JP4175811B2 - サーモエレメント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンと称す）の負荷に応じて冷却水温度を可変設定するエンジンの冷却水温度制御系において、水温可変制御を行う電子制御サーモスタットに用いて好適なサーモエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、サーモエレメントは、ワックスケース内に熱膨張体として封入したサーモワックスの体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させることにより、サーモスタットバルブ等を駆動制御するアクチュエータとして機能する。そして、この種のサーモエレメントにおいて、サーモワックスの温度制御を行うヒータ手段を、ケース内あるいはケース外に設け、該ヒータ手段からの発熱でサーモワックスの体積変化を制御可能に構成したものが知られている。
【０００３】
この種のヒータ手段を備えたサーモエレメントとしては、たとえば特開平８−２２２１０１号公報等に示されているような、電気抵抗発熱体を有するサーモスタット作動部材が知られている。この従来技術は、ワックス式のサーモエレメントにおいて、ケーシング内に封入したワックスの一部に、電気抵抗発熱体を埋設させた状態で配置させ、該ワックス内の電気抵抗発熱体への通電を行うための接続線材を、ケーシングの端部にシール材を封入することで設けたハーネス取出し部から密封状態で引き出すような構造であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のサーモエレメントでは、ヒータ手段として抵抗発熱体を用いているため、その発熱温度を予め設定した目標温度に設定すること、およびその温度を維持すること等、温度制御が難しいばかりでなく、該抵抗発熱体への通電制御を行うコントローラを外部に設け、外部からの通電制御が必要になる場合があった。
【０００５】
また、上述した従来のサーモエレメントでは、電気抵抗発熱体として、平板状の金属板に金属泊によるヒータを貼り付けた構造のものを用い、これをワックス内に臨ませて埋設しているだけであって、該金属板の金属泊を貼り付けた板状の表面のみしか発熱しないため、この表面の発熱部分に近接する部分には熱が伝わるものの、該発熱部分とケーシングの内周面との間の間隔が一定でないから、ケーシング内部での熱の伝わりが不均一となって、温度差を生じることを避けられないものであった。したがって、このような電気抵抗発熱体によれば、ケーシング内に封入したワックスを全体にわたって効率よく温度上昇させることが難しいという問題もあった。
【０００６】
さらに、ヒータ手段から引き出されている接続線材が半田付けされている２本のハーネスを、一体成形したシール材によるハーネス取出し部から引き出しているため、この部分での密封性が問題であり、ケーシング内に封入されたワックスが温度上昇によって膨張する際に生じる高圧によって外部へワックスが漏れ出すおそれがあった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ヒータ手段によりケース内に封入したワックス等の熱膨張体を全体にわたって効率よく温度上昇させることが可能であり、また該ヒータ手段への外部からの通電制御を行う端子取り出し部の構造も簡単で、しかも確実な密封状態が得られるばかりでなく、該ヒータ手段への通電制御も不要とすることができるサーモエレメントを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るサーモエレメントは、筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、前記発熱素子はほぼ筒型形状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、この発熱素子の内周側に前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材を配設するとともに、前記発熱素子の周囲でケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材を配設しており、該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、このターミナル端子が前記発熱素子内に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１または請求項２において、前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の外周部とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子とケースとを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項５記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子を備えてなり、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の内周側に配設された電極部材と電気的に接続されるとともに、前記第２のターミナル端子が前記発熱素子の外周側に配設された板ばね材または前記発熱素子の外周面の少なくともいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明（請求項６記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項５において、前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明（請求項７記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明（請求項８記載の発明）に係るサーモエレメントは、筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、前記発熱素子はほぼ板状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、この発熱素子の板状面の一側には前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材が配設されるとともに、前記発熱素子の板状面の他側でケース内壁部との間には、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材が配設されており、該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とする。
【００１６】
本発明（請求項９記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、このターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明（請求項１０記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８または請求項９において、前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とする。
【００１８】
本発明（請求項１１記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項において、前記発熱素子の板状面の一側に配設した電極部材と前記ケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを有する第２の板ばね材を配設し、かつこの第２の板ばね材の電極部材側またはケース内壁部との接触部に絶縁材を付設したことを特徴とする。
【００１９】
本発明（請求項１２記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１１のいずれか１項において、前記板状発熱素子を、前記ケース内で中央位置から板状面に直交する方向に向かってずれた位置に配設し、この発熱素子のケース内壁部に近接する側に電極部材を配設するとともに、反対側に板ばね材を配設したことを特徴とする。
【００２０】
本発明（請求項１３記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１２のいずれか１項において、前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明（請求項１４記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子とからなり、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されるとともに、前記第２のターミナル端子が前記板ばね材または前記発熱素子の板状面の他側のいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明（請求項１５記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１４において、前記板ばね材のケースとの接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明（請求項１６記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記板状発熱素子の板状面の他側と前記板ばね材との間に、第２の電極部材が介在して配置されており、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子と備え、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の一側に設けた電極部材と電気的に接続され、前記第２のターミナル端子は、前記第２の電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明（請求項１７記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１６において、前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケース内壁部との間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明（請求項１８記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１７のいずれか１項において、前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、ケース内で熱膨張体内に埋設した筒状または板状の発熱素子（抵抗発熱体であっても、ＰＴＣサーミスタであってもよい）を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材によって保持しているから、発熱素子からの発熱を熱膨張体に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。したがって、たとえば電子制御サーモスタットの水温可変制御などに使用する際に、サーモエレメントとしての効果を発揮させることができるのである。
【００２７】
また、本発明によれば、円筒状の発熱素子を用いると、それ自体の表面積を多くとれるため、熱膨張体への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。
さらに、２極式構造において、板ばね材のケース内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材のケースとの間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材の外側部分をケースに接触させることで、熱膨張体の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明によれば、発熱素子を、電極部材や板ばね材によって挟み込むことによりケース内に保持しているから、発熱素子が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、信頼性や耐久性が向上する。
【００２９】
さらに、本発明によれば、１極式の場合、ケース中央に内設した電極部材を介してケース端部の端子取り出し部からターミナル端子を介して取り出すとともに、他方は板ばね材をターミナル端子としケースを介して通電する構造であるため、全体構造が簡素化する。また、このようにすれば、端子取り出し部に十分なシール材を設けるスペースが確保でき、熱膨張体の漏れ等に対する信頼性が向上する。
【００３０】
また、本発明によれば、発熱素子としてＰＴＣサーミスタを用い、自己温度制御機能を持たせることにより、外部コントローラからの通電制御を不要とし、しかもサーモエレメントとして所要の作動性能をもつものを得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明に係るサーモエレメントの第１実施形態を示すものであり、これらの図において、全体を符号１で示すサーモエレメントは、ほぼ円筒形状を呈するケース本体２と、このケース本体２の一端に設けた大径部２ａ内に内方端３ａが嵌合されてかしめ部２ｂにより連設されるガイド筒体３とを備えている。
【００３２】
４はパラフィンや銅粉の混合物からなり温度変化により熱膨張、熱収縮する熱膨張体（熱膨張性物質からなる）としてのワックスで、このワックス４は、ケース本体２内において下端部が後述する端子取り出し部５により、上端側がニトリルゴム等からなるダイアフラム６とによって封入されている。
【００３３】
前記ダイアフラム６は、前記ケース本体２の大径部２ａの内周側の段部と前記ガイド筒体３の内方端３ａとの間に介在して設けられている。なお、図中７はガイド筒体３に摺動自在に保持され前記ワックス４の膨張、収縮によってケース外に向かって進退動作する作動ピストン、８はこの作動ピストン７の内方端に、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ．Ｔ．Ｆ．Ｅ）等で作られたバックアッププレート９を介して配置されているニトリルゴム等からなるゴムピストンで、このゴムピストン８に対してダイアフラム６との間に封入した圧力伝達手段である流動物質１０によってワックス４の熱膨張、熱収縮が伝えられることにより、前記作動ピストン７が作動されるようになっている。
【００３４】
ここで、作動ピストン７は、図示しないリターンスプリング等によって付与される戻り力により、図中に図示したガイド筒体３への引き込み位置で保持され、ワックス４が熱膨張したときに軸線方向に移動してガイド筒体３から突出することになる。
【００３５】
１２は、ほぼ筒型形状を呈する発熱素子であって、図１および図２から明らかなように、前記ケース本体２内のほぼ中央位置にワックス４中に埋設された状態で配設されている。この発熱素子１２の内周側には、前記ケース本体２の反ピストン側の端部２ｃに設けた端子取り出し部５を介して外部電源（図示せず）と接続される電極部材１３が配設されている。そして、この発熱素子１２の周囲でケース本体２の内壁部との間には、前記ワックス４への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材１４が配設されている。この板ばね材１４は、図２に示すように、波状を呈する板ばねを筒状に湾曲させた形状をもち、前記発熱素子１２よりも大きい表面積を有している。
【００３６】
ここで、この実施の形態では、発熱素子１２として、自己温度制御機能をもつ発熱素子、たとえばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを用いている。このようなＰＴＣサーミスタは、正の抵抗温度係数をもつ発熱素子を有し、通電により発熱するとともに、温度上昇と共に抵抗値が増大することにより、自己温度制御機能が働き、発熱温度が飽和する特性をもつものであり、該ＰＴＣサーミスタによってサーモワックスの熱膨張、熱収縮を所要の状態で可変制御することにより、サーモエレメントを種々の条件に応じて所要の状態に作動制御し得るものである。
【００３７】
前記電極部材１３は、図２に示すように全体が筒状を呈するように導電性を有する板ばねによって形成されており、この電極部材１３には、前記発熱素子１２の内周部に圧接力を作用させるばね片１３ａが適宜の位置に突出するように設けられている。
【００３８】
前記板ばね材１４は導電性材料からなり、発熱素子１２の外周とケース本体２の内壁部とにそれぞれ波状部分が接触することにより、発熱素子１２とケース本体２とを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能している。
【００３９】
前記端子取り出し部５は、ケース本体２の端部にＯリング等のシール材１６ａを介在した状態で保持されるプラスチック材等からなる絶縁筒体１６と、該絶縁筒体１６中にもＯリング等のシール材１７ａを介在した状態で貫通配置されるターミナル端子（第１のターミナル端子）１７からなり、このターミナル端子１７が前記発熱素子１２内に設けた電極部材１３と電気的に接続されている。
なお、１８は、ケース本体２内において端子取り出し部５の内方端部分密封するために充填されたシール材で、これらのシール材１６ａ、１７ａ、１８によってこの端子取り出し部５における密封状態が確保されている。
【００４０】
以上の構成を有するサーモエレメント１によれば、ケース本体２内でワックス４内に埋設した筒状の発熱素子１２を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材１４によって所要の状態に位置決めして保持しているから、発熱素子１２からの発熱をワックス４に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。これは、板ばね材１４の波状部分が放熱フィンとして作用し、表面積も大きいためである。
また、発熱素子１２が円筒状を呈しているから、それ自体の表面積を多くとれるため、ワックス４への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。
【００４１】
また、発熱素子１２を、電極部材１３や板ばね材１４によって弾性的に挟み込んで保持しているから、発熱素子１２が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、品質上での信頼性や耐久性が向上する。
【００４２】
さらに、上述した実施の形態のような１極式の場合、ケース本体２の中央に内設した電極部材１３を介してケース本体２の端部の端子取り出し部５から第１のターミナル端子１７を介して取り出すとともに、他方は板ばね材１４を第２のターミナル端子としケース本体２を介して通電する構造であるため、発熱素子１２への通電経路が簡単となり、全体構造を簡素化することができる。
【００４３】
ここで、上述した図１および図２に示した実施の形態では、一方（第２）のターミナル端子をボディアースとした１極式の場合を説明したが、これに限らず、端子取り出し部５を２極式としてもよい。
この場合には、前記端子取り出し部５を、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子とによって構成し、第１のターミナル端子を発熱素子１２内に設けた電極部材１３と電気的に接続するとともに、第２のターミナル端子を板ばね材１４の一部に電気的に接続することによって構成すればよい。
【００４４】
なお、板ばね材１４のケース本体２の内壁部との接触部には、ケース本体２との間を絶縁する絶縁材を付設することが必要である。勿論、このときにも、板ばね材１４の外側をケース本体２の内壁部に接触させておくとよい。このようにすれば、ワックス４が熱膨張したときの耐圧による板ばね材１４や発熱素子１２の損傷を防ぐうえで効果的である。
【００４５】
図３は本発明の第２の実施の形態を示し、この実施の形態では、発熱素子２１が板状を呈する形状をもち、また端子取り出し部５が、第１および第２のターミナル端子２２，２３を絶縁筒体１７中に並設した状態で貫通保持させている。なお、この図３において、図１、図２と同一または相当する部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態では、板状の発熱素子２１をケース本体２内でほぼ中央位置に配設し、その板状面の両側に一対をなす電極部材２４，２５を配設するとともに、その外側であってケース本体２の内壁部との間に、波状の板ばね材２６，２７を配設している。ここで、発熱素子２１の板状面の一側に、第１の電極部材２４、第２の板ばね材２６が配設され、これが第１のターミナル端子２２に接続される。また、板状面の他側に、第２の電極部材２５、第１の板ばね材２７が接続され、これが第２のターミナル端子２３に接続されている。
【００４７】
前記電極部材２４，２５は、前記発熱素子２１と同様の大きさをもつほぼ平板状を呈しその内側面に板ばね片を適宜設けることにより、板状の発熱素子２１を両側から挟み込んで保持している。また、これらの電極部材２４，２５の端子引き出し部５側の端部には、前記ターミナル端子２２，２３の内方端にリベット止めあるいは溶接等で接続される接続片２４ａ，２５ａが形成され、この部分で導通されている。
【００４８】
このような構成においても、前述した実施の形態と同様に、ケース本体２内でワックス４内に埋設した板状の発熱素子２１を、電極部材２４，２５、さらに放熱フィンを兼ねる板ばね材２６，２７によって弾性的に保持しているから、発熱素子２１からの発熱をワックス４に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。
【００４９】
なお、このような２極式構造のものでは、板ばね材２６，２７のケース本体２の内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材２６，２７のケース本体２との間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材２６，２７の外側部分をケースに接触させることで、ワックス４の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことができる。しかし、これに限らず、板ばね材２６，２７の外側とケース本体２との間に隙間を持たせてもよい。このときには、発熱素子２１は、電極部材２４，２５による弾性保持のみで保持されることになる。
【００５０】
ここで、上述した実施の形態では、板状発熱素子２１をケース本体２のほぼ中央部分に配設し、両側に電極部材２４，２５、さらに板ばね材２６，２７を設けた例を説明したが、これに限定されない。
たとえば図４に示すように、板状発熱素子２１を、ケース本体２内で板状面に直交するいずれか一方にずらして位置させ、その板状面の一側に電極部材２４を配設するとともに、他側に板ばね材２７を配設する等の変形例が考えられる。
【００５１】
また、いずれか一方の電極部材を省略し、板ばね材で直接発熱素子２１を保持するように構成してもよい。このときには、その板ばね材は、発熱素子２１とケース本体２の内壁部との間にそれぞれ接触する状態で配設することが必要である。そして、２極式の場合には、当該板ばね材の一部を前記ターミナル端子２２または２３に接続すればよい。
【００５２】
一方、ボディアース等、１極式の場合には、板ばね材を絶縁材を介在させることなく、両方に接触させるとよい。このときには、端子引き出し部５は、図１に示すように、１本のターミナル端子のみが貫通保持されている構造となることは言うまでもない。
【００５３】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえばワックス４の熱膨張によって作動ピストン７を作動させる圧力伝達部の構造、端子取り出し部５の形状、構造、あるいはそれらのシール構造等としては種々の変形例が考えられる。
【００５４】
また、本発明に係るサーモエレメント１は、たとえば内燃機関等の冷却水系統に配置され該冷却水の温度変化、さらには車輌の走行状態等の各種の制御情報に応じて熱膨張体への温度を変化させる場合に用いて効果的であるが、これに限らず、熱膨張体の熱膨張、熱収縮を利用して作動ピストンを動作させるサーモエレメントであって、内部に発熱素子を設け、これに適宜通電制御することにより該ピストンの動きを制御することが必要な機器、装置に適用してもよいことは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るサーモエレメントによれば、筒型ケース内で熱膨張体内に埋設した筒状または板状の発熱素子（抵抗発熱体であっても、ＰＴＣサーミスタであってもよい）を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材によって保持しているから、発熱素子からの発熱を熱膨張体に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。したがって、たとえば電子制御サーモスタットの水温可変制御などに使用する際に、サーモエレメントとしての所要の効果を発揮させることができる。
【００５６】
また、本発明によれば、円筒状の発熱素子を用いると、それ自体の表面積を多くとれるため、熱膨張体への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。さらに、２極式構造において、板ばね材のケース内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材のケースとの間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材の外側部分をケースに接触させることで、熱膨張体の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことが可能となる。
【００５７】
また、本発明によれば、発熱素子を、電極部材や板ばね材によって挟み込むことによりケース内に保持しているから、発熱素子が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、信頼性や耐久性が向上する。
【００５８】
さらに、本発明において、１極式の場合、ケース中央に内設した電極部材を介してケース端部の端子取り出し部からターミナル端子を介して取り出すとともに、他方は板ばね材をターミナル端子としケースを介して通電する構造であるため、全体構造が簡素化する。また、このようにすれば、端子取り出し部に十分なシール材を設けるスペースが確保でき、熱膨張体の漏れ等に対する信頼性が向上する。
【００５９】
さらに、本発明において、板状の発熱素子を、ケース本体内で板状面に直交するいずれか一方にずらして位置させ、その他方側に板ばね材を配置することにより、発熱素子とその伝熱手段として機能する板ばね材とをケース内の全域にわたってバランス良く配置した状態とすることができるから、１極式のものであっても、該ケース内に封入したワックスを全体にわたって効率よく温度上昇させることが可能となる。
【００６０】
また、本発明によれば、発熱素子としてＰＴＣサーミスタを用い、自己温度制御機能を持たせることにより、外部コントローラからの通電制御を不要とし、しかもサーモエレメントとして所要の作動性能をもつものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るサーモエレメントの第１の実施の形態を示し、（ａ）はサーモエレメントの縦断側面図、（ｂ）はそのI−I線断面図である。
【図２】 図１に示したサーモエレメントの要部である内部部品を分解して示す概略斜視図である。
【図３】 本発明に係るサーモエレメントの第２の実施の形態を示し、（ａ）はサーモエレメントの縦断側面図、（ｂ）はそのIII−III線断面図である。
【図４】 本発明の変形例を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１…サーモエレメント、２…筒型ケース、３…ガイド筒体、４…熱膨張体としてのワックス、５…端子取り出し部、６…ダイアフラム、７…作動ピストン、１２…円筒状の発熱素子（抵抗発熱体、ＰＴＣサーミスタ等）、１３…電極部材、１４…板ばね材、１６…絶縁筒体、１７…ターミナル端子、１６ａ，１７ａ，１８…シール材、２１…板状発熱素子（抵抗発熱体、ＰＴＣサーミスタ等）、２２，２３…ターミナル端子、２４，２５…電極部材、２６，２７…板ばね材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンと称す）の負荷に応じて冷却水温度を可変設定するエンジンの冷却水温度制御系において、水温可変制御を行う電子制御サーモスタットに用いて好適なサーモエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、サーモエレメントは、ワックスケース内に熱膨張体として封入したサーモワックスの体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させることにより、サーモスタットバルブ等を駆動制御するアクチュエータとして機能する。そして、この種のサーモエレメントにおいて、サーモワックスの温度制御を行うヒータ手段を、ケース内あるいはケース外に設け、該ヒータ手段からの発熱でサーモワックスの体積変化を制御可能に構成したものが知られている。
【０００３】
この種のヒータ手段を備えたサーモエレメントとしては、たとえば特開平８−２２２１０１号公報等に示されているような、電気抵抗発熱体を有するサーモスタット作動部材が知られている。この従来技術は、ワックス式のサーモエレメントにおいて、ケーシング内に封入したワックスの一部に、電気抵抗発熱体を埋設させた状態で配置させ、該ワックス内の電気抵抗発熱体への通電を行うための接続線材を、ケーシングの端部にシール材を封入することで設けたハーネス取出し部から密封状態で引き出すような構造であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のサーモエレメントでは、ヒータ手段として抵抗発熱体を用いているため、その発熱温度を予め設定した目標温度に設定すること、およびその温度を維持すること等、温度制御が難しいばかりでなく、該抵抗発熱体への通電制御を行うコントローラを外部に設け、外部からの通電制御が必要になる場合があった。
【０００５】
また、上述した従来のサーモエレメントでは、電気抵抗発熱体として、平板状の金属板に金属泊によるヒータを貼り付けた構造のものを用い、これをワックス内に臨ませて埋設しているだけであって、該金属板の金属泊を貼り付けた板状の表面のみしか発熱しないため、この表面の発熱部分に近接する部分には熱が伝わるものの、該発熱部分とケーシングの内周面との間の間隔が一定でないから、ケーシング内部での熱の伝わりが不均一となって、温度差を生じることを避けられないものであった。したがって、このような電気抵抗発熱体によれば、ケーシング内に封入したワックスを全体にわたって効率よく温度上昇させることが難しいという問題もあった。
【０００６】
さらに、ヒータ手段から引き出されている接続線材が半田付けされている２本のハーネスを、一体成形したシール材によるハーネス取出し部から引き出しているため、この部分での密封性が問題であり、ケーシング内に封入されたワックスが温度上昇によって膨張する際に生じる高圧によって外部へワックスが漏れ出すおそれがあった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ヒータ手段によりケース内に封入したワックス等の熱膨張体を全体にわたって効率よく温度上昇させることが可能であり、また該ヒータ手段への外部からの通電制御を行う端子取り出し部の構造も簡単で、しかも確実な密封状態が得られるばかりでなく、該ヒータ手段への通電制御も不要とすることができるサーモエレメントを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るサーモエレメントは、筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、前記発熱素子はほぼ筒型形状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、この発熱素子の内周側に前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材を配設するとともに、前記発熱素子の周囲でケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材を配設しており、該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、このターミナル端子が前記発熱素子内に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１または請求項２において、前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の外周部とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子とケースとを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項５記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子を備えてなり、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の内周側に配設された電極部材と電気的に接続されるとともに、前記第２のターミナル端子が前記発熱素子の外周側に配設された板ばね材または前記発熱素子の外周面の少なくともいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明（請求項６記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項５において、前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明（請求項７記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明（請求項８記載の発明）に係るサーモエレメントは、筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、前記発熱素子はほぼ板状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、この発熱素子の板状面の一側には前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材が配設されるとともに、前記発熱素子の板状面の他側でケース内壁部との間には、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材が配設されており、該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とする。
【００１６】
本発明（請求項９記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、このターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明（請求項１０記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８または請求項９において、前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とする。
【００１８】
本発明（請求項１１記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項において、前記発熱素子の板状面の一側に配設した電極部材と前記ケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを有する第２の板ばね材を配設し、かつこの第２の板ばね材の電極部材側またはケース内壁部との接触部に絶縁材を付設したことを特徴とする。
【００１９】
本発明（請求項１２記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１１のいずれか１項において、前記板状発熱素子を、前記ケース内で中央位置から板状面に直交する方向に向かってずれた位置に配設し、この発熱素子のケース内壁部に近接する側に電極部材を配設するとともに、反対側に板ばね材を配設したことを特徴とする。
【００２０】
本発明（請求項１３記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１２のいずれか１項において、前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明（請求項１４記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子とからなり、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されるとともに、前記第２のターミナル端子が前記板ばね材または前記発熱素子の板状面の他側のいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明（請求項１５記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１４において、前記板ばね材のケースとの接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明（請求項１６記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８において、前記板状発熱素子の板状面の他側と前記板ばね材との間に、第２の電極部材が介在して配置されており、前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子と備え、前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の一側に設けた電極部材と電気的に接続され、前記第２のターミナル端子は、前記第２の電極部材と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明（請求項１７記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項１６において、前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケース内壁部との間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明（請求項１８記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項８ないし請求項１７のいずれか１項において、前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、ケース内で熱膨張体内に埋設した筒状または板状の発熱素子（抵抗発熱体であっても、ＰＴＣサーミスタであってもよい）を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材によって保持しているから、発熱素子からの発熱を熱膨張体に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。したがって、たとえば電子制御サーモスタットの水温可変制御などに使用する際に、サーモエレメントとしての効果を発揮させることができるのである。
【００２７】
また、本発明によれば、円筒状の発熱素子を用いると、それ自体の表面積を多くとれるため、熱膨張体への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。
さらに、２極式構造において、板ばね材のケース内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材のケースとの間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材の外側部分をケースに接触させることで、熱膨張体の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明によれば、発熱素子を、電極部材や板ばね材によって挟み込むことによりケース内に保持しているから、発熱素子が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、信頼性や耐久性が向上する。
【００２９】
さらに、本発明によれば、１極式の場合、ケース中央に内設した電極部材を介してケース端部の端子取り出し部からターミナル端子を介して取り出すとともに、他方は板ばね材をターミナル端子としケースを介して通電する構造であるため、全体構造が簡素化する。また、このようにすれば、端子取り出し部に十分なシール材を設けるスペースが確保でき、熱膨張体の漏れ等に対する信頼性が向上する。
【００３０】
また、本発明によれば、発熱素子としてＰＴＣサーミスタを用い、自己温度制御機能を持たせることにより、外部コントローラからの通電制御を不要とし、しかもサーモエレメントとして所要の作動性能をもつものを得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明に係るサーモエレメントの第１実施形態を示すものであり、これらの図において、全体を符号１で示すサーモエレメントは、ほぼ円筒形状を呈するケース本体２と、このケース本体２の一端に設けた大径部２ａ内に内方端３ａが嵌合されてかしめ部２ｂにより連設されるガイド筒体３とを備えている。
【００３２】
４はパラフィンや銅粉の混合物からなり温度変化により熱膨張、熱収縮する熱膨張体（熱膨張性物質からなる）としてのワックスで、このワックス４は、ケース本体２内において下端部が後述する端子取り出し部５により、上端側がニトリルゴム等からなるダイアフラム６とによって封入されている。
【００３３】
前記ダイアフラム６は、前記ケース本体２の大径部２ａの内周側の段部と前記ガイド筒体３の内方端３ａとの間に介在して設けられている。なお、図中７はガイド筒体３に摺動自在に保持され前記ワックス４の膨張、収縮によってケース外に向かって進退動作する作動ピストン、８はこの作動ピストン７の内方端に、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ．Ｔ．Ｆ．Ｅ）等で作られたバックアッププレート９を介して配置されているニトリルゴム等からなるゴムピストンで、このゴムピストン８に対してダイアフラム６との間に封入した圧力伝達手段である流動物質１０によってワックス４の熱膨張、熱収縮が伝えられることにより、前記作動ピストン７が作動されるようになっている。
【００３４】
ここで、作動ピストン７は、図示しないリターンスプリング等によって付与される戻り力により、図中に図示したガイド筒体３への引き込み位置で保持され、ワックス４が熱膨張したときに軸線方向に移動してガイド筒体３から突出することになる。
【００３５】
１２は、ほぼ筒型形状を呈する発熱素子であって、図１および図２から明らかなように、前記ケース本体２内のほぼ中央位置にワックス４中に埋設された状態で配設されている。この発熱素子１２の内周側には、前記ケース本体２の反ピストン側の端部２ｃに設けた端子取り出し部５を介して外部電源（図示せず）と接続される電極部材１３が配設されている。そして、この発熱素子１２の周囲でケース本体２の内壁部との間には、前記ワックス４への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材１４が配設されている。この板ばね材１４は、図２に示すように、波状を呈する板ばねを筒状に湾曲させた形状をもち、前記発熱素子１２よりも大きい表面積を有している。
【００３６】
ここで、この実施の形態では、発熱素子１２として、自己温度制御機能をもつ発熱素子、たとえばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを用いている。このようなＰＴＣサーミスタは、正の抵抗温度係数をもつ発熱素子を有し、通電により発熱するとともに、温度上昇と共に抵抗値が増大することにより、自己温度制御機能が働き、発熱温度が飽和する特性をもつものであり、該ＰＴＣサーミスタによってサーモワックスの熱膨張、熱収縮を所要の状態で可変制御することにより、サーモエレメントを種々の条件に応じて所要の状態に作動制御し得るものである。
【００３７】
前記電極部材１３は、図２に示すように全体が筒状を呈するように導電性を有する板ばねによって形成されており、この電極部材１３には、前記発熱素子１２の内周部に圧接力を作用させるばね片１３ａが適宜の位置に突出するように設けられている。
【００３８】
前記板ばね材１４は導電性材料からなり、発熱素子１２の外周とケース本体２の内壁部とにそれぞれ波状部分が接触することにより、発熱素子１２とケース本体２とを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能している。
【００３９】
前記端子取り出し部５は、ケース本体２の端部にＯリング等のシール材１６ａを介在した状態で保持されるプラスチック材等からなる絶縁筒体１６と、該絶縁筒体１６中にもＯリング等のシール材１７ａを介在した状態で貫通配置されるターミナル端子（第１のターミナル端子）１７からなり、このターミナル端子１７が前記発熱素子１２内に設けた電極部材１３と電気的に接続されている。
なお、１８は、ケース本体２内において端子取り出し部５の内方端部分密封するために充填されたシール材で、これらのシール材１６ａ、１７ａ、１８によってこの端子取り出し部５における密封状態が確保されている。
【００４０】
以上の構成を有するサーモエレメント１によれば、ケース本体２内でワックス４内に埋設した筒状の発熱素子１２を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材１４によって所要の状態に位置決めして保持しているから、発熱素子１２からの発熱をワックス４に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。これは、板ばね材１４の波状部分が放熱フィンとして作用し、表面積も大きいためである。
また、発熱素子１２が円筒状を呈しているから、それ自体の表面積を多くとれるため、ワックス４への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。
【００４１】
また、発熱素子１２を、電極部材１３や板ばね材１４によって弾性的に挟み込んで保持しているから、発熱素子１２が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、品質上での信頼性や耐久性が向上する。
【００４２】
さらに、上述した実施の形態のような１極式の場合、ケース本体２の中央に内設した電極部材１３を介してケース本体２の端部の端子取り出し部５から第１のターミナル端子１７を介して取り出すとともに、他方は板ばね材１４を第２のターミナル端子としケース本体２を介して通電する構造であるため、発熱素子１２への通電経路が簡単となり、全体構造を簡素化することができる。
【００４３】
ここで、上述した図１および図２に示した実施の形態では、一方（第２）のターミナル端子をボディアースとした１極式の場合を説明したが、これに限らず、端子取り出し部５を２極式としてもよい。
この場合には、前記端子取り出し部５を、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子とによって構成し、第１のターミナル端子を発熱素子１２内に設けた電極部材１３と電気的に接続するとともに、第２のターミナル端子を板ばね材１４の一部に電気的に接続することによって構成すればよい。
【００４４】
なお、板ばね材１４のケース本体２の内壁部との接触部には、ケース本体２との間を絶縁する絶縁材を付設することが必要である。勿論、このときにも、板ばね材１４の外側をケース本体２の内壁部に接触させておくとよい。このようにすれば、ワックス４が熱膨張したときの耐圧による板ばね材１４や発熱素子１２の損傷を防ぐうえで効果的である。
【００４５】
図３は本発明の第２の実施の形態を示し、この実施の形態では、発熱素子２１が板状を呈する形状をもち、また端子取り出し部５が、第１および第２のターミナル端子２２，２３を絶縁筒体１７中に並設した状態で貫通保持させている。なお、この図３において、図１、図２と同一または相当する部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態では、板状の発熱素子２１をケース本体２内でほぼ中央位置に配設し、その板状面の両側に一対をなす電極部材２４，２５を配設するとともに、その外側であってケース本体２の内壁部との間に、波状の板ばね材２６，２７を配設している。ここで、発熱素子２１の板状面の一側に、第１の電極部材２４、第２の板ばね材２６が配設され、これが第１のターミナル端子２２に接続される。また、板状面の他側に、第２の電極部材２５、第１の板ばね材２７が接続され、これが第２のターミナル端子２３に接続されている。
【００４７】
前記電極部材２４，２５は、前記発熱素子２１と同様の大きさをもつほぼ平板状を呈しその内側面に板ばね片を適宜設けることにより、板状の発熱素子２１を両側から挟み込んで保持している。また、これらの電極部材２４，２５の端子引き出し部５側の端部には、前記ターミナル端子２２，２３の内方端にリベット止めあるいは溶接等で接続される接続片２４ａ，２５ａが形成され、この部分で導通されている。
【００４８】
このような構成においても、前述した実施の形態と同様に、ケース本体２内でワックス４内に埋設した板状の発熱素子２１を、電極部材２４，２５、さらに放熱フィンを兼ねる板ばね材２６，２７によって弾性的に保持しているから、発熱素子２１からの発熱をワックス４に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。
【００４９】
なお、このような２極式構造のものでは、板ばね材２６，２７のケース本体２の内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材２６，２７のケース本体２との間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材２６，２７の外側部分をケースに接触させることで、ワックス４の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことができる。しかし、これに限らず、板ばね材２６，２７の外側とケース本体２との間に隙間を持たせてもよい。このときには、発熱素子２１は、電極部材２４，２５による弾性保持のみで保持されることになる。
【００５０】
ここで、上述した実施の形態では、板状発熱素子２１をケース本体２のほぼ中央部分に配設し、両側に電極部材２４，２５、さらに板ばね材２６，２７を設けた例を説明したが、これに限定されない。
たとえば図４に示すように、板状発熱素子２１を、ケース本体２内で板状面に直交するいずれか一方にずらして位置させ、その板状面の一側に電極部材２４を配設するとともに、他側に板ばね材２７を配設する等の変形例が考えられる。
【００５１】
また、いずれか一方の電極部材を省略し、板ばね材で直接発熱素子２１を保持するように構成してもよい。このときには、その板ばね材は、発熱素子２１とケース本体２の内壁部との間にそれぞれ接触する状態で配設することが必要である。そして、２極式の場合には、当該板ばね材の一部を前記ターミナル端子２２または２３に接続すればよい。
【００５２】
一方、ボディアース等、１極式の場合には、板ばね材を絶縁材を介在させることなく、両方に接触させるとよい。このときには、端子引き出し部５は、図１に示すように、１本のターミナル端子のみが貫通保持されている構造となることは言うまでもない。
【００５３】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえばワックス４の熱膨張によって作動ピストン７を作動させる圧力伝達部の構造、端子取り出し部５の形状、構造、あるいはそれらのシール構造等としては種々の変形例が考えられる。
【００５４】
また、本発明に係るサーモエレメント１は、たとえば内燃機関等の冷却水系統に配置され該冷却水の温度変化、さらには車輌の走行状態等の各種の制御情報に応じて熱膨張体への温度を変化させる場合に用いて効果的であるが、これに限らず、熱膨張体の熱膨張、熱収縮を利用して作動ピストンを動作させるサーモエレメントであって、内部に発熱素子を設け、これに適宜通電制御することにより該ピストンの動きを制御することが必要な機器、装置に適用してもよいことは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るサーモエレメントによれば、筒型ケース内で熱膨張体内に埋設した筒状または板状の発熱素子（抵抗発熱体であっても、ＰＴＣサーミスタであってもよい）を、放熱フィンや電極を兼ねる板ばね材によって保持しているから、発熱素子からの発熱を熱膨張体に効率よくしかも迅速に伝熱することができる。したがって、たとえば電子制御サーモスタットの水温可変制御などに使用する際に、サーモエレメントとしての所要の効果を発揮させることができる。
【００５６】
また、本発明によれば、円筒状の発熱素子を用いると、それ自体の表面積を多くとれるため、熱膨張体への伝熱がより一層迅速かつ確実に行える。さらに、２極式構造において、板ばね材のケース内壁部との接触部に絶縁材を付設することにより、板ばね材のケースとの間の絶縁性を確保できるとともに、板ばね材の外側部分をケースに接触させることで、熱膨張体の熱膨張時における耐圧による損傷を防ぐことが可能となる。
【００５７】
また、本発明によれば、発熱素子を、電極部材や板ばね材によって挟み込むことによりケース内に保持しているから、発熱素子が、セラミック系材料からなるＰＴＣサーミスタであっても、割れなどの損傷がなくなり、信頼性や耐久性が向上する。
【００５８】
さらに、本発明において、１極式の場合、ケース中央に内設した電極部材を介してケース端部の端子取り出し部からターミナル端子を介して取り出すとともに、他方は板ばね材をターミナル端子としケースを介して通電する構造であるため、全体構造が簡素化する。また、このようにすれば、端子取り出し部に十分なシール材を設けるスペースが確保でき、熱膨張体の漏れ等に対する信頼性が向上する。
【００５９】
さらに、本発明において、板状の発熱素子を、ケース本体内で板状面に直交するいずれか一方にずらして位置させ、その他方側に板ばね材を配置することにより、発熱素子とその伝熱手段として機能する板ばね材とをケース内の全域にわたってバランス良く配置した状態とすることができるから、１極式のものであっても、該ケース内に封入したワックスを全体にわたって効率よく温度上昇させることが可能となる。
【００６０】
また、本発明によれば、発熱素子としてＰＴＣサーミスタを用い、自己温度制御機能を持たせることにより、外部コントローラからの通電制御を不要とし、しかもサーモエレメントとして所要の作動性能をもつものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るサーモエレメントの第１の実施の形態を示し、（ａ）はサーモエレメントの縦断側面図、（ｂ）はそのI−I線断面図である。
【図２】 図１に示したサーモエレメントの要部である内部部品を分解して示す概略斜視図である。
【図３】 本発明に係るサーモエレメントの第２の実施の形態を示し、（ａ）はサーモエレメントの縦断側面図、（ｂ）はそのIII−III線断面図である。
【図４】 本発明の変形例を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１…サーモエレメント、２…筒型ケース、３…ガイド筒体、４…熱膨張体としてのワックス、５…端子取り出し部、６…ダイアフラム、７…作動ピストン、１２…円筒状の発熱素子（抵抗発熱体、ＰＴＣサーミスタ等）、１３…電極部材、１４…板ばね材、１６…絶縁筒体、１７…ターミナル端子、１６ａ，１７ａ，１８…シール材、２１…板状発熱素子（抵抗発熱体、ＰＴＣサーミスタ等）、２２，２３…ターミナル端子、２４，２５…電極部材、２６，２７…板ばね材。
Claims (18)
- 筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、
前記発熱素子はほぼ筒型形状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、
この発熱素子の内周側に前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材を配設するとともに、
前記発熱素子の周囲でケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材を配設しており、
該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１記載のサーモエレメントにおいて、
前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、
このターミナル端子が前記発熱素子内に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１または請求項２記載のサーモエレメントにおいて、前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の外周部とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子とケースとを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とするサーモエレメント。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、
この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１記載のサーモエレメントにおいて、
前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子を備えてなり、
前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の内周側に配設された電極部材と電気的に接続されるとともに、
前記第２のターミナル端子が前記発熱素子の外周側に配設された板ばね材または前記発熱素子の外周面の少なくともいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項５記載のサーモエレメントにおいて、
前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 筒型ケース内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストンをケース外に進退動作させるための熱膨張体と、前記ケース内部に配設され前記熱膨張体に熱影響を与える発熱素子とを備えているサーモエレメントであって、
前記発熱素子はほぼ板状を呈し、前記ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体中に埋設された状態で配設され、
この発熱素子の板状面の一側には前記ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部を介して外部電源と接続される電極部材が配設されるとともに、
前記発熱素子の板状面の他側でケース内壁部との間には、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを兼ねる板ばね材が配設されており、
該板ばね材は、前記発熱素子よりも大きい表面積を有していることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８記載のサーモエレメントにおいて、
前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にシール材を介在した状態で貫通配置されるターミナル端子からなり、
このターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８または請求項９記載のサーモエレメントにおいて、
前記板ばね材は導電性材料からなり、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とに接触することにより、発熱素子の板状面の他側とケース内壁部とを電気的に導通させる第２のターミナル端子として機能していることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記発熱素子の板状面の一側に配設した電極部材と前記ケース内壁部との間に、前記熱膨張体への放熱を行う放熱フィンを有する第２の板ばね材を配設し、
かつこの第２の板ばね材の電極部材側またはケース内壁部との接触部に絶縁材を付設したことを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記板状発熱素子を、前記ケース内で中央位置から板状面に直交する方向に向かってずれた位置に配設し、
この発熱素子のケース内壁部に近接する側に電極部材を配設するとともに、反対側に板ばね材を配設したことを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記電極部材は、導電性を有する板ばね材からなり、
この電極部材には、前記発熱素子の内周部に圧接力を作用させるばね片が設けられていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８記載のサーモエレメントにおいて、
前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子とからなり、
前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の板状面の一側に設けた電極部材と電気的に接続されるとともに、
前記第２のターミナル端子が前記板ばね材または前記発熱素子の板状面の他側のいずれか一方に電気的に接続されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１４記載のサーモエレメントにおいて、
前記板ばね材のケースとの接触部には、ケースとの間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８記載のサーモエレメントにおいて、
前記板状発熱素子の板状面の他側と前記板ばね材との間に、第２の電極部材が介在して配置されており、
前記端子取り出し部は、ケース端部にシール材を介在した状態で保持される絶縁筒体と、該絶縁筒体中にそれぞれシール材を介在した状態で貫通配置される第１および第２のターミナル端子と備え、
前記第１のターミナル端子が前記発熱素子の一側に設けた電極部材と電気的に接続され、
前記第２のターミナル端子は、前記第２の電極部材と電気的に接続されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項１６記載のサーモエレメントにおいて、
前記板ばね材のケース内壁部との接触部には、ケース内壁部との間を絶縁する絶縁材が付設されていることを特徴とするサーモエレメント。 - 請求項８ないし請求項１７のいずれか１項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記発熱素子は、自己温度制御機能を有するＰＴＣサーミスタとして構成されていることを特徴とするサーモエレメント。
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