JP2012533159A - サーマルスイッチ - Google Patents

Abstract

サーマルスイッチは第１導電端子及び第２導電端子、並びに圧縮スプリング部材などの予圧可能な導電性接続デバイス（２０）を含む。当該接続デバイスは圧縮状態において当該第１端子及び当該第２端子（１４、１６）の少なくとも一方に接触し、かつ解放状態において当該第１導電端子及び当該第２導電端子を電気的に接続する。当該サーマルスイッチは当該圧縮状態において当該接続デバイスを保持する保持デバイス（２４）をさらに含む。当該保持デバイスは所定の温度以上の温度で溶解して当該接続デバイスを当該解放状態まで不可逆的に解放する保持材料を含む。当該接続デバイスの当該圧縮状態において当該第１端子及び当該第２端子は当該接続デバイスと当該第１端子及び当該第２端子の少なくとも一方との間に形成された空洞によって互いに絶縁されている。

Description

本発明はサーマルスイッチに関する。

サーマルスイッチは、スイッチ接点又は配線端子などの電気接点の欠陥によるオーバーヒートによって発生する電気火災に対して電源に接続された電気設備を保護するために使用され得る。特に、サーマルスイッチは電気プラグ、電気ソケット、電気スイッチ、又は電気ねじ端子に近接して提供されて不完全な接点によって発生する温度の過度な上昇を検出してもよい。温度の過度な上昇を検出した上で当該サーマルスイッチは電源供給を遮断する。

サーマルスイッチは第１導電端子及び第２導電端子からなるデバイスであってもよく、上記２つの端子は、当該デバイスが第１状態において非導電性でありかつ所定の温度の検出に応じた第２状態において導電性であるように構成されている。当該所定の温度とは、一方では正常動作中に発生する温度よりも十分に高く、他方では電気火災を発生させ得る温度よりも十分に低い温度である。当該サーマルスイッチの第１及び第２端子は、アース及び中立導体に接続されるかアース及び通電導体に接続されてもよく、当該デバイスは当該デバイスが導通状態の際に残留電流検出器を作動させて電源を遮断する。

国際公開第ＷＯ ２００６／１２５９９６ Ａ１号は熱の増大が発生した際に検出可能なサーマルスイッチを開示している。実施例において、サーマルは所定の温度において溶解する材料から作られている絶縁スペーサによって分離されており、当該スペーサが溶解した際に、第１サーマル及び第２サーマルは付勢力の下で互いに接触し、これによって当該サーマルスイッチを作動させる。このような溶解可能材料は、その正確に設定可能な既知の融点により原理上はサーマルスイッチによく適している。しかし、このような絶縁スペーサを含むサーマルスイッチは、当該スペーサが溶解した際に当該第１サーマル及び第２サーマルが互いに確実に接触することを保証するために大きな付勢力を必要とする。当該大きな付勢力は当該断熱スペーサの溶解温度より前に当該絶縁スペーサの状態を変化させることがあり、これによって徐々に当該絶縁スペーサの信頼性を低下させてしまう。

本発明の１つの目的は明確に定義された作動温度を有する新規かつ改良されたサーマルスイッチを提供することである。

従って、本発明は、第１導電端子、第２導電端子、及び圧縮スプリング部材などの予圧可能な導電接続デバイスを含むサーマルスイッチを提供する。当該接続デバイスは、圧縮状態において当該第１端子及び当該第２端子の多くとも一方に接触し、かつ解放状態において当該第１端子及び当該第２端子を電気的に接続する。当該サーマルスイッチは圧縮状態において当該接続デバイスを保持する保持デバイスをさらに含む。当該保持デバイスは保持材料を含み、当該保持材料は所定の温度以上の温度で溶解して解放状態まで当該接続デバイスを解放する。特に、当該接続デバイスは解放状態まで不可逆的に解放される。当該接続デバイスの圧縮状態において当該第１端子及び当該第２端子は、当該接続デバイスと当該第１端子及び当該第２端子の少なくとも一方との間に形成された空洞によって互いに絶縁されている。

ここに開示されたサーマルスイッチは予圧可能な接続デバイスを含み、当該接続デバイスは所定の温度未満の温度において保持材料によって圧縮状態を保持されている。高い温度においては、当該保持材料は溶解して当該接続デバイスを解放状態にまで解放する。解放状態において、当該接続デバイスは当該第１端子及び当該第２端子に確実に電気的に接続されている。

従来技術のサーマルスイッチとは異なり、本発明によるサーマルスイッチのその非導通状態において、第１端子と第２端子との間の絶縁は溶解可能材料に代えて空洞によって提供されている。当該空洞（例えばエアギャップ）は、この点において溶解可能材料を置換する。特に、所定の温度以上の温度で溶解し、かつサーマルスイッチの非導通状態において接続デバイスと第１端子及び第２端子との間に設けられたスペーサとして作動する絶縁材料は存在しない。従って、接続デバイスのために必要な付勢力は小さいものである。さらに、第１端子と第２端子との間に留まっている保持材料の残留が第２状態におけるサーマルスイッチの導電性を妨げるリスクがない。

本発明の第１の特徴において、保持デバイスは端子とは別に好ましく形成された第１当接部材及び第２当接部材を含み、接続デバイスの圧縮状態において、当該接続デバイスは当該第１当接部材と当該第２当接部材との間で予圧されている。当該第１当接部材及び当該第２当接部材は圧縮状態において保持材料を用いて互いに固定して取付けられている。従って、当該保持デバイスは、当該保持材料を無視すれば、少なくとも２つの部分（２ピース）からなるデバイスである。

本発明の他の特徴において、前記第１当接部材及び前記第２当接部材はそれぞれスリーブ部材及びピン部材を含む。導電性カラーは当該スリーブ部材と一体的に形成され、導電性ヘッドは当該接続デバイスの当接のためにピン部材と一体的に形成される。あるいは、当該カラー及び当該ヘッドは当該スリーブ部材及び当該ピン部材にそれぞれ固定的に取付けられてもよい。少なくとも当該接続デバイスの圧縮状態において、当該ピン部材は当該スリーブ部材内に少なくとも部分的に受容されているのが好ましい。従って、当該スリーブ部材は当該ピン部材に対する案内部として機能し得る。好ましくは、当該接続デバイスの圧縮状態において、環状ギャップは当該スリーブ部材と当該ピン部材との間に形成される。当該環状ギャップは当該保持材料によって少なくとも部分的に満たされている。このような構成は、当該保持材料が液体状態において当該スリーブ部材に容易に注入されるという事実の故に、製作が容易である。

本発明の他の特徴において、前記第１当接部材及び前記第２当接部材は、各々、第１アタッチメント部材及び第２アタッチメント部材を含み、これらアタッチメント部材は当該第１当接部材及び当該第２当接部材を互いに取付けるためのものである。少なくとも前記接続デバイスの圧縮状態において、当該第１アタッチメント部材及び当該第２アタッチメント部材は当該接続デバイス内に受容されている。好ましくは、当該第１アタッチメント部材及び当該第２アタッチメント部材は上記したスリーブ部材及びピン部材に各々対応する。

本発明の他の特徴において、前記第１当接部材と前記第２当接部材は前記保持材料が溶解した場合に前記接続デバイスによって引き離される。

本発明の他の特徴においては、前記接続デバイスの解放状態において、当該接続デバイスは前記第１当接部材及び前記第２当接部材を介して前記第１端子及び前記第２端子を電気的に接続する。従って、前記第２状態における前記第１端子と前記第２端子との間の電気的な接続を保証するために、当該接続デバイスが前記第１端子及び前記第２端子に直接接触する必要はない。好ましくは、上記したように、非直接接触がカラー及びヘッドをそれぞれ用いて確立される。

前記保持材料は導電性材料を含んでいてもよい。従って、万一の場合であるサーマルスイッチの導通状態においてでも、当該保持材料は、一方では前記接続デバイスと前記保持デバイスとの間に入り込むと共に他方では前記第１端子と前記第２端子との間に入り込む。これは、当該第１端子と当該第２端子との間の電気経路が遮断されない故に問題を発生させない。

前記サーマルスイッチは前記接続デバイスに直列に接続された抵抗体、特にＰＴＣサーミスタ及び／又は可溶性抵抗体を含んでいてもよい。当該サーマルスイッチがアース及び通電導体に接続されている場合、さらなる抵抗体が使用されて当該通電導体がグランドまで短絡しないようにしてもよい。好ましくは、上記したように、当該抵抗体は、第１当接部材及び第２当接部材を引き開ける際に当該接続デバイスによって移動されるように構成されている。

本発明の他の特徴においては、前記接続デバイスの圧縮状態において、当該接続デバイスは前記保持デバイスによって拘束保持されてもよい。

好ましくは、前記接続デバイス及び前記保持デバイスは前記サーマルスイッチの複数のサブアセンブリ、特に３つのサブアセンブリを形成してもよく、当該接続デバイスの圧縮状態において、当該サブアセンブリは前記第１端子及び前記第２端子の一方に固定して取り付けられている。当該第１端子又は当該第２端子への取付けは前記保持材料によって提供されてもよい。あるいは、当該サブアセンブリは当該第１端子と当該第２端子との間で移動可能であってもよく、特に当該サーマルスイッチの軸に沿って自由に移動可能であってもよい。

本発明の他の特徴において、前記サーマルスイッチは前記第１端子と前記第２端子との間に形成された内部空間を取り囲むケーシングを含む。前記保持デバイス及び前記接続デバイスは当該内部空間内に受容される。好ましくは、当該第１端子及び当該第２端子は、各々、第１エンドキャップ及び第２エンドキャップを含み、上記２つのエンドキャップは当該ケーシングの開口第１前面部及び当該開口第１前面部に対向する開口第２前面部をそれぞれ閉じている。

本発明はさらに電気設備に関し、当該電気設備は、アース端子及び中立端子を含むか又はアース端子と通電端子を含み、かつ上記したサーマルスイッチをさらに含み、当該サーマルスイッチの第１端子は当該アース端子に接続されており、当該サーマルスイッチの第２端子は当該中立端子又は当該通電端子に接続されている。

適用可能なさらなる分野は発明の詳細な説明から明らかになるであろう。当該説明及び特定の実施例は説明のためだけのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本明細書に説明されている図面は説明のためだけのものであり、いかなる態様においても本発明の範囲を限定するものではない。
本発明によるサーマルスイッチ（当該サーマルスイッチの接続デバイスは圧縮状態である）の断面図である。 図１のサーマルスイッチ（当該接続デバイスは解放状態である）の断面図である。

以下の説明は本質的に例示的なものに過ぎず、かつ、本件開示、応用、又は用途を制限するものではない。図面の全体を通して、対応する参照番号は同様の部材及び特徴又は対応する部材及び特徴を指している。

ここで図１を参照すると、細長くかつノーマルオープンのサーマルスイッチが示されている。当該サーマルスイッチは筒状のケーシング１２を含んだ絶縁ハウジングを含み、ケーシング１２は当該ハウジングの第１メタルエンドキャップ１４と第２メタルエンドキャップ１６との間に形成された内部空間を囲んでおり、当該ハウジングはケーシング１２の開口第１前面部及び開口第２前面部を閉じるために配置されている。筒状のケーシング１２は例えばセラミック又はプラスチックから作られてもよい。第１メタルエンドキャップ１４及び第２メタルエンドキャップ１６は第１端子及び第２端子として機能し、上記２つのメタルエンドキャップを介して当該サーマルスイッチはアース及び中立導体に接続されるかアース及び通電導体（図示せず）に接続されてもよい。当該サーマルスイッチは電源に接続された電気設備の電気接点の付近に提供されて、不完全な接触によって発生し得る温度の過度な上昇を検出してもよい。

サブアセンブリ１８はハウジング１２、１４、１６内に受容されている。サブアセンブリ１８はヘリカルスプリング２０及び保持デバイス２４、２６、３６として形成されている接続要素を含む。ヘリカルスプリング２０はステンレス鋼などから作られてもよい。保持デバイス２４、２６、３６は導電性第１メタル当接部材２４及び導電性第２メタル当接部材２６を含む。第１当接部材２４はスリーブ（又はフェルール）２８及び円周カラー３０を含み、円周カラー３０はスリーブ２８の端部においてスリーブ２８と一体的に形成されており、第１メタルエンドキャップ１４に面しており、かつスリーブ２８から半径方向外側に広がっている。第２当接部材２６はピン３２及びヘッド３４を含み、ヘッド３４はピン３２の端部においてピン３２と一体的に形成されており、第２メタルエンドキャップ１６に対面している。ピン３２はスリーブ２８内に少なくとも部分的に受容されている。ピン３２及びスリーブ２８は同様にヘリカルスプリング２０内に受容されている。

図１はヘリカルスプリング２０の圧縮状態を示しており、これは前記サーマルスイッチの非作動状態、非導通状態に対応する。ヘリカルスプリング２０の圧縮状態において、ヘリカルスプリング２０はカラー３０とヘッド３４との間において予圧されている。上記した当接部材２４、２６の第１アタッチメント部材及び第２アタッチメント部材として機能するスリーブ２８及びピン３２は、固体の導電性保持材料３６によって互いに固定して取付けられており、当該サーマルスイッチの製作において保持材料３６はスリーブ２８とピン３２との間に形成された環状ギャップに注入される。当然ながら、保持材料３６は注入を可能にするためにその融点以上の温度まで加熱される。従って、ヘリカルスプリング２０は予圧状態において保持デバイス２４、２６、３６によって拘束保持されている。ヘリカルスプリング２０及び保持デバイス２４、２６、３６は当該サーマルスイッチの非作動状態において互いに不可逆的に結合されている。

保持材料３６は５０度から２００度の範囲の共晶融点を有する金属化合物又は金属合金、好ましくは無鉛のものであり、例えば７２度の融点を有するインジウムとビスマスの合金である。

さらに、サブアセンブリ１８は保持材料３６によって第１メタルエンドキャップ１４に固定して取付けられて上記した筒状のケーシング１２の内部空間内におけるサブアセンブリ１８の移動を防ぐ。しかし、サブアセンブリ１８は第２メタルエンドキャップ１６に接触しない。正確には、サブアセンブリ１８はサブアセンブリ１８と第２メタルエンドキャップ１６との間に形成された空洞３８によって第２メタルエンドキャップから絶縁されている。代替として、サブアセンブリ１８は、空洞３８がサブアセンブリ１８の両側に形成されるように、筒状のケーシング１２内において移動可能であるか、筒状のケーシング１２に固定して取付けられてもよい。好ましくは、空洞３８は空気で満たされている。好ましくは、空洞３８は２ｋＶ以上、特に３ｋＶ以上の絶縁破壊電圧を有している。

保持材料３６は所定の温度以上の温度で溶解する。保持材料３６が溶解すると保持材料３６の保持特性は消失し、これによってヘリカルスプリング２０がサブアセンブリ１８を壊して解放し、前記サーマルスイッチの作動状態、導通状態に対応する図２に示された解放状態まで不可逆的に減圧されることを許容する。ヘリカルスプリング２０の解放状態において当接部材２４、２６はヘリカルスプリング２０によって互いに切り離され、これによってスリーブ２９のカラー３０及びピン３２のヘッド３４は第１メタルエンドキャップ１４及び第２メタルエンドキャップ１６に押し付けられる。空洞３８は消失する。

ケーシング１２に囲まれかつ第１メタルエンドキャップと第２メタルエンドキャップ１６との間に形成された以前の空洞３８を含む前記内部空間はこのとき広がったサブアセンブリ１８によって全て占有されている。図２において、電気設備に対する電源の遮断後に再度固体化した保持材料３６の第１部及び第２部は第１当接部材及び第２当接部材にそれぞれ取り残される。しかし、保持材料３６の他の配置又は拡散も前記サーマルスイッチの作動状態において可能である。

好ましくは、ヘリカルスプリング２０の解放状態において、ヘリカルスプリングは依然として予圧されていてもよく、これによって、第１メタルエンドキャップ１４とカラー３０との間、カラー３０とヘリカルスプリング２０との間、ヘリカルスプリング２０とヘッド３４との間、及びヘッド３４と第２メタルエンドキャップ１６との間の各々において小さな接触抵抗を保証する。

ヘリカルスプリング２０の解放状態において、ヘリカルスプリング２０はカラー３０及びヘッド３４を介して第１メタルエンドキャップ１４及び第２メタルエンドキャップ１６に電気的に接続されている。その結果、第１メタルエンドキャップ１４及び第２メタルエンドキャップ１６は互いに電気的に接続され、換言すれば、前記サーマルスイッチは導通状態であり、当該状態は残留電流検出器を作動させて電源を遮断するのに使用されてもよい。

さらに、サブアセンブリ１８はヘリカルスプリング２０に直列に接続された抵抗体２２を含んでいてもよい。抵抗体２２はサーミスタ、特にセラミックＰＴＣ（正の温度計数）サーミスタであってもよく、当該サーミスタは特定の時間枠において電流フローを制限することができる。抵抗体２２は線形抵抗体又は可溶性抵抗体をさらに含んでいてもよく、これによって特定の振幅の電流レベルを遮断することができる。好ましくは、抵抗体２２は、前記サーマルスイッチがアースと通電導体との間に接続されている場合に使用されて故障電流を所定の値に制限する。抵抗体２２は当該サーマルスイッチがアースと中立導体との間に接続された場合には省略されてもよい。

原理上は、上記したサーマルスイッチと同様のサーマルスイッチであって、ヘリカルスプリングは使用されるが、上記した保持デバイスが省略されて前記空洞が所定の温度で溶解する材料から作られた絶縁スペーサで満たされているサーマルスイッチを構成することも実現可能である。しかし、このような構成は不利である。これは、このようなスイッチが機能不良を起こしやすいという事実に起因しており、当該機能不良は、当該スペーサが溶解しても当該絶縁スペーサの残留が当該ヘリカルスプリングと前記第１端子及び前記第２端子の少なくとも一方との間に残っている場合に起こる。さらに、これは、このような絶縁スペーサが所定の融点の前に厚さが変化又は減少してしまい、これによってコンポーネントの長期の信頼性が下がるという事実にも起因している。

当業者であれば、上記説明から、本発明の広範な教示が様々な形態で実現されることができることに理解できるであろう。従って、本発明は特定の実施例に基づいて記載されているが、本発明の真の範囲はそのように限定されるべきではなく、なぜなら他の変形例は図面、明細書、及び特許請求の範囲を学習した熟練者にとっては明らかとなるからである。

Claims (14)

1. 第１導電端子及び第２導電端子（１４、１６）及び圧縮スプリングなどの予圧縮可能な導電性接続デバイス（２０）を含むサーマルスイッチであって、
   前記接続デバイス（２０）は圧縮状態において前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）の少なくとも一方に接触し、かつ解放状態において前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）を電気的に接続し、
   前記圧縮状態において前記接続デバイス（２０）を保持する保持デバイス（２４、２６、３６）をさらに含み、前記保持デバイス（２４、２６、３６）は所定の温度以上の温度で溶解して前記接続デバイス（２０）を前記解放状態まで好ましく不可逆的に解放する保持材料（３６）を含み、
   前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において、前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）は前記接続デバイス（２０）と前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）の少なくとも一方との間に形成された空洞（３８）によって互いに絶縁されていることを特徴とするサーマルスイッチ。
2. 前記保持デバイス（２４、２６、３６）は前記端子（１４、１６）とは別に好ましく形成された第１当接部材及び第２当接部材（２４、２６）を含み、前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において前記接続デバイス（２０）は前記第１当接部材と前記第２当接部材（２４、２６）との間で予圧縮されており、前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）は前記圧縮状態において前記保持材料（３６）によって互いに固着せしめられていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルスイッチ。
3. 前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）はスリーブ部材（２８）及びピン部材（３２）をそれぞれ含み、前記接続デバイス（２０）の当接部において、導電性カラー（３０）は前記スリーブ部材（２８）と一体的に形成されており、かつ導電性ヘッド（３４）は前記ピン部材（３２）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルスイッチ。
4. 少なくとも前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において、前記ピン部材（３２）は前記スリーブ部材（２８）内に受容されていることを特徴とする請求項３に記載のサーマルスイッチ。
5. 前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において、環状ギャップが前記スリーブ部材（２８）と前記ピン部材（３２）との間に形成され、前記環状ギャップは前記保持材料（３６）によって少なくとも部分的に満たされていることを特徴とする請求項４に記載のサーマルスイッチ。
6. 前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）のアタッチメント部において前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）は第１アタッチメント部材（２８）及び第２アタッチメント部材（３２）をそれぞれ含み、少なくとも前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において前記第１アタッチメント部材及び前記第２アタッチメント部材（２８、３２）は前記接続デバイス（２０）内に受容されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
7. 前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）は前記保持材料（３６）の前記溶解の際に前記接続デバイス（２０）によって離れて移動されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
8. 前記接続デバイス（２０）の前記解放状態において前記接続デバイス（２０）は前記第１当接部材及び前記第２当接部材（２４、２６）を介して前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）を電気的に接続することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
9. 前記保持材料（３６）は導電性材料を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
10. 前記サーマルスイッチは前記接続デバイス（２０）に直列に接続された抵抗体（２２）であって、特にＰＴＣサーミスタ及び／又は可溶性抵抗体を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
11. 前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において前記接続デバイス（２０）は前記保持デバイス（２４、２６、３６）によって拘束保持されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
12. 前記接続デバイス（２０）及び前記保持デバイス（２４、２６、３６）は前記サーマルスイッチの複数のサブアセンブリ（１８）を形成し、前記接続デバイス（２０）の前記圧縮状態において前記サブアセンブリ（１８）は前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）の一方に固定して取付けられているか、又は前記第１端子と前記第２端子（１４、１６）との間で移動可能であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
13. 前記サーマルスイッチは前記第１端子と前記第２端子（１４、１６）との間に形成された内部空間を取り囲む絶縁ケーシング（１２）を含み、前記保持デバイス（２４、２６、３６）及び前記接続デバイス（２０）は前記内部空間内に受容されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のサーマルスイッチ。
14. 前記第１端子及び前記第２端子（１４、１６）は第１エンドキャップ及び第２エンドキャップをそれぞれ含み、前記第１エンドキャップ及び前記第２エンドキャップは開口第１前面部及び前記ケーシング（１２）の前記第１前面部に対向する開口第２前面部をそれぞれ閉じていることを特徴とする請求項１３に記載のサーマルスイッチ。

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