JPH04223019A - サーモスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電動機等の過負
荷保護を目的としたサーモスイッチの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイメタルはよく知られているように、
熱膨張係数の異なる２つの金属片を接合し、所定温度以
上で熱膨張係数の大きい金属片側へ反りを生ずる一種の
感温素子である。

【０００３】一般に、サーモスイッチには、上述のバイ
メタルの特性を利用し、このバイメタルの一方を固定し
、他方を自由端とし、固定した接点に接触させてこのバ
イメタルと固定接点間に電流を流し、バイメタルの発熱
によってバイメタルが所定温度以上となった場合に、バ
イメタルと固定接点とが離間するようなスイッチを構成
したものが公知・周知となっている。

【０００４】このようなサーモスイッチにあっては、バ
イメタルを流れる電流が遮断されると、バイメタルの発
熱がなくなるので、所定時間経過後にはバイメタルの反
りもなくなり、再び固定接点と接触する。このため、最
初にバイメタルが作動して、スイッチが開かれても、電
源を停止状態としていない場合にはバイメタルを介して
、再度所定以上の電流が流れることとなり、このバイメ
タルを介して接続された機器にも電流が流れることとな
り、サーモスイッチによる電気機器の保護機能が失われ
ることとなる。

【０００５】このため、サーモスイッチにより一旦通電
電流を遮断した後も、通電させないようにした技術とし
て、例えば特開昭６１−３６９４１号公報に開示されて
いる技術がある。即ち、この提案技術は、バイメタルと
並列にヒータを接続し、このヒータをバイメタルの近傍
に設けて、バイメタルが作動状態となった後においても
、バイメタルの作動状態を維持するために、ヒータに流
入する電流による発熱を利用して、バイメタルを暖めて
、バイメタルが冷えて再び閉状態となることを防止した
ものである。

【０００６】また、バイメタルを用いる代わりに、電気
抵抗率が急激に増大する温度以上になると定電圧下では
電流が流れなくなる正温度係数サーミスタ（いわゆるＰ
ＴＣ）を用いて、保護しようとする機器の電源回路に直
列に挿入し、過電流を防止し、機器の保護を図るように
したものが公知・周知となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開昭６１−３６９４１号公報で示される提案技術で
は、ヒータに常に通電するために電力を費し、ヒータを
バイメタル近傍に配置する必要から構造的に複雑となり
、部品点数が増え、このため高価になるという問題があ
る。

【０００８】また、正温度係数サーミスタ（ＰＴＣ）を
用いる技術は、抵抗体を用いているために、正常作動時
の抵抗値が比較的低抵抗であっても、その抵抗値はバイ
メタルに比べ一般に１００倍以上の値であり、このため
、常に運転しているモータ、例えば電動ファンを駆動し
ているモータなどには、無駄な電力消費を費やしていた
。また電源の電圧に限りがある場合、例えば寒冷地にお
ける車載バッテリーが極端に弱まったときなどには、こ
のＰＣＴにおける電圧降下が、モータの作動に影響を与
える等の種々の問題があった。

【０００９】本発明の目的は、簡易な構成で、一度作動
して開状態となった後は、この開の状態を維持できるよ
うにしたバイメタルを用いたサーモスイッチを提供する
ことにある。

【００１０】本発明の他の目的は、環境温度に影響され
ることの少ない、バイメタルを用いたサーモスイッチを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るサーモスイ
ッチは、発熱によって変形する２つのバイメタルを各々
に設けた接点を介し接離可能に対向配置してなるサーモ
スイッチであって、前記２つのバイメタル間に形状記憶
合金からなる間隙保持部材が配設され、前記接点が離間
したとき、前記間隙保持部材に通電されて発熱すること
により前記接点の離間状態を保持してなるものである。 また前記間隙保持部材は、前記２つのバイメタルの接点
が接合しているときには、電流の流入を阻止する電気抵
抗を有し、また所定温度以上で前記２つのバイメタルを
離間する方向に伸びるように構成する。さらに、前記２
つのバイメタルは、熱による反り方向が同一となるよう
対向配置され且つ通電抵抗を異ならしめて構成すると好
適である。

【００１２】

【作用】従って、２つのバイメタルが発熱によって反り
、接点が離間すると、２つのバイメタル間に形状記憶合
金からなる間隙保持部材が配設されているので、間隙保
持部材に通電され、間隙保持部材が発熱する。そして所
定温度になることによって予め記憶された形状に変化す
る。そしてこの形状記憶合金からなる間隙保持部材によ
って２つのバイメタルの離間状態がそのまま保持される
ので、接点が離間しバイメタルへの通電がなくなり、バ
イメタルの発熱がなくなっても、接点が接合して再び通
電状態となることがない。特に、形状記憶合金の電気抵
抗がバイメタルに比べ比較的高いので、接点が接合して
いる場合には、形状記憶合金には殆ど電流が流入せず、
形状記憶合金は発熱状態には至らないので、接点を離間
させる方向に２つのバイメタルを無理に押圧することは
ない。その一方、接点が離間すると形状記憶合金に電流
が流入して形状記憶合金が発熱すると、形状記憶合金は
長さ方向、即ち、２つのバイメタルを離間する方向へ伸
びるので、２つのバイメタルは、バイメタル自体の反り
が無くなってもそのまま離間状態に維持されることとな
る。さらに、２つのバイメタルを、熱による反り方向が
同一となるように対向配置すると共に通電抵抗を異なら
しめた場合には、環境温度が変化しても２つのバイメタ
ルは、同一方向に反るために、接点の接合力を略一定に
保つことができ、環境温度の変化によって接点の開成時
が異なるということがない。しかも、一方のバイメタル
の通電抵抗が他方のバイメタルの通電抵抗より大きいた
めに、一方のバイメタルの発熱が他方のバイメタルより
大となり、上記のように環境温度によって２つのバイメ
タルが同一方向へ反っても、接点が離間する程度に２つ
のバイメタルの間隔が増し、必ず接点の離間を確保する
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。

【００１４】図１乃至図３には、本発明に係るサーモス
イッチの一実施例が示されており、図１は本発明に係る
サーモスイッチの一実施例における全体斜視図、図２は
同上の一実施例における正面図、図３は同じく図１に示
された一実施例における側面図である。以下、これら図
面に基づいて、本発明に係るサーモスイッチの構成を説
明する。

【００１５】本発明に係るサーモスイッチＳは、２つの
バイメタル１，２と間隙保持部材３等を主な構成要素と
して構成されているものである。

【００１６】本例のサーモスイッチＳは、合成樹脂等の
絶縁性を有する部材からなるフレーム４を有し、このフ
レームに、次述するように２つのバイメタル１，２等を
設けて構成されている。フレーム４は、略直方体形状を
成し、その一部に切欠部４ａを形成したもので、第１の
バイメタル１が上記切欠部４ａに続くフレーム４部分に
、第２のバイメタル２の一部を埋設するようにして、そ
れぞれ設けられている。

【００１７】本例の第１及び第２のバイメタル１，２は
、基本的には従来周知のバイメタルと同一であるので、
バイメタル自体のその詳細な説明は省略し、本例におけ
る構造的特徴となる部分を主に説明する。先ず、第１の
バイメタル１と第２のバイメタル２は、共に略短冊状（
細長い形状）に形成され、熱膨張係数が大きい金属側が
、上側（図２の上方向）に向くように対向配置されてい
る。即ち、バイメタル１の熱膨張係数が小さい金属側と
バイメタル２の熱膨張係数が大きい金属側とが互いに対
向するように設けられている。

【００１８】従って、本例のバイメタル１，２は、雰囲
気温度及び自己の発熱温度によって図２の実線矢印イで
示すように、共に同じ上方向へ反ることとなる。

【００１９】また、第１のバイメタル１の板厚Ｌ１は、
第２のバイメタル２の板厚Ｌ２より薄く設定し、通電抵
抗が異なるようにしてある。そして、２つのバイメタル
１，２共に、長手軸方向の一端部に、接点５ａ，５ｂが
それぞれ突出形成されている。本例の接点５ａ，５ｂは
略半球状に形成されており、バイメタル１，２が発熱し
て反りを生じる場合以外の状態（以下「通常時」という
。）においては、この接点５ａ，５ｂ同士が当接するよ
うになっている。

【００２０】そして、第１のバイメタル１は、長手軸方
向の中央より接点５ａと反対側へ適宜ずれた位置で、こ
の第１のバイメタル１の長手軸方向の両側にそれぞれリ
ブ６，６を設けている。本例のリブ６，６は、第１のバ
イメタル１に一体形成されている。このリブ６，６には
、それぞれ軸孔７が穿設されており、一端がフレーム４
に固着された支軸８をこの軸孔７に挿入して、第１のバ
イメタル１を回動自在に軸支している。

【００２１】本例の支軸８は、導電性部材を用いて円柱
状に形成されており、第１の接続電極９の端部が半田付
等により連結されている。ここで、第１の接続電極９は
第１のバイメタル１と外部の回路とを電気的に接続する
もので、導電性部材を用いて、本例で言えば、略短冊状
（細長い形状）に形成されると共に、一部に同じく短冊
状の切欠部を形成したもので、この切欠部が形成された
部分の一部は、フレーム４に埋設されており、上述した
接点５ａと反対側の端部近傍がフレーム４から外部に突
出して設けられている。また、この第１の接続電極９と
第１のバイメタル１とは、所定の幅ｌ３の間隙を介して
互いに平行な状態となるように配置されている。

【００２２】一方、第２のバイメタル２の接点５ｂと反
対側の端部近傍は、フレーム４に埋設され、導電性部材
からなる第２の接続電極１１が、上記第２のバイメタル
２の接点５ｂと反対側の端部に一体に接続されている。 そして、この第２の接続電極１１の他方の端部は、前述
した第１の接続電極９と同様にフレーム４から外部へ突
出して、外部の回路を電気的に接続できるようになって
いる。

【００２３】また、フレーム４には、上述した第１のバ
イメタル１に設けられたリブ６より接点５ａと反対側の
第１のバイメタル１の部位と対向する箇所に、円筒状の
ばね埋設穴１２を設けており、このばね埋設穴１２と第
１のバイメタル１との間にコイルばね１３を弾装してい
る。従って、通常時、第１のバイメタル１は、接点５ａ
側の端部が支軸８を中心に時計方向に回動するように付
勢され、接点５ａが第２のバイメタルの接点５ｂに当接
するようになっている。

【００２４】そして、第１のバイメタル１と第２のバイ
メタル２との間の間隙１０に、間隙保持部材３を次述す
るように設けている。即ち、本例の間隙保持部材３は、
短冊状に形成された形状記憶合金を、形状記憶合金の変
態点として一般に知られているところのマルテンサイト
変態点の温度（以下「マルテンサイト温度」という。）
以下で略Ｕ字状となるように形成すると共に、マルテン
サイト温度以上で略Ｖ字状となるように予め形状記憶が
成されているものである。そして、間隙保持部材３の一
方の端部には係合突起１５が突設され、この係合突起１
５は第１のバイメタル１に穿設された係合孔１６に嵌入
されている。また、間隙保持部材３の他端は、第２のバ
イメタル２側で、上述した係合孔１６に対向する位置で
固着されている。形状記憶合金の具体的部材としては、
例えばチタン・ニッケル合金等が適している。また、マ
ルテンサイト温度は、本例ではバイメタル１，２の作動
温度等を考慮して９０度前後に設定してある。さらに、
形状記憶合金の電気抵抗は、バイメタル１，２の電気抵
抗の１０倍以上であることが必要である。これは、バイ
メタル１，２が発熱によって反りを生じ、接点５ａ，５
ｂが離れた（以下「開成状態」という。）後にも、間隙
保持部材３を介して接点５ａ，５ｂが接触していた状態
（以下、「閉成状態」という。）と同一の大きさの電流
が流れたのでは、サーモスイッチＳによってこのサーモ
スイッチＳと接続した機器の保護を図るという目的が達
せられなくなるので、間隙保持部材３を介して流れる電
流を制限して機器の保護を図るためである。

【００２５】尚、間隙保持部材３の電気抵抗を所望の値
とするためには、その全長と、長手軸方向に直交する方
向の断面積を適宜変えれば良い。

【００２６】次に、上記構成における本サーモスイッチ
Ｓの作用について、例えば送風機等の駆動用モータ回路
に用いた場合を例にとり、図４及び図５を参照しつつ説
明する。

【００２７】先ず、図５は、本サーモスイッチＳをモー
タ１７の電源回路に用いた場合の回路図であり、モータ
１７の一端は接地される一方、他端はサーモスイッチＳ
の第１の接続電極９又は第２の接続電極１１のいずれか
一方に接続されている。そして、サーモスイッチＳの他
方の電極（モータ１７に接続されない第１の接続電極９
又は第２の接続電極１１のいずれか一方）は、装置始動
スイッチ１８の一端に接続され、この装置始動スイッチ
１８の他端は、電源１９に接続されて、モータ１７の電
源回路が構成されている。

【００２８】ここで、サーモスイッチＳは、よく知られ
ているように通常時においては閉成状態である。従って
、装置始動スイッチ１８が投入されて同スイッチ１８が
閉成状態となると、このスイッチ１８及びサーモスイッ
チＳを介してモータ１７に駆動電流が流れることとなる
。そして、モータ１７が過負荷状態とならない限りは、
この状態が維持される。尚、このようなモータ１７の正
常作動時において、サーモスイッチＳ内では、バイメタ
ル１，２の電気抵抗は間隙保持部材３の電気抵抗と比べ
十分低い値であるので、間隙保持部材３には殆ど電流は
流れない。

【００２９】また、第１及び第２のバイメタル１，２は
、モータ１７の正常作動時であっても、通電によりそれ
ぞれ多少発熱して図２に示す実線矢印イ方向へ若干の反
りを生ずるようになる。しかし、第１のバイメタル１は
、コイルばね１３により、支軸８を中心として時計回り
方向（図２において支軸８を紙面表面からみて右回り方
向）への力を受けているので、多少の反りが生じても、
接点５ａ，５ｂは接触状態に保持される。

【００３０】そして、第１のバイメタル１のコイルばね
１３が当接している部分がさらに反り、第１の接続電極
９に当接するようになった場合には、コイルばね１３に
より上述したような時計回り方向への力は作用しなくな
り、さらに反りが進むと、接点５ａ，５ｂは開成状態と
なるが、通常時においては、上述のように第１のバイメ
タル１が第１の接続電極９に当接して、接点５ａ，５ｂ
が開成状態となることのないよう、間隙幅Ｌ３が設定さ
れている。

【００３１】次に、例えばモータ１７の駆動軸に止着さ
れた送風ファン（図示せず）が周囲の壁面等に当接する
等して、モータ１７に異常な負荷がかかったとすると、
サーモスイッチＳを介してモータ１７には過負荷電流が
流入する。この過負荷電流により、バイメタル１，２は
徐々に発熱し、それぞれ、図２に示す実線矢印イ方向へ
通常時より大きい反りを生ずるようになる。

【００３２】ここで、先に述べたようにバイメタル１の
板厚ｌ１は、バイメタル２の板厚ｌ２より小さく設定さ
れているので、バイメタル１の電気抵抗がバイメタル２
に比べ大となっていることに加え、板厚の違いによりバ
イメタル１は反り易いのに対し、バイメタル２はバイメ
タル１に比べ反り難くなっている。

【００３３】したがって、バイメタル１，２の発熱が進
むとバイメタル１がバイメタル２に比べより反ることと
なるため、ついには、図４に示すように接点５ａ，５ｂ
が離間する。このため、モータ１７に流入していた過負
荷電流は遮断されることとなる。

【００３４】ここで、従来から一般的に使用されている
バイメタルによるサーモスイッチを用いた場合について
考えると、例えば図７に示すように、時間ｔ１からｔ２
へかけてモータ１７の電流が上述したような原因により
増大し、時間ｔ２で過負荷電流Ｉ１に達したとする。そ
して、所定時間経過した時刻ｔ３でサーモスイッチが開
成状態となると、モータ１７への過負荷電流Ｉ１は一旦
遮断される。しかし、従来のサーモスイッチは本例のサ
ーモスイッチＳと異なり、間隙保持部材３を有しないの
で、バイメタルが所定時間冷却されると反りはなくなる
ので、サーモスイッチは再び閉成状態となり、先に述べ
たと同じ作動が繰り返される（図７の時刻ｔ４〜ｔ６及
びｔ７〜ｔ８）こととなる。即ち、モータ１７には断続
的に過負荷電流Ｉ１が流れることとなる。

【００３５】しかし、本例のサーモスイッチＳにおいて
は、接点５ａ，５ｂが離間すると同時に、間隙保持部材
３を介してモータ１７へ電流が流入することとなる。図
６は、図５に示された回路における電流変化を示すもの
で、過負荷電流Ｉ１が所定時間流れた後、時刻ｔ（ｎ＋
１）で上述のように接点５ａ，５ｂが開成状態となると
同時に、間隙保持部材３を介して維持電流Ｉ２（Ｉ２＜
Ｉ１）が流れることを示している。尚、Ｉ２＜Ｉ１とな
るのは、既に説明したように形状記憶合金の電気抵抗が
、予めバイメタル１，２のそれに比べ十分大きく設定し
てあるためである。

【００３６】そして、この維持電流Ｉ２が流れることに
より、間隙保持部材３は自己発熱し、その温度がマルテ
ンサイト温度を越えると、間隙保持部材３は図２に示さ
れるような略Ｕ字形状から、予め形状記憶されている略
Ｖ字形状に変化する（図４参照）。

【００３７】この間隙保持部材３の略Ｖ字形状により開
き具合は、略Ｕ字形状の場合より、予め大きく設定され
ている。従って、バイメタル１，２が冷えて、反りが殆
どなくなり元の状態に戻っても、図４に示されるように
、接点５ａ，５ｂは接触せずに離間した状態に保持され
、モータ１７へ流入する電流も維持電流Ｉ２に維持され
ることとなる（図６参照）。

【００３８】この後装置始動スイッチ１８を開成すれば
、間隙保持部材３を流れる電流が遮断されるので、所定
時間経過すれば、間隙保持部材３の温度は低下してマル
テンサイト温度以下となり、略Ｕ字形状に戻り、サーモ
スイッチＳは、再び図２に示されるように開成状態に復
帰することとなる。

【００３９】本サーモスイッチＳでは、バイメタル１，
２が開成後、冷えて元に戻るまでの所定時間の間に、間
隙保持部材３が発熱作用によってマルテンサイト温度を
越える必要があるので、形状記憶合金の電気抵抗は、上
述の所定時間内に形状記憶合金が十分発熱するに足りる
値を選定することが必要がある。

【００４０】尚、バイメタル１，２の雰囲気温度が変化
した場合、バイメタル１，２は、同じ方向に反るため、
接点５ａ，５ｂの接触状態が温度補償されることとなる
。即ち、サーモスイッチＳの雰囲気温度の変化によって
、接点５ａ，５ｂが開成状態となる通電電流値が変動す
るようなことが防止できる。

【００４１】また、本例では、間隙保持部材３の形状を
通常時においては略Ｕ字形状に、マルテンサイト温度以
上では略Ｖ字形状にそれぞれ形成したが、同一の機能を
果たすことができるものであれば特にこれらの形状に限
定されるものではなく、例えばコイルバネの形状等種々
採用することができる。さらに第１のバイメタル１との
板厚第２のバイメタル２との板厚を異ならせて、通電抵
抗が異なるようにしているが、板厚ではなく、板の長さ
や所定材質により通電抵抗を異ならしめて構成すること
もできる。

【００４２】さらに、図５において点線で示されるよう
に、サーモスイッチＳと並列に、例えば発光ダイオード
２０を接続すれば、サーモスイッチＳ開成時に通電する
ので、警報器として機能させることができる。また、図
示しないが、維持電流Ｉ２を検出する回路をサーモスイ
ッチＳと並列に設け、検出時に警報を発生するように構
成することも勿論可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、バイメタルが発熱して接点が開成した後、バイメタ
ルが冷えて再び接点が閉じ、遮断すべき電流が再び流れ
るようなことがなくなり、簡易な構成で機器を安全、確
実に保護することができる。また間隙保持部材を、２つ
のバイメタルの接点が接合しているときには、電流の流
入を阻止する電気抵抗を有し、また所定温度以上では２
つのバイメタルを離間する方向に伸びるように構成する
場合には、２つのバイメタルの接点が接合しているとき
に、間隙保持部材が発熱してしまうようなことがなく、
その上、間隙保持部材が発熱した場合には、２つのバイ
メタルを離間する方向に伸びるので接点を確実に離間状
態に保持することができ、簡易な構成で機器を安全確実
に保護することができる。さらに、２つのバイメタルの
発熱による反り方向が同一方向となるように対向配置し
、且つこれら２つの通電抵抗が異なるように構成する場
合には、環境温度により接点の接合力が変動することを
防止しつつ、２つのバイメタルの通電抵抗が異なること
で、通電抵抗が大きいほうのバイメタルを、通電抵抗の
小さいバイメタルより大きく反らせて、２つのバイメタ
ルの接点の離間を確実に行なうことができる。したがっ
て、環境温度に影響されることが少なく、安全確実に機
器を保護することができるバイメタルを用いたサーモス
イッチを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサーモスイッチの一実施例におけ
る全体斜視図である

【図２】図１に示されたサーモスイッチの一実施例にお
ける正面図である。

【図３】図１に示されたサーモスイッチの一実施例にお
ける側面図である。

【図４】図１に示されたサーモスイッチの一実施例にお
ける開成時の状態を説明するための正面図である。

【図５】本発明に係るサーモスイッチをモータの電源回
路に組み込んだ場合の回路図である。

【図６】本発明に係るサーモスイッチを用いた場合の回
路電流の変化を示す波形図である。

【図７】従来のサーモスイッチを用いた場合の回路電流
の変化を示す波形図である。

【符号の説明】

１　　バイメタル（第１のバイメタル）２　　バイメタ
ル（第２のバイメタル）３　　間隙保持部材 ４　　フレーム ５ａ，５ｂ　　接点 １０　　間隙 Ｓ　　サーモスイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発熱によって変形する２つのバイメタ
   ルを各々に設けた接点を介し接離可能に対向配置してな
   るサーモスイッチであって、前記２つのバイメタル間に
   形状記憶合金からなる間隙保持部材が配設され、前記接
   点が離間したとき、前記間隙保持部材に通電されて発熱
   することにより前記接点の離間状態を保持してなること
   を特徴とするサーモスイッチ。
2. 【請求項２】　　前記間隙保持部材は、前記２つのバイ
   メタルの接点が接合しているときには、電流の流入を阻
   止する電気抵抗を有し、また所定温度以上で前記２つの
   バイメタルを離間する方向に伸びるように構成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載のサーモスイッチ。
3. 【請求項３】　　前記２つのバイメタルは、熱による反
   り方向が同一となるよう対向配置され且つ通電抵抗を異
   ならしめて構成された請求項１，２記載のサーモスイッ
   チ。