JP4471374B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）を冷却する冷却水を、熱交換器（以下、ラジエータという）との間で循環させるエンジンの冷却水回路において、冷却水の温度変化により作動することでエンジン冷却水の流れを切換えて冷却水温度を制御するために用いられる温度感知式自動弁であるサーモスタット装置に関する。

自動車用エンジンにおいて、これを冷却するためには、一般にはラジエータを用いた水冷式の冷却システムが使用されている。従来からこの種の冷却システムにおいては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御できるように、ラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタットや電気制御によるバルブユニットが使用されている。

すなわち、上記の熱膨張体を用いたサーモスタットまたは電気制御によるバルブユニット等による制御バルブを、冷却水通路の一部、たとえばエンジンの入口側または出口側に介装し、冷却水温度が低い場合に、該制御バルブを閉じて冷却水をラジエータを経由せずバイパス通路を介して循環させ、また冷却水温度が高くなった場合は、制御バルブを開いて冷却水がラジエータを通して循環させることで、エンジン冷却水の温度を所要の状態に制御することができるものである。

ところで、このようなサーモスタット装置において、サーモスタット装置を構成する開閉弁に並列に、冷却水の注入時にエンジンの冷却水通路に溜まった空気を抜くためのジグルバルブが設けられている。このジグルバルブは、上記の開閉弁の取付フランジに設けた空気抜き通路を開閉するように構成される。また、このジグルバルブも、エンジン運転時には、水圧によって閉弁され、エンジンからラジエータへの冷却水洩れを無くして不必要な放熱を防ぎ、暖機運転時間を短縮するようになっている。

この種のジグルバルブの弁体は、上記の空気抜き通路よりも大径な弁体部と、該通路に嵌挿されるロッド部と、該ロッド部先端において抜け止めを図る抜け止め用ヘッド部とから構成され、また従来から該弁体を合成樹脂材で形成することが考えられている。そして、このようなジグルバルブの弁体は、冷却水通路内の冷却水の水圧や流れの影響により揺動等の挙動を生じるため、その閉弁状態を確保するために、空気抜き通路を構成する孔部の弁座部分を大径孔に形成したり、開口縁をテーパ状に形成する等の対策が講じられている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

実開昭６１−２８９６２号公報 実開昭６１−２８９６４号公報

ところで、上述した従来のサーモスタット装置に用いるジグルバルブによれば、以下のような不具合があった。
すなわち、上述した従来のジグルバルブにおける弁体では、空気抜き通路に嵌挿されるロッド部の両端に、大径な弁体部と抜け止め用ヘッド部が存在しているから、その取付作業が面倒かつ煩雑となるものであった。

たとえば抜け止め用ヘッド部を別体に形成し、ロッド部を空気抜き通路に嵌挿させた後にロッド部先端にヘッド部を組み付けるように構成すれば、作業性は向上するが、その脱落等を防ぐために確実に固着する必要があった。

また、弁体を合成樹脂材で形成すると、弁体部が軽量であるから、冷却水通路内に冷却水を注入する際に挙動しやすくなり、空気抜き通路が閉弁してしまう等の不具合もあった。
さらに、弁体を合成樹脂材で形成すると、成形時にひけと呼ばれる収縮が起こるため、形状が変形したりし、閉弁時にシール不良を起こしてしまう等の不具合もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ジグルバルブの弁体の成形加工や組付け作業等が簡単に行えるとともに、冷却水の水圧や流れによるジグルバルブの弁体の挙動を防ぎ、空気抜き通路の安定した開閉動作を得ることができるサーモスタット装置を得ることを目的としている。

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）に係るサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化による熱膨張体の熱膨張、収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体を開閉する開閉弁を備えるとともに、この開閉弁の取付フランジに設けた空気抜き通路を開閉するように該開閉弁と並列に設けられ冷却水の水圧を受けて空気抜き通路を閉じる弁体を有するジグルバルブを備えてなるサーモスタット装置において、前記ジグルバルブの弁体は、前記空気抜き通路よりも大径な円柱状を呈するように弾性材料で形成されるとともに、該空気抜き通路に嵌挿されるロッド部と該ロッド部の先端に設けられた抜け止め用ヘッド部とを備えてなり、前記ロッド部は、板状ロッドとして前記ジグルバルブの弁体から突出するように弾性材料により一体に形成され、さらにその先端部にくさび形状を呈する抜け止め用ヘッド部が一体に形成されるとともに、抜け止め用ヘッド部の先端から軸線方向に沿ってすり割り溝が形成され、前記円柱状の弁体の外周部の一部は、前記外周部より小径の段部が形成されていることを特徴とする。

ここで、「小径の段部」とは、たとえば弁体の外周部の軸線方向の一部において、周方向に沿って均等に凹部を形成することで得られる肉抜き部を言い、このような肉抜き部の断面形状としては、たとえば断面形状が十字形状、角柱形状、円柱形状等、適宜の形状をもつものを採用するとよい。

本発明によれば、弁体部、ロッド部、抜け止め用ヘッド部を弾性材により一体に成形したジグルバルブの弁体を、サーモスタット装置の開閉弁の取付フランジに設けられている空気抜き通路に単純に差し込んで嵌挿させるだけで組付け作業がきわめて簡単に行える。しかも、該弁体の弁体部外周部には小径の段部（肉抜き部）が形成され、該小径の段部よりも先端側部分が重心となることから、冷却水の注入時等における弁体の挙動を防ぐことができるのである。

以上説明したように本発明に係るサーモスタット装置によれば、ジグルバルブを構成する円柱状弁体の外周部の一部に、該外周部より小径の段部を形成することにより、弁体の成形時におけるひけ等を防ぎ、成形性を向上させるとともに、該弁体の着座部の円錐形状を滑らかに形成することができ、確実な着座状態を得てジグルバルブとしての機能を発揮させることができる。特に、上述した弁体において、円錐形状の着座部における球面状のテーパ面（シール面）部分は、ボリュームが大きく、成形時の冷却過程でゆがみ等を発生する虞れがあるが、本発明によれば、該テーパ面に軸線方向に隣接する部分に小径の段部を形成しているから、全体のボリュームをほぼ均等にすることが可能で、形状が安定し、結果として良好なバルブシート部を形成できるのである。

さらに、本発明によれば、小径の段部の存在によって弁体の先端側に重心を移動させることができるので、冷却水の注水時には開弁状態を維持することが簡単となり、注水作業を容易に行える。

また、本発明によれば、すり割り溝の働きにより抜け止め用ヘッド部を弾性変形させることがきわめて容易に行えるから、該ヘッド部、ロッド部を空気抜き通路に差し込んで嵌挿させることにより、組み付ける作業がきわめて容易に行える。
さらに、本発明において、小径の段部を、周方向に沿って凹部を均等に形成しこれによる肉抜き部でほぼ十字形状等を呈する断面形状をもつように形成するようにすると、この弁体を成形するに際して、成形後の熱ひけを防止するため、および熱ひけが発生した際の収縮が均一になるようにするためであり、断面形状が周方向のいずれの方向からも同一の体積（ボリューム）であって成型用金型からの取り出しも容易に行える。

図１ないし図３は本発明に係るサーモスタット装置の一つの実施の形態を示す。ここで、この実施の形態では、エンジンの冷却システムにおいてエンジンの入口側で冷却水路中に臨んで配置され、冷却水温度を制御するために用いた場合を説明する。

図３中、符号１０はサーモスタット装置であり、図示を省略したエンジン側（ウォータジャケット出口部側）とバイパス通路間、さらにラジエータ間の冷却水開路を冷却水温度によって開閉制御するように構成されている。ここで、図中１はエンジン側からの冷却水通路、２はラジエータへの冷却水通路、３はラジエータを迂回してエンジンに戻るバイパス通路に至る冷却水通路をそれぞれ示している。
したがって、このサーモスタット装置１０は、ラジエータへの通路２を遮断してエンジン側からの通路１をバイパス通路側の通路３に冷却水を流通、循環させる状態と、エンジン側からの通路１中の冷却水をラジエータ側への通路２に流通、循環させる状態とを、冷却水温度に応じて切り換えることができるように設けられている。

このようなサーモスタット１０の設置箇所としては、エンジンのエンジンヘッド近傍に設置することが望ましい。このようにすれば、サーモスタット１０を、最もエンジンの実態温度に近い温度で制御することができるからである。

ここで、上述したサーモスタット１０は、図３に示されるように、冷却水通路１，２を有するハウジング１１（以下、蓋体１１Ａを含めてハウジング１１という）と、前記通路１，２内で移動可能に配置されるとともに前記バイパス通路への通路３に通じてハウジング１１内に形成される水室１１ａに下端を臨ませる感温ケース１３と、冷却水の温度変化に伴なう膨張、収縮に応じて前記感温ケース１３をスライド作動させることを可能として該感温ケース１３に内蔵される熱膨張体としてのワックスとを備える。そして、このワックスの収縮時には前記通路１を閉じ、またワックスの膨張時には前記上昇通路１，２を連通させてラジエータ側に冷却水を流通、循環させるように構成されている。

また、サーモスタット１０は、主通路である冷却水通路１，２の途中を構成するように上下に延びるハウジング１１内に配置され、取付フランジ１２ａが該ハウジング１１の内壁に固定保持される本体フレーム１２と、この本体フレーム１２に対して摺動自在に保持され該取付フランジ１２ａの中央開口を開閉する弁体１３ａを備えた感温ケース１３と、該フレーム１２と弁体１３ａとの間に配置され、弁体１３ａを常時は弁閉位置に位置させるばね１６を備えている。

前記感温ケース１３内には、ワックス（図示せず）が内蔵され、この熱膨張、熱収縮により前記弁体１３ａを開閉動作させるような構成となっている。なお、その詳細は周知の通りであり、具体的な説明は省略する。この感温ケース１３の一端からは、前記ワックスの熱膨張、熱収縮による容積変化に伴い移動するピストンロッド１７が設けられている。なお、図中１８は上記の感温ケース１３と一体的に設けられた係止フレームである。

また、上述したサーモスタット装置１０では、感温ケース１３内のワックスが熱膨張すると、ピストン１７の動きに従ってバイパス通路７側に突出する突出部１３ｂ先端の第２の弁体１９が、該バイパス通路側への通路３を閉塞するように動作する。したがって、エンジン側からの冷却水はバイパス通路側には流れず、第１の弁体部分を通してラジエータ側に流れることになる。

さて、上述したサーモスタット１０において、ハウジング１１側に保持固定されるフランジ１２ａの一部には、空気抜き通路となる通路孔２１が形成され、この通路孔２１を開閉するジグルバルブ２０が設けられている。

このジグルバルブ２０は、図１、図２に詳細を示すように、サーモスタット装置１０を構成する開閉弁の取付フランジ１２ａに設けた空気抜き通路（以下、２１という）を開閉するように該開閉弁と並列に設けられ冷却水の水圧を受けて空気抜き通路２１を閉じる弁体２２を有している。このジグルバルブ２０の弁体２２は、前記空気抜き通路２１よりも大径な円柱状を呈するようにたとえば合成樹脂等の弾性材料で形成されるとともに、該空気抜き通路２１に嵌挿されるロッド部２３と該ロッド部２３の先端に設けられた抜け止め用ヘッド部２４とが一体に成形されている。

前記円柱状弁体２２のロッド部２３側の端部は、円錐形状を呈する着座部２２ａとして形成され、該着座部２２ａのシール面は球面状のテーパ面によって構成されている。また、この着座部２２ａに隣接する円柱状弁体２２の外周部の軸線方向の一部には、前記外周部より小径の段部として、周方向に沿って凹部２５ａを均等に形成することによる肉抜き部２５が形成されている。ここで、この肉抜き部２５はほぼ十字形状を呈する断面形状をもって形成されている。これは、この弁体２２を成形するに際して、成形後の熱ひけを防止するため、および熱ひけが発生した際の収縮が均一になるようにするためであり、断面形状が周方向のいずれの方向からも同一の体積（ボリューム）であって成型用金型からの取り出しも容易に行える形状である。

すなわち、上述した弁体２２において、円錐形状の着座部２２ａにおけるテーパ面（シール面）部分は、ボリュームが大きく、成形時の冷却過程でゆがみ等を発生する虞れがあるが、上記のように該テーパ面に軸線方向に隣接している部分を、周方向に均等に形成した肉抜き部２５としているから、全体のボリュームをほぼ均等にすることが可能で、形状が安定し、結果としてシール性能の面から良好なバルブシート部を形成できるのである。

また、前記弁体２２においては、着座部２２ａから軸線方向に突出するロッド部２３を板状ロッドとして形成し、さらにその先端部にくさび形状を呈する抜け止め用ヘッド部２４を一体に形成している。さらに、この抜け止め用ヘッド部２４の先端から軸線方向に沿ってすり割り溝２６が形成されている。このすり割り溝２６は、抜け止め用ヘッド部２４およびロッド部２３を前記空気抜き通路２１内に挿通させる際に、該ヘッド部２４のくさび状部分を弾性変形させるためのものである。
また、このような形状をもつロッド部２３の通路孔２１との間の隙間やすり割り溝２６は、図１、図２から明らかなように、ジグルバルブ２０の開弁時において空気抜き通路として機能するところである。

なお、上述した弁体２２を形成する弾性材料としては、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等のエンジニアリングプラスチック（合成樹脂）を用いるとよいが、勿論これに限定されるものではない。

一方、前記ジグルバルブ２０のロッド部２３が嵌挿される取付フランジ１２ａの空気抜き通路側では、該通路を構成する通路孔２１の抜け止め用ヘッド部２４側の開口縁を、Ｃ面加工を施すことでテーパ面形状に形成し、該テーパ面２７に前記抜け止め用ヘッド部２４の基端側に形成した角部２４ａを当接させるように構成している。

さらに、これに対向して取付フランジ１２ａの通路孔２１において、弁体２２側の開口縁にも、Ｃ面加工を施すことで同一のテーパ面形状に形成している。そして、このテーパ面２８を前記弁体２２の着座部２２ａが着座する弁座として構成している。

このような構成によれば、弁体部２２ａ、ロッド部２３、抜け止め用ヘッド部２４を弾性材により一体に成形したジグルバルブ２０の弁体２２を、サーモスタット装置１０の開閉弁の取付フランジ１２ａに設けられている空気抜き通路２１に単純に差し込んで嵌挿させるだけで組付け作業がきわめて簡単に行える。しかも、該弁体２２の弁体部外周部には肉抜き部２５が形成されることから、その先端側部分に重心が移動することとなることから、冷却水の注入時等における弁体２２の挙動を防ぎ、注水作業を容易に行うことができるという利点がある。

上述した構成によるサーモスタット装置１０では、ジグルバルブを構成する円柱状弁体２２の外周部の軸線方向の一部を周方向において均等に肉抜きされた肉抜き部２５として形成することにより、弁体２２の成形時における熱ひけ等を防ぎ、成形性を向上させるとともに、該弁体２２の着座部２２ａの円錐形状を滑らかに形成することができ、確実な着座状態を得てジグルバルブ２０としての機能を発揮させることができる。

特に、上述した弁体２２において、円錐形状の着座部２２ａにおけるテーパ面（シール面）部分は、ボリュームが大きく、成形時の冷却過程でゆがみ等を発生する虞れがあるが、上述した構成によれば、該テーパ面に軸線方向に隣接する部分に肉抜き部２５を形成しているから、全体のボリュームをほぼ均等にすることが可能で、形状が安定し、結果として良好なバルブシート部を形成できるのである。したがって、ジグルバルブ２０としての適切な閉弁状態を得ることができる。

また、上述したサーモスタット装置１０では、弁体２２の着座部２２ａに隣接する部分に、断面が十字形状を呈する肉抜き部２５を形成していることから、全体のボリュームを単純な円形断面による小径部に比べて小さくすることができ、成形時の樹脂の充填や成型品の型抜きも容易に行えるという利点もある。尤も、これに限定されず、弁体の外周部において該外周部より小径の段部、たとえば周方向において均等に凹部を形成することで得られる形状による肉抜き部２５であればよいものであり、その断面形状としては、適宜の変形例が考えられる。

また、上述した構成では、すり割り溝２６の働きにより抜け止め用ヘッド部２４を弾性変形させることがきわめて容易に行えるから、該ヘッド部２３、ロッド部１４を空気抜き通路２１に単純に差し込んで嵌挿させることにより、組み付ける作業がきわめて容易に行える。

さらに、空気抜き通路を構成する通路孔２１の抜け止め用ヘッド部２４側の開口縁をＣ面加工を施すことでテーパ面形状に形成し、該テーパ面２７に抜け止め用ヘッド部２４の基端側の角部２４ａを当接させることにより、該ヘッド部２４を、常に取付フランジ１２ａに対して垂直姿勢を保つようにすることが可能で、これにより抜け止め効果を発揮させることができるのである。

また、上述した構成では、空気抜き通路を構成する通路孔２１の弁体２２側の開口縁にも、Ｃ面加工を施すことで同一のテーパ面形状に形成し、そのテーパ面２８を弁体２２が着座する弁座として構成することで、取付フランジ１２ａの加工が簡単かつ確実に行え、コスト面で有利であるとともに、該フランジ１２ａとして従来の金属材からなるものを用いることができる等の利点もある。

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、サーモスタット装置１０を構成する各部の形状、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、上述した実施の形態では、弁体２２において着座部２２ａから突設されるロッド部２３を板状に形成し、抜け止め用ヘッド部２４をくさび形状で形成するとともに、その先端から軸線方向に沿ってすり割り溝２６を形成した場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、適宜の変形例が考えられる。たとえば円柱状のロッド部と先端に抜け止め部を設けた抜け止め用ヘッド部を形成し、その先端から１条または複数条のすり割り溝を形成した形状であってもよい。

また、上述した実施の形態では、サーモスタット装置１０を適用するエンジン冷却水回路の詳細な説明は省略したが、従来から周知のエンジン冷却水回路に適用できることは言うまでもない。

本発明に係るサーモスタット装置の一実施の形態を示し、要部とするジグルバルブの詳細を示す要部断面図である。 図１のジグルバルブの弁体を示す概略斜視図である。 本発明を適用するサーモスタット装置およびエンジン冷却水回路への取付け状態を示す概略断面図である。

１…エンジン側からの冷却水通路、２…ラジエータ側への冷却水通路、３…バイパス通路への冷却水通路、１０…サーモスタット装置、１１…ハウジング、１２…本体フレーム、１３…感温ケース、１３ａ…弁体、１６…ばね、１７…ピストンロッド、１８…係止フレーム、１９…第２の弁体、２０…ジグルバルブ、２１…空気抜き通路（又はこれを構成する通路孔）、２２…弁体、２２ａ…着座部、２３…ロッド部、２４…抜け止め用ヘッド部、２５…肉抜き部（小径の段部）、２６…すり割り溝、２７…テーパ面、２８…テーパ面（弁座）。

Claims (1)

1. 内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化による熱膨張体の熱膨張、収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体を開閉する開閉弁を備えるとともに、この開閉弁の取付フランジに設けた空気抜き通路を開閉するように該開閉弁と並列に設けられ冷却水の水圧を受けて空気抜き通路を閉じる弁体を有するジグルバルブを備えてなるサーモスタット装置において、
   前記ジグルバルブの弁体は、前記空気抜き通路よりも大径な円柱状を呈するように弾性材料で形成されるとともに、該空気抜き通路に嵌挿されるロッド部と該ロッド部の先端に設けられた抜け止め用ヘッド部とを備えてなり、
   前記ロッド部は、板状ロッドとして前記ジグルバルブの弁体から突出するように弾性材料により一体に形成され、さらにその先端部にくさび形状を呈する抜け止め用ヘッド部が一体に形成されるとともに、抜け止め用ヘッド部の先端から軸線方向に沿ってすり割り溝が形成され、
   前記円柱状の弁体の外周部の一部には、前記外周部より小径の段部が形成されていることを特徴とするサーモスタット装置。

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