表面形状可変シート及びこの表面形状可変シートに用いられるクッション構造
【課題】一旦形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能な表面形状可変シート及びその表面形状可変シートに用いられるクッション構造を提供すること。
【解決手段】弾性率可変素材１１２と低反発弾性素材１１４とでクッション材１１０が形成され、弾性率可変素材１１２が低反発弾性素材１１４よりもシート接触面に近い位置に設けられる。ヒーター１１３によって弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇよりも高温な温度Ｔ１に設定されると、クッション材１１０は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。その後、弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下になると、変形形状が維持される。弾性率可変素材１１２の温度が再びＴ１に設定されることで、クッション材１１０の変形形状は、低反発弾性素材１１４によって復元される。
【解決手段】弾性率可変素材１１２と低反発弾性素材１１４とでクッション材１１０が形成され、弾性率可変素材１１２が低反発弾性素材１１４よりもシート接触面に近い位置に設けられる。ヒーター１１３によって弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇよりも高温な温度Ｔ１に設定されると、クッション材１１０は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。その後、弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下になると、変形形状が維持される。弾性率可変素材１１２の温度が再びＴ１に設定されることで、クッション材１１０の変形形状は、低反発弾性素材１１４によって復元される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が着座した際に使用者の体形に合わせて表面形状が変化するシート及びこのシートに用いられるクッション構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用者に対する良好な着座感、特に使用者の体へのフィット感を考慮した椅子が従来より種々提案されている。一例として、特許文献１では、シートの耐圧受け面に対向するシートパットが形状記憶ウレタンフォームと、同ウレタンフォームを収容した袋体とで形成された形状可変シートが開示される。この形状可変シートに用いられる形状記憶ウレタンフォームは、加熱処理によって結晶が溶融した状態で使用者からの押圧力に応じた凹形状に変形し、変形状態で冷却されることにより結晶化が促進され、変形状態が維持される。
【特許文献１】実開平５−１３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の形状可変シートにおいて、使用者が離席する，又は異なる使用者が使用する等の場合、形状記憶ウレタンフォームは、変形状態から変形前の形状に復元されることが求められる。また、例えば使用者が一旦形状記憶ウレタンフォームを変形させた後に着座姿勢を変える場合、形状記憶ウレタンフォームの形状を調整する必要がある。このためには、形状記憶ウレタンフォームにおいて、着座姿勢の変化によって使用者に接触しなくなった箇所の形状が、復元することが求められる。しかし、特許文献１には、形状記憶ウレタンフォームが形状を復元する過程に関して何ら記載がない。一旦変形した形状記憶ウレタンフォームの形状が復元するか否かは、形状記憶ウレタンフォームの物性に依存すると考えられるため、形状が復元するか否かは特許文献１からは明らかでない。即ち、特許文献１に記載の形状記憶シートは、変形形状を維持することは可能であっても、その形状から復元することは考慮されていないと考えられる。
【０００４】
本発明は、一旦形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能な表面形状可変シート及びその表面形状可変シートに用いられるクッション構造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】
【０００５】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材であって、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材よりシート接触面から離れて設けられる低反発弾性のウレタン基含有素材とを有するクッション材と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、前記外因印加部は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記クッション材は、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を含み、前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、使用者の着座状態を検出する着座検出部と、前記着座検出部の検出結果によって使用者が着座しているか否かを判断する着座判断部と、前記制御部が前記外因印加部に対して行った制御内容を記憶する制御内容記憶部と、を備え、前記制御部は、前記着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ前記制御内容記憶部が、前記弾性率可変素材の弾性率が前記第１の弾性率となる制御を前記制御部が前記外因印加部に対して行ったと記憶している場合に、前記弾性率可変素材の弾性率を、前記第２の弾性率よりも低く前記第１の弾性率よりも高い弾性率であって、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第３の弾性率に変化させるように、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材によって覆われる低反発弾性のウレタン基含有素材と、その低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、前記外因印加手段は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を備え、前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明では、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材とでクッション材が形成され、弾性率可変素材が低反発弾性のウレタン基含有素材よりもシート接触面に近い位置に設けられる。外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、クッション材は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。変形した低反発弾性のウレタン基含有素材は、元の形状に戻ろうとする復元力を生じ、この復元力は、変形した弾性率可変素材を元の形状に戻そうとする。しかし、弾性率可変素材の弾性率が第２の弾性率に設定されると、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して弾性率可変素材の変形形状が保持可能なため、使用者の押圧力に応じた変形形状は維持される。クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は復元される。従って、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、弾性率可変素材は熱可塑性樹脂であり、外因印加部は熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である。熱可塑性樹脂は、熱が印加されることによって弾性率が低下する。従って、弾性率可変素材の形状を変形可能とする第１の弾性率に設定されるときのみ熱が印加されれば良く、弾性率可変素材の形状を維持する第２の弾性率に設定されるときは熱が印加される必要はない。従って、消費電力を抑えることが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、クッション材が、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、高反発弾性素材を含む。そして、高反発弾性素材は、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する。クッション材が変形状態のとき、弾性率可変素材の弾性率が第２の弾性率に設定されていれば、弾性率可変素材は、高反発弾性素材の反発力に抗して形状を保持可能である。そして、クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、高反発弾性素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は素早く復元される。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ制御内容記憶部が、弾性率可変素材の弾性率が第１の弾性率となる制御を制御部が外因印加部に対して行ったと記憶している場合、即ち使用者が一旦弾性率可変素材を変形させた後に、弾性率可変素材の弾性率が第３の弾性率に設定される。この場合は、例えば着座者が着座姿勢を変える場合などが考えられる。第３の弾性率は、第２の弾性率よりも低く第１の弾性率よりも高い弾性率であり、且つ低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能な弾性率であるので、クッション材の使用者が接触していない位置の変形する速度が緩やかになる。従って、クッション材の形状を微調整することが可能になる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材とでクッション材が形成され、弾性率可変素材が低反発弾性のウレタン基含有素材よりも使用者が接触する面に近い位置に設けられる。外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、クッション材は、接触した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。その後、弾性率可変素材が第２の弾性率に設定されると、変形形状が維持される。従って、請求項１に記載の発明と同様に、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、弾性率可変素材は熱可塑性樹脂であり、外因印加部は熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である。従って、請求項２に記載の発明と同様に、消費電力を抑えることが可能になる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、クッション材が、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、高反発弾性素材を含む。そして、高反発弾性素材は、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する。従って、請求項３に記載の発明と同様に、クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、高反発弾性素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は素早く復元される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳述する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面形状可変シート１の斜視図である。図１において、表面形状可変シート１は、シート部１００と、シート部１００に固定された制御ボックス２００とで構成される。シート部１００は、台座１０１と、台座１０１に固定された支柱１０２と、支柱１０２に固定され使用者が着座する着座部１０３と、着座部１０３の表面であって使用者が着座時に接触するシート接触面１０４と、で構成される。シート接触面１０４は後述するクッション材１１０を備えており、クッション材１１０は使用者の体形に応じて表面形状を変化させられる。制御ボックス２００は、その表面にクッション材１１０の表面形状を変えるための入力を行う入力スイッチ２０５を有する。また、制御ボックス２００は、商用電源入力ＡＣ１００Ｖからの電力供給を受けるために、図示しない電源ケーブルを有する。尚、前記したクッション材１１０が、本発明におけるクッション材の一例である。
【００２１】
［クッション材１１０の構造］
図２は、シート部１００の表面、即ち使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材１１０の断面構造模式図である。図２（ａ）は、クッション材１１０の表面形状が変形していない初期形状を示し、図２（ｂ）は、クッション材１１０が外力を受けて変形した形状の一例である変形形状を示す。クッション材１１０は、シート接触面に近い側から、断熱性素材１１１，弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，シート骨組１１５で構成される。ここで、弾性率可変素材１１２の厚さは、低反発弾性素材１１４の厚さよりも薄い方が望ましい。断熱性素材１１１と弾性率可変素材１１２との間には、温度センサ１１６及び圧力センサ１１７が、所定間隔で複数配置される。尚、断熱性素材１１１，弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，シート骨組１１５は、接着剤等を用いて互いに固定される。尚、前記した弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，圧力センサ１１７が、本発明における弾性率可変素材，外因印加部，低反発弾性のウレタン基含有素材，着座検出部の一例である。
【００２２】
断熱性素材１１１は、後述するようにヒーター１１３で加熱されることによって弾性率可変素材１１２の温度が変化するため、弾性率可変素材１１２の温度を使用者に伝え難くするために、弾性率可変素材１１２を覆うようにして設けられる。具体的には、ポリスチレン系フォーム，フェノール樹脂，セルロースファイバー，炭化発泡コルク等が断熱性素材１１１として用いられる。
【００２３】
ヒーター１１３を介して低反発弾性素材１１４を覆うように設けられる弾性率可変素材１１２は、自身の温度に応じて弾性率が変化する素材である。図３は、弾性率可変素材１１２の弾性率と温度との関係を示した図である。図３から分かるように、成立可変素材１１２の弾性率は、温度が低いほど高く、温度が高いほど低くなる。後述するように、本実施形態においては、クッション材１１０の表面形状を変化させる際に、弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇよりも高温且つ融点Ｔｍよりも低温に調整される。また、常温で弾性率可変素材１１２がガラス状態を維持可能なように、弾性率可変素材１１２の形成時に、ガラス転移点Ｔｇが４０〜１２０℃となる様に調整される。断熱性素材１１１が弾性率可変素材１１２を覆っているため、使用者が火傷をする心配はないが、好ましくは、ガラス転移点Ｔｇが４０〜６０℃に調整されるのがより望ましい。弾性率可変素材１１２としては、熱可塑性樹脂，エポキシ系樹脂，ポリウレタン系樹脂，ポリカプロラクトン等が用いられる。例えば、ポリウレタン系樹脂の場合、特開平７−２２３１６０号公報に記載されているように、
材料ａ １，４−ブタンジオールとテレフタル酸より合成したポリオール
４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート
１，４−ブタンジオール（鎖長延長剤）
材料ｂ グリセリン
トリレンジイソシアネート
材料ａより合成されたポリウレタンを、材料ｂより合成された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋することで、ガラス転移点が６０℃のポリウレタン系樹脂を得ることができ、
材料ｃ エチレングリコールとアジピン酸より合成したポリオール
４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート
エチレングリコール（鎖長延長剤）
材料ｄ グリセリン
ヘキサメチレンジイソシアネート
材料ｃより合成されたポリウレタンを、材料ｄより合成された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋することで、ガラス転移点が５０℃のポリウレタン系樹脂を得ることができる。尚、ガラス状態における弾性率変形素材１１２の弾性率、即ち図３において弾性率Ｅｇ以上となる弾性率が、本発明の第２の弾性率の一例である。
【００２４】
ヒーター１１３は、弾性率可変素材１１２に熱を印加するための発熱体である。ヒーターの形状は特に限定されないが、好ましくは面状の発熱体である。ヒーター１１３は、弾性率可変素材１１２及び後述する低反発弾性素材１１４の変形に追随して、形状を変えることができるように構成される。具体的には、例えば特開２００２−１６４１５５号公報に記載されている様な加温シートが用いられる。ヒーター１１３は、後述するヒーター駆動部２０６から電力を供給される。
【００２５】
低反発弾性素材１１４は、反発弾性率が２０％以下となる素材であり、例えば特開２００４−２５９１号公報に記載されている様なウレタン素材等で構成される。クッション材１１０が変形形状になった場合、低反発弾性素材１１４の形状も同様に変形するため、変形を元の状態に戻そうとするための復元力が低反発弾性素材１１４に生じる。この復元力は、ゴム状態の弾性率変形素材１１２を変形させることが可能である。従って、例えば図２（ｂ）の様にクッション材１１０が変化形状の場合、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下、即ち弾性率変形素材１１２がガラス状態であれば、変形した弾性率変形素材１１２は低反発弾性素材１１４の復元力に抗することが可能なため、クッション材１１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合、即ち弾性率変形素材１１２がゴム状態であれば、変形した弾性率変形素材１１２は低反発弾性素材１１４の復元力に屈して元の形状へと変形し、クッション材１１０は初期形状に復元される。
【００２６】
［表面形状可変シート１の制御回路構成］
図４は、表面形状可変シート１の制御回路構成を示すブロック図である。表面形状可変シート１の制御回路は、表面形状可変シート１を制御するための回路をまとめた制御ボックス２００に設けられる構成要素と、使用者が着座するシート部１００に設けられる構成要素との２つに大きく分けられる。制御ボックス２００は、バス２０１を，ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６を備える。ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６は、バス２０１に接続される。シート部１００は、ヒーター１１３，温度センサ１１６，圧力センサ１１７を備える。ヒーター１１３はヒーター駆動部２０６に接続され、温度センサ１１６及び圧力センサ１１７はバス２０１に接続される。尚、前記した制御ボックス２００に設けられる構成要素が、本発明の制御部の一例である。
【００２７】
ＣＰＵ２０２は、バス２０１を介してＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６，温度センサ１１６，圧力センサ１１７との間で信号の送受信を行い、クッション材１１０の表面形状を調整するための、後述する図５に示されるような全般的な制御及び操作に関する処理を実行する。ＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０２が表面形状可変シート１の表面形状を調整するための処理に関するプログラムを記憶する。また、ＲＯＭ２０３は、弾性率可変素材１１２の弾性率をゴム状態である弾性率Ｅ１，Ｅ２にするために必要な温度である設定温度Ｔ１，Ｔ２や、クッション材１１０の表面形状が変形するのに必要な時間である変形必要時間等、様々な値を記憶する。ＲＡＭ２０４は、ＲＯＭ２０３に記憶されたプログラムを実行に際して一時記憶する、温度センサ１１６からの温度信号や圧力センサ１１７からの圧力信号等の値を一時記憶する等、一時的な記憶領域として用いられる。
【００２８】
入力スイッチ２０５は、使用者が表面形状可変シート１を操作するためのスイッチである。入力スイッチ２０５は、例えばクッション材１１０の表面形状の変形を開始させる、変形した表面形状の微調整をする、変形した表面形状を復元する等、制御ボックス２００に所定の制御を行わせるためのトリガーとなる操作信号を、バス２０１を介してＣＰＵ２０２に送信する。
【００２９】
ヒーター駆動部２０６は、前記したヒーター１１３に電力を供給することで、ヒーター１１３に弾性率可変素材１１２を加熱させる。具体的には、ＣＰＵ２０２からの制御信号に従って、ヒーター１１３に供給する電力量を調整する。
【００３０】
温度センサ１１６は、弾性率可変素材１１２の温度を検出するために設けられる。具体的には、温度センサ１１６は、弾性率可変素材１１２と熱的に接続され、弾性率可変素材１１２の温度に対応した温度信号をＣＰＵ２０２に送信する。温度センサ１１６は、例えばサーミスタ，白金測温抵抗体，熱電対，ＩＣ化半導体温度センサ等で構成できる。
【００３１】
圧力センサ１１７は、シート部１００のシート接触面が受ける圧力を検知し、圧力信号をＣＰＵ２０２に送信する。シート部１００に使用者が着座すると、シート接触面に圧力がかかる。そのため、圧力信号は、シート部１００における着座の有無を判断する際に利用される。圧力センサ１１７は、例えば歪ゲージ等を用いて圧力に対応した圧力信号を出力する様に構成されても良いし、例えばメンブレンスイッチ等を用いてＯＮ／ＯＦＦのみの圧力信号を出力する様に構成されても良い。
【００３２】
［表面形状の調整方法］
図５は、クッション材１１０の表面形状を変化させるための動作を説明するフローチャートである。動作の開始時において、クッション材１１０の表面形状は、図２（ａ）に示される初期形状である。ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１００）。尚、ヒーター１１３へ供給される電力量は、ＰＷＭ制御によって調整される。ヒーター１１３への電力供給開始後、ＣＰＵ２０２は、温度センサ１１６からの温度信号に基づいて弾性率可変素材１１２の温度を算出し、その温度とＲＯＭ２０３に記憶されている設定温度Ｔ１との比較を行う（ステップＳ１０２）。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１と等しくない場合（ステップＳ１０２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度と設定温度Ｔ１との差に応じて、ヒーター駆動部２０６に送信する制御信号のデューティー比を調整する。デューティー比が調整されることで、ヒーター駆動部２０６からヒーター１１３に供給される電力量が調整され、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１に等しくなるように制御される。ここで、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１に等しい場合、弾性率可変素材１１２の弾性率は図３に示される様に弾性率Ｅ１となる。このとき、弾性率可変素材１１２はゴム状態である。尚、弾性率Ｅ１が、本発明における第１の弾性率の一例である。
【００３３】
弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１と等しい場合（ステップＳ１０２がＹ）、ＣＰＵ２０２は、圧力センサ１１７からの圧力信号に基づいて、表面形状可変シート１への着座の有無を判断する（ステップＳ１０４）。使用者が着座していない場合（ステップＳ１０４がＮ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１０５）。使用者が着座している場合（ステップＳ１０４がＹ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。この必要時間は、ゴム状態の弾性率可変素材１１２を有するクッション材１１０の表面形状が使用者の押圧力に応じた形状に変形するために要する時間であり、実験等によって予め決定される。必要時間が経過していない場合（ステップＳ１０６がＮ）、即ちクッション材１１０の表面形状の変形が終了していない場合、次のステップには進めない。必要時間が経過した場合（ステップＳ１０６がＹ）、即ちクッション材１１０の表面形状が図２（ｂ）に示される様な変形形状になった場合、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度を設定温度Ｔ１に調整することで弾性率可変素材１１２の弾性率を弾性率Ｅ1に調整した旨の記録を表す変形フラグに対し、値「１」を代入してＲＡＭ２０４に一時記憶させる（ステップＳ１０８）。その後、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１１０）。クッション材１１０の表面形状が変形形状且つ使用者が着座した状態において、ヒーター１１３への電力供給が停止されることにより、弾性率可変素材１１２は変形したままガラス状態へ遷移する。変形したままガラス状態へ遷移した弾性率可変素材１１２は、低反発弾性素材１１４の復元力に抗して変形状態を維持する。従って、クッション材１１０の表面形状は、変形形状のまま維持される。尚、ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４及びステップＳ１０４で実行される着座の有無を判定するためのプログラムは、本発明における着座判断部の一例であり、変形フラグを一時記憶するＲＡＭ２０４は、本発明における制御内容記憶部の一例である。
【００３４】
クッション材１１０の表面形状が変形形状のまま維持された状態において、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状の微調整を行うか否かの判断を行う（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の判断は、（１）ＲＡＭ２０４に一時記憶されている変形フラグが「１」である、（２）表面形状の微調整を行う旨の操作信号が入力スイッチ２０５から送信された、という２つの条件を満たす場合のみ、微調整を行う場合となる（ステップＳ１１２がＹ）。クッション材１１０の表面形状の微調整が行われる場合（ステップＳ１１２がＹ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１１４）。ヒーター１１３への電力供給が開始されたら、ＣＰＵ２０２は、温度センサ１１６からの温度信号に基づいて弾性率可変素材１１２の温度を算出し、その温度とＲＯＭ２０３に記憶されている設定温度Ｔ２との比較を行う（ステップＳ１１６）。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２と等しくない場合（ステップＳ１１６がＮ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２に等しくなるように、弾性率可変素材１１２の温度と設定温度T２との差に応じて、ヒーター駆動部２０６へ送信する制御信号のデューティー比を調整する。ここで、設定温度T２は、ガラス転移点Ｔｇ以上且つ設定温度Ｔ１以下の温度である。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２に等しい場合、図３に示される様に、弾性率可変素材１１２の弾性率は弾性率Ｅ２に等しくなる。尚、弾性率Ｅ２は弾性率Ｅ１よりも高く、本発明における第３の弾性率の一例である。
【００３５】
弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２と等しい場合（ステップＳ１１１６がＹ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ１１８）。今、弾性率可変素材１１２は弾性率Ｅ２のゴム状態であるため、形状変形が可能である。しかし、弾性率Ｅ２は弾性率Ｅ１よりも高いため、弾性率可変素材１１２の使用者の接触していない位置は、弾性率がＥ１のときよりも緩やかに変形する。従って、クッション材１１０の表面形状の微調整が可能になる。ここでの必要時間は、クッション材１１０の表面形状の微調整に必要な時間であり、ステップＳ１０６における必要時間とは異なる。ここでの必要時間もまた、実験等によって予め決定されている。必要時間が経過していない場合（ステップＳ１１８がＮ）、即ちクッション材１１０の表面形状の微調整が終了していない場合、次のステップには進めない。必要時間が経過した場合（ステップＳ１１８がＹ）、即ちクッション材１１０の表面形状の微調整が完了した場合、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１２０）。
【００３６】
ヒーター１１３への電力供給停止後、又はクッション材１１０の表面形状の微調整が行われない場合（ステップＳ１１２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、圧力センサ１１７からの圧力信号に基づいて、表面形状可変シート１への着座の有無を判断する（ステップＳ１２２）。使用者が着座している場合（ステップＳ１２２がＹ）、ステップＳ１１２に戻り、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状の微調整を行うか否かの判断を再び行う。使用者が着座していない場合（ステップＳ１２２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状を初期形状に復元するか否かの判断を行う（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４の判断は、表面形状の復元を行う旨の操作信号が入力スイッチ２０５から送信されたか否かによって判断される。クッション材１１０の表面形状の復元が行われる場合（ステップＳ１２４がＹ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１２６）。その後、ＣＰＵ２０２は、前記したステップＳ１０２と同様の処理を行うことで、弾性率可変素材１１２の温度を設定温度Ｔ１に等しくなるように調整する（ステップＳ１２８）。ＣＰＵ２０２は、前記したステップＳ１０６と同様に、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。必要時間が経過した場合（ステップＳ１３０がＹ）、使用者が着座していないので、変形した弾性率変形素材１１２は、低反発弾性素材１１４の復元力に屈して元の形状へと変形し、クッション材１１０は初期形状に復元される。その後、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１３２）。ヒーター１３２への電力供給停止後、又はクッション材を初期形状に復元しない場合（ステップＳ１２４がN）、一連の作業は終了する。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、シート部に用いられるクッション材２１０のみが第１の実施形態のクッション材１１０と異なり、その他の外観，制御回路構成，表面形状の調整方法は第１の実施形態と同一である。図６は、クッション材２１０の断面構造模式図である。クッション材２１０におけるクッション材１１０と同一の構成要素は、同一の番号が付され、説明が省略される。クッション材２１０は、クッション材１１０と比較して、高反発弾性素材１１８を有する点で異なる。高反発弾性素材１１８は、低反発弾性素材１１４を覆うようにして、ヒーター１１３と低反発弾性素材１１４との間に層状に設けられる。高反発弾性素材１１８は、反発弾性率が２０％以上となる素材であり、例えばウレタンフォーム，合成ゴム，天然ゴム等が用いられる。尚、前記した高反発弾性素材１１８が、本発明における高反発弾性素材の一例である。
【００３８】
クッション材２１０が変形形状になった場合、低反発弾性素材１１４と高反発弾性素材１１８との形状が同様に変形する。そして、変形を元の状態に戻そうとするための復元力が、低反発弾性素材１１４と高反発弾性素材１１８とに生じる。ここで、高反発弾性素材１１８は、低反発弾性素材１１４よりも高い反発弾性を有するので、高反発弾性素材１１８に生じる復元力は、低反発弾性素材１１４に生じる復元力よりも大きい。従って、高反発弾性素材１１８に生じる復元力は、ゴム状態の弾性率変形素材１１２を、低反発弾性素材１１４に生じる復元力よりも素早く変形させられる。また、高反発弾性素材１１８、生じる復元力がガラス状態の弾性率変形素材１１２を変形させない素材が選択される。従って、クッション材２１０が変形形状の場合、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下であれば、クッション材２１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合であれば、クッション材２１０は第1の実施形態におけるクッション材１１０よりも素早く初期形状に復元される。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、前記した第１及び第２の実施形態で用いられたクッション材を利用して、クッション３１０が提供される。図７は、クッション３１０の斜視図であり、図８は、クッション３１０の断面構造模式図である。クッション３１０は、内側から、低反発弾性素材３１４，ヒーター３１３，ヒーター３１３を介して低反発弾性素材３１４を覆うように設けられた弾性率可変素材３１２，断熱性素材３１１，で構成される。断熱性素材３１１と弾性率可変素材３１２との間には、温度センサ３１６及び圧力センサ３１７が配置される。尚、断熱性素材３１１，弾性率可変素材３１２，ヒーター３１３，低反発弾性素材３１４，温度センサ３１６及び圧力センサ３１７の材質及び特性は、前記した実施形態の対応する構成の材質及び特性に同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００４０】
クッション３１０の表面形状は、前記した第１及び第２の実施形態と同様に、制御ボックス２００を用いて制御される。制御回路構成，表面形状の調整方法は、前記した前記した第１及び第２の実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。クッション３１０の表面形状は、制御ボックス２００を用いて制御されることで、着座した使用者の押圧力に応じた変形形状を維持し、また変形形状から初期形状へと復元することができる。
【００４１】
＜第４の実施形態＞
図９は、クッション４１０の断面構造模式図である。本実施形態は、クッション４１０に高反発弾性素材３１８が用いられる点においてのみ、第３の実施形態のクッション３１０と異なり、その他の外観，制御回路構成，表面形状の調整方法は第３の実施形態と同一である。クッション４１０におけるクッション３１０と同一の構成要素は、同一の番号が付され、説明が省略される。高反発弾性素材３１８は、ヒーター３１３を介して低反発弾性素材３１４を覆うように、ヒーター３１３と低反発弾性素材３１４との間に設けられる。高反発弾性素材３１８の材質及び特性は、前記した第２の実施形態における高反発弾性素材１１８に同一であるため、ここでは説明を省略する。クッション４１０が変化形状の場合、弾性率変形素材３１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下であれば、クッション４１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材３１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合であれば、クッション４１０は、第３の実施形態におけるクッション３１０よりも素早く初期形状に復元される。
【００４２】
＜変形例＞
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその変形の一例を述べる。
【００４３】
前記した実施形態において、面状の発熱体であるヒーターは弾性率可変素材と低反発弾性素材との間に設けられる。しかし、ヒーターが設けられる位置はこの位置に限定されない。例えば、葛籠状に折り曲げた電熱線を、弾性率可変素材の内部に埋め込む様な構成であっても良い。要は、ヒーターは、弾性率可変素材に対して熱を印加可能なように構成されれば良い。
【００４４】
前記した実施形態において、使用者の着座を検知するために、断熱性素材と弾性率可変素材との間に圧力センサが設けられる。この圧力センサは、例えば株式会社シロク製のＬＬＳＥＮＳＯＲ（登録商標）等の圧力分布シートが用いられても良い。圧力分布シートが用いられる場合、シート接触面が受ける圧力の分布を調べることで、表面形状可変シート１の表面形状がどのように変形しているかを検知できるという利点がある。
【００４５】
前記した実施形態において、弾性率可変素材は、外因として熱が印加されることで、弾性率が変化する素材が用いられる。しかし、熱以外の外因によって弾性率が変化する素材であっても良い。その一例として、電気レオロジー流体（以下、ＥＲ流体）が挙げられる。ＥＲ流体は、例えば電気絶縁性の媒体中に分散相粒子を分散させて得られる流体である。外部電界が印加されることによってＥＲ流体の粘度は増大し、印加される電界が十分に強い場合、ＥＲ流体は固化する。袋体で封止されたＥＲ流体からなるＥＲ流体層を、前記した実施形態における弾性率可変素材の代わりに用いることができる。具体的には、特開２００２−８０８８１号公報に記載の組成物等が、ＥＲ流体として利用できる。この場合、ヒーターの代わりに、ＥＲ流体層に電界を印加するために、ＥＲ流体層を挟み込むようにして２つのシート状電極層が設けられる。これら２つのシート状電極層に電圧を印加することで、２つのシート状電極層の間に電界が生じ、結果としてＥＲ流体層に電界が印加できる。尚、ＥＲ流体層，２つのシート状電極層が、本発明の弾性率可変素材，外因印加部の一例である。
【００４６】
ＥＲ流体は、外因として電界が印加されることで粘性が変化する。前記した実施形態と比較して、弾性率が変化するという点と、粘性が変化するという点で差異がある。しかし、ＥＲ流体層が弾性率可変素材の代わりに設けられたクッション材でも、前記した実施形態と同様に、使用者の押圧力に応じた変形形状を維持するという効果と、容易に形状を復元させるという効果とを得ることが可能である。以下その説明を行う。ＥＲ流体層を挟む２つのシート状電極層によって、ＥＲ流体層に電圧が印加されない場合、クッション材は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。変形した低反発弾性素材が生じる復元力は、変形したＥＲ流体層を元の形状に戻そうとする。しかし、ＥＲ流体層に電圧が印加されると、ＥＲ流体の粘度が高くなる。印加される電圧量を適切に調整することで、ＥＲ流体は、低反発弾性素材の反発力に抗してＥＲ流体層の変形した形状を保持可能な粘度を得る。従って、クッション材は、使用者の押圧力に応じた変形形状に維持される。クッション材が変形した状態において、ＥＲ流体層への電圧印加が停止されると、又は印加される電圧量がＥＲ流体層の変形した形状を保持不可能な程度に減少すると、低反発弾性素材の反発力によってＥＲ流体層の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は復元される。従って、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施形態の表面形状可変シート１の斜視図。
【図２】クッション材１１０の断面構造模式図。
【図３】弾性率可変素材１１２の弾性率と温度との関係を示した図。
【図４】表面形状可変シート１の制御回路構成を示すブロック図。
【図５】クッション材１１０の表面形状を変化させるための動作を説明するフローチャート。
【図６】第２の実施形態のクッション材２１０の断面構造模式図。
【図７】第３の実施形態のクッション３１０の斜視図。
【図８】第３の実施形態のクッション３１０の断面構造模式図。
【図９】第４の実施形態のクッション４１０の断面構造模式図。
【符号の説明】
【００４８】
１ 表面形状可変シート
１００ シート部
１０１ 台座
１０２ 支柱
１０３ 着座部
１０４ シート接触面
１１０，２１０ クッション材
１１１，３１１ 断熱性素材
１１２，３１２ 弾性率可変素材
１１３，３１３ ヒーター
１１４，３１４ 低反発弾性素材
１１５ シート骨組
３１６ 温度センサ
３１７ 圧力センサ
１１８，３１８ 高反発弾性素材
２００ 制御ボックス
２０１ 入出力バス
２０２ ＣＰＵ
２０３ ＲＯＭ
２０４ ＲＡＭ
２０５ 入力スイッチ
２０６ ヒーター駆動部
３１０，４１０ クッション
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が着座した際に使用者の体形に合わせて表面形状が変化するシート及びこのシートに用いられるクッション構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用者に対する良好な着座感、特に使用者の体へのフィット感を考慮した椅子が従来より種々提案されている。一例として、特許文献１では、シートの耐圧受け面に対向するシートパットが形状記憶ウレタンフォームと、同ウレタンフォームを収容した袋体とで形成された形状可変シートが開示される。この形状可変シートに用いられる形状記憶ウレタンフォームは、加熱処理によって結晶が溶融した状態で使用者からの押圧力に応じた凹形状に変形し、変形状態で冷却されることにより結晶化が促進され、変形状態が維持される。
【特許文献１】実開平５−１３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の形状可変シートにおいて、使用者が離席する，又は異なる使用者が使用する等の場合、形状記憶ウレタンフォームは、変形状態から変形前の形状に復元されることが求められる。また、例えば使用者が一旦形状記憶ウレタンフォームを変形させた後に着座姿勢を変える場合、形状記憶ウレタンフォームの形状を調整する必要がある。このためには、形状記憶ウレタンフォームにおいて、着座姿勢の変化によって使用者に接触しなくなった箇所の形状が、復元することが求められる。しかし、特許文献１には、形状記憶ウレタンフォームが形状を復元する過程に関して何ら記載がない。一旦変形した形状記憶ウレタンフォームの形状が復元するか否かは、形状記憶ウレタンフォームの物性に依存すると考えられるため、形状が復元するか否かは特許文献１からは明らかでない。即ち、特許文献１に記載の形状記憶シートは、変形形状を維持することは可能であっても、その形状から復元することは考慮されていないと考えられる。
【０００４】
本発明は、一旦形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能な表面形状可変シート及びその表面形状可変シートに用いられるクッション構造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】
【０００５】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材であって、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材よりシート接触面から離れて設けられる低反発弾性のウレタン基含有素材とを有するクッション材と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、前記外因印加部は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記クッション材は、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を含み、前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、使用者の着座状態を検出する着座検出部と、前記着座検出部の検出結果によって使用者が着座しているか否かを判断する着座判断部と、前記制御部が前記外因印加部に対して行った制御内容を記憶する制御内容記憶部と、を備え、前記制御部は、前記着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ前記制御内容記憶部が、前記弾性率可変素材の弾性率が前記第１の弾性率となる制御を前記制御部が前記外因印加部に対して行ったと記憶している場合に、前記弾性率可変素材の弾性率を、前記第２の弾性率よりも低く前記第１の弾性率よりも高い弾性率であって、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第３の弾性率に変化させるように、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材によって覆われる低反発弾性のウレタン基含有素材と、その低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、前記外因印加手段は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を備え、前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明では、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材とでクッション材が形成され、弾性率可変素材が低反発弾性のウレタン基含有素材よりもシート接触面に近い位置に設けられる。外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、クッション材は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。変形した低反発弾性のウレタン基含有素材は、元の形状に戻ろうとする復元力を生じ、この復元力は、変形した弾性率可変素材を元の形状に戻そうとする。しかし、弾性率可変素材の弾性率が第２の弾性率に設定されると、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して弾性率可変素材の変形形状が保持可能なため、使用者の押圧力に応じた変形形状は維持される。クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は復元される。従って、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、弾性率可変素材は熱可塑性樹脂であり、外因印加部は熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である。熱可塑性樹脂は、熱が印加されることによって弾性率が低下する。従って、弾性率可変素材の形状を変形可能とする第１の弾性率に設定されるときのみ熱が印加されれば良く、弾性率可変素材の形状を維持する第２の弾性率に設定されるときは熱が印加される必要はない。従って、消費電力を抑えることが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、クッション材が、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、高反発弾性素材を含む。そして、高反発弾性素材は、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する。クッション材が変形状態のとき、弾性率可変素材の弾性率が第２の弾性率に設定されていれば、弾性率可変素材は、高反発弾性素材の反発力に抗して形状を保持可能である。そして、クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、高反発弾性素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は素早く復元される。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ制御内容記憶部が、弾性率可変素材の弾性率が第１の弾性率となる制御を制御部が外因印加部に対して行ったと記憶している場合、即ち使用者が一旦弾性率可変素材を変形させた後に、弾性率可変素材の弾性率が第３の弾性率に設定される。この場合は、例えば着座者が着座姿勢を変える場合などが考えられる。第３の弾性率は、第２の弾性率よりも低く第１の弾性率よりも高い弾性率であり、且つ低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能な弾性率であるので、クッション材の使用者が接触していない位置の変形する速度が緩やかになる。従って、クッション材の形状を微調整することが可能になる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材とでクッション材が形成され、弾性率可変素材が低反発弾性のウレタン基含有素材よりも使用者が接触する面に近い位置に設けられる。外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、クッション材は、接触した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。その後、弾性率可変素材が第２の弾性率に設定されると、変形形状が維持される。従って、請求項１に記載の発明と同様に、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、弾性率可変素材は熱可塑性樹脂であり、外因印加部は熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である。従って、請求項２に記載の発明と同様に、消費電力を抑えることが可能になる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、クッション材が、弾性率可変素材と低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、高反発弾性素材を含む。そして、高反発弾性素材は、低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する。従って、請求項３に記載の発明と同様に、クッション材が変形した状態において、外因印加部によって弾性率可変素材が第１の弾性率に設定されると、高反発弾性素材の反発力によって弾性率可変素材の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は素早く復元される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳述する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面形状可変シート１の斜視図である。図１において、表面形状可変シート１は、シート部１００と、シート部１００に固定された制御ボックス２００とで構成される。シート部１００は、台座１０１と、台座１０１に固定された支柱１０２と、支柱１０２に固定され使用者が着座する着座部１０３と、着座部１０３の表面であって使用者が着座時に接触するシート接触面１０４と、で構成される。シート接触面１０４は後述するクッション材１１０を備えており、クッション材１１０は使用者の体形に応じて表面形状を変化させられる。制御ボックス２００は、その表面にクッション材１１０の表面形状を変えるための入力を行う入力スイッチ２０５を有する。また、制御ボックス２００は、商用電源入力ＡＣ１００Ｖからの電力供給を受けるために、図示しない電源ケーブルを有する。尚、前記したクッション材１１０が、本発明におけるクッション材の一例である。
【００２１】
［クッション材１１０の構造］
図２は、シート部１００の表面、即ち使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材１１０の断面構造模式図である。図２（ａ）は、クッション材１１０の表面形状が変形していない初期形状を示し、図２（ｂ）は、クッション材１１０が外力を受けて変形した形状の一例である変形形状を示す。クッション材１１０は、シート接触面に近い側から、断熱性素材１１１，弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，シート骨組１１５で構成される。ここで、弾性率可変素材１１２の厚さは、低反発弾性素材１１４の厚さよりも薄い方が望ましい。断熱性素材１１１と弾性率可変素材１１２との間には、温度センサ１１６及び圧力センサ１１７が、所定間隔で複数配置される。尚、断熱性素材１１１，弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，シート骨組１１５は、接着剤等を用いて互いに固定される。尚、前記した弾性率可変素材１１２，ヒーター１１３，低反発弾性素材１１４，圧力センサ１１７が、本発明における弾性率可変素材，外因印加部，低反発弾性のウレタン基含有素材，着座検出部の一例である。
【００２２】
断熱性素材１１１は、後述するようにヒーター１１３で加熱されることによって弾性率可変素材１１２の温度が変化するため、弾性率可変素材１１２の温度を使用者に伝え難くするために、弾性率可変素材１１２を覆うようにして設けられる。具体的には、ポリスチレン系フォーム，フェノール樹脂，セルロースファイバー，炭化発泡コルク等が断熱性素材１１１として用いられる。
【００２３】
ヒーター１１３を介して低反発弾性素材１１４を覆うように設けられる弾性率可変素材１１２は、自身の温度に応じて弾性率が変化する素材である。図３は、弾性率可変素材１１２の弾性率と温度との関係を示した図である。図３から分かるように、成立可変素材１１２の弾性率は、温度が低いほど高く、温度が高いほど低くなる。後述するように、本実施形態においては、クッション材１１０の表面形状を変化させる際に、弾性率可変素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇよりも高温且つ融点Ｔｍよりも低温に調整される。また、常温で弾性率可変素材１１２がガラス状態を維持可能なように、弾性率可変素材１１２の形成時に、ガラス転移点Ｔｇが４０〜１２０℃となる様に調整される。断熱性素材１１１が弾性率可変素材１１２を覆っているため、使用者が火傷をする心配はないが、好ましくは、ガラス転移点Ｔｇが４０〜６０℃に調整されるのがより望ましい。弾性率可変素材１１２としては、熱可塑性樹脂，エポキシ系樹脂，ポリウレタン系樹脂，ポリカプロラクトン等が用いられる。例えば、ポリウレタン系樹脂の場合、特開平７−２２３１６０号公報に記載されているように、
材料ａ １，４−ブタンジオールとテレフタル酸より合成したポリオール
４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート
１，４−ブタンジオール（鎖長延長剤）
材料ｂ グリセリン
トリレンジイソシアネート
材料ａより合成されたポリウレタンを、材料ｂより合成された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋することで、ガラス転移点が６０℃のポリウレタン系樹脂を得ることができ、
材料ｃ エチレングリコールとアジピン酸より合成したポリオール
４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート
エチレングリコール（鎖長延長剤）
材料ｄ グリセリン
ヘキサメチレンジイソシアネート
材料ｃより合成されたポリウレタンを、材料ｄより合成された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋することで、ガラス転移点が５０℃のポリウレタン系樹脂を得ることができる。尚、ガラス状態における弾性率変形素材１１２の弾性率、即ち図３において弾性率Ｅｇ以上となる弾性率が、本発明の第２の弾性率の一例である。
【００２４】
ヒーター１１３は、弾性率可変素材１１２に熱を印加するための発熱体である。ヒーターの形状は特に限定されないが、好ましくは面状の発熱体である。ヒーター１１３は、弾性率可変素材１１２及び後述する低反発弾性素材１１４の変形に追随して、形状を変えることができるように構成される。具体的には、例えば特開２００２−１６４１５５号公報に記載されている様な加温シートが用いられる。ヒーター１１３は、後述するヒーター駆動部２０６から電力を供給される。
【００２５】
低反発弾性素材１１４は、反発弾性率が２０％以下となる素材であり、例えば特開２００４−２５９１号公報に記載されている様なウレタン素材等で構成される。クッション材１１０が変形形状になった場合、低反発弾性素材１１４の形状も同様に変形するため、変形を元の状態に戻そうとするための復元力が低反発弾性素材１１４に生じる。この復元力は、ゴム状態の弾性率変形素材１１２を変形させることが可能である。従って、例えば図２（ｂ）の様にクッション材１１０が変化形状の場合、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下、即ち弾性率変形素材１１２がガラス状態であれば、変形した弾性率変形素材１１２は低反発弾性素材１１４の復元力に抗することが可能なため、クッション材１１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合、即ち弾性率変形素材１１２がゴム状態であれば、変形した弾性率変形素材１１２は低反発弾性素材１１４の復元力に屈して元の形状へと変形し、クッション材１１０は初期形状に復元される。
【００２６】
［表面形状可変シート１の制御回路構成］
図４は、表面形状可変シート１の制御回路構成を示すブロック図である。表面形状可変シート１の制御回路は、表面形状可変シート１を制御するための回路をまとめた制御ボックス２００に設けられる構成要素と、使用者が着座するシート部１００に設けられる構成要素との２つに大きく分けられる。制御ボックス２００は、バス２０１を，ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６を備える。ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６は、バス２０１に接続される。シート部１００は、ヒーター１１３，温度センサ１１６，圧力センサ１１７を備える。ヒーター１１３はヒーター駆動部２０６に接続され、温度センサ１１６及び圧力センサ１１７はバス２０１に接続される。尚、前記した制御ボックス２００に設けられる構成要素が、本発明の制御部の一例である。
【００２７】
ＣＰＵ２０２は、バス２０１を介してＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４，入力スイッチ２０５，ヒーター駆動部２０６，温度センサ１１６，圧力センサ１１７との間で信号の送受信を行い、クッション材１１０の表面形状を調整するための、後述する図５に示されるような全般的な制御及び操作に関する処理を実行する。ＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０２が表面形状可変シート１の表面形状を調整するための処理に関するプログラムを記憶する。また、ＲＯＭ２０３は、弾性率可変素材１１２の弾性率をゴム状態である弾性率Ｅ１，Ｅ２にするために必要な温度である設定温度Ｔ１，Ｔ２や、クッション材１１０の表面形状が変形するのに必要な時間である変形必要時間等、様々な値を記憶する。ＲＡＭ２０４は、ＲＯＭ２０３に記憶されたプログラムを実行に際して一時記憶する、温度センサ１１６からの温度信号や圧力センサ１１７からの圧力信号等の値を一時記憶する等、一時的な記憶領域として用いられる。
【００２８】
入力スイッチ２０５は、使用者が表面形状可変シート１を操作するためのスイッチである。入力スイッチ２０５は、例えばクッション材１１０の表面形状の変形を開始させる、変形した表面形状の微調整をする、変形した表面形状を復元する等、制御ボックス２００に所定の制御を行わせるためのトリガーとなる操作信号を、バス２０１を介してＣＰＵ２０２に送信する。
【００２９】
ヒーター駆動部２０６は、前記したヒーター１１３に電力を供給することで、ヒーター１１３に弾性率可変素材１１２を加熱させる。具体的には、ＣＰＵ２０２からの制御信号に従って、ヒーター１１３に供給する電力量を調整する。
【００３０】
温度センサ１１６は、弾性率可変素材１１２の温度を検出するために設けられる。具体的には、温度センサ１１６は、弾性率可変素材１１２と熱的に接続され、弾性率可変素材１１２の温度に対応した温度信号をＣＰＵ２０２に送信する。温度センサ１１６は、例えばサーミスタ，白金測温抵抗体，熱電対，ＩＣ化半導体温度センサ等で構成できる。
【００３１】
圧力センサ１１７は、シート部１００のシート接触面が受ける圧力を検知し、圧力信号をＣＰＵ２０２に送信する。シート部１００に使用者が着座すると、シート接触面に圧力がかかる。そのため、圧力信号は、シート部１００における着座の有無を判断する際に利用される。圧力センサ１１７は、例えば歪ゲージ等を用いて圧力に対応した圧力信号を出力する様に構成されても良いし、例えばメンブレンスイッチ等を用いてＯＮ／ＯＦＦのみの圧力信号を出力する様に構成されても良い。
【００３２】
［表面形状の調整方法］
図５は、クッション材１１０の表面形状を変化させるための動作を説明するフローチャートである。動作の開始時において、クッション材１１０の表面形状は、図２（ａ）に示される初期形状である。ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１００）。尚、ヒーター１１３へ供給される電力量は、ＰＷＭ制御によって調整される。ヒーター１１３への電力供給開始後、ＣＰＵ２０２は、温度センサ１１６からの温度信号に基づいて弾性率可変素材１１２の温度を算出し、その温度とＲＯＭ２０３に記憶されている設定温度Ｔ１との比較を行う（ステップＳ１０２）。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１と等しくない場合（ステップＳ１０２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度と設定温度Ｔ１との差に応じて、ヒーター駆動部２０６に送信する制御信号のデューティー比を調整する。デューティー比が調整されることで、ヒーター駆動部２０６からヒーター１１３に供給される電力量が調整され、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１に等しくなるように制御される。ここで、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１に等しい場合、弾性率可変素材１１２の弾性率は図３に示される様に弾性率Ｅ１となる。このとき、弾性率可変素材１１２はゴム状態である。尚、弾性率Ｅ１が、本発明における第１の弾性率の一例である。
【００３３】
弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１と等しい場合（ステップＳ１０２がＹ）、ＣＰＵ２０２は、圧力センサ１１７からの圧力信号に基づいて、表面形状可変シート１への着座の有無を判断する（ステップＳ１０４）。使用者が着座していない場合（ステップＳ１０４がＮ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１０５）。使用者が着座している場合（ステップＳ１０４がＹ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。この必要時間は、ゴム状態の弾性率可変素材１１２を有するクッション材１１０の表面形状が使用者の押圧力に応じた形状に変形するために要する時間であり、実験等によって予め決定される。必要時間が経過していない場合（ステップＳ１０６がＮ）、即ちクッション材１１０の表面形状の変形が終了していない場合、次のステップには進めない。必要時間が経過した場合（ステップＳ１０６がＹ）、即ちクッション材１１０の表面形状が図２（ｂ）に示される様な変形形状になった場合、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度を設定温度Ｔ１に調整することで弾性率可変素材１１２の弾性率を弾性率Ｅ1に調整した旨の記録を表す変形フラグに対し、値「１」を代入してＲＡＭ２０４に一時記憶させる（ステップＳ１０８）。その後、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１１０）。クッション材１１０の表面形状が変形形状且つ使用者が着座した状態において、ヒーター１１３への電力供給が停止されることにより、弾性率可変素材１１２は変形したままガラス状態へ遷移する。変形したままガラス状態へ遷移した弾性率可変素材１１２は、低反発弾性素材１１４の復元力に抗して変形状態を維持する。従って、クッション材１１０の表面形状は、変形形状のまま維持される。尚、ＣＰＵ２０２，ＲＯＭ２０３，ＲＡＭ２０４及びステップＳ１０４で実行される着座の有無を判定するためのプログラムは、本発明における着座判断部の一例であり、変形フラグを一時記憶するＲＡＭ２０４は、本発明における制御内容記憶部の一例である。
【００３４】
クッション材１１０の表面形状が変形形状のまま維持された状態において、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状の微調整を行うか否かの判断を行う（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の判断は、（１）ＲＡＭ２０４に一時記憶されている変形フラグが「１」である、（２）表面形状の微調整を行う旨の操作信号が入力スイッチ２０５から送信された、という２つの条件を満たす場合のみ、微調整を行う場合となる（ステップＳ１１２がＹ）。クッション材１１０の表面形状の微調整が行われる場合（ステップＳ１１２がＹ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１１４）。ヒーター１１３への電力供給が開始されたら、ＣＰＵ２０２は、温度センサ１１６からの温度信号に基づいて弾性率可変素材１１２の温度を算出し、その温度とＲＯＭ２０３に記憶されている設定温度Ｔ２との比較を行う（ステップＳ１１６）。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２と等しくない場合（ステップＳ１１６がＮ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２に等しくなるように、弾性率可変素材１１２の温度と設定温度T２との差に応じて、ヒーター駆動部２０６へ送信する制御信号のデューティー比を調整する。ここで、設定温度T２は、ガラス転移点Ｔｇ以上且つ設定温度Ｔ１以下の温度である。弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２に等しい場合、図３に示される様に、弾性率可変素材１１２の弾性率は弾性率Ｅ２に等しくなる。尚、弾性率Ｅ２は弾性率Ｅ１よりも高く、本発明における第３の弾性率の一例である。
【００３５】
弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２と等しい場合（ステップＳ１１１６がＹ）、ＣＰＵ２０２は、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度T２になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ１１８）。今、弾性率可変素材１１２は弾性率Ｅ２のゴム状態であるため、形状変形が可能である。しかし、弾性率Ｅ２は弾性率Ｅ１よりも高いため、弾性率可変素材１１２の使用者の接触していない位置は、弾性率がＥ１のときよりも緩やかに変形する。従って、クッション材１１０の表面形状の微調整が可能になる。ここでの必要時間は、クッション材１１０の表面形状の微調整に必要な時間であり、ステップＳ１０６における必要時間とは異なる。ここでの必要時間もまた、実験等によって予め決定されている。必要時間が経過していない場合（ステップＳ１１８がＮ）、即ちクッション材１１０の表面形状の微調整が終了していない場合、次のステップには進めない。必要時間が経過した場合（ステップＳ１１８がＹ）、即ちクッション材１１０の表面形状の微調整が完了した場合、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１２０）。
【００３６】
ヒーター１１３への電力供給停止後、又はクッション材１１０の表面形状の微調整が行われない場合（ステップＳ１１２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、圧力センサ１１７からの圧力信号に基づいて、表面形状可変シート１への着座の有無を判断する（ステップＳ１２２）。使用者が着座している場合（ステップＳ１２２がＹ）、ステップＳ１１２に戻り、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状の微調整を行うか否かの判断を再び行う。使用者が着座していない場合（ステップＳ１２２がＮ）、ＣＰＵ２０２は、クッション材１１０の表面形状を初期形状に復元するか否かの判断を行う（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４の判断は、表面形状の復元を行う旨の操作信号が入力スイッチ２０５から送信されたか否かによって判断される。クッション材１１０の表面形状の復元が行われる場合（ステップＳ１２４がＹ）、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信することで、ヒーター駆動部２０６にヒーター１１３への電力供給を開始させる（ステップＳ１２６）。その後、ＣＰＵ２０２は、前記したステップＳ１０２と同様の処理を行うことで、弾性率可変素材１１２の温度を設定温度Ｔ１に等しくなるように調整する（ステップＳ１２８）。ＣＰＵ２０２は、前記したステップＳ１０６と同様に、弾性率可変素材１１２の温度が設定温度Ｔ１になってから、クッション材１１０の表面形状が変化するための必要時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。必要時間が経過した場合（ステップＳ１３０がＹ）、使用者が着座していないので、変形した弾性率変形素材１１２は、低反発弾性素材１１４の復元力に屈して元の形状へと変形し、クッション材１１０は初期形状に復元される。その後、ＣＰＵ２０２は、ヒーター駆動部２０６に制御信号を送信し、ヒーター１１３への電力供給を停止させる（ステップＳ１３２）。ヒーター１３２への電力供給停止後、又はクッション材を初期形状に復元しない場合（ステップＳ１２４がN）、一連の作業は終了する。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、シート部に用いられるクッション材２１０のみが第１の実施形態のクッション材１１０と異なり、その他の外観，制御回路構成，表面形状の調整方法は第１の実施形態と同一である。図６は、クッション材２１０の断面構造模式図である。クッション材２１０におけるクッション材１１０と同一の構成要素は、同一の番号が付され、説明が省略される。クッション材２１０は、クッション材１１０と比較して、高反発弾性素材１１８を有する点で異なる。高反発弾性素材１１８は、低反発弾性素材１１４を覆うようにして、ヒーター１１３と低反発弾性素材１１４との間に層状に設けられる。高反発弾性素材１１８は、反発弾性率が２０％以上となる素材であり、例えばウレタンフォーム，合成ゴム，天然ゴム等が用いられる。尚、前記した高反発弾性素材１１８が、本発明における高反発弾性素材の一例である。
【００３８】
クッション材２１０が変形形状になった場合、低反発弾性素材１１４と高反発弾性素材１１８との形状が同様に変形する。そして、変形を元の状態に戻そうとするための復元力が、低反発弾性素材１１４と高反発弾性素材１１８とに生じる。ここで、高反発弾性素材１１８は、低反発弾性素材１１４よりも高い反発弾性を有するので、高反発弾性素材１１８に生じる復元力は、低反発弾性素材１１４に生じる復元力よりも大きい。従って、高反発弾性素材１１８に生じる復元力は、ゴム状態の弾性率変形素材１１２を、低反発弾性素材１１４に生じる復元力よりも素早く変形させられる。また、高反発弾性素材１１８、生じる復元力がガラス状態の弾性率変形素材１１２を変形させない素材が選択される。従って、クッション材２１０が変形形状の場合、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下であれば、クッション材２１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材１１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合であれば、クッション材２１０は第1の実施形態におけるクッション材１１０よりも素早く初期形状に復元される。
【００３９】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、前記した第１及び第２の実施形態で用いられたクッション材を利用して、クッション３１０が提供される。図７は、クッション３１０の斜視図であり、図８は、クッション３１０の断面構造模式図である。クッション３１０は、内側から、低反発弾性素材３１４，ヒーター３１３，ヒーター３１３を介して低反発弾性素材３１４を覆うように設けられた弾性率可変素材３１２，断熱性素材３１１，で構成される。断熱性素材３１１と弾性率可変素材３１２との間には、温度センサ３１６及び圧力センサ３１７が配置される。尚、断熱性素材３１１，弾性率可変素材３１２，ヒーター３１３，低反発弾性素材３１４，温度センサ３１６及び圧力センサ３１７の材質及び特性は、前記した実施形態の対応する構成の材質及び特性に同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００４０】
クッション３１０の表面形状は、前記した第１及び第２の実施形態と同様に、制御ボックス２００を用いて制御される。制御回路構成，表面形状の調整方法は、前記した前記した第１及び第２の実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。クッション３１０の表面形状は、制御ボックス２００を用いて制御されることで、着座した使用者の押圧力に応じた変形形状を維持し、また変形形状から初期形状へと復元することができる。
【００４１】
＜第４の実施形態＞
図９は、クッション４１０の断面構造模式図である。本実施形態は、クッション４１０に高反発弾性素材３１８が用いられる点においてのみ、第３の実施形態のクッション３１０と異なり、その他の外観，制御回路構成，表面形状の調整方法は第３の実施形態と同一である。クッション４１０におけるクッション３１０と同一の構成要素は、同一の番号が付され、説明が省略される。高反発弾性素材３１８は、ヒーター３１３を介して低反発弾性素材３１４を覆うように、ヒーター３１３と低反発弾性素材３１４との間に設けられる。高反発弾性素材３１８の材質及び特性は、前記した第２の実施形態における高反発弾性素材１１８に同一であるため、ここでは説明を省略する。クッション４１０が変化形状の場合、弾性率変形素材３１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以下であれば、クッション４１０の変形形状は維持される。一方、弾性率変形素材３１２の温度がガラス転移点Ｔｇ以上且つ融点Ｔｍ以下の場合であれば、クッション４１０は、第３の実施形態におけるクッション３１０よりも素早く初期形状に復元される。
【００４２】
＜変形例＞
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその変形の一例を述べる。
【００４３】
前記した実施形態において、面状の発熱体であるヒーターは弾性率可変素材と低反発弾性素材との間に設けられる。しかし、ヒーターが設けられる位置はこの位置に限定されない。例えば、葛籠状に折り曲げた電熱線を、弾性率可変素材の内部に埋め込む様な構成であっても良い。要は、ヒーターは、弾性率可変素材に対して熱を印加可能なように構成されれば良い。
【００４４】
前記した実施形態において、使用者の着座を検知するために、断熱性素材と弾性率可変素材との間に圧力センサが設けられる。この圧力センサは、例えば株式会社シロク製のＬＬＳＥＮＳＯＲ（登録商標）等の圧力分布シートが用いられても良い。圧力分布シートが用いられる場合、シート接触面が受ける圧力の分布を調べることで、表面形状可変シート１の表面形状がどのように変形しているかを検知できるという利点がある。
【００４５】
前記した実施形態において、弾性率可変素材は、外因として熱が印加されることで、弾性率が変化する素材が用いられる。しかし、熱以外の外因によって弾性率が変化する素材であっても良い。その一例として、電気レオロジー流体（以下、ＥＲ流体）が挙げられる。ＥＲ流体は、例えば電気絶縁性の媒体中に分散相粒子を分散させて得られる流体である。外部電界が印加されることによってＥＲ流体の粘度は増大し、印加される電界が十分に強い場合、ＥＲ流体は固化する。袋体で封止されたＥＲ流体からなるＥＲ流体層を、前記した実施形態における弾性率可変素材の代わりに用いることができる。具体的には、特開２００２−８０８８１号公報に記載の組成物等が、ＥＲ流体として利用できる。この場合、ヒーターの代わりに、ＥＲ流体層に電界を印加するために、ＥＲ流体層を挟み込むようにして２つのシート状電極層が設けられる。これら２つのシート状電極層に電圧を印加することで、２つのシート状電極層の間に電界が生じ、結果としてＥＲ流体層に電界が印加できる。尚、ＥＲ流体層，２つのシート状電極層が、本発明の弾性率可変素材，外因印加部の一例である。
【００４６】
ＥＲ流体は、外因として電界が印加されることで粘性が変化する。前記した実施形態と比較して、弾性率が変化するという点と、粘性が変化するという点で差異がある。しかし、ＥＲ流体層が弾性率可変素材の代わりに設けられたクッション材でも、前記した実施形態と同様に、使用者の押圧力に応じた変形形状を維持するという効果と、容易に形状を復元させるという効果とを得ることが可能である。以下その説明を行う。ＥＲ流体層を挟む２つのシート状電極層によって、ＥＲ流体層に電圧が印加されない場合、クッション材は、着座した使用者の押圧力に応じた形状に変形する。変形した低反発弾性素材が生じる復元力は、変形したＥＲ流体層を元の形状に戻そうとする。しかし、ＥＲ流体層に電圧が印加されると、ＥＲ流体の粘度が高くなる。印加される電圧量を適切に調整することで、ＥＲ流体は、低反発弾性素材の反発力に抗してＥＲ流体層の変形した形状を保持可能な粘度を得る。従って、クッション材は、使用者の押圧力に応じた変形形状に維持される。クッション材が変形した状態において、ＥＲ流体層への電圧印加が停止されると、又は印加される電圧量がＥＲ流体層の変形した形状を保持不可能な程度に減少すると、低反発弾性素材の反発力によってＥＲ流体層の形状を変形可能となるので、クッション材の形状は復元される。従って、一旦クッション材の形状を変化させた後も、容易に形状を復元させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施形態の表面形状可変シート１の斜視図。
【図２】クッション材１１０の断面構造模式図。
【図３】弾性率可変素材１１２の弾性率と温度との関係を示した図。
【図４】表面形状可変シート１の制御回路構成を示すブロック図。
【図５】クッション材１１０の表面形状を変化させるための動作を説明するフローチャート。
【図６】第２の実施形態のクッション材２１０の断面構造模式図。
【図７】第３の実施形態のクッション３１０の斜視図。
【図８】第３の実施形態のクッション３１０の断面構造模式図。
【図９】第４の実施形態のクッション４１０の断面構造模式図。
【符号の説明】
【００４８】
１ 表面形状可変シート
１００ シート部
１０１ 台座
１０２ 支柱
１０３ 着座部
１０４ シート接触面
１１０，２１０ クッション材
１１１，３１１ 断熱性素材
１１２，３１２ 弾性率可変素材
１１３，３１３ ヒーター
１１４，３１４ 低反発弾性素材
１１５ シート骨組
３１６ 温度センサ
３１７ 圧力センサ
１１８，３１８ 高反発弾性素材
２００ 制御ボックス
２０１ 入出力バス
２０２ ＣＰＵ
２０３ ＲＯＭ
２０４ ＲＡＭ
２０５ 入力スイッチ
２０６ ヒーター駆動部
３１０，４１０ クッション
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材であって、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材よりシート接触面から離れて設けられる低反発弾性のウレタン基含有素材とを有するクッション材と、
前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、
前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする表面形状可変シート。
【請求項２】
前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、
前記外因印加部は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面形状可変シート。
【請求項３】
前記クッション材は、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を含み、
前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面形状可変シート。
【請求項４】
使用者の着座状態を検出する着座検出部と、
前記着座検出部の検出結果によって使用者が着座しているか否かを判断する着座判断部と、
前記制御部が前記外因印加部に対して行った制御内容を記憶する制御内容記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ前記制御内容記憶部が、前記弾性率可変素材の弾性率が前記第１の弾性率となる制御を前記制御部が前記外因印加部に対して行ったと記憶している場合に、
前記弾性率可変素材の弾性率を、前記第２の弾性率よりも低く前記第１の弾性率よりも高い弾性率であって、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第３の弾性率に変化させるように、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状可変シート。
【請求項５】
外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、
その弾性率可変素材によって覆われる低反発弾性のウレタン基含有素材と、
その低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、
前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするクッション構造。
【請求項６】
前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、
前記外因印加手段は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、
ことを特徴とする請求項５に記載のクッション構造。
【請求項７】
前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を備え、
前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のクッション構造。
【請求項１】
使用者が着座したときに接触するシート接触面に設けられるクッション材であって、外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、その弾性率可変素材よりシート接触面から離れて設けられる低反発弾性のウレタン基含有素材とを有するクッション材と、
前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、
前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする表面形状可変シート。
【請求項２】
前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、
前記外因印加部は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面形状可変シート。
【請求項３】
前記クッション材は、前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を含み、
前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面形状可変シート。
【請求項４】
使用者の着座状態を検出する着座検出部と、
前記着座検出部の検出結果によって使用者が着座しているか否かを判断する着座判断部と、
前記制御部が前記外因印加部に対して行った制御内容を記憶する制御内容記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記着座判断部が、使用者が着座していると判断し、且つ前記制御内容記憶部が、前記弾性率可変素材の弾性率が前記第１の弾性率となる制御を前記制御部が前記外因印加部に対して行ったと記憶している場合に、
前記弾性率可変素材の弾性率を、前記第２の弾性率よりも低く前記第１の弾性率よりも高い弾性率であって、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第３の弾性率に変化させるように、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状可変シート。
【請求項５】
外因の印加によって弾性率が変化する弾性率可変素材と、
その弾性率可変素材によって覆われる低反発弾性のウレタン基含有素材と、
その低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力によって前記弾性率可変素材の形状を変形可能となる第１の弾性率と、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる第２の弾性率との少なくとも２種類の弾性率に前記弾性率可変素材の弾性率を変化させるために、前記弾性率可変素材に外因を印加する外因印加部と、
前記弾性率可変素材の弾性率を前記第１の弾性率及び前記第２の弾性率のいずれかに変化させるために、前記外因印加部が前記弾性率可変素材に印加する外因の量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするクッション構造。
【請求項６】
前記弾性率可変素材は、熱可塑性樹脂であり、
前記外因印加手段は、前記熱可塑性樹脂に熱を印加する熱印加部である、
ことを特徴とする請求項５に記載のクッション構造。
【請求項７】
前記弾性率可変素材と前記低反発弾性のウレタン基含有素材との間に、前記低反発弾性のウレタン基含有素材の反発弾性よりも高い反発弾性を有する高反発弾性素材を備え、
前記第２の弾性率は、前記高反発弾性素材の反発力に抗して前記弾性率可変素材の形状を保持可能となる弾性率である、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のクッション構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１０４６４５（Ｐ２０１０−１０４６４５Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８１００８（Ｐ２００８−２８１００８）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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