CN108851689A - 一种用于办公椅功能设计研究的实验椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于办公椅功能设计研究的实验椅，包括框架、座面调节装置、靠背调节装置和脊柱测量装置，所述的座面调节装置设在框架的座面上，所述的靠背调节装置和脊柱测量装置设在框架的靠背上；在所述的座面调节装置、靠背调节装置和脊柱测量装置上均设有用于实现高度、角度、深度和/或形态的无级调节结构单元。本发明通过各调节机构实现在座面、颈部、上背部和腰部的高度、角度、深度及形态的调节，这些调节均是无级调节，满足多方面的需要，同时可获得脊柱形态曲线。

Description

一种用于办公椅功能设计研究的实验椅

技术领域

本发明属于办公家具设计技术领域，具体涉及一种用于办公椅功能设计研究的实验椅。

背景技术

市面上办公椅的尺寸与形态的设计大多停留在以往的经验和模仿借鉴，缺乏创新研究的科学支持，又由于企业每次研发的开模成本较高，这就限制了大部分企业对于新产品的人力、财力的投入，使得办公椅新产品的更新迭代速度缓慢，真正考虑到人的舒适性感受的设计很少。

现有的用于办公椅功能设计的实验椅主要是针对尺寸进行有级调节，并且在形态调节这一部分未涉及调节方式，目前，研究办公椅各功能结构的尺寸对人体坐舒适性的影响不够灵活全面，研究办公椅各功能结构的形态对人体坐舒适性的影响较为欠缺。

发明内容

本发明的目的是提供一个能实现办公椅功能结构的尺寸和形态无级调节的实验椅，同时结合获得的人体坐姿脊柱形态曲线，旨在降低企业新产品研究的成本，提高新产品研究的科学性。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种用于办公椅功能设计研究的实验椅，包括框架、座面调节装置、靠背调节装置和脊柱测量装置，所述的座面调节装置设在框架的座面上，所述的靠背调节装置和脊柱测量装置设在框架的靠背上；在所述的座面调节装置、靠背调节装置和脊柱测量装置上均设有用于实现高度、角度、深度和/或形态的无级调节结构单元。

所述的无级调节结构单元为设在座面调节装置或靠背调节装置上的螺纹孔和与所述螺纹孔配套使用的螺杆。

所述的无级调节结构单元为设在脊柱测量装置上的孔和与所述孔配套的长螺杆，在所述的长螺杆上设有螺圈和压缩弹簧。

所述的框架是方形铁质框架，在框架上设有前后滑动锁定机构，从而实现靠背支架深度的调节，在框架上设有上下滑动锁定机构，从而实现靠背支架的高度调节。

所述的上下滑动锁定机构包括靠背小方管和靠背大方管，所述的靠背小方管可套入靠背大方管内，并通过螺栓固定，实现上下滑动锁定。

所述的前后滑动锁定机构包括滑轨条和滑轨座，所述的滑轨条设在滑轨座上，并通过螺栓固定，实现前后滑动锁定。

所述的座面调节装置包括座面铁板和设在座面铁板上的3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在座面铁板上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆；在所述的座面铁板前端活动连接有前腿小方管；在所述的座面铁板后端连接有打孔部件。

所述的靠背调节装置包括相互独立的腰部调节铁板、上背部调节铁板和颈部调节铁板，在所述的腰部调节铁板、上背部调节铁板和颈部调节铁板上均设有3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在铁板上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆；在所述的腰部调节铁板、上背部调节铁板和颈部调节铁板上均设有角度调节件。

所述的脊柱测量装置包括脊柱测量铁板和设在脊柱测量铁板上的3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在脊柱测量铁板的弹簧机构，所述的弹簧机构包括长螺杆，固定在长螺杆上的螺圈和压缩弹簧，其中，螺圈和压缩弹簧均设在脊柱测量铁板和背面板之间。

所述的靠背调节装置通过上下滑动锁定机构、前后滑动锁定机构与框架相连；所述的脊柱测量装置设在靠背调节装置上。

本发明与现有的用于办公椅设计的实验椅相比有以下优点：

第一，尺寸调节涉及办公椅的座面和靠背，可以实现高度、角度和深度上的无级调节，满足前倾、直立和后仰的角度变化，更加灵活多变，充分适合办公椅设计的实验要求；

第二，形态调节涉及办公椅的座面和靠背，可形成任意所需的形态，调节上是无级调节，并可通过强磁和魔术贴实现覆面材料和填充材料的固定；

第三，通过脊柱测量装置对被试人员实时采集脊柱曲线，获得一个坐姿舒适性评价指标。由此可见，本发明所能实现的功能是非常多样的，对办公椅的设计改良和创新具有一定的意义。

这种实验椅通过滑动结构与定位手轮来实现实验椅各功能部件的尺寸调节，通过等距分布的外六角螺杆顶面与基准面距离的调节来实现实验椅各功能部件的形态调节，通过弹簧、长螺杆和T型螺母的组合与调节来实现对人体坐姿脊柱形态的测量。这种调节方法使在研究办公椅功能设计特点时，获得更加丰富全面的尺寸、形态实验值和实验时人体坐姿脊柱形态曲线，从而有助于办公椅的功能设计研究。

附图说明

图1是铁质框架的结构示意图；

图2是座面调节装置的结构示意图；

图3是靠背调节装置的结构示意图；

图4是脊柱测量装置的结构示意图；

图5是弹簧机构的结构示意图；

图6是实验椅的结构示意图；

图7是本发明的构造分解图；

图8是本发明的背部构造分解图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述。

实施例1

本申请用于办公椅功能设计研究的实验椅，主要结构部件包括框架1、座面调节装置2、靠背调节装置3和脊柱测量装置4这四个部分。其中，座面调节装置2设在框架1的座面上，靠背调节装置3和脊柱测量装置4设在框架1的靠背上；在座面调节装置2、靠背调节装置3和脊柱测量装置4上均设有用于实现高度、角度、深度和/或形态的无级调节结构单元。设在座面调节装置2或靠背调节装置3上的无级调节结构单元，包括螺纹孔和与该螺纹孔配套使用的螺杆H。设在脊柱测量装置4上的无级调节结构单元包括孔和与该孔配套的长螺杆N，在长螺杆N上设有螺圈P和压缩弹簧O。

如图1所示，框架1是方形铁质框架，在框架上设有前后滑动锁定机构6，从而实现靠背支架深度的调节，在框架上设有上下滑动锁定机构5，从而实现靠背支架的高度调节。其中，上下滑动锁定机构5包括2根靠背小方管A和2根靠背大方管B，靠背小方管A可套入靠背大方管B内，并通过螺栓固定，实现上下滑动锁定。前后滑动锁定机构6包括2根滑轨条D和2根滑轨座E，滑轨条D设在滑轨座E上，并通过螺栓固定，实现前后滑动锁定。

方形铁质框架作为整个实验椅的基础部分，用于支撑与固定各部分调节装置，为方便携带，可将铁框架结构设计成可装配方式，分为三个部分，每个部分不可再拆分，它们之间可以实现简单组装，竖直方向上的铁管是大方管套小方管的形式，形成上下滑动锁定机构，通过嵌套滑动、压迫锁定的原理设计，方便实现高度方向上的无级调节；采用滑轨组成前后滑动锁定机构，实现一定量程内的深度调节，所有调节均使用手轮进行位置固定。

如图2所示，座面调节装置包括均匀打孔(螺纹孔)的座面铁板G和设在座面铁板G上的3个以上的无级调节结构单元；该无级调节结构单元为设在座面铁板G上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆H。为方便与装置腿进行连接和座面高度、角度的调节，在座面前端两侧各焊接了长螺丝，用来固定前腿小方管F左右各一根，使其可以绕着长螺丝任意旋转，既节省运输包装空间又可以与座面铁板形成需要的角度。在座面后端焊接了一个打孔部件I，这是用于将座面铁板与双向螺杆座面调节件连接与固定。

该座面调节装置，穿过座面前腿小方管的小螺栓一头焊接在座面铁板上，使得座面前腿小方管可以绕着固定的小螺栓旋转。这部分装置包括上下滑动锁定机构、螺栓调节固定机构和双向螺杆调节机构。座面前腿小方管与方形铁质框架中的座面前腿大方管组装成一个上下滑动锁定机构。螺栓调节固定机构是通过在座面铁板上钻出带有螺纹的孔，将匹配尺寸的螺栓旋进孔中，可获得任意固定高度。在座面铁板后端中央和方形铁质框架底座上分别焊接上一个双孔连接件，这两个双孔连接件的在竖直方向上的连线垂直于地面，管形螺杆的两端各有一个孔，分别用销钉将两端的三个孔水平依次连接，形成管形螺杆调节机构，用管形螺杆调节机构将座面铁板的后端与方形铁质框架组装，同时起到座面后腿支撑的作用。

如图3所示，靠背调节装置包括相互独立的腰部调节铁板J、上背部调节铁板K和颈部调节铁板L，在腰部调节铁板J、上背部调节铁板K和颈部调节铁板L上均设有3个以上的无级调节结构单元；无级调节结构单元为设在铁板上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆H；在腰部调节铁板J、上背部调节铁板K和颈部调节铁板L上均设有角度调节件M。

该靠背调节装置的颈部铁板、上背部铁板、腰部铁板相互独立，可以单独调节，三块铁板均设置有螺栓调节固定机构和角度调节锁定机构，三块铁板上的螺栓调节固定机构与座面铁板上的螺栓调节固定机构相同，每块铁板上设有两个角度调节件，每块铁板两侧中点各焊接一个小铁块，为焊接角度调节件，使用小螺栓穿过方形铁质框架上的靠背支架，再穿过角度调节件上端的螺纹孔，从而将三块铁板固定在靠背支架之间，将T型螺母放进角度调节件的弧形孔中，将螺栓依次穿过靠背支架和T型螺母，从而达到角度锁定的效果。

如图4和图5所示，脊柱测量装置包括脊柱测量铁板S(C型铁框)和设在脊柱测量铁板S上的3个以上的无级调节结构单元；无级调节结构单元为设在脊柱测量铁板S的弹簧机构，弹簧机构包括长螺杆N，固定在长螺杆N上的螺圈P和压缩弹簧O，其中，螺圈P和压缩弹簧O均设在脊柱测量铁板S和背面板之间。当测试者向后倚靠的时候，压缩长螺杆N，固定在长螺杆N上的螺圈P压缩弹簧O，最终到达长螺杆N在水平方向上的伸缩，此时记录下伸缩数据，以便研究人体坐姿脊柱曲线特征。

脊柱测量铁板S分为颈部、上背部和腰部三个部分，在颈部铁板、上背部铁板和腰部铁板的背面纵向中央处均焊接C型铁框，C型铁框和三块铁板上有一一对应的孔，长螺杆依次穿过铁板、压缩弹簧O和C型铁框，在弹簧前或后旋上螺圈P(T型螺母)，用以压缩弹簧，达到长螺杆向前或向后移动的状态，并在不受力的情况下回到原始位置。

如图6所示，座面前端的高度调节是采用前腿小方管F插进前腿大方管C中，并在调节到需要的高度时使用手轮Q拧紧锁定位置，座面铁板G前端高度的调节范围是350mm-500mm之间的任意位置。座面后端的高度调节采用的是双向螺杆座面调节件R，使用打孔部件I分别与座面铁板G与底座连接，配合小螺丝固定，这样使得座面铁板G的后端得到稳定支撑，当需要座面后端调节高度时，只需要转动双向螺杆座面调节件R，双向螺杆座面调节件中的两根螺杆就会反向远离或相互靠近，这样就达到高度上的变化，座面铁板G后端高度的调节范围是350mm-600mm的任意位置。

靠背高度的调节：将靠背小方管A竖直插入靠背大方管B并使用手轮Q固定位置，调节的高度范围(以腰部调节装置中心高度为参考)490mm-720mm。

座面深度的调节是通过靠背调节装置通过滑轨前后移动来实现深度的变化，并使用手轮Q进行锁定，深度调节的范围受滑轨的量程影响，滑轨量程为30mm，具体深度的变化还受到可调节螺杆H的凸出量影响。

座面的角度调节是根据座面前端与后端高度的调节来实现的，也就是说，在座面前后腿高度调节的范围内形成的角度都是座面的角度范围，是一个无级调节范围，可以实现前倾与后仰。

腰部调节装置、上背部调节装置和颈部调节的角度调节方式是一样的，都是在调节到需要的角度时，将手轮Q穿过靠背小方管A和固定在角度调节件M，使用螺纹圈套住手轮并锁住，角度调节的范围均是-30°至30°。

如图7和图8所示，座面和背面曲度或不规则凹陷调节，只需要通过调节各对应位置处的无级调节结构单元的螺杆凸出量，就可以实现。

除了尺寸和形态的调节，该装置可进行覆面材料的固定。用强磁将一块布料固定在螺杆H上，然后使用魔术贴将制作的材料包固定在该布料上，即可进行试验。

实施例2

应用实施例1的装置，进行前倾坐姿下职员椅尺寸对坐舒适性影响的实验，使用实验用椅调节出不同的座面高度、座面角度、坐深、腰垫高度和腰垫角度，捕捉职员前倾坐姿下腰臀腿的受力变化和舒适情况，找到适合前倾坐姿的座面与腰垫尺寸范围。

本实施例对象共有5个因素，水平数为5个，目的是得出各因素对于座面舒适性与腰垫舒适性的影响主次顺序，以及5个因素之间的最佳搭配方案，因此选用正交实验法，从全面实验的水平之中选取具有代表性的实验点做实验。根据前倾坐姿下职员椅的坐舒适性影响因素，选取了座面高度(A：410～490mm)、座面角度(B：-12～0°)、坐深(C：360～400mm)、腰垫高度(D：150～190mm)、腰垫角度(E：-12～0°)进行5因素5水平的正交实验，结果证实：座面高度(A)对座面接触面积、座面平均压力、腰垫平均压力、腰垫最大压力和大腿受力度的影响最大，可见座面高度是一个影响职员椅舒适系统的重要因素。座面角度(B)对座面最大压力和腰垫接触面积的影响最大，同时对主观评价中局部与总体的贴合度、受力度、稳定感和舒适度有着很大的影响，这个因素很大程度影响了使用者的主观舒适度感受。坐深(C)对座面的接触面积、臀部稳定感与舒适度、腰部稳定感与舒适度以及总体贴合度这几个指标影响较大。腰垫高度(D)对腰垫最大压力、腰垫最大压力点位置、大腿稳定感和舒适度有着较大的影响。腰垫角度(E)对腰垫最大压力点位置、最大压力点上方总压力和最大压力点下方总压力有着最大的影响，对腰垫的平均压力、腰部受力度以及总体舒适度有着较大的影响，腰垫体压分布的指标受此因素影响很大。

实施例3

采用实施例1的装置进行前倾坐姿下职员椅座面形态对坐舒适性影响研究，其目的首先是要使得人体脊柱形态保持正常的生理曲线，即腰椎微前凸，其次是保持坐姿的稳定与平衡，在伏案前倾工作时，能有较好的身体重心，第三个目的就是座面压力分布较为合理，即获得较好的坐感舒适度，臀部与腿部的承托充足，受力平衡。

将座面形态从座面前缘剖面主视图和座面中心剖面左视图去考虑影响因素与水平。本实施例座面接触面尺寸设计为480mm*450mm，共有4个因素，分别有3个水平，目的是分析座面形态中的各因素对坐舒适性的影响程度以及同一因素下不同水平的影响情况，从而获得一个比较健康舒适的座面形态。选用正交实验法，使用具有代表性实验点来进行实验。职员椅的实验尺寸参照实施例2的实验结论，影响坐舒适性的座面形态因素分别为座面两侧凹陷高度H1(A：-10～-30mm)、座面前部中央凸起高度H2(B：10～30mm)、座面两侧凹陷的最低点水平距离L1(C：60～180mm)、座面前端凸起的纵向距离L2(D：90～150mm)，选用正交表L₁₈(3⁷)进行4因素3水平的正交试验，结果证实：随着座面两侧凹陷高度的增加，座面受到的压力和压力梯度均是先减小后增大，在取值为-20mm时有最小值，臀部和大腿的贴合度逐渐增加，坐姿稳定感增强，座面两侧凹陷高度过大时，大腿和臀部与座面的接触面积较大但是收到压力刺激的程度强烈，不利于血液流通，易产生坐姿肌肉疲劳。随着座面前部中央凸起高度的增加，大腿和臀部的受力逐渐均匀，大腿的贴合度和总体稳定感也逐渐提高，人体重心逐渐后移，总体舒适度在20mm-30mm时取得较好的指标值，且座面的受力较为合理。随着座面前端凸起的横向距离的增加，座面压力逐渐减小，大腿和臀部的受压力刺激程度降低，总体舒适度提高，取值过大时，座面前端的横向凸起范围压迫到大腿内侧肌肉，受力增大，大腿舒适度降低在120mm时，大腿与臀部受力平衡，是较适合的取值。随着座面前端凸起的纵向距离的增加，座面压力与压力梯度逐渐增大，人体感受到的稳定感增强，取值过大时，会对大腿内侧和臀部产生较大的压力刺激，总体舒适度较低，在取值为90mm-120mm时有较好的指标，受力较为合适。

实施例4

通过体压分布测试与主观舒适度评价相结合的方法，结合前文的实验结果，使用专门设计的装置实验椅，调整得到不同的腰垫形态要素，捕捉腰垫压力的变化以及被试者的舒适度情况，综合分析得出合理的腰垫形态设计要素的范围，为设计适合前倾坐姿的舒适腰垫形态提供科学依据。

本实验将研究腰垫形态分解为俯视和左视两个角度的形态特点，从俯视凸出量和侧视凸出量这两个因素入手，为保证实验的准确性和普遍适用性，采用双因素实验法，将俯视凸出量的四个水平与侧视凸出量的四个水平分别交叉实验，本实验腰垫接触面积尺寸设计为360mm*150mm，采用客观测试与主观评价相结合，利用体压垫测试腰部的压力分布，让被试者每次填写舒适度七级量表，用方差分析法分析压力数据与主观评价结果，讨论相关性，得出较舒适的腰垫形态设计建议。结果显示，腰垫俯视凸出量对体压分布指标中的最大压力、平均压力、最大压力点位置、最大压力点下总压力、最大压力梯度和平均压力梯度都有显著影响(p＜0.05)，腰垫侧视凸出量对体压分布指标中的最大压力、接触面积和最大压力点上总压力有显著影响(p＜0.05)，两者的协同效应对各参数均无显著影响。

Claims (10)

1.一种用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于，包括框架(1)、座面调节装置(2)、靠背调节装置(3)和脊柱测量装置(4)，所述的座面调节装置(2)设在框架(1)的座面上，所述的靠背调节装置(3)和脊柱测量装置(4)设在框架(1)的靠背上；在所述的座面调节装置(2)、靠背调节装置(3)和脊柱测量装置(4)上均设有用于实现高度、角度、深度和/或形态的无级调节结构单元。

2.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于，所述的无级调节结构单元为设在座面调节装置(2)或靠背调节装置(3)上的螺纹孔和与所述螺纹孔配套使用的螺杆。

3.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于，所述的无级调节结构单元为设在脊柱测量装置(4)上的孔和与所述孔配套的长螺杆(N)，在所述的长螺杆(N)上设有螺圈(P)和压缩弹簧(O)。

4.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的框架(1)是方形铁质框架，在框架上设有前后滑动锁定机构(6)，从而实现靠背支架深度的调节，在框架上设有上下滑动锁定机构(5)，从而实现靠背支架的高度调节。

5.根据权利要求4所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的上下滑动锁定机构(5)包括靠背小方管(A)和靠背大方管(B)，所述的靠背小方管(A)可套入靠背大方管(B)内，并通过螺栓固定，实现上下滑动锁定。

6.根据权利要求4所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的前后滑动锁定机构(6)包括滑轨条(D)和滑轨座(E)，所述的滑轨条(D)设在滑轨座(E)上，并通过螺栓固定，实现前后滑动锁定。

7.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的座面调节装置(2)包括座面铁板(G)和设在座面铁板(G)上的3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在座面铁板(G)上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆(H)；在所述的座面铁板(G)前端活动连接有前腿小方管(F)；在所述的座面铁板(G)后端连接有打孔部件(I)。

8.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的靠背调节装置(3)包括相互独立的腰部调节铁板(J)、上背部调节铁板(K)和颈部调节铁板(L)，在所述的腰部调节铁板(J)、上背部调节铁板(K)和颈部调节铁板(L)上均设有3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在铁板上的螺纹孔以及配套使用的可调节螺杆(H)；在所述的腰部调节铁板(J)、上背部调节铁板(K)和颈部调节铁板(L)上均设有角度调节件(M)。

9.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的脊柱测量装置(4)包括脊柱测量铁板(S)和设在脊柱测量铁板(S)上的3个以上的无级调节结构单元；所述的无级调节结构单元为设在脊柱测量铁板(S)的弹簧机构，所述的弹簧机构包括长螺杆(N)，固定在长螺杆(N)上的螺圈(P)和压缩弹簧(O)，其中，螺圈(P)和压缩弹簧(O)均设在脊柱测量铁板(S)和背面板之间。

10.根据权利要求1所述的用于办公椅功能设计研究的实验椅，其特征在于：所述的靠背调节装置(3)通过上下滑动锁定机构(5)、前后滑动锁定机构(6)与框架(1)相连；所述的脊柱测量装置(4)设在靠背调节装置(3)上。