JP6293955B1 - ワックスサーモアクチュエーター - Google Patents

Abstract

【課題】簡単で安価な構成により発熱手段で発生させた熱を効率よくワックスに伝熱して、内包するワックス全体を偏りなく熱膨張をさせて、ピストンロッドの所望の突出量に変換可能なワックスサーモアクチュエーターを提供する。【解決手段】ワックスＷが封入されたハウジング２と、このハウジング２に対して突没自在なピストンロッド３と、を備え、このピストンロッド３の内部に発熱手段（電熱ヒータ３２）を有するワックスサーモアクチュエーター１において、ピストンロッド３に遊嵌されて前記発熱手段の熱を伝熱する円筒状の伝熱パイプ４をハウジング２の内部に挿置する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車等に使用される内燃機関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ワックスサーモアクチュエーターに関し、詳しくは、ピストン内部に発熱手段を有し、この発熱手段でワックスを加熱融解してその体積膨張をピストン突没動作に変換する発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターに関する。

この種の発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターとしては、例えば、特許文献１に、ハウジング４０内に固定されたピストン４に対して進退動作するシリンダ容器３と、シリンダ容器３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３を進退動作させるワックスＷと、ピストン４のケーシング１５内に設けられ、通電によりワックスＷに熱を与える発熱素子１２と、を備えたサーモスタット装置１が開示されている。

このサーモスタット装置１の発熱素子１２は、ピストン４のケーシング１５外からケーシング１５内に貫通して形成された熱伝導性を有する延設部材１６と、ケーシング１５内の延設部材１６内に形成された発熱部１８と、ケーシング１５外の延設部材１６に形成され、発熱部１８と電気的に接続された電極部１７とにより構成され、発熱部１８に電圧供給するターミナル端子２１が電極部１７に当接することにより、電圧供給源と発熱部１８が電気的に接続され、高耐久性、且つ組立、メンテナンスが容易とされている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１６］〜［００２９］、図面の図１、図２等参照）。

しかし、特許文献１に記載の発熱素子１２を備えたサーモスタット装置１は、発熱素子１２が設けられたピストン４がリフトして上昇すると、熱源である発熱素子１２も上昇することとなる。このため、ピストン４の上昇に伴って熱源から内部底面付近のワックスが離間することとなり、熱伝導率が低いパラフィンワックスで熱が遮られて熱源から離れた内部底面付近のワックスが熱膨張せず、所望のリフト量が得られないという問題があった。

また、発熱手段が発生した熱を効率よくワックスに伝達させるための技術として、特許文献２に、筒型ケース２，３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７をケース外に進退動作させるための熱膨張体４と、ケース内部に配設され熱膨張体に熱影響を与える発熱素子１２とを備えるサーモエレメント１が開示されている。

このサーモエレメント１は、発熱素子１２がほぼ筒型形状を呈し、ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体であるワックス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の内側には、ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部５を介して外部電源と接続される電極部材１３が配設されている。そして、発熱素子１２の外側でケース内壁部との間には、ワックス４への放熱を行う放熱フィンを兼ねた板ばね材１４が配設されている。

このため、特許文献２に記載のサーモエレメント１によれば、ケース内に封入されたワックス４を全体にわたって効率よく温度上昇させ得るとともに、発熱素子１２への通電制御用の端子取り出し部での確実なシール構造を得ることができるとされている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００３１］〜［００４０］、図面の図１、図２等参照）。

しかし、特許文献２に記載のサーモエレメント１は、熱源である発熱素子１２が固定式でるため、前述の問題は発生しないものの、発熱素子１２で発生した熱が、熱伝導率の高い板ばね材１４を介して板ばね材１４と接触する筒型ケース２から外に逃げてしまう。このため、発熱素子１２で発生した熱が届かないワックスの量が増え、結果として所望のリフト量が得られないという問題が発生する。

特開２００５−１５５８３１号公報 特開２００３−２２２０７２号公報

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的とするところは、簡単で安価な構成により発熱手段で発生させた熱を効率よくワックスに伝熱して、内包するワックス全体を偏りなく熱膨張をさせて、ピストンロッドの所望の突出量に変換可能なワックスサーモアクチュエーターを提供することにある。

第１発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、ワックスが封入されたハウジングと、このハウジングに対して突没自在なピストンロッドと、を備え、このピストンロッドの内部に発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターであって、前記ピストンロッドに遊嵌されて前記発熱手段の熱を伝熱する円筒状の伝熱パイプが前記ハウジングの内部に挿置されており、前記ハウジングは、前記ワックスを収容する有底円筒状のハウジングカップと、このハウジングカップの上端部に嵌着されるハウジングキャップと、前記ハウジングカップと前記ハウジングキャップとの間に介装されて両者間を封止するシール材と、を備え、前記伝熱パイプは、前記ハウジングカップの内部の底面から前記シール材に至るまでの長手方向の内法略全長に亘る長さを有することを特徴とする。

第２発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明において、前記伝熱パイプの外径は、前記ハウジングカップの内周面と離間し、且つ、前記伝熱パイプの内径は、前記ピストンロッドに内接しない径に設定されていることを特徴とする。

第３発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明又は第２発明のいずれかの発明において、前記伝熱パイプの周面には、多数の孔が穿設されていることを特徴とする。

第４発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明ないし第３発明のいずれかの発明において、前記伝熱パイプは、金属製パイプであることを特徴とする。

第５発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明ないし第４発明のいずれかの発明において、前記伝熱パイプの上端には、外周面から外側へ張り出すドーナツ状の鍔が形成されていることを特徴とする。

第１発明〜第５発明によれば、伝熱パイプを挿置するという簡単で安価な構成により、ピストンロッドのリフト量（突出量）が大きい領域においても、ピストンロッド上の発熱手段で発生させた熱を、ハウジングに封入されたワックス全体に効率よく伝熱することができ、ワックス全体を偏りなく熱膨張をさせることができる。このため、最大リフトをより低温環境で出力できる小型で高性能な発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターとすることができる。
また、第１発明〜第５発明によれば、リフト移動するピストンロッド上の発熱手段の熱を、伝熱パイプにより、優先的にハウジングの軸方向に伝熱し、熱源から最も離れたハウジングの内部の底面付近のワックスにも効率よく伝熱することができる。また、伝熱パイプがハウジングカップの内法略全長に亘るため、ピストンロッドの移動に引き摺られて伝熱パイプが移動することがない。このため、ピストンロッドのリフト量が多く高い位置にある場合でもワックス全体を偏りなく熱膨張をさせることができ、周囲の温度環境に拘わらずピストンロッドの所望のリフト量を得ることができる。

特に、第２発明によれば、伝熱パイプの外径は、ハウジングカップの内周面と離間されているので、特許文献２に記載されたサーモエレメントのように、発熱手段の熱がハウジングから外部へ逃げてしまうおそれがない。このため、さらに優先的にハウジングの軸方向に伝熱されるので、ワックス全体を偏りなく熱膨張をさせることができ、少量の熱量でピストンロッドの所望のリフト量を得ることができる。また、第２発明によれば、伝熱パイプの内径は、ピストンロッドに内接しない径に設定されているので、ピストンロッドの突没動作を阻害するおそれがなく、ワックスの熱膨張を効率よくピストンロッドのリフト量に変換することができる。

特に、第３発明によれば、伝熱パイプの周面には、多数の孔が穿設されているので、融解したワックスがピストンロッドの突没動作に応じて、伝熱パイプの内外を移動するので、ワックスの膨張収縮にともなうピストンロッドの突没動作を阻害するおそれがない。このため、ワックスの熱膨張収縮を効率よくピストンロッドの突出量に変換することができる。

特に、第４発明によれば、伝熱パイプが、熱伝導率が高い金属製パイプであるので、非常に効率よく熱源である発熱手段から最も離れたハウジングの底部付近まで万遍なくワックス全体に伝熱することができる。

特に、第５発明によれば、シール材の摺動を伝熱パイプの上端に設けられた鍔で拘束し、ピストンロッドの埋没動作に引き摺られて、シール材がハウジングの底部方向に繰返し引張られることによる損傷を防止できる。

本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターを示す鉛直断面図である。 同上のワックスサーモアクチュエーターのハウジングの構成を示す分解斜視図である。 同上のハウジングのハウジングカップのみを示す鉛直断面図である。 図２のハウジングのハウジングキャップの構成を示す鉛直断面図である。 図２のハウジングのシール材のみを示す鉛直断面図である。 本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターのピストンロッドのみを示す斜視図である。 同上のピストンロッドのみを示す鉛直断面図である。 本実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターの伝熱パイプのみを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターを示す鉛直断面図であり、（ａ）が、ピストンロッドのリフトアップ前を示し、（ｂ）が、ピストンロッドが高い位置までリフトアップされた状態を示している。 温度とリフト量との関係をプロットして本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーターと従来品との性能を比較した測定結果のグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーター１を示す鉛直断面図である。ここで、ワックスサーモアクチュエーターとは、ワックスエレメントやサーモペレット、又はサーモエレメントなどと呼ばれる温度センサと制御動作を行うアクチュエーターの機能を併せ持つ感温制御装置を指している。

例えば、ワックスサーモアクチュエーターは、自動車等に使用される内燃機関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アクチュエーターとして用いられる。ワックスサーモアクチュエーターの主な用途としては、キャブやスロットルチャンバーに組み込込まれてファーストアイドル・オートチョークの解除機能や、二輪車のオートスターターに用いられる。

図１に示すように、ワックスサーモアクチュエーター１は、ワックスＷが封入されたハウジング２と、このハウジング２に対して突没自在なピストンロッド３と、このピストンロッド３に遊嵌された円筒状の伝熱パイプ４、などを備えた感温制御装置である。

このワックスサーモアクチュエーター１は、後述のように、ピストンロッド３の内部に電熱ヒータ３２が設けられている。つまり、ワックスサーモアクチュエーター１は、ワックスＷが充分に熱膨張しない低温環境下でもピストンロッド３の突出動作を可能とする電熱ヒータ付きワックスサーモアクチュエーターである。

ここで、ワックスサーモアクチュエーター１に用いるワックスＷは、本実施形態では、常温で固形のパラフィンワックスである。このパラフィンワックスとは、炭化水素化合物の一種で、炭素原子の数が２０以上となる長大なアルカンを指している。勿論、ワックスサーモアクチュエーター１のハウジング２に封入することのできる物質は、パラフィンワックスに限られず、マイクロワックスなど、比較的体積変化の大きい所定の熱膨張特性を有する物質であれば本発明に適用可能である。また、本発明に係るワックスは、組合せにより、常温より低い温度域において固形であり、常温で個容体又は液体のワックスもワックスサーモアクチュエーターの用途に応じて適宜適用可能である。

＜ハウジング＞
図２は、本実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーター１のハウジング２の構成を示す分解斜視図である。ハウジング２は、ワックスサーモアクチュエーター１を構成する金属容器であり、ワックスＷを収容するハウジングカップ２０と、このハウジングカップ２０の上端部に嵌着されるハウジングキャップ２１など、から構成されている。また、ハウジングカップ２０とハウジングキャップ２１との間には、これらを密閉して封止するシール材２２が介装されている。

（ハウジングカップ）
図３は、ハウジング２のハウジングカップ２０のみを示す鉛直断面図である。図２、図３に示すように、ハウジングカップ２０は、ワックスＷを収容する容器となるカップ本体部２０ａと、このカップ本体部２０ａの上方に形成された上端部２０ｂと、カップ本体部２０ａの下方に形成された下端部２０ｃなど、から構成されている。

カップ本体部２０ａは、外径が１０．５ｍｍ、内径が７．５ｍｍ程度の上下方向を長手方向（軸方向）とする長さ３４ｍｍ程度の縦長な有底円筒状の部位であり、円筒状の内部がワックスＷを収容するスペースとなっている。

上端部２０ｂは、カップ本体部２０ａの外径より拡径された外径１４ｍｍ程度の部位であり、ハウジングキャップ２１の内側に嵌着される部位であるとともに、上部がシール材２２を載置する凹部であるシール材載置部２０ｄとなっている。

下端部２０ｃは、カップ本体部２０ａの下端から下方へ突出する中実円柱状の部位であり、外径がカップ本体部２０ａの外径より小さい７ｍｍ程度で、長さが１７．５ｍｍとなっている。また、下端部２０ｃの下端付近の下部には、ワイヤーリングやＥリングを嵌める溝２０ｅが形成されている。この下端部２０ｃは、高リフトになった時にバイパスポートを塞ぐための部位である。

（ハウジングキャップ）
図４は、主にハウジング２のハウジングキャップ２１の構成を示す鉛直断面図である。図２、図４に示すように、ハウジングキャップ２１は、主に、上部２１ａと、下部２１ｂとから構成された段階状に２つの異径円筒が重なりあった概略キャップ状の部材である。

上部２１ａは、上端が開放された丸い凹部２１ｃが形成された部位であり、凹部２１ｃの底面には、ピストンロッド３を挿通するロッド孔２１ｄが穿設されている。このロッド孔２１ｄで上部２１ａと下部２１ｂとが連通されている。

この凹部２１ｃには、図２、図４に示すように、リング状の鋼板からなるワッシャ２３と、このワッシャ２３より厚いリング状のゴム弾性体からなるピストンシール材２４が装着されて上端がカシメられる（図１参照）。この構成により、ハウジングキャップ２１は、ピストンロッド３との隙間を突没自在に封止することができ、ワックスサーモアクチュエーター１の周りの流体がハウジング２内に流入することがない。

下部２１ｂは、下端が開放された水平断面円形状の凹部２１ｅが形成されて部位であり、この凹部２１ｅには、シール材２２が圧着される。このため、凹部２１ｅに上部は、シール材２２のドーム状の上部の形状に応じたドーム状となっている。

この凹部２１ｅには、シール材２２及び上端部２０ｂが嵌め込まれたうえ、下部２１ｂの下端がカシメられてハウジングキャップ２１がハウジングカップ２０の上端部２０ｂに嵌着されることとなる（図１参照）。

（シール材）
図５は、シール材２２のみを示す鉛直断面図である。図２、図５に示すように、シール材２２は、上部２２ａがドーム状、下部２２ｂが下方に行くに従って縮径する逆円錐台状となった概略マッシュルーム状の部材である。このシール材２２は、合成樹脂などのゴム弾性体からなる部材であり、ハウジングカップ２０とハウジングキャップ２１との間に介在してゴム弾性体が圧縮されることで両者の隙間を埋めて密封する機能を有している。

このシール材２２には、ピストンロッド３を挿通する上下に開孔する円形のロッド孔２２ｃが穿設されている。前述のピストンシール材２４とシール材２２のロッド孔２２ｃにより、ピストンロッド３との隙間が２段階に封止される仕組みとなっている。

＜ピストンロッド＞
図６は、ピストンロッド３のみを示す斜視図であり、図７は、ピストンロッド３のみを示す鉛直断面図である。図６、図７に示すように、ピストンロッド３は、下端が閉塞された外径４ｍｍの有底円筒状のロッド本体３０と、このロッド本体３０の軸線上の上部に固着されたリング状のフランジ３１と、から主に構成されたステンレス製の部材である。このピストンロッド３は、ハウジング２に対して相対的に突出動作又は後退動作することにより、図示しない他部材を押圧して、ハウジング２とハウジング２と一体化されたバルブとが駆動され、流路を開閉する機能を有している。

（電熱ヒータ：発熱手段）
ロッド本体３０の内部には、発熱手段（熱源）として通電により発熱する電熱ヒータ３２が設けられている。本実施形態に係る電熱ヒータ３２は、配線３３，３４により電気的に車のバッテリー等の１２Ｖの直流電源に接続されている。この電熱ヒータ３２は、ワックスサーモアクチュエーター１の周囲の温度環境に拘わらず、通電により発熱してワックスＷを熱膨張可能とする機能を有している。勿論、本発明に係る発熱手段は、交流電源と接続するものでも構ないし、電熱ヒータに限られず、スイッチ等の操作により発熱の開始及び終了を制御可能な発熱手段であればよい。

＜伝熱パイプ＞
次に、図８を用いて、本実施の形態に係る伝熱パイプ４について説明する。図８は、本実施の形態に係る伝熱パイプ４を示す斜視図である。伝熱パイプ４は、電熱ヒータ３２の熱を優先的にハウジング２の軸方向に伝熱する０．２ｍｍ程度の厚さの矩形の銅板から円筒状に丸められた円筒状の部材である。

このように伝熱パイプ４を銅製としたのは、ワックスＷより熱伝導率を充分に高くし、優先的にハウジングの軸方向に伝熱するためである。銅の熱伝導率は、３９８(W・m-1・K-1)であり、ワックスＷより大幅に熱伝導率が高くなっている。勿論、本発明に係る伝熱パイプは、カーボン製や銅以外の金属製（例えば、アルミニウム製、金製、銀製）など熱伝導率が、ワックスＷより高い他の素材から構成してもよいことは云うまでもない。

なお、本実施形態に係る伝熱パイプ４は、図８に示すように、矩形の銅板の端部同士は、円筒状に丸めた後も接合されていない。勿論、本発明に係る伝熱パイプは、溶接等でこれらの銅板の端部同士を接合してもよいし、元々円筒状となっている銅管に多数の孔を穿設して作成しても構わない。

この伝熱パイプ４は、図８に示すように、円筒状のパイプ本体４０と、このパイプ本体４０上端に形成された、パイプ本体４０の外周面から外側へ張り出すドーナツ状の鍔４１など、から構成されている。また、このパイプ本体４０の円周面には、直径０．３ｍｍ程度の小径の多数の孔４０ａが穿設されている。これらの多数の孔４０ａは、伝熱パイプ４の内部に存在したワックスＷが熱膨張又は収縮した際に伝熱パイプ４を通り抜けられるようにするための孔である。

本実施形態に係る伝熱パイプ４の長さＨ１は、３０．０ｍｍ〜３１．５ｍｍ程度に設定されている。これは、ハウジング２にシール材２２が装着された状態において、ハウジングカップ２０の内部の底面からシール材２２の下端に至るまでのハウジング２の長手方向の内法略全長と略同じ程度の長さである。このように伝熱パイプ４の長さＨ１を設定することにより、ピストンロッド３の移動に引き摺られて伝熱パイプ４が移動することがないからである。また、ピストンロッド３の移動（上昇）により電熱ヒータ３２から最も距離が離れてしまうハウジングカップ２０の底面付近のワックスＷにも確実に伝熱パイプ４で熱を伝えることができるからである。

また、伝熱パイプ４（パイプ本体４０）の外径Ｄ１は、好ましくは、５．０ｍｍ〜６．０ｍｍ程度、本実施形態では、外径５．５ｍｍ程度に設定されている。これは、伝熱パイプ４の外径Ｄ１が、ハウジングカップ２０の内径（７．５ｍｍ程度）より小さく、伝熱パイプ４の内径Ｄ２（Ｄ１−厚さ０．２ｍｍ×２＝５．１ｍｍ程度）がピストンロッド３の外径（４ｍｍ程度）より大きくなるように設定したものである。

これにより、伝熱パイプ４を、ハウジングカップ２０の内周面と離間するものとし、且つ、ピストンロッド３に内接しないものとすることができる。このため、伝熱パイプ４とハウジングカップ２０の内周面との間に熱伝導率が低いワックスＷが存在することとなり、電熱ヒータ３２の熱がハウジング２から外部へ逃げるのを防ぐことができる。それに加え、伝熱パイプ４がピストンロッド３に内接しないため、ピストンロッド３の突没動作を伝熱パイプ４で阻害することを防ぐことができる。よって、ワックスＷの熱膨張を効率よくピストンロッド３の突出動作（リフト動作）に変換することができる。

鍔４１は、ハウジング２にシール材２２が装着された状態において、シール材２２の下端に当接して支え、シール材２２の上下移動を拘束する機能を有している。伝熱パイプ４に鍔４１を設けて伝熱パイプ４の全長をハウジング２内の内法寸法と略同じとすることにより、シール材２２の上下移動を拘束するため、シール材２２がピストンロッド３とともに移動して擦り切れたりして損傷することを防止することができる。

［ワックスサーモアクチュエーターの動作］
次に、図９を用いて、前述のワックスサーモアクチュエーター１の動作について説明する。図９は、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターを示す鉛直断面図であり、（ａ）が、ピストンロッドのリフトアップ前を示し、（ｂ）が、ピストンロッドが高い位置までリフトアップされた状態を示している。また、ワックスサーモアクチュエーター１のハウジング２を固定してピストンロッド３を上下動させてリフトアップ又はリフトダウンする場合を例示して説明する。

ワックスサーモアクチュエーター１は、ワックスＷの熱膨張特性である、固体膨張→固体から液体変化時（固溶体）の膨張→液体膨張によりピストンロッド３のリフト量（変位量）を得て、様々な温度制御を行うアクチュエーターである。

ワックスサーモアクチュエーター１は、基本的には、ハウジング２の周囲の流体の温度により、ワックスＷが熱膨張するものである。しかし、前述のように、ピストンロッド３に電熱ヒータ３２を設けて、電熱ヒータ付きワックスサーモアクチュエーター（いわゆる電制サーモスタット）とすることにより、流体の温度が低温でも外部から信号に基づき任意の温度で動作可能とするものである。

図９（ａ）に示すように、電熱ヒータ３２によりピストンロッド３のリフトアップ開始直後は、電熱ヒータ３２の熱の影響が直接及ぶ破線楕円で示すエリアＡ１にもワックスＷが充分に存在する。よって、熱伝導率が低い（悪い）ワックスＷであっても、電熱ヒータ３２によりワックスＷを熱膨張させて所望のリフト量を得ることができる。

しかし、図９（ｂ）に示すように、ピストンロッド３のリフト量が多くなり、ピストンロッド３がかなり高い位置までリフトアップされた場合、電熱ヒータ３２の熱の影響が直接及ぶエリアＡ１にあまりワックスＷが存在しなくなる。

特に、図９（ｂ）に示すように、ハウジングカップ２０の内部の底面付近にあるワックスＷは、途中に存在する熱伝導率が低いワックスＷが熱を遮り殆ど体積膨張に寄与しないことが明らかである。

しかし、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１では、熱伝導率が極めて高い銅製の伝熱パイプ４を、ハウジングカップ２０の略内法全長に亘って設けることにより、電熱ヒータ３２の熱を効率よく伝熱することができる。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、伝熱パイプ４の影響により電熱ヒータ３２の熱の影響が間接的に及ぶ一点鎖線で示すエリアＡ２が発生することとなり、ハウジングカップ２０の全体に亘るワックスＷを熱膨張させることができる。

つまり、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、伝熱パイプ４により、電熱ヒータ３２の熱をハウジングカップ２０の軸方向下方へ優先的に伝熱することができ、ワックスＷ全体を偏りなく熱膨張をさせることができる。このため、低温環境下においてもピストンロッド３の所望のリフト量を得ることができる。

［比較測定結果］
次に、図１０を用いて、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１と従来品との性能を比較した測定結果について説明する。図１０は、温度とリフト量との関係をプロットして本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１と従来品との性能を比較した測定結果のグラフである。ここで、実施形態とは、前述のワックスサーモアクチュエーター１であり、塗り潰した菱形で示している。また、従来品とは、前述のワックスサーモアクチュエーター１のうち、伝熱パイプ４を挿置していないものであり、塗り潰した三角形で示している。

図１０のグラフでは、実施形態、従来品とも電熱ヒータ３２に１２Ｖの直流電圧を印加して通電した場合（１２Ｖ印加時）を実線で示し、電熱ヒータ３２に通電せずにワックスＷを熱膨張させた場合（非通電時）を破線で示している。

図１０に示すように、実施形態、従来品とも非通電時においては、殆ど差はないが、１２Ｖ印加時では、明らかな差がでている。一点鎖線で示すような、ワックスサーモアクチュエーターの性能要求があった場合、斜線で示す領域は、従来品では、要求未達成となっている。しかし、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１では、要求性能を軽々達成していることが分かる。

以上説明したワックスサーモアクチュエーター１によれば、伝熱パイプ４を挿置するという簡単で安価な構成により、ピストンロッド３上の電熱ヒータ３２で発生させた熱を効率よく、ハウジング２に封入されたワックスＷ全体に伝熱することができる。このため、ハウジング２に封入されたワックスＷ全体を偏りなく熱膨張をさせることができ、低温環境下においてもピストンロッド３の所望のリフト量を得ることができる。よって、低温環境下においても動作可能な小型で高性能な発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターとすることができる。

また、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、上昇するピストンロッド３の電熱ヒータ３２の熱を、伝熱パイプ４により、ハウジング２の軸方向に伝熱し、最も離れたハウジング２の内部の底面付近のワックスＷにも効率よく伝熱することができる。また、伝熱パイプ４がハウジングカップ２０の内法略全長に亘るため、ピストンロッド３の移動に引き摺られて伝熱パイプ４が移動することがない。このため、ピストンロッド３のリフト量が多く高い位置にある場合でもワックスＷ全体を偏りなく熱膨張をさせることができ、周囲の温度環境に拘わらずピストンロッド３の所望のリフト量を得ることができる。

さらに、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、伝熱パイプ４の外径Ｄ１は、ハウジングカップ２０の内周面と離間されているので、従来のように、電熱ヒータ３２の熱がハウジング２から外部へ逃げてしまうおそれがない。また、伝熱パイプの内径Ｄ２は、ピストンロッド３に内接しない径に設定されているので、ピストンロッド３のリフト動作を阻害するおそれがなく、ワックスＷの熱膨張を効率よくピストンロッド３のリフト量に変換することができる。

それに加え、伝熱パイプ４の周面には、多数の孔４０ａが穿設されているので、伝熱パイプ４の内部にあるワックスＷが熱膨張した際に圧力が掛かってピストンロッド３のリフト動作を阻害するおそれがない。このため。ワックスＷの熱膨張を効率よくピストンロッド３のリフト量に変換することができる。

また、伝熱パイプ４が、熱伝導率が３９８(W・m-1・K-1)と非常に高い熱伝導率である銅製パイプであるので、非常に効率よく発熱手段から最も離れたハウジング２の底部付近まで万遍なくワックスＷ体に伝熱することができる。

そして、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、シール材２２の移動を伝熱パイプ４の上端に設けられた鍔４１で拘束し、ピストンロッド３のリフト動作に引き摺られて、シール材２２が摺動してその繰り返しにより損傷することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態に係るワックスサーモアクチュエーターについて詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

特に、リフト量とは、ワックスサーモアクチュエーターのハウジングを固定してピストンロッドを上下動させる場合のピストンロッドの突出長さを指している。よって、ワックスサーモアクチュエーターの用途や固定の仕方によっては、前述のリフト量を、ピストンロッドの突出長さと読み替える必要がある。

１：ワックスサーモアクチュエーター
２：ハウジング
２０：ハウジングカップ
２０ａ：カップ本体部
２０ｂ：上端部
２０ｃ：下端部
２０ｄ：シール材載置部
２０ｅ：溝
２１：ハウジングキャップ
２１ａ：上部
２１ｂ：下部
２１ｃ：凹部
２１ｄ：ロッド孔
２１ｅ：凹部
２２：シール材
２２ａ：上部
２２ｂ：下部
２２ｃ：ロッド孔
２３：ワッシャ
２４：ピストンシール材
３：ピストンロッド
３０：ロッド本体
３１：フランジ
３２：電熱ヒータ（発熱手段）
３３，３４：配線
４：伝熱パイプ
４０：パイプ本体
４０ａ：孔
４１：鍔
Ｗ：ワックス

Claims (5)

1. ワックスが封入されたハウジングと、このハウジングに対して突没自在なピストンロッドと、を備え、このピストンロッドの内部に発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターであって、
   前記ピストンロッドに遊嵌されて前記発熱手段の熱を伝熱する円筒状の伝熱パイプが前記ハウジングの内部に挿置されており、
   前記ハウジングは、前記ワックスを収容する有底円筒状のハウジングカップと、このハウジングカップの上端部に嵌着されるハウジングキャップと、前記ハウジングカップと前記ハウジングキャップとの間に介装されて両者間を封止するシール材と、を備え、
   前記伝熱パイプは、前記ハウジングカップの内部の底面から前記シール材に至るまでの長手方向の内法略全長に亘る長さを有すること
   を特徴とするワックスサーモアクチュエーター。
2. 前記伝熱パイプの外径は、前記ハウジングカップの内周面と離間し、且つ、前記伝熱パイプの内径は、前記ピストンロッドに内接しない径に設定されていること
   を特徴とする請求項１に記載のワックスサーモアクチュエーター。
3. 前記伝熱パイプの周面には、多数の孔が穿設されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のワックスサーモアクチュエーター。
4. 前記伝熱パイプは、金属製パイプ であること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のワックスサーモアクチュエーター。
5. 前記伝熱パイプの上端には、外周面から外側へ張り出すドーナツ状の鍔が形成されていること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のワックスサーモアクチュエーター。

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