(57)【要約】【課題】寿命末期に至っても溶着することのない電気接点およびそれを用いた信頼性・安全性が大幅に向上したサーマルプロテクタを提供する。【解決手段】対向する第１の主面１１と第２の主面１２とを備えた電気接点１０であって、第１の主面１１と第２の主面１２との間に導電層１３が形成され、導電層１３の第１の主面側の表面層１３ａが、導電性物質を主体として含み、導電層１３の第２の主面側の表面層１３ｄが、電気絶縁性物質と導電性物質とを体積比３０：７０〜７０：３０で含んでいる電気接点とし、この電気接点をサーマルプロテクタに用いる。【選択図】  図１
2004296130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の主面と第２の主面とを備えた電気接点であって、
前記第１の主面と前記第２の主面との間に導電層が形成され、
前記導電層は、前記第１の主面側に導電性物質を主成分として含む層を含み、
前記導電層は、前記第２の主面側に電気絶縁性物質と導電性物質とを含む層を含むことを特徴とする電気接点。
【請求項２】
前記第２の主面側の層に含まれる前記電気絶縁性物質と前記導電性物質との体積比が、３０：７０〜７０：３０である請求項１に記載の電気接点。
【請求項３】
前記導電層が、前記第１の主面側の層から前記第２の主面側の層に向かって段階的に電気絶縁性物質の量が増加する複数の層を含んでいる請求項１または２に記載の電気接点。
【請求項４】
前記導電層中の電気絶縁性物質の割合が、前記第１の主面側から前記第２の主面側へと連続的に増加している請求項１または２に記載の電気接点。
【請求項５】
先端に電気接点を備えた導体部と、先端に電気接点を備えた熱応動素子とを含み、前記導体部の電気接点と、前記熱応動素子の電気接点とが接離可能に配置されたサーマルプロテクタであって、
前記導体部の電気接点および前記熱応動素子の電気接点から選ばれる少なくとも一つに、請求項１〜４のいずれかに記載の電気接点を用い、かつ前記第１の主面を接点面としたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐溶着性を改善した電気接点およびそれを用いたサーマルプロテクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型モータなどの電気機器の異常時に生じる熱的変化を検知して接点を開閉することにより電気機器を保護する装置としてサーマルプロテクタが使用されている。
【０００３】
図３は、従来のガラス封止型のサーマルプロテクタの一部切欠断面図である。図３に示したサーマルプロテクタ３０では、ガラス容器３１内に、先端部に固定側接点３２を備えた固定側内部リード線３３と、先端部に可動側接点３４を備え、他端部に可動側内部リード線３５が接続された熱応動素子３６とが対向して配置され、かつ固定側接点３２と可動側接点３４とが接離可能に配置されている。固定側内部リード線３３および可動側内部リード線３５はガラスビード３７にて支持され、かつ封止部３１ａ内において固定側内部リード線３３および可動側内部リード線３５は、固定側外部リード線３８および可動側外部リード線３９に溶接などによりそれぞれ接続されている。固定側外部リード線３８および可動側外部リード線３９の一端はガラス容器３１の外部に導出されている。
【０００４】
このような従来のサーマルプロテクタは、小型モータなどの電気機器に使用され、機器異常時の過電流による自己発熱および雰囲気温度の上昇により、熱応動素子の反転復帰動作で固定側接点と可動側接点との開閉を行って電流を遮断することにより機器を保護している。
【０００５】
本来、電気接点は開閉頻度が高くなるにつれてアーク放電による表面損傷が進み、従来のサーマルプロテクタにおいても寿命末期まで開閉動作を繰返した場合、その故障モードが接点の不導通か溶着かは予測できないのが現状である。ここで、接点の溶着が発生すると、保護すべき電気機器に障害を与える危険がある。
【０００６】
このため、サーマルプロテクタの最終の故障モードを不導通にするため、絶縁性繊維を内部に挟み込んだ構成の接点を備えたサーマルプロテクタが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、上記構成のサーマルプロテクタでは、絶縁性繊維という異物を挟み込んで接点を作製しているため、接点の機械的強度が劣り、また絶縁性繊維の終端が接点外部に露出しているため、接点の開閉に伴い繊維くずが接点間に脱落し、サーマルプロテクタが十分正常な状態にあるにも拘わらず接点が不導通になり、サーマルプロテクタを装着した電気機器が作動しなくなるという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３１１５７４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電気機器の異常により一旦作動したサーマルプロテクタは、その異常要因が解除されるまで一定周期で接点の開閉を繰り返す。本来、電気接点は開閉頻度が高くなるにつれて表面が消耗し、最終的には互いに溶着するという危険を孕んでいる。しかし、仮にサーマルプロテクタの接点が高頻度の開閉動作により溶着すると、安全素子としての機能が失われるため、電気機器に障害を与えるおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するもので、寿命末期に至っても溶着することのない電気接点およびそれを用いたサーマルプロテクタを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対向する第１の主面と第２の主面とを備えた電気接点であって、
前記第１の主面と前記第２の主面との間に導電層が形成され、
前記導電層は、前記第１の主面側に導電性物質を主体として含む層を含み、
前記導電層は、前記第２の主面側に電気絶縁性物質と導電性物質とを含む層を含むことを特徴とする電気接点を提供する。
【００１２】
また、本発明は、先端に電気接点を備えた導体部と、先端に電気接点を備えた熱応動素子とを含み、前記導体部の電気接点と、前記熱応動素子の電気接点とが接離可能に配置されたサーマルプロテクタであって、
前記導体部の電気接点および前記熱応動素子の電気接点から選ばれる少なくとも一つに、上記電気接点を用い、かつ前記第１の主面を接点面としたことを特徴とするサーマルプロテクタを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の電気接点は、第１の主面側に導電性物質を主成分として含む層を含み、第２の主面側に電気絶縁性物質と導電性物質とを含む層を含んでいる。これにより、開閉の繰り返しによって接点の表面層が摩耗するにつれて接点表面部の電気絶縁性物質の割合が高まり、最終的に接点間は不導通の状態となり、寿命末期での接点の溶着を回避することができる。ここで、導電性物質を主成分として含むとは、体積比で８０体積％以上含むことをいう。
【００１４】
また、第２の主面側の層に含まれる電気絶縁性物質と導電性物質との体積比は３０：７０〜７０：３０であることが好ましく、より好ましくは４５：５５〜６５：３５である。この範囲内であれば、正常時における電気接点の導電性を確保しつつ、寿命末期での溶着をより確実に防止できるからである。
【００１５】
また、上記導電層は、第１の主面側の層から第２の主面側の層に向かって段階的に電気絶縁性物質の量が増加する複数の層を含むことができる。
【００１６】
また、導電層中の電気絶縁性物質の割合は、第１の主面側から第２の主面側へと連続的に増加させることもできる。
【００１７】
なお、導電層中の電気絶縁性物質の濃度勾配は、段階的あるいは連続的に傾斜させずとも本発明の効果が得られるが、熱応力緩和の観点から電気絶縁性物質を傾斜配置した傾斜材料とすることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明のサーマルプロテクタは、上記本発明の電気接点を用い、かつ第１の主面を接点面としているため、上述のようにサーマルプロテクタの寿命末期には接点が不導通状態となり、接点溶着を回避することで機器の安全を確保することができる。
【００１９】
なお、本発明の電気接点は、サーマルプロテクタの対向する接点の両方に用いてもよいし、またはいずれか一方に用いてもよい。特に、直流電源の機器などでは接点の消耗具合が接点の極性に大きく左右されることがあるため、具体的な配置方法は機器の状況に合わせて決定することが望ましい。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本発明の電気接点の一例を示す斜視図（Ａ）とその一部拡大断面図（Ｂ）である。図１に示すように、本実施形態の電気接点１０は、対向する第１の主面１１と第２の主面１２とを備え、第１の主面１１と第２の主面１２との間に導電層１３が形成されている。導電層１３は、例えば、第１の主面１１側から第２の主面１２側に向かって組成の異なる複数の層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから形成されている。また、層１３ａは導電性物質から形成され、この層１３ａから、層１３ｄに向けて、段階的に各層１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ中の電気絶縁性物質の割合が増加し、層１３ｄ中の電気絶縁性物質と導電性物質との体積比は、例えば５０：５０としている。即ち、導電層１３は、段階的に電気絶縁性物質の割合が増加している傾斜材料から形成されている。また、導電層１３中の電気絶縁性物質の割合は、第１の主面１１側から第２の主面１２側へと連続的に増加させることもできる。ただし、第１の主面１１側に導電性物質を主体として含む層を含み、第２の主面１２側に電気絶縁性物質と導電性物質とを含む層を含んでいればよく、必ずしも傾斜材料を用いる必要はない。
【００２２】
導電性物質としては、例えば、Ａｇ、Ｗなどの単独金属粉末、またはＡｇ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｇ−Ｗ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｗなどの合金粉末などが使用できる。また、電気絶縁性物質としては、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニアなどの酸化物の粉末を単体あるいは２種以上の混合物として用いることができるし、絶縁性を現出するためには酸化物に限らず窒化物などを用いても差し支えない。
【００２３】
上記傾斜材料の作製方法としては、粉末冶金・セラミック製造プロセスを主体として種々の方法がすでに広く知られており、例えば、シート積層法、粉末充填プレス法、遠心鋳造法、めっき法、薄膜法、プラズマ法などを採用することができる。また、表面に曲率を有する電気接点を作製する場合などは、粉末充填プレス法などでその作製が可能である。
【００２４】
図２は、本発明のサーマルプロテクタの一例を示す一部切欠断面図である。図２に示すように、本実施形態のサーマルプロテクタ２０は、ガラス容器２１内に、先端部に固定側接点２２を備えた固定側内部リード線２３と、先端部に可動側接点２４を備え、他端部に可動側内部リード線２５が接続された熱応動素子２６とが対向して配置され、かつ固定側接点２２と可動側接点２４とが接離可能に配置されている。固定側内部リード線２３および可動側内部リード線２５はガラスビード２７にて支持され、かつ封止部２１ａ内において固定側内部リード線２３および可動側内部リード線２５は、固定側外部リード線２８および可動側外部リード線２９に溶接などによりそれぞれ接続されている。固定側外部リード線２８および可動側外部リード線２９の一端はガラス容器２１の外部に導出されている。
【００２５】
固定側接点２２には、上記図１に示した本実施形態の電気接点が用いられ、第１の主面１１を接点面とし、第２の主面１２を熱応動素子２６との接続面としている。また、可動側接点２４は、例えば、Ａｇ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｇ−Ｗ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｗなどの合金、またはＡｇ、Ｗなどの単独金属などから形成できる。
【００２６】
上記熱応動素子２６には、熱膨張率の異なる金属板を２枚貼り合わせたバイメタル、または３枚貼り合わせたトリメタルなどが含まれる。一般に、低膨張側の金属としてはＮｉ−Ｆｅ合金などが主に使用できる。また、高膨張側の金属には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｎなどの各種の合金が使用できる。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例には限定されない。
【００２８】
（実施例１）
先ず、以下のようにシート積層法を用いて電気接点を作製した。
【００２９】
導電性物質として平均粒径４μｍの銀粉を準備し、電気絶縁性物質として平均粒径２μｍのアルミナ粉を準備した。この銀粉とアルミナ粉とを、４種類の体積比で混合した混合物を準備した。このそれぞれの混合物１００質量部に、バインダとしてブチラールを３質量部、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウムを０．１質量部、溶剤として酢酸ブチルを３０質量部加えて４種類のスラリーを調製した。アルミナ粉と銀粉との体積比（アルミナ粉／銀粉）は、０／１００、１０／９０、３０／７０、５０／５０の４種類とした。
【００３０】
各スラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの上に塗布し、厚さ約１００μｍの４種類のシートを作製した。このシートからＰＥＴフィルムを剥がし取り、所定の大きさのシート片に切断した。ここで、アルミナ粉／銀粉の体積比が、０／１００のものをシート片Ａ、１０／９０のものをシート片Ｂ、３０／７０のものをシート片Ｃ、５０／５０のものをシート片Ｄとする。続いて、シート片Ａを４枚積層してシート層Ａを形成した。同様にして、シート層Ｂ、シート層Ｃ、シート層Ｄを形成した。
【００３１】
次に、これらのシート層をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に、順次積層プレスして積層成形体を作製した後に切断して、縦２．５ｍｍ、横２．５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのチップを得た。得られたチップを電気炉内で４００℃に加熱して脱バインダし、次いで８００℃で２時間焼成して電気接点を作製した。
【００３２】
次に、図２に示すように、この電気接点を固定側接点と可動側接点との両方に用い、アルミナ粉／銀粉の体積比が０／１００の層が相互に対向するように配置してサーマルプロテクタを作製した。なお、熱応動素子としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金板とＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金板とを貼り合わせたバイメタルを用いた。また、リード線の材料としては、Ｍｎ−Ｎｉ線を用いた。
【００３３】
（実施例２）
可動側接点として従来のＡｇ−Ｎｉ合金から形成した電気接点を用いた以外は、実施例１と同様にしてサーマルプロテクタを作製した。
【００３４】
（実施例３）
固定側接点として従来のＡｇ−Ｎｉ合金から形成した電気接点を用いた以外は、実施例１と同様にしてサーマルプロテクタを作製した。
【００３５】
（比較例）
固定側接点および可動側接点の両方をＡｇ−Ｎｉ合金から形成した以外は、実施例１と同様にしてサーマルプロテクタを作製した。
【００３６】
次に、これらの実施例１、実施例２、実施例３および比較例のサーマルプロテタをそれぞれ３０個用いてライフエンドに至るまでの寿命試験を行った。寿命試験は、ＡＣ１２０Ｖ、１０Ａ、力率８０％の条件で行った。
【００３７】
その結果、実施例１、実施例２、実施例３および比較例のいずれのサーマルプロテクタにおいてもライフエンドまでの接点の開閉回数には一定のバラツキがあったものの、比較例では３０個のサンプルのうち１２個が接点溶着を起こしてライフエンドに至ったのに対し、実施例１、実施例２および実施例３では接点溶着は一切起こらず、すべて接点が不導通状態でのライフエンドとなった。このように本発明に係る実施例１〜３のサーマルプロテクタでは、寿命末期まで接点の開閉が繰り返されても、最終的には接点の不導通状態が確保できることが実証された。
【００３８】
なお、傾斜材料を用いた接点の材料設計にあたり、電気接点の機能を確保するために電気絶縁性物質を最も多く含む層においても所定の導電性が必要となる。本実施例では、電気絶縁性物質を最も多く含む層中のアルミナ粉の体積％は５０体積％としたが、アルミナ粉の体積％が７０体積％以下の範囲ではサーマルプロテクタの品質に影響のない導電性を確認している。
【００３９】
また、従来構造の接点では抵抗溶接による接合を容易にするため、Ｃｕ−Ｎｉ合金などからなる比較的高抵抗の接合層をリード線側に設ける場合があるが、本実施例ではアルミナ粉５０体積％の層を固定側内部リード線側に配置することにより、抵抗値の適度な上昇効果が現出し、上記接合層がなくとも抵抗溶接が容易となることがわかり、本発明の副次的効果も確認できた。
【００４０】
最後に、本発明はガラス容器型サーマルプロテクタを使用して説明したが、樹脂容器型サーマルプロテクタにおいても同様の効果が得られるのは明らかであり、さらに本発明の電気接点は接点溶着のリスクを負うあらゆる有接点継電機器に適用できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、寿命末期に至っても溶着することのない電気接点およびそれを用いた信頼性・安全性が大幅に向上したサーマルプロテクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気接点の一例を示す斜視図（Ａ）とその一部拡大断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明のサーマルプロテクタの一例を示す断面図である。
【図３】従来のサーマルプロテクタの断面図である。
【符号の説明】
１０  電気接点
１１  第１の主面
１２  第２の主面
１３  導電層
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  層
２０、３０  サーマルプロテクタ
２１、３１  ガラス容器
２１ａ、３１ａ  封止部
２２、３２  固定側接点
２３、３３  固定側内部リード線
２４、３４  可動側接点
２５、３５  可動側内部リード線
２６、３６  熱応動素子
２７、３７  ガラスビード
２８、３８  固定側外部リード線
２９、３９  可動側外部リード線
【図１】
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【図２】
2004296130.tif 000004
【図３】
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