JPH10229902A - 自動温度調節機能を有する靴 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 靴の各部毎にそれぞれ加温または加冷し、温
度および湿度双方に応じてこれらを並行して自動調節す
る。 【解決手段】 靴１０の外装部の４箇所に配設され、靴
１０の内部を加温及び加冷する４個のペルチェ効果型熱
交換器３０と、熱交換器３０近傍に設けられた温度セン
サ２０と、靴１０の底部１０ａに設けられ運動に伴う機
械力で発電する発電機４０と、ここから所定の直流を得
る電源回路５０と、この出力で作動し、各温度センサ２
０の検出値と設定値との比較結果に基づき各熱交換器３
０を加温モード又は加冷モードで駆動するマイコン６０
とを備える。電源回路５０は発電機４０の交流又は脈流
を整流して二次電池等に備蓄し、ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０ｃで出力する。マイコン６０は内外湿度センサ１１
０，１２０の検出値に基づいて圧電アクチュエータ１０
０を開閉駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機構や通気機
構が付加された自動温度調節機能を有する靴に関する。

【０００２】

【従来の技術】靴を着用して歩行や運動をしたとき、静
止時の体温に加えて、運動に伴う筋肉からの発熱や靴と
体表面との摩擦、さらに足と靴とで吸収される運動エネ
ルギーなどによって、靴で覆われた足部表面の温度が上
昇する。足部の温度が過度に上昇した場合、不快感を生
じるとともに生理的障害を誘因する危険が発生する。

【０００３】また、寒冷地においては足部の体温が低下
しやすい。足部の体温が極度に低下した場合、血行障害
などの生理的機能障害を生じる。こうした状況下で徒競
走などの運動を行うと、筋肉やアキレス腱の断裂、捻挫
および骨折などの重大な障害を誘因する危険が高くな
る。

【０００４】このような問題を解決しようとするものと
して靴内部を加温し、そのエネルギを発生させるための
発電機構が備えられた靴が公知となっている。発電機構
を備えた靴については特開昭６３−１４５６０１号（従
来例１）や特開平６−１４１５２４号（従来例２）に開
示されている。従来例１では、圧電素子やモータを用い
て歩行などの運動に伴う機械力で電気エネルギーを発生
する旨が簡単に記載され、なおかつこの電気エネルギー
を靴内部の加温や加冷に利用できるとも記載されてい
る。また従来例２では、発電機構の構成として磁石およ
びコイルを用いたものや、圧電素子およびモータを詳細
に開示している。

【０００５】また特開昭６２−３２９０１号（従来例
３）では、発電機構および加温機構を備えたスキー靴が
開示され、光電セルに発じた電力を二次電池に蓄え、こ
の電力を用いてサーモスタットの制御下で発熱体を加熱
し、スキー靴を加温している。

【０００６】一方、靴内外を通気する機構を備えたもの
が特開昭６０−９８４０５号（従来例４）や特開平１−
１４３９０３号（従来例５）に開示されており、いずれ
も温度上昇に応じて形状記憶合金が収縮することで所定
の開閉部材が開くことにより通気可能としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例１〜５で開
示された内容を組み合わせただけでは次の〜といっ
た要望に応えることができない。 靴内部を加温するだけでなく加冷もでき、なおかつそ
の具体的な構成を実現したい。 靴の各部毎にそれぞれ加温および加冷するといったき
め細かな温度調節を実現したい。 通気機構として温度に依存して作動するものではな
く、靴内外の湿度に応じて通気可能とし、なおかつ雨天
時などで外部からの水分の侵入を防ぐようにしたい。 温度および湿度の双方に応じてこれらを並行して調節
可能にしたい。本発明はこのような要望を実現するため
になされた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の自動温度調節機
能を有する靴は、靴外装部の複数箇所に配設され、可逆
なペルチェ効果により靴内部を加温および加冷するため
の複数個の熱交換器と、これら熱交換器の近傍にそれぞ
れ設けられた温度センサと、前記靴の底部に設けられて
歩行などの運動に伴う機械力で電気エネルギーを発生す
る発電機構と、この発電機構の出力から所定の直流を得
る電源回路と、この電源回路の出力により作動し、前記
各温度センサの検出値と適宜な設定値とを比較するとと
もに、その比較結果に基づいて前記各熱交換器を加温モ
ードまたは加冷モードで適宜に駆動する制御回路とを備
える。

【０００９】前記電源回路は、前記発電機構からの交流
または脈流を整流して二次電池または大容量のコンデン
サに備蓄しつつ出力することが好ましい。

【００１０】前記電源回路は、前記二次電池または前記
コンデンサから得られる出力電圧を前記熱交換器および
前記制御回路の駆動用の安定な直流電圧に変換するＤＣ
−ＤＣコンバータを有することがより好ましい。

【００１１】望ましくは、前記靴外装部に設けられ、前
記電源回路の出力により作動する適宜なアクチュエータ
ーで構成されて当該靴内外間で通気可能に開閉する窓
と、この開閉窓の近傍であって前記靴外装部内面側に設
けられた内部湿度センサと、前記靴外装部外面側に設け
られた外部湿度センサとを有し、前記制御回路が、前記
内部湿度センサおよび前記外部湿度センサの検出値に基
づいて前記開閉窓を適宜に開閉駆動する。

【００１２】より望ましくは、前記アクチュエーター
は、圧電型または静電型のもので構成され、前記制御回
路の駆動信号により前記電源回路の出力が供給されて開
閉する。

【００１３】

【発明の実施の形態】先ず構成要素の概略を図１を参照
して説明する。靴１０の外装部の内面側において、足を
入れたときにくるぶし外側の直下周辺の位置に熱交換器
３０を一つ配置し、図１では図示できない反対側、即ち
くるぶし内側の直下周辺の位置にも熱交換器を一つ配置
している。さらに靴１０の下面側にもつま先側および足
裏の中心側周辺の位置にもそれぞれ熱交換器３０を一つ
ずつ配置している。つまり合計４箇所に熱交換器３０が
配置され、靴１０に入れた足各部を加温あるいは加冷す
る。この熱交換器３０にそれぞれ近接して温度センサ２
０が一つずつ配置されており、これらのセンサ２０で足
の各部における表面近くの温度を検出する。また靴１０
の底部１０ａの踵があたる付近には発電機４０が配置さ
れ、これに近接して制御回路としてのマイコン６０が配
置されている。発電機４０には図示しないが電源回路も
付帯している。

【００１４】温度センサ２０はチップ型サーミスタなど
の周知もので構成される。熱交換器３０は、靴１０の外
装部内面側に沿って配置可能な板状のペルチェ素子であ
って、配置された部分を中心に靴１０の外部から内部へ
熱を移動（加温モード）して温めたり、反対に内部から
外部へ熱を移動（加冷モード）して冷やしたりしたりす
る。

【００１５】発電機４０は、靴１０を履いた時の荷重や
歩行などの運動に伴う機械力で電気エネルギーを発生す
るものであり、図２（ａ）（ｂ）に示すように磁石４
１，４１およびコイル４２，４２の組み合わせで構成さ
れる電磁誘導を原理とした発電システムである。具体的
に説明すると、図のように着磁された磁石４１，４１が
互いに同極同士を対向するように配置されており、これ
ら対向する磁石４１，４１間を挟むようにコイル４２，
４２が対向配置されている。そして各磁石４１，４１を
支持するとともに所定の磁気回路を形成するための１組
のヨーク４３，４３が配置されている。コイル４２は、
図２（ｃ）に示すような１組のコイルパターンが形成さ
れており、ここを通過する磁束の変化に伴って各パター
ンのＡ，Ｂから誘起電流を取り出せる。そして、靴１０
を履いた歩行者の運動などで磁石４１，４１が、図２
（ｂ）に示すように互いに近づいたり、反対に図２
（ａ）に示すように離れたりすることで交流の誘起電流
がコイルパターンに発生する。また、磁石４１，４１の
同極同士が対向配置されていることで、互いの反発力に
よる緩衝機構が形成されており、運動などで圧力が加わ
らなければ図２（ｂ）のように常時反発して互いに離れ
た状態となっている。

【００１６】電源回路は、発電機４０からの交流または
脈流を整流して所定の直流を得る。マイコン６０は、電
源回路５０の出力により作動し、各温度センサ２０の各
検出値と適宜な設定値とを比較し、その比較結果に基づ
いて各熱交換器５０を加温モードあるいは加冷モードに
適宜切り換えて駆動する。

【００１７】次に図３のブロック図を参照して具体的に
説明する。発電機４０からの出力はダイオードブリッジ
回路で構成される整流器５０ａで整流する。この整流出
力は、ダイオードＤを介して蓄電池または電気二重層コ
ンデンサを複数個直列に接続した充電要素群５０ｂにフ
ロート方式でもって充電電流を流しながら、後段のＤＣ
−ＤＣコンバータ５０ｃに出力する。ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ５０ｃは、回路要素のほとんどがチップ化された周
知のスイッチング電源で構成され、ここから安定な直流
電圧が出力される。この出力が熱交換器３０やマイコン
６０の駆動電源となる。温度センサ２０、熱交換器３０
およびこれに流す電流の向きを決定するスイッチ群ＳＷ
１〜４を１組としてチャンネルＣｈの一単位とする。つ
まり靴１０ひとつにつき４つのチャンネルＣｈ１〜４が
ある。このチャンネルＣｈ１〜４それぞれについて各Ｓ
Ｗ１〜４を温度センサ２０の検出値に応じてオンオフ制
御し、加温モードあるいは加冷モードに切り換える。

【００１８】チャンネルＣｈ１を例にとり、マイコン６
０による制御について具体的に説明する。マイコン６０
は、温度センサ２０からの検出値を監視して予め設定さ
れた値、例えば３６℃といった目標値と比較する。この
目標値は個々の温度センサ２０の設置箇所および設置状
態などの条件で異なる。比較結果として検出値が目標値
を少なからず下回っていれば、スイッチＳＷ１およびＳ
Ｗ４をオンにするとともにスイッチＳＷ２およびＳＷ３
をオフにすることにより、当該熱交換器２０を加温モー
ドとする。反対に比較結果として検出値が目標値を少な
からず上回っていれば、スイッチＳＷ１およびＳＷ４を
オフにするとともにスイッチＳＷ２およびＳＷ３オンに
して熱交換器に流れる電流の向きを加温モードの場合と
反対にして加冷モードとする。加温も加冷もする必要が
ないモードではスイッチＳＷ１〜４をすべてオフにす
る。このような制御がチャンネル２〜４についてもそれ
ぞれ独立して行われる。

【００１９】前述した熱交換器３０へ電流を流す際には
パルス状の電圧を印加する。すなわち加温モードではオ
ンにするスイッチＳＷ１およびＳＷ４のうち、スイッチ
ＳＷ４は絶えずオンの状態を維持し、スイッチＳＷ１の
方を適宜なデューティ比でスイッチングする。このデュ
ーティ比は、温度センサ２０と前記目標値との差に応じ
て適宜な制御アルゴリズムに従い、決定される。このデ
ューティ制御により加温動作の強度を可変調整する。加
冷モードの場合も同様である。

【００２０】ここまで説明した実施例の靴において、さ
らに湿度調節機能が付加された例について説明する。図
４（ａ）（ｂ）の拡大図に示すような圧電アクチュエー
タで構成される開閉窓１００が外装部の適宜な箇所、例
えば側面やつまさき側に設けられており、この開閉窓１
００が開くことで、内部の湿気が外部へ解放されたり、
反対に閉じることで雨天時等に外部から水分が侵入する
のを防止する。この開閉窓１００は、靴外装部の所定箇
所に穿設された通気孔１０１を塞ぐことが可能な窓幕１
０２を可動梁１０３で畳んだり開いたりすることで開閉
する。この窓幕１０２は一端側が固定梁１０４で固定さ
れ、他端側が可動梁１０３に取りつけられている。窓幕
１０２、可動梁１０３、および固定梁１０４は図中左端
側の固定部１０５で靴１０の外装部に一体固定されてい
る。これら窓幕１０２、可動梁１０３、および固定梁１
０４は、可動梁１０３の移動が円滑に行えるように、例
えば靴１０の外装部を構成する表地と裏地との間に挿入
固定されている。そして可動梁１０３には棒状の圧電セ
ラミックス１０６が取り付けられている。この圧電セラ
ミックス１０６に図示しない電極を接続してＤＣ−ＤＣ
コンバータ５０ｃからの電流を流すことで当該圧電セラ
ミックス１０６が縮み、可動梁１０３が図４（ａ）に示
すように下方に引っ張られ、通気孔１０１が塞がれて開
閉窓１００として閉じた状態となる。反対に電流が流れ
ないと圧電セラミックス１０６は縮まず、図４（ｂ）に
示すように開閉窓１００として開いた状態となる。

【００２１】この開閉窓１００の近傍には靴外装部の内
面側にそれぞれ湿度センサ１１０が設けられている。ま
た靴１０の外面側の適宜な位置、例えばやはり開閉窓１
００の近傍に湿度センサ１２０が設けられている。これ
ら開閉窓１００および湿度センサ１１０，１２０の動作
について図３のブロック図を参照して説明する。開閉窓
１００はＤＣ−ＤＣコンバータ５０ｃからの直流出力を
駆動電源として開閉動作する。この駆動電源は、マイコ
ン５０からの駆動信号で以てオンオフ制御されるスイッ
チＳＷ５によって開閉窓１００に供給される。開閉窓１
００、湿度センサ１１０，１２０およびスイッチＳＷ５
を１組としてチャンネルＣｈ５とする。マイコン６０
は、このチャンネルＣｈ５を制御するにあたり、内部湿
度センサ１１０および外部湿度センサ１２０からの検出
値に応じて適宜な制御アルゴリズムに従い、スイッチＳ
Ｗ５をオンオフ制御する。例えば、内部湿度センサ１１
０からの検出値がある設定値を超えていなければ、外部
湿度センサ１２０からの検出値に関わらず開閉窓１００
を閉の状態としておく。そして内部湿度センサ１１０の
検出値が当該設定値を超えた場合には、外部湿度センサ
１２０からの検出値と比較した結果、内部湿度の方が大
きいと判定したときのみ、開閉窓１００を開の状態とす
る。

【００２２】この開閉窓１００を構成するアクチュエー
ターとしては、前述した圧電型のものに限らずに静電型
のものでもよく、周知の静電フィルムアクチュエータを
用いてＤＣ−ＤＣコンバータ５０ｃからスイッチＳＷ５
のオンオフで得られる電界を構成要素である固定子およ
び可動子に電極を介して適宜印加できるようにマイコン
６０で制御すればよい。

【００２３】

【発明の効果】

（イ）靴内部を加温するだけでなく加冷もでき、なおか
つその具体的な構成を実現できた。したがって、低温時
および高温時いずれの場合も足の温度変化を抑制して最
適な足部体温を保持できる。 （ロ）靴の各部毎にそれぞれ加温および加冷するといっ
たきめ細かな温度調節を実現できた。 （ハ）通気機構として温度に依存して作動するものでは
なく、靴内外の湿度に応じて電子制御により通気可能と
し、なおかつ雨天時などで外部からの水分の侵入を防ぐ
構成を実現できた。 （ニ）温度および湿度の双方に応じてこれらの並行した
調節機能の実現。したがって、雨天時などには内部の温
度や湿度が高くても開閉窓を閉鎖できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自動温度調節機能を有
する靴の外観および一部内部構成を示す模式図である。

【図２】本発明の構成要素である発電機構の一実施例を
示す構成図であり、（ａ）は磁石４１，４１が互いに近
づいた様子を示し、（ｂ）は磁石４１，４１が互いに離
れた様子を示し、（ｃ）はコイル４２のコイルパターン
を示す。

【図３】本発明の一実施例による自動温度調節機能を有
する靴のブロック図である。

【図４】本発明の構成要素である開閉窓の一実施例を示
す構成図であり、（ａ）は通気孔１０１が塞がれた様子
を示し、（ｂ）は通気孔１０１が離れた様子を示す。

【符号の説明】 １０ 靴 １００
開閉窓 １０ａ 底部 １０１
通気孔 ２０ 温度センサ １０２
窓幕 ３０ 熱交換器 １０３
可動梁 ４０ 発電機 １０４
固定梁 ４１ 磁石 １０５
固定部 ４２ コイル １０６
圧電セラミックス ４３ ヨーク １１０
内部湿度センサ ５０ 電源回路 １２０
外部湿度センサ ５０ａ 整流器 Ｄ
ダイオード ５０ｂ 充電要素群 ＳＷ１〜５
スイッチ ５０ｃ ＤＣ−ＤＣコンバータ Ｃｈ１〜５
チャンネル ６０ マイコン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 靴外装部の複数箇所に配設され、可逆な
   ペルチェ効果により靴内部を加温および加冷するための
   複数個の熱交換器と、これら熱交換器の近傍にそれぞれ
   設けられた温度センサと、前記靴の底部に設けられて歩
   行などの運動に伴う機械力で電気エネルギーを発生する
   発電機構と、この発電機構の出力から所定の直流を得る
   電源回路と、この電源回路の出力により作動し、前記各
   温度センサの検出値と適宜な設定値とを比較するととも
   に、その比較結果に基づいて前記各熱交換器を加温モー
   ドまたは加冷モードで適宜に駆動する制御回路とを備え
   たことを特徴とする自動温度調節機能を有する靴。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記電源回路は、前
   記発電機構からの交流または脈流を整流して二次電池ま
   たは大容量のコンデンサに備蓄しつつ出力することを特
   徴とする自動温度調節機能を有する靴。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記電源回路は、前
   記二次電池または前記コンデンサから得られる出力電圧
   を前記熱交換器および前記制御回路の駆動用の安定な直
   流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータを有することを
   特徴とする自動温度調節機能を有する靴。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
   靴外装部に設けられ、前記電源回路の出力により作動す
   る適宜なアクチュエーターで構成されて当該靴内外間で
   通気可能に開閉する窓と、この開閉窓の近傍であって前
   記靴外装部内面側に設けられた内部湿度センサと、前記
   靴外装部外面側に設けられた外部湿度センサとを有し、
   前記制御回路が、前記内部湿度センサおよび前記外部湿
   度センサの検出値に基づいて前記開閉窓を適宜に開閉駆
   動することを特徴とする自動温度調節機能を有する靴。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記アクチュエータ
   ーは、圧電型または静電型のもので構成され、前記制御
   回路の駆動信号により前記電源回路の出力が供給されて
   開閉することを特徴とする自動温度調節機能を有する
   靴。