JP4857695B2

JP4857695B2 - 把持部材温度制御装置及びステアリング装置

Info

Publication number: JP4857695B2
Application number: JP2005292463A
Authority: JP
Inventors: 和英重藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2025-10-05
Also published as: JP2007101082A

Description

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、ＴｈｅｒｍａｌＧｒｉｌｌＩｌｌｕｓｉｏｎ（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

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。
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。
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。
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。
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。