JP2007153026A - ステアリングホイール - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールのリング部を効果的に冷却あるいは加熱することができる温度調整装置を提供する。
【解決手段】リング部１３は、金属製の芯材１６を有する。芯材１６は、運転者側に対向する凸面１６１と、運転者側とは反対側で凹む凹面１６２とを有し、凸面１６１側にはヒートパイプ１７が接合されている。ヒートパイプ１７は、リング部１３の周方向のほぼ全体に沿って配設されている。ヒートパイプ１７は、リング部１３からスポーク部１４Ａを経由してリング部１３外へ延びるリング外の熱交換部１７１，１７２を有する。熱交換部１７１，１７２は、スポーク部１４Ａに導かれている。ヒートパイプ１７には平板形状のペルチェ素子１８が接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リング部に温度調整装置を備えたステアリングホイールに関する。

夏季の日射を受けた車両のステアリングホイールのリング部は、高温になり、ステアリングホイールを操作する運転者は、不快感を感じる。特許文献１〜７には、ステアリングホイールのリム（リング部）を冷却する装置が開示されている。

特許文献１に開示の装置では、ハンドルのリム部（リング部）に熱調整体が内蔵されており、ハンドルのリム部は、熱調整体を介してペルチェ素子によって加熱あるいは冷却されるようになっている。

特許文献２に開示の装置では、ハンドルのスポーク部にペルチェ素子が設けられており、ハンドルのリム部における芯材が熱伝導率に優れた熱調整体によってペルチェ素子に熱的に連結されている。ハンドルのリム部は、熱調整体を介してペルチェ素子によって加熱あるいは冷却されるようになっている。

特許文献３，６，７に開示の装置では、ステアリングホイールのリム部がヒートパイプから構成されている。
ヒートパイプは、少量の熱輸送用流体（例えば水）である液体を金属管内に減圧して封入して構成されている。このような構成のヒートパイプは、銅等の熱伝導率の高い金属の数百倍もの熱伝導率をもつ熱輸送デバイスとして知られている。リング部の上部が高温部になると共に、リング部の下部が低温部となる傾向にあるステアリングホイールでは、リング部の全周に沿って設けられたヒートパイプは、リング部の上部から下部へ熱輸送してステアリングホイールのリング部を冷却する。

特許文献４に開示の装置では、ステアリングホイールのリング部の全周に沿ってヒートパイプが設けられており、ハンドルのボス部にペルチェ素子が設けられている。
特許文献５に開示の装置では、ステアリングホイールにペルチェ素子が設置されており、ステアリングホイールのリング部の表面の熱がペルチェ素子によってリング部の芯材に伝達されるようになっている。これにより、リング部の表面が冷却される。逆に、ペルチェ素子によってリング部の表面を加熱することもできる。
特開平６−２４９５４０号公報 特開２００２−３４７６２９号公報 特開２００４−１２２９７０号公報 特開２００４−２１０２６７号公報 特開２００４−２９１８８９号公報 特開２００５−１４３８号公報 特開２００５−１７８６５２号公報

しかし、特許文献５に開示の装置では、芯材の放熱容量を超えると、芯材自体が蓄熱してしまうため、ペルチェ素子の機能が低下してしまい、リング部の表面を長時間継続的に冷却することができない。

特許文献３，６，７に開示の装置では、リング部の芯材の周りに、発泡樹脂、発泡ゴム等のクッション層を設ける構成であり、このようなクッション層がヒートパイプを包み込むことになる。ヒートパイプを包み込むクッション層は、リング部の表面の熱をヒートパイプへ伝達する上で効率を低下させることとなり、リング部の表面を効果的に冷却することが難しい。

特許文献２に開示の装置では、スポーク部の放熱容量を超えると、スポーク自体が蓄熱してしまうため、ペルチェ素子の機能が低下してしまい、リング部の表面を長時間継続的に冷却することができない。

特許文献１，４に開示の装置では、ハンドルのボス部に設けたペルチェ素子とハンドルのリム部に設けたヒートパイプとの間で熱交換を行なうが、ハンドルのボス部にペルチェ素子が設けられており、ペルチェ素子の大型化が避けられない。

特許文献１には、ハンドルのリム部にペルチェ素子を直接設けることも可能であるとの旨が記載されているが、ペルチェ素子からの熱を外部へいかに放出するかについては不明である。

本発明は、ステアリングホイールのリング部を効果的に冷却あるいは加熱することができる温度調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、リング部に温度調整装置を備えたステアリングホイールを対象とし、請求項１の発明は、前記リング部が、導管内に熱輸送用流体を有する熱伝導パイプと、前記熱伝導パイプとの間で熱交換を行なう熱交換素子とを備え、前記熱伝導パイプが、前記リング部外で熱交換を行なうための熱交換部を有することを特徴とする。

熱交換素子は、冷却素子あるいは加熱素子として機能する。熱交換素子が冷却素子として機能する場合、熱交換素子は、リング部から熱を奪って熱伝導パイプへ積極的に伝達し、熱伝導パイプに伝達された熱は、熱交換部を介してリング部外へ放熱される。従って、熱交換素子によってリング部から奪われた熱がリング部外へ放熱され、リング部が効果的に冷却される。熱交換素子が加熱素子として機能する場合、熱交換素子は、熱伝導パイプから熱を奪ってリング部へ積極的に伝達し、熱伝導パイプは、熱交換部を介して熱を取り込む。従って、リング部が効果的に加熱される。

好適な例では、前記リング部は、リング状の芯材を備え、前記熱交換素子は、前記芯材との間に前記熱伝導パイプを挟むように、配設されている。
熱伝導パイプがない場合には、芯材の材質として熱伝導に優れた材質を用いることが望ましいが、リング部の必要な強度を確保する上で優れた材質においては熱伝導性に限度がある。熱伝導パイプが熱交換素子との間での熱交換を受け持つ本発明では、熱伝導性を考慮することなく強度確保のみを考慮した芯材の材質の選択が可能となる。

好適な例では、前記熱伝導パイプは、ヒートパイプである。
ヒートパイプは、リング部を効果的に冷却あるいは加熱する上で、好適である。
好適な例では、前記熱伝導パイプは、偏平形状に形成された偏平部を有する。

偏平部を有する熱伝導パイプは、リング部の横断面の径を不必要に大きくならないようにする上で、好適な形状である。
好適な例では、前記熱交換素子は、前記熱伝導パイプに接触されている。

熱交換素子と熱伝導パイプとを接触させた構成は、熱交換素子と熱伝導パイプとの間の熱交換を効果的に行なう上で有利である。
好適な例では、複数の前記熱交換素子が前記リング部の周方向に沿って間隔を置いて配列されている。

車両の前面衝突が発生した時、リング部が慣性によって前方へ移動した運転者を受け止めたときに、リング部が適度に曲げ変形して運転者に対する衝撃を緩和することが望ましい。そのため、芯材には適正な曲げ変形特性を付与すればよいが、熱交換素子がリング部の周方向に沿った単一のリング状の素子である場合には、リング状の熱交換素子の曲げ変形特性を考慮した上で芯材と組み合わさったリング部の曲げ変形特性を設定する必要がある。複数の冷却素子をリング部の周方向に沿って間隔を置いて配列させた構成は、熱交換素子の変形特性の影響を考慮する必要性が少なくなるため、芯材の曲げ変形特性を主眼として設定することが可能となる。

好適な例では、前記熱交換素子は、ペルチェ素子である。

本発明は、ステアリングホイールのリング部を効果的に冷却あるいは加熱できるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、車両の運転席（図示略）の前方には操舵軸１１が回転可能に設けられており、操舵軸１１には車両操舵用のステアリングホイール１２が連結されている。ステアリングホイール１２は、リング状のリング部１３と、リング部１３を支える複数のスポーク部１４，１４Ａと、スポーク部１４，１４Ａに連結されて操舵軸１１に固定されるハブ１５とを備えている。リング部１３を回転操作することにより操舵軸１１が回転し、車両の前輪の向きが変えられる。

図１（ｂ）に示すように、リング部１３は、金属製（例えばアルミニウム合金）の芯材１６を有する。リング状の芯材１６にはスポーク部１４，１４Ａが連結されている。芯材１６は、運転者側に対向する凸面１６１と、運転者側とは反対側で凹む凹面１６２とを有し、凸面１６１側にはヒートパイプ１７が接合されている。ヒートパイプ１７の導管１７０内には熱輸送用流体としての少量の水が減圧状態で入れられている。

図１（ａ）に示すように、ヒートパイプ１７は、リング部１３の周方向のほぼ全体に沿って配設されている。ヒートパイプ１７は、リング部１３からリング部１３外のスポーク部１４Ａへ延びる熱交換部１７１，１７２を有する。

図１（ｂ）に示すように、リング部１３内のヒートパイプ１７は、偏平形状に形成されており、リング部１３内の偏平なヒートパイプ１７の偏平部１７３は、芯材１６の凸面１６１に面接合されている。又、図１（ｂ）及び図３に示すように、偏平部１７３は、芯材１６のリング外周部１６３及びリング内周部１６４にも面接合されている。

偏平部１７３には熱交換素子としての平板形状のペルチェ素子１８が接合されている。つまり、ペルチェ素子１８は、芯材１６とペルチェ素子１８との間にヒートパイプ１７の偏平部１７３を挟むように、配設されている。

図２に示すように、ペルチェ素子１８は、リング部１３の周方向に沿って間隔を置いて複数配列されている。
図１（ｂ）に示すように、リング部１３は、リング状の形状補正部材１９及び合成樹脂製の充填材２０を備えている。形状補正部材１９の材質には熱伝導性に優れた金属（例えばアルミニウム）が用いられている。形状補正部材１９は、運転者側に対向する凸面部１９１と、運転者側とは反対側に面する平面部１９２とを有しており、平面部１９２がペルチェ素子１８に面接合されている。充填材２０は、例えばウレタン樹脂製である。充填材２０は、芯材１６、ヒートパイプ１７の偏平部１７３、ペルチェ素子１８及び形状補正部材１９を型内に入れた状態で成形（インサート成形）される。形状補正部材１９の凸面部１９１は、充填材２０の表面に滑らかに連なっている。

形状補正部材１９の凸面部１９１及び充填材２０の表面は、グラファイト製の熱伝導シート２１によって被覆されており、熱伝導シート２１は、革製の表皮２２によって被覆されている。

ペルチェ素子１８に直流電流を流すと、ペルチェ素子１８の外面１８１（形状補正部材１９、熱伝導シート２１及び表皮２２側の面）と内面１８２（ヒートパイプ１７側の面）との一方が吸熱し、他方が放熱する。外面１８１が吸熱するようにペルチェ素子１８に直流電流を流すと、外面１８１側から内面１８２側へ熱が移される。つまり、リング部１３の表面側から専ら形状補正部材１９を経由してペルチェ素子１８の外面１８１へ熱が移動し、外面１８１へ移動した熱が外面１８１側から内面１８２側へ移される。外面１８１側から内面１８２側へ移された熱は、ヒートパイプ１７へ伝えられ、ヒートパイプ１７内の熱輸送用流体がヒートパイプ１７に伝えられた熱によって蒸気化してスポーク部１４Ａ側の熱交換部１７１，１７２へ移動してゆく。熱交換部１７１，１７２によってスポーク部１４Ａへ導かれた熱輸送用流体は、例えばエアコンからスポーク部１４Ａへ導かれた冷風によって熱を奪われる。

具体的には、エアコンダクトをコラムカバーの下まで延設し、コラムカバーの下側にエアコンの風の吹き出し口を設けておけば、エアコンスイッチＯＮの状態のときには車両の直進状態においてはスポーク部１４Ａに常時風が当たることとなる。スポーク部１４Ａで放熱した熱輸送用流体は、液化して偏平部１７３へ還流してくる。

外面１８１側から内面１８２側へ熱が移動するように直流電流をペルチェ素子１８に流した場合には、外面１８１が吸熱面となり、内面１８２が放熱面となる。この場合には、ペルチェ素子１８は、リング部１３の表面を冷却する冷却素子となる。ペルチェ素子１８は、通電によって熱伝導パイプとしてのヒートパイプ１７との間で熱交換を行なう熱交換素子である。

直流電流を流す方向を逆にすると、外面１８１が放熱面となり、内面１８２が吸熱面となる。この場合には、ペルチェ素子１８は、リング部１３の表面を加熱する加熱素子となる。ペルチェ素子１８を加熱素子として機能させた場合には、熱輸送用流体は、スポーク部１４Ａで例えばエアコンからスポーク部１４Ａへ導かれた温風によって加熱されて蒸気化する。蒸気化した熱輸送用流体は、リング部１３の偏平部１７３へ移動する。偏平部１７３へ移動した熱輸送用流体の熱は、ペルチェ素子１８の内面１８２へ吸熱され、偏平部１７３からペルチェ素子１８の内面１８２へ移動した熱は、外面１８１へ移動される。ペルチェ素子１８は、内面１８２側から外面１８１側へ移動した熱によってリング部１３の表面を加熱する。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ペルチェ素子１８がリング部１３の表面を冷却する冷却素子として機能する場合、ペルチェ素子１８は、通電によってリング部１３から熱を奪ってヒートパイプ１７の偏平部１７３へ積極的に伝達する。偏平部１７３に伝達された熱は、熱交換部１７１，１７２を介してリング部１３の外部へ放熱される。従って、ペルチェ素子１８によってリング部１３から奪われた熱がリング部１３の外へ放熱され、リング部１３が効果的に冷却される。

ペルチェ素子１８がリング部１３の表面を加熱する加熱素子として機能する場合、ペルチェ素子１８は、通電によってヒートパイプ１７から熱を奪ってリング部１３へ積極的に伝達し、ヒートパイプ１７は、リング部１３の外部の熱交換部１７１，１７２を介して熱を取り込む。従って、リング部１３が効果的に加熱される。

（２）ヒートパイプ１７がない場合には、芯材１６の材質として熱伝導に優れた材質を用いることが望ましいが、リング部１３の必要な強度を確保する上で優れた材質においては熱伝導性に限度がある。ヒートパイプ１７がペルチェ素子１８との間での熱交換を受け持つため、熱伝導性を考慮することなく強度確保のみを考慮した芯材１６の材質の選択が可能となる。

（３）ヒートパイプ１７は、偏平部１７３を有し、偏平部１７３は、芯材１６に接合するように、リング部１３内に設けられている。ヒートパイプ１７に偏平部１７３を設けた構成は、リング部１３の横断面の径を不必要に大きくならないようにする上で、好適である。

（４）ペルチェ素子１８は、ヒートパイプ１７の偏平部１７３に接触されている。ペルチェ素子１８と偏平部１７３とを接触させた構成は、ペルチェ素子１８とヒートパイプ１７との間の熱交換を効果的に行なう上で有利である。ペルチェ素子１８の平面の内面１８２と偏平部１７３とを面接触させる構成は、ペルチェ素子１８とヒートパイプ１７との間の熱交換を効果的に行なう上で特に有利である。

（５）車両の前面衝突が発生した時、リング部１３が慣性によって前方へ移動した運転者を受け止めたときに、リング部１３が適度に曲げ変形して運転者に対する衝撃を緩和することが望ましい。そのため、芯材１６には適正な曲げ変形特性を付与すればよいが、ペルチェ素子（熱交換素子）の周方向に沿った単一のリング状の素子である場合には、リング状のペルチェ素子の曲げ変形特性を考慮した上で芯材１６と組み合わさったリング部１３の曲げ変形特性を設定する必要がある。複数のペルチェ素子１８をリング部の周方向に沿って間隔を置いて配列させた構成は、ペルチェ素子１８の変形特性の影響を考慮する必要性が少なくなるため、芯材１６の曲げ変形特性を主眼として設定することが可能となる。

（６）ペルチェ素子１８は、直流電流の通電方向を変えることによって、冷却素子のみならず加熱素子としても使用できる。冷却と加熱との切り換えを容易に行えるペルチェ素子１８は、熱交換素子として好適である。

（７）形状補正部材１９の凸面部１９１は、充填材２０の表面に滑らかに連なっている。従って、リング部１３を握ったときの手触りで凹凸を感じることはない。形状補正部材１９の採用は、リング部１３の表面の凹凸を抑制する上で有効である。

（８）グラファイト製の熱伝導シート２１は、熱伝導性に優れている。充填材２０及び形状補正部材１９を熱伝導シート２１によって被覆した構成は、冷却素子として機能するペルチェ素子１８の外面１８１からやや離れた表皮２２や充填材２０の熱をペルチェ素子１８の外面１８１へ伝達する上で、好適である。つまり、熱伝導シート２１は、リング部１３の表面を均一に冷却することに寄与する。又、形状補正部材１９は、熱伝導シート２１からペルチェ素子１８の外面１８１へ熱を伝達する役割を果たす。形状補正部材１９を熱伝導性に優れた金属（例えばアルミニウム、銅、マグネシウム、これらの合金等）製とした構成は、ペルチェ素子１８によってリング部１３の表面を冷却する上で、有効である。

充填材２０及び形状補正部材１９を熱伝導シート２１によって被覆した構成は、加熱素子として機能するペルチェ素子１８の外面１８１から遠くに離れた充填材２０や表皮２２にペルチェ素子１８の外面１８１の熱を伝達する上で、好適である。つまり、熱伝導シート２１は、リング部１３の表面を均一に加熱することに寄与する。又、形状補正部材１９は、ペルチェ素子１８の外面１８１から熱伝導シート２１へ熱を伝達する役割を果たす。形状補正部材１９を熱伝導性に優れた金属（例えばアルミニウム）製とした構成は、ペルチェ素子１８によってリング部１３の表面を加熱する上で、有効である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図４に示すように、ペルチェ素子１８の内面１８２が芯材１６のリング外周部１６３に対向するように、リング外周部１６３側にペルチェ素子１８を配設するようにしてもよい。この場合、ヒートパイプ１７の偏平部１７３がペルチェ素子１８の内面１８２及びリング外周部１６３に面接触するようにすればよい。又、ペルチェ素子１８の外面１８１に接するように形状補正部材１９もリング外周部１６３側に配設するのが好ましい。

○図５に示すように、芯材１６の凹面１６２を運転者側に向け、凹面１６２に面接合するようにヒートパイプ１７Ａを配設するようにしてもよい。
○導管内の熱輸送用流体をポンプ等によって強制的に流動させるようにした熱伝導パイプを用いてもよい。

○リング状の形状補正部材１９の代わりに、ペルチェ素子１８の外面１８１の所のみを被覆するように、リング部１３の周方向に間隔を置いて複数の形状補正部材を配列するようにしてもよい。

○操舵軸１１を筒形状とし、操舵軸１１の筒内にヒートパイプ１７の熱交換部１７１，１７２を通し、放熱あるいは吸熱に適した熱交換場所に熱交換部１７１，１７２を導くようにしてもよい。

○熱交換部１７１，１７２をステアリングホイール１２のスポーク部１４に設けてもよい。
○スポーク部を２本あるいは４本備えたステアリングホイールに本発明を適用してもよい。

○リング部１３の横断面の径の大きさを考慮しなければ、リング部１３内のヒートパイプ１７の横断面形状を円形、楕円形等の他の形状を適宜採用してもよい。
○芯材は、断面円形で中空又は中実であってもよい。芯材が中実である場合には、第１の実施形態における芯材１６の形状とは別の種々の形状が可能である。

○芯材１６の材質は、鉄、アルミニウム、マグネシウム、これらの合金等であってもよい。
○形状補正部材１９をヒートパイプで構成してもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記リング部は、前記熱交換素子を被覆する熱伝導シートを備えている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のステアリングホイール。

熱伝導シートは、リング部の表面を均一に冷却又は均一に加熱することに寄与する。
〔２〕前記リング部の外面の形状を補正するための形状補正部材が前記熱交換素子の外面側に設けられている請求項１乃至請求項７、前記〔１〕項のいずれか１項に記載のステアリングホイール。

このような形状補正部材の採用は、リング部の表面の凹凸感を抑制する上で有効である。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、ステアリングホイールの正面図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。 図１（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図。 別の実施形態を示す断面図。 別の実施形態を示す断面図。

符号の説明

１２…ステアリングホイール。１３…リング部。１６…芯材。１７，１７Ａ…熱伝導パイプとしてのヒートパイプ。１７０…導管。１７１，１７２…熱交換部。１７３…偏平部。１８…熱交換素子としてのペルチェ素子。

Claims (7)

1. リング部に温度調整装置を備えたステアリングホイールにおいて、
   前記リング部は、導管内に熱輸送用流体を有する熱伝導パイプと、前記熱伝導パイプとの間で熱交換を行なう熱交換素子とを備え、前記熱伝導パイプは、前記リング部外で熱交換を行なうための熱交換部を有するステアリングホイール。
2. 前記リング部は、リング状の芯材を備え、前記熱交換素子は、前記芯材との間に前記熱伝導パイプを挟むように、配設されている請求項１に記載のステアリングホイール。
3. 前記熱伝導パイプは、ヒートパイプである請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
4. 前記熱伝導パイプは、偏平形状に形成された偏平部を有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
5. 前記熱交換素子は、前記熱伝導パイプに接触されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
6. 複数の前記熱交換素子が前記リング部の周方向に沿って間隔を置いて配列されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
7. 前記熱交換素子は、ペルチェ素子である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のステアリングホイール。

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