用充氣金屬減輕辦公轉椅重量

陳寧馨　唐婕　李克忠

【摘? 要】本文通過對辦公轉椅重量的調研，發現辦公轉椅普遍較重。因此提出用充氣金屬替換辦公轉椅的部分零部件以達到減輕重量，降低辦公轉椅制造、運輸、組裝成本的目的。經過估算發現用充氣金屬替換部分零部件減少的重量的確可觀。但由于一些條件限制，將充氣金屬運用于辦公轉椅生產尚有一定距離。

【關鍵詞】充氣金屬;辦公轉椅;重量

前言：

辦公轉椅因其良好的活動性和基于人體工效學設計的舒適性而受到商務辦公場所和家庭辦公的廣泛使用。大部分辦公轉椅為了強度和活動性的需要，在其零部件中使用大量金屬材料，這使得辦公轉椅本身重量通常很大，運輸以及人工成本很高。充氣金屬是運用氣球充氣的原理創造性的減少金屬質量的一種材料。本文試圖探究將充氣金屬運用在辦公轉椅上，達到有效減輕辦公轉椅重量的目的。

1.辦公轉椅重量調研及相關設計案例

QB/T 2208-2016 《辦公家具 辦公椅》中對辦公椅的定義是：供室內工作使用的單人座椅[1]。QB/T 2208-2007《辦公椅》[2]中對轉椅的定義是：座面可水平方向轉動的辦公椅。因此本文辦公轉椅是指供室內工作使用的可水平方向轉動的單人座椅。另用“重量”而非“質量”是為避免與指代座椅耐用程度的“質量”混淆。

1.1品牌辦公轉椅重量調研與分析

筆者根據辦公轉椅分享論壇調研發現，辦公轉椅普遍較重成為用戶常提出的一個痛點，因此調研了五個品牌某一類型辦公轉椅的重量。為保證數據具有代表性，五個品牌包含了國內外知名辦公家具品牌的有頭靠網面辦公轉椅，共10把椅子。選擇“有頭枕網面辦公轉椅”是考慮到兩個方面。第一，市面上辦公轉椅大多分為網面和皮面兩種，皮面因內部填充海綿等通常會更重一些;第二，辦公轉椅也大致分為有頭靠和無頭靠兩種，無頭靠的辦公座椅重量通常小于有頭靠的辦公轉椅。因此“有頭靠辦公轉椅”在辦公轉椅中重量處于中間水平。數據統計如表1。

由表1可以看出有頭枕網面辦公轉椅重量大致在12-33kg，大部分都超過20kg。20kg相當于50-60瓶500ml普通礦泉水的重量。由此可以看出以有頭枕的網面辦公轉椅為代表的辦公轉椅的確重量很大。

轉椅重量過大會加大物流運輸成本，增加用戶組裝辦公轉椅的難度。過大的重量產生了更高的物流運輸成本。而且由于轉椅尺寸通常很大以及腳輪具有活動性，所以在運輸過程中通常以零部件形式包裝。轉椅到達用戶家中或辦公場所后需要自行組裝。過大的重量使得辦公轉椅組裝難度大，耗時長。轉椅自身帶腳輪，具有活動性，因此不會影響其使用過程中的移動。

針對辦公轉椅重量過大這一問題，筆者擬采用充氣金屬來減輕其重量，減少物流成本，減輕用戶組裝難度。

1.2相關設計案例

在國外一些知名辦公家具企業也有用各種方法減輕座椅重量的設計。美國赫曼·米勒公司設計了一款Setu 座椅，這張座椅的設計理念是：盡可能少的材料、在生產中耗費盡可能少的能源。椅子骨架用聚丙烯替代鋼材，以達到輕盈又耐用的目標。設計者試圖將一切削減到最簡狀態，設計過程中減小座椅體量，盡可能精簡零部件。座椅高度僅900mm，總重僅8kg。

2.用充氣金屬制備辦公轉椅零部件的設想與重量估算

2.1 充氣金屬優勢

充氣金屬，是指把傳統的二維金屬材料通過充入高壓氣體的方法變成想要的三維立體構件的金屬材料. 這種材料是由芬蘭設計師奧斯卡·澤塔與其搭檔經過近十年的研究而研制的金屬沖壓成型技術制作而成。[3]

充氣金屬的主要優勢是質量輕，用材少，加工容易。相比于聚丙烯等塑料，相同體積下充氣金屬重量更輕，并一樣可以使用回收材料。充氣金屬的加工過程不需要模具，經過激光切割與焊接即可。因此在設計研發階段打樣成本很低，在生產階段既可以大批量生產，也可以小規模定制。

充氣金屬的構件的結構為，兩層輪廓焊接在一起的1mm厚金屬板，常為鋼板，中間填充特定壓力的壓縮氣體。有資料顯示，3.4千克的充氣金屬凳子可承受2.5噸重量，此時的負荷值約為1：1000。在橋梁工程中其凈負荷值為1：10，也就是材料能承受本身十倍的重量。筆者分析其部件負荷值與產品結構以及體量有關，但總的來講這種材料相比普通金屬材料有質量輕強度大的優勢。

2.2 充氣金屬替代辦公轉椅部分零部件的設想

由圖可以看出，辦公轉椅由下而上的部件分為椅腳輪、氣桿、座面支架、背支柱、座墊、扶手、靠腰、靠背、頭靠九部分。[4]

充氣金屬使用金屬沖壓成型技術，設計人員只能控制幾何圖形的關鍵連接點，而曲面和內空間是內部自由變形的結果，即“可控制的失控”。因此充氣金屬產品部件最終的外形具有一定不確定性。而座面，靠背，靠腰，頭靠，扶手為直接接觸人體的部分，對零部件的形狀，角度，尺寸等有較為嚴格的人體工學相關要求。所以充氣金屬不適合替代這些部件的框架。

辦公轉椅的中的椅座下的氣壓升降桿質量要求非常嚴格，要求符合SGS質量認證和GB/T 29525-2013《座椅升降氣彈簧 技術條件》[5]中的技術要求。因此也不適宜由充氣金屬來替代。

經過分析可以得出，能夠用充氣金屬替換的零部件為：腳輪五星架上的金屬部分，背支柱以及支撐扶手的金屬部件。

用充氣金屬替代普通金屬材料時的結構。辦公椅腳輪與五星架為螺釘連接，扶手與支撐架也為螺釘連接。靠背與底座的連接常通過螺栓連接。所以若以充氣金屬替代這些部件，連接部分要設置供連接的螺紋。充氣金屬本身就是金屬材料，所以最簡單的解決方法就是將相應螺母通過焊接的方式固定在相應連接處。

2.3以某一品牌辦公椅為例的重量估算

以岡村人體工學椅contessa2為例，估算使用充氣金屬替代相應部件時辦公座椅減少的重量。

根據座椅銷售商在其網站上提供的座椅尺寸可以大致估算要替換的部件尺寸及重量。經相關資料查閱，辦公椅所用金屬管壁厚在2.5-30mm不等，這里取2.8mm為金屬管壁厚值。此辦公轉椅采用骨架材料和腳架材料都為鋁合金，密度為2.7×103kg/m3。靠背部分鋼管長度約為橫桿450mm，豎桿730mm，橫截面約為50mm×20mm。扶手處鋼管長度約為260mm，橫截面約為50mm×10mm。五星腳架每條腿長360mm，最中心處橫截面為60mm×40mm。因此可估算背支柱、扶手與腳架處鋁合金支撐的重量和約為10.53kg。當使用充氣金屬材料時，壁厚為1.0mm，重量和為1.35kg。一把椅子可減輕重量約9.18kg。

3.將充氣金屬應用于辦公轉椅生產的障礙

充氣金屬現由研發它的波蘭設計師所開的公司zieta運營，具體氣體壓力參數尚未公開。另一方面，目前由充氣金屬制作的產品價格都相對較高。這是充氣金屬廣泛應用于辦公轉椅的客觀障礙。且由于筆者技術條件限制尚未對相應設想進行實踐，因此可能存在未知技術障礙。

結語：

由本文的分析與計算可以看出用充氣金屬替代辦公轉椅相應的零部件確實可以很好的減輕辦公椅重量。這對辦公轉椅降低制造、運輸和組裝成本是一個很好的思路。但目前缺乏實踐，對于其應用于大批量生產尚有一定距離。

參考文獻：

[1]賴德明，盧攀宇，鄧燕平，何健華，張小吉.《辦公家具辦公椅》新版標準解讀[J].家具，2017，38（01）：98-100.

[2]QB-T 2208-2007《辦公椅》[S].

[3]Leeble.金屬充氣魔法[J].設計，2013（03）：74-79.

[4]丁利敬. 辦公轉椅的模塊化設計開發研究[D].江南大學，2008.

[5]GB-T 29525-2013《座椅升降氣彈簧 技術條件》[S].

作者簡介：

陳寧馨（1997.12.1），女，漢族，河南焦作人，中南林業科技大學家具與藝術設計學院，19級在讀研究生，碩士學位，專業：工業設計工程，研究方向：家具設計工程。

（作者單位：中南林業科技大學）