(57)【要約】【課題】後突時に乗員の頸部に作用するせん断力を小型の車両用シートにおいてもかつ簡単で安価な構成にて効果的に低減することができる車両用シートを提供する。【解決手段】シートバックフレーム２にてシートバッククッション３を支持して成るシートバック１を備えた車両用シートにおいて、シートバック１の後突時に乗員の胸部が当接する部位を、他の部位よりもばね係数を小さくかつに低反発クッション材１１を配設して減衰係数を大きくすることにより、後突時に頭部がヘッドレスト８にて受けられる時点での頭部と胸部の間の相対移動量及び相対移動速度を低減し、その結果頸部に作用するせん断力を効果的に低減するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートバックフレームにてシートバッククッションを支持して成るシートバックを備えた車両用シートにおいて、シートバックの後突時に乗員の胸部が当接する部位を、他の部位よりもばね係数を小さくかつ減衰係数を大きくしたことを特徴とする車両用シート。
【請求項２】
シートバッククッションの後突時に乗員の胸部が当接する部位に、他の部分よりも減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材を配設したことを特徴とする請求項１記載の車両用シート。
【請求項３】
ヘッドレストを上部に装着したヘッドレスト支持フレームをシートバックフレームに前後に回動可能に支持し、ヘッドレスト支持フレームの下部にシートバックの前面から加わる荷重を受ける受圧部を設け、ヘッドレスト支持フレームを初期位置に復帰付勢するばねを設け、受圧部の前面にシートバッククッションよりも減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材を配設したことを特徴とする請求項１記載の車両用シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用シートに関し、特に後突時の頸部損傷値の低減を図った車両用シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、後突時の乗員のムチ打ち障害を防止するために、車両用シートのシートバック上方に乗員の頭部を後方から受けるヘッドレストを設けられている。
【０００３】
しかし、ヘッドレストを設けていても、後突時に乗員の頭部とヘッドレストとの間の隙間を速やかに減少させないと、ムチ打ち障害を確実に防止するという所定の効果を発揮することができない場合があるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するため、シートバックの乗員の胸部に対応する部分に、後突時の乗員の荷重により当該部分が後方に移動するように、胸部衝撃吸収体などの胸部支持手段を配設したもの知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ヘッドレストを固定的に設けるのではなく、後突時に乗員の胸部の後方への移動によってヘッドレストを前方に移動させ、乗員の頭部に接近させることによりムチ打ち障害を防止するようにしたものも、本出願人が先に提案している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８１４００号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１７１４１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ムチ打ち障害を生じる主要な原因は、乗員の頭部だけが胸部に対して急激に後方移動することで、胸部と頭部との間の相対移動量や相対移動速度が大きくなり、頸部に大きなせん断力が作用することにある。そして、上記特許文献１に開示された構成では、乗員の胸部に対応するシートバッククッションのばね係数を小さくすることにより、胸部の移動量を大きくし、頸部に作用するせん断力の低減を図ったものと認められるが、この作用を実現するには、胸部が後方に大きく移動できるようにシートバックフレームの幅寸法を大きくする必要があり、軽自動車用車両用シートのように、幅寸法の小さいシートバックには効果的に適用できないという問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献２に開示された構成では、後突時の乗員の胸部の後方への移動を受圧部で受け、この受圧部の後方移動に連動してヘッドレストを前方に移動させる機構を備えるものであり、別途の機構を設ける必要があるためコスト高になるという問題がある。また、乗員が車両用シートに着座した状態で、受圧部によって違和感を感じないようにすると、乗員の胸部の後方への移動が速やかに受圧部に伝達され難い場合が発生する恐れがあり、ヘッドレストの前方移動に遅れを生じ、充分な効果が発揮されない場合もあり得るという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、後突時に乗員の頸部に作用するせん断力を小型の車両用シートにおいてもかつ簡単で安価な構成にて効果的に低減することができる車両用シートを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用シートは、シートバックフレームにてシートバッククッションを支持して成るシートバックを備えた車両用シートにおいて、シートバックの後突時に乗員の胸部が当接する部位を、他の部位よりもばね係数を小さくかつ減衰係数を大きくしたものである。
【００１２】
この構成によると、後突時に頭部がヘッドレストにて受けられる時点での頭部と胸部の間の相対移動量及び相対移動速度を低減でき、その結果頸部に作用するせん断力を効果的に低減することができる。
【００１３】
すなわち、後突時に頸部に発生するせん断力は、頭部と胸部の相対移動量を小さくするだけでなく、相対速度を小さくすることが有効であるが、頭部がヘッドレストにて受けられる時点では胸部は跳ね返り域に入っており、通常のシートバッククッションのばね係数と減衰係数のままでは頭部と胸部の速度ベクトルが逆になるため相対速度が大となって大きなせん断力が作用することになる。そこで、シートバッククッションの減衰係数を大きく、すなわちゆっくり押せば容易に撓むが、速く押せば撓み難い特性を大きくすることで、胸部の跳ね返りを抑制し、相対速度を低減することが考えられるが、その場合には胸部の後方移動が抑制されることで頭部と胸部の相対移動量が大きくなってせん断力の低減効果が得られない。そこで、本発明ではシートバックの胸部が当接する部位のばね係数を小さくすることで胸部の後方移動を大きくして頭部と胸部の相対移動量を小さくするとともに、減衰係数を大きくすることで胸部の跳ね返りを抑制して頭部と胸部の相対速度を低減することにより、頸部に作用するせん断力の低減を図っている。
【００１４】
また、シートバッククッションの後突時に乗員の胸部が当接する部位に、他の部分よりも減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材を配設すると、シートバッククッション若しくは両側のシートバックフレーム間に架設されているばね支持部材のばね係数を小さくするだけの簡単な構成にて上記作用・効果を奏することができる。
【００１５】
また、ヘッドレストを上部に装着したヘッドレスト支持フレームをシートバックフレームに前後に回動可能に支持し、ヘッドレスト支持フレームの下部にシートバックの前面から加わる荷重を受ける受圧部を設け、ヘッドレスト支持フレームを初期位置に復帰付勢するばねを設け、受圧部の前面にシートバッククッションよりも減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材を配設すると、低反発クッション材にて受圧部による乗り心地の低下を抑えつつ、後突時には速やかに受圧部に圧力を伝達してヘッドレストを遅れを生じることなく速やかに前方移動させることができ、かつばねのばね係数を比較的小さく設定することで上記作用・効果を奏することができ、頸部に作用するせん断力を格段に低減することができる。なお、低反発クッション材は、受圧部の前面に装着しても、シートバッククッションに一体成形しても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用シートの第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は車両用シートのシートバックであり、シートクッション（図示せず）にリクライニング可能に取付けられている。シートバック１は、その左右両側と上側を取り囲む骨格構造を構成する全体正面形状が略倒立Ｕ字状のシートバックフレーム２と、発泡合成樹脂成形品から成るシートバッククッション３と、シート表皮４にて構成されている。シートバックフレーム２は、板材のプレス成形品から成る両側の側辺枠板５と、パイプ材を下向きに開放された略コ字状に曲げた上部パイプ６とからなり、上部パイプ６の両側の下端部を側辺枠板５の上端部に一体固着して構成されている。
【００１８】
シートバックフレーム２の上部パイプ６の上辺部には、一対の支持筒部７が間隔をあけて左右対称に固着され、ヘッドレスト８から下方に垂下された一対のステー８ａが挿通されてヘッドレスト８が上下位置調製可能に支持されている。
【００１９】
シートバックフレーム２の両側の側辺枠板５の上部の１箇所と下部の２箇所にばね掛け片９ａ、９ｂ、９ｃが切り起こしにて形成され、これらばね掛け片９ａ、９ａ間、９ｂ、９ｂ間、９ｃ、９ｃ間にばね支持部材としてのＳばね１０ａ、１０ｂ、１０ｃが架設され、シートバッククッション３を後面から支持するように構成されている。なお、Ｓばね１０ａは乗員の胸部を支持し、Ｓばね１０ｂ、１０ｃは乗員の骨盤部を支持するように配設されている。
【００２０】
本実施形態では、シートバッククッション３の後突時に乗員の胸部を受けるＳばね１０ａの前部に対応する領域部分は、シートバッククッション３を構成している材質より減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材１１が配設されるとともに、Ｓばね１０ａとして、他のＳばね１０ｂ、１０ｃよりばね係数の小さいものを採用し、シートバックの後突時に乗員の胸部が当接する部位を、他の部位よりもばね係数を小さくかつ減衰係数を大きくしている。
【００２１】
以上の構成によれば、後突時に乗員の頭部がヘッドレスト８にて受けられる時点での頭部と胸部の間の相対移動量及び相対移動速度を低減できる。すなわち、シートバック１の乗員の胸部が当接する部位のばね係数を小さくすることで胸部の後方移動を大きくして頭部と胸部の相対移動量を小さくできるとともに、減衰係数を大きくすることで胸部の跳ね返りを抑制して頭部と胸部の相対速度を低減することができ、その結果、乗員の頸部に作用するせん断力を効果的に低減することができる。また、シートバッククッション３の乗員の胸部に対応する部位に減衰係数の大きい材質から成る低反発クッション材１１を配設し、Ｓばね１０ａのばね係数を小さくするだけの簡単な構成にて上記作用・効果を奏することができる。
【００２２】
なお、シートバック１の胸部に対応する部分のばね係数を小さくする構成としては、Ｓばね１０ａのばね係数を小さくするだけでなく、低反発クッション材１１の後部にばね係数の小さいクッション材を配設しても良い。
【００２３】
次に、上記作用・効果の理論的な分析を図２〜図５を参照して説明する。後突時に乗員の頸部に作用するせん断力の計算モデルを図２に示す。図２のモデルにおいて、頭部の運動方程式は、次式にて表される。
【００２４】
【数１】
2005028956.tif 000003
頸部せん断力Ｆｎ  （ｔ）  は、頭部と胸部の相対挙動から次式にて表される。
【００２５】
【数２】
2005028956.tif 000004
また、ヘッドレスト反力は、次式にて表される。
【００２６】
【数３】
2005028956.tif 000005
また、胸部の運動方程式は、頭部質量／胸部質量は一般的に小さいと考えられるため、頭部からの内力を省略すると、次式にて表される。
【００２７】
【数４】
2005028956.tif 000006
また、シートバック反力は、次式にて表される。
【００２８】
【数５】
2005028956.tif 000007
これらの各式の係数を、後突テストでの乗員挙動、障害値の時系列データから重回帰解析によって求めた結果によると、頸部せん断力Ｆｎ  （ｔ）  に関する係数と、シートバック反力Ｆｓ  （ｔ）  に関する係数は、次のように得られた。
【００２９】
ｋｎ  ＝８９４．１Ｎ／ｍ
ｃｎ  ＝３９．３Ｎｓ／ｍ
Ｒｎ  ＝−３．３５Ｎ
ｋｓ  ＝１５２４８．１Ｎ／ｍ
ｃｓ  ＝２５２．９Ｎｓ／ｍ
Ｒｓ  ＝−２３．９Ｎ
これらの係数にて頸部せん断力のシミュレーションを行い、胸部移動量、頭部移動量、せん断応力についてその計算値と実験値と計算値を比較したところ、定性的にも定量的によく一致した。
【００３０】
そこで、シートバック反力特性の頸部せん断力への影響を考察する。
【００３１】
シートバックばね係数ｋｓ  の頸部せん断力への影響を調べるため、シートバックばね係数ｋｓ  を変化させて、頸部せん断力がピーク値となる１００ｍｓ時点での頭部−胸部の相対速度、相対位置、頸部せん断力を求めた。その結果を図３に示す。なお、シートバックばね係数ｋｓ  はｋｓ  ＝１５２４８．１Ｎ／ｍを１として、その比で表している。
【００３２】
図３から、シートバックばね係数ｋｓ  を小さくすると、相対移動量及び相対速度が共に小さくなり、結果的に頸部せん断力が小さくなることが分かる。
【００３３】
次に、シートバック減衰係数ｃｓ  の頸部せん断力への影響を調べるため、シートバック減衰係数ｃｓ  を変化させて、頸部せん断力がピーク値となる１００ｍｓ時点での頭部−胸部の相対速度、相対位置、頸部せん断力を求めた。その結果を図４に示す。なお、シートバック減衰係数ｃｓ  はｃｓ  ＝２５２．９Ｎｓ／ｍを１として、その比で表している。
【００３４】
図４から、シートバック減衰係数の変化に対して頸部せん断力の変化は少ないことが分かる。これは頭部−胸部相対移動量と相対速度の増減関係が逆になっているため、頸部せん断力の増減を相殺し合うためである。
【００３５】
この結果から、頸部せん断力のピーク値の低減には、ｋｓ  を小さくすることが有効であることが分かるが、その場合胸部の移動量が増加することになる。一方、ｃｓ  の増減は頸部せん断力のピーク値にさほど影響しない。そこで、ｋｓ  を小さくし、ｃｓ  を大きくすることにより、胸部の移動量を増やすことなく、頸部せん断力のピーク値を低減することが考えられる。
【００３６】
これを確認するため、ｋｓ  とｃｓ  を現状のままとした（ｋｓ  ＝１、ｃｓ  ＝１）従来例と、ｋｓ  を小さく、ｃｓ  を現状のままとした（ｋｓ  ＝０．８、ｃｓ  ＝１）比較例と、ｋｓ  を小さく、ｃｓ  を大きくした（ｋｓ  ＝０．８、ｃｓ  ＝１）本発明の実施例について、胸部移動量と頸部せん断力を計算した結果を、図５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３７】
図５（ａ）、（ｂ）から、ｋｓ  のみを低減した比較例では、胸部移動量が増加した上で頸部せん断力が低減されているが、ｋｓ  の低減とｃｓ  の増加を組み合わせることにより、胸部移動量を増加することなく、頸部せん断力のピーク値を低減できることが分かる。
【００３８】
次に、本発明の車両用シートの第２の実施形態について、図６、図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成要素については、同じ参照符号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。
【００３９】
本実施形態においては、上部パイプ６の両側部の上端から適当距離下方位置の内側に枢支ブラケット１２が配設され、上部パイプ６に溶接にて固着されている。この枢支ブラケット１２は、外側縁が上部パイプ６の前端に接する前面板の内側縁から後方に向けてＬ字状に内側板が延出された横断面略Ｌ字状の部材にて構成され、内側板の後部下端近傍に支軸１３が装着され、支軸１３の斜め前方上方に適当距離の位置にストッパ１４が切り起こしによって一体形成されている。
【００４０】
１５はヘッドレスト８を支持するヘッドレスト支持フレームで、パイプ材を下向きに開放された略コ字状に曲げて構成したパイプフレーム１６にて構成され、その中間部が支軸１３にて前後揺動自在に支持されている。パイプフレーム１６の上辺部のヘッドレスト８から垂下された一対のステー８ａに対応する部分の前面に形成された扁平部に支持筒部７が溶接固着されている。
【００４１】
パイプフレーム１６は、シートバックフレーム２の上部パイプ６の内側に丁度嵌まり込む大きさに構成されるとともにその上辺部が上部パイプ６の上辺部の直下に位置するように配設され、支持筒部７の上部が上部パイプ６の上辺部の前端に当接するように構成されている。上部パイプ６の上辺部の支持筒部７が当接する部分にはクッションゴム１７が装着されている。これによってヘッドレスト支持フレーム１５は、図７に実線で示すように支持筒部７がクッションゴム１７に当接して停止した後方回動限と、図７に仮想線で示すようにパイプフレーム１６がストッパ１４に当接して停止した前方回動限との間で前後に回動自在に支持されている。
【００４２】
パイプフレーム１６の両下端部は受圧部材１９にて連結され、この受圧部材１９が後突時に乗員の胸部の慣性によってシートバック１の前面に作用する荷重を受ける受圧部２０が構成されている。また、受圧部材１９の両側下端部とシートバックフレーム２の側辺枠板５の前方の立ち上げ鍔５ａの間に引張ばね２１が介装され、受圧部２０に一定以上の荷重が作用しないとヘッドレスト支持フレーム１５の下部が後方に回動しないように構成されている。そして、受圧部材１９の前面に低反発クッション材１１が配設されている。なお、低反発クッション材１１は、受圧部材１９の前面に装着しても、シートバッククッション３と一体に成形しても良い。
【００４３】
また、両側辺枠板５、５の下端部間は連結パイプ２２にて相互に連結され、下端にはリクライニング機構（図示せず）に締結固定するナット部材２３と補強板２４を固着した連結板部２５が設けられている。
【００４４】
以上の構成において、後突前の通常状態ではヘッドレスト支持フレーム１５の下端部が引張ばね２１にて前方に付勢されており、支持筒部７の上部が上部パイプ６に装着したクッションゴム１７に当接した状態でヘッドレスト８が静止している。
【００４５】
次に、自動車が後突された時には、シートが前方に向けて衝撃的に押され、その反動で乗員の上半身が後方に移動し、シートバック１の前面に後方に向けて大きな荷重が作用し、乗員の胸部で低反発クッション材１１を介して受圧部２０が後方に向けて強く押圧され、ヘッドレスト支持フレーム１５の下部が引張ばね２１の付勢力に抗して枢支ブラケット１２における支軸１３回りに後方に回動し、ヘッドレスト支持フレーム１５の上部が前方に向けて回動し、ヘッドレスト８が前方に移動し、乗員の頭部をヘッドレスト８によって確実に受け止めることができ、乗員の頸部を保護することができる。
【００４６】
さらに、受圧部２０の前部に低反発クッション材１１を配設しているので、受圧部材１９によって乗員の背中に違和感を与えることなく、後突時には速やかに受圧部２０に圧力を伝達してヘッドレスト８を遅れを生じることなく速やかに前方移動させることができ、かつ引張ばね２１のばね係数を比較的小さく設定することで上記実施形態と同様にシートバック１の胸部に対応する部分のばね係数を小さく、減衰係数を大きくすることによる頸部せん断力の低減効果を得ることができので、頸部に作用するせん断力を格段に低減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の車両用シートによれば、シートバックの後突時に乗員の胸部が当接する部位を、他の部位よりもばね係数を小さくかつ減衰係数を大きくしたので、後突時に頭部がヘッドレストにて受けられる時点での頭部と胸部の間の相対移動量及び相対移動速度を低減でき、その結果頸部に作用するせん断力を効果的に低減することがことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用シートの第１の実施形態のシートバックを示し、（ａ）は一部を破断して示した斜視図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図２】頸部に作用するせん断力の計算モデルの説明図である。
【図３】シートバックのばね係数が、頭部と胸部の相対速度、相対位置、及びせん断力に及ぼす影響の説明図である。
【図４】シートバックの減衰係数が、頭部と胸部の相対速度、相対位置、及びせん断力に及ぼす影響の説明図である。
【図５】後突時の胸部移動量と頸部せん断力の時間変化を従来例と比較例と本発明を比較して示したグラフである。
【図６】本発明の車両用シートの第２の実施形態のシートバックの主要構成の正面図である。
【図７】同実施形態におけるシートバックの主要構成の縦断側面図である。
【符号の説明】
１  シートバック
２  シートバックフレーム
３  シートバッククッション
１１  低反発クッション材
１５  ヘッドレスト支持フレーム
２０  受圧部
２１  引張ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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