KR20050084746A - 열전소자 - Google Patents

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KR20050084746A
KR20050084746A KR1020047006574A KR20047006574A KR20050084746A KR 20050084746 A KR20050084746 A KR 20050084746A KR 1020047006574 A KR1020047006574 A KR 1020047006574A KR 20047006574 A KR20047006574 A KR 20047006574A KR 20050084746 A KR20050084746 A KR 20050084746A
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후지오 이노우에
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니폰 서모스탯 가부시키가이샤
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Abstract

필요 최소한의 구성 부품 점수로 코스트 저감화도 도모하고, 응답성이나 내구성의 면에서도 우수하며, 더욱이 열팽창체의 팽창, 수축에 따른 체적 변화로 피스톤의 소요 스트로크에 의한 진퇴 동작을 확보할 수 있는 간이형 구조의 열전소자를 얻는다.
케이스(11) 내부에 열팽창체(왁스; 12)를 내장한 열전소자(10)는 케이스 내에서 축선 방향을 따라 배치된 피스톤(13)을 구비하고, 상기 피스톤은 그 내측단이 열팽창체 내에 면함과 더불어 외측단이 케이스의 일단으로부터 외측으로 돌출함으로써 열팽창체의 팽창, 수축에 따라 진퇴 동작하도록 구성된다. 상기 피스톤은 케이스 내의 일단측 부분에 배치된 가이드 부재(14)에 의해 자유로이 접동하도록 유지된다. 또한, 케이스 내에서 이 가이드 부재의 내측단 부분에는 밀봉 부재(15)가 배치되어, 열팽창체를 케이스 내의 타단측에 밀봉되도록 구성된다.

Description

열전소자{THERMOELEMENT}
본 발명은, 예를 들어 냉각수 등의 유체 통로의 개폐 밸브 등을 동작시키는 서모스탯 등에 사용되는 열전소자에 관한 것으로, 특히 냉각수 등의 피검출측의 온도 변화로 팽창, 수축되는 열팽창체나 이것에 의해 이동되는 이동 부재(피스톤)을 구비하여 구성되는 열전소자에 관한 것이다.
자동차용 엔진을 냉각하는 수냉식 냉각 장치에서는 엔진에 도입되는 냉각수의 온드를 제어할 수 있도록, 라디에이터측으로 순환시키는 냉각수량을 조절하는 제어 밸브로서의 서모스탯이 사용되고 있다. 이러한 서모스탯은 그 제어 밸브를 냉각 장치를 구성하는 냉각수 통로의 일부에 개장(介裝)하여, 냉각수 온도가 낮을 때는 상기 제어 밸브를 닫아 냉각수를 라디에이터를 경유시키지 않고 바이패스 통로를 통해 순환시킴과 더불어, 냉각수 온도가 높아질 때는 상기 제어 밸브를 열어 냉각수를 라디에터를 통해 순환시킴으로써, 냉각수의 온도를 소요(所要) 상태로 제어하는 것이다.
이러한 서모스탯에는 일반적으로 온도 센서로서 왁스 등의 열팽창체를 이용한 열전소자가 사용되고 있다.
종래 이러한 열전소자로서는 슬리브 타입의 열전소자(예를 들어, 특허문헌 1 참조), 격판(diaphragm) 타입의 열전소자(예를 들어, 특허문헌 2 참조) 등을 비롯하여, 다양한 구조의 열전소자가 알려져 있다.
[특허문헌 1]
일본국 공개소58-16003호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특허제3225386호 공보(2 내지 3항, 도 1, 도 6)
상기의 특허문헌 1에 나타낸 슬리브 타입의 열전소자는 금속제 용기 내에 고무 슬리브를 수용하고, 용기와 고무 슬리브 사이에 형성된 밀봉실 내에 열팽창체인 왁스를 충진함과 더불어, 고무 슬리브 내에 피압축성 유동체를 통해 이동 부재로서의 피스톤을 자유로이 접동(摺動)하도록 삽입한 구조를 구비한다. 그리고, 이 슬리브 타입의 열전소자에서는 왁스의 팽창에 따라, 피스톤의 주위에 설치된 고무 슬리브로 피스톤을 압착하는 것에 의해 피스톤을 돌출시킴으로써, 상기 피스톤을 진퇴 방향으로 동작시키도록 된다.
한편, 상기 특허문헌 2에 나타낸 격판 타입의 열전소자는 케이스의 일단측에 열팽창체로서의 왁스를 봉입하고, 그 체적 변화를 격판 및 유통체에 의해 이동 부재로서의 피스톤으로 전달하는 구성을 갖는 것이다. 그리고, 이 격판 타입의 열전소자에서는 왁스가 팽창하면, 격판이 왁스 반대측으로 상승되도록 변위하고, 이것에 의해 유동체가 밀림으로써, 열팽창이 축선 방향의 움직임으로 변환되어 이동 부재인 피스톤이, 케이스 외부로 돌출하도록 동작하는 것이다.
여기서, 상기 특허문헌 2에는 그 선행 기술로서, 유동체의 피스톤측으로의 누출을 방지하기 위한 밀봉재로서 고무 피스톤을 사용하고, 이 고무 피스톤이 접동하면서 밀봉함과 더불어, 고무 피스톤과 피스톤 사이에, 고무 피스톤과 피스톤의 고착을 방지하기 위한 불소 수지로 형성된 백업 플레이트를 설치한 구조가 개시되어 있다.
또한, 상기 특허문헌 2에는 상기 고무 피스톤을 생략하고, 피스톤의 내측단을 유동체 중에 면하게 함과 더불어, 환상 밀봉 부재를 피스튼과 케이스 사이에 개재시켜 설치하여, 유동체의 외부로의 누출을 방지하는 구조가 개시되어 있다.
상술한 구조를 갖는 열전소자에 있어서, 특허문헌 1에서의 슬리브 타입의 열전소자에서는 용기 내부에 냉각수 등의 피검출측 유체가 침입되면, 피스톤이 용기 내부로 되돌아가지 않게 되어, 소위 리프트업 상태가 된다는 문제가 있었다. 그리고, 이러한 열전소자를 서모스탯에 사용한 경우에는 유체 통로 중에서 밸브가 개방된 그대로의 상태로 되기 때문에, 예를 들어 엔진의 성능이 나쁘게 된다는 문제를 초래할 우려가 있었다.
또한, 이러한 슬리브 타입의 열전소자에서는 슬리브를 압착하여 피스톤을 돌출시키는 구조이기 때문에, 응답성의 면에서 문제가 되고, 또한 피스톤의 스트로크를 크게 할 수 없다는 문제도 있었다. 더욱이, 상술한 슬리브는 항상 수축, 팽창을 반복하여 작동하기 때문에, 열화의 진행에 의해 파괴되기 쉬워져, 만일 파괴되거나 하면, 피스톤을 돌출 동작시킬 수 없게 되어, 서모스탯에 사용된 경우에는 밸브가 닫힌 채로 되기 때문에, 가열 등의 발생을 초래할 우려가 있고, 이것을 방지하는 대책을 강구할 필요가 있었다.
또한, 특허문헌 2에서의 선행 기술인 격판 타입의 열전소자에서는 상술한 슬리브 타입과의 대비에 있어서, 열팽창체인 왁스가 격판에 의해 완전히 분리되어 구성되기 때문에, 왁스 누출 등의 문제는 없게 되었다. 그러나, 그 대신에 왁스를 분리하여 팽창을 전달하기 위한 격판과, 종래의 왁스 대신에 피스톤을 밀기 위한 유동체와, 상기 유동체를 밀봉하는 고무 피스톤 등과 같이 구성 부품 점수가 증가하여, 코스트 다운을 도모하는 것이 곤란하다는 문제를 발생시켰다. 더욱이, 왁스를 별체 구조로 하기 때문에, 피스톤을 동작시키기 위해 왁스를 대신하는 매체로서 왁스보다 유동성, 윤활성이 양호한 유동체를 이용할 필요가 있었다.
또한, 상기의 격판 타입의 열전소자에서는 피스톤과 이것을 유지하는 가이드 부재가 모두 금속제이기 때문에, 예를 들어 피스톤 또는 가이드 부재에 대해 측방으로부터의 응력이 가해지면, 피스톤이 기울어져 접동 저항이 커지게 되어, 피스톤과 가이드 부재의 마찰이라는 문제가 있었다. 더욱이, 냉각수 중에 포함되는 물질이 화학 변화를 일으켜 이물로서 피스톤과 가이드 부재의 접동부에 퇴적되면, 피스톤의 움직임이 매끄럽지 않게 되거나 움직이지 않게 되는 경우도 있어, 유지 보수가 필요한 경우가 있었다.
또한, 밀봉 부재인 고무 피스톤은 거의 원주 형상이고, 피스톤과 일체로 되어 접동하면서 밀봉하는 구조이기 때문에, 접동 저항이 커지기 때문에 응답성도 양호하지 않게 되고, 또한 내구성의 면에서 밀봉 성능이 충분하지 않다는 문제가 있었다. 더욱이, 격판을 사용하기 때문에, 이 격판의 진폭에 한계가 있기 때문에, 피스톤의 작동 스트로크를 크게 할 수 없다는 문제도 있었다.
이 때문에, 특허문헌 2에서는 피스톤을 유동체 중에 면하게 하고, 유동체의 케이스 외부로의 유출이나 케이스 내부로의 냉각수의 침입을 방지하기 위해 유동체와 가이드 부재 사이에 밀봉 부재를 설치한 구조로 하고 있지만, 격판, 유동체 등이라는 구성 부품 점수를 더 많게 할 필요가 있어, 코스트 다운을 도모하는 것이 곤란하였다.
더욱이, 상기 특허문헌 2에서는 상술한 유동체를 피스톤과 가이드 부재 사이에서 단순한 U형 패킹으로 밀봉하고 있지만, 이러한 패킹에서는 유동체의 외부로의 누출 등의 문제를 초래할 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 상술한 슬리브 타입이나 격판 타입의 열전소자가 갖는 문제점을 일소하여, 필요 최소한의 구성 부품 점수로, 코스트 저감화도 도모하고, 더욱이 열팽창체의 팽창, 수축에 따른 체적 변화에 의해 피스톤의 소요 스트로크에 의한 진퇴 동작을 얻을 수 있으며, 또한 응답성이나 내구성의 면에서도 우수한 열전소자를 얻는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자의 제 1 실시예를 보여주는 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자에 사용한 밀봉 부재를 설명하기 위한 요부 확대도.
도 3은 도 2에서 나타낸 밀봉 부재를 상세하게 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 열전소자의 제 2 실시예를 나타내는 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 열전소자의 제 3 실시예를 나타내는 개략 단면도.
*부호의 설명*
10: 열전소자, 11 : 케이스, 11A : 큰 지름 통부, 11B : 작은 지름 통부, 11C : 개구부, 11D : 단차부, 11E : 코킹부, 12 : 왁스(열팽창체), 13 : 피스톤, 14 : 가이드 부재, 14A : 기부 14B : 밀봉부, 14C, 14c : 관통 구멍, 15 : 밀봉 부재, 15A : 관통 구멍, 15a, 15b : 접동측 립부, 15c, 15d : 고정측 립부, 15e : 凹부, 16 ; 백업 플레이트, 17 : 금속제 플레이트, 21 : 계지 통체, 22 : 가이드 통체, 23 : 가압 플레이트
이러한 목적에 응하기 위해 본 발명(청구범위 제 1항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 온도 상승에 따라 팽창하고 온도 저하에 따라 수축하는 성질을 갖는 열팽창체를 케이스 외부로부터의 열 영향을 받을 수 있도록, 상기 케이스 내부에 내장된 열전소자로서, 상기 케이스 내부에서 축선 방향을 따라 배치되고 내측단이 상기 열팽창체 내에 면함과 더불어 외측단이 케이스의 일단으로부터 외측으로 돌출함으로써 열팽창체의 팽창, 수축에 따라 진퇴 동작하는 피스톤; 상기 케이스 내의 일단측 부분에 배치되어 상기 피스톤을 자유로이 접동하도록 유지하는 가이드 부재; 및 상기 케이스 내에서 상기 가이드 부재의 내측단 부분에 배치되어 상기 열팽창체를 케이스 내의 타단측에 밀봉하는 밀봉 부재를 구비하고, 상기 케이스는 상기 가이드 부재를 삽입하기 위한 개구부를 갖고 상기 개구부와 반대측의 단부에 구면 형상의 내주면을 갖는 유저(有底) 부분이 형성된 대략 유저 통 형상을 나타내는 중공 용기로서 형성되고, 상기 가이드 부재는 축선 위에 관통 구멍을 갖고 외주부가 상기 케이스의 내주 형상을 본떠 수지 성형됨과 더불어, 상기 케이스 내부에서 상기 가이드 부재의 내측단과 상기 열팽창체 사이에 상기 밀봉 부재가 개재되어 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명(청구범위 제 2항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 제 1항에 있어서, 상기 케이스는 상기 가이드 부재를 삽입하기 위한 개구부를 갖는 큰 지름 통부와, 그 동축상에 연접되어 상기 큰 지름 통부보다 지름이 축소된 유저의 작은 지름 통부로 이루어진 중공 용기로, 상기 작은 지름 통부와 큰 지름 통부 사이에는 단차부가 형성됨과 더불어, 상기 가이드 부재는 기부와 그 동축 상에 연접된 시트부로 이루어지며, 축선 위에 관통 구멍을 갖는 원주 형상을 갖고 수지 성형되고, 상기 기부는 상기 케이스 큰 지름 통부의 내주 형상을 본떠 형성되고, 상기 케이스 큰 지름 통부 내에 상기 단차부에 계지(係止)된 상태로 설치되며, 상기 시트부는 상기 케이스 작은 지름 통부의 내주 형상을 본떠 형성되고, 그 내측단이 상기 케이스 작은 지름 통부내에 충진된 열팽창체를 밀봉하는 상기 밀봉 부재를 열팽창체 반대측으로부터 규제한 상태로 유지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명(청구범위 제 3항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 제 1항에 있어서, 상기 케이스는 거의 동일한 지름 치수를 갖는 유저 통형상의 중공 용기로, 상기 케이스 내부에서 그 유저 부분측에는 열팽창체가 충진됨과 더불어, 상기 열팽창체에 밀봉 부재를 통해 내단측이 면하는 가이드 부재가, 상기 케이스 개구부로부터 삽입되도록 구성되고, 상기 가이드 부재는 상기 케이스의 개구부 근처 부분에 삽입되어 고정된 계지 통부재에 의해 상기 케이스 내부에 위치 결정되어 내설(內設)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명(청구범위 제 4항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열팽창체는 왁스와 열가소성 엘라스토머를 혼입시킨 상태에서, 구리 분말을 혼합시킴으로써 겔화시킨 것인 것을 특징으로 한다.
본 발명(청구범위 제 5항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤의 외부 지름은 상기 가이드 부재의 관통 구멍과 동등 또는 약간 작으며, 또한 상기 밀봉 부재의 립부 내부 지름보다도 큰 지름으로 형성되고, 상기 가이드 부재 및 밀봉 부재의 관통 구멍을 관통하고, 내측단이 상기 케이스의 유저 부분에 충진된 열팽창체 내에 면하며, 외측단이 상기 가이드 부재보다 돌출되도록 배치되어, 상기 열팽창체의 팽창, 수축에 따라 진퇴 동작하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명(청구범위 제 6항에 기재된 발명)에 따른 열전소자는 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 단면이 거의 U자 형상을 나타내는 원환 형상 부재로서 형성하고, 그 축 구멍은 상기 피스톤의 축 지름보다도 작은 지름으로 형성됨과 더불어, 일단이 상기 가이드 부재의 내측단에 당접되고, 타단측의 U자형상에 의한 凹부가 상기 열팽창체측에 면하는 상태로 배설되며, 상기 밀봉 부재의 외주부에는 상기 凹의 외주측에 형성되는 고정측 립부와 그 축선 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 2 고정측 립부를 가지며, 상기 고정측 립부는 외부 지름 치수가 동일하게 되도록 형성됨과 더불어, 상기 제 2 고정측 립부는 축선 방향으로 소정 길이를 갖는 스트레이트 형상을 갖고 형성되고, 상기 밀봉 부재의 내주부에는 상기 凹부의 내주측에 형성되는 접동측 립부와 그 축선 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 2 접동측 립부를 가지며, 상기 2개소의 접동측 립부의 작은 지름이 상이하도록 형성되고, 상기 열팽창체의 열팽창으로 발생되는 압력에 의해 상기 凹부의 지름 방향 양측으로 형성되는 고정측 립부와 접동측 립부가 상기 케이스 내주면측, 상기 피스톤의 외주면 측으로 확대됨으로써, 상기 피스톤의 밀봉력을 크게 하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 피스톤의 내측단이 케이스 내에서 열팽창체로의 왁스중에 직접 면하기 때문에, 예를 들어 온도 상승에 의해 왁스가 따뜻해지면, 왁스가 용출되어 체적 변화가 일어나고, 이 체적 변화, 즉 팽창함으로써 피스톤은 케이스 및 가이드 부재로부터 돌출하는 방향으로 압출된다. 여기서, 케이스의 유저 부분의 내주면을 구면 형상으로 함으로써, 케이스로의 열팽창체의 팽창에 따른 응력 집중을 회피할 수 있음과 더불어, 열팽창체의 팽창에 따른 압력을 피스톤의 내측단으로 균일하게 가할 수 있다.
이 때, 밀봉 부재에는 왁스의 압력에 의해 내/외부 립 사이의 凹부에 압력이 가해짐으로써, 상기 립이 내/외부로 확대되어, 피스톤과 케이스 내주부 사이에서의 밀봉력은 강화된다.
더욱이, 이 밀봉 부재의 내주부에 있어서 피스톤에 접동하는 부위가, 상기 접동측 립과 이것보다도 큰 지름의 접동측 립의 2개소이기 때문에, 접동 저항이 증가되지 않고 밀봉할 수 있고, 따라서 피스톤의 움직임에 있어서의 응답성도 양호하다.
또한, 온도가 하강하면 왁스는 고체로 되돌아가 체적이 감소하기 때문에(도시하지 않은 리턴 스프링 등에 의해), 피스톤은 케이스 내로 인입되어 원래의 상태로 되돌아간다.
이 때, 밀봉 부재는 왁스의 영향을 받지 않기 때문에, 립 형상 부분은 밀봉력이 팽창시에 비해 작아지기 때문에 피스톤이 되돌아가기 쉽다.
더욱이, 열팽창체의 팽창을 직접 피스톤으로 전달하는 구조이기 때문에, 격판이나 고무 슬리브를 이용한 종래 구조의 열전소자에 비해 스트로크를 길게 할 수 있다.
또한, 상술한 종래의 격판이나 고무 슬리브 등의 고무 부재를 사용하지 않고, 피스톤을 직접 동작시키는 구조이기 때문에, 응답성의 면에서 우수하고, 더욱이 고무 등의 열화하기 쉬운 부품이 피스톤, 이것을 자유로이 접동하도록 유지하는 가이드 부재나 상기 피스톤을 왕복 동작시키기 위한 부재(열팽창체)에 의한 접동 유지 부분에 존재하지 않기 때문에 내구성의 면에서도 우수하다.
여기서, 열팽창체로서는 왁스와 구리 분말을 혼합시킬 때에 열가소성 엘라스토머를 혼입시켜 열을 가하는 것에 의해 혼합시킴으로써, 겔화시킨 것을 사용하면 무방하다. 이것은 이러한 왁스로서 통상은 왁스에 응답성을 양호하게 하기 위해 구리 분말 등의 금속 분말을 고르게 혼합시킨 것을 사용하지만, 반복적으로 사용하는 도중에 왁스와 구리 분말이 분리된다. 그리고, 구리 분말이 가이드와 피스톤 사이에 삽입되면, 접동면을 손상시켜 외부로부터의 냉각수의 침입이나 내부에 밀봉되어 있는 왁스 등의 유출을 초래할 우려가 있어, 이러한 문제를 해결하는데는 유효하다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 열전소자의 제 1 실시예를 나타낸다.
이들 도면에 있어서, 도면부호 10으로 나타낸 열전소자를 도 1을 이용하여 설명한다. 즉, 도면부호 11은 열전소자 본체를 구성하는 금속제 케이스이고, 이 케이스(11)내에는 케이스(11) 외부로부터의 열 영향을 받아 열팽창, 열수축하는 열팽창체로서의 왁스(12)가 밀봉되어 있다. 또한, 케이스(11)로서는 프레스 가공 등에 의해 외부로부터의 열전도가 적절하게 행해질 수 있는 재질로 형성되는 것이면 무방하다.
도면부호 13은 상기 케이스(11)내에서 축선 방향을 따라 배치된 피스톤으로, 이 피스톤(13)은 내측단이 상기 왁스(12)내에 면함과 더불어 외측단이 케이스(11)의 일단으로부터 외측으로 돌출함으로써 왁스의 팽창, 수축에 따라 축선 위를 진퇴 동작하도록 구성된다. 또한, 피스톤(13)의 케이스(11)내로의 퇴출 동작은 외부에 설치된 리턴 스프링 등의 부세력(付勢力)에 의해 행해진다.
도면부호 14는 상기 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는 수지제의 가이드 부재이고, 상기 케이스(11)내의 일단측 부분에 배치된다.
도면부호 15는 상기 케이스(11) 내에서 이 가이드 부재(14)의 내측단 부분에 배치되어 상기 왁스(12)를 케이스(11) 내의 타단측에 봉입하는 밀봉 부재이다.
도면부호 16은 이 밀봉 부재(15)와 상기 가이드 부재(14)의 내측단 사이에 개재되어 설치된 불소 수지 등으로 형성된 백업 플레이트이다. 이 백업 플레이트(16)는 필요에 따라 설치되는 것으로, 이것을 생략하는 것은 자유이다. 물론, 이 백업 플레이트(16)를 사용하고, 그 내구멍 부분에서도 피스톤(13)을 지지할 수 있도록 구성되면, 피스톤(13)의 접동 지지부의 길이를 확보할 수 있기 때문에, 열전소자(10) 전체의 축선 방향의 소형화에 기여할 수 있다.
여기서, 상기 케이스(11)는 큰 지름 통부(11A)와 작은 지름 통부(11B)로 이루어진 중공 용기로, 이들의 큰 지름 통부(11A)와 작은 지름 통부(11B)는 동축상에 연접하여 구성되고, 큰 지름 통부(11A)의 일단은 개구부(11C)로서 형성된다.
상기 작은 지름 통부(11B)는 큰 지름 통부(11A)보다 지름이 축소된 유저의 중공 구조이며, 또한 큰 지름 통부(11A)는 상기 가이드 부재(14)를 삽입하기 위한 개구부(11C)를 갖는 중공 구조이며, 이들 작은 지름 통부(11B)와 큰 지름 통부(11A) 사이에는 상기 가이드 부재(14)의 왁스(12)측으로의 움직임을 규제하기 위한 단차부(11D)가 형성된다.
또한, 도면중 도면부호 11E는 가이드 부재(14)를 큰 지름 통부(11A)내에 삽입한 상태로 계지하기 위한 코킹부이다. 또한, 작은 지름 통부(11B)의 유저 부분의 내면은 열팽창체인 왁스(12)의 압력을 피스톤(13)의 내측단에 균일하게 가할 수 있도록 구면 형상을 갖고 형성된다.
또한, 상기 가이드 부재(14)는 기부(14A)와 시트부(14B)로 이루어지고, 축선상에 관통 구멍(14C)을 갖는 원주 형상을 나타내고, 예를 들어 불소 수지인 폴리테트라플로오로에틸렌으로 형성된다. 여기서, 기부(14A)는 상기 케이스 큰 지름 통부(11A)의 내주 형상을 본떠 형성되고, 상기 케이스 작은 지름 통부(11B)와 큰 지름 통부(11A)의 단차부(11D)에 계지된 상태로 설치된다. 또한, 시트부(14B)는 상기 케이스 작은 지름 통부(11B)의 내주 형상을 본떠 형성되고, 그 내측단이 상기 케이스 작은 지름 통부(11B)내에 충진된 왁스(12)를 밀봉하는 상기 밀봉 부재(15)를 왁스 반대측으로부터 규제한 상태로 유지하도록 구성된다.
여기서, 상술한 열팽창체로서의 왁스(12)는 케이스(11) 외부로부터 열 영향을 받음으로써 온도 상승에 따라 팽창하고, 온도 저하에 따라 수축하는 성질을 갖는 것으로, 여기서는 왁스와 열가소성 엘라스토머를 혼입시킨 상태에서, 구리 분말을 혼합시킴으로써 겔화시킨 것을 이용한다. 이것은 이러한 왁스로서 통상은 왁스에 응답성을 양호하게 하기 위해 구리 분말을 고르게 혼합시킨 것이 사용되지만, 반복적으로 사용하는 도중에 왁스와 구리 분말이 분리되어, 그 구리 분말이 가이드와 피스톤 사이에 삽입되면, 접동면을 손상시키는 등의 문제를 발생시킬 우려가 있기 때문이다.
또한, 피스톤(13)의 외부 지름은 상기 가이드 부재(14)의 관통 구멍(14C)와 동등 또는 약간 작으며, 또한 상기 밀봉 부재(15)의 립부(15a, 15b)의 내부 지름(a,b)보다도 큰 지름으로 형성된다. 이 피스톤(13)은 상기 가이드 부재(14) 및 밀봉 부재(15)의 관통 구멍(14C, 15A)을 관통하고, 내측단이 상기 케이스 작은 지름 통부(11B)에 봉입된 왁스(12)내에 면하며, 외측단이 상기 가이드 부재(14)로부터 케이스(11)의 외측으로 향하여 돌출하도록 배치된다. 그리고, 이 피스톤(13)은 왁스(12)의 팽창, 수축에 따라 도 1중 좌,우 방향을 따라 진퇴 동작한다.
여기서, 상기 밀봉 부재(15)는 상술한 관통 구멍(15A)을 갖는 거의 원환 형상을 나타내도록 고무, 합성 수지 등의 밀봉 기능을 갖는 재료로 형성되며, 피스톤(13)의 외주부에 삽입 장착된 상태로 케이스(11)의 통 형상 부분에 배치된다. 이 밀봉 부재(15)는 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 일단이 상기 가이드 부재(14)의 내측단에 당접(백업 플레이트(16)를 통해 당접되지만, 여기서는 백업 플레이트(16)의 설명은 생략한다)됨과 더불어, 관통 구멍(15A)은 상기 피스톤(13)의 축 지름보다도 소경으로 형성되며, 또한 왁스(12)의 열팽창으로 발생되는 압력에 의해 상기 케이스(11) 및 상기 피스톤(13)측으로 확대됨으로써, 상기 피스톤(13)의 밀봉력을 크게 하도록 형성된다.
즉, 밀봉 부재(15)는 단면이 거의 U자 형상을 나타내는 원환 형상을 나타내는 부재로, 그 U자 형상에 의한 凹부(15e)가 상기 왁스(12)측에 면하는 상태로 배설된다. 또한, 이 밀봉 부재(15)는 외주부에 형성되는 고정측 립부(15c, 15d)의 외부 지름 치수(c)가 동일하게 되도록 형성됨과 더불어, 상기 고정측 립부중 상기 가이드 부재(14)측인 제 2 고정측 립부(15d)는 축선 방향으로 소정 길이를 갖는 스트레이트 형상을 갖는다.
이 스트레이트의 립부(15d)는 이 밀봉 부재(15)를 케이스(11)내에서 피스톤(13)과의 사이에 배치되었을 때에, 왁스(12)의 열팽창에 의한 작용력이나 상기 피스톤(13)의 움직임에서 구배 현상 등이 발생되지 않도록 하기 위한 부분이다. 이것은 왁스(12)의 팽창이 균일하지 않기 때문에, 종래 형상의 것에서는 밀봉 부재에 구배가 발생되고, 그 결과 피스톤에도 경사가 발생되어 가이드 부재와의 마멸 등의 문제가 발생된 것을 방지하기 위함이다.
또한, 상술한 스트레이트의 립부(15d)를 설치하면, 가이드 부재(14)를 전술한 바와 같이 케이스(11)의 단차부(11D)에 계지시켜 부착함으로써, 상기 밀봉 부재(15)의 위치 결정이 가능하게 되고, 그 결과 왁스(12)의 양도 적정량으로 할 수 있다는 이점도 있다.
또한, 이 밀봉 부재(15)는 내주부중 적어도 2개소에 접동측 립부(15a, 15b)를 구비하고, 이들 2개소의 접동측 립부(15a, 15b)는 내부 지름(a, b)이 상이하도록 형성되며, 피스톤(13)과의 사이를 소요의 상태로 적절하게 밀봉할 수 있도록 구성된다. 특히, 이들 접동측 립부(15a, 15b)는 천접촉(穿接觸) 상태로 피스톤(13)의 외주부에 당접하여, 각각의 부분을 밀봉하는 것이며, 또한 그 내부 지름이 상이한 2단 구성이기 때문에, 피스톤(13)과의 사이의 접동 저항은 작으며, 더욱이 왁스 누출 방지 효과를 얻기 위한 밀봉 기능을 확실하게 한다. 여기서, 접동측 립부(15a, 15b)는 凹부(15e)에 의한 왁스(12)측의 접동측 립부(15a)의 내부 지름(a)이 가이드 부재(14)측의 제 2 접동측 립부(15b)의 내부 지름(b)보다도 커지도록 설정된다.
이러한 밀봉 부재(15)는 왁스(12)측에 면하는 부분에 형성된 凹부(15e)가 상기 왁스(12)의 열팽창에 의한 체적 변화에 따른 압력을 받았을 때에, 도 3중에 화살표로 나타낸 바와 같은 내, 외주에 확대되는 변위를 접동측 립부(15)와 고정측 립부(15c)에 부여되고, 이것에 의해 밀봉 기능을 증대시킬 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의하면, 피스톤(13)의 내측단이 케이스(11)내에서 열팽창체로서의 왁스(12)중에 면하기 때문에, 예를 들어 온도 상승에 의해 왁스(12)가 따뜻해지면, 왁스(12)가 용출되어 체적 변화가 일어나고, 이 체적 변화, 즉 팽창함으로써 피스톤(13)은 케이스(11) 및 가이드 부재(14)로부터 돌출하는 방향으로 압출된다. 이 때, 밀봉 부재(14)에는 왁스(12)의 압력에 의해 내, 외립(15a, 15c) 사이의 凹부(15e)에 압력이 가해짐으로써, 상기 립(15a, 15c)이 내, 외로 확대되어, 피스톤(13) 외주부와 케이스(11) 내주부 사이에서의 밀봉력은 강화된다.
더욱이, 피스톤(13)에 접동하는 부위가 밀봉 부재(15)의 내주측에서 상기의 접동측 립(15b)과 이것보다도 큰 지름의 접동측 립(15a)의 2개소이기 때문에, 접동 저항이 증가되지 않고 밀봉할 수 있고, 따라서 피스톤(13)의 움직임에 있어서의 응답성도 양호하다.
또한, 온도가 하강하면 왁스(12)는 고체로 되돌아가 체적이 감소하기 때문에(도시하지 않은 케이스(11) 외부에 설치된 리턴 스프링 등에 의해), 피스톤(13)은 케이스(11)내로 인입되어 원래의 상태로 되돌아간다. 이 때, 밀봉 부재(15)는 왁스(12)의 영향을 받지 않기 때문에, 립 형상 부분은 밀봉력이 팽창시에 비해 작아지기 때문에 피스톤(13)이 되돌아가기 쉽다.
더욱이, 이러한 구조에서는 왁스(12)의 팽창을 직접 피스톤(13)으로 전달하는 구조이기 때문에, 격판이나 고무 슬리브를 이용한 종래 구조의 열전소자에 비해 이동 스트로크를 크게 할 수 있게 된다.
또한, 상술한 종래의 격판이나 고무 슬리브 등의 고무 부재를 사용하지 않고, 피스톤(13)을 직접 동작시키는 구조이기 때문에, 응답성의 면에서 우수하고, 더욱이 고무 등의 열화되기 쉬운 부품이 피스톤(13), 이것을 자유로이 접동하도록 유지하는 가이드 부재(14), 및 상기 피스톤(13)을 왕복 동작시키기 위한 부재(왁스(12))에 의한 접동 유지 부분에 존재하지 않기 때문에 내구성의 면에서도 우수하다.
도 4는 상술한 제 1 실시예를 변형한 제 2 실시예를 나타낸다.
본 실시예는 케이스 큰 지름 통부(11A)에 있어서, 개구부(11C)로부터 삽입되는 가이드 부재(14)의 기부(14A)의 외측단측에 금속제 플레이트(17)를 개재시키고, 코킹부(11E)에 의해 고정된 것이다. 이와 같이 하면, 가이드 부재(14)를 케이스(11)에 대해 확실하게 고정시킬 수 있으며, 또한 수지 성형품인 가이드 부재(14)의 외부로의 노정 부분을 적게 할 수 있기 때문에, 고온, 고압 사양으로서의 기능을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 열전소자의 제 3 실시예를 나타낸다.
동 도면에 있어서 도면부호 20에서 나타낸 열전소자는 거의 동일한 지름 치수를 갖는 유저 통 형상의 중공 용기로 이루어진 금속제 케이스(11)를 구비하고, 그 유저 부분에 케이스(11)외부로부터의 열 영향을 받아 열 팽창, 열 수축하는 열팽창체로서의 왁스(12)가 봉입되어 있다.
이 케이스(11) 내부에는 피스톤(13)이 축선 방향을 따라 배치되고, 그 내측단이 상기 왁스(12) 내에 면함과 더불어, 외측단이 케이스(11)의 개구부로부터 외측으로 돌출되어, 상기 왁스(12)의 팽창, 수축에 따라 축선 위를 진퇴 동작하도록 구성된다. 또한, 피스톤(13)의 케이스(11) 내로의 퇴출 동작은 상술한 실시예와 마찬가지로 외부에 설치된 리턴 스프링 등의 부세력에 의해 행해진다.
도면중, 도면부호 14는 상기 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는, 바람직하게는 수지제 재료로 형성된 가이드 부재로, 본 실시예에서는 거의 원통 형상을 나타내도록 형성되고, 상기 케이스(11) 내부에 일단측(개구부측)으로부터 삽입됨으로써 내설되고, 상기 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는 역할을 하는 것이다.
상기 케이스(11)내에서 이 가이드 부재(14)의 내측단 부분에는 상기 왁스(12)를 케이스(11)내의 유저 부분에 봉입하는 밀봉 부재(15)가 개재되어 배치된다. 또한, 도면중 도면부호 14c는 상기 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는 관통 구멍이다.
또한, 본 실시예에서는 밀봉 부재(15)를 가이드 부재(14)의 내측단에 직접 당접시키지만, 그 사이에 상술한 실시예와 마찬가지로 불소 수지 등으로 형성된 백업 플레이트를 삽입하여도 무방하다.
더욱이, 본 실시예에서는 밀봉 부재(15)로서 상술한 실시예에서 설명한 것과 동일한 것을 이용하며, 여기에서의 구체적 설명은 생략한다.
이러한 구성에 있어서, 상기 케이스(11)의 개구부 근처 부분에는 상기 가이드 부재(14)의 외측단에 면하여 삽입되어 고정되는 계지 통부재로서, 거의 내향 캡 형상을 나타내는 계지 통체(21)와 상기 계지 통체(21)의 외측단 측에 일체적으로 설치되는, 바람직하게는 고무제 재료로 형성된 가이드 통체(22)가 설치된다. 이 가이드 통체(22)는 가압 플레이트(23)에 의해 상기 계지 통체(21)와 함께 케이스(11)의 개구부 부근에 삽입된 상태로, 상기 케이스(11)에 대해 고정되어, 외부로부터의 냉각수의 침입을 방지함과 더불어, 상기 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는 제 2 가이드 부재로서의 역할을 하는 것이다.
또한, 상기의 계지 통체(21)는 상기 케이스(11)내에 왁스(12), 밀봉 부재(15), 더욱이 가이드 부재(14)를 순차적으로 삽입된 상태로, 케이스(11)의 개구부에 삽입하여 용접 등으로 상기 케이스(11)에 고착된다. 여기서, 이 계지 통체(21)의 계지 위치는 상기 가이드 부재(14)의 케이스(11)내로의 삽입 위치(내설 위치)를 조정할 수 있는 상태로 위치결정하여 고정할 수 있도록 된다. 또한, 도면중 도면부호 21a는 계지 통체(21)에서 가이드 부재(14)를 계지하는 저부이며, 피스톤(13)을 자유로이 접동 동작하도록 유감 가능하게 삽입된 상태로 유지하는 개구이다. 또한, 도면부호 22a는 가이드 통체(22)내에서 피스톤(13)을 자유로이 접동하도록 유지하는 축 구멍이다.
즉, 본 실시에에서는 케이스(11)내에 왁스(12)를 봉입한 상태로 이것을 밀봉 부재(15)를 통해 밀봉하는 가이드 부재(14)의 내측단 위치를 임의로 설정할 수 있도록 구성한다. 이와 같이 하면, 종래 구성요소의 조립시에 행한 후가공인 케이스(11)내에 밀입한 열팽창체인 왁스(12)의 용량의 조정 공정이 불필요하게 되어, 상기 조립시의 계지 통체(21)의 고정 위치의 조정을 행할 수 있기 때문에, 작업성의 면에서 우수하다.
또한, 보다 확실하게 하기 위해 부가하여 말하면, 통상 왁스식의 구성요소에서는 온도-리프트량의 초기 설정을 행할 때에, 예를 들어 80℃에서 피스톤 리프트량 10mm 등으로 설정하는 것이지만, 그 리프트량이 왁스(12)의 봉입량으로 결정되기 때문에, 조립시에는 다소 적게 충진하고, 조정시에 케이스의 일부를 함몰시키는 공정이 필요하였지만, 본 실시예에서는 계지 통체(21)의 설치 위치를 조정하면서 조립을 행하면 무방하다.
이러한 구성에 의해서도, 상술한 실시예와 마찬가지로, 종래의 리턴 스프링이나 격판의 열전소자가 갖는 문제점을 일소하고, 필요 최소한의 구성 부품 점수로, 코스트 저감화도 도모하고, 더욱이 열팽창체의 팽창, 수축에 따른 체적 변화에 의해 피스톤의 소요 스트로크에 의한 진퇴 동작을 얻을 수 있으며, 또한 응답성이나 내구성의 면에서도 우수한 열전소자를 얻을 수 있다는 효과를 나타낸다. 더욱이, 본 실시예에서는 케이스(11), 가이드 부재(14) 등의 형상, 구조가 한층 더 단순하게 되어, 가공성, 조립성, 코스트 저감이 한층 더 효과적으로 도모한다는 이점도 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에서 설명한 구조로 한정되지 않고, 각 부분의 형상, 구조 등을 적절하게 변형, 변경할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 예를 들면, 케이스(11)의 형상, 구조 등을 적절하게 변경할 수 있는 것은 물론이며, 이 케이스(11)내로의 가이드 부재(14), 더욱이 밀봉 부재(15)의 삽입 구조 등으로서도 적절한 변형예가 고려된다.
또한, 밀봉 부재(15)로서도, 도 2, 도 3에 나타낸 형상으로 한정되지 않고, 동등한 기능을 얻을 수 있는 형상, 구조이면 무방하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 열전소자에 의하면, 종래 구조인 슬리브 타입이나 격판 타입의 열전소자가 갖는 문제점을 일소하고, 필요 최소한의 구성 부품 점수로, 코스트 저감화도 도모하고, 더욱이 열팽창체의 팽창, 수축에 따른 체적 변화에 의해 피스톤의 소요 스트로크에 의한 진퇴 동작을 얻을 수 있으며, 또한 응답성이나 내구성의 면에서도 우수한 열전소자를 얻을 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다.
특히, 본 발명에 의하면, 열팽창체의 팽창을 직접 피스톤으로 전달하는 구조이기 때문에, 격판이나 고무 슬리브를 이용한 종래의 열전소자에 비해 이동 스트로크를 크게 할 수 있어, 열전소자로서의 기능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래와 같은 슬리브나 격판 등의 고무제 부재를 사용하지 않고, 피스톤을 직접 동작시키는 구조이기 때문에, 응답성의 면에서 우수하고, 더욱이 고무 등의 열화하기 쉬운 부품이 없기 때문에 내구성의 면에서도 우수하다.

Claims (6)

  1. 온도 상승에 따라 팽창하고 온도 저하에 따라 수축하는 성질을 갖는 열팽창체를 케이스 외부로부터의 열 영향을 받을 수 있도록, 상기 케이스 내부에 내장된 열전소자로서,
    상기 케이스 내부에서 축선 방향을 따라 배치되고 내측단이 상기 열팽창체 내에 면함과 더불어 외측단이 케이스의 일단으로부터 외측으로 돌출함으로써 열팽창체의 팽창, 수축에 따라 진퇴 동작하는 피스톤;
    상기 케이스 내의 일단측 부분에 배치되어 상기 피스톤을 자유로이 접동(摺動)하도록 유지하는 가이드 부재; 및
    상기 케이스 내에서 상기 가이드 부재의 내측단 부분에 배치되어 상기 열팽창체를 케이스 내의 타단측에 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하며,
    상기 케이스는 상기 가이드 부재를 삽입하기 위한 개구부를 갖고 상기 개구부와 반대측의 단부에 구면 형상의 내주면을 갖는 유저(有底) 부분이 형성된 대략 유저 통 형상을 나타내는 중공 용기로서 형성되고,
    상기 가이드 부재는 축선 위에 관통 구멍을 갖고 외주부가 상기 케이스의 내주 형상을 본떠 수지 성형됨과 더불어,
    상기 케이스 내부에서 상기 가이드 부재의 내측단과 상기 열팽창체 사이에 상기 밀봉 부재가 개재되어 설치된 것을 특징으로 하는 열전소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 가이드 부재를 삽입하기 위한 개구부를 갖는 큰 지름 통부와, 그 동축상에 연접되어 상기 큰 지름 통부보다 지름이 축소된 유저의 작은 지름 통부로 이루어진 중공 용기로, 상기 작은 지름 통부와 큰 지름 통부 사이에는 단차부가 형성됨과 더불어,
    상기 가이드 부재는 기부와 그 동축 위에 연접된 시트부로 이루어지며, 축선 위에 관통 구멍을 갖는 원주 형상을 갖고 수지 성형되고,
    상기 기부는 상기 케이스 큰 지름 통부의 내주 형상을 본떠 형성되고, 상기 케이스 큰 지름 통부 내에 상기 단차부에 계지(係止)된 상태로 설치되며,
    상기 시트부는 상기 케이스 작은 지름 통부의 내주 형상을 본떠 형성되고, 그 내측단이 상기 케이스 작은 지름 통부내에 충진된 열팽창체를 밀봉하는 상기 밀봉 부재를 열팽창체 반대측으로부터 규제한 상태로 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 거의 동일한 지름 치수를 갖는 유저 통형상의 중공 용기이며,
    상기 케이스 내부에서 그 유저 부분측에는 열팽창체가 충진됨과 더불어, 상기 열팽창체에 밀봉 부재를 통해 내단측이 면하는 가이드 부재가, 상기 케이스 개구부로부터 삽입되도록 구성되고,
    상기 가이드 부재는 상기 케이스의 개구부 근처 부분에 삽입되어 고정된 계지 통부재에 의해 상기 케이스 내부에 위치 결정되어 내설(內設)되는 것을 특징으로 하는 열전소자.
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열팽창체는 왁스와 열가소성 엘라스토머를 혼입시킨 상태에서, 구리 분말을 혼합시킴으로써 겔화시킨 것인 것을 특징으로 하는 열전소자.
  5. 제 1항 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤의 외부 지름은 상기 가이드 부재의 관통 구멍과 동등 또는 약간 작으며, 또한 상기 밀봉 부재의 립부 내부 지름보다도 큰 지름으로 형성되고,
    상기 가이드 부재 및 밀봉 부재의 관통 구멍을 관통하고, 내측단이 상기 케이스의 유저 부분에 충진된 열팽창체 내에 면하며, 외측단이 상기 가이드 부재보다 돌출되도록 배치되고,
    상기 열팽창체의 팽창, 수축에 따라 진퇴 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자.
  6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는 단면이 거의 U자 형상을 나타내는 원환 형상 부재로서 형성하고, 그 축 구멍은 상기 피스톤의 축 지름보다도 작은 지름으로 형성됨과 더불어,
    일단이 상기 가이드 부재의 내측단에 당접되고, 타단측의 U자형상에 의한 凹부가 상기 열팽창체측에 면하는 상태로 배설되고,
    상기 밀봉 부재의 외주부에는 상기 凹의 외주측에 형성되는 고정측 립부와 그 축선 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 2 고정측 립부를 가지며, 상기 고정측 립부는 외부 지름 치수가 동일하게 되도록 형성됨과 더불어, 상기 제 2 고정측 립부는 축선 방향으로 소정 길이를 갖는 스트레이트 형상을 갖고 형성되고,
    상기 밀봉 부재의 내주부에는 상기 凹부의 내주측에 형성되는 접동측 립부와 그 축선 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 2 접동측 립부를 가지며, 상기 2개소의 접동측 립부의 작은 지름이 상이하도록 형성되며,
    상기 열팽창체의 열팽창으로 발생되는 압력에 의해 상기 凹부의 지름 방향 양측으로 형성되는 고정측 립부와 접동측 립부가 상기 케이스 내주면측, 상기 피스톤의 외주면 측으로 확대됨으로써, 상기 피스톤의 밀봉력을 크게 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열전소자.
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