JP2013217393A - サーモエレメント及びサーモスタット - Google Patents

Abstract

【課題】サーモエレメントのパラフィンから成る熱膨張体の体積膨張を直線運動に滑らかに変換し、応答性が良く、耐久性に優れたサーモエレメントを得る。
【解決手段】サーモエレメントは、底のあるケース（1）と、ケースに充填され温度変化により膨張収縮するパラフィンを含む熱膨張体（2）と、軸方向に移動するピストン（6）と、前記ピストンを摺動自在に保持するガイド部材（5）と、熱膨張体（2）とピストン（6）との間に、変形自在な非圧縮性流動体を蓄える液体室（4）とを備える。熱膨張体の膨張収縮により、液体室内の非圧縮性流動体を介してピストンが軸方向に移動する。液体室（4）とサーモエレメントの外部との間に逆止弁（9）が設けられ、サーモエレメントの外部から液体室（4）への流動体の流れを許容し、液体室（4）から外部への流動体の流れを阻止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度変化によるパラフィンの膨張収縮を利用したサーモアクチュエータであるサーモエレメント及びサーモスタットに関する。

従来から、温度センサとしてパラフィン等の熱膨張体を用いたサーモエレメントが用いられている。サーモエレメントは、温度によるパラフィンの相変化による体積変化をピストンの軸線方向の直線運動に変換する。サーモエレメントは、図１に示すダイアフラムタイプのほか、スリーブタイプ、肉厚封止部材タイプ（図示せず）等がある。ダイアフラムタイプは、熱膨張体（パラフィン）を弾性密封部材で密封し、非圧縮性流動体を介してピストンを押し出す。スリーブタイプ、肉厚封止部材タイプは、熱膨張体（パラフィン）を弾性密封部材で密封し、弾性密封部材により直接ピストンを押し出す。
図１に示すダイアフラムタイプのサーモエレメントは、底のある円筒形状のケース１に、円筒形のガイド部材５が固定される。ケース１内に熱膨張体２が充填され、熱膨張体２の上端面は、弾性密封部材であるダイアフラム３により封止されている。ガイド部材５の基端部内の当接面５ａと、ダイアフラム３の上側との間には液体室４が設けられ、変形自在な非圧縮性流動体から成るガム状流体が充填されている。ガイド部材５の摺動孔５ｂ内には、液体室４の上に、ラバーピストン７、保護板８、ピストン６が設けられ、ピストン６の上部は摺動孔５ｂの上に突き出している。

環境温度が上昇すると熱膨張体２が膨張し、ダイアフラム３が上方に膨出し、ダイアフラム３の上方の液体室４に封入されたガム状流体を押し上げる。ガム状流体は変形し摺動孔５ｂ内に進入して、ラバーピストン７、保護板８を介して、ピストン６を上方へ押し上げる。温度が下降すると熱膨張体２が収縮し、ピストン６に印加された負荷（図示せず）によりピストン６が押し下げられる。こうして、温度変化によりピストン６がガイド部材５から上下方向へ出入する。

しかし、ダイアフラムタイプのサーモエレメントは構造が複雑であり、非圧縮性流動体が漏洩しやすいという問題がある。スリーブタイプのサーモエレメントでも、非圧縮性流動体を使用するものは、同様の問題がある。
一般的な流体を使用する装置をシールする場合は、Ｏリング又はＶリングを使用し、Ｏリング等の摺動面にグリスを塗布し、摺動抵抗を小さくしている。グリスは漏れるので補充して使用する。しかし、サーモエレメントでは、グリスが漏れると非圧縮性流動体の体積が変化しピストンの移動量に影響するので、一般的なＯリング等を使用することはできない。
そのため、ダイアフラムタイプのサーモエレメントでは、熱膨張体をダイアフラムで隔離し、非圧縮性流動体は液化せず漏れ難いガム状流体を使用し、シール部材として、Ｏリングではなく、シール性能が良いラバーピストンを使用している。
また、ガム状流体は、漏れにくい材質を使用して熱膨張体の膨張をピストンに伝えるため、液体に比して流動し難いので、ガム状流体を封入する液体室４の形状は、単純な形状に限られていた。

これまで、ガム状流体の漏洩対策として、サーモエレメントの構造、ガム状流体の材質等さまざまな点から検討がされてきた。
特許文献１は、ダイアフラムタイプの構造の改良としてダイアフラムタイプの被圧縮性流動体から成るガム状流体内にピストンを挿入し、ガイド部材とピストンの間をパッキングにより密封して、ラバーピストン、保護板を無くした構造を開示する。
特許文献２は、スリーブタイプの改良として、スリーブとピストンの間に密閉室を形成し、ここに非圧縮性流動体を充填して、スリーブが非圧縮性流動体を介してピストンを押し上げるようにした構造を開示する。
特許文献１、２は、非圧縮性流動体から成るガム状流体の漏洩の問題が残り、また構造が複雑になる。

特許文献３は、被圧縮性流動体から成るガム状流体の材質の改良として、合成生ゴムを細かく破砕し、その破砕片をグリス・オイル等の潤滑剤と混和して、半流動体に練成し、ガム状流体とした流動体を開示する。しかし、この流動体は、ゴム破砕片のブロッキング等の現象を起こしロック状態になる危険がある。

特許文献４は、熱膨張体であるパラフィンをカーボンブラックの粒子に吸収させて粉末状にし、パラフィンを漏れ難くすることにより、ピストンを熱膨張体内に直接挿入し、熱膨張体の体積変化に伴い膨張体がピストンを直接押し上げる構造を開示する。特許文献３のカーボンブラックの粒子に吸収されたパラフィンは粉末状であり、シール部材でシールされているが、作動が不安定になる懸念がある。

このように、ダイアフラムタイプでもスリーブタイプでも、熱膨張体の膨張収縮により、非圧縮性流動体を介してピストンを押し出すサーモエレメントにおいて、非圧縮性流動体（ガム状流体）の漏洩の問題は、まだ十分解決されていない。
そのため、非圧縮性流動体の漏れの問題がなく、ピストンの摺動抵抗が小さく安定して作動するサーモエレメントが望まれていた。
また、耐久性の良いサーモエレメントが求められていた。
また、形状の制限が少ないサーモエレメントが求められていた。
更に、このようなサーモエレメントを使用したサーモスタットが求められていた。

特許第３２２５３８６号 実公昭５８−１６００３号 実公平６−４３５９１号 特開平１１−２９３２３５号

本発明の目的は、非圧縮性流動体の漏れの問題がなく、ピストンの摺動抵抗が小さく安定して作動するサーモエレメントを提供することである。
本発明の別の目的は、耐久性の良いサーモエレメントを提供することである。
本発明の別の目的は、形状の制限が少ないサーモエレメントを提供することである。
本発明の更に別の目的は、このようなサーモエレメントを使用したサーモスタットを提供することである。

本発明では、ピストン内部に逆止弁を設け、サーモエレメントの外部からサーモエレメントの内部の液体室への液体の流れを許容し、その逆は阻止するようにしている。

本発明の１態様は、底のあるケースと、前記ケースに充填され温度変化により膨張収縮するパラフィンを含む熱膨張体と、前記ケース内に前記熱膨張体を密封する弾性密封部材と、軸方向に移動可能なピストンと、前記ケースの上部に固定され前記ピストンを摺動自在に保持する摺動孔を有するガイド部材と、を備え、前記弾性密封部材と前記ガイド部材と前記ピストンとの間に液体室が形成され、前記液体室に変形自在な非圧縮性流動体が収容され、前記熱膨張体の膨張収縮により、前記液体室内の非圧縮性流動体を介して、前記ピストンが前記ガイド部材の前記摺動孔内を軸方向に移動するサーモエレメントであって、
前記ピストンの内部には、前記液体室に続く貫通孔と、前記孔に続き逆止弁の弁体を収容する逆止弁室と、前記逆止弁室に続き、前記サーモエレメントの外部に開口する導通孔とが形成されていることを特徴とするサーモエレメントである。

液体室の流動体は、サーモエレメントの外部の液体と同じ液体とすることができる。ラバーピストンと保護板による厳密なシールが不要で、Ｏリングによりシールすることができるので、ピストンは滑らかに摺動する。
サーモエレメントの外部の液体は、ガム状流体より流動性がよい。液体室の流動体としてオイル等を使用する場合も、ガム状流体より流動性がよい。オイルは、エンジンオイル、シリコンオイル等の低粘度の潤滑性のある油である。そのため液体室の形状の制限が少なく、大径のケースを用いることが出来る。
逆止弁は、導通孔から液体室への非圧縮性流動体の流れを許容し、液体室から導通孔への非圧縮性流動体の流れを阻止する。逆止弁があるので、液体室の流動体が減少すると、逆止弁が開弁して自動的に流動体を補充することが出来る。

前記ピストンは、ピストン体と、前記ピストン体の一端に配置されたピストン蓋とを有し、前記逆止弁室は、前記ピストン体と前記ピストン蓋とにより形成されることが好ましい。
こうすると、ピストンの内部に逆止弁室を形成し、逆止弁の弁体を配置することが出来る。

前記逆止弁室内の前記弁体は、前記ピストン蓋の内側に形成された弁座に、バネにより押し付けられていることが好ましい。
これにより、逆止弁を確実に作動させることが出来る。

前記ピストンの下端部と前記ダイアフラムの中央部上面との間には、前記ピストンの下端部を保護するための保護板が配置されていることが好ましい。
保護板があると、ピストンの下端部によりダイアフラムが異常に曲げられることがない。

前記ピストンの外周面と、前記ガイド部材の内周面との間に気密な液体空間が形成され、前記液体空間は、前記ピストンの前記貫通孔を経由して前記液体室に連通し、前記液体室内の前記非圧縮性流動体は、前記熱膨張体の膨張収縮に伴い、前記液体空間に流入し流出することができるようになっていることが好ましい。

非圧縮性流動体はガム状流体ではなく、流動性の良いものを使用しているので、熱膨張体が膨張すると液体室の非圧縮性流動体は液体空間に流入して、ピストンを押し上げる。ピストンを押す面積が大きいので、強い力でピストンを押し上げることが出来る。
熱膨張体が収縮すると、非圧縮性流動体は液体空間から液体室に戻り、ピストンは下方へ戻る。そのため、サーモエレメントの作動が安定する。

前記液体空間は、前記ピストンの外周面と、前記ガイド部材の内周面との間に配置されたＯリングにより気密に保持されていることが好ましい。

本発明の別の態様は、サーモスタットであって、
サーモエレメントと、
前記サーモエレメントを収容するための、液体の流れる流路が形成された下フレームと、
前記下フレームに固定され、前記ピストンの上端部が当接する頂部と、開閉弁が当接する弁座とを有し、前記液体の流れる流路が形成された上フレームと、
前記サーモエレメントの前記開閉弁を前記上フレームの前記弁座に押し付けるバネと、を備え、
前記サーモエレメントは、底のあるケースと、前記ケースに充填され温度変化により膨張収縮するパラフィンを含む熱膨張体と、前記ケース内に前記熱膨張体を密封する弾性密封部材と、軸方向に移動可能なピストンと、前記ケースの上部に固定されたガイド部材と、を備え、
前記ガイド部材は、前記ピストンを摺動自在に保持する摺動孔を有するガイド筒部と、前記ガイド筒部の下方の外径の大きい径大部と、前記径大部の外周部の開閉弁とを有し、
前記弾性密封部材と前記ガイド部材と前記ピストンとの間に形成された液体室に変形自在な非圧縮性流動体が収容され、
前記熱膨張体の膨張収縮により、前記液体室内の前記非圧縮性流動体を介して、前記ピストンが前記ガイド部材の前記摺動孔内を軸方向に移動し、前記ピストンの先端部が、前記上フレームの上部を押すことにより、前記開閉弁が開弁するようになっていて、
前記ピストンの内部には、前記液体室に続く貫通孔と、前記貫通孔に続き逆止弁の弁体を収容する逆止弁室と、前記逆止弁室に続き、サーモエレメントの外部に開口する導通孔とが形成され、前記逆止弁室内に弁体を備え、前記逆止弁は、前記導通孔から前記液体室への前記非圧縮性流動体の流れを許容し、前記液体室から前記導通孔への前記非圧縮性流動体の流れを阻止することができることを特徴とするサーモスタットである。

前記ガイド部材の前記大径部の外縁部は、下側に更に内側に折り曲がれられ、座金により、前記ケースと、前記弾性密封部材とを気密に封止することが好ましい。
これにより、ケースと弾性密封部材との間の熱膨張体と、液体室内の流動体とが、漏れないように封止することが出来る。

本発明によれば、非圧縮性流動体の漏れの問題がなく、ピストンの摺動抵抗が小さく安定して作動するサーモエレメントを提供することができる。
また、耐久性の良いサーモエレメントを提供することができる。
また、形状の制限が少ないサーモエレメントを提供することができる。
また、このようなサーモエレメントを使用したサーモスタットを提供することが出来る。

従来のダイアフラムタイプのサーモエレメントの縦断面図。 第１の実施形態のサーモエレメントを使用するサーモスタットの縦断面図。 図２のサーモスタットの高温時の縦断面図。 図２のサーモスタットの逆止弁が開弁した状態の縦断面図。 図２のサーモエレメントのダイアフラムの縁部の拡大断面図。 図２のサーモエレメントのダイアフラムの縁部を座金の下側まで延長した拡大断面図。 図２のサーモスタットのピストン上部の拡大断面図。 図２のサーモエレメントのピストン下部とダイアフラムの部分の拡大断面図。 第２の実施形態のダイアフラム保護板を設けたサーモエレメントのピストン下部とダイアフラムの部分の拡大断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図２〜４は、本発明の第１の実施形態のサーモエレメントを使用したサーモスタットの断面図である。図２はサーモスタットの開閉弁５ｃが、バネ１５により弁座１６に押し付けられて、閉弁した状態を示す。図３は、温度が上昇し、熱膨張体２が膨張し、液体室４の流動体が、ピストン６を押し上げ、開閉弁５ｃが開弁した状態を示す。サーモスタットの使用中は、図２と３の状態の間で開閉弁５ｃと弁座１６の間隔が変化し、流路１４ｂから流路１３ｄへ流れる冷却水等の流動体の流量を制御する。

まず、図２に用いるサーモエレメントについて説明する。サーモエレメントは、ケース１と、ケース１内に充填されたワックス等の熱膨張体２と、熱膨張体２を封止するダイアフラム３（弾性密封部材）と、開閉弁５ｃと一体のガイド部材５と、ガイド部材５の内側のピストン６とを備える。ピストン６は、ピストン体６ａと、ピストン体６ａの上方のピストン蓋６ｇとを有する。ガイド部材の大径部５ｅの下面と、ピストン体６ａの下面と、ダイアフラム３の上面とにより、液体室４が形成される。サーモエレメントは更に、ガイド部材５とピストン体６ａの間を密封するためのＯリング２９ａ、２９ｂを備える。また、逆止弁１２の弁体１２ｂと、弁体１２ｂを弁座１２ｃに押し付けるバネ１２ｄとを備える。ダイアフラム３をケース１に密封するための座金２１を備える。
ピストン体６ａとピストン蓋６ｇとの間に、逆止弁１２が配置されている。逆止弁１２とピストン６の構造については、後述する。

サーモエレメントの液体室４には、サーモエレメントを浸漬する液体と同一の液体が充填され、この液体により、ピストン６を移動させる。機密性はゆるくてよいので、従来のスリーブタイプのサーモエレメントに使用したラバーピストン７と、保護板８は使用せず、代わりにＯリング２９ａ、２９ｂを使用する。サーモエレメントのケース１は、外径が開閉弁５ｃの外径とほぼ等しく、肉厚は比較的薄く、中央部が凹状であり、その中に熱膨張体２を収容する。中央部の外側の外周部は、ほぼ平面のリング状で、リングの中央部には下向きの凸部が形成されている。熱膨張体２の上はダイアフラム３により封止されている。ダイアフラム３の外径も開閉弁５ｃの外径とほぼ等しい。

ガイド部材５の上部は、ガイド筒部５ｆで、内部にピストン６を摺動させるための収容する摺動孔５ｂが形成されている。ガイド筒部５ｆの下の大径部５ｅは径が大きく、大径部５ｅの外周部はサーモスタットの開閉弁５ｃとなっている。即ち、ガイド部材５とサーモスタットの開閉弁５ｃとは一体となっている。ケース１の外周部の下面には、リング状の座金２１が当接する。リング状の座金２１の半径方向中央部には、ケース１の凸部を受入れるサークル状の凹部が形成されている。

ガイド部材５の開閉弁５ｃの外周縁部は、下方内側に曲がり、ダイアフラム３の外周縁部と、ケース１の外周縁部と、座金２１とを巻き込んで固定され、熱膨張体２と、液体室４の流動体が漏れないように封止している。
図５は、ダイアフラム３の封止部の拡大断面図である。ダイアフラム３の外周縁部と、ケース１の外周縁部とは、ガイド部材５の開閉弁５ｃの外周縁部の内側まで延びている。
図６は、更に密封性を高めるため、ケース１の外周縁部は、更に座金２１の下側まで延長されている。このようにすると、更に密封性が良くなる。
以上が、サーモエレメントの構成部品である。

このサーモエレメントを使用したサーモスタットは、前述したサーモエレメントの構成部品の他に、ほぼ円筒形の下フレーム１４と、下フレーム１４の上部を覆う上フレーム１３と、サーモエレメントを上フレーム１３に押し付けるバネ１５と、開閉弁５ｃが当接するための弁座１６とを備える。下フレーム１４は、中心軸に沿って大きく円形に開口した流路１４ｂを有し、外周部に上フレーム１３と勘合するための勘合爪１４ａを有する。

下フレーム１４の上部の上フレーム１３は、中心部にピストン６と当接するための支点１３ａを有する。上フレーム１３の外周部に下フレーム１４と勘合するための勘合爪１４ａの勘合孔１３ｃを有する。勘合爪１４ａと勘合孔１３ｃとを勘合させることにより、上フレーム１３と下フレーム１４とは一体に結合される。また、上フレーム１３は、外周部に沿って開閉弁５ｃと当接する弁座部１３ｂを有し、支点１３ａと弁座部１３ｂとの間には、斜め上方に大きく開口した流路１３ｄが設けられている。弁座部１３ｂには弾性体からなる弁座１６が接着されている。弁座１６と、ガイド部材５の大径部５ｅの外周部の開閉弁５ｃとでサーモスタットの開閉弁を構成する。

第１の実施形態では、ラバーピストン７と保護板８の代わりに、Ｏリング２９ａ、ｂでシールする。そのため、ピストン６は滑らかに摺動する。
逆止弁１２があるので、液体室４の流動体が減少すると、逆止弁１２が開弁して自動的にサーモエレメントの外部の液体を補充する。
液体室４の流動体は、サーモエレメントの外部の液体と同じなので、ガム状流体より流動性がよい。そのため、液体室４の径を大きくしても、中央部のピストン６に十分力が伝わるので、開閉弁５ｃの外径に近い大径のケース１を用いることが出来る。そのため、熱膨張体２の軸方向長さが短く、ダイアフラム３の少しの上下方向への移動でも、ピストンは十分な距離だけ上下方向に移動することが出来る。
このように、ガム状流体の代わりに流動性の良い流体を使用するので、液体室４の形状の制限が少なく、サーモスタットを大型で厚さを薄くすることができる。

サーモエレメントの上部の構造について更に詳しく説明する。図7は、ピストン６の上部の拡大断面図である。ピストン体６ａの上部にピストン蓋６ｇが設けられている。逆止弁１２は、ピストン蓋６ｇの内部に設けられている。ピストン体６ａの外面とガイド部材５の内面との間に液体空間２８が形成され、液体室４内の流動体が液体空間２８に流入し、流出するようになっている。
ピストン体６ａの内部に貫通孔６ｄが形成される。ピストン６の下部には、貫通孔６ｄから液体室４に開口する半径方向孔６ｈが形成されていて、液体室４の流動体は、貫通孔６ｄの下端部から貫通孔６ｄに出入りすると共に、半径方向孔６ｈからも貫通孔６ｄに出入りすることが出来る。

ピストン体６ａの上端部には、ピストン蓋６ｇが気密状態に取り付けられている。ピストン蓋６ｇは、ピストン体６ａと同じ外径で、下に開いた円筒形であり、円筒形の内側に逆止弁１２の弁体１２ｂを収容する逆止弁室１２ａが形成される。ピストン蓋６ｇの上部中央部には連通孔１２ｅが設けられ、連通孔１２ｅはピストン蓋６ｇの上部の半径方向孔６ｊに連通し、半径方向孔６ｊはピストン蓋６ｇの外部（サーモエレメントの外部であり、サーモスタットの上フレーム１３の内部である）に開口している。
ピストン体６ａの上端部は逆止弁室１２ａの下面を形成し、貫通孔６ｄは逆止弁室１２ａに連通している。逆止弁室１２ａの連通孔１２ｅの周りには弁座１２ｃが設けられている。逆止弁室１２ａには、バネ１２ｄにより、弁体１２ｂが弁座１２ｃに押し付けられて組み込まれている。バネ１２ｄの一端部は、ピストン体６ａの上端部に当接している。
第１の実施形態では、ピストン体６ａの上端部に、下に開いた円筒形のピストン蓋６ｇが当接して、逆止弁室１２ａが形成される。これとは異なり、上に開いた円筒形のピストン体の上端部に、平面のピストン蓋が当接して、逆止弁室を形成するようにすることも出来る。

ピストン体６ａの上部には、２つの大径部３１ａ、ｂが設けられる。大径部３１ａ、ｂは、ガイド部材５の摺動孔５ｂに受入れられる。２つの大径部３１ａ、ｂの間には、円周方向に溝が形成され、Ｏリング２９ａが配置されている。下側の大径部３１ｂの下には、ピストンの貫通孔６ｄから、ピストン体６ａの外周部へ続く半径方向孔６ｉが設けられている。半径方向孔６ｉは、複数本設けることが出来る。

また、ガイド部材５のガイド筒部５ｆの下部は肉厚が厚く、摺動孔５ｂの内面はピストン体６ａの外面に接している。その上は、円周方向に溝が形成され、Ｏリング２９ｂが配置されている。Ｏリング２９ｂの上に小径部３２が設けられ、Ｏリング２９ｂの上側を押さえる。小径部３２の内周はピストン体６ａの外面に接している。小径部３２の上は、内径が大きくなっていて、ピストン体６ａの大径部３１ａ、ｂと、ピストン蓋６ｇとを収容することが出来る。

ピストン体６ａの下側の大径部３１ｂと、ガイド部材５の小径部３２との間で、ピストン体６ａの外面と、ガイド部材５の内面との間に、液体空間２８が形成される。液体空間２８の内部の流動体が、ガイド部材５とピストン体６ａとの間から漏れないように、Ｏリング２９ａ、２９ｂにより気密に封止されている。
ピストン体６ａの大径部３１ｂが、ガイド部材５の小径部３２に当接すると、ピストン体６ａはそれより下方に移動することが出来ない。

液体空間２８は、ピストン体６ａの半径方向孔６ｉにより、貫通孔６ｄに連通し、液体室４と連通している。液体空間２８は、中心軸に直角な断面でピストン体６ａより断面積が大きい。そのため、液体空間２８が流動体で満たされると、ピストン６を押し上げる力が大きく、ピストン６の動きを安定させる作用をする。
また、液体室４の流動体はサーモエレメントの外部の液体（冷却水）を使用している。そのため、液体室４の流動体は、流動性が良く、ピストン体６ａの貫通孔６ｄ、半径方向孔６ｉを通って、液体空間２８に流入し、又液体室４に戻ることが出来る。

図２の状態から温度が上昇すると、図３に示すように、熱膨張体２が膨張して、ダイアフラム３が上方へ移動し、液体室４の流動体を介して、ピストン６の下端部を押し上げる。また、液体室４の流動体は、貫通孔６ｄを通って、半径方向孔６ｉから液体空間２８に入り、ピストン体６ａの大径部３１ｂを押し上げ、ガイド部材５の小径部３２を押し下げ、液体空間２８の縦方向長さが長くなり、ピストン６ａは上方へ移動する。その結果、サーモスタットの開閉弁５ｃが開弁する。

温度が下がると、図２の状態に戻る。熱膨張体２が収縮し、ダイアフラム３が下方へ移動し、液体空間２８を満たしていた流動体は、ピストン体６ａの半径方向孔６ｉと貫通孔６ｄを通って、液体室４へ戻り、液体空間２８の縦方向長さは短くなる。ガイド部材５に対して上方へ移動していたピストン６は下方へ戻る。サーモスタットの開閉弁５ｃはバネ１５により押し戻され、サーモスタットの開閉弁５ｃは閉弁する。ピストン体６ａの大径部３１ｂが、ガイド部材５の小径部３２に当接すると、ピストン体６ａはそれより下方への移動は出来ない。

さらに温度が下がると、液体室４が負圧となり、ピストン６への負荷が加わらなくなる。図４に示すように、逆止弁１２の弁体１２ｂがバネ１２ｄの押圧力に抗して弁座１２ｃから離れ、逆止弁１２が開弁する。サーモエレメントの外部の液体は、連通孔１２ｅ、逆止弁室１２ａ、貫通孔６ｄを通って液体室４に吸引され、液体室４に流動体（液体）が補充される。
第１の実施形態では、液体室４に満たされる冷却水等の流動体は、ガム状流体より流動性がよい。そのため、液体室４の流動体は、ピストン体６ａの貫通孔６ｄから、半径方向孔６ｈを通って、ガイド部材５の液体空間２８に入る。液体室４の流動体は、屈曲した流路を通って、液体空間２８に入り、ピストン６を強い圧力で押し上げることができる。

図８は、ピストン体６ａの下部とダイアフラム３の中央部の拡大断面図である。ダイアフラム３は、外周部から中央部に向かって肉厚が次第に厚くなり、ダイアフラム３により異常変形しないようになっている。ダイアフラム３の中央部には、ピストン体６ａの下端部を受けるため、凹部が形成されている。ピストン体６ａの下端部とダイアフラム３の中央部の間には、他の部材はなく、ピストン体６ａが下方に移動すると、ピストン体６ａの下端部はダイアフラム３の中央部に直接当接する。

図９は、本発明の第２の実施形態のサーモエレメントのピストン体６ａの下部とダイアフラム３の中央部の拡大断面図である。第２の実施形態では、ダイアフラム３がピストン体６ａの下端部によりの変形するのを防止するため、保護板２２を使用する。他の点は、第２の実施形態のサーモエレメントと同様である。
第２の実施形態では、ダイアフラム３の肉厚はほぼ一定で、ピストン体６ａの下端部を受けるための凹部は形成されていない。ピストン体６ａの下端部と、ダイアフラム３の中央部との間に、ダイアフラム３を保護するための保護板２２を有する。保護板２２は、変形しにくい材料で作成され、ほぼ円板状で、上面の中央部にピストン体６ａの下端部を受けるための凹部が形成され、下端部はダイアフラム３の上面の形状に合う形状である。
図８のように、ピストン体６ａの下端部がダイアフラム３に直接接触すると、ダイアフラム３に無理な力がかかり、異常変形する恐れがある。図９のように、保護板２２を使用すると、ダイアフラム３は異常変形することがない。貫通孔６ｄの下端部が保護板２２で塞がれても、液体室４の流動体は、半径方向孔６ｈから貫通孔６ｄに出入りすることが出来る。
保護板２２は任意であり、なくてもよい。

第１、第２の実施形態として、本発明のサーモエレメントを自動車用サーモスタットに組み付けた実施形態を説明したが、これに限定するものではなく、本発明のサーモエレメントを他の装置に組み付けることもでき、その場合も同様の効果が得られる。

本発明の第１、第２の実施形態として、主にダイアフラムタイプのサーモエレメントについて説明したが、本発明はこれに限定されず、スリーブタイプでも非圧縮性流動体を介してピストンを押し出すものには適用することが出来る。

１ ケース
２ 熱膨張体
３ ダイアフラム
４ 液体室
５ ガイド部材
５ａ 当接面
５ｂ 摺動孔
５ｃ 開閉弁
５ｄ 貫通孔
５ｅ 大径部
５ｆ ガイド筒部
６ ピストン
６ａ ピストン体
６ｃ 導通孔
６ｄ 貫通孔
６ｇ ピストン蓋
６ｈ 半径方向孔
６ｉ 半径方向孔
６ｊ 半径方向孔
７ ラバーピストン
８ 保護板
９ スリーブ
１２ 逆止弁
１２ａ 逆止弁室
１２ｂ 弁体
１２ｃ 弁座
１２ｄ バネ
１２ｅ 連通孔
１２ｆ 逆止弁ケーシング
１３ 上フレーム
１３ａ 支点
１３ｂ 弁座部
１３ｃ 勘合孔
１３ｄ 流路
１４ 下フレーム
１４ｂ 流路
１４ａ 勘合爪
１５ バネ
１６ 弁座
１７ Ｏリング
１８ 止め板
１９ 補助バネ
２１ 座金
２２ 保護板
２８ 液体空間
２９ａ、ｂ Ｏリング
３１ａ、ｂ 大径部

Claims (8)

1. 底のあるケースと、前記ケースに充填され温度変化により膨張収縮するパラフィンを含む熱膨張体と、前記ケース内に前記熱膨張体を密封する弾性密封部材と、軸方向に移動可能なピストンと、前記ケースの上部に固定され前記ピストンを摺動自在に保持する摺動孔を有するガイド部材と、を備え、前記弾性密封部材と前記ガイド部材と前記ピストンとの間に液体室が形成され、前記液体室に変形自在な非圧縮性流動体が収容され、前記熱膨張体の膨張収縮により、前記液体室内の前記非圧縮性流動体を介して、前記ピストンが前記ガイド部材の前記摺動孔内を軸方向に移動するサーモエレメントであって、
   前記ピストンの内部には、前記液体室に続く貫通孔と、前記貫通孔に続き逆止弁の弁体を収容する逆止弁室と、前記逆止弁室に続き、前記サーモエレメントの外部に開口する導通孔とが形成されていることを特徴とするサーモエレメント。
2. 請求項１に記載のサーモエレメントであって、前記ピストンは、ピストン体と、前記ピストン体の一端に配置されたピストン蓋とを有し、前記逆止弁室は、前記ピストン体と前記ピストン蓋とにより形成されるサーモエレメント。
3. 請求項１又は２に記載のサーモエレメントであって、前記逆止弁室内の前記弁体は、前記ピストン蓋の内側に形成された弁座に、バネにより押し付けられているサーモエレメント。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のサーモエレメントであって、
   前記ピストンの下端部と前記ダイアフラムの中央部上面との間には、前記ピストンの下端部を保護するための保護板が配置されているサーモエレメント。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のサーモエレメントであって、
   前記ピストンの外周面と、前記ガイド部材の内周面との間に気密な液体空間が形成され、前記液体空間は、前記ピストンの前記貫通孔を経由して前記液体室に連通し、前記液体室内の前記非圧縮性流動体は、前記熱膨張体の膨張収縮に伴い、前記液体空間に流入し流出することができるようになっているサーモエレメント。
6. 請求項５に記載のサーモエレメントであって、前記液体空間は、前記ピストンの外周面と、前記ガイド部材の内周面との間に配置されたＯリングにより気密に保持されているサーモエレメント。
7. サーモスタットであって、
   サーモエレメントと、
   前記サーモエレメントを収容するための、液体の流れる流路が形成された下フレームと、
   前記下フレームに固定され、前記ピストンの上端部が当接する頂部と、開閉弁が当接する弁座とを有し、前記液体の流れる流路が形成された上フレームと、
   前記サーモエレメントの前記開閉弁を前記上フレームの前記弁座に押し付けるバネと、を備え、
   前記サーモエレメントは、底のあるケースと、前記ケースに充填され温度変化により膨張収縮するパラフィンを含む熱膨張体と、前記ケース内に前記熱膨張体を密封する弾性密封部材と、軸方向に移動可能なピストンと、前記ケースの上部に固定されたガイド部材と、を含み、前記弾性密封部材と前記ガイド部材と前記ピストンとの間に液体室が形成され、前記液体室に変形自在な非圧縮性流動体が収容され、
   前記ガイド部材は、前記ピストンを摺動自在に保持する摺動孔を有するガイド筒部と、前記ガイド筒部の下方の外径の大きい径大部と、前記径大部の外周部の開閉弁とを有し、
   前記熱膨張体の膨張収縮により、前記液体室内の前記非圧縮性流動体を介して、前記ピストンが前記ガイド部材の前記摺動孔内を軸方向に移動し、前記ピストンの先端部が前記上フレームの上部を押し上げることにより、前記開閉弁が開弁するようになっていて、
   前記ピストンの内部には、前記液体室に続く貫通孔と、前記貫通孔に続き逆止弁の弁体を収容する逆止弁室と、前記逆止弁室に続き、サーモエレメントの外部に開口する導通孔とが形成され、前記逆止弁室内に弁体を有し、前記逆止弁は、前記導通孔から前記液体室への前記非圧縮性流動体の流れを許容し、前記液体室から前記導通孔への前記非圧縮性流動体の流れを阻止することができることを特徴とするサーモスタット。
8. 請求項７に記載のサーモスタットであって、
   前記ガイド部材の前記大径部の外縁部は、下側に更に内側に折り曲がれられ、座金により、前記ケースと、前記弾性密封部材とを気密に封止するサーモスタット。

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