JP6632985B2 - 座席支持機構、座席構造及びサスペンションシート - Google Patents

座席支持機構、座席構造及びサスペンションシート Download PDF

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Description

本発明は、シートクッションの高さを調整するリフター付きの座席支持機構、並びに、該座席支持機構を備えた座席構造及びサスペンションシートに関する。
乗物用シートなどの座席構造は、通常、その前後位置を調整するスライダに加え、シートクッションの上下位置(高さ)を調整するリフターを備えている。例えば、特許文献1では、左右一対の後部リンク機構と左右一対の前部リンク機構とを有してなるリンク機構を、シートクッションのクッションフレームとアッパーレールとの間に配置し、シートクッションの側部に設けたレバーを操作して、入力トルクを付与し、これによって、回転力を伝達して、クッションフレームに設けたギヤを回転させ、アッパーレールに対して該クッションフレームを上下動させている。
一方、本出願人は、クッションフレームの前後両方又は一方に幅方向に沿ってトーションバーを配置し、このトーションバーに所定間隔をおいてアームを支持させ、アーム間にフレームを配設してこのフレームに二次元や三次元のネット部材を配設した乗物用シートを提案している(特許文献2,3参照)。
また、本出願人は、特許文献4に、横揺れ吸収機能を備えたサスペンション機構を開示すると共に、この横揺れ吸収用のサスペンション機構を、上下振動吸収用のサスペンション機構の上部に積層配設することを開示している。
特開2004−92718号公報 特開2006−345952号公報 特開2006−345953号公報 特開2014−213752号公報
リフターの機構は、特許文献1に限らず種々のタイプのものが知られている。しかしながら、いずれも、基本的には、シートクッション(クッションフレーム)の高さを調整する機能を有するのみである。高さ調整に加え、前後位置調整を同時に行うものも知られているが、いずれにしてもクッションフレームの高さを主とした位置調整用として用いられているに過ぎない。
一方、特許文献2,3では、トーションバーによってネット部材が支持されているため、走行時における振動吸収機能が高いという特徴を有している。但し、このトーションバーは、あくまでクッションフレームに支持されるネット部材を弾性的に支持するものであって、クッションフレーム自体をアッパーレールに対して弾性的に支持するものではない。クッションフレーム自体をアッパーレールに対して弾性的に支持すれば、このクッションフレームに、ネット部材を支持する場合に限らず、クッションパンや面状バネを配置してウレタン材をその上に載置する構造であっても、クッションフレームを支持する弾性部材の弾性により振動吸収機能を向上させることができる。しかし、クッションフレームは、リフターによって上下高さを調整できる構造であることが望ましく、両者の機能を併有するとなると複雑な構造になり、コストも高くならざるを得ない。
また、該クッションフレームは、リフターによる高さ調整と、振動吸収のための弾性作用とを組み合わせた構造とした場合であっても、これを特許文献4に示されたようなサスペンション機構と組み合わせれば、さらに高い振動吸収機能が期待できる。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、リフター付きでありながら、クッションフレームをいずれの高さに調整した場合であってもクッション材の配置の仕方に拘わらず所定の弾性で支持することができる座席支持機構、並びに、該座席支持機構を備え、特に乗物用シートとして適する座席構造を提供することを課題とする。また、本発明は、該座席支持機構を備えた座席構造をさらに別のサスペンション機構と組み合わせ、より高い振動吸収機能を発揮できるサスペンション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、本発明の座席支持機構は、シートクッションの高さ調整を行うリフターと、前記シートクッションのクッションフレームを支持するベース部と前記クッションフレームの間に設けられ、高さ調整によって変位するリンク機構とを有する座席構造であって、
前記リフターが、回転力を付与するクラッチ機構と、前記クラッチ機構から伝達される回転力によって回転する回転体を備えた回転力伝達機構とを有して構成されると共に、
一端部が前記リフターにおける回転力伝達機構の回転体の回転中心に連結され、他端部が前記リンク機構に連結されて前記クッションフレームの幅方向に掛け渡されるトーションバーを有し、
前記トーションバーが、前記リフターによる高さ調整時に、前記リンク機構に連結される他端部を固定端としてその弾性力により前記クッションフレームが高さ調整する機能と、外部振動の入力時に、前記クッションフレームの前記ベース部に対する相対的な変位よる前記リンク機構の動きにより、前記回転力伝達機構の回転体に連結された一端部を固定端としてその弾性力によって振動を吸収する機能とを併有することを特徴とする。
前記リンク機構は、前記クッションフレームの前部に位置して幅方向に離間して設けられる一対の前部リンク機構と、後部に位置して幅方向に離間して設けられる一対の後部リンク機構とを備えてなり、
前記トーションバーとして、前記前部リンク機構に対応する前部トーションバーと、前記後部リンク機構に対応する後部トーションバーとを有し、
前記前部トーションバーは、一端部が前記回転力伝達機構の回転体に、他端部が前記前部リンク機構の前部可動リンクにそれぞれ連結され、
前記後部トーションバーは、一端部が前記回転力伝達機構の回転体に、他端部が前記後部リンク機構の後部可動リンクにそれぞれ連結されていることが好ましい。
前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構が、それぞれ独立して機能する独立懸架式であることが好ましい。
前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構を連結する連結可動リンクを有し、前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構が同期して動作する構成とすることができる。
前記回転力伝達機構の回転体は、前記クラッチ機構の回転力によって回転する前部回転体と、前記前部回転体に連結駆動リンクによって回転する後部回転体とを有してなり、前記前部回転体の回転中心に前記前部トーションバーの一端部が連結され、前記後部回転体の回転中心に前記後部トーションバーの一端部が連結されていることが好ましい。
前記前部回転体又は前記後部回転体のいずれか一方が、前記クラッチ機構の出力ギヤによって回転するセクタギヤであり、その回転中心に、前記前部トーションバー又は前記後部トーションバーの一端部が連結される構成とすることが好ましい。
前記ベース部が、乗物のフロアに取り付けられるスライダのアッパーレールとして構成されることが好ましい。
また、本発明の座席構造は、前記座席支持機構によって支持されたシートクッションを備えた座席構造であって、前記シートクッションが、前記クッションフレームの前後方向に所定間隔をおいて配設された2つのフレーム部材間に掛け渡されるベースネットと、前記ベースネットを被覆して配設されるクッション部材とを有してなり、前記ベースネットは、前端縁側及び後端縁側が前記各フレーム部材に掛け回され、前記前端縁及び前記後端縁間がばね部材により連結されて配設され、前記ばね部材が、前記座席支持機構を構成する前記トーションバーと直列配列になっていることを特徴とする。
前記ベースネットが、二次元又は三次元の布帛から構成され、前記ばね部材が、コイルスプリングから構成されていることが好ましい。
前記ベースネットを被覆して配設される前記クッション部材が、ウレタン材、三次元の布帛又はそれらの組み合わせから構成されることが好ましい。
また、本発明のサスペンションシートは、左右、前後及び上下の3方向の振動吸収機能を有するサスペンション機構の上部に、前記座席支持機構によって支持されたシートクッションを備えた座席構造のベース部が支持されていることを特徴とする。
本発明のサスペンションシートは、前記シートクッションが、前記クッションフレームの前後方向に所定間隔をおいて配設された2つのフレーム部材間に掛け渡されるベースネットと、前記ベースネットを被覆して配設されるクッション部材とを有してなり、前記ベースネットは、前端縁側及び後端縁側が前記各フレーム部材に掛け回され、前記前端縁及び前記後端縁間がばね部材により連結されて配設され、前記ばね部材が、前記座席支持機構を構成する前記トーションバーと直列配列になっていることが好ましい。
本発明の座席支持機構によれば、クッションフレームの幅方向に掛け渡され、クッションフレームを弾性的に支持するトーションバーが、ベース部とクッションフレームとの間に配設されるリンク機構に支持されている。このため、リフターの高さ調整によるリンク機構の姿勢が変位したとしても、トーションバーの位置はそれに追随して変位する。トーションバーはいずれの高さに変位してもクッションフレームを弾性的に支持していることに変わりがないため、いずれの高さに調整した場合であっても所定の弾性で支持でき、所定の振動吸収特性を発揮することができる。すなわち、本発明は、リフターによる高さ調整時に、リンク機構に連結されるトーションバーの弾性力を利用してクッションフレームを高さ調整させる機能と、外部振動の入力時に、同じトーションバーの弾性力を利用してクッションフレームの振動を吸収する機能とを併有している。このため、リフターとは別途の専用のサスペンション機構を設ける必要がなくなり、構造が簡易で、低コストの座席構造を提供できる。
また、本発明の座席構造は、クッションフレームの前後方向に所定間隔をおいて配設された2つのフレーム部材間にベースネットを掛け渡し、そのベースネットの前端縁及び後端縁間をばね部材で連結し、このベースネットを被覆してクッション部材を配設する構成とすることが好ましい。これにより、外部振動入力時には、クッションフレームを支持するトーションバーの弾性力の機能だけでなく、ベースネットの前端縁及び後端縁間を連結するばね部材の弾性力も機能するため、振動吸収特性をさらに向上させることができる。
また、本発明のサスペンションシートは、 左右、前後及び上下の3方向の振動吸収機能を有するサスペンション機構の上部に、いずれかの高さに調整しても所定の振動吸収機能を有する上記のリフター付きの座席支持機構が配設されている。リフター付きの座席支持機構は、それ自身がサスペンション機能を有するという意味で、従来のリフターと専用のサスペンション機構とを組み合わせた構成より簡易にできるという利点を有しているが、他のサスペンション機構と組み合わせた構成とすれば、リフター付きの座席支持機構の有するサスペンション機能に加えて他のサスペンション機構が作用することになり、除振性能をさらに高めることができる。他のサスペンション機構と組み合わせると、高さ方向の配置スペースが大きくなるため、このような構成は、高さ方向の配置スペースを十分確保できるトラック、バスなどの大型車両用として適している。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る座席支持機構の要部であるクッションフレーム、リフター、リンク機構等を示した後方から見た斜視図である。 図2は、図1の前方から見た一部分解斜視図である。 図3は、図1の側面図である。 図4は、前方から見た図1の分解斜視図である。 図5(a)〜(c)は、第1の実施形態の作用を説明するための図である。 図6は、第1の実施形態の作用を説明するための図である。 図7は、本発明の第2の実施形態に係る座席支持機構の要部であるクッションフレーム、リフター、リンク機構等を示した後方から見た斜視図である。 図8は、図7の側面図である。 図9は、第2の実施形態の作用を説明するための図である。 図10は、第1の実施形態の構造に両側に回転伝達機構を設けた態様を示した前方から見た斜視図である。 図11は、被験者Aの振動伝達率の測定結果を示した図である。 図12は、被験者Bの振動伝達率の測定結果を示した図である。 図13は、被験者Cの振動伝達率の測定結果を示した図である。 図14は、本発明の座席構造の実施形態を示した断面図である。 図15は、被験者Dの振動伝達率の測定結果を示した図である。 図16は、被験者Eの振動伝達率の測定結果を示した図である。 図17は、静荷重特性試験の結果を示した図である。 図18は、本発明のサスペンションシートの実施形態を示す概略構成図である。 図19は、図18の実施形態で用いたサスペンション機構を示した斜視図である。 図20(a)は、図19で示したサスペンション機構の平面図であり、図20(b)は、図20(a)の正面図であり、図20(c)は、図20(a)の側面図である。 図21は、上記サスペンション機構で用いた上下サスペンションを示した斜視図である。 図22(a)は、図21で示した上下サスペンションの平面図であり、図22(b)は、図22(a)の正面図であり、図22(c)は、図22(a)の側面図である。 図23は、上記サスペンション機構で用いた前後サスペンションを示した斜視図である。 図24(a)は、図23で示した前後サスペンションの平面図であり、図24(b)は、図24(a)の正面図であり、図24(c)は、図24(a)の側面図である。 図25は、上記サスペンション機構で用いた左右サスペンションを示した斜視図である。 図26(a)は、図25で示した左右サスペンションの平面図であり、図26(b)は、図26(a)の正面図であり、図26(c)は、図26(a)の側面図である。 図27は、左右サスペンションの要部の分解斜視図である。 図28(a)〜(c)は、左右サスペンションの動きを説明するための図である。 図29(a)は、上記実施形態に係るサスペンションシートにおける座席構造の動きを説明するための図であり、図29(b)は、図29(a)に示した座席支持機構の上端位置を示した図であり、図29(c)は、その下端位置を示した図である。 図30は、実験例で用いたサスペンション機構を構成する各サスペンションの荷重ーたわみ特性を示した図であり、図30(a)は左右サスペンションの荷重−たわみ特性を、図30(b)は前後サスペンションの荷重−たわみ特性を、図30(c)は上下サスペンションの荷重−たわみ特性を示した図である。 図31は、上下サスペンション、磁気ばね及びトーションバーの荷重−たわみ特性を示した図である。 図32(a)は、入力振幅2.5mmの場合の左右サスペンションの振動伝達特性を示した図であり、図32(b)は、入力振幅5.0mmの場合の左右サスペンションの振動伝達特性を示した図である。 図33は、左右サスペンションのセントロードを示す図である。 図34は、体重84kgの被験者が着座した際の振動伝達特性を示した図であり、図34(a)は左右方向、図34(b)は前後方向、図34(c)は上下方向の正弦波の振動入力に対する特性を示した図である。 図35は、図34(a)〜(c)における6自由度サスペンションシートの振動伝達特性をまとめて示した図である。 図36は、6自由度サスペンションシートの衝撃性振動に対する特性を示した図である。 図37(a)は、解析に用いた2自由度系振動モデルを示した図であり、図37(b)は、その解析結果を示した図である。 図38は、体重84kgの被験者について、広島市の宇品路面電車軌道から採取した左右、前後、上下の再現波形を用いて振動特性を評価した結果を示した図である。 図39は、サスペンション機構に内蔵のトーションバーの動的バネ定数を測定した結果を示した図である。 図40は被験者3人の振動特性を示した図である。このうち、図40(a)は左右方向の正弦波の振動入力に対する振動特性を、図40(b)は前後方向の正弦波の振動入力に対する振動特性を、図40(c)は上下方向の正弦波の振動入力に対する振動特性をそれぞれ示した図である。図40(d)は、宇品路面電車軌道から採取した左右方向の再現波形を用いた振動特性を、図40(e)は、宇品路面電車軌道から採取した前後方向の再現波形を用いた振動特性を、図40(f)は、宇品路面電車軌道から採取した前後方向の再現波形を用いた振動特性をそれぞれ示した図である。 図41は、静的状態で着座した際の30分間の疲労度を示した図である。 図42は、宇品路面電車軌道の再現波形を用いて動的状態で着座した際の30分間の疲労度を示した図である。
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6は、本発明の第1の実施形態に係る座席支持機構1の要部を示した図である。本実施形態の座席支持機構1は、自動車などの乗物用シートとして用いられる座席構造において採用されるものであり、クッションフレーム10に付設されるリフター30、リンク機構40等を有している。
シートクッションの骨格であるクッションフレーム10は、図1に示したように、所定間隔をおいて設けられた左右一対のサイドフレーム11,11と、左右一対のサイドフレーム11,11間の前部側に配設される前部フレーム12と、後部側に配設される後部フレーム13とを有して構成される。また、後述するリンク機構40における左右の第2前部可動リンク414,414間には補強パイプ14が配設される。クッションフレーム10には、クッションパンやS字バネなどの面状バネが支持され、さらにその上部に所定厚さのウレタン材等からなるクッション材が配置され、シートクッションを構成する。
クッションフレーム10が本実施形態のような乗物用シートの場合、クッションフレーム10を支持するベース部は、乗物ボディのフロアに配置される左右一対のスライダ20,20となる。スライダ20,20は、所定の長さを有し、シートクッション(クッションフレーム10)の前後方向に長手方向が沿うように固定されるロアレール21,21と、このロアレール21,21の長手方向に沿って移動可能に配設されるアッパーレール22,22とを有して構成される。ロアレール21,21がフロアに固定され、アッパーレール22,22にクッションフレーム10の左右のサイドフレーム11,11が支持されることにより、アッパーレール22,22をロアレール21,21に対してスライドさせることで、クッションフレーム10の前後位置を調整可能となっている。
リフター30は、クラッチ機構310、回転力伝達機構320、前部トーションバー330及び後部トーションバー340を有して構成される。クラッチ機構310は、内部に回転制御部が収容されたケース311を一方のサイドフレーム11の前方寄りの部位に取り付けて配設される。ケース311内で回転制御部312に連係され、ケース311の外方に突出する回転基部313にレバーやハンドル等の操作部材314が取り付けられる。また、回転制御部312における出力側には、出力ギヤ312aが設けられている。そして、操作部材314を正逆いずれかに回転させると、その回転力が回転制御部312を介して出力ギヤ312aに伝達されて回転させる。
なお、回転制御部312は、このように操作部材314からの回転力を伝達するが、クッションフレーム10からの荷重によって出力ギヤ312aに回転力が加わった場合には、ロックする機構となっており、走行中の振動などによってクッションフレーム10に繰り返し荷重が加わった場合に、クッションフレーム10が徐々に下降することを防止できる構造となっている。回転制御部312の構造はこれに限定されるものではなく、例えば、従来公知のブレーキスプリングを拡縮させる構成を採用して、操作部材314側からの回転力を伝達し、逆方向の入力は遮断する機構等を用いることも可能である。
回転力伝達機構320は、クラッチ機構310と同様に、クッションフレーム10を構成する一方のサイドフレーム11の外側に設けられ、クッションフレーム10の上下動に伴って上下動する。回転力伝達機構320は、クラッチ機構310の出力ギヤ312aに噛み合う第1伝達ギヤ321、第1伝達ギヤ321と同軸上に配置された第2伝達ギヤ322、第2伝達ギヤ322に噛み合うセクタギヤ323を備えている。セクタギヤ323は、本実施形態においてクラッチ機構310によって回転する回転体(前部回転体)に相当し、サイドフレーム11に取り付けられるカバー部材11aの内側に配設され、回転中心の軸受け部323aに前部トーションバー330の一端部331が固定連結される。カバー部材11aの上部には、前後方向に沿って円弧状に前部ガイド孔11bが形成されている。セクタギヤ323の歯323bが形成されている外周縁に沿った上部に、前部ガイドピン324が設けられ、この前部ガイドピン324がカバー部材11aの前部ガイド孔11bに係合する。従って、セクタギヤ323が回転すると、軸受け部323aに連結された前部トーションバー330が捩られる。
回転力伝達機構320は、さらに、前部ガイド孔11bに係合する上記の前部ガイドピン324に前端部が軸支される連結駆動リンク325と、連結駆動リンク325の後端部に後部ガイドピン326を介して上部が軸支される後部駆動リンク327を備えている。後部駆動リンク327は、本実施形態においてクラッチ機構310によって連結駆動リンク325を介して回転する回転体(後部回転体)に相当する。後部駆動リンク327の下部には、連結孔327aが形成され、この連結孔327aが回転中心となって回り止め用ブッシュが装填され、後部トーションバー340の一端部341が連結固定される(図4参照)。後部ガイドピン326は、サイドフレーム11において、後部トーションバー340の配設位置より上方に形成された前後方向に沿って円弧状の後部ガイド孔11cに係合する。セクタギヤ323が回転して、前部ガイドピン324が前部ガイド孔11bに沿って前方又は後方に移動すると、連結駆動リンク325が前方又は後方に移動し、後部ガイドピン326も後部ガイド孔11c内を前方又は後方に移動する。それにより、後部駆動リンク327は連結孔327aを回転中心として前方又は後方に傾動するため、連結孔327aに連結された後部トーションバー340が捩られる。
なお、符号370は、アッパーレール22,22に対してクッションフレーム3(サイドフレーム31,31)を上方に付勢し、上昇動作をアシストする力を付与する渦巻きばねである。
リンク機構40は、左右一対の前部リンク機構410と、同じく左右一対の後部リンク機構420を備えて構成される。各前部リンク機構410は、前部固定リンク411、フレーム側前部リンク412、第1前部可動リンク413及び第2前部可動リンク414を有している。前部固定リンク411は、アッパーレール22の前部に下部が取り付けられた前部ブラケット4111とこの前部ブラケット4111に固定される補助ブラケット4112とから構成され、前部ブラケット4111の上部に設けた軸部4111aに第1前部可動リンク413の前部に設けた孔部413aが回転可能に軸支される。一方、補助ブラケット4112の下部に設けた軸部4112aに第2前部可動リンク414の前部に設けた孔部414aが回転可能に軸支される。
フレーム側前部リンク412は、クッションフレーム10のサイドフレーム11に、下方に突出するように固定されており、その上部には貫通孔412aが形成され、下部には軸部412bが設けられている。下部に設けた軸部412bには、第2前部可動リンク414の後部に設けた孔部414bが回転可能に軸支される。一方、フレーム側前部リンク412上部に設けた貫通孔412aには、第1前部可動リンク413の後部に設けた孔部413bが位置合わせされる。
これらの点は、左右の前部リンク機構410,410に共通の構成であるが、前部トーションバー330との連結構造が相違する。まず、リフター30が配設される一方のサイドフレーム11側では、前部トーションバー330の一端部331が、一方のサイドフレーム11の内側において、位置合わせされている第1前部可動リンク413の後部に設けた孔部413b及びフレーム側前部リンク412上部に設けた貫通孔412aに挿通され、一方のサイドフレーム11の外側において、回り止め用のブッシュが装填されたセクタギヤ323の軸受け部323aに連結固定される。他方のサイドフレーム11側では、第1前部可動リンク413の後部に設けた孔部413bに回り止め用のブッシュ413cが装填されており(図4参照)、前部トーションバー330の他端部332はこの回り止め用のブッシュ413cに連結固定され、フレーム側前部リンク412上部に設けた貫通孔412aには回転可能に挿通される。
このため、リフター30の操作時おいては、セクタギヤ323の回転により、前部トーションバー330は、他端部332を固定端として、一端部331が捩られることになる。一方、所定の高さに調整した状態において、外部振動が入力された場合には、一端部331を固定端として他端部332が捩られることで振動を吸収する。
後部リンク機構420は、アッパーレール22に下部が固定され上方に立ち上げられる後部固定リンク421と、後部固定リンク421の上部に設けた軸部421aに前端付近に設けた孔部422aが軸支される後部可動リンク422とを有して構成される。後部可動リンク422は、内角が鈍角な略V字状に形成され、該後部可動リンク422の略中央部より後端寄りに後部トーションバー340が支持される。
具体的には、左右の後部リンク機構420,420のうち、リフター30が配設される一方のサイドフレーム11側では、後部トーションバー340は、その一端部341が後部可動リンク422及び一方のサイドフレーム11を貫通して、一方のサイドフレーム11の外側に位置する回り止め用ブッシュが装填された後部駆動リンク327の連結孔327aに連結固定される。
後部トーションバー340の他端部342は、機能的には、他方のサイドフレーム11側の後部可動リンク422に相互回転不能に連結すればよいが、本実施形態では、後部トーションバー340を所定の弾性力に調整できる構造としている。すなわち、後部トーションバー340に略平行に所定長さのスクリュー350を配設し、このスクリュー350の各端部を後部可動リンク422に支持すると共に、スクリュー350に沿って相対変位するナット部材351を配設する。ナット部材351は、略楕円形に形成され、一端側にスクリュー350に螺合する雌ねじ部351aが貫通形成され、他端側に後部トーションバー340を回転不能に支持する嵌合孔351bが形成されている。スクリュー350を回転させると、ナット部材351が該スクリュー350の長手方向に相対変位するため、後部トーションバー340を回転不能に固定する嵌合孔351bの位置が追随して変化し、それにより、後部トーションバー340を捩ることによって作用する実際の弾性を調整することができる。従って、後部トーションバー340の他端側は、本実施形態では、このナット部材351の嵌合孔351bで固定されるため、この固定される部位を他端部342とする。なお、符号352は、後部トーションバー340、スクリュー350及びナット部材351を取り囲んで、後部可動リンク422,422によって支持される断面略楕円形のカバーパイプであり、ナット部材351の取り付け角度を固定し、該ナット部材351の回転を阻止するために設けられる。
なお、リフター30が設けられる一方のサイドフレーム11側に配置される後部可動リンク422は、その後端部に略円弧状の長穴422bが形成されている。この長穴422bには、回転力伝達機構320において、連結駆動リンク325の後端部に設けられる後部ガイドピン326が係合される。
また、一方のサイドフレーム11側では、上記のように、後部トーションバー340は、後部可動リンク422及び一方のサイドフレーム11を貫通し、これらに対しては回転自由に配置されるが、一方のサイドフレーム11の貫通孔11dは前後に長い長穴形状に形成しておくことが好ましい。これにより、図5及び図6に示したように、中立位置における後部トーションバー340の位置に対し、上方又は下方に変位すると、後部トーションバー340は前方に変位する。中立位置の高さの方が上方又は下方に変位したいずれの高さよりも後部トーションバー340が側面から見た位置で後方になるため、後部トーションバー340のバネ定数を低くすることができる。
次に、本実施形態の作用を説明する。まず、シートクッション(クッションフレーム10)を高さ調整する場合、リフター30のクラッチ機構310の操作部材314を正逆いずれかの方向に回転させる。それにより、クラッチ機構310に内蔵された回転制御部312を介して入力された回転力が出力ギヤ312aに伝達される。出力ギヤ312aが回転すると、回転力伝達機構320の第1伝達ギヤ321及び第2伝達ギヤ322を介してセクタギヤ323を回転させる。セクタギヤ323が回転すると、連結駆動リンク325が前方又は後方に動作し、それに伴って、後部駆動リンク327を回転させる。
セクタギヤ323の回転により、前部トーションバー330は、他端部332を固定端として、軸受け部323aに連結された一端部331側が捩られ、同様に、後部駆動リンク327の回転により、後部トーションバー340は、他端部342を固定端として、連結孔327aに連結された一端部341側が捩られる。
図5に示したように、例えば、(b)の中立位置から(a)の上端位置へと上昇させる場合には、操作部材314を一方向に回転する。それにより、前部トーションバー330及び後部トーションバー340が上記のように一方向に捩られ、それらの弾性力により、前部リンク機構410は、第1前部可動リンク413及び第2前部可動リンク414の前端部を中心として後端部側が上方に変位し、後部リンク機構420は、後部可動リンク422が、前端部を中心として後端部側が上方に変位する。一方、例えば、(b)の中立位置から(c)の下端位置へと下降させる場合には、操作部材314を上記と逆方向に回転する。それにより、前部トーションバー330及び後部トーションバー340が上記と逆方向に捩られ、それらの弾性力により、前部リンク機構410は、第1前部可動リンク413及び第2前部可動リンク414の前端部を中心として後端部側が下方に変位し、後部リンク機構420は、後部可動リンク422が、前端部を中心として後端部側が下方に変位する。
所望の高さに調整したならば、操作部材314の操作を止める。着座者の荷重や外部振動等によって、回転力伝達機構320を介して出力ギヤ312aに出力側から回転力が入力されるが、この回転力はクラッチ装置310内の回転制御部312に機構によって遮断され、入力側には伝わらない。一方、走行時に外部振動が入力された場合、クッションフレーム10がアッパーレール22,22に対して相対的に変位するため、リフター30のセクタギヤ323及び後部駆動リンク327は回転動作しないが、クッションフレーム10と共に、第1前部可動リンク413が、アッパーレール22に固定された前部固定リンク411に軸支された孔部413aを中心に回転し、前部トーションバー330は、一端部331を固定端として他端部332側が捩られて弾性が作用する。後部側は、クッションフレーム10と共に、後部可動リンク422が後部固定リンク421に対して回転するため、後部トーションバー340も、一端部341を固定端として他端部342側が捩られ、所定の弾性が作用する。これらの作用により、外部振動を吸収する。前部トーションバー330及び後部トーションバー340による外部振動の吸収作用は、図5(a)〜(c)に示したクッションフレーム10がいずれの高さに調整されている場合でも行われる。すなわち、前部トーションバー330及び後部トーションバー340は、クッションフレーム10の高さ調整の際には、リフター30の構成部材としてクッションフレーム10を昇降させる持ち上げ力を発揮するように弾性が機能するが、高さ調整を行って、リフター30として機能してない状態では、振動を吸収する弾性を発揮するサスペンションとしての機能を果たす。
また、本実施形態では、前部リンク機構410と後部リンク機構420とが連係されておらず独立している。また、図6に示したように、フレーム側前部リンク412の下部に位置し、第2前部可動リンク414の孔部414bが軸支される軸部412bを中心として、この軸部412bからクッションフレーム10の前部パイプの下面に接する方向に伸びる線と、軸部412bから前部トーションバー330の方向に伸びる線とのなす角A、並びに、前部トーションバー330を中心として、前部トーションバー330から軸部412bの方向に伸びる線と、前部トーションバー330から後部トーションバー340の方向に伸びる線とのなす角Bが、いずれも鋭角に設定されている。これにより、シートバックに背がつくようにシートクッションに深く腰掛けた際には、すなわち、ヒップポイントを設計基準位置に合わせて腰掛けた際には、前部リンク機構410及び後部リンク機構420とのバランスがとれて、クッションフレーム10が平行に上下運動する。その一方、ペダル操作時などのように、重心がそれより前になるように腰掛けた際には、前部リンク機構410が後部リンク機構420よりも大きく動き、クッションフレーム10の前部側がより深く沈みこむように動作する。これにより、ペダル操作などを行いやすい。
図7〜図9は、本発明の第2の実施形態に係る座席支持機構1を説明するための図である。本実施形態の座席支持機構1は、第1の実施形態とリンク機構40の構成が異なる。まず、前部リンク機構410では、第1の実施形態において、フレーム側前部リンク412の下部に位置する軸部412bと、前部固定リンク411の補助ブラケット4112の下部に設けられた軸部4112aとに軸支される第2前部可動リンク414を廃止する。これに代え、本実施形態では、後部リンク機構420において、アッパーレール22に下部が固定され上方に立ち上げられる後部固定リンク421に、下部に軸部4212aが設けられた補助ブラケット4212を取り付ける。そして、前部リンク機構410のフレーム側前部リンク412の下部に位置する軸部412bと、後部リンク機構420の後部固定リンク421の軸部4212aとに、前後連結可動リンク430を掛け渡す。もちろん、前後連結可動リンク430は、左右の前部リンク機構410,410と後部リンク機構420,420との間にそれぞれに掛け渡され、左右一対設けられる。
本実施形態のリフター30を用いた高さ調整の方法は上記第1の実施形態と同様であり、また、いずれの高さにおいても前部トーションバー330及び後部トーションバー340の弾性によって振動吸収できる点も同様である。但し、本実施形態では、前後連結可動リンク430を設けているため、着座位置がいずれであっても、高さ調整時、あるいは、外部振動入力時やペダル操作などの姿勢変化時において、クッションフレーム10が平行に上下動することになる(図9参照)。
なお、上記実施形態では、クラッチ機構310及び回転力伝達機構320を含むリフター30を、一方のサイドフレーム11のみに設けているが、図10に示したように、クラッチ機構310のうち、操作部材314からの回転力を伝達し、逆方向からの回転力を遮断する回転制御部312の構造部分のみと、この回転制御部312の出力ギヤ312aに連係されて動作する回転力伝達機構320とを含んだ構造を、他方のサイドフレーム11に設けることもできる。一方及び他方の各サイドフレーム11,11に設けられる各回転制御部312同士を左右連結ロッド360で連結し、両側の回転伝達機構320を同期して動作させ、強度を上げることができる。
図11〜図13は、第1の実施形態に係る座席支持機構1を用いたクッションフレーム10、すなわち、前部リンク機構410及び後部リンク機構420が独立している独立懸架式のクッションフレーム10を備えた座席構造(TYPE A)と、第2の実施形態に係る座席支持機構1を用いたクッションフレーム10、すなわち、前部リンク機構410及び後部リンク機構420が連結可動リンク430によって連結されたクッションフレーム10を備えた座席構造(TYPE B)の振動伝達率を測定したものである。クッションフレーム10上には、厚さ55mmのウレタン材からなるクッション材を支持させ、その上に被験者を着座させ、加振機台上にセットして測定した。加振条件は、0.5〜15Hzの周波数帯で、片振幅1mm、スイープタイム180秒の正弦波ログスイープによるZ軸単軸振動である。被験者は日本人男性(JM)3名(被験者A、被験者B、被験者C)であり、各被験者の測定結果を図11〜図13に示す。
まず、第1及び第2の実施形態に係るTYPE A及びTYPE Bのいずれも、本発明の前部トーションバー及び後部トーションバーを有していない一般の厚さ70mmウレタン材を付設しただけの自動車用シートと比較して、共振峰の振動伝達率が大幅に低下していることがわかる。図11及び図13の被験者A及び被験者Cの測定結果では、第1の実施形態に係るTYPE Aの共振峰における振動伝達率が、TYPE Bと比較しても顕著に低くなっている。図12の被験者Bの測定結果では、共振峰の振動伝達率はTYPE Bの方がTYPE Aよりも低いが、TYPE Aの共振峰出現の周波数がより低周波であり、5Hz以上の領域においてTYPE Aの方が総じて振動伝達率が低かった。これは、TYPE Aでは、前部リンク機構410及び後部リンク機構420が連結されていないため、相互間で位相差が生じ、減衰効果が生まれたためと考えられる。
これらの測定結果からも明らかなように、上記各実施形態に係る座席支持機構1によれば、リフター30に前部トーションバー330及び後部トーションバー340を連係させ、その弾性を利用して上下高さを調整可能とすると共に、所定の高さに調整した後は、前部トーションバー330及び後部トーションバー340がサスペンションとしての機能を果たす。従って、リフターとは別途の専用のサスペンション機構を設ける必要がなくなり、コンパクトで低コストの座席構造を提供できる。
なお、上記実施形態では、前後に2つのトーションバーを用いているが、いずれか一方のみでリフターの機能とサスペンションの機能の2つを併有させた構成とすることも可能である。但し、上記実施形態のように、2つのトーションバーを用いることが耐荷重性能の点、また、振動吸収機能の点で望ましいことはもちろんである。
図14は、シートクッション100として、上記第2の実施形態に係る座席支持機構1を用いたクッションフレーム10、すなわち、前部リンク機構410及び後部リンク機構420が連結可動リンク430によって連結されたクッションフレーム10を用いると共に、ベースネット110を配設し、該ベースネット110を被覆してクッション部材120を配設した座席構造1000の実施形態を示した断面図である。なお、上記実施形態では、前部トーションバー330の回転力が略長方形の第1前部可動リンク413に伝達されるように設けられ、後部トーションバー340の回転力が略V字状に形成された後部可動リンク422に伝達されるように設けられているが、本実施形態では、前部可動リンク450及び後部可動リンク460としていずれも略三角形のものを用い、構成の簡素化を図っている。但し、略三角形の前部可動リンク450及び後部可動リンク460の果たす機能は、上記実施形態の第1前部可動リンク413及び後部可動リンク422と同様である。
ベースネット110は、クッションフレーム10の前後方向に所定間隔をおいて配設されたフレーム部材間、本実施形態では、前部トーションバー330と後部フレーム13間に掛け渡されている。但し、前部トーションバー330はカバーパイプ331で被覆しているため、ベースネット110の前端縁111側は、このカバーパイプ331の上側から下側へと掛け回され、後端縁112側は後部フレーム13の上側から下側へと駆け回されて、前端縁111及び後端縁112同士がばね部材であるコイルスプリング113により連結されている。ベースネット110としては、二次元の布帛又は三次元の布帛(例えば、三次元立体編物)を用いることができる。
ベースネット110は、クッション部材120で被覆される。クッション部材120は、ウレタン材、三次元の布帛(好ましくは、三次元立体編物)、又は、ウレタン材と三次元の布帛との積層体などを用いることができる。本実施形態では、前部フレーム12に、前縁支持体12aが配設されており、クッション部材120は、この前縁支持体12a、ベースネット110及び後部支持フレーム13上に配設される。
本実施形態によれば、シートクッション100に、前端縁111及び後端縁112をコイルスプリング113により連結したベースネット110が配設されているため、上記した前部トーションバー330及び後部トーションバー340と、コイルスプリング113は、直列配列になる。従って、前部トーションバー330及び後部トーションバー340のみの場合よりも全体のばね定数が低くなり、振動吸収機能が高くなる。また、これに加えて、ベースネット110の弾性力が作用する。従って、共振峰がより低周波帯域になって振動伝達率が低減し、走行中常時入力される高周波帯域の微小振動の吸収機能もさらに改善される。また、コイルスプリング113により着座動作時におけるストローク感が向上する。
ベースネット110として、二次元の布帛を用い、その前端縁111及び後端縁112をコイルスプリング113で連結し、ベースネット110上に、厚さ20mmのウレタン材からなるクッション材を支持させ、その上に被験者を着座させ、加振機台上にセットして振動伝達率を測定した。加振条件は、0.5〜15Hzの周波数帯で、片振幅1mm、スイープタイム180秒の正弦波ログスイープによるZ軸単軸振動である。被験者は体重100kgの日本人男性(被験者D)であり、測定結果を図15に示す。
図15において太い実線(TB通常)が、本実施形態に係る座席構造1000の測定結果を示し、細い実線(TB固定)は、前部トーションバー330及び後部トーションバー340の弾性が機能しないように固定した場合の測定結果であり、破線(従来ウレタンシート)が、前部トーションバー及び後部トーションバー、並びに、ベースネットを有していない一般の厚さ180mmウレタン材を付設しただけの自動車用シートを使用しての測定結果である。図15から、本実施形態の座席構造1000は、前部トーションバー及び後部トーションバーを固定した座席構造と比較して、トーションバーの効果により4Hz以上の周波数帯域で振動吸収特性に差が認められる。また、従来のシートと比較して、共振特性に差が認められ、ダンパ機能を有していないにも関わらず、共振峰のゲインが低下している。従って、前部トーションバー及び後部トーションバーを用いることは振動伝達率の改善に大いに役立つ。
図16は、体重62kgの日本人男性(被験者E)を、図15の試験に用いた本実施形態に係る座席構造1000に着座させ、図15と同じ条件により測定した振動伝達率を示した図である(図16の「CoilSpring有」)。また、コイルスプリング113を取り外して、ベースネット110の前端縁111及び後端縁112を伸縮性がほとんどない剛体に近い布帛で接続した構造(図16の「CoilSpring無」)と比較した。なお、その他の構成はいずれも全く同じであり、前部トーションバー330及び後部トーションバー340はいずれもそれらの弾性が機能するようにセットしている。
図16から、「CoilSpring有」の本実施形態の座席構造1000は、「CoilSpring無」の座席構造よりも、共振峰が低周波側に移行し、共振峰より高周波側の振動伝達率が低下しており、本実施形態のコイルスプリング113を用いることが振動伝達特性の改善に効果があることがわかる。
図16で示した試験に用いた「CoilSpring有」の本実施形態の座席構造1000及び「CoilSpring無」の座席構造について、設計上のヒップポイントの下方に相当する位置に直径200mmの加圧板の中心をセットし、4.5mm/secの速度で荷重1500Nまで押圧する静荷重特性試験を行った。結果を図17に示す。なお、図17中、「TB通常」は、前部トーションバー330及び後部トーションバー340が通常通り機能するように設定した場合の測定結果であり、「TB固定」は、前部トーションバー330及び後部トーションバー340の弾性が機能しないように固定した場合の測定結果である。
図17より、本実施形態に係る「TB通常−CoilSpring有」の座席構造1000は、「TB通常−CoilSpring無」の座席構造と比較して、荷重1000Nまでの範囲におけるばね定数が低くなっており、特に、シートクッション100にかかる通常領域の荷重(荷重800N前後まで)ではより顕著に低くなっており、前部トーションバー330及び後部トーションバー340とコイルスプリング113が直列に作用していることがわかる。そして、このことが図16に示した「CoilSpring有」の座席構造1000の振動伝達率の改善に寄与している。
なお、併せて示した「TB固定」のデータと「TB通常」のデータとを比較すると、「TB通常」の2つのデータは、「TB固定」の2つのデータよりも、いずれもばね定数が大幅に低くなっており、前部トーションバー330及び後部トーションバー340を採用することが、ストローク感の向上と、除振性能の改善に大きく寄与していることもわかる。
次に、サスペンションシート2000の実施形態について図18〜図28に基づいて説明する。サスペンションシート2000は、図18に示したように、図14に示した座席構造1000を、サスペンション機構3000の上部に固定した構造である。
本実施形態で用いたサスペンション機構3000は、図19及び図20に示したように、上下サスペンション3100、前後サスペンション3200及び左右サスペンション3300を組み合わせた3軸サスペンションである。
上下サスペンション3100は、図21及び図22に示したように、車体フロア等に固定され、左右の側部フレーム3111,3111と、側部フレーム3111,3111間の前部寄り及び後部寄りに掛け渡される連結フレーム3112,3112とを備えた平面視で略四角の枠状に形成された下部フレーム体3110と、下部フレーム体3110に対して平行リンク機構3120を介して上下動可能に設けられ、同じく一対の側部フレーム3131,3131と、両者間の前部寄り及び後部寄りに掛け渡される連結フレーム3132,3132とを備えた平面視で略四角の枠状に形成された上部フレーム体3130と、上部フレーム体3130を下部フレーム体3110に対して弾性的に支持するばね機構3140とを有している。
ばね機構3140は、正のばね定数を有するばね機構と負のばね定数を有するばね機構との2種類を備え、負のばね定数が機能する範囲において正のばね定数が重畳されることにより、重畳したばね定数が実質的にゼロになる定荷重領域を有しており(図31参照)、車体フロアから伝わる振動の上部フレーム体3130側への伝達を遮断する機能の高いものである。
本実施形態では、上部フレーム体3130の各連結フレーム3132,3132にそれぞれ隣接して設けた筒状の前部回転軸3133及び後部回転軸3133と、下部フレーム体3110の各連結フレーム3112,3112にそれぞれ隣接して設けた筒状の前部回転軸3113及び後部回転軸3113とに、それぞれトーションバー3151,3151,3152,3152が挿入配設され、各一端が各回転軸3133,3113に連結される。平行リンク機構3120の前部リンク3121が前部回転軸3133,3113に連結され、後部リンク3122が後部回転軸3133,3113に連結されることにより、トーションバー3151,3151,3152,3152が、上部フレーム体3130を上昇させる方向に付勢し、正のばね定数を有するばね機構を構成している。
負のばね定数を有するばね機構は、磁気ばね3160から構成される。磁気ばね3160は、固定側ユニット3161と可動側ユニット3162とを有して構成され、固定側ユニット3161は、下部フレーム体3110に固定され、所定間隔をおいて配置された一対の固定側永久磁石を有している。また、下部フレーム体3110の前部回転軸3113には、セクタギヤ3180の一端が連結され、さらに、このセクタギヤ3180に噛合するギヤ3181が設けられている。下部フレーム体3110の後部寄りに設けたブラケットに軸支されて上下に揺動可能な可動側ユニット用揺動部材3183が設けられていると共に、該可動側ユニット用揺動部材3183には長孔3183aが設けられ、この長孔3183aには、支持板(図示せず)の一端に設けた軸部に回転可能に設けられたローラ3184が配設されている。また、支持板の他端に設けた軸部はブラケットに支持されると共に、該軸部にギヤ3181が取り付けられている。可動側ユニット用揺動部材3183には可動側ユニット3162が支持される。可動側ユニット3162は、固定側ユニット3161の一対の固定側永久磁石間を移動する可動側永久磁石を有している。
従って、上部フレーム体3130が下部フレーム体3110に対して上下に変位すると、下部フレーム体3110の前部回転軸3113が回転し、それに伴ってセクタギヤ3180が回動し、ギヤ3181、ローラ3184を介して可動側ユニット用揺動部材3183が上下に揺動する。それにより、可動側ユニット3162の可動側永久磁石が上下に動き、固定側永久磁石に対する相対位置が変化する。このとき、各永久磁石の磁力によって、所定の変位範囲において、変位量の増加に対して負荷荷重が減少する負のばね定数の特性を示す(図31参照)。なお、本実施形態では、セクタギヤ3180とこれに噛合するギヤ3181を設けた、支持板を介してローラ3184を回転させ、可動側ユニット用揺動部材3183を揺動させており、このときのレバー比の設定により、ばね機構の可動範囲が小さくても、より大きな変位を吸収することができる。なお、この上下サスペンション3100は、本出願人による特開2009−248798号公報に開示されたものとほぼ同様の構成であり、可動側ユニット3162の可動側永久磁石が上下方向に変位する構成であるが、これに限らず、同じく本出願人が提案した特開2010−179719号公報や特開2010−179720号公報に開示したように、固定側ユニット3161の固定側永久磁石を水平に近い状態で配設し、移動側永久磁石がそれに従って水平に近い方向に変位する構成としてもよい。
また、本実施形態では、ダイヤル3134を回すことにより、トーションバー3151,3151,3152,3152の初期ねじれ量を調整できるようしている。これは、体重差を考慮したもので、トーションバー3150,3150の初期ねじれ量を調整することで、体重の大小にかかわらず、所定の変位範囲においてばね定数が実質的にゼロになるようにしたものである。
上下サスペンション3100は、さらに、上部フレーム体3130と下部フレーム体3110の間に、オイルダンパ等のダンパ3170が配設されている。これは、衝撃性振動が入力された場合に、そのエネルギーを減衰させるためである。
前後サスペンション3200は、図23及び図24に示したように、所定間隔をおいて設けられる左右一対の固定レール3210,3210と、固定レール3210,3210に対して前後にスライド可能に設けられる可動レール3220,3220と、可動レール3220,3220の前部寄りと後部寄りにそれぞれ掛け渡される可動連結フレーム3230,3230と、前後の可動連結フレーム3220,3220間の中間付近であって、左右一対の固定レール3210,3210間に掛け渡される固定連結フレーム3240と、固定連結フレーム3240と一方の可動連結フレーム3230間並びに固定連結フレーム3240と他方の可動連結フレーム3230間にそれぞれ複数本ずつ掛け渡されるコイルスプリング3250とを有して構成される。
そして、前後サスペンション3200は、その固定レール3210,3210が、上下サスペンション3100の上部フレーム体3130の一対の側部フレーム3131,3131にそれぞれ固定されて積層配設される(図19参照)。前後に入力される振動が入力されると、固定レール3210,3210に対して可動レール3220,3220がその長手方向に変位する。これにより、固定連結フレーム3240を挟んで前部寄りの可動連結フレーム3230と後部寄りの可動連結フレーム3230のそれぞれの間に配設されたコイルスプリング3250が伸縮動作するため、前後方向の入力振動を除振する。
左右サスペンション3300は、上記特許文献4(特開2014−213752号公報)に開示されたものと同様のものである。具体的には、図25及び図26に示したように、前後及び左右にそれぞれ所定間隔をおいて設けられる4つのブラケット3301,3302を有し、各ブラケット3301,3302と、前後サスペンション3200の各可動連結フレーム3230,3230の各左右端部との間に、前後サスペンション3200の可動レール3220,3220を挟み、ボルトにより連結固定される(図19参照)。前部寄りの左右に位置する2つのブラケット(前部ブラケット)3301,3301に、左右各端部に位置する板状部3311,3311を対向させるように前部フレーム3310が配設され、後部寄りの左右に位置する2つのブラケット(後部ブラケット)3302,3302に、左右各端部に位置する板状部3321,3321を対向させるように後部フレーム3320が配設される。
そして、前部ブラケット3301,3301とこれに対応する前部フレーム3310の各板状部3311,3311との間、後部ブラケット3302,3302とこれに対応する後部フレームの各板状部3321,3321との間は、計4組のリンク機構3330を介してそれぞれ連結されている。
次にリンク機構3330について説明する。なお、以下においては主に前部ブラケット3301と前部フレーム3310の符号を用いて説明するが、後部ブラケット3302及び後部フレーム3320に設ける場合も同様である。すなわち、各リンク機構3330は、図26及び図27に示したように、第1リンク3331、第2リンク3332及び第3リンク3333を有して構成される。前部ブラケット3301は、平面視で略L字状で、基部3301aが前後サスペンション3200の可動レール3220に固定され、基部3301から斜め下方に突出するようにリンク支持部3301bを有している。リンク支持部3301bにおける基部3301a寄りに上部連結孔3301cが形成され、その斜め下方に位置する下端付近には下部連結孔3301dが形成されている。一方、前部フレーム3310の一方の端部の板状部3311には、その下端付近に下部連結孔3311aが形成されている。
第1リンク3331は略横方向に延びるように配置され、各端部付近に内側貫通孔3331aと外側貫通孔3331bが形成されている。第2リンク3332は略垂直方向に延びるように配置され、上端付近、中央付近、下端付近の3箇所に、上部貫通孔3332a、中央貫通孔3332b及び下部貫通孔3332cが形成されている。第3リンク3333は、略L字状に形成され、その略垂直辺部の上端付近に上部貫通孔3333aが形成され、略垂直辺部の下端付近に下部貫通孔3333bが形成されている。そして、前部ブラケット3301のリンク支持部3301bの内側上方寄りに第1リンク3331が略横方向に延びるように配置され、リンク支持部3301bの外側下方寄りに第3リンク3333が配置される。第2リンク3332は、このように配置された第3リンク3333と前部フレーム3310の一端部に位置する板状部3311との間に配置される。
前部ブラケット3301の上部連結孔3301cと第1リンク3331の内側貫通孔3331aとは軸部材3334により連結される。なお、軸部材3334は、前部ブラケット3301及び後部ブラケット3302間に掛け渡されており、後部ブラケット3302側に配置される第1リンク内側貫通孔3331aにも連結され、前後の同期が図られている。第1リンク3331の外側貫通孔3331bと第2リンク3332の上部貫通孔3332aとは連結ピン3335により連結される。
第2リンク3332の中央貫通孔3332bと第3リンク3333の上部貫通孔3333aとは連結ピン3336により連結される。第3リンク3333の下部貫通孔3333bと前部ブラケット3301の下部連結孔3301dとは連結ピン3337により連結される。第2リンク3332の下部貫通孔3332cと前部フレーム3310の板状部3311の下部連結孔3311aとは連結ピン3338により連結される。
第2リンク3332は、上部貫通孔3332aに隣接して外方に突出する突出部3332dを有する形状となっている。この突出部3332dは、各ブラケット3301,3302のリンク支持部3301b,3302bよりも外方に位置するように突出しており、前部寄り及び後部寄りに配置される第2リンク3332,3332の突出部3332d,3332d間に、補強パイプ3332eが掛け渡されている。これにより、強度を向上させると共に、前部寄りと後部寄りに配置される第2リンク3332,3332の同期を図っている。同様に、第3リンク3333にも外方に突出する突出部3333cを有しており、前部寄りと後部寄りに配置される第3リンク3333,3333の突出部3333c,3333c間に、補強パイプ3333dが掛け渡され、強度の向上と、第3リンク3333,3333の同期を図っている。
前後サスペンション3200の前部寄りの可動連結フレーム3230と左右サスペンション3300の前部フレーム3310との間、前後サスペンション3200の後部寄りの可動連結フレーム3230と左右サスペンション3300の後部フレーム3320との間には、それぞれ、ばね部材3350により弾性的に連結される。本実施形態では、ばね部材3350として、ねじりコイルばねを用いており、一端3351を前後サスペンション3200の各可動連結フレーム3230,3230に係合し、他端3352を左右サスペンション3300の前部フレーム3310及び後部フレーム3320に設けたばね固定用ブラケット3360に係合し、前後サスペンション3200に対して、左右サスペンション3300が左右に運動すると、ばね部材3350を構成するねじりコイルばねの拡縮によって弾性が作用し、左右方向の力を緩衝する。なお、ばね部材3350としては、ねじりコイルばねに限らず、前後サスペンション3200と左右サスペンション3300との間に掛け渡され、軸方向に弾性が機能するコイルスプリング等を用いることもできる。
そして、図18及び図19に示したように、左右サスペンション3300の前部フレーム3310及び後部フレーム3320の各端部付近に位置する取り付け部3313,3323に、図14に示した座席構造1000に用いられた座席支持機構1の下部が固定されて配設される。
左右サスペンション3300は、車両の油圧サスペンションの位相ずれ等によって横揺れ(低周期振動)が生じると、例えば、図28(a)の中立状態から、図28(b)に示したように、正面から見て、車体フロアが相対的に左方に揺動すると、前部フレーム3310及び後部フレーム3320、並びに、それらに支持された座席構造1000は相対的に右方に揺動する。
リンク機構3330は、図28(a)〜(c)に示したように、例えば、前部フレーム3310の下部連結孔3311aが、第2リンク3332の下部貫通孔332cに連結ピン3338により連結されているため、前部フレーム3310が左右に変位すると、この連結点(連結ピン3338の位置)がそれに伴って左右に変位する。第2リンク3332は、上部貫通孔3332aが第1リンク3331の外側貫通孔3331bに連結ピン3335を介して連結されているため、該連結ピン3335を揺動支点として下部連通孔3311aと下部貫通孔3332cの連結点(連結ピン3338の位置)は左右方向(車幅方向)に円弧状軌道で変位することになる。
第2リンク3332の中央貫通孔3332bには、連結ピン3336を介して、第3リンク3333の上部貫通孔3333aが連結されている。従って、第2リンク3332の下部貫通孔3332c側が左右方向に円弧運動しようとすると、第3リンク3333は、その下部貫通孔3333bが前部ブラケット3301の下部連結孔3301dに連結ピン3337を介して連結されているため、該連結ピン3337を中心として上部貫通孔3333a側が左右方向に円弧運動する。これにより、第2リンク3332は上部貫通孔3332aの位置を揺動支点として、下部貫通孔3332c及び連結ピン3338を介して該下部貫通孔3332cに連結された前部フレーム3310が安定した軌跡で左右方向に円弧運動する。このような円弧運動により、横揺れが吸収される。なお、後部フレーム3320の軌道も同様である。
本実施形態のサスペンションシート2000は、上記のように、図14に示した座席構造1000を、サスペンション機構3000の上部に固定した構造である。図14に示した座席構造1000は、コイルスプリング113により端縁同士を接続したベースネット110と、クッション部材120(後述の実験では三次元立体編物及びウレタン材の積層構造)とを備え、それにより人を支える層(上層)を形成し、下層が上記実施形態のトーションバー330,340及びリンク機構40を備えた座席支持機構1で、人と座席構造1000そのものを支えている。図14で用いた座席支持機構1の上端位置及び下端位置の状態は、図29に示したとおりであり、この座席支持機構1は、3自由度系の構造体である。座席構造1を支持する上記したサスペンション機構3000は、4自由度系の構造体であり、これらを併せた図18に示した本実施形態のサスペンションシート2000は、6自由度系の構造体となる。
(実験例)
図18に示したサスペンションシート2000について振動実験を行った。実験に使用したサスペンションシート2000の特性は次のとおりである。該サスペンションシート2000を構成する座席構造1000のクッション部材120の特性は、自動車用シートに使われるものとしては若干硬めの特性でばね定数26542N/m(図17の「TB固定−CoilSpring無」のデータから算出)で、座席支持機構1のトーションバー330,340のばね定数は58500N/mで、両者を併せたばね定数は19425N/mであった(図17の「TB通常−CoilSpring有」のデータから算出)。
サスペンション機構3000を構成する左右サスペンション3300、前後サスペンション3200及び上下サスペンション3100それぞれの荷重−たわみ特性は、図30に示したとおりである。左右サスペンション3300及び上下サスペンション3100は、ばね定数が極めて低く、実質的にゼロに近い領域を有するダッフィング型の非線形特性を示す構造である(図30(a),(c)参照)。前後サスペンション3200は、摺動抵抗による見かけ上の非線形成分が平衡点で認められるが、基本的な特性は線形である(図30(b)参照)。
なお、上下サスペンション3100のより詳しい特性は、図31に示したように、正のばね定数を有するトーションバー3150,3150と、負のばね定数を有する磁気バネ3160との組み合わせであり、それにより、上下サスペンション3100全体としてダッフィング型の非線形特性を示す構造となっている。また、図30(c)及び図31から明らかなように、磁気バネ3160を有することにより、車体フロアから伝達される振動に対してクーロン摩擦力ではなく、転がり摩擦力が作用するため、ヒステリシスロスのない構造体となっている。
また、左右サスペンション3300は、上記のように、横方向に直動するのではなく、円弧運動(振り子運動)で横揺れを吸収するが、図32は、本実施形態の円弧運動(振り子運動)を呈する左右サスペンション3300と、単に横方向に直動するタイプの左右サスペンションの振動伝達特性を比較したものである。両者を比較すると、直動型の左右サスペンションは、低周波で共振峰が高くなっているのに対し、本実施形態の円弧運動(振り子運動)を行う左右サスペンション3300は共振峰が低く抑えられていることがわかる。すなわち、本実施形態の左右サスペンション3300は共振が生じにくい構造である。図33は、本実施形態の左右サスペンション3300のセントロードを示す図であり、被験者の図上に振り子の回転中心があることがわかる。
(実験方法)
被験者は、健康な20歳代の男性1名と40歳代の男性2名の計3名で、体重はそれぞれ60kg、72kg、84kgである。本実施形態の6自由度のサスペンションシート2000(サスペンション機構3000の上下ストローク:80mm)を加振機にセットし、被験者が着座した状態で励振して加振実験を行った。比較のため、ドイツ製の1自由度のサスペンション機構(上下ストローク:160mm)を用いた場合についても測定した。励振波形は、正弦波掃引波形と、広島市の一般道で採取した路面電車の軌道を模擬した3軸の不規則振動波形である。なお、模擬用の振動波形の採取に用いた車両はバン型の普通車で、走行速度は40km/hで行った。
図34は、体重84kgの被験者が着座した際の左右、前後、上下方向の正弦波の振動入力に対する除振性能を示し、本実施形態のサスペンションシート2000(図では、「6自由度サスペンションシート」)の測定結果と、比較例に係るドイツ製の1自由度のサスペンション機構を用いたサスペンションシート(図では、「1自由度サスペンションシート」)の測定結果を併せて示したものである。図35は、本実施形態のサスペンションシート2000の左右、前後、上下方向の除振性能を併せて表示したものである。この結果から、本実施形態のサスペンションシート2000は、3方向の共振峰がいずれも4Hz以下にあり、4Hz以上の外部振動入力に対して3方向全てのサスペンションが機能することがわかる。
図36は、衝撃性振動入力に対する吸収性能を示したもので、本実施形態のサスペンションシート2000によれば、最大加速度が半分以下に軽減されていることがわかる。
ここで、図37は、2自由度系の振動モデルで、図17及び図30のパラメート及び次式1:

を用いて解析した結果を示す。m1は、サスペンション機構3000のばね上質量(上下サスペンション3100の上部フレーム体3130と、それに支持される前後サスペンション3200及び左右サスペンション3300を合わせた質量:この例では14.2kg)と、座席支持機構1のばね下質量(座席支持機構1において、座席支持機構1に支持されるクッションフレーム10よりも下方位置の部材の質量:この例では3.0kg)の総和で17.2kgである。m2は、座席構造1000のばね上質量(座席支持機構1に支持されるクッションフレーム10を含むその上方位置の部材の質量:この例では16.6kg)と人の体重(60kg、72kg、84kg)との総和で表されるが、人の体重は背もたれに入る重量と足の重量を除外するため8割を荷重分担とすると、m2は64.6kg、74.6kg、83.8kgとなる。u20はm2の振幅であり、入力振動は質量m1に加わる外力P0sinωtとした。このP0sinωtは、車両の加速度及び慣性力並びにフロアから入力される加速度である。k1はサスペンション機構3000のばね定数2949N/mで、k2は座席構造1000のばね定数19425N/mで、μは減衰係数、ζは減衰比で0.2とする。この値は通常のシートで用いられるもので実験的に得られた数値である。
なお、式(1)は、6自由度サスペンションシート2000の上下方向振動入力に対する状態方程式を作り、振幅比から求めた伝達率である。変位励振モデルを使用せずに、強制振動モデルを用いたのは、サスペンション機構3000のばね上質量に入る加速度を用いて解析を行っているためである。
図38は、広島市の路面電車の軌道である宇品路面電車軌道から採取した左右、前後、上下の3方向の加速度を6自由度の加振機により再現した波形を用いて振動特性を評価した結果を示したものであるが、図35に示した正弦波による評価結果と近似していることがわかる。そして、この計測で得られた伝達関数は、上記した式(1)を用いた動吸振器をもつ2自由度系の解析結果と減衰傾向が一致した。従って、本実施形態の6自由度サスペンションシート2000の振動特性は、座席構造1000の振動特性に依存せず、サスペンション機構3000のばね特性並びに構造減衰に依存することが示唆される。そこで、サスペンション機構3000に内蔵されたトーションバーの動的なばね定数を調べたところ、図39の結果が得られた。トーションバーの動的なばね定数は入力振動の振幅に依存して上昇しており、サスペンションシート2000内の構造減衰の影響によるものであることが示唆される。
図40は、被験者2名を追加した3名分の実験結果を併せたものであるが、いずれの被験者の実験結果も上記と同様のことが言えることがわかる。
但し、より詳細に見ると、図40(b)において、体重72kgの被験者の場合、1〜3Hzの間に2つのピークが生じているが他の被験者はこのような傾向が見られない。これは、他の被験者が深く腰掛け、背を背もたれに十分当接した着座姿勢であったのに対し、体重72kgの被験者が、背を背もたれから離間した着座姿勢で測定したことによるものである。図29に示したように、本実施形態のサスペンションシート2000は、着座状態で、シートバック及びシートクッション共に、上下だけでなく前後にも運動する。これは、本実施形態のサスペンションシート2000が、座席支持機構1のトーションバー330,340の動きを含め、3軸方向に運動可能だからであるが、シートバックに背を当接していない場合には、シートバックを介しての振動除振機能を十分には得ることができない。体重72kgの被験者のデータにおいて上記のような2つのピークが出現したのはこのためである。
この点、図40(d)〜(f)でも同様のことが言える。これらの例では、シートクッションの設計上のヒップポイントに中心を合わせて85kgのウエイトを置いた振動伝達特性も測定したが、ウエイトはシートバックに接していないため、シートバックの運動の影響を全く受けず、左右振動のデータでは、複数のピークが生じると共に、各被験者のデータよりも高い振動伝達率となっている。前後振動のデータでは、2Hz前後に極めて高い振動伝達率の共振峰が生じている。また、前後振動及び上下振動共に、4Hz以上の領域における振動伝達率が被験者のデータと比較して高くなっている。
図41は、着座に起因する疲労度を30分間の静的着座実験で指尖容積脈波を用いて算出したものである。1自由度サスペンションシートと比べ、6自由度サスペンションシート2000は、シート上で生じる体動を良く吸収し、末梢循環系の血流阻害を生じさせないこことが示唆される。6自由度サスペンションシート2000は、時間を変えて再計測した値も示しているが、疲労度についての進行度合いが計測時間に依存しにくいものであることが示されている。図42は、宇品路面電車軌道の再現波形を用いた30分間の動的着座実験であるが、図41と同様に、6自由度サスペンションシート2000は、1自由度サスペンションシートと比較して疲労度の進行度合いが高くないことがわかる。
1 座席支持機構
10 クッションフレーム
11 サイドフレーム
12 前部フレーム
13 後部フレーム
110 ベースネット
113 コイルスプリング
20 スライダ
30 リフター
310 クラッチ機構
312a 出力ギヤ
320 回転力伝達機構
323 セクタギヤ(前部回転体)
325 連結駆動リンク
327 後部駆動リンク(後部回転体)
330 前部トーションバー
340 後部トーションバー
350 スクリュー
351 ナット部材
40 リンク機構
410 前部リンク機構
411 前部固定リンク
412 フレーム側前部リンク
413 第1前部可動リンク
414 第2前部可動リンク
420 後部リンク機構
421 後部固定リンク
422 後部可動リンク
430 連結可動リンク
1000 座席構造
2000 サスペンションシート
3000 サスペンション機構
3100 上下サスペンション
3200 前後サスペンション
3300 左右サスペンション

Claims (11)

  1. シートクッションの高さ調整を行うリフターと、前記シートクッションのクッションフレームを支持するベース部と前記クッションフレームの間に設けられ、高さ調整によって変位するリンク機構とを有する座席支持機構であって、
    前記リフターが、回転力を付与するクラッチ機構と、前記クラッチ機構から伝達される回転力によって回転する回転体を備えた回転力伝達機構とを有して構成されると共に、
    一端部が前記リフターにおける回転力伝達機構の回転体の回転中心に連結され、他端部が前記リンク機構に連結されて前記クッションフレームの幅方向に掛け渡されるトーションバーを有し、
    前記トーションバーが、前記リフターによる高さ調整時に、前記リンク機構に連結される他端部を固定端としてその弾性力により前記クッションフレームが高さ調整する機能と、外部振動の入力時に、前記クッションフレームの前記ベース部に対する相対的な変位よる前記リンク機構の動きにより、前記回転力伝達機構の回転体に連結された一端部を固定端としてその弾性力によって振動を吸収する機能とを併有し、
    前記リンク機構は、前記クッションフレームの前部に位置して幅方向に離間して設けられる一対の前部リンク機構と、後部に位置して幅方向に離間して設けられる一対の後部リンク機構とを備えてなり、
    前記トーションバーとして、前記前部リンク機構に対応する前部トーションバーと、前記後部リンク機構に対応する後部トーションバーとを有し、
    前記前部トーションバーは、一端部が前記回転力伝達機構の回転体に、他端部が前記前部リンク機構の前部可動リンクにそれぞれ連結され、
    前記後部トーションバーは、一端部が前記回転力伝達機構の回転体に、他端部が前記後部リンク機構の後部可動リンクにそれぞれ連結されていることを特徴とする座席支持機構。
  2. 前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構が、それぞれ独立して機能する独立懸架式である請求項記載の座席支持機構。
  3. 前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構を連結する連結可動リンクを有し、前記前部リンク機構及び前記後部リンク機構が同期して動作する請求項記載の座席支持機構。
  4. 前記回転力伝達機構の回転体は、前記クラッチ機構の回転力によって回転する前部回転体と、前記前部回転体に連結駆動リンクによって回転する後部回転体とを有してなり、前記前部回転体の回転中心に前記前部トーションバーの一端部が連結され、前記後部回転体の回転中心に前記後部トーションバーの一端部が連結されている請求項1〜3のいずれか1に記載の座席支持機構。
  5. 前記前部回転体が、前記クラッチ機構の出力ギヤによって回転するセクタギヤであり、その回転中心に、前記前部トーションバーの一端部が連結される請求項記載の座席支持機構。
  6. 前記ベース部が、前後位置調整用のスライダのアッパーレールである請求項1〜5のいずれか1に記載の座席支持機構。
  7. 請求項1〜6のいずれか1に記載の座席支持機構によって支持されたシートクッションを備えた座席構造であって、
    前記シートクッションが、前記クッションフレームの前後方向に所定間隔をおいて配設された2つのフレーム部材間に掛け渡されるベースネットと、前記ベースネットを被覆して配設されるクッション部材とを有してなり、
    前記ベースネットは、前端縁側及び後端縁側が前記各フレーム部材に掛け回され、前記前端縁及び前記後端縁間がばね部材により連結されて配設され、
    前記ばね部材が、前記座席支持機構を構成する前記トーションバーと直列配列になっていることを特徴とする座席構造。
  8. 前記ベースネットが、二次元又は三次元の布帛から構成され、前記ばね部材が、コイルスプリングから構成されている請求項記載の座席構造。
  9. 前記ベースネットを被覆して配設される前記クッション部材が、ウレタン材、三次元の布帛又はそれらの組み合わせから構成される請求項7又は8記載の座席構造。
  10. 左右、前後及び上下の3方向の振動吸収機能を有するサスペンション機構の上部に、請求項1〜6のいずれか1に記載の座席支持機構によって支持されたシートクッションを備えた座席構造のベース部が支持されていることを特徴とするサスペンションシート。
  11. 前記シートクッションが、前記クッションフレームの前後方向に所定間隔をおいて配設された2つのフレーム部材間に掛け渡されるベースネットと、前記ベースネットを被覆して配設されるクッション部材とを有してなり、
    前記ベースネットは、前端縁側及び後端縁側が前記各フレーム部材に掛け回され、前記前端縁及び前記後端縁間がばね部材により連結されて配設され、
    前記ばね部材が、前記座席支持機構を構成する前記トーションバーと直列配列になっている請求項10記載のサスペンションシート。
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