(57)【要約】【課題】磁場制御によって物体が接触する面の変位を低電圧で制御でき、高速応答性および耐久性を有し、軽量かつコンパクトな変位制御システムを提供する。【解決手段】変位制御システムは、物体が接触する接触部１０１、磁場を発生する磁場発生部１０４、および磁場発生部１０４で発生した磁場の印加によって接触部１０１の変位量を変化させる伸縮運動部１０２を有するアクチュエータ部１０５と、アクチュエータ部１０５の変位状態を制御するアクチュエータ制御部１０６と、を備え、伸縮運動部１０２は高分子材料によって構成され、高分子材料の主鎖または側鎖に、磁場の印加に応答して磁場方向に整列する機能を示す磁性部位を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が接触する接触部、磁場を発生する磁場発生部、および該磁場発生部で発生した磁場の印加によって伸縮し、前記接触部の変位量を変化させる伸縮運動部を有するアクチュエータ部と、
前記磁場発生部の磁場を制御するアクチュエータ制御部と、
を備え、
前記伸縮運動部は主鎖または側鎖に、前記磁場の印加に応答して磁場方向に整列する磁性部位を有する高分子材料からなることを特徴とする変位制御システム。
【請求項２】
前記アクチュエータ部は、前記伸縮運動部の変位量を検出して信号を発生する変位量検出手段を備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記変位量検出手段からの変位検出信号を取得するサンプリング処理部を備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記サンプリング処理部の情報と予め前記アクチュエータ制御部に記憶された所定の変位量とを比較し、前記伸縮運動部の変位量と前記所定の変位量とが等しくなるように、前記磁場発生部の磁場を制御することを特徴とする請求項１に記載の変位制御システム。
【請求項３】
前記伸縮運動部は、複数の柱状の高分子材料を前記接触部の接触面方向に対してアレー状に配置して構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変位制御システム。
【請求項４】
前記アレー状に配置された各高分子材料に、それぞれ前記変位量検出手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の変位制御システム。
【請求項５】
前記変位量検出手段は、前記磁場発生部が発生する磁場の前記接触部近傍における変化を検出する磁気センサであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の変位制御システム。
【請求項６】
前記磁場発生部は、前記伸縮運動部の周囲を囲繞する電磁コイルであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の変位制御システム。
【請求項７】
前記接触部は、繊維材料または繊維材料と発砲状材料との積層構造体によりなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の変位制御システム。
【請求項８】
前記接触部は、磁気を遮蔽する磁気遮蔽材料を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の変位制御システム。
【請求項９】
前記アクチュエータ部に、前記接触部における物体の圧力状態を検出する圧力検出部と、前記アクチュエータ部内の温度を検出する温度検出部と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の変位制御システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の変位制御システムを用いて車両の乗員が着座するシート装置を構成することを特徴とする車両用シート装置。
【請求項１１】
磁場発生部により発生する磁場を制御して、磁気応答性の高分子材料からなる伸縮運動部上に配された物体が接触する接触部の変位量を制御することを特徴とする変位制御システムの制御方法。
【請求項１２】
前記伸縮運動部の変位量を変位量検出手段により検出し、
該変位量検出手段から得られた変位量と予め前記アクチュエータ制御部に記憶された所定の変位量とを比較し、前記伸縮運動部の変位量と前記所定の変位量とが等しくなるように、前記磁場発生部の磁場を制御することを特徴とする請求項１１に記載の変位制御システムの制御方法。
【請求項１３】
前記接触部における物体の圧力を圧力検出部により検出し、
前記アクチュエータ部内の温度を温度検出部により検出し、
これらの検出部から得られたサンプリング処理情報と物体接触に関する内外環境情報とを比較し、これらの情報に基づく変位差が小さくなるように前記磁場発生部に信号情報を送出して所定のアクチュエータ状態を作り出すことを特徴とする請求項１２に記載の変位制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体が接触する接触部の変位を磁場印加により制御する変位制御システム、その制御方法、およびこれを応用した車両用シート装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用シート装置に関連する技術として、路面状況に対応した減衰係数を設定して、乗り心地を改善した自動車のシート装置（特許文献１参照）や、車両走行状態等に合わせて防振特性を最適化し、乗り心地を向上させた車両用シート（特許文献２参照）が提案されている。
【０００３】
特許文献１のシート装置は、シートのシートクッションおよびシートバッグ内にそれぞれエアバッグを埋設している。このエアバッグは、それぞれパイプを介してアキュムレータに連通しており、その間の流通空気量がバルブ機構で制御されて、エアバッグの減衰係数が可変される。そして、制御ユニットによって前輪ばね上加速度に対応してバルブ機構が制御され、路面状況に応じた減衰係数が設定されるようになっている。
【０００４】
また、特許文献２の車両用シートは、座部のクッションパッドを下方から支持する板状フレームの後方の凹部中に開口を設け、クッションパッドの連続気泡と連通する空気室が形成されている。この空気室は、空気配管および電磁バルブを通じて外気と流通可能となっており、低周波領域の振動がクッションパッドに加わる際に、電磁バルブが閉成してクッションパッド内の空気がクッションパッドの表皮と板状フレームとの間の隙間等を通じて外気と流通し、粘性損失による減衰を受け共振倍率も低下する。一方、高周波領域の振動が加わるときには、逆に電磁バルブを開放するようになっている。
【特許文献１】特開平６−２４２６１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６８６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１および特許文献２では、外部から空気を送ってクッションを動かしているので、クッションを高速で応答させることが困難である。また、空気を使用しているので、空気が洩れないようにシールする必要があり、シールの耐久性に不安がある。さらに、装置が大掛かりで重くなり易く、車載化が困難である。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の技術の問題点を解消するために成されたものであり、磁場制御によって物体が接触する接触部の変位を低電圧で制御でき、高速応答性および耐久性を有し、軽量かつコンパクトな変位制御システム、その制御方法、およびこれを応用した車両用シート装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る変位制御システムは、物体が接触する接触部、磁場を発生する磁場発生部、および該磁場発生部で発生した磁場の印加によって伸縮し、前記接触部の変位量を変化させる伸縮運動部を有するアクチュエータ部と、前記磁場発生部の磁場を制御するアクチュエータ制御部と、備え、前記伸縮運動部は主鎖または側鎖に、前記磁場の印加に応答して磁場方向に整列する磁性部位を有する高分子材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の変位制御システムによれば、磁場発生部で発生した磁場の印加に応答して、伸縮運動部を構成する高分子材料の磁性部位が磁場方向に整列するので、高分子材料は磁場方向へ膨張する。したがって、磁場制御によって物体が接触する接触部の変位を低電圧で制御でき、高速応答性および耐久性を有し、軽量かつコンパクトな変位制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る変位制御システムにおける第１の実施の形態の構成を示す概略図である。
【００１０】
第１の実施の形態に係る変位制御システム１００は、磁場印加によって物体の接触部１０１の変位を制御することができ、非常にコンパクトにアクチュエータ状態を構成しうるシステムである。すなわち、本実施の形態の変位制御システム１００には、物体が接触する接触部１０１と、該接触部１０１の下部に設けられ、磁場印加によって接触部１０１の変位量（高さ）を変化させる伸縮運動部１０２と、該伸縮運動部１０２を下方から安定支持する支え部１０３と、上記伸縮運動部１０２の支え部１０３近傍に設置された磁場を発生する磁場発生部１０４と、からなるアクチュエータ部１０５が備えられている。そして、このアクチュエータ部１０５には、その変位状態を制御するアクチュエータ制御部１０６が電気的に接続されている。
【００１１】
上記伸縮運動部１０２は高分子材料からなっており、該高分子材料の主鎖または側鎖に、磁場印加に応答して磁場方向に整列する機能を示す磁性部位を有している。高分子材料の主鎖としては、たとえば、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリシロキサン、ポリエチレンおよびポリエーテルが挙げられ、特に延伸結晶性を有するエラストマーであることが望ましい。
【００１２】
上記磁性部位は、高分子材料の主鎖または側鎖のいずれにあってもよいが、どちらかと言うと、主鎖よりも側鎖にある方が望ましい。磁性部位が側鎖にある側鎖型の場合には、側鎖にスペーサとよばれる柔軟部分があり、その先に磁性部位が存することが望ましい。
【００１３】
外部磁場の印加によって整列する機能を示す磁性部位としては、反磁性状態や常磁性状態を含むものが有望である。ここで「反磁性状態」とは、外部磁場を印加するとその磁場とは逆向きに磁化される物質の性質をいうが、反磁性状態を採用すると、磁場方向に沿って磁性部位の配置が整列する。また、「常磁性状態」とは、外部磁場を印加するとその方向に弱く磁化し、磁界を取り去ると磁化が消える物質の性質をいうが、常磁性状態を採用すると、磁場方向に磁性部位が有するスピンが整列する。
【００１４】
したがって、以上のように高分子材料を構成することにより、外部磁場を高分子材料に印加することによって、高分子材料中の反磁性状態である磁性部位が磁場方向に整列する、常磁性状態である磁性部位のスピンが磁場方向に整列する、またはその両方の相乗効果によって磁性部位が磁性方向に整列する。
【００１５】
以下に反磁性状態である磁性部位と常磁性状態である磁性部位に外部磁場を印加した場合に、磁性部位が磁場方向に整列する原理を説明する。
【００１６】
まず、反磁性状態を有する部位が磁場方向に整列する原理を説明する。
【００１７】
反磁性状態を有する部位が、平面状に並んだ複数の環状構造を有する場合、環状構造を有する部位に磁場を印加すると、ファラデーの電磁誘導により、この磁場を打ち消すように、環状構造に電流が流れて磁場が発生する。
【００１８】
従って、環状構造の面を磁場に平行とすることで、この環状構造部分のエネルギーが安定化する。つまり、環状構造の面は、磁場が印加されると、磁場に対し平行になるように配列する。その結果、各側鎖の磁性部位は、磁場に平行になるように並ぶ。
【００１９】
次に常磁性状態を有する磁性部位が磁場方向に整列する原理を説明する。
【００２０】
図２(a)は、高分子材料の主鎖と側鎖に常磁性状態のスピンを持つ磁性部位を示したものである。磁場が印加されていない時(磁場無印加状態)には、図２(a)に示すように、磁性部位のスピンの向きは、ランダムである。
【００２１】
ところが、高分子材料に磁場が印加されている時(磁場印加状態)には、スピンの向きが磁場の方向に向くのが一番エネルギー的に安定になるため、図２(b)に示すように、すべてのスピンは磁場方向に向き、スピンの整列が起こり、磁性部位の磁場方向への整列が促進される。
【００２２】
以上の原理により、上記伸縮運動部１０２は、外部磁場の印加によって磁性部位が磁場方向に整列し、磁場方向へ磁性部位が配向するので、高分子材料の磁場方向に異方性が起きて、磁場方向への応力が発生することで高分子材料は磁場方向へ膨張する。また、磁場の印加の前後で高分子材料の体積は変わらないので、磁場方向に垂直な方向には収縮する力が働くために磁場方向に垂直な方向に収縮する。
【００２３】
この種の高分子材料は、たとえば、主鎖材料であるｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｇｅｎｓｉｌｏｘａｎｅ、側鎖の磁性部位を担うスペーサを有する分子、および架橋剤をビーカ内に収容し、触媒下で反応させることにより作製することができる。
【００２４】
次に、第１の実施の形態に係る変位制御システム１００における制御動作を説明する。
【００２５】
アクチュエータ制御部１０６からアクチュエータ部１０５に対し、配線１を介して信号（電流）を送ると、磁場発生部１０４に磁場が発生する。このとき、接触部１０１が無負荷状態で所定の形状となる磁場が発生する、予め記憶された電流値となるようにアクチュエータ制御部１０６は、アクチュエータ部１０５に指令する。この磁場発生部１０４で発生した磁場が伸縮運動部１０２に印加されると、伸縮運動部１０２を構成する高分子材料の磁場方向に異方性が起きて、高分子材料は磁場方向へ膨張すると共に、磁場方向に垂直な方向に収縮する。その結果、伸縮運動部１０２が伸縮して、接触部１０１を変位させることになる。
【００２６】
このように第１の実施の形態に係る変位制御システム１００によれば、磁場の制御によって物体が接触する接触部１０１の変位を低電圧で制御でき、高速応答性を有する変位制御システムを実現しうる。また、従来のエアーアクチュエータのように空気洩れの心配がなく、装置が大掛かりでないので、耐久性を有し、軽量かつコンパクトに構成しうる。したがって、車載化に対応することができ、これを応用した車両用シート装置が実現可能となる。
〔第２の実施の形態〕
図３は、第２の実施の形態に係る変位制御システムの構成を示す概略図である。
【００２７】
第２の実施の形態に係る変位制御システム２００は、磁場印加によって物体の接触部１０１の変位を制御することができ、接触部１０１の状態変化に対して追随性がよく、かつコンパクトにアクチュエータ状態を構成しうるシステムである。このため、本実施の形態の変位制御システム２００は、アクチュエータ部１０５に、伸縮運動部１０２の変位量を検出して信号を発生する変位量センサ１０７を内蔵している。さらに、アクチュエータ制御部１０６は、該変位量センサ１０７からの信号を取得するサンプリング処理部１０８を有している。本実施の形態の構成は、変位量センサ１０７を備えている点とサンプリング処理部１０８を備えている点とで第１の実施の形態の構成と異なっている。
【００２８】
上記アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８で取得した伸縮運動部１０２の変位に関するサンプリング情報と予めアクチュエータ制御部１０６に記憶されている接触部１０１の変位量とを比較して、アクチュエータ部１０５に対して信号情報を送り、磁場発生部１０４において接触部１０１が所定の形状になるように磁場を発生する。
【００２９】
次に、第２の実施の形態に係る変位制御システム２００における制御動作を説明する。
【００３０】
アクチュエータ制御部１０６からアクチュエータ部１０５に対し、配線１を介して信号（電流）を送ると、磁場発生部１０４に磁場が発生する。この磁場発生部１０４で発生した磁場が伸縮運動部１０２に印加されると、伸縮運動部１０２を構成する高分子材料の磁場方向に異方性が起きて、高分子材料は磁場方向へ膨張すると共に、磁場方向に垂直な方向に収縮する。その結果、伸縮運動部１０２が伸縮して、接触部１０１を変位させる。
【００３１】
このとき、変位量センサ１０７が伸縮運動部１０２の変位量を検出し、その検出情報が配線２を介してサンプリング処理部１０８に送信される。アクチュエータ制御部１０６は、送信されたサンプリング情報から得られた接触部１０１の変位量と予めアクチュエータ制御部１０６に記憶されている接触部１０１の変位量とを比較する。目標とする変位が達成されている場合には制御を終了する。一方、目標とする変位が達成されていない場合には、アクチュエータ部１０５に対して、配線１を介して大きさの異なる信号（電流）を送り、磁場発生部１０４によって発生させる磁場の大きさを変化させることにより伸縮運動部１０２を介して接触部１０１の変位量を調整し、目標とする変位量が得られるまで同様の処理を繰り返す。
【００３２】
このように第２の実施の形態に係る変位制御システム２００によれば、第１の実施の形態と基本的に同様の作用効果を奏するが、第１の実施形態に比較して、変位量センサ１０７で伸縮運動部１０２の変位量を検出し、アクチュエータ制御部１０６にこの変位量をフィードバックしているので、伸縮運動部１０２の変位量を正確に制御でき、目標の変位量に対して応答性のよい変位制御システムを構築することができる。
〔具体的態様〕
第１の実施の形態に係る変位制御システム１００および第２の実施の形態に係る変位制御システム２００について、さらに具体的な態様を説明する。
【００３３】
上記第１および第２の実施の形態において、その適用の対象を車両用シートとする場合には、上記伸縮運動部１０２として、複数の柱状を呈する高分子材料を上記接触部１０１の接触面方向に対して縦横にアレー状（マトリクス状）に配置することが望ましい。柱状の高分子材料としては、たとえば、円柱状または角柱状のものが挙げられるが、形状はこれに限るものではない。このように構成した変位制御システムによれば、複数の柱状を呈する高分子材料が支持する接触部１０１の各点において、物体の接触状態や外部の状況に応じて、接触部１０１の変位を最適形状に調整することができる。
【００３４】
また、第２の実施の形態において、上記伸縮運動部１０２の変位量を検出する変位量センサ１０７を複数設け、上記接触部１０１の接触面方向に対して縦横にアレー状に配置した各高分子材料にそれぞれ配置することが望ましい。このように構成した変位制御システムによれば、複数の変位量センサ１０７が接触部１０１の接触面方向に対してアレー状に配置されているので、各時点において、伸縮運動部１０２の各点（各高分子材料）での変位量（長さ）を逐次検出することができる。
【００３５】
さらに、第２の実施の形態において、上記変位量センサ１０７は、たとえば、上記磁場発生部１０５が発生する磁場の上記接触部１０１の近傍における変化を検出する磁気センサによって構成される。この種の磁気センサとしては、たとえば、ホール素子が望ましいが、これに限るものではない。このように構成した変位制御システムによれば、磁場発生部１０４が発生する磁場を直接利用して、各時点において、伸縮運動部１０２の各点（各高分子材料）での変位量（長さ）を逐次検出することができる。
【００３６】
そして、第１および第２の実施の形態において、上記磁場発生部１０４は、たとえば、上記伸縮運動部１０２の周囲を囲繞する電磁コイルによって構成される。具体的には、電磁コイルは上記柱状の各高分子材料を個別に内包しており、電磁コイルは筒体状の材料に巻いたものであっても構わない。上述したように、柱状の高分子材料としては、たとえば、円柱状または角柱状のものが挙げられる。また、電磁コイルとしては、たとえば、銅線コイルまたは導電性ポリマーコイルが望ましいが、これに限るものではない。このように構成した変位制御システムによれば、磁場発生部１０４を非常にコンパクトに構成することができ、かつ磁場発生部１０４を電気的に制御することができる。
【００３７】
またさらに、第１および第２の実施の形態において、物体が接触する接触部１０１は、繊維材料または繊維材料と発砲状材料との積層構造体により構成される。繊維材料としては、たとえば、ポリエステル繊維やナイロン繊維等が望ましいが、これに限るものではない。また、発砲状材料としては、たとえばウレタンが望ましいが、これに限るものではない。このように構成した変位制御システムによれば、接触部１０１が繊維材料または繊維材料と発砲状材料との積層構造体により構成されているので、接触部１０１に軟らかい物体を載せることができる。
【００３８】
加えて、第１および第２の実施の形態において、物体が接触する接触部１０１は、磁気遮蔽材料によって磁気遮蔽されていることが望ましい。具体的には、上記接触部１０１を構成する繊維材料または繊維材料と発砲状材料との積層構造体が磁気遮蔽材料を含む、または磁気遮蔽材料によって被覆されている。磁気遮蔽材料としては、たとえば、透磁率の高い磁性金属微粒子を被覆した繊維やフィルムや、これらを薄く積層したものが望ましいが、これらに限るものではない。このように構成した変位制御システムによれば、上記接触部１０１が磁気遮蔽材料によって磁気遮蔽されているので、磁場発生部１０４によって発生した磁場が接触部１０１から洩れるのを防止することができる。
〔第３の実施の形態〕
図４は、第３の実施の形態に係る変位制御システムの構成を示す概略図である。
【００３９】
第３の実施の形態に係る変位制御システム３００は、伸縮運動部１０２を構成する高分子材料が僅かな温度変化で大きく膨張率が変化してしまう温度領域になっても、安定して変位を制御できるようにしたシステムである。すなわち、本実施の形態の変位制御システム３００は、アクチュエータ部１０５に、上記接触部１０１にかかる物体の圧力を検出する圧力センサ１０９と、アクチュエータ部１０５内の温度を検出する温度センサ１１０を内蔵しており、これら圧力センサ１０９および温度センサ１１０による検出情報も利用して変位の制御を行う点が、第１および第２の実施形態と異なる。
【００４０】
図４の変位制御システム３００は、図３の変位制御システム２００の構成を基礎として、アクチュエータ部１０５に圧力センサ１０９および温度センサ１１０を追加したものである。また、上述した第２の実施の形態の具体的態様は、本実施の形態に係る変位制御システム３００にも採用しうる。
【００４１】
図５は、伸縮運動部を構成する高分子材料の温度による膨張率を示す説明図である。
【００４２】
本実施の形態で用いた高分子材料は温度によって膨張が変わる。特に高温の領域においては膨張が大きく変化し体積が大きくが変化する。磁気センサを用いて変位を制御する場合、正確な変位の制御を行なうためには温度に応じた磁場の大きさの補償が必要である。特に７０℃から９０℃の温度領域において僅かな温度上昇により高分子材料の長さが短くなるため、この温度領域での変位の制御が難しくなる。温度センサ１１０によって高分子材料の温度を検出していないと、高分子材料の長さが、接触部１０１に接触する物体の移動によって変化したものであるのか、あるいは僅かな温度変化により変化したものであるのかが判別できなくなる。
【００４３】
また、接触部１０１に接触する物体の移動によって起こる高分子材料の変化を検出するために、上記圧力センサ１０９を内蔵する。圧力センサ１０９として使用するセンサとしては、たとえば、圧電素子からなる圧力センサが望ましいが、これに限るものではない。また、温度センサ１１０としては、たとえば、半導体の温度による電流値の変化を利用した温度センサが望ましいが、これに限るものではない。
【００４４】
次に、第３の実施の形態に係る変位制御システム３００における制御動作を説明する。
【００４５】
アクチュエータ制御部１０６からアクチュエータ部１０５に対し、配線１を介して信号（電流）を送ると、磁場発生部１０４に磁場が発生する。この磁場発生部１０４で発生した磁場が伸縮運動部１０２に印加されると、伸縮運動部１０２を構成する高分子材料の磁場方向に異方性が起きて、高分子材料は磁場方向へ膨張すると共に、磁場方向に垂直な方向に収縮する。その結果、伸縮運動部１０２が伸縮して、接触部１０１を変位させる。
【００４６】
その変位量を変位量センサ１０７で検出し、検出された情報が配線２を介してサンプリング処理部１０８に送信される。一方、圧力センサ１０９で接触部１０１を介して伸縮運動部１０２に加わる圧力を検出し、さらに温度センサ１１０によりアクチュエータ部１０５内の温度を検出する。アクチュエータ制御部１０６は、取り出したサンプリング情報と予めアクチュエータ制御部１０６に記憶されている接触部１０１の変位量とを比較し、目標とする変位が達成されている場合には制御を終了する。一方、目標とする変位が達成されていない場合には、アクチュエータ部１０５に対して、圧力センサ１０９および温度センサで検出した圧力および温度から、接触部１０１が所定の形状となる電流値の補正量を算出し、配線１を介して補正後の信号（電流）を送り、磁場発生部１０４によって発生させる磁場の大きさを変化させることにより伸縮運動部１０２を介して接触部１０１の変位量を調整し、目標とする変位量が得られるまで同様の処理を繰り返す。
【００４７】
このように第３の実施の形態に係る変位制御システム２００によれば、第１および第２の実施の形態と基本的に同様の作用効果を奏するが、特に第３の実施の形態によれば、アクチュエータ部１０５に、変位量センサ１０７に加えて、接触部１０１における物体の圧力状態を検出する圧力センサ１０９と、アクチュエータ部１０５内の温度を検出する温度センサ１１０とを内蔵しており、接触部１０１の温度および圧力を考慮し、検出された温度および圧力をアクチュエータ制御部１０６にフィードバックして磁場発生部１０４および伸縮運動部１０２を介して接触部１０１の変位を調整するので、第２の実施の形態に比べより正確に、且つ安定して変位を制御することができる。
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、上記第２の実施の形態に係る変位制御システム２００を用いて、車両の乗員が着座する車両用シート装置５００を構成したものである。
【００４８】
図６は、変位量センサのみを用いた第２の実施の形態に係る車両用シート装置５００の構成を示す概略図である。図７は、第４の実施の形態に係る車両用シート装置５００のアクチュエータ部１０５の構成を示す概略図である。
【００４９】
図７（ａ）に示してあるように、第４の実施の形態に係る車両用シート装置５００では、物体が接触する接触部１０１が、たとえば、ウレタン製の車両用シートによって構成されている。この接触部１０１は扁平な直方体状を呈しており、その下部には支え部１０３上に支持された伸縮運動部１０２が配設されている。伸縮運動部１０２は、複数の円柱状の高分子材料により構成されており、上記接触部１０１の接触面方向に対して縦横にアレー状（マトリクス状）に配置されている。この高分子材料は磁気応答性の材料であって、上述したように、高分子材料の主鎖または側鎖に印加される磁場に応答してスピンが磁場方向に整列する機能を示す磁性部位を有している。
【００５０】
図７（ｂ）に示すように、各高分子材料の下方部分の周囲には、磁場発生部１０４としての磁気コイルが巻き付けられている。この磁場発生部１０４で発生した磁場が各高分子材料に印加されることにより、各高分子材料の磁場方向に異方性が起きて、高分子材料は磁場方向へ膨張すると共に、磁場方向に垂直な方向に収縮する。その結果、各高分子材料がその長手方向に伸縮して、接触部１０１を変位させることになる。
【００５１】
また、各高分子材料の上端近傍の接触部１０１には、その変位量を検出する変位量センサ１０７がそれぞれ設けられている。本実施の形態では、各変位量センサ１０７として磁気センサを採用しているが、これに限るものではない。
【００５２】
図６に示すように、第４の実施の形態に係る車両用シート装置５００には、図７に示したアクチュエータ部１０５の変位状態を制御するアクチュエータ制御部１０６と、上記磁気センサ１０７の変位検出信号をサンプリングし、サンプリング時の接触部１０１の変位情報を取得する、アクチュエータ制御部１０６に内蔵(図６では便宜上別に記載しているが)されたサンプリング処理部１０８と、が備えられている。アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８で取得した伸縮運動部１０２の変位に関するサンプリング情報と予めアクチュエータ制御部１０６に記憶されている接触部１０１の変位量とを比較して、アクチュエータ部１０５に対して信号情報を送り、磁場発生部１０４において接触部１０１が所定の形状になるように磁場を発生する。したがって、サンプリング処理部１０８はアクチュエータ制御部１０６において配線(信号線)３により接続され、磁気センサ１０７とアクチュエータ制御部１０６とは配線(入力電流線)４を介して接続されている。また、変位量センサ１０７は配線（発生電圧線）２によってアクチュエータ制御部１０６が備えるサンプリング処理部１０８と電気的に接続されて、磁場発生部１０４は、配線（電流線）１によってアクチュエータ制御部１０６と電気的に接続されている。
【００５３】
図８は、第４の実施の形態に係る車両用シート装置５００の動作を説明するフローチャートである。
【００５４】
アクチュエータ制御部１０６を起動させると(ステップ１；以下、「Ｓ１」の如く表記する)、まず、アレー状に縦横に配置された高分子材料を内包する各磁気コイル（伸縮運動部）に流す初期の電流値が算出される(Ｓ２)。アクチュエータ制御部１０６は、上記で算出した初期電流をアレー状に配置した各磁気コイルに電流線１を介して流し、各磁気コイルを可動させる(Ｓ３)。
【００５５】
次に、アクチュエータ制御部１０６は、各磁気センサに配線４を介して電流を流して、各磁気センサを可動させる(Ｓ４)。さらに、アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８および信号線３を介して、各磁気センサの発生する電圧を検出し、アレー状に配置した柱状の各高分子材料の変位を算出する(Ｓ５)。
【００５６】
その後、アクチュエータ制御部１０６は、予め記憶されている情報を取り込んで、所定の変位を設定する(Ｓ６)。さらに、アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８に蓄積されたサンプリング情報を取り込み、算出した変位と所定の変位との差を計算する(Ｓ７)。
【００５７】
次に、アクチュエータ制御部１０６は、算出した変位と所定の変位との差が無くなったか否かを判断する(Ｓ８)。
【００５８】
ステップ８において、算出した変位と所定の変位との差が無い場合には、処理を終了する（Ｓ１０）。一方、算出した変位と所定の変位との差がある場合には、アレー状に配置した各磁気コイルに対して算出した変位と所定の変位との差に応じて、この差を小さくするように供給すべき電流値を算出する(Ｓ９)。そして、ステップ３の前に戻って、ステップ３からステップ７までの処理を行った後、ステップ８において、算出した変位と所定の変位との差が無くなるまで処理を繰り返し、算出した変位と所定の変位との差が無くなったら処理を終了する（Ｓ１０）。
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、上記第３の実施の形態に係る変位制御システム３００を用いて、車両の乗員が着座する車両用シート装置８００を構成したものである。
【００５９】
図９は、磁気センサに加えて、圧力センサおよび温度センサを用いた第５の実施の形態に係る車両用シート装置８００を示す概略図である。図１０は、第５の実施の形態に係る車両用シート装置８００のアクチュエータ部１０５の構成を示す概略図である。
【００６０】
図９および図１０に示すように、第５の実施の形態に係る車両用シート装置８００は、第４の実施の形態に係る車両用シート装置５００と略同様の構成を有しているが、第５の実施の形態では、アクチュエータ部１０５内に変位量センサ（磁気センサ）に加えて、圧力センサ１０９および温度センサ１１０を備えている点が、第４の実施の形態と異なる。
【００６１】
圧力センサ１０９は、乗員が着座する接触部１０１と伸縮運動部１０２を構成する各高分子材料の上端との間に介設されている。この圧力センサ１０９は、接触部１０１に接触する乗員の移動および伸縮運動部１０２の伸縮によって起こる伸縮運動部１０２の上端に加わる圧力の変化を検出する。圧力センサ１０９としては、たとえば、圧電素子からなる圧力センサが望ましいが、これに限るものではない。
【００６２】
また、温度センサ１１０は、アクチュエータ部１０５内の適宜位置に配置され、アクチュエータ部１０５内の僅かな温度変化を検出する。温度センサ１１０としては、たとえば、半導体の温度による電流値の変化を利用した温度センサが望ましいが、これに限るものではない。
【００６３】
サンプリング処理部１０８は、変位量センサ１０７、圧力センサ１０９および温度センサ１１０の検出情報を蓄積する。アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８から取り出した蓄積情報と物体接触に関する内外環境情報とを比較して、磁場発生部１０４および伸縮運動部１０２を介して接触部１０１の変位を調整する。したがって、圧力センサ１０９は配線（電圧線）５によってサンプリング処理部１０８と電気的に接続されており、温度センサ１１０は配線（電流線）６によってサンプリング処理部１０８と電気的に接続されている。
【００６４】
図１１は、第５の実施の形態に係る車両用シート装置５００の動作を説明するフローチャートである。
【００６５】
アクチュエータ制御部１０６を起動させると(Ｓ１１)、まず、アレー状に縦横に配置された高分子材料を内包する各磁気コイルに流す初期の電流値が算出される(Ｓ１２)。アクチュエータ制御部１０６は、上記で算出した初期電流をアレー状に配置した各磁気コイルに電流線１を介して流し、各磁気コイルを可動させる(Ｓ１３)。
【００６６】
次に、アクチュエータ制御部１０６は、各磁気センサに電流線１を介して電流を流し、各磁気センサを可動させる(Ｓ１４)。さらに、アクチュエータ制御部１０６は、電圧線２、サンプリング処理部１０８および信号線３を介して、各磁気センサの発生する電圧を検出し、アレー状に配置した柱状の各高分子材料の変位を算出する(Ｓ１５)。
【００６７】
その後、アクチュエータ制御部１０６は、外部情報を取り込んで、所定の変位を設定する(Ｓ１６)。さらに、アクチュエータ制御部１０６は、サンプリング処理部１０８に蓄積されたサンプリングデータを、信号線３を介して取り込み、算出した変位と所定の変位との差を計算する(Ｓ１７)。
【００６８】
次に、アクチュエータ制御部１０６は、算出した変位と所定の変位との差が無くなったか否かを判断する(Ｓ１８)。
【００６９】
ステップ８において、算出した変位と所定の変位との差が無い場合には、処理を終了する（Ｓ２４）。一方、算出した変位と所定の変位との差がある場合には、温度センサの電流線６から得られる温度の情報により、伸縮運動部を構成する高分子材料が僅かな温度の変化によって膨張率が大きく変化してしまう温度領域にあるか否かを判断する(Ｓ１９)。
【００７０】
ステップ１９において、高分子材料が僅かな温度の変化によって膨張率が大きく変化してしまう温度領域にない場合には、アレー状に配置した各磁気コイルに対して算出した変位と所定の変位との差に応じて、この差を小さくするように供給すべき電流値を算出する(Ｓ２０)。そして、ステップ１３の前に戻って、ステップ１３からステップ１７までの処理を行った後、ステップ１８において、算出した変位と所定の変位との差が無くなるまで上述の処理を繰り返し、算出した変位と所定の変位との差が無くなったら処理を終了する（Ｓ２４）。一方、高分子材料が僅かな温度の変化によって膨張率が大きく変化してしまう温度領域にある場合には、各圧力センサから電圧線５を介して電圧を取り出し(Ｓ２１)、各圧力センサからアレー状に配置した各部位の圧力を算出する(Ｓ２２)。さらに、アレー状に配置した各磁気コイルに対して算出した変位と所定の変位との差に応じて、この差を小さくするように供給すべき電流値を、算出圧力情報と高分子の上記温度領域での膨張情報とによって決める(Ｓ２３)。
【００７１】
そして、ステップ１３の前に戻って、ステップ１３からステップ１７までの処理を行った後、ステップ１８において、算出した変位と所定の変位との差が無くなるまで上述の処理を繰り返し、算出した変位と所定の変位との差が無くなったら処理を終了する（Ｓ２４）。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。
〔実施例１〕
図１２は、実施例１の磁気センサのみを用いた変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【００７３】
図１２に示すように、実施例１の変位制御システムでは、伸縮運動部１０２を構成する各高分子材料の直径を３ｃｍとし、これら各各高分子材料を物体が接触する接触部１０１の下部に７ｃｍ間隔で縦横にアレー状（マトリクス状）に配置した。高分子材料は磁場応答性を有し、その高さを６ｃｍに設定し、その周囲には２．５ｃｍの長さの磁気コイルを配設した。
【００７４】
このような実施例１の変位制御システムにおいて、接触部１０１の上部に、重さ６０ｋｇの物体をこれらのアレーの中心部に載せた。そして、接触部１０１における物体が載っている部分も、載っていない部分と同じ変位（高さ）になるように、伸縮運動部１０２を構成する各高分子材料を内包する磁気コイルに対して、図１３に示すデューティ比５０％の周期パターン（周波数５０Ｈｚ）を有するパルス電流Ｐを加えた。その結果、周波数５０Ｈｚの周期性の磁場を発生してアクチュエータ部１０５は駆動した。
〔実施例２〕
図１４は、実施例２の磁気センサのみを用いた変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【００７５】
図１４に示すように、実施例２の変位制御システムでは、物体が接触する接触部１０１の下部に、伸縮運動部１０２を構成する複数の円柱状の高分子材料を７ｃｍ間隔で縦横にアレー状（マトリクス状）に配設しているが、中心部に位置する高分子材料１０２ａの直径を６ｃｍに設定した。また、この６ｃｍの高分子材料１０２ａの周囲に位置する８個の高分子材料１０２ｂの直径を４．５ｃｍに設定した。さらに、これら４．５ｃｍの高分子材料１０２ｂの周囲に二重に位置する４８個の高分子材料１０２ｃの直径を３ｃｍに設定した。高分子材料は磁場応答性を有し、その高さを６ｃｍに設定し、その周囲には２．５ｃｍの長さの磁気コイルを配設した。
【００７６】
このような実施例２の変位制御システムにおいて、接触部１０１の上部に、重さ６０ｋｇの物体をこれらのアレーの中心部に載せた。そして、接触部１０１における物体が載っている部分も、載っていない部分と同じ変位（高さ）になるように、実施例１と同様に周期パターン（周波数５０Ｈｚ）を有するパルス電流Ｐを加えた。その結果、実施例１と同じ磁場の強さと周波数でアクチュエータ部１０５は駆動した。
〔実施例３〕
図１５は、実施例３の磁気センサのみを用いた変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【００７７】
図１５に示すように、実施例３の変位制御システムでは、物体が接触する接触部１０１の下部に、伸縮運動部１０２を構成する複数の円柱状の高分子材料を縦横にアレー状（マトリクス状）に配設しているが、中央部に位置する１６個の高分子材料１０２ａの直径を３ｃｍに設定し、７ｃｍ間隔で縦横に配置した。また、これら３ｃｍの高分子材料１０２ａの周囲に位置する１２個の高分子材料１０２ｂの直径を４．５ｃｍに設定した。さらに、これら４．５ｃｍの高分子材料１０２ｂの周囲に位置する１６個の高分子材料１０２ｃの直径を６ｃｍに設定し、１６ｃｍ間隔で配置した。高分子材料は磁場応答性を有し、その高さを６ｃｍに設定し、その周囲には２．５ｃｍの長さの磁気コイルを配設した。
【００７８】
このような実施例２の変位制御システムにおいて、接触部１０１の上部に、重さ６０ｋｇの物体をこれらのアレーの中心部に載せた。そして、接触部１０１における物体が載っている部分も、載っていない部分と同じ変位（高さ）になるように、実施例１と同様に周期パターン（周波数５０Ｈｚ）を有するパルス電流Ｐを加えた。その結果、実施例１と同じ磁場の強さと周波数でアクチュエータ部１０５は駆動した。
〔実施例４〕
実施例４の変位制御システムでは、実施例１の変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成に対して、圧力センサおよび温度センサを付加したものを構成した。
【００７９】
このような実施例４の変位制御システムにおいて、接触部１０１の上部に、重さ６０ｋｇの物体をこれらのアレーの中心部に載せた。実施例１と同様に、接触部１０１の上部には、重さ６０ｋｇの物体をこれらのアレーの中心部に乗せた。そして、接触部１０１における物体が載っている部分も、載っていない部分と同じ変位（高さ）になるように、実施例１と同じ磁場の強さと周波数でアクチュエータ部１０５は駆動した。
【００８０】
その結果、実施例４の変位制御システムでは、６０℃から８０℃の温度領域においても、通常の２０℃から６０℃の温度領域と同様に動作させることができた。
〔実施例５〕
実施例５では、実施例１のレイアウト構成の変位制御システムを用いて、車両用シート装置を構成した。
【００８１】
図１６は、実施例５の車両用シート装置を示す概略図である。
【００８２】
図１６に示すように、実施例５の車両用シート装置は、実施例１のレイアウト構成の変位制御システムを備えたクッション１５０１と、１６ビットのマイクロコンピュータからなる制御装置１５０２と、自動車用シート１５００に内蔵している。
【００８３】
このような自動車用シート１５００上に実際に運転者１５０３が座って、自動車の運転時におけるシートの変位制御の実験を行った。
【００８４】
その結果、運転者１５０３の状態と運転状態との情報に基づき、制御装置１５０２からの制御によって、クッション１５０１の変位制御を応答性良く行えた。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１の実施の形態に係る変位制御システムの構成を示す概略図である。
【図２】主鎖および側鎖におけるスピンの原理を示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る変位制御システムの構成を示す概略図である。
【図４】第３の実施の形態に係る変位制御システムの構成を示す概略図である。
【図５】伸縮運動部を構成する高分子材料の温度による膨張率を示す説明図である。
【図６】第４の実施の形態に係る車両用シート装置を示す概略図である。
【図７】第４の実施の形態に係る車両用シート装置のアクチュエータ部の構成を示す概略図である。
【図８】第４の実施の形態に係る車両用シート装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】第５の実施の形態に係る車両用シート装置を示す概略図である。
【図１０】第５の実施の形態に係る車両用シート装置のアクチュエータ部の構成を示す概略図である。
【図１１】第５の実施の形態に係る車両用シート装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】実施例１の変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【図１３】加えた電流の周期パターンを示す説明図である。
【図１４】実施例２の変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【図１５】実施例３の変位制御システムにおける伸縮運動部のアレーのレイアウト構成を示す平面図である。
【図１６】実施例５の車両用シート装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００    変位制御システム、
１０１    接触部、
１０２    伸縮運動部、
１０４    磁場発生部、
１０５    アクチュエータ部、
１０６    アクチュエータ制御部、
１０７    変位量センサ、
１０８    サンプリング処理部、
１０９    圧力センサ、
１１０    温度センサ、
２００    変位制御システム、
３００    変位制御システム、
５００    車両用シート装置、
８００    車両用シート装置、
１５００    車両用シート装置、
１５０１    クッション、
１５０２    制御装置。
【図１】
2008074317.tif 000003
【図２】
2008074317.tif 000004
【図３】
2008074317.tif 000005
【図４】
2008074317.tif 000006
【図５】
2008074317.tif 000007
【図６】
2008074317.tif 000008
【図７】
2008074317.tif 000009
【図８】
2008074317.tif 000010
【図９】
2008074317.tif 000011
【図１０】
2008074317.tif 000012
【図１１】
2008074317.tif 000013
【図１２】
2008074317.tif 000014
【図１３】
2008074317.tif 000015
【図１４】
2008074317.tif 000016
【図１５】
2008074317.tif 000017
【図１６】
2008074317.tif 000018