JPS5855644B2 - 固体電気スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 、本発明は固体スイッチ１こ関するものである。

本発明は、一般的１こは電気的スイッチに関するもので
あり、更１こ詳細には固体電気スイッチ（こ関するもの
である。

そのようなスイッチの数多い応用例の１つにはモータの
始動用である。

本発明のスイッチは、はとんどの単相空調圧縮機１こ用
いられている固定接続分路コンデンサモータの始動補助
に特に有用である。

そのようなモータはその馬力の大きさ１こおいて、始動
トルク、運転効率、価格の間の好ましいバランスを与え
る。

しかし、そのようなモータを用いるについての問題点の
１つは、各種の環境条件下で圧縮機を始動させるの１こ
十分な始動トルクが得られない場合がしばしばあるとい
うことである。

すなわち、その特定の用途１こ対するモータの選定に誤
まりがあったとか、あるいはその圧縮機へのモータの組
込みが不適当であったとかあるいはまた圧縮機の平衡化
の遅れがあったとかである。

これらの問題点は近年一層普偏化された電圧降下でます
ます大きなものとなっている。

この問題を解決するため１こ、いわゆるし＼−トスター
トキット」を用いることが試みられた。

従来からのそのようなキットは永久コンデンサ゛備転コ
ンデンサ）と、それ１こ並列に接続された追加的なコン
デンサ（始動コンデンサ）と、圧縮機が始動すると直ち
にその回路から始動コンデンサを切離するための継電器
−通常は電圧継電器が多く用いられる を含む。

これに加えて、しばしば過電流、過負荷装置が用いられ
て、継電器が作動せずｉこ始動コンデンサを切離さなか
った場合１こモータの始動巻線を保護する。

すなわち、もし始動コンデンサが回路１こ残されている
と、モータの始動巻線は、例えば１０秒間とか非常に短
かい時間１こ焼切れてしまう。

固体スイッチは始動困難問題１こ対してより信頼性のあ
る安全な別の解決法となることがわかった。

１９７３年６月５８１こ発行された米国特許第３７３７
７５２号に述べられているよう１こ、そのようなスイッ
チはドープされたチタン酸バリウムのような正の抵抗温
度係数（ＰＴＣ）を持つ材料でできた複数個の素子を含
むことができる。

この素子は温度が低し）時は小さい抵抗値を有している
が、ある温度よりも高く加熱されると急１こ高い抵抗値
へ変化する。

このＰＴＣスイッチを運転コンデンサと並列１こ接続す
ると、始動時の始動回路の抵抗は小さいため始動巻線の
電流は始動トルクと共１こ増大する。

それ自身を流れる電流で加熱されてＰＴＣ素子の温度は
１秒かその程度の時間で変態点以上の温度１こなり、そ
の抵抗値は非常１こ高い値例えばｓｏ、ｏｏｏオームと
なり、それ自身等価的１こ回路から切離された形となり
圧縮機は正常の固定接続分路コンデンサの運転状態１こ
入る。

このＰＴＣスイッチは圧縮機が運動している間はその高
抵抗状態１こ留まる。

最終的１こ圧縮機が停止するとＰＴＣスイッチは冷えは
じめ数分間内で次の圧縮機始動１こ対して準備できる。

１９７４年２月２６日付で発行された米国特許第３７９
４９４９号に開示されているよう１こ、１個のＰＴＣ素
子を用いることが望ましい応用例は数多くある。

上記特許１こ述ぺられ特許請求の範囲１こ記載された装
置は柔軟性があって１個のＰＴＣ素子を用いても、また
電気的１こ並列あるいは直列１こ接続された２個のＰＴ
Ｃ素子を用いてもよいが、装置の電圧容量が、特１こ１
個のＰＴＣ素子を用いた場合は使用上の制限因子となる
。

例えば、後１こ述べた特許１こ従って製作されたスイッ
チは、その特許の中で示されたような分割位相モータの
始動巻線ｆこ直列１こつないで用いれば有効である。

というのは初期のＰＴＣ両端の電圧は線間電圧よりも低
く、−担正常な運転速度が達成されるとＰＴＣ装置両端
の電圧は本質的１こ線間電圧の２倍よりも低いからであ
る。

しかし固定接続分路コンデンサモータの始動を補助する
の１こ用いられる場合１こは、このスイッチ両端の電圧
ははパ線間電圧から、その２倍の値１こ近くなり、それ
はこのスイッチの電圧容量を越えるであろう。

従って、より進歩した電圧容量を有する固体スイッチを
得ることが本発明の目的である。

本発明の他の１つの目的は、信頼性と共ｆこ電圧容量を
進歩させるよう１こＰＴＣ素子を適応させた固体モータ
始動補助装置を得ることである。

更１こ他の１つの目的は、低価格で作製でき、大量生産
技術１こ向いたスイッチを得ることである。

その他の目的と利点は以下の説明から容易１こ明らかと
なるであろつ。

本発明は、従ってその素子及び素子の絵合せを含んでお
り、部品の構成、取扱い、配置の特徴はすべて以下１こ
述べる構造から明らかであろう。

簡潔１こ述べれば、本発明１こ従って作製される装置は
、ＰＴＣ素子を配置した、２つの同形の絹合せるように
なった容器半片を含んでいる。

ＰＴＣ素子は一般１こは２つの両端面が導電性の被膜を
とりつけた円柱形円板である。

第１の電極はその円板の直径１こ等しいかや５・」スさ
い外径を有する円形板であって円板の１面と物理的１こ
とりつけられており、また第２の電極は一般に同じ外径
の円形板であって円板の他の面と物理的に接触している
。

第１の電極は中心部がくりぬかれているが、第２の電極
の円形板の中心もまた円板上から除去されでおり、円板
面と各電極との間１こ望ましい接触力を得るため１こ容
器半片の壁と接触するように設けられた複数個のバネが
付加的１ことりつけられている。

以下の詳細な説明１こおいて、各図面での対応する要素
１こは共通の参照番号が与えられている。

第１図かられかるよう１こ、始動巻線Ｗと運転巻線ある
いは主巻線Ｗ を有するコンデンサモーりの運転コンデ
ンサＣ１の両端Ｅこ固体始動補助スイッチ１０が結線さ
れている。

始動巻線Ｗ は並列１こ固定的１こ接続されたコンデン
サＣｔとスイッチ１０１こ直列１こつながれている。

リード線ＬＬ、Ｌ２を通してモーフヘミ力を供給すると
、電流は始動巻線Ｗ を通って、運転コンデンサＷ と
ＰＴＣスイッチとの並列回路を流れる。

初期１こはスイッチ１０の抵抗か低いため、電流は始動
巻線へ大量１こ流れ込むことができる。

このサージ電流はモータの始動トルクを増大させ、また
ＰＴＣスイッチ１０を通って流れるためそれを高抵抗動
作モード１こなる温度まで加熱する。

このスイッチングは代表的１こは１秒間程度例えば１６
電気サイクル内で起る。

従ってこのＰＴＣスイッチ１０はモーフの初期慣性を克
服するの１こ十分な時間のみ低抵抗動作モード１こある
。

−担このＰＴＣスイッチ１０がその変態点温度以上まで
加熱されると、その抵抗は急激１こ高抵抗モード例えば
ｓｏ、ｏｏｏオーム１こ増加し、等価的１こそれ自身を
回路の外へ切離してしまう。

第２図から第５図でわかるように、スイッチ１０は、蓋
１２と底１４を含み、蓋と底は同一の形状でお互い１こ
組合せるよう１こなって容器のそれぞれ半片を形成する
。

この容器半片はセラミ、ツクのような済当な電気的絶縁
材料でつくられており、各々１つの側面１こみぞ１６が
、また他の側面１こうね１８が設けられている。

容器半片の底のくほみ２２１こはチャネル２０が形成さ
れていて、その中へ以下で論する各端子を受は入れるよ
う１こなっている。

容器半片の内部１こは空胴が設けられてその中（こはス
イッチング機構が収納される。

容器半片は互１こ、容器半片１２のうね１８を容器半片
１４のみぞ１６１こ合せ、また容器半片１４のうね１８
を容器半片１２のみぞ１６１こ合せること１こよって組
合せられるよう１こなっている。

スイッチング機構は円桂状の円板素子２６を含んでおり
、それは２つの一般１こは平行に延びる面を有しており
、それらの面上１こは各々導電性被膜２８．３０がとり
つけられている。

素子２６は好ましくは、ある変態点温度以下では低０）
電気抵抗を有し、その温度以上では急峻な傾きの正の抵
抗温度係数ＰＴＣを有しているような材料でできている
。

そのような材料の例としては稀土類元素をドープしたチ
タン酸バリウムがある。

任意の導電性被膜２８ 、３０はフレームスプレー メ
ッキ、シルクスクリーン、その他の方法でとりつけられ
る。

第１及び第２の端子部材の電極板３６．３８からそれぞ
れ出た脚３１，３３は各々孔２０１こ受は入れられる。

電極板３８は一般１こ導電性材料でできた円形板であっ
て、円板２６の直径に等しいかわずか１こ小さい外径を
有している。

板３８の中心部分は円板２６から離れるよう１こ引っ込
んでいて、環状表面領域４０が円板２６の被膜３０と物
理的１こ接触している。

この環状表面領域４０の内径は外径のは９３分の２であ
る。

電極板３６は電極板３８のと同じ外径を有しており、ま
たはゾ同じ犬きざの同様の環状表面領域４２を有してい
る。

電極板３６の中心部分は、円板２６の被膜２８と板の中
心部分との間１こすきまを設けるよう１こ引っ込んでい
ると共１こ、複数個のバネ指４４が設けられている。

これらの指は容器半片１２の壁をおしており、円板２６
と電極板３６，３８との間１こ望ましい接触力を与えＣ
いる。

このよう１こ電極板３６は導電性のみでなく良いバネ特
性をも有する材料で作ることが望ましい。

電極板３６．３８は従来の電極とくらべていくつかの特
有の利点を有する。

この電極板の円形構造は従来の電極で発生した導電性被
膜のこすり現象を起さなし）。

すなわち円板の温度が回転中１こ変化すると、従来の電
極は長さ方向に変形してこすり現象を起し、それ１こ伴
なって導電性被膜の劣化を起こしたが、現状電極ではそ
のような形状変化はなく、むしろころがり現象が接触力
を変化させるだけで、こすり現象は付随しない。

外周部でのみ、すなわち電極板３６，３８の環状表面４
０，４２１こよって接触されている部分１こそって円板
２６１こ接触することは、またより好ましい電流分布を
与える。

すなわち電流を流した場合、熱は中心部からよりも周辺
部からの方がより速く１こげてゆくので、円板の内部の
方よりも周辺部の方が熱くなるのにより長い時間か＼る
。

従って周辺部の抵抗が内部よりも小さいので、より大き
い電流が周辺部１こ流れ■２Ｒの加熱が発生する。

更１こスイッチが働いて電流供給が停止すると、円板は
周辺部の方が内部より速く冷えて低抵抗値１こなり、従
って任意の時刻で再励起を行なった場合本発明１こ述ぺ
られたようにとりつけられた電極を有する円板の方がよ
り大きい電流を流すことができる。

それは円板を通った電流は電極表面１こ対してより垂直
１こ近く流れることができるからである。

電極板の中心部を除去したこと１こまって、高抵抗領域
から低抵抗領域へ円板面間でアークが発生するのを減少
させることができる。

そのようなアークは、円板が平担な電極と接触するよう
な構造では、円板と電極の間１こほんの少しのすきまで
もできるような位置合せのくるいがあるときしばしば発
生するものである。

これらの間１こ発生したアークは、低抵抗領域を加熱し
、局所的な高温をつくりだし円板接触部を焼き、しばし
ば円板そのものを破壊するまで保持する。

溶接その他の従来の方法（こよって電極板３６の脚１こ
端子ブレード３１がとりつけられ、また同様Ｅこ電極板
３８１こは端子ブレード３３がとりつけられている。

各端子ブレードはその各々の脚をオーバラップさせて、
対向する容器半片の底壁１こ接すること１こよってスイ
ッチ機構の内部方向への動きを制限するよう１こなって
いる。

脚３１，３３１こ形成されたタブ４６，４８は、スイッ
チ機構端子３２．３４の外方向への動きを制限するため
１こ用いることができる。

もちろんもし好ましければ、端子とブレードを同体１こ
つくることもできる。

その時１こは他のタブを端子の面から出して内部方向へ
の動きを制限することができる。

容器半片１２，１４は第２図１こ示されたグリップ５０
のような任意の従来の方法で互１こ固定される。

もし円板２６と容器半片の間の熱の伝達を増加させるこ
とが望ましければ、スイッチ機構と容器半片との間１こ
シリコングリースのような熱的１こは導通があり電気的
１こは絶縁性のあるグリースをつめてもよい。

注意すべきことは、選んだグＩＪ−スが円板２６のＰＴ
Ｃ特性に有害な影響を与えないということである。

そのようなグリースを用いると電源を切った後スイッチ
がリセットする（伶えてしまう）まで］こ必要な時間は
減少する。

このよう１こ、上述の説明から、本発明のいくつかの列
挙した目的は実現されることがわかるであろう。

本発明はそれの特定の実施例に関して説明されたが、当
業者ｉこは数多くの変形、修正が可能であることが明ら
かであろう。

従って本発明の特許請求の範囲はそれら変形、修正すべ
てを含むよう１こ、当業者１ことってできるかぎり広く
解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明１こ従って作製された固体スイッチの
代表的な用途を示す電気回路図である。 第２図は、本発明１こ従って作製された固体スイッチの
平面図である。 第３図は、１つの容器半片とそこ１ことりつけられた電
極／端子の平面図である。 第４図は、他の容器半片とそこ（ことりつけられた電極
／端子の平面図である。 第５図は、第２図の５−５の計分で切った断面図である
。 参照番号、１０・・・・・・スイッチ、１２・・・・・
・容器半片、１４・・・・・・容器半片、１６・・・・
・・みぞ、１８・・・・・・うね、２０・・・・・・孔
、２２・・・・・・くぼみ、２４・・・・・・空胴、２
６・・・・・・円板素子、２８・・・・・・導電性被膜
、３０・・・・・・導電性被膜、３１・・・・・・脚、
３２・・・・・・スイッチ機構端子、３３・・・・・・
脚、３４・・・・・・スイッチ機構端子、３６・・・・
・・電極板、３８・・・・・・電極板、４０・・・・・
・環状表面領域、４２・・・・・・環状表面領域、４４
バネ指、４６・・・・・・タブ、４８・・・・・・タブ
、５０・・・・・・クリップ、８０・・・・・・脚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気絶縁性の容器と； 前記容器中に収納された、２つの対向する第１および第
   ２の面をもった円板状の半導電性の固体素子および前記
   第１、第２の面上りこそれぞれ形成された導電性被膜と
   ； 前記第１、第２の面１こそれぞれ電気的ｆこ導通される
   第１および第２の端子部材であって、各端子部材は環状
   接触部分をもった電極板を含み、該環状部分の外径は前
   記半導体素子の面の径よりも大きくはなく、かつ前記第
   １の端子部材の環状接触部分は前記第１の面と整合して
   電気的に導通し、前記第２の端子部材の環状接触部分は
   前記第２の面と整合して電気的ｆこ導通ずるよう設けら
   れ、かつ前記第１、第２の端子部材の少くとも一方の電
   極板１こは複数の指状のばね部分が一体に形成され、該
   ばね部分は前記容器の壁１こ対向して前記端子部材の前
   記環状部分を前記導電性被膜の面１こ接触させるばね力
   を与えるよう１こなっている前記第１および第２の端子
   部材と； を備えた固体電気スイッチ。