JP2014213753A - シートサスペンション - Google Patents

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Abstract

【課題】 入力振動に対し、上下方向だけでなく6軸方向に対処可能でありながら、コンパクトな構成のシートサスペンションを提供する。【解決手段】車体フロア側とシート側との間にパンタグラフ型リンク11を3組採用している。このため、6軸方向の制御が可能であり、従来の構造よりも簡素化できる。本発明は、パンタグラフ型リンク11を用いたアクティブ制御機構10に加え、第1及び第2弾性部材として圧縮コイルスプリング21及び磁気バネ22を有している。すなわち、振動の入力方向に対し、アクティブ制御機構10によって、車体フロア側に対してシート側を逆位相で制御しつつ、これらの弾性部材によりパッシブで除振するため、高効率で除振が行われる。【選択図】 図3

Description

本発明は、自動車などの車両用のシートを支持するシートサスペンションに関する。
特許文献1,2には、次のようなシートサスペンションが開示されている。すなわち、車体フロアに取り付けられる下部フレームに対して上下動可能に設けられる上部フレームを磁気バネとトーションバーとにより弾性的に支持したもので、所定の変位範囲において磁気バネが負のバネ定数を有することを利用し、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、所定の変位範囲における両者を重畳したバネ定数を略ゼロにし、これにリンク等の摩擦力も含めた場合であっても、シートサスペンション全体(系全体)のバネ定数(静的バネ定数)が上記の略ゼロ付近で保たれる構成として、振動を吸収するものである。また、特許文献3は、磁気バネを構成する固定マグネットユニットを上部フレーム側又は下部フレーム側に弾性支持して除振性能をさらに向上させた技術が提案されている。
一方、特許文献4には、6本の油圧シリンダを配置して、シートを6軸方向にアクティブ制御するシートサスペンションが開示されている。
特開2003−320884号公報 特開2005−199939号公報 特開2010−179719号公報 特開平10−203221号公報
特許文献1〜3に開示のシートサスペンションは、所定の周波数及び振幅の振動に対しては、上記の磁気バネとトーションバーを用いた構成により上部フレーム及び下部フレームの相対運動によって振動を吸収するものであるが、いずれも路面から車体フロアを通じて入力される上下振動及び前後振動に対応するためのものに過ぎない。特許文献4に開示のものは、6軸方向に振動吸収可能であるが、6つの油圧シリンダを用いなければならず、構造が複雑である。また、6つの油圧シリンダを個別に制御するものであるため、油圧制御系統が6系統必要であり、それらの機構を車体と車両用シートとの間の限られたスペースに組み込むことは困難である。また、特許文献4に開示のものは、基本的に6つの油圧シリンダで全てアクティブ制御するものであり、応答性の高い厳密な制御を必要とし、それらの制御プログラムも複雑とならざるを得ない。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、入力振動に対し、上下方向だけでなく6軸方向に対処可能でありながら、コンパクトな構成で車両に組み込むのに適するシートサスペンションを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明のシートサスペンションは、車体フロアとシートの間に介在されるシートサスペンションであって、前記シート側を前記車体フロア側に対して離間する方向に付勢する正のバネ定数を有する第1弾性部材と、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する第2弾性部材とを備え、前記第1及び第2弾性部材の重畳されたバネ定数が前記所定の変位範囲において略ゼロとなる不感帯を形成し、この不感帯の作用により入力振動を除振する構成であると共に、3組配置されるパンタグラフ型リンクを備え、このパンタグラフ型リンクを前記車体フロアからの入力振動に応じて制御し、前記シート側を6軸方向に変位させるアクティブ制御機構を有することを特徴とする。
前記第2弾性部材が、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する磁気バネであることが好ましい。前記パンタグラフ型リンクに、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する弾性部材が設けられてなる構成とすることが好ましい。前記第1弾性部材が、前記シート側を前記車体フロア側に対して離間する方向に付勢する圧縮コイルスプリングであることが好ましい。
さらに、ダンパを有し、前記パンタグラフ型リンクにおける平衡点よりも上の変位領域では、前記第1弾性部材のバネ力を利用して、前記ダンパの減衰力を高くなるように制御され、前記パンタグラフ型リンクにおける平衡点よりも下の変位領域では、前記アクティブ制御機構の制御によって系内で生じるクーロン摩擦力及び前記ダンパの減衰力をキャンセルし、相対的にバネ感が高くなるように設定されていることが好ましい。
また、前記3組のパンタグラフ型リンクが、平面視で円周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
本発明によれば、正のバネ定数を有する第1弾性部材と、負のバネ定数が機能する第2弾性部材とを備え、第1及び第2弾性部材の重畳されたバネ定数が所定の変位範囲において略ゼロとなる不感帯を形成し、この不感帯の作用により入力振動に対してシート側が逆位相で相対動作して除振する構成である。また、3組配置されるパンタグラフ型リンクを備えたアクティブ制御機構を有している。これにより、入力振動に応じてパンタグラフ型リンクを制御することで、シート側を6軸方向に変位させることができ、振動の入力方向に対応してシートサスペンションの系内で生じるクーロン摩擦力を低減できる。そのため、上記第1及び弾性部材によるパッシブな除振機能が効率よく作用し、アクティブ制御機構を含めた全体として高い振動吸収特性を発揮できる。
図1は、本発明の一の実施形態にかかるシートサスペンション及び該シートサスペンションによって支持されたシートを示す正面図である。 図2は、図1の側面図である。 図3は、図1に示したシートサスペンションの拡大図である。 図4は、図2に示したシートサスペンションの拡大図である。 図5は、上記実施形態のシートサスペンションの分解斜視図である。 図6(a)は、上記実施形態のシートサスペンションで用いた圧縮コイルスプリングの構成を説明するための図であり、図6(b)は磁気バネの構成を説明するための図である。 図7(a),(b)は、上記実施形態のシートサスペンションに用いたパンタグラフ型リンクに引張コイルスプリングを設けた際の構成の一例を示した図である。 図8は、図7の構成においける変位と持ち上げ力との関係を示したグラフである。 図9(a),(b)は、パンタグラフ型リンクに引張コイルスプリングを設けた際の構成の他の例を示した図である。 図10(a)は磁気ダンパを示し、(b)〜(c)は、パンタグラフ型リンクにダンパを設けた際の構成の例を示した図である。
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4は、本発明の一の実施形態に係るシートサスペンション1及び該シートサスペンション1に支持されたシート500を示した図である。本実施形態においては、シート500は、スライダ510を含めて上部支持フレーム600上に支持され、これらを含めて「シート側」となっており、「車体フロア側」は、車体フロア上に設置される下部支持フレーム700となっている。なお、「シート側」とは、シートサスペンション1の上部側に配置されるシート500自体を指すか、又はシート500を支持するスライダ510等の部材を含めた全体を指すものであり、例えば、上部支持フレーム600上にクッションフレームが直接支持される構造の場合には、スライダ510は含まれずに上部支持フレーム600とシート500とが「シート側」となる。「車体フロア側」とは、車体フロア自体の場合もあるし、車体フロアにスライダが設置され、そのスライダ上に下部支持フレーム700が支持される場合には、スライダも含めて「車体フロア側」となる場合もある。
シートサスペンション1は、アクティブ制御機構10と、パッシブで除振する第1弾性部材(圧縮コイルスプリング21)及び第2弾性部材(磁気バネ22)を有して構成される。アクティブ制御機構10は、パンタグラフ型リンク11を3組備えてなる。3組のパンタグラフ型リンク11は、平面視で円周方向に等間隔で、すなわち、円周方向に120度間隔で配置される(図5参照)。
下部支持フレーム700には、平面視で円周方向に等間隔で、すなわち、円周方向に120度間隔で、所定幅の下部取付体710が3組設けられている。パンタグラフ型リンク11は、左右に第1アーム110及び第2アーム111を有し、第1アーム110及び第2アーム111によって、それらに向かって左方の場合には略く字状、右方の場合には略逆く字状をなしている。下部取付体710には、下部取付体710に対して前後に回動する下部支持体710aが軸支されており、この下部支持体710aに、左右2本の第1アーム110,110の基端部110a,110aが、先端部110b,110b寄りほど拡開する姿勢で、軸部材121,121を介して軸支される。各第1アーム110,110の先端部110b,110bには、第2アーム111,111の基端部111a,111aが軸部材122,122を介して軸支されるが、このとき、第2アーム111,111の先端部111b,111bが互いに近接する向きとなる姿勢で軸支される。
具体的には、各第2アーム111,111の先端部111b,111bは、コ字状に形成されており、このコ字状の板部が相互に重ね合わせられ、それらを貫通するように軸部材123が設けられている。従って、左右2本の第2アーム111,111の先端部111b,111bは軸部材123に同軸上に設けられている。軸部材123は、その軸方向に直交するコ字状枠部材124に支持されて、軸部材125を介して上部支持フレーム600に支持される。軸部材125は上部支持フレーム600に対して水平方向に回転可能に軸支される。また、コ字状枠部材124は、軸部材123に直交する軸部材124aに支持されており、該軸部材124a回りで回動可能(下部支持体710aの回動方向と同じ方向に回動可能)となっている。これにより、パンタグラフ型リンク11は、6軸方向に可動であり、入力振動に対して上部支持フレーム600を水平に支持可能である。
第1アーム110,110の各基端部110a,110aが軸支される軸部材121,121は、本実施形態では駆動部130,130の駆動軸が兼用されている。これにより、軸部材121,121の回転に伴って、第1アーム110,110はいずれかの方向に回転する。なお、駆動部130,130を構成するモータの種類は限定されるものではなく、DCモータのほか、サーボモータ等を用いることもできる。
シート側である上部支持フレーム600と車体フロア側である下部支持フレーム700の少なくとも一方には、入力振動に伴う相対的な変位を検出するセンサ140が例えば図3及び図4の想像線で示したように設けられる。センサ140は、両者の相対変位を検出できるものであれば、シート側である上部支持フレーム600と車体フロア側である下部支持フレーム700のいずれか一方のみに設けられていてもよいし、両方に設けられていてもよい。センサ140の種類も必要に応じて適宜のものを使用でき、ジャイロセンサ、加速度センサ、位置センサなどを適宜に組み合わせて使用することもできる。いずれにしてもセンサ140の検出情報に対応するフィードバック信号が制御部(図示せず)を介するなどして各駆動部130に供給され、それにより、駆動軸及びこれに連結される軸部材121,121がいずれかの方向に回転し、該軸部材121,121が基端部に嵌合されている第1アーム110,110をいずれかの方向に、該軸部材121,121を中心として回転運動させる。
シート側である上部支持フレーム600と車体フロア側である下部支持フレーム700の間には、入力振動に対してパッシブに作用する第1及び第2弾性部材が配設されている。第1弾性部材は、下部支持フレーム700に対して上部支持フレーム600を常時離間方向に付勢する正のバネ定数を有するものであれば何であってもよい。本実施形態では、図に示したような圧縮コイルスプリング21を用いているが、トーションバー等の金属バネであってもよい。また、それらを適宜に組み合わせた構成であってもよい。
ここで、本実施形態では、圧縮コイルスプリング21は、3組のパンタグラフ型リンク11同士の中心位置に配置されている。また、圧縮コイルスプリング21の下端は、下部支持フレーム700上にガイドピン721に沿って上下動可能なバネ受けプレート720上に配置されている。バネ受けプレート720の下側には、該バネ受けプレート720に連係された位置調整用ギヤ730が配置されている。この位置調整用ギヤ730は、モータ740の出力軸741に連結された駆動ギヤ742に噛合しており、モータ740を駆動させて駆動ギヤ742が回転することで位置調整用ギヤ730が回転し、それにより、バネ受けプレート720がガイドピン721に沿って上下動する(図5、図6(a)参照)。バネ受けプレート720の高さ調整によって、圧縮コイルスプリング21を介して支持される上部支持フレーム600の高さ調整を行うことができ、着座者の体重に合わせた初期位置調整を行うことができる。
第2弾性部材は、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する磁気バネ22から構成される。これにより、正のバネ定数を有する圧縮コイルスプリング21と負のバネ定数を有する磁気バネ22とによって重畳されたバネ定数は低くなって実質的に略ゼロとなり、不感帯を有することになる。それにより、車体フロア側から入力される振動に対してシート側は相対的に逆位相の動きになり、入力振動の伝達が抑制される。
磁気バネ22は、上記した機能を有する限りその構成や配置方法は限定されるものでないが、本実施形態では、図6(b)に示したように、シリンダ221と、該シリンダ221に対して進退可能なピストン222を備えた構成としている。シリンダ221の内面には、半径方向に着磁された円筒型の固定磁石221a,221bが異極同士が隣接するように配置され、該円筒型の固定磁石221a,221bの中空部内を、ピストン222の先端に設けられ軸方向に着磁された可動磁石222aが相対変位する。これにより、所定の変位範囲において、変位量に対して負荷質量が減少する負のバネ定数を発揮することになる。
本実施形態では、圧縮コイルスプリング21の中空部の中心付近において、シリンダ221が上部支持フレーム600側となり、ピストン222のロッド部が下部支持フレーム700側となる姿勢で配置される(図1〜図5参照)。シリンダ221の端面には上部側ジョイント部材(本実施形態では球面軸受)223が取り付けられており、このジョイント部材223が上部支持フレーム600に連結される。ピストン222のロッド部の端部には、下部側ジョイント部材(本実施形態では球面軸受)224が取り付けられており、このジョイント部材224が下部支持フレーム700に連結される。
次に本実施形態に係るシートサスペンション1の作用を説明する。図1〜図4に示した位置が、人の着座状態における平衡点付近だとすると、第2弾性部材である磁気バネ22においては、シリンダ221の固定磁石221a,221bに対し、可動磁石222aが負のバネ定数が機能する範囲に位置している。
この状態で路面の凹凸などにより車体フロア側の下部支持フレーム700が上下振動すると、圧縮コイルスプリング21の正のバネ定数と、磁気バネ22の負のバネ定数により、上記のようにバネ定数略ゼロの不感帯の作用によって、下部支持フレーム700の振動を上部支持フレーム600に伝達せずに遮断するように機能する。
下部支持フレーム700に入力された振動が、上下方向だけでなく、前後方向、左右方向(車幅方向)、及び、上下、前後、左右の各軸に対して回転する方向(ヨー方向、ロール方向、ピッチ方向)である場合、シート500の姿勢がその振動方向に対して逆方向となるようにアクティブ制御機構10の3組のパンタグラフ型リンク11が作用する。すなわち各センサ140によって下部支持フレーム700に対する上部支持フレーム600の相対的な姿勢が検出され、そのフィードバック信号が3組のパンタグラフ型リンク11の各駆動部130に制御部(図示せず)を介して伝達される。それに応じて、各パンタグラフ型リンク11の各駆動部130,130が駆動する。その結果、該駆動部130,130の駆動力が軸部材121,121を介して第1アーム110,110に伝達され、第1アーム110,110が起立する方向に動作するか又は外方に傾倒する方向に動作する。
いずれかの第1アーム110が起立方向に動作する場合、すなわち該第1アーム110と、この第1アーム110に軸部材122を介して軸支された第2アーム111との内角が拡大する方向に動作する場合、第1アーム110の基端部110aから第2アーム111の先端部111bまでを合わせた高さが高くなる方向である。従って、このように動作した第2アーム111の先端部111bが軸支されている軸部材123を支持している上部支持フレーム600の部位は相対的に上昇する。これとは逆に、いずれかの第1アーム110が外方に傾倒する方向に動作する場合、すなわち該第1アーム110と、この第1アーム110に軸部材122を介して軸支された第2アーム111との内角が縮小する方向に動作する場合、第1アーム110の基端部110aから第2アーム111の先端部111bまでを合わせた高さが相対的に低くなる方向である。従って、このように動作した第2アーム111の先端部111bが軸支されている軸部材123を支持している上部支持フレーム600の部位は相対的に下降する。このようにして、各パンタグラフ型リンク11の各第1アーム110,110及び各第2アーム111,111がそれぞれ駆動部130,130によって個別制御されることにより、上部支持フレーム600は、下部支持フレーム700に対して、相対的に変位する。しかも、本実施形態では、パンタグラフ型リンク11が円周方向に等間隔で3組設けられているため、それらの動きの組み合わせによって6軸方向に変位させることができる。これにより、下部支持フレーム700にあらゆる方向から作用する振動に対して、上部支持フレーム600が相対的に逆方向に姿勢変化でき、シート500の姿勢を常時安定姿勢に保つ。
すなわち、あらゆる方向から入力される振動に対し、アクティブ制御機構10による制御によって上部支持フレーム600及びシート500は安定した姿勢が保たれる。そのため、振動がいずれの方向から入力されてもシートサスペンション1に偏った動きが生じないため、クーロン摩擦力が低減され、上記した圧縮コイルスプリング21及び磁気バネ22による除振が効率的に行われることになる。もちろん、アクティブ制御機構10は、上記のように入力振動に対して上部支持フレーム600を逆位相に動作させることによる振動吸収特性も発揮する。しかし、本実施形態によれば、圧縮コイルスプリング21と磁気バネ22とによるパッシブな除振機能が作用するため、アクティブ制御する駆動部130の負担を小さくでき、駆動部130を構成するモータの小型化、低コスト化に貢献できる。
図7(a),(b)は、パンタグラフ型リンク11の第1アーム110と第2アーム111との間の軸部材122,122間に、引張コイルスプリング300を掛け渡している。引張コイルスプリング300をこのように掛け渡すことにより、図8に示したグラフのように、パンタグラフ型リンク11の高さが中立点(0mm)以上の場合には、パンタグラフ型リンク11によって上部支持フレーム600を上方に付勢する持ち上げ力として作用する。これに対し、パンタグラフ型リンク11の高さが中立点(0mm)以下となると、上方への持ち上げ力は働かず、中立点からの距離に応じて持ち上げ力が低下する負のバネ定数特性を備えることになる。この負のバネ定数は、上記した正のバネ定数を有する圧縮コイルスプリング21とにより重畳したバネ定数が略ゼロとなる不感帯を形成する機能を果たす。従って、この引張コイルスプリング300を、上記磁気バネ22に代えて第2弾性部材として用いることもできる。また、磁気バネ22と共に採用する場合には、磁気バネ22の負のバネ定数を発揮する弾性力を引張コイルスプリング300が補うことになるため、磁気バネ22の構成の簡素化、使用する永久磁石のコンパクト化、低コスト化を図ることができる。
このような負のバネ定数の特性を発揮する引張コイルスプリング300は、図7(a),(b)に示したものに限らず、図9(a),(b)に示したように、パンタグラフ型リンク11に、第1アーム110の中途部に設けた第1アーム側バネ受け部301と、車体フロア側である下部支持フレーム700の下部取付体710の幅方向着中途部に設けた車体フロア側バネ受け部302との間に掛け渡された構成とすることもできる。
本実施形態では、上記のように第1弾性部材として圧縮コイルスプリング21を有し、上部支持フレーム600を常時上方に付勢しているが、第2弾性部材としての磁気バネ22の負のバネ定数が機能する領域は、上記したように平衡点を中心とした所定の範囲のみである。すなわちダッフィング型のバネ特性を有する構造であるため、バネ力が平衡点より上方位置で作用する場合には、該圧縮コイルスプリング21の正のバネ定数が作用する。すなわち、衝撃性振動が入力されて上部支持フレーム600が相対的に大きく変位する場合、バネ力の作用点は、バネ定数が略ゼロの不感帯を超えて、それよりも上方になっていく。そのため、上部支持フレーム600の上方へ向かう変位は速度が増すことになる。従って、上記実施形態の構成にさらに速度依存性のオイルダンパ、磁気ダンパ等を設ければ、上部支持フレーム600を支持するバネの作用点が不感帯を超えた上方位置になった際に減衰力が大きくなり、衝撃性振動を効率よく吸収できるという利点がある。例えば、図10(a)〜(c)に示したように、ダンパ400のシリンダ410側の端部とピストン420側の端部を、パンタグラフ型リンク11の第1アーム110と第2アーム111との間の軸部材122,122間に掛け渡した構成とすることができる。なお、ダンパ400を設ける場合、磁気バネ22を設けずに、図9で示したような引張コイルスプリング300によって負のバネ特性を機能させるようにすると、構造が複雑化しない。
このようにダンパ400を設けることにより、パンタグラフ型リンク11における平衡点よりも上の変位領域では、第1弾性部材(圧縮コイルスプリング21)の正のバネ力が平衡点よりも作用するため、上記のように、速度依存性のダンパ400の減衰力が高く作用する。このとき、必要に応じてアクティブ制御機構10を制御し、減衰力を調整することができる。また、パンタグラフ型リンク11における平衡点よりも下の変位領域では、アクティブ制御機構10の制御によって系内で生じるクーロン摩擦力及びダンパ400の減衰力をキャンセルし、相対的にバネ感が高くなるように制御できる。すなわち、第1弾性部材及び第2弾性部材によって不感帯を有する構成とすると共に、平衡点より上では、平衡点近傍より正のバネ定数が作用するように設定し、これにパンタグラフ型リンク11及びアクティブ制御機構10を組み合わせることで、一つの系で、減衰力が高く作用する領域と、バネ力が高く作用する領域を設定することができ、高い振動吸収特性を機能させることができる。
1 シートサスペンション
10 アクティブ制御機構
11 パンタグラフ型リンク
110 第1アーム
111 第2アーム
130 駆動部
140 センサ
21 圧縮コイルスプリング(第1弾性部材)
22 磁気バネ(第2弾性部材)
221 シリンダ
222 ピストン
300 引張コイルスプリング

Claims (6)

  1. 車体フロアとシートの間に介在されるシートサスペンションであって、
    前記シート側を前記車体フロア側に対して離間する方向に付勢する正のバネ定数を有する第1弾性部材と、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する第2弾性部材とを備え、前記第1及び第2弾性部材の重畳されたバネ定数が前記所定の変位範囲において略ゼロとなる不感帯を形成し、この不感帯の作用により入力振動を除振する構成であると共に、
    3組配置されるパンタグラフ型リンクを備え、このパンタグラフ型リンクを前記車体フロアからの入力振動に応じて制御し、前記シート側を6軸方向に変位させるアクティブ制御機構を有することを特徴とするシートサスペンション。
  2. 前記第2弾性部材が、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する磁気バネである請求項1記載のシートサスペンション。
  3. 前記パンタグラフ型リンクに、所定の変位範囲において負のバネ定数が機能する弾性部材が設けられてなる請求項1又は2記載のシートサスペンション。
  4. 前記第1弾性部材が、前記シート側を前記車体フロア側に対して離間する方向に付勢する圧縮コイルスプリングである請求項1〜3のいずれか1に記載のシートサスペンション。
  5. さらに、ダンパを有し、前記パンタグラフ型リンクにおける平衡点よりも上の変位領域では、前記第1弾性部材のバネ力を利用して、前記ダンパの減衰力を高くなるように制御され、
    前記パンタグラフ型リンクにおける平衡点よりも下の変位領域では、前記アクティブ制御機構の制御によって系内で生じるクーロン摩擦力及び前記ダンパの減衰力をキャンセルし、相対的にバネ感が高くなるように設定されている請求項1〜4のいずれか1に記載のシートサスペンション。
  6. 前記3組のパンタグラフ型リンクが、平面視で円周方向に等間隔で配置されている請求項1〜5のいずれか1に記載のシートサスペンション。
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