JP7412733B2 - 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磁気ばねが負のばね特性を示すことを利用して、正のばね特性を示すトーションバーとの組み合わせによって、所定の変位範囲における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領域（ばね定数を略ゼロとなる領域）の特性を有している。

特開２０１８－９５０１８号公報

特許文献１のシートサスペンションは、所定の周波数及び振幅の振動に対しては、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、振動や衝撃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。ところで、磁気ばねは、下部フレームに固定される固定磁石と上部フレームにリンクを介して連結され、該上部フレームの上下動に伴って固定磁石に対して相対移動する可動磁石とを備えて構成されている。振動を吸収する定荷重領域は、上記のように磁気ばねの負のばね特性を示す変位の範囲を対応させており、通常、その変位範囲の中間点付近を上部フレームの上下ストロークの中立位置付近に合わせて設定される。

人が着座した状態で、このように上下ストロークの中立位置付近に上部フレームが位置していると、上方向及び下方向のストロークの偏りを少なくでき、定荷重特性を発揮できる領域もより広く確保できる。従って、人が着座した状態では、上下ストロークの中立位置付近に平衡点が位置することが望ましい。しかし、体重が異なると、その着座時の平衡点にばらつきが生じる。この点に鑑み、特許文献１では、上部フレームに連結され、リンク機構の動きによってねじられるトーションバーのねじれ角を調整する初期位置調整部材を設けている。これは、調整用ダイヤルを人が操作することで、トーションバーのねじれ角を変化させ、着座時の平衡点を上下ストロークの中立位置に合わせる構成である。

しかしながら、このような調整用ダイヤルによる手動調整は面倒であるし、上部フレームの上下ストロークの中立位置に平衡点を合わせるには目盛りを目印に行うため、精度の点で課題がある。また、調整用ダイヤルによる手動調整は、人が着座した静止状態では調整可能であるものの、走行時における振動や衝撃の入力に伴う変化に追従した調整を行うことはできない。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、人が着座した状態で、上部フレームの位置を自動的に所定の平衡点に調整する体重調整機構を備え、走行時における振動や衝撃の入力に伴う変化に追従した調整も自動的に行うことでき、振動吸収特性及び衝撃吸収特性をより向上させることが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、
リンク機構を介して、相対的に離接動作可能に支持される上部フレーム及び下部フレームを有すると共に、前記上部フレームを弾性的に付勢するばね機構を有するシートサスペンション機構であって、
前記ばね機構は、
前記上部フレームを前記下部フレームに離間する方向に付勢する第１ばね部と、
平衡点を含む所定の上下動範囲において、前記上部フレームを前記下部フレームに接近する方向に付勢するばね特性を示し、前記第１ばね部と組み合わせて定荷重のばね特性を作り出す第２ばね部と
を有してなると共に、
人を支持した状態で、前記上部フレームを前記平衡点に調整する体重調整機構を有し、
前記第１ばね部が、前記下部フレーム側に連結され、前記リンク機構の動きによってねじられる下部フレーム側トーションバーと、前記上部フレーム側に連結され、前記リンク機構の動きによってねじられる上部フレーム側トーションバーとを有し、
前記体重調整機構が、
前記上部フレーム側トーションバーに連結され、前記上部フレーム側トーションバーをねじることにより、前記上部フレームの位置を調整する弾性力調整部と、
前記下部フレーム側トーションバーのねじれ角を検出するねじれ角検出センサと、
前記上部フレームが平衡点に位置する際の前記下部フレーム側トーションバーの平衡点ねじれ角に対し、前記ねじれ角検出センサにより検出される前記下部フレーム側トーションバーのねじれ角を比較し、前記平衡点ねじれ角に一致するように、前記弾性力調整部に前記上部フレーム側トーションバーを所定量ねじる制御信号を出力する制御部と
を有する
ことを特徴とする。

前記下部フレームと前記上部フレームとの間に、平衡点を含む所定の範囲における減衰力が前記所定の範囲外よりも小さいダンパーが掛け渡されており、前記弾性力調整部により前記上部フレームが常に平衡点に誘導されることで、入力振動を位相制御して除振する構成であることが好ましい。

前記第２ばね部は、
固定磁石と、前記上部フレームが前記下部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
を有してなることが好ましい。
前記第２ばね部は、
さらに、前記下部フレームと前記上部フレームとの間に、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上部フレームが位置する場合において、前記上部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
を有してなることが好ましい。

本発明では、平衡点に位置する際の下部フレーム側トーションバーの所定のねじれ角（平衡点ねじれ角）を予め求めておき、人が着座した状態での下部フレーム側トーションバーのねじれ角を検出し、検出したねじれ角を上記の平衡点ねじれ角と比較して、弾性力調整部に制御信号を送り、平衡点ねじれ角に一致するように、上部フレーム側トーションバーを所定量ねじる構成である。このため、人が着座した初期状態、静止状態において、上部フレームを適切な位置に自動的に設定できる。

従って、走行時における振動や衝撃の入力に伴い、上部フレームが上下動し、それに伴って下部フレーム側トーションバーのねじれ角が変化した場合も、体重調整機構が上部フレーム側トーションバーをねじり、常に平衡点に誘導するように制御でき、上部フレームのリンク機構を介した運動が入力振動の位相とはずれやすい。特に、上部フレームと下部フレームとの間に、平衡点付近の所定範囲において減衰力が小さいダンパーを設けることにより、位相ずれがより生じやすくなり、振動吸収特性、衝撃吸収特性が効率よく行われる。

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の正面図である。 図３は、図１の側面図である。 図４は、図１の平面図である。 図５は、ダンパー及び磁気ばねの構成を説明するための断面図である。 図６（ａ）～（ｃ）は、シートサスペンション機構の位置と補助ばね機構の関係を説明するための側面図である。 図７は、トーションバー及び磁気ばねの荷重－たわみ特性と、両者を重畳した荷重－たわみ特性の一例を示した図である。 図８は、ダンパーの側面図である。 図９は、図８のＢ－Ｂ線断面図である。 図１０は、体重調整機構の構成を模式的に示した図である。 図１１は、体重調整機構の作用を説明するためのフローチャートである。

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下部フレーム１００に対して、シート側に取り付けられる上部フレーム２００を有している。車体フロアに固定される下部フレーム１００は、平面視で略方形に形成され、リンク機構１３０を介して上部フレーム２００が支持される。

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、下部フレーム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、上部フレーム２００の側部フレーム２０３，２０３における前部フレーム２０１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、下部フレーム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、上部フレーム２００の後部フレーム２０２寄りの側部フレーム２０３，２０３に連結されている。これにより、上部フレーム２００は、下部フレーム１００に対して上下動可能に、より正確には、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と下部フレーム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３では時計回り方向）に沿って変位し、上部フレーム２００は上下動する。

上部フレーム２００における幅方向に所定間隔離間した側部フレーム２０３，２０３と前部リンク１３１，１３１との接続中心点間には、第１上部フレーム側トーションバー１４１ａが配設され、側部フレーム２０３，２０３と後部リンク１３２，１３２との接続中心点間には、第２上部フレーム側トーションバー１４１ｂが配設されている（図３参照）。第１及び第２上部フレーム側トーションバー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上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂの他端は、上部フレーム２００の側部フレーム２０３，２０３に対してそれぞれ相対回転しないように設けられる。

また、後部リンク１３２，１３２の各下部１３２ａ，１３２ａ間には、下部フレーム側トーションバー１４１ｃが配設されている。下部フレーム側トーションバー１４１ｃの一端は、後部リンク１３２，１３２の各下部１３２ａ，１３２ａに連結され、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの他端は、下部フレーム１００の側縁部１００ａに相対回転しないように設けられる

本実施形態では、この第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂと、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの計３本のトーションバーが、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し、上部フレーム２００を下部フレーム１００に離間する方向に付勢する第１ばね部を構成する。この第１ばね部は、平衡点を含む所定の上下動範囲において、上部フレーム２００を下部フレーム１００に接近する方向に付勢するばね特性を示す第２ばね部を構成する後述の磁気ばね１４２等と組み合わさり、所定の変位範囲において定荷重となる特性を備えたばね機構１４０を構成する。

本実施形態の第２ばね部は磁気ばね１４２を有している。磁気ばね１４２は、図４及び図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、下部フレーム１００に固定され、該下部フレーム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が上部フレーム２００に固定され下方に延びるブラケット１４２４に連結されている。このため、上部フレーム２００が下部フレーム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７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上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂと下部フレーム側トーションバー１４１ｃの３本のトーションバーの弾性力（復元力）の作用方向すなわち上部フレーム２００を下部フレーム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７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上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂと下部フレーム側トーションバー１４１ｃの３本のトーションバーとを備えてなる本実施形態のばね機構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７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上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂと下部フレーム側トーションバー１４１ｃ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。しかしながら、本実施形態では、第１ばね部として、第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂと下部フレーム側トーションバー１４１ｃの３本のトーションバーを用いているため、磁気ばね１４２の大きさ、磁力等によっては、磁気ばね１４２の負のばね特性を重畳しても上記の定荷重領域まで調整できない場合もある。そこで、このような場合には、本実施形態のように、磁気ばね１４２と共に負のばね特性を発揮する第２ばね部を構成する補助ばね機構１４３を設けることが好ましい。

本実施形態で用いた補助ばね機構１４３は、図１、図３、図４及び図６に示したように、パンタグラフ型リンク１４３０と引張コイルばね１４３５を有して構成される。パンタグラフ型リンク１４３０は、下部フレーム１００に各一端１４３１ａ，１４３１ａが軸支され、各他端１４３１ｃ，１４３１ｃに向かうに従って略Ｖ字状に拡開するように配置される２つの固定側リンク１４３１，１４３１と、上部フレーム２００に各一端１４３２ａ，１４３２ａが軸支され、上部フレーム２００が最上端の位置（図６（ａ）の位置）において、各一端１４３２ａ，１４３２ａと各他端１４３２ｃ，１４３２ｃとを結ぶ仮想線が略逆Ｖ字状となるように配置される２つの可動側リンク１４３２，１４３２とを有している。

引張コイルばね１４３５は、各可動側リンク１４３２，１４３２の各他端１４３２ｃ，１４３２ｃと、各固定側リンク１４３１，１４３１の各他端１４３１ｃ，１４３１ｃとを共に軸支する軸部材１４３３，１４３３間に掛け渡されている。

補助ばね機構１４３は、上記の構成であるため、上下方向に変位する際、パンタグラフ型リンク１４３０は、各可動側リンク１４３２，１４３２の一端１４３２ａ，１４３２ａが、引張コイルばね１４３５の各係合支点である軸部材１４３３，１４３３を結ぶ直線よりも上方に位置している場合（図６（ａ）の位置）と下方に位置している場合（図６（ｃ）の位置）とでは各可動側リンク１４３２，１４３２の向きが逆になる。このため、引張コイルばね１４３５は、上部フレーム２００が所定の位置よりも上方に位置している場合（図６（ａ）の位置）には、各可動側リンク１４３２，１４３２の各一端１４３２ａ，１４３２ａを上方に付勢し、それよりも下方に位置している場合（図６（ｃ）の位置）には、各可動側リンク１４３２，１４３２の各一端１４３２ａ，１４３２ａを下方に付勢する。従って、上部フレーム２００の中立位置付近を、引張コイルばね１４３５による付勢方向が逆転する位置（図６（ｂ）の位置）に設定することにより、所定の変位範囲、好ましくは、上記の磁気ばね１４２が負のばね特性を示す範囲（図６（ｂ）と図６（ｃ）との間）では、補助ばね機構１４３は各可動側リンク１４３２，１４３２の一端１４３２ａ，１４３２ａを下方向に付勢する負のばね特性を発揮することになる。

従って、本実施形態の第２のばね部は、磁気ばね１４２の負のばね特性だけでなく、パンタグラフ型リンク１４３０に引張コイルばね１４３５を組み合わせた補助ばね機構１４３による負のばね特性も重畳された特性を有する。そのため、本実施形態では、正のばね特性を発揮するトーションバー１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを３本配設し、正方向のばね力を高く設定した構成であるが、このような構成としても定荷重領域を作り出すことが可能となり、負荷質量のさらなる増大にも対処可能となる。また、補助ばね機構１４３は、上記のように上下方向に変位している範囲の中途において付勢方向が切り替わるため、切り替わるまでの間、例えば、上部フレーム２００が、上方位置から下方に切り替わるポイントに至るまでの間（図６（ａ）の位置から図６（ｂ）の位置に至るまでの間）、逆に、下方位置から上方に切り替わるポイントに至るまでの間（図６（ｃ）の位置から図６（ｂ）の位置に至るまでの間）は、それぞれの動きの方向に対して制動力として機能するため、衝撃吸収特性の向上にも貢献できる。

ここで、下部フレーム１００及び上部フレーム２００間には、図１に示したように、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１５０，１６０が設けられている。ダンパー１５０，１６０は、図８及び図９に示したように、シリンダ１５１，１６１と、該シリンダ１５１，１６１内を相対移動するピストン１５２，１６２を備えた伸縮式のものである。なお、ダンパー１５０，１６０は本実施形態のように複数並列的に設けられ、かつ、各ダンパー１５０，１６０の取り付け角度を異ならせた構成とすることが好ましい。これにより、取り付け角度の小さなダンパーほど減衰力の垂直成分が小さくなり、上部フレーム２００及び下部フレーム１００に作用する減衰力は、全てのダンパーを同じ取り付け角度で配置した場合と比較して、効き方がなだらかになる。但し、下部フレーム１００及び上部フレーム２００間にダンパーを１本のみ配設する構成とすることももちろん可能である。

ダンパー１５０，１６０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、上部フレーム２００が下部フレーム１００に対して上下動する際の平衡点（静止状態で着座した際に、上部フレーム２００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１５２，１６２のシリンダ１５１，１６１内における移動区間が、減衰力の実質的に作用しない空走区間（この空走区間の減衰力が、空走区間以外での減衰力と比較して極めて低い区間）となるものであることが好ましい。

このような空走区間を有するダンパー１５０，１６０は、図９に示したように、シリンダ１５１，１６１が外側固定筒１５１１，１６１１とその内側に配置される内側可動筒１５１２，１６１２とを備えた二重筒構造になっている。ピストン１５２，１６２は内側可動筒１５１２，１６１２内を摺動可能に配設される。外側固定筒１５１１，１６１１の長手方向各端部にはストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂ，１６１１ａ，１６１１ｂが設けられており、内側可動筒１５１２，１６１２は、外側固定筒１５１１，１６１１よりも軸方向長さが短く、該内側可動筒１５１２，１６１２の長手方向の各端部１５１２ａ，１５１２ｂ，１６１２ａ，１６１２ｂが、ストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂ，１６１１ａ，１６１１ｂに当接するまで移動可能となっている。ピストン１５２，１６２も同様であり、長手方向の各端部１５２ａ，１５２ｂ，１６２ａ，１６２ｂが、ストッパ部１５１１ａ，１５１１ｂ，１６１１ａ，１６１１ｂ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１５１２，１６１２がピストン１５２，１６２よりも長くなっており、ピストン１５２，１６２にピストンロッド１５３，１６３が連結されている。

ピストン１５２，１６２には、その外周部に内側可動筒１５１２，１６１２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，１６２ｃが設けられている。本実施形態では、このストリング部１５２ｃ，１６２ｃ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，１６２ｃ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１５２，１６２が内側可動筒１５１２，１６１２に対して相対移動すると、ストリング部１５２ｃ，１６２ｃ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１５２，１６２の内側可動筒１５１２，１６１２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，１６２ｃ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，１６２ｃ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，１６２ｃ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１５１２，１６１２の外周面と外側固定筒１５１１，１６１１の内周面との間には、両者間の摩擦力が、内側可動筒１５１２，１６１２とピストン１５２，１６２との間のストリング部１５２ｃ，１６２ｃ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１５１２，１６１２及び外側固定筒１５１１，１６１１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１５１３，１６１３を介在させている。

これにより、ピストンロッド１５３，１６３の動きに追従してピストン１５２，１６２がシリンダ１５１，１６１内を相対移動する際、内側可動筒１５１２，１６１２の各端部１５１２ａ，１６１２ａ，１５１２ｂ，１６１２ｂがストッパ部１５１１ａ，１６１１ａ．１５１１ｂ，１６１１ｂに当接するまでは、内側可動筒１５１２，１６１２及びピストン１５２，１６２間と、内側可動筒１５１２，１６１２及び外側固定筒１５１１，１６１１間との摩擦力の差により、内側可動筒１５１２，１６１２及びピストン１５２，１６２は、一緒に外側固定筒１５１１，１６１１内を移動する。このとき、内側可動筒１５１２，１６１２と外側固定筒１５１１，１６１１との間は低摩擦部材１５１３，１６１３により摩擦抵抗が極めて小さく、内側可動筒１５１２，１６１２は外側固定筒１５１１，１６１１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１５１２，１６１２の各端部１５１２ａ，１６１２ａ，１５１２ｂ，１６１２ｂが、いずれかのストッパ部１５１１ａ，１６１１ａ，１５１１ｂ，１６１１ｂに当接した後は、内側可動筒１５１２，１６１２が移動できなくなるため、ピストン１５２，１６２が単独で内側可動筒１５１２，１６１２内を摺動する。これにより、ピストン１５２，１６２と内側可動筒１５１２，１６１２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１５１，１６１の内側可動筒１５１２，１６１２が外側固定筒１５１１，１６１１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１５１１，１６１１と内側可動筒１５１２，１６１２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１５２，１６２が内側可動筒１５１２，１６１２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、上部フレーム２００が下部フレーム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１５１２，１６１２が外側固定筒１５１１、１６１１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上部フレーム２００が下部フレーム１００に対して振動した際、ダンパー１５０，１６０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ばね機構１４０によってなされ、入力振動に対して位相がずれることで除振される。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１５０，１６０がピストン１５２，１６２の位置が空走区間以外に対応する位置となるため減衰力が作用し、衝撃エネルギーを吸収する。また、本実施形態の補助ばね機構１４３が衝撃エネルギーの吸収にも役立つことは上記のとおりである。

本実施形態のシートサスペンション機構１は、上記のリンク機構１３０、ばね機構１４０及びダンパー１５０，１６０を有することにより、優れた振動吸収特性及び衝撃吸収特性を発揮するが、その特性は、上記のように、上部フレーム２００が下部フレーム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）において最も優れている。

このため、本実施形態のシートサスペンション機構１は、人を支持した状態で、上部フレーム２００を平衡点に調整する体重調整機構３００を有している。図４及び図１０に示したように、体重調整機構３００は、弾性力調整部３１０、ねじれ角検出センサ３２０及び制御部３３０を有して構成される。

弾性力調整部３１０は、図１及び図４に示したように、モータ３１１と、モータ３１１によって動作する調整部材３１２とを有している。調整部材３１２は、モータ３１１によって回転する回転シャフト３１２ａとこの回転シャフト３１２ａの回転によって前後動し、上部フレーム２００の一方の側部フレーム２０３に略平行に設けられた回転力伝達フレーム３１２ｂとを有している。回転力伝達フレーム３１２ｂの前端部には、第１上部フレーム側トーションバー１４１ａに係合される第１係合プレート３１２ｃが設けられ、後端部には、第２上部フレーム側トーションバー１４１ｂに係合される第２係合プレート３１２ｄが設けられている。

モータ３１１の回転力は、調整部材３１２の回転シャフト３１２ａを介して回転力伝達フレーム３１２ｂに伝わる。これにより回転力伝達フレーム３１２ｂは、前後に変位し、該回転力伝達フレーム３１２ｂに取り付けられた第１係合プレート３１２ｃ及び第２係合プレート３１２ｄを前後に回転させる。第１係合プレート３１２ｃの回転により、第１上部フレーム側トーションバー１４１ａがいずれかの方向にねじられ、第２係合プレート３１２ｄの回転により、第２上部フレーム側トーションバー１４１ｂがいずれかの方向にねじられる。それにより、第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂの弾性力が調整される。なお、平衡点付近では、上記のようにダンパー１５０，１６０の減衰力が実質的に作用しないため、モータ３１１の制御を行う際の大きな抵抗力にはならず、うモータ３１１としては小型で出力の小さなものでも十分対応できる。

ねじれ角検出センサ３２０は、下部フレーム側トーションバー１４１ｃのねじれ角を検出する。下部フレーム１００の後部フレーム１０２に、取り付けフレーム３２１を設け、この取り付けフレーム３２１にねじれ角検出センサ３２０が配設されている。ねじれ角検出センサ３２０は、例えば磁気回路センサから構成され、下部フレーム側トーションバー１４１ｃがねじられることによる磁界の変化からねじれ角を検出する。

制御部３３０は、シートサスペンション機構１の例えば取り付けフレーム３２１に付設されており（図４参照）、ＣＰＵ、記憶素子などが搭載された回路基板等を備えて構成される。この制御部３３０は、予め、平衡点における下部フレーム側トーションバー１４１ｃのねじれ角（平衡点ねじれ角θ１）に対応するねじれ角検出センサ３２０の検出信号の特性（若しくは、それに対応するねじれ角）を記憶している。人が着座したり、振動が入力されたりすることにより、シートサスペンション機構１が振動すると、その体重を支える上部フレーム２００が上下に変位するため、これに伴って、リンク機構１３０が各リンク１３１，１３２の各下部１３１ａ，１３２ａを中心として円弧を描くように上下動する。ねじれ角検出センサ３２０は、その変化に対応する検出信号を制御部３３０に送信する。制御部３３０は、ねじれ角検出センサ３２０の検出信号を受信し、その検出信号の特性に応じた現時点のねじれ角（現時点ねじれ角θ２）を求める。

制御部３３０は、現時点ねじれ角θ２を求めたならば、それを平衡点ねじれ角θ１と比較し、両者の差を求め、その差に応じて、モータ３１１を駆動制御し、調整部材３１２を介して第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂを所定角度ねじる。その結果、リンク機構１３０の前部リンク１３１及び後部リンク１３２の回転角度が変化し、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの現時点ねじれ角θ２が、平衡点ねじれ角θ１に一致することになる。

次に、本実施形態の作用を図１１に基づいて説明する。上部フレーム２００が上下変位範囲の中間位置に存在する場合の、センシング対象の下部フレーム側トーションバー１４１ｃの角度を例えば２３度とする。制御部３３０は、それを平衡点における下部フレーム側トーションバー１４１ｃのねじれ角（平衡点ねじれ角θ１）として記憶している。かかる状態において、乗物例えば自動車のシートに人が着座し、エンジンをスタートさせる（Ｓ１）。人が着座すると、上部フレーム２００はその体重により上下方向に変位する。なお、人が着座する前のシートに荷重がかからない状態においては、制御部３３０がモータ３１１を駆動させて、上部フレーム２００を最上端位置（図６（ａ）の位置）に存在させる構成としておくことが好ましい（後述のステップＳ８参照）。着座者の体重によっては上部フレーム２００の変位量が大きい場合があるため、それに備え、最上端位置に設定しておく。

ねじれ角検出センサ３２０は、人が着座して上部フレーム２００が変位した状態における下部フレーム側トーションバー１４１ｃの現時点ねじれ角θ２に相当する信号を検出する（Ｓ２）。制御部３３０は、現時点ねじれ角θ２の検出信号を受信し、予め記憶している平衡点ねじれ角θ１と比較する（Ｓ３）。現時点ねじれ角θ２が、平衡点ねじれ角θ１と差がある場合、その差に応じ、制御部３３０は、弾性力調整部３１０のモータ３１１に制御信号を出力する。それにより、モータ３１１の回転量、回転方向に応じ、調整部材３１２の回転シャフト３１２ａを介して回転力伝達フレーム３１２ｂが前後に所定量回転し、さらに第１係合プレート３１２ｃ及び第２係合プレート３１２ｄが前後に所定量回転し、第１上部フレーム側トーションバー１４１ａ及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ｂがいずれかの方向に所定角度ねじられる（Ｓ４）。

ステップＳ３により、現時点ねじれ角θ２が予め記憶している平衡点ねじれ角θ１に一致したと判断された場合（Ｓ３において「Ｙｅｓ」）、制御部３３０は、数秒間、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの現時点ねじれ角θ２をねじれ角検出センサ３２０により検出し、その出力の変化をモニタリングする（Ｓ５）。モニタリングの結果、現時点ねじれ角θ２の変化が所定の範囲から逸脱した場合には（Ｓ５において「Ｎｏ」）、制御部３３０は、弾性力調整部３１０のモータ３１１に制御信号を出力し、第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂをいずれかの方向にねじらせる（Ｓ６）。一方、ステップＳ５において、制御部３３０が、現時点ねじれ角θ２の変化を所定の範囲内と判断した場合（Ｓ５において「Ｙｅｓ」）には、モータ３１１への制御信号は出力されない。上記ステップが繰り返され、運転終了後、エンジンがオフされると（Ｓ７）、制御も終了する。但し、エンジンオフ時において、モータ３１１は上部フレーム２００が最上端位置（図６（ａ）の位置）に復帰するように第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂをねじる設定にしておくと好ましい（Ｓ８）。

本実施形態では、上記のように、自動的に調整を行う体重調整機構３００を有している。このため、着座者は、その体重に拘わらず、着座時の初期状態（静止状態）では、座るだけで、自動的に上部フレーム２００が中立位置となる。これにより、振動吸収特性、衝撃吸収特性を向上させることができる。

また、体重調整機構３００の制御部３３０は、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの角度を常にモニタリングしている。そして、モニタリングした現時点ねじれ角θ２が、予め中立位置（平衡点）の位置する場合の平衡点ねじれ角θ１と差がある場合には、走行中でも、第１及び第２上部フレーム側トーションバー１４１ａ，１４１ｂのねじれ角を調整し、上部フレーム２００を上下動させている。すなわち、体重調整機構３００は、静止状態のみならず、走行中の動的状態でも逐次ねじれ角検出センサ３２０から情報を得て、シートサスペンション機構１を上下動させ、下部フレーム側トーションバー１４１ｃの現時点ねじれ角θ２を平衡点ねじれ角θ１に一致させるように制御し、常に平衡点位置（図６（ｂ）の位置）に誘導する。図６（ｂ）の位置は、ダンパー１５０，１６０の減衰力が実質的に作用しない空走区間に対応しており、第１ばね部及び第２ばね部を合わせたばね機構１４０により発揮される特性がばね定数の低い定荷重領域の特性が十分生かされ、入力振動に対して位相がずれることによって高い振動吸収特性が得られる。また、常に平衡点位置に誘導されているため、衝撃力が加わった際も、上下いずれの方向へもストロークが十分あり、また、ストロークエンドに近づいた場合にはダンパー１５０，１６０より高い衝撃吸収特性が発揮される。

１ シートサスペンション機構
１００ 下部フレーム
１３０ 第１リンク機構
１３１ 前部リンク
１３２ 後部リンク
１４０ ばね機構
１４１ａ，１４１ｂ 上部フレーム側トーションバー
１４１ｃ 下部フレーム側トーションバー
１４２ 磁気ばね
１４３ 補助ばね機構
１５０，１６０ ダンパー
２００ 上部フレーム
３００ 体重調整機構
３１０ 弾性力調整部
３１１ モータ
３１２ 調整部材
３１２ａ 回転シャフト
３１２ｂ 回転力伝達フレーム
３１２ｃ 第１係合プレート
３１２ｄ 第２係合プレート
３２０ ねじれ角検出センサ
３３０ 制御部

Claims (4)

1. リンク機構を介して、相対的に離接動作可能に支持される上部フレーム及び下部フレームを有すると共に、前記上部フレームを弾性的に付勢するばね機構を有するシートサスペンション機構であって、
   前記ばね機構は、
   前記上部フレームを前記下部フレームに離間する方向に付勢する第１ばね部と、
   平衡点を含む所定の上下動範囲において、前記上部フレームを前記下部フレームに接近する方向に付勢するばね特性を示し、前記第１ばね部と組み合わせて定荷重のばね特性を作り出す第２ばね部と、
   を有してなると共に、
   人を支持した状態で、前記上部フレームを前記平衡点に調整する体重調整機構を有し、
   前記第１ばね部が、前記下部フレーム側に連結され、前記リンク機構の動きによってねじられる下部フレーム側トーションバーと、前記上部フレーム側に連結され、前記リンク機構の動きによってねじられる上部フレーム側トーションバーとを有し、
   前記体重調整機構が、
   前記上部フレーム側トーションバーに連結され、前記上部フレーム側トーションバーをねじることにより、前記上部フレームの位置を調整する弾性力調整部と、
   前記下部フレーム側トーションバーのねじれ角を検出するねじれ角検出センサと、
   前記上部フレームが平衡点に位置する際の前記下部フレーム側トーションバーの平衡点ねじれ角に対し、前記ねじれ角検出センサにより検出される前記下部フレーム側トーションバーのねじれ角を比較し、前記平衡点ねじれ角に一致するように、前記弾性力調整部に前記上部フレーム側トーションバーを所定量ねじる制御信号を出力する制御部と
   を有し、
   さらに、前記下部フレームと前記上部フレームとの間にダンパーが掛け渡されており、
   前記ダンパーが、
   シリンダと、前記上部フレームの上下動に伴って前記シリンダ内を相対移動するピストンとを備えた伸縮式であって、
   前記ピストンの前記シリンダ内における移動区間中、平衡点を含む所定の範囲における減衰力が前記所定の範囲外よりも小さくなるように、前記平衡点を含む所定の範囲における減衰力が所定以下となる空走区間
   を有する
   ことを特徴とするシートサスペンション機構。
2. 前記シリンダが、外側固定筒と、前記外側固定筒よりも軸方向長さが短く、前記外側固定内を移動可能に設けられた内側可動筒とを有すると共に、前記外側固定筒内の長手方向各端部に前記内側可動筒の長手方向各端部が当接するストッパ部を備え、
   前記ピストンが、前記内側可動筒内に摺動可能に配設されると共に、前記ピストンには粘性流体が付着された線状部材が巻き付けられてなるストリング部を備え、
   前記内側可動筒と前記外側固定筒との間に生じる摩擦力が、前記内側可動筒と前記ピストンのストリング部とにより生じる摩擦力よりも相対的に小さくなるように、前記内側可動筒及び前記外側固定筒の間に低摩擦部材が設けられ、
   前記ピストンと共に前記内側可動筒が前記外側固定筒内を相対移動する、前記内側可動筒の長手方向各端部が前記ストッパ部に当接するまでの区間が前記空走区間となり、
   前記内側可動筒の長手方向各端部が前記ストッパ部に当接すると、前記ピストンが前記内側可動筒内を相対移動し、前記ピストンと前記内側可動筒との間で、摩擦減衰力と前記粘性流体の粘性減衰力とが作用する請求項１載のシートサスペンション機構。
3. 前記第２ばね部は、
   固定磁石と、前記上部フレームが前記下部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
   を有してなる請求項１又は２記載のシートサスペンション機構。
4. 前記第２ばね部は、
   さらに、前記下部フレームと前記上部フレームとの間に、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上部フレームが位置する場合において、前記上部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
   を有してなる請求項３記載のシートサスペンション機構。

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