JP2016011826A - 温調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化体への通電の開始および停止の精度を向上できる温調制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】人体２１０が接触する表皮２００ａ側から順に、熱拡散層４０、熱流束センサ１０、温度変化体２１、２２を配置する。そして、熱流束センサ１０から熱拡散層４０、熱流束センサ１０、温度変化体２１、２２の配列方向に当該熱流束センサ１０を通過する熱流束に応じたセンサ信号を出力させ、制御部２に、熱流束センサ１０から出力されるセンサ信号に基づいて温度変化体２１、２２への通電の開始および停止を制御させる。【選択図】図７

Description

本発明は、熱流束センサを用いた温調制御装置に関するものである。

従来より、例えば、特許文献１には、通電されることで温度が高くなる温度変化体としてのヒータと、当該ヒータへの通電を制御するコントローラと、人体検知部としての焦電型センサとを備える温調制御装置としての電気カーペットが提案されている。

具体的には、この電気カーペットでは、人体が接触するカバーの内部にヒータが配置され、カバーの外部に焦電型センサが配置されている。そして、人体からの赤外線を焦電型センサによって検知し、人体が存在すると判定した場合にはヒータへの通電を行い、人体が存在しないと判定した場合には、ヒータへの通電を停止している。つまり、ヒータへの通電の開始や停止を自動で制御している。

特開２０００−３５６３５７号公報

しかしながら、このような電気カーペットでは、焦電型センサを用いて人体検知を行っているため、人体の動作が緩やかな場合には赤外線の変化が小さいために人体を検知できないことがあるという問題がある。つまり、電気カーペット上に人体が存在するにも関わらずヒータへの通電が開始されない可能性や、電気カーペット上に人体が存在しないにも関わらずヒータへの通電が停止されない可能性があるという問題がある。

なお、このような問題は、通電されることで温度が低くなる温度変化体を用いた温調制御装置であっても、人体検知として焦電型センサを用いた場合には同様に発生する。

本発明は上記点に鑑みて、温度変化体への通電制御の精度を向上できる温調制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、通電されることによって温度が変化する温度変化体（２１ａ、２２）と、温度変化体上に配置され、熱流束に応じたセンサ信号を出力する熱流束センサ（１０）と、熱流束センサを覆うように、熱流束センサを挟んで温度変化体側と反対側に配置された熱拡散層（４０）と、温度変化体への通電を制御することで温度変化体の温度を調整する制御部（２）と、を備え、人体（２１０）が接触する表皮（２００ａ）側から順に、熱拡散層、熱流束センサ、温度変化体が配置され、熱流束センサは、熱拡散層、熱流束センサ、温度変化体の配列方向に当該熱流束センサを通過する熱流束に応じたセンサ信号を出力し、制御部は、熱流束センサから出力されるセンサ信号に基づき、温度変化体への通電の開始および停止を制御することを特徴としている。

これによれば、人体と表皮とが接触した際、および人体が表皮から離間した際には必ず熱流束が発生するため、当該熱流束に基づいて温度変化体への通電を制御している。また、この熱流束は、人体と表皮とが接触しているか否かに依存するものであり、人体の動作の速度には依存しない。このため、温度変化体への通電制御の精度を向上できる。

例えば、請求項３に記載の発明のように、制御部は、温度変化体に通電を開始した後、表皮と温度変化体との間の熱流束が一定となるように温度変化体への通電を調整する温調制御を行うものとすることができる。

これによれば、表皮と温度変化体との間の熱流束が一定となるように温度変化体への通電が制御される。つまり、表皮に人体が接触している場合には、人体と表皮との間の熱流束が一定となるように温度変化体への通電が制御される。このため、人体に快適な温度環境を長期間に渡って提供できる。

この場合、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、表皮の温度に応じた検出信号を出力する温度センサ（５０）を備え、制御部は、温度変化体への通電を開始した後、温調制御を行う前に、温度センサからの検出信号に基づき、表皮の温度が所定温度となるように温度変化体への通電量を調整するものとできる。

これによれば、温調制御を行う前に、表皮の温度を所定温度となるように温度変化体への通電量を調整しているため、人体が快適と感じるまでに達する時間を短縮できる。すなわち、この処理を行わずに温調制御を開始すると、例えば、温度変化体が発熱体である場合には、人体の体表面温度が低い状態で温度変化体への通電を開始すると、人体の体表面温度が低い状態で人体と表皮との間の熱流束が一定となるように温度変化体への通電が制御される。つまり、人体は寒いと感じているものの温度変化体への通電量は増加しない状態が続いてしまう。このため、温調制御を行う前に、表皮の温度を所定温度まで高くすることにより、人体が快適と感じるまでに達する時間を短縮できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における温調制御装置の構成を示す図である。 図１中の熱流束センサの平面図である。 図２中のIII−III線に沿った断面図である。 図２中のIV−IV線に沿った断面図である。 熱流束センサの製造工程を示す断面図である。 座席にヒータ部を配置したときの模式図である。 制御部の作動を示すフローチャートである。 センサ信号と時間との関係を示すタイミングチャートである。 センサ信号の変化量と時間との関係を示すタイミングチャートである。 熱流束と時間との関係を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態における座席にヒータ部を配置したときの模式図である。 制御部の作動を示すフローチャートである。 センサ信号と時間との関係を示すタイミングチャートである。 センサ信号の変化量と時間との関係を示すタイミングチャートである。 熱流束と時間との関係を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。なお、本実施形態では、人体を温める温調制御装置に本発明を適用した例について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の温調制御装置は、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１、カバー３０、中間部材４０、温度センサ５０等を有する温度調整部１と、制御部２とを備えている。

熱流束センサ１０は、図２〜図４に示されるように、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０が一体化され、この一体化されたものの内部で第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されたものである。以下に、熱流束センサ１０の構造について具体的に説明する。なお、図２は、理解をし易くするために、表面保護部材１１０を省略して示してある。

絶縁基材１００は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成されている。そして、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。

なお、本実施形態の第１、第２ビアホール１０１、１０２は、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよい。また、裏面１００ｂから表面１００ａに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。

そして、第１ビアホール１０１には第１層間接続部材１３０が配置され、第２ビアホール１０２には第２層間接続部材１４０が配置されている。つまり、絶縁基材１００には、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が互い違いになるように配置されている。

第１、第２層間接続部材１３０、１４０は、ゼーベック効果を発揮するように、互いに異なる金属で構成されている。例えば、第１層間接続部材１３０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。また、第２層間接続部材１４０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。このように、第１、第２層間接続部材１３０、１４０として所定の結晶構造が維持されるように固相焼結された金属化合物を用いることにより、起電力（起電圧）を大きくできる。

なお、図２は、断面図ではないが、理解をし易くするために第１、第２層間接続部材１３０、１４０に異なるハッチングを施してある。

絶縁基材１００の表面１００ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成される表面保護部材１１０が配置されている。この表面保護部材１１０は、絶縁基材１００と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン１１１が互いに離間するように形成されている。そして、各表面パターン１１１はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図３に示されるように、隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とを組１５０としたとき、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は同じ表面パターン１１１と接続されている。つまり、各組１５０の第１、第２層間接続部材１３０、１４０は表面パターン１１１を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、絶縁基材１００の長手方向（図３中紙面左右方向）に沿って隣接する１つの第１層間接続部材１３０と１つの第２層間接続部材１４０とが組１５０とされている。

絶縁基材１００の裏面１００ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成される裏面保護部材１２０が配置されている。この裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００の長手方向の長さが絶縁基材１００より長くされており、長手方向の両端部が絶縁基材１００から突出するように絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置されている。

そして、裏面保護部材１２０には、絶縁基材１００と対向する一面１２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン１２１が互いに離間するように形成されている。そして、各裏面パターン１２１はそれぞれ第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

具体的には、図３に示されるように、絶縁基材１００の長手方向に隣接する組１５０において、一方の組１５０の第１層間接続部材１３０と他方の組１５０の第２層間接続部材１４０とが同じ裏面パターン１２１と接続されている。つまり、組１５０を跨いで第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１を介して電気的に接続されている。

また、図４に示されるように、絶縁基材１００の外縁では、長手方向と直交する方向（図２中紙面上下方向）に沿って隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１と接続されている。詳述すると、絶縁基材１００の長手方向に表面パターン１１１および裏面パターン１２１を介して直列に接続されたものが折り返されるように、隣接する第１、第２層間接続部材１３０、１４０が同じ裏面パターン１２１と接続されている。

また、裏面パターン１２１のうち、上記のように直列に接続されたものの端部となる部分は、図２および図３に示されるように、絶縁基材１００から露出するように形成されている。そして、裏面パターン１２１のうち絶縁基材１００から露出する部分が制御部２と接続される端子として機能する部分となる。

以上が本実施形態における基本的な熱流束センサ１０の構成である。そして、このような熱流束センサ１０は、熱流束センサ１０を厚さ方向に通過する熱流束に応じたセンサ信号（起電力）を制御部２に出力する。熱流束が変化すると、交互に直列接続された第１、第２層間接続部材１３０、１４０にて発生する起電力が変化するためである。なお、熱流束センサ１０の厚さ方向とは、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０の積層方向のことである。

ここで、上記熱流束センサ１０の製造方法について図５を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）に示されるように、絶縁基材１００を用意し、複数の第１ビアホール１０１をドリルやレーザ等によって形成する。

次に、図５（ｂ）に示されるように、各第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する。なお、第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０−５０３５６号に記載の方法（装置）を採用すると良い。

簡単に説明すると、吸着紙１６０を介して図示しない保持台上に、裏面１００ｂが吸着紙１６０と対向するように絶縁基材１００を配置する。そして、第１導電性ペースト１３１を溶融させつつ、第１ビアホール１０１内に第１導電性ペースト１３１を充填する。これにより、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤の大部分が吸着紙１６０に吸着され、第１ビアホール１０１に合金の粉末が密接して配置される。

なお、吸着紙１６０は、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。また、第１導電性ペースト１３１は、金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末を融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第１導電性ペースト１３１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが約４３℃に加熱された状態で行われる。

続いて、図５（ｃ）に示されるように、絶縁基材１００に複数の第２ビアホール１０２をドリルやレーザ等によって形成する。この第２ビアホール１０２は、上記のように、第１ビアホール１０１と互い違いとなり、第１ビアホール１０１と共に千鳥パターンを構成するように形成される。

次に、図５（ｄ）に示されるように、各第２ビアホール１０２に第２導電性ペースト１４１を充填する。なお、この工程は、上記図５（ｂ）と同様の工程で行うことができる。

すなわち、再び、吸着紙１６０を介して図示しない保持台上に裏面１００ｂが吸着紙１６０と対向するように絶縁基材１００を配置した後、第２ビアホール１０２内に第２導電性ペースト１４１を充填する。これにより、第２導電性ペースト１４１の有機溶剤の大部分が吸着紙１６０に吸着され、第２ビアホール１０２に合金の粉末が密接して配置される。

第２導電性ペースト１４１は、第１導電性ペースト１３１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｔｅ合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第２導電性ペースト１４１を構成する有機溶剤は、第１導電性ペースト１３１を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第２導電性ペースト１４１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第２導電性ペースト１４１の充填が行われる。これにより、第１ビアホール１０１に第２導電性ペースト１４１が混入することが抑制される。

なお、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態とは、上記図５（ｂ）の工程において、吸着紙１６０に吸着されずに第１ビアホール１０１に残存している有機溶剤が固化された状態のことである。

そして、上記各工程とは別工程において、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示されるように、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０のうち絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ、１２０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の表面パターン１１１が形成された表面保護部材１１０、互いに離間している複数の裏面パターン１２１が形成された裏面保護部材１２０を用意する。

その後、図５（ｇ）に示されるように、裏面保護部材１２０、絶縁基材１００、表面保護部材１１０を順に積層して積層体１７０を構成する。

なお、本実施形態では、裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００より長手方向の長さが長くされている。そして、裏面保護部材１２０は、長手方向の両端部が絶縁基材１００から突出するように配置される。

続いて、図５（ｈ）に示されるように、この積層体１７０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧することにより、積層体１７０を一体化する。具体的には、第１、第２導電性ペースト１３１、１４１が固相焼結されて第１、第２層間接続部材１３０、１４０を形成すると共に、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と表面パターン１１１および裏面パターン１２１とが接続されるように積層体１７０を加熱しながら加圧して一体化する。

なお、特に限定されるものではないが、積層体１７０を一体化する際には、積層体１７０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。以上のようにして、上記熱流束センサ１０が製造される。

パネルヒータ２１は、図１に示されるように、熱流束センサ１０が配置されるものであり、本実施形態では、制御部２からの通電量に応じて発熱量が変化し、通電量が大きいほど発熱量が大きくなって温度が高くなる発熱体（温度変化体）を有するものが用いられる。例えば、パネルヒータ２１としては、折れ線状に配置された発熱体としてのニクロム線２１ａが保護カバー（図示略）内に収容された周知のものが用いられる。そして、制御部２から通電されることで発熱して温度が高くなる。

なお、本実施形態では、ニクロム線２１ａが本発明の温度変化体に相当しており、図１では、保護カバーを省略して図示しているが、熱流束センサ１０はニクロム線２１ａの直上に配置されている。また、ニクロム線２１ａは、局所的な領域毎の発熱量が一定となるように、厚さ（太さ）が一定とされている。但し、本明細書におけるニクロム線２１ａの厚さ（太さ）が一定とは、製造誤差等における若干の誤差を含むものである。そして、熱流束センサ１０は、裏面保護部材１２０がパネルヒータ２１側となるように配置されている。

中間部材４０は、パネルヒータ２１（ニクロム線２１ａ）の熱を拡散、伝達するものであり、熱流束センサ１０のうちのパネルヒータ２１と接触する部分と異なる部分、およびパネルヒータ２１のうちの熱流束センサ１０が配置される側の部分を覆うように配置されている。具体的には、熱流束センサ１０は、裏面保護部材１２０における一面１２０ａと反対側の一面がパネルヒータ２１と接触しているため、中間部材４０は熱流束センサ１０のうちのこの一面を除く部分、およびパネルヒータ２１のうちの熱流束センサ１０が配置される側の部分における熱流束センサ１０と接触する部分を除く部分を覆うように配置されている。言い換えると、中間部材４０は、熱流束センサ１０のうちのパネルヒータ２１側と反対側の部分（一面）、およびこの部分とパネルヒータ２１と接触する部分とを繋ぐ部分（側面）とを覆うと共に、パネルヒータ２１のうちの熱流束センサ１０が配置される側の部分における熱流束センサ１０と接触する部分を除く部分を覆うように配置されている。これにより、パネルヒータ２１（ニクロム線２１ａ）にて発生した熱が中間部材４０によって均一に拡散される。つまり、パネルヒータ２１は、内部にニクロム線２１ａを有するものであるが、ニクロム線２１ａは折れ線状に配置されており、ニクロム線２１ａ同士の間には空間（発熱されない部分）が存在する。このため、上記のように中間部材４０を配置することにより、ニクロム線２１ａにて発生した熱が均一に拡散される。なお、本実施形態では、中間部材４０は、本発明の熱拡散層に相当し、熱の拡散性が高いステンレスや樹脂等を用いて構成される。

カバー３０は、中間部材４０上に配置されるものであり、本実施形態では、このカバー３０も熱の拡散性が高いステンレスや樹脂等を用いて構成されている。なお、カバー３０は、備えられていなくてもよい。

温度センサ５０は、後述する表皮２００ａの温度を測定した検出信号を制御部２に出力するものであり、例えば、サーミスタ等が用いられる。

制御部２は、ＣＰＵ、記憶手段を構成する各種メモリ、周辺機器等を用いて構成されたものであり、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１、温度センサ５０等と接続されている。そして、熱流束センサ１０から入力されるセンサ信号および温度センサ５０から入力される検出信号に基づいてパネルヒータ２１への通電を制御する。

以上が本実施形態における温調制御装置の構成である。このような温調制御装置は、電気カーペットや、座席、便座等の温調制御装置として用いられる。例えば、図６に示されるように、自動車等の車両内に配置される座席の温調制御装置として用いられる場合は、座面部（シートクッション）２０１および背もたれ部（シートバック）２０２を有する座席２００の座面部２０１および背もたれ部２０２内に温度調整部１が配置される。そして、制御部２としての車両ＥＣＵによって温度調整部１が制御されることにより、人体（乗員）に快適な温度環境を提供する。

なお、温度調整部１は、人体が接触するカバー等の表皮側から順に、カバー３０、中間部材４０、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１となるように配置される。つまり、例えば、図６に示されるように温度調整部１を車両に搭載した場合には、座席２００のうちの人体（乗員）が着座する際に接触する表皮２００ａ側から順に、カバー３０、中間部材４０、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１となるように配置される。そして、熱流束センサ１０は、中間部材４０、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１の配列方向に熱流束センサ１０を通過する熱流束に応じたセンサ信号を出力する。

次に、上記温調制御装置における制御部２の作動について図７を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、熱流束センサ１０は、表面保護部材１１０側から裏面保護部材１２０側に向かう熱流束が通過すると負の起電力（センサ信号）を制御部２に出力するようになっている。また、制御部２は、例えば、人体（ユーザ）が開始指示を行ったときや、車両に搭載される場合には車両におけるイグニッションスイッチがオンされたときに下記処理を開始する。また、制御部２には、所定期間毎に熱流束センサ１０からのセンサ信号および温度センサ５０からの検出信号が入力されるようになっている。

まず、図７に示されるように、温調制御の停止指示があるか否かを判定し（Ｓ３０１）、停止指示がある場合には（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、処理を終了する。これに対し、停止指示がない場合には（Ｓ３０１：ＮＯ）、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下か否かを判定する（Ｓ３０２）。

ここで、具体的には後述するが、表皮２００ａに人体２１０が接触すると、人体２１０側から表皮２００ａ（熱流束センサ１０）側に向かう熱流束が発生する（図８Ａおよび８Ｃ参照）。つまり、表面保護部材１１０側から裏面保護部材１２０側に向かう熱流束が熱流束センサ１０を通過し、熱流束センサ１０に負の起電力が発生する。このため、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下か否かを判定することにより、表皮２００ａに人体２１０が接触しているか否かを判定することができる。なお、開始閾値は、パネルヒータ２１への通電を開始していない状態で、表皮２００ａに人体２１０が接触した際に発生し得る値に基づいて決定される。

なお、ステップＳ３０１における停止指示があるか否かの判定は、例えば、車両に搭載される場合には、ダッシュボードに備えられたタッチパネルに対して乗員の停止指示があったか否かを判定することにより行われる。同様に、開始指示があるか否かの判定も、タッチパネルに対して乗員の開始指示があるか否かを判定することにより行われる。

そして、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値より大きい場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、表皮２００ａに人体２１０が接触していないため、ステップＳ３０１の処理を再び行う。また、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下である場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、表皮２００ａに人体２１０が接触しているため、パネルヒータ２１への通電を開始してパネルヒータ２１を発熱させる（Ｓ３０３）。これにより、カバー３０（中間部材４０）を介して表皮２００ａが温められ、人体２１０も温められる。

このとき、本実施形態では、カバー３０および中間部材４０が熱の拡散性が高い材料にて構成されているため、カバー３０から表皮２００ａへの伝熱量は部分毎にほぼ等しくなる。このため、表皮２００ａの温度が部分毎にばらつくことを抑制できる。

そして、パネルヒータ２１への通電を開始した後は、まず、温度センサ５０の検出信号が閾値以上か否かを判定し（Ｓ３０４）、検出信号が閾値より小さい場合には（Ｓ３０４：ＮＯ）、パネルヒータ２１への通電量を増加する（Ｓ３０５）。このように、パネルヒータ２１への通電を開始した後に表皮２００ａの温度を閾値（所定温度）まで高くするのは、人体２１０が快適と感じるまでに達する時間を短縮するためである。

また、温度センサ５０の検出信号が閾値以上である場合には（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値以下か否かを判定する（Ｓ３０６）。そして、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値以下である場合には（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、パネルヒータ２１への通電量を増加し（Ｓ３０７）、ステップＳ３０６の処理に戻る。また、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値より大きい場合には（Ｓ３０６：ＮＯ）、熱流束センサ１０のセンサ信号が上限閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３０８）。そして、熱流束センサ１０のセンサ信号が上限閾値以上である場合には（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、パネルヒータ２１への通電量を減少し（Ｓ３０９）、ステップＳ３０６の処理に戻る。

なお、下限閾値および上限閾値は、予め人体２１０が快適と感じる熱流束に基づいて決定される。このため、上記のように、ステップＳ３０６〜Ｓ３０９の処理を繰り返し行うことで人体２１０と表皮２００ａ（表皮２００ａとパネルヒータ２１）との間の熱流束がほぼ一定となるようにパネルヒータ２１への通電を制御する温調制御を行うことにより、人体２１０に快適な温度環境を長期間に渡って提供できる。

そして、熱流束センサ１０のセンサ信号が上限閾値より小さい場合には（Ｓ３０８：ＮＯ）、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量（微分値）が停止閾値以上か否かを判定する（Ｓ３１０）。

ここで、具体的には後述するが、人体２１０が表皮２００ａに接触している状態から離間すると、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束が大きく変化し、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が負の値となる（図８Ｂおよび図８Ｃ参照）。このため、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が停止閾値以下であるか否かを判定することにより、人体２１０が表皮２００ａに接触しているか否かを判定できる。なお、停止閾値は、人体２１０が表皮２００ａから離間した際に発生し得る値に基づいて決定される。

したがって、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が停止閾値より大きい場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、表皮２００ａに人体２１０が接触したままの状態であるため、ステップＳ３０６の処理に戻る。また、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が停止閾値以下である場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、人体２１０が表皮２００ａから離間したことになるため、パネルヒータ２１への通電を停止し、処理を終了する（Ｓ３１１）。

以上が本実施形態における制御部２の作動である。なお、ステップＳ３０２、Ｓ３０６、Ｓ３０８の処理における熱流束センサ１０のセンサ信号を判定する場合、およびステップＳ３１０の処理における熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量を判定する場合は、熱流束センサ１０から出力されるセンサ信号（起電力）を判定する代わりに、センサ信号を熱流束に変換した値を用いて判定してもよい。

次に、実際の熱流束と時間との関係について、図７および図８Ａ〜図８Ｃを参照しつつ説明する。なお、図８Ａ〜図８Ｃ中の時点Ｔ０〜Ｔ５は、同じ時点を示している。また、図８Ｃは、熱流束センサ１０、パネルヒータ２１、表皮２００ａと、人体２１０との間の熱流速の関係を示す模式図である。そして、図８Ｃでは、外部空間を約１８℃とし、ＯＮはパネルヒータ２１への通電が行われている状態を示し、ＯＦＦはパネルヒータ２１への通電が行われていない状態を示し、矢印は熱流束の大きさおよび方向を示している。

まず、図８Ｃの時点Ｔ０から時点Ｔ１の期間のように、表皮２００ａに人体２１０が接触しておらず、パネルヒータ２１への通電も行われていない場合には、パネルヒータ２１の温度も約１８℃となる。このため、図８Ａに示されるように、熱流束センサ１０から出力されるセンサ信号はほぼ０となる。

そして、図８Ｃの時点Ｔ１において、人体２１０が表皮２００ａに接触すると、人体２１０の体温は約３６℃であるため、人体２１０から熱流束センサ１０側に向かう熱流束が発生する。このため、図８Ａに示されるように、当該熱流束に応じたセンサ信号が熱流束センサ１０から出力される。したがって、制御部２は、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下か否かを判定することにより、人体２１０が表皮２００ａに接触しているか否かを判定する（Ｓ３０２）。

そして、制御部２は、表皮２００ａに人体２１０が接触していると判定した場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、時点Ｔ２でパネルヒータ２１への通電を開始する（Ｓ３０３）。これにより、パネルヒータ２１からの放熱によって表皮２００ａが温められて当該表皮２００ａの温度が高くなり、図８Ｃに示されるように、表皮２００ａ側から人体２１０に向かう熱流束が発生する。

ここで、本実施形態では、上記ステップＳ３０４、Ｓ３０５で説明したように、表皮２００ａと人体２１０との間の熱流束が一定となる温調制御を行う前に、表皮２００ａの温度が閾値（所定温度）以上となるようにパネルヒータ２１への通電を行っている。本実施形態では、パネルヒータ２１が４２℃程度となるように通電を行っている。このため、図８Ａに示されるように、時点Ｔ２と時点Ｔ３の間の期間では、熱流束センサ１０のセンサ信号が上限閾値より大きくなる。

そして、制御部２は、時点Ｔ３から時点Ｔ４では、パネルヒータ２１への通電量の増加、減少を適宜行うことにより、図８Ａおよび図８Ｃに示されるように、人体２１０と表皮２００ａ（パネルヒータ２１）との間の熱流束をほぼ一定に維持する（Ｓ３０６〜Ｓ３０９）。なお、図８Ｃでは、パネルヒータ２１の温度を３８℃として示してあるが、実際には人体の体温に依存してパネルヒータ２１の温度は増減している。

そして、図８Ｃに示されるように、時点Ｔ４で人体２１０が表皮２００ａから離間すると、図８Ａに示されるようにセンサ信号が低下し、図８Ｂに示されるように、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量（微分値）が急峻に小さくなる（負の値となる）。言い換えると、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量の絶対値が急峻に大きくなる。このため、制御部２は、センサ信号の変化量が停止閾値以下か否かを判定することにより、表皮２００ａと人体２１０とが接触しているか否かを判定する（Ｓ３１０）。

そして、制御部２は、人体２１０が表皮２００ａから離間したと判定すると（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、時点Ｔ５でパネルヒータ２１への通電を停止して処理を終了する（Ｓ３１１）。

以上説明したように、本実施形態では、人体２１０と表皮２００ａとが接触した際、または人体２１０が表皮２００ａから離間した際に必ず熱流束が発生するため、当該熱流束に基づいてパネルヒータ２１への通電を制御している。また、この熱流束は、人体２１０と表皮２００ａとが接触しているか否かに依存するものであり、人体２１０の動作の速度には依存しない。このため、パネルヒータ２１への通電の開始および停止の精度を向上できる。

また、本実施形態では、温度調整部１が人体２１０に対する障害物となることを抑制できる。すなわち、従来の温調制御装置では、焦電型センサで人体検知を行っており、焦電型センサを表皮２００ａの外部に配置する必要があったために当該焦電型センサが人体２１０に対して障害物となる可能性があった。これに対し、本実施形態の温度調整部１は、例えば、図６に示されるように、人体２１０が接触する表皮２００ａとパネルヒータ２１との間に配置されるため、温度調整部１が人体２１０に対する障害物となることを抑制できる。

さらに、本実施形態では、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束が一定となるようにパネルヒータ２１への通電を制御している（Ｓ３０６〜Ｓ３０９）。このため、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束を人体２１０が快適と感じる値に維持でき、人体２１０に快適な温度環境を長期間に渡って提供できる。

また、本実施形態では、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束が一定となるように温調制御を行う前に、表皮２００ａの温度を閾値以上（所定温度）まで高くしているため、人体２１０が快適と感じるまでに達する時間を短縮できる。すなわち、例えば、この処理を行わない場合、人体２１０の体表面温度が２０°程度まで下がっている状態でパネルヒータ２１への通電を開始すると、人体２１０の体表面温度が低い状態で、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束が一定となるようにパネルヒータ２１への通電が制御される。つまり、人体２１０は寒いと感じているもののパネルヒータ２１への通電量は増加しない状態が続いてしまう。その後、人体２１０の体表面温度が上昇することに伴ってパネルヒータ２１への通電量も増加するため、最終的には人体２１０に快適な温度環境を提供できるが、快適な温度環境を提供するまでの時間が長くなってしまう。このため、人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束が一定となるように温調制御を行う前に、表皮２００ａの温度を閾値以上（所定温度）まで高くすることにより、人体２１０が快適と感じるまでに達する時間を短縮できる。

さらに、本実施形態では、ニクロム線２１ａの厚さ（太さ）が一定とされているため、ニクロム線２１ａにおける局所的な発熱量が一定となる。そして、中間部材４０は、熱流束センサ１０のうちのパネルヒータ２１と接触する部分と異なる部分、およびパネルヒータ２１のうちの熱流束センサ１０が配置される側の部分における熱流束センサ１０と接触する部分と異なる部分を覆うように配置されている。このため、人体が接触する表皮２００ａの温度が部分毎にばらつくことを抑制でき、人体に不快感を与えることを抑制できる。

さらに、カバー３０および中間部材４０は熱の拡散性が高いステンレスや樹脂等を用いて構成されている。このため、表皮２００ａの温度が部分毎にばらつくことをさらに抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して温度変化体を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態は、人体２１０を冷やす温調制御装置に本発明を適用したものであり、温度変化体として、通電されると、熱流束センサ１０側の温度が低くなると共に、熱流束センサ１０側と反対側の温度が高くなるペルチェ素子を用いている。なお、このペルチェ素子は、制御部２からの通電量が大きいほど熱流束センサ１０側の温度が低くなるものである。

このような温調制御装置は、例えば、図９に示されるように、車両内に配置される座席２００の温調制御装置として用いられる場合は、図６と同様に温度調整部１が備えられ、座席２００内に排熱用通路２０３が形成されると共に、座席２００に排熱用通路２０３を排気するファン２０４が備えられた状態で用いられる。つまり、排熱用通路２０３を介してペルチェ素子で発生する熱を放出できるようにして用いられる。

なお、排熱用通路２０３を介して熱を放出する場合には、当該熱を車両の外部に放出するようにしてもよいし、車両の内部に放出してカーエアコン等によって車両の内部の温度を調整するようにしてもよい。

次に、このような温調制御装置における制御部２の作動について図１０を参照しつつ説明する。なお、基本的には、上記図７の作動と同様であるため、異なる部分を中心に説明する。

まず、上記ステップＳ３０１、Ｓ３０２と同様の工程を行い（Ｓ４０１、Ｓ４０２）、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下である場合には（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、ペルチェ素子への通電を開始する（Ｓ４０３）。これにより、カバー３０（中間部材４０）を介して表皮２００ａが冷やされ、人体２１０も冷やされる。

そして、上記ステップＳ３０４、Ｓ３０５と同様の工程を行い（Ｓ４０４、Ｓ４０５）、温度センサ５０の検出信号が閾値より大きい場合には（Ｓ４０４：ＮＯ）、ペルチェ素子への通電量を増加する（Ｓ４０５）。このように、ペルチェ素子への通電を開始した後に表皮２００ａの温度を閾値（所定温度）まで低くするのは、人体２１０が快適と感じるまでに達する時間を短縮するためである。なお、本実施形態では、ペルチェ素子によって表皮２００ａを冷やすため、検出信号が閾値以下であるか否かを判定している。

そして、上記ステップＳ３０６〜Ｓ３０９と同様の工程を行い（Ｓ４０６〜４０９）、熱流束センサ１０のセンサ信号が上記閾値以上である場合には（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、ペルチェ素子への通電量を増加する（Ｓ４０７）。また、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値以下である場合には（Ｓ４０８：ＹＥＳ）、ペルチェ素子への通電量を減少する（Ｓ４０９）。

なお、ここでの上限閾値および下限閾値も予め人体２１０が快適と感じる熱流束に基づいて決定される。このため、上記のようにステップＳ４０６〜Ｓ４０９の処理を繰り返し行うことで人体２１０と表皮２００ａとの間の熱流束がほぼ一定となるようにペルチェ素子への通電を制御する温調制御を行うことにより、人体２１０に快適な温度環境を長期間に渡って提供できる。

そして、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値より大きく（Ｓ４０８：ＮＯ）、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量（微分値）が停止閾値以上である場合には（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、ペルチェ素子への通電を停止し、処理を終了する（Ｓ４１１）。

ここで、具体的には後述するが、人体２１０が表皮２００ａに接触している状態から離間すると、表皮２００ａと人体２１０との間の熱流束が大きく変化するが、本実施形態では、ペルチェ素子によって表皮２００ａが冷やされている。このため、人体２１０が表皮２００ａから離間すると、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量は正の値となる（図１１１Ｂおよび図１１Ｃ参照）。したがって、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が停止閾値以上であるか否かを判定することにより、人体２１０が表皮２００ａに接触しているか否かを判定できる。なお、停止閾値は、人体２１０が表皮２００ａから離間した際に発生し得る値に基づいて決定される。

以上が本実施形態の制御部２における作動である。次に、本実施形態の熱流束と時間との関係について、図１０および図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しつつ説明する。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃ中の時点Ｔ０〜Ｔ５は、同じ時点を示している。また、図１１Ｃは、熱流束センサ１０、ペルチェ素子２２、表皮２００ａと、人体２１０との間の熱流速の関係を示す模式図である。そして、図１１Ｃでは、外部空間の温度を約３０℃とし、ＯＮはペルチェ素子２２への通電が行われている状態を示し、ＯＦＦはペルチェ素子２２への通電が行われていない状態を示し、矢印は熱流束の大きさおよび方向を示している。

まず、図１１Ｃの時点Ｔ０から時点Ｔ１の期間のように、表皮２００ａに人体２１０が接触しておらず、ペルチェ素子２２への通電も行われていない場合には、ペルチェ素子２２の温度も約３０℃となる。このため、図１１Ａに示されるように、熱流束センサ１０から出力されるセンサ信号はほぼ０となる。

そして、図１１Ｃの時点Ｔ１において、人体２１０が表皮２００ａに接触すると、人体２１０の体温は約３６℃であるため、人体２１０から熱流束センサ１０側に向かう熱流束が発生する。このため、図１１Ａに示されるように、当該熱流束に応じたセンサ信号が熱流束センサ１０から出力される。したがって、制御部２は、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以下か否かを判定することにより、人体２１０が表皮２００ａに接触しているか否かを判定する（Ｓ４０２）。

そして、制御部２は、表皮２００ａに人体２１０が接触していると判定した場合には（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、時点Ｔ２でペルチェ素子２２への通電を開始する（Ｓ４０３）。これにより、ペルチェ素子２２によって表皮２００ａが冷やされて当該表皮２００ａの温度が低くなり、図１１Ｃに示されるように、人体２１０から熱流束センサ１０側に向かう熱流束が大きくなる。

ここで、本実施形態では、上記ステップＳ４０４、Ｓ４０５で説明したように、表皮２００ａと人体２１０との間の熱流束が一定となる温調制御を行う前に、表皮２００ａの温度が閾値以下となるようにペルチェ素子２２への通電を行っている。本実施形態では、ペルチェ素子２２の冷やされる部分が２３℃となるように通電を行っている。このため、図１１Ａに示されるように、時点Ｔ２と時点Ｔ３の間の期間では、熱流束センサ１０のセンサ信号が下限閾値より小さくなる。

そして、制御部２は、時点Ｔ３から時点Ｔ４では、ペルチェ素子２２への通電量の増加、減少を適宜行うことにより、図１１Ａおよび図１１Ｃに示されるように、人体２１０と表皮２００ａ（ペルチェ素子２２）との間の熱流束をほぼ一定に維持する（Ｓ４０６〜Ｓ４０９）。なお、図１１Ｃでは、ペルチェ素子２２の温度を２６℃として示してあるが、実際には人体２１０の体温に依存してペルチェ素子２２の温度は増減している。

そして、図１１Ｃに示されるように、時点Ｔ４で人体２１０が表皮２００ａから離間すると、図１１Ａに示されるように、センサ信号が０に近づき、図１１Ｂに示されるように、熱流束センサ１０のセンサ信号の変化量が急峻に大きくなる（正の値となる）。このため、制御部２は、センサ信号の変化量が停止閾値以上か否かを判定することにより、表皮２００ａと人体２１０とが接触しているか否かを判定する（Ｓ４１０）。

そして、制御部２は、人体２１０が表皮２００ａから離間したと判定すると（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、時点Ｔ５でペルチェ素子２２への通電を停止して処理を終了する（Ｓ４１１）。

以上説明したように、人体２１０を冷やす温調制御装置に本発明を適用しても、上記第１実施形態と同様の効果得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、熱流束センサ１０は、表面保護部材１１０が温度変化体側に配置されていてもよい。この場合、熱流束センサ１０から出力されるセンサ信号は、正負が逆の信号となり、例えば、時点Ｔ１において、人体２１０が表皮２００ａに接触すると、センサ信号として正の起電力が出力される。

このため、このように熱流束センサ１０を配置した場合には、例えば、開始閾値も正の値に設定される。そして、制御部２は、ステップＳ３０２およびステップＳ４０２では、熱流束センサ１０のセンサ信号が開始閾値以上である場合に温度変化体（ニクロム線２１ａ、ペルチェ素子２２）への通電を開始する。すなわち、ステップＳ３０２およびステップＳ４０２では、センサ信号の絶対値と開始閾値の絶対値とに基づいて判定を行い、センサ信号の絶対値が開始閾値の絶対値以上になると通電を開始するともいえる。同様に、ステップＳ３１０、Ｓ４１０では、センサ信号の変化量の絶対値と停止閾値の絶対値とに基づいて判定を行い、センサ信号の変化量の絶対値が停止閾値の絶対値以上になると通電を停止するともいえる。

また、上記第１実施形態において、ステップＳ３０４、Ｓ３０５の処理を行わないようにしてもよい。また、ステップＳ３０６〜Ｓ３０９の処理を行わないようにしてもよい。このような温調制御装置としても、人体２１０と表皮２００ａとの間に熱流束に基づいてパネルヒータ２１への通電を調整することにより、パネルヒータ２１への通電制御の精度を向上できる。同様に、上記第２実施形態において、ステップＳ４０４〜Ｓ４０９の処理を行わないようにしてもよい。

そして、上記第１実施形態において、ステップＳ３０２の処理では、ステップＳ３１０の処理と同様に、センサ信号の変化量と開始閾値とに基づいて判定を行ってもよい。また、上記第２実施形態において、ステップＳ４０２の処理では、ステップＳ４１０の処理と同様に、センサ信号の変化量と開始閾値とに基づいて判定を行ってもよい。

さらに、上記第１実施形態において、Ｓ３０６〜Ｓ３０９の温調制御を行う前にＳ３１０の判定を行うようにしてもよい。同様に、上記第２実施形態において、Ｓ４０６〜Ｓ４０９の温調制御を行う前にＳ４１０の判定を行うようにしてもよい。

２ 制御部
１０ 熱流束センサ
４０ 熱拡散層
２００ａ 表皮

Claims (7)

1. 通電されることによって温度が変化する温度変化体（２１ａ、２２）と、
   前記温度変化体上に配置され、熱流束に応じたセンサ信号を出力する熱流束センサ（１０）と、
   前記熱流束センサを覆うように、
   前記熱流束センサを挟んで前記温度変化体側と反対側に配置された熱拡散層（４０）と、
   前記温度変化体への通電を制御することで前記温度変化体の温度を調整する制御部（２）と、を備え、
   人体（２１０）が接触する表皮（２００ａ）側から順に、前記熱拡散層、前記熱流束センサ、前記温度変化体が配置され、
   前記熱流束センサは、前記熱拡散層、前記熱流束センサ、前記温度変化体の配列方向に当該熱流束センサを通過する前記熱流束に応じた前記センサ信号を出力し、
   前記制御部は、前記熱流束センサから出力される前記センサ信号に基づき、前記温度変化体への通電の開始および停止を制御することを特徴とする温調制御装置。
2. 前記制御部は、前記熱流束センサから出力される前記センサ信号の絶対値が開始閾値以上になると前記温度変化体への通電を開始し、前記温度変化体への通電を開始した後、前記センサ信号の変化量の絶対値が停止閾値以上になると前記温度変化体への通電を停止することを特徴とする請求項１に記載の温調制御装置。
3. 前記制御部は、前記温度変化体に通電を開始した後、前記表皮と前記温度変化体との間の熱流束が一定となるように前記温度変化体への通電を調整する温調制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の温調制御装置。
4. 前記表皮の温度に応じた検出信号を出力する温度センサ（５０）を備え、
   前記制御部は、前記温度変化体への通電を開始した後、前記温調制御を行う前に、前記温度センサからの検出信号に基づき、前記表皮の温度が所定温度となるように前記温度変化体への通電量を調整することを特徴とする請求項３に記載の温調制御装置。
5. 前記熱流束センサは、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材（１００）に厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列接続された構成とされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の温調制御装置。
6. 前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であることを特徴とする請求項５に記載の温調制御装置。
7. 前記熱流束センサは、前記絶縁基材の表面（１００ａ）に表面パターン（１１１）が形成された表面保護部材（１１０）が配置されていると共に前記表面と反対側の裏面（１００ｂ）に裏面パターン（１２１）が形成された裏面保護部材（１２０）が配置され、前記裏面保護部材、前記絶縁基材、前記表面保護部材が一体化されていることを特徴とする請求項５または６に記載の温調制御装置。

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