JP2004031274A

JP2004031274A - 感温スイッチ

Info

Publication number: JP2004031274A
Application number: JP2002189629A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ota; 太田　智浩; Katsuhiro Hirata; 平田　勝弘
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP4123842B2

Abstract

【課題】感温駆動部材の動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを提供する。
【解決手段】第１の導体４と、第２の導体５と、発熱体６の熱を一方から他方へ伝える熱伝達部材２と、この熱伝達部材２により伝えられた発熱体６の熱に応じて第１の導体４と第２の導体５を接離するように駆動する感温駆動部材３とを有する感温スイッチにおいて、前記熱伝達部材２は、所定の形状で周囲の媒質と接して熱を放散する放熱部２ｂａを有することを特徴としている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度を検知して動作する感温スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感温スイッチは、発熱体の温度を検知し、その温度に応じてスイッチをオンまたはオフにするものである。この感温スイッチには、感温磁性体と永久磁石を組み合わせた感温アクチュエータを感温駆動部材とするものや、形状記憶合金を感温駆動部材とするものなどがある。
【０００３】
感温磁性体と永久磁石を組み合わせた感温アクチュエータを感温駆動部材とするものは、一般に複雑な構造となるものの、小型化が可能で感温精度や応答性に優れている。また、形状記憶合金を感温駆動部材とするものは、簡単な構造で小型化が可能であり、特開昭５７−１４７８３９や、特開昭６１−１７５４２２には、その構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感温磁性体と永久磁石を組み合わせた感温アクチュエータを感温駆動部材とする感温スイッチにあっては、その動作温度は、感温磁性体の材料特性により定まる。そのため、このものは、動作温度を高くするなどの設計変更を行うときには、感温磁性体の調合比率の変更を行う必要がある。
【０００５】
また、形状記憶合金を感温駆動部材にする感温スイッチにあっては、その動作温度は、形状記憶合金の動作温度により定まり、一般に１５０℃程度である。したがって、特開昭５７−１４７８３９に開示された、発熱体から直接的に形状記憶合金に熱を加える構成では、形状記憶合金の動作温度よりも高い温度（例えば３００℃程度）で動作するようにすることは困難である。
【０００６】
また、特開昭６１−１７５４２２に開示された構成は、発熱体と形状記憶合金の間に熱抵抗部材を設けるので、所定の時間、発熱体と形状記憶合金の間に温度差を生じさせて、時間遅れスイッチを構成することができる。しかしながら、このものは、その温度差を一定に保つものではなく、形状記憶合金の動作温度よりも高い温度でスイッチ動作をするものではなかった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、感温駆動部材の動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、第１の導体と、第２の導体と、発熱体の熱を一方から他方へ伝える熱伝達部材と、この熱伝達部材により伝えられた発熱体の熱に応じて第１の導体と第２の導体を接離するように駆動する感温駆動部材とを有する感温スイッチにおいて、前記熱伝達部材は、所定の形状で周囲の媒質と接して熱を放散する放熱部を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の感温スイッチにおいて、前記所定の形状は、感温スイッチが動作する温度の発熱体が接触したときに、前記感温駆動部材が自己の動作する温度となるように定めることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の感温スイッチにおいて、前記所定の形状は、断面を櫛状とすることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３記載の感温スイッチにおいて、前記感温駆動部材は、形状記憶合金で形成することを特徴している。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３記載の感温スイッチにおいて、前記感温駆動部材は、感温磁性体を有して形成することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。この感温スイッチはケース１と、熱伝達部材２と、感温駆動部材３と、第１の導体４と、第２の導体５により構成されている。
【００１４】
ケース１は、上部ケース１ａと、接続ケース１ｂと、下部ケース１ｃをねじ止め（図示せず）することにより、中空部１ｄを有する直方体状に形成されている。上部ケース１ａは、耐熱樹脂で直方体状に形成され、その下面に、対向する二辺間で同一直線上に略平行に、他の対向する二辺と一辺を共有する第１の導体４を嵌合する２つの長方形の溝が設けられている。
【００１５】
接続ケース１ｂは、耐熱樹脂で直方体状に形成され、その中央部分に中空部１ｄを形成する第２の導体５よりも各辺がわずかに大きい長方形の貫通孔を有している。このとき、接続ケース１ｂの辺とこの貫通孔の辺の間隔は、上部ケース１ａの下面に設けられた第１の導体４を嵌合する溝の上部ケース１ａと一辺を共有しない辺の長さよりも短くなっている。また、この貫通孔の内面の下部ケース１ｃ側には、上面を同じ高さにして直方体状に突出する導体止め１ｅがそれぞれ設けられている。
【００１６】
下部ケース１ｃは、耐熱樹脂で中空部１ｄを形成する凹部を有する直方体状に形成され、その底面の中央部には熱伝達部材２の被加熱部２ａを圧入して固定する長方形の貫通孔が設けられている。また、下部ケース１ｃの側面には、中空部１ｄとケース１の外部とを連通する通気口１ｆを有している。
【００１７】
第１の導体４は、銅材で長方形の板状に形成され、上部ケース１ａの２つの溝部にそれぞれ嵌合して設けられる。これらのものは、上部ケース１ａに設けられた溝部よりも一辺が長く、溝部に嵌合するとケース１外部に一端が露出する。
【００１８】
第２の導体５は、銅材で長方形の板状に形成され、接続ケース１ｂの内面をガイドとして第１の導体４に対して接離する方向に動作できるように設けられている。このものは、その動作方向から見て、第１の導体４と重なる部分の上面に略半球上の接点５ａを有している。
【００１９】
熱伝達部材２は、被加熱部２ａと、熱伝達部２ｂと、接続部２ｃとをそれぞれねじ止め（図示せず）することにより形成される。被加熱部２ａは、銅材で直方体状に形成され、熱伝達部２ｂと接続し、下部ケース１ｃに設けられた貫通孔に圧入し、固定される。そして、このものは、発熱体６と接触することにより加熱される。
【００２０】
熱伝達部２ｂは、銅材で直方体状に形成され、被加熱部２ａと接続部２ｃとに隙間なく接続している。この熱伝達部２ｂは、接続部２ｃ側の端部を切削して断面を櫛状にした放熱部２ｂａを有している。この放熱部２ｂａは、断面を櫛状に形成することにより、中空部１ｄの空気に接する面積を大きくすることにより、単位時間あたりの放熱量を増加させている。接続部２ｃは、銅で長方形の板状に形成され、感温駆動部３を付設し、発熱体６の熱が感温駆動部材３に伝導するようにしている。
【００２１】
こうすることにより、被加熱部２ａは、発熱体６により加熱されると、その熱を熱伝達部２ｂに伝導し、熱伝達部２ｂは、発熱体６の熱を接続部２ｃに伝導する。しかし、この熱の伝達経路に放熱部２ｂａを有しているので、熱が中空部１ｄに放散され、熱伝達部材２の温度分布は、接続部２ｃに近づくにつれて温度が低くなる。よって、接続部２ｃの温度は、被加熱部２ａの温度よりも低く保たれる。
【００２２】
この放熱部２ｂａの形状は、被加熱部２ａに感温スイッチを動作させる温度の発熱体６が接触したときに、接続部２ｃの温度が感温駆動部材３の動作温度となるように、コンピュータシミュレーションを行うことにより、周囲の媒質と接触する面積や、発熱体６からの距離、材質の熱伝導率などのパラメータを設定する。
【００２３】
感温駆動部材３は、長方形の薄板状の形状記憶合金を用い、低温のときに断面が上に凸の曲線状になるよう形状を記憶させたのちに、下に凸の曲線状になるよう形成され、接続部２ｃに付設される。このものは、第２の導体５を支持し、弾性力により、その接点部５ａと第１の導体４を接点圧を有して接触させる。そして、このものは、接続部２ｃに伝導した発熱体６の熱により加熱され、記憶した形状に復元する動作温度になると、断面が上に凸の曲線状に変形する。
【００２４】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。この感温スイッチは、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも低く、被加熱部２ａと同じ温度であるとき、発熱体６と熱伝達部材２との間に熱の出入りは生じない。そのため、感温駆動部材３はその動作温度よりも低い温度で保たれるので、第２の導体５は第１の導体４と接触した状態で支持され、第１の導体４の両端は導通する。
【００２５】
一方、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも高くなると、発熱体６から熱伝達部材２を介して感温駆動部材３に熱が伝導する。このとき、熱の伝達経路に放熱部２ｂａが存在するので、中空部１ｄに熱が放散され、感温駆動部材３の温度は、被加熱部２ａよりも低く保たれる。この放熱部２ｂａは、被加熱部２ａの温度が感温スイッチの動作温度のときに、接続部２ｃの温度が感温駆動部材３の動作温度となるように形状が定められているので、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも高くなると、接続部２ｃは感温駆動部材３の動作温度よりも高くなる。すると、感温駆動部材３は、図２のように断面が上に凸の曲線状に変形し、第２の導体５は重力により第１の導体４から離れて、導体止め１ｅに当接するまで下方に移動し、第１の導体４の両端間は導通しなくなる。こののち、発熱体６の温度を低くしても感温駆動部材３は元の形状には戻らないので自己復帰しない。
【００２６】
このように、第１の実施形態においては、発熱体６と形状記憶合金で形成された感温駆動部材３の間に放熱部２ｂａを有する熱伝達部材２を設けたので、形状記憶合金の動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを構成することができる。
【００２７】
なお、第１の実施形態の感温スイッチは、発熱体６により動作温度よりも高くなったときに第１の導体４と第２の導体５が離れて導通しなくなる構成となっているが、第２の導体５と感温駆動部材３の位置関係を変更することによりその逆の動作をする構成にすることもできる。
【００２８】
また、第１の実施形態の感温スイッチは、形状記憶合金が１つの形状のみを記憶する自己復帰しない構成を示したが、形状記憶合金に高温のときと低温のときの２種類の形状を記憶させることにより、自己復帰する構成にすることもできる。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と、導体止め１ｅを取り除いたことと、感温駆動部材３の構成とが異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００３０】
感温駆動部材３は、感温磁性体３ａと、永久磁石３ｂと、磁性体３ｃによって形成されている。感温磁性体３ａは、感温磁性材料で長方形の板状に形成され、接続部２ｃに付設されている。このものは、熱伝達部材２により接続部２ｃに伝達された発熱体６の熱により加熱される。感温磁性材料は、鉄、ニッケル、コバルトを調合して作成され、電磁軟鉄などの一般の強磁性体と比較して、磁性を失う温度であるキュリー温度を低く設定したものである。感温磁性材料のキュリー温度は、鉄の調合比率を変化することにより設定することができ、電磁軟鉄のキュリー温度が９００℃程度であるのに対し、感温磁性材料では例えば２００℃程度に設定することができる。また、磁性体３ｃは、長方形の板状に形成された電磁軟鉄であり、上部ケース１ａの下面中央に設けられた溝に嵌合されている。
【００３１】
永久磁石３ｂは、長方形の板状に形成された希土類磁石であり、第２の導体５に付設され、第２の導体５とともに接続ケース１ｂをガイドにして移動する。このものは、感温磁性体３ａが所定の磁性よりも大きな磁性を有しているときには感温磁性体３ａに吸着して第２の導体５が第１の導体４から離れた状態で保持し、感温磁性体３ａが所定の磁性よりも大きな磁性を有していないときには磁性体３ｃに吸着し、第２の導体５が第１の導体４に接触した状態で保持する。ここで、所定の磁性とは、永久磁石３ｂが感温磁性体３ａに接している状態で、永久磁石３ｂと磁性体３ｃとの間に働く吸引力と、永久磁石３ｂと感温磁性体３ａとの間に働く吸引力とが等しくなる磁性のことを示している。この実施形態における感温駆動部材３の動作温度は、感温磁性体３ａがこの磁性となる温度のことを示す。
【００３２】
次に、第２の実施形態の動作について説明する。この感温スイッチは、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも低く、被加熱部２ａと同じ温度であるとき、発熱体６と熱伝達部材２が熱平衡状態となっている。そのため、感温駆動部材３はその動作温度よりも低い温度で保たれるので、第２の導体５は第１の導体４から離れた状態で保持され、第１の導体４の両端は導通していない。
【００３３】
一方、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも高くなると、発熱体６から熱伝達部材２を介して感温駆動部材３に熱が伝導する。このとき、熱の伝達経路に放熱部２ｂａが存在するので、中空部１ｄに熱が放散され、感温駆動部材３の温度は、被加熱部２ａよりも低く保たれる。この放熱部２ｂａは、被加熱部２ａの温度が感温スイッチの動作温度のときに、接続部２ｃの温度が感温駆動部材３の動作温度となるように形状が定められているので、発熱体６の温度が感温スイッチの動作温度よりも高くなると、接続部２ｃは感温駆動部材３の動作温度よりも高くなる。すると、感温駆動部材３の感温磁性体３ａは、上述の所定の磁性を有しなくなるので、永久磁石３ｂは感温磁性体３ａから離れ、磁性体３ｃに吸着する。よって、第２の導体５は、第１の導体４に接触し、第１の導体４の両端は導通する。こののち、発熱体６の温度を低くして、永久磁石３ｂと磁性体３ｃとの間の吸引力が永久磁石３ｂと感温磁性体３ａとの間の吸着力に自重を加えたものよりも小さくなれば、永久磁石３ｂは磁性体３ｃを離れ、感温磁性体３ａに吸着するので、第１の導体４の両端間は導通しないようになる。
【００３４】
このように、第２の実施形態においては、発熱体６と、感温磁性体３ａと永久磁石３ｂと磁性体３ｃで形成された感温駆動部材３との間に放熱部２ｂａを有する熱伝達部材２を設けたので、感温磁性材料を変更することなく感温磁性体３ａの動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを構成することができる。
【００３５】
なお、第２の実施形態の感温スイッチは、発熱体６が動作温度よりも高くなったときに第１の導体４と第２の導体５が離れて第１の導体４の両端間が導通するようになっているが、第２の導体４と感温駆動部材３の位置関係を変更することによりその逆の動作をする構成にすることもできる。
【００３６】
なお、放熱部２ｂａの形状は、断面が接続部２ｃの方向に櫛状のものを示したが、図５のように接続部２ｃに略直交して伸びるものであってもよく、それぞれの櫛の歯形状の部分は一枚の板状のものであっても、複数のピン状のものを任意の間隔で並べたものであってもよい。さらに、熱伝達部２ｂの形状は、直方体状に限るものではなく、円柱状でも錐状であってもよい。これら各部の形状は、空間の許す限り、任意に設定することができる。
【００３７】
また、第１の導体４が２つに分かれており、第２の導体５が移動することにより第１の導体４間の導通を制御するものを示したが、第１の導体４と第２の導体５をそれぞれ１つ有し、第１の導体４と第２の導体５の間の導通を制御するようにしてもよい。
【００３８】
また、熱伝達部材２は、被加熱部２ａと、熱伝達部２ｂと、接続部２ｃとに分けて構成したが、それぞれを含むように一体で形成してもよい。
【００３９】
また、発熱体６と、熱伝達部材２、感温駆動部３の各部は隙間なく接する例を示したが、周囲の媒質を介して熱の授受が行われるものであってもよい。
【００４０】
また、放熱部２ｂａの周囲の媒質は、空気のものを示したが、それに限るものではなく、ヘリウムなど熱伝導率の高い気体や、他の気体であってもよく、油などの液体としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、第１の導体と、第２の導体と、発熱体の熱を一方から他方へ伝える熱伝達部材と、この熱伝達部材により伝えられた発熱体の熱に応じて第１の導体と第２の導体を接離するように駆動する感温駆動部材とを有する感温スイッチにおいて、前記熱伝達部材は、所定の形状で周囲の媒質と接して熱を放散する放熱部を有するので、感温駆動部材は発熱体よりも低い温度で保たれるようになり、感温駆動部材の動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを構成することができる。
【００４２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の感温スイッチにおいて、前記所定の形状は、感温スイッチが動作する温度の発熱体が接触したときに、前記感温駆動部材が自己の動作する温度となるように定めるので、請求項１記載の効果に加え、製造現場において温度調整をする必要の少ない感温スイッチを構成することができる。
【００４３】
請求項３に係る発明によれば、請求項２記載の感温スイッチにおいて、前記所定の形状は、断面を櫛状とするので、請求項２記載の効果に加え、周囲の媒質へ放散される熱を多くすることができる。
【００４４】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３記載の感温スイッチにおいて、前記感温駆動部材は、形状記憶合金で形成するので、請求項１乃至３記載の効果に加え、形状記憶合金の動作温度よりも高い温度で動作する形状記憶合金を用いた感温スイッチを構成することができる。
【００４５】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至３記載の感温スイッチにおいて、前記感温駆動部材は、感温磁性体を有して形成するので、請求項１乃至３記載の効果に加え、感温磁性材料を変更することなく感温磁性体の動作温度よりも高い温度で動作する感温スイッチを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のオン時の断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のオフ時の断面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のオフ時の断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態のオン時の断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の熱伝達部材の断面図である。
【符号の説明】
１　　　ケース
１ａ　　上部ケース
１ｂ　　接続ケース
１ｃ　　下部ケース
２　　　熱伝達部材
２ａ　　被加熱部
２ｂ　　熱伝達部
２ｂａ　放熱部
２ｃ　　接続部
３　　　感温駆動部材
３ａ　　感温磁性体
３ｂ　　永久磁石
３ｃ　　磁性体
４　　　第１の導体
５　　　第２の導体
６　　　発熱体

Claims

第１の導体と、第２の導体と、発熱体の熱を一方から他方へ伝える熱伝達部材と、この熱伝達部材により伝えられた発熱体の熱に応じて第１の導体と第２の導体を接離するように駆動する感温駆動部材とを有する感温スイッチにおいて、前記熱伝達部材は、所定の形状で周囲の媒質と接して熱を放散する放熱部を有することを特徴とする感温スイッチ。
前記所定の形状は、感温スイッチが動作する温度の発熱体が接触したときに、前記感温駆動部材が自己の動作する温度となるように定めることを特徴とする請求項１記載の感温スイッチ。
前記所定の形状は、断面を櫛状とすることを特徴とする請求項２記載の感温スイッチ。
前記感温駆動部材は、形状記憶合金で形成することを特徴とする請求項１乃至３記載の感温スイッチ。
前記感温駆動部材は、感温磁性体を有して形成することを特徴とする請求項１乃至３記載の感温スイッチ。