JP2008120353A - ハンドル冷却加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンドルリム部の表面を、迅速かつ充分に加熱・冷却するための熱電変換素子の電気的な接続の設計自由度を向上させるとともに、熱電変換素子のリード線半田付け部に機械的な応力の発生が少なく信頼性の高いハンドル冷却加熱装置を提供すること。
【解決手段】
放熱面と吸熱面を有する熱電変換素子１１と、放熱面および吸熱面のいずれか一方と熱的に連結され、車両用ハンドル１０の内部に設けられた蓄熱部材２５と、放熱面および吸熱面の他方と熱的に連結され、車両用ハンドル１０のハンドル表層部１８に熱を伝達するための伝熱板１６とが設けられているハンドル冷却加熱装置において、複数の熱電変換素子１１を直列もしくは並列に電気的に接続する配線基板２０を備え、熱電変換素子１１と配線基板２０の位置を規制する規制部材１４を有すること。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば外部環境によって冷やされ、あるいは暖められた車両用ハンドルの表面温度を短時間のうちに適温にして快適な運転操作に寄与するハンドル冷却加熱装置に関する。

ハンドルは車両の一部を構成し、車両を操舵するための部材である。ハンドルは、リム部と取付部とが一体化されてなり、取付部が車両のステアリングシャフトに取り付けられる。リム部は、運転者が車両を操舵する際に把持する部分である。

ところで、夏期や冬期などには、外気温の変化に伴ってハンドルが過度に熱くなったり、冷たくなったりする場合がある。ハンドル（特にリム部の部分）は運転者が直接手で触る部分であるため、リム部が過度に熱くなったり過度に冷たくなったりした場合には、運転者はリム部が適当な温度になるまで車両の運転を開始できない。このため近年では、熱電変換素子（所謂ペルチェ素子）によって、リム部を加温・冷却する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このハンドル冷却加熱装置においては、ハンドルの芯金の一部が切りかかれ、その部分に置き換えられるようにして蓄熱部材が組み込まれている。熱電変換素子は、蓄熱部材の外面に導電性接着剤を用いて固定され熱的に連結されている。また、切りかかれた部分の強度をアップする方法として、冷却加熱ユニットを組み付ける部分の芯金を、完全に切り欠いた状態でなく、部分的に芯金を切り欠いた方法も提案されている。さらには、蓄熱部材に芯金を使って、熱電変換素子を直接芯金に組み付けた方法も提案されている。芯金自身はほとんどの車両用ハンドルに内蔵されているものであるので、わざわざ別の蓄熱部材を用意する必要がなく、十分な熱容量をもっているので、熱電変換素子による温度調節も確実に行うことができる。

しかし、複数の熱電変換素子がリード線でつながった状態は非常に組付け性が悪く、各リード線の接続部（半田付け部）に組付け時の取り回しにより応力が発生すると、半田付け部の破損につながる。また、ハンドルのグリップ内部のスペースは非常に狭いことから、リード線の本数が増加する並列配線はできないなどの問題がある。
特開２００６―１７６０３７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、熱電変換素子の電気的な接続の設計自由度を向上させるとともに、熱電変換素子のリード線半田付け部への機械的な応力の発生が少なく信頼性の高いハンドル冷却加熱装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために講じた第一の技術的手段は、
放熱面と吸熱面を有する熱電変換素子と、
前記放熱面および前記吸熱面のいずれか一方と熱的に連結され、車両用ハンドルの内部に設けられた蓄熱部材と、
前記放熱面および前記吸熱面の他方と熱的に連結され、前記車両用ハンドルのハンドル表層部に熱を伝達するための伝熱板とが設けられているハンドル冷却加熱装置において、
複数の前記熱電変換素子を直列もしくは並列に電気的に接続する配線基板を備え、前記熱電変換素子と前記配線基板の位置を規制する規制部材を有することである。

第二の技術的手段は、第一の技術的手段において、
前記蓄熱部材は付勢部材により前記熱電変換素子の前記放熱面および前記吸熱面のいずれか一方に押圧されていることである。

請求項1の発明によれば、複数の熱電変換素子を直列もしくは並列に電気的に接続する配線基板を備え、熱電変換素子と配線基板の位置を規制する規制部材を有することにより、熱電変換素子の電気的な接続の設計自由度を向上させるとともに、熱電変換素子のリード線の半田付け部への機械的な応力の発生を少なくすることができる。

請求項２の発明によれば、蓄熱部材は付勢部材により熱電変換素子の放熱面および吸熱面のいずれか一方に押圧されていることにより、蓄熱部材と熱電変換素子との間での熱を受け渡しが良好となり熱伝導性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。

図１は、本実施例における車両用ハンドルの断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図２のＣ−Ｃ断面での一部構成部品の配置を示している。

ここで、車両用ハンドル１０は、芯金１２を骨格として備える一般的な車両に装備されるハンドルである。この車両用ハンドル１０に備えられる芯金１２は金属体であり、一般的にハンドルのリム部のほぼ全周にわたって存在している。芯金１２は、スパイダー部の内部やボス部にも埋め込まれていて、通常は鉄やアルミニウムが用いられる。これらの芯金１２は、ハンドルの形状を維持するとともに、ステアリング操作等に耐えうる強度を持ち、かつレスポンス良く動かす事を要求されるので、金属部材を用いた場合には、その重量を軽量化するために、あるいはコストダウンの意味も含めて、リム部の芯金１２には中空パイプや、馬蹄形の断面を持った金属体を用いることが多い。

芯金１２は全体を覆う形で断熱材１５を周りに備えている。これは、一般的な車両の室内温度は寒暖の差が激しく、夏は炎天下では直射日光の影響を受け直接日が当たる上、冬は気温が下がるので、むき出しのままであると、直接その影響を受けて、運転者が触れなくなるほど熱くなる。よって、断熱材１５で全体を覆うことによってその影響を少しでも緩和する目的がある。一般的に、断熱材１５の材質には低発泡のウレタン等が用いられている。

ハンドル表層部１８は断熱材１５に包まれた芯金１２を包む目的で設けられている。大抵は樹脂製または合成皮であり、高級車などには本皮を材料に使用する例もみられる。ハンドル表層部１８は主に車両用ハンドル１０の握り心地を向上させるとともに、汚れにくくするといった目的で備えられ、運転者が掌に汗をかいても滑りにくいような工夫がなされているものも多い。

ペルチェモジュール（熱電変換素子）１１は吸熱面と放熱面の２面からなる構造になっており、電圧を印加する事で吸熱面から放熱面に熱を移動させる装置であり、機械的機構を持たずして小さなスペースで熱交換が出来る。また、ペルチェモジュール１１は印加する電圧の極性を反転することで、吸熱面と放熱面とが入れ替わる特性を持っており、片側の面の冷却と加熱を切り替えることが可能である。

芯金１２の一部は切りかかれ、その部分に置き換えられるようにして蓄熱部材２５が組み込まれている。蓄熱部材２５は断面が略四角形の形状となっており、ネジなどの締結部材で芯金１２の上面に締結するためのＬ字形に折り曲げられた締結部を有している。蓄熱部材２５の材質は蓄熱性の高い素材が選択されている。例えば、銅やアルミニウムといった金属である。ただし、蓄熱性が高く熱伝導率が適度に高ければ金属に限る必要はなく、金属を含有した樹脂のような複合材料等であっても良い。例えば、高熱伝導樹脂等は、チタン並みの熱導電率を持っており、そういった素材でも適応しうる。目安として、熱容量は少なくとも１０Ｊ／Ｋ以上であって、３０Ｊ／Ｋ以上が望ましく、少なくとも熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であって、５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。

ペルチェモジュール１１は、断面がＣ字形状をしたホルダ（規制部材）１４に形成された四角状の孔部１４ａに嵌め込まれて固定されて、その一面が伝熱板１６と導電性接着剤１３を介して密着されている。また、ペルチェモジュール１１の他面は蓄熱部材２５と導電性接着剤１３を介して密着されており、熱的に連結されている。本実施例では、蓄熱部材２５を車両用ハンドル１０に組み付けた際に、外側に来る面に左右各３個のペルチェモジュール１１を使用している。

なお、導電性接着剤１３を介して、ペルチェモジュール１１と、伝熱板１６と蓄熱部材２５とを密着させるのは、伝熱性を高めるために密着度を高くすることと、導電性接着剤１３自身も伝熱性が高いことで、熱伝導を阻害しないようにする目的がある。

伝熱板１６は、断面がＣ字形状をなし、組み付けられた状態でリム部断面の外周部に来るように設けられている。また、伝熱板１６はペルチェモジュール１１が局部的に熱交換した温度を、握り部分に伝えるような配慮がなされている。伝熱板１６は、熱伝導度の良い金属、例えば銅やアルミニウムが使われるが、金属に限定するものではなく、熱伝導性の良い樹脂等でもかまわない。目安として求められる熱伝導率は、少なくとも１０Ｗ／ｍＫ以上であって、５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。

蓄熱部材２５はバネ（付勢部材）１７によりペルチェモジュール１１側に付勢されており、伝熱板１６とペルチェモジュール１１と蓄熱部材２５との密着度を高めている。

ペルチェモジュール１１のリード線１１ａを電気的に、直列もしくは並列に接続する配線基板２０は、ホルダ１４の下面外側に一体成形された凸部１４ｂにより位置決めされて固定されている。このように、ホルダ１４の凸部１４ｂにより位置決めされた配線基板２０に、ホルダ１４に形成された孔部１４ａに嵌め込まれて固定されたペルチェモジュール１１のリード線１１ａを接続する構成にすることにより、リード線１１ａと配線基板２０との半田付け部１１ｂに機械的な応力が発生することを防止できる。

伝熱板１６の内面にはペルチェモジュール１１近くに温度センサ１９が配設されている。温度センサ１９は伝熱板１６の温度を制御するためにペルチェモジュール１１近傍に設置し、応答性を高める目的である。温度センサ１９から出る配線（図示せず）は、ペルチェモジュール１１のリード線１１ａと同様に配線基板２０に接続されている。

そして、ペルチェモジュール１１及び温度センサ１９は図示しない制御装置に接続され、制御されている。

つぎに作動について説明する。

車両用ハンドル１０に備えられるハンドル表層部１８の温度が、例えば設定温度Ｔの範囲が２０℃〜３０℃として、その設定温度Ｔから外れた温度であった場合、温度センサ１９にてハンドル表層部１８の温度が測定されて、制御装置によってペルチェモジュール１１に電圧の印加が開始される。温度が設定温度Ｔより高く外れている場合には冷却を、温度が設定温度Ｔより低く外れている場合には加熱を行う。

設定温度Ｔよりも温度センサ１９で測定される温度が高い場合、ペルチェモジュール１１にハンドル表層部１８を冷却可能なように制御装置が判断して電圧を印加し、それによって、放熱面と吸熱面の２面からなるペルチェモジュール１１は、導電性接着剤１３を介して伝熱板１６側から熱を奪い、導電性接着剤１３を介して蓄熱部材２５側に放熱を行う。蓄熱部材２５は伝熱板１６に比べて熱容量が大きく、放熱すると、その内部に熱を拡散していくので、結果的に伝熱板１６の温度を下げることが可能になる。

一方、設定温度Ｔよりも温度センサ１９で測定される温度が低い場合、ペルチェモジュール１１にハンドル表層部１８を加熱可能なように、冷却時とは逆極性に電圧を印加し、それによって、放熱面と吸熱面の２面からなるペルチェモジュール１１は、導電性接着剤１３を介して蓄熱部材２５側から導電性接着剤１３を介して伝熱板１６に熱を移動させる。これにより伝熱板１６の温度を上げることが可能になる。また、ペルチェモジュール１１に投入された電力も熱となるため、伝熱板１６の温度上昇に寄与する。

これらの冷却加熱は伝熱板１６の温度を制御することで、ハンドル表層部１８の温度を設定温度Ｔ付近にする目的で成されるが、車両用ハンドル１０全体でなく、車両用ハンドル１０を握る部分を局所的に冷却加熱できればよい。実用上、車内は運転者によってエアコンディショナーで冷暖房され、それに伴って徐々に放吸熱が行われて、時間が経過すれば設定温度Ｔに近づき運転に支障がなくなると考えられる。したがって、運転開始当初に必要な部分だけ冷却されていれば事足り、かつ迅速に設定温度Ｔにするためにも部分的に冷却加熱する方が、効率が良い。

このことは、放熱部を蓄熱部材２５の熱容量に頼る点においても必要である。つまり伝熱板１６よりも蓄熱部材２５の熱容量が大きいことを利用して、迅速な冷却加熱を実現しているため、熱容量の差が大きいほうが都合がよいのである。

本発明の実施形態を示す車両用ハンドルの断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図であって、ホルダ１４とペルチェモジュールの配置を表した図である。

符号の説明

１０・・・ハンドル
１１・・・ペルチェモジュール（熱電変換素子）
１２・・・芯金
１３・・・導電性接着剤
１４・・・ホルダ（規制部材）
１５・・・断熱材
１６・・・伝熱板
１７・・・バネ（付勢部材）
１８・・・ハンドル表層部
１９・・・温度センサ
２０・・・配線基板
２５・・・蓄熱部材

Claims (2)

1. 放熱面と吸熱面を有する熱電変換素子と、
   前記放熱面および前記吸熱面のいずれか一方と熱的に連結され、車両用ハンドルの内部に設けられた蓄熱部材と、
   前記放熱面および前記吸熱面の他方と熱的に連結され、前記車両用ハンドルのハンドル表層部に熱を伝達するための伝熱板とを備えたハンドル冷却加熱装置において、
   複数の前記熱電変換素子を直列もしくは並列に電気的に接続する配線基板と、前記熱電変換素子と前記配線基板の位置を規制する規制部材とを更に備えたことを特徴とするハンドル冷却加熱装置。
2. 請求項１において、
   前記蓄熱部材は付勢部材により前記熱電変換素子の前記放熱面および前記吸熱面のいずれか一方に押圧されていることを特徴とするハンドル冷却加熱装置。

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