JPH10125191A - 温度反応スナップアクション制御装置と、その製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器を保護するスナップアクションサー
モスタット円盤要素に対して、繰り返し寿命を向上さ
せ、製造コストを低下させる。 【解決手段】 電流と周囲温度のいずれにも反応するサ
ーモスタット円盤要素２０を有するスナップアクション
サーモスタット円盤組立体が、円盤要素の一端の表面に
電気接点２２を有し、円盤要素の他端に溶接スラグ２４
を有し、また、溶接スラグと整列した円盤要素の反対側
表面に支点部材２８，２８’，２８”を有している。支
点部材は、円盤要素の湾曲位置を、溶接により生じるサ
ーモスタット金属の熱影響領域から遠ざけるために配置
されている。第２実施例においては、スナップアクショ
ン円盤要素が、周囲温度に反応する制御装置として使用
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、サーモスタ
ット金属から作られたスナップアクション要素に関し、
特に、繰り返し寿命を向上させたスナップアクション要
素に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる可動接点を溶接されたバイメタ
ル円盤のような皿型形状のスナップアクションサーモス
タット要素を、接点組立体として使用することは業界に
知られている。これら接点組立体の多くはモータ保護装
置等の一部をなしており、皿型サーモスタットバイメタ
ル要素が保護装置を作動させている。保護装置は一般
に、モータまたは他の電気装置に近接して、または、そ
の内部に配置され、過剰電流状態に限らず過大温度状態
をも検知する保護装置を備えている。接点組立体は電流
を搬送するものであるから、サーモスタット要素内を流
れ自己加熱を生じさせる電流の量が、周囲温度と同様
に、要素を反転皿型形態へとスナップさせ、可動接点を
静止接点から分離させる不良状態へ導くことになる。

【０００３】保護装置の一つのタイプにおいては、可動
電気接点がサーモスタット円盤要素の一部に、例えば溶
接のような従来の方法により取り付けられ、円盤要素の
他の部分が保護装置の第１ハウジング部材に溶接等によ
り取り付けられている。可動接点は、第１ハウジング部
材から電気的に分離された第２ハウジング部材に取り付
けられた静止電気接点と接触し、また、分離するように
動き、第１、第２ハウジング部材はそれぞれ端末に電気
的に連結されている。正常な運転状態では、両接点は互
いに係合し、両端末の間の電気回路を閉じさせている
が、所定の温度まで加熱されると、スナップアクション
円盤要素が第１皿型形態から第２皿型形態へと動き、可
動接点を静止接点から離し、端末間の電気回路を開く。
この回路の開放が、保護される装置の過剰温度による損
傷を防止する。

【０００４】サーモスタット円盤要素を支持体へ取り付
けるために、従来は、通常スラグと呼ばれる部材を、後
刻円盤要素を支持体に溶接する位置において円盤要素素
材に溶接していた。つぎに、円盤要素素材は、所定温度
に反応してスナップアクション特性を生じさせる皿型形
状に成形される。スラグは、円盤要素のサーモスタット
金属の熱影響領域を最小にして、スナップアクション円
盤要素特性に顕著な影響を与えることなく、円盤要素を
支持体に溶接することを可能にする。溶接スラグは一般
に、外周から内方へ隔置された複数個の突起を有し、溶
融金属の実際の形態が必要エネルギーが小さいピン先端
状であり、従って、溶接工程において生じる熱の多くが
スラグにより吸収され、円盤要素の金属層の熱影響領域
を制限し、温度較正値の変動と、円盤要素の動きの量、
動きの間に生じる利用可能な力のような円盤要素の他の
特性の変動とを最小にすることを容易にしている。溶接
スラグの広く使用されている一つのタイプは、スラグを
円盤要素に対して正確に位置させるため、スラグから延
び、円盤要素の孔を通る柱を有し、該柱が支持体に溶接
可能になっている。かくて、柱を支持体へ溶接するとき
使用されるエネルギーの熱影響領域への影響が最小にさ
れる。

【０００５】本構造は、支持体からの力の伝達を阻止す
るため、サーモスタット円盤要素と支持体との間に隙間
を設けることを可能にし、これにより、組立体の所望の
特性が装置への装着前に形成された、完全な特徴を備え
た円盤組立体を提供し、かくて、円盤組立体が如何なる
装置にも搭載可能になり、従って、装置が変わっても不
変な、予想可能な特性が得られる。円盤組立体と支持体
との間の隙間がなければ、円盤要素の特性は、円盤組立
体が搭載される装置と、装置への装着方法とに依存して
変化する。その結果、装置毎に特性が変化し、再加工と
生産損失を伴う装置類別の追加の努力が必要になる。

【０００６】組立体が最終的に搭載される装置に無関係
に機能することを特徴とする円盤要素は顕著な利点を有
するが、かかる組立体にも問題がある。

【０００７】典型的な円盤組立体は、円盤要素の高膨脹
側に溶接された電気接点とスラグとを有する。本組立体
の有効寿命は一般に、サーモスタット円盤要素内のクラ
ックの発展、進行により制限される。クラックは、ハウ
ジング部材への取り付け位置に近い円盤要素の熱影響領
域に発生する。円盤要素がオンオフのサイクルを続ける
と、クラックが発展、進行し、場合によっては、円盤要
素が一つの形態から反転形態へと変化する温度に影響を
与え、円盤要素をして有益な較正範囲から逸脱させるこ
とになる。これが起こると、装置は最早所望の保護を果
たさなくなり、交換が必要になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、向上
された繰り返し寿命を有し、特性を完全に備えた上述し
たタイプのスナップアクションサーモスタット円盤組立
体を提供することである。他の課題は、支持構造体に片
持ち支持されたスナップアクションサーモスタット円盤
要素の有効寿命を増加させる方法を提供することであ
る。本発明のさらに他の課題は、運転信頼性があり、製
造上経済的な改良されたサーモスタット円盤組立体を備
えた電気機器保護装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明の
サーモスタット円盤組立体は、円盤要素の温度に依存し
て、所定の方向に凹形の第１形態と、前記所定の方向に
凸形の逆の第２状態との間に動き、円盤要素の第１表面
に溶接された溶接スラグの板部分と、円盤要素の反対側
の第２表面上に配置された支点部材とを有するスナップ
アクション円盤要素を有する。支点部材は、第２遠方端
に向かって溶接領域から離れた位置において第２表面と
係合し、湾曲が反転したとき、溶接領域から離れた位置
において円盤要素を湾曲させる支点として働く縁を有し
ている。第１実施例においては、電気接点が円盤要素の
第２遠方端に取り付けられ、円盤要素が電流搬送部材と
して働き、円盤要素に直列に連結された回路内の過剰電
流状態に反応する保護装置内の制御要素として使用され
ている。他の実施例では、円盤要素が、周囲温度に反応
して可動接点腕を電気回路を開閉するように動かす制御
要素として使用されている。

【００１０】本発明の他の課題、特徴は、以下述べる詳
細な説明と、添付の特許請求の範囲とを、添付の図面と
関連して読むことにより一層容易に理解されよう、図面
において、類似の部品には類似の参照番号が付されてい
る。ある寸法は、説明の目的に応じて変化されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は先行技術の保護装置１０を
示し、電導性金属カップ状ハウジング１２と、ハウジン
グ１２に受容され、窓状の電気絶縁ガスケット１６によ
りハウジング１２から電気的に分離された電導性金属カ
バー１４とを有する。スナップアクションサーモスタッ
ト円盤要素２０がハウジング１２内に収容され、その一
端が隔置部材１８を介して電導状態でカバー１４に取り
付けられている。隔置部材１８は、円盤要素２０が破線
で示す反対側に湾曲した状態へ動くための空間を形成す
るために使用される。円盤要素２０の反対側端には可動
電気接点２２が搭載され、該接点は、ハウジング１２の
底壁に形成された止め金１２ａに固定された静止電気接
点２４と接触したり分離したりするように動く。ハウジ
ング１２は、適当な電気回路に接続するための外側へ延
びる端末部２６を有し、カバー１４も類似の端末部（図
示せず）を有する。ハウジング１２はまた、周辺回りに
外側へ延び、カバー１４の外周部１４ａと組み合わされ
るフランジ１２ｂを有する。マイラーまたは他の適当な
電気絶縁材料のガスケット１６が、ガスケケットの各表
面に適当な熱硬化性材料の層を設けることにより、カバ
ー１４をハウジング１２に取り付け、また、両者を電気
的に分離するために使用され得る。部品組立て後、部分
１２ｂと部分１４ａとの間に圧力が加えられ、熱硬化性
接着剤をキュアするに充分な、しかし、円盤要素２０の
較正に有害な影響を与える程高くはない温度まで組立体
が加熱され、カバーをハウジングに接着する。

【００１２】円盤要素２０は、違った熱膨脹係数をもつ
二層またはそれ以上の金属層から成る薄い混成ストリッ
プから成り、温度の変化が、数層のストリップに等しく
ない膨脹または収縮を生じさせる。ストリップは、例え
ばストリップ表面に球状突出部を形成することにより、
カップ状部分を有するように形成される。このカップ状
形態により、ストリップの温度が上昇したとき、ストリ
ップを構成する金属の間に不等の膨脹が生じ、カップ状
の表面を平坦にしようとし、遂に、所定の温度におい
て、ストリップ形状の突然の反転または湾曲が反対方向
に生じる。この形状の反転または湾曲は、温度が相当低
下するまで維持され、低下したとき、円盤要素は突然初
期形状に復帰する。これら双方の動きにおいて、湾曲の
反転は非常に突然であり、これは、円盤要素を構成する
金属層が、互いに相違した膨脹または収縮を行うことに
より生じる。

【００１３】スイッチを較正し、スイッチが所望の作動
範囲内で機能することを保証するため、ハウジング１２
の底に圧力を加え、接点２４が接点２２と係合するまで
止め金１２ａが上方に押し上げられる。ついで、円盤要
素２０に所定の上向き力が作用するように、追加の圧力
が加えられる。上記実施例においては、接点２２は、円
盤要素に湾曲の反転が起こるまでは、温度が上昇しても
接点２４と接触したままである。反転が起ると、接点２
２と接点２４とが分離し、保護しようとする装置への回
路を開放する。

【００１４】上述したように、従来は、バイメタル円盤
要素２０のようなスナップアクション円盤要素は、図
１、図３に示す下方へ凹形の第１湾曲形態から、図１の
破線と、図４の実線とに示す下方に凸形の第２逆湾曲形
態へと、円盤要素の温度に依存して変移する。すなわ
ち、円盤要素は、所定の第１温度以下では図３の通常形
態にあり、所定の第１温度にまで加熱されたとき、図４
の形態へスナップする。かかる円盤要素は、一面におい
て、回路の電流レベルを監視し、円盤要素２０を所定の
第１温度まで加熱するに充分な過剰電流が流れたとき回
路を開く作用をする電流搬送部材として役立つ。回路開
放の後、円盤要素が第１温度より低い所定の第２温度ま
たはリセット温度にまで冷却すると、円盤要素は第１形
態へ戻りスナップする。本目的のため、円盤要素２０
は、円盤２０の自由遠方端２０ｂに溶接等により固定さ
れた可動電気接点２２を備えている。反対側の遠方端２
０ｂは、カバー１４のようなハウジングに、溶接スラグ
２４を介して固定され、電気的に連結されている。図２
に見るように、スラグ２４は典型的には小さい円筒形の
板２４ａであり、板の頂面２４ｃから柱２４ｂが上方に
延びており、また、表面２４ｃ上に、板の外周から内側
へ離れ互いに隔置されて配置された溶接突起２４ｄを通
常備えており、溶接作業の際生じるバイメタル円盤要素
の熱影響領域を最小にしている。円盤要素２０は柱受容
孔を備え、柱は溶接等によりカバー１４に結合され、電
気接点２２から円盤要素２０、溶接スラグ２４を通りカ
バー１４に至る電気通路を形成している。

【００１５】円盤要素２０の端部２０ｂを溶接スラグを
通してカバー１４に取り付けた図５において、円盤要素
の湾曲が図３の形態から図４の形態へ反転するとき、円
盤要素が溶接部２４ｆから離れて湾曲し、溶接部と同時
に、溶接作業による熱の影響を受ける円盤要素の部分に
応力を生じさせる。この熱影響領域は、実際の溶接部か
らある距離、一般に表面２４ｂの外周から内側の位置に
まで円盤要素内へと延びている。時間を経て多数のサイ
クルの後、これら応力が、円盤要素の既に弱くなってい
る熱影響領域にクラックを生じさせる。これらクラック
が発展、進行し、場合によっては、円盤要素が一つの形
態から他の形態へとスナップする温度に関する較正値を
変化させ、遂には較正値が許容温度範囲から逸脱する。

【００１６】本発明に従えば、図６から図９を参照し、
ワッシャー形態の金属支点部材２８が、板２４が押し付
けられた円盤要素２０の面２０ｄと反対側の表面２０ｃ
に取り付けられている。支点部材２８には所望であれ
ば、外周２８ａの半径内側に位置する、複数個の互いに
隔置された溶接突起２８ｂが形成されている。支点要素
２８の外径は、溶接スラグ２４の円盤要素２０への溶
接、支点部材２８の２８ｃにおける円盤要素への溶接、
および／または、柱２４ｂの溶接等により生じる円盤要
素２０の熱影響領域を越えて延びるほど充分大きく選択
される。支点部材２８は、スラグと円盤要素の溶接の近
傍において円盤要素を補強する。円盤要素２０の遠方端
２０ａに最も近い外周の部分２８ａが、図７に最も良く
見られるように、円盤要素が図３の形態から図４の形態
へと湾曲反転の際の湾曲の支点となる。円盤の湾曲位置
を円盤要素２０の熱影響領域から離すことは、有害な組
立体クラックが発展する前に、円盤要素が２個の反対の
形態の間でスナップし得るサイクルの数を非常に増大さ
せる。

【００１７】図１０において、変形支点部材２８’は、
支点部材を位置２８ｅにおいて直接柱２４ｂに容易に溶
接し得るようにし、円盤要素２０への追加の熱の流入を
最小にするため、カラー２８ｄを備えている。図１１に
は他の変形支点部材が、望めば、板の反対側表面にそれ
ぞれ溶接突起２８ｂ，２８ｆを備えた堅い板として示さ
れている。支点部材２８”は柱部分を持たない溶接スラ
グと共に使用され得る。この場合、支点部材が、支点部
材によりサーモスタット円盤要素を支持部から離した状
態で、支持部に溶接されるので、円盤要素の特性が影響
を受けることがない。

【００１８】図１２には、サーモスタット円盤要素１２
０が周囲温度に反応するように使用される本発明の他の
実施例１００が示されている。サーモスタット円盤要素
１２０は、電気接点を有せず、電流を通すようになって
いない点を除いては、図６のサーモスタット円盤要素２
０と同じである。周囲温度の上昇に伴い、サーモスタッ
ト円盤要素１２０の温度が作動温度まで上昇すると、実
線で示した閉鎖回路形態から、破線で示した反対側の皿
型形態へと、サーモスタット円盤要素２０について述べ
たと同じ態様でスナップする。要素１２０の端１２０ａ
が破線の形態にあると、可動スプリング腕１３２が接点
１２２を静止接点１２４から分離させ、端末１２６と端
末１３４との間の電気回路を開く。円盤要素１２０の温
度がリセット温度まで降下すると、円盤要素は実線の位
置へ戻りスナップする。遠方自由端１２０ａの動きは、
ハウジング部分１３０内に滑動可能に配置された伝達ピ
ン１２８を介して可動腕１３２へと伝達され、可動電気
接点１２２を静止電気接点１２４と電気的に係合するよ
うに動かし、端末１２６と端末１３４との間の電気回路
を閉じさせる。可動腕１３２を片持ち支持する端末１３
４は、ガラス鳩目１３６の使用のような適当な態様でハ
ウジング部材１１２から電気的に分離されている。カバ
ー１１４とガスケット１１６とは、上述したカバー１４
とガスケット１６とに類似している。支点部材２８は、
サーモスタット円盤要素２０に取り付けられるときと同
様にサーモスタット円盤要素１２０に取り付けられ、円
盤要素の湾曲位置をサーモスタット金属層の熱影響領域
から離れるように変移させ、それにより、円盤組立体の
繰り返し寿命を増加させている。

【００１９】以上、本発明を特定の好適実施例を用いて
説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨と
範囲とから逸脱することなく、変更や修正が可能である
ことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子機器を過剰電流および過大温度の状態から
保護するため使用される先行技術の熱反応装置の横断面
図。

【図２】図１の装置に使用される溶接スラグの透視図。

【図３】円盤要素が下方に凹形の通常の皿型状態にある
図１のサーモスタット円盤組立体の前面断面図。

【図４】図３に類似しているが、円盤要素が下方に凸形
の作動皿型状態にある図。

【図５】図４の状態にある図３、図４の円盤要素の溶接
スラグ部分の切り取り拡大断面図。

【図６】本発明の第１実施例に従う保護装置の、図１に
類似の横断面図。

【図７】図６の円盤組立体の溶接スラグ部分の、図５に
類似の切り取り拡大断面図。

【図８】図６の円盤組立体に使用される支点部材の透視
図。

【図９】図６の装置に使用されるスナップアクションサ
ーモスタット円盤組立体の透視図。

【図１０】図６の円盤組立体に使用される変形支点部材
を示す、図７に類似の切り取り拡大断面図。

【図１１】本発明の円盤組立体と装置とに使用される他
の変形支点部材の立面図。

【図１２】本発明の他の実施例に従う熱反応装置の横断
面図。

【符号の説明】

１０，１００ 保護装置 １２ ハウジング １４ カバー １６ ガスケット ２０，１２０ サーモスタット円盤要素 ２０ａ，２０ｂ 遠方端 ２２，１２２ 可動電気接点 ２４，１２４ 静止電気接点 ２４ 溶接スラグ ２４ｄ 溶接突起 ２６，１２６，１３４ 端末 ２８，２８’，２８” 支点部材 １３２ 可動スプリング腕

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 状態反応装置にして、第１ハウジング部
   材と、第１ハウジング部材に取り付けられた静止電気接
   点と、前記装置内に搭載された可動電気接点と、反対側
   にある第１、第２表面をもつスナップアクションサーモ
   スタット円盤要素にして、円盤要素の温度に依存して、
   所定の方向に凹形の第１状態と、前記所定の方向に凸形
   に反転した第２状態との間を動く円盤要素と、前記第１
   ハウジング部材から電気的に分離された第２ハウジング
   部材と、円盤要素の第１表面に溶接され、円盤要素の熱
   影響領域を形成する板部分を有する溶接スラグと、を有
   する状態反応装置において、前記円盤要素と溶接スラグ
   とが円盤組立体を形成し、該円盤組立体が第２ハウジン
   グ部材に取り付けられ、前記可動電気接点が、円盤要素
   が第１、第２状態の間を動くに従い、前記静止電気接点
   と係合し、また、係合を解除され、さらに、円盤組立体
   が、熱影響領域において円盤要素の第２表面に固定さ
   れ、熱影響領域から離れた位置において円盤要素の第２
   表面と係合する縁を有する金属支点部材を有し、該縁
   が、湾曲が反転したとき、熱影響領域から離れた位置に
   おいて円盤要素に湾曲を生じさせる支点として働く装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の状態反応装置におい
   て、前記可動接点が円盤要素の第２端に取り付けられて
   いることを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の状態反応装置におい
   て、前記支点部材がほぼ円筒形であることを特徴とする
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の状態反応装置におい
   て、前記スラグが柱を有し、前記円盤が該柱を通す孔を
   有することを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の状態反応装置におい
   て、前記支点部材が溶接スラグを過ぎて延びていること
   を特徴とする装置。
6. 【請求項６】 反対側の第１、第２表面を有するサーモ
   スタット円盤要素の１表面の１部に配置され、円盤要素
   に溶接されて、サーモスタット要素に熱影響領域を生じ
   させる溶接スラグを有するスナップアクションサーモス
   タット円盤組立体にして、該円盤組立体が、装置内に搭
   載するための支持部に取り付け可能になっており、前記
   円盤要素が、円盤サーモスタット部材の温度に依存し
   て、所定方向に凹形の第１状態と、該所定方向に凸形に
   反転した第２状態とを有する円盤組立体において、サー
   モスタット要素の繰り返し寿命を向上させる方法にし
   て、 円盤要素の湾曲が反転するとき、円盤要素が熱影響領域
   から離れた位置において支点部材回りに湾曲するよう
   に、円盤要素の反対側の表面を、前記熱影響領域から離
   れた位置において支点部材と係合させる段階を有する方
   法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、前記溶
   接スラグが円盤要素の孔を通る柱を有することを特徴と
   する方法。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の方法において、前記支
   点部材がワッシャーの形態を有していることを特徴とす
   る方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、前記支
   点部材が円盤要素の表面に沿って熱影響領域から、溶接
   スラグが延びるより大きい距離延びていることを特徴と
   する方法。