低频振动结构和低频振动座椅的制作方法

专利名称：低频振动结构和低频振动座椅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以对设置在与人体接触部位上的缓冲元件产生低振动的低频振动结构，其适用于诸如飞机、火车、轮船、升降叉车、汽车等交通工具的座椅结构，还适用于家用、办公用或垫层的座结构(seat structure)。本发明也涉及一种使用所述低频振动结构的低频振动座椅。
背景技术：
用于飞机、火车、轮船、汽车等的座椅不仅总是被要求改进诸如冲击吸收性、振动吸收性等基本功能，还要求改进其它方面的功能，例如体格不同的吸收能力、姿态不同的吸收能力、身体运动平稳性，以便获得愉快的乘坐舒适性。近些年来，从环保观点出发通过改善燃料效率，减少诸如汽车等交通工具的重量，除了改进上述不同功能之外，还要求用于这些交通工具的座椅减轻重量，已经提出了使用更薄、更轻的缓冲元件等技术。
从上述观点出发，例如，本申请人提出一种具有较轻重量但是特性(弹簧特性和阻尼特性)适于座椅结构的缓冲元件的三维固体针织物，通过使厚度为几亳米～几十毫米的固体针织物在框架上方张紧，其被用作张拉结构(参考专利文献1日本未审结的专利申请No.2002-339206)。专利文献1所介绍的三维固体针织物是一种具有不同压缩比的两部分或多部分的固体针织物，通过使所述固体针织物在缓冲架(cushion frame)或靠背框架上张紧，从而作为张拉结构使用，类似于人体腰部肌肉等弹性特性的弹性特性可以被展示。因而，当人坐下时，可以阻止腰部肌肉等变形，减少缓冲元件对人体的反作用力，减少血流故障或肌肉负荷。
换句话说，具有上述特性的缓冲元件可以说具有模仿肌肉层的功能，但是为了提供具有上述功能的缓冲元件，必须使缓冲元件在缓冲架或靠背框架上低延伸率地绷紧，延伸率最好是0～5％。因而当缓冲元件被单独应用在缓冲架上时，缺乏撞击感觉，在人坐下时，易于给人一种触底的感觉。此外，还需要采取措施，吸收来自车体地板的振动。作为一种用于该目的的结构，本申请人提出一种座椅结构，如专利文献2(日本未审结的专利申请No.2002-177099)所述，其中由Plumaflex、布弹簧等制造的被设置在缓冲元件的下方的扁平类型支撑元件通过螺旋弹簧被弹性地设置在缓冲架上的侧框架上，该缓冲元件要被安装在缓冲架上。通过扁平类型支撑元件和螺旋弹簧的运动，这种结构显示了高的振动吸收性。然而，如上所述，用于交通工具的座位总是被要求改善振动吸收性等。

发明内容
鉴于上述问题，提出本发明，本发明的一个目的是提供一种应用低频振动结构的低频振动座椅，能够进一步改善振动吸收特性等，从而可以获得改善的座椅舒适性(乘坐舒适性)。本发明的另一个目的是提供一种低频振动结构，当用户与缓冲元件接触时，可以提供增强的舒适性，例如当本发明应用在垫层和座椅机构上时，通过低频振动，可以提供睡眠引诱效果。
为了解决上述问题，本发明人将座椅结构设计成弹簧机构，支撑地将扁平类型支撑元件连接到缓冲架上，在乘客坐在座椅上达到静态平衡期间，一弹簧元件被设置的主要承受该乘客的负荷，为了吸收来自车体地板的振动，另一个弹簧元件与上述弹簧元件一起工作。本发明人关注使整个弹簧机构的弹簧常数(合成弹簧常数)比每个弹簧元件的弹簧常数小的结构。也就是本发明人关注使弹簧常数根据负荷条件改变的结构。通过使整个弹簧机构的弹簧常数比每个弹簧元件的弹簧常数小，最好采用一种弹簧常数值尽可能为0的结构，从而在从车辆地板传送给乘客的振动中高频成份的传输速率被降低。
因而，由于在被传送到缓冲元件上的振动中低频振动成份变大，通过使用配备有类似于人体肌肉的负荷-挠曲特性的元件作为缓冲元件，换句话说，配备有所谓的模仿肌肉特性的元件作为缓冲元件，可以使作用在血管上的压力或神经上的压力小，同时以低频刺激缓冲元件。当以低频刺激所谓的模仿肌肉的缓冲元件时，促进位于缓冲元件(模仿肌肉)和人体实际肌肉之间的皮下静脉内的血流，类似于在低频下通过肌肉(模仿肌肉)进行按摩，从而可以保持末梢循环顺利，从而给予乘客舒适感(乘坐舒适性)。应该指出的是，从下文所述的测试结果可以清楚地看到，当整个弹簧机构的弹簧常数(合成弹簧常数)k被设定为0＜k≤20N/mm，最好接近0时，通过与配备有模仿肌肉特性的缓冲元件组合，当从车辆地板输入预定振动时，显示出类似于人体起伏(下文被简称为“1/f波动”)趋向的刺激被产生在与人体接触部位的缓冲元件的表面上，所述1/f波动例如是心跳等。因而，通过采用这种结构，在与人体接触部位的缓冲元件的表面上所产生的1/f波动刺激与人体的起伏共振，增强末梢循环系统的功能，帮助肺部呼吸的腹部呼吸。此外，在脊柱的椎间盘产生运动，供应营养并排出体内废物，从而，降低了椎间盘功能的退化，进一步增强了舒适感(乘坐舒适性)。
基于上述知识实现本发明，从上述内容可以得知，为了通过与人体起伏共振而增强舒适性，使与人体接触的缓冲元件进行低频振动，最好是进行1/f波动刺激。本发明人关注这样一种结构，在没有施加来自车体地板的振动的情况下，进行低频振动。也就是在上述内容中，由于使用一种机构切断高频成份，通过施加来自车体地板的振动，允许产生低频振动。然而，即使当不从车体地板输入振动时，通过配置一种向缓冲元件确实施加低频振动的机构，也可以在缓冲元件上引起低频振动。因而，可以提供一种增强用户舒适性的结构，该结构并不局限于交通工具的座椅结构，也可以适用于家用、办公用或垫层(bedding)用的座椅结构。
权利要求1所述发明提供一种低频振动结构包括被设置在与人体接触部位上的缓冲元件；
振动控制部分，允许在所述缓冲元件上产生低频振动；所述振动控制部分配备有弹簧机构，其中，至少在预定位移范围内，弹簧常数k被设定在0＜k≤20N/mm。
权利要求2所述发明提供一种根据权利要求1的低频振动结构，其中，在基本上垂直于所述缓冲元件的方向上的负荷-挠曲特性类似于人体肌肉的负荷-挠曲特性。
权利要求3所述发明提供一种根据权利要求1的低频振动结构，其中，通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连，形成所述振动控制部分的弹簧机构被形成。
权利要求4所述发明提供一种根据权利要求1的低频振动结构，其中，形成所述振动控制部分的弹簧机构由一种具有至少在预定位移范围内随着位移的增加而负荷数值下降的负荷-挠曲特性的磁性弹簧以及一弹性元件的组合而构成，该弹性元件具有至少在预定位移范围内随着位移的增加而负荷数值增加的负荷-挠曲特性。
权利要求5所述发明提供一种根据权利要求1的低频振动结构，其中，所述振动控制部分包括通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连而形成的弹簧机构；由具有至少在预定位移范围内随着位移的增加而负荷数值下降的负荷-挠曲特性的磁性弹簧以及一弹性元件组成的其它弹簧机构，该弹性元件具有至少在预定位移范围内随着位移的增加而负荷数值增加的负荷-挠曲特性；所述弹簧机构被设置在其它弹簧机构上的支撑部分所支撑。
权利要求6所述发明提供一种根据权利要求1的低频振动结构，其中，所述振动控制部分还包括使上述弹簧机构低频振动的振动器，弹簧机构被支撑地与所述振动器相连。
权利要求7所述发明提供一种低频振动座椅包括被设置在与人体接触部位上的缓冲元件；由弹簧机构组成的振动控制部分，至少在预定位移范围内，弹簧常数k被设定为0＜k≤20N/mm，从而在所述缓冲元件上产生低频振动；在后端与所述弹簧机构相连的扁平类型支撑支撑元件，该扁平类型支撑元件在前端被支撑在位于缓冲架前方的框架元件上，在正常状态下被所述弹簧机构向后偏压，并位于所述缓冲元件的下方。
权利要求8所述发明提供一种根据权利要求7的低频振动座椅，其中，通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连，形成所述振动控制部分的弹簧机构被形成，所述弹簧机构被设置在所述座垫的后部；在形成弹簧机构的弹簧元件之中，弹簧常数较低的弹簧元件主要工作，直至人坐在所述缓冲元件上后获得静态平衡为止；当输入振动时，多个串连的弹簧元件一起工作，其合成弹簧常数比上述弹簧常数较低的弹簧元件的弹簧常数小，至少在预定位移范围内，所述合成弹簧常数为0＜k≤20N/mm。
权利要求9所述发明提供一种根据权利要求8的低频振动座椅，其中，弹簧机构包括一端与形成缓冲架的框架元件相连或与位于座垫后部的靠背框架相连的第一弹簧元件；一端直接或间接与第一弹簧元件相连，另一端与所述扁平类型支撑元件的后端相连的第二弹簧元件；第一弹簧元件的弹簧常数比第二弹簧元件的弹簧常数小。
权利要求10所述发明提供一种根据权利要求9的低频振动座椅，其中，所述第一弹簧元件包括一端与框架元件相连并沿座垫宽度方向分布的扭杆；所述第二弹簧元件包括多个螺旋弹簧；各个螺旋弹簧的一端平行地与支撑框架相连，所述支撑框架与臂相连，所述臂在基端部分与所述扭杆相连，且在正常状态下被向后偏压，并沿所述座垫的宽度方向布置。
权利要求11所述发明提供一种根据权利要求7的低频振动座椅，其中，所述缓冲元件包括一根据负荷-挠曲特性计算的弹簧常数，当用直径为98毫米的压力板施加100N的压力时，所述弹簧常数在重量施加过程中是1.5～3.5N/mm，在消除重量过程中是1～3N/mm，重量施加过程和消除重量过程之间最大的滞后损耗数量是10～30N。
权利要求12所述发明提供一种根据权利要求7的低频振动座椅，其中，所述缓冲元件被设置成在缓冲架上方以0～5％的延伸率拉紧的张力结构。
权利要求13所述发明提供一种根据权利要求7的低频振动座椅，其中，所述缓冲元件由固体针织物形成。
权利要求14所述发明提供一种根据权利要求8的低频振动座椅，其中，除了将弹簧常数不同的弹簧元件串连而形成且被设置在座垫后部的弹簧机构之外，所述振动控制部分还包括由磁性弹簧和弹性元件组成的另一种弹簧机构，其中，所述磁性弹簧具有这样的负荷-挠曲特性，也就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷下降，而所述弹性元件具有这样的负荷-挠曲特性，也就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷增加，所述另一种弹簧机构支撑具有将弹簧常数不同的弹簧元件串连而形成的弹簧机构的座垫，从而被用作座椅悬架。
权利要求15所述发明提供一种根据权利要求7的低频振动座椅，其中，所述振动控制部分还包括用于使上述弹簧机构低频振动的振动器，所述弹簧机构被可支撑地连接到所述振动器上。


图1是一个显示涉及本发明一个实施例的低频振动座椅(lowfrequency vibration seat)的透视图；图2是一个显示涉及上述实施例的低频振动座椅的缓冲架和靠背框架的透视图；图3是一个沿图1中A-A线所作的横截面视图；图4是一个取消了图2所示骨盆支撑元件以便详细显示在上述实施例中所使用的弹簧机构的视图；图5A、5B和5C是解释上述实施例功能的视图；图6是一个显示人体腰部肌肉的负荷-挠曲特性和缓冲元件的负荷-挠曲特性的视图；图7是一个显示示例1中低频振动座椅的座垫的负荷-挠曲特性以及扭杆和螺旋弹簧的位移数量的视图；图8是一个显示示例1中低频振动座椅的座垫的负荷-挠曲特性以及扭杆和螺旋弹簧所分担负荷的视图；图9是一个显示示例1、示例2和比较1中不同座椅的振动传输速率的视图；图10A和10B是分析在示例1中的低频振动座椅上是否产生1/f波动的视图；图11A和11B是分析在比较1中的座椅上是否产生1/f波动的视图；图12是在示例1的座椅上执行的振动实验(测试示例3)中负荷与相对位移之间关系的利萨如图形；图13是在比较1的座椅上执行的振动实验(测试示例3)中负荷与相对位移之间关系的利萨如图形；图14是一个显示作为形成振动控制部分的另一种弹簧机构的座椅悬架的一个示例的视图；图15是一个显示长时间坐在示例1的座椅上的感觉评估结果的视图。
具体实施例方式
下文基于附图中所示的实施例详细介绍本发明。图1～4是显示涉及本发明一个实施例的低频振动座椅10的关键部分的视图。在该实施例中，低频振动座椅10适合于用作诸如汽车等交通工具的座椅结构。如这些图所示，低频振动座椅10由座垫12和座椅靠背13组成。座垫12包括缓冲架20和通过在缓冲架20上拉紧而被设置的缓冲元件25，座椅靠背13包括靠背框架30和通过在靠背框架30上拉紧而被设置的缓冲元件35。
更详细地说，如图2和3所示，缓冲架20由一对沿宽度方向间隔设置的侧框架元件21和21、设置在座垫12前部的前框架元件22、设置在座垫12后部的后框架元件23组成。如图1和图2所示，靠背框架30由一对沿宽度方向间隔设置的侧框架元件31以及上框架元件32组成。形成缓冲架20的各个侧框架元件21和2的后端以及形成靠背框架30的各个侧框架元件31和31的下端之间通过支架40和向后躺靠的调节器41彼此相连。
在本发明实施例中形成振动控制部分从而产生低频振动的弹簧机构50被设置在座垫12的后部(参考图4)。将多个弹簧元件串连而形成弹簧机构50，在本实施例中，扭杆51被用作第一弹簧元件，螺旋弹簧52被用作第二弹簧元件。第一弹簧元件即扭杆51被支撑在托架23a和23b之间并沿座垫12的宽度设置，所述托架23a和23b在座垫12后部的后框架元件23上突出，彼此之间存在预定间隔。扭杆51的一端(固定端)被固定在一个托架23a上，另一端(可动端)被另一个托架23b转动地支撑。通过在可动端侧扭曲，扭杆51显示预定的弹簧特性。
臂53被设置在扭杆51的两端的附近。被设置在扭杆51的固定端的一个臂53的基端被铰接地设置在该扭杆51上，被设置在扭杆51的可动端的另一个臂53的基端被直接连接到该扭杆51上，在扭距作用下可以向后倾斜(参考图4)。臂53被设置成在基端与扭杆51相连，从而如图2～4所示，向下突出，支撑框架54沿座垫12的宽度方向被设置在各自臂53的下端部位53a之间。因而，如图4所示，臂53的下端和支撑框架54以位于上侧的扭杆51为轴线向前和向后转动。
第二弹簧元件即螺旋弹簧52的一端52a与上述支撑框架54接合，另一端52b与将在下文介绍的扁平类型支撑元件60的后端62结合。如图2所示，多个螺旋弹簧52沿座垫12的宽度方向被平行设置，每个螺旋弹簧52被架设在支撑框架54和扁平类型支撑元件60的后端62部分之间。因而通过臂53和支撑框架54，作为第一弹簧元件的扭杆51和作为第二弹簧元件的螺旋弹簧52被串连。
扁平类型支撑元件60被设置的与弹簧机构50相连，从而当人坐在被设置在该支撑元件60上方的缓冲元件25上时，阻止产生底部接触(bottom touch)的感觉，组成撞击感觉(feeling of stroke)，执行预定的振动吸收特性工作。更具体地说，支撑元件60的前缘部分61被设置的与被设置在缓冲架20前方的前框架元件22下方的辅助框架元件22a结合，支撑元件60的后缘部分62与形成弹簧机构50的第二弹簧元件的螺旋弹簧52的另一端52b结合。通过这种结构，扁平类型支撑元件60在正常状态下被弹簧机构向后偏拉。顺便提一下，如图2所示，在侧框架元件21和扁平类型支撑元件60的侧缘部分之间铺设一相应的辅助螺旋弹簧26。补充设置辅助螺旋弹簧26，以便在扁平类型支撑元件60的侧缘部分上构成撞击感觉。扁平类型支撑元件60可以使用Plumaflex、两维网状物(布弹簧(cloth spring))、固体针织物(三维网状物)等。布由下述一种材料制成，例如包括诸如聚酯弹性体纤维、聚氨基甲酸乙脂纤维等橡筋线(elastic yarn)的经线、纬线；或包括诸如尼龙纤维、聚酯纤维等弹性比橡筋线的小的普通纱线的经线、纬线，所述布可以被用作两维网状物。作为固体针织物(三维网状物)，可以使用由双拉舍尔针织机等在一对按照预定间隔设置的基本针织物之间往复连接纱线而编织所形成的固体针织物等。
在共同形成弹簧机构50的第一弹簧元件即扭杆51和第二弹簧元件即螺旋弹簧52上，扭杆51的弹簧常数被设定的比螺旋弹簧52的弹簧常数小，应该指出的是，由于布置了多个螺旋弹簧52，这里所谓的螺旋弹簧52的弹簧常数是指被平行设置的多个螺旋弹簧52的合成弹簧常数。因而，当一个人坐在缓冲元件25上时，弹簧常数较低的扭杆51开始工作，在到达预定负荷数值之前，螺旋弹簧52不伸长或收缩，仅仅位置角度因扁平类型支撑元件60随着人的坐下而下降而改变。当超过预定负荷数值后，螺旋弹簧52开始伸长，当振动被输入时，被串连的扭杆51和螺旋弹簧52开始一起工作。例如，如图5A、5B和5C所示，从图5A所示的没有负荷的状态至例如50公斤负荷，大多数负荷被扭杆51分担(图5B)，螺旋弹簧52仅仅改变配置角度。当达到80公斤时，螺旋弹簧52承担的负荷份额(图5C)变大，与扭杆51一起工作。
也就是当第一弹簧元件扭杆51的弹簧常数假设为k1，第二弹簧元件螺旋弹簧52的弹簧常数(多个平行设置的螺旋弹簧52的合成弹簧常数)假设为k2，当它们串连时，合成弹簧常数k＝k1×k2/(k1+k2)，比扭杆51的弹簧常数k1小，接近为0，优选的合成弹簧常数k是0＜k≤20N/mm。
优选第一弹簧元件扭杆51的弹簧常数k1是1～20N/mm。第二弹簧元件螺旋弹簧52的弹簧常数k2比扭杆51的弹簧常数k1大，是1～67N/mm(多个平行设置的螺旋弹簧52的合成弹簧常数)。可以形成这样一种结构，也就是主要使扭杆51工作，直至体重为40～80公斤的人坐在座椅上并达到静态平衡状态为止，该重量范围覆盖了大部分成年人的重量(被施加到缓冲元件25上的负荷大约30～70公斤)，因而，扭杆51的弹簧常数和螺旋弹簧52的弹簧常数(多个平行设置的螺旋弹簧52的合成弹簧常数)被设置在上述范围之上。在本实施例中，当扭杆51和螺旋弹簧52串连时，更佳的合成弹簧常数k是0＜k≤15.4N/mm。当扁平类型支撑元件60的后端无需通过螺旋弹簧52而与被扭杆51支撑的支撑框架54直接相连，并向扁平类型支撑元件60施加负荷时，通过测量扁平类型支撑元件60的位移数量，可以获得上述扭杆51的弹簧常数。
在上述扁平类型支撑元件60的上部位置，上述在缓冲架20上绷紧的缓冲元件25在缓冲元件25的前缘与前框架元件22结合，并以延伸率为0～5％的低张拉而被拉紧，从而架设在侧框架21和21之间。在靠背框架30上绷紧的缓冲元件35以延伸率为0～5％的低拉伸设置，以覆盖上框架元件32，同时置于侧框架31和31之间。
如上所述，通过在缓冲架20或靠背框架30上方绷紧，缓冲元件25和35被设置成张拉结构，从而提供使用张力的缓冲减震功能。因而，可以使用被制造的薄的材料。例如，通过将由两维网状物元件制造的表面元件或类似物等层叠在大约5～20毫米厚的薄尿烷元件上而制造的材料可以被使用。然而，优选使用上述固体针织物(三维网状元件)，固体针织物虽然薄，但是其具有良好的缓冲性。
在任何一种情况下，优选按照下述方式提供，也就是通过提供一种延伸率为0～5％的低拉伸的张力结构，基本上在垂直方向上的负荷-位移(load-to-deflection)特性类似于人体肌肉的负荷-挠曲特性。通过这种结构，缓冲元件25和35作为模仿肌肉(pseudo-muscle)工作。因而，皮下静脉被设置在皮肤内的实际肌肉和通过所述皮肤进行接触的模仿肌肉(缓冲元件25和35)之间。也就是当采用上述方式发现缓冲元件25和35不具备模仿肌肉的特性时，当与人体肌肉的弹簧特性相比，缓冲元件25和35太硬或太软时，通过它们所承受的负荷，缓冲元件25和35挤压静脉。然而，当缓冲元件25和35具有可以被看作是模仿肌肉的弹簧特性时，由于静脉被夹持在实际肌肉和模仿肌肉之间，作用在静脉上的压力被减少。因此，当可以被看作是模仿肌肉的缓冲元件25和35低频振动时，变成类似于在低频下按摩人体肌肉的状态，促进血液循环，从而可以获得类似效果。因此，当座垫的缓冲元件25被设置在扁平类型支撑元件60上方时，由上述具有低合成弹簧常数的弹簧机构50从车辆地板被输入的振动加速变小。具体地说，由于高频成份被有效地消除，座垫的缓冲元件25和大腿区域的肌肉之间的皮下静脉被低频振动刺激(最好1/f刺激)。换句话说，本实施例的低频振动座椅10具有能够影响类似于被称作肌肉泵(muscular pump)功能的泵送功能，利用由于设置在座椅10上的上述结构而可以被看成是模仿肌肉的座垫的缓冲元件25，通过使肌肉收缩到没有被肌肉包围的皮下静脉，向心脏供应血液，并具有可以被称作座椅泵的功能，座椅泵是从肌肉泵术语取得的。
图6显示了人腰部肌肉的负荷-挠曲特性的示例，如图所示，人腰部肌肉的负荷-挠曲特性稍微具有非线性趋向，当用直径为98毫米的压力板施加100N的压力时，在施加重量过程中，负荷-位移在0.5～8N/mm范围内，在移走重量过程中，负荷-位移在0.1～12N/mm范围内。最大的滞后损耗是30N。因而，当用直径为98毫米的压力板向座垫的缓冲元件和椅背的缓冲元件35上施加100N的压力时，考虑到不同个体之间存在差异，优选在施加重量过程中，将负荷-位移设定在0.3～10N/mm范围内，在移走重量过程中，负荷-位移在0.1～15N/mm范围内，施加重量过程和移走重量过程之间的滞后损耗数量是10～200N，更优选是10～30N。座垫的缓冲元件25和椅背的缓冲元件35可以具有类似于人腰部肌肉的负荷-挠曲特性的负荷-挠曲特性。
图1和2中，附图标记70是一种被设置在对应于乘客的骨盆后部的位置上的骨盆支撑元件，骨盆支撑元件与扭杆51相连，在正常状态下，被偏压的在上边缘处向前突出。这种设计是为了在没有负荷时，阻止椅背的缓冲元件35松弛，以改善外观，采用下述方式显示该骨盆支撑元件的功能，当由于碰撞或类似的等原因产生大的冲击时，在乘客的骨盆的推压下，该骨盆支撑元件的上边缘向下向后倒下，从而乘客被推到椅背的缓冲元件35上。
(测试实施例1)使用图1～4所示的低频振动座椅10(示例1)，向缓冲元件施加1000N的负荷，测量负荷-挠曲特性。用于测试的扭杆51的弹簧常数是5N/mm。使用6个被平行排列布置的螺旋弹簧52，每个螺旋弹簧52的弹簧常数是1.5N/mm，多个螺旋弹簧52的合成弹簧常数是9N/mm，因而，当扭杆51和螺旋弹簧串连时，合成弹簧常数是3.2N/mm。
扁平类型支撑元件60可以是由聚酯弹性体纤维和尼龙纤维编织的布弹簧。座垫的缓冲元件25和椅背的缓冲元件35使用固体针织物，并在缓冲架20和靠背框架30上方以0％的延伸率变形。在下述制造条件下，编织用于测试的固体针织物。当在0％的延伸率分别变形时，其具有图6中实线所示的负荷-挠曲特性。测试结果如图7和8所示。
编织设备双拉舍尔针织机(9标准规格/2.54cm，梭子之间距离是15毫米)；纵行密度10件/2.54cm横列密度14件/2.54cm完工后厚度(一对基础针织物的表面之间的距离)11.5毫米一种基础针织物的底纱1170分特/96f聚酯-BCF复丝(卷曲后纱线(crimp-finisbed yarn))另一种基础针织物的底纱660分特/192f聚酯-BCF复丝(卷曲后纱线)连接纱线660分特/1f聚酯一种基础针织物的结构2横列网格(2 course mesh)的改进结构其它基础针织物的结构经绒编链组织(queens cord)由一种基础针织物的底纱和连接纱形成的针织组织的总厚度；1830分特(部分达到3000分特)由另一种基础针织物的底纱和连接纱形成的针织组织的总厚度1980分特图7是这样一个图表，将座垫的位移数量(挠曲数量)在水平轴上表示，施加在座垫上的负荷数值在垂直轴线的左侧上表示，扭杆51和螺旋弹簧52的位移数量在垂直轴线的右侧上表示。用与臂53支撑地相连的支撑框架54的位移数量表示扭杆51的位移数量。图8是这样一个图表，类似于图7，将座垫的偏移数量(挠曲数量)在水平轴上表示，施加在座垫上的负荷数值在垂直轴线的左侧上表示，扭杆51和螺旋弹簧52所承受的负荷数量在垂直轴线的右侧上表示。
首先，如图7所示，仅座垫的缓冲元件25位移，直到座垫位移数量达到20毫米为止，当座垫位移数量超过20毫米时，扭杆51开始位移，并开始发挥其弹簧特性。扭杆51的位移几乎是线性的。另一方面，在座垫位移数量达到40毫米也就是体重60公斤的人处于静态坐姿的平衡点之前，螺旋弹簧52不开始发挥功能。当座垫的缓冲元件25位移数量超过40毫米时，螺旋弹簧25开始发挥功能，并几乎线性位移。因而，如图8所示，在座垫位移数量达到40毫米之前，换句话说，在到达体重60公斤的人的静态坐姿的平衡点之前，负荷仅被扭杆51分担。当超过40毫米时，螺旋弹簧52开始承受负荷，从那时开始，扭杆51和螺旋弹簧52两个弹簧元件支撑负荷。
图7和8显示了示例1内座垫12的整个负荷-挠曲特性(宽实线)和扭杆51的负荷-挠曲特性(窄实线)。从图中可以清楚地看到，在示例1中，在位移数量达到体重60公斤的人静态坐姿平衡点之前，仅座垫的缓冲元件25的弹簧常数与扭杆51的弹簧常数相加后的弹簧特性发挥作用。但是当超过静态坐姿平衡点时，直接与扭杆51相连的螺旋弹簧52的弹簧常数与上述弹簧常数相加，所述负荷由两种弹簧的合成弹簧常数支撑，因而，在测试示例1中从整个座垫12的负荷-挠曲特性获得的整个弹簧常数比扭杆51的弹簧常数小。
(测试示例2)体重60公斤的人坐在测试示例1(示例1)中所使用的低频振动座椅上，并利用一振动器使用频率为0.5Hz～15Hz、单面振幅为1毫米(峰值之间的振幅为2毫米)的随机波垂直振动，测量座垫的缓冲元件25的表面振动传输速度。然后，替代具有图6所示特性的固体针织物，使用一种在施加重量过程中和移走重量过程中弹簧常数比图6所示特性的固体针织物的弹簧常数高5～10N/mm的固体针织物作为座垫的缓冲元件25，使其在示例1的低频振动座椅10上方拉紧，通过在相同条件下(示例2)振动，测量振动传播速度。为了进行比较，同一个人坐在这样一种座椅结构上，除了扁平类型支撑元件60的后边缘62直接与扭杆51的支撑框架54相连而无需设置螺旋弹簧52之外，所述座椅结构与示例2的相同，采用与示例2相同的方式测量振动传播速度(比较1)，结果如图9所示，黑体实线表示示例1内的数据，虚线表示示例2的数据，薄实线表示比较1中的数据。
如图9所示，首先在示例2和比较1之间进行对比时，示例2的共振峰值移动到低频区域，示例2内大于4Hz的振动传输速率比所述比较1中的小。换句话说已经发现，通过将象示例2中弹簧机构50的两种弹簧元件串联，合成弹簧常数可以被制造的小，高频区域的振动传输速率可以被减少。因而，座垫的缓冲元件25表面上被传输的振动主要由低频成份组成，由人的心跳或呼吸引起的活体反应的共振增强了末梢循环系统的功能，改善了乘坐舒适性(乘坐舒适性)。
在这种方式中，通过使用低弹簧常数的弹簧机构支撑扁平类型支撑元件，在缓冲元件表面上的低频振动可以被刺激。然而，当缓冲元件更类似于示例1中所使用的肌肉特性，与示例2相比，振动传输速率变得更小，已经发现，可以给出近似1/f波动的振动。
(测试示例3)用于测量位移的板被安装在示例1的低频振动座椅10座垫的缓冲元件25上，将上述具有模仿肌肉特性的固体针织物板材安装在用于测量位移的板上，将6.7公斤的配重安装在所述固体针织物板材上，用于测量座垫的缓冲元件25表面的波动特性。由于固体针织物被看成是一种模仿肌肉，固体针织物和配重的组合相应于一个坐在座垫的缓冲元件25上的人。将这种低频振动座椅10安装在振动器上，在与测试示例2相同的条件下，施加随机波振动，针对将配重设置在臀部前方100毫米、150毫米、200毫米的各种情况，进行测量。
准确地说，利用激光位移量测计在100Hz的取样频率下测量每个位移，计算在位置150毫米的位移和位置200毫米的位移与位置100毫米的位移的相对位移(x)。然后，相对位移的时间历史被当作tn＝xn(n表示采样次数)，每(10点)×(1/100Hz)秒转换的波形被确定为tn+10＝xn+10，其中，被绘制x轴线上的xn和被绘制y轴线上的xn+1被定义为吸引子(attractor)。该吸引子被FTT分析，在对数轴上用(y＝吸引子[mm]，x[Hz])，ylog(吸引子)2，xlog(Hz)表示两者之间的关系，寻找斜率β，当斜率β为1.5或更小时，产生1/f波动，结果如图10A、10B和11A、11B所示。图10A和10B显示示例1的数据，图11A和11B显示比较1中的数据。图10A和11A显示臀部前方150～100毫米位置的波动特性，图10B和11B类似地显示了臀部前方200～100毫米位置的波动特性。
这些视图中所发现的曲线斜率是在图10A中，斜率β＝1.3211134857，在图10B中，斜率β＝1.435745052，在图11A中，斜率β＝3.211134857，在图11B中，斜率β＝4.101897179。因而，在图10A和10B内的示例1的座椅中，在座垫的缓冲元件25表面上(与人体的接触表面)产生1/f波动刺激，非常清楚，在比较示例1中，并不产生1/f波动。
在上述测试示例3中，加速度传感器被安装在配重上，负荷＝(加速度/(9.8m/s2))×配重的重量从上述等式获取负荷，同时，发现位移测量板的位移和振动器的位移之间的相对位移，制造所述负荷与相对位移之间关系的利萨如(Lissajous)图形，图12是示例1的利萨如图形，图13是比较1中的利萨如图形，在利萨如图形中，高线密度部分显示与人体的平衡点位置。在图12情况下，已经发现在两点获得平衡位置(图中的平衡点A和B)。另一方面，在图13的情况下，平衡点位置是一个点(图中的平衡点C)。也就是在示例1中，在平衡点A和B，支撑人体，对抗所输入的振动，在比较1中，人体被支撑在平衡点C的一个位置上。换句话说，在示例1的情况下，通过转换多个平衡点A和B，便于身体的运动，可以促使改变姿态，从而在平衡点A的姿态和平衡点B的姿态之间循环，不象在比较1那样，固定在一种姿态，可以说比较1是一种难以产生这种循环的结构。因而，在示例1中，通过姿态循环，可以促进血液循环。利用类似于肌肉泵功能和1/f刺激功能的座椅泵功能，椎间盘一起运动，从而发现非常适合增强末梢循环系统。
应该指出的是，本发明并不局限于上述实施例。在上述实施例中，配备有由两种弹簧元件串连而组成的弹簧机构的结构被用作振动控制部分，在上述示例中所介绍的振动控制部分的优越之处在于以非常简单的结构和极低的成本可以在缓冲元件上产生低频振动(1/f波动)。然而，如果该振动控制部分可以给予被设置在与人体接触的部位上的缓冲元件低频振动，最好是1/f波动，本发明就足够了。作为振动控制部分，也可以使用其它机构，至少在预定位移范围内，具有随着位移数量的增加而负荷几乎不增加的负荷-挠曲特性的元件是可以被接受的，也就是，以弹簧常数为k，配备有0＜k≤20N/mm的弹簧机构的元件是可以被接受的。
例如，可以使用图14所示的弹簧机构，图14所示的弹簧机构被用作座椅悬架，通过在支撑部位可连接地支撑座椅的缓冲架，可以使用该机构，所述机构由磁性弹簧(磁铁单元)和作为弹性元件的扭杆组成，所述磁性弹簧具有下述负荷-挠曲特性，也就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷数值下降，扭杆具有下述负荷-挠曲特性，也就是在上述位移范围内，随着位移数量的增加，负荷数值增加。作为磁性弹簧(磁铁单元)，可以使用具有负弹簧常数的弹簧，所述负弹簧常数就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷数值下降，例如本发明人所申请的日本未审结专利申请公开2002-206594中所介绍的磁性弹簧。通过所述磁性弹簧与具有正弹簧常数的扭杆结合，彼此叠加的弹簧常数被设定的近似为0，所述正弹簧常数就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷数值增加。
因而，当使用在弹簧机构的支撑部位可连接地支撑座椅的缓冲架的弹簧机构(座椅悬架)时，由于类似于上述实施例，弹簧常数非常小，来自车辆地板的高频成份被减少，在缓冲元件上产生低频振动成份，最好是1/f波动。应该指出的，也可以使用本发明人在日本未审结专利申请公开2001-59546中所介绍的座椅悬架。也可以制造一种支撑配备有上述实施例所述的串连的弹簧机构的座椅的结构，换句话说，与图14所示弹簧机构(座椅悬架)相比，制造一种配备有两个弹簧机构的结构作为振动控制部分。而且也可以制造这样一种结构，也就是通过使用这种弹簧机构不仅切断高频成份，而且组合有在缓冲元件上更精确地产生低频振动(1/f波动)的振动器，作为振动控制部分。
本发明的低频振动结构不仅适用于诸如电动汽车的交通工具的座椅结构(低频振动座椅)，而且适用于家用、办公用或底垫层(bedding)用的座椅结构，此时，象交通工具的座椅结构那样，由于没有来自座椅下方的振动，振动器与缓冲架和/或靠背框架相连，从而在缓冲元件上与人体接触表面上产生低频振动，最好是1/f波动刺激。
图15显示了下述情况的感觉评价结果，也就是当坐在示例1中的且被安装在地板上的座椅上(静态)长达3小时而没有振动座椅时，以及长时间(3小时)坐在该座椅上(动态)，但是通过支撑地将座椅的缓冲架与振动器相连而施加垂直振动。应该指出的是，振动器所施加的垂直振动是与测试示例2中相同的随机振动，采用与上述相同的方式，在座垫的缓冲元件的表面上产生1/f波动刺激。按照Borg’s指数，基于研究报告(座椅感觉质量评估，Inagaki Dai等人，A Corporate JuridicalPerson，Society of Automotive Engineers of Japan，Academic LectureMeeting Preprint Collection No.91p99，第21～24页(2002))形成所述感觉评估，所述研究报告说，在身体疲劳时，肌肉的电能变化与由Borg’s指数评估的趋向相符，这是一种肌肉疲劳的感觉评佑。用两个主题(subjects)进行测试，结果由两个主题所获得的结果的平均值表示。数值越高，结果越差，数值越低，结果越好。
如图15所示，开始测试1.5个小时期间，两者之间没有区别。然而当1.5个小时之后，出现大的区别，显示在具有垂直振动的动态条件下长时间坐着几乎不引起疲劳。因而，对于家用或办公用座椅，通过使缓冲元件与象上述那样给予振动的振动器相连，利用一种在缓冲元件表面上正态产生1/f波动的结构，可以减轻疲劳。当将其应用在床垫(bedding)上时，由于在与人体接触的缓冲元件表面上产生1/f波动，由于人体的后背或一侧躺在所述床垫上，整个身体暴露于1/f波动下，从而，应用了本发明的床垫的座椅可以促使人在床上很快入睡。
低频振动结构和低频振动座椅可以使缓冲元件的表面也就是与人体接触的表面振动，虽然人自己感觉处于静态，由于所述刺激类似于人体的身体反应，产生类似基本上不固定的姿态循环的变化，从而椎间盘和末梢循环系统的运动可以被最佳地保持。当使用类似于人体肌肉弹簧特性的元件作为缓冲元件时，通过近似于活体反应的刺激，可以轻易地产生姿态循环效果，能够使座椅产生近似于肌肉泵的泵功能，从而有效地促进没有被肌肉包围的皮下静脉内的血液循环。
权利要求
1.一种低频振动结构包括被设置在与人体接触部位上的缓冲元件；振动控制部分，允许在所述缓冲元件上产生低频振动；其中所述振动控制部分被构造成配备有弹簧机构，弹簧机构中的弹簧常数k被设定成至少在预定位移范围内为0＜k≤20N/mm。
2.如权利要求1所述低频振动结构，其特征在于在基本上垂直于所述缓冲元件的方向上的负荷-挠曲特性类似于人体肌肉的负荷-挠曲特性。
3.如权利要求1所述低频振动结构，其特征在于通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连，形成所述振动控制部分的一弹簧机构被形成。
4.如权利要求1所述低频振动结构，其特征在于形成所述振动控制部分的弹簧机构包括磁性弹簧和弹性元件的组合，磁性弹簧具有至少在预定位移范围内随着位移量的增加而负荷数值下降的负荷-挠曲特性，弹性元件具有至少在预定位移范围内随着位移量的增加而负荷数值增加的负荷-挠曲特性。
5.如权利要求1所述低频振动结构，其特征在于所述振动控制部分包括通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连而形成的弹簧机构；和由磁性弹簧和弹性元件的组合构成的另外的弹簧机构，所述磁性弹簧具有至少在预定位移范围内随着位移量的增加而负荷数值下降的负荷-挠曲特性，所述弹性元件具有至少在预定位移范围内随着位移量的增加而负荷数值增加的负荷-挠曲特性；其中，所述弹簧机构由被设置在另外的弹簧机构上的支撑部分所支撑。
6.如权利要求1所述低频振动结构，其特征在于所述振动控制部分还包括使上述任一弹簧机构低频振动的振动器，所述弹簧机构被支撑地与所述振动器相连。
7.一种低频振动座椅包括被设置在与人体接触部位上的缓冲元件；由弹簧机构组成的振动控制部分，弹簧机构的弹簧常数k被设定成至少在预定位移范围内为0＜k≤20N/mm，从而在所述缓冲元件上产生低频振动；扁平类型支撑支撑元件，其在后端与所述弹簧机构相连该扁平类型支撑元件在前端被支撑在位于缓冲架前方的框架元件上，在正常状态下被所述弹簧机构向后偏压，且该扁平类型支撑元件位于所述缓冲元件的下方。
8.如权利要求7所述低频振动座椅，其特征在于通过将具有不同弹簧常数的弹簧元件串连，形成所述振动控制部分的弹簧机构被形成，所述弹簧机构被设置在座垫的后部；在形成弹簧机构的弹簧元件之中，主要是弹簧常数较低的弹簧元件工作，直至人坐在所述缓冲元件上后获得静态平衡为止；当输入振动时，多个串连的弹簧元件一起工作发挥作用，其合成弹簧常数比上述弹簧常数较低的弹簧元件的弹簧常数更小，至少在预定位移范围内，所述合成弹簧常数为0＜k≤20N/mm。
9.如权利要求8所述低频振动座椅，其特征在于所述弹簧机构包括一端与形成缓冲架的框架元件相连或与位于座垫后部的靠背框架相连的第一弹簧元件；一端直接或间接与第一弹簧元件相连，另一端与所述扁平类型支撑元件的后端相连的第二弹簧元件；第一弹簧元件的弹簧常数比第二弹簧元件的弹簧常数小。
10.如权利要求9所述低频振动座椅，其特征在于所述第一弹簧元件包括一端与框架元件相连并沿座垫宽度方向布置的扭杆；所述第二弹簧元件由多个螺旋弹簧构成；所述各个螺旋弹簧的一端平行地与支撑框架相连，所述支撑框架被支撑地与臂相连，所述臂在基端部分与所述扭杆相连，且在正常状态下被偏压或迫使向后，所述各个螺旋弹簧沿所述座垫的宽度方向布置。
11.如权利要求7所述低频振动座椅，其特征在于所述缓冲元件包括一根据负荷-挠曲特性计算的弹簧常数，当用直径为98毫米的压力板施加高达100N的压力时，所述弹簧常数在重量施加过程中是1.5～3.5N/mm，在消除重量过程中是1～3N/mm，重量施加过程和消除重量过程之间最大的滞后损耗数量是10～30N。
12.如权利要求7所述低频振动座椅，其特征在于所述缓冲元件被设置成在缓冲架上方以0～5％的延伸率拉紧的张力结构。
13.如权利要求7所述低频振动座椅，其特征在于所述缓冲元件由固体针织物形成。
14.如权利要求8所述低频振动座椅，其特征在于除了将弹簧常数不同的弹簧元件串连而形成且被设置在座垫后部的弹簧机构之外，所述振动控制部分还包括由磁性弹簧和弹性元件组成的另一种弹簧机构，其中，所述磁性弹簧具有这样的负荷-挠曲特性，也就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷下降，而所述弹性元件具有这样的负荷-挠曲特性，也就是至少在预定位移范围内，随着位移数量的增加，负荷增加，所述另一种弹簧机构把具有将弹簧常数不同的弹簧元件串连而形成的弹簧机构的座垫支撑到其支撑部分上，从而被用作座椅悬架。
15.如权利要求7所述低频振动座椅，其特征在于所述振动控制部分还包括用于使任一上述弹簧机构低频振动的振动器，所述弹簧机构被支撑地连接到所述振动器上。
全文摘要
通过臂和支撑框架将扭杆和螺旋弹簧串连，形成结构，从而弹性地支撑扁平类型支撑元件，并将座垫的缓冲元件设置在该扁平类型支撑元件的上方，所述缓冲元件的弹簧特性非常类似于人体肌肉的负荷－挠曲特性(弹簧特性)。因而，当用非常简单的结构消除振动时，当支撑与工作的弹性特性不同的人体负荷时，可以形成工作的弹簧常数。换句话说，当消除振动时，特别是当消除高频成分时，该结构具有良好的功能，形成一工作的弹簧常数。
文档编号A47C7/62GK1572184SQ20041005974
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月18日 优先权日2003年6月20日
发明者藤田悦则 申请人:株式会社三角工具加工