JP2017223330A - 感温式弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って弁開度の精度が保たれるサーモエレメントを有する感温式弁機構を提供すること。
【解決手段】感温式弁機構（２０）は、油路（１５）を流れる潤滑油（Ｏｉ）の温度に応じて弁を開閉するサーモエレメント（３２）を有する。サーモエレメント（３２）の弾性膜（５２）とロッド（５１）との間にはロッド（５１）の摺動を滑らかにする流動体（５８）が充填されている。流動体（５８）は、潤滑油（Ｏｉ）として使用可能な成分により構成されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、油路を流れる潤滑油の温度に応じて弁を開閉するサーモエレメントを有する感温式弁機構に関する。

流体が流れる流路には、通常、流体の流量や圧力を制御する弁機構が設けられる。弁機構には、流体の温度が変化することにより開閉する感温式弁機構が知られている。感温式弁機構に関する従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に開示された感温式弁機構は、内燃機関の潤滑装置の油路に設けられている。この感温式弁機構は、感温部品として、サーモエレメントを採用している。サーモエレメントは、ケースと、このケース内に充填されたサーモワックスと、ケースと共にサーモワックスを封入しサーモワックスが膨張することにより潰れる弾性膜と、この弾性膜によって少なくとも端部が囲われ弾性膜が潰れることにより押し出されるロッドと、からなる。潤滑装置の油路を流れる潤滑油の温度に応じて、ロッドは進退する。ロッドの進退により、弁が開閉し、潤滑油の流れが制御される。

ところで、サーモエレメントには、通常、弾性膜とロッドの端部との間にロッドの摺動を滑らかにするグリスが充填されている。ただし、ロッドの進退が繰り返されると、ロッドの摺動部分から油路へグリスがわずかに漏れる。グリスが漏れると、ロッドの進退の特性が変化し、弁の開度の精度が低くなる虞がある。

特開平８−９３４３０号公報

本発明は、長期間に亘って弁開度の精度が保たれるサーモエレメントを有する感温式弁機構の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、油路を流れる潤滑油の温度に応じて弁を開閉するサーモエレメントを有する感温式弁機構であって、
前記サーモエレメントは、ケースと、このケース内に充填されたサーモワックスと、前記ケースと共に前記サーモワックスを封入し前記サーモワックスが膨張することにより潰れる弾性膜と、この弾性膜によって少なくとも端部が囲われ前記弾性膜が潰れることにより押し出されるロッドと、からなり、
前記弾性膜と前記ロッドとの間には前記ロッドの摺動を滑らかにする流動体が充填され、
この流動体は、前記潤滑油として使用可能な成分により構成されていることを特徴とする感温式弁機構が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記流動体の成分は、前記潤滑油と同じ成分である。

請求項１に係る発明では、感温式弁機構は、潤滑油が流れる油路に設けられ、サーモエレメントを構成する弾性膜とロッドとの間には、流動体が充填されている。この流動体は、潤滑油として使用可能な成分により構成されている。

ロッドが進退すると、流動体がサーモエレメントから漏れる。ただし、ロッドは、潤滑油が流れる油路のなかで進退するため、逆に潤滑油が、ロッドの摺動部分に入り込む。仮に、上記の流動体の代わりに、例えば、潤滑油としては使用できない粘度の高いグリスをサーモエレメントに充填すると、グリスが漏れた後に、油路を流れる潤滑油が入り込む。グリスと潤滑油との特性は異なるため、ロッドの進退の特性が変化する虞がある。

一方、本発明では、流動体がサーモエレメントから漏れる前後を通じて、ロッドの摺動部分には、作用及び特性が略同一である潤滑油が充填される。そのため、ロッドの動作環境に大きな変化はない。結果、感温式弁機構の弁開度の精度は、長期間に亘って保たれる。

請求項２に係る発明では、ロッドの摺動を滑らかにする流動体の成分は、油路を流れる潤滑油と同じ成分である。そのため、流動体がサーモエレメントから漏れても、漏れた流体と同一の流体がサーモエレメントのロッドの摺動部分に入り込む。即ち、流動体が漏れる前後を通じて、ロッドの動作環境は同一である。結果、感温式弁機構の弁開度の精度は、より長期間に亘って保たれる。

本発明の実施例による感温式弁機構が搭載されたオイルポンプ及びエンジンを模式的に示した図である。 図１に示された感温式弁機構の弁の開閉を説明する図である。 図１に示された潤滑油の温度と図２に示されたサーモワックスの熱的性質を示すグラフである。 図１に示された感温式弁機構について、プラグ付きサーモエレメントを得る工程までを説明する図である。 図４に示されたプラグ付きサーモエレメントにバルブを取り付ける工程までを説明する図である。 図５に示されたバルブが取り付けられたプラグ付きサーモエレメントの要部拡大図である。 図１に示された感温式弁機構について、バルブ付きサーモエレメントを得る工程までを説明する図である。 図１に示された感温式弁機構の作用を説明する図である。 図１に示された感温式弁機構について、バルブの取り付け状態を説明する図である。 図１に示された感温式弁機構の変更例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。
＜実施例＞

図１を参照する。本発明による感温式弁機構２０は、例えば、オイルポンプ１１に着脱自在に取り付けられる。オイルポンプ１１は、エンジン１０に直接又は間接的に設けられ、潤滑油Ｏｉを循環させる。

オイルポンプ１１は、インナーギヤ１２と、アウターギヤ１３と、これらのギヤ１２，１３を収納するポンプハウジング１４と、からなる。

エンジン１０の動力の一部でインナーギヤ１２が回されると、アウターギヤ１３が連れ回る。この回転中に、ギヤ１２，１３間のギャップＧの間隔が変化する。矢印（１）に示されるように、ギャップＧが広がる箇所では、潤滑油Ｏｉが吸入される。矢印（２）のように、ギャップＧが狭まる箇所では、潤滑油Ｏｉが吐出される。

ポンプハウジング１４には、油路としての主油路１５と、この主油路１５に略平行にリターン油路１６と、が設けられている。主油路１５が高油圧時の場合、油路内に設けられる一般的なリリーフバルブにより潤滑油Ｏｉはリターン油路１６に戻される。

さらに、ポンプハウジング１４には、感温式弁機構２０を挿入可能な弁挿入孔２１が空けられている。弁挿入孔２１は、主油路１５を横断し、先端がリターン油路１６近傍に達する。弁挿入孔２１には、孔口に雌ねじ２２が設けられ、先端近傍にポンプハウジング１４の外に通じる排出ポート２３が設けられている。

図２（ａ）を参照する。図２（ａ）には、弁挿入孔２１に挿入された感温式弁機構２０が示されている。感温式弁機構２０は、周囲の温度に応じてロッドが伸縮するサーモエレメントを用いたタイプである。

詳細には、感温式弁機構２０は、ポンプハウジング１４に固定されたプラグ３１と、このプラグ３１に一方（この例ではロッド５１）が支持されるサーモエレメント３２と、サーモエレメント３２を囲うカバー３３と、プラグ３１側にサーモエレメント３２を付勢するばねと、サーモエレメント３２の他方に固定されるバルブ３５と、からなる。

プラグ３１は、鍔４１を備えると共に六角穴４２を備え、外周に雄ねじ４３が形成されている。サーモエレメント３２は、ケース５３と、このケース５３内に充填されたサーモワックス５４と、ケース５３と共にサーモワックス５４を封入しサーモワックス５４が膨張することにより潰れる弾性膜５２と、この弾性膜５２によって少なくとも端部が囲われ弾性膜５２が潰れることにより押し出されるロッド５１と、からなる。

弾性膜５２とロッド５１との間にはロッド５１の摺動を滑らかにする流動体５８が充填されている。この流動体５８の成分は、油路１５を流れる潤滑油Ｏｉと同じ成分である。なお、流動体５８は、エンジン１０を潤滑するために油路１５に流すことが可能なものであれば（図１参照）、潤滑油Ｏｉと異なる種類の潤滑油であってもよい。この潤滑油Ｏｉはエンジンオイルと呼ばれることもある。

カバー３３は、円筒形状を呈し、主油路１５を流れる潤滑油Ｏｉがサーモエレメント３２に接触するための一対の貫通穴３３ａ，３３ａが空けられている（図４も併せて参照）。バルブ３５には、複数の通孔３６，３６が空けられている。

感温式弁機構２０の固定方法を説明する。感温式弁機構２０を弁挿入孔２１に挿入し、六角レンチを用いてプラグ３１を回転させる。雄ねじ４３と雌ねじ２２が係合し、感温式弁機構２０は、ポンプハウジング１４に固定される。

潤滑油Ｏｉの温度が低い場合、サーモワックス５４は収縮しており、バルブ３５は、排出ポート２３を閉じていない。排出ポート２３が全開する場合と全開しない場合が存在する。そのため、矢印（３）に示されるように、主油路１５を流れてきた潤滑油Ｏｉは、サーモエレメント３２に接触し、通孔３６，３６、排出ポート２３の順に流れる。

図２（ｂ）を参照する。潤滑油Ｏｉの温度が上昇すると、サーモワックス５４が膨張し、体積が増加する。ロッド５１はプラグ３１側に前進する。ロッド５１は、プラグ３１に接触しているため、ケース５３が排出ポート２３側へ移動する。結果、バルブ３５は、例えば、排出ポート２３の開口面積の約半分を閉じる。

潤滑油Ｏｉの温度が更に上昇すると、サーモワックス５４が更に膨張し、体積が更に増加する。バルブ３５は、排出ポート２３を完全に閉じる方向に移動する。一方、潤滑油Ｏｉの温度が下がると、サーモワックス５４が収縮し、バルブ３５は、プラグ３１側に移動する。

図３（ａ）を参照する。図３には、一般的な乗用車について、エンジン始動後の時間と油温（主油路１５における潤滑油Ｏｉの温度）との関係が示されている。縦軸は、油温（℃）であり、横軸は、時間（分）である。実線は、大気温度が２５℃での油温、破線は大気温度が０℃での油温を示す。

例示の乗用車では、エンジン始動時に２５℃であった潤滑油Ｏｉは約１５分後には８０℃に達し、以降は約８０℃で一定になる。点Ｐ１でエンジンが停止した場合、潤滑油Ｏｉは０．２℃／分の割合で徐々に冷却された。エンジン始動時に０℃であった潤滑油Ｏｉは２０分後には８０℃に達し、以降は約８０℃で一定になる。点Ｐ１でエンジンが停止した場合、潤滑油Ｏｉは０．５℃／分の割合で徐々に冷却された。

計測の結果、起動時と停止時を除くと、潤滑油Ｏｉの常用温度は約８０℃であることが判明した。

図３（ｂ）を参照する。次に、サーモエレメント３２（図２参照）の駆動源であるサーモワックス５４の熱的性質を説明する。縦軸は、ロッド移動量（ｍｍ）であり、横軸は、サーモワックスの温度（℃）である。サーモワックス５４は、低温で固相、中温で固液混合相、高温で液相になる。

詳細には、サーモワックス５４は、点Ｐ３未満では固相、点Ｐ３から点Ｐ４までの間で固液混合相、点Ｐ４以上で、液相になるように設定した。点Ｐ３は、４５℃、点Ｐ４は、４８℃〜５６℃の範囲、好ましくは、点Ｐ４は、５０℃〜５４℃の範囲、さらに好ましくは、５２℃である。この設定は、特性の異なる複数のサーモワックスを混ぜることにより得られる。点Ｐ４は、固液混合相と液相の境界温度に相当する。

次に、感温式弁機構２０の製造方法について説明する。

図４（ａ）を参照する。始めに、プラグ３１と、ばね３４の一端３４ａを支持するサーモエレメント３２と、カバー３３と、を準備する。プラグ３１の下面には、円筒形状の壁部４４が設けられている。さらに、プラグ３１の下面には、壁部４４に沿って、環状の差込溝４５が形成されている。プラグ３１の下面の中央には、円筒状の差込孔４６が形成されている。サーモエレメント３２の下部には、バルブ３５（図２参照）が差し込まれる被差込部５５が形成されている。被差込部５５は、円筒形状を呈する。一対の貫通穴３３ａ,３３ａは、筒体の軸方向と直交するように、カバー３３に大きく空けられている。

差込孔４６には、ロッド５１を差し込む。差込溝４５には、カバー３３を差し込む。

図４（ｂ）を参照する。次に、プラグ３１にサーモエレメント３２とカバー３３が取り付けられた状態で、プラグ３１の壁部４４をかしめる。サーモエレメント３２とカバー３３は、プラグ３１に固定され、ばね３４の他端３４ｂは、カバー３３に支持される。これにより、プラグ付きサーモエレメント８１が得られる。

図５（ａ）を参照する。次に、温水６１（流体６１）が入った恒温液槽を準備し、温水６１内に、バルブ保持台６２、かしめ機６３、サーモエレメント保持台６４を置く。温水６１の温度は、潤滑油Ｏｉの常用温度であり且つサーモワックス５４が液相である８０℃に設定する。なお、恒温液槽には、油を入れても良い。恒温液槽に浸される製品に発生する錆を抑制できる。

バルブ３５は、排出ポート２３（図２参照）を開閉する本体部７１と、サーモエレメント３２に差し込まれる差込部７２と、からなる。バルブ保持台６２には、本体部７１を載置する。サーモエレメント保持台６４には、プラグ付きサーモエレメント８１を載置する（準備工程、載置工程）。

図５（ｂ）を参照する。温水６１内に、プラグ付きサーモエレメント８１を載置すると、温水６１の熱により、サーモエレメント３２内のサーモワックス５４（図２参照）は膨張し、ロッド５１が前進する。矢印（４）に示されるように、サーモエレメント３２は、バルブ３５に向かって変位する。これにより、サーモエレメント３２は、バルブ３５に取り付けられる（バルブ取付工程）。

なお、差込部７２は、円筒形状を呈する。即ち、差込部７２は、中空体であり、差込の際において、温水の抜け口となる。そのため、差込部７２は、サーモエレメント３２に容易に取り付けることができる。

図６を参照する。バルブ３５の差込部７２と、サーモエレメント３２の被差込部５５について説明する。バルブ３５の板厚は、例えば、０.６ｍｍ〜１.４ｍｍ程度が好ましい。バルブ３５に適度なスプリングバック量を確保させるためである。理由は後述する。

バルブ３５の差込部７２の外周面７３には、凹部７４が形成されている。この凹部７４は、外周面７３の全周に沿って環状に連続的に形成されている。なお、例えば、外周面７３の全周に沿って複数の凹部７４を軸方向に離間して形成してもよく、さらには、外周面７３をローレット加工してもよい。

図７（ａ）を参照する。次に、ロッド５１が前進した状態のまま、差込部７２が差し込まれた被差込部５５をかしめる（かしめ工程）。バルブ３５は、プラグ付きサーモエレメント８１に固定される。これにより、感温式弁機構２０（バルブ付きサーモエレメント８２）が得られる。

なお、少なくともかしめ工程において、サーモエレメント３２内のサーモワックス５４（図２参照）は、液相状態である。

図７（ｂ）を参照する。次に、温水６１から感温式弁機構２０を取り出す。サーモエレメント３２は、大気にさらされ、ばね３４の付勢力によりロッド５１は後退する。矢印（５）に示されるように、バルブ３５は、カバー３３側に移動し、感温式弁機構２０は、収縮状態となる。

次に本発明の作用及び効果について説明する。

図８を参照する。感温式弁機構２０は、潤滑油Ｏｉが流れる油路１５に設けられ、サーモエレメント３２を構成する弾性膜５２とロッド５１との間には、潤滑油Ｏｉと同じ成分の流動体５８が充填されている。

矢印（５）に示されるように、潤滑油Ｏｉが流れる油路１５のなかでロッド５１が進退すると、流動体５８がサーモエレメント３２から漏れる。その後、矢印（６）に示されるように、潤滑油Ｏｉが、ロッド５１とサーモエレメント３２との間に入り込む。即ち、流動体５８がサーモエレメント３２から漏れても、流動体５８と同一の成分である潤滑油Ｏｉがサーモエレメント３２に入り込む。そのため、流動体５８が漏れる前後を通じて、ロッド５１の動作環境は同一である。結果、感温式弁機構２０の弁開度の精度は、より長期間に亘って保たれる。なお、流動体５８は、潤滑油Ｏｉとして使用可能な成分により構成されていれば種類は問わない。

図６，図７を参照する。感温式弁機構２０の製造方法では、サーモエレメント３２とバルブ３５とを温水６１内に載置させた後に、温水６１の熱によりロッド５１を前進させて、前進させた状態のままサーモエレメント３２の他端（被差込部５５）にバルブ３５を取り付ける。その後、サーモエレメント３２の他端（被差込部５５）に取り付けられたバルブ３５をかしめて、バルブ付きサーモエレメント８２が得られる。

この製造方法では、個々のサーモエレメント３２について、ロッド５１の前進の長さが異なる場合であっても、バルブ３５を取り付けた時に、ロッド５１の前進の長さのばらつきは吸収される。ばらつきが吸収された状態で、かしめられるため、バルブ付きサーモエレメント８２は、鍔４１の他端（下端）からバルブ３５の他端（下端）までの距離Ｌ（図７参照）が同一となる。結果、かしめ加工が行われた８０℃周辺においてロッド５１が伸縮するとき、バルブ３５の変位の精度が高くなる。

例えば、感温式弁機構２０を、オイルポンプ１１に取り付けると、温度変化に対するバルブ３５による排出ポート２３の開口面積が正確となる（図２参照）。

図３，図７を参照する。潤滑油Ｏｉの常用温度は約８０℃であり、８０℃のとき、サーモワックス５４は、液相状態である。即ち、サーモワックス５４が液相状態のときに、差込部７２と被差込部５５はかしめられる。液相状態のサーモワックス５４は、固液混合相と比較すると、温度変化に対する体積変化率が小さい。温度の変化に対して体積変化率が小さいと、ロッド５１の移動量が少なくなるため、かしめ工程時の温度が多少ばらついたとしてもバルブ３５の変位の誤差も小さくなる。結果、温度変化に対する誤差が少ない弁の開閉が可能となる。

なお、潤滑油Ｏｉの変更範囲が６０℃〜１００℃である場合、いわゆるアイドリングストップでエンジンを停止すると、頻度は少ないが潤滑油Ｏｉの温度が６０℃以下になることがある。点Ｐ４が５６℃であれば、余裕（マージン）が４℃あり、点Ｐ４が５２℃であれば、余裕（マージン）が８℃あるため、固液混合相で使われる心配はない。また、点Ｐ４を４８℃未満に設定すると点Ｐ３が下がる。すると、室温で固液混合相となるおそれがあり、取り扱いが難しくなる。よって、点Ｐ４は、４８℃〜５６℃の範囲に収めることが推奨される。

図９を参照する。バルブ３５の差込部７２は、中空体のため、スプリングバックが生じやすい。差込部７２のスプリングバック量Ｖ１は、被差込部５５のスプリングバック量Ｖ２よりも大きい構成である（図９（ａ）参照）。そのため、差込部７２は、被差込部５５に密着し、サーモエレメント３２とバルブ３５の緩みを抑えることができる（図９（ｂ）参照）。

加えて、差込部７２は、被差込部５５に比べて比例限度を大きくすると良い。これによっても差込部７２のスプリングバック量Ｖ１は、被差込部５５のスプリングバックＶ２よりも大きくできる。また、差込部７２は、被差込部５５に比べて材料の硬度を大きくすると良い。これによっても差込部７２のスプリングバック量Ｖ１は、被差込部５５のスプリングバックＶ２よりも大きくできる。より一層サーモエレメント３２とバルブ３５の緩みを抑えることができる（図９（ｂ）参照）。

加えて、差込部７２の外周面７３の一方には、凹部７４が形成されている。差込部７２が差し込まれた被差込部５５がかしめられると、凹部７４に対向する被差込部５５の内周面５６が凸部５７となり、凸部５７が、凹部７４に入り込む。そのため、差込部７２は、被差込部５５から抜けにくくなり、バルブ３５は、サーモエレメント３２に強固に固定される。

加えて、バルブ３５がサーモエレメント３２に強固に固定されると、かしめ深さを抑えることもできる。かしめによる被差込部５５の変形量が少ないと、ロッド５１の伸縮方向について（図２参照）、バルブ３５の取り付け位置が変化することを抑制できる。結果、排出ポート２５の開閉の精度を保つことができる。

次に、本発明の変更例について説明する。図１０を参照する。実施例による感温式弁機構２０（図２参照）と比較すると、変更例の感温式弁機構２０Ａでは、ロッドが異なる。その他の構成については、実施例の感温式弁機構２０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。

ロッド５１Ａには、軸方向に沿って、２つの溝部５９,５９が形成されている。そのため、流動体５８が漏れた直後に潤滑油Ｏｉがサーモエレメント３２Ａに入り込み易い。ロッド５１Ａの周囲に潤滑油Ｏｉが充填され続け易くなるため、ロッド５１Ａの進退動作が安定する。なお、溝部５９の数は、適宜変更することができる。

なお、本実施例では、エンジンに設けられるオイルポンプに着脱可能な感温式弁機構を例に説明したが、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。例えばミッション、ブレーキ、パワーステアリング等の油路にも採用することができる。また感温式弁機構を直接エンジンに取り付けても良い。

本発明の感温式弁機構は、エンジンの潤滑油の油路に好適である。

１５…主油路
２０…感温式弁機構
３２…サーモエレメント
３５…バルブ
５１…ロッド
５２…弾性膜
５３…ケース
５４…サーモワックス
５５…被差込部
５６…内周面
５７…凸部
５８…流動体
５９…溝部
６１…温水（流体）
７２…差込部
７３…外周面
７４…凹部
８１…プラグ付きサーモエレメント
８２…バルブ付きサーモエレメント
Ｏｉ…潤滑油
Ｖ１…差込部のスプリングバック量
Ｖ２…被差込部のスプリングバック量

Claims (2)

1. 油路を流れる潤滑油の温度に応じて弁を開閉するサーモエレメントを有する感温式弁機構であって、
   前記サーモエレメントは、ケースと、このケース内に充填されたサーモワックスと、前記ケースと共に前記サーモワックスを封入し前記サーモワックスが膨張することにより潰れる弾性膜と、この弾性膜によって少なくとも端部が囲われ前記弾性膜が潰れることにより押し出されるロッドと、からなり、
   前記弾性膜と前記ロッドとの間には前記ロッドの摺動を滑らかにする流動体が充填され、
   この流動体は、前記潤滑油として使用可能な成分により構成されていることを特徴とする感温式弁機構。
2. 前記流動体の成分は、前記潤滑油と同じ成分であることを特徴とする請求項１に記載の感温式弁機構。

Images