JP2019034592A - 車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクト - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化および燃焼性を低く抑えることが可能な車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクトを提供する。
【解決手段】車両用空調ユニット１０のケーシング１２は、樹脂基複合材料で構成される。この樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている。車両用空調ダクトも同様の樹脂基複合材料で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクトに関する。

一般的に、車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクトは、ポリプロピレン樹脂とタルクとが配合された樹脂基複合材料で構成されている。

また、特許文献１に、車両用空調ユニットのケーシングが開示されている。このケーシングは、ポリプロピレン樹脂とガラス中空球とが配合された樹脂基複合材料で構成されている。

特開２０１５−５１６５７号公報

ところで、車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクトに対して、軽量化と燃焼性を低く抑えることとが要求されている。軽量化の要求は、車載製品を軽量化することで、車両の低燃費化を実現するためである。燃焼性を低く抑えることは、車室内に搭載される製品に対して要求されている。燃焼性を低く抑えることは、燃焼速度を低く抑えること、すなわち、燃焼を遅くすることを意味する。

上述の特許文献１のケーシングによれば、ガラス中空球が樹脂よりも低比重であるため、ケーシングの軽量化を実現できる。しかし、ケーシングの燃焼性を低く抑えられることまでは、特許文献１に記載されていない。

本発明は上記点に鑑みて、軽量化および燃焼性を低く抑えることが可能な車両用空調ユニットのケーシングおよび車両用空調ダクトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明における車両用空調ユニットのケーシングは、樹脂基複合材料で構成されており、樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている。

セルロース材料は、樹脂よりも低比重である。このため、これによれば、セルロース材料が配合されていない場合と比較して、ケーシングを軽量化することができる。さらに、これによれば、セルロース材料が配合されていない場合と比較して、ケーシングの燃焼性を低く抑えることができる。

また、請求項３に記載の発明における車両用空調ダクトは、樹脂基複合材料で構成されており、樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている。

セルロース材料は、樹脂よりも低比重である。このため、これによれば、セルロース材料が配合されていない場合と比較して、車両用空調ダクトを軽量化することができる。さらに、これによれば、セルロース材料が配合されていない場合と比較して、車両用空調ダクトの燃焼性を低く抑えることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における空調ユニットを示す図である。 第２実施形態における空調ダクトを示す図である。

以下、本発明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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態の空調ユニット１０について説明する。この空調ユニット１０は、車両用空調装置の一部を構成する車両用空調ユニットである。この空調ユニット１０は、車室内のうち前席よりも車両前方側に搭載される。より具体的には、この空調ユニット１０は、インストルメントパネルの内側に配置される。空調ユニット１０は、熱交換器を通過した空気を車室内に向けて吹き出す。

図１に示すように、空調ユニット１０は、ケーシング１２と、送風機１４と、蒸発器１６と、ヒータコア１８とを備える。

ケーシング１２は、空調ユニット１０の外殻を構成する。ケーシング１２は、車室内に向かう空気が流れる空気通路１２２を内部に形成する空気通路形成品である。ケーシング１２は、送風機１４のファン１４２、蒸発器１６、ヒータコア１８等を内部に収容する。ケーシング１２には、複数の吸込開口部１２４ａ、１２４ｂと、複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂが形成されている。複数の吸込開口部１２４ａ、１２４ｂのそれぞれは、内気と外気とのそれぞれをケーシング１２の内部に吸い込むための開口部である。複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂのそれぞれは、ケーシング１２の内部から外部へ空気を流出させるための開口部である。複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂのそれぞれは、図示しない空調ダクトを介して、車室内に設けられた複数の吹出口のそれぞれに連なっている。吹出開口部１２６ａは、複数の吹出開口部のうちのフェイス開口部である。フェイス開口部１２６ａは、車室内に設けられたフェイス吹出口に連なっている。吹出開口部１２６ｂは、複数の吹出開口部のうちのデフロスタ開口部である。デフロスタ開口部１２６ｂは、車室内に設けられたデフロスタ吹出口に連なっている。

ケーシング１２では、ケーシング１２を複数に分割した形状である分割形状部が組み合わされている。ケーシング１２は、後述する樹脂基複合材料で構成されている。

送風機１４は、車室内に向かう空気流れを形成する。送風機１４は、ファン１４２と送風用モータ１４４とを有する。送風用モータ１４４は、ファン１４２を回転させる駆動部である。

蒸発器１６は、空気と冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって、冷媒を蒸発させるとともに、空気を冷却する冷却用の熱交換器である。ヒータコア１８は、空気とエンジン冷却水との熱交換によって、空気を加熱する加熱用の熱交換器である。

また、図示しないが、空調ユニット１０は、エアミックスドアと、吹出モードドアと、アクチュエータと、温度センサと、ドア位置センサとを備える。

エアミックスドアは、蒸発器１６からの冷風と、ヒータコア１８からの温風との混合割合を調整して空調風の温度を調整する温調用ドアである。吹出モードドアは、複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂを選択的に開閉する。吹出モードドアが複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂを選択的に開閉することで、フェイスモード、フットモードなどの各吹出モードが実現される。アクチュエータは、上記の各種ドアを駆動させる。温度センサは、ケーシング１２の内部の空気温度を検出する。位置センサは、各種ドアの作動ポジションを検出する。

上記の構成の空調ユニット１０では、図１に示すように、送風機１４によってケーシング１２の内部に車室内に向かう空気流れが形成される。このとき、複数の吸込開口部１２４ａ、１２４ｂのいずれかからケーシング１２の内部に空気が流入する。ケーシング１２の内部に流入した空気は、蒸発器１６等の熱交換器を通過して複数の吹出開口部１２６ａ、１２６ｂのいずれかから流出する。流出した空気は、図示しない空調ダクトを介して、吹出口から車室内へ吹き出される。

次に、ケーシング１２を構成する樹脂基複合材料について説明する。以下では、樹脂基複合材料を単に複合材料と記載する。

この複合材料は、基材である樹脂と、セルロース材料とが配合されている。この複合材料では、樹脂の方がセルロース材料よりも配合割合が高い。なお、「配合」は、複数の材料を組み合わせることを意味する。「配合」は、配合割合の大小までを意味するものではない。

樹脂は、オレフィン系熱可塑性樹脂である。オレフィン系熱可塑性樹脂は、汎用樹脂の中で最も低比重の汎用樹脂である。オレフィン系熱可塑性樹脂は、安価である。オレフィン系熱可塑性樹脂は、温度変化のある環境での使用に耐える耐環境性、薬剤に対する耐性等に優れる。このため、ケーシング１２を構成する複合材料の樹脂として、オレフィン系熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。オレフィン系熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。

セルロース材料は、セルロース材料の構成要素としてセルロースを含む。セルロースは、分子式（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）ｎで表される炭水化物である。セルロース材料には、単独の状態のセルロースだけでなく、他の化合物と結合した状態のセルロースも含まれる。また、セルロース材料は、木質材を繊維状に解繊することで得られる。したがって、セルロース材料は、繊維状である。繊維状は、幅に対する長さの比であるアスペクト比が１よりも大きな形態を意味する。この繊維状には、ファイバーと呼ばれる形態、針状と呼ばれる形態が含まれる。セルロース材料としては、セルロースが単独の状態であってファイバーの形態であるセルロースナノファイバー、リグニンと結合した状態であってファイバーの形態であるリグノセルロースナノファイバー等が挙げられる。ナノファイバーとは、ファイバーの幅がナノメートルサイズのものを意味する。

セルロース材料は、オレフィン系熱可塑性樹脂よりも低比重かつ高剛性である。複合材料には、セルロース材料以外の他の材料が含まれていてもよい。

ケーシング１２は、この複合材料を用いた射出成形によって製造される。例えば、射出成形前に、樹脂とセルロース材料とを混合してペレットを製造する。そして、このペレットを用いて、ケーシング１２を形成するための金型に対して射出成形を行う。これにより、ケーシング１２が製造される。

次に、本実施形態のケーシング１２の効果について、軽量化および高剛性、製造面、燃焼性のそれぞれの項目に分けて説明する。

（軽量化および高剛性に関して）
近年、車両動向として低燃費をうたった車両の普及が進んでいる。車両燃費に影響を与える車両重量の低減が重要課題と位置づけられている。車載部品である空調ユニットにおいても、軽量化が重要課題と考えられている。このため、空調ユニットの軽量化のために、従来では、ケーシングを構成する材料の使用量の低減が検討されてきた。また、ケーシングを構成する材料の低比重化も検討されてきた。

材料の使用量の低減の検討では、空調ユニットの小型化や空調ユニットのケーシングの薄肉化が検討された。しかし、空調ユニットの小型化には限界がある。また、ケーシングを薄肉化しすぎると、ケーシングの射出成形において成形性が悪化したり、ケーシングの剛性が低下したりという課題が生じた。さらに、ケーシングを薄肉化しすぎると、ケーシングが燃え易くなるという課題が生じた。このように、ケーシングの薄肉化にも限界がある。

材料の低比重化についての検討結果について説明する。空調ユニットには、車両振動や走行時の衝撃に対し割れたり変形したりしないことが求められる。また、空調ユニットがさらされる環境は、低温から高温までの広範囲な温度変化がある。そのため、ケーシングに使用される材料は、安くて低比重であり、かつ、ある程度の剛性を持ち、耐環境性が良好といった特徴を合わせもつポリプロピレン系複合材料が一般的に用いられている。この複合材料には、基材であるポリプロピレンと、補強用材料であるタルクとが配合された複合材料である。補強用材料は、材料の剛性を上げるために使用される。

ポリプロピレンは、汎用樹脂の中で最軽量の素材である。このため、樹脂を低比重材料へ切替えることが難しい。そこで、材料の低比重化では、タルクの配合量を減らす手法が検討された。しかしながら、タルクを減らすと、材料の剛性が低下する。このため、タルクの配合量を減らす手法では、大きな軽量化効果は得られない。

そこで、本発明者は、複合材料に配合される配合材料としてセルロース材料に着目した。すなわち、本実施形態のケーシング１２は、樹脂とセルロース材料とが配合された複合材料で構成されている。

セルロース材料は、オレフィン系樹脂よりも低比重である。このため、複合材料にセルロース材料が配合されていない場合と比較して、ケーシング１２を構成する材料の低比重化が可能である。すなわち、ケーシング１２を軽量化することができる。

本実施形態のケーシング１２では、配合材料として、従来使用されていたタルクの代わりに、セルロース材料が用いられている。セルロース材料は、タルクよりも低比重かつ高剛性である。セルロース材料は、タルクの６割程度の比重にも関わらず、数十倍以上の強度を有する。さらに、セルロース材料は、繊維状である。このため、セルロース材料のアスペクト比は、タルクのアスペクト比よりも高い。

したがって、本実施形態のケーシング１２によれば、複合材料全体に対する配合材料の体積割合を同じとして比較したとき、タルクが配合された従来のケーシングよりも剛性を向上させつつ、ケーシングを軽量化することができる。また、本実施形態のケーシング１２によれば、タルクが配合された従来のケーシングと比較して、ケーシング１２を薄肉化しても、従来のケーシングと同等の剛性を確保することができる。このように、配合材料としてセルロース材料を用いることで、空調ユニット１０のケーシング１２のような樹脂成形品の軽量化が、製品形状を変えなくても実現可能となる。

（製造面に関して）
上記特許文献１のケーシングと本実施形態のケーシング１２とを対比する。特許文献１のケーシングは、タルクの代わりにガラス中空球が配合された複合材料で構成されている。ガラス中空球は、中が空洞であるため、樹脂よりも低比重である。このため、特許文献１のケーシングによれば、ケーシングの軽量化を実現することができる。

しかし、特許文献１のケーシングでは、ケーシングの製造面における課題が多い。ケーシングは、射出成形によって製造される。例えば、樹脂とガラス中空球とを混合する際に、ガラス中空球が割れる可能性がある。また、複合材料の比重をより低くするために、ガラス中空球の中空率を上げることが考えられる。中空率を上げるためには、ガラス中空球を大きくする必要がある。一般的に、樹脂に混合される配合材料のサイズが大きいと、射出成形時の材料の流れ性が悪化する。このため、ガラス中空球を大きくすると、射出成形が困難となる。また、射出成形時に成形設備や成形金型の表面に、ガラス中空球が当たることで、成形設備や成形金型の表面に傷が付くことが懸念される。

これに対して、本実施形態のケーシング１２では、配合材料としてセルロース材料が用いられている。このため、ガラス中空球を用いることによって発生する上記したケーシングの製造面における種々の課題を回避することができる。

すなわち、セルロース材料は、中空球ではないので割れる恐れがない。セルロース材料では、複合材料の比重をより低くするために、サイズを大きくする必要が無い。このため、サイズを大きくすることでの材料の流れ性の悪化を回避できる。また、セルロース材料は、ガラスよりも硬度が低い。このため、射出成形時における成形設備や成形金型への傷付性も低い。よって、成形設備や成形金型の傷付きに対する耐久性を従来並みにすることができる。このことから、従来製法をそのまま採用することができる。したがって、本実施形態のケーシング１２によれば、新たな製造設備を導入せずに、ケーシング１２を製造することができ、コストへの影響を抑えることができる。

（燃焼性に関して）
本実施形態のケーシング１２を構成する複合材料には、配合材料としてセルロース材料が含まれている。このため、複合材料全体に対する配合材料の体積割合を同じとして比較したとき、配合材料としてタルクが配合された複合材料よりも燃焼速度を低く抑えることができることが、本発明者が実施した燃焼性試験の結果から判明した。すなわち、本実施形態のケーシング１２によれば、火点からの熱により樹脂が溶融して脱落することを抑制する効果があることが判明した。

したがって、例えば、タルクが配合された従来のケーシングと比較して、ケーシング１２を薄肉化しても、従来のケーシングと同等の燃焼性を確保することができる。このように、燃焼性が低く抑えられることから、本実施形態の複合材料は、ケーシング１２を構成する材料として使用することができる。

（第２実施形態）
図２に示す本実施形態の空調ダクト２０について説明する。空調ダクト２０は、車室内に搭載される車両用空調ダクトである。空調ダクト２０は、図１に示す空調ユニット１０から流出した空気を車室内に設けられた吹出口へ導く。空調ダクト２０は、車室内に向かう空気が流れる空気通路２０２を内部に形成する空気通路形成品である。

空調ダクト２０は、ユニット側接続口２０２を有する。ユニット側接続口２０２は、図１に示す空調ユニット１０のフェイス開口部１２６ａに接続される。また、空調ダクト２０は、センター側接続口２０４とサイド側接続口２０６とを有する。センター側接続口２０４とサイド側接続口２０６とは、それぞれ、図示しないインストルメントパネルに設けられたセンターフェイス吹出口とサイドフェイス吹出口とに接続される。このようにして、空調ダクト２０は、空調ユニット１０のフェイス開口部１２６ａと、センターフェイス吹出口およびサイドフェイス吹出口とをつなぐ。

フェイスモードのとき、空調ユニット１０の内部で蒸発器１６等の熱交換器と熱交換した空気が、空調ユニット１０のフェイス開口部１２６ａから流出する。空調ユニット１０から流出した空気は、センターフェイス吹出口およびサイドフェイス吹出口に向かって空調ダクト２０の内部を流れた後、センターフェイス吹出口およびサイドフェイス吹出口から車室内に吹き出される。

空調ダクト２０は、第１実施形態の複合材料で構成されている。このため、本実施形態の空調ダクト２０は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、ケーシング１２および空調ダクト２０を構成する複合材料の補強用材料として、タルクの代わりに、セルロース材料が用いられていた。しかしながら、補強用材料として、タルクとセルロース材料との両方が用いられていてもよい。

すなわち、タルクが配合された従来の複合材料に対して、タルクの一部をセルロース材料に置き換えてもよい。これにより、複合材料に対するタルクの配合割合を減らすことができ、複合材料の低比重化が可能である。上記の通り、セルロース材料は、タルクよりも高剛性かつアスペクト比が高い。このため、複合材料に対するセルロース材料の配合割合が小さくても、タルクの配合割合を大きく減らすことができる。

（２）上記各実施形態では、ケーシング１２および空調ダクト２０を構成する複合材料において、セルロース材料が補強用材料として用いられていた。換言すると、複合材料に対するセルロース材料の配合割合は、補強効果が得られる配合割合とされていた。しかしながら、セルロース材料の配合割合は、補強効果が得られる配合割合よりも低くてもよい。この場合、補強効果が得られなくても、燃焼性を低く抑える効果が得られる。

（３）上記各実施形態では、複合材料の樹脂として、オレフィン系樹脂が用いられていた。しかしながら、複合材料の樹脂として、ポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアプラスチックが用いられていてもよい。

（４）第１実施形態では、空調ユニット１０は、車室内のうち前席よりも車両前方側に搭載されるものであった。しかし、空調ユニットは、車室内のうち後席の側方や天井に搭載されるものであってもよい。

（５）第２実施形態では、空調ダクト２０は、空調ユニット１０のフェイス開口部１２６ａとセンタフェイス吹出口およびサイドフェイス吹出口とをつないでいた。しかし、空調ダクトは、空調ユニットの他の吹出開口部と車室内の他の吹出口とをつないでいてもよい。例えば、空調ダクトは、空調ユニットの吹出開口部と、前席よりも車両後方に設けられた後席用吹出口とをつないでいてもよい。

（６）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、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。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、車両用空調ユニットのケーシングは、樹脂基複合材料で構成される。樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている。

また、第２の観点によれば、樹脂は、オレフィン系熱可塑性樹脂である。オレフィン系熱可塑性樹脂は、汎用樹脂の中で最も低比重の樹脂である。このため、ケーシングの軽量化のためには、樹脂としてオレフィン系熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

また、第３の観点によれば、車両用空調ダクトは、樹脂基複合材料で構成される。樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている。

また、第４の観点によれば、樹脂は、オレフィン系熱可塑性樹脂である。オレフィン系熱可塑性樹脂は、汎用樹脂の中で最も低比重の樹脂である。このため、車両用空調ダクトの軽量化のためには、樹脂としてオレフィン系熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

１０ 空調ユニット
１２ ケーシング
２０ 空調ダクト

Claims (4)

1. 樹脂基複合材料で構成される車両用空調ユニットのケーシングであって、
   前記樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている車両用空調ユニットのケーシング。
2. 前記樹脂は、オレフィン系熱可塑性樹脂である請求項１に記載の車両用空調ユニットのケーシング。
3. 樹脂基複合材料で構成される車両用空調ダクトであって、
   前記樹脂基複合材料は、基材である樹脂と、セルロースを含み、かつ、繊維状のセルロース材料とが配合されている車両用空調ダクト。
4. 前記樹脂は、オレフィン系熱可塑性樹脂である請求項３に記載の車両用空調ダクト。

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