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人體工學椅的設計

  原始人只會蹲、跪、伏,並不會坐,那麼座椅是怎麼產生的?經過人類學家的研究,人類最早使用座椅完全是權力地位的象徵,座的功能是次要的。以後座椅又逐步發展成一種禮儀工具,不同地位的人座椅大小不同。座椅的地位象徵意義至今仍然存在。直到20世紀初,人們才開始認識到坐著工作可以提高工作效率,減輕勞動強度。不論在工作、在家中、在公共汽車或在其他的任何地方,每人在他的一生中總有很大的一部分時間是花在坐的上面。我們從經驗可知,椅子和座位必須舒適,並配合不同的工作需要,這不僅與工作有關,而且與人的健康有著密切的關係。今天在工業國家內幾乎3/4的工作是坐姿作業,因此座椅的研究設計受到了廣泛的重視。但是在我國很少為人們注意,往往認為加一塊泡綿塑料,甚至在椅子的座位上刻出雙腿的溝股就是從人體工程學出發了。這塈畯戔q一般的座位設計原理開始進一步介紹有關的人體工學問題。


座椅對人有以下的益處:1.減輕腿部肌肉的負擔;
                             2.防止不自然的軀體姿勢;
                                         3.降低血液系統的負擔。

但不正確的坐姿也會影響健康,長期坐著的人,腹部肌肉鬆弛,脊柱變形彎曲,進而影響消化器官和呼吸器官。

椅子的人體工學設計(資料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇)

 

  

         當一個人坐在椅子內,他身體的重量並非全部在整個臀部上,而是在兩塊坐骨的小範圍。
  各種研究得出了這樣的結論,當人體的重量主要是由坐骨節支撐時,人的感受最舒服。一把好的座椅可以適應改變姿勢。軟的座墊是需要的,因為它可以增加接觸表面,從而減小壓力分佈的不均勻性。一般座墊高度是25mm。下圖為座面不同的壓力分佈圖

 

 

料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇

  座椅的高度是很重要的,應該根據工作面高度決定座椅高度,常常出現的錯誤是從地面起量座椅的高度。決定座椅高度最重要的因素是造成人的肘部與工作面之間有一個合適距離,距離是275±25mm,在這個距離內,大腿的厚度佔據了一定高度。95%美國男性和女性的大腿厚度是175mm。當上半身有了好的位置後,再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿近乎水準以及兩腳被地面所支持。由於考慮到工作面的需要,可能椅子高度造成人腳達不到地面,這時應該使用腳墊。為了避免大腿下有過高的壓力(一般發生在大腿的前部),座位前沿到地面或腳踏的高度不應大於腳底到大腿彎的距離。這個尺寸的選擇一般應適合第5百分位以上的人,然而這個尺寸的選擇對於固定座椅來說可能會使較高的人不舒服,因此應該略增加3∼5cm,根據美國的尺寸男性和女性第5百分位的尺寸分別為39cm和36cm,因此在實踐中常常採用43cm的高度,當然,可調節的椅子是最理想的選擇。下圖顯示椅高與腿部的影響。

 

資料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇


  身軀的穩定性大部分是由設計決定的,設計應使得主要的重量是由圍繞著坐骨結節的面積來承受。太軟太高的座墊造成身體不易平衡和穩定,反而不好。椅子表面的材料應採用纖維材料,既可透氣,又可減少身體下滑。不要採用塑膠面,塑膠面不透氣,表面太滑,使人穿著感到不舒服。身體的穩定性也可以靠手來幫助,如果需要手臂支撐,可以把手臂放在桌子上,手臂下面還可以放小的墊子。對於有靠手的座椅,靠手高度自椅面以上200mm為宜,應該是能使手臂自然地垂下的高度,靠手太高是錯誤的設計。轉椅的轉軸可使椅子轉動,適應人的姿勢改變或轉動。轉椅也增加了坐者能伸手達到的範圍。轉椅還能使坐者接近或者離開工作物件,而不需要前後移動椅子。

 

  理想的椅子靠背應該在水準和垂直兩個方向均可調節。非常好的設計是,座椅的靠背具有彈簧作用,可以隨人體背部的移進移出而相應移動。有的座椅靠背能支援人的肩部,具有較高的高度和呈凹面形狀,可以給整個背部較大面積的支撐。

 

  對於工作坐椅,人的肘部會經常碰到靠背,所以靠背寬度以不大於325-375mm為宜。簡單靠背的高度,大約125mm就可以了。對於工礦用椅,靠背相座椅面之間的角度為95°110°之間,一般以100°為宜。

 

好的椅子                       不好的椅子

 

資料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇

 

  坐姿有各種各樣,就是沒有筆直的。當人由站立變為坐時,這個動作是比較複雜的,身體的彎曲只有60%是來自髖關節的旋轉,另外的30%是來自腰椎曲線的變平。當坐在椅子上時,軀幹和大腿成直角,腰椎曲線顯著變平了。若為放鬆的姿勢,髖關節彎曲了45°,此時大腿的前部和後部肌肉都是處於放鬆狀態。如果變成坐姿,大腿向上彎曲,腰部和背部的肌肉張緊了,腰椎曲線變成向後彎曲形狀。腰椎骨的前沿彼此相壓有相當的壓力(50100kg),進而壓破椎間盤。坐姿的最嚴重問題是對腰椎和腰部肌肉的有害影響,不正確坐姿不但不能減輕腰的負荷,反而加重了這一負荷。矯形學家使用現代複雜的科學儀器測量了人在不同姿勢和坐姿下椎間盤的內部壓力變化,結果發現,人體姿勢是決定椎間盤內壓力的主要因素,椎間盤內壓力過高是損壞椎間盤的直接原因。

 

  許多人建議人應直腰坐著,以保持脊柱的自然S形。在人直腰坐著時,椎間盤內壓力比彎腰時小。但是,在坐著時適當放鬆,稍微彎曲身體,可以解除背部肌肉的負荷,使整個身體感覺舒服。直腰坐有利於降低椎間盤內壓力,但肌肉負荷增大,彎腰坐有利於肌肉放鬆,卻增加了椎間盤的內壓力。所以,坐姿的問題並不簡單,靠背傾角和靠背的形狀都可影響椎間盤和背部肌肉。下圖為人體姿勢與腰椎形狀的關係。

 

 

資料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇

 

  綜合上述內容,可以得出以下幾點結論:
                   
(1) 人的背後仰和放鬆時,椎間盤內壓力最小。
            (2) 靠背傾角越大,肌肉負荷越小。
            (3) 5cm厚的短靠腰(靠住腰部,也叫地靠腰),與平面的靠背相比,可降低椎間盤壓力,
                      
 減輕肌肉負荷。
            (4) 靠背最佳傾角(與水平面夾角)為120°,坐面最佳角度(與水平面夾角)為14°,靠背
                       
 應力5cm厚的地靠背支撐著身體上部分的重量,從而減小了椎間盤內壓力。

 

 

  

        人工作時坐著的座椅叫工作椅。多功能工作椅具有高靠背墊腰凹緣。人在工作時,身體前傾,凹緣支撐住腰部,而放鬆休息時,人體後靠,靠背有保持了脊柱的自然“S”形曲線。工作椅並不一定需要靠背,而辦公室的工作椅是否需要靠背,這取決於工作性質。

  經調查,大多數人更喜歡坐高靠背工作椅,而工作椅應注意:
                (1)高度可調。辦公椅的高度調節範圍為38-53cm。
          (2)可防止座椅滑動和翻倒。椅腳應設計5個,平分在直徑為40-45cm的圓周上。
          (3)給人留有足夠的活動空間。需要經常站起來的座椅應採用小腳輪。
          (4)應保證腿的活動空間,以減輕腿的疲勞。
          (5)坐面應為40∼45cm寬,38∼42cm長,坐面中部稍微下凹,前緣呈弧曲面,坐面後傾4°∼6°。
          (6)坐面的材料應透氣而且不打滑(例如毛料),以增加坐面的舒服感。

 

 

 

 

日本千葉大學工學部小原研究室設計的六型椅子尺寸

 

 

資料來源:The Book of Chair 山海堂/井上昇

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