JP2005137881A - 車両用シート加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途の電源及び各種センサー類が不要で、且つ温水用配管をシート内部に設置していた既存の方式に比べ、単純な構造及び簡単な部品により構成することができる共に、特に、エンジンの動力及び燃費の損失を招くことなくシートに熱を供給することができる車両用シート加熱装置を提供する。
【解決手段】車両用シート加熱装置において、車両のエンジンと該エンジンを支持する各エンジンマウントとの間に介在して設けられる圧電素子と；エンジン振動により前記圧電素子から発生する電源の提供を受けて増幅する電圧増幅部と；シート内部に設けられ、前記電圧増幅部から提供される電源が印加され発熱作用しシートを加熱させる発熱部と；前記発熱部に供給される作動電源を断続するためのオン／オフスイッチと；を含み構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用シート加熱装置に関するもので、特にシート内部に熱線を設置し、車両エンジンと各マウントとの間には圧電素子を設置すると共に、前記シート内の熱線が、エンジン振動時、前記各圧電素子から発生した電源により作動できるように構成した圧電素子の自家発電電源を用いたシート加熱装置に関するものである。

一般に、車両においてシートは、車両内部の限定された空間及び重量の範囲内で乗客がより安全且つ快適感を感じるように設置されるべきであり、その配置によりフロントシートとリヤシートとに区分される。
特に、車両でシートは、乗客の身体が直接接触する部分であって、乗客が冷温を最も直接的に感じる構成部品である。

一方、車両には、室内の暖房のためにヒータが設置されていて、これは、エンジンの熱により高温になった冷却水を循環させると共に送風ファンを駆動させ、流入する外気または内気を、ヒータコア内部の冷却水と熱交換させて温度を上昇させた後、室内の処々に設けられている換気装置を通じて吐出させることにより、室内を暖めるようになっている。

しかし、このような車両暖房装置は、室内の全般的な温度を上昇させるには効果があるが、シートと密着している着座乗客の臀部及び背中を直接的に暖めることができないため、顔には不快な熱気を感じながらも、身体は寒気を感じる場合が多かった。

しかも、冬季に車両を使用するにおいて、車両を外部に長時間駐車しておいた後搭乗する場合、車両室内の温度が非常に低くなっており、これによるシートの表面もかなり冷えているため、運転者がシートに着席し始動を掛ける時酷い寒さを感じる。これを避けるために自動車のヒータを作動しても、車両の室内温度がその寒さを感じないほどの温度まで達するには相当の時間が掛かる。
このような短所を克服するために、シートを直接加熱する装置が提案されており、代表的なものとして、車両の電源を利用する装置と車両のエンジンの熱を利用する装置が挙げられる。

車両の電源を利用する装置は、車両のバッテリ電源を電気式加熱装置に直接連結してシートを加熱する装置であって、例えば、特開２０００−２１０１５９号に、人体が接触する部分に集中的に可撓性の電気ヒータを配設した極端に低い消費電力と短時間に暖房効果を発揮する装置が開示されている。特開平１０−９７８８９号には、電気ヒータ装着部を減らすために、シートの座面部にのみ電気ヒータを装着し、且つ臀部の接触部より大腿部の接触部にヒータを密に配設して、シート加熱による価額上昇を抑えるようにした装置が開示されている。特開平７−１５５２４０号には、シートの背面部及び座面部の内部に設置された電気ヒータの上端に蓄熱材を設け、使用開始直後から十分な暖房感が得られる装置が開示されているが、このような装置は、車両のバッテリ電源を直接利用するため、車両の燃費性能を悪化させる一つの要因とされる。

一方、エンジン熱を利用する装置としては、特開平７−２１８１６０号に開示された加熱装置がある。これは、車両の排気口とシート座面部との間にヒートパイプを設けてシートを加熱する車両用シート加熱装置で、ランニングコストが不要であるが、排気口とヒートパイプとの連結部の構成が複雑で且つヒートパイプの構成も前述の電気式に比べ複雑であるという問題がある。そして、大韓民国公開実用１９９８−４０１７８号には、エンジンの冷却水を直接車両用シート背面部及びシート座面部の内部に循環させてシート表面を加熱する装置が開示されており、当該シート加熱装置の構成を図１に示した。

この方式は、図１に示すように、シート４０の内部に熱交換器５０を設置して、パイプ６０，７０により車両のヒータユニット２０の熱交換器（ヒータコア；３０）と連結し、シート内部の熱交換器５０に高温の冷却水が流れるようにするものである。
ヒータユニット２０の熱交換器３０とシート内部の熱交換器５０を結ぶ冷却水流入パイプ６０には、シート４０に隣接して着座乗客が操作できるようにした開閉バルブ８０を設置し、シート内部の熱交換器５０を循環した冷却水がヒータユニット２０の熱交換器３０に排出するように連結した冷却水排出パイプ７０にはチェックバルブ９０を設置している。

このように構成された車両のシート加熱装置では、車両のヒータを作動させるためシート４０の一側にある開閉バルブ８０を開弁すると、エンジンにより加熱された冷却水がシート内部に設けられた熱交換器５０に供給され、シート４０が加熱される。
着座乗客は、開閉バルブ８０の開度程度によりシート４０の温度を調節することができるが、シートの表面温度を適正に維持するために開閉バルブの操作を繰り返さなければならない不具合がある。

このような問題を解決するために、水温調節器を設置し自動的にシートの温度を調節することはできるが、このような場合、シート内部に冷却水用配管を設置する以外に、各種温度センサー（車両室内及びシート内部の温度感知）及び調節器をさらに設置しなければならないため、その構成が複雑となるだけではなく、製造コスト上昇の問題が発生する。

その他、前記冷却水を利用したシート加熱装置は、始動後、エンジン冷却水温がある温度まで上昇しないと暖房効果が発揮されず、また、エンジンから熱を奪うことになるためエンジンの動力損失が発生し、これにより燃費及び出力の低下を来たし、車両の商品価値を低下させる問題がある。
特開２０００−２１０１５９号公報 特開平１０−９７８８９号公報 特開平７−２１８１６０号公報 大韓民国公開実用１９９８−４０１７８号公報

本発明は、別途の電源及び各種センサー類が不要で、且つ温水用配管をシート内部に設置していた既存の方式に比べ、単純な構造及び簡単な部品により構成することができる共に、特に、エンジンの動力及び燃費の損失を招くことなくシートに熱を供給することができる車両用シート加熱装置を提供することにその目的がある。

本発明は、車両用シート加熱装置において、車両のエンジンと該エンジンを支持する各エンジンマウントとの間に介在して設けられる圧電素子と；エンジン振動により前記圧電素子から発生する電源の提供を受けて増幅する電圧増幅部と；シート内部に設けられ、前記電圧増幅部から提供される電源が印加され発熱作用しシートを加熱させる発熱部と；前記発熱部に供給される作動電源を断続するためのオン／オフスイッチと；を含み構成されることを特徴とする。

また、本発明の車両用シート加熱装置は、前記構成要素の他に補助バッテリをさらに備えて構成されることを特徴とする。
特に、前記発熱部は、シート背面部及びシート座面部の内部に熱線を適正間隔に均一に設置して構成されることを特徴とする。

また、前記電圧増幅部は、一側に第１のコイルが巻かれ、他側に前記第１のコイルと所定の巻線比を形成する第２のコイルが巻かれた環状鉄心を含み、この環状鉄心の第１のコイルが前記各圧電素子に連結されて、前記第２のコイルが前記シート内の発熱部に連結され、前記各圧電素子から提供される第１のコイルの起電力により第２のコイルに生成される増幅電圧の誘導起電力が前記シート内の発熱部に提供できるようになっていることを特徴とする。

また、シート座面部に設けられて、乗客のシート着座有無によりオン／オフ操作され前記シート発熱部の作動電源を断続する着座感知スイッチをさらに含み、 前記着座感知スイッチは、スプリングにより弾力支持される可動接点と、該可動接点が着座乗客の身体の押す力により押圧されるとオン接点を形成するようになる固定接点とを含み構成されることを特徴とする。

また、前記シート発熱部と前記電流増幅部との間に設けられて自動オン／オフされるバイメタルスイッチをさらに含むことを特徴とする。

本発明のシート加熱装置によると、別途の電源及び各種センサー類が不要であり、且つ冷却水用配管をシート内部に設置していた既存の装置に比べ、単純な構造及び簡単な部品により構成することができて（エンジン冷却水をシートに供給するための各種配管及びバルブが不要である）、特に、エンジンの動力及び燃費の損失を招くことなくシートに熱を供給することができる。

以下、図面を参照し本発明をさらに詳細に説明する。

本発明は、熱線加熱式のシート加熱装置に関するものであって、シート内部に熱線を設置し、この熱線がエンジンの振動を利用して発生した電源により発熱するように構成し、その発熱作用によりシートが加熱されるようにしたことにその特徴がある。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明による車両用シート加熱装置を示した構成図であり、図３は、本発明の車両用シート加熱装置における熱線の設置状態を示したシートの斜視図である。

まず、シート背面部１０２及びシート座面部１０４の内部には、電源が印加されると発熱シート１００を加熱する発熱部１１０が設けられる。
この発熱部１１０は、図３に示すように、シート背面部１０２及びシート座面部１０４の内部に発熱コイル、即ち熱線１１２を適正間隔に均一に分布させて設置することにより構成される。

一方、熱線１１２の作動のための電源供給部として、車両のエンジン１とこのエンジン１を車体３の各所定位置で支持する各エンジンマウント５との間に圧電素子１２０が設置されて、この圧電素子１２０は、エンジン１の振動により熱線作動のための電源を発生させる。
本発明のシート加熱装置で発熱部１１０の熱線１１２は、エンジン運転時、圧電素子１２０により発生した電源が印加されて発熱し、シート１００を加熱する。

通常、エンジン１と車体３との間には、動力発生過程で発生するエンジン１の振動が車体に伝達するのを遮断するか相殺するエンジンマウント５が複数個（通常３〜５個）設けられている。本発明では、エンジン１と各エンジンマウント５との間に圧電素子（ｐｉｅｚｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ， ｐｉｅｚｏ ｃｅｒａｍｉｃ；１２０）を介在させて、エンジン１の振動時、各圧電素子１２０から熱線１１２の作動のための電源が発生するようにした。

この圧電素子１２０は、変位を受けると電荷を発生させる素子としてよく知られており、産業的に、圧力或いは応力を測定する変換器や重量を測定する荷重計に広く使用されている。
セラミック類からなる圧電素子は圧縮に強いため、エンジン１とエンジンマウント５との間に介在する時、耐久性であまり問題がない。特に初期締結時、一定の圧縮を加えて基準電圧を有するようにして設置すると、エンジン振動による上下変位を受けた時、引張を受けない。
このような圧電素子は、数百ｋｇの荷重を測定する荷重計や数千Ｈｚまで測定する加速度計などに使用されることもある。

本発明は、圧電素子１２０の自家発電電源を利用したシート加熱装置であって、各圧電素子１２０がエンジン１の自然な振動を電気エネルギーに変換させて、この圧電素子１２０が発生させた電源が所定の増幅過程を経てシート１００の発熱部内の熱線１１２に供給され、この熱線１１２が発熱してシート１００が加熱される。

なお、追加的に補助バッテリを圧電素子に連結することにより、シートを加熱する必要がない場合にも、エンジンの振動により発生する圧電素子の電源を前記補助バッテリに充電し、シートの加熱が必要となった時、再印加できるように構成することが好ましい。前記補助バッテリに充電された電源は、必要に応じ、他の電装品にも供給できるように構成することも可能である。

図４は、本発明による車両用シート加熱装置において、電源を発生させる圧電素子の設置状態を示した概略図で、エンジン１とエンジンマウント５との間に環状の圧電素子５を設置する。このような圧電素子の形状は、エンジンマウントの形状により変わることは自明である。
エンジン１が駆動されると、エンジン１の変位を圧電素子１２０が受けて電源を発生させ、この電源は、電圧増幅部１３０により増幅された後、シート発熱部１１０の熱線１１２に供給される。

本発明のシート加熱装置は、圧電素子１２０で発生した電圧を増幅してシートの発熱部１１０に提供する電圧増幅部１３０を含む。この電圧増幅部１３０の構成を図５に示す。
電圧増幅部１３０は、ファラディの法則により増幅作用をするものであって、第１のコイル１３４に各圧電素子１２０により発生した起電力が流れると、第１のコイル１３４及び第２のコイル１３６が形成する巻数比により増幅された電圧の誘導起電力が第２のコイル１３６に発生する。この電圧増幅された第２のコイル１３６の誘導起電力がシート発熱部１１０の熱線１１２を加熱する電源となる。

その構成について説明すると、本発明の電圧増幅部１３０は、環状鉄心１３２に所定の巻数比で第１のコイル１３４及び第２のコイル１３６を巻いたものである。環状鉄心１３２の一側に、圧出素子１２０と連結する第１のコイル１３４を巻き、環状鉄心１３２の他側には、第１のコイル１３４と所定の巻線比を形成しながらシート内の発熱部１１０の熱線１１２と連結する第２のコイル１３６を巻く。

電圧増幅部１３０では、圧電素子１２０から発生した電流が第１のコイル１３４に提供される場合、この第１のコイル１３４に流れる起電硫が環状鉄心１３２に磁場を形成し、この磁場は第２のコイル１３６にも同一磁場として作用し、この磁場により第２のコイル１３６に誘導電流が流れる。この際、第２のコイル１３６には、第１のコイル１３４と第２のコイル１３６との巻数比だけ増幅された電流が発生する。

電圧増幅部１３０は、シート１００の一側に設置し、第２のコイル１３６から発生した電流が着座感知スイッチ１５０及びバイメタルスイッチ１６０を通じてシート内の発熱部１１０の熱線１１２に供給されるように回路連結する。
このように電圧増幅部１３０の第２のコイル１３６に発生した電流がシート内の発熱部１１０の熱線１１２に提供されることにより熱線１１２が発熱し、シート１００が加熱される。

一方、図１に示すように、本発明のシート加熱装置は、着座乗客が装置オン／オフのために手動操作するオン／オフスイッチ１４０を含む。
このオン／オフスイッチ１４０は、手動操作により熱線加熱のための電源が選択的に断続できるように設けられるスイッチである。図１に例示した実施例では、このオン／オフスイッチ１４０が圧電素子１２０と電圧増幅部（第１のコイル）１３０との間に設置されているが、オン／オフ操作時、熱線作動の電源が断続できる位置であれば回路上のどの位置でも設置可能であり、シート１００の外部から運転者や着座乗客が容易に操作できる位置に設置される。

次に、本発明のシート加熱装置は、オン／オフスイッチ１４０がオン操作された状態であっても、シート１００に乗客が着座した時にのみ電流増幅部１３０の誘導電流がシート内部の発熱部１１０に供給できるように、乗客がシート１００に着座した状態で乗客の身体が押す力によりオン操作する着座感知スイッチ１５０を含む。
勿論、この着座感知スイッチ１５０は、乗客がシート１００に着座していない状態ではオフ状態を維持する。

この着座感知スイッチ１５０は、シート１００に着座する乗客の下体の押す力によりオン操作するように、シート座面部１０４の中央部の適正位置に内蔵されることが好ましく、図１に示すように、電圧増幅部（第２のコイル）１３０と発熱部１１０との間に設置することができる。

図６には、このような着座感知スイッチの構成及び作動状態を詳細に示している。
可動接点１５２が、スプリング１５４により弾力支持された状態で、乗客の下体の押す力により下側に押圧される時、その下側の固定接点１５６との接点を形成するようになっている。

即ち、乗客がシート１００に着座すると、乗客の下体の押す力によりシート座面部１０４内の着座感知スイッチ１５０の可動接点１５２がスプリング１５４の力を克服し下側に押され、可動接点１５２がその下側の固定接点１５６と接点を形成し、スイッチはオンになる。
この着座感知スイッチ１５０オン（ｏｎ）の状態では、電圧増幅部１３０から提供される増幅電流がスイッチ接点を通じてシートの発熱部１１０に供給できるようになる。

このような着座感知スイッチ１５０を含むシート加熱装置では、乗客がシート１００に着座した時、着座感知スイッチ１５０がオンとなることにより、シート１００の発熱部１１０に電源が供給され、シート１００に熱を発生させて、乗客がシート１００に着座していない状態では、電源が遮断され熱は発生しない。
一方、本発明のシート加熱装置には、適正温度以上の熱が発生すると電源供給を自動遮断するようなバイメタルスイッチ１６０が設けられるが、これはシート内の発熱部１１０の熱線１１２と電圧増幅部１３０との間に設置される。

図２の実施例では、自動オン／オフされるバイメタルスイッチ１６０が熱線１１２と着座感知スイッチ１５０との間に設置されている。
このバイメタルスイッチ１６０は、図７に示すように、スイッチ端子１６２を、熱変形率の相異なる二種類の金属を接合させて構成し、スイッチ端子１６２が通電された状態で適正温度以上となり変形が発生すると、接点が離れ電源が自動遮断される構造となっている。

以下、本発明によるシート加熱装置の作動状態について説明する。
まず、運転者が車両を始動し、運転席に着座した状態（着座感知スイッチ‘オン’）でオン／オフスイッチ１４０をオン操作すると、エンジン振動により圧電素子１２０から発生した電流が電圧増幅部１３０の第１コイル１３４に提供され、これと共に第２コイル１３６では、巻数比だけ増幅された電圧の誘導電流が発生する。
この第２コイル１３６の電流は、着座感知スイッチ１５０及びバイメタルスイッチ１６０を経てシート内の発熱部１１０に供給されるが、これにより発熱部１１０の熱線１１２が発熱し、シート１００を加熱する。
その後、バイメタルスイッチ１６０が適切にオン／オフし、シート１００の加熱状態を一定に維持する。

従来の温水式シート加熱装置を示した構成図である。 （ａ）は、本発明による車両用シート加熱装置を示した構成図であり、（ｂ）は、本発明による車両用シート加熱装置を示した構成図で、補助バッテリーを配置した状態を示したものである。 本発明による車両用シート加熱装置における熱線の設置状態を示した斜視図である。 本発明による車両用シート加熱装置において電源を発生させる圧電素子の設置状態を示した概略図である。 本発明による車両用シート加熱装置における電圧増幅部の構成を示した概略図である。 本発明による車両用シート加熱装置において、乗客が着座した状態でオン操作される着座感知スイッチの一例及びその作動状態を示した図である。 本発明による車両用シート加熱装置におけるバイメタルスイッチのオン状態を示した図である。

符号の説明

１ エンジン
３ 車体
５ エンジンマウント
１００ シート
１０２ シート背面部
１０４ シート座面部
１１０ 発熱部
１１２ 熱線
１２０ 圧電素子
１３０ 電圧増幅部
１４０ オン／オフスイッチ
１５０ 着座感知スイッチ
１６０ バイメタルスイッチ

Claims (6)

1. 車両用シート加熱装置において、
   車両のエンジンと該エンジンを支持する各エンジンマウントとの間に介在して設けられる圧電素子と；
   エンジン振動により前記圧電素子から発生する電源の提供を受けて増幅する電圧増幅部と；
   シート内部に設けられ、前記電圧増幅部から提供される電源が印加され発熱作用しシートを加熱させる発熱部と；
   前記発熱部に供給される作動電源を断続するためのオン／オフスイッチと；
   を含み構成されることを特徴とする車両用シート加熱装置。
2. 前記電圧増幅部は、
   一側に第１のコイルが巻かれ、他側に前記第１のコイルと所定の巻線比を形成する第２のコイルが巻かれた環状鉄心を含み、この環状鉄心の第１のコイルが前記各圧電素子に連結されて、前記第２のコイルが前記シート内の発熱部に連結され、前記各圧電素子から提供される第１のコイルの起電力により第２のコイルに生成される増幅電圧の誘導起電力が前記シート内の発熱部に提供できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の車両用シート加熱装置。
3. シート座面部に設けられて、乗客のシート着座有無によりオン／オフ操作され、前記シート発熱部の作動電源を断続する着座感知スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用シート加熱装置。
4. 前記着座感知スイッチは、スプリングにより弾力支持される可動接点と、該可動接点が着座乗客の身体の押す力により押圧されるとオン接点を形成するようになる固定接点とを含み構成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用シート加熱装置。
5. 前記シート発熱部と前記電流増幅部との間に設けられて自動オン／オフされるバイメタルスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用シート加熱装置。
6. 前記圧電素子に電気的に連結される補助バッテリをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用シート加熱装置。

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