本發明涉及對座墊的高度進行調整的帶升降器的座椅支承機構、以及具備該座椅支承機構的座椅結構以及懸架座位。
背景技術:
交通工具用座位等的座椅結構通常除了具備對其前后位置進行調整的滑動件以外,還具備對座墊的上下位置(高度)進行調整的升降器。例如,在專利文獻1中,將具有左右一對后部連桿機構和左右一對前部連桿機構的連桿機構配置于座墊的座墊框架與上導軌之間,操作設置于座墊的側部的桿而施加輸入轉矩,由此,傳遞旋轉力而使設置于座墊框架的齒輪旋轉,使該座墊框架相對于上導軌上下移動。
另一方面,本申請人提出了如下交通工具用座位:沿著寬度方向在座墊框架的前后雙方或一方配置有扭力桿,隔開規定間隔地將臂支承于該扭力桿,在臂之間配設框架并在該框架上配設有二維或三維的網構件(參照專利文獻2、3)。
另外,本申請人在專利文獻4中公開具備橫向擺動吸收功能的懸架機構,并且公開將該橫向擺動吸收用的懸架機構層疊配設于上下振動吸收用的懸架機構的上部。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2004-92718號公報
專利文獻2:日本特開2006-345952號公報
專利文獻3:日本特開2006-345953號公報
專利文獻4:日本特開2014-213752號公報
技術實現要素:
發明所要解決的課題
升降器的機構不限定于專利文獻1的升降器的機構,而已知各種類型的升降器的機構。然而,無論是哪種類型的升降器的機構,均基本上僅具有調整座墊(座墊框架)的高度的功能。也已知除了高度調整還同時進行前后位置調整的升降器的機構,但均只不過是作為以座墊框架的高度為主的位置調整用而使用。
另一方面,在專利文獻2、3中,由扭力桿支承網構件,因此具有行駛時的振動吸收功能強這一特征。但是,該扭力桿終究是對支承于座墊框架的網構件進行彈性支承的構件,并非將座墊框架自身彈性地支承于上導軌的構件。若將座墊框架自身彈性支承于上導軌,則不限定于將網構件支承于該座墊框架的情況,對于向該座墊框架配置緩沖盤、面狀彈簧并將聚氨酯材料載置于其上的構造,也能夠利用對座墊框架進行支承的彈性構件的彈性來提高振動吸收功能。然而,座墊框架優選是能夠通過升降器來調整上下高度的構造,若一并具有兩者的功能,則會變為復雜的構造,成本也必須升高。
另外,即使在該座墊框架設為將基于升降器的高度調整與振動吸收用的彈性作用組合而成的構造的情況下,若將其與專利文獻4所示那樣的懸架機構組合,則也能夠期待更高的振動吸收功能。
本發明鑒于上述內容,其課題在于,提供帶升降器且即使在將座墊框架調整為任意的高度的情況下也能夠與緩沖件的配置方式無關地以規定彈性進行支承的座椅支承機構、以及具備該座椅支承機構且尤其適于交通工具用座位的座椅結構。另外,本發明的課題在于,提供將具備該座椅支承機構的座椅結構進一步與其他懸架機構組合而能夠發揮更高的振動吸收功能的懸架座位。
用于解決課題的方案
為了解決上述問題,本發明的座椅支承機構具備:升降器,其進行座墊的高度調整;以及連桿機構,其設置于對所述座墊的座墊框架進行支承的基部與所述座墊框架之間,并通過高度調整而進行位移,所述座椅支承機構的特征在于,
所述升降器構成為具有:離合器機構,其施加旋轉力;和旋轉力傳遞機構,其具備借助從所述離合器機構傳遞的旋轉力而旋轉的旋轉體,并且,
所述座椅支承機構具有扭力桿,該扭力桿以一端部與所述升降器中的旋轉力傳遞機構的旋轉體的旋轉中心連結、且另一端部與所述連桿機構連結的方式沿著所述座墊框架的寬度方向架設,
所述扭力桿兼具如下功能:即,在通過所述升降器進行高度調整時,將與所述連桿機構連結的另一端部作為固定端并利用所述扭力桿的彈性力來對所述座墊框架進行高度調整的功能;以及在輸入外部振動時,通過由所述座墊框架相對于所述基部的相對位移而引起的所述連桿機構的運動,將與所述旋轉力傳遞機構的旋轉體連結的一端部作為固定端并利用所述扭力桿的彈性力吸收振動的功能。
優選的是,所述連桿機構具備位于所述座墊框架的前部且在寬度方向上分開設置的一對前部連桿機構、以及位于后部且在寬度方向上分開設置的一對后部連桿機構,
作為所述扭力桿,具有與所述前部連桿機構對應的前部扭力桿以及與所述后部連桿機構對應的后部扭力桿,
所述前部扭力桿的一端部與所述旋轉力傳遞機構的旋轉體連結,另一端部與所述前部連桿機構的前部可動連桿連結,
所述后部扭力桿的一端部與所述旋轉力傳遞機構的旋轉體連結,另一端部與所述后部連桿機構的后部可動連桿連結。
優選的是,所述前部連桿機構與所述后部連桿機構是分別獨立地發揮功能的獨立懸架式的機構。
所述座椅支承機構可以構成為:具有將所述前部連桿機構與所述后部連桿機構連結的連結可動連桿,所述前部連桿機構與所述后部連桿機構同步地進行動作。
優選的是,所述旋轉力傳遞機構的旋轉體具有通過所述離合器機構的旋轉力而旋轉的前部旋轉體和通過與所述前部旋轉體連結的連結驅動連桿而旋轉的后部旋轉體,所述前部旋轉體的旋轉中心連結有所述前部扭力桿的一端部,所述后部旋轉體的旋轉中心連結有所述后部扭力桿的一端部。
優選構成為,所述前部旋轉體或所述后部旋轉體中的任一方是通過所述離合器機構的輸出齒輪而旋轉的扇形齒輪,所述扇形齒輪的旋轉中心連結所述前部扭力桿或所述后部扭力桿的一端部。
優選的是,所述基部作為安裝于交通工具的地板上的滑動件的上導軌而構成。
另外,本發明的座椅結構具備由所述座椅支承機構支承的座墊,所述座椅結構的特征在于,所述座墊具有在沿所述座墊框架的前后方向隔開規定間隔地配設的兩個框架構件之間架設的基底網、以及覆蓋所述基底網而配設的緩沖構件,所述基底網配設為:該基底網的前端緣側以及后端緣側纏繞于所述各框架構件,且所述前端緣與所述后端緣之間通過彈簧構件而連結,所述彈簧構件與構成所述座椅支承機構的所述扭力桿串聯排列。
優選的是,所述基底網由二維或三維的布帛構成,所述彈簧構件由螺旋彈簧構成。
優選的是,覆蓋所述基底網而配設的所述緩沖構件由聚氨酯材料、三維的布帛或該聚氨酯材料與該三維的布帛的組合構成。
另外,本發明的懸架座位的特征在于,在具有左右、前后以及上下這三個方向的振動吸收功能的懸架機構的上部支承有座椅結構的基部,所述座椅結構具備由所述座椅支承機構支承的座墊。
優選的是,本發明的懸架座位中,所述座墊具有在沿所述座墊框架的前后方向隔開規定間隔地配設的兩個框架構件之間架設的基底網、以及覆蓋所述基底網而配設的緩沖構件,所述基底網配設為該基底網的前端緣側以及后端緣側纏繞于所述各框架構件,所述前端緣與所述后端緣之間通過彈簧構件而連結,所述彈簧構件與構成所述座椅支承機構的所述扭力桿串聯排列。
發明效果
根據本發明的座椅支承機構,沿著座墊框架的寬度方向架設且對座墊框架進行彈性支承的扭力桿支承于在基部與座墊框架之間配設的連桿機構。因此,即使基于升降器的高度調整而使連桿機構的姿勢發生了位移,扭力桿的位置也隨之進行位移。扭力桿即使以任意的高度進行位移,也不發生改變地對座墊框架進行彈性支承,因此即使在調整為任意的高度的情況下也能夠以規定的彈性進行支承,能夠發揮規定的振動吸收特性。即,本發明兼具如下功能:即,在通過升降器進行高度調整時,利用與連桿機構連結的扭力桿的彈性力來對座墊框架進行高度調整的功能;和在輸入外部振動時,利用相同的扭力桿的彈性力來吸收座墊框架的振動的功能。因此,無需相對于升降器設置另外的專用的懸架機構,能夠提供構造簡易且低成本的座椅結構。
另外,本發明的座椅結構優選設為如下結構:在沿座墊框架的前后方向隔開規定間隔地配設的兩個框架構件之間架設基底網,由彈簧構件將該基底網的前端緣與后端緣之間連結,覆蓋該基底網而配設緩沖構件。由此,在輸入外部振動時,不僅具有對座墊框架進行支承的扭力桿的彈性力的功能,將基底網的前端緣與后端緣之間連結的彈簧構件的彈性力也發揮功能,因此能夠進一步提高振動吸收特性。
另外,本發明的懸架座位在具有左右、前后以及上下這三個方向的振動吸收功能的懸架機構的上部配設有即使調整為任意的高度也具有規定的振動吸收功能的上述的帶升降器的座椅支承機構。帶升降器的座椅支承機構是指其自身具有懸架功能,且具有與以往的將升降器與專用的懸架機構組合而得到的結構相比能夠變得簡易這一優點,若設為與其他懸架機構組合的結構,則除了帶升降器的座椅支承機構所具有的懸架功能以外,其他懸架機構也發揮作用,能夠進一步提高除振性能。當與其他懸架機構組合時,高度方向上的配置空間變大,因此這樣的結構適于能夠充分確保高度方向上的配置空間的卡車、公交車等大型車輛用。
附圖說明
圖1是表示本發明的第一實施方式的座椅支承機構的主要部分即座墊框架、升降器、連桿機構等的從后方觀察到的立體圖。
圖2是從圖1的前方觀察到的局部分解立體圖。
圖3是圖1的側視圖。
圖4是從前方觀察到的圖1的分解立體圖。
圖5(a)~(c)是用于說明第一實施方式的作用的圖。
圖6是用于說明第一實施方式的作用的圖。
圖7是表示本發明的第二實施方式的座椅支承機構的主要部分即座墊框架、升降器、連桿機構等的從后方觀察到的立體圖。
圖8是圖7的側視圖。
圖9是用于說明第二實施方式的作用的圖。
圖10是表示在第一實施方式的構造的兩側設置有旋轉傳遞機構的方式的從前方觀察到的立體圖。
圖11是表示被試驗者A的振動傳遞率的測定結果的圖。
圖12是表示被試驗者B的振動傳遞率的測定結果的圖。
圖13是表示被試驗者C的振動傳遞率的測定結果的圖。
圖14是表示本發明的座椅結構的實施方式的剖視圖。
圖15是表示被試驗者D的振動傳遞率的測定結果的圖。
圖16是表示被試驗者E的振動傳遞率的測定結果的圖。
圖17是表示靜載荷特性試驗的結果的圖。
圖18是表示本發明的懸架座位的實施方式的簡要結構圖。
圖19是表示圖18的實施方式所使用的懸架機構的立體圖。
圖20(a)是圖19所示的懸架機構的俯視圖,圖20(b)是圖20(a)的主視圖,圖20(c)是圖20(a)的側視圖。
圖21是表示上述懸架機構所使用的上下懸架的立體圖。
圖22(a)是圖21所示的上下懸架的俯視圖,圖22(b)是圖22(a)的主視圖,圖22(c)是圖22(a)的側視圖。
圖23是表示上述懸架機構所使用的前后懸架的立體圖。
圖24(a)是圖23所示的前后懸架的俯視圖,圖24(b)是圖24(a)的主視圖,圖24(c)是圖24(a)的側視圖。
圖25是表示上述懸架機構所使用的左右懸架的立體圖。
圖26(a)是圖25所示的左右懸架的俯視圖,圖26(b)是圖26(a)的主視圖,圖26(c)是圖26(a)的側視圖。
圖27是左右懸架的主要部分的分解立體圖。
圖28(a)~(c)是用于說明左右懸架的動作的圖。
圖29(a)是用于說明上述實施方式的懸架座位中的座椅結構的動作的圖,圖29(b)是表示圖29(a)所示的座椅支承機構的上端位置的圖,圖29(c)是表示其下端位置的圖。
圖30是表示構成實驗例所使用的懸架機構的各懸架的載荷-撓曲特性的圖,圖30(a)是表示左右懸架的載荷-撓曲特性的圖,圖30(b)是表示前后懸架的載荷-撓曲特性的圖,圖30(c)是表示上下懸架的載荷-撓曲特性的圖。
圖31是表示上下懸架、磁彈簧以及扭力桿的載荷-撓曲特性的圖。
圖32(a)是表示輸入振幅為2.5mm的情況下的左右懸架的振動傳遞特性的圖,圖32(b)是表示輸入振幅為5.0mm的情況下的左右懸架的振動傳遞特性的圖。
圖33是表示左右懸架的瞬間中心的圖。
圖34是表示體重84kg的被試驗者就座時的振動傳遞特性的圖,圖34(a)是表示針對左右方向的正弦波的振動輸入的特性的圖,圖34(b)是表示針對前后方向的正弦波的振動輸入的特性的圖,圖34(c)是表示針對上下方向的正弦波的振動輸入的特性的圖。
圖35是將圖34(a)~(c)中的六自由度懸架座位的振動傳遞特性匯總示出的圖。
圖36是表示針對六自由度懸架座位的沖擊性振動的特性的圖。
圖37(a)是表示解析所使用的兩自由度系振動模型的圖,圖37(b)是表示其解析結果的圖。
圖38是表示針對體重84kg的被試驗者,使用從廣島市的宇品路面電車軌道提取出的左右、前后、上下的再現波形來評價振動特性的結果的圖。
圖39是表示對內置于懸架機構的扭力桿的動態彈簧常數進行測定而得到的結果的圖。
圖40是表示3個被試驗者的振動特性的圖。其中,圖40(a)是表示針對左右方向的正弦波的振動輸入的振動特性的圖,圖40(b)是表示針對前后方向的正弦波的振動輸入的振動特性的圖,圖40(c)是表示針對上下方向的正弦波的振動輸入的振動特性的圖。圖40(d)是表示使用從宇品路面電車軌道提取出的左右方向的再現波形的振動特性的圖,圖40(e)是表示使用從宇品路面電車軌道提取出的前后方向的再現波形的振動特性的圖,圖40(f)是表示使用從宇品路面電車軌道提取出的前后方向的再現波形的振動特性的圖。
圖41是表示以靜態就座時的30分鐘的疲勞度的圖。
圖42是表示使用宇品路面電車軌道的再現波形而以動態就座時的30分鐘的疲勞度的圖。
具體實施方式
以下,基于圖示的實施方式,來進一步詳細地說明本發明。圖1~圖6是表示本發明的第一實施方式的座椅支承機構1的主要部分的圖。本實施方式的座椅支承機構1是在用作機動車等的交通工具用座位的座椅結構中采用的機構,具有附設于座墊框架10的升降器30、連桿機構40等。
如圖1所示,作為座墊的骨架的座墊框架10構成為具有:左右一對側框架11、11,其隔開規定間隔地設置;前部框架12,其配設于左右一對側框架11、11間的前部側;以及后部框架13,其配設于后部側。另外,在后述的連桿機構40中的左右的第二前部可動連桿414、414間配設有加強管14。在座墊框架10支承有緩沖盤(cushion pan)、S字彈簧等面狀彈簧,而且在其上部配置有由規定厚度的聚氨酯材料等構成的緩沖件,從而構成座墊。
在座墊框架10用作本實施方式這樣的交通工具用座位的情況下,對座墊框架10進行支承的基部為配置于交通工具主體的地板的左右一對滑動件20、20。滑動件20、20構成為具有:下導軌21、21,其具有規定長度,且以長邊方向沿著座墊(座墊框架10)的前后方向的方式固定;和上導軌22、22,其配設為能夠沿著該下導軌21、21的長邊方向移動。下導軌21、21固定于地板,座墊框架10的左右的側框架11、11支承于上導軌22、22,由此能夠通過使上導軌22、22相對于下導軌21、21滑動來調整座墊框架10的前后位置。
升降器30構成為具有離合器機構310、旋轉力傳遞機構320、前部扭力桿330以及后部扭力桿340。將離合器機構310的在內部收容有旋轉控制部的殼體311安裝于一方的側框架11的靠前方的部位而配設。在旋轉基部313安裝有桿、手柄等操作構件314,所述旋轉基部313在殼體311內與旋轉控制部312連接,且向殼體311的外側突出。另外,在旋轉控制部312的輸出側設置有輸出齒輪312a。并且,若使操作構件314向正反任一方旋轉,則該旋轉力經由旋轉控制部312傳遞給輸出齒輪312a而使輸出齒輪312a旋轉。
需要說明的是,旋轉控制部312像這樣對來自操作構件314的旋轉力進行傳遞,但在因來自座墊框架10的載荷而對輸出齒輪312a施加了旋轉力的情況下成為鎖定的機構,在因行駛期間的振動等而對座墊框架10反復施加了載荷的情況下,成為能夠防止座墊框架10逐漸下降的構造。旋轉控制部312的構造并不限定于此,例如也可以使用如下機構:即,采用使以往公知的制動彈簧伸展收縮的結構來傳遞來自操作構件314側的旋轉力而切斷反向的輸入的機構等。
旋轉力傳遞機構320與離合器機構310同樣地設置于構成座墊框架10的一方的側框架11的外側,伴隨座墊框架10的上下移動而上下移動。旋轉力傳遞機構320具備與離合器機構310的輸出齒輪312a嚙合的第一傳遞齒輪321、與第一傳遞齒輪321配置在同軸上的第二傳遞齒輪322、以及與第二傳遞齒輪322嚙合的扇形齒輪323。扇形齒輪323在本實施方式中相當于借助離合器機構310而旋轉的旋轉體(前部旋轉體),配設于在側框架11安裝的罩構件11a的內側,且在作為旋轉中心的軸承部323a固定連結有前部扭力桿330的一端部331。在罩構件11a的上部形成有前部引導孔11b,該前部引導孔11b沿著前后方向呈圓弧狀。在沿著扇形齒輪323的形成有齒323b的外周緣的上部設置有前部引導銷324,該前部引導銷324與罩構件11a的前部引導孔11b卡合。因此,當扇形齒輪323旋轉時,與軸承部323a連結的前部扭力桿330被扭轉。
旋轉力傳遞機構320還具備:連結驅動連桿325,其前端部軸支承于與前部引導孔11b卡合的上述的前部引導銷324;和后部驅動連桿327,其上部經由后部引導銷326而軸支承于連結驅動連桿325的后端部。后部驅動連桿327在本實施方式中相當于借助離合器機構310并經由連結驅動連桿325而旋轉的旋轉體(后部旋轉體)。在后部驅動連桿327的下部形成有連結孔327a,該連結孔327a成為旋轉中心并被裝填有止轉用襯墊,且連結固定有后部扭力桿340的一端部341(參照圖4)。后部引導銷326與后部引導孔11c卡合,該后部引導孔11c在側框架11中形成于比后部扭力桿340的配設位置靠上方的位置,且沿著前后方向呈圓弧狀。當扇形齒輪323旋轉從而前部引導銷324沿著前部引導孔11b向前方或后方移動時,連結驅動連桿325向前方或后方移動,后部引導銷326也在后部引導孔11c內向前方或后方移動。由此,后部驅動連桿327以連結孔327a為旋轉中心向前方或后方傾轉,因此與連結孔327a連結的后部扭力桿340被扭轉。
需要說明的是,附圖標記370是相對于上導軌22、22對座墊框架3(側框架31、31)向上方施力并施加輔助上升動作的力的渦旋彈簧。
連桿機構40構成為具備左右一對的前部連桿機構410和同樣是左右一對的后部連桿機構420。各前部連桿機構410具有前部固定連桿411、框架側前部連桿412、第一前部可動連桿413以及第二前部可動連桿414。前部固定連桿411包括下部安裝于上導軌22的前部的前部托架4111和固定于該前部托架4111的輔助托架4112,設置于第一前部可動連桿413的前部的孔部413a以能夠旋轉的方式軸支承于在前部托架4111的上部設置的軸部4111a。另一方面,設置于第二前部可動連桿414的前部的孔部414a以能夠旋轉的方式軸支承于在輔助托架4112的下部設置的軸部4112a。
框架側前部連桿412以向下方突出的方式固定于座墊框架10的側框架11,在其上部形成有貫通孔412a,在下部設置有軸部412b。設置于第二前部可動連桿414的后部的孔部414b以能夠旋轉的方式軸支承于在下部設置的軸部412b。另一方面,設置于框架側前部連桿412上部的貫通孔412a與設置于第一前部可動連桿413的后部的孔部413b對位。
關于上述點,左右的前部連桿機構410、410采用共通的結構,但與前部扭力桿330連結的連結構造有所不同。首先,在配設有升降器30的一方的側框架11側,前部扭力桿330的一端部331在一方的側框架11的內側穿過對位好的設置于第一前部可動連桿413的后部的孔部413b以及設置于框架側前部連桿412上部的貫通孔412a,在一方的側框架11的外側連結固定于裝填有止轉用的襯墊的扇形齒輪323的軸承部323a。在另一方的側框架11側,在設置于第一前部可動連桿413的后部的孔部413b裝填有止轉用的襯墊413c(參照圖4),前部扭力桿330的另一端部332連結固定于該止轉用的襯墊413c,且以能夠旋轉的方式穿過設置于框架側前部連桿412上部的貫通孔412a。
因此,在升降器30的操作時,通過扇形齒輪323的旋轉,前部扭力桿330以另一端部332為固定端而一端部331被扭轉。另一方面,在調整為規定高度的狀態下被輸入了外部振動的情況下,以一端部331為固定端而另一端部332被扭轉來吸收振動。
后部連桿機構420構成為具有:后部固定連桿421,其下部固定于上導軌22且向上方立起;和后部可動連桿422,設置于該后部可動連桿422的前端附近的孔部422a軸支承于在后部固定連桿421的上部設置的軸部421a。后部可動連桿422形成為其內角為鈍角的大致V字狀,在比該后部可動連桿422的大致中央部靠近后端的位置支承有后部扭力桿340。
具體而言,在左右的后部連桿機構420、420中,在配設有升降器30的一方的側框架11側,后部扭力桿340的一端部341貫穿后部可動連桿422以及一方的側框架11,并連結固定于位于一方的側框架11的外側的裝填有止轉用襯墊的后部驅動連桿327的連結孔327a。
后部扭力桿340的另一端部342在功能上與另一方的側框架11側的后部可動連桿422以彼此無法旋轉的方式連結即可,在本實施方式中,設為能夠將后部扭力桿340調整為規定的彈性力的構造。即,與后部扭力桿340大致平行地配設規定長度的螺桿350,將該螺桿350的各端部支承于后部可動連桿422,并且配設有沿著螺桿350相對位移的螺母構件351。螺母構件351形成為大致橢圓形,在一端側貫穿形成有與螺桿350螺合的內螺紋部351a,在另一端側形成有將后部扭力桿340支承為無法旋轉的嵌合孔351b。當使螺桿350旋轉時,螺母構件351沿著該螺桿350的長邊方向相對位移,因此將后部扭力桿340固定為無法旋轉的嵌合孔351b的位置追隨地發生變化,由此能夠調整通過扭轉后部扭力桿340而作用的實際的彈性。因此,后部扭力桿340的另一端側在本實施方式中被該螺母構件351的嵌合孔351b固定,因此將該固定的部位設為另一端部342。需要說明的是,附圖標記352是包圍后部扭力桿340、螺桿350以及螺母構件351且由后部可動連桿422、422支承的截面大致橢圓形的罩管,該罩管是為了使螺母構件351的安裝角度固定且阻止該螺母構件351的旋轉而設置的。
需要說明的是,在設置有升降器30的一方的側框架11側配置的后部可動連桿422在其后端部形成有大致圓弧狀的長孔422b。該長孔422b與在旋轉力傳遞機構320中設置于連結驅動連桿325的后端部的后部引導銷326卡合。
另外,在一方的側框架11側,如上所述,后部扭力桿340貫穿后部可動連桿422以及一方的側框架11并且配置為相對于它們旋轉自由,但一方的側框架11的貫通孔11d優選形成為前后較長的長孔形狀。由此,如圖5以及圖6所示,當相對于處于中立位置的后部扭力桿340的位置向上方或下方進行位移時,后部扭力桿340向前方進行位移。中立位置的高度與向上方或下方進行了位移的任一高度相比,后部扭力桿340的從側面觀察到的位置均處于后方,因此能夠降低后部扭力桿340的彈簧常數。
接著,說明本實施方式的作用。首先,在對座墊(座墊框架10)進行高度調整的情況下,使升降器30的離合器機構310的操作構件314向正反任一方的方向旋轉。由此,經由內置于離合器機構310的旋轉控制部312而輸入的旋轉力被傳遞給輸出齒輪312a。當輸出齒輪312a旋轉時,經由旋轉力傳遞機構320的第一傳遞齒輪321以及第二傳遞齒輪322而使扇形齒輪323旋轉。當扇形齒輪323旋轉時,連結驅動連桿325向前方或后方進行動作,與此相伴地使后部驅動連桿327旋轉。
通過扇形齒輪323的旋轉,前部扭力桿330以另一端部332為固定端且連結于軸承部323a的一端部331側被扭轉,同樣地,通過后部驅動連桿327的旋轉,后部扭力桿340以另一端部342為固定端且連結于連結孔327a的一端部341側被扭轉。
如圖5所示,例如在從(b)的中立位置向(a)的上端位置上升的情況下,使操作構件314向一方向旋轉。由此,前部扭力桿330以及后部扭力桿340如上所述被向一方向扭轉,借助它們的彈性力,前部連桿機構410以第一前部可動連桿413以及第二前部可動連桿414的前端部為中心而使后端部側向上方進行位移,后部連桿機構420的后部可動連桿422以前端部為中心而使后端部側向上方進行位移。另一方面,例如在從(b)的中立位置向(c)的下端位置下降的情況下,使操作構件314向與上述方向相反的方向旋轉。由此,前部扭力桿330以及后部扭力桿340被向與上述方向相反的反向扭轉,借助它們的彈性力,前部連桿機構410以第一前部可動連桿413以及第二前部可動連桿414的前端部為中心而使后端部側向下方進行位移,后部連桿機構420的后部可動連桿422以前端部為中心而使后端部側向下方進行位移。
若已調整為所期望的高度,則停止操作構件314的操作。由于就座者的載荷、外部振動等,經由旋轉力傳遞機構320而從輸出側向輸出齒輪312a輸入旋轉力,但該旋轉力被離合器裝置310內的旋轉控制部312通過機構而切斷,不會傳遞至輸入側。另一方面,在行駛時輸入了外部振動的情況下,座墊框架10相對于上導軌22、22相對地進行位移,因此升降器30的扇形齒輪323以及后部驅動連桿327不進行旋轉動作,但第一前部可動連桿413與座墊框架10一起以軸支承于在上導軌22上固定的前部固定連桿411的孔部413a為中心旋轉,前部扭力桿330以一端部331為固定端而另一端部332側被扭轉,從而作用彈性。在后部側,后部可動連桿422與座墊框架10一起相對于后部固定連桿421旋轉,因此后部扭力桿340也以一端部341為固定端而另一端部342側被扭轉,從而作用規定彈性。通過這些作用來吸收外部振動。在圖5(a)~(c)所示的座墊框架10被調整為任一高度的情況下,均進行基于前部扭力桿330以及后部扭力桿340實現的外部振動的吸收作用。即,前部扭力桿330以及后部扭力桿340在座墊框架10的高度調整時作為升降器30的結構構件而以發揮使座墊框架10升降的升降力的方式發揮彈性的功能,但在未進行高度調整而未作為升降器30發揮功能的狀態下,實現作為發揮對振動進行吸收的彈性的懸架的功能。
另外,在本實施方式中,前部連桿機構410與后部連桿機構420未連結而獨立。另外,如圖6所示,角A以及角B均設定為銳角,所述角A是以位于框架側前部連桿412的下部且對第二前部可動連桿414的孔部414b進行軸支承的軸部412b為中心而從該軸部412b向與座墊框架10的前部管的下表面相接的方向延伸的線同從軸部412b向前部扭力桿330的方向延伸的線所成的角,所述角B是以前部扭力桿330為中心而從前部扭力桿330向軸部412b的方向延伸的線與從前部扭力桿330向后部扭力桿340的方向延伸的線所成的角。由此,在以后背貼靠于椅背的方式深入坐于座墊時,即,使胯點(Hip-Point)對準設計基準位置地入坐了時,取得前部連桿機構410與后部連桿機構420的平衡,座墊框架10平行地上下運動。另一方面,在如踏板操作時等那樣以重心比其靠前的方式入坐了時,前部連桿機構410的運動幅度比后部連桿機構420的運動幅度大,以座墊框架10的前部側更深地陷入的方式進行動作。由此,容易進行踏板操作等。
圖7~圖9是用于說明本發明的第二實施方式的座椅支承機構1的圖。本實施方式的座椅支承機構1與第一實施方式相比連桿機構40的結構有所不同。首先,對于前部連桿機構410,廢除了在第一實施方式中軸支承于位于框架側前部連桿412的下部的軸部412b和設置于前部固定連桿411的輔助托架4112的下部的軸部4112a的第二前部可動連桿414。取而代之地,在本實施方式中,在后部連桿機構420中,在下部固定于上導軌22且向上方立起的后部固定連桿421上安裝輔助托架4212,該輔助托架4212在下部設置有軸部4212a。并且,在位于前部連桿機構410的框架側前部連桿412的下部的軸部412b與后部連桿機構420的后部固定連桿421的軸部4212a架設前后連結可動連桿430。當然,前后連結可動連桿430分別架設于左右的前部連桿機構410、410與后部連桿機構420、420之間,左右設置有一對。
本實施方式的使用升降器30的高度調整的方法與上述第一實施方式同樣,另外,在任意的高度下均能夠通過前部扭力桿330以及后部扭力桿340的彈性來進行振動吸收這點也是同樣的。但是,在本實施方式中,由于設置有前后連結可動連桿430,因此無論就座位置為何種位置,在高度調整時或者外部振動輸入時、踏板操作等姿勢變化時,座墊框架10均平行地上下移動(參照圖9)。
需要說明的是,在上述實施方式中,將包括離合器機構310以及旋轉力傳遞機構320的升降器30僅設置于一方的側框架11,但也可以如圖10所示那樣,將包括如下部分的構造設置于另一方的側框架11,即,離合器機構310中的僅傳遞來自操作構件314的旋轉力且切斷來自反向的旋轉力的旋轉控制部312的構造部分、以及與該旋轉控制部312的輸出齒輪312a連接而進行動作的旋轉力傳遞機構320。由左右連結桿360連結設置于一方以及另一方的各側框架11、11的各旋轉控制部312彼此,能夠使兩側的旋轉傳遞機構320同步地動作而提高強度。
圖11~圖13是測定座椅結構(類型A)和座椅結構(類型B)的振動傳遞率而得到的圖,所述座椅結構(類型A)具備使用第一實施方式的座椅支承機構1的座墊框架10、即前部連桿機構410與后部連桿機構420獨立的獨立懸架式的座墊框架10,所述座椅結構(類型B)具備使用第二實施方式的座椅支承機構1的座墊框架10、即前部連桿機構410與后部連桿機構420通過連結可動連桿430而連結的座墊框架10。將由厚度55mm的聚氨酯材料構成的緩沖件支承于座墊框架10上,使被試驗者就座于該座墊框架10上,將該座墊框架10設置于加振機臺上并進行了測定。加振條件是0.5~15Hz的頻帶且單向振幅為1mm、掃描時間為180秒的正弦波對數掃描下的Z軸單軸振動。被試驗者為日本人男性(JM)3名(被試驗者A、被試驗者B、被試驗者C),將各被試驗者的測定結果示于圖11~圖13中。
首先,可知,第一以及第二實施方式的類型A以及類型B中的任一方與不具有本發明的前部扭力桿以及后部扭力桿的通常的僅附設有厚度70mm的聚氨酯材料的機動車用座位相比,共振峰值的振動傳遞率均大幅降低。根據圖11以及圖13的被試驗者A以及被試驗者C的測定結果,第一實施方式的類型A的共振峰值的振動傳遞率與類型B相比也顯著降低。根據圖12的被試驗者B的測定結果,類型B的共振峰值的振動傳遞率比類型A低,但類型A的共振峰值出現的頻率更低,在5Hz以上的區域,類型A的振動傳遞率總體上較低。這是被認為是,在類型A中,前部連桿機構410與后部連桿機構420未連結,因此彼此之間產生相位差,產生了衰減效果。
根據這些測定結果也可知,根據上述各實施方式的座椅支承機構1,使升降器30與前部扭力桿330以及后部扭力桿340連接,能夠利用其彈性來調整上下高度,并且在調整為規定高度后,前部扭力桿330以及后部扭力桿340實現作為懸架的功能。因此,無需相對于升降器而言設置另外的專用的懸架機構,能夠提供緊湊且低成本的座椅結構。
需要說明的是,在上述實施方式中,在前后使用了兩個扭力桿,但也可以設為僅任一方兼具升降器的功能和懸架的功能這兩個功能的結構。但是,理所當然地,從耐載荷性能這點出發,并且從振動吸收功能這點出發,優選如上述實施方式那樣使用兩個扭力桿。
圖14是表示座椅結構1000的實施方式的剖視圖,在該座椅結構1000中,作為座墊100使用采用了上述第二實施方式的座椅支承機構1的座墊框架10、即前部連桿機構410與后部連桿機構420通過連結可動連桿430而連結的座墊框架10,并且配設有基底網(base net)110,以覆蓋該基底網110的方式配設有緩沖構件120。需要說明的是,在上述實施方式中,前部扭力桿330的旋轉力被傳遞給大致長方形的第一前部可動連桿413,后部扭力桿340的旋轉力被傳遞給形成為大致V字狀的后部可動連桿422,但在本實施方式中,作為前部可動連桿450以及后部可動連桿460均使用大致三角形的連桿,從而實現了結構的簡化。但是,大致三角形的前部可動連桿450以及后部可動連桿460所實現的功能與上述實施方式的第一前部可動連桿413以及后部可動連桿422同樣。
基底網110架設于在座墊框架10的前后方向上隔開規定間隔地配設的框架構件間、在本實施方式中為前部扭力桿330與后部框架13之間。但是,前部扭力桿330由罩管331覆蓋,因此基底網110的前端緣111側從該罩管331的上側向下側纏繞且后端緣112側從后部框架13的上側向下側纏繞,并且前端緣111以及后端緣112彼此通過作為彈簧構件的螺旋彈簧113來連結。作為基底網110,可以使用二維的布帛或三維的布帛(例如三維立體編織物)。
基底網110由緩沖構件120覆蓋。緩沖構件120可以使用聚氨酯材料、三維的布帛(優選為三維立體編織物)、或聚氨酯材料與三維的布帛的層疊體等。在本實施方式中,在前部框架12配設有前緣支承體12a,緩沖構件120配設于該前緣支承體12a、基底網110以及后部支承框13上。
根據本實施方式,在座墊100配設有由螺旋彈簧113連結前端緣111以及后端緣112的基底網110,因此上述的前部扭力桿330以及后部扭力桿340與螺旋彈簧113串聯排列。因此,與僅具有前部扭力桿330以及后部扭力桿340的情況相比,整體的彈簧常數變低,振動吸收功能變高。另外,除此以外還作用有基底網110的彈性力。因此,共振峰值為更低頻帶而降低振動傳遞率,行駛期間始終輸入的高頻帶的微小振動的吸收功能也進一步得到改善。另外,借助螺旋彈簧113,就座動作時的沖程(stroke)感提高。
作為基底網110,使用二維的布帛,其前端緣111與后端緣112由螺旋彈簧113連結,在基底網110上支承有由厚度20mm的聚氨酯材料構成的緩沖件,使被試驗者就座于其上,并設置在加振機臺上測定了振動傳遞率。加振條件是0.5~15Hz的頻帶、單向振幅為1mm、掃描時間為180秒的正弦波對數掃描下的Z軸單軸振動。被試驗者是體重為100kg的日本人男性(被試驗者D),將測定結果示于圖15中。
在圖15中,粗的實線(TB通常)表示本實施方式的座椅結構1000的測定結果,細的實線(TB固定)為以使前部扭力桿330以及后部扭力桿340的彈性不發揮功能的方式固定了的情況下的測定結果,虛線(以往聚氨酯座位)為使用不具有前部扭力桿、后部扭力桿以及基底網的通常的僅附設有厚度180mm的聚氨酯材料的機動車用座位時的測定結果。根據圖15可確認到,本實施方式的座椅結構1000與將前部扭力桿以及后部扭力桿固定了的座椅結構相比,由于扭力桿的效果而在4Hz以上的頻帶中振動吸收特性存在差異。另外,與以往的座位相比,確認到共振特性存在差異,盡管不具有減振功能,但共振峰值的增益降低。因此,使用前部扭力桿以及后部扭力桿十分有助于振動傳遞率的改善。
圖16是表示使體重62kg的日本人男性(被試驗者E)就座于圖15的試驗所使用的本實施方式的座椅結構1000、并采用與圖15相同的條件測定得到的振動傳遞率的圖(圖16的“有螺旋彈簧”)。另外,與卸下螺旋彈簧113而由幾乎沒有伸縮性的與剛體相近的布帛連接基底網110的前端緣111以及后端緣112的構造(圖16的“無螺旋彈簧”)進行了比較。需要說明的是,其他結構均完全相同,前部扭力桿330以及后部扭力桿340均設置為使它們的彈性發揮功能。
根據圖16可知,“有螺旋彈簧”的本實施方式的座椅結構1000與“無螺旋彈簧”的座椅結構相比,共振峰值向低頻側轉移,比共振峰值靠高頻側的振動傳遞率降低,使用本實施方式的螺旋彈簧113對于振動傳遞特性的改善而言具有效果。
針對圖16所示的試驗中所使用的“有螺旋彈簧”的本實施方式的座椅結構1000以及“無螺旋彈簧”的座椅結構,在與設計層面的胯點的下方相當的位置設置直徑200mm的加壓板的中心,進行了以4.5mm/sec的速度按壓至載荷1500N的靜載荷特性試驗。將結果示于圖17中。需要說明的是,在圖17中,“TB通常”是以使前部扭力桿330以及后部扭力桿340如通常那樣發揮功能的方式設定的情況下的測定結果,“TB固定”是以使前部扭力桿330以及后部扭力桿340的彈性不發揮功能的方式固定的情況下的測定結果。
根據圖17可知,本實施方式的“TB通常-有螺旋彈簧”的座椅結構1000與“TB通常-無螺旋彈簧”的座椅結構相比,在載荷1000N之前的范圍內的彈簧常數降低,尤其是,在向座墊100施加的通常區域的載荷(到達載荷800N左右)中更加顯著地降低,前部扭力桿330以及后部扭力桿340與螺旋彈簧113串聯地發揮作用。并且,這有助于圖16所示的“有螺旋彈簧”的座椅結構1000的振動傳遞率的改善。
需要說明的是,當對一并示出的“TB固定”的數據和“TB通常”的數據進行比較時,也可知:“TB通常”的兩個數據與“TB固定”的兩個數據相比,彈簧常數均大幅降低,采用前部扭力桿330以及后部扭力桿340十分有助于沖程感的提高和除振性能的改善。
接著,基于圖18~圖28來說明懸架座位2000的實施方式。如圖18所示,懸架座位2000是將圖14所示的座椅結構1000固定于懸架機構3000的上部的構造。
如圖19以及圖20所示,本實施方式所使用的懸架機構3000是將上下懸架3100、前后懸架3200以及左右懸架3300組合而成的三軸懸架。
如圖21以及圖22所示,上下懸架3100具有:下部框架體3110,其固定于車身地板等,具備左右的側部框架3111、3111、以及在側部框架3111、3111之間的靠前部的位置以及靠后部的位置架設的連結框架3112、3112,且在俯視下形成為大致四方的框狀;上部框架體3130,其設置為經由平行連桿機構3120而能夠相對于下部框架體3110上下移動,且同樣地,具備一對側部框架3131、3131、以及在兩者之間的靠前部的位置與靠后部的位置架設的連結框架3132、3132,且在俯視下形成為大致四方的框狀;以及彈簧機構3140,其將上部框架體3130彈性支承于下部框架體3110。
彈簧機構3140具備具有正的彈簧常數的彈簧機構和具有負的彈簧常數的彈簧機構這兩個種類,通過在負的彈簧常數發揮功能的范圍內重疊正的彈簧常數,從而具有所重疊的彈簧常數實質上為零的固定載荷區域(參照圖31),對從車身地板傳遞的振動的向上部框架體3130側的傳遞進行切斷的功能強。
在本實施方式中,向與上部框架體3130的各連結框架3132、3132分別相鄰設置的筒狀的前部旋轉軸3133及后部旋轉軸3133、以及與下部框架體3110的各連結框架3112、3112分別相鄰設置的筒狀的前部旋轉軸3113及后部旋轉軸3113,分別插入配設有扭力桿3151、3151、3152、3152,該扭力桿3151、3151、3152、3152的各一端與各旋轉軸3133、3113連結。平行連桿機構3120的前部連桿3121與前部旋轉軸3133、3113連結,后部連桿3122與后部旋轉軸3133、3113連結,由此扭力桿3151、3151、3152、3152沿著使上部框架體3130上升的方向施力,構成了具有正的彈簧常數的彈簧機構。
具有負的彈簧常數的彈簧機構由磁彈簧3160構成。磁彈簧3160構成為具有固定側單元3161和可動側單元3162,固定側單元3161具有固定于下部框架體3110且隔開規定間隔地配置的一對固定側永久磁鐵。另外,在下部框架體3110的前部旋轉軸3113上連結有扇形齒輪3180的一端,而且設置有與該扇形齒輪3180嚙合的齒輪3181。設置有可動側單元用擺動構件3183,該可動側單元用擺動構件3183軸支承于在下部框架體3110的靠后部的位置設置的托架而能夠上下擺動,并且在該可動側單元用擺動構件3183設置有長孔3183a,在該長孔3183a配設有滾動件3184,該滾動件3184以能夠旋轉的方式設置于在支承板(未圖示)的一端設置的軸部。另外,在支承板的另一端設置的軸部支承于托架,并且在該軸部安裝有齒輪3181。可動側單元3162支承于可動側單元用擺動構件3183。可動側單元3162具有在固定側單元3161的一對固定側永久磁鐵之間移動的可動側永久磁鐵。
因此,當上部框架體3130相對于下部框架體3110上下地位移時,下部框架體3110的前部旋轉軸3113旋轉,與之相伴地扇形齒輪3180轉動,經由齒輪3181、滾動件3184而使可動側單元用擺動構件3183上下擺動。由此,可動側單元3162的可動側永久磁鐵上下移動,相對于固定側永久磁鐵的相對位置發生變化。此時,借助各永久磁鐵的磁力,在規定的位移范圍內,表現出負載相對于位移量的增加而減少的負的彈簧常數的特性(參照圖31)。需要說明的是,在本實施方式中,經由扇形齒輪3180和設置有與該扇形齒輪3180嚙合的齒輪3181的支承板而使滾動件3184旋轉,使可動側單元用擺動構件3183擺動,根據此時的杠桿比的設定,即使彈簧機構的可動范圍小,也能夠吸收更大的位移。需要說明的是,該上下懸架3100是與本申請人的日本特開2009-248798號公報所公開的懸架大致同樣的結構,是可動側單元3162的可動側永久磁鐵沿著上下方向進行位移的結構,但不限定于此,也可以如同本申請人所提出的日本特開2010-179719號公報、日本特開2010-179720號公報所公開的那樣設為如下結構:以接近水平的狀態配設固定側單元3161的固定側永久磁鐵,移動側永久磁鐵隨之而沿著接近水平的方向進行位移。
另外,在本實施方式中,通過轉動撥盤3134,能夠調整扭力桿3151、3151、3152、3152的初始扭轉量。這是為了:通過在考慮體重差的基礎上調整扭力桿3150、3150的初始扭轉量,從而與體重的大小無關地使彈簧常數在規定的位移范圍內實質上為零。
上下懸架3100還在上部框架體3130與下部框架體3110之間配設有液壓減振器等減振器3170。這是為了在被輸入了沖擊性振動的情況下使其能量衰減。
如圖23以及圖24所示,前后懸架3200構成為具有:左右一對固定導軌3210、3210,其隔開規定間隔地設置;可動導軌3220、3220,其設置為能夠相對于固定導軌3210、3210向前后滑動;可動連結框架3230、3230,其分別架設于可動導軌3220、3220的靠前部的位置與靠后部的位置;固定連結框架3240,其架設于前后的可動連結框架3220、3220之間的中間附近,且架設于左右一對固定導軌3210、3210之間;以及螺旋彈簧3250,其分別以多根的形式架設于同定連結框架3240與一方的可動連結框架3230之間以及固定連結框架3240與另一方的可動連結框架3230之間。
并且,前后懸架3200的固定導軌3210、3210分別固定并層疊配設于上下懸架3100的上部框架體3130的一對側部框架3131、3131(參照圖19)。當沿著前后方向輸入振動時,可動導軌3220、3220相對于固定導軌3210、3210沿著其長邊方向進行位移。由此,隔著固定連結框架3240而分別在靠前部的可動連結框架3230與靠后部的可動連結框架3230之間配設的螺旋彈簧3250進行伸縮動作,因此消除前后方向的輸入振動。
左右懸架3300是與上述專利文獻4(日本特開2014-213752號公報)所公開的懸架同樣的懸架。具體而言,如圖25以及圖26所示,具有在前后以及左右分別隔開規定間隔地設置的四個托架3301、3302,在各托架3301、3302與前后懸架3200的各可動連結框架3230、3230的各左右端部之間,隔著前后懸架3200的可動導軌3220、3220地通過螺栓連結固定(參照圖19)。在位于靠前部的左右的兩個托架(前部托架)3301、3301上,以使位于左右各端部的板狀部3311、3311對置的方式配設前部框架3310,在位于靠后部的左右的兩個托架(后部托架)3302、3302上,以使位于左右各端部的板狀部3321、3321對置的方式配設后部框架3320。
并且,在前部托架3301、3301和與之對應的前部框架3310的各板狀部3311、3311之間、后部托架3302、3302和與之對應的后部框架的各板狀部3321、3321之間,經由共計4組連桿機構3330而分別連結。
接下來,說明連桿機構3330。需要說明的是,以下,主要使用前部托架3301和前部框架3310的附圖標記來進行說明,但設置于后部托架3302以及后部框架3320的情況也是同樣的。即,如圖26以及圖27所示,各連桿機構3330構成為具有第一連桿3331、第二連桿3332以及第三連桿3333。前部托架3301在俯視下為大致L字狀,基部3301a固定于前后懸架3200的可動導軌3220,以從基部3301向斜下方突出的方式具有連桿支承部3301b。在連桿支承部3301b中的靠基部3301a的位置形成有上部連結孔3301c,在位于其斜下方的下端附近形成有下部連結孔3301d。另一方面,在前部框架3310的一端部的板狀部3311的下端附近形成有下部連結孔3311a。
第一連桿3331以沿著大致橫向延伸的方式配置,在各端部附近形成有內側貫通孔3331a和外側貫通孔3331b。第二連桿3332以沿著大致垂直方向延伸的方式配置,在上端附近、中央附近、下端附近這三個部位形成有上部貫通孔3332a、中央貫通孔3332b以及下部貫通孔3332c。第三連桿3333形成為大致L字狀,在其大致垂直邊部的上端附近形成有上部貫通孔3333a,在大致垂直邊部的下端附近形成有下部貫通孔3333b。并且,在前部托架3301的連桿支承部3301b的靠內側上方的位置以沿著大致橫向延伸的方式配置有第一連桿3331,在連桿支承部3301b的靠外側下方的位置配置有第三連桿3333。第二連桿3332配置于這樣配置的第三連桿3333與位于前部框架3310的一端部的板狀部3311之間。
前部托架3301的上部連結孔3301c與第一連桿3331的內側貫通孔3331a通過軸構件3334而連結。需要說明的是,軸構件3334架設于前部托架3301與后部托架3302之間,也與配置于后部托架3302側的第一連桿內側貫通孔3331a連結,實現前后的同步。第一連桿3331的外側貫通孔3331b與第二連桿3332的上部貫通孔3332a通過連結銷3335而連結。
第二連桿3332的中央貫通孔3332b與第三連桿3333的上部貫通孔3333a通過連結銷3336而連結。第三連桿3333的下部貫通孔3333b與前部托架3301的下部連結孔3301d通過連結銷3337而連結。第二連桿3332的下部貫通孔3332c與前部框架3310的板狀部3311的下部連結孔3311a通過連結銷3338而連結。
第二連桿3332為具有與上部貫通孔3332a相鄰并向外側突出的突出部3332d的形狀。該突出部3332d以位于比各托架3301、3302的連桿支承部3301b、3302b靠外側的位置的方式突出,在靠前部以及靠后部配置的第二連桿3332、3332的突出部3332d、3332d之間架設有加強管3332e。由此,提高強度,并且實現了靠前部配置和靠后部配置的第二連桿3332、3332的同步。同樣地,第三連桿3333也具有向外側突出的突出部3333c,在靠前部配置和靠后部配置的第三連桿3333、3333的突出部3333c、3333c之間架設有加強管3333d,實現了強度的提高和第三連桿3333、3333的同步。
在前后懸架3200的靠前部的可動連結框架3230與左右懸架3300的前部框架3310之間、前后懸架3200的靠后部的可動連結框架3230與左右懸架3300的后部框架3320之間,分別通過彈簧構件3350而彈性連結。在本實施方式中,作為彈簧構件3350,使用扭轉螺旋彈簧,將一端3351卡合于前后懸架3200的各可動連結框架3230、3230,將另一端3352卡合于在左右懸架3300的前部框架3310以及后部框架3320上設置的彈簧固定用托架3360,當左右懸架3300相對于前后懸架3200向左右運動時,通過構成彈簧構件3350的扭轉螺旋彈簧的伸展收縮而作用有彈性,從而緩沖左右方向的力。需要說明的是,作為彈簧構件3350,不限定于扭轉螺旋彈簧,也可以使用架設于前后懸架3200與左右懸架3300之間且彈性沿著軸向發揮功能的螺旋彈簧等。
并且,如圖18以及圖19所示,在位于左右懸架3300的前部框架3310以及后部框架3320的各端部附近的安裝部3313、3323,固定地配設有圖14所示的座椅結構1000所使用的座椅支承機構1的下部。
在左右懸架3300因車輛的液壓懸架的相位偏移等而產生橫向擺動(低周期振動)時,例如從圖28(a)的中立狀態起,如圖28(b)所示那樣,從正面觀察車身地板相對地向左方擺動時,前部框架3310、后部框架3320、以及支承于它們的座椅結構1000相對地向右方擺動。
連桿機構3330中,如圖28(a)~(c)所示,例如前部框架3310的下部連結孔3311a通過連結銷3338而與第二連桿3332的下部貫通孔332c連結,因此當前部框架3310沿著左右方向進行位移時,該連結點(連結銷3338的位置)隨之沿著左右方向進行位移。第二連桿3332的上部貫通孔3332a經由連結銷3335而與第一連桿3331的外側貫通孔3331b連結,因此下部連通孔3311a與下部貫通孔3332c的連結點(連結銷3338的位置)以該連結銷3335為擺動支點而沿著左右方向(車寬方向)在圓弧狀軌道上進行位移。
第二連桿3332的中央貫通孔3332b經由連結銷3336而與第三連桿3333的上部貫通孔3333a連結。因此,當第二連桿3332的下部貫通孔3332c側欲沿著左右方向進行圓弧運動時,由于第三連桿3333的下部貫通孔3333b經由連結銷3337而與前部托架3301的下部連結孔3301d連結,因此上部貫通孔3333a側以該連結銷3337為中心沿著左右方向進行圓弧運動。由此,第二連桿3332以上部貫通孔3332a的位置作為擺動支點,使經由下部貫通孔3332c以及連結銷3338而與該下部貫通孔3332c連結的前部框架3310以穩定的軌跡沿著左右方向進行圓弧運動。通過這樣的圓弧運動,橫向擺動被吸收。需要說明的是,后部框架3320的軌道也是同樣的。
本實施方式的懸架座位2000如上所述是將圖14所示的座椅結構1000固定于懸架機構3000的上部的構造。圖14所示的座椅結構1000具備通過螺旋彈簧113將端緣彼此連接的基底網110和緩沖構件120(在后述的實驗中為三維立體編織物以及聚氨酯材料的層疊構造),由此形成對人進行支承的層(上層),下層為具備上述實施方式的扭力桿330、340以及連桿機構40的座椅支承機構1,對人和座椅結構1000自身進行支承。圖14所使用的座椅支承機構1的上端位置以及下端位置的狀態如圖29所示,該座椅支承機構1是三自由度系的構造體。支承座椅結構1的上述的懸架機構3000是四自由度系的構造體,將它們合并而得到的圖18所示的本實施方式的懸架座位2000為六自由度系的構造體。
(實驗例)
針對圖18所示的懸架座位2000進行了振動實驗。實驗所使用的懸架座位2000的特性如下。構成該懸架座位2000的座椅結構1000的緩沖構件120的特性作為機動車用座位所使用的緩沖構件120而為稍微偏硬的特性即彈簧常數為26542N/m(根據圖17的“TB固定-無螺旋彈簧”的數據算出),座椅支承機構1的扭力桿330、340的彈簧常數為58500N/m,將兩者合并后的彈簧常數為19425N/m(根據圖17的“TB通常-有螺旋彈簧”的數據算出)。
構成懸架機構3000的左右懸架3300、前后懸架3200以及上下懸架3100各自的載荷-撓曲特性如圖30所示。左右懸架3300以及上下懸架3100是示出彈簧常數極低且具有實質上接近零的區域的杜芬型的非線性特性的構造(參照圖30(a)、(c))。對于前后懸架3200,在平衡點可確認到由滑動阻力引起的表觀上的非線性成分,但基本特性仍為線性(參照圖30(b))。
需要說明的是,上下懸架3100的更詳細的特性如圖31所示為具有正的彈簧常數的扭力桿3150、3150與具有負的彈簧常數的磁彈簧3160的組合,由此成為上下懸架3100整體示出杜芬型的非線性特性的構造。另外,根據圖30(c)以及圖31可知,通過具有磁彈簧3160,對從車身地板傳遞來的振動不作用庫侖摩擦力,而作用滾動摩擦力,因此成為無磁滯損失的構造體。
另外,左右懸架3300如上所述不是沿著橫向直線運動,而是通過圓弧運動(鐘擺運動)來吸收橫向擺動,圖32是對本實施方式的呈現圓弧運動(鐘擺運動)的左右懸架3300與只是沿著橫向直線運動的類型的左右懸架的振動傳遞特性進行了比較的圖。比較兩者可知,直線運動型的左右懸架的低頻時的共振峰值變高,與此相對,本實施方式的進行圓弧運動(鐘擺運動)的左右懸架3300的共振峰值被抑制得低。即,本實施方式的左右懸架3300是不容易產生共振的構造。圖33是表示本實施方式的左右懸架3300的瞬間中心的圖,可知在被試驗者的圖上存在鐘擺的旋轉中心。
(實驗方法)
被試驗者是健康的20多歲的男性1名和40多歲的男性2名共計3名,體重分別為60kg、72kg、84kg。將本實施方式的六自由度的懸架座位2000(懸架機構3000的上下行程:80mm)設置于加振機,在被試驗者就座了的狀態下激振而進行了加振實驗。為了進行比較,也對使用了德國制的單自由度的懸架機構(上下行程:160mm)的情況進行了測定。激振波形是正弦波掃描波形和對在廣島市的普通道路中提取的路面電車的軌道進行模擬而得到的三軸的不規則振動波形。需要說明的是,模擬用的振動波形的提取所使用的車輛是貨車型的普通車,行駛速度為40km/h,在這樣的條件下進行了測定。
圖34示出了針對體重84kg的被試驗者就座時的左右、前后、上下方向的正弦波的振動輸入進行除振的除振性能,一并示出本實施方式的懸架座位2000(圖中的“六自由度懸架座位”)的測定結果和使用了比較例的德國制的單自由度的懸架機構的懸架座位(圖中的“單自由度懸架座位”)的測定結果。圖35一并顯示出本實施方式的懸架座位2000的左右、前后、上下方向的除振性能。根據該結果可知,本實施方式的懸架座位2000中,三個方向的共振峰值均處于4Hz以下,針對4Hz以上的外部振動輸入,全部三個方向的懸架均發揮功能。
圖36示出針對沖擊性振動輸入進行吸收的吸收性能,可知根據本實施方式的懸架座位2000,最大加速度減小至一半以下。
在此,圖37是兩自由度系的振動模型,示出使用圖17以及圖30的參數以及下式1進行了解析的結果。
[其中,M=m2/m1.us=P0/k1,]
m1是懸架機構3000的簧上質量(將上下懸架3100的上部框架體3130和支承于其上的前后懸架3200以及左右懸架3300合起來的質量:在該例子中為14.2kg)與座椅支承機構1的簧下質量(在座椅支承機構1中,比支承于座椅支承機構1的座墊框架10靠下方的位置的構件的質量:在該例子中為3.0kg)的總和,該總和為17.2kg。m2由座椅結構1000的簧上質量(包括支承于座椅支承機構1的座墊框架10在內的其上方位置的構件的質量:在該例子中為16.6kg)與人的體重(60kg、72kg、84kg)的總和表示,但當人的體重因除去進入靠背的重量和腳的重量而將8成的體重設為載荷分擔時,m2為64.6kg、74.6kg、83.8kg。u20是m2的振幅,輸入振動設為施加于質量m1的外力P0sinωt。該P0sinωt是車輛的加速度、慣性力以及從地板輸入的加速度。k1是懸架機構3000的彈簧常數2949N/m,k2是座椅結構1000的彈簧常數19425N/m,μ是衰減系數,ζ是衰減比并設為0.2。該值是通常的座位所使用的值,是通過實驗得到的數值。
需要說明的是,式(1)形成針對六自由度懸架座位2000的上下方向振動輸入的狀態方程式,是根據振幅比求出的傳遞率。不使用位移激振模型而使用強制振動模型是為了使用進入懸架機構3000的簧上質量的加速度來進行解析。
圖38示出使用如下波形評價了振動特性的結果,可知與圖35所示的基于正弦波的評價結果近似,所述波形是由六自由度的加振機對從廣島市的路面電車的軌道即宇品路面電車軌道提取的左右、前后、上下這三個方向上的加速度進行再現而得到的波形。并且,通過該計測而得到的傳遞函數的衰減趨勢與使用上述的式(1)得出的具備動力吸振器的兩自由度系的解析結果的衰減趨勢一致。因此,啟示出本實施方式的六自由度懸架座位2000的振動特性不取決于座椅結構1000的振動特性而取決于懸架機構3000的彈簧特性以及構造衰減。于是,在調查內置于懸架機構3000的扭力桿的動態彈簧常數時,得出了圖39的結果。啟示出扭力桿的動態彈簧常數取決于輸入振動的振幅而上升,是受到懸架座位2000內的構造衰減的影響的數值。
圖40是將追加了2名被試驗者而得到的3名被試驗者的實驗結果一并表示的圖,可知任一被試驗者的實驗結果均可以說與上述實驗結果同樣。
但是,更詳細地觀察,在圖40(b)中,在體重72kg的被試驗者的情況下,在1~3Hz的區間產生了兩個峰值,對于其他被試驗者沒有發現這樣的趨勢。這是由以下原因引起的:其他被試驗者在深入地入坐且使后背充分抵接于靠背的就座姿勢下進行了測定,與此相對,體重72kg的被試驗者在使后背與靠背分開的就座姿勢下進行了測定。如圖29所示,本實施方式的懸架座位2000在就座狀態下,與椅背以及座墊一起不僅上下運動也前后運動。這是因為本實施方式的懸架座位2000包括座椅支承機構1的扭力桿330、340的運動在內能夠沿著三個軸向運動,但在未使后背抵接于椅背的情況下,無法充分得到經由椅背的振動除振功能。因此,在體重72kg的被試驗者的數據中出現了上述那樣的兩個峰值。
關于這點,可以說在圖40(d)~(f)中也是同樣。在這些例子中,也測定了以使中心與座墊的設計層面的胯點對準的方式放置了85kg的配重的振動傳遞特性,但配重未與椅背相接,因此完全不受椅背的運動的影響,在左右振動的數據中產生有多個峰值,并且成為比各被試驗者的數據高的振動傳遞率。在前后振動的數據中,在2Hz左右產生了極高的振動傳遞率的共振峰值。另外,對于前后振動以及上下振動,4Hz以上的區域的振動傳遞率均比被試驗者的數據高。
圖41是在30分鐘的靜態就座實驗中使用指尖容積脈波算出由就座引起的疲勞度的圖。啟示出,與單自由度懸架座位相比,六自由度懸架座位2000良好地吸收在座位上產生的身體運動,不產生末梢循環系統的血流阻礙。對于六自由度懸架座位2000,也示出了改變時間而再次計測得到的值,但示出疲勞度的發展程度不易取決于計測時間。圖42是使用宇品路面電車軌道的再現波形的30分鐘的動態就座實驗,可知,與圖41同樣,六自由度懸架座位2000與單自由度懸架座位相比,疲勞度的發展程度不高。
附圖標記說明
1 座椅支承機構;
10 座墊框架;
11 側框架;
12 前部框架;
13 后部框架;
110 基底網
113 螺旋彈簧;
20 滑動件;
30 升降器;
310 離合器機構;
312a 輸出齒輪;
320 旋轉力傳遞機構;
323 扇形齒輪(前部旋轉體);
325 連結驅動連桿;
327 后部驅動連桿(后部旋轉體);
330 前部扭力桿;
340 后部扭力桿;
350 螺桿;
351 螺母構件;
40 連桿機構;
410 前部連桿機構;
411 前部固定連桿;
412 框架側前部連桿;
413 第一前部可動連桿;
414 第二前部可動連桿;
420 后部連桿機構;
421 后部固定連桿;
422 后部可動連桿;
430 連結可動連桿;
1000 座椅結構;
2000 懸架座位;
3000 懸架機構;
3100 上下懸架;
3200 前后懸架;
3300 左右懸架。