WO2014155679A1 - 熱応動開閉器、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明に係る熱応動開閉器は、金属製のハウジングと蓋板とで構成された密閉容器と、蓋板に設けられた２つの貫通孔に気密に固定された２つの導電端子ピンと、一方の導電端子ピンに固定された固定接点と、一端が他方の導電端子ピンに接続され、他端が蓋板に接続されたヒーターと、一端がハウジングの内面に接続され、所定の温度で湾曲方向が反転する熱応動板と、熱応動板の他端に設けられ、固定接点とともに開閉接点を構成する可動接点と、を備える。貫通孔は、蓋板を外方に突出させた筒状部により構成されており、その筒状部と充填材と導電端子ピンのみが電気絶縁性の樹脂によって覆われている。

Description

熱応動開閉器、および、その製造方法

　本発明は、密閉型電動圧縮機の内部に保護装置として設置される熱応動開閉器、および、その熱応動開閉器の製造方法に関する。

　この種の熱応動開閉器は、金属製のハウジングと蓋板とからなる密閉容器の内部に、所定の温度でその湾曲方向が反転する熱応動板を備えている。蓋板には導電端子ピンが挿通され、ガラスなどの電気絶縁性の充填材により気密に固定されている。この導電端子ピンの密閉容器内の先端部には、直接的にまたは支持体などを介して間接的に固定接点が取り付けられている。また、熱応動板の一端は、支持体などを介して密閉容器の内面に接続固着されている。また、熱応動板の他端には、可動接点が固着されている。この可動接点は、固定接点とともに開閉接点を構成している。

　この熱応動開閉器は、密閉型電動圧縮機の密閉ハウンジング内に取り付けられて、圧縮機用電動機の保護装置、いわゆるサーマルプロテクタとして用いられる。そして、熱応動開閉器の周辺が異常な高温になったとき、あるいは、電動機に異常な電流が流れて熱応動開閉器の内部が異常な高温となったときなどに、熱応動板が反転して接点間が開放され、これにより、非通電状態となる。一方、温度が所定値以下に低下すると、熱応動板が復帰して再び接点間が閉じられ、これにより、通電状態となる。

特開平１０－１４４１８９号

　ところで、熱応動開閉器においては、外部の温度を内部に速やかに反映させたり、あるいは、内部の温度を外部に速やかに逃がしたりすることにより、熱応動板を適切な温度で動作させることが望ましい。ところが、例えば図９および図１０に示すように、従来の熱応動開閉器１００においては、密閉容器１０２を構成する蓋板１０４の外側の殆どの面が被覆材である電気絶縁性の樹脂１２１によって覆われた状態となっており、この樹脂１２１によって密閉容器１０２の熱伝達性が著しく阻害されてしまう。そのため、熱応動開閉器の本体部を構成する密閉容器の熱伝達性を向上する技術の開発が求められている。なお、この種の電気絶縁性樹脂は、蓋板と導電端子ピンとの絶縁距離を確保するために、これら蓋板および導電端子ピンを覆うように設けられる。そして、本発明の技術分野に係るいわゆるインターナルプロテクタでは、少なくとも２ｍｍの絶縁距離（沿面距離）が要求される。しかし、導電端子ピンを固定する充填材だけでは、２ｍｍの絶縁距離を確保することが困難である。そのため、この種の電気絶縁性樹脂を設けることにより、必要な絶縁距離を確保するようにしている。

　本発明の目的は、絶縁距離を確保するための電気絶縁性の樹脂を設けつつも、密閉容器の熱伝達性を向上させることができる熱応動開閉器を提供することにある。

　本発明の熱応動開閉器は、導電端子ピンが固定される貫通孔が、蓋板を外方に突出させた筒状部により構成されており、その筒状部と充填材と導電端子ピンのみが電気絶縁性の樹脂によって覆われていることを最も主要な特徴とする。

　これにより、密閉容器を構成する蓋板の外側の殆どの面ではなく筒状部の端部を含む極一部のみが樹脂によって覆われる。従って、蓋板の外側の殆どの面が樹脂によって覆われた従来技術に比べ、熱応動開閉器の本体部を構成する密閉容器の熱伝達性を格段に向上することができる。また、貫通孔は、蓋板を外方に突出させた筒状部により構成されているので、充填材（ガラス）の厚みを維持することができる。これにより、導電端子ピンが取り付けられる部分の強度を維持しつつ、蓋板の殆どの部分の板厚を薄くすることができ、従って、密閉容器の熱伝達性を格段に向上することができる。また、蓋板から筒状部が突出している分、蓋板全体としての表面積、つまり、伝熱面積が増えるので、これによっても、密閉容器の熱伝達性の向上を図ることができる。

　また、本発明の熱応動開閉器によれば、樹脂を形成する樹脂材料の溶融前の形状は、内径が導電端子ピンの外径よりも大きく、外径が筒状部の外径に２ｍｍを加えた寸法よりも小さい形状とするとよい。これにより、溶融した樹脂材料が筒状部の端部において表面張力により留まるようになり、それ以上広がらないようになる。従って、確実に筒状部の端部を含む導電端子ピン部分を樹脂によって覆うことができ、ひいては、密閉容器の熱伝達性を確実に向上することができる。なお、溶融前の樹脂材料の外径は、筒状部の外径に最大で２ｍｍを加えた寸法よりも小さい寸法であればよいが、より好ましくは、筒状部の外径に１ｍｍを加えた寸法よりも小さい形状であるとよい。また、溶融前の樹脂材料の外径は、筒状部の外径から２ｍｍを減じた寸法よりも大きい形状であることが好ましい。

　また、本発明の熱応動開閉器によれば、導電端子ピンは、銅を芯材とした構成であり、熱伝達性に優れた構成であるので、この導電端子ピンを介しても熱の伝達が行われるようになり、熱伝達性の一層の向上を図ることができる。

一実施形態に係る熱応動開閉器の縦断面図 図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う熱応動開閉器の横断面図 熱応動開閉器の側面図 熱応動開閉器の平面図 樹脂材料を溶融する前の状態を示す要部の拡大図 保護ユニットの外観図 熱応動開閉器および保護ユニットの取り付け例を示す図（その１） 熱応動開閉器および保護ユニットの取り付け例を示す図（その２） 従来の熱応動開閉器を示す図１相当図 従来の熱応動開閉器を示す図３相当図

　以下、本発明を電動圧縮機のサーマルプロテクタ（保護装置）に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１から図４に示すように、熱応動開閉器１の本体部を構成する耐圧型の密閉容器２は、金属製のハウジング３と蓋板４とから構成されている。ハウジング３は、鉄板などをプレスにより絞り成形して作られており、長尺方向の両端部がほぼ球面状に成形され、その両端部を繋ぐ中央部が半円状断面を持つように成形された長ドーム形状をなしている。蓋板４は、鉄板を長円形に成形して作られており、ハウジング３の開口端にリングプロジェクション溶接などにより気密に封着されている。

　密閉容器２の内側には、金属板で作られた支持体５を介して熱応動板６の一端が接続固定されている。この熱応動板６は、バイメタルやトリメタルなどの熱によって変形する部材を浅い皿状に絞り成形したもので、所定の温度に達するとその湾曲方向が急跳反転するようになっている。熱応動板６の他端には可動接点７が固着されている。密閉容器２のうち支持体５を固定した部分を外側からつぶして変形することにより、可動接点７と固定接点８（後述）との接触圧力を調整でき、熱応動板６の反転動作温度を所定値に較正することができる。

　蓋板４には、貫通孔４Ａ，４Ｂが設けられている。これらの貫通孔４Ａ，４Ｂには、熱膨張係数を考慮したガラスなどの電気絶縁性の充填材９により、それぞれ導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂが周知のコンプレッションタイプのハーメチックシールにより気密に絶縁固定されている。これら導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂは、銅を芯材としたクラッド材（複合金属材）で構成されている。導電端子ピン１０Ａのうち密閉容器２の内側に位置する先端の近傍には接点支持体１１が固着されており、その接点支持体１１には、可動接点７と対向した位置に固定接点８が固着されている。

　導電端子ピン１０Ｂのうち密閉容器２の内側に位置する先端の近傍には、発熱体であるヒーター１２の一端が固定されている。ヒーター１２の他端は、蓋板４の上面（内面）に固定されている。このヒーター１２は、導電端子ピン１０Ｂの周囲に沿って熱応動板６とほぼ平行に配置されており、ヒーター１２による発熱が熱応動板６に効率的に伝達されるようになっている。

　ヒーター１２には、断面積が他の部分よりも小さい溶断部１２Ａ（図２参照）が設けられている。制御対象機器である圧縮機の通常運転時には、詳しくは後述する電動機２０４（図８参照）の運転電流で溶断部１２Ａが溶断することはない。また、電動機２０４が拘束状態になった時には、短時間で熱応動板６が反転し接点７，８間を開放するため、この場合も溶断部１２Ａが溶断することはない。熱応動開閉器１が長期にわたり開閉を繰り返し、保証動作回数を超えると、可動接点７と固定接点８が溶着して開離不能となることがある。この場合に電動機２０４の回転子が拘束されると、過大な電流により溶断部１２Ａの温度が上昇しやがて溶断に至るため、電路が確実に遮断されて、電動機２０４への通電を確実に遮断することができる。

　導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂを固定している充填材９の上には、セラミックス、ジルコニア（二酸化ジルコニウム）などからなる耐熱性無機絶縁部材１３が隙間なく密着して固定されている。この耐熱性無機絶縁部材１３は、予め設定された沿面放電に対する電気的強度やスパッタに対する耐熱性などの物理的強度を考慮した形状とされている。その結果、ヒーター１２の溶断時に発生するスパッタが耐熱性無機絶縁部材１３の表面に付着しても、充分な絶縁性を維持することができ、溶断部間で発生したアークが導電端子ピン１０Ｂと蓋板４との間または導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂ間に転移することを防止できる。

　電動機２０４に流れる電流が短時間の起動電流を含め通常の運転電流である場合には、熱応動開閉器１の接点７，８は閉じたままであり、これにより、導電端子ピン１０Ａ－固定接点支持体１１－固定接点８－可動接点７－熱応動板６－熱応動板支持体５－ハウジング３－蓋板４－ヒーター１２－導電端子ピン１０Ｂからなる電路が維持される。従って、電動機２０４への通電が継続される。これに対し、電動機２０４の負荷増大により通常よりも大きい電流が継続して流れた場合、電動機２０４が拘束されて極めて大きい拘束電流が数秒以上継続して流れた場合、詳しくは後述する電動圧縮機２０１の耐圧気密容器２０２（密閉型ハウジング）内の冷媒が異常な高温になった場合などには、熱応動板６の湾曲方向が反転して接点７，８が開き、上記電路が遮断される。従って、電動機２０４への通電が遮断される。その後、熱応動開閉器１の内部温度が低下すると、熱応動板６は湾曲方向を再び反転して接点７，８が閉じ、電動機２０４への通電が開始される。

　熱応動開閉器１において、貫通孔４Ａ，４Ｂは、例えばバーリング加工によって蓋板４の一部を外方に向かって筒状（この場合、円筒状）に突出させた筒状部４Ａａ，４Ｂｂにより構成されている。そして、その筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部（先端部）と充填材９と導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの一部（充填材９の近傍部分）のみが、被覆材である電気絶縁性の樹脂２１によって覆われている。この樹脂２１としては、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。なお、樹脂２１は、少なくとも充填材９の表面を全て覆う必要があり、この場合、少なくとも直径３．６ｍｍ（φ３．６ｍｍ）以上の球面（沿面）をなすように形成するとよい。これにより、蓋板４と導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂとの間に十分な絶縁距離（少なくとも２ｍｍ以上の絶縁距離）を確保することができる。また、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの突出量や径寸法は、適宜変更して設定することができる。

　次に、このように筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部と充填材９と導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの一部のみが樹脂２１によって覆われた熱応動開閉器１を製造する製造方法について説明する。即ち、図５に示すように、蓋板４から外方に向かって筒状に突出した筒状部４Ａａ，４Ｂｂによって形成された貫通孔４Ａ，４Ｂには、導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂが挿通され、そして、これら導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂが充填材９により絶縁固定される。そして、この状態の筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部に、樹脂材料の一例である円環状の樹脂ペレット２１Ａが配置される。そして、この樹脂ペレット２１Ａを溶融して固化させることで、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部と充填材９と導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの一部のみが樹脂２１によって覆われた熱応動開閉器１が製造される。

　図５に示すように、この樹脂ペレット２１Ａは、所定の厚み（例えば、１ｍｍ）を有する円環状に形成されている。そして、この樹脂ペレット２１Ａの内径Ｄ１は、少なくとも、導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの外径Ｄ２よりも大きく形成されている。この場合、樹脂ペレット２１Ａの内径Ｄ１は、１．８ｍｍとなっている。

　また、この樹脂ペレット２１Ａの外径Ｄ３は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径Ｄ４に２ｍｍを加えた寸法Ｄ５よりも小さく形成することが好ましく、より好ましくは、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径に１ｍｍを加えた寸法Ｄ６よりも小さく形成するとよい。この場合、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径は５ｍｍほどであり、樹脂ペレット２１Ａの外径は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径（５ｍｍ）に２ｍｍを加えた寸法Ｄ５（７ｍｍ）、さらには筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径（５ｍｍ）に１ｍｍを加えた寸法Ｄ６（６ｍｍ）よりも小さい寸法である５．５ｍｍとなっている。

　また、樹脂ペレット２１Ａの外径Ｄ３は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径から２ｍｍを減じた寸法よりも大きく形成することが好ましく、より好ましくは、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径（筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径から０ｍｍを減じた寸法）よりも大きく形成するとよい。この場合、樹脂ペレット２１Ａの外径は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径（５ｍｍ）から２ｍｍを減じた寸法（３ｍｍ）、さらには筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径（５ｍｍ）よりも大きい寸法である５．５ｍｍとなっている。

　要するに、樹脂ペレット２１Ａの外径Ｄ３の最大許容寸法は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径に２ｍｍを加えた寸法、より好ましくは、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径に１ｍｍを加えた寸法である。一方、樹脂ペレット２１Ａの外径の最小許容寸法は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径から２ｍｍを減じた寸法、より好ましくは、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径と一致する寸法である。そして、本実施形態では、樹脂ペレット２１Ａの外径は、より好ましい範囲（筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径よりも大きく、且つ、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの外径に１ｍｍを加えた寸法よりも小さい範囲）に含まれる５．５ｍｍで設定されている。

　また、樹脂２１の総量（１か所当たりの総量）、換言すれば樹脂ペレット２１Ａの総量（１つ当たりの総量）は、貫通孔４Ａ，４Ｂの開口径、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの直径寸法、導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの径寸法、樹脂材料の性質（例えば、樹脂材料の流れ易さ、流れ難さ、粘性、溶融し易さ、溶融し難さ）などを考慮して設計するとよい。また、樹脂２１は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部において、連続気泡や不連続気泡などを発生することなく、充填材９の全体が外部から見えないように覆うことが好ましい。従って、樹脂２１の総量（樹脂ペレット２１Ａの総量）は、このような状態を実現するに十分な量が必要である。また、樹脂ペレット２１Ａの総量は、導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂに必要以上に干渉（付着）しないよう、溶融時に導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂに沿って必要以上に延び進まない程度の量に抑えるとよい。

　次に、以上のように構成された熱応動開閉器１を密閉形電動圧縮機に取り付ける場合の取り付け例について図６から図８を参照しながら説明する。
　図６に示すように、熱応動開閉器１は、前述した構造を有したものであり、電気絶縁性の合成樹脂などで構成されたケース３２に保持されて保護ユニット３１を構成する。このケース３２には、一方の接続用端子部材３３がインサート成型されている。この接続用端子部材３３のうちケース３２側の端部３３Ａには、熱応動開閉器１を構成する導電端子ピン１０Ａが溶接固定されている。一方、接続用端子部材３３のうちケース３２の外側に位置する先端は、タブ端子３３Ｂとされている。

　また、ケース３２に取り付けられた他方の接続用端子部材３４は、ケース３２の所定位置にスナップアクションで固定されている。接続用端子部材３４のうちケース３２側の端部３４Ａには、熱応動開閉器１を構成する導電端子ピン１０Ｂが溶接固定されている。接続用端子部材３４の他端は、電動圧縮機２０１の外部に繋がるリセプタクル端子３４Ｂとされている。熱応動開閉器１は、そのハウジング３の周囲部分が保護壁３２Ａによって覆われるように配置される。但し、保護壁３２Ａとハウジング３との間には、これらが相互に密着しないように隙間が設けられている。そのため、この隙間に冷媒が流れてハウジング３との間で熱交換される。

　図７および図８に示すように、この保護ユニット３１は、密閉形電動圧縮機２０１の耐圧気密容器２０２の内部に配置される。電動圧縮機２０１の耐圧気密容器２０２には、気密端子２０３が取り付けられている。そして、保護ユニット３１のリセプタクル端子３４Ｂは、気密端子２０３が備える複数の端子ピン２０３Ａのうちの何れか１つに接続固定される。この端子ピン２０３Ａには、タブ端子が溶接固定されている。このタブ端子とリセプタクル端子３４Ｂとを組み合わせることで、保護ユニット３１の端子ピン２０３Ａに対する回転が防止される。一方、保護ユニット３１の接続用端子部材３３には、電動機２０４の主巻線２０４Ａ（図８参照）が接続されている。即ち、保護ユニット３１は、電源と電動機２０４との間に直列に配置されている。これにより、電動圧縮機２０１の異常時には、熱応動開閉器１が動作して電動機２０４への給電が遮断される。

　以上に説明したように、本発明を適用した熱応動開閉器１によれば、導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂが固定される貫通孔４Ａ，４Ｂは、蓋板４の一部を外方に突出させた筒状部４Ａａ，４Ｂｂにより構成されており、その筒状部４Ａａ，４Ｂｂと充填材９と導電端子ピン１０Ａ，１０Ｂの一部のみが電気絶縁性の樹脂２１によって覆われている。従って、熱応動開閉器１の本体部を構成する密閉容器２の熱伝達性を格段に向上させることができる。

　なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形あるいは拡張が可能である。例えば、樹脂２１は、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの端部のほか、筒状部４Ａａ，４Ｂｂの側面を覆っていてもよい。

Claims (7)

1. 　金属製のハウジングとその開口端に気密に固着される蓋板とで構成された密閉容器と、
   　前記蓋板に設けられた２つの貫通孔にそれぞれ挿通され、それぞれ電気絶縁性の充填材によって気密に固定された２つの導電端子ピンと、
   　前記密閉容器内において、一方の前記導電端子ピンに固定された固定接点と、
   　前記密閉容器内において、一端が他方の前記導電端子ピンに接続され、他端が前記蓋板に接続されたヒーターと、
   　皿状に絞り成形されたものであり、一端が前記ハウジングの内面に接続され、所定の温度でその湾曲方向が反転する熱応動板と、
   　前記熱応動板の他端に設けられ、前記固定接点とともに一対の開閉接点を構成する可動接点と、
   を備え、
   　前記開閉接点の溶着時に前記ヒーターが溶断することにより電路が遮断され、
   　前記貫通孔は、前記蓋板を外方に突出させた筒状部により構成されており、その筒状部と前記充填材と前記導電端子ピンのみが電気絶縁性の樹脂によって覆われていることを特徴とする熱応動開閉器。
2. 　前記樹脂は、円環状の樹脂材料を溶融して固化させることにより前記筒状部と前記充填材と前記導電端子ピンのみを覆うように形成され、
   　溶融前の前記樹脂材料は、内径が前記導電端子ピンの外径よりも大きく、外径が前記筒状部の外径に２ｍｍを加えた寸法よりも小さい形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱応動開閉器。
3. 　溶融前の前記樹脂材料は、外径が前記筒状部の外径に１ｍｍを加えた寸法よりも小さい形状であることを特徴とする請求項２に記載の熱応動開閉器。
4. 　溶融前の前記樹脂材料は、外径が前記筒状部の外径から２ｍｍを減じた寸法よりも大きい形状であることを特徴とする請求項２または３に記載の熱応動開閉器。
5. 　前記導電端子ピンは銅を芯材とした構成であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱応動開閉器。
6. 　金属製のハウジングとその開口端に気密に固着される蓋板とで構成された密閉容器と、
   　前記蓋板に設けられた２つの貫通孔にそれぞれ挿通され、それぞれ電気絶縁性の充填材によって気密に固定された２つの導電端子ピンと、
   　前記密閉容器内において、一方の前記導電端子ピンに固定された固定接点と、
   　前記密閉容器内において、一端が他方の前記導電端子ピンに接続され、他端が前記蓋板に接続されたヒーターと、
   　皿状に絞り成形されたものであり、一端が前記ハウジングの内面に接続され、所定の温度でその湾曲方向が反転する熱応動板と、
   　前記熱応動板の他端に設けられ、前記固定接点とともに一対の開閉接点を構成する可動接点と、
   を備え、前記開閉接点の溶着時に前記ヒーターが溶断することにより電路が遮断される熱応動開閉器を製造する製造方法であって、
   　前記貫通孔を、前記蓋板を外方に突出させた筒状部により構成し、その筒状部の端部において円環状の樹脂材料を溶融して固化させることにより、前記筒状部と前記充填材と前記導電端子ピンのみを電気絶縁性の樹脂によって覆うことを特徴とする熱応動開閉器の製造方法。
7. 　前記樹脂材料として、溶融前の内径が前記導電端子ピンの外径よりも大きく、溶融前の外径が前記筒状部の外径に２ｍｍを加えた寸法よりも小さい形状である樹脂材料を用いることを特徴とする請求項６に記載の熱応動開閉器の製造方法。

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