JP2646209B2 - スイッチ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は、スイッチ装置に関し、特に、温度変化に対
応して開閉動作を行うスイッチ装置に関する。

ロ．従来技術 モータ等の電気機械は、異常状態になると発熱し、そ
の侭使用を続けると、巻線の絶縁被覆が焼けるなどして
使用不能に至る。これを防止するため、バイメタルを使
用して昇温によって接点を開くようにしてOFF状態とす
るスイッチ装置（保護装置）が使用されている。

例えば1/2HP（約368ワット）以上の比較的大型のモー
タにあっては、第９図に分解図示するように、一次巻線
34に上記の保護装置31を取付け、固定接点に接続するリ
ード線32とバイメタルに設けられた可動接点に接続する
リード線33とを図示しない電磁開閉器のコイル接続し、
モータの一次巻線34が所定温度以上に昇温したとき、こ
れに続くバイメタルの昇温による変形によって可動接点
を固定接点から離して電磁開閉器をOFFさせるようにし
ている。図中35は一次巻線34の端子である。この動作に
よってモータは停止し、やがてモータの一次巻線、バイ
メタル共に正常な温度に復帰すると、バイメタルの変形
が解除されて両接点が接触し、保護装置はON状態とな
る。この状態では電磁開閉器はOFF状態にあるので、モ
ータは停止した侭である。異常の原因を排除して正常状
態に戻してから、電磁開閉器に附属している押釦スイッ
チを操作して電磁開閉器をONさせ、モータを起動させ
る。かくして、モータに異常が起こったときモータは自
動的に停止し、保護される。

電動ドリル、電動鋸、電動鉋等の電動工具やその他の
比較的小型の電気機器にあっては、起動や停止には、電
磁開閉器は使用されず、単純なスイッチが使用され、異
状時の保護にはヒューズが使用されている。ヒューズは
使い捨てであるので、異状時にヒューズが切れたら異状
原因を排除して正常状態に戻しておいてヒューズを交換
し、以後の使用に供する。この作業は面倒であるので、
前述のようなバイメタルを備えた保護装置を使用したい
との要請がある。

ところが、前記のようなバイメタルを備えた保護装置
を小型の電気機器に使用すると、異状時に保護装置が作
動してOFF状態になっても、やがて温度が下がると再びO
N状態となり、電磁開閉器を使用しない電気機器にあっ
ては、ON、OFFを繰返すこととなって、電気機器の保護
としては甚だ不都合である。

以上のような次第で、前述したバイメタルを備えた保
護装置は、電磁開閉器を使用する比較的大型の電気機器
に専ら使用されているのが現状である。

また、電気機器の保護装置のほか、温度変化に対応し
て操業条件を制御するような例えば電気機器、熱処理
炉、化学工業に於ける各種装置に使用するサーモスタッ
トにあって、上記のような一定温度で開閉の動作をする
スイッチ装置では、複雑な或いは正確な制御が期待でき
ない。

ハ．発明の目的 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであっ
て、複雑な構造を必要とすることなく、簡易な構成で、
電気機器その他の装置の保護や制御を確実又は正確に行
えるスイッチ装置を提供することを目的とする。

ニ．発明の構成 即ち、本発明は、温度変化に対応して変形する変形部
材と、前記変形部材に設けられた可動接点と、前記可動
接点に対向して設けられた固定接点とを含み、温度上昇
により前記変形部材が変形して前記可動接点が前記固定
接点から離れることにより電気回路をオフ状態とするス
イッチ装置であって、前記電気回路がオン状態にある時
に前記変形部材を予熱する発熱部材を設けることによ
り、前記変形部材が閉状態から開状態へと変形する際の
第１の動作温度を、前記変形部材が開状態から閉状態へ
と変形する際の第２の動作温度よりも高く設定するとと
もに、開状態にある前記固定接点を前記固定接点に接触
させるように前記変形部材を加圧して強制的に変形させ
るためのリセット手段を設けることにより、前記変形部
材が前記第２の動作温度よりも高い温度にあっても、開
状態にある前記変形部材を閉状態へと変形させることが
可能であるスイッチ装置に関わるものである。

ホ．発明の作用 前述したように、本発明にあっては、変形部材が閉状
態から開状態へと変形する際の動作温度と開状態から閉
状態へと変形する際の動作温度とを互いに異ならしめる
ようにしている。

変形部材にバイメタルを使用し、閉→開動作温度を開
→閉動作温度よりも高く設定した場合を例に挙げて、本
発明の作用を説明する。

上記のように両動作温度に差を持たしめるために、閉
状態に於いてバイメタルを適当な温度に予熱するように
しておく。この状態では、バイメタルを構成する互いに
熱膨張係数の異なる２枚の金属板は、夫々所定の寸法に
膨張しているが、低膨張係数の金属板は高膨張係数の金
属板の変形によって膨張を抑制された状態となる。高膨
張係数の金属板も低膨張係数の金属板によって引張られ
て膨張を抑制された状態となる。この状態から昇温して
開状態となるのに必要な変形（両金属板の膨張による変
形）を起こさせるに要するエネルギーは、予熱させてい
ない同じバイメタル（両金属板は互いに影響し合ってい
ない）が昇温して開状態となるのに必要な変形を起こさ
せるに要するエネルギーよりも大きいものと考えられ
る。

第８図（ａ）はバイメタルの動作を示す時間−温度曲
線である。前述した理由から、温度T₂に予熱されている
バイメタルの開状態となる動作温度（闘値温度）T
_th2は、予熱されていない温度T₁のバイメタルが閉状態
から開状態となる動作温度（闘値温度）T_th1よりも高く
なる。開状態となると共に、バイメタルの予熱は停止さ
れ、従って、バイメタルが降温して開状態から閉状態と
なる動作温度はT_th1となり、温度T_th2では開状態の侭で
ある。両動作温度に上記のような差を設けることによ
り、開状態が維持されている時間は、両動作温度を同温
度としたときのそれよりもΔt₁だけ長くなる。第８図
（ｂ）はバイメタルの上記動作のタイミングチャートで
ある。

以上のように両動作温度と異ならしめることにより、
後述するように、従来のスイッチ装置にはない利点がも
たらされる。

ヘ．実施例 以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１ 第１図はバイメタルを備えた保護装置を示し、同図
（ａ）は拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のI b−I
b線矢視断面図である。

バイメタル３は冷間圧廷鋼板製の収容部２に収容さ
れ、その一端が収容部２に固定され、他端には固定接点
５に接触する可動接点４が取付けてある。固定接点５に
は導電板６が取付けられ、導電板６はポリエステルの絶
縁薄板８を挟んで電熱板１と対向し、絶縁薄板８を貫通
する接続部７によって導電板６と電熱板１とが電気的に
接続される。収容部２の縁部2bは折曲されて絶縁薄板８
及び電熱板１を抱えるようにして上記各部分が一体にな
っている。収容部２の一端及び電熱板１の一端には、端
子2a及び1aが夫々設けられ、リード線９、９を接続す
る。

リード線９、９は、図示しない電気機器と電源との間
に直列に接続される。この保護装置では、電気機器の使
用中は電熱板１が通電されて昇温し、バイメタル３が予
熱される。

電気機器が使用中に何等かのトラブルを起こして異常
に昇温したり、或いは大電流が流れて電熱板１が異常に
昇温したりすると、バイメタル３は予熱されているので
速やかに変形し、接点４、５が開いてOFFされ、電気機
器の保護が従来の保護装置に較べて確実である。その
後、自然放冷によってバイメタル３の変形が解除されて
やがて接点４、５が閉じてONされるが、前述したよう
に、ON動作の温度はOFF動作の温度よりも低くなってい
るので、OFFからONに至る迄の時間は、従来の保護装置
のそれに較べて第８図のΔt₁の時間だけ長くなる。従っ
て、異状の原因を排除して電気機器を再び使用できるよ
うになる迄の時間に余裕ができる。また、この間、ON、
OFFを繰返すことがなく、ヒューズを交換する手間も不
要である。なお、電熱板１の材料や寸法を選択すること
により、その発熱量を制御でき、3Aの低電流から20Aの
高電流に至る広い範囲の電気機器に対応して使用でき
る。

上記の例は電気機器の保護装置に第一の発明を適用し
た例であるが、この発明は次のような温度制御装置にも
適用可能である。

上記の例とは逆に、ON動作温度をOFF動作温度よりも
高くする。それには、閉状態でバイメタルを空冷、油
冷、その他適宜の方法で冷却する。

実施例２ この例は、リセット釦を付した保護装置の例である。

第２図は保護装置を示し、同図（ａ）は拡大平面図、
同図（ｂ）は同図（ａ）のII b−II b線矢視断面図であ
る。第３図は保護装置本体を示し、同図（ａ）は拡大平
面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のIII b−III b線矢視断
面図である。第４図はリセット釦を兼ねたゴム製カバー
を示し、同図（ａ）は拡大平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のIV b−IV b線矢視断面図、同図（ｃ）は同図
（ａ）のIV c−IV c線矢視断面図である。

この保護装置は、前記実施例１に於ける第１図の保護
装置を本体とし、バイメタル３の可動接点４近くの収容
部２に貫通孔2cを設けてある。なお、第２図及び第３図
で第１図と共通する各部分には同じ符号を付してある
（以下、同様）。

第３図の保護装置本体に第４図のカバー10を被せて第
２図の保護装置が完成する。

カバー10はシリコンラバーからなり、本体を収容する
よう扁平な筒状を呈していて、内面上側には本体を固定
するための突起10d、10eが形成されている。カバー上面
の略中央には、中央に下方に向けて突出部10cを設けた
天井付き円筒状の突起10bが設けられ、突起10bの上には
リセット釦10aが設けてある。これら各部は一体に成形
されてカバー10を構成する。

本体をカバー10に収容させると、第２図（ｂ）に示す
ようい、カバー10の突出部10cの先端が本体の収容部２
の貫通孔2cに浅く挿入され、その下方にバイメタル３が
位置するようになる。バイメタル３が昇温により変形し
て接点４、５が離れた状態で、仮想線で示すようにバイ
メタル３の上面が突出部10cに当接する。

この保護装置の使用方法は、リセット釦を使用するほ
か、前記実施例１に於ける第１図の保護装置と同様であ
る。

電気機器が使用中に何等かのトラブルを起こして異常
に昇温したり、或いは大電流が流れて電熱板１が異常に
昇温したりすると、前記実施例１で説明したと同様に、
バイメタル３が昇温して変形し、第８図に示したと同様
に速やかにOFF動作して電気機器を確実に保護する。こ
の例では、T_th1とT_th2とは20℃の差を持たせてあり、か
つ、T_th2よりも10℃低い温度T₃で第２図のリセット釦10
aを押して突出部10によってバイメタル３を閉状態の形
状に戻し、接点４、５を互いに接触させてON動作させ
る。バイメタル３は、温度T₃では閉状態の形状に近い形
状に迄復帰していて、上記のON動作は容易になされる。

リセット釦を操作せずにその侭放置すると、かなりの
長時間を経過したt₄の時点でようやくON動作がなされる
のであるが、この間、電気機器は使用できない状態にあ
る。そこで、上記のリセット釦を押してON動作させるこ
とにより、Δt₁をΔt₂へと短縮させ、t₃の時点で電気機
器を使用できるようにすることができる。

かくして、電気機器のトラブルの原因を排除した後、
t₃の時点以降でリセット釦を押して何時でも再び電気機
器の使用を続けることができる。なお、電気機器のトラ
ブルの原因が排除されないうちにON動作がなされること
のないよう、Δt₁の時間を充分に長くするのが良い。特
に、T_th1を室温以下（例えば０℃以下）に設定すれば、
室温（０〜25℃）ではバイメタルはON動作することがな
い。

T_th1、T_th2、T₂及びT₃を上記のように設定するため
に、本例では、電熱板１にニッケルクロム電熱帯２種
（NCHR2）又は鉄クロム電熱帯２種（FCHR2）から採取
し、厚さ0.25mmとしている。

第５図及び第６図は上記の保護装置を取付けた電動ド
リルの把持部を示し、第５は側面図、第６図は一部破砕
部分正面図である。

第５図に示すように、把持部22の側面の蓋24に設けら
れた貫通孔には、保護装置21のリセット釦10cが突出し
ている。図中、25はヒューズボックス、26は蓋取外し用
のレバーである。第６図に示すように、保護装置21は蓋
24の内側で把持部22に取付けられ、リード線９、９が把
持部22内の端子23、23に接続される。

保護装置21を上記のように取付けることにより、電動
ドリルの保護が確実になされると共に、リセット釦10c
の操作も極めて容易である。また、カバー10によって防
塵が保証され、故障の虞がない。

実施例３ この例は、前記実施例２の保護装置（第２図の保護装
置）に更にバイメタル予熱用の電熱帯を追加して設けた
例である。

第７図は本例による保護装置を示し、同図（ａ）は拡
大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のVII b−VII b線矢
視断面図である。この保護装置には、前記実施例２に於
ける第２図と同様のシリコンラバー製のカバー10が被せ
られるのであるが、第７図では理解を容易にするために
このカバーは図示省略してある。

電熱帯11は鉄クロム電熱帯FCHR1からなり、耐熱性と
絶縁性のあるポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のフ
ィルム12でテーピング被覆されている。PTFEフィルム12
に被覆された電熱帯11は、収容部２のバイメタル３が収
容されている四角形箱状部分の周囲を包むようにして収
容部２に取付けられ、一端の露出部分は収容部２にスポ
ット熔接によって接続されている。電熱帯11の他の側
は、収容部２の端子部2aにPTFEフィルム12を介して挟ま
れて固定され、先端部の露出部は図示しないリード線に
接続される。電熱板１の端子部1aには図示しない他のリ
ード線が接続される。

上記のような構造により、バイメタル３は電熱板によ
る予熱に併せて電熱帯11によって更に高温に予熱され、
電気機器にトラブルを生じた際、バイメタル３の変形に
よるOFF動作が一層早くなって電気機器の保護が一層確
実となる。また、第８図のT₂の温度を前記実施例１、２
に於けるそれよりも更に高くなり、従ってT_th2の温度も
更に高くなる。その結果、Δt₁の時間が長くなり、電気
機器のトラブル除去のための作業時間を長くとることが
できて安全性を観点から一層好ましくなる。

以上の実施例では、前述した効果に加えて、いずれも
スイッチ装置が小型で取扱いが容易であり、取付け場所
を選ばず、また、構造が簡単であって製造原価が低廉で
済み、故障を起すこともない。

また、電気機器の保護のほか、自動車その他のヒュー
ズの代わりに前記実施例２、３の保護装置が便利に使用
できる。更にシリコンラバーのカバーに気密性を付与し
て水中ポンプの保護に使用することも可能である。

以上の実施例のほか、本発明の技術思想に基づいて種
々の変形が可能である。例えば、前記実施例３に於い
て、電熱板１を省略し、電熱帯11のみによってバイメタ
ル３の予熱をするようにしても良い。また、前述したよ
うに電気機器以外の他の装置の温度制御にも本発明に基
づくスイッチ装置が適用でき、温度変化に対応して変形
する部材としては、バイメタルのほか、例えばベロー中
に封じ込まれたガスの温度変化に対応しての容積変化を
利用する変形部材等が使用可能である。また、目的によ
っては前記とは逆に、リセット釦を閉状態から開状態へ
と移行させるのに使用して良く、或いは、インバータを
組付けてON（１）のときに０の信号を、OFF（０）のと
きに１の信号を出力するようにもできる。

ト．発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、通電時に変形
部材を予熱する発熱部材を設けて、該変形部材が閉状態
から開状態へと変形する際の第１の動作温度を該変形部
材が開状態から閉状態へと変形する際の第２の動作温度
よりも高く設定するとともに、開状態にある該変形部材
の可動接点を固定接点に接触させるように該変形部材を
加圧して強制的に変形させるためのリセット手段を設け
ることにより、該変形部材が該第２の動作温度よりも高
い温度にあっても、開状態にある該変形部材を閉状態へ
と変形させるようにしたので、開状態の変形部材を機械
的に保持しておくための手段等の複雑な機構を要するこ
となく、簡易な構成で、電気機器その他の装置の保護や
制御を確実又は正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の実施例を示すものであって、 第１図は保護装置を示し、同図（ａ）は拡大平面図、同
図（ｂ）は同図（ａ）のI b−I b線矢視断面図、 第２図は他の例による保護装置を示し、同図（ａ）は拡
大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のII a−II a線矢視
断面図、 第３図は第２図の保護装置の本体を示し、同図（ａ）は
拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のIII b−III b線
矢視断面図、 第４図は第２図の保護装置のカバーを示し、同図（ａ）
は拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のIV b−IV b線
矢視断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のIV c−IV c線矢
視断面図、 第５図及び第６図は保護装置を備えた電動ドリルの把持
部を示し、第５図は側面図、第６図は一部破砕正面図、 第７図は更に他の例による保護装置を示し、同図（ａ）
は拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のVII b−VII b
線矢視断面図、 第８図はバイメタルの動作を示し、同図（ａ）は時間−
温度曲線を示すグラフ、同図（ｂ）はタイミングチャー
ト である。 第９図は従来の保護装置をモータの一次巻線に取付けた
状態を示す正面図である。 なお、図面に示された符号に於いて、 １……電熱板 ２……収容部 2c……収容部の貫通孔 ３……バイメタル ４……可動接点 ５……固定接点 ６……導電板 ７……接続部 ８……絶縁薄板 ９……リード線 10……カバー 10a……リセット釦 10c……リセット釦の突出部 11……電熱帯 12……電熱帯の絶縁被覆 である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−134185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−150676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−154078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−103579（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度変化に対応して変形する変形部材と、 前記変形部材に設けらた可動接点と、 前記可動接点に対向して設けられた固定接点とを含み、 温度上昇により前記変形部材が変形して前記可動接点が
   前記固定接点から離れることにより電気回路をオフ状態
   とするスイッチ装置であって、 前記電気回路がオン状態にある時に前記変形部材を予熱
   する発熱部材を設けることにより、前記変形部材が閉状
   態から開状態へと変形する際の第１の動作温度を、前記
   変形部材が開状態から閉状態へと変形する際の第２の動
   作温度よりも高く設定するとともに、 開状態にある前記可動接点を前記固定接点に接触させる
   ように前記変形部材を加圧して強制的に変形させるため
   のリセット手段を設けることにより、前記変形部材が前
   記第２の動作温度よりも高い温度にあっても、開状態に
   ある前記変形部材を閉状態へと変形させることが可能で
   あるスイッチ装置。
2. 【請求項２】前記変形部材における前記第２の動作温度
   を環境温度以下に設定することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のスイッチ装置。