JP2007218381A - 荷重伝達機構及び熱発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被荷重伝達体に適正な支持荷重を付与することができる荷重伝達機構、及び上記荷重伝達機構が適用され熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる熱発電装置を得る。
【解決手段】保持荷重付与機構４０は、低温側熱交換器１４に接離可能に設けられ、低温側熱交換器１４に対する任意の接離位置に保持可能なばね押さえブロック５６と、低温側熱交換器１４とばね押さえブロック５６との間に荷重伝達可能に設けられ、低温側熱交換器１４に対するばね押さえブロック５６の位置に応じて伝達荷重を変化させる皿ばね４２と、低温側熱交換器１４側の枠状ブロック５８とばね押さえブロック５６との間に摺動可能に設けられ、低温側熱交換器１４に対するばね押さえブロック５６の接離に伴ってばね押さえブロック５６とは逆向きに変位する摺動ブロック６０とを備える。３つの基準面５６Ｅ、６０Ｄ、５８Ｃが面一になるよう押圧力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被荷重伝達体に荷重を伝達するための荷重伝達機構、及びこの荷重伝達機構を熱発電体の保持荷重付与手段に適用した熱発電装置に関する。

自動車等の車両において、エンジンの排気熱を利用して発電を行なう熱発電装置を搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、排気管（筒体）の上下にそれぞれ複数配置された熱発電体を、高温側部材と低温側部材との間に挟み込んで熱発電装置を構成している。熱発電体は、高温側部材及び低温側部材に、それぞれ低温はんだ付け、ロー付け、又は接着などの方法で固着されてユニット化され、この状態で高温側部材が排気管にボルト止めされる。
特開２００２−３２５４７０号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、熱発電体、高温側部材及び低温側部材の三者（被接合部品）をロー材等の接合材によって固着する構成であるため、接合材の劣化や被接合部品の変形等によって被接合部品間の固着が弱まることが懸念される。

本発明は上記事実を考慮して、被荷重伝達体に適正な支持荷重を付与することができる荷重伝達機構を得ることが目的である。また、本発明は、上記荷重伝達機構が適用され、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる熱発電装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る荷重伝達機構は、被荷重伝達体に接離可能に設けられ、前記被荷重伝達体に対する任意の接離位置に保持可能な荷重伝達体と、前記被荷重伝達体と荷重伝達体との間に荷重伝達可能に設けられ、該被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の位置に応じて伝達荷重を変化させる可撓体と、前記被荷重伝達体における前記可撓体から荷重を受ける部位以外の部位と前記荷重伝達体との間に摺動可能に設けられ、前記被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の接離に伴って該荷重伝達体とは逆向きに変位する摺動体と、を備えている。

請求項１記載の荷重伝達機構では、荷重伝達体を被荷重伝達体（被支持部）に近接させると、可撓体（弾性体）が変形され又は変形量が変化し、該可撓体の変形量に応じた荷重が荷重伝達体から被荷重伝達体に伝達される。このとき、摺動体は、被荷重伝達体及び荷重伝達体の双方と摺動しつつ被荷重伝達体に対し荷重伝達体とは反対向きに変位し、荷重伝達体を任意の接離位置で停止させる（保持する）と、荷重伝達体の被荷重伝達体に対する接離位置に応じた位置で停止する。被荷重支持体、摺動体、荷重支持体の各接触面（摺動面）は、可撓体の変形量に応じて被荷重支持体に作用する荷重（の反力）によって密着している。

ここで、本荷重伝達機構では、荷重伝達体及び被荷重伝達体の双方に密着しつつ相対変位する摺動体を設けたので、例えば荷重伝達体又は被荷重伝達体に対する摺動体の相対位置を目視することによって、荷重が入力される被荷重伝達体に対する荷重伝達体の接離位置すなわち可撓体の変形量を確認することができる。そして、相対変位を目視する部材が密着しているので、目視する方向（角度）により相対位置の確認精度が影響されることが抑制される。しかも、摺動体は荷重伝達体とは逆向きに変位するため、相対変位のストロークが大きく、被荷重伝達体に対する荷重伝達体の位置精度を正確に確認することができる。これらにより、被荷重伝達体に作用する荷重（可撓体の変形量）の管理が容易になる。また、摺動体は荷重伝達体及び被荷重伝達体の双方に摺動可能であるため、可撓体の変形可能範囲では被荷重伝達体に対する荷重伝達体の接離が許容される。したがって、例えば被荷重伝達体等に作用する外力を可撓体の変形によって吸収することができる。

このように、請求項１記載の荷重伝達機構では、被荷重伝達体に適正な支持荷重を付与することができる。なお、被荷重支持体における摺動体との摺動部位は、被荷重伝達体への荷重伝達状態で該被荷重伝達体に対し相対変位しない部分であれば良く、被荷重伝達体とは別体にて構成されても良い。

上記目的を達成するために請求項２記載の発明に係る荷重伝達機構は、被荷重伝達体に接離可能でかつ前記被荷重伝達体に対する任意の接離位置に保持可能に設けられ、被荷重伝達体側に向けて絞られたテーパ面を有する荷重伝達体と、前記荷重伝達体と被荷重伝達体との間に荷重伝達可能に設けられ、該被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の位置に応じて伝達荷重を変化させる可撓体と、前記被荷重伝達体に設けられ、前記荷重伝達体から前記被荷重伝達体への荷重伝達方向に対するテーパ角が前記荷重伝達体のテーパ面のテーパ角よりも大であるテーパ面を有する保持体と、前記荷重伝達体のテーパ面と前記保持体のテーパ面との間に摺動可能に挟み込まれた摺動体と、を備えている。

請求項２記載の荷重伝達機構では、荷重伝達体を被荷重伝達体（被支持部）側に近接させると、可撓体（弾性体）が変形され、該可撓体の変形量に応じた荷重が荷重伝達体から被荷重伝達体に伝達される。このとき、荷重伝達体のテーパ面と保持体のテーパ面（被荷重伝達体）とに挟まれている摺動体は、被荷重伝達体に設けられた（上記荷重伝達方向及びその交差方向の変位が規制されている）保持体及び荷重伝達体の双方と摺動して被荷重伝達体から離間する方向（荷重作用方向の反対方向）に変位し、荷重伝達体を停止させると、荷重伝達体の被荷重伝達体に対する位置に応じた接離位置で停止する。被荷重支持体、摺動体、荷重支持体の各テーパ接触面（摺動面）は、可撓体の変形量に応じて被荷重支持体に作用する荷重（の反力）によって密着している。

ここで、本荷重伝達機構では、荷重伝達体及び被荷重伝達体の双方に密着しつつ相対変位する摺動体を設けたので、例えば荷重伝達体又は被荷重伝達体に対する摺動体の相対位置を目視することによって、荷重が入力される被荷重伝達体に対する荷重伝達体の接離位置すなわち可撓体の変形量を確認することができる。そして、相対変位を目視する部材が密着しているので、目視する方向（角度）により相対位置の確認精度が影響されることが抑制される。しかも、摺動体は荷重伝達体とは逆向きに変位するため、相対変位のストロークが大きく、被荷重伝達体に対する荷重伝達体の位置精度を正確に確認することができる。これらにより、被荷重伝達体に作用する荷重（可撓体の変形量）の管理が容易になる。また、摺動体は荷重伝達体及び被荷重伝達体の双方に摺動可能であるため、可撓体の変形可能範囲では被荷重伝達体に対する荷重伝達体の接離が許容される。したがって、例えば被荷重伝達体等に作用する外力を可撓体の変形によって吸収することができる。

このように、請求項２記載の荷重伝達機構では、被荷重伝達体に適正な支持荷重を付与することができる。

請求項３記載の発明に係る荷重伝達機構は、請求項２記載の荷重伝達機構において、前記保持体は、前記被荷重伝達体とは別体とされており、前記荷重伝達体から前記摺動体を介して伝達される荷重によって前記被荷重伝達体に押し付けられている。

請求項３記載の荷重伝達機構では、保持体には、上記した被荷重支持体、摺動体、荷重支持体の各テーパ接触面（摺動面）を密着させる荷重の分力として、被荷重支持体側への荷重が作用しており、この荷重によって別体である保持体を被荷重伝達体側への荷重伝達状態で該被荷重伝達体に押し付けることができる。このため、本荷重伝達機構にて荷重が伝達される被荷重伝達体の形状等に対する制約が少なくなる。

請求項４記載の発明に係る荷重伝達機構は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の荷重伝達機構において、前記被荷重伝達体又は前記保持体、前記荷重伝達体、及び前記摺動体のうちの少なくとも２つは、目視可能な前記荷重伝達方向の位置基準を有する。

請求項４記載の荷重伝達機構では、荷重伝達体の被荷重伝達体に対する接離に伴って相対変位する保持体、前記荷重伝達体、及び前記摺動体のうちの少なくとも２つに設けた位置基準の相対位置を目視することで、被荷重伝達体に対する荷重伝達体の近接距離である可撓体の変形量を容易に確認することができる。特に、相対変位が大きい摺動体と荷重伝達体とに位置基準を設けた構成とすれば、可撓体の変形量を一層容易に確認することができる。

上記目的を達成するために請求項５記載の発明に係る熱発電装置は、高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電体と、前記熱発電体の高温側に接触する加熱部と、前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触する冷却部と、前記加熱部又は冷却部を前記被荷重伝達体として請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の荷重伝達機構が適用され、前記熱発電体を前記加熱部と冷却部との間に挟み込んで保持するための荷重を付与する保持荷重付与手段と、を備えている。

請求項５記載の熱発電装置では、熱発電体は、高温側（吸熱側）が加熱部にて加熱されると共に低温側（放熱側）が冷却部にて冷却されることにより生じる（維持される）該高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる。この熱発電装置では、保持荷重付与手段からの荷重によって、熱発電体が加熱部と冷却部との間に挟み込まれて保持された状態が維持されている。

ここで、保持荷重付与手段として、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の荷重伝達機構を用いたため、冷却部と加熱部とによる熱発電体の挟み込み荷重の調整が可能であり、かつ摺動体の荷重伝達体又は被荷重伝達体（保持体）に対する相対位置を目視することで上記挟み込み荷重の調整（設定荷重の付加等）を容易に行なうことができる。すなわち、荷重伝達体、摺動体、被荷重伝達体（保持体）の３者の相対変位は、荷重伝達に伴って生じる保持荷重付与手段の基部（ブラケット等）の変位や変形の影響を受けないので、適正な挟み込み荷重を付与することができ、熱発電体の加熱部及び冷却部に対する接触面圧を適正な面圧に調整することができる。

このように、請求項５記載の熱発電装置では、上記荷重伝達機構が適用され、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる。また、被荷重伝達体（保持体）と荷重伝達体との相対変位が許容されるので、例えば加熱部からの熱による熱膨脹を可撓体の変形によって吸収することができる。

請求項６記載の発明に係る熱発電装置は、請求項５記載の熱発電装置において、前記冷却部は、前記加熱部の両側においてそれぞれ該加熱部との間に前記熱発電体を挟み込むように複数設けられており、前記複数の冷却部を囲む枠状に形成された枠体をさらに備え、前記保持荷重付与手段は、前記複数の冷却部のそれぞれに対し前記加熱部側への荷重を付与するように、該複数の冷却部と前記枠体との間にそれぞれ設けられている。

請求項６記載の熱発電装置では、少なくとも加熱部を挟む両側にそれぞれ熱発電体、冷却部が配設されており、これらの周囲を枠状の枠体が囲んでいる。そして、保持荷重付与手段（荷重伝達機構）は、それぞれの冷却部に加熱部側への押し付け（挟み込み）荷重を付与している。これにより、各熱発電体の挟み込み荷重すなわち接触面圧を独立して調整可能となる。また、枠体を含む荷重伝達機構を高温側の加熱部に対し非接触とすることが可能となる。

以上説明したように本発明に係る荷重伝達機構は、被荷重伝達体に適正な支持荷重を付与することができる。また、本発明に係る熱発電装置は、上記荷重伝達機構が適用され、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正な面圧で保持することができる。

本発明の実施形態に係る荷重伝達機構が保持荷重付与機構４０として適用された熱発電装置として排気熱発電装置１０について、図１乃至図５に基づいて説明する。なお、以下の説明では、便宜上、矢印Ｕで示す側を上側、矢印Ｗで示す方向を幅方向、矢印Ｆで示す方向を排気ガス流れ方向とする。

図５には、排気熱発電装置１０の概略全体構成が側面図にて示されている。また、図３には図５の３−３線に沿う断面図が示されており、図４には図３の４−４線に沿う側断面図が示されている。これらの図に示される如く、排気熱発電装置１０は、加熱部としての高温側熱交換器１２と、冷却部としての低温側熱交換器１４との間に、それぞれ熱発電体としての複数の熱発電モジュール１６を挟み込んで構成されている。各熱発電モジュール１６は、それぞれ上下方向に扁平した平面視矩形状に形成されている。

図１に示される如く、高温側熱交換器１２は、上下高が幅と比較して小さい扁平矩形状に形成されており、上面１２Ａと上側の低温側熱交換器１４との間に複数の熱発電モジュール１６を挟み込んで保持すると共に、下面１２Ｂと下側の低温側熱交換器１４との間に上側と同数の熱発電モジュール１６を挟み込んで保持している。この実施形態では、排気熱発電装置１０は、高温側熱交換器１２の片面側において、排気ガス流れ方向に４つで幅方向に２つの各８つの熱発電モジュール１６を保持しており、両面合わせて計１６個の熱発電モジュール１６を備えている。

図３に示される如く、高温側熱交換器１２は、扁平矩形状に形成された高温側熱交換器ケース１８内に、集熱フィン２０を配設した構造とされている。この実施形態では、高温の排気ガスが流通する高温側熱交換器１２は、高温側熱交換器ケース１８、集熱フィン２０が、例えばステンレス鋼などの耐熱性（耐クリープ性）の良好な金属材にて構成されている。

図４及び図５に示される如く、高温側熱交換器ケース１８は、その上流端１８Ａが自動車の内燃機関エンジンの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２の下流端に接続ダクト２２Ａを介して接続されており、その下流端１８Ｂが排気管接続部２４の上流端に接続ダクト２４Ａを介して接続されている。触媒コンバータ２２の上流端には、図示しない排気マニホルドの集合部又は排気管に接続されるフランジ２２Ｂが設けられている。排気管接続部２４の下流端には、図示しないマフラ又は排気管に接続されるフランジ２４Ｂが設けられている。これにより、高温側熱交換器ケース１８は、内燃機関エンジンから触媒コンバータ２２を経由して導入された排気ガスを通過させて排気管接続部２４を経由してマフラ等に排出するようになっている。

複数の熱発電モジュール１６は、それぞれ多数の熱発電素子（図示省略）をモジュール化して構成されており、上記の通り扁平した矩形状に形成されている。各熱発電モジュール１６は、例えば、ゼーベック効果等によって高温側と低温側との温度差（熱落差）に基づく起電力を生じるようになっている。したがって、各熱発電モジュール１６は、高温側の面１６Ａを高温側熱交換器１２（上面１２Ａ又は下面１２Ｂ）に接触させ、低温側の面１６Ｂを低温側熱交換器１４に接触している。

図１及び図３に示される如く、低温側熱交換器１４は、平面視で高温側熱交換器ケース１８とほぼ同等の長さ及び幅を有する矩形状に形成されると共に上下方向に扁平して形成されている。具体的には、図３に示される如く、低温側熱交換器１４は、高温側熱交換器１２側に開口する低温側熱交換器ケース２６と、低温側熱交換器ケース２６の開口端を閉止する蓋板２８と、蓋板２８から低温側熱交換器ケース２６側に立設された放熱フィン３０と、低温側熱交換器ケース２６と蓋板２８との間をシールする図示しない防水パッキン（シール手段）を主要構成要素として構成されている。

これらの低温側熱交換器１４は、低温側熱交換器ケース２６と蓋板２８とは接合されず、低温側熱交換器１４と高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するための荷重を付与する保持荷重付与機構４０（後述）の付与荷重によって、防水パッキンを挟んだ低温側熱交換器ケース２６と蓋板２８とが保持されて構成されるようになっている。図示は省略するが、各低温側熱交換器１４には、放熱フィン３０が配設された内部（冷却水流路）にエンジン冷却水を導入するための冷却水導入部、エンジン冷却水を排出するための冷却水排出部がそれぞれ設けられている。低温側熱交換器ケース２６、蓋板２８（放熱フィン３０）は、例えばアルミ合金等の軽量でかつ熱伝達率の良好な金属材にて構成されている。

また、排気熱発電装置１０は、枠体としてのブラケット３２と、ブラケット３２と低温側熱交換器１４との間に設けられて該低温側熱交換器１４を高温側熱交換器１２側に押し付ける保持荷重を付与する保持荷重付与機構４０とを備えている。したがって、この実施形態では、低温側熱交換器１４が被荷重伝達体とされる。高温側熱交換器１２の上下両側に熱発電モジュール１６、低温側熱交換器１４を配置する排気熱発電装置１０では、ブラケット３２は、高温側熱交換器１２とは非接触の矩形枠状（環状）に形成されている。

具体的には、図３に示される如く、ブラケット３２は、それぞれ正面視でハット形状に形成された半体３４、３６の重ね合わされたフランジ部３４Ａ、３６Ａがボルト・ナットを主要構成要素とする締結手段３８にて固定されることで、上記の通り全体として矩形枠状に形成されている。このように高温側熱交換器１２に対し非接触である矩形枠状に形成されたブラケット３２は、該高温側熱交換器１２からの熱影響を受け難い構成とされている。図４及び図５に示される如く、ブラケット３２は排気熱発電装置１０の長手方向（矢印Ｆ方向）の位置が一致する４つの熱発電モジュール１６で共通化されており、該長手方向に沿って計４つ設けられている。

そして、保持荷重付与機構４０は、上下の低温側熱交換器１４とブラケット３２との間にそれぞれ設けられており、この実施形態では、１つの熱発電モジュール１６に対し１つの保持荷重付与機構４０が設けられている。これにより、排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６に対応して保持荷重付与機構４０の保持荷重が作用するようになっている。以下、保持荷重付与機構４０の具体的な構造を説明する。

図１に示される如く、保持荷重付与機構４０は、可撓体、弾性体としての皿ばね４２を備えている。皿ばね４２は、低温側熱交換器１４とブラケット３２との間に配設されており、ブラケット３２から低温側熱交換器１４には、皿ばね４２の変形（圧縮）量に応じた保持荷重が作用するようになっている。皿ばね４２と低温側熱交換器１４との間には、皿ばね４２の荷重を分散させる荷重受け板４４が配設されている。この荷重受け板４４は、ステンレス鋼にて構成されており、アルミ合金製の低温側熱交換器１４に対し高剛性とされている。また、低温側熱交換器１４からは、皿ばね４２を囲むばねガイド４６が立設されている。

また、図１に示される如く、保持荷重付与機構４０は、皿ばね４２を低温側熱交換器１４側に押圧（圧縮）するための変位付与機構４８を備えている。変位付与機構４８は、荷重受け板４４に固着されたウェルドナット５０と、ブラケット３２（半体３４、３６）の貫通孔５２を該ブラケット３２の外側から貫通してウェルドナット５０に螺合されている荷重調整ボルト（ねじ）５４とで構成されている。これにより、変位付与機構４８では、荷重調整ボルト５４を回転することで該荷重調整ボルト５４の先端５４Ａを皿ばね４２に対し上下方向（圧縮方向）に接離させ、かつ荷重調整ボルト５４の回転を停止することで任意の位置に先端５４Ａを保持可能な構成とされている。

そして、変位付与機構４８を構成する該荷重調整ボルト５４の先端５４Ａと皿ばね４２との間には、荷重伝達体としてのばね押さえブロック５６が挟み込まれて介在している。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）にも示される如く、ばね押さえブロック５６は、平面視で矩形状に形成されると共に正面視で台形状に形成された四角柱（台形柱）状に形成されており、短辺側を構成する面が皿ばね４２に当接したばね押面５６Ａとされている。一方、ばね押さえブロック５６の長辺側を構成する面は、該荷重調整ボルト５４の先端５４Ａに当接したボルト当接面５６Ｂとされている。したがって、ばね押さえブロック５６の両側面は、それぞれ幅方向外側及び低温側熱交換器１４側を共に向くテーパ面５６Ｃとされている。図１に示される如く、各テーパ面５６Ｃは、保持荷重付与機構４０における荷重伝達方向（皿ばね４２の圧縮方向）の中心線ＣＬに対し対称に（テーパ角が等しく）形成されている。

以上により、保持荷重付与機構４０では、荷重調整ボルト５４を回転して該荷重調整ボルト５４の先端５４Ａをブラケット３２に対し相対変位させることで、皿ばね４２の圧縮量すなわち低温側熱交換器１４（荷重受け板４４）に伝達する荷重を調整することができる構成とされている。なお、ばね押面５６Ａからは、皿ばね４２の軸心部に入り込む抜け止めピン５７が突設されている。

また、図１及び図２に示される如く、保持荷重付与機構４０は、保持体としての枠状ブロック５８を備えている。図２（Ａ）に示される如く、枠状ブロック５８は、平面視で矩形枠状に形成されており、ばね押さえブロック５６を囲んで配置されている。枠状ブロック５８の内面における矢印Ｆ方向両側の面は、上下方向及び幅方向に沿って延在した垂面５８Ａとされており、同方向に延在するばね押さえブロック５６の端面５６Ｄと摺動可能に接触している。

一方、図１に示される如く、枠状ブロック５８の内面における幅方向両側の面は、それぞればね押さえブロック５６のテーパ面５６Ｃに対向するテーパ面５８Ｂとされている。各テーパ面５８Ｂは、上記した中心線ＣＬに対し対称に形成されると共に、それぞれの中心線ＣＬに対するテーパ角が各テーパ面５６Ｃの中心線ＣＬに対するテーパ角よりも大きい構成とされている。したがって、各テーパ面５６Ｃとテーパ面５８Ｂとは、ブラケット３２側で低温側熱交換器１４側よりも幅方向の距離が大きくなるように対向している。

さらに、保持荷重付与機構４０は、摺動体として摺動ブロック６０を備えている。摺動ブロック６０は、各テーパ面５６Ｃとテーパ面５８Ｂとの間に配設されており（２つ設けられており）、それぞれの摺動ブロック６０は対応するテーパ面５６Ｃ及びテーパ面５８Ｂの両者に摺動可能に面接触している。すなわち、各摺動ブロック６０は、各テーパ面５６Ｃと摺動可能に接触する摺動面６０Ａと、テーパ面５８Ｂと摺動可能に接触する摺動面６０Ｂとを有する。また、摺動ブロック６０における矢印Ｆ方向の両端面６０Ｃは、図２（Ａ）に示される如くそれぞれ枠状ブロック５８の垂面５８Ａに摺動可能に接触している。

以上により、保持荷重付与機構４０では、荷重調整ボルト５４を回転してばね押さえブロック５６を低温側熱交換器１４に接離させると、摺動ブロック６０は、摺動面６０Ａ、６０Ｂをテーパ面５６Ｃ、５８Ｂと摺動させつつ、ばね押さえブロック５６に対し上下方向の反対側に変位するようになっている。一方、枠状ブロック５８は、ばね押さえブロック５６から摺動ブロック６０を介して伝達される荷重の低温側熱交換器１４側を向く分力によって、ばねガイド４６すなわち低温側熱交換器１４に押し付けられると共に、この荷重が中心線ＣＬに対し対称に作用することで、低温側熱交換器１４に対する荷重伝達方向及び幅方向の双方への相対変位が規制されている。すなわち、保持荷重付与機構４０では、皿ばね４２の圧縮に基づく荷重を低温側熱交換器１４に付与している状態において、枠状ブロック５８は低温側熱交換器１４に対し不動である低温側熱交換器１４側の部材とされている。

以上により、ばね押さえブロック５６の枠状ブロック５８（低温側熱交換器１４）に対する変位（図２（Ｂ）に示す相対変位Ｘｂ）が皿ばね４２の圧縮量Ｘｓに一致するようになっており、摺動ブロック６０は、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓに応じた荷重（上下）方向の位置に保持されるようになっている。したがって、保持荷重付与機構４０は、摺動ブロック６０のばね押さえブロック５６又は枠状ブロック５８に対する荷重伝達方向の位置を目視することで、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓすなわち低温側熱交換器１４に作用させる保持荷重を確認することができる構成である。

さらに、保持荷重付与機構４０では、ばね押さえブロック５６におけるブラケット３２側を向く基準面５６Ｅ（この実施形態ではボルト当接面５６Ｂに一致する）、枠状ブロック５８におけるブラケット３２側を向く基準面５８Ｃ、摺動ブロック６０におけるブラケット３２側を向く基準面６０Ｄがそれぞれ荷重伝達方向の位置基準とされている。そして、保持荷重付与機構４０では、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓが所定値に達した場合に、図２（Ｃ）に示される如く、各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが互いに面一となるように、各ブロック５６、５８、６０の寸法形状（各テーパ面５６Ｃ、５８Ｂのテーパ角や対向間隔等）が設定されている。

したがって、保持荷重付与機構４０では、各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが互いに面一である場合に、皿ばね４２が所定の圧縮量であること、すなわち低温側熱交換器１４を高温側熱交換器１２側に押し付ける熱発電モジュール１６の保持（挟み込み）荷重が付与すべき要求荷重であることを確認することができる構成とされている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の排気熱発電装置１０では、自動車の内燃機関エンジンが始動すると、このエンジンの排気ガスが触媒コンバータ２２を経由して高温側熱交換器１２（高温側熱交換器ケース１８）に導入される。この排気ガスは、集熱フィン２０と接触してこれらと熱交換し、高温側熱交換器１２（高温側熱交換器ケース１８）の上面１２Ａ、下面１２Ｂに熱を与える。これにより、各熱発電モジュール１６の高温側が加熱される。上記熱交換によって冷却されつつ高温側熱交換器１２を通過した排気ガスは、排気管接続部２４を通じて装置外に排出される。一方、エンジン冷却水は、エンジンの図示しないウォータポンプの作動によって、例えば上下の低温側熱交換器１４、内燃機関エンジン、ラジエータの順に循環する。低温側熱交換器１４を通過するエンジン冷却水は、放熱フィン３０、蓋板２８と接触してこれらと熱交換し、蓋板２８から熱を奪う。これにより、各熱発電モジュール１６の低温側が冷却される。

以上のように、各熱発電モジュール１６の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電モジュール１６の低温側がエンジン冷却水にて冷却されることで、各熱発電モジュール１６の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電モジュール１６は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６が発電を行なう。発電された電力は、例えば自動車に搭載された蓄電池であるバッテリ等に蓄えられる（バッテリを充電する）。

この排気熱発電装置１０組み付け時には、各熱発電モジュール１６が均一かつ適正な面圧によって高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４と良好に接触するように、各保持荷重付与機構４０により付与される保持荷重を要求荷重にすべく調整する。具体的には、ばね押さえブロック５６の基準面５６Ｅ、枠状ブロック５８の基準面５８Ｃ、摺動ブロック６０の基準面６０Ｄが面一になるように目視確認しながら、荷重調整ボルト５４を回転し、各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが面一になったところで荷重調整ボルト５４の回転を停止する。これにより、皿ばね４２が所定量だけ圧縮され、低温側熱交換器１４には皿ばね４２の圧縮量に応じた要求荷重が作用する。

また、車両の定期点検時やメンテナンス時などに基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄの荷重伝達方向の位置ずれが生じていることを発見した場合などには、基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが略面一になるようにこれらを目視しながら、荷重調整ボルト５４を適宜回転する。これにより、各熱発電モジュール１６に適正な保持荷重すなわち高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４との接触面圧が適正に作用する状態に復帰する。

ここで、保持荷重付与機構４０では、ばね押さえブロック５６のテーパ面５６Ｃと枠状ブロック５８のテーパ面５８Ｂとの間に摺動ブロック６０が摺動可能に設けられているため、これら互いに接触（密着）した３部材の相対位置を目視することで、低温側熱交換器１４を基準としたばね押さえブロック５６（荷重調整ボルト５４）の変位量Ｘｂ、すなわち皿ばね４２の圧縮量Ｘｓが要求荷重に応じた所定量であることを、容易にかつ確実に確認することができる。以下、比較例と比較しつつ説明する。

図６に示す第１比較例に係る保持荷重付与機構１００では、ばね押さえブロック５６、枠状ブロック５８、摺動ブロック６０を備えず、荷重調整ボルト５４と皿ばね４２との間に平板状のばね押さえ板１０２が介在している。図６（Ｂ）が荷重付与前の初期状態を示し、図６（Ａ）が荷重付与状態を示す。この保持荷重付与機構１００では、低温側熱交換器１４に付与する保持荷重すなわち皿ばね４２の圧縮量Ｘｓに相当するばね押さえ板１０２の変位量を確認するために、荷重調整ボルト５４のブラケット３２に対する変位量Ｘｂ（又は荷重調整ボルト５４の頭部５４Ｂとブラケット３２との対向間隔Ｚ）を管理するようになっている。具体的には、初期状態からの荷重調整ボルト５４の回転数に該荷重調整ボルト５４のねじピッチを乗じた量を変位量Ｘｂとし、この変位量Ｘｂが圧縮量Ｘｓに等しいものとして、変位量Ｘｂが所定値になるように荷重調整ボルト５４の回転数を管理する。しかしながら、この第１比較例に係る保持荷重付与機構１００では、図６（Ｃ）に示す如く皿ばね４２からの反力を受けるブラケット３２は、該反力を支持することで変形するので、保持荷重付与機構１００の設置部分の変位量Ｙに応じて圧縮量Ｘｓを要求荷重に応じた所定値とする荷重調整ボルト５４の回転数が変化してしまう問題がある。また、上記した対向間隔Ｚにより荷重管理を行なう場合には、同様に管理すべき間隔Ｚが変化してしまう。これらの対策として、ブラケット３２の剛性を向上して該ブラケット３２の変位量Ｙを抑える構造にすると、ブラケット３２すなわち保持荷重付与機構１００の質量が著しく大きくなる。

図７に示される第２変形例に係る保持荷重付与機構１１０では、皿ばね４２の圧縮量が所定量になった場合にばね押さえ板１０２が当接するストッパ１１２がガイド４６に設けられている。これにより、荷重が付与される低温側熱交換器１４を基準として皿ばね４２の圧縮量Ｘｓを管理することができる。しかしながら、この構造では、ばね押さえ板１０２とストッパ１１２との当接後には、それ以上の皿ばね４２の圧縮が許容されないため、保持荷重付与機構１１０の運転に伴う高温側熱交換器１２（高温側熱交換器ケース１８）の熱膨脹を皿ばね４２によって吸収することができなくなってしまう。一方、図６に示す保持荷重付与機構１００において、ガイド４６に対するばね押さえ板１０２の位置を目視して皿ばね４２の圧縮量Ｘｓを管理する場合、低温側熱交換器１４を基準として皿ばね４２の圧縮量Ｘｓが管理されることになるが、図６（Ｃ）に示される如く皿ばね４２とガイド４６との間には荷重伝達方向との直交方向に隙間Ｇが存在するので、目視によってガイド４６に対するばね押さえ板１０２の位置を所定位置に管理することは困難である。より詳細には、ガイド４６に対するばね押さえ板１０２の位置を目視する際には、ブラケット３２によって視界が遮られないように、これらを斜め方向（図４の矢印Ｅ参照）から目視することになるので、相対位置を比較する部材間に隙間Ｇが存在する構成では面一状態でも部材の角（エッジ）部が見えてしまい、ガイド４６に対するばね押さえ板１０２の位置が所定位置であるか否かを確認することが困難である。

そして、荷重伝達方向の小スペースで大荷重を発生する皿ばね４２は、圧縮量Ｘｓに対する荷重変化量が敏感である（ばね定数が大きい）ため、適正な保持荷重の付与のためには圧縮量Ｘｓの管理を精度良く行なう必要があるが、上記した通り各比較例１００、１１０に係る構成では、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓを精度良く管理することは困難である。また、荷重調整ボルト５４の締め付けトルク管理を行なうことも考えられるが、ボルト（ねじの山谷）の摩擦係数によって締め付けトルクに対する軸力が変化するため、管理荷重の上下限の幅が小さい用途において精度の良い荷重管理は困難である。

これらに対して、本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構４０では、ばね押さえブロック５６（皿ばね４２の荷重入力部）及び枠状ブロック５８（皿ばね４２の荷重出力部である低温側熱交換器１４側部材）の双方に密着しつつ相対変位する摺動ブロック６０を設けたので、これら３部材の位置基準である各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが隙間（比較例の隙間Ｇに相当する隙間）なく面一になることを目視することによって、ブラケット３２の変形等に影響されることなく、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓが要求荷重を付与する所定の圧縮量であることを容易にかつ確実に確認することができる。

しかも、排気熱発電装置１０では、ばね押さえブロック５６の低温側熱交換器１４への近接に伴って摺動ブロック６０が低温側熱交換器１４から離間する構造であるため、換言すれば、ばね押さえブロック５６と摺動ブロック６０との荷重伝達方向に沿った相対ストロークが低温側熱交換器１４に対するストロークの２倍になるため、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓを目視によって一層精度良く管理することができる。すなわち、ばね押さえブロック５６と摺動ブロック６０との荷重伝達方向のずれ量は皿ばね４２の圧縮量変化（誤差）の半分であるため、排気熱発電装置１０では、皿ばね４２の圧縮量Ｘｓを直接見る場合と比較して２倍の精度を得ることができ、目視による基準面５６Ｅと基準面６０Ｄとの確認によって生じる皿ばね４２の圧縮量の誤差を低減することができる。特に、ばね押さえブロック５６と摺動ブロック６０とは、テーパ面５６Ｃと摺動面６０Ａとを摺動させて相対変位するため、この摺動ストロークは荷重伝達方向に沿ったストロークに対しさらに長い。このため、目視による基準面５６Ｅと基準面６０Ｄとの確認によって、皿ばね４２の圧縮量をより一層精度良く管理することができる。

さらに、基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが各ブロック５６、５８、６０の荷重伝達方向の各端面であるため、目視による確認が容易である（容易である位置に設定される）。また、各ブロック５６、５８、６０のそれぞれに基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが形成されているため、全体として目視可能範囲が広く、これらを目視しながら荷重調整ボルト５４を回転する荷重付与作業が容易になる。

このように、本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構４０では、ブラケット３２から低温側熱交換器１４に適正な支持荷重を付与することができる。また、保持荷重付与機構４０では、第２変形例の如くばね押さえ板１０２をストッパ１１２に突き当てることがないので、上記の如く各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄが面一となる荷重調整状態からさらに皿ばね４２を圧縮することが可能である。これにより、例えば高温側熱交換器１２の排気ガス流通に伴う熱膨脹（主に上下方向の熱膨張）を皿ばね４２の変形によって吸収することができる。

さらに、保持荷重付与機構４０では、枠状ブロック５８が低温側熱交換器１４とは別体とされているため、該保持荷重付与機構４０から直接的に荷重が入力される低温側熱交換器１４の形状に影響を与えることがなく（低温側熱交換器１４の設計に制約を与えることがなく）、適用可能範囲が広い。そして、この枠状ブロック５８は、ばね押さえブロック５６から摺動ブロック６０を介して伝達される荷重の低温側熱交換器１４側を向く分力によって、ばねガイド４６すなわち低温側熱交換器１４に押し付けられているので、保持荷重付与機構４０による低温側熱交換器１４への荷重付与状態では該低温側熱交換器１４に対する接離が規制されている。また、枠状ブロック５８は、ばね押さえブロック５６を荷重伝達方向との直交方向から囲む枠状に形成されると共に、一対のテーパ面５８Ｂでそれぞればね押さえブロック５６との間に摺動ブロック６０を挟み込んでいるため、低温側熱交換器１４に対する荷重伝達方向と交差する幅方向への変位も規制されている。以上により、低温側熱交換器１４とは別体に形成された枠状ブロック５８は、低温側熱交換器１４に固定されることなく、また、幅方向の変位を規制する保持部材を設けることなく、低温側熱交換器１４側の保持体としての機能を果たすことができる。

そして、以上説明した保持荷重付与機構４０が熱発電モジュール１６毎に適用された排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６に低温側熱交換器１４を介して適正な保持荷重（挟み込み荷重）を付与して、高温側の面１６Ａ、低温側の面１６Ｂを高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４に適正な面圧にて接触される構成が実現された。これにより、各熱発電モジュール１６の接触熱抵抗が低減され、排気熱発電装置１０全体としての発電効率が向上する。

また、排気熱発電装置１０では、枠状のブラケット３２を介して高温側熱交換器１２を挟む各低温側熱交換器１４に保持荷重を付与する保持荷重付与機構４０をそれぞれ設けたので、保持荷重付与機構４０を高温の高温側熱交換器１２に対し非接触とすることができた。そして、複数の熱発電モジュール１６毎に保持荷重付与機構４０を設けたので、各熱発電モジュール１６に高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４との適正な接触面圧を付与することができる。

なお、上記実施形態では、各基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄの３者が面一になる状態が皿ばね４２の圧縮量を適正にする設定である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、基準面５６Ｅ、５８Ｃ、６０Ｄのうちの２つを位置基準として用いても良い。また例えば、摺動ブロック６０の上縁を指針とする目盛をテーパ面５６Ｃや基準面５８Ｃに設け、複数の設定荷重を確認可能に構成しても良い。

また、上記実施形態では、保持荷重付与機構４０が排気熱発電装置１０に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、被荷重伝達体に荷重を付与する如何なる用途にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構の断面図である。 本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は荷重付加前の断面図、（Ｃ）は適正荷重付加状態の断面図である。 本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構が適用された排気熱発電装置を示す図であって、図５の３−３線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構が適用された排気熱発電装置の側断面図である。 本発明の実施形態に係る保持荷重付与機構が適用された排気熱発電装置の側面図である。 本発明の実施形態との第１比較例を示す図であって、（Ａ）は荷重付加前の断面図、（Ｂ）は適正荷重付加状態の断面図、（Ｃ）は誤差発生要因を示す断面図である。 本発明の実施形態との第２比較例を示す断面図である。（Ｂ）は主に高温側熱交換器の変形を示す断面図である。

符号の説明

１０ 排気熱発電装置（熱発電装置）
１２ 高温側熱交換器（加熱部）
１４ 低温側熱交換器（冷却部、被荷重伝達体）
１６ 熱発電モジュール（熱発電体）
３２ ブラケット（枠体）
４０ 保持荷重付与機構（荷重伝達機構）
５６ ばね押さえブロック（荷重伝達体）
５６Ｃ テーパ面
５６Ｅ 基準面（位置基準）
５８ 枠状ブロック（保持体）
５８Ｂ テーパ面
５８Ｃ 基準面（位置基準）
６０ 摺動ブロック（摺動体）
６０Ｄ 基準面（位置基準）

Claims (6)

1. 被荷重伝達体に接離可能に設けられ、前記被荷重伝達体に対する任意の接離位置に保持可能な荷重伝達体と、
   前記被荷重伝達体と荷重伝達体との間に荷重伝達可能に設けられ、該被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の位置に応じて伝達荷重を変化させる可撓体と、
   前記被荷重伝達体における前記可撓体から荷重を受ける部位以外の部位と前記荷重伝達体との間に摺動可能に設けられ、前記被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の接離に伴って該荷重伝達体とは逆向きに変位する摺動体と、
   を備えた荷重伝達機構。
2. 被荷重伝達体に接離可能でかつ前記被荷重伝達体に対する任意の接離位置に保持可能に設けられ、被荷重伝達体側に向けて絞られたテーパ面を有する荷重伝達体と、
   前記荷重伝達体と被荷重伝達体との間に荷重伝達可能に設けられ、該被荷重伝達体に対する前記荷重伝達体の位置に応じて伝達荷重を変化させる可撓体と、
   前記被荷重伝達体に設けられ、前記荷重伝達体から前記被荷重伝達体への荷重伝達方向に対するテーパ角が前記荷重伝達体のテーパ面のテーパ角よりも大であるテーパ面を有する保持体と、
   前記荷重伝達体のテーパ面と前記保持体のテーパ面との間に摺動可能に挟み込まれた摺動体と、
   を備えた荷重伝達機構。
3. 前記保持体は、前記被荷重伝達体とは別体とされており、前記荷重伝達体から前記摺動体を介して伝達される荷重によって前記被荷重伝達体に押し付けられている請求項２記載の荷重伝達機構。
4. 前記被荷重伝達体又は前記保持体、前記荷重伝達体、及び前記摺動体のうちの少なくとも２つは、目視可能な前記荷重伝達方向の位置基準を有する請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の荷重伝達機構。
5. 高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電体と、
   前記熱発電体の高温側に接触する加熱部と、
   前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触する冷却部と、
   前記加熱部又は冷却部を前記被荷重伝達体として請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の荷重伝達機構が適用され、前記熱発電体を前記加熱部と冷却部との間に挟み込んで保持するための荷重を付与する保持荷重付与手段と、
   を備えた熱発電装置。
6. 前記冷却部は、前記加熱部の両側においてそれぞれ該加熱部との間に前記熱発電体を挟み込むように複数設けられており、
   前記複数の冷却部を囲む枠状に形成された枠体をさらに備え、
   前記保持荷重付与手段は、前記複数の冷却部のそれぞれに対し前記加熱部側への荷重を付与するように、該複数の冷却部と前記枠体との間にそれぞれ設けられている請求項５記載の熱発電装置。

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