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<

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

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。