JP5608930B2 - 乗物用シート - Google Patents

Description

本発明は、自動車、航空機、列車などの乗物用シートに関する。

本出願人は、バックフレーム及びクッションフレームに三次元立体編物等を張ってなる張力構造体をクッション材として用いた乗物用シートを種々提案している。このうち、特許文献１には、後突により、バックフレームに張設した張力構造体を押し込める方向に力が加わると、サイドフレームが内倒れし、さらに、後方に屈曲することで、人体を受け止めて跳ね返りを抑制する構造が開示されている。また、特許文献１のバックフレームは、上端位置が若干前方に突出して前傾姿勢になっているヘッドレスト用フレームを一体に設けた構成である。これにより、バックフレームのサイドフレームが後方に屈曲して人体の跳ね返りを抑制しつつ、頭部の後傾を抑制することができるため、高いむち打ち低減効果を得るこたとができる。このバックフレームによればむち打ち低減効果が高いため、アクティブヘッドレスト機構を設ける必要がなくなり、シートの軽量化に寄与できる。

また、特許文献２には、熱処理により強度の高い部分をフレームに部分的に設け、所定以上の衝撃を受けた際に、熱処理していない相対的に強度の低い部分からフレームが後方に変形する技術を開示している。

特開２００３−１８２４２７号公報 ＷＯ２００６／０２２１８６Ａ１公報

特許文献１及び２の技術は、いずれも、バックフレームやクッションフレームの所定位置に変形の起点となる相対的に強度の低い部分（変形許容部）を意図的に設定し、振動・衝撃エネルギーの吸収を図ったものである。特許文献１の場合、断面係数を他の部位よりも低下させた部分を変形許容部として設定しているが、断面係数を低下させるとバックフレーム全体の剛性も低下するという問題がある。特許文献２のように、熱処理を部分的に施すことで変形許容部を設定した場合にはこのような剛性の低下の問題はない。しかしながら、前後方向から所定以上の衝撃を受けた場合の衝撃エネルギーの吸収性や振動エネルギーの吸収性は常に改善することが望まれている。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、従来よりも振動・衝撃エネルギーの吸収性能の優れた乗物用シートを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の乗物用シートは、バックフレームに張設される張力構造体を備えたシートバック部と、クッションフレームに張設される張力構造体を備えたシートクッション部とが、リクライニング機構を介して連結されてなる乗物用シートであって、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が、前記バックフレームの前後方向の固有振動数よりも低いことを特徴とする。

前記バックフレーム及びクッションフレームが鉄系素材を用いて形成される場合には、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が３０Ｈｚ以下であることが好ましい。この場合、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が１３〜２７Ｈｚであることがより好ましい。

前記バックフレーム及びクッションフレームがカーボン系素材を用いて形成される場合には、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が４０Ｈｚ以下であることが好ましい。この場合、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が２０〜４０Ｈｚであることがより好ましい。

また、前記バックフレームにおいて、その上部付近の剛性が前記リクライニング機構に連結される下部付近の剛性よりも低い構成であることが好ましく、前記クッションフレームにおいて、その前部付近の剛性が前記リクライニング機構に連結される後部付近の剛性よりも低い構成であることが好ましい。

前記バックフレームの各サイドフレームが、所定の幅と長さを有するインナーフレームとアウターフレームとを対向配置して略長方形の閉断面形状となるように形成されており、その長手方向を、前記バックフレームの前後方向にほぼ沿う向きにして設けられていることが好ましい。そして、前記バックフレームの各サイドフレームを構成するインナーフレームとアウターフレームとが、周縁をヘミング加工により固定して一体化されていると共に、上端が開口されていることが好ましい。

前記バックフレームの各サイドフレームの上端開口を介して上方に突出し、各サイドフレームの手前側間に設けられる第１パイプフレームと、奥側間に設けられる第２パイプフレームとを有することが好ましい。前記第１パイプフレームは、前記各サイドフレームの上端開口から上方に延びた部分と上方に延びた部分同士を結ぶ略水平部とを備えてなり、前記第２パイプフレームは、前記各サイドフレームの上端開口から上方に延びた部分と、この上方に延びた部分からさらに上方に突出するように略コ字状に形成されたヘッドレスト部とを備えてなり、前記第１パイプフレームの略水平部と前記第２パイプフレームのヘッドレスト部との交差部分が連結され、かつ、前記ヘッドレスト部が上端位置ほど前方に突出するように前傾姿勢で形成されていることがより好ましい。また、前記第１パイプフレームの略水平部と前記第２パイプフレームのヘッドレスト部との交差部分が弾性部材を介して連結されていることがより好ましい。

前記バックフレームを構成する一対のサイドフレームの下部間に、各端部を前記各サイドフレームに溶接してなる補強用クロスメンバーが設けられていることが好ましい。

また、前記バックフレームの各サイドフレームのインナーフレームとアウターフレームとが溶接により接合されており、その溶接範囲、又は、インナーフレーム若しくはアウターフレームに施す熱処理範囲の位置により、所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部を設定する構成とすることが好ましい。

また、前記クッションフレームを構成する各サイドフレームが、所定の幅と長さを有するインナーフレームとアウターフレームとを対向配置し、該インナーフレーム及びアウターフレームの周縁を全周に亘ってヘミング加工により固定して形成されていることが好ましい。そして、前記クッションフレームの各サイドフレームのインナーフレームとアウターフレームとが溶接により接合されており、その溶接範囲、又は、インナーフレーム若しくはアウターフレームに施す熱処理範囲の位置により、所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部を設定する構成とすることが好ましい。

前記バックフレーム又はクッションフレームに施す熱処理条件により、バックフレーム又はクッションフレームの固有振動数が所望の値に調整された構造であることが好ましい。

前記クッションフレームの各サイドフレームを構成するインナーフレームとアウターフレームとを貫通するアンカーナットを備えたベルトアンカー部材を有し、インナーフレームとアウターフレームとの対向面間において該アンカーナットを挟んで設けられる隔壁を備え、ベルトアンカー部材に隣接する位置を所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部とした構成とすることが好ましい。

前記クッションフレームの前縁付近に左右方向に沿って配置されるトーションバーが設けられると共に、このトーションバーに略直交する方向に突出する一対のアーム部材が相互に所定間隔をおいて設けられ、該アーム部材間に支持フレームが掛け渡され、該支持フレームと前記クッションフレームの後縁側との間にクッション材が支持されていることが好ましい。

さらに、前記クッションフレームの後縁付近に左右方向に沿って配置されるトーションバーが設けられると共に、このトーションバーに略直交する方向に突出する一対のアーム部材が相互に所定間隔をおいて設けられ、該アーム部材間に支持フレームが掛け渡され、前記クッション材の後縁側が、該支持フレームにより支持されていることが好ましい。

本発明の乗物用シートは、バックフレームに張設される張力構造体を備え、バックフレームの前後方向の固有振動数よりも左右方向の固有振動数を低く設定した構成である。左右方向の固有振動数が前後方向の固有振動数よりも低いため、左右方向に撓みやすい構造である。従って、前後・ピッチング振動、あるいは、後突等により前後方向に入力された所定以上の衝撃荷重は、バックフレームを左右に撓ませる方向への力となるため、それによって振動・衝撃エネルギーが消費され、さらに、バックフレームを後方に変位させることによって振動・衝撃エネルギーが消費される。このため、従来よりも振動・衝撃エネルギーの吸収性能が高い。

また、変形許容部を溶接範囲又は熱処理範囲の調整により任意の位置に設定できるため、断面係数を変化させて変形許容部を設定する場合と比較して剛性の低下を生じさせずに後方モーメント強度を任意に調整できる。

図１は、本発明の一の実施形態に係る乗物用シートを形成するフレーム構造を示した斜視図である。 図２は、図１の乗物用シートの側面図である。 図３は、図１の乗物用シートの正面図の一部を示した図であって、試験例における一部の入力点及び測定点の位置を示した図である。 図４は、図１の乗物用シートの側面図の一部を示した図であって、試験例における一部の入力点及び測定点の位置を示した図である。 図５は、図１の乗物用シートの作用を説明するための側面図である。 図６は、変形許容点の設け方を説明するための図である。 図７は、ベルトアンカー部材を設けた状態の図１の乗物用シートの側面図である。 図８（ａ）は図７のＡ線矢視図であり、図８（ｂ）は図７のＢ線矢視図である。 図９（ａ）はベルトアンカー部材のサイドフレームへの取り付け方を説明するための分解斜視図であり、図９（ｂ）はベルトアンカー部材の作用を説明するための図である。 図１０は、クッションフレームにクッション材（ベースネット）を取り付けた状態を示した図である。 図１１は、前突時におけるクッションフレームの変形を説明するための図である。 図１２は、バックフレームの左右方向の固有振動数の好ましい値を求めた実験結果を示した図である。 図１３は、入力点１から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、（ａ）〜（ｃ）は図１０に示したクッション材を張設して測定した結果であり、（ｄ）〜（ｆ）はクッション材を取り外して測定した結果である。 図１４は、入力点２から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、（ａ）〜（ｃ）は図１０に示したクッション材を張設して測定した結果であり、（ｄ）〜（ｆ）はクッション材を取り外して測定した結果である。 図１５は、入力点３から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、（ａ）〜（ｃ）は図１０に示したクッション材を張設して測定した結果であり、（ｄ）〜（ｆ）はクッション材を取り外して測定した結果である。 図１６は、入力点４から前後方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、（ａ）は図１０に示したクッション材を張設して測定した結果であり、（ｂ）はクッション材を取り外して測定した結果である 図１７（ａ）〜（ｃ）は、ウレタン材からなるシートパッドを用いた自動車用シート（比較例１）において、入力点１から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図１８（ａ）〜（ｃ）は、ウレタン材からなるシートパッドを用いた自動車用シート（比較例１）において、入力点２から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図１９（ａ）〜（ｃ）は、ウレタン材からなるシートパッドを用いた自動車用シート（比較例１）において、入力点３から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図２０は、ウレタン材からなるシートパッドを用いた自動車用シート（比較例１）において、入力点４から前後方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図２１（ａ）〜（ｃ）は、クッションフレームのサイドフレームの後縁寄り付近間に補強用フレームを掛け渡してさらに剛性を上げた場合（比較例２）において、入力点１から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図２２（ａ）〜（ｃ）は、クッションフレームのサイドフレームの後縁寄り付近間に補強用フレームを掛け渡してさらに剛性を上げた場合（比較例２）において、入力点２から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図２３（ａ）〜（ｃ）は、クッションフレームのサイドフレームの後縁寄り付近間に補強用フレームを掛け渡してさらに剛性を上げた場合（比較例２）において、入力点３から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。 図２４は、本実施形態、比較例１、比較例２について、各乗物用シートを加振機上にセットして、サイン波で加振し、振動伝達率を測定した結果を示した図である。 図２５は、本実施形態、比較例１、比較例２について、後方モーメント強度試験の測定結果を示した図である。

以下、図面に示した本発明の実施形態に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る乗物用シート１を形成するフレーム構造を示した斜視図であり、図２はその側面図である。これらの図に示したように、乗物用シート１のフレーム構造は、シートバック部を形成するバックフレーム１０とシートクッション部を形成するクッションフレーム２０とを備えてなる。

バックフレーム１０は、図１に示したように、２つのサイドフレーム１１とパイプフレーム１２とを有して構成されている。サイドフレーム１１は、乗物用シート１の幅方向に所定間隔をおいて配設され、リクライニング機構５０により、クッションフレーム２０に対して傾動可能に設けられている。バックフレーム１０の各サイドフレーム１１は、図１に示したように、浅い断面略コ字型のインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２とを対向させ、周縁のフランジ１１１ａ，１１２ａ同士を重ね合わせ、インナーフレーム１１１のフランジ１１１ａが、アウターフレーム１１２のフランジ１１２ａを抱き込むようにしてヘミング加工されている。但し、フランジ１１１ａ，１１２ａは、図１に示したように、上端縁を除いた部分に設けられており、インナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２の上端縁間は隙間（上端開口１１３）が形成される。

各サイドフレーム１１は、インナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２の幅方向が、乗物用シート１の前後方向（奥行き方向）にほぼ沿うように配設されている。すなわち、各サイドフレーム１１が、所定の幅と長さを有するインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２とを対向配置して略長方形の閉断面形状となるように形成されており、その長手方向を、バックフレーム１０の前後方向にほぼ沿う向きにして設けられている。ヘミング加工により接合されたフランジ１１１ａ，１１２ａは、外側に折り曲げられている。前方側に位置するフランジ１１１ａ，１１２ａには、クッション材の各側縁に設けられる略Ｕ字状の係合プレートが係合される。これによりクッション材はバックフレーム１０のサイドフレーム１１間に張られ、張力構造体となる。クッション材は、二次元ネット、三次元立体編物、弾性被覆材で被覆したビーズ発泡体、又は、これらの任意に組み合わせたもの等を用いることができる。薄型でもクッション性に優れた三次元立体編物を含んだものが好ましい。

パイプフレーム１２は、図１及び図２に示したように、第１パイプフレーム１２１と第２パイプフレーム１２２から構成される。いずれも、各サイドフレーム１１の上端の開放面（上端開口１１３）を介して上方に突出し、このうち第１パイプフレーム１２１は各サイドフレーム１１の手前側間に設けられ、第２パイプフレーム１２２は各サイドフレーム１１の奥側間に設けられる。なお、第１パイプフレーム１２１及び第２パイプフレーム１２２のうち、各サイドフレーム１１と重なっている下端部は、各サイドフレーム１１に溶接又はカシメにより固定されている。第１パイプフレーム１２１は、各サイドフレーム１１の上端開口１１３から上方に延びた部分１２１ａと、上方に延びた部分１２１ａ同士を結ぶ略水平部１２１ｂとを備えた略コ字状に形成されている。第２パイプフレーム１２２は、各サイドフレーム１１の上端開口１１３から中央方向に絞るように斜めに傾斜した部分１２２ａと、この傾斜した部分１２２ａから上方に突出するように略コ字状に形成されたヘッドレスト部１２２ｂとを備えている。ヘッドレスト部１２２ｂは第１パイプフレーム１２１の略水平部分１２１ｂと交差しており、交差部分は連結金具１２３を用いて連結されている。なお、連結金具１２３とヘッドレスト部１２２ｂとの間には、ゴム等の弾性部材を介在させることが好ましい。これにより、第１パイプフレーム１２１と第２パイプフレーム１２２との相対運動やバックフレーム１０自体のたわみが生じやすくなり、固有振動数の低減に貢献し、振動吸収性を高めると共に衝撃吸収性も高めることができる。また、第１パイプフレーム１２１と第２パイプフレーム１２２との間の相対運動の際に生じる異音対策にもなる。さらに、ヘッドレスト部１２２ｂは、図２に示したように側面から見て上端位置ほど前方に突出するように若干前傾姿勢で形成されている。これにより、所定以上の衝撃を受けて各サイドフレーム１１が後述のように後方に変位する際に、頭部の後傾を抑制し、むち打ちを低減することができる。

バックフレーム１０の上記一対のサイドフレーム１１の下部間には、各端部が各サイドフレーム１１に溶接されてなる補強用クロスメンバー１３が設けられている。また、補強用クロスメンバー１３はサイドフレーム１１の幅方向奥側に設けられる。これにより、張力構造体であるクッション材が後方に押圧された場合、サイドフレーム１１の幅方向手前側が内倒れし、奥側はサイドフレーム１１間の距離をできるだけ保つようになる。つまり、この補強用クロスメンバー１３はバックフレーム１０の左右方向の剛性を高めるのに寄与する。より剛性を高めるために、図１に示したように部分的にビード１３ａを形成したりすることもできる。また、部分的に熱処理を施すようにしてもよい。

上記のように、バックフレーム１０を構成する各サイドフレーム１１がインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２という２枚の薄板を用いているものでありながら、両者をヘミング加工により一体化しているため、所定の剛性を保持した軽量のものになっている。また、各サイドフレーム１１が、所定の幅と長さを有するインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２とを対向配置して略長方形の閉断面形状となるように形成されており、その長手方向を、バックフレーム１０の前後方向にほぼ沿う向きにして設けられている。すなわち、サイドフレーム１１は、閉断面形状であることにより、所定の剛性を確保できると同時に、略長方形の閉断面形状の長手方向をバックフレーム１０の前後方向にほぼ沿わせているため、サイドフレーム１１は、前後方向よりも左右方向の断面係数が相対的に小さくなっている。これにより、本実施形態のバックフレーム１０は、軽量でありながら所定の剛性をもつ一方で、左右方向の固有振動数が前後方向の固有振動数よりも低い構造になっている。しかも、本実施形態では、サイドフレーム１１に対して、２本のパイプフレーム１２１，１２２を両者の交差部分のみを接合し、その他は離れたままである。そのため２本のパイプフレーム１２１，１２２は左右方向に運動しやすい構造である。この点も、左右方向の固有振動数を前後方向の固有振動数よりも低くするのに貢献している。

バックフレーム１０の左右方向の固有振動数は、バックフレーム１０及びクッションフレーム２０として鉄系素材から構成した場合、パイプフレーム１２１，１２２の強度や連結箇所の位置、サイドフレーム１１を形成するインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２の厚さや強度、補強用クロスメンバー１３の厚さ強度等を調整することにより、３０Ｈｚ以下に設定することが好ましく、１３〜２７Ｈｚの範囲に設定することがより好ましく、１５〜２０Ｈｚの範囲に設定することがさらに好ましい。

図１２は、本実施形態のバックフレーム１０の左右方向の好ましい固有振動数を調べた試験結果である。試験に使用した乗物用シート１の基本骨格は、図１〜図４に示したものであるが、上記したパイプフレーム１２１，１２２の連結箇所の位置、サイドフレーム１１を形成するインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２の厚さ等を種々調整したシートを複数製作し、各シートの固有振動数のピーク位置同士を結んで好ましい固有振動数の範囲を調べた。なお、図１２中、縦軸の加速度パワースペクトル（Acceleration Powe Spectrum）は、ゲインが高いほどばね感が高くなり、低いほど剛体に近くなることを示している。

太い実線の範囲である１３〜２７Ｈｚが鉄系素材（ヤング率Ｅ＝２１０ＧＰａ）を用いたシートの好ましい範囲であり、固有振動数と縦軸のゲインとのバランスがこの太い実線の位置を越えない範囲に設定することが好ましい。但し、ある程度の許容範囲を考慮して概ね３０Ｈｚ以下に設定すると、剛性とばね感のバランスをとることができる。また、ゲインを０．３〜０．６の範囲に設定すると剛性とばね感のバランスがより好ましいことから、左右方向の固有振動数は、１５〜２０Ｈｚの範囲とすることが最も好ましい。なお、この固有振動数の好ましい範囲については、さらに後述の試験例でも説明する。

また、カーボン系素材からバックフレーム及びクッションフレームを製作した場合についても同様に調べた。図１２の太い破線がカーボン系素材における固有振動数の好ましい範囲を示すものであり、概ね４０Ｈｚ以下とすることがよいが、剛性とばね感のバランスを考慮すると２０〜４０Ｈｚの範囲に設定することが好ましい。なお、図１〜図４に示したバックフレーム１０と同様の形状にして、サイドフレーム１１として、アウターフレーム１１２にカーボン系素材を使用し、インナーフレーム１１１に鉄板を使用して、インナーフレーム１１１の周縁をアウターフレーム１１２の周縁にへミングし、上記と同様の略長方形の閉断面形状とすることができる。

バックフレーム１０の前後方向の固有振動数は、上記したように、略長方形の閉断面形状であるため、左右方向の固有振動数よりも高くなるように設定されることになる。

また、バックフレーム１０は、後突等によって所定以上の衝撃を受けた場合に後方に変位するように、各サイドフレーム１１には変形許容部１１Ａが設定されている（図６参照）。サイドフレーム１１の下部は、リクライニング機構５０に連結されているため剛性が高く、変形許容部１１Ａは該リクライニング機構５０と連結されている部位よりも上方に形成される。変形許容部１１Ａは、インナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２とが溶接により接合されている場合にその溶接範囲を調整することにより設定できる。すなわち、図６に示したように、変形許容部１１Ａとする部位には熱処理や溶接を施さないようにする。熱処理や溶接を施すとその部位の強度が上がることから、熱処理や溶接を施さない部位は相対的に強度が低くなり変形許容部１１Ａとなる。

なお、バックフレーム１０及び後述のクッションフレーム２０のいずれにおいても、熱処理条件を任意に調整することにより固有振動数、弾性域での変形モード等を調整することができる。すなわち、熱処理を施す範囲、あるいは、熱処理の際の加熱条件、冷却条件を種々調整することにより、各フレームの表面組織をマルテンサイト組織にしたり、混粒組織にしたり、あるいは混粒組織中に島状マルテンサイトが分散された組織にしたりすることができる。これにより、各部材の剛性を種々調整することができることはもとより、一つの部材の中で剛性の高い部分や低い部分を設定して複合された機械的特性を持たせることもできる。その結果、熱処理条件を種々調整することによっても固有振動数を上記の所望の範囲に調整することができる。

クッションフレーム２０は、左右のスライドアジャスタ４０にそれぞれ支持される２つのサイドフレーム２１を有して構成される。サイドフレーム２１は、バックフレーム１０のサイドフレーム１１と同様に、所定の幅と長さを有する薄板から断面形状が浅い略コ字型に形成されたインナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２から構成される。

インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２は、内面同士を向かい合わせるようにしてフランジ２１１ａ，２１２ａを重ね合わせてヘミング加工により固定される（図８参照）。インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２は、上記のように断面形状が浅い略コ字型に形成されているため、内面同士を向かい合わせることにより、両者間に間隙が形成される。この間隙は、インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２の対向範囲の少なくとも一部に形成されていればよいが、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンのいずれか少なくとも一つを含む樹脂のビーズ法による発泡成形体（ビーズ発泡体）を装填するようにしてもよい。ビーズ発泡体を装填した場合には、重量がほとんど増加することなく剛性を高めることができる。なお、上記のバックフレーム１０のサイドフレーム１１においてもインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２との間にビーズ発泡体を装填することも可能である。

本実施形態では、図１に示したように、クッションフレーム２０のインナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２とを、周縁の全体に亘り、ヘミング加工によって一体化している。すなわち、ヘミング加工した部分が、環状につながっているため、インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２との間でズレが生ずることがない。従って、インナーフレーム２１１及びアウターフレーム２１２として、溶接等に不向きな薄板を用いても両者を確実に接合できることから、鉄系素材の場合で厚さ１．０ｍｍ以下、またアルミニウムの場合で厚さ１．６ｍｍ以下のものを使用でき、軽量化に寄与する。そして、このようにして環状にヘミング加工を施すことにより、薄板を用いた場合でも、必要な剛性を保つことができる。クッションフレーム２０の剛性が高いことにより、後突によって所定以上の衝撃が入力された場合、クッションフレーム２０が大きく変形することによってすなわち座屈し過ぎることによってバックフレーム１０が後傾し過ぎることを抑制できる。その一方、クッションフレーム２０の左右方向の剛性が高すぎる場合には、バックフレーム１０の左右方向の変位が抑えられ、衝撃吸収特性が減殺される。そこで、クッションフレームの左右方向の固有振動数は５０Ｈｚ以下が好ましく、さらには、４５Ｈｚ以下となるようにすることがより好ましい。

サイドフレーム２１の前後方向中央付近よりも後方寄りには、図７〜図９に示したように、ベルトアンカー部材２５が設けられる。ベルトアンカー部材２５は、板状のインナーベルトアンカー２５ａとアウターベルトアンカー２５ｂとを備え、インナーベルトアンカー２５ａには筒状のアンカーナット２５ｃが設けられている。インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２の前後方向中央付近よりも後方寄りには、アンカーナット２５ｃが挿通される挿通孔２１１ｃ、２１２ｃが形成されている。従って、インナーフレーム２１１の内面にインナーアンカーベルト２５ａが固定され、アンカーナット２５ｃがインナーフレーム２１１に挿通孔２１１ｃに挿通された後、さらにアウターフレーム２１２の挿通孔２１２ｃに挿通され、アウターフレーム２１２の外面に固定されるアウターベルトアンカー２５ｂにより連結固定される。

本実施形態では、さらに、アウターベルトアンカー２５ｂの両側部にインナーベルトアンカー２５ａ方向に突出する隔壁２５ｅが突設されている。この隔壁２５ｅは、アウターフレーム２１２の挿通孔２１２ｃとインナーフレーム２１１の挿通孔２１１ｃの両側部に設けられるスリットに挿入され、インナーフレーム２１１とアウターフレーム２１２との対向面間において、アンカーナット２５ｃ回りに位置するように設けられる。この隔壁２５ｅを設けることにより、該隔壁２５ｅを設けた付近のインナーフレーム２１１及びアウターフレーム２１２の剛性を上げることができる。この結果、隔壁２５ｅを設けた部分のサイドフレーム２１の剛性を高めることができる一方、ベルトアンカー部材２５の手前側が相対的に剛性が低くなる。従って、所定以上の衝撃を受けてサイドフレーム２１が座屈する際には、ベルトアンカー部材２５の手前側を中心に座屈することになり、座屈位置をほぼ一定の位置にすることができる。

各サイドフレーム２１の前縁付近間には、第１のトーションバー２６と、第１のトーションバー２６の両端付近に連結されるアーム部材２７と、この一対のアーム部材２７間に掛け渡される前縁側支持フレーム２８とが設けられている。また、各サイドフレーム２１の後縁付近間には、第２のトーションバー２９と、第２のトーションバー２９の両端付近に連結されるアーム部材３０と、一対のアーム部材３０間に掛け渡される後縁側支持フレーム３１とが設けられている。そして、前縁側支持フレーム２８と後縁側支持フレーム３１との間にクッション材３３が張設されて弾性支持される（図１０参照）。また、各サイドフレーム２１の前縁付近間にはスタビライザ３２が設けられている。

各サイドフレーム２１は、図１等に示したように、ビード部２１ａを設けたり、あるいは、部分的に熱処理を施したりすることにより、部分的に強度の差を作っている。

バックフレーム１０の各サイドフレーム１１の下端部とクッションフレーム２０の各サイドフレーム２１の後端部は、それぞれ一部を重ね合わせ、リクライニング機構５０により連結されている。従って、バックフレーム１０の下端部及びクッションフレーム２０の後端部は、リクライニング機構５０により、他の部位よりも剛性が高くなっている。

本実施形態によれば、後突により所定以上の衝撃を受けた際には、図５に示したように、変形許容部１１Ａから後方に変位する。この際、本実施形態では、バックフレーム１０の左右方向の固有振動数が前後方向の固有振動数より低い所定の値になっているため、左右方向に撓みやすい。このため、後突によって前後方向に入力された力は左右方向への運動に変換されやすい一方、バックフレーム１０の下端部付近の剛性が高いため、この下端部付近を中心としてバックフレーム１０を回転方向に運動させるように変形させる。その過程において衝撃エネルギーが散逸されていく。また、人体の脊柱は前後方向に曲がりやすく柔らかいが、左右方向には曲がりにくく剛性が高い。従って、バックフレーム１０として、前後方向に剛性を高くし（固有振動数を高くし）、左右方向で剛性を低くする（固有振動数を下げる）と、人の骨格と乗物用シート１の骨格（バックフレーム１０及びクッションフレーム２０）とのバランスが図られ、乗物用シート１の衝撃吸収性、振動吸収性が向上する。また、バックフレーム１０のサイドフレーム１１におけるインナーフレーム１１１とアウターフレーム１１２のヘミング加工部分の剥がれが生じ、この剥がれ作用によっても衝撃エネルギーが消費され衝撃が緩和されていく。

また、上記したように、本実施形態では、ヘッドレスト部１２２ｂが上端位置ほど前方に突出するように若干前傾姿勢で形成されている。従って、所定以上の衝撃を受けて各サイドフレーム１１が後方に変位する際に、頭部の後傾を抑制しながら、座屈現象に近似した挙動でエネルギーを吸収するため、バックフレーム１０のたたきからくるむち打ちを低減できる。

また、前突により所定以上の衝撃を受けた際には、クッションフレーム２０の次のような作用により衝撃が吸収される。図１１に基づいて説明する。すなわち、まず、衝撃を受けることにより、人の重量と加速度に従った前方・下方への力が生じる。このうち、下方向の力で、前部に配置された第１のトーションバー２６に連結された前縁側支持フレーム２８を持ち上げる。これと共に、後部に配置された第１のトーションバー２６に支持された後縁側支持フレーム３１が前方・下方に回動しているため、人の臀部位置が安定し、人が前方に飛びだそうとする動きを抑制する。この前方に飛び出そうとする動きが抑制されながら、人は前部に配置されたスタビライザ３２や第１のトーションバー２６に衝突していき、これにより、各サイドフレーム２１はその前縁付近から内倒れ変形する（図１１の２点鎖線から実線に示したように変形する）。サイドフレーム２１の内倒れ変形により、張設されたクッション材３３にさらに張力がかかり、人に発生する力を受け止めながら、サイドフレーム２１等はさらに変形が進み、この変形により人の動きがさらに抑制される。そして、サイドフレーム２１の前縁付近がスタビライザ３２等に当接すると、人の動きが停止する。これらの作用により、前突時における衝撃エネルギーが散逸されていく。

（試験例）
本実施形態のバックフレーム１０及びクッションフレーム２０を鉄系素材から形成した乗物用シート１の固有振動数を測定した。測定方法は、乗物用シート１を固定し、図２の測定点１〜６に加速度ピックアップを取り付け、図１〜図４の入力点１〜４よりハンマリング、各加速度ピックアップの出力を用いて周波数解析する。具体的には次のとおりである。

測定点１は、リクライニング機構５０の中心からバックフレーム１０のサイドフレーム１１に沿って上方４００ｍｍの位置、測定点２は、同じくリクライニング機構５０の中心からバックフレーム１０のサイドフレーム１１の沿って上方１００ｍｍの位置、測定点３は、リクライニング機構５０の中心から下方８０ｍｍに位置するクッションフレーム２０のサイドフレーム２１上の位置、測定点４は、リクライニング機構５０の中心からクッションフレーム２０のサイドフレーム２１に沿って前方３４０ｍｍの位置、測定点５は、バックフレーム１０のサイドフレーム１１の下端、測定点６は、クッションフレーム２０のサイドフレーム２１の後端とする。

入力点１は、リクライニング機構５０の中心からバックフレーム１０のサイドフレーム１１及び第１パイプフレーム１２１に沿って上方５５０ｍｍの位置、入力点２は、同じくリクライニング機構５０の中心からバックフレーム１０のサイドフレーム１１の沿って上方１７０ｍｍの位置、入力点３は、リクライニング機構５０の中心からクッションフレーム２０のサイドフレーム２１に沿って前方３８０ｍｍの位置、入力点４は、第１パイプフレーム１２１の略水平部１２１ｂの中央位置とする。

結果を図１３〜図１６に示す。
図１３は、入力点１から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、図１４は、入力点２から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、図１５は、入力点３から左右方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果であり、図１６は、入力点４から前後方向に衝撃入力を行った場合の各測定点の周波数解析結果である。図１３〜図１５（ａ）〜（ｃ）及び図１６（ａ）は図１０に示した前縁側支持フレーム２８及び後縁側支持フレーム３１間にクッション材としてのベースネット３３を張設して測定した結果であり、図１３〜図１５（ｄ）〜（ｆ）及び図１６（ｂ）はベースネット３３を取り外して測定した結果である。

一方、図１７〜図２０は、シートバック及びシートクッション共に、シートスプリング上にウレタン材からなるシートパッドを支持してなる自動車用シート（比較例１）について、上記と同様に測定した周波数解析結果である。

シートバックにおけるバックフレームの左右方向の固有振動数は、入力点１及び２から衝撃入力を行った場合であって、バックフレーム１０のサイドフレーム１１の測定点１，２の結果を採用とした。その結果、本実施形態のベースネットが有りの場合で１９．７５Ｈｚ、１９．５０Ｈｚ（図１３（ａ），（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ））、ベースネット無しの場合で１９．００Ｈｚ、１９．２５Ｈｚ（図１３（ｄ），（ｅ），図１４（ｄ），（ｅ））であった。これに対し、比較例１は、２６．２５Ｈｚ（図）１７（ａ），（ｂ）、図１８（ａ），（ｂ））であった。従って、本実施形態のバックフレームは、左右方向の固有振動数が比較例１よりも低く、左右に撓みやすい構造であることがわかる。

その一方、バックフレームの前後方向の固有振動数は、本実施形態のベースネットが有りの場合で３７．７５Ｈｚ（図１６（ａ））、ベースネット無しの場合で３７．５０Ｈｚ（図１６（ｂ））であったのに対し、比較例１は、２４．２５Ｈｚ（図２０）であった。従って、本実施形態では、バックフレームの前後方向の固有振動数が左右方向の固有振動数よりも高くなっており、固有振動数差により、前後方向の衝撃エネルギーをバックフレームの左右方向の運動に変換しやすく、衝撃エネルギーの散逸効果が高いことがわかる。

図２１〜図２３は、上記した本実施形態の乗物用シートにおいて、クッションフレームのサイドフレームの後縁寄り付近間に補強用フレーム（図示せず）を掛け渡してさらに剛性を上げた場合（比較例２）について測定した結果である。この結果から、バックフレームの左右方向の固有振動数は、２６．２５Ｈｚ（図２１（ａ），（ｂ）、図２２（ａ），（ｂ））であるが、２２．７５Ｈｚや２２．２５Ｈｚにおいても高いスペクトルが生じており、左右方向の動きによる衝撃吸収性が損なわれ、異音も発生しやすい構造になっていることがわかる。

また、クッションフレーム２０の左右方向の固有振動数を入力点３から衝撃入力を行った測定点３でのパワースペクトルを比較するとピーク周波数が本実施形態の場合は、４３．５０Ｈｚ、４３．７５Ｈｚ（図１５（ａ）〜（ｃ））であったが、比較例１の場合で４８．７５Ｈｚ、４９．００Ｈｚ（図１９（ａ）〜（ｃ））、比較例２の場合で５３．５０Ｈｚ（図２３（ａ）〜（ｃ））であった。

図２４は、本実施形態、比較例１、比較例２について、各乗物用シートを加振機上にセットして、サイン波で加振し、振動伝達率を測定した結果である。

図２４から、まず、比較例１よりも、本実施形態及び本実施形態と共通の骨格をもつ比較例２の方が、振動伝達率のピーク値が低いことがわかる。また、比較例１は、６Ｈｚを超えると振動伝達率が本実施形態や比較例２よりも高い値となっており、比較例１は振動吸収性の点で最も劣っている。

一方、本実施形態と比較例２とを比較すると、本実施形態の方がピーク値が若干低いと共に、５〜８Ｈｚにおいては振動伝達率が大幅に低くなっている。また、１０Ｈｚ以上の領域においても本実施形態の方が低くなっている。これは、クッションフレーム２０の後縁寄り付近における剛性が高すぎるため、バックフレーム１０の左右方向の運動が損なわれていることにより振動吸収性が劣化したものである。これらのことから、バックフレーム１０の左右方向の固有振動数は、本実施形態のように１５〜２０Ｈｚの範囲に設定することが好ましい。また、クッションフレーム２０の左右方向の固有振動数（入力点３から衝撃入力を行った測定点３でのパワースペクトルのピーク値）は、比較例２の５３．５０Ｈｚより低い５０Ｈｚ以下が好ましく、さらには、比較例１の４９．００Ｈｚ等より低い４５Ｈｚ以下とすることがより好ましい。

なお、比較例２のように剛性アップ用の補強用フレームを設けたり、フレーム素材としてハイテン鋼を用いたりして剛性を上げた場合、前後方向の固有振動数が上がって剛性は向上するものの、それだけでは、上記のように左右方向の固有振動数も高くなってしまい左右方向の動きによる衝撃吸収性が損なわれる。しかし、この場合、例えば、第２のトーションバー２９を大径化したり、さらにスタビライザやトーションバーを追加するなどしてばね感を高めることにより、そのような不都合を解消できる。すなわち、左右方向の動きの良好性は前後方向の剛性とのバランスが重要であるため、フレーム自体の剛性を高めた分、ばね感を高めれば、左右方向の固有振動数が高め（例えば２５〜３０Ｈｚの範囲）であっても、本実施形態と同様に高い衝撃吸収性を機能させることができる。

また、上記したように、バックフレーム１０の上端部構造は、ヘッドレスト部１２２ｂと第１パイプフレーム１２１の略水平部分１２１ｂとの交差部分が連結されているのみであるため、左右に運動しやすい構成である。これに対し、バックフレーム１０の下部及びクッションフレーム２０の後部は、リクライニング機構５０が配置されていることにより、バックフレーム１０の上部及びクッションフレーム２０の前部と比較して剛性が高くなっている。このことは、例えば、図１３（ａ），（ｄ）及び図１４（ａ），（ｄ）の測定点１と測定点３のデータを比較した場合に、測定点１の方が測定点３よりもゲインが高く、ばね感が高いことを示していることから明らかである。同様に、図１５（ｃ），（ｆ）から、クッションフレーム２０も、前部に位置する測定点４が後部に位置する測定点３よりもゲインが高く、ばね感が高いことを示していることから明らかである。このように、バックフレーム１０の下端部付近及びクッションフレーム２０の後端部付近の剛性が相対的に高い設定になっていることにより、上記したように、バックフレーム１０の下端部付近を中心とした回転方向への変形を生じやすくし、衝撃エネルギーを効率よく吸収できる構造になっている。

本実施形態のクッションフレーム２０は、上記したように、前部側のばね感が高い構造になっている。これに対し、ウレタン材からなるシートパッドを支持してなる比較例１の自動車用シート（比較例１）は、図１９（ｃ）に示したように、クッションフレームの前部から衝撃入力を行った場合、前部に位置する測定点４のゲインの方が後部に位置する測定点３のゲインよりも高くなっている。すなわち、本実施形態のクッションフレーム２０と逆のばね感になっている。これは、従来一般に用いられている比較例１のクッションフレームでは、サブマリン現象対策として、クッションフレームの前部に補強フレームを左右に掛け渡しているからである。つまり、比較例１のクッションフレームは後部の剛性が高いだけでなく前部の剛性をさらに高くすることによって、正突時に人が移動したときの加速度、体重を受ける構造になっている。これに対し、本実施形態のクッションフレーム２０は、前部には上記したように第１のトーションバー２６及びスタビライザ３２を掛け渡してばね感を強くした構造である。すなわち、本実施形態では、クッションフレーム２０の左右方向の固有振動数をバックフレーム１０の左右方向の固有振動数よりも高くし、クッションフレーム２０の全体的な剛性を高めているが、そのクッションフレーム２０において、後部よりも前部のばね感を高くしたこと、つまり、前部側を弾性構造体として構成したことに大きな特徴がある。これにより、上記したように正突時に人は前部に配置されたスタビライザ３２や第１のトーションバー２６に衝突していくがその弾性とサイドフレーム２１がその前縁付近から内倒れ変形することによって人の加速度、体重が支持されながら減衰され、サブマリン現象も防止される。従って、本実施形態で採用したクッションフレーム２０によれば、サブマリン現象の防止用の特別な部材を配設する必要がなくなるため、その点でもシート全体の軽量化に資する。

図２５は、後方モーメント強度試験の測定結果である。試験は、負荷スピード０．５ｄｅｇ／ｓで、人の背部形状を模したバックパンを介してバックフレームに力を付加することにより行った。比較例１は、後方モーメント強度は高いもののバックフレームのたわみ量１２０ｍｍ程度で座屈している。比較例２は、後方モーメント強度は比較例１より低いもののバックフレームのたわみ量１５０ｍｍとなっている。これに対し、本実施形態の場合には、比較例２よりも後方モーメント強度が若干低いものの、バックフレームのたわみ量２４０ｍｍになっている。また、本実施形態の場合には、たわみ量４０ｍｍを境として変化率が小さくなっている。これは、たわみ量４０ｍｍまでは、クッションフレーム２０のサイドフレーム２１の全周がヘミング加工されているクッションフレーム２０の強度が大きく作用し、その後、バックフレーム１０が変形許容部１１Ａから後方に変位していくためである。また、バックフレーム１０の左右方向の固有振動数が低いこととバックフレーム１０のサイドフレーム１１の上端が開口されていることから、バックフレーム１０のパイプフレーム１２が運動しやすいことが、座屈せずに２４０ｍｍまで変位できることに大きく寄与している。これらのことから本実施形態の乗物用シート１は衝撃エネルギーの吸収効率が高いと言える。

１ 乗物用シート
１０ バックフレーム
１１ サイドフレーム
１１１ インナーフレーム
１１２ アウターフレーム
１２ パイプフレーム
１２１ 第１パイプフレーム
１２２ 第２パイプフレーム
２０ クッションフレーム
２１ サイドフレーム
２１１ インナーフレーム
２１２ アウターフレーム

Claims (17)

1. バックフレームに張設される張力構造体を備えたシートバック部と、クッションフレームに張設される張力構造体を備えたシートクッション部とが、リクライニング機構を介して連結されてなる乗物用シートであって、
   前記バックフレームの各サイドフレームが、所定の幅と長さを有するインナーフレームとアウターフレームとを対向配置して上端開口の略長方形の閉断面形状となるように形成され、略長方形の閉断面形状における長手方向を、前記バックフレームの前後方向にほぼ沿う向きにして設けられており、
   前記バックフレームの各サイドフレームの上端開口を介して上方に突出し、各サイドフレームの手前側間に設けられる第１パイプフレームと、奥側間に設けられる第２パイプフレームとを有し、
   前記第１パイプフレームは、前記各サイドフレームの上端開口から上方に延びた部分と上方に延びた部分同士を結ぶ略水平部とを備えてなり、
   前記第２パイプフレームは、前記各サイドフレームの上端開口から上方に延びた部分と、この上方に延びた部分からさらに上方に突出するように略コ字状に形成されたヘッドレスト部とを備えてなり、
   前記第１パイプフレームの略水平部と前記第２パイプフレームのヘッドレスト部との交差部分が弾性部材を介して連結され、
   前記バックフレームの左右方向の固有振動数が、前記バックフレームの前後方向の固有振動数よりも低いことを特徴とする乗物用シート。
2. 前記バックフレーム及びクッションフレームが鉄系素材を用いて形成され、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が３０Ｈｚ以下である請求項１記載の乗物用シート。
3. 前記バックフレームの左右方向の固有振動数が１３〜２７Ｈｚである請求項２記載の乗物用シート。
4. 前記バックフレーム及びクッションフレームがカーボン系素材を用いて形成され、前記バックフレームの左右方向の固有振動数が４０Ｈｚ以下である請求項１記載の乗物用シート。
5. 前記バックフレームの左右方向の固有振動数が２０〜４０Ｈｚである請求項４記載の乗物用シート。
6. 前記バックフレームにおいて、その上部付近の剛性が前記リクライニング機構に連結される下部付近の剛性よりも低い構成である請求項１〜５のいずれか１に記載の乗物用シート。
7. 前記クッションフレームにおいて、その前部付近の剛性が前記リクライニング機構に連結される後部付近の剛性よりも低い構成である請求項１〜６のいずれか１に記載の乗物用シート。
8. 前記バックフレームの各サイドフレームを構成するインナーフレームとアウターフレームとが、周縁をヘミング加工により固定して一体化されていると共に、上端が開口されている請求項１記載の乗物用シート。
9. 前記ヘッドレスト部が上端位置ほど前方に突出するように前傾姿勢で形成されている請求項１〜８のいずれか１に記載の乗物用シート。
10. 前記バックフレームを構成する一対のサイドフレームの下部間に、各端部を前記各サイドフレームに溶接してなる補強用クロスメンバーが設けられている請求項１〜８のいずれか１記載の乗物用シート。
11. 前記バックフレームの各サイドフレームのインナーフレームとアウターフレームとが溶接により接合されており、その溶接範囲、又は、インナーフレーム若しくはアウターフレームに施す熱処理範囲の位置により、所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部を設定する請求項１〜１０のいずれか１に記載の乗物用シート。
12. 前記クッションフレームを構成する各サイドフレームが、所定の幅と長さを有するインナーフレームとアウターフレームとを対向配置し、該インナーフレーム及びアウターフレームの周縁を全周に亘ってヘミング加工により固定して形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載の乗物用シート。
13. 前記クッションフレームの各サイドフレームのインナーフレームとアウターフレームとが溶接により接合されており、その溶接範囲、又は、インナーフレーム若しくはアウターフレームに施す熱処理範囲の位置により、所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部を設定する請求項１２記載の乗物用シート。
14. 前記バックフレーム又はクッションフレームに施す熱処理条件により、バックフレーム又はクッションフレームの固有振動数が所望の値に調整された構造である請求項１〜１３のいずれか１に記載の乗物用シート。
15. 前記クッションフレームの各サイドフレームを構成するインナーフレームとアウターフレームとを貫通するアンカーナットを備えたベルトアンカー部材を有し、インナーフレームとアウターフレームとの対向面間において該アンカーナットを挟んで設けられる隔壁を備え、ベルトアンカー部材に隣接する位置を所定以上の衝撃を受けた際の変形許容部とした請求項１〜１４のいずれか１に記載の乗物用シート。
16. 前記クッションフレームの前縁付近に左右方向に沿って配置されるトーションバーが設けられると共に、このトーションバーに略直交する方向に突出する一対のアーム部材が相互に所定間隔をおいて設けられ、該アーム部材間に支持フレームが掛け渡され、該支持フレームと前記クッションフレームの後縁側との間にクッション材が支持されている請求項１〜１５のいずれか１に記載の乗物用シート。
17. さらに、前記クッションフレームの後縁付近に左右方向に沿って配置されるトーションバーが設けられると共に、このトーションバーに略直交する方向に突出する一対のアーム部材が相互に所定間隔をおいて設けられ、該アーム部材間に支持フレームが掛け渡され、前記クッション材の後縁側が、該支持フレームにより支持されている請求項１６記載の乗物用シート。

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