JP3471451B2 - 温度応答式皿形金属制御部材 - Google Patents
温度応答式皿形金属制御部材Info
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/52—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element
- H01H37/54—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element wherein the bimetallic element is inherently snap acting
- H01H37/5427—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element wherein the bimetallic element is inherently snap acting encapsulated in sealed miniaturised housing
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、制御機能を果
たすべく用いられるスナップ作動サーモスタットの円板
部材に関し、特に、高温スナップ作動部材を使用する電
気スイッチ用の、強度および温度抵抗性の故に選定され
た鉄合金材料を包含する熱応答式スナップ作動部材に関
する。
たすべく用いられるスナップ作動サーモスタットの円板
部材に関し、特に、高温スナップ作動部材を使用する電
気スイッチ用の、強度および温度抵抗性の故に選定され
た鉄合金材料を包含する熱応答式スナップ作動部材に関
する。
【０００２】
【従来の技術】制御機能を果たすべく用いられる周知さ
れた形式の熱応答式制御部材は、部材内に包含される金
属材料の特性と協働する予め精確に定められた形の皿形
形状を有し、従って部材は、該部材が選定された作動温
度に達したときにスナップ作動により、反転した、即ち
反対側に皿形をなした形状に変る。次いで部材は、部材
を復帰される第二の反作動温度即ち示差温度（differen
tial temperature) に達した際に、その当初の皿形形状
に復帰すべく動くことができる。通常、作動温度と復帰
温度（即ち示差温度）との間には、ヒステリシスを付与
し且つ部材の不必要な反復を回避するため、可成りの差
が存在する。
れた形式の熱応答式制御部材は、部材内に包含される金
属材料の特性と協働する予め精確に定められた形の皿形
形状を有し、従って部材は、該部材が選定された作動温
度に達したときにスナップ作動により、反転した、即ち
反対側に皿形をなした形状に変る。次いで部材は、部材
を復帰される第二の反作動温度即ち示差温度（differen
tial temperature) に達した際に、その当初の皿形形状
に復帰すべく動くことができる。通常、作動温度と復帰
温度（即ち示差温度）との間には、ヒステリシスを付与
し且つ部材の不必要な反復を回避するため、可成りの差
が存在する。
【０００３】この種の熱応答式皿形金属制御部材は、周
知された方法で、予め精確に定められた形状に形成さ
れ、一般に、構成諸要素が高い温度で作動すべく意図さ
れている場合には、強さを付与するため鉄合金で形成さ
れる。周知された一つの材料システムは、低い作動温度
で比較的に安定したスナップ作動ディスク部材をもたら
し得る高膨張層の如き合金Ｂとしてここに示される鉄合
金へ結合される低膨張層の如き合金１０としてここに示
される別の鉄合金の利用である。しかし、作動温度が上
昇するようにディスク部材が形成されると、部材の形態
に応じ、ある限界レベルの上方でディスク部材が不安定
となり且つシグマ分布が増大し、従ってディスク部材
は、所与の用途に対する許容範囲（tolerance range)か
ら離脱し始める。適度に高い作動温度、例えば１３０な
いし１５０℃、を有する周知されている円板部材は、部
材のスナップ作動運動や熱サイクル中にしばしば、熱応
答特性の可成りの変動もしくは変化を受けて不安定とな
り、従って、当初それらが所望の性能規格に適合したと
しても、時を経て多くが許容範囲から逸れる。例えば、
約１３０℃の低さの作動温度を有する若干の部材のある
形態の場合、スナップ時の部材の温度応答が、作動温度
応答特性の１ないし５℃までの減少を示し且つ、一般的
な耐用年数にわたる同様またはより以上の大きさの応答
特性の付加的な逸脱が生じることが直ちに見いだされ
る。所与の任意の形態につき、作動温度が上昇するにつ
れ、上記の諸問題は悪化する。
知された方法で、予め精確に定められた形状に形成さ
れ、一般に、構成諸要素が高い温度で作動すべく意図さ
れている場合には、強さを付与するため鉄合金で形成さ
れる。周知された一つの材料システムは、低い作動温度
で比較的に安定したスナップ作動ディスク部材をもたら
し得る高膨張層の如き合金Ｂとしてここに示される鉄合
金へ結合される低膨張層の如き合金１０としてここに示
される別の鉄合金の利用である。しかし、作動温度が上
昇するようにディスク部材が形成されると、部材の形態
に応じ、ある限界レベルの上方でディスク部材が不安定
となり且つシグマ分布が増大し、従ってディスク部材
は、所与の用途に対する許容範囲（tolerance range)か
ら離脱し始める。適度に高い作動温度、例えば１３０な
いし１５０℃、を有する周知されている円板部材は、部
材のスナップ作動運動や熱サイクル中にしばしば、熱応
答特性の可成りの変動もしくは変化を受けて不安定とな
り、従って、当初それらが所望の性能規格に適合したと
しても、時を経て多くが許容範囲から逸れる。例えば、
約１３０℃の低さの作動温度を有する若干の部材のある
形態の場合、スナップ時の部材の温度応答が、作動温度
応答特性の１ないし５℃までの減少を示し且つ、一般的
な耐用年数にわたる同様またはより以上の大きさの応答
特性の付加的な逸脱が生じることが直ちに見いだされ
る。所与の任意の形態につき、作動温度が上昇するにつ
れ、上記の諸問題は悪化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、例え
ば約１５０℃以上の、高い作動温度を有するサーモスタ
ット用スナップ作動円板部材を提供することにある。別
の目的は、本質的に時間を経て変化しない選定された作
動温度を有し且つ、所与の用途の許容範囲に関して低い
シグマ分布（sigma distribution) を有する高温サーモ
スタット用スナップ作動円板の提供である。更に別の目
的は、作動温度より低い温度で且つ作動温度に対し約２
００℃あるいはそれ以上の広範囲の差がある示差反作動
温度を有し、非復帰制御部材（non-resettable control
member)としてそれらを役立てる、例えば約１５０℃以
上の程度での高作動温度サーモスタット用スナップ作動
円板の提供である。本発明の更に別の目的は、この種の
高温スナップ作動サーモスタット用円板を使用する温度
応答式スイッチの提供である。
ば約１５０℃以上の、高い作動温度を有するサーモスタ
ット用スナップ作動円板部材を提供することにある。別
の目的は、本質的に時間を経て変化しない選定された作
動温度を有し且つ、所与の用途の許容範囲に関して低い
シグマ分布（sigma distribution) を有する高温サーモ
スタット用スナップ作動円板の提供である。更に別の目
的は、作動温度より低い温度で且つ作動温度に対し約２
００℃あるいはそれ以上の広範囲の差がある示差反作動
温度を有し、非復帰制御部材（non-resettable control
member)としてそれらを役立てる、例えば約１５０℃以
上の程度での高作動温度サーモスタット用スナップ作動
円板の提供である。本発明の更に別の目的は、この種の
高温スナップ作動サーモスタット用円板を使用する温度
応答式スイッチの提供である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のスナップ作動円
板部材は、比較的に低い熱膨張係数を有する金属第２層
へ冶金学的に結合された比較的に高い熱膨張係数の金属
第１層を有し、該層の各々が類似の弾性係数を備えてい
る。本発明の特徴によれば、円板部材は、選定された比
較的に高い作動温度をもたらすべく、皿形形状に形成さ
れる。本発明の別の特徴によれば、低膨張層として役立
つ金属は、皿形形状に形成された後に強化された硬化可
能なステンレス鋼である。本発明の別の特徴によれば、
その強化された皿形部材は、その休止状態での第一の皿
形形状からその第二の反対に作動される皿形形状へスナ
ップ（ｓｎａｐ）する作動温度と、そのスナップ作動後
の第二の皿形形状からその休止状態での第一の皿形形状
へ戻るスナップをおこなうより低い反作動温度即ち示差
温度との間に幅広い温度差を保つように形成され、この
示差温度は、作動温度以下で且つ２００℃あるいはそれ
以上の範囲（即ち作動温度と反作動温度との差が２００
℃あるいはそれ以上の範囲）内である。本発明の特徴に
よれば、第一層には約１７９−１８６×１０9 Ｐａ（２
６−２７×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する高炭素合
金が含まれ、第二層には約１７９−２００×１０9 Ｐａ
（２６−２９×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する硬化
可能なステンレス鋼が含まれる。本発明の更に別の特徴
によれば、電気スイッチ内での電流搬送部材として用い
るための部材の電気抵抗率を調整するため、金属の第三
層が、第一および第二層の間に挿入され且つそれらへ冶
金学的に結合される。本発明の別の特徴によれば、本発
明に従って作られた高温サーモスタット円板部材が、電
流搬送部材として、または専ら感熱部材として、電気ス
イッチ内で用いられる。
板部材は、比較的に低い熱膨張係数を有する金属第２層
へ冶金学的に結合された比較的に高い熱膨張係数の金属
第１層を有し、該層の各々が類似の弾性係数を備えてい
る。本発明の特徴によれば、円板部材は、選定された比
較的に高い作動温度をもたらすべく、皿形形状に形成さ
れる。本発明の別の特徴によれば、低膨張層として役立
つ金属は、皿形形状に形成された後に強化された硬化可
能なステンレス鋼である。本発明の別の特徴によれば、
その強化された皿形部材は、その休止状態での第一の皿
形形状からその第二の反対に作動される皿形形状へスナ
ップ（ｓｎａｐ）する作動温度と、そのスナップ作動後
の第二の皿形形状からその休止状態での第一の皿形形状
へ戻るスナップをおこなうより低い反作動温度即ち示差
温度との間に幅広い温度差を保つように形成され、この
示差温度は、作動温度以下で且つ２００℃あるいはそれ
以上の範囲（即ち作動温度と反作動温度との差が２００
℃あるいはそれ以上の範囲）内である。本発明の特徴に
よれば、第一層には約１７９−１８６×１０9 Ｐａ（２
６−２７×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する高炭素合
金が含まれ、第二層には約１７９−２００×１０9 Ｐａ
（２６−２９×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する硬化
可能なステンレス鋼が含まれる。本発明の更に別の特徴
によれば、電気スイッチ内での電流搬送部材として用い
るための部材の電気抵抗率を調整するため、金属の第三
層が、第一および第二層の間に挿入され且つそれらへ冶
金学的に結合される。本発明の別の特徴によれば、本発
明に従って作られた高温サーモスタット円板部材が、電
流搬送部材として、または専ら感熱部材として、電気ス
イッチ内で用いられる。
【０００６】本発明の幾つかの実施例に関する以下の説
明により他の種々の目的や利点が明白となるはずであ
り、新規な諸特徴は、同封の図面および添付クレイムに
関連して後段で特に指摘されよう。
明により他の種々の目的や利点が明白となるはずであ
り、新規な諸特徴は、同封の図面および添付クレイムに
関連して後段で特に指摘されよう。
【０００７】
【実施例】図１について説明すると、本発明に従って作
られた高温サーモスタット円板部材１０は、比較的に低
い熱膨張係数を有する金属の第二層１４へ冶金学的に結
合された、比較的に高い熱膨張係数を有する金属の第一
層１２を有する。両層１２、１４は、類似の、即ち約±
１０．３４×１０9 Ｐａ（１．５×１０6 ｐｓｉ）以内
の弾性係数を備えるべく選定される。例えば１５０℃以
上の高温に応答する円板を備えるため、層１２には、約
１７９ないし１８６×１０9 Ｐａ（２６ないし２７×１
０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する合金Ｂ、高炭素合金Ｂ
または合金Ｃのような高炭素合金が含まれている。合金
Ｂは、重量％で０．１２−０．１５の炭素，２１．３−
２２．５のニッケル，３−３．３のクロムおよび残部の
鉄から成る公称組成を有する。高炭素合金Ｂは、重量％
で０．２２−０．２４の炭素，２１．３−２２．５のニ
ッケル，３−３．３のクロムおよび残部の鉄から成る公
称組成を有する。合金Ｃは、０．５０−０．６１の炭
素，１９．１−２０．７のニッケル，２−２．５のクロ
ムおよび残部の鉄から成る公称組成を有する。
られた高温サーモスタット円板部材１０は、比較的に低
い熱膨張係数を有する金属の第二層１４へ冶金学的に結
合された、比較的に高い熱膨張係数を有する金属の第一
層１２を有する。両層１２、１４は、類似の、即ち約±
１０．３４×１０9 Ｐａ（１．５×１０6 ｐｓｉ）以内
の弾性係数を備えるべく選定される。例えば１５０℃以
上の高温に応答する円板を備えるため、層１２には、約
１７９ないし１８６×１０9 Ｐａ（２６ないし２７×１
０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する合金Ｂ、高炭素合金Ｂ
または合金Ｃのような高炭素合金が含まれている。合金
Ｂは、重量％で０．１２−０．１５の炭素，２１．３−
２２．５のニッケル，３−３．３のクロムおよび残部の
鉄から成る公称組成を有する。高炭素合金Ｂは、重量％
で０．２２−０．２４の炭素，２１．３−２２．５のニ
ッケル，３−３．３のクロムおよび残部の鉄から成る公
称組成を有する。合金Ｃは、０．５０−０．６１の炭
素，１９．１−２０．７のニッケル，２−２．５のクロ
ムおよび残部の鉄から成る公称組成を有する。
【０００８】第二層１４は、約１７９−２００×１０9
Ｐａ（２６−２９×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有し且
つ皿形形状に形成され得るに適した焼なまし状態にあ
り、次いで、望ましくは第一層１２の強度よりも高いレ
ベルまで第二層の強さを増大させるように熱処理され、
それにより円板部材を強化し安定化する硬化可能なステ
ンレス鋼、例えば析出硬化型ステンレス鋼、から選定さ
れる。適当なステンレス鋼には、ＰＨ１３−８ＭＯ、Ｓ
１７４００、Ｓ１７７００、Ｓ１５７００、Ｓ３５００
０、Ｓ３５５００、Ｓ１５５００、Ｓ４５０００および
Ｓ４５５００が包含されている。
Ｐａ（２６−２９×１０6 ｐｓｉ）の弾性係数を有し且
つ皿形形状に形成され得るに適した焼なまし状態にあ
り、次いで、望ましくは第一層１２の強度よりも高いレ
ベルまで第二層の強さを増大させるように熱処理され、
それにより円板部材を強化し安定化する硬化可能なステ
ンレス鋼、例えば析出硬化型ステンレス鋼、から選定さ
れる。適当なステンレス鋼には、ＰＨ１３−８ＭＯ、Ｓ
１７４００、Ｓ１７７００、Ｓ１５７００、Ｓ３５００
０、Ｓ３５５００、Ｓ１５５００、Ｓ４５０００および
Ｓ４５５００が包含されている。
【０００９】ＰＨ１３−８ＭＯは、次の如き公称重量組
成を有するステンレス鋼に対するアームコ・スティール
・コーポレーション社（Armco Steel Corporation)の登
録商標である。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １２．２５−１３．２５ マンガン ０．１ ｍａｘ． ニッケル ７．５ − ８．５ りん ０．０１ ｍａｘ． アルミニウム ０．９ − １．３５ 硫黄 ０．００８ｍａｘ． モリブデン ２．０ − ２．５ けい素 ０．１ ｍａｘ． 窒素 ０．０１ｍａｘ． 残部 鉄
成を有するステンレス鋼に対するアームコ・スティール
・コーポレーション社（Armco Steel Corporation)の登
録商標である。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １２．２５−１３．２５ マンガン ０．１ ｍａｘ． ニッケル ７．５ − ８．５ りん ０．０１ ｍａｘ． アルミニウム ０．９ − １．３５ 硫黄 ０．００８ｍａｘ． モリブデン ２．０ − ２．５ けい素 ０．１ ｍａｘ． 窒素 ０．０１ｍａｘ． 残部 鉄
【００１０】５けたの数字を伴ったＳ表示を有するステ
ンレス鋼は米国金属学会の表示であり、ＡＩＳＩは米国
鉄鋼協会の表示である。
ンレス鋼は米国金属学会の表示であり、ＡＩＳＩは米国
鉄鋼協会の表示である。
【００１１】Ｓ１７４００（ＡＩＳＩ ６３０型）ステ
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １５．５５−１７．５ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ３−５ りん ０．０４０ｍａｘ． 銅 ３−５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１５− ０．４５ タンタル けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １５．５５−１７．５ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ３−５ りん ０．０４０ｍａｘ． 銅 ３−５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１５− ０．４５ タンタル けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
【００１２】Ｓ１７７００（ＡＩＳＩ ６３１型）ステ
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０９ ｍａｘ． クロム １６−１８ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ６．６０− ７．７５ りん ０．０４０ｍａｘ． アルミニウム ０．７５− １．５０ 硫黄 ０．０４０ｍａｘ． 残部 鉄 けい素 ０．４０ ｍａｘ．
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０９ ｍａｘ． クロム １６−１８ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ６．６０− ７．７５ りん ０．０４０ｍａｘ． アルミニウム ０．７５− １．５０ 硫黄 ０．０４０ｍａｘ． 残部 鉄 けい素 ０．４０ ｍａｘ．
【００１３】Ｓ１５７００（ＡＩＳＩ ６３２型）ステ
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０９ ｍａｘ． クロム １４−１６ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ６．５０− ７．７５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２−３ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． アルミニウム ０．７５− １．５０ けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０９ ｍａｘ． クロム １４−１６ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ６．５０− ７．７５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２−３ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． アルミニウム ０．７５− １．５０ けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
【００１４】Ｓ３５０００（ＡＩＳＩ ６３３型）ステ
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７−０．１１ クロム １６−１７ マンガン ０．５０−１．２５ ニッケル ４− ５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２．５０− ３．２５ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． 窒素 ０．０７− ０．１３ けい素 ０．５０ ｍａｘ． 残部 鉄
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７−０．１１ クロム １６−１７ マンガン ０．５０−１．２５ ニッケル ４− ５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２．５０− ３．２５ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． 窒素 ０．０７− ０．１３ けい素 ０．５０ ｍａｘ． 残部 鉄
【００１５】Ｓ３５５００（ＡＩＳＩ ６３４型）ステ
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．１０−０．１５ クロム １５−１６ マンガン ０．５０−１．２５ ニッケル ４− ５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２．５０− ３．２５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． 窒素 ０．０７− ０．１３ けい素 ０．５０ ｍａｘ． 残部 鉄
ンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．１０−０．１５ クロム １５−１６ マンガン ０．５０−１．２５ ニッケル ４− ５ りん ０．０４ ｍａｘ． モリブデン ２．５０− ３．２５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． 窒素 ０．０７− ０．１３ けい素 ０．５０ ｍａｘ． 残部 鉄
【００１６】Ｓ１５５００（ＡＩＳＩ １５５００型）
ステンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １４−１５．５ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ３．５ − ５．５ りん ０．０４０ｍａｘ． 銅 ２．５ − ４．５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１５− ０．４５ タンタル けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
ステンレス鋼は、重量％で次の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０７ ｍａｘ． クロム １４−１５．５ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ３．５ − ５．５ りん ０．０４０ｍａｘ． 銅 ２．５ − ４．５ 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１５− ０．４５ タンタル けい素 １．００ ｍａｘ． 残部 鉄
【００１７】Ｓ４５０００ステンレス鋼は、重量％で次
の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０５ ｍａｘ． クロム １４．００−１６．００ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ５．００−７．００ りん ０．０３ ｍａｘ． モリブデン ０．５０−１．００ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． 銅 １．２５−１．７５ けい素 １．００ ｍａｘ． ニオブ 最小含有量は炭素含有量 の８倍
の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０５ ｍａｘ． クロム １４．００−１６．００ マンガン １．００ ｍａｘ． ニッケル ５．００−７．００ りん ０．０３ ｍａｘ． モリブデン ０．５０−１．００ 硫黄 ０．０３ ｍａｘ． 銅 １．２５−１．７５ けい素 １．００ ｍａｘ． ニオブ 最小含有量は炭素含有量 の８倍
【００１８】Ｓ４５５００ステンレス鋼は、重量％で次
の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０５ ｍａｘ． クロム ７．５０−９．５０ マンガン ０．５０ ｍａｘ． チタン ０．８０−１．４０ りん ０．０４０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１０−０．５０ タンタル 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． 銅 １．５０−２．５０ けい素 ０．５０ ｍａｘ． モリブデン ０．５０ ｍａｘ． クロム １１．００−１２．５０ 残部 鉄
の如き公称組成を有する。 炭素 ０．０５ ｍａｘ． クロム ７．５０−９．５０ マンガン ０．５０ ｍａｘ． チタン ０．８０−１．４０ りん ０．０４０ｍａｘ． ニオブおよび ０．１０−０．５０ タンタル 硫黄 ０．０３０ｍａｘ． 銅 １．５０−２．５０ けい素 ０．５０ ｍａｘ． モリブデン ０．５０ ｍａｘ． クロム １１．００−１２．５０ 残部 鉄
【００１９】高弾性および高強度特性の双方を有するＳ
４５５００ステンレス鋼は、層１４の如き用途に特に効
果的である。Ｓ４５５００ステンレス鋼は、焼きなまさ
れた状態で比較的に軟質で成形できるマルテンサイト系
時効硬化型ステンレス鋼である。層１２、１４は、例え
ば、在来のロール圧着法を用い、冶金学的に結合され
る。結合された両層は、次いで、円板形状に切断され、
在来のスナップ作動円板成形法を用いて皿形に成形され
る。次いで両部材は、成形された後、両部材の強さを増
大すべく熱処理される。皿形の最頂部高さ、即ち皿形の
中心が部材の外周に関して垂直方向に変形される距離
は、第一の皿形形状から第二の逆に皿形をなす形状へ円
板部材が作動即ちスナップする温度である選ばれた温度
をもたらすように選定される。この部材は都合良く、比
較的に低いたわみ性を有し、それ故高い作動温度に必要
な変形の量は比較的に少なく、従って円板部材は低い輪
郭を呈し、最小量の垂直空間しかない電気スイッチ内に
取り付けることができる。
４５５００ステンレス鋼は、層１４の如き用途に特に効
果的である。Ｓ４５５００ステンレス鋼は、焼きなまさ
れた状態で比較的に軟質で成形できるマルテンサイト系
時効硬化型ステンレス鋼である。層１２、１４は、例え
ば、在来のロール圧着法を用い、冶金学的に結合され
る。結合された両層は、次いで、円板形状に切断され、
在来のスナップ作動円板成形法を用いて皿形に成形され
る。次いで両部材は、成形された後、両部材の強さを増
大すべく熱処理される。皿形の最頂部高さ、即ち皿形の
中心が部材の外周に関して垂直方向に変形される距離
は、第一の皿形形状から第二の逆に皿形をなす形状へ円
板部材が作動即ちスナップする温度である選ばれた温度
をもたらすように選定される。この部材は都合良く、比
較的に低いたわみ性を有し、それ故高い作動温度に必要
な変形の量は比較的に少なく、従って円板部材は低い輪
郭を呈し、最小量の垂直空間しかない電気スイッチ内に
取り付けることができる。
【００２０】本発明に従って作られた高温スナップ作動
サーモスタットの円板部材は、従来技術の円板部材に比
し、より大きな安定性および疲れ強さを有すると共に、
より高い作動温度特性を備えている。上述の如く、比較
的低い作動温度に用いられる在来の円板部材は、低膨張
または非能動層として合金１０などを、また高膨張また
は能動層として合金Ｂなどを使用している。重量％で３
５．５−５２．０のニッケルおよび残部の鉄から成る公
称組成を有する合金１０型材料は、合金Ｂ型材料のそれ
と可成り異なる約１３８−１６５×１０9 Ｐａ（２０な
いし２４×１０ 6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する。
サーモスタットの円板部材は、従来技術の円板部材に比
し、より大きな安定性および疲れ強さを有すると共に、
より高い作動温度特性を備えている。上述の如く、比較
的低い作動温度に用いられる在来の円板部材は、低膨張
または非能動層として合金１０などを、また高膨張また
は能動層として合金Ｂなどを使用している。重量％で３
５．５−５２．０のニッケルおよび残部の鉄から成る公
称組成を有する合金１０型材料は、合金Ｂ型材料のそれ
と可成り異なる約１３８−１６５×１０9 Ｐａ（２０な
いし２４×１０ 6 ｐｓｉ）の弾性係数を有する。
【００２１】本発明によれば、類似の弾性係数を備えた
低および高膨張面の双方が選定される。在来のロール圧
着法により合金Ｂ、高炭素合金Ｂまたは合金Ｃと組み合
わされた場合、この複合部材は、双安定温度応答性の皿
形金属制御部材として機能するに充分な残留差動膨張を
保持する。非能動層即ち非能動要素の上記より高い係数
によって、現行の合金１０型要素において利用可能なも
のに比較して約４０％上回る熱的な力の能力（thermal
force capability) の増大がもたらされる。低膨張要素
はまた、能動要素即ち高膨張層のそれよりも、その強さ
が上回るように選定される。非能動層は最早、従来技術
の複合金属の強さに対する制限要素として作用せず、む
しろ、複合部材の熱的な力（thermal force)および部材
の差動温度の能力を著しく増大させるのに役立つ。安定
性は、この種の類似の係数を有する材料の選定により際
立って高められる。
低および高膨張面の双方が選定される。在来のロール圧
着法により合金Ｂ、高炭素合金Ｂまたは合金Ｃと組み合
わされた場合、この複合部材は、双安定温度応答性の皿
形金属制御部材として機能するに充分な残留差動膨張を
保持する。非能動層即ち非能動要素の上記より高い係数
によって、現行の合金１０型要素において利用可能なも
のに比較して約４０％上回る熱的な力の能力（thermal
force capability) の増大がもたらされる。低膨張要素
はまた、能動要素即ち高膨張層のそれよりも、その強さ
が上回るように選定される。非能動層は最早、従来技術
の複合金属の強さに対する制限要素として作用せず、む
しろ、複合部材の熱的な力（thermal force)および部材
の差動温度の能力を著しく増大させるのに役立つ。安定
性は、この種の類似の係数を有する材料の選定により際
立って高められる。
【００２２】本発明に従って作られたスナップ作動円板
部材１０は、例えば図４に示す如く、サーモスタット型
電気スイッチ２４のハウジング２２に取り付けられた適
宜の熱伝導材料で形成された熱検出カップ２０内に円板
部材１０が配置されている熱センサとして円板部材が使
用されている用途に用いることができる。端壁３０に形
成された孔２８内へ運動伝達ピン２６が滑動自在に配置
され、円板部材１０と可動接触アーム３２との間に延在
している。可動接触アーム３２上に電気接点３４が取り
付けられ、固定接触アーム３８上に配置された固定電気
接点３６と電気係合すべく出入動するようにされる。可
動接点３４は通常、固定接点３６と係合すべく一方に片
寄らされて示されるが、若し逆の開／閉接触回路接続が
望ましければ、可動接触アームの他方側に固定接点３６
を配置し得ることが理解されよう。可動接触アーム３２
は第一端子Ｔ１へ電気的に接続され、固定接触アーム３
８は第二端子Ｔ２として役立つ。スナップ作動円板部材
は、可動接点３４を固定接点３６と電気係合させた、そ
の第一皿形形状で示されている。円板部材の温度がその
作動温度まで高められると円板部材がその第二の逆皿形
形状にスナップし、強いて運動伝達ピンを下方へ移動さ
せて接点を分離し、スイッチを開く。次いでスイッチ
は、約５℃から２００℃までで、作動温度を下回る選定
されたレベルとして選ばれるその反作動温度に円板部材
１０の温度が下げられるまで開状態に維持される。
部材１０は、例えば図４に示す如く、サーモスタット型
電気スイッチ２４のハウジング２２に取り付けられた適
宜の熱伝導材料で形成された熱検出カップ２０内に円板
部材１０が配置されている熱センサとして円板部材が使
用されている用途に用いることができる。端壁３０に形
成された孔２８内へ運動伝達ピン２６が滑動自在に配置
され、円板部材１０と可動接触アーム３２との間に延在
している。可動接触アーム３２上に電気接点３４が取り
付けられ、固定接触アーム３８上に配置された固定電気
接点３６と電気係合すべく出入動するようにされる。可
動接点３４は通常、固定接点３６と係合すべく一方に片
寄らされて示されるが、若し逆の開／閉接触回路接続が
望ましければ、可動接触アームの他方側に固定接点３６
を配置し得ることが理解されよう。可動接触アーム３２
は第一端子Ｔ１へ電気的に接続され、固定接触アーム３
８は第二端子Ｔ２として役立つ。スナップ作動円板部材
は、可動接点３４を固定接点３６と電気係合させた、そ
の第一皿形形状で示されている。円板部材の温度がその
作動温度まで高められると円板部材がその第二の逆皿形
形状にスナップし、強いて運動伝達ピンを下方へ移動さ
せて接点を分離し、スイッチを開く。次いでスイッチ
は、約５℃から２００℃までで、作動温度を下回る選定
されたレベルとして選ばれるその反作動温度に円板部材
１０の温度が下げられるまで開状態に維持される。
【００２３】本発明に従って作られる高温円板部材はま
た、図３のスイッチ４８に示す如き電流搬送部材として
も利用できるがその場合は、図１の部材１０のような、
本発明に従って作られた材料で形成されたスナップ作動
円板部材１０ａが、一方の遠位端部５２で、溶接するな
どして遠位端部に取り付けられた可動電気接点５０を有
し、その反対側の遠位端部５４は、そこへ溶接するなど
して導電性の壁部材５６に取り付けられている。円板部
材１０ａは、そこへ遠位端部５２，５４の中間に皿形部
分５８を形成し、壁部材５６へ取り付けられながらそれ
から電気的に絶縁された導電性のふた６２に取り付けら
れた固定接点６０に可動接点５０を電気係合させた、図
３に実線で示す第一皿形形状からそれをスナップさせる
材料のストリップとして形成することができる。壁部材
５６は端子Ｔ３と一体に接続することもでき、ふた６２
は端子Ｔ４で形成することができる。円板は、破線で示
す第二の逆皿形をなす形状にスナップするが、この場合
円板１０ａの温度は、円板部材を流過する電流により生
成された熱、および／またはその環境から円板部材へ熱
伝導された熱により、その作動温度に達する。
た、図３のスイッチ４８に示す如き電流搬送部材として
も利用できるがその場合は、図１の部材１０のような、
本発明に従って作られた材料で形成されたスナップ作動
円板部材１０ａが、一方の遠位端部５２で、溶接するな
どして遠位端部に取り付けられた可動電気接点５０を有
し、その反対側の遠位端部５４は、そこへ溶接するなど
して導電性の壁部材５６に取り付けられている。円板部
材１０ａは、そこへ遠位端部５２，５４の中間に皿形部
分５８を形成し、壁部材５６へ取り付けられながらそれ
から電気的に絶縁された導電性のふた６２に取り付けら
れた固定接点６０に可動接点５０を電気係合させた、図
３に実線で示す第一皿形形状からそれをスナップさせる
材料のストリップとして形成することができる。壁部材
５６は端子Ｔ３と一体に接続することもでき、ふた６２
は端子Ｔ４で形成することができる。円板は、破線で示
す第二の逆皿形をなす形状にスナップするが、この場合
円板１０ａの温度は、円板部材を流過する電流により生
成された熱、および／またはその環境から円板部材へ熱
伝導された熱により、その作動温度に達する。
【００２４】本発明に従って形成された円板部材は、約
３０−７５０Ω／０．１６７ｍｍ3（円ミルフート（ｃ
ｍｆ））の範囲内の電気抵抗率を有する。例えば、合金
ＢおよびＳ４５５００ステンレス鋼で作られた円板部材
１０は、約４５０Ω／ｃｍｆの電気抵抗率を有する。若
干の用途においては、円板部材が電流搬送部材として用
いられる場合、種々の抵抗率範囲を有することが望まし
いであろう。これは、選定された抵抗率を有する金属、
例えば、より低い抵抗率を有することが望ましければ
銅、中間の抵抗率を有することが望ましければニッケ
ル、またより高い抵抗率に対してはマンガン、銅、ニッ
ケル合金、の層１６を挿入することによって得られる。
図２に見られる如く、高温サーモスタット円板部材１０
ｂは、類似の弾性係数を有する外層１２、１４で形成さ
れる。図２の実施例に示す如く、中間層１６は、抵抗率
を修正するために役立つ。図２の円板は、適宜の電気接
点１８を用いて電流搬送部材として、または電気接点を
用いずに図４のスイッチにおける如き熱検出部材とし
て、利用することができる。
３０−７５０Ω／０．１６７ｍｍ3（円ミルフート（ｃ
ｍｆ））の範囲内の電気抵抗率を有する。例えば、合金
ＢおよびＳ４５５００ステンレス鋼で作られた円板部材
１０は、約４５０Ω／ｃｍｆの電気抵抗率を有する。若
干の用途においては、円板部材が電流搬送部材として用
いられる場合、種々の抵抗率範囲を有することが望まし
いであろう。これは、選定された抵抗率を有する金属、
例えば、より低い抵抗率を有することが望ましければ
銅、中間の抵抗率を有することが望ましければニッケ
ル、またより高い抵抗率に対してはマンガン、銅、ニッ
ケル合金、の層１６を挿入することによって得られる。
図２に見られる如く、高温サーモスタット円板部材１０
ｂは、類似の弾性係数を有する外層１２、１４で形成さ
れる。図２の実施例に示す如く、中間層１６は、抵抗率
を修正するために役立つ。図２の円板は、適宜の電気接
点１８を用いて電流搬送部材として、または電気接点を
用いずに図４のスイッチにおける如き熱検出部材とし
て、利用することができる。
【００２５】従って本発明によれば、ある熱膨張係数を
有する硬化可能なステンレス鋼が、比較的に高い熱膨張
係数を有し且つ類似した弾性係数を有する合金へ冶金学
的に結合されている。この複合材料は、約１５０℃を超
える選定された温度で作動させるべく皿形形状に形成さ
れ、次いでその強さを増進すべく熱処理される。
有する硬化可能なステンレス鋼が、比較的に高い熱膨張
係数を有し且つ類似した弾性係数を有する合金へ冶金学
的に結合されている。この複合材料は、約１５０℃を超
える選定された温度で作動させるべく皿形形状に形成さ
れ、次いでその強さを増進すべく熱処理される。
【００２６】本発明に従って作られたスナップ作動円板
は、高温環境、例えば、通常の作動環境が約１７０℃で
あり且つ１８０℃以上の作動温度が望まれる高効率圧縮
機の用途に用いることができる。即ち円板部材は、圧縮
機内の温度を検出し且つ、何かの故障により温度が選定
された安全限界を超える場合、保護器を機能停止させる
ために用いられる。別の有用な高温での用途には、作動
および反作動温度の間に幅広い差違を有する円板部材が
用いられる。例えば、約１８０℃の作動温度と−４０℃
の復元温度（即ち反作動温度）とを有する非復元性保護
器として円板部材が使用されるコーヒーポットの用途に
おいては従って、実際上、コーヒーポットなどの故障に
より作動温度で円板がいったんスナップすると、それ
は、その作動される状態のままとなる。
は、高温環境、例えば、通常の作動環境が約１７０℃で
あり且つ１８０℃以上の作動温度が望まれる高効率圧縮
機の用途に用いることができる。即ち円板部材は、圧縮
機内の温度を検出し且つ、何かの故障により温度が選定
された安全限界を超える場合、保護器を機能停止させる
ために用いられる。別の有用な高温での用途には、作動
および反作動温度の間に幅広い差違を有する円板部材が
用いられる。例えば、約１８０℃の作動温度と−４０℃
の復元温度（即ち反作動温度）とを有する非復元性保護
器として円板部材が使用されるコーヒーポットの用途に
おいては従って、実際上、コーヒーポットなどの故障に
より作動温度で円板がいったんスナップすると、それ
は、その作動される状態のままとなる。
【００２７】上記の構成には、本発明の範囲を逸脱する
ことなく各種の変更を行うことができるが、上記の説明
に包含され且つ添付図面に示された全ての事項が例示的
なもので限定的な意味ではないと解釈すべきものとし、
且つ本発明には、添付クレイムの範囲に属する、説明さ
れた本発明の実施例の全ての変更態様および同等物が包
含されるものとする。
ことなく各種の変更を行うことができるが、上記の説明
に包含され且つ添付図面に示された全ての事項が例示的
なもので限定的な意味ではないと解釈すべきものとし、
且つ本発明には、添付クレイムの範囲に属する、説明さ
れた本発明の実施例の全ての変更態様および同等物が包
含されるものとする。
【図１】本発明に従って作られたサーモスタット円板部
材についての断面図。
材についての断面図。
【図２】本発明に従って作られたサーモスタット円板部
材の図１と類似の断面図。
材の図１と類似の断面図。
【図３】本発明に従って作られたサーモスタット円板部
材が電流搬送部材として使用されている電気スイッチの
断面図。
材が電流搬送部材として使用されている電気スイッチの
断面図。
【図４】本発明に従って作られたサーモスタット円板部
材が専ら熱検出部材として使用されている電気スイッチ
の断面図。
材が専ら熱検出部材として使用されている電気スイッチ
の断面図。
１０ 皿形金属制御部材
１０ｂ 皿形金属制御部材
１２ 第一外層
１４ 第二外層
１６ 第三金属層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アンドリュー エイ．アマトルーダ，ジ
ュニア
アメリカ合衆国マサチューセッツ州アト
ルボロ，サウス メイン ストリート
384
(72)発明者 シェルドン エス．ホワイト
アメリカ合衆国マサチューセッツ州ブル
ックリン，ブレイク ロード 46
(56)参考文献 米国特許5043690（ＵＳ，Ａ)
米国特許4970485（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G12B 1/02
G01K 5/62
H01H 37/54
Claims (8)
- 【請求項１】 複合サーモスタット金属を形成すべく、
比較的に高い熱膨張係数を有する金属の第一外層および
比較的に低い熱膨張係数を有する金属の第二外層を包含
する、冶金学的に一緒に結合された複数の金属層を含む
温度応答式皿形金属制御部材において、第一および第二
層が類似の弾性係数を有し、複合サーモスタット金属は
スナップ作動特性を皿形金属部材に付与するように形成
された皿形形状を有し、それにより皿形金属部材が、選
定された作動温度において逆の皿形形状に変るようにさ
れた温度応答式皿形金属制御部材。 - 【請求項２】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、第二層が析出硬化型ステンレス鋼であ
るようにされた温度応答式皿形金属制御部材。 - 【請求項３】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、該部材が、逆皿形形状へそれがスナッ
プする作動温度までの温度において最初の皿形形状を有
し、該逆皿形形状は、該部材がその最初の皿形形状へ逆
にスナップする示差温度であって前記作動温度より低い
温度で且つ該作動温度に対して２００℃あるいはそれ以
上の範囲の差がある示差温度に部材が達するまで、維持
される温度応答式皿形金属制御部材。 - 【請求項４】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、第一層が、０．１２−０．６１重量％
の炭素を含む合金で構成される、温度応答式皿形金属制
御部材。 - 【請求項５】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、第二層が、ＰＨ１３−８ＭＯ、Ｓ１７
４００、Ｓ１７７００、Ｓ１５７００、Ｓ３５０００、
Ｓ３５５００、Ｓ１５５００、Ｓ４５０００およびＳ４
５５００から成る群から選定される温度応答式皿形金属
制御部材。 - 【請求項６】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、第二層がＳ４５５００型ステンレス鋼
で構成される温度応答式皿形金属制御部材。 - 【請求項７】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材において、各層の弾性係数が約１７９−２００×
１０9 Ｐａ（２６−２９×１０6 ｐｓｉ）である温度応
答式皿形金属制御部材。 - 【請求項８】 請求項１に記載の温度応答式皿形金属制
御部材にして、部材の電気抵抗率を調整すべく第一およ
び第二層の中間に配置され且つそれらへ冶金学的に結合
された第三金属層を包含する温度応答式皿形金属制御部
材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US166757 | 1993-12-14 | ||
| US08/166,757 US5402099A (en) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | High temperature, temperature responsive snap acting control member and electrical switches using such members |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253484A JPH07253484A (ja) | 1995-10-03 |
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Family
ID=22604596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30907894A Expired - Fee Related JP3471451B2 (ja) | 1993-12-14 | 1994-12-13 | 温度応答式皿形金属制御部材 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5402099A (ja) |
| EP (1) | EP0658911B1 (ja) |
| JP (1) | JP3471451B2 (ja) |
| DE (1) | DE69429712T2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5489762A (en) * | 1994-05-25 | 1996-02-06 | Texas Instruments Incorporated | Appliances having resistive heating elements and thermal protective apparatus used therewith |
| US5808539A (en) * | 1996-10-10 | 1998-09-15 | Texas Instruments Incorporated | Temperature responsive snap acting control assembly, device using such assembly and method for making |
| EP0866482B1 (en) * | 1997-03-18 | 2000-07-26 | Texas Instruments Incorporated | Improved low cost thermostat apparatus and method for calibrating same |
| US6412165B1 (en) | 1997-08-28 | 2002-07-02 | Texas Instruments Incorporated | Temperature responsive snap acting control assembly, device using such assembly and method for making |
| US5986535A (en) * | 1998-01-20 | 1999-11-16 | Texas Instruments Incorporated | Low cost thermostat apparatus and method for calibrating same |
| US6184768B1 (en) * | 1998-12-19 | 2001-02-06 | Cheng Chao Hsu | Thermal actuator |
| US6792754B2 (en) * | 1999-02-15 | 2004-09-21 | Silverbrook Research Pty Ltd | Integrated circuit device for fluid ejection |
| AUPP868999A0 (en) * | 1999-02-15 | 1999-03-11 | Silverbrook Research Pty Ltd | A method and apparatus(IJ46P1D) |
| US6236300B1 (en) * | 1999-03-26 | 2001-05-22 | R. Sjhon Minners | Bistable micro-switch and method of manufacturing the same |
| US6075436A (en) * | 1999-05-18 | 2000-06-13 | Hsu; Cheng Chao | Circuit breaker assembly |
| US6593010B2 (en) | 2001-03-16 | 2003-07-15 | Hood & Co., Inc. | Composite metals and method of making |
| US6756876B2 (en) * | 2001-09-24 | 2004-06-29 | Texas Instruments Incorporated | Circuit interrupter and method |
| US8717729B2 (en) * | 2008-02-12 | 2014-05-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Computing devices having fail-safe mechanical shut-off switch |
| DE102009061050B4 (de) | 2009-06-05 | 2019-09-05 | Marcel P. HOFSAESS | Bimetallteil und damit ausgestattete temperaturabhängige Schalter |
| DE102009025221A1 (de) | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Hofsaess, Marcel P. | Bimetallteil und damit ausgestattete temperaturabhängige Schalter |
| DE102019125453A1 (de) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | Marcel P. HOFSAESS | Temperaturabhängiger Schalter |
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