JP2015025400A - サーモアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】軸受のがたつきを防止することのできる技術を提供すること。
【解決手段】サーモアクチュエータ40は、筒状のケース50と、ケース50の一端に取り付けられている感温部60と、ケース50内に収納されワックス64の膨張によって前進するピストン43と、ピストン43が前進することによって前進するロッド70と、ケース50内に収納されロッド70を後退する方向に付勢しているリターンばね46と、ロッド70の外周面に沿ってケース50の他端から一端に向かって延びている軸受80と、軸受80の外周に沿って延びリターンばね46の周方向への変位を規制するガイド部材48とからなる。軸受80の素材には、樹脂が用いられ、ケース50の素材には、金属が用いられている。軸受80とガイド部材48との間にOリング49が配置されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、サーモアクチュエータの改良技術に関する。
サーモアクチュエータは、本体であるケース周縁の温度が高い場合に、ロッドが前進する部品である。さらに、サーモアクチュエータには、ロッドを後退させる方向に向かって付勢するリターンばねが収納されている。外部の温度が低下すると、ロッドはリターンスプリングの付勢力によって後退させられる。このようなサーモアクチュエータは、例えば排熱回収装置に搭載される(例えば、特許文献1(図1、図2)参照。)
図10に示されるように、サーモアクチュエータ100は、ケース101と、このケース101の一端に取り付けられケース101周縁の温度を感知する感温部110と、ケース101内に収納され感温部110が感知した温度によって前進するアクチュエータロッド103と、このアクチュエータロッド103の先端に設けられアクチュエータロッド103と共に図面左右に移動するロッド104と、ケース101の先端に嵌められロッド104をガイドする軸受105と、ロッド104を後退する方向(図面左方向)に付勢しているリターンばね106とからなる。
感温部110内には、ワックス111が収納されている。感温部110周縁の温度が高いことにより、ワックス111の温度が高くなると、ワックス111が膨張する。このワックス111の膨張する力によって、アクチュエータロッド103が前進する。一方、感温部110周縁の温度が低いことにより、ワックス111の温度が低くなると、ワックス111が収縮する。この場合は、リターンばね106の力によって、ロッド104及びアクチュエータロッド103が後退させられる。
このようなサーモアクチュエータ100において、ケース101には、鋼材等の金属が用いられ、軸受105には、ポリイミド等の樹脂が用いられることが知られている。一般に、樹脂は金属よりも膨張係数が大きい。排熱回収装置のような高温になる装置に使用される場合も考慮し、高温時に軸受とケースとが適度に密着するよう、軸受の大きさを設定することが考えられる。
しかし、この場合には、低温時にケースに比べて軸受の方が収縮するため、ケースと軸受との間に隙間が生じることがある。この状態においてロッドが軸受内を移動すると、軸受ががたつく。
一方、低温時において軸受とケースとが適度に密着するよう、軸受の大きさを設定すると、高温時に大きく膨張する軸受によって、ケースには大きな負荷が加わる。
軸受のがたつきを防止することのできる技術の提供が望まれる。
特開2010−71454公報
本発明は、軸受のがたつきを防止することのできる技術の提供を課題とする。
請求項1に係る発明は、筒状のケースと、このケースの一端に取り付けられ外部の温度を感知する感温部と、前記ケース内に収納され前記感温部が感知した温度によって前進するピストンと、このピストンの先端に配置され前記ピストンが前進することによって前進するロッドと、前記ケース内に収納され前記ロッドを後退する方向に付勢しているリターンばねと、前記ロッドの外周面に沿って前記ケースの他端から一端に向かって延びている軸受と、この軸受の外周に配置され前記リターンばねを受けていると共に前記リターンばねの周方向への変位を規制するガイド部材とからなるサーモアクチュエータにおいて、
前記軸受の素材には、樹脂が用いられ、
前記ケースの素材には、金属が用いられ、
前記ガイド部材は、前記ケースの内周面に接触しているケース接触部と、このケース接触部から前記ロッドの中心軸に向かって延び前記リターンばねを受けている受け部と、この受け部の先端から前記感温部に向かって延び前記リターンばねの周方向への変位を規制するガイド部とを有し、
前記軸受と前記ガイド部材との間にリング状のゴム製部材が配置され、このゴム製部材の付勢力により前記軸受の変位が規制されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、前記軸受又は前記ガイド部材には、前記ケースの中心軸に対して傾けられているテーパ部が形成され、
このテーパ部と前記ゴム製部材とが接触していることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、筒状のケースと、このケースの一端に取り付けられ外部の温度を感知する感温部と、前記ケース内に収納され前記感温部が感知した温度によって前進するピストンと、このピストンの先端に配置され前記ピストンが前進することによって前進するロッドと、前記ケース内に収納され前記ロッドを後退する方向に付勢しているリターンばねと、前記ロッドの外周面に沿って前記ケースの他端から一端に向かって延びている軸受とからなるサーモアクチュエータにおいて、
前記軸受の素材には、樹脂が用いられ、
前記ケースの素材には、金属が用いられ、
前記軸受と前記ケースとの間にリング状のゴム製部材が配置され、このゴム製部材の付勢力により前記軸受の変位が規制されていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、前記軸受又は前記ケースには、前記ケースの中心軸に対して傾けられているテーパ部が形成され、
このテーパ部と前記ゴム製部材とが接触していることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、前記ゴム製部材には、Oリングが用いられていることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、軸受とガイド部材との間にリング状のゴム製部材が配置され、このゴム製部材の付勢力により、軸受の変位が規制されている。また、ガイド部材は、ケース内周面に接触している接触部を有する。即ち、軸受とケースとの間の隙間の一部は、ガイド部材を介してゴム製部材によって埋められる。軸受とケースとの隙間を埋めることにより、低温時における軸受のがたつきを防止することができる。一方、高温時には、樹脂製の軸受が金属製のケースに比べて大きく膨張する。この場合、軸受の膨張する力によりゴム製部材は弾性変形をする。このため、軸受が低温時から密着していた場合に比べて、ケースに加わる負荷を軽減することができる。
請求項2に係る発明では、軸受又はガイド部材にはテーパ部が形成され、テーパ部とゴム製部材とが接触している。テーパ部がケースの中心軸に対して傾いているため、ゴム製部材の付勢力は、ケースの中心軸に対して傾いた方向に作用する。即ち、ゴム製部材の付勢力をケースの中心軸方向及びケースの周方向の両方向に向かって作用させることができる。このため、軸受とケースとの間に生じる隙間を軸方向及び周方向に渡って埋めることができる。これにより、さらに確実に軸受のがたつきを防止することができる。
請求項3に係る発明では、軸受とケースとの間にリング状のゴム製部材が配置されている。軸受とケースとの隙間の一部がゴム製部材によって埋められることにより、低温時における軸受のがたつきを防止することができる。一方、高温時には、樹脂製の軸受が金属製のケースに比べて大きく膨張する。この場合、軸受の膨張する力によりゴム製部材は弾性変形をする。このため、軸受が低温時から密着していた場合に比べて、ケースに加わる負荷を軽減することができる。
請求項4に係る発明では、軸受又はケースにはテーパ部が形成され、テーパ部とゴム製部材とが接触している。テーパ部がケースの中心軸に対して傾いているため、ゴム製部材の付勢力は、ケースの中心軸に対して傾いた方向に作用する。即ち、ゴム製部材の付勢力をケースの中心軸方向及びケースの周方向の両方向に向かって作用させることができる。このため、軸受とケースとの間に生じる隙間を軸方向及び周方向に渡って埋めることができる。これにより、さらに確実に軸受のがたつきを防止することができる。
請求項5に係る発明では、ゴム製部材には、Oリングが用いられている。Oリングは安価である。軸受のがたつきに対する対策を安価に行うことができる。
実施例1によるサーモアクチュエータが搭載されている排熱回収装置の平面図である。 図1に示されたサーモアクチュエータの断面図である。 図2の3部拡大図である。 図3に示されたゴム部材の作用を説明する図である。 実施例2によるサーモアクチュエータを説明する図である。 実施例3によるサーモアクチュエータの断面図である。 実施例4によるサーモアクチュエータの断面図である。 実施例5によるサーモアクチュエータの断面図である。 実施例6によるサーモアクチュエータの断面図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、前後とはロッドの進退方向を基準として前後を指す。即ち、「前」とはロッドの進出方向、「後」とはロッドの後退方向をいう。
実施例1によるサーモアクチュエータが排熱回収装置に搭載された例を、図面に基づいて説明する。
図1に示されるように、排熱回収装置10は、内燃機関において発生した排気ガス(第1熱媒体)が導入される導入口11と、この導入口11に接続されている分岐部12と、この分岐部12に接続され導入口11の下流に延びている第1流路13と、この第1流路13に沿って分岐部12から延びている第2流路14と、この第2流路14の一部を形成し排気ガスの熱を媒体(第2熱媒体)に伝える熱交換器15と、この熱交換器15に接続されているサーモアクチュエータ40と、第1及び第2流路13,14の下流端が接続されているバルブ室17と、このバルブ室17に接続され排気ガスを排出する排出口18とからなる。バルブ室17は、第1又は第2流路13,14内を通過した排気ガスが合流する合流部を兼ねている。
バルブ室17には、バルブが収納されている。サーモアクチュエータ40は、バルブのバルブ軸21にリンク機構22を介して接続されている。
リンク機構22は、バルブ軸21に一体的に取付けられているプレート24と、このプレート24から延びているピン25と、このピン25に掛けられていると共にサーモアクチュエータ40の先端に取付けられているフック部26と、プレート24に隣接して設けられプレート24を戻し方向に付勢するリンク用リターンばね27とからなる。
熱交換器15の側方には、媒体を導入するための媒体導入管31が接続されている。また、熱交換器15には、サーモアクチュエータ40を支持しているアクチュエータ支持部材32が接続されている。アクチュエータ支持部材32には、媒体を排出するための媒体排出管33が接続されている。
即ち、媒体は、媒体導入管31から熱交換器15に導入される。導入された媒体は、熱交換器15内において排気ガスの熱を受け、媒体排出管33から排出される。次図においてサーモアクチュエータ40を詳細に説明する。
図2に示されるように、サーモアクチュエータ40は、金属製のケース50と、このケース50の一端に接続されケース50周縁の温度を感知する感温部60と、ケース50内に収納され感温部60が感知した温度によって前進(図面右方向)する棒状のアクチュエータロッド43(ピストン43)と、このアクチュエータロッド43の先端に設けられアクチュエータロッド43と共に図面左右に移動するロッド70と、このロッド70の先端の外周に設けられロッド70をガイドする樹脂製の軸受80と、ロッド70を後退する方向(図面左方向)に付勢しているリターンばね46とからなる。
ケース50には、鋼材、ステンレス、アルミニウム等の素材を用いることができる。軸受80には、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等の素材を用いることができる。
ケース50は、円筒状のケース基部51と、このケース基部51の先端からロッド70の中心軸CLに向かって縮径するケース段差部52と、このケース段差部52の先端から軸受80に沿ってさらに延びている小径部53とが一体的に形成されている。
感温部60は、ケース50の一端にかしめられている連結フランジ61と、この連結フランジ61の内部に結合されているエレメントケース62と、このエレメントケース62の先端にかしめられているカバー63と、これらのカバー63及びエレメントケース62によって形成されている空間に充填されているワックス64と、このワックス64の内部に配置され可撓性に富むスリーブ65とからなる。スリーブ65の中にはグリース66が充填されている。
サーモアクチュエータ40を排熱回収装置(図1、符号10)に採用する場合には、感温部60はアクチュエータ支持部材(図1、符号32)に差込まれるようにして支持される。これにより、感温部60の周りに媒体を流すことができ、感温部60は感温部60の周縁の温度(より具体的には、媒体の温度)を感知することができる。
ロッド70は、アクチュエータロッド43の先端が当接しているロッド基部71と、このロッド基部71に一体的に形成され先端にフック部26が取付けられているロッド本体部72と、ロッド基部71から外周に向かって延びリターンばね46の後方の端部を受けているロッド鍔部73とからなる。
ロッド基部71は、ロッド本体部72よりも径が大きく形成されている。このことにより、ロッド基部71には、ロッド本体部72に向かって段差部71aが形成されている。
軸受80は、ロッド本体部72が内周面に摺接する筒状の筒部81と、この筒部81から外周に向かって延びケース段差部52に当接している抜止め部82とからなる。軸受80の後方の端部81aは、ロッド70の前進限を規定するストッパである。抜止め部82は、前方の面がケース段差部52に接触している。
軸受80の外周に沿って、リターンばね46の前方の端部を受けると共に、リターンばね46の周方向への変位を規制するガイド部材48が配置されている。ガイド部材48の一部は、ロッド70の抜止め部82に沿って形成されている。ガイド部材48と抜止め部82との関係について、次図において詳細に説明する。
図3に示されるように、抜止め部82の外周側の後端には、ロッド70の中心軸CLに対して斜めに傾けられているテーパ部82aが形成されている。
ガイド部材48は、ケース50の内周面に接触し接着されているケース接触部96と、このケース接触部96からロッド70の中心軸CLに向かって延びリターンばね46を受けている受け部97と、この受け部97の中心軸CL側の先端から後方に向かって延びリターンばね46の周方向への変位を規制するガイド部98とからなる。
ガイド部材48とテーパ部82aとの間には、ゴム製のOリング49(ゴム製部材49)が嵌められている。低温時において、軸受80の外径は、ケース50の内径に比べて僅かに小さく設定されている。このようなサーモアクチュエータ40の作用を次図において説明する。
図4(a)に示されるように、低温時においては、軸受80とケース50との間、及び、軸受80とガイド部材48との間に僅かな隙間が形成されている。テーパ部82aに接しているOリング49の付勢力F1は、テーパ部82aに垂直な方向に向かって作用する。テーパ部82aがロッド70の中心軸CLに対して斜めに傾けられているため、付勢力F1の分力F2,F3は、ロッド70の中心軸CLに向かう方向及びロッド70の中心軸CLに沿った方向に作用する。
ロッド70の中心軸CLに向かう方向に作用する分力F2は、全周に渡って作用している。即ち、軸受80は、ロッド70の中心軸CLに向かって全周から付勢されている。
一方、ロッド70の中心軸CLに沿った方向に作用する分力F3は、全周に渡って作用している。即ち、軸受80は、全周に渡ってケース段差部52に向かって押し付けられている。
軸受80とケース50との間の隙間の一部は、ガイド部材48を介してOリング49によって埋められる。軸受80とケース50との隙間を埋めることにより、低温時における軸受のがたつきを防止することができる。
加えて、Oリング49の付勢力F1をケース50の中心軸方向及びケース50の周方向の両方向に向かって作用させることができる。このため、軸受80とケース50との間に生じる隙間を軸方向及び周方向に渡って埋めることができる。これにより、さらに確実に軸受80のがたつきを防止することができる。
Oリング49をゴム製部材として採用した。Oリング49は安価である。軸受80のがたつきに対する対策を安価に行うことができる。
図4(b)に示されるように、高温時には、熱膨張係数の大きな樹脂製の軸受80は、金属製のケース50に比べて大きく膨張する。相対的に軸受80が大きく膨張することにより、軸受80は、ケース50の内周面に接触する。この場合、軸受80の膨張する力によりOリング49は弾性変形をする。即ち、Oリング49は、ガイド部材48と軸受80との間に残されている隙間に、変形することにより逃げる。このため、軸受80が低温時からケース50に密着していた場合に比べて、ケース50に加わる負荷を軽減することができる。即ち、低温時において軸受80のがたつきを防止しながら、高温時におけるケース50に加わる負荷を軽減することができる。
次に、本発明の実施例2を図面に基づいて説明する。
図5(a)は実施例2のサーモアクチュエータの断面構成を示し、上記図2に対応させて表している。
図5(a)に示されるように、実施例2によるサーモアクチュエータ40Aは、実施例1のサーモアクチュエータに比べて、抜け止め部の先端の形状を変更した。
図5(b)に示されるように、抜止め部82Aの外周側の端部には略L字断面のL字溝82bが形成されている。また、ケース接触部96及びケース段差部52によって形成されている断面略L字状のコーナ部Coに対して、L字溝82bは、対向して配置されている。これにより、コーナ部Co及びL字溝82bによって、断面視略矩形の空間が形成されている。Oリング49は、断面視略矩形の全ての辺に接触させて配置されている。
コーナ部Coは、ガイド部材48及びケース50の2部材によって形成される他に、ガイド部材48のみによって形成されてもよいし、ケース50のみによって形成されてもよい。
即ち、抜止め部82Aの外周側の端部には、略L字断面のL字溝82bが形成され、このL字溝82bに対向してケース50又はガイド部材48によって、断面略L字状のコーナ部Coが形成され、L字溝82bとコーナ部Coによって断面視略矩形に形成されている空間の各辺に接触して、Oリング49(ゴム製部材49)が配置されている。
このことにより、Oリング49は、ロッド70の中心軸CLに向かう方向及びロッド70の中心軸に沿う方向の両方向に、軸受80Aを付勢することができる。このような構成においても、本発明所定の効果を得ることができる。
さらに、サーモアクチュエータ40Aの組立て時に、Oリング49をL字溝82bに嵌め込んだ状態で組立作業を行うことができる。このため、組立作業が容易になる。
次に、本発明の実施例3を図面に基づいて説明する。
図6は実施例3のサーモアクチュエータの断面構成を示し、上記図5(a)に対応させて表している。
図6に示されるように、実施例3によるサーモアクチュエータ40Bは、実施例2のサーモアクチュエータに比べて、抜け止め部の先端の形状を変更した。
即ち、抜止め部82Bには、外周側の後方の端部に、略L字断面のL字溝82bが形成されている。このように形成された軸受80Bを採用した場合にも、サーモアクチュエータ40Bは、本発明所定の効果を得ることができる。
次に、本発明の実施例4を図面に基づいて説明する。
図7は実施例4のサーモアクチュエータの断面構成を示し、上記図2に対応させて表している。
図7に示されるように、実施例4によるサーモアクチュエータ40Cは、実施例1のサーモアクチュエータに比べて、軸受の形状、ガイド部材の形状及びケースの形状を変更した。
即ち、軸受80Cには、筒部81Cの前端及び後端にテーパ部81b,81bが形成されている。また、ガイド部材48Cには、ガイド部98Cの後端からロッド70の中心軸CLに向かって折り曲げられたガイド部材ベンド部99Cが形成されている。加えて、ケース50Cには、小径部53の先端からロッド70の中心軸CLに向かって折り曲げられたベンド部56Cが形成されている。
サーモアクチュエータ40Cは、前後のテーパ部81b,81bのそれぞれに接触させてOリング49,49が配置されている。このようなサーモアクチュエータ40Cにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。
次に、本発明の実施例5を図面に基づいて説明する。
図8は実施例5のサーモアクチュエータの断面構成を示し、上記図2に対応させて表している。
図8に示されるように、実施例5によるサーモアクチュエータ40Dは、実施例1のサーモアクチュエータに比べて、軸受の形状、ガイド部材の形状及びケースの形状を変更した。
即ち、軸受80Dにテーパ部を形成せず、ガイド部材48D及びケース50Dにテーパ部48a,50aをそれぞれ形成した。そして、これらのテーパ部48a,50aのそれぞれに接触するよう、Oリング49,49を配置した。Oリング49,49は、筒部81Dと抜止め部82Dとの境界部に配置されている。このようなサーモアクチュエータ40Dにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。
次に、本発明の実施例6を図面に基づいて説明する。
図9は実施例6のサーモアクチュエータの断面構成を示し、上記図2に対応させて表している。
図9に示されるように、実施例6によるサーモアクチュエータ40Eは、実施例1のサーモアクチュエータに比べて、軸受の形状及びゴム製部材を変更した。
即ち、軸受80Eには、筒部81Eの外周に沿って断面三角形状のエッジ部81cが一体的に形成されている。このエッジ部81cを覆うようにして断面四角形状のゴム製部材49Eが取り付けられている。このようなサーモアクチュエータ40Eにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。
尚、本発明のサーモアクチュエータは、実施の形態では排熱回収装置に適用したが、そのほかの装置にも搭載可能である。
本発明のサーモアクチュエータは、排熱回収装置に好適である。
40,40A,40B,40C,40D,40E…サーモアクチュエータ、43…アクチュエータロッド(ピストン)、46…リターンばね、48,48C,48D…ガイド部材、48a,50a,81b,82a…テーパ部、49…Oリング(ゴム製部材)、49E…ゴム製部材、50,50C,50D…ケース、60…感温部、70…ロッド、80,80A,80B,80C,80D,80E…軸受、96…ケース接触部、97…受け部、98…ガイド部、CL…(ロッドの)中心軸。

Claims (5)

  1. 筒状のケースと、このケースの一端に取り付けられ外部の温度を感知する感温部と、前記ケース内に収納され前記感温部が感知した温度によって前進するピストンと、このピストンの先端に配置され前記ピストンが前進することによって前進するロッドと、前記ケース内に収納され前記ロッドを後退する方向に付勢しているリターンばねと、前記ロッドの外周面に沿って前記ケースの他端から一端に向かって延びている軸受と、この軸受の外周に配置され前記リターンばねを受けていると共に前記リターンばねの周方向への変位を規制するガイド部材とからなるサーモアクチュエータにおいて、
    前記軸受の素材には、樹脂が用いられ、
    前記ケースの素材には、金属が用いられ、
    前記ガイド部材は、前記ケースの内周面に接触しているケース接触部と、このケース接触部から前記ロッドの中心軸に向かって延び前記リターンばねを受けている受け部と、この受け部の先端から前記感温部に向かって延び前記リターンばねの周方向への変位を規制するガイド部とを有し、
    前記軸受と前記ガイド部材との間にリング状のゴム製部材が配置され、このゴム製部材の付勢力により前記軸受の変位が規制されていることを特徴とするサーモアクチュエータ。
  2. 前記軸受又は前記ガイド部材には、前記ケースの中心軸に対して傾けられているテーパ部が形成され、
    このテーパ部と前記ゴム製部材とが接触していることを特徴とする請求項1記載のサーモアクチュエータ。
  3. 筒状のケースと、このケースの一端に取り付けられ外部の温度を感知する感温部と、前記ケース内に収納され前記感温部が感知した温度によって前進するピストンと、このピストンの先端に配置され前記ピストンが前進することによって前進するロッドと、前記ケース内に収納され前記ロッドを後退する方向に付勢しているリターンばねと、前記ロッドの外周面に沿って前記ケースの他端から一端に向かって延びている軸受とからなるサーモアクチュエータにおいて、
    前記軸受の素材には、樹脂が用いられ、
    前記ケースの素材には、金属が用いられ、
    前記軸受と前記ケースとの間にリング状のゴム製部材が配置され、このゴム製部材の付勢力により前記軸受の変位が規制されていることを特徴とするサーモアクチュエータ。
  4. 前記軸受又は前記ケースには、前記ケースの中心軸に対して傾けられているテーパ部が形成され、
    このテーパ部と前記ゴム製部材とが接触していることを特徴とする請求項3記載のサーモアクチュエータ。
  5. 前記ゴム製部材には、Oリングが用いられていることを特徴とする請求項1〜請求項4いずれか1項記載のサーモアクチュエータ。
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