルの硬さを決定する。
（決定手法２）それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、帯状の積層セルへ置き換える前における肩幅方向の複数の小さい積層セルの設計結果に基づいて、これら複数の小さい積層セルのうちで最も柔らかい（つまり、最も硬度が低い）積層セルの硬さと同じ硬さに、帯状の積層セルの硬さを決定する。
（決定手法３）それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、帯状の積層セルへ置き換える前における肩幅方向の複数の小さい積層セルの設計結果に基づいて、これら複数の小さい積層セルの硬さの平均値（平均の硬度）に、帯状の積層セルの硬さを決定する。
（決定手法４）それぞれの列ごと（それぞれの身長方向ごと）に、帯状の積層セルへ置き換える前における肩幅方向の複数の小さい積層セルの設計結果に基づいて、これら複数の小さい積層セルのうちで中心（人体の正中線に相当する部分）に位置する（または、その付近に位置する）積層セルの硬さと同じ硬さに、帯状の積層セルの硬さを決定する。なお、当該中心に位置する積層セルは、図１６の例では、肩幅方向に並ぶ６個の小さい積層セルのうちの３個目または４個目の積層セルであり、本実施形態では、肩幅方向に直交する中心軸に対して対称であるため３個目と４個目の積層セルの硬さは同じである。

【0123】

以上のように、本実施形態では、マットレスの利用者の体形に基づいて、マットレスを設計して製造する。これにより、従来品に対して体圧分散性を向上させたマットレス（体圧分散型のマットレス）、あるいは、従来品に対して寝姿勢をコントロールできるマットレス（姿勢維持型のマットレス）を提供することができる。
例えば、本実施形態では、３Ｄスキャナなどを用いて利用者の体形を計測し、これにより得られた三次元形状データを活用してマットレスを設計して製造する。
また、本実施形態では、積層セルごとに、硬さの異なる複数の素材を積層して、各素材の厚さを変更することで、マットレスの硬さを変更する。
また、本実施形態では、材料試験の結果に基づいて取得した素材の力学的な特性を活用して、コンピュータシミュレーションを行うことで、変形挙動を再現した結果に基づいてマットレスを設計して製造する。
また、本実施形態では、複数の素材を積層したときの積層割合（ウレタンの構成）と、変形量と、反力との関係をコンピュータシミュレーションで求め、その結果をまとめた表（ブロックマトリクス７１１）を活用してマットレスを設計して製造する。

【0124】

以下で、図７〜図９に示される処理の手順によって、図１〜図５に示されるマットレス１０を製造する場合における処理ステップの構成例を示す。また、この場合に、図３３に示されるブロックマトリクス７１１を用いる。
一構成例として、弾性構造体（図１〜図５の例では、マットレス１０）の製造方法では、対象物（図１〜図５の例では、利用者Ｐ）を支持する本体部（図１〜図５の例では、本体部１１）と、本体部の一部に設けられた弾性調整部（図１〜図５の例では、例えば、弾性調整部２１）と、を備え、弾性調整部は、本体部に対する対象物からの荷重印加方向（図１〜図５の例では、荷重印加方向Ｆ）と交差する面方向に積層セル（図１〜図５の例では、積層セル３１）として複数分割されており、各積層セルは、異なる弾性率を有する複数の弾性体（図１〜図５の例では、弾性体３３ａ，３３ｂ）が荷重印加方向に積層された弾性構造体を製造する弾性構造体の製造方法である。そして、積層セルに含まれるそれぞれの弾性体の荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、積層セルの荷重に対する変形量と、積層セルの荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報（図３３の例では、ブロックマトリクス７１１）が記憶された積層セル情報記憶媒体から、積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップ（本実施形態では、図８に示されるステップＳ１６の処理）と、弾性構造体の利用者の体幹形状を示す体幹形状情報を取得する体幹形状情報取得ステップ（本実施形態では、図７に示されるステップＳ８の処理）と、弾性構造体の位置のうちの利用者の体幹（図１〜図５の例では、体幹Ｐａ）に対応した位置に配置される複数の積層セルのそれぞれについて、積層割合を、積層セル情報取得ステップにおいて取得された積層セル情報と、体幹形状情報取得ステップにおいて取得された体幹形状情報に基づいて決定する積層割合決定ステップ（本実施形態では、図８に示されるステップＳ１８）の処理と、を有する。
したがって、積層セルに含まれるそれぞれの弾性体の荷重印加方向の厚さの割合である積層割合と、積層セルの荷重に対する変形量と、積層セルの荷重に対する反力とが対応付けられた積層セル情報が記憶された積層セル情報記憶媒体に基づいて、複数の積層セルのそれぞれの積層割合が決定されるため、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0125】

一構成例として、弾性構造体の製造方法では、体幹形状情報取得ステップにおいて取得された体幹形状情報に基づいて、利用者の体幹部の重量を推定する体幹部重量推定ステップ（本実施形態では、図７に示されるステップＳ９の処理）を有し、積層割合決定ステップは、体幹部重量推定ステップにおいて推定された利用者の体幹部の重量に基づいて、積層割合を決定する。
したがって、利用者の体幹部の重量を推定して積層割合を決定するため、利用者の体幹部の重量を考慮して、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0126】

一構成例として、弾性構造体の製造方法では、体幹部重量推定ステップは、利用者の体重に基づいて、利用者の体幹部の重量を推定する。
したがって、利用者の体重に基づいて体幹部の重量を推定するため、利用者の実際の情報（体重）に基づいて体幹部の重量を推定することができ、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。

【0127】

一構成例として、弾性構造体の製造方法では、積層割合決定ステップは、弾性構造体の用途に応じた弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて、積層割合を決定する。
したがって、弾性構造体の用途に応じた弾性構造体の反力分布の態様を示す反力分布情報に基づいて積層割合を決定するため、弾性構造体の用途に応じて、利用者にとって快適な弾性構造体を製造することができる。
本実施形態では、例えば、体圧分散型の用途、あるいは、姿勢維持型の用途などに応じて、それぞれの圧力分布（反力の分布）の情報に基づいてマットレスが製造される。

【0128】

一構成例として、弾性構造体の製造方法では、弾性構造体は寝具のマットレスである。
したがって、利用者にとって快適なマットレスを製造することができる。

【0129】

一構成例として、弾性構造体の製造方法では、積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、積層割合と変形量と反力とが対応付けられた積層セル情報を取得する積層セル情報取得ステップ（本実施形態では、図９に示されるステップＳ１０１〜ステップＳ１１０の処理を有する。
したがって、積層セルについて、変形挙動を表すひずみエネルギ関数を用いてシミュレーションを行うことで、好適な積層セル情報を取得することができる。

【0130】

なお、本実施形態では、図７〜図９に示される処理の手順は、例えば、顧客や業者が実行し、必要に応じて、コンピュータや各種の計測機器などの装置を利用する。他の構成例として、図７〜図９に示される処理の手順のうちの任意の部分が、あらかじめ設定されたコンピュータプログラムにしたがってコンピュータにより自動的に実行される構成が用いられてもよく、この場合、コンピュータにより使用される情報（データ）は当該コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよく、または、人の操作によって当該コンピュータに入力されてもよい。例えば、ステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１５、ステップＳ１８のうちの１つ以上がコンピュータにより入力情報に基づいて自動的に実行されるシステムが構築されてもよい。

【0131】

上述のように、以上に示した実施形態に係る各処理の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、処理を行うことが可能である。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティング・システム（ＯＳ：Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【0132】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、マットレスを構成する各部の形状や寸法等として、実施形態の例に限られず、様々な態様が用いられてもよい。
例えば、１つの弾性調整部を構成する複数の積層セルに関し、積層セルの列の数（身長方向の数）や、積層セルの行の数（肩幅方向の数）や、積層セルの総数としては、それぞれ、任意の数が用いられてもよく、マットレスの利用者の体形等に応じて可変に決められてもよい。具体的には、図２および図６の例では、身長方向の積層セルの数を３個（第二の弾性調整部）、１４個（第一の弾性調整部）、８個（第三の弾性調整部）としたが、これらの数は任意の数であってもよい。また、図２および図１６の例では、肩幅方向の積層セルの数を６個としたが、この数は任意の数であってもよい。また、図１６および図３４の例では、身長方向の積層セルの数を１４個としたが、この数は任意の数であってもよい。
また、例えば、マットレスに弾性調整部を設ける範囲（設計範囲）は、任意であってもよく、マットレスの利用者の体形等に応じて可変に決められてもよい。

【符号の説明】

【0133】

１０ マットレス
１１ 本体部
１３ 枕設置部
１５ 体幹支持部
１７ 足配置部
１９，２０ 表層
２１ 第一の弾性調整部
２２ 第二の弾性調整部
３１ 積層セル
３３ 弾性体
Ｐ 利用者
Ｐａ 体幹
Ｐｂ 頭部
Ｐｃ 足部
Ｌ 軸線
Ｆ 荷重印加方向
７１１ ブロックマトリクス

【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15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】