JP2017114308A - シート - Google Patents

Abstract

【課題】正確にシート面の形状又は着座者の形状を得ることができる。【解決手段】車両用シートの着座面１２ａ，１４ａの近傍に設置された複数の物理センサ１８によって、設置位置に作用する物理量を検出する。そして、制御装置１６によって、複数の物理センサ１８の各々で検出された物理量に基づいて、複数の物理センサ１８の設置位置の各々の曲率を測定する。そして、制御装置１６によって、着座者が着座した状態で測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、着座面１２ａ，１４ａの形状を計算する。【選択図】図４

Description

本発明は、シートに関する。

従来より、シート構造を身体情報に基づいて変更する技術が知られている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１においては、胸郭と骨盤の変位を圧力センサによって計測し、初期状態より変位が生じた際に、移動手段によって、当該位置を初期状態の位置に移動させる。これにより、着座姿勢の崩れを全身にわたって低減できるとされている。

一方、特許文献２では、体型によらずシートのホールド性を高めるため、シートクッションに腰部を収納するシートパッドが設けられている。当該シートパッドには、肉厚を薄くした薄肉パッド部が設けられ、裏面にスリット部が設けられており、薄肉パッド部に体重が加わると段階的に断面積が変化して三次元曲面を形成し、臀部が適切な反力で保持される。すなわち、シートパッドが弾性変形すると薄肉パッド部も弾性変形しつつスリット部が開口し、所定の傾斜面が構成され、これにより、所望の沈み込み量を得ることが出来ると共に所望の圧力分布が得られるとされている。

特許第４３４７３８５号公報 特開２００８−２９６６６７号公報

従来技術においては、身体情報に基づいてシート構造を変更することにより、好適な着座感が得られるシートが提供されるとあるが、上記特許文献２の技術背景において、“人体形状の曲面に沿って曲面部を形成しても、体格のばらつきや姿勢など人によっては圧力分布が異なる”との記載がある。これは、例えば、図２２に示すように人体とシートの剛性の大きさによって変形状況が異なることによる。人体においては、軟組織の厚みや骨との位置関係などによって、変形の状態が異なることを示唆している。一方、好適な着座感を得るには着座時の血流の状態が大きく影響する。軟組織の変形などによって血管が閉塞状態になると血流が止まり痛みなどの感覚が生じる。このような軟組織の変形は圧力センサで計測された高圧部位でのみ生じるのではないことから、軟組織の変形を知るには，圧力のみならず人体及び着座面の変形そのものを計測する必要がある。また、軟組織の変形を好適な着座感が得られる所望の変形にするには、変形状況に応じてシート着座面形状を細かく変更する必要がある。しかしながら、従来技術においては、着座時の人体及びシートの変形は詳細に計測されておらず、主に圧力センサにより圧力分布が計測されているに過ぎない。このため、詳細変形が計測されていないことから、シート着座面形状に関しても好適な着座感が得られるように細かく変更することが困難といった課題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、正確にシート面の形状又は着座者の形状を得ることができるシートを提供することにある。

本発明のシートは、シート面の近傍に設置された、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサと、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率を測定する測定手段と、着座者が着座した状態で前記測定手段によって測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、前記シート面の形状又は前記着座者の形状を計算する形状計算手段と、を含んで構成されている。

本発明のシートによれば、シート面の近傍に設置された複数のセンサによって、設置位置に作用する物理量を検出する。そして、測定手段によって、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率を測定する。

そして、形状計算手段によって、着座者が着座した状態で前記測定手段によって測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、前記シート面の形状又は前記着座者の形状を計算する。

このように、シート面の近傍に設置された複数のセンサを用いて、複数のセンサの設置位置の各々の曲率を測定することにより、正確にシート面の形状又は着座者の形状を得ることができる。

本発明に係る複数のセンサの各々が、加速度、角速度、及び磁気の少なくとも１つを物理量として検出するようにすることができる。

本発明に係るシートは、前記形状計算手段によって計算された前記シート面の形状に基づいて、予め定められた前記シート面の形状を実現するように、前記シート面の形状を変更するシート面形状変更手段を更に含むようにすることができる。

本発明に係るシートは、シート面形状変更手段を更に含み、前記形状計算手段は、前記シート面の形状及び前記着座者の形状を計算し、前記シート面形状変更手段は、前記形状計算手段によって計算された前記シート面の形状及び前記着座者の形状に基づいて、前記シート面の形状が、前記着座者の形状に対応するように、前記シート面の形状を変更することができる。

本発明に係るシートは、シート面の近傍に格子状に配設された複数の弾性体を更に含み、前記シート面形状変更手段は、前記複数の弾性体の各々の張力を制御することにより、前記シート面の形状を変更するようにすることができる。

本発明に係る形状計算手段は、前記着座者が着座した状態で前記測定手段により測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、隣接するセンサ間を結ぶ線分上の各補間位置の曲率を補間し、前記センサの設置位置の各々の曲率、及び前記補間位置の各々の曲率に基づいて、前記シート面の形状又は前記着座者の形状を計算するようにすることができる。

本発明のシートによれば、シート面の近傍に設置された複数のセンサを用いて、複数のセンサの設置位置の各々の曲率を測定することにより、正確にシート面の形状又は着座者の形状を得ることができる。

弾性体の張力を制御する方法を説明するための図である。 弾性体の張力を制御する方法を説明するための図である。 弾性体の張力を制御する方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両用シートの構成の一例を示す概略図である。 着座面の近傍に設置された複数のセンサの構成の一例を示す概略図である。 着座面の近傍に設置された複数のセンサの構成の一例を示す断面図である。 複数の弾性体の配置の一例を示す概略図である。 弾性体の接続方法例を示す図である。 弾性体の張力を変更する方法を説明するための図である。 弾性体の張力を変更する方法を説明するための図である。 車両用シートの電気的構成の一例を示すブロック図である。 主制御部で実行される「シート面形状変更処理」の手順の一例を示すフローチャートである。 基準シート面形状の一例を示す図である。 複数の物理センサの他の配置例を示す図である。 複数の物理センサの他の配置例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車両用シートの構成の一例を示す概略図である。 初期形状計測用装置における複数の物理センサの配置例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る車両用シートの弾性体の張力を変更する構成の一例を示す概略図である。 巻取りリングの内部構造の一例を示す図である。 巻取りリングの内部構造の一例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における「シート面形状変更処理」の手順の一例を示すフローチャートである。 シートと人体の剛性に応じた、シートの変形を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

＜本発明の実施の形態の概要＞
本発明の実施の形態では、シート面形状又は着座者の人体形状を実時間で計測し、計測されたシート面形状又は人体形状に基づいて、シート構造を可変して人体とシートの接触面形状などのシート特性を変更することにより、人体形状などの身体情報と作用力に応じて好適な着座感が得られる車両用シートを提供する。

例えば、複数の物理センサを面状或は線状に配置し、面上或は線上の所定位置における曲率Ｒを計測する。物理センサとしては、３軸の加速度計や角速度計を用いることが可能であり、３軸の加速度計から得られる重力加速度成分から傾斜角度θが求まる。また、物理センサとして角速度計を用いた場合は、所定時刻からの角速度を随時時間積分することにより傾斜角度θが得られる。

このように複数の物理センサをシートの着座面の近傍に配設することにより、着座面の曲面分布を得ることができ、これを基に着座面の形状を算出できる。また、物理センサを着座面の内側に埋め込んで配設することにより、従来カメラなどの映像機器による計測が困難であった、着座時の着座面形状を得ることが可能となり、随時計測を行うことにより、実時間で着座面形状が得られる。

一方、物理センサを、人体に直接装着する、或は曲面や平面を形成する柔軟体に配置することにより、着座時の人体形状を着座面と同様に実時間で得ることが可能となる。このようにして得られる着座面と人体形状は、従来技術では得られることが困難であった情報であり、これらの情報を用いることにより、人体及び着座面形状を基にした着座感の向上を図ることができる。

また、計測された人体形状や着座面形状を基に、着座面の形状の変更を行う。着座面形状の変更は、着座面に近接配設した格子状の支持部材で行う。従来技術での人体支持は、発泡性のクッション材やメッシュ状部材などの弾性部材を用いて行われていた。これらの部材はシートフレームに取り付けられるが、その弾性特性は取り付け時の状態で固定であり、着座面の形状を着座状況に応じて変更することは困難であった。しかしながら、上述のように身体特性や作用力は多様に変化することから、従来技術における弾性部材では十分に対応することが出来ない。

本実施の形態では、着座面に近接して格子状に配設した複数の弾性体の各々の張力を制御することにより、シートの着座面形状を任意に変更することが可能である。ばねと質点からなる支持部材の数値計算モデルの例では、図１、図２に示すように、モデルの弾性体端部を固定支持或いは自由支持することによって張力を変化させることができる。上記図１に示すように、周囲が固定支持の場合は、質点を支持部材モデルの上方より自由落下させると質点はほぼ中央に位置する。これは、弾性体が質点によって弾性変形させられ、質点が支持部材モデルの中央に位置することにより、各弾性体の張力がバランスするためである。上記図２に示すように、自由支持部を設けると質点は落下後に自由支持部の方向に移動する。これは、弾性体の張力がバランスする位置が自由支持部よりに移動したためである。図３に示すように、横方向の固定支持部と同様に縦方向の固定支持部に自由支持部を設けると、弾性体の張力がバランスする位置を自由に変更することが可能となる。これにより、着座時の着座面の形状を任意に変更でき、例えば、着座者の人体形状に一致させることが可能となる。また、人体情報を随時計測することにより、着座時に着座姿勢が変化した場合にも着座面形状を速やかに変更して、好適な着座感が得られる。

以上の人体形状やシート着座面形状の計測とシート着座面形状の変更により、着座者の身体特性や作用力が複合した多様な条件下においても、好適な着座感が得られるシートを提供できるといった優れた効果が得られる。

＜第１の実施の形態＞
（車両用シート）
まず、車両用シートの構成について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態に係る車両用シートの構成の一例を示す概略図である。図４に示すように、車両用シート１０は、シートクッション１２と、シートバック１４と、シート各部を制御する制御装置１６とを備えている。

（センサ設置状態）
シートクッション１２及びシートバック１４の各々の着座面１２ａ、１４ａの内側には、複数の物理センサ１８が面状に設置されており、複数の物理センサ１８は、制御装置１６へ接続されている。

複数の物理センサ１８は、ＸＹＺ座標系の加速度、角速度、磁気強度等、設置位置に作用する少なくとも１つの物理量を検出するセンサである。シート面形状を正確に求める為には、複数の物理量を複合的に検出できる多軸センサが好ましい。１軸センサを複数組み合わせて多軸センサを構成してもよい。本実施の形態では、加速度計と角速度計が一体となった物理センサを用いており、具体的には、ＸＹＺ各軸方向の加速度とＸＹＺ各軸周りの角速度とを検出可能な６軸センサを用いている。

上記図４に示すように、複数の物理センサ１８は面状に配設されている。また、図５に示すように、互いに隣接する２つの物理センサ１８は、給電線３４及び信号線３６により接続されている。また、着座面１２ａ、１４ａの端部に配置された物理センサ１８は、給電線３４及び信号線３６により制御装置１６に接続されている。給電線３４は、電源（図示せず）から各物理センサ１８に電力を供給するための導線である。信号線３６は、各物理センサ１８と制御装置１６との間で信号を授受するための導線である。即ち、制御装置１６は、複数の物理センサ１８の各々から、検出信号に基づく測定結果を取得することができる。

図６は、着座面１２ａ、１４ａのＩ-Ｉ断面図である。着座面１２ａ、１４ａは、網目状の織布からなるメッシュシートであり、着座面１２ａ、１４ａの内側に、複数の物理センサ１８が面状に配設されている。

本実施の形態では、物理センサ１８としては、縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ１ｍｍと小型の６軸センサを用いている。また、本実施の形態では、給電線３４及び信号線３６として、直径が約０．１ｍｍの導線を用いる。給電線３４及び信号線３６の各々は、着座面１２ａ、１４ａの内側に設置されている。

（弾性体の構成）
着座面１２ａのメッシュシートは、図７に示すように格子状に配設された複数の弾性体２０によって支持されている。弾性体２０は、例えば、長尺のゴムや樹脂、或は金属などで構成することができる。着座面１２ａのメッシュシートは、縦方向の弾性体２０と横方向の弾性体とが交差する位置において、図８に示すように摺動自由体２４により摺動自由に取り付けられている。一方、弾性体２０の一端は、シートフレーム２２に結合されており、他の端部は直動モータ２６の軸に結合されている。また、直動モータ２６の本体はシートフレーム２２に結合されている。従って、直動モータ２６の軸を移動させることにより、弾性体２０の長さを変更して、弾性体２０の張力Ｔを変化させ、変位量Ｌに応じて張力Ｔを大小に変化させることができる。個々の直動モータ２６には駆動装置２８が接続されており、駆動装置２８からの電力供給によって直動モータ２６は動作する。一方、駆動装置２８には制御装置１６が信号接続されており、制御装置１６からの制御信号Ｓに基づいて、軸の変位方向Ｄ、変位量Ｌ、及び変位タイミングＴＬなどが制御される。

着座面１２ａの形状は、弾性体２０の張力Ｔのバランスを変更することにより、任意の形状を設定することができる。例えば、上記図１に示すように中央部領域の形状を変更する場合は、まず、図１０に示すような中央部領域ａにある横方向の弾性体２０（図１０のＣ，Ｄ参照）の張力Ｔを低くする。中央部領域ａにある横方向の弾性体２０の張力Ｔが低くなった場合でも、縦方向の弾性体２０（図１０のＩＩＩ、ＩＶ参照）の張力Ｔによって着座面１２ａの中央部領域ａの形状は変化しない。同様に、着座面１２ａの他の領域ｂ及びｃにおいてもその形状は変化しない。次に着座面１２ａの中央部領域ａにある縦方向の弾性体２０（図１０のＩＩＩ、ＩＶ参照）の張力Ｔを低くする。これにより、中央部領域ａにある縦方向の弾性体２０と横方向の弾性体２０の交点である、着座面１２ａの中央部領域ａは張力Ｔが低い状態となる。張力Ｔが低下した中央部領域ａに、着座による外力が作用すると、中央部領域ａの着座面１２ａは後方に変形する。変位状況は、例えば、上記図９に示すＰ₁の位置からＰ₂の位置への変位である。しかしながら、他の弾性体２０の交点部分には、少なくとも所定の張力Ｔが作用していることから、該当領域の着座面１２ａは変形しない。また、再度、着座面１２ａの中央部領域ａ近傍の弾性体２０の張力Ｔを高めると、中央部領域ａの変形は小さくなり、外力に対して十分に大きな張力Ｔを付与することにより、着座状態においても着座面１２ａは初期の座面形状となる。

以上の構成により、実時間で得られた着座面１２ａの形状に応じて、着座面１２ａの形状を変更することが可能となる。物理センサ１８が面状に配設されていることから、着座者の体格などが大きく異なる場合においても正確に着座面１２ａの形状を把握することが出来、例えば、大人と子供の判別を行うことが可能となる。

（制御装置）
図１１に示すように、制御装置１６は、主制御部５０、張力制御部５２、センサ制御部５８、及び記憶装置６２を備えている。主制御部５０、張力制御部５２、センサ制御部５８、及び記憶装置６２の各部は、互いにバス６４で接続されている。なお、張力制御部５２が、シート面形状変更手段の一例である。

主制御部５０、張力制御部５２、センサ制御部５８、及び記憶装置６２の各々は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータで構成されている。主制御部５０は、制御装置１６の各部を統括制御する制御部である。後述する「シート面形状変更処理」は主制御部５０により各部が制御されて実行される。

張力制御部５２は、駆動装置２８（上記図９参照）による弾性体２０の各々の張力の変更を制御する。

センサ制御部５８は、検出開始指示等により物理センサ１８の作動を制御し、選択された物理センサ１８から検出信号を取得する。また、センサ制御部５８は、Ａ/Ｄ変換器（図示せず）と曲率測定手段（図示せず）と形状計算手段（図示せず）とを備えている。Ａ/Ｄ変換器は、電圧又は電流の信号、オンオフ信号等、アナログ信号として得られた検出信号をデジタル信号に変換する。曲率測定手段は、デジタル化された検出信号（検出される物理量）から、各物理センサ１８の設置位置でのシート面の曲率を測定する。例えば、各物理センサ１８から検出される加速度Ａと角速度Ｒを用いて、着座面１２ａ、１４ａの曲率分布R_disを算出する。形状計算手段は、着座者が着座した状態で曲率測定手段によって測定された着座面１２ａ、１４ａの曲率分布R_disに基づいて、着座面１２ａ、１４ａのシート面形状を計算する。

ここで「曲率」とは、曲率半径の逆数である。物体が曲線上を移動するとき、曲線上のある点では当該曲線に接する曲率円の半径（曲率半径）で円運動をしていると考えられる。従って、ＸＹＺ座標系の加速度、角速度、磁気強度等、物理センサ１８で検出される物理量は、物理センサ１８の設置位置での「曲率」に変換することができる。物理量としてＸＹＺ座標系の加速度が検出される場合には、物理センサ１８の設置位置の傾斜角度θが「曲率」に含まれる。また、物理量としてＸＹＺ座標系の角速度が検出される場合には、物理センサ１８の設置位置の傾斜角度θも「曲率」に含まれる。

取得された測定結果は主制御部５０に入力される。本実施の形態では、センサ制御部５８において、物理量を表す検出信号をＡ/Ｄ変換し、デジタル化された物理量を曲率に変換しているが、制御装置側で各変換を行ってもよい。

記憶装置６２は、ハードディスク装置、メモリ等の記憶装置であり、センサ制御部５８で受信した検出信号、測定結果、演算結果等、各種の情報を記憶する。

（シート面形状変更処理）
次に、「シート面形状変更処理」の手順について説明する。

図１２は制御装置１６（主に主制御部５０）で実行される「シート面形状変更処理」の手順の一例を示すフローチャートである。乗員が車両用シート１０に着座し、イグニッションキーがオンされると、制御装置１６により「シート面形状変更処理」が開始される。

まず、ステップＳ１００で、センサ制御部５８を介して、複数の物理センサ１８の各々に電力を供給する。各センサに接続された給電線３４により、図示しない電源から各物理センサ１８に所定の電力が供給される。各物理センサ１８は、電力の供給が開始されてから一定時間経過後に起動し、検出可能な状態となる。

次に、ステップＳ１０２で、センサ制御部５８を介して、各物理センサ１８に対して検出開始を指示する。各物理センサ１８に接続された信号線３６により、検出開始信号が送信される。検出開始信号には、特定の物理センサ１８を識別するための識別信号が含まれている。このため、制御装置１６は、複数の物理センサ１８の各々に対して、検出開始を指示することができる。

次に、ステップＳ１０４で、センサ制御部５８から測定結果を取得する。各物理センサ１８は、検出開始信号に同期して直ちに検出を開始し、信号線３６によりセンサ制御部５８に検出信号を送信する。センサ制御部５８は、各物理センサ１８の検出信号をデジタル信号に変換した後、デジタル化された検出信号（検出される物理量）から、各物理センサ１８の設置位置での着座面１２ａ、１４ａの曲率を測定する。取得された測定結果は主制御部５０に入力される。なお、後述する通り、測定結果として得られた曲率の外に、補間位置における曲率を利用してもよい。

次に、ステップＳ１０６で、測定結果に基づいて着座面１２ａ、１４ａの曲面を演算する。例えば、着座面１２ａ、１４ａが前後方向で大きく曲がると前後方向での曲率が大きくなる。また、着座面１２ａ、１４ａが左右方向で大きく曲がると左右方向での曲率が大きくなる。従って、前後方向及び左右方向での曲率から曲面（曲率分布）が演算される。演算結果（曲率分布）は、記憶装置６２に保存される。

次に、ステップＳ１０８で、曲面と基準点と原点とに基づいて乗員の着座時の着座面１２ａ、１４ａのシート面形状を演算する。

シート面形状は、三次元空間におけるＸＹＺ座標系の座標値で定義することができる。例えば、着座面１２ａ、１４ａを固定する固定点であるシートフレーム２２の位置を原点として、測定結果に基づいて得られた曲面の基準点を原点と一致させることにより、三次元空間における着座面１２ａ、１４ａのシート面形状を演算することができる。即ち、基準点はシート面の基点を表し、基準点を三次元空間の原点に一致させることで、三次元空間における着座面１２ａ、１４ａのシート面形状が得られる。なお、シートフレーム２２の位置は、車両用シート１０の設置時に予め設定されている。

次に、ステップＳ１１０で、演算により得られたシート面形状を、記憶装置６２に予め保存されている基準シート面形状と比較して、着座面１２ａ、１４ａの領域毎に形状の差分を計算する。ここで、基準シート面形状とは、図１３に示すような、好適な着座感を得るためのシート形状S_basであり、事前のボランティア評価などによって得ることが出来る。

次に、ステップＳ１１２で、張力制御部５２を介して、着座面１２ａ、１４ａの領域毎に計算された形状の差分に応じて、差分が大きい領域に対応する弾性体２０の各々の張力を変更するように、駆動装置２８を制御して、着座面１２ａ、１４ａのシート面形状が、着座面１２ａ、１４ａの基準シート面形状となるようにして、ルーチンを終了する。

例えば、着座面１２ａ、１４ａの領域毎に、当該領域について計算された形状の差分が小さくなるように、当該領域に対応する弾性体２０の各々の張力を変更する。なお、形状の差分が所定値以内となる領域については、好適な着座感が得られていると判断し、当該領域に対応する弾性体２０の各々の張力を変更せずに、維持する。

なお、上記の処理では、取得された測定結果（センサの設置位置でのシート面の曲率）に基づいて曲面を演算し、曲面と基準点と原点とからシート面着座時のシート面形状を演算するが、曲面を演算する手順は省略してもよい。基準点を原点として曲率分布を求める等、曲率と基準点と原点とから着座時の着座面１２ａ、１４ａのシート面形状を演算してもよい。

（複数のセンサの配置例）
ここで、複数の物理センサ１８の配置例について説明する。

物理センサ１８の配置方法として、物理センサ１８を面状に均等に配置するのではなく、図１４に示すように、シートクッション１２の着座面１２ａの中央部に物理センサ１８を密に配置し、それ以外の部分に物理センサ１８を疎に配置するようにしてもよい。また、シートバック１４の着座面１４ａの中央部下側にのみ物理センサ１８を配置するようにしてもよい。

あるいは、図１５に示すように、シートクッション１２の着座面１２ａの中央部にのみ物理センサ１８を配置し、シートバック１４の着座面１４ａの中央部下側にのみ物理センサ１８を配置するようにしてもよい。

以上の通り、第１の実施の形態によれば、車両用シートの着座面の内側に設置された複数の物理センサを用いて、複数の物理センサの設置位置の各々の曲率を測定することにより、正確にシート面形状を得ることができる。

また、物理センサを着座面の内側に埋め込んで配設することにより、従来カメラなどの映像機器による計測が困難であった着座時の着座面の形状を得ることが可能となる。更に、制御装置によって随時計測を行うことにより、実時間で着座面の形状を得ることが可能となる。

また、シート面形状を実時間で繰り返し得ることができ、得られたシート面形状に応じて、シート面形状を変更して、好適な着座感を実現することが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、着座者の形状を更に計測し、計測した着座者の形状となるように着座面の形状を変更する以外は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

＜第２の実施の形態の概要＞
上記第１の実施の形態では、好適な着座姿勢を事前に計測したボランティア評価から求めた。ここで、人体形状に関しては個人差が大きく、より快適な着座状態を得るためには、各個人の形状を計測することが良い場合もある。しかしながら、個人の体型を事前に計測し、制御装置に記憶させておくことは労力を要する。また、不特定多数の人が着座する可能性がある場合には、各個人を識別する必要があるなど、技術的課題や装置の複雑さを招くと考えられる。このような背景を基に、第２の実施の形態においては、着座時の人体形状を計測し、その形状を基に、シート面形状を好適に変更する場合を例に説明する。

（車両用シート）
図１６に、第２の実施の形態に係る車両用シート２１０の構成を示す。車両用シート２１０のシートクッション１２とシートバック１４の表面には、着座者が着座する際の人体形状を計測するための初期形状計測用装置２１４が配設されている。初期形状計測用装置２１４は、着座時に人体への反力を小さくして変形が計測できるように、例えば、超軟質ウレタンや発泡材など弾性の低い部材で構成されている。また、流体を封入した袋体であっても良い。図１７に示すように、初期形状計測用装置２１４の表面直下には、複数の物理センサ２１８が面状に配設されており、人体に接しながら柔軟に変形する。このために、各物理センサ２１８は、柔軟性の高い信号線或はフレキブル基盤などによって形成された、給電線及び信号線（図示省略）により接続されている。各物理センサ２１８は制御装置１６に信号接続されており、制御装置１６は、複数の物理センサ２１８からの加速度Ａや角速度Ｒなどの信号を基に、着座面１２ａ、１４ａの形状計測と同様に、初期形状計測用装置２１４の表面の曲率分布R_disを計測する。計測した曲率分布R_disを基に初期形状計測用装置２１４の表面の三次元形状を算出する。なお、初期形状計測用装置２１４の表面の３次元形状の変形は、その特性が低弾性であることから、着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートに着座者が接触し、メッシュシートの反力によって着座者が支持されるまで継続される。

（制御装置）
制御装置１６は、上記の着座過程において、初期形状計測用装置２１４が着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートと近接するまでの間に、複数の物理センサ２１８からの信号に基づいて人体形状を計測し、初期形状Psとする。好ましくは、初期形状計測用装置２１４の表面と、着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートとが近接している時の形状を、初期形状Psとすることが望ましいが、着座状況によっては、形状が十分に計測出来ない場合もあることから、初期形状計測用装置２１４が変形を開始し、着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートに近接するまでの変形過程の情報を用いて、初期形状Psを構成することも可能である。変形過程においては、例えば、制御装置１６は、１msecの時間間隔で計測を行うことにより、十分な情報を得ることから可能である。なお、より短い時間間隔で計測を行えば、より多くの情報を蓄積することが可能であるし、逆に長い時間間隔で計測を行うことにより、制御装置１６に記憶するデータ量を好適にすることが可能である。なお、初期形状計測用装置２１４と着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートの近接状況は、変形の時間履歴を監視し、変形量の時間変化が一定値以下となった状態を近接状態とすることができる。

初期形状計測用装置２１４が着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートに近接し、着座者の人体の初期形状Psが計測されると、制御装置１６は、着座面１２ａ、１２ｂのメッシュシートと摺動自由に接続され、シートフレーム２２に対して縦横に配設されている弾性体２０の張力Ｔを、駆動装置２８及び直動モータ２６によって制御し、着座面１２ａの面形状を、初期形状計測用装置２１４を用いて計測した人体初期形状と一致するように制御を行う。

例えば、制御装置１６は、各物理センサ１８の検出信号から、各物理センサ１８の設置位置での着座面１２ａ、１２ｂの曲率を測定し、測定結果に基づいて着座面１２ａ、１２ｂの曲面を演算する。制御装置１６は、曲面と基準点と原点とに基づいて乗員の着座時の着座面１２ａ、１２ｂのシート面形状を演算し、演算により得られた着座面１２ａ、１２ｂのシート面形状を、計測した人体初期形状と比較して、領域毎に形状の差分を計算する。制御装置１６は、差分が大きい領域に対応する弾性体２０の各々の張力を変更するように、駆動装置２８を制御して、着座面１２ａ、１２ｂのシート面形状をが、人体初期形状となるように制御する。

これにより、着座者は車両用シート２１０に着座後、僅かな時間遅れの後に人体形状と類似したシート着座面形状によって保持される。

なお、第２の実施の形態に係る車両用シート２１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上の第２の実施の形態においては、個人差が大きな人体形状を着座者が車両用シートに着座したときに計測し、シート面形状を最適形成することから、好適な着座感を得ることができる。また、不特定多数の人が車両用シートに着座する際においても各人の形状に応じた最適シート面形状が形成されることから、人体の識別を行う必要がないなどの優れた効果が得られる。

また、着座者の体格などが大きく異なる場合においても正確に人体形状を把握することが出来、大人と子供の判別を行うことが可能となる。更に、肥満体型や痩せ型体型などの違いについても容易にその違いを把握することができるといった優れた効果を有している。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、直動モータと回転用モータにより、弾性体の張力を制御している以外は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

＜第３の実施の形態の概要＞
上記の第１と第２の実施の形態においては、弾性体２０の張力Ｔを制御するために複数の直動モータを用いた。複数の直動モータを個々の弾性体２０に接続させた場合、張力Tの変更を短時間で行えることから、好適な着座感を速やかに得られるといった優れた効果が得られる。一方、コンパクトカーや低燃費車などに車両用シートを搭載する場合、空間や重量などの制約が大きくなる場合がある。このような制約下では、直動モータの個数を減らしたり出力重量比の大きなモータが望ましいが、得られるシート座面形状が十分に変更出来なかったり、発熱などの課題が生じることが懸念される。

そこで、本実施の形態では、それぞれ１個の直動モータと回転モータを用いて複数の弾性体２０の各々の張力Ｔを制御することにより、詳細なシート座面形状の変更が可能でありながら、車両シートの容積と重量の増加を小さくする構成を示す。

（張力制御）
本実施の形態における張力を制御する構成について図１８、図１９を用いて説明する。各弾性体２０の端部は巻き取りリング３３４に結合されており、巻き取りリング３３４の回転によって弾性体２０の巻き取りや繰り出しが行われることにより張力Ｔが変化する。巻き取りリング３３４は、リング中心を貫通している回転軸３３２に取り付けられた歯車３３６と巻き取りリング３３４の内部に格納され、弾性体２０のばねの力で回転軸３３２の軸心方向に所定長さだけ変位する嵌合つめ３３８との嵌合によって回転する。回転軸３３２が各弾性体２０の巻き取りリング３３４を貫通しており、回転軸３３２に固定されている歯車３３６と各弾性体２０の巻き取りリング３３４の嵌合つめ３３８を選択嵌合させることによって、個別の弾性体２０の張力Ｔを制御する。よって、巻き取りリング３３４は、弾性体２０の数だけ必要となるが、直動モータ３２６と回転モータ３２８は共通使用となる。

なお、回転軸３３２の回転角θは回転モータ３２８によって制御される。また、回転軸３３２の軸方向位置は直動モータ３２６によって制御される。従って、回転軸３３２の歯車３３６の軸方向位置は直動モータ３２６で制御される。これにより、直動モータ３２６を制御することで張力Ｔの変更を行う弾性体２０が選択されることになる。また、回転軸３３２の回転角は、軸に結合された回転角検出装置３３０によって計測される。回転角検出装置３３０としては、例えば、光学式のロータリエンコーダや磁気式の回転角センサを用いることができる。

図２０に示すように、巻き取りリング３３４は、通常は回転軸３３２の中心方向にばねなどの弾性体で変位する保持具３４０と保持歯車３４２によって回転固定されている。一方、回転軸３３２には、保持解除部材３４４が結合されており、回転軸３３２が軸方向に移動すると保持具３４０を回転軸３３２の外周方向に押し上げる。保持具３４０が押し上げられることにより、保持歯車３４２は回転自由となるが、保持具３４０の押し上げと連動して、巻き取りリング３３４の嵌合つめ３３８と歯車３３６が嵌合する。

（制御装置）
回転軸３３２の回転角が、回転角検出装置３３０で検出され、制御装置１６の張力制御部５２によって所定の制御が行われることから、弾性体２０の張力Ｔは連続して制御される。

また、制御装置１６の張力制御部５２には、好適な着座感が得られる着座面１２ａ、１４ａの形状が予め保存されている。張力制御部５２は、計測される着座面１２ａ、１４ａの形状と、予め保存されている着座面１２ａ、１４ａの形状と比較して、領域毎に形状の差分を計算する。

そして、張力制御部５２は、領域毎に計算された形状の差分に応じて、差分が大きい領域に対応する弾性体２０の各々の必要な張力Ｔを算出する。各弾性体２０の必要な張力が得られると、張力制御部５２は、駆動装置２８を介して直動モータ３２６を駆動し、各弾性体２０の巻き取りリング３３４を順次選択しながら、回転モータ３２８の回転角を所望の張力が得られるように回転させ、巻き取りリング３３４を回転させる。以上の手順をすべての巻き取りリング３３４について順次行い、各弾性体２０の張力Ｔを制御して、予め保存されている着座面１２ａ、１４ａの形状が得られるようにする。

なお、第３の実施の形態に係る車両用シートの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、第３の実施の形態によれば、それぞれ１個の直動モータと回転モータを用いて複数の弾性体の各々の張力を制御することにより、詳細なシート面形状の変更が可能でありながら、車両用シートの容積と重量の増加を抑制することができる。

＜第４の実施の形態＞
各センサの設置位置で測定された曲率に基づいて、隣接するセンサ間等を結ぶ線分上の各補間位置の曲率を補間し、補間位置の各々の曲率をシート面形状の取得に利用する以外は、第１の実施の形態と同様であるため同じ構成部分については説明を省略する。

図２１は第４の実施の形態で実行される「シート面形状変更処理」の手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０４で、センサ制御部５８から測定結果として各物理センサ１８の設置位置で測定された曲率を取得した後に、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８に代えて、ステップＳ１２０からステップＳ１２４までを実行する以外は、図１２に示す「シート面形状変更処理」の手順と同じであるため、同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１２０で、測定結果に基づいて隣接する物理センサ１８間を結ぶ線分上の各補間位置の曲率を補間する。次に、ステップＳ１２２で、物理センサ１８の設置位置の各々の曲率と、補間位置の各々の曲率と、基準点と原点（固定点）の座標値と、に基づいて、着座時の着座面１２ａ、１４ａのシート面形状を取得する。即ち、基準点はシート面の基点を表し、基準点を三次元空間の原点に一致させることにより、三次元空間における着座面１２ａ、１４ａのシート面形状が得られる。

（補間処理）
ここで「補間処理」について説明する。

一般に、センサの設置間隔を狭くしてセンサ数を増やすほど形状推定精度は高くなる。しかしながら、センサ数が増加すると信号処理量が増加し処理時間が長くなる。また、センサ数の増加は、シート面の柔軟性を損なうことにもなる。

本実施の形態では、隣接する物理センサ１８間を結ぶ線分上の各補間位置の曲率を補間することにより、シート面の柔軟性を損なうことなく形状推定精度を向上させることができる。

隣接する２つの物理センサ１８をセンサｎとセンサｍとする。隣接する物理センサ１８間の距離をＬとする。各物理センサ１８の設置位置での曲率は連続して変化すると仮定する。物理センサ１８間の距離Ｌを任意のＫ等分した際の単位長さをｄＬとする。また、曲率はｄＬに対しても連続して変化すると仮定する。従って、ｄＬごとの曲率の値は、補間関数を用いて求めることができる。

補間関数としては、例えばスプライン関数などを用いる。以下にその概要を示す。なお、補間関数をスプライン関数に限定するものではなく、測定条件に応じては、ラグランジュ多項式など他の補間関数や曲面関数を用いてもよい。本実施の形態においては（２Ｍ−１）次のスプライン補間関数を用いる。

補間関数として（２Ｍ−１）次のスプライン補間関数を用いた例では、データは、（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），…，（ｘｎ−１，ｙｎ−１）で与えられる。ｘが物理センサ１８間の距離Ｌ、ｙが曲率となる。ここでは、曲率を表す関数の端点条件を、

とすると、スプライン関数ｓ（ｘ）は、Ｂスプラインを用いて下記（１）式で得られる。

具体的には、上記（１）式に従って、センサｎとセンサｍの設置位置での曲率に基づいて、センサｎとセンサｍとを結ぶ線分上の各補間位置の曲率を算出する。なお、曲率に代えて、三次元空間の絶対座標系における座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と姿勢ａ（ｘ軸周りの回転角α、ｙ軸周りの回転角θ、ｚ軸周りの回転角φ）の各値を順次算出してもよい。

以上の通り、第４の実施の形態によれば、補間処理により、センサが設置されていない補間位置での曲率を取得することができる。これにより、シート面の柔軟性を損なうことなく形状推定精度を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態で説明した車両用シートの構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。

例えば、着座面の内側には、複数の物理センサが面状に設置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、着座面の内側には、複数の物理センサが線状に設置されていてもよい。

また、上記第２の実施の形態において、初期形状計測用装置の表面直下に、複数の物理センサが線状に配置されていてもよい。

また、車両用シートに本発明を適用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他のシートに本発明を適用してもよい。例えば、車椅子用シートに本発明を適用してもよい。

１０，２１０ 車両用シート
１２ シートクッション
１２ａ、１４ａ 着座面
１４ シートバック
１６ 制御装置
１８，２１８ 物理センサ
２０ 弾性体
２２ シートフレーム
２４ 摺動自由体
２６，３２６ 直動モータ
２８ 駆動装置
５０ 主制御部
５２ 張力制御部
５８ センサ制御部
６２ 記憶装置
２１４ 初期形状計測用装置
３２８ 回転モータ

Claims (6)

1. シート面の近傍に設置された、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサと、
   前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率を測定する測定手段と、
   着座者が着座した状態で前記測定手段によって測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、前記シート面の形状又は前記着座者の形状を計算する形状計算手段と、
   を含むシート。
2. 前記複数のセンサの各々が、加速度、角速度、及び磁気の少なくとも１つを物理量として検出する、請求項１に記載のシート。
3. 前記形状計算手段によって計算された前記シート面の形状に基づいて、予め定められた前記シート面の形状を実現するように、前記シート面の形状を変更するシート面形状変更手段を更に含む請求項１又は２記載のシート。
4. シート面形状変更手段を更に含み、
   前記形状計算手段は、前記シート面の形状及び前記着座者の形状を計算し、
   前記シート面形状変更手段は、前記形状計算手段によって計算された前記シート面の形状及び前記着座者の形状に基づいて、前記シート面の形状が、前記着座者の形状に対応するように、前記シート面の形状を変更する請求項１又は２記載のシート。
5. シート面の近傍に格子状に配設された複数の弾性体を更に含み、
   前記シート面形状変更手段は、前記複数の弾性体の各々の張力を制御することにより、前記シート面の形状を変更する請求項３又は４記載のシート。
6. 前記形状計算手段は、
   前記着座者が着座した状態で前記測定手段により測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の曲率に基づいて、隣接するセンサ間を結ぶ線分上の各補間位置の曲率を補間し、
   前記センサの設置位置の各々の曲率、及び前記補間位置の各々の曲率に基づいて、前記シート面の形状又は前記着座者の形状を計算する、
   請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のシート。