Effects of differences in office chair controls, seat and backrest angle design inrelation to tasks
Liesbeth Groenesteijn a,b.*, Peter Vink a,b, Michiel de Looze a,, Frank Krause
a TNO Quality of Life, P.O. Box 718, 2130 AS Hoofddorp, The Netherlands
b Delft University of Technology, Industrial Design Engineering, The Netherlands
c Faculty of Human Movement Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam, The Netherlands
ARTI CL EIN FO
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Received 27 May 2008
Accepted 15 November 2008
Keywords:
Office chair
(Dis)comfort
Pressure distribution
Tasks
VDU
ABSTRACT
In this study the influence of chair characteristics on comfort, discomfort, adjustment time and seat
interface pressure is investigated during VDU and non-VDU tasks: The two investigated office chairs,both designed according to European and Dutch standards are different regarding: 1) seat cushioningand shape, 2) backrest angle and 3) controls. Thirty subjects in total, both male and female, participatedin two experiments: twenty in the first and ten in the second.Significant differences are found for ease of adjustment and adjustment time of controls, independent of the tasks. Related to tasks, a significant difference was found for the backrest range of motion. For non-VDU tasks a larger range of backrest motion was preferred by 70% of the subjects. The chair designdifferences were most clear for comfort and adjustment time of controls, followed by comfort of backrestangle. No differences are found between seat pan comfort and discomfort, first impressions and peakinterface pressure.
◎2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.
1. Introduction
Among European manufacturers it is more or less a basiccondition in office chair design to apply standard criteria asformulated in the European EN-1335 and the Dutch NPR-1813 standards. These are ergonomic criteria based on anthropometrics and safety standards prescribing for example chair dimensions and ranges of adjustability. The idea behind these criteria is to provide
optimal physical support for a range of end-users. The assumption could be made that the application of these ergonomic criteria in seat design automatically leads to comfortable chairs for end-users.
The focus on anthropometry is an important basis to avoid discomfort. Tereokas study in Vink (2005) affirms this by showing that larger sized seats were rated more comfortable by taller users and shorter users rated smaller seats as more comfortable.However, to provide comfortable chairs more information is needed. As concluded by Helander and Zhang (1997) and Zhang et al. (1996), sitting discomfort and comfort are based on different factors. Feelings of discomfort are based on associations of pain, tiredness, soreness and numbness where, on the other hand, comfort is associated with feelings of relaxation and well-being. When discomfort factors are present, comfort factors become secondary in the comfort/discomfort perception (Helander and Zhang, 1997). Thus, comfort goes beyond physical aspects. For instance, De Rosario et al. (2006) found that lumbar support height according to the standards was not the height deemed as most comfortable by subjects. They also found that giving end-users the possibility of choosing the ideal lumbar support height, after testing different heights, resulted in positions other than the rec-ommended standards, based solely on physical dimensions.
Apart from perception aspects, task aspects could also play a role in comfort and discomfort. These comfort task aspects are not often mentioned in current office chair design. In brochures and websites distinctions are often made between workstation (Visual Display Unit (VDU)) chairs, meeting/visitor chairs and reception chairs. More attention for task-specific characteristics in design seems useful, particularly for workstation chair. The statement of Dainoff et al. (2007)“a chair is not an isolated object, but needs to be considered as an integrated component in a complex work environment', is supported by Commissaris and Reijneveld (2005) who found that data entry workers made many more arms and trunk movements in comparison to CAD/CAM workers, while they often have the same chair. Ellegast et al. (2007) recorded more trunk dynamics with sorting fles in comparison to intensive mouse use, which could have its consequences for chair requirements. Earlier Adams et al. (1986) described a significant influence of the task on the sitting posture in VDU work and Van Dieen et al. (2001) reported pronounced effects of the task on the investigated indi-cators of trunk load in office chairs. Similar conclusions were reported by Babski- Reeves et al. (2005) about task demands playing an important role in the loads placed on the body and posture fixity, but also on the level of discomfort experienced. Legg et al. (2002) found that the office chair preferences were different for researchers in comparison to telesales and clerical workers due to differences in movement during their work. In summary, different types of office work tasks influence body dynamics, posture, trunk load, discomfort and user preference, indicating that task charac-teristics should influence the chair design requirements.
One way to check whether end-users notice comfort differences in chairs is to vary the chair characteristics and tasks. In a project with an office chair manufacturer, we used two chairs that differ only slightly. This was an opportunity to find out if these small design differences were noticed and whether one seat is better for specific tasks. The chairs were different regarding: 1) seat cush-ioning and shape, 2) backrest angle and 3) usability of controls. Cushioning and seat shape could be important for discomfort and comfort in tasks of long duration.
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文献翻译
办公椅操作、坐位、靠背角度对工作的影响
Liesbeth Groenesteijn, Peter Vink , Michiel de Looze, Frank Krause
摘要：已经研究在VDU与non-VDU 工作时办公椅的形态结构对舒适度、调节时间、坐垫表面压力的影响：这被研究的两种办公椅都是根据欧洲和荷兰风格设计的，但是是不同的：1）坐垫与形状，2）靠背角度与3）操纵。总共三十个学科，男性和女性，参加了这两个实验：20个在第一个实验中，其余的在第二个实验中。
- 引言
在调整难易与调整时间、工作独立上发现了重要的不同之处。当工作时，靠背运动的幅度有很大的不同。不工作时，背靠运动的幅度越大越好。椅子设计的不同往往体现在舒适度与调整时间上，其次是背靠角度。在坐垫平整处没有发现舒适的不同，第一反应在接口处的压力上。
在欧洲制造商中，在办公椅设计中，在基本条件上，一般会运用一些一般标准，比如，欧洲的EN-1335 和荷兰NPR-1813。这就是人体工程呢光学，主要建立在人体学和安全基础上，比如应用此学科，可以设计椅子的尺寸和调整范围。这种标准提供了人体支撑的最佳范围。同时，使用人体工程工程学可以设计出更舒适的椅子。
运用人体工程学可以避免椅子的不舒适缺点。Tereoka的研究（2005）证实大尺寸的坐垫对于个高和个矮的人比较舒适。然而，设计更舒适的椅子是需要很多信息。Helandar、 Zhang（1997）和Zhang（1996）指出，很多因素影响椅子的舒适度。舒适感与疼痛、疲劳、悲伤和麻木有关，另一方面，也与放松感、好心情有关。当不舒适感出现时，舒适因素在舒适与不舒适感下变成了第二位（Helandar和Zhang，1997）。因此，舒适感超过了合适身体方面。例如，De Rosario等（2006）发现，相对于约束，腰部支撑高度对舒适度的影响不是很大。同时，在不同腰部支撑高度的情况下，椅子舒适度主要反映在椅子身体尺寸上，而不是建议的标准上。
除了感知方面，工作方面在舒适度上影响也很大。在现有办公椅设计中舒适工作方面较少提及。在小册子和网站中，工作椅子、会议椅和接待椅是有区别的。在设计时注重特别工作部分特征很有用，特别对工作椅。Dainoff等（2007）陈述，椅子不是孤立的个体，我们应当把它看成复杂工作环境中一个完整部分。这结论也支持了Commissaria Reijineveld(2005)指出的在使用相同椅子的情况下数字登记工作人员比制图工程师有更多的手部运动的观点。Ellegast等（2007）记录了打文件肢体运动与按鼠标肢体运动次数，这些对椅子有连续性的要求。Earlier Adams等（1986）描述到，工作状态对坐姿有很大的影响。Dan Dieen等（2001）说工作状态影响这肢体运动。Babski-Reeves等（2005）指出同样的结论，工作要求在人体姿态运动扮演很重要的角色。Legget等（2002）发现，对办公椅的要求对于检察官、电话销售员、文员是不同的。不同种的办公方式影响这身体运动、姿势、肢体摆放、舒适度和使用者的爱好，暗示着，工作状态影响这对椅子的需求。
检查使用者是否注意椅子舒适度的方法之一是改变使用者的工作姿态。在设计办公椅时，我们用了两种只有一点不同的椅子。这可以找出用户是否注意到这些小的不同或者改变工作姿态是否有不同之处。椅子的不同之处：1）椅垫减震和形状，2）背靠角度，3）操作的稳定性。
椅垫减震和形状在长时间工作中可能对舒适度的影响最大，他们影响椅子的椅子的压力分布。Ebe和Griffin（2001）压力与舒适度呈线性关系。当使用者体会到椅子的不舒服时，会做出微小的移动去减少不舒适感（Fujimaki、Noro,2005）。我们知道，对减震和椅垫的要求在文献中很难找到，但是，我们确信尤其在长时间工作的状态下椅垫减震是重要的，也许因为它能减少我们改变坐姿的频繁性，或许因为长时间下它更舒服。
在背靠角度方面，Adams（2006）得出，椅子以某种方式支撑后背，后背肌肉可以得到放松，同时脊椎所受压力也减小了。这也伴随着椅子靠背向后倾斜。Vergara和Page（2002）发现后背姿势的改变暗示这低舒适感，背靠可以减小这种低舒适感。在先前的研究中，Vergara和Page（2000）指出，背靠的腰部支撑可以减小低舒适感。另外，不同种类的背靠，在与后背接触点的不同，在书写工作中，也会有不同的舒适度。因此，背靠接触时很重要的。然而，对于不同的工作，有不同的坐姿，但是一般可用的靠背能够与后背很好的接触。因此，姿势的稳定程度取决于背靠。
研究的第三个方面是通过身体尺寸和工作要求去操作、调整椅子。椅子的可调性是要求在工作的时候可以让使用者在工作时自由调节姿势。然而，很多办公室人员不会将椅子调整到最佳状态。使用者调不调整椅子的原因不得而知。使用者是否意识到调节椅子，操作是否舒服或者简单，或者他们会不会将两者联系在一起？
因此，有一个研究，是有关于证明使用者是否会注意到办公椅的不同或者，是否发现这些不同与工作状态的联系。从上文中，问题如下：
- 两种椅子在坐垫减震、靠背角度和操作容易程度有一点不同，它们在第一印象、舒适度方面有什么不同？
- 怎样在设计方面进行评价，以及那种椅子更好？
- 减震和椅垫设计不同是否导致压力分布不同？
- 与工作姿势是否有所联系？
2． 方法
2.1 一般设计
被评估的椅子是传统的Ahrend-230(椅子A)和相同的只是增加了背靠设计椅子（椅子B）。在实验时，商标被覆盖起来。两种椅子都达到欧洲的EN-1335 和荷兰NPR-1813的要求，同时按照人体工程学进行设计，这意味着背靠和椅垫在某种范围内是可移动的。椅子不同之处在下面将被讨论。因此，椅子在颜色、构造、扶手等相似。
2.2
2.2.1 调节控制
为了提高调整的速度和容易度，将扶手高度控制在椅子A扶手和椅子B扶手之间。这种设计会挤压腰部，从而产生一个不舒服的姿势，使手腕偏离。另外，使用者很难发现椅子按钮。假设有一个新的操作位置，容易安装，提高了调整速度，同时操作时又舒服，主要由于是在手臂中间，手腕和手的位置上。
控制系统的设计在动力方面主要以使用者的直觉为主。在B椅子中，可调上调下的装置让椅子更有活动性。在A椅子中，这是不可调节的。
背靠承受使用者重量的压力控制调节，在A椅子中从背靠下已经被重新设计，在B椅子中，椅垫右侧被重新设计。当使用B椅子时，使用者可坐着调节椅背的压力。在A椅中，可进行360度的调节，将椅背的压力减小到一定的水平。
图1 A椅扶手
图2 A椅靠背压力控制部位
2.2.2 坐垫
当坐在A椅上使用者感觉很硬，使用浓密的泡沫材料制作的椅垫厚度减小到1cm。在B椅中，椅垫形成一个弧度。前提是形状改变避免椅垫损坏，同时增加舒适感。
2.2.3 靠背倾斜
靠背倾斜角度改变的幅度一般为11度，变化范围为113度到124度。当在打电话、开会或者读写时，倾斜角度越大越好。
2.3 实验一：短期评估
2.3.1 20个健康的办公室工作者（10男，10女）参加了实验。中样品情况如表一所示。实验前每个人至少接受了一次的操作指导讲说。
表一：
|
范围 |
方式 |
SD |
||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
|
寿命（年） |
25-60 |
20-25 |
43 |
22 |
10.8 |
1.5 |
|
位置（cm） |
159-199 |
168-190 |
177 |
177 |
11.4 |
0.1 |
|
重量（kg） |
60-100 |
56-83 |
75 |
69 |
11.3 |
8.5 |
2.3.2 协议书
每个参加者都学习了使用方法，同时填写了通知同意书。随后，给参加者第一种椅子。参加者可以仔细观察、接触椅子。然后，参加者填写一份有关对椅子第一印象的调查表。之后，将椅子坐席、扶手和背靠调节到错误的位置（扶手处于最低位置、靠背处于垂直状态、坐席处于最小宽度）。之后，让使用者自由调节椅子，直到自己认为的最佳舒适状态。调整方面如下：
- 坐席高度调节
- 作为深度调节
- 扶手高度调节
- 背靠高度调节
- 将静态椅垫转换为动态椅垫
- 背靠负荷调节
对于这6种调节，参加者被告知控制使用的地方，调节装置的位置，但是他们必须自己去调节椅子。允许调整时间由秒表计算。在调节椅子在错误地方后，参加者又重新调节，时间也由秒表计算。然后，参加者根据调节容易程度排序。
之后，参加者再进行调节，同时调节桌子和电脑设备，知道符合人体工程学原理。把椅子调节成为静态时，参加者做一些工作，比如读电脑屏幕、打一段文字及上网5分钟之后，回答一些问题。同时参加者坐在背靠被调节到最大角度的椅子上想象读书、开会或打电话的场景，之后对椅子做一个排序。
第二种椅子以同样的实验方法进行测试。
完成第二种椅子的实验后，参加者将A椅和B椅进行比较。
最后，让两种椅子处于静态状态及靠垫处于垂直状态，测量每个使用者使用时椅子受力分布图。测试时，参加者被要求静止坐和直坐，保持与背靠接触，手与扶手脱离，放在膝盖上。
2.3.3 测量
填写调查问卷一般由人的主观意识支配。就在六个调节方面的问题如下：
第一印象排名：6个问题关于外观（美不美观）及期待的舒适感。
调节难易程度排名：3个问题关于两种椅子不同的操作杆的操作难易。
使用5分钟之后排名：8个问题关于坐垫、背靠和整体的舒适度
AB椅子的比较：4个问题关于两种椅子背靠和整体舒适度的比较，1个采访问题他们打分的动机。
将椅子从静态调整为动态的时间，调整扶手和靠背的时间，主要由秒表决定。使用具有256个传感器的Novel Pliance-X 系统可以测量静态状态椅子的压力分布数据。测量椅垫与臀部之间的压力时系统的频率为10HZ。
2.3.4 数据分析
问卷调查上参加者针对每个项目打的分数都被统计出来。测试时，萃取了传感器显示的最高压力值。这些数据都以图表的形式通过256个传感器形象的显现出来。
2.3.5 数据统计
Wilcoxon指出，通过问卷调查关于椅子的分数对椅子性能进行排名。主要比较调整时间、椅子承受最高压力值。
2.4 实验2：三个小时的使用
2.4.1 参加人员
10个人体运动科学学院的健康学生（4男，6女）参加了实验。图表1显示参加者的分布状况。参加者由于专业对椅子调节规则有一定的认识。
2.4.2
使用实验1中同样的两种椅子，但是除去B椅中的扶手。由于时间的关系，B椅与A椅子配上同样的扶手。
2.4.3 工作
将工作分为两种类型，一种是non-VDU工作，比如读书或者打电话；另一种是VDU工作使用输入设备，包括使用办公软件。在测试中使用了这两种类型，选择有：最大倾斜角度 活动的垂直靠背 可调的靠背。non-VDU工作是测试最大倾斜角度 活动靠背。参加者被要求背靠着靠背。VDU工作为了测试椅子靠背在垂直和可调状态下支撑频繁运动的使用者的情况。两种工作持续1.5小时。
2.4.4 议定书
参加者在两个上午的时间实验。在第一个上午，参加者接受了对实验有关的讲解，同时签订了同意书。随后，给他们第一种椅子。一半的参加者首先观察第一种椅子，其余观察第二种。第二天进行调换。参加者会接受有关椅子调节和控制方面的介绍，之后对椅子、桌子、电脑设备进行调节。对于两种不同的工作，也要对靠背进行调整。参加者再对椅子调整难易程度进行排名。然后，参加者坐在被指定的椅子上。1.5小时之后，让他们填写有关椅子、靠背或者工作舒适感的调查问卷。在第二个测试前，参加者可休息15分钟。之后，改变工作，对椅子靠背进行调节，进行第二次实验。1.5小时后，他们填写一份同样的调查问卷。第二个上午，参加者也要签订同意书。第二次实验后，他们填写有关两种椅子比较的调查问卷。
2.4.5 测量
填写调查问卷一般
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