JP2007167635A - 座面、座面の体圧分散度判定方法、及び座面形状モデリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】臀部の特定箇所への体圧の集中を抑制するために、座面の臀部への接触面積を大きくし体圧を分散させて座り心地が改善された各種座具に用いる座面を提供する。
【解決手段】椅子、ベンチ、座布団を含む座具の、人が座る座面であって、人の大腿部に対応する座面前部と人の臀部に対応する座面後部からなり、前記座面前部及び座面後部の垂直断面形状が各々、前記人の臀部及び大腿部の凹凸形状に対応した凸凹形状を有することを特徴とし、好ましくは、前記座面は、左右両端が中央部より高く、略「Ｗ字」型の、左右方向に沿った垂直断面形状を備え、前記座面後部の後端が座面の前端を含む残りのいずれの部分よりも高く、略「Ｌ字」型の、前後方向に沿った垂直断面形状を備え、臀部の後背部分を覆うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、椅子などの座具の、人の臀部及び大腿部が接触する座面に係り、特に着座時の座り心地を改善できる座面と、その体圧分散度判定方法、及びその形状モデリング方法に関するものである。

従来より、市販されている椅子等の座具、例えば、図８に示すような木製の椅子では、座面がほぼ平坦で垂直方向の断面の座ぐり（破線で示した部分）の最大深さは大体１０ｍｍ前後である。
なお、図８に示すように、椅子１は脚２、座面３、背当て４、を基本要素として構成されており、これら構成要素の中、座面３は、座位にある人の臀部・大腿部を支え、姿勢の安定を図って体重の大部分を支える機能を有する構成要素である。

この座面３の上面、即ち着座する人の臀部、大腿部が接触する面を着座面３１とする。この座面３の大きさは、ほぼ臀部や大腿部を支えるに足る広さを持つ必要があることは当然である。人が椅子に着座した場合に、人の重量により座面３に垂直方向下方に加えられる圧力、乃至は上方への反力を体圧と総称する。
この座面の大きさや、着座面の形状により体圧の分布が変わり、座り心地が変化する。特に、長時間着座する場合は体圧を分散して、人体の特定部分への体圧の集中を避けることが重要である。

例えば、特許文献１には着座する人の体格に応じて座面の奥行き寸法を調節できる椅子が開示されている。しかし、この椅子は大腿部の体圧を分散させる効果はあるが、臀部の体圧を分散させる効果は無く、座り心地の改善効果は限定的である。
特開２００２−１１９３６４号公報

図８に示すような従来の椅子では、通常、座面による反力などの身体に加えられる体圧は、座面がほぼ平坦であるために、臀部に加わる体圧がその凸部の頂点に集中し、長時間座っていると苦痛を感ずるという問題があった。
そこで本発明は、臀部の特定箇所への体圧の集中を抑制するために、座面の臀部への接触面積を増加させ体圧の分散が最大となるような座面を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、椅子、ベンチ、座布団を含む座具の、人が座る座面であって、人の大腿部に対応する座面前部と人の臀部に対応する座面後部からなり、前記座面前部及び座面後部の垂直断面形状が各々、前記人の臀部及び大腿部の凹凸形状に対応した凸凹形状を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明における前記座面は、左右両端が中央部より高く、略「Ｗ字」型の、左右方向に沿った垂直断面形状を備え、前記座面後部の後端が座面の前端を含む残りのいずれの部分よりも高く、略「Ｌ字」型の、前後方向に沿った垂直断面形状を備え、臀部の後背部分を覆うことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明における前記座面の材質は、金属、木材、プラスチック、石材、ウレタンフォームを含む汎用材であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明における前記座面の凸凹形状の最大深さは、４５ｍｍ〜１８０ｍｍの範囲から選択されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の座面の体圧分散度を判定する方法であって、前記座面の臀部及び大腿部との接触面積を、座面の着座面に均一に分散して配置された感圧センサーの感応したセンサーの数によって測定し、前記座面への臀部の接触面積が最大になる時に、体圧分散の程度が最大であると判断することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の座面の形状をモデリングする方法であって、左右及び前後方向に稠密に行列をなして整列した複数個の貫通孔を備えた基板と、その下端部分が前記貫通孔の各々に嵌挿され、垂直に支持された複数個の棒と、を含み、整列した前記複数個の棒の上端が形成する面上に人を着座させ、その際前記各棒の上端に加わる力と、前記棒と前記孔の内壁の間の摩擦力が釣り合う位置まで前記棒が押し込まれることを特徴とする。

本発明によれば、臀部及び大腿部への座面の接触面積を増加させるように、臀部及び大腿部の凹凸形状に相似の３次曲面凸凹形状に座面を形成したので、体圧の分散を最大とすることが可能となり、座り心地が向上して長時間座っても苦痛を感じさせないという効果がある。
また、座具、座面の材質もポリウレタン等に限らず金属、木材、プラスチック、石材等各種の汎用材に適用できるという効果もある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図４は、人が一般的な座姿勢で椅子に座った場合の体圧ピーク値の時間変化の一例を示す図である。横軸に時間を、縦軸に体圧ピーク値をｍｍＨｇで示す。体圧ピーク値は座面の着座面に均一に（等間隔に）配置した複数の圧力測定装置の測定値の最大の値である。
着座してから時間の経過と共に、着座した人は微妙に体を動かすので、体圧の集中する個所が生じ、体圧ピーク値が瞬間的大きくなると共に、全体的にも上昇傾向になる。目安としては、人は体圧５０ｍｍＨｇ以上が特に座り心地が悪いとされている（図４で破線で囲んだ領域）。

この測定では、後述する実施例１（図１〜３）に示した、本発明による座面を備えた椅子を用いた。その結果、図４に示すように、体圧のピーク値が当初は５０ｍｍＨｇ以内に収まっているが、１０００ｓｅｃ＝１７分位から５０ｍｍＨｇを超えるピークが現れ始めて座り心地が悪くなる様子を示している。従って体圧５０ｍｍＨｇ以下（図４で実線で囲んだ領域）を目指せば座り心地は向上する訳で、ここでは１０００ｓｅｃ以下が快適ゾーンということになる。こうした体圧５０ｍｍＨｇ以下の状態は、座面３への臀部の接触面積が最大になる時に実現するもので、臀部の形状は立体的であることから、座面３も立体的となる。

図５は、人が椅子に着座する場合に座り心地を左右する触圧受容器（受容器とは、神経内科学の検査法で同定される体性感覚受容器をいう）が集中している部位を示す。臀部５への圧迫が強くなると不快を感ずることが分かる。
なお、椅子に関しては、臀部の他、着座する人の背中、腰部、肘等の触・圧受容器に接する部位の形状も重要である。

以上より、座面に関しては臀部及び大腿部の特定箇所への圧力の集中を抑制するには、臀部及び大腿部と座面の接触面積を増加させる必要があり、臀部及び大腿部の３次曲面の凹凸形状に対応する３次曲面の凸凹形状の座面を開発した。

図１は本発明による座面６の全体斜視図である。
図１は座面を椅子など座具に装着した場合に着座する人の前方やや上方から見た斜視図であって、着座面６１は前部に開放部がある略Ｕ字形の凹部（座ぐり）を有しており、凹部の側壁６２は緩やかな傾斜をなしている。

図２は図１に示す座面の凹部の最も深い部分の横断面（左右方向に沿った垂直断面）図である。座面６の横断面形状は臀部及び大腿部の形状に沿うように、左右両端が中央部より高い略Ｗ字形で、最大深さＨは本実施例では側壁部にあり、図２の例では５５ｍｍである。また、この凹部の横幅Ｗは３８５ｍｍである。
最大深さＨは、着座する人の体格に依存するが、平均的日本人の場合、Ｈ＝５５ｍｍ±１０ｍｍの範囲から選択することが望ましい。
図３は図１の複数箇所の横断面図であり、左右両端が中央部より高い略Ｗ字形の形状を維持したまま、臀部及び大腿部の形状に合わせて前後方向に変化している（図３で、深さ方向は任意単位で、深さＨの差を誇張してある）。

本発明の開発条件の面からは座面の深さに関して、体圧の分散を最大とする座面として、凹型の座面を開発したものである。即ち、図４のように、圧力ピーク値が高くなると特に臀部に苦痛を感ずるという点から、体圧が０〜５０ｍｍＨｇ以内で極力低いことが快適な座面の条件であると推定して、体圧の分散を最大とすることで、特に臀部に及ぼす圧力の集中を抑制し、且つ均一になる座面６を開発目標とした。

さらに、前記座面６への臀部の接触面積が最大になる時に体圧の分散の程度が最大である、という判定基準を採用した。
そのためにまず、座面の着座面への臀部の接触面積を様様な着座面の形状について測定した。この方法は、本発明と同一出願人による特開２００３−１１１６４６号公報に開示された方法（ＦＳＡ法という）を使用することができる。即ち、複数の感応センサーが埋め込まれた超薄型の感応センサーシートを着座面に貼り付け、人が着座した時に感応したセンサー数を数える。感応したセンサー数は臀部と着座面の接触面積に比例するので、感応したセンサー数が最大になる着座面の形状を求める。その結果得られた形状が図１及び図２に示すように、座ぐり最深約５５ｍｍの凹形状である。

表１、表２は、上記方法により図１及び図２に示した本発明による座面「体圧分散座面」を、図８のような一般的な従来の座面「板座」と比較して、感応センサ数（接触面積に相当）、最大圧力値、平均圧力値及び標準偏差を測定した結果（表２）と、その有意差検定結果（表１）である。
被験者（男１０名、女９名）に「板座」と「体圧分散座面」にそれぞれ１分間着座して貰って、ＦＳＡ法を用いた体圧分布測定による感応センサ数（接触面積に相当）、最大圧力値、平均圧力値及び標準偏差を測定した。なお被験者には測定中は背もたれを使用せずに座ってもらった。この実験結果から、統計学上のＴ検定により、有意差を求めたものである。

その結果を、次の表１（対応サンプルの検定）と、表２（対応サンプルの統計量）に示す。

活動センサー数は、「体圧分散座面」の方が有意差検定により有意に（即ち「統計学的に明確に差があると判定される程度に」、以下単に「有意に」という）多く、接触面積が広いことを示している。平均圧力については、「体圧分散座面」が有意に低かった。標準偏差については座圧の分布値が小さくなると、均等に臀部に圧力がかかっている様子を示すもので、この場合も「体圧分散座面」の方が有意に低かった。最後に最大圧についても、「体圧分散座面」の方が有意に低かった。

表２に示したデータは「体圧分散座面」６の凹部の最大深さＨ＝５５ｍｍの座面に対するものであるが、座面の最大深さＨ＝４５ｍｍの場合は、最大圧力は１２５ｍｍＨｇ、Ｈ＝６５ｍｍの場合は１２１ｍｍＨｇである。座面の最大深さＨの最適値は体形、性別、座り方などで変わるものであるが、座面の最大深さＨが５５±１０ｍｍの範囲にあれば、最大圧力の平均値が「板座」の場合よりも低く、多くの人が座り心地よいと感じる。なお、比較に示した従来の座面（図８の「板座」）の最大深さは１４ｍｍである。

また、表２に示したデータは座面が木製（杉材）のものに対するデータであるが、座面の材料は木材に限らず、金属、プラスチック、石材、ウレタンフォーム等の汎用材を用いることができる。ウレタンフォーム等の弾性、柔軟性に富む材料を用いれば、一層、体圧の分散が促進されることは言うまでもない。

図６はＦＳＡ法により求めた、表２の従来の座面「板座」の場合の体圧分布を示し、この場合の平均圧力は表２にも示すように、２３ｍｍＨｇである。
図７は同じく本発明による「体圧分散座面」の体圧分布を示し、平均圧力は１９ｍｍＨｇである。また、従来の板座に比べて接触面が広いことも分かる。

これらの図からも、従来の「板座」に比べて、本発明による「体圧分散座面」の方が接触面積が広くなり、体圧が分散されていることが実証できる。
検証後、被験者からは「体圧分散座面」は底づき感がなくなり、「板座」に比較して臀部の痛みが緩和されるという意見が多く聞かれた。
また、身体が包まれている感じがして安定感があるという意見が多く聞かれた。

以上、本発明による座面は、臀部及び大腿部の凹凸形状に対応する凸凹形状を採っているので、接触面積が増大し、体圧が均等に分布しやすく、更に、これによって座面の特定箇所に掛る圧力の集中が抑制されて、着座した時の座面形状による負荷が軽減でき、着座時に身体の臀部及び大腿部、特に臀部の特定部位に掛かる圧力が緩和される効果があるということが検証された。

本発明の他の実施例による座面を図９（斜視図）、図１０（図９のＸ−Ｘ断面図、即ち、中心線に沿った縦断面（前後方向に沿った垂直断面）図、２点鎖線）に示す。
本実施例の座面６において座面前部の形状は、上記実施例１（図１、２）と同様に横断面形状６５（１点鎖線）は、左右両端が中央部よりも高い「Ｗ」字型であるが、座面後部が上記実施例１と異なっており、座面の後端６３が座面の前端６４を含む残りのいずれの部分よりも高い縦断面形状、即ち、略「Ｌ字」型の縦断面形状を備え、座面の後端６３に繋がる傾斜部分６６により臀部の後背部分を覆うことができる。

後端６３の比高Ｈ２は、着座する人の体格に依存するが、特に例えば米国人をも対象とする場合、Ｈ２＝１３０ｍｍ±５０ｍｍから選択することが望ましい。
また、その場合の側壁部の最大比高Ｈ３は、Ｈ３＝８０ｍｍ±３０ｍｍから選択することが望ましい。
その結果、着座の際の体圧は、臀部の後背部分にまで分散され、臀部の痛みがさらに緩和される。また、「身体が包まれている感じ」とそれによる安定感が、一層大きくなる。

「骨盤の角度」の実測の結果、本実施例においてテーパが１０度〜３０度の傾斜部分６６を備えた場合、上記実施例１の場合と比べて、骨盤の角度が２０度から、１４度に改善された。
ここで「骨盤の角度」とは、大腿骨と脊椎骨のなす角度を９０度から減じて得られる角度である。一般に「骨盤の角度」が０度に近い程、座位が安定し、臀部・腰部への負担が軽減される。

本発明の、さらに他の実施例は、上記実施例１に述べた、臀部（及び大腿部）の凹凸形状に対応する凸凹形状を有する座面形状のモデリング方法に係るものである。
図１２を参照すると、本モデリング方法に使うモデリングセットの模式図であり、（Ａ）はモデリングセットの部品の整列段階を示し、略、座面となるべき位置に水平に固定された基板７１には、左右及び前後方向に稠密に行列をなして整列した複数個の貫通孔７３が設けられており、貫通孔７３と同一断面を有する、同形の棒７５が貫通孔と同数用意されている。（図は、左右方向に沿った横断面を示す。）

棒を貫通孔に嵌挿する際の棒の外面と貫通孔の内面の間の摩擦力は、棒の上面に加えられた力と棒の重量の和に抗するものであり、これを全ての棒・貫通孔の組合せにわたって等しくするように、棒・貫通孔の寸法と接触面の粗さが注意深く仕上げられている。

（Ｂ）はモデリング直前の段階を示し、棒の上面が水平になるように全ての棒の上面に力が加えられて、各々貫通孔に嵌挿され、棒の下端が基板の下方に突出した段階で力の印加を止める。
その際、各棒に加えられた力が等しいことは、例えば、上述（実施例２）のＦＳＡ法により、座面の着座面に敷き詰めた感圧センサにより圧力分布を測定して検証できる。もしも等しくない場合は、棒・貫通孔の仕上げを再調整しなければならない。

上記（Ｂ）段階において、複数の棒の上面からなる面の上に被験者を着座させると、棒は被験者の臀部・大腿部の凹凸に応じて貫通孔内に押し込まれ、棒と貫通孔の間の摩擦力、従って棒にかかる力がある一定の値になった時点で、棒が停止し、棒の上面は、（Ｃ）モデリング後の段階に示すように、被験者の臀部・大腿部の凹凸に見合う凸凹を呈する。

この時点での棒の上面に係る力、従って、被験者の臀部・大腿部の各点が受ける圧力は等圧になり、棒の上面が呈する形状は、理想的な等圧座面モデルとなる。
図１１は、実際のモデリングセットの、段階（Ｃ）における、斜視写真であり、被験者が、（向かって）左後方に臀部を、中央手前に右大腿を、（向かって）右手前に左大腿をおいて着座した結果である。

実際には、被験者の体重が臀部に集中してかかるので、大腿部の各点が受ける圧力は、臀部に比べて低い。しかしながら、臀部に関しては、本実施例の方法によれば、着座による臀部の変形を考慮した上での等圧が実現する。
なお、棒・貫通孔の組の数と摩擦力は、体重の最も重い被験者を想定して設計されなければならないので、被験者を体重別に層別して、ランク別にモデリングセットを用意する。

さらに、同一ランクの中でも体重の軽い被験者に対しては、該ランクの体重上限との差分だけ、均等な負荷となるように補償用の錘を棒に付加してもよい。
また、臀部の後背部等、圧力の方向が垂直ではない箇所については、摩擦力が圧力の垂直方向成分に見合うように、棒及び貫通孔の周囲長（棒及び貫通孔の断面が円形の場合は円周長に当たる）を減少してもよい。

本発明の実施例１による座面（体圧分散座面）の全体斜視図である。 図１に示す座面の凹部（座ぐり）の最も深い部分の横断面図である。 図１に示す座面の各部の横断面図である。 図１に示す座面を用いた場合の、体圧ピーク値の時間変化を示す図である。 人が椅子に着座する場合の、触圧受容器が集中している部位を示す図である。 従来技術による一般的な座面（板座）に着座した場合の体圧分布を示す図である。 図１に示す座面（体圧分散座面）に着座した時の体圧分布を示す図である。 従来技術による一般的な座面（板座）を備えた椅子を示す図である。 実施例５による座面の全体斜視図である。 図９のＸ−Ｘに沿った断面図である。 実施例６に係る、実際のモデリングセットの斜視写真である。 実施例６に係る座面形状のモデリング方法の説明図であり、（Ａ）は部品の整列段階、（Ｂ）はモデリング直前の段階、（Ｃ）はモデリング後の段階を示す。

符号の説明

１ 椅子
２ 脚
３ 座面
４ 背当て
５ 臀部
６ 座面
６３ 座面の後端
６４ 座面の前端
６５ 座面の横断面形状
６６ 座面の縦断面の傾斜部分
７０ モデリングセット
７１ 基板
７３ 貫通孔
７５ 棒

Claims (6)

1. 椅子、ベンチ、座布団を含む座具の、人が座る座面であって、人の大腿部に対応する座面前部と人の臀部に対応する座面後部からなり、前記座面前部及び座面後部の垂直断面形状が各々、前記人の臀部及び大腿部の凹凸形状に対応した凸凹形状を有することを特徴とする座面。
2. 前記座面は、左右両端が中央部より高く、略「Ｗ字」型の、左右方向に沿った垂直断面形状を備え、前記座面後部の後端が座面の前端を含む残りのいずれの部分よりも高く、略「Ｌ字」型の、前後方向に沿った垂直断面形状を備え、臀部の後背部分を覆うことを特徴とする請求項１に記載の座面。
3. 前記座面の材質は、金属、木材、プラスチック、石材、ウレタンフォームを含む汎用材であることを特徴とする請求項１に記載の座面。
4. 前記座面の凸凹形状の最大深さは、４５ｍｍ〜１８０ｍｍの範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の座面。
5. 請求項１に記載の座面の体圧分散度を判定する方法であって、前記座面の臀部及び大腿部との接触面積を、座面の着座面に均一に分散して配置された感圧センサーの感応したセンサーの数によって測定し、前記座面への臀部の接触面積が最大になる時に、体圧分散の程度が最大であると判断することを特徴とする座面の体圧分散度判定方法。
6. 請求項１に記載の座面の形状をモデリングする方法であって、左右及び前後方向に稠密に行列をなして整列した複数個の貫通孔を備えた基板と、その下端部分が前記貫通孔の各々に嵌挿され、垂直に支持された複数個の棒と、を含み、整列した前記複数個の棒の上端が形成する面上に人を着座させ、その際前記各棒の上端に加わる力と、前記棒と前記孔の内壁の間の摩擦力が釣り合う位置まで前記棒が押し込まれることを特徴とする座面形状モデリング方法。

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