WO2013088820A1

WO2013088820A1 - サーモスタット装置

Info

Publication number: WO2013088820A1
Application number: PCT/JP2012/075768
Authority: WO
Inventors: 富士夫井上; 省三上野
Original assignee: 日本サーモスタット株式会社
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2013-06-20
Also published as: JP2013124618A

Abstract

【課題】　冷却水の通水圧力損失の増大問題、冷却水による浸食ダメージによる耐久性問題、ハウジング成形時における成形性等の問題を解消し、性能面からも耐久性の面からも優れてなるサーモスタット装置を得る。【解決手段】　内燃機関の冷却水路を構成する冷却水通路２１を設けたバルブハウジング２０内において、冷却水の温度変化により熱膨張または収縮する熱膨張体の体積変化により摺動するピストンロッド１７の外方端を軸支する軸支部２３を、バルブハウジング内で冷却水通路を形成する内壁面から凹設して形成する。

Description

サーモスタット装置

　本発明は、たとえば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）を冷却する冷却水を、熱交換器（以下、ラジエータという）との間で循環させるエンジンの冷却水回路において、冷却水の温度変化により作動することでエンジン冷却水の流れを切換えて冷却水温度を制御するために用いられる温度感知式自動弁であるサーモスタット装置に関し、特に冷却水入口部付きのバルブハウジング内にサーモエレメントや弁体等の本体部を組み込んでなるハウジング一体型サーモスタット装置に関する。

　自動車用エンジンにおいて、これを冷却するためには、一般にはラジエータを用いた水冷式の冷却システムが使用されている。従来からこの種の冷却システムにおいては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御できるように、ラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタットなどが使用されている。

　すなわち、上記の熱膨張体を用いたサーモスタットなどの制御バルブを、冷却水通路の一部、たとえばエンジンの入口側または出口側に介装し、冷却水温度が低い場合に、該制御バルブを閉じて冷却水をラジエータを経由せずバイパス通路を介して循環させ、また冷却水温度が高くなった場合は、制御バルブを開いて冷却水がラジエータを通して循環させることで、エンジン冷却水の温度を所要の状態に制御することができるものである。

　従来この種のサーモスタット装置は、流体の温度変化により作動する熱膨張体を封入したサーモエレメントと、これを保持する本体フレームとを備え、前記サーモエレメントの両端側には、それぞれほぼ傘状を呈する第１、第２の弁体が設けられている。そして、前記サーモエレメントは、流体の温度を感知して膨張、収縮する熱膨張体により進退動作するロッドを備え、このロッドの動きに連動して前記弁体が流体通路を開閉するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

　しかし、従来この種のサーモスタット装置によれば、本体フレームの一部に第１の弁体が着座する弁座を設けた構造をもち、装置全体を流体通路中に組み込んで配設する構造であるため、構成部品点数が多く、構造が複雑であるばかりでなく、流体の流れに抵抗となる部分が多くなり、通水抵抗が増えて圧力損失も多くなり、所要の流量制御を行ううえで問題であった。

　このため、流体通路を形成するハウジングを利用し、その内部にサーモエレメントや弁体等からなる本体部を組み込むことにより、部品点数の削減等を図ったハウジング一体型のサーモスタット装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

　このようなハウジング一体型のサーモスタット装置では、流体通路中に臨む構成部品が少なくなり、また流体の流れの障害となる部位も少なくなることから、圧力損失をある程度低減できることが確認されている。

特許第３２２５３８６号公報特開２００５－３３０９２０号公報

　しかし、この種のハウジング一体型のサーモスタット装置において、従来構造では、前記サーモエレメントでの温度変化に伴うピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、ハウジングの内壁面から突設したボス部に設けており、このボス部が突出している冷却水通路での流体の流れに影響を及ぼし、サーモスタットとしての通水圧力損失の増大につながる虞れがある。さらに、上述したように冷却水通路中に突出するボス部は、冷却水中に常時晒されるため、浸食によるダメージを受けやすく、結果として、耐久性の面で問題である等の不具合もあった。

　これを詳述すると、このボス部は、サーモエレメントのピストンロッドの抜け止め及び位置決めとしての機能をもつものであり、挿入代が少ないと、ピストンロッドの外れを招き、サーモスタットが故障するという問題につながる。また、この種のサーモスタット装置では、完成車に冷却水を注水する際、強制的にサーモスタットを開弁させて行っているが、この際にも上述したピストンロッドの抜け問題を生じる虞れがある。

　また、上述したボス部の存在は、サーモスタット装置においてバルブハウジングを射出成形等により製造する際にも大きな問題を生じる。すなわち、上述したピストンロッドの挿入量を充分に確保するには、ボス部を長めの円筒状に形成する必要がある。さらに、冷却水のスムーズな流れを得るには、該ボス部の体積を小さくし、薄肉円筒形状等としなければならない。しかし、このように薄肉円筒形状のボス部を成形しようとすると、上述した冷却水の浸食によるダメージが生じやすくなるという問題を生じる。

　さらに、この種のバルブハウジングは、一般に耐熱性を有する合成樹脂材等により一体成形されているが、その成形時において上述したボス部を薄肉円筒形状に形成するには、該ボス部内での湯流れ（樹脂材の充填度）が悪くなり、ウェルド発生し易くなり、また該ボス部付近での放熱性の面でも問題を生じる。

　また、バルブハウジングの射出成形工程において、先の製品を成形してから次の製品を成形する際に、ハウジングのドーム状部内側を形成するスライド金型のボス部が充分に冷却されないという問題を生じている。このスライド金型に熱がこもり、充分に冷却されないと、成形時に製品も良好に冷却されず、スライド金型を開いた後に「熱ヒケ」を誘発し易くなり、製品品質を確保するうえで問題である。

　さらに、バルブハウジングに強度アップを図るためにガラス繊維を混入する場合、ガラス繊維の配向が複雑になり易く、その結果、適切な配向とならないため、強度が弱くなるという問題がある。

　また、バルブハウジングにおいて、ホース口側とドーム状部側でのスライド金型の合い面に生じる「バリ」処理が困難となるといった問題もある。

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷却水の通水抵抗による圧力損失が大きくなるという問題や冷却水による浸食ダメージによる耐久性問題、さらに製造時の成形性等の面からの製品品質上の問題を解消し、性能面からも耐久性の面からも優れてなるサーモスタット装置を得ることを目的とする。

　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）に係るサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水路を構成する冷却水通路を設けたバルブハウジング内に組み込まれ、冷却水の温度変化により熱膨張または収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張、収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により、前記バルブハウジング内に形成した弁座に対して弁体を開閉動作させるサーモスタット装置において、前記ピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、前記冷却水通路外に設けたことを特徴とする。

　本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１において、前記ピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、前記バルブハウジング内で冷却水通路を形成する内壁面から凹設して形成したことを特徴とする。

　本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項２において、前記バルブハウジングの外壁面から突出する膨出部を設け、前記軸支部を、この膨出部内に前記バルブハウジングの内壁面から凹設して形成したことを特徴とする。

　以上説明したように本発明に係るサーモスタット装置によれば、充分なピストンロッドの挿入量を確保しつつ、これを軸支するボス部をバルブハウジングの内壁面から凹設して形成することにより、冷却水通路外に設けているから、簡単な構造であるにもかかわらず、従来問題であった種々の問題を解消し、以下のような種々優れた効果を奏する。

　すなわち、本発明によれば、軸支部が、従来のボス部構造とは異なり、冷却水通路外に形成されるため、冷却水による浸食が軸支部内側にのみ作用することになり、浸食の進行を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。

　また、本発明によれば、従来の薄肉円筒形状のボス部が不要であるから、バルブハウジング自体の構造が簡素化し、成形時における成形性が良くなり、しかも成形時における放熱性も良くなり、場合によってはバルブハウジング外形用の金型に冷却装置を埋め込むことも可能となり、金型の温度制御が容易になり、金型の冷却が安定し、「熱ヒケ」の抑制が可能となり、寸法精度も安定し、製品品質の面でも良好となる。

　さらに、バルブハウジングの内側に余分な突起部がないことから、ホース側とドーム状部側とのスライド金型の合い面の「バリ」処理も容易になる。

　また、本発明によれば、軸支部を、バルブハウジングの外側に突出させた膨出部内に設けるとともに、その頂部に射出口を設けることにより、射出成形時における湯流れを向上させ、「ウェルド」の発生を抑制でき、製品の強度アップを図ることができる。

　さらに、本発明によれば、上述した膨出部の頂部に、バルブハウジング製造時における射出口を設けることで、バルブハウジングの成形性を高めることができる。

本発明に係るサーモスタット装置の一実施例を示し、サーモスタット装置全体の概略構成を説明するための概略断面図である。図１のサーモスタット装置を別の方向から断面して示す概略断面図である。本発明に係るサーモスタット装置の別の実施例を示す概略断面図である。

　ピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、バルブハウジングの内壁面から冷却水通路外、例えばバルブハウジング内壁面から凹設して形成することにより、従来冷却水通路中に突出していたボス部が受ける浸食ダメージを抑制し、耐久性を向上させ、また成形用金型構造を簡素化し、成形性や成形品質を向上させる。

　図１および図２は本発明に係るサーモスタット装置の一実施例を示す。
　これらの図において、符号１０で示す温度感知式自動弁であるサーモスタット装置は、たとえば自動車用エンジンの冷却システムにおいて、ラジエータ側の冷却水路と、エンジン出口部側からのバイパス通路との交差部に付設され、これらの通路によって構成される第１、第２の流体流路での冷却水の流れを選択的に切り換えることにより、エンジン入口部に至る冷却水温度を制御するために用いられている。

　前記サーモスタット装置１０は、図１、図２に示すように、流体の温度変化により作動する作動体であるサーモエレメント１１を備え、このサーモエレメント１１の一端側（図中上側）にはほぼ平傘状を呈する第１の弁体１２を設けるとともに、他端側（図中下側）には第２の弁体１３を設けている。また、サーモエレメント１１の軸線方向の中央部分には、第１の弁体１２を弁閉位置に付勢する付勢手段であるコイルばね１４と、そのばね押さえを兼ねる本体フレーム１５が嵌挿して設けられている。この本体フレーム１５は、後述する固定部であるバルブハウジング側の支持脚に係止されることにより、第１の弁体１２をコイルばね１４を介して常時弁閉方向に付勢するとともに、該サーモエレメント１１を摺動自在に保持する部材である。

　前記サーモエレメント１１は、流体の温度を感知して膨張収縮するワックス等の熱膨張体を内封した温度感知部１６を備え、この温度感知部１６の先端（上端）からピストンロッド１７が進退自在に突出している。

　図中２０は流体入口である冷却水の通路入口部２０ａをホース口側として備えるバルブハウジングであり、このバルブハウジング２０の内部には、流体通路としての冷却水通路２１が形成されるとともに、その一部に設けたフランジ付きのドーム状部の内側には、前記第１の弁体１２が着座可能に対向する弁座２２が形成されている。そして、この弁座２２に弁体１２が着座可能な状態で、サーモエレメント１１や本体フレーム１５等が組み込まれている。
　図中２３は前記ピストンロッド１７の外方端（図中上端部）を係止保持する軸支部であり、図２の状態において、ピストンロッド１７が熱膨張体の熱膨張によって図２中上方に突出すると、サーモエレメント１１と第１、第２の弁体１２，１３が図２中下方に移動し、図１、図２の弁閉から弁開となるように構成されている。

　前記本体フレーム１５は、図１、図２に示すように、放射方向に延びた２片が、前記バルブハウジング２０において軸線方向に延設して形成された支持脚２４，２５の先端部に係止保持されている。これらの支持脚の内周部の一部には、図２に示すように、冷却水の流れ方向に沿った冷却水通路部となる溝部（図示せず）が肉抜きにより形成されている。この溝部は、弁開時、特に微少弁開時において、弁座２２と弁体１２との間の隙間が小さいときに、該支持脚２４，２５の存在によって冷却水の流れが害されることを最小限にするためのものである。このように溝部を軸線方向に沿って形成すると、該溝部を通って冷却水がスムーズに流れ、サーモエレメント１１の周囲を流速の早い流れが流れるため、感温性が向上するという利点も得られる。なお、この肉抜きによる溝部の代わりに、支持脚２４，２５の内部を中空状に形成し、冷却水通路部を冷却水の流れの方向に沿って形成してもよいことは勿論である。

　また、前記本体フレーム１５の一部には、図２に示すように、冷却水を流通させるための孔部２７が形成されている。この孔部２７は、上記の冷却水通路部となる溝部を通って流れてきた流速の速い流れを本体フレーム１５で遮ることなくスムーズに逃がすことができるのである。そして、このようにすれば、本体フレーム１５部分でも、冷却水の適切な流れを得て、サーモエレメント１１の感温性が向上することになる。

　本発明によれば、上述した構成によるサーモスタット装置１０において、前記ピストンロッド１７の外方端を係止保持して軸支する軸支部２３を、前記冷却水通路２１外、つまり前記バルブハウジング２０内で冷却水通路２１を形成する内壁面から凹設して形成した軸受け孔３１によって構成したところに特徴を有している。
　ここで、図中３０はバルブハウジング２０の外壁面に膨出して形成した円筒形状の膨出部であり、従来のような冷却水通路中に突出するボス部とは異なり、冷却水浸食ダメージは受けにくい構造となっている。

　このような構造によれば、動作上必要かつ充分なピストンロッド１７の挿入量を確保しつつ、これを軸支する軸支部２３を、バルブハウジング２０の内壁面から凹設して形成することで、冷却水通路２１外に設けているから、簡単な構造であるにもかかわらず、従来問題であった種々の問題を解消することができる。

　すなわち、上述した軸支部２３によれば、従来のボス部構造とは異なり、冷却水通路２１外に形成されるため、冷却水による浸食が軸支部２３内側（軸受け孔３１部分）にのみ作用することになり、従来構造に比べて浸食の進行を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。

　また、上述した構造によれば、従来の薄肉円筒形状のボス部が不要であるから、バルブハウジング２０自体の構造、特に冷却水通路２１などの内側構造が簡素化し、成形時における成形性が良くなり、しかも成形時における放熱性も良くなり、金型の温度制御が容易になり、金型の冷却が安定し、「熱ヒケ」の抑制が可能となり、寸法精度も安定し、製品品質の面でも良好となる。

　さらに、バルブハウジング２０の内側に余分な突起部がないことから、ホース側とドーム状部側とのスライド金型の合い面の「バリ」処理も容易になるという利点もある。

　また、この実施例では、前記膨出部３０の頂部に、バルブハウジング２０製造時における射出口（図示せず）を設けている。このような構造とすれば、バルブハウジング２０の外側に突出した膨出部３０の構造による作用効果も加わって、射出成形時における湯流れを向上させることができ、「ウェルド」の発生を抑制でき、製品の強度アップを図り、製品品質を確保し、耐久性を向上させることができる。

　図３は本発明の別の実施例を示す。この実施例では、前述した実施例に加えて、バルブハウジング２０内の冷却水通路２１を構成する通路内壁面に沿う冷却水の流れを、より一層スムーズに流れるように、通路内壁面、パイプ口とドーム部との接合部分、ボス部とドーム部との境界部を、角部等がないなだらかな形状とした場合である。
　このように構成すれば、図１の例と比べてドーム状部側からパイプ口側にかけての流れが、継ぎ目、段差部ならびに角部などがないことで、より一層スムーズに流れることになる。

　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、サーモスタット装置１０を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえば上述した実施例では、サーモエレメント１１の軸線方向の中央部分に第１の弁体１２を設けるとともに、下端部側に第２の弁体１３を設けた構造である場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、この第２の弁体１３は必要に応じて適宜設ければよいものである。

　また、上述した実施の形態では、サーモスタット装置１０を、エンジン冷却水回路においてエンジンの入口部側に組み込んだ例を説明したが、本発明はこれに限定されず、エンジンの出口部側に組み込んだ場合においても、同等の作用効果が得られることは言うまでもない。

　１０…サーモスタット装置、１１…サーモエレメント、１１ｂ…ピストンロッド、１２…第１の弁体、１３…第２の弁体、１４…コイルばね、１５…本体フレーム、１６…温度感知部、１７…ピストンロッド、２０…バルブハウジング、２１…冷却水通路、２２…弁座、２３…軸支部、２４，２５…支持脚、３０…膨出部、３１…軸受け孔。

Claims

　内燃機関の冷却水路を構成する冷却水通路を設けたバルブハウジング内に組み込まれ、冷却水の温度変化により熱膨張または収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張、収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により、前記バルブハウジング内に形成した弁座に対して弁体を開閉動作させるサーモスタット装置において、
　前記ピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、前記冷却水通路外に設けたことを特徴とするサーモスタット装置。
　請求項１記載のサーモスタット装置において、
　前記ピストンロッドの外方端を軸支する軸支部を、前記バルブハウジング内で冷却水通路を形成する内壁面から凹設して形成したことを特徴とするサーモスタット装置。
　請求項２記載のサーモスタット装置において、
　前記バルブハウジングの外壁面から突出する膨出部を設け、
　前記軸支部を、この膨出部内に前記バルブハウジングの内壁面から凹設して形成したことを特徴とするサーモスタット装置。