JPS6157643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱感応性電気スイツチに関し、更に詳
細には弾性ダイヤフラムに作用してスイツチ動作
を行なわせる熱により膨張可能な材料を有するパ
ワー要素を含む熱感応性電気スイツチに関する。

従来技術及び解決されるべき問題点 比較的高い電流配送があるシステムであつて熱
変化に応答し電路開閉電気機能を正確に制御する
ことが必要とされるシステムでは、通常バイメタ
ル要素を用いてスイツチングを行なうことが実施
されている。しかし、このようなスイツチではい
くつかの実施例において必要とされるものよりも
実質的に大きいヒステレシスまたはリセツト温度
差を有している。

例えば、一般的な車輛システムにおいては、サ
ーモスタツトは105℃で開くように設定されてお
り、そのため冷媒温度がこのレベルをある所要量
だけ超える時にのみフアンが付勢されるのが望ま
しい。この状態は例えば車輛が静止している時に
行なわれる。フアンは冷媒温度がこの値より下が
つた時にはフアンの消費電力を最小にし、また車
輛が動いている時には燃料消費を低減するように
オフとされるべきである。バイメタル・スイツチ
は使用時に約５〜10℃の最小リセツト温度差を有
し、もし110℃の冷媒温度でオンするように設定
された場合には、このバイメタルスイツチは冷媒
温度が最適エンジン性能のために必要とされる温
度以下である約100℃となるまではオフしない。
従つて燃料消費の無駄があるばかりでなくエンジ
ン性能も冷媒温度が再び所望レベルに達するまで
時間的におくれるため影響をうける。更に、その
場合スイツチ・リセツト温度差とサーモスタツト
の作動温度範囲とは重なり合うことがあるので、
フアンは不確安定状態でオン状態となりその結果
燃料消費要求が生じることがある。なぜならその
場合には、サーモスタツトはいつ、もつと開くべ
きか、冷媒温度を低下せしめるべきかを独立的に
は検知できず、その代わりにフアン作動に関連す
るリセツト差特性に依存するからである。他方、
スイツチ・オンにする温度を上昇させてサーモス
タツトの作動温度範囲とのこのような重なり合い
をなくすと、フアンの作動はエンジン冷却要求に
応じる際実質的に遅れてしまう。

スイツチを作動するのに熱により膨張可能な材
料および弾性ダイヤフラムを用いると、バイメタ
ル・スイツチにおける温度リセツトまたはヒステ
レシスの量を減少させることができることは知ら
れている。しかし、そのような単なる公知の組合
せでは、典型的には複雑なダイヤフラム及び／又
はスイツチ要素の設計を必要とし又融通性を高く
することができない。

問題解決の手段と本発明の作用 熱感応性電気スイツチであつて、固定接点要素
と；前記固定接点要素に対して可動で、前記スイ
ツチを開閉する可動接点と；所定の値からの温度
変化に応じ弾性ダイアフラム上に作用する熱によ
り膨張可能な材料を含むパワー要素と；前記可動
接点と、前記弾性ダイアフラムとの間に接続さ
れ、前記弾性ダイアフラムに係合する凸状の表面
を有する力伝達装置とを含み、前記所定の値から
の温度変化により生じる前記弾性ダイアフラムの
移動が、前記力伝達装置を介して、前記固定接点
要素と前記可動接点との間の相対運動をひきおこ
す熱感応性電気スイツチにおいて、前記弾性ダイ
アフラムが平坦でかつ一定の厚さを有し、前記可
動接点が前記力伝達装置に係合するように本来的
に押しつけられたスプリング部材であり、前記固
定接点要素と前記可動接点との間の相対運動が前
記可動接点のたわみをひきおこし、前記凸状の表
が前記熱により膨張可能な材料により前記弾性ダ
イアフラムに作用したとき、前記弾性ダイアフラ
ムが前記凸状の表面あたりで伸びるようになつて
いることを特徴とする熱感応性電気スイツチによ
り前述の問題を解消するものである。

このような力伝達装置によりスイツチの電気的
要素と同様に製造および組立てが容易な、厚さの
均等な弾性ダイヤフラムを使用できることとな
る。このスイツチはハウジングを有しそれには熱
により膨張可能な材料を収容したパワー要素がダ
イヤフラムを介して接続され且つその中に固定電
気接点、アースに接続可能な接点および導電性ス
イツチばね部材を装着することが好ましい。車輛
システムで使用するため、ばね部材は固定接点と
非接触状態に本来的に保持されており且つ撓んで
固定接点と接触しそれをアース接点に接続させて
フアン・モータ回路を閉成するようになつてい
る。しかし、別の例において、これらの条件は逆
にすることも可能である。力伝達装置もスイツ
チ・ハウジング内に装着されており、この特別の
スイツチの適用例では弾性ダイヤフラムから力を
伝達してスイツチばね要素をアース接点に対して
保持すると共に熱により膨張可能な材料はスイツ
チの設定温度となる所望のスイツチのオン温度に
向つて膨張するにつれてスイツチばね部材をオフ
状態からオン状態へと撓ませるように作用する。
一実施例においては、力伝達装置はダイヤフラム
と係合するボールと、このボールとスイツチばね
部材との間にあつて後者のスナツプ作用を行なわ
せ、その結果約５℃以下の低いリセツト温度差を
得るための圧縮コイルばねとを含む。更に、この
圧縮コイルばねはスイツチのオン状態において更
に撓屈して予期される最高超過温度状態に順応す
ることができ、しかもこのような極端な温度上昇
時にスイツチばね部材の底に突き当つて該スイツ
チ部材を固定接点におしつけすぎることがない。
他の実施例においては、力伝達装置はたわまない
部材を含みこのたわまない部材は３℃より少ない
更に低いリセツト温度差が得られるようにスナツ
プ作用なしに、スイツチばね部材をオン状態へと
撓ませる。これは弾性ダイヤフラムと係合するこ
のたわまない部材の端部に形成された凸面のまわ
りにダイヤフラムが伸びることを許すことによつ
てスイツチのオン温度を超過した場合でも熱によ
る膨張可能な材料が実質的な温度上昇になお順応
しすることが可能となる。

実施例及び効果 以下図面に従つて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明に従うスイツチ１０を示しこの
スイツチ１０は車輛のエンジン１８用の放熱器１
６を介して空気を引くためのフアン１４を駆動す
る電動モータ１２を制御するための車輛エンジン
冷却システムに用いられる。不図示のポンプによ
りエンジン１８内を循環している冷媒はエンジン
１８を介して元にバイパスされるかあるいはサー
モスタツト２２の制御の下にホース２０を介して
放熱器１６へ導かれる。放熱器１６で冷却された
後この冷媒は別のホース２４によりエンジン１８
へと戻される。サーモスタツト２２はエンジン１
８上の冷媒出口に装着されており、エンジン１８
の出口における冷媒温度がある所望の温度例えば
105℃に達したときに開くように設定されている
公知型式のものである。その後冷媒温度が上昇す
るならば、フアン１４をオンにして放熱器１６に
おいて冷却させることが望ましいが、冷媒温度が
105℃より下に低下したらフアン１４をオフにし
てその電力消費をやめそれにより燃料消費を最小
に抑えるようにすることが望ましい。更に、スイ
ツチ１０のリセツト温度は冷媒サーモスタツト２
２の開放温度設定よりも下がりすぎたりあるいは
それと重なり合つてはいけない。そうしないと、
冷媒サーモスタツト２２がその時閉じ始め冷媒温
度を上昇させ、フアン１４による冷却効果が実際
には必要とされないときでも、フアン１４スイツ
チをオン状態に保つこととなる。

例えば、フアン１４の作動は車輛が停止してい
るときにはエンジン１８を冷却するために必要と
されるにすぎないが、フアンのスイツチ１０温度
とサーモスタツト温度とが重なり合つているため
車輛が停止しているときも又車輛が動いていて放
熱器１６を介して充分な空気を強制しているとき
でもフアン１４の作動がオン状態に保たれる。

第２図および第３図はスイツチ１０の一実施例
を示し、このスイツチ１０は５℃を超えないリセ
ツト温度差またはヒステレシスをもつていてフア
ンをオンにすることができるスイツチ１０で110
℃において即ちサーモスタツト２２の開放温度設
定よりも僅か５℃だけ上においてフアンをオンに
し、冷媒温度がサーモスタツトが閉じて冷媒循環
を止める温度範囲内へと低下する前の105℃にお
いてフアンをオフにするように設定されうるスイ
ツチ１０である。このスイツチ１０はエンジン１
８上に直接装着されており、該スイツチ１０は雄
管用ねじ３２を有する六角形金具３０を含みこの
雄管用ねじ３２は冷媒がサーモスタツト２２に到
達する個所で冷媒３３に対して開いているエンジ
ンのブロツク２６内のねじ付開口と係合する。六
角形金具３０はそれを貫通して延びる中心孔４を
有し、この中心孔３４は冷媒に対して露出した六
角形金具の端部環状３７における端ぐり３６と接
する。第２図および第４図に示すごとく、均等な
厚さを有し弾性材料で作られた通常平坦な円形ダ
イヤフラム３８の周囲部分は端ぐり６の半径方向
に伸びる肩部４０と、冷媒３３の通路内に位置す
る剛性カツプ４４の半径方向外方に延びるフラン
ジ４２との間にクランプされている。剛性カツプ
４４には円形ダイヤフラム３８により閉じこめら
れたワツクス等の熱により膨張可能な材料４６が
充填されている。剛性カツプ４４は六角形金具３
０に永久的に接合されており、円形ダイヤフラム
は六角形金具３０の環状端部３７をカツプ・フラ
ンジ４２上に締付けることにより両者間にクラン
プされている。従つてワツクスは剛性カツプ４４
内に密封されてスイツチを作動るためのパワー要
素を形成する一方、冷媒３３は六角形金具３０の
中心孔３４からシールされている。

中心孔３４内に滑り嵌めしているボール５８は
両側において円形ダイヤフルム３８の中心と同軸
上に中心孔３４内に装着されているが、それから
実質的に側部にクリアランスを有する圧縮コイル
ばね５２の一端に係合している。圧縮コイルばね
５２の反対端部はばね鋼等の弾性材料で作られた
下向き皿状の円形導電性スイツチばね要素５４の
下面５４Ａと係合している。スイツチばね要素５
４は端ぐり６に隣接する端とは反対側の中心孔４
の端部における端ぐり５６において六角形金具３
０内に装着されている。六角形金具３０はまた端
ぐり５６に隣接する直径のより大きな端ぐり５９
を有し、この大きな方の端ぐり５９内には六角形
金具とのアース接続を与えるリング形の導電性接
点要素６０が緩く嵌合せしめられており、これら
の端ぐり間で半径方向に伸びる肩部６２に当接し
ている。接点要素６０の内側半径はスイツチばね
要素５４の周の半径方向内方に延びており、それ
との小さな軸方向のクリアランス６４を有するこ
とにより、スイツチばね要素は六角形金具内に収
納されている。非導電材料の成型キヤツプ６６は
より大きな端ぐり５９内に密嵌した肩部６７を有
し、六角形金具の上側環状端６８はキヤツプ肩部
６７の周囲部分上に締付けられて成形キヤツプ６
６を六角形金具３０に固着せしめると共により大
きな端ぐり５９と接点要素６０との間の弾性リン
グ６９を圧縮してこの端部における六角形金具の
内側をシールすると共に接点要素６０を定位置に
しつかりと保持する。成形キヤツプ６６には更に
他の固定電気的接点要素７０がそれと一体に定位
置に成型されることによつて固定されており、こ
の接点要素７０は第２図に示すごとくスイツチば
ね要素５４の上面５４Ｂの中心部と対向し且つそ
れと係合しうるように成形キヤツプの内面７２か
ら延びている。固定接点要素７０には一体的なソ
ケツト端子７４が形成され、これは成形キヤツプ
６６上に形成された中央カラー７５内を延びてお
り、電池８２により給電されるフアン・モータ回
路内のリレー８０に絶縁ワイヤ７８により接続さ
れたプラグ７６をうけいれる。

スイツチ１０の通常開放状態においては、第２
図に示したごとく、熱により膨張可能な材料４６
は収縮状態にあり圧縮コイルばね５２上にはなん
らの予負荷も与えないので円形ダイヤフラム３８
は比較的に平坦を保ち、スイツチばね要素５４は
その皿形状を本来的に保持しその周縁は接点要素
６０と中心孔３４および端ぐり５６に接合する勾
配を有する肩部８３との間に緩く保持された状態
におかれる。この状態では、スイツチばね要素５
４の下面５４Ａは圧縮コイルばね５２により係合
されるが、その上面５４Ｂはその中心において固
定接点要素７０から、かなりの距離だけ離隔して
いることにより、フアン・モータ回路を開放状態
にする。熱により膨張可能な材料４６が冷媒温度
の上昇に応じて膨張すると、ボール５８および圧
縮コイルばね５２よりなる力伝達手段は円形ダイ
ヤフラム３８から力を伝達してスイツチばね要素
５４の上面５４Ｂの周囲部分を接点要素６０に対
して積極的におしつけ、それによりそれを六角形
金具３０およびエンジン・ブロツク２６を介して
アース接続させる。更にまた、力伝達手段はスイ
ツチばね要素５４の中央にその皿形形状により生
じる力に対抗して作用しその上面５４Ｂを固定接
点要素７０と係合するように押圧する。スイツチ
１０は所望のスイツチ・オン温度―この場合110
℃―において、伝達される力がスイツチばね要素
５４を第３図に示すごとく固定接点要素７０に係
合させるのに充分となるように設定されている
が、その際その上面５４Ｂは凸面を有しているの
に対し圧縮コイルばね５２により係合される下面
５４Ａは凹面を有している。従つて固定接点要素
７０はエンジン・ブロツク２６においてスイツチ
ばね要素５４、接点要素６０および六角形金具３
０を介してアースに接続され、スイツチばね要素
を接点要素６０に対しておしつけることはアース
を確実にしフアン・モータ回路を閉じてリレー８
０を付勢しフアン・モータをオン状態にする。熱
により膨張可能な材料４６はフアンがオンしてい
ても冷媒温度が上昇しつづけるために更に膨張す
るが、このような温度上昇によりスイツチが破壊
されることを防止することができる。これはボー
ル５８を凸面とすることにより円形ダイヤフラム
が中心孔３４内でそのまわりに伸びることができ
るからであり、且つ圧縮コイルばね５２を予期さ
れる最高の温度上昇においても収縮可能な状態と
なるように、予期される最高の温度上昇でも突き
当らないように選定しておくからである。

スイツチ１０が第３図に示すごとくオンまたは
閉成状態にあり、温度がスイツチのオン温度より
下がりはじめると、熱により膨張可能な材料４６
は収縮するので、ボール５８および圧縮コイルば
ね５２に対する、すなわち、スイツチばね要素５
４に対する円形ダイヤフラム３８の力が減少する
ことになり、最後にはスイツチばね要素５４はそ
の皿形の形状にともなう本来的な力により最初の
下向き皿形状態になりスイツチ１０がリセツトさ
れ接点要素６０と接点要素７０との間の電気的接
続を断ちスイツチを第２図に示すごとくそのオフ
状態へと復帰させることとなる。熱による膨張可
能な材料４６の膨張率、圧縮コイルばね５２のば
ね率および／またはスイツチばね要素５４のばね
力を選定ることによりリセツト温度差を制御、特
に下降させることが可能となる。

例えば、リセツト温度差を低くするにはだんだ
ん高くなる膨張率がだんだん高くなるような熱に
よる膨張可能な材料をえらべばくこのような該材
料は市販されている。そしてこのようなものを用
いることにより第２図および第３図におけるスイ
ツチ１０の実施例では５℃またはそれ以下のリセ
ツト温度差でもつて容易に作動することができ
る。他方、圧縮コイルばね５２はスイツチばね要
素５４をその閉成状態へとスナツプするに要する
力を得るために、使用されている熱による膨張可
能な材料４６からの膨張力を小さくすなわち温度
変化を小さくするためにより高いばね率をもたせ
ることができる。逆に、より低いばね率にすると
は電気的接続のリセツトおよび切換を十分に行な
わせ、スイツチばね要素に作用するばね力を小さ
くするためにはより大きな温度変化を必要とす
る。またこのスイツチばね要素５４はより高いス
ナツプ力を要するばねスイツチ要素よりも低いス
ナツプ力たとえばより少ない温度変化をするよう
に選択されてもよい。なぜならスイツチをオンす
るには圧縮コイルばね５２をほんのすこし圧縮す
るだけですむからである。リセツト温度の制御に
対するこの方法により、図示の放熱器フアン・モ
ータを適用した第２図〜第３図に示す実施例では
110℃でフアン１４をオンにし、またサーモスタ
ツト２２の作動と重なり合うことなく且つ必要な
ときにフアンの作動を実質的に遅らせることなく
フアンをオフにするように容易に設定できる。

第５図および第６図に示したスイツチ１０では
更に低い値のリセツト差、例えば、３℃より低い
リセツト温度差を与えることが可能である。これ
は第５図および第６図に示したごとく力伝達手段
の単純な変更により達成される。なお第５図およ
び第６図において、第２図、第３図および第４図
の実施例における部分に対応する部分は同一数字
で表わし変更した機構は新しい数字を付してあ
る。第５図および第６図において、力伝達手段は
単にダイヤフラム３８とスイツチばね要素５４と
の間で六角形金具３０内の中心孔４に滑り嵌めし
ている剛性部材９０である。この剛性部材９０は
一端にには円形ダイヤフラム３８の中心と係合す
る丸い頭９２が設けられ、他端にはスイツチばね
要素５４の中心と係合する丸い頭９４が設えられ
たダンベル形状を有する。この実施例においても
スイツチ１０が第５図に示したごとく開放または
オフ状態にあるときには、力伝達装置上、即ち剛
性部材９０上には予負荷はなく、スイツチばね要
素５４は第２図実施例におけると同じ状態にあ
る。熱による膨張可能な材料４６が膨張すると、
剛性部材９０は円形ダイヤフラム３８によりスイ
ツチばね要素５４に直接作用し、スイツチばね要
素５４を固定接点要素７０に係合させるようにし
それを接点要素６０に対しておしつける。しか
し、圧縮コイルばねを使用しない本実施例では、
スイツチ・オンおよびスイツチ・オフに要する膨
張および収縮の量は減少しリセツト差に直接関連
している。第５図および第６図におけるスイツチ
ばね要素５４は、固定接点７０との係合状態にお
いてスナツプするようなものである必要はなく、
３℃よりも小さな温度差で容易にリセツトするこ
とができるのでフアンは107℃においててまたは
サーモスタツトの開放設定温度より僅かに３℃だ
け上においてオンにされ、次いで105℃において
オフしてサーモスタツトとの重なり合いを防止す
ることができると共に、必要時にフアンを再始動
するに当つて時間遅延はより少なくなるものであ
る。更に、剛性部材９０の凸面９２はスイツチば
ね要素５４が固定接点要素７０に当接し剛性部材
９０がそれにより更に動くことを停止せしめられ
るスイツチのオンまたは設定温度を超える温度上
昇時に円形ダイヤフラム３８が第６図に示したご
とくそのまわりに巻きついて熱による膨張可能な
材料４６の更なる膨張を吸収する。

両実施例とも温度上昇に伴つてスイツチのオン
または閉成し温度低下によりオフまたは開放状態
にリセツトするものとして開示してきたが、いず
れの場合においても固定接点は他の適用例に使用
すべく逆の作動が得られるように、即ち、温度低
下によりスイツチのオンまたは閉成し温度上昇に
よりオフまたは開放状態にリセツトするようにス
イツチばね要素に対して再配置しうることは当業
者に理解されるであろう。

例えば、固定接点要素７０は熱により膨張可能
な材料４６が収縮するときにはスイツチばね要素
５４の下面により係合され、熱より膨張可能な材
料４６が膨張するときにはスイツチばね要素５４
から離脱するように、スイツチばね要素５４内の
中心開口を貫通して延び、そしてこの中心開口よ
りも直径の大きい頭部をもつて終端する心棒を有
してもよい。この場合では、第５図および第６図
の実施例における剛性部材９０の丸い上端を前記
頭部のまわりにクリアランスをもつてばね要素５
４の下面と係合する形状に変える必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる熱感応性スイツチによ
り作動される電動フアンを有する車輛エンジン冷
却系の概略図、第２図はスイツチの一実施例の開
成状態における拡大垂直断面図、第３図は第２図
と同様だがスイツチを閉成状態において示す図、
第４は第２図の４―４線上における断面図、第５
図はスイツチの他の実施例の閉成状態における拡
大垂直断面図、第６図は第５図と同様だがスイツ
チを閉成状態において示す図である。 主要部分の符号の説明、熱感応性電気スイツチ
……１０、弾性ダイヤフラム……３８、熱により
膨張可能な材料……４６、力伝達装置……５２，
５８，９０、可動接点（ばね部材）……５４、固
定接点……７０、凸面……５８，９２。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱感応性電気スイツチであつて、 固定接点要素７０と； 前記固定接点要素に対して可動で、前記スイツ
   チを開閉する可動接点５４と； 所定の値からの温度変化に応じ弾性ダイアフラ
   ム３８上に作用する熱より膨張可能な材料４６を
   含むパワー要素と； 前記可動接点と前記弾性ダイアフラムとの間に
   接続され、前記弾性ダイアフラムに係合する凸状
   の表面５８，９２を有する力伝達装置５２，５
   ８，９０とを含み、 前記所定の値からの温度変化により生じる前記
   弾性ダイアフラムの移動が、前記力伝達装置を介
   して、前記固定接点要素と前記可動接点との間の
   相対運動をひきおこす熱感応性電気スイツチにお
   いて、 前記弾性ダイアフラム３８が平担でかつ一定の
   厚さを有し、前記可動接点が前記力伝達装置５
   ２，５８，９０に係合するように本来的に押しつ
   けられたスプリング部材５４であり、前記固定接
   点要素と前記可動接点との間の相対運動が前記可
   動接点のたわみをひきおこし、前記凸状の表面５
   ８，９２が前記熱により膨張可能な材料４６によ
   り前記弾性ダイアフラムに作用したとき、前記弾
   性ダイアフラム５８，５９が前記凸状の表面あた
   りで伸びるようになつていることを特徴とする熱
   感応性電気スイツチ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の熱感応性電気ス
   イツチにおいて、 前記可動接点５４がデイスク形であり、前記可
   動接点の周辺から離間しているが前記可動接点の
   まわりにおいて環状の接点要素６０が位置してお
   り、前記熱により膨張可能な材料４６の膨張に応
   じた前記可動接点の移動により前記可動接点がそ
   の周辺で前記環状の接点要素に係合し、前記環状
   の接点要素の接点要素の中央部を通つて前記可動
   接点がたわませられることを特徴とする熱感応性
   電気スイツチ。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の熱
   感応性電気スイツチにおいて、 前記可動接点５４が前記固定接点要素７０に接
   触しないように押しつけられていることを特徴と
   する熱感応性電気スイツチ。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項、又は第３項
   に記載の熱感応性電気スイツチにおいて、 前記力伝達装置がたがいに直列に配置された圧
   縮コイルスプリング５２とたわまない部材５８と
   を含み、前記たわまない材料がその上に前記凸状
   の表面を有していることを特徴とする熱感応性電
   気スイツチ。 ５ 特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
   載の熱感応性電気スイツチにおいて、 前記力伝達装置が凸状の表面をその上に有する
   たわまない部材９０を含んでいることを特徴とす
   る熱感応性電気スイツチ。