JP2019100676A - 温調装置および温調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた電力量内でユーザに温冷感を生じさせつつ、ユーザの身体の温度を調節可能な温調装置を提供する。【解決手段】温調装置１０は、加熱／冷却が可能な温調素子１６を含む温調モジュール１２と複数の温調素子１６に電力を分配する分配部１４とを有する。分配部１４は、以下の条件に従って、温調素子１６に電力を分配する。条件（１）電力が分配される各温調素子１６は、最寄りで電力の分配対象の他の温調素子１６から、二点弁別閾値以下の距離内に位置する。条件（２）温調モジュール１２内において、電力の分配対象の温調素子１６が生じさせる温度変化率の絶対値の最大値は、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である。条件（３）温調素子１６に分配する電力量の積算値は、連続的に電力の分配対象の温調素子に基準電力を供給したときの基準電力量以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、温調装置および温調方法に関する。

ユーザに温感を提供する種々の装置が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の発熱体を備えたシートヒータが開示されている。特許文献１記載のシートヒータでは、隣り合う発熱体の一方の発熱量を低下させるとき、他方の発熱量を所定値以上に上昇させて、ユーザが体感する温熱の低下および不均一を低減している。また、例えば、特許文献２には、少なくとも一つの熱電気材料を有するデバイスが開示されている。特許文献２記載のデバイスでは、可逆性の熱パルスを供給して、ユーザに対して拡張された温感を提供する。

特開２０１２−１６２２０７号公報 特表２０１６−５３８９７２号公報

しかし、特許文献１記載の発明では、隣り合う発熱体の発熱量の制御に限定されており、人体が温度刺激を二点として識別できる間隔である二点弁別閾値までは考慮しておらず、省電力等にも改良の余地がある。

また、特許文献２記載の発明では、感覚呈示に特化するために可逆性の熱パルスを供給するので、中立温から離れた酷暑または酷寒の状況においては、実際の体温調整の効果は得られにくい。すなわち、特許文献２記載の発明は、ユーザに温冷感を生じさせつつ、ユーザの身体の温度を上昇または下降させるものではない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、限られた電力量内でユーザに温冷感を生じさせつつ、ユーザの身体の温度を調節可能な温調装置および温調方法を提供することを目的とする。

本発明に係る温調装置は、加熱および冷却の少なくとも一方が可能な温調素子を含む温調モジュールと、配列された複数の前記温調素子に電力を分配する分配部と、を有し、前記分配部は、以下の条件（１）から（３）を満たすように、空間的および時間的に間欠させて、前記温調素子に電力を分配する、条件（１） 電力の分配の対象となる各温調素子は、最寄りで電力の分配の対象となる他の前記温調素子から、人体が温度刺激を二点として識別できる最小間隔である二点弁別閾値以下の距離内に位置する、条件（２） 前記温調モジュール内において、電力の分配の対象となる前記温調素子が生じさせる温度変化率の絶対値の最大値は、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である、条件（３） 所定の制御時間において前記温調素子に分配する電力量の積算値は、前記所定の制御時間において連続的に、電力の分配の対象となる前記温調素子に基準電力を供給したときの基準電力量以下である。

前記温調モジュールは、複数の前記温調素子を含んで、複数設けられ、前記分配部は、複数の前記温調モジュール間において対応する位置の前記温調素子に同時に電力を分配して、複数の前記温調モジュールに共通の温調分布を形成する。

前記温度変化率閾値は、環境温度および人体の皮膚温度の少なくとも一方に基づいて可変である。

前記環境温度または前記皮膚温度の少なくとも一方を測定する計温部をさらに有する。

前記温度変化率の絶対値の最大値とは、電力の分配の対象となる前記温調素子が構成する出力面が生じさせる温度変化率と、前記出力面以外の間欠面が生じさせる温度変化率との差の絶対値の最大値である

前記温度変化率の絶対値の最大値は、前記出力面の作用によって人体の皮膚に生じる皮膚温度変化率と、前記間欠面の作用によって人体の皮膚に生じる皮膚温度変化率との差の絶対値の最大値である。

前記間欠面は、電力の分配の対象でない前記温調素子が構成する。

前記分配部は、時間的な間欠の前後において、空間的に異なるパターンの前記温調素子に電力を分配して、異なる温調分布を形成する。

本発明に係る温調方法は、加熱および冷却の少なくとも一方が可能な複数の温調素子に電力を分配する方法であって、以下の条件（１）から（３）を満たして、空間的および時間的に間欠させて、前記温調素子に電力を分配する、条件（１） 電力の分配の対象となる各温調素子は、最寄りで電力が分配される他の前記温調素子から、人体が温度刺激を二点として識別できる最小間隔である二点弁別閾値以下の距離内に位置する、条件（２） 電力の分配の対象となる前記温調素子が生じさせる温度変化率の絶対値の最大値は、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である、条件（３） 所定の制御時間において前記温調素子に分配する電力量の積算値は、前記所定の制御時間において連続的に基準電力を供給したときの基準電力量以下である。

本発明によれば、電力が分配される最寄りの温調素子間の距離が熱的二点弁別閾値以下であり、かつ、温調素子により達成される温度変化率が人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値以上である。したがって、ユーザに温冷感を生じさせつつ、ユーザの身体の温度を調節できる。

本実施形態に係る温調装置の概略構成を示すブロック図である。 温調モジュールを示す図である。 分配部の構成を示すブロック図である。 温冷感を制御する対象面における温調分布の一例を示す図である。 電力を分配する時間的なパターンの一例を示す図である。 対象面における温調分布の一例を示す図である。 電力を分配する時間的なパターンの一例を示す図である。 実施例１および実施例２の温調装置の対象面の温度変化を示す図である。 実施例１および実施例２の温調装置を適用した皮膚の温度変化を示す図である。 変形例１の温調装置の対象面を示す図である。 変形例２の温調装置の温調モジュールを示す図である。 変形例３の温調装置の温調モジュールを示す図である。 変形例４の温調装置の温調モジュールを示す図である。 変形例５の温調装置の対象面を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態に係る温調装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、温調装置１０は、複数の温調モジュール１２および分配部１４を有する。

温調モジュール１２は、それぞれ、加熱および冷却の少なくとも一方が可能な温調素子を含む。温調素子および温調モジュール１２の構成については後述する。

分配部１４は、外部の電源２０に接続されており、温調モジュール１２に含まれる温調素子に電力を分配する。本実施形態では、電源２０は温調装置１０の外部に設けられている。しかし、電源２０は、温調装置１０に含まれてもよい。

図２は、温調モジュールを示す図である。

図２に示す例では、温冷感を制御する対象面１８を充填するように、複数の温調モジュール１２が敷きつめられている。温調モジュール１２の一つは、図２中点線で囲って示され、四枚の正方形のタイルを含んで構成される。同様に、点線で示さない温調モジュール１２も、四枚の正方形のタイルを含んで構成される。したがって、対象面１８には、温調モジュール１２が四つ敷きつめられ、対象面１８の全面を空間的に分割するようにタイルが敷きつめられている。温調モジュール１２内のタイルは、それぞれ温調素子１６を含む。本実施形態では、タイルの形状と温調素子１６の形状が同一である場合について説明する。したがって、温調素子１６が対象面１８に充填されているとも言える。タイルと温調素子１６が同じ形状なので、タイルの形状について言及する場合には、同時に温調素子１６の形状にも言及している。ただし、別の実施形態において説明するように、タイルの一部だけを、温調素子１６が占めてもよい。この場合については、別の実施形態において、詳細に説明する。

温調素子１６は、電力を供給することにより温度制御が行なえる素子である。温調素子１６は、例えば、ペルチェ素子であり、電力の供給により素子の両面に温度差を生じさせ、発熱または吸熱により、加熱または冷却が可能である。温調素子１６に供給する電流の向きを変更することによって、加熱または冷却が切換可能である。

次に、分配部１４の構成について説明する。

図３は、分配部の構成を示すブロック図である。

図３示すように、分配部１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１４１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１４２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１４３、ストレージ１４４およびＩ／Ｏ１４５を有する。各構成は、バス１４６を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１４１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、ＣＰＵ１４１は、ＲＯＭ１４２またはストレージ１４４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１４３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１４１は、ＲＯＭ１４２またはストレージ１４４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１４２またはストレージ１４４には、温調モジュール１２を制御するための制御プログラムが格納されている。

ＲＯＭ１４２は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ１４３は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ１４４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。Ｉ／Ｏ１４５は、ＣＰＵ１４１を温調モジュール１２と接続する。

次に、分配部１４による電力の分配について説明する。

図４は温冷感を制御する対象面における温調分布の一例を示す図であり、図５は電力を分配する時間的なパターンの一例を示す図である。

図２で説明したように、温調素子１６（タイル）は、対象面１８を空間的に分割するように敷きつめられている。その中で、分配部１４は、例えば、図４に示すような空間的に間欠させたパターンに従って温調素子１６に電力を分配する。すなわち、分配部１４は、図４において、黒塗りで示されるタイルを出力面とするために黒塗りに位置する温調素子１６に電力を供給し、一方、白塗りで示されるタイルを間欠面とするために白塗りに位置する温調素子１６に電力を供給しない。分配部１４は、複数の温調モジュール１２に共通の温調分布を形成する。さらに、分配部１４は、図５に示すような時間的に間欠させたパターンに従って温調素子１６に電力を分配する。

電力の分配について、より詳細に説明する。まず、空間的な間欠制御について説明する。空間的な間欠制御の説明のために用いる変数を、以下の通り定義する。

Ｘ：一つの温調モジュール１２により出力される総熱量［Ｊ］
Ｓ：温調装置１０を制御する総時間［ｓｅｃ］
Ｍ：一つの温調モジュール１２の面積［ｍ^２］
ｒ：一つの出力面（タイル）における出力比（出力基準に対する比）
Ｎ：一つの温調モジュール１２を分割する全タイル（出力面、間欠面を含む）の個数［個]
ｎ：一つの温調モジュール１２を分割する全タイルの通し番号
Ｐ：一つの温調モジュール１２内の出力面の総面積［ｍ^２］
ｍ：温調モジュール１２の辺長［ｍ］
ｐ：一つの出力面（タイル）の辺長［ｍ］
ｉ：電力が分配される温調素子１６間の距離［ｍ］

以下で用いる「熱出力」の用語は、温調素子１６により加熱する場合も、冷却する場合も含むものとする。

温調モジュール１２の面積Ｍを一様に時間Ｓで定常熱出力した場合の熱流束はＸ／（Ｍ×Ｓ）で表される。これを出力基準とする。温調モジュール１２内に占める熱出力の面積比は、Ｐ／Ｍで表されることから、総熱量Ｘを変えずに、空間的間欠のみによって出力面で実現できる熱流束は、（Ｍ／Ｐ）×Ｘ／（Ｍ×Ｓ）となる。換言すると、出力面の熱量比を、Ｐ／Ｍの逆数以下かつ１以上とすれば、総熱量Ｘ以下で、局所的により高い熱流束が得られる。また、空間的間欠を設けない場合に対して、同じ総熱量Ｘを使いつつ空間的間欠を設ける場合に、出力面および間欠面を含む全タイルが提示可能な熱流束の比ｒ_ｎの平均値は、次の式（１）を満たす。

図４に示す例では、各タイルの形状および面積が均等に示されているが、タイルの形状および面積は均等でなくてもよい。つまり、図４に示す例では、出力面と間欠面がいずれも一種類のタイルにより正方格子状（ｐ＝ｉ）としている。しかし、対象面１８を充填できる限り、三角形、長方形、正多角形、任意の多角形など、温調モジュール１２を構成するタイル（温調素子１６）はいかなる形状であっても良い。また、タイルの形状は、全て同じである必要もなく、異なる形状のタイルを組み合わせて、対象面１８を充填しても良い。

温調モジュール１２に含まれるタイルが提示可能な熱流束の比の平均が上記式（１）を満たす限り、温調モジュール１２を含む対象面１８全体として考えても、総熱量を増加することなく、各出力面から提示可能な熱流束を高められる。

次に、時間的な間欠制御について説明する。時間的な間欠制御の説明のために用いる変数を、以下の通り定義する。

Ｕ：制御時間単位［秒]
Ｌ：制御時間内の単位時間数
ｌ：制御時間単位の通し番号
Ｊ：制御時間単位内に一つの温調モジュール１２で出力される電力比［％］（基準電力に対する比）

図５では、横軸に、制御時間の経過を示し、縦軸に、基準電力に対する出力電力の比（％）を示している。横軸の下側に示す丸で囲まれた数字は、制御時間単位の通し番号を示す。

図５に示す例では、分配部１４は、１番目と９番目の制御時間単位において、基準電力に対して８００％の電力比の電力、すなわち、基準電力の８倍の電力を、温調素子１６に出力している。逆に、分配部１４は、２番目〜８番目および１０番目〜１６番目の制御時間単位では、温調素子１６に電力を供給せず、時間的に間欠させている。このように、時間的な間欠制御では、一部の制御時間単位では、１００％以上の電力比の電力を温調素子１６に供給し、その他の制御時間単位では、電力を供給しない。これにより、所定の制御時間（図５では１６秒）において温調素子１６に分配する電力量の積算値は、所定の制御時間において連続的に、電力の分配の対象となる温調素子１６に基準電力を供給したときの基準電力量以下とする。図５の例だと、時間的な間欠制御において消費する電力量は、基準電力×８００％×２秒で表され、基準電力×１００％×１６秒の電力量以下となる。所定の制御時間内の制御時間単位の総数Ｌに対し、温調素子１６に電力を供給する制御時間単位の数をａとする。このとき、１回の制御時間単位で温調素子１６に供給する熱量比を、ａ／Ｌの逆数以下かつ１以上とすれば、基準電力量以下で、温調素子１６においてより高い熱量が得られる。また、図５に示す例は、一例であり、時間的な間欠制御は、以下の式（２）を満たす。

上記式（２）によれば、所定の制御時間において温調素子１６に分配する電力量の積算値は、所定の制御時間において連続的に、電力の分配の対象となる温調素子１６に基準電力を供給したときの基準電力量以下となる。この条件を満たすことにより、基準電力量以下に消費電力量を維持できる。

そして、分配部１４は、空間的かつ時間的な間欠制御を行なう場合は、次の式（３）を満たすように各温調モジュール１２に電力を分配する。

以上の条件から、分配部１４は、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

分配部１４は、さらに、次の追加条件１および追加条件２を満たすように、電力の分配を決定することができる。

（追加条件１）
空間的な間欠制御において、次の条件を満たす。
ｉ≦人体部位の温冷感に関する二点弁別閾値
ここで、ｉは上述の通り、電力が分配される温調素子１６間の距離である。人体部位の二点弁別閾値は、人体が二点の温度刺激を二点として識別できる距離である。本明細書では、単に二点弁別閾値と述べる場合でも、温冷感に関する二点弁別閾値について言及している点に留意する。人体の部位によって、二点として識別できる距離は異なる。したがって、分配部１４は、温調装置１０の対象面１８が適用される人体の部位に応じて、二点弁別閾値を変更可能であってもよい。この場合、分配部１４には、人体の部位に関する情報、あるいは、適用する二点弁別閾値に関する情報が入力される。人体の部位とは、例えば、肩、背中、腰、尻、脚、腕、手等である。

上記の追加条件１を満たすことにより、電力の分配の対象となる各温調素子１６は、最寄りで電力が分配される他の温調素子１６から、二点弁別閾値以下の距離内に位置することになる。図４では、例えば、左上の温調素子１６は、右側の黒塗りの温調素子１６および下側の黒塗りの温調素子１６から、二点弁別閾値以下の距離だけ離れている。左上の温調素子１６とその斜め右下に位置する温調素子１６とは離間していないので、上記条件を満たすが、離間していない温調素子１６同士については上記条件を満たさなくてもよい。

このように、接触している温調素子１６同士には適用しない条件として、追加条件１を下記のように変更してもよい。
１０ｍｍ≦ｉ≦人体部位の二点弁別閾値
１０ｍｍの下限は、人体のどの部位においても、二点として弁別できない距離である。

（追加条件２）

空間的および時間的な間欠制御において、次の条件を満たす。

分配部１４が電力を分配する制御時間における熱出力Ｙによって生じる温度変化率の絶対値の最大値が、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値以上である。

１つのタイルにおける熱出力Ｙは、以下の式（４）により、表される。

但し、

式（４）は、温調モジュール１２に電力が分配される制御時間において、各タイルにおいて瞬間的に発生される発熱量Ｙを示す。発熱量Ｙが人体に適応される場合、人体が着用する衣服により熱量の一部が分散される。そして、皮膚に到達される熱量により、皮膚の温度変化率の絶対値の最大値が、温度変化率閾値以上である。

あるいは、追加条件２は以下のように定義されてもよい。温調モジュール１２においては、出力面において発熱量Ｙを発生し、間欠面において発熱量を発生しない。ここで、出力面に対応する対象物（皮膚）の部分の温度変化率と、間欠面に対応する対象物（皮膚）の部分の温度変化率との差の絶対値の最大値が、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である。出力面に対応する部分と、間欠面に対応する部分との温度変化率の差が温度変化率閾値以上であれば、間欠面に対応する部分が出力面に対応する部分や人体や環境温からの影響で緩やかに温度変化したとしても、人に温冷感を生じさせる温度変化率が得られていると言える。

人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値とは、人に温冷感が生じる皮膚の温度上昇率または温度低下率である。中立温度（例えば３２度）から皮膚の温度が離れるほど、温度変化率が大きくないと、人に温冷感は生じない。したがって、中立温度から離れるほど、高い温度変化率が求められる。これに伴い、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値も、人体の皮膚温が中立温度から離れる程、大きな値として設定してもよい。この場合、皮膚温が中立温度から離れる度合いは、皮膚温を直接計って取得してもよいし、環境温から推定してもよい。

あるいは、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値は、固定値として０．１℃/秒として設定してもよい。０．１℃/秒の温度変化率があれば、酷暑または酷寒の場合を除き、大体の場合において、人に温冷感を生じさせられる。

以上のように、本実施形態においては、空間的および時間的に間欠させて温調素子１６に電力を分配する。したがって、空間的および時間的に間欠させない場合と比べて、同じ総熱量の消費でも、１回の制御時間で温調素子１６に供給できる電力比を大きくできる。結果として、より高い温度変化率が得られる。より高い温度変化は、人体に温冷感を生じさせることができ、ユーザに心地よい温的感覚を提供できる。さらに、温調素子１６同士は、二点弁別閾値の距離以内に配置されているため、高い温度変化があっても、二点として識別されることがなく、ユーザに違和感を与えない。空間的および時間的に間欠させない場合と比べて、少ない総熱量の消費でも、１回の制御時間で温調素子１６に供給できる電力比を大きくできる分、心地よく違和感がない温的感覚を提供できる。

第１実施形態では、図４に示すように空間的に間欠させたパターンの温調素子１６に電力を分配する一例と、図５に示すように時間的に間欠させたパターンのタイミングで電力を分配する一例とを説明した。しかし、これらのパターンはあくまで一例である。上記の式（３）を満たすように、分配部１４は、図４に示す空間的間欠パターンの温調素子１６に、図５に示す時間的間欠パターンのタイミングで電力を分配してもよい。この場合、空間的間欠パターンにより、出力面の総面積が、対象面１８の面積の半分になっている分、式（３）に当てはめると、図５に示す電力を分配する制御時間単位においては、８００％の２倍である１６００％まで電力比を高められる。また、上述の条件を満たす限り、分配部１４は、いかなる空間的間欠パターンの温調素子１６に、いかなる時間的間欠パターンのタイミングで電力を分配してもよい。

また、温調装置１０を適用する人体の部位が分かっており、二点弁別閾値も分かっている場合、電力を分配する温調素子１６の位置が予め定まる場合もある。この場合、例えば、図４において、白塗りのタイルには、温調素子１６を配置しなくてもよい。温調素子１６の配置を少なくする分、コストを低減できる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、同じ空間的間欠パターンで温調素子１６に常に電力を分配する形態を例示した。しかし、制御時間毎に異なる空間的間欠パターンで温調素子１６に電力を分配してもよい。

図６は対象面における温調分布の一例を示す図であり、図７は電力を分配する時間的なパターンの一例を示す図である。

第２実施形態では、分配部１４は、図６に示す二つのパターンに従って温調素子１６に電力を分配する。すなわち、第一のパターンａにおいては、分配部１４は、図６において、黒塗りで示されるタイルを出力面とし、灰色で示されるタイルを間欠面とするように、黒塗りで示されるタイルに位置する温調素子１６ａに電力を分配する。第二のパターンｂにおいては、灰色で示されるタイルを出力面とし、黒塗りで示されるタイルを間欠面とするように、灰色で示されるタイルに位置する温調素子１６ｂに電力を分配する。

分配部１４は、図７に示す通り、１番目の制御時間単位においては、パターンａの温調素子１６ａに基準電力に対する電力比が１６００％の電力を分配し、９番目の制御時間単位においては、パターンｂの温調素子１６ｂに基準電力に対する電力比が１６００％の電力を分配する。図５と比べると、第２実施形態では、制御時間内においてパターンａの温調素子１６ａに電力を供給する回数が２回から１回に減っている。一方で、第２実施形態では、図５と比べると、パターンｂの温調素子１６ｂに電力を供給する回数が新たに１回追加されている。したがって、第２実施形態では、分配部１４は、第１実施形態と同様の消費電力により、異なる二つのパターンで温調素子１６に電力を分配する。このように、異なる空間的および時間的な間欠パターンを組合せることにより、第１実施形態とは異なる温調分布を提供できる。

（実施例）
次に、第１実施形態および第２実施形態の温調装置１０を人体に用いた実施例について、説明する。

図８は、実施例１および実施例２の温調装置の対象面の温度変化を示す図、図９は、実施例１および実施例２の温調装置を適用した皮膚の温度変化を示す図である。

実施例として、５ｃｍ角の温調素子１６を図２に示すような格子状に３６枚配置した対象面１８を有する温調装置１０を用意した。温調装置１０の分配部１４として、温調素子１６を個別に制御するためのＣＰＵまたは電子回路を備えたコンピュータを用意した。

温調素子１６としては、実施例においては温度変化を加温に限定し、５ｃｍ角のＰＥＴフィルムヒータを用いた。ただし、温調素子１６は、皮膚温変化率が同等であれば、ラバーヒータ、ファブリックヒータまたはペルチェ素子により代替が可能であることに留意する。

温調装置１０の対象面１８を人体の背部に接触させた。人体は、着衣量０．５ｃｌｏ程度の衣服を着用していた。したがって、人体皮膚と温調素子１６との間には、繊維層と空気層が含まれていた。

実施例１として、上記の温調装置１０について、第１実施形態と同様に、図４に示す空間的間欠を施した温調素子１６に、図５に示す電力分配パターンに従って電力を分配した。図５に示すように、１サイクルの制御時間を１６秒として、実施例１の温調装置１０により、複数サイクル、人体を加温して、温調装置１０の対象面１８の表面温度および人体の皮膚の表面温度の変化を検出した。

また、実施例２として、上記の温調装置１０について、図６に示す空間的間欠を施した温調素子１６に、図７に示す電力分配パターンに従って電力を分配した。図７に示すように、１サイクルの制御時間を１６秒として、実施例２の温調装置１０により、複数サイクル、人体を加温して、温調装置１０の対象面１８の表面温度および人体の皮膚の表面温度の変化を検出した。

また、比較例として、５ｃｍ角の温調素子１６を実施例と同様の格子状に３６枚配置した対象面１８を有する比較温調装置を用意した。比較温調装置は、実施例１および実施例２と同じ総制御時間に亘って、全ての温調素子に一様に電力を分配した。つまり、比較例では、空間的または時間的な間欠パターンは適用しなかった。比較例の温調装置より、一様に人体を加温して、温調装置の対象面の表面温度および人体の皮膚の表面温度の変化を検出した。

実施例１、実施例２および比較例により総制御時間において消費する総電力量［Ｗｓ］（総熱量［Ｊ］）は等しくした。総電力量が等しいため、実施例１、２においては、空間的な間欠パターンにより２倍（Ｍ／Ｐ倍）、時間的な間欠パターンにより８倍（Ｊ／Ｕ）で、計１６倍の電力密度を、サイクルの１番目および９番目の制御時間単位において、温調素子１６に発生させた。なお、制御にあたってはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によるＤｕｔｙ比（０〜１００％）を指定した。Ｄｕｔｙ比を１６倍にしても必ずしも電力量は一致しないため、基準５分間の電力量を超えない範囲での最大Ｄｕｔｙ比を指定値とした。

実施例１、実施例２および比較例のいずれにおいて、２０℃の環境温度下で実験を行なった。

図８に示すように、比較例では、温調装置の対象面の表面温度は、なだらかなカーブを描いて、４０℃程度まで上昇した。一方、実施例１では、温調装置の対象面の表面温度は、各サイクルにおいて電力が分配される度に、同じ時間における比較例よりも急激に温度上昇が起こり、電力が分配されていない間は、温度が下降した。温度上昇および温度下降が交互に繰り返されつつも、温度上昇の方が高く、結果として、対象面の表面温度は、４５℃以上まで上昇した。急激な温度上昇の際の、対象面の温度変化率の絶対値の最大値は、０．１℃／秒以上であった。

また、実施例２でも、温調装置の対象面の表面温度は、各サイクルにおいて電力が分配されると、同じ時間における比較例よりも急激に温度上昇が起こり、電力が分配されていない間は、温度が下降した。温度上昇および温度下降が交互に繰り返されつつも、温度上昇の方が高く、対象面の表面温度は、４２℃程度まで上昇した。急激な温度上昇の際の、対象面の温度変化率の絶対値の最大値は、０．１℃／秒以上であった。

以上のように、実施例１および実施例２のように、空間的および時間的な間欠パターンにより、温調装置１０を制御すれば、少なくとも、比較例以上の温度の絶対値の上昇が得られることが分かった。さらに、温度上昇のプロファイルにおいて、急激な温度上昇が１サイクル当たり２回発生し、いずれの温度上昇においても、温度変化率が０．１℃／秒以上となった。したがって、実施例１および実施例２の温調装置１０によれば、比較例では得られない０．１℃／秒以上の温度変化率を周期的に提供でき、人が感じられる温度変化、すなわち温感を与えられることが分かった。

実施例１および実施例２を比べると、実施例１の方が早く、対象面１８の表面温度を上昇させることが分かった。実施例１では、同じ温調素子１６に周期的に電力が分配されるため、温調素子１６の自然放熱による温度低下が少ないうちに電力が分配され、高い温度上昇を促したためと考えられる。逆に、実施例２では、同じ温調素子１６に電力が分配されるタイミングが半分となるため、次に電力分配されるまでの周期が長く、その間に温調素子１６の自然放熱による温度低下が大きくなり、絶対的な温度上昇が実施例１よりも小さくなったと考えられる。

さらに、図９に示すように、人体の皮膚においても図８と概ね同じような温度上昇のプロファイルが得られた。衣服を着用した人体の皮膚の温度を測定している分、実施例１、実施例２および比較例のいずれの温度上昇のプロファイルも、図８のプロファイルに比べて絶対的な温度上昇が少なくなった。図９に示す実施例１および実施例２の温度上昇のプロファイルにおいて、急激な温度上昇が１サイクル当たり２回発生し、いずれの温度上昇においても、温度変化率が０．１℃／秒以上であった。したがって、実施例１および実施例２の温調装置１０によれば、比較例では得られない０．１℃／秒以上の温度変化率を周期的に提供でき、人が感じられる温度変化、すなわち温感を与えられることが分かった。

実施例１および実施例２間においては、図８および図９に示すように、温度変化のプロファイルが異なる。したがって、適用シーンによって、第１実施形態（実施例１）に従う制御と第２実施形態（実施例２）に従う制御が使い分けられる。例えば、速暖性が求められる状況では、第１実施形態に従って温調装置１０を制御する。また、皮膚温が４０℃を超えるような状況では、第２実施形態に従って温調装置１０を制御する。皮膚温が高い場合に、第１実施形態に従って温調装置１０を制御すると、皮膚の温度上昇が大きくなってしまい、痛覚を発生する可能性があるからである。このように最適な制御を選択するために、温調装置１０は、計温部を備えることが好ましい。計温部には、たとえば、サーミスタ温度計などの接触型温度計、または、赤外線温度計などの非接触型温度計のいずれも適用できる。計温部により、対象面１８の表面またはユーザの皮膚温を計測し、フィードバックすることにより、分配部１４は、制御の切換を判断できる。

上記実施例では、加温する場合を例に実験を行なった。しかし、冷却する場合でも、同様の結果が得られる。つまり、温度変化の絶対値を見たときの温度変化率のプロファイルは、図８および図９に示すような形になる。したがって、加温の場合だけでなく、冷却の場合でも、同様の考えに基づいて、第１実施形態および第２実施形態を適用できる。

次に、温調装置１０の変形例について説明する。

（変形例１）
図１０は、変形例１の温調装置の対象面を示す図である。

第１実施形態および第２実施形態では、対象面１８を構成するタイルと温調素子１６とが同じ形状である場合について説明した。変形例１では、タイルよりも温調素子１６の大きさが小さく、例えば、図１０に示すように、円形の温調素子１６が四角形のタイルに含まれる。

この場合、各温調素子１６の配置位置は、第１実施形態の追加条件１を満たす。すなわち、電力が分配される最寄りの温調素子１６同士の距離ｄについて、次の条件を満たす。

１０ｍｍ≦ｄ≦人体部位の二点弁別閾値

上記の条件を満たすことにより、温調の際に、人体の皮膚に対して、対象面１８から与えられる温度分布に違和感を与えることがない。変形例１に示す温調モジュール１２においても、式（１）〜（３）を満たして、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

（変形例２）
図１１は、変形例２の温調装置の対象面を示す図である。

変形例２では、変形例１とは異なる温調モジュール１２の繰り返しパターンについて説明する。

図１１において、点線で囲まれる温調モジュール１２に注目して説明する。温調モジュール１２が繰り返し配置されることにより、対象面１８が構成される。第２実施形態のように、１サイクルの制御時間の中で、第一のパターンａと第二のパターンｂの温調素子１６に電力が分配される場合、ある制御時間単位において電力が分配される温調素子１６ａは、黒塗りで示される。別の制御時間単位において電力が分配される温調素子１６ｂは、灰色で示される。

変形例２に示す場合においても、最寄りの温調素子１６ａ同士、または温調素子１６ｂ同士の距離ｄ１、ｄ２は、それぞれ追加条件１を満たす。

１０ｍｍ≦ｄ１（ｄ２）≦人体部位の二点弁別閾値

変形例２に示す温調モジュール１２においても、式（１）〜（３）を満たして、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

（変形例３）
図１２は、変形例３の温調装置の対象面を示す図である。

変形例３では、変形例２とは異なる温調モジュール１２の繰り返しパターンについて説明する。図１２において、点線が囲まれる温調モジュール１２に注目して説明する。温調モジュール１２が繰り返し配置されることにより、対象面１８が構成される。温調モジュール１２内に配置される温調素子１６は、第２実施形態のように、異なるタイミングにより電力が分配されても良い。この場合、ある制御時間単位において、温調素子１６ａに電力が分配され、別の制御時間単位において、温調素子１６ｂに電力が分配される。

図１２に示す例では、温調モジュール１２内において二つの温調素子１６が縦に並ぶ例を示している。しかし、二つの温調素子１６は、温調モジュール１２内において斜めに位置するように配置されても良い。

変形例３に示す場合においても、最寄りの温調素子１６ａ同士、または温調素子１６ｂ同士の距離ｄ３、ｄ４は、それぞれ追加条件１を満たす。

１０ｍｍ≦ｄ３（ｄ４）≦人体部位の二点弁別閾値

変形例３に示す温調モジュール１２においても、式（１）〜（３）を満たして、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

（変形例４）
図１３は、変形例４の温調装置の温調モジュールを示す図である。図１３においては、全面が一つの温調モジュール１２を示している。図１３に示す温調モジュール１２が繰り返し配置されて、対象面１８を構成することができる。

図１３に示すように、モジュール１２内において温調素子１６が配置されない間欠空間（間欠面を構成するタイル）を囲むように、温調素子１６が環状に配置される。環状に配置される温調素子１６は、同時に電力が分布されても良い。あるいは、一つのタイルに配置される温調素子１６は、第２実施形態のように、異なるタイミングにより電力が分配されても良い。この場合、例えば、隣り合う温調素子１６ａおよび温調素子１６ｂは、別の制御時間単位において電力が分配される。

変形例４に示す場合においても、最寄りの温調素子１６ａ同士、または温調素子１６ｂ同士の距離ｄ５、ｄ６は、それぞれ追加条件１を満たす。

１０ｍｍ≦ｄ５（ｄ６）≦人体部位の二点弁別閾値

変形例４に示す温調モジュール１２においても、式（１）〜（３）を満たして、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

（変形例５）
図１４は、変形例５の温調装置の対象面を示す図である。

変形例５においては、モジュール１２内において、電力が分配される温調素子１６が順次スライドする例について説明する。図１４では、複数の縦長の温調モジュール１２が横に並ぶことによって、対象面１８を形成している。図１４では、一番左に位置する温調モジュール１２を点線が囲んで示している。図１４の上側に示すように、あるタイミングにおいては、複数の温調モジュール１２に亘って帯状に連なる出力面が形成されるように電力が分配される。次のタイミングにおいては、図１４の下側に示すように、帯状に連なる出力面が上側にタイル一つ分スライドするように、電力が分配される。このように、分配部１４は、対象面１８内において、電力が分配される温調素子１６により構成される帯が順次移動するように、温調素子１６に電力を分配してもよい。

変形例５に示す場合においても、最寄りの温調素子１６ａ同士、または温調素子１６ｂ同士の距離ｄは、それぞれ追加条件１を満たす。

１０ｍｍ≦ｄ≦人体部位の二点弁別閾値

変形例５に示す温調モジュール１２においても、式（１）〜（３）を満たして、予め定められた基準電力量を超えることなく、空間的および時間的に間欠制御を行なえる。

以上の第１実施形態、第２実施形態および変形例１〜変形例５のように、温調装置１０は、電力を分配する温調素子１６を自由に設計できる。したがって、温調装置１０は、様々な環境や状況、人体の温感特性に基づく要求に対応可能である。上記の例の温調モジュール１２の配列に限定されることなく、いかなる数の温調モジュール１２が繰り返し配列されてもよい。

なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した制御を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、制御を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、上記各実施形態では、制御プログラムがＲＯＭ１４２またはストレージ１４４に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

１０ 温調装置
１２ 温調モジュール
１４ 分配部
１６、１６ａ、１６ｂ 温調素子
１８ 対象面
２０ 電源
１４１ ＣＰＵ
１４２ ＲＯＭ
１４３ ＲＡＭ
１４４ ストレージ
１４５ Ｉ／Ｏ
１４６ バス

Claims (9)

1. 加熱および冷却の少なくとも一方が可能な温調素子を含む温調モジュールと、
   配列された複数の前記温調素子に電力を分配する分配部と、
   を有し、
   前記分配部は、以下の条件（１）から（３）を満たすように、空間的および時間的に間欠させて、前記温調素子に電力を分配する、
   条件（１） 電力の分配の対象となる各温調素子は、最寄りで電力の分配の対象となる他の前記温調素子から、人体が温度刺激を二点として識別できる最小間隔である二点弁別閾値以下の距離内に位置する、
   条件（２） 前記温調モジュール内において、電力の分配の対象となる前記温調素子が生じさせる温度変化率の絶対値の最大値は、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である、
   条件（３） 所定の制御時間において前記温調素子に分配する電力量の積算値は、前記所定の制御時間において連続的に、電力の分配の対象となる前記温調素子に基準電力を供給したときの基準電力量以下である、
   温調装置。
2. 前記温調モジュールは、複数の前記温調素子を含んで、複数設けられ、
   前記分配部は、複数の前記温調モジュール間において対応する位置の前記温調素子に同時に電力を分配して、複数の前記温調モジュールに共通の温調分布を形成する請求項１に記載の温調装置。
3. 前記温度変化率閾値は、環境温度および人体の皮膚温度の少なくとも一方に基づいて可変である請求項１または請求項２に記載の温調装置。
4. 前記環境温度または前記皮膚温度の少なくとも一方を測定する計温部をさらに有する請求項３に記載の温調装置。
5. 前記温度変化率の絶対値の最大値とは、電力の分配の対象となる前記温調素子が構成する出力面が生じさせる温度変化率と、前記出力面以外の間欠面が生じさせる温度変化率との差の絶対値の最大値である請求項１〜４のいずれか一項に記載の温調装置。
6. 前記温度変化率の絶対値の最大値は、前記出力面の作用によって人体の皮膚に生じる皮膚温度変化率と、前記間欠面の作用によって人体の皮膚に生じる皮膚温度変化率との差の絶対値の最大値である請求項５に記載の温調装置。
7. 前記間欠面は、電力の分配の対象でない前記温調素子が構成する請求項５または請求項６に記載の温調装置。
8. 前記分配部は、時間的な間欠の前後において、空間的に異なるパターンの前記温調素子に電力を分配して、異なる温調分布を形成する請求項１〜７のいずれか一項に記載の温調装置。
9. 加熱および冷却の少なくとも一方が可能な複数の温調素子に電力を分配する方法であって、
   以下の条件（１）から（３）を満たすように、空間的および時間的に間欠させて、前記温調素子に電力を分配する、
   条件（１） 電力の分配の対象となる各温調素子は、最寄りで電力の分配の対象となる他の前記温調素子から、人体が温度刺激を二点として識別できる最小間隔である二点弁別閾値以下の距離内に位置する、
   条件（２） 電力の分配の対象となる前記温調素子が生じさせる温度変化率の絶対値の最大値は、人体の温冷感特性に基づく温度変化率閾値の絶対値以上である、
   条件（３） 所定の制御時間において前記温調素子に分配する電力量の積算値は、前記所定の制御時間において連続的に基準電力を供給したときの基準電力量以下である、
   温調方法。