JP2008195301A

JP2008195301A - シート

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Publication number: JP2008195301A
Application number: JP2007034145A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Fujita; 悦則藤田; Hiroki Oshita; 裕樹大下
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-28
Also published as: WO2008099538A1; EP2123508A4; US20100090514A1; US8104832B2; EP2123508B1; EP2123508A1

Abstract

【課題】クッション材の人体の動きに対する追従性が高く、外部から入力される振動をより効率よく除振できるシートを提供する。
【解決手段】トーションバー１１２を用いると共に、シートクッション部１５０のクッション材を、該トーションバー１１２に軸支された第１のリンク板１１３とこれに対応して配設された第２のリンク板１１６並びにそれらを接続する接続用リンク板１１７を有する平行リンク機構で支持する構成であり、かつ、第１のリンク板１１３及び第２のリンク板１１６の動作方向が、シートバック部表面に沿った上下方向に略一致する方向となるように設定している。このため、外部振動入力によって生じる人体の動きに追随した回転運動を行うことになり、人体とクッション材との相対的な動きが小さく、共振峰を下げ、振動吸収特性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの乗物用のシートに関する。

例えば、エアバックの作動制御を自動で切り換えるために、シートに着座した乗員が大人であるか、子供であるかを自動で区別して、エアバックの作動制御部にフィードバックする技術として、人の体重を自動検知する機構を備えたシートが知られている。通常は、クッション材としてウレタンフォームを用いているため、かかるウレタンフォームを支持し、車体フロアに鉛直方向に配置されたコイルスプリングの変位量を測定し、変位量の大小によって重量を検知することが行われている。一方、本出願人は、特許文献１として、シートクッション部に設けられるクッション材を、シートクッション部に配設したトーションバーにより弾性的に支持すると共に、該トーションバーに荷重変動検出装置を組み込んだ技術を開示している。具体的には、上記トーションバーにピックアップコイルを巻き付けると共に、荷重変動によって歪まない参照バー（磁性棒部材）を設け、該参照バーにもピックアップコイルを巻き付け、２つのコイルから得られる誘起電圧の差分を算出して荷重変動を検出する技術である。
特開２００５−３４５２５７号公報

ここで、荷重変動検出装置によって荷重をより正確に検知するためには、クッション材の人体の動きに対する追従性が高く、外部から入力される振動をより効率よく除振できる構造であることが望ましい。このような振動吸収特性の改善は、荷重変動検出装置に限らず、空気圧変動を利用した人体の生体信号を検出する装置を配設した場合にも同様に要請されると一方、この種の負荷体情報検出手段を備えていないシートにおいても常に追求されるべきテーマである。しかるに、特許文献１に示したものは、トーションバーにアーム部材を介して回動可能に支持されるシートクッション部の後端付近に配置した支持アームに三次元立体編物からなるクッション材を支持させ、該トーションバーの弾性を利用して該クッション材を張設しており、クッション材の前縁部はフレームに固定されている。このため、人体の動きに対する追従性、除振性の点ではさらに改良の余地がある。また、特許文献１に開示されているシート構造は、三次元立体編物等を張ってクッション材として用いるのに適しているが、従来の周知のクッションパンとその上に置かれるウレタン材とからなるクッション構造への適用については言及されていない。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、クッション材の人体の動きに対する追従性が高く、外部から入力される振動をより効率よく除振できるシートを提供することを課題とする。また、荷重変動検出装置、生体信号検出装置などの負荷体情報検出手段を組み込んで、人の荷重、呼吸・心拍・音声などの生体情報を検出するのに適すると共に、三次元立体編物を用いた張力構造だけでなく、ウレタン材を配置する置き構造においても、振動吸収特性を改善し、かつ、これらの生体情報をより感度よく検出することができるシートを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、シートクッション部の前端付近及び後端付近の一方に幅方向に沿って配設されるトーションバーと、
前記トーションバーに軸支される第１のリンク板、前記シートクッション部の前端付近及び後端付近の他方に軸支された第２のリンク板、及び、前記第１のリンク板及び第２のリンク板同士を接続する接続用リンク板を備え、前記第１のリンク板及び第２のリンク板の動作方向が、シートバック部表面に沿った上下方向に略一致する方向に設定されている平行リンク機構と、
前記平行リンク機構によって支持されるクッション材と
を備えることを特徴とするシートを提供する。
請求項２記載の本発明では、前記平行リンク機構を構成する前記第１のリンク板は、前記トーションバーに屈曲部が軸支され、先端が前記トーションバーよりも前方に位置し、後端が前記トーションバーの下方に位置する略Ｌ字状に形成されたものが用いられ、
前記第２のリンク板は、前記シートクッション部の後端付近に屈曲部が軸支され、先端が該屈曲部の軸支位置よりも前方に位置し、後端が該屈曲部の軸支位置の下方に位置する略Ｌ字状に形成されたものが用いられ、
前記接続用リンク板が、前記第１のリンク板及び第２のリンク板の後端同士を接続するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のシートを提供する。
請求項３記載の本発明では、シートバック部に配置されるクッション材が、外部振動入力に伴って上下動可能に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシートを提供する。
請求項４記載の本発明では、前記トーションバーは、該トーションバーに負荷がかかっていない中立点において復元力が作用しないように設定され、前記第１のリンク板及び第２のリンク板がトーションバーの中立点から上死点方向又は下死点方向に動作する場合、該トーションバーは一方向又は逆方向にねじられて第１のリンク板及び第２のリンク板を中立点方向に復帰させる復元力が作用するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項５記載の本発明では、前記第１のリンク板及び第２のリンク板の各端部の変位範囲が、上下方向に１５〜１００ｍｍの範囲、前後方向に５〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項６記載の本発明では、さらに、任意部位に組み込まれる負荷体情報検出手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項７記載の本発明では、前記負荷体情報検出手段が、前記トーションバーに取り付けられる荷重変動検出装置であることを特徴とする請求項６記載のシートを提供する。
請求項８記載の本発明では、前記荷重変動検出装置が、前記荷重変動によって歪まない磁性体からなる参照バーを備えると共に、前記トーションバー及び参照バーをまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイルと、前記トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイルと、前記参照バーの周囲に巻回される第２のピックアップコイルと、前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を出力する差分出力手段とを備えてなることを特徴とする請求項７記載のシートを提供する。
請求項９記載の本発明では、前記荷重変動検出装置の参照バー、第１のピックアップコイル、前記第２のピックアップコイル及び前記励磁コイルが、磁性体からなる収納ケースに収容されていることを特徴とする請求項８記載のシートを提供する。
請求項１０記載の本発明では、前記荷重変動検出装置の参照バーが、合成樹脂によりモールドされて前記収納ケースに収容されていることを特徴とする請求項９記載のシートを提供する。
請求項１１記載の本発明では、前記負荷体情報検出手段が、シートバック部において、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセット可能な長さを備えるエアクッション、及び、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動から人の生体状態を分析する分析手段を具備する生体信号分析装置であることを特徴とする請求項６記載のシートを提供する。

本発明のシートは、トーションバーを用いると共に、シートクッション部のクッション材を、該トーションバーに軸支された第１のリンク板とこれに対応して配設された第２のリンク板並びにそれらを接続する接続用リンク板を有する平行リンク機構で支持する構成であり、かつ、第１のリンク板及び第２のリンク板の動作方向が、シートバック部表面に沿った上下方向に略一致する方向となるように設定している。従って、外部振動の入力によって、人体が上方向に上がっていく方向に振動した場合には、シートバック部のクッション材は人体と共に上方斜め後方に動き、人体が下方向に下がっていく場合には、人体と共に下方向に動きながら臀部が前方に押し出される方向に動く。同時に、シートクッション部のクッション材は、このような外部振動入力に伴って前後方向に動作する。この結果、本発明のシートにおけるシートバック部のクッション材及びシートクッション部のクッション材は、トーションバーに直接軸支された上記平行リンク機構に支持されていることにより、外部振動入力によって生じる人体の動きに追随した回転運動を行うことになり、人体とクッション材との相対的な動きが小さく、共振峰を下げ、振動吸収特性を向上させることができる。
トーションバーは、該トーションバーに負荷がかかっていない中立点において復元力が作用しないように設定されていることが好ましい。これにより、第１のリンク板及び第２のリンク板がトーションバーの中立点から上死点方向又は下死点方向に動作する場合、該トーションバーは一方向又は逆方向にねじられて第１のリンク板及び第２のリンク板を中立点方向に復帰させる復元力が作用する。従って、人が着座してトーションバーが中立点より下死点方向にねじられている状態において、特に共振域で上方向に振動する場合には、人の上体の上方向の動きを、中立点を超えて上死点方向にねじられるトーションバーの復元力、並びに、シートバック部のクッション材の粘性、弾性を利用して抑え込む、いわゆるスカイフック効果が生まれる。また、人体の動きに対する追従性が高いため、荷重変動検出装置や生体信号検出装置などの負荷体情報検出手段を組み込んだ場合には、それらの測定感度を向上させることができる。なお、人体の動きに対する追従性をさらに高めるため、シートバック部のクッション材は、外部振動入力に伴って上下動可能に配設されていることが特に好ましい。また、第１のリンク板及び第２のリンク板の上死点及び下死点での制動性を上げるために、上下死点にはゴム部材等のストッパを設けておくことが好ましく、このストッパに平行リンク機構あるいはこれに支持されるフレーム部材のいずれかの部位が当接する構成とすることで、平行リンク機構等の運動方向とは逆向きの制動力が働き、振動吸収機能を向上させることができる。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１〜図７は、本発明の一の実施形態に係る荷重変動検出装置１を組み込んだシート１００を説明するための図である。

シート１００は、シートクッション部１１０とシートバック部１５０とを有している。シートクッション部１１０は、サイドフレーム１１１，１１１を備え、その前端付近には、荷重変動検出装置１の一部にもなるトーションバー１１２が幅方向に沿って設けられている。トーションバー１１２の各端部には、略Ｌ字状に形成された第１のリンク板１１３，１１３の屈曲部が軸支され、該トーションバー１１２は、第１のリンク板１１３，１１３の回転方向への変位によってねじられるようになっている。略Ｌ字状の第１のリンク板１１３，１１３は、先端が、トーションバー１１２の配設位置よりも前方に位置し、後端が、トーションバー１１２の配設位置の下方に位置するような向きで設けられ、第１のリンク板１１３，１１３の先端間には、前縁部支持フレーム１１４が掛け渡されている。また、本実施形態では、第１のリンク板１１３，１１３にクッション材としてのウレタン材が載置されるクッションパンを取り付けるための前部用取り付けブラケット１１５，１１５が設けられている。

サイドフレーム１１１，１１１の後端付近には、略Ｌ字状に形成され、その屈曲部が該サイドフレーム１１１，１１１に軸支された略Ｌ字状の第２のリンク板１１６，１１６が設けられている。また、略Ｌ字状の第２のリンク板１１６，１１６は、先端が該屈曲部の軸支位置よりも前方に位置し、後端が該屈曲部の軸支位置の下方に位置するような向きで設けられている。そして、この第２のリンク板１１６，１１６の後端と、上記した第１のリンク板１１３，１１３の後端との間に、接続用リンク板１１７が掛け渡され、第１のリンク板１１３，１１３、第２のリンク板１１６，１１６及び接続用リンク板１１７によって平行リンク機構が形成されている。また、本実施形態では、第２のリンク板１１６，１１６の先端には、クッション材としてのウレタン材が載置されるクッションパンを取り付けるための後部用取り付けブラケット１１８，１１８が設けられている。
ここで、トーションバー１１２は、該トーションバー１１２に負荷がかかっていない中立点（図３参照）において復元力が作用しないように設定されている。これにより、第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６がトーションバー１１２の中立点から上死点方向又は下死点方向に動作する場合、該トーションバー１１２は一方向又は逆方向にねじられて第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６を中立点方向に復帰させる復元力が作用する。人が着座して静的な状態では、各リンク板１１３，１１３，１１６，１１６が中立点から下死点方向に動作するため、中立点から下死点までが後述の荷重変動検出装置１によって体重を検知可能な範囲となる。この範囲において上下方向への外部振動が入力された場合、例えば、中立点を超えるような上方向への振動が入力された場合、トーションバー１１２の復元力は、中立点において一旦ゼロに戻った後、今度は、上死点方向にねじられるため、下死点方向に戻す復元力が作用し始めることになる。なお、この作用の詳細は後述する。

一方、本実施形態で用いた荷重変動検出装置１は、図５〜図７に示したように、上記したトーションバー１１２と、該トーションバー１１２に並列して設けられる参照バー１２０とを備えて構成される。トーションバー１１２は、上記したように第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６に、それぞれ取り付け用ブラケット１１５，１１８を介してクッションパン及びウレタン材が配設されるため、人が着座した場合、呼吸等により体動が生じた場合など、荷重変動が生じた際にねじり角度が変化する。これに対し、参照バー１２０は、このような荷重変動が生じてもねじられない、すなわち歪まないように配置される。なお、参照バー１２０は荷重変動によって歪まない限り、トーションバー１１２に対して並列配置されていなくてもよく、それによっても後述のような出力値の差を得ることはできるが、図に示したように並列配置することにより、省スペース化に資する。参照バー１２０は、機能上、トーションバー１１２よりも短い長さでよく、参照バー１２０全体及びトーションバー１１２の一部が収納ケース１３０内に収容されて配設されている。

具体的には、トーションバー１１２の周囲には、図６及び図７に示したように、第１のピックアップコイル１１２ａが一方向に巻回されて設けられ、参照バー１２０の周囲にはこの第１のピックアップコイル１１２ａとは逆方向となるように巻回される第２のピックアップコイル１２０ａが設けられる。そして、これらの周囲に励磁コイル１２１が巻回される。

なお、トーションバー１１２、第１のピックアップコイル１１２ａ、参照バー１２０、第２のピックアップコイル１２０ａ及び励磁コイル１２１が収納される収納ケース１３０は、鉄等の磁性体から形成することが好ましい。収納ケース１３０が合成樹脂の場合、その周辺に存在する何らかの磁性体（例えば、鉄製フレームを構成する部材の一部）が移動することにより磁気抵抗が変化し、トーションバー１１２のねじり角度が同一でも出力値が変わる場合があるが、収納ケース１３０として磁性体からなるものを用いることにより、このような周辺磁性体による磁気の影響を防ぐことができる。また、参照バー１２０は、合成樹脂でモールドして収納ケース１３０内に収容することが好ましい。これにより、さび等の経年変化による影響を抑制できる。

本実施形態によれば、図示しない交流電源から励磁コイル１２１に誘導電流を流す。図３に示したように、人が着座した場合には、各リンク板１１３，１１６は、実線位置から破線位置へと変位する。具体的には、第１のリンク板１１３，１１３の先端１１３ａが、トーションバー１１２に軸支された屈曲部を中心として斜め前下方へ変位し、後端１１３ｂが斜め後ろ下方に変位する。また、第１のリンク板１１３，１１３に接続用リンク板１１７を介して接続された第２のリンク板１１６，１１６は、軸支された屈曲部を中心として、先端１１６ａが斜め前下方へ変位し、後端１１３ｂが斜め後ろ下方に変位する。これにより、トーションバー１１２のねじり角度が変化し、第１のピックアップコイル１１２ａから所定の誘起電圧が出力される。制御回路からなる差分出力手段により、この出力値と第２のピックアップコイル１２０ａからの出力値との差が算出される。この出力値電圧を、荷重との相関をとったテーブルやグラフに照らし合わせることにより、荷重が特定される。一方、着座状態において、上下方向の振動が入力された際には、この平行リンク機構を構成する第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６は、着座時におけるトルソーラインに沿った方向に動作するため、上方向の振動の際には、人がシートバック部１５０に押し付けられる方向（図３の矢印Ｘ方向）に動作する。

本実施形態のシート１００は、上記したように、第１のリンク板１１３，１１３、第２のリンク板１１６，１１６及び接続用リンク板１１７によって形成される平行リンク機構によりクッション材を支持しており、第１のリンク板１１３，１１３の先端１１３ａ及び後端１１３ｂ、第２のリンク板１１６，１１６の先端１１６ａ及び後端１１６ｂは、上下方向だけに変位するのではなく、前後方向にも変位する回転運動を行う構成である。従って、外部振動入力が回転運動に変換されるため、上下方向に往復運動して除振する場合と比較して摩擦等が小さく、荷重変動により変位した際の荷重−変位特性におけるヒステリシスロスが小さい。図９は、シートクッション部１１０にウレタン材等のクッション材を取り付けずに、前部用取り付けブラケット１１５，１１５及び後部用取り付けブラケット１１８，１１８にクッションパンのみを取り付けて測定した荷重−変位特性を示す図である。この図から明らかなように、ウレタン材等のクッション材の減衰が機能しない状態における本実施形態の平行リンク機構は、第１のリンク板１１３，１１３の回転軸がトーションバー１１２になっており、バネ力が第１のリンク板１１３，１１３の回転軸上で作用するため、ヒステリシスロスが極めて小さく、構造減衰の小さい機構である。

その一方、トーションバー１１２を単独で、ゆっくりとねじった場合の出力特性は図１０に示したとおりになる。これは、トーションバー１１２を一方向にねじっていった際の上記荷重変動検出装置１により測定される出力電圧値に対応した出力荷重と、一方向に所定角度ねじった後、逆方向に戻した際の出力荷重を測定したものである。例えば、一方向にねじっていった際の入力荷重８００Ｎにおける出力荷重と、逆方向に戻した際の入力荷重８００Ｎにおける出力荷重とでは、出力値に±４４Ｎ（すなわち、８８Ｎ）の差がある。この差は、荷重変動検出装置１の精度に影響するため、低いほど好ましい。

しかし、実際に人がシート１００に着座する際、あるいは、外部振動が入力される際には、トーションバー１１２は、ゆっくりねじられるわけではなく、素早くねじられ、その後、荷重入力によって他方へ揺り戻される回転動作を行うが、図９に示したように、本実施形態の平行リンク機構は、ヒステリシスロスが極めて小さいく減衰比が小さい。このため、本実施形態の平行リンク機構は、外部振動等の荷重が入力された後、即座に減衰するのではなく、振幅が徐々に小さくなっていく「ならし振動」が生じる。従って、実車時において荷重変動検出装置１により人の荷重を測定する場合には、トーションバー１１２がゆっくり回転変位するわけではないため、このような「ならし振動」が生じた際の出力特性を比較する必要がある。

図１１は、平行リンク機構の上下方向に、入力振幅４０Ｎ、８０Ｎ、１２０Ｎ、１６０Ｎのならし振動を入力した場合に荷重変動検出装置１から得られる出力荷重を測定したものである。入力荷重８００Ｎを例にとると、出力荷重のバラツキは、入力振幅４０Ｎの場合で４７Ｎ、入力振幅８０Ｎの場合で３８Ｎ、入力振幅１２０Ｎの場合で３１Ｎ、入力振幅１６０Ｎの場合で２３Ｎとなっており、トーションバー１１２をゆっくりねじった際の入力荷重８００Ｎにおける出力荷重のバラツキの８８Ｎのほぼ１／２以下となっている。このことより、トーションバー１１２を直接の回転軸として備えた本実施形態の平行リンク機構が正確な荷重変動検出に適していることがわかる。

また、図１２に示したように、シートクッション部１１０において、図に示した５点のポイント１〜５に荷重を入力して、出力荷重の部位別の差を調べたところ、この差は最大でも５４Ｎの範囲であり、この点でも正確な荷重変動検出に適していることがわかった。なお、上記のような特性を得るためには、第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６の各端部１１３ａ，１１３ｂ，１１６ａ，１１６ｂが回転方向に変位するようにする必要があるが、各リンク板１１３，１１６の各端部１１３ａ，１１３ｂ，１１６ａ，１１６ｂ変位範囲は、上下方向に１５〜１００ｍｍの範囲、前後方向に５〜５０ｍｍの範囲となるように設定することが好ましい。

一方、上記のように、平行リンク機構の減衰比が小さいと、振動減衰の面では利点にはならない。そこで、本実施形態では、上記したようにように、略Ｌ字状に形成された第１のリンク板１１３，１１３の屈曲部にトーションバー１１２が軸支されて平行リンク機構を構成することにより、第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６の動作方向が、シートバック部１５０表面に沿った上下方向に略一致する方向となるように設定している。この結果、外部振動の入力によって、人体が上方向に上がっていく方向に振動した場合には、シートバック部１５０のクッション材は人体と共に上方斜め後方に動き、人体が下方向に下がっていく場合には、人体と共に下方向に動きながら臀部が前方に押し出される方向に動く。同時に、シートクッション部１１０のクッション材は、このような外部振動入力に伴って前後方向に動作する。このため、シートバック部１５０に配設されるクッション材は、外部振動入力に伴って上下動し得るように設けることが好ましい。

ここで、本実施形態でいうクッション材とは、表皮として最も人体に近い側に配設される表層のクッション材のほか、その背後に配設される各種のクッション材も含む意味である。図４は、シートバック部１５０のクッション材として、表層のクッション材１５３と、その裏面側に配設されるベースクッション材１５１と、さらにその裏面側に配設される骨盤支持用クッション材１５２を備えてなる構造を示している。このうち、ベースクッション材１５１は、シートクッション部１１０の後部付近に配設されたフレームに連結されたコイルスプリング１５１ａにより下端縁が支持されていると共に、側縁には摩擦係数の低い係合用樹脂部材１５１ｂが取り付けられ、この係合用樹脂部材１５１ｂがシートバック部１５０の側縁付近に上下方向に沿って配設されたフレーム材に係合されており、これにより、ベースクッション材１５１は上下に振動可能な構造になっている。骨盤支持用クッション材１５２は、シートバック部１５０のサイドフレーム間に幅方向に沿って張設されており、骨盤付近を若干押圧しながら支持する構成である。なお、この骨盤支持用クッション材１５２が人体の骨盤から腰部付近を押圧する力の作用については後述する。これにより、シートバック部１５０のクッション材、特にベースクッション材１５１は、外部振動が入力された際には、人体が振動する際の挙動に追随して着座時のトルソーラインに沿って上下方向に動作しやすくなっており、人体とクッション材との相対運動を小さくしている。この結果、上記した荷重変動検出装置はもとより、後述する生体信号検出装置の検出特性も向上させることができる。

図１３は、本実施形態の平行リンク機構により支持されるクッションパン上にウレタン材を支持させて測定した荷重−変位特性と、平行リンク機構を用いない従来構造のクッションパン上にウレタン材を載置したシート（従来構造のシート）の荷重−変位特性を調べたものである。この図から明らかなように、本実施形態のシートは、従来構造のシートよりもバネ定数が小さく、また、変位量２０〜６０ｍｍ付近において荷重変動が小さくなっており、除振性能の高い非線形の変化特性が得られていた。

ここで、人が不快に感じる上下方向振動入力は二つの振動モードに大別される。体が大きく揺れるヒョコヒョコ感と内臓が共振することによるブルブル感で、５Ｈｚ近傍と８Ｈｚ近傍で発生する。特に腰部の動きに特徴がある。５Ｈｚ近傍の振動は、人の上体はほとんど動かずに、胸部より下で胸を中心にした前後方向に回転運動のような脊柱全体の屈曲が生じる。８Ｈｚ近傍の振動は、臀部がばねの役割を果たし脊柱に上下動が生じる。但し、同時に生じる腰椎部の湾曲により上体の動きは抑えられる。また、脊柱の上部に、頭部、胸部の質量が加わると、脊柱上部の動きにさらに制約が入る。頭部質量バランスの大きい人ほど背もたれの影響は小さくなり、小柄で頭部の小さい人ほど背もたれからのたたき、バックスラップを敏感に感じる。このため、シートクッション部１１０及びシートバック部１５０に設けられる三次元立体編物等のクッション材は、このような振動入力に対応した人の動きによく追従するように設けられることが人体に伝わる振動を抑制するために好ましい。

図１４は、図１３において荷重−変位特性を測定した平行リンク機構で支持した上記実施形態のシート１００の加速度伝達率（Ｇ／Ｇ）と、従来構造のシートの加速度伝達率（Ｇ／Ｇ）を測定したデータである。加速度伝達率（Ｇ／Ｇ）は、加振機のプラットフォーム上に上記した各シートを取り付けると共に、シートクッション部１１０の座骨結節下に相当する付近に加速度センサを取り付け、体重６８ｋｇの日本人男性を各乗物用シートに着座させ、片側振幅１ｍｍ（上下のピーク間振幅２ｍｍ）の正弦波で、振動周波数を１８０秒間で０．５Ｈｚから１５Ｈｚまで変化させて加振して測定した。また、図１５は、ランダム波で加振した場合の加速度伝達率（Ｇ／Ｇ）を示す図である。

図１４及び図１５から明らかなように、上記実施形態のシート１００は、従来構造のシートよりも共振点が低くなっており、８Ｈｚ以上の高周波帯の振動吸収特性が大きく改善されていることがわかる。また、本来、バネ定数が柔らかくなると共振点が低周波に移行するが、ゲインは上昇する。しかし、本実施形態は、上記の平行リンク機構及びシートバック部１５０のクッション材の上下動機構により、振動入力に伴う人の動きへの追従性が高くなっている構造である。このため、平行リンク機構による人のシートバック部の表面に沿った動きは、シートバック部１５０を構成するクッション材が三次元立体編物の場合には、摩擦、粘性、弾性により、三次元立体編物と人との相対変位が小さくなると共に、本実施形態では、トーションバー１１２が中立点を超えてさらにねじられていくと下死点方向への復元力も加わり、いなすような感じのスカイフック効果が生じる。また、人の骨盤部から腰部付近においては、図４に示した骨盤支持用クッション材１５２の押圧支持力による摩擦力も高まる。これらの複合作用により、共振点においては、上下方向の振動入力に対して逆位相が生じてゲインが下がる共振点通過現象が生じ、人体とクッション材との一体的な動きにより、振動吸収特性が改善されることがわかる。また、シートバック部に、従来のウレタン材やその他のバネ構造体を採用した場合には、衝突振動を利用した、いわば力づくでのスカイフック効果が生じ、共振点回りの振動特性が改善されることになる。
なお、第１のリンク板１１３，１１３及び第２のリンク板１１６，１１６の上死点及び下死点での制動性を上げるために、上下死点にはゴム部材等のストッパを設けておくことが好ましく、このストッパに平行リンク機構あるいはこれに支持されるフレーム部材のいずれかの部位が当接する構成とすることで、平行リンク機構等の運動方向とは逆向きの制動力が働き、振動吸収機能をさらに向上させることができる。例えば、本実施形態では、体重検知幅を２０ｍｍに設定しているが、この幅の範囲においては、トーションバー１１２のバネ定数のみが作用し、この幅の範囲を超えると、上死点又は下死点に配置したゴム部材等のストッパのバネ定数も併せて付与されることになる。
ここで、図１６は、図１５のランダム加振を行った際の、骨盤部支持用クッション材１５２の配設位置に相当する付近（シートバック部１５０の中心ラインより向かって右に７０ｍｍ、被験者のベルトラインの上６０ｍｍ）において解析した周波数と圧力振幅のパワースペクトルの関係を示す図である。外部振動入力は、従来構造のシートの場合、呼吸運動を妨げるように作用するが、本実施形態では、この図に示したように、腰椎部への支持圧を高め、腹式呼吸を行いやすくしている。すなわち、静的な状態では、腰椎支持は強くないが、走行することによって振動が入力されると、平行リンク機構の動きにより、シートバック部１５０方向に押し付けられる。腰椎部には、図４に示した骨盤支持用クッション材１５２が配設されているため、平行リンク機構によりシートバック部１５０に押し付けられると、入力振動に応じた縦断面の連続感で抜けていた部位の支持圧が増加して面圧の突出したところをなくし、かつ胸椎部の動きが小さく、腰部でゆらぎが生じ、呼吸運動を助けることになる。図１６は、上記した特定の部位の圧力であるが、図１７は、シートバック部１５０のより広い範囲における体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。図１８には、比較のため、従来構造のシートに着座して同様の試験を行った際のシートバック部における体圧分布を、同じく４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した。図１７と図１８を比較すると、図１７に示した本実施形態のシートでは、入力される外部振動の周波数がいずれの場合でも、骨盤上縁の圧力が上昇し、骨盤上縁支持になっており、上記した縦断面の連続感で抜けていた部位の圧力が上昇していることがわかる。特に、７Ｈｚから１０Ｈｚのデータを見ると、胸部の圧力が小さく、骨盤に圧力変動が集中しており、骨盤の動きが妨げられておらず、呼吸運動を助長しやすい動きになっている。これに対し、図１８の従来構造のシートでは、骨盤上縁付近の圧力が低く、骨盤上縁支持になっていない。この結果、本実施形態のシートは、このような呼吸運動の助長作用により、図１９に示したように疲労の蓄積度合いが従来構造のシートよりも低減される。また、入力振動に応じて腰椎の支持圧が増加しているということは、腰椎部に対応する位置に配設される図８に示したようなエアクッション２００を配設した場合、該エアクッション２００と人体との密着性が高くなり、かつ胸部の圧力変動が小さくなるため、生体信号検出感度も向上する。

また、上記被験者が、本実施形態のシート１００と従来構造のシートに３０分間着座して図１５と同様のランダム波で加振した際の疲労度を、本出願人がＷＯ２００５／０３９４１５号公報に開示した疲労度を定量化するプログラムを用いて求めた。その結果を図１９に示した。また、図１４〜図１９の試験を行った被験者について、静的状態での心拍と呼吸の時系列波形、及び、図１５のランダム加振状態（動的状態）での心拍と呼吸の時系列波形について調べ、図２０（ａ），（ｂ）に示した。なお、心拍及び呼吸の時系列波形は、図８に示した生体信号検出装置を用いているが、この装置の詳細については後述する。

まず、図２０（ａ）の静的状態と（ｂ）の動的状態とを比較すると、この被験者は、心拍数及び呼吸数ともほとんど変わらないことがわかる。つまり、この被験者は振動に対する耐性が高い資質を備えていると言えるが、図１９の疲労度を見ると、着座後１５分程度経過すると、従来構造のシートに着座した場合の疲労度が本実施形態のシート１００に着座した場合よりも明らかに高くなっていた。従って、本実施形態のシート１００のように、５Ｈｚ近傍と８Ｈｚ近傍の周波数帯の振動を低減できる構造にした場合とそうでない場合とでは、振動に対する耐性の高い人であっても、疲労の蓄積度合いに顕著な差があることがわかった。

なお、上記実施形態では、シートクッション部に使用するクッション材として、ウレタン材を用いた場合を例示しているが、前縁部支持フレーム１１４と、第２のリンク板１１６，１１６間に設けた後縁部支持フレーム１１９との間に、三次元立体編物、二次元ネットなどを張設した構造のクッション材を採用することもできる。

また、上記実施形態では、負荷体情報検出手段として、荷重変動検出装置１をシート１００に組み込んでいるが、図８に示したように、シートバック部１５０において、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセット可能な長さを備えるエアクッション２００、人の生体信号によって生じるエアクッション２００の空気圧変動を空気圧測定器２１０を介して検出し、人の生体状態を分析する分析手段２２０を具備する生体信号分析装置を組み込んだ構成とすることもできる。この生体信号分析装置によれば、横隔膜、腰腸肋筋を通じて空気の充填されたエアクッション２００に、心拍、音声、呼吸が固体伝搬音として伝達される。あるいは、呼吸等に伴う筋肉の動きにより該エアクッション２００が押圧される。この結果、エアクッション２００の空気圧が変動するため、その時系列波形を分析手段２２０により分析することで、生体状態を判定できる。この際、本実施形態のシート１００によれば、上記した構成により、シートバック部１５０及びシートクッション部１１０が人の動きによく一致するため、エアクッション２００がシートクッション部１１０のクッション材と共に動くように支持することで、生体信号によるエアクッション２００の空気圧変動が感度よくなされる。なお、分析手段２２０に設定される分析用のコンピュータプログラムとしては、例えば、本出願人が提案したＷＯ２００５／０９２１９３号公報に開示された入眠予兆などの生体状態を判定するプログラム、ＷＯ２００５／０３９４１５号公報に開示された疲労度を定量化するプログラムなどを用いることができ、これらにより、入眠予兆や疲労度などが判定される。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる荷重変動検出装置を取り付けたシートの概略構成を示す斜視図である。図２は、上記実施形態にかかるシートの概略構成を示す側面図である。図３は、上記実施形態にかかるシートの作用を説明するための側面図である。図４は、上記実施形態にかかるシートのシートバック部のクッション材を上下動可能にするための一手段を説明するための図である。図５は、上記実施形態において用いた荷重変動検出装置の外観を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。図６は、上記実施形態にかかる荷重変動検出装置の具体的構成を示す図である。図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。図８は、負荷体情報検出手段として生体信号検出装置を組み込んだシートの概略構成を示す図である。図９は、上記実施形態の平行リンク機構の荷重−変位特性を示す図である。図１０は、上記実施形態で用いたトーションバーの出力特性を示す図である。図１１は、ならし振動を入力した場合の出力特性を示す図である。図１２は、シートクッション部における入力荷重の入力部位別の出力特性の差を示す図である。図１３は、上記実施形態で用いたシートと従来構造のシートの荷重−変位特性の測定結果を示す図である。図１４は、上記実施形態で用いたシートと従来構造のシートについて正弦波で加振した際の加速度伝達率を示す図である。図１５は、上記実施形態で用いたシートと従来構造のシートについてランダム波で加振した際の加速度伝達率を示す図である。図１６は、骨盤部支持用クッション材の配設位置に相当する付近において解析した周波数と圧力振幅のパワースペクトルの関係を示す図である。図１７は、上記実施形態で用いたシートのシートバック部における体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。図１８は、従来構造のシートのシートバック部における体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。図１９は、上記実施形態で用いたシートと従来構造のシートに着座した際の各疲労度を示した図である。図２０（ａ），（ｂ）は、図１４〜図１９の試験を行った被験者について、静的状態での心拍と呼吸の時系列波形、及び、図１５のランダム加振状態（動的状態）での心拍と呼吸の時系列波形を示す図である。

符号の説明

１荷重変動検出装置
１００シート
１１０クッションフレーム
１１２トーションバー
１１３第１のリンク板
１１６第２のリンク板
１１７接続用リンク板
１２０参照バー
１１２ａ第１のピックアップコイル
１２０ａ第２のピックアップコイル
１２１励磁コイル
１５０バックフレーム
２００エアクッション
２１０空気圧測定器
２２０分析手段

Claims

シートクッション部の前端付近及び後端付近の一方に幅方向に沿って配設されるトーションバーと、
前記トーションバーに軸支される第１のリンク板、前記シートクッション部の前端付近及び後端付近の他方に軸支された第２のリンク板、及び、前記第１のリンク板及び第２のリンク板同士を接続する接続用リンク板を備え、前記第１のリンク板及び第２のリンク板の動作方向が、シートバック部表面に沿った上下方向に略一致する方向に設定されている平行リンク機構と、
前記平行リンク機構によって支持されるクッション材と
を備えることを特徴とするシート。
前記平行リンク機構を構成する前記第１のリンク板は、前記トーションバーに屈曲部が軸支され、先端が前記トーションバーよりも前方に位置し、後端が前記トーションバーの下方に位置する略Ｌ字状に形成されたものが用いられ、
前記第２のリンク板は、前記シートクッション部の後端付近に屈曲部が軸支され、先端が該屈曲部の軸支位置よりも前方に位置し、後端が該屈曲部の軸支位置の下方に位置する略Ｌ字状に形成されたものが用いられ、
前記接続用リンク板が、前記第１のリンク板及び第２のリンク板の後端同士を接続するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のシート。
シートバック部に配置されるクッション材が、外部振動入力に伴って上下動可能に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシート。
前記トーションバーは、該トーションバーに負荷がかかっていない中立点において復元力が作用しないように設定され、前記第１のリンク板及び第２のリンク板がトーションバーの中立点から上死点方向又は下死点方向に動作する場合、該トーションバーは一方向又は逆方向にねじられて第１のリンク板及び第２のリンク板を中立点方向に復帰させる復元力が作用するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のシート。
前記第１のリンク板及び第２のリンク板の各端部の変位範囲が、上下方向に１５〜１００ｍｍの範囲、前後方向に５〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のシート。
さらに、任意部位に組み込まれる負荷体情報検出手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のシート。
前記負荷体情報検出手段が、前記トーションバーに取り付けられる荷重変動検出装置であることを特徴とする請求項６記載のシート。
前記荷重変動検出装置が、前記荷重変動によって歪まない磁性体からなる参照バーを備えると共に、前記トーションバー及び参照バーをまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイルと、前記トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイルと、前記参照バーの周囲に巻回される第２のピックアップコイルと、前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を出力する差分出力手段とを備えてなることを特徴とする請求項７記載のシート。
前記荷重変動検出装置の参照バー、第１のピックアップコイル、前記第２のピックアップコイル及び前記励磁コイルが、磁性体からなる収納ケースに収容されていることを特徴とする請求項８記載のシート。
前記荷重変動検出装置の参照バーが、合成樹脂によりモールドされて前記収納ケースに収容されていることを特徴とする請求項９記載のシート。
前記負荷体情報検出手段が、シートバック部において、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセット可能な長さを備えるエアクッション、及び、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動から人の生体状態を分析する分析手段を具備する生体信号分析装置であることを特徴とする請求項６記載のシート。