JP2016090096A - 空気吹出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気吹出装置としての機能を損なうことなく吹出口を出来る限り不可視化することが可能な空気吹出装置を提供する【解決手段】 空気吹出装置１０は、空気流路２１ａ及び吹出口２１ｂを画成する筒体２１と、吹出口を通過した空気流を目標方向へ案内する案内壁３１と、吹出口を通過する空気流の流速を調整可能な流速調整機構（弁体）２２と、を備えている。案内壁は、吹出口の正面方向に対して交差する向きに突出した凸面形状を有すると共に、案内壁を吹出口が属する仮想平面に投影したときの投影面が吹出口の全体を覆うように配置されている。流速調整機構は、目標方向に基づいて流速を調整するようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気流路および吹出口を画成する筒体と、吹出口を通過した空気流を目標方向へ案内する案内壁と、前記吹出口を通過する空気流の流速を調整可能な流速調整機構と、を備えた空気吹出装置に関する。

従来から、自動車の室内などに冷暖房用の空気を供給するための空気吹出装置が提案されている。一般に、この種の空気吹出装置は、空気吹出装置から吹き出される空気流（以下「吹き出し空気流」という。）の流れ方向などを調整可能な構成を有する。

従来の空気吹出装置の一つ（以下「従来装置」という。）は、空気流路および吹出口を画成する筐体と、吹き出し空気流の流れ方向を調整するための上流側フィン及び下流側フィンと、を備えている。従来装置の空気流路は特殊な断面形状（吹出口の近傍にて同流路内に断面三角形の凸部が突出する形状）を有しており、上流側フィン及び下流側フィンによって一次整流された空気流が、この断面形状に起因して二次整流されるようになっている。この多段階の整流により、従来装置は、吹出口が狭小の場合（縦方向に短く横方向に長い長方形）であっても、吹き出し空気流の流れ方向を精度良く調整できる（特許文献１を参照。）。

特開２０１４−９１３７６号公報

従来装置は、吹き出し空気流の流れ方向を調整する機能を維持しながら、吹出口の狭小化を実現している。一方、自動車の内装部等の美観を更に向上させる観点からは、吹出口を狭小化して目立ち難くするだけでなく、吹出口を自動車のユーザ等が視認し難い位置に設けて出来る限り不可視化することが望ましい。

例えば、この不可視化の一例として、ユーザ等の視線を遮るための遮蔽物を吹出口の近傍に設けることが考えられる。しかし、従来装置の吹出口の近傍に不用意に遮蔽物を設けると、吹出口を不可視化し得るものの、その遮蔽物に起因して吹き出し空気流の流れ方向が意図しない方向に変化する可能性がある。即ち、吹出口の不可視化を図ることにより、従来装置の機能（吹き出し空気流の流れ方向を調整する機能）が損なわれる虞がある。このように、空気吹出装置としての機能を維持しながら吹出口を不可視化することは、容易ではない。

本発明は、上記課題に鑑み、空気吹出装置としての機能を損なうことなく吹出口を出来る限り不可視化することが可能な空気吹出装置を提供することにある。

上記課題を達成するための本発明の空気吹出装置は、
空気流路及び吹出口を画成する筒体と、前記吹出口を通過した空気流を目標方向へ案内する「案内壁」と、前記吹出口を通過する空気流の流速を調整可能な「流速調整機構」と、を備える。

具体的には、前記案内壁は、
前記吹出口の正面方向に対して交差する向きに突出した「凸面形状」を有すると共に、該案内壁を前記吹出口が属する仮想平面に投影したときの投影面が「前記吹出口の全体を覆う」ように配置されている。

更に、前記流速調整機構は、前記目標方向に基づいて前記「流速」を調整するようになっている。

上記構成によれば、空気吹出装置の案内壁が上述した「凸面形状」及び「配置」を有することにより、自動車のユーザ等が「吹出口の正面方向」から空気吹出装置を見たとき、ユーザ等の視線が「案内壁」によって遮られ、吹出口がユーザ等に視認されない。更に、吹き出し空気流の「目標方向」を考慮して「流速調整機構」が「吹出口を通過する空気流の流速」を調整することにより、案内壁から空気流が剥がれる位置（以下「剥離位置」という。）が調整され、吹き出し空気流が「目標方向」へ案内される。

上述した本発明の特徴の詳細について、以下に述べる。

本発明における案内壁は、「吹出口を通過した空気流を目標方向へ案内する」べく、吹出口よりも下流側に設けられる。この案内壁は、「吹出口の正面方向に対して交差する向きに突出した凸面形状」を有しており、案内壁（凸形状の湾曲面）を「吹出口が属する仮想平面に投影したときの投影面」が「吹出口の全体」を覆うように配置されている（例えば、図１及び図２を参照。）。その結果、この投影方向に平行に（即ち、吹出口の正面方向から）ユーザ等が空気吹出装置を見ると、案内壁によって吹出口が隠され、吹出口がユーザ等に視認されないことになる。

一方、「吹出口を通過した空気流」は、案内壁の表面（凸形状の湾曲面）に貼り付くように案内壁に沿って流れる。これは、粘性を有する流体の近傍に物体が存在すると、流体の流れがその物体の表面に沿って湾曲する効果（コアンダ効果）が生じるためである。より具体的には、案内壁の表面に沿って流れる空気流には、コアンダ効果に起因する付着力（案内壁に近づく向きの力）と、空気の移動に起因する遠心力（案内壁から離れる向きの力）と、空気流内の気圧と空気流の周辺の気圧との圧力差に起因する押圧力（案内壁に近づく向きの力）と、が及ぶ。そして、案内壁に近づく向きの力（付着力、押圧力）が案内壁から離れる向きの力（遠心力）よりも大きい限り、空気流が案内壁から剥がれることなく案内壁に沿って流れることになる。

これに対し、「吹出口を通過する空気流の流速」が高まると、案内壁の壁面に沿って流れる空気流の流速も高まる。このとき、ベルヌイの定理に表されるように空気流内の気圧が低下し、空気流内の気圧と周辺の気圧との圧力差が増大する。その結果、押圧力が大きくなり、空気流が案内壁から剥がれ難くなる。しかし、空気流の流速が高まると、押圧力だけでなく、付着力および遠心力も変化する。具体的には、このとき、一般に、付着力が小さくなると共に遠心力が大きくなり、空気流が案内壁から剥がれ易くなると考えられる。ここで、発明者らが行った実験等によれば、一般の空気吹出装置において想定される流速の範囲内において、空気流の流速が前者（押圧力）に及ぼす影響は、後者（付着力、遠心力）に及ぼす影響よりも大きいことが明らかになった。換言すると、空気流の流速が速いほど空気流が案内壁から剥がれ難くなり、同流速が遅いほど空気流が剥がれ易くなることが明らかになった。その結果、案内壁に沿って流れる空気流の減衰（案内壁の下流側に近づくにつれて徐々に流速が低下する）を考慮すれば、「吹出口を通過する空気流の流速」が速いほど剥離位置が下流側に移動し、同流速が遅いほど剥離位置が上流側に移動することになる。このように、流速調整機構が「流速を変更する」と、空気流の剥離位置が変化する。

そして、一般に、案内壁から剥がれた空気流は、剥離位置における案内壁の接平面に沿った方向（以下「接平面方向」という。）に流れる。換言すると、剥離位置を変化させることにより、吹き出し空気流の流れ方向を調整できる。具体的には、流速調整機構を用いて上述したように剥離位置を変化させれば、案内壁の形状に基づいて定まる範囲内（案内壁の接平面が存在し得る範囲内）において、吹き出し空気流の流れ方向を調整できる。よって、吹き出し空気流の「目標方向」に対応した剥離位置において空気流が剥がれるように（換言すると、剥離位置における案内壁の接平面方向と目標方向とが一致するように）「吹出口を通過する空気流の流速」を調整すれば、吹き出し空気流の流れ方向を調整できる。即ち、流速調整機構を「目標方向に基づいて」操作することにより、吹き出し空気流の流れ方向を調整できる。

したがって、本発明の空気吹出装置は、空気吹出装置としての機能（吹き出し空気流の流れ方向を調整する機能）を損なうことなく吹出口を出来る限り不可視化できる。

更に、本発明の空気吹出装置は、従来装置のような風向調整機構（フィン等）を必要としないため、吹出口を従来装置よりも更に狭小化することも可能である。加えて、本発明の空気吹出装置（特に、案内壁）を、自動車の他の内装用部品の一部（例えば、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等を固定するフレーム）として用いれば、吹出口だけでなく空気吹出装置そのものがユーザ等に認識され難くなるため、自動車の内装部等の美観を更に向上することも可能である。

ところで、上記「吹出口」は、“空気流路の開口端（筒体内の中空部の下流側端部）”であり、案内壁よりも上流側に存在している。吹出口を通過した空気流を出来る限り滞りなく案内壁に誘導する観点から、吹出口と、案内壁の上流側端部と、の距離は出来る限り小さいこと（更には、両者が同じ位置に存在すること）が好ましい。

上記「吹出口の正面方向」は、“吹出口の開口面の中心を同開口面に直交するように通過する直線が伸びる方向”である。吹出口の正面方向は、例えば、吹出口を通過した空気流が直進する方向、又は、空気流路の軸線方向と言い換え得る。

以上、本発明の空気吹出装置の構成・効果について説明した。次いで、以下、本発明の空気吹出装置の態様について述べる。

本発明の空気吹出装置において、流速調整機構は、吹出口を通過する空気流の流速を調整可能な構成を有していればよく、具体的な構造などは特に制限されない。例えば、流速調整機構として、空気流路の流路面積を変更可能な弁体、シャッタ及び絞り、空気吹出装置に空気を供給するポンプ等の作動量を調整する機構などが採用され得る。これら機構は、空気吹出装置に要求される各種性能（吹き出し空気流の流れ方向の精度、小型化の容易さ、製造の容易さ、製造コスト等）を考慮し、適宜選択されればよい。

例えば、流速調整機構として空気流路の流路面積を変更可能な弁体を採用すれば、比較的簡易な構造により、吹出口を通過する空気流の流速を調整できる。その結果、空気吹出装置の小型化および製造が容易となり、空気吹出装置の製造コストを抑制できる。

そこで、本態様の空気吹出装置は、
前記流速変更機構が、
前記空気流路の流路面積を変更可能な弁体であり、前記流路面積を小さくすることによって前記流速を速くし、前記流路面積を大きくすることによって前記流速を遅くする、ように構成され得る。

本発明の空気吹出装置の実施形態を示す断面図である。 本発明の空気吹出装置の実施形態を示す断面図である。 弁体の回動角度と、空気流の剥離位置と、吹き出し空気流の流れ方向と、の関係を表す模式図である。 弁体の回動角度と、空気流の剥離位置と、吹き出し空気流の流れ方向と、の関係を表す模式図である。 弁体の回動角度と、空気流の剥離位置と、吹き出し空気流の流れ方向と、の関係を表す模式図である。

以下、本発明の空気吹出装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜装置の概要＞
図１は、本発明の実施形態に係る空気吹出装置１０（以下「実施装置１０」という。）の概略構成を示している。実施装置１０は、周辺部品Ｐ１と周辺部品Ｐ２との間に挟まれるように、自動車のインストルメントパネルに設置されている。なお、本例において、周辺部品Ｐ１はインストルメントパネルの筐体であり、周辺部品Ｐ２はカーナビゲーションシステムのディスプレイ外装部である。

具体的には、実施装置１０は、空気流が内部を通過可能である中空柱状の部分（後述される筒体２１）と、空気流を湾曲した壁面に沿って案内可能である棚形状の部分（後述される案内壁３１）と、を有している。図１は、実施装置１０の軸線ＡＸに平行な平面によって実施装置１０を左右方向に（後述される右方向Ｒから左方向Ｌに）切断した場合における、実施装置１０の概略断面図を表す。換言すると、図１は、実施装置１０を上方向から見た場合における実施装置１０の概略断面図を表す。

以下、便宜上、軸線ＡＸに沿って実施装置１０の前方に向かう方向は「正面方向Ｆ」と称呼され、正面方向Ｆに直交して実施装置１０の左右に向かう方向は「右方向Ｒ」及び「左方向Ｌ」と称呼される。なお、これら左右の方向は、実施装置１０が自動車のダッシュボードの周辺等に取り付けられた場合において自動車のユーザから実施装置１０を見たときの左右の方向を基準とし、定義付けられている。

図１に示すように、実施装置１０は、筒体２１と、弁体２２と、案内壁３１と、を備えている。以下、これら部材の構成をより詳細に説明する。

筒体２１は、内部に空気流路２１ａを画成し、正面方向Ｆの端部に吹出口２１ｂを画成している。なお、筒体２１は略直方体の形状を有する筒体であり、吹出口２１ｂを正面方向Ｆから見た場合の形状は略長方形である。更に、筒体２１の吹出口２１ｂよりも下流側に、吹出口２１ｂを通過した空気流を目標方向へ案内する案内壁３１が設けられている。なお、案内壁３１の上下方向（紙面に垂直な方向の）幅は、筒体２１の上下方向の幅とほぼ同一である。これら構成により、筒体２１の背面方向（正面方向Ｆの逆方向）の開口部２１ｃから流入した空気は、空気流路２１ａを通過した後、正面方向Ｆの開口部（吹出口２１ｂ）から吹き出し、案内壁３１に沿って目標方向に案内される（誘導される）ようになっている。図中の矢印は、この空気の流れを表している。

案内壁３１は、凸面形状の壁面３２（凸形状の湾曲面）を有している。案内壁３１の壁面３２は、吹出口２１ｂの正面方向Ｆ（吹出口２１ｂの開口面の中心点２１ｂ１を同開口面に直交するように通過する直線が伸びる方向）に対して交差する向きに、突出している。具体的には、吹出口２１ｂの正面方向Ｆは、図中の軸線ＡＸが伸びる方向であり、案内壁３１の壁面３２は、図中の左方向Ｌから右方向Ｒに向かって突出している。

更に、図２に示すように、案内壁３１（具体的には壁面３２）は、案内壁３１（壁面３２）を吹出口２１ｂが属する仮想平面ＩＰに投影したときの投影面ＰＰが吹出口２１ｂの全体を覆うように、配置されている。

したがって、自動車のユーザ等が実施装置１０の正面方向から（即ち、投影方向に平行に）実施装置１０を見たとき（図中の視線を参照）、吹出口２１ｂが案内壁３１によって隠され、吹出口２１ｂがユーザ等に視認されないことになる。

再び図１を参照すると、弁体２２は、平面視における形状が略長方形の板体である。弁体２２は、空気流路２１ａを画成する筒体２１に（具体的には筒体２１の内壁部分に）回動可能に支持されている。弁体２２は、回動軸２２ａ周りに回動することにより、空気流路２１ａの流路面積を所定範囲内（流路全開に相当する最大値から、ゼロより大きい所定の最小値まで、の範囲内）において変更することが可能となっている。換言すると、弁体２２は、空気流路２１ａの流路面積を最大にする回動角度から、同流路面積を所定の最小値にする回動角度まで、の範囲内において回動可能となっている。

本例において、弁体２２が上記範囲内において回動する限り、空気流路２１ａを通過する空気の量（即ち、吹出口２１ｂを通過する空気流の流量）は、弁体２２の回動角度にかかわらず実質的に一定に維持されるようになっている。具体的には、実施装置１０に空気を供給するポンプ（図示省略）が、弁体２２の回動に伴う空気流路２１ａの圧力損失の増減を無視できる程度に高い圧力の空気を、実施装置１０に供給するようになっている。そのため、弁体２２の回動角度の変化に応じて、吹出口２１ｂを通過する空気流の流量は変化せず、同空気流の流速が変化することになる（詳細は後述される。）。

なお、弁体２２の回動角度が上記範囲を外れた場合（即ち、空気流路２１ａの流路面積が最小値よりも小さくなった場合）、流路の圧力損失が過剰に増大し、弁体２２の回動角度と吹出口２１ｂを通過する空気流の流速との比例関係が保たれない虞がある。逆に言えば、上記範囲の最小値は、弁体２２の回動角度と吹出口２１ｂを通過する空気流の流速との比例関係が保たれ得る最小の流路面積として、定められている。

また、弁体２２は、弁体２２の回動角度をユーザが操作可能であるように（例えば、ユーザが図示しないリンク部材を介して回動角度を操作できるように、又は、ユーザの指示に応じて図示しないモータを作動させて回動角度を操作できるように）構成されている。

以上が、実施装置１０の概要についての説明である。

＜実際の作動＞
次いで、実施装置１０の実際の作動について説明する。
実施装置１０は、弁体２２の回動角度を変更することにより、吹出口２１ｂを通過する空気流の流速を変更し、吹き出し空気流の流れ方向を調整する。以下、実施装置１０による吹き出し空気流の調整を、図３〜図５を参照しながら説明する。図３〜図５は、図１と同様、実施装置１０の軸線ＡＸに平行な平面によって実施装置１０を左右方向に切断した場合における、実施装置１０の概略断面図を表す。なお、図３〜図５においては、便宜上、周辺部品Ｐ１，Ｐ２の図示は省略されている。

図３に示すように、実施装置１０の背面方向の開口部２１ｃから空気流路２１ａに流入した空気流は、吹出口２１ｂを通過した後、コアンダ効果によって案内壁３１の壁面３２に沿って流れる。そして、本図に示すように、弁体２２の回動角度が“空気流路２１ａの流路面積を最大にする回動角度”である場合、空気流路２１ａの流路面積は、後述される各例（図４及び図５に示す例）における流路面積よりも大きい第１面積（最大の流路面積）である。この場合、吹出口２１ｂを通過する空気流の流速は、後述の各例（図４及び図５に示す例）における空気流の流速よりも遅い第１流速である。この場合、吹出口２１ｂを通過した空気流は、図中の“剥離位置Ａ１”において案内壁３１の壁面３２から剥がれる。その後、空気流は、剥離位置Ａ１における案内壁３１の壁面３２の接平面方向（本図では接線方向Ｂ１）に流れる。その結果、吹き出し空気流の流れ方向が、第１装置１０の右方向Ｒに調整される。この吹き出し空気流の流れ方向を表す指標として、例えば、第１装置１０の軸線ＡＸと吹き出し空気流の流れ方向Ｂ１とがなす角度は、角度α１である。

次いで、図４に示すように、弁体２２の回動角度が“空気流路２１ａの流路面積を中程度にする回動角度”である場合、空気流路２１ａの流路面積は、第１面積（図３）よりも小さい第２面積である。この場合、吹出口２１ｂを通過する空気流の流速は、第１流速（図３）よりも速い第２流速である。この場合、吹出口２１ｂを通過した空気流は、剥離位置Ａ１（図３）よりも下流方向に移動した“剥離位置Ａ２”において案内壁３１の壁面３２から剥がれる。その後、空気流は、剥離位置Ａ２における案内壁３１の壁面３２の接平面方向（本図では接線方向Ｂ２）に流れる。その結果、吹き出し空気流の流れ方向が、図３の例における流れ方向よりも正面方向Ｆに近づくように調整される。この吹き出し空気流の流れ方向を表す指標として、例えば、第１装置１０の軸線ＡＸと吹き出し空気流の流れ方向Ｂ２とがなす角度は、角度α１（図３）よりも小さい角度α２である。

次いで、図５に示すように、弁体２２の回動角度が“空気流路２１ａの流路面積を上記最小値にする回動角度”である場合、空気流路２１ａの流路面積は、第２面積（図４）よりも小さい第３面積である。この場合、吹出口２１ｂを通過する空気流の流速は、第２流速（図４）よりも速い第３流速である。この場合、吹出口２１ｂを通過した空気流は、剥離位置Ａ２（図４）よりも下流方向に移動した“剥離位置Ａ３”において案内壁３１の壁面３２から剥がれる。その後、空気流は、剥離位置Ａ３における案内壁３１の壁面３２の接平面方向（本図では接線方向Ｂ３）に流れる。剥離位置Ａ３は、案内壁３１の下流側の最端部に相当する。その結果、吹き出し空気流の流れ方向が、図４の例における流れ方向よりも正面方向Ｆに近づくように（実質的に正面方向Ｆに）調整される。この吹き出し空気流の流れ方向を表す指標として、例えば、第１装置１０の軸線ＡＸと吹き出し空気流の流れ方向Ｂ３とは平行であり、両者がなす角度は、角度α２よりも小さい角度ゼロ（即ち、両者は平行）である。

このように、実施装置１０は、筒体２１の内壁面に回動角度に支持された弁体２２の回動角度を調整することにより、剥離位置（Ａ１〜Ａ３）を変更すると共に、吹き出し空気流の流れ方向（Ｂ１〜Ｂ３）を調整できる。具体的には、実施装置１０は、吹き出し空気流の流れ方向を実施装置１０の右方向Ｒと正面方向Ｆとの間にて調整できる。

以上が、実施装置１０の実際の作動についての説明である。

以上に説明したように、実施装置１０は、上記構成を備えた筒体２１、弁体２２及び案内壁３１を備えることにより、吹出口２１ｂがユーザから視認されることを防ぎながら（吹出口２１ｂを不可視化しながら）、吹き出し空気流の流れ方向を調整できる。

＜他の態様＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。

例えば、実施装置１０は、吹出口２１ｂを通過する空気流の流速を変化させるための流速調整機構として、弁体２２を採用している。しかし、流速調整機構は、必ずしも弁体２２である必要はない。例えば、流速調整機構として、空気流路２１ａを開閉するシャッタ及び絞りが採用され得る。更に、例えば、流速調整機構として空気吹出装置に空気を供給するポンプそのものを採用し、ポンプから吐出される空気の量を調整することによって上記流速を調整してもよい。

更に、実施装置１０は、自動車の車室内（インナパネル）に取り付けられている。しかし、本発明の空気吹出装置は、自動車の車室内の他の部分（ピラー部等）に取り付けられもよい。加えて、本発明の空気吹出装置は、自動車の車室内に限らず、例えば、空気の供給または停止が望まれる種々の部材に取り付け得る。

１０…空気吹出装置、２１…筒体、２１ａ…空気流路、２１ｂ…吹出口、２２…弁体、３１…案内壁、ＩＰ…仮想平面、ＰＰ…投影面

Claims (2)

1. 空気流路及び吹出口を画成する筒体と、前記吹出口を通過した空気流を目標方向へ案内する案内壁と、前記吹出口を通過する空気流の流速を調整可能な流速調整機構と、を備えた空気吹出装置であって、
   前記案内壁は、
   前記吹出口の正面方向に対して交差する向きに突出した凸面形状を有すると共に、該案内壁を前記吹出口が属する仮想平面に投影したときの投影面が前記吹出口の全体を覆うように配置され、
   前記流速調整機構は、
   前記目標方向に基づいて前記流速を調整するように構成された、
   空気吹出装置。
2. 請求項１に記載の空気吹出装置において、
   前記流速変更機構が、
   前記空気流路の流路面積を変更可能な弁体であり、前記流路面積を小さくすることによって前記流速を速くし、前記流路面積を大きくすることによって前記流速を遅くする、
   空気吹出装置。
   
   

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