JP7486252B1 - Thermoelement - Google Patents

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雅成 浅井
築 小澤
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Abstract

【課題】複雑な電気制御機構を使用することなく、機械的な機構で作動不良を削減し、体積膨張体の体積膨張に伴って、ピストンが突没するサーモエレメントを提供する。【解決手段】サーモエレメント100は、容器9に収容され、周囲温度変化により体積膨張、体積収縮する体積膨張体8と、容器の周囲温度変化により体積膨張体の体積変化で作動する第1のピストン4と、第1のピストンとは径が異なっており、容器の周囲温度変化により体積膨張体の体積変化で作動する第2のピストン10と、容器の一端に配置され第1の貫通穴を有する第1の封止部材7と、容器の他端に配置され前記第1の貫通穴とは径の異なる第2の貫通穴を有する第2の封止部材11と、を備え、第1のピストンが第1の封止部材を摺動自在に貫通し、第2のピストンが第2の封止部材を摺動自在に貫通し、容器内で第1のピストンと第2のピストンの先端が直接又は間接的に接触する。【選択図】図1[Problem] To provide a thermoelement in which malfunctions are reduced by a mechanical mechanism without using a complex electric control mechanism, and in which a piston protrudes and retracts in accordance with the volume expansion of a volume expansion body. [Solution] A thermoelement 100 includes a volume expansion body 8 housed in a container 9 and expands and contracts in volume with changes in ambient temperature, a first piston 4 operated by the volume change of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a second piston 10 having a diameter different from that of the first piston and operated by the volume change of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a first sealing member 7 disposed at one end of the container and having a first through hole, and a second sealing member 11 disposed at the other end of the container and having a second through hole having a diameter different from that of the first through hole, the first piston slidably penetrating the first sealing member, the second piston slidably penetrating the second sealing member, and the tips of the first piston and the second piston come into direct or indirect contact with each other within the container. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、サーモエレメントに関し、詳しくは、サーモスタット装置等に用いるサーモエレメントに関する。 The present invention relates to a thermoelement, and more specifically to a thermoelement used in a thermostat device, etc.

従来、被検出体の温度変化により膨張、収縮する熱膨張体を内蔵し、その熱膨張体の体積変化により作動するピストンを備えたサーモエレメントを用いて、自動車等の冷却装置の弁の開閉を行うサーモスタット装置(サーモアクチュエータともいう)が使用されている。 Conventionally, a thermostat device (also called a thermoactuator) has been used to open and close the valve of a cooling device in an automobile, etc., using a thermoelement that contains a thermal expansion body that expands and contracts in response to temperature changes in the object to be detected and has a piston that is actuated by the change in volume of the thermal expansion body.

北米のような極低温環境下において、通常の排熱回収器では自動車等のエンジン始動時に発生する排気ガスの熱が熱交換器によって奪われ、排気ガスに含まれる水分が外気によってマフラー内部を凍結してしまい、排気ガスが適切に排出されない。 In extremely cold environments such as those found in North America, with conventional exhaust heat recovery devices, the heat from the exhaust gases generated when starting an engine, such as that of a car, is absorbed by the heat exchanger, and the moisture contained in the exhaust gases is frozen inside the muffler by the outside air, preventing the exhaust gases from being discharged properly.

そのような対策としては、例えば、特許文献1のような電制サーモアクチュエータが使用されている。 As one such measure, an electrically controlled thermoactuator such as that described in Patent Document 1 is used.

従来の電制サーモアクチュエータ構造は、サーモエレメント内部にヒーターを設置し、極低温環境下においてヒーター通電によりサーモエレメント内の熱膨張体であるワックスを強制的に溶かし、ワックスを体積膨張させることでピストンを押し上げ、動作させる機構となっていた。 Conventional electrically controlled thermoactuator structures involve placing a heater inside a thermoelement, and when electricity is applied to the heater in an extremely low temperature environment, it forcibly melts the wax inside the thermoelement, which is a thermal expansion material, and the wax expands in volume, pushing up and operating the piston.

特許第7126475号公報Patent No. 7126475

しかし、上記特許文献1の機構では、ヒーター通電をさせた際のヒーター熱が熱伝導率の兼ね合いでハウジングカップ内のワックスに伝わらず金属カップ部へ逃げてしまい、思うような動作が得られなかった。 However, with the mechanism of Patent Document 1, when the heater is energized, the heat from the heater is not transferred to the wax in the housing cup due to the thermal conductivity, but escapes to the metal cup, and the desired operation cannot be obtained.

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、複雑な電気制御機構を使用することなく、機械的な機構で作動不良を削減し、体積膨張体の体積膨張の度合いに応じてピストンをハウジングカップ内に突没することにより、突没量の自由度を向上させたサーモエレメントを提供することにある。 The present invention was devised to solve the above problems, and its purpose is to provide a thermoelement that reduces malfunctions using a mechanical mechanism without using a complex electrical control mechanism, and improves the degree of freedom in the amount of protrusion and recession by protruding and recessing the piston into the housing cup according to the degree of volume expansion of the volume expansion body.

第1発明に係るサーモエレメントは、サーモエレメントであって、容器と、前記容器に収容され、周囲温度変化により体積膨張、体積収縮する体積膨張体と、前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第1のピストンと、前記第1のピストンとは径が異なっており、前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第2のピストンと、前記容器の一端に配置され第1の貫通穴を有する第1の封止部材と、前記容器の他端に配置され前記第1の貫通穴とは径の異なる第2の貫通穴を有する第2の封止部材と、を備え、前記第1のピストンが前記第1の封止部材を摺動自在に貫通し、前記第2のピストンが前記第2の封止部材を摺動自在に貫通し、前記容器内で前記第1のピストンと前記第2のピストンの先端が直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とする。 The thermoelement according to the first invention is a thermoelement comprising a container, a volume expansion body housed in the container and expanding and contracting in volume with changes in ambient temperature, a first piston that operates with the change in volume of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a second piston that has a different diameter from the first piston and operates with the change in volume of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a first sealing member that is disposed at one end of the container and has a first through hole, and a second sealing member that is disposed at the other end of the container and has a second through hole that has a different diameter from the first through hole, characterized in that the first piston slidably penetrates the first sealing member, the second piston slidably penetrates the second sealing member, and the tips of the first piston and the second piston come into direct or indirect contact with each other within the container.

第2発明に係るサーモエレメントは、第1発明において、前記第1のピストンと前記第2のピストンに、それぞれ第1の付勢部材による第1の付勢力と第2の付勢部材による第2の付勢力が没(戻る)方向に付勢されるように構成され、前記第1の付勢力の大きさが、前記第2の付勢力より大きくなるように構成されたことを特徴とする。 The thermoelement according to the second invention is the thermoelement according to the first invention, characterized in that the first piston and the second piston are respectively biased in a retreating (returning) direction by a first biasing force from a first biasing member and a second biasing force from a second biasing member, and the magnitude of the first biasing force is greater than the second biasing force.

第3発明に係るサーモエレメントは、第2発明において、前記第1の付勢力と前記第2の付勢力の関係が、以下の関係式(1)を持つように構成されたことを特徴とする。

Figure 0007486252000002
The thermoelement according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, the relationship between the first biasing force and the second biasing force is configured to satisfy the following relational expression (1).
Figure 0007486252000002

第4発明に係るサーモエレメントは、第3発明において、前記周囲温度が上昇しても前記第1のピストンを所定突没量にて止める係止構造を有することを特徴とする。 The thermoelement according to the fourth invention is the third invention, characterized in that it has a locking structure that stops the first piston at a predetermined protruding amount even if the ambient temperature rises.

第5発明に係るサーモエレメントは、第4発明において、前記第1のピストンには、前記第1のピストンが所定値以上に前記容器内に入り込まないようにストッパーが構成されたことを特徴とする。 The thermoelement according to the fifth invention is the thermoelement according to the fourth invention, characterized in that the first piston is provided with a stopper to prevent the first piston from penetrating the container more than a predetermined distance.

第6発明に係るサーモエレメントは、第5発明において、前記第1の封止部材と前記第2の封止部材が一体的に封止部材を構成し、前記封止部材の貫通穴内で前記第1のピストンと前記第2のピストンが直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とする。 The thermoelement according to the sixth invention is the thermoelement according to the fifth invention, characterized in that the first sealing member and the second sealing member are integrally configured to form a sealing member, and the first piston and the second piston are configured to come into direct or indirect contact with each other within a through hole of the sealing member.

第7発明に係るサーモエレメントは、第5発明又は第6発明において、前記第2のピストンは、前記第2のピストンが所定突没量まで潜り込まないようにストッパー機構が備えられているカバーを有することを特徴とする。 The thermoelement according to the seventh invention is the fifth or sixth invention, characterized in that the second piston has a cover equipped with a stopper mechanism to prevent the second piston from sinking to a predetermined extent.

第8発明に係るサーモエレメントは、第5発明又は第6発明において、前記第2のピストンには、前記第2のピストンが所定突没量まで潜り込まないようにストッパー機構が備えられていることを特徴とする。 The thermoelement according to the eighth invention is the fifth or sixth invention, characterized in that the second piston is provided with a stopper mechanism to prevent the second piston from sinking to a predetermined extent.

第9発明に係るサーモエレメントは、第5発明又は第6発明において、前記第1のピストン側に前記容器と一体的に可動する蓋を有し、前記ストッパーと前記蓋とを前記第1の付勢部材が係止されるように構成されたことを特徴とする。 The thermoelement according to the ninth invention is the fifth or sixth invention, characterized in that it has a lid on the first piston side that moves integrally with the container, and is configured so that the stopper and the lid are engaged by the first biasing member.

第1発明~第9発明によれば、複雑な電気制御機構を使用することなく、機械的な機構で作動不良を削減し、体積膨張体の体積膨張の度合いに応じてピストンをカップ内に突没することにより、突没量の自由度を向上させたサーモエレメントを実現することができる。 According to the first to ninth inventions, it is possible to realize a thermoelement that eliminates malfunctions using a mechanical mechanism without using a complex electrical control mechanism, and improves the degree of freedom in the amount of protrusion and recession by protruding and recessing the piston into the cup according to the degree of volume expansion of the volume expansion body.

図1は、本発明の実施の形態に係るサーモエレメントの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a thermo-element according to an embodiment of the present invention. 図2(a)は、図1の周囲温度変化におけるサーモエレメントの作動イメージを説明するための図であり、図2(b)は、図2(a)の状態説明図である。FIG. 2(a) is a diagram for explaining an image of the operation of the thermo-element in response to the change in the ambient temperature in FIG. 1, and FIG. 2(b) is a diagram for explaining the state of FIG. 2(a). 図3は、図2(a)のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement in FIG. 2(a) and the amount of projection and recession. 図4は、図2(a)のサーモエレメントの温度とワックス体積との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature and the wax volume of the thermoelement of FIG. 図5(a)は、図2(a)のA-B℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図5(b)は、A-B℃間の温度域時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 5(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range between A and B degrees Celsius in FIG. 2(a), and FIG. 5(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of protrusion and recession in the temperature range between A and B degrees Celsius. 図6(a)は、図2(a)のB-C℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図6(b)は、B-C℃間の温度域時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 6(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range between B and C°C in FIG. 2(a), and FIG. 6(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of protrusion and recession in the temperature range between B and C°C. 図7(a)は、図2(a)のC℃時の作動イメージ詳細説明図であり、図7(b)は、C℃時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 7(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image at C°C in FIG. 2(a), and FIG. 7(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermo-element at C°C and the amount of projection and recession. 図8(a)は、図2(a)のC-D℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図8(b)は、C-D℃間の温度域時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 8(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range of C-D°C in FIG. 2(a), and FIG. 8(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of protrusion and recession in the temperature range of C-D°C. 図9(a)は、図2(a)のD℃時の作動イメージ詳細説明図であり、図9(b)は、D℃時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 9(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image at D° C. in FIG. 2(a), and FIG. 9(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermo-element at D° C. and the amount of projection and recession. 図10(a)は、図2(a)のD-E℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図10(b)は、D-E℃間の温度域時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 10(a) is a detailed explanatory diagram of the operating image in the temperature range between D and E degrees Celsius in FIG. 2(a), and FIG. 10(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of protrusion and recession in the temperature range between D and E degrees Celsius. 図11(a)は、図2(a)のE℃以上の作動イメージ詳細説明図であり、図11(b)は、E℃以上動作時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 11(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image of FIG. 2(a) at E° C. or higher, and FIG. 11(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of projection and depression when operating at E° C. or higher. 図12は、本発明を適用したサーモアクチュエータの使用イメージ図であり、(a)は冷却水が低温時、(b)は冷却水が中温時、(c)は冷却水が高温時である。FIG. 12 is an image diagram showing the use of a thermoactuator to which the present invention is applied, where (a) is when the cooling water is at a low temperature, (b) is when the cooling water is at a medium temperature, and (c) is when the cooling water is at a high temperature. 図13は、本発明の他の実施の形態に係るサーモエレメントの構成を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a thermo-element according to another embodiment of the present invention. 図14は、従来のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature and the amount of projection and recession of a conventional thermo-element.

以下、本発明の実施の形態に係るサーモエレメントについて、図面を参照しながら詳細に説明する。 The thermoelement according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本実施形態のサーモエレメントは、容器(ハウジングカップ)と、前記容器に収容され、周囲温度変化により体積膨張、体積収縮する体積膨張体と、前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第1のピストンと、前記第1のピストンとは径が異なっており、前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第2のピストンと、前記容器の一端に配置され第1の貫通穴を有する第1の封止部材と、前記容器の他端に配置され前記第1の貫通穴とは径の異なる第2の貫通穴を有する第2の封止部材と、を備え、前記第1のピストンが前記第1の封止部材を摺動自在に貫通し、前記第2のピストンが前記第2の封止部材を摺動自在に貫通し、前記容器内で前記第1のピストンと前記第2のピストンの先端が直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とする。これにより、複雑な電気制御機構を使用することなく、機械的な機構で作動不良を削減し、体積膨張体の体積膨張に伴って、ピストンが突没するサーモエレメントを実現できる。 The thermoelement of this embodiment is characterized by comprising a container (housing cup), a volume expansion body housed in the container and expanding and contracting in volume with changes in ambient temperature, a first piston that operates with the volume change of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a second piston that has a different diameter from the first piston and operates with the volume change of the volume expansion body due to changes in the ambient temperature of the container, a first sealing member that is disposed at one end of the container and has a first through hole, and a second sealing member that is disposed at the other end of the container and has a second through hole that has a different diameter from the first through hole, and is configured such that the first piston slidably penetrates the first sealing member, the second piston slidably penetrates the second sealing member, and the tips of the first piston and the second piston come into direct or indirect contact with each other within the container. This makes it possible to reduce malfunctions with a mechanical mechanism without using a complex electrical control mechanism, and to realize a thermoelement in which the piston protrudes and retracts with the volume expansion of the volume expansion body.

<サーモエレメントの構成>
図1を用いて、本発明の実施の形態に係るサーモエレメント100の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るサーモエレメント100の構成を示す断面図であり、パッキンタイプのサーモエレメントの構成を示している。
<Thermoelement configuration>
The configuration of a thermo-element 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a thermo-element 100 according to an embodiment of the present invention, and shows the configuration of a packing type thermo-element.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係るサーモエレメント100は、スプリング(低荷重)1と、スプリング(高荷重)2と、蓋3と、ピストン(大径)4と、カバー5と、シール(バックアップリング)6と、パッキン(大径)7と、体積膨張体8と、ハウジングカップ9と、ピストン(小径)10と、パッキン(小径)11と、シール(バックアップリング)12と、カバー13と、を有する。 As shown in FIG. 1, the thermoelement 100 according to the embodiment of the present invention includes a spring (low load) 1, a spring (high load) 2, a lid 3, a piston (large diameter) 4, a cover 5, a seal (backup ring) 6, a packing (large diameter) 7, a volume expansion body 8, a housing cup 9, a piston (small diameter) 10, a packing (small diameter) 11, a seal (backup ring) 12, and a cover 13.

<サーモエレメントの構成の説明>
サーモエレメント100は、径の異なるピストン(大径)4と、ピストン(小径)10とを用い、高荷重のスプリング2と、低荷重のスプリング1と、上下貫通したハウジングカップ9とを用いて、周囲温度の変化によりピストン4と、ピストン10とを自律的に制御して、各種係止構造と組合わせて所望の突没量の変化の自由度を向上させるものである。
<Explanation of the thermoelement configuration>
Thermoelement 100 uses a piston (large diameter) 4 and a piston (small diameter) 10 of different diameters, a high load spring 2, a low load spring 1, and a housing cup 9 that penetrates vertically, and autonomously controls piston 4 and piston 10 in response to changes in the ambient temperature, and by combining it with various locking structures, improves the freedom to change the desired amount of protrusion and retraction.

スプリング1は、低荷重のスプリングであり、付勢力を発生させる。スプリング1は、ハウジングカップ9に係止されている。スプリング1は、第2の付勢部材を構成している。 Spring 1 is a low-load spring that generates a biasing force. Spring 1 is engaged with housing cup 9. Spring 1 constitutes the second biasing member.

スプリング2は、高荷重のスプリングであり、ピストン4のフランジと蓋3とに係止されている。スプリング2は、第1の付勢部材を構成している。 Spring 2 is a high-load spring that is engaged with the flange of piston 4 and lid 3. Spring 2 constitutes the first biasing member.

蓋3は、ピストン4のストッパーの機能を果たしている。 The lid 3 functions as a stopper for the piston 4.

ピストン4は、突没自在なステンレス製のピストンロッドなどであり、第1のピストンとしての大径のピストンを構成している。 Piston 4 is a stainless steel piston rod that can be freely extended and retracted, and constitutes a large-diameter piston that serves as the first piston.

カバー5は、ハウジングカップ9の蓋の役目を果たす蓋である。 The cover 5 serves as a lid for the housing cup 9.

シール6はバックアップリングである。 Seal 6 is a backup ring.

パッキン7はピストン4のゴムシールパッキン(封止部材)である。パッキン7は第1の封止部材を構成している。 The packing 7 is a rubber seal packing (sealing member) for the piston 4. The packing 7 constitutes the first sealing member.

体積膨張体8は、ハウジングカップ9に封入された周囲温度変化により体積膨張、体積収縮する。体積膨張体8は、周囲温度変化によりハウジングカップ9の体積を変化させてピストン(大径)4又は/及びピストン(小径)10を作動させる。体積膨張体8としては、例えばパラフィンワックスなどのワックスである。以下、本実施形態では、体積膨張体8としてワックスを使用した例について説明する。 The volume expansion body 8 is enclosed in a housing cup 9 and expands and contracts in volume due to changes in the ambient temperature. The volume expansion body 8 changes the volume of the housing cup 9 in response to changes in the ambient temperature, thereby operating the piston (large diameter) 4 and/or the piston (small diameter) 10. The volume expansion body 8 is, for example, a wax such as paraffin wax. In the following, in this embodiment, an example in which wax is used as the volume expansion body 8 will be described.

ハウジングカップ9は、体積膨張体(例えば、ワックス)8が封入された黄銅などの金属製の容器である。 The housing cup 9 is a container made of metal such as brass in which a volume expansion body (e.g., wax) 8 is enclosed.

ピストン10は、突没自在なステンレス製のピストンロッドなどであり、ピストン4とは異なる径を有している第2のピストンとしての小径のピストンを構成している。 Piston 10 is a stainless steel piston rod that can be freely extended and retracted, and constitutes a small-diameter piston that serves as a second piston having a different diameter from piston 4.

パッキン11はピストン10のゴムシールパッキン(封止部材)である。パッキン11は第2の封止部材を構成している。 The packing 11 is a rubber seal packing (sealing member) for the piston 10. The packing 11 constitutes a second sealing member.

シール12はバックアップリングである。 Seal 12 is a backup ring.

カバー13は、ハウジングカップ9のピストン10側の蓋の役目を果たす蓋である。 The cover 13 serves as a lid for the piston 10 side of the housing cup 9.

ピストン4とピストン10と先端が直接又は間接的に接触するように構成され、サーモエレメント100の周囲の温度上昇に伴いハウジングカップ9内のワックス8の膨張でピストン4とピストン10とが自律的に作動し、ピストン4がハウジングカップ9から突出する仕組みとなっている。勿論、ハウジングカップ9に封入されるワックスは、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。 The pistons 4 and 10 are configured so that their tips come into direct or indirect contact with each other, and as the temperature around the thermoelement 100 rises, the wax 8 in the housing cup 9 expands, causing the pistons 4 and 10 to operate autonomously, causing the piston 4 to protrude from the housing cup 9. Of course, the wax enclosed in the housing cup 9 is not limited to paraffin wax, and any material that has a predetermined thermal expansion characteristic with a relatively large volume change, such as micro wax, can be applied to the present invention.

図2(a)は、図1の周囲温度変化におけるサーモエレメントの作動イメージを説明するための図であり、図2(b)は、図2(a)の状態説明図である。図3は、図2(a)のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。図4は、図2(a)のサーモエレメントの温度とワックス体積及び突没量の関係を示す特性図である。ここで、突没量とは、サーモエレメントが、サーモエレメントの先端の初期位置から突方向(突出する方向)又は没方向(戻る方向)に移動した突没長のことをいう。この突没量は、サーモエレメント100を実装する箇所によって決定されるものであり、決定された値の突没量のことを所定突没量という。また、ピストン4又はピストン10の作動範囲の値が決定されており、決定された値のことを所定値という。所定値以上には、ピストン4又はピストン10が作動できない構成としている。 Figure 2(a) is a diagram for explaining the operation image of the thermoelement in the ambient temperature change of Figure 1, and Figure 2(b) is a diagram for explaining the state of Figure 2(a). Figure 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement of Figure 2(a) and the amount of protrusion and recession. Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement of Figure 2(a) and the wax volume and amount of protrusion and recession. Here, the amount of protrusion and recession refers to the length of protrusion and recession of the thermoelement from the initial position of the tip of the thermoelement in the protruding direction (direction to protrude) or the retracting direction (direction to return). This amount of protrusion and recession is determined by the location where the thermoelement 100 is mounted, and the determined amount of protrusion and recession is called the predetermined amount of protrusion and recession. In addition, the value of the operating range of the piston 4 or piston 10 is determined, and the determined value is called the predetermined value. The piston 4 or piston 10 is configured not to operate above the predetermined value.

以下、図2(a)(b)、図3、図4を用いて、本発明の実施形態に係るサーモエレメントの作動イメージ全体について説明する。 Below, we will explain the overall operation of the thermoelement according to an embodiment of the present invention using Figures 2(a) and (b), 3, and 4.

図2(a)に示すように、周囲流体温度が低温域から高温域に変化すると、ワックスの状態が変化し、温度域がA-B℃間の温度域、B-C℃間の温度域、C℃時、C-D℃間の温度域と、D℃時と、D-E℃間の温度域と、E℃以上のときに、図2(b)に示すように、A-B℃間の温度域ではワックスが固体、体積は最小である。B-C℃間の温度域ではワックスが一部融解、体積は小である。C℃時ではワックスが一部融解、体積は中である。C-D℃間の温度域ではワックスが一部融解、体積は中である。D℃時ではワックスが一部融解、体積は中である。D-E℃間の温度域ではワックスが一部融解、体積は大である。E℃以上ではワックスが液体、体積は最大である。 As shown in Figure 2 (a), when the ambient fluid temperature changes from a low temperature range to a high temperature range, the state of the wax changes, and in the temperature ranges between A and B °C, between B and C °C, at C °C, between C and D °C, at D °C, between D and E °C, and above E °C, as shown in Figure 2 (b), in the temperature range between A and B °C, the wax is solid and the volume is small. In the temperature range between B and C °C, the wax is partially melted and the volume is small. At C °C, the wax is partially melted and the volume is medium. In the temperature range between C and D °C, the wax is partially melted and the volume is medium. At D °C, the wax is partially melted and the volume is medium. In the temperature range between D and E °C, the wax is partially melted and the volume is large. At E °C and above, the wax is liquid and the volume is maximum.

一般的なピストン1つのサーモエレメントでは、図4に示すように、温度上昇に伴ってワックス体積が膨張し、温度低下に伴ってワックス体積は縮小するので、単調増加(減少)的な突没量の変化を示す。図4では、縦軸はワックス体積(mm3)、横軸は温度(℃)である。 In a typical thermoelement with one piston, the wax volume expands as the temperature rises and contracts as the temperature drops, as shown in Figure 4. In Figure 4, the vertical axis represents the wax volume ( mm3 ) and the horizontal axis represents the temperature (°C).

一般的なピストン1つのサーモエレメントでは、例えば、突没長Q1が初期値で、単調増加(減少)した突没長がQ2、Q3、Q4、Q5とすると、突没長Q1,Q2、Q3、Q4,Q5は、図14に示すように、温度上昇に伴ってサーモエレメント先端が上昇方向に変位し、温度低下に伴って下降する単調増加(減少)的な突没量の変化を示す。図3では、縦軸は突没量(mm)、横軸は温度(℃)である。図3、図4中の温度(域)の範囲は、A<B<C<D<Eの関係を満足すれば良く、サーモエレメントの用途などによって変化するので、特定の温度を示したものではなく、図3は概念図(イメージ図)を表している。後記図5(b)~図11(b)についても同様である。 In a typical thermoelement with one piston, for example, if the protruding/recessing length Q1 is the initial value and the monotonically increasing (decreasing) protruding/recessing lengths Q2 , Q3 , Q4 , and Q5 are the protruding/recessing lengths, Q1 , Q2 , Q3 , Q4 , and Q5 , as shown in FIG. 14, the thermoelement tip displaces upward with increasing temperature and decreases with decreasing temperature, and the protruding/recessing length changes in monotonically increasing (decreasing) amount. In FIG. 3, the vertical axis is the protruding/recessing amount (mm) and the horizontal axis is the temperature (°C). The temperature ranges in FIG. 3 and FIG. 4 only need to satisfy the relationship A<B<C<D<E, and change depending on the use of the thermoelement, so that FIG. 3 is a conceptual diagram (image diagram) and does not show a specific temperature. The same applies to FIG. 5(b) to FIG. 11(b) described later.

本発明のサーモエレメントでは、図3に示すように、大径のピストン4と、小径のピストン10の自律的な作動と、高荷重のスプリング2と低荷重のスプリング1の作用、各種係止構造の作用により、ワックスの状態変化に伴う体積変化によって突没長が所定量変化した後に、ワックス状態が液相となっても、若干の体積膨張が生じるため、図3のような突没量と温度特性の関係が得られる。 As shown in Figure 3, in the thermoelement of the present invention, due to the autonomous operation of the large diameter piston 4 and the small diameter piston 10, the action of the high load spring 2 and the low load spring 1, and the action of various locking structures, even if the wax becomes liquid after the protrusion/recess length changes by a certain amount due to the volume change accompanying the change in the state of the wax, some volume expansion occurs, resulting in the relationship between the protrusion/recess amount and the temperature characteristics as shown in Figure 3.

図5(a)は、図2(a)のA-B℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図5(b)は、A-B℃間の温度域動作時のサーモエレメントの温度と突没量との関係を示す特性図である。 Figure 5(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range between A and B°C in Figure 2(a), and Figure 5(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the thermoelement and the amount of protrusion and recession when operating in the temperature range between A and B°C.

図5(a)は低温域でサーモエレメントの先端が突没長P1にいる状態(スタート地点)を示し、ピストン4はスプリング(高荷重)2の戻し荷重によって、ピストン(大径)4がハウジングカップ9内に没する方向に押されている状態、ワックス8はワックス状態が固体のため、体積が最も小さい状態となっている。ピストン(大径)4がハウジングカップ9内に没する方向に押されている状態のため、ピストン(小径)10がハウジングカップ9内から突出する方向に押し出され、サーモエレメントの先端が突没長P1に位置している状態を表している。 5(a) shows the state (starting point) in which the tip of the thermoelement is at the protruding/retracting length P1 in the low temperature range, with the piston (large diameter) 4 being pushed in the direction of sinking into the housing cup 9 by the return load of the spring (heavy load) 2, and the wax 8 being in its smallest volume because it is in a solid wax state. Because the piston (large diameter) 4 is pushed in the direction of sinking into the housing cup 9, the piston (small diameter) 10 is pushed in the direction of protruding from the housing cup 9, and the tip of the thermoelement is positioned at the protruding/retracting length P1 .

ここで、スプリング(高荷重)2はピストン(小径)10を押し出し、スプリング(低荷重)1をたわませられる荷重である必要がある。荷重が低いとピストン(大径)4がピストン(小径)10をハウジングカップ9内から突出する方向に押し出せず変位しないからである。 Here, the spring (high load) 2 must have a load that can push out the piston (small diameter) 10 and deflect the spring (low load) 1. If the load is low, the piston (large diameter) 4 cannot push the piston (small diameter) 10 in the direction protruding from the housing cup 9, and there is no displacement.

図5(b)は、ワックス8が固体となっている状態であり、ワックス8が固体のため、体積が最も小さく、スプリング(高荷重)2の戻し荷重によりピストン(大径)4がハウジングカップ9内に没する方向に押し込まれている。ピストン(大径)4のハウジングカップ9内に没する方向に押し込まれる変位に伴い、ピストン(小径)10はハウジングカップ9内から突出する方向に押し出される。 Figure 5(b) shows the state in which the wax 8 is solid. Because the wax 8 is solid, its volume is smallest, and the return load of the spring (heavy load) 2 pushes the piston (large diameter) 4 in the direction of sinking into the housing cup 9. As the piston (large diameter) 4 is pushed in the direction of sinking into the housing cup 9, the piston (small diameter) 10 is pushed in the direction of protruding from the housing cup 9.

図6(a)は、図2(a)のB-C℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図6(b)は、B-C℃間の温度とサーモエレメントの先端突没量との関係を示す特性図である。 Figure 6(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range between B and C°C in Figure 2(a), and Figure 6(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature between B and C°C and the amount of protrusion and recession of the tip of the thermoelement.

図6(a)はB-C℃間の温度域において、サーモエレメントの先端が突没長P1から突没長P2へ変位している状態を示している。B-C℃間の温度域において、ワックス8が一部融解し、A-B℃間の温度域よりも体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力よりも大きくなるように、ピストン(大径)4の断面積と、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力が設定されており、前記内圧によって発生するピストン(小径)10をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力より小さくなるように、ピストン(小径)10の断面積と、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力が設定されているため、ピストン(大径)4とピストン(小径)10の先端が接触した状態でピストン(大径)4はハウジングカップ9から突出する方向に移動し、ピストン(小径)10はハウジングカップ9に没する方向に移動する。 6(a) shows the state in which the tip of the thermoelement is displaced from protruding/recessed length P1 to protruding/recessed length P2 in the temperature range between B and C° C. In the temperature range between B and C° C., the wax 8 is partially melted, and the volume expands more than in the temperature range between A and B° C., and internal pressure is generated in the housing cup 9 to protrude the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 from within the housing cup 9 against the biasing forces of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. The cross-sectional area of the piston (large diameter) 4 and the biasing force generated by the spring (high load) 2 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9 is greater than the biasing force generated by the spring (high load) 2, and the cross-sectional area of the piston (small diameter) 10 and the biasing force generated by the spring (low load) 1 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (small diameter) 10 to protrude from the housing cup 9 is smaller than the biasing force generated by the spring (low load) 1. Therefore, when the tips of the piston (large diameter) 4 and the piston (small diameter) 10 are in contact, the piston (large diameter) 4 moves in the direction protruding from the housing cup 9, and the piston (small diameter) 10 moves in the direction sinking into the housing cup 9.

図6(b)に示すように、ワックス8の体積膨張量と、ピストン(大径)4とピストン(小径)10のハウジングカップ9から突没された合計体積が一致しなければならないため、B-C℃間の温度域内の温度に応じたワックス8の体積膨張量に応じて、ピストン(大径)4とピストン(小径)10がハウジングカップ9から突没されることによって、サーモエレメントの先端がB-C℃間の温度域内の温度に応じた、突没量P1から突没長P2の範囲に位置する。 As shown in FIG. 6(b), the amount of volumetric expansion of the wax 8 must match the total volume of the piston (large diameter) 4 and piston (small diameter) 10 protruding and sinking from the housing cup 9. Therefore, the piston (large diameter) 4 and piston (small diameter) 10 protrude and sink from the housing cup 9 in accordance with the amount of volumetric expansion of the wax 8 that corresponds to the temperature in the temperature range between B and C degrees Celsius, and as a result, the tip of the thermoelement is positioned in the range of protrusion/recession amount P1 to protrusion/recession length P2 that corresponds to the temperature in the temperature range between B and C degrees Celsius.

図7(a)は、図2(a)のC℃時の作動イメージ詳細説明図であり、図7(b)は、C℃時の温度とサーモエレメントの先端突没長との関係を示す特性図である。 Figure 7(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image at C°C in Figure 2(a), and Figure 7(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature at C°C and the tip projection length of the thermoelement.

図7(a)はC℃時において、サーモエレメントの先端が突没長P2に位置している状態を示している。C℃時において、B-C℃間の温度域よりもワックス8が融解し体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力よりも大きくなるように、ピストン(大径)4の断面積と、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力が設定されており、前記内圧によって発生するピストン(小径)10をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力より小さくなるように、ピストン(小径)10の断面積と、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力が設定されているため、ピストン(大径)4とピストン(小径)10の先端が接触した状態で、ピストン(大径)4はハウジングカップ9から突出する方向に移動し、ピストン(小径)10はハウジングカップ9に没する方向に移動しようとするが、ピストン(小径)10に設けられたストッパーがカバー13に接触し、ピストン(小径)10がさらにハウジングカップ9に没する方向に移動できなくなっている。 7(a) shows the state where the tip of the thermo-element is located at protruding/retracting length P2 at C° C. At C° C, the wax 8 melts and expands in volume more than in the temperature range between B and C° C. Internal pressure is generated within the housing cup 9 to protrude the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 from within the housing cup 9 against the biasing forces of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. The cross-sectional area of the piston (large diameter) 4 and the biasing force generated by the spring (high load) 2 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9 is greater than the biasing force generated by the spring (high load) 2, and the cross-sectional area of the piston (small diameter) 10 and the biasing force generated by the spring (low load) 1 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (small diameter) 10 to protrude from the housing cup 9 is smaller than the biasing force generated by the spring (low load) 1. Therefore, when the tips of the piston (large diameter) 4 and the piston (small diameter) 10 are in contact, the piston (large diameter) 4 moves in a direction protruding from the housing cup 9, and the piston (small diameter) 10 attempts to move in a direction to sink into the housing cup 9, but a stopper provided on the piston (small diameter) 10 comes into contact with the cover 13, and the piston (small diameter) 10 cannot move further in a direction to sink into the housing cup 9.

図7(b)に示すように、サーモエレメントの先端が突没長P2の範囲に位置する。 As shown in FIG. 7(b), the tip of the thermo-element is located within the range of the protruding length P2 .

図8(a)は、図2(a)のC-D℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図8(b)は、C-D℃間の温度域の温度とサーモエレメントの先端突没量との関係を示す特性図である。 Figure 8 (a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range between C and D°C in Figure 2 (a), and Figure 8 (b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature in the temperature range between C and D°C and the amount of protrusion and recession of the tip of the thermoelement.

図8(a)はC-D℃間の温度域において、サーモエレメントの先端が突没長P2に位置する状態を示している。C-D℃間の温度域において、ワックス8が一部融解し、C℃温度時よりも体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力よりも大きくなるように、ピストン(大径)4の断面積と、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力が設定されており、前記内圧によって発生するピストン(小径)10をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力より小さくなるように、ピストン(小径)10の断面積と、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力が設定され、且つ、ピストン(小径)10に設けられたストッパーがカバー13に接触し、ピストン(小径)10がハウジングカップ9に没する方向に移動できなくなっているため、ピストン(大径)4のみがハウジングカップ9から突出する方向に移動する。 8(a) shows a state in which the tip of the thermo-element is located at the protruding/retracting length P2 in the temperature range between C and D° C. In the temperature range between C and D° C., the wax 8 partially melts, causing a greater volume expansion than at temperature C° C., and internal pressure is generated within the housing cup 9 as it tries to protrude the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 from within the housing cup 9 against the biasing forces of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. The cross-sectional area of the piston (large diameter) 4 and the biasing force generated by the spring (high load) 2 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9 is greater than the biasing force generated by the spring (high load) 2, and the cross-sectional area of the piston (small diameter) 10 and the biasing force generated by the spring (low load) 1 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (small diameter) 10 to protrude from the housing cup 9 is smaller than the biasing force generated by the spring (low load) 1, and since the stopper provided on the piston (small diameter) 10 contacts the cover 13 and the piston (small diameter) 10 cannot move in the direction of sinking into the housing cup 9, only the piston (large diameter) 4 moves in the direction of protruding from the housing cup 9.

図8(b)に示すように、ピストン(小径)10がハウジングカップ9に没する方向にも、突出する方向にも移動しないので、サーモエレメントの先端が、突没長P2の範囲に位置する。尚、突没長P2の突没量は、ピストン(小径)10に設けられたストッパーの厚みを調整することで調整可能である。 8(b), the piston (small diameter) 10 does not move in the direction of either sinking or protruding from the housing cup 9, so the tip of the thermo-element is located within the range of the protruding/retracting length P2 . The amount of protrusion/retraction of the protruding/retracting length P2 can be adjusted by adjusting the thickness of the stopper provided on the piston (small diameter) 10.

図9(a)は、図2(a)のD℃時の作動イメージ詳細説明図であり、図9(b)は、D℃時の温度とサーモエレメント先端突没量との関係を示す特性図である。 Figure 9(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image at D°C in Figure 2(a), and Figure 9(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature at D°C and the amount of protrusion and recession of the thermoelement tip.

図9(a)はD℃時において、サーモエレメントの先端が突没長P2に位置している状態を示している。D℃時において、C-D℃間の温度域よりもワックス8が融解し体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力よりも大きくなるように、ピストン(大径)4の断面積と、スプリング(高荷重)2の発生する付勢力が設定されており、前記内圧によって発生するピストン(小径)10をハウジングカップ9から突出させる力が、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力より小さくなるように、ピストン(小径)10の断面積と、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力が設定されているため、且つ、ピストン(小径)10に設けられたストッパーがカバー13に接触し、ピストン(小径)10がハウジングカップ9に没する方向に移動できなくなっているため、C-D℃間の温度域において、ピストン(大径)4のみがハウジングカップ9から突出する方向に移動していたが、D℃時にはピストン(大径)4が蓋3と接触し、ピストン(大径)4がハウジングカップ9から突出する方向に移動できなくなる。 9(a) shows the state where the tip of the thermo-element is located at protruding/retracting length P2 at D° C. At D° C., the wax 8 melts and expands in volume more than in the temperature range between C and D° C., and internal pressure is generated within the housing cup 9 to protrude the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 from within the housing cup 9 against the biasing forces of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. The cross-sectional area of the piston (large diameter) 4 and the biasing force generated by the spring (high load) 2 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9 is greater than the biasing force generated by the spring (high load) 2, and the cross-sectional area of the piston (small diameter) 10 and the biasing force generated by the spring (low load) 1 are set so that the force generated by the internal pressure to cause the piston (small diameter) 10 to protrude from the housing cup 9 is smaller than the biasing force generated by the spring (low load) 1. Furthermore, since the stopper provided on the piston (small diameter) 10 contacts the cover 13 and the piston (small diameter) 10 cannot move in the direction to sink into the housing cup 9, in the temperature range between C and D degrees Celsius, only the piston (large diameter) 4 moves in the direction to protrude from the housing cup 9, but at D degrees Celsius, the piston (large diameter) 4 contacts the lid 3 and the piston (large diameter) 4 cannot move in the direction to protrude from the housing cup 9.

図9(b)に示すように、サーモエレメントの先端が突没長P2に位置する。 As shown in FIG. 9(b), the tip of the thermo-element is located at a protruding length P2 .

図10(a)は、図2(a)のD-E℃間の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図10(b)は、D-E℃間の温度域の温度とサーモエレメント先端突没長との関係を示す特性図である。 Figure 10 (a) is a detailed explanatory diagram of the operation image of the temperature range between D and E °C in Figure 2 (a), and Figure 10 (b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature in the temperature range between D and E °C and the protruding length of the thermoelement tip.

図10(a)はD-E℃間の温度域において、サーモエレメントの先端が突没長P2から突没長P3へ変位している状態を示している。D-E℃間の温度域において、ワックス8が一部融解し、D℃時よりも体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が印加されているが、ピストン(大径)4が蓋3と接触し、ピストン(大径)4がハウジングカップ9から突出する方向に移動できなくなっており、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力に抗して、ワックス8のD℃時と比較した体積膨張分だけピストン(小径)10は、ハウジングカップ9から突出する方向に移動する。 10(a) shows a state in which the tip of the thermoelement is displaced from the protruding/recessed length P2 to the protruding/recessed length P3 in the temperature range between D and E°C. In the temperature range between D and E°C, the wax 8 is partially melted, and the volume expands more than at D°C, and internal pressure is generated in the housing cup 9 to make the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 protrude from the housing cup 9 against the biasing force of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. A force is applied to make the piston (large diameter) 4 protrude from the housing cup 9 due to the internal pressure, but the piston (large diameter) 4 comes into contact with the lid 3 and cannot move in the direction protruding from the housing cup 9, and the piston (small diameter) 10 moves in the direction protruding from the housing cup 9 by the amount of the volume expansion of the wax 8 compared to D°C, against the biasing force generated by the spring (low load) 1.

図10(b)に示すように、ワックス8の体積膨張量と、ピストン(大径)4とピストン(小径)10のハウジングカップ9から突没された合計体積が一致しなければならないため、D-E℃間の温度域内の温度に応じたワックス8の体積膨張量に応じて、ピストン(大径)4は蓋3と接触するまでハウジングカップ9から突出した状態で、ピストン(小径)10がハウジングカップ9から突出する方向に移動することによって、サーモエレメントの先端がD-E℃間の温度域内の温度に応じた、突没長P2から突没長P3の範囲に位置する。 As shown in Figure 10 (b), the amount of volumetric expansion of the wax 8 must be the same as the total volume of the piston (large diameter) 4 and piston (small diameter) 10 protruding from and sinking in the housing cup 9. Therefore, in accordance with the amount of volumetric expansion of the wax 8 that corresponds to the temperature in the temperature range between D and E degrees Celsius, the piston (large diameter) 4 protrudes from the housing cup 9 until it comes into contact with the lid 3, and the piston (small diameter) 10 moves in the direction of protruding from the housing cup 9, so that the tip of the thermoelement is positioned in the range from protruding and retracting length P2 to protruding and retracting length P3 that corresponds to the temperature in the temperature range between D and E degrees Celsius.

図11(a)は、図2(a)のE℃以上の温度域の作動イメージ詳細説明図であり、図11(b)は、E℃以上の温度域の温度とサーモエレメント先端突没長との関係を示す特性図である。 Figure 11(a) is a detailed explanatory diagram of the operation image in the temperature range above E°C in Figure 2(a), and Figure 11(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature in the temperature range above E°C and the protruding length of the thermoelement tip.

図11(a)はE℃以上の温度域において、ワックス8がすべて融解し、D-E℃間の温度域よりも体積膨張が進み、スプリング(低荷重)1とスプリング(高荷重)2の付勢力に抗して、ピストン(小径)10とピストン(大径)4をハウジングカップ9内から突出させようと、ハウジングカップ9内に内圧が発生する。前記内圧によって発生するピストン(大径)4をハウジングカップ9から突出させる力が印加されているが、ピストン(大径)4が蓋3と接触し、ピストン(大径)4がハウジングカップ9から突出する方向に移動できなくなっており、スプリング(低荷重)1の発生する付勢力に抗して、ワックス8のD℃時と比較した体積膨張分だけピストン(小径)10は、ハウジングカップ9から突出する方向に移動する。 In FIG. 11(a), in the temperature range above E°C, the wax 8 is completely melted, and the volume expansion is greater than in the temperature range between D-E°C, and internal pressure is generated in the housing cup 9 to force the piston (small diameter) 10 and the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9 against the biasing force of the spring (low load) 1 and the spring (high load) 2. A force is applied to the piston (large diameter) 4 to protrude from the housing cup 9, generated by the internal pressure, but the piston (large diameter) 4 comes into contact with the lid 3 and cannot move in the direction protruding from the housing cup 9, and the piston (small diameter) 10 moves in the direction protruding from the housing cup 9 by the amount of volume expansion of the wax 8 compared to when it was at D°C, against the biasing force generated by the spring (low load) 1.

図11(b)に示すように、ワックス8が体積膨張量と、ピストン(大径)4とピストン(小径)10のハウジングカップ9から突没された合計体積が一致しなければならないため、D-E℃間の温度域内の温度に応じたワックス8の体積膨張量に応じて、ピストン(大径)4は蓋3と接触するまでハウジングカップ9から突出した状態で、ピストン(小径)10がハウジングカップ9から突出する方向に移動することによって、サーモエレメントの先端がE℃以上の温度域の温度に応じた、突没長P3以上の突没長に位置する。なお、ワックス8のE℃以上の温度域の液相体積膨張率は、D-E℃間の温度域の融解体積膨張率と比較して小さいため、E℃以上の温度域のサーモエレメントの先端の温度に対する変位勾配は、D-E℃間の温度域と比較して小さくなる。 11(b), since the amount of volume expansion of the wax 8 must match the total volume of the piston (large diameter) 4 and piston (small diameter) 10 protruding from the housing cup 9, the piston (large diameter) 4 protrudes from the housing cup 9 until it comes into contact with the lid 3, and the piston (small diameter) 10 moves in the direction protruding from the housing cup 9, according to the amount of volume expansion of the wax 8 corresponding to the temperature in the temperature range between D and E°C, so that the tip of the thermoelement is positioned at a protruding/retracting length of P3 or more corresponding to the temperature in the temperature range of E°C or higher. Note that the liquid phase volume expansion rate of the wax 8 in the temperature range of E°C or higher is smaller than the melting volume expansion rate in the temperature range between D and E°C, so the displacement gradient with respect to the temperature of the tip of the thermoelement in the temperature range of E°C or higher is smaller than that in the temperature range between D and E°C.

図12は、本発明を適用したサーモアクチュエータの使用イメージ図であり、(a)は冷却水が低温時、(b)は冷却水が中温時、(c)は冷却水が高温時である。図12(a)(b)(c)中、太線矢印は排気ガスの流れを示し、破線矢印は冷却水の流れを示している。 Figure 12 is an image diagram of the use of a thermoactuator to which the present invention is applied, where (a) is when the cooling water is at a low temperature, (b) is when the cooling water is at a medium temperature, and (c) is when the cooling water is at a high temperature. In Figures 12(a), (b), and (c), the thick arrows indicate the flow of exhaust gas, and the dashed arrows indicate the flow of cooling water.

図12(a)(b)(c)に示すように、本発明のサーモエレメント120を用いれば、冷却水の温度が高くなるにつれて、排気ガスが熱交換器121へ流れる流路のバルブ122を開→閉→開とすることができる。本発明のサーモエレメント120の構成は、上述した図1又は図13のような構成であるので、ここでは説明を省略する。 As shown in Figures 12(a), (b), and (c), by using the thermoelement 120 of the present invention, the valve 122 in the flow path through which exhaust gas flows to the heat exchanger 121 can be switched from open to closed to open as the temperature of the cooling water increases. The configuration of the thermoelement 120 of the present invention is as shown in Figure 1 or Figure 13 above, so a description thereof will be omitted here.

図13は、本発明の他の実施形態に係るサーモエレメントの構成を示す断面図である。図13に示すサーモエレメント200は、スリーブタイプのサーモエレメント構成を示し、スリーブ14の構成とシール6’、12’以外の構成は、図1のサーモエレメントと同様であるので、説明を省略し、相違する構成について説明する。 Figure 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a thermoelement according to another embodiment of the present invention. The thermoelement 200 shown in Figure 13 shows a sleeve-type thermoelement configuration, and since the configuration other than the configuration of the sleeve 14 and the seals 6', 12' is the same as that of the thermoelement in Figure 1, a description will be omitted and only the different configuration will be described.

第1の封止部材と第2の封止部材が一体的に封止部材を構成し、封止部材の貫通穴内で第1のピストンと第2のピストンが直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とする。スリーブタイプの構成によれば、ピストンがスリーブで保護されているので、スリーブがないパッキンタイプに比較して、信頼性を向上させることができる。 The first sealing member and the second sealing member are integrally configured to form a sealing member, and the first piston and the second piston are configured to come into direct or indirect contact within the through hole of the sealing member. With the sleeve-type configuration, the piston is protected by the sleeve, so reliability can be improved compared to a packing type without a sleeve.

このように、本実施形態及び他の実施形態のサーモエレメントにおいて、ヒーター熱を利用しないため、熱を奪われ動作しない事象が無く、低温下環境にて動作させることが可能となる。水や水溶液の場合、融点が任意に選択できず、膨張率が小さいという問題点があるが、パラフィンワックスが使用できるため任意の温度で動作可能かつ膨張率も大きいため、2種類の熱膨張体を使用する特許第6399585号公報のサーモエレメントに対して優位である。複雑な電制機構に代わり、既存構成のペレット内部にワックスを封入するのみのため、部品点数が減り、製造コストが安価となる。電制機構を必要としないため、従来の電制サーモアクチュエータに比べ、小型化され、部品コストが低下する。電制機構部の組立が不要となるため、生産性が向上する。通常のサーモスタットの動作に加え、再動作が可能となるため、極低温下でバルブ開弁、常温で閉弁、高温で開弁(もしくは低温下でバルブ閉弁、常温で開弁、高温で閉弁)といった動作で他分野での対応ができる。自律的に動くため、車両側に配線や駆動制御装置が不要となる。 In this way, the thermoelement of this embodiment and other embodiments does not use heater heat, so there is no problem of heat loss and inoperability, and it can be operated in a low-temperature environment. In the case of water or an aqueous solution, there is a problem that the melting point cannot be selected arbitrarily and the expansion coefficient is small, but since paraffin wax can be used, it can operate at any temperature and has a large expansion coefficient, so it is superior to the thermoelement of Patent Publication No. 6399585, which uses two types of thermal expansion bodies. Instead of a complex electric control mechanism, wax is simply sealed inside the pellet of the existing configuration, so the number of parts is reduced and manufacturing costs are low. Since no electric control mechanism is required, it is smaller and the parts cost is lower than that of a conventional electric control thermoactuator. Since assembly of the electric control mechanism is not required, productivity is improved. In addition to the operation of a normal thermostat, it is possible to operate again, so it can be used in other fields with operations such as opening the valve at extremely low temperatures, closing the valve at room temperature, and opening the valve at high temperatures (or closing the valve at low temperatures, opening the valve at room temperature, and closing the valve at high temperatures). Because it operates autonomously, there is no need for wiring or drive control devices on the vehicle side.

以上、本発明の実施形態に係るサーモエレメント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、各部材の素材等は、あくまでも例示であり、同等の強度を有する他の材料に適宜変更できることは云うまでもない。 The above provides a detailed explanation of the thermoelement according to the embodiment of the present invention, but the above-mentioned and illustrated embodiments are merely examples of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limiting manner. In particular, the materials of each component are merely examples, and it goes without saying that they can be appropriately changed to other materials having equivalent strength.

100、200:サーモエレメント
1:スプリング(第2の付勢部材)
2:スプリング(第1の付勢部材)
3:蓋
4:ピストン(第1のピストン)
5:カバー(大径)
6:シール(バックアップリング)
6’:シール(バックアップリング)
7:パッキン(封止部材)
8:体積膨張体
9:ハウジングカップ
10:ピストン(第2のピストン)
11:パッキン(封止部材)
12:シール(バックアップリング)
12’:シール(バックアップリング)
13:カバー(小径)
14:スリーブ(封止部材)
120:サーモエレメント
121:熱交換器
122:バルブ
100, 200: Thermoelement 1: Spring (second biasing member)
2: Spring (first biasing member)
3: Lid 4: Piston (first piston)
5: Cover (large diameter)
6: Seal (backup ring)
6': Seal (backup ring)
7: Packing (sealing material)
8: Volume expansion body 9: Housing cup 10: Piston (second piston)
11: Packing (sealing member)
12: Seal (backup ring)
12': Seal (backup ring)
13: Cover (small diameter)
14: Sleeve (sealing member)
120: Thermoelement 121: Heat exchanger 122: Valve

Claims (9)

サーモエレメントであって、
容器と、
前記容器に収容され、周囲温度変化により体積膨張、体積収縮する体積膨張体と、
前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第1のピストンと、
前記第1のピストンとは径が異なっており、前記容器の周囲温度変化により前記体積膨張体の体積変化で作動する第2のピストンと、
前記容器の一端に配置され第1の貫通穴を有する第1の封止部材と、
前記容器の他端に配置され前記第1の貫通穴とは径の異なる第2の貫通穴を有する第2の封止部材と、
を備え、
前記第1のピストンが前記第1の封止部材を摺動自在に貫通し、前記第2のピストンが前記第2の封止部材を摺動自在に貫通し、
前記容器内で前記第1のピストンと前記第2のピストンの先端が直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とするサーモエレメント。
A thermoelement,
A container;
a volume expansion body that is accommodated in the container and expands and contracts in volume in response to changes in ambient temperature;
A first piston that operates by a volume change of the volume expansion body due to a change in the ambient temperature of the container;
a second piston having a different diameter from the first piston and operating in response to a change in volume of the volume expansion body caused by a change in the ambient temperature of the container;
a first sealing member disposed at one end of the container and having a first through hole;
a second sealing member disposed at the other end of the container and having a second through hole having a diameter different from that of the first through hole;
Equipped with
the first piston slidably passes through the first sealing member, and the second piston slidably passes through the second sealing member;
A thermoelement, characterized in that a tip of the first piston and a tip of the second piston are configured to be in direct or indirect contact with each other within the container.
前記第1のピストンと前記第2のピストンに、それぞれ第1の付勢部材による第1の付勢力と第2の付勢部材による第2の付勢力が没(戻る)方向に付勢されるように構成され、
前記第1の付勢力の大きさが、前記第2の付勢力より大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のサーモエレメント。
A first biasing force by a first biasing member and a second biasing force by a second biasing member are respectively biased in a retreating (returning) direction on the first piston and the second piston,
2. The thermoelement according to claim 1, wherein the first biasing force is greater than the second biasing force.
前記第1の付勢力と前記第2の付勢力の関係が、以下の関係式(1)を持つように構成されたことを特徴とする請求項2記載のサーモエレメント。
Figure 0007486252000003
3. The thermoelement according to claim 2, characterized in that the relationship between the first biasing force and the second biasing force is configured to satisfy the following relational expression (1).
Figure 0007486252000003
前記周囲温度が上昇しても前記第1のピストンを所定突没量にて止める係止構造を有することを特徴とする請求項3記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 3, characterized in that it has a locking structure that stops the first piston at a predetermined protruding amount even if the ambient temperature rises. 前記第1のピストンには、前記第1のピストンが所定値以上に前記容器内に入り込まないようにストッパーが構成されたことを特徴とする請求項4記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 4, characterized in that the first piston is provided with a stopper to prevent the first piston from penetrating the container more than a predetermined distance. 前記第1の封止部材と前記第2の封止部材が一体的に封止部材を構成し、前記封止部材の貫通穴内で前記第1のピストンと前記第2のピストンが直接又は間接的に接触するように構成されたことを特徴とする請求項5記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 5, characterized in that the first sealing member and the second sealing member are integrally configured to form a sealing member, and the first piston and the second piston are configured to come into direct or indirect contact with each other within the through hole of the sealing member. 前記第2のピストンは、前記第2のピストンが所定突没量まで潜り込まないようにストッパー機構が備えられているカバーを有することを特徴とする請求項5又は6に記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 5 or 6, characterized in that the second piston has a cover equipped with a stopper mechanism to prevent the second piston from sinking to a predetermined extent. 前記第2のピストンには、前記第2のピストンが所定突没量まで潜り込まないようにストッパー機構が備えられていることを特徴とする請求項5又は6に記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 5 or 6, characterized in that the second piston is provided with a stopper mechanism to prevent the second piston from sinking to a predetermined extent. 前記第1のピストン側に前記容器と一体的に可動する蓋を有し、前記ストッパーと前記蓋とを前記第1の付勢部材が係止されるように構成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載のサーモエレメント。 The thermoelement according to claim 5 or 6, characterized in that the first piston has a lid that moves integrally with the container, and the first biasing member is configured to engage the stopper and the lid.
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