JP4401603B2 - サーモスタット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定した熱応答性を備え、確実な端子間短絡動作を行う、少ない部品構成で安価な、常温時開路状態の温度感応スイッチを提供することである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、家庭内または職場において、種々の電気機器が広く使用されている。しかし、電気機器は、ものによってはその使用方法の誤りや使用後の電源の切り忘れなどが原因となって火災を引き起こすことが多々見聞されている。
【０００３】
そこで、近年では、殆どの電気機器に、その異常時の安全性を確保するために、電流ヒューズ、温度ヒューズ、サーモスタット等の直接電源を遮断する安全素子が内部に設けられている。
ただし、ヒューズのような一動作限りの素子の場合、一回遮断動作すると、その素子は使用不能となるから、素子の交換をしなければならない。つまり電気機器の修理という形態をとることになる。しかし、これでは不便であるから、繰り返し動作の利くサーモスタットを使用する場合も多い。
【０００４】
図４は、そのような従来の安全素子の中でも代表的なサーモスタットの例を示す側断面図である。同図に示すように、従来のサーモスタット１は、絶縁性樹脂等からなる基体部２を介して外部端子７ａ及び７ｂと内部端子８及び９がそれぞれ接続されている。一方の内部端子８には金属可動板４の一端が固定され、他方の内部端子９には固定接点１１が上向きに突設されている。この固定接点１１に対向する上記の金属可動板４の他端に可動接点１０が下向きに突設されている。
金属可動板４の中央には孔が設けられ、この孔に基体部２の中央の突部１２が嵌入して、金属可動板４を位置決めしている。この金属可動板４の中央と端部の中程にバイメタル係合部５ａ、５ａがそれぞれ設けられ、中央側部には位置規制片５ｂ、５ｂ（断面図であるため手前の位置規制片５ｂは見えない）が立設されている。
【０００５】
そして、バイメタル３が短手方向（図面奥行き方向）の側部を上記の位置規制片５ｂ、５ｂに位置規制され、長手方向（図面左右方向）の両端部をバイメタル係合部５ａ、５ａにそれぞれ係合している。これにより、バイメタル３が、図の実線で示すように、常温時に上に凸状に反り返っているときは、金属可動板４も上に凸となる方向に付勢されて、その他端の可動接点１０が固定接点１１に圧接して接点部６を閉じて外部端子７ａ、７ｂ間を導通させる。
【０００６】
他方、異常時に、バイメタル３が、図の破線で示すように、下に凸状に反転したときは、金属可動板４も下に凸となる方向に付勢されて、その他端の可動接点１０が固定接点１１から離隔し、接点部６を開いて外部端子７ａ、７ｂ間の電流を遮断する。
【０００７】
このように、従来の電気機器では、安全素子自体に電気機器を駆動する主電流が通電され、安全素子自体がその電流を遮断するように機能していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の電気容量の拡大に伴い、上記のサーモスタットのように単純にオフとオンの繰り返し動作を行うだけでは危険な場合もあり、確実な安全性の上からは、一度異常時の動作をした揚合は、手動でリセットしない限り正常時の動作に復帰しないような安全性が望まれる。
【０００９】
しかしながら、従来のサーモスタットは、上述したように、通常の負荷電流（電気機器を駆動する主電流）をサーモスタット自体で遮断する構成であるので、正常時の通電で大電流を支障無く通電するために、負荷電流に見合うだけの大型の接点とこの接点の接触圧を確保して接触信頼性を維持するためのバネ部材が、その構造上必須であった。
【００１０】
このように構造が複雑なため、サーモスタットのリセット方法は、ものによっては手動操作ではしにくい面があり、やや問題の残るものであった。
また、本来、電気機器内に流れる大電流を遮断するには、通電することによって電源を遮断する例えばリレーや遮断器を用いた方が確実であるが、これらリレーや遮断器を動作させる簡便な装置が従来無かったものである。
【００１１】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、安定した熱応答性を備え、異常時には確実な端子間短絡動作を行うことでリレーや遮断器等を動作させることができる安価な構成の常温時開路状態の温度感応スイッチを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下に、本発明に係わるサーモスタットの構成を述べる。
本発明のサーモスタットは、一対の端子と、該一対の端子を絶縁支持する基体部と、該基体部内に配置されたバイメタルと、を備えた常温時開路状態のサーモスタットであって、上記バイメタルは、常温時には上記一対の端子と非接触となる方向に反り返り方向を設定され、所定の温度以上で上記一対の端子それぞれに少なくとも１箇所で接触して該一対の端子間を短絡させるように上記反り返り方向を反転させるように構成される。
【００１３】
上記基体部は、例えば請求項２記載のように、上記バイメタルが上記一対の端子と非接触となる方向に反り返っているとき、該バイメタルの反り返り端部に接触する熱伝導性カバーを備えて構成され、また、例えば請求項３記載のように、上記バイメタルが上記一対の端子それぞれに少なくとも１箇所で接触するよう反転したとき、該バイメタルの上に凸状となった中央部に圧接して該バイメタルの反転変位空間を制限する押え部を備えて構成される。その場合、上記押え部は、例えば請求項４記載のように、上記熱伝導性カバーの中央に下に凸状に形成された突設部で構成してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１(a) は、一実施の形態におけるサーモスタットの構成を示す平面図であり、同図(b),(c) は、その側断面図であり、動作状態を示す図である。
【００１５】
同図(a),(b) に示すように、サーモスタット１５は、絶縁性樹脂等からなる基体部１６と、この基体部１６により絶縁支持される一対の端子１７及び１８と、基体部１６内に配置されたバイメタル１９とを備えている。そして、端子１７は内部接点１７−１と外部端子１７−２を備え、端子１８は内部接点１８−１と外部端子１８−２を備えている。
【００１６】
バイメタル１９は、基体部１６内に配置され、バイメタル１９の中央に形成された孔１９−１が基体部１６の中央凸部１６−２に嵌合して前後左右を位置決めされ、その位置決めされた中央部を、保護カバー２１の中央凸面２１−１によって上下の変位範囲を規制されている。保護カバー２１は両側の下部中央の突設部２１−２が内側に折れ曲がった形状で基体部１６の底面に回り込んで配設されている。これにより、保護カバー２１は突設部２１−２で基体部１６を抱き込むようにして自らを位置固定し、上記中央凸面２１−１の押え（規制力）を確実にしている。
【００１７】
このバイメタル１９は、常温時には、反り返り方向が、同図(b) に示すように、一対の端子１７（つまり端子１７の内部接点１７−１、以下同様）及び端子１８（つまり端子１８の内部接点１８−１、以下同様）と非接触となる方向になるように予め設定されている。このときバイメタル１９の長手方向の端部１９−２及び１９−２が保護カバー２１の裏面に当接する。
【００１８】
上記常温時のバイメタル１９と保護カバー２１との位置関係において、保護カバー２１を適宜の位置に設けることにより、バイメタル１９の反り返り形状とこの形状からの反転特性とに影響を及ぼさない範囲でバイメタル１９に適度の押圧を加えるように設定することができる。これにより、バイメタル１９の長手方向の端部１９−２及び１９−２と保護カバー２１裏面とが程よい力で圧接する。
【００１９】
保護カバー２１の材質は、樹脂でも良いが、金属やセラミック等の熱伝導性の良い材質であることが、より好ましい。保護カバー２１が熱伝導性の良い材質であると、上記のようにバイメタル１９と保護カバー２１とがバイメタル１９の長手方向両端部で程よく圧接しているので、周囲温度の上昇に対してバイメタル１９の感熱応答性を高めることができる。
【００２０】
また、バイメタル１９が上記のように一対の端子１７及び１８と非接触となる方向に反り返ってサーモスタット１５が開状態のとき、つまりバイメタル１９の端部１９−２及び１９−２が一対の端子１７及び１８それぞれから離隔しているときは、従来のようにどちらかの一端が常にどちらかの端子に接触して（固定されて）いるということが無く、外部からバイメタル１９に伝達される熱は保護カバー２１と接触している長手方向両端部からと、基体部１６と接触している中央部からだけであって、バイメタル１９に外部から伝わる熱の分布は常に中央に対して対称的であり、熱の大きな偏在が無く、これにより、熱応答性の安定した温度感応スイッチを形成することができる。
【００２１】
そして、サーモスタット１５の周囲の温度が所定の温度以上となったとき、同図(c) に示すように、バイメタル１９は返り方向を反転させて、一対の端子１７及び１８それぞれに少なくとも１箇所で接触して、これら一対の端子１７及び１８間を短絡させる。
【００２２】
このようにバイメタル１９が一対の端子１７及び１８それぞれに接触するように反転したとき、同図(c) に示すように、この反転によって上に凸状となったバイメタル１９の中央部に、保護カバー２１の中央に下に凸状に形成された突設部２１−１が圧接して、バイメタル１９の反転変位空間を制限する押え部を形成する。
【００２３】
このように、バイメタル１９は、上に凸状に変形する中央部の変位空間を制限されたことにより、この中央部を中心にして下に反転する反転変位による応力を最端部である長手方向両端部１９−２、１９−２に集中させることかでき、これにより、それら長手方向両端部１９−２、１９−２が、より強く端子１７及び１８に圧接して、端子１７及び１８との接触を確実にする。
【００２４】
従来の接触補強バネ板で設定する接点の圧力は、通常１０ｇ程度であるが、上記のように反転バイメタルの中央の変位を規制することで、その反転時には上記の１０ｇを越える圧力を接点との接触部に瞬間的に発生させることができる。
したがって、本例のようにバイメタルによるスイッチの構成を常時開スイッチとし、異常時に閉じたとき電源遮断操作のための瞬間的な小さな電流を通すだけでよいシステムに適用すれば、平常時に電気機器を作動させる大きな主電流を通すことはないので、上述したサーモスタットの構成で、異常時の電源遮断装置の組み込み部品として充分に活用することができる。
【００２５】
図２は、他の実施の形態におけるサーモスタットの構成を示す平面図である。同図に示すサーモスタット２２も、絶縁性樹脂等からなる基体部２３と、この基体部２３により絶縁支持される１対の端子２４及び２５と、基体部２３内に配置されたバイメタル２６とを備えている。
【００２６】
この場合も、バイメタル２６は、その中央に形成された孔２６−１が基体部２３の中央凸部２３−２に嵌合して前後左右を位置決めされ、その位置決めされた中央部を、保護カバー２７の中央凸面２７−１によって上下の変位範囲を規制されている。また、保護カバー２７は両側の下部中央の突設部２７−２が内側に折れ曲がった形状で基体部２３の底面に回り込んで配設されて、突設部２７−２で基体部２３を抱き込むようにして自らを位置固定し、上記中央凸面２７−１の押え（規制力）を確実にしている。
【００２７】
そして、端子２４及び２５は、それぞれ基体部２３内部で平行に配置された内部端子２４−１及び２５−１と、外部回路と接続するため外部端子２４−２及び２５−２を備えており、内部端子２４−１及び２５−１には、それぞれ、バイメタル２６の長手方向端部２６−２、２６−２に対向する位置に、複数（２個）の接点２４−３、２４−３及び２５−３、２５−３を備えている。尚、上記の平行に設けられる内部端子２４−１及び２５−１は、例えば裸のリード線を使用するようにしても良い。
【００２８】
このサーモスタット２２のバイメタル２６も、図１のサーモスタット１５の場合と同様に、常温時には、反り返り方向が、一対の端子２４及び２５（つまり端子２４の接点２４−３、２４−３と端子２５の接点２５−３、２５−３、以下同様）と非接触となる方向になるように予め設定されている。また、このときのバイメタル２６と保護カバー２７との位置関係も図１の場合と同様である。
【００２９】
このサーモスタット２２において、周囲の温度が所定の温度以上になってバイメタル２６が上記の反り返り方向を反転すると、バイメタル２６の一方の長手方向端部２６−２が、上記平行する端子２４−１と２５−１の一方の接点２４−３及び２５−３に圧接し、他方の長手方向端部２６−２が、同じく平行する端子２４−１と２５−１の他方の接点２４−３及び２５−３に圧接して、この平行する端子２４−１と２５−１を橋渡しするように短絡させる。
【００３０】
このように、このサーモスタット２２は、矩形のバイメタル２６の変位の最も大さい長手方向端部で、平行する端子間を２箇所で短絡させる。これにより、短絡が２箇所で並列に動作するため、バイメタル２６と端子２４及び２５との接触信頼性が向上する。
【００３１】
このように、上記実施の形態に示すように、いずれの場合も、バイメタル（１９又は２６）そのもので接点との常時開（異常時には閉）スイッチを形成するので最小限の部品構成であり、これにより安価な温度感応スイッチを構成することができる。
【００３２】
また、このように簡単で安価でありながら、上述したように、安定した熱応答性を備え、且つ接点との接触が確実に行われるので、信頼性の高い温度感応スイッチを構成することができる。
図３(a),(b) は、上述した実施形態のサーモスタットの使用例を二例示す図である。同図(a) はリレーに適用した場合の図を示している。同図(a) に示すリレー回路には、電源線２８−１と２８−２間に直列に接続された電磁石２９と、この電磁石２９に駆動される常時開スイッチ３１、更に、電源線２８−１、２８−２と負荷側電源供給線３２−１、３２−２間にそれぞれ直列に配置されて同じく電磁石２９に駆動される常時閉スイッチ３３−１、３３−２が配置される。そして、上記の電磁石２９と電源２８−２間に、常時開スイッチ３１と並列に、サーモスタット１５（又は２２）が接続される。
【００３３】
このリレー回路は、常温では、同図(a) に示すように、電磁石２９と電源線２８−２間は遮断されている。そして、電源線２８−１と負荷側電源供給線３２−１間は常時閉スイッチ３３−１によって閉じており、電源線２８−２と負荷側電源供給線３２−２間も常時閉スイッチ３３−２によって閉じていて、平常的に電源が負荷側に供給される。
【００３４】
異常が発生して周囲の温度が上がり、所定の温度異常となると、サーモスタット１５（又は２２）が作動する。すなわちバイメタルが反転して両外部端子が短絡し電磁石２９が通電する。これにより、常時開スイッチ３１が閉じて電磁石２９の通電を維持すると共に、常時閉スイッチ３３−１、３３−２が開いて、電源線２８−１、２８−２と負荷側電源供給線３２−１、３２−２間をそれぞれ遮断する。サーモスタット１５（又は２２）が平常時の開状態に戻っても、リレー回路は電気的に自己保持を行い、電源がオフとなるまで遮断状態を保持する。
【００３５】
このように、通常時には通電を行なわず常温時開路状態を維持する本発明のサーモスタットを、図３(a) に示すような通電することによって電源を遮断する安全装置と組み合わせて、危険状態を回避する安全システムを構築することができる。これにより、異常時の安全性を精度良く確保することができる。
【００３６】
また、同図(b) は、漏電遮断器に適用した例を示す図である。同図に示すように、電源線３４−１、３４−２と負荷側電源供給線３５−１、３５−２は漏電遮断器３６の連動スイッチ４１−１、４１−２を介して連結されている。この漏電遮断器３６の感知線３７は、いずれか一方の負荷側電源供給線（同図(b) の例では３５−１）と、漏電遮断器内のセンサコア３８を通過後の他方の負荷側電源供給線（同図(b) の例では３５−２）とを短絡させて配置され、この感知線３７にサーモスタット１５（又は２２）及び抵抗３９が介装されて、通常時は感知線３７は断線状態が維持される。
【００３７】
そして、異常時には、サーモスタット１５（又は２２）が閉じて感知線３７に疑似漏電を発生させ、漏電遮断器３６が働いて、連動スイッチ４１−１、４１−２が開いて、電源線３４−１、３４−２と負荷側電源供給線３５−１、３５−２間をそれぞれ遮断する。この場合も、サーモスタット１５（又は２２）が平常時の開状態に戻っても、漏電遮断器３６は電気的に自己保持を行い、電源がオフとなるまで遮断状態を保持する。
【００３８】
このように、本発明のサーモスタットは、小さな電流で動作する遮断器と組み合わせて使用すると、より好適に作用する。また、このように、通電することにより電源を遮断するシステムの場合、あるいは通電することにより瞬時に操作電流（感知線電流）も含めて遮断するようなシステムにおいては、電源遮断のための操作電流は僅かで良く、したがって、サーモスタットの構成として従来必須の構成とされていた大型接点や接触補強バネ等の部材を用いない本例のサーモスタットの構成でも充分に活用することができる。
【００３９】
また、本例のサーモスタットのように接触補強バネを構成から除去した揚合、通常では接触圧の弱さが問題となるが、本例では、バイメタルによるスイッチの構成は、常時開スイッチであり、異常時に閉じたとき電源遮断操作のための小さな電流を通すことが出来れば良く、平常時に電気機器を作動させる大きな主電流を通すことはないので、バイメタルの変位量の最も大きな端部に端子の接点を配置することや、端子の接点を複数設ける、両端子をバイメタルのいずれの端部とでも短絡させる、バイメタルの反転による変位の中央部に保護カバーで上下の位置規制を加えるなどの工夫によって、最端部の反転応力による端子接点との接触力を最大限に引き出して、短絡時の接触が確実に行われるように構成されているので、上記のような接触圧の問題は杞憂となる。
【００４０】
尚、本発明のサーモスタットとの組み合わせは、漏電遮断器に限ることなく、過電流によって動作する電流遮断器と組み合わせても上記と同様に動作させることができる。
また、前述した異常時におけるサーモスタットの短絡を確実にするための、内部の一対の端子の形状は、種々考えられ、例えば、特には図示しないが、∪字形状に変形する、中間に切り溝を設ける、あるいは上記のように平行でなくとも、とにかく２つ以上の突起を設ける等で構成してもよい。要は、バイメタルの反転後の押圧力の最も強い、つまり最も変位の大きな長手方向の両端部分で各端子のそれぞれ少なくとも１箇所、好まし＜は２箇所以上で接触するように構成すれば、接触すなわち端子間の短絡が確実となり、スイッチの信頼性を向上させることかできる。
【００４１】
従って、例えば６角形のバイメタルで３箇所で短絡するように構成しても良く、また、他の形状の多角形としても良い。ただし経済的に実現性の高い形状のものを用いるのが好ましいことは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、バイメタルそのもので常時開スイッチを形成するので、最小限の部品構成で安価な温度感応スイッチを提供することができる。
【００４３】
また、バイメタルが開状態では一対の端子それぞれから離隔しているので、バイメタルに熱の偏在が無く、これにより、熱応答性の安定した温度感応スイッチを提供することができる。
また、バイメタルとの複数の接触点を端子側に設けるので、ばね材等の接触補強用の部材が無い構成でありながら確実な接触が得られ、これにより、安定した信頼性の高いスイッチ動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は一実施の形態におけるサーモスタットの構成を示す平面図、(b),(c) はその側断面図であり動作状態を示す図である。
【図２】他の実施の形態におけるサーモスタットの構成を示す平面図である。
【図３】 (a),(b) は実施形態のサーモスタットの使用例を二例示す図である。
【図４】従来の安全素子の中でも代表的なサーモスタットの例を示す側断面
【符号の説明】
１ サーモスタット
２ 基体部
３ バイメタル
４ 金属可動板
５ａ バイメタル係合部
５ｂ 位置規制片
６ 接点部
７ａ、７ｂ 外部端子
８、９ 内部端子
１０ 可動接点
１１ 固定接点
１２ 突部
１５ サーモスタット
１６ 基体部
１６−２ 中央凸部
１７ 端子
１７−１ 内部接点
１７−２ 外部端子
１８ 端子
１８−１ 内部接点
１８−２ 外部端子
１９ バイメタル
１９−１ 孔
１９−２ 長手方向端部
２１ 保護カバー
２１−１ 中央凸面
２１−２ 突設部
２２ サーモスタット
２３ 基体部
２３−２ 中央凸部
２４、２５ 端子
２６ バイメタル
２６−１ 孔
２７ 保護カバー
２７−１ 中央凸面
２７−２ 突設部
２８−１、２８−２ 電源線
２９ 電磁石
３１ 常時開スイッチ
３２−１、３２−２ 負荷側電源供給線
３３−１、３３−２ 常時閉スイッチ
３４−１、３４−２ 電源線
３５−１、３５−２ 負荷側電源供給線
３６ 漏電遮断器
３７ 感知線
３９ 抵抗
４１−１、４１−２ 連動スイッチ

Claims (1)

1. 矩形の絶縁体であり、長手方向に沿った断面が平らで横長なＵ字形であり、内側中央に凸部を有する基体部と、
   それぞれ前記基体部の前記長手方向の両端部に保持され、この保持部から前記長手方向に沿って前記基体部の内部及び外部に延在して配設され、内部では前記長手方向に沿って平行に配置された一対の端子と、
   前記基体部の前記Ｕ字形の開口部を覆う本体部と、該本体部の中央部に形成され中央に前記基体部の前記凸部に外嵌する凹部を有する押さえ部と、前記本体部の短手方向両端の中央から突設され二回に折れ曲がって前記基体部の短手方向両端から底面に回り込み前記基体部を抱き込んで自らを前記基体部に位置固定する固定部と、を有する熱伝導性カバーと、
   前記基体部の矩形よりも小型の矩形に形成され、中央に有する孔を前記基体部の前記凸部に係合させて前記基体部に載置され、該基体部および前記熱伝導性カバーのいずれにも固定されず、常温時は前記一対の端子と非接触となる方向に反り返り方向を設定され所定の温度以上となったとき長手方向の両端部により前記一対の端子それぞれに２箇所で接触して該一対の端子間を短絡させるよう前記反り返り方向を反転させる特性を有し、前記基体部の前記凸部に係合する前記孔の周囲部を前記熱伝導性カバーの前記押さえ部により押圧されて反転変位空間を制限されているバイメタルと、
   を有することを特徴とする常温時開路状態のサーモスタット。

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