JP3086102B2

JP3086102B2 - 過負荷保護装置

Info

Publication number: JP3086102B2
Application number: JP05117311A
Authority: JP
Inventors: 俊雄島田; 渉菅原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH06333478A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機等に用いて好適
なバイメタルを備えた過負荷保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷蔵庫や空気調和機，除湿機等
の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。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号公報等に開示されるものが知ら
れており、以下、これについて説明する。

【０００３】図１７は実開昭５９−７２６４１号公報に
記載の過負荷保護装置を示す縦断面図、図１８は図１７
の分断線Ｂ−Ｂから見た平面図であって、１はケ−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、５ａは軸支穴、６は調整ネ
ジ、６ａは頭部、７，８は固定接点、９，１０は固定端
子、１１はヒ−タ端子、１２はヒ−タ線、１３はバネ、
１４’はこの過負荷保護装置である。

【０００４】図１７において、ケ−ス１はフェノ−ル樹
脂または不飽和ポリエステル樹脂等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−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。

【０００５】この内部空間内には、ケ−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
調整ネジ６が取り付けられており、この調整ネジ６のケ
−ス１の内部側の端部に頭部６ａが設けられている。こ
の調整ネジ６には、ディスク状のバイメタル５が、その
軸支穴５ａに調整ネジ６が挿入されることにより、取り
付けられており、また、この調整ネジ６でのバイメタル
５とケ−ス１の内部底面１ｂと間にバネ１３が取り付け
られている。このバネ１３は圧縮された状態にあり、そ
の付勢力によってバイメタル５が調整ネジ６の頭部６ａ
に押圧されている。

【０００６】バイメタル５の内部底面１ｂ側に向いた面
（下面）の外周部に、互いに対向して可動接点３，４が
抵抗溶接により固着されている。また、ケ−ス１の内部
底面１ｂから外部底面１ａに貫通して固定された固定端
子９が設けられ、この固定端子９の先端に、バイメタル
５の可動接点３に対向するようにして、固定接点７が固
着されており、同様にして、ケ−ス１の内部底面１ｂか
ら外部底面１ａに貫通して固定された固定端子１０の先
端に、バイメタル５の可動接点４に対向するようにし
て、固定接点８が固着されている。

【０００７】また、ケ−ス１の内部底面１ｂから外部底
面１ａに貫通してヒ−タ端子１１が固定されており、ケ
−ス１の内部空間で、このヒータ端子１１の端部と固定
端子９の先端との間に、溶接等により、ヒ−タ線１２が
接続されている。固定端子１０とヒ−タ端子１１とがこ
の過負荷保護装置１４’の外部端子となっている。この
ヒ−タ線１２はバイメタル５の下面に近接し、かつ、図
１８に示すように、図１７で調整ネジ６の向う側に回り
込むように配置されており、ヒ−タ線１２の発熱によっ
てバイメタル５が全周にわたって加熱されるようにして
ある。

【０００８】バイメタル５は中心部を中心とした湾曲状
をなしており、その温度が低い場合には、図示するよう
に、中心部が蓋２側に突出した湾曲状をなし、可動接点
３，４が夫々固定接点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−タ
線１２を通ってヒ−タ端子１１に至る電路が形成され
る。バイメタル５の温度が高くなって或る温度に達する
と、バイメタル５は、図示とは逆に、中央部が内部底面
１ｂ側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、反転運動によるバイメタル
５の状態を反転状態という。また、この反転運動が生ず
るバイメタル５の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が夫々固定接点
７，８から離れ、電路が遮断状態となる。

【０００９】反転状態にあるバイメタル５の温度が或る
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、この復帰運動によ
る図示の状態を元の状態という。また、復帰運動が生ず
るバイメタル５の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が夫々固定接点７，８に接触して再び電路が形成
される。

【００１０】図１９はかかる過負荷保護装置１４’を電
動機に用いた場合の電気的な接続関係を示す回路図であ
って、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１７，図１８に対応する部
分には同一符号をつけている。

【００１１】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の一方の端子が過負荷保護装置１４’の
ヒ−タ端子１１と接続されることにより、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からバイメタル５，ヒ−タ線１２，ヒ−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。

【００１２】電動機１５やこの電動機１５で駆動される
図示しないコンプレッサの軸受部分の焼付きや回転部分
へのゴミの侵入により、電動機１５の運転中に電動機１
５のメカニカルロックが発生すると、そのロ−タが回転
しないために、始動電流に相当する大電流が流れ、電源
が接続されている状態でロ−タがロックされている限り
流れ続ける。これを拘束電流と呼び、電動機１５の定格
電流の４〜５倍程度である。通常、正常な始動時での始
動電流が流れる時間（始動時間）は２〜３秒と短いため
に、電動機１５はこの短時間に流れる程度の大きな始動
電流には充分耐えられるように設計されている。しか
し、拘束電流が長時間に渡って電動機１５とその電流回
路に流れ続けることは設計上考慮されておらず、好まし
くない。

【００１３】過負荷保護装置１４’はこの不具合を解消
するものであって、電動機１５に大きな拘束電流が流れ
続けてバイメタル５とヒ−タ線１２の自己発熱が増加
し、バイメタル５の温度が反転動作温度に達すると、そ
の瞬間、バイメタル５が急激に反転運動し、上記のよう
に、可動接点３，４が夫々固定接点７，８から離れて電
動機１５の通電を停止させる。このように通電停止があ
ると、バイメタル５とヒ−タ線１２とは冷却し始め、バ
イメタル５の温度が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が夫々固定接点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なうこ
とがなく、電動機１５が正常な運転を行なう。

【００１４】図２０は実開昭６０−１８３３４９号公報
等に記載の過負荷保護装置を示す縦断面図であって、１
４”はこの過負荷保護装置であり、図１７及び図１８に
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。

【００１５】図２０に示すように、この過負荷保護装置
１４”は、基本的には、ヒ−タ線が設けられていない点
が図１７に示した過負荷保護装置１４’と異なってい
る。このため、先端に固定接点７を有する固定端子９が
ケ−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
が夫々固定接点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，バイメタル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。

【００１６】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２１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。

【００１７】電動機１５に何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の自己発熱が増加
し、その温度が反転動作温度に達すると、この瞬間、バ
イメタル５が急激に反転運動し、可動接点３，４が夫々
固定接点７，８から離れて電動機１５の通電が停止す
る。このようにして通電停止があると、バイメタル５は
冷却し始め、バイメタル５の温度が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が夫々固定接点７，８に接触して
電動機１５の通電が再開する。

【００１８】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なうこと
がなく、電動機１５は正常な運転を行なう。

【００１９】以上のようにして、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
止することができる。

【００２０】しかしながら、電動機１５の異常状態が解
消しないときには、バイメタル５が復帰運動して一旦元
の状態に戻っても、電動機１５が再び拘束状態になるた
め、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。従って、電動機１５の異常状態
が解消されないときには、バイメタル５は反転運動と復
帰運動とを繰り返し行なうことになり、この繰返しが多
くなると、遂にはバイメタル５は疲労して破断すること
になる。

【００２１】図１７に示した過負荷保護装置１４’や図
２０に示した過負荷保護装置１４”においては、図２２
に示すように、調整ネジ６が嵌合する軸支孔５ａに放射
状にスリット５ｂ〜５ｇ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
動と復帰運動を繰り返すと、例えばスリット５ｂの先端
５ｂ’から破断Ｅが生ずる。

【００２２】また、大電流開閉用の過負荷保護装置で
は、その電流に見合った大きな可動接点３，４を用いる
ため、可動接点３，４の接合部のバイメタル５の反転動
作時の自由度がなく、この部分の応力が増加することか
ら、可動接点３，４の周囲から破断が同時に進行するこ
ともある。

【００２３】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、接点圧力の減少や接点開
離力の減少を招くとともに反転動作温度や復帰動作温度
が変化し、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−タ線１２に流れる拘束電流の通電率
が増加して益々ケ−ス１内の温度が上昇する。また、こ
のとき、繰返し動作による最終故障モ−ドは、可動接点
３，４と固定接点７，８との接点溶着である。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’，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
−タ線１２の発熱によってケ−ス１の内部温度が上昇
し、ケ−ス１や蓋２の耐熱温度以上に温度上昇すると、
ケ−ス１や蓋２等のバイメタル５の周辺が焼損すること
になる。

【００２４】なお、図１７に示した従来例において、ケ
−ス１の内部温度が異常に上昇してヒ−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
の焼損が防止することができて安全であるが、必ずしも
ヒ−タ線１２が遮断するとは限らず、安全性の点で問題
となる。また、図２０に示したヒ−タ線を持たない過負
荷保護装置１４”では、この作用さえも期待できない。

【００２５】通常冷蔵庫に用いられる過負荷保護装置１
４’，１４”のバイメタル５の溶断電流は５秒通電で７
０Ａ以上である。また、空気調和機等に用いられるもの
では１００Ａ以上である。これは、これ等に用いられる
電動機１５の最大拘束電流の２倍以上が流れない限り溶
断しないことを示している。

【００２６】以上のような問題を解消する方法として
は、従来、種々の提案がなされているが、その一例とし
て、実開昭５９−７２６４１号公報に記載のものは、ケ
−スにセラッミク等の耐熱性材料を用いることがある。

【００２７】また、実開昭６３−１７４１４５号公報に
記載のものでは、複数の鋸歯状突起を有する動作係数板
が設けられ、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係数が降下し、鋸歯状突起の
個数に等しい回数バイメタルが復帰動作すると、動作係
数板はケ−スの内部底面に当接してバイメタルが復帰運
動をすることができないようにしている。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なうと、復帰運動ができなく
なり、反転状態が保持されて拘束電流が遮断される。

【００２８】さらに、実開昭６３−２２４１２５号公報
に記載のものでは、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のバイメタルとが直列接続されて設
けられ、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動作と復帰動作とを繰り返し、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、この結果生ずる異常温度上昇により、第２のバイメ
タルが反転して異常電流を遮断するようにしている。

【００２９】さらに、実開昭６４−１４５０号公報に記
載のものでは、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ている。

【００３０】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報に
記載のものでは、調整ネジがバイメタルを取り付けるた
めの頭部とそれ以外のネジ部とが熱可溶金属でもって固
着させてなっている。ここで、この頭部には凹部が設け
られており、これに熱可溶金属の溶融物を充填してネジ
部の端部を挿入することにより、ネジ部に頭部が固着さ
れている。ところで、通常、バイメタルは調整ネジに取
り付けたバネによってこの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
が溶融して頭部と調整ネジとの固着が解け、バネの付勢
力によってバイメタルと頭部とが持ち上げられる。

【００３１】さらに、特開平３−７７２２８号公報に記
載のものでは、バイメタルにおけるその中心支持部と可
動接点との間に孔を設けて電気抵抗が大きい高抵抗部を
設定し、接点融着時、この高抵抗部に過電流によるジュ
−ル熱が集中して溶断されるようにしている。また、か
かる高抵抗部を得る手段として、板厚を薄くしたり、外
周形状に凹みを設けたりすることでも、同様の効果が得
られると述べられている。

【００３２】

【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方法が種々提案されているが、夫
々には次のような問題もある。

【００３３】即ち、実開昭５９−７２６４１号公報に記
載のようにケ−スをセラッミクで形成すると、確かにケ
−スの焼損を回避できるが、電動機の巻線の焼損は免れ
ないし、ケ−スが高価なものとなるという問題もある。

【００３４】また、実開昭６３−１７４１４５号公報に
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）冷蔵庫や空気調和機，除湿機等に用いられる過負
荷保護装置の場合、電動圧縮機の故障、即ち機械的ロッ
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、従
って、サ−ビスコ−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まう。等の実用化に際しての課題が残っている。

【００３５】さらに、実開昭６３−２２４１２５号公報
に記載のように、直列に接続された第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
有ることから、（１）これらバイメタルの比抵抗に応じて流すことので
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−タ線を設ける必要があるが、バ
イメタルとヒ−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−タ線が占めるスペ−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のバイメタル夫々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。等の実用化に際しての課題が残っている。

【００３６】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報に
記載のように、熱可溶金属で調整ネジとその頭部とを固
着した場合には、（１）バイメタルが接点溶着して高温になると、熱可溶
金属が溶融し始め、バネによってバイメタルと調整ネジ
の頭部が持ち上げられるが、熱可溶金属の粘性のため、
これらの持上げは緩やかに行なわれる。そして、バイメ
タルの持上げによって可動接点がケ−スの内部底面上の
固定接点からはずれると、電路が遮断されるために、こ
れと同時に熱源が失われ、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
にバネの力が作用してないときには、バイメタルが持ち
上げられたときの可動接点と固定接点との間の接点開離
量（接点ギャップ）を充分に確保できない。（２）上記の熱可溶金属の固相現象は、バネの負荷抵抗
そのものであり、接点溶着時でのバネの接点引剥力を減
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な温
度差があることが必要である。通常、このときの温度差
は４０〜５０℃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）調整ネジの頭部の凹みへの熱可溶金属の流し込み
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。等の実用化に際しての課題がある。

【００３７】さらに、特開平３−７７２２８号公報に記
載のように、バイメタルの電気抵抗よりも高抵抗部をな
すように孔を設けるとすると、普通一般的に用いられる
バイメタルの外形形状が可動接点に近い側になること
は、開示された図面からも明確である。また、バイメタ
ルの外周形状に凹みを設ける場合において、その位置に
ついて開示されていないが、前記理由と同様、可動接点
に近い側で設けられるのが必然的と言える。

【００３８】さらに、バイメタルの板厚を薄くする場合
において、その方法等について開示されていないが、位
置については、前記と同様の可動接点に近い側になるこ
とが容易に推定される。また、その方法については、プ
レス加工等によって部分的に薄くする方法が考えられ
る。しかしながら、いずれにしても、バイメタルの弾性
力が可動接点に作用するとき、バイメタルの変形量が可
動接点に近い断面積が最少となる高抵抗部に集中するこ
とは避けられず、従来技術に比較して同一接点圧力を得
ようとすると、（１）バイメタルの調整代が大きくなる。（２）バイメタルの応力が増加し、高抵抗部から破断が
始まり、バイメタルの疲労が加速されて寿命が短縮す
る。（３）バイメタルの一部に孔と凹みを設ける方式の場合
では、ノッチ作用によって著しく寿命を短縮させる。（４）バイメタルの一部を薄くする方式の場合には、広
範囲が加工硬化や異種金属結合部（張り合せ部）の剥離
が生じやすく、寿命を著しく短縮させる。等の問題が予測される。

【００３９】また、この問題を回避するため、従来技術
と比較して低い接点圧力で実用化しようとすると、接点
圧力の減少により、接点溶着が多発しやすくなることは
周知の通りであり、その結果、大容量負荷の開閉時に
は、著しく寿命が短縮して機能停止が早まる。

【００４０】そこで、バイメタルの応力分散を目的とす
る実開昭６０−１８３３４９号公報に開示されるような
バイメタルの中央部に形成した嵌合孔から放射状にのび
るスリット備えたバイメタルと組合せて、低い接点圧力
で実用化しようとすると、（Ａ）可動接点とスリットとの間のバイメタルの断面積
が減少し、バイメタルの基本特性が大きく変化する。（Ｂ）放射状のスリットによってバイメタルの断面積が
小さくなるため、この部分よりさらに抵抗値が高い高抵
抗部を得ようとするためには、孔の幅寸法をさらに大き
くする必要があり、より技術的に実用化が困難である。等の問題があった。

【００４１】さらに付記すれば、バイメタルの軸支構造
にバイメタルを調整ネジの頭部に押し付けるバネが設け
られておらず、バイメタルの溶断後の位置はバイメタル
の自由位置となるため、充分な遮断距離が確保できない
恐れがある。

【００４２】本発明の目的は、かかる問題を解消し、所
定の動作温度で速やかにかつ永久的に電路を遮断し、な
おかつ、通常使用時には、高い信頼性を維持できるよう
にした構成が簡単で安価な過負荷保護装置を提供するこ
とにある。

【００４３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、有底ケース内に、少なくとも一対の固定
接点と、該固定端子夫々に対向した可動接点を有しディ
スク状のスナップアクション動作を行なうバイメタル
と、該バイメタルを反転自在に軸支する調整ネジと、バ
イメタルを該調整ネジの頭部に押し付けて保持するバネ
とを備えた過負荷保護装置において、１．バイメタルの該調整ネジに取り付けるための軸支穴
から放射状に設けられた複数のスリットのうち、これら
可動接点を結ぶ直線に対して互いに反対側にある少なく
とも１つずつの該スリットを、他のスリットよりも該バ
イメタルの外周辺近くまで伸延するようにする。２．バイメタルを高膨張金属と低膨張金属とが接合され
た２層構造、または、高膨張金属と中間層金属と低膨張
金属とが接合された多層構造とし、可動接点の接合部周
囲では、高膨張金属または低膨張金属の単層構造とす
る。

【００４４】

【作用】スナップアクション動作を行なうバイメタルの
寿命末期に訪れる接点溶着発生時では、接点溶着に伴っ
て可動接点とバイメタルに大きな拘束電流が連続して流
れる。そこで、１．バイメタルの外周辺近くまで伸延された上記スリッ
トとバイメタルの外周辺との間の断面積が狭い部分で
は、高電流密度が非常に大きくなるため、この部分の発
熱エネルギー（ジュール熱）が大幅に増加し、これによ
るバイメタルの温度がバイメタルの溶融温度以上になる
と、この部分が溶断し、電路を永久的に遮断することに
なる。２．バイメタルの可動接点周囲の断面積が狭い単層部分
では、高電流密度が非常に大きくなるため、この部分の
発熱エネルギー（ジュール熱）が大幅に増加し、これに
よるバイメタルの温度がバイメタルの溶融温度以上にな
ると、この部分が溶断し、電路を永久的に遮断すること
になる。この場合、バイメタルの可動接点周囲が融け出
すと、さらに可動接点周囲の残りの部分に電流が集中し
て電流密度がさらに増加し、結局、可動接点の周囲全て
がリング状に融けることになる。

【００４５】以上のように溶断が生ずると、バイメタル
は接点溶着による拘束から解除されることになり、バネ
の付勢力によってバイメタルが上方に押し上げられて、
溶断後のバイメタルは切り離された可動接点からより遠
ざかる方向に移動する。この結果、完全にバイメタルと
可動接点との間の電気的結合がなくなり、電路を永久的
に遮断する。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による過負荷保護装置の一実施例を示
す縦断面図、図２は図１の分断線Ａ−Ａから見た平面図
であって、１４はこの実施例の過負荷保護装置であり、
図１７，図１８に対応する部分には同一符号をつけてい
る。

【００４７】図１及び図２に示すこの実施例は、その基
本構成が図１７及び図１８に示した従来の過負荷保護装
置１４’と同様であるが、これに使用されるバイメタル
５の構成が異なっている。また、この実施例を電動機に
用いたときの電気回路も、先に説明した図１９と同様と
なる。このため、ここでは、図１，図２及び図１９の説
明は省略する。

【００４８】図３は図１，図２におけるバイメタル５の
一具体例を示す平面図であって、図２２に対応する部分
には同一符号をつけている。

【００４９】図３において、バイメタル５には、その中
心部にある軸支孔５ａから放射状かつ等角間隔に６つの
スリット５ｂ〜５ｇが伸び、これらの先端部５ｂ’〜５
ｇ’は円形状をなしている。ここで、可動接点３，４を
結ぶ直線に関して、スリット５ｂと５ｇ、スリット５ｃ
と５ｆ、スリット５ｄと５ｅは夫々対称であり、スリッ
ト５ｃ，５ｆは可動接点３，４を結ぶ直線に垂直な直線
に平行に形成されている。

【００５０】ここで、スリット５ｂは、図面上、可動接
点３よりも若干右方に、また、スリット５ｇは、図面
上、可動接点３よりも若干左方に夫々伸延しているが、
これらスリット５ｂ，５ｇは長さが等しく、他のスリッ
ト５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆよりも長くてバイメタル５の
外周辺近くまで伸延している。なお、スリット５ｃ，５
ｄ，５ｅ，５ｆの長さは等しい。このため、これらスリ
ット５ｂ，５ｇの先端部５ｂ’，５ｇ’からバイメタル
５の外周辺までの幅（従って、断面積）が他のスリット
５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの先端部からバイメタル５の外
周辺までの幅（従って、断面積）よりも狭くなってい
る。

【００５１】なお、これらスリット５ｂ〜５ｇの応力は
その先端部で最大となり、また、先端部５ｂ’，５ｇ’
と先端部５ｃ’〜５ｆ’とでは、軸支孔５ａに近い方の
先端部５ｃ′〜５ｆ’で大きくなることは周知の通りで
ある。

【００５２】図４は図１，図２におけるバイメタル５の
他の具体例を示す平面図であって、図３に対応する部分
には同一符号をつけている。

【００５３】この具体例は、図４に示すように、図３に
示した具体例と同様、軸支孔５ａから放射状かつ等角間
隔に６つのスリット５ｂ〜５ｇが伸延しているが、軸支
孔５ａを中心にして対向する２つのスリット５ｃ，５ｅ
が可動接点３，４を結ぶ直線上に配置されている。そし
て、図面上、右上方向に伸延したスリット５ｃと左上方
向に伸延したスリット５ｇとがバイメタル５の外周辺近
くまで伸延している。

【００５４】以上の構成のバイメタル５では、通電時、
可動接点４から可動接点３に、スリット５ｂ〜５ｇの外
側を二手に分かれて電流が流れる２つの電路が形成され
る。

【００５５】以上のバイメタル５を用いている図１，図
２に示した過負荷保護装置１４を、図１９に示すように
して電動機１５に用いた場合、電動機１５が正常に回転
可能な状態では、バイメタル５とヒータ線１２に大きな
始動電流が短時間流れた後、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３秒以内であ
って、これは始動装置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バイメタル
５は反転動作しないことは、従来技術と同様である。

【００５６】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の
発熱エネルギーとヒータ線１２の加熱エネルギーが増加
し、バイメタル５の温度が反転動作温度に達すると、そ
の瞬間、バイメタル５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への通電
が断たれる。

【００５７】通電が断たれた後、バイメタル５とヒータ
線１２とが冷却し始め、バイメタル５の温度が反転復帰
温度に達すると、その瞬間、バイメタル５が反転運動を
行なって元の状態に復帰し、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。この復
帰時に電動機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の反転運動はもは
や行なわれない。これは従来技術と全く同様である。

【００５８】しかしながら、バイメタル５が元の状態に
復帰したときに、電動機１５が拘束状態から解放されて
いないと、バイメタル５が反転動作と復帰動作を繰り返
し行ない、約５，０００〜１５，０００回のかかる繰返
し動作が行なわれると、バイメタル５が疲労して破断が
生ずる。

【００５９】図５は図３に示したバイメタル５のかかる
破断状態を示したものであって、ここでは、スリット５
ｃの先端部５ｃ’とバイメタル５の外周辺との間に破断
Ｅが生じたものとする。

【００６０】図６は図４に示したバイメタル５のかかる
破断状態を示したものであって、ここでは、スリット５
ｄの先端部５ｄ’とバイメタル５の外周辺との間に破断
Ｆが生じたものとする。

【００６１】このようにバイメタル５に破断Ｅ，Ｆが生
ずると、図５，図６でのバイメタル５でのスリット５ｂ
〜５ｇよりも右側の電路は遮断されるが、左側の電路は
そのまま形成されている。しかし、バイメタル５の特性
が変化して、可動接点３，４の固定接点７，８への押圧
力の減少や可動接点３，４の固定接点７，８からの開離
力の減少を招くとともに、バイメタル５の反転動作温度
や復帰動作温度も変化し、反転動作と復帰動作の繰返し
が行なわれても、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
て益々ケース１内の温度が上昇する。

【００６２】そして、かかる繰返し動作によって接点溶
着が発生すると、溶着した可動接点３，４との間の図
５，図６で示すバイメタル５のスリット５ｂ〜５ｇより
も左側の電路に大きな拘束電流が連続して流れる。この
ため、スリット５ｇの先端部５ｇ’とバイメタル５の外
周辺との間の幅の狭い部分（断面積が小さい部分）の温
度が大幅に上昇する。この温度がバイメタル５の材料毎
に定まる融点以上になると、この部分が融け始め、部分
的に融け落ちた残りの部分にはさらに電流が集中するこ
とになり、次々と連鎖反応的にかつ加速度的に融け出し
て、遂には、図７に示すように、その部分が溶断する。
この結果、可動接点３と可動接点４との間が、前述の破
断部ＥまたはＦと溶断部Ｇとにより、分断されることに
なる。

【００６３】通常、かかる状態で電路が完全に断路され
て大きな拘束電流を遮断し、過負荷保護装置１４はその
機能を充分に発揮するものであるが、このとき、既にバ
イメタル５は弾性を失っており、バネ１３の弾性力によ
って上方に押し上げられる。運良く可動接点４側が溶着
していない場合には、図８に示すように、この部分も固
定接点８から離れ、電路遮断がより確実なものとなる。

【００６４】従って、可動接点３または４のいずれか一
方が電路上遮断できれば、本来の目的が達成し得るもの
であるため、バイメタル５での溶断Ｇが生ずる位置は必
ずしも限定する必要がない。例えば、可動接点４側で溶
断Ｇが生ずるようにしようとすれば、図３においては、
スリット５ｄ，５ｅを、図４においては、スリット５
ｄ，５ｆを夫々バイメタル５の外周辺近くまで長くすれ
ばよい。

【００６５】なお、上記のように可動接点３，４のいず
れか一方側の２つのスリットのみでなく、図９に示すよ
うに、可動接点３，４両方側の２つずつのスリット、即
ちスリット５ｂと５ｇ、スリット５ｄと５ｅを夫々バイ
メタル５の外周辺近くまで長くするようにしてもよい。

【００６６】しかしながら、前述のように、バネ１３の
作用によって可動接点３または４と固定接点７または８
との開離を期待し、電路遮断をより確実にしようとする
と、図９に示したように、可動接点３，４両方側に長い
スリットを設けるのが望ましい。即ち、接点溶着は可動
接点３または可動接点４のいずれか一方に発生し、同時
に発生することは極めてまれであるためである。

【００６７】以上のように、この実施例によれば、使用
条件、即ちバイメタル５において、溶断が生ずるような
流れる電流にマッチした断面積を生じさせる放射状のス
リットを設けたことにより、接点溶着発生時に確実に電
路を遮断させることができるのである。

【００６８】発明者等の実験では、冷蔵庫等の比較的小
電流領域で用いられるバイメタル、ＪＩＳＣ２５３
０で規定されたＴＭ−１（体積低効率１４０μΩ・ｃ
ｍａｔ２０℃）及びＴＭ−２（体積低効率８０μΩ・
ｃｍａｔ２０℃）と、空気調和機等の比較的大電流領
域で用いられるＴＭ−６（体積低効率２０〜５０μΩ
・ｃｍａｔ２０℃）について、板厚を０．１５ｍｍ，
０．１８ｍｍ，０．２０ｍｍの種々の材料を入手して検
討した結果、放射状のスリットによる局部的発熱温度の
影響度合は次式により示すことができる。

【００６９】△Ｔ＝０．２４Ｉ²ＲＴ／ＭＣ但し、例えば図３に示したバイメタル５において、スリ
ット５ｂ，５ｇとバイメタル５の外周辺との間の部分の
ように溶断を起こさせるようにする部分を溶断対象部分
と呼ぶこととして、 △Ｔ：溶断対象部分の上昇温度（℃) Ｉ：溶断対象部分に流れる電流（Ａ）Ｒ：溶断対象部分の抵抗（Ω）Ｔ：溶断対象部分に電流が流れる時間（ｓｅｃ）Ｍ：溶断対象部分の影響する質量（ｇ）Ｃ：比熱（ｃａｌ／ｇ／℃）である。

【００７０】上記の式によると、溶断対象部分の断面積
が他のスリットの先端とバイメタル５の外周辺との間の
部分の断面積の１／２となると、その質量も１／２にな
るから、抵抗は２倍になる。その結果、溶断対象部分で
の温度上昇は４倍の変化となって現われ、また、同一温
度に到達する時間は１／４となる。換言すれば、同一電
流であれば、１／４の時間で溶断が生ずることになる。
従って、スリットによって溶断対象部分の断面積を適宜
設定することにより、任意の溶断条件を設定することが
できることになる。

【００７１】また、溶断対象部分を設定するためのスリ
ット（図３のスリット５ｂなど）に可動接点３，４の近
傍で適当な大きさと広がり（面積）を持たせることによ
り、従来技術のようにバイメタル５の調整代が大きくな
る欠点も生じない。

【００７２】逆に、溶断対象部分を設定するための長い
放射状のスリットの作用によってバイメタル５が反転動
作したとき、バイメタル５での可動接点３，４の接合部
の周囲が自由に変化するため、この部分を起点にした破
断を防止することができる。この結果、大電流開閉用の
過負荷保護装置１４では、特に信頼性が向上する等の利
点が生まれる。

【００７３】さらに、溶断対象部分を設定するための長
い放射状のスリットの作用により、バイメタル５が復帰
運動するとき、可動接点３，４が固定接点７，８と接触
するときの機械的振動（チャタリングやバウンシング）
が吸収され、寿命を延ばすという効果も得られる。ま
た、同じ寿命を得る場合には、接点ボリウムを減らすこ
とも可能であって、その分原価を下げることもできる等
の幾多の効果を得ることができる。

【００７４】以上のように、この実施例では、負荷電流
に左右されず種々の特性のもの容易に得られるものであ
る。

【００７５】図１０は本発明による過負荷保護装置の他
の実施例を示す縦断面図であって、５’は高膨張金属、
５”は低膨張金属であり、図１に対応する部分には同一
符号をつけて重複する説明を省略する。

【００７６】同図において、バイメタル５は高膨張金属
５’と低膨張金属５”とを接合した２層構成のものであ
って、高膨張金属５’が図面上下層となり、低膨張金属
５”が上層となっている。また、バイメタル５での可動
接点３，４の接合部周囲は低膨張金属５”のみからな
り、従って、可動接点３，４は低膨張金属５”の下面に
抵抗溶接されている。

【００７７】バイメタル５の温度が低いときには、高膨
張金属５’が収縮しているので、図示するように、バイ
メタル５は上側に突出した湾曲状をなして可動接点３，
４が固定接点７，８に接触しており、バイメタル５の温
度が高いときには、高膨張金属５’が大きく膨張してバ
イメタル５は下側に突出した湾曲状となり、可動接点
３，４が固定接点７，８から離れる。

【００７８】かかる構成によると、接点溶着が発生した
場合、可動接点３，４の接合部周囲の低膨張金属５”の
みの部分で電流密度が最も高くなり、この部分が融け
て、図１１に示すように、溶断部Ｇが生ずる。従って、
固定接点７に溶着した可動接点３がバイメタル５から分
離された状態になり、確実に電路が遮断状態となる。こ
のようにして、先の実施例と同様の効果が得られる。

【００７９】図１２は本発明による過負荷保護装置のさ
らに他の実施例を示す縦断面図であって、図１０に対応
する部分には同一符号をつけている。

【００８０】この実施例では、図１２に示すように、バ
イメタル５が高膨張金属５’と低膨張金属５”を接合し
た２層構造をなし、高膨張金属５’が下層、低膨張金属
５”が上層をなしているが、バイメタル５での可動接点
３，４の接合部周囲は高膨張金属５’のみからなるよう
にしている。即ち、可動接点３，４は高膨張金属５’の
下面に抵抗溶接されている。

【００８１】かかる構成において、図１３に示すよう
に、可動接点３側で接点溶着が生じたとすると、高膨張
金属５’の可動接点３の接合部周囲で溶断Ｇが生じ、先
の実施例と同様に、可動接点３がバイメタル５から分離
された状態になって、電路が遮断される。

【００８２】図１４（ａ），（ｂ）は図１０に示したバ
イメタル５の具体例を示す平面図であって、図１０に対
応する部分には同一符号をつけている。

【００８３】図１４（ａ）に示すバイメタル５では、可
動接点３，４の周囲で環状に高膨張金属５’が取り除か
れたものであり、図１４（ｂ）に示すバイメタル５で
は、さらに、バイメタル５に端部まで高膨張金属５’が
取り除かれたものである。これらでは、予め高膨張金属
５’と低膨張金属５”とを接合し、しかる後、可動接点
３，４の周囲で、機械加工等により、高膨張金属５’を
取り除くようにしてもよいし、接合前に予め高膨張金属
５’での可動接点３，４の接合部周囲を打抜き加工によ
って取り除き、しかる後、この高膨張金属５’と低膨張
金属５”とを接合するようにしてもよい。いずれのもの
も、可動接点３，４の周囲に原開部を有しているので、
接点圧力の大幅な減少を防止することができる。

【００８４】なお、図１２におけるバイメタル５につい
ても、同様である。

【００８５】図１５は本発明による過負荷保護装置のさ
らに他の実施例でのバイメタルの要部を示す断面図であ
って、５'”は中間層金属であり、前出図面に対応する
部分には同一符号をつけている。

【００８６】この実施例は、図１５に示すように、バイ
メタル５が高膨張金属５’，中間層金属５'”及び低膨
張金属５”を接合した多層構成からなり、図１０，図１
２に示した実施例と同様、高膨張金属５’が下層、低膨
張金属５”が上層をなしてこれらの層の間に中間層金属
５'”が設けられている。また、可動接点３，４の接合
部周囲では、高膨張金属５’と中間層金属５'”とが除
かれ、低膨張金属５”の下面に可動接点３，４が抵抗溶
接されている。

【００８７】この実施例においても、先の実施例と同
様、断面積が小さい可動接点３，４の接合部周囲で溶断
が生ずる。

【００８８】図１６は本発明による過負荷保護装置のさ
らに他の実施例でのバイメタルの要部を示す断面図であ
って、図１５に対応する部分には同一符号をつけてい
る。

【００８９】この実施例では、図１６に示すように、図
１５に示した実施例と同様、バイメタル５は高膨張金属
５’，中間層金属５'”及び低膨張金属５”を接合した
多層構成からなり、高膨張金属５’が下層、低膨張金属
５”が上層をなしてこれらの層の間に中間層金属５'”
が設けられているが、可動接点３，４の接合部周囲で
は、低膨張金属５”と中間層金属５'”とが除かれ、高
膨張金属５’の下面に可動接点３，４が抵抗溶接されて
いる。

【００９０】この実施例においても、先の実施例と同
様、断面積が小さい可動接点３，４の接合部周囲で溶断
が生ずる。

【００９１】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。バ
イメタル５の構成を、例えば、図３に示した構成と図１
０に示した構成とを組み合わせるなど、上記の実施例を
任意に組み合わせるようにすることもできる。

【００９２】また、図１に示した実施例でのバイメタル
では、スリットの個数は適宜選定できるものであるが、
スリットで別けられる上記の２つの電路での電流量を等
しくするために、各スリットの配置を可動接点３，４を
結ぶ直線に関して対象であることが好ましい。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バイメタルに接点溶着が生じたときには、溶着時の大き
な拘束電流による発熱エネルギー（ジュール熱）を利用
してバイメタルを溶融せしめることができるし、バネの
付勢力でもってバイメタルを調整ネジの頭部に押し付け
ることができて、電路を永久的に遮断することができる
ものであって、１．従来技術と同様の基本構造でもって安全性の高い過
負荷保護装置を提供できる。２．部品点数を増やすことなく、かつヒータの有無に関
係なく、全ての過負荷保護装置に採用でき、安価な過負
荷保護装置を提供できる。３．電路遮断するのにマイナスとして作用する要因がな
いので、小電流から大電流領域に用いることができる過
負荷保護装置を提供できる、という優れた効果が得られるものであり、特性、性能面
だけでなく、経済的にも優れたものであって、その実用
的効果に大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過負荷保護装置の一実施例を示す
縦断面図である。

【図２】図１の分断線Ａ−Ａから見た平面図である。

【図３】図１におけるバイメタルの一具体例を示す平面
図である。

【図４】図１におけるバイメタルの他の具体例を示す平
面図である。

【図５】図３に示したバイメタルの破断状態を示す平面
図である。

【図６】図４に示したバイメタルの破断状態を示す平面
図である。

【図７】図３に示したバイメタルの破断後の溶断状態を
示す平面図である。

【図８】図１に示した実施例の電路遮断状態を示す図で
ある。

【図９】図１におけるバイメタルのさらに他の具体例を
示す平面図である。

【図１０】本発明による過負荷保護装置の他の実施例を
示す縦断面図である。

【図１１】図１０に示した実施例の電路遮断状態を示す
図である。

【図１２】本発明による過負荷保護装置のさらに他の実
施例を示す縦断面図である。

【図１３】図１２に示した実施例の電路遮断状態を示す
図である。

【図１４】図１０，図１２のバイメタルの具体例を示す
平面図である。

【図１５】本発明による過負荷保護装置のさらに他の実
施例におけるバイメタルの具体例の要部を示す側面図で
ある。

【図１６】本発明による過負荷保護装置のさらに他の実
施例におけるバイメタルの具体例の要部を示す側面図で
ある。

【図１７】従来の過負荷保護装置の一例を示す縦断面図
である。

【図１８】図１７の分断線Ｂ−Ｂから見た平面図である

【図１９】図１７に示した従来例と電動機との結線図で
ある。

【図２０】従来の過負荷保護装置の他の例を示す縦断面
図である。

【図２１】図２０に示した従来例と電動機との結線図で
ある。

【図２２】図１７，図２０におけるバイメタルの破断状
態を示す平面図である。

【符号の説明】

１ケース１ａ外部底面１ｂ内部底面２蓋３，４可動接点５バイメタル５’ 高膨張金属５” 低膨張金属５'” 中間層金属５ａ軸支穴５ｂ〜５ｇスリット６調整ネジ７，８固定接点９，１０固定端子１１ヒータ端子１２ヒータ線１３バネ１４過負荷保護装置１５電動機

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−54765（ＪＰ，Ａ) 特開平４−109528（ＪＰ，Ａ) 特開平３−77228（ＪＰ，Ａ) 特公昭40−7421（ＪＰ，Ｂ１) 実公昭２−7906（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許5235308（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 37/00 - 37/56 H01H 1/06 - 1/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有底ケ−ス内に、少なくとも一対の固定
接点と、該固定接点夫々に対向した可動接点を有しディ
スク状のスナップアクション動作を行なうバイメタル
と、該バイメタルを反転自在に軸支する調整ネジと、該
バイメタルを該調整ネジの頭部に押し付けて保持するバ
ネとを備えた過負荷保護装置において、バイメタルの該調整ネジに取り付けるための軸支穴から
放射状に設けられた複数のスリットのうち、該可動接点
を結ぶ直線に関して互いに反対側に位置する少なくとも
１つずつのスリットが、他のスリットに比べて該バイメ
タルの外周辺近くまで伸延していることを特徴とする過
負荷保護装置。
【請求項２】有底ケ−ス内に、少なくとも一対の固定
接点と、該固定接点夫々に対向した可動接点を有しディ
スク状のスナップアクション動作を行なうバイメタル
と、該バイメタルを反転自在に軸支する調整ネジと、該
バイメタルを該調整ネジの頭部に押し付けて保持するバ
ネとを備えた過負荷保護装置において、該バイメタルは高膨張金属と低膨張金属とが接合された
２層構造をなして、バイメタルの該可動接点の接合部周
囲では、該高膨張金属もしくは該低膨張金属の単層構造
をなしていることを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項３】有底ケ−ス内に、少なくとも一対の固定
接点と、該固定接点夫々に対向した可動接点を有しディ
スク状のスナップアクション動作を行なうバイメタル
と、該バイメタルを反転自在に軸支する調整ネジと、該
バイメタルを該調整ネジの頭部に押し付けて保持するバ
ネとを備えた過負荷保護装置において、該バイメタルは高膨張金属と低膨張金属との間に中間層
金属が設けられた多層構造をなして、該バイメタルの該
可動接点の接合部周囲では、該高膨張金属もしくは低膨
張金属の単層構造をなしていることを特徴とする過負荷
保護装置。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記バイメタルの板厚を０．１５ｍｍから０．２５ｍｍ
までの範囲としたことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、空気調和機，冷蔵庫，除湿機等の電動圧縮機に接続して
用いたことを特徴とする過負荷保護装置。