JP4223137B2 - サーモスタット装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技師分野】
本発明は、支承されたシャフト部を支点として回動する弁体を備えたサーモスタット装置に係り、特に、サーモスタット装置の組み付けの簡素化、小型化、軽量化を可能にするサーモスタット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関等の冷却系統に配設されるサーモスタット装置は、冷却系統の循環流路に充填される冷却液の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するセンサケースを備える。そして、この熱膨張体の膨張・収縮に伴う体積変化によって弁体の開閉を行い、冷却液を所定の温度に保持する。
【０００３】
一般的なサーモスタット装置として、例えば、図７、図８に示すポペットタイプのものがある。図７は循環流路にポペットタイプのサーモスタット装置を配設した状態を示す模式図であり、（ａ）はバイパス流路を開いている状態を示し、（ｂ）はバイパス流路を閉じている状態を示す。また、図８は、ポペットタイプのサーモスタット装置の部分断面側面図である。
【０００４】
このサーモスタット装置１Ａ（以下、第１従来装置１Ａという）は、図８の如く、第一の弁体１０１と第二の弁体１０２（バイパスバルブ）を有する。そして、エンジンＥの暖気運転開始時等の冷却液が低温の場合（図７（ａ）を参照）には、第一の弁体１０１を閉弁状態とし、放熱器Ｒ側の循環流路４を遮断する。なお、この状態で、第二の弁体１０２（バイパスバルブ）は開弁状態となっており、冷却液が、エンジンＥの出口側よりバイパス流路３を経由してエンジンＥの入口側へ循環する。
【０００５】
冷却液が設定温度以上に暖められると、センサケース１０３内の熱膨張体が膨張し、ピストンロッド１０４を介して第一の弁体１０１を開弁状態とし、冷却液を放熱器Ｒ側の循環流路４に流通させる。なお、この状態で、弁体１０２（バイパスバルブ）は閉弁状態となっており、バイパス流路３を遮断している。
【０００６】
このような機能を有する第１従来装置１Ａは、単に高温になった内燃機関等の冷却用として供されるだけのものではなく、特に冷却液の温度維持、急激な温度変化への対応から、図７に示す入口側に配設される場合が多い。
図７では、内燃機関等の入口側、即ち、エンジンＥからバイパス流路３を経由して来る冷却液と放熱器Ｒから来る冷却液とが混ざり合う位置に第１従来装置１Ａを配設している。すると、出口側に配設される場合よりも、温度の異なる冷却液がミキシングされ易くなる。その結果、水温ハンチングの幅が少なくなり、またバイパス流路３と放熱器Ｒとのバランスにより差圧変動が小さくなり好適である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このポペットタイプの第１従来装置１Ａでは、第一の弁体１０１と第二の弁体１０２（バイパスパルプ）とが循環流路４内に配設されている。また、これら弁体１０１、１０２（バイパスバルブ）を駆動するピストンロッド１０４も常時、冷却液中にある。そのためピストンロッド１０４とピストンガイド１０５に冷却液が浸入し、バルブの開閉作用に影響を与えることがある。
また、冷却液に含まれる成分によっては、これらの部材に水あか等が固着してその機能を損なわせる場合もある。その結果、循環流路４やバイパス流路３での冷却液の正確な温度コントロールができなくなり、エンジンＥの性能が低下する等の問題がある。
【０００８】
さらに、冷却液の感知部であるセンサケース１０３および第一の弁体１０１並びに第二の弁体１０２（バイパスバルブ）が循環流路４内に配設されるため、冷却液の通水抵抗が大きくなる。そのため、所定の流量を得るために、第１従来装置１Ａを内装する循環流路の内径を大きし、かつ第一の弁体１０１の弁径を大きくする必要が生じた。その結果、第１従来装置１Ａ自体の小型化を図ることができず、さらには、第１従来装置１Ａの配設が複雑になり易かった。
【０００９】
このようなポペットタイプの第１従来装置１Ａに代えて、実開平２−１４５８３号公報に開示されたサーモスタット装置（以下、第２従来装置という）を利用する場合がある。図９は、この第２従来装置を循環流路に配設した状態を示す模式図である。
第２従来装置１Ｂは、循環流路４を遮断するバタフライバルブ１０６と流体の温度を検知する検出部１０７を循環流路４内に備え、検出部１０７で得た結果から弁体１０１を回動させて冷却液の流量調整を行うタイプのものであり、弁体１０１の回動を行う駆動機構を循環流路４外に配設する。
【００１０】
このような第２従来装置１Ｂによれば、冷却液からの機能部品の保護、および必要に応じた弁径の拡縮が可能となり、前記第１従来装置１Ａと比較した場合に幾つかの利点がある。
しかし、この第２従来装置１Ｂでは、いきおい装置自体が大掛かりになり易く、また、バイパス流路３の流量と循環流路４の流量を正確に制御することは困難であり、時に、オーバーシュートやハンチングが発生する可能性があった。
【００１１】
そこで、この第２従来装置１Ｂの問題点を解消するため、例えば、前記第１従来装置にバタフライバルブを組み合わせたタイプのサーモスタット装置（以下、第３従来装置という）を利用する場合がある。この第３従来装置では、熱膨張体の膨張・収縮作用、およびコイルバネ等の付勢作用を利用してバタフライバルブを開閉する。しかし、この第３従来装置では、通常、コイルバネ等の螺旋方向の付勢力を利用してバタフライバルブのシャフトを回動させていたため、付勢力の大きさの設定（以下、荷重設定）が困難であった。また、このような構造では、コイルバネ等の応力が大きくなり、コイルバネ等の寿命が短くなり易かった。
【００１２】
本発明は、以上の問題を解決することを目的としている。つまり、本発明の目的は、前記第１従来装置１Ａ、および第２従来装置１Ｂ等の利点を維持したまま、安定した弁体の作動を可能としてオーバーシュートやハンチングを防止し、さらに、サーモスタット装置の組み付け構造の簡略化、小型化を可能にするサーモスタット装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
つまり、本発明は、アッパーケースとロアケースとからなり、循環流体が流動する循環流路を内部に形成するケース部と、このケース部内に配設される付勢部材と、前記循環流体の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の作用および前記付勢部材の作用によって往復動するサーモエレメントを備えたエレメントアッセンブリと、シャフト部を前記ケース部に支承され、このシャフト部を支点とした回動によって前記循環流路を開閉する弁体を備えたバルブアッセンブリとを有し、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させ、この弁体の開閉によって前記循環流体の流量制御を行うサーモスタット装置であって、前記バルブアッセンブリを構成する各要素を予め組み付けて一体形成しておき、このバルブアッセンブリを、前記付勢部材および前記エレメントアッセンブリとともに前記アッパーケース内に組み付け、さらに、このアッパーケースに対して前記シャフト部を挟んで対向する位置から前記ロアケースを取り付けることにより、前記付勢部材、前記エレメントアッセンブリ、前記バルブアッセンブリを挟み付けて固定することを特徴とするサーモスタット装置とした。
本発明によれば、バルブアッセンブリを予め組み付けて一体形成するため、組み付けのための作業時間を短縮化でき、また、部品点数を減少させることができる。
【００１４】
また、前記バルブアッセンブリを挟んで前記エレメントアッセンブリと対向する位置に付勢部材を配設し、この付勢部材の直線方向の付勢力を利用して前記循環流路を開閉制御する弁体を閉方向へ付勢することを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、付勢部材の直線方向の付勢力を利用するため、例えば、回転方向の付勢力を利用する場合に比べ、荷重設定が正確となり、また、付勢部材の応力も少なくて済むため、付勢部材自体の寿命も長くなる。
【００１５】
また、前記シャフト部は、前記循環流路を跨いだ位置で支承させるとともに、さらに前記エレメントアッセンブリを挟んだ外側にてシャフト部を支承させることを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、シャフト部の偏荷重を少なくすることができる。
【００１６】
また、前記エレメントアッセンブリは、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向に往復動するリテーナ部を有し、このリテーナ部が原節となり、前記シャフト部に形成するカム部が従節となる関係において、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させる前記各サーモスタット装置であって、
前記カム部は、前記シャフト部の軸線を回転中心線とする支柱部と、前記リテーナ部に係合し、前記リテーナ部の往復動に伴いながら前記回転中心線を支点として揺動するカムプレートとからなり、前記支柱部の径が、前記リテーナ部側を短く形成し、かつ、反対側を長く形成したことを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、前記支柱部の径を、前記リテーナ側で短くすることにより、カム部の偏磨耗を防止できる。また、本発明では、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向にリテーナ部が往復動し、このリテーナ部が原節となる一方、カム部が従節となる関係であり、エレメント側により近くシャフト部（カム部を含む）を配置させることができる。そのため、サーモスタット装置自体をコンパクトにすることができる。
【００１７】
さらに、前記サーモエレメント近傍であり、前記ロアケース内の前記冷却液から遮断される位置に外部発熱体を備え付けたり、この外部発熱体へ通電するためのコネクタを、前記バルブアッセンブリを挟んで前記サーモエレメントの反対側となる対称位置に備え付けたことを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、冷却液の温度に左右されず、強制的にサーモエレメントを加熱、冷却することができるため、弁体の開閉を適宜に行うことができる。また、この外部発熱体は、冷却液から隔離されるため、ショート等の発生を防止できる。また、外部発熱体を通電するコネクタが冷却液に触れてショートする不都合も軽減でき、さらに、サーモスタット装置自体をコンパクトにまとめることができる。
【００１８】
また、樹脂を利用して成形したことを特徴とする前記サーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、前記ケース部や前記バルブアッセンブリの一体成形が可能となり、部品点数の減少を効果的に促進できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を、実施の形態に基づき、図面を参照しながら具体的に説明する。図１はサーモスタット装置の縦断面図である。また、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。さらに、図３は主にバルブアッセンブリの組み付け状態を示す概略斜視図である。
【００２０】
本実施の形態に係るサーモスタット装置１は、前記第１従来装置１Ａ（図７参照）と同様、内燃機関等の入口側である循環流路４に、ケース部６を備え付けることによって配設される。また、この循環流路４内には、本実施の形態において循環流体となる冷却液が流動し、サーモスタット装置１によって循環流路４を流動する冷却液の流量制御が行われる。その結果、温度の異なる冷却液が適宜ミキシングされ、一定の温度に保持される。
ケース部６は、アッパーケース７とロアケース８からなり、内部に循環流路の一部となる流路部７１を有する。また、このケース部６の内部には、バルブアッセンブリ２やエレメントアッセンブリ５等が組み付けられる。
【００２１】
アッパーケース７には、上下両側に循環流路４に接続する開口部７ａ、７ｂが形成されている。そして、このアッパーケース７内に、ロアケース８を嵌め込んで取り付けると、流路部７１が、各開口部７ａ、７ｂ側に分断される。この分断された流路部７１は、弁体２１の開閉によって連通、遮断される。ちなみに、下側の流路部７１は、エンジンＥ（図７参照）側の循環流路４に接続し、上側の流路部７１は、放熱器Ｒ（図７参照）側の循環流路４に接続する。さらに、図１中の二点鎖線で示す弁体２１は、流路部７１を開いた状態を示す。
【００２２】
アッパーケース７には、さらにバイパス流路部３ａが形成されている。つまりロアケース８をアッパーケース７に取り付けると、ロアケース８の側壁８ａとバイパス流路部３ａで囲まれた空間が、バイパス流路３の一部となる。なお、ロアケース８の側壁８ａには、貫通孔８２（図３参照）が形成され、バイパス流路３と流路部７１との出入口となる。
【００２３】
アッパーケース７とロアケース８は、ボルトによる締結によって一体となる。また、アッパーケース７内には、バルブアッセンブリ２およびエレメントアッセンブリ５並びに付勢部材であるリターンスプリング９が組み付けられており、ロアケース８を取り付けることによって前記バルブアッセンブリ２等が固定される。以下、アッパーケース７とロアケース８からなるケース部６内に組み付けられ、かつ固定されるバルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５、リターンスプリング９を説明する。
【００２４】
バルブアッセンブリ２は、図３の如く、各要素が予め組み付いた状態で一体的に形成されている。このバルブアッセンブリ２の各要素について説明する。ケース部６内の流路部７１を横断する位置には、略円形の弁体２１が配設される。この弁体２１には、直径方向に突出形成されたシャフト部２２ａ、２２ｂが形成され、このシャフト部２２ａ、２２ｂをアッパーケース７とロアケース８とが挟み付けて支承する。つまり、弁体２１は、シャフト部２２ａ、２２ｂの軸線を支点として回動し、この回動によって流路部７１を開閉する。ちなみに、本実施の形態におけるアッパーケース７とロアケース８には、シャフト部２２ａ、２２ｂを支承する位置に、位置決め用の突起、段差等が形成されている。つまり、この突起、段差等が受け部７７、８８（図４参照）となり、シャフト部２２ａ、２２ｂを回動自在に支持し、かつ、シャフト部２２ａ、２２ｂの位置ずれを防止する。
【００２５】
シャフト部２２ｂの外側端部（図１における右側端部）には、内側カムプレート２３ａが固設されている。また、この内側カムプレート２３ａの外側には、断面扇状の支柱部２３ｃを介して外側カムプレート２３ｂが固設されている。この内側カムプレート２３ａ、外側カムプレート２３ｂ、支柱部２３ｃが本実施の形態におけるカム部２３である。このカム部２３について詳しく説明する。
【００２６】
支柱部２３ｃは、シャフト部２２ａ、２２ｂの軸線を回転中心線ＣＬとして回転する。また、支柱部２３ｃの脇には、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの軸線に対して直交方向に往復動するリテーナ部５１、つまりエレメントアッセンブリ５の要素の一部が位置する。
【００２７】
本実施の形態に係る内側カムプレート２３ａおよび外側カムプレート２３ｂは、それぞれ円形の一部を切り欠いた同一形状のプレート体であり、この円形の中心が、支柱部２３ｃの回転中心線ＣＬに対してリテーナ部５１側に偏芯している。また、この各カムプレート２３ａ、２３ｂは、リテーナ部５１と係合しており、リテーナ部５１に伴って揺動する。この揺動が、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの回動となり、弁体２１の開閉につながる。また、支柱部２３ｃは、回転中心線ＣＬを基準にした外縁までの径が、リテーナ部５１側で短く、反対側が長くなっている。このような構造とすることにより、カム部２３の偏磨耗を防止でき、サーモスタット装置１自体の小型化にも寄与する。
【００２８】
なお、図１、図３中の符号２４で示す部材は、バイパスバルブである。バイパスバルブ２４は、弁体２１の下面で、この弁体２１とともにシャフト部２２ａに一体形成されている。したがって、弁体２１が回動して流路部７１を開くと、バイパスバルブ２４も揺動して持ち上がり、バイパス流路３の出入口となる貫通孔８２（図３参照）を塞ぐ。つまり、バイパスバルブ２４と弁体２１とが一体形成されたバルブアッセンブリ２の作用により、流路部７１の連通、遮断、さらには、バイパス流路３の連通、遮断が同時に行われる。
【００２９】
また、本実施の形態に係るサーモスタット装置１では、前記外側カムプレート２３ｂの外側（図１の右側）に、さらに別のシャフト部２２ｃが突出形成されている。このシャフト部２２ｃは、前記シャフト部２２ａ、２２ｂと同様、ケース部６によって支承されており、前記各シャフト部２２ａ、２２ｂと同一の回転軸線を有する。つまり、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ２のシャフト部２２ａ、２２ｂは、流路部７１を跨いだ位置で支承され、シャフト部２２ｃはエレメントアッセンブリ５を挟んだ外側にて支承されている。このような構造とすることにより、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃにかかる偏荷重は軽減される。
【００３０】
続いて、前記リテーナ部５１を要素の一部に含むエレメントアッセンブリ５について説明する。エレメントアッセンブリ５は、図１、図２の如くリテーナ部５１と、このリテーナ部５１を往復動させるサーモエレメント５２に大別される。リテーナ部５１は、上端にガイドバー５１ａを設けた筒体５１ｃと、この筒体５１ｃの外周面に固設された枠体５１ｂからなる。枠体５１ｂは略コ字形状をなし、開口でカム部２３の各カムプレート２３ａ、２３ｂを咥え込むように備え付けられる（図２、図３参照）。つまり、枠体５１ｂが各カムプレート２３ａ、２３ｂを咥え込んだ状態が、リテーナ部５１とカム部２３との係合状態である。そして、枠体５１ｂの往復動の際、各カムプレート２３ａ、２３ｂの円周面は、枠体５１ｂの内壁に一部を当接させたまま回動（揺動）する。
【００３１】
リテーナ部５１の筒体５１ｃ内には、サーモエレメント５２のシリンダ部５２ａが収装されている。また、このシリンダ部５２ａ内には、ピストン５２ｂが内装されている。このピストン５２ｂは、シリンダ部５２ａの上端から出没自在であり、シリンダ部５２ａの下部には、熱膨張体Ｗ等が内蔵されている。この熱膨張体Ｗは、ワックスケース５２ｇによって取り囲まれ、流路部７１を流動する冷却液の温度が、ワックスケース５２ｇを介して熱膨張体Ｗに伝播する。この熱伝播により、熱膨張体Ｗが膨張・収縮する。
【００３２】
熱膨張体Ｗの膨張・収縮作用は、ダイヤフラム５２ｆ、半流動体５２ｅ、バックアッププレート５２ｄ等を介してピストン５２ｂに伝わる。熱膨張体Ｗの膨張により突出したピストン５２ｂは、キャップ体５１ｄを押し上げる。このキャップ部５１ｄの押し上げにより、リテーナ部５１全体が持ち上がる。なお、キャップ体５１ｄは、下端周りをベローズ５２ｃによって保持されており、外周面が筒体５１ｃの内壁に接している。また、ベローズ５２ｃは、筒体５１ｃの内壁とシリンダ部５２ａとの間の密封性を担保する。ちなみに、この密封性担保の手段は、ベローズ５２ｃに限定されず、例えば、オーリング、パッキン、オイルシール等のシール部材を使用した構造であっても良い。
【００３３】
続いて、ケース部６内におけるバルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５、さらに、リターンスプリング９の組み付けについて、主に図４を参照しながら説明する。なお、図４は、サーモスタット装置１の分解断面図である。
アッパーケース７には、エレメントアッセンブリ５の上部、つまり主にリテーナ部５１が嵌め込まれる円柱状の室部７５が形成されている。この室部７５には、天井面から下方に向けて筒状ガイド体７３が突出形成されており、この筒状ガイド体７３内にリテーナ部５１のガイドバー５１ａが嵌入する。また、この筒状ガイド体７３周りには、リターンスプリング９が配設され、このリターンスプリング９が、室部７５内で、リテーナ部５１を下方に付勢する。
【００３４】
なお、本実施の形態におけるリターンスプリング９は、バルブアッセンブリ２を挟んで対向する位置、つまりアッパーケース７内に配設されている。また、このリターンスプリング９は、コイルスプリングであり、下方に向けた直線方向の付勢力により、エレメントアッセンブリ５を介して弁体２１を閉方向に付勢する。このような構造とすることにより、付勢部材の荷重設定が正確となり、また、付勢部材自体の応力を小さく設定できるので、寿命が長くなる。また、回転モーメントも小さくできるので、シャフト径も細くすることが可能となる。
【００３５】
ロアケース８には、エレメントアッセンブリ５の下部、つまり、主にサーモエレメント５２が嵌め込まれる筒状室部８７が形成されている。この筒状室部８７の側面には、貫通穴８３が形成されている。したがって、流路部７１に流れ込んだ冷却液は、この貫通孔８３を通ってワックスケース５２ｇ周りを流動する。その結果、冷却液の温度がワックスケース５２ｇを介して効率良く熱膨張体Ｗに伝播する。
【００３６】
筒状室部８７の下端は開口しており、この下端部にＰＴＣ、ペルチェ素子等の外部発熱体５３が備え付けられる。なお、この外部発熱体５３は、シール部材Ｓを噛ましたキャップ５４の螺合締結、もしくは嵌め合い（例えば、コネクタ等の接続構造を利用したもの）によって固定される。一方、サーモエレメント５２のワックスケース５２ｇと筒状室部８７との間にも、シール部材Ｓを環装している。したがって、外部発熱体５３は、冷却液とは隔離され、冷却液浸入の心配はない。その結果、外部発熱体５３が冷却液に触れてショートするという不具合が防止される。また、この外部発熱体５３には、図２の如く内部に銅電線等を有するハーネス５５が接続され、さらにこのハーネス５５に通電のためのコネクタ５６がつながる。ちなみに、ロアケース８内に、ハーネス５５等をインサート成形することもできる。このように、インサート成形とすれば、キャップ５４、シール部材Ｓを無くして部品点数を軽減でき、併せて、冷却液の浸入という不具合を効果的に防止できる。
【００３７】
この外部発熱体５３を備え付けることにより、以下の作用を奏する。つまり、外部（ＥＣＵ）からの信号に基づいて外部発熱体５３に通電すると、この外部発熱体５３は発熱する。また、この外部発熱体５３がペルチェ素子等であれば、冷却する場合もある。このような外部発熱体５３を利用することにより、例えば、内燃機関等の暖気運転が不十分で冷却液の温度は上昇していない場合等にも、強制的に弁体２１に開動作を行わせることができる。また、逆に強制的に弁体２１に閉動作させることも可能となり、種々の状況に応じた適応性が広がる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、サーモエレメント５２の下端部、つまり、ワックスケース５２ｇに接触する位置に外部発熱体５３を備え付けている。しかし、請求の範囲に記載の「近傍」の意味は、サーモエレメント５２の下端部に限定されるものではない。つまり、冷却液からの熱伝播に左右されず、熱膨張体Ｗを膨張・収縮させることが可能な位置であれば足りる。
【００３９】
また、本実施の形態では、コネクタ５６は、バルブアッセンブリ２を挟んでサーモエレメント５２の反対側となる対称位置、つまりアッパーケース７側に位置する（図１参照）。その結果、コネクタ５６が、冷却液に触れてショート等し難くなり、また、サーモスタット装置１自体がコンパクトにまとまる。
【００４０】
バルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５等が内部に組み付けられるアッパーケース７とロアケース８とは、ボルトによって取り付けられる。具体的には、アッパーケース７内にロアケース８が嵌まり込み、アッパーケース７内の係止部７６にロアケース８の上端が当接して係止されボルト止めが行われる。また、このアッパーケース７とロアケース８とが当接する箇所には、バルブアッセンブリ２のシャフト部２２ａ等を支承する受け部７７、８８が形成されている。
【００４１】
つまり、アッパーケース７に対し、シャフト部２２ａ等を挟んで対向する位置からロアケース８を取り付けることにより、バルブアッセンブリ２、リターンスプリング９およびエレメントアッセンブリ５の組み付け、固定が行われ、サーモスタット装置１の形成が終わる。なお、詳述は避けたが、図１から図４中の符号Ｓで示す部材は、シール部材である。
【００４２】
アッパーケース７、ロアケース８、バルブアッセンブリ２等は、アルミ、アルミ合金、樹脂等を適宜利用して成形することができる。特に、樹脂を利用してアッパーケース７やロアケース８、さらに、バルブアッセンブリ２等を成形するものとすれば、他の材料を利用する場合に比べて、特別な作用を奏する。この作用について、具体的に説明する。
【００４３】
まず、樹脂の利用によって、全体重量の軽量化が可能となる。特に、本実施の形態に係るサーモスタット装置１が、自動車等に装備される場合には、この軽量化という課題は、非常に重要な問題である。
また、各部材の一体成形が可能となる。例えば、バルブアッセンブリ２は、弁体２１、シャフト部２２ａ、２２ｂ等といった各要素が一体に組み付いて形成される。したがって、通常は、この各要素を個々に製作し、組み付けて一体とする必要がある。しかし、この各要素を樹脂にて成形するものとすれば、最初から一体となった状態での成形が可能となり、部品点数の削減に効果的に寄与し、さらに、組み付けに必要なねじ加工等が不用となり、作業性が向上する。また、樹脂を利用することにより、軽量化を図ることが可能となる。
【００４４】
また、樹脂を利用した場合、後処理（仕上げ処理）の必要がほとんどない。そのため、アルミ合金等の材料を利用した場合に比べて、作業性が向上し、コストダウン等にもつながる。
また、本実施の形態では、シャフト部２２ａ、２２ｂは、流路部７１を跨いだ位置で支承され、シャフト部２２ｃはエレメントアッセンブリ５を挟んだ外側にて支承されているため、偏荷重が防止される構造となっている。そのため、樹脂にて成形したバルブアッセンブリ５に変更する場合であっても、シャフト径を変更（太く）し、偏荷重に耐え得る寸法とする必要がない。つまり、本実施の形態によれば、樹脂材への置換が適宜可能であり、その結果、全体的な重量の低減を効果的に図ることができる。
【００４５】
サーモスタット装置１の作用について説明する。
図５および図６は、サーモスタット装置１における主にエレメントアッセンブリ５の作用を説明する概略側面図であり、図５はサーモエレメント５２とリテーナ部５１との関係を示し、図６はリテーナ部５１とカム部２３との関係を示す。また、図５と図６は、共に、（ａ）で熱膨張体の収縮時を示し、（ｂ）で熱膨張体の膨張時を示す。
【００４６】
流路部７１内を流動する冷却液の温度が低い場合、図５（ａ）、図６（ａ）の如く、熱膨張体Ｗは、収縮している。この場合、図５（ａ）の如くサーモエレメント５２のピストン５２ｂは、没しており、リターンスプリング９の付勢力によってリテーナ部５１は、下方に位置する。リテーナ部５１が下方にある場合、図６（ａ）の如く、支柱部２３ｃが枠体５１ｂ内の上部に位置し、弁体２１は、流路部７１を閉じた状態にある。
【００４７】
冷却液の温度が上昇した場合、エレメントアッセンブリ５の熱膨張体Ｗが膨張する。この場合、図５（ｂ）の如くサーモエレメント５２のピストン５２ｂは、距離ｄだけ突出し、リターンスプリング９の付勢力に反してリテーナ部５１を距離ｄだけ押し上げる（図６（ｂ）参照）。
すると、図６（ｂ）の如く、外側カムプレート２３ｂ（内側カムプレート２３ａも同様）が、枠体５１ｂ内に一部を摺接させながら回動（揺動）する。この揺動に伴って支柱部２２ｃ、およびシャフト部２２ａ等が回動し、弁体２１を回動させる。つまり、リテーナ部５１が原節となり、カム部２３が従節となる関係において、サーモエレメント５２の往復動と弁体２１の開閉とは連動する。
【００４８】
以下、本実施の形態に係るサーモスタット装置１を利用した冷却液の温度制御を概説する。冷却液の温度が、所定の温度より低い場合、エレメントアッセンブリ５の作用によって弁体２１は流路部７１を閉じている。この場合には、バイパス流路３とエンジンＥ側の循環流路４との間で冷却液は循環し、エンジンＥの駆動に伴って暖気が図られる（図７（ａ）参照）。一方、冷却液が所定の温度以上になった場合には、エレメントアッセンブリ５の作用によって弁体２１は流路部７１を徐々に開き、あわせてバイパス流路３を閉じる。すると、放熱器Ｒ側の循環流路４が開いて低温の冷却液が混入され、冷却液が冷やされる（図７（ｂ）参照）。この作用の繰り返しにより、冷却液の温度は一定の範囲に保たれる。
【００４９】
以上説明したサーモスタット装置１によれば、安定した弁体２１の作動を可能としてオーバーシュートやハンチングを防止し、さらに、サーモスタット装置１の組み付け構造の簡略化、小型化を図ることができる。
また、本実施の形態に係るサーモスタット装置１の如く、外部発熱体５３を備え付けていれば、例えば、暖気が不十分な状態で、放熱器Ｒ側の循環流路４を開きたい場合にも、外部発熱体５３に通電して熱膨張体Ｗを加熱し、熱膨張体Ｗを膨張させて弁体２１を強制的に開くことが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、故障等の発生を軽減し、安定した弁体の作動を可能する。
さらに、サーモスタット装置自体の小型化、組み付け作業の簡略化、部品点数の減少を可能にする。
また、請求項２に係る発明によれば、付勢部材は、サーモエレメントの往復動に作用するものであり、さらに、この往復動が前記弁体に連動するものである。そのため、シャフト部に直接関与する付勢部材の必要がなくなり、コイルバネ等の螺旋方向の付勢力を利用してシャフト部を回転させる必要がなくなる。その結果、前記効果に付随し、例えば、回転方向の付勢力を利用する場合に比べ、荷重設定が正確となり、また、付勢部材の応力も少なくて済むため、付勢部材自体の寿命も長くなる。また、シャフト部の軸方向の張り出しを小さくでき、サーモスタット装置自体を小型化できる。
【００５１】
また、請求項３に係る発明では、前記効果に付随し、シャフト部の偏荷重を少なくすることができる。
【００５２】
また、請求項４に係る発明によれば、前記効果に付随し、カム部の偏磨耗を防止できる。また、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向にリテーナ部が往復動し、このリテーナ部が原節となる一方、カム部が従節となる関係であり、エレメント側により近くシャフト部（カム部を含む）を配置させることができる。そのため、サーモスタット装置自体をコンパクトにすることができる。
【００５３】
さらに、請求項５に係る発明によれば、前記効果に付随し、冷却液の温度に左右されず、強制的にサーモエレメントを加熱、冷却することができるため、弁体の開閉を適宜に行うことができる。また、この外部発熱体は、冷却液から隔離されるため、ショート等の発生を防止できる。
そして、請求項６に係る発明によれば、前記効果に付随し、外部発熱体を通電するコネクタが冷却液に触れてショートする不都合も軽減でき、さらに、サーモスタット装置自体をコンパクトにまとめることができる。
また、請求項７に係る発明によれば、部品点数の減少、軽量化を一層促進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るサーモスタット装置の縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本実施の形態に係る主にバルブアッセンブリの組み付け状態を示す概略斜視図である。
【図４】本実施の形態に係るサーモスタット装置の分解断面図である。
【図５】本実施の形態に係る主にエレメントアッセンブリの作用を説明する概略側面図であり、サーモエレメントとリテーナ部との関係を示す。
【図６】本実施の形態に係る主にエレメントアッセンブリの作用を説明する概略側面図であり、リテーナ部とカム部との関係を示す。
【図７】循環流路にポペットタイプのサーモスタット装置（第１従来装置）を配設した状態を示す模式図であり、（ａ）はバイパス流路を開いている状態を示し、（ｂ）はバイパス流路を閉じている状態を示す。
【図８】ポペットタイプのサーモスタット装置（第１従来装置）の部分断面側面図である。
【図９】第２従来装置を循環流路に配設した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１：サーモスタット装置
２：バルブアッセンブリ
２１：弁体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：シャフト部
２３：カム部
２３ｃ：支柱部
２３ａ、２３ｂ：カムプレート
４：循環流路
５：エレメントアッセンブリ
５１：リテーナ部
５２：サーモエレメント
５３：外部発熱体
５６：コネクタ
６：ケース部
７：アッパーケース
８：ロアケース
９：リターンスプリング（付勢部材）
Ｗ：熱膨張体
ＣＬ：回転中心線（軸線）
【発明の属する技師分野】
本発明は、支承されたシャフト部を支点として回動する弁体を備えたサーモスタット装置に係り、特に、サーモスタット装置の組み付けの簡素化、小型化、軽量化を可能にするサーモスタット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関等の冷却系統に配設されるサーモスタット装置は、冷却系統の循環流路に充填される冷却液の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するセンサケースを備える。そして、この熱膨張体の膨張・収縮に伴う体積変化によって弁体の開閉を行い、冷却液を所定の温度に保持する。
【０００３】
一般的なサーモスタット装置として、例えば、図７、図８に示すポペットタイプのものがある。図７は循環流路にポペットタイプのサーモスタット装置を配設した状態を示す模式図であり、（ａ）はバイパス流路を開いている状態を示し、（ｂ）はバイパス流路を閉じている状態を示す。また、図８は、ポペットタイプのサーモスタット装置の部分断面側面図である。
【０００４】
このサーモスタット装置１Ａ（以下、第１従来装置１Ａという）は、図８の如く、第一の弁体１０１と第二の弁体１０２（バイパスバルブ）を有する。そして、エンジンＥの暖気運転開始時等の冷却液が低温の場合（図７（ａ）を参照）には、第一の弁体１０１を閉弁状態とし、放熱器Ｒ側の循環流路４を遮断する。なお、この状態で、第二の弁体１０２（バイパスバルブ）は開弁状態となっており、冷却液が、エンジンＥの出口側よりバイパス流路３を経由してエンジンＥの入口側へ循環する。
【０００５】
冷却液が設定温度以上に暖められると、センサケース１０３内の熱膨張体が膨張し、ピストンロッド１０４を介して第一の弁体１０１を開弁状態とし、冷却液を放熱器Ｒ側の循環流路４に流通させる。なお、この状態で、弁体１０２（バイパスバルブ）は閉弁状態となっており、バイパス流路３を遮断している。
【０００６】
このような機能を有する第１従来装置１Ａは、単に高温になった内燃機関等の冷却用として供されるだけのものではなく、特に冷却液の温度維持、急激な温度変化への対応から、図７に示す入口側に配設される場合が多い。
図７では、内燃機関等の入口側、即ち、エンジンＥからバイパス流路３を経由して来る冷却液と放熱器Ｒから来る冷却液とが混ざり合う位置に第１従来装置１Ａを配設している。すると、出口側に配設される場合よりも、温度の異なる冷却液がミキシングされ易くなる。その結果、水温ハンチングの幅が少なくなり、またバイパス流路３と放熱器Ｒとのバランスにより差圧変動が小さくなり好適である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このポペットタイプの第１従来装置１Ａでは、第一の弁体１０１と第二の弁体１０２（バイパスパルプ）とが循環流路４内に配設されている。また、これら弁体１０１、１０２（バイパスバルブ）を駆動するピストンロッド１０４も常時、冷却液中にある。そのためピストンロッド１０４とピストンガイド１０５に冷却液が浸入し、バルブの開閉作用に影響を与えることがある。
また、冷却液に含まれる成分によっては、これらの部材に水あか等が固着してその機能を損なわせる場合もある。その結果、循環流路４やバイパス流路３での冷却液の正確な温度コントロールができなくなり、エンジンＥの性能が低下する等の問題がある。
【０００８】
さらに、冷却液の感知部であるセンサケース１０３および第一の弁体１０１並びに第二の弁体１０２（バイパスバルブ）が循環流路４内に配設されるため、冷却液の通水抵抗が大きくなる。そのため、所定の流量を得るために、第１従来装置１Ａを内装する循環流路の内径を大きし、かつ第一の弁体１０１の弁径を大きくする必要が生じた。その結果、第１従来装置１Ａ自体の小型化を図ることができず、さらには、第１従来装置１Ａの配設が複雑になり易かった。
【０００９】
このようなポペットタイプの第１従来装置１Ａに代えて、実開平２−１４５８３号公報に開示されたサーモスタット装置（以下、第２従来装置という）を利用する場合がある。図９は、この第２従来装置を循環流路に配設した状態を示す模式図である。
第２従来装置１Ｂは、循環流路４を遮断するバタフライバルブ１０６と流体の温度を検知する検出部１０７を循環流路４内に備え、検出部１０７で得た結果から弁体１０１を回動させて冷却液の流量調整を行うタイプのものであり、弁体１０１の回動を行う駆動機構を循環流路４外に配設する。
【００１０】
このような第２従来装置１Ｂによれば、冷却液からの機能部品の保護、および必要に応じた弁径の拡縮が可能となり、前記第１従来装置１Ａと比較した場合に幾つかの利点がある。
しかし、この第２従来装置１Ｂでは、いきおい装置自体が大掛かりになり易く、また、バイパス流路３の流量と循環流路４の流量を正確に制御することは困難であり、時に、オーバーシュートやハンチングが発生する可能性があった。
【００１１】
そこで、この第２従来装置１Ｂの問題点を解消するため、例えば、前記第１従来装置にバタフライバルブを組み合わせたタイプのサーモスタット装置（以下、第３従来装置という）を利用する場合がある。この第３従来装置では、熱膨張体の膨張・収縮作用、およびコイルバネ等の付勢作用を利用してバタフライバルブを開閉する。しかし、この第３従来装置では、通常、コイルバネ等の螺旋方向の付勢力を利用してバタフライバルブのシャフトを回動させていたため、付勢力の大きさの設定（以下、荷重設定）が困難であった。また、このような構造では、コイルバネ等の応力が大きくなり、コイルバネ等の寿命が短くなり易かった。
【００１２】
本発明は、以上の問題を解決することを目的としている。つまり、本発明の目的は、前記第１従来装置１Ａ、および第２従来装置１Ｂ等の利点を維持したまま、安定した弁体の作動を可能としてオーバーシュートやハンチングを防止し、さらに、サーモスタット装置の組み付け構造の簡略化、小型化を可能にするサーモスタット装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
つまり、本発明は、アッパーケースとロアケースとからなり、循環流体が流動する循環流路を内部に形成するケース部と、このケース部内に配設される付勢部材と、前記循環流体の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の作用および前記付勢部材の作用によって往復動するサーモエレメントを備えたエレメントアッセンブリと、シャフト部を前記ケース部に支承され、このシャフト部を支点とした回動によって前記循環流路を開閉する弁体を備えたバルブアッセンブリとを有し、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させ、この弁体の開閉によって前記循環流体の流量制御を行うサーモスタット装置であって、前記バルブアッセンブリを構成する各要素を予め組み付けて一体形成しておき、このバルブアッセンブリを、前記付勢部材および前記エレメントアッセンブリとともに前記アッパーケース内に組み付け、さらに、このアッパーケースに対して前記シャフト部を挟んで対向する位置から前記ロアケースを取り付けることにより、前記付勢部材、前記エレメントアッセンブリ、前記バルブアッセンブリを挟み付けて固定することを特徴とするサーモスタット装置とした。
本発明によれば、バルブアッセンブリを予め組み付けて一体形成するため、組み付けのための作業時間を短縮化でき、また、部品点数を減少させることができる。
【００１４】
また、前記バルブアッセンブリを挟んで前記エレメントアッセンブリと対向する位置に付勢部材を配設し、この付勢部材の直線方向の付勢力を利用して前記循環流路を開閉制御する弁体を閉方向へ付勢することを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、付勢部材の直線方向の付勢力を利用するため、例えば、回転方向の付勢力を利用する場合に比べ、荷重設定が正確となり、また、付勢部材の応力も少なくて済むため、付勢部材自体の寿命も長くなる。
【００１５】
また、前記シャフト部は、前記循環流路を跨いだ位置で支承させるとともに、さらに前記エレメントアッセンブリを挟んだ外側にてシャフト部を支承させることを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、シャフト部の偏荷重を少なくすることができる。
【００１６】
また、前記エレメントアッセンブリは、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向に往復動するリテーナ部を有し、このリテーナ部が原節となり、前記シャフト部に形成するカム部が従節となる関係において、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させる前記各サーモスタット装置であって、
前記カム部は、前記シャフト部の軸線を回転中心線とする支柱部と、前記リテーナ部に係合し、前記リテーナ部の往復動に伴いながら前記回転中心線を支点として揺動するカムプレートとからなり、前記支柱部の径が、前記リテーナ部側を短く形成し、かつ、反対側を長く形成したことを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、前記支柱部の径を、前記リテーナ側で短くすることにより、カム部の偏磨耗を防止できる。また、本発明では、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向にリテーナ部が往復動し、このリテーナ部が原節となる一方、カム部が従節となる関係であり、エレメント側により近くシャフト部（カム部を含む）を配置させることができる。そのため、サーモスタット装置自体をコンパクトにすることができる。
【００１７】
さらに、前記サーモエレメント近傍であり、前記ロアケース内の前記冷却液から遮断される位置に外部発熱体を備え付けたり、この外部発熱体へ通電するためのコネクタを、前記バルブアッセンブリを挟んで前記サーモエレメントの反対側となる対称位置に備え付けたことを特徴とするサーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、冷却液の温度に左右されず、強制的にサーモエレメントを加熱、冷却することができるため、弁体の開閉を適宜に行うことができる。また、この外部発熱体は、冷却液から隔離されるため、ショート等の発生を防止できる。また、外部発熱体を通電するコネクタが冷却液に触れてショートする不都合も軽減でき、さらに、サーモスタット装置自体をコンパクトにまとめることができる。
【００１８】
また、樹脂を利用して成形したことを特徴とする前記サーモスタット装置とすることもできる。
本発明によれば、前記ケース部や前記バルブアッセンブリの一体成形が可能となり、部品点数の減少を効果的に促進できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を、実施の形態に基づき、図面を参照しながら具体的に説明する。図１はサーモスタット装置の縦断面図である。また、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。さらに、図３は主にバルブアッセンブリの組み付け状態を示す概略斜視図である。
【００２０】
本実施の形態に係るサーモスタット装置１は、前記第１従来装置１Ａ（図７参照）と同様、内燃機関等の入口側である循環流路４に、ケース部６を備え付けることによって配設される。また、この循環流路４内には、本実施の形態において循環流体となる冷却液が流動し、サーモスタット装置１によって循環流路４を流動する冷却液の流量制御が行われる。その結果、温度の異なる冷却液が適宜ミキシングされ、一定の温度に保持される。
ケース部６は、アッパーケース７とロアケース８からなり、内部に循環流路の一部となる流路部７１を有する。また、このケース部６の内部には、バルブアッセンブリ２やエレメントアッセンブリ５等が組み付けられる。
【００２１】
アッパーケース７には、上下両側に循環流路４に接続する開口部７ａ、７ｂが形成されている。そして、このアッパーケース７内に、ロアケース８を嵌め込んで取り付けると、流路部７１が、各開口部７ａ、７ｂ側に分断される。この分断された流路部７１は、弁体２１の開閉によって連通、遮断される。ちなみに、下側の流路部７１は、エンジンＥ（図７参照）側の循環流路４に接続し、上側の流路部７１は、放熱器Ｒ（図７参照）側の循環流路４に接続する。さらに、図１中の二点鎖線で示す弁体２１は、流路部７１を開いた状態を示す。
【００２２】
アッパーケース７には、さらにバイパス流路部３ａが形成されている。つまりロアケース８をアッパーケース７に取り付けると、ロアケース８の側壁８ａとバイパス流路部３ａで囲まれた空間が、バイパス流路３の一部となる。なお、ロアケース８の側壁８ａには、貫通孔８２（図３参照）が形成され、バイパス流路３と流路部７１との出入口となる。
【００２３】
アッパーケース７とロアケース８は、ボルトによる締結によって一体となる。また、アッパーケース７内には、バルブアッセンブリ２およびエレメントアッセンブリ５並びに付勢部材であるリターンスプリング９が組み付けられており、ロアケース８を取り付けることによって前記バルブアッセンブリ２等が固定される。以下、アッパーケース７とロアケース８からなるケース部６内に組み付けられ、かつ固定されるバルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５、リターンスプリング９を説明する。
【００２４】
バルブアッセンブリ２は、図３の如く、各要素が予め組み付いた状態で一体的に形成されている。このバルブアッセンブリ２の各要素について説明する。ケース部６内の流路部７１を横断する位置には、略円形の弁体２１が配設される。この弁体２１には、直径方向に突出形成されたシャフト部２２ａ、２２ｂが形成され、このシャフト部２２ａ、２２ｂをアッパーケース７とロアケース８とが挟み付けて支承する。つまり、弁体２１は、シャフト部２２ａ、２２ｂの軸線を支点として回動し、この回動によって流路部７１を開閉する。ちなみに、本実施の形態におけるアッパーケース７とロアケース８には、シャフト部２２ａ、２２ｂを支承する位置に、位置決め用の突起、段差等が形成されている。つまり、この突起、段差等が受け部７７、８８（図４参照）となり、シャフト部２２ａ、２２ｂを回動自在に支持し、かつ、シャフト部２２ａ、２２ｂの位置ずれを防止する。
【００２５】
シャフト部２２ｂの外側端部（図１における右側端部）には、内側カムプレート２３ａが固設されている。また、この内側カムプレート２３ａの外側には、断面扇状の支柱部２３ｃを介して外側カムプレート２３ｂが固設されている。この内側カムプレート２３ａ、外側カムプレート２３ｂ、支柱部２３ｃが本実施の形態におけるカム部２３である。このカム部２３について詳しく説明する。
【００２６】
支柱部２３ｃは、シャフト部２２ａ、２２ｂの軸線を回転中心線ＣＬとして回転する。また、支柱部２３ｃの脇には、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの軸線に対して直交方向に往復動するリテーナ部５１、つまりエレメントアッセンブリ５の要素の一部が位置する。
【００２７】
本実施の形態に係る内側カムプレート２３ａおよび外側カムプレート２３ｂは、それぞれ円形の一部を切り欠いた同一形状のプレート体であり、この円形の中心が、支柱部２３ｃの回転中心線ＣＬに対してリテーナ部５１側に偏芯している。また、この各カムプレート２３ａ、２３ｂは、リテーナ部５１と係合しており、リテーナ部５１に伴って揺動する。この揺動が、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの回動となり、弁体２１の開閉につながる。また、支柱部２３ｃは、回転中心線ＣＬを基準にした外縁までの径が、リテーナ部５１側で短く、反対側が長くなっている。このような構造とすることにより、カム部２３の偏磨耗を防止でき、サーモスタット装置１自体の小型化にも寄与する。
【００２８】
なお、図１、図３中の符号２４で示す部材は、バイパスバルブである。バイパスバルブ２４は、弁体２１の下面で、この弁体２１とともにシャフト部２２ａに一体形成されている。したがって、弁体２１が回動して流路部７１を開くと、バイパスバルブ２４も揺動して持ち上がり、バイパス流路３の出入口となる貫通孔８２（図３参照）を塞ぐ。つまり、バイパスバルブ２４と弁体２１とが一体形成されたバルブアッセンブリ２の作用により、流路部７１の連通、遮断、さらには、バイパス流路３の連通、遮断が同時に行われる。
【００２９】
また、本実施の形態に係るサーモスタット装置１では、前記外側カムプレート２３ｂの外側（図１の右側）に、さらに別のシャフト部２２ｃが突出形成されている。このシャフト部２２ｃは、前記シャフト部２２ａ、２２ｂと同様、ケース部６によって支承されており、前記各シャフト部２２ａ、２２ｂと同一の回転軸線を有する。つまり、本実施の形態に係るバルブアッセンブリ２のシャフト部２２ａ、２２ｂは、流路部７１を跨いだ位置で支承され、シャフト部２２ｃはエレメントアッセンブリ５を挟んだ外側にて支承されている。このような構造とすることにより、シャフト部２２ａ、２２ｂ、２２ｃにかかる偏荷重は軽減される。
【００３０】
続いて、前記リテーナ部５１を要素の一部に含むエレメントアッセンブリ５について説明する。エレメントアッセンブリ５は、図１、図２の如くリテーナ部５１と、このリテーナ部５１を往復動させるサーモエレメント５２に大別される。リテーナ部５１は、上端にガイドバー５１ａを設けた筒体５１ｃと、この筒体５１ｃの外周面に固設された枠体５１ｂからなる。枠体５１ｂは略コ字形状をなし、開口でカム部２３の各カムプレート２３ａ、２３ｂを咥え込むように備え付けられる（図２、図３参照）。つまり、枠体５１ｂが各カムプレート２３ａ、２３ｂを咥え込んだ状態が、リテーナ部５１とカム部２３との係合状態である。そして、枠体５１ｂの往復動の際、各カムプレート２３ａ、２３ｂの円周面は、枠体５１ｂの内壁に一部を当接させたまま回動（揺動）する。
【００３１】
リテーナ部５１の筒体５１ｃ内には、サーモエレメント５２のシリンダ部５２ａが収装されている。また、このシリンダ部５２ａ内には、ピストン５２ｂが内装されている。このピストン５２ｂは、シリンダ部５２ａの上端から出没自在であり、シリンダ部５２ａの下部には、熱膨張体Ｗ等が内蔵されている。この熱膨張体Ｗは、ワックスケース５２ｇによって取り囲まれ、流路部７１を流動する冷却液の温度が、ワックスケース５２ｇを介して熱膨張体Ｗに伝播する。この熱伝播により、熱膨張体Ｗが膨張・収縮する。
【００３２】
熱膨張体Ｗの膨張・収縮作用は、ダイヤフラム５２ｆ、半流動体５２ｅ、バックアッププレート５２ｄ等を介してピストン５２ｂに伝わる。熱膨張体Ｗの膨張により突出したピストン５２ｂは、キャップ体５１ｄを押し上げる。このキャップ部５１ｄの押し上げにより、リテーナ部５１全体が持ち上がる。なお、キャップ体５１ｄは、下端周りをベローズ５２ｃによって保持されており、外周面が筒体５１ｃの内壁に接している。また、ベローズ５２ｃは、筒体５１ｃの内壁とシリンダ部５２ａとの間の密封性を担保する。ちなみに、この密封性担保の手段は、ベローズ５２ｃに限定されず、例えば、オーリング、パッキン、オイルシール等のシール部材を使用した構造であっても良い。
【００３３】
続いて、ケース部６内におけるバルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５、さらに、リターンスプリング９の組み付けについて、主に図４を参照しながら説明する。なお、図４は、サーモスタット装置１の分解断面図である。
アッパーケース７には、エレメントアッセンブリ５の上部、つまり主にリテーナ部５１が嵌め込まれる円柱状の室部７５が形成されている。この室部７５には、天井面から下方に向けて筒状ガイド体７３が突出形成されており、この筒状ガイド体７３内にリテーナ部５１のガイドバー５１ａが嵌入する。また、この筒状ガイド体７３周りには、リターンスプリング９が配設され、このリターンスプリング９が、室部７５内で、リテーナ部５１を下方に付勢する。
【００３４】
なお、本実施の形態におけるリターンスプリング９は、バルブアッセンブリ２を挟んで対向する位置、つまりアッパーケース７内に配設されている。また、このリターンスプリング９は、コイルスプリングであり、下方に向けた直線方向の付勢力により、エレメントアッセンブリ５を介して弁体２１を閉方向に付勢する。このような構造とすることにより、付勢部材の荷重設定が正確となり、また、付勢部材自体の応力を小さく設定できるので、寿命が長くなる。また、回転モーメントも小さくできるので、シャフト径も細くすることが可能となる。
【００３５】
ロアケース８には、エレメントアッセンブリ５の下部、つまり、主にサーモエレメント５２が嵌め込まれる筒状室部８７が形成されている。この筒状室部８７の側面には、貫通穴８３が形成されている。したがって、流路部７１に流れ込んだ冷却液は、この貫通孔８３を通ってワックスケース５２ｇ周りを流動する。その結果、冷却液の温度がワックスケース５２ｇを介して効率良く熱膨張体Ｗに伝播する。
【００３６】
筒状室部８７の下端は開口しており、この下端部にＰＴＣ、ペルチェ素子等の外部発熱体５３が備え付けられる。なお、この外部発熱体５３は、シール部材Ｓを噛ましたキャップ５４の螺合締結、もしくは嵌め合い（例えば、コネクタ等の接続構造を利用したもの）によって固定される。一方、サーモエレメント５２のワックスケース５２ｇと筒状室部８７との間にも、シール部材Ｓを環装している。したがって、外部発熱体５３は、冷却液とは隔離され、冷却液浸入の心配はない。その結果、外部発熱体５３が冷却液に触れてショートするという不具合が防止される。また、この外部発熱体５３には、図２の如く内部に銅電線等を有するハーネス５５が接続され、さらにこのハーネス５５に通電のためのコネクタ５６がつながる。ちなみに、ロアケース８内に、ハーネス５５等をインサート成形することもできる。このように、インサート成形とすれば、キャップ５４、シール部材Ｓを無くして部品点数を軽減でき、併せて、冷却液の浸入という不具合を効果的に防止できる。
【００３７】
この外部発熱体５３を備え付けることにより、以下の作用を奏する。つまり、外部（ＥＣＵ）からの信号に基づいて外部発熱体５３に通電すると、この外部発熱体５３は発熱する。また、この外部発熱体５３がペルチェ素子等であれば、冷却する場合もある。このような外部発熱体５３を利用することにより、例えば、内燃機関等の暖気運転が不十分で冷却液の温度は上昇していない場合等にも、強制的に弁体２１に開動作を行わせることができる。また、逆に強制的に弁体２１に閉動作させることも可能となり、種々の状況に応じた適応性が広がる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、サーモエレメント５２の下端部、つまり、ワックスケース５２ｇに接触する位置に外部発熱体５３を備え付けている。しかし、請求の範囲に記載の「近傍」の意味は、サーモエレメント５２の下端部に限定されるものではない。つまり、冷却液からの熱伝播に左右されず、熱膨張体Ｗを膨張・収縮させることが可能な位置であれば足りる。
【００３９】
また、本実施の形態では、コネクタ５６は、バルブアッセンブリ２を挟んでサーモエレメント５２の反対側となる対称位置、つまりアッパーケース７側に位置する（図１参照）。その結果、コネクタ５６が、冷却液に触れてショート等し難くなり、また、サーモスタット装置１自体がコンパクトにまとまる。
【００４０】
バルブアッセンブリ２、エレメントアッセンブリ５等が内部に組み付けられるアッパーケース７とロアケース８とは、ボルトによって取り付けられる。具体的には、アッパーケース７内にロアケース８が嵌まり込み、アッパーケース７内の係止部７６にロアケース８の上端が当接して係止されボルト止めが行われる。また、このアッパーケース７とロアケース８とが当接する箇所には、バルブアッセンブリ２のシャフト部２２ａ等を支承する受け部７７、８８が形成されている。
【００４１】
つまり、アッパーケース７に対し、シャフト部２２ａ等を挟んで対向する位置からロアケース８を取り付けることにより、バルブアッセンブリ２、リターンスプリング９およびエレメントアッセンブリ５の組み付け、固定が行われ、サーモスタット装置１の形成が終わる。なお、詳述は避けたが、図１から図４中の符号Ｓで示す部材は、シール部材である。
【００４２】
アッパーケース７、ロアケース８、バルブアッセンブリ２等は、アルミ、アルミ合金、樹脂等を適宜利用して成形することができる。特に、樹脂を利用してアッパーケース７やロアケース８、さらに、バルブアッセンブリ２等を成形するものとすれば、他の材料を利用する場合に比べて、特別な作用を奏する。この作用について、具体的に説明する。
【００４３】
まず、樹脂の利用によって、全体重量の軽量化が可能となる。特に、本実施の形態に係るサーモスタット装置１が、自動車等に装備される場合には、この軽量化という課題は、非常に重要な問題である。
また、各部材の一体成形が可能となる。例えば、バルブアッセンブリ２は、弁体２１、シャフト部２２ａ、２２ｂ等といった各要素が一体に組み付いて形成される。したがって、通常は、この各要素を個々に製作し、組み付けて一体とする必要がある。しかし、この各要素を樹脂にて成形するものとすれば、最初から一体となった状態での成形が可能となり、部品点数の削減に効果的に寄与し、さらに、組み付けに必要なねじ加工等が不用となり、作業性が向上する。また、樹脂を利用することにより、軽量化を図ることが可能となる。
【００４４】
また、樹脂を利用した場合、後処理（仕上げ処理）の必要がほとんどない。そのため、アルミ合金等の材料を利用した場合に比べて、作業性が向上し、コストダウン等にもつながる。
また、本実施の形態では、シャフト部２２ａ、２２ｂは、流路部７１を跨いだ位置で支承され、シャフト部２２ｃはエレメントアッセンブリ５を挟んだ外側にて支承されているため、偏荷重が防止される構造となっている。そのため、樹脂にて成形したバルブアッセンブリ５に変更する場合であっても、シャフト径を変更（太く）し、偏荷重に耐え得る寸法とする必要がない。つまり、本実施の形態によれば、樹脂材への置換が適宜可能であり、その結果、全体的な重量の低減を効果的に図ることができる。
【００４５】
サーモスタット装置１の作用について説明する。
図５および図６は、サーモスタット装置１における主にエレメントアッセンブリ５の作用を説明する概略側面図であり、図５はサーモエレメント５２とリテーナ部５１との関係を示し、図６はリテーナ部５１とカム部２３との関係を示す。また、図５と図６は、共に、（ａ）で熱膨張体の収縮時を示し、（ｂ）で熱膨張体の膨張時を示す。
【００４６】
流路部７１内を流動する冷却液の温度が低い場合、図５（ａ）、図６（ａ）の如く、熱膨張体Ｗは、収縮している。この場合、図５（ａ）の如くサーモエレメント５２のピストン５２ｂは、没しており、リターンスプリング９の付勢力によってリテーナ部５１は、下方に位置する。リテーナ部５１が下方にある場合、図６（ａ）の如く、支柱部２３ｃが枠体５１ｂ内の上部に位置し、弁体２１は、流路部７１を閉じた状態にある。
【００４７】
冷却液の温度が上昇した場合、エレメントアッセンブリ５の熱膨張体Ｗが膨張する。この場合、図５（ｂ）の如くサーモエレメント５２のピストン５２ｂは、距離ｄだけ突出し、リターンスプリング９の付勢力に反してリテーナ部５１を距離ｄだけ押し上げる（図６（ｂ）参照）。
すると、図６（ｂ）の如く、外側カムプレート２３ｂ（内側カムプレート２３ａも同様）が、枠体５１ｂ内に一部を摺接させながら回動（揺動）する。この揺動に伴って支柱部２２ｃ、およびシャフト部２２ａ等が回動し、弁体２１を回動させる。つまり、リテーナ部５１が原節となり、カム部２３が従節となる関係において、サーモエレメント５２の往復動と弁体２１の開閉とは連動する。
【００４８】
以下、本実施の形態に係るサーモスタット装置１を利用した冷却液の温度制御を概説する。冷却液の温度が、所定の温度より低い場合、エレメントアッセンブリ５の作用によって弁体２１は流路部７１を閉じている。この場合には、バイパス流路３とエンジンＥ側の循環流路４との間で冷却液は循環し、エンジンＥの駆動に伴って暖気が図られる（図７（ａ）参照）。一方、冷却液が所定の温度以上になった場合には、エレメントアッセンブリ５の作用によって弁体２１は流路部７１を徐々に開き、あわせてバイパス流路３を閉じる。すると、放熱器Ｒ側の循環流路４が開いて低温の冷却液が混入され、冷却液が冷やされる（図７（ｂ）参照）。この作用の繰り返しにより、冷却液の温度は一定の範囲に保たれる。
【００４９】
以上説明したサーモスタット装置１によれば、安定した弁体２１の作動を可能としてオーバーシュートやハンチングを防止し、さらに、サーモスタット装置１の組み付け構造の簡略化、小型化を図ることができる。
また、本実施の形態に係るサーモスタット装置１の如く、外部発熱体５３を備え付けていれば、例えば、暖気が不十分な状態で、放熱器Ｒ側の循環流路４を開きたい場合にも、外部発熱体５３に通電して熱膨張体Ｗを加熱し、熱膨張体Ｗを膨張させて弁体２１を強制的に開くことが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、故障等の発生を軽減し、安定した弁体の作動を可能する。
さらに、サーモスタット装置自体の小型化、組み付け作業の簡略化、部品点数の減少を可能にする。
また、請求項２に係る発明によれば、付勢部材は、サーモエレメントの往復動に作用するものであり、さらに、この往復動が前記弁体に連動するものである。そのため、シャフト部に直接関与する付勢部材の必要がなくなり、コイルバネ等の螺旋方向の付勢力を利用してシャフト部を回転させる必要がなくなる。その結果、前記効果に付随し、例えば、回転方向の付勢力を利用する場合に比べ、荷重設定が正確となり、また、付勢部材の応力も少なくて済むため、付勢部材自体の寿命も長くなる。また、シャフト部の軸方向の張り出しを小さくでき、サーモスタット装置自体を小型化できる。
【００５１】
また、請求項３に係る発明では、前記効果に付随し、シャフト部の偏荷重を少なくすることができる。
【００５２】
また、請求項４に係る発明によれば、前記効果に付随し、カム部の偏磨耗を防止できる。また、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向にリテーナ部が往復動し、このリテーナ部が原節となる一方、カム部が従節となる関係であり、エレメント側により近くシャフト部（カム部を含む）を配置させることができる。そのため、サーモスタット装置自体をコンパクトにすることができる。
【００５３】
さらに、請求項５に係る発明によれば、前記効果に付随し、冷却液の温度に左右されず、強制的にサーモエレメントを加熱、冷却することができるため、弁体の開閉を適宜に行うことができる。また、この外部発熱体は、冷却液から隔離されるため、ショート等の発生を防止できる。
そして、請求項６に係る発明によれば、前記効果に付随し、外部発熱体を通電するコネクタが冷却液に触れてショートする不都合も軽減でき、さらに、サーモスタット装置自体をコンパクトにまとめることができる。
また、請求項７に係る発明によれば、部品点数の減少、軽量化を一層促進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るサーモスタット装置の縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本実施の形態に係る主にバルブアッセンブリの組み付け状態を示す概略斜視図である。
【図４】本実施の形態に係るサーモスタット装置の分解断面図である。
【図５】本実施の形態に係る主にエレメントアッセンブリの作用を説明する概略側面図であり、サーモエレメントとリテーナ部との関係を示す。
【図６】本実施の形態に係る主にエレメントアッセンブリの作用を説明する概略側面図であり、リテーナ部とカム部との関係を示す。
【図７】循環流路にポペットタイプのサーモスタット装置（第１従来装置）を配設した状態を示す模式図であり、（ａ）はバイパス流路を開いている状態を示し、（ｂ）はバイパス流路を閉じている状態を示す。
【図８】ポペットタイプのサーモスタット装置（第１従来装置）の部分断面側面図である。
【図９】第２従来装置を循環流路に配設した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１：サーモスタット装置
２：バルブアッセンブリ
２１：弁体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：シャフト部
２３：カム部
２３ｃ：支柱部
２３ａ、２３ｂ：カムプレート
４：循環流路
５：エレメントアッセンブリ
５１：リテーナ部
５２：サーモエレメント
５３：外部発熱体
５６：コネクタ
６：ケース部
７：アッパーケース
８：ロアケース
９：リターンスプリング（付勢部材）
Ｗ：熱膨張体
ＣＬ：回転中心線（軸線）
Claims (7)
- アッパーケースとロアケースとからなり、循環流体が流動する循環流路を内部に形成するケース部と、このケース部内に配設される付勢部材と、前記循環流体の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の作用および前記付勢部材の作用によって往復動するサーモエレメントを備えたエレメントアッセンブリと、シャフト部を前記ケース部に支承され、このシャフト部を支点とした回動によって前記循環流路を開閉する弁体を備えたバルブアッセンブリとを有し、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させ、この弁体の開閉によって前記循環流体の流量制御を行うサーモスタット装置であって、
前記バルブアッセンブリを構成する各要素を予め組み付けて一体形成しておき、このバルブアッセンブリを、前記付勢部材および前記エレメントアッセンブリとともに前記アッパーケース内に組み付け、さらに、このアッパーケースに対して前記シャフト部を挟んで対向する位置から前記ロアケースを取り付けることにより、前記付勢部材、前記エレメントアッセンブリ、前記バルブアッセンブリを挟み付けて固定することを特徴とするサーモスタット装置。 - 前記バルブアッセンブリを挟んで前記エレメントアッセンブリと対向する位置に付勢部材を配設し、この付勢部材の直線方向の付勢力を利用して前記循環流路を開閉制御する弁体を閉方向へ付勢することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット装置。
- 前記シャフト部を、前記循環流路を跨いだ位置で支承させるとともに、さらに前記エレメントアッセンブリを挟んだ外側にてシャフト部を支承させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーモスタット装置。
- 前記エレメントアッセンブリは、前記シャフト部の軸線に対して直交する方向に往復動するリテーナ部を有し、このリテーナ部が原節となり、前記シャフト部に形成するカム部が従節となる関係において、前記サーモエレメントの往復動と前記弁体の開閉とを連動させるサーモスタット装置であって、
前記カム部は、前記シャフト部の軸線を回転中心線とする支柱部と、前記リテーナ部に係合し、前記リテーナ部の往復動に伴いながら前記回転中心線を支点として揺動するカムプレートとからなり、
前記回転中心線を基準にした前記支柱部の径が、前記リテーナ部側を短く形成し、かつ、反対側を長く形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のサーモスタット装置。 - 前記サーモエレメント近傍であり、前記ロアケース内の前記冷却液から隔離される位置に外部発熱体を備え付けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のサーモスタット装置。
- 前記外部発熱体へ通電するためのコネクタを、前記バルブアッセンブリを挟んで前記サーモエレメントの反対側となる対称位置に備え付けたことを特徴とする請求項５に記載のサーモスタット装置。
- 樹脂を利用して成形したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のサーモスタット装置。
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