WO2011055577A1

WO2011055577A1 - 三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法

Info

Publication number: WO2011055577A1
Application number: PCT/JP2010/063199
Authority: WO
Inventors: 秀昭武田
Original assignee: ウチヤ・サーモスタット株式会社
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2011-05-12
Also published as: DE112010004265B4; US8958196B2; DE112010004265T5; CN102598183A; CN102598183B; JPWO2011055577A1; US20120212210A1; JP5555249B2

Abstract

　三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法を提供する。一般的な電源装置の電気回路４０において電流制限抵抗器３９に近接して配置されたサーマルスイッチ１０の外部接続用配線２７（第１の端子８）は負荷側（整流回路３５）に接続され、この外部接続用配線２７（第１の端子８）と外部接続用配線２８（第２の端子２１）との間に電流制限抵抗器３９が接続され、外部接続用配線２９（第３の端子２２）が電源スイッチ３２の出力側に接続される。これにより電流制限抵抗器３９はサーマルスイッチ１０の内部抵抗部１８と直列に且つスイッチ部３８（接点部）と並列に接続されて配置される。

Description

三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法

　本発明は三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法に係わり、更に詳しくは、電気回路における保護対象の構成部品を保護する上で、電力損失が小さく、汎用的であり、低廉であり、小型であり、かつ繰り返し再使用ができる三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法に関する。

　交流電源から所定の直流電圧を作り出す電源装置が従来技術として知られている。このような電源装置には一般に、整流素子のあとに大容量のキャパシタをもつ平滑回路が設けられている。

　大容量のキャパシタは、通電直後の蓄電による大電流が瞬間的に流れる。この電流は電源装置の回路構成の条件によって数十Ａから１００Ａ程度に達する場合もある。この瞬間電流があまりに大きいと、電源スイッチ、整流ダイオード等の寿命に大きく悪影響を及ぼす。

　このような悪影響をさけるため、一般的に、電源装置の電源スイッチの下流側に電流制限抵抗を直列に配置して出力回路の電流制限を行い、電源スイッチの入力時に整流ダイオードやキャパシタに流れる突入電流を緩和するようにしている。

　ただし、電流制限に固定抵抗を用いると電流損失が大きくなるため、通常はパワーサーミスタと呼ばれる大型で低抵抗のＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタが用いられることが多い。

　このようなサーミスタは、通常、数Ωから２０Ω程度の室温抵抗値を有しており、この抵抗値が、突入電流制限後ではおよそ１／１０に低下する。したがって電源を遮断した後、サーミスタの冷却時間が十分でなく抵抗値が室温抵抗まで上がりきっていない状態で、すぐに電源が再投入されると電流制限効果が十分発揮できない。

　これは、ホットスタートと言われる状態であり、この状態で通電される電気回路には、スイッチ、整流用ダイオード、平滑用コンデンサ等の電気回路を構成する部品の電流制限値を超えた電流が流れることになる。そうすると、整流用ダイオードのショートや平滑用コンデンサのショート等が発生して電流制限抵抗器が焼損する。場合によってはスイッチが破損する。

　このような電流制限抵抗器を有する電気回路での部品の損傷を防止するために、例えばリレーを用いて電流制限抵抗器の両端を短絡させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　また、別の例では、スイッチング電源の突入電流を複雑な回路構成で抑制する電源回路の技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

　また、別の例では、突入電流による電流制限抵抗器の焼損を防止するためにバイメタルスイッチを開閉させて電流制限抵抗の両端を短絡させる技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

　また、別の例として、避雷器を備える電気回路の例では、避雷器の保護のために、避雷器に抵抗と温度ヒューズを直列に接続した技術が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

　また、避雷器の保護の別の例では、異常時の避雷器と直列にギャップを生成して異常発熱を止める技術が提案されている（例えば、特許文献５参照）。

特開２００４－０８０４１９号公報特開２００５－２７４８８６号公報特開２００４－１３３５６８号公報特開平１１－３４１６７７号公報特開２００３－２０３８０３号公報

　しかしながら、特許文献１に示される従来技術は、電流制限抵抗器の焼損を防止することが目的であり、リレーの駆動に電力が消費されるので、電力損失が大きいという課題がある。

　また、特許文献２に示される従来技術は、画像形成装置のスイッチング電源の平滑化コンデンサとヒータ通電開始時の突入電流を抑制しようとするもので、用途が特定の用途に限定され、汎用的でないという課題がある。

　また、特許文献３に示される従来技術は、電源スイッチがオフにされてからオンにされるまでの時間間隔が短くても突入電流を制限することができるように、つまりバイメタルスイッチを早期に復帰させるためにヒートシンクが使用されている。このため、高価で大掛かりな装置になるという課題がある。

　また、特許文献４に示される従来技術は、温度ヒューズでは再使用ができず、温度ヒューズの交換作業が必要になって面倒であるという課題がある。

　また、特許文献５に示される従来技術は、避雷器がバリスタの場合、異常発熱後は再使用すべきでないため、このことへの対応が未解決であるという課題がある。

　上記の課題を解決するために、本発明は、種々の電気回路における保護対象の構成部品を保護する上で、電力損失が小さく、汎用的であり、低廉かつ小型であり、繰り返し再使用ができる三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法を提供することを目的とする。

　本発明の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路は、一端に固定接点を備える固定導体と、該固定導体に一体に形成された外部接続のための第１の端子と、固定接点と対向する位置に可動接点を備え所定の接点接触圧を有する弾性体から成る可動板と、該可動板の可動接点のある側とは反対側端部に形成された外部接続のための第２の端子と、該第２の端子を形成された端部からの切り込みにより接点側から分岐して形成された内部抵抗部に連設する第３の端子と、可動板に係合し所定温度で反転するバイメタル素子と、を備え、常温時ＯＦＦの接点構成で熱応動により接点を閉じる三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路において、該電源回路は電流制限抵抗を備えた電気回路であり、電流制限抵抗を第１と第２の端子間に接続し、第３の端子を電源側に接続し第１の端子を負荷側に接続し、又は第３の端子を負荷側に接続し第１の端子を電源側に接続した、ことを特徴とする。

　上記の電気回路は、例えば、交流又は直流に接続する機器内部で使用される避雷器を備えた三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路であってもよく、この場合、避雷器を第１と第３の端子間に接続し、第２の端子を電源側に接続し第１の端子を接地側に接続し、又は第２の端子を接地側に接続し第１の端子を電源側に接続するようにすればよい。

　また、本発明の三端子付きサーマルスイッチを電気回路に接続する接続方法は、一端に固定接点を備える固定導体と、該固定導体に一体に形成された外部接続のための第１の端子と、固定接点と対向する位置に可動接点を備え所定の接点接触圧を有する弾性体から成る可動板と、該可動板の可動接点のある側とは反対側端部に形成された外部接続のための第２の端子と、該第２の端子を形成された端部からの切り込みにより接点側から分岐して形成された内部抵抗部に連設する第３の端子と、可動板に係合し所定温度で反転するバイメタル素子と、を備え、常温時ＯＦＦの接点構成で熱応動により接点を閉じる三端子付きサーマルスイッチを、電気回路に接続する接続方法であって、電気回路は電流制限抵抗を備えた電気回路であり、電流制限抵抗を第１と第２の端子間に接続し、第３の端子を電源側に接続し第１の端子を負荷側に接続し、又は第３の端子を負荷側に接続し第１の端子を電源側に接続した、ことを特徴とする。

　この三端子付きサーマルスイッチの電気回路接続方法における電気回路は、例えば、交流又は直流に接続する機器内部で使用される避雷器を備えた電気回路であってもよく、この場合、避雷器を第１と第３の端子間に接続し、第２の端子を電源側に接続し第１の端子を接地側に接続し、又は第２の端子を接地側に接続し第１の端子を電源側に接続するようにすればよい。

　本発明の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法は、種々の電気回路における保護対象の構成部品を保護する上で、電力損失が小さく、汎用的であり、低廉であり、小型であり、かつ繰り返し再使用ができるという効果を奏する。

本発明の実施例１又は２に係る三端子付きサーマルスイッチの本体の構成を分解して示す斜視図である。組み立てが完了した図１の本体を組み込んで部品として完成した三端子付きサーマルスイッチを示す側断面図である。実施例１として交流電源から直流電圧を供給する一般的な電源装置の電気回路に図２の三端子付きサーマルスイッチを接続した例を示す図である。図３の電気回路において三端子付きサーマルスイッチを接続した場合と通常のサーマルスイッチを接続した場合の電流と動作時間の関係を比較して示す図である。実施例２として交流又は直流に接続する機器内部で使用され避雷器としてガスアレスタを用いた電気回路に図２の三端子付きサーマルスイッチを接続した例を示す図である。実施例２の変形例として接点（スイッチ部）と並列に比較的大きな容量のキャパシタを接続した例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

　図１は、実施例１に係るサーマルスイッチの本体の構成を分解して示す斜視図である。図１に示すように、サーマルスイッチの本体１は、固定導体２、絶縁体３、可動板４、バイメタル５、及び樹脂ブロック６で構成されている。

　固定導体２は、一端に備えた固定接点７と、この固定接点７を備えた端部の反対側端部に形成された外部接続のための第１の端子８とを備えている。

　絶縁体３は、固定導体２の固定接点７と第１の端子８との中間に樹脂成形で設けられている。この絶縁体３は樹脂成形で一体成形された２本の支柱９を備えている。

　可動板４は、絶縁体３上において支柱９に嵌合する孔１１を有する固定部１２と、固定部１２とは反対側端部の、固定導体２の固定接点７に対向する位置に形成された可動接点１３を備えている。

　更に、可動板４は、可動接点１３の在る可動端側と固定部１２が形成されている固定端側にそれぞれバイメタル５を保持するための１個の鉤爪１４と２個の鉤爪１５を備えている。

　また、この可動板４には、鉤爪１４と鉤爪１５の間のバイメタル保持面１６に、一方の側部方向に寄った位置で、側部に平行する切り込みによって形成された細長孔１７が設けられている。

　この細長孔１７により、バイメタル保持面１６は、狭幅部分１８と広幅部分１９とに切り分けられている。この細長孔１７は、狭幅部分１８と広幅部分１９との切り分けに連続して固定部１２をほぼ中央で端部まで切り分けている。

　切り分けられた固定部１２には、広幅部分１９に連続する端部に外部接続のための第２の端子２１が形成され、狭幅部分１８に連続する端部に外部接続のための第３の端子２２が形成されている。この形状において、上記の狭幅部分１８はサーマルスイッチ本体１の内部抵抗部を構成する。

　尚、この内部抵抗を形成する狭幅部分１８の幅や切り分け長さは、図１では、全体のほぼ１／５の幅で、固定部１２からほぼ可動接点１３の近傍まで切り分けられているが、この幅と長さに限るものではなく、後述する電気回路に組み込まれるときの、電気回路の全体抵抗や各組込み部品の性能によって、幅や長さが決定される。

　ところで上記のサーマルスイッチ本体１の形状を換言すれば、可動板４は、第２の端子２１を形成された端部（固定部１２）からの切り込みにより、接点１３側から固定部１２まで、広幅部分１９から分岐するように形成された内部抵抗部（狭幅部分１８）を備え、この内部抵抗部の端部に第３の端子２２が形成された形状となっている。

　また、この可動板４の広幅部分１９の長手方向のほぼ中央、かつバイメタル保持面１６の短手方向のほぼ中央に突部２３が形成されている。

　バイメタル５は、絞り加工により、常温時には図１のように中央部２４が上に凹状になるように形成され、常温よりも高温な所定温度で反り返り方向を反転させて、中央部２４が上に突状になる。

　樹脂ブロック６は、絶縁体３の支柱９に嵌合する貫通孔２５を有し、下部には、全体の組み付けが完了したとき可動板４の固定端側の鉤爪１５からの逃げ部となる段差部２６が形成されている。

　図１に示す各部材の組み付けは、先ず、絶縁体３の支柱９を可動板４の固定部１２の孔１１に挿通する。これにより、絶縁体３で中央部を絶縁されている固定導体２に可動板４が組み付けられる。

　次に、バイメタル５の両端部（図の斜め左下方向端部と斜め右上方向端部）を、可動板４の１個の鉤爪１４と２個の鉤爪１５に係合させる。これにより、バイメタル５が可動板４に組み付けられる。

　続いて、樹脂ブロック６の貫通孔２５に、絶縁体３の支柱９を貫通させる。そして、可動板４の固定部１２を樹脂ブロック６で押さえて絶縁体３に固定し、樹脂の支柱９の先端を溶融して支柱９により樹脂ブロック６を押さえ込み、樹脂ブロック６を絶縁体３に固定する。これで組み立てが完了する。

　図２は、組み立てが完了したサーマルスイッチ本体１を組み込んで、部品として完成した三端子付きサーマルスイッチを示す側断面図である。尚、図２には、図１と同一構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。

　図２に示すように、組み立てが完了した三端子付きサーマルスイッチ１０は、第１の端子８、第２の端子２１及び第３の端子２２に、外部接続用配線２７、２８及び２９を接続された後、それらの配線の一部と共に、一面（図の右側の一面）が開口する箱状の直方体形状の絶縁性の筐体３０の中に組み付けられる。そして、筐体３０の開口部を封止部材３１によって封止される。

　この三端子付きサーマルスイッチ１０は、常温では、バイメタル５が可動板４の突部２３を支点とし、２個の鉤爪１５を押さえ込み部とする梃子の原理により、１個の鉤爪１４、つまり可動板４の可動接点１３の在る端部側を持ち上げる状態となり、常温時ＯＦＦの接点構成となっている。

　バイメタル５が所定温度で、熱応動により反転すると、バイメタル５により可動板４の可動接点１３の在る端部が押下され、可動接点１３が固定接点７に接触する。このとき可動接点１３が所定の接点接触圧で固定接点７に接触するよう可動板４は適宜の弾性を有している。

　上記のように構成される本実施例１の三端子付きサーマルスイッチ１０は、直流電圧を作り出す電源装置に使用することができる。使用の際は、突入電流を制限する電流制限抵抗器に近接して配置される。

　図３は、交流電源から直流電圧を供給する一般的な電源装置の電気回路４０に、本例の三端子付きサーマルスイッチ１０（以下、単にサーマルスイッチ１０という）を組み込んだ（接続した）例を示す図である。

　図３に示す電気回路４０は電源スイッチ３２が閉じられることによって、交流電源３３から配線３４ａ、３４ｂを介して交流電力が整流回路３５の１次側に入力される。この１次側に入力された交流電圧は、整流回路３５の整流素子のダイオードで整流され、２次側から出力配線３６ａ、３６ｂを介して出力される。

　２次側から出力される直流電圧は、そのままでは脈流電圧であるので出力配線３６ａ、３６ｂ間に整流回路３５と並列に接続されているキャパシタ３７の平滑回路で平滑化され、出力配線３６ａ、３６ｂの端部端子から、外部の負荷に供給される。

　ここで、サーマルスイッチ１０は、電流制限抵抗器３９に近接し、外部接続用配線２７（第１の端子８）と外部接続用配線２８（第２の端子２１）との間に、電流制限抵抗器３９が接続される。

　これにより、固定接点７と可動接点１３から成るスイッチ部３８が電流制限抵抗器３９と並列に接続されて配置されることになる。図３では、上記の外部接続用配線２７（第１の端子８）は、他方では外部の負荷側（図２では整流回路３５）に接続された状態になっている。

　この状態で、外部接続用配線２９（第３の端子２２）が電源スイッチ３２の出力側に接続される。これにより、外部接続用配線２８（第２の端子２１）と外部接続用配線２９（第３の端子２２）との間にある内部抵抗部（狭幅部分１８）が電流制限抵抗器３９に対し直列に接続されて配置されることになる。

　尚、この電気回路４０に対して、外部接続用配線２７と２９の接続を入替えても、つまり外部接続用配線２７を電源側（電源スイッチ３２）に接続し、外部接続用配線２９（第３の端子２２）を負荷側（配線３３４ａ）に接続しても、電流制限抵抗器３９がスイッチ部３８と並列に、且つ内部抵抗部（狭幅部分１８）と直列に接続されることにおいて変わりはない。

　このようにサーマルスイッチ１０を接続した電気回路４０において、電源スイッチ３２をＯＮにして電気回路４０に電流を流すと、直列に接続された内部抵抗部（狭幅部分１８）及び電流制限抵抗器３９により突入電流が制限される。

　また、この通電電流で内部抵抗部がジュール熱で発熱し、この温度上昇分が、電流制限抵抗器３９の発熱温度に上乗せされて、サーマルスイッチ１０のバイメタル５の動作が早められ、サーマルスイッチ１０のスイッチ部３８が早めに閉じられ、電流制限抵抗器３９の両端が短絡される。

　なわち、サーマルスイッチ１０は、電流制限抵抗器３９の温度を感知するだけで動作する場合に較べ、電流制限抵抗器３９の温度をあまり上げずに短絡させることができる。短絡後は電流のほとんどが接点側（スイッチ部３８）に流れる。

　この短絡により、一方では、サーマルスイッチ１０が動作する熱源であった電流制限抵抗３９は、両端部の端子電流が短絡されるため、電流が急激に減少し、発熱が止まって温度が周囲温度まで低下し、抵抗値が突入電流制限機能を発揮できる抵抗値まで回復する。

　他方、サーマルスイッチ１０も、電流制限抵抗３９の発熱が停止したことにより温度が低下するが、内部抵抗部は依然として発熱しているので、この温度でバイメタル５の反転状態を維持、すなわち復帰を阻止する自己保持動作が維持される。これにより、サーマルスイッチ１０による短絡状態が維持される。

　ここで、電源スイッチ３２がＯＦＦされて電源が停止すると、サーマルスイッチ１０の内部抵抗部は熱容量か小さいため、急激に温度が低下し、バイメタル５は短時間で復帰する。すなわちサーマルスイッチ１０は短時間で復帰してスイッチ部３８を開く。

　ここで、電源スイッチ３２が再びＯＮされて電源が再投入された場合でも、電流制限抵抗器３９は既に温度が低下して、抵抗値が増大しているので電流制限機能は大きく残っている。したがって、短期間の間に行われる電源の再投入においても過大な電流が電気４０に流れることはない。これにより、ホットスタートによって生じる問題点が解消される。

　図４は、通常のサーマルスイッチを用いた場合と本例の内部抵抗部を有するサーマルスイッチを用いた場合の電流と動作時間の関係を示す図である。尚、同図は横軸に電流（Ａ）を示し、縦軸に動作時間（ｓｅｃ）を対数目盛りで示している。また、曲線ａは本例のサーマルスイッチ１０、曲線ｂは通常のサーマルスイッチのそれぞれ電流と動作時間の関係を示している。

　図４に曲線ｂで示すように、通常のサーマルスイッチでは、電流制限抵抗器３９の発熱温度でのみ動作することになるため電流が２．３Ａを超えたところでやっと動作し、周囲温度が復帰温度に低下すると直ちに復帰するので動作時間が短い。

　これに対して曲線ａで示すように、本例のサーマルスイッチ１０では、内部抵抗部を有しているので、電流制限抵抗器３９の発熱温度に内部抵抗部の発熱温度が上乗せされて、電流が１Ａのところで早くも動作する。また、電流制限抵抗器３９の発熱温度が相等程度低くなるまで自己保持が働くため動作時間も長くなっている。

　尚、上述した実施例１では、サーマルスイッチ１０と電流制限抵抗器３９との接続構成を交流電源３３と整流回路３５の１次側との間に組み込んでいるが、これに限ることなく、整流回路３５の２次側とキャパシタ３７との間に組み込んでも同様の効果が得られる。

　換言すれば、直流電源から負荷への突入電流を制限する電流制限抵抗器を有する電気回路であれば、その電気回路の電流制限抵抗器に対して、サーマルスイッチ１０を、上述した接続方法で取り付ければよい。

　また、上述した実施例１では、サーマルスイッチ１０を電流制限抵抗器３９に近接させて、電流制限抵抗器３９の発熱温度にサーマルスイッチ１０の内部抵抗部（狭幅部分１８）の発熱温度を上乗せして、サーマルスイッチ１０（のバイメタル５）を動作させているが、これに限るものではない。

　すなわち、サーマルスイッチ１０を電流制限抵抗器３９から離れた位置に配置しても、内部抵抗部（狭幅部分１８）が電流を感知して発熱することにより、サーマルスイッチ１０は単独でも動作できるので、電気回路４０との接続を上述した方法で行えば、上述したと同様の作用・効果が得られる。

　以上は、主に電源の投入時の突入電流に対応する例であったが、電源部のみならず、例えば日本のように屋外で架空配線される場合、屋内電源系統内いわゆる屋内配線に外来サージが入った場合の備えとして避雷器が各所に設置される。

　屋外での架空配線は、電源線のみならず電話等の通信回線も同様で、特に雷の影響でサージ電圧が屋内の機器に侵入すると機器内部の電子部品を損傷したり火災を引き起こす恐れもあった。このサージ電圧を制限するために、避雷器を電源系統内や、個々の機器側に取り付ける場合も多い。

　ところで、一般の屋内電源系統内では、特に照明がＬＥＤに変わりつつある。近年のＬＥＤは輝度の改善が進み、明度においては蛍光灯等の他の照明具と遜色の無い段階に達しており、今後の普及が更に進むと考えられる。

　この場合、照明用の直流系統の電源は、大きな電流は不要であるため、数Ａ程度が予測される。ただしＬＥＤ照明機器は長寿命であるが高価であるため、ＬＥＤ照明機器には通常種々の保護装置が組み込まれる。

　この保護装置としては上述した避雷器が多用される。避雷器はバリスタのような非線形抵抗素子を使用するものと、特定のガスを封入した放電管を使用するものと、半導体技術を応用するものとがあり、それぞれの特性により使い分けられている。

　これらの中で、バリスタは、サージ電圧がバリスタ電圧を越えると端子間のインピーダンスが急激に下がって短絡しやすく、この短絡に対する保護が必要である。また、放電管の場合、直流で使用すると放電が止まらず過熱のおそれがある。また、半導体はサージ耐量があまり大きくないという特性がある。このようにそれぞれ特徴があるため、使用上の注意が必要である。

　中でガスアレスタと称されるガス封入放電管は動作が高速で且つサージ耐量も大きいため信頼性が高く、多用される。しかし、直流の使用では上記のようなアーク放電の継続に対する対策が必要である。この対策として加熱時に外部電極で素子を短絡させる安全策を採用したものもあるが、これは一度作動すると再使用はできなかった。

　上記のガスアレスタに、本発明の三端子付きサーマルスイッチを接続すると、ガスアレスタの放電を矩時間で止め、かつ再使用も可能となる。以下これを実施例２として説明する。

　図５は、実施例２における交流又は直流に接続する機器内部で使用される電気回路であり、避雷器としてガスアレスタを用いた電気回路に図２の三端子付きサーマルスイッチを接続した例を示す図である。

　図５に示す電気回路４１は、電源装置４２と負荷４３とガスアレスタ４４とサーマルスイッチ１０で構成されている。ガスアレスタ４４は、電源供給配線４５と接地間に、電源装置４２及び負荷４３と並列に接続されている。

　この電気回路４１において、サーマルスイッチ１０の外部接続用配線２７（第１の端子８）はガスアレスタ４４の接地側配線に接続され、外部接続用配線２９（第３の端子２２）は反対側配線に接続され、外部接続用配線２８（第２の端子２１）は電源供給配線４５に接続される
　換言すれば、ガスアレスタ４４は、サーマルスイッチ１０の外部接続用配線２７（第１の端子８）と外部接続用配線２９（第３の端子２２）間に接続され、かつ外部接続用配線２７（第１の端子８）は接地側に接続され、外部接続用配線２８（第２の端子２１）が電源側４２に接続された状態となている。

　尚、この電気回路４０に対して、外部接続用配線２７と２９の接続を入替えても、つまり外部接続用配線２９（第３の端子２２）をガスアレスタ４４の接地側配線に接続し、外部接続用配線２７（第１の端子８）を反対側配線に接続しても、ガスアレスタ４４とサーマルスイッチ１０の各部との直列又は並列の接続関係において変わりはない。

　しかし前述しように、電源が直流であると一度放電が始まると放電が継続されるため、電圧を最低アーク電圧より小さくするか、放電電流をアーク放電が維持される電流より小さくすることにより、放電を停止させる必要がある。

　一般に、ガスアレスタはセラミックの円筒の両端に電極をロー付けして作成されている。したがって、通常、四角形状を成すサーマルスイッチをガスアレスタに接して配置しても熱接触はあまり良くなく、従来ではサーマルスイッチの熱応答性は良くなかった。

　本例の電気回路４１とサーマルスイッチ１０との関係は、上述した接続状態により、サーマルスイッチ１０の内部抵抗部（狭幅部分１８）とガスアレスタ４４が直列に接続され、これらとサーマルスイッチ１０の接点部（スイッチ部３８）が並列に接続されている。

　外来サージがガスアレスタ４４の放電開始電圧を超えると、ガスアレスタ４４内に放電が始まる。この時点ではサージ電圧が非常に高いため、きわめて短時間であるが、数ｋＡという非常に大きな電流が回路に流れることがある。ただし、サージ電圧吸収後に流れる放電電流の値は電源系統の抵抗で決まり、数Ａの場合もあれば数十Ａの場合もある。

　サーマルスイッチ１０は、ガスアレスタ４４と直列に接続されている内部抵抗部（狭幅部分１８）がガスアレスタ４４の放電継続中の電流で発熱する。この発熱による温度上昇と、ガスアレスタ４４自身の温度上昇と、放電電流での発熱による温度上昇とが総合した熱により、サーマルスイッチ１０は短時間で動作温度に達する。

　これにより、サーマルスイッチ１０は、単に周囲温度だけで動作する場合に比べて短時間で動作して、スイッチ部３８を閉じ、電源配線４５と接地間を短絡させる。この短絡により、ガスアレスタ４４の内部のアーク放電が停止する。

　アーク放電の停止により、ガスアレスタ４４と直列に接続されている内部抵抗部（狭幅部分１８）の電流が停止し、その発熱が停止する。

　サーマルスイッチ１０の接点側（スイッチ部３８側）には、直流電源系統の電圧と抵抗で決まる電流が流れるが、前述したようにＬＥＤ照明のような場合は、回路内の電流は大きくないため、短絡電流での接点部の発熱は小さく、やがてバイメタル５の反転が復帰し、サーマルスイッチ１０のスイッチ部３８が開放され、電気回路４１における避雷器（ガスアレスタ４４）の再使用の機能が復元される。

　この電気回路４１において、サーマルスイッチ１０は常温時ＯＦＦ型であり、ガスアレスタ４４も通常は放電開始電圧以下で使われるため、サーマルスイッチ１０とガスアレスタ４４が接続されている回路に電流は流れない。

　ここで外部から例えば誘導雷サージのようなサージ電圧が印加され、放電開始電圧を超えるとガスアレスタ４４内で放電が開始される。そして、最終的にアーク電圧までガスアレスタ４４の両端電圧が低下することにより、ガスアレスタ４４は外来サージ電圧を吸収することになる。

　＜実施例２の変形例＞
　ところで、直流電源系統の電圧によっては、サーマルスイッチ１０の復帰時に、接点間で遮断アーク放電が発生する場合がある。そこで接点と並列に比較的大きな容量のキャパシタを接続すると、接点開放と同時にキャパシタ側への充電が始まるため、接点間の電圧上昇速度を遅くすることができる。

　図６は、実施例２の変形例として、接点（スイッチ部３８）と並列に比較的大きな容量のキャパシタを接続した例を示す図である。尚、図６には、図５と同一構成部分には図５と同一の番号を付与して示している。

　図６に示す電気回路４６のように、接点（スイッチ部３８）と並列にキャパシタ４７を接続する回路では、サーマルスイッチ１０の第１の端子と、第２又は第３の端子との間に、キャパシタ４７を接続する。

　これにより、接点（スイッチ部３８）解放時の接点間の電圧上昇速度を抑えることができ、結果として、接点間の放電開始を阻止することができる。

　接点間の放電に関しては、接点開放終了時の接点電圧が２０Ｖ以下であれば接点間の放電が生じないことが経験的に判明している。したがって、接点開放終了時の接点電圧を２０Ｖ以下とするには、キャパシタ４７の容量は電気回路４６の回路電圧や回路インピーダンスによって変化するが、１μＦ以上、好ましくは４７μＦ以上あると良い。

　キャパシタ４７は、容量が大きいほど、接点（スイッチ部３８）を放電から確実に保護することができる。また、このキャパシタ４７は、通常は他へなんらの影響を及ぼさず、異常時もガスアレスタ４４側が先に放電を開始するので接点への溶着のような悪影響を心配する必要もない。

　このようなサーマルスイッチ１０を接続した電気回路４６のような用途はＬＥＤ照明回路の他、通信回路や、今後導入される直流給電系統内の機器を対象とすることができる。

　以上述べたように、本発明の各実施例及び変形例における三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路又はその接続方法によれば、サーマルスイッチの動作が電流制限抵抗の発熱だけでなく、サーマルスイッチの内部抵抗部で電流に応じた発熱を行うので、サーマルスイッチを短時間で動作させることができる
　これにより、電流制限抵抗の温度が大きく上がらないうちに、サーマルスイッチが動作して、電流制限抵抗の両端端子を短絡させるので、電源が遮断された後の電流制限抵抗の復帰を早めることができる。

　また、電流制限抵抗がパワーサーミスタの場合、パワーサーミスタの温度が大きく上がらないうちにサーマルスイッチを作動させることができるため、温度が上昇すると冷却に時間を要するパワーサーミスタの温度を低く抑えることができる。

　これにより、いったん遮断した電源を再投入するときのパワーサーミスタの温度が低く、このため電流制限抵抗が大きい状態で電源を再投入でき、早期の電源再投入でも電流制限効果を維持できる。

　また、サーマルスイッチを避雷器を有する電気回路に接続した場合、特に電気回路が直流で、避雷器がガスアレスタの場合、単にガスアレスタの温度上昇だけで作動する場合に比べて、アーク放電の電流を感知した内部抵抗部の発熱の上乗せで、より早く作動、すなわちガスアレスタ両端をより早く短絡させ、安全にガスアレスタ内部でのアーク放電を停止させることができる。

　また、サーマルスイッチを接続した避雷器を有する電気回路において、接点と並列に比較的大きな容量のキャパシタを接続するので、接点開放と同時にキャパシタ側への充電が始まるため、接点間の電圧上昇速度を遅くすることができる。

　これにより、直流の回路の電圧や波形にかかわりなく、サーマルスイッチが復帰した時、接点間でアーク放電を開始する電圧に到達前に、接点開放動作を完了することで接点間でのアーク放電の発生を防止することができる。

　この場合、キャパシタの比較的大きな容量としては、経験的にみると、内部抵抗部との組み合わせにおいて、内部抵抗部の発熱に応じてバイメタルが熱応動して閉じられた接点が復元して開く動作が終了するまでに、接点開放で立ち上がる電圧が２０Ｖ未満となる容量に設定することが望ましい。これで接点間でのアーク放電の発生を防止することができる。

　本発明は、三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路及びその接続方法に利用することができる。

　　１　サーマルスイッチ本体
　　２　固定導体
　　３　絶縁体
　　４　可動板
　　５　バイメタル
　　６　樹脂ブロック
　　７　固定接点
　　８　第１の端子
　　９　支柱
　１１　孔
　１２　固定部
　１３　可動接点
　１４、１５　鉤爪
　１６　バイメタル保持面
　１７　細長孔
　１８　狭幅部分
　１９　広幅部分
　２１　第２の端子
　２２　第３の端子
　２３　突部
　２４　中央部
　２５　貫通孔
　２６　段差部
　２７、２８、２９　外部接続用配線
　３０　筐体
　３１　封止部材
　３２　電源スイッチ
　３３　交流電源
　３４ａ、３４ｂ　配線
　３５　整流回路
　３６ａ、３６ｂ　出力配線
　３７　キャパシタ
　３８　スイッチ部
　３９　電流制限抵抗器
　４０　電気回路
　４１　電気回路
　４２　電源装置
　４３　負荷
　４４　ガスアレスタ
　４５　電源供給配線
　４６　電気回路
　４７　キャパシタ

Claims

　一端に固定接点を備える固定導体と、該固定導体に一体に形成された外部接続のための第１の端子と、前記固定接点と対向する位置に可動接点を備え所定の接点接触圧を有する弾性体から成る可動板と、該可動板の前記可動接点のある側とは反対側端部に形成された外部接続のための第２の端子と、該第２の端子を形成された端部からの切り込みにより接点側から分岐して形成された内部抵抗部に連設する第３の端子と、前記可動板に係合し所定温度で反転するバイメタル素子と、を備え、常温時ＯＦＦの接点構成で熱応動により接点を閉じる三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路において、
　該電気回路は電流制限抵抗を備えた電気回路であり、
　前記電流制限抵抗を前記第１と前記第２の端子間に接続し、
　前記第３の端子を電源側に接続し前記第１の端子を負荷側に接続し、又は前記第３の端子を前記負荷側に接続し前記第１の端子を前記電源側に接続した、
　ことを特徴とする三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　前記電流制限抵抗はパワーサーミスタである、ことを特徴とする請求項１記載の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　前記電気回路は交流又は直流に接続する機器内部で使用される避雷器を備えた三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路であり、
　前記避雷器を前記第１と前記第３の端子間に接続し、
　前記第２の端子を電源側に接続し前記第１の端子を接地側に接続し、又は前記第２の端子を前記接地側に接続し前記第１の端子を前記電源側に接続した、
　ことを特徴とする三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　前記避雷器はアレスタ又はガス入り放電管である、ことを特徴とする請求項３記載の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　前記第１の端子と前記第２の端子、又は前記第１の端子と前記第３の端子に並列に所定容量のキャパシタを接続する、ことを特徴とした請求項３又は４記載の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　前記キャパシタの所定容量は、前記内部抵抗との組み合わせにおいて、前記内部抵抗の発熱に応じて前記バイメタル素子が熱応動して閉じられた前記接点が復元して開く動作が終了するまでに、接点開放で立ち上がる電圧が２０Ｖ未満となる容量である、ことを特徴とする請求項５記載の三端子付きサーマルスイッチを接続した電気回路。
　一端に固定接点を備える固定導体と、該固定導体に一体に形成された外部接続のための第１の端子と、前記固定接点と対向する位置に可動接点を備え所定の接点接触圧を有する弾性体から成る可動板と、該可動板の前記可動接点のある側とは反対側端部に形成された外部接続のための第２の端子と、該第２の端子を形成された端部からの切り込みにより接点側から分岐して形成された内部抵抗部に連設する第３の端子と、前記可動板に係合し所定温度で反転するバイメタル素子と、を備え、常温時ＯＦＦの接点構成で熱応動により接点を閉じる三端子付きサーマルスイッチを、電気回路に接続する接続方法であって、
　前記電気回路は電流制限抵抗を備えた電気回路であり、
　前記電流制限抵抗を前記第１と前記第２の端子間に接続し、
　前記第３の端子を電源側に接続し前記第１の端子を負荷側に接続し、又は前記第３の端子を前記負荷側に接続し前記第１の端子を前記電源側に接続した、
　ことを特徴とする三端子付きサーマルスイッチの電気回路接続方法。
　前記電気回路は交流又は直流に接続する機器内部で使用される避雷器を備えた電気回路であり、
　前記避雷器を前記第１と前記第３の端子間に接続し、
　前記第２の端子を電源側に接続し前記第１の端子を接地側に接続し、又は前記第２の端子を前記接地側に接続し前記第１の端子を前記電源側に接続した、
　ことを特徴とする三端子付きサーマルスイッチの電気回路接続方法。