JP6927369B1

JP6927369B1 - 乗り物用シート

Info

Publication number: JP6927369B1
Application number: JP2020098130A
Authority: JP
Inventors: 裕一時田; 斉藤　孝信; 孝信斉藤; 塩崎　毅; 毅塩崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: JP2021187421A; WO2021245987A1

Abstract

【課題】剛性の向上と軽量化を実現した乗り物用シートを提供する。【解決手段】本発明に係る乗り物用シート１は、背もたれ部の幅方向両端側に配置された左右一対のサイドフレーム７と、左右一対のサイドフレーム７に架設された連結パネル９と、を有して構成されるシートバックフレーム５を背もたれ部の骨格として備えたものであって、連結パネル９は、幅方向の中央部に位置する薄板部９ａと、薄板部９ａの幅方向両端から外方に延在してサイドフレーム７と接合して薄板部９ａよりも板厚が厚い厚板部９ｂと、を有し、厚板部９ｂは、薄板部９ａとの境界部９ｃが幅方向に傾斜するように設けられていることを特徴とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、乗り物用シートに関し、特に、背もたれ部の骨格の剛性向上と軽量化を図った乗り物用シートに関する。

自動車に用いられる乗り物用シートにおいては、剛性の向上と軽量化とが求められている。
一般に、乗り物用シートを軽量化する場合、シート骨格を構成する部品の薄肉化や縮小化を行い、各部品に用いられる素材を鋼板から軽量な樹脂に変更する等がされてきた。しかしながら、部品の板厚を薄くするほど乗り物用シートの剛性は低下してしまう。また、部品の素材を樹脂に変更するとコストが大幅アップする。そのため、コストの上昇を抑えつつ、シート骨格の剛性向上と軽量化を両立するために、これまでに様々な工夫がなされてた。

例えば、特許文献１には、背もたれ部として、双方のサイドフレームの下端を車両幅方向に架橋するロアメンバーフレームを有して構成されたシートバックフレームを骨格として備え、ロアメンバーフレームには、樹脂により形成されて車両幅方向に沿って伸びる長尺上の腰部支持部材が配置された車両用シートが開示されている。そして、特許文献１に開示された車両用シートによれば、軽量な樹脂素材を使用してロアメンバーフレームを補強することが可能となるため、シートバックフレームの剛性を確保した状態で、同時に軽量化が実現できるとされている。

特開２０１６−１７５５２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された車両用シートにおいては、ロアアームメンバーフレームの車両幅方向の長さは規定されているものの、形状や板厚については規定されておらず、形状や板厚によっては十分な剛性の確保と軽量化の両立が困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、背もたれ部の骨格について剛性を向上し、又は、剛性を確保しつつ軽量化を達成した乗り物用シートを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る乗り物用シートは、背もたれ部の幅方向の両端側に配置された左右一対のサイドフレームと、該左右一対のサイドフレームに架設された連結パネルと、を有して構成されるシートバックフレームを前記背もたれ部の骨格として備えたものであって、
前記連結パネルは、幅方向の中央部に位置する薄板部と、該薄板部の幅方向両端から外方に延在して前記シートバックフレームと接合され、前記薄板部よりも板厚が厚い厚板部と、を有し、該厚板部は、前記薄板部との境界部が幅方向に傾斜するように設けられていることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記連結パネルの薄板部は、上辺部及び／又は下辺部に凹部が形成されていることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記連結パネルの薄板部は、開孔部が形成されていることを特徴とするものである。

本発明においては、背もたれ部の幅方向両端側に配置された左右一対のサイドフレームと、該左右一対のサイドフレームに架設された連結パネルと、を有して構成されるシートバックフレームを前記背もたれ部の骨格として備えたものであって、前記連結パネルは、幅方向の中央部に位置する薄板部と、該薄板部の幅方向両端から外方に延在して前記サイドフレームと接合して前記薄板部よりも板厚が厚い厚板部と、を有し、該厚板部は、前記薄板部との境界部が幅方向に傾斜するように設けられていることにより、前記シートバックフレームの剛性が向上し、乗り心地性能の向上や衝突性能の向上を効果的に得ることができ、シートバックフレームの剛性を確保しつつ乗り物用シート全体の軽量化に寄与することができる。

本発明の実施の形態に係る乗り物用シートを説明する斜視図である。本発明の乗り物用シートにおける連結パネルの具体例を示す図である。実施例で用いた連結パネルを説明する図である（（ａ）発明例１、（ｂ）従来例１、（ｃ）比較例１、（ｄ）比較例２）。実施例として、連結パネルの重量と、連結パネルの上角部を荷重入力点としてy方向（車の幅方向外向き）に一定の荷重を入力する試験により得られた荷重入力点のy方向の変位との関係を示す図である。実施例として、連結パネルの重量と、連結パネルの上角部を荷重入力点としてx方向（前後方向後ろ向き）に一定の荷重を入力する試験により得られた荷重入力点のx方向の変位との関係を示す図である。実施例で用いた、シートクッションフレームと、サイドフレームに連結パネルが架設されたシートバックフレームと、を備えて構成されるシート骨格を示す図である。

本発明の実施の形態に係る乗り物用シートについて、図１及び図２に基づいて説明する。
なお、以下の説明においては、車両に乗り物用シートが着座可能に設置された状態であることを想定し、「幅方向」、「前後方向」及び「上下方向」等の方向を示す語句は、特に断りがない場合において、車両の幅方向、前後方向及び上下方向等と一致する。さらに、乗り物用シートの各部の姿勢、位置及び他部材との位置関係等についても同様である。

本実施の形態に係る乗り物用シート１は、図１に一例として示すように、クッション部の骨格であるシートクッションフレーム３と、背もたれ部の骨格であるシートバックフレーム５と、を備えたものである。

シートバックフレーム５は、左右一対のサイドフレーム７と、連結パネル９と、を有して構成される。

左右一対のサイドフレーム７は背もたれ部の幅方向両側に配置されたものであり、シートクッションフレーム３の後端部から立設して、上端側がアッパーフレーム１１を介して繋っている。

連結パネル９は、左右一対のサイドフレーム７に架設されたものであり、乗り物用シート１においては、サイドフレーム７の上部と下部の２箇所に設けられている。

連結パネル９は、幅方向の中央部に位置する薄板部９ａと、薄板部９ａの幅方向両端から外方に延在してサイドフレーム７と接合して薄板部９ａよりも板厚が厚い厚板部９ｂと、を有する。そして、厚板部９ｂは、薄板部９ａとの境界部９ｃが幅方向に傾斜するように設けられている。

薄板部９ａの板厚は、特に限定はないが、サイドフレーム７を架設して補剛する機能を有し、かつ軽量化の観点から、0.5mm以上〜1.2mm以下であることが好ましい。

厚板部９ｂの板厚は、薄板部９ａの板厚に対して1.5倍以上3倍以下であることが好ましい。また、サイドフレーム７とアーク溶接等により接合される部位の安定性を確保するため、厚板部９ｂは、一定の板厚（1mm以上）であることが望ましい。

また、境界部９ｃの傾斜角度（連結パネル９単体を平面視した場合の縦方向に対する境界部９ｃの角度、図２（ａ）中のθ）についても特に制限はないが、15°〜45°の範囲内であることが好ましい。

次に、本実施の形態に係る乗り物用シート１において、背もたれ部の骨格の剛性向上と軽量化を達成することができる理由について、以下に説明する。

一般に、左右一対のサイドフレームに架設される連結パネルは、サイドフレームと接続する両端部における剛性を向上するために板厚を厚くすることが望まれる。その一方で、連結パネルは、軽量化の観点から板厚を薄くすることが望まれる。

そこで、剛性向上と軽量化といった相反する要求を両立すべく、乗り物用シート１の連結パネル９においては、サイドフレーム７と接合される両端部を板厚の厚い厚板部９ｂとし、中央部を板厚の薄い薄板部９ａとした。これにより、サイドフレーム７と接合される両端部における剛性を維持しつつ、連結パネル９を軽量化することができる。

さらに、連結パネル９において、厚板部９ｂは、薄板部９ａとの境界部９ｃが幅方向に傾斜するように設けられていることで、筋交い構造のように背もたれ部に作用する荷重、特に、幅方向及び斜め方向の荷重を支えることができ、これら荷重によるせん断応力に強い構造となる。そのため、連結パネル９は、均一な板厚の連結パネルや、薄板部と厚板部との境界部が幅方向に垂直な連結パネルと比べて、シートバックフレーム５の剛性を向上させることができる。

以上、本実施の形態に係る乗り物用シート１によれば、背もたれ部の骨格となるシートバックフレーム５の剛性が向上し、乗り心地性能や衝突性能の向上を効果的に得ることができる。
さらに、本実施の形態に係る乗り物用シート１によれば、シートバックフレーム５について所定の剛性を確保しつつ各部品の板厚を薄くしたり形状を小さくすることができ、乗り物用シート１全体の軽量化に寄与することができる。
なお、本発明に係る乗り物用シートの剛性の向上や軽量化に関する効果は、後述する実施例にて実証した。

本実施の形態に係る乗り物用シート１は、左右一対のサイドフレーム７の下部と上部の双方に架設された連結パネル９を対象とするものであった。
もっとも、本発明に係る乗り物用シートは、他の構造の連結パネルと組み合わせてもよく、下部又は上部のいずれか一方の連結パネルを対象とするものであってもよい。また、シートバックフレームに設けられる連結パネルの個数についても、特に制限はない。

また、本発明において、連結パネルは、薄板部と厚板部との境界部の上下に傾斜している向きは問わず、図２（ａ）に示すように境界部９ｃの上端側が幅方向の外側に向かって傾斜（平面視で逆ハの字状）しているものや、図２（ｂ）に示すように境界部１３ｃの上端側が幅方向の内側に向かって傾斜（平面視でハの字状）しているものであってもよい。

また、本発明において、連結パネルの薄板部は、シートバックフレームの剛性向上に対する寄与が小さい。そのため、図２（ｃ）に例示する連結パネル１５の薄板部１５ａのように、上辺部や下辺部が内側に凹んだ凹部１５ｄが形成されたものとすることで、剛性を損わずにさらに軽量化することが可能である。

なお、薄板部１５ａに形成される凹部１５ｄは、上辺部又は下辺部のいずれか一方でもよい。また、凹部１５ｄの形状は、円弧状や三角形状等、特に限定はなく、また、凹部１５ｄの寸法は、要求される剛性や重量、強度等に応じて適宜設定すればよい。

また、本発明は、シートバックフレームの剛性を確保しつつ軽量化を図るため、図２（ｃ）に示す連結パネル１５における凹部１５ｄの代わりに、図２（ｄ）に例示する連結パネル１７のように、薄板部１７ａに開孔部１７ｄが形成されたものであってもよい。そして、薄板部１７ａに形成される開孔部１７ｄの形状は、三角形状や楕円状等、特に限定はなく、個数や寸法は、要求される剛性や重量、強度等に応じて適宜設定すればよい。

さらに、本発明においては、図２（ｅ）に例示する連結パネル１９のように、薄板部１９ａに凹部１９ｄと開孔部１９ｅの双方が形成されたものであってもよい。

また、本発明において、連結パネルの材質に関して特に限定はないが、複数の鋼板等を溶接接合したテーラードブランク（TWB）を用いることで、連結パネルの幅方向両端側に厚板部を容易に設けることができる。
このように、連結パネルに鋼板を接合したテーラードブランクを用いることで、例えば特許文献１に開示されたロアメンバーフレーム（本発明における連結パネルに相当）のように高価な樹脂等を用いることなく、コストの増加を抑えつつ、背もたれ部の骨格の剛性向上と軽量化を実現できる。
なお、連結パネルにテーラードブランクを用いた場合、薄板部と厚板部との境界部は、薄板部に相当する金属板と厚板部に相当する金属板とを溶接接合した溶接ラインとすればよい。

本発明の作用効果について確認するための実験を行ったので、これについて以下に説明する。
本実施例では、乗り物用シートにおける連結パネル単体の剛性についての基礎的な検討と、連結パネルがサイドフレームに架設されたシート骨格の剛性についての検討を行った結果を示す。

＜連結パネルの剛性＞
まず、図３（ａ）に示す連結パネル２１の剛性と重量を検討した（発明例１）。
連結パネル２１は、複数の鋼板を重ねたテーラードブランクで作製されたものであり、薄板部２１ａと厚板部２１ｂと有し、薄板部２１ａと厚板部２１ｂとの間には、幅方向に傾斜した境界部２１ｃと、薄板部２１ａの上辺部及び下辺部には内側に向かって円弧状に凹んだ凹部２１ｄと、が設けられている。

ここで、連結パネル２１の寸法については、幅400mm、高さ150mmとした。また、厚板部２１ｂは、上辺の幅を100mm、下辺の幅を40mmとし、凹部２１ｄは、幅を200mm、深さを上側を20mm、下側を80mmとした。

薄板部２１ａの板厚は0.5mm〜1.2mmの範囲内で変更し、厚板部２１ｂの板厚は、薄板部２１ａよりも板厚が厚くなるように、0.8mm〜3.0mmの範囲内で変更した。
境界部２１ｃは、傾斜角度（連結パネルの平面視における縦方向に対する境界部の角度）を24°とし、凹部２１ｄは、幅200mm及び深さを上側20mm、下側を80mmとした。ここで、薄板部２１ａ及び厚板部２１ｂそれぞれの板厚、境界部２１ｃの傾斜角度は、いずれも、前述した本発明の好適範囲内とした。

また、比較対象として、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示す連結パネル２３、連結パネル２５及び連結パネル２７についても、剛性と重量を検討した。

図３（ｂ）に示す連結パネル２３は、均一な板厚の矩形状平板であり、板厚は0.8mm〜1.2mmの範囲内で変更した（従来例１）。

図３（ｃ）に示す連結パネル２５は、均一な板厚であって上辺部及び下辺部に凹部２５ａが形成されたものである（比較例１）。そして、連結パネル２５の板厚は、0.65mm〜1.6mmの範囲内で変更し、凹部２５ａの形状及び寸法は、連結パネル２１の凹部２１ｄと同じとした。

図３（ｄ）に示す連結パネル２７は、薄板部２７ａと厚板部２７ｂを有し、薄板部２７ａと厚板部２７ｂの境界部２７ｃが平面視で幅方向に傾斜しておらず縦方向に平行であり、薄板部２７ａに凹部２７ｄが形成されたものである（比較例２）。そして、薄板部２７ａ及び厚板部２７ｂそれぞれの板厚と、凹部２７ｄの形状及び寸法は、連結パネル２１と同じとした。

なお、連結パネル２３、連結パネル２５及び連結パネル２７は、いずれも、連結パネル２１と同じ材質の590MPa級鋼板とし、幅及び高さについても、連結パネル２１と同じものとした。

そして、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、連結パネル２１の上角部を荷重入力点とし、幅方向（y方向）外向きの荷重F_y又は幅方向と縦方向（z方向）の斜め方向（yz方向）の荷重F_yzを負荷し、連結パネル２１のパネル重量と荷重入力点ｏにおける変位との関係を得た。ここで、F_y及びF_yzは、いずれも、100N一定とした。

さらに、連結パネル２３、連結パネル２５及び連結パネル２７についても、連結パネル２１と同様に、上角部の荷重入力点ｏに荷重F_y又はF_yzを負荷し、パネル重量と荷重入力点ｏにおける変位との関係を得た。

図４及び図５に、荷重入力点ｏに荷重F_y又はF_yzを負荷したときの各連結パネルのパネル重量と荷重入力点ｏの変位との関係を示す。

従来例１、比較例１、比較例２及び発明例１のいずれにおいても、パネル重量が増すことでy方向及びyz方向の変位はいずれも低減し、連結パネル自体の剛性が高くなることが分かる。

連結パネルの上辺部や下辺部における凹部の有無について比較すると、凹部が形成された比較例１、比較例２及び発明例１においては、凹部の無い従来例１よりも荷重入力点の変位が等しくなる同じ剛性でのパネル重量が低減する結果であった。

薄板部及び厚板部が設けられた比較例２及び発明例１においては、薄板部及び厚板部のない均一な板厚の比較例１よりも、荷重入力点の変位が等しい同じ剛性でのパネル重量が低減する結果であった。

さらに、薄板部と厚板部との境界部の傾斜について比較すると、境界部２１ｃが幅方向に傾斜している発明例１においては、境界部２７ｃが傾斜せず縦方向となる比較例２に比べて、同じパネル重量であっても荷重入力点の変位が小さくなり、剛性が増す結果であった。

＜シート骨格の剛性＞
次に、本発明に係る連結パネルを用いたシート骨格について、剛性向上による軽量化について検討した。
シート骨格３１は、図６に示すように、シートクッションフレーム３３と、シートバックフレーム３５と、を備えたものである。なお、図６はシート骨格３１を背面（後ろ側）から見た図である。
シートバックフレーム３５は、シートクッションフレーム３３の後端部から立設する左右一対のサイドフレーム３７と、左右のサイドフレーム３７の上端を繋ぐアッパーフレーム３９と、左右のサイドフレーム３７の上部と下部をそれぞれ架設する二つの連結パネル４１と、を有して構成される。

本実施例では、連結パネル４１として、表１に示すように、薄板部４１ａと厚板部４１ｂの境界部４１ｃが幅方向に傾斜したものを発明例２及び発明例３、薄板部４１ａの上辺部と下辺部のそれぞれに凹部４１ｄが形成されたものを発明例４、薄板部４１ａに三角形状の開孔部４１ｅが形成されたものを発明例５とした。

さらに、比較対象として、表１に示すように、矩形状平板であって薄板部や厚板部のない板厚が均一な連結パネルを用いたものを従来例２、薄板部４５ａと厚板部４５ｂとの境界部４５ｃが幅方向に垂直（縦方向に平行）な連結パネル４５を用いたものを比較例３とした。なお、比較例３の連結パネル４５と発明例２〜発明例５の連結パネル４１は従来例２と同じ幅及び高さとした。

そして、シートクッションフレーム３３の下面側を治具４３を介して固定し、アッパーフレーム３９の上角部の荷重入力点ｏにy方向（幅方向外向き）に荷重を負荷した。

本実施例では、従来例２における荷重を負荷したときの荷重入力点ｏの変位に基づいて、従来例２の変位と等しくなるように、比較例３については連結パネル４５の厚板部の面積を変更して変位を一致させ、発明例２〜発明例５については連結パネル４１の厚板部４１ｂ、凹部４１ｄ及び開孔部４１ｅの各部の面積を変更して変位を一致させた。

前掲した表１に、比較例３及び発明例２〜発明例５におけるシート骨格一台あたりの連結パネルの軽量化量を示す。ここで、連結パネルの軽量化量は、従来例２におけるパネル重量を基準とし、比較例３及び発明例２〜発明例５における各パネル重量の減少量を百分率で表したものである。

表１に示すように、薄板部と厚板部の境界部が傾斜している発明例２〜発明例５においては、比較例３に比べて、従来例２と同じ剛性であっても、薄板部４１ａの面積を大きくして厚板部４１ｂの面積を小さくすることができて、連結パネルを軽量化できた。
また、厚板部４１ｂの面積を同じにした場合は、薄板部４１ａの板厚をより薄くできることがわかった。

境界部４１ｃの上下傾斜の向き（反転）に関しては、発明例２と発明例３とでは、ほぼ同等の軽量化量であった。
凹部４１ｄ又は開孔部４１ｅが設けられた発明例４及び発明例５においては、さらに薄板部４１ａを軽量化することができるために、発明例２及び発明例３に比べてさらに軽量化できた。

１乗り物用シート
３シートクッションフレーム
５シートバックフレーム
７サイドフレーム
９連結パネル
９ａ薄板部
９ｂ厚板部
９ｃ境界部
１１アッパーフレーム
１３連結パネル
１３ａ薄板部
１３ｂ厚板部
１３ｃ境界部
１５連結パネル
１５ａ薄板部
１５ｂ厚板部
１５ｃ境界部
１５ｄ凹部
１７連結パネル
１７ａ薄板部
１７ｂ厚板部
１７ｃ境界部
１７ｄ開孔部
１９連結パネル
１９ａ薄板部
１９ｂ厚板部
１９ｃ境界部
１９ｄ凹部
１９ｅ開孔部
２１連結パネル
２１ａ薄板部
２１ｂ厚板部
２１ｃ境界部
２１ｄ凹部
２３連結パネル
２５連結パネル
２５ａ凹部
２７連結パネル
２７ａ薄板部
２７ｂ厚板部
２７ｃ境界部
２７ｄ凹部
３１シート骨格
３３シートクッションフレーム
３５シートバックフレーム
３７サイドフレーム
３９アッパーフレーム
４１連結パネル
４１ａ薄板部
４１ｂ厚板部
４１ｃ境界部
４１ｄ凹部
４１ｅ開孔部
４３治具
４５連結パネル
４５ａ薄板部
４５ｂ厚板部
４５ｃ境界部

Claims

背もたれ部の幅方向の両端側に配置された左右一対のサイドフレームと、該左右一対のサイドフレームに架設された連結パネルと、を有して構成されるシートバックフレームを前記背もたれ部の骨格として備えた乗り物用シートであって、
前記連結パネルは、幅方向の中央部に位置する薄板部と、該薄板部の幅方向両端から外方に延在して前記シートバックフレームと接合され、前記薄板部よりも板厚が厚い厚板部と、を有し、該厚板部は、前記薄板部との境界部が幅方向に傾斜するように設けられていることを特徴とする乗り物用シート。
前記連結パネルの薄板部は、上辺部及び／又は下辺部に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の乗り物用シート。
前記連結パネルの薄板部は、開孔部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の乗り物用シート。