JP5018341B2 - ダンパー装置 - Google Patents

Description

本発明は、風路を開閉するダンパー装置に関するものである。

近年では、冷蔵庫や換気扇の風路等において、流体の流れを遮断、連通させるためにモータ式のダンパー装置が用いられることが多い。

このようなモータ式のダンパー装置として、次のように冷蔵庫に用いられたものがある（特許文献１参照）。

図６に示すように、従来の冷蔵庫のダンパー装置５０は、電動機構５１と、この電動機構５１によって回動作動される作動板５２と、作動板５２によって開閉される開口部５４を形成したダンパーケース５３とから構成されている。電動機構５１は、モータ機構と、この回転軸の回転を減速して出力軸に伝達する複数の減速歯車機構（いずれも図示せず）とからなり、出力軸がモータケース５９とダンパーケース５３を貫通してモータケース５９外に突出した形態をなす。この出力軸の先端部は偏平形状をなしており、この出力軸の偏平形状部分に作動板５２が嵌まり合う構成であり、これによって、電動機構５１の回転によって作動板５２が減速回動する。

また、ダンパー装置５０は、冷蔵庫庫内の温度を感知するセンサの温度感知に基づき制御回路部によって電動機構５１が作動して、開口部５４を作動板５２が開閉する。

上記のような小型化した電動機構５１の採用によってダンパー装置５０の小型化を図ることができ、それによって冷蔵庫内の狭い場所へのダンパー装置５０の組み込みが可能となるため、構造設計の自由度が増し、種々の構造の冷蔵庫に適用できるものとなる。また、小型化によって冷蔵庫内でのダンパー装置５０の占める容積を小さくして、冷蔵庫内の物品貯蔵内容積を少しでも大きくできる構成とすることも可能となる。
特開２００５−２４１１４０号公報

しかしながら、上記従来の構成のダンパー装置では、小型モータの出力トルクを作動板に直接伝えるため、作動板の開閉トルクは非常に弱く次のような課題に対応できない。

例えば、冷蔵庫にこのようなダンパー装置を備えた場合、このダンパー装置は冷蔵庫の蒸発器と冷蔵室等の収納室間の風路を遮断、連通するものであるが、ダンパー装置が閉じられた状態において、常時低温である蒸発器側と、扉開閉等によってある程度まで温度が上昇することがある収納室側では温度差が発生するため、収納室に湿気が侵入した際に、ダンパー装置の収納室側が結露凍結することがある。

このとき、ダンパー装置が凍結して拘束されると風路は常に閉鎖状態となり、収納室に冷気を送風することができなくなってしまう。このような凍結拘束されたダンパー装置を開くためにはダンパー装置の開閉トルクが凍結拘束力を上回る必要があるが、本構成のダンパー装置の開閉トルクは非常に弱く、一度凍結すると以後は駆動することが出来なくなってしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、低トルクのモータを使用しても凍結等による開閉部の拘束を回避することができるダンパー装置を提案するものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のダンパー装置は、開口部を設けたフレームと、開口部を回動開閉する開閉板と、開閉板の開閉面側面に設けられた溝部と、開閉板の回転軸とは異なる回転軸を中心に回動する偏芯板と、偏芯板上に回転軸から所定の回転半径をとって設けられた突起部と、偏芯板を回動させるモータとで構成され、突起部は溝部に非固定で挿入され、モータによって回動した偏芯板が開閉板に動力を伝動し、開閉するものである。

これによって、開閉板が開く瞬間に回転軸に発生するトルクは、突起部が開閉板に伝える力に突起部と開閉板の回転軸との距離を乗算した値となり、開閉板の回転軸付近で非常に強い開閉トルクを持つダンパー装置が得られる。

また、本発明のダンパー装置は、モータをステッピングモータとしたものである。

これによって、開閉板の開き量をステッピングモータに印加するパルス数に応じて自由に調節でき、また、開閉板のロック時にもステッピングモータ内のロータはロックせずに空転するため、機構的な負荷も少なくなる。

また、本発明のダンパー装置は、偏芯板の回転軸を、突起部の中心と開閉板の回転軸とを結ぶ直線上に位置したものである。

これによって、突起部が開閉板に伝える力はステッピングモータのトルクとほぼ等しく得られ、開閉板を開く瞬間の開閉トルクは、ステッピングモータの能力を最も効率よく利用したものとなる。

また、本発明のダンパー装置は、開閉板が閉じた状態において、開閉板の回転軸が開閉板の最大回転半径をとる箇所よりも低位置になるように設置したものである。

これによって、低温箇所での使用の際に開閉板が結露しても、結露水は開閉板の回転軸方向へと流れるため、凍結する箇所は、この開閉板上において最大の開閉トルクを発揮する回転軸周辺に限定することができる。

また、本発明のダンパー装置は、低温箇所での使用の際に偏芯板の回転軸部分が凍結することがあっても、モータを連続通電し、モータの温度を上昇させることによって解凍を行うものである。

これによって、万一、開閉板が凍結拘束された場合にも、定期的にステッピングモータに連続的に通電、またはパルスを印加することによってステッピングモータの温度上昇を促し、この熱によって凍結箇所の解凍を行うことができる。

本発明のダンパー装置は、開口部を設けたフレームと、開口部を回動開閉する開閉板と、開閉板の開閉面側面に設けられた溝部と、開閉板の回転軸とは異なる回転軸を中心に回動する偏芯板と、偏芯板上に回転軸から所定の回転半径をとって設けられた突起部と、偏芯板を回動させるモータとで構成され、突起部は溝部に非固定で挿入され、モータによって回動した偏芯板が開閉板に動力を伝動し開閉するもので、開閉板が開く瞬間に回転軸に発生するトルクは、突起部が開閉板に伝える力に突起部と開閉板の回転軸との距離を乗算した値となり、開閉板の回転軸付近で非常に強い開閉トルクを持つダンパー装置が得られる。よって、駆動部が凍結したり、粉塵や油によって駆動部に過負荷がかかるような状況でも開閉することができる。また、構成として突起部が開閉板側に存在し、溝部が偏芯板側にあるも、同様の効果が得られる。

上記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、開口部を設けたフレームと、前記開口部を回動開閉する開閉板と、前記開閉板の開閉面側面に設けられた溝部と、前記開閉板の回転軸とは異なる同一軸線上にない回転軸を中心に回動する偏芯板と、前記偏芯板上に回転軸から所定の回転半径をとって設けられた突起部と、前記偏芯板を回動させるモータとで構成され、前記突起部は前記溝部に非固定で挿入され、前記モータによって回動した前記偏芯板が前記開閉板に動力を伝動し開閉するものであるため、開閉板が開く瞬間に回転軸に発生するトルクは、突起部が開閉板に伝える力に突起部と開閉板の回転軸との距離を乗算した値となり、開閉板の回転軸付近で非常に強い開閉トルクを持つダンパー装置が得られるので、凍結や粉塵等によって開閉板の回転軸が拘束されることがあっても、これを上回る開閉トルクを得ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記モータをステッピングモータとしたため、開閉板の開き量をステッピングモータに印加するパルス数に応じて自由に調節できるので、通過する流体の流量を自在に調節でき、また、開閉板のロック時にもステッピングモータ内のロータはロックせずに空転するので、機構的な負荷も少なくて済むので耐久性に優れる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記偏芯板の回転軸は、前記突起部の中心と前記開閉板の回転軸とを結ぶ直線上に位置するため、突起部が開閉板に伝えるトルクはモータのトルクとほぼ等しく得られ、開閉板を開く瞬間の開閉トルクは、モータの能力を最も効率よく利用したものとなるので、小型低トルクのモータであっても十分な開閉トルクを得られる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記開閉板が閉じた状態において、前記開閉板の回転軸が前記開閉板の最大回転半径をとる箇所よりも低位置になるように設置するため、低温箇所での使用の際に開閉板が結露しても、結露水は開閉板の回転軸方向へと流れるため、凍結する箇所は、この開閉板上において最大の開閉トルクを発揮する回転軸周辺に限定することができるので、開閉板の回転軸周辺以外での凍結拘束を配慮する必要がなくなる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、低温箇所での使用の際に偏芯板の回転軸部分が凍結することがあっても、前記モータを連続通電し、前記モータの温度を上昇させることによって解凍を行うため、万一、本ダンパー装置の開閉トルクでは開閉板が開かないレベルまで凍結拘束された場合にも、定期的にステッピングモータに連続的に通電、またはパルスを印加することによってステッピングモータの温度上昇を促し、この熱によって凍結箇所の解凍を行うことができるので、いかなる凍結状態においても動作不可能に陥ることはない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の斜視図である。図２は本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の斜視分解図である。図３は本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の側面図である。

図１から図３において、本発明のダンパー装置１０１は、開口部１０２を設けたフレーム１０３と、開口部１０２を開閉する開閉板１０４と、開閉板１０４にステッピングモータ１０５の動力を伝達する偏芯板１０６で構成されている。フレーム１０３及び開閉板１０４はＡＢＳ等の樹脂材で形成され、偏芯板１０６はポリアセタール等の比較的高い機械的強度を有するエンプラ樹脂材で形成されている。

また、開閉板１０４の開閉面側には緩衝部材１０７が取り付けられ、この緩衝部材１０７は発泡ポリウレタン、発泡ポリエチレン、ゴム材等の弾力性を持った部材で形成されている。

また、フレーム１０３において、開口部１０２と開閉板１０４との当接部１０８は開口部１０２の外周に沿って突起しており、開閉板１０４が閉じられた際には、緩衝部材１０７がこの当接部１０８に押し当てられる状態となり密閉性を高める役割を果たす。

開閉板１０４はフレーム１０３の側面に取り付けられ、開閉板回転軸１０９を中心軸として回動し、開口部１０２を開閉する。また、開閉板１０４の開閉面の側面には溝部１１０が横長に設けられている。

ステッピングモータ１０５は偏芯板１０６の偏芯板回転軸１１１に連結され、また、偏芯板回転軸１１１から所定の回転半径Ｒ１をもって設けられた突起部１１２は溝部１１０内に挿入されている。突起部１１２と溝部１１０は固定されておらず、突起部１１２は溝部１１０内に沿って動作することができる。この偏芯板回転軸１１１は開閉板回転軸１０９とは別軸となるように設けられている。

このように構成されたダンパー装置１０１では、ステッピングモータ１０５が回転駆動すると、これに伴って偏芯板１０６も回転する。偏芯板１０６上の突起部１１２は溝部１１０内に挿入されているため、ステッピングモータ１０５の回転を開閉板１０４に伝え、開閉板１０４を開閉させる。このとき、偏芯板回転軸１１１と開閉板回転軸１０９は同軸上にないため、偏芯板１０６と開閉板１０４の回転軌道は異なるが、突起部１１２は横長の溝部１１０内に沿って動作できるので、スムーズに動力を伝達することができる。

また、突起部１１２が溝部１１０内に挿入された箇所と開閉板回転軸１０９とは、回転軌道との平行寸法としてＲ２が設けられており、開閉板１０４が閉じられた状態においてＲ２が最大となるように構成されている。ここで、開閉板回転軸１０９に発生するトルクは、突起部１１２が開閉板１０４に伝える力をＦとすると、これにＲ２を乗算したものが得られる。即ち、Ｆ×Ｒ２のトルクが発生し、開閉板回転軸１０９付近で非常に強い開閉トルクを持つダンパー装置が得られる。

図２に示されるようにステッピングモータ１０５のトルクＮ１は
Ｎ１＝Ｆ×Ｒ１
Ｆは一定の為、開閉板１０４に加わるトルクは以下のＮ２となる
Ｎ２＝Ｆ×Ｒ２
ここでＦは一定でＲ１＜Ｒ２のため開閉板回転軸１０９に加わるトルクはＲ２がＲ１に比較し大きければ大きいほど比例的に増大する。

特に、偏芯板回転軸１１１を設ける箇所を、開閉板１０４が閉じた状態において、突起部１１２と開閉板回転軸１０９とを結ぶ直線Ａ上とすることによって、開閉板１０４が開く瞬間においては、開閉板１０４と偏芯板１０６との回動の力のベクトルは同一となる。よって、突起部１１２が開閉板１０４に伝える力Ｆはステッピングモータ１０５のトルクとほぼ等しく無駄なく得られ、開閉板１０４を開く瞬間の開閉トルクは、ステッピングモータ１０５の能力を最も効率よく利用したものとなる。

このダンパー装置１０１は開閉板回転軸１０９上において最大の開閉トルクを発揮できるものであるが、例えば冷蔵庫の風路のように開閉板の回転軸が凍結したり、粉塵や油によって回転軸に過負荷がかかるような場所での利用を想定している。このダンパー装置の設置例を冷蔵庫を用いて以下に説明する。

図４は本発明の実施の形態１におけるダンパー装置を設置した冷蔵庫の側面断面図である。図５は本発明の実施の形態１における図４のＢ部詳細断面図である。

図４、図５において、冷蔵庫１２１は箱体本体１２２と貯蔵室の区画をつくるための仕切りが上から１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、それら区画を閉空間にするための扉１２４により断熱区画され、上から冷蔵室１２５、切替室１２６、冷凍室１２７、野菜室１２８の異なる温度の貯蔵空間になっている。その中で、冷凍室１２７は−２０℃前後に冷却されている。

また、冷蔵庫１２１を冷却するため、冷凍サイクルが圧縮機１３１、凝縮器、膨張弁やキャピラリチューブなどの減圧装置（図示せず）、蒸発器１３２、それら構成部品を連結する配管、冷媒などで構成される。

さらに蒸発器１３２で生成された低温空気を各貯蔵室空間に搬送、もしくは貯蔵室空間で熱交換された空気を蒸発器１３２に回収するための風路１３３があり、風路１３３は各貯蔵室と仕切り１３４で断熱されている。風路１３３内にはダンパー装置１０１が設置されており、このダンパー装置１０１を境界として、蒸発器側風路１３３ａと冷蔵室側風路１３３ｂとに区分される。冷蔵室１２５内の温度が所定以上の場合はダンパー装置１０１が開き、蒸発器側風路１３３ａと冷蔵室側風路１３３ｂとは連通し、蒸発器１３２で冷却された冷気は冷却ファン（図示せず）によって冷蔵室１２５へと送り込まれ冷却する。また、冷蔵室１２５内の温度が所定以下となった場合はダンパー装置１０１は閉じて、冷気の送風を遮断する。以上のようにダンパー装置１０１によって冷蔵室１２５の温調を行っている。

このような構成の冷蔵庫１２１においては、蒸発器側風路１３３ａ内は蒸発器１３２と連通しているため常に冷凍域温度に冷却されており、一方、冷蔵室側風路１３３ｂ内はダンパー装置１０１により遮断可能なため、蒸発器側風路１３３ａよりも高い温度となる。

このようにダンパー装置１０１を境界として温度差が発生するため、扉１２４が開かれることによって冷蔵室１２５に湿気が侵入した際に、ダンパー装置１０１の冷蔵室側風路１３３ｂ側が結露凍結することが稀にある。

このとき、開閉板１０４が凍結して拘束されるとダンパー装置１０１は常に閉鎖状態となり、冷蔵室１２５に冷気を送風することができなくなってしまう。通常、このような凍結拘束された開閉板１０４を開くために、ステッピングモータ１０５から開閉板１０４の間に多数の減速ギヤを用い、開閉板１０４の開閉トルクを増加させ凍結拘束力を上回らせることで開閉板１０４を駆動する仕組みをとっている。しかし、この構成は複雑で、多数の部品と組立て時間を要し、コストアップの要因となっている。

これに対し、ダンパー装置１０１は、冷蔵庫１２１の水平方向に対して角度αをもって設置され、開閉板１０４が閉じた状態において開閉板回転軸１０９が低い高さ位置になっている。よって、開閉板１０４に結露した水滴は突起部１１２の中心軸位置より開閉板回転軸１０９方向へと流れるため、凍結する箇所はこの開閉板回転軸１０９周辺に限られる。前述したように、本実施の形態のダンパー装置１０１は、開閉板回転軸１０９上において最大の開閉トルクを発揮できるものであるため、凍結箇所が開閉板回転軸１０９の近傍であればあるほど、大きいトルクで凍結ロックを解除することが出来、多数の減速ギヤを使用することなく、低トルクのモータによって開閉板１０４の凍結拘束力を上回り、開くことができる。

また、極稀にではあるが、開閉板１０４に大量の結露が発生し凍結することも考えられる。このように明らかに異常な状態になると、本実施の形態のダンパー１０１の開閉トルクをもってしても凍結拘束力を上回れずに開閉板１０４を駆動できなくなる可能性がある。

そこで、定期的にステッピングモータ１０５に連続的に通電、またはパルスを印加することによってステッピングモータ１０５内の巻線の温度上昇を促し、伝導されたこの熱によって凍結箇所の解凍を行う。このようにヒータ等の熱源を新たに設ける必要なく、最低限の構成のダンパー装置１０１で対応することができる。

以上のように、本実施の形態のダンパー装置１０１は、開口部１０２を設けたフレーム１０３と、開口部１０２を回動開閉する開閉板１０４と、開閉板１０４の開閉面側面に設けられた溝部１１０と、開閉板回転軸１０９とは異なる偏芯板回転軸１１１を中心に回動する偏芯板１０６と、偏芯板１０６上で偏芯板回転軸１１１から所定の回転半径をとって設けられた突起部１１２と、偏芯板１０６を回動させるステッピングモータ１０５とで構成され、突起部１１２は溝部１１０に非固定で挿入され、ステッピングモータ１０５によって回動した偏芯板１０６が開閉板１０４に動力を伝動し開閉するものであるため、開閉板１０４が開く瞬間に開閉板回転軸１０９に発生するトルクは、突起部１１２が開閉板１０４に伝える力に突起部１１２と開閉板回転軸１０９との距離を乗算した値となり、開閉板回転軸１０９付近で非常に強い開閉トルクを得られるので、凍結箇所や粉塵箇所が開閉板回転軸１０９の近傍であればあるほど、大きいトルクで凍結ロックや粉塵ロックを解除することが出来、凍結や粉塵等によって開閉板回転軸１０９が拘束されることがあっても、これを上回る開閉トルクを得ることができる。

また、偏芯板回転軸１１１は、突起部１１２の中心と開閉板回転軸１０９とを結ぶ直線上に位置するため、突起部１１２が開閉板１０４に伝えるトルクはステッピングモータ１０５のトルクとほぼ等しく得られ、開閉板１０４を開く瞬間の開閉トルクは、ステッピングモータ１０５の能力を最も効率よく利用したものとなるので、小型低トルクのステッピングモータであっても十分な開閉トルクを得られる。

また、開閉板１０４が閉じた状態において、開閉板回転軸１０９が開閉板１０４の最大回転半径をとる箇所よりも低位置になるように設置するため、開閉板１０４が結露した際に、結露水は開閉板回転軸１０９方向へと流れるため、凍結する箇所は、この開閉板１０４上において最大の開閉トルクを発揮する開閉板回転軸１０９周辺に集中さすことができるので、開閉板回転軸１０９より最大に離れた箇所が凍結ロックすると、凍結解除しに難くなるため、これを回避する策として有効である。

また、モータにはステッピングモータ１０５を使用したため、開閉板１０４の開き量をステッピングモータ１０５に印加するパルス数に応じて自由に調節できるので、通過する流体の流量を自在に調節でき、また、開閉板１０４のロック時にもステッピングモータ１０５内のロータはロックせずに空転するので、機構的な負荷も少なくて済むので耐久性に優れる。

また、偏芯板回転軸１１１周辺が凍結した際に、ステッピングモータ１０５を連続通電し、ステッピングモータ１０５の温度を上昇させることによって解凍を行うため、万一、ダンパー装置１０１の開閉トルクでは開閉板１０４が開かないレベルまで凍結拘束された場合にも、定期的にステッピングモータ１０５に連続的に通電、またはパルスを印加することによってステッピングモータ１０５の温度上昇を促し、この熱によって凍結箇所の解凍を行うことができるので、凍結状態においても凍結解除し動作不能を回避することが出来る。

以上のように、本発明のダンパー装置は、例えば冷蔵庫や換気扇の風路のように、駆動部が凍結したり、粉塵や油によって駆動部に抵抗負荷がかかるような場所でも使用できるものである。

本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の斜視図 本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の斜視分解図 本発明の実施の形態１におけるダンパー装置の側面図 本発明の実施の形態１におけるダンパー装置を設置した冷蔵庫の側面断面図 本発明の実施の形態１における図４のＢ部詳細断面図 従来の冷蔵庫のダンパー装置の斜視図

符号の説明

１０１ ダンパー装置
１０２ 開口部
１０３ フレーム
１０４ 開閉板
１０５ ステッピングモータ
１０６ 偏芯板
１０７ 緩衝部材
１０８ 当接部
１０９ 開閉板回転軸
１１０ 溝部
１１１ 偏芯板回転軸
１１２ 突起部
１２１ 冷蔵庫
１２２ 箱体本体
１２３ａ 仕切り
１２３ｂ 仕切り
１２３ｃ 仕切り
１２４ 扉
１２５ 冷蔵室
１２６ 切替室
１２７ 冷凍室
１２８ 野菜室
１３１ 圧縮機
１３２ 蒸発器
１３３ 風路
１３３ａ 蒸発器側風路
１３３ｂ 冷蔵室側風路
１３４ 仕切り

Claims (5)

1. 開口部を設けたフレームと、前記開口部を回動開閉する開閉板と、前記開閉板の開閉面側面に設けられた溝部と、前記開閉板の回転軸とは異なる回転軸を中心に回動する偏芯板と、前記偏芯板上に回転軸から所定の回転半径をとって設けられた突起部と、前記偏芯板を回動させるモータとで構成され、前記突起部は前記溝部に非固定で挿入され、前記モータによって回動した前記偏芯板が前記開閉板に動力を伝動し開閉することを特徴とするダンパー装置。
2. 前記モータをステッピングモータとしたことを特徴とする請求項１に記載のダンパー装置。
3. 前記偏芯板の回転軸は、前記突起部の中心と前記開閉板の回転軸とを結ぶ直線上に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダンパー装置。
4. 前記開閉板が閉じた状態において、前記開閉板の回転軸が前記開閉板の最大回転半径をとる箇所よりも低い高さ位置になるように設置することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のダンパー装置。
5. 前記偏芯板の回転軸部分が凍結した際に、前記モータを連続通電し、前記モータの巻線温度を上昇させることによって解凍を行うことを特徴とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のダンパー装置。