JP4000959B2

JP4000959B2 - 空気通路制御装置

Info

Publication number: JP4000959B2
Application number: JP2002257878A
Authority: JP
Inventors: 進藤　　寛英; 上村　　幸男
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: US6811481B2; JP2004090868A; US20040043720A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜状部材（フィルムドア）を空気通路中で移動変位させることによって空気通路の連通状態を制御する空気通路制御装置に関するもので、車両用空調装置に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平８−２２３８号公報等において、膜状部材の移動によって空気通路の切替を行う空気通路開閉装置が提案されている。この従来技術においては、膜状部材の両端を駆動軸及び従動軸にそれぞれ連結し、巻き取る構成であるので、駆動軸と従動軸とを連動させる必要がある。このため、プーリー、ワイヤーといった連動機構が必要となり、装置全体として部品点数が増加するとともに、組付も煩雑となり、コスト高になるという問題があった。
【０００３】
そこで、出願人は、膜状部材を押し出すようにして移動させることにより、膜状部材の巻き取り機構を不要にして構成を簡素化した空気通路開閉装置（特許願第３２１６３２号等）を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許願第３２１６３２号に記載の発明では、膜状部材を押し出すので、膜状部材が座屈変形して膜状部材が損傷してしまう可能性がある。そして、膜状部材が損傷してしまうと、実質的に空気通路開閉装置が機能しなくなってしまう。
【０００５】
また、膜状部材が曲がった状態で長時間放置されると、その曲がり形状が膜状部材に転写されてしまうので、膜状部材が開閉する開口部の外縁部と膜状部材との間に隙間が発生してしまい、密閉性が低下し、空気通路を閉じることができなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な空気通路制御装置を提供し、第２には、膜状部材が損傷してしまうことを抑制し、第３には、漏れ風量を所定風量以下に抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、空気通路（４、５）を横断するように変位して空気通路（４、５）の連通状態を制御する、可撓性を有する膜状部材（６ａ、６ｂ）と、膜状部材（６ａ、６ｂ）を送り出すように押し出して膜状部材（６ａ、６ｂ）を変位させる駆動手段（６ｃ、６ｅ）とを有し、駆動手段（６ｃ、６ｅ）は、ラック状のギア部（６ｄ）が形成された枠体（６ｃ）と、ギア部（６ｄ）に噛み合うピニオン（６ｅ）と、ピニオン（６ｅ）を回転させる電動機とを有し、膜状部材（６ａ、６ｂ）は、膜状部材（６ａ、６ｂ）の一端が枠体（６ｃ）に固定され、電動機の回転によって押し出される構成となっており、膜状部材（６ａ、６ｂ）のうち押し出される方向における先端部（６ｉ、６ｊ）が自由端を構成しており、膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲げ剛性は、１μＮ・ｍ²以上であることを特徴とする。
【０００８】
これにより、後述するように、膜状部材（６ａ、６ｂ）の座屈変形を抑制できるので、膜状部材（６ａ、６ｂ）が損傷してしまうことを抑制することができるとともに、従来と異なる新規な空気通路制御装置を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、空気通路（４、５）を横断するように変位して空気通路（４、５）の連通状態を制御する、可撓性を有する膜状部材（６ａ、６ｂ）と、膜状部材（６ａ、６ｂ）を送り出すように押し出して膜状部材（６ａ、６ｂ）を変位させる駆動手段（６ｃ、６ｅ）とを有し、駆動手段（６ｃ、６ｅ）は、ラック状のギア部（６ｄ）が形成された枠体（６ｃ）と、ギア部（６ｄ）に噛み合うピニオン（６ｅ）と、ピニオン（６ｅ）を回転させる電動機とを有し、膜状部材（６ａ、６ｂ）は、膜状部材（６ａ、６ｂ）の一端が枠体（６ｃ）に固定され、電動機の回転によって押し出される構成となっており、膜状部材（６ａ、６ｂ）のうち押し出される方向における先端部（６ｉ、６ｊ）が自由端を構成しており、膜状部材（６ａ、６ｂ）の厚み、膜状部材（６ａ、６ｂ）のガラス転移温度及び膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲率半径は、上記数式１に示される関係を有していることを特徴とする。
【００１０】
これにより、後述するように、転写量を所定量以下に抑制できるので、漏れ風量を所定風量以下に抑制するとともに、従来と異なる新規な空気通路制御装置を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲げ剛性は、１μＮ・ｍ²以上であることを特徴とする。
【００１２】
これにより、膜状部材（６ａ、６ｂ）の座屈変形を抑制できるので、膜状部材（６ａ、６ｂ）が損傷してしまうことを抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、膜状部材（６ａ、６ｂ）は、樹脂材から構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
因みに、上記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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る空気通路制御装置を車両用空調装置に適用したものであって、図１は車両用空調装置の一部を示す断面図であり、図２は冷風通路及び温風通路の連通状態を制御するフィルム式の制御ドアの斜視図である。
【００１６】
空調ケーシング１は室内に吹き出す空気が流通する空気通路を形成する樹脂製のものであり、この空調ケーシング１内には、空気冷却用の熱交換器２及び空気加熱用の熱交換器３が収納されている。
【００１７】
なお、空気冷却用の熱交換器２は、冷媒の蒸発作用により室内に吹き出す空気から吸熱する蒸気圧縮式冷凍機の低圧側熱交換器であり、空気加熱用の熱交換器３は、走行用エンジンの冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を過熱するものである。
【００１８】
また、空調ケーシング１内のうち冷却用の熱交換器２の空気流れ下流側には、冷却用の熱交換器２を通過した空気を加熱用の熱交換器３に導く温風通路４、及び冷却用の熱交換器２を通過した空気を加熱用の熱交換器３を迂回させて下流側に流す冷風通路５が設けられており、両通路４、５の連通状態、つまり両通路４、５の開度は、フィルム式の制御ドア６により制御される。
【００１９】
制御ドア６は、図２に示すように、温風通路４を閉じるための薄膜状の第１フィルム６ａ、冷風通路５を閉じるための薄膜状の第２フィルム６ｂ、及び両フィルム６ａ、６ｂの一端側が固定された矩形状の枠体６ｃ等からなるものである。両フィルム６ａ、６ｂの他端側における先端部６ｉ、６ｊは自由端を構成している。
【００２０】
なお、ピン６ｆはフィルム６ａ、６ｂを枠体６ｃに固定するための固定手段であり、補強バー６ｇは枠体６ｃを補強するものであり、ガイドピン６ｈは空調ケーシング１側に形成されたガイド溝に摺動可能に嵌合して制御ドア６の移動を案内するものである。
【００２１】
そして、枠体６ｃに形成されたラック状のギア部６ｄに噛み合うピニオン６ｅ（図１参照）をサーボモータ等の電動機にて回転させることにより、各フィルム６ａ、６ｂが各通路４、５を横断するように各フィルム６ａ、６ｂを変位させて各通路４、５の連通状態を可変制御する。
【００２２】
つまり、第１フィルム６ａが温風通路４内に位置するときには、温風通路４の開度が絞られ、枠体６ｃが温風通路４内に位置するときには、温風通路４が全開状態となる。同様に、第２フィルム６ｂが冷風通路５４内に位置するときには、冷風通路５の開度が絞られ、枠体６ｃが冷風通路５４内に位置するときには、冷風通路５が全開状態となる。
【００２３】
因みに、本実施形態では、温風通路４及び冷風通路５は特許請求の範囲に記載された空気通路に相当し、第１、２フィルム６ａ、６ｂが特許請求の範囲に記載された膜状部材に相当し、枠体６ｃ、ピニオン６ｅ及びサーボモータが特許請求の範囲に記載された駆動手段に相当する。
【００２４】
また、本実施形態では、第１、２フィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性を１μＮ・ｍ²以上とするとともに、第１、２フィルム６ａ、６ｂの厚み、第１、２フィルム６ａ、６ｂのガラス転移温度及び第１、２フィルム６ａ、６ｂの曲率半径が下記の数式２に示される関係となるように、第１、２フィルム６ａ、６ｂの諸元を背選定している。
【００２５】
【数２】
ｔ≦０．００５７８×ｇ^0.448×ｒ^0.333
但し、ｔ：第１、２フィルム６ａ、６ｂの厚み（ｍｍ）
ｇ：第１、２フィルム６ａ、６ｂのガラス転移温度（Ｋ）
ｒ：第１、２フィルム６ａ、６ｂの曲率半径（ｍｍ）
なお、第１フィルム６ａの曲率半径ｒとは、温風通路４が全開となったときに第１フィルム６ａが収納される第１フィルム収納部１ａの曲率半径ｒ１（図１参照）を言い、第２フィルム６ｂの曲率半径ｒとは、冷風通路５が全開となったときに第２フィルム６ｂが収納される第１フィルム収納部１ａの曲率半径ｒ２（図１参照）を言う。
【００２６】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００２７】
１．フィルム６ａ、６ｂの座屈について
制御ドア６（第１、２フィルム６ａ、６ｂ）を移動させる際の操作力Ｆｆは、以下の数式３にて表すことができる。
【００２８】
【数３】
Ff=μ・P・A・e^μ ^・ ^θ+(E・b・t³)/(12・r1²)+(E・b・t³)/(12・r2²)
但し、μ：フィルムと空調ケーシング１との摩擦係数
Ｐ：制御ドア前後の差圧（Ｐａ）
Ａ：制御ドアにより閉じられる空気通路の断面積（ｍ²）
Ｅ：フィルムのヤング率（Ｎ／ｍ²）
ｒ１：制御ドアにより閉じられる部分の曲率半径（ｍ）
ｒ２：制御ドアにより閉じられる部分と反対側の曲率半径（ｍ）
ｂ：フィルムの幅寸法（ｍ）
ｔ：フィルムの厚み寸法（ｍ）
ｅ：自然対数の底（≒２．７１８２８１８２８４５）
θ：制御ドアにより閉じられる部分の曲率中心から見た角度（ｒａｄ）
このとき、一般的な空調装置においては、数式３を数式４のように簡略化することができる。
【００２９】
【数４】
Ｆｆ＝μ・Ｐ・Ａ
ここで、一般的な空調装置では、Ｐ≒３００Ｐａ、Ａ≒１５０００ｍｍ²であり、フィルム６ａ、６ｂ材質をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とすると、ヤング率Ｅは約３９２０ｍＮ／ｍ²であることから、操作力Ｆｆは約０．９Ｎとなる。
【００３０】
また、図４は座屈発生操作力とフィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性との関係を示す試験結果であり、図４から明らかなように、フィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性を１μＮ・ｍ²以上とすれば、フィルム６ａ、６ｂが座屈してしまうことを抑制できるので、フィルム６ａ、６ｂが損傷してしまうことを抑制することができる。
【００３１】
２．フィルム６ａ、６ｂの転写について
図５（ａ）は転写量ｄとフィルム６ａ、６ｂの厚み寸法ｔと関係を示す試験結果であり、図５（ｂ）は転写量ｄとフィルム６ａ、６ｂの曲率半径ｒとの関係を示す試験結果であり、図５（ｃ）は転写量ｄとフィルム６ａ、６ｂ（ＰＥＴ）のガラス転移温度ｇとの関係を示すグラフであり、図５（ｄ）は転写量ｄの定義を示す図である。また、図６は転写量ｄと風漏れ量との関係を示す試験結果である。
【００３２】
なお、この試験における転写量ｄは、フィルム収納部１ａ、１ｂのような曲面状の型内にフィルムを相対湿度７５％、温度８０℃雰囲気に７２時間放置した後、温度−３０℃雰囲気に７２時間放置したときに転写された量を意味している。
【００３３】
そして、図５（ａ）〜（ｃ）の試験結果に基づいて、転写量ｄ、フィルム６ａ、６ｂの厚み寸法ｔ、フィルム６ａ、６ｂの曲率半径ｒ及び転写量ｄとフィルム６ａ、６ｂのガラス転移温度ｇとの関係式を求めると、以下の数式５のようになる。
【００３４】
【数５】
ｄ＝１５５０８５４８５×ｔ³×（ｒ×ｇ^1.3454）
また、特開平８−１５６５７０号公報に記載されているように、漏れ風量が０．０００１７５ｍ³／ｓ以上となると冷暖房性能が著しく低下することから、フィルム６ａ、６ｂの厚み寸法ｔを０．００５７８×ｇ^0.448×ｒ^0.333以下となるようにすれば、漏れ風量が０．０００１７５ｍ³／ｓ未満となるような転写量ｄ以下にすることができる。延いては、漏れ風量を小さくして冷暖房性能が著しく低下することを防止できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、フィルム６ａ、６ｂの厚み寸法ｔの上限値は、数式２により決定され、フィルム６ａ、６ｂの材質や幅寸法ｂによって変動するものの、フィルム６ａ、６ｂの厚み寸法ｔの下限値は、フィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性を１μＮ・ｍ²以上とする条件から決定する。因みに、本実施形態では、厚みは１８８μｍであり、幅は１９６ｍｍである。
【００３６】
（その他の実施形態）
本発明は、フィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性を１μＮ・ｍ²以上とするものであるから、フィルム６ａ、６ｂの材質はＰＥＴに限定されるものではなく、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルエーテルケルトン（ＰＥＥＫ）等の摩擦係数が小さく摺動性に優れたものであればよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、第１、２フィルム６ａ、６ｂの曲げ剛性を１μＮ・ｍ²以上とするとともに、第１、２フィルム６ａ、６ｂの厚み、第１、２フィルム６ａ、６ｂのガラス転移温度及び第１、２フィルム６ａ、６ｂの曲率半径が数式２に示される関係となるように、第１、２フィルム６ａ、６ｂの諸元を選定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一方の条件を満たすものであってもよい。
【００３８】
また、本発明は、車両用空調装置における空気通路の開閉に限らず、種々な用途の空気通路の開閉に対して広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の一部を示す断面図である。
【図２】冷風通路及び温風通路の連通状態を制御するフィルム式の制御ドアの斜視図である。
【図３】（ａ）は操作力の定義を示す説明図であり、（ｂ）はフィルムの断面図である。
【図４】座屈発生力と曲げ剛性との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は転写量とフィルムの厚み寸法と関係を示すグラフであり、（ｂ）は転写量とフィルムの曲率半径との関係を示すグラフであり、（ｃ）は転写量とフィルムのガラス転移温度との関係を示すグラフであり、（ｄ）は転写量ｄの定義を示す図である。
【図６】転写量ｄと風漏れ量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…空調ケーシング、２…蒸発器（冷却用熱交換器）、
３…ヒータコア（加熱用熱交換器）６…制御ドア、
６ａ、６ｂ…フィルム、６ｃ…枠体。

Claims

空気通路（４、５）を横断するように変位して前記空気通路（４、５）の連通状態を制御する、可撓性を有する膜状部材（６ａ、６ｂ）と、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）を送り出すように押し出して前記膜状部材（６ａ、６ｂ）を変位させる駆動手段（６ｃ、６ｅ）とを有し、
前記駆動手段（６ｃ、６ｅ）は、ラック状のギア部（６ｄ）が形成された枠体（６ｃ）と、前記ギア部（６ｄ）に噛み合うピニオン（６ｅ）と、前記ピニオン（６ｅ）を回転させる電動機とを有し、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）は、前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の一端が前記枠体（６ｃ）に固定され、前記電動機の回転によって押し出される構成となっており、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）のうち押し出される方向における先端部（６ｉ、６ｊ）が自由端を構成しており、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲げ剛性は、１μＮ・ｍ²以上であることを特徴とする空気通路制御装置。
空気通路（４、５）を横断するように変位して前記空気通路（４、５）の連通状態を制御する、可撓性を有する膜状部材（６ａ、６ｂ）と、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）を送り出すように押し出して前記膜状部材（６ａ、６ｂ）を変位させる駆動手段（６ｃ、６ｅ）とを有し、
前記駆動手段（６ｃ、６ｅ）は、ラック状のギア部（６ｄ）が形成された枠体（６ｃ）と、前記ギア部（６ｄ）に噛み合うピニオン（６ｅ）と、前記ピニオン（６ｅ）を回転させる電動機とを有し、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）は、前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の一端が前記枠体（６ｃ）に固定され、前記電動機の回転によって押し出される構成となっており、
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）のうち押し出される方向における先端部（６ｉ、６ｊ）が自由端を構成しており、
［数１］
ｔ≦０．００５７８×ｇ^0.488×ｒ^0.333
但し、ｔ：膜状部材（６ａ、６ｂ）の厚み（ｍｍ）
ｇ：膜状部材（６ａ、６ｂ）のガラス転移温度（Ｋ）
ｒ：膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲率半径（ｍｍ）
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の厚み、前記膜状部材（６ａ、６ｂ）のガラス転移温度及び前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲率半径は、上記数式１に示される関係を有していることを特徴とする空気通路制御装置。
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）の曲げ剛性は、１μＮ・ｍ²以上であることを特徴とする請求項２に記載の空気通路制御装置。
前記膜状部材（６ａ、６ｂ）は、樹脂材から構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空気通路制御装置。