JP2017144941A - ステアリングホイール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リブ部表面を冷却することができ、リブ部表面を冷却したときに発生する熱を効率よく放熱させることができるステアリングホイール装置を提供する。
【解決手段】リブ部表面を冷却する冷却機構１８を、表皮に接続したグリップ層の一部として置き換えた冷却プレート１０と、冷却プレート１０の裏面に配したペルチェ素子１１と、ペルチェ素子１１の裏面側に設けたヒートシンク１３とから構成し、ヒートシンク１３をボディーカバーの車両側に対して熱的に接続しているリム芯金及び／又はスポークと熱的に接続させる。これにより、リブ部表面を冷却したときに発生する熱を効率よく放熱させることができ、強い日差しによりリム部表面が熱く加熱された状態になっても、リム部を素手で直接握って操舵することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転操舵用のステアリングホイール装置に関するものである。特に、ステアリングホイールのリム部表面における温度を冷却することができるステアリングホイール装置に関する。

尚、本願明細書においては、ステアリングホイールを中立状態、即ち車両が直進する状態（ステアリングホイールのニュートラル位置）にしたときの正面視において、ステアリングホイールの最上端側を上方とし、最下端側を下方として、上下方向を特定している。また、上下方向に交差する方向を左右方向としている。更に、ステアリングホイールの運転者側の面を表面とし、反対側の面を裏面としている。

強い日差しの下で長時間屋外に置いておいた自動車では、ステアリングホイールのリム部表面が熱く加熱された状態になっており、リム部を素手で直接握って操舵を行うことが難しくなっている。

この問題を解決するためのものとして、ステアリングホイール（特許文献１参照）などが提案されている。特許文献１に記載されたステアリングホイールでは、吸熱面を外面側に向けたペルチェ素子をリム部内に配設し、ペルチェ素子の放熱面にヒートパイプを熱的に接続している。そして、ヒートパイプの他端部を冷却する放熱フィンが、ステアリングホイールのスポーク等を裏面側で覆っているカバー体から露出した構成になっている。

このように構成されて、カバー体から露出した放熱フィンに対して、放熱フィンに対向してスポークの車体側に設けた送風ファンを設け、送風ファンから放熱フィンに風を送ることで放熱を促している。そして、効率よくリム部を冷却することができるとしている。

特開２０１４−１７２４１０号公報

特許文献１に記載されたステアリングホイールでは、送風ファンや放熱フィンが外部に露呈した構成になっているため、外観の悪化を招いている。また、送風ファンから送風する際の送風音が、車室内の静寂性を阻害してしまうことになる。

本発明は、上述した問題を解決すると共に、リム部の表面温度を冷却することができ、冷却時に発生する熱を効率よく放熱させることができるステアリングホイール装置の提供を課題にしている。

上記課題を解決するため、本発明に係るステアリングホイール装置は、回転外周部に配設されリム部の芯材となるリム芯金と、前記リム芯金の内側に配設され、ステアリングシャフトに連結されるベースプレートと、前記リム芯金と前記ベースプレートとを連結するスポークと、前記リム芯金を発泡樹脂で覆ったグリップ層と、前記グリップ層を覆った表皮と、前記スポークを覆うボディーカバーと、を備えて構成されるステアリングホイール装置であって、
前記表皮に接続した前記グリップ層の一部が冷却プレートで形成され、前記冷却プレートの裏面に、ペルチェ素子を配設し、前記ペルチェ素子の裏面側にヒートシンクを設け、前記ヒートシンクが、前記リム芯金及び／又は前記スポークと前記ボディーカバーの車両側に対して熱的に接続していることを特徴としている。

本発明のステアリングホイール装置では、ペルチェ素子により吸熱される冷却プレートをグリップ層の一部として構成し、冷却プレートを表皮に対して熱的に接触させているので、冷却プレートを配設したリム部表面における温度を効率よく冷却することができる。また、ペルチェ素子で吸熱した熱をリム芯金やスポークを介してボディーカバーの車両側から効率よく放熱させることができる。

ステアリングホイール装置の正面図である。（実施例） 冷却機器の分解斜視図であり、冷却プレート（ａ）、断熱層（ｂ）、ペルチェ素子（ｃ）、ヒートシンク（ｄ）の組み付け構造を示す斜視図である。（実施例） 冷却機器のヒートシンク、断熱層、ペルチェを装着したステアリングホイール装置の要部斜視図である。（実施例） リム部の部分断面斜視図である。（実施例） ボディーカバーとスイッチボックスの要部斜視図であり、スイッチボックス（ａ）、ボディーカバー（ｂ）を示す斜視図である。（実施例） 裏面側から見たスポークとベースプレートを示す斜視図である。（実施例） ステアリングホイール装置の電源接続部を示す図であり、その要部断面斜視図（ａ）、要部平面図である。（実施例） 電源接続部の成形時の構成を示すステアリングホイール装置の要部平面図（ａ）、成形後の状態を示すステアリングホイール装置の要部平面図（ｂ）である。（実施例）

本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本発明に係るステアリングホイール装置の構成としては、以下で説明する形状、配置構成以外にも本発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。

［実施例］
本発明に係る実施例の構成を、最初に図１〜図６を用いて説明する。次に、図７、８を用いて、コネクタ部の構成を説明する。本発明では、ステアリングホイール装置は、以下で説明するステアリングホイール１を構成する部材と、ステアリングホイール１のグリップ層６を冷却する冷却機構１８とを備えた構成になっている。

図１に示すように、ステアリングホイール１は、通常その上端部を下端部に対して車両の進行方向に向けて傾斜した状態に配設されている。そして、ステアリングホイール１は、ベースプレート４に形成したボス部９のボス孔４ａを介して図示しないステアリングシャフトに装着されている。

即ち、ステアリングホイール１は、図示せぬステアリングシャフトに連結するボス孔４ａを形成したベースプレート４、運転者が把持する環状のグリップ層６、グリップ層６内に配された環状のリム芯金２を備えており、グリップ層６とリム芯金２によってリム部を構成している。

尚、図１では、ステアリングホイール１の形状として、正面視で環状の形状を示しているが、本発明に係るステアリングホイール１の形状としては、環状の形状に限定されるものではない。例えば、環状の一部部位を欠いた形状、即ち、両端を有する弦形状や左右一対の弦形状等の形状に構成しておくことができる。

また、ベースプレート４とリム芯金２とは複数本のスポーク３によって接続されており、ベースプレート４、スポーク３、リム芯金２は熱的に接続した一体的な形状に構成されている。図示例では、スポーク３の形成本数として３本のスポーク３を用いた構成を示しているが、スポーク３の形成本数としては、３本に限定されるものではなく、リム部の回転をステアリングシャフトに伝達することができる構成であれば、スポーク３を１本以上の適宜の本数で構成しておくことができる。

ベースプレート４は、ホーンプレートあるいはブラケット部等を介してステアリングホイール１に取り付けられ、ベースプレート４には、図示せぬエアバッグ装置が取り付けられている。リム芯金２の外周側の全周域は、金型等を用いてインサート成形された発泡樹脂からなるグリップ層６が形成されており、グリップ層６の表面側は表皮５で被覆しておくことができる。表皮５としては、皮革や布等で形成しておくことができる。

ステアリングホイール１のリム部において正面視で３時と９時の位置には、グリップ層６の一部に後述する冷却機構１８を組み込んだ構成になっている。以下では、冷却機構１８の配設部位として３時と９時の位置に形成した構成について、特に、３時の位置に形成した構成を例に挙げて説明していくが、冷却機構１８を配設しておくリム部上の位置としては、３時や９時で示される位置以外にも適宜の位置に形成しておくことができる。

冷却機構１８としては、太陽光によってステアリングホイール１のリム部表面が熱くなって、運転者がステアリングホイール１のリム部を把持して車の運転を行うことができなくなるのを防止するために設けているものである。そのため、車を操舵する上において、少なくとも運転者が操舵のために把持することの多いリム部の部位に冷却機構１８を設けておくことが望ましい構成になる。

（冷却機構の構成）
図２、図３に示しているように、冷却機構１８は、表皮５の内側に熱的に接触した状態で配される冷却プレート１０と、冷却プレート１０の裏面と熱的に接触したペルチェ素子１１と、ペルチェ素子１１を収納する挿入孔１２ｂを形成した断熱層１２と、断熱層１２を載置し、挿入孔１２ｂに挿入されたペルチェ素子１１の裏面と熱的に接触したヒートシンク１３とを備えた構成になっている。

ペルチェ素子１１はハーネス１５を介してコネクタ１４に接続しており、コネクタ１４は車に搭載したバッテリーに接続させることができる。また、ペルチェ素子１１の表面側に配した冷却面と裏面側に配した放熱面との間には、シリコングリース１６が介在されており、冷却面と放熱面とが熱的に直接接続するのを防止している。

断熱層１２は、ペルチェ素子１１を挿入する挿入孔１２ｂが形成されており、冷却プレート１０とヒートシンク１３との間に配設されて、冷却プレート１０とヒートシンク１３とが熱的に直接接続するのを防止している。

即ち、ヒートシンク１３は、リム芯金２やスポーク３に対して熱的に接続しているので、冷却プレート１０がヒートシンク１３を介してリム芯金２やスポーク３との間で直接熱の行き来が行われないように構成されている。そして、冷却プレート１０の裏面は、ペルチェ素子１１の表面側である冷却面が熱的に接続しており、また、ヒートシンク１３には、ペルチェ素子１１の裏面側である放熱面が熱的に接続した構成になっている。

このように冷却機構１８は構成されており、リム部の３時と９時の位置において、グリップ層６の代わりに冷却機構１８を配設した構成になっている。そして、冷却プレート１０は、途中にペルチェ素子１１と断熱層１２を間に挟んで、ボルト１７によってヒートシンク１３に固定することができる。

冷却プレート１０と断熱層１２には、ボルト１７を挿入させるボルト孔１０ａ、１２ａがそれぞれ形成されており、ヒートシンク１３には、ボルト１７が螺合するネジ穴１３ａが形成されている。また、リム芯金２やスポーク３にネジ穴を形成しておくことで、ボルト１７を介して冷却プレート１０をリム芯金２やスポーク３に固定する構成にしておくこともできる。

図３には、リム部における３時の位置に、ヒートシンク１３、断熱層１２、ペルチェ素子１１を配設した構成を示している。この状態から冷却プレート１０を被せて、ボルト１７により固定することで、冷却機構１８をステアリングホイール１に取り付けることができる。そして、リム部の全周に亘って表皮５で被覆することにより、車用のハンドルが構成される。

（ヒートシンクから熱を放熱させる構成）
図４〜図６を用いて、ペルチェ素子１１から放熱された熱を、ヒートシンク１３を介してリム芯金２やスポーク３に伝熱させる構成を説明する。図４には、リム部における要部断面を斜視図で示している。冷却プレート１０は、表皮５の裏面側に対して熱的に接触しており、表皮５の表面における熱を冷却プレート１０側に伝熱させることができる。冷却プレート１０に伝熱された熱は、ペルチェ素子１１によって吸熱され、吸熱された熱は、ペルチェ素子１１に接続したハーネス１５（図２参照）のコネクタ１４を介して供給された電力によって、ヒートシンク１３に対して熱的に接触したペルチェ素子１１の放熱面側を加熱することになる。

ペルチェ素子１１の放熱面において加熱した熱は、放熱面と熱的に接続したヒートシンク１３に伝熱される。ヒートシンク１３に伝熱された熱は、ヒートシンク１３と熱的に接続したリム芯金２やスポーク３に伝熱される。

リム芯金２やスポーク３に伝熱された熱を効率よく外部に放熱させるため、スポーク３とスポーク３の車両側を覆っているボディーカバー７との間では、熱が伝わり易い構成になっている。

図５、図６を用いて、スポーク３とボディーカバー７との間での伝熱性を高めた構成について説明する。図５（ａ）には、ステアリングホイール１のリム側に配設するスイッチボックス８の斜視図を示している。スイッチボックス８は、車の運転時に必要なスイッチ類を収納しており、図示例では、ドアミラー操作用のスイッチ類を示している。

図５（ｂ）には、リム部から外れた冷却プレート１０、ペルチェ素子１１、断熱層１２及びヒートシンク１３の部位を切断した状態において、スポーク３の上部にスイッチボックス８を収納する空間部を示している。そして、図６に示すスポーク３の裏面に形成したリブ２２を差し込む噛み込み部２１が、ボディーカバー７の内面に形成されている構成を示している。また、ボディーカバー７の内面にはリブ２０が形成されており、噛み込み部２１の周囲はリブ２０によって形成されている。

図６は、スポーク３を裏面側から見た斜視図を示しており、スポーク３の裏面に形成したリブ２２や、ボディーカバー７のリブ２０が差し込まれるスリット溝２３を示している。スリット溝２３内には、ボディーカバー７の内面に形成したリブ２０が挿入される。また、図５（ｂ）に示すように、ボディーカバー７の側面側は、二層構造に形成されており、二層構造の側壁間にはリブ２０が形成されている。そして、二層構造の側壁間には空気層が形成されている。

即ち、二層構造の側壁間に形成した空気層の断熱効果によって、ヒートシンク１３からスポーク３に伝熱された熱が、ボディーカバー７の側壁側からは放熱され難い構成になっている。ボディーカバー７に伝熱された熱は、ボディーカバー７の裏面側から適切に放熱される。

このようにスポーク３及びボディーカバー７を構成しているので、ヒートシンク１３からスポーク３に伝熱された熱は、密着状態に差し込まれているスポーク３のリブ２２からボディーカバー７のリブ２０に伝熱され、ボディーカバー７の外表面から外部に放熱することができる。

（コネクタ部の構成）
ペルチェ素子１１はハーネス１５を介してコネクタ１４に接続した構成を説明したが、コネクタ１４としては、ステアリングホイール１内に内蔵したヒーターやセンサ等の電気機器を、車に搭載したバッテリーに接続するためのコネクタ部として機能させることができる。

一般的にグリップ層６は、金型等を用いて発泡樹脂をインサート成形することにより構成されているので、グリップ層６をインサート成形する前にグリップ層６が形成される部位に電気機器を配設し、電気機器と一体的にグリップ層６を成形していかなければならない。しかも、グリップ層６の成形時にグリップ層６が成形される領域内に電気機器を配設した状態のままでは、インサート成形時に発泡樹脂が電気機器のコネクタ１４の接続部内に浸入して、コネクタ１４が使い物にならなくなる。

そこで、電気機器のコネクタ１４内にグリップ層６を成形した発泡樹脂が浸入するのを防止して、電気機器をグリップ層６とともに一体的にインサート成形を行うことができ、インサート成形後にはコネクタ１４をグリップ層６から露出した状態にすることができるコネクタ部の構成を、図７、図８を用いて説明する。

図７、図８で説明するコネクタ１４の構成を用いることで、ステアリングホイール１のリム部を構成するグリップ層６内に電気機器を配設して、グリップ層６をインサート成形で作成しても、電気機器のコネクタ１４内にインサート成形で用いた発泡樹脂を浸入させることがなく、しかも、インサート成形後にグリップ層６からコネクタ１４を露出させることのできる構成にすることができる。

コネクタ１４に接続した電気機器としては、例えば、ペルチェ素子１１を用いる他に、ヒータステアリングに用いられる図示せぬヒーター、運転者がリム部に触っていることを検知する図示せぬセンサ等がある。そして、ステアリングホイール１のリム部内に配設しておくことが必要な電気機器を用いることができる。そこで、図７、図８を用いた説明では、電気機器としてはペルチェ素子１１に限定されることなく、ステアリングホイール１のリム部内に配設される電気機器（不図示）として説明を行うことにする。

図７（ａ）で示すステアリング装置の斜視図は、発泡樹脂でグリップ層６を成形したステアリングホイール１の要部とこの要部を一部破断した断面図とを並列させて示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）で示した斜視図を上方から見た平面図を示している。

図８（ａ）は、後述する基材３５及び仮止め台座３２に設けたソケット３７に対して、図示せぬ電気機器のハーネス１５に接続したコネクタ１４を挿入する直前の状態を示している。また、図８（ｂ）は、インサート成形によりグリップ層６を成形した後に、基材３５及び仮止め台座３２と共にソケット３７をコネクタ１４から外した状態を示している。

図７（ａ）、（ｂ）に示したように、リム部を構成しているリム芯金２（図４参照）に電気機器のハーネス端末部に設けたコネクタ１４を、仮止め台座３２に設けた基材３５の前面に形成したソケット３７に挿入する。仮止め台座３２に設けた基材３５は、スポーク３の成形時に一体的に形成しておくことができる。その後、金型を用いて発泡樹脂をインサート成形することで、電気機器を内蔵したグリップ層６を成形することができる。

図７（ａ）、（ｂ）では、半分から左側にインサート成形したグリップ層６を示しており、半分から右側には、グリップ層６を除いた状態を示している。また、図７（ｂ）において、半分から右側に示した図では、コネクタ１４の図示を省略してソケット３７を図示している。

図８（ａ）に示すように、仮止め台座３２及び基材３５に形成したソケット３７にコネクタ１４を挿入することで、コネクタ１４はソケット３７に対して挿入状態が維持され、インサート成形時にコネクタ１４がソケット３７から外れるのを防止できると共に、発泡樹脂がコネクタ１４内に浸入するのを防止できる。

図７（ｂ）に示すように、仮止め台座３２及び基材３５は、スポーク３に対して一体的に構成しておくことができるので、インサート成形時に仮止め台座３２及び基材３５がスポーク３に対して移動することが防止される。これにより、インサート成形時に発泡樹脂によって、ソケット３７とコネクタ１４との挿入状態が外れるのが防止される。

インサート成形によってグリップ層６が成形された後に仮止め台座３２及び基材３５をスポーク３から切り外すことで、図８（ｂ）に示すように、コネクタ１４をソケット３７との挿入状態から取外すことができ、図８（ｂ）に示すように、グリップ層６からコネクタ１４が露出した状態を形成することができる。そして、コネクタ１４に対して車載バッテリーからの電力を供給する電源コードを簡単に接続させることができ、電気機器に対して電力を供給することができる。

尚、仮止め台座３２には、インサート成形時に金型内で発生したガスを逃がすガス抜き３１を形成しておくことが望ましい構成になる。ガス抜き３１は、スポーク３から切り離される仮止め台座３２に形成しておくことができるので、ガス抜きのためのガス抜き孔をスポーク３に形成しておく必要がなくなるとともに、ガス抜き孔を形成した場合に生じるスポーク３の強度問題を考えておく必要がなくなる。

上記説明では、コネクタ１４をグリップ層６内から露出させる構成について説明を行ったが、コネクタ１４の代わりに別の部材をグリップ層６内に配設して、その部材の一部をグリップ層６から露出させておく構成しておくこともできる。

（効果）
本発明では、リム部が温められることによってリム部表面に生じた熱は、リム部内に設けた冷却機構１８によって吸熱することができる。そして、冷却機構１８で吸熱した熱は、リム芯金２やリム芯金２と熱的に接続しているスポーク３に伝熱させることができ、スポーク３からは、スポーク３に熱的に密着接続したボディーカバー７に伝熱させることができる。しかも、外気との接触面積が広いボディーカバー７に熱が伝達されることになるので、リム部表面の熱を効率よく放熱させることができる。また、冷却機構１８を設けても表皮５やボディーカバー７などで覆われているので、ステアリングホイール１の外観を損なうことがない。

また、スポーク３にスリット溝２３を形成しているが、スリット溝２３内にはボディーカバー７に形成したリブ２０が挿入される構成になっているので、スポーク３の強度を侵すことなく放熱を効率良く行うことができる。

更に、大型のヒートシンクがなくても、ヒートシンクに伝熱された熱は、リム芯金２やスポーク３を介してボディーカバー７から外気に放熱することができるとともに、ステアリングホイール１に設けたスイッチボックス８との共存が可能になる。

更にまた、ステアリングホイール１における既存の造形面を変更することなく冷却機構１８を設置することができるので、ステアリングホイール１に対する造形の自由度を高めることができる。冷却機構１８においてペルチェ素子１１を用いており、ペルチェ素子１１の配設位置に近いリム芯金２やスポーク３を通じて放熱させることができるので、放熱効率を高めることができる。

そして、ステアリングホイールを冷却するのに、空冷機構や水冷機構などの大型の空冷システムを用いなくても、ステアリングホイールのリム部を冷却することができる。

また、図７、図８に示したようにコネクタ１４を、インサート成形時に発泡樹脂がコネクタ１４内に浸入するのを防止した構成にしておくことにより、コネクタ１４をリム部とスポーク３の接続部周辺の一か所に集約して配置させておくことができる。

これによって、スポーク３と一体的に成形した仮止め台座３２及び基材３５に形成したソケット３７によって、インサート成形時にはコネクタ１４の配設位置が成形圧力によってズレてしまうのを防止できる。また、インサート成形に用いた発泡樹脂がコネクタ１４内に浸入することが確実に防止できる。しかも、インサート成形後には、仮止め台座３２及び基材３５をスポーク３から切り離すことにより、コネクタ１４をグリップ層６から露出させることができる。

通常、インサート成形時に金型からハーネスを逃がす構成にした場合には、成形圧によって金型に設けたハーネスを逃がす孔から発泡樹脂が金型外に漏れ出してしまう。その結果、成形不良等が発生してしまうことがあり、ステアリングホイール装置としての製品不良が生じてしまうことになる。

しかし、図７、図８で示したコネクタ１４の構成を用いることで、ハーネスを台座に仮保持した状態でインサート成形を行うことができるので、発泡樹脂の漏れを抑制することが可能となる。また、仮止め台座３２に形成したガス抜き３１から成形時に発生するガスを必要な量抜くことができるので、成形圧を最適化することが可能となる。そして、成形圧過多によりコネクタ１４からソケット３７が抜け出てしまうのを抑制することができる。

更に、リム芯金２とスポーク３とベースプレート４とを一体成形する際に、仮止め台座３２及び基材３５も同時に成形することができるため、部品点数の増加を抑えることができる。

また、ハーネス１５の端部に設けたコネクタ１４を仮止め台座３２及び基材３５に設けたソケット３７に挿入することで、ハーネス１５に接続した電気機器やハーネス１５を仮保持しておける構成となり、電気機器をリム芯金２に取付ける作業工数を削減できる。しかも、仮止め台座３２及び基材３５に設けたソケット３７にコネクタ１４を挿入させて仮保持する構成なので、コネクタ１４の端部位置を正確に設置することができる。

以上、本発明の実施例の構成を説明したが、上述した実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。そして、上述した構成以外にも本発明の課題を解決することができる形状、構成であれば、それらを採用することができる。

本発明は、ステアリングホイールのリム部に冷却機構を設置するものに対して適用することができる。

１…ステアリングホイール、２…リム芯金、３…スポーク、５…表皮、６…グリップ層、７…ボディーカバー、１０…冷却プレート、１１…ペルチェ素子、１２…断熱層、１３…ヒートシンク、１８…冷却機構、２０…リブ、２１…噛み込み部、２２…リブ、２３…スリット溝、３２…仮止め台座、３５…基材、３７…ソケット

Claims (3)

1. 回転外周部に配設されリム部の芯材となるリム芯金と、前記リム芯金の内側に配設され、ステアリングシャフトに連結されるベースプレートと、前記リム芯金と前記ベースプレートとを連結するスポークと、前記リム芯金を発泡樹脂で覆ったグリップ層と、前記グリップ層を覆った表皮と、前記スポークを覆うボディーカバーと、を備えて構成されるステアリングホイールであって、
   前記表皮に接続した前記グリップ層の一部が冷却プレートで形成され、
   前記冷却プレートの裏面に、ペルチェ素子を配設し、前記ペルチェ素子の裏面側にヒートシンクを設け、
   前記ヒートシンクが、前記リム芯金及び／又は前記スポークと前記ボディーカバーの車両側に対して熱的に接続していることを特徴とするステアリングホイール装置。
2. 前記冷却プレートが、ステアリングホイールの正面視において、少なくとも３時と９時の位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のステアリングホイール装置。
3. 前記ペルチェ素子と前記ヒートシンクとの間に断熱層を介在させたことを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリングホイール装置。
   

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