JP6359958B2 - ねじれ抑制機構およびそれを備えた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機の有する上下風向偏向羽根のねじれを抑制するねじれ抑制機構およびそれを備えた空気調和機に関する。

従来の空気調和機として、吹出口から吹き出す風の風向を上下に偏向する上下風向偏向羽根を有するものがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１の空気調和機は、上下風向偏向羽根に加えて、上下風向偏向羽根を吹出口を閉じる方向に付勢する付勢手段を備えている。このような付勢手段を設けて、上下風向偏向羽根の自重を打ち消し合うように作用させることで、上下風向偏向羽根の自重によるねじれや撓み等を抑制するようにしている。

国際公開第２０１３／０５４５３７号

しかしながら、昨今では、上下風向偏向羽根の更なる大型化が進んでいる。これにより、上下風向偏向羽根の自重はさらに重くなる傾向にある。このような傾向下においては、上下風向偏向羽根の自重によるねじれが発生しやすくなるため、特許文献１のように単に付勢手段を設けるだけでは、そのねじれを精度良く抑制することができない場合がある。

従って、本発明の目的は、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを精度良く抑制することができるねじれ抑制機構およびそれを備えた空気調和機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の一態様によれば、支持軸を有し、支持軸を中心に回転することにより、吹出口を閉じる閉じ位置と吹出口を開く開き位置との間で、風向を上下方向に偏向する上下風向偏向羽根と、上下風向偏向羽根の支持軸の一端に接続され、支持軸を回転させるように駆動するモータと、上下風向偏向羽根の支持軸の他端に接続され、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構と、を備え、ねじれ抑制機構は、支持軸の他端に接続されるとともに支持軸の回転に伴って回転する回転部材と、回転部材の回転中心から偏心した位置にて回転部材に接触して、回転部材を上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクを減少させる方向に付勢する付勢部材とを備え、付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分は、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される、空気調和機を提供する。

本発明によれば、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを精度良く抑制することができる。

本発明の実施の形態にかかる空気調和機の断面図 実施の形態にかかる空気調和機の断面図 実施の形態にかかる空気調和機の上下風向偏向羽根、モータ、ねじれ抑制機構の斜視図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の拡大斜視図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の分解斜視図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の側面図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の動作・作用を説明する断面図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の動作・作用を説明する断面図 実施の形態にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の動作・作用を説明する断面図 実施の形態にかかる空気調和機の上下風向偏向羽根に生じるトルクの関係を示す図 実施の形態の変形例にかかる空気調和機のねじれ抑制機構の側面図 従来の空気調和機を示す部分拡大斜視図 従来の空気調和機を示す部分拡大断面図 従来の空気調和機の上下風向偏向羽根に生じるトルクの関係を示す図

（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、前記従来の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。

まず、本発明者らは、従来の空気調和機に関する考察を行った。図１２、１３に、従来の空気調和機１００の構成を示す。図１２、１３は、空気調和機１００における上下風向偏向羽根１０１の支持端部の周辺図を示す。図１２、１３に示すように、従来の空気調和機１００は、上下風向偏向羽根１０１と、吹出口１０２と、ねじりコイルばね１０３と、支持軸１０４と、本体１０５とを備える。図１３は、空気調和機１００において、上下風向偏向羽根１０１が吹出口１０２（図１３参照）を閉じた閉じ位置にある状態を示す。

図１２、１３に示すように、従来の空気調和機１００には、上下風向偏向羽根１０１を吹出口１０２を閉じる方向（図１３において反時計回りの方向）に付勢する付勢手段として、ねじりコイルばね１０３が設けられている。ねじりコイルばね１０３は、本体１０５に固定されるとともに、上下風向偏向羽根１０１を支持する軸である支持軸１０４に連結されている。支持軸１０４は、上下風向偏向羽根１０１の回転中心である。支持軸１０４は、回転可能な状態で本体１０５に軸支されている。

図１３に示される閉じ位置においては、上下風向偏向羽根１０１の回転中心である支持軸１０４と、上下風向偏向羽根１０１の重心１０６とが略同じ高さ位置にあり、互いの水平方向における距離が最も長くなっている。このような状態では、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａ（図１３において時計回りの矢印）も最大となる。図１３では、このように上下風向偏向羽根１０１が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａが最大となる形態を例にとり、説明を行う。

図１３に示される閉じ位置から、上下風向偏向羽根１０１が吹出口１０２を開く方向に回転移動する、すなわち、図１３において支持軸１０４を中心に時計回りに回転すると、上下風向偏向羽根１０１の重心１０６は、支持軸１０４に対して水平方向に近づく。これにより、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａも徐々に小さくなる。

このように、上下風向偏向羽根１０１が閉じ位置から下方へ回転移動することに伴って、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａは小さくなり、最終的に、上下風向偏向羽根１０１が閉じ位置から約９０度下方に回転したときに、トルクＴａは概ね０となる。

これに対して、ねじりコイルばね１０３による付勢によって支持軸１０４にかかる反対向きのトルクＴｂ（図１３において反時計回り方向）は、上下風向偏向羽根１０１が閉じ位置から吹出口１０２を開く方向に回転移動するにつれて大きくなってくる。上下風向偏向羽根１０１の支持軸１０４が回転するにつれて、ねじりコイルばね１０３による元の状態からの変形が大きくなり、元の位置に戻ろうとする力が大きくなるためである。

このようなトルクＴａとＴｂの関係を図１４に示す。図１４では、横軸に上下風向偏向羽根１０１の閉じ位置からの開き角度（度）をとり、縦軸にトルク（ｇ・ｃｍ）をとっている。横軸の開き角度は、閉じ位置を０度として、最大の開き位置が１２０度である場合について説明する。ライン１が、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａを示し、ライン２が、ねじりコイルばね１０３の付勢によって支持軸１０４にかかる反対向きのトルクＴｂを示す。ライン３は、ライン１とライン２のトルクの差（合成トルク）を示す。このライン１とライン２の差として示されるライン３は、上下風向偏向羽根１０１のねじれの原因となるトルクＴｃ（以降、ねじれのトルクＴｃとする）を表している。図１２、１３では図示していないが、支持軸１０４におけるねじりコイルばね１０３が配置される側とは反対側の端部は、上下風向羽根１０１を駆動するモータの回転軸に固定されている。モータの回転軸は、モータの内部構造により前述のトルクＴａに抗して、上下風向偏向羽根１０１を所定の開き位置で保持する。一方、支持軸１０４におけるねじりコイルばね１０３が配置される側の端部では、前述のトルクＴａに抗するトルクは、前述のトルクＴｂのみとなる。このため、上下風向羽根１０１の支持軸１０４における上下風向偏向羽根１０１の自重によるトルクＴａに抗するトルクは、ねじりコイルばね１０３に連結される側と、モータの回転軸に連結される側とで異なっている。つまり、ねじりコイルばね１０３が配置される側で生じる前述のトルクＴｃが、上下風向偏向羽根１０１のねじれの原因となるトルクとなる。特に、上下風向偏向羽根１０１は、ねじりコイルバネ１０３が配置される側が、モータが配置される側に比べて、吹出口１０２を開く方向に位置しやすくなる。

図１４のライン３に示すように、上下風向偏向羽根１０１におけるねじれのトルクＴｃは、上下風向偏向羽根１０１の開き角度が概ね４５度のときに０となる一方で、開き角度が４５度から離れるにつれて大きくなる。特に、上下風向偏向羽根１０１の開き角度が０度に近い場合や略９０度以上の場合において、上下風向偏向羽根１０１におけるねじれのトルクＴｃは大きくなっている。

このような上下風向偏向羽根１０１のねじれのトルクＴｃがかかった状態で、上下風向偏向羽根１０１が開閉されると、上下風向偏向羽根１０１で吹出口１０２を閉じた際に、上下風向偏向羽根１０１と吹出口１０２の間に隙間ができる等、精度良く閉じることができなくなる可能性がある。

本発明者らはこれを受けて鋭意検討を行った結果、上下風向偏向羽根１０１の自重によって支持軸１０４にかかるトルクＴａの変化に合わせて、ねじりコイルばねの付勢によって支持軸にかかるトルクＴｂも同様に変化するように設定することで、トルクＴａ、Ｔｂを効果的に打消し合い、ねじれのトルクＴｃを小さくすることができることを見出した。

上記知見によって、本発明者らは以下の発明を想到した。

第１の発明は、支持軸を有し、支持軸を中心に回転することにより、吹出口を閉じる閉じ位置と吹出口を開く開き位置との間で、風向を上下方向に偏向する上下風向偏向羽根と、
上下風向偏向羽根の支持軸の一端に接続され、支持軸を回転させるように駆動するモータと、
上下風向偏向羽根の支持軸の他端に接続され、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構と、を備え、
ねじれ抑制機構は、支持軸の他端に接続されるとともに支持軸の回転に伴って回転する回転部材と、回転部材の回転中心から偏心した位置にて回転部材に接触して、回転部材を上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクを減少させる方向に付勢する付勢部材とを備え、
付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分は、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される、空気調和機である。

一般的な空気調和機においては、上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクは、上下風向偏向羽根が閉じ位置にあるときに最も大きくなり、最大の開き位置にあるときに最も小さくなる。これを受けて、付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分を、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定している。このような設定により、上下風向偏向羽根の開き角度に応じて、上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクを付勢部材の付勢によって効果的に減少させることができる。これにより、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを精度良く抑制することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、回転部材の回転に伴い、回転部材と付勢部材との接触角度が変化することにより、付勢部材によって回転部材に付与される回転部材の回転方向の力成分が変化するように、付勢部材が配置される。

このように、回転部材と付勢部材の接触角度の変化の関係を利用することで、ねじれ抑制機構をより簡易な構成で実現することができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、回転部材の回転に伴い、付勢部材と回転部材が接触する位置が付勢部材の支点から遠くなるほど、付勢部材が回転部材に付与する力は大きくなる一方で、その力のうちの回転部材の回転方向の力成分は小さくなるように、付勢部材が配置される。

このように、付勢部材が回転部材に付与する力とその力のうちの回転部材の回転方向の力成分の増加／減少が逆転するように設定することで、ねじれ抑制機構をより簡易な構成で実現することができる。

第４の発明は、特に第１から第３のいずれか１つの発明において、上下風向偏向羽根が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根の自重により支持軸にかかるトルクよりも、付勢部材によって回転部材に付与される回転部材の回転方向の力成分の方が大きくなるように、回転部材および付勢部材が配置される。

このような配置により、上下風向偏向羽根が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根をより精度良く閉じることができる。

第５の発明は、特に第１から第４のいずれか１つの発明において、上下風向偏向羽根は、上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクが、閉じ位置にあるときに最大となるように配置される。

このような配置により、上下風向偏向羽根が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根をより精度良く閉じることができる。

第６の発明は、特に第１から第５のいずれか１つの発明において、付勢部材はねじりコイルばねであり、らせん状に巻かれたコイル部と、コイル部から延びて回転部材に接触するように延びた延出部とを備える。

このように、付勢部材としてねじりコイルばねを用いることにより、ねじれ抑制機構をより簡易な構成で実現することができる。

第７の発明は、特に第６の発明において、延出部は、回転部材の回転中心の反対側から回転部材の先端に接触するように延びており、延出部の先端は、回転部材に近づく方向に湾曲している。

これにより、特に上下風向偏向羽根の閉じ位置からの開き角度が大きくなったときに、上下風向偏向羽根の自重によるねじれをより精度良く抑制することができる。

第８の発明は、特に第１から第７のいずれか１つの発明において、回転部材は付勢部材と接触するローラをさらに備える。

このようなローラを設けることで、回転部材と付勢部材の接触による摩耗や損傷を抑制することができる。

第９の発明は、空気調和機が備える上下風向偏向羽根の支持軸に接続され、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構であって、
支持軸に接続され、支持軸の回転に伴って回転する回転部材と、
回転部材の回転中心から偏心した位置にて回転部材に接触して、回転部材を付勢する付勢部材とを備え、
付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分は、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される、ねじれ抑制機構である。

上下風向偏向羽根の自重によるねじれを精度良く抑制することができる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１、２は、実施の形態に係る空気調和機１の断面を示す。図１、２に示すように、本実施の形態における空気調和機１は、上下風向偏向羽根２と、左右風向偏向羽根３と、吹出口４と、熱交換器５と、クロスフローファン６と、本体１８とを備える。図１は、空気調和機１の上下風向偏向羽根２が吹出口４を閉じた状態（停止状態）を示し、図２は、空気調和機１の上下風向偏向羽根２が吹出口４を開いた状態（運転状態）を示す。

上下風向偏向羽根２は、吹出口４から吹き出される風の風向を上下方向に偏向する羽根である。本実施の形態における上下風向偏向羽根２は、２つの板状の羽根により構成されている。具体的には、空気調和機１の前面側に配置された上羽根と、背面側に配置された下羽根により、上下風向偏向羽根２が構成されている。左右風向偏向羽根３は、吹出口４から吹き出される風の風向を左右方向に偏向する羽根である。左右風向偏向羽根３は、吹出口４の内側であって空気調和機１の内部に配置されている。吹出口４は、室内へ風を吹き出すように、本体１８に設けられた開口部である。熱交換器５は、周囲を通過する空気を冷媒と熱交換させることで、吹出口４から吹き出す風の温度を調整するものである。クロスフローファン６は、空気調和機１の外部から空気を吸い込んで、吸い込んだ空気を吹出口４から吹き出すファンである。クロスフローファン６は、熱交換器５の下流側に配置されている。本体１８は、空気調和機１の筐体を構成する部分である。本体１８には、上述した上下風向偏向羽根２、左右風向偏向羽根３、熱交換器５およびクロスフローファン６が直接的又は間接的に取り付けられている。

このような構成によれば、クロスフローファン６を運転させて、空気調和機１の外部から空気を吸い込むとともに、吸い込んだ空気を熱交換器５にて熱交換させた上で、上下風向偏向羽根２および左右風向偏向羽根３によって偏向しながら、吹出口４から吹き出すことができる。

図１、２では図示されていないが、本実施の形態にかかる空気調和機１はさらに、上下風向偏向羽根２の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構を備えている。当該ねじれ抑制機構について、図３−図６を用いて説明する。図３−図６はそれぞれ、本実施の形態にかかる空気調和機１のねじれ抑制機構７の斜視図、拡大斜視図、分解斜視図、側面図を示す。

図３には、上下風向偏向羽根２に連結されたねじれ抑制機構７およびモータ８が示されている。図３では、上下風向偏向羽根２のうち下羽根２のみを図示している。図３に示すように、上下風向偏向羽根２は、支持軸Ａを備え、支持軸Ａの一端と他端に、ねじれ抑制機構７およびモータ８をそれぞれ連結している。支持軸Ａは、上下風向偏向羽根２を支持する軸であり、上下風向偏向羽根２の回転中心でもある。上下風向偏向羽根２は、支持軸Ａを中心として上下方向に回転可能である。

ここで、上下風向偏向羽根２（の支持軸Ａ）には、上下風向偏向羽根２の自重によるトルクが発生する（矢印Ａ１）。ねじれ抑制機構７は、上下風向偏向羽根２の自重によるトルクを減少させる所定の付勢力を、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａに付与する機構である（矢印Ａ２）。

モータ８は、上下風向偏向羽根２を上下方向に回転移動させるように駆動するモータである（矢印Ａ３）。モータ８は、空気調和機１の運転状態に応じて、上下風向偏向羽根２の角度を所定の角度に調整するように駆動する。

次に、ねじれ抑制機構７の詳細について、図４−図６を用いて説明する。

図４−図６に示すように、ねじれ抑制機構７は、一対のカバー９ａ、９ｂと、回転部材１０と、ねじりコイルばね１１とを備える。

カバー９ａ、９ｂは、回転部材１０およびねじりコイルばね１１を外部の衝撃等から守るように被覆するカバーである。カバー９ａは、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａに近い側に配置され、カバー９ｂは、支持軸Ａから遠い側に配置される。カバー９ａは、図１、２に示した本体１８に固定されており、これにより、ねじれ抑制機構７が本体１８内に固定される。

回転部材１０は、カバー９ａ、９ｂ内に回転可能に設けられた部材である。回転部材１０は、その一端を回転中心として回転可能に配置されている。回転部材１０の一端には、接続部１２が設けられている。接続部１２は、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａに接続するように延びている。接続部１２は、回転部材１０の軸方向に延びるとともに、カバー９ａに設けられた貫通孔１４（図５参照）に挿入された状態で、支持軸Ａに連結される。これにより、回転部材１０は、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａに連結される。このように、回転部材１０は支持軸Ａに連結されることで、上下風向偏向羽根２の回転に応じて、支持軸Ａとの接続部１２を中心として、上下風向偏向羽根２と同方向かつ同じ角度にて回転可能となる。

回転部材１０の他端側には、支持軸Ａから遠い側に、支持軸Ａと略平行に突出する略円柱状の偏心突起部１０ａが設けられている。偏心突起部１０ａには、偏心突起部１０ａの外側面を覆うローラ１３が設けられている。偏心突起部１０ａ（ローラ１３）は、回転部材１０の回転中心である接続部１２から、回転部材１０の径方向に偏心した位置に取り付けられている。

カバー９ａには、支持軸Ａから遠い側に、支持軸Ａと略平行に突出する略円柱状の突起部９ｃが設けられている。突起部９ｃは、上下風向偏向羽根２が吹出口４を閉じた状態で、突起部９ｃとローラ１３と接続部１２（支持軸Ａ）のそれぞれの中心とが、略直線状に並ぶ位置に設けられている。また、突起部９ｃは、接続部１２（支持軸Ａ）と突起部９ｃとの中心間距離が、接続部１２（支持軸Ａ）とローラ１３との中心間距離より長くなる位置に設けられている。

ねじりコイルばね１１は、上下風向偏向羽根２の自重によるトルクを減少させる付勢力を発生させる付勢手段の一例である。ねじりコイルばね１１は、回転部材１０のローラ１３に接触するように配置されるとともに、カバー９ａ（突起部９ｃ）に固定されている。ねじりコイルばね１１は、回転部材１０における回転中心である接続部１２から径方向に偏心した位置にて、回転部材１０に接触している。ねじりコイルばね１１は、回転部材１０を付勢することで、回転部材１０および支持軸Ａを介して上下風向偏向羽根２を付勢可能に構成される。

ねじりコイルばね１１は、らせん状に巻かれたコイル部１５と、コイル部１５から延びる第１の延出部１６ａおよび第２の延出部１６ｂとを備える。コイル部１５は、カバー９ａにおける突起部９ｃに巻き付けられて固定されている。第１の延出部１６ａは、回転部材１０のローラ１３に接触するように、コイル部１５の一端から延びる部分である。第２の延出部１６ｂは、第１の延出部１６ａとは反対側のコイル部１５の他端から延びる部分であり、カバー９ａに固定されている。このような構成により、カバー９ａに固定された部分であるコイル部１５および第２の延出部１６ｂが、ねじりコイルばね１１の支点となる。

次に、上述した空気調和機１のねじれ抑制機構７における動作および作用について、図７−図９を用いて説明する。

図７は、上下風向偏向羽根２が吹出口４を閉じた状態を示す（閉じ位置）。図８は、上下風向偏向羽根２が閉じ位置から約４５度下方に回転した状態を示す。図９は、上下風向偏向羽根２が閉じ位置から約９０度下方に回転した状態、すなわち上下風向偏向羽根２が最も下方に開いた状態を示す（最大の開き位置）。

図７に示すように、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にある状態では、上下風向偏向羽根２の重心２ｇと、上下風向偏向羽根２の回転中心である支持軸Ａの高さ位置が略同じであり、重心２ｇと支持軸Ａの互いの水平方向距離Ｄ１が略最大となっている。よって、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって上下風向偏向羽根２（の支持軸Ａ）にかかるトルクＴ１も略最大となっている。

一方で、ねじれ抑制機構７においては、ねじりコイルばね１１が回転部材１０を付勢することで、トルクＴ１を減少させる方向（トルクＴ１の逆方向）に回転部材１０を付勢している。具体的には、ねじりコイルばね１１の第１の延出部１６ａが回転部材１０のローラ１３に接触して、ローラ１３を押圧する。これにより、回転部材１０に対して、図７に示す方向の外力Ｓ１が付与される。

図７に示すように、第１の延出部１６ａは、接触位置Ｐ１にてローラ１３に接触するとともに、回転部材１０に対して所定の接触角度で接触している。ここでの接触角度とは、回転部材１０に接触する第１の延出部１６ａが延びる方向、又は、その方向に対して垂直な外力Ｓ１が作用する方向に基づく角度を意味する。回転部材１０にこのような外力Ｓ１が付与されることにより、接続部１２を回転中心とする回転部材１０において、図７に示されるようなトルクＴ１と逆向きのトルクＴ２が生じる。このようなトルクＴ２を回転部材１０に生じさせることにより、回転部材１０の接続部１２に連結された支持軸Ａに対して、上下風向偏向羽根２の自重によるトルクＴ１を減少させる（打ち消す）ように作用させることができる。

本実施の形態では、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にある状態において、ねじれ抑制機構７による付勢力としてのトルクＴ２が概ね最大となるように設定されている。具体的には、図７に示す状態において、回転部材１０のローラ１３にかかる外力Ｓ１の方向と、回転部材１０における接続部１２（支持軸Ａ）の中心からローラ１３に向かう方向Ｌ１とが概ね垂直（互いに成す角度α１が約９０度）となるように、ねじりコイルばね１１および回転部材１０を配置している。このような配置により、ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分は、外力Ｓ１と略等しくなる。これにより、外力Ｓ１によって上下風向偏向羽根２の支持軸ＡにかかるトルクＴ２が略最大となるようにしている。

このように、本実施の形態における空気調和機１では、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより支持軸ＡにかかるトルクＴ１と、ねじれ抑制機構７によるトルクＴ１を減少させる方向のトルクＴ２がともに、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときに略最大となるように設定されている。このような設定により、トルクＴ１とトルクＴ２を効果的に打ち消すことができる。よって、ねじれ抑制機構７が配置される側での上下風向偏向羽根２に生じるねじれのトルクを小さくすることができ、上下風向偏向羽根２におけるねじれを抑制することができる。

本実施の形態ではさらに、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にある状態において、トルクＴ２がトルクＴ１よりも若干大きくなるように設定されている（図１０を用いて後述する）。このような設定により、上下風向偏向羽根２が吹出口４を閉じる際により確実に精度良く吹出口４を閉じることができる。

次に、図８に示される上下風向偏向羽根２が閉じ位置から所定角度（本実施の形態では、４５度）開いた位置にある状態について説明する。

図８に示す状態では、上下風向偏向羽根２が閉じ位置から下方へ回転移動したことにより、上下風向偏向羽根２における重心２ｇと、回転中心である支持軸Ａの互いの水平方向距離Ｄ２が前述のＤ１よりも短くなっている。これにより、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより支持軸ＡにかかるトルクＴ３は、図７に示される状態でのトルクＴ１よりも小さくなっている。

一方で、ねじれ抑制機構７においては、上下風向偏向羽根２が回転したことに伴って、上下風向偏向羽根２に連結された回転部材１０も、接続部１２（支持軸Ａ）を中心として同方向（図８で時計回り）へ回転している。これにより、回転部材１０のローラ１３の位置が変化するとともに、ねじりコイルばね１１の第１の延出部１６ａがローラ１３と接触する接触位置Ｐ２も前述の接触位置Ｐ１から変化しており、接触角度も変化している。

このとき、図８に示すように、ねじりコイルばね１１からローラ１３に対して、第１の延出部１６ａの延出する方向と垂直な方向に外力Ｓ２が付与される。ここで、ねじりコイルばね１１と回転部材１０が接触する接触位置Ｐ２が、図７に示される状態の接触位置Ｐ１よりも、ねじりコイルばね１１の支点であるコイル部１５および第２の延出部１６ｂから遠くなっているため、この外力Ｓ２は外力Ｓ１よりも若干大きくなっている。その一方で、この外力Ｓ２の向きは、接続部１２（支持軸Ａ）の中心からローラ１３に向かう方向Ｌ２に対して、９０度よりも小さい所定の角度α２を成している。このため、ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分Ｆは、外力Ｓ２よりも小さくなる。これにより、外力Ｓ２によって上下風向偏向羽根２の支持軸ＡにかかるトルクＴ４も、図７に示される状態でのトルクＴ２より小さくなる。

このように、本実施の形態では、上下風向偏向羽根２の回転によって、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより支持軸ＡにかかるトルクＴ３が小さくなることに応じて、トルクＴ３を減少させるためのねじれ抑制機構７によるトルクＴ４も小さくなるように設定している。このような設定により、トルクＴ３をトルクＴ４で効果的に減少させることができるため、ねじれ抑制機構７が配置される側での上下風向偏向羽根２におけるねじれを抑制することができる。

次に、図９に示される上下風向偏向羽根２が最大の開き位置にある状態について説明する。

図９に示す状態では、上下風向偏向羽根２が図８に示す状態からさらに下方へ回転移動して、閉じ位置から概ね９０度回転している。ここでは、上下風向偏向羽根２における重心２ｇと回転中心である支持軸Ａの互いの水平方向距離が略０となっている。これにより、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより上下風向偏向羽根２の支持軸Ａにかかるトルクも同様に略０となっている。

一方で、ねじれ抑制機構７においては、上下風向偏向羽根２が回転したことに伴って、上下風向偏向羽根２に連結された回転部材１０も、接続部１２（支持軸Ａ）を中心として同方向（図９で時計回り）へ回転している。これにより、ねじりコイルばね１１の第１の延出部１６ａがローラ１３と接触する接触位置Ｐ３およびその接触角度も変化している。このとき、図９に示すように、ねじりコイルばね１１からローラ１３に対して、第１の延出部１６ａの延出する方向と垂直な方向に外力Ｓ３が付与される。ここで、ねじりコイルばね１１と回転部材１０が接触する接触位置Ｐ３は、図８に示される状態の接触位置Ｐ２よりも、ねじりコイルばね１１の支点であるコイル部１５および第２の延出部１６ｂから遠くなっているため、この外力Ｓ３は外力Ｓ２よりも若干大きくなる。その一方で、この外力Ｓ３の向きは、接続部１２（支持軸Ａ）の中心からローラ１３に向かう方向Ｌ３と略平行（互いに成す角度が略０度）となっている。このため、ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分は略０となる。これにより、外力Ｓ３によって回転部材１０を介して上下風向偏向羽根２の支持軸Ａにかかるトルクも略０となる。

このように、本実施の形態では、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより支持軸Ａにかかるトルクが略０となることに応じて、ねじれ抑制機構７によるトルクを減少させるトルクも略０となるように設定されている。このような設定により、上下風向偏向羽根２におけるねじれを精度良く抑制することができる。

上述したトルクの関係を示すグラフを図１０に示す。

図１０では、横軸に上下風向偏向羽根２の閉じ位置からの開き角度（度）をとり、縦軸にトルク（ｇ・ｃｍ）をとっている。ライン４が、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルク（Ｔ１、Ｔ３を含む）を示し、ライン５が、ねじりコイルばね１１の付勢によって支持軸Ａにかかる反対向きのトルク（Ｔ２、Ｔ４を含む）を示す。ライン６は、ライン４とライン５のトルクの差であり、それぞれのトルクの合成トルクを示す。このライン６は、上下風向偏向羽根２におけるねじれのトルクを表している。

図１０のライン４に示すように、上下風向偏向羽根２の開き角度が大きくなるほど、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクは小さくなる。これに対して、本実施の形態では、図１０のライン５に示すように、ねじりコイルばね１１の付勢によって支持軸Ａにかかるトルク（上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクを減少させるトルク）も同様に、上下風向偏向羽根２の開き角度が大きくなるほど、小さくなるように設定している。これにより、ライン６に示すように、上下風向偏向羽根２の開き角度にかかわらず、上下風向偏向羽根２にかかるねじれのトルクを０に近づけるように作用させることができる。このような構成により、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれを精度良く抑制することができる。

なお、図１０のライン５に示すように、少なくとも、上下風向偏向羽根２が最大の開き位置（９０度）にあるときよりも、上下風向偏向羽根２が閉じ位置（０度）にあるときの方が、ねじりコイルばね１１の付勢によって支持軸Ａにかかるトルク（ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分）が大きくなるように設定している。これにより、従来の空気調和機とは異なり、上下風向偏向羽根の自重Ｇによるねじれを精度良く抑制することができる（図１４のライン２参照）。

また本実施の形態では、上下風向偏向羽根２が閉じ位置（０度）にあるときにおいて、上下風向偏向羽根２の自重Ｇにより支持軸Ａにかかるトルク（ライン４）よりも、ねじりコイルばね１１によって回転部材１０に付与される回転部材１０の回転方向の力成分（ライン５）の方が大きくなるように設定されている。すなわち、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときに、ライン６で示されるトルクの値が正となっている。このように回転部材１０およびねじりコイルばね１１を配置することにより、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときに、吹出口４に隙間が生じないように上下風向偏向羽根２をより精度良く閉じることができる。

なお、図１０に示すようなトルクの関係を成立させるために、本実施の形態のねじれ抑制機構７では、回転部材１０とねじりコイルばね１１を所定の位置・角度の関係にて配置している。具体的には、図７−９で示したように、回転部材１０の回転に伴い、回転部材１０とねじりコイルばね１１との接触角度が変化することにより、ねじりコイルばね１１によって回転部材１０に付与される回転部材１０の回転方向の力成分（図８のＦ参照）を変化させるように、回転部材１０とねじりコイルばね１１を配置している。このように、回転部材１０とねじりコイルばね１１の接触角度の変化の関係を利用することで、ねじれ抑制機構７をより簡易な構成で実現することができる。

さらに、本実施の形態のねじれ抑制機構７では、回転部材１０の回転に伴い、ねじりコイルばね１１と回転部材１０が接触する位置がねじりコイルばね１１の支点（コイル部１５および第２の延出部１６）から遠くなるほど、ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する力（Ｓ１−Ｓ３）は大きくなる。その一方で、その力のうちの回転部材１０の回転方向の力成分（図８のＦ参照）は小さくなるように、ねじりコイルばね１１を配置している。このように、ねじりコイルばね１１が回転部材１０に付与する力（Ｓ１−Ｓ３）と、その力のうちの回転部材１０の回転方向の力成分（Ｆ）の増加／減少が逆転するように設定することで、ねじれ抑制機構７をより簡易な構成で実現することができる。

また、本実施の形態のねじれ抑制機構７では、回転部材１０を付勢する付勢部材としてねじりコイルばね１１を用いている。このように、付勢部材としてねじりコイルばねを用いることで、ねじれ抑制機構７をより簡易な構成で実現することができる。

また、本実施の形態のねじれ抑制機構７では、回転部材１０において、ねじりコイルばね１１と接触する位置にローラ１３を設けている。このようなローラ１３を設けることで、回転部材１０とねじりコイルばね１１の接触による摩耗や損傷を抑制することができる。

上述のように、本実施の形態にかかる空気調和機１は、支持軸Ａを有し、支持軸Ａを中心に回転することにより、吹出口４を閉じる閉じ位置と吹出口４を開く開き位置との間で、風向を上下方向に偏向する上下風向偏向羽根２を備える。さらに、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａの一端に接続され、支持軸Ａを回転させるように駆動するモータ８を備える。さらに、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａの他端に接続され、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構７を備える。ねじれ抑制機構７は、支持軸Ａの他端に接続されるとともに支持軸Ａの回転に伴って回転する回転部材１０を備える。さらに、回転部材１０の回転中心から偏心した位置にて回転部材１０に接触して、回転部材１０を上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクを減少させる方向に付勢する付勢部材１１（ねじりコイルばね１１）を備える。ここで、付勢部材１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分Ｆは、回転部材１０が上下風向偏向羽根２の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根２の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される。

一般的な空気調和機においては、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクは、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときに最も大きくなり、最大の開き位置にあるときに最も小さくなることが多い。これを受けて、付勢部材１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分Ｆを、回転部材１０が上下風向偏向羽根２の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根２の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定している。このような設定により、上下風向偏向羽根２の開き角度に応じて、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクを付勢部材１１の付勢によって効果的に減少させることができる。これにより、上下風向偏向羽２根の自重Ｇによるねじれを精度良く抑制することができる。

また、本実施の形態にかかる上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構７は、上下風向偏向羽根２の支持軸Ａに接続され、支持軸Ａの回転に伴って回転する回転部材１０と、回転部材１０の回転中心から偏心した位置にて回転部材１０に接触して、回転部材１０を付勢する付勢部材１１とを備える。ここで、付勢部材１１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分Ｆは、回転部材１０が上下風向偏向羽根２の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根２の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される。

このような構成により、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれを精度良く抑制することができる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。例えば、実施の形態では、付勢手段１１の一例としてねじりコイルばねを設けた場合について説明したが、このような場合に限らず、その他の付勢手段を用いてもよい。例えば、板ばね、反転ばね、樹脂ばね、スプリングばねなどを付勢手段として用いてもよい。このような場合であっても、付勢手段と回転部材１０の互いの位置関係や接触角度の関係を適宜設定することで、実施の形態と同様の効果を奏することができる。具体的には、少なくとも、付勢手段が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分を、上下風向偏向羽根２が最大の開き位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときの方が大きくなるように設定すれよい。これにより、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれを精度良く抑制することができる。さらには、付勢手段の付勢によって支持軸Ａにかかるトルクが、上下風向偏向羽根２の開き角度が大きくなるにつれて小さくなるように設定してもよい。このような設定により、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれをより精度良く抑制することができる。

また、実施の形態では、上下風向偏向羽根２が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクが略最大となる場合、すなわち、支持軸Ａと重心２ｇが略同じ高さ位置にくる場合について説明したが、このような場合に限らない。具体的には、上下風向偏向羽根２が閉じ位置以外の位置にあるときに、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクが略最大となるように設定してもよい。このような場合であっても同様に、ねじりコイルばね１１と回転部材１０の互いの位置関係や接触角度の関係を適宜設定することで、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによって支持軸Ａにかかるトルクを効果的に減少させるようにすることができる。

また、実施の形態では、上下風向偏向羽根２の可動範囲が、閉じ位置での０度から最大の開き位置での９０度までである場合について説明したが、このような場合に限らず、これらの角度は適宜設定してもよく、可動範囲はこれに限らない。

また、実施の形態では、回転部材１０に接触するねじりコイルばね１１の第１の延出部１６ａが湾曲せずに完全な直線状である場合について説明したが、このような場合に限らない。例えば、図１１に示すように、途中で湾曲するような延出部２６ａ（第１の延出部２６ａ）をねじりコイルばね２１が有してもよい。図１１に示す例では、ねじりコイルばね２１の延出部２６ａは、回転部材１０の回転中心（接続部１２）の反対側（ローラ１３側）から回転部材１０の先端（ローラ１３）に接触するように延びている。換言すると、ねじりコイルばね２１の延出部２６ａは、回転部材１０の接続部１２が設けられた側と反対側の端部（ローラ１３が設けられた側の端部）から、ローラ１３に接触するように延びている。また、延出部２６ａの先端は、回転部材１０に近づく方向に湾曲している。このような形状によれば、湾曲点２６ｂを超える位置にて延出部２６ａがローラ１３に接触したときに、ねじりコイルばね２１が回転部材１０に付与する回転部材１０の回転方向の力成分を増加させることができる。これにより、特に上下風向偏向羽根２の開き角度が大きい場合において、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれをより効果的に抑制することができる（図１０のライン４、５参照）。よって、上下風向偏向羽根２の自重Ｇによるねじれをより精度良く抑制することができる。

また、実施の形態では、ねじりコイルばね１１は、第１の延出部１６ａにおける第２の延出部１６ｂと対向する側（図６では左側）で、ローラ１３と接触する場合について説明したが、このような場合に限らない。例えば、図１１に示すように、第１の延出部２６ａにおける第２の延出部２６ｃと対向する側の反対側（図１１では左側）で、ローラ１３と接触するように、ねじりコイルバネ２１を配置してもよい。このような配置によれば、上下風向偏向羽根２が閉じ位置から開き位置に回転して、回転部材１０が同方向に回転するに伴い（図１１で時計回りに回転することに伴い）、第１の延出部２６ａを第２の延出部２６ｂに近付ける方向に押し出すこととなる。すなわち、回転部材１０によって、コイルばね２１を巻き込む方向へ押し出すこととなる。これにより、図６に示される構成のような、回転部材１０によりコイルばね２１を広げる方向へ押し出す場合に比べて、コイルばね２１の信頼性を維持・向上させることができる。

また、実施の形態では、回転部材１０の偏心突出部１０ａにローラ１３を設け、ローラ１３とねじりコイルばね１１が接触するものとして説明しが、ローラ１３を設けることなく、偏心突出部１０ａとねじりコイルバネ１１が直接接触するものであってもよい。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、上下風向偏向羽根の自重によるねじれをより精度良く抑制することができるため、家庭用や業務用を含めた各種の空気調和機に適用することができる。

１ 空気調和機
２ 上下風向偏向羽根
３ 左右風向偏向羽根
４ 吹出口
５ 熱交換器
６ クロスフローファン
７ ねじれ抑制機構
８ モータ
９ａ、９ｂ カバー
１０ 回転部材
１１ ねじりコイルばね（付勢手段）
１２ 接続部
１３ ローラ
１４ 貫通孔
１５ コイル部
１６ａ 第１の延出部
１６ｂ 第２の延出部
１７ ねじれ抑制機構
１８ 本体
２６ 延出部
Ａ 支持軸
Ｇ 重心
Ｔ１−Ｔ４ トルク
Ｓ１−Ｓ３ 外力
Ｌ１−Ｌ３ 方向
Ｐ１−Ｐ３ 接触位置
Ｆ 力成分

Claims (9)

1. 支持軸を有し、支持軸を中心に回転することにより、吹出口を閉じる閉じ位置と吹出口を開く開き位置との間で、風向を上下方向に偏向する上下風向偏向羽根と、
   上下風向偏向羽根の支持軸の一端に接続され、支持軸を回転させるように駆動するモータと、
   上下風向偏向羽根の支持軸の他端に接続され、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構と、を備え、
   ねじれ抑制機構は、支持軸の他端に接続されるとともに支持軸の回転に伴って回転する回転部材と、回転部材の回転中心から偏心した位置にて回転部材に接触して、回転部材を上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクを減少させる方向に付勢する付勢部材とを備え、
   付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分は、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される、空気調和機。
2. 回転部材の回転に伴い、回転部材と付勢部材との接触角度が変化することにより、付勢部材によって回転部材に付与される回転部材の回転方向の力成分が変化するように、付勢部材が配置される、請求項１に記載の空気調和機。
3. 回転部材の回転に伴い、付勢部材と回転部材が接触する位置が付勢部材の支点から遠くなるほど、付勢部材が回転部材に付与する力は大きくなる一方で、その力のうちの回転部材の回転方向の力成分は小さくなるように、付勢部材が配置される、請求項２に記載の空気調和機。
4. 上下風向偏向羽根が閉じ位置にあるときに、上下風向偏向羽根の自重により支持軸にかかるトルクよりも、付勢部材によって回転部材に付与される回転部材の回転方向の力成分により生じるトルクの方が前記自重によるトルクに対抗する向きで大きくなるように、回転部材および付勢部材が配置される、請求項１から３のいずれか１つに記載の空気調和機。
5. 上下風向偏向羽根は、上下風向偏向羽根の自重によって支持軸にかかるトルクが、閉じ位置にあるときに最大となるように配置される、請求項１から４のいずれか１つに記載の空気調和機。
6. 付勢部材はねじりコイルばねであり、らせん状に巻かれたコイル部と、コイル部から延びて回転部材に接触するように延びた延出部とを備える、請求項１から５のいずれか１つに記載の空気調和機。
7. 延出部は、回転部材の回転中心の反対側から回転部材の先端に接触するように延びており、延出部の先端は、回転部材に近づく方向に湾曲している、請求項６に記載の空気調和機。
8. 回転部材は付勢部材と接触するローラをさらに備える、請求項１から７のいずれか１つに記載の空気調和機。
9. 空気調和機が備える上下風向偏向羽根の支持軸に接続され、上下風向偏向羽根の自重によるねじれを抑制するためのねじれ抑制機構であって、
   支持軸に接続され、支持軸の回転に伴って回転する回転部材と、
   回転部材の回転中心から偏心した位置にて回転部材に接触して、回転部材を付勢する付勢部材とを備え、
   付勢部材が回転部材に付与する回転部材の回転方向の力成分は、回転部材が上下風向偏向羽根の最大の開き位置に対応する位置にあるときよりも、上下風向偏向羽根の閉じ位置に対応する位置にあるときの方が大きくなるように設定される、ねじれ抑制機構。

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