JP2005322424A

JP2005322424A - 温度スイッチ

Info

Publication number: JP2005322424A
Application number: JP2004137063A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takashima; 一雄高嶋
Original assignee: ASAHI KEIKI CO Ltd; ASAHI KEIKI KK
Current assignee: ASAHI KEIKI CO Ltd; ASAHI KEIKI KK
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】温度スイッチにおける熱応答性を阻害する要因を除くことによって、熱応答性の高い温度スイッチを提供することを課題とする。
【解決手段】所定温度において凹凸反転動作をする皿状に湾曲した感熱バイメタルとこのバイメタルの反転動作に連動して開閉されるスイッチ機構とを備えた温度スイッチであって、一端に前記バイメタルを収容するための開口した凹所を有する支持体と、この支持体の一端に被せて前記凹所の開口を閉じるキャップとを設け、この支持体およびキャップにより支持体の凹所内に収容したバイメタルをその両面から支持するようにした温度スイッチにおいて、前記キャップとして空所のない閉じられた上面を有するキャップを用い、キャップと前記バイメタルとの間に高熱伝導性材料で形成した中央部に開口を有するリング状の熱伝導板を挿入し、これを介してバイメタルをキャップに熱的に結合する。
【選択図】図１

Description

この発明は、所定の温度で凹凸反転動作し温度を感知する皿状の感熱バイメタルによりスイッチ機構を開閉し、温度に応じて電気回路の開閉を行う温度スイッチに関する。

この種の温度スイッチは、電気ヒータにより加熱される被加熱体等を過熱から保護するために用いられる。被加熱体等の温度監視対象物の温度を感知できるようにこれに接近または接触させて温度スイッチを配置し、この温度スイッチを、被加熱体を加熱する電気ヒータの給電回路に挿入してこの温度スイッチにより電気ヒータへの給電を開閉する。この温度スイッチは、被加熱体の温度を感知し、その温度が予め設定された温度以上になると、電気ヒータの給電回路を遮断し、電気ヒータへの給電を停止する。これにより、電気ヒータの温度調節器の故障等により温度調節が不能になった際に、監視対象の被加熱体の過熱が防止され、被加熱体およびその周囲を過熱から保護することができる。

そして、このような被加熱体の過熱保護用に使用される温度スイッチにおいては、過熱からの保護をより確実にするため、被加熱体の温度変化をより速く感知することができるようにその熱応答性を高めることが要求される。

このような要求を適える温度スイッチとして、すでに図７から図9に示すような温度スイッチが特許文献1に示されている。

図７は、従来の温度スイッチの全体の構成を示す縦断面図である。温度スイッチ１０は、カップ状の本体ケース１１と、このケース１１の上端に被せられる支持体１２と、この支持体１２の上端部に設けられた凹所１２ａ内に収容された皿状に湾曲した感熱バイメタル１３と、支持体１２の上端から被せられるキャップ１４と、本体ケース１１内に収容された固定接点１５ａ、可動接点１５ｂ、可動接点１５ｂを固定接点１５ａに向けて付勢するする接点ばね１５ｃからなるスイッチ機構１５と、バイメタル１３により接点ばね１３ｃを駆動するための駆動レバー１６とで構成される。

バイメタル１３の収容された支持体１２の上端を覆うキャップ１４のバイメタルを覆う面には、図8に示すように適宜の大きさの開口１４ａとこの開口の周縁から内径方向に突出する複数の支持片１４ｂが設けられている。

また、支持体１２の凹所１２ａには、その底壁上の外周付近に、図9に示すように上方へ突出した支持用突起１２ｂが複数個間隔をおいて設けられている。

支持体１２の凹所１２ａ内に収容されたバイメタル１３は、円形の皿状をなし、所定の温度以下では上向きに凸状になっているため、その分駆動レバー１６と可動接点１５ｂが接点ばね１５cのばね力によって押し上げられ、可動接点１５ｂが固定接点１５ａに接触し、両接点を介する電気回路が閉じられる。所定の温度以上になるとバイメタル１３が反転して下向きに凸状となって、駆動レバー１６を介して接点ばね１５ｃをそのばね力に抗して押し下げ、可動接点１５ｂを固定接点１５ａから開離させて、電気回路を開く。

このような従来の温度スイッチ１０は、保護すべき被加熱体等の監視対象物の温度を感知するために、これと接触するかまたはわずかに離して対向配置され、この監視対象物の熱を対流、輻射を利用して直接バイメタル１３へより多くの熱が伝達され、バイメタル１３へ伝達された熱が支持体１２およびキャップ１４へ逃げるのを減らすことによって、バイメタルの熱応答性を高めている。このためにキャップ１４には開口１４ａを設けて、監視対象の被加熱体の熱がこの開口１３ａから輻射または対流によってバイメタル１３に効率よく伝達されるようにしている。またバイメタル１３は、支持体１２の凹所１２ａ内において、その底壁面上に設けた微小の支持用突起１２ｂまたは、キャップ１４の支持片１４ｂと接触して支持されるため、バイメタル１３と支持体１２または、キャップ１４との接触面積が小さくなり、バイメタル１３から支持体１２またはキャップ１４への熱伝導が抑制されることにより、バイメタル１３の熱応答性が高められる。
特開２００２−１５０９０５号公報第３〜４頁、図１

このように従来の温度スイッチは、熱応答性を高めるために、支持体に被せられたキャップ１４の中央部が開口されているので、キャップ１４の上面を監視対象物に接触させて取り付ける場合、被加熱体が静止している場合は大して問題とならないが、監視対象物が回転している場合は、その取付け位置によっては支持体に収められたバイメタルが監視対象物と接触する状態が生じ、バイメタルが回転力を受けて振動することがあり、これによって最悪の場合は、温度スイッチが破損する恐れがある。また、この従来の温度スイッチは、バイメタルを収容した支持体を覆うキャップの開口から塵埃が侵入しやすいため、塵埃の多い環境で使用した場合、動作不良を起こすという問題もある。

このような問題を解決するためには、支持体に開口のないキャップを被せるようにすればよいが、この場合は、キャップによって被加熱体からバイメタルへの輻射による熱伝達が阻害されるようになること、および開口が塞がれた分だけキャップの熱容量が増大することにより、バイメタルへの熱伝達がおくれ温度スイッチとしての熱応答性が低下するという問題が生じる。また、この開口のないキャップを用いる場合、その素材の厚さを薄くすることによってキャップの熱容量を低減できるが、キャップの上面の変形を抑えるためにはキャップの素材の厚さをある程度以上に薄くすることができないのでキャップの熱容量の低減にも限界がある。さらに、キャップに開口がない分、バイメタルが凹凸反転動作する際にバイメタルがキャップに当たらないようにするために両者間の間隔も大きくする必要があるために支持体およびキャップの高さを高くしなければならず、高さの増大する分キャップおよび支持体の熱容量が増大し、温度スイッチの熱応答性を阻害することになる。

この発明は、このような従来の温度スイッチにおける熱応答性を阻害する要因を除くことによって、熱応答性の高い温度スイッチを提供することを課題とするものである。

このような課題を解決するため、この発明は、所定温度において凹凸反転動作をする皿状に湾曲した感熱バイメタルとこのバイメタルの反転動作に連動して開閉されるスイッチ機構とを備えた温度スイッチであって、一端に前記バイメタルを収容するための開口した凹所を有する支持体と、この支持体の一端に被せて前記凹所の開口を閉じるキャップとを設け、この支持体およびキャップにより支持体の凹所内に収容したバイメタルをその両面から支持するようにした温度スイッチにおいて、前記キャップとして空所のない閉じられた上面を有するキャップを用い、このキャップと前記バイメタルとの間に高熱伝導性材料で形成し中央部に開口を有するリング状の熱伝導板を挿入し、この熱伝導板を介して前記キャップと前記バイメタルとを熱的に結合したことを特徴とするものである。

また、この発明において、前記スイッチ機構を収容する本体ケースの上端部に前記支持体を被せて結合する結合部の接合面に凹凸を設け、結合部に部分的に空所を形成するようにするのがよい。

この発明によれば、バイメタルを収容する支持体の凹所の開口を覆う上面が閉じられたキャップとバイメタルとの間に挿入した高熱伝導性材料で形成したリング状の熱伝導板がキャップの補強材として働くため、キャップの素材の厚さを薄くすることができ、キャップの熱容量を低減することができる。そしてこの熱伝導板がキャップの熱を機械的接触を介する伝導によりバイメタルに伝達することができるので、監視対象物からバイメタルへの伝達が速くなり温度スイッチの熱応答性を高めることができる。

また、支持体と本体ケースの結合部に部分的に空所が形成されることにより、支持体から本体ケースへの熱伝導が低減され、支持体の熱を効果的にバイメタルへ伝達することができるので、これによっても温度スイッチの熱応答性を高めることができる。

以下に、この発明の実施の形態を図に示す実施例を用いて説明する。

図１は、この発明の第１の実施例による温度スイッチの構成を示す縦断面図である。この構成は、基本的には図７に示す従来の温度スイッチと同じであるため、同一要素は同一の符号で示す。

図１において、１０は温度スイッチ１０であり、本体ケース１１と、このケース１１の上に被せられた支持体１２と、この支持体１２に設けられた収容凹所１２ａ内に収容された円形皿状のバイメタル１３と、支持体１２を凹所１２ａの上から覆うキャップ１４と、ケース１１内に収められた固定接点１５ａ，可動接点１５ｂ，接点ばね１５ｃからなるスイッチ機構１５と、バイメタル１３の凹凸反転動作にともなう変位をスイッチ機構１５に伝達し、接点を開閉する開閉レバー１６を備え、キャップ１４とバイメタル１３の間に、リング状の銅やアルミニウム等の高熱伝導性材料で形成された熱伝導板１７が挿入されている。

キャップ１４は、これも銅やアルミニウム等の高熱伝導性材料から形成されるのがよく、図３に示すように、その上面１４ａが空所のない完全に閉じられた平坦面となっている。

このキャップ１４とバイメタル１３の間に挿入された熱伝導板１７は、図４に示すように、中央部に適宜の大きさの開口17ａ有しリング状をなし、キャップ１４とバイメタル１３の両方に接触する。この熱伝導板１７の開口１７ａは、熱伝導板１７を支持体１２内で上向きに凸状になったバイメタル１３の上面に接触させたとき、その円弧面の頂部分を入り込ませることによりバイメタル１３の高さの一部を吸収することができるので、支持体１２の凹所の深さやキャップ１４の高さを低減する働きをし、支持体１２やキャップ１４の熱容量低減に貢献する。

また、リング状熱伝導板１７をキャップ1４とバイメタル１３の間に挿入したことによりこのリング状平板熱伝導板１７が補強板として働き、特にキャップ１３の平坦な上面の外周部側が補強されるため、このキャップ１４の素材の厚さを薄くしてもキャップが変形し難くなる。このため、キャップ１４の厚さを薄くでき、これによってもキャップ１４の熱容量を小さくすることができる。

温度スイッチ１０のキャップ１４を図示しない被加熱体等の監視対象物に接触させて配置し、これの温度を感知するようにした場合、被加熱体からの熱がキャップ１４からこれに接触された熱伝導板１７および支持体１２を介する熱伝導によりバイメタル１３へ伝達される。この場合リング状熱伝導板１７は高熱伝導性材料から構成されるため、この熱伝導板17を介する経路の熱抵抗が小さくなる。

さらに、この発明においては、本体ケース１１の上端に被せた支持体１２と本体ケースの１１との結合部の何れかの接合面に複数の凹凸を設けた、両者間に部分的に空所を形成する。詳細を図５および図６に示す。

図５は本体ケース１１に支持体１２を被せる前の状態を示す正面図であり、図６は支持体１２の底面を示す平面図である。

本体ケース１１の上端面には１１ａで示すような凹凸を全周に適当な間隔で連続して設けている。そしてこれに被せる支持体１２の本体ケース１１に嵌め込むための段付部１２ｆの外周面に１２ｇで示す凹凸を適当な間隔で全周にわたって設けている。

このような凹凸面を有する本体ケース１１と支持体１２を嵌め合わせて結合すると、相互の接合面に凹凸による空所が複数形成されようになり、この空所によって本体ケースと１１と支持体の結合部の接触面積が小さくなり、両者間の熱抵抗が高くなるため、支持体１１から本体ケース１１への熱伝導が抑制され支持体１１の熱容量を低減することができる。

このようにこの発明によれば、支持体１２に被せるキャップ１４および本体ケース１１に被せる支持体１２の熱容量を低減でき、そして監視対象物からキャップ１４に伝達される熱は、接触された熱伝導板１７および支持体１２を介してバイメタル１３へ伝達されるので、バイメタル１３の熱応答性が一段と高められることになる。

温度スイッチ１０を監視対象物に接触配置すると、監視対象物の熱が前記のような熱伝導によりバイメタル１３に伝達されることにより、これはほぼ監視対象物の温度を示すことになる。バイメタル１３の温度が設定された所定の温度より低い間は、バイメタル１３は図１に示すように、上向きの凸状を示すため、スイッチ機構１５の接点ばね１５ｃが開閉レバー１６を押し上げて、その先端の可動接点１５ｂを固定接点１５ａに接合し、両接点間に接続された電気ヒータ等の給電回路を閉じる。

監視対象物の温度調節器に異常が生じ、監視対象物の温度が所定温度以上に上昇すると、この熱がキャップ１４、熱伝導板１７、支持体１２を介して熱伝導により直ちにバイメタル１３に伝達されるが、この発明によれば前記のとおり各熱伝導部材の熱容量を低減することができることおよびキャップ、熱伝導板、支持体の各部材からバイメタル１３へ機械的接触によって熱伝導することにより、バイメタル１３への熱伝達が速くなり、短い時間遅れで凹凸反転動作し、図２に示すように下向きの凸状を示す。この反転動作したバイメタル１３が開閉レバー16を押し下げることによって、接点ばね１５ｃがばね力に抗して下方へ湾曲され、その先端の可動接点１５ｂを固定接点１５ａから離間させ、給電回路を遮断する。これによって監視対象の電気ヒータまたはこれにより加熱される被加熱体が加熱されるのを防止することができる。

この発明の実施例による温度スイッチの構成を示す縦断面図である。この発明の実施例の温度スイッチの動作状態を示す縦断面図である。この発明の実施例に使用するキャップを示す斜視図である。この発明の実施例に使用するリング状の熱伝導板の示す斜視図である。この発明の実施例の温度スイッチを分解して示す正面図である。この発明の実施例にける支持体の底面図である。従来の温度スイッチを示す縦断面図である。従来の温度スイッチにおけるキャップを示す斜視図である。従来の温度スイッチの支持体を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。

符号の説明

１０温度スイッチ
１１本体ケース
１１ａ凹凸
１２支持体
１２ｇ凹凸
１３バイメタル
１４キャップ
１５スイッチ機構
１７リング状の熱伝導板

Claims

所定温度において凹凸反転動作をする皿状に湾曲した感熱バイメタルとこのバイメタルの反転動作に連動して開閉されるスイッチ機構とを備えた温度スイッチであって、一端に前記バイメタルを収容するための開口した凹所を有する支持体と、この支持体の一端に被せて前記凹所の開口を閉じるキャップとを設け、この支持体およびキャップにより支持体の凹所内に収容したバイメタルをその両面から支持するようにした温度スイッチにおいて、前記キャップとして空所のない閉じられた上面を有するキャップを用い、このキャップと前記バイメタルとの間に高熱伝導性材料で形成し中央部に開口を有するリング状の熱伝導板を挿入し、この熱伝導板を介して前記キャップと前記バイメタルとを熱的に結合したことを特徴とする温度スイッチ。
請求項１記載の温度スイッチにおいて、前記スイッチ機構を収容する本体ケースの上端部に前記支持体を被せて結合する結合部の接合面に凹凸を設け、結合部に部分的に空所を形成したことを特徴とする温度スイッチ。