JP4166393B2 - 自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車 - Google Patents

自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用空気調和装置のケース内でスライド移動するドアに形成されたラックに噛合されるドア駆動用歯車に係り、特に、温風及び冷風の空気流を制御する板状のミックスドアに好適な自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車用空気調和装置は、内外気を導入するインテークユニット、この導入空気を冷却するクーラユニット、および導入空気を加熱するヒータユニットを有しており、これら3つのユニットを車両の左右方向に直列的に合体し、車室内のインストルメントパネルの内部という狭小な空間に設置されていることは周知である。
【0003】
しかし、この自動車用空気調和装置は、3つのユニットを直列的に連結するため、装置全体が大型化し、小型の車両に搭載すると、狭小な車室内空間をより狭小にすることから好ましくない。特に、助手席の足元にまでユニットが置かれるので狭くなる。
【0004】
これに対し、ケース内にエバポレータやヒータコアが車両の前後方向に並べて立設するように設けられた縦置き型と称されるものがある。この縦置き型の自動車用空間調和装置は、クーラユニットとヒータユニットとを一体化し、エバポレータとヒータコアとをさらに近接して配置することにより一層コンパクトなものとしている。すなわち、インテークユニットをケースの側方に配置して導入口から導入された空気を、エバポレータにより冷却し、ミックスドアにより上下に2分して流すようにしているが、このエバポレータとヒータコアとの間に設けられるミックスドアを、1つの支点で支持されたドアを当該支点を中心として回動する構成とするとスペース的に大きくなることから、さらにエバポレータとヒータコアとの距離を短くし前後方向のスペースを小さくするために、これを偏平な板状ドアとし、略上下にスライドさせることにより温調制御を行うようにしたものである。
【0005】
一般に、2分された空気流の内の下部の空気流は、ヒータコアにより加熱されて温風となり下部通路を通って流れ、上部の空気流(冷風)は、このヒータコアをバイパスするバイパス通路を通って流れ、前記温風とミックスゾーンでミックスされる。ミックスされた空気は、所定の温度となって種々の配風モードに応じてケースに開設される各種吹出口から車室内に向けて配風されたり、あるいは前記ミックスが行われることなく冷風や温風のまま吹出される。
【0006】
なお、各吹出口から吹出される冷風あるいは温風の温度は、スライド移動可能な板状のミックスドアの上下位置により制御される。
【0007】
ここに、「エバポレータ」とは、周知のように冷房サイクル中の膨張弁などで減圧された低温低圧冷媒が内部を流通し、ここに導入された空気を冷媒との熱交換により冷却するものである。また、「ヒータコア」とは、高温のエンジン冷却水が内部を流通し、ここに導入された空気を高温のエンジン冷却水との熱交換により加熱するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した自動車用空気調和装置の板状のミックスドアには、左右端縁近傍に沿ってそれぞれラックが形成されており、該ラックには駆動用歯車が噛合されている。そして、駆動部からの回転駆動力を駆動用歯車に付与することにより、回転運動が略直線運動に変換され、ミックスドアを上下方向にスライド移動させている。
【0009】
しかしながら、駆動部には、電動モータや減速用歯車等がケーシング内に収容されたモータアクチュエータ等が使用されており、その出力軸の作動角度誤差、±2°程度は構造上見込む必要があった。これに対し、ラックと駆動用歯車による駆動方式では、コンパクトではあるが歯車伝動で駆動させるものであるから、積極的な遊びがなく、駆動部の作動角度がばらついた場合に逃げるところがないという問題があった。
【0010】
このため、駆動部の内部に過剰な残留トルクが生じる虞れがあり、駆動部に余計な負担がかかってしまうことになる。一方、これを防止するために、熱やロック電流を感知して電源を切ってしまうことも考えられるが、この場合は新たな構成を付加しなければならず、また、過剰な残留トルクに耐えるだけの強度を持たせておくこともに、高強度材料への変更や大型化を招くため、好ましくない。
【0011】
本発明は、上記従来技術の課題に着目して創案されたものであり、本発明の目的は、ミックスドアをスライド移動させるための回転駆動力を生じさせる駆動部の内部に過剰な残留トルクが発生することを容易かつ確実に防止することができる自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、ケース内に配置されるヒータコアの前面にスライド移動可能に配置され温風と冷風との配風比を変化させる板状のミックスドアに形成されたラックに噛合され、ミックスドアを上下方向にスライド移動させる自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車において、回転駆動力が入力される入力部分と、前記ミックスドアのラックに噛合する歯部が形成された出力部分とを有し、前記入力部分と前記出力部分との間に軸方向に貫通し且つ該軸を中心に周回するように溝が形成され、且つ前記溝のうち前記ミックスドアがスライド移動終端位置にある場合に少なくとも前記ラックに噛合する歯の近傍位置に、前記溝を歯車径方向に横断する連結部が形成され、該終端位置でスライド方向と交差する方向に移動させるため、端部に形成された歯若しくはその近傍の歯を他の歯よりも歯丈の高い高歯が、前記ラックの終端位置で噛合して反力を受け、前記連結部の前記歯車形方向の内側に停止時の残留応力を吸収する切欠き溝が形成されていることを特徴とする。
【0023】
したがって、請求項記載の発明では、入力部分と出力部分との間に形成された溝のうちミックスドアがスライド移動終端位置にある場合にラックに噛合する歯の近傍部分に形成された切欠き溝により、切欠き溝の外側部分が撓むことができるため、該部分の歯部が受ける反力を吸収して残留トルクの発生を抑制する作用がある。
【0026】
請求項記載の発明は、請求項1記載の自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車であって、前記ドア駆動用歯車は樹脂により一体成形されていることを特徴とする。
【0027】
したがって、請求項記載の発明では、請求項1に記載の発明の作用に加えて、樹脂で一体成形されているため、材料に反発性を有しており、撓み作用を有するドア駆動用歯車を容易かつ低コストで製造することが可能となる。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1に記載の発明によれば、溝のうちミックスドアがスライド移動終端位置にある場合にラックに噛合する歯の近傍部分で撓むことができるため、該部分の歯部が受ける反力を吸収して駆動系に残留負荷を与えないという効果がある。
【0030】
請求項4に記載の発明によれば、上記請求項3に記載の発明の効果に加え、溝内に突出する突起部を設けるようにしたので、過大な変形を容易に規制することができる。したがって、ドア駆動用歯車自体に生じる過大な応力集中を防止することができる。
【0032】
請求項に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、容易かつ低コストで製造することができるという効果を奏する。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0034】
参考実施形態1)
図1は、本発明の自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の参考実施形態1を示す概略断面図、図2はミックスドアとその駆動用歯車及び軸とを示す空気流れの上流側からみた図、図3はミックスドアを一部破断して示す概略斜視図、図4はミックスドア及びスライド機構を示す水平断面図、図5は図4の5−5線に沿う端面図、図6は溝カム部分を示す説明図である。
【0035】
図1に示す自動車用空気調和装置は、クーラユニット1とヒータユニット2とを車両の前後方向に並べて一体化し、車両の前後方向の寸法を短くしたケースCを有し、このケースCの上流側風路内にはエバポレータ3が設けられ、下流側風路内にはヒータコア4が設けられている。ケースC内の該風路は、縦方向に2分割された一対のケース部材を最中合わせすることにより形成されている。
【0036】
そして、上流側風路から流下した空気流は、エバポレータ3とヒータコア4との間に設けられたミックスドアDをスライド機構Mを介してスライド移動することにより、ヒータコア4を通して加熱して流す温風通路6側と、当該ヒータコア4をバイパスするバイパス通路B側とに選択的に流したり、あるいは温風通路6側とバイパス通路B側という各風路に所定の比率で分岐して空気を流すようになっている。
【0037】
温風通路6を通過した温風とバイパス通過Bを通過した冷風とは、ミックスゾーン9でミックスされる。ミックスされた空気は、所定の温度となって種々の配風モードに応じてケースCに開設される各種吹出口6a〜8aから、これら吹出口に開閉自在に設けられた各種モードドア6〜8の開度に応じて、車室内に向けて配風されたり、あるいは前記ミックスが行われることなく冷風や温風のまま吹出される。ここで、各吹出口6a〜8aから吹出される冷風あるいは温風の温度は、板状のミックスドアDの上下位置により調整される。
【0038】
ミックスドアDは、エバポレータ3とヒータコア4との間で上流側風路からの空気流を遮断する方向に伸延されたドア本体12を有している。このドア本体12は、図1に示すように、上下方向が上流側風路と下流側風路と境界における開口部0のほぼ半分程度であり、幅方向がほぼケースCの一側から他側まで設けられたものである。
【0039】
ドア本体12は、図2及び図3に示すように、概して外周の平坦部12aと、内部のドーム状の膨出部12bとを有しており、外面側には発砲ウレタンなどからなるシール部材15が貼着されている。
【0040】
また、当該ドア本体12の側端部位には、ドア本体12の補強と空気流のガイド機能を有する一対の補強プレート16が設けられている。これら補強プレート16とドア本体12の側端との間は断面円弧状とされ、ここには、駆動部29(図1参照)により回転させられるドア駆動用歯車20と噛合されるラック17が上端から下端まで連続して形成されている。
【0041】
ドア本体12の上下4つの側端部には、ケースCの側壁に形成されたガイド用の溝カム19内に転動自在に嵌挿される案内ローラ18が突出されている。この案内ローラ18は、場合によっては転動しない円柱状のピンであってもよい。
【0042】
なお、ドア本体12は、ドア駆動用歯車20と接するように円弧状としているが、この円弧状は、図示するように、空気の流れ方向に向かって「凹」とされている。このように「凹」とすれば、空気流をヒータコア4に導く場合やバイパス通路Bへ導くときのガイドとなり、通気抵抗なくガイド機能を発揮するので、空気流のガイド特性がより一層向上する。
【0043】
ミックスドアDを作動するためのスライド機構Mは、図4に示すように、ケースCの側壁に形成された溝カム19と、ドア本体12の内面に形成されたラック17に噛合する前述した一対のドア駆動用歯車20と、この歯車20を相互に連結する軸21とを有している。歯車21を回転させるための駆動部29(図1参照)は、ケースCの側壁に取り付けられる。また、駆動部29としては、電動モータや減速用歯車等がケーシング内に収容されたモータアクチュエータ等が使用される。
【0044】
ここに、溝カム19は、図6に示すように、ミックスドアDの曲率半径とほぼ同じ曲率半径rを有するように形成され、ドア本体12の4つの案内ローラ18を支持し、ドア本体12が風圧を受けてもがたつくことなく作動するようにしたものである。この溝カム19は、左右の各側壁に円弧状に形成されたものが上下一対形成され、上部の案内ローラ18は上部の溝カム19に、下部の案内ローラ18は下部の溝カム19にそれぞれ嵌挿されている。また、各溝カム19の終端部19aは斜め後方(下流側)に曲げられており、ドア本体12が、スライドの終端位置で当該スライドの方向と交差する方向、つまり図示実施形態では所定の円弧状のスライド方向から斜め後方に移動するようになっている。
【0045】
これによりシール部材15がケースCの仕切壁31に当接し、加圧され、シール性の向上を図るようにしている。つまり、シール部材15は、常時仕切壁31と当接せず、必要な時にのみ当接することになるので、長期にわたりシール性の低下が防止され、シール性が向上する。しかも、ドアを作動する時の摩擦もなく、操作力も少なく好ましいものとなる。
【0046】
歯車20のラック17に噛合する方の歯部25では、図5に示すように、ドア本体12をスライドの終端位置で当該スライドの方向と交差する方向に移動させるため、端部に形成された歯若しくはその近傍の歯を他の歯25bよりも歯丈が高い高歯25aとし、歯車20を回転させることにより当該高歯25aがドア本体12に形成されたラック17を介してドア本体12を押圧し溝カム19に沿って移動させるようにしている。
【0047】
一方、ドア本体12に形成されたラック17は、図5に示すように、上下端部若しくはその近傍の歯が他の歯17bよりも歯丈が高い高歯17aとしている。つまり、ラック17の端部の高歯17aの歯先が、回動中心Oからの半径が、徐々に変化するようにし、前記歯部25の高歯部分25aと確実に噛合し、ドア本体12を溝カム19に沿うようにしている。
【0048】
図7は、ドア駆動用歯車20の軸方向からみた図、図8は、図7の右側面図である。
【0049】
参考実施形態では特に、ドア駆動用歯車20には、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより所定量の変形を生じさせる撓み形成部が設けられている。このドア駆動用歯車20は、例えば、ポリプロピレン、ポリアセタール、ナイロン等の樹脂材料を使用して、一体成形により製造することができる。
【0050】
このドア駆動用歯車20は、駆動部29からの回転駆動力が入力される入力部分22と、ミックスドアDのラック17に噛合する歯部25が形成された出力部23とを有している。そして、入力部分22及び出力部分23を径方向内外に分離するように、略リング状の溝26が、軸方向に貫通するように形成されると共に、入力部分22と出力部分23とを1箇所で連結する連結部27が形成されている。したがって、ミックスドアDが停止した状態で入力部分22の歯部24に回転駆動力が入力されることにより、入力部分22と出力部分23とが、両者の軸中心位置がずれるように変形することによって溝26内にて相互に当接するようになっている。ここで溝26、連結部27は、撓み形成部の構成をなす。
【0051】
連結部27は、歯部25のうちのミックスドアDがスライド移動終端位置にある場合にラック17に噛合する歯、すなわち、高歯25aの近傍に形成される。このようにすれば、連結部27を歯部27の歯のない部分に形成することもできるので、連結部27の設計の自由度が大きくなり、必要十分な肉厚の確保も可能となる。但し、連結部27を図中下方位置に形成することも可能である。また、連結部27は、入力部分22と出力部分23とを複数箇所で連結するように構成することも可能である。
【0052】
また、出力部分23の内周面に、溝26内に突出する一対の突起部28が設けられている。しがたって、この場合は突起部28と入力部分22の外周面とが、溝26内にて相互に当接することになる。つまり、突起部28を設けることにより容易に変形の規制を行うことができる。なお、突起部28の大きさや位置を変更することも可能であり、そのようにすれば変形量の調節が可能となる。また、突起部28が、入力部分22の外周面に、溝26内に突出するように設けてもよい。
【0053】
図9は、スライド終端位置で停止しているスライドドアにその駆動用歯車により力が加えられている様子を示す図である。
【0054】
例えば、冷風のみを車室内に向けて吹き出させるフルクール時にあっては、駆動部29の作動により、所定角度だけ歯車20が回転させられる。この歯車20の回転運動はミックスドアDのラック17に伝達されて略直線運動に変換され、ミックスドアDはスライド移動させられて、図9に示すような最下位位置に設定される。このとき、ミックスドアDの案内ローラ18は、図示のように、溝カム19の終端部19a内に位置される。
【0055】
ここで、ミックスドアDが最下位位置で停止した後も、駆動部29の作動角度のばらつきにより、駆動部29の作動が継続される場合には、歯車20の出力部分23は、ミックスドアDから図中矢印Aの方向の反力を受けることになる。この場合、入力部分22はケースC側に軸支されているので、出力部分23は該反力により、連結部27を中心として図中矢印B方向に揺動しながら撓み、突起部28が入力部分22の外周面に当接する位置で停止する。なお、ミックスドアDが最上位位置で停止した後、駆動部29の作動が継続される場合も、同様の作用を奏する。
【0056】
このように本参考実施形態によれば、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより、ドア駆動用歯車20に所定量の変形が生じるので、駆動部29の作動角度のばらつきを吸収することができる。したがって、ミックスドアDが停止後に駆動部29の作動がばらつきにより継続されたとしても、駆動部29の内部に過剰な残留トルクが発生することを容易かつ確実に防止することが可能となる。
【0057】
また、連結部27を中心として揺動するように撓み変形するので、変形時の剛性や強度を、連結部27の設計により確保することが可能となる。しかも、溝26の幅寸法を調整することで変形の規制を行うことができ、不用意な大きい変形を無くすことができる。さらに、歯車20は樹脂により一体成形するようにしたので、容易かつ低コストで製造することができる。
【0058】
また、溝26内に突出する突起部28を設けるようにすれば、過大な変形を容易に規制することができる。したがって、ドア駆動用歯車20自体に生じる過大な応力集中を防止することができる。
【0059】
参考実施形態2)
図10は、本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の参考実施形態2を示す、ドア駆動用歯車の軸方向からみた図である。
【0060】
図10に示すドア駆動用歯車20aは、入力部分22及び出力部分23を径方向内外に分離するように形成された軸方向に貫通する略円弧状の溝26aを有しており、この略円弧状の溝26aは、歯部25のうちのミックスドアDがスライド移動終端位置にある場合にラック17に噛合する歯、すなわち、高歯25aの近傍に、所定角度分だけ形成されている。該所定角度は、180°±45°、好ましくは、180°〜210°に設定するのが適度な変形量を確保する観点から望ましい。なお、その他の点では、図7及び図8に示した歯車20と同様であるので、共通する部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【0061】
この実施形態では、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより、ドア駆動用歯車20aの出力部分23は、ミックスドアDから反力を受け、歯車20aの出力部分23における略円弧状の溝26aの外方に位置する部分が、内側に押し潰されるように撓み変形する。したがって、この実施形態によっても、駆動部29の作動角度のばらつきを吸収することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0062】
(実施形態)
図11は、本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の実施形態を示す側面図である。
【0063】
同図に示すように、本実施形態のドア駆動用歯車20bは、入力部分22と出力部分23との間に軸を中心として環状の溝26bを有しており、この溝26bは、歯部25のうちのミックスドアDがスライド移動終端位置にある場合にラック17に噛合する歯(高歯25aの近傍)と、ミックスドアDがスライド移動の中間位置にある場合にラック17に噛合する歯部25の位置とに溝26bを径方向に横断する連結部27b、27bが形成されている。また、これら連結部27b、27bの内側には、軸を中心として所定角度の範囲(90°以下)で円弧状の切欠き溝28a、28bが形成されている。なお、本実施形態では、切欠き溝28aを切欠き溝28bより長く設定して、ミックスドアDがスライド移動終端位置にある場合に高歯25aがラック17の終端に噛合して反力を受けた場合に撓み量が大きくなるように設定されている。なお、他の構成は上記した参考実施形態1と同様であるので、共通する部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【0064】
この実施形態では、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより、ドア駆動用歯車20aの出力部分23は、ミックスドアDから反力を受け、歯車20bの出力部分23における略円弧状の切欠き溝28aの外方に位置する部分が、内側に押し潰されるように撓み変形する。したがって、この実施形態によっても、駆動部29の作動角度のばらつきを吸収することができ、上記した参考実施形態1及び参考実施形態2と同様の効果を得ることができる。
【0065】
参考実施形態
図12は、本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の参考実施形態を示す側面図である。
【0066】
同図に示すように、本参考実施形態のドア駆動用歯車20cは、入力部分22と出力部分23との間に、軸を中心として同心状に二重の溝26c、26dが形成されている。外側に位置する溝26dには、歯部25のうちのミックスドアDがスライド移動終端位置にある場合にラック17に噛合する歯(高歯25aの近傍)と、ミックスドアDがスライド移動の中間位置にある場合にラック17に噛合する歯部25の位置とに溝26dを径方向に横断する連結部27d、27dが形成されている。また、内側に位置する溝26cには、連結部27d、27dの中間位置に連結部27c、27cが形成されている。なお、他の構成は上記した参考実施形態1〜参考実施形態と同様であるので、共通する部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【0067】
この参考実施形態では、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより、ドア駆動用歯車20cの出力部分23は、ミックスドアDから反力を受け、歯車20cの出力部分23における溝26cの外方に位置する部分が、内側に押し潰されるように撓み変形する。したがって、この参考実施形態によっても、駆動部29の作動角度のばらつきを吸収することができ、上記参考実施形態1〜参考実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0068】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々変形することができる。
【0069】
例えば、上述した実施形態のドア駆動用歯車では、撓み形成部の構成をなすものとして、溝26、26aや連結部27を例示したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、ミックスドアDが停止した状態で回転駆動力が付与されることにより所定量の変形を生じさせるものであれば、各種態様を採ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一参考実施形態に係るドア駆動用歯車を使用した自動車用空気調和装置を示す概略断面図である。
【図2】 ミックスドアとその駆動用歯車及び軸を示す空気流れの上流側からみた図である。
【図3】 ミックスドアを一部破断して示す概略斜視図である。
【図4】 ミックスドア及びスライド機構を示す水平断面図である。
【図5】 図4の5−5線に沿う端面図である。
【図6】 溝カム部分を示す説明図である。
【図7】 ドア駆動用歯車の軸方向からみた図である。
【図8】 図7の右側面図である。
【図9】 スライド終端位置で停止しているミックスドアにその駆動用歯車により力が加えられている様子を示す図である。
【図10】 本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の参考実施形態2を示す側面図である。
【図11】 本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の実施形態を示す側面図である。
【図12】 本発明に係る自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車の参考実施形態を示す側面図である。

Claims (2)

  1. ケース(C)内に配置されるヒータコア(4)の前面にスライド移動可能に配置され温風と冷風との配風比を変化させる板状のミックスドア(D)に形成されたラック(17)に噛合され、ミックスドアを上下方向にスライド移動させる自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車において、
    回転駆動力が入力される入力部分(22)と、前記ミックスドア(D)の前記ラック(17)に噛合する歯部(25)が形成された出力部分(23)とを有し、
    前記入力部分(22)と前記出力部分(23)との間に軸方向に貫通し且つ該軸を中心に周回するように溝(26b)が形成され、且つ前記溝(26b)のうち前記ミックスドア(D)がスライド移動終端位置にある場合に少なくとも前記ラック(17)に噛合する歯の近傍位置に、前記溝(26b)を歯車径方向に横断する連結部(27b)が形成され、該終端位置でスライド方向と交差する方向に移動させるため、端部に形成された歯若しくはその近傍の歯を他の歯(25b)よりも歯丈の高い高歯(25a)が、前記ラック(17)の終端位置で噛合して反力を受け、前記連結部(27b)の前記歯車径方向の内側に停止時の残留応力を吸収する切欠き溝(28a)が形成されていることを特徴とする自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車。
  2. 請求項1記載の自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車であって、
    前記ドア駆動用歯車(20、20a、20b、20c)は、樹脂により一体成形されていることを特徴とする自動車用空気調和装置のドア駆動用歯車。
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