JP6432981B2

JP6432981B2 - シートパン構造

Info

Publication number: JP6432981B2
Application number: JP2015064290A
Authority: JP
Inventors: 義幸松下; 涼太鈴木; 幸大松本; 翔齋藤
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016182890A

Description

本発明は、シートの着座部におけるクッション材の下方に配置されて、着座部に作用する荷重を支持するシートパンのシートパン構造に関する。

自動車用シートの着座部におけるクッション材の下方には、図９に示すようなシートパン１００が配置され、このシートパン１００によって着座部に作用する荷重が支持される。このため、シートパン１００は高い剛性が要求され、鉄などの金属によって構成されている（特許文献１及び２参照）。

特開２０１４−１７７１８４号公報特開平９−５２５８１号公報

近年、自動車の燃費向上等を目的として車両の軽量化が要請されている。この要請に答えるために、上述のシートパン１００を樹脂材料にて構成することが想定される。この場合、この樹脂製の想定シートパン１１０（図１０）は、金属製のシートパン１００の厚さが例えば０．９５ｍｍであるのに対し、この金属製シートパン１００と同等の剛性を得るために、肉厚Ｎが例えば３．５ｍｍの厚肉構造に構成されると共に、発生する応力が高くなる箇所にリブ部１１２が、平板部１１１から突出して形成されている。

上述のように、想定シートパン１１０は、厚肉構造であることから、成形時における蓄熱量（熱溜り）が大きく、成形時の冷却時間が長くなって製造コストの上昇を招く。更に、想定シートパン１１０では、上述のように成形時における蓄熱量が大きいため、冷却時の収縮差が大きくなって、想定シートパン１１０は寸法精度が低下してしまう。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、シートパンの剛性を確保しつつ軽量化を実現でき、更に、シートパン成形時の冷却時間を短縮できると共に、シートパンの寸法精度を向上できるシートパン構造を提供することにある。

本発明に係るシートパン構造は、シートの着座部におけるクッション材の下方に配置されて、前記着座部に作用する荷重を支持するシートパンが樹脂材料にて成形されたシートパン構造であって、前記シートパンは、周囲に設けられた枠形状のフレーム部と、このフレーム部の内側に略平面形状に設けられたベース面部とが一体に成形され、前記ベース面部は、同心円状に隣接配列された複数の山型形状部位と、これらの山型形状部位に交差して配列されたそれぞれ複数の第１交差リブ及び第２交差リブと、を有して構成され、前記第１交差リブは、前記ベース面部の平面視で、前記同心円の中心位置から放射状に延びて複数形成され、前記第２交差リブは、前記ベース面部の平面視で、Ｌ字状に屈曲されると共にその屈曲部が前記同心円の中心位置に向けて位置づけられ、且つ前記屈曲部が前記第１交差リブに交差して所定間隔で複数配列されて形成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、シートパンが樹脂材料にて構成されたので、シートパンの軽量化を実現できる。更に、ベース面部は、同心円状に隣接配列された複数の山型形状部位に複数の交差リブが交差して配列されて構成され、山型形状部位が水平方向の荷重に対して強度を有し、また、交差リブが垂直方向の荷重に対して強度を有する。このため、ベース面部を薄肉構造にしてもその剛性、ひいてはシートパンの剛性を確保できる。

また、ベース面部を薄肉構造に構成でき、更に、ベース面部が複数の山型形状部位に複数の交差リブが交差して構成されて、垂直方向に凹凸した形状になり冷却面積が拡大するので、シートパン成形時におけるベース面部の冷却性が優れ、シートパン成形時の冷却時間を短縮できる。

更に、ベース面部を薄肉構造に構成できるので、シートパン成形時における熱溜りを低減でき、この結果、シートパン成形の冷却時におけるベース面部の収縮差が減少して、シートパンの寸法精度を向上できる。

本発明に係るシートパン構造の一実施形態が適用されたシートパンを自動車用シートと共に示す側面図。図１のシートパンを示す斜視図。図２の直交リブを除きシート面部を拡大し部分的に示す斜視図。図３の一部を更に拡大して示す斜視図。図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図。図２のシート面部及び直交リブに作用する荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３によってそれぞれ生ずる応力を説明する説明図。図２のシートパン成形時における温度分布を示す模式図。図７のＡ部位、図１１のＢ部位における肉厚中心の温度変化を示すグラフ。従来の金属製のシートパンを示す斜視図。図９の金属製シートパンと同程度の剛性を有する略同一形状の樹脂製の想定シートパンを製作した場合、その想定シートパンに作用する荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３によって生ずる応力を説明する説明図。図１０における樹脂製の想定シートパンの成形時における温度分布を示す模式図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るシートパン構造の一実施形態が適用されたシートパンを自動車用シートと共に示す側面図であり、図２は、図１のシートパンを示す斜視図である。自動車用シート１０は、図１に示すように、着座部１１の後方に背もたれ部１２及びヘッドレスト１３が設けられ、着座部１１がクッション材１４と、このクッション材１４の下方に配置されたシートパン１５とを備えて構成される。着座部１１に作用する荷重は、クッション材１４を介してシートパン１５により支持される。また、着座部１１は、車幅方向の軸Ｑ回りに回動可能に設けられて、シートパン１５の下方に形成された荷物収納室１６への物品の搬出入を可能にする。

前記シートパン１５は、図２に示すように、周囲に設けられた枠形状のフレーム部２１と、このフレーム部２１の内側に設けられた略平面形状のベース面部２２と、シートパン１５の幅方向（ｘ方向）中央位置にベース面部２２に直立して設けられた直交リブ２３とが、樹脂材料にて一体に成形されて構成される。ここで、樹脂材料は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）に長繊維ガラスが２０％程度含まれた複合樹脂が好ましい。但し、長繊維ガラスに代えて数１０％のカーボン繊維を用いてもよい。

ベース面部２２は、図２及び図３に示すように、同心円状に隣接配置された複数の山型形状部位２４と、図３及び図４に示すように、これらの山型形状部位２４に交差し且つベース面部２２における山型形状部位２４の同心円の中心位置Ｏから放射状に延びて配列された複数の第１交差リブ２５と、複数の山型形状部位２４に交差し且つ第１交差リブ２５に対し斜めに配列された第２交差リブ２６とを有してなる。これらの山型形状部位２４、第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６により、図４及び図５に示すように、ラーメントラス構造が構成される。

複数の山型形状部位２４は水平方向（ｘ方向及びｙ方向）の荷重に対して強度を有し、複数の第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６は上下方向（ｚ方向）の荷重に対して強度を有する。従って、シート面部２２は、薄肉構造に構成されても剛性を確保することが可能になる。例えば、山型形状部位２４の肉厚Ｔ０、第１交差リブ２５の肉厚Ｔ１、第２交差リブ２６の肉厚Ｔ２は、いずれも０．７〜１．０ｍｍに設定されている。

また、直交リブ２３は、図２及び図６に示すように、シート面部２２におけるシートパン１５の幅方向（ｘ方向）中央位置に、シートパン１５の前後方向（ｙ方向）に延在して、シート面部２２に直立して設けられる。この直交リブ２３は、１または複数枚（本実施形態では３枚）がシートパン１５の前後方向に平行に配列されている。この直交リブ２３は、その肉厚Ｔ３が１．５〜２．０ｍｍと薄肉に設定されるものの、シートパン１５の前後方向（ｙ方向）の軸Ｋ周りの捩れＭに対して強度を有する。この直交リブ２３の存在により、シートパン１５の剛性が更に高められる。

これに対し、従来の金属製のシートパン１００（図９）と同等の剛性を有すように想定された想定シートパン１１０（図１１）では、金属製のシートパン１００の肉厚が例えば０．９５ｍｍであるのに対し、互いに連設される平板部１１１もリブ部１１２も、それらの肉厚Ｎは例えば３．５ｍｍに設定される。想定シートパン１１０は、上記肉厚Ｎに設定され、且つ平板部１１１において応力の発生する部位にリブ部１１２が形成されることで、金属製のシートパン１００と同等の剛性を確保できる。

ここで、図６及び図１０に示すように、本実施形態のシートパン１５と想定シートパン１１０に荷重Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ作用した場合に発生する応力について検討する。

図６に示すように、本実施形態のシートパン１５の直交リブ２３の任意の位置に荷重Ｐ１が作用したときに、この位置に応力（ｘ方向応力成分σＴｘ１、ｙ方向応力成分σＴｙ１、ｚ方向応力成分σＴｚ１）が発生する。また、シートパン１５のベース面部２０における第２交差リブ２６同士が交差する任意の位置に荷重Ｐ２が作用したときに、この交差位置に応力（ｘ方向応力成分σＴｘ２、ｙ方向応力成分σＴｙ２、ｚ方向応力成分σＴｚ２）が発生する。更に、シートパン１５のシート面部２２における第１交差リブ２５と第２交差リブ２６とが交差する任意の位置に荷重Ｐ３が作用したとき、この交差位置に応力（ｘ方向応力成分σＴｘ３、ｙ方向応力成分σＴｙ３、ｚ方向応力成分σＴｚ３）が発生する。

一方、図１１に示すように、想定シートパン１１０のリブ部１１２の任意の位置に荷重Ｐ１が作用したとき、この位置に応力（ｘ方向応力成分σＬｘ１、ｙ方向応力成分σＬｙ１、ｚ方向応力成分σＬｚ１）が発生する。また、想定シートパン１１０の平板部１１１におけるリブ部１１２に対する一方の片側の任意の位置に荷重Ｐ２が作用したとき、この位置に応力（ｘ方向応力成分σＬｘ２、ｙ方向応力成分σＬｙ２、ｚ方向応力成分σＬｚ２）が発生する。更に、想定シートパン１１０の平板部１１１におけるリブ部１１２に対する他方の片側の任意の位置に荷重Ｐ３が作用したとき、この位置に応力（ｘ方向応力成分σＬｘ３、ｙ方向応力成分σＬｙ３、ｚ方向応力成分σＬｚ３）が発生する。

上述の応力成分間には、荷重Ｐ１に関して、σＴｘ１＝σＬｘ１；σＴｙ１＝σＬｙ１；σＴｚ１＝σＬｚ１の関係がある。このことから、シートパン１５の薄肉の直交リブ２３と想定シートパン１１０の厚肉のリブ部１１２とに発生する応力がそれぞれ等しくなって、両者（直交リブ２３、リブ部１１２）の強度は同等であることが判る。

また、前述の応力成分間には、荷重Ｐ２に関して、σＴｘ２＝σＬｘ２；σＴｙ２＝σＬｙ２、；σＴｚ２＝σＬｚ２なる関係があり、荷重Ｐ３に関して、σＴｘ３＝σＬｘ３；σＴｙ３＝σＬｙ３；σＴｚ３＝σＬｚ３なる関係がある。これらのことから、シートパン１１５のベース面部２２（山型形状部位２４、第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６）と想定シートパン１１０の厚肉の平板部１１１とに発生する応力がそれぞれ等しくなって、両者（シート面部２２、平板部１１１）の強度は同等であることが判る。

これらのことから、本実施形態におけるシートパン１５が薄肉構造であっても、このシートパン１５は、厚肉構造の想定シートパン１１０と同等の剛性を有する。従って、本実施形態のシートパン１５は、想定シートパン１１０と同程度の剛性を有する従来の金属製のシートパン１００と同等の剛性を有していることが判る。

また、図４、図５、図７及び図１１に示すように、本実施形態のシートパン１５では、シート面部２２を構成する山型形状部位２４、第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６のそれぞれの肉厚Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝０．７〜１．０ｍｍ）と、直交リブ２３の肉厚Ｔ３（Ｔ３＝１．５〜２．０ｍｍ）は、想定シートパン１１０における平板部１１１及びリブ部１１２の肉厚Ｎ（Ｎ＝３．５ｍｍ）に対しｘ方向に沿う横断面積が同程度になるように設定され、具体的には、想定シートパン１１０の肉厚Ｎに対し１／５〜４／７の薄肉構造に構成されている。このため、シートパン１５の成形時における蓄熱領域２７（クロスハッチング領域）は、想定シートパン１１０の成形時における蓄熱領域１１３（クロスハッチング領域）よりも狭い領域になっている。

更に、シートパン１５のシート面部２２は、隣接配列された複数の山型形状部位２４に第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６が交差して垂直方向（ｚ方向）に凹凸した形状に構成されている。

これらの結果、シートパン１５のＡ部位（直交リブ２３とシート面部２２の山型形状部位２４とが交差する部位）と、想定シートパン１１０のＢ部位（平板部１１１とリブ部１１２とが交差する部位）とにおける肉厚中心位置の温度変化は、図８に示すように、Ａ部位の温度変化が曲線Ｃａとなり、Ｂ部位の温度変化が曲線Ｃｂとなる。これらの曲線Ｃａ、Ｃｂから、熱変形温度以下に冷却されるまでの時間は、Ａ部位が、時刻Ｓａ以降であり、Ｂ部位が時刻Ｓｂ（Ｓａ＜Ｓｂ）以降となって、Ａ部位がＢ部位よりも急速に冷却していることが判る。このため、成形時においては、シートパン１５は想定シートパン１１０に比べて突出ピン２８を早期に動作させて、成形型から成形品として取り出すことが可能になる。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）図２〜図４に示すように、シートパン１５が樹脂材料にて構成されたので、このシートパン１５の軽量化を実現できる。更に、シートパン１５のベース面部２２は、同心円状に隣接配列された複数の山型形状部位２４に複数の第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６が交差して配列されて構成される。山型形状部位２４が水平方向（ｘ方向及びｙ方向）の荷重に対して強度を有し、また、第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６が垂直方向（ｚ方向）の荷重に対して強度を有する。このため、ベース面部２２を薄肉構造にしてもその剛性、ひいてはシートパン１５の剛性を確保できる。

（２）シートパン１５には、ベース面部２２におけるシートパン１５の幅方向（ｘ方向）中央位置に直立して、シートパン１５の前後方向（ｙ方向）に延在する直交リブ２３が設けられている。このため、シートパン１５は、直交リブ２３によって、シートパン１５の前後方向（ｙ方向）の軸Ｋ回りの捩れＭに対して強度が増して剛性を確保できる。この結果、シートパン１５の剛性をより一層向上させることができる。

（３）図７に示すように、シートパン１５のベース面部２２及び直交リブ２３を薄肉構造に構成できるので、シートパン１５の成形時の熱溜り（蓄熱領域２７）を低減できる。更に、ベース面部２２が複数の山型形状部位２４に複数の第１交差リブ２５及び第２交差リブ２６が交差して構成されて、垂直方向（ｚ方向）に凹凸した形状になり冷却面積が拡大している。これらの結果、シートパン１５の成形時におけるベース面部２２及び直交リブ２３の冷却性が優れ、シートパン１５の成形時の冷却時間を短縮でき、シートパン１５の製造コストを低減できる。

（４）シートパン１５のベース面部２２及び直交リブ２３を薄肉構造に構成できるので、シートパン１５の成形時における熱溜り（蓄熱領域２７）を低減でき、しかもシート面部２２及び直交リブ２３は略均一厚さに構成されている。この結果、シートパン１５成形の冷却時におけるベース面部２２及び直交リブ２３の収縮差が減少して、シートパン１５の寸法精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、本実施形態では、シートパンは、自動車用シートパン１５に適用されたものを述べたが、建物の屋内または屋外で使用されるシートに適用されるものであってもよい。

１０自動車用シート
１１着座部
１４クッション材
１５シートパン
１６荷物収納室
２１フレーム部
２２ベース面部
２３直交リブ
２４山型形状部位
２５第１交差リブ
２６第２交差リブ

Claims

シートの着座部におけるクッション材の下方に配置されて、前記着座部に作用する荷重を支持するシートパンが樹脂材料にて成形されたシートパン構造であって、
前記シートパンは、周囲に設けられた枠形状のフレーム部と、このフレーム部の内側に略平面形状に設けられたベース面部とが一体に成形され、
前記ベース面部は、同心円状に隣接配列された複数の山型形状部位と、これらの山型形状部位に交差して配列されたそれぞれ複数の第１交差リブ及び第２交差リブと、を有して構成され、
前記第１交差リブは、前記ベース面部の平面視で、前記同心円の中心位置から放射状に延びて複数形成され、
前記第２交差リブは、前記ベース面部の平面視で、Ｌ字状に屈曲されると共にその屈曲部が前記同心円の中心位置に向けて位置づけられ、且つ前記屈曲部が前記第１交差リブに交差して所定間隔で複数配列されて形成されたことを特徴とするシートパン構造。
前記ベース面部におけるシートパンの幅方向中央位置に、前記シートパンの前後方向に延在する直交リブが、前記ベース面部に直立して設けられたことを特徴とする請求項１に記載のシートパン構造。
前記シートパンは、このシートパンの下方に物品収納空間が形成される自動車用シートパンであることを特徴とする請求項１または２に記載のシートパン構造。