JP4999835B2 - 採暖器具及び車両座席用採暖装置 - Google Patents

Description

本発明は、暖房を行うための採暖器具と、この採暖器具が適用された車両座席用採暖装置に係り、特に、立ち上がり時の即暖性に優れるとともに、その後には温度の安定性を満たし快適性を向上することが可能なものに関する。

従来から車両座席用採暖装置としては、コード状ヒータ等から構成された採暖物をサーモスタットによって一定の温度になるように温度制御する方式のものが一般的であった。しかし、このようなサーモスタットによる温度制御のものは、使用しているサーモスタットの動作温度により採暖物の温度が決定されることになる。従って、自由に車両座席用採暖装置の温度を設定して、快適性を向上させたいという要求に対しては、動作温度が異なる複数のサーモスタットを使用する方法や、サーモスタットを動作させる補助ヒータの発熱量を切り替えるといった方法を取るなど部品点数の増加や複雑な回路構成を強いられ、現実的には実現が困難であった。

このような要求に対応するものとして、例えば図７及び図８に示すような車両座席用採暖装置が知られている。図７及び図８において、コード状ヒータ１０３が基材１０２に蛇行配設されて成る採暖物１０４に、温度制御回路１０１が基材１０２の外部で直列に接続され、コード状ヒータ１０３の近傍にはサーミスタ等の温度検知素子１０５が配置されている。この温度検知素子１０５からの温度信号によって、温度制御回路１０１に内蔵されたパワーＭＯＳ ＦＥＴ等の電流制御素子を制御することで、採暖物１０４の温度が制御される。このような構成は、例えば、特許文献１の従来の技術に開示されている。

又、サーミスタ等による温度検知素子を用いて温度制御を行う技術を開示した文献として、前記特許文献１の他に多数の文献が知られている。例えば、特許文献２などがある。

特開２００３−２１７７９６号公報 特表２００４−５０４０８２号公報

しかしながら、従来から知られている、前記したようなサーミスタ等による温度検知素子１０５を用いて温度制御を行う温度制御回路１０１の場合、次のような欠点があった。温度検知素子１０５が設置された採暖物１０４が車両用座席の表皮の内側に組み付けられ、温度が低い状態から通電を開始すると、コード状ヒータ１０３の温度と温度検知素子１０５の温度信号は、ほぼ同じ速度で上昇し、その後、温度検知素子１０５の温度信号が設定温度に達するとコード状ヒータ１０３の通電が停止することになる。しかし、コード状ヒータ１０３の温度が表皮表面に熱伝導するにはかなり時間がかかるため、コード状ヒータ１０３の通電が停止した時点では、まだ表皮表面の温度は設定温度に達していない。この状態で、コード状ヒータ１０３の通電が停止しコード状ヒータ１０３の温度が低下するので、表皮表面の温度は、設定温度に達していないのにも関わらず、再びコード状ヒータ１０３に通電されるまで低下することになる。ここで、車両用座席自体の熱容量は大きいことから、コード状ヒータ１０３の温度の低下に比較して、表皮表面の温度の低下は遅い。そのため、コード状ヒータ１０３への通電と停止を繰り返すことによって、表皮表面の温度は徐々に上昇することになる。この動作により、結果的にはコード状ヒータ１０３の設定温度に近い温度に達して、安定することになるが、それまでには、コード状ヒータ１０３の通電と停止を繰り返していることから無用な時間を要してしまうことになる。特に、車両座席などの採暖の場合は、表皮表面の温度が短時間内に設定温度まで達しないと快適性を大きく損ねることになる。そのため、前記のような設定温度に達するまで無用な時間を要するという点は、サーミスタ等による温度検知素子１０５を用いて温度制御を行う温度制御回路１０１を使用する上で、大きな問題となっていた。

これを改善する方法として、温度制御回路１０１にタイマーを内蔵させ、電源を投入後一定時間強制的にコード状ヒータ１０３に通電するなどの方法が考えられる。しかし、このような方法では、タイマーのＯＮ−ＯＦＦを繰り返すと連続通電となることから異常温度となってしまい、またこの現象を押さえようとすると回路も複雑となってしまうため非常にコストがかかるようになるといった新たな問題が生じることになる。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、立ち上がり時の即暖性に優れるとともに、その後には温度の安定性を満たし快適性を容易に向上することが可能な車両座席用採暖装置を提供することにある。

前記の目的を達成するべく本発明の請求項１による採暖器具は、ヒータ素子を有する採暖物と、温度制御用サーモスタットと、前記採暖物の温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子からの出力により前記採暖物の温度を制御する温度制御回路と、を具備し、前記温度制御用サーモスタットと前記温度制御回路とが並列接続されていることを特徴とするものである。
又、請求項２による採暖器具は、請求項１記載の採暖器具において、上記温度検知素子のオン・オフ動作領域は上記温度制御用サーモスタットのオン・オフ動作領域の間に設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項３による採暖器具は、請求項１記載の採暖器具において、前記採暖物は、基材と、該基材に配置されたコード状ヒータからなるヒータ素子とからなり、前記温度制御用サーモスタットと前記温度検知素子と前記温度制御回路はともに前記基材の所定の位置に配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項４による採暖器具は、請求項３記載の採暖器具において、前記温度制御回路は前記温度制御回路に接続されたリード線の一部とともに絶縁被覆されていることを特徴とするものである。
又、請求項５による採暖器具は、請求項３記載の採暖器具において、前記温度検知素子のリード線は前記基材上にて前記温度制御回路に接続されていることを特徴とするものである。
又、請求項６による採暖器具は、請求項４又は請求項５記載の採暖器具において、前記温度制御回路は厚みが９ｍｍ以下となるように成形されていることを特徴とするものである。
又、請求項７による車両座席用採暖装置、請求項１〜請求項６の何れかに記載された採暖器具を使用したことを特徴とするものである。

本発明によれば、立ち上がり時の即暖性に優れるとともに、その後には温度の安定性を満たし快適性を容易に向上することが可能な車両座席用採暖装置を得ることができる。

本発明による車両座席用採暖装置の一実施の形態を示す平面図である。 本発明による車両座席用採暖装置の一実施の形態を示す配線図である。 車両座席用採暖装置の組付けにおける一実施の形態を示す斜視図である。 本発明による車両座席用採暖装置の一部である熱収縮チューブ等で絶縁被覆された温度制御回路の一実施の形態を示す一部切欠平面図である。 本発明による車両座席用採暖装置の他の実施の形態を示す断面図である。 実施の形態による車両座席用採暖装置の動作、及び、比較の形態による車両座席用採暖装置の動作を説明する図である。 従来の技術による車両座席用採暖装置を示す平面図である。 従来の技術による車両座席用採暖装置を示す配線図である。

符号の説明

１ 温度制御回路
２ 基材
３ コード状ヒータ
４ 採暖物
５ 温度検知素子
７ 絶縁被覆
８ リード線
９ 回路基板
１０ 補強板
１１ サーモスタット
１２ パワーＭＯＳ ＦＥＴ
２０ 採暖器具
Ｅ 電源
ＳＷ スイッチ
ＶＲ 温度設定ボリューム

本発明の実施の形態による採暖器具を、図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、本発明による採暖器具を車両座席用採暖装置に適用した例である。

図１〜図４に示すように、採暖物４として、基材２上にヒータ素子としてのコード状ヒータ３が固定されたものを使用する。この採暖物４の各構成については、例えば、特許文献３などを参照することができる。
特開２００３−１７４９５２号公報基材２上には、温度制御回路１が所定の位置に配置されている。温度制御回路１には、リード線８が接続されており、このリード線８の他方は、電源Ｅ、温度設定ボリュームＶＲ、スイッチＳＷ、温度検知素子５、及び、コード状ヒータ３に接続されている。又、温度検知素子５は、採暖物４の温度がなるべく正確に検知できる基材２上の所定の位置に設置されており、温度検知素子５のリード線８は基材２上で温度制御回路１に接続されている。そして、基材２の所定の位置に配置したサーモスタット１１は、温度制御回路１とコード状ヒータ３の接続する配線と電源のマイナス線の配線間に接続することで、温度制御回路１と並列接続される。このように構成することにより、基材２外に出るリード線８の本数を増やすことなく、サーモスタット１１と温度制御回路１に内蔵されたパワーＭＯＳ ＦＥＴ１２とを並列接続することができる。

このような構成の採暖器具２０を図３に示すように車両座席用採暖装置として座席３０に組み込む。車両座席用採暖装置として実使用した際の動作機構について以下に示す。座席３０の温度が低い状態で電源が入ると、サーモスタット１１の接点は閉じていて、且つ、温度制御回路１はＯＮ状態であるため、コード状ヒータ３に通電されコード状ヒータ３の温度が上昇する。時間とともにコード状ヒータ３の近傍に配置した温度検知素子５の温度信号の電圧が上昇し、基準電圧を越すと温度制御回路１はＯＦＦする。しかしながら、サーモスタット１１は熱容量が大きく温度検知素子５より温度の上昇が遅いため、サーモスタット１１の接点は閉じている。このとき、サーモスタット１１と温度制御回路１は並列接続されているため、コード状ヒータ３は継続して通電され、更にコード状ヒータ３の温度が上昇する。サーモスタット１１の温度がＯＦＦ温度まで上昇すると、サーモスタット１１の接点は開き、すでに温度制御回路１はＯＦＦであるため、コード状ヒータ３の通電が停止する。

温度制御回路１のＯＮ温度とＯＦＦ温度の差は、サーモスタット１１に比較して狭く設定できるため、コード状ヒータ３の温度がサーモスタット１１のＯＮ温度まで低下する前に、温度制御回路１がＯＮするように温度制御回路１を設定しておくと、サーモスタット１１の接点がＯＦＦでもコード状ヒータ３は通電される。更に、温度制御回路１のＯＦＦ温度をサーモスタット１１のＯＦＦ温度以下に設定することで、図６に示すように、立ち上がり以後の平衡時におけるコード状ヒータ３の温度は、温度制御回路１が支配的に制御することになる。

従って、電源を投入してからサーモスタット１１がＯＦＦするまでの期間は、温度制御回路１によってコード状ヒータ３の通電が停止されることがないため、採暖物４の温度の立ち上がりを速くすることができ、即暖性を向上させることができる。それと併せて、サーモスタット１１が一旦ＯＦＦになった後の平衡時は、ＯＮ温度とＯＦＦ温度の差が小さい温度制御回路１によって、温度のリップルが少なく安定した快適な温度制御が可能となる。

図６には、本実施の形態による採暖器具における温度の経時変化のグラフを示した。これに併せて、比較の形態１として温度検知素子のみによる温度制御の例、及び、比較の形態２としてサーモスタットのみによる温度制御の例による温度の経時変化のグラフを示す。本実施の形態は、比較の形態１と比べて立ち上がり時の即暖性に優れており、更に、比較の形態２と比べて平衡時には温度のリップルが少なく、安定した温度が得られていることがうかがえる。

尚、前記実施の形態に示した構成のように、温度検知素子５及び温度制御回路１がともに、基材の所定の位置に予め配置されていれば、一括して座席へ取り付けることができ、座席への取付け作業性を向上させることができる。又、コード状ヒータ３と温度制御回路１の間を電気的に接続するリード線８の本数が少なくて済むため、コスト低減とともに軽量化を図ることができる。更に、温度検知素子５と温度制御回路１の接続距離が短くなるため、温度制御の信頼性に優れたものとなる。

本実施の形態による温度制御回路１においては、温度制御回路１に接続されたリード線８の一部とともに絶縁被覆されている。図中絶縁被覆部を符号７で示す。絶縁被覆の方法としては、絶縁被覆部７として有機材料から構成されたチューブを使用し、このチューブの内部に回路基板９を配置した後、チューブの片端から熱可塑性あるいは熱硬化性有機材料を充填することによって行われる。又、絶縁被覆部７として内層に熱可塑性接着剤が具備された熱収縮チューブを使用し、この熱収縮チューブの内部に回路基板９を配置した後、加熱により熱収縮チューブを収縮することで、回路基板９の周囲を熱可塑性接着剤で充填するなどの方法を用いても良い。リード線８が絶縁被覆される長さは、耐湿が保たれ、尚且つリード線８の屈曲に対して耐久性が向上する所定の長さが設定されている。

このように、温度制御回路１がリード線８の一部とともに絶縁被覆されていれば、回路基板９の結露による発火等の危険を防止することができるとともに、絶縁被覆部７によってリード線８に加わる屈曲する荷重を和らげることができるためリード線８の断線を防止することができる。又、大型のケース体等を使用する必要がなく、温度制御回路１のサイズや厚みを大幅に小さくすることができるため、着座時の違和感を生じず快適な着座感を得ることができる。

前記温度制御回路１における絶縁被覆部７の被覆後の厚みは、違和感を生じない厚みである９ｍｍ以下となっており、更に着座した時に違和感を生じないように基材２の所定の位置に配置されていることから、非常に快適な着座感を得ることができる。

尚、前記温度制御回路１を厚み９ｍｍ以下に絶縁被覆する方法は、前記のようなチューブや熱収縮チューブを使用した方法に限定されることはない。例えば、樹脂モールド工法、樹脂ポッティング工法等が考えられる。

以下に図１〜図５を参照しながら、本発明の実施の形態を更に説明する。

本実施の形態においては、以下のようにして各構成部品がリード線８によって接続される。電源Ｅの＋側と回路基板９がスイッチＳＷを介して接続され、回路基板９とコード状ヒータ３の一端が接続され、電源Ｅの＋側とコード状ヒータ３のもう一端が接続され、温度検知素子５のリード線は、＋側、−側ともに回路基板９に直接接続され、回路基板９と温度設定ボリュームＶＲが接続され、又、回路基板９がグランドに接続される。又、回路基板９とコード状ヒータ３の一端が接続されるリード線と、回路基板９とグランドを接続するリード線との間にサーモスタット１１が接続される。

この回路基板９は、内層に熱溶融性接着剤が具備され、外層が電子線架橋のオレフィン樹脂製熱収縮チューブの内部に配置された後、加熱することで被覆される。このとき、温度制御回路１の厚みが９ｍｍ以下になるよう設定される。リード線８の一部は回路基板９とともに絶縁被覆されることになるが、リード線８が被覆される長さは、絶縁が保たれ、尚且つ屈曲に対しての耐久性も有するために、約１０ｍｍが適している。

温度検知素子５は、コード状ヒータ３の配線間の隙間のうち、シートヒータの温度を精度良く検知できる所定の位置に固定される。

絶縁被覆された回路基板９は、サイズが小型（約２５ｍｍ×４０ｍｍ）で、厚みも薄く（９ｍｍ以下）に仕上がっており、更に着座した時に違和感を生じないように、採暖物４の周辺位置に配置されている。

尚、本実施の形態においては、サーモスタット１１の例としてＯＦＦ温度が４０℃、ＯＮ温度が３０℃の仕様のものを用いたが、これに限定されることはなく、所要とする温度や使用雰囲気温度等により適宜に設定すれば良い。

尚、図５に示すように、樹脂等からなる補強板１０を回路基板９に重ねた状態で、絶縁被覆を施すことにより、着座時の衝撃及び荷重による温度制御回路１の破損を防止することができる。このような補強板１０を使用した場合、補強板１０の位置する面が座面側となるように回路基板９を配置した方が、より効果的に回路基板９の破損を防止することができる。

更に、温度制御回路１を基材２へ取付ける際の作業性を向上させるため、温度検知素子５も回路基板９と一括して絶縁被覆部７の内部に内蔵することも考えられる。

前記の温度制御回路１はコード状ヒータ３が配置された基材２に両面テープ等にて配置されるが、更に信頼性を向上させるため適当なサイズの基材４と同じ材質のシートに両面テープを張り付けたもので、温度制御回路１を固定する方法も考えられる。

又、温度検知素子５としては、例えば、サーミスタ、白金抵抗素子、熱電対などが挙げられるが、これらは温度検知精度やコスト等を考慮して適宜に選択すれば良い。

又、前記実施の形態で絶縁被覆部７として使用した熱収縮チューブについて、導電性付与材が添加されたものを使用すれば、車両内に発生するノイズから回路基板９を遮蔽することができ、ノイズによる影響を防ぐことができるため好ましい。導電性付与剤としては従来公知のもの、例えば、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子、炭素繊維粉砕物、金属粉末、金属酸化物粉末、導電性ポリマー粉末などが挙げられる。

前記実施の形態においては絶縁被覆部７として熱収縮チューブを使用したが、他の態様や方法により絶縁被覆部７を形成しても良い。例えば、所定のケース内に回路基板９を配置した後、このケースにポッティング材を注入する方法、ホットメルト材で回路基板９をモールドする方法、射出成型等により回路基板９の周囲に樹脂成型をする方法、所定のケースの中に防湿処理をした回路基板９を配置する方法、溶融樹脂中に回路基板９をディップして回路基板９に樹脂をコーティングする方法、噛み合わせ等を有する一対のケース内に回路基板９を配置し、ケース内を接着充填材により充填する方法、などが考えられる。

尚、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではない。前記実施の形態では、採暖物としてコード状ヒータからなるヒータ素子を基材上に配置した構成としたが、例えば、基材を用いない採暖器具としても構わない。又、ヒータ素子をコード状ヒータとしたが、例えば、フィルムヒータ、ガラス管ヒータ、セラミックヒータなど、通電により加熱するような他の構成のヒータとしても構わない。

又、本発明の要旨を逸しない範囲であれば、ヒータ素子を複数個配置しても構わないし、サーモスタットを２個以上配置しても構わない。又、温度過昇防止を目的として、別途サーモスタットやＰＴＣ（正温度特性）サーミスタ素子を配置しても構わない。

以上説明したように本発明によれば、立ち上がり時の即暖性に優れるとともに、その後には温度の安定性を満たし快適性を容易に向上することが可能な採暖器具を得ることができる。本発明による採暖器具は、前記実施の形態に例示した車両座席用採暖装置の他にも、例えば、自動二輪車や鉄道車両等の車両座席、チャイルドシート、船舶や航空機などの座席、遊園地の観覧車の座席、各種競技場の観覧席、劇場や映画館等の鑑賞用座席、駅やテーマパーク、屋外公園等に設置されたベンチ、家庭内やオフィスで使用されるソファーや座椅子、理髪店の椅子、各種医療機関で使用されている医療用の椅子などへの適用も考えられる。又、座席のみならず、例えば、ベッド、布団、枕、ベビーカー、便座カバー、便座内部、被服類、加熱調理器具など、種々の分野において幅広く応用が可能である。

又、本発明によるヒータユニットを車両用シートヒータに適用する場合には、空調装置が組込まれた座席に適応しても良い。空調装置が組込まれた座席に関しては、例えば、特許文献４を参照することができる。
国際公開ＷＯ２００５／０８４４９３号公報更に、座席の内部に組込んだ形態で使用するだけでなく、座席の表面に後付けで配置する形態で使用しても構わない。

Claims (7)

1. ヒータ素子を有する採暖物と、温度制御用サーモスタットと、前記採暖物の温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子からの出力により前記採暖物の温度を制御する温度制御回路と、を具備し、
   前記温度制御用サーモスタットと前記温度制御回路とが並列接続されていることを特徴とする採暖器具。
2. 請求項１記載の採暖器具において、
   上記温度検知素子のオン・オフ動作領域は上記温度制御用サーモスタットのオン・オフ動作領域の間に設定されていることを特徴とする採暖器具。
3. 請求項１記載の採暖器具において、
   前記採暖物は、基材と、該基材に配置されたコード状ヒータからなるヒータ素子とからなり、
   前記温度制御用サーモスタットと前記温度検知素子と前記温度制御回路はともに前記基材の所定の位置に配置されていることを特徴とする採暖器具。
4. 請求項３記載の採暖器具において、
   前記温度制御回路は前記温度制御回路に接続されたリード線の一部とともに絶縁被覆されていることを特徴とする採暖器具。
5. 請求項３記載の採暖器具において、
   前記温度検知素子のリード線は前記基材上にて前記温度制御回路に接続されていることを特徴とする採暖器具。
6. 請求項４又は請求項５記載の採暖器具において、
   前記温度制御回路は厚みが９ｍｍ以下となるように成形されていることを特徴とする採暖器具。
7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載された採暖器具を使用したことを特徴とする車両座席用採暖装置。

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