(57)【要約】【課題】発熱体から熱感応素子への熱伝達の効率を高めて熱感応素子の応答性を高める。【解決手段】第１のハウジング１３に装着された駆動部１１は、円筒形状の正特性サーミスタ１９と、円筒形状の正特性サーミスタ１９の端面に接合された一対の環状の電極２０，２１と、正特性サーミスタ１９及び電極２０，２１を内蔵する絶縁体２２と、熱感応素子２３とからなる。熱感応素子２３は、ワックス類を内部に含む熱感応部２３１と、熱感応部２３１に連結されたガイド筒２３２と、ガイド筒２３２の筒内にスライド可能に嵌合された駆動軸２３３とからなる。熱感応部２３１は、円筒形状の正特性サーミスタ１９によって包囲されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉する弁体と、通電によって発熱する発熱体と、前記発熱体の温度変化によって移動する駆動軸を有する熱感応素子とを備え、前記駆動軸を移動させて前記弁体を駆動する熱動弁において、
前記駆動軸の軸線の周囲における前記熱感応素子の外周面に対向するように前記発熱体を配設した熱動弁。
【請求項２】
前記熱感応素子の外周面を環状の発熱体で包囲した請求項１に記載の熱動弁。
【請求項３】
前記発熱体を絶縁体の内部に埋設した請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の熱動弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路を開閉する弁体と、通電によって発熱する発熱体と、前記発熱体の温度変化によって移動する駆動軸を有する熱感応素子とを備え、前記駆動軸を移動させて前記弁体を駆動する熱動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱動弁が特許文献１及び特許文献２に開示されている。サーモエレメントを伸縮させるための発熱体には正特性サーミスタ（ＰＴＣ）が用いられている。通電によって発熱する発熱体は、サーモエレメントに対して弁体とは反対側に配設されている。つまり、発熱体は、特許文献１においては作動部とは反対側のサーモエレメントの端面を、特許文献２においては伸長軸とは反対側のサーモエレメントの端面を加熱するように配設されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２０８６３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３５０５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流路を閉じている弁体を迅速に動かして流路を開くには、サーモエレメントの応答性を高める必要がある。そのためにはサーモエレメントの温度を迅速に上げる必要がある。
【０００５】
本発明は、発熱体から熱感応素子への熱伝達の効率を高めて熱感応素子（サーモエレメント）の応答性を高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明は、流路を開閉する弁体と、通電によって発熱する発熱体と、前記発熱体の温度変化によって移動する駆動軸を有する熱感応素子とを備え、前記駆動軸を移動させて前記弁体を駆動する熱動弁を対象とし、前記駆動軸の軸線の周囲における前記熱感応素子の外周面に対向するように前記発熱体を配設した。
【０００７】
発熱体と熱感応素子とが対向する部分の面積が大きいほど、発熱体から熱感応素子への単位時間当たりの熱伝達量が多くなる。単位時間当たりの熱伝達量が多くなるほど、熱感応素子の温度上昇が速くなり、熱感応素子の応答性が高まる。熱感応素子の外周面は、発熱体と熱感応素子とが対向する部分の面積を増やす上で好適な場所である。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１において、前記熱感応素子の外周面を環状の発熱体で包囲した。
環状の発熱体は、発熱体と熱感応素子とが対向する部分の面積を増やす上で好適な形状である。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１及び請求項２のいずれか１項において、前記発熱体を絶縁体の内部に埋設した。
発熱体からの漏電は、絶縁体によって阻止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、熱動弁１０は、駆動部１１と弁本体１２とからなる。弁本体１２を構成する第１のハウジング１３には入力通路１３１が形成されており、弁本体１２を構成する第２のハウジング１４には出力通路１４１が形成されている。第１のハウジング１３には弁孔１３２が形成されている。入力通路１３１と出力通路１４１とは、弁孔１３２を介して接続している。
【００１２】
第１のハウジング１３と第２のハウジング１４との接続部にはシールリング１５が介在されている。シールリング１５は、第１のハウジング１３と第２のハウジング１４との接続部からの流体洩れを防止する。
【００１３】
出力通路１４１内には弁体１６及び復帰ばね１７が収容されている。弁体１６は、復帰ばね１７のばね力によって弁孔１３２側へ付勢されている。弁体１６は、弁孔１３２の周縁における環状の弁座１３３に接離可能である。入力通路１３１、出力通路１４１及び弁孔１３２は、弁体１６によって開閉される流路Ｌを構成する。
【００１４】
第１のハウジング１３には取り付け孔１８が形成されており、取り付け孔１８の底部にはガイド孔１８１が形成されている。ガイド孔１８１は、弁孔１３２の延長上にある。弁体１６には弁ロッド１６１が形成されている。弁ロッド１６１は、弁孔１３２及び入力通路１３１を通ってガイド孔１８１にスライド可能に嵌入されている。
【００１５】
ねじ止め等によって第１のハウジング１３に装着された駆動部１１は、円筒形状の正特性サーミスタ１９と、円筒形状の正特性サーミスタ１９の端面に接合された一対の環状の電極２０，２１と、正特性サーミスタ１９及び電極２０，２１を内蔵する絶縁体２２と、熱感応素子２３とからなる。電極２０，２１は、図示しない電線を介して図示しない給電手段に接続されている。絶縁体２２は、エポキシ樹脂製あるいはＰＰＣ製である。絶縁体２２は、型内に正特性サーミスタ１９及び電極２０，２１を入れた状態で成形（インサート成形）される。熱感応素子２３は、ワックス類を内部に含む熱感応部２３１と、熱感応部２３１に連結されたガイド筒２３２と、ガイド筒２３２の筒内にスライド可能に嵌合された駆動軸２３３とからなる。駆動軸２３３は、ガイド筒２３２から突出している。駆動軸２３３は、図２にも図示されている。
【００１６】
絶縁体２２には収容凹部２４が形成されており、収容凹部２４には熱感応部２３１が収容されている。収容凹部２４に収容された熱感応部２３１は、円筒形状の正特性サーミスタ１９によって包囲されており、正特性サーミスタ１９の内周面１９１と熱感応部２３１の外周面２３４とが対向している。熱感応部２３１の外周面２３４は、駆動軸２３３の軸線２３６の周囲における熱感応素子２３の外周面である。正特性サーミスタ１９と電極２０，２１とから構成される発熱体と、熱感応素子２３とは、非接触状態に配設されている。
【００１７】
取り付け孔１８にはガイド筒２３２が嵌入されている。ガイド筒２３２から突出する駆動軸２３３の先端部は、ガイド孔１８１にスライド可能に嵌入されている。ガイド筒２３２の外周面と取り付け孔１８の周面との間にはシールリング２５が設けられている。シールリング２５は、ガイド筒２３２の外周面と取り付け孔１８の周面との間からの流体洩れを防止する。
【００１８】
図１（ａ）の状態では、発熱体を構成する正特性サーミスタ１９への通電は行われておらず、弁体１６は、弁座１３３に接して流路Ｌを閉じる閉位置にある。図１（ａ）の状態から正特性サーミスタ１９への通電を開始すると、正特性サーミスタ１９が発熱し、熱感応素子２３の熱感応部２３１が加熱される。これにより熱感応部２３１の温度が上昇し、熱感応部２３１内のワックス類が熱膨張する。この熱膨張が駆動軸２３３を弁体１６に向けて付勢し、ガイド筒２３２からの駆動軸２３３の突出量が増える。つまり、熱感応素子２３が伸長する。
【００１９】
ワックス類の熱膨張によって付勢された駆動軸２３３は、弁ロッド１６１を付勢する。これにより弁体１６が復帰ばね１７のばね力に抗して弁座１３３から離間する。図１（ｂ）の状態では、弁体１６が弁座１３３から離間した開位置にあり、流体が入力通路１３１から流入して出力通路１４１から流出可能である。
【００２０】
正特性サーミスタ１９への通電を停止すると、正特性サーミスタ１９の発熱がなくなる。これにより熱感応部２３１の温度が低下してゆき、熱感応部２３１内のワックス類が熱収縮する。そのため、弁体１６が復帰ばね１７のばね力によって弁座１３３に向けて移動すると共に、駆動軸２３３がガイド筒２３２に入り込んでゆく。つまり、熱感応素子２３が縮小する。
【００２１】
第１の実施の形態では以下の効果が得られる。
（１−１）正特性サーミスタ１９と熱感応素子２３の熱感応部２３１とが対向する部分の面積が大きいほど、正特性サーミスタ１９から熱感応部２３１への単位時間当たりの熱伝達量が多くなる。単位時間当たりの熱伝達量が多くなるほど、熱感応部２３１の温度上昇が速くなる。熱感応部２３１の温度上昇が速いほど、熱感応部２３１内のワックス類が速く熱膨張し、駆動軸２３３の移動速度が大きくなる。つまり、熱感応素子２３の応答性が高まり、弁体１６が閉位置から開位置へ迅速に移動する。
【００２２】
熱感応部２３１の半径をｒとし、熱感応部２３１の長さを熱感応部２３１の直径２ｒと同じとする。そうすると、熱感応部２３１の端面２３５の面積は、πｒ２であるが、熱感応部２３１の外周面２３４の面積は、４πｒ２である。熱感応部２３１の体積を変えないで熱感応部２３１の直径２ｒを例えば１／２にすると、熱感応部２３１の長さは４倍になる。熱感応部２３１の体積を変えないで熱感応部２３１の長さ２ｒを例えば１／２にすると、熱感応部２３１の直径は２１／２倍になる。つまり、熱感応部２３１内のワックス類の量を変えないで熱感応部２３１の直径と長さとを大きく異ならせると、熱動弁が大型になりやすい。
【００２３】
熱感応部２３１の直径と長さとが大きく異ならない場合には、熱感応部２３１の外周面２３４は、熱感応部２３１の表面積のうちの多くを占める。つまり、熱感応部２３１の外周面２３４は、正特性サーミスタ１９と熱感応素子２３とが対向する部分の面積を増やす上で好適な場所である。従って、熱感応部２３１の外周面２３４に対向するように正特性サーミスタ１９を設ける構成は、熱感応素子２３の応答性を高める上で有効である。
【００２４】
（１−２）円筒形状の正特性サーミスタ１９は、正特性サーミスタ１９と熱感応部２３１とが対向する部分の面積を増やす上で好適な形状である。
（１−３）正特性サーミスタ１９及び電極２０，２１は、絶縁体２２の内部に埋設されているため、正特性サーミスタ１９及び電極２０，２１からの漏電は生じない。
【００２５】
（１−４）ガイド筒２３２の外周面と取り付け孔１８の周面との間からの流体洩れを防止するシールリング２５は、ガイド筒２３２の外周面という不動部と取り付け孔１８の周面という不動部との間に設けられている。弁ロッド１６１や駆動軸２３３などの可動部に摺接するようにシールリングを設けると、シール機能の低下やシールリングの劣化が早まる。ガイド筒２３２の外周面と取り付け孔１８の周面との間は、シールリング２５の配設箇所として好適である。
【００２６】
次に、図３の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
熱動弁１０Ａを構成する第１のハウジング１３Ａには収容孔２６が形成されており、収容孔２６の底部には嵌合孔２６１が形成されている。嵌合孔２６１は、ガイド孔１８１を介して入力通路１３１に接続している。収容孔２６には駆動部１１が収容されている。熱感応素子２３のガイド筒２３２は、嵌合孔２６１に嵌入されており、駆動軸２３３は、ガイド孔１８１にスライド可能に嵌入されている。
【００２７】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。第２の実施の形態では、駆動部１１を第１のハウジング１３Ａに埋め込む構成としたので、熱動弁１０Ａの長さを第１の実施の形態の場合よりも短くすることができる。
【００２８】
次に、図４の第３の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
略円筒形状の正特性サーミスタ１９Ｂは、切り欠き形成された端部１９２，１９３を有し、端部１９２，１９３には電極２７，２８が接合されている。電極２７，２８は、互いに離間している。電極２７，２８は、図示しない電線を介して図示しない給電手段に接続されている。
【００２９】
第３の実施の形態では、電極２７，２８間の間隔を小さくしてあるため、第１の実施の形態における（１−１）項及び（１−２）項と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施の形態も可能である。
【００３０】
（１）第１及び第２の実施の形態において、樹脂製の絶縁体２２を成形する場合には、熱感応素子２３の熱感応部２３１を型内に入れて絶縁体２２を成形するというインサート成形を行うこと。
【００３１】
（２）熱感応素子２３の熱感応部２３１の周囲に複数の正特性サーミスタを環状に並ぶように配設すること。
（３）第１〜第３の実施の形態において、正特性サーミスタ１９，１９Ｂに加えて、熱感応部２３１の端面２３５にも円板形状の正特性サーミスタを対向するように設けること。
【００３２】
（４）正特性サーミスタ以外に、通電によって発熱する発熱体を用いること。
（５）ばね力によって弁座から離れる方向に付勢される弁体を熱感応素子の伸縮によって駆動する熱動弁に本発明を適用すること。この熱動弁は、常開型の開閉弁である。
【００３３】
前記した実施の形態から把握できる発明について以下に記載する。
〔１〕請求項３において、前記絶縁体に収容凹部を形成し、前記収容凹部の周囲における前記絶縁体の部分に前記発熱体を埋設し、前記収容凹部に前記熱感応素子を入れた熱動弁。
【００３４】
収容凹部に入れられた熱感応素子は、その周囲に配設された発熱体の発熱によって迅速に温度上昇する。発熱体からの漏電は、絶縁体によって阻止される。
〔２〕請求項１乃至請求項３及び前記〔１〕項において、前記熱感応素子は、ワックス類を内蔵する熱感応部と、前記熱感応部の温度変化によって変位する駆動軸と、前記駆動軸を変位可能に保持するガイド筒とを備え、前記ガイド筒の外周面にシールリングを配設した熱動弁。
【００３５】
〔３〕請求項１乃至請求項３、前記〔１〕項及び前記〔２〕項において、前記熱感応素子と前記発熱体とを非接触状態に配設した熱動弁。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明では、発熱体から熱感応素子への熱伝達の効率を高めて熱感応素子の応答性を高めることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示し、（ａ）は、弁体が閉位置にある状態を示す断面図。（ｂ）は、弁体が開位置にある状態を示す断面図。
【図２】要部分解斜視図。
【図３】第２の実施の形態を示す断面図。
【図４】第３の実施の形態を示す要部分解斜視図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…熱動弁。１６…弁体。１９，１９Ｂ…発熱体を構成する正特性サーミスタ。２２…絶縁体。２３…熱感応素子。２３３…駆動軸。２３４…外周面。２３６…軸線。Ｌ…流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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