JP2013001360A - シートヒータ及びそれを備える車両用シート - Google Patents

Abstract

【課題】１つの温度センサによって、座席に設けられる複数の発熱体の温度がいずれも適温となるように個別に通電制御をすることができるシートヒータを提供する。
【解決手段】本シートヒータは、シート２の異なる領域に配設される２以上の発熱体３１〜３４と、前記領域の１つである基準領域の温度を計測するための温度センサ４と、その温度センサにより温度を計測し、発熱体ごとに通電量を制御する制御部５と、を備える。温度センサを基準領域の温度を計測するための１つのみとし、制御部が、基準領域を目標温度とするための基準領域の発熱体の通電量を基準通電量として計算し、且つ基準通電量に基づいてその他の発熱体ごとの通電量を計算し、全ての発熱体に対して計算される通電量により通電を常時制御することにより、一つの温度センサで、発熱体ごとに異なる通電制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はシートヒータ及びそれを備える車両用シートに関し、詳しくは、１つの温度センサによって、座席に設けられる複数の発熱体の温度がいずれも適温となるように個別に通電制御をすることができるシートヒータ、及びそれを備える車両用シートに関する。

従来、車両等のシートの座面部や背もたれ部に発熱体を備え、着座者を暖めるシートヒータが用いられている。このようなシートヒータの多くは、シートヒータ全体の発熱体の発熱量を変化させたり、発熱体への通電をオン、オフしたりすることによって温度の調整を行っている。また、近年、自動車等の座席用のヒータとして、シートヒータを複数の発熱体で構成することが提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
特許文献１に記載されているヒータは、肩部、背部、腰部、尻部、腿部と複数領域に設けられた発熱体を、省電力のために逐次切り替えて通電するヒータであり、１つの温度センサを用いて計測した温度により、全ての発熱体の通電制御が行われている。
また、特許文献２に記載されているヒータは、シートの内側及び外側と複数の領域に発熱体を備え、１つの感圧センサを用いて外側の発熱体の通電を制御することにより、必要な部分だけを発熱させるようにしたヒータである。

特開２００９−２６９４８０号公報 特開平５−２２００２６号公報

発熱体の数を増やして発熱体ごとに最適な温度制御を常時行うには、何らかの手法で各発熱体が設けられている領域の温度を把握する必要がある。しかし、温度センサを各領域に設けることは、温度センサの数が増えることとなり、配線数が増え、それに伴って質量が増えるため、軽量であることが求められる車両用シート等においては好ましくない。そこで、発熱体よりも少ない数の温度センサを用いて各発熱体の通電制御を行い、各領域を適切な温度とすることが望まれる。
これに対して特許文献１のヒータでは、１つの温度センサを用いて温度を計測することによって、全ての発熱体に対して、通電開始直後と所定温度到達後とにおいて異なる通電制御が行われる。その制御によって所定温度への到達時間を短縮する効果があるが、個々の発熱体が設けられている領域のそれぞれの温度を適切に保つための通電制御を行うことについては検討されていない。
また、特許文献２のヒータは、外側のヒータの通電を感圧センサによって制御するものであり、温度制御は内側及び外側のヒータで共通とされている。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、１つの温度センサを用いるのみで、座席に設けられた複数の発熱体の温度がいずれも適温となるように各発熱体を個別に通電制御することができるシートヒータ、及びそれを備える車両用シートを提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本第１発明のシートヒータは、シートの異なる領域に配設される２以上の発熱体と、前記領域の１つである基準領域の温度を計測するための温度センサと、前記温度センサにより温度を計測し、前記発熱体ごとに通電量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記基準領域を目標温度とするための該基準領域の発熱体の通電量を基準通電量として計算し、且つ該基準通電量に基づいてその他の発熱体ごとの通電量を計算し、全ての前記発熱体に対して前記計算された通電量により通電を常時制御することを要旨とする。

本第２発明は、前記第１発明において、前記その他の発熱体の通電量は、前記基準通電量に基づいて各別の計算式により計算されることを要旨とする。
本第３発明は、前記第１又は第２発明において、前記基準領域は、着座者の背又は尻の位置に対応する前記シートの領域であることを要旨とする。
本第４発明の車両用シートは、前記第１乃至第３発明のいずれかのシートヒータを備えることを要旨とする。

本発明のシートヒータによれば、温度センサを基準領域の温度を計測するための１つのみとし、制御部が、基準領域を目標温度とするための基準領域の発熱体の通電量を基準通電量として計算し、且つ基準通電量に基づいてその他の発熱体ごとの通電量を計算し、全ての発熱体に対して計算された通電量により通電を常時制御するため、１つの温度センサのみを用いて、複数の発熱体ごとに異なる通電制御を行うことができる。
複数の領域に発熱体が設けられた座席に使用者が着座しているとき、各領域の温度には互いに相関が見出されるため、１つの温度センサを用いて１つの領域の温度を計測し、前記相関に基づいて各領域を最適な温度とするような発熱体ごとの通電量を計算することができる。そして、各発熱体に対して計算された通電量に制御することにより、シートの全ての領域において適切な温度とすることができる。また、各領域が適切な温度となるよう通電量が常時制御されるため、温度センサにより計測される基準領域の温度に追従して通電量を変化させることができ、全ての領域の温度を常に最適に保つことができる。発熱体の通電をオン、オフさせる制御では着座者に不快感を与えるが、不連続なく通電量を変化させるため、着座者に不快感を与えないようにすることができる。
また、多数の発熱体を使用しても、温度センサの数及びそれに必要な配線の数を減らすことができる。これにより、シートヒータの部品数や組立工数を低減することができ、軽量化、低コスト化、高信頼化を図ることができる。

前記基準領域の発熱体以外の発熱体の通電量が、前記基準通電量に基づいて発熱体ごとの計算式により計算される場合は、各発熱体が設けられた領域の特性や前記相関に応じて異なる係数や計算式を用いて通電量を算出することができる。これによって、領域ごとに異なる熱のこもりや放射、対応する身体部位の温熱感の特性等に合わせ、適切な温度となるように制御を行うことができる。
前記基準領域が、着座者の背又は尻の位置に対応する前記シートの領域である場合は、着座者の体格や着座姿勢に関わらず最も安定に温度を計測できるため、各領域をより適切な温度となるよう通電を制御することができる。
上記シートヒータを備える車両用シートによれば、シート上の複数の領域ごとに適切な温度とされるため、着座者にとって快適な温熱感を与えることができる。また、部品数、配線数、組立工数を少なくすることができ、ヒータ付き車両用シートの軽量化、低コスト化、高信頼化を図ることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述によって更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本シートヒータを設けた自動車用シートの例を示す斜視図である。 本シートヒータの制御部の構成例を示す模式回路図である。 シートの背部の発熱体の発熱量の時間変化を示すグラフである。 シートの腰部の発熱体の発熱量の時間変化を示すグラフである。 シートの尻部の発熱体の発熱量の時間変化を示すグラフである。 シートの腿部の発熱体の発熱量の時間変化を示すグラフである。 比較例のシートヒータを設けた自動車用シートを示す斜視図である。

１．シートヒータの構成
以下、図１〜７を参照しながら本発明のシートヒータを詳しく説明する。
本シートヒータは、シートの異なる領域に配設される２以上の発熱体と、前記領域の１つである基準領域の温度を計測するための温度センサと、その温度センサにより温度を計測し、発熱体ごとに通電量を制御する制御部と、を備える。本シートヒータが設けられるシートは特に限定されず、例えば、車両用シート、室内用シートのような様々なシートが挙げられる。
図１は、本シートヒータを設けた車両用シートの例を示す。車両用シート２は、背もたれ部２１と座面部２２からなっている。シートヒータ１が配設されるシート２は、着座者が座る表層が複数の領域に分けられ、その各領域に設けられた発熱体により加温される。本例では、着座者の背、腰、尻及び腿の位置に対応する４つの領域がシート２上に区画され、その各領域に発熱体３１〜３４が設けられている。
シートヒータ１は、上記発熱体３１〜３４と、温度センサ４と、各発熱体３１〜３４及び温度センサ４が接続される制御部５と、を備えている。発熱体３１〜３４は、上記領域ごとに、背部発熱体３１、腰部発熱体３２、尻部発熱体３３及び腿部発熱体３４である。温度センサ４は、背部発熱体３１が設けられた領域に配設されている。発熱体３１〜３４は、制御部５によりそれぞれ独立して通電量が制御され、その通電量によって発熱量が変化する。

１つのシート上に区画される領域の数、従って発熱体の数は、２以上であればよい。各発熱体の配置や形状、大きさは、シート上の各領域に接する着座者の身体部位に温熱を与えることができる限り特に問わない。隣り合う発熱体は隙間なく設けられてもよいし、隙間を空けて設けられてもよい。
前記２以上の発熱体は、着座者の背、腰、尻及び腿の各部位に対応する領域の上記発熱体３１〜３４を含むものとすることができる。図１においては、背部から膝部の４領域に区分してそれぞれ発熱体が配設されているが、この区分に限られず任意の範囲で分割することができる。例えば、肩、背、腰、尻及び腿等と５以上に分割して、それぞれの領域に発熱体を設けてもよい。また、背部や腰部等の領域の左右外側に別の領域を更に設け、それぞれに発熱体を備えるようにしてもよい。発熱体の数を増やすことによって、シート全体にわたって、よりなだらかな温度分布と細やかな温度変化を与えるようにすることができる。

各発熱体の材料や構造は特に限定されず、例えば、抵抗発熱線や面状発熱体等を使用することができる。各発熱体は、好ましくは着座者と接するシートの表層部に設けられる。この表層部には、シートと一体になってシートの外面を覆うように設けられるシートカバーを含むことができる。例えば、上記発熱体３１〜３４を、シート内部に設けられているクッション材とシートカバーとの間に設けることができる。

温度センサ４は、上記のように区分された領域のうちの基準領域の発熱体に配設され、基準領域の発熱体近辺の温度を計測するために用いられる。この「基準領域」とは、各発熱体の通電制御の基準とする領域であり、より正確に安定して温度を計測できる領域とするのがより好ましい。このような領域として、背部又は尻部の付近（図１において、背部発熱体３１又は尻部発熱体３３が設けられている領域及びその付近）を挙げることができる。着座者の身長等体格が異なっていても、また着座姿勢が変化しても、身体とシート表面とが接触していることが多いからである。
温度センサ４の種類等は問わない。例えば、サーミスタや熱電対等、よく知られた温度計測素子を用いることができる。

制御部５は、温度センサ４により基準領域の温度を計測し、その温度と目標温度に基づいて基準領域の発熱体への通電量を基準通電量として計算し、更にその他の各発熱体への通電量を発熱体ごとに計算し、それら計算された各通電量により全ての発熱体の通電を個別に常時制御するように構成される。上記その他の各発熱体への通電量は、上記基準通電量に基づいて計算されてもよい。

図２に、制御部５の構成例を示す。制御部５は、各発熱体３１〜３４及び温度センサ４と接続されている。制御部５には、スイッチ素子５２１〜５２４を備えることができる。制御部５は、ハードウェアのみで構成されてもよいし、マイクロプロセッサ５１等を使用してハードウェアとソフトウェアとによって構成されてもよい。
各発熱体の通電量の制御方法は任意に選択することができる。本例では、マイクロプロセッサ５１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）、電圧制御、電流制御等により発熱体３１〜３４ごとに通電量を制御することができる。
制御部５及び各発熱体用の電源は、例えば車両のバッテリから給電を受ける電源６により供給される。発熱体ごとの通電量を制御することによって発熱量を常時制御できるように構成されている。

２．シートヒータの制御方法及び動作
前記基準領域の発熱体の通電量である基準通電量は、基準領域に設けられている温度センサ４によって計測した温度と予め定められた目標温度とから計算することができる。例えば、基準通電量は、ＰＩＤ制御等、フィードバック制御とするように計算することができる。目標温度は、周囲温度や通電開始後の経過時間、温度勾配等によって補正されてもよい。

基準領域を除く各発熱体の通電量は、基準領域の基準通電量に基づいて計算することができる。ヒータに通電されたシートに着座者が座っている場合の各領域の温度は互いに相関があることが分かっている。領域ごとに、シート面と着座者の身体との密着性、放熱の程度等が異なり、各領域の温度分布には一定の傾向があるからである。また、身体の部位により温熱感は相違する。これらを考慮すれば、基準領域の温度、又はそれを基に計算された基準通電量に基づいて、他の領域ごとに適切な通電量を計算することができる。そして算定された各通電量によって各発熱体を制御することによって、各領域をそれぞれ望ましい温度とすることが可能である。

前記その他の各発熱体の通電量の計算方法は、任意に選択することができる。本実施例においては、ＰＩＤ制御とするように基準通電量を算出し、その基準通電量に対して発熱体ごとに所定の係数を掛けて、各発熱体の通電量を算出している。この所定の係数は、各領域の温度分布の前記相関により設定することができる。また、予め試験等によって決めることができる。
尚、前記各発熱体の通電量の計算方法は、基準通電量に前記係数を掛ける方法に限られず、例えば、基準領域の計測温度から、その他の領域の発熱体ごとに設定した目標温度となるよう個々に仮想的なＰＩＤ制御がされてもよい。
以上により、１つの基準領域に１つの温度センサを設けるのみで、それにより計測される温度を基に基準領域の発熱体の基準通電量を求め、且つ基準通電量からその他の領域の発熱体ごとに最適な通電量が求められる。これにより、基準領域の温度を目標温度に追従させ、その他の領域は領域ごとに適切な一定の温度となるように制御することができる。

３．シートヒータの効果
本シートヒータによる通電制御方法の効果を検証するために、人が座席に座った状態で通電して各領域の温度変化を計測した。この結果を図３〜６に示す。各図ともに、縦軸は各領域表面の温度であり、横軸は通電後の時間である。各領域の温度は、当該領域の発熱体の略中央の座面表面に温度センサを設け、着座した状態で温度の計測を行った。実線は本シートヒータ（実施例）の計測結果であり、破線は比較例の計測結果である。

実施例は、図１に示した座席２であり、背部、腰部、尻部及び腿部の４つの領域に発熱体３１〜３４が設けられている。基準領域は、背部発熱体３１が設けられている領域であり、この領域に温度センサ４が設けられている。制御部５は、温度センサ４による計測温度と目標温度に基づいて、発熱体３１の通電をＰＩＤ制御するように基準発熱量を算出している。また、その他の発熱体の通電量は、発熱体ごとに定めた目標温度に対応する係数を基準発熱量に掛けて算出している。そして、制御部５は、発熱体３１〜３４に対して、算出された通電量となるように、パルス幅変調によって通電制御している。

比較例は、図７に示すように、実施例と同じ領域に同じ発熱体３１〜３４が設けられている。比較例では、発熱体３１〜３４の部位に、それぞれ対応する温度センサ４１〜４４が配設されている点で、実施例と異なる。そして、制御部５’は、発熱体ごとに個別に、温度センサによる計測値を用いて所定の目標温度となるよう通電量をＰＩＤ制御している。

基準領域である背部において、実施例及び比較例は共に温度センサ４、４１が設けられ、背部発熱体３１に対して同じ通電制御がされている。この結果、図３に示すように、実施例及び比較例はともに通電開始後２０分経過するまでに同一温度に到達しており、温度変化もほぼ同じであった。

基準領域ではない腰部、尻部、腿部の各領域の温度変化を、それぞれ図４〜６に示す。実施例においては、これらの領域には温度センサが設けられておらず、基準領域の基準通電量に基づいて計算された通電量によって制御されている。一方、比較例では、発熱体ごとに対応して温度センサが設けられ、それぞれ目標温度となるように通電量がＰＩＤ制御されている。
この結果は図４〜６に表わされたとおり、実施例と比較例とで、通電後の温度変化も到達温度もよく一致している。この結果から、基準領域に１つの温度センサを設けるのみで、全ての領域の温度がそれぞれの目標温度となるように制御されることが分かる。
したがって、本シートヒータの制御方法は妥当なものであり、少ない部品と簡単な構成により、多数の温度センサを用いて領域ごとに最適な制御を行った場合と同等の効果を発揮できることが分かる。

尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。
以上の説明では、発熱体が背部、腰部、尻部及び腿部に設けられる場合を挙げたが、発熱体の数や配設位置はこれに限らず、例えば、肩部、背部、腰部、尻部及び腿部などと数を増やしたり、尻部及び腿部などと数を減らしたりすることができる。また、発熱体を設ける場所はシートのみに限られず、例えば、ふくらはぎや足の裏等を載せる足載せ台に発熱体を設け、シートに設けた発熱体とあわせて加温を行うことができる。

１；シートヒータ、２；シート、２１；背もたれ部、２２；座面部、３１；背部発熱体、３２；腰部発熱体、３３；尻部発熱体、３４；腿部発熱体、４；温度センサ、５；制御部、６；電源。

Claims (4)

1. シートの異なる領域に配設される２以上の発熱体と、
   前記領域の１つである基準領域の温度を計測するための温度センサと、
   前記温度センサにより温度を計測し、前記発熱体ごとに通電量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記基準領域を目標温度とするための該基準領域の発熱体の通電量を基準通電量として計算し、且つ該基準通電量に基づいてその他の発熱体ごとの通電量を計算し、すべての前記発熱体に対して前記計算された通電量により通電を常時制御することを特徴とするシートヒータ。
2. 前記その他の発熱体の通電量は、前記基準通電量に基づいて各別の計算式により計算される請求項１に記載のシートヒータ。
3. 前記基準領域は、着座者の背又は尻の位置に対応する前記シートの領域である請求項１又は２記載のシートヒータ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のシートヒータを備えることを特徴とする車両用シート。

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