WO2016117375A1

WO2016117375A1 - ヒータ装置

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Publication number: WO2016117375A1
Application number: PCT/JP2016/050385
Authority: WO
Inventors: 公威石川; 史朗坂東; 近藤　宏司; 多田　和夫; 裕康生出; 康弘佐合; 関　秀樹; 大賀　啓; 栗林　信和
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP6296175B2; JPWO2016117375A1

Abstract

　ヒータ装置は、接触検知層（３０）と断線判定部（Ｓ１０２、Ｓ１０６）とを備えている。その接触検知層は、通電により発熱するヒータ面への接触を検出するための一対の電極配線パターン（３３１ａ、３３２ａ）を有する。また、断線判定部は、少なくとも一方の電極配線パターンの両端間に所定電圧が印加されたときに、その電極配線パターンの両端間に流れる電流値に基づいて電極配線パターンの断線を判定する。

Description

ヒータ装置

関連出願への相互参照

　本出願は、２０１５年１月２２日に出願された日本特許出願番号２０１５－１０５２３号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、ヒータ装置に関するものである。

　従来から知られたヒータ装置が、例えば特許文献１に記載されている。その特許文献１のヒータ装置は、複数の放熱部と複数の発熱部とを有している。その発熱部は薄い板状に形成されている。また、複数の放熱部は分散して配置され、隣接する２つの放熱部の間に低熱伝導部が設けられている。すなわち、その低熱伝導部で放熱部の全周囲が囲まれ、これにより、複数の放熱部は、互いに熱的に分離するようにそれぞれ設けられている。

特開２０１４－３０００号公報

　上記特許文献１に記載されたような装置では、ユーザに熱的な不快感を与えないよう、ヒータ面に物体が接触したときに発熱部の温度を低下させるようにするのが好ましい。そこで、発熱層への物体の接触を検知する接触検知層を備え、この接触検知層により発熱層への物体の接触が検知された場合に、発熱層の温度を低下させてユーザへの熱的な不快感を低減することが考えられる。

　図２１に、発熱層２０と接触検知層３０とを備えたヒータ装置の構成例を示す。発熱層２０には所定電圧Ｖ１が印加されるようになっている。発熱層２０は、所定電圧Ｖ１が印加されると発熱する。

　接触検知層３０は、絶縁基板３１ａと、絶縁基板３１ａの一面側に電極配線パターン３３１ａが形成された電極層３３１と、絶縁基板３１ａの他面側に電極配線パターン３３２ａが形成された電極層３３２とを備えている。絶縁基板３１ａには、正温度特性（すなわち、ＰＴＣ特性）を有する多数の点状（すなわち、ドット状）の検知抵抗３１が形成されている。電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａは検知抵抗３１を介して接続されている。

　発熱層２０の温度が高温の場合、検知抵抗３１の抵抗値は大きいため電極配線パターン３３１ａ、３３２ａ間に電流は流れない。また、発熱層２０に物体が接触して、物体が接触した部分の発熱層２０の温度が低下し、その直下の検知抵抗３１の抵抗値が小さくなると、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａ間に電流が流れる。この電流値の変化を発熱層２０への物体の接触として検知し、発熱層２０に物体が接触したことが検知された場合に、発熱層２０の温度を低下させるといったことが可能となる。

　このようなヒータ装置は、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間に多数の検知抵抗３１が並列に設けられた構成となっている。そのため、電極配線パターン３３１ａや電極配線パターン３３２ａが損傷して途中で断線した場合、物体を検知することができない検知不可領域ができてしまう。この場合、この検知不可領域に物体が接触しても電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａ間に所定の電流が流れなくなり、発熱層２０に物体が接触していないものと誤検知してしまう。このように、発熱層２０に物体が接触しているにもかかわらず発熱層２０に物体が接触していないと誤検知してしまうと、発熱層２０の温度を低下させることができなくなってしまうといったことが生じる。発明者の詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。

　本開示は上記点に鑑みたもので、電極配線パターンの断線による物体の誤検知を防止できるようにすることを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示の１つの観点によれば、ヒータ装置は、
　通電により発熱するヒータ面への接触を検出するための一対の電極配線パターンを有する接触検知層と、
　少なくとも一方の電極配線パターンの両端間に所定電圧を印加したときに、その電極配線パターンの両端間に流れる電流値に基づいて電極配線パターンの断線を判定する断線判定部とを備えている。

　このような構成によれば、断線判定部は、少なくとも一方の電極配線パターンの両端間に所定電圧を印加したときに、その電極配線パターンの両端間に流れる電流値に基づいて電極配線パターンの断線を判定する。従って、電極配線パターンの断線による物体の誤検知を防止することができる。

第１実施形態に係るヒータ装置を示す図である。第１実施形態に係るヒータ装置の構成を示す図である。ヒータ部としての発熱層の構成を示す図である。図３中のIV－IV線に沿った断面図である。上記ヒータ部の熱達経路について説明するための平面図である。図５Ａ中のVB－VB線に沿った断面図であって、ひとつの放熱部２３を含む断面を示した図である。図５Ａ中のVC－VC線に沿った断面図であって、図５Ｂの放熱部２３の周囲に形成される断面を示した第１の図である。図５Ａ中のVD－VD線に沿った断面図であって、図５Ｂの放熱部２３の周囲に形成される断面を示した第２の図である。第１実施形態に係るヒータ装置の上記ヒータ部について説明するための図である。第１実施形態に係るヒータ装置の接触検知層の構成を示す図である。図７中のVIII－VIII線に沿った概略断面図である。上層電極、下層電極および検知抵抗の位置関係を示した図である。低温時の検知抵抗の合成抵抗について説明するための図である。高温時の検知抵抗の合成抵抗について説明するための図である。物体接触時の検知抵抗の合成抵抗について説明するための図である。低温時、高温時、接触時の検知抵抗の合成抵抗の大きさについて説明するための図である。ヒータ装置のブロック構成図である。接触検知モードについて説明するための図である。上層断線検知モードについて説明するための図である。下層断線検知モードについて説明するための図である。ヒータ装置の制御部のフローチャートである。各検知モードについて説明するための図である。第２実施形態に係るヒータ装置の接触検知層の構成を示す図である。本開示の目的について説明するための図である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

　（第１実施形態）
　第１実施形態に関して、図１～図１９を用いて説明する。第１実施形態に係るヒータ装置１０は輻射ヒータ装置である。そして、ヒータ装置１０は、図１に示すように、道路走行車両の室内に設置される。ヒータ装置１０は、室内のための暖房装置の一部を構成している。ヒータ装置１０は、道路走行車両に搭載された電池、発電機などの電源から給電されて発熱する電気的なヒータである。ヒータ装置１０は、薄い板状に形成されている。ヒータ装置１０は、その表面と垂直な方向に位置づけられた対象物を暖めるために、主としてその表面と垂直な方向へ向けて輻射熱Ｈを放射する。

　車室内には乗員１２が着座するための座席１１が設置されている。ヒータ装置１０は、乗員１２の足下に輻射熱Ｈを放射するように室内に設置されている。ヒータ装置１０は、たとえば他の暖房装置の起動直後において、乗員１２に対して即効的に暖かさを提供するための装置として利用することができる。ヒータ装置１０は、想定される通常の姿勢の乗員１２に対向するように設置される。例えば、道路走行車両は、ハンドル１３を支持するためのステアリングコラム１４を有している。ヒータ装置１０は、ステアリングコラム１４の下側に、乗員１２に対向するように設置することができる。

　図２に、本実施形態におけるヒータ装置１０の構成を示す。本ヒータ装置１０は、ヒータ面に相当する発熱層２０と、この発熱層２０への物体の接触を検知する接触検知層３０を備えている。接触検知層３０は、発熱層２０と積層するように設けられている。

　次に、図３～図６を参照して発熱層２０の構成について説明する。発熱層２０は、軸Ｘと軸Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面に沿って広がっている。発熱層２０は、軸Ｚ方向に厚さをもつ。発熱層２０は、ほぼ四角形の薄い板状に形成されている。発熱層２０は、基板部２１と、複数の放熱部２３と、複数の発熱部２４と、一対の端子２７とを有する。発熱層２０は、主として表面と垂直な方向に向けて輻射熱Ｒを放射する面状ヒータとも呼ぶことができる。

　基板部２１は、優れた電気絶縁性を提供し、かつ高温に耐える樹脂材料によって作られている。基板部２１は、多層基板である。基板部２１は、表面層２１ａと、裏面層２１ｂと、中間層２１ｃとを有する。表面層２１ａは、輻射熱Ｒの放射方向に面している。言い換えると、表面層２１ａは、発熱層２０の設置状態において、加熱対象物である乗員１２の一部に対向して配置される面である。裏面層２１ｂは、発熱層２０の背面側に位置する。この裏面層２１ｂは、接触検知層３０と接触している。中間層２１ｃは、放熱部２３と発熱部２４とを支持する。基板部２１は、複数の放熱部２３を支持するための部材である。

　複数の放熱部２３のそれぞれは、高い熱伝導率を有する材料によって作られている。さらに、放熱部２３は、優れた電気導体、すなわち低い電気抵抗をもつ材料によって作られている。放熱部２３は、金属材料によって作ることができる。

　複数の放熱部２３のそれぞれは、基板部２１の面と平行な薄い板状に形成されている。ひとつの放熱部２３は、通電によって供給される熱によって輻射熱Ｒを放射可能である。ひとつの放熱部２３は、所定放射温度に加熱されることによって、乗員１２、すなわち人に暖かさを感じさせる輻射熱Ｒを放射することができる。ひとつの放熱部２３の体積は、発熱部２４から供給される熱によって放熱部２３が輻射熱Ｒを放射することができる温度に到達できるように設定されている。ひとつの放熱部２３の体積は、発熱部２４から供給される熱によって放熱部２３の温度が急速に上昇するように設定されている。ひとつの放熱部２３の体積は、発熱層２０の表面に接触した物体への放熱によって急速な温度低下を生じるように小さく設定されている。ひとつの放熱部２３の厚さは、表面と平行な面積を最大化し、体積を最小化するために、薄く設定されている。ひとつの放熱部２３の面積は、輻射熱Ｒを放射するために適した広さに設定されている。ひとつの放熱部２３の面積は、発熱層２０の表面に対向して位置付けられる物体、例えば乗員１２の一部分より小さく設定されている。

　この実施形態のひとつの放熱部２３は、Ｘ－Ｙ平面において四角形に形成されている。放熱部２３それ自体は、通電されても、乗員１２に暖かさを感じさせるほどの輻射熱Ｒを生じる熱を発生しない。放熱部２３は、発熱しない放熱のためだけの部材である。

　複数の放熱部２３は、基板部２１の表面に対して分散して配置されている。言い換えると、複数の放熱部２３は、輻射熱Ｒを放射する面において分散して配置されている。複数の放熱部２３は、互いに重複することがないように配置されている。複数の放熱部２３は、互いに離れて配置されている。複数の放熱部２３は、図中のＸ－Ｙ平面上の所定面積を占めるように規則的に配列されている。複数の放熱部２３は、放熱部アレイと呼ぶことができる。複数の放熱部２３は、基板部２１の表面に対してｎ×ｎのグリッドを形成するように配置されている。複数の放熱部２３は、基板部２１の表面に対して予め設定された規則に沿って分布している。複数の放熱部２３は、一対の端子２７の間に形成されるひとつまたは複数の通電経路の上に並べられている。図示の例においては、複数の放熱部２３は、蛇行する通電経路の上に並べられている。

　複数の放熱部２３は、基板部２１の内部に埋設されている。具体的には、複数の放熱部２３は、表面層２１ａと中間層２１ｃとの間に配置されている。よって、複数の放熱部２３は、基板部２１の表面には露出していない。複数の放熱部２３は、基板部２１によって保護されている。

　複数の発熱部２４のそれぞれは、通電によって発熱する材料によって作られている。発熱部２４は、金属材料によって作ることができる。複数の発熱部２４も、複数の放熱部２３と同じように、基板部２１の表面に対して、分散して配置されている。

　発熱部２４は、隣接する２つの放熱部２３、２３の間に配置され、隣接する２つの放熱部２３、２３に接続されている。よって、発熱部２４は、放熱部２３に熱的に接続され、通電によって発熱する部材である。発熱部２４と放熱部２３とは、熱伝達可能に接続されている。これにより、発熱部２４が発生した熱は、直接的に接続された放熱部２３に直接的に伝達される。ひとつの発熱部２４が発生した熱は、基板部２１などの部材を経由して、離れて位置する他の放熱部２３にも伝達される。さらに、発熱部２４と放熱部２３とは、電気的にも接続されている。ひとつの放熱部２３に対して少なくとも２つの発熱部２４が接続されている。複数の発熱部２４と、複数の放熱部２３とは、一対の端子２７の間に一連の通電経路を形成する。

　発熱部２４は、電流を集中させるために、通電方向に沿って小さい断面積をもつように形成されている。発熱部２４は、隣接する２つの放熱部２３の間の熱伝達を抑制するために、隣接する２つの放熱部２３の間における断面積を小さくするように形成されている。図示の例では、発熱部２４は、放熱部２３より厚い。しかし、Ｘ－Ｙ平面における発熱部２４の幅は、放熱部２３の幅より小さい。Ｘ－Ｙ平面における発熱部２４の幅は、放熱部２３の幅の半分より小さい。発熱部２４の長さは、所定の発熱量を得るために、所定の長さをもつように設定されている。さらに、発熱部２４の長さは、隣接する２つの放熱部２３の間の熱伝達を抑制するために、長く設定されている。この結果、発熱部２４は、Ｘ－Ｙ平面において細長い形状を与えられている。

　この実施形態のひとつの発熱部２４は、隣接する２つの放熱部２３、２３の間を埋めるとともに、隣接する２つの放熱部２３、２３の下にも位置するように形成されている。発熱部２４も輻射熱Ｒを放射する。ただし、Ｘ－Ｙ平面における発熱部２４の面積が小さいため、輻射熱Ｒの放射量は少ない。発熱部２４は、発熱および放熱のための部材である。

　放熱部２３の数と発熱部２４の数とはほぼ等しい。この結果、ひとつの発熱部２４によって発生される熱量とほぼ等しい熱量がひとつの放熱部２３に与えられる。ひとつの発熱部２４が発生し、放熱部２３に供給される熱は、対応付けられたひとつの放熱部２３の温度が上記放射温度に到達できるように設定されている。

　隣接する２つの放熱部２３の間には、それらの間における熱伝達を抑制するための低熱伝導部２６が設けられている。低熱伝導部２６は、主として基板部２１を構成する材料によって構成されている。低熱伝導部２６は、Ｘ－Ｙ平面において、ひとつの放熱部２３の全周を囲んでいる。ひとつの放熱部２３を囲む低熱伝導部２６は、周囲からその放熱部２３への熱の流入を抑制する。すべての放熱部２３は、その全周が低熱伝導部２６によって囲まれている。低熱伝導部２６は、すべての放熱部２３の全周を囲むことによって複数の放熱部２３の間に熱的な障壁を提供している。低熱伝導部２６は、複数の放熱部２３を互いに熱的に分離している。

　特定のひとつの放熱部２３を囲む低熱伝導部２６は、特定の放熱部２３の周囲から、その特定の放熱部２３への熱伝導を抑制する。また、発熱層２０の上には、特定の放熱部群を想定することができる。特定の放熱部群は、ひとかたまりになって位置付けられた複数の放熱部２３の群である。この場合、特定の放熱部群を囲む低熱伝導部２６は、特定の放熱部群の周囲から、その特定の放熱部群への熱伝導を抑制する。

　この実施形態では、放熱部２３が四角形であるから、その４辺に低熱伝導部２６が配置されている。ひとつの放熱部２３の少なくともひとつの辺においては、基板部２１だけを有する第１の低熱伝導部２６１が形成されている。第１の低熱伝導部２６１は、ひとつの放熱部２３の少なくとも２辺において形成されている。ひとつの放熱部２３の少なくともひとつの辺においては、基板部２１と発熱部２４とを有する第２の低熱伝導部２６２が形成されている。第２の低熱伝導部２６１は、ひとつの放熱部２３の少なくとも１辺において形成されている。４方を他の放熱部２３によって囲まれた放熱部２３の場合、ふたつの第１の低熱伝導部２６１と、ふたつの第２の低熱伝導部２６２とがその放熱部２３を囲んでいる。

　図５Ｂは、平面図である図５Ａに示すひとつの放熱部２３を含む断面を示す。また、図５Ｃおよび図５Ｄはそれぞれ、その放熱部２３の周囲に形成される断面を示す。さらに、図５Ａ中には、主要な熱伝達の方向が矢印によって示されている。図５Ｄで断面図示された第１の低熱伝導部２６１は、基板部２１を構成する材料２１ａ、２１ｂ、２１ｃだけで構成されている。よって、第１の低熱伝導部２６１における平均的な熱伝導率Ｋ６１は、基板部２１の熱伝導率に基づいて求めることができる。図５Ｃで断面図示された第２の低熱伝導部２６２は、基板部２１を構成する材料２１ａ、２１ｂ、２１ｃと発熱部２４とで構成されている。よって、第２の低熱伝導部２６２における平均的な熱伝導率Ｋ６２は、基板部２１の熱伝導率および発熱部２４の熱伝導率に基づいて求めることができる。放熱部２３を横断する断面（すなわち、図５Ｂとして示される断面）における平均的な熱伝導率Ｋ３Ｒは、基板部２１の熱伝導率および放熱部２３の熱伝導率に基づいて求めることができる。

　基板部２１を形成する樹脂材料の熱伝導率Ｋ２は、放熱部２３を提供する材料の熱伝導率Ｋ３、および発熱部２４を提供する材料の熱伝導率Ｋ４より格段に低い。すなわち、Ｋ２＜＜Ｋ３、Ｋ２＜＜Ｋ４である。さらに、発熱部２４を提供する材料の熱伝導率Ｋ４は、放熱部２３を提供する材料の熱伝導率Ｋ３より低い。すなわち、Ｋ４＜Ｋ３である。熱伝導率Ｋ６２は、熱伝導率Ｋ６１より大きい。すなわち、Ｋ６１＜Ｋ６２である。しかし、熱伝導率Ｋ３Ｒは、熱伝導率Ｋ６１および熱伝導率Ｋ６２より格段に大きい。すなわち、Ｋ６１＜＜Ｋ３Ｒ、かつ、Ｋ６２＜＜Ｋ３Ｒである。

　四方を囲まれた放熱部２３は、２つの第１の低熱伝導部２６１と、２つの第２の低熱伝導部２６２とで囲まれている。よって、その放熱部２３を囲む全周における平均的な熱伝導率ＫＰは、ＫＰ＝２・Ｋ６１＋２・Ｋ６２である。この実施形態では、ＫＰ＜Ｋ３Ｒとなるように材料および寸法が設定されている。すなわち、放熱部２３を横断する断面（すなわち、図５Ｂとして示される断面）における平均的な熱伝導率Ｋ３Ｒは、その放熱部２３を囲む全周の熱伝導率ＫＰより大きい。

　この構成によると、放熱部２３を含む断面においては熱が急速に伝達される。よって、ひとつの放熱部２３の温度は、急速に上昇、下降することができる。発熱層２０の表面に物体が接触していないときに、放熱部２３上の表面層２１ａの表面において所定放射温度が得られるように発熱部２４の発熱量が設定されている。これにより、乗員１２に暖かさを与えることができる輻射熱Ｒが放射される。発熱部２４の発熱量は、発熱部２４の材料、寸法、電流値によって調節することができる。発熱層２０への通電を開始すると、発熱層２０の表面温度は、上記所定放射温度まで急速に上昇する。このため、冬期などにおいても、乗員１２に迅速に暖かさを与えることができる。

　ひとつの特定の放熱部２３の上において発熱層２０の表面に物体が接触した場合、図６に示すように、その特定の放熱部２３の熱は接触している物体に急速に伝達される。この結果、特定の放熱部２３の温度は急速に低下する。よって、物体が接触している部分の発熱層２０の表面温度は急速に低下する。特定の放熱部２３の熱は、接触している物体に伝わり、接触している物体に拡散する。このため、接触している物体の表面温度の過剰な上昇が抑制される。

　次に、図７～図９を参照して接触検知層３０の構成について説明する。接触検知層３０は、絶縁基板３１ａを有している。

　絶縁基板３１ａは、絶縁性に優れた樹脂により構成されている。絶縁基板３１ａの発熱層２０側の面には、矩形波形状の電極配線パターン３３２ａが形成されている。また、絶縁基板３１ａの一面側には、矩形波形状の電極配線パターン３３１ａが形成されている。また、絶縁基板３１ａの法線方向から見て、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａは、互いに直交するように交差している。また、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの交差する部分には、正温度特性を有する多数の点状（すなわち、ドット状）の検知抵抗３１が設けられている。これらの検知抵抗３１は、格子状に配置されている。電極配線パターン３３１本体部ａと電極配線パターン３３２ａは検知抵抗３１を介して接続されている。すなわち、電極配線パターン３３２ａと電極配線パターン３３１ａは、所定間隔をあけて積層方向（すなわち、接触検知層３０の厚み方向）に重なり合うように配置されている。上記積層方向とは、発熱層２０と接触検知層３０との積層方向である。また、接触検知層３０の厚み方向は、発熱層２０の厚み方向でもある。

　次に、図１０～図１３を参照して、接触検知層３０の検知抵抗３１の合成抵抗の抵抗値変化について説明する。なお、図１０～図１２は、接触検知層３０の等価回路である。また、図１０～図１２において、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間には、所定電圧が印加されている。

　接触検知層３０の検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも低い場合、図１０に示すように、各検知抵抗３１の抵抗値は小さいため、各検知抵抗３１を介して電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間に電流Ｉが流れる。なお、各検知抵抗３１の抵抗値は等しくなっている。ここで、検知抵抗３１の抵抗値をＲ_{（ＰＴＣ，1）}、検知抵抗３１の数をｎとすると、このときの合成抵抗Ｒ_ｍｉｎは、Ｒ_ｍｉｎ＝Ｒ_{（ＰＴＣ，1）}／ｎとして表すことができる。

　また、発熱層２０の発熱により接触検知層３０の検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも高くなると、図１１に示すように、各検知抵抗３１の合成抵抗は大きくなる。その結果、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間は絶縁状態となる。すなわち、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間に電流が流れなくなる。なお、検知抵抗３１の抵抗の温度係数をαとすると、このときの合成抵抗Ｒ_ｍａｘは、Ｒ_ｍａｘ＝αＲ_ｍｉｎとして表すことができる。

　また、図１２に示すように、このような高温時に物体Ｆ（例えば、ユーザの指）が発熱層２０に接触した場合、その接触した部分の温度が低下する。これにより接触検知層３０の検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも低くなると、各検知抵抗３１の合成抵抗値は急減し、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａの間に電流Ｉが流れる。ここで、１つの検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも低くなった場合の合成抵抗Ｒ_{ｔｏｕｃｈ}は、（ｎα／（ｎ－１）＋α）Ｒ_ｍｉｎとして表すことができる。

　図１３に示すように、ヒータ装置１０が作動を開始した直後、接触検知層３０の検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも低く、検知抵抗３１の合成抵抗は比較的小さなＲ_ｍｉｎとなる。そして、発熱層２０の発熱により接触検知層３０の検知抵抗３１の温度が所定温度（例えば、キュリー温度）よりも高くなると、検知抵抗３１の合成抵抗は比較的大きなＲ_ｍａｘとなる。そして、高温時に物体Ｆ（例えば、ユーザの指）が発熱層２０に接触すると、各検知抵抗３１の合成抵抗は急減する。なお、接触時の合成抵抗Ｒ_{ｔｏｕｃｈ}は、低温時の合成抵抗Ｒ_ｍｉｎと高温時の合成抵抗Ｒ_ｍａｘの中間の値となる。本ヒータ装置１０は、この抵抗値の変化に基づいて物体の接触を検知する。

　図１４に、本ヒータ装置１０のブロック構成図を示す。本ヒータ装置１０は、ヒータ温度センサ２５、操作部５０、発熱部２４、検知抵抗３１、切替機構４２および制御部４０を有している。

　ヒータ温度センサ２５は、例えば、発熱層２０の中央に設けられ、発熱層２０の温度に応じた温度信号を制御部４０へ出力する。ヒータ温度センサ２５は、例えば、サーミスタを用いて構成することができる。

　操作部５０は、電源スイッチ等の各種スイッチ等を有し、ユーザの各種スイッチに対する操作に応じた信号を制御部４０へ出力する。

　切替機構４２は、電極配線パターン３３１ａ、３３２ａに接続する配線を切り替えるものである。この切替機構４２については、後で詳細に説明する。

　制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵはＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって各種処理を実施する。

　本ヒータ装置１０は、発熱層２０への物体の接触を検知する接触検知モードと、電極配線パターン３３１ａの断線を検知する上層断線検知モードと、電極配線パターン３３２ａの断線を検知する下層断線検知モードと、を有している。制御部４０は、切替機構４２を制御して各検知モードの切替を実施する。

　切替機構４２は、図１５～図１７に示すように、切替スイッチ４２ａ、４２ｂと抵抗４１ａ、４１ｂを有している。切替スイッチ４２ａ、４２ｂは、それぞれ制御部４０による制御に応じて切り替わる。

　接触検知モード時、制御部４０は、図１５に示すように、電極配線パターン３３１ａが電源＋Ｖに接続されるように切替スイッチ４２ａを制御するとともに、電極配線パターン３３２ａに接続された抵抗４１ｂが接地されるよう切替スイッチ４２ｂを制御する。これにより、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａとの間に電源＋Ｖの電圧が印加され、発熱層２０への物体の接触検知が可能となる。

　上層断線検知モード時、制御部４０は、図１６に示すように、電極配線パターン３３１ａが電源＋Ｖに接続されるように切替スイッチ４２ａを制御するとともに、電極配線パターン３３１ａに接続された抵抗４１ａが接地されるよう切替スイッチ４２ｂを制御する。これにより、電極配線パターン３３１ａの両端間に電源＋Ｖの電圧が印加される。

　下層断線検知モード時、制御部４０は、図１７に示すように、電極配線パターン３３２ａが電源＋Ｖに接続されるように切替スイッチ４２ａを制御するとともに、電極配線パターン３３２ａに接続された抵抗４１ｂが接地されるよう切替スイッチ４２ｂを制御する。これにより、電極配線パターン３３２ａの両端間に電源＋Ｖの電圧が印加される。

　本ヒータ装置１０の制御部４０は、操作部５０の電源スイッチがオフ状態からオン状態となると、ヒータ温度センサ２５により検出される温度が予め定められた目標温度（例えば、１００℃）となるよう発熱層２０への通電を開始する。また、制御部４０は、接触検知モード、上層断線検知モードおよび下層断線検知モードを切り替えながら発熱層２０の通電制御を行う。

　次に、図１８を参照してこの通電制御について説明する。制御部４０は、操作部５０の電源スイッチがオフ状態からオン状態となり、ヒータ温度センサ２５より入力される温度信号に基づいてヒータ温度が所定温度以上になると、図１８に示す処理を実施する。なお、各図面のフローチャートにおける各制御ステップは、制御部４０が有する各種の機能実現部を構成している。

　まず、図１８に示すＳ１００において、接触検知モードに遷移する。具体的には、図１５に示したような配線となるよう切替機構４２を制御する。これにより、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａとの間に電源＋Ｖの電圧が印加され、発熱層２０への物体の接触検知が可能となる。

　次に、図１８のＳ１０２では、発熱層２０への物体の接触が検知されたか否かを判定する。なお、操作部５０は、抵抗４１ａ、４１ｂの端子間電圧をモニタすることが可能となっている。ここで、発熱層２０への物体の接触がある場合、図１９（ａ）に示すように、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａとの間に電流が流れる。この場合、抵抗４１ａの端子間電圧は基準値以上となり、物体の接触が検知されたと判定する。また、発熱層２０への物体の接触がない場合、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａとの間に電流が流れない。この場合、抵抗４１ａの端子間電圧は基準値未満となり、物体の接触が検知されていないと判定する。

　ここで、発熱層２０への物体の接触がなく、抵抗４１ａの端子間電圧が基準値未満となっている場合、次に、図１８のＳ１１０において、上層断円検知モードに遷移する。具体的には、図１６に示したような配線となるよう切替機構４２を制御する。これにより、電極配線パターン３３１ａの両端間に電源＋Ｖの電圧が印加される。

　次に、図１８のＳ１１２では、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）の断線（すなわち、オープン）を検知したか否かを判定する。ここで、電極配線パターン３３１ａが断線していない場合、抵抗４１ａに所定電流が流れる。この場合、抵抗４１ａの端子間電圧は基準値以上となり、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）は断線していないと判定する。また、電極配線パターン３３１ａが断線している場合、抵抗４１ａに所定電流が流れない。この場合、抵抗４１ａの端子間電圧は基準値未満となり、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）は断線していると判定する。

　ここで、電極配線パターン３３１ａが断線しておらず、抵抗４１ａの端子間電圧が基準値以上となっている場合、図１８のＳ１１２の判定はＮＯとなり、次に、Ｓ１１４において、下層断線検知モードに遷移する。具体的には、図１７に示したような配線となるよう切替機構４２を制御する。これにより、電極配線パターン３３２ａの両端間に電源＋Ｖの電圧が印加される。

　ここで、電極配線パターン３３２ａが断線していない場合、抵抗４１ｂに所定電流が流れる。この場合、抵抗４１ｂの端子間電圧は基準値以上となり、下層電極（すなわち、電極配線パターン３３２ａ）は断線していないと判定する。また、電極配線パターン３３２ａが断線している場合、抵抗４１ｂに所定電流が流れない。この場合、抵抗４１ｂの端子間電圧は基準値未満となり、下層電極（すなわち、電極配線パターン３３２ａ）は断線していると判定する。

　ここで、電極配線パターン３３２ａが断線しておらず、抵抗４１ｂの端子間電圧が基準値以上となっている場合、Ｓ１１６の判定はＮＯとなり、Ｓ１００へ戻る。

　上記したように、接触検知モード、上層断線検知モードおよび下層断線検知モードを切り替えながら、発熱層２０への通電制御を行う。

　また、発熱層２０への物体の接触がある場合、接触検知モードに遷移した後、Ｓ１０２の判定はＹＥＳとなり、次に、Ｓ１０４において、ヒータ制御温度を低下させる。具体的には、目標温度を所定温度（例えば、６０℃）まで低下させ、この目標温度にヒータ温度センサ２５により検出される温度が近づくよう発熱層２０への通電を制御する。

　次に、図１８のＳ１０６では、一定期間が経過するのを待った後、発熱層２０への物体の非接触が検知されたか否かを判定する。ここで、発熱層２０への物体の接触がなくなっている場合、次に、図１８のＳ１０８において、ヒータ制御温度の低下を解除する。具体的には、ヒータ制御温度を低下させる前の状態と同様に、ヒータ温度センサ２５により検出される温度が予め定められた目標温度（例えば、１００℃）となるよう発熱層２０への通電を行う。

　ここで、図１９（ｂ）に示すように、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）が断線した場合、上層断線検知モードに遷移した後、図１８のＳ１１２の判定はＹＥＳとなり、Ｓ１１８にてヒータを停止させる。具体的には、発熱層２０への通電を停止し、本処理を終了する。

　また、図１９（ｃ）に示すように、下層電極（すなわち、電極配線パターン３３２ａ）が断線した場合、下層断線検知モードに遷移した後、図１８のＳ１１６の判定はＹＥＳとなり、Ｓ１１８にてヒータを停止させる。具体的には、発熱層２０への通電を停止し、本処理を終了する。

　また、発熱層２０への物体の接触があり、Ｓ１０４にてヒータ制御温度を低下させた後、Ｓ１０６にて発熱層２０への物体の非接触が検知されたか否かを判定した際に、発熱層２０への物体の接触が継続されていると、Ｓ１０６の判定はＮＯとなる。そのＳ１０６の判定がＮＯとなった場合には、Ｓ１２０にてヒータ制御温度の低下を維持する。

　次に、Ｓ１２２において、上層検知モードに遷移する。具体的には、図１６に示したような配線となるよう切替機構４２を制御する。

　次に、図１８のＳ１２４では、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）の断線（すなわち、オープン）を検知したか否かを判定する。ここで、電極配線パターン３３１ａが断線していない場合、Ｓ１２４の判定はＮＯとなり、次に、Ｓ１２６において、下層断線検知モードに遷移する。具体的には、図１７に示したような配線となるよう切替機構４２を制御する。

　次に、図１８のＳ１２８では、下層電極（すなわち、電極配線パターン３３２ａ）の断線（すなわち、オープン）を検知したか否かを判定する。ここで、電極配線パターン３３２ａが断線していない場合、Ｓ１２６の判定はＮＯとなり、Ｓ１０６へ戻る。

　また、上層電極（すなわち、電極配線パターン３３１ａ）が断線している場合、Ｓ１２４の判定はＹＥＳとなり、Ｓ１１８にてヒータを停止させる。具体的には、発熱層２０への通電を停止し、本処理を終了する。

　また、下層電極（すなわち、電極配線パターン３３２ａ）が断線している場合、Ｓ１２８の判定はＹＥＳとなり、Ｓ１１８にてヒータを停止させる。具体的には、発熱層２０への通電を停止し、本処理を終了する。

　上記した構成によれば、電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの両端間に所定電圧を印加したときに、その電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの両端間に流れる電流値に基づいて電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの断線を判定する。従って、電極配線パターンの断線による物体の誤検知を防止することができる。

　また、一対の電極配線パターンの間には、温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体３１が設けられている。従って、一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの間に所定電圧を印加したときに、その一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの間に流れる電流値に基づいて接触検知層３０への物体の接触を検知することができる。

　また、一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａは、一部または全てが所定間隔をあけて積層方向（すなわち、接触検知層３０の厚み方向）に重なり合うように配置されている。そして、検知抵抗３１は、その積層方向に重なりあうように配置された電極配線パターン３３１ａ、３３２ａ間に設けられている。従って、電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの一方が外力を受けても、検知抵抗３１への衝撃が緩和され、検知抵抗３１の損傷による故障を低減することができる。

　また、接触検知層３０をその接触検知層３０の表面３０ａに対する法線方向から見て、一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの一部は互いに交差している。そして、検知抵抗３１は、電極配線パターン３３１ａ、３３２ａのその交差する部位に設けられている。従って、検知抵抗３１を構成する部材の使用量を低減することができ、低コスト化を実現することができる。なお、上記の接触検知層３０の表面３０ａとは、詳しく言えば接触検知層３０単体での表面である。そして、その接触検知層３０の表面３０ａは、例えば図２に示すように、ヒータ装置１０では発熱層２０と接触検知層３０との境界面に一致する。

　また、ヒータ装置１０は切替機構４２を備えている。そして、その切替機構４２は、電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの両端間に所定電圧を印加するための配線と、発熱層２０への接触を検出するために一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの間に所定電圧を印加する配線とを切り替える。従って、それらの配線の切替を速やかに行うことができる。

　また、一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの少なくとも一方の断線が判定された場合、ヒータ面に相当する発熱層２０への通電が遮断される。従って、安全性を確保することができる。

　（第２実施形態）
　次に、図２０を参照して、第２実施形態に係るヒータ装置１０の構成について説明する。上記第１実施形態のヒータ装置１０は、接触検知層３０の法線方向から見て電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａが直行して交差するように形成されている。これに対し、本実施形態のヒータ装置１０は、図２０に示すように、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａが互いに平行となるように形成されている。

　このように、電極配線パターン３３１ａと電極配線パターン３３２ａとが互いに平行となっており、電極配線パターン３３１ａにより電極配線パターン３３２ａと検知抵抗３１が保護される。

　（他の実施形態）
　上記実施形態では、道路走行車両の室内に本ヒータ装置１０を設置した例を示したが、船舶、航空機などの移動体の室内に本ヒータ装置１０を設置することもできる。

　また、上記各実施形態では、通電により発熱する発熱層２０をヒータ面とする構成を示したが、発熱層２０に代えて、一対の電極配線パターン３３１ａおよび電極配線パターン３３２ａのいずれか一方をヒータ面とするように構成することもできる。この場合、例えば、ヒータ面とする電極配線パターン３３１ａ、３３２ａの抵抗値を発熱層２０の発熱部２４と同じ抵抗値にすればよい。要するに、一対の電極配線パターン３３１ａ、３３２ａのうちの一方が、通電により発熱する発熱機能を兼ね備える場合には、発熱層２０が不要になるということである。

　また、上記各実施形態では、図１５～図１７に示したように、電極配線パターン３３１ａと切替スイッチ４２ｂの間に抵抗４１ａを設けるとともに、電極配線パターン３３２ａと切替スイッチ４２ｂの間に抵抗４１ｂを設けるようにした。この点に関し、抵抗４１ａ、４１ｂに代えて、切替スイッチ４２ｂと設置端子間に抵抗を設けるようにしてもよい。このような構成として部品点数を削減することもできる。

　また、上記各実施形態では発熱層２０と接触検知層３０を独立した層としているが、１層の表裏に発熱層２０と接触検知層３０を配設してもよいし、発熱層２０の配線と接触検知層３０の電極配線パターンを平行させて配設する事により１層としてもよい。

　また、上記第１～第７実施形態では、正温度特性（すなわち、ＰＴＣ特性）を有する抵抗体により発熱層の温度を検出するようにしたが、ＮＴＣ特性を有するＮＴＣ特性部材やＣＴＲ特性を有するＣＴＲ特性部材により発熱層の温度を検出するようにしてもよい。

　また、上記各実施形態では、検知抵抗３１を介して接続された電極パターン３３１ａと電極パターン３３２ａの間に流れる電流値に基づいて発熱層２０への物体の接触を検知するようにした。この点に関し、例えば、物体の発熱層２０への圧力を検知する感圧センサ等を用いて発熱層２０への物体の接触を検知するようにしてもよい。

　また、上記各実施形態では、発熱層２０における発熱部２４と放熱部２３との配置形態について、隣接する放熱部２３の間に発熱部２４を配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、発熱層２０における放熱部２３を構成する領域内に、発熱部２４を設けるような配置形態としてもよい。

　なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

　なお、上記実施形態においてＳ１１０～Ｓ１１６、Ｓ１２２～Ｓ１２８は接触検知部に相当する。また、Ｓ１０２、Ｓ１０６は断線判定部に相当する。また、切替機構４２は配線切替部に相当する。また、Ｓ１１８は通電遮断部に相当する。

Claims

　通電により発熱するヒータ面への接触を検出するための一対の電極配線パターン（３３１ａ、３３２ａ）を有する接触検知層（３０）と、
　少なくとも一方の前記電極配線パターンの両端間に所定電圧を印加したときに、該電極配線パターンの両端間に流れる電流値に基づいて前記電極配線パターンの断線を判定する断線判定部（Ｓ１０２、Ｓ１０６）とを備えたヒータ装置。
　前記一対の電極配線パターンの間には、温度変化に伴って抵抗値が変化する抵抗体（３１）が設けられており、
　前記一対の電極配線パターンの間に所定電圧を印加したときに、該一対の電極配線パターンの間に流れる電流値に基づいて前記ヒータ面への物体の接触を検出する接触検知部（Ｓ１１０～Ｓ１１６、Ｓ１２２～Ｓ１２８）を備えた請求項１に記載のヒータ装置。
　前記一対の電極配線パターンは、一部または全てが所定間隔をあけて前記接触検知層の厚み方向に重なり合うように配置されており、
　前記抵抗体は、前記厚み方向に重なり合うように配置された前記電極配線パターン間に設けられている請求項２に記載のヒータ装置。
　前記接触検知層を該接触検知層の表面（３０ａ）に対する法線方向から見て前記一対の電極配線パターンの一部は互いに交差しており、
　前記抵抗体は、前記電極配線パターンの交差する部位に設けられている請求項３に記載のヒータ装置。
　前記少なくとも一方の前記電極配線パターンの両端間に所定電圧を印加するための配線と、前記ヒータ面への接触を検出するために前記一対の電極配線パターンの間に所定電圧を印加する配線と、を切り替える配線切替部（４２）を備えた請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒータ装置。
　前記断線判定部により前記一対の電極配線パターンの少なくとも一方の断線が判定された場合、前記ヒータ面への通電を遮断する通電遮断部（Ｓ１１８）を備えた請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒータ装置。
　前記ヒータ面は、前記一対の電極配線パターンのいずれか一方により構成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒータ装置。