JP6911641B2 - 温度調整装置付ステアリング - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のステアリングに関するものであり、特に温度調整装置を備えたステアリングに関する。

従来、ステアリングホイールの温度調整装置としては、例えば特許文献１，２に記載されたものが知られている。特許文献１の装置は、発熱・吸熱する熱電変換素子としてのペルチェ素子をステアリングホイールに内蔵しており、該ステアリングホイールの現在の温度（実温度）を温度センサ（サーミスタ）により検出して、所定の温度にするように、加熱・冷却を選択すべくペルチェ素子への印加電圧の極性を切り替えるととともに、該印加電圧のオン・オフ（断続）制御によりステアリングホイールの温度を調節する。

特許文献２には、ペルチェ素子の熱を熱伝導部材によってステアリングハンドルに伝達させるステアリングの加熱冷却装置が記載されている。

特開昭６０−８８６７９号公報 特開２０１５−３６９８号公報

本発明は、熱電変換素子によって効率よくステアリングを冷却することができる温度調整装置付ステアリングを提供することを目的とする。

また、本発明は、その一態様で、ステアリングを加熱することができる温度調整装置付ステアリングを提供することを目的とする。

さらに本発明は、その一態様で、熱電変換素子で発生した電力によって表示装置等を作動させることができる温度調整装置付ステアリングを提供することを目的とする。

本発明の温度調整装置付ステアリングは、ステアリングを冷却するための熱電変換素子を有する温度調整装置付ステアリングにおいて、該熱電変換素子として、吸熱面がステアリング部材に接した第１の熱電変換素子と、該第１の熱電変換素子の放熱面からの熱を電力に変換する第２の熱電変換素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の一態様では、前記第１の熱電変換素子の放熱面と第２の熱電変換素子の吸熱面とが絶縁体を挟んで一体に構成されている。

本発明の一態様では、前記第２の熱電変換素子で生成した電力を機器に給電する給電手段を備える。

本発明の一態様では、前記機器は、表示装置、送風ファン又は照明装置である。

本発明の一態様では、前記給電手段は蓄電池を有する。

本発明の一態様では、前記給電手段は、前記第２の熱電変換素子の吸熱面付近の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段の測定温度に基づいて前記機器への給電を制御する給電制御手段を有する。

本発明の一態様では、前記ステアリングを加熱するための第３の熱電変換素子が設けられている。

本発明の一態様では、前記第１及び第２の熱電変換素子に、ステアリング冷却時とは逆向きに電流を流す回路を備え、該回路が電流を流すことで前記ステアリングを加熱する。

本発明の温度調整装置付ステアリングでは、第１の熱電変換素子によってステアリングを冷却することができる。本発明では、第１の熱電変換素子の放熱面からの熱を第２の熱電変換素子によって電力に変換するので、第１の熱電変換素子からの放熱が第２の熱電変換素子によって奪熱されることになり、第１の熱電変換素子によってステアリングを効率よく冷却することができる。

第１の熱電変換素子の放熱面と第２の熱電変換素子の吸熱面とが一体に構成されることにより、第１の熱電変換素子からの放熱が第２の熱電変換素子に効率よく伝達される。

第２の熱電変換素子で生成した電力によって表示装置、送風ファン、照明装置などの機器を作動させてもよい。給電手段に蓄電池を設けることにより、これらの機器の作動を安定化することができる。

第２の熱電変換素子の吸熱面付近の温度を測定し、この測定温度に基づいて上記機器への給電を制御することにより、該機器の作動が安定する。

本発明では、第３の熱電変換素子によってステアリングを加熱することも可能である。また、第１及び第２の熱電変換素子に流す電流の向きを変えることで、ステアリングの冷却だけでなく加熱を行うことができる。

実施の形態に係るステアリングホイールの斜視図である。 図１のステアリングホイールの一部の拡大断面図である。 熱電変換素子及び機器の回路図である。 電流制御回路の一例を示す図である。 熱電変換素子の電極の表面温度の変化の例を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。以下の説明において、ステアリングホイールの左右方向とは、それぞれ、該ステアリングホイールを車両直進時の操舵姿勢とした状態における車体の左右方向に合致する。

ステアリングホイール１は、この実施の形態では所謂３本スポークタイプのものであり、その中央のステアリングハブ部４から左右及び下方の三方に向かってそれぞれスポーク部３Ｌ，３Ｒ，３Ｄが延出し、各スポーク部３Ｌ，３Ｒ，３Ｄの先端側がそれぞれステアリングホイール１の外周のホイール部２に連なっている。

なお、ステアリングホイール１に設けられるスポーク部の個数及び配置はこれに限定されない。ステアリングハブ部４が車両のステアリングシャフト（図示略）の先端に係合する。

ホイール部２及びスポーク部３Ｌ，３Ｒ，３Ｄは、芯金５（図２）と、芯金５を覆う発泡ウレタン等の発泡合成樹脂層（図示略）と、発泡合成樹脂ウレタン層を覆う皮革等を有する。

スポーク部３Ｌ，３Ｒ，３Ｄの芯金５に接するように、ステアリング１の冷却加熱手段１０が設けられている。

図２の通り、この実施の形態では、この冷却加熱手段１０は、芯金５に吸熱面が接する第１の熱電変換素子１１と、該第１の熱電変換素子１１の放熱面に伝熱部材を介して吸熱面が接する第２の熱電変換素子１２と、芯金５に放熱面が接する第３の熱電変換素子１３とが設けられている。各熱電変換素子１１〜１３は、Ｐ型熱電半導体Ｐと、Ｎ型熱電半導体Ｎと、電極とを有する。

第１の熱電変換素子１１は、芯金５を冷却するためのものであり、吸熱面（電極１４）が芯金５に接している。該電極１４に対しハーネス２０，２１を介して通電が行われる。電極層１５は、第１の熱電変換素子１１の放熱面の電極１５ａと、絶縁体１５ｂと、第２の熱電変換素子１２の吸熱面の電極１５ｃとを積層したものであり、電極１５ａと電極１５ｃとが絶縁体１５ｂを挟み込んでいる。第２の熱電変換素子１２の放熱面の電極１６には、発生した電力を出力するためのハーネス２２，２３が接続されている。

第３の熱電変換素子１３は、芯金５を加熱するためのものであり、放熱面の電極１７が芯金５に接している。吸熱面の電極１８にハーネス２４，２５を介して通電が行われる。

電極１４、１５ａ、１５ｃ、１６〜１８は、例えば銅などの金属で形成されている。絶縁体１５には、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料が用いられる。

夏季などで芯金５の温度が高い場合には、第１の熱電変換素子１１の電極１４に通電され、芯金５の熱が第１の熱電変換素子１１に吸熱されて芯金５が冷却される。第１の熱電変換素子１１の放熱面からの熱が第２の熱電変換素子１２に伝わり、起電力が生じ、ハーネス２２，２３を介して電力が取り出される。

冬季などで芯金５の温度が低い場合には、第３の熱電変換素子１３の電極１８に通電が行われ、放熱面から熱が芯金５に伝わり、芯金５が加熱される。

図３は、第２の熱電変換素子１２で発生した電力によって機器３２に通電する回路図である。機器３２には、通電制御回路３０を介して通電が行われる。通電制御回路３０には、蓄電池が設置されている。

第２の熱電変換素子１２の吸熱面（電極１５ｃ）付近に設けられた熱電対などの温度測定素子の検出温度が通電制御回路３０に入力されている。第２の熱電変換素子１２の吸熱面の温度が十分に高い場合には、第２の熱電変換素子１２の発電電力によって機器３２に定格電流を通電することができ、余剰電力は蓄電池に充電する。

第２の熱電変換素子１２の吸熱面の温度が低く、発電電力が機器３２の定格電流に達しないときには、該蓄電池からの放電を重畳して通電する。さらに電力が不足する場合には、車載バッテリーからの給電を受けて機器３２に通電を行う。

機器３２としては、液晶表示パネルなどの表示装置や、ステアリング付近に向って送風するための送風ファンや、各種照明装置などが例示されるが、これに限定されない。

この実施の形態に係る温度調整装置付ステアリングでは、第１の熱電変換素子１１によってステアリングを冷却することができる。この実施の形態では、第１の熱電変換素子１１の放熱面からの熱を第２の熱電変換素子１２によって電力に変換するので、第１の熱電変換素子１１からの熱が第２の熱電変換素子１２によって奪熱されることになり、第１の熱電変換素子１１によってステアリングホイール１を効率よく冷却することができる。

この実施の形態では、第１の熱電変換素子１１の放熱面の電極１５ａと第２の熱電変換素子１２の吸熱面の電極１５ｃとが一体に構成されているので、第１の熱電変換素子１１からの放熱が第２の熱電変換素子１２の吸熱面に効率よく伝達され、ステアリングホイール１が効率よく冷却される。

上記実施の形態では、第１の熱電変換素子１１の放熱面の電極１５ａと、絶縁体１５ｂと、第２の熱電変換素子１２の吸熱面の電極１５ｃとを積層した構造としていたが、第１の熱電交換素子１１と第２の熱電変換素子１２とを離隔して配置し、第１の熱電交換素子１１の放熱面の電極１５ａと、第２の熱電変換素子１２の吸熱面の電極１５ｃとを伝熱部材で接続してもよい。

第１の熱電変換素子１１、第２の熱電変換素子１２に、ステアリングホイール１の冷却時とは逆向きに電流を流す回路を設け、ステアリングホイール１を加熱できるようにしてもよい。この場合、第３の熱電変換素子１３は省略可能である。

第２の熱電変換素子１２を機器３２に接続し、電力を消費させることで、第２の熱電変換素子１２の冷却を促進させるようにしてもよい。

機器３２としての送風ファンが電極層１５（電極１５ａ）に向って送風を行い、冷却を行ってもよい。

上記実施形態では、第１の熱電変換素子１１の吸熱面の電極１４が芯金５に接する構成について説明したが、ステアリングホイール１を構成する発泡合成樹脂層や皮革等の他のステアリング部材に電極１４を当接させて、ステアリングホイール１を冷却するようにしてもよい。また、発泡合成樹脂層と、これを覆う皮革との間に金属薄膜を設け、この金属薄膜に電極１４を当接させてもよい。

上記実施形態では、２個の熱電変換素子１１，１２を設け、第１の熱電変換素子１１からの熱を第２の熱電変換素子１２によって奪熱し、第１の熱電変換素子１１によってステアリングホイール１を効率よく冷却する例について説明したが、第２の熱電変換素子１２を省略し、第１の熱電変換素子１１のみでステアリングホイール１を冷却してもよい。

但し、第２の熱電変換素子１２を省略した状態で、第１の熱電変換素子１１に連続通電を長時間行うと、放熱面の電極１５ａからの熱が吸熱面の電極１４に移動し、電極１４の温度が上昇して、ステアリングホイール１の冷却が行えなくなる。そのため、熱電変換素子１１に流す電流の大きさと通電時間とを制御し、適正な冷却状態を保持することが好ましい。

例えば、図４に示すような抵抗、コンデンサ、ダイオード等を含む電流制御回路を用いて、熱電変換素子１１に供給する電流を制御する。電流制御回路は、２個の電源Ｖ１，Ｖ２を有する。電源Ｖ１は電源Ｖ２よりも電源電圧が大きい。

スイッチＳＷは、車両ドアの開閉センサ（図示略）に接続されており、開閉センサによりドアが開けられたことが検知されると、オンとなる。

スイッチＳＷがオンすると、熱電変換素子１１には、電源Ｖ１からの大電流が供給され、ステアリングホイール１の冷却が行われる。所定時間（例えば１０秒程度）経過し、コンデンサＣ１が充電されると、熱電変換素子１１には電源Ｖ１からの電流は供給されず、電源Ｖ２からの小電流のみが供給されるようになる。

熱電変換素子１１の放熱面（電極１５ａ）と吸熱面（電極１４）の表面温度の変化の一例を図５に示す。図５において、実線は、図４に示す電流制御回路を用いた場合を示し、破線は、電流制御を行わず、熱電変換素子１１に一定の電流を流し続けた場合を示す。

電流制御を行わない場合、吸熱面の表面温度は冷却開始してから数秒後に上昇に転じる。これは、熱伝導による放熱面からの熱移動と内部発熱の影響によるものである。

一方、電流制御を行う場合、熱電変換素子１１に電源Ｖ１からの大電流が供給されている間は吸熱面の表面温度は低下し続け、電源Ｖ２からの小電流のみが供給されるようになると、内部発熱、ペルチェ効果の熱移動、及び熱伝導による熱移動が平衡に保たれ、冷却が維持される。

一般に、乗員がドアを開けてからステアリングホイール１を握るまでの時間は１０秒程度である。上述のような電流制御を行うことで、乗員がステアリングホイール１を握る時にはステアリングホイール１は十分に冷却されており、その後は、冷却状態が保持される。

上記説明は本発明の一例であり、本発明は上記以外の各種形態とされてもよい。

１ ステアリングホイール
２ ホイール部
３Ｌ，３Ｒ，３Ｄ スポーク部
５ 芯金
１０ 冷却加熱手段
１１，１２，１３ 熱電変換素子
１４〜１８ 電極
２０〜２５ ハーネス
３０ 通電制御回路
３１ 温度測定素子
３２ 機器

Claims (8)

1. ステアリングを冷却するための熱電変換素子を有する温度調整装置付ステアリングにおいて、
   該熱電変換素子として、吸熱面がステアリング部材に接した第１の熱電変換素子と、該第１の熱電変換素子の放熱面からの熱を電力に変換する第２の熱電変換素子とを備えたことを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
2. 請求項１において、前記第１の熱電変換素子の放熱面と第２の熱電変換素子の吸熱面とが絶縁体を挟んで一体に構成されていることを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
3. 請求項１又は２において、前記第２の熱電変換素子で生成した電力を機器に給電する給電手段を備えたことを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
4. 請求項３において、前記機器は、表示装置、送風ファン又は照明装置であることを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
5. 請求項３又は４において、前記給電手段は蓄電池を有することを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
6. 請求項３〜５のいずれか１項において、前記給電手段は、前記第２の熱電変換素子の吸熱面付近の温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段の測定温度に基づいて前記機器への給電を制御する給電制御手段を有することを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、前記ステアリングを加熱するための第３の熱電変換素子を備えたことを特徴とする温度調整装置付ステアリング。
8. 請求項１〜６のいずれか１項において、前記第１及び第２の熱電変換素子に、ステアリング冷却時とは逆向きに電流を流す回路を備え、該回路が電流を流すことで前記ステアリングを加熱することを特徴とする温度調整装置付ステアリング。

Images