JP2008095918A - サーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの外周面及びガイド部の内壁に発生する腐食あるいは腐食生成物を抑制し、ピストンが確実かつ円滑に進退動作するサーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置を提供する。
【解決手段】本発明にかかるサーモエレメント１０は、膨張体であるワックスを内装するワックスケ−ス１１と、前記ワックスの膨張収縮の応動が伝達されるピストン１２と、前記ピストン１２の摺動をガイドする案内部１７ａとを含み、前記案内部１７ａが、銅成分を６９質量％以上８０質量％以下、珪素成分を２質量％以上４質量％以下、鉛成分が０．１質量％以下含有し、残部が亜鉛からなる黄銅製であると共に、前記ピストン１２がステンレス製であることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関内に配置され、冷却液流路間を遮断、連通することにより、冷却液の流れを制御するサーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置に関する。

現在、内燃機関の冷却システムとして、例えば、特許文献１に示すように、サーモエレメントを用いたサーモスタット装置が広く用いられている。
このサーモエレメントについて、図７及び図８に基づいて説明すると、サーモエレメント１００は、膨張体であるワックス１０１を内装するワックスケース１０２と、前記ワックス１０１の膨張収縮を上層の半流動体１０３に伝達するダイヤフラム１０４とを備えている。

また、前記ダイヤフラム１０４の応動が前記半流動体１０３を介して伝達されるラバーピストン１０５と、前記ラバーピストン１０５の応動が伝達されるバックアッププレート１０６とを備えている。
更に、前記バックアッププレート１０６の応動が伝達され図示しない弁体を押圧するピストン１０７と、これらの構成部位を積層状に内部に収納する筐体部１０８とを備えている。

前記筐体部１０８のピストン１０７を収容する部分は、ピストン１０７をガイドする案内部１０８ａであって、前記ピストン１０７の外周面は、前記案内部１０８ａの内壁面上を摺動することによって、ピストン１０７が進退する。

このように構成されたサーモエレメント１００が、図示しない冷却液中に配置されると、冷却水の温度は、筐体部１０８とワックスケース１０２を介して、ワックスケース１０２内のワックス１０１に伝播する。
そして、時間の経過と共に冷却水の温度が上昇すると、図８（ａ）に示す状態からワックスケース１０２内のワックス１０１は膨張して体積が増加し、この体積増加に伴ってダイヤフラム１０４が上方へ膨れ上がる。このダイヤフラム１０４の上方への膨れ上がりは、半流動体１０３を介して、ラバーピストン１０５、バックアッププレート１０６、ピストン１０７を上方に押し上げ、図８（ｂ）に示す状態となる。
このとき、前記ピストン１０７はその外周面を案内部１０８ａの内壁面によって案内されながら摺動し、図示しない弁体を移動させ、開弁する。

一方、時間の経過と共に冷却水の温度が低下すると、図８（ｂ）に示す状態からワックスケース１０２内のワックス１０１は収縮して体積が減少する。前記ピストン１０７には、図示しないスプリングの反発力がピストン１０７に作用するため、ピストン１０７は下方に押し下げられ、初期状態に復帰する（図８（ａ））。
このとき、ピストン１０７は、その外周面をガイド部１０８ａの内壁面によって案内されながら摺動し、図示しない弁体を移動させ、閉弁する。
特開２００２−３９４３３号公報

ところで、前記サーモエレメントは冷却水中に配置されるため、ピストンの外周面と案内部の内壁の間に冷却水が侵入する。
そのため、ピストンの外周面及び案内部の内壁に腐食あるいは／及び腐食生成物が発生し、円滑なるピストンの摺動を阻害するという技術的課題があった。特に、マリン（船）用のサーモエレメントの場合、冷却水として海水が用いられるため、通常の冷却水が水の場合よりも腐食あるいは腐食生成物が発生し易いという技術的課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ピストンの外周面及びガイド部の内壁に発生する腐食及び腐食生成物を抑制し、ピストンが確実かつ円滑に進退動作するサーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明にかかるサーモエレメントは、膨張体であるワックスを内装するワックスケースと、前記ワックスの膨張収縮の応動が伝達されるピストンと、前記ピストンの摺動をガイドする案内部とを含み、前記案内部が、銅成分を６９質量％以上８０質量％以下、珪素成分を２質量％以上４質量％以下、鉛成分が０．１質量％以下含有し、残部が亜鉛からなる黄銅製であると共に、前記ピストンがステンレス製であることを特徴としている。

このように、案内部が、一般的な黄銅材に対して、鉛成分、亜鉛成分が少ないために、耐食性に優れ、腐食及び腐食生成物の発生が抑制され、ピストンを確実かつ円滑に摺動させることができる。
即ち、一般的な黄銅材に対して、鉛成分、亜鉛成分が少いため、耐食性に優れ、腐食及び腐食生成物の発生が抑制される。また、ピストンがステンレス製であるため、耐食性に優れ、腐食及び腐食生成物の発生が抑制される。その結果、ピストンの摺動を円滑にすることができる。

また、前記案内部の先端部には、前記ピストンの外周面に接するゴム部材が取り付けられていることが望ましい。
このように、前記案内部の先端部に、前記ピストンの外周面に接するゴム部材が取り付けられている場合には、案内部の内壁面とピストンの外周面との間の間隙に、冷却水が侵入するのを抑制することができる。

更に、内燃機関の冷却水通路に配置され、該冷却水通路を開閉するサーモスタット装置であり、前記サーモエレメントのピストンの進退により移動するバルブを設け、該バルブの移動により前記冷却水通路を開閉することが望ましい。

このように、前記サーモエレメントは、内燃機関の冷却水通路に配置され、該冷却水通路を開閉するサーモスタット装置に好適に用いることができる。

本発明によれば、ピストンの外周面及びガイド部の内壁に発生する腐食及び腐食生成物を抑制し、ピストンが確実かつ円滑に進退動作するサーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置を得ることができる。

本発明にかかるサーモエレメント及びこのサーモエレメントを用いたサーモスタット装置の一実施形態について説明する。
まず、図１に基づいてサーモスタット装置について説明する。図１に示すように、サーモスタット装置１は、サーモエレメント１０のワックスケース１１を保持するフレーム２と、前記フレーム２の上端が固定されるバルブシート３とを備えている。
このフレーム２の上端部２ａには、バルブシート３の外周部に形成された貫通孔３ａに挿入固定される突起部２ｂが形成されている。またフレーム２の下端部２ｃには、ワックスケース１１を保持する環状部２ｄが形成されている。

また、バルブシート３の中央部は、円筒状の開口部３ｂが設けられ、この開口部３ｂの上端面に、前記開口部３ｂを開閉するバルブ４が着座するように構成されている。
このバルブ４の下面には、サーモエレメント１０のピストン１２の先端部を受けるスタット４ａと、前記スタット４ａの周囲に位置すると共にバルブの下面から下方に延設されたスプリング５を保持するスプリングホルダ４ｂとが形成されている。
尚、スタット４ａは、図５に断面形状が示されるように凹部が形成され、この凹部にピストン１２の先端が遊嵌している。

また、スプリングホルダ４ｂに一端が保持されると共に、他端がバルブシート３の下面に当接するスプリング５が設けられている。前記スプリング５の巻き始めである巻き端面５ａは、図４に示すように、スプリングホルダ４ｂ上に位置し、保持されている。
このように、スプリング５の巻き端面５ａがスプリングホルダ４ｂ上に位置し、保持されているため、スプリング５が安定して保持される。そのため、スプリング５が圧縮力を受けた際、スプリング５は傾くことなく均一に圧縮される。その結果、バルブ４を開口部３ｂに対して傾くことなく、開閉することができる。

尚、前記バルブシート３の外周部には、リング状ゴム体６が覆い被せられている。このリング状ゴム体６は、図５、６に示すように、冷却通路側壁Ａ、Ｂ間に密着して挟持される。

次に、本発明にかかるサーモエレメント１０の一実施形態について、図２に基づいて説明する。
このサーモエレメントは基本的には、従来のサーモエレメントと同様な構成を有する。
即ち、サーモエレメント１０は、膨張体であるワックス１０ａを内装するワックスケース１１と、前記ワックス１１の膨張収縮を上層の半流動体１３に伝達するダイヤフラム１４とを備えている。

また、前記ダイヤフラム１４の応動が前記半流動体１３を介して伝達されるラバーピストン１５と、前記ラバーピストン１５の応動が伝達されるバックアッププレート１６とを備えている。
更に、前記バックアッププレート１６の応動が伝達され図示しない弁体を押圧するピストン１２と、これらの構成部位を積層状に内部に収納する筐体部１７とを備えている。

また、前記筐体部１７のピストン１２を収容する部分は、ピストン１２をガイドする案内部１７ａであって、前記ピストン１２の外周面が、前記案内部１７ａの内壁面上を摺動することによって、ピストン１２が進退する。

特に、本発明にかかるサーモエレメント１０の特徴は、案内部１７ａ及びピストン１２の材質にある。即ち、案内部７ａが、銅成分を６９質量％〜８０質量％、珪素成分を２質量％〜４質量％、鉛成分を０．１質量％含有し、残部が亜鉛からなる黄銅製であると共に、前記ピストンがステンレス製である点に特徴を有している。

ここで、この案内部７ａの材質は、一般的な黄銅材に対して鉛成分（Ｐｂ）及び亜鉛成分（Ｚｎ）が少なく、また銅成分（Ｃｕ）が多く、更に珪素成分（Ｓｉ）が添加されている点に特徴がある。
即ち、一般的な黄銅材としては、例えば、銅成分（Ｃｕ）６０．１質量％、鉛成分（Ｐｂ）３．１質量％、鉄成分（Ｆｅ）０．１質量％、錫成分（Ｓｎ）０．３質量％、残部が亜鉛成分（Ｚｎ）を含有している。このように、一般的な黄銅材としては、鉛成分（Ｐｂ）として３質量％前後含有しているのに対して、この案内部７ａを構成する黄銅材は、鉛成分（Ｐｂ）を極力排除し、０．１質量％以下としている。その代替として珪素成分（Ｓｉ）を含有する。
また、一般的な黄銅材は銅成分（Ｃｕ）として６０質量％前後含有しているのに対して、この案内部７ａを構成する黄銅材は、銅成分（Ｃｕ）を６９質量％〜８０質量％含有し、亜鉛成分（Ｚｎ）の含有量を少なくしている。このように、鉛成分（Ｐｂ）、亜鉛成分（Ｚｎ）を極力少なくすることにより、耐食性を向上させ、腐食あるいは腐食生成物の発生を抑制している。

また、ピストン１２はステンレスによって構成されているため、耐食性に優れている。
このステンレス材としては、例えば、ＳＵＳ３０４材にて形成される。
尚、ピストン１２を形成するにあたり、防腐食処理が施される。この防腐食処理は、硝酸液にステンレス製のピストン材を浸漬することによってなされる。即ち、硝酸液にピストン材を浸漬し、ピストン表面の鉄層を溶かし、クロームと酸素をより結合させることにより、ピストン材の表面の酸化被膜を強化する。このように、ピストン１２はステンレス材によって構成されているため、腐食及び腐食生成物の発生を抑制することができる。更に、防腐食処理を施した場合には、より腐食及び腐食生成物が抑制される。

尚、前記案内部７ａの先端部には、前記ピストン１２の外周面に接するゴム部材１８が取り付けられている。前記案内部７ａの先端部に、前記ピストン１２の外周面に接するゴム部材１８が取り付けられているため、案内部７ａの内壁面とピストン１２の外周面との間の間隙に、冷却水が侵入するのを抑制することができる。

このように構成されたサーモスタット装置１が、図５に示すように冷却液中に配置されると、冷却水の温度は、筐体部１７とワックスケース１１を介して、ワックスケース１１内のワックス１０ａに伝播する。
そして、時間の経過と共に冷却水の温度が上昇すると、ワックスケース１１内のワックス１０ａは膨張して体積が増加し、この体積増加に伴ってダイヤフラム１４が上方へ膨れ上がる。このダイヤフラム１４の上方への膨れ上がりは、半流動体１３を介して、ラバーピストン１５、バックアッププレート１６、ピストン１２を上方に押し上げる。このとき、前記ピストン１２はその外周面をガイド部１７ａの内壁面によって案内されながら摺動し、バルブ１４を上方に移動させ、図６に示すように、開弁する。

一方、時間の経過と共に冷却水の温度が低下すると、ワックスケース１１内のワックス１０ａは収縮して体積が減少する。前記ピストン１２には、スプリング５の反発力がピストン１２に作用するため、ピストン１２は下方に押し下げられ、初期状態に復帰する。このとき、ピストン１２は、その外周面をガイド部１７ａの内壁面によって案内されながら摺動し、バルブ４を下方に移動させ、図５に示すように、閉弁する。

このようにサーモスタット装置１がバルブ４の開閉動作を行なう際、前記ピストン１２の外周面は、前記案内部１７ａの内壁面上を摺動する。
このとき、ゴム部材１８によって、案内部７ａの内壁面とピストン１２の外周面との間の間隙に侵入する冷却水を抑制することができる。また、前記隙間から冷却水が侵入しても、ピストン１２及び案内部１７ａが上記した特定の材質で構成されているため、腐食及び腐食生成物の発生が抑制され、円滑な動作をなすことができる。

（実験例１）
本発明にかかるサーモスタット装置が所定の効果を奏するか、確認の実験を行なった。具体的には、表１に示す実施例１〜４、比較例１〜６の各材料によってサーモスタットの案内部を形成すると共にピストンをステンレスで形成し、サーモスタット装置を製作し、この製作したサーモスタット装置に塩水噴霧を行い、腐食及び腐食生成物の発生及びサーモスタットの動作状況を確認した。尚、塩水噴霧は、環境温度３５℃、噴霧する塩水濃度を５％とし、１０００時間行なった。
その結果、実施例１〜４にあっては、腐食及び腐食生成物などの発生は見られず、サーモスタット装置として円滑に動作した。これに対して、比較例１〜６は、腐食及び腐食生成物の発生が見られ、サーモスタット装置は動作したが円滑に動作しなかった。

本発明にかかるサーモスタット装置の分解斜視図である。 本発明にかかるサーモエレメントの断面図である。 図１に示したバルブ及びスプリングホルダを示す斜視図である。 図４はスプリングホルダによるスプリングの保持状態を示す底面図である。 図１に示したサーモスタット装置の閉弁状態を示す断面図である。 図１に示したサーモスタット装置の開弁状態を示す断面図である。 従来のサーモエレメントを示す斜視図である。 図７に示したサーモエレメントの断面図であって、（ａ）はピストンが後退した状態を示す図、（ｂ）はピストンが突出した状態を示す図である。

符号の説明

１ サーモスタット装置
２ フレーム
３ バルブシート
４ バルブ
４ａ スタット
５ スプリング
５ａ 巻き端面
１０ サーモエレメント
１２ ピストン
１７ 筐体部
１７ａ 案内部

Claims (3)

1. 膨張体であるワックスを内装するワックスケースと、前記ワックスの膨張収縮の応動が伝達されるピストンと、前記ピストンの摺動をガイドする案内部とを含み、
   前記案内部が、銅成分を６９質量％以上８０質量％以下、珪素成分を２質量％以上４質量％以下、鉛成分が０．１質量％以下含有し、残部が亜鉛からなる黄銅製であると共に、前記ピストンがステンレス製であることを特徴とするサーモスタットエレメント。
2. 前記案内部の先端部には、前記ピストンの外周面に接するゴム部材が取り付けられていることを特徴とするサーモスタットエレメント。
3. 内燃機関の冷却水通路に配置され、該冷却水通路を開閉するサーモスタット装置であり、前記サーモエレメントのピストンの進退により移動するバルブを設け、該バルブの移動により前記冷却水通路を開閉することを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたサーモスタット装置。

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