JP6582769B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関する。

従来、温度センサを備え、その温度センサで検出した温度に応じて機器を制御する電子機器がある。例えば特許文献１には、温度センサで室温を検出し、室温に応じた空調を行うように空調機器本体を制御する操作端末としての電子機器が記載されている。

特開２０１４−１９０５６６号公報

温度センサを備えた電子機器の場合、筐体の外部の温度（以下、外部温度と称する）を検出する場合であっても、温度センサ自体は筐体の内部に設けられていることが多い。そのため、電子機器は、一般的に、温度センサで検出した筐体の内部の温度（以下、内部温度と称する）に基づいて外部温度を推定している。

ところで、筐体の内部には例えば制御部を構成するマイクロコンピュータや液晶のバックライト等、動作時に発熱する回路部品が存在しているため、電子機器が動作している場合には、内部温度は外部温度よりも高くなる。なお、筐体にスリット等を設け、温度センサを外気に接触させるような構造の場合であっても、動作中の内部温度は外部温度よりも高いと考えられる。
そのため、電子機器は、内部温度から外部温度を求めるとき、回路部品の動作状態に応じた補正を行っている。つまり、電子機器は、動作状態に応じた補正値あるいは補正式が予め用意されている。

ただし、電子機器内には様々な回路部品が存在していることから、全ての回路部品の全ての動作状態に対応できるような補正値を予め用意することは、膨大な作業工数が必要となることから現実的ではない。そのため、従来の電子機器は、例えばバックライトがオン（動作状態）されているかオフ（非動作状態）されているか等、主な回路部品の動作状態を予め想定し、想定した動作状態における補正値あるいは補正式を試験等により用意しておき、実際の動作時には、回路部品の動作状態に応じて補正量を変更するといった制御（以下、みなし制御と称する）が行われている。

しかしながら、みなし制御の場合、当然のことながら、想定していない動作状態には対応することができないという問題がある。
また、みなし制御の場合、あくまでも想定した動作状態に応じた補正を行っていることから、仮に実際の動作状態が想定からずれていた場合には、そのずれを補償することができないという問題がある。一例を挙げると、例えばバックライトがオンされた場合、内部温度は、直ぐに上昇する訳ではなく、バックライドがオンされてから時間が経過すると、それに応じて徐々に増加していくことになる。このため、単純にバックライトの動作状態（オンか、オフか）によって補正値あるいは補正式を変更してしまうと、内部温度がまだ上昇していないにも関わらず、内部温度が高いものとして補正量が大きく設定され、実際の温度との間にずれが生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、筐体の内部に設けられている温度センサを用いる構成において、筐体外の温度を精度よく検出することができる電子機器を提供することにある。

請求項１に記載した発明では、電子機器は、筐体と、筐体の内部に設けられている温度センサと、筐体の内部に設けられ、当該筐体の内部と外部との間の熱の流れを検出する熱流センサと、温度センサで検出した温度と熱流センサで検出した熱の流れとに基づいて筐体外の温度を取得する温度取得部と、を備える。

筐体の内部と外部との間に生じる熱の流れは、筐体の内部の温度（内部温度）と筐体の外部の温度（外部温度）との関係に基づいて、より厳密に言えば、内部温度と外部温度との温度差に基づいて変化する。そして、例えば回路部品の動作状態が変化して内部温度が変動した場合には、その内部温度の変動に追従して、熱流センサで検出される熱の流れも変化する。

つまり、熱流センサは、回路部品の動作状態が変化したことによる内部温度の変動を含んだ状態の熱の流れを検出する。具体例を挙げると、例えばバックライトがオンになった直後では、内部温度が直ぐには変化しないため熱流センサで検出する熱の流れにも変化が生じないが、バックライトがオンされ続けて内部温度が上昇し始めると、それに応じて熱流センサで検出する熱の流れも大きくなる。
このように、熱流センサは、筐体の内部と外部との間の熱の流れを、回路部品の動作状態に応じた値として検出する。換言すると、回路部品の動作状態が変化したことによる内部温度の変動の影響は、熱流センサによって吸収される。

そのため、その熱流センサで検出した熱の流れと温度センサで検出した内部温度とを用いることにより、回路部品の動作状態が反映された状態で、外部温度を取得することができる。そして、回路部品の動作状態に応じて補正値や補正式を変更する従来のみなし制御とは異なり、実際の温度との間にずれが生じることがない。

したがって、筐体の内部に設けられている温度センサを用いる構成であっても、筐体外の温度を精度よく検出することができる。
また、熱流センサを設けることで常に外部温度を取得することができるため、従来のみなし制御とは異なり、想定外の状態が生じることはないため、外部温度に応じた制御の正確性を向上させることができる。さらに、動作状態に応じた補正値を予め用意しておく必要も無いため、試験工数を大幅に削減することができる。

また、本発明は、室温測定をする際における欠点である「温度センサが筐体によって囲まれており、室温とは異なる空気を計測せざるを得ない」という部分を逆手に取り、測温対象となる室内（つまり、筐体の外部）とは区切られている空間（つまり、筐体の内部）に存在する空気であれば、室内と筐体の内部との温度差により熱流が発生するという点に着目し、熱流値を補正値に活用した事に大きな技術的意義が存在する。

請求項２に記載した発明では、熱流センサは、筐体の内面に接触した状態で設けられている。
つまり、熱流センサは、熱流センサ自身と筐体とを経由する熱の流れを検出しており、熱が流れる経路には、他の回路部品が存在しない。
このため、熱流センサは、他の回路部品等の影響を受けることがなく、筐体の内部から外部への熱の流れを精度良く検出することができる。
請求項３に記載した発明では、温度センサと熱流センサとの間を、発熱する回路部品の設置を規制する規制領域に設定する。

この場合、温度センサと熱流センサとの間には、熱源となる回路部品が存在しない。このため、熱流センサは、温度センサで検出した内部温度と外部温度との温度差のみに起因した熱の流れを検出することができる。したがって、外部温度をより正確に取得することができるようになる。

一実施形態による電子機器の構成を模式的に示す図 熱流センサと温度センサの配置を模式的に示す図１のＩＩ領域の拡大図

以下、本発明の一実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の電子機器１は、筐体２内に、制御部３、液晶モジュール４、通信部５、リレー６、リレー７、温度センサ８、および熱流センサ９等を備えている。これら制御部３、液晶モジュール４、通信部５、リレー６およびリレー７等は、回路部品に相当する。なお、図１に示す回路部品は一例であり、これに限定されるものではない。

本実施形態の場合、電子機器１は、図示しない空調機器の運転の開始・停止操作や、設定温度の変更操作等を入力するための操作端末を想定している。ただし、本発明が対象とする電子機器１の種類は、空調機器の操作端末に限定されず、筐体２内に温度センサ８を備え、その温度センサ８により検出した筐体２内の温度（以下、内部温度と称する）に基づいて、筐体２外の温度（以下、外部温度と称する）を推定するものであればどのようなものであってもよい。

制御部３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータで構成されている。この制御部３は、液晶モジュール４やリレー５〜７の動作等、電子機器１全体を制御する。また、制御部３は、後述するように、温度センサ８で検出した内部温度と熱流センサ９で検出した筐体２の内部と外部との間の熱の流れに基づいて外部温度を取得する温度取得部としても機能する。

液晶モジュール４は、図示しない表示部およびバックライトを備えている。バックライトは、制御部３の指令に基づいて、オン（動作状態）またはオフ（非動作状態）する。なお、液晶モジュール４は、タッチパネル等を備えていてもよい。
通信部５は、空調機器本体に接続されており、ユーザにより空調機器の運転の開始操作や停止操作が入力されたり設定温度の変更操作が入力されたりした場合、その操作に応じて制御指令を、空調機本体に通信する。
リレー６、７は、例えば半導体リレーで構成されており、制御部３の指令に基づいてオン（動作状態）またはオフ（非導通）する。なお、リレー６、７は、オンした場合には、例えば負過電流が流れることで発熱する。

温度センサ８は、例えばサーミスタや半導体温度検出器で構成されており、筐体２の内部温度を検出する。この温度センサ８は、筐体２を設置した状態における筐体２の下部側であって、熱流センサ９の近傍に設けられている。より詳細には、図２に示すように、温度センサ８は、熱流センサ９との間に他の回路部品（より厳密には、内部温度を上昇させる程度に発熱する回路部品）が存在しない状態で設けられている。この温度センサ８と熱流センサ９との間に形成され、他の回路部品の配置が規制されている領域Ｒが、規制領域に相当する。

熱流センサ９は、感温素子を備えており、温度が高い側から低い側に向かって当該熱流センサ９内における熱の流を検出する。この熱流センサ９は、平板状に形成されており、筐体２の側面部の内面側に接触して設けられている。このため、筐体の内部温度（Ｔ１）が外部温度（Ｔ２）よりも高い場合には、図２に矢印Ａにて示す筐体２の内部から外部に向かう方向への熱の流れが検出される。本実施形態では、熱流センサ９は、単位面積あたりの熱の流れを熱流束密度ｑ（Ｗ／ｍｍ^２）として検出する。
なお、熱流センサ９は、上記したように温度センサ８の近傍であれば、筐体２の底面部等に設けてもよいが、筐体２の上部側は熱がこもると想定されるので、避ける方がよい。

次に、上記した構成の作用について説明する。
まず、比較対象として、従来のみなし制御における外部温度の推定手法（検出手法）について説明する。
みなし制御の場合、外部温度を推定する際の補正値が動作状態に応じて、例えば以下のように予め設定されている。なお、ここでは、内部温度が高く、外部温度が低い場合を想定している。

・バックライトがオンされ、輝度が１００％の場合：１０℃（補正値Ｉ）
・バックライトがオンされ、輝度が５０％の場合 ： ７℃（補正値ＩＩ）
・バックライトがオフされている場合 ： ０℃（補正値ＩＩＩ）
・リレーがオンされている場合：補正値Ｉ〜補正値ＩＩＩに＋２℃
この場合、バックライトの輝度が１０％の場合には対応する補正値が設定されておらず、直接的には補正できない。なお、このような場合には、未設定の動作状態については比例配分等により補正値を算出することも考えられるが、算出した補正値が適切であるか否かの検証はできない。

そこで、本実施形態では、温度センサ８で検出した内部温度と熱流センサ９で検出した熱の流れとに基づいて、外部温度を取得している。
具体的には、筐体２の内外の温度差をΔＴ（ただし、ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）、熱流センサ９の厚みをｄ（ｍｍ）とすると、筐体２内外における温度勾配は、ΔＴ／ｄで表される。この温度勾配ΔＴ／ｄは、熱流センサ９で検出した熱流束密度ｑに比例することから、熱流センサ９の厚みｄ（ｍｍ）が一定であれば、温度差ΔＴは、熱流束密度ｑに比例した形で表すことができる。

そして、熱流センサ９の厚み（ｄ）、熱流センサ９を取り付けた部分の筐体２の厚み（Ｌ）、および、筐体２の熱伝導特性を含めた形の比例係数Ｂを定義すると、温度差ΔＴは、以下の（１）式のように表すことができる。なお、比例係数Ｂを求める場合、筐体２の熱伝導特性等は、試験により求めることができる。
ΔＴ＝Ｂ×ｑ ・・・（１）
そして、温度差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２であることから、（１）式に基づいて、外部温度（Ｔ２）を、以下の（２）式のように求まることができる。
Ｔ２＝Ｔ１−（Ｂ×ｑ） ・・・（２）
すなわち、温度センサ８で検出した内部オンと（Ｔ１）と、熱流センサ９で検出した熱流束密度（ｑ）とから、外部温度（Ｔ２）を求めることができる。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
電子機器１は、筐体２と、筐体２内に設けられている温度センサ８と、筐体２内に設けられ、当該筐体２の内部と外部との間の熱の流れを検出する熱流センサ９と、温度センサ８で検出した温度と熱流センサ９で検出した熱の流れとに基づいて筐体２外の温度（外部温度Ｔ２）を取得する温度取得部としての制御部３と、を備える。

この場合、熱流束密度（ｑ）は、熱流センサ９で常に検出できる。そして、熱流センサ９で検出する熱流束密度（ｑ）は、内部温度（Ｔ１）と外部温度（Ｔ２）との関係に基づいて、動的に変化する。換言すると、回路部品の動作状態が変化して内部温度（Ｔ１）が変動した場合には、内部温度の変動に追従して熱流センサ９で検出する熱流束密度（ｑ）が変化することから、回路部品の動作状態に関わらず、外部温度（Ｔ２）を正しく取得することができる。

このとき、内部温度の変動に追従して熱流センサ９で検出する熱流束密度（ｑ）が変化することから、例えばバックライトがオンになった直後では内部温度が直ぐには変化しないものの、熱流束密度（ｑ）も変化しないことから、回路部品の動作状態に応じて補正値や補正式を変更する従来のみなし制御とは異なり、実際の温度との間にずれが生じることもない。

また、回路部品の動作状態に関わらず常に外部温度（Ｔ２）を正しく取得することができることから、従来のみなし制御のように動作状態に応じた補正値を予め用意しておく必要が無く、試験工数を大幅に削減することができる。
また、電子機器１では、熱流センサ９は、筐体２の内面に接触した状態で設けられている。つまり、熱流センサ９は、熱流センサ９自身と筐体２とを経由した熱の流れを検出する。このため、他の回路部品等の影響を受けること無く、筐体２の内部から外部への熱の流れを精度良く検出することができる。

また、熱流センサ９自身の物性は既知であり、筐体２の物性も試験等により予め求めることができ、熱の流れが他の回路部品を経由しないことから、上記したように外部温度（Ｔ２）を求める際の比例係数（Ｂ）を定数とすることができ、演算を簡略化することもできる。

また、温度センサ８と熱流センサ９との間を、発熱する回路部品の設置を規制する規制領域（Ｒ）に設定している。つまり、温度センサ８と熱流センサ９との間には、熱源となる回路部品が存在しない。このため、熱流センサ９は、温度センサ８で検出した内部温度（Ｔ１）と外部温度（Ｔ２）との温度差のみに起因した熱の流れを検出することができ、外部温度（Ｔ２）をより正確に取得することができる。
また、実施形態のように封鎖された筐体２内に設けた温度センサ８および熱流センサ９で外部温度を取得する構成とすることで、外部に露出する箇所がなくなり（または少なくなり）、埃等や水滴等の侵入を防止することができる。

また、実施形態のように電子機器１が空調機器の操作端末の場合、外部温度に応じて空調を制御することになるが、室温が１〜２℃ずれただけであってもユーザが感じる快適性は大きく変わることがあるため、上記したように外部温度（この場合、室温）を正確に検出できることは、単なる制御上のメリットがあるだけで無く、ユーザ側にも快適性の維持という大きなメリットがあるため、有意である。

また、本実施形態の場合、室温測定をする際における欠点である「温度センサが筐体によって囲まれており、室温とは異なる空気を計測せざるを得ない」という部分を逆手に取り、測温対象となる室内（つまり、筐体の外部）とは区切られている空間（つまり、筐体の内部）に存在する空気であれば、室内と筐体の内部との温度差により熱流が発生するという点に着目し、熱流値を補正値に活用した事に大きな技術的意義が存在する。なお、筐体２にスリット等を設けた構成であっても、筐体２の内部に存在する温度センサ８は、上記したように室温よりも高い温度を検出するので、本発明を適用することができる。

本発明は、上記し且つ図面に記載した態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や拡張をすることができる。
実施形態で示した数値は一例であり、これに限定されない。
実施形態で示した回路部品の数や配置あるいは種類等は一例であり、これに限定されない。
実施形態で示した電子機器１の形状は一例であり、これに限定されない。

図面中、１は電子機器、２は筐体、３は制御部（温度取得部）、４は液晶モジュール（回路部品）、５は通信部（回路部品）、６、７はリレー（回路部品）、８は温度センサ、９は熱流センサ、Ｒは規制領域を示す。

Claims (3)

1. 内部に熱源が設けられている筐体と、
   前記筐体の内部に設けられている温度センサと、
   前記筐体の内部に設けられ、当該筐体の内部と外部との間の熱の流れを検出する熱流センサと、
   前記温度センサで検出した温度と前記熱流センサで検出した熱の流れとに基づいて、前記筐体の外部の温度を取得する温度取得部と、を備え、
   前記温度センサを前記熱流センサよりも前記熱源に近い側に配置するとともに、前記熱流センサを前記温度センサよりも外気に近い側に配置したことを特徴とする電子機器。
2. 前記熱流センサは、前記筐体の内面に接触した状態で設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記温度センサと前記熱流センサとの間を、発熱する回路部品の設置を規制する規制領域に設定したことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器。

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