JP7427295B2 - 静電気除去システム - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、車両を操縦する操縦者に蓄積された静電気を車両に放電除去することにより、操縦者の神経伝達をスムースに行えるようにする静電気除去システムに関する。

自動車などの車両が走行すると、空気流が車両に摩擦接触する状態で流れることに起因して、車両に静電気が発生する。また、車輪の回転に伴ってタイヤの各部が路面に対し接触および非接触を繰り返すことや、エンジン、ブレーキ装置などにおいて構成部品が相対運動することなどによっても、静電気が発生する。車両は導電性が低いタイヤによって大地から実質的に電気絶縁された状態にあるため、車両に静電気が発生すると、電荷（一般的には正の電荷）が車体などに帯電する（特許文献１参照）。

車両の操舵装置、制動装置などは、運転者によって操作されると、ステアリングホイールなどの操作装置の変位が変位伝達系を経て転舵装置などのアクチュエータへ伝達される。

車両に電荷が帯電することにより車両が受ける悪影響は、ラジオノイズなどが生じ易くなることなどに留まらない。すなわち、車両に電荷が帯電すると、運転操作の変位の伝達が行われ難くなり、このことがアクチュエータの作動に影響する可能性がある。

一方、人の帯電にともなう不快感や健康上の悪影響を軽減する観点や、放電時の人や電子機器へのショック軽減などの観点から、静電気を除去する技術が知られている（特許文献２～４参照）。

特許文献２では、人体に帯電する静電気を除去するために、導電性ゴムと導電性織物とアース線とからなる静電気除去装置を設置し、靴下で踏んだ場合や、手で触れることで人体に帯電した静電気をアース線に逃すようにしている。

また、特許文献３においては、人体の一部を受ける寝具において、人体に帯電した静電気を、炭マットとアルミ反射シートから構成される敷布団あるいは掛け布団をアース線によって接地し、人体に帯電した静電気を除去する。

また、特許文献４には、人体に帯電する静電気を除去するための帯電防止靴が開示されている。

特許第６１２４０２０号公報 特開２００１－３５１７９４号公報 特許第５３４７１７０号公報 特許第６１８４６８５号公報

特許文献１に記載された車両用帯電電荷低減装置を採用したとしても、たとえば操舵装置のステアリングホイールなどを通じて搭乗者が徐々に静電気を帯びることがありうる。こうして発生して蓄積された静電気は、人の神経系統に悪影響を及ぼし、身体の筋肉を異常に緊張した状態のままに維持してしまう。その場合、その人に不快感を与えるのみならず、その車両の運転者の動作に、操作の遅れ等の悪影響が生じる。その場合は、あたかも車両の操縦性能の低下が起きたような感覚になる。

また、静電気を帯びている人が電子機器の操作を行うと、その人が不快を感じるのみならず、電子機器の操作性能の低下やノイズ発生の原因にもなる。また、その操作者の運動機能に悪影響が生じる可能性もある。

さらに、電気絶縁材の底を有する靴を履いた人が地上や床上を走るときに、人体と空気との摩擦などによって静電気が発生して人体が帯電する。その場合に、その静電気によって、人体周りの空気流が乱れて空気抵抗が増し、また、人の帯電にともなう不快感や健康上の悪影響も生じる。また、当該走る人の運動機能に悪影響が生じる可能性もある。

静電気を除去することにより、車に乗っていて、車の電磁波の関係で頭が痛くなったり、疲れやすかったり、眠くなったりなどを軽減することができる。あるいは、運転によるストレスを緩和したり、運転の集中力を上げたり、落ち着いた運転ができるとも言われている。

また、静電気を除去することは、車の運転に関連して人の体の状態については、視界がスッキリすると言われている。

本発明の発明者は、導電性繊維を織り込んだ布あるいはシートの導電性繊維と電気接触する導線（以下、アース線と略記）を車両金属部に接地（アーシング）することにより、当該布あるいはシートに接触する人体に蓄積された静電気を除去する試験を行った。

車両への各種の接地方法や使用環境、様々な被験者について試験を行ったところ、以下に示す新しい知見を得た。

試験結果その１として、静電気の除去を急速に行うことが、被験者により好まれる場合と好まれない場合がある。接地点の接地抵抗により静電気の除去効果が異なる。すなわち、工業用機械に用いるような接地抵抗が低い接地点に接続した方が静電気の除去が急速に行われるが、この状況を好む被験者がいるほかに、急速放電によって体に不快感を覚える被験者もいることが判明した。そのような被験者は、接地抵抗が大なる接地点にアース線を接続する方を好み、アース線に抵抗を挿入し、静電気放電を緩やかに行うことを好む。

試験結果その２として、車両中で試験を行った結果、車体金属部への接地点の接地抵抗が大きかったり、接地点までの距離が遠く、アース線が長くなったりすると、被験者に入眠障害を起こす等の不快感を与えることがあることが判明した。特に、被験者が電磁波過敏症である場合に著しいものであった。また、電磁波過敏症と診断されていない人であっても、敏感な人もあった。この原因は、アース線に車両エンジンの火花放電電磁波、近傍の電気機械や電子機器の電磁気の影響あるいは電磁波がアース線に誘導結合して人体に届いてしまうため、人体に静電気を誘起することと考えられる。

上記とは逆に、人体に直接誘起した電磁波がアース線を通してアースに放電する場合、敏感な被験者はピリピリと感じ、気持ちが悪くなる場合もあった。

試験結果その３として、本発明の静電気除去システムを設置すると、車両の操縦性能の向上したような感覚が得られることが判明した。この原因は、操縦者に蓄積された静電気が除去されたために運動神経伝達（微小電流伝達）がスムースに行われ、ブレーキの即応、ハンドル操作の即応と言う瞬時の操縦判断の向上に繋がり、あたかも車両の操縦性能が向上したかのように感じられるものと思われる。

近年の車両には、種々の電気機器やＷｉ－Ｆｉ、インターネット、ＧＰＳ装置等の電磁波利用機器が存在し、その環境下で静電気除去装置を用いる場合、その環境状況は、たとえばアース線の長さ、アースの設置状況（接地抵抗の差）、周囲の電磁波環境が異なる。その上、一概に人体といっても色々な人体特性の人があり、人体に帯電する静電気の影響度、アース線よりの電磁波に対する反応が異なる。たとえば、人体帯電静電気の除去（放電）速度、電磁波の周波数が大きく影響することもわかってきた。

本発明は、人体の静電気の帯電に起因する車両を操縦する操縦者の能力低下、人体を接触させて操作する機器の性能低下、人の運動機能の低下を抑制すること等を目的とする。その目的を達成するにあたり、上述の事情を考慮して、以下の３点を具体的な解決課題とする。

第１には、人体に帯電した静電気を確実に除去すること、また急速な放電によるショックを緩和することを課題とする。

第２には、使用周囲環境に存在する電磁波がアース線に結合誘起した電磁波が人体に届かないよう減衰させる一方、人体に蓄積された静電気は、同じアース線を通して静電気蓄積部としての車両金属車体に放電できることを課題とする。なお、前記車両金属車体に、金属鎖等の電気伝導体を付加し、該電気伝導体を車両走行地面に接触させれば、静電気除去をより確実に行うことが可能となる。

第３には、本発明が使用される周囲状況、人体特性に対応した最適静電気除去を提供できる柔軟なシステムを構築することを課題とする。

本発明上記各課題を解決するためのものであって、本発明の第１の態様に係る静電気除去システムは、車両を運転する人の人体に接触する電気導電性を有する布あるいはシートにより構成される人体接触部と、前記人体接触部の導電性を有する布あるいはシートの導電部と導通を有する第１接続部を有し、前記第１接続部と接続する電気的素子を、直列及び/あるいは並列に結合できる第２接続部を有し、前記第２接続部と前記電気的素子を介して結合する第３接続部を有する結合部とを有して人体に蓄積される静電気を車両金属部に放電し、車両の操縦機能を向上させること特徴とする。

本発明の第２の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記人体に蓄積する静電気は、前記車両の操舵装置を通じて蓄積するものであることを特徴としてもよい。

本発明の第３の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記第３接続部に接地線、あるいは静電気放電部もしくは静電気蓄積部が接続されることを特徴としてもよい。

本発明の第４の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記人体接触部と前記結合部とを一体化したことを特徴としてもよい。

本発明の第５の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記電気的素子として、抵抗、コイル、コンデンサ、ヒューズ、短絡素子のうちの少なくともいずれか１つを用いることを特徴としてもよい。

本発明の第６の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記電気的素子を容易に交換可能な手段により回路構成を行うことを特徴としてもよい。

本発明の第７の態様に係る静電気除去システムは、第６の態様において、交換手段として前記回路構成中にホルダを更に設け、該ホルダに前記電子的素子が挿入されることを特徴としてもよい。

本発明の第８の態様に係る静電気除去システムは、第６の態様において、前記回路構成中に複数の前記電気的素子が配置され、前記複数の電気的素子が切り替えスイッチにより前記回路構成中に挿入されることを特徴としてもよい。

本発明の第９の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記電気的素子として、抵抗とコイルとが並列接続して用いられることを特徴としてもよい。

本発明の第１０の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記結合部の出力が接地線あるいは静電気貯蔵装置に接続されることを特徴としてもよい。

本発明の第１１の態様に係る静電気除去システムは、第１の態様において、前記第３接続部に静電気蓄積部が接続され、前記静電気蓄積部として車両金属車体が用いられることを特徴としてもよい。

本発明の第１２の態様に係る静電気除去システムは、第１１の態様において、前記車両金属車体に、金属鎖等の電気伝導体を付加し、該電気伝導体を車両走行地面に接触させることを特徴としてもよい。

本発明の実施態様に係る静電気除去システムによれば、たとえば、人体の静電気の帯電に起因する車両操縦者の操縦機能の低下や電子機器の性能低下を抑制することができる。

さらに、本発明の実施態様に係る静電除去システムによれば、従来行われていた静電気除去装置のごとく急激な静電気放電を避けることが可能となり、放電ショックによる不快感なしに、人体に蓄積された静電気を除去することができる。

また、蓄積された静電気を大地に放電するためのアース線が不完全であったり、アース線が長すぎたりするため、アース線近傍に存在する電子機器等からの電磁波とアンテナ結合してアース線に混入する電磁波を減衰阻止し、電磁波過敏症の車両操縦者の体調に影響を及ぼすことを防止するという効果を生ずる。

また、アース線の状況、状態の差に加えて、使用環境の差、車両操縦者の人体特性の差に応じて最適の静電気除去システムを構築できるという、今までにない効果を生ずる。

本発明の一実施形態に係る静電気除去システムを車両内に配置した状況を示す概略配置図である。 本発明の一実施形態に係る静電気除去システムの機能構成図である。 本発明の一実施形態に係る電流調整部の電気素子取り換え構造の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電流調整部の並列接続回路図である。 本発明の一実施形態に係る電流調整部の電気素子切り替え構造の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る静電気除去システムを説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る静電気除去システムを車両内に配置した状況を示す概略配置図である。図２は、本発明の一実施形態に係る静電気除去システムの機能構成図である。

図１に示すように、車両１１は、車体１２と、前輪１３と、後輪１４と、操舵装置１５とを備えている。操舵装置１５は、前輪１３の向きを変えるための操舵アクチュエータ１６と、操縦者１７が操舵アクチュエータ１６を操作するためのステアリングホイール１８と、を備えている。操舵装置１５はさらに、ステアリングホイール１８の動作を操舵アクチュエータ１６に伝えるためのステアリングコラム１９およびステアリングシャフト２０を備えている。図１では、車両１１の駆動装置などの図示は省略している。

車両１１は、車体１２内で操縦者１７を支持する座席２２を備えている。車体１２は、主として導電性の金属製である。

この実施形態においては、車両１１内に静電気除去システム３０が配置されている。静電気除去システム３０は、人体接触部材３１と、電流調整部３２と、静電気蓄積部３３とを含む。

人体接触部材３１は、たとえばシート状であって、座席２２の座面の上に広げられている。操縦者１７が座席２２に腰掛けたときに、操縦者１７と座席２２の間に人体接触部材３１が介在するようになっている。人体接触部材３１は、たとえば、導電性の金属線が編み込まれていて導電性であり、しかも、全体で柔軟性をもっている。それにより、人体接触部材３１と人体とが面接触して電気的接触を維持することができるとともに座り心地をよくすることができる。ただし、人体接触部材３１と人体との接触は、直接でも、また、人の衣服を通じてでもよい。

人体接触部材３１は、導線３５により、電流調整部３２および静電気蓄積部３３を介して車体１２に電気的に接続されている。

図２に示すように、人体接触部材３１は、編み込まれた金属線と電気接続されたコネクタからなる第１接続部４１を備えている。

電流調整部３２は、第１接続部４１と同様のコネクタによる第２接続部４２を備えている。人体接触部材３１は、第１接続部４１のコネクタを介して、第２接続部４２のコネクタと、導線３５により電気的に接続される。

電流調整部３２の第２接続部４２の反対側に第３接続部４３が形成され、第３接続部４３は、静電気蓄積部３３を介して車両金属部（以下車体と略記）１２に電気的に接続されている。車体１２は絶縁材の前輪１３および後輪１４によって地面Ｅから電気的に絶縁されているが、車体１２は大きな電気容量を有することから、車体１２は電気的にアースと同様の機能を持つものと考えることができる（図１および図２参照）。

静電気蓄積部３３については後述する。図１および図２に示すように、電流調整部３２から静電気蓄積部３３を介さずに車体１２に直接接続する導線を設けてもよい。その場合に、静電気蓄積部３３をなくすこともできる。

図３は、本発明の一実施形態に係る電流調整部の電気素子取り換え構造の例を示す図である。ここに示す例では、第２接続部４２と２つの電気素子ホルダ５１、５２とが並列接続されている。電気素子ホルダ５１、５２の第２接続部４２と反対側には電気素子ホルダ５３が直列接続され、さらに電気素子ホルダ５３が第３接続部４３に接続されている。

電気素子ホルダ５１、５２、５３に、種々の電気素子６０１，６０２，６０３，・・・を挿入しまた取り外すことができる。

前記の説明では、電気素子の接続を分かりやすくするため、ホルダやコネクタのような接続部を設ける例を挙げたが、接続部を別個に設けず、半田付け、ねじ止め等の接続でもよい。

電気素子ホルダ５１、５２、５３に挿入、あるいはねじ止め等（以下挿入と略記）により接続される電気素子６０１，６０２，６０３，・・・は、たとえば、電気抵抗素子（抵抗器）、チョークコイル、キャパシタ（コンデンサ）、ヒューズ、短絡素子のいずれかである。もちろん、上記電気素子には可変抵抗器、可変容量キャパシタ、タップ付きコイルが含まれていてもよい。

アース線を、アース（車体１２）に接続できる場合は、電気素子ホルダ５１、５２、５３に短絡素子を挿入することにより人体接触部材３１は直接接地され、人体に蓄積された静電気はアースに放電、除去される。その場合には、接地抵抗が低いため、放電が急激に行われ電撃ショックを起こす恐れがある。しかし、短絡素子を抵抗器に差し替えることにより、放電電流立ち上がりを緩やかにして電撃ショックを避けることができる。さらに、ループ電流路を形成しないよう、アース（車体１２）への接続部は、車両中の他の電気設備とまとめて、一か所（いわゆる一点アース）とする。

接地抵抗が大なる場合や、第３接続部４３と車体１２の距離が離れていて、アース線が長くなる場合は、周囲の電磁波がアース線に結合して人体接触部材３１に到達し、不快感や各種の障害を引き起こす恐れがある。

そのような場合は、並列ホルダ５１，５２にそれぞれ抵抗器８０（抵抗値Ｒ）とコイル８１（リアクタンスＬ）を挿入する。図４はこの状態を電気回路で表示したもので、アース線より結合混入した周波数ｆなる電磁波はＲ，Ｌ並列回路に到達する。

現在、一般環境において存在する電磁波は数十～数百ＭＨｚ以上の高周波が多く、チョークコイルが呈する高周波抵抗はωＬ＝２πｆＬと大変大きくなる（ただし、角周波数をωとし、周波数をｆとする）。そのため、電磁波は抵抗器８０を通過して人体接触部材３１に到達するが、抵抗器８０を通過するため熱消費され、人体に影響を及ぼさない程度に弱められる。

一方、人体からの静電気放電は微小直流であり、抵抗値がほぼゼロのコイル８１を通してアースに放電される。

静電気蓄積部３３は、車体１２をアースとして機能させるのが困難な場合に特に有用である。静電気蓄積部３３は、たとえば、静電気が金属表面に帯電しやすい特性を利用し、電気伝導性の良い炭と金属板を組み合わせて静電気を蓄積する装置（特許文献３参照）であって、静電貯蔵マットなどとして市販されているものでもよい。

また、本願発明者の試験の結果では、直流を蓄電するキャパシタ（コンデンサ）に静電気をためることでもよく、たとえば、２重層キャパシタは特に効果が大きかった。

人体に蓄積された静電気を、人体より静電気を蓄積し易い上記静電気蓄積部３３に移動させることにより、人体に蓄積された静電気を除去することができる。

しかも、使用状況に応じて電流調整部３２の電気特性を調整できる。たとえば、操縦者（ユーザ）１７の好みに合わせて、人体に蓄積する静電気を速やかに放電したり、ショックを避けて徐々に放電したりすることができる。

また、蓄積された静電気を大地に放電するためのアース線が不完全であったり、アース線が長すぎたりするため、アース線近傍に存在する電子機器等からの電磁波とアンテナ結合してアース線に混入する電磁波を減衰阻止し、電磁波過敏症のユーザの体調に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

これにより、人体の静電気の帯電に起因する車両の操縦性能の低下や人体の機能低下を防ぐことができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る電流調整部の電気素子切り替え構造の例を示す図である。図３では、各種の電気素子６０１，６０２，６０３，・・・を電気素子ホルダ５１、５２、５３に挿入する例を示したが、他の例として、図５のごとく、各種の電気素子５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎ，５２ａ，５２ｂ，・・・，５２ｎ，５３ａ，５３ｂ，・・・，５３ｎを並べて、スイッチ７１，７２，７３で選択する方法としてもよい。この図５に示す例では、電気素子の切り替えが極めて容易となる。

なお、上記説明では、電流調整部３２は、複数の電気素子を組み合わせて接続するものとしたが、たとえば電流調整部３２を１個の可変抵抗器で実現することもできる。

また、人体接触部材３１と電流調整部３２は別体とせずに一体に形成してもよい。

上記説明では、人体接触部材３１が、車両１１の座席２２の上に広げられる布あるいはシート状のものである場合を例に挙げて説明したが、座布団、マットや、靴などの履物の底または中敷き等に広く応用できるものである。履物から静電気を除去することにより、帯電による不快感除去や放電時のショック緩和を実現し、さらに、帯電や急速放電による人体の機能低下や、人が扱う機器の性能低下を緩和することができる。

さらに、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されうるものである。

１１…車両、
１２…車体、
１３…前輪、
１４…後輪、
１５…操舵装置、
１６…操舵アクチュエータ、
１７…操縦者、
１８…ステアリングホイール、
１９…ステアリングコラム、
２０…ステアリングシャフト、
２２…座席、
３０…静電気除去システム、
３１…人体接触部材、
３２…電流調整部、
３３…静電気蓄積部、
３５…導線、
４１…第１接続部、
４２…第２接続部、
４３…第３接続部、
５１，５２，５３…電気素子ホルダ、
５１ａ，・・・，５２ａ，・・・，５３ａ，・・・…電気素子、
７１，７２，７３…スイッチ、
８０…抵抗器、
８１…コイル、
６０１，６０２，６０３，・・・…電気素子

Claims (11)

1. 車両を運転する人の人体に接触する導電性を有する布あるいはシートにより構成される人体接触部と、
   前記人体接触部の導電性を有する布あるいはシートの導電部と導通を有する第１接続部と、
   前記第１接続部と接続される第２接続部、及び、前記第２接続部に直列及び/あるいは並列に結合できる電気的素子、並びに、前記第２接続部と前記電気的素子を介して結合される第３接続部を有し、前記電気的素子は交換可能な交換手段により回路構成がなされる、結合部と
   を有して人体に蓄積される静電気を車両金属部に放電し、車両の操縦機能を向上させること特徴とする、静電気除去システム。
2. 前記人体に蓄積する静電気は、前記車両の操舵装置を通じて蓄積するものであること、を特徴とする請求項１に記載の静電気除去システム。
3. 前記第３接続部に接地線、あるいは静電気放電部もしくは静電気蓄積部が接続されることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
4. 前記人体接触部と前記結合部とを一体化したことを特徴とすることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
5. 前記電気的素子として、抵抗、コイル、コンデンサ、ヒューズ、短絡素子のうちの少なくともいずれか１つを用いることを特徴とすることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
6. 前記交換手段として前記回路構成中にホルダを更に設け、該ホルダに前記電気的素子が挿入されることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
7. 前記回路構成中に複数の前記電気的素子が配置され、該複数の前記電気的素子が切り替えスイッチにより前記回路構成中に挿入されることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
8. 前記電気的素子として、抵抗とコイルとが並列接続して用いられることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
9. 前記結合部の出力が接地線あるいは静電気貯蔵装置に接続されることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
10. 前記第３接続部に静電気蓄積部が接続され、前記静電気蓄積部として車両金属車体が用いられることを特徴とする、請求項１記載の静電気除去システム。
11. 前記車両金属車体に、金属鎖であってもよい電気伝導体を付加し、該電気伝導体を車両走行地面に接触させることを特徴とする、請求項１０に記載の静電気除去システム。