JP4330383B2

JP4330383B2 - 低周波振動シート

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Publication number: JP4330383B2
Application number: JP2003177377A
Authority: JP
Inventors: 悦則藤田
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: CN1572184A; US20040256905A1; JP2005007078A; EP1488952A3; EP1488952B1; EP1488952A2; KR100587745B1; KR20040111138A; CN100410101C; DE602004022612D1; US7090300B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人体との接触部に配置されるクッション材に低周波振動を生じさせることができ、航空機、列車、船舶、フォークリフト、自動車などの輸送機器用の座席構造、家具用若しくは事務用の座席構造、又は、寝具として適用可能な低周波振動シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機、列車、船舶、自動車などに用いられる座席は、衝撃吸収性、振動吸収性などの基本的機能の向上はもとより、これらの機能を補助し、さらに快適な乗り心地を得るために、体格差吸収性、姿勢差吸収性、体動容易性などの様々な機能の向上が常に求められている。さらに近年は、燃費向上による環境対策の観点から、自動車などの輸送機器の軽量化を図るため、これらに用いられる座席も、上記した様々な機能の向上に加え、軽量化を図ることが望まれており、より薄く軽量なクッション材を使用した技術などが提案されている。
【０００３】
例えば、本出願人は、上記した観点より、厚さ数ミリから数十ミリ程度の立体編物をフレームに張設し、張力構造体として用いることにより、軽量でありながら、座席構造のクッション材として十分な特性（バネ特性や減衰特性）を備えた三次元立体編物を提案している（特許文献１参照）。特許文献１に開示された三次元立体編物は、圧縮率の異なる二種類以上の部位を設定した立体編物であり、これを座部用フレームや背部用フレームに張って張力構造体として用いることにより、人の臀部等の筋肉のバネ特性に近似したバネ特性を発揮させることができる。これにより、着座時に臀部等の筋肉が変形することを防止でき、クッション材からの人への反力を低減し、血流障害や筋肉負担を軽減できる。
【０００４】
すなわち、かかる特性を備えたクッション材は、擬似的に人の筋肉層の一部となって機能するものであるとも言えるが、クッション材にかかる機能を持たせるためには、座部用フレームや背部用フレームに対して、低い伸び率で、好ましくは０〜５％の範囲の伸び率で張る必要がある。このため、座部用フレームにクッション材単独で用いた場合には、着座時のストローク感に欠け、底付き感を感じやすい。また、車体フロアから入力される振動に対する振動吸収対策も行う必要がある。そのための構造として、本出願人は、特許文献２に開示されているように、座部に配置されるクッション材の下部にプルマフレックスや布バネなどから構成される面状支持部材を、座部用フレームのサイドフレームに対してコイルスプリングを介して弾性的に配設した座席構造を提案している。面状支持部材及びコイルスプリングの動きによって高い振動吸収特性を発揮するものであるが、輸送機器用の座席は、上記のように常に振動吸収特性等の向上が求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３３９２０６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７７０９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した点に鑑みなされたものであり、振動吸収特性等の更なる改善を図り、座り心地（乗り心地）をさらに向上させることができる低周波振動構造を適用した低周波振動シートを提供することを課題とする。また、本発明は、座席構造に限らず、寝具などに応用しても、例えば、低周波振動によって誘眠効果を促すことができるなど、クッション材に接触する使用者の快適性を高めることができる低周波振動構造を適用した低周波振動シートを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明者は、まず、座席構造に関し、面状支持部材を座部用フレームに支持するバネ機構として、着座して静的な平衡状態に至るまでの間で主として着座者の荷重を分担するバネ部材を配設する一方で、車体フロアからの振動を吸収する際には、上記バネ部材と共に他のバネ部材も連動して機能させる構成とし、それにより、バネ機構全体のバネ定数（合成バネ定数）を、各バネ部材単独のバネ定数よりも小さくする構造に着目した。すなわち、機能するバネ定数を負荷条件によって可変とする構造に着目した。バネ機構全体のバネ定数を各バネ部材単独のバネ定数よりも小さくすることにより、好ましくは、できるだけバネ定数０に近づけた構成とすることにより、特に、車体フロアから入力された振動の着座者への高周波成分の伝達率が小さくなる。
【０００８】
この結果、クッション材に伝達される振動は、低周波成分の作用が相対的に大きくなるため、クッション材として人の筋肉に近似した荷重−たわみ特性を備えたもの、いわば擬似筋肉特性を備えたものを用いることにより、血管や神経の圧迫を小さくすると共に、クッション材を低周波で励振することができる。擬似筋肉とも言えるクッション材をこのように低周波で励振した場合には、クッション材（擬似筋肉）と人の実際の筋肉との間に位置する皮下静脈の血流が、あたかも筋肉（擬似筋肉）を介して低周波でマッサージされた如く、促進され、末梢循環を良好に保つことが可能となり、着座者に快適な座り心地（乗り心地）を与える。なお、後述の試験結果からも明らかなように、バネ機構全体のバネ定数（合成バネ定数）ｋを、０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲、好ましくはできるだけ０に近づけた設定とにすると、擬似筋肉特性を備えたクッション材との組み合わせにより、車体フロアから所定の振動が入力された際に、クッション材における人体との接触面においては、１／ｆゆらぎすなわち心拍変動などの生体ゆらぎに近似した傾向を示す励振（以下、「１／ｆゆらぎ励振」という）が生じることがわかった。従って、かかる構成とすることにより、クッション材における人体との接触面において生じる１／ｆゆらぎ励振が生体反応に共振し、末梢循環系の機能を高めると共に、腹式、肺式呼吸を助け、さらに、背骨の椎間板に動きが生じ、椎間板に拡散が生じて、栄養補給と老廃物の配設が行われ、椎間板の短時間老化による性能劣化が軽減され、座り心地（乗り心地）の更なる改善が可能となる。
【０００９】
本発明は上記知見に基づきなされたものであるが、上記説明から明らかなように、生体反応に共振して、快適性を高めるためには、人体と接触するクッション材に、低周波振動、好ましくは１／ｆゆらぎ励振を生起させることができればよい。そこで、本発明者は、車体フロアから入力される振動を利用せずに低周波振動を生起させることができる構造も着目した。すなわち、上記した説明では、高周波成分をカットする機構を用いることにより車体フロアから入力される振動を利用して低周波振動を起こさせているが、クッション材に対して低周波振動を積極的に付与する機構を設けたりすることにより、車体フロアから振動が入力されない場合でも、クッション材に低周波振動を生起させることができる。これにより、輸送機器用の座席構造に限らず、家具用・事務用の座席構造、あるいは寝具などの他の用途でも、使用者の快適性を高める構造を提供できる。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の本発明では、人体との接触部に配置されるクッション材と、
バネ定数ｋが、所定の変位範囲において０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲に設定されたバネ機構を備えて構成され、前記クッション材に伝達される振動の低周波成分を高周波成分よりも相対的に大きくする振動制御部と、
後縁部が前記バネ機構に連結されると共に、前縁部が座部用フレームの前方に位置するフレーム部材に支持され、前記バネ機構により常態において後方に付勢され、前記クッション材の下部に配置される面状支持部材と
を具備する低周波振動シートであって、
前記振動制御部を構成するバネ機構は、
一端が座部後方に位置する座部用フレーム又は背部用フレームを形成するいずれかのフレーム部材に連結され、座部の幅方向に沿って配置されたトーションバーからなる第１のバネ部材と、
複数のコイルスプリングからなり、前記各コイルスプリングの一端は、前記トーションバーに基端部が連結され、常態において後方へ付勢されるアームに支持されて座部の幅方向に沿って配置された支持フレームにそれぞれ並列的に連結され、他端が前記面状支持部材の後縁部に連結される第２のバネ部材と
を具備して構成され、
前記第１のバネ部材が前記第２のバネ部材よりも相対的に低いバネ定数であり、
前記クッション材に人が着座して静的平衡状態に至るまでは、主として、前記バネ機構を構成するバネ部材のうち、相対的にバネ定数の低い第１のバネ部材が機能し、
振動入力時には、直列結合された複数のバネ部材が共に機能して、相対的にバネ定数の低い前記第１のバネ部材よりもさらに低い値となるそれらの合成バネ定数を作用させる構造であり、その合成バネ定数が、所定の変位範囲において０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲の値を備えていることを特徴とする低周波振動シートを提供する。
請求項２記載の本発明では、前記クッション材は、直径９８ｍｍの加圧板で１００Ｎまで加圧した際の荷重−たわみ特性から算出されるバネ定数が、加重行程で１．５〜３．５Ｎ／ｍｍであり、抜重行程で１〜３Ｎ／ｍｍであり、加重行程と抜重行程とのヒステリシスロス量が最大で、１０〜３０Ｎの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シートを提供する。
請求項３記載の本発明では、前記クッション材が、座部用フレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の低周波振動シートを提供する。
請求項４記載の本発明では、前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シートを提供する。
請求項５記載の本発明では、前記振動制御部が、バネ定数の異なるバネ部材を直列結合して構成され、座部後方に配置される前記バネ機構に加え、さらに、所定の変位範囲において、変位量の増加に伴い荷重値が減少する荷重−たわみ特性を備えた磁気バネと、前記所定の変位範囲において変位量の増加に伴って荷重値が増加する荷重−たわみ特性を備えた弾性部材との組み合わせからなる他のバネ機構を有してなり、
前記他のバネ機構が、その支持部に、バネ定数の異なるバネ部材を直列結合して構成される前記バネ機構を含む座部を連結支持し、シートサスペンションとして用いられる構造であることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シートを提供する。
請求項６記載の本発明では、前記振動制御部は、前記いずれかのバネ機構を低周波で振動させるため、座部用フレーム及び背部用フレームのうちの少なくとも一方に連結される加振装置をさらに具備することを特徴とする請求項１又は５記載の低周波振動シートを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図１〜図４は本発明の一の実施形態に係る低周波振動シート１０の主要部を示す図である。本実施形態においては、自動車などの輸送機器用の座席構造として用いるのに適した低周波振動シート１０を示しており、これらの図に示したように、この低周波振動シート１０は、座部（シートクッション）１２と背部（シートバック）１３とを備えてなる。座部１２は、座部用フレーム（クッションフレーム）２０及び座部用フレーム２０に張られて設けられるクッション材２５を有し、背部１３は、背部用フレーム（バックフレーム）３０及び該背部用フレーム３０に張られて設けられるクッション材３５を有している。
【００１２】
座部用フレーム２０は、より詳細には、図２及び図３に示すように、幅方向に間隔をもって配設された一対のサイドフレーム部材２１，２１と、座部１２の前方部に位置する前部フレーム部材２２と、座部１２の後方部に位置する後部フレーム部材２３とを備えて構成される。背部用フレーム３０は、図１及び図２に示したように、幅方向に間隔をもって配設された一対のサイドフレーム部材３１，３１と、上部フレーム部材３２とを備えて構成される。そして、座部用フレーム２０を構成するサイドフレーム部材２１，２１の各後端部と、背部用フレーム３０を構成するサイドフレーム部材３１，３１の各下端部とが、それぞれブラケット４０及びリクライニングアジャスタ４１を介して連結されている。
【００１３】
座部１２の後方には、本実施形態において低周波振動を生起させる振動制御部を構成するバネ機構５０が配設される（図４参照）。このバネ機構５０は、複数のバネ部材を直列結合して構成されるものであり、本実施形態においては、第１のバネ部材としてトーションバー５１を用い、第２のバネ部材としてコイルスプリング５２を用いている。第１のバネ部材であるトーションバー５１は、座部１２の後方に位置する後部フレーム部材２３に互いに所定間隔をおいて突設したトーションバー用ブラケット２３ａ，２３ｂ間に支持されて、座部１３の幅方向に沿って配置されている。トーションバー５１は、一方のトーションバー用ブラケット２３ａに一端部（固定端）が固定され、他方のトーションバー用ブラケット２３ｂに、他端部（可動端）が回転可能に支持されており、該トーションバー５１は、可動端側がねじられることにより所定のバネ特性を発揮する。
【００１４】
トーションバー５１の各端部付近には、アーム５３が設けられる。トーションバー５１の固定端側に配置される一方のアーム５３は、その基端部がトーションバー５１に対し回動自由に配設され、トーションバー５１の可動端側に配置される他方のアーム５３は、その基端部がトーションバー５１に直接連結されて、そのねじりトルクにより、後倒方向（図４参照）に付勢されている。また、アーム５３は、図２〜図４に示すように、基端部をトーションバー５１に連結して下向きに突出するように設けられており、各アーム５３の下端部５３ａ間には、座部１３の幅方向に沿って支持フレーム５４が設けられている。この結果、図４に示したように、上側に位置するトーションバー５１を中心としてアーム５３の下端側及び支持フレーム５４が前後に回動する構成である
【００１５】
第２のバネ部材であるコイルスプリング５２は、一端５２ａが上記した支持フレーム５４に係合され、他端５２ｂが、後述の面状支持部材６０の後縁部６２に係合されている。また、コイルスプリング５２は、図２に示したように、座部１２の幅方向に沿って並列的に複数本設けられ、それぞれが支持フレーム５４と面状支持部材６０の後縁部６２との間に掛け渡されている。これにより、上記した第１のバネ部材であるトーションバー５１と第２のバネ部材であるコイルスプリング５２とは、アーム５３及び支持フレーム５４を介して直列結合されることになる。
【００１６】
面状支持部材６０は、上部に配置されるクッション材２５上に人が着座した際における底付き感を防止し、ストローク感を補うと共に、所定の振動吸収特性を機能させるため、上記バネ機構５０に連結されて配設される。具体的には、前縁部６１が座部用フレーム２０の前方に位置する前部フレーム部材２２の下方に位置する補助フレーム部材２２ａに係合され、後縁部６２がバネ機構５０の第２のバネ部材を構成するコイルスプリング５２の他端５２ｂに係合されて配設される。これにより、面状支持部材６０は、常態においてバネ機構５０によって後方に付勢されることになる。なお、サイドフレーム部材２１，２１と面状支持部材６０の側縁部との間には、図２に示したようにそれぞれ１本ずつ補助コイルスプリング２６が掛け渡し配設されている。この補助コイルスプリング２６は、面状支持部材６０の側縁部におけるストローク感を補うために補助的に配設されるものである。面状支持部材６０としては、プルマフレックス、二次元ネット材（布バネ）又は立体編物（三次元ネット材）などを用いることができる。二次元ネット材としては、例えば、たて糸とよこ糸のいずれか一方がポリエステル系エラストマー繊維、ポリウレタン繊維などの弾性糸を含み、他方が弾性糸よりも弾性の小さいナイロン繊維、ポリエステル繊維などの普通糸から構成される布帛を用いることができる。立体編物（三次元ネット材）としては、例えば、ダブルラッセル編機等を用いて形成され、所定間隔をおいて位置する一対のグランド編地間に連結糸を往復させて編成した立体編物を用いることができる。
【００１７】
ここで、バネ機構５０を構成する第１のバネ部材であるトーションバー５１と第２のバネ部材であるコイルスプリング５２とは、トーションバー５１のバネ定数がコイルスプリング５２のバネ定数よりも相対的に低く設定されている。なお、コイルスプリング５２は、複数本配設されるため、ここでいうコイルスプリング５２のバネ定数とは、並列配置した複数本のコイルスプリング５２の合成バネ定数である。この結果、クッション材２５上に人が着座した際には、相対的にバネ定数の低いトーションバー５１が作用し始め、所定の荷重値に至るまでは、コイルスプリング５２は伸縮せず、面状支持部材６０が人の着座に伴って下降するにつれて、配設角度が変化するのみである。そして、所定の荷重値を超えるとコイルスプリング５２が伸び始めると共に、振動が入力された際には、直列結合されたトーションバー５１とコイルスプリング５２の２つのバネ部材が共に作用する。例えば、図５に模式的に示したように、図５（ａ）の無負荷時の状態から、例えば５０ｋｇの負荷までは、ほとんどの荷重がトーションバー５１により分担されており（図５（ｂ））、コイルスプリング５２は配設角度が変化するのみであるが、８０ｋｇの負荷を与えた際には、コイルスプリング５２の分担分が大きくなり（図５（ｃ））、トーションバー５１と共に機能する。
【００１８】
すなわち、第１のバネ部材であるトーションバー５１のバネ定数をｋ１とし、第２のバネ部材であるコイルスプリング５２のバネ定数（並列配置される複数本のコイルスプリング５２の合成バネ定数）をｋ２とした場合、両者を直列結合した際の合成バネ定数ｋは、ｋ＝ｋ１・ｋ２／（ｋ１＋ｋ２）より、トーションバー５１単独のバネ定数ｋ１よりも小さくなり、バネ定数０に近づく。好ましい合成バネ定数ｋは、０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲である。
【００１９】
より好ましくは、第１のバネ部材であるトーションバー５１は、バネ定数１〜２０Ｎ／ｍｍの範囲であり、第２のバネ部材であるコイルスプリング５２は、トーションバー５１のバネ定数よりも高いバネ定数であって、バネ定数（並列配置される複数本のコイルスプリング５２の合成バネ定数）１〜６７Ｎ／ｍｍの範囲である。これにより、体重４０ｋｇ〜８０ｋｇ（クッション材２５に付加される荷重で約３０ｋｇ〜約７０ｋｇ）の、成人の多くが含まれる体重範囲において、着座者の静的平衡状態に至るまでの間では主としてトーションバー５１が作用する構造とすることができる。トーションバー５１のバネ定数とコイルスプリング５２のバネ定数（並列配置される複数本のコイルスプリング５２の合成バネ定数）が上記の範囲に設定される結果、トーションバー５１とコイルスプリング５２とを本実施形態のように直列結合した際のより好ましい合成バネ定数ｋは、０＜ｋ≦１５．４Ｎ／ｍｍの範囲である。なお、上記したトーションバー５１のバネ定数の値は、面状支持部材６０の後縁部６２を、コイルスプリング５２を介さずに、トーションバー５１によって支持された支持フレーム５４に直接連結し、面状支持部材６０に荷重を負荷した際の該面状支持部材６０の変位量を測定して求めた値である。
【００２０】
座部用フレーム２０に張設されるクッション材２５は、上記した面状支持部材６０の上方位置において前端縁が前部フレーム部材２２に係合され、サイドフレーム２１，２１間に掛け渡されるように、伸び率０〜５％の低い張力で張られる。また、背部用フレーム３０に張設されるクッション材３５は、上部フレーム部材３２を覆うと共に、サイドフレーム３１，３１間に掛け渡されるように、伸び率０〜５％の低い張力で設けられる。
【００２１】
各クッション材２５，３５は、このようにして座部用フレーム２０又は背部用フレーム３０に張られることにより、張力構造体として設けられ、張力を利用してクッション機能を持たせるものである。このため、薄手の素材を用いることができる。例えば、厚さ５〜２０ｍｍ程度の薄手のウレタン材に、二次元ネット材等からなる表皮材を積層したものを用いることができる。但し、薄型でありながら、クッション性に優れた上記した立体編物（三次元ネット材）を用いることが好ましい。
【００２２】
いずれにしても、伸び率０〜５％の低い張力で張力構造体として設けることにより、その際の略垂直方向の荷重−たわみ特性が、人体の筋肉の荷重−たわみ特性に近似しているように設けることが好ましい。これにより、各クッション材２５，３５は、いわば擬似的に筋肉として機能する。従って、皮下静脈は、皮膚内での実際の筋肉と、皮膚を介して接する擬似筋肉（クッション材２５，３５）との間に位置することになる。すなわち、クッション材２５，３５がこのように擬似的に筋肉とみなせる特性を有しておらず、筋肉のバネ特性よりも硬すぎたり、逆に柔らかすぎたりする場合には、剪断力により静脈を圧迫するが、クッション材２５，３５が擬似的に筋肉とみなせるバネ特性を有する場合には、静脈は、実際の筋肉と擬似筋肉との間に挟まれることになるため、静脈への圧迫力が軽減される。そして、この擬似筋肉と言えるクッション材２５，３５を低周波で揺らせば、人の筋肉を低周波でマッサージして血行を促進する場合と同様の条件下となり、同様の効果を付与することができることになる。従って、上記面状支持部材６０の上部に座部用クッション材２５を配置した場合には、低い合成バネ定数を備えた上記バネ機構５０によって車体フロアから入力される振動加速度は小さくなる。特に高周波成分は効率よく除振されるため、座部用クッション材２５と大腿部の筋肉との間にある皮下の静脈は低周波の振動により励振（好ましくは１／ｆ励振）されることになる。換言すれば、本実施形態の低周波振動シート１０は、筋肉の収縮によって血液を心臓に運ぶ筋肉ポンプと呼ばれる作用と同様のポンプ作用を、シート１０に設定した上記の構造によって擬似筋肉とみなせる座部用クッション材２５により、筋肉によって取り囲まれていない皮下の静脈に対しても及ぼすことができる構造であり、筋肉ポンプに例えて、いわばシートポンプと呼ぶことができる機能を有する構造である。
【００２３】
図６は、人の臀部の筋肉の荷重−たわみ特性の一例を示すものである。この図に示したように、人の臀部の筋肉の荷重−たわみ特性は、やや非線形の傾向を有し、直径９８ｍｍの加圧板で１００Ｎまで加圧した際に、加重行程で、０．５〜８Ｎ／ｍｍの範囲であり、抜重行程で、０．１〜１２Ｎ／ｍｍの範囲である。また、ヒステリシスロス量は、最大で約３０Ｎである。従って、座部用クッション材２５及び背部用クッション材３５は、直径９８ｍｍの加圧板で１００Ｎまで加圧した場合で、個人差も考慮して、加重行程で０．３〜１０Ｎ／ｍｍの範囲、抜重行程で０．１〜１５Ｎ／ｍｍの範囲となり、加重行程と抜重行程のヒステリシスロス量は、１０〜２００Ｎ、好ましくは１０〜３０Ｎとなるように設定することが好ましい。これにより、人の臀部の筋肉の荷重−たわみ特性に近似した荷重−たわみ特性とすることができる。
【００２４】
なお、図１及び図２において符号７０は、着座者の骨盤後方に相当する部位に配置される骨盤支持部材であり、上記トーションバー５１に連結され、常態において上端縁が前方に突出するように付勢されている。無負荷時における背部用クッション材３５のたるみを防止し、外観を向上させると共に、衝突等により大きな衝撃が付与された際には、上端縁が着座者の骨盤に押圧されて後倒し、着座者が背部用クッション材３５に押し付けられるようにガイドする機能を果たすものである。
【００２５】
（試験例１）
図１〜図４に示した低周波振動シート１０（実施例１）を用いて、座部１２に１０００Ｎまで荷重を付与し、荷重−たわみ特性を測定した。使用したトーションバー５１のバネ定数は、５Ｎ／ｍｍであった。コイルスプリング５２は、６本並列配置して用い、１本当たりのバネ定数は１．５Ｎ／ｍｍで、複数本のコイルスプリング５２の合成バネ定数は、９Ｎ／ｍｍであった。従って、トーションバー５１と複数本のコイルスプリング５２とを直列結合した際の合成バネ定数は、３．２Ｎ／ｍｍであった。
【００２６】
面状支持部材６０は、ポリエステル系エラストマー繊維とナイロン繊維とにより織成された布バネを用いた。座部用クッション材２５及び背部用クッション材３５は、共に立体編物を用いて、座部用フレーム２０及び背部用フレーム３０に伸び率０％で張った。なお、使用した立体編物は次のような製造条件で編成されたものであり、伸び率０％で単独で張った際の荷重−たわみ特性として図６の実線で示した特性を備えたものである。試験結果は、図７及び図８に示す。
【００２７】
編機：ダブルラッセル編機（９ゲージ／２．５４ｃｍ、釜間距離１５ｍｍ）
ウェール密度：１０本／２．５４ｃｍ
コース密度：１４本／２．５４ｃｍ
仕上がり厚み（一対のグランド編地の表面間の距離）：１１．５ｍｍ
一方のグランド編地のグランド糸：１１７０デシテックス／９６ｆポリエステル・ＢＣＦマルチフィラメント（捲縮加工糸）
他方のグランド編地のグランド糸：６６０デシテックス／１９２ｆポリエステル・ＢＣＦマルチフィラメント（捲縮加工糸）
連結糸：６６０デシテックス／１ｆポリエステル
一方のグランド編地の組織：２コースメッシュの変化組織
他方のグランド編地の組織：クインズコード
一方のグランド編地のグランド糸と連結糸とにより形成される編目の合計太さ：１８３０デシテックス（一部３０００デシテックス）
他方のグランド編地のグランド糸と連結糸とにより形成される編目の合計太さ：１９８０デシテックス
【００２８】
図７は、横軸に座部の変位量（たわみ量）をとり、縦軸左側に、座部に付与した荷重値をとり、縦軸右側にトーションバー５１及びコイルスプリング５２のそれぞれの変位量をとって示したものである。なお、トーションバー５１の変位量はアーム５３に支持した支持フレーム５４の変位量で示している。また、図８は、横軸に座部の変位量（たわみ量）をとると共に、縦軸左側には図７と同様に座部に付与した荷重値をとり、縦軸右側には、トーションバー５１及びコイルスプリング５２の各分担荷重をとったものである。
【００２９】
まず、図７から明らかなように、座部の変位量２０ｍｍまでは、座部用クッション材２５のみが変位し、座部の変位量２０ｍｍ過ぎからトーションバー５１が変位し始め、そのバネ特性が利き始める。トーションバー５１は、そのまま、ほぼ線形に変位していく。一方、コイルスプリング５２は、体重６０ｋｇの人の静的着座状態における平衡点に相当する座部の変位量４０ｍｍまでは機能しない。そして、４０ｍｍを過ぎた時点から利き始め、ほぼ線形に変位していく。従って、図８に示したように、座部の変位量４０ｍｍまで、すなわち、体重６０ｋｇの人の静的着座状態における平衡点まではトーションバー５１のみにより荷重を分担しており、４０ｍｍを過ぎた時点からコイルスプリング５２に分担荷重が発生し、トーションバー５１とコイルスプリング５２の２つのバネ部材によって荷重が支持される。
【００３０】
また、図７及び図８には、実施例１の座部１２の全体の荷重−たわみ特性（太い実線）と、トーションバー５１単独の荷重−たわみ特性（細い実線）を示している。この図から明らかなように、実施例１の場合には、体重６０ｋｇの人の静的着座状態における平衡点に至るまでは、トーションバー５１のバネ定数に座部用クッション材２５のバネ定数が付加されたバネ特性が機能しているのみであるが、静的着座状態での平衡点を過ぎると、トーションバー５１に直列結合されたコイルスプリング５２のバネ定数が重畳され、両者の合成バネ定数により荷重を支持する。従って、試験例１の座部１２の全体の荷重−たわみ特性から得られる全体のバネ定数は、トーションバー５１単独のバネ定数よりも小さくなる。
【００３１】
（試験例２）
試験例１で使用した低周波振動シート１０（実施例１）に、体重６０ｋｇの人が着座して、加振機により片側振幅１ｍｍ（ピーク間振幅２ｍｍ）で周波数０．５Ｈｚ〜１５Ｈｚのランダム波で上下に加振し、座部用クッション材２５の表面への振動伝達率を測定した。次に、実施例１の低周波振動シート１０に対し、座部用クッション材２５として、図６に示した特性を有する立体編物に代え、加重行程及び抜重行程共にバネ定数が約５〜１０Ｎ／ｍｍほど高い立体編物を張設し、同様の条件で加振して振動伝達率を測定した（実施例２）。また、比較のため、トーションバー５１の支持フレーム５４に面状支持部材６０の後縁部６２を直接連結し、コイルスプリング５２を配設しないことを除いて実施例２と全く同様の構造の座席構造に同じ人が着座して同様に振動伝達率を測定した（比較例１）。結果を図９に示す。なお、太い実線は実施例１のデータを、太い破線は実施例２のデータを、細い実線は比較例１のデータを示す。
【００３２】
図９から明らかなように、まず、実施例２と比較例１とを比べると、実施例２の共振峰がより低周波領域に移行し、４Ｈｚ以上の振動伝達率が比較例１よりも実施例２の方が小さくなっている。すなわち、実施例２のようにバネ機構５０として２つのバネ部材を直列結合した構成とすることにより、合成バネ定数を小さくでき、特に、高周波領域における振動伝達率を低減できることがわかる。この結果、座部用クッション材２５の表面に伝達される振動が低周波成分が主となり、人の心拍や呼吸による生体反応に共振し、末梢循環系の機能を高め、座り心地（乗り心地）を向上することができる。
【００３３】
また、このように、バネ定数の低いバネ機構を用いて面状支持部材を支持するだけでも、クッション材表面に低周波振動を励起することができるが、実施例１のように、より筋肉特性に近似したクッション材を用いた場合には、振動伝達率が、実施例２と比較してさらに低くなり、より１／ｆゆらぎに近似した振動を付与できることがわかる。
【００３４】
（試験例３）
次に、実施例１の低周波振動シート１０の座部用クッション材２５上に、変位測定用プレートを載置し、該変位測定用プレートの上に、上記のような擬似筋肉特性を備えた立体編物を１枚載せ、さらにその上に６．７ｋｇの重りを載せ、座部用クッション材２５の表面のゆらぎ特性を測定した。立体編物は、擬似的に筋肉とみなせるものであるため、立体編物と重りとの組み合わせは、座部用クッション材２５に着座する人に相当する。かかる低周波振動シート１０を加振装置上に載置し、上記試験例２と同様の加振条件で、上下にランダム波振動を付与した。また、重りを、ヒップポイントから前方へ１００ｍｍの位置にセットした場合、１５０ｍｍの位置にセットした場合、２００ｍｍの位置にセットした場合のそれぞれについて測定した。
【００３５】
具体的には、レーザ変位計により、サンプリング周波数１００Ｈｚで各変位を測定し、１００ｍｍの位置における変位に対し、１５０ｍｍの位置における変位及び２００ｍｍの位置における変位との各相対変位（ｘ）を算出した。次に、相対変位の時刻歴について、ｔ_ｎ＝ｘ_ｎ（_ｎ＝サンプリング回数）とし、（１０ポイント）×（１／１００Ｈｚ）ｓｅｃ分ずれた波形をｔ_ｎ＋１０＝ｘ_ｎ＋１０とし、ｘ軸にｘ_ｎ、ｙ軸にｘ_ｎ＋１をプロットしたものをアトラクターとした。このアトラクターをＦＦＴ解析し（ｙ＝アトラクター[ｍｍ]，ｘ：[Ｈｚ]）、ｙ：ｌｏｇ（アトラクター）^２，ｘ：ｌｏｇ（Ｈｚ）で、両者の関係を対数軸に表し、傾きβを求めた。この傾きβが１．５以下となっている場合に、１／ｆゆらぎが生じている。結果を図１０及び図１１に示した。図１０は、実施例１のデータを示し、図１１は比較例１のデータを示す。また、図１０（ａ）、図１１（ａ）は、ヒップポイントから前方に１００ｍｍの部位に対する１５０ｍｍの部位のゆらぎ特性を示すものであり、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）は、同じく前方に１００ｍｍの部位に対する２００ｍｍのゆらぎ特性を示すものである。
【００３６】
そして、これらの図から求められるグラフの傾きは、図１０（ａ）では、傾きβ＝１．３２１１１３４８５７、図１０（ｂ）では、傾きβ＝１．４３５７４５０５２、図１１（ａ）では、傾きβ＝３．２１１１３４８５７、図１１（ｂ）では、傾きβ＝４．１０１８９７１７９であった。従って、図１０の実施例１のシートの場合には、座部用クッション材の表面（人体との接触面）に１／ｆゆらぎ励振が発生しているのに対し、比較例１の場合には１／ｆゆらぎ励振が発生していないことが明らかになった。
【００３７】
また、上記試験例３において、重りに加速度ピックアップを装着し、加速度／９．８ｍ／ｓ ^２×重り重量＝荷重とすると共に、変位測定用プレートの変位と加振装置の変位との相対変位を求め、荷重と相対変位との関係についてのリサージュ図形を作成した。図１２は、実施例１のリサージュ図形であり、図１３は、比較例１のリサージュ図形である。リサージュ図形において、線の密度の高い部分が人体との平衡点位置を示しているが、図１２の場合には、平衡点位置が２箇所（図の平衡点Ａ，Ｂ）で得られていることがわかる。これに対し、図１３の場合には平衡点位置は１箇所（図の平衡点Ｃ）である。すなわち、実施例１の場合には、入力振動に対して、人体が複数の平衡点Ａ，Ｂで支持されるのに対し、比較例１の場合には１箇所の平衡点Ｃで支持されるということである。換言すれば、実施例１の場合には、複数の平衡点Ａ，Ｂに移行することにより体動が促され、一方の平衡点Ａにおいての姿勢と他方の平衡点Ｂにおいての姿勢との間で、姿勢が実質的に固定することなく循環するような変化を促すことができるのに対し、比較例１の場合にはこのような姿勢の循環作用を生じにくい構成であると言える。従って、実施例１の場合には、このような姿勢の循環作用によって血流が促され、上記筋肉ポンプ作用に類似のシートポンプ作用や１／ｆ励振作用と相俟って、椎間板の動きを助け、末梢循環系の機能を高めるのに極めて適していることがわかる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態においては、振動制御部として、直列結合した２つのバネ部材からなるバネ機構を備えた構造のものを用いている。上記実施形態で説明したものは、極めて簡易な構成でかつ低コストでクッション材に対して低周波振動（１／ｆゆらぎ）を生起させることができる点で優れており、実用的には好ましい。しかしながら、本発明は、人体との接触部に配置されるクッション材に低周波振動、好ましくは１／ｆゆらぎを付与できればよく、振動制御部としては、他の機構を用いることも可能であり、少なくとも所定の変位範囲においては変位量が増加しても荷重がほとんど増加しない荷重−たわみ特性を有するもの、バネ定数ｋで言えば、０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍ以下の領域を備えたバネ機構を有するものであればよい。
【００３９】
例えば、図１４に示したようなバネ機構を用いることもできる。図１４に示したバネ機構はシートサスペンションとして利用されるものであり、その支持部にシートの座部用フレームを連結支持して用いられ、少なくとも所定の変位範囲において、変位量の増加に伴い荷重値が減少する荷重−たわみ特性を備えた磁気バネ（マグネットユニット）と、上記所定の変位範囲において変位量の増加に伴って荷重値が増加する荷重−たわみ特性を備えた弾性部材としてのトーションバーを有して構成される。すなわち、磁気バネ（マグネットユニット）として、例えば、本出願人が提案している特開２００２−２０６５９４号公報に開示されたような、所定の変位範囲において変位量の増加に伴い荷重値が減少する負のバネ定数を備えたものを使用し、これに、同様の変位範囲において正のバネ定数を有するトーションバーを組み合わせることによって、両者の重畳したバネ定数を実質的に略ゼロに設定したものである。
【００４０】
従って、図１４に示したバネ機構（シートサスペンション）の支持部に座部用フレームを連結支持して用いた場合にも、上記実施形態と同様に、バネ定数が極めて低いため、車体フロアから入力される高周波成分を低減し、クッション材に低周波振動、好ましくは１／ｆゆらぎを生起させることができる。なお、このようなシートサスペンションとしては、本出願人が提案している特開２００１−５９５４６号公報に開示されたものも使用可能である。また、図１４に示したバネ機構（シートサスペンション）に対して、上記実施形態に示した直列結合したバネ機構を備えたシートを支持した構成、すなわち、振動制御部として２つのバネ機構を備えた構成とすることもできる。さらに、振動制御部としては、このようなバネ機構を用いて高周波成分をカットするだけでなく、クッション材に対してより確実に低周波振動（１／ｆゆらぎ）を生起させるべく、加振装置を組み込んだ構成とすることも可能である。
【００４１】
また、本発明は、自動車などの輸送機器用の座席構造（低周波振動シート）に限らず、家具用・事務用の座席構造や寝具等にも応用可能であり、その場合には、輸送機器用の座席構造のように、シート下方からの振動入力がないため、加振装置を座部用フレーム及び／又は背部用フレームに連結し、クッション材における人体との接触面に低周波振動、好ましくは１／ｆゆらぎ励振を生起させる構成とする。
【００４２】
図１５に、実施例１のシートを床面に載置して振動させずに長時間（３時間）着座した場合（静的）と、当該シートの座部用フレームを加振装置に連結支持させて上下振動を付加して長時間（３時間）着座した場合（動的）について、官能評価を行った結果を示す。なお、加振装置により付与した上下振動は、試験例２の加振条件と全く同様のランダム振動であり、座部用クッション材の表面には、上記のように１／ｆゆらぎ励振が生じている。また、官能評価は、肉体疲労評価における筋電位変化が筋疲労の官能評価であるボルグの指標で評価した傾向と一致したという研究報告（「シート感性品質評価」、稲垣大ほか、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集Ｎｏ．９１−９９、２１−２４頁（２００２））に基づき、ボルグの指標に従って行った。また、二人の被験者により行い、結果は二人の平均値で示しており、数値が高くなるほど悪く、数値が低いほど良い。
【００４３】
図１５から明らかなように、試験開始から１．５時間経過までは両者に有意な差はないが、１．５時間過ぎから大きな差が生じ、上下振動を付加した動的条件下の方が、長時間着座による疲労感が少ないことがわかる。従って、家具用・事務用の座席などの場合には、このように振動を付与する加振装置に連結して、クッション材表面に積極的に１／ｆゆらぎを生じさせる構成とすることによって、長時間着座による疲労感を軽減することができる。また、寝具に応用した場合には、人体と接触するクッション材の表面に１／ｆゆらぎが生じるため、仰臥又は横臥することによって全身がこの１／ｆゆらぎに曝露され、生体反応に共振し、速やかに睡眠へと誘導させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の低周波振動シートは、人体との接触面であるクッション材表面を低周波振動で揺らすことができ、人自体の感覚としては静的な状態を保っているにも拘わらず、人体の生体反応に近似した励振により、姿勢が実質的に固定することなく循環するような変化をもたらし、血行が促進され、椎間板の動き、末梢循環系を良好に保つことができる。特に、クッション材として、人体の筋肉のバネ特性に近似したものを用いた場合には、生体反応に近似した励振による姿勢の循環作用を起こしやすく、しかも、筋肉ポンプに類似したポンプ作用をシートに起こさせることができ、筋肉によって取り囲まれていない皮下の静脈の血行をも効果的に促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態に係る低周波振動シートを示す概略斜視図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る低周波振動シートの座部用フレーム及び背部用フレームを示す斜視図である。
【図３】図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、上記実施形態で用いたバネ機構の詳細を示すため、図２の骨盤支持部材を除いた図である。
【図５】図５は、上記実施形態の作用を説明するための図である。
【図６】図６は、人の臀部筋肉及びクッション材の荷重−たわみ特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施例１の低周波振動シートにおける座部の荷重−たわみ特性と、トーションバー及びコイルスプリングの変位量を示す図である。
【図８】図８は、実施例１の低周波振動シートにおける座部の荷重−たわみ特性と、トーションバー及びコイルスプリングの分担荷重を示す図である。
【図９】図９は、実施例１、実施例２及び比較例１の各シートの振動伝達率を示す図である。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ）は、実施例１の低周波振動シートに１／ｆゆらぎが生じているか否かを解析した図である。
【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、比較例１のシートに１／ｆゆらぎが生じているか否かを解析した図である。
【図１２】図１２は、実施例１のシートに対して行った加振実験（試験例３）における荷重と相対変位との関係についてのリサージュ図形である。
【図１３】図１３は、比較例１のシートに対して行った加振実験（試験例３）における荷重と相対変位との関係についてのリサージュ図形である。
【図１４】図１４は、振動制御部を構成する他のバネ機構としてのシートサスペンションの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例１のシートの長時間着座に関する官能評価の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０座席構造
１２座部
１３背部
２０座部用フレーム
３０背部用フレーム
５０バネ機構
５１トーションバー
５２コイルスプリング
６０面状支持部材

Claims

人体との接触部に配置されるクッション材と、
バネ定数ｋが、所定の変位範囲において０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲に設定されたバネ機構を備えて構成され、前記クッション材に伝達される振動の低周波成分を高周波成分よりも相対的に大きくする振動制御部と、
後縁部が前記バネ機構に連結されると共に、前縁部が座部用フレームの前方に位置するフレーム部材に支持され、前記バネ機構により常態において後方に付勢され、前記クッション材の下部に配置される面状支持部材と
を具備する低周波振動シートであって、
前記振動制御部を構成するバネ機構は、
一端が座部後方に位置する座部用フレーム又は背部用フレームを形成するいずれかのフレーム部材に連結され、座部の幅方向に沿って配置されたトーションバーからなる第１のバネ部材と、
複数のコイルスプリングからなり、前記各コイルスプリングの一端は、前記トーションバーに基端部が連結され、常態において後方へ付勢されるアームに支持されて座部の幅方向に沿って配置された支持フレームにそれぞれ並列的に連結され、他端が前記面状支持部材の後縁部に連結される第２のバネ部材と
を具備して構成され、
前記第１のバネ部材が前記第２のバネ部材よりも相対的に低いバネ定数であり、
前記クッション材に人が着座して静的平衡状態に至るまでは、主として、前記バネ機構を構成するバネ部材のうち、相対的にバネ定数の低い第１のバネ部材が機能し、
振動入力時には、直列結合された複数のバネ部材が共に機能して、相対的にバネ定数の低い前記第１のバネ部材よりもさらに低い値となるそれらの合成バネ定数を作用させる構造であり、その合成バネ定数が、所定の変位範囲において０＜ｋ≦２０Ｎ／ｍｍの範囲の値を備えていることを特徴とする低周波振動シート。
前記クッション材は、直径９８ｍｍの加圧板で１００Ｎまで加圧した際の荷重−たわみ特性から算出されるバネ定数が、加重行程で１．５〜３．５Ｎ／ｍｍであり、抜重行程で１〜３Ｎ／ｍｍであり、加重行程と抜重行程とのヒステリシスロス量が最大で、１０〜３０Ｎの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シート。
前記クッション材が、座部用フレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の低周波振動シート。
前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シート。
前記振動制御部が、バネ定数の異なるバネ部材を直列結合して構成され、座部後方に配置される前記バネ機構に加え、さらに、所定の変位範囲において、変位量の増加に伴い荷重値が減少する荷重−たわみ特性を備えた磁気バネと、前記所定の変位範囲において変位量の増加に伴って荷重値が増加する荷重−たわみ特性を備えた弾性部材との組み合わせからなる他のバネ機構を有してなり、
前記他のバネ機構が、その支持部に、バネ定数の異なるバネ部材を直列結合して構成される前記バネ機構を含む座部を連結支持し、シートサスペンションとして用いられる構造であることを特徴とする請求項１記載の低周波振動シート。
前記振動制御部は、前記いずれかのバネ機構を低周波で振動させるため、座部用フレーム及び背部用フレームのうちの少なくとも一方に連結される加振装置をさらに具備することを特徴とする請求項１又は５記載の低周波振動シート。