JP3696635B2 - 温度プロテクタ−の動作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電気機器、電気部品、あるいは電気素子（以下、これらを電気機器等と総称する）を、過電流に基づく異常発熱から保護するために使用する温度プロテクタ−の動作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度プロテクタ−として、合金型温度ヒュ−ズ、すなわち、ヒュ−ズエレメントに可溶金属片を使用したものが周知されている。
この合金型温度ヒュ−ズにおいては、保護しようとする電気機器等に高感度での受熱が可能な位置で取付けて使用され、機器等の過電流に基づく発熱で可溶金属片が溶融され、溶融金属がその表面張力に基づく球状化変形により分断され、この分断後の球状化の更なる進行により分断間距離がア−ク消滅距離に達し、ア−クの消滅により通電遮断が終結され、機器等の異常加熱の未然防止が図られている。
【０００３】
上記において、可溶金属片の固相線温度Ｔａと液相線温度Ｔｂとに差があると、温度範囲Ｔａ〜Ｔｂのどの温度でも溶断する可能性があり、両温度の差（Ｔｂ−Ｔａ）が大きくなるほど、作動温度のバラツキが著しくなるから、合金型温度ヒュ−ズの可溶金属片には、共晶合金、若しくは両温度の差が２〜３℃以内のものを使用する必要がある。
また、合金型温度ヒュ−ズの可溶金属片には、加工性（線引き性）、機械的強度等に優れているものを使用することも必要である。
【０００４】
しかしながら、これらの諸要件（共晶合金若しくはこれに近い溶融特性、加工性、機械的強度等）の全てを充足し、且つ所望の温度で溶断する合金組成を狭い温度間隔で網羅することは至難であり、かかる制約から、現段階では、公称作動温度が７６℃、１０２℃、１１５℃、１３０℃、１５０℃並びに１６９℃の合金型温度ヒュ−ズが実在するにとどまっている。
【０００５】
従って、１３０℃と１５０℃との間の温度である１４０℃を許容温度とする機器等を合金型温度ヒュ−ズで保護する場合、公称作動温度１３０℃の合金型温度ヒュ−ズを使用しており、機器等に耐熱的に充分余裕があるにもかかわらず、機器等の使用が中断されてしまい、耐熱絶縁上、不経済である。
【０００６】
従来、合金型温度ヒュ−ズに抵抗体を近接配置し、抵抗体のジュ−ル熱で合金型温度ヒュ−ズに温度バイアスをかけ、このバイアス温度を変えて機器の異なる許容温度に対処させることが公知である（特公昭６３−７４１７号公報）。
【０００７】
このバイアス温度方式によれば、合金型温度ヒュ−ズの作動温度（ほぼ可溶金属片の融点）をＴ_１℃、抵抗体の抵抗値をｒ、通電電流をｉ、抵抗体と合金型温度ヒュ−ズとの間の熱伝達抵抗をｈとすれば、抵抗体のジュ−ル熱ｉ^２ｒによる合金型温度ヒュ−ズの常時加熱温度（バイアス温度）Ｔ_１’℃は、
Ｔ_１’＝ｉ^２ｒｈ＋常温 （１）
で与えられ、周囲の温度上昇値、すなわち機器の温度上昇値が、（Ｔ_１−Ｔ_１’）℃、すなわち、（Ｔ_１−ｉ^２ｒｈ−常温）に達すると、合金型温度ヒュ−ズが作動するに至り、可溶金属片の共通下（同一融点の可溶金属片の使用下）、通電電流が大となると、比較的低い周囲温度上昇で合金型温度ヒュ−ズを作動させ、通電電流が小となると、比較的高い周囲温度上昇で合金型温度ヒュ−ズを作動させることが可能になる。
【０００８】
旧来の合金型温度ヒュ−ズにより保護する以上、機器等の通電電流に応じ、その機器の許容温度値が異なる場合（通電電流が大となると、許容温度値が低くなり、通電電流が小となると、許容温度値が高くなる場合）でも、これらの温度が例えば、上記した１３０℃と１５０℃との間に入ってしまうときは、公称作動温度１３０℃の合金型温度ヒュ−ズで一律に通電遮断しているが、上記温度バイアス方式では、それぞれの許容温度に応じて合金型温度ヒュ−ズを作動させ得、熱絶縁上、合理的な保護も可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の温度バイアス方式では、合金型温度ヒュ−ズと抵抗体とを近接結合することが必要であり、該結合による大型化が避けられず、また結合材、例えば接着剤の付加を必要とするために、外部から合金型温度ヒュ−ズの可溶金属片に至る熱伝達媒質の熱抵抗、熱容量が大きくなり、機器等の過電流温度上昇に対する合金型温度ヒュ−ズの可溶金属片の溶断速度の低速化が余儀なくされる。従って、作動迅速性を保証し難い。
【００１０】
本発明の目的は、温度バイアスをかけ得、しかも、機器等の過電流温度上昇に対する作動迅速性を保証し得る温度プロテクタ−を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る温度プロテクタ−の動作方法は、可溶金属片を有する温度プロテクターの当該可溶金属片を通電電流により発熱させてその可溶金属片の平常時温度を（常温＋ΔＴ）とし、温度プロテクター外部の温度上昇により前記当該可溶金属片を溶断させる温度プロテクターの動作方法であり、前記ΔＴを１０℃以上とし、前記（常温＋ΔＴ）を可溶金属片の融点よりも２０℃以上低い温度とするように、前記可溶金属片の抵抗値を設定することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
可溶金属片の単位長さ当たりの抵抗値をｒ、通電電流をｉ、単位長さ当たりの可溶金属片から周囲の外部空間に至る熱伝達媒質の熱抵抗をＨとすれば、温度プロテクタ−の可溶金属片の常時温度（バイアス温度）は〔ｉ^２ｒＨ＋常温〕で与えられる。
而して、可溶金属片の融点をＴ とすれば、温度プロテクタ−外部の温度が〔Ｔ_０−ｉ^２ｒＨ−常温〕に上昇すると、すなわち、、温度プロテクタ−外部の温度が〔Ｔ_０−ｉ^２ｒＨ〕になると、可溶金属片が溶断され、機器等への通電が遮断される。
【００１３】
従来においては、ｉ^２ｒＨ≒０である。而るに、機器の許容温度が１４０℃の場合、公称作動温度１３０℃の合金型温度プロテクタ−（合金型温度ヒュ−ズ）を使用して、機器温度が１３０℃に達すると、まだ１０℃の耐熱温度余裕があるにもかかわらず、機器使用の中断が余儀なくされていた。
これに対し、本発明の温度プロテクタ−においては、ｉ^２ｒＨ（常温を基準としたバイアス温度）を少なくとも１０℃で、Ｔ_０（可溶金属片の融点）よりも２０℃以上低くするように、可溶金属片の抵抗値ｒを設定してあり、例えば、公称作動温度１５０℃の可溶金属片を使用し、ｉ^２ｒＨ（常温を基準としたバイアス温度）を１０℃とするように、可溶金属片の抵抗値ｒを設定すれば、機器温度が許容温度１４０℃に達したときに通電を遮断し得る。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明において使用するケ−スタイプの合金型温度ヒューズを示す断面図である。
図１において、１，１は一直線状に配設されたリ−ド線、２はリ−ド線１，１間に臘接または溶接により接続された低融点金属片である。３は低融点金属片２に塗着されたフラックスであり、松脂等のロジンを主成分とし、活性剤、例えば、アミン塩酸塩等を少量添加したものを使用できる。４はフラックス塗着低融点金属片上に被せられたセラミックス筒（通常、アルミナセラミックスが使用される）である。５，５はセラミックス筒両端の各開口と各リ−ド線（通常、裸銅線または絶縁被覆銅線が使用される）との間を封止したエポキシ樹脂材であり、通常は常温硬化性である。
【００１５】
図２の（イ）は、本発明において使用するケ−スタイプの合金型温度ヒューズの別を示す断面図、図２の（ロ）は図２の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図２の（イ）並びに図２の（ロ）において、１，１は互いに並設されたリ−ド線、２はリ−ド線１，１間に臘接または溶接により接続された低融点金属片である。３は低融点金属片２に塗着されたフラックスである。４１はフラックス塗着低融点金属片上に被せられた、一端にのみ開口を有する扁平な絶縁ケ−ス（通常、アルミナセラミックスが使用される）である。５は絶縁ケ−スの開口とリ−ド線１，１（通常、裸銅線または絶縁被覆銅線が使用される）との間を封止したエポキシ樹脂材であり、上記と同様、通常は常温硬化性である。
【００１６】
図３の（イ）は本発明において使用する基板タイプの合金型温度ヒューズを示す説明図、図３の（ロ）は図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図３の（イ）並びに図３の（ロ）において、４０はセラミックス基板（通常、アルミナセラミックスが使用される）である。１１，１１はセラミックス基板の片面に設けられた一対の膜電極であり、導電ペ−ストの印刷・焼付けによる厚膜法や金属蒸着や電着法等の薄膜法等により設けることができる。２は膜電極１１，１１間に臘接または溶接により接続された低融点金属片である。３は低融点金属片に塗着されたフラックスである。１，１は各膜電極１１，１１に臘接または溶接により接続されたリ−ド線（通常、絶縁被覆銅線または裸銅線が使用される）である。５０はセラミックス基板４０の片面上に被覆されたエポキシ樹脂材であり、上記と同様、通常は常温硬化性である。
【００１７】
上記において、可溶金属片２の単位長さ当たりの抵抗値ｒは、可溶金属片２の断面積をｓ、固有抵抗値をρとすれば、
ｒ＝ρ／ｓ （２）
而して、温度プロテクタ−の単位長さ当たりの可溶金属片と温度プロテクタ−の外部空間との間の熱抵抗をＨ、通電電流をｉとすれば、ジュ−ル熱に基づく可溶金属片の常時加熱温度Ｔ
’（バイアス温度）は、
Ｔ ’＝ｉ^２Ｈρ／ｓ＋常温 （３）
で与えられる。
【００１８】
そして、保護しようとする機器等の許容温度をＴ_１（従って、許容温度上昇値は、Ｔ_１−常温）、可溶金属片の融点をＴ_０とすれば、（Ｔ_０−Ｔ_１’）が（Ｔ_１−常温）に等しいか、若しくは、僅かだけ小さくなるように（５℃以下であるように）、可溶金属片の断面積ｓを
ｓ≒ｉ^２Ｈρ／（Ｔ_０−Ｔ_１） （４）
を満たすように設定してある。
【００１９】
従来の合金型温度ヒュ−ズにおいては、通電電流による可溶金属片の自己発熱温度が実質上、零であり（２℃以下）、可溶金属片の自己発熱温度を合金型温度ヒュ−ズのバイアス温度として利用することは無理である。
而るに、本発明に係る温度プロテクタ−においては、可溶金属片の自己発熱温度で温度バイアスを有効にかけ得るように、ジュ−ル熱に基づく可溶金属片の常時温度Ｔ
’を常温よりも、１０℃以上高くするように、可溶金属片の抵抗値を設定してある。
【００２０】
本発明に係る温度プロテクタ−の動作方法においては、周囲温度上昇値が（Ｔ_０−Ｔ_１’）に達すると、作動するに至るが、機器等の許容温度上昇値は、通常２０℃以上であり、これに応じ、上記温度プロテクタ−熱に基づく可溶金属片の常時温度Ｔ_１’を可溶金属片の融点Ｔ_０より２０℃以上低くする条件も満たすように、可溶金属片の抵抗値を設定してある。
【００２１】
本発明の温度プロテクタ−の動作方法においては、既存の公称作動温度の可溶金属組成（７６℃、１０２℃、１１５℃、１３０℃、１５０℃並びに１６９℃）を使用し、機器の通電を、その許容温度に等しい温度、若しくは僅かに低い（５℃以内）温度で遮断するように、可溶金属片の種類の選定並びに可溶金属片の抵抗値設定が行なわれている。例えば、許容温度が１４０℃の機器に対しては、バイアス温度を１０℃、従って可溶金属片の常時温度（バイアス温度＋常温）を（１０℃＋常温）とするように、可溶金属片の抵抗値を設定し、可溶金属片には公称作動温度１５０℃のものを選択してあり、機器の通電を許容温度１４０℃で遮断させることができる。
【００２２】
本発明に係る温度プロテクタ−の動作方法においては、機器等の通電電流が大になるに伴って機器の許容温度が低く設定され、機器等の通電電流が小になるに伴って機器の許容温度が高く設定される場合に、特に好適に使用される（式４において、通電電流ｉが大になっても、機器許容温度Ｔ_１が減少される場合、または通電電流ｉが小になっても、機器許容温度Ｔ_１
が増大される場合、式４が成立する限り、同一の温度プロテクタ−で対処できることが可能）。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る温度プロテクタ−の動作方法は、上述した通りの構成であり、従来の合金型温度ヒュ−ズに対し、可溶金属片の自己ジュ−ル発熱で所定温度の温度バイアスをかけるように、可溶金属片の抵抗値を設定しているから、合金型温度ヒュ−ズに抵抗体を近接配設し、抵抗体のジュ−ル発熱で可溶金属片に温度バイアスをかけている従来の温度プロテクタ−とは異なり、全体のコンパクト性を保持でき、温度プロテクタ−の外部から可溶金属片に至る熱抵抗を充分に低く維持でき、機器等の過電流に基づく温度上昇に対する可溶金属片の迅速作動性をよく保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明において使用する温度プロテクタ−の一例を示す断面図である。
【図２】 図２の（イ）は本発明において使用する温度プロテクタ−の前記とは別の例を示す断面図、図２の（ロ）は図２の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
【図３】 図３の（イ）は本発明において使用する温度プロテクタ−の前記とは別の例を示す説明図、図３の（ロ）は図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
【符号の説明】
１ リ−ド線
２ 低融点金属片
３ フラックス
４ セラミックス筒
５ エポキシ樹脂材
１１ 膜電極
４１ 絶縁ケ−ス
４０ セラミックス基板
５０ エポキシ樹脂材

Claims (1)

1. 可溶金属片を有する温度プロテクターの当該可溶金属片を通電電流により発熱させてその可溶金属片の平常時温度を（常温＋ΔＴ）とし、温度プロテクター外部の温度上昇により前記当該可溶金属片を溶断させる温度プロテクターの動作方法であり、前記ΔＴを１０℃以上とし、前記（常温＋ΔＴ）を可溶金属片の融点よりも２０℃以上低い温度とするように、前記可溶金属片の抵抗値を設定することを特徴とする温度プロテクターの動作方法。

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