JP7425461B2 - 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、下部フレームに対して上下動可能に設けられる上部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、各層において、ばね機構とダンパー機構を備えたものであり、構造が複雑である。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、より簡易な構成で、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弾性的に付勢する第１ばね機構と、
前記シート支持フレームを弾性的に付勢する第２ばね機構と、
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掛け渡されるダンパーと
を有することを特徴とする。

前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
前記ダンパーが、前記第１リンク機構の各リンクの平衡点における傾斜方向と逆の傾斜方向となる姿勢で取り付けられている構成とすることができる。

前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
前記ダンパーが、前記第２リンク機構の各リンクの平衡点における傾斜方向と逆の傾斜方向となる姿勢で取り付けられている構成とすることができる。

前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
前記ダンパーとして、互いに傾斜方向を逆向きにした２種類のものが配置されている構成とすることができる。

前記第１ばね機構及び前記第２ばね機構として、それぞれ、前記第１リンク機構のいずれかのリンク、及び、前記第２リンク機構のいずれかのリンクに連結されて回転するトーションバーが用いられていると共に、前記各トーションバーの捻り角の初期位置を調整可能であることが好ましい。
前記第２リンク機構のいずれかに連結されるトーションバーが、上方から下方に変位する場合、所定の位置までは下方に付勢する負のばね特性を発揮するように初期位置が設定されていることが好ましい。

前記第１ばね機構は、
常態において前記中間フレームを前記ベースフレームに対して離間する方向に付勢する線形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。

前記第１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、上側リンク及び下側リンクの接続点が前後方向に変位するパンタグラフ型リンクと、前記パンタグラフ型リンクに前後方向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は、ベースフレームに、第１リンク機構を介して中間フレームが支持され、中間フレームに第２リンク機構を介してシート支持フレームが支持されていると共に、中間フレームを弾性的に付勢する第１ばね機構、シート支持フレームを弾性的に付勢する第２ばね機構を有する一方で、ダンパーは、中間フレームを除き、ベースフレームとシート支持フレームとの間に掛け渡されている。従って、従来の多層構造のシートサスペンション機構と比較して簡易な構成でありながら、ダンパーの減衰力が直接作用するシート支持フレームと、ダンパーの特性が直接的には作用しない中間フレームとでは、振動に対する位相が異なることになり、高い振動吸収特性、衝撃吸収特性を発揮できる。

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の平面図である。 図３は、図１の側面図である。 図４は、ダンパーの取り付け時の傾斜方向を図３とは逆向きにした態様を示した側面図である。 図５は、２つのダンパーをＸ字状に配置した態様を示した側面図である。 図６は、第１ばね機構の線形ばねの特性及び磁気ばねの負のばね特性、並びに、それらを組み合わせた定荷重領域の特性を説明するための図である。 図７は、第１ばね機構のばね特性、第２ばね機構のばね特性及びそれらを組み合わせたばね特性の一例を示した図である。 図８は、第１ばね機構のばね特性、第２ばね機構のばね特性及びそれらを組み合わせたばね特性の他の例を示した図である。 図９は、第１ばね機構のばね特性、第２ばね機構のばね特性及びそれらを組み合わせたばね特性のさらに他の例を示した図である。 図１０は、ダンパーの側面図である。 図１１は、図１０のＢ－Ｂ線断面図である。 図１２は、上記実施形態のシートサスペンション機構について行ったＥＭ７に関する振動実験における振動伝達率を示した図である。 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ダンピング試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４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、この第１及び第２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、中間フレーム３００を弾性的に付勢する第１ばね機構１４０を構成する。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。

これにより、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂ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、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）。

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に連結版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。

磁気ばね１４２は、図５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６に示したように、磁気ばね１４２は、荷重－たわみ特性において、線形ばねである第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂ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６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と上記した第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂ，とを備えてなる本実施形態の第1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６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、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂ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。

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２参照）。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。前部リンク２３１，２３１は、各下部２３１ａ，２３１ａが、中間フレーム３００の側部フレーム３０３，３０３の前方寄りに固定した第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の側部フレーム３０３，３０３の後方寄りに固定した第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。

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とは、上下変動に対して、回転方向が逆方向になるように取り付けられている。これにより、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。

中間フレーム３００における幅方向に所定間隔離間した第１ブラケット３０４ａ，３０４ａに軸支される第２リンク機構２３０の前部リンク２３１，２３１の各下部２３１ａ，２３１ａの接続中心点間には、第３トーションバー２４１ａが配設され、第２ブラケット３０５ａ，３０５ａに軸支される第２リンク機構２３０の後部リンク２３２，２３２の各下部２３２ａ，２３２ａの接続中心点間には、第４トーションバー２４１ｂが配設されている（図３参照）。本実施形態では、この第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂにより第２ばね機構２４０が構成される。第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの一端は、前部リンク２３１，２３１及び後部リンク２３２，２３２の各下部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂに連結され、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの他端は、中間フレーム３００の第１及び第２ブラケット３０４ａ，３０４ａ，３０５ａ，３０５ａに対してそれぞれ相対回転しないように設けられる。これにより、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの長さ方向の一端及び他端が相対的に捩られる。

上記のように、第１ばね機構１４０は、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂ及び磁気ばね１４２との組み合わせにより、ばね定数が略ゼロとなる定荷重領域を形成する特性を有しているが、本実施形態ではさらに第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂからなる第２ばね機構２４０を有している。このため、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの初期設定時のねじれ量を調整することで、第１ばね機構１４０及び第２ばね機構２４０を合算したシートサスペンション機構１の全体のばね特性を様々に設定できる。

図７～図９は、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの設定の例を示したものである。各図において、第１及び第２トーションバー１４１ａ，１４１ｂと磁気ばね１４２を組み合わせた第１ばね機構１４０の荷重－たわみ特性、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの第２ばね機構２４０の荷重－たわみ特性、及び第１ばね機構１４０及び第２ばね機構２４０を合わせたシートサスペンション機構１全体の荷重－たわみ特性を示す。

図７は、シート支持フレーム２００及び中間フレーム３００が、上方から平衡点（０ｍｍの位置）を越えて下方へ変位する際に、第２ばね機構２４０が線形の正のばね定数を発揮するように設定した例である。図８は、平衡点の手前の「－１０ｍｍ」の位置が第２ばね機構２４０の第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂのねじれが解消され、それよりも下方に変位すると再びねじられるように設定した例を示し、図９は、平衡点において、第２ばね機構２４０の第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂのねじれが解消され、それよりも下方に変位すると再びねじられるように設定した例を示す。すなわち、図８及び図９の場合には、変化の途中で付勢方向が変わる点で非線形の特性を示し、上方位置から下方に変位する場合、所定の位置まで（図８の場合は、平衡点の手前の「－１０ｍｍ」の位置まで、図９の場合は、平衡点の位置まで）は、下方に付勢される負のばね特性を示す特性を有する。このことは、下方位置から上方に変位する場合、この所定の位置（図８の場合は、平衡点の手前の「－１０ｍｍ」の位置、図９の場合は、平衡点の位置）を越えて上昇すると、制動力として機能することになり、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの設定により、天付きを防止する特性も持たせることができる。従って、上記の第２ばね機構２４０の第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂの設定により、加速度の上昇に対応した減衰比が設計できることになる。

シートサスペンション機構１全体の荷重－たわみ特性で比較すると、図７の特性を基準とした場合、図８のケースは、「－１０ｍｍ」までのばね定数が小さくなり、図９の場合には、「－１０ｍｍから０ｍｍ」の範囲のばね定数と特に小さくできる。このように、本実施形態のシートサスペンション機構１は、第３及び第４トーションバー２４１ａ，２４１ｂを備えた第２ばね機構２４０を有することにより、それらの調整によって多様な特性を備えた構成とすることができる。

ここで、ベースフレーム１００及びシート支持フレーム２００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ダンパー１５０が設けられている。本実施形態では、中間フレーム３００とベースフレーム１００との間、中間フレーム３００とシート支持フレーム２００との間にダンパーを掛け渡すのではなく、ベースフレーム１００及びシート支持フレーム２００間に位置する中間フレーム３００を飛ばしてダンパー１５０を掛け渡している。

ダンパー１５０は、図１０及び図１１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。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、人が着座した際の平衡点（静止状態で着座した際の位置。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が好ましい。

このような空走区間を有するダンパー１５０は、図１１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シート支持フレーム２００及び中間フレーム３００が振動した際、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第１ばね機構１４０及び第２ばね機構２４０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、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。

但し、本実施形態では、上記のように、ダンパー１５０は、中間フレーム３００を飛ばし、ベースフレーム１００及びシート支持フレーム２００間に掛け渡されている。従って、ダンパー１５０の減衰力が直接作用するシート支持フレーム２００と、ダンパー１５０の特性が直接は作用しない中間フレーム３００とでは振動に対する位相が異なることになる。その結果、高い振動吸収特性、衝撃吸収特性を発揮できる。

また、ダンパー１５０を配設する向きにより、シートサスペンション機構１の特性を異なるものとすることができる。すなわち、図３に示したように、ダンパー１５０を、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３２の平衡点における傾斜方向に交差する方向に傾斜させて配置すると、図３とは逆向きの図４のように配置した場合よりも第１リンク機構１３０及び第１ばね機構１４０の動きに対して効率よく作用する。一方、図４に示したように、ダンパー１５０を、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３２の平衡点における傾斜方向に交差する方向に傾斜する姿勢で配置した場合には、図３の場合よりも、第２リンク機構２３０及び第２ばね機構２４０の動きに対して効率よく作用する。

その一方、本実施形態では、ダンパー１５０の一端は中間フレーム３００には取り付けておらず、シート支持フレーム２００に取り付けられている。このため、ダンパー１５０を図３のような向きで配置した場合よりも、図４の向きで配置したものの方が、減衰力が作用しやすい。従って、図３の態様の場合には、シートサスペンション機構１全体としてばね性が強くなり、図４の態様の場合には、減衰性が強くなる。

一方、図５に示したように、２つのダンパー１５０Ａ，１５０Ｂを側面から見てＸ字状に配置した構成、すなわち、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３２の平衡点における傾斜方向に交差する傾斜姿勢で配置したダンパー１５０Ａと、それとは逆向きに、すなわち、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３２の平衡点における傾斜方向に交差する傾斜姿勢で配置したダンパー１５０Ｂとを併用した構成とすることもできる。この場合には、より高い減衰力を作用させることができるが、２つのダンパー１５０Ａ，１５０Ｂの減衰力が作用し始めるタイミングにずれがあるため、第１リンク機構１３０の動きと第２リンク機構２３０の動きとの間での位相ずれを生じさせることができ、図３及び図４の態様と同様に、高い振動吸収特性を発揮できる。

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、第１ばね機構１４０の弾性力を調整し、シート支持フレーム２００及び中間フレーム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。振動が入力されると、第１リンク機構１３０の各リンク１３１，１３２がその下部１３１ａ，１３２ａを中心とする回転軌道に従って上下運動し、第２リンク機構２３０の各リンクもその下部２３１ａ，２３２ａを中心とする回転軌道に従って上下運動する。このとき、第１リンク機構１３０の動きに対応する第１ばね機構１４０は、定荷重領域を備えた特性を有し、第２リンク機構２３０の動きに対応する第２ばね機構２４０は、図７～図９に示したような線形、あるいは、非線形となる特性を有している。このため、第１リンク機構１３０の動きと第２リンク機構２３０の動きには位相ずれが生じ、効率よく振動を吸収する。

特に、本実施形態では、図３～図５に示したように、ダンパー１５０，１５０Ａ，１５０Ｂがベースフレーム１００とシート支持フレーム２００との間に掛け渡されているため、第１リンク機構１３０の動きと第２リンク機構２３０の動きとの間で位相ずれが生じやすく、効率よく振動を吸収できる。また、図３～図５に示したようにダンパー１５０，１５０Ａ，１５０Ｂの配設時の傾斜方向を種々の態様とすることで位相を制御し、振動吸収特性、衝撃吸収特性の設定を調整することができる。

本実施形態のシートサスペンション機構１上にシートを取り付けて、男性被験者（体重６４ｋｇ）を着座させ行った振動実験の結果を図１２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１２中、符号Ａは、ダンパー１５０を図３に示した傾斜方向で配置したシートサスペンション機構１の実験結果を、符号Ｂは、ダンパー１５０を図４に示した傾斜方向で配置したシートサスペンション機構１の実験結果を示す。図１２より、いずれのケースもＥＭ７の共振周波数は１．０Ｈｚであった。共振峰のゲインはいずれも２．０未満であったが、符号Ａで示した図３の態様と比較して、符号Ｂで示した図４の態様、すなわち、ダンパー１５０を、第２リンク機構２３０の各リンク２３１，２３２の平衡点における傾斜方向に交差する方向に傾斜する姿勢で配置した態様の方が、ゲインが低く、減衰力が高かった。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においてゲインはいずれも０．５未満であった。また、Ｓ．Ｅ．Ａ．Ｔ値は、いずれも０．６未満であった。

一方、図１３は、シート上に、負荷質量は７５ｋｇのラバーウエイトをベルトで固定して取り付け、正弦波対数掃引波（０．５～４．０Ｈｚ）を、入力振幅±１６ｍｍ（シートサスペンション機構１０００の総ストローク量８０ｍｍの４０％にあたる変位振幅）で励振したダンピング試験の結果を示した図である。なお、この実験では、ダンパー１５０を、図３に示した態様で配置したものを使用している。共振周波数１．３０Ｈｚ、共振峰のゲインが１．７７であった。
図１２及び図１３の実験結果より、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ことがわかる。

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 第１ばね機構
１４１ａ 第１トーションバー
１４１ｂ 第２トーションバー
１４２ 磁気ばね
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ 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 第２ばね機構
２４１ａ 第３トーションバー
２４１ｂ 第４トーションバー
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弾性的に付勢する第１ばね機構と、
   前記シート支持フレームを弾性的に付勢する第２ばね機構と、
   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掛け渡されるダンパーと
   を有し、
   前記第１ばね機構は、
   常態において前記中間フレームを前記ベースフレームに対して離間する方向に付勢する線形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と共に、
   前記線形ばねが、前記第１リンク機構のいずれかのリンクに連結されて回転するトーションバーであり、
   前記第２ばね機構は、
   前記第２リンク機構のいずれかのリンクに連結されて回転するトーションバーである
   ことを特徴とするシートサスペンション機構。
2. 前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
   前記ダンパーが、前記第１リンク機構の各リンクの平衡点における傾斜方向と逆の傾斜方向となる姿勢で取り付けられている請求項１記載のシートサスペンション機構。
3. 前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
   前記ダンパーが、前記第２リンク機構の各リンクの平衡点における傾斜方向と逆の傾斜方向となる姿勢で取り付けられている請求項１記載のシートサスペンション機構。
4. 前記第１リンク機構及び前記第２リンク機構はともに平行リンク構造で構成される一方、前記中間フレーム又は前記シート支持フレームの変位に伴う前記第１リンク機構の各リンクの回転方向と前記第２リンク機構の各リンクの回転方向が逆方向となるように取り付けられており、
   前記ダンパーとして、互いに傾斜方向を逆向きにした２種類のものが配置されている請求項１記載のシートサスペンション機構。
5. 前記各トーションバーの捻り角の初期位置を調整可能である請求項１～４のいずれか１に記載のシートサスペンション機構。
6. 前記第２リンク機構のいずれかに連結されるトーションバーが、上方から下方に変位する場合、所定の位置までは下方に付勢する負のばね特性を発揮するように初期位置が設定されている請求項１記載のシートサスペンション機構。
7. 前記第１ばね機構の前記線形ばねを構成する前記トーションバーは、
   前記中間フレームにおける側部フレームと前記第１リンク機構の前部リンクとの幅方向に離間した接続中心点間に配設される第１トーションバーと、
   前記中間フレームにおける側部フレームと前記第１リンク機構の後部リンクとの幅方向に離間した接続中心点間に配設される第２トーションバーと
   を有し、
   前記第２ばね機構を構成する前記トーションバーは、
   前記中間フレームにおいて幅方向に離間して設けられたブラケットに軸支される前記第２リンク機構の前部リンクの下部の接続中心点間に配設される第３トーションバーと、
   前記中間フレームにおける幅方向に離間して設けられたブラケットに軸支される前記第２リンク機構の後部リンクの下部の接続中心点間に配設される第４トーションバーと
   を有する請求項１記載のシートサスペンション機構。

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