JP4168879B2 - 機器駆動装置および空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調用ドア等の機器の駆動装置およびこれを用いた空調装置に関するもので、例えば、車両用空調装置に用いて好適なものである。

従来、車両用空調装置における空気通路を開閉するドアは、通常、モータを駆動源とする駆動装置により駆動されるようになっている。図７はこのような従来技術の代表例であり、モータ１５の内部に減速機構を内蔵し、この減速機構により減速した後の回転出力をリンク３０ａ，３０ｂを持つリンク機構３０を介してドア１０の回転軸１２に伝達して、ドア１０の平板状のドア本体部１１を回転操作する構成になっている。

上記の従来技術によると、減速機構の内蔵によりモータ１５の体格が大きくなるとともに、モータ１５とドア１０の回転軸１２との間にリンク機構３０が介在されるので、モータ１５とドア１０とを含むドア駆動装置全体の体格が大型化する。その結果、空調装置の車両搭載スペースの確保が困難となる。

本発明は上記点に鑑み、空調用ドア等の機器駆動装置全体の体格を小型化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に記載の発明では、駆動対象の機器を駆動するための円筒状の回転軸（１２、２１）と、
前記円筒状回転軸（１２、２１）の内部に回転可能に配置され、一端部が前記円筒状回転軸（１２、２１）の外部へ突き出すとともに外周面に雄ねじを形成した駆動軸（１４）と、
前記円筒状回転軸（１２、２１）の外部において前記駆動軸（１４）の前記一端部に結合され、前記駆動軸（１４）を回転するモータ（１５）と、
前記円筒状回転軸（１２、２１）の内部において前記駆動軸（１４）の雄ねじと噛み合うように配置され、かつ、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に移動可能になっている雌ねじ部材（１６）と、
前記円筒状回転軸（１２、２１）の壁面を貫通するとともに前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に延びるように形成され、かつ、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向と交差する斜め区域（１７ｂ、１７ｃ）を有する軸駆動溝（１７）と、
前記雌ねじ部材（１６）に一体に設けられ、前記軸駆動溝（１７）に挿入されるとともに先端部が前記軸駆動溝（１７）の外部へ突き出す駆動ピン（１６ａ）と、
前記駆動ピン（１６ａ）の先端部と係合して前記雌ねじ部材（１６）の回転を阻止する回転阻止手段（１８）とを備えることを特徴としている。

これによると、モータ（１５）により駆動軸（１４）を回転すると、雌ねじ部材（１６）は回転阻止手段（１８）により回転が阻止されるので、駆動軸（１４）の雄ねじと雌ねじ部材（１６）との噛み合いによって雌ねじ部材（１６）が円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に移動する。

そして、この雌ねじ部材（１６）と一体の駆動ピン（１６ａ）が円筒状回転軸（１２、２１）の軸駆動溝（１７）の斜め区域（１７ｂ、１７ｃ）を軸方向に移動することにより円筒状回転軸（１２、２１）に対して回転方向の力を付与でき、円筒状回転軸（１２、２１）を回転できる。

ここで、駆動軸（１４）の雄ねじと雌ねじ部材（１６）とのねじ噛み合い機構により駆動軸（１４）の回転を減速して雌ねじ部材（１６）の軸方向移動量に変換できるから、減速機構を円筒状回転軸（１２、２１）の内部に構成できる。従って、従来技術のように減速機構をモータ（１５）内部に内臓する必要がなくなり、モータ（１５）を小型化できる。

また、雄ねじを形成した駆動軸（１４）は円筒状回転軸（１２、２１）の内部に同心状に配置すればよいから、円筒状回転軸（１２、２１）の外径寸法も、通常の中空でない軸に比較して若干量大きくするだけですむ。

更に、雌ねじ部材（１６）の軸方向移動に伴う駆動ピン（１６ａ）と軸駆動溝（１７）との係合により円筒状回転軸（１２、２１）を回転させるから、従来技術のリンク機構（３０）に相当する機構も円筒状回転軸（１２、２１）の部分に構成できる。従って、リンク機構（３０）を廃止できる。

このように、モータ（１５）の小型化とリンク機構（３０）の廃止とが相まって、機器駆動装置全体の体格を効果的に小型化できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の機器駆動装置において、前記軸駆動溝（１７）は、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向と平行な平行区域（１７ａ、１７ｄ、１７ｅ）を有していることを特徴とする。

これによると、平行区域（１７ａ、１７ｄ、１７ｅ）に駆動ピン（１６ａ）が位置すると、駆動ピン（１６ａ）が平行区域（１７ａ、１７ｄ、１７ｅ）の形状に沿って軸方向に移動するから、駆動ピン（１６ａ）が軸方向移動しても円筒状回転軸（１２、２１）が回転しない。そのため、軸駆動溝（１７）に平行区域（１７ａ、１７ｄ、１７ｅ）を設けることにより、モータ（１５）の停止位置精度が低くても駆動対象の機器を所定位置に確実に停止できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の機器駆動装置を備え、
前記駆動対象の機器は空調用ドア（１０、２０、２６、２８）であり、前記空調用ドア（１０、２０、２６、２８）は空調ケース（１３）内に配置されて、前記空調ケース（１３）の空気通路（２４、２５）を開閉するようになっている空調装置を特徴としている。

これによると、空調ケース（１３）の空気通路（２４、２５）を空調用ドア（１０、２０、２６、２８）により開閉する空調装置において、請求項１、２の作用効果を発揮できる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の空調装置において、前記回転阻止手段は、前記空調ケース（１３）に前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に延びるように形成され、前記駆動ピン（１６ａ）の先端部が挿入されるピン受け溝（１８）であることを特徴とする。

これによると、空調ケース（１３）に一体に形成されたピン受け溝（１８）を用いて、簡単な構成にて雌ねじ部材（１６）の回転阻止機能を発揮できる。

なお、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ものである。

（第１実施形態）
図１〜図３は第１実施形態であり、第１実施形態は車両用空調装置における空気通路を開閉するドア１０の駆動装置に本発明を適用したものである。

ドア１０は、平板状のドア本体部１１の一端部に円筒状の回転軸１２を一体に構成したものである。ここで、ドア本体部１１と回転軸１２は樹脂にて一体成形することができる。このドア１０は樹脂製の空調ケース１３の内部に回転自在に収納される。

より具体的には、ドア１０の回転軸１２の軸方向の一端部（図１（ａ）、図２（ａ）の上端部）は、空調ケース１３の一方の内壁面に形成された軸受け穴１３ａに回転自在に嵌合し支持される。また、回転軸１２の軸方向の他端部（図１（ａ）の下端部）は、空調ケース１３の他方の内壁面に形成された軸受け凹部１３ｂに回転自在に嵌合し支持される。

ドア１０は、空調ケース１３に形成される空気通路をドア本体部１１の回転作動により開閉するものであって、具体的には、空調ケース１３に形成されるデフロスタ吹出開口部、フェイス吹出開口部、フット吹出開口部等を開閉する吹出モード切替ドアとしてドア１０は使用される。また、空調ケース１３に形成される冷風通路の開度と温風通路の開度を相反的に調整するエアミックスドアや、内気導入口と外気導入口を開閉する内外気切替ドアとしてドア１０を使用してもよい。

円筒状の回転軸１２の内部には駆動軸１４が回転可能に同心状に配置されている。この駆動軸１４の外周面には雄ねじが形成されている。この駆動軸１４の軸方向の一端部（図１の上端部）は軸受け穴１３ａおよび軸受け穴１３ａの中心部に位置する小径の貫通穴１３ｃを貫通して空調ケース１３の外部へ突出している。

空調ケース１３の外壁面には、貫通穴１３ｃの周りに取付台座１３ｄが形成され、この取付台座１３ｄ上に駆動用モータ１５の取付フランジ部１５ａがねじ等により固定されている。このモータ１５はステップモータ、直流（ＤＣ）モータ等のモータにより構成される。

駆動軸１４の一端部（図１（ａ）、図２（ａ）の上端部）は取付フランジ部１５ａの中心部の貫通穴（図示せず）を通過してモータ１５の内部に挿入され、モータ１５のロータ部に結合される。ここで、駆動軸１４の一端部は減速機構を介在せずにモータ１５のロータ部に結合されるので、駆動軸１４はモータ１５のロータ部と同一回転数にて回転する。

一方、円筒状の回転軸１２の内部には駆動軸１４の外周面の雄ねじとかみ合う雌ねじを内周面に形成した環状の雌ねじ部材１６が配置されている。ここで、雌ねじ部材１６の外周面は回転軸１２の内周面に対して微小隙間を介して遊嵌合しているので、雌ねじ部材１６は円筒状回転軸１２の内周面によりガイドされて回転軸１２内部を軸方向に移動可能になっている。

この雌ねじ部材１６の外周面には径方向の外方へ突き出す駆動ピン１６ａが一体に設けてある。この駆動ピン１６ａは図２（ｂ）に示すように円筒状の回転軸１２に設けた軸駆動溝１７を貫通して回転軸１２の径方向の外方へ突き出している。図３は軸駆動溝１７の形状を示すもので、図１のＡ矢視図である。軸駆動溝１７は回転軸１２の軸方向に延びるように形成されている。

本実施形態では、回転軸１２の軸方向の両端部付近を除く回転軸１２の軸方向の略全域にわたって軸駆動溝１７を形成している。回転軸１２の軸方向の両端部付近に環状の連結部を構成することにより回転軸１２の強度を向上できる。なお、回転軸１２の強度確保の点で支障がなければ、回転軸１２の軸方向の全域にわたって軸駆動溝１７を形成してもよい。軸駆動溝１７の幅寸法は駆動ピン１６ａの外径寸法より微小量だけ大きくして軸駆動溝１７内部を駆動ピン１６ａが摺動できるようになっている。

そして、軸駆動溝１７は図３に示すように回転軸１２の軸方向と交差する蛇行形状に形成されている。より具体的には、軸駆動溝１７のうち、回転軸１２の軸方向の中央部に回転軸１２の軸方向と平行な平行区域１７ａを設け、この平行区域１７ａの前後両側に回転軸１２の軸方向に対して斜めに交差する斜め区域１７ｂ、１７ｃを設けている。更に、この斜め区域１７ｂ、１７ｃの外側、すなわち、回転軸１２の軸方向の両端部付近にも平行区域１７ｄ、１７ｅを設けている。

そして、空調ケース１３には図１（ｂ）に示すように駆動ピン１６ａが摺動自在に嵌合するピン受け溝１８が一体成形されている。このピン受け溝１８は、空調ケース１３において、回転軸１２に対向する部位（図１（ａ）において回転軸１２の右側部位）に配置されている。

更に、ピン受け溝１８は、回転軸１２の軸方向の略全域にわたって回転軸１２と平行に形成されている。ピン受け溝１８は、駆動ピン１６ａの外径寸法よりも微小量だけ大きい幅寸法を有する断面コの字形状（換言すると樋状の形状）に形成されている。このような形状を有するピン受け溝１８内部に駆動ピン１６ａの先端部を挿入し係合することにより、雌ねじ部材１６の回転を阻止するようになっている。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。モータ１５に通電してモータ１５を作動させると、モータ１５のロータ部に結合されている駆動軸１４がモータ１５のロータ部と同一回転数にて回転する。一方、雌ねじ部材１６の駆動ピン１６ａが空調ケース１３のピン受け溝１８に係合することにより、雌ねじ部材１６の回転が阻止されている。

この結果、駆動軸１４が回転すると、駆動軸１４の雄ねじと雌ねじ部材１６との噛み合いによって雌ねじ部材１６が回転軸１２の内部においてピン受け溝１８に沿って（換言すると回転軸１２の軸方向に沿って）直線移動する。

そして、この雌ねじ部材１６の直線移動により回転軸１２が回転する。すなわち、雌ねじ部材１６の駆動ピン１６ａが回転軸１２の軸駆動溝１７を貫通してピン受け溝１８に係合するとともに、軸駆動溝１７が回転軸１２の軸方向と交差する蛇行形状に形成されているので、雌ねじ部材１６の駆動ピン１６ａが軸駆動溝１７の斜め区域１７ｂ、１７ｃにおいて回転軸１２の軸方向に沿って直線移動すると、駆動ピン１６ａから回転軸１２に対して回転方向の力が加わって、回転軸１２が回転する。

より具体的には、図３において、駆動ピン１６ａが矢印Ｂ１方向に直線移動すると回転軸１２は矢印Ｂ２方向に回転し、駆動ピン１６ａが矢印Ｃ１方向に直線移動すると回転軸１２は矢印Ｃ２方向に回転する。このように回転軸１２が回転することにより、回転軸１２を中心として平板状のドア本体部１１が回転して空調ケース１３の空気通路を開閉する。

図３に示す軸駆動溝１７の形状例では、回転軸１２の軸方向の中央部および回転軸１２の軸方向の両端部付近に回転軸１２の軸方向と平行な平行区域１７ａ、１７ｄ、１７ｅを設けているから、駆動ピン１６ａがこの平行区域１７ａ、１７ｄ、１７ｅの範囲内に位置していると、駆動ピン１６ａがこの平行区域１７ａ、１７ｄ、１７ｅに沿って直線移動するので、回転軸１２に対して回転方向の力が加わらない。従って、回転軸１２の回転が停止する。

このため、モータ１５として、回転停止位置の制御精度が低いものを使用しても、軸駆動溝１７の平行区域１７ａ、１７ｄ、１７ｅの軸方向長さを所定量設定することにより、回転軸１２およびドア本体部１１の回転を所定位置にて確実に停止できる。

ところで、本実施形態によると、駆動軸１４の回転に対して雌ねじ部材１６がねじの噛み合いによって回転軸１２の軸方向に直線移動することにより、駆動軸１４の回転を減速できる。

従って、ドア１０の回転軸１２部分にモータ１５の減速機構を内蔵できるから、モータ１５自体には減速機構を内蔵させる必要がなくなり、モータ１５を小型化できる。

しかも、雌ねじ部材１６の駆動ピン１６ａと軸駆動溝１７との係合によりドア１０の回転軸１２を回転できるから、従来技術のリンク機構に相当する機構もドア１０の回転軸１２部分に構成することができる。よって、従来技術のようなリンク機構をモータ１５とドア１０の回転軸１２との間に独立に設ける必要がない。以上により、モータ１５とドア１０とを含むドア駆動装置全体の体格を小型化できる。

なお、図３に示す軸駆動溝１７の形状例では、回転軸１２の軸方向の中央部および回転軸１２の軸方向の両端部付近に平行区域１７ａ、１７ｄ、１７ｅを設けているが、例えば、斜め区域を回転軸１２の軸方向の中央部に連続して設け、この中央部の斜め区域の前後両側、すなわち、回転軸１２の軸方向の両端部付近だけに平行区域を設けるようにしてもよい。つまり、軸駆動溝１７の斜め区域（回転区域）と平行区域（回転停止区域）は、必要とするドア作動パターンに応じて種々の形態に変更すればよい。

（第２実施形態）
図４は第２実施形態であり、本発明によるドア駆動装置をフィルムドア２０に適用したものである。ここで、フィルムドア２０は周知のように変形の容易な樹脂薄膜部材から構成され、フィルムドア２０の両端部は第１、第２巻き取り軸２１、２２に連結されるとともに第１、第２巻き取り軸２１、２２上に巻き取り、あるいは巻き戻しされるようになっている。第１巻き取り軸２１と第２巻き取り軸２２との間には回転連動用のワイヤ２３が設けてある。

そして、第１、第２巻き取り軸２１、２２のいずれか一方、例えば、第１巻き取り軸２１を第１実施形態のドア回転軸１２と同様に軸駆動溝１７を有する円筒状の中空軸とし、第１巻き取り軸２１の内部に第１実施形態の駆動軸１４および雌ねじ部材１６を内蔵し、モータ１５の回転によって駆動軸１４と雌ねじ部材１６とのねじ噛み合いおよび雌ねじ部材１６の駆動ピン１６ａと第１巻き取り軸２１の軸駆動溝１７との係合を通して第１巻き取り軸２１を回転させる。

これにより、第１巻き取り軸２１が駆動軸となり、一方、第２巻き取り軸２２は第１巻き取り軸２１に連動して回転するので従動軸となる。そして、フィルムドア２０が第１、第２巻き取り軸２１、２２上に巻き取り、あるいは巻き戻しされることにより図４の左右方向に移動し、これに伴ってフィルムドア２０の開口部２０ａも図４の左右方向に移動して空調ケース１３の複数の空気通路２４、２５を開閉する。なお、図４は左側の空気通路２４を全閉し、右側の空気通路２５を全開する状態を示している。

（第３実施形態）
図５は第３実施形態であり、本発明によるドア駆動装置をスライドドア２６に適用したものである。ここで、スライドドア２６は周知のように板状の剛体部材により構成され、空調ケース１３の複数の空気通路２４、２５の開口部端面に沿って図５の左右方向にスライド移動するものである。

スライドドア２６の板面のうち、空気通路２４、２５の開口部端面と反対側の板面（図５の下側の板面）には、スライドドア２６の移動方向（図５の左右方向）に直線状に延びるギヤ（ラック）２６ａが形成され、このギヤ２６ａに回転軸１２の外周面のギヤ２７を噛み合わせる。

これにより、スライドドア２６が回転軸１２の回転により空気通路２４、２５の開口部端面に沿って図５の左右方向にスライド移動するので、空調ケース１３の複数の空気通路２４、２５を開閉できる。なお、図５は左側の空気通路２４を全開し、右側の空気通路２５を全閉する状態を示している。

回転軸１２は第１実施形態と同一構成であり、第１実施形態と同一の機構にて回転軸１２がモータ１５により回転駆動される。

（第４実施形態）
図６は第４実施形態であり、本発明によるドア駆動装置をロータリドア２８に適用したものである。ここで、ロータリドア２８は周知のように回転軸１２に対して扇形の側板２８ａを介して外周壁面２８ｂを一体に結合した構成になっている。外周壁面２８ｂは回転軸１２を中心とする所定半径の円弧形状になっており、外周壁面２８ｂと側板２８ａは回転軸１２と一体に回転する。

一方、空調ケース１３には複数の空気通路２４、２５が外周壁面２８ｂの回転軌跡に沿うように円弧状に配置され、外周壁面２８ｂの回転によって複数の空気通路２４、２５を開閉できる。なお、図６は左側の空気通路２４を全開し、右側の空気通路２５を全閉する状態を示している。

回転軸１２は第１実施形態と同一構成であり、第１実施形態と同一の機構にて回転軸１２がモータ１５により回転駆動される。

上述した第２〜第４実施形態のいずれにおいても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

（他の実施形態）
なお、上述した各実施形態ではいずれも、モータ１５の駆動対象の空調機器が空気通路開閉用ドアである例について説明したが、駆動対象の空調機器として、暖房用熱交換器に流入する温水流量を調整する温水流量調整弁を用い、この温水流量調整弁の駆動装置に本発明を適用してもよい。また、冷凍サイクルの膨張弁等の駆動装置に本発明を適用してもよい。

（ａ）は本発明の第１実施形態によるドア駆動装置の全体構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のドア駆動ピンが係合するピン受け溝を示す断面図である。 （ａ）は図１（ａ）の要部の詳細断面図、（ｂ）は（ａ）のドアの軸直角方向の断面図である。 図１（ａ）のＡ矢視図である。 本発明の第２実施形態によるドア駆動装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態によるドア駆動装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態によるドア駆動装置の概略体構成を示す断面図である。 従来技術によるドア駆動装置の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

１０、２０、２６、２８…空調用ドア、１２、２１…回転軸、１３…空調ケース、
１４…駆動軸、１５…モータ、１６…雌ねじ部材、１６ａ…駆動ピン、１７…軸駆動溝、１８…ピン受け溝（回転阻止手段）。

Claims (4)

1. 駆動対象の機器を駆動するための円筒状の回転軸（１２、２１）と、
   前記円筒状回転軸（１２、２１）の内部に回転可能に配置され、一端部が前記円筒状回転軸（１２、２１）の外部へ突き出すとともに外周面に雄ねじを形成した駆動軸（１４）と、
   前記円筒状回転軸（１２、２１）の外部において前記駆動軸（１４）の前記一端部に結合され、前記駆動軸（１４）を回転するモータ（１５）と、
   前記円筒状回転軸（１２、２１）の内部において前記駆動軸（１４）の雄ねじと噛み合うように配置され、かつ、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に移動可能になっている雌ねじ部材（１６）と、
   前記円筒状回転軸（１２、２１）の壁面を貫通するとともに前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に延びるように形成され、かつ、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向と交差する斜め区域（１７ｂ、１７ｃ）を有する軸駆動溝（１７）と、
   前記雌ねじ部材（１６）に一体に設けられ、前記軸駆動溝（１７）に挿入されるとともに先端部が前記軸駆動溝（１７）の外部へ突き出す駆動ピン（１６ａ）と、
   前記駆動ピン（１６ａ）の先端部と係合して前記雌ねじ部材（１６）の回転を阻止する回転阻止手段（１８）とを備えることを特徴とする機器駆動装置。
2. 前記軸駆動溝（１７）は、前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向と平行な平行区域（１７ａ、１７ｄ、１７ｅ）を有していることを特徴とする請求項１に記載の機器駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の機器駆動装置を備え、
   前記駆動対象の機器は空調用ドア（１０、２０、２６、２８）であり、前記空調用ドア（１０、２０、２６、２８）は空調ケース（１３）内に配置されて、前記空調ケース（１３）の空気通路（２４、２５）を開閉するようになっていることを特徴とする空調装置。
4. 前記回転阻止手段は、前記空調ケース（１３）に前記円筒状回転軸（１２、２１）の軸方向に延びるように形成され、前記駆動ピン（１６ａ）の先端部が挿入されるピン受け溝（１８）であることを特徴とする請求項３に記載の空調装置。

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