JP2007303363A

JP2007303363A - ラジエータキャップ

Info

Publication number: JP2007303363A
Application number: JP2006132385A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Suzuki; 祐行鈴木
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】負圧弁の開閉が円滑で、かつ負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換がスムーズに行えるラジエータキャップの提供。
【解決手段】負圧弁４の弁軸４１が挿通されるガイドシャフト２４の断面形状が円形で、弁軸４の断面形状が略十字形状に形成されることにより、弁軸４１とガイドシャフト２４との間に負圧弁４の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両におけるラジエータのフィラ−ネックを開閉自在に封止するラジエータキャップに関する。

従来のラジエータキャップとしては、ラジエータのフィラーネックの上端開口縁部に着脱可能に装着されることによりパッキンでフィラーネックの上端開口部を閉塞するキャップ本体の内側に正圧弁用バネにより弾性付勢されていてフィラーネックの内部側に形成された注水口を閉じる正圧弁と、該正圧弁の中心部に形成された貫通孔に摺動自在に挿通され負圧弁用バネにより弾性付勢された弁軸に設けられていて正圧弁の注水口の内側の面に環状シール部が当接して貫通孔を閉じる負圧弁とが備えられ、正圧弁の中心部に形成された貫通孔と該貫通孔に摺動自在に挿通された負圧弁の弁軸との間に形成される環状隙間を負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換流路として機能させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−７３７６８号公報

しかしながら、従来例のラジエータキャップにあっては、上述のように、正圧弁の中心部に形成された貫通孔と該貫通孔に摺動自在に挿通された負圧弁の弁軸との間に形成される環状隙間を負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換流路として機能させるようにしたものであったため、以下に述べるような問題点があった。

即ち、正圧弁の中心部に形成された貫通孔は負圧弁の弁軸を摺動自在に支持させる部分を兼ねており、貫通孔と弁軸との間の環状隙間を大きくすると弁軸が不安定になって負圧弁の開閉が円滑に行えなくなるため、できるだけ環状隙間を狭くする必要があるが、この環状隙間を狭くすると気液置換流路としてスムーズな気液置換が行えなくなるばかりでなく、目詰まりにより負圧弁の開閉が円滑に行えなくなるという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、負圧弁の開閉が円滑で、かつ負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換がスムーズに行えるラジエータキャップを提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載のラジエータキャップは、ラジエータのフィラーネックの上端開口縁部に着脱可能に装着されるキャップ本体の内側に正圧弁用バネにより弾性付勢されていて前記フィラーネック内の注水口を閉じる正圧弁と、該正圧弁の中心部に形成された貫通孔に摺動自在に挿通された弁軸と該弁軸に設けられていて前記正圧弁における前記注水口の内側の面に環状シール部が当接して前記貫通孔を閉じる負圧弁本体とで構成される負圧弁とが備えられたラジエータキャップであって、前記負圧弁の弁軸又は該弁軸が摺動自在に挿通される前記貫通孔のいずれか一方の断面形状が円形で他方の断面形状が略十字形状に形成されることにより前記弁軸と前記貫通孔との間に前記負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項３記載のラジエータキャップは、ラジエータのフィラーネックの上端開口縁部に着脱可能に装着されるキャップ本体の内側に正圧弁用バネにより弾性付勢されていて前記フィラーネック内の注水口を閉じる正圧弁と、該正圧弁の中心部に形成された貫通孔に摺動自在に挿通された弁軸と該弁軸に設けられていて前記正圧弁における前記注水口の内側の面に環状シール部が当接して前記貫通孔を閉じる負圧弁本体とで構成される負圧弁とが備えられたラジエータキャップであって、前記弁軸と前記貫通孔との間に前記負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路の合計通路面積が4.4〜7.0ｍｍ^２の範囲内に設定されていることを特徴とする手段とした。

本発明請求項１記載のラジエータキャップでは、上述のように、負圧弁の弁軸又は該弁軸が摺動自在に挿通される貫通孔のいずれか一方の断面形状が円形で他方の断面形状が略十字形状に形成されることにより弁軸と貫通孔との間に負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が形成されている構成としたことで、必要且つ十分な通気断面が得られると共に、正圧弁に形成された貫通孔と弁軸との間に隙間の狭い部分が周方向に点在するため、負圧弁の開閉時における弁軸の作動が安定し、かつ、周方向に隙間の広い部分が点在するため、目詰まりを生じさせる虞れもない。

従って、負圧弁の開閉が円滑で、かつ負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換がスムーズに行えるようになるという効果が得られる。

本発明請求項３記載のラジエータキャップでは、上述のように、弁軸と貫通孔との間に負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路の合計通路面積が4.4〜7.0ｍｍ^２の範囲内に設定されることにより、目詰まりの虞がなく、かつ、負圧弁の誤作動を防止することができ、良好な作動特性が得られるようになる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、この実施例のラジエータキャップを図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例のラジエータキャップを示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線における拡大横断面図、図３はフィラーネックに対するラジエータキャップの取付状態を示す縦断面図、図４は実施例のラジエータキャップのエンジン始動開始前の状態を示す縦断面図、図５は実施例のラジエータキャップの正圧弁作動時の動作説明図、図６は実施例のラジエータキャップの負圧弁作動時の動作説明図である。
である。

この実施例のラジエータキャップＣは、キャップ本体１と、正圧弁２と、正圧弁用コイルスプリング（正圧弁用バネ）３と、負圧弁４と、を備えている。

さらに詳述すると、この実施例のラジエータキャップＣが装着されるラジエータのフィラーネックＦは、図３に示すように、その上端開口縁部に第１シール部を構成する第１環状突起６が形成されると共に、この第１環状突起６より内部側には注水口７を封止するための第２シール部を構成する第２環状突起８を有する段部が形成されている。

そして、第１環状突起６と第２環状突起８との間のフィラーネックＦの側壁には、図示を省略したパイプを介してリザーブタンクに連通される連通孔９が形成されている。

上記キャップ本体１は、図１に示すように、その中心部に形成された開口部１ａにおいて、該キャップ本体１の上側に備えられた上側ガイド１０と下側に備えられた下側ガイド１１との間にリテーナ１２を挟持した状態で一体に固定されている。

そして、リテーナ１２の下面側にはその内周縁部を下側ガイド１１とリテーナ１２との間に挟持された状態でリテーナパッキン１３が備えられていて、リテーナ１２によりリテーナパッキン１３の外周縁部側が下方へ向けて押圧付勢されている。

即ち、図３に示すように、ラジエータキャップＣをラジエータのフィラーネックＦに装着する場合に、キャップ本体１の外周係合爪部１ｂがフィラーネックＦの逆Ｕ字状爪係合部１４と係合した際に、リテーナパッキン１３の外周縁部をリテーナ１２の付勢力で第１環状突起６に押圧することにより、フィラーネックＦの上端開口部１５を封止状態とさせるようになっている。

上記正圧弁２は、注水口７を開閉自在に閉じる役目をなすもので、正圧弁本体部２１の下面にはバルブパッキン２２が備えられていて、正圧弁本体部２１と下側ガイド１１との間に介装された正圧弁用バネ３の付勢力で、バルブパッキン２２の外周縁部を第２環状突起８に押圧することにより、吸水口７が閉じられるようになっている。

なお、図１に示すように、下側ガイド１１の下端部に打ち起こしにより外向きに突出形成された係止フランジ１１ａの上面に対し、正圧弁本体部２１の外周立ち上げ部２１ａから複数箇所打ち起こしにより内向きに突出形成された係止爪２１ｂを係止させることにより、正圧弁２の下方への移動が阻止された状態で支持されている。

また、該正圧弁２を構成する正圧弁本体部２１及びバルブパッキン２２の中心部に形成された貫通孔２３にガイドシャフト２４が装着され、このガイドシャフト２４の上下両端部を正圧弁本体部２１の上面側とバルブパッキン２２の下面側に折り曲げてかしめることにより、正圧弁本体部２１とバルブパッキン２２の内周縁部が挟持された状態で連結固定されている。

上記負圧弁４は、ガイドシャフト２４内を下方から上方へ貫通する状態で上下摺動自在に装着された弁軸４１と、該弁軸４１の下端部にその外周縁部上面側に環状シール部４２ａが突出形成された円盤状の負圧弁本体４２とが、浮力を有する合成樹脂で一体に形成され、弁軸４１の上端側には、負圧弁４の抜け落ちを阻止するストッパピン４３が装着されている。

そして、図２にその詳細を示すように、貫通孔２３及びガイドシャフト２４の断面形状が円形に形成されるのに対し、弁軸４１の断面形状は、周方向４箇所に軸方向スリット４１ａが形成された略十字状に形成され、このスリット４１ａ部分以外の弁軸４１の外周面とガイドシャフト２４の内周面との間の隙間ｈが狭くなるように構成されている。

そして、この４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで、負圧弁４の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が構成されている。

即ち、この負圧弁４は、図１に示す装着前の状態、または、図３に示すエンジン始動開始前の状態では、その自重で下方に落下して開弁し、ラジエータタンクの内圧上昇により、又は冷却液の液面上昇による浮力で上方に押し上げられて閉弁するようになっている（図４参照）。

次に、上述のように構成される実施例のラジエータキャップＣの動作を、図３〜５に基づいて説明する。

［正圧弁及び負圧弁の非作動時］
図３は、ラジエータキャップＣをラジエータのフィラ−ネックＦにフルロック状態に取り付けた状態で、エンジンの始動開始前の状態を示している。即ち、キャップ本体１の外周係合爪部１ｂがフィラ−ネックＦの逆Ｕ字状係合部１４と係合してフルロック位置に位置しており、この状態においては、リテーナパッキン１３の外周縁部をリテーナ１２の付勢力で第１環状突起６に押圧することにより、フィラーネックＦの上端開口部１５が封止され、かつ、バルブパッキン２２の外周部を正圧弁用コイルスプリング３の付勢力で第２環状突起８に押圧することによりフィラーネックＦの注水口７が正圧弁２で閉じられた状態となっている。

また、負圧弁４は、その自重で下方へ落下し、開弁状態となっている。即ち、４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路によって、矢印Ｄで示したような流路が形成され、ラジエータタンクとリザーブタンクとの間が連通された状態となっている。

そこで、この状態からエンジンを始動させると、冷却液が加熱され、ラジエータタンク内圧力が上昇するため、まず、該ラジエータタンク内のエアーが、矢印Ｄで示すように、４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路を経由し、連通孔９を通ってリザーブタンク内に排気される。

次に、エアーが抜けて冷却液の液面が上昇してくると、負圧弁４が浮力で上昇すると同時に、冷却液が矢印Ｄで示した流路を経由してリザーブタンク方向に流れ込むが、冷却液が４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路を流れる際に、該冷却液の流速に応じた動圧力、軸部４１の外周面に作用する摩擦力、及び静圧力によって、負圧弁４を押し上げる力が作用し、その結果、図４に示すように、負圧弁本体４２の上面に形成された環状シール部４２ａが正圧弁２におけるバルブパッキン２２の下面に当接して負圧弁４が閉弁し、その後は、ラジエータタンク内圧力（静圧力）によって閉弁状態に維持される。

従って、通常は、ラジエータタンク内部の高圧高温の液体又はガスがフィラ−ネックＦの連通孔９を介して外部へ漏洩することが阻止されている。

［正圧弁の作動時］
図５は、正圧弁２の作動（開弁）時に形成され流路を示している。即ち、ラジエータキャップＣがフィラ−ネックＦフルロック位置に取り付けられている状態（図４の状態）において、ラジエータ内の圧力が所定のレベル以上に上昇すると、正圧弁用コイルスプリング３の付勢力に抗して正圧弁２が上方へ押し上げられる結果、正圧弁２のバルブパッキン２２が第２環状突起８から離脱し、ラジエータ内部から連通孔９を介してリザーブタンクへ連通する矢印Ｅで示した流路が形成される。

従って、ラジエータタンク内部の圧力が所定のレベル以上になると、ラジエータキャップＣは自動的にラジエータタンク内部圧力をリザーブタンクへ解放させ、その結果ラジエータ内部の圧力が所定のレベルに維持される。

［負圧弁の作動時］
図６は、負圧弁４の作動（開弁）時に形成される流路を示している。即ち、ラジエータタンク内の圧力が所定のレベルを超えて負圧状態となると、負圧弁４が負圧による吸引力と負圧弁４の自重で落下する結果、リザーブタンク内から連通孔９を介し、４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路を経由してラジエータタンク内部へ連通する矢印Ｆで示したような流路が形成される。

従って、ラジエータタンク内部が所定のレベルを超えて負圧になると、リザーブタンクから空気又はクーラント液がラジエータタンク内に流入し、その結果ラジエータタンク内の圧力が所定のレベルに維持される。

次に、この実施例の効果を説明する。

この実施例のラジエータキャップでは、上述のように、負圧弁４の弁軸４１が挿通されるガイドシャフト２４の断面形状が円形で、弁軸４１の断面形状が略十字形状に形成されることにより、弁軸４１とガイドシャフト２４との間に負圧弁４の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が形成されている構成としたことで、必要且つ十分な通気断面が得られると共に、正圧弁２に形成されたガイドシャフト２４と弁軸４との間に隙間ｈの狭い部分が周方向に点在するため、負圧弁４の開閉時における弁軸４の作動が安定し、かつ、周方向に隙間の広い部分であるスリット４１ａが点在するため、目詰まりを生じさせる虞れもない。

従って、負圧弁４の開閉が円滑で、かつ負圧弁４の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間の気液置換がスムーズに行えるようになるという効果が得られる。

また、負圧弁４が自重で開弁し、ラジエータタンクの内圧で閉弁するように構成したことで、負圧弁４を閉弁状態に付勢するスプリングを省略することができるようになる。また、スプリングの付勢力が作用しないため、負圧弁４の開弁作動が迅速化される。

また、負圧弁４を合成樹脂で構成することにより、スリット４１ａを有する断面形状の弁軸４１を備えた負圧弁４を容易に一体成形することができるようになる。また、負圧弁４を合成樹脂で構成した場合、負圧弁４を金属で構成した場合と比較して、弁軸４１の摺動時に削られた金属粉により目詰まりを起こすことがない。

また、負圧弁４を浮力を有する合成樹脂で構成したことで、摺動性が良くなり、負圧弁４の閉弁作動が迅速化されるようになる。

次に、負圧弁４の作動特性と４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路の合計通路面積との関係について行った実験について述べる。

<負圧弁作動特性の考え方>
負圧弁４に押し上げる力：Ｆ１と、押し下げる力：Ｆ２が作用する場合、
押し上げる力：Ｆ１は、負圧弁４近傍流体の動圧力：Ｆｄ＋静圧力：Ｆｓ＋摩擦力：Ｆｆの合成力となるため、負圧弁４の気液置換流路を通過する流量（流速）により押し上げる力：Ｆ１は変動する。即ち、気液置換流路の通路面積が大きくなる程、流量が多くなって流速が遅くなるため、押し上げる力：Ｆ１が小さくなる。
なお、押し下げる力：Ｆ２は、負圧弁４の自重となるため、一定となる。
即ち、Ｆ１＝Ｆ２（中立ポイント）のＦが負圧弁４の作動開始力となる。

負圧弁４を押し上げる力：Ｆ１は、同一通過流量の場合、負圧弁４における弁軸４１の形状因子（気液置換流路の合計通路面積）により変動する。
弁軸４１の最適形状により、負圧弁作動特性の良好化（閉弁反応速度向上）が可能となる。

この実験では、弁軸４１の形状である略十字状断面形状におけるスリット４１ａの大きさを図７に示すように段階的（TYPE-１、TYPE-２、TYPE-３、TYPE-４）に大きくして気液置換流路の合計通路面積を変動させた場合の負圧弁作動特性への影響代を確認することにより、弁軸４１の最適断面形状を見出した。

<負圧弁通過流体が気体の場合>
通過流体が気体の場合は、負圧弁４が作動して閉弁しないことが必要。
図８は、通路面積（ｍｍ^２）に対する負圧弁作動流量（ｃｃ／ｍｉｎ）特性を示すもので、通路面積が大きくなる程、負圧弁４の作動流量は多くなる傾向にある。

また、気体は、密度と粘性係数の相違により、液体と比較して負圧弁作動流量は顕著に高くなる傾向にあるため、負圧弁４近傍の流体が気体の場合には、実際に負圧弁４が停止（開弁）→作動（閉弁）することはないと推測される。
即ち、気体が流通しても負圧弁４は閉弁しない。

<負圧弁通過流体が液体の場合>
通過流体が液体の場合は、負圧弁４が作動して閉弁することが必要。
図９は、通路面積（ｍｍ^２）に対する負圧弁作動流量（ｃｃ／ｍｉｎ）特性を示すものである。ここでは、通過流体である液体を水とＬＬＣの混合としており、水のみ（実線で表示）、ＬＬＣ３０％（一点鎖線で表示）、ＬＬＣ５０％（波線で表示）の場合の実験値を示している。気体と同様に、通路面積が大きくなる程、負圧弁４の作動流量は高くなる傾向にあるため、負圧弁４の作動特性が悪化すると推測される。

負圧弁作動流量の相違による負圧弁４の作動特性への影響を実車にて確認すると、負圧弁４の弁軸４１の断面形状（TYPE-１、TYPE-２、TYPE-３、TYPE-４）の内、TYPE-１、TYPE-２、TYPE-３は正常に作動するが、断面形状TYPE-４では誤作動（ラジエータタンク内圧力が正常時に閉弁せず、負圧時に開弁しない状態）が発生することが確認された。

なお、通路面積が4.4ｍｍ^２より小さいと経年変化で目詰まりを起こす可能性があるので、通路面積は4.4ｍｍ^２以上が好ましい。また、負圧弁作動流量が１００ｃｃ／ｍｉｎ以下であれば負圧弁４が誤作動を起こすことがないため、通路面積は7.0ｍｍ^２以下が好ましい。

以上の実験データから明らかなように、４箇所の隙間ｈ部分とスリット４１ａ部分とで構成される気液置換流路の合計通路面積が4.4〜7.0ｍｍ^２の範囲内に設定されることが望ましい。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例では、負圧弁用のコイルスプリングを備えないタイプの物を例に採って説明したが、従来例のように、コイルスプリングにより閉弁状態に付勢するタイプの物にも、本発明を適用することができる。

また、実施例では、負圧弁４の弁軸４１が挿通されるガイドシャフト２４の断面形状が円形で、弁軸４の断面形状が略十字形状に形成したが、その逆に、弁軸４１の断面形状が円形で、ガイドシャフト２４の断面形状が略十字形状になるように形成してもよい。

また、実施例では、弁軸４１の断面形状を略十字形状に形成し、スリット４１ａを周方向４箇所に形成したが、スリットの数を増やすようにしてもよい。

実施例のラジエータキャップを示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線における拡大横断面図である。フィラーネックに対するラジエータキャップの取付状態を示す縦断面図である。実施例のラジエータキャップのエンジン始動開始前の状態を示す縦断面図である。実施例のラジエータキャップの正圧弁作動時の動作説明図である。実施例のラジエータキャップの負圧弁作動時の動作説明図である。である。実験対象である弁軸の４つのタイプの断面形状及び寸法を示す説明図である。通路面積に対する負圧弁作動流量特性（気体の場合）である。通路面積に対する負圧弁作動流量特性（液体の場合）である。

符号の説明

Ｃラジエータキャップ
Ｆフィラーネック
１キャップ本体
１ａ開口部
１ｂ外周係合爪部
１０上側ガイド
１１下側ガイド
１１ａ係止フランジ
１２リテーナ
１３リテーナパッキン
１４逆Ｕ字状係合部
１５上端開口部
２正圧弁
２１正圧弁本体
２１ａ外周立ち上げ部
２１ｂ係止爪
２２バルブパッキン
２３貫通孔
２４ガイドシャフト
３正圧弁用コイルスプリング（正圧弁用バネ）
４負圧弁
４１弁軸
４１ａスリット（気液置換流路）
４２負圧弁本体
４２ａ環状シール部
４３ストッパピン
６第１環状突起
７注水口
８第２環状突起
９連通孔
ｈ隙間（気液置換流路）

Claims

ラジエータのフィラーネックの上端開口縁部に着脱可能に装着されるキャップ本体の内側に正圧弁用バネにより弾性付勢されていて前記フィラーネック内の注水口を閉じる正圧弁と、該正圧弁の中心部に形成された貫通孔に摺動自在に挿通された弁軸と該弁軸に設けられていて前記正圧弁における前記注水口の内側の面に環状シール部が当接して前記貫通孔を閉じる負圧弁本体とで構成される負圧弁とが備えられたラジエータキャップであって、
前記負圧弁の弁軸又は該弁軸が摺動自在に挿通される前記貫通孔のいずれか一方の断面形状が円形で他方の断面形状が略十字形状に形成されることにより前記弁軸と前記貫通孔との間に前記負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路が形成されていることを特徴とするラジエータキャップ。
前記気液置換流路の合計通路面積が4.4〜7.0ｍｍ^２の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のラジエータキャップ。
ラジエータのフィラーネックの上端開口縁部に着脱可能に装着されるキャップ本体の内側に正圧弁用バネにより弾性付勢されていて前記フィラーネック内の注水口を閉じる正圧弁と、該正圧弁の中心部に形成された貫通孔に摺動自在に挿通された弁軸と該弁軸に設けられていて前記正圧弁における前記注水口の内側の面に環状シール部が当接して前記貫通孔を閉じる負圧弁本体とで構成される負圧弁とが備えられたラジエータキャップであって、
前記弁軸と前記貫通孔との間に前記負圧弁の開弁時におけるラジエータタンクとリザーブタンクとの間を連通する気液置換流路の合計通路面積が4.4〜7.0ｍｍ^２の範囲内に設定されていることを特徴とするラジエータキャップ。
前記負圧弁が合成樹脂で構成され、
前記負圧弁が自重で開弁し、前記ラジエータタンクの内圧で閉弁するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラジエータキャップ。