JP2015101309A - 車両用ステアリングホイールの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リム部の冷却性能を向上させるループ型ヒートパイプを備えた車両用ステアリングホイールの冷却装置を提供する。【解決手段】リム部１１に取り付けられたループ型ヒートパイプ２を備えた車両用ステアリングホイール１０の冷却装置１において、ループ型ヒートパイプ２のうちステアリングホイール１０のボス部１３に配置された液体容器３が凝縮部を構成し、かつリム部１１に配置された部分２１が蒸発部を構成し、ステアリングホイール１０の転舵角度が車両を直進走行させる角度にある状態では、蒸発部が凝縮部よりも上側に配置される。【選択図】図１

Description

この発明は、ループ型ヒートパイプが取り付けられた車両用ステアリングホイールの冷却装置に関する。

例えば、特許文献１には、リム部の芯材として環状のヒートパイプを用いた車両用ステアリングホイールの冷却装置が記載されている。ヒートパイプの内部には、作動流体が封入されているとともに、ヒートパイプの管壁と断熱されるようにして、蓄熱体および保持容器が異なる箇所に設けられている。要は蓄熱体が気体の作動流体から熱を受け取る凝縮部として機能し、蓄熱体で凝縮された液体が保持容器内に収容されるように構成されている。例えばステアリングホイールが直進走行位置にある場合、蓄熱体がリム部上部、かつ保持容器がリム部下部に配置される。この場合、ヒートパイプが熱輸送せず、冷却装置によりステアリングホイールのリム部が冷却されない。

特許文献２には、リム部内に設けられたヒートパイプと、スポーク部から露出するヒートシンクとが接続された車両用ステアリングホイールの冷却装置が記載されている。さらに、ステアリングホイールへ向けて送風するファンを備えている。また、リム部の表面とヒートパイプとが熱電素子により接続されている。つまり、リム部表面とヒートパイプとの温度差により熱電素子によって発電し、その電力を用いてファンを駆動させるように構成されている。

特許文献３には、リム部の内部に円周上に分割した複数のヒートパイプを配置させた車両用ステアリングホイールの冷却装置が記載されている。また、長さの異なる複数のヒートパイプを径方向で二重もしくは三重に配置させている。

特開２００５−１７８６５２号公報 特開２０１０−５８６７３号公報 特開２００８−３０８１２３号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献３に記載された構成では、ヒートパイプによってリム部からリム部へと熱輸送するため、結果として運転者が把持する可能性のある部分へ放熱することになる。つまり、リム部を十分に冷却できない可能性がある。特に、特許文献１に記載されたヒートパイプは、内部構造が複雑であるため、作動流体の流通性が低下し、ヒートパイプの動作性能が低下する虞がある。

また、特許文献２に記載された構成では、放熱部となるヒートシンクがリム部外に配置されているものの、ヒートパイプの作動状態において、ヒートパイプがヒートシンクから上側へ伸びるように配置される。そのため、凝縮部で凝縮された作動液が蒸発部へ還流し難く、ヒートパイプの動作性能が低下する可能性がある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、リム部の冷却性能を向上させる車両用ステアリングホイールの冷却装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、この発明は、内部に相変化する作動流体が封入されたループ型ヒートパイプを備え、そのループ型ヒートパイプがリム部に沿わせて配置され、前記ループ型ヒートパイプによって前記リム部の熱を輸送して前記リム部を冷却する車両用ステアリングホイールの冷却装置において、前記ループ型ヒートパイプは、前記ステアリングホイールのボス部を介するようにループ状に配置され、当該ボス部に配置された部分が凝縮部を構成し、かつ前記リム部に配置された部分が蒸発部を構成し、前記ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度にある状態では、前記蒸発部が前記凝縮部よりも上側に配置されることを特徴とするものである。

この発明は、上記の発明において、前記ボス部に配置された液体容器をさらに備え、前記ループ型ヒートパイプの両端部は、前記液体容器の内部と前記作動流体が流通可能に接続され、前記凝縮部は、前記液体容器によって構成され、前記ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度にある状態では、前記ループ型ヒートパイプ内の作動液が前記液体容器内に貯留されるように構成されていることを特徴とする車両用ステアリングホイールの冷却装置である。

この発明は、上記の発明において、前記ボス部に配置され、かつ内部に冷却材が収容された密閉容器をさらに備え、前記ループ型ヒートパイプのうち前記ボス部に配置された部分は、前記密閉容器の内部を貫通するとともに前記凝縮部を構成することを特徴とする車両用ステアリングホイールの冷却装置である。

この発明は、上記の発明において、前記ヒートパイプのうち前記密閉容器の内部に配置された部分の外表面には、フィンが設けられていることを特徴とする車両用ステアリングホイールの冷却装置である。

この発明によれば、ループ型ヒートパイプがステアリングホイールのリム部およびボス部に配置されているので、リム部の熱をボス部に輸送することにより、リム部を冷却することができる。また、ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度にある場合に、リム部に配置され蒸発部を構成する部分が、ボス部に配置された凝縮部よりも上側に配置されるように構成されている。そのため、ループ型ヒートパイプが非作動状態では、作動液を相対的に低温状態となるボス部側に貯留させることができる。したがって、ループ型ヒートパイプが作動状態となる際、凝縮部から蒸発部へ作動液が流入するのでリム部の冷却性能が向上する。

この発明によれば、液体容器内にループ型ヒートパイプ内の作動液を貯留することができる。そのため、作動液の量を増大でき、熱輸送性能を向上させることができる。また、液体容器をボス部に配置させることにより、ステアリングホイールに液体容器の収容スペースを確保することができる。

この発明によれば、内部に冷却材が収容された密閉容器をボス部に配置させ、ループ型ヒートパイプが密閉容器内を貫通するので、ループ型ヒートパイプの放熱性能が向上する。また、ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度となる場合、ループ型ヒートパイプは非作動状態となり、密閉容器内で凝縮部となる部分に作動液が貯留される。そのため、リム部の冷却性能が向上する。

この発明によれば、フィンによりループ型ヒートパイプの放熱性能が向上する。さらに、密閉容器内の冷却材とループ型ヒートパイプのフィンとの間で熱交換するように構成されているので、ループ型ヒートパイプによるリム部への冷却性能が向上する。

この発明の一例における車両用ステアリングホイールの冷却装置を示し、ステアリングホイールが車両を直進させる転舵角に位置する場合を示した模式図である。 図１に示すステアリングホイールの状態において、ループ型ヒートパイプが備える容器の内部構造を模式的に示した縦断面図である。 図１に示す状態からステアリングホイールを１８０度回転させた場合の冷却装置の配置を示した説明図である。 他の例における車両用ステアリングホイールの冷却装置が備える容器構造およびその容器内に配置された管部分を模式的に示した縦断面図である。

以下、この発明を具体的に説明する。図１には、この発明の一例における車両用ステアリングホイールの冷却装置を示してある。この具体例の冷却装置１は、車両の操舵装置に含まれるステアリングホイール１０に取り付けられたループ型ヒートパイプ２を備えている。

ステアリングホイール１０は、把持部となる環状のリム部１１と、リム部１１を支持するスポーク部１２と、スポーク部１２を介してリム部１１と接続されたボス部１３とを備えている。なお、リム部１１が運転者によって把持され、ボス部１３は図示しないステアリングシャフトに連結される。

要は、ステアリングホイール１０は車両用の操舵装置のうち車両の運転者による操舵操作（転舵）を受け付ける手段を構成している。例えば、運転者が車両を操舵する際、リム部１１が操舵操作されることにより操舵装置はボス部１３を回転中心とする所定の転舵角を生じる。そして、図示しない車両の操舵輪（車輪）では転舵角に応じた操舵角が生じ、運転者が意図した進行方向に操舵輪が向くように構成されている。

ループ型ヒートパイプ２は、ループ状に形成され、ステアリングホイール１０の形状に沿わせて配置されている。ループ型ヒートパイプ２の内部には作動流体が封入されており、その作動流体が循環することによりステアリングホイール１０の熱を輸送するように構成されている。図１に示すループ型ヒートパイプ２では、ボス部１３に配置された液体容器３を介して作動流体が循環するように構成されている。つまり、ループ型ヒートパイプ２内の密閉空間を作動流体が熱輸送媒体として流通する。

図２に示すように、液体容器３は、管２０と作動流体が流通可能に接続されており、内部に液体の作動流体（作動液）４を貯留するように構成されている。液体容器３は管２０と二箇所で接続されている。管２０のうち一方の部分２２は液体容器３との接続口を介して液体容器３内へ蒸気を流入させる蒸気管を構成し、他方の部分２２は他の接続口を介して液体容器３と接続され液体容器３内から作動液４を流出させる液管を構成する。つまり、液体容器３は、ループ型ヒートパイプ２における凝縮部を構成している。

また、管２０は一連に形成され、リム部１１に配置された部分２１を含むように構成されている。すなわち、ループ型ヒートパイプ２のうちリム部１１に沿わせて配置された部分２１が蒸発部を構成する。つまり、管２０の両端側の部分２２が、ボス部１３に配置され、かつ液体容器３と接続されている。このように、ループ型ヒートパイプ２の管２０は、リム部１１に配置された部分２１およびボス部１３に配置された部分２２を介して環状に形成されている。

要するに冷却装置１は、ループ型ヒートパイプ２がステアリングホイール１０のリム部１１と熱交換可能に構成されている。例えば、ループ型ヒートパイプ２の管２０は金属製であって、リム部１１を形成する金属部材と接触して配置され熱伝達するように構成されている。また、ループ型ヒートパイプ２内に封入される作動流体として、例えば水やアルコールやアンモニア水や相変化物質（ＰＣＭ）などが用いられる。さらに、液体容器３は金属製であって、ボス部１３を形成する金属部材と当接するように配置されてもよい。

また、図１に示す冷却装置１では、ループ型ヒートパイプ２の管２０は、リム部１１のうち運転者が把持する可能性の高い箇所に配置されている。例えば図１に示すステアリングホイール１０を時計とみなし、基準点Ｐの位置を時計の十二時の位置とみなすと、一般に、運転者は運転時にステアリングホイール１０のリム部１１のうち十時十分の箇所を両手で把持することが多い。つまり、運転者の左手により把持される十時の箇所、および運転者の右手により把持される十分の箇所には、ループ型ヒートパイプ２の管２０が配置されている。さらに、管２０の両端側はリム部１１の形状から屈曲してスポーク部１２を介してボス部１３に到る形状に沿わせて配置されている。その管２０に接続された液体容器３は、管２０のうちリム部１１に配置された部分２１よりも下側に配置されている。

なお、図１に示すステアリングホイール１０の状態とは、ステアリングホイール１０の転舵角が車両を直進走行させる角度となる状態である。図１に示す一点鎖線Ｙは、ステアリングホイール１０の回転中心を通り上下方向に伸びる基準線である。図１に示すステアリングホイール１０が直進走行位置にある場合、基準点Ｐはリム部１１における上部に配置され、かつ一点鎖線Ｙ上に配置される。例えば、ステアイングホイール１０が転舵されて基準点Ｐが基準線Ｙ上からずれた場合でも、転舵角が所定の角度範囲内となる場合には、ここで説明する車両を直進走行させる状態に含まれる。

ここで、図１，図３を参照して、ステアリングホイール１０の回転状態に応じた冷却装置１の動作について説明する。図１に示す状態が冷却装置１の非作動状態であり、図３に示す状態が冷却装置１の作動状態である。

図１に示す冷却装置１では、車両が日向に長時間の停車もしくは駐車された状況下においてリム部１１が高温状態となり、そのリム部１１の熱によりループ型ヒートパイプ２の管２０内のうち部分２１がドライアウトする。要は、管２０内において部分２１に作動液が到るような毛細管力が生じないこと、および液体容器３が部分２１よりも下側に配置されているため、蒸発部となる部分２１に作動液４が還流せずヒートパイプ２が作動していない状態となる。そのため、ループ型ヒートパイプ２内の作動液４は液体容器３内に貯留される。つまり、この具体例の冷却装置１では、ステアリングホイール１０が直進走行位置にある場合、凝縮部から蒸発部への作動液４の還流が生じない。

なお、リム部１１に配置されたループ型ヒートパイプ２の部分２１内がドライアウトに到る過程を説明すると、まずステアリングホイール１０に照射された日光などによりリム部１１が熱せられる。そして、ループ型ヒートパイプ２の部分２１はリム部１１の熱を受け取ることにより、部分２１内の作動液４が蒸発する。さらに、その部分２１内で気化された蒸気は、相対的に内圧が低い部分２２のうちのいずれか一方の側へ向けて流通し、その一方の部分２２を介して液体容器３内へ流入する。その蒸気が液体容器３内で凝縮されて液体となるとともに液体容器３内に留まる。

そして、図１に示す状態からステアリングホイール１０が回転されて図３に示す状態に到る。図３には、図１に示す直進走行位置状態からステアリングホイール１０を時計回りもしくは反時計回りに１８０度回転させた状態を示してある。図３に示す冷却装置１では、ループ型ヒートパイプ２が作動状態となる。

具体的には、ループ型ヒートパイプ２において管となる部分２１が液体容器３よりも下側に配置される。そのため、図１に示す状態から図３に示す状態へステアリングホイール１０が回転される過程において、作動液４が重力により液体容器３内から部分２１側の管内へ向けて流出する。つまり、蒸発部となる部分２１の管内へ作動液４が流入し、ループ型ヒートパイプ２が作動する。これにより、リム部１１の熱が液体容器３が配置されたボス部１３へ輸送され、リム部１１が冷却される。

図１に示す状態から図３に示す状態に到る過程において、ステアリングホイール１０の転舵角度が車両を直進走行させる角度から所定角度以上に転舵された場合に、液体容器３内の作動液４が部分２１側の管内へ向けて流出する。例えば、図１に示す状態からステアリングホイール１０を時計回りもしくは反時計回りに９０度回転させた場合、液体容器３内の貯留されている作動液４が部分２１へ流入する。そして、部分２１で作動液４が蒸発する際に潜熱をリム部１１から奪うためリム部１１が冷却される。

以上説明した通り、この具体例における車両用ステアリングホイールの冷却装置によれば、ループ型ヒートパイプが非作動状態において液体容器内の作動流体を液相（作動液）に保つことができる。さらに、ステアリングホイールのリム部にループ型ヒートパイプの蒸発部となる管を配置し、ステアリングホイールのボス部側にヒートパイプの凝縮部となる液体容器を配置している。そして、ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度となる場合には、液体容器が蒸発部となる管よりも下側に配置されることによりループ型ヒートパイプが非作動状態となる。そのため、ループ型ヒートパイプが非作動状態から熱輸送可能な作動状態に変化した際、運転者が把持するリム部の冷却速度が向上する。

なお、この発明における車両用ステアリングホイールの冷却装置は、前述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、ループ型ヒートパイプにおける凝縮部の構造を変更することができる。前述した具体例とは凝縮部の構造が異なるループ型ヒートパイプを備えたステアリングホイールの冷却装置の一例を図４に示してある。図４は、この変形例における冷却装置が備える凝縮部の縦断面図を示している。なお、前述した具体例と同様の構成については説明を省略し、その符号を引用して説明する。

図４に示す冷却装置１は、前述した液体容器３に代えて、密閉容器３０がボス部１３に配置されている。密閉容器３０の内部には、水もしくは相変化物質により構成された作動液３１が収容されている。さらに、ループ型ヒートパイプ２の管２０は一連に形成され、密閉容器３０の内部を貫通するように構成されている。この変形例におけるループ型ヒートパイプ２では、管２０のうち密閉容器３０の内部に配置された部分２３が凝縮部を構成している。要は密閉容器３０内の作動液３１が管２０を冷却する冷却材となる。なお、管２０のうち部分２３は、前述した具体例の管２０における部分２２の設置箇所と同様に、ボス部１３に配置されている。

その管２０の部分２３の外表面には、板状に形成された複数のフィン２４が設けられている。すなわち、フィン２４が、ループ型ヒートパイプ２における放熱部を構成する。つまり、管２０に設けられたフィン２４が、密閉容器３０内に収容されている作動液３１と接触している。つまり、作動液３１の収容量は、フィン２４が浸かる量となる。そのため、管２０のうちリム部１１に配置された部分２１から輸送された熱がフィン２４から作動液３１へ熱伝達される。つまり、作動液３１が融点２０〜４０℃程度の相変化物質により構成され、その作動液３１の潜熱を利用してリム部１１を冷却するように構成されている。

この変形例における車両用ステアリングホイールの冷却装置によれば、ループ型ヒートパイプにおける放熱性能が向上し、リム部の冷却性能を向上させることができる。また、密閉容器内に収容された作動液が冷却材として機能するので、密閉容器の内部すなわちループ型ヒートパイプの凝縮部が蓄冷部として機能する。そのため、ループ型ヒートパイプによるリム部への冷却性能が向上する。

なお、密閉容器内の作動液の収容量は液密状態であってもよい。この場合、その作動液はリム部の熱により相変化しない液体を用いることができる。例えば、水などにより作動液を構成することができる。

１…冷却装置、 ２…ループ型ヒートパイプ、 ２ａ…蒸発部、 ２ｂ…凝縮部、 ３…液体容器、 ４…作動液、 １０…ステアリングホイール、 １１…リム部、 １２…スポーク部、 １３…ボス部。

Claims (4)

1. 内部に相変化する作動流体が封入されたループ型ヒートパイプを備え、そのループ型ヒートパイプがリム部に沿わせて配置され、前記ループ型ヒートパイプによって前記リム部の熱を輸送して前記リム部を冷却する車両用ステアリングホイールの冷却装置において、
   前記ループ型ヒートパイプは、前記ステアリングホイールのボス部を介するようにループ状に配置され、当該ボス部に配置された部分が凝縮部を構成し、かつ前記リム部に配置された部分が蒸発部を構成し、
   前記ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度にある状態では、前記蒸発部が前記凝縮部よりも上側に配置されることを特徴とする車両用ステアリングホイールの冷却装置。
2. 前記ボス部に配置された液体容器をさらに備え、
   前記ループ型ヒートパイプの両端部は、前記液体容器の内部と前記作動流体が流通可能に接続され、
   前記凝縮部は、前記液体容器によって構成され、
   前記ステアリングホイールの転舵角度が車両を直進走行させる角度にある状態では、前記ループ型ヒートパイプ内の作動液が前記液体容器内に貯留されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリングホイールの冷却装置。
3. 前記ボス部に配置され、かつ内部に冷却材が収容された密閉容器をさらに備え、
   前記ループ型ヒートパイプのうち前記ボス部に配置された部分は、前記密閉容器の内部を貫通するとともに前記凝縮部を構成することを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリングホイールの冷却装置。
4. 前記ヒートパイプのうち前記密閉容器の内部に配置された部分の外表面には、フィンが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用ステアリングホイールの冷却装置。

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