特許 7455361 ワックスサーモアクチュエーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】ワックスサーモアクチュエーター

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/70 20060101AFI20240318BHJP

   F01P 7/16 20060101ALI20240318BHJP

   F16K 31/68 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

F16K31/70 Z

F01P7/16 502B

F16K31/68 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020027800

(22)【出願日】2020-02-21

(65)【公開番号】P2021131142

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】391026287

【氏名又は名称】富士精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(74)【代理人】

【識別番号】100198214

【弁理士】

【氏名又は名称】眞榮城 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 賢

(72)【発明者】

【氏名】中山 徹

(72)【発明者】

【氏名】中島 良太

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特許第６２９３９５５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１２／０６３５４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２２２０７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／７０

Ｆ０１Ｐ ７／１６

Ｆ１６Ｋ ３１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワックスが封入されたハウジングと、このハウジングに対して突没自在なピストンロッドと、を備え、このピストンロッドの内部に発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターであって、
前記ハウジングは、前記ワックスを収容する有底円筒状のハウジングカップを備え、
前記ピストンロッドに遊嵌されて前記発熱手段で熱せられた前記ワックスから離れた前記ワックスに前記ハウジングの軸方向に伝熱する伝熱パイプが前記ハウジングカップの内部に挿置され、
前記伝熱パイプは、前記ワックスの熱伝導率より高い金属材料の熱伝導率と同程度以上の所定の熱伝導率の材料からなる円筒状のパイプ本体と、前記パイプ本体の上端部又は下端部の外周に形成された断熱材からなる上フランジ又は下フランジとを有し、前記伝熱パイプは、必ず前記上フランジ又は前記下フランジを介して前記ハウジングカップと接触することで前記パイプ本体が前記ハウジングカップの内周面と離間した構成となっていること
を特徴とするワックスサーモアクチュエーター。

【請求項2】

前記伝熱パイプの前記パイプ本体の上端部及び下端部の外周には、それぞれ断熱材からなる上フランジ及び下フランジが形成されており、前記伝熱パイプは、前記上フランジ及び前記下フランジを介して前記ハウジングカップと接触することで前記パイプ本体が前記ハウジングカップの内周面と離間した構成となっていること
を特徴とする請求項１に記載のワックスサーモアクチュエーター。

【請求項3】

前記伝熱パイプの前記パイプ本体は、一枚の板材から成形されて、その繋ぎ目が前記上フランジ及び前記下フランジと連続する一体の断熱材で固着されていること
を特徴とする請求項２に記載のワックスサーモアクチュエーター。

【請求項4】

前記パイプ本体の周面には、多数の孔が穿設されており、
前記伝熱パイプの繋ぎ目を固着する断熱材は、前記パイプ本体の前記孔の少なくとも一部に入り込んで一体化されていること
を特徴とする請求項３に記載のワックスサーモアクチュエーター。

【請求項5】

前記伝熱パイプは、前記ハウジングカップが外側からカシメられることで前記上フランジ又は前記下フランジが固定されて前記ハウジングカップ内の所定の位置に位置決めされていること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のワックスサーモアクチュエーター。

【請求項6】

前記パイプ本体は、所定の熱伝導率以上の素材からなり、ワックスの膨張や移動を拘束しないように多数の孔が穿設されているか又はメッシュ状に形成されていること
を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のワックスサーモアクチュエーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、自動車等に使用される内燃機関の冷却水温度を可変制御する冷却水温度制御系の水温可変制御を行う電子制御サーモスタット装置におけるワックスサーモアクチュエーターに関する。詳しくは、本発明は、ピストン内部に発熱手段を有し、この発熱手段でワックスを加熱融解してその体積膨張をピストン突没動作に変換する発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電制でないサーモスタットにおいては、高負荷運転時を想定して、予め低い水温に制御するサーモスタットを選定していた。しかし、電制化により、エンジンが高負荷運転となったら、ワックスの融解温度より低い冷却水温度でもサーモスタットを開弁させることができる。エンジンが低負荷運転される領域（常用域）では、従来より高温で融解するワックスを使用して、非通電時に冷却水温をより高温に制御するサーモスタットを使用できる。その結果、常用域での燃費向上効果を発揮できる。

【0003】

この種の発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターとしては、例えば、特許文献１に、ハウジング４０内に固定されたピストン４に対して進退動作するシリンダ容器３と、シリンダ容器３内に設けられ、温度変化に伴う体積変化によりシリンダ容器３を進退動作させるワックスＷと、ピストン４のケーシング１５内に設けられ、通電によりワックスＷに熱を与える発熱素子１２と、を備えたサーモスタット装置１が開示されている。

【0004】

このサーモスタット装置１の発熱素子１２は、ピストン４のケーシング１５外からケーシング１５内に貫通して形成された熱伝導性を有する延設部材１６と、ケーシング１５内の延設部材１６内に形成された発熱部１８と、ケーシング１５外の延設部材１６に形成され、発熱部１８と電気的に接続された電極部１７とにより構成され、発熱部１８に電圧供給するターミナル端子２１が電極部１７に当接することにより、電圧供給源と発熱部１８が電気的に接続され、高耐久性、且つ組立、メンテナンスが容易とされている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１６］～［００２９］、図面の図１、図２等参照）。

【0005】

しかし、特許文献１に記載の発熱素子１２を備えたサーモスタット装置１は、発熱素子１２が設けられたピストン４がリフトして上昇すると、熱源である発熱素子１２も上昇することとなる。このため、ピストン４の上昇に伴って熱源から内部底面付近のワックスが離間することとなり、熱伝導率が低いパラフィンワックスで熱が遮られて熱源から離れた内部底面付近のワックスが熱膨張せず、所望のリフト量が得られないという問題があった。

【0006】

また、発熱手段が発生した熱を効率よくワックスに伝達させるための技術として、特許文献２に、筒型ケース２，３内に封入され温度変化に伴う体積変化により作動ピストン７をケース外に進退動作させるための熱膨張体４と、ケース内部に配設され熱膨張体に熱影響を与える発熱素子１２とを備えるサーモエレメント１が開示されている。

【0007】

このサーモエレメント１は、発熱素子１２がほぼ筒型形状を呈し、ケース内のほぼ中央位置に熱膨張体であるワックス４中に埋設された状態で配設されている。この発熱素子１２の内側には、ケースの反ピストン側の端部に設けた端子取り出し部５を介して外部電源と接続される電極部材１３が配設されている。そして、発熱素子１２の外側でケース内壁部との間には、ワックス４への放熱を行う放熱フィンを兼ねた板ばね材１４が配設されている。

【0008】

このため、特許文献２に記載のサーモエレメント１によれば、ケース内に封入されたワックス４を全体にわたって効率よく温度上昇させ得るとともに、発熱素子１２への通電制御用の端子取り出し部での確実なシール構造を得ることができるとされている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００３１］～［００４０］、図面の図１、図２等参照）。

【0009】

しかし、特許文献２に記載のサーモエレメント１は、熱源である発熱素子１２が固定式でるため、前述の問題は発生しないものの、発熱素子１２で発生した熱が、熱伝導率の高い板ばね材１４を介して板ばね材１４と接触する筒型ケース２から外に逃げてしまう。このため、発熱素子１２で発生した熱が届かないワックスの量が増え、結果として所望のリフト量が得られないという問題が発生する。

【0010】

そこで、これらの問題点を解決するために、出願人は、特許文献３に記載のワックスサーモアクチュエーターを提案した。特許文献３に記載のワックスサーモアクチュエーターは、ピストンロッドの周りに熱伝導率が良い伝熱パイプを組み込むことで、ヒーターの熱がカップ内のワックス全体に伝達し、ワックス内部の温度を均質化して、ワックスの融解点近方温度域（ワックスが固容体域）のリフト量を増加させることができた。

【0011】

しかし、特許文献３に記載のワックスサーモアクチュエーターは、伝熱パイプとカップが接触する部位が存在し、そこからヒーターの熱が冷却水に直接放熱してしまい、ヒーターで発生させた熱をワックスの融解に効率よく利用できていないという問題があった。このため、特許文献３に記載のワックスサーモアクチュエーターでは、伝熱パイプを設けないときより、通電時と非通電時の作動開始冷却水温度の幅が小さくなり、冷却水温度が低温の時に、リフト量を稼げないという問題点があった（図１０参照）。この原因は、伝熱パイプを設けない場合は、ワックスそのものが断熱壁となり、ヒーターで発生させた熱が冷却水に逃げるのを防止できていたと考えられる。

【0012】

その上、伝熱パイプ（孔あき金属パイプ）は、ワックスを通すため、多数の孔が穿設されているが、ピストンロッドが動作する時に、ワックスがその孔を通る抵抗力で、パイプの円筒状端部の繋ぎ目が開いてしまうという問題があった。このため、伝熱パイプの繋ぎ目をカシメ等の何等かの手段で固定する必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】特開２００５－１５５８３１号公報

【文献】特開２００３－２２２０７２号公報

【文献】特許第６２９３９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的とするところは、ヒーターで発生させた熱を効率よくワックスの融解に使用でき、通電と非通電時の作動開始（開弁）温度差を大きくとれるため、常用運転域の水温を高く設定でき、燃費を改善することができるワックスサーモアクチュエーターを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

第１発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、ワックスが封入されたハウジングと、このハウジングに対して突没自在なピストンロッドと、を備え、このピストンロッドの内部に発熱手段を有するワックスサーモアクチュエーターであって、前記ハウジングは、前記ワックスを収容する有底円筒状のハウジングカップを備え、前記ピストンロッドに遊嵌されて前記発熱手段で熱せられた前記ワックスから離れた前記ワックスに前記ハウジングの軸方向に伝熱する伝熱パイプが前記ハウジングカップの内部に挿置され、前記伝熱パイプは、前記ワックスの熱伝導率より高い金属材料の熱伝導率と同程度以上の所定の熱伝導率の材料からなる円筒状のパイプ本体と、前記パイプ本体の上端部又は下端部の外周に形成された断熱材からなる上フランジ又は下フランジとを有し、前記伝熱パイプは、必ず前記上フランジ又は前記下フランジを介して前記ハウジングカップと接触することで前記パイプ本体が前記ハウジングカップの内周面と離間した構成となっていることを特徴とする。

【0016】

第２発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明において、前記伝熱パイプの前記パイプ本体の上端部及び下端部の外周には、それぞれ断熱材からなる上フランジ及び下フランジが形成されており、前記伝熱パイプは、前記上フランジ及び前記下フランジを介して前記ハウジングカップと接触することで前記パイプ本体が前記ハウジングカップの内周面と離間した構成となっていることを特徴とする。

【0017】

第３発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第２発明において、前記伝熱パイプの前記パイプ本体は、一枚の板材から成形されて、その繋ぎ目が前記上フランジ及び前記下フランジと連続する一体の断熱材で固着されていることを特徴とする。

【0018】

第４発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第３発明において、前記パイプ本体の周面には、多数の孔が穿設されており、前記伝熱パイプの繋ぎ目を固着する断熱材は、前記パイプ本体の前記孔の少なくとも一部に入り込んで一体化されていることを特徴とする。

【0019】

第５発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明ないし第４発明のいずれかの発明において、前記伝熱パイプは、前記ハウジングカップが外側からカシメられることで前記上フランジ又は前記下フランジが固定されて前記ハウジングカップ内の所定の位置に位置決めされていることを特徴とする。

【0020】

第６発明に係るワックスサーモアクチュエーターは、第１発明ないし第５発明のいずれかの発明において、前記パイプ本体は、所定の熱伝導率以上の素材からなり、ワックスの膨張や移動を拘束しないように多数の孔が穿設されているか又はメッシュ状に形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

第１発明～第６発明によれば、ヒーターの熱が伝熱パイプと直接接触するハウジングから逃げることを防止して、ヒーターで発生させた熱を効率よくワックスの融解に使用することができる。このため、第１発明～第６発明によれば、通電と非通電時の作動開始（開弁）温度差を大きくとることができるため、通常ワックスサーモスタットとしての開弁温度を高温域での仕様とすることができ、常用運転域の水温を高く設定できる。つまり、エンジン冷却水を高水温化することができる。よって、第１発明～第６発明によれば、エンジン内のフリクション低減等で燃費向上効果を発揮することができる。

【0022】

特に、第２発明によれば、伝熱パイプの上端部及び下端部の外周には、それぞれ断熱材からなる上フランジ及び下フランジが形成されているので、ピストンロッドの動作時にも、伝熱パイプが傾いてハウジングカップと接触してそこから放熱されることを確実に防ぐことができる。このため、第２発明によれば、低温域（ワックスが融解しない冷却水温度が低い範囲）での高いリフト量を確保してエンジン冷却水を高水温化することができる。

【0023】

特に、第３発明によれば、伝熱パイプの繋ぎ目が上フランジ及び下フランジと連続する一体の樹脂で固着されているので、ピストンロッドの動作時にも、伝熱パイプが開くことを防止することができ、伝熱パイプの端部をカシメて固定する手間や伝熱パイプの位置決め用の部材を省くことができる。

【0024】

特に、第４発明によれば、ピストンロッドの動作時にも、伝熱パイプに形成された多数の孔をワックスが通過する際の抵抗力に対しても多数の孔の一部に入り込んだ樹脂で掛け止めることができ、伝熱パイプの繋ぎ目が開くことを確実に防止することができる。

【0025】

特に、第５発明によれば、伝熱パイプの位置決め固定がハウジングカップの外側からカシメるだけの動作で達成することができ、従来必要であった伝熱パイプをハウジングカップの軸中心位置に位置決めのための治具や作業手間を削減することができる。このため、第５発明によれば、伝熱パイプが浮き上がったり傾いたりするおそれを払拭することができるとともに、製品単価を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターを示す鉛直断面図である。

【図2】図２は、同上のワックスサーモアクチュエーターを示す斜視図である。

【図3】図３は、同上のワックスサーモアクチュエーターのハウジングのみを示す鉛直断面図である。

【図4】図４は、同上のワックスサーモアクチュエーターのピストンロッドのみを示す斜視図である。

【図5】図５は、同上のピストンロッドのみを示す鉛直断面図である。

【図6】図６は、同上のワックスサーモアクチュエーターの伝熱パイプを樹脂で一体成形する前を示す斜視図である。

【図7】図７は、同上の伝熱パイプを樹脂で一体成形した状態を示す斜視図である。

【図8】図８は、図１のＡ部拡大図である。

【図9】図９は、図１のＢ部拡大図である。

【図10】図１０は、温度とリフト量との関係をプロットして本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーターと従来品との性能を比較した測定結果のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーターについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0028】

図１は、本発明の実施の形態に係るワックスサーモアクチュエーター１を示す鉛直断面図であり、図２は、ワックスサーモアクチュエーター１を示す斜視図である。ここで、ワックスサーモアクチュエーターとは、ワックスエレメントやサーモペレット、又はサーモエレメントなどと呼ばれる温度センサと制御動作を行うアクチュエーターの機能を併せ持つ感温制御装置を指している。

【0029】

例えば、ワックスサーモアクチュエーターは、自動車等に使用される内燃機関の冷却水温度を可変制御する冷却水温度制御系において、水温可変制御を行う電子制御のアクチュエーターとして用いられる。ワックスサーモアクチュエーターの主な用途としては、キャブやスロットルチャンバーに組み込込まれてファーストアイドル・オートチョークの解除機能や、二輪車のオートスターターに用いられる。

【0030】

図１，図２に示すように、ワックスサーモアクチュエーター１は、ワックスＷが封入されたハウジング２と、このハウジング２に対して突没自在なピストンロッド３と、このピストンロッド３に遊嵌された円筒状の伝熱パイプ４と、ハウジング２の上部を密閉して封止する蓋体５など、を備えた感温制御装置である。

【0031】

このワックスサーモアクチュエーター１は、後述のように、ピストンロッド３の内部に電熱ヒーター３２が設けられている。つまり、ワックスサーモアクチュエーター１は、ワックスＷが充分に熱膨張しない低温環境下でもピストンロッド３の突出動作を可能とする電熱ヒータ付きワックスサーモアクチュエーターである。

【0032】

ここで、ワックスサーモアクチュエーター１に用いるワックスＷは、本実施形態では、常温で固形のパラフィンワックスである。このパラフィンワックスとは、炭化水素化合物の一種で、炭素原子の数が２０以上となる長大なアルカンを指している。

【0033】

勿論、ワックスサーモアクチュエーター１のハウジング２に封入することのできる物質は、パラフィンワックスに限られず、マイクロワックスなど、比較的体積変化の大きい所定の熱膨張特性を有する物質であれば本発明に適用可能である。また、本発明に係るワックスは、組合せにより、常温より低い温度域において固形であり、常温で固容体又は液体のワックスもワックスサーモアクチュエーターの用途に応じて適宜適用可能である。

【0034】

＜ハウジング＞
ハウジング２は、ワックスサーモアクチュエーター１を構成する黄銅からなる金属容器であり、主に、ワックスＷを収容するハウジングカップ２０から構成されている。また、ハウジング２は、特許文献３に記載されたように、ハウジングカップ２０とハウジングキャップとを別体として複数の部材から構成してよいことは云うまでもない。

【0035】

（ハウジングカップ）
図３は、上端を丸める前の状態のハウジング２のハウジングカップ２０のみを示す鉛直断面図である。図１～図３に示すように、ハウジングカップ２０は、ワックスＷを収容する容器となるカップ本体部２０ａと、このカップ本体部２０ａの上方に形成された拡径部２０ｂと、この拡径部２０ｂの上方に形成された封止部２０ｃなど、から構成されている。

【0036】

カップ本体部２０ａは、外径が１２．５ｍｍ、内径が８．０ｍｍ程度の図示上下方向を長手方向（軸方向）とする長さ３１ｍｍ程度の縦長な有底円筒状の部位であり、円筒状の内部がワックスＷ及び伝熱パイプ４を収容するスペースとなっている。

【0037】

拡径部２０ｂは、図３に示すように、外径が１３．０ｍｍ、内径が９．０ｍｍ程度に、カップ本体部２０ａより内径及び外径が拡径された部位であり、後述の伝熱パイプ４の上フランジ４１を収容するとともに、ピストンロッド３のゴムパッキン３５やワッシャ３６を収容する部位である。

【0038】

封止部２０ｃは、図３に示すように、加工前の状態で外径が１７．５ｍｍ、内径が１３．５ｍｍ程度と、拡径部２０ｂよりも内径及び外径がさらに拡径された部位であり、蓋体５を嵌め込んだ状態で上端を丸めてハウジング２の上端を閉塞して封止する機能を有している（図１も参照）。

【0039】

＜ピストンロッド＞
図４は、ピストンロッド３のみを示す斜視図であり、図５は、ピストンロッド３のみを示す鉛直断面図である。図４，図５に示すように、ピストンロッド３は、下端が閉塞された外径４ｍｍの有底円筒状のロッド本体３０と、このロッド本体３０の軸線上の上部に固着されたリング状のフランジ３１と、から主に構成されたステンレス製の部材である。このピストンロッド３は、ハウジング２に対して相対的に突出動作又は後退動作することにより、図示しない他部材を押圧して、ハウジング２とハウジング２と一体化されたバルブとが駆動され、流路を開閉する機能を有している。

【0040】

（電熱ヒータ：発熱手段）
ロッド本体３０の内部には、発熱手段（熱源）として通電により発熱する電熱ヒーター３２が設けられている。本実施形態に係る電熱ヒーター３２は、配線３３，３４により電気的に車のバッテリー等の１２Ｖの直流電源に接続されている。この電熱ヒーター３２は、ワックスサーモアクチュエーター１の周囲の温度環境に拘わらず、通電により発熱してワックスＷを熱膨張可能とする機能を有している。勿論、本発明に係る発熱手段は、交流電源と接続するものでも構ないし、電熱ヒータに限られず、スイッチ等の操作により発熱の開始及び終了を制御可能な発熱手段であればよい。

【0041】

（ゴムパッキン及びワッシャ）
また、図４，図５に示すように、ピストンロッド３のロッド本体３０の周りには、ドーナツ状のゴムパッキン３５及びワッシャ３６が嵌着されている。このため、ゴムパッキン３５及びワッシャ３６により、ピストンロッド３の上下の突没動作を許容するとともに、ピストンロッド３との隙間を封止することができ、ワックスサーモアクチュエーター１の周りの流体がハウジング２内に流入したり、ワックスＷが漏れ出したりすることを確実に防止することができる。

【0042】

＜伝熱パイプ＞
次に、図６，図７を用いて、本実施形態に係る伝熱パイプ４について説明する。図６は、本実施の形態に係る銅板からなる伝熱パイプ４単品を示す斜視図であり、図７は、その伝熱パイプ４に樹脂で上フランジ４１及び下フランジ４２を形成するとともに、継ぎ目４０ｂを樹脂で固化した状態を示す斜視図である。本実施形態に係る伝熱パイプ４は、電熱ヒーター３２の熱を優先的にハウジング２の軸方向に伝熱する０．２ｍｍ程度の厚さの矩形の銅板から円筒状に丸められた概略円筒状の部材である。

【0043】

このように伝熱パイプ４を銅製としたのは、ワックスＷより熱伝導率を充分に高くし、優先的にハウジングの軸方向に伝熱するためである。銅の熱伝導率は、３９１［W／m・K］であり、ワックスＷの熱伝導率０．２５［W／m・K］より大幅に高くなっている。勿論、本発明に係る伝熱パイプは、カーボン製や銅以外の金属製（例えば、アルミニウム製、金製、銀製）など熱伝導率が、ワックスＷより高い他の素材から構成してもよいことは云うまでもない。

【0044】

例えば、ハウジングカップ２０などに用いられる黄銅の熱伝導率は、１１７［W／m・K］であり、ピストンロッド３に用いられるステンレスの熱伝導率は、１６．３［W／m・K］（１００℃）である。これに対して、後述の伝熱パイプ４の上フランジ４１及び下フランジ４２等に用いる樹脂の熱伝導率は、０．３［W／m・K］であり、ゴムパッキン３５に用いるゴム材の熱伝導率は、０．２５［W／m・K］である。

【0045】

要するに、本発明に係る伝熱パイプは、銅製に限られず、金属やカーボンのような熱伝導率が良い（例えば、ワックスＷの熱伝導率０．２５［W／m・K］より大幅に高く、且つ、容易に入手可能な金属材料の熱伝導率（例えば、前述のようにステンレスの熱伝導率は、１６．３［W／m・K］（１００℃））と同程度である所定値１５．０［W／m・K］以上の）材料からなり、且つ、ワックスＷの移動が可能なように、多数の孔が開孔しているかメッシュ状となったものであればよい。ここで、メッシュ状とは、縦横の繊維が織り込まれて溶着されずにメッシュ状となっているものを含むものとする。

【0046】

（パイプ本体）
先ず、伝熱パイプ４のパイプ本体４０について説明する。本実施形態に係る伝熱パイプ４は、図６に示すように、矩形の銅板の端部同士を円筒状に丸めてパイプ本体４０を成形した後、図７に示すように、後述の上フランジ４１、下フランジ４２、連結部４３等を同一樹脂からそれぞれ成形して一体化した樹脂一体型伝熱パイプである。

【0047】

図６に示すパイプ本体４０の長さＨ１は、３０．０ｍｍ～３１．５ｍｍ程度に設定されている。これは、図１に示すように、ハウジングカップ２０の内部の底面からゴムパッキン３５の下端付近に至るまでのハウジング２の長手方向の内法略全長と略同じ程度の長さである。このように伝熱パイプ４の長さＨ１を設定することにより、ピストンロッド３の移動（上昇）により電熱ヒーター３２から最も距離が離れてしまうハウジングカップ２０の底面付近のワックスＷにも確実に伝熱パイプ４で熱を伝えることができる。

【0048】

パイプ本体４０の外径Ｄ１は、好ましくは、５．０ｍｍ～６．０ｍｍ程度、本実施形態では、外径５．０ｍｍ程度に設定されている。これは、伝熱パイプ４の外径Ｄ１が、ハウジングカップ２０の内径（８．０ｍｍ程度）より小さく、伝熱パイプ４の内径Ｄ２（Ｄ１－厚さ０．２ｍｍ×２＝４．６ｍｍ程度）がピストンロッド３の外径（４ｍｍ程度）より大きくなるように設定したものである。

【0049】

これにより、伝熱パイプ４を、ハウジングカップ２０の内周面と離間するものとし、且つ、ピストンロッド３に内接しないものとすることができる。このため、伝熱パイプ４とハウジングカップ２０の内周面との間に熱伝導率が低いワックスＷが存在することとなり、電熱ヒーター３２の熱がハウジング２から外部へ逃げるのを防ぐことができる。

【0050】

また、伝熱パイプ４がピストンロッド３に内接しないため、ピストンロッド３の突没動作を伝熱パイプ４で阻害することを防ぐことができる。よって、ワックスＷの熱膨張を効率よくピストンロッド３の突出動作（リフト動作）に変換することができる。

【0051】

そして、図６に示すように、このパイプ本体４０の円周面には、直径０．３ｍｍ程度の小径の多数の孔４０ａが穿設されている。これらの多数の孔４０ａは、伝熱パイプ４の内部に存在したワックスＷが熱膨張又は収縮した際に伝熱パイプ４を通り抜けられるようにするための孔である。

【0052】

（上フランジ及び下フランジ）
また、図７に示すように、伝熱パイプ４の上端部及び下端部の外周には、それぞれ断熱材である樹脂製のドーナツ状（リング状）の上フランジ４１及び下フランジ４２が形成されており、図８，図９に示すように、伝熱パイプ４は、断熱材である上フランジ４１及び下フランジ４２を介してハウジングカップ２０と接触する構成となっている。

【0053】

即ち、この伝熱パイプ４は、図７に示すように、銅板からなる円筒状のパイプ本体４０と、このパイプ本体４０の上端部及び下端部の外周面から外側へ張り出す鍔状の上フランジ４１及び下フランジ４２など、を有している。ここで、上フランジ４１及び下フランジ４２は、図示したドーナツ状（リング状）にパイプ本体４０の外周面から外側へ全周に亘り一続きに張り出す形状に限られず、左右一対の棒状の突出物や放射状に複数の突出物がとびとびにパイプ本体４０の外周面から外側へ鍔状に突出する形状となっていても構わない。

【0054】

このように、断熱材からなるフランジ４１及び下フランジ４２が介在するため、図８，図９に示すように、熱伝導率の高い銅板からなるパイプ本体４０が、熱伝導率の高い黄銅からなるハウジングカップ２０と直接接触せず、必ず、熱伝導率が低い０．３［W／m・K］程度の樹脂やゴム、セラミックスなどの断熱材を介する構成となっている。よって、特許文献３に記載のワックスサーモアクチュエーターで問題となっていた伝熱パイプとカップが接触する部位が存在し、そこから放熱するため、通電時と非通電時の作動開始冷却水温度の幅が小さくなり、冷却水温度が低温の時に、リフト量を稼げないという問題を解決することができる。

【0055】

また、図１，図２，図９に示すように、ハウジングカップ２０の外周面が外側からカシメられることで矩形の凹部２０ｄが複数個所（図示形態では４か所）均等に形成され、この凹部２０ｄで伝熱パイプ４の下フランジ４２がハウジングカップ２０内の所定の位置に位置決めされて固定されている。このため、従来必要であった伝熱パイプ４の軸中心を、ハウジングカップ２０の軸中心に一致させて、ハウジングカップ２０と伝熱パイプ４との距離を均等にしてワックス等に偏りが生じないようにするための位置決めのための治具が不要となっている。また、この位置決め作業の作業手間を削減することができる。

【0056】

勿論、ハウジングカップ２０の上部（拡径部２０ｂの直下）をカシメて凹部を形成し、伝熱パイプ４の上フランジ４１を固定するようにしてもよい。その場合でも、伝熱パイプ４の軸中心をハウジングカップ２０の軸中心に一致させて、ハウジングカップ２０と伝熱パイプ４との距離を均等にすることができるからである。

【0057】

（連結部及びフランジ連絡部）
そして、図６に示すパイプ本体４０の銅板の端部の繋ぎ目４０ｂは、図７に示すように、樹脂で固化されて一体化されており、上フランジ４１と下フランジ４２とを繋ぐ連結部４３が形成されている。それに加え、この連結部４３と同様に、上フランジ４１と下フランジ４２とを繋ぐ３本のフランジ連絡部４４が形成されている。

【0058】

連結部４３とフランジ連絡部４４との関係は、パイプ本体４０の外周面に沿って中心線が略等間隔となっており、パイプ本体４０の鋼板の繋ぎ目４０ｂに連結部４３が形成され、残りの３方に、３本のフランジ連絡部４４が形成されている。

【0059】

連結部４３は、図６に示したパイプ本体４０の繋ぎ目４０ｂに沿って形成されているとともに、その両脇の孔４０ａに跨って、且つその孔４０ａに入り込んで一体化されて形成されている。このため、ワックスＷが孔４０ａを通過してパイプ本体４０の繋ぎ目４０ｂを押し広げる力に対して、多数の孔４０ａの一部に入り込んだ樹脂で掛け止めることができ、伝熱パイプ４の繋ぎ目４０ｂが開くことを確実に防止することができる。

【0060】

また、前述のドーナツ状（リング状）の上フランジ４１及び下フランジ４２も、伝熱パイプ４の繋ぎ目４０ｂが開くことを防止する効果を有している。

【0061】

フランジ連絡部４４は、連結部４３と協働して、上フランジ４１と下フランジ４２とを等間隔に繋ぐことにより、ワックスＷが孔４０ａを通過する際に働く不均等なパイプ本体４０を押し広げる力に対抗する機能を有している。このため、フランジ連絡部４４は、多数の孔４０ａの一部に入り込む必要は必ずしもない。

【0062】

＜蓋体＞
蓋体５は、金属からなる部材であり、図１に示すように、ピストンロッド３を挿通する上下に開孔する円形のロッド孔５０が穿設されている。蓋体５は、ゴムパッキン３５及びワッシャ３６とともに協働して、ピストンロッド３の上下の突没動作を許容するとともに、ピストンロッド３との隙間を封止しして、ワックスサーモアクチュエーター１の周りの流体がハウジング２内に流入したり、ワックスＷが漏れ出したりすることを防止する機能を有している。

【0063】

［比較測定結果］
次に、図１０を用いて、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１と従来品との性能を比較した測定結果について説明する。図１０は、温度とリフト量との関係をプロットして本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１と従来品との性能を比較した測定結果のグラフである。ここで、伝熱パイプ無とは、伝熱パイプが無い従来のワックスサーモアクチュエーターを指し、▲－▲で示している。また、伝熱パイプ有とは、特許文献３に示したワックスサーモアクチュエーターを指し、■－■で示している。そして、樹脂一体型伝熱パイプとは、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１を指し、●－●で示している。

【0064】

図１０のグラフでは、伝熱パイプ無、伝熱パイプ有、樹脂一体型伝熱パイプとも電熱ヒーター３２に１２Ｖの直流電圧を印加して通電した場合（１２Ｖ印加時）を示し、電熱ヒーター３２に通電せずにワックスＷを熱膨張させた場合（非通電時）を〇－〇の破線で示している。

【0065】

図１０に示すように、いずれの場合も非通電時においては、殆ど差はないが、１２Ｖ印加時では、明らかな差がでている。つまり、伝熱パイプ有は、伝熱パイプ無と比べて、ワックスの融解点近方温度域（ワックスが固容体域）のリフト量を増加させることができることが分かる。一方、伝熱パイプ有は、伝熱パイプ無と比べて、低温域（ワックスが固体域）では、伝熱パイプ組み込み前よりリフト量が低下していることが分かる。これは、前述のように、伝熱パイプとハウジングカップとが接触する部位が存在し、そこから放熱するためと考えらえる。

【0066】

これに対して、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１である樹脂一体型伝熱パイプは、全ての温度領域において、リフト量がアップしていることが分かる。つまり、本実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１は、低温域（ワックスが固体域）ばかりか全ての温度領域において高いリフト量を達成することができることを確認することができた。

【0067】

以上説明したワックスサーモアクチュエーター１は、ハウジング２と接触する部位を熱伝導率の低い樹脂などの断熱材で被覆している。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、電熱ヒーター３２の熱がハウジング２から逃げることを防止して、低温域（ワックスが固体域）だけでなく、全ての温度領域において高いリフト量を達成することができる。よって、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、通常ワックスサーモスタットとしての開弁温度を高温域での仕様とすることができ、エンジン冷却水を高水温化することができる。このため、エンジン内のフリクション低減等で燃費向上効果を発揮することができる。

【0068】

また、ワックスサーモアクチュエーター１は、伝熱パイプ４の上下にそれぞれ断熱材からなる鍔状の上フランジ４１及び下フランジ４２が形成されている。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、ピストンロッド３の動作時にも、伝熱パイプ４が傾いてハウジングカップ２０と接触してそこから放熱されることを確実に防ぐことができる。

【0069】

そして、ワックスサーモアクチュエーター１は、伝熱パイプ４の繋ぎ目４０ｂが上フランジ４１及び下フランジ４２と連続する連結部４３で固着されて一体化されている。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、ピストンロッド３の動作時にも、伝熱パイプ４が開くことを防止することができ、伝熱パイプ４の端部である繋ぎ目４０ｂをカシメて固定する手間や伝熱パイプ４の位置決め用の部材を省くことができる。

【0070】

それに加え、ワックスサーモアクチュエーター１は、連結部４３が繋ぎ目４０ｂに沿って形成されているとともに、その両脇の孔４０ａに跨って、且つその孔４０ａに入り込んで一体化されて形成されている。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、伝熱パイプ４に形成された多数の孔４０ａをワックスＷが通過する際の抵抗力に対しても、多数の孔４０ａの一部に入り込んだ樹脂で掛け止めることができ、伝熱パイプ４の繋ぎ目４０ｂが開くことを確実に防止することができる。

【0071】

さらに、ワックスサーモアクチュエーター１は、ハウジングカップ２０の外周面に矩形の凹部２０ｄが複数個所均等に形成され、この凹部２０ｄで伝熱パイプ４の下フランジ４２がハウジングカップ２０内の所定の位置に位置決めされて固定されている。このため、ワックスサーモアクチュエーター１によれば、従来必要であった伝熱パイプ４の軸中心を、ハウジングカップ２０の軸中心に一致させて、ハウジングカップ２０と伝熱パイプ４との距離を均等にしてワックス等に偏りが生じないようにするための位置決めのための治具が不要となっている。また、この位置決め作業の作業手間を削減することができる。

【0072】

以上、本発明の実施形態に係るワックスサーモアクチュエーター１について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

【0073】

特に、リフト量とは、ワックスサーモアクチュエーターのハウジングを固定してピストンロッドを上下動させる場合のピストンロッドの突出長さを指している。よって、ワックスサーモアクチュエーターの用途や固定の仕方によっては、前述のリフト量を、ピストンロッドの突出長さと読み替える必要がある。また、上フランジや下フランジは、伝熱パイプの熱伝導率より低い断熱材であればよく、樹脂に限られず、ゴム弾性体からなるゴム材や、セラミックス製のものとすることもできる。

【符号の説明】

【0074】

１：ワックスサーモアクチュエーター
２：ハウジング
２０：ハウジングカップ
２０ａ：カップ本体部
２０ｂ：拡径部
２０ｃ：封止部
２０ｄ：凹部
３：ピストンロッド
３０：ロッド本体
３１：フランジ
３２：電熱ヒーター（発熱手段）
３３，３４：配線
３５：ゴムパッキン
３６：ワッシャ
４：伝熱パイプ
４０：パイプ本体
４０ａ：孔
４０ｂ：繋ぎ目
４１：上フランジ
４２：下フランジ
４３：連結部
４４：フランジ連絡部
５：蓋体
５０：ロッド孔
Ｗ：ワックス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】