JP2007507389A - 自動車用シートのシートバック組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、シートバック（１）とヘッドレスト（２）からなり、シートバック（１）とヘッドレスト（２）は、剛構造（３）と、剛構造（３）を包むパッドを有する自動車用シートのシートバック組立体に関する。本発明は、シートバックのパッドとヘッドレストのパッドは、搭乗者の背中とシートバックの剛構造とを隔てる背中距離ｄ、Ｄ＿ｄｏｓと、搭乗者の頭部とヘッドレストの剛構造とを隔てる頭部距離ｃ、Ｄ＿ｔｅｔｅとの間の差を、所定の閾値Ｓよりも小さくするものであることを特徴とする。このようにして、自動車が受ける後面衝突の際に、搭乗者の頭部と胴体は、シートバックとヘッドレストによって概ね同じ瞬間にブロックされる。

Description

本発明は自動車用シートのシートバック組立体に関する。

自動車が後面衝突されたときには、シートに着座している搭乗者の頭部は、シートに対して相対的に後方へ投げ出され、ヘッドレストへぶつかるようになる。このような衝突の際には、頭部が受ける加速度が、特に搭乗者が打撃を受けた高さにおける外傷の原因になることがある。

搭乗者の保護を改善するために、通常使用位置と安全位置とを有する、「アクティブ（能動的）」ヘッドレストと呼ばれるヘッドレストを設けることができる。安全位置においては、衝突時に搭乗者の頭部をできるだけ速やかに支持するために、ヘッドレストの頭部支持面は前方へ移動される。頭部支持面の移動は、アクチュエータと、特に衝撃センサを有する起動装置によって行われる。より詳細には、例えば文献ＤＥ １９９ ２３ ９０９（グラマ オートモティブ（ＧＲＡＭＭＥＲ ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ））、ＤＥ ３９ ００ ４９５（ビー エム ダブリュ（ＢＭＷ））を参照することができる。

しかしながら、このような装置は、アクチュエータと起動装置の設置を必要とするので高価である。また、このような各構成要素は、信頼性と有効性を損なうことがあり得る。この装置は、適当でない状態において起動することがあり得る。

文献ＥＰ ０ ８６５ ９６０には、シートバックの中に一体化されたヘッドレストが装備された自動車用のシートが開示されている。このシートには、衝突の際に、ヘッドレストの前方への移動を伴うシートバックとシートクッションの運動を引き起こす案内手段が取り付けられている。ヘッドレストの前方への移動は、外傷を制限するように頭部を支持することを可能にする。この装置は、複雑で、高価な案内手段の製作を必要とする。
ＤＥ １９９ ２３ ９０９ ＤＥ ３９ ００ ４９５ ＥＰ ０ ８６５ ９６０

本発明は、衝突の際に搭乗者が受ける外傷を制限することを可能にし、簡単で、製作が容易で、製造コストが安価な、自動車用シートのシートバック組立体を提供することを目的とする。

また本発明は、信頼性が高く、不時または適当でない状態において起動されることがない、自動車用シートのシートバック組立体を提供することを目的とする。

このような、自動車用シートのシートバック組立体は、シートバックとヘッドレストからなり、上記シートバックと上記ヘッドレストは、剛構造と、上記剛構造を包むパッドを有する。本発明の１特徴によれば、上記シートバックのパッドと上記ヘッドレストのパッドは、上記自動車が受ける後面衝突の際に、搭乗者の頭部と胴体が、上記シートバックと上記ヘッドレストによって概ね同じ瞬間にブロックされるように、上記搭乗者の背中と上記シートバックの剛構造とを隔てる背中距離と、上記搭乗者の頭部と上記ヘッドレストの剛構造とを隔てる頭部距離との間の差の絶対値を、所定の閾値よりも小さくするものである。

通常の運転条件においては、自動車の搭乗者または運転者は、その頭部をヘッドレストから離していることが確認されている。後面衝突の際には、一般にシートバックに支持されている搭乗者の背中は、シートバックのパッドの中へはまり込むが、搭乗者の頭部は、先ず、抵抗物にぶつかることなしに後方へ向けて投げ出され、次いでヘッドレストにぶつかるようになる。衝突の激しさに応じて、背中と頭部は、最終的にシートバックとヘッドレストの剛構造にぶつかり、大きな加速度を受ける。頭部がヘッドレストの剛構造にぶつかる前に背中がシートバックの剛構造にぶつかるか、頭部がヘッドレストの剛構造にぶつかった後で背中がシートバックの剛構造にぶつかるかに応じて、背中と頭部は大きく異なる加速度を受ける。従って、加速度の差に起因して、胴体と頭部との間に位置する頸部に、大きな応力が生じる。

概ね等しい背中距離と頭部距離を得、背中距離と頭部距離の差を、自動車が後面衝突を受けた際に、頭部と胴体がヘッドレストとシートバックによって概ね同じ瞬間にブロックされるように決められた閾値よりも、あらゆる場合に小さくするように、シートバックのパッドとヘッドレストのパッドを適応化させることによって、搭乗者の背中と頭部の間の加速度の差を制限することが可能になる。実際、背中と頭部は、概ね同じ瞬間または近接した瞬間にリジッドな抵抗物にぶつかるようになり、従って、頭部が受ける加速度と背中が受ける加速度との間の差の出現が制限される。本発明によるシートバック組立体は、特殊なセンサも起動装置も必要とせず、従って、簡単性と、信頼性と、有効性を保証する、搭乗者を保護する受動的な装置を構成する。

シートバック組立体の設計の観点からは、搭乗者の身体の部分とシートのパッドまたはシートの剛構造との間の距離を決めるために、シートに着座している搭乗者をシミュレートする基準の人体ダミーを使用することができる。実際、自動車のシート上におけるこのような計測を実行するための人体ダミーと、自動車のシート上において実行される計測に関する規格、ＳＡＥ Ｊ８２６（ＳＡＥ スタンダード 第３巻、１９９９）が存在する。このような計測を実行するための人体ダミーのタイプは、「Ｈ点を計測する人体型」と名付けられている。他方では、腰の中心を表す「Ｈ」点測定用の人体ダミーに適用される、人体ダミーの頭部とヘッドレストとの間の距離の測定装置が開発されている。ＨＲＭＤ（Ｈｅａｄ Ｒｅｓｔｒａｉｎ Ｍｅｓｕｒｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ（頭部拘束測定装置）；ヘッドレスト用測定装置）と名付けられたこの装置は、頭部をシミュレートする、「Ｈ」点測定用の人体ダミーに配置可能な装置を有し、この装置は、この装置とシートに着座している人体ダミーとの間の距離を決めるのに適したプローブを備えている。ＨＲＭＤを使用する計測方法は、ＲＣＡＲ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｒｅｐａｉｒｅｓ（自動車修理協会））によって提案されている。

パッドの存在を考慮するために、背中距離及び頭部距離として、背中または頭部を、シートバックまたはヘッドレストから隔てる距離と、シートバックまたはヘッドレストのパッドの厚さと、シートバックまたはヘッドレストのパッドの圧縮率とに応じて決められた、相当距離を使用することができる。実際、搭乗者の頭部または背中に対する大きな力は、シートの構造と搭乗者の器官の直接の接触によって生じるわけではなく、搭乗者と剛構造との間に位置するパッドは強く圧縮され、搭乗者の変位に対して大きな抵抗力を及ぼす、準剛性な抵抗物を形成する。

実施の１形態においては、相当背中距離は、上記搭乗者の背中と上記シートバックのパッドの表面との間の距離と、上記シートバックのパッドの厚さに上記シートバックのパッドの材料の圧縮率を乗じた値との和に等しい。

上記相当背中距離は、上記背中と上記シートバックの剛構造との間の距離が最も小さい高さにおいて決定することが望ましい。

実施の１形態においては、相当頭部距離は、上記搭乗者の頭部と上記ヘッドレストのパッドの表面との間の距離と、上記ヘッドレストのパッドの厚さに上記ヘッドレストのパッドの材料の圧縮率を乗じた値との和に等しい。

上記相当頭部距離は、上記頭部と上記ヘッドレストの剛構造との間の距離が最も小さい高さにおいて決定することが望ましい。

上記ヘッドレストのパッドと上記シートバックのパッドの材料は異なってもよく、この場合、最大圧縮率も場合によっては異なる。後面衝突の際に上記パッドの中へ上記背中がはめ込まれるときの上記背中を支持する応力を制限するために、上記シートバックの上部における上記シートバックのパッドの柔軟性を、上記シートバックの下部における上記シートバックのパッドの柔軟性よりも大きくすることができる。このことは、上記頭部は上記ヘッドレストに到達していないが、上記背中は上記シートバックのパッドの中にはめ込まれる第１段階の間における、上記背中と上記頭部との間の極めて大きな加速度の差を制限することを可能にする。

本発明とその利点は、添付図面によって例示された詳細な説明を検討することによってよりよく理解されるであろう。添付図面において：
−図１は、本発明の１実施の形態によるシートバック組立体の側面の略図であり、シートには搭乗者が着座している。
−図２は、後面衝突の際に搭乗者の胸部と頭部が受ける加速度を表す概略グラフである。

図１に部分的に示されたシートは、シートバック１とヘッドレスト２を有する。シートバック１は、シートバックのパッド４によって覆われた剛構造３を有する。剛構造３は、固定点３ａにおいてシートバックの中に固定され、上へ向かって伸びてシートバックのパッドから突出し、剛構造３の上端部３ｂは、ヘッドレストのパッド５によって覆われたヘッドレスト２のための剛構造を形成する。

シートに着座している搭乗者７の上半身が、略図で示されている。上半身は、胸部８と、頸部９と、頭部１０に区分することができる。

搭乗者または運転者が一般にとる姿勢に従って、搭乗者７は、胸部８はシートバック１に支持され、頭部１０はヘッドレスト２から離れて位置付けされているように図示されている。

搭乗者の背中と剛構造３との間の水平方向の最短距離を、以下、背中距離ｄによって表す。背中距離ｄは、背中とシートバックの剛構造３との間の距離が最短である高さにおける、シートバックのパッドの厚さｅと、背中とシートバックのパッドの外表面との間の距離ｆの和に相当する。図１において、背中距離ｄを表す矢印は、図を明確化するために位置をずらされている。背中とシートバックの剛構造３との間の距離が最短である高さにおいて背中がシートバックのパッドに支持されていないときには、距離ｆは正の値をとる。背中とシートバックの剛構造３との間の距離が最短である高さにおいて背中がシートバックのパッド４に支持されているときには、距離ｆは負の値をとり、背中のシートバックのパッド４の中へのはまり込み距離に実際は相当する。背中距離ｄは、次式（Ｅ１）によって決められる。
ｄ＝ｅ＋ｆ （Ｅ１）
相当背中距離Ｄ＿ｄｏｓは、次式（ｂ）によって決められる。
Ｄ＿ｄｏｓ＝ｆ＋δ_１・ｅ （ｂ）
ここに、δ_１はシートバックのパッドの圧縮率に相当する。δ_１を示す値として、シートバックのパッドの圧縮率の静的な測定値を選ぶことができる。シートバックのパッドの圧縮率の静的な測定値は、約４００ｄａＮ（デカニュートン）の水平方向の力で人体ダミーの背中をシートバックの中へ押しつけ、人体ダミーの背中の変位を測定することによって得ることができる。δ_１を示す値として、パッドの既知の特性に応じて決められた、パッドの最大圧縮率を用いてもよい。代わりに、自動車のシートに使用されるスポンジの最大圧縮率を表す値を選んでもよい。このスポンジの最大圧縮率は、０．５と１の間に含まれ、特に約０．７に等しい。この値１は、相当背中距離Ｄ＿ｄｏｓが、パッドの圧縮率を考慮しない背中距離ｄに等しいとみなした場合に該当する。

頭部１０の後部とヘッドレスト２の剛構造３ｄとの間の水平方向の最短距離を、以下、頭部距離ｃによって表す。頭部距離ｃは、頭部とヘッドレスト２の剛構造３ｄとの間が最短距離である高さにおける、頭部とヘッドレストのパッドの外表面との間の距離ａと、ヘッドレストのパッドの厚さｂとの和に相当する。頭部距離ｃは、次式（Ｅ２）によって決められる。
ｃ＝ａ＋ｂ （Ｅ２）
相当頭部距離Ｄ＿ｔｅｔｅは、次式（ｄ）によって決められる。
Ｄ＿ｔｅｔｅ＝ａ＋δ_２・ｂ （ｂ）
ここに、δ_２はヘッドレストのパッドの圧縮率に相当する。δ_２を示す値として、ヘッドレストのパッドの圧縮率の静的な測定値を選ぶことができる。ヘッドレストのパッドの圧縮率の静的な測定値は、約１００ｄａＮの水平方向の力で人体ダミーの頭部をヘッドレストの中へ押しつけ、人体ダミーの頭部の変位を測定することによって得ることができる。δ_２を示す値として、ヘッドレストのパッドの既知の特性に応じて決められた最大圧縮率を用いてもよい。代わりに、自動車のシートに使用されるスポンジの最大圧縮率を表す値を選んでもよい。このスポンジの最大圧縮率は、０．５と１の間に含まれ、特に約０．７に等しい。この値１は、相当頭部距離Ｄ＿ｔｅｔｅが、頭部距離ｃに等しいとみなした場合に該当する。

搭乗者が着座している座席が設けられている自動車が後面衝突を受けた場合には、搭乗者の胸部８と頭部１０は、矢印Ｆ１、Ｆ２で図示したように後方へ投げ出される。搭乗者の身体は、押し込まれた位置における搭乗者の背中を表す鎖線によって示されているように、シートバック１の剛構造３の方向に、殆どシートバック１の剛構造３に接するように、シートバックのパッド４の中へ押し込まれる。

本発明によれば、相当背中距離Ｄ＿ｄｏｓと相当頭部距離Ｄ＿ｔｅｔｅとの差の絶対値は、所定の閾値Ｓよりも小さい。すなわち、これらの大きさは、次式（Ｅ３）：
｜Ｄ＿ｔｅｔｅ−Ｄ＿ｄｏｓ｜＜Ｓ （Ｅ３）
を満たす。

従って、後面衝突の際には、搭乗者の胸部８と頭部１０は、剛構造と圧縮されたパッドによって構成される「剛な」障害物に、概ね同時にぶつかりながら後方へ移動する。搭乗者の頭部と胸部の間の加速度の大きな差は制限され、頸部に生じる応力は制限される。

選択される閾値Ｓは、非可逆性の大きな外傷の発生を回避するために、搭乗者に許容可能な応力の値に依存する。考えられる閾値Ｓは、概ね０〜３０ｍｍの大きさである。

シートの設計時に、シートの人間工学及びパッドの配置と構成が、式（Ｅ３）を満たすことを可能にすることを以下のようにして確認する。

様々な調整値をメーカによって規定された設計値、それがなければ調整範囲の中央値に調整してシートを配置する。シートの調整は、レール上におけるシートクッションの縦方向の配置の調整と、シートクッションの高さの調整と、シートバックの傾斜の調整が特に重要である。腰部の支持の調整に関しては、設計値に調整することができるが、それがなければ最小値に調整する。ヘッドレストの高さに関しては、設計位置に調整することができるが、それがなければ調整範囲の中央に調整する。

次に、シートに配置された、先に言及したＳＡＥ Ｊ８２６規格に適合する、同じく先に言及した腰部の中心を表すＨ点を計測する人体型の人体ダミーを使用して、計測を実行する。この人体ダミーによって、人体ダミーの骨盤と胴体との間の角度を決定し、メーカによって規定された設計値に近い角度が得られるようにシートバックの傾斜を調整することができる。メーカによって規定された設計値がなければ、２０〜３０°、特に約２５°の角度を選択することができる。

頭部計測用のＨＲＭＤ装置の人体ダミーを搭載して、ヘッドレストの高さ位置を調整することができる。この調整を実行するために、ヘッドレストの設計位置、あるいはそれがなければヘッドレストの頂上がＨＲＭＤ装置によってシミュレートされる頭部の頂上と概ね等しい位置を選択する。

一旦シートが調整され、人体ダミーが位置決めされたら、人体ダミーによって示され、ＳＡＥ Ｊ８２６規格に定義されたＨ点及び人体ダミーの骨盤と胴体との間の角度と、頭部の重心位置と、ＨＲＭＤ装置から与えられる頭部とヘッドレストのパッドとの間の距離を、正確に測定する。

人体ダミーを用いて実施される測定は、シートのパッドの中へのはまり込みを考慮に入れた、自動車のシート上で搭乗者がとる位置と、人体ダミーの姿勢を、代表的に決定することを可能にする。

次いで、ＨＲＭＤ装置が装備された「Ｈ点を計測する人体型」人体ダミーの背中の３次元形状を数値化する。この３次元数値化操作は、既知のコンピュータソフトウエアを使用して実行することができる。

次いで、シートの調整を変更しないで、人体ダミーを取り出し、シートの外面の３次元形状を数値化する。相変わらずシートの調整を変更しないで、シートバックのパッドを取り除き、金属部品と硬質プラスチックの骨組みを含むシートバックの剛構造の３次元形状を数値化する。次いで、相変わらずシートの調整を変更しないで、ヘッドレストのパッドを取り除き、リジッドな障害物を構成する可能性がある金属部品と硬質プラスチックの骨組みを含む、ヘッドレストの剛構造の３次元形状を数値化する。

一旦これらの様々な数値データが得られたら、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）のソフトウエアを利用して、人体ダミーが着座しているシートを数値的に再構築するようにこれらの様々なデータを結合することができる。人体ダミーの正確な位置は、Ｈ点と胴体の角度の測定値から得られる。次いで、ＣＡＤ装置を使用して、使用される距離（ａ、ｂ、ｅ、ｆ）を決定して、参照する「Ｈ点を計測する人体型」人体ダミーがシートに着座しているときに、式（Ｅ３）が充分に満たされているか否かを確認する。

図２は、横軸が時間を、縦軸が加速度を表すグラフである。以下、図１で用いた参照符号をそのまま用いて図２を説明する。第１の曲線Ｃ１、第２の曲線Ｃ２は、本発明によるシートバック組立体を備え、搭乗者が着座しているシートが取り付けられた自動車が後面衝突を受けたときに、胸部８が受ける加速度と、頭部１０が受ける加速度を表す。自動車が受けた後面衝突に対応する第１の瞬間Ｔ_１と第２の瞬間Ｔ_２の間においては、頭部１０が受ける加速度は略ゼロである。この時間間隔は、頭部１０がヘッドレスト２と接触する前の、ヘッドレストに対して相対的な頭部１０の後方への移動時間に相当する。次いで、第２の瞬間Ｔ_２と第３の瞬間Ｔ_３の間においては、頭部１０が受ける加速度は、第１の傾斜を持って、直線的に増加する。第２の瞬間Ｔ_２と第３の瞬間Ｔ_３の間の時間間隔は、ヘッドレストのパッド５の中への頭部１０の後方へ向けたはまり込みの時間に該当する。頭部が受ける応力は、ヘッドレストのパッド５の弾性のために概ね直線的に増加する。第３の瞬間Ｔ_３から、ヘッドレストのパッド５は最大限に圧縮され、その後、頭部１０はリジッドな障害物にぶつかる。頭部１０が受ける加速度は、第３の瞬間Ｔ_３から第４の瞬間Ｔ_４まで、極めて急速に増加する。第４の瞬間Ｔ_４から、頭部１０が受ける加速度は減少するが、このことは、実際は頭部１０の跳ね返りに該当する。

第１の瞬間Ｔ_１と第３の瞬間Ｔ_３の間において胸部８が受ける加速度は、概ね直線的に変化する。第３の瞬間Ｔ_３から、シートバックのパッド４は最大限に圧縮され、胸部８はリジッドな障害物にぶつかり、頭部１０と概ね同様に、極めて急速に増加する加速度を受ける。胸部８が受ける加速度は、頭部１０が受ける加速度が最大値に達する第４の瞬間Ｔ_４のかなり前の第５の瞬間Ｔ_５に最大値に達し、次いで、胸部８が受ける加速度は、胸部８の跳ね返りによって減少する。

頭部がヘッドレストにぶつかり始める第２の瞬間Ｔ_２と、頭部１０と胸部８が受ける加速度が最大値に達する第４の瞬間Ｔ_４及び第５の瞬間Ｔ_５の間における、頭部１０が受ける加速度と胸部８が受ける加速度との間の差は、概ね一定で、実際はシートバックのパッド４の圧縮及び弾性に対応する。従って、少なくともシートバックの上部におけるシートバックのパッド４の柔軟性を増加させることによって、頭部１０が受ける加速度と胸部８が受ける加速度との間の差を制限することが可能であることが分かる。このため、後面衝突の際に背中の上部を支持する応力を制限しながら、背中の下部の充分な支持を保持するように、例えばシートバックの下部よりも柔軟なパッドからなる上部を有するシートバック１を設けることができる。

本発明によれば、衝突の際に搭乗者が受ける、特に頸部の高さにおける外傷を制限することを可能にする、簡単なシートバック組立体が得られる。このシートの組立体は、安全性を「受動的」に改良し、このことは、機能の信頼性と安全性の確保を可能にする。

Claims (4)

1. シートバック（１）とヘッドレスト（２）からなり、上記シートバック（１）と上記ヘッドレスト（２）は、剛構造（３）と、上記剛構造（３）を包むパッドを有する自動車用シートのシートバック組立体において、上記シートバックのパッドと上記ヘッドレストのパッドは、上記自動車が受ける後面衝突の際に、搭乗者の頭部と胴体が、上記シートバックと上記ヘッドレストによって概ね同じ瞬間にブロックされるように、上記搭乗者の背中と上記シートバックの剛構造とを隔てる背中距離（ｄ、Ｄ＿ｄｏｓ）と、上記搭乗者の頭部と上記ヘッドレストの剛構造とを隔てる頭部距離（ｃ、Ｄ＿ｔｅｔｅ）との間の差の絶対値を、所定の閾値（Ｓ）よりも小さくするものであることを特徴とする、自動車用シートのシートバック組立体。
2. 検討される上記背中距離（Ｄ＿ｄｏｓ）は、上記搭乗者の背中と上記シートバックのパッドの表面との間の距離（ｆ）と、上記シートバックのパッドの厚さ（ｅ）に上記シートバックのパッドの圧縮率（δ_１）を乗じた値との和として決められた相当背中距離であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用シートのシートバック組立体。
3. 検討される上記頭部距離（Ｄ＿ｔｅｔｅ）は、上記搭乗者の頭部と上記ヘッドレストのパッドの表面との間の距離（ａ）と、上記ヘッドレストのパッドの厚さ（ｂ）に上記ヘッドレストのパッドの圧縮率（δ_２）を乗じた値との和として決められた相当頭部距離であることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車用シートのシートバック組立体。
4. 上記シートバックの上部における上記シートバックのパッド（４）の柔軟性が、上記シートバックの下部における上記シートバックのパッド（４）の柔軟性よりも大であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動車用シートのシートバック組立体。

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