JPH11120880A

JPH11120880A - 感熱スイッチ

Info

Publication number: JPH11120880A
Application number: JP9293466A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Sato; 重己佐藤; Hideki Koseki; 秀樹小関
Original assignee: UBUKATA SEISAKUSHO KK
Current assignee: UBUKATA SEISAKUSHO KK
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JP4279367B2; US6154117A

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で熱応答性の良い感熱スイッチを得る。【構成】感熱スイッチ１は、導電端子を気密に絶縁固定
された金属製の蓋板２とこの蓋板の外周近傍に開口端を
溶接する有底円筒形の金属容器３により密閉容器を構成
している。この密閉容器の内部には所定の第一及び第二
の温度で急跳反転による動作及び復帰をするように浅い
皿状に成形された円板状の熱応動板９が収納され、熱応
動板９の動作によって固定接点部と可動接点を開閉する
接点機構を有している。感熱スイッチ１の金属容器３は
円筒部の厚みｔと長さＬを所定の関係となるように設定
することにより、容器底面３Ｂから熱応動板への熱伝導
と蓋板方向への円筒部を通じた熱伝導がそれぞれ規定さ
れる。そのため熱応動板９を加熱するべき熱の蓋板方向
への伝達速度を抑えることにより容器底面３Ｂの温度上
昇が速くなり、スイッチとしての熱応答速度を早くする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車等
の冷媒を熱交換システム系統に循環させるコンプレッサ
ーとかエンジン・トランスミッション等の機器の異常時
に過熱する部分の温度を検出し、該機器を過熱による損
傷から保護するための感熱スイッチの改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のスイッチとしてバイメタル
等の変形を利用して電気回路の開閉を行なう感熱スイッ
チが用いられている。図６において示す感熱スイッチ１
０１は特開平５−１０１７６１号公報に示された感熱ス
イッチであり、円板状の金属製の蓋板１０２と有底円筒
状の容器１０３とを有し、蓋板１０２の外周近傍に容器
１０３の開口端を気密に固着した密閉容器を構成してい
る。ここで密閉容器を採用している理由は容器内部への
水分などの進入を防ぎ、且つ後述する理由により容器内
部に封入されるガスの組成を長期にわたり安定させるこ
とにある。容器１０３としては比較的熱伝導率が高く溶
接性が良いという理由から冷間圧延鋼板等が使用され、
そのため容器を介して感熱スイッチの周囲温度を容器内
部に納められた後述する熱応動板に素早く伝えることが
できる。

【０００３】蓋板１０２には貫通孔１０２Ａ及び１０２
Ｂが設けられており、この貫通孔には各々金属製の導電
ピン１０４Ａ及び１０４Ｂが電気絶縁性の充填材１０５
によりそれぞれ気密に固定されている。一方の導電ピン
１０４Ａの図示下端近傍にはコ字形をした厚みのある導
電性の固定接触部材１０６がその図示上端部を溶接等の
方法で固着されている。導電ピン１０４Ｂの下端近傍に
は弾性のある可動接触部材１０７がその固定端１０７Ａ
を溶接の如き方法で固定されている。可動接触部材１０
７の先端１０７Ｂには可動接点１０８が固定され、固定
接触部材１０６の接触部１０６Ａと接触するように配設
されている。

【０００４】容器１０３の底部にはバイメタルの様な材
料を円形に打抜いて浅い皿状に成形した熱応動板１０９
が置かれその上にバネ材で作られた保持板１１０が置か
れている。さらに保持板１１０の上には耐熱性のある絶
縁材料で作られた受圧片１１１が配設され、この受圧片
の先端は前記可動接触部材１０７に設けられた孔１０７
Ｃに圧入等の方法で固定されている。

【０００５】この感熱素子１０１の動作について説明す
ると常温の状態では、熱応動板１０９は図６に示すよう
に下方に膨らんだ湾曲状態をとり、温度の上昇に伴い所
定の温度になると急跳反転しその湾曲方向を中央が上方
に膨らんだ形状となるように予め設定されているため、
その中央部分が受圧片１１１を押上げる。受圧片１１１
は可動接触部材１０７を押上げその先端の可動接点１０
８を固定接触部材１０６の接触部１０６Ａから開離しそ
の電路を断つものである。

【０００６】次にこの感熱スイッチの制御対象機器への
取り付けについて制御対象機器としてカーエアコン用圧
縮機に取り付ける場合を図７に示す一部断面図、及びそ
の部分拡大図である図８を例に説明する。ここで示すカ
ーエアコン用圧縮機のハウジングＡには予め取付部Ａ１
が設けられている。この取付部は圧縮機の吐出冷媒通路
Ａ２に設けられた貫通穴であり、取り付けられた感熱ス
イッチが被検出物である冷媒の温度を速やかに検出でき
るような位置とされている。

【０００７】取り付けられる感熱スイッチ１０１の導電
ピン１０４Ａ，１０４Ｂには、リード線１１２Ａ，１１
２Ｂが導電的に接続固定されており、使用環境中でこの
接続部への水などの浸入を防ぎ且つ作業時に加わる外力
や振動から保護するために、感熱スイッチ１０１に保護
キャップ１１３が被せられキャップ内部に絶縁性の充填
材１１４が充填されている。

【０００８】この取付部Ａ１にシリコンゴムなどででき
たＯリング１１５と共に感熱スイッチ１０１を挿入し、
保護キャップ１１３の上端面を周知のスナップリングの
如き円弧状の弾性部材１１６により保持しスイッチによ
り取付部を密閉するように固定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この感熱スイッチ１０
１は容器１０３の底面に熱応動板１０９を位置させるこ
とにより高い熱応答性能を実現している。しかしながら
上述の取付例のように常に外気に曝されるカーエアコン
用圧縮機のハウジングに取り付けられた場合などには、
圧縮機ハウジング表面は外気によって熱を奪われてお
り、さらにそこに直接取り付けられた感熱スイッチの熱
もまた外気及び圧縮機ハウジングを介して熱伝導により
熱を奪われるために、特に外気温が低い時などに於いて
は急激な冷媒の温度上昇に対する熱応答性が充分に得ら
れない場合があった。

【００１０】感熱スイッチ１０１の熱応答性はスイッチ
容器内部に封入される封入ガスの熱伝導性を良くするこ
とによって向上することができる。つまり感熱スイッチ
は密閉容器とし所定のガスを封入することにより長期に
亘り恒常性を保つようにされているが、この封入ガスと
しては乾燥空気や窒素等と共に気密性検査のためにヘリ
ウムガスが封入される。ヘリウムは乾燥空気や窒素等と
比較して熱伝導性が高いのでこの封入ガス中のヘリウム
の割合を多くすることで、封入ガスの熱伝導性を高める
ことで熱応動板にさらに早く容器からの熱を伝えること
ができる。

【００１１】ヘリウムは窒素や空気と比べて６倍程度熱
伝導率が高く、例えば１５５℃で動作する感熱スイッチ
で封入ガスのヘリウムを２５％としたものと７５％とし
たものとを用意し、それぞれの容器部分のみを１８０℃
のオイルに浸し動作までの時間を測定する実験で比較す
ると、ヘリウムを７５％にしたものでは２５％のものに
対して応答時間にして１０〜１５％程度の向上がみられ
る。しかしこのように封入ガスを変更してもまだ応答速
度を充分にあげることはできなかった。さらにヘリウム
の比率を高くすることで応答速度を上げることができる
が、例えばその比率を１００％としても反応時間にして
２０％程度の向上にしかならず、さらにこの場合には接
点間開放時の耐電圧能力が低下するという問題がでてく
る。

【００１２】この他に応答速度を速めるには例えば特開
平８−２１２８９３公報等に示されているように、圧縮
機の内部と外部を電気的に接続する密閉端子の導電ピン
先端に感熱スイッチを固定する方法が有効である。この
ように導電ピンのみで感熱スイッチを圧縮機ハウジング
の内壁面よりも内側に固定することによりスイッチから
圧縮機外部への熱伝導を最小限に抑えることができると
共に、熱媒体である冷媒中にスイッチ全体を曝すことで
熱応答性を高めることができる。前述のオイルを使用し
た代用試験によれば動作までに要する時間が約半分以下
になり、実際の使用でも同様の結果となることが確認さ
れている。しかしながらこの方法は、冷媒通路の広さを
感熱スイッチが収容できる程度に広くする必要があるた
め圧縮機のハウジングが大型になり、また部品数が多く
なり、高価になると言う問題があった。そのため、従来
と比較して圧縮機ハウジングを大型化したり部品数の増
加などもすることなく熱応答性を高めることのできる感
熱スイッチが求められている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本願発明の感熱ス
イッチにおいては、導電端子を気密に絶縁固定された金
属製の蓋板とこの蓋板の外周近傍に開口端を溶接する有
底円筒形の金属容器により密閉容器を構成し、前記蓋板
及び端子のどちらか一方に固定接触部材を接続固定する
とともに他方には可動接触部材を接続固定し、密閉容器
中には所定のガスが封入され、この容器の内部底面に沿
って所定の第一の温度で急跳反転動作し第二の温度で急
跳反転復帰するように浅い皿状に成形された円板状の熱
応動板を収納し、この熱応動板の動作によって接点を開
閉せしめ、制御対象機器のハウジングに容器底面が被検
出物の温度変化を受けるように取り付けられハウジング
内壁面よりも外側の位置で保持固定される感熱スイッチ
に於いて、金属製容器はその厚みと円筒部の長さを所定
の関係となるように設定することにより、容器底面を介
しての熱応動板への熱伝導と容器底面側から蓋板方向へ
の円筒部を通じた熱伝導がそれぞれ規定され、熱応動板
の温度上昇速度を調整されていることを特徴とする。こ
のような構成とすることにより、感熱スイッチの金属製
容器底面の熱は容器の円筒部から圧縮機のハウジングへ
は伝わり難くなり、冷媒温度が急上昇した場合などにお
いて熱の逃げを抑えることにより熱応動板を効果的に加
熱することができ、感熱スイッチとしての応答速度を高
めることができる。

【００１４】また他の特徴は、金属製容器は少なくとも
熱伝導率が鉄の２分の１以下である金属、例えば鉄−ク
ロム合金や鉄−ニッケル合金、ステンレス鋼などによっ
て構成されていることにある。このような構成とするこ
とにより、感熱スイッチの金属製容器の形状が従来品と
同じままでも容器底面の熱は容器の円筒部から圧縮機の
ハウジングへは伝わり難くなり、さらに容器円筒部の厚
みと長さを所定の関係となるように設定することにより
容器底面の熱を熱応動板に速やかに伝達する効果を増す
ことができ、感熱スイッチとしての応答速度を高めるこ
とができる。また容器をこのように選定することでスイ
ッチ自体の大きさを同じか若干大きくするのみで熱応答
性を大幅に向上することができるので、従来の取付位置
を変更する必要はほとんどなく圧縮機のハウジングを大
型化しないでも良い。

【００１５】また他の特徴は密閉容器内に封入ガスとし
てヘリウムを５０％以上の割合で封入することにより、
特に急激な温度上昇時において容器の熱を熱応動板に速
やかに伝えるようにしたことにある。

【００１６】さらに他の特徴は蓋板の周縁部近傍に段差
を設け、容器はその内周面を蓋板の段差の外縁にほぼ当
接するようにして組み付けられることにある。本発明に
おいてはこのような構成にすることにより蓋板と容器と
の溶接時にいわゆるチリが発生してもこの段差により容
器内部への進入を防ぐことができると共に、組付時の蓋
板と容器との位置合わせが確実且つ容易になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次にこの感熱スイッチについて図
１乃至図４を参照しながら説明する。図１は本発明の感
熱スイッチの一実施例を示す断面図であり、図２はその
動作状態を示す断面図、図３はこの感熱スイッチを制御
対象機器の一例としてのカーエアコン用圧縮機に取り付
けた状態を示す一部断面図、図４はその部分拡大図であ
る。

【００１８】この感熱スイッチ１は円板状の金属製の蓋
板２と有底円筒状の金属製容器３とを有し、蓋板２の周
縁部に容器３の開口端に設けられたフランジ部３Ａをリ
ングプロジェクション溶接などにより気密に固着して密
閉容器を構成している。容器３は金属板をプレス加工な
どにより有底円筒形状に絞り成形したものであり、本実
施例においては容器３の厚みｔを従来と同様にした上で
容器３の円筒部の長さＬを従来のものよりも長く設定す
ることにより、円筒部両端間の熱勾配が緩やかになるよ
うにされている。またその底面３Ｂは球面状にされてお
り、比較的平坦な底面形状を有していた従来のものと比
較してより高い耐圧力性能を持たせることができる。

【００１９】本発明においては感熱スイッチの容器から
の熱の移動に着目することで、感熱スイッチの動作時間
に対する容器の熱伝導率、容器円筒部の長さ及び厚みと
の関係を得るに至った。つまり感熱スイッチ容器の熱伝
導率が低ければ容器底面に与えられた熱は外部に移動し
にくく、また容器円筒部の厚みが薄ければ断面積が小さ
くなるのでやはり熱が伝わりにくくなり、さらに円筒部
の長さが長いほど熱勾配が緩やかになるのでやはり熱は
移動しにくくなる。本実施例では容器の厚みｔを変えず
に長さＬを従来品より長くすることにより容器円筒部両
端の熱勾配を緩やかにして、円筒部底面からの熱の移動
を抑えるようにされている。

【００２０】蓋板２には第１及び第２の貫通孔２Ｂ及び
２Ｃが設けられており、この貫通孔には各々感熱スイッ
チの第１及び第２の端子たる金属製の導電ピン４Ａ及び
４Ｂがガラスの如き電気絶縁性の充填材５によりそれぞ
れ気密に固定されている。一方の導電ピン４Ａの図示下
端近傍にはコ字形をした厚みのある導電性の固定接触部
材６がその図示上端部を溶接等の方法で固着されてい
る。この固定接点部材６の先端部には銀合金などで構成
された固定接点部６Ａが設けられている。また導電ピン
４Ｂの下端近傍には充分な弾性のある銅合金などで構成
された可動接触部材７がその固定端７Ａを溶接の如き方
法で固定されている。可動接触部材７の先端７Ｂには銀
合金などの可動接点８が固定され、固定接触部材６の固
定接点部６Ａと接触するように配設されている。

【００２１】容器３の底部３Ｂにはバイメタルの様な材
料を円形に打抜いて所定の温度で湾曲方向を反転及び復
帰するように浅い皿状に成形された熱応動板９が置か
れ、その上にはバネ材で作られた保持板１０が置かれて
いる。さらに保持板１０の上にはセラミックスの如き耐
熱性のある絶縁材料で作られた受圧片１１が配設され、
この受圧片の先端１１Ａは前記可動接触部材７の中央に
穿たれた貫通孔７Ｃに圧入等の方法で固定されている。

【００２２】この保持板１０は図５に示す如く中心から
放射状に延びる細い脚部１０Ａを複数、実施例では４本
有しこの脚部１０Ａをそれぞれ所定の角度で折り曲げる
ことにより概ね傘型に形成された薄いリン青銅やベリリ
ウム銅などの弾性板で作られたものである。保持板１０
は熱応動板９をその動作に実質的に影響しない程度の力
で常に容器底部３Ｂ方向に押し当て位置決めしている。
また保持板１０の中央には貫通穴１０Ｂが穿たれており
受圧片１１の下端１１Ｂがこの貫通穴１０Ｂに挿通され
ている。そのため受圧片１１の位置決めを容易にすると
同時に、受圧片１１と熱応動板９とが直接接触すること
により保持板１０が熱応動板９のスナップ時に受圧片と
熱応動板とで直接叩かれないようにしており、熱応動板
９の反転復帰動作の繰り返しによる保持板１０の変形を
防止できる。さらに保持板１０は薄い板でありかつ脚部
１０Ａは細く熱応動板９との接触は脚部先端のみでなさ
れているので、熱応動板９の熱は保持板を介しては受圧
片１１に伝わりにくくなり、導電ピンを通して熱が逃げ
ることを抑えるのに寄与している。

【００２３】この感熱素子の動作は基本的に前述の従来
例と同様である。つまり常温の状態では、熱応動板９は
図１に示すように下方に膨らんだ湾曲状態をとり、温度
の上昇に伴い所定の第１の温度になると急跳反転しその
湾曲方向を図２に示す如く中央が上方に膨らんだ形状と
なるため、その中央部分が保持板１０の中央に挿通され
た受圧片の下端１１Ｂに当接し、受圧片１１を押上げ
る。受圧片１１は可動接触部材７を押上げその先端の可
動接点８を固定接触部材６の固定接点部６Ａから開離し
その電路を断つ。また高温状態から熱応動板９の温度が
所定の第２の温度まで下がると、熱応動板９はその湾曲
方向を復帰し再び可動接点８を固定接点部６Ａに接触さ
せ導電ピン４Ａ，４Ｂ間の電路を復帰導通させる。

【００２４】次にこの感熱スイッチ１を制御対象機器の
一つであるカーエアコン用圧縮機に取り付ける場合を図
３の一部断面図及びその部分拡大図である図４を例に説
明する。このカーエアコン用圧縮機のハウジングＡは前
述の従来例と同様のもので、予め感熱スイッチの取付部
Ａ１が設けられている。この取付部は圧縮機のハウジン
グＡの吐出冷媒通路Ａ２に設けられた貫通穴であり、容
器を挿入して取り付けられた感熱スイッチ１が被検出物
である吐出冷媒に直接曝されることにより冷媒温度の変
化を速やかに検出できるような位置とされている。

【００２５】感熱スイッチ１は、前述の従来例と同様に
その導電ピン４Ａ（４Ｂ）にリード線１２Ａ（１２Ｂ）
を溶接などの方法で導電的に接続固定したものであり、
さらに使用環境中でこの接続部への水などの浸入を防ぎ
且つ作業時に加わる外力や振動から保護するために、感
熱スイッチ１に保護キャップ１３が被せられキャップ内
部に絶縁性の充填材１４が充填されている。

【００２６】このように構成された感熱スイッチを、圧
縮機外側から取付部Ａ１にシリコンゴムなどでできたＯ
リング１５と共に挿入し、このＯリング１５を取付部Ａ
１の内壁と感熱スイッチ容器外壁及びフランジ部との間
に密着させることにより貫通穴であるこの取付部Ａ１は
気密にふさがれる。さらに保護キャップ１３の上端面を
周知の円弧状の弾性部材１６であるスナップリングなど
により保持しスイッチが脱落しないように固定する。こ
のように感熱スイッチ１は圧縮機ハウジングＡの内壁面
よりも外側の位置で保持固定されているので、Ｏリング
と弾性部材のみで取付部の気密性と確実な固定を確保す
ることができる。ここで感熱スイッチ１の容器外壁は熱
が逃げにくいように、取付部Ａ１の内壁とは直接接触し
ないようにされると共に、蓋板を含めて金属部が直接圧
縮機のハウジングに接触しないようにされている。この
感熱スイッチ１は従来のものと比較して容器が長くスイ
ッチ容器の下半分が吐出冷媒の流路中に曝されるので、
被検出物である冷媒からの熱をより効率的に受けること
ができる。

【００２７】本実施例においては感熱スイッチの容器３
の円筒部を長くすることで容器底面からの熱の移動を抑
えているが、その熱移動速度をより大きく抑えようとす
る場合には円筒部をさらに長くしたり、容器３の厚みｔ
を薄くする必要がある。しかしながら円筒部の長さＬを
大きくすると当然スイッチの取り付け位置も大きなスペ
ースを必要とするために制御対象機器、実施例では圧縮
機のハウジングが大型化してしまうおそれがある。ま
た、容器の厚みｔを薄くすると耐圧力性能が低下してし
まうという問題もある。

【００２８】そこで本発明においては、金属製容器を熱
伝導率が鉄の２分の１以下である金属、好ましくは熱伝
導率が鉄の３分の１以下である金属で構成することによ
り容器の長さや厚みはそのままに熱移動速度を抑えるこ
とができる。さらに容器円筒部の厚みと長さを所定の関
係となるように設定することにより、例えば熱伝導率が
鉄の２分の１よりも高いものでも容器の熱伝導を所定の
速度以下に抑えることができ、また熱伝導率が鉄より充
分に小さいものにおいてはさらにその効果を増し、感熱
スイッチとしての応答速度を高めることができる。この
容器３としては例えば鉄合金やニッケル合金などのうち
適宜選定されたものが使用される。本実施例では容器３
にはステンレス鋼板（SUS303）をプレス加工などにより
有底円筒形状に絞り成形したものを使用しており、その
熱伝導率は常温で鉄の約５分の１、従来使用されていた
冷間圧延鋼板の約４分の１である。

【００２９】このように容器としてステンレス鋼などの
抵抗値の高いものを使用した場合、蓋板と容器の抵抗値
の差が大きく溶接時に溶融した金属の一部が飛散するい
わゆるチリが発生する可能性があり、このチリが容器内
部に入ると各部の動作や絶縁性などに不都合な影響を及
ぼすことがある。そこで本発明においては蓋板２の周縁
部近傍に段差２Ａを設け、容器３はその内周面を蓋板の
段差２Ａの外縁にほぼ当接するようにされている。その
ため、蓋板２と容器３との溶接時にチリが発生しても、
段差２Ａにより容器内部への進入を防ぐことができる。
またこのような構成にすることにより、組付時の蓋板と
容器との位置合わせ作業が容易になる。

【００３０】本発明の感熱スイッチに於いては、容器３
として熱伝導率が従来使用されている冷間圧延鋼板より
も低い値となる鉄の２分の１以下である金属、例えばス
テンレス鋼などを使用することにより従来の感熱スイッ
チよりも熱応答速度を上げることができるようになっ
た。これは前述したように従来の比較的熱伝導性の良い
容器を使用した感熱スイッチを圧縮機のハウジングに取
り付けた場合に於いては、感熱スイッチの容器底部３Ｂ
の熱は容器を介して熱応動板に伝わると同時にスイッチ
容器の円筒部を介してさらに低温である蓋板や圧縮機ハ
ウジングへと移動していたために、熱応動板の温度上昇
速度が実質的に抑えられていたことによる。

【００３１】従来においても圧縮機への取付時には蓋板
など金属部が直接圧縮機の金属製ハウジングに触れない
ようにされてはいたが、スイッチに密着している樹脂な
どにも熱が伝わるため、特に冷媒温度が急上昇した時な
どのような素早い応答速度が求められる場合においては
それだけでは充分な効果が得られなかった。また密閉容
器を構成する金属製の蓋板は容器に比較して厚みのある
金属板を使用しているために比較的大きな熱容量があ
り、容器に伝えられた熱がこの蓋板の加熱のために移動
してしまうことも熱応動板の加熱が遅れてしまうことの
一つの要因となっている。さらに耐圧力性能を高めるた
めにスイッチの容器底面を球面状にしたために、従来の
ものと比較して熱応動板と容器底面との距離が少し離れ
容器底面からの放射熱が熱応動板に届きにくくなること
も一因だと考えられる。

【００３２】またここで前述の従来例や本発明のように
感熱スイッチに密閉型容器を使用している場合には、従
来は内部に封入する封入ガス中のヘリウムの比率を上げ
ることにより容器からの熱を熱応動板に対してより伝わ
りやすくし、その結果として応答時間を短縮させていた
がこれだけではまだ不充分であった。またこれに対して
金属板の代わりに熱伝導率の低い樹脂製の蓋板を使用し
たり開口部を樹脂などの充填材によって封入するものも
あるが、このような構造では実質的に気密性を持たない
ために所定の封入ガスを入れたとしても長期間にわたっ
てその組成を安定的に維持することは不可能であり、長
期的な熱伝導性の向上は期待することができない。

【００３３】これらの点に鑑み感熱スイッチの容器底面
からの熱の移動に着目し、各種の実験を行ったところ、
感熱スイッチの動作時間は容器の熱伝導率と容器円筒部
の長さ及び厚みからほぼ定常的に導かれることがわかっ
た。つまり感熱スイッチ容器の熱伝導率が低ければ容器
底面に与えられた熱は外部に移動しにくく、また容器円
筒部の厚みが薄ければ断面積が小さくなるのでやはり熱
が伝わりにくくなり、さらに円筒部の長さが長いほど熱
勾配が緩やかになるので熱が移動しにくくなる。これら
の点を考慮し実験結果と併せて検討した結果、感熱スイ
ッチの容器の熱伝導率及び形状と動作時間とは以下の式
で導き出される動作時間指数Ｔによってほぼ関連付けら
れることが判った。

【００３４】

【数式１】

【００３５】この動作時間指数Ｔは、一定の条件範囲内
であれば前述した感熱スイッチの代用特性試験における
動作時間とほぼ比例する。そのためこの値を従来のもの
と比較することにより容器の熱伝導率及び形状から動作
時間を容易に予測することができる。例えば本実施例及
び前述の従来例の感熱スイッチにおいては以下の関係が
実験式として導き出された。

【００３６】

【数式２】

【００３７】この予測動作時間Ｔ１を導き出すための代
用特性試験について説明すると、試験を行った感熱スイ
ッチは容器円筒部の直径Ｄを１２．８mmとし、収納され
る熱応動板の直径は１２．０mmである。また蓋板は直径
１７mmで厚み１．６mmの冷間圧延鋼板（SPCE）に導電ピ
ンを固定したものを使用し、容器内部への封入ガスは窒
素７５％−ヘリウム２５％として封入ガス圧力は１３０
kPaで統一されている。また、試験時には図４等に示す
保護キャップ１３及びリード線を感熱スイッチに取り付
けた状態で行った。試験方法は前述したように１５５℃
で動作する感熱スイッチを１８０℃のシリコンオイルに
蓋板など他の部分が触れないように容器部分だけを浸
し、スイッチが動作するまでの時間を測定した。この予
測動作時間Ｔ１は、各値の代入条件の範囲内、つまり容
器の厚みｔを０．１〜０．６mm、容器円筒部の長さＬを
４〜２０mmとし、且つ熱伝導率を鉄からステンレス程度
の範囲に限定した場合においては感熱スイッチの代用特
性試験における動作時間とかなりよく一致する。

【００３８】例えば実施例のステンレス（SUS303）製容
器（熱伝導率０．０１５W/(mm・K)）で容器の厚みｔが
０．３mm、円筒部長さＬが１２．１mmの場合には、Ｔ１
は１５．３０となり、実測値平均の１５．４秒とほぼ一
致する。各種サンプルの試験結果と予測動作時間との関
係を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】このように予測動作時間Ｔ１は各種サンプ
ルの代用特性試験における動作時間とほぼ一致する。こ
のことから感熱スイッチの予測動作時間Ｔ１が図６に示
した従来のものの予測動作時間に対して半分以下になれ
ば、前述の特開平８−２１２８９３号公報に示された感
熱スイッチ全体を冷媒中に曝した場合と同じかそれ以上
の性能が実験上得られた。

【００４１】具体的には従来の冷間圧延鋼板製容器（熱
伝導率０．０６２W/(mm・K)）で容器の厚みｔを０．３m
m、円筒部長さＬを６．８mmとしたものの値の半分以下
である場合に使用可能範囲となる。表１に示した実施例
１〜３はそれぞれこの条件を満たしており、実際に制御
対象機器に取り付けて行った試験においてもこの結果は
確認された。また比較例の冷間圧延鋼板製容器で円筒部
長さＬを１２．１mmとしたものにおいては、従来例より
も動作時間は短くなるもののそれだけでは計算値も実測
値も従来例の半分までにはならず、また実際の試験にお
いても機器の保護には不充分な結果となった。

【００４２】上述の計算値及び実験の結果から、容器の
形状を従来と同じにした場合には熱伝導率を鉄の約2分
の1以下、従来使用していた鋼板の約３分の２以下にす
ることにより充分な動作速度を得ることができる。ま
た、容器の円筒部長さＬを従来のものよりも長くするこ
とにより蓋板への熱の移動を遅延させ感熱スイッチとし
ての熱応動時間をより短くすることもできる。例えばこ
の場合には、上記実験式からは容器の厚み及び熱伝導率
が同じ場合には少なくとも従来の２倍を超える長さが必
要とされることが判る。

【００４３】この数式により得られる互いの相関関係
は、特に感熱スイッチ容器の円筒部の直径を８〜１５mm
の範囲とした場合において高い精度で適合する。なお数
式２は実施例で具体的に使用した形状の感熱スイッチで
の試験結果に合わせて数式１の定数Ａ及びＢを決定した
ものであり、例えば感熱スイッチ容器の直径などを変更
した場合にはこの定数Ａ及びＢを新たな条件に合わせて
設定することにより実際の動作時間に近い数値を得るこ
とができる。

【００４４】ところでスイッチ容器中に封入されたガス
はスイッチ容器の熱を熱応動板に伝えると同時に容器内
での対流を起こすことによりその熱を蓋板に逃がすこと
にもなるが、封入ガスを介して熱応動板に伝えられる熱
の方が蓋板に熱を移動させるよりもその配置上の寸法差
から有効に働き、特に急激な温度上昇を検出する場合に
おいては封入ガスを熱伝導の良好な状態の方向に変える
こと、つまり封入ガス中のヘリウム比率を上げたりある
いは封入ガス圧を高くするなどの変更をすることは有効
である事が実験上判った。

【００４５】具体的にはヘリウムを５０％以上にするこ
とにより熱媒体である圧縮機の冷媒ガスの短時間内での
温度上昇に対する熱応動板の温度上昇速度を早くするこ
とができる。さらに好ましくはヘリウムを７５％以上と
するのがよい。またヘリウムを１００％に近くすると接
点開放時の接点間耐電圧が低下するが、自動車などのバ
ッテリー電圧程度での使用においては実質上の問題はな
い。しかし製造時の検査工程において接点間距離の検査
を接点間耐電圧の測定によって行う場合には電圧範囲が
狭くなるために判定作業が難しくなる。そこで上限は９
５％とする事が好ましい。図１の感熱スイッチで容器を
ステンレスにしたもので比較すると、封入ガスとしてヘ
リウム２５％−窒素７５％を使用したものとヘリウム７
５％−窒素２５％としたものとを比較してみると、オイ
ルによる特性代用試験においては動作時間が２０％以上
短くなった。ここで容器に鋼板を使用した従来のものよ
りも変化率が大きいのは、前述の理由から容器底面温度
が早く上昇するので、この熱を効率的に熱応動板に伝え
るためにガスを変えたことがより有効に働くと考えられ
る。

【００４６】上述の実施例に於いては感熱スイッチの容
器にステンレス鋼を使用したものを例に説明したが、こ
の他にも鉄−ニッケル合金や鉄−クロム合金、ニッケル
−クロム合金、ニッケル−銅合金などの熱伝導率が鉄に
対して２分の１以下の金属、好ましくは少なくとも熱伝
導率が鉄の３分の１以下となる金属を選定することによ
り同様の効果を得ることができる。

【００４７】また実施例の感熱スイッチは蓋板に２個の
貫通孔を穿ちそれぞれに第一及び第二の端子を保持した
ものについて説明したが、たとえばこれに代えて特開平
６−３０７３７４号公報の図３（Ｃ）に示されたような
貫通孔に一個の端子を固定し固定接触部材と可動接触部
材のどちらか一方をこの端子に接続固定し他方を蓋板に
接続固定する構造のものであってもよい。この場合、自
動車などのいわゆるボディアース構造とされているもの
であれば、蓋板を圧縮機などの制御対象機器のハウジン
グに電気的に接続させておくことにより一方のリード線
を省略することができる。またこのように端子を一個に
した場合でも、蓋板にリード線を接続固定するなどして
蓋板を制御対象機器のハウジングと熱的に接触しない構
造としておく方がよいことはいうまでもない。

【００４８】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば感熱ス
イッチの金属製容器円筒部の厚みと長さを所定の関係と
なるように設定することにより、容器底面から熱応動板
への熱伝導と蓋板方向への円筒部を通じた熱伝導がそれ
ぞれ規定されて、その結果として熱応動板の温度上昇速
度を向上させ、感熱スイッチとしての応答速度を高める
ことができる。

【００４９】また金属製容器の熱伝導率を従来使用され
ていた鋼板と比べて低くし、好ましくは熱伝導率が鉄の
３分の１以下である例えばステンレス鋼を使用すること
により容器を通して熱が外部に逃げるのを抑えることが
でき、容器内部に収納された熱応動板に冷媒の熱を効果
的且つ速やかに伝えることができる。

【００５０】さらに密閉容器内に封入ガスとしてヘリウ
ムを５０％以上の割合で封入することにより、特に圧縮
機の冷媒ガスなどの熱媒体の急激な温度上昇時において
容器の熱を熱応動板に速やかに伝えることができる。

【００５１】また、本発明によれば蓋板の周縁部近傍に
段差を設け、この段差の外縁に容器の内周面がほぼ当接
するようにしたことにより、蓋板と容器との溶接時にチ
リが発生しても、この段差により容器内部への進入を防
ぐことができると共に、このような構成にすることによ
り組付時の蓋板と容器との位置合わせ作業が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による感熱スイッチの一実施例の断面図

【図２】図１の感熱スイッチの動作状態を示す断面図

【図３】図１の感熱スイッチを制御対象機器に取り付け
た状態を示す一部断面図

【図４】図３の部分拡大図

【図５】図１の感熱スイッチに使用される保持板の平面
図

【図６】従来における感熱スイッチの一例の断面図

【図７】従来の感熱スイッチを制御対象機器に取り付け
た状態を示す一部断面図

【図８】図７の部分拡大図

【符号の説明】

１：感熱スイッチ２：蓋板２Ａ：段差２Ｂ，２Ｃ：貫通孔３：容器４Ａ，４Ｂ：導電ピン５：充填材６：固定接触部材６Ａ：固定接点部７：可動接触部材８：可動接点９：熱応動板１０：保持板１１：受圧片１２Ａ，１２Ｂ：リード線１３：保護キャップ１４：充填材１５：Ｏリング１６：弾性部材

【数１】

【数２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状の金属製の蓋板と、前記蓋板の外
周近傍にほぼ均一に密着する開口端を有する円筒部と底
面部から成り前記蓋板に該開口端をリング状に溶接して
密閉容器を構成する金属製の容器を有し、密閉容器中に
は所定のガスが封入され、この容器の内部底面に沿って
所定の第一の温度で急跳反転動作し第二の温度で急跳反
転復帰するように浅い皿状に成形された円板状の熱応動
板を収納し、その熱応動板に対向して弾性を有する保持
板を配設し、前記蓋板に貫通孔を穿ちその孔にガラスの
如き電気絶縁性の充填材により気密に保持された端子
と、前記蓋板及び端子のどちらか一方に固定接触部材を
接続固定するとともに他方には可動接触部材を接続固定
し、該可動接触部材には前記熱応動板に対峙する受圧片
が設けられ、制御対象機器のハウジングに容器底面が被
検出物の温度変化を受けるように取り付けられハウジン
グ内壁面よりも外側の位置で保持固定され、金属製容器
はその厚みと円筒部の長さを所定の関係となるように設
定することにより、容器底面を介しての熱応動板への熱
伝導と容器底面側から蓋板方向への円筒部を通じた熱伝
導をそれぞれ規定し、熱応動板の温度上昇速度を調整し
たことを特徴とする感熱スイッチ。
【請求項２】円板状の金属製の蓋板と、前記蓋板の外
周近傍にほぼ均一に密着する開口端を有する円筒部と底
面部から成り前記蓋板に該開口端をリング状に溶接して
密閉容器を構成する金属製の容器を有し、密閉容器中に
は所定のガスが封入され、この容器の内部底面に沿って
所定の第一の温度で急跳反転動作し第二の温度で急跳反
転復帰するように浅い皿状に成形された円板状の熱応動
板を収納し、その熱応動板に対向して弾性を有する保持
板を配設し、前記蓋板に貫通孔を穿ちその孔にガラスの
如き電気絶縁性の充填材により気密に保持された端子
と、前記蓋板及び端子のどちらか一方に固定接触部材を
接続固定するとともに他方には可動接触部材を接続固定
し、該可動接触部材には前記熱応動板に対峙する受圧片
が設けられ、制御対象機器のハウジングに容器底面が被
検出物の温度変化を受けるように取り付けられハウジン
グ内壁面よりも外側の位置で保持固定され、金属製容器
を熱伝導率が鉄の２分の１以下である金属によって構成
したことにより容器部分を加熱したときに蓋板側への熱
伝導速度を抑え容器底面の温度上昇速度を上げたこと特
徴とする感熱スイッチ。
【請求項３】金属製容器はその円筒部の厚みと長さを
所定の関係となるように設定することにより、容器内部
への熱伝導と容器底面から蓋板方向への円筒部を通じた
熱伝導がそれぞれ規定され、熱応動板の温度上昇速度を
調整されていることを特徴とする請求項２に記載の感熱
スイッチ。
【請求項４】金属製容器は鉄−クロム合金、鉄−ニッ
ケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金またはニッケル−
クロム合金のいずれかにより構成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の感熱スイッチ。
【請求項５】蓋板に第２の貫通孔を穿ちその孔にガラ
スの如き電気絶縁性の充填材により第二の端子を気密に
保持し、固定接触部材と可動接触部材は蓋板に代えて第
一及び第二の端子に接続固定された請求項１乃至請求項
４のいずれか１項に記載の感熱スイッチ。
【請求項６】密閉容器内に封入ガスとしてヘリウムを
５０％以上の割合で封入されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の感熱スイッ
チ。
【請求項７】蓋板の周縁部近傍に段差を設け、容器は
その内周面を蓋板の段差の外縁にほぼ当接するようにし
たことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１
項に記載の感熱スイッチ。