JP2804856B2

JP2804856B2 - 過負荷保護装置

Info

Publication number: JP2804856B2
Application number: JP3209273A
Authority: JP
Inventors: 俊雄島田; 守夫小林; 武美多田; 広一横永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: KR970007771B1; US5235308A; KR930005058A; JPH0554765A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過負荷保護装置に係
り、電動機などの負荷に電流を供給する電路中に配置さ
れ、かつバイメタルを有する過負荷保護装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷蔵庫、空気調和機、除湿機な
どの電動機をはじめ電動機を用いる製品には、電動機の
過熱焼損を防止するために過負荷保護装置が設けられて
いる。また、ヒータ等の過熱防止のためにも過負荷保護
装置が設けられている。この種の過負荷保護装置として
は、従来種々提案されているが、その一例として実開昭
５９−７２６４１号公報や実開昭６４−３５６４２号公
報などに開示されたものを図１３ないし図１４を参照し
て説明する。図１３は、従来の過負荷保護装置の縦断面
図、図１４は、図１３のＤ−Ｄ矢視断面図である。

【０００３】図１３，１４において、１はケース、１ａ
は外部底面、１ｂは内部底面、２は蓋、３，４は可動接
点、５はバイメタル、６は調整ねじ、６ａは頭部、７，
８は固定接点、９，１０は固定端子、１１はヒータ端
子、１２はヒータ線、１３はばねである。ケース１は、
フェノール樹脂または不飽和ポリエステルの合成樹脂な
どの耐熱絶縁材料からなり、有底円筒状をなしている。
このケース１に蓋２が被せられ、これらによって内部空
間が形成される。

【０００４】この内部空間には、ケース１の底部の中心
に、内部底面１ｂから外部底面１ａを貫いて黄銅製の調
整ねじ６が取り付けられており、この調整ねじ６のケー
ス１の内部側の端部に頭部６ａが設けられている。この
調整ねじ６には、ディスク状のバイメタル５が取り付け
られ、また、バイメタル５とケース１の内部底面１ｂと
の間にばね１３が取り付けられており、このばね１３の
付勢力によってバイメタル５が調整ねじ６の頭部６ａに
押圧されている。

【０００５】バイメタル５におけるケース１の内部底面
１ｂ側の面の辺部には２個の可動接点３，４が固着され
ている。また、ケース１の内部底面１ｂから外部底面１
ａに貫通して固定された固定端子９の先端の固定接点７
が前記可動接点３に対向した位置に固着されており、同
様に固定されて一部が外部に突出した固定端子１０の先
端の固定接点８も前記可動接点４に対向した位置に固着
されている。さらに、同様にして、一部外部に突出して
ヒータ端子１１と固定端子９との間に溶接などによって
ヒータ線１２が接続されている。固定端子１０とヒータ
端子１１とがこの過負荷保護装置の外部端子となってい
る。このヒータ線１２は、バイメタルの５の下面に接近
し、かつ調整ねじ６の向う側に回り込むように配置され
ており、ヒータ線１２から発生する熱によってバイメタ
ル５が全周にわたって加熱されるように構成されてい
る。

【０００６】バイメタル５は中心部を中心とした湾曲状
をしており、温度が低い場合には、図示するように中心
部が上方に突出した湾曲状をなし、可動接点３，４がそ
れぞれ固定接点７，８に接触している。これにより、固
定端子１０から固定接点８、可動接点４、バイメタル
５、可動接点３、固定接点７、固定端子９、ヒータ線１
２を通ってヒータ端子１１に至る電路が形成され、温度
が高くなって所定の温度に達すると、バイメタル５は図
示とは逆の中央部が下方に突出した湾曲状に急激に形状
変形する。これを、以下、反転運動といい、反転運動後
のバイメタル５の状態を反転状態という。また、この反
転運動が生ずる温度を反転動作温度という。バイメタル
５が反転運動すると、可動接点３，４がそれぞれ固定接
点７，８から離れ、電路が断状態となる。

【０００７】バイメタル５が反転状態にあって温度が低
下し、所定の温度まで低下すると、バイメタル５は図示
の状態に復帰する。これを以下、復帰運動といい、図示
の状態を元の状態という。また、復帰運動が生ずる温度
を復帰動作温度という。バイメタル５が反転状態から元
の状態に復帰すると、可動接点３，４がそれぞれ固定接
点７，８に接触して電路が再び形成される。

【０００８】過負荷保護装置と電動機との接続関係を示
す回路図を図３に示す。図３において、１４′は過負荷
保護装置、１５は電動機、１６は始動装置、１７は始動
巻線、１８は主巻線であり、図１３図および図１４に対
応する部分には同一符号を付けている。同図において、
過負荷保護装置１４′は上記電路構成部分のみが示さ
れ、電動機１５は巻線のみが示されている。電動機１５
においては、始動巻線１７と始動装置１６との直列回路
が主巻線１８に並列接続されている。かかる電動機１５
と過負荷保護装置１４′とは、電動機１５の一方の端子
とヒータ端子１１とを接続することにより、直列接続さ
れている。これにより、過負荷保護装置１４′の固定端
子１０、バイメタル５、ヒータ線１２、ヒータ端子１１
を介して電動機１５の始動巻線１７、主巻線１８に電流
が流れる。

【０００９】電動機１５に何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とヒータ線１２の
自己発熱が増加する。そして、温度がバイメタル５の反
転動作温度に達すると、この瞬間バイメタルが急激に反
転運動し、上記のように、可動接点３，４が固定接点
７，８から離れて電動機１５の通電が停止する。この通
電停止があると、バイメタル５とヒータ線１２とは冷却
し始める。そして、温度がバイメタル５の復帰動作温度
に達すると、バイメタル５は急激に復帰運動して元の状
態に復帰し、可動接点３，４がそれぞれ固定接点７，８
に接触して電動機１５の通電が再開する。このとき、電
動機１５の拘束状態が解除されていれば、バイメタル５
は再度反転運動を行うことがなく、電動機１５は正常な
運転を行う。

【００１０】次に、例えば、実開昭６０−１８３３４９
号公報に記載されるような従来の過負荷保護装置の他の
例を図１５によって説明する。図１５は、従来の他の実
施例を示す過負荷保護装置の縦断面図である。同図にお
いて、図１３に対応する部分には同一符号を付けてい
る。また、図１６は、図１５の過負荷保護装置と電動機
との接続関係を示す回路図である。この従来例は、基本
的には、ヒータ線が設けられていない点が図１３に示し
た従来例と異なっている。このため、図１５に示すよう
に、先端に固定接点７を有する固定端子９がケース１の
底部を貫いて外部に突出されており、固定端子１０とと
もに外部端子となっている。可動接点３，４がそれぞれ
固定接点７，８と接触しているときには、固定端子１０
から固定接点８、可動接点４、バメタル５、可動接点
３、固定接点７を介して固定端子９に至る電路が形成さ
れる。

【００１１】かかる過負荷保護装置１４″を電動機１５
に使用する場合には、図１６に示すように、過負荷保護
装置１４″の一方の固定端子９が電動機１５の一方の端
子に接続される。電動機１５に何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の自己発熱が
増加する。そして、温度がバイメタル５の反転動作温度
に達すると、この瞬間バイメタルが急激に反転運動し、
可動接点３，４が固定接点７，８から離れて電動機１５
の通電が停止する。この通電停止があると、バイメタル
５が冷却し始める。そして、温度がバイメタル５の復帰
動作温度に達すると、バイメタル５は急激に復帰運動し
て元の状態に復帰し、可動接点３，４がそれぞれ固定接
点７，８に接触して電動機１５の通電が再開する。この
とき、電動機１５の拘束状態が解除されていれば、バイ
メタル５は再度反転運動を行うことがなく、電動機１５
は正常な運転を行う。

【００１２】以上のように、上記各従来例によると、バ
イメタル５の反転状態中に拘束状態が解除されれば、電
動機１５は正常な運転状態となって過熱焼損を防止でき
る。しかしながら、電動機１５の異常状態が解消せず、
バイメタル５が復帰運動して元の状態に戻るが、電動機
５が再び拘束状態となると、過負荷保護装置１４″に大
きな拘束電流が流れ、再びバイメタル５が反転運動して
反転状態となり、電動機１５の通電が停止する。このよ
うに電動機１５の異常状態が解消されないと、バイメタ
ル５は反転運動と復帰運動とを繰り返し行うことにな
り、この繰り返しが多くなると、遂にはバイメタル５は
疲労して破断する。

【００１３】図４は、従来の過負荷保護装置および後述
する本発明の過負荷保護装置のバイメタル破断状態を示
す平面図である。上に挙げた実開昭６０−１８３３４９
号公報においては、図４に示すように、調整ねじが嵌合
する軸支穴５ｂに放射状に応力分散用スリット５ｃが設
けられたバイメタル５が使用されるが、かかるバイメタ
ル５が上記のように反転運動と復帰運動とを繰り返す
と、スリット５ｃの先端から外周部５ｄ方向にむかって
Ｅ，Ｆで示すような破断が発生する。同時にバイメタル
５の曲率半径が大きくなる。

【００１４】このようにバイメタル５が破断すると、バ
イメタル５の特性が変化して反転動作温度や復帰動作温
度が変化したり、反転運動しても可動接点３，４の部分
の反転動作量が減少したりなどして反転動作間隔が短く
なり、バイメタル５やヒータ線１２に流れる拘束電流の
通電率が増加してケース内の温度がますます上昇する。
また、可動点接点３，４の接触圧力の減少を伴う。この
ために、可動接点３，４と固定接点７，８とがそれぞれ
溶着するに至る。このように接点溶着が発生すると、電
動機１５の巻線と、過負荷保護装置１４′または１４″
のバイメタル５とに大きな拘束電流が連続して流れるこ
とになり、電動機１５の巻線が発熱して焼損することに
なるし、また、バイメタル５やヒータ線１２の発熱によ
ってケース１の内部温度が上昇し、ケース１や蓋２の耐
熱温度以上に上昇すると、ケース１や蓋２などのバイメ
タル５の周辺が焼損することになる。

【００１５】なお、図１３に示した従来例において、ケ
ース１の内部温度が上昇したときヒータ線１２が断線す
れば、過負荷保護装置１４′の電路が遮断され、上記の
焼損が防止できて安全であるが、必ずしもヒータ線１２
が断線するとは限らず、安全性の点で問題となる。ま
た、図１５で示したヒータ線をもたない過負荷保護装置
１４″では、この作用さえも期待できない。

【００１６】以上のような問題を解決する手段として
は、従来、種々提案されている。その１つとして、例え
ば、実開昭５９−７２６４１号公報においては、ケース
にセラミックなどの耐熱性材料を用いるものが開示され
ている。また、例えば、実開昭６３−１７４１４５号公
報記載のものにおいては、複数の鋸歯状突起を有する動
作計数板を設け、バイメタルが復帰運動する毎に順次異
なる鋸歯状突起に係合して動作計数板を降下させ、鋸歯
状突起の個数に等しい回数バイメタルが復帰運動する
と、動作計数板はケースの内部底面に当接し、バイメタ
ルが復帰運動をすることができないようにした手段が開
示されている。これによると、電動機の異常状態が解消
されなくとも、バイメタルは、所定回数復帰運動を行う
と、復帰運動ができなくなり、反転状態が維持されて拘
束電流が遮断される。

【００１７】さらに、例えば、実開昭６３−２２４１２
５号公報記載のものにおいては、第１のバイメタルとこ
れよりも反転動作温度が高い第２のバイメタルとを直列
接続して設け、異常電流の発生によって第１のバイメタ
ルが反転動作を行なうようにし、異常状態が解消されず
に第１のバイメタルが反転運動と復帰運動とを繰り返
し、遂に第１のバイメタルが破断して接点溶着が生じた
ときには、この結果生ずる温度の異常上昇により、第２
のバイメタルが反転運動して異常電流を遮断する手段が
開示されている。

【００１８】さらに、実開昭６４−１４５０号公報また
は特開平１−８２４２４号公報には、第１のバイメタル
の下面に第２のバイメタルを当接させ、第１のバイメタ
ルが破断して接点溶着が生ずると、第２のバイメタルが
反転運動して第１のバイメタルを持ち上げるようにした
技術が開示されている。

【００１９】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報ま
たは特開平１−２７９５３２号公報および特開平２−４
４２３２号公報においては、バイメタルが取付けられる
軸の頭部をこの軸とは別部品とし、この頭部に凹みを設
け、この頭部を軸に嵌め込んだときに凹みに熱可溶金属
を充填し、この熱可溶金属でもって頭部を軸先端に固着
するようにした技術が開示されている。通常、バイメタ
ルはばねによって頭部に押圧されているが、バイメタル
が接点溶着して温度が高くなると、熱可溶金属が溶融し
て頭部と軸との固着が解け、ばねの付勢力によってバイ
メタルと頭部とが持ち上げられる。

【００２０】さらに、例えば、実開平２−１２８３３８
号公報においては、軸に係止金具を係合してバイメタル
の軸支部とし、高温になると係止金具が変形して軸との
係合を解除し、ばねの付勢力によってバイメタルを持ち
上げるようにした技術が開示されている。さらに、例え
ば、実開平２−１２８３３９号公報においては、バイメ
タルの上面に高温になると変形して低寸となる受金具を
配置してバイメタル軸支部を構成し、ばねの付勢力によ
ってバイメタルを持ち上げるようにした技術が開示され
ている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、バイメ
タルの接点溶着の対策手段が種々提案されているが、そ
れぞれに次のような問題があった。すなわち、実開昭５
９−７２６４１号公報に記載のようにケースをセラミッ
クで形成すると、確かにケースの焼損を回避できるが、
電動機巻線の焼損は免れないし、ケースが高価なものと
なるという問題があった。

【００２２】また、実開昭６３−１７４１４５号公報記
載のように動作計数板を設けた従来技術においては、こ
の動作計数板によってバイメタルの反転運動、復帰運動
の繰返し動作回数が限られているため、（１）冷蔵庫、空気調和機、除湿機などに用いられる過
負荷保護装置の場合、電動圧縮機の故障、すなわち機械
的ロック以外でも作動してしまい、バイメタルが動作計
数板によって反転状態に保持されてしまう事態が起り易
く、したがって、サービスコールの増加を招く。（２）調整作業中の動作確認においても動作計数板が位
置移動してしまい、残りの動作回数が減少してしまうな
どの実用化に際しての課題が残っていた。

【００２３】さらに、実開昭６３−２２４１２５号公報
記載のように、直列接続した第１，第２のバイメタルを
用いる場合には、これらを同時に通電する必要があるか
ら、（１）これらバイメタルの比抵抗に応じて流すことがで
きる電流の大きさの範囲が制限される。（２）バイメタルの比抵抗が不足してこれ自体の発熱量
が小さいときには、ヒータ線を設ける必要があるが、バ
イメタルとヒータ線との間の絶縁距離を確保する必要が
あることから、ヒータ線が占めるスペースも大きくな
り、過負荷保護装置が大形化する。（３）第１，第２のバイメタルそれぞれに高価な接点を
設ける必要があり、装置自体が高価になる。などの実用化に際しての課題が残っていた。

【００２４】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報ま
たは特開平１−２７９５３２号公報および実開平２−４
４２３２号公報に記載のように、熱可溶金属で軸とその
頭部とを固着した場合には、（１）バイメタルが接点溶着して高温となると、熱可溶
金属が溶融し初め、ばねによってバイメタルと軸の頭部
が持ち上げられるが、熱可溶金属の粘性のため、これら
の持ち上げはゆるやかに行なわれる。そして、バイメタ
ルの持ち上げによって可動接点がケースの内部底面上の
固定接点から外れると、電路が遮断されるために、これ
と同時に熱源を失ない、熱可溶金属は固相方向に向か
う。このように、熱可溶金属の粘性に充分打ち勝つようにば
ねの力が作動しないときには、上記のようにバイメタル
が持ち上げられたときの可動接点との間の接点間開離量
（接点ギャップ）を充分確保できない。

【００２５】（２）上記の熱可溶金属の固相現象はばね
の負荷抵抗そのものであり、接点溶着時でのばねの接点
引きはがし力を減少させるように作用する。このこと
は、大電流の負荷を開閉する過負荷保護装置を得る場合
の障害となることが予想される。（３）熱可溶金属による結合にはクリープがあるので、
その融点はバイメタルの反転動作温度に対して充分温度
差があることが必要である。このため接点開離動作が行
なわれるための動作温度が高くなり、装置の利用範囲が
制限されやすい。（４）軸の頭部の凹みへの熱可溶金属の溶し込みに安定
度が高い設備が必要であって、設備費が高価になる。などの実用化に際しての課題があった。

【００２６】さらに、実開平２−１２８３３８号公報記
載のように、バイメタル軸支部に係止金具を用いる場合
には、（１）軸に環溝を設ける必要があり、加工工数増加によ
るコストアップを招く。（２）係止金具が形状記憶合金を用いるため、その変形
スピードが除動となり、環溝から離脱するまで長時間か
かる。（３）また、係止全具が高価な材料を用いることから、
装置自身が高価になる。などの実用化に際しての課題が
あった。

【００２７】さらに、実開平２−１２８３３９号公報記
載のように、バイメタルの上面に受金具を用いる場合に
は、（１）軸のネジ部を回転させてバイメタルの反転動作温
度を所定の設定温度に調整するとともに、可動接点と固
定接点との接触圧力を得るとき、バイメタルの軸支位置
が移動すると同時に受金具のたわみ寸法が変化する。こ
の変化に伴い受金具の動作温度が変化する。（２）また、所定の設定温度におけるバイメタルの軸支
位置は、バイメタルの反発力とばねの付勢力との合成力
と、受金具の力とがバランスしたところに定まるが、両
者の力のバランス点は刻々と変化し調整が難しい。

【００２８】（３）バイメタルが反転動作し、可動接点
が固定接点から離れた状態において、バイメタルの軸支
位置が上方からの受金具の付勢力と、下方からのばねの
付熱力とのバランスしたところに定まる。すなわち、バイメタルの反発力が無くなることから、ば
ねは受金具の付勢力によって圧縮方向に変化し、接点間
開離量（接点ギャップ）が減少する方向に作用する。最
悪時には十分なる接点間開離量が確保できず、装置とし
ての機能を失う恐れがある。（４）いずれにしても、各構成部品の寸法精度等を大幅
に向上させない限り装置を製作するのが困難である。などの実用化に際して種々の課題があった。

【００２９】なお、いずれの従来例の装置にも共通して
言えることは、（１）何等かの構成部品を追加する事によってその目的
を達成するものである。（２）製作工程が複雑で従来の設備以外に設備の新設が
必要になるとともに、調整時の歩留り低下等により原価
が大幅に上昇する。

【００３０】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、バイメタル破断直後の接点溶
着前に回路を永久的に遮断し得る、その構成が最も簡単
で、かつ安価な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。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の過負荷保護装置に係る第一の発明の構成
は、有底ケースと、該有底ケースの底面に固定された少
なくとも一対の固定接点を固着してなる固定端子と、前
記有底ケース内空間にあるディスク状のバイメタルと、
該バイメタルに固着した、前記固定接点と対向する可動
接点と、前記バイメタルを反転自在に軸支するとともに
可動接点を固定接点に押圧する調整ねじとで構成された
過負荷保護装置において、前記可動接点を固着してなる
バイメタルの外周部と対向する前記有底ケースの壁面に
傾斜部を設けたものである。

【００３２】また、上記目的を達成するために、本発明
の過負荷保護装置に係る第二の発明の構成は、前記第一
の発明と同一前提において、前記可動接点を固着してな
るバイメタルの外周部と対向する前記有底ケースの壁面
に階段状の段部を設けたものである。

【００３３】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の過負荷保護装置に係る第三の発明の構成は、有底ケ
ースと、該有底ケースの底面に固定された少なくとも一
対の固定接点を固着してなる固定端子と、前記有底ケー
ス内空間にあるディスク状のバイメタルと、該バイメタ
ルに固着した、前記固定接点と対向する可動接点と、前
記バイメタルを反転自在に軸支するとともに可動接点を
固定接点に押圧する調整ねじとで構成され、前記バイメ
タルの軸支部から外周方向にむかって放射状に複数個の
応力分散用スリットを有する過負荷保護装置において、
前記可動接点を固着してなるバイメタルの外周部と対向
する前記有底ケースの壁面に傾斜部（または階段状の段
部）を設けるとともに、前記複数個の応力分散用スリッ
トのうち、少なくとも一個のスリットが最大応力部とな
る形状をなし、かつ、このスリットから外周部方向に破
断が発生したとき、バイメタルの曲率半径が大きくなる
とともにその外形寸法が外周方向に増加するようにした
ものである。

【００３４】

【作用】上記の各技術的手段による働きは次のとおりで
ある。可動接点を固着したバイメタルが破断したとき、
バイメタルの外形寸法は、曲率半径が大きくなることと
あいまって、破断線と直角方向に増加する。そこで、（１）バイメタルの外周部の先端が有底ケースの傾斜部
と接触してその後の働きが規制されることによって、可
動接点と固定接点の接触が断たれる。（２）バイメタルの外周部の先端が有底ケースの段部と
接触して、その後の動きが規制されることによって、可
動接点と固定接点の接触が断たれる。（３）バイメタルの破断箇所を任意の位置にコントロー
ルできることから、上述の作用により確実なものとする
ことができる。その結果、電動機巻線の通電が断たれ、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することが
できる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図１２
を参照して説明する。〔実施例１〕図１は、本発明の一実施例に係る過負荷
保護装置の縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面
図、図３は、図１および図１３に示した過負荷保護装置
と電動機との接続関係を示す回路図、図４は、本発明の
過負荷保護装置および従来の過負荷保護装置のバイメタ
ル破断状態を示す平面図、図５は、図１の装置の動作過
程を示す要部説明図、図６は、図１の装置の動作を示す
要部説明図である。なお、図１３と対応する部分には同
一符号を付けて重複する説明を省略する。図において、
１ｃ，１ｄは、可動接点３，４を固着したバイメタル５
の近傍のケース１の壁面１ｅに設けた一対の傾斜部であ
る。

【００３６】このような構成の過負荷保護装置１４を図
３に示す回路に用いたとき、電動機１５が正常に回転す
る状態では、バイメタル５とヒータ線１２に大きな電流
である始動電流が短時間流れたのち、小さな運転電流の
連続通電になる。通常始動電流が流れる時間は約２秒以
内で始動装置１６等の作動により制限されている。この
とき、バイメタル５は、バイメタル５自身の発熱エネル
ギーとヒータ線１２の加熱エネルギーとによる温度上昇
では反転動作しないことは従来技術と同様である。ま
た、電動機１５に始動電流を最大値として過大な拘束電
流が連続して流れると、バイメタル５およびヒータ線１
２の自己発熱エネルギーが増加し、バイメタル５が動作
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
１５の通電が断たれる。

【００３７】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運動を行い、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１５が再び通電される。前記復帰後、電動
機１５の拘束状態が解除されていれば、電動機１５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
のは従来技術と全く同様である。

【００３８】しかしながら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が疲労して図４に示すように
スリット５Ｃの先端から外周部５ｄ方向に向かってＥ，
Ｆのような破断が発生すると、破断Ｅの如く完全破断の
場合には、プレス加工により強制的に湾曲形成されたバ
イメタル５が元の形状に戻ろうとして、その曲率半径が
大きくなり、破断Ｅは間隙δを伴う。間隙δが発生した
瞬間、バイメタル５の外形寸法は、破断後の破断線と直
角方向の寸法が間隙δに見合った分だけ、この場合には
実線で示す外周部５ｄ方向、すなわち、可動接点３，４
方向に増加する。なお、図４では、破断前の形状を一点
鎖線で示す。

【００３９】一般にこの破断Ｅ，Ｆは、バイメタル５の
動作，復帰の反転運動のいずれかの過程で発生する。い
ま、動作反転時に破断が発生したとすると、バイメタル
５には上向きの大きな力が作用し、ケース１の傾斜部１
ｃ，１ｄとの摩擦抵抗に打ち勝って図５に示す実際の位
置から一点鎖線の如く変形する。その後バイメタル５が
冷えて復帰するが、図６に示す実線位置の如く、バイメ
タル５の可動接点３，４近房の外周部５ｄの先端５ａが
ケース１の傾斜部１ｃ，１ｄと接触して、その後の動き
が規制される。この規制によって可動接点３，４と固定
接点７，８の接触が断たれる。なお、一点鎖線はバイメ
タル５の破断前における正常動作位置を示す。また、復
帰反転時に破断が発生したとすると、動作反転時の復帰
時と同様の図６実線位置のような状態となり、可動接点
３，４と固定接点７，８の接触が断たれる。

【００４０】一般に、バイメタル５が破断するまでには
動作、復帰の反転運動を１０，０００回以上繰り返すの
が普通である。この回数負荷電流の開閉を行うと、可動
接点３，４と固定接点７，８は負荷開閉時のアーク等に
より消耗し、それぞれの高さ寸法Ｈ₁，Ｈ₂が減少するの
は周知のとおりである。このような状態で前述の図６の
動作が行なわれるため、バイメタル５の先端５ａとケー
ス１の傾斜部１ｃ，１ｄとの見掛上の接触位置は、固定
接点７，８の接触面７ａ，８ａを基準としたとき、一点
鎖点で示す初期位置基準のＣ寸法から実線で示す動作時
点基準のＤ寸法に結果として変化する。そのため、バイ
メタル５の破断時には可動接点３，４と固定接点７，８
の接点間開離量が十分に確保できるものである。

【００４１】上述のように、本発明の装置の動作エンド
モードは、接点オープンモードであるため、電動機１５
の電路が２度と再び通電されることが無いので、電動機
１５の加熱焼損はもとより過負荷保護装置１４の焼損を
も防止できる。また、その動作手段がバイメタルの破断
開始時点をとらえて作動させるため、従来例の如く接点
溶着後の温度上昇をとらえて作動させるものと比較し、
負荷に与える熱的影響度合（焼損度合）は極めて小さ
い。発明者らの実験によれば、バイメタル５の正常動作
時と何等変化の無いことを検証済みである。

【００４２】さらに本発明の手段は、接点溶着発生前の
時点で接点オープンモードとすることができるので、従
来の手段のように接点溶着力が大きくなる大電流負荷領
域での適用制限がなく、また、負荷によって接点オープ
ンモードになっても焼損してしまう負荷に対しても有効
である。したがって、小電流領域から大電流領域の負荷
はもちろんのこと、温度上昇勾配の早い負荷等に関係な
く、あらゆる負荷に適用できる効果を有するものであ
る。

【００４３】その上、ケースと一体にその手段の主要部
分を形成するだけであるため、簡単かつ安価に提供でき
るものである。すなわち、金型の改造により、ケース形
状を変えるだけで実施できる利点がある。さらに、新設
の設備を入れる必要なく、その実用的効果に大なるもの
がある。なお、本実施例では、ヒータ線１２を有するも
ので説明したが、ヒータ線１２の有無に関係なく同一効
果が得られることは言うまでもない。また、負荷を電動
機１５によって説明したが、ヒータ負荷のように電流変
動がなくても、過負荷保護装置１４を設置した周囲温度
が何等かの原因で上昇するような場合には、その周囲温
度の変化だけでも動作するので、その用途が制限される
ものではない。

【００４４】〔実施例２〕次に、図７は、本発明の他
の実施例に係る過負荷保護装置の蓋を外した平面図、図
８（ａ），（ｂ）は、図７のＢ−Ｂ，Ｃ−Ｃ矢視断面
図、図９は、図７の装置のバイメタル破断状態を示す平
面図である。図中、図１ないし図４と同一符号のもの
は、先の実施例と同等部分であるから、その説明を省略
する。図７，８の実施例が図１，２の実施例と異なる点
は、バイメタル５Ａの破断が図９に示す実線の如く可動
接点３，４の方向にその外形寸法が増加しないときにも
その効果を発揮するようにするため、バイメタル５Ａの
外周部の任意の位置に、バイメタル５を中心として対称
位置になるように、ケース１の壁面１ｅに複数の傾斜部
１ｃ，１ｄを設けたものである。なお図９において、破
断前の形状を一点鎖線で示す。

【００４５】〔実施例３〕次に、図１０は、本発明の
さらに他の実施例に係る過負荷保護装置のバイメタルの
一例を示す平面図である。図中、図４と同一符号のもの
は同等部分を示す。図１０の実施例は、過負荷保護装置
と組合せたとき、その効果がより確実なものとなるバイ
メタル５Ｂの破断箇所をコントロールする手段を示して
いる。すなわち、バイメタル５Ｂの軸支穴５ｂから外周
方向に向かって放射線状に配置された複数個の応力分散
用スリット５ｃのうち、最低１箇所のスリット５ｅが最
大応力部となるように他のスリット５ｃと異形にしてい
る。破断は、最大応力部から始まるので、破断箇所の間
隙δが最大となる箇所または、前述の傾斜部方向にその
外形寸法が増加する作用位置に間隙δを形成できるもの
である。

【００４６】〔実施例４〕また、図１１は、本発明の
さらに他の実施例に係る過負荷保護装置のバイメタルの
他の一例を示す平面図である。図中、図４と同一符号の
ものは同等部分を示す。図１１の実施例は、図１０の実
施例と同様、過負荷保護装置と組合せたとき、その効果
がより確実なものとなるバイメタル５Ｃの破断箇所をコ
ントロールする手段を示している。すなわち、バイメタ
ル５Ｃの軸支穴５ｂから外周方向に向かって放射線状に
配置された複数個の応力分散用スリット５ｃのうち、最
低１箇所のスリット５ｆが最大応力部となるように他の
スリット５ｃと異形にしている。図１１の実施例によれ
ば、図１０の実施例と同等の効果を得ることができる。

【００４７】〔実施例５〕次に、図１２は、本発明の
さらに他の実施例に係る過負荷保護装置の要部拡大断面
図である。図中、図１と同一符号のものは図１の実施例
と同等部分であるから、その説明を省略する。図１２の
実施例は、ケース１の壁面１ｅに前述の傾斜部１ｃ，１
ｄと同一効果を有する階段状の段部１ｆを設けたもの
で、図１２には、この段部１ｆにバイメタル５の外周部
５ｄの端面５ａが接触した動作状態を示している。段部
１ｆを設ける位置，数等は先の傾斜部を設けた実施例と
同様に配置すればよい。なお、段部１ｆを設けることよ
って、より効果的にバイメタル５の動きを規制できるも
のである。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、下記の優れた効果が得られる。（１）バイメタルが疲労して破断すると同時に、電路が
永久的に遮断され、過負荷保護対象の負荷はもとより過
負荷保護装置の焼損を防止できる。（２）バイメタルが疲労して破断するまでは、過負荷保
護対象の負荷に異常が発生すると、必ず該バイメタルが
反転運動と復帰運動を繰り返し、異常の解消とともに、
バイメタルは必ず電路を閉じて過負荷保護対象の負荷を
使用可能な状態とするし、該バイメタルが破断すると、
直ちに充分な接点開離量を確保する。これにより、信頼
性が大幅に向上する。（３）ヒータ線の有無にかかわらず過負荷保護のための
動作を正確、かつ確実に行う。（４）従来技術にバイメタルや形状記憶合金部材などの
部材を追加することなく、小形，軽量に構成できて、従
来の構成部品を用いるだけで目的が達成できる。しがっ
て、本来の保護特性を犠牲にすることなく、安価なもの
とすることができる。（５）小電流から大電流までの広い範囲の負荷に対して
信頼性が高いものとなり、用途が広く拡張する。

【００４９】すなわち、本発明によれば、バイメタル破
断直後の接点溶着前に回路を永久的に遮断し得る、その
構成が最も簡単で、かつ安価な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】

【図１】本発明の一実施例に係る過負荷保護装置の縦断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図１および図１３に示した過負荷保護装置と電
動機との接続関係を示す回路図である。

【図４】本発明の過負荷保護装置および従来の過負荷保
護装置のバイメタル破断状態を示す平面図である。

【図５】図１の装置の動作過程を示す要部説明図であ
る。

【図６】図１の装置の動作を示す要部説明図である。

【図７】本発明の他の実施例に係る過負荷保護装置の蓋
を外した平面図である。

【図８】図７の要部断面図である。

【図９】図７の装置のバイメタル破断状態を示す平面図
である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例に係る過負荷保護
装置のバイメタルの一例を示す平面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例に係る過負荷保護
装置のバイメタルの他の一例を示す平面図である。

【図１２】本発明のさらに他の実施例に係る過負荷保護
装置の要部拡大断面図である。

【図１３】従来の過負荷保護装置の縦断面図である。

【図１４】図１３のＤ−Ｄ矢視断面図である。

【図１５】従来の他の実施例を示す過負荷保護装置の縦
断面図である。

【図１６】過負荷保護装置と電動機との接続関係を示す
回路図である。

【符号の説明】

１ケース１ｃ，１ｄ傾斜部１ｅ壁面１ｆ段部３，４可動接点５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃバイメタル５ｂ軸支穴５ｃ，５ｅ，５ｆスリット７，８固定接点９，１０固定端子１２ヒータ線１４過負荷保護装置１５電動機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横永広一栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献特開昭63−224125（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−82424（ＪＰ，Ａ) 特開平１−279532（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−33364（ＪＰ，Ｕ) 実開昭53−101274（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−120056（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−72641（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−183349（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−59945（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−174145（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−1450（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−35642（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−44232（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−128338（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−128339（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4047141（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01H 37/00 - 37/74 ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有底ケースと、該有底ケースの底面に固
定された少なくとも一対の固定接点を固着してなる固定
端子と、前記有底ケース内空間にあるディスク状のバイ
メタルと、該バイメタルに固着した、前記固定接点と対
向する可動接点と、前記バイメタルを反転自在に軸支す
るとともに可動接点を固定接点に押圧する調整ねじとで
構成された過負荷保護装置において、前記可動接点を固着してなるバイメタルの外周部と対向
する前記有底ケースの壁面に傾斜部を設けたことを特徴
とする過負荷保護装置。
【請求項２】有底ケースと、該有底ケースの底面に固
定された少なくとも一対の固定接点を固着してなる固定
端子と、前記有底ケース内空間にあるディスク状のバイ
メタルと、該バイメタルに固着した、前記固定接点と対
向する可動接点と、前記バイメタルを反転自在に軸支す
るとともに可動接点を固定接点に押圧する調整ねじとで
構成された過負荷保護装置において、前記可動接点を固着してなるバイメタルの外周部と対向
する前記有底ケースの壁面に階段状の段部を設けたこと
を特徴とする過負荷保護装置。
【請求項３】有底ケースと、該有底ケースの底面に固
定された少なくとも一対の固定接点を固着してなる固定
端子と、前記有底ケース内空間にあるディスク状のバイ
メタルと、該バイメタルに固着した、前記固定接点と対
向する可動接点と、前記バイメタルを反転自在に軸支す
るとともに可動接点を固定接点に押圧する調整ねじとで
構成され、前記バイメタルの軸支部から外周方向にむか
って放射状に複数個の応力分散用スリットを有する過負
荷保護装置において、前記可動接点を固着してなるバイメタルの外周部と対向
する前記有底ケースの壁面に傾斜部を設けるとともに、前記複数個の応力分散用スリットのうち、少なくとも一
個のスリットが最大応力部となる形状をなし、かつ、こ
のスリットから外周部方向に破断が発生したとき、バイ
メタルの曲率半径が大きくなるとともにその外形寸法が
外周方向に増加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】有底ケースと、該有底ケースの底面に固
定された少なくとも一対の固定接点を固着してなる固定
端子と、前記有底ケース内空間にあるディスク状のバイ
メタルと、該バイメタルに固着した、前記固定接点と対
向する可動接点と、前記バイメタルを反転自在に軸支す
るとともに可動接点を固定接点に押圧する調整ねじとで
構成され、前記バイメタルの軸支部から外周方向にむか
って放射状に複数個の応力分散用スリットを有する過負
荷保護装置において、前記可動接点を固着してなるバイメタルの外周部と対向
する前記有底ケースの壁面に階段状の段部を設けるとと
もに、前記複数個の応力分散用スリットのうち、少なくとも一
個のスリットが最大応力部となる形状をなし、かつ、こ
のスリットから外周部方向に破断が発生したとき、バイ
メタルの曲率半径が大きくなるとともにその外形寸法が
外周方向に増加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５】有底ケース壁面の傾斜部を、可動接点を
固着したバイメタルの外周部近傍のみに設けたことを特
徴とする請求項１または３記載のいずれかの過負荷保護
装置。
【請求項６】有底ケース壁面の傾斜部を、バイメタル
の外周部の対称位置に複数箇所設けたことを特徴とする
請求項１、３、および５記載のいずれかの過負荷保護装
置。
【請求項７】有底ケース壁面の段部を、可動接点を固
着したバイメタルの外周部近傍のみに設けたことを特徴
とする請求項２または４記載のいずれかの過負荷保護装
置。
【請求項８】有底ケース壁面の段部を、バイメタルの
外周部の対称位置に複数箇所設けたことを特徴とする請
求項２、４、および７記載のいずれかの過負荷保護装
置。
【請求項９】可動接点を固着したバイメタルが破断し
たとき、バイメタルの外周部の先端が有底ケースの傾斜
部と接触してその後の動きが規制されることによって、
可動接点と固定接点の接触が断たれる動作エンドモード
を有することを特徴とする請求項１、３、５および６記
載のいずれかの過負荷保護装置。
【請求項１０】可動接点を固着したバイメタルが破断
したとき、バイメタルの外周部の先端が有底ケースの傾
斜部と接触してその後の動きが規制されることによっ
て、可動接点と固定接点の接触が断たれる動作エンドモ
ードを有することを特徴とする請求項２、４、７および
８記載のいずれかの過負荷保護装置。
【請求項１１】固定端子を接続部を介して電動機巻線
に直列に接続したことを特徴とする請求項１ないし８記
載のいずれかの過負荷保護装置。
【請求項１２】ヒータを有する保護回路に用いたこと
を特徴とする請求項１ないし８記載のいずれかの過負荷
保護装置。