KR20090047468A - 서모엘리먼트 및 후육 밀봉 부재 - Google Patents

Abstract

팽창체로서의 왁스의 열 전도를 개선하여 다이어프램을 개선해 구조가 단순하고 내구성이 우수하며, 응답성이 좋은 서모엘리먼트를 제공한다. 팽창체로서의 왁스에 금속 가루, 금속박 등 금속 소편, 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합하여 왁스의 열 전도를 개선하여 응답성을 좋게 한다. 또한, 후육 밀봉 부재의 중심부에 피스톤 삽입 구멍을 형성하고, 피스톤 삽입 구멍과 외주에 설치된 시일부 사이를 두께가 두꺼운 두께부로서, 변형이 용이한 두께부를 형성했다. 후육 밀봉 부재가 종래의 서모엘리먼트의 다이어프램과 고무 상태 유체의 기능을 더불어 갖도록 하여, 고무 상태 유체, 러버 피스톤, 보호판을 불필요하게 하여 부품점수가 적고, 구조가 간단하며, 고무 상태 유체의 누출이 없어 내구성이 있는 서모엘리먼트를 얻는다.

열 전도, 왁스, 융해 혼합, 다이어프램, 팽창체

Description

서모엘리먼트{THERMOELEMENT}

본 발명은 온도 변화에 따른 왁스의 팽창 수축을 이용한 서모 액추에이터인 서모엘리먼트에 관한 것이다.

종래부터 온도 센서로서 왁스 등의 열 팽창체를 사용한 서모엘리먼트가 사용되고 있다. 서모엘리먼트는 온도에 따른 왁스의 체적 변화를 피스톤의 축선 방향의 직선 운동으로 변환한다. 서모엘리먼트는, 도 1에 도시하는 다이어프램 타입, 도 2에 도시하는 슬리브 타입 등이 있다.

도 1에 도시하는 다이어프램 타입의 서모엘리먼트는 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(1)에 원통형의 가이드 부재(5)가 고정된다. 케이스(1) 내에 왁스(2)가 충전되고, 왁스(2)의 상단부면은 다이어프램(3)에 의해 밀봉되어 있다. 가이드 부재(5)의 기단부 내의 접촉면(5a)과, 다이어프램(3)의 상측 사이에는 변형 가능한 비압축성 유동체로 이루어지는 고무 상태 유체(4)가 충전되어 있다. 가이드 부재(5)의 가이드 통부(5b) 내에는 고무 상태 유체(4) 상에 러버 피스톤(7), 보호판(8), 피스톤(6)이 설치되어 있다.

환경 온도가 상승하면 왁스(2)가 팽창되어 다이어프램(3)이 상방으로 팽출되어, 다이어프램(3)의 상방에 배치된 고무 상태 유체(4)를 밀어 올린다. 고무 상태 유체(4)는 변형되어 가이드 통부(5b)로 진입하여, 러버 피스톤(7), 보호판(8)을 통하여 피스톤(6)을 상방으로 밀어 올린다. 온도가 하강하면 왁스(2)가 수축되어 피스톤(6)에 인가된 부하(도시하지 않음)에 의해 피스톤(6)이 밀어 내려진다. 이렇게 하여, 온도 변화에 따라 피스톤(6)이 가이드 부재(5)로부터 출입한다.

본 명세서에 있어서는, '상'이란 도면의 상방향, '하'란 도면의 하방향을 말하는 것으로 한다.

도 2에 도시하는 슬리브 타입의 서모엘리먼트는, 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(1)에 왁스(2)가 충전되고, 왁스(2)의 상단부는 슬리브(9)에 의해 밀봉되어 있다. 슬리브(9)의 상측은 누름판(10)에 의해 케이스(1)에 고정된다. 케이스(1)의 상단부에는 원통형의 가이드 부재(5)가 설치되고, 가이드 부재(5)의 기단부는 케이스(1)의 상단부에 고정된다. 슬리브(9) 내로부터 가이드 부재(5)를 관통하여 피스톤(6)이 설치되어 있다.

환경 온도가 상승하면 왁스(2)가 팽창되어 왁스(2)가 슬리브(9)를 눌러 찌부러뜨려 슬리브(9)에 삽입되어 있는 피스톤(6)을 상방으로 밀어낸다. 온도가 하강하면 왁스(2)가 수축되어 피스톤(6)에 인가된 부하(도시하지 않음)에 의해 피스톤(6)은 하방으로 되돌려진다. 이렇게 하여, 온도 변화에 따라 피스톤(6)이 가이드 부재(5)로부터 출입한다.

다이어프램 타입의 서모엘리먼트는 왁스의 팽창을 다이어프램, 유체를 통해 직접 피스톤을 밀어 올리는 직선 운동으로 변환하고 있으므로, 응답성이 좋다고 하는 이점이 있다. 그러나, 고무 형상의 유체를 시일하는 러버 피스톤으로부터의 유 체 누출이 발생하기 쉽고, 열화되기 쉬워 내구성이 떨어진다.

슬리브 타입의 서모엘리먼트는 왁스의 팽창으로 슬리브를 눌러 찌부러뜨려 간접적으로 피스톤을 밀어내는 직선 운동으로 변환하고 있으므로 응답성이 나쁘다.

또한, 다이어프램 타입과 슬리브 타입의 서모엘리먼트에 공통되는 문제로서, 왁스의 열 전도가 나쁘다는 문제가 있다. 일반적으로 열 전도를 좋게 하기 위하여 동박 등 열 전도가 좋은 금속 소편을 왁스에 혼합하고 있다. 왁스에 혼합하는 금속의 형태는 분말, 칩, 박 등을 생각할 수 있으며, 이들을 총칭하여 소편이라고 한다. 그러나, 왁스에 금속 소편을 혼합해도 충분한 열 전도를 얻을 수 없다. 특히, 저온에서 왁스가 고형의 상태로부터 온도 상승할 때는 왁스의 외측부터 순차적으로 연화되어 열 전달된다.

왁스의 열 전도가 나쁘면 케이스의 온도가 상승하여 케이스 내면 근방의 왁스가 융해되어 팽창되어도 내부의 왁스는 고형 상태 그대로이다. 다이어프램 타입의 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이 케이스 내면 근방의 왁스(2a)가 융해되어, 내부의 고형 상태의 왁스(2b)로 다이어프램(3)을 밀어 올리게 되므로 다이어프램(3)의 열화를 촉진시킨다.

슬리브 타입의 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이 케이스 내면 근방의 왁스(2a)가 융해되어도 내부의 고형 왁스(2b)에 저해되어 슬리브(9)를 눌러 찌부러뜨릴 수 없으므로 피스톤(6)을 짜낼 수 없다. 그 때문에, 케이스 내가 고압화되어 응답이 지연된다.

이들 서모엘리먼트에 대해서는 다양한 개량이 행해지고 있다. 특허 문헌1은 다이어프램 타입의 서모엘리먼트에 대해 고무 상태 유체를 고체 입상물로 한 구조를 개시하고, 고무 상태 유체가 시일부로부터 누출되는 것을 방지하여 내구성의 향상을 도모하고 있다.

그러나, 특허 문헌1의 서모엘리먼트는 고체 입상물은 유동성이 나빠, 변형 저항이 크다고 하는 결점이 있다.

특허 문헌2는 슬리브 타입의 서모엘리먼트에 관하여 러버 시일 스풀(슬리브)과, 러버 시일 직선 형상관(주름상자)을 맞대어 접합하고, 양자의 중심 구멍에 로드(피스톤)를 봉입하여 로드의 하부에 윤활유를 채우는 구조를 개시하고 있다. 이에 의해, 응답성, 내구성을 개선하고 있다.

그러나, 특허 문헌2의 서모엘리먼트는 주름상자가 신장과 수축을 반복하므로 열화되기 쉽고, 구조가 복잡해지는 결점이 있다.

따라서, 왁스의 열 전도를 개선한 서모엘리먼트가 요구되고 있다. 또한, 구조가 단순하여 내구성이 우수하고, 응답성이 좋은 서모엘리먼트가 요구되고 있다.

특허 문헌1 : 일본 특허 공개 평7-6675호 공보

특허 문헌2 : 일본 특허 공개 평9-89153호 공보

본 발명의 목적은 왁스의 열 전도를 개선한 서모엘리먼트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 단순하여 내구성이 우수하고, 응답성이 좋은 서모엘리먼트를 제공하는 것이다.

본 발명은, 일 형태에 있어서(청구항 1), 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로서 케이스에 충전하고, 상기 케이스의 개구부를 탄성 밀봉 부재로 밀봉하여 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트이며,

상기 팽창체의 왁스로서, 금속 소편과, 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합한 왁스 혼합체를 사용하는 것을 특징으로 하는 서모엘리먼트이다.

상기 탄성 밀봉 부재는 다이어프램 또는 슬리브인 것이 바람직하다.

상기 금속 소편은 금속 가루 또는 금속박인 것이 바람직하다.

이에 의해, 왁스의 열 전도가 좋아진다. 그 때문에, 서모엘리먼트의 케이스에 충전된 왁스의 외부와 내부의 온도차가 작아져 왁스 전체가 거의 균일하게 융해 팽창되어, 다이어프램, 슬리브 등의 밀봉 부재에 대하여 균일하게 압력을 가하므로, 다이어프램의 열화, 응답 지연을 방지할 수 있다.

본 발명은, 다른 형태에 있어서(청구항 4), 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로 하여 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트이며,

상기 왁스를 봉입하기 위한 일단부가 개방된 원통형의 케이스와,

상기 케이스의 일단부에 결합하는 원통형의 가이드 부재와,

상기 가이드 부재의 내측에 미끄럼 이동 가능하게 유지된 피스톤과,

상기 케이스에 상기 열 팽창체를 봉입하고, 상기 피스톤을 출입시키기 위해 상기 가이드 부재와 상기 왁스 사이에 배치된 후육 밀봉 부재를 구비하고,

상기 후육 밀봉 부재는, 고무 상태 탄성체로 형성되고,

중앙부에 상기 피스톤의 일단부를 지지하는 피스톤 삽입 구멍이 형성되고,

상기 피스톤 삽입 구멍의 단부의 박육부과, 왁스를 봉입하기 위하여 외주부에 설치된 고리 형상의 리브와, 상기 박육부와 상기 리브의 사이에 설치된 두께가 두꺼운 후육부를 갖고,

상기 후육부의 한쪽 면은 상기 가이드 부재의 기부의 접촉면에 접하고, 다른 쪽의 면은 상기 왁스에 접하고,

온도 변화에 따라 상기 왁스가 팽창되면 상기 후육 밀봉 부재의 상기 후육부와 상기 박육부가 변형되어 상기 피스톤을 밀어 올린다.

후육 밀봉 부재는 종래의 서모엘리먼트를 밀봉하면서 변형되는 다이어프램의 기능과, 피스톤을 밀어내는 고무 상태 유체의 양쪽의 기능을 다한다. 그 때문에, 종래의 러버 피스톤, 보호판이 불필요하여 구조가 간단하고, 유체의 누출이 없는 서모엘리먼트를 얻을 수 있다.

상기 왁스(열 팽창체)로서, 금속 가루, 금속박 등의 금속 소편과 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합한 왁스 혼합체를 사용할 수 있다.

이에 의해, 응답성이 더 좋고, 구조가 간단하여 저렴한 서모엘리먼트를 얻을 수 있다.

본 발명은 또 다른 형태에 있어서(청구항 6), 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로 하여 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트에 사용하는 후육 밀봉 부재가며,

고무 상태 탄성체로 형성되고,

중앙부에 상기 피스톤의 일단부를 지지하는 피스톤 삽입 구멍이 형성되고,

상기 피스톤 삽입 구멍의 단부의 박육부와,

외주부에 설치된 고리 형상의 리브와,

상기 박육부와 상기 리브의 사이에 설치되고, 두꺼운 두께의 후육부를 구비하여 상기 후육부와 상기 박육부는 상기 왁스의 압력에 의해 상기 피스톤을 밀어 올리도록 변형 가능하다.

상기 후육 밀봉 부재는 축 대칭인 것이 바람직하다.

상기 후육 밀봉 부재의 상기 리브와 상기 후육부의 상면은, Hs60 내지 80의 고경도의 고무, 그 밖의 부분은 Hs2 내지 40의 저경도의 고무로 일체로 형성된 것이 바람직하다. 저경도의 고무는 Hs10 내지 40이 보다 바람직하다.

상기 후육 밀봉 부재의 상기 피스톤 삽입 구멍의 내면도 Hs60 내지 80의 고경도의 고무로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 후육 밀봉 부재의 상기 리브와 상기 후육부의 하면은 Hs60 내지 80의 고경도의 고무, 그 밖의 부분을 Hs2 내지 40의 저경도의 고무로 일체로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 서모엘리먼트는 왁스에 금속 소편과 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합한 왁스 혼합체를 사용하여 왁스 혼합체의 열 전도를 각별히 좋게 하고 있다. 그 때문에, 서모엘리먼트에 충전된 왁스 혼합체의 외부와 내부의 온도차가 작아져, 전술한 케이스 내면 근방만의 왁스가 융해 팽창되는 현상이 없어진다. 왁스 전체가 대략 균일하게 융해 팽창되어, 다이어프램, 슬리브 등의 밀봉 부재에 대하여 균일하게 압력을 가하므로 다이어프램의 열화, 응답 지연이 해소된다.

또한, 후육 밀봉 부재의 중심부에 피스톤 삽입 구멍을 형성하고, 피스톤 삽입 구멍과 외주에 설치된 시일용의 리브 사이의 부분을 두껍게 하여, 변형이 용이한 후육부를 형성했다. 후육 밀봉 부재에 압력이 가해지면 후육부가 변형되어 피스톤을 밀어내는 방향으로 힘을 가한다. 그 때문에, 구조가 간단하여 유체의 누출이 해소된다.

도 1은 종래의 다이어프램 타입의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 2는 종래의 슬리브 타입의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 3은 왁스가 부분 융해된 상태를 도시하는 다이어프램 타입의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 4는 왁스가 부분 융해된 상태를 도시하는 슬리브 타입의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 5는 본 발명에 의한 제2 실시 형태의 서모엘리먼트에 사용하는 후육 밀봉 부재의 종단면도.

도 6은 본 발명에 의한 제2 실시 형태의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 7은 왁스가 팽창되었을 때의 제2 실시 형태의 서모엘리먼트의 종단면도.

도 8은 왁스가 더 팽창되었을 때의 제2 실시 형태의 서모엘리먼트의 종단면 도.

도 9는 제3 실시 형태의 후육 밀봉 부재의 종단면도.

도 10은 제4 실시 형태의 후육 밀봉 부재의 종단면도.

도 11은 제4 실시 형태의 후육 밀봉 부재의 변형예의 종단면도.

도 12는 제5 실시 형태의 후육 밀봉 부재의 종단면도.

도 13은 제5 실시 형태의 후육 밀봉 부재의 변형예의 종단면도.

<부호의 설명>

1 : 케이스

1a : 시일부

1b : 코오킹부

2 : 왁스(왁스 혼합체)

3 : 다이어프램

3a : 리브

3b : 피스톤 삽입 구멍

3c : 후육부

3d : 박육부

4 : 고무 상태 유체

5 : 가이드 부재

5a : 접촉면

5b : 가이드 통부

5c : 홈

5d : 기부

6 : 피스톤

7 : 러버 피스톤

8 : 보호판

9 : 슬리브

10 : 누름판

20 : 후육 밀봉 부재

31 : 고경도부

32 : 저경도부

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

본 발명의 제1 실시 형태는, 서모엘리먼트의 왁스에 금속 가루, 금속박 등의 금속 소편과, 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합하여 왁스의 열 전도율을 향상시킨 것이다. 서모엘리먼트의 형상은, 도 1에 도시하는 다이어프램 타입, 또는 도 2에 도시하는 슬리브 타입이다.

서모엘리먼트의 팽창체로서, 통상은 파라핀 왁스를 사용한다. 용도에 따른 팽창 특성을 얻기 위해 미리 융해 온도가 서로 다른 수종류의 왁스를 혼합 융해하여 사용한다. 통상은, 왁스의 열 전도를 개선하기 위해 융해 혼합 시에 구리의 소편을 혼합한다. 구리를 분말로 하여 혼합하면 왁스가 융해 응고를 반복하여 구리 가 침전되는 경우가 있어, 구리는 구리 가루로서가 아니라, 동박 등의 소편으로 하여 혼합하는 경우가 많다.

왁스에 혼합하는 동박의 비율을 증가시켜 가면 왁스의 열 전도는 조금씩 좋아진다. 동박의 양이 일정량(90wt％ 정도)에 도달하면 열 전도가 비약적으로 좋아지는 것이 알려져 있다. 이것은 동박끼리 접촉하기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 제품으로서 왁스에 첨가할 수 있는 동박의 비율은 50wt％ 정도이다. 제품화할 수 있는 비율의 동박을 첨가한 왁스에서는 동박이 왁스 중에 개별적으로 분단되어 부유한 상태이므로, 양호한 열 전도는 얻을 수 없다.

왁스에 제품화할 수 있는 비율의 동박을 혼합한 경우, 동박을 서로 도통 상태로 할 수 있으면 왁스의 열 전도는 비약적으로 좋아진다고 예측된다. 따라서, 동박 외에 인접하는 동박끼리를 결합하는 바인더가 되어야 할 금속을 혼합하는 것을 시도했다.

제품으로서의 왁스 혼합체의 중량에 대하여, 동박 30wt％와, 사용하는 왁스의 융점(융점 약 70℃)보다 고온의 융점을 갖는 저융점 합금의 분말 20wt％를 혼합했다. 저융점 합금으로서는 땜납에 Bi를 첨가한 이융 합금(Bi 50wt％, Sn 22wt％, Pb 28wt％, 융점 100℃)을 사용했다. 이 혼합재를 용융된 왁스(50wt％)에 투입 혼합하고, 다음에 혼합재를 혼합한 왁스를 저융점 합금의 융점보다 고온이 될 때까지 가열하고, 또한 교반 혼합했다. 이와 같이 하여 작성된 왁스 혼합체를 도 1에 도시하는 다이어프램 타입의 서모엘리먼트에 사용했다. 그 결과, 온도 변화에 대한 서모엘리먼트의 응답성이 비약적으로 좋아졌다. 도 2에 도시하는 슬리브 타입의 서모엘리먼트에 사용한 경우도 온도 변화에 대하여 좋은 응답성이 얻어졌다.

왁스 혼합체의 내부에서 동박끼리 저융점 합금에 의해 결합되어 끈 형상, 그물코 형상 등의 결합 구조를 형성했기 때문에 열 전도가 비약적으로 좋아졌다고 생각된다. 본 실시 형태에서는 금속으로서 동박을 사용하여 동박과 저융점 합금을 혼합한 후에 왁스에 혼합 융해했으나, 이들에 한정하는 것은 아니다. 동박과 저융점 합금을 따로따로 왁스에 혼합할 수 있다. 또한, 동박 대신에 Al박을 사용할 수도 있다.

저융점 합금으로서는 주석(Sn)과 납(Pb)으로 이루어지는 땜납을 사용할 수 있고, 땜납에 비스머스(Bi), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 갈륨(Ga) 등을 첨가한 이융 합금을 사용할 수 있다. 또한, Sn-Cu, Sn-Al, Sn-Zn, Sn-Mg 등의 주석 합금을 사용할 수 있다.

제1 실시 형태는, 다이어프램 타입과 슬리브 타입의 서모엘리먼트를 예로 하고 있으나, 물론 이것에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 금속 가루 또는 금속박과 저융점 합금을 혼합한 왁스 혼합체는 다른 종류의 서모엘리먼트에도 사용할 수 있다.

다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 서모엘리먼트의 종단면도이다. 제2 실시 형태에서는 도 1에 도시하는 종래의 서모엘리먼트에 있어서의 다이어프램(3)과, 고무 상태 유체(4)의 대체로서 후육 밀봉 부재(20)를 사용한다. 제2 실시 형태에서는 고무 상태 유체(4)를 사용하지 않으므로 고무 상태 유체(4)의 누출을 방지하기 위한 러버 피스톤(7) 과, 보호판(8)은 불필요하다.

도 5는 제2 실시 형태의 서모엘리먼트에 사용하는 후육 밀봉 부재(20)의 종단면도이다. 후육 밀봉 부재(20)는 전체적으로 축 대칭이며 중심부에 피스톤(6)을 삽입하기 위해 피스톤의 외경에 거의 동일한 내경의 피스톤 삽입 구멍(3b)이 형성되어 있다. 피스톤 삽입 구멍(3b)의 저부는 피스톤의 하단부를 받기 위한 두께가 얇은 박육부(3d)로 되어 있다. 후육 밀봉 부재(20)의 외주부에는 왁스를 시일하기 위한 고리 형상의 리브(3a)가 형성된다. 피스톤 삽입 구멍(3b)과 리브(3a) 사이는 두께가 두꺼운 후육부(3c)이며, 피스톤 삽입 구멍(3b) 부근이 두껍고, 중심으로부터 멀어짐에 따라 두께가 얇아져 간다. 후육부(3c)의 가이드 부재측(상측)은 가이드 부재(5) 하면의 접촉면(5a)을 따른 형상이며, 왁스측(하측)은 원추형에 가까운 형상이다. 왁스(2)가 팽창되면 왁스(2)로부터의 힘은 후육 밀봉 부재(3)의 중심 상방향에 걸리게 되어 있다.

후육 밀봉 부재(20)는 왁스를 투과시키지 않도록 시일하고, 서모엘리먼트의 사용 온도에 견디는 재질로 할 필요가 있다. 또한, 피스톤을 밀어낼 수 있도록 변형이 용이하여 비압축성인 것이 바람직하다.

후육 밀봉 부재의 재질로서, 니트릴 고무(NBR)를 사용할 수 있다. 또한, 내열성, 내한성, 사용 환경 등의 요구에 따라 수소화니트릴 고무(HNBR), 불소 고무(FKM), 실리콘 고무(UMQ)를 사용할 수 있다.

다시 도 6을 참조한다. 도 5의 후육 밀봉 부재(20)를 사용한 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 서모엘리먼트는 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(1)와, 원통형의 가이드 부재(5)와, 후육 밀봉 부재(3)와, 피스톤(6)을 구비한다.

케이스(1)는 왁스(2)를 충전하기 위한 바닥이 있는 원통 부분과, 원통 부분보다 직경이 큰 플랜지 형상의 직경 확장부를 갖는다. 직경 확장부의 내측에는 후육 밀봉 부재(3)를 시일하기 위한 고리 형상의 시일면(1a)이 형성되고, 시일면(1a)에 이어 가이드 부재(5)의 기부(5d)를 코오킹하여 고정하기 위한 원통형의 코오킹부(1b)가 형성되어 있다.

가이드 부재(5)는 피스톤을 미끄럼 이동 가능하게 유지하는 가이드 통부(5b)와, 가이드 통부(5b)보다 직경이 크고, 케이스(1)와 결합하기 위한 기부(5d)를 갖는다. 가이드 통부(5b)에는 피스톤의 외경과 거의 동일한 내경의 구멍이 형성되어 있다. 기부(5d)의 하면은 후육 밀봉 부재(3)의 상면에 접촉되어 유지되는 접촉면(5a)이 형성되고, 또 하면의 외주부에는 후육 밀봉 부재(3)의 리브(3a)를 받아들이는 고리 형상의 홈(5c)이 형성되어 있다.

후육 밀봉 부재(3)의 리브(3a)는 케이스(1)의 시일면과, 가이드 부재(5)의 고리 형상의 홈(5c) 사이에 끼워져 있어 왁스(2)를 밀봉할 수 있다.

서모엘리먼트를 조립하기 위해서는, 피스톤(6)을 가이드 부재(5)의 가이드 통부(5b)를 관통시켜 후육 밀봉 부재(3)의 피스톤 삽입 구멍(3b)에 삽입한다. 후육 밀봉 부재(3)의 리브(3a)를 가이드 부재(5)의 홈(5c)에 배치한다. 왁스(2)를 충전한 케이스(1)의 시일면(1a)에 후육 밀봉 부재(3)의 외경부가 올라타듯이 후육 밀봉 부재(20)와 가이드 부재(5)를 배치하여 가이드 부재(5)의 기부(5d)를 케이스(1)의 코오킹부(1b)를 변형시켜 코오킹하고, 가이드 부재(5)와 케이스(1)를 압접 고정한다. 왁스(2)는 케이스(1)의 시일면(1a)과, 후육 밀봉 부재(20)의 리브(3a)의 하면 사이에서 밀봉된다. 이와 같이 하여, 서모엘리먼트가 조립된다.

도 7은 제2 실시 형태에 의한 서모엘리먼트가 가열되어 왁스가 팽창된 상태를 도시하는 종단면도이다. 전술한 바와 같이 서모엘리먼트는 온도가 상승하면 왁스(2)의 팽창에 의해 후육 밀봉 부재(3)의 상부 중심 방향으로 힘이 가해진다. 후육 밀봉 부재(3)의 상면은 가이드 부재(5)의 접촉면(5a)에 접촉되어 상방으로 변형할 수는 없다. 후육 밀봉 부재(3)의 가장 변형되기 쉬운 박육부(3d)가 상방으로 변형되어 피스톤(6)을 상방으로 밀어낸다.

왁스(2)가 더 팽창되면, 도 8에 도시한 바와 같이 후육부(3c)가 피스톤의 하방으로 이행하도록 변형되는 동시에, 박육부(3d)가 더 상방으로 볼록 형상으로 변형되어 피스톤(6)을 상방으로 밀어낸다.

서모엘리먼트의 온도가 저하되면 왁스(2)가 수축되어 박육부(3d), 후육부(3c)는 도 6의 형상으로 복귀되어, 피스톤은 원위치로 복귀된다.

피스톤(6)을 이동시키기 위해서는 후육부(3c)는 부드러운 것이 더 좋으나, 리브(3a)가 너무 부드러우면 시일력이 떨어진다. 그 때문에, 후육 밀봉 부재(20)의 고무는 후육부(3c)는 변형되기 쉽고 리브(3a)가 시일력을 갖도록 적절한 경도로 해야 한다. 후육 밀봉 부재(20)의 고무의 경도는 Hs40 내지 60이 바람직하다. 박육부(3d)의 두께는 0.5㎜ 내지 4㎜의 범위가 바람직하다.

도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 후육 밀봉 부재(21)의 종단면도이다. 제3 실시 형태의 후육 밀봉 부재(21)의 형상은 제3 실시 형태에 의한 후육 밀 봉 부재와 동일하다. 리브(3a)와 상부의 고경도부(31)는 고경도의 고무재로 이루어지고, 고경도(31)의 하측의 대부분은 저경도부(32)이며 변형되기 쉬운 저경도의 고무재로 이루어진다. 고경도의 고무재와 저경도의 고무재를 겹쳐 일체로 하여 가황하여 복합 고무로 이루어지는 후육 밀봉 부재를 성형한다.

가이드 부재(5)의 접촉면(5a)에 접하는 고경도부(31)는 시일에 적합한 경도로 하고, 왁스(2)의 압력을 받는 저경도부(32)는 변형되기 쉬워, 피스톤을 이동시키기 쉬운 후육 밀봉 부재를 얻을 수 있었다.

고경도의 고무재의 경도는 Hs60 내지 80(JISK6301)이 바람직하다. 저경도의 고무재의 경도는 Hs2 내지 40이 바람직하고, Hs10 내지 40이 더 바람직하다.

고경도부(31)의 고무재와 저경도부(32)의 고무재는 동일한 고무재이고 경도가 다른 것을 사용하거나, 또는 동일 계통의 고무재의 경도가 다른 것을 사용하는 것이 바람직하나, 다른 종류의 고무재를 사용할 수도 있다. 또한, 고경도부(31)의 고무재와 저경도부(32)의 고무재는 가황에 의해 양자를 일체로 하는 것이 바람직하나, 별체로 할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 후육 밀봉 부재(22)의 종단면도이다. 제4 실시 형태의 후육 밀봉 부재(22)는 후육 밀봉 부재의 상측, 즉 리브(3a)와, 고경도부(31)와, 피스톤 삽입 구멍(3b)의 내면과, 이것에 계속되는 박육부(3d)의 상면을 고경도의 고무재로 성형하고, 다른 부분을 저경도의 고무재로 성형한다. 상면이 고경도의 고무재로 되어 있으므로 저경도의 고무재의 강도를 보충할 수 있어, 내구성이 향상된다.

도 11은 본 발명의 제4 실시 형태의 변형예에 따른 후육 밀봉 부재(23)의 종단면도이다. 이 변형예의 후육 밀봉 부재(23)는 박육부(3d)의 상면뿐만 아니라, 박육부(3d)의 하면까지 고경도의 고무재로 성형한다.

도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 후육 밀봉 부재(24)의 종단면도이다. 제5 실시 형태의 후육 밀봉 부재(24)는 후육 밀봉 부재의 하면, 즉 리브(3a)와, 후육부(32)의 하측과, 박육부(3d)의 하측을 고경도의 고무재로 성형하고, 다른 부분을 저경도의 고무재로 성형한다. 하면이 고경도의 고무재로 되어 있어, 왁스의 압력을 고경도의 고무재로 받아, 저경도의 고무재에 균일한 압력이 가해지도록 할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제5 실시 형태의 변형예에 따른 후육 밀봉 부재(25)의 종단면도이다. 이 변형예의 후육 밀봉 부재(25)는 박육부(3d)를 전부 고경도의 고무재로 성형한다.

후육 밀봉 부재의 상면, 또는 하면을 고경도의 고무재로 하는 것을 서술했으나, 상측, 하면의 양면을 고경도 고무로 할 수도 있다.

박육부(3d)의 상면, 하면, 또는 전부를 고경도의 고무재로 할 경우, 박육부(3d)의 두께를 0.2㎜ 내지 0.5㎜로 하여 변형되기 쉬운 부드러움을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 후육 밀봉 부재(20 내지 25)를 내장한 서모엘리먼트의 열 팽창체인 왁스로서, 전술한 동박과 저융점 합금을 융해 혼합한 열 전도가 좋은 왁스 혼합체를 사용함으로써 후육 밀봉 부재에 가해지는 압력이 균일화되어, 후육 밀 봉 부재에 형성된 후육부의 움직임이 부드러워져 응답성이 좋은 저렴하고 내구성이 좋은 서모엘리먼트를 얻을 수 있다.

Claims (9)

1. 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로서 케이스에 충전하고, 상기 케이스의 개구부를 탄성 밀봉 부재로 밀봉하여 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트이며,

   상기 열 팽창체의 왁스로서, 금속 소편과, 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합한 왁스 혼합체를 사용하는 것을 특징으로 하는, 서모엘리먼트.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 밀봉 부재는 다이어프램 또는 슬리브인, 서모엘리먼트.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 소편은 금속 가루 또는 금속박인, 서모엘리먼트.
4. 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로 하여, 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트이며,

   상기 왁스를 봉입하기 위한 일단부가 개방된 원통형의 케이스와,

   상기 케이스의 일단부에 결합하는 원통형의 가이드 부재와,

   상기 가이드 부재의 내측에 미끄럼 이동 가능하게 유지된 피스톤과,

   상기 케이스에 상기 왁스를 봉입하고, 상기 피스톤을 출입시키기 위해 상기 가이드 부재와 상기 왁스 사이에 배치된 후육 밀봉 부재를 구비하고,

   상기 후육 밀봉 부재는, 고무 상태 탄성체로 형성되고,

   중앙부에 상기 피스톤의 일단부를 지지하는 피스톤 삽입 구멍이 형성되고,

   상기 피스톤 삽입 구멍의 단부의 박육부와, 왁스를 봉입하기 위하여 외주부에 설치된 고리 형상의 리브와, 상기 박육부와 상기 리브의 사이에 설치된 두께가 두꺼운 후육부를 갖고,

   상기 후육부의 한쪽 면은, 상기 가이드 부재의 기부의 접촉면에 접하고, 다른 쪽의 면은 상기 왁스에 접하고,

   온도 변화에 따라 상기 왁스가 팽창되면 상기 후육 밀봉 부재의 상기 후육부와 상기 박육부가 변형되어 상기 피스톤을 밀어 올리는 것을 특징으로 하는, 서모엘리먼트.
5. 제4항에 있어서, 상기 왁스로서, 금속 소편과 왁스의 융점 이상의 융점을 갖는 저융점 합금을 융해 혼합한 왁스 혼합체를 사용하는, 서모엘리먼트.
6. 온도 변화에 따라 팽창 수축되는 왁스를 열 팽창체로 하여 왁스의 팽창 수축에 의해 피스톤을 출입시키는 서모엘리먼트에 사용하는 후육 밀봉 부재가며,

   고무 상태 탄성체로 형성되고,

   중앙부에 상기 피스톤의 일단부를 지지하는 피스톤 삽입 구멍이 형성되고,

   상기 피스톤 삽입 구멍의 단부의 박육부와,

   외주부에 설치된 고리 형상의 리브와,

   상기 박육부와 상기 리브의 사이에 설치된 후육부를 구비하고, 상기 후육부와 상기 박육부는 상기 왁스의 압력에 의해 상기 피스톤을 밀어 올리도록 변형 가능한 것을 특징으로 하는, 후육 밀봉 부재.
7. 제6항에 있어서, 상기 리브와, 상기 후육부의 상면을 Hs60 내지 80의 고경도의 고무, 그 밖의 부분을 Hs2 내지 40의 저경도의 고무로 일체로 형성한, 후육 밀봉 부재.
8. 제7항에 있어서, 또한 상기 피스톤 삽입 구멍의 내면을 Hs60 내지 80의 고경도의 고무로 형성한, 후육 밀봉 부재.
9. 제6항에 있어서, 상기 리브와, 상기 후육부의 하면을 Hs60 내지 80의 고경도의 고무, 그 밖의 부분을 Hs2 내지 40의 저경도의 고무로 일체로 형성한, 후육 밀봉 부재.

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