JP5976592B2 - 扇風機 - Google Patents

Description

本発明は、頭部が上下に回転可能な扇風機に関する。

ファンを有する頭部と、頭部を上下に回転可能に支持するアームとを備えた扇風機が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、頭部を仰角９０度から俯角１５度の位置まで首振り可能である。

通常、頭部が俯仰角０度の位置に配置されたとき、頭部の重心と回転中心とは、同一水平面に存在する。頭部が回転すると、回転角度によって重心と回転中心との水平距離が大きく変化するため、回転角度に応じて頭部に働く回転モーメントが変動する。これにより、モータへの負荷量が変動する結果、頭部が滑らかに回転しない。

このような場合、多段ギア構造を採用し、大きなトルクを発生させれば、モータの負荷量に関係なく、頭部を滑らかに回転させることができる。しかし、多段ギア構造では、コストが高くなる。

そこで、特許文献２では、頭部に対し回転モーメントを打ち消す方向に付勢力を付与するバネ（バランスバネ）を設けている。これにより、多段ギア構造を採用することなく、比較的小さなトルクで、頭部を円滑に回転させることができる。

意匠登録第１４５９１０９号公報 特開昭５７−２０５８７号公報

特許文献２において、頭部及びアームの一方に駆動モータ及び駆動ギアを設け、他方に固定ギアを設けた場合、これらのギア間には遊び（バックラッシ）が設けられる。

ここで、頭部が仰角９０度付近の位置に配置されたとき、頭部の重心が回転中心を通る鉛直面をわずかでも越えることがあると、「頭部に働く回転モーメントＭ_１１」と「バネの付勢力」（バネから頭部に働く回転モーメントＭ_２）とが同じ方向に作用する（図８（ｂ）参照）。この場合、頭部の回転が助長され、頭部はバネの付勢方向にギア間の遊び分だけ急激に動く。この動きは、僅かな動きでも大きく現れるため、外観上、好ましくない。

そこで、頭部の重心と回転中心との位置関係やバネの弾性力等を調整することが好ましいが、このような調整は、設計上及び組立上、困難である。また、頭部の仰角を８５度に止める等の対策が考えられるが、この方法では頭部の回転範囲が狭まる。

そこで、本発明の目的は、多段ギア構造を採用することなく、頭部が仰角９０度付近の位置に配置されたときであっても、頭部が動くことを抑止可能な扇風機を提供することである。

本発明の扇風機は、ファン及び前記ファンを回転させるファンモータを有する頭部と、前記頭部を上下に回転自在に支持するアームと、前記頭部及び前記アームの一方に固定された固定ギアと、前記頭部及び前記アームの他方に設けられ、前記固定ギアと噛み合う駆動ギアを駆動する駆動モータと、前記頭部の回転中心を中心として前記頭部に作用する回転モーメントを打ち消す方向の付勢力を前記頭部に付与する付勢部材とを備え、前記駆動モータにより前記頭部を少なくとも仰角９０度付近の位置まで上下に回転させる扇風機であって、
前記頭部が俯仰角０度の位置に配置されたとき、前記頭部の重心は、前記回転中心から前記ファンに向かう方向に前記回転中心から離隔しており且つ前記頭部の回転中心を通る水平面より下方に位置する。

本発明によると、俯仰角が０度の位置において、頭部の重心を回転中心を通る水平面より下方にずらしている。これにより、頭部が仰角９０度付近の位置まで回動したときであっても、頭部の重心が回転中心を通る鉛直面を越えない。そのため、頭部には「自重による回転モーメント」と「付勢部材による回転モーメント」（付勢力）とが常に逆方向に作用し続ける。これにより、仰角９０度付近の位置において、頭部が固定ギアと駆動ギアとの遊び分だけ急激に動くことを抑止できるとともに、頭部を円滑に回動させることができる。

また、本発明において、前記頭部が俯仰角０度の位置に配置されたとき、前記頭部の回転中心が前記ファンの回転中心を通る水平面より上方に位置することが好ましい。これにより、ファンを安定して回転させることができる。

さらに、前記駆動ギアが前記駆動モータの出力軸に直結されていることが好ましい。上記構成では、駆動モータの出力が、直接、駆動ギアに伝達されるため、低出力で頭部を回転させることができる。また、駆動モータのコストを低減しつつ、仰角９０度付近においても頭部が動くことを抑止できる。

加えて、前記付勢部材がコイルバネであることが好ましい。コイルバネを用いることにより、簡易な構成で頭部の動きを抑止できる。

また、前記コイルバネの一端が前記頭部に固定され、前記コイルバネの他端が前記アーム側に固定されていることが好ましい。これにより、頭部の回動に伴って、コイルバネがねじられるため、付勢力を増加させることができる。また、コイルバネから頭部へ、直接、付勢力を付与できる。

本発明によると、頭部が仰角９０度付近の位置まで回動したときであっても、頭部の重心が回転中心を通る鉛直線を越えないため、頭部には「自重による回転モーメント」と「付勢部材による回転モーメント」（付勢力）とが常に逆方向に作用し続ける。これにより、仰角９０度付近の位置において、頭部がギア間の遊び分だけ急激に動くことを抑止できる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る扇風機を前方からみた斜視図であり、（ｂ）は後方からみた斜視図である。 頭部の内部構造を側方から見た図（図１(ａ)のII−II線に沿った図）である。 頭部の内部構造を後方から見た図である。 図２からアームの一部を省略した図である。 頭部の内部構造を上方から見た図（図１(ａ)のV−V線に沿った図）である。 頭部が仰角９０度の位置に配置されたときの、頭部の内部構造を上方から見た図である。 扇風機の機能ブロック図である。 頭部に働く回転モーメントを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

ここでは、本発明の一実施形態である扇風機について、図１〜図９を参照しつつ説明する。

扇風機１は、図１に示すように、頭部２と、頭部２を上下方向に回動自在に支持する基台３とを備えている。頭部２は、上下方向と左右方向に首振り可能である。

頭部２は、図１（ｂ）に示すように、送風用のファン２１と、ファン２１を覆うファンガード２２と、ファン２１を回転させるファンモータ２３を覆うカバー２５とを有している（図３,４参照）。頭部２の詳細については、後述する。

基台３は、図１（ｂ）に示すように、床に載置されるスタンドベース４と、スタンドベース４に立接された固定支柱５と、固定支柱５に対して上下方向に摺動可能なスライド支柱６と、スライド支柱６と頭部２とを連結する連結部７とを有している。スタンドベース４には、制御装置８が内蔵されている（図１（ａ）参照）。また、スタンドベース４の上面には、操作パネル９が設けられている。制御装置８の詳細については、後述する。

連結部７は、図２に示すように、スライド支柱６の上端部に左右方向に回動自在に連結されたアーム１１と、アーム１１をスライド支柱６に対して左右方向に首振りさせる左右首振機構１２と、アーム１１及び左右首振機構１２を覆う連結部カバー１３とを有している（図１（ｂ）参照）。左右首振機構１２は、モータやギア等で構成されている。

アーム１１は、図１（ｂ）及び図３に示すように、前後方向から見て略Ｕ字状に形成されている。アーム１１の上部は、頭部２に連結されている。なお、図２,３では連結部カバー１３を省略しており、図３では左右首振機構１２を省略している。また、以下の説明では、左右首振りに関する説明を省略する。

次に、頭部２の構成について、図２〜６を参照しつつ詳細に説明する。図２〜５は、頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたときを示し、図６は、頭部２が仰角９０度の位置に配置されたときを示している。

頭部２は、図２〜５に示すように、送風用のファン２１と、ファン２１を覆うファンガード２２と、ファン２１及びファンガード２２の後方に配置されたファンモータ２３と（図５参照）、ファンモータ２３の右方付近に配置された上下首振機構２４と（図５参照）、ファンモータ２３及び上下首振機構２４を覆うカバー２５とを有している。なお、図２,３では、カバー２５の一部を省略している。また、図４では、アーム１１の一部を省略している。

図４,５に示すように、ファン２１の中央には、後方に向かって延在した回転軸６０が取り付けられている。ファン２１は、回転軸６０を中心に回転する。頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、図４に示すように、頭部２の重心Ｇが回転軸６０の回転中心を通る水平面に存在する。

ファンモータ２３の前面（ファン２１に向かった面）は、台座２７に固定されている（図４参照）。台座２７の左右両端部には、図５に示すように、板部２８,２９が接続されている。板部２８,２９は、ファン２１から離れるように後方に延在している。図３に示すように、板部２８,２９は、アーム１１の内側に配置されており、アーム１１に対して上下回転可能に連結されている。また、板部２８には、上下首振機構２４が取り付けられている。台座２７及び板部２８、２９は、頭部２の一部を構成している。

上下首振機構２４は、図５に示すように、ファンモータ２３の右後方に配置された首振モータ３１と、板部２８を挟んで首振モータ３１と反対側に配置されたモータギア（駆動ギア）３２及び固定ギア３３とを有している。首振モータ３１とモータギア３２とは、板部２８を挟んで左右方向に並んで配置されている。固定ギア３３は、ファン２１とモータギア３２との間に配置され、俯仰角０度においてモータギア３２の前方に配置される。

首振モータ３１は、ステッピングモータであり、板部２８の右面（板部２９と対向する面）に固定されている。首振モータ３１の回転軸（出力軸）３５は、板部２８を貫通し、モータギア３２に直結している。モータギア３２は、回転軸３５とともに回転（自転）する（図２参照）。

固定ギア３３は、図５に示すように、軸３４を介して左方の板部２８に固定されているとともに、右方のアーム１１に２つのネジ３６で固定されている（図４参照）。軸３４は、アーム１１を貫通している。

また、固定ギア３３の内部には、図４,５に示すように、コイルバネ７０が収納されている。コイルバネ７０の一端は板部２８に固定され、他端は固定ギア３３に固定されている（図５参照）。コイルバネ７０は、頭部２に作用する回転モーメントを打ち消す方向の付勢力を頭部２に付与する。頭部２の仰角が大きくなるにつれて、コイルバネ７０がねじられることにより、付勢力が増大する（反発力が大きくなる）。コイルバネ７０の付勢力は、コイルバネ７０の板部２８による支持点（作用点）Ｘに作用する。

また、固定ギア３３の外周部の一部には、図４に示すように、扇形のギア部３３ａが形成されている。ギア部３３ａは、モータギア３２と噛み合う。モータギア３２と固定ギア３３のギア部３３ａとの間には遊び（バックラッシ）が形成されている。（図６の拡大図参照）

次に、上下首振機構２４の動作を説明する。

図４において、首振モータ３１が駆動すると、モータギア３２は、回転軸３５を中心に回転しつつ、軸３４を中心に固定ギア３３のギア部３３ａに沿って可動する。例えば、図４に示す頭部２を俯仰角０度の状態から仰角へ回動させる場合、首振モータ３１が駆動すると、モータギア３２は、回転軸３５を中心に右回転（正転）しつつ、軸３４を中心に固定ギア３３のギア部３３ａに沿って右へ可動する。そうすると、図６に示すように、仰角９０度の位置まで回動する。

そして、頭部２が最大仰角まで回動したとき（例えば、仰角９５度）、頭部２の回動に伴って、板部２８に形成された突起（ストッパー）２８ａが固定ギア３３のギア部３３ａの周方向一端に当接する。これにより、頭部２の上方への回動が規制される。

一方、頭部２を俯角へ回動させる場合、首振モータ３１が駆動すると、モータギア３２は、回転軸３５を中心に左回転（逆転）しつつ、軸３４を中心に固定ギア３３のギア部３３ａに沿って左へ可動する（図６参照）。

そして、頭部２が最大俯角まで回動したとき（例えば、俯角１５度）、頭部２の回動に伴って、板部２８に形成された突起（ストッパー）２８ｂが固定ギア３３のギア部３３ａの周方向他端に当接する。これにより、頭部２の下方への回動が規制される。

上述した機構により、頭部２は、固定ギア３３の軸３４を中心に上下に回動する。また、頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、図４に示すように、頭部２の重心Ｇは、軸３４の回転中心を通る水平面Ｐ_１より下方に存在し、且つ、軸３４より前方に存在する。言い換えると、重心Ｇは、軸３４からファン２１に向かう方向に軸３４から離隔している。

一方、頭部２が仰角９０度付近の位置に配置されたとき、図６に示すように、頭部２の重心Ｇは、軸３４の回転中心を通る鉛直面Ｐ_２を越えず、鉛直面Ｐ_２より前方に存在する。また、重心Ｇは、軸３４から上方向に離隔している。

なお、上記では、上下首振機構２４によって頭部２を上下方向に回動させる場合について説明したが、頭部２を手動で強制的に上下方向に回動させることも可能である。

続いて、図１（ａ）に示す制御装置８について、図７を参照しつつ説明する。

制御装置８は、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの複数のハードウェアから構成されている。ＲＯＭには、制御装置８の動作を制御する制御プログラムなどが格納されている。制御プログラムを実行することによって、図７に示すように、送風制御部５１、上下首振制御部５２及び左右首振制御部５３等の機能が発揮される。また、制御装置８は、ファンモータ２３、上下首振機構２４の首振モータ３１及び操作パネル９に接続されている。

送風制御部５１は、ファンモータ２３を制御する。上下首振制御部５２は、首振モータ３１を制御する上下首振モード制御部５２ａを有している。上下首振モード制御部５２ａは、頭部２の上下首振り動作を制御する。左右首振制御部５３は、頭部２の左右首振り動作を制御する。

続いて、頭部２,２０２に働く回転モーメントについて、図８（ａ）,（ｂ）を参照しつつ説明する。図８（ａ）には本実施形態の扇風機を図示し、図８（ｂ）には従来の扇風機を図示している。

図８（ａ）,（ｂ）に示す扇風機は、頭部２,２０２の右回転を規制するストッパー（図６に示す「突起２８ａ」に相当）を有している。ストッパーは、頭部２側へ設けられ、頭部２,２０２が仰角９０度を越える位置に配置されたとき、固定ギア３３の端部に当接する位置に設けられている。図８（ａ）,（ｂ）に示す「仰角９０度付近」では、頭部２,２０２側のストッパーが固定ギア３３の端部に当接していない。また、以下では、回転モーメントは同符号を用いて説明することがあるが、頭部の俯仰角が異なることで回転モーメントの大きさも異なる。

従来の扇風機では、図８（ｂ）に示すように、頭部２０２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、頭部２０２の重心Ｇは、頭部２０２の回転中心Ｏを通る水平面Ｐ_１に存在する。このとき、頭部２０２には、重心Ｇに対して、自重（ｍｇ）により図中において反時計回りの回転モーメントＭ_１１（Ｍ_１１＝ｍｇ×距離ＧＯ）が働く。一方、頭部２０２には、コイルバネにより、作用点Ｘに対して、図中において時計回りの回転モーメントＭ_２（Ｍ_２＝付勢力×距離ＸＯ）が働く。回転モーメントＭ_１１と回転モーメントＭ_２とは逆方向に作用しているため、頭部２０２を滑らかに回転させることができる。

しかし、頭部２０２が仰角９０度付近の位置まで回動したとき、頭部２０２の重心Ｇが回転中心Ｏを通る鉛直面Ｐを越えてわずかでも後方にずれることがあると、頭部２０２の重心Ｇには、自重により時計回りの回転モーメントＭ_１１が働く。また、コイルバネが俯仰角０度の位置よりもさらにねじられることで、付勢力が大きくなるため、時計回りの回転モーメントＭ_２は、俯仰角０度のときよりも大きくなる。そうすると、頭部２０２には、同じ方向の回転モーメントＭ_１１,Ｍ_２が作用することになるため、頭部２０２の時計回りの回動が助長される。その結果、頭部２０２はギア間の遊び分だけ時計回りに急激に回動する（図６の拡大図(モータギア３２とギア部３３ａとの間の遊び)参照）。

これに対し、本実施形態の扇風機では、図８（ａ）に示すように、頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、頭部２の重心Ｇは、頭部２の回転中心Ｏ（図４に示す「軸３４」の回転中心に相当）を通る水平面Ｐ_１の下方に存在する。このとき、頭部２には、重心Ｇに対して、自重（ｍｇ）により図中において反時計回りの回転モーメントＭ_１（Ｍ_１＜ｍｇ×距離ＧＯ）が働く。一方、頭部２には、コイルバネにより、作用点Ｘに対して、図中において時計回りの回転モーメントＭ_２（Ｍ_２＝付勢力×距離ＸＯ）が働く。回転モーメントＭ_１と回転モーメントＭ_２とは逆方向に作用しているため、頭部２を滑らかに回転させることができる。なお、このとき、Ｍ_１＞Ｍ_２となっている。

また、頭部２が仰角９０度付近の位置まで回動したときであっても、頭部２の重心Ｇは、回転中心Ｏを通る鉛直面Ｐを越えることがなく、鉛直面Ｐより前方に存在する。そのため、頭部２には、重心Ｇに対して、自重により反時計回りの回転モーメントＭ_１が働く。ここで、重心Ｇ及び回転中心Ｏを通る直線に垂直な方向に作用する力は、俯仰角０度のときに作用する力より小さいため、仰角９０度付近での回転モーメントＭ_１は、仰角０度の位置での回転モーメントＭ_１より小さい。

また、コイルバネがさらにねじられることで付勢力が増大するので、時計回りの回転モーメントＭ_２は、俯仰角０度のときより大きくなる。このとき、Ｍ_１＞Ｍ_２となっている。

このように、本実施形態では、仰角９０度付近の位置において、回転モーメントＭ_１と回転モーメントＭ_２とが逆方向に作用しているため、頭部２が時計回りに急に動くことはない。

以上に述べたように、本実施形態の扇風機１では、俯仰角０度の位置において頭部２の重心Ｇを軸３４（回転中心Ｏ）を通る水平面Ｐ_１の下方にずらしている。これにより、頭部２が仰角９０度付近の位置に配置されても、頭部２の重心Ｇが軸３４を通る鉛直面Ｐを越えない。そのため、頭部２には「自重による回転モーメントＭ_１」と「コイルバネ７０による回転モーメントＭ_２」（付勢力）とが常に逆方向に作用し続ける。これにより、仰角９０度付近の位置において、頭部２がモータギア３２と固定ギア３３との遊び分だけ急激に動くことを抑止できるとともに、頭部２を上下方向に円滑に回動させることができる。

また、本実施形態では、頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、頭部２の軸３４の回転中心がファン２１の回転軸６０の回転中心を通る水平面より上方に位置するため、ファン２１を安定して回転させることができる。

さらに、モータギア３２が回転軸（出力軸）３５に直結し、これらが他のギアを介して接続されていない。このような構成では、首振モータ３１のコストを低減しつつ、低出力で上述した効果が得られる。

加えて、付勢部材としてコイルバネ７０を用いることにより、簡易な構成で頭部２のずれを抑止できる。

また、コイルバネ７０の一端を頭部２の板部２８に固定し、他端を固定ギア３３に固定している。これにより、頭部２の回動に伴って、コイルバネ７０がねじられるため付勢力を増加させることができる。また、コイルバネ７０から頭部２へ、直接、付勢力を付与できる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の実施形態では、図８（ａ）において、頭部２に働く回転モーメントＭ_１,Ｍ_２の大きさが、回転モーメントＭ_１＞回転モーメントＭ_２であるが、回転モーメントＭ_１≦回転モーメントＭ_２でもよい。

また、本実施形態では、頭部２が俯仰角０度の位置に配置されたとき、図４に示すように、頭部２の回転中心（軸３４の中心）がファン２１の回転軸６０の回転中心を通る水平面より上方に位置するが、頭部２の回転中心は、ファン２１の回転軸６０の回転中心を通る水平面に存在してもよく、回転軸６０の回転中心を通る水平面より下方に位置してもよい。

さらに、本実施形態では、上下首振機構２４において、モータギア（駆動ギア）３２が頭部２の板部２８に固定され、固定ギア３３がアーム１１に固定されているが、モータギア（駆動ギア）がアームに固定され、固定ギアが頭部に固定されてもよい。

また、本実施形態では、上下首振機構２４において、首振モータ３１が頭部２の板部２８に固定され、固定ギア３３がアーム１１に固定されているが、モータギア（駆動ギア）３２を駆動する首振モータ３１をアーム１１側に設け、固定ギアを頭部２側に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、モータギア３２が回転軸（出力軸）３５に直結しているが、モータギア３２と回転軸３５とが他のギアを介して接続されてもよい。

さらに、上述した実施形態では、コイルバネ７０の一端を頭部２の板部２８に固定し、他端をアーム１１に固定された固定ギア３３に固定したが、コイルバネ７０の一端を、頭部２を構成する他の部材に接続してもよい。また、コイルバネ７０の他端をアームに直接接続してもよい。

加えて、上述した実施形態では付勢部材にコイルバネ７０を用いたが、引張りバネ等のスプリングなど、他の部材（弾性部材等）を用いてもよい。

１ 扇風機
２,２０２ 頭部
１１ アーム
２１ ファン
２３ ファンモータ
２８ 板部
３１ 首振モータ（駆動モータ）
３２ モータギア（駆動ギア）
３３ 固定ギア
３３ａ ギア部
３４ 軸
３５ 回転軸（出力軸）
６０ 回転軸
７０ コイルバネ（付勢部材）
Ｇ 頭部の重心
Ｏ 頭部の回転中心
Ｘ 支持点（作用点）

Claims (5)

1. ファン及び前記ファンを回転させるファンモータを有する頭部と、
   前記頭部を上下に回転自在に支持するアームと、
   前記頭部及び前記アームの一方に固定された固定ギアと、
   前記頭部及び前記アームの他方に設けられ、前記固定ギアと噛み合う駆動ギアを駆動する駆動モータと、
   前記頭部の回転中心を中心として前記頭部に作用する回転モーメントを打ち消す方向の付勢力を前記頭部に付与する付勢部材とを備え、
   前記駆動モータにより前記頭部を少なくとも仰角９０度付近の位置まで上下に回転させる扇風機であって、
   前記頭部が俯仰角０度の位置に配置されたとき、前記頭部の重心は、前記回転中心から前記ファンに向かう方向に前記回転中心から離隔しており且つ前記頭部の回転中心を通る水平面より下方に位置することを特徴とする扇風機。
2. 前記頭部が俯仰角０度の位置に配置されたとき、前記頭部の回転中心が前記ファンの回転中心を通る水平面より上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の扇風機。
3. 前記駆動ギアが前記駆動モータの出力軸に直結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の扇風機。
4. 前記付勢部材がコイルバネであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の扇風機。
5. 前記コイルバネの一端が前記頭部に固定され、
   前記コイルバネの他端が前記アーム側に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の扇風機。

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