JP5312460B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）の冷却水温度を可変制御する冷却水温度制御系において水温可変制御を行うサーモスタット装置に関し、特にそのサーモエレメント組立体の装置ハウジングに対する組付け構造に関する。

例えば、エンジン等の冷却水系に配置されるサーモスタット装置は、循環流路内を流れる冷却水の温度変化を感知して膨張・収縮するワックス（熱膨張体）を内蔵している。そして、前記サーモスタット装置は、ワックスの膨張・収縮に伴う体積変化により弁体の開閉を行って、冷却水を所定の温度に保持するように機能する。

この種のサーモスタット装置として、たとえば複数の流路に連結されるハウジング内に設置されると共に、ハウジング内に固定されたピストンと、ピストンに対して進退動作するシリンダ容器と、シリンダ容器内に設けられ、温度変化に伴う体積変化によりシリンダ容器を進退動作させる熱膨張体と、ピストンのケーシング内に設けられ、通電することにより熱膨張体に熱を与える発熱素子とを備えたものであって、発熱素子を、ピストンのケーシング外からケーシング内に貫通して形成された熱伝導性を有する延設部材と、ケーシング内における延設部材内に形成された発熱部と、ケーシング外における延設部材に形成され、発熱部と電気的に接続された電極部とにより構成し、発熱部に電圧供給するターミナル端子が電極部に当接することにより、電圧供給源と前記発熱部が電気的に接続されるようにした構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このように構成することにより、電圧供給されるターミナル端子が延設部材の電極部と当接し、発熱素子に対して着脱自在に構成されているため、組立、メンテナンスが容易となる。また、発熱素子における発熱部は延設部材内に形成され、電圧印加される電極部のみが延設部材に形成されるため、容易に破断することのない耐久性の高い発熱素子を得ることができ、さらに発熱素子はピストンのケーシング内に設けられるため、ピストン周面から略均一に発熱することができ、効果的に熱膨張体を加熱することができるなどの利点がある。

特開２００５−１５５８３１号公報

しかし、上述した従来のサーモスタット装置によれば、ピストンや発熱素子、シリンダ容器、さらにターミナル端子等といった構成部品のハウジングへの組付け作業が面倒かつ煩雑であり、コスト高となる等の不具合があった。

さらに、このような従来装置では、ピストンをシール部材に挿入後そのままハウジングに挿入しているため、金属材と弾力のあるゴムで保持されることになり、これによりサーモエレメント組立体とハウジングとは、メタル同士の圧入などの固定が行えない。したがって、冷却水の水流により、特に開弁時などは、サーモエレメント部分が傾く等の虞れがあった。さらに、ピストン内部のヒータのターミナル側との電気的接触部分にサーモエレメント作動時などの荷重や、後述する水圧などが加わり、電気的接触が悪くなる等、信頼性に問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、装置ハウジングに対するサーモエレメント組立体の組付け固定を、きわめて簡単かつ適切に行え、また作動時における動作上での信頼性の面でも優れ、さらにメンテナンスも用意に行えるサーモスタット装置を得ることを目的とする。

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、冷却水が流れる複数の流路に連結された装置ハウジング内に設置されるとともに、前記装置ハウジング内に固定されたピストンと、前記ピストンに対して進退動作するシリンダ容器と、前記シリンダ容器内に設けられ温度変化に伴う体積変化によりシリンダ容器をピストン上で進退動作させる熱膨張体と、前記ピストンのケーシング内に設けられ、通電することにより前記熱膨張体に熱を与える発熱素子とを備えたサーモスタット装置であって、装置ハウジングは、前記ピストン、熱膨張体からなるサーモエレメント組立体の外方端を、ハウジング内部から外部に向けて貫通させて組付け保持するサーモエレメント組立体用の組付け孔を備え、このサーモエレメント組立体用の組付け孔は、その外方端側に小径段部を有しており、前記サーモエレメント組立体を構成するピストンの上端側部分に、ほぼ円筒体形状を呈するピストンガイドを設け、このピストンガイドの外方端側に設けた小径部を、前記装置ハウジングの内側から組付け孔内に差し込んで貫通させた状態で、前記装置ハウジングの外側から係止することにより、前記装置ハウジングと一体的に結合したことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１記載のサーモスタット装置において、前記ピストンガイドの外方端側に、前記装置ハウジングとの結合を確実にするための係止手段を設けたことを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項２記載のサーモスタット装置において、前記係止手段は、前記ピストンガイドを前記装置ハウジングに一体的に結合した際に、前記サーモエレメント組立体全体が前記組付け孔の軸線方向に移動可能となる隙間をもつようにして、前記ピストンガイドの外方端側に設けられていることを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記ピストンの外方端側であって、前記ピストンガイドよりも内方端寄り部分にシール部材を設けるとともに、このシール部材よりも内方端にワッシャを設けることにより、該ピストン上に固定したことを特徴とする。

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、サーモエレメント組立体を構成するピストンの外方端を、装置ハウジングの内側から組付け孔内に差し込んだ状態で保持するほぼ円筒体形状を呈するピストンガイドを用い、その外方端側の小径部を、取付け孔内に差し込むとともに、装置ハウジングの外側から係止することにより、装置ハウジング側に一体的に結合しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ピストンに設けられるターミナルコネクタ接続部を受け持つ荷重が低減可能となり、ターミナルコネクタの変形やばね製の変形による接点抵抗の変化がなくなり、電気接続部の信頼性が向上し、またピストンの触れ止め防止が図れるなどの利点を奏する。

また、本発明によれば、ピストンガイドの外方端側に、装置ハウジングとの結合を確実にするための係止手段を設けているから、サーモエレメント組立体の装置ハウジングに対しての結合がより確実に行える。

さらに、本発明によれば、係止手段と装置ハウジングとの結合部位にサーモエレメント組立体全体が前記組付け孔の軸線方向に移動可能となる隙間を設けるようにしているため、サーモエレメント組立体側のピストンガイドが、装置ハウジングの組付け孔内でその軸線方向に摺動する余裕ができ、ピストンとピストンガイドとが一体になってバルブと共に動くので、以下のような問題が生じないという利点がある。

たとえば、従来のサーモスタット装置を車両に取り付けた状態で、エンジン組付け時などに初期冷却水を注入する際に、真空注水を行うことが多い。この場合に、バルブが注入圧力により強制的に押し下げられるという問題を生じる虞れがあった。

上述した冷却水の注入時において、ハウジングに結合されているピストンはそのままで、サーモスタット本体のみがバルブと一緒に押し下げられサーモエレメント内部が負圧となり内部に冷却水を吸い込むという虞れがある。

冷却水が内部に入ると、その分だけワックスが増えたのと同じになり、低温時においてバルブが完全に閉まらず、開弁状態となり、ラジエータ側への冷却水の流れが発生し、オーバークールなどの動作不良を生じる虞れがあった。

しかし、上述した本発明による係止手段を用いると、該係止手段と装置ハウジングとの結合部位に軸線方向の係止部に軸線方向の遊び（移動の自由度）があることで、係止手段と装置ハウジングとが摺動する余裕があるため、冷却水の注入圧力がバルブに加わった場合でも、サーモエレメント組立体がバルブと一緒に全体として移動するので、ピストンのみが抜けるような隙間が生じる状態にはならないため、真空とはならないので、冷却水が吸い込まれることはない。

また、本発明によれば、ピストンの外方端側であってピストンガイドよりも内方端寄り部分にシール部材を設けるとともに、このシール部材よりも内方端にワッシャを設けることで、ピストン上に一体的に結合固定しているから、ピストンに設けられるターミナルコネクタ接続部を受け持つ荷重が低減可能となり、ターミナルコネクタの変形やばね製の変形による接点抵抗の変化がなくなり、電気接続部の信頼性が向上し、またピストンの触れ止め防止が図れるなどの利点を奏する。
さらに、シール部材を、ピストンガイドの内方端側に介在させて設けることにより、ピストンとピストンガイドとの間、さらにピストンガイドとハウジングの組付け孔の内壁部との間をシールし、これによりハウジング内を流れる冷却水が、ピストンの外方端から延設されて組付け孔の外側で外部接続用コネクタ部材に接続される棒状ヒータとの電気接続部へ浸入しないようにし、これにより電気接続部の信頼性をさらに向上させることができる。

図１は本発明に係るサーモスタット装置の一実施形態を示すものであり、図において、符号１で示すサーモスタット装置は、冷却水が流れる複数の流路に連結される装置ハウジング（以下、単にハウジングという）２内に設置され、前記流路を弁動作により連通または遮断する働きをする。

このサーモスタット装置１は、ハウジング２内に垂下した状態で固定されているピストン３と、このピストン３に対して進退動作するシリンダ容器４とを備えている。また、前記シリンダ容器の外周に形成されたフランジ弁５と、シリンダ容器４を取り巻いて設置されるとともにフランジ弁５の裏側に一端が当接したスプリング６と、シリンダ容器４の下部外周に形成されるとともにスプリング６の他端が当接する下部フランジ７とを備えている。

前記ピストン３は、金属管により先端が密封された円管形状を呈する形状で形成されている。そして、その外周部にシリンダ容器４が嵌装されることにより、内部に熱膨張体としてのワックスＷを封入したサーモエレメント組立体１０を構成している。

なお、ワックスＷの温度が上昇するとワックスＷの体積が膨張し、シリンダ容器４に対してピストン３を伸長するように進退動作する。すなわち、ピストン３は、ハウジング２に対して固定されているため、シリンダ容器４が下方に摺動し、フランジ弁５が弁座５ａから離れて開弁するように動作する。

一方、ワックスＷの温度が低く、ピストン３が収縮状態にある場合にはスプリング６の弾発力により前記フランジ弁５が前記弁座５ａに対して圧着され、閉弁した状態となる。

ここで、シリンダ容器４は、内部に円柱状空間をもち、その内部に前記ピストン３が挿入されることで形成されるすきま空間内にワックスＷが封入されている。なお、図中８ａはワックスＷの流出防止を行うパッキン等のシール部材、８ｂはそのバックアッププレート、８ｃはピストン３を保持する筒状ガイドであり、シリンダ容器４の開口端縁は加締められ、その先端に外部からの異物の混入を防ぐゴムリング９が組付けられている。

また、前記ハウジング２には、前記サーモエレメント組立体１０を組み付けるための組付け孔１１が形成されている。この組付け孔１１は、その外方端側に小径段部１１ａを備えるとともに、その外方端には大径孔部１１ｂが形成され、ハウジング２の外方に開口している。なお、図中１２は該組付け孔１１をハウジング２の内側で形成するための筒状部である。

さて、本発明によれば、前記ピストン３の上端側部分にピストンガイド１３を設けている。ここで、このピストンガイド１３は、金属または合成樹脂等でほぼ円筒体形状に形成されており、ピストン３とは圧入、または成型により固定され、一体化されている。
また、このピストンガイド１３の外方端側には、小径部１３ａが形成されている。

なお、１３ｂはピストンガイド１３の外周部に設けられ、組付け孔１１との間をシールするＯリングであり、また１３ｃはピストン３との間をシールするＯリング、１３ｄはワッシャ、１３ｅはこの部分を封止する加締め部である。

そして、このピストンガイド１３の外方端を、ハウジング２の内側から組付け孔１１内に差し込んで貫通させ、この状態でハウジング２の外側から抜け止め用の係止手段としてのストップリング１５を組み付けることにより、ハウジング２とこのサーモエレメント組立体１０を構成するピストンガイド１３とを一体的に結合している。

ここで、このストップリング１５は、ピストンガイド１３を前記ハウジング２に一体的に結合した際に、前記サーモエレメント組立体全体が前記組付け孔の軸線方向に移動可能となる隙間をもつようにして、前記ピストンガイドの外方端側に設けられている。これは、装置の組立て状態において、ハウジング２内部の流路に流れる流体圧の影響を受けた際の作用力を吸収することができるようにしたものである。

すなわち、上述したストップリング１５を用いると、該ストップリング１５とハウジング２との結合部位に軸線方向の係止部に軸線方向の遊び（移動の自由度）があることで、ストップリング１５とハウジング２とが摺動する余裕があるため、たとえば冷却水の注入圧力がバルブに加わった場合でも、サーモエレメント組立体１０がバルブと一緒に全体として移動するので、ピストン３が抜けるような隙間が生じる状態にはならないため、サーモエレメント内部が真空とはならず、冷却水が吸い込まれることはない。

図中Ｈはピストン３のケーシング内に設けられ、通電することによりワックスＷに熱を与える発熱素子としての棒状ヒータであり、該ピストン３の先端部には、シリコン等の熱伝導性材料が封入されて該ピストン３に一体的に組み立てられるようになっている。

この棒状ヒータＨは、周知の通り、たとえばセラミック材等の耐熱絶縁体内に発熱線を埋設した構造を有している。
この棒状ヒータＨは、前記ピストン３のケーシング内に挿入され、外部電源が制御部（図示せず）を介して電気的に接続されることにより、必要に応じて発熱し、前記ワックスＷを加熱昇温させ得るように構成されている。これにより、ピストン３上でシリンダ容器４を進退動作させ、流路中のバルブを開閉制御することは言うまでもない。

図中２１は前記外部接続用のコネクタ部材であり、その先端部が前記組付け孔１１の大径孔部１１ｂに嵌め込まれ、ストップリング２２で固定することにより、外部接続を行えるようになっている。

ここで、このような棒状ヒータＨは、予めピストン３内に組込み、前記サーモエレメント組立体１０として構成していてもよいし、あるいは、コネクタ部材２１側に組み付けておき、サーモエレメント組立体１０をハウジング２に組み付けてから、ピストン３内に組み込むように構成してもよいことは言うまでもない。

図２および図３は本発明の変形例をそれぞれ示すものである。
これを簡単に説明すると、図２では、ピストンガイド１３の内方端にシール材３１を設け、これにピストン３の外方端側を圧入固定するとともに、該シール材３１を圧接した状態で、該シール材３１の内方端側にワッシャ３２をピストン３に設け、これを加締めてピストン３に固定した場合を示す。

図３では、ピストン３を、ピストンガイド１３とリング３４とにインサート成型で一体化したものである。ここで、リング３４は、ピストン３の段部に係止されることで、軸線方向の動きを規制されて一体化されている。また、図中３３はＯリングである。

すなわち、図２および図３の例では、ピストン３とピストンガイド１３とを、圧入、加締め、インサート成型等によって、軸線方向において抜け防止を図って一体化しているのである。また、図２のシール材３１、図３のＯリング３３は、これらをピストンガイド１３の内方端側に介在させて設けることにより、ピストン３とピストンガイド１３との間、さらにピストンガイド１３とハウジング２の組付け孔１１の内壁部との間をシールし、これによりハウジング２内を流れる冷却水が、ピストン３の外方端から延設されて組付け孔１１の外側で外部接続用コネクタ部材２１に接続される棒状ヒータＨとの電気接続部へ浸入しないようになっている。

そして、このような構成によっても、前述した実施形態と同様に、サーモエレメント組立体１０を構成するピストン３の外方端を、ハウジング２の内側から組付け孔内に差し込んだ状態で、ピストンガイド１３を、ハウジング２側に一体的に結合しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ピストン３に設けられるターミナルコネクタ接続部を受け持つ荷重が低減可能となり、ターミナルコネクタの変形やばね製の変形による接点抵抗の変化がなくなり、電気接続部の信頼性が向上し、またピストンの触れ止め防止が図れるなどの利点を奏する。

さらに、上述した構造においても、ピストンガイド１３の外方端側に、ハウジング２との結合を確実にするための係止手段であるストップリング１５を設けているから、サーモエレメント組立体１０のハウジング２に対しての結合がより確実に行える。

また、上述した実施形態では、サーモエレメント組立体１０側のピストンガイド１３を、ハウジング２の内側から差込み、先端側の段部を、ハウジング２の組付け孔１１側の小径段部１１ａに当接させるとともに、反対側にストップリング１５をセットしてハウジング２側に結合固定しているが、ここで、図４（ａ），（ｂ）に示すように、サーモエレメント組立体１０全体が組付け孔１１の軸線方向に移動可能となる隙間をもつようにして設けると実用面で優れている。

すなわち、このように構成すれば、サーモエレメント組立体１０側のピストンガイド１３が、ハウジング２の組付け孔１１内でその軸線方向に摺動する余裕ができ、ピストン３とピストンガイド１３とが一体になってバルブと共に動き、ストップリング１５が小径段部１１ａに当たるまで動くことになるので、以下のような問題を生じる虞れがない。

たとえば、従来のサーモスタット装置を車両に取り付けた状態で、エンジン組付け時などに冷却水を注入する際に、バルブが注入圧力により強制的に押し下げられるという問題を生じる虞れがあったが、このような不具合はなくなる。

また、上述した冷却水の注入時において、ハウジングに結合されているピストンはそのままで、サーモスタット本体のみがバルブと一緒に押し下げられサーモエレメント内部が負圧となり内部に冷却水を吸い込むという虞れがあるが、このような不具合もない。

さらに、冷却水が内部に入ると、その分だけワックスが増えたのと同じになり、低温時においてバルブが完全に閉まらず、開弁状態となり、ラジエータ側への冷却水の流れが発生し、オーバークールなどの動作不良を生じる虞れがあったが、このような問題もなくなる。

また、上述した構成では、ストップリング１５とハウジング２の小径段部１１ａとの間に軸線方向の遊びがあり、これら間が摺動する余裕があるため、たとえば冷却水の注入圧力がバルブに加わった場合でも、サーモエレメント組立体１０がバルブと一緒に全体として移動するので、ピストン３のみが抜けるような隙間が生じる状態にはならないため、真空とはならないので、冷却水が吸い込まれることはない。

なお、本発明は上述した実施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１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、上述した実施形態では、ストップリング１５として円形断面をもつ一般的なものを用いたが、本発明はこれに限定されず、図５や図６に示すような形状をもつストップリング４０，４１を用いてもよいものである。

すなわち、ストップリング４０，４１は、上部側の径が下部側の径よりも小さく、下部側は内側に縮小可能なばね性を持たせている形状を有している。そして、このようなストップリング４０，４１を用いると、図５のように、このストップリング４０をピストンガイド１３の外方端側の装着溝に装着したままで、装置ハウジング２の内側から組付け孔１１に挿入し、その挿入後に該ストップリング４０の下部を小径段部１１ａの大径孔部１１ｂ側に係止させることができる。このような構成によれば、組立性の点で優れている。

また、図６では、ピストンガイド１３として円筒状のものを用い、該ピストンガイド１３の外方端側にピストン３の外方端側に設けたフランジ状部分４４を係止させることで、ピストン３の抜け止めを確実に行えるように構成している。そして、この実施形態では、ピストンガイド１３の外周部にストップリング４１の装着溝４２を形成し、ストップリング４１を装着するとともに、ハウジング２の組付け孔１１内に形成した環状溝４３の内側段部にストップリング４１を係止させるようにしている。

本発明に係るサーモスタット装置の全体構成を示す概略断面図である。 本発明に係るサーモスタット装置の別の実施形態を示すものであり、要部となるピストン、ピストンガイドおよび装置ハウジングの組付け孔等の関係を示す要部拡大断面図である。 本発明に係るサーモスタット装置の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明に係るサーモスタット装置において、（ａ），（ｂ）は装置ハウジング内でのピストンガイドの組付け部を説明するための概略説明図である。 本発明に係るサーモスタット装置のさらに別の実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明に係るサーモスタット装置のさらに他の実施形態を示す要部拡大断面図である。

１…サーモスタット装置、２…装置ハウジング、３…ピストン、４…シリンダ容器、１０…サーモエレメント組立体、１１…サーモエレメント組立体用組付け孔、１３…ピストンガイド、１５…係止手段（ストップリング）、２１…コネクタ部材、Ｈ…発熱素子（棒状ヒータ）、Ｗ…ワックス（熱膨張体）。

Claims (4)

1. 冷却水が流れる複数の流路に連結された装置ハウジング内に設置されるとともに、前記装置ハウジング内に固定されたピストンと、前記ピストンに対して進退動作するシリンダ容器と、前記シリンダ容器内に設けられ温度変化に伴う体積変化によりシリンダ容器をピストン上で進退動作させる熱膨張体と、前記ピストンのケーシング内に設けられ、通電することにより前記熱膨張体に熱を与える発熱素子とを備えたサーモスタット装置であって、
   前記装置ハウジングは、前記ピストン、熱膨張体からなるサーモエレメント組立体の外方端を、ハウジング内部から外部に向けて貫通させて組付け保持するサーモエレメント組立体用の組付け孔を備え、
   このサーモエレメント組立体用の組付け孔は、その外方端側に小径段部を有しており、
   前記サーモエレメント組立体を構成するピストンの上端側部分に、ほぼ円筒体形状を呈するピストンガイドを設け、
   このピストンガイドの外方端側に設けた小径部を、前記装置ハウジングの内側から組付け孔内に差し込んで貫通させた状態で、前記装置ハウジングの外側から係止することにより、前記装置ハウジングと一体的に結合したことを特徴とするサーモスタット装置。
2. 請求項１記載のサーモスタット装置において、
   前記ピストンガイドの外方端側に、前記装置ハウジングとの結合を確実にするための係止手段を設けたことを特徴とするサーモスタット装置。
3. 請求項２記載のサーモスタット装置において、
   前記係止手段は、前記ピストンガイドを前記装置ハウジングに一体的に結合した際に、前記サーモエレメント組立体全体が前記組付け孔の軸線方向に移動可能となる隙間をもつようにして、前記ピストンガイドの外方端側に設けられていることを特徴とするサーモスタット装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーモスタット装置において、
   前記ピストンの外方端側であって、前記ピストンガイドよりも内方端寄り部分にシール部材を設けるとともに、このシール部材よりも内方端にワッシャを設けることにより、該ピストン上に固定したことを特徴とするサーモスタット装置。

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