JPH023239Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野〕 本考案は、線膨張係数の異なる金属の伸縮差を
利用してスイツチを作動するサーモスタツトに関
する。

（従来の技術） 従来、サーモスタツトは、例えば、第１図に示
すように、ステンレス等の線膨張係数の大きい金
属からなるパイプ体ａと、線膨張係数の小さい金
属からなる棒状のアンバー体ｂとで検出部ｃを形
成し、パイプ体ａとアンバー体ｂとの伸縮差によ
り被検出物の温度を検出してスイツチを作動する
ようにしている。

（考案が解決しようとする問題点） 上記のようなサーモスタツトにおいては、その
検出部ｃに、被検出物のサーモスタツト取付孔ｄ
にセツトされる熱的結合部Ａと、取付孔ｄ外に位
置する熱的非結合部Ｂとが存在し、この熱的結合
部Ａと熱的非結合部Ｂとの間に熱的な時間遅れが
生じる。このため、熱的結合部Ａと熱的非結合部
Ｂとの間の温度差の大きい制御の初期にあつて
は、設定温度を制御温度が大きく上まわるオーバ
トラベルＴが生じるという問題がある。

例えば、第２図は、パイプ体ａの長さを８cmと
し、設定温度を200℃にセツトした際のサーモス
タツトの動作特性図である。図に示すように、制
御の初期においては制御温度が240℃にもなり、
40℃ものオーバトラベルＴが発生してしまう。こ
れは主として線膨張係数の大きいパイプ体ａの熱
伝達の遅れによるもので、パイプ体ａにおいてそ
の熱的結合部Ａと熱的非結合部Ｂとが安定して伸
長しないためである。そして、このようなオーバ
トラベルＴは特に制御の初期、または被検出物の
温度変化が激しい場合に発生しやすい。

本考案は、熱伝達に要する時間による動作遅れ
を有効に防止し、被検出物の温度を確実に検出し
て正確な制御を行なうサーモスタツトを提供する
ことを目的とするものである。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案は、先端を閉塞するとともに後端を開口
し線膨張係数の大きい金属からなるパイプ体と、
このパイプ体の内部に設けられて一端がパイプ体
の先端奥部に固定され線膨張係数の小さい金属か
らなる棒状体と、上記パイプ体の後端の開口部に
固定されるとともに上記棒状体の他端が連結され
かつスイツチ作動部を有する板ばねと、この板ば
ねのスイツチ作動部によつて作動されるスイツチ
とを備え、上記パイプ体と棒状体との伸縮差によ
りスイツチを作動するサーモスタツトにおいて、
上記パイプ体と棒状体とのいずれか一方の被検出
物に対する熱的非結合部側に、パイプ体と棒状体
とのいずれか他方の金属と線膨張係数のほぼ等し
い金属からなる補正部材を設けたものである。

（作用） 本考案では、被検出物の温度により、線膨張係
数の大きなパイプ体が線膨張係数の小さい棒状体
に対して伸縮し、板ばねを作動してそのスイツチ
作動部によりスイツチをオン・オフする。この
際、スイツチのオン・オフ作動は、主として被検
出物に対する熱的結合部Ａにおけるパイプ体と棒
状体との伸縮差により行なわれる。すなわち、被
検出物に対する熱的非結合部Ｂにおいては、パイ
プ体と棒状体とのいずれか一方に補正部材が設け
られていて、熱的非結合部Ｂではパイプ体と棒状
体とのいずれか一方と、いずれか他方の補正部材
とがほぼ同様に伸縮する状態となつているので、
両者はほぼ同様の時間遅れをもつて伸縮し、その
ため、熱的非結合部Ｂにおけるパイプ体と棒状体
との伸縮差はほとんどなく、この部分はスイツチ
を作動する板ばねへの連結部としての機能が主と
なつている。したがつて、熱的非結合部Ｂにおけ
るパイプ体の熱伝達に要する時間による動作遅れ
は生じない。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

第３図において、１は被検出物の温度を検出す
る深さL₁のサーモスタツト取付孔であり、周囲
を熱伝導率のよいアルミ材で形成されている。

１１は上記取付孔１に取付けられるサーモスタ
ツトであり、取付孔１に取付けられて被検出物の
温度を検出する検出部１２と、この検出部１２に
より作動されるスイツチ部１３とを備えている。

上記サーモスタツト１１の検出部１２は、先端
を閉塞するとともに後端を開口した円筒状のパイ
プ体２１を有し、このパイプ体２１はステンレス
等の線膨張係数の大きい金属によつて形成され、
その軸方向に長さL₂を有している。このパイプ
体２１の内部には、アンバー体２２が設けられて
いる。このアンバー体２２は、一端がパイプ体２
１の先端奥部２１ａに固定された長さlaの棒状体
２３と、この棒状体２３に接続されてパイプ体２
１の開口部２１ｂ側に配した長さlbの補正部材２
４とをもつて形成されており、この補正部材２４
の先端はパイプ体２１の開口部２１ｂからやや突
出している。そして、上記棒状体２３は線膨張係
数の小さい金属で形成されており、温度による膨
張は無視することができ、また、補正部材２４は
パイプ体２１との線膨張係数がほぼ等しい金属、
例えば、ステンレス等の同一の金属で形成されて
おり、パイプ体２１と同じ熱伝達の遅れをもたら
すことができる。この補正部材２４と棒状体２３
との接合部２５は、互いにその端部に形成した段
部を重ね合せて接合されている。

２６はステンレス等製の板ばねで、この板ばね
２６は、一端がパイプ体２１の後端の開口部２１
ｂ上側に固定されているとともに、中間部にアン
バー体２２の他端、すなわち、補正部材２４の先
端が連結固定され、さらに、板ばね２６の他端に
スイツチ作動部２７が設けられ、このスイツチ作
動部２７は、パイプ体２１とアンバー体２２の温
度による伸縮差で上下動し、上記スイツチ部１３
のスイツチ３２をオン・オフする。

なお、パイプ体２１は取付孔１にL₃の深さ挿
入され、検出部１２と取付孔１との間の熱的結合
部Ａを形成している。そして、この取付孔１から
露出している検出部１２は、取付孔１との熱的非
結合部Ｂとなり、この熱的非結合部Ｂに上記補正
部材２４が位置している。

また、上記スイツチ部１３においては、パイプ
体２１の開口部２１ｂ下側からその軸方向にスイ
ツチ取付板３１が連設され、この取付板３１上に
上記スイツチ３２が設けられている。このスイツ
チ３２は、取付板３１上に固定された台部３３
と、この台部３３にそれぞれ一端が固定され他端
をパイプ体２１の開口部２１ｂに向けた上下方向
に相対向する一対の接点板３４，３５とで形成さ
れている。そして、この一対の接点板３４，３５
のうち、その下方に位置する接点板３４は上方に
位置する接点板３５より長く形成され、上記スイ
ツチ作動部２７の下方位置で、温度変化によるス
イツチ作動部２７の上下動により押し下げまたは
解放されてスイツチ３２をオン・オフするように
なつている。

次に、作動を説明する。

被検出物の温度、すなわち、検出部１２におい
て検出する温度が高くなると、線膨張係数の大き
なパイプ体２１が伸長し、これに対しアンバー体
２２の棒状体２３の伸びは小さいため、板ばね２
６はアンバー体２２の先端により下方へ向けて引
き下げられる状態となる。そして、所定温度に達
した際、板ばね２６はそのスイツチ作動部２７を
もつて下方の接点板３４を上方の接点板３５から
開離するよう押し下げ、スイツチ３２をオフす
る。

逆に、検出部１２において検出する温度が低く
なると、線膨張係数の大きなパイプ体２１が収縮
し、相対的にアンバー体２２の棒状体２３は伸長
した状態となるため、板ばね２６は接点板３４か
ら離れるようアンバー体２２の先端により押し上
げられ、接点板３４は上方の接点板３５に当接す
る状態に復帰し、スイツチ３２はオンされる。

この際、スイツチ３２のオン・オフ作動は、主
として被検出物に対する熱的結合部Ａにおけるパ
イプ体２１と棒状体２３との伸縮差により行なわ
れる。すなわち、被検出物に対する熱的非結合部
Ｂにおいては、棒状体２３に補正部材２４が設け
られていて、熱的非結合部Ｂではパイプ体２１と
棒状体２３の補正部材２４とがほぼ同様に伸縮す
る状態となつていることにより、両者はほぼ同様
の時間遅れをもつて伸縮し、そのため、熱的非結
合部Ｂにおけるパイプ体２１と棒状体２３との伸
縮差はほとんどなく、この部分はスイツチ３２を
作動する板ばね２６への連結部としての機能が主
となつている。したがつて、熱的非結合部Ｂにお
けるパイプ体２１の熱伝達に要する時間による動
作遅れは生じない。

次に、例えば被検出物の温度を200℃に制御す
るようサーモスタツト１１をセツトする動作を説
明する。

例えば、パイプ体２１の長さL₂＝８cm、この
パイプ体２１を形成する金属としてのステンレス
の線膨張係数α＝18.4×10^-6〔cm／cm／℃〕、室温
20℃とすると、温度Ｔにおけるパイプ体２１の伸
びΔL_Tは、 ΔL_T＝α・Ｌ・（Ｔ−20） ＝（18.4×10^-6）×８×（Ｔ−20） で表わされる。

仮に、第１図の従来例に示すように、アンバー
体２２に補正部材２４を用いない場合に、制御の
開始に当つて設定温度200℃に対し被検出物の温
度が240℃となり、40℃のオーバトラベルが発生
した場合を想定し、これを補正することについて
考える。

まず、パイプ体２１全体がほぼ均一に240℃に
なつた場合の伸びΔL₂₄₀は、 ΔL₂₄₀＝（18.4×10^-6）×８×（240−20） ＝0.324〔mm〕 となり、同様にして200℃におけるパイプ体２１
の伸びΔL₂₀₀は、 ΔL₂₀₀＝（18.4×10^-6）×８×（200−20） ＝0.265〔mm〕 となる。そして、この両者の間の伸びの差ΔL₄₀
は、 ΔL₄₀＝ΔL₂₄₀−ΔL₂₀₀＝0.059〔mm〕 となり、これが40℃のオーバトラベルの原因とな
る。

したがつて、アンバー体２２の熱的非結合部Ｂ
に位置する補正部材２４の長さlbを、 lb＝ΔL₄₀／｛α・（Ｔ−20）｝ ＝0.059×10^-1／（18.4×10^-6×180） ＝1.8〔cm〕 に設定すれば、補正部材２４はパイプ体２１と同
じ線膨張係数を有しかつ熱伝導率を有するので、
熱的非結合部Ｂにおいてパイプ体２１と補正部材
２４は同様の時間遅れをもつて伸縮する。

したがつて、補正部材２４の長さlbを1.8cmに
セツトして設定温度を200℃に設定することによ
り、第４図のように、オーバトラベルもなく被検
出物の温度を200℃に制御することができる。

また、補正部材２４の長さlbを調整することに
より任意にオーバトラベルの値を制御することが
できる。

なお、実際においては、パイプ体２１とアンバ
ー体２２の棒状体２３との間に熱伝達特性の相違
があり、補正部材２４の長さlbは上記計算値に若
干の補正が必要となる。

次に、第５図は他の実施例を示すものであり、
アンバー体２２には補正部材を設けずに、パイプ
体２１と同じ径を有する円筒状の補正部材２４を
パイプ体２１の熱的非結合部Ｂ側に連設したもの
である。

この場合、補正部材２４は棒状体２３と同様の
線膨張係数の極めて低い金属をもつて形成されて
おり、温度変化による伸縮の時間遅れは無視でき
る。

したがつて、補正部材２４とパイプ体２１との
接合部２５を取付孔１の入口付近に位置させるこ
とにより、パイプ体２１はほぼその全体が熱的結
合部Ａに位置することとなる。このため、サーモ
スタツト１１は温度変化を熱的結合部Ａにあるパ
イプ体２１の伸縮をもつて確実に検出して動作す
ることとなり、かつ、熱的非結合部Ｂにある棒状
体２３とパイプ体２１の補正部材２４との伸縮差
はほとんどなく、前記と同様に、熱伝達に要する
時間による動作遅れは生じない。

〔考案の効果〕

本考案によれば、被検出物の温度により、線膨
張係数の大きなパイプ体が線膨張係数の小さい棒
状体に対して伸縮し、板ばねを作動してそのスイ
ツチ作動部によりスイツチをオン・オフするが、
この際、スイツチのオン・オフ作動は、主として
被検出物に対する熱的結合部におけるパイプ体と
棒状体との伸縮差により行なわれ、すなわち、被
検出物に対する熱的非結合部においては、パイプ
体と棒状体とのいずれか一方に補正部材が設けら
れていて、熱的非結合部ではパイプ体と棒状体と
のいずれか一方と、いずれか他方の補正部材とが
ほぼ同様に伸縮する状態となつていることによ
り、両者はほぼ同様の時間遅れをもつて伸縮し、
そのため、熱的非結合部におけるパイプ体と棒状
体との伸縮差はほとんどなく、したがつて、熱的
非結合部におけるパイプ体の熱伝達に要する時間
による動作遅れは生ぜず、被検出物の温度を確実
に検出して正確な制御を行なうことができる。そ
して、特に、温度制御の初期において、さらには
被検出物の温度変化が激しい場合においても設定
値に対する制御温度のずれを最少とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサーモスタツトの断面図、第２
図はその制御特性図、第３図は本考案のサーモス
タツトの一実施例を示す断面図、第４図はその制
御特性図、第５図は本考案のサーモスタツトの他
の実施例を示す断面図である。 １１……サーモスタツト、２１……パイプ体、
２１ａ……先端奥部、２１ｂ……開口部、２３…
…棒状体、２４……補正部材、２６……板ばね、
２７……スイツチ作動部、３２……スイツチ、Ａ
……熱的結合部、Ｂ……熱的非結合部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 先端を閉塞するとともに後端を開口し線膨張
   係数の大きい金属からなるパイプ体と、 このパイプ体の内部に設けられて一端がパイ
   プ体の先端奥部に固定され線膨張係数の小さい
   金属からなる棒状体と、 上記パイプ体の後端の開口部に固定されると
   ともに上記棒状体の他端が連結されかつスイツ
   チ作動部を有する板ばねと、 この板ばねのスイツチ作動部によつて作動さ
   れるスイツチとを備え、 上記パイプ体と棒状体との伸縮差によりスイ
   ツチを作動するサーモスタツトにおいて、 上記パイプ体と棒状体とのいずれか一方の被
   検出物に対する熱的非結合部側に、パイプ体と
   棒状体とのいずれか他方の金属と線膨張係数の
   ほぼ等しい金属からなる補正部材を設けたこと
   を特徴とするサーモスタツト。 (2) パイプ体と棒状体とのいずれか一方に設けら
   れた補正部材として、パイプ体と棒状体とのい
   ずれか他方の金属と同一の金属を用いたことを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   のサーモスタツト。 (3) 補正部材は、棒状体の熱的非結合部位置に設
   けたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項または第２項記載のサーモスタツト。 (4) 補正部材は、パイプ体の熱的非結合部側に連
   設したことを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項または第２項記載のサーモスタツト。