JP3615528B2

JP3615528B2 - 冷蔵庫

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Publication number: JP3615528B2
Application number: JP2002206337A
Authority: JP
Inventors: 利英長谷川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JP2003075051A

Description

【０００１】
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷蔵庫の貯蔵室への冷気の流量を調整するダンパー装置を備え、このダンパー装置の駆動源に形状記憶合金コイルバネを利用した冷蔵庫に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
冷凍室と冷蔵室を備えた一般的な冷蔵庫は、冷却器室内の冷却器にて冷却された冷気をダンパー装置及び冷気ダクトを介して冷蔵室内に送り出し冷蔵室を冷却するように構成されている。ここで、ダンパー装置は、冷気ダクトの入口部分に取り付けられ冷蔵室内の温度が上限温度以上に上昇すればダンパー装置の開口部を開き冷気ダクトへの冷気流通を行い、冷蔵室の温度が下限温度未満に下降すれば開口部を閉じて冷気ダクトへの冷気流通を停止する動作を行うように構成されている。
【０００４】
このダンパー装置としては、ガス封入式のダンパーサーモスタットやモータ駆動式のモータダンパー及び形状記憶合金コイルバネを駆動源に利用した形状記憶ダンパー等がある。この形状記憶合金ダンパーの形状記憶合金の材料としては、図１２に示す如くヒステリシス幅の大きい冷却過程において中間相（ランドへドラル相(Ｒ相)）及びマルテンサイト相(Ｍ相)の２段階で変態する特性を有する形状記憶合金が使用され、相変態としてはＢ２→Ｒ→Ｍ→Ｂ２で使用する。
【０００５】
このような形状記憶合金ダンパーを示すものとして、例えば実開平３−７５８２公報及び特開平３−１１３２５８号公報等がある。これらの公報に示されるダンパー装置は、図１１に示す如く冷却器室から冷蔵室へ冷気を送る冷気ダクトに連通する開口部を開閉板（バッフル板）１０１と、このバッフル板の開閉動作の回転軸が固定され且つ冷気ダクト内にとりつけられるダンパーベース１０２から構成される。そして、図１４の如く螺旋状をなす形状記憶合金コイルバネ１０３に巻回され且つ表面に絶縁処理（単層の被覆層）を施したヒータ１０４に直流電源１０６から直流電圧Ｖｃｃ（例えばＤＣ１２Ｖ）を印加することにより、形状記憶合金コイルバネ１０３を直接加熱するようにしている。
【０００６】
ここで、形状記憶合金コイルバネ１０３は、オーステナイト相転移終了温度Ａｆ(以下単にＡｆ点という)以上に加熱されたときに、記憶された元の形状に回復するという形状記憶効果によってその収縮力を発生するものである。また、図１４において、形状記憶合金コイルバネ１０３は、一端がバッフル板１０１に、残る一端がダンパーベース１０２にそれぞれ引っ掛けられており、また、バッフル板１０１及びダンパーベース１０２には、この形状記憶合金コイルバネ１０３の収縮力でバッフル板が回動する方向と逆方向（即ち対抗する方向）にバッフル板を付勢するようにバイアスバネ１０５が引っ掛けてある。尚、形状記憶合金コイルバネのＡｆ点以上のときの収縮力をバイアスバネ１０５の付勢力よりも大きく設定しておく必要がある。
【０００７】
このダンパー装置の動作を簡単に説明すると、まず、冷蔵室を冷却する場合には、Ａｆ点以上のときの収縮力がバイアスバネ１０５の付勢力よりも大きく設定してあるので、ヒータ１０４に通電して形状記憶合金コイルバネ１０３をＡｆ点以上に加熱することにより、形状記憶合金コイルバネを記憶した元の形状に収縮させる。この収縮力によりダンパーバッフル板１０１が持ち上げられて冷気ダクト(詳しくはダンパーベース)の開口部を開く。これにより冷気が冷却器室から冷蔵室に流れ込み冷蔵室が冷却される。
【０００８】
次に、冷蔵室への冷気流通を止める場合には、直流電圧Ｖｃｃの印加を停止してヒータ１０４への通電を止め、ダンパー装置周囲の冷気にて形状記憶合金コイルバネをマルテンサイト相転移温度Ｍｆ(以下単にＭｆ点という)以下に冷却し、形状記憶合金コイルバネの収縮力を解除するもしくはバイアスバネの付勢力でダンパーバッフル板を引き下げて冷気ダクト(詳しくはダンパーベース)の開口部を閉じる。これにより冷却器室から冷蔵室内への冷気流入が停止し冷蔵室の冷却が止まる。
【０００９】
このようなダンパー装置の設置場所は、冷却器室からファンにて送風されてくる冷気は−２０〜−２５℃にもなる。また、形状記憶合金はＢ２→Ｍ、Ｍ→Ｂ２変態で動作するが、−２０〜−２５℃の冷気はＭｆ点より低い温度であるため、通電を停止すると加熱されて７０℃以上になった形状記憶合金コイルバネが急激に冷やされてバイアスバネの力で形状変形を起こすこととなり形状記憶コイルバネにとっては過酷な条件での使用となる。また形状記憶合金コイルバネの歪みも多くなる。このためダンパー装置としての耐久性の限界（耐久回数２０万回）を越えて開閉させることが要求される冷蔵庫への適用には不向きである。
【００１０】
また、本方式は冷気に熱を奪われながら形状記憶合金コイルバネを加熱する方式であるため、バイアスバネの付勢力に打ち勝ってバッフル板を開けるためには冷気の送風のない状態で加熱する場合よりもヒータ発熱量を増やす必要が有り、消費電力量の面から見ても不経済である。
【００１１】
一方、本出願人が出願した特開平６−２４１６４０号公報に示されるダンパー装置は、従来と同じく冷却器室から冷蔵室へ冷気を送る冷気ダクトに連通する開口部を開閉板（バッフル板）と、このバッフル板の開閉動作の回転軸が固定され且つ冷気ダクト内に取り付けられるダンパーベースから構成されている。
【００１２】
しかしながら図１２の如くこの出願のダンパー装置と前述の従来装置とは２つのバネの取付方及びヒータへの通電動作方式が異なる。即ち、このダンパー装置はバッフル板４３を開方向に付勢するバイアスバネ４４と、加熱用のヒータ４６が巻き付けられオーステナイト相転移終了温度以上に加熱されたときに元の形状に回復し前記バイアスバネの付勢力に抗して前記開閉板を閉塞させる形状記憶合金コイルバネ４５とからなり、ヒータへの通電を制御する制御装置は、前記開閉板を閉塞させるために前記ヒータに通電し、開閉板を開いた状態においては形状記憶合金コイルバネの温度をマルテンサイト相転移開始温度以上に維持するように前記ヒータに微小電流を流すようになっていた。
【００１３】
特開平６−２４１６４０号公報のダンパー装置では、従来の問題点であった耐久力及び歪みについては飛躍的に改善されまた消費電力量も低減された。しかしながら形状記憶合金コイルバネの温度をＭｆ'点以上の温度で且つＡｆ点以下の温度に維持すべくヒータに継続的に微小電流を流しているが、冷蔵庫の運転状態、外気温度、冷蔵室や冷凍室の負荷量やヒータの抵抗値のバラツキ、定電圧回路の電圧バラツキ等を考慮すると、微小電流を流すだけでＭｆ'点以上の温度で且つＡｆ点以下の温度に維持するのは困難であり、適切な制御を実行するのは難しい。
【００１４】
また、冷蔵室の冷却時に、即ちダンパーバッフル板が開状態の時に、微小通電を行うが、冷蔵庫を設置した時にも同様に微小電流が流される。この冷蔵庫を設置した時は箱体（特に冷蔵室）が常温となっているため、冷蔵室に冷気を送るべく冷気ダクトに風を流しても風は急激に温度が低下せず、ダンパー周囲（特に形状記憶合金コイルバネ）の温度もそれほど急激には低下しない。しかもヒータには微小電流が流れているため形状記憶合金コイルバネの温度はＭｆ'点以上の温度で且つＡｆ点以下の温度に安定しやすい。その結果、最も冷気量を必要とする設置時にあってはダンパー装置（詳しくは開閉板）を全開状態に維持したいにもかかわらず、形状記憶合金コイルバネの温度がなかなか所望の温度に低下しないため、コイルバネとバイアスバネの力関係が平衡するところ（全開と全閉の間の位置）で開閉板が停止することとなり、開閉板を全開状態にすることができなくなる。
【００１５】
即ち設置時にあっては冷蔵室の温度をなかなか所望の温度に低下させることができず、冷却速度が遅くなりやすい不具合があった。これは設置時に限らず冷却運転に復帰した状態においても同様である。
【００１６】
また上述したように形状記憶合金コイルバネは、両端側に位置しフックに取り付けられ伸び縮みさせない無効巻き部と、この無効巻き部に連続し伸び縮みさせる有効巻き部とから構成されている。形状記憶合金コイルバネに巻回され且つ表面に絶縁処理が施されたヒータは、形状記憶合金コイルバネの有効巻き部のみに巻回されており、形状記憶合金コイルバネを開閉バッフル板及びダンパーベースに固定するフックに取り付けられる無効巻き部には巻回されていない。このため、ヒータ通電時の形状記憶合金コイルバネの温度分布は、両端にヒータが巻かれていない無効巻き部がある為この無効巻き部の温度が一番低く、ヒータが巻き回されているため形状記憶合金コイルバネの有効巻き部の中心部が最も温度が高く、有効巻き部の両端部の温度は無効巻き部よりも高く中心部よりも低い。
【００１７】
加熱時（特にヒータ電流最大時）は、温度の高い中心部がすばやく記憶された元の形状に回復し（縮み）、保温時（即ち微小通電時）は、有効巻き部の両端からすばやく冷やされマルテンサイト状態（縮む力が解除された状態）となる。このため加熱保温サイクルにおいて、有効巻き部の両端部分の伸び縮み量が大きく、中心部が最も伸び縮み量が少ない状態となり、結果的に有効巻き部の両端部分のみに応力が頻繁に加わり有効巻き部の両端部分に歪みが生じる原因となり問題である。
【００１８】
その他、図１４の如く形状記憶合金コイルバネは積層板等の絶縁された固定具６５（前述のフック）にて開閉バッフル板及びダンパーベースに取り付けられる。一般的に形状記憶合金コイルバネの両端はその固定具にあけられた孔に通して保持される。積層板の材料強度及び金型精度に制約を受ける関係で、積層板（固定具）の端面から１〜２ｍｍ程度の位置に固定用の孔加工が施される。
【００１９】
一方、形状記憶合金コイルバネは有効巻き部の全体を密着した状態で形状を記憶させるのが一般的である。実際、この形状記憶合金コイルバネをダンパーとして組み込んだ場合、開閉毎に(詳しくはオーステナイト状態になって縮んだ時に)形状記憶合金コイルバネの有効巻き部の端が固定部である積層板に当たり、結果的に形状記憶合金コイルバネの有効巻き部に巻回されたヒータにも当たる。
【００２０】
これにより、絶縁処理されたヒータの被覆層が剥がれてヒータ線が形状記憶合金コイルバネに触れて形状記憶合金そのものが導体となって両端の直流電圧を短絡させることとなり、リード線や積層板の焼け焦げを引き起こす問題があった。またひどいときにはヒータが断線して形状記憶合金コイルバネを加熱できなくなり、バッフル板が閉じれなくなる不具合があった。
【００２１】
さらに図１４のヒータ１０４の前記形状記憶合金コイルバネに巻回終端から電極までのヒータリード部１０７は組立加工時にねじれ、キンクとなり使用期間中に断線の原因となる問題がある。
【００２２】
そこで本発明では、冷蔵庫のように−２０℃前後の低温度域での使用性及び耐久性に優れ、形状記憶合金コイルバネに巻かれるヒータの断線及び表面被覆層の剥がれを抑制防止でき、且つ形状記憶合金コイルバネを均一に伸縮させることのできる冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷蔵庫は、−２０℃前後の低温度域での使用性及び耐久性を向上させるべく、冷却器で冷却された冷気を貯蔵室へ導く冷気ダクトと、この冷気ダクトへの冷気流入を制御するダンパー装置を備え、このダンパー装置は、前記冷気ダクトに連通する開口を有するケースと、このケースに回動自在に軸支され前記開口を開閉する開閉板と、この開閉板に開方向に付勢するバイアスバネと、加熱用のヒータが巻き付けられオーステナイト相転移終了温度以上に加熱されたときに元の形状に回復し前記バイアスバネの付勢力に抗して前記開閉板を閉塞させる形状記憶合金コイルバネとからなりさらに、前記形状記憶合金コイルバネに中間相を持たない３元合金を使用したものである。
【００２４】
形状記憶合金コイルバネに巻かれるヒータが断線したり及び表面被覆層が剥がれたりしないようにすべく、本発明の形状記憶合金コイルバネは、伸び縮みさせる有効巻き部と伸び縮みさせない無効巻き部とからなり、前記有効巻き部の回復する元の形状を中央部分と両端部分とで異なる形状にした冷蔵庫を提供するものである。
【００２５】
また同様の目的で、有効巻き部の回復する元の形状は、中央部分が互いに密着する状態であり、両端の１ターン部分が中央部分と離間する状態である冷蔵庫を提供するものである。
【００２６】
さらに同様の目的で、本発明の冷蔵庫は、冷却器で冷却された冷気を貯蔵室へ導く冷気ダクトと、この冷気ダクトへの冷気流入を制御するダンパー装置を備え、このダンパー装置は、前記冷気ダクトに連通する開口を有するケースと、このケースに回動自在に軸支され前記開口を開閉する開閉板と、この開閉板に開方向に付勢するバイアスバネと、絶縁処理された加熱用のヒータが巻き付けられオーステナイト相転移終了温度以上に加熱されたときに元の形状に回復し前記バイアスバネの付勢力に抗して前記開閉板を閉塞させる形状記憶合金コイルバネとからなり、前記ヒータは絶縁処理層の外側にフッ素樹脂層が設けられている冷蔵庫を提供するものである。
【００２７】
一方、形状記憶合金コイルバネを均一に伸縮させるべく、前記形状記憶合金コイルバネの有効巻き部の巻き径は、中央部分が最大で両端部分に向けて徐々に小さくなっている冷蔵庫を提供するものである。
【００２８】
また同様の目的で本発明は、ヒータは中央部部分が互いに隙間をもった疎巻きに巻かれ、形状記憶合金コイルバネの両端に対応する部分に近づくに従い互いに密接する密着巻き巻かれている冷蔵庫を提供するものである。
【００２９】
同様の目的で本発明は、ヒータの巻き径が、前記形状記憶合金コイルバネの中央部に対応する中央部分が形状記憶合金コイルバネの径より十分大きく、形状記憶合金コイルバネの両端部に対応する両端部分に近づくに従い形状記憶合金コイルバネの径と略同じ大きさになっている冷蔵庫を提供するものである。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【作用】
請求項１の発明によれば、有効巻き部の回復する元の形状は、中央部分が互いに密着する状態であり、両端の１ターン部分が中央部分と離間する状態であることから、中央部分だけにヒータを巻くようにすれば形状記憶合金コイルバネの有効巻き部が縮んだ場合でも形状記憶合金コイルバネを固定する固定具に最も近い有効巻き部の両端部分がこの固定具に接触してもヒータの両端部分が固定具に接触しにくくなり、ヒータの被覆層の剥がれや断線が抑制防止される。
【００３３】
【００３４】
請求項２の発明によれば、有効巻き部の巻き径は中央部分が最大であり両端部分に向けて徐々に小さくなることから、有効巻き部を伸縮させるに要する力は中央部が小さく両端部分が大きくなり、且つ、コイルの線の長さは中央部分が長く両端部分が短くなり、中央部分の温度上昇を抑制し両端部分の歪みあるいはへたりを抑制できる。このため有効巻き部の温度分布を見かけ上均一にでき、有効巻き部の伸縮特性の均一化が図れる。
【００３５】
【実施例】
以下本発明の実施例を図１乃至図１０に基づき説明する。
図１は冷蔵庫の縦断側面図であり、図２はダンパー装置を冷蔵室の冷気ダクトの入口部に配置した状態のダンパー装置周囲の拡大断面図であり、図３はダンパー装置の分解斜視図であり、図４は本発明で使用する形状記憶３元合金(Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ)コイルバネの応力−温度特性図であり、図５は本発明のダンパー装置の形状記憶合金コイルバネの形状を有効巻き部の両端の１ターン部に隙間をつけて記憶した状態(オーステナイト形状)の図であり、図６は本発明のダンパー装置の形状記憶合金コイルバネの巻き径を中央部分と両端部分とで異なる形状で記憶させた状態(オーステナイト形状)の図であり、図７は本発明の形状記憶合金コイルバネに巻回する以前の絶縁被覆が施されたヒータの疎密巻加工図であり、図８は本発明のダンパー装置に取り付ける以前の絶縁被覆が施されたヒータの巻き径が異なり疎密巻した状態の加工図であり、図９は絶縁被覆を施したヒータを巻き径を異ならせた形状記憶合金コイルバネに巻回した状態の図であり、図１０はヒータを形状記憶合金コイルバネに巻回し固定部材に取り付けヒータの両端をターミナルに接続させた状態の斜視図である。
図１において、１は家庭用冷蔵庫であり、この冷蔵庫１はその本体を構成する前面開口の断面の断熱箱体２と、この箱体の開口を閉塞する扉３、４、５とで構成される。扉３は後述の冷蔵室１３に対応する回動式の扉であり、扉４及び５は引出式の扉であり、扉４は冷凍室１４に対応し、扉５は野菜室１５に対応している。
１１及び１２は断熱箱体２の内部を上中下３段に仕切る横仕切壁であり、本実施例では仕切壁１１の上方を食品が凍結しない温度(例えば約３℃程度)に冷却される冷蔵室１３、仕切壁１２の上方を凍結温度(例えばー２０℃前後)に冷却される冷凍室１４、仕切壁１２の下方を冷蔵室１３の温度より若干高めの野菜の収納に適した温度(例えば約７℃程度)に冷却される野菜室１５としている。また、扉４には冷凍食品を収納する容器１６が、扉５には野菜を収納する容器１７がそれぞれ取り付けられている。
冷凍室１４の背部には仕切板１８が配置され、この仕切板１８の後方に冷却器としてのプレートフィン式の蒸発器１９及びプロペラファン等の送風機２０が配置される冷却器室２１が形成されている。
２２は蒸発器１９で冷却された冷気を吹出口２２Ａから冷凍室１４に供給するための冷凍用冷気ダクトであり、２３は横仕切壁１１を貫通し蒸発器１９で冷却された冷気を冷蔵室１３へ供給するための冷蔵用冷気ダクトであり、２４はこの冷蔵室用冷気ダクト２３に連通し吹出口２４Ａ及び２４Ｂから冷蔵室に分配して冷気を供給する分配用冷気ダクトである。２５は冷蔵用冷気ダクト２３と分配用冷気ダクト２４の接続部分に配置されたいわゆる形状記憶合金ダンパーなるダンパー装置である。
断熱箱体２の下部でかつ後部には、圧縮機３１及び蒸発皿３２を配置する機械室３３が形成されている。３５は蒸発器１９の下方に配置された露受皿であり、３６はこの露受皿３５と蒸発器１９との間に配置された石英ガラス管ヒータ或るいはバイコール管ヒータ等の除霜用ヒータであり、この除霜用ヒータ３６のガラス管の表面には白金系セラミック脱臭触媒を積層塗布して焼成してある。この除霜用ヒータ３６により、圧縮機３１の運転時（即ち冷却運転時）には蒸発器１９の下方に戻ってくる臭気成分を含んだ冷気の臭気成分を吸着し、クリーンな冷気として蒸発器と熱交換させることができ、また、除霜用ヒータの運転時（即ち除霜運転時）には吸着した臭気成分を白金系の触媒にて酸化分解して触媒層の活性化及びクリーンな空気を生成することができる。
３７は横仕切壁１２の下面前部に形成した冷気吸込口３７Ａから仕切壁１２の後部でかつ蒸発器の下方に位置する部分に形成した戻り口３７Ｂに至るように横仕切壁１２内部に前後方向に延在する冷気戻り通路である。３８は露受皿３５から蒸発皿まで除霜水を案内する配水管である。
図２及び図３に示すようにダンパー装置２５は、分配用冷気ダクト２４に連通する開口４１を有する透明樹脂製のケース４２と、このケース４２に回動自在に軸支され開口４１を開閉する開閉板４３と、この開閉板４３を開方向に付勢するバイアスバネ４４と、表面に絶縁被覆層が施された加熱用のカンタルヒータ等のヒータ４５が巻き付けられオーステナイト相転移終了温度(Ａｆ点)以上に加熱されたときに記憶させた元の形状に回復しバイアスバネ４４の付勢力に抗して開閉板４３を閉塞させる形状記憶合金コイルバネ４６とからなる。
ケース４２は、基板５１と、カバー５２とからなる。この基板５１は、開口４１と、開閉板４３の一部を臨ませる透孔５３と、開閉板４３を軸支するために透孔周縁部に形成したリブ５４と、カバー５２に形成された２つの爪部５８を挿入させる挿入孔５５と、形状記憶合金コイルバネ４６の一端を固定する固定部５６と、バイアスバネ４４の一端を固定する５７とを備える。前記カバー５２は、一面を開口した容器状をなし開口周縁に２つの爪部が形成され開口に対向する他面には空気取り入れ用の孔５９が形成してある。
開閉板４３は、基板５１のリブ５４に軸支される２つの軸６１と、形状記憶合金コイルバネ４６の他端を固定する固定部６２と、バイアスバネ４４の他端を固定する固定部６３と、開口４１と閉じたときに開口４１と開閉板４３とをシールする発泡スチロール等のシール部材６４とを備える。
形状記憶合金コイルバネ４６の両端は、固定部材６５を介して固定部５６及び６２にビス等の器具６０で固定される。各固定部材６５には、ヒータ４５の一端を接続するとともにリード線を接続するための固定端子（ターミナル）６７が取付けられており、ヒータ４５はこの固定端子６７に対して圧着溶接により電気的に接続される。
次に、本発明に使用する３元合金(本実施例ではＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉ)を原材料とした形状記憶コイルバネ４６について説明する。
本発明で使用する３元合金はＣｕ、Ｔｉ及びＮｉの３つを原材料としており、その応力−温度特性は図４に示す如く従来の２元合金(Ｔｉ、Ｎｉ)を使用した形状記憶合金コイルバネの特性とは異なり、合金の冷却過程において中間相(Ｒ相)が存在しない。本発明ではその具体例として、オーステナイト相転移終了温度Ａｆ点６０℃、オーステナイト相転移開始温度Ａｓ点（以下単にＡｓ点という）４０．１℃、マルテンサイト相転移開始温度Ｍｓ点（以下単にＭｓ点という）３８．８℃、マルテンサイト相転移終了温度Ｍｆ点（以下単にＭｆ点という）１７．６℃の温度特性を示す形状記憶合金を使用している。
特に、全体に占めるＮｉの含有量（以下単にＮｉという）が47.5〜47.8重量％、Ｃｕが7.0〜9.0重量％、Ｔｉ(即ち残りの成分)が43.1〜45.5重量％のＣｕＮｉＴｉ３元合金である。
このコイルバネ４６によれば、応力−温度特性として中間相のない３元合金を採用したので、中間相のある従来の２元合金のコイルバネと比較してオーステナイト相転移終了温度Ａｆとマルテンサイト相転移終了温度Ｍｆとの差が縮小され、低温雰囲気中での応答性を向上させるべく、即ち加熱時の開始と終了との温度差を小さくすべくコイルバネを中間相の温度に維持するために、従来のように常時微小電流を流す必要がなくなりヒータ４５の消費電力を低減することができた。しかも、冷蔵庫の設置時や冷却運転復帰時等冷蔵室に大量の冷気供給が必要で開閉板４３を全開状態に開放させるときの応答性が良くなった。このため低温度域でのダンパー装置２５としての使用性及び耐久性が従来の２元合金のものよりも飛躍的に良くなった。
また、ダンパー装置２５の形状記憶合金コイルバネ４６は、固定部材６５に取り付けられて伸び縮みさせない無効巻き部４６Ａと、この無効巻き部４６Ａの間に位置し伸び縮みさせる有効巻き部４６Ｂとからなる。
この有効巻き部４６Ｂの回復する元の形状（即ちオーステナイト形状）を中央部分４６Ｂｂと両端部分４６Ｂａとで異なる形状にすることにより、有効巻き部４６Ｂの両端部分４６Ｂａ（実際にはこの有効巻き部４６Ｂにはヒータ４５が巻かれることからヒータ４５の両端部分４５Ｂ）を形状記憶合金コイルバネ４６の縮んだ時に形状記憶合金コイルバネ４６の無効巻き部４６Ａを固定する固定部材６５に接触しにくい位置に選定しやすくなる。
有効巻き部４６Ｂと無効巻き部４６Ａを異なる形状にする一例として、例えば図７に示す如く、有効巻き部４６Ｂの両端部分（特に端の１ターン部分）４６Ｂａのみに隙間が空くように形状を記憶させ、その両端以外の部分（即ち有効巻き部の中央部分）４６Ｂｂを互いに密着する形状に記憶させる。ここでいう隙間としては、固定部材６５の取り付け穴から端面までの距離（即ち取付代）に相当する距離、例えば約１ｍｍ程度、に選定している。
この例によれば、有効巻き部４６Ｂの中央部分４６Ｂｂだけにヒータ４５を巻くようにすれば、有効巻き部４６Ｂが縮んだ場合には、有効巻き部の両端部分４６Ｂａは中央部分４６Ｂｂと接触しない。このため、形状記憶合金コイルバネ４６の伸び縮み動作によってヒータ４５同士が接触することやヒータとコイルバネとが接触することで、コイルバネ４６に巻かれるヒータ４５の被覆層が剥がれたり、ヒータ線そのものが断線したりする不具合はなくなった。しかもコイルバネ全体の隣り合う部分同士の隙間を空ける場合に比して、コイルの有効巻き部の寸法を小さくできる。
尚、コイルバネのオーステナイト形状によらずヒータ４５の絶縁層剥離や断線を防止するために、絶縁被覆層のあるヒータを形状記憶合金コイルバネ４６に巻き付けた状態において（図９参照）、コイルバネを液体状のフッ素樹脂、例えば４沸化エチレンの溶液が入れてある槽に浸積させてコイルバネ及びヒータの両表面にフッ素樹脂層を設ける。両表面がフッ素樹脂でコーティングされることから、コイルバネとヒータとの摩擦や擦れ等に対するヒータの強度が増し、ヒータの絶縁被覆層が剥がれにくくなり、コイルバネの伸び縮みによるヒータの絶縁層剥離や断線が防止でき、コイルバネの表面にも絶縁被覆層が形成できるので、ヒータとコイルバネの電気的絶縁が確実になった。
一方、コイルバネの加熱冷却時における局部的な力の集中を抑制するための方策について以下にいくつかの実施例を紹介する。ただし、局部的な力の集中を抑制するといっても、加熱時は有効巻き部の中央部分に力が集中しやすく、冷却時は両端部分に力が集中しやすくなり、加熱と冷却の繰り返し全体を通じて考えれば有効巻き部に対して見かけ上で均一に力が加わるようにすることをいう。
形状記憶合金コイルバネ１４６は、図８に示す形状の如く有効巻き部１４６Ｂの回復する元の形状（即ちオーステナイト形状）を中央部分１４６Ｂｂと両端部分１４６Ｂａとで異なる形状にしたものであり、特に両端部分と中央部分との巻き径を異ならせてある。即ち、中央部分１４６Ｂｂの巻き径を大きくし両端部分１４６Ｂａの巻き径を小さくすることにより、中央部分が最も大きく両端部分に近づくに従い巻き径が徐々に小さくなるようにそれぞれ巻き径を変えてある。
この例によれば、有効巻き部１４６Ｂの巻き径は中央部分１４６Ｂｂが最大であり両端部分１４６Ｂａに向かうにつれて徐々に小さくなることから、有効巻き部１４６Ｂを伸縮させるに要する力は中央部分１４６Ｂｂが小さく両端部分１４６Ｂａが大きくなり、且つ、コイルの線の長さは中央部分１４６Ｂｂが長く両端部分１４６Ｂａが短くなる。有効巻き部１４６Ｂの中央部分の温度が先に高くなり縮みやすい加熱時においては、中央部分の長さが長くなるので中央部分の熱容量が大きくなってその温度上昇を抑制し全体的に均一に縮ませることができ、有効巻き部１４６Ｂの両端部分の温度が先に低くなり伸びやすい冷却時においては、その両端の力が中央部に比べて強くなるので両端部分における伸縮によるへたりを抑制できる。このため有効巻き部の加熱冷却時の伸縮特性及び温度分布を見かけ上均一化しやすくなった。
他の実施例を示すものとして、形状記憶合金コイルバネ４６に巻回される前の状態のカンタルヒータ４５を疎密巻き加工した図を図５に示す。カンタルヒータ４５の巻き径は、形状記憶合金コイルバネの線径より若干大きい寸法とする。このヒータ４５は、両端のリード部４５Ａと、リード部４５Ａに連続し巻き始め及び巻き終わりとなる両端部分４５Ｂと、その間の中央部分４５Ｃとからなる。尚、リード部４５Ａの終端は固定部材６５に取り付けられた固定端子（ターミナル）６７に接続される。そして、両端部分４５Ｂを線と線との間隔が狭い密巻き、中央部分４５Ｃを線と線との間隔が広い疎巻きになるように加工する。図５ではヒータの中心が最も疎巻きで両端が最も密巻きになるように順次間隔を変えて巻いてある。
この例によれば、ヒータ４５は中央部分４５Ｃが疎巻きで両端部分４５Ｂが密巻きになっているので、形状記憶合金コイルバネ４６の有効巻き部４６Ｂの中央部分４６Ｂｂほどヒータの長さが短くなりヒータ４５からの熱伝達量が小さくなりコイルバネの温度上昇が遅く且つ温度が低く抑えられる。また、有効巻き部４６Ｂの両端部４６Ｂａに近いほどヒータの長さが長くなりヒータからの熱伝達量が多くなりこの両端部分の温度上昇が早くその温度が高くなる。
このため、従来のように加熱開始時点から両端部分４６Ｂａと中央部分４６Ｂｂとの間で温度差が生じ加熱中徐々にその差が開いてゆくようなことがなくなり、コイルバネ４６の収縮動作におけるコイルバネの有効巻き部４６Ｂの温度分布が均一化され（即ち加熱中の有効巻き部４６Ｂの温度上昇を均一にでき）、加熱終了時点では両端部分４６Ｂａの温度が中央部分４６Ｂｂの温度よりも高い温度になる。
【００３６】
一方、冷却時は両端部分４６Ｂａの温度が高いため、両端の温度が低い状態から冷却されて従来のように両端部分が先に伸びはじめることはなく、均一に冷却させることができる。従って、加熱と冷却の繰り返し全体を通じて考えれば有効巻き部４６Ｂに対しては見かけ上で均一に力が加わることとなり、有効巻き部４６Ｂの一部（特に両端部分４６Ｂａ）における力集中による歪みの発生が抑制され、コイルバネ４６の耐久性が向上する。
その他の例を示すものとして、図６に示す如く、カンタルヒータ１４５の巻き径は、両端部分１４５Ｂをコイルバネ４６の線径より同じか僅かに大きい寸法（略同じ寸法）とし、中央部分１４５Ｃをコイルバネ４６の線径より十分大きい寸法としてある。ただし図６においては両端から中央に向かうに従い徐々に巻き径が大きくなるように加工している。
この例によれば、ヒータ１４５の巻き径が、形状記憶合金コイルバネ４６の中央部に対応する中央部分１４５Ｃがコイルバネの径より十分大きく、形状記憶合金コイルバネの両端部に対応する両端部分１４５Ｂに近づくに従いコイルバネの径と略同じ大きさになっているので、ヒータ１４５とコイルバネ４６との距離は中央部分で最も大きく両端部分で最も小さくなる。このため、形状記憶合金コイルバネの有効巻き部４６Ｂの中央部分４６Ｂｂほどヒータからの熱伝達が悪くなりコイルバネの温度上昇が遅く且つ温度が低く抑えられる一方、有効巻き部の両端部４６Ｂａに近いほどヒータ１４５からの熱伝達が良くなりこの両端部分４６Ｂａの温度上昇が早くその温度が高くなる。
このため、加熱時は従来に比べて中央部分の温度上昇を抑制でき両端部分の温度上昇を促進でき、冷却時は両端部の温度低下を抑制し中央部分の温度低下を促進できる。結果として、加熱と冷却の繰り返し全体を通じて考えれば有効巻き部に対しては見かけ上で均一に温度変化し、且つ均一に力が加わることとなり、有効巻き部の一部（特に両端部分）における力集中による歪みの発生が抑制され、コイルバネの耐久性が向上する。
尚、図１０に示すように３元合金のコイルバネの記憶形状及び巻き方を異ならせ且つヒータの巻き方を異ならせるようにすれば、それぞれの効果の相乗作用により、ヒータ線が切れにくくなり、コイルバネの温度分布がより均一化されてコイルバネの局部的な歪みが抑制防止できその耐久性も飛躍的に向上し、低温特性が向上するので、冷蔵庫のダンパー装置への適用に好適である。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、有効巻き部の回復する元の形状は、中央部分が互いに密着する状態であり、両端の１ターン部分が中央部分と離間する状態であることから、中央部分だけにヒータを巻くようにすれば形状記憶合金コイルバネの有効巻き部が縮んだ場合でも形状記憶合金コイルバネを固定する固定具に最も近い有効巻き部の両端部分がこの固定具に接触してもヒータの両端部分は固定具に接触しにくくなり、ヒータの被覆層の剥がれや断線が抑制防止され、従来のようにコイルバネや周辺部品が焼け焦げる不具合を解消できる。
請求項２の発明によれば、有効巻き部の巻き径は中央部分が最大であり両端部分に向けて徐々に小さくなることから、有効巻き部を伸縮させるに要する力は中央部が小さく両端部分が大きくなり、且つ、コイルの線の長さは中央部分が長く両端部分が短くなり、中央部分の温度上昇を抑制し両端部分の歪みあるいはへたりを抑制できる。このため有効巻き部の温度分布を見かけ上均一にでき、有効巻き部の伸縮特性の均一化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷蔵庫の縦断側面図である。
【図２】本発明のダンパー装置を冷蔵室の冷気ダクトの入口部分に配置した状態のダンパー装置及び周囲構造を示す拡大断面図である。
【図３】ダンパー装置の分解斜視図である。
【図４】本発明に使用する３元合金(Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ)の形状記憶合金コイルバネの応力−温度特性図である。
【図５】本発明の形状記憶合金コイルバネの有効巻き部の両端の１ターン部に隙間をつけその他の部分を密着させてオーステナイト形状を記憶させた場合の図である。
【図６】本発明の形状記憶合金コイルバネの有効巻き部の巻き径を異ならせた場合の図である。
【図７】本発明のカンタルヒータを疎密巻きした場合の図である。
【図８】本発明のカンタルヒータを巻き径を異ならせた場合の図である。
【図９】本発明の疎密巻きしたカンタルヒータを巻き径を変えた形状記憶合金コイルバネに巻回した状態の図である。
【図１０】本発明の疎密巻きしたカンタルヒータを有効巻き部の記憶形状及び巻き径が異なる形状記憶合金コイルバネに巻回して固定部材に取付け、ヒータの両端をターミナル（端子）に接続させた状態の斜視図である。
【図１１】従来の形状記憶合金ダンパー装置（その１）を示す図２対応図である。
【図１２】従来の形状記憶合金ダンパー装置（その２）を示す図２対応図である。
【図１３】従来の２元合金（Ｔｉ，Ｎｉ）の形状記憶コイルバネの応力−温度特性図である。
【図１４】従来の同間隔同径巻きのカンタルヒータを形状記憶合金コイルバネに巻回し固定部材に取付けヒータの両端をターミナルに接続させた状態の斜視図である。
【符号の説明】
１冷蔵庫
２４分配用冷気ダクト（冷気ダクト）
２５ダンパー装置
４１開口
４２ケース
４３開閉板
４４バイアスバネ
４５ヒータ
４６形状記憶合金コイルバネ
４６Ｂ有効巻き部
４６Ａ無効巻き部
４６Ｂａ有効巻き部の両端部分
４６Ｂｂ有効巻き部の中央部分
４６Ｂヒータの両端部
４６Ｃヒータの中央部
Ｓ制御装置

Claims

冷却器で冷却された冷気を貯蔵室へ導く冷気ダクトと、この冷気ダクトへの冷気流入を制御するダンパー装置を備え、このダンパー装置は、前記冷気ダクトに連通する開口を有するケースと、このケースに回動自在に軸支され前記開口を開閉する開閉板と、この開閉板に開方向に付勢するバイアスバネと、加熱用のヒータが巻き付けられオーステナイト相転移終了温度以上に加熱されたときに元の形状に回復し前記バイアスバネの付勢力に抗して前記開閉板を閉塞させる形状記憶合金コイルバネとからなる冷蔵庫において、
前記形状記憶合金コイルバネは伸び縮みさせる有効巻き部と伸び縮みさせない無効巻き部とからなり、前記有効巻き部の回復する元の形状は、中央部分が互いに密着する状態であり、両端の１ターン部分が中央部分と離間する状態であることを特徴とする冷蔵庫。
冷却器で冷却された冷気を貯蔵室へ導く冷気ダクトと、この冷気ダクトへの冷気流入を制御するダンパー装置を備え、このダンパー装置は、前記冷気ダクトに連通する開口を有するケースと、このケースに回動自在に軸支され前記開口を開閉する開閉板と、この開閉板に開方向に付勢するバイアスバネと、絶縁処理された加熱用のヒータが巻き付けられオーステナイト相転移終了温度以上に加熱されたときに元の形状に回復し前記バイアスバネの付勢力に抗して前記開閉板を閉塞させる形状記憶合金コイルバネとからなる冷蔵庫において、
前記形状記憶合金コイルバネは伸び縮みさせる有効巻き部と伸び縮みさせない無効巻き部とからなり、前記有効巻き部の巻き径は中央部分が最大で両端部分に向けて徐々に小さくなることを特徴とする冷蔵庫。