JP7352949B2 - シートサスペンション機構 - Google Patents

Description

本発明は、乗物のシートの支持に用いられるシートサスペンション機構に関する。

特許文献１，２には、下部フレーム（ベースフレーム）に対して上下動可能に設けられる上部フレーム（シート支持フレーム）を磁気ばねとトーションバーとにより弾性的に支持したシートサスペンション機構が開示されている。このシートサスペンション機構は、トーションバーの復元力の作用方向と同方向の磁気ばねの復元力が変位量の増加に伴って増加する特性を「正のばね特性（その時のばね定数を「正のばね定数」）」とし、トーションバーの復元力の作用方向と同方向の磁気ばねの復元力が変位量の増加に拘わらず減少する特性を「負のばね特性（その時のばね定数を「負のばね定数」）」とした場合に、所定の変位範囲において該磁気ばねが負のばね特性を示すことを利用し、正のばね特性を示すトーションバーと該磁気ばねとの組み合わせにより、この所定の変位範囲において、両者を重畳した系全体の変位量に対する荷重値が略一定となる定荷重（ばね定数略ゼロ）の特性を示す領域を有している。

特許文献１，２のシートサスペンション機構は、所定の周波数及び振幅の通常振動に対しては、上記の磁気ばねとトーションバーを用いた構成により、両者を重畳したばね定数が略ゼロになる定荷重領域でこれらの振動を吸収し、衝撃性振動によるエネルギーは上部フレーム及び下部フレーム間に掛け渡したダンパーによって吸収する構成となっている。

しかし、土工機械の運転席の場合、大きな凹凸のある路面を走行する機会が多いため、振幅のより大きな衝撃性振動に対する対策を重視する必要がある。

この点に鑑み、特許文献３では、ばね－ダンパー付きサスペンション部を複数積層された構造のシートサスペンション機構を提案している。

特開２０１０－１７９７１９号公報 特開２０１０－１７９７２０号公報 特開２０１９－４８４８９号公報

しかし、特許文献３のシートサスペンション機構は、基本的には上下方向の入力振動に対して高い振動吸収特性、衝撃吸収特性を発揮することに重点がおかれた構造である。このため、上下方向の振動吸収特性、衝撃吸収特性をさらに向上させると共に、前後方向の振動吸収特性、衝撃吸収特性も高めた機構の開発が望まれていた。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、上下方向に加え、前後方向についても、高い振動吸収特性及び衝撃吸収特性を発揮できるシートサスペンション機構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機構は、
車体構造とシートとの間に配置されるシートサスペンション機構であって、
前記車体構造側に取り付けられるベースフレームと、
前記シート側に取り付けられるシート支持フレームと、
前記ベースフレームと前記シート支持フレームとの間に位置する中間フレームと、
前記ベースフレームに対して前記中間フレームを支持する第１リンク機構と、
前記中間フレームに対して前記シート支持フレームを支持する第２リンク機構と、
前記中間フレームを前記ベースフレームに対して弾性的に付勢する上下方向用ばね機構と、
前記ベースフレームと前記中間フレームとの間に掛け渡される第１ダンパーと、
を有し、
前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構は、前記第２リンク機構における前記中間フレーム及び前記シート支持フレームを結ぶ各リンクの接続中心点間を結ぶ直線が、平衡点において、前記第１リンク機構における前記ベースフレーム及び前記中間フレームを結ぶ各リンクの接続中心点間を結ぶ直線よりも、車体の前後方向に対して垂直に近い位置関係で設けられ、かつ、
前記第２リンク機構の前記各リンクの動きに伴って弾性力を発揮する前後方向用ばね機構が設けられていることを特徴とする。

前記上下方向用ばね機構の弾性力を調整する第１弾性力調整部材と、前記前後方向用ばね機構の弾性力を調整する第２弾性力調整部材とを有し、前記上下方向用ばね機能の弾性力と前記前後方向ばね機能の弾性力を別々に調整可能であることが好ましい。
前記中間フレームと前記シート支持フレームとの間に掛け渡され、所定以上の衝撃力の入力時に減衰力が作用する第２ダンパーをさらに有することが好ましい。

前記前後方向用ばね機構は、一端が前記シート支持フレーム側に、他端が前記第２リンク機構側にそれぞれ係合されるねじりコイルばねを用いて構成され、前記第２リンク機構の各リンクの動きに伴ってねじられる構成であることが好ましい。
前記第２リンク機構を構成する前記各リンクのうち、前側及び後側のいずれか少なくとも一方に幅方向に離間して配置される一対のリンク間の前記シート支持フレームとの接続中心点間に、前記シート支持フレームを前記中間フレームに対して上下方向に離間させる弾性力を発揮する底付き防止用のトーションバーがさらに設けられていることが好ましい。

前記上下方向用ばね機構は、
前記中間フレームを前記ベースフレームに対して上下方向に離間させる弾性力を発揮する線形のばね特性を示す線形ばねと、
固定磁石と、前記中間フレームが前記ベースフレームに対して上下動することに伴って前記固定磁石との相対位置が変位する可動磁石とを備え、前記固定磁石と前記可動磁石の相対位置に応じてばね定数が変化する非線形のばね特性を示す磁気ばねと
を有し、
前記線形ばね及び前記磁気ばねを組み合わせたばね特性が、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、定荷重となる特性を備えていることが好ましい。

前記上下方向用ばね機構は、
さらに、前記ベースフレームと前記中間フレームとの間に、パンタグラフ型リンクと、前記パンタグラフ型リンクに掛け渡される引張コイルばねとを備え、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、前記中間フレームを下方に付勢するばね特性を発揮する補助ばね機構を有し、
前記線形ばね及び前記磁気ばねに、さらに前記補助ばね機構を組み合わせたばね特性が、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、定荷重となる特性を備えていることが好ましい。

本発明のシートサスペンション機構によれば、中間フレームを挟んだベースフレーム側の第１リンク機構の各リンクと、シート支持フレーム側の第２リンク機構の各リンクの動作角度が異なるように、すなわち、第２リンク機構の各リンクの方が、車体の前後方向に対してより垂直に近い角度の範囲で動作する設定となっている。このため、前後運動の入力振動に対して、第２リンク機構を介したシート支持フレームの前後運動が主として対応し、前後方向の振動吸収特性及び衝撃吸収特性を向上させることができる。また、第１リンク機構の動きに伴って弾性力を発揮する上下方向用ばね機構に加え、第２リンク機構の動きに伴った弾性力を発揮する前後方向用ばね機構を有している。このため、上下方向用ばね機構及び前後方向用ばね機構の弾性力の差に伴う位相差により、シートサスペンション機構全体としての上下方向の固有振動数が決定され、上下方向の振動吸収特性及び衝撃吸収特性を向上させることができる。また、上下方向用ばね機構及び前後方向用ばね機構の弾性力を別々に調整可能とすることにより、上記の位相差を調整でき、様々な振動、衝撃への対応が可能である。

図１は、本発明の一の実施形態に係るシートサスペンション機構を示す斜視図である。 図２は、図１の正面図である。 図３は、図１の側面図である。 図４は、図１の平面図である。 図５は、図３のＡ－Ａ線矢視図である。 図６は、ベースフレームに対する中間フレームの支持構造を説明するための断面図である。 図７は、トーションバー及び磁気ばねの荷重－たわみ特性と、両者を重畳した荷重－たわみ特性の例を示した図である。 図８（ａ）～（ｃ）は、ベースフレームと中間フレームとの間に設けられる補助ばね機構の構成及び作用を説明するための図である。 図９は、第１ダンパーの側面図である。 図１０は、図９のＢ－Ｂ線断面図である。 図１１は、上記実施形態のシートサスペンション機構の前後方向の動作及び天付き方向の動作を説明するための図である。 図１２は、上記実施形態のシートサスペンション機構の底付き方向の動作を説明するための図である。 図１３は、上記実施形態のシートサスペンション機構について行った振動実験における振動伝達率を示した図である。

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５は、本実施形態に係るシートサスペンション機構１の全体構成を示した図である。このシートサスペンション機構１は、乗用車、トラック、バス、フォークリフト等の乗物用のシートを支持する。

図１に示したように、シートサスペンション機構１は、車体構造側である車体フロアに固定されるベースフレーム１００に対して、シート側に取り付けられるシート支持フレーム２００を有し、さらに、ベースフレーム１００及びシート支持フレーム２００の間に中間フレーム３００を備えている。車体フロアに固定されるベースフレーム１００は、平面視で略方形に形成され、第１リンク機構１３０を介して中間フレーム３００が支持される。

第１リンク機構１３０は、左右一対の前部リンク１３１，１３１と、左右一対の後部リンク１３２，１３２とを有してなる。前部リンク１３１，１３１は、各下部１３１ａ，１３１ａが、ベースフレーム１００の側縁部１００ａ，１００ａの前方寄りに回転可能に軸支され、各上部１３１ｂ，１３１ｂが、中間フレーム３００の側部フレーム３０３，３０３における前部フレーム３０１寄りに連結されている（図３参照）。

後部リンク１３２，１３２は、各下部１３２ａ，１３２ａが、ベースフレーム１００の側縁部１００ａ，１００ａの後方寄りに回転可能に軸支され、各上部１３２ｂ，１３２ｂが、中間フレーム３００の後部フレーム３０２寄りの側部フレーム３０３，３０３に連結されている。これにより、中間フレーム３００は、ベースフレーム１００に対して上下動可能に、より正確には、第１リンク機構１３０が前部リンク１３１，１３１と後部リンク１３２，１３２とを備えた平行リンク構造からなるため、前部リンク１３１，１３１及び後部リンク１３２，１３２の回転軌道に沿って上下動する。すなわち、各リンク１３１，１３２とベースフレーム１００との接続中心点である各下部１３１ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３２ａを回転中心とする前部リンク１３１，１３１及び後部リンク１３２，１３２の回転方向に沿って、つまり、前部リンク１３１，１３１及び後部リンク１３２，１３２が前方に倒れて下限位置に向かう方向（図３では反時計回り）とその反対に戻って上限位置に向かう方向（図３では時計回り方向）に沿って変位し、中間フレーム３００は上下動する。

中間フレーム３００における幅方向に所定間隔離間した側部フレーム３０３，３０３と前部リンク１３１，１３１との接続中心点間には、第１トーションバー１４１ａが配設され、側部フレーム３０３，３０３と後部リンク１３２，１３２との接続中心点間には、第２トーションバー１４１ｂが配設されている（図３参照）。本実施形態では、このトーションバー１４１ａ，１４１ｂが、荷重－たわみ特性においてほぼ線形に近い変化となる線形特性を示す線形ばねであり、後述する磁気ばね１４２と組み合わさり、所定の変位範囲において定荷重となる特性を備えた上下方向用ばね機構１４０を構成する。但し、本実施形態では、線形ばね特性を強くして底付き防止機能を高めるため、後部リンク１３２，１３２の各下部１３２ａ，１３２ａ間には、第３トーションバー１４１ｃが配設されている。第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂの一端は、前部リンク１３１，１３１及び後部リンク１３２，１３２の各上部１３１ｂ，１３１ｂ，１３２ｂ，１３２ｂに連結され、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂの他端は、中間フレーム３００の側部フレーム３０３，３０３に対してそれぞれ相対回転しないように設けられる。第３トーションバー１４１ｃの一端は、後部リンク１３２，１３２の各下部１３２ａ，１３２ａに連結され、第３トーションバー１４１ｃの他端は、ベースフレーム１００の側縁部１００ａに相対回転しないように設けられる。

これにより、各トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃは、中間フレーム３００をベースフレーム１００に対して相対的に離間させる方向、すなわち、上方向に付勢する弾性力を発揮するように設定される。また、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂの他端は、第１弾性力調整部材１２５のプレート部材１２５ｃ，１２５ｄにそれぞれ接続されている(図５参照）。

第１弾性力調整部材１２５は、調整用ダイヤル１２５ｂを回転させると、それによって調整用シャフト１２５ａが回転し、その回転によって、前部リンク１３１，１３１側の第１トーションバー１４１ａに接続されたプレート部材１２５ｃが回転し、さらに、このプレート部材１２５ｃに連結板１２５ｅを介して連結された後部リンク１３２，１３２側の第２トーションバー１４１ｂに接続されたプレート部材１２５ｄが回転する。従って、調整用ダイヤル１２５ｂを回転操作すると、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂがいずれかの方向にねじられ、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂの初期弾性力が調整され、着座者の体重に応じて、中間フレーム３００及びこの中間フレーム３００を介して支持される後述のシート支持フレーム２００を上下方向の所定の位置（好ましくは中立位置）に調整できるようになっている。

なお、中間フレーム３００をベースフレーム１００に対して相対的に離間する方向に付勢する線形ばねとしては、トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃが好ましい。トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃは、それ自身が回転軸の中心となり、捩られることで所定のばね力が発揮される。これに対して、ベースフレーム１００及び中間フレーム３００間に略垂直方向にコイルスプリングを配設して線形のばね特性を発揮させることも可能であるが、この場合には、コイルスプリングを懸架支持する部位において摩擦が生じる。これにより、シートサスペンション機構１における摩擦減衰が高くなる要因となる。

磁気ばね１４２は、図５及び図６に示したように、固定マグネットユニット１４２０と可動マグネットユニット１４２１とを備えてなる。固定マグネットユニット１４２０は、ベースフレーム１００に固定され、該ベースフレーム１００の幅方向に所定間隔をおいて対向して配設された一対の固定磁石１４２０ａ，１４２０ａを有している。対向する各固定磁石１４２０ａ，１４２０ａは、例えば、それぞれ異極同士が上下に隣接する二極磁石が用いられていると共に、同極同士が対面するように配設されている。可動マグネットユニット１４２１は、所定間隔をおいて対向配置される固定磁石１４２０ａ，１４２０ａの間隙に配置される可動磁石１４２１ａを備えてなる。可動磁石１４２１ａは、例えば、上下方向に着磁されていると共に、支持部材１４２２に支持されており、該支持部材１４２２が中間フレーム３００に固定され下方に延びるブラケット１４２４に連結されている。このため、中間フレーム３００がベースフレーム１００に対して上下動すると、該支持部材１４２２に支持された可動磁石１４２１ａが、固定磁石１４２０ａ，１４２０ａ間の間隙内を上下に変位する。

磁気ばね１４２は、可動磁石１４２１ａが固定磁石１４２０ａ，１４２０ａの間隙を移動することにより発揮されるばね特性が、可動磁石１４２１ａと固定磁石１４２０ａ，１４２０ａとの相対位置によって変化する。例えば、図７に示したように、磁気ばね１４２は、荷重－たわみ特性において、線形ばねであるトーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの弾性力（復元力）の作用方向すなわち中間フレーム３００をベースフレーム１００に対して離間させる方向に復元力が増加する特性を正のばね特性とした場合に、所定の変位量範囲では、当該方向への復元力が減少する負のばね特性（図中の破線の特性）を示す。すなわち、異極同士が隣接する２つの固定磁石１４２０ａ，１４２０ａのＮ極とＳ極の境界を横切る位置付近の所定の範囲（図７の例では、約－９ｍｍから約＋１０ｍｍの範囲）において負のばね特性を発揮する。

この結果、磁気ばね１４２と上記したトーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃとを備えてなる本実施形態の上下方向用ばね機構１４０は、磁気ばね１４２における負のばね特性が機能する範囲（図７の例では、約－９ｍｍから約＋１０ｍｍの範囲）においては、ばね定数が小さくなる。

ここで、トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの正のばね特性と磁気ばね１４２の負のばね特性とを重畳することにより、ばね定数が小さくなることは上記のとおりであるが、両者を重畳したばね特性として、変位量が増加しても荷重値の変化量が所定以下となる定荷重領域すなわちばね定数が略ゼロ（好ましくは、ばね定数約－１０Ｎ／ｍｍ～約１０Ｎ／ｍｍの範囲）になる領域を有する構成とすることが好ましい。しかしながら、本実施形態では、トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを３本用いているため、磁気ばね１４２の大きさ、磁力等によっては、磁気ばね１４２の負のばね特性を重畳しても上記の定荷重領域まで調整できない場合もある。そこで、このような場合には、本実施形態のように、負のばね特性を発揮する補助ばね機構１４３をさらに設けることが好ましい。

本実施形態で用いた補助ばね機構１４３は、図５及び図８に示したように、パンタグラフ型リンク１４３０と引張コイルばね１４３５を有して構成される。パンタグラフ型リンク１４３０は、ベースフレーム１００に各一端１４３１ａ，１４３１ａが軸支され、各他端１４３１ｃ，１４３１ｃに向かうに従って略Ｖ字状に拡開するように配置される２つの固定側リンク１４３１，１４３１と、中間フレーム３００に各一端１４３２ａ，１４３２ａが軸支され、中間フレーム３００が最上端の位置（図８（ａ）の位置）において、各一端１４３２ａ，１４３２ａと各他端１４３２ｃ，１４３２ｃとを結ぶ仮想線が略逆Ｖ字状となるように配置される２つの可動側リンク１４３２，１４３２とを有している。

引張コイルばね１４３５は、各可動側リンク１４３２，１４３２の各他端１４３２ｃ，１４３２ｃと、各固定側リンク１４３１，１４３１の各他端１４３１ｃ，１４３１ｃとを共に軸支する軸部材１４３３，１４３３間に掛け渡されている。

補助ばね機構１４３は、上記の構成であるため、上下方向に変位する際、パンタグラフ型リンク１４３０は、各可動側リンク１４３２，１４３２の一端１４３２ａ，１４３２ａが、引張コイルばね１４３５の各係合支点である軸部材１４３３，１４３３を結ぶ直線よりも上方に位置している場合（図８（ａ）の位置）と下方に位置している場合（図８（ｃ）の位置）とでは各可動側リンク１４３２，１４３２の向きが逆になる。このため、引張コイルばね１４３５は、中間フレーム３００が所定の位置よりも上方に位置している場合（図８（ａ）の位置）には、各可動側リンク１４３２，１４３２の各一端１４３２ａ，１４３２ａを上方に付勢し、中間フレーム３００が所定の位置よりも下方に位置している場合（図８（ｃ）の位置）には、各可動側リンク１４３２，１４３２の各一端１４３２ａ，１４３２ａを下方に付勢する。従って、中間フレーム３００の中立位置付近、すなわち、人が着座した際に平衡点付近となる位置を、引張コイルばね１４３５による付勢方向が逆転する位置（図８（ｂ）の位置）に設定することにより、所定の変位範囲、好ましくは、上記の磁気ばね１４２が負のばね特性を示す範囲（図８（ｂ）と図８（ｃ）との間）では、補助ばね機構１４３は各可動側リンク１４３２，１４３２の一端１４３２ａ，１４３２ａを下方向に付勢する負のばね特性を発揮することになる。

従って、本実施形態では、磁気ばね１４２の負のばね特性だけでなく、パンタグラフ型リンク１４３０に引張コイルばね１４３５を組み合わせた補助ばね機構１４３による負のばね特性も重畳される。そのため、本実施形態では、正のばね特性を発揮するトーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを３本配設し、正方向のばね力を高く設定した構成であるが、このような構成としても定荷重領域を作り出すことが可能となり、負荷質量のさらなる増大にも対処可能となる。また、補助ばね機構１４３は、上記のように上下方向に変位している範囲の中途において付勢方向が切り替わるため、切り替わるまでの間、例えば、中間フレーム３００が、上方位置から下方に切り替わるポイントに至るまでの間（図８（ａ）の位置から図８（ｂ）の位置に至るまでの間）、逆に、下方位置から上方に切り替わるポイントに至るまでの間（図８（ｃ）の位置から図８（ｂ）の位置に至るまでの間）は、それぞれの動きの方向に対して制動力として機能するため、衝撃吸収特性の向上にも貢献できる。

ベースフレーム１００及び中間フレーム３００間には、両者が相対的に上下動する際のエネルギーを吸収する減衰力を発揮する第１ダンパー１５０が設けられている。第１ダンパー１５０は、図９及び図１０に示したように、シリンダ１５１と、該シリンダ１５１内を相対移動するピストン１５２を備えた伸縮式のものである。また、中間フレーム３００の上下方向動作における中立位置において、例えば、取り付け角度約１０～３０度の範囲で取り付けられる（図６参照）。なお、第１ダンパー１５０は複数並列的に設けることも可能であり、また、この場合、各第１ダンパー１５０の取り付け角度を異ならせることにより、取り付け角度の小さなダンパーほど減衰力の垂直成分が小さくなり、中間フレーム３００及びベースフレーム１００に作用する減衰力は、全てのダンパーを同じ取り付け角度で配置した場合と比較して、効き方がなだらかになる。

第１ダンパー１５０は、通常のオイルダンパー等を用いることも可能であるが、中間フレーム３００がベースフレーム１００に対して上下動する際の平衡点（静止状態で着座した際の位置。第１弾性力調整部材１２５による調整により、中間フレーム３００の中立位置にできるだけ合わせた位置）を含む所定の上下動範囲に対応するピストン１５２のシリンダ１５１内における移動区間が、減衰力の作用しない空走区間となるものであることが好ましい。

このような空走区間を有する第１ダンパー１５０は、図１０に示したように、シリンダ１５１が外側固定筒１５１１とその内側に配置される内側可動筒１５１２とを備えた二重筒構造になっている。ピストン１５２は内側可動筒１５１２内を摺動可能に配設される。外側固定筒１５１１の長手方向各端部にはストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂが設けられており、内側可動筒１５１２は、外側固定筒１５１１よりも軸方向長さが短く、該内側可動筒１５１２の長手方向の各端部１５１２ａ，１５１２ｂが、ストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂに当接するまで移動可能となっている。ピストン１５２も同様であり、長手方向の各端部１５２ａ，１５２ｂが、ストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂに当接するまで移動可能となっている。軸方向長さは、内側可動筒１５１２がピストン１５２よりも長くなっており、ピストン１５２にピストンロッド１５３が連結されている。

ピストン１５２には、その外周部に内側可動筒１５１２との間で所定の摩擦減衰力を発揮する糸等の線状部材が巻き付けられてなるストリング部１５２ｃが設けられている。本実施形態では、このストリング部１５２ｃに低粘ちょう度のグリース等の粘性流体を付着させている。粘性流体は、ストリング部１５２ｃを構成する糸等の線状部材に含浸や塗布により付着させることができる。よって、ピストン１５２が内側可動筒１５１２に対して相対移動すると、ストリング部１５２ｃを構成する線状部材の張力による摩擦減衰力と粘性流体による速度依存の粘性減衰力が作用する。すなわち、ピストン１５２の内側可動筒１５１２に対する相対変位により、両者間の摩擦力はストリング部１５２ｃの張力に変換され、変位量の増加に伴って、ストリング部１５２ｃを構成する糸が一体になって硬くなり摩擦係数が低くなる方向に変化して発熱が抑えられる。この変化が粘性減衰力を速度依存型にする。そのため、低速の入力では摩擦減衰力の作用が相対的に大きくなるが、速度が増すにつれ粘性減衰力が高くなる。なお、ストリング部１５２ｃを構成する糸の巻き数の増減、巻き付けられる糸の隣接部分間のギャップ、巻き付ける糸の積層数等により、発生する摩擦力、粘性減衰力は適宜に制御される。

一方、内側可動筒１５１２の外周面と外側固定筒１５１１の内周面との間には、両者間の摩擦力が、内側可動筒１５１２とピストン１５２との間のストリング部１５２ｃにより生じる摩擦力よりも相対的に小さくなるように、本実施形態では、内側可動筒１５１２及び外側固定筒１５１１間に、転がり部材や摺動部材（例えばフェルト）等の低摩擦部材１５１３を介在させている。

これにより、ピストンロッド１５３の動きに追従してピストン１５２がシリンダ１５１内を相対移動する際、内側可動筒１５１２の各端部１５１２ａ，１５１２ｂがストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂに当接するまでは、内側可動筒１５１２及びピストン１５２間と、内側可動筒１５１２及び外側固定筒１５１１間との摩擦力の差により、内側可動筒１５１２及びピストン１５２は、一緒に外側固定筒１５１１内を移動する。このとき、内側可動筒１５１２と外側固定筒１５１１との間は低摩擦部材１５１３により摩擦抵抗が極めて小さく、内側可動筒１５１２は外側固定筒１５１１内を実質的に空走することになり、減衰力はほとんど生じない。内側可動筒１５１２の各端部１５１２ａ，１５１２ｂが、いずれかのストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂに当接した後は、内側可動筒１５１２が移動できなくなるため、ピストン１５２が単独で内側可動筒１５１２内を摺動する。これにより、ピストン１５２と内側可動筒１５１２との間で、上記のような摩擦減衰力及び粘性減衰力が作用する。

従って、シリンダ１５１の内側可動筒１５１２が外側固定筒１５１１内を相対移動している範囲が、減衰力が実質的に作用しない空走区間となり、その空走区間の距離は、外側固定筒１５１１と内側可動筒１５１２の軸方向長さの差分が相当することになる。この結果、平衡点を含む所定の上下動範囲で、ピストン１５２が内側可動筒１５１２に対して相対移動せず、減衰力が効かない移動区間が形成される。好ましくは、中間フレーム３００がベースフレーム１００に対して上下動する際の着座状態での平衡点（上下動可能な全ストロークの中立位置にできるだけ合うように調整した位置）において、内側可動筒１５１２が外側固定筒１５１１内の全移動範囲の略中間位置となるように設定する。これにより、平衡点を含む所定の上下動範囲が、平衡点を中心として上下に均等に形成される。

走行中の振動入力によって相対的に中間フレーム３００が振動した際、第１ダンパー１５０は上記の空走区間に対応している場合には、減衰力が実質的に作用せず、振動吸収機能は主として上下方向用ばね機構１４０によってなされ、所定以上の低周波の大きな振幅を伴う振動が入力された場合には、第１ダンパー１５０の減衰力が作用し、衝撃エネルギーを吸収する。また、本実施形態の補助ばね機構１４３が衝撃エネルギーの吸収にも役立つことは上記のとおりである。

シート支持フレーム２００は、前部フレーム２０１、後部フレーム２０２、並びに、前部フレーム２０１及び後部フレーム２０２の各端部同士を連結する側部フレーム２０３，２０３を有する略方形に形成される（図１及び図４参照）。シート支持フレーム２００は、中間フレーム３００に対して、第２リンク機構２３０を介して支持される。第２リンク機構２３０は、図３に示したように、上記第１のリンク機構１３０と同様に、左右一対の前部リンク２３１，２３１と、左右一対の後部リンク２３２，２３２とを有する平行リンク構造からなる。図１及び図５に示したように、前部リンク２３１，２３１は、各下部２３１ａ，２３１ａが、中間フレーム３００に配設される第１トーションバー１４１ａが内部に挿入され、中間フレーム３００の幅方向に沿って側部フレーム３０３，３０３間に掛け渡される第１パイプ材３０４の各端部付近に固定される第１ブラケット３０４ａ，３０４ａに軸支される。後部リンク２３２，２３２の各下部２３２ａ，２３２ａは、中間フレーム３００に配設される第２トーションバー１４１ｂが内部に挿入され、中間フレーム３００の幅方向に沿って側部フレーム間３０３、３０３間に掛け渡される第２パイプ材３０５の各端部付近に固定される第２ブラケット３０５ａ，３０５ａに軸支される。

前部リンク２３１，２３１の各上部２３１ｂ，２３１ｂは、シート支持フレーム２００の前部フレーム２０１寄りの側部フレーム２０３，２０３間に掛け渡された取り付け軸２０４に軸支され、後部リンク２３２，２３２の各上部２３２ｂ，２３２ｂは、後部フレーム２０２寄りの側部フレーム２０３，２０３間に掛け渡された取り付け軸２０５に軸支される。

これにより、シート支持フレーム２００は、中間フレーム３００に対して、前部リンク２３１，２３１及び後部リンク２３２，２３２の各下部２３１ａ，２３２ａを中心として回動する。但し、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３１，１３２，１３２は、平衡点において前方に傾斜した姿勢で、中間フレーム３００の変動がこの前方に傾斜した姿勢の範囲で行われるように設計されているのに対し、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３１，２３２，２３２は、平衡点において後方に傾斜した姿勢となり、シート支持フレーム２００の変動がこの後方に傾斜した姿勢の範囲で行われるように設計されている。すなわち、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３１，１３２，１３２と、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３１，２３２，２３２とを、傾斜方向が逆方向となる姿勢にすることで、シート支持フレーム２００及びそれに支持されるシートの前後の動きを小さくできる。

ここで、第２リンク機構２３０は、中間フレーム３００及びシート支持フレーム２００を結ぶ各リンク２３１，２３１，２３２，２３２の接続中心点間を結ぶ直線が、第１リンク機構１３０におけるベースフレーム１００及び中間フレーム３００を結ぶ各リンク１３１，１３１，１３２，１３２の接続中心点間を結ぶ直線よりも、平衡点において、側方から見て、車体の前後方向に対して垂直に近い位置関係で設けられている。好ましくは、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３１，１３２，１３２の平衡点における水平面からの傾斜角度θ１に対して、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３１，２３２，２３２の平衡点における水平面からの傾斜角度θ２が１５度以上垂直に近い姿勢で、より好ましくは、２５度～３５度垂直に近い姿勢で設けられる（図３参照）。本実施形態では、平衡点の位置を水平面に垂直な面Ｙを基準として、図１２に示したように、２３．５度後方に傾斜した位置とし、その平衡点を基準として、図１１に示したように、前方に１６．１度（垂直な面Ｙから後方に７．４度傾斜した位置）及び後方に１２．５度（垂直な面Ｙから後方に３６度傾斜した位置）の範囲で前後方向に変位可能に設けられている。

これにより、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３１，２３２，２３２は、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３１，１３２，１３２と比較した場合に、通常の振動入力においては、上下方向よりも前後方向への変位量を大きくとることができ、前後方向に振動に対して、より感度よく作用する。但し、本実施形態では、上下方向に所定以上の衝撃力が入力された場合には、最大で、上記垂直な面Ｙから後方に５７．４度まで傾斜可能な設定となっている（図１２参照）。

第２リンク機構２３０には、各リンク２３１，２３１，２３２，２３２の動きに伴って弾性力を発揮する前後方向用ばね機構２４０が設けられている。前後方向用ばね機構２４０は、所定長さのコイル部分を有するねじりコイルばねから構成される。本実施形態では２本のねじりコイルばね２４１，２４１を有してなる（図４参照）。ねじりコイルばね２４１，２４１は、コイル部２４１ａ，２４１ａが、シート支持フレーム２００と左右の後部リンク２３２，２３２の上部２３２ｂ，２３２ｂとの接続中心点間を結ぶ取り付け軸２０５の周囲に配置されるように設けられている。本実施形態では、この取り付け軸２０５の長さ方向中央部を境とした左右それぞれにねじりコイルばね２４１，２４１が設けられている。

シート支持フレーム２００の前部フレーム２０１と後部フレーム２０２との間には、後述の第２弾性力調整部材２４５を構成する調整用プレート２４５ａが掛け渡されている（図１、図２及び図４参照）。一方、後部リンク２３２，２３２の中央付近には、端部規制用ロッド２３２ｃが幅方向に掛け渡されている。各ねじりコイルばね２４１，２４１は、各一端２４１ｂ，２４１ｂを調整用プレート２４５ａの後部２４５ａ１にそれぞれ係合させ、各他端２４１ｃ，２４１ｃの後部を後部リンク２３２，２３２の端部規制用ロッド２３２ｃに係合させて配設される。これにより、後部リンク２３２，２３２が各下部２３２ａ，２３２ａを中心として回転運動を行うと、各ねじりコイルばね２４１，２４１の一端２４１ｂ，２４１ｂが調整用プレート２４５ａの後部２４５ａ１に係合しているため、変形方向に力が付与され、各他端２４１ｃ，２４１ｃに後方から押圧する力が作用し、所定の弾性力が発揮される。なお、符号２４５ｃは、この調整用プレート２４５ａを被覆するカバーである。

また、ねじりコイルばね２４１，２４１は、シート支持フレーム２００の前部フレーム２０１に取り付けられた第２弾性力調整部材２４５により弾性力を調整可能となっている。第２弾性力調整部材２４５は、上記の調整用プレート２４５ａと調整用ダイヤル２４５ｂを有している。調整用ダイヤル２４５ｂは、回転することにより、調整用プレート２４５ａを前後動させる。従って、調整用ダイヤル２４５ｂを回転させて、調整用プレート２４５ａを前後動させると、その後部２４５ａ１に係合している各ねじりコイルばね２４１，２４１の一端２４１ｂ，２４１ｂが、各ねじりコイルばね２４１，２４１を縮径又は拡径する方向に変位させるため、該ねじりコイルばね２４１，２４１の弾性力が調整される。ねじりコイルばね２４１，２４１の弾性力を調整することにより、第２リンク機構２３０及びシート支持フレーム２００の前後方向の固有振動数が決定される。

また、第２弾性力調整部材２４５は、上記の第１弾性力調整部材１２５とは独立して、ねじりコイルばね２４１，２４１の弾性力を調整可能となっている。よって、上記の第１弾性力調整部材１２５による上下方向用ばね機構１４０の弾性力と、第２弾性力調整部材２４５による前後方向用ばね機構２４０の弾性力とをそれぞれ調整することで、第１リンク機構１３０と第２リンク機構２３０との間で、両者間の動きの位相差を調整でき、それにより、シートサスペンション機構１全体の上下方向の固有振動数を調整できる。従って、本実施形態によれば、上下方向の入力振動に対する振動吸収特性、衝撃吸収特性を、この位相差の調整により効率よく調整できる。

中間フレーム３００とシート支持フレーム２００との間、本実施形態では、中間フレーム３００の後方寄りに上方に突出するように設けた取り付けブラケット３３０と、シート支持フレーム２００の前方寄りの取り付けブラケット２５０との間に、第２ダンパー２６０が設けられている（図４参照）。第２ダンパー２６０は、衝撃力の入力時において底付き防止機能を果たすものであり、上記の第１ダンパー１５０の減衰力のみで対応できる場合には必須ではないが、第２ダンパー２６０を設けることにより、シートサスペンション機構１全体としてより高い減衰力を発揮できる。第２ダンパー２６０は、上記の第１ダンパー１５０と同様、シリンダ２６１と、ピストンロッド２６３に連結され、シリンダ２６１内を移動するピストンを有する伸縮式のもので、好ましくは、図９及び図１０に示した構造のものを用いる。この場合、上記の通常の振動入力時、すなわち、本実施形態では、図１１に示したように、垂直な面Ｙを基準として後方に７．４度から３６度の範囲で変位する場合には、減衰力が機能しない空走区間が対応する設定とすることが好ましい。これにより、通常の振動入力時において、前後方向用ばね機構２４０により振動吸収特性を効率よく発揮させることができる。すなわち、本実施形態では、この前後方向用ばね機構２４０により、前後振動を効率よく吸収できる。従って、２～３Ｈｚに生じる前後方向のフワフワ感、８～１０Ｈｚ付近の前後方向の加速度による内臓共振、２０Ｈｚ近傍のシートバックからのたたき（いわゆるバックスラップ）を抑制するのに好適である。

本実施形態によれば、着座した人は、第１弾性力調整部材１２５により、上下方向用ばね機構１４０の弾性力を調整し、中間フレーム３００が上下変位範囲の中立位置（平衡点）となるように設定する。次に、第２弾性力調整部材２４５による前後方向用ばね機構２４０の弾性力を調整し、前後方向の動きやすさ、すなわち、ねじりコイルばね２４１，２４１により発揮されるばね感（硬めのばね感、柔らかめのばね感）を調整する。

図１１に示した「平衡点」の位置は、静止着座状態で、中間フレーム３００が上下変位範囲の中立位置となるように設定した際の該中間フレーム３００及びシート支持フレーム２００の位置を示している。この位置において、前後方向に振動入力が生じた場合には、図１１の「前方向」及び「後方向」で示した位置まで変位して振動を吸収する。

一方、上下方向振動により、天付き方向に変位すると、図１１に示したように、中間フレーム３００は、「平衡点」の位置から実線で示した位置である上方に変位する。また、所定以上の衝撃力の入力があると、底付き方向へは、図１２の実線で示した位置まで変位する。図１２に示したように、中間フレーム３００が最下端位置になった場合でも、第２リンク機構２３０には、前後方向用ばね機構２４０のねじりコイルばね２４１，２４１の弾性力が作用するため、着座者への底付き感の低減に寄与できる。

なお、第２リンク機構２３０を構成する前部リンク２３１，２３１間及び後部リンク２３２，２３２間のいずれか少なくとも一方において、シート支持フレーム２００との接続中心点間に、トーションバー（図示せず）を掛け渡した構成とすることが好ましい。例えば、後部リンク２３２，２３２間には取り付け軸２０５が掛け渡されているが、この取り付け軸２０５をパイプから形成し、そのバイブにトーションバーを挿通して配設する。これにより、シート支持フレーム２００を中間フレーム３００に対して上下方向に離間させる弾性力が発揮されるため、底付き防止機能をさらに高めることができる。

図１～図１２に示した本実施形態のシートサスペンション機構１に、体重６５ｋｇの被験者を着座させ行った振動実験の結果を図１３に示す。振動実験は、ＩＳＯ ７０９６：２０００に基づくＪＩＳ Ａ ８３０４：２００１「土工機械－運転員の座席の振動評価試験」で規定されている入力スペクトルクラスＥＭ７「コンパクトダンパ」用の規格で励振した。具体的には、卓越周波数３．２４Ｈｚ、ＰＳＤの最高値５．５６（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚで励振した。加振機は、（株）デルタツーリング製の６軸加振機を使用し、この加振機の振動台上に、シート支持フレーム２００にシートが取り付けられたシートサスペンション機構１をセットし、そのシートに被験者を着座させた。

図１３より、ＥＭ７の共振周波数は１．０Ｈｚ、共振峰のゲインは約１．４５であった。また、ＩＳＯ ７０９６：２０００の規格中、最も励振波形の振動振幅が大きく、適合することが困難なＥＭ７に関し、励振波形の加速度のピークとなる３．２４Ｈｚにおいてゲインは０．５未満であった。よって、本実施形態のシートサスペンション機構１は、高い除振機能を有していると言える。

１ シートサスペンション機構
１００ ベースフレーム
１３０ 第１リンク機構
１３１ 前部リンク
１３２ 後部リンク
１４０ 上下方向用ばね機構
１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ トーションバー
１４２ 磁気ばね
１４３ 補助ばね機構
１５０ 第１ダンパー
２００ シート支持フレーム
２３０ 第２リンク機構
２３１ 前部リンク
２３２ 後部リンク
２４０ 前後方向用ばね機構
２４１ ねじりコイルばね
２６０ 第２ダンパー
３００ 中間フレーム

Claims (7)

1. 車体構造とシートとの間に配置されるシートサスペンション機構であって、
   前記車体構造側に取り付けられるベースフレームと、
   前記シート側に取り付けられるシート支持フレームと、
   前記ベースフレームと前記シート支持フレームとの間に位置する中間フレームと、
   前記ベースフレームに対して前記中間フレームを支持する第１リンク機構と、
   前記中間フレームに対して前記シート支持フレームを支持する第２リンク機構と、
   前記中間フレームを前記ベースフレームに対して弾性的に付勢する上下方向用ばね機構と、
   前記ベースフレームと前記中間フレームとの間に掛け渡される第１ダンパーと、
   を有し、
   前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構は、前記第２リンク機構における前記中間フレーム及び前記シート支持フレームを結ぶ各リンクの接続中心点間を結ぶ直線が、平衡点において、前記第１リンク機構における前記ベースフレーム及び前記中間フレームを結ぶ各リンクの接続中心点間を結ぶ直線よりも、車体の前後方向に対して垂直に近い位置関係で設けられ、かつ、
   前記第２リンク機構の前記各リンクの動きに伴って弾性力を発揮する前後方向用ばね機構が設けられていることを特徴とするシートサスペンション機構。
2. 前記上下方向用ばね機構の弾性力を調整する第１弾性力調整部材と、前記前後方向用ばね機構の弾性力を調整する第２弾性力調整部材とを有し、前記上下方向用ばね機能の弾性力と前記前後方向ばね機能の弾性力を別々に調整可能である請求項１記載のシートサスペンション機構。
3. 前記中間フレームと前記シート支持フレームとの間に掛け渡され、所定以上の衝撃力の入力時に減衰力が作用する第２ダンパーをさらに有する請求項１又は２記載のシートサスペンション機構。
4. 前記前後方向用ばね機構は、一端が前記シート支持フレーム側に、他端が前記第２リンク機構側にそれぞれ係合されるねじりコイルばねを用いて構成され、前記第２リンク機構の各リンクの動きに伴ってねじられる請求項１～３のいずれか１に記載のシートサスペンション機構。
5. 前記第２リンク機構を構成する前記各リンクのうち、前側及び後側のいずれか少なくとも一方に幅方向に離間して配置される一対のリンク間の前記シート支持フレームとの接続中心点間に、前記シート支持フレームを前記中間フレームに対して上下方向に離間させる弾性力を発揮する底付き防止用のトーションバーがさらに設けられている請求項４記載のシートサスペンション機構。
6. 前記上下方向用ばね機構は、
   前記中間フレームを前記ベースフレームに対して上下方向に離間させる弾性力を発揮する線形のばね特性を示す線形ばねと、
   固定磁石と、前記中間フレームが前記ベースフレームに対して上下動することに伴って前記固定磁石との相対位置が変位する可動磁石とを備え、前記固定磁石と前記可動磁石の相対位置に応じてばね定数が変化する非線形のばね特性を示す磁気ばねと
   を有し、
   前記線形ばね及び前記磁気ばねを組み合わせたばね特性が、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、定荷重となる特性を備えている請求項１～５のいずれか１に記載のシートサスペンション機構。
7. 前記上下方向用ばね機構は、
   さらに、前記ベースフレームと前記中間フレームとの間に、パンタグラフ型リンクと、前記パンタグラフ型リンクに掛け渡される引張コイルばねとを備え、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、前記中間フレームを下方に付勢するばね特性を発揮する補助ばね機構を有し、
   前記線形ばね及び前記磁気ばねに、さらに前記補助ばね機構を組み合わせたばね特性が、平衡点を含む所定の上下動範囲に前記中間フレームが位置する場合において、定荷重となる特性を備えている請求項６記載のシートサスペンション機構。

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