JP4720670B2

JP4720670B2 - 空調装置のリンク連結部材構造

Info

Publication number: JP4720670B2
Application number: JP2006217305A
Authority: JP
Inventors: 知宏須藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: JP2008037364A; US20080035745A1; US7748641B2

Description

本発明は、空調ユニットの開口部を開閉するドアを、駆動手段からの出力に応じて駆動させるリンク機構の回動プレート間を連結するリンク連結部材の構造に関するものである。

従来、車両用空調装置の空調ユニットなどに構成されるドア開閉のためのリンク機構は、製品の軽量化やコストダウンのため、樹脂材料から形成したリンク部品を組み合わせて構成するのが一般的となっている。リンク部品としては、通常、モータレバー、中間プレート、ドアレバーなどの回動プレート、およびこれら回動プレート間を連結する連結プレート（リンク連結部材）などがある。

ここで、車両の使用環境をみてみると、マイナス３０℃の低温状態から８０℃の高温状態まで考えられ、その使用環境に置かれる空調ユニットのドアのリンク機構は、このように環境温度が変化しても所定の作動を満足することが要求される。しかしながら、樹脂材料で形成されたリンク部品には高温状態で熱膨張が発生する。

図７は、従来の連結プレート３３の熱膨張を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。特に、この連結プレート３３のように長さのある部品では、熱膨張の寸法差が大きく出てしまう。このため、例えば開口部の通風を封止しているドアのレバー部に、熱膨張によって無理な力が加わることにより、ドアが捩れて隙間が発生して風漏れが起こる、などという問題点が発生するおそれがある。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、熱膨張による寸法変化を吸収してその影響なくすことのできるリンク連結部材の構造を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、空調ユニット（１０）の開口部（１５、２８）を開閉するドア（１６、２９）を駆動手段（３０）からの出力に応じて駆動させるリンク機構に含まれ、回動プレート（３１、３４）間を連結するリンク連結部材（３３）の構造において、
リンク連結部材（３３）の途中に熱変形を吸収する熱変形吸収部材（３６〜３９）を介在させ、
リンク連結部材（３３）の一端側（３３ａ）を熱変形吸収部材（３６〜３８）の一方側偏平面の長さ方向略中央に接続し、リンク連結部材（３３）の他端側（３３ｂ）を熱変形吸収部材（３６〜３８）の他方側偏平面の長さ方向両端に接続していることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、リンク連結部材（３３）の途中に設けた熱変形吸収部材（３６〜３８）によってリンク連結部材（３３）で発生する熱膨張による寸法変化を吸収してその影響なくすことができる。さらに、熱変形吸収部材（３６〜３８）の熱変形を有効にリンク連結部材（３３）の長さの変化に変えることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造において、熱変形吸収部材としてバイメタル（３６）を用いていることを特徴としている。また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造において、熱変形吸収部材として形状記憶合金（３７）を用いていることを特徴としている。また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造において、熱変形吸収部材として形状記憶樹脂（３８）を用いていることを特徴としている。

これら請求項２ないし請求項４に記載の発明によれば、具体的に熱変形吸収部材としてバイメタル（３６）もしくは形状記憶合金（３７）もしくは形状記憶樹脂（３８）を用いていることによって熱膨張による寸法変化を吸収する構造とすることができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、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）
以下、本発明の第１実施形態について添付した図１〜図４を用いて詳細に説明する。まず、図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調ユニット部１０の槻略断面図である。本実施形態の空調装置はいわゆるセミセンター置きレイアウトと称されるものであり、車室内前方の計器盤内部のうち車両左右方向の略中央部に空調ユニット１０を配置している。図１の矢印は、車両の上下前後方向に対する空調ユニット１０の搭載方向を示すものである。

そして、この空調ユニット１０に空調用空気を送風する図示しない送風機ユニットが、空調ユニット１０の側方（助手席側）にオフセットして配置されている。この送風機ユニットは、周知の如く、内気（車室内空気）または外気（車室外空気）を切替導入する内外切替箱と、この内外切替箱から吸入した内気または外気を空調ユニット１０に向けて送風する遠心多翼式の電動送風ファンとを備えている。

空調ユニット１０は、樹脂製の空調ケース１１を有し、この空調ケース１１の内部に、送風空気がエバポレータ（冷媒蒸発器）１２とヒータコア１３を通過して、車両前方側から車両後方側へ向かって流れる空気通路を形成している。空調ケース１１内の空気通路において、車両前方側にエバポレータ１２が配置され、車両後方側にヒータコア１３が配置されている。エバポレータ１２は周知の如く、冷凍サイクルの冷媒の蒸発潜熱を空調用空気から吸熱して空調用空気を冷却する冷却（冷房）用熱交換器である。

ヒータコア１３は、車両走行用エンジンの冷却水（温水）を熱源流体として空調用空気を加熱する加熱（暖房）用熱交換器である。空調ケース１１において、最も車両前方側（エバポレータ１２の前方位置）で、且つ、助手席側の側面部には、送風機ユニットからの送風空気が流入する空気入口部１４が形成してある。

ヒータコア１３の上方部には、冷風バイパス通路（本発明で言う開口部）１５を形成し、そして、エバポレータ１２の直ぐ下流側（車両後方側）には板状のエアミックスドア（本発明で言うドア）１６が回転軸１６ａを中心として回動可能に配置されている。このエアミックスドア１６は、冷風バイパス通路１５を通過する冷風とヒータコア１３のコア部１３ａを通過した温風との風量割合を調整して車室内への吹出空気温度を所望温度に制御するもので、吹出空気温度の温度制御手段を構成している。

ヒータコア１３直後の部位には、上方へと向かう温風通路１７が形成され、この温風通路１７からの温風と冷風バイパス通路１５からの冷風とが空気混合部１８で混合される。空調ケース１１の空気通路下流側には、複数の吹出開口部が形成されており、この吹出開口部のうちデフロスタ開口部１９は、空調ケース１１の上面部において車両前後方向の略中央部位で、空調ケース１１内部に開口している。

そして、このデフロスタ開口部１９からは図示しないデフロスタダクトを介して車両前方窓ガラスの内面に向けて空調用空気（主に温風）を吹き出し、車両前方窓ガラスの曇り止めを行うようになっている。デフロスタ開口部１９は、回転軸２０ａを中心として回動可能な板状のデフロスタドア２０によって開閉される。

次に、フェイス開口部２２は、空調ケース１１の上面部において、デフロスタ開口部１９よりも車両後方側の部位に開口している。このフェイス開口部２２からは図示しないフェイスダクトを介して車室内の乗員頭部へ向けて主に冷風を吹き出すようになっている。フェイス開口部２２は、回転軸２３ａを中心として回動可能な板状のフェイスドア２３によって開閉される。

次に、フット開口部２４は、空調ケース１１において、フェイス開口部２２の下方側に開口しており、フット開口部２４の下流側は空調ケース１１の左右両側に開口したフロントフット吹出口２５と、空調ケース１１の車両後方側下方に開口したリヤフット吹出口２７とに連通している。

フロントフット吹出口２５からは、前席乗員の足元部に主に温風を吹き出すようになっており、リヤフット吹出口２７からは、図示しないリヤフットダクトを介して後席乗員の足元部に主に温風を吹き出すようになっている。フット開口部２４は、回転軸２６ａを中心として回動可能な板状のフットドア２６によって開閉される。

また、本実施形態では、ヒータコア１３の直ぐ下流側（車両後方側）の空調ケース１１内の仕切り壁２１に、温風バイパス開口部２８（本発明で言う開口部）を設けている。温風バイパス開口部２８は、回転軸２９ａを中心として回動可能な板状の温風バイパスドア（本発明で言うドア）２９によって開閉される。

エアミックスドア１６と温風バイパスドア２９とは、空調ケース１１の外側面に配置される後述のリンク機構で連動するようになっており、エアミックスドア１６が冷風バイパス通路１５を塞いで（図１中の実線位置）送風空気の全てがヒータコア１３を通過するマックスホット状態の時に温風バイパスドア２９が開いて（図１中の実線位置）、温風バイパス開口部２８からリヤフット吹出口２７へ温風が流れて後席乗員の足元部に吹き出す温風量を増やすようになっている。

尚、図１の例では、上記各開口部１５、１９、２２、２４、２８をそれぞれ専用の計５枚のドア１６、２０、２３、２６、２９により開閉する構成としているが、周知の如く、デフロスタ開口部１９とフェイス開口部２２とを共通の１枚のドアによって切替開閉したり、フェイス開口部２２とフット開口部２４とを共通の１枚のドアによって切替開閉するようにしても良い。

空調ユニット１０において、エアミックスドア１６の回転軸１６ａ、デフロスタドア２０の回転軸２０ａ、フェイスドア２３の回転軸２３ａ、フットドア２６の回転軸２６ａ、および温風バイパスドア２９の回転軸２９ａの一端部は、空調ケース１１の外部に突出させ、吹出モード切替用ドア２０、２３、２６は図示しないモード部リンク機構を介して図示しないモード用アクチュエータに連結され、温度調節用ドア１６、２９は後述する温調部リンク機構を介して温調用アクチュエータ（本発明で言う駆動手段）３０に連結され、これら２つのアクチュエータで各ドアを開閉駆動するようになっている。

ここで、アクチュエータ３０として本例では、出力軸の回転位置を検出する位置検出部を持ち、出力軸を所定の回転位置に制御できると共に、正逆両方向に回転可能な直流モータ（サーボモータ）を用いている。なお、アクチュエータ３０として、入力パルス数によって出力軸を所定の回転位置に制御できるステップモータなどを用いても良い。

次に、アクチュエータ３０によるエアミックスドア１６と温風バイパスドア２９の連動リンク機構を、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態に係る温度調節関係のリンク部の槻略構成図である。作動の上流側から構成を説明すると、このリンク機構を駆動するアクチュエータとしてのサーボモータ３０に、回転軸３１ａとした駆動用の第1リンクプレートとしてモータレバー（本発明で言う回動プレート）３１が付いている。

次に、このモータレバー３１で駆動される１つの系として、回転軸１６ａとした第２リンクプレートとしてのエアミックスドアレバー３２がある。これらのモータレバー３１とエアミックスドアレバー３２はピン・溝連結で連動がとられている。また、エアミックスドアレバー３２は、回転軸１６ａに連結した図１に示すエアミックスドア１６を回動させる。

次に、モータレバー３１で駆動されるもう１つの系として、回転軸３４ａとした第３リンクプレートとしての中間プレート（本発明で言う回動プレート）３４と、回転軸２９ａとした第４リンクプレートとしての温風バイパスドアレバー３５とがある。モータレバー３１と中間プレート３４とは、本発明の要部である連結プレート（リンク連結部材）３３で連動がとられており、中間プレート３４と温風バイパスドアレバー３５とはピン・溝連結で連動がとられている。

中間プレート３４は、モータレバー３１の動きを拡大して温風バイパスドアレバー３５に伝えるためのものであり、温風バイパスドアレバー３５は、回転軸２９ａに連結した図１に示す温風バイパスドア２９を回動させる。そして、このような構成で連結されたリンク機構がサーボモータ３０の駆動により、それぞれ実線位置から破線位置までを回動する。なお、上記したリンク部品（モータレバー３１、エアミックスドアレバー３２、連結プレート３３、中間プレート３４、温風バイパスドアレバー３５）は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＯＭ（ポリアセタール）などの樹脂材料を射出成形して形成されている。

次に、本発明の要部である連結プレート３３の構造を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態における連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。本実施形態の連結プレート３３は、両側接続部のうち一端側３３ａと他端側３３ｂとの間の途中に、連結プレート３３の熱変形（熱膨張）を吸収する熱変形吸収部材としてのバイメタル３６を介した構造となっている。

バイメタル３６は、周知のものであり、線膨張率の異なる二枚の金属板３６ａ、３６ｂを張り合わせたものであり、より詳しくは、鉄とニッケルの合金にマンガン、クロム、銅などを添加して２種類の線膨張率の異なる金属板３６ａ、３６ｂを作り、冷間圧延で貼り合せたものである。そして、連結プレート３３の一端側３３ａをバイメタル３６の一方側偏平面の長さ方向略中央に接続し、連結プレート３３の他端側３３ｂをバイメタル３６の他方側偏平面の長さ方向両端に接続している（図３（ａ）参照）。

以上のような構造をとることにより、環境温度が常温（例えば、２３℃）から高温（例えば、８０℃）に上昇して連結プレート３３の樹脂部分に熱膨張が発生した場合、線膨張率の違いによってバイメタル３６の性質上、図３（ａ）から（ｂ）に示すような曲がり（反り）が発生する。

この曲がりによって、連結プレート３３の接続部間長さの変化量＝（プレート樹脂の熱膨張）−（バイメタル３６の曲がりによる変化量）≒０とを小さく抑えることが可能となる。なお、連結プレート３３の両端側３６ａ、３６ｂとバイメタル３６との接続部周りには、曲がり（反り）を阻害しないように空間を設けている。

さらに、今回適用するバイメタル３６の線膨張率について検討した。図４は、バイメタル３６の線膨張率の差（Δα＝α１−α２）と変形量との関係を示すグラフである。Δα＝０で線膨張率に差が無い場合、樹脂の熱膨張が支配的となり、変形量はプラス側で最大となるが、線膨張率の差を大きくしてΔαを大きくしてゆくと変形量は線形的に低下し、樹脂の膨張率と一致した値で変形量＝０となり、さらに線膨張率の差大きくなると変形量はマイナス側に転じてゆく。

リンク設計ではこの変形量をなるべく小さく、公差内に収める事が必要である。図４の結果より、Δαの範囲はリンク形状と線膨張率から決定されるが、本製品仕様範囲においては、Δα＝８．５×１０^−５〜８．５×１０^−２であることが分かった。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、連結プレート３３の途中に熱変形を吸収する熱変形吸収部材３６を介した構造としている。これによれば、連結プレート３３の途中に設けた熱変形吸収部材３６によって連結プレート３３で発生する熱膨張による寸法変化を吸収してその影響なくすことができる。

また、熱変形吸収部材としてバイメタル３６を用いている。これによれば、具体的に熱変形吸収部材としてバイメタル３６を用いていることによって熱膨張による寸法変化を吸収する構造とすることができる。

また、連結プレート３３の一端側３３ａをバイメタル３６の一方側偏平面の長さ方向略中央に接続し、連結プレート３３の他端側３３ｂをバイメタル３６の他方側偏平面の長さ方向両端に接続している。これによれば、バイメタル３６の熱変形を有効に連結プレート３３の長さの変化に変えることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態における連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、熱変形吸収部材として形状記憶合金３７、もしくは形状記憶樹脂３８を用いたものである。

形状記憶合金３７とは、周知のＮｉＴｉ合金のように、変形を加えた後、加熱によって変形前の形状に戻る性質を持つ金属である。また、形状記憶樹脂３８はポリエステル、歩ウレタン、スチレン・ブタジエン、ポリノルボルネン、トランスポリイソプレンなどがあり、形状記憶合金３７と同様に、変形を加えた後、加熱によって変形前の形状に戻る性質を持つ樹脂である。

形状記憶合金３７や形状記憶樹脂３８は、所定温度（例えば、６０℃）以上になると図５（ｂ）に示すような形状となり、第１実施形態で説明したバイメタル３６と同様に樹脂の熱膨張での変形量を吸収する役割をするものである。また、形状記憶合金３７や形状記憶樹脂３８の固定方法についても、第１実施形態と同様に、一方を両端固定とし他方を中央固定とするものである。これによれば、具体的に熱変形吸収部材として形状記憶合金３７もしくは形状記憶樹脂３８を用いていることによっても熱膨張による寸法変化を吸収する構造とすることができる。

（比較形態）
図６は、比較形態としての連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本比較形態では、連結プレート３３の熱変形を吸収するよう連結プレート３３全体を形状記憶部材で形成している。これによれば、連結プレート３３全体が熱変形することにより、連結プレート３３で発生する熱膨張による寸法変化を吸収してその影響なくすことができる。

また、形状記憶部材として、形状記憶合金３７、もしくは形状記憶樹脂３８を用いている。これらによれば、形状記憶部材として具体的には第２実施形態に記したような形状記憶合金３７、もしくは形状記憶樹脂３８を用いていることによって熱膨張による寸法変化を吸収する連結プレート３３とすることができる。

また、連結プレート３３の両接続部間を、略円弧状もしくは略くの字に形成している。これによれば、連結プレート３３全体での熱変形を有効に長さの変化に変えることができる。また、熱膨張によってドアのレバー部に加わる力を、略円弧状もしくは略くの字の形状によって緩和することもできる。

なお図６は、形状記憶樹脂３８で形成することを前提とした連結プレート３３形状であるが、形状記憶合金３７を用いて連結プレート３３を形成する場合、図６の形状では剛性が有りすぎるうえ、重く、高価なものとなるため、従来有る鉄ロッドのように細い金属ロッドとして形成すれば良い。また、連結プレート３３全体が略均一な形状ではなく、両接続部間の途中に確実に他の部分よりも変形し易い部分を設けた形状であっても良い。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、回動プレート間を連結する連結プレートに本発明を適用しているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、ドアレバーや回動プレートなどに本発明を適用しても良い。また、上述の実施形態では、車両用空調装置に適用した例を示したが、これに限らず、定置式の空調装置のリンク機構に適用しても良い。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調ユニット部１０の槻略断面図である。本発明の実施形態に係る温度調節関係のリンク部の槻略構成図である。本発明の第１実施形態における連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。バイメタル３６の線膨張率の差（Δα）と変形量との関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態における連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。比較形態における連結プレート３３を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。従来の連結プレート３３の熱膨張を示す模式図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時の状態を示す。

符号の説明

１０…空調ユニット
１５…冷風バイパス通路（開口部）
１６…エアミックスドア（ドア）
２８…温風バイパス開口部（開口部）
２９…温風バイパスドア（ドア）
３０…アクチュエータ、サーボモータ（駆動手段）
３１…モータレバー（回動プレート）
３３…連結プレート（リンク連結部材）
３３ａ…一端側
３３ｂ…他端側
３４…中間プレート（回動プレート）
３６…バイメタル（熱変形吸収部材）
３７…形状記憶合金（熱変形吸収部材）
３８…形状記憶樹脂（熱変形吸収部材）

Claims

空調ユニット（１０）の開口部（１５、２８）を開閉するドア（１６、２９）を駆動手段（３０）からの出力に応じて駆動させるリンク機構に含まれ、回動プレート（３１、３４）間を連結するリンク連結部材（３３）の構造において、
前記リンク連結部材（３３）の途中に熱変形を吸収する熱変形吸収部材（３６〜３８）を介在させ、
前記リンク連結部材（３３）の一端側（３３ａ）を前記熱変形吸収部材（３６〜３８）の一方側偏平面の長さ方向略中央に接続し、前記リンク連結部材（３３）の他端側（３３ｂ）を前記熱変形吸収部材（３６〜３８）の他方側偏平面の長さ方向両端に接続していることを特徴とする空調装置のリンク連結部材構造。
前記熱変形吸収部材としてバイメタル（３６）を用いていることを特徴とする請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造。
前記熱変形吸収部材として形状記憶合金（３７）を用いていることを特徴とする請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造。
前記熱変形吸収部材として形状記憶樹脂（３８）を用いていることを特徴とする請求項１に記載の空調装置のリンク連結部材構造。