(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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エレメントであって、
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サーモエレメント。
【請求項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り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り、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エレメント。
【請求項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サーモエレメント。
【請求項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。
【請求項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くは若干小さく、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より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サーモエレメント。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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っ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。
【０００２】
【従来の技術】
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、ラジエ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エ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ったときは該制御バルブを開いて冷却水をラジエー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。
【０００３】
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、スリーブタイプのもの（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。
【０００４】
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ーモエレメントでは、ワックスの膨張に伴い、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っている。
【０００５】
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。
【０００６】
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い、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。
【０００７】
【特許文献１】
実公昭５８−１６００３号公報
【特許文献２】
特許第３２２５３８６号公報（２〜３頁、図１、図６）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
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り、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くおそれがあって、これを防ぐ対策を講じる必要があった。
【００１０】
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った。しかし、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。
【００１１】
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っ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。
【００１２】
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っ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く、しか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ロークを大きくできないという問題もあった。
【００１３】
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ー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形パッ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。
【００１４】
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を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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エレメントであって、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。
【００１６】
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り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り、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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より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。
【００２０】
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。
【００２１】
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力は強まる。
【００２２】
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くシ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。
【００２３】
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（図示しないリター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。
【００２４】
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り、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や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。
【００２５】
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い。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。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３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１０で示すサーモエレメントを図１を用いて説明する。すなわち、１１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１１内にはケース１１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１２が封入されている。なお、ケース１１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。
【００２７】
１３は前記ケース１１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１３は、内方端が前記ワックス１２内に臨むとともに外方端がケース１１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いる。なお、ピストン１３のケース１１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。
【００２８】
１４は前記ピストン１３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１１内の一端側部分に配置されている。
１５は前記ケース１１内でこのガイド部材１４の内方端部分に配置され前記ワックス１２をケース１１内の他端側に封入するシール部材である。
【００２９】
１６はこのシール部材１５と前記ガイド部材１４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ト１６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１６を用い、その内孔部分でもピストン１３を支持できるように構成すれば、ピストン１３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１０全体の軸線方向の小型化に寄与することができる。
【００３０】
ここで、前記ケース１１は大径筒部１１Ａと小径筒部１１Ｂとからなる中空容器であって、これらの大径筒部１１Ａと小径筒部１１Ｂとは同軸上に連接して構成され、大径筒部１１Ａの一端は開口部１１Ｃとして形成されている。
前記小径筒部１１Ｂは大径筒部１１Ａより縮径された有底の中空構造であり、また大径筒部１１Ａは前記ガイド部材１４を嵌め込むための開口部１１Ｃをもつ中空構造であり、これらの小径筒部１１Ｂと大径筒部１１Ａとの間には前記ガイド部材１４のワックス１２側への動きを規制するための段差部１１Ｄが形成されている。
【００３１】
なお、図中１１Ｅはガイド部材１４を大径筒部１１Ａ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１１Ｂの有底部分の内面は熱膨張体であるワックス１２の圧力をピストン１３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って形成されている。
【００３２】
また、前記ガイド部材１４は基部１４Ａとシート部１４Ｂとからなり、軸線上に貫通孔１４Ｃ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オロエチレンにより成形されている。ここで、基部１４Ａは前記ケース大径筒部１１Ａの内周形状を象って形成され、前記ケース小径筒部１１Ｂと大径筒部１１Ａとの段差部１１Ｄに係止された状態で設置される。また、シート部１４Ｂは前記ケース小径筒部１１Ｂ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１１Ｂ内に充填したワックス１２をシールする前記シール部材１５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。
【００３３】
ここで、上述した熱膨張体としてのワックス１２は、ケース１１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い、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。
【００３４】
また、ピストン１３の外径は前記ガイド部材１４の貫通孔１４Ｃと同等もしくは若干小さく、かつ前記シール部材１５のリップ部１５ａ，１５ｂの内径ａ，ｂよりも大径に形成されている。このピストン１３は、前記ガイド部材１４およびシール部材１５の貫通孔１４Ｃ，１５Ａを貫通し、内方端が前記ケース小径筒部１１Ｂに封入されたワックス１２内に臨み、外方端が前記ガイド部材１４からケース１１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１３は、ワックス１２の膨張、収縮に伴って図１中左、右方向に沿って進退動作する。
【００３５】
ここで、前記シール部材１５は、上述した貫通項１５Ａ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１３の外周部に嵌装された状態でケース１１の筒状部分に配置されている。このシール部材１５は、図１ないし図３に示されるように、一端が前記ガイド部材１４の内方端に当接される（バックアッププレート１６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１６の説明は省略する）とともに、貫通孔１５Ａは前記ピストン１３の軸径よりも小径に形成され、またワックス１２の熱膨張で生じる圧力によって前記ケース１１および前記ピストン１３側に拡がることにより、該ピストン１３のシール力を大きくするように形成されている。
【００３６】
すなわち、シール部材１５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１５ｅが前記ワックス１２側に臨む状態で配設される。また、このシール部材１５は、外周部に形成される固定側リップ部１５ｃ，１５ｄ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１４側である第２の固定側リップ部１５ｄ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。
【００３７】
このストレートなリップ部１５ｄは、このシール部材１５をケース１１内でピストン１３との間に配置したときにおいて、ワックス１２の熱膨張による作用力や該ピストン１３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１２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。
【００３８】
また、上述したストレートなリップ部１５ｄを設けると、ガイド部材１４を前述したようにケース１１の段差部１１Ｄに係止させて組み付けることによって、該シール部材１５の位置決めが可能となり、その結果ワックス１２の量も適正量とすることができるという利点もある。
【００３９】
また、このシール部材１５は、内周部の少なくとも２箇所に摺動側リップ部１５ａ，１５ｂを備え、これら２箇所の摺動側リップ部１５ａ，１５ｂは、内径ａ，ｂが異なるように形成され、ピストン１３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１５ａ，１５ｂは穿接触状態でピストン１３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１３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１５ａ，１５ｂは、凹部１５ｅによるワックス１２側の摺動側リップ部１５ａの内径ａが、ガイド部材１４側の第２の摺動側リップ部１５ｂの内径ｂよりも大きくなるように設定されている。
【００４０】
このようなシール部材１５は、ワックス１２側に臨む部分に形成された凹部１５ｅが該ワックス１２の熱膨張による体積変化に伴う圧力を受けたときに、図３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１５ａと固定側リップ部１５ｃ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。
【００４１】
このような構成によれば、ピストン１３の内方端がケース１１内において熱膨張体としてのワックス１２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１２が暖められると、ワックス１２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１３はケース１１およびガイド部材１４から突出する方向に押し出される。このとき、シール部材１４にはワックス１２の圧力によって内、外リップ１５ａ，１５ｃの間の凹部１５ｅに圧力が加わることによって、該リップ１５ａ，１５ｃが内、外に拡がり、ピストン１３外周部とケース１１内周部との間でのシール力は強まることになる。
【００４２】
しかも、ピストン１３に摺動する部位が、シール部材１５の内周側において上記の摺動側リップ１５ｂとこれよりも大径な摺動側リップ１５ａとの二箇所であることから、摺動抵抗が増すことなくシールすることができ、したがってピストン１３の動きにあたっての応答性もよい。
【００４３】
また、温度が下降するとワックス１２は固体に戻り体積が減少するため（図示しないケース１１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１３はケース１１内に引き込まれて元の状態に戻る。この際、シール部材１５はワックス１２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１３が戻りやすい。
【００４４】
さらに、このような構造では、ワックス１２の膨張を直接ピストン１３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１３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り、さらにまたゴム等の劣化し易い部品が、ピストン１３、これを摺動自在に保持するガイド部材１４や該ピストン１３を往復動作させるための部材（ワックス１２）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。
【００４５】
図４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１１Ａにおいて、開口部１１Ｃから嵌め込まれるガイド部材１４の基部１４Ａの外方端側に金属製プレート１７を介在させ、かしめ部１１Ｅ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１４をケース１１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１４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。
【００４６】
図５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１１を備え、その有底部分にケース１１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１２が封入されている。
【００４７】
このケース１１内部には、ピストン１３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１２内に臨むとともに、外方端がケース１１の開口部から外方に突出し、前記ワックス１２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１３のケース１１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。
【００４８】
図中、符号１４は前記ピストン１３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１１内部に一端側（開口部側）から嵌め込むことにより内設されて、前記ピストン１３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１１内でこのガイド部材１４の内方端部分には、前記ワックス１２をケース１１内の有底部分に封入するシール部材１５が介在して配置されている。なお、図中１４ｃは前記ピストン１３を摺動自在に保持する貫通孔である。
【００４９】
また、この実施の形態では、シール部材１５を、ガイド部材１４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１５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。
【００５０】
このような構成において、前記ケース１１の開口部寄りの部分には、前記ガイド部材１４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により該係止筒体２１と共にケース１１の開口部付近に嵌め込まれた状態で、該ケース１１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、前記ピストン１３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。
【００５１】
また、上記の係止筒体２１は、前記ケース１１内にワックス１２、シール部材１５、さらにガイド部材１４を順次組み込んだ状態で、ケース１１の開口部に嵌め込まれて溶接などで該ケース１１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１４のケース１１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２１ａは係止筒体２１においてガイド部材１４を係止する底部であり、ピストン１３を摺動動作自在に遊嵌状態で保持する開口である。また、２２ａはガイド筒体２２内でピストン１３を摺動自在に支持する軸孔である。
【００５２】
すなわち、この実施の形態では、ケース１１内にワックス１２を封入した状態でこれをシール部材１５を介して封止するガイド部材１４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１１内に封入している熱膨張体であるワックス１２の容量の調整工程が不要となり、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。
【００５３】
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−リフト量の初期設定を行う際に、たとえば８０℃でピストンリフト量１０ｍｍ等と設定するのであるが、そのリフト量がワックス１２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ったが、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。
【００５４】
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効果を奏する。さらに、この実施の形態では、ケース１１、ガイド部材１４等の形状、構造がより一層簡単となり、加工性、組立性、コスト低減がより一層効果的に図れるという利点もある。
【００５５】
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１１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１１内へのガイド部材１４、さらにシール部材１５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１５としても、図２、図３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。
【００５６】
【発明の効果】
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。
【００５７】
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り、しか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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図２で示したシール部材の詳細を説明するための図である。
【図４】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。
【図５】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】
１０…サーモエレメント、１１…ケース、１１Ａ…大径筒部、１１Ｂ…小径筒部、１１Ｃ…開口部、１１Ｄ…段差部、１１Ｅ…かしめ部、１２…ワックス（熱膨張体）、１３…ピストン、１４…ガイド部材、１４Ａ…基部、１４Ｂ…シール部、１４Ｃ，１４ｃ…貫通孔、１５…シール部材、１５Ａ…貫通孔、１５ａ，１５ｂ…摺動側リップ部、１５ｃ，１５ｄ…固定側リップ部、１５ｅ…凹部、１６…バックアッププレート、１７…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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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