JP3972965B2 - 熱応動スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバイメタル等の熱応動板を使用した熱応動スイッチに関するものであり、特に冷蔵庫や空調機等の密閉形電動圧縮機の電動機の保護に使用され小形で熱応答性が良く安価な密閉形の熱応動スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この様な熱応動スイッチとしては特許公報第２５１９５３０号などがある。この熱応動スイッチ１０１は図８、及びそのＢ−Ｂ断面図である図９に示す様に長ドーム状の耐圧容器１０２と蓋体１０３から気密容器を構成し、その気密容器内部にバイメタル等の熱応動板１０４を利用した接点開閉機構とヒーター１０５を有している。熱応動板１０４はその一端を容器１０２に接続固着され、他端である可動側先端には可動接点１０６が固着され、固定接点１０７と接離可能にされている。固定接点１０７は蓋板１０３にガラス等の絶縁充填材１０９により気密且つ電気絶縁状態で貫通固定された導電端子ピン１０８Ａに固定されている。またヒーター１０５はその一端を蓋板１０３にまた他端を導電端子ピン１０８Ｂに接続固定されている。
【０００３】
この熱応動スイッチ１０１は２本の導電端子ピン１０８Ａ，１０８Ｂの一方を電動機の巻線に、他端を電源に接続して使用され、熱応動スイッチ１０１周辺が異常な高温になったり電動機に異常な電流が流れたときに熱応動板１０４が反転して接点間を開放する。またヒーター（発熱体）１０５の一部の断面積を他の部分の断面積より小さくした溶断部１０５Ａを設ける事により、万が一熱応動スイッチの保証動作回数を過ぎて接点の溶着等が起きたときにもヒーターの溶断部１０５Ａを溶断し電路を遮断することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この熱応動スイッチは前述の様に、接点の溶着等が起きたときに発熱体の一部１０５Ａを溶断し電路を遮断するものであるが、電動圧縮機が長期にわたり使用されると電動機の巻線の絶縁劣化が徐々に進み稀に巻線間で短絡が発生することがある。この場合には電動機に大電流が流れるため、通常は電動圧縮機への給電部の元にあるブレーカー等の過電流継電器が作動し給電は遮断されるのであるが、万が一この過電流継電器が故障していると電動機が焼損する危険性がある。熱応動スイッチ１０１に於ては保証動作回数を過ぎたのちに接点の溶着が起きている場合にも、前述のごとくヒーター１０５を溶断するようにされているが、この様に電動機の巻線が短絡する等の事故を想定した場合には、熱応動スイッチは定格電流の数十倍の大電流を遮断する事を要求される事がある。この様な大電流ではヒーターの溶断時にその溶断部間で発生したアークが簡単には終息せず、特に小形化された熱応動スイッチに於いては異電圧となる導電端子ピン１０８Ｂとヒータ１０５との距離が比較的短いため導電端子ピン１０８Ｂとの間にアークが転移しやすく、このアークの転移が起きるとガラスを破壊して気密性を失わせたり導電端子ピンと蓋板との間で再び導通が起こる危険性があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本願発明の熱応動スイッチにおいては、少なくともヒーターの固定された導電端子ピンの気密容器内部側の先端部及び側面を耐熱性の絶縁物で覆いヒーター溶断時のアークが導電端子ピンに転移しないようにした事を特徴としている。
【０００６】
さらに本願発明に於いては固定接点の固着された導電端子ピンの気密容器内部側の先端部及び側面を耐熱性の絶縁物で覆うことにより前記アークが固定接点側の導電端子ピンに転移することも防止する。
【０００７】
【実施例】
以下、図を参照しながら本発明の熱応動スイッチについて説明する。図１及び図２は本実施例の側面図及び平面図であり、図３はその縦断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面矢視図である。本発明の熱応動スイッチ１は鉄板等をプレスにより絞り整形して作った耐圧容器２を有しており、この容器２はほぼ球面状の部分を両側に持ち半円状の中央部によって両端部をつなぐ長ドーム形状をしている。この耐圧容器２の形状はこの様な長ドーム形のものに限定するものではなく、例えば容器の長手方向に沿ってリブを設ける等して強度を得るのであれば必ずしも球面部を有している必要はない。この容器２の開口部にはこの容器より肉厚の鉄板を成形した蓋板３がリングプロジェクション溶接等により気密に封着されており、両者によって気密容器が構成される。
【０００８】
容器２の内側には適当な金属板で作られた支持体４を介してバイメタルやトリメタル等を浅い皿状に絞り成形し予め動作反転温度を設定した熱応動板５の一端が接続固定されており、熱応動板５の他端には可動接点６が固着されている。この熱応動スイッチ１は耐圧容器２のこの支持体４を固定した部分を外側からつぶし変形することにより後述の固定接点との接触圧力を調整し動作温度を較正される。この支持体４の固定位置は実施例では耐圧容器２の一方の端部に設定されているが、例えばより小形の熱応動スイッチとする場合には熱応動板５は耐圧容器の中央付近に固定してもよい。そして支持体４の形状を図示した形状でなくボタン型の形状等にしてもよく、さらに熱応動板５を耐圧容器に固定する際に予め設定された動作反転温度に実質的に影響を及ぼさないのであれば、支持体４は省略することもできる。
【０００９】
蓋板３には貫通孔３Ａ及び３Ｂが穿たれており、その貫通孔にはそれぞれ熱膨張係数を考慮されたガラス等の電気絶縁性の充填剤７により導電端子ピン８Ａ，８Ｂが気密に絶縁固定されている。一方の導電端子ピン８Ａの気密容器内部側の先端近傍には固定接点９が固着されており、前述の可動接点６と対向し接離可能に配置されている。
【００１０】
他方の導電端子ピン８Ｂの気密容器内部側の先端近傍には発熱体であるヒーター１０の一端が固定され、ヒーター１０の他端は蓋板上に固定される。このヒーター１０は導電端子ピン８Ｂのほぼ周囲に沿って配設されており、且つ熱応動板５とほぼ並行に配置され熱交換関係を良好にされている。このヒーター１０には断面積を他の部分よりも小さくした溶断部１０Ａが設けられている。制御対象機器である圧縮機の通常運転時には電動機の運転電流でこの溶断部１０Ａが溶断することはなく、また電動機が拘束状態になった時には短時間で熱応動板５が反転し接点間を開離するためこの場合も溶断部が溶断することはない。この熱応動スイッチが長期にわたり開閉を繰り返すと、やがて保証動作回数を過ぎると接点が溶着する等して開離不能になることがある。その場合には電動機の拘束状態による過電流で溶断部１０Ａの温度が上昇しやがて溶断に至るため、電動機への通電を確実に遮断することができる。
【００１１】
電動圧縮機が長期にわたり使用されると電動機の巻線の絶縁劣化が徐々に進み稀に巻線間で短絡が発生することがある。この場合に熱応動スイッチの保証動作回数を過ぎ接点溶着が発生していると短絡電流が流れ続け、さらに万が一電動圧縮機への給電部の元にあるブレーカー等の過電流継電器が故障していると電動機が焼損する危険性がある。そこで従来の熱応動スイッチ１０１においては、この様な場合でもヒーター１０５を溶断することにより電路を遮断するようにされているのだが、電動機の短絡電流は定格電流の数十倍の大電流であるため熱応動スイッチのヒーターの溶断時にその溶断部間で発生したアークが簡単には終息しない。そのため、特に導電端子ピン１０８Ｂとの間にアークが転移してしまうと、ガラス１０９を破壊して気密性を失わせたり、導電端子ピン１０８Ａ，１０８Ｂ間での短絡が発生し電路が遮断できない可能性の生ずる場合がある。
【００１２】
実験より得られた知見について述べると、ヒーター１０５はその溶断部１０５Ａで溶断するのだが、より詳しくはヒーターの両端部は蓋板１０３及び導電端子ピン１０８Ｂに接続固定されているため発熱が若干逃げ温度勾配が生じて、最も温度が上昇するのは溶断部のヒーター中央側である１０５Ａ１付近でありこの部分で溶断が発生する。この溶断時には両端が異電圧になるためアークが発生する。このアークの熱によりヒーターが溶融されるにつれアークの放電距離は長くなり放電を維持するためのエネルギーは上昇する。それでもこのままアークがヒーターに沿って伸びれば放電距離が長くなりやがてアークは消滅するが、熱応動スイッチを小型に設計すると図９に示す様に導電端子ピン１０８Ｂとヒーター１０５との距離を充分に得ることが難しくなり、そのため特に大電流の場合にはアークの一方が１０５Ａ１から進みかけたところで導電端子ピン１０８Ｂに転移することがある。この場合には放電距離はほとんど変化しないためアークが消滅せずまた導電端子ピン１０８Ｂの熱容量が比較的小さいため導電端子ピン及びこれを気密に固定するガラス１０９の温度が上昇し、やがてガラスが破壊されることにより気密性が悪化したり、導電端子ピン１０８Ｂが蓋板に触れる等して電路の遮断が行なわれなくなる危険性がある。
【００１３】
そこで本発明の熱応動スイッチに於ては、図３及び図４に示す如く少なくともヒーター１０が固定された導電端子ピン８Ｂの気密容器内部側表面を耐熱性の電気絶縁物１１で覆うことにより、ヒーター溶断時に発生したアークが導電端子ピンに転移することを避けている。実施例では図３及び図４に示されているように導電端子ピンの表面に耐熱性のセラミックコーティング剤、例えばアロンセラミック（東亜合成化学工業株式会社製）等を塗布し硬化しておくことによりアークの転移がなくなり、アークはヒーター上で消滅する。つまり図４のヒーター１０の溶断部１０Ａの内、中央よりの１０Ａ１付近で溶断がおき、ここからアークが発生するが導電端子ピン８Ｂの先端、特にヒーターの溶断後異電圧となる側が絶縁されているため、従来の様にアークが導電端子ピンに転移することはない。
【００１４】
上述の実施例では耐熱性の電気絶縁物として塗布硬化させるタイプのセラミックコーティング剤を使用したものを例に説明したが、この他にもヒーターの通常使用時の上昇温度よりも充分に高い耐熱性を有しているならばエポキシ樹脂等の合成樹脂を使用してもよい。
【００１５】
次に本発明の他の実施例について図５乃至図７を参照して説明する。この熱応動スイッチ２１については前述の実施例と同様の部品には同じ記号を付して、それぞれについての詳細な説明は省略する。この熱応動スイッチ２１に於いては絶縁物としてセラミック等により予め成形されたキャップ状の絶縁部品２２が導電端子ピンの先端に被せ固着されている。
【００１６】
この絶縁部材２２は一端を塞がれた筒形をしており、ヒーターが溶接された導電端子ピン８Ｂに被せたときにヒーター１０と干渉しないように図７に示すような切り欠き２２Ａが設けられている。また絶縁部材２２の固定には例えば前述のアロンセラミック等を接着剤として使用することにより、絶縁部材２２を確実に固定することができる。本実施例に於いてもヒーター１０の溶断時にはアークが発生するが絶縁部材２２が導電端子ピン８Ｂの先端を覆い絶縁しているため、従来の様に溶断時のアークが導電端子ピンに転移することはない。
【００１７】
以上の実施例としてヒーターが固定された側の導電端子ピンの気密容器内部側表面を絶縁物で覆ったものについて述べたが、短絡電流の大きさの程度及び熱応動スイッチの小形化の程度によっては固定接点側の導電端子ピンの気密容器内部側表面を覆えば更に効果的である。例えば、第１の実施例で述べた熱応動スイッチを例に述べると、この熱応動スイッチ１は図３及び図４からも明らかなようにヒーター１０と固定接点側の導電端子ピン８Ａとの距離が比較的狭くなっている。熱応動スイッチ全体の大きさが充分に大きい時には問題が無いが、スイッチを小形化してこの距離が充分に取れない場合や、短絡電流が非常に大きく実質的にこの距離が狭い場合等には、ヒーター１０の溶断時に発生したアークがヒーター１０上から導電端子ピン８Ａ上に転移する可能性がある。この様なことが発生すると、アークの熱により導電端子ピン８Ａ及び８Ｂの温度が上昇しガラス７を溶融破壊して気密性を失わせたり、導電端子ピン８Ａ，８Ｂが直接又は蓋板３を介して短絡し電路が遮断できなくなる可能性がある。
【００１８】
そこで本発明に於いては図示は省略するが固定接点側の導電端子ピン８Ａの気密容器内部側表面を耐熱性のセラミックコーティング剤や、セラミック等により予め成形されたキャップ状の絶縁部品によって覆うことにより、前記アークが固定接点側の導電端子ピンに転移することを防止した。本発明によればアークによって導電端子ピンの温度が異常上昇することは無く、導電端子ピンを固定しているガラスが破壊されることもない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の熱応動スイッチによれば、少なくともヒーターが固定された導電端子ピンの気密容器内部側表面を耐熱性の電気絶縁物、例えば耐熱性のセラミックコーティング剤や、セラミック等により予め成形されたキャップ状の絶縁部品によって覆うことにより、ヒーター溶断時に発生したアークが導電端子ピンに転移することがなくなり、アークはヒーター上で確実に消滅する。そのため導電端子ピンとヒーターとの距離を小さくできるので、熱応動スイッチ全体を小型にできて熱応答性の良い安価なものとすることができる。
【００２０】
さらに固定接点側の導電端子ピンの気密容器内部側表面を耐熱性の電気絶縁物で覆うことにより、前記アークが固定接点側の導電端子ピンに転移することを防止し、熱応動スイッチの導電端子ピンを固定するガラスの破損を防ぎ電路の遮断を確実にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱応動スイッチの一実施例の側面図
【図２】本発明の熱応動スイッチの一実施例の平面図
【図３】本発明の熱応動スイッチの一実施例の縦断面図
【図４】図３の熱応動スイッチのＡ−Ａ断面矢視図
【図５】本発明の熱応動スイッチの他の一実施例の縦断面図
【図６】図５の熱応動スイッチのＢ−Ｂ断面矢視図
【図７】図５の熱応動スイッチに使用される絶縁部材の斜視図
【図８】従来の熱応動スイッチの一実施例の縦断面図
【図９】図８の熱応動スイッチのＣ−Ｃ断面矢視図
【符号の説明】
１，２１：熱応動スイッチ
２：容器
３：蓋板
４：支持体
５：熱応動板
６：可動接点
７：充填剤（ガラス）
８Ａ，８Ｂ：導電端子ピン
９：固定接点
１０：ヒーター
１０Ａ：溶断部
１１：絶縁物（セラミックコーティング剤）
２２：絶縁部材

Claims (4)

1. 金属製の耐圧容器とその開口端に気密に固着される蓋板とで耐圧気密容器を構成し、
   蓋板に穿たれた貫通孔に２本の導電端子ピンが気密に絶縁固定され、
   一方の導電端子ピンには固定接点が固着され、
   他方の導電端子ピンにはヒーターの一端が固着され、
   ヒーターの他端は蓋板に接続固定され、
   耐圧容器の内部には一方に可動接点を固着し中央付近を皿状に絞り成形され所定の温度で急跳反転するように設定した熱応動板が導電的に接続固定され、
   熱応動板の可動接点は前記固定接点と開離可能に接続され、
   耐圧容器の熱応動板の固定部近傍を変形することにより動作温度を較正し、
   接点の溶着時にはヒーターの一部が溶断して電路を遮断することを可能にした熱応動スイッチに於いて、
   少なくともヒーターの固定された導電端子ピンの気密容器内部側の先端部及び側面を耐熱性の絶縁物で覆った事を特徴とする熱応動スイッチ。
2. 耐熱性の絶縁物はセラミックコーティング剤であることを特徴とする請求項１の熱応動スイッチ。
3. 耐熱性の絶縁物はセラミック成形物からなるキャップ状の部品を導電端子ピンを覆うように固着したものであることを特徴とする請求項１の熱応動スイッチ。
4. 固定接点の固着された導電端子ピンの気密容器内部側の先端部及び側面を耐熱性の絶縁物で覆った事を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱応動スイッチ。

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