JP4857695B2 - 把持部材温度制御装置及びステアリング装置 - Google Patents

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本発明は、車両を操作するために用いるステアリングホイール等の把持部材の温度を制御する把持部材温度制御装置及びその把持部材温度制御装置を利用したステアリング装置に関し、より詳細には、吸熱及び発熱が可能な素子を用いて把持部材を適温にしたり、把持部材の相互に隣り合う小領域を所定の温度差にして把持する者に温冷覚の錯覚を引き起こさせたりする把持部材温度制御装置及びステアリング装置に関する。
従来、車両のステアリングにおける把持部材の温度を制御する装置としては、エアコンからの送風を中空のステアリングに導入し、把持部材の冷却開始時には噴霧器で水を混合して気化熱により冷却を促進し、また、把持部材の加熱開始時には把持部材に備えられたヒーターで加熱を促進し、保持部材の温度を制御する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法により、外部環境により著しく高温または低温になった把持部材の表面温度を短時間で適温に制御することが可能となる。
特開2004−345375号公報
しかしながら、上記従来技術は、噴霧器で水を使用するために水の補充或いは錆等の除去といったメンテナンスが必要となる。また、把持部材の一部を他とは異なる温度にするといった細かな制御を行うことができない。
上記問題に鑑み、本発明は、水等の液体を使用することなしに、把持部材がその小領域毎に迅速に所定の温度になるように制御する把持部材温度制御装置及びステアリング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に、第1の発明に係る把持部材温度制御装置は、把持部材の表面に配置され基準温度よりも低温の熱を発生させる熱源素子または該熱源素子が発生させた低温の熱を伝える伝熱部材である複数の第1熱源部と、前記把持部材の表面に配置され基準温度よりも高温の熱を発生させる熱源素子または該熱源素子が発生させた高温の熱を伝える伝熱部材である複数の第2熱源部と、を有し、前記第1熱源部及び前記第2熱源部のうちの一方に隣り合うように配置される熱源部の少なくとも1つが他方の熱源部である、ことを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明に係る把持部材温度制御装置であって、前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で該把持部材の長手方向に縦縞状となるよう配置されることを特徴とする。
第3の発明は、第1の発明に係る把持部材温度制御装置であって、前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で該把持部材の長手方向に横縞状となるよう配置されることを特徴とする。
第4の発明は、第1の発明に係る把持部材温度制御装置であって、前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で綾目状となるように配置されることを特徴とする。
第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れか1つに係る把持部材温度制御装置を備えるステアリング装置である。
上記手段により、本発明は、水等の液体を使用することなしに、把持部材が小領域毎に迅速に所定の温度になるように制御する把持部材温度制御装置及びステアリング装置を提供できる。
以下、図面を参照しつつ、幾つかの実施例に分けて、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、本発明に係る把持部材温度制御装置を有するステアリング装置の構成例を示すブロック図である。ステアリング装置1は、車両等の進行方向を定めるステアリング操作に用いられ、ステアリングホイール2、冷却素子3、ヒーター4、温度センサー5及び6、低温指示ボタン7、高温指示ボタン8、刺激指示ボタン9、温度コントローラ10、注意力判定器11、ヒーター用電源12並びに冷却素子用電源13から構成される。
ステアリングホイール2は、車両の操作者がステアリング操作を行う際に手で握る把持部材である環状のリム20、リム20の回転を支えるハブ21、及び、リム20とハブ21とを連結する複数のスポーク22から構成される。なお、リム20は環状ではなく、円環の一部が欠けた形状など、操作者が車両等を操作し易い他の形状であってもよい。
冷却素子3は、板状構造の電子部品であり、一方の面で吸熱を行い、他方の面で発熱を行うペルチェ素子である。ペルチェ素子は、可動部を有さずメンテナンスが容易であり、騒音も発生させないために係る用途に好適である。ヒーター4は、電気を熱に変換するシートヒーターやニクロム線等である。温度センサー5は、リム20の表面にあるペルチェ素子3またはそれに接続される伝熱部材の温度を測定する。温度センサー6は、リム20の表面にあるヒーター4またはそれに接続される伝熱部材の温度を測定する。
低温指示ボタン7は、ペルチェ素子3による冷却を開始するためのボタンである。高温指示ボタン8は、ヒーター4による加熱を開始するためのボタンである。刺激指示ボタン9は、ペルチェ素子3による冷却を開始し、かつ、ヒーター4による加熱を同時に開始するためのボタンである。
温度コントローラ10は、温度センサー5及び6から受信するリム表面の温度情報に基づいて、ヒーター用電源12及び冷却素子用電源を制御する。
注意力判定器11は、操作者の注意力を判定する装置である。例えば、近赤外線を操作者の頭部に照射し、その透過光を検出することで、非侵襲的に血液中の酸素化ヘモグロビン濃度等の脳活動値を測定する光トポグラフィ装置等により、脳活動値から操作者の注意力を判定する。また、カメラにより操作者を継続的にモニターし、操作者のまばたきの回数や、あくび等を画像処理により認識し、操作者の注意力を判定する。
ヒーター用電源12は、ヒーター4に電気エネルギーを供給する。冷却素子用電源13は、ペルチェ素子に電気エネルギーを供給する。
図2は、リム20の部分斜視図である。リムは、表面に冷却素子3及びヒーター4を有する。冷却素子3及びヒーター4の1構成要素は、長さと幅とがそれぞれ5mm程度であり、交互に所定の間隔を空けて相互に接触しないように配置され、その間隔は例えば5mm程度である。本実施例では、冷却素子3及びヒーター4がリム20の円周方向Aに連続して並んで列を形成し、リム20の断面が描く円の円周方向Bに冷却素子3の列とヒーター4の列とが交互に横縞状に配置される。なお、冷却素子3及びヒーター4は、環状のリム20の円周方向全体にわたって配置されてもよく、操作者が握り易い部分にだけ部分的に配置されてもよい。冷却素子3及びヒーター4を配置する範囲が狭いと、構成要素の数を抑えられるために、低消費電力と高い温度応答性とを実現できる。一方、配置範囲が広いと、操作者の様々なリム20の握り方に対応できる。また、リム20は、中空構造となっており、内部に排熱用ファン27を有し、表面下部には、外気を吸入するための吸気孔26を有する。
図3は、リム20の断面図である。リム20の表面には、ペルチェ素子3及びヒーター4が配置される。ペルチェ素子3は、吸熱面がリム20の外部空間に接し、発熱面がリム20の内部空間に接するようにして配置される。なお、リム20の断面は円形であるが、楕円形その他の操作者が握り易い形状であってもよく、冷却素子3及びヒーター4は、リム20の断面円周の全体にわたってリム20の表面に配置されてもよく、図に示すように、例えば100度程度の角度範囲に配置されてもよい。この角度範囲が狭いと、冷却素子3及びヒーター4がステアリングホイール外部の空気と接触する面積が小さくなるために、低消費電力と高い温度応答性とを実現できる。一方、この角度範囲が広いと、操作者の様々なリム20の握り方に対応できる。
図4は、ステアリングホイール2の上面図であり、図5は、ステアリングホイール2の正面図である。矢印は、図3のリム20の内部空間における空気の流れを示す。図3に示す排熱用ファン27が作動すると、ステアリングホイール外部にある空気は、図3に示す吸気孔26を介してリム20内に吸入される。また、排熱用ファン27は、ペルチェ素子3の発熱面やヒーター4により加熱されたリム20内の空気を、リム20の排気孔(図示せず。)に接続される中空のスポーク22及びハブ21を介してステアリングホイール外部に排出する。
これにより、リム20内部の過度の温度上昇を抑え、ペルチェ素子3の吸熱(冷却)面の温度を上昇させないようにする。その結果、ペルチェ素子3の吸熱面は安定的に低温を保持することが可能となる。
図6は、温度コントローラ10の処理の流れを示すフローチャートである。温度コントローラ10は、低温指示ボタン7、高温指示ボタン8または刺激指示ボタン9の何れのボタンが押下されたかを判定する(ステップS1)。温度コントローラ10は、低温操作ボタン7が押下されたものであると判定すると、冷却素子用電源13のスイッチをオンする(ステップS2)。このとき、温度コントローラ10は、冷却素子3の温度が設定温度(例えば、20℃程度とする。)となるように、温度センサー5からの情報を用いて冷却素子用電源13による冷却素子3への印加電圧をフィードバック制御する。これにより、温度コントローラ10は、操作者が把持する部分のリム20表面の温度が操作者にとって快適な温度になるよう制御することができる。なお、低温指示ボタン7は、エアコンの作動に連動するようにしてもよい。
また、温度コントローラ10は、高温操作ボタン8が押下されたものであると判定すると、ヒーター用電源12のスイッチをオンする(ステップS3)。このとき、温度コントローラ10は、ヒーター4の温度が設定温度(例えば、40℃程度とする。)となるように、温度センサー6からの情報を用いてヒーター用電源13によるヒーター4への印加電圧をフィードバック制御する。これにより、温度コントローラ10は、操作者が把持する部分のリム20表面の温度が操作者にとって快適な温度となるよう制御することが可能となる。なお、高温指示ボタン8は、エアコンの作動に連動するようにしてもよい。
また、温度コントローラ10は、刺激操作ボタン9が押下されたものであると判定すると、ヒーター用電源12及び冷却素子用電源13のスイッチをオンする(ステップS4)。このとき、温度コントローラ10は、冷却素子3の温度が設定温度(例えば、20℃程度とする。)となるように、温度センサー5からの情報を用いて冷却素子用電源13による冷却素子3への印加電圧をフィードバック制御し、かつ、ヒーター4の温度が設定温度(例えば、40℃程度とする。)となるように、温度センサー6からの情報を用いてヒーター用電源13によるヒーター4への印加電圧をフィードバック制御する。これにより、所定の間隔を空けて配置される冷却素子3及びヒーター4がそれぞれ冷却され、あるいは、加熱される。その結果、冷却素子3及びヒーター4に触れている操作者の手は、狭い範囲で温冷覚を同時に刺激される。温冷覚が同時に刺激されると、痛みを感じるようになる。これは、Thermal Grill Illusion(以下、「温冷覚の錯覚」という。)と呼ばれる現象である。その結果、操作者の手の温冷覚を同時に刺激することにより、操作者の手の痛覚が刺激されることとなり、仮に操作者が眠気を感じていたり、或いは、集中力が低下していたりする場合に、操作者の眠気を覚ましたり、或いは、集中力の低下を防止したりすることが可能となる。
図7は、温度コントローラ10の別の処理の流れを示すフローチャートである。温度コントローラ10は、注意力判定器10を用いて操作者の注意力を継続的に測定する(ステップS11)。注意力判定器10が、操作者の注意力が低下していないと判定すると(ステップS11のNO)、温度コントローラ10は、温度センサー5及び6から温度情報を取得し、リム20表面の温度が所定の温度より高くなっているか否かを判定する(ステップS12)。リム20表面の温度が所定の温度より高くなっている場合には(ステップS12のYES)、温度コントローラ10は、冷却素子用電源13のスイッチをオンする(ステップS13)。これにより、温度コントローラ10は、操作者が把持する部分のリム20表面の温度が操作者にとって快適な温度になるよう自動的に制御することができる。
また、リム20表面の温度が所定の温度より低くなっている場合には(ステップS12のNO)、温度コントローラ10は、ヒーター用電源12のスイッチをオンする(ステップS14)。これにより、温度コントローラ10は、操作者が把持する部分のリム20表面の温度が操作者にとって快適な温度になるよう自動的に制御することができる。
また、注意力判定器10が、操作者の注意力が低下していると判定すると(ステップS11のYES)、温度コントローラ10は、ヒーター用電源12及び冷却素子用電源13のスイッチをオンする(ステップS15)。これにより、操作者の眠気を覚ましたり、或いは、集中力の低下を防止したりする制御を自動で行うことができる。
図8は、実施例2に係るリム20の部分斜視図である。実施例2では、冷却素子3及びヒーター4のそれぞれがリム20の断面が描く円の円周方向Bに連続して並んで列を形成し、冷却素子3の列とヒーター4の列とがリム20の円周方向Aに交互に縦縞状に配置される。
図9は、実施例3に係るリム20の部分斜視図である。実施例3では、冷却素子3とヒーター4とがリム20の断面が描く円の円周方向Bにも、リム20の円周方向Aにも、交互に配置され、冷却素子3とヒーター4とが綾目状に配置される。
このように、冷却素子3及びヒーター4の配置を複数用意することにより、操作者の様々な握り方、手の配置等に対応することが可能となる。
図10は、実施例4に係るリム20の部分斜視図である。実施例4では、冷却素子3及びヒーター4がリム20の断面が描く円の円周方向Bに連続して並んで列を形成し、冷却素子3の列とヒーター4の列とがリム20の円周方向Aに交互に縦縞状に配置される。さらに、各列を隔てるように断熱材25が配置される。断熱材は、例えば、ガラスやセラミック等で形成される。これにより、冷却素子3とヒーター4との間の熱伝導が抑制されるために、冷却素子3及びヒーター4のそれぞれの熱伝導効率を高めることができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に限定されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を行うことができる。
例えば、上述の実施例では、ステアリングホイールの把持部材の表面に冷却素子3及びヒーター4を配置するが、シフトノブの把持部材の表面に冷却素子3及びヒーター4を配置してもよい。また、自動車の他、二輪車、船舶、建設重機、航空機、遊園地の乗り物等のハンドルやシフトレバー等に適用してもよい。
また、把持部材に配置される冷却素子3及びヒーター4は、それらの表面が露出したものであってもよく、薄い表皮等で被覆されているものであってもよい。なお、冷却素子3及びヒーター4は、冷却素子3及びヒーター4の熱を伝える伝熱部材であってもよい。伝熱部材は、好適には、熱伝導率が高くエネルギー損失が少ない金属材料で形成され、金属材料は、例えば、金、アルミニウム、銅、銀、白金、亜鉛等である。
また、ペルチェ素子3は、吸熱面及び発熱面の双方を有するので、ペルチェ素子3の発熱面をヒーター4またはヒーター4の一部として使用してもよい。
さらに、上述の実施例では、冷却素子3を冷却用、ヒーター4を加熱用というように独立したものとしているが、ペルチェ素子3に供給する電流を逆にするとペルチェ素子3の吸熱面と発熱面とが逆転することから、冷却素子3及びヒーター4を全てペルチェ素子で構成し、ペルチェ素子を流れる電流の方向を適宜切り替える手段を備えることにより、リム20の把持部材を冷却する際には、外気に接する面をすべて吸熱面にし、リム20の把持部材を加熱する際には、外気に接する面をすべて発熱面にし、操作者に刺激を与える際には、外気に接する面で発熱面及び吸熱面が交互に並ぶようにしてもよい。また、発熱面及び吸熱面の配置が、配線を切り替えることにより、上述の縦縞状、横縞状及び綾目状に動的に変更できるようにしてもよい。
ステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 リムの部分斜視図(その1)である。 リムの断面図である。 ステアリングホイールの上面図である。 ステアリングホイールの正面図である。 温度コントローラ10の処理の流れを示すフローチャート(その1)である。 温度コントローラ10の処理の流れを示すフローチャート(その2)である。 リムの部分斜視図(その2)である。 リムの部分斜視図(その3)である。 リムの部分斜視図(その4)である。
符号の説明
1 ステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 冷却素子
4 ヒーター
5、6 温度センサー
7 低温指示ボタン
8 高温指示ボタン
9 刺激指示ボタン
10 温度コントローラ
11 注意力判定器
12 ヒーター用電源
13 冷却素子用電源
20 リム
21 ハブ
22 スポーク
25 断熱材
26 吸気孔
27 ファン

Claims (5)

  1. 操作者が把持する把持部材の表面に配置される、基準温度よりも低温の熱を発生させる熱源素子または該熱源素子が発生させた低温の熱を伝える伝熱部材である複数の第1熱源部と、
    前記把持部材の表面に配置される、基準温度よりも高温の熱を発生させる熱源素子または該熱源素子が発生させた高温の熱を伝える伝熱部材である複数の第2熱源部と、を有し、
    前記第1熱源部及び前記第2熱源部のうちの一方に隣り合うように配置される熱源部の少なくとも1つが他方の熱源部であり、
    前記第1熱源部は、前記第2熱源部が高温の熱を発生させ或いは伝えるときに、低温の熱を発生させ或いは伝える、
    ことを特徴とする把持部材温度制御装置。
  2. 前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で該把持部材の長手方向に縦縞状となるよう配置されることを特徴とする請求項1に記載の把持部材温度制御装置。
  3. 前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で該把持部材の長手方向に横縞状となるよう配置されることを特徴とする請求項1に記載の把持部材温度制御装置。
  4. 前記第1熱源部及び前記第2熱源部が前記把持部材の表面で綾目状となるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の把持部材温度制御装置。
  5. 請求項1乃至4の何れか一項に記載の把持部材温度制御装置を備えるステアリング装置。
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