JPH03222226A - 過電流保護素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電路に流れる過電流を検出して、電流を遮断
するための過電流保護素子に関するものである。

［従来の技術］ 第２図は従来の過電流保護素子の概略構成を示している
。端子Ｔ１にはバイメタル１０の一端が固定されており
、バイメタル１０の他端には可動接点３が装着されてい
る。端子Ｔ２には固定接点１が装着されており、正常時
においては、第２図（ａ）に示すように、可動接点３が
固定接点１に接触している。電源８から負荷９に過大な
電流が流れると、バイメタル１０に流れる電流によりバ
イメタル１０が自己宛熟し、その温度上昇によってバイ
メタル１０が湾曲し、第２図（ｂ）に示すように、可動
接点３が固定接点１から離れる。これにより、負荷電流
が遮断されて、負荷９の焼損等が防止されるものである
。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ 上述のバイメタル方式の過電流保護素子では、バイメタ
ル１０の変位が小さく、また、湾曲時の出力が小さいた
め、正常時における可動接点３と固定接点１の接触圧が
低くなり、接触抵抗が増大して、通電が不安定になると
いう欠点がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、形状記憶合金の高出力、高変位
特性を生かし、接点の接触圧を増大させて、通電を安定
化させた過電流保護素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る過電流保護素子にあっては、上記の課題を
解決するために、第１図に示すように、導電ｒ（に固定
さ！した固定接点１と、導電性板はね２に固定された可
動接点３及び形状記憶き金コイ７にはね・１より成る乙
のである。

なお、形状記憶合金コイルばねの組成として、Ｃｕが６
〜１．２　ａ、ｔ％、Ｔｉが４．９〜５１ａｔ％、残り
かＮｉのＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ　−Ｃｕ合金を使用し、素線
に１０〜・１０％の冷間加工を施した後、３５０〜５０
０°Ｃの形状記憶グ〕ための熱処理を施すことが好まし
い ［作用］ 本発明にあっては、このように、導電性板ばね２と形状
記憶合金コイルばね４により可動接点３を駆動している
ので、過電流が流れていない正常時における可動接点３
と固定接点１との接触圧を十分に高くすることができ、
また、過電流が流れたときにおける可動接点３の固定接
点］からの離間を確実に行うことができる。

「実施例コ 第１図は本発明の一実施例の概略構成を示している。端
子Ｔｌには導電性板材５を介して固定接点ｌが接続され
ている。端子Ｔ２には形状記憶合金よりなるコイルばね
４の一端か接続されており、二のコイルばね４の他端は
導電性板ばね２の略中央部に接続されている。導電性板
ばね２の一端は固定部６に固定され、他端には可動接点
３が装着されている。可動接点３は、固定接点１と補助
接点７の間を移動自在とされている。

第１図（ａ）は正常時の状態を示しており、可動接点３
は固定接点］に接触している。このとき、電源８からの
電流は、端子ＴＩ、導電性板材５、固定接点１、可動接
点３、導電性板ばね２、形状記憶合金コイルばね４、端
子Ｔ２、負荷９を介して流れる。回路に正常な範囲の電
流が通電されているときには、形状記憶合金コイルばね
４の引張力はほぼ０であるため、導電性板ばね２の力に
より可動接点３は固定接点１に押し付けられている。

このときの接触圧は、導電性板ばね２としてベリリウム
銅やリン青銅等よりなるばね材を使用しているので、従
来例のバイメタルと比較すると、十分に大きくすること
ができる。これにより、可動接点３と固定部、’；’：
’、ｌとの接触抵抗が低てなり、通電特性か安定（ヒす
る。

次に、回路に過電流が流れたときには、形状記憶合金コ
イルばわ４に流れる電流により形状記憶合金コイルばね
４の温度が上昇する。相変態温度に関係する形状記憶合
金の動作温度以上に昇温すると、形状記憶合金コイルば
ね４は収縮し、導電性板はね２の力に打ち勝って、第１
図（ｂ）に示すように、可動接点３を固定接点１から離
間させ、回路の電流を遮断させる。このとき、可動接点
３は補助接点７に接触し、この補助接点７により外部の
回路に過電流保護素子の遮断動作があったことを知らせ
るものである。電流が遮断されると、形状記憶合金コイ
ルばね４は冷却され、導電性板はね２を引っ張る力が消
滅し、再び元の状態に戻る。すなわち、自動的にリセッ
トされる。

−船釣なサーキットブレーカ−では、過電流検出により
回路を遮断したときには、手動で接点をリセットしない
と、通電を再開できないように構成されている。しかる
に、過電流保護素子の用途としで、近年では、機器に組
み込まれたモータの過電流保護等、リセッＩ・の困難な
場所で使用されるブースが増大している。そこで、この
ような場合には、外部の制御電子回路が過電流保護素子
の遮断動作を検出して制御電子回路により負荷と電源の
間に介在する電力制御素子をオフ制御する。

その後、過電流保護素子は自動的にリセットされるが、
制御電子回路か電力制御素子をオフ状態に保持すること
により、再通電を防止する。このような構成では、過電
流保護素子には自動リセット機能が必要となる。本実施
例では、この自動リセット機能を形状記憶合金コイルば
ねの復帰動作により実現している。

ここで、動作温度及び信頼性の観点から形状記憶合金コ
イルばねにＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金を使用することが望ま
しい。過電流保護素子として実用化するには、周囲温度
の影響を考慮しなければならず、概略−１０″Ｃ〜６０
℃の温度範囲で安定した動作を保証する必要がある。換
言すれば、この温度範囲で遮断動作が起きてはならず、
したがって、動作温度は６０　℃Ｌ？Ｊ上とすることが
必要である。

また、繰り返し信頼性は少なくとも１，０００回以上か
要求される。

形状記憶合金には多くの種類があり、Ｎ　ｉ−Ｔ　ｉき
金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ１等のＣｕ系合金及びＮ１−ＴＣｕ
き金に大別てきる。ここて、Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ合金は信
頼性は高いものの、動作温度を６０℃以上にすることが
できず、また、Ｃｕ系合金は動作温度を６０°Ｃ以上に
設定することは可能であるが、信頼性が低い。一方、Ｎ
　ｉ−Ｔ　ｉ−Ｃｕ合金は動作温度を６０’Ｃ以上にす
ることができ、且つ信頼性が高く、少なくとも１，００
０回以上の動作が可能である。組成としては、Ｃｕが６
〜１２ａｔ％、Ｔｉが４９〜５１ａｔ％、残りＮｉが適
正である。Ｃｕが６％以下では、信頼性の高いオーソロ
ミック相とＢ２相の相変態が出現せず、また、１２％以
上では加工性が劣化して、伸線が困難となる。

動作の信頼性を更に向上させるために、素線に冷間加工
を施し、材料の再結晶温度以下の低温で形状記憶のため
の熱処理を行い、合金内部に加工歪みを残した状態で使
用することが望ましい。冷間加工率は加工前後による断
面の減面率で表現してＩ　Ｑ％〜４０％が適正である。

１ｏ？５以下では、劣化特性の改善効果が無く、４０％
以上になると、伸線加工が困難となる。熱処理温度は３
５０〜５００℃が望ましい。３５０℃以下であると、形
状記憶が十分でなく、５００℃以上になると、再結晶温
度を越える結果、繰り返しによる劣化が大きくなる。

上記理由により、本発明に用いる形状記憶合金としては
、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金が最適であり、さらに素線に１
０〜４０％の冷間加工を施した後、３５０〜５００℃の
低温熱処理を施すことが適正である。

絞艷鮭 導電性板材に黄銅材、導電性板ばねにリン青銅、接点に
銀、形状記憶合金コイルばねにＮ　ｉ−Ｔ　ｉＣｕ合金
を使用し、第１図に示す構成の過電流保護素子を得た。

形状記憶合金はＣｕが９ａｔ″３≦、Ｔｉが５０．５ａ
Ｌ％、残りＮｉの組成とし、冷間加工率２７％、形状記
憶のための熟処ＴＴＩ！温度は４５０℃とした。高温時
の形状が密着状となるように形状記憶処理を施し、線径
０．６＋ｎｍ、コイル径６．０ｍｍ、巻数８のコイルば
ねを得た。無通電時に、可動接点の固定接点に対する接
触力は５０ｇであった。

回路に通電し、形状記憶合金コイルばねが縮み、導電性
板ばねの力に打ち勝って、接点が開極するときの形状記
憶合金コイルばねの温度、すなわち動作温度は７２°Ｃ
であり、また、通電により形状記憶合金コイルばねが加
熱されて、形状記憶合金コイルばねか縮み、正常に電流
を遮断てきることを確認した。この動作温度である７２
℃以上になる電流が過電流であり、本例の場合は約５Ａ
であった。もちろん、この過電流値の下限は形状記憶合
金コイルばねの形状、すなわち線径、コイル径、巻数を
変化させることにより自由に設定することが可能である
。

［発明の効果］ 本発明に係る過電流保護素子は、導電材に固定された固
定接点と、導電性板ばねに固定された可動接点及び形状
記憶合金コイルばねより成るものであるから、従来のバ
イメタル方式の過電流ｆ呆護素子に比へると、可動接点
の駆動に形状記Ｐ　合金の高出力及び高変位特性を利用
することがてき、したがって、正常時における可動接点
と固定接点の接触圧を大きくすることができる。これに
より、接点の接触抵抗を低く且つ安定化でき、通電特性
が良好となり、その結果、接点の長寿命化や大容量化か
可能になるといつ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例の概略構成図
、第２図（ａ）、（ｂ）は従来例の概略構成図である。 １は固定接点、２は導電性板ばね、３は可動接点、４は
形状記憶合金コイルばね、５は導電性板材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電材に固定された固定接点と、導電性板ばねに
   固定された可動接点及び形状記憶合金コイルばねより成
   る過電流保護素子。