WO2004049351A1 - サーモエレメント - Google Patents

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WO2004049351A1
WO2004049351A1 PCT/JP2003/011328 JP0311328W WO2004049351A1 WO 2004049351 A1 WO2004049351 A1 WO 2004049351A1 JP 0311328 W JP0311328 W JP 0311328W WO 2004049351 A1 WO2004049351 A1 WO 2004049351A1
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WO
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case
piston
thermal expansion
guide member
expansion body
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/011328
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English (en)
French (fr)
Inventor
Fujio Inoue
Original Assignee
Nippon Thermostat Co.,Ltd.
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Thermostat Co.,Ltd. filed Critical Nippon Thermostat Co.,Ltd.
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Priority to US10/499,645 priority patent/US7175102B2/en
Priority to CN038048981A priority patent/CN1639801B/zh
Publication of WO2004049351A1 publication Critical patent/WO2004049351A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/32—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a fluid contained in a hollow body having parts which are deformable or displaceable
    • G01K5/44—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a fluid contained in a hollow body having parts which are deformable or displaceable the body being a cylinder and piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
    • G05D23/021—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature the sensing element being a non-metallic solid, e.g. elastomer, paste
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelement used for a thermostat or the like that operates an on-off valve or the like for a fluid passage for cooling water or the like.
  • the present invention relates to a thermoelement configured to include a moving member (piston) moved thereby.
  • a thermostat is used as a control valve for adjusting the amount of cooling water circulated to a radiator so that the temperature of cooling water introduced into the engine can be controlled.
  • the control valve is interposed in a part of a cooling water passage constituting a cooling device, and when the cooling water temperature is low, the control valve is closed so that the cooling water does not pass through a radiator and a bypass passage is provided.
  • the cooling water temperature is controlled to a required state by opening the control valve and circulating the cooling water through the radiator when the temperature of the cooling water rises. .
  • thermoelement using a thermal expansion body such as wax is generally used as a temperature sensor.
  • thermoelements such as a sleeve type (for example, see Patent Document 1) and a diaphragm type (for example, see Patent Document 2) are known as this type of thermoelement.
  • Patent Document 1 a sleeve type (for example, see Patent Document 1) and a diaphragm type (for example, see Patent Document 2) are known as this type of thermoelement.
  • Patent Document 2
  • Patent No. 3225386 pages 2-3, Figures 1 and 6)
  • a rubber sleeve is housed in a metal container, and a sealing chamber formed between the container and the rubber sleeve is filled with wax as a thermal expansion body.
  • a structure is provided in which a piston as a moving member is slidably inserted into the rubber sleeve via a compressible fluid.
  • the piston moves in the reciprocating direction by projecting the piston by squeezing the piston with a rubber sleeve provided around the piston as the wax expands. I'm going to let you.
  • the diaphragm-type thermoelement disclosed in Patent Document 2 wax as a thermal expansion body is sealed at one end side of the case, and a change in volume is transmitted to a piston as a moving member by the diaphragm and the fluid body. It has such a configuration.
  • the diaphragm-type thermoelement when the wax expands, the diaphragm is displaced so as to swell to the side opposite to the wax, whereby the fluid is pushed, whereby the thermal expansion is converted into axial movement and the moving member is moved. Then, the piston moves so as to protrude outside the case.
  • Patent Document 2 as a prior art, a rubber piston is used as a sealing material for preventing a fluid from leaking to the piston side, and the rubber piston is sealed while sliding.
  • a structure is disclosed in which a backup plate made of a fluorine resin is provided between the rubber piston and the piston to prevent the rubber piston from sticking to the piston.
  • Patent Document 2 the above-mentioned rubber piston is omitted, the inner end of the piston is exposed in the fluid, and an annular sealing member is provided between the piston and the case to provide a fluid seal.
  • a structure for preventing leakage to the outside is disclosed.
  • a fluid to be detected such as cooling water enters the inside of the container
  • the piston does not return to the inside of the container, resulting in a so-called lift-up state.
  • lift-up state There was a problem.
  • the valve remains open in the fluid passage, which may cause a problem such as a deterioration in the engine warm-up performance. there were.
  • such a sleeve-type thermoelement has a structure in which the piston is protruded by squeezing the sleeve, which is problematic in terms of responsiveness, and also has a problem that the piston stroke cannot be increased.
  • the piston since the above-mentioned sleeve constantly operates by repeatedly contracting and expanding, if it is easily broken due to the progress of deterioration, or if it breaks, the piston will not be able to protrude, and it will be used for thermostats. In this case, the valve remains closed, which may cause overheating and the like, and it was necessary to take measures to prevent this.
  • the piston and the guide member holding the piston are both made of metal, for example, when a lateral stress is applied to the piston or the guide member, the piston tilts. There was a problem that the sliding resistance was increased and the piston and the guide member were worn. Furthermore, if the substance contained in the cooling water undergoes a chemical change and accumulates as foreign matter on the sliding portion between the piston and the guide member, the piston may slow down or stop moving, which may require maintenance. Was.
  • the rubber piston which is a seal member, is almost cylindrical and has a structure that seals while sliding integrally with the piston. There is a problem that the sealing performance is not sufficient on the surface. Furthermore, since the diaphragm is used, there is a problem that the working stroke of the piston cannot be increased due to the limitation of the amplitude of the diaphragm.
  • Patent Document 2 the piston is exposed in the fluid, and a gap is formed between the fluid and the guide member in order to prevent the fluid from flowing out of the case and infiltrating the cooling water into the case.
  • the structure is provided with a diaphragm member, the number of components such as diaphragms and fluids There are still many requirements, and it has been difficult to reduce costs.
  • Patent Document 2 the above-mentioned fluid is sealed between the piston and the guide member with a simple U-shaped nose knives.
  • a packing prevents leakage of the fluid to the outside. There was a risk of causing problems.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and eliminates the problems of the sleeve-type and diaphragm-type thermoelements described above, reduces the number of necessary components, and reduces costs. It is an object of the present invention to obtain a thermoelement that can obtain a reciprocating operation by a required stroke of a piston by a volume change accompanying expansion and contraction of a thermal expansion body, and is excellent in responsiveness and durability. Disclosure of the invention
  • thermo-element according to the present invention (the invention according to claim 1) is characterized in that a heat-expanding body having the property of expanding with a rise in temperature and contracting with a fall in temperature is provided outside the case.
  • the piston protrudes outward from one end of the case and moves forward and backward in accordance with expansion and contraction of the thermal expansion body, and a guide member disposed at one end of the case and holding the piston slidably.
  • a seal member disposed at an inner end portion of the guide member in the case and enclosing the thermal expansion body at the other end side in the case, wherein the case is configured to fit the guide member.
  • Open It is formed as a substantially bottomed cylindrical hollow container having a mouth and a bottomed portion having a spherical inner peripheral surface at an end opposite to the opening, and the guide member is formed on an axial line.
  • the outer peripheral portion is formed of resin by imitating the inner peripheral shape of the case, and the seal member is interposed between the inner end of the guide member and the thermal expansion body inside the case. It is characterized by being provided.
  • thermoelement according to the present invention is the thermoelement according to claim 1, wherein the case is connected coaxially with a large-diameter cylindrical portion having an opening for fitting the guide member. And a bottomed small-diameter cylindrical portion reduced in diameter from the large-diameter cylindrical portion, wherein a step portion is formed between the small-diameter cylindrical portion and the large-diameter cylindrical portion,
  • the guide member has a cylindrical shape having a base portion and a seat portion coaxially connected to the base portion, and having a through hole on an axis.
  • the base is formed in the shape of the inner circumference of the large-diameter cylindrical case, and is installed in the large-diameter cylindrical case in a state where the base is engaged with the stepped portion. Is formed to imitate the inner peripheral shape of the case small-diameter cylindrical portion, and the inner end thereof restricts the sealing member for sealing the thermal expansion body filled in the case small-diameter cylindrical portion from the side opposite to the thermal expansion body. It is configured to be held in a state.
  • thermoelement according to the present invention is the thermoelement according to claim 1, wherein the case is a bottomed hollow cylindrical container having substantially the same diameter.
  • the bottom portion side is filled with a thermal expansion body, and a guide member whose inner end faces the thermal expansion body via a sealing member is configured to be fitted through the case opening.
  • a locking cylinder member fitted and fixed to a portion near the opening of the case, and is internally provided.
  • thermo-element according to the present invention is the thermo-element according to claim 1, 2, or 3, wherein the thermal expansion body is made of copper powder mixed with wax and a thermoplastic elastomer. It is characterized by being gelled by mixing.
  • thermoelement according to the present invention is the thermoelement according to any one of claims 1 to 4, wherein the outer diameter of the piston is equal to or slightly smaller than the through hole of the guide member, and the seal is It is formed to have a diameter larger than the inner diameter of the lip portion of the member, penetrates through the through holes of the guide member and the seal member, the inner end faces the thermal expansion body filled in the bottomed portion of the case, and the outer end has
  • the guide member is disposed so as to protrude therefrom, and is configured to move forward and backward as the thermal expansion body expands and contracts.
  • thermoelement according to the present invention is the thermoelement according to any one of claims 1 to 5, wherein the seal member is formed as an annular member having a substantially U-shaped cross section, The shaft hole is formed to have a smaller diameter than the shaft diameter of the piston, one end of which is in contact with the inner end of the guide member, and a U-shaped ⁇ portion at the other end faces the thermal expansion body.
  • the seal member is formed as an annular member having a substantially U-shaped cross section
  • the shaft hole is formed to have a smaller diameter than the shaft diameter of the piston, one end of which is in contact with the inner end of the guide member, and a U-shaped ⁇ portion at the other end faces the thermal expansion body.
  • a fixed-side lip portion formed on the outer peripheral side of the concave portion and a second fixed-side lip portion formed at a predetermined interval in the axial direction are provided in the outer peripheral portion of the seal member.
  • These fixed-side lip portions are formed so as to have the same outer diameter, and the second fixed-side lip portion is formed to have a straight shape having a predetermined length in the axial direction.
  • the concave portion is provided on an inner peripheral portion of the seal member. Sliding side lip formed on the inner circumferential side of the And a second sliding-side lip formed at a predetermined interval in the axial direction of the heat-expanding body.
  • the fixed-side lip portion and the sliding-side lip portion formed on both sides in the radial direction of the concave portion due to the pressure generated by the thermal expansion of the recess expand toward the inner peripheral surface side of the case and the outer peripheral surface side of the piston. Characterized in that it is formed so as to increase the sealing force.
  • the piston since the inner end of the piston directly faces the wax as the thermal expansion body in the case, when the wax is warmed due to, for example, a rise in temperature, the wax melts out and a volume change occurs. By this volume change, that is, expansion, the piston is pushed out in a direction protruding from the case and the guide member.
  • the inner peripheral surface of the bottomed portion of the case has a spherical shape, stress concentration due to expansion of the thermal expansion body into the case is avoided, and pressure due to expansion of the thermal expansion body is applied to the inner side of the piston. Can be added evenly to the edges.
  • the stroke can be made longer than that of a thermoelement having a conventional structure using a diaphragm and a rubber sleeve.
  • the piston is directly operated without using the rubber member such as the conventional diaphragm and rubber sleeve described above, it is excellent in responsiveness, and furthermore, the parts that are easily deteriorated by rubber etc.
  • the piston and the guide member for slidably holding the piston are not present in the sliding holding portion of the member for moving the piston back and forth (thermal expansion body), the durability is high. Also excellent in terms of.
  • a gelled material is used by mixing a thermoplastic elastomer and mixing by applying heat when mixing wax and copper powder.
  • This type of wax is usually made by kneading a metal powder such as copper powder to improve the responsiveness of the wax. Are separated. If the copper powder enters between the guide and the piston, it may damage the sliding surface and cause the intrusion of cooling water from the outside or the outflow of wax or the like sealed inside. It is effective in solving the problem.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a thermoelement according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part for describing a seal member used for a thermoelement according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining details of the seal member shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the thermoelement according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the thermoelement according to the present invention.
  • thermoelement 1 to 3 show a first embodiment of a thermoelement according to the present invention.
  • thermoelement denoted by reference numeral 10 will be described with reference to FIG. That is, reference numeral 11 denotes a metal case that constitutes the thermoelement body.
  • a case 12 is sealed as a thermal expansion body that thermally expands and contracts under the influence of heat from the outside of the case 11.
  • the case 11 may be made of any material that can appropriately transfer heat from the outside by press working or the like.
  • Reference numeral 13 denotes a piston arranged along the axial direction in the case 11, and the piston 13 has an inner end facing the wax 12 and an outer end facing outward from one end of the case 11.
  • a biasing force such as a return spring provided outside.
  • Reference numeral 14 denotes a resin guide member that slidably holds the piston 13 and is disposed at one end of the case 11.
  • Reference numeral 15 denotes a seal member which is disposed at the inner end of the guide member 14 in the case 11 and seals the wax 12 at the other end of the case 11.
  • Reference numeral 16 denotes a backup plate formed of fluorine resin or the like provided between the seal member 15 and the inner end of the guide member 14.
  • the backup plate 16 is provided as needed, and can be omitted. Needless to say, the backup plate 16 is used to support the piston 13 even at the inner hole thereof, so that the length of the sliding support portion of the piston 13 can be ensured. This can contribute to downsizing in the axial direction.
  • the case 11 is a hollow container composed of a large-diameter cylindrical portion 11A and a small-diameter cylindrical portion 11B, and the large-diameter cylindrical portion 11A and the small-diameter cylindrical portion 11B are coaxial.
  • One end of the large-diameter tubular portion 11A is formed as an opening 11C.
  • the small-diameter cylindrical portion 11 B has a hollow structure with a bottom that is reduced in diameter from the large-diameter cylindrical portion 11 A, and the large-diameter cylindrical portion “MA” has an opening 1 for fitting the guide member 14. It has a hollow structure having 1 C, and a stepped portion for regulating the movement of the guide member 14 toward the wax 12 side is provided between the small-diameter cylindrical portion 11 B and the large-diameter cylindrical portion 11 A. 1 1 D is formed.
  • reference numeral 11E denotes a caulking portion for locking the guide member 14 in a state of being fitted into the large-diameter cylindrical portion 11A.
  • the inner surface of the bottomed portion of the small-diameter cylindrical portion 11B is formed in a spherical shape so that the pressure of the heat-expanding box 12 can be uniformly applied to the inner end of the piston 13.
  • the guide member 14 is formed into a cylindrical shape having a base portion 14A and a seat portion 14B and a force and a through hole 14C on an axis, and is made of, for example, polytetrafluoroethylene which is a fluorine resin material. Is molded.
  • the base portion 14A is formed by imitating the inner peripheral shape of the case large-diameter cylindrical portion 11A, and the step portion 11D between the case small-diameter cylindrical portion 11B and the large-diameter cylindrical portion 11A is formed. It is installed in a state where it is locked.
  • the seat portion 14B is formed by imitating the inner peripheral shape of the case small-diameter cylindrical portion 11B, and the inner end thereof seals the wax 12 filled in the case small-diameter cylindrical portion 11B.
  • the sealing member 15 is held in a state where it is regulated from the non-wax side.
  • the wax 12 as the above-described thermal expansion body has a property of expanding with a rise in temperature and contracting with a decrease in temperature due to thermal influence from the outside of the case 11.
  • the outer diameter of the piston 13 is equal to or slightly smaller than the through hole 14C of the guide member 14, and is larger than the inner diameters a and b of the lip portions 15a and 15b of the seal member 15. It has been.
  • the piston 13 passes through the through holes 14C and 15A of the guide member 14 and the seal member 15 and has an inner end facing the wax 12 sealed in the small-diameter cylindrical portion 11B of the case.
  • the outer end is arranged so as to project from the guide member 14 toward the outside of the case 11.
  • the piston 13 moves forward and backward along the left and right directions in FIG. 1 as the wax 12 expands and contracts.
  • the sealing member 15 is formed of a material having a sealing function such as rubber, synthetic resin, or the like so as to have a substantially annular shape having the above-described penetrating item 15A, and is fitted to the outer peripheral portion of the piston 13. It is arranged on the cylindrical portion of the case 11 in a state where it is in a closed state. As shown in FIGS.
  • one end of the seal member 15 is in contact with the inner end of the guide member 14 (the contact is made via a backup plate 16;
  • the description of the backup plate 16 is omitted
  • the through hole 15A is formed to have a smaller diameter than the shaft diameter of the piston 13; Further, the pressure is generated toward the case 11 and the piston 13 by the pressure generated by the thermal expansion of the wax 12, so that the sealing force of the piston 13 is increased.
  • the seal member 15 is a member having an annular shape having a substantially U-shaped cross section, and the U-shaped concave portion 15e is disposed so as to face the wax 12 side.
  • the sealing member 15 is formed so that the outer diameters c of the fixed side lip portions 15c and 15d formed on the outer peripheral portion are equal to each other, and the guide portion of the fixed side lip portion is formed.
  • the second fixed-side lip portion 15d on the member 14 side has a straight shape having a predetermined length in the axial direction.
  • the straight lip portion 15d acts due to the thermal expansion of the wax 12 due to the movement of the piston 13. This is a part for preventing the falling phenomenon, etc. This is because the expansion of the wax 12 is not uniform, so that the seal member is inclined with the conventional shape and the piston is also inclined as a result, and the guide member is also inclined. This is to prevent a problem such as galling from occurring.
  • the guide member 14 is engaged with the step portion 11D of the case 11 as described above, and the positioning of the seal member 15 is performed. Therefore, there is also an advantage that the amount of the wax 12 can be adjusted to an appropriate amount.
  • the seal member 15 has sliding-side lip portions 15a and 15b at at least two locations on the inner peripheral portion.
  • the two sliding-side lip portions 15a and 15b have inner diameters a and a. b is formed so as to be different from that of the piston 13 so that the piston 13 can be properly sealed in a required state.
  • these sliding-side lip portions 15a and 15b are in contact with the outer peripheral portion of the piston 13 in a piercing contact state to seal the respective portions, and have a two-stage configuration having different inner diameters. Therefore, the sliding resistance between the piston 13 and the piston 13 is small, and the sealing function for obtaining the effect of preventing wax leakage is ensured.
  • the sliding side lip portions 15a and 15b are formed by the inner diameter a of the sliding side lip portion 15a on the wax 12 side due to the concave portion 15e and the second sliding side lip portion on the guide member 14 side. It is set to be larger than the inner diameter b of 15b.
  • Such a sealing member 15 is indicated by an arrow in FIG. 3 when a concave portion 15e formed in a portion facing the wax 12 side receives a pressure accompanying a volume change due to thermal expansion of the wax 12. Show Thus, a displacement extending to the outer periphery is applied to the sliding side lip portion 15a and the fixed side lip portion 15c, whereby the sealing function can be increased.
  • the wax 12 is heated by, for example, a rise in temperature. Then, the wax 12 melts and a volume change occurs, and the volume change, that is, expansion, pushes the piston 13 in a direction protruding from the case 11 and the guide member 14. At this time, the pressure of the wax 12 causes the seal member 14 to apply pressure to the concave portion 15e between the inner and outer lips 15a and 15c, so that the lips 15a and 15c spread inward and outward. Thus, the sealing force between the outer peripheral portion of the button 13 and the inner peripheral portion of the case 11 is increased.
  • the sliding lip 15b and the sliding lip 15a having a larger diameter than the sliding lip 15b on the inner peripheral side of the seal member 15, It is possible to reduce the number of sliding stakes, and therefore, the responsiveness of the piston 13 to the movement is good.
  • the piston 13 is directly operated without using a rubber member such as the above-mentioned conventional diaphragm or rubber sleeve, the responsiveness is excellent, and the deterioration of the rubber and the like is also excellent.
  • Durable because there is no easy-to-use part in the piston 13 and the guide member 14 that slidably holds the piston 13 ⁇ ⁇
  • the sliding holding part by the member (wax 12) for reciprocating the piston 13 Excellent in terms of sex.
  • FIG. 4 shows a second embodiment which is a modification of the above-described first embodiment.
  • a metal plate 17 is interposed on the outer end side of the base 14A of the guide member 14 to be fitted from the opening "11C" in the case large-diameter cylindrical portion "MA". 1 E It is more fixed. In this way, the guide member 14 can be securely fixed to the case 11 and the exposed portion of the guide member 14 which is a resin molded product can be reduced. Therefore, the function as a high pressure specification can be obtained.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the thermoelement according to the present invention.
  • thermoelement denoted by reference numeral 20 in the same figure has a metal case 11 consisting of a hollow cylindrical container with a bottom having almost the same diameter, and the bottom of the thermoelement is affected by heat from the outside.
  • a wax 12 as a thermal expansion body which thermally expands and contracts is sealed.
  • a piston 13 is arranged along the axial direction, and the inner end faces the wax 12, and the outer end projects outward from the opening of the case 11,
  • the wax 12 is configured to move forward and backward on the axis as the wax 12 expands and contracts.
  • the retreating operation of the piston 13 into the case 11 is performed by an urging force of an externally provided return spring or the like as in the above-described embodiment.
  • reference numeral 14 denotes a guide member formed of preferably a resin material for slidably holding the piston 13, and is formed to have a substantially cylindrical shape in this embodiment, 11 is fitted therein from one end side (opening side), and serves to hold the biston 13 slidably.
  • a seal member 15 for sealing the wax 12 into the bottomed portion of the case 11 is disposed.
  • reference numeral 14c denotes a through hole for slidably holding the piston 13.
  • the seal member 15 is directly in contact with the inner end of the guide member 14, but the backup member made of a fluororesin or the like in the meantime as in the above-described embodiment. It goes without saying that a plate may be incorporated.
  • the same member as that described in the above-described embodiment is used as the seal member 15, and a specific description thereof will be omitted.
  • the portion near the opening of the case 11 has a substantially inward cap shape as a locking cylinder member fitted and fixed facing the outer end of the guide member 14.
  • a locking cylinder 21 and a guide cylinder 22 preferably made of a rubber material and provided integrally on the outer end side of the locking cylinder 21 are provided.
  • the guide cylinder 22 is fitted around the opening of the case 11 together with the locking cylinder 21 by the holding plate 23, It is fixed to the case 11 to prevent intrusion of cooling water from the outside and to serve as a second guide member for slidably holding the biston 13.
  • the locking cylinder 21 is fitted into the opening of the case 11 with the wax 12, the sealing member 15, and the guide member 14 sequentially incorporated in the case 11, and welded. For example, it is fixed to the case 11.
  • the locking position of the locking cylinder 21 can be positioned and fixed in such a manner that the mounting position (internal position) of the guide member 14 in the case 11 can be adjusted.
  • reference numeral 21a denotes a bottom for locking the guide member 14 in the locking cylinder 21, and an opening for holding the piston 13 in a freely fitted state so as to be slidable.
  • Reference numeral 22a denotes a shaft hole that slidably supports the piston 13 in the guide cylinder 22.
  • the inner end position of the guide member 14 that seals the wax 12 via the seal member 15 in a state where the wax 12 is sealed in the case 11 can be set arbitrarily. Make up. This eliminates the need for a step of adjusting the volume of the wax 12, which is a thermally expanded body, enclosed in the case 11, which is a post-processing that was conventionally performed during the assembly of the element. Since the adjustment can be performed by adjusting the fixing position of the locking cylinder 21, the workability is excellent.
  • the piston lift amount when initially setting the temperature / lift amount, for example, the piston lift amount is set to 1 Omm at 80 ° C, for example.
  • the amount of wax 12 to be filled it is necessary to perform a process of filling it a little less at the time of assembling and recessing a part of the case at the time of adjustment. What is necessary is just to assemble while adjusting the assembling position of.
  • thermoelements With such a configuration, as in the above-described embodiment, the problems with the conventional sleeve-type or diaphragm-type thermoelements can be eliminated, the number of necessary components can be reduced, and the cost can be reduced. Due to the volume change accompanying expansion and contraction of the thermal expansion body, it is possible to obtain the advance / retreat operation by the required stroke of the biston, and it is possible to obtain a thermoelement which is excellent in terms of responsiveness and durability. . Further, in this embodiment, the shape and structure of the case 11, the guide member 14, and the like are further simplified, and there is an advantage that workability, assemblability, and cost reduction can be more effectively achieved.
  • the present invention is not limited to the structure described in the above embodiment, and it goes without saying that the shape, structure, and the like of each part can be appropriately modified or changed.
  • the shape and structure of case 1 1 It is needless to say that the guide member 14 and the sealing member 15 can be incorporated into the case 11 as appropriate.
  • the shape of the sealing member 15 is not limited to the shapes shown in FIGS. 2 and 3, and may be any shape and structure that can achieve the same function. Industrial potential
  • thermoelement As described above, according to the thermoelement according to the present invention, it is possible to eliminate the problems of the conventional structure of the sleeve-type or diaphragm-type thermoelement, reduce the number of necessary components, and reduce the cost. Moreover, due to the volume change caused by expansion and contraction of the thermal expansion body, it is possible to obtain the reciprocating operation by the required stroke of the piston, and it is possible to obtain a thermoelement which is excellent in responsiveness and durability. Play.
  • the moving stroke can be increased as compared with a conventional thermoelement using a diaphragm or a rubber sleeve. Function can be improved.
  • the responsiveness is excellent. Also, since there are no easily deteriorated parts such as rubber, there is also excellent durability.

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Abstract

必要最小限の構成部品点数でコスト低減化も図れ、応答性や耐久性の面でも優れ、しかも熱膨張体の膨張、収縮に伴う体積変化でピストンの所要ストロークによる進退動作を確保できる簡易型構造のサーモエレメントを得る。　　ケース１１内部に熱膨張体（ワックス）１２を内蔵したサーモエレメント１０は、ケース内で軸線方向に沿って配置されたピストン１３を備え、このピストンは、その内方端が熱膨張体内に臨むとともに外方端がケースの一端から外方に突出することにより熱膨張体の膨張、収縮に伴って進退動作するように構成されている。前記ピストンは、ケース内の一端側部分に配置したガイド部材１４により摺動自在に保持される。また、ケース内でこのガイド部材の内方端部分にはシール部材１５が配置され、熱膨張体をケース内の他端側に封入するように構成されている。

Description

明細書 サーモエレメント 技術分野
本発明は、たとえば冷却水等の流体通路の開閉弁等を動作させるサーモスタット等 に使用されるサーモエレメントに関し、特に冷却水等の被検出側の温度変化で膨張、収 縮される熱膨張体やこれによつて移動される移動部材 (ピストン)を備えて構成されてい るサーモエレメントに関する。 背景技術
自動車用エンジンを冷却する水冷式の冷却装置においては、エンジンに導入される 冷却水の温度を制御できるように、ラジェータ側に循環させる冷却水量を調節する制御 バルブとしてのサーモスタットが使用されている。このようなサーモスタットは、その制御 バルブを冷却装置を構成する冷却水通路の一部に介装し、冷却水温度が低いときは該 制御バルブを閉じて冷却水をラジェータを経由せずバイパス通路を介して循環させると ともに、冷却水温度が高くなつたときは該制御バルブを開いて冷却水をラジェ一タを通し て循環させることで、冷却水の温度を所要の状態に制御するものである。
このようなサーモスタットには、一般に温度センサとしてワックス等の熱膨張体を用い たサーモエレメントが用いられている。
従来この種のサーモエレメントとしては、スリ一ブタイプのもの（たとえば特許文献 1 参照）、ダイヤフラムタイプのもの（たとえば特許文献 2参照)などを始め、種々の構造の ものが知られている。 特許文献 1
実公日召 58— 1 6003号公報
特許文献 2
特許第 3225386号公報（2〜3頁、図 1、図 6) 上記の特許文献 1に示されたスリーブタイプのサーモエレメントは、金属製容器内に ゴムスリーブを収容し、容器とゴムスリーブとの間に形成された密封室内に熱膨張体で あるワックスを充填するとともに、ゴムスリーブ内に被圧縮性流動体を介して移動部材と してのピストンを摺動自在に挿入した構造を備えている。そして、このスリーブタイプのサ —モエレメントでは、ワックスの膨張に伴し、、ピストンの周囲に設けたゴムスリーブにてピ ストンを絞り出すことによりピストンを突出させることで、該ピストンを進退方向において 動作させるようになつている。
一方、上記の特許文献 2に示されたダイヤフラムタイプのサーモエレメントは、ケース の一端側に熱膨張体としてのワックスを封入し、その体積変化をダイヤフラムおよび流 動体により移動部材としてのピストンに伝達されるような構成をもつものである。そして、 このダイヤフラムタイプのサーモエレメントでは、ワックスが膨張すると、ダイヤフラムが 反ワックス側に盛り上がるように変位し、これにより流動体が押されることで、熱膨張が 軸線方向の動きに変換されて移動部材であるピストンが、ケース外部に突出するように 動作するのである。
ここで、この特許文献 2には、その先行技術として、流動体のピストン側への漏れを 防止するためのシール材としてラバーピストンを用し、、このラバーピストンが摺動しなが らシールするとともに、ラバーピストンとピストンとの間に、ラバーピストンとピストンとの 固着を防止するための弗素樹脂で形成されたバックアッププレートを設けた構造が開示 されている。
また、この特許文献 2には、上記のラバーピストンを省略し、ピストンの内方端を流動 体中に臨ませるとともに、環状シール部材をピストンとケースとの間に介在させて設け、 流動体の外部への漏れを防止する構造が開示されている。 前述した構造をもつサーモエレメントにおいて、特許文献 1におけるスリーブタイプの ものでは、容器内部に冷却水等の被検出側流体が浸入すると、ピストンが容器内部に 戻らなくなり、いわゆるリフトアップ状態となってしまうという問題があった。そして、このよ うなサーモエレメントをサーモスタットに用いた場合には、流体通路中で弁体が開いたま まの状態となってしまうため、たとえばエンジンの暖機性能が悪くなるという問題を招くお それがあった。 また、このようなスリーブタイプのサーモエレメントでは、スリーブを絞り出してピストン を突出させる構造であるから、応答性の面で問題であり、しかもピストンのストロークを 大きくできないという問題もあった。さらに、上述したスリーブは常に収縮、膨張を繰り返 して作動しているため、劣化の進行により破れ易くなリ、万一破れたりすると、ピストンを 突出動作させることができなくなり、サーモスタットに用いた場合には弁体が閉じたまま となるため、オーバーヒート等の発生を招〈おそれがあって、これを防ぐ対策を講じる必 要があった。
また、特許文献 2においての先行技術であるダイヤフラムタイプのサーモエレメントで は、上述したスリーブタイプとの対比において、熱膨張体であるワックスがダイヤフラム により完全に分離して構成されているから、ワックス漏れ等の問題はなくなつた。し力、し、 その替わりに、ワックスを分離し膨張を伝達するためのダイヤフラムと、従来のワックス の替わりにピストンを押すための流動体と、該流動体をシールするラバーピストン等とい うように構成部品点数が増え、コストダウンを図ることが困難であるという問題を生じて いた。さらに、ワックスを別体構造としているから、ピストンを動作させるためにワックスに 替わる媒体としてワックスより流動性、潤滑性が良い流動体を用いる必要があった。
また、上記のダイヤフラムタイプのサーモエレメントでは、ピストンとこれを保持するガ イド部材とが共に金属製であるため、たとえばピストンあるいはガイド部材に対して側方 からの応力が加わると、ピストンが傾いて摺動抵抗が大きくなり、ピストンとガイド部材と の摩耗という問題があった。さらに、冷却水中に含まれる物質が化学変化を起こし異物 としてピストンとガイド部材との摺動部に堆積すると、ピストンの動きが鈍くなつたり動か なくなったりする場合もあり、メンテナンスが必要な場合があった。
また、シール部材であるラバーピストンはほぼ円柱形状であり、ピストンと一体となつ て摺動しながらシールする構造であるため、摺動抵抗が大きいため応答性もよくな し 力、も耐久性の面でシール性能が充分でないという問題があった。さらに、ダイヤフラムを 使用しているから、このダイヤフラムの振幅に限界があるために、ピストンの作動スト口 ークを大きくできないという問題もあった。
このため、特許文献 2では、ピストンを流動体中に臨ませ、流動体のケース外部への 流出やケース内部への冷却水の浸入を防止するために流動体とガイド部材との間にシ —ル部材を設けた構造としているが、ダイヤフラム、流動体等といった構成部品点数が まだまだ多く必要で、コストダウンを図ることが困難であった。
さらに、この特許文献 2では、上述した流動体を、ピストンとガイド部材との間で単純 な U形ノ ジキンでシールしているが、このようなパッキンでは、流動体の外部への漏れ等 の問題を招くおそれがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、前述したスリーブタイプやダイ ャフラムタイプのサーモエレメントのもつ問題点を一掃し、必要最小限の構成部品点数 で、コスト低減化も図れ、しかも熱膨張体の膨張、収縮に伴う体積変化によってピストン の所要ストロークによる進退動作を得ることができ、また応答性や耐久性の面でも優れ ているサーモエレメントを得ることを目的とする。 発明の開示
このような目的に応えるために本発明（請求項 1記載の発明）に係るサーモエレメント は、温度上昇に伴って膨張し温度低下に伴って収縮する性質を有する熱膨張体を、ケ ース外部からの熱影響を受けることができるように、該ケース内部に内蔵したサーモェ レメントであって、前記ケース内部で軸線方向に沿って配置され内方端が前記熱膨張体 内に臨むとともに外方端がケースの一端から外方に突出することにより熱膨張体の膨 張、収縮に伴って進退動作するピストンと、前記ケース内の一端側部分に配置され前記 ピストンを摺動自在に保持するガイド部材と、前記ケース内でこのガイド部材の内方端 部分に配置され前記熱膨張体をケース内の他端側に封入するシール部材とを備え、前 記ケースは、前記ガイド部材を嵌め込むための開口部をもちこの開口部と反対側の端 部に球面形状の内周面をもつ有底部分が形成されているほぼ有底筒状を呈する中空 容器として形成され、前記ガイド部材は、軸線上に貫通孔を有し外周部が前記ケースの 内周形状を象って樹脂成形されるとともに、前記ケース内部で前記ガイド部材の内方端 と前記熱膨張体との間に前記シール部材が介在して設けられていることを特徴とする。
本発明（請求項 2記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項 1において、前記ケ ースは、前記ガイド部材を嵌め込むための開口部をもつ大径筒部と、その同軸上に連接 され前記大径筒部よリ縮径された有底の小径筒部とからなる中空容器であって、これら の小径筒部と大径筒部との間には段差部が形成されるとともに、前記ガイド部材は、基 部とその同軸上に連接されたシート部とからなリ、軸線上に貫通孔を有する円柱形状を もって樹脂成形されており、前記基部は前記ケース大径筒部の内周形状を象って形成 され、前記ケース大径筒部内に前記段差部に係止された状態で設置され、前記シート 部は前記ケース小径筒部の内周形状を象って形成され、その内方端が、前記ケース小 径筒部内に充填した熱膨張体をシールする前記シール部材を反熱膨張体側から規制し た状態で保持するように構成されていることを特徴とする。
本発明（請求項 3記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項 1において、前記ケ ースは、ほぼ同一径寸法をもつ有底筒状の中空容器であって、このケース内部でその 有底部分側には熱膨張体が充填されるとともに、この熱膨張体にシール部材を介して 内方端が臨むガイド部材が、該ケース開口部から嵌め込まれるように構成されており、 このガイド部材は、該ケースの開口部寄りの部分に嵌め込んで固定した係止筒部材に よって該ケース内部に位置決めされて内設されていることを特徴とする。
本発明 (請求項 4記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項 1、請求項 2または 請求項 3において、前記熱膨張体は、ワックスと熱可塑性エラストマを混入させた状態で、 銅粉を混ぜ合わせることによりゲル化させたものであることを特徴とする。
本発明（請求項 5記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項 1ないし請求項 4の いずれか 1項において、前記ピストンの外径は前記ガイド部材の貫通孔と同等もしくは 若干小さ かつ前記シール部材のリップ部内径よりも大径に形成され、前記ガイド部材 およびシール部材の貫通孔を貫通し、内方端が前記ケースの有底部分に充填された熱 膨張体内に臨み、外方端が前記ガイド部材ょリ突出するように配置され、前記熱膨張体 の膨張、収縮に伴って進退動作するように構成されていることを特徴とする。
本発明（請求項 6記載の発明）に係るサーモエレメントは、請求項 1ないし請求項 5の いずれか 1項において、前記シール部材は、断面がほぼ U字形状を呈する円環状部材 として成形され、その軸孔は前記ピストンの軸径よりも小径に形成されるとともに、一端 が前記ガイド部材の内方端に当接され、他端側の U字形状による ώ部が前記熱膨張体 側に臨む状態で配設されており、このシール部材の外周部には、前記凹部の外周側に 形成される固定側リップ部とその軸線方向に所定間隔をおいて形成された第 2の固定 側リップ部を有し、これらの固定側リップ部は外径寸法が等しくなるように形成されるとと もに、前記第 2の固定側リップ部は軸線方向に所定長さをもつストレート形状をもって形 成され、前記シール部材の内周部には、前記凹部の内周側に形成される摺動側リップ 部とその軸線方向に所定間隔をおいて形成された第 2の摺動側リップ部を有し、これら 2 箇所の摺動側リップ部の内径が異なるように形成されており、前記熱膨張体の熱膨張で 生じる圧力によって前記凹部の径方向両側に形成される固定側リップ部と摺動側リップ 部とが、前記ケース内周面側、前記ピストンの外周面側に拡がることにより、該ピストン のシール力を大きくするように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、ピストンの内方端がケース内において熱膨張体としてのワックス中 に直接臨んでいることから、たとえば温度上昇によってワックスが暖められると、ワックス が溶け出して体積変化が起こり、この体積変化、つまり膨張することによって、ピストン はケースおよびガイド部材から突出する方向に押し出されることになる。ここで、ケース の有底部分の内周面を球面形状としていることにより、ケースへの熱膨張体の膨張に伴 う応力集中を避けるとともに、熱膨張体の膨張に伴う圧力をピストンの内方端に均一に 加えることができる。
このとき、シール部材にはワックスの圧力によって内、外リップの間の凹部に圧力が 加わることによって、該リップが内、外に拡がり、ピストンとケース内周部との間でのシー ルカは強まる。
しかも、このシール部材の内周部においてピストンに摺動する部位が、上記の摺動 側リップとこれよりも大径な摺動側リップとの二箇所であることから、摺動抵抗が増すこ となぐンールすることができ、したがってピストンの動きにあたっての応答性もよい。
また、温度が下降するとワックスは固体に戻り体積が減少するため（図示しないリタ —ンスプリング等によって）、ピストンはケース内に引き込まれて元の状態に戻る。
この際、シール部材はワックスの影響を受けないため、リップ形状部分はシール力が 膨張時に比べて小さくなるからピストンが戻りやすい。
さらに、熱膨張体の膨張を直接ピストンに伝える構造であるから、ダイヤフラムゃゴ ムスリーブを用いた従来構造のサーモエレメントに比べてストロークを長くすることが可 能となる。
また、上述した従来のダイヤフラムやゴムスリーブ等のゴム部材を使用しておらず、 ピストンを直接動作させる構造であるから、応答性の面で優れておリ、さらにまたゴム等 の劣化し易い部品が、ピストン、これを摺動自在に保持するガイド部材ゃ該ピストンを往 復動作させるための部材 (熱膨張体)による摺動保持部分に存在していないから耐久性 の面でも優れている。
ここで、熱膨張体としては、ワックスと銅粉を混ぜる際に熱可塑性エラストマを混入さ せ熱を加えることによって混ぜ合わせることにより、ゲル化させたものを用いるとよし、。こ れは、この種のワックスとして通常は、ワックスに応答性をよくするために銅粉等の金属 粉を練り合わせたものを使用しているが、繰り返し使用しているうちにワックスと銅粉と が分離してしまう。そして、銅粉がガイドとピストンとの間に入り込むと、摺動面を傷つけ てしまい外部からの冷却水の浸入や内部に封入されているワックスなどの流出を招くお それがあり、このような問題を解消するうえでは有効である。 図面の簡単な説明
第 1図は、本発明に係るサーモエレメントの第 1実施の形態を示す概略断面図である。 第 2図は、本発明に係るサーモエレメントに用いたシール部材を説明するための要部 拡大図である。
第 3図は、第 2図で示したシール部材の詳細を説明するための図である。
第 4図は、本発明に係るサーモエレメントの第 2実施の形態を示す概略断面図である。 第 5図は、本発明に係るサーモエレメントの第 3実施の形態を示す概略断面図である。 符号の説明
1 0…サーモエレメント、 1 1…ケース、 1 1 A…大径筒部、 1 1 B…小径筒部、 1 1 (>■· 開口部、 1 1 D…段差部、 1 1 E…かしめ部、 1 2…ワックス (熱膨張体）、 1 3…ピストン、 1 4…ガイド部材、 1 4A…基部、 1 4B…シール部、 1 4C, 1 4c…貫通孔、 1 5…シール部 材、 1 5A…貫通孑し、 1 5a, 1 5b…摺動側リップ部、 1 5c, 1 5d…固定側リップ部、 1 5e'" 凹部、 1 6…バックアッププレート、 1 7…金属製プレート、 21…係止筒体、 22…ガイド筒 体、 23…押さえプレート。 発明を実施するための最良の形態
第 1図ないし第 3図は本発明に係るサーモエレメントの第 1実施の形態を示す。
これらの図において、符号 1 0で示すサーモエレメントを第 1図を用いて説明する。 すなわち、 1 1はサーモエレメント本体を構成する金属製ケースであり、このケース 1 1内 にはケース 1 1外部からの熱影響を受けて熱膨張、熱収縮する熱膨張体としてのヮック ス 1 2が封入されている。なお、ケース 1 1としては、プレス加工等によって外部からの熱 伝達が適切に行えるような材質で形成されているものであればよい。
1 3は前記ケース 1 1内で軸線方向に沿って配置されたピストンで、このピストン 1 3 は、内方端が前記ワックス 1 2内に臨むとともに外方端がケース 1 1の一端から外方に突 出することによりワックスの膨張、収縮に伴って軸線上を進退動作するように構成されて し、る。なお、ピストン 1 3のケース 1 1内への退出動作は、外部に設けたリターンスプリン グ等の付勢力によって行われる。
1 4は前記ピストン 1 3を摺動自在に保持する樹脂製のガイド部材であり、前記ケー ス 1 1内の一端側部分に配置されている。
1 5は前記ケース 1 1内でこのガイド部材 1 4の内方端部分に配置され前記ワックス 1 2をケース 1 1内の他端側に封入するシール部材である。
1 6はこのシール部材 1 5と前記ガイド部材 1 4の内方端との間に介在して設けられ た弗素樹脂などで形成されたバックアッププレートである。このバックアッププレー卜 1 6 は必要に応じて設けられるものであって、これを省略することは自由である。勿論、この バックアッププレート 1 6を用い、その内孔部分でもピストン 1 3を支持できるように構成す れぱ、ピストン 1 3の摺動支持部の長さを確保できるから、サーモエレメント 1 0全体の軸 線方向の小型化に寄与することができる。
ここで、前記ケース 1 1は大径筒部 1 1 Aと小径筒部 1 1 Bとからなる中空容器であつ て、これらの大径筒部 1 1 Aと小径筒部 1 1 Bとは同軸上に連接して構成され、大径筒部 1 1 Aの一端は開口部 1 1 Cとして形成されている。
前記小径筒部 1 1 Bは大径筒部 1 1 Aよリ縮径された有底の中空構造であり、また大 径筒部" M Aは前記ガイド部材 1 4を嵌め込むための開口部 1 1 Cをもつ中空構造であり、 これらの小径筒部 1 1 Bと大径筒部 1 1 Aとの間には前記ガイド部材 1 4のワックス 1 2側 への動きを規制するための段差部 1 1 Dが形成されている。
なお、図中 1 1 Eはガイド部材 1 4を大径筒部 1 1 A内に嵌め込んだ状態で係止する ためのかしめ部である。また、小径筒部 1 1 Bの有底部分の内面は熱膨張体であるヮッ クス 1 2の圧力をピストン 1 3の内方端に均一に加えることができるように球面形状をもつ て形成されている。 また、前記ガイド部材 1 4は基部 1 4Aとシート部 1 4Bと力、らなり、軸線上に貫通孔 1 4Cを有する円柱形状を呈して、たとえば弗素樹脂材であるポリテトラフルォロエチレン により成形されている。ここで、基部 1 4Aは前記ケース大径筒部 1 1 Aの内周形状を象つ て形成され、前記ケース小径筒部 1 1 Bと大径筒部 1 1 Aとの段差部 1 1 Dに係止された 状態で設置される。また、シート部 1 4Bは前記ケース小径筒部 1 1 Bの内周形状を象つ て形成され、その内方端が、前記ケース小径筒部 1 1 B内に充填したワックス 1 2をシー ルする前記シール部材 1 5を反ワックス側から規制した状態で保持するように構成され ている。
ここで、上述した熱膨張体としてのワックス 1 2は、ケース 1 1外部から熱影響を受け ることによって温度上昇に伴って膨張し、温度低下に伴って収縮する性質を有するもの であり、ここではワックスと熱可塑性エラストマを混入させた状態で、銅粉を混ぜ合わせ ることによりゲル化させたものを用いている。 これは、この種のワックスとして通常は、 ワックスに応答性をよくするために銅粉を練り合わせたものが使用されるが、繰り返し使 用しているうちにワックスと銅粉とが分離してしまし、、その銅粉がガイドとピストンとの間 に入り込むと、摺動面を傷つけてしまう等の問題を生じるおそれがあるからである。
また、ピストン 1 3の外径は前記ガイド部材 1 4の貫通孔 1 4Cと同等もしくは若干小 さぐかつ前記シール部材 1 5のリップ部 1 5a, 1 5bの内径 a， bよりも大径に形成されて いる。このピストン 1 3は、前記ガイド部材 1 4およびシール部材 1 5の貫通孔 1 4C, 1 5A を貫通し、内方端が前記ケース小径筒部 1 1 Bに封入されたワックス 1 2内に臨み、外方 端が前記ガイド部材 1 4からケース 1 1の外方に向かって突出するように配置されている。 そして、このピストン 1 3は、ワックス 1 2の膨張、収縮に伴って第 1図中左、右方向に沿つ て進退動作する。
ここで、前記シール部材 1 5は、上述した貫通項 1 5Aを有するほぼ円環状を呈する ようにゴム、合成樹脂等のシール機能をもつ材料により成形され、ピストン 1 3の外周部 に嵌装された状態でケース 1 1の筒状部分に配置されている。このシール部材 1 5は、第 1図ないし第 3図に示されるように、一端が前記ガイド部材 1 4の内方端に当接される (バックアッププレート 1 6を介して当接しているが、ここではバックアッププレート 1 6の説 明は省略する）とともに、貫通孔 1 5Aは前記ピストン 1 3の軸径よりも小径に形成され、 またワックス 1 2の熱膨張で生じる圧力によって前記ケース 1 1および前記ピストン 1 3側 に拡がることにより、該ピストン 1 3のシール力を大きくするように形成されている。
すなわち、シール部材 1 5は、断面がほぼ U字形状を呈する円環状を呈する部材で あって、その U字形状による凹部 1 5eが前記ワックス 1 2側に臨む状態で配設される。ま た、このシール部材 1 5は、外周部に形成される固定側リップ部 1 5c, 1 5dの外径寸法 c が等しくなるように形成されるとともに、該固定側リップ部のうちの前記ガイド部材 1 4側 である第 2の固定側リップ部 1 5dは軸線方向に所定長さをもつストレート形状を有してい る。
このストレートなリップ部 1 5dは、このシール部材 1 5をケース"! 1内でピストン 1 3と の間に配置したときにおいて、ワックス 1 2の熱膨張による作用カゃ該ピストン 1 3の動き で倒れ現象などが生じないようにするための部分である。これは、ワックス 1 2の膨張は 均一でないため、従来形状のものではシール部材に傾きが生じ、その結果ピストンにも 傾きが生じガイド部材とのかじり等の問題が発生していたのを防止するためである。
また、上述したストレートなリップ部 1 5dを設けると、ガイド部材 1 4を前述したように ケース 1 1の段差部 1 1 Dに係止させて組み付けることによって、該シール部材 1 5の位 置決めが可能となり、その結果ワックス 1 2の量も適正量とすることができるという利点も ある。
また、このシール部材 1 5は、内周部の少なくとも 2箇所に摺動側リップ部 1 5a， 1 5 bを備え、これら 2箇所の摺動側リップ部 1 5a， 1 5bは、内径 a, bが異なるように形成さ れ、ピストン 1 3との間を所要の状態で適切にシールできるように構成されている。特に、 これら摺動側リップ部 1 5a, 1 5bは穿接触状態でピストン 1 3の外周部に当接し、それぞ れの部分をシールしているものであり、またその内径が異なる二段構成であるから、ピ ストン 1 3との間の摺動抵抗は小さく、しかもワックス漏れ防止効果を得るためのシール 機能は確実となる。ここで、摺動側リップ部 1 5a, 1 5bは、凹部 1 5eによるワックス 1 2側 の摺動側リップ部 1 5aの内径 aが、ガイド部材 1 4側の第 2の摺動側リップ部 1 5bの内径 bよりも大きくなるように設定されている。
このようなシール部材 1 5は、ワックス 1 2側に臨む部分に形成された凹部 1 5eが該 ワックス 1 2の熱膨張による体積変化に伴う圧力を受けたときに、第 3図中に矢印で示し たような内、外周に拡がるような変位を摺動側リップ部 1 5aと固定側リップ部 1 5cに与え、 これによりシール機能を増大させることができるのである。
このような構成によれば、ピストン 1 3の内方端がケース 1 1内において熱膨張体と してのワックス 1 2中に臨んでいることから、たとえば温度上昇によってワックス 1 2が暖 められると、ワックス 1 2が溶け出して体積変化が起こり、この体積変化、つまり膨張する ことによって、ピストン 1 3はケース 1 1およびガイド部材 1 4から突出する方向に押し出さ れる。このとき、シール部材 1 4にはワックス 1 2の圧力によって内、外リップ 1 5a, 1 5cの 間の凹部 1 5eに圧力が加わることによって、該リップ 1 5a, 1 5cが内、外に拡がり、ビス トン 1 3外周部とケース 1 1内周部との間でのシール力は強まることになる。
しかも、ピストン 1 3に摺動する部位力 シール部材 1 5の内周側において上記の摺 動側リップ 1 5bとこれよりも大径な摺動側リップ 1 5aとの二箇所であることから、摺動抵 杭が増すことなぐンールすることができ、したがってピストン 1 3の動きにあたっての応答 性もよい。
また、温度が下降するとワックス 1 2は固体に戻り体積が減少するため（図示しない ケース 1 1外部に設けられているリターンスプリング等によって）、ピストン 1 3はケース 1 1内に引き込まれて元の状態に戻る。この際、シール部材 1 5はワックス 1 2の影響を受 けないため、リップ形状部分はシール力が膨張時に比べて小さくなるからピストン 1 3が 戻りやすい。
さらに、このような構造では、ワックス 1 2の膨張を直接ピストン 1 3に伝える構造で あるから、ダイヤフラムやゴムスリーブを用いた従来構造のサーモエレメントに比べて移 動ストロークを大きくすることが可能となる。
また、上述した従来のダイヤフラムやゴムスリーブ等のゴム部材を使用しておらず、 ピストン 1 3を直接動作させる構造であるから、応答性の面で優れておリ、さらにまたゴ 厶等の劣化し易い部品が、ピストン 1 3、これを摺動自在に保持するガイド部材 1 4ゃ該 ピストン 1 3を往復動作させるための部材（ワックス 1 2)による摺動保持部分に存在して いないから耐久性の面でも優れている。
第 4図は上述した第 1実施の形態を変形した第 2実施の形態を示す。
この実施の形態は、ケース大径筒部" M Aにおいて、開口部" 1 1 Cから嵌め込まれる ガイド部材 1 4の基部 1 4Aの外方端側に金属製プレート 1 7を介在させ、かしめ部 1 1 Eに より固定したものである。このようにすると、ガイド部材 1 4をケ一ス 1 1に対して確実に固 定することができ、また樹脂成形品であるガイド部材 1 4の外部への露呈部分を少なくで きるから、高温、高圧仕様としての機能を得ることができる。
第 5図は本発明に係るサーモエレメントの第 3実施の形態を示す。
同図において符号 20で示すサーモエレメントは、ほぼ同一径寸法をもつ有底筒状の 中空容器からなる金属製ケース 1 1を備え、その有底部分にケース 1 1外部からの熱影 響を受けて熱膨張、熱収縮する熱膨張体としてのワックス 1 2が封入されている。
このケース 1 1内部には、ピストン 1 3が軸線方向に沿って配置され、その内方端が 前記ワックス 1 2内に臨むとともに、外方端がケース 1 1の開口部から外方に突出し、前 記ワックス 1 2の膨張、収縮に伴って軸線上を進退動作するように構成されている。なお、 ピストン 1 3のケース 1 1内への退出動作は、前述した実施の形態と同様に外部に設け たリターンスプリング等の付勢力によって行われる。
図中、符号 1 4は前記ピストン 1 3を摺動自在に保持する好ましくは樹脂製材料で形 成されたガイド部材であり、この実施の形態ではほぼ円筒状を呈するように形成され、 前記ケース 1 1内部に一端側（開口部側）から嵌め込むことによリ内設されて、前記ビス トン 1 3を摺動自在に保持する役割を果たすところである。
前記ケース 1 1内でこのガイド部材 1 4の内方端部分には、前記ワックス 1 2をケー ス 1 1内の有底部分に封入するシール部材 1 5が介在して配置されている。なお、図中 1 4cは前記ピストン 1 3を摺動自在に保持する貫通孔である。
また、この実施の形態では、シール部材 1 5を、ガイド部材 1 4の内方端に直接当接 させているが、その間に前述した実施の形態と同様に弗素樹脂などで形成されたバック アッププレートを組み込んでもよいことは言うまでもない。
さらに、この実施の形態では、シール部材 1 5として、前述した実施の形態で説明し たと同等のものを用いており、ここでの具体的な説明は省略する。
このような構成において、前記ケース 1 1の開口部寄りの部分には、前記ガイド部 材 1 4の外方端に臨んで嵌め込み固定される係止筒部材として、ほぼ内向きキャップ形 状を呈する係止筒体 21と該係止筒体 21の外方端側に一体的に付設される好ましくは ゴム製材料で形成されたガイド筒体 22が設けられている。このガイド筒体 22は押さえプ レート 23によリ該係止筒体 21と共にケース 1 1の開口部付近に嵌め込まれた状態で、 該ケース 1 1に対して固定され、外部からの冷却水の侵入を防止するとともに、前記ビス トン 1 3を摺動自在に保持する第 2のガイド部材としての役割を果たすところである。
また、上記の係止筒体 21は、前記ケース 1 1内にワックス 1 2、シール部材 1 5、さら にガイド部材 1 4を順次組み込んだ状態で、ケース 1 1の開口部に嵌め込まれて溶接な どで該ケース 1 1に固着される。ここで、この係止筒体 21の係止位置は、前記ガイド部 材 1 4のケース 1 1内への組み込み位置（内設位置)を調整可能な状態で位置決め固定 できるようになっている。なお、図中 21 aは係止筒体 21においてガイド部材 1 4を係止す る底部であり、ピストン 1 3を摺動動作自在に遊嵌状態で保持する開口である。また、 22 aはガイド筒体 22内でピストン 1 3を摺動自在に支持する軸孔である。
すなわち、この実施の形態では、ケース 1 1内にワックス 1 2を封入した状態でこれ をシール部材 1 5を介して封止するガイド部材 1 4の内方端位置を、任意に設定できるよ うに構成している。このようにすれば、従来エレメントの組み立て時において行っていた 後加工であるケース 1 1内に封入している熱膨張体であるワックス 1 2の容量の調整ェ 程が不要となり、該組み立て時における係止筒体 21の固定位置の調整で行えるから、 作業性の面で優れている。
なお、念のために申し添えると、通常、ワックス式のエレメントでは温度一リフト量の 初期設定を行う際に、たとえば 80°Cでピストンリフト量 1 Omm等と設定するのであるが、 そのリフト量がワックス 1 2の封入量で決まるため、組み立て時には多少少なめに充填し、 調整の際にケースの一部を凹ますといった工程が必要であつたが、この実施の形態で は係止筒体 21の組付け位置を調整しながら組み立てを行えばよいのである。
このような構成によっても、前述した実施の形態と同様に、従来のスリーブタイプや ダイヤフラムタイプのサーモエレメントのもつ問題点を一掃し、必要最小限の構成部品 点数で、コスト低減化も図れ、しかも熱膨張体の膨張、収縮に伴う体積変化によってビス トンの所要ストロークによる進退動作を得ることができ、また応答性や耐久性の面でも優 れているサーモエレメントを得ることができるという効果を奏する。さらに、この実施の形 態では、ケース 1 1、ガイド部材 1 4等の形状、構造がよリー層簡単となり、加工性、組立 性、コスト低減がよリー層効果的に図れるという利点もある。
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、 構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえばケース 1 1の形状、構造 等を適宜変更できることは勿論であり、このケース 1 1内へのガイド部材 1 4、さらにシー ル部材 1 5の組み込み構造などとしても適宜の変形例が考えられる。
また、シール部材 1 5としても、第 2図、第 3図に示した形状には限定されず、同等 の機能を得ることができる形状、構造であればよい。 産業上の利用の可能性
以上説明したように本発明に係るサーモエレメントによれば、従来構造であるスリ ーブタイプやダイヤフラムタイプのサーモエレメントのもつ問題点を一掃し、必要最小限 の構成部品点数で、コスト低減化も図れ、しかも熱膨張体の膨張、収縮に伴う体積変化 によってピストンの所要ストロークによる進退動作を得ることができ、また応答性や耐久 性の面でも優れているサーモエレメントを得ることができるという優れた効果を奏する。
特に、本発明によれば、熱膨張体の膨張を直接ピストンに伝える構造であるから、 ダイヤフラムやゴムスリーブを用いた従来のサーモエレメントに比べて移動ストロークを 大きくすることが可能で、サーモエレメントとしての機能を向上させることができる。
また、本発明によれば、従来のようなスリーブやダイヤフラム等のゴム製部材を使 用しておらず、ピストンを直接動作させる構造であるから、応答性の面で優れておリ、し 力、もゴム等の劣化し易い部品がないことから耐久性の面でも優れている。

Claims

に 請求の荦囲
1 . 温度上昇に伴って膨張し温度低下に伴って収縮する性質を有する熱膨張体を、ケー ス外部からの熱影響を受けることができるように、該ケース内部に内蔵したサーモェ レメン卜であって、
前記ケース内部で軸線方向に沿って配置され内方端が前記熱膨張体内に臨むと ともに外方端がケースの一端から外方に突出することによリ熱膨張体の膨張、収縮 に伴って進退動作するピストンと、
前記ケース内の一端側部分に配置され前記ピストンを摺動自在に保持するガイド 部材と、
前記ケース内でこのガイド部材の内方端部分に配置され前記熱膨張体をケース内 の他端側に封入するシール部材とを備え、
前記ケースは、前記ガイド部材を嵌め込むための開口部をもちこの開口部と反対 側の端部に球面形状の内周面をもつ有底部分が形成されているほぼ有底筒状を呈 する中空容器として形成され、
前記ガイド部材は、軸線上に貫通孔を有し外周部が前記ケースの内周形状を象つ て樹脂成形されるとともに、
前記ケース内部で前記ガイド部材の内方端と前記熱膨張体との間に前記シール 部材が介在して設けられていることを特徴とするサーモエレメント。
2. 請求項 1記載のサーモエレメントにおいて、
前記ケースは、前記ガイド部材を嵌め込むための開口部をもつ大径筒部と、その 同軸上に連接され前記大径筒部よリ縮径された有底の小径筒部とからなる中空容 器であって、これらの小径筒部と大径筒部との間には段差部が形成されるとともに、 前記ガイド部材は、基部とその同軸上に連接されたシート部とからなリ、軸線上に 貫通孔を有する円柱形状をもって樹脂成形されており、
前記基部は前記ケース大径筒部の内周形状を象って形成され、前記ケース大径 筒部内に前記段差部に係止された状態で設置され、
前記シート部は前記ケース小径筒部の内周形状を象って形成され、その内方端が、 前記ケース小径筒部内に充填した熱膨張体をシールする前記シール部材を反熱膨 張体側から規制した状態で保持するように構成されていることを特徴とするサーモェ レメン卜。
3. 請求項 1記載のサーモエレメントにおいて、
前記ケースは、ほぼ同一径寸法をもつ有底筒状の中空容器であって、 このケース内部でその有底部分側には熱膨張体が充填されるとともに、この熱膨 張体にシール部材を介して内方端が臨むガイド部材カ 該ケース開口部から嵌め込 まれるように構成されており、
このガイド部材は、該ケースの開口部寄りの部分に嵌め込んで固定した係止筒部 材によって該ケース内部に位置決めされて内設されていることを特徴とするサーモ エレメン卜。
4. 請求項 1、請求項 2または請求項 3記載のサーモエレメントにおいて、前記熱膨張体 は、ワックスと熱可塑性エラストマを混入させた状態で、銅粉を混ぜ合わせることに よりゲル化させたものであることを特徴とするサーモエレメント。
5. 請求項 1ないし請求項 4のいずれか 1項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記ピストンの外径は前記ガイド部材の貫通孔と同等もし ま若干小さく、かつ前 記シール部材のリップ部内径よりも大径に形成され、
前記ガイド部材およびシール部材の貫通孔を貫通し、内方端が前記ケースの有底 部分に充填された熱膨張体内に臨み、外方端が前記ガイド部材ょリ突出するように 配置され、
前記熱膨張体の膨張、収縮に伴って進退動作するように構成されていることを特 徵とするサーモエレメント。
6. 請求項 1ないし請求項 5のいずれか 1項に記載のサーモエレメントにおいて、
前記シール部材は、断面がほぼ U字形状を呈する円環状部材として成形され、そ の軸孔は前記ピストンの軸径よりも小径に形成されるとともに、 一端が前記ガイド部材の内方端に当接され、他端側の u字形状による凹部が前記 熱膨張体側に臨む状態で配設されており、
このシール部材の外周部には、前記凹部の外周側に形成される固定側リップ部と その軸線方向に所定間隔をおいて形成された第 2の固定側リップ部を有し、これら の固定側リップ部は外径寸法が等しくなるように形成されるとともに、前記第 2の固 定側リップ部は軸線方向に所定長さをもつストレート形状をもって形成され、 前記シール部材の内周部には、前記凹部の内周側に形成される摺動側リップ部と その軸線方向に所定間隔をおいて形成された第 2の摺動側リップ部を有し、これら 2 箇所の摺動側リップ部の内径が異なるように形成されており、
前記熱膨張体の熱膨張で生じる圧力によって前記凹部の径方向両側に形成され る固定側リップ部と摺動側リップ部とが、前記ケース内周面側、前記ピストンの外周 面側に拡がることにより、該ピストンのシール力を大きくするように形成されているこ とを特徴とするサーモエレメント。
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