JP2667899B2

JP2667899B2 - 過負荷保護装置

Info

Publication number: JP2667899B2
Application number: JP4023489A
Authority: JP
Inventors: 俊雄島田; 守夫小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1997-10-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JPH02265135A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、過負荷保護装置に係り、特にバイメタル破
断から接点溶着発生時における電動機巻線の焼損防止に
好適な過負荷保護装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、例えば冷蔵庫、空気調和機、除湿機等の電動
圧縮機をはじめ、広く電動機を用いる製品には、電動機
の過熱焼損を保護する手段として過負荷保護装置が用い
られている。

まず、従来の過負荷保護装置の一例を第20図および第
21図を参照して説明する。

第20図は、従来の過負荷保護装置の縦断面図、第21図
は、第20図のＣ−Ｃ矢視断面図である。図に示すよう
に、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル製の合成
樹脂等の耐熱絶縁材料からなる有底円筒状のケース１と
蓋２で囲んだ空気に、可動接点3,4を固着したディスク
状のバイメタル５を、ケース１の底面1aに貫通固定した
軸６の頭部6aに、ばね13により押し付けて反転自在に軸
支するとともに、前記可動接点3,4と対向する位置に固
定接点7,8を固着した第１の固定端子9,10をケース１内
の底面1bに貫通固定し、かつ、前記固定端子９と固定端
子10との間の任意の底面1bに、第２の固定端子に係るヒ
ータ端子11を貫通固定し、このヒータ端子11と前記固定
端子９との間に溶接などによってヒータ線12が接続さ
れ、バイメタル５を加熱するようにケース１の底面1b側
に配置されていた。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ′は、後述する第
７図に示すように、始動装置Ｓを直列に接続した電動機
Ｍの始動巻線17と主巻線18との並列回路すなわち電動機
巻線に、直列に接続して用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生し、大きな拘束電流
が流れると、バイメタル５およびヒータ線12の自己発熱
が増加し、バイメタル５が反転動作温度に達した瞬間、
バイメタル５自身が急激に反転運動し、可動接点3,4が
固定接点7,8から離れ、電動機Ｍの通電が断たれる。

通電が断たれたのち、バイメタル５とヒータ線12とが
冷却を開始し、反転復帰温度に達した瞬間、バイメタル
５が前記動作と逆の反転動作を行い、元の位置に復帰
し、可動接点3,4が固定接点7,8と接触して電動機Ｍが再
び通電される。

前記復帰後、電動機Ｍの拘束状態が解除されていれ
ば、電動機Ｍは正常に運転し、バイメタル５の反転運動
はここで停止する。

次に、従来の過負荷保護装置の他の例を第22図および
第23図を参照して説明する。

第22図は、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第
23図は、第22図の装置の電気回路図である。図中、先の
第20,21図と同一符号のものは、同等部分を示してい
る。

第22図に示す過負荷保護装置Ｐ″は、ケース１と蓋２
とで囲んだ空間に、可動接点3,4を固着したディスク状
のバイメタル５を、ケース１の底面1aに貫通固定した軸
６の頭部6aに、ばね13を介して押し付けて反転自在に軸
支するとともに、可動接点3,4と対向する位置に固定接
点7,8を固着した固定端子9,10をケース１の底面1aに貫
通固定したものである。

このような構成の過負荷保護装置Ｐ″は、第23図に示
すように、始動装置Ｓを直列に接続した電動機Ｍの始動
巻線17と主巻線18との並列回路すなわち電動機巻線に、
直列に接続して用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生して大きな拘束電流
が流れると、バイメタル５の自己発熱量が増加し、反転
動作温度に達した瞬間バイメタル５が急激に反転運動を
する。同時に可動接点3,4が固定接点7,8から離れ、電動
機Ｍの通電が断たれる。

通電が断たれたのち、バイメタル５が冷却を開始し反
転復帰温度に達した瞬間、前記動作と逆の反転運動を行
い元の位置に復帰する。同時に可動接点3,4が固定接点
7,8と接触し、電動機Ｍが再び通電される。このとき、
拘束状態が解除されていれば電動機Ｍは正常運転し、バ
イメタル５に流れる電流が減少してバイメタル５の反転
運動が停止する。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば
特開昭60−183349号公報、実開昭59−72641号公報、特
開昭63−224125号公報等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術においては、例えば電動機になんらか
の異常があり拘束状態が断続したとすると、バイメタル
は動作と復帰を繰り返して行うことになり、遂にはバイ
メタルが疲労して破断し、接点溶着に発展する。

その結果、電動機巻線が発熱し、焼損に至る。また、
過負荷保護装置にも大きな拘束電流が連続的に通電さ
れ、バイメタルの温度がケースおよび蓋の耐熱温度以上
に上昇し、バイメタル周辺を焼損させる恐れがある。

なお、ここでヒータ線が断線すれば、回路が遮断され
て安全ではあるが、断線しないと、過電流が流れ続け
る。また、ヒータ線のないものには、この作用すら期待
することができないものである。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、バイメタルが疲労して破断したと
き、または、接点溶着が発生したときに、回路をすみや
かに、かつ、永久的に遮断し、電動機巻線の焼損はもと
より過負荷保護装置の焼損を防止しうる過負荷保護装置
を提供することを、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る過負荷保護
装置のもっとも基本的な構成は、有底円筒状のケースを
蓋で囲んだ空間に、可動接点を固着したディスク状のバ
イメタルを備え、このバイメタルを、ケースの底面に固
定した軸の頭部側にばねを介して反転自在に軸支すると
ともに、前記可動接点と対向する位置に、固定接点を固
着した固定端子を前記ケースの底面に貫通固定するよう
にした過負荷保護装置において、上記軸を、頭部と胴体
部とに２分割し、これを熱可溶金属で結合して構成し、
異常温度上昇の際に前記熱可溶金属を溶融させ、ばねの
弾性作用によって頭部を胴体部から分離せしめ、バイメ
タルの軸支位置を移動させるようにしたものである。

1. 本発明に係る過負荷保護装置の第１の発明の構成
は、頭部と胴体部を結合する熱可溶金属の液相線温度
を、最高値側を235℃以下とし、最低値側をバイメタル
の反転動作温度プラス30℃以上にするとともに、胴体部
と熱可溶金属の結合部の接合面積を10mm²ないし40mm²と
し、かつ、ばねの変位量を2mmないし8mmとするととも
に、ばねの荷重を2.45N｛0.25kg｝ないし9.8N｛1.0kg｝
とし、さらに、ばねに用いる金属材料の耐熱温度を、ば
ねに荷重をかけた状態で、熱可溶金属の液相線温度プラ
ス50℃以上にしたことである。

2. 本発明に係る過負荷保護装置の第２の発明の構成
は、ばねの材料を一方向性の形状記憶合金で形成し、熱
可溶金属の液相線温度とほぼ等しい温度でばねが伸長す
ると同時に、バイメタル側に当接したばねの一端部側の
ばね径が拡大するようにしたことである。

なお、付記すると、第２の発明の特徴は、過負荷保護
装置に流れる電流が大きく接点の溶着力が増した場合、
およびバイメタルの切断が一対の可動接点の両方に同時
に発生しやすい材質または形状、寸法等により、第１の
発明の装置でカバーできない範囲が発生したとき、その
解決手段とて補ない用いるものである。

また、バイメタルが正常な動作をする領域で必要以上
のばね荷重を加わえると、その余分な力が作用して、反
転動作温度並びに反転復帰温度の変化をもたらし、その
作動値調整に長時間費やすことになり、原価上昇を招く
問題がある。その上、熱可溶金属に必要以上の荷重を連
続して加えて置くと、その荷重で熱可溶金属にクリープ
が発生してバイメタルの軸支位置が変化する。この軸支
位置の移動が発生すると、バイメタルの曲率半径が変化
し反転動作温度が上昇する。また、ばね荷重の減少に伴
い反転復帰温度が上昇する等の経時変化をもたらし好ま
しくない。この様な問題をも解消し得るものである。

〔作用〕

上記の技術的手段による働きを、第1,第２の発明の代
表的な構成のものについて次に述べる。

まず、第１の発明の作用について説明する。

バイメタルが疲労すると破断に発展し、バイメタルの
反転動作間隔が短縮する。それによって、ヒータおよび
バイメタルの通電時間が増加し、ケース内の温度を上昇
させる。また、この状態で接点溶着が発生すると、さら
にケース内の温度が上昇する。このとき、ケース内温度
上昇が、頭部と胴体部を結合した熱可溶金属の液相線温
度に達すると、熱可溶金属の結合部の接合強度がばねの
荷重の抗し切れなくなり、ばねの弾性作用によってバイ
メタルとともに頭部が上方に押し上げられる。この押し
上げ力がバイメタルを介して可動接点に伝達され、可動
接点と固定接点の溶着力に打ち勝って可動接点を固定接
点から開離させ、回路を遮断する。

回路遮断と同時に熱可溶金属は冷却を始め、液相線温
度から梱包線温度即ち、固化する方向に状態変化する。
ばねの弾性作用によってバイメタルの位置はこの状態変
化に関係なく同位置に留まる。また、この位置で熱可溶
金属が固化することとあいまって可動接点は、永久的に
回路遮断を継続する。

その結果、電動機巻線に再び通電されることがないの
で、電動機巻線の焼損はもとより過負荷保護装置の焼損
をも防止することができる。

次に、第２の発明の作用を説明する。

第１の発明の作用を説明したと同様に、ケース内の温
度が上昇したとき、その温度上昇が、頭部と胴体部を結
合した熱可溶金属の液相線温度に達するとともに、一方
向性の形状記憶合金で形成したばねの形状記憶温度に達
し、その高さが伸長すると同時にそのばねの外径が拡大
し、同時にバイメタルの可動接点を固着した方向にばね
の弾性作用点が移動する。

このとき、熱可溶金属の結合部の接合強度および可動
接点と固定接点の溶着力の一方または両方がばねの弾性
力に抗し切れなくなり、ばねの弾性作用によってバイメ
タルおよび頭部が上方に押し上げられる。この押し上げ
力がバイメタルを介して可動接点に伝達され、可動接点
と固定接点の溶着力に打ち勝って可動接点を固定接点か
ら開離させ、回路を遮断する。

回路遮断と同時に熱可溶金属は、第１の発明と同様の
作用をし、一方向性の形状記憶合金で形成したばねは、
その長さが伸長し、ばね径が拡大したままの状態で静止
持続する。

その結果、バイメタル軸支位置の移動とともに、可動
接点を固着したバイメタル自身の変形の両作用によっ
て、可動接点は永久に回路遮断を継続するので、電動機
巻線に再び通電されることがなく、電動機巻線の焼損は
もとより過負荷保護装置の焼損をも防止することができ
る。

なお、付記すると、本発明は必らずしもバイメタルが
疲労したときのみ作用するのではなく、過負荷保護装置
の定格を越えた誤った使用方法、または、これを用いた
各種機器の電源誤接続時等により発生する接点溶着解除
にも有効であることは言うまでもない。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第19図を参照
して説明する。

まず、第１の発明の実施例を第１図ないし第15図を参
照して説明する。

第１図は、第１の発明の一実施例に係る過負荷保護装
置の縦断面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、
第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１図の要部を説明
する斜視図、第４図は、第１図の装置の正常動作時を示
す縦断面図、第５図は第１図のバイメタルの破断時の要
部拡大平面図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１
図の装置のバイメタル破断時の動作を示す縦断面図、第
７図は、第１図、第16図、および第20図の装置の電気回
路図、第８図ないし第15図は、第１図および後述の第16
図の各種特性図である。

図中、第20,21図と同一符号のものは従来技術と同等
部分であるから、その説明を省略する。

第1,2図の実施例が、第20,21図の従来技術と相違する
ところは、軸６を頭部6aと胴体部6bに２分割し、これを
熱可溶金属14,即ち一般に知られているJIS Z 3282「は
んだ」に規定されたものにより結合したことである。な
お、付記すれば第３図（ｂ）に示す如く、前記頭部6aお
よび胴体部6bの一方または両方に切り込み部6a′,6b′
を設けると、熱可溶金属14の接合面積が、他の寸法を変
更することなく広げることが出来る利点がある。

また、熱可溶金属14の溶け込みがしやすくなり接合強
度のバラツキを小さく出来る等の利点があるものであ
る。

なお、（ｃ）の如く頭部６の切り込み部6a′に、胴体
部6bに設けた凸部6b″を嵌合すれば、他の寸法を変える
ことなく高強度が得られる。

熱可溶金属14の液相線温度は、バイメタル５とばね13
の負荷荷重を付加した状態で、バイメタル５の反転動作
温度に近ければ近い程その効果を発揮する。

発明者らは、液相線温度が、最高値側を235℃とし、
最低値側をバイメタル５の反転動作温度プラス30℃の温
度範囲になる熱可溶金属14を選定することにより、後述
の効果を得ることを確認した。

また、頭部6aと胴体部6bの結合部の接合面積が、10mm
²〜40mm²の範囲にあり、ばね13の変位量が、即ち圧縮寸
法が2mm〜8mmの範囲で、そのばね13のばね荷重が2.45N
｛0.25kg｝〜9.8N｛1.0kg｝の範囲内にあるとき、後述
の効果があることを確認した。

更に、ばね13に用いる金属材料の耐熱温度は、ばね13
に負荷荷重を加えた状態で、熱可溶金属14の液相線温度
プラス50℃以上である場合に、後述の効果があることを
確認した。

即ち、ばね13の耐熱温度は、発行所「工業日日新聞
社」の「機器用ばね材料」第２版昭和39年８月１日発
行 154頁の第75表「ばね材料の作業温度と応力」の抜
粋を次に示す。この例で説明するならば、例えば、熱可
溶体14にSn−Ag系のSn96.5％、Ag3.5％を用いると液
相、固相温度共に約221℃であるから、ばね13の最大負
荷時の応力が仮りに382.2N/mm²｛39kg/mm²｝とすれば、
290℃−50℃＝240℃＞221℃の関係が成立し、18−８ス
テンレス以上の耐熱温度を有する材料を用いれば良いこ
とになる。

このような構成の過負荷保護装置Ｐは、第７図に示す
ようにバイメタル５とヒータ線12と電動機Ｍとが直列に
接続されている。これにより、過負荷保護装置Ｐは、始
動装置Ｓを直列に接続した電動機Ｍの始動巻線17と主巻
線18との並列回路すなわち電動機巻線に、直列に接続し
て用いられる。

電動機Ｍになんらかの異常が発生し、大きな拘束電流
が流れると、バイメタル５およびヒータ線12の自己発熱
量が増加し、バイメタル５が反転動作温度に達した瞬
間、バイメタル５自身が急激に反転運動し、第４図に示
すように、可動接点3,4が固定接点7,8から離れ、電動機
Ｍの通電が遮断される。

復帰後、電動機Ｍの拘束状態が解除されていれば電動
機Ｍは正常に運転し、バイメタル５の反転運動はここで
停止する。

しかし、拘束状態が継続しており、バイメタル５が動
作，復帰の反転運動を繰り返し行っている最中に、バイ
メタル５が疲労して第５図に示すE,Fのように破断する
に至ったとすると、バイメタル５の反転動作温度と反転
復帰温度の変化、あるいは反転動作量の減少等によっ
て、その反転動作間隔が短縮する。

なお、付記すると、第５図に示す。軸支穴5bから放射
状に設けたスリット5cは、バイメタル５の反転動作時に
軸支穴5bに生じる応力を分散させるように形成したもの
である。

しかしながらその破断に至る回数は一般に5000回〜2
0,000回と少ないものである。

その結果、バイメタル５およびヒータ線12に流れる拘
束電流の通電率が増加し、ケース１内の温度が上昇す
る。

このとき、熱可溶金属14の温度が液相線温度付近に達
し、ばね13の弾性に抗し切れなくなると、頭部6aが胴体
部6bを上方に位置移動し、同時にバイメタル５を上方に
押し上げる。

なお、バイメタル５の軸支穴5cの穴径は、胴体部6bの
軸径より小さい関係になっている。

この位置移動が、第６図（ａ）に示すように、可動接
点3,4と固定接点7,8との接触不能位置に達すれば回路遮
断となる。また、バイメタル５はばね13で押し上げられ
たままであるため開路状態を継続することは言うまでも
ない。

さらに、この途中で接点溶着が発生したことを仮定す
ると、バイメタル５が破断した状態では、バイメタル５
の特性そのものが大幅に変化し、可動接点３を固着した
側と可動接点４を固着した側との動作はアンバランスと
なる。したがって、接点溶着は負荷を直接開閉する一方
の接点側に集中して発生する。接点溶着が発生すると拘
束電流が連続通電となり、ケース１内の温度上昇は急上
昇する。

このとき、熱可溶金属14は溶融し、ばね13の弾性作用
によりバイメタル５が位置移動を開始する。

例えば、第６図（ｂ）に示すように、可動接点３側が
溶着したとすると、溶着していない一方の可動接点４を
固着したバイメタル５が破断にともない単独で位置移動
し、回路を遮断する。

このとき、可動接点３の溶着点に剪断力が作用し、ば
ね15の弾性が打ち勝つならば、可動接点３側も回路を遮
断し、第６図（ｃ）のように、バイメタル５は水平状態
に保持される。

また、本実施例では、バイメタル５が蓋２方向に位置
移動しても、頭部6aが蓋２と当接した位置で胴体部6bと
更に嵌合している関係寸法にすることで、バイメタルが
軸６から離脱したり、頭部6aが胴体部6bから離脱して固
定接点7,8またはヒータ12と接触するなどの短絡事故等
の２次災害を招くこともない。

なお、このような基本動作をするものであっても、通
常の使用状態、即ち第１図の状態における電動機Ｍの連
続運転保証範囲内、および第４図の状態における間欠的
な動作、または断続が連続的に継続している間、並びに
第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）に至る間に、熱可溶金属
14にクリープが発生すると、頭部6aが位置移動し、この
位置移動でバイメタル５の曲率半径が小さくなる方向に
変化する。

なお、一般にこの位置移動が0.1mmあったとすると、
バイメタル５の反転動作温度の変化は約10％増加するこ
とになる。

バイメタル５の反転動作温度が増加すると、その増加
に伴い過負荷保護装置Ｐの動作がにぶくなり、初期の目
的である電動機Ｍの巻線温度を安全な範囲に安定させる
機能を失なうことは周知の通りである。

従って、バイメタル５の軸支位置の移動は、正常な動
作を期待する範囲内において発生してはならず、本発明
の成功の第１のポイントがここにある。

また、クリープを優先し、クリープのみにとらわれる
と、異常時に熱可溶金属14が溶融するまでに時間がかか
り、その間に電動機Ｍが焼損してしまったり、過負荷保
護装置Ｐが焼損してしまい初期の目的を達成出来ず、本
発明の成功の第２のポイントがここにある。

さらに、このとき、ばね13の温度上昇時にばね性が低
下してへたりを生じ変位量の減少、並びに同時に発生す
る荷重の減少があると、これまた目的が達成出来ず、本
発明の第３のポイントである。

また、これ等のポイントが達成出来ても接点溶着が発
生した場合、これに打ち勝つ引き剥し力が得られなけれ
ばその初期の目的が達成出来ず、本発明のスタート点は
ここになる。

発明者らは、まず、第１に接点溶着が発生した場合、
その溶着力がどの程度になり、これを引き剥すにはどの
程度の引き剥し力が必要かを明確にし、これを出発点に
各必要諸元を求めることにした。

一般にバイメタル５が正常に断続しているときであっ
ても、毎回接点溶着は発生している。しかしながらバイ
メタル５自身にこれに打ち勝つ反転力、即ち開離力が備
わっているため、見掛上接点溶着現象となって現われな
いだけである。経験的には、このバイメタル５の反転力
は約0.98N｛0.1kg｝以上で設計され、過去から現在まで
正常動作していることに着目し、バイメタル５の破断時
には、これを基準に1.5倍の接点溶着力が発生するもの
として、ばね13の必要荷重を1.47N｛0.15kg｝以上であ
れば問題ないとした。

次に、第２段階として、過負荷保護装置Ｐのケース１
が発煙に至る温度を求め、その温度が260℃以上である
ことをつきとめた。さらに、この温度を通電電流と時間
の関係に置き替えて求め、第８図に示すようにバイメタ
ル５の反転動作時間と発煙に至る時間を同一特性図に現
わした。

第３段階として、熱可溶金属14の液相線温度を、第２
段階で明確にした温度の260℃以下とし、これ以下の液
相線温度となる熱可溶金属材料を用いて、頭部6aと胴体
部6bの接合面積を5mm²〜45mm²まで振らせ、頭部6aと胴
体部6bの分離温度が安定するばね13の最低荷重を割り出
した。その結果は、第９図に示す通り0.98N｛0.10kg｝
が得られる。

第４段階として、ばね13の必要荷重が第１段階および
第２段階の検討結果から、その合成荷重が2.45N｛0.25k
g｝以上必要であることが分ったので、この荷重以上に
おける熱可溶金属14のクリープ特性を、液相線温度範囲
を135℃〜235℃とし、接合面積範囲を5mm²〜45mm²（45m
m²以上は構造上可能な最大値）とし、その一例を第10図
（ａ），（ｂ）に示す。

この結果を基に、従来技術の過負荷保護装置のバイメ
タル５の反転動作温度の変化率が約５％あること等を勘
案し、バイメタル５の軸支位置移動による反転動作温度
の許容変化率を２％とし、前述のバイメタル５の軸支位
置移動が0.1mmのとき反転動作温度が10％変化する関係
から許容出来るクリープ量を求め0.02mm以下と定めた。
また、このクリープが0.02mm以下となる最小荷重2.47N
｛0.25kg｝時の接合面積は10mm²以上となり、接合面積
が45mm²時の最大荷重は9.8N｛1.0kg｝以下である。

次に、第５段階として、第４段階の検討で得られた接
合面積が10mm²〜40mm²の範囲で、荷重が2.47N｛0.25k
g｝〜9.8N｛1.0kg｝の範囲の通電電流と軸分離容断時間
の関係を求めると、第11図にその一例を示すような結果
が得られた。これに、第２段階の検討結果で得られた特
性図を重ねると第12図の如くなり、接合面積が40mm²の
最大で、荷重が2.47N｛0.25kg｝の組合せにおいて、ケ
ース１の発煙が防止出来ないことが判明した。

第６段階として、ばね13の荷重を2.47N｛0.25kg｝〜
9.8N｛1.0kg｝の範囲について、周囲温度に対する荷重
変化率を調べると、第13図（ａ），（ｂ）のような結果
が得られた。なお、荷重変化率は次に示す式で求めた即ち、ばね13の材料にピアノ線を用いた場合には、第
13図（ａ）に示すように荷重変化が発生する温度は、80
℃と求まった。また、18−８ステンレスを用いた場合に
は、第13図（ｂ）に示すように荷重変化が発生する温度
は、240℃と求まった。

上述の第１段階から第６段階までの結果を纏めると、
次の通りとなる。

1. 熱可溶金属14の液相線温度は、235℃以下で、か
つ、バイメタル５の反転動作温度プラス30℃以上である
こと。

2. 頭部6aと胴体部6bの接合面積は、10mm²〜40mm²の範
囲内であること。

3. ばね13の荷重は、2.47N｛0.25kg｝〜9.8N｛1.0kg｝
の範囲内であること。

4. ばね13の使用可能温度は、前述の「ばね材料の作業
温度と応力」の表に示めされた温度を基準にするなら
ば、そこに示めされた応力値でもその温度マイナス50℃
であること。即ち、この温度が熱可溶金属14の液相線温
度とイコールまたはそれ以上でなければならないこと。

次に以上の結果を基に過負荷保護装置Ｐを試作し、実
機試験を行なった結果では、ばね13の変位量、即ち圧縮
寸法が1mm未満であると一方の接点が溶着した場合、軸
分離動作直後に回路遮断するものの、バイメタル５が周
囲温度の低下に伴いその曲率半径が変化し、再び可動接
点３または４が固定接点７または８と接触す恐れがあ
る。

そこで、この値の２倍以上の2mm以上が適正値である
と判断した。また、最大変位量は、前述の第１段階から
第６段階の検討の中で種々の複合される条件を満すもの
として求めたものである。

以上検討した過負荷保護装置Ｐの代表的な負荷並びに
接合強度および軸溶断温度の関係は、第14図に示す如く
なる。また、バイメタル５の反転動作時間（図中および
以下の説明では反転動作時間と略す。）と頭部6aと胴体
部6bの分離時間（図中および以下の説明では軸分離時間
と略す。）の通電電流特性は、第15図に示す如くなる。

第14,15図で分る通り、本発明の過負荷保護装置Ｐ
は、その使用される全周囲温度変化範囲で、負荷荷重よ
り接合強度が勝り、また、その使用される全電流変化範
囲で、反転動作時間が軸分離時間以下となり、通常動作
が従来技術と全く同様の機能を有するものとなる。

また、軸分離時間は、前述の検討結果からケース１の
発煙しないものとすることが出来た。

さらに、この軸分離時間は、正常に過負荷保護装置Ｐ
が反転動作する時間に対してわずかに長くなる程度であ
り、この軸分離時間内で電動機Ｍの焼損は発生しないこ
とが確認出来た。

例を上げれば、その消費電力が100Wの電動機を機械的
に拘束し、定格電圧を連続通電したとき、完全焼損に至
る時間が約２時間かかるのに対して、本発明に乗っとっ
て設計した過負荷保護装置Ｐでは、同一条件で軸分離時
間が約40秒と極めて短かく大幅に余裕がある。

また、上記試験後の電動機Ｍの巻線抵抗および絶縁抵
抗並びに耐電圧等の諸特性が試験前後ともに変化しない
ことからも立証出来、本発明の過負荷保護装置Ｐの保護
特性は、従来技術の基本特性を変えることなく、簡単か
つ、安価に得られその実用的効果に大なるものがある。

また、本実施例は、ヒータ線12を付帯する過負荷保護
装置Ｐで説明したが、本発明は、ヒータ線12の有，無に
かかわらずその効果を発揮するもので、その利用範囲は
広範囲である。

従って、本発明の過負荷保護装置Ｐを用いれば、これ
を用いた冷蔵庫等の各種機器の信頼性、安全性は、大幅
に向上させることが出来る。

第16図は、第２の発明の一実施例に係る過負荷保護装
置の縦断面図、第17図は、第16図のＢ−Ｂ断面図、第18
図は、第16図の正常動作時を示す縦断面図、第19図は、
第16図の装置のバイメタル破断時の動作を示す縦断面図
である。

図中、第20,21図または第1,2図と同一符号のものは、
従来技術または先の第１の発明の実施例と同一部分であ
るから、その説明を省略する。

第16,17図の実施例が、従来技術または第１の発明の
技術と相違するところは、ばね15を形状記憶合金で形成
し、バイメタル５と接触する一端15a側が、第１の発明
に示した熱可溶金属14の液相線温度とほぼ等しい温度に
なったとき、その外径が可動接点3,4側に拡大するとと
もに、その高さがセット時の寸法以上に伸長するように
したことである。（第19図参照）なお、本発明に用いる形状記憶合金は、一般的に知ら
れている銅系、鉄系を問わず、不可逆的な形状記憶効
果、即ち、一方向性形状記憶合金の使用が最適である。

なぜならば、後述する動作時に万一熱可溶金属14の粘
性が高く頭部6aと胴体部6bの分離ストロークが不足した
り、バイメタル５の破断位置がランダムで、第１の発明
の実施例では、可動接点3,4と固定接点7,8を引き剥す力
が不足する場合、もしくは、負荷電流が大きく大形な過
負荷保護装置を小形化する場合に優れた効果を発揮する
ものであるからである。

このような構成の過負荷保護装置P₁は、第７図に示す
如く、バイメタル５と電動機Ｍとが直列に接続されてい
る。

電動機Ｍになんらかの異常が発生したときの過負荷保
護装置P₁のバイメタル５の作動は、先の実施例と同様で
ある。

前記した拘束状態が継続しており、バイメタル５が動
作，復帰の反転運動を繰り返し行なっている最中に、バ
イメタル５が疲労して破断に至ると先の実施例と同様の
現象となる。

その結果、バイメタル５の通電率が増加し、ケース１
内の温度を上昇させ熱可溶金属14の温度が液相線温度に
達し、かつ、ばね15のセット荷重並びに伸長時の荷重が
加算されて第１の発明と同様に動作させる。

その上、ばね15の一端15a側が、バイメタル５と接触
したまま可動接点3,4方向にその径を拡大し、バイメタ
ル５の可動接点3,4近傍の位置から頭部6aを押し上げる
とともに、バイメタル５自身を蓋２側に頭部6aを基点と
して弓なりに反らせる。

従って、第１の発明にプラスすること、可動接点3,4
をより直接的に押し上げる効果が付加され、予想値以上
の接点溶着が発生したとしてもこれを解除出来るもので
ある。

また、第１の発明では、バイメタル５の破断位置がラ
ンダムまたは複合して発生し、ばねの力が可動接点３ま
たは４のいずれか一方の溶着している方に伝達されない
と、その一方の遮断しか成功しない事も予想されるが、
この様な場合にも確実に可動接点3,4を押し上げ、回路
を確実に遮断することが可能となる。

その上、ばね15の荷重が正常動作時においては、第１
の発明同様の値とすることが出来るのでその他の特性を
犠牲にすることなく、適用出来るためその実施化も容易
となる。

特に、このばね15の荷重を必要以上に高くすることな
く上述の効果が得られるので、過負荷保護装置の一般特
性、即ち、従来からの固有特性である反転動作温度等の
変化をきたすことがないので、その調整技術も従来技術
の範囲内で処理出来る等、幾多の効果を有するものであ
る。

更に、第１の発明同様、従来技術の延長線上で実施化
出来るため、その利用価値は大である。

また、過去のサービスパーツとしても互換性があり、
利用出来るので、今後採用するもの以外の信頼性，安全
性向上に寄与出来るものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、バイメタルが疲
労して破断したとき、または、接点溶着が発生したとき
に、回路を永久的に遮断し、電動機巻線の焼損はもとよ
り過負荷保護装置の焼損を防止しうる過負荷保護装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の一実施例に係る過負荷保護装置の縦
断面図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１図の要部を説明する斜
視図、第４図は、第１図の装置の正常動作時を示す縦断
面図、第５図は、第１図のバイメタルの破断時を示す要
部拡大平面図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１
図の装置のバイメタル破断時の動作を示す縦断面図、第
７図は、第１図、第16図および第20図の装置の電気回路
図、第８図ないし第15図は、第１図および第16図の装置
の基本特性図、第16図は、本発明の他の実施例に係る過
負荷保護装置の縦断面図、第17図は、第15図のＢ−Ｂ矢
視断面図、第18図は、第15図の装置の正常動作時を示す
縦断面図、第19図は、第15図の装置のバイメタル破断時
の動作を示す縦断面図、第20図は、従来の過負荷保護装
置の縦断面図、第21図は、第20図のＣ−Ｃ矢視断面図、
第22図は、従来の他の過負荷保護装置の縦断面図、第23
図は、第22図の装置の電気回路図である。１……ケース、２……蓋、 3,4……可動接点、５……バイメタル、６……軸、6a……頭部、 6b……胴体部、7,8……固定接点、 9,10……固定端子、13……ばね、 14……熱可溶金属、15……ばね。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−224125（ＪＰ，Ａ) 特開平１−279532（ＪＰ，Ａ) 特開平１−286220（ＪＰ，Ａ) 特開平１−320723（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−72641（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−183349（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−35642（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−44232（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有底円筒状のケースを蓋で囲んだ空間に、
可動接点を固着したディスク状のバイメタルを備え、こ
のバイメタルを、ケースの底面に固定した軸の頭部側に
ばねを介して反転自在に軸支するとともに、前記可動接
点と対向する位置に、固定接点を固着した固定端子を前
記ケースの底面に貫通固定するようにした過負荷保護装
置において、上記軸を、頭部と胴体部に２分割し、これ
を熱可溶金属で結合して構成し、異常温度上昇の際に前
記熱可溶金属を溶融させ、ばねの弾性作用によって頭部
を胴体部から分離せしめ、バイメタルの軸支位置を移動
させるようにしたもので、前記熱可溶金属の液相線温度
の最高値側を235℃とし、最低値側をバイメタルの反転
動作温度プラス30℃以上とするとともに、熱可溶金属に
よる頭部と胴体部の接合面積を10mm²ないし40mm²とし、
かつ、ばねの変位量を2mmないし8mmとするとともに、ば
ねの荷重を2.45N｛0.25kg｝ないし9.8N｛1.0kg｝とした
ことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の過負荷保護装
置において、ばねに用いる金属材料の耐熱温度を、ばね
に荷重をかけた状態で、熱可溶金属の液相線温度プラス
50℃以上としたことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項３】有底円筒状のケースを蓋で囲んだ空間に、
可動接点を固着したディスク状のバイメタルを備え、こ
のバイメタルを、ケースの底面に固定した軸の頭部側に
ばねを介して反転自在に軸支するとともに、前記可動接
点と対向する位置に、固定接点を固着した固定端子を前
記ケースの底面に貫通固定するようにした過負荷保護装
置において、上記軸を、頭部と胴体部に２分割し、これ
を熱可溶金属で結合して構成し、異常温度上昇の際に前
記熱可溶金属を溶融させ、ばねの弾性作用によって頭部
を胴体部から分離せしめ、バイメタルの軸支位置を移動
させるようにしたもので、前記熱可溶金属の液相線温度
の最高値側を235℃とし、最低値側をバイメタルの反転
動作温度プラス30℃以上とするとともに、熱可溶金属に
よる頭部と胴体部の接合面積を10mm²ないし40mm²とし、
かつ、ばねの材料を一方向性形状記憶合金で形成すると
ともに、前記ばねの通常変位量を2mmないし8mmとし、通
常荷重を2.47N｛0.25kg｝ないし9.8N｛1.0kg｝とし、さ
らに、異常温度上昇の際、前記熱可溶金属とほぼ等しい
温度でばねの変位量が2mmないし8mm以上に伸長すると同
時に、バイメタル側に当接したばねの一端側のばね径が
拡大するようにしたことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の過負荷保護装
置において、ばねの変位量が2mmないし8mm以上に伸長す
ると同時に、バイメタル側に当接したばねの一端側のば
ね径が拡大するとき、ばね荷重が通常荷重の2.47N｛0.2
5kg｝ないし9.8N｛1.0kg｝を越える値になることを特徴
とする過負荷保護装置。
【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項記載の
過負荷保護装置において、頭部と胴体部の熱可溶金属結
合部を、一方を丸穴と他方を丸軸とした場合その接合面
積を拡大するため、丸穴側および丸軸側の一方または両
方に切り込み部を設けたことを特徴とする過負荷保護装
置。
【請求項６】特許請求の範囲第１項ないし第５項記載の
過負荷保護装置において、頭部と胴体部の結合部の胴体
部軸径が、バイメタルの穴径より小さいことを特徴とす
る過負荷保護装置。