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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024091040
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】ヒータ装置及び車両用シート
(51)【国際特許分類】
   H05B 3/00 20060101AFI20240627BHJP
   B60N 2/56 20060101ALI20240627BHJP
   A47C 7/74 20060101ALI20240627BHJP
   H05B 3/14 20060101ALI20240627BHJP
【FI】
H05B3/00 310D
B60N2/56
A47C7/74 B
H05B3/00 310C
H05B3/00 330Z
H05B3/14 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022207316
(22)【出願日】2022-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】000004640
【氏名又は名称】日本発條株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】白尾 真人
(72)【発明者】
【氏名】福田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】金 東鉉
(72)【発明者】
【氏名】高月 涼太
【テーマコード(参考)】
3B084
3B087
3K058
3K092
【Fターム(参考)】
3B084JA06
3B084JF02
3B087DE10
3K058AA13
3K058CA03
3K058CA04
3K058CB18
3K058CE03
3K058CE13
3K058CE22
3K092PP15
3K092QB14
3K092QB30
3K092QC19
3K092RF04
3K092RF24
3K092VV25
(57)【要約】
【課題】面状発熱体の発熱層に亀裂が生じた場合でも、局所的な温度上昇を抑制したまま継続使用することができるヒータ装置を得る。
【解決手段】ヒータ装置20は、面状ヒータ22と、電気回路32と、制御ECU34とを備える。面状ヒータ22は、カーボンナノチューブが満遍なく配設された発熱層26と、各々が発熱層26の表面に沿った方向に対向して対をなし、発熱層26に接続された複数対の電極28、30とを有している。複数対の電極28、30の対向方向X、Yは、互いに交差している。電気回路32は、複数対の電極28、30に個別に電圧を印加するための電流経路の切り替えが可能である。制御ECU34は、複数対の電極28、30の一方に電圧が印加された状態で発熱層26の異常が検出された場合、複数対の電極28、30の他方に電圧が印加される状態に電流経路を切り替える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素素材が満遍なく配設された発熱層と、各々が前記発熱層の表面に沿った方向に対向して対をなし、前記発熱層に接続された複数対の電極とを有し、前記複数対の電極の対向方向が互いに交差した面状発熱体と、
前記複数対の電極に接続されると共に、前記複数対の電極に個別に電圧を印加するための電流経路の切り替えが可能な電気回路と、
前記電気回路に接続されると共に、前記発熱層の抵抗値又は温度の異常を検出可能とされ、前記複数対の電極の何れかの対の電極に電圧が印加された状態で前記異常が検出された場合、他の対の電極に電圧が印加される状態に前記電流経路を切り替える制御部と、
を備えたヒータ装置。
【請求項2】
車両の乗員が着座するシートクッション及び前記乗員の背部を支持するシートバックを有するシート本体と、
前記面状発熱体が前記シート本体に配設された請求項1に記載のヒータ装置と、
を備えた車両用シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素素材が満遍なく配設された発熱層を有する面状発熱体を備えたヒータ装置、及び該ヒータ装置を備えた車両用シートに関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1には、車両の座席に設けられ、座席に着座している乗員に温感を与える面状のシートヒータが開示されている。このシートヒータは、伸縮性を有する膜状の基材と、基材に保持され、電力が供給されることによって発熱するカーボンナノチューブが張り巡らされるように分散された発熱層と、発熱層に接続された一対の電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2019-127256号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の先行技術において、炭素素材であるカーボンナノチューブが満遍なく配設された発熱層に亀裂が生じると、局所的な温度上昇が発生する場合がある。それを防止するため、例えば発熱層の抵抗値に基づいて異常を検出した場合に、シートヒータへの電源供給が停止される。その結果、シートヒータの継続使用ができなくなる。
【0005】
本発明は上記事実を考慮し、面状発熱体の発熱層に亀裂が生じた場合でも、局所的な温度上昇を抑制したまま継続使用することができるヒータ装置及びこれを備えた車両用シートを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の態様のヒータ装置は、炭素素材が満遍なく配設された発熱層と、各々が前記発熱層の表面に沿った方向に対向して対をなし、前記発熱層に接続された複数対の電極とを有し、前記複数対の電極の対向方向が互いに交差した面状発熱体と、前記複数対の電極に接続されると共に、前記複数対の電極に個別に電圧を印加するための電流経路の切り替えが可能な電気回路と、前記電気回路に接続されると共に、前記発熱層の抵抗値又は温度の異常を検出可能とされ、前記複数対の電極の何れかの対の電極に電圧が印加された状態で前記異常が検出された場合、他の対の電極に電圧が印加される状態に前記電流経路を切り替える制御部と、を備えている。
【0007】
なお、請求項1に記載の「炭素素材」には、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンブラック、グラフェン等が含まれる。
【0008】
第1の態様のヒータ装置によれば、面状発熱体は、炭素素材が満遍なく配設された発熱層と、各々が発熱層の表面に沿った方向に対向して対をなし、発熱層に接続された複数対の電極とを有している。複数対の電極の対向方向は、互いに交差している。電気回路は、複数対の電極に接続されると共に、複数対の電極に個別に電圧を印加するための電流経路の切り替えが可能とされている。制御部は、電気回路に接続されると共に、発熱層の抵抗値又は温度の異常を検出可能とされており、複数対の電極の何れかの対の電極に電圧が印加された状態で上記の異常が検出された場合、他の対の電極に電圧が印加される状態に電流経路を切り替える。
【0009】
つまり、複数対の電極の何れかの対の電極に電圧が印加された状態では、当該何れかの対の電極の対向方向に沿って発熱層に電流が流れるが、この状態で上記の異常が検出された場合、上記何れかの対の電極の対向方向と交差する方向に沿って発熱層に亀裂が生じた可能性がある。このため、制御部は他の対の電極に電圧が印加される状態に切り替える。これにより、他の対の電極の対向方向、すなわち上記何れかの対の電極の対向方向と交差する方向に沿って発熱層に電流がながれるため、上記の亀裂の発生による局所的な温度上昇を抑制したまま、ヒータ装置の継続使用が可能となる。
【0010】
第2の態様の車両用シートは、車両の乗員が着座するシートクッション及び前記乗員の背部を支持するシートバックを有するシート本体と、前記面状発熱体が前記シート本体に配設された第1の態様のヒータ装置と、を備えている。
【0011】
第2の態様の車両用シートによれば、シート本体は、車両の乗員が着座するシートクッションと、乗員の背部を支持するシートバックとを有している。このシート本体には、ヒータ装置の面状発熱体が配設されている。このヒータ装置は、第1の態様のものであるため、前述した効果が得られる。
【発明の効果】
【0012】
以上説明したように、本発明によれば、面状発熱体の発熱層に亀裂が生じた場合でも、局所的な温度上昇を抑制したままヒータ装置を継続使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】実施形態に係る車両用シートを示す側面図である。
図2】実施形態に係るヒータ装置において、面状発熱体の一対の第1電極間に電圧が印加されている状態を示す回路図である。
図3】実施形態に係るヒータ装置において、面状発熱体の一対の第2電極間に電圧が印加されている状態を示す回路図である。
図4】一対の第1電極の対向方向に沿って発熱層に電流が流れ且つ当該電流と垂直な方向に沿った亀裂が発熱層に生じた状況を示す図2の一部に対応した図である。
図5】一対の第1電極の対向方向に沿って発熱層に電流が流れ且つ当該電流と平行な方向に沿った亀裂が発熱層に生じた状況を示す図2の一部に対応した図である。
図6】一対の第2電極の対向方向に沿って発熱層に電流が流れ且つ当該電流と平行な方向に沿った亀裂が発熱層に生じた状況を示す図3の一部に対応した図である。
図7】一対の第2電極の対向方向に沿って発熱層に電流が流れ且つ当該電流と垂直な方向に沿った亀裂が発熱層に生じた状況を示す図3の一部に対応した図である。
図8】実施形態に係るヒータ装置の制御部が実施する制御処理の流れを示すフローチャートである。
図9】比較例に係るヒータ装置を示す回路図である。
図10】比較例に係るヒータ装置の制御部が実施する制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図1図8を参照して本発明の一実施形態に係る車両用シート10について説明する。なお、図1に示される矢印FR及びUPは、車両用シート10の前方及び上方を示している。
【0015】
図1に示されるように、本実施形態に係る車両用シート10は、シート本体12と、ヒータ装置20とを備えている。シート本体12は、車両の乗員が着座するシートクッション14と、乗員の背部を支持するシートバック16と、乗員の頭部を支持するヘッドレスト18とを有している。シートクッション14には、ヒータ装置20が備える面状発熱体である面状ヒータ22が配設されている。面状ヒータ22は、例えばシートクッション14の表皮とパッド材との間に介在している。なお、面状ヒータ22がシートバック16にも配設された構成にしてもよい。
【0016】
図2及び図3に示されるように、ヒータ装置20は、上記の面状ヒータ22の他、電気回路32及び制御ECU34(何れも図1では図示省略)を備えている。制御ECU34は、本発明における「制御部」に相当する。
【0017】
面用ヒータ22は、炭素素材が満遍なく配設された発熱層26を有している。面状ヒータ22は、ここではカーボンナノチューブ(carbon nanotube:CNT)フィルムヒータであり、カーボンナノチューブフィルム24と、一対の第1電極28と、一対の第2電極30とを有している。一対の第1電極28及び一対の第2電極30は、本発明における「複数対の電極」に相当する。
【0018】
カーボンナノチューブフィルム24は、例えば基材層及び絶縁層(何れも図示省略)と、発熱層26とが積層されて構成されている。基材層及び絶縁層は、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドをフィルムまたは布様にしたもの(不織布を含む)によって構成されている。発熱層26は、例えば基材層上に施されたカーボンナノチューブのコーティング膜によって構成されている。カーボンナノチューブは、中空円筒の構造をした炭素の結晶であり、電流が流れると発熱する発熱体である。カーボンナノチューブは、発熱層26の各部に張り巡らされるように分散されている。このカーボンナノチューブフィルム24では、電流経路に垂直又は略垂直な亀裂が生じると、抵抗値が上昇し局所的な温度上昇が発生するが、電流経路に水平又は略水平な亀裂が生じても、抵抗値が殆ど上昇しない。
【0019】
一対の第1電極28及び一対の第2電極30は、導電性を有する材料によって長尺薄板状に形成されたバスバーである。一対の第1電極28は、カーボンナノチューブフィルム24の表面(すなわち発熱層26の表面)に沿った第1沿面方向Xに対向して対をなしており、発熱層26における第1沿面方向Xの両端部にそれぞれ接続されている。一対の第2電極30は、カーボンナノチューブフィルム24の表面に沿った第2沿面方向Yに対向して対をなしており、発熱層26における第2沿面方向Yの両端部にそれぞれ接続されている。第1沿面方向Xと第2沿面方向Yとは互いに交差(ここでは直交)している。
【0020】
つまり、本実施形態における面状ヒータ22は、各々が発熱層26の表面に沿った方向に対向して対をなし、発熱層26に接続された複数対の電極(一対の第1電極28及び一対の第2電極30)を有し、複数対の電極の対向方向(第1沿面方向X及び第2沿面方向)が互いに交差している。
【0021】
この面状ヒータ22では、一対の第1電極28間に電圧が印加され、第1沿面方向Xに沿って発熱層26に電流が流れている状態(図4の矢印C1参照)において、当該電流に対して垂直又は略垂直な方向の亀裂K1が生じると、発熱層26の抵抗値が大きく上昇し、発熱層26に局所的な温度上昇が生じる。
【0022】
また、この面状ヒータ22では、一対の第1電極28間に電圧が印加され、第1沿面方向Xに沿って発熱層26に電流が流れている状態(図5の矢印C1参照)において、当該電流に対して平行又は略平行な方向の亀裂K2が生じると、発熱層26の抵抗値は殆ど上昇せず、発熱層26に局所的な温度上昇が生じない。
【0023】
また、この面状ヒータ22では、一対の第2電極30間に電圧が印加され、第2沿面方向Yに沿って発熱層26に電流が流れている状態(図6の矢印C2参照)において、当該電流に対して平行又は略平行な方向の亀裂K1が生じると、発熱層26の抵抗値が殆ど上昇せず、発熱層26に局所的な温度上昇が生じない。
【0024】
また、この面状ヒータ22では、一対の第2電極30間に電圧が印加され、第2沿面方向Yに沿って発熱層26に電流が流れている状態(図7の矢印C2参照)において、当該電流に対して垂直又は略垂直な方向の亀裂K2が生じると、発熱層26の抵抗値が大きく上昇し、発熱層26に局所的な温度上昇が生じる。
【0025】
電気回路32は、一例として、複数(ここでは2つ)のリレーR1、R2と、複数(ここでは6つ)の電源用配線W1、W2、W3、W4、W5、W6と、信号用配線Sとを有している。リレーR1、R2はそれぞれ、共通接点COMと、ノーマルオープンのa接点NOと、ノーマルクローズのb接点NCとを有している。
【0026】
リレーR1の共通接点COMには、電源用配線W1の一端部が接続されている。リレーR1のa接点NOには、電源用配線W2の一端部が接続されており、電源用配線W2の他端部は、一対の第2電極30のうちの一方に接続されている。リレーR1のb接点NCには、電源用配線W3の一端部が接続されており、電源用配線W3の他端部は、一対の第1電極28のうちの一方に接続されている。
【0027】
リレーR2の共通接点COMには、電源用配線W4の一端部が接続されている。リレーR2のa接点NOには、電源用配線W5の一端部が接続されており、電源用配線W5の他端部は、一対の第2電極30のうちの他方に接続されている。リレーR2のb接点NCには、電源用配線W6の一端部が接続されており、電源用配線W6の他端部は、一対の第1電極28のうちの他方に接続されている。
【0028】
信号用配線Sは、先端側が二股に分岐しており、分岐したうちの一方がリレーR1のコイル端子(図示省略)に接続され、分岐したうちの他方がリレーR2のコイル端子(図示省略)に接続されている。上記構成の電気回路32では、リレーR1、R2のコイルが励磁されていないリレーオフ状態(図2図示状態)と、リレーR1、R2のコイルが励磁されているリレーオン状態(図3図示状態)とに電流経路を切り替え可能とされている。
【0029】
制御ECU34は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ストレージ及び入出力I/Fを含んで構成されている。CPU、ROM、RAM、ストレージ及び入出力I/Fは、バスを介して相互に通信可能に接続されている。CPUは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPUは、ROMからプログラムを読み出し、RAMを作業領域としてプログラムを実行する。本実施形態では、ROMにプログラムが記憶されている。入出力I/Fには、電源用配線W1、W4の他端部と、信号用配線Sの基端部とが接続されている。
【0030】
制御ECU34は、ROMに記憶されたプログラムに基づいて面状ヒータ22への電源供給を行う構成になっている。この制御ECU34は、例えば電気回路32に接続された電流検出用の抵抗器を用いて電気回路32を流れる電流の電流値を検知可能とされており、電気回路32に印加する電圧の電圧値と上記の電流値とに基づいて面状ヒータ22の発熱層26の抵抗値を検出可能とされている。なお、制御ECU34が発熱層26の温度を検出する構成にしてもよい。その場合、発熱層26の温度を検出する温度センサが、制御ECU34の入出力I/Fに接続される構成になる。
【0031】
以下、図8を参照して、制御ECU34のCPU(以下、単に「CPU」と称する)が実施する制御処理の流れについて説明する。CPUは、先ず図8に示されるステップS1において、リレーオフ状態(図2図示状態)のままで電気回路32に電源を供給し、面状ヒータ22をオンにする。これにより、一対の第1電極28間に電圧が印加され、面状ヒータ22の発熱層26が発熱する。ステップS1での処理が完了すると、次のステップS2に移行する。
【0032】
ステップS2では、CPUは、面状ヒータ22の発熱層26の抵抗値が閾値以上か否か、すなわち発熱層26の抵抗値に異常があるか否かを判断する。この判断が否定された場合、ステップS2での処理が繰り返される。ステップS2での判断が肯定された場合、次のステップS3に移行する。
【0033】
ステップS3では、CPUは、面状ヒータ22への電源供給を停止にする。つまり、CPUは、発熱層26の抵抗値が閾値以上になったため、面状ヒータ22に亀裂等の異常が発生したと判断し、面状ヒータ22をオフにする。ステップS3での処理が完了すると、次のステップS4に移行する。
【0034】
ステップS4では、CPUは、リレーR1、R2のコイルを励磁してリレーオン状態(図3図示状態)とする。このステップS4での処理が完了すると、次のステップS5に移行する。
【0035】
ステップS5では、リレーオン状態(図3図示状態)のままで電気回路32に電源を供給し、面状ヒータ22をオンにする。これにより、一対の第2電極30間に電圧が印加され、面状ヒータ22の発熱層26が発熱する。ステップS5での処理が完了すると、次のステップS6に移行する。
【0036】
ステップS6では、CPUは、面状ヒータ22の発熱層26の抵抗値が閾値以上か否かを判断する。この判断が否定された場合、ステップS6での処理が繰り返される。ステップS6での判断が肯定された場合、次のステップS7に移行する。
【0037】
ステップS7では、CPUは、面状ヒータ22への電源供給を停止にする。つまり、CPUは、発熱層26の抵抗値が閾値以上になったため、面状ヒータ22に亀裂等の異常が発生したと判断し、面状ヒータ22をオフにする。このステップS7での処理が完了すると、CPUによる制御処理が終了する。
【0038】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【0039】
本実施形態では、面状ヒータ22は、カーボンナノチューブが満遍なく配設された発熱層26と、各々が発熱層26の表面に沿った方向に対向して対をなし、発熱層26に接続された一対の第1電極28及び一対の第2電極30(複数対の電極)とを有している。一対の第1電極28の対向方向である第1沿面方向Xと、一対の第2電極30の対向方向である第2沿面方向Yとは、互いに交差している。
【0040】
電気回路32は、一対の第1電極28及び一対の第2電極30に接続されると共に、一対の第1電極28及び一対の第2電極30に個別に電圧を印加するための電流経路の切り替えが可能とされている。制御ECU34は、電気回路32に接続されると共に、発熱層26の抵抗値の異常を検出可能とされており、一対の第1電極28及び一対の第2電極30の一方に電圧が印加された状態(図2図示状態)で上記の異常が検出された場合、一対の第1電極28及び一対の第2電極30の他方に電圧が印加される状態(図3図示状態)に電流経路を切り替える。
【0041】
つまり、一対の第1電極28に電圧が印加された状態では、第1沿面方向Xに沿って発熱層26に電流が流れるが、この状態で上記の異常が検出された場合、第1沿面方向Xと交差する第2沿面方向Yに沿って発熱層26に亀裂が生じた可能性がある。このため、制御ECU34は、一対の第2電極30に電圧が印加される状態に切り替える。これにより、第2沿面方向Yに沿って発熱層26に電流が流れるようになるため、第1沿面方向Xに沿った亀裂の発生による局所的な温度上昇を抑制したまま、安全にヒータ装置20を継続使用することができる。
【0042】
また、本実施形態では、制御ECU34は、一対の第1電極28に電圧が印加された状態で発熱層26の抵抗値が閾値以上になることにより、一対の第2電極30に電圧が印加される状態に切り替えた後、発熱層26の抵抗値が閾値以上になると、面状ヒータ22をオフにする。つまりこの状態では、発熱層26に対して第1沿面方向Xに沿った亀裂と第2沿面方向Yに沿った亀裂とが生じている可能性があるため、面状ヒータ22がオフにされる。これにより、発熱層26の局所的な温度上昇を防止することができる。
【0043】
上記の効果について図9に示される比較例を用いて補足説明する。図9に示される比較例では、面状ヒータ22が一対の第2電極30を備えておらず、面状ヒータ22の一対の第1電極28と制御ECU34の入出力I/Fとが電源用配線W1、W2を介して接続されている。この比較例では、制御ECU34のCPUは、図10に示されるステップS11において、面状ヒータ22をオンにする。次のステップS12では、制御ECU34のCPUは、面状ヒータ22の発熱層26の抵抗値が閾値以上か否かを判断する。この判断を肯定した場合、制御ECU34のCPUは、次のステップS13において、面状ヒータ22をオフにする。この比較例では、面状ヒータ22の発熱層26に第2沿面方向Yに沿った亀裂が生じると、第1沿面方向Xに沿った亀裂が生じていなくても、ヒータ装置20の継続使用ができなくなるが、本実施形態ではこれを回避することができる。
【0044】
なお、上記実施形態では、面状ヒータ22が一対の第1電極28と一対の第2電極30(すなわち2対の電極)を備えた構成にしたが、これに限らず、面状ヒータに3対以上の電極が設けられた構成にしてもよい。
【0045】
また、上記実施形態では、ヒータ装置20が面状ヒータ22を一つだけ備えた構成にしたが、これに限らず、ヒータ装置が複数の面状ヒータを備えた構成にしてもよい。
【0046】
また、上記実施形態では、電気回路32が有接点のリレーR1、R2によって電流経路を切り替え可能とされた構成にしたが、これに限るものではない。例えば基板上に設けられた無接点のリレーによって電流経路が切り替えられる構成にしてもよい。
【0047】
また、上記実施形態では、ヒータ装置20が車両用シート10に設けられた構成にしたが、これに限らず、本発明に係るヒータ装置は、衣類や車両以外の椅子等に設けてもよい。
【0048】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【0049】
10 車両用シート
12 シート本体
14 シートクッション
16 シートバック
20 ヒータ装置
22 面状ヒータ(面状発熱体)
26 発熱層
28、30 複数対の電極
32 電気回路
34 制御ECU(制御部)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10