JPH0442582B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、冷暖房機の風路内に配設されて風向
を変える風向切換装置で、特に風向変更のための
可変翼を動かす動力として、風の吹き出し温度を
感温し形状を変える形状記憶合金を用いて、冷風
は上方へ、温風は下方へ吹出す冷暖房機の風向切
換装置に関する。 従来例の構成とその問題点 従来、ヒートポンプ式冷暖房機において、冷房
時には上吹き出し、暖房時には下吹き出しとなる
様に風向可変翼を配し、手動方式で切換えを行な
つていた。近年、所定温度以上又は以下で形状が
変化する形状記憶合金（以下SMAと称す）の特
性を利用し、空気の温度に感応して自動的に可変
翼を動作させ、冷風は上方へ、温風は下方へ吹出
す様にしたものが考案されている。 一方このSMAの使用に際しては変態温度の誤
差について十分配慮する必要がある。すなわち、
前記SMAは下記第１表に示す様なものであるが、
この合金を構成する成分元素の構成比率や所定の
形状を記憶させる記憶処理温度が少しでもずれる
と変態温度が変化するものであり、事実現在提供
されるSMAはロツトが変わると希望する変態温
度から最大10〜20℃はずれたものが存在する。従
つて、実使用においては上記SMAの変態温度の
ばらつきを問題のない範囲に仰える必要があるこ
とは明確である。

【表】

【表】 つまり可変翼をSMAを用いて自動的に可変さ
せるためには、単にSMAと可変翼を連動させる
だけでは実用化できず、SMAの変態温度のばら
つきを補正するための手段が絶対的な必要条件と
なる。 かかる内容を考慮した具体構成として第７〜８
図に示すものが考えられる。この図において、ａ
は冷暖房機の吹出口に備える形状記憶合金を利用
した自動風向切換装置で、冷暖房機の風路内で風
路温度を感知すべく設けられており、風向を切換
える可変翼としてのウイングｂ、ウイングの回転
軸ｃ、ウイングｂの一端より後方に突出し、一部
が長円状にくり抜かれた開孔部ｄを有する作動杆
ｅと、前記開孔部ｄを貫通する案内棒ｆ及び、案
内棒ｆを取り巻く如く配設され作動杆ｅを作動す
る形状記憶合金製のコイルバネｇとコイルバネｇ
に対接して設けられたバイアス用コイルバネｈと
から構成されている。前記２つのコイルバネｇ，
ｈは、前記作動杆ｅを間に狭んで上下に設けられ
ており、夫々バネの先端には前記作動杆ｅに密接
スライドする作用突起ｉ，ｊを有する。 また、前記案内棒ｆは、上下に固定点ｋ，ｌを
有する枠体ｍに固定されており、前記枠体ｍがビ
スｎ等により、冷暖房機の側壁等に取り付けられ
ている。 次に上記構成の動作を説明する。冷暖房機を暖
房運転し、温風により前記SMA製コイルバネｇ
が加熱され変態温度（約30℃）以上になると大き
な力を発生すると共に第７図の如く伸びて、前記
対接するコイルバネｈを圧縮し前記作動杆ｅを押
し上げ、その結果ウイングｂを回転軸ｃを中心に
回動させ前下がりに傾ける。従つて温風は矢印の
如く下向きに吹き出される。ここで前記SMA製
コイルバネｇは変態点以上の温度に保たれている
限り、前記対接する圧縮された普通のバイアス用
コイルバネｈの反発力に釣り合つて伸びた状態を
保つている。しかし、暖房運転を停止したり、或
は冷暖房運転により前記SMA製コイルバネｇが
変態温度以下になると、圧縮された普通のコイル
バネｈの反発力に負けて前記SMA製コイルバネ
ｇは収縮し結果ウイングｂは前上がりに傾斜し、
冷風が上吹き出しとなる。 一方、前述したコイルバネｇの変態温度のばら
つきに際しては前記普通のコイルバネｈのバネ力
を調整する機構を設ける等の方法を取るしかない
ものである。これは冷暖房機の吹出口においてか
かる手段を採用することは機構上複雑化して実用
的でないこと及び記載する理由から極めて不利な
ものである。 つまり両コイルバネｇ，ｈの変位量とその発生
力を考察すると第９図に示す関係がある。この図
でSMA型コイルバネｇが変態点以上の所定温度
ＴにおいてF_Oの力を発生すると、初期セツト時
に必要なコイルバネｈの力f_Oで組み込まれたコイ
ルバネｈの力に打ち勝つて、曲線a_Oの如く変位量
を増して行くに従つて自身の発生力を低下して行
く。しかし、一方、これと対接するコイルバネｈ
は、直線b_Oの如く変位量の増加と共に発生力を増
して行き、ついには交点ＰでSMA製のコイルバ
ネｇとF_x（F_x＞f_O）という力で釣り合つて、変位
量Δlを得る。従つて、上述の実施例において、
SMA製のコイルバネｇの変位量が変態点以上の
所定温度ＴにおいてΔl必要である場合、Δl変位
した時点F_x（＞f_O）の発生力が得られる様なばね
設計が必要であつた。その為SMA製コイルバネ
ｇは比較的大きなバネが必要であり、価格が非常
に高くなる欠点があつた。 発明の目的 そこで、本発明は、きわめて簡単な構造で、上
記従来の欠点を解消し、温度精度に優れた冷暖房
機の自動風向切換装置を安価に提供することを目
的とする。 発明の構成 この目的を達成する為に、風路内に配した可変
翼を所定温度を境に上下に動かす如く、可変翼の
一端に形状記憶合金製のコイルバネを配し、この
コイルバネにかかる荷重を変化させることが出来
る様に可変翼の回転軸との距離を調整し得る重錘
を有するもので、重錘の移動によりSMA製コイ
ルバネの伸縮し始める温度を変化させ、SMAの
変態温度のばらつき（製造ロツト間でかなり変化
する性質のものである）を抑制し、SMA製コイ
ルバネの作動温度を実用上問題のない範囲に抑え
るものである。 実施例の説明 以下本発明の一実施例を添付図面に従い説明す
る。第１図〜第４図において、１は天吊型ヒート
ポンプ式冷暖房機であり、２は本体、３は本体２
の背面に設けられた切込口、４はフアン、５は蒸
発器、６はヒータ、７は本体２前面に設けられた
吹出口で、８は本発明の自動風向切換装置で、前
記吹出口７近傍に設けられる。９は本体２の全幅
に渡つて設けられた可変翼で、その回転軸９′の
両端は本体２の側壁に回動自在に固定されてい
る。前記可変翼９の後部一端には天秤棒１０が延
出固定されており先端部にねじ山部１１を有して
いる。またねじ山部１１には重錘１２を螺合して
いる。重錘１２は回転されることにより前後に移
動され、前記可変翼９の回転軸９′との距離を調
整することが出来る。 前記天秤棒１０の一部には長円状の開孔部１３
が穿設してあり、この開口部１３には案内棒１４
が貫通され、上下固定点１５，１６で固定されて
いる。前記案内棒１４を取り巻く如くSMA製の
コイルバネ１７が前記天秤棒１０と前記下固定点
１６との間に設けられ、更にコイルバネ１７上に
天秤棒１０に当接しスライドする作用突起１８を
有している。 ここで上記SMAとは前述した第１表に示した
様な金属元素からなり、ある所定温度（変態温
度）以上になると記憶された元の形状に戻ろうと
すると同時に大きな力を発生する性質を備えてい
る。本実施例においては、前記SMA製コイルバ
ネ１７は所定の長さに伸びた状態を記憶してお
り、加熱されて変態温度（約30℃）以上になると
第３図の如く重錘１２の荷重に打ち勝つて伸び
る。またSMAは、変態温度以上（高温相）では
材料の強度が高いが、冷えて変態温度以下（低温
相）になると材料強度が低くなる性質をも備えて
いるので、前述の伸びたSMA製コイルバネ１７
は、温度が変態温度以下になると、重錘１２の荷
重に負けて第２図の如く圧縮されるものである。 次に動作を説明する。以上の様な構成であるか
ら、前記天吊型ヒートポンプ式冷暖房機１を冷房
運転すると、冷風（10〜15℃）により前記SMA
製のコイルバネ１７は冷却されるので、第２図の
如く圧縮された状態となり、可変翼９は上方に傾
く為、冷風は第１図に示した実線の矢印の如く上
向きに吹き出される。また、冬季暖房運転する
と、運転初期には温風が充分に高温になつていな
い状態では前記コイルバネ１７は第２図の如く圧
縮状態で、風は上方へ吹き出すが、温風が一定温
度（45〜60℃）になり前記コイルバネ１７が加熱
されて変態温度（約30℃）以上になると第３図の
如く伸びて、前記可変翼９は前下がりに傾く為、
温風は第１図に示した破線の矢印の如く下向きに
吹き出される。 一方、前記SMA製コイルバネ１７は、前述し
た様に、この合金を構成する成分元素の構成比率
や所定の形状を記憶させる記憶処理温度がわずか
に変化すると変態温度が変化する。しかし、前記
SMA製コイルバネ１７は、荷重の大小により温
度と変位量の関係が第５図に示した様に変化す
る。即ち負荷が大きくなるほど（負荷の大きさ
（a₁＜b₁＜c₁）前記コイルバネ１７は伸び始める
温度が、T_a、T_b、T_cと高くなつてくる。また、
負荷がa₁＜b₁＜c₁と大きくなると、同じ温度（例
えば図中T₁）での変位量（伸び）がa₂＞b₂＞c₂と
小さくなる。 従つて、提供された前記SMA製コイルバネ１
７の変態温度が希望する温度（約30℃）より少し
はずれていたとしても、前記重錘１２を天秤棒１
０の前後に移動し、前記可変翼の回転軸９′との
距離を調整することにより前記SMA製コイルバ
ネ１７にかかる負荷が変化するので希望する温度
で前記コイルバネ１７が伸びる様に調整すること
が可能となる。 ここで、本発明の重錘を用いた自動風向切換装
置と従来例のバイアス用のコイルバネｈを用いた
ものにおいて、変態点が同一であるSMA製コイ
ルバネを用いて、所定温度Ｔで希望の変位量Δl
を得ようとした場合、どちらが小さいバネで対応
出来るか前述した第９図を用いて説明する。第９
図は、所定温度におけるSMA製コイルバネの変
位量と発生力の関係を示す。上述した如く、コイ
ルバネｈを用いた従来例の仕様においては、希望
の変位量Δlを得るには、直線a_Oの挙動を示す
SMAバネが必要であつた。しかし、本発明の自
動風向切換装置においては、重錘を所定位置に固
定すれば、SMA製コイルバネにかかる負荷は図
中直線b′_Oで示される様にたえず一定であるから、
所定変位量Δlを得るには、交点Ｑで丁度重錘に
よる負荷量と釣り合う発生力を生ずる様な曲線
a′_Oで示した挙動を示すSMA製コイルバネが与え
られる。曲線a′_Oで示されるSMA製コイルバネ
は、曲線a_Oで示されるSMA製コイルバネより発
生力が小さい（但し、変位量Δl＝Ｏで拘束した
時の発生力F′_Oは、第９図より明らかな様に重錘
の重さf_Oより大きいバネである）。即ち従来例の
仕様よりも本実施例の仕様の方が、小さいSMA
製コイルバネで良いことになる。従つて、同一巻
数、同一コイル径であれば、線径を細くすること
が出来、高価なSMAの使用料を減らすことが可
能であるから、SMAコイルバネを利用した冷暖
房機の自動風向切換装置としては、従来よりはる
かに安価のものが提供される。また、上述の如
く、SMAの問題点である変態点のばらつきを制
御する方法としては、構造が簡単なものとなる。 次に、第６図に用いて、他の実施例について説
明する。第６図は、前述第２図に対応するので、
同一部品は同番号をつけて説明は省略する。２１
は形状記憶合金コイルバネで、変態温度（約30
℃）以上になると収縮する様に記憶処理されたバ
ネであり、２２はストツパーである。変態温度
（約30℃）以下においては、前述した様に、コイ
ルバネ２１の材料強度が弱いので、重錘１２の負
荷により前記コイルバネ２１が伸びて、前記スト
ツパー２２により一定長さで保持されるので可変
翼９は上向きとなり、結果、冷房運転時は上吹き
出しとなる。また、暖房運転時、前記コイルバネ
２１が変態温度以上になると、大きな力を発生
し、前記重錘１２の負荷に打ち勝つて、図の矢印
の如く収縮する。その結果可変翼９は下向きとな
り温風は下方へ吹き出される。ここで、この実施
例においても第１実施例と同様、重錘１２を天秤
棒１０の前後に移動することで形状記憶合金製コ
イルバネ２１にかかる負荷を変化させることが出
来る。従つて、提供された形状記憶合金製コイル
バネ２１の変態温度にばらつきがあつても希望す
る温度で該コイルバネ２１が収縮する様に調整す
ることが可能となる。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の冷暖
房機の自動風向切換装置は、冷暖房機の風路内に
配した風向を変える可変翼と、この可変翼の一端
より突出された天秤棒と、この天秤棒に備えた重
錘と、前記可変翼の回転軸と前記重錘の真に前記
天秤棒を作用する如く設けられ、且つ暖房運転時
の温風により加熱されて前記可変翼を前下りに傾
斜させる様に変形する形状記憶合金製コイルバネ
とより構成され、前記重錘を天秤棒に対し前記可
変翼の回転軸からの距離を調整可能に備えたもの
であるから、形状記憶合金製コイルバネにかかる
負荷を簡単に変えることが出来、結果、提供され
た形状記憶合金製コイルバネの変態温度がばらつ
いても希望する温度で伸縮し、前記可変翼の角度
を変えることが可能となる。そして、従来例の如
くバイアス用のバネを用いた場合には、前述した
如くSMAコイルバネの変位に従つて、対接する
バイアス用のバネのバネ力が増加してゆく為に大
きな発生力を得る様にSMAコイルバネを設計す
る必要があつたが、本発明においては、重錘を用
いる為、SMAコイルバネにはたえず一定荷重が
かかるので、従来のバイアスバネを用いた場合よ
りも小さなSMAコイルバネで設計することが出
来る。従つて、従来よりも、構造が簡単で、温度
精度に優れた安価な自動風向切換装置を提供する
ことが出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の自動風向切換装置を
備えた空気調和機の概略図、第２図及び第３図は
同装置の可変翼の動作を示す側面図、第４図は第
２図の円Ａ部の拡大平面図、第５図は形状記憶合
金製コイルバネの特性図、第６図は第２図に対応
する別の実施例の側面図、第７図は従来の自動風
向切換装置の側面図、第８図は第７図の円Ｂ部の
拡大平面図、第９図は形状記憶合金製コイルバネ
の従来例と実施例のものとの比較を示す特性図を
示す。 ９……可変翼、９′……回転軸、１０……天秤
軸、１２……重錘、１７……形状記憶合金
（SMA）製コイルバネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷暖房機の風路内に配した風向を変える可変
   翼と、この可変翼の一端より突出された天秤棒
   と、この天秤棒に備えた重錘と、前記可変翼の回
   転軸と前記重錘の間に前記天秤棒を作用する如く
   設けられ且つ暖房運転時の温風により加熱されて
   前記可変翼を前下りに傾斜させる様に変形する形
   状記憶合金製コイルバネとより構成され、前記重
   錘を天秤棒に対し前記可変翼の回転軸からの距離
   を調整可能に備えた冷暖房機の自動風向切換装
   置。