JP6644237B2 - 熱応動開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、電動機などの保護装置として用いられる熱応動開閉器に関する。

この種の熱応動開閉器として、バイメタルなどの熱応動体を使用するものは従来から多数提案されている。その一例の熱応動開閉器の構成を、図６および図７を参照して説明する。この熱応動開閉器１０１は、金属製のハウジング１０２と蓋板１０３を有する。そして、ハウジング１０２の開口部に蓋板１０３を溶接により固定して気密容器を構成している。蓋板１０３には貫通孔が設けられている。この貫通孔には、金属製の導電端子ピン１０４Ａ，１０４Ｂが挿通されている。これら導電端子ピン１０４Ａ，１０４Ｂは、ガラスなどの電気絶縁性の材料１０５により気密に固定されている。一方の導電端子ピン１０４Ａの気密容器内部側には固定接点１０６が固定されている。他方の導電端子ピン１０４Ｂの気密容器内部側には発熱部材であるヒータ１０７の一端が接続されている。このヒータの他端は、蓋板１０３に接続されている。

ハウジング１０２の内側には、バイメタルなどで構成される熱応動板１０９が接続体１１０を介して接続されている。熱応動板１０９の可動端には、可動接点１０８が設けられている。熱応動板１０９は、浅い皿状に成形されており、所定の動作温度に達すると、その湾曲方向を反転させ、所定の復帰温度に達すると、その湾曲方向を復帰させる。なお、図６に示すように、熱応動板１０９は、通常は、可動接点１０８を固定接点１０６に接触させている。

熱応動開閉器１０１は、例えばエアコンなどの冷媒を圧縮するための密閉型電動圧縮機などに使用される。この場合、熱応動開閉器１０１は、図示しない圧縮機の密閉ハウジング内において、導電端子ピン１０４Ａ，１０４Ｂが電動機に直列に接続される。こうして接続された熱応動開閉器１０１には、エアコンの運転中に、電動圧縮機の運転電流が導電端子ピン１０４Ｂ−ヒータ１０７−蓋板１０３−ハウジング１０２−接続体１１０−熱応動板１０９−可動接点１０８−固定接点１０６−導電端子ピン１０４Ａの経路で流れる。このように流れる電流により、熱応動開閉器１０１のヒータ１０７や熱応動板１０９が発熱するようになる。しかし、エアコンの通常運転による電流では、熱応動板１０９は動作温度以下となるように構成されている。従って、電動機への通電が維持される。

しかし、何らかの原因により電動機の回転が拘束された場合などには、電動機に通常の運転電流よりも数倍大きい過電流が流れる。そのため、そのまま放置すると電動機の巻線などが焼損する可能性がある。

過電流によってヒータ１０７や熱応動板１０９の発熱量が通常状態を大きく上回った場合には、熱応動板１０９の温度が所定の動作温度まで上昇し、その湾曲方向が反転する。そのため、熱応動板１０９の先端部に固定された可動接点１０８が固定接点１０６から離れる方向に移動し、これにより、可動接点１０８と固定接点１０６との間が開放して電路が遮断される。このように接点間を開放することで、熱応動開閉器１０１は、圧縮機の異常発生時には、電動機の巻線が焼損温度に至る前に確実に電動機への通電を遮断する。

特開２００５−２４０５９６号公報 特開２０１４−０５９９６８号公報

ところで、例えば保護対象である電動圧縮機が小型である場合には、その通電電流が小さい。そのため、従来の熱応動開閉器１０１の構造では、ヒータや熱応動板などが十分な自己発熱を起こすことができない。そこで、ヒータや熱応動板の発熱量を増やすための工夫が必要となる。しかし、熱応動板は、例えばバイメタルやトリメタルなどに使用される金属の種類が決まっている。そのため、熱応動板を構成する材料を改良することにより発熱量を増やすことには限界がある。また、熱応動板を薄く形成することにより断面積を減らして抵抗値を上げ、これにより、発熱量を増やすことも考えられる。しかし、熱応動板は、可動接点を開閉させるための駆動力を確保する必要がある。従って、熱応動板を薄く形成することにも限界がある。また、ヒータも、溶接性など要求される物理特性や、コストの問題から、その材料として使用される金属の種類が決まっており、抵抗率の高い材質に置き換えることには実質的に限度がある。そのため、熱応動開閉器において発熱量を増やすには、ヒータの断面積を小さくし、且つ、全長を伸ばすことが最も効果的である。

本発明の熱応動開閉器によれば、ヒータの発熱要素は、帯状の金属板からなる複数の蛇行部を有しており、蓋板と熱応動板の間に平行に配置されている。そして、蛇行部は、少なくとも２つが導電端子ピンを挟んで互いに対向するように配置されており、且つ、それぞれがハウジングの内周面に沿うように配置されており、且つ、ハウジングの長手方向に延びる軸を基準軸とし、その基準軸を基準に折り曲げられ、帯状の平面部が対向しており、且つ、直線状部と半円状部からなる複数のヒータユニットを交互に接続することにより構成されており、且つ、前記直線状部の両面のうち一方の面が相互に向かい合い且つ他方の面も相互に向かい合うように、前記基準軸で前記直線状部が折り曲げられている。さらに、それぞれの前記蛇行部は、前記直線状部が延びる方向に対して直角な方向に延びる２つの前記基準軸を基準に２回ずつ折り曲げられており、２つの前記基準軸のうち一方の基準軸を前記蓋板側に有し、他方の基準軸を前記熱応動板側に有している。

本発明の熱応動開閉器によれば、ヒータの形状に創意工夫を施すことにより、その断面積を小さくし、且つ、全長を伸ばした構成を実現している。これにより、ヒータの発熱量を増やすことができる。

一実施形態に係る熱応動開閉器の正面図 熱応動開閉器の縦断面図 熱応動開閉器の横断面図 ヒータの斜視図 ヒータの展開図 従来の熱応動開閉器の縦断面図 従来の熱応動開閉器の横断面図

以下、本発明を適用した熱応動開閉器の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２に示すように、熱応動開閉器１は、金属製のハウジング２と蓋板３により気密容器を構成している。ハウジング２は、一端が開口した長尺なドーム状の形状をなしている。蓋板３は、ハウジング２の開口端に溶接などにより気密に固着される。蓋板３に設けられた２つの貫通孔には、金属製の導電端子ピン４Ａ，４Ｂが挿通されている。そして、これら導電端子ピン４Ａ，４Ｂは、ガラスなどの電気絶縁性の充填材により固定されている。これにより、導電端子ピン４Ａ，４Ｂは、電気的に絶縁された状態で気密に固着される。

一方の導電端子ピン４Ａのうち気密容器の内部側となる部位には、導電性の固定接点支持体６Ｂを介して固定接点６Ａが固定されている。また、ハウジング２の内側には、接続体１０を介して、例えばバイメタルやトリメタルなどで構成される熱応動板９が固定されている。熱応動板９は、皿状に絞り成形されたものであり、一端が接続体１０を介してハウジング２の内面に接続されている。熱応動板９は、所定の温度に到達すると、その湾曲方向が反転する。また、熱応動板９の他端である可動端には、可動接点８が固定されている。

可動接点８は、熱応動板９が反転すると固定接点６Ａから離れる方向に移動する。これにより、可動接点８と固定接点６Ａとの間が開放して、導電端子ピン４Ｂ−ヒータ７−蓋板３−ハウジング２−接続体１０−熱応動板９−可動接点８−固定接点６Ａ−固定接点支持体６Ｂ−導電端子ピン４Ａからなる電路が遮断される。なお、熱応動板９が反転しない通常の状態では、可動接点８は固定接点６Ａに接触しており、上記の電路を形成する。このように、可動接点８は、熱応動板９に駆動されて固定接点６Ａに対して接触および解離することにより、電路を開閉する。

図３にも示すように、他方の導電端子ピン４Ｂのうち気密容器の内部側となる部位には、ヒータ７の一端が接続されている。また、このヒータ７の他端は、蓋板３の内面に接続されている。このヒータ７の形状について、図４および図５を参照しながら説明する。このヒータ７は、所定の抵抗率を有する金属板をプレス加工などにより帯状に成形したものにより構成されている。そして、ヒータ７は、その一部を蛇行させるとともに、その蛇行させた部分を折り曲げた構成である。即ち、このヒータ７は、直線状の発熱要素である直線状部７Ａと、半円形の発熱要素である半円状部７Ｂとからなる複数のヒータユニットで構成されている。ヒータ７は、一のヒータユニットの直線状部７Ａを他のヒータユニットの半円状部７Ｂに連結することで、複数のヒータユニットを交互に接続している。これにより、ヒータ７は、直線状部７Ａが半円状部７Ｂを介して繰り返し隣接する複数の蛇行部７Ｃ，７Ｄを形成している。

ヒータ７は、発熱要素を蛇行させることで、限られたスペース内において、より長い電路を得る構造とされている。蛇行部７Ｃ，７Ｄは、接続部７Ｅによって接続されている。この場合、接続部７Ｅは、直線状に延びる帯状の要素である。但し、接続部７Ｅを蛇行させてもよい。また、ヒータ７の両端部には、固定部７Ｆ，７Ｇが設けられている。

蛇行部７Ｃ，７Ｄは、図５に示す所定の基準軸７Ｈを基準として折り曲げられている。この場合、基準軸７Ｈは、長尺なドーム状のハウジング２の長手方向に沿って延びる軸となっている。このように設定された基準軸７Ｈは、直線状部７Ａの中心軸、換言すれば直線状部７Ａが延びる方向に対して直角な方向に延びる軸となる。また、基準軸７Ｈは、蛇行部７Ｃ，７Ｄを接続する接続部７Ｅの延びる方向に対して直角な方向に延びる軸となる。なお、蛇行部７Ｄにおいて、固定部７Ｆに対向する部分のヒータユニットは、その直線状部７Ａが他のヒータユニットの直線状部７Ａよりも短くなっている。

蛇行部７Ｃ，７Ｄは、基準軸７Ｈを基準として、直線状部７Ａの両面のうち一方の面が相互に向かい合うように折り曲げられる。即ち、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、基準軸７Ｈを基準として１８０度曲げられた構成となる。このように折り曲げられた蛇行部７Ｃ，７Ｄにおいて、同一の直線状部７Ａのうち互いに向かい合う同一の面、つまり、折り曲げられた状態で内側となる面の間には所定の隙間が形成される。また、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、それぞれ、直線状部７Ａを構成する帯状の平面部が対向した構成となる。また、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、直線状部７Ａの延びる方向が接続部７Ｅに対して直角となるように折り曲げられる。そして、ヒータ７は、接続部７Ｅが蓋板３の内面に平行となるように気密容器内に配置される。よって、ヒータ７は、直線状部７Ａの延びる方向が蓋板３の内面に対して垂直となる状態で気密容器内に配置される。

ヒータ７は、このように蛇行部７Ｃ，７Ｄが折り曲げられることにより、基準軸７Ｈに直交する方向であり、また、接続部７Ｅが延びる方向である幅方向の寸法が抑えられる。そのため、ヒータ７の収納スペースを小さくすることができ、ヒータ７の全長を伸ばしつつも、従来と同じサイズの気密容器内に配置することができる。また、このように蛇行部７Ｃ，７Ｄが折り曲げられたヒータ７は、気密容器内において、一の蛇行部７Ｃの直線状部７Ａと他の蛇行部７Ｄの直線状部７Ａとが相互に向かい合うように配置される。また、ヒータ７は、気密容器内において、一の蛇行部７Ｃの直線状部７Ａが他の蛇行部７Ｄの直線状部７Ａに対して平行となるように配置される。

また、ヒータ７は、気密容器内に配置されたときに、固定部７Ｇ−蛇行部７Ｃ−接続部７Ｅ−蛇行部７Ｄ−固定部７Ｆにより導電端子ピン４Ｂの周囲を囲む。即ち、ヒータ７は、導電端子ピン４Ｂの周囲において、渦巻き状を形成するように配置される。また、ヒータ７は、蛇行部７Ｃ，７Ｄが導電端子ピン４Ｂを挟んで相互に対向するように配置される。また、ヒータ７は、蛇行部７Ｃ，７Ｄが蓋板３の内面と平行になるように配置される。また、ヒータ７は、蛇行部７Ｃ，７Ｄの外側となる側面がハウジング２の内周面に沿うように配置される。そして、ヒータ７の周縁側の端部となる固定部７Ｇは、蓋板３の内面に溶接などによって固定される。一方、ヒータ７の中心側の端部となる固定部７Ｆは、導電端子ピン４Ｂの気密容器内の端部に溶接などによって固定される。

また、ヒータ７は、気密容器内において、接続部７Ｅが熱応動板９側となり、接続部７Ｅの直近の折り曲げ部位が蓋板３側となり、その次の折り曲げ部位が熱応動板９側となる状態で配置される。これにより、ヒータ７は、気密容器内に配置された状態では、熱応動板９側となる部位の面積が、熱応動板９側とは反対側の蓋板３側となる部位の面積よりも大きくなる構成である。

熱応動開閉器１によれば、ヒータ７の発熱要素は、帯状の金属板からなる複数の蛇行部７Ｃ，７Ｄを有している。これら蛇行部７Ｃ，７Ｄは、蓋板３と熱応動板９との間において、少なくとも蓋板３に対して平行に配置される。そして、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、導電端子ピン４Ｂを挟んで相互に対向するように配置されている。また、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、それぞれがハウジング２の内周面に沿うように配置されている。また、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、その一部が、ハウジング２の長手方向に延びる基準軸７Ｈを基準に折り曲げられている。そして、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、それぞれ、帯状の平面部が対向した構成となっている。即ち、熱応動開閉器１によれば、ヒータ７の形状に創意工夫を施すことにより、その断面積を小さくし、且つ、全長を伸ばした構成を実現している。これにより、ヒータ７の発熱量を増加することができる。

ここで、帯状に形成したヒータは、展開したままの状態では、ヒータの面に対して直角な方向に力が加わりやすく、従って、ヒータがたわみやすい。しかし、本発明を適用した熱応動開閉器１によれば、発熱要素である蛇行部７Ｃ，７Ｄを、所定の基準軸７Ｈを基準として折り曲げている。さらに、蛇行部７Ｃ，７Ｄは、所定の基準軸７Ｈを基準として、直線状部７Ａの延びる方向が蓋板３の内面に対して垂直となるように折り曲げられている。これにより、蛇行部７Ｃ，７Ｄの面に対して直角な方向に力が加わりにくくなり、ヒータ７は、たわみに対する強度が高くなる。

また、ヒータを固定する固定部には、振動や衝撃などが加わったときに大きな応力がかかる。特にヒータが横方向に大きく張り出している構成では、ヒータの重心が固定部から離れてしまうことから、振動などの影響を受けやすい。そのため、振動や衝撃などが加わったときに固定部に大きな回転トルクがかかることになり、耐久性が損なわれる。しかし、本発明を適用した熱応動開閉器１によれば、ヒータ７は、その一部が折り曲げられており、これにより、横方向に大きく張り出していない構成となっている。また、ヒータ７は、蓋板３に平行な状態で渦巻き形を描くように配置され、その中心側の固定部７Ｆが導電端子ピン４Ｂに固定されている。この構成によれば、ヒータ７の重心の近くに固定部７Ｆが位置する。これにより、振動や衝撃などを受けたとしても、固定部７Ｆに過大な回転トルクがかかりにくい。

また、ヒータ７は、その全体が渦巻き形となっており、両端部の固定部７Ｆ，７Ｇが熱応動開閉器１の長手方向に沿って所定の間隔を有して配置されている。即ち、ヒータ７は、その全体が非対称な形状となっている。また、ヒータ７は、発熱要素である蛇行部７Ｃ，７Ｄを複雑に折り曲げることにより、各部位の長さや方向を細かく変えている。これにより、振動などによりヒータ７に共振現象が発生してしまうことを抑えることができる。

なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形あるいは拡張が可能である。例えば、ヒータが備える蛇行部は２つに限られるものではなく、その数を適宜変更して実施することができる。

Claims (4)

1. 金属製の長尺なドーム状に形成されたハウジングの開口端に蓋板を気密に固着することにより構成された気密容器と、
   前記蓋板に設けられた２つの貫通孔にそれぞれ挿通され、それぞれ電気絶縁性の充填材によって気密に固定された２つの導電端子ピンと、
   前記気密容器内において、一方の前記導電端子ピンに固定された固定接点と、
   前記気密容器内において、一端が他方の前記導電端子ピンに接続され、他端が前記蓋板に接続されたヒータと、
   一端が前記ハウジングの内面に接続され、所定の温度でその湾曲方向が反転する熱応動板と、
   前記熱応動板の他端に設けられ、前記固定接点とともに一対の開閉接点を構成する可動接点と、
   を備え、
   前記ヒータの発熱要素は、帯状の金属板からなる複数の蛇行部を有しており、前記蓋板と前記熱応動板の間に平行に配置され、
   前記蛇行部は、
   少なくとも２つが前記導電端子ピンを挟んで互いに対向するように配置されており、
   且つ、それぞれが前記ハウジングの内周面に沿うように配置されており、
   且つ、前記ハウジングの長手方向に延びる軸を基準軸とし、その基準軸を基準に折り曲げられ、帯状の平面部が対向しており、
   且つ、直線状部と半円状部からなる複数のヒータユニットを交互に接続することにより構成されており、
   且つ、前記直線状部の両面のうち一方の面が相互に向かい合い且つ他方の面も相互に向かい合うように、前記基準軸で前記直線状部が折り曲げられており、
   さらに、それぞれの前記蛇行部は、前記直線状部が延びる方向に対して直角な方向に延びる２つの前記基準軸を基準に２回ずつ折り曲げられており、
   ２つの前記基準軸のうち一方の基準軸を前記蓋板側に有し、他方の基準軸を前記熱応動板側に有していることを特徴とする熱応動開閉器。
2. 前記蛇行部は、前記直線状部の延びる方向が前記蓋板の内面に対して垂直となるように折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の熱応動開閉器。
3. 前記蛇行部の前記直線状部は、他の前記蛇行部の前記直線状部に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱応動開閉器。
4. 前記ヒータは、周縁側の端部が前記蓋板に固定され、中心側の端部が前記導電端子ピンに固定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の熱応動開閉器。

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