专利名称：座椅结构的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种座椅结构，更具体地说，本发明涉及一种适用于诸如飞机、火车、轮船、万能装卸车以及汽车等运输机械的座椅，或适用于用在建筑物内部和外部的各种椅子的座椅。
现有技术的描述聚氨脂泡沫塑料或由聚氨脂泡沫塑料和金属弹簧的组合构成的结构通常用作用于飞机、火车、轮船、以及汽车等的座椅的减震材料。在聚氨脂泡沫塑料所拥有的弹性特性和阻尼特性中，在设计中考虑到阻尼器特性和位移量，通常认为前者弹性特性是重要的。
然而，在人体的腿臀部形状和人体背部的骨架结构形状(字母S形)上存在着个体差异，对于人体来说，座椅的座垫部分或座椅靠背部分的适合度是不够的，在人体与座椅的座垫部分或座椅靠背部分之间的接触方式上出现了偏差。因此具有一个用以提高关于人体压力分散特性的空间。此外，在上述车座中，通常希望更有效地吸收由于碰撞引起的冲击能。
另一方面，本发明人已经提出了用于运输机械的各种座椅结构，其中三维网状元件用作减震材料。尤其是，因为尽管一种三维网状元件是薄型的，但是通过将其悬吊在框架上，通过用它作为张拉结构元件可将它用作张力场，因此这种三维网状元件显示出与聚氨脂泡沫塑料等同的减震特性(弹性特性和阻尼特性)并且在透气性方面极好。当用这种三维网状元件作为减震材料时，为了充分地发挥由于三维网状元件的变形而产生的阻尼特性，在没有载荷时在侧架之间几乎不施加张力，因此在静态基座状态中将其伸长率设为5％或更低。
然而，对于具有狭窄座椅宽度(例如座椅宽度只为约380mm至400mm)的座椅结构还有一个要求。当将这种三维网状元件几乎没有伸长率地松散地布置于具有狭窄宽度的座椅上时，因为由于这种三维网状元件的薄度而导致肩峰、肩胛骨、腿臀部和骨盆接近座椅侧部的框架，当某人就座时会感觉到一种来自于座椅侧部的某些异样的感觉。
为了解决上述缺点，可想到的有通过以预定张力布置这种三维网状元件来使得当某人就座时沉陷度更小。然而，当使用这种办法时，撞在座椅上的感觉消失了，就座者感到没有舒适度的难受感觉，并且当有前后振动时，会出现后部的滑移。此外，由于在就座时弹簧常数变高了，当输入大的激发力(诸如具有大振幅的振动)时，在减震器特性方面还存在一个问题。
发明概述本发明是在考虑了上述问题的基础上提出来的，本发明的一个目的是提供一种座椅结构，其中由于通过将该冲击力减震到大变形(诸如冲击力的输入)上缓和了输入到人体的大阻尼率和冲击力，因此可用小反作用力抑制人体的回弹，具体地，通过在座椅缓冲垫元件和背部靠垫元件中至少一个形成预定张力场以形成一种结构，在该结构中我们认为阻尼特性比弹簧特性更为重要，另一方面，通过使得阻尼特性的作用小，由于弹性特性而导致与小的激发力的输入相对的振动减轻特性没有丧失。另外，与使用常规三维网状元件的座椅结构相比，当用这种三维网状元件作为减震材料时，人体大大降低了框架中的某种异样感觉，并且可增强一种撞击的感觉。
为了解决上述问题，在本发明的权利要求1中，提供了一种座椅结构，该座椅结构包括具有用作座椅缓冲垫的座椅缓冲垫元件和用作座椅靠背的背部缓冲垫元件的缓冲结构，其特征在于，将座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件用作具有由弹簧元件形成的张力场的张拉结构，并且，将座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中至少一个构成得可通过根据作为输入的激发力大小改变应变能而沿正切方向改变张力，并依照作为输入的激发力大小以这样的方式显示出不同的阻尼特性，即，对于小激发力的输入，阻尼特性以小阻尼率发挥作用，而对于大激发力的输入，阻尼特性以大阻尼率发挥作用。
在本发明的权利要求2中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，缓冲结构形成了振动系统，其中通过沿座椅缓冲垫部分的前后方向和沿座椅靠背部分的垂直方向在缓冲结构的平面分别布置可延长方向，以及通过固定座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间的界限部分附近，位置在座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间界限附近之前的座椅缓冲垫元件的任何部分和/或位于该界限部分的更上方的座椅靠背元件的任何部分起到自由端的作用；并且其中形成有振动系统的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中至少一个，通过根据作为输入的激发力大小改变由弹性元件构成的张拉结构的应变能可改变沿正切方向的张力，并且至少座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的另一个包括一个沿张拉结构的法线方向显示出较高弹性特性的部分，并具有一种结构，其中通过这些不同特性的组合作用使得从法线方向输入到缓冲垫元件的激发力可分散成沿正切方向的激发力。
在本发明的权利要求3中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的任何一个，是由三维网状元件构成的，所述三维网状元件是通过用连接丝将一对彼此分隔布置的基础针织物相连接而制成的；并且在无载荷时将缓冲垫元件以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
在本发明的权利要求4中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件都由三维网状元件构成，所述三维网状元件是通过用连接丝将一对彼此分隔布置的基础针织物相连接而制成的；并且可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的缓冲垫元件中的任何一个，在无载荷时被以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
在本发明的权利要求5中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的任何一个，是由具有尿烷的张拉结构构成的，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层；并且在无载荷时以30％或更低的延伸率将缓冲垫元件布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
在本发明的权利要求6中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件都由具有尿烷的张拉结构构成，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层；并且可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的缓冲垫元件中的任何一个，在无载荷时被以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
在本发明的权利要求7中，提供了一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，具有拱形的座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的凸起部分的顶部被安排为可变形的，以便于在平衡状态下在与人体相接触的区域内移动其各个位置，其中对于座椅缓冲垫部分来说向前位移，对于座椅靠背部分来说向上位移。
在本发明的权利要求8中，提供了一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，在半径为200mm到3000mm的范围内形成座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的拱形。
在本发明的权利要求9中，提供了一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，具有拱形的座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件被布置于侧架之间，所述侧架沿宽度方向具有拱形。
在本发明的权利要求10中，提供了一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，将座椅缓冲垫元件形成为拱形的，并且从侧面看时，其顶部在座椅缓冲垫部分与座椅靠背部分之间的界限之前100mm或更远，并且在坐骨的结节下面的部分之前。
在本发明的权利要求11中，提供了一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，将座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的延伸率设定得部分地不同于30％或更低的延伸率范围内。
在本发明的权利要求12中，提供了一种依照权利要求11的座椅结构，其特征在于，与坐骨的结节附近和腰椎附近的其他部分相比，以较高的延伸率布置缓冲垫元件。
在本发明的权利要求13中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的缓冲垫元件中的任何一个，是由分层结构制成的，所述层包括第一柔软尿烷层，所述第一柔软尿烷层被布置为顶层并具有接近于人体肌肉的弹簧常数的一个弹簧常数；第二尿烷层，所述第二尿烷层被布置为中间层并具有沿线性0.1或更高的高复原特性和30％或更低的迟滞损耗系数；第三尿烷层，所述第三尿烷层被布置为底层并显示出0.2或更高的阻尼率的阻尼特性；以及涂于上述任何层上并沿正切方向传递张力的张力传递元件。
在本发明的权利要求14中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，将背部缓冲垫元件设计得在对应于肩胛骨附近位置的部分具有大的偏转量，而在对应于肩峰和/腰椎附近位置的位置具有小的偏转量。
在本发明的权利要求15中，提供了一种依照权利要求14的座椅结构，其特征在于，对应于肩胛骨附近位置的部分的偏转量在50到150mm的范围内。
在本发明的权利要求16中，提供了一种依照权利要求14的座椅结构，其特征在于，在具有直径为20mm的压力盘的负载特性方面，对应于肩胛骨附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数为15N/mm或更低，在具有直径为50mm的压力盘的负载特性方面，对应于肩峰附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数在0.2到2.0N/mm的范围内，在具有直径为20mm的压力盘的负载特性方面，对应于腰椎附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数在5N/mm或更高的范围内。
在本发明的权利要求17中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，后部缓冲垫元件是由三维网状元件构成的，并且以这样一种方式构成，即，当施加等于或大于预定力的大的冲击振动或冲击力时，支撑该三维网状元件的框架变形，以使得该三维网状元件的张力降低。
在本发明的权利要求18中，提供了一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，后部缓冲垫元件是用带有尿烷的张拉结构构成的，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层，并且以这样一种方式构成，即，当施加等于或大于预定力的大的冲击振动或冲击力时，支撑该带有尿烷的张拉结构的框架变形，以使得该带有尿烷的张拉结构的张力降低。
在依照权利要求1的本发明中，座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中至少一个具有这样一种结构，其中，通过依照作为输入的激发力大小而导致的弹性元件所形成的张拉结构的应变能方面的差异而改变沿缓冲垫元件正切方向的张力。通过这种结构，依照作为输入的激发力大小可显示出不同的阻尼特性。如果在小激发力的情况下大阻尼特性发挥作用，不能够减轻所输入的激发力。然而，依照利用张力场特性的本发明，由于对于小激发力的输入来说，阻尼特性的作用是小的，并且座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的弹簧特性较大地作用，可减轻振动。同时，具有大激发力的输入振动能被转换为弹性元件所构成的张拉结构的应变能，并且同时，沿座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件正切方向的张力倾斜，因此具有较大阻尼率的阻尼特性的作用可使该能量分散或消失。
在依照权利要求2的本发明中，当输入具有小激发力的小振动时，小阻尼特性和较大弹簧特性作用于布置于座椅缓冲垫部分上的缓冲垫元件和/或布置于座椅靠背部分上的缓冲垫元件之中的一个缓冲垫元件上。
更具体地说，在一个平面上由于其张拉结构主要显示出有两个弹簧常数。在这两个弹簧常数中，沿座椅缓冲垫部分的前后方向以及沿座椅靠背部分的上下方向布置具有较软弹簧常数的一个，也就是易于拉长的一个。将座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间的边界部分向后拉并固定于框架元件。通过以这种方式设定，由于座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分的凸起，这些部分变成自由端而边界部分为固定部分。因此，获得了其一端固定而另一端自由的弹性元件的振动系统，因此本发明可提供一种结构，赋予该结构张力膜振动系统，该结构不同于采用座椅结构作为总体说来有一个自由度的振动系统的传统结构。因此，三个不同的弹簧特性共同作用在上下方向和前后方向上，因此由于由弹性元件的张拉结构所形成的平面波导致的变形的应变能使得上下振动转换为前后振动。因此，即使在正常方向上相对于膜的弹簧常数是大的，其固有频率是小的，因此可避开人体的谐振范围。由于这些弹簧特性的相互作用所造成的相差导致所输入的激发力衰减。
另一方面，当输入大激发力(诸如在冲击力的情况中)时，由于在上述这两个缓冲垫元件中至少一个缓冲垫元件中的张拉结构到应变能之间的转换，可产生大的阻尼特性。例如，在大阻尼特性作用于座椅缓冲垫部分上的结构中，当接收到沿上下方向的带有大变形的大冲击振动时，由于上述沿振动方向的转换作用，沿张拉结构的正切方向作用的应变能变大了，以便于降低沿正切方向的张力并减少冲击振动，因此可抑制人体的回弹。此外，对于沿前后方向的振动输入来说，由于在对应于腿臀部附近的座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分中的人体的抑制，可降低座椅上的相关位移和加速度。此外，通过增加座椅靠背部分的弹簧特性，将阻尼率调节为使得载荷相关性小，因此可有效地吸收振动能。此外，对于伴随着沿前后方向的非常大位移的激发力的大输入来说，由于彼此具有不同特征的背部缓冲垫元件和座椅缓冲垫元件之间的相差，在人体的背部斜下方向产生位移，因此由于主要在座椅缓冲垫部分中向应变能的转换导致的高阻尼特性使得能量分散并消失。
同样地，当以这样一种方式制成结构时，即，大的阻尼特性作用于座椅靠背部分中，在碰撞等情况时，即使沿前后方向增加了大冲击振动，可抑制人体的向前回弹，通过大阻尼特性，具体地，由于转换为作用于人体背部上的应变能，可抑制人体的回弹。
换句话说，在本发明中，通过抑制座椅靠背部分和座椅缓冲垫部分而造成座椅靠背和座椅缓冲垫的整体移动，并将其中的特性构成得相互不同，其特征在于，构成了一种结构，其中可获得以下功能通过所述结构所产生的相差转换移动方向的功能、通过结合座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间的不同特性将所产生的动能转换为沿弹性元件的张拉结构的正切方向的应变能的振动阻尼功能、和膜的振动特性。通过这种结构，例如，当振动具有小振幅(诸如在高频区的振动)时，通过缓冲垫元件的弹簧特性或膜的横向振动可使其减轻，而对于具有大振幅的振动来说，通过大阻尼特性将人体从各个缓冲垫元件中推出的力可被抑制。
在依照权利要求3到10的本发明中，它具有拱形形状，并且由于在小激发力的情况和大激发力的情况之间，具有拱形形状的凸起部分所产生的能量是不同的，因此可显著地显示出上述各个功能。
在依照权利要求11或12的本发明中，由于可预先构成两个区域，因此可更有效地显示出上述各个功能，所述两个区域由其中要求弹簧特性的功能高的一个区域和其中要求阻尼特性的功能高的一个区域所构成。
在依照权利要求13的本发明中，通过以预定顺序将具有不同特性的尿烷材料一层层布置，可显示出上述各个功能。
在依照权利要求14到16的本发明中，可更显著地显示出上述各个功能并且同时可有助于进一步提高汽车的乘坐舒适性。
在依照权利要求17或18的本发明中，当受到大于预定量的冲击振动或冲击力时，通过人体的张力降低可进一步抑制人体的回弹。
附图的简要说明
图1是示出了本发明第一实施例所涉及的座椅结构的示意性透视图；图2是解释上述实施例所涉及的座椅结构的功能的视图；图3是示出了适用于上述实施例的三维网状元件构造的一个例子的横截面图；图4是示出了一种基本针织物的一个例子的视图；图5是示出了另一种基本针织物的一个例子的视图；图6A、6B、6C、6D和6E是示出了连接丝的各种排列方式的例子的视图；图7是施加于彼此顶部的利萨如(Lissajous)图形，示出了当对于例1的载荷和位移特性增加2.5mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系；图8是示出了当在例1中增加2.5mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系的利萨如图形；图9是施加于彼此顶部的利萨如图形，示出了当对于例1的载荷和位移特性增加1mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系；图10是示出了当在例1中增加1mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系的利萨如图形；
图11是施加于彼此顶部的利萨如图形，示出了当对于对比例1的载荷和位移特性增加2.5mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系；图12是示出了当在对比例1中增加2.5mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系的利萨如图形；图13是施加于彼此顶部的利萨如图形，示出了当对于对比例1的载荷和位移特性增加1mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系；图14是示出了当在对比例1中增加1mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系的利萨如图形；图15是施加于彼此顶部的利萨如图形，示出了当对于对比例2的载荷和位移特性增加2.5mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系；图16是示出了当在对比例2中增加1mm振幅的振动时相对位移和力之间的关系的利萨如图形；图17是示出了例1中阻尼波形的视图；图18是示出了对比例1中阻尼波形的视图；图19是示出了对比例2中阻尼波形的视图；图20是示出了例1中阻尼率的视图；图21是示出了对比例1中阻尼率的视图；图22是示出了对比例2中阻尼率的视图；图23是示出了用其上带有20kg重量的座椅缓冲垫元件所测得的例1、对比例1和对比例2的各自振动传递特性的视图；图24是示出了当一个64kg重的日本人(JM64)坐在座椅中时所测得的例1、对比例1和对比例2的各自振动传递特性的视图；图25A是示出了本发明第二实施例一个状态所涉及的座椅结构的透视图；图25B是沿图25A中的线A-A所截的横截面图；图25C是图25A中的B箭头图；图26A是示出了本发明第二实施例另一个状态所涉及的座椅结构的透视图；图26B是沿图26A中的线A-A所截的横截面图26C是图26A中的B箭头图；图27是示出了本发明第三实施例所涉及的座椅结构的示意性透视图；图28是示出了本发明第三实施例所涉及的包括座椅结构的座椅靠背部分的框架的详细结构的透视图；图29是示出了用常规三维网状元件所测得的5kg重作为座椅结构的座垫情况下的阻尼特性的图表；图30是示出了用常规三维网状元件所测得的10kg重作为座椅结构的座垫情况下的阻尼特性的图表；图31是示出了用常规三维网状元件所测得的5kg重作为座椅结构的座椅靠背部分情况下的阻尼特性的图表；图32是示出了用常规三维网状元件所测得的10kg重作为座椅结构的座椅靠背部分情况下的阻尼特性的图表；图33A和33B是示出了第三实施例座椅结构(net seat)的尾追撞车测试结果的视图，在测试中将三维网状元件放置于图28中所示的框架元件上，其中图33A表示胸部加速，而图33B表示腰部加速。
优选实施例的详细描述在下文中，将根据图示的实施例详细描述本发明。
(第一实施例)图1是示出了本发明第一实施例所涉及的座椅结构1的示意性透视图。如图中所示的，该实施例采取了具有座椅缓冲垫部分10和座椅靠背部分20的一种结构，并形成了具有凸起部分11的略为拱起的形状，所述凸起部分11从座椅缓冲垫部分10的水平面中向上鼓起。具体地，弯成拱形的元件被用作在宽度方向上彼此相对的侧架12和13，并以这样的方式形成结构，即，将形成座椅缓冲垫元件14的三维网状元件放置于这些侧架12和13之间，这样构成了凸起部分11。
因此，凸起部分11的顶部11a将被形成于对应于以拱形构成的侧架12和13的顶部的一个位置。通过以这样的方式形成凸起部分11，当入座时，凸起部分11的顶部11a移动以便从与人体相接触的位置被向前推出，直到人体达到平衡状态，因此，如图2中所示的，凸起部分11的形状变形了，并且其张力改变了。因此，由于张力的改变可使人体获得容易适应的舒适感。此外，当输入大的激发力时，就座者的腿臀部就会相对沉陷，使其以这样一种方式变形，即，凸起部分11的顶部11a的位置被进一步向前推出。同时，后部的背部缓冲垫元件24也被变形，因此背部缓冲垫元件24产生了恢复力。通过这种构造，即使在以预定张力将座椅缓冲垫元件14放置于侧架12和13的情况中，当输入大的激发力时，通过向前推出凸起部分11的顶部11a所产生的变形，以及在没有通过增加张力导致增加弹性的情况下通过背部缓冲垫元件24所形成的恢复力使输入能分散和丧失。换句话说，本结构是膜振动特性和具有一个自由度的振动特性的组合。另外，最好振幅为0的节点位置位于以振动模式就座者的重心(坐骨的结节)处。
换句话说，在本发明中，由于位移以沿前后方向推出其顶部11a而导致的凸起部分11沿正切方向的变形的方式与所输入的激发力的大小有关。因此，不同于激发力的弹性元件的张拉结构的应变能沿正切方向所产生的张力可被改变，因此小变形时的阻尼比作用是小的，而大变形时的阻尼比作用是大的。另外，应变能根据就座者的重量(载荷质量)而改变。因此，在不同载荷质量的情况下，在就座时应变能所产生张力可被调节为与载荷质量相对应的状态，并且可改变弹簧常数和阻尼系数，以便于不依靠载荷质量可显示出依照输入的激发力的大小所形成的上述阻尼比，并可显示没有载荷质量相关性的阻尼特性。
凸起部分11的顶部11a形成于能够在可执行该功能的位置处与人体接触的范围内。应该注意的是，最好在就座者的坐骨的结节前面的一个位置提供顶部11a，从侧面看过去，在座椅缓冲垫部分10和座椅靠背部分20之间的界限前100mm或以上的范围内。这是因为，当随着激发力的输入坐骨的结节的附近较为沉陷时，向前推出顶部11a的功能更平滑地起作用。
依照座椅的尺寸，最好在200mm到3000mm的半径范围内选择以拱形形成的凸起部分11的半径。在半径不足200mm的情况下，凸起部分11的顶部11a处的凸起高度太高了，以致于破坏了就座的舒适性，而在半径高于3000mm的情况下，座椅缓冲垫部分的整个表面变得几乎是平面的，以致于难于显示出本发明的通过凸起部分11的位移改变阻尼特性的特性。
在本实施例中位于侧架12和13之间的由三维网状元件构成的座椅缓冲垫元件14，是以沿宽度方向的30％或更低的延伸率布置的。一般说来，当三维网状元件用作缓冲垫元件时，为了充分地发挥阻尼特性，必须以低于5％的延伸率布置缓冲垫元件。然而，在本实施例中，由于将缓冲垫元件形成为具有如上所述凸起部分11的拱形，当以5％或更高的延伸率布置缓冲垫元件时，对于大激发力的输入来说可显示出足够的阻尼特性。此外，通过在5％至30％之间的延伸率布置缓冲垫元件，会出现这样一个优点，即，减少了侧架12和13的某些异样的感觉等等。而且不用说，通过在侧架12和13之间采取380mm或以上的最狭窄相对距离，可以以0％到小于5％的延伸率布置缓冲垫元件，并且因此在该情况中，可较以往产生更大的阻尼力。顺便提及的是，由于侧架12和13的某些异样的感觉等等不仅仅依照延伸率而不同，而且还依照在每个情况中用作座椅缓冲垫14的三维网状元件的厚度等等而不同，为了进一步减少这样的某些异样的感觉，最好在三维网状元件与框架元件(诸如侧架12和13)之间布置聚氨脂泡沫材料或其他的三维网状元件。
在本实施例中，使用一种三维网状元件作为缓冲垫元件(背部缓冲垫元件)24以形成座椅靠背部分20。座椅靠背部分20没有在对应于肩胛骨以下的位置形成凸起部分，并且作为侧架22和23，对应于腰椎到肩胛骨附近的前沿部分基本是线性的并且上部与对应于肩胛骨附近的位置相比，使其成型为在大约200mm到30mm的范围内向后弯曲。因此，在该部分形成了其中将肩胛骨附近视为顶部的拱形。
与上述座椅缓冲垫部分相似，由三维网状元件构成的背部缓冲垫元件24是以30％或更低的延伸率布置于侧架22和23之间的。然而，侧架22和23的前沿被形成得在上部在大约200mm到30mm的范围内向后弯曲，由于当大载荷施加于背部缓冲垫元件24上时，如用图2中沿着立剖方向的实线的形状线所示的，从肩胛骨附近的背部缓冲垫元件24的上部被释放，以便于肩胛骨附近向后的弯曲量使其向上凸出，因此改变其形状。另一方面，在沿前后方向的弹性下，对应于腰椎的部分变成坚固的部分。因此，就座者的背部载荷被有效地分散，因此通过与腰椎对应的部分获得了支撑的感觉，但是在从肩胛骨附近的上部可使载荷衰减。换句话说，它具有这样一种结构，即，在同一平面上体现了弹性和阻尼特性。
背部缓冲垫元件24变得可在肩胛骨附近主要弯曲，因此当受到大的前后载荷时，人体的整个背部，换句话说，从腰椎到肩胛骨附近的背部几乎保持当其保持该姿势就座以向后移动时的姿势。通过这种结构，当受到大的前后载荷时，通过组合背部缓冲垫元件24的阻尼特性和腰椎的弹性特性，确保了人体整个背部的阻尼率，因此可保护人体。如果采用其中腰椎附近较大程度弯曲的一种结构，人体将必须较大程度地弯曲，从侧面看过去基本上像字母V。此外，由于弹性特性的影响程度变小以便于具有载荷相关性，而且依照就座者的不同，背部缓冲垫元件24对于人体的阻尼功能也不同，因此必须提供一种重新给予座椅缓冲垫元件柔软弹性的结构，这将使得所述结构复杂。
因此，最好当侧架22和23形成座椅靠背部分20时，采用这样一种结构，该结构具有如上所述腰椎的小凸起，具有直线式或大变形的曲率，并具有其中将从肩胛骨附近的上部向后弯曲的一种形状，并且作为背部缓冲垫元件24来说，这样提供背部缓冲垫元件24，即，通过将布置于侧架22和23的上端之间的上部框架25的位置布置在后部，使得与肩胛骨附近相对应的部分的偏转量是大的，而使得与腰椎相对应的部分的偏转量是小的。在肩胛骨附近的背部缓冲垫元件24的偏转量最好在50mm到150mm的范围内。此外，为了使得背部缓冲垫元件24具有这样一种功能，最好在以这样一种方式布置缓冲垫元件时调节延伸率，所述方式即，在肩胛骨附近，可确保到平衡点的20mm或以上的冲程，并且当用直径为20mm的压缩板压制时，平衡点附近的弹簧常数为15N/mm或以下的负载特性，而在腰椎附近，到平衡点的冲程为40mm或以下的，并且当用直径为20mm的压缩板压制时，平衡点附近的弹簧常数为5N/mm或以上的负载特性。
此外，当将其构成得在肩胛骨附近具有大偏转量时，为了在驾驶时通过抑制头部振动使得相对于所输入的激发力积聚的疲劳小，最好与肩胛骨附近所对应的偏转量相比，使得与肩峰附近相对应的部分的偏转量小，最好将到平衡点的冲程设定为30mm或以下。此外，最好将在用直径50mm的压缩板压制在肩峰附近时所测得的弹簧常数设定为0.2到2.0N/mm。通过以这种形状形成该结构，与肩峰相对应的部分起到基本固定头部的点的作用，以便于如上所述抑制积聚的疲劳，同时，这样的部分起到所谓的肩峰支撑的作用，由于左右摇摆和起伏所造成的人体上部的震颤可变小，此时，施加于操纵方向盘的腕部的应力和载荷变小了。因此，它起到轻松操纵方向盘的作用，并减少把握方向盘的疲劳。
可分别形成座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24并将其布置于相应框架，以便于独立地构成座椅缓冲垫部分10和座椅靠背部分20，但是为了增强从人体的腰部到腕部的支撑特性，并为了当输入具有大振幅的振动时增强阻尼特性以及为了吸收振动和在同相位移动骨盆和腰椎，最好整体形成座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24。在这种情况下，可通过使用一片三维网状元件形成座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24，或可分别形成座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24并通过将座椅缓冲垫元件14的座椅背部与背部缓冲垫元件24的下部缝合起来而将它们组合在一起。
应该注意的是，通过如上所述将其布置于各个框架，由座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24构成的本实施例的缓冲垫结构形成张拉结构，并且通过向后拉而形成其边界部分的附近并固定于任一框架。因此，其边界部分的附近可变成振动系统的固定端，形成如上所述拱形的凸起部分11的顶部和背部缓冲垫元件24中沿后部的部分可形成振动系统的自由端，所述自由端可依照就座者的载荷和作为输入的激发力自由变形。因此，如上所述，可造成沿正切方向由应变力形成的在张拉结构的张力方面的改变。
此外，最好如此布置缓冲垫元件以使其易于调整弹性特性，以作用于坐骨结节下面的部分上或作用于就座者的腰椎附近，并通过从凸起部分11到前沿部分附近或沿就座者的后部的张拉结构的应变力易于沿正切方向变形，所述张拉结构形成拱形。因此甚至当以30％或更低的延伸率布置时，最好如此布置以便于依照各部分的不同而获得不同的延伸率。因此，最好将坐骨结节下面的部分或就座者的腰椎附近的延伸百分率设定得较高，而对于其他部分，例如，形成拱形的从凸起部分11到前沿部分附近或沿座椅靠背部分的后部，最好布置较低的延伸百分率。
这里，将描述如上所述形成座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24的一种三维网状元件的一种结构。通过将一对彼此分隔布置的基本针织物与连接丝相连接而形成该三维网状元件。更具体地，如图3中所示的，三维网状元件100由结实的三维结构构成，所述结实的三维结构包括一对彼此分隔布置的基本针织物110和120以及大量连接于该对基本针织物110和120之间的连接丝130。
一种基本针织物110由纬编针织物结构(小网目)形成，例如图4中所示的，所述纬编针织物结构用朝向纵行方向和横列方向中任何方向连续的扭绞单丝制成的纱线构成。另一方面，以比基本针织物110大的组织结构形成另一种基本针织物120，例如图5中所示的，所述基本针织物120包括由扭绞单丝制成的蜂巢状(六边形)网眼。不用说，该针织物结构只是一种例子，并且可采用除了小网目结构和蜂巢结构以外的针织物。连接丝130被编结在该对基本针织物110和120之间以在一个基本针织物110和另一个基本针织物120之间保持预定距离，以便于赋予该三维网状元件100预定的劲度，所述三维网状元件100为实心网针织物(solid mesh knitting)。
形成基本针织物110和120等等的基本纤维的厚度是从可提供结实针织物所需的结构中坚实性的厚度中选择的，并且在形成工作中不会出现困难的范围内。可使用一种单丝作为基本纤维，但从诸如感觉、表面手感的柔软性等等的观点来看，最好使用复丝或细纱作为基本纤维。
最好使用单丝作为连接丝130，并且使用厚度在167到1100分特范围内的单丝是适合的。这是因为复丝不能给予具有良好恢复力的阻尼特性，并且当厚度变得低于167分特时，在结构中变得难于获得适合的坚实性。当厚度变得高于1100分特时，变得太硬以致于不能获得适合的弹性。换句话说，采用具有上述范围的单丝作为连接丝130，可通过由各个基本针织物110和120构成的组织结构的变形和连接丝130的变形(下降和弯曲)支撑就座者的载荷，因此可实现不会出现应力集中的具有柔软弹性特性的柔软结构。除此之外，通过相互摩擦连接丝130可显示出阻尼力。
作为用于基本纤维或连接丝130的材料，不局限于某种具体材料，并且例如，可使用合成纤维或诸如聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈和人造丝等再生纤维，或诸如羊毛、蚕丝、棉花等天然纤维。可单独使用上述材料或可以其组合使用上述材料。最好使用诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等热塑性聚酯纤维、诸如尼龙6和尼龙66等聚酰胺纤维、诸如聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃纤维或这些纤维的两种或多种组合。顺便提及的是，由于其再生特性，聚酯纤维是适合的。应该注意的是，用作基本纤维或连接丝130的纤维形状是不受局限的，可使用圆形横截面纤维、改进的横截面纤维等等。
当连接各个基本针织物110和120的连接丝130从侧部所示的状态受压时，至于连接丝130的布置方式(堆积结构)，更具体地，以图6A-6E所示的类型将其分类。图6A、6B是直线类型的，其中使连接丝130几乎竖直地编结于基本针织物110和120之间，图6A是字母8形状的编结直线，而图6B是单一直线的编结。图6C到图6E是交叉类型的，其中使连接丝130彼此交叉在基本针织物110和120之间。其中，图6C是以字母8形状编结以交叉纤维的，图6D是单一交叉的编结，而图6E是两个纤维一起交叉(双重交叉)的一种编结。应该注意的是，如图6C到6E中所示的，当将连接丝130彼此交叉地倾斜布置时，与其中连接丝130几乎竖直地布置于基本针织物110和120之间的方案(参照图6A和6B)相比，由于各个连接丝130的抗张强度，因此可给予具有大压缩性的柔软的弹性特性，同时保持充足的恢复力。
测试例1(例1)对于具有图1中所示结构的座椅结构1，布置于后部(座椅缓冲垫元件14和背部缓冲垫元件24之间的边界部分)之前100mm位置的中心(与日本成人的坐骨结节的平均位置相对应)的(拱形的网)座椅缓冲垫元件14，被直径为200mm的压缩板在50mm/min的速度下压制到1000N，并测定静载荷特性。在图7中示出了结果。注意这里所使用的三维网状元件的特性如接下来的图表所示的。顺便提及的是，将座椅缓冲垫元件以6％到8％的延伸率布置于侧架12和13之间。
表1
在图8中示出了利萨如图形，该图形表示当以2.5mm的振幅将20kg的载荷质量安装于图1中座椅缓冲垫元件14上时，三维网状元件的相对位移量和力之间关系以及施加于其上的振动。另外，使图8中的利萨如图形重叠并在示出图7中静态特性的载荷位移特性上显示出将基准点调整为196N。
另一方面，图10是利萨如图形，示出了当以1mm的振幅施加振动时相对位移量和力之间关系(峰值之间的距离2mm p-p)，图9示出了在与图7相似的载荷位移特性的图上重叠的利萨如图形。
(对比例1)用直径为200mm的压缩板在50mm/min的速度下将座椅缓冲垫部分(NET)压缩到1000N并测得载荷特性，该座椅缓冲垫部分(NET)除了没有形成凸起部分11外，具有与例1座椅结构相同的座椅结构，与例1相似的是，在图12和图14中示出了相对位移量和2.5mm振幅的力之间关系(峰值之间的距离5mm p-p)以及相对位移量和1mm振幅的力之间关系(峰值之间的距离2mm p-p)的利萨如图形。此外，在图11和图13中的载荷位移特性的图上重叠这些利萨如图形。
(对比例2)用与例1和对比例1相同的方式测量一种其中100mm厚的聚氨酯泡沫塑料所制成的缓冲垫元件被布置于座椅缓冲垫部分中和座椅靠背部分中的座椅结构(尿烷座椅)，并且，示出了相对位移量和2.5mm振幅的力之间关系(峰值之间的距离5mm p-p)以及相对位移量和1mm振幅的力之间关系(峰值之间的距离2mm p-p)的利萨如图形被重叠在图15和图16中的载荷位移特性的图上。
从这些结果中，在例1和对比例1的情况中，在任何振幅下，利萨如图形都几乎在静态载荷特性上的go(加负荷)和back(卸荷)曲线范围内，并且显示没有大的谐振特性。在对比例2的情况中，在任何振幅下，利萨如图形在静态载荷特性上的go和back曲线所画的区域范围之外。利萨如图形中的力是随着所输入的振动被传输到人体的力，该力远离静态载荷特性上的曲线区域的这个事实意味着在低频区产生谐振并且输入的振动的吸收性是低的。此外，向上增加大于1.2到1.3的力的这个事实意味着载荷质量从缓冲垫元件上分离。通过这个，应该理解的是，如例1和对比例1中那样当将三维网状元件用作缓冲垫元件时，在振动吸收特性方面会比聚氨脂泡沫塑料用作缓冲垫元件的情况出色。
另一方面，当例1与对比例1相比较时，如从利萨如图形中清楚看到的，在例1中相对位移量和力变小了，并且清楚的是，在例1的座椅结构中，通过具有凸起部分11的拱形的形成，沿竖直方向输入的振动所产生的应变能使得正切方向上的张力改变，并且所输入的振动可沿前后方向被有效地分散和吸收。尤其是，在5Hz左右的例1的位移量与对比例1相比变得明显小，这表示难于出现谐振，所述5Hz左右是使人体的骨架结构摆动的谐振频率并且大大影响汽车的乘坐舒适性。然而，本例示出了由相当于25kg重的7岁的日本人的人员所感觉的汽车的乘坐舒适性，并且本发明可适用于在载荷质量方面小的儿童座椅，这显示出通过调节张力场是适用的。此外，当在具有2mm p-p小振幅激发力中的小输入振动的群中比较时，例1中的在位移量方面是小的，这显示出由于可伸展的弹性元件的弹性特性导致具有小振幅的振动起伏特性是高的。此外，当在具有5mm p-p大振幅激发力中的大输入振动的群中比较时，例1在位移量方面和力方面都是小的，这意味着显示出高阻尼特性。
测试例2直径为26cm、厚度为6.6cm的20kg的重量从与如上所述的例1、对比例1和对比例2中的座椅缓冲垫部分的各个表面相接触的位置落下，并测量它们的阻尼率。在图17到图19中示出了各自的阻尼波形，在图20到图22中示出了各自的阻尼率。顺便提及的是，在图20到图22中绘出了用黑点在各自的阻尼波形的自由振动阻尼曲线中显示的阻尼峰(计算点)。
在对比例1的情况中，如清楚地从图18和图21中看到的，基本上呈线性地绘出了各个计算点，并且阻尼率为0.104。在对比例2的情况中，如清楚地从图19和图22中看到的，基本上呈线性地绘出了各个计算点，并且阻尼率为0.096。
另一方面，在采用了本发明座椅结构的例1的情况中，如清楚地从图20中看到的，与沿阻尼率0.04的直线所绘出的空心点相比，存在由远离阻尼率0.04的直线的黑点表示的计算点。并且这些黑点位于基本为直线的一条独立线上。因此，在例1的情况中，应该理解的是，存在有通过连接这些黑点所获得的阻尼率0.6的阻尼特性。换句话说，它显示出，依照在小于1的阻尼率的0.04到0.6阻尼率的范围内输入振动的各种条件，例1中的具有拱形的座椅缓冲垫元件14的阻尼特性是不同的。当与图17中的阻尼波形相比较时，清楚的是，它具有一种结构，其中，对于大激发力的输入来说，弹性元件的张拉结构的应变能变大了，以便于通过沿拱形的凸起部分11的顶部11a的前后方向的移动来降低张力并产生高阻尼率，因此大阻尼率可发挥作用，所述大激发力是大振幅振动或具有相同振幅的大加速度的高频率振动，对于小激发力的输入来说，张拉结构的张力将阻尼率抑制为小的，并且随着座椅缓冲垫元件14的弹性特性伴随有与输入振动的相位差，因此可减轻振动，所述小激发力是小振幅振动或相同振幅具有小加速度的小频率振动。
相反，在对比例1和对比例2的情况中，如上所述，由于阻尼率是常量，清楚的是，从伴随作为输入的激发力的力的有效分散的观点来看，例1中所采用的本发明的座椅结构的性能是高的。
测试例3如上所述，为例1、对比例1和对比例2测定了振动传输特性。是这样执行所述测试的，即，直径为26cm、厚度为6.6cm的20kg的重量首先被放置于各个座椅缓冲垫元件上，同时近似地将该重量的中心调节为当人员就座时对应于将坐骨结节的部分。接着，将振动器的平台放置于座椅缓冲垫部分之下，并测量对于频率的振动传输率(G/G)。在图23中示出了结果。
如从图中清楚看出的，在例1的本发明的座椅结构中，当将振动传输率(G/G)与对比例2相比较时，可以发现从低频到高频的几乎全部频率区域内振动传输率(G/G)是低的。当与对比例1相比较时，可以发现在等于或小于6Hz的低频区中，振动传输率(G/G)被大大降低。具体地说，与对比例1和对比例2相比较，例1中的谐振峰明显是低的。另外，当假设体重为64kg的人坐在座椅中时，图23中的5Hz相当于3Hz，而10Hz相当于6Hz。因此，可以发现2Hz及以下和使人体骨架结构自身摆动的5Hz的摆动变得难于传输，所述5Hz的摆动影响汽车的乘坐舒适性。
以与如上所述相同的方式测量对于在坐在分别具有例1、对比例1和对比例2中座椅结构的座椅缓冲垫上的状态中的一个体重为64kg的日本人(JM)的振动传输率(G/G)。在图24中示出了结果。
如从这些结果中清楚看出的，与对比例2中的振动传输率(G/G)相比较，例1中的振动传输率(G/G)大大提高了，甚至当与对比例1中的振动传输率(G/G)相比较时，可以发现谐振峰大大降低了。此外，从这些结果中，可得出图23中的结果和图24中结果之间的相关性。
(第二实施例)图25是示出了本发明第二实施例的透视图。在本实施例中，采用靠近前沿上具有弧部分12a和13a的形状作为座椅缓冲垫部分10的侧架12和13，并且座椅缓冲垫元件14的三维网状元件布置于侧架12和13之间。那么，座椅缓冲垫元件14以具有凸起部分11的拱形形成于靠近前沿上，并变成一种形状，该形状具有，所述平坦部分16基本布置于从近似为前后方向上的中间部分到后部的平坦状态中。此外，在侧架12和13附近布置聚氨脂泡沫塑料17a以减少某种异样感觉，并将用于支撑的聚氨脂泡沫塑料17b布置于前沿附近中的座椅缓冲垫元件14的顶表面上。顺便提及的是，作为用于减少某种异样感觉的措施，可通过修改架形状或通过采用三维地摹仿三维网状元件的方法达到该目的。
在本实施例中，腿臀部位于平坦部分16上，大阻尼特性不作用于普通小激发力的振动输入，并且该平坦部分的弹性特性减轻了振动。此外，由于凸起部分11位于股骨区域之下，就可抑制当人员就座时腿臀部的位置向前滑出。另一方面，当输入具有大激发力的振动时，凸起部分11的顶部11a变形以使其自身向前移动。并且通过张拉结构的应变能，大阻尼特性发挥作用，因此可降低从座椅上的人体回弹。
应该注意的是，尽管在图25所示的状态中将聚氨脂泡沫塑料布置于座椅缓冲垫元件14的前沿部分上以及布置于侧架12和13的附近，但是如图26中所示的，可形成这样一个形状，即，其中将聚氨脂泡沫塑料17b和17c布置于前沿部分和后缘部分附近，以便于使得腿臀部沿前后方向滑出的位置更小。此外，在本实施例中，在座椅缓冲垫部分上形成凸起部分。然而，可将凸起部分形成于座椅靠背部分上，并且还可将凸起部分形成于座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分两者上。
(第三实施例)图27是示出了本发明第三实施例所涉及的座椅结构1的外部特征的透视图。如在该图中所示的，在本实施例中，采用了这样的结构，在中间不具有凸起部分的侧架12和13被用作座椅缓冲垫部分10，而具有其中部被向前推出的凸起部分的形状的那些被用作侧架22和23以形成座椅靠背部分20，并且将座椅靠背部分20形成为提供凸起部分21的拱形。换句话说，三维网状元件被用作背部缓冲垫元件24，并且通过将该元件布置于其中将中部被向前推出的形状的上述侧架22和23之间形成凸起部分21。
依照本实施例，当将就座者的重量施加于座椅靠背部分20上时，座椅靠背部分以这种方式变形，即，凸起部分21的顶部21a的位置向上或向下移动。因此，具体地说，当沿前后方向施加大载荷时，该大载荷不仅被凸起部分21的前后方向上的位移吸收，而且被凸起部分21的顶部21a的移动所伴随的竖直方向的变形所吸收。另一方面，其弹性特性可减轻普通就座状态下的小激发力的输入。以与第一实施例所涉及的座椅结构1的座椅缓冲垫元件14中相同的方式看出了这些点，并且在第三实施例所涉及的背部缓冲垫元件24中还随着作为输入的激发力的大小而作用，具有高阻尼率的大阻尼特性表现为具有大激发力的振动，而具有低阻尼率的小阻尼特性表现为具有小激发力的振动。
应该注意的是，由于在座椅缓冲垫部分10的前沿部分10a的附近将侧架12和13的前部向下弯曲，因此座椅缓冲垫元件14被向下弯曲并布置。因此，在前沿部分10a的附近，前沿部分10a被向前拉紧并随着输入在对应于坐骨结节的座椅缓冲垫元件14的部分上振动的大小而凸出。因此，实际上在本发明的该部分中也形成拱形，高阻尼率可表现为大激发力的输入。
这里，构成上述第三实施例中的座椅结构1的座椅靠背部分20的框架，具体地说，如图28中所示的，包括外部框架27，所述外部框架27包括侧架22和23、与侧架22和23连接的用于形成凸起部分的框架22a和23a、上部框架25以及连接杆19，所述连接杆19位于侧架22和23的下部之间，并且在存在于上部框架25和连接杆19之间的侧架22和23之间没有布置其他的加强框架。因此，当沿前后方向施加大于预定冲击(冲击振动和冲击力)的大冲击时，外部框架27具有由形成张拉结构的三维网状元件所拉伸的变形结构。顺便提及的是，不用说在上述第一和第二实施例中也可采用这样的结构。
因此，当沿前后方向施加的大冲击使得就座者的背部向后移动时，包括三维网状元件的背部缓冲垫元件24的基本上为中心的部分在连接杆19上滑动并被推向座椅靠背部分的后部，并且伴随的是，外部框架27分散地接收输入到背部缓冲垫元件24中的载荷，它落到内部并在图中沿箭头所示的方向从虚线所示的状态向实线所示的状态变形，因此该冲击被减震。因此，由于彼此面对布置的侧架22和23之间的间隙变窄，因此以预定张力布置于侧架22和23之间的三维网状元件(背部缓冲垫元件24)立刻变松了。一旦当三维网状元件(背部缓冲垫元件24)的张力松弛了，它就不再是张拉结构了。此时，三维网状元件自身拥有的高阻尼特性还作用着。与小变形时(在作为输入的激发力是小的时候)的阻尼率相比，最好将像这样作用在大变形时的阻尼率安排得具有0.2或更大的差值。此外，最好将其安排为具有1或更大阻尼率的临界阻尼系统或过度阻尼系统。通过这种构成，可抑制由于反作用力的人体的回弹。另外，通过连续接收冲击力，在三维网状元件中产生了新的张力场并且其力转化为应变能，因此延长了冲击力的工作时间。
这里，图29到图32是示出了传统座椅结构的阻尼特性的图表，所述传统座椅结构在座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分都没有装配像本发明那样的凸起部分，并且也不包括拱形。更详细地说，是以这样的方式构成其结构的，即，在该座椅结构中，通过盘簧将片簧元件支撑于用于座椅缓冲垫部分的侧架之间，并且将作为座椅缓冲垫元件的三维网状元件布置于其上，并且，在以无载荷时低于5％的延伸率将作为背部缓冲垫元件的三维网状元件布置于用于座椅靠背部分的侧架之间。顺便提及的是，图29和图30示出了座椅缓冲垫部分的阻尼特性，图31和图32示出了座椅靠背部分的阻尼特性，并且用5kg的重量测量图29和图31中的阻尼特性，而用10kg的重量测量图30和图32中的阻尼特性。
如从图29和30中清楚看出的，当重物在重量上改变时，在座椅缓冲垫部分的情况中阻尼率近乎相同，即在5kg的重量下为0.256，而在10kg的重量下为0.237。另一方面，在座椅靠背部分的情况中，5kg的重量下阻尼率为0.331，而在10kg的重量下阻尼率为0.192。
这里，用以下等式表示阻尼率(等式1)ζ=c2mk]]>因此，在座椅靠背部分中，由于没有布置盘簧并且只布置了三维网状元件，在上述等式中阻尼率主要取决于载荷质量m，因此载荷质量越大阻尼率就会越小。另一方面，在座椅缓冲垫部分的情况中当提供盘簧时，由于弹簧常数k的作用变大了，因此输入依赖性变小了。图29到图32中所示的图表示出了这样一种现象。
在增加大冲击时，当装配有低于1的预定阻尼率的一种系统是临界阻尼系统或过度阻尼系统时，即使通过调节弹簧常数k和载荷质量m也难于这样布置。因此，通过形成具有本发明凸起部分的拱形，并且同时，如图28中所示的，通过以这种方式形成结构，即，当大的冲击载荷施加于如图28中所示布置的三维网状元件上时，外部框架随着三维网状元件变形，三维网状元件的张力放松了，因此，三维网状元件自身所拥有的高阻尼特性可发挥作用。因此，通过形成这样一种结构，可构成临界阻尼系统或过度阻尼系统。
对于本实施例的图28中所示的其中三维网状元件布置于框架元件的座椅结构来说，用座椅安全带将100kg重的人体模型安装并固定于座椅上，然后执行尾追冲突测试。顺便提及的是，以这样的方式执行该测试，即，在171.1m/s2的最大加速度下，最终速度为7.1m/s的具有车架附有各个座椅结构的敞车从后面被碰撞，并测量胸部和腰部的加速度。
在图33A和33B中示出了结果。在附图中，图33A表示胸部加速度，而图33B表示腰部加速度。顺便提及的是，在附图中，X表示沿左右方向(BL方向)的加速度、Y表示沿前后方向(TL方向)的加速度、以及Z表示沿竖直方向(WL方向)的加速度。
首先，如从图33A中清楚看到的，在碰撞后在约50毫秒时间内胸部被向后推到这一点后，框架的变形将其向后推，示出了在大约70到80毫秒范围内的最大加速度并且直到约110毫秒该加速度是固定的。当通过朝向中心部分拉伸作为张拉结构的三维网状元件并立刻降低该三维网状元件的张力而导致在框架上出现变形时，这些现象发生。实际上，在该期间人体模型的头部显示出没有出现沿前后方向的大回弹。接着，由于在110毫秒时框架的变形导致加速度的小提升后，框架的变形继续直到约150毫秒，其后再次显示出加速度的小提升的性能。
尽管加速度的增加出现在约150毫秒附近，由于干线的移动而导致的在转动方向上所产生的力矩消除了由于座椅缓冲垫元件的反作用力而造成头部向前移动的力，并且在用薄板固定头部的状态下出现加速度的增加，头部沿前后方向的移动量是小的。因此，该加速度的增加被认为是由于框架的恢复力而导致的加速度的增加。
此外，如从图33A中清楚看到的，在50到60毫秒当腰部被首先推向背部缓冲垫元件时，竖直方向的加速度不会超过水平方向的加速度数值，这显示出人体模型的回弹不会太大。
在图33B中所示的竖直方向的腰部加速度中，在加速度增加以后迅速固定，这显示出在加速度方面几乎没有改变并且腰部的回弹很小。
如从上述结果清楚看出的，依照本实施例，由于当张拉结构的三维网状元件接收大的冲击振动时，张力放松，应该理解的是，这显示了大阻尼特性。换句话说，作为耐冲击性特性的评价，期望沿前后方向的头部和腰部之间的相对位移是小的，并且竖直方向上的加速度是小的。本实施例具有一种显示出非常接近于这样期望特性的特性的结构。
(第四实施例)在第一到第三实施例中，在所有情况中都使用了三维网状元件，所述三维网状元件作为缓冲垫元件在座椅缓冲垫部分上或在座椅靠背部分上形成了拱形。然而，对于本发明的座椅结构来说具有这样一种结构是足够的，即，当就座时在平衡点的位置，对于小激发力的输入来说，由于张拉结构的张力阻尼特性是小的，因此由于弹簧特性的作用，它可通过其相位差减轻振动，并且对于大激发力的输入来说，由于张拉结构的应变能，大阻尼特性发挥作用，换句话说，具有这样一种结构是足够的，即，依照激发力的大小，具有不同阻尼率的阻尼特性作用在阻尼率低于1的区域内。
因此，通过使用诸如聚氨酯泡沫塑料、粘弹性尿烷等等的尿烷材料可获得具有这样特性的一种结构。为了使用尿烷材料形成具有这样特性的结构，必须形成由具有如下述不同特性的尿烷材料所制成的三层结构的缓冲垫元件。此外，为了形成张拉结构，必须在这些缓冲垫元件、张力传递元件(诸如二维织物和二维编织物)的每层上铺设织物材料，所述织物材料可沿正切方向产生张力。
换句话说，对于布置为顶层的第一尿烷层，使用一种在弹簧常数方面具有与人体肌肉的弹簧常数相近的柔软特性的层。例如，使用粘弹性尿烷等等。对于布置为中间层的第二尿烷层，可使用在0.2或更高的线性度时恢复力方面高并且迟滞损耗为30％或更低的尿烷泡沫塑料。此外，对于布置为底层的第三尿烷层，可使用在0.1的阻尼率内具有大阻尼特性的聚氨酯泡沫塑料等。
作为第一尿烷层，通过使用与人体肌肉的弹簧常数相近的缓冲垫元件，也就是说，通过使用在用直径为98mm的压缩板施加压力时其载荷特性在4N/mm到0.5N/mm范围内的缓冲垫元件，可以发现肌肉不会过多变形，而且当在就座时与第一尿烷层接触时，第一尿烷层易于变形和弯曲。因此增强了人体的舒适感。
另一方面，当输入具有小激发力的振动时，该振动被恢复力方面高的第二尿烷层的恢复力减轻了。此时，具有高阻尼特性的第三尿烷层不过多地发挥作用。因此，作为第四实施例所涉及的具有层状结构的整个缓冲垫元件来说，只有小阻尼特性发挥作用。顺便提及的是，“线性度”是45kgf载荷时的偏转量与45kgf到100kgf的偏转量之间的比率，并且在第二尿烷层中将线性度设定为0.2或更高的原因是为了确保在就座时的撞击的感觉。另外，将迟滞损耗设定为30％或更低的原因是，因为当迟滞损耗超过30％时，阻尼力变大了，因此恢复特性变小并且弹簧作用的感觉变弱了。
此外，当输入具有大激发力的振动时，由具有0.2或更高阻尼率的尿烷材料制成的第三尿烷层的大阻尼特性发挥作用。由于该作用，可衰减大激发力的输入，因此可防止就座者的回弹。在这样一种情况中，由于张力传递元件在上述第一到第三尿烷层的任一层的传递作用，沿这样的尿烷层的正切方向的应变能变大了，以便于在上述各个实施例的情况中降低沿正切方向的张力，因此大阻尼特性可发挥作用。
此外，除了用在上述各个实施例中的三维网状元件以外，可使用具有尿烷的二维张拉结构和具有铺设在二维张拉结构上的表面层的尿烷层，所述尿烷具有诸如二维织物和二维编织物等等的二维张拉结构。并且2到30mm的薄尿烷泡沫塑料可用作尿烷层。
当将本发明构成得具有这样一种具有尿烷的二维张拉结构时，尽管耐用性略差，而且弹簧特性稍高，但是几乎可以获得和使用上述三维张拉结构相同的作用和效果。因此与三维网状元件相似，这样一种具有尿烷的二维张拉结构可用于各种座椅结构。不用说，与三维网状元件相似，由于具有尿烷的二维张拉结构是以30％或更低的延伸率布置于各个框架元件的，因此当在碰撞等时大冲击输入时，由于框架元件的变形，可显示出在0.2或更高的阻尼率方面具有差异的高阻尼特性，最好，可形成临界阻尼系统或过度阻尼系统。
本发明的座椅结构具有一种改变阻尼特性的结构，所述改变阻尼特性由应变能和变形的张力改变所作用，所述变形由与作为输入到张拉结构的缓冲垫元件的激发力的大小相对应的张拉结构的平面波所形成。由于阻尼特性以小阻尼率对小激发力的输入发挥作用，由于缓冲垫元件的弹簧特性，它可被减轻具有相位差的振动，并且对于大激发力的输入，通过应变能的增加和张力的降低，阻尼特性以大阻尼率和长工作时间发挥作用，因此可抑制人体向上回弹。此外，当三维网状元件和具有尿烷的二维张拉结构用作座椅靠背部分中的缓冲垫元件时，并且同时当由于冲击施加等于或大于预定载荷的载荷时，通过制造使框架变形的结构，可显示出高阻尼特性，所述框架构成座椅靠背结构，并且最好可形成临界阻尼系统或过度阻尼系统，并且当大冲击被接收时，可有效地抑制人体的回弹。
虽然已经参照附图描述了具有某些特殊性的本发明的优选实施例，但是依照上述技术可进行明显的修正和改变，本发明的保护范围限定在所附权利要求中。
权利要求
1.一种座椅结构，包括缓冲结构，该缓冲结构具有用作座椅缓冲垫的座椅缓冲垫元件和用作座椅靠背的背部缓冲垫元件，其特征在于，将所述座椅缓冲垫元件和所述背部缓冲垫元件用作具有由弹簧元件形成的张力场的张拉结构，并且，将所述座椅缓冲垫元件和所述背部缓冲垫元件中的至少一个构成得可通过根据作为输入的激发力大小改变应变能而沿正切方向改变张力，并依照作为输入的激发力大小以这样的方式显示出不同的阻尼特性，即，对于小激发力的输入，阻尼特性以小阻尼率发挥作用，而对于大激发力的输入，阻尼特性以大阻尼率发挥作用。
2.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，所述缓冲结构形成了振动系统，其中通过沿座椅缓冲垫部分的前后方向和沿座椅靠背部分的垂直方向在缓冲结构的平面分别布置可延长方向，以及通过固定座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间的界限部分附近，位置在座椅缓冲垫部分和座椅靠背部分之间界限附近之前的座椅缓冲垫元件的任何部分和/或位于该界限部分的更上方的座椅靠背元件的任何部分起到自由端的作用；并且在其中形成有振动系统的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的至少一个中，通过根据作为输入的激发力大小改变由弹性元件构成的张拉结构的应变能可改变沿正切方向的张力，并且至少座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的另一个包括一个沿张拉结构的法线方向显示出较高弹性特性的部分，并具有一种结构，其中通过这些不同特性的组合作用使得从法线方向输入到缓冲垫元件的激发力可分散成沿正切方向的激发力。
3.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的任何一个，是由三维网状元件构成的，所述三维网状元件是通过用连接丝将一对彼此分隔布置的基础针织物相连接而制成的；并且在无载荷时将所述缓冲垫元件以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
4.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件都由三维网状元件构成，所述三维网状元件是通过用连接丝将一对彼此分隔布置的基础针织物相连接而制成的；并且可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的缓冲垫元件中任何一个，在无载荷时被以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
5.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件中的任何一个，是由具有尿烷的张拉结构构成的，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层；并且在无载荷时以30％或更低的延伸率将缓冲垫元件布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
6.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，座椅缓冲垫元件和背部缓冲垫元件都由具有尿烷的张拉结构构成的，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层；并且可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的缓冲垫元件中的任何一个，在无载荷时被以30％或更低的延伸率布置于座椅缓冲垫部分或座椅靠背部分中所提供的侧架之间，并在与人体接触的区域内在座椅缓冲垫部分中将缓冲垫元件安排为具有向上突起的顶部的拱形，在座椅靠背部分中将缓冲垫元件安排为具有向前突起的顶部的拱形。
7.一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，具有拱形的座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的凸起部分的顶部被安排为可变形的，以便于在平衡状态下在与人体相接触的区域内移动其各个位置，其中对于座椅缓冲垫部分来说向前位移，对于座椅靠背部分来说向上位移。
8.一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，在半径为200mm到3000mm的范围内形成座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的拱形。
9.一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，具有拱形的座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件被布置于侧架之间，所述侧架沿宽度方向具有拱形。
10.一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，将座椅缓冲垫元件形成为拱形的，并且从侧面看时，其顶部在座椅缓冲垫部分与座椅靠背部分之间的界限之前100mm或更远，并且在坐骨的结节下面的部分之前。
11.一种依照权利要求3到6中任何一个的座椅结构，其特征在于，将座椅缓冲垫元件或背部缓冲垫元件的延伸率设定得部分地不同于30％或更低的延伸率范围内。
12.一种依照权利要求11的座椅结构，其特征在于，与坐骨的结节附近和腰椎附近的其他部分相比，以较高的延伸率布置缓冲垫元件。
13.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，可依照作为输入的激发力大小显示出在阻尼率方面不同的阻尼特性的座椅缓冲垫元件和背部缓冲元件中的任何一个，是由分层结构制成的，所述层包括第一柔软尿烷层，所述第一柔软尿烷层被布置为顶层并具有接近于人体肌肉的弹簧常数的一个弹簧常数；第二尿烷层，所述第二尿烷层被布置为中间层并具有沿线性0.1或更高的高复原特性和30％或更低的迟滞损耗系数；第三尿烷层，所述第三尿烷层被布置为底层并显示出0.2或更高的阻尼率的阻尼特性；以及涂于上述任何层上并沿正切方向传递张力的张力传递元件。
14.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，将背部缓冲垫元件设计得在对应于肩胛骨附近位置的部分具有大的偏转量，而在对应于肩峰和/或腰椎附近位置的位置具有小的偏转量。
15.一种依照权利要求14的座椅结构，其特征在于，对应于肩胛骨附近位置的部分的偏转量在50到150mm的范围内。
16.一种依照权利要求14的座椅结构，其特征在于，在具有直径为20mm的压力盘的负载特性方面，对应于肩胛骨附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数为15N/mm或更低，在具有直径为50mm的压力盘的负载特性方面，对应于肩峰附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数在0.2到2.0N/mm的范围内，在具有直径为20mm的压力盘的负载特性方面，对应于腰椎附近位置的部分的平衡点附近的弹簧常数在5N/mm或更高的范围内。
17.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，后部缓冲垫元件是由三维网状元件构成的，并且以这样一种方式构成，即，当施加等于或大于预定力的大的冲击振动或冲击力时，支撑该三维网状元件的框架变形，以使得该三维网状元件的张力降低。
18.一种依照权利要求1的座椅结构，其特征在于，后部缓冲垫元件是用带有尿烷的张拉结构构成的，所述张拉结构装配有二维张拉结构和涂在该二维张拉结构中的尿烷层，并且以这样一种方式构成，即，当施加等于或大于预定力的大的冲击振动或冲击力时，支撑该带有尿烷的张拉结构的框架变形，以使得该带有尿烷的张拉结构的张力降低。
全文摘要
本发明涉及一种座椅结构，本发明的目的是通过由于大阻尼率而导致反作用力小而抑制人体的回弹。在作为张拉结构的座椅缓冲垫元件14处形成凸起部分11。该结构具有一种改变由应变能中的变化和张力所作用的阻尼特性的结构，所述应变能中变化和张力是张拉结构的平面波依照作为输入振动的激发力的大小所形成的变形而引起的。因此，由于具有小阻尼率的阻尼特性对于小激发力的输入，由于座椅缓冲垫元件14和/或背部缓冲垫元件24的弹簧特性，它可以相位差减轻振动，对于大激发力的输入，通过应变能的增加和张力的降低，该阻尼特性显示出大阻尼率和长操作时间，因此可抑制人体向上回弹。
文档编号B60N2/42GK1429720SQ02157560
公开日2003年7月16日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月20日
发明者藤田悦则, 千抦一义, 川崎诚司, 小仓由美, 落合直辉, 高田康秀, 菊水美穗, 小島重行 申请人:株式会社三角工具加工