(57)【要約】【課題】機械的に安定な温度スイッチを提供する。【解決手段】少なくとも一方が永久磁石とされて電磁吸引力により接触される固定接点部材２と可動接点部材１との間に、熱変形により所定温度のもとで両接点部材１，２間を開閉する感熱エレメント５が収容されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が永久磁石とされて電磁吸引力により接触される固定接点部材と可動接点部材との間に、所定温度のもとで熱変形により両接点部材間を開閉する感熱エレメントが収容されていることを特徴とする温度スイッチ。
【請求項２】
両接点部材の対向面の少なくとも一方に凹部が設けられ、該凹部に感熱エレメントが収容されていることを特徴とする請求項１記載の温度スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度スイッチにおいては、所定温度Ｔ０を越えようとするとスイッチオフ動作して被加熱体への通電を遮断し、この通電遮断により所定温度Ｔ０以下に降温しようとするとスイッチオン動作して被加熱体の再通電を行い、以後、スイッチオフとスイッチオンとを繰り返して被加熱体の温度をほぼ所定温度Ｔ０に保持している。
従来、温度スイッチにはバイメタルスイッチが使用されている。
バイメタルスイッチでは、バイメタルを可動接点部材とし、この可動接点部材を固定接点部材に絶縁スペーサを介して片持ち梁式に締結部材により、例えば絶縁ボルトにより締結している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイメタルスイッチにおいては、両接点部材間の接触圧力が片持ちの締結箇所に曲げモーメントとして作用し、更に締結箇所に接点部材、絶縁スペーサ、締結部材の熱膨張係数及びヤング率の相違によって熱応力が発生するため、締結箇所が応力疲労し易く、絶縁スペーサの早期絶縁損傷が懸念される。
【０００４】
本発明の目的は、機械的に安定な温度スイッチを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る温度スイッチは、少なくとも一方が永久磁石とされて電磁吸引力により接触される固定接点部材と可動接点部材との間に、熱変形により所定温度のもとで両接点部材間を開閉する感熱エレメントが収容されていることを特徴とし、両接点部材の対向面の少なくとも一方に凹部を設け、該凹部に感熱エレメントを収容することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る温度スイッチの実施例を示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１は可動接点部材、２は固定接点部材であり、少なくとも一方を永久磁石として電磁吸引力により閉接させてある。すなわち、一方を永久磁石とし他方を未磁化の磁性体とするか、両接点部材を共に永久磁石としてある。３，３は固定接点部材２の表面両端部に絶縁層３１，３１を介して設けた一対の電極である。４は両接点部材１、２間が接触している時に前記電極３，３間を電気導通するために可動接点部材１の表面に設けた導電層である。この導電層４や前記電極３には例えば銀や金メッキを使用できる。導電層４は磁束に対して高い磁気抵抗値を呈するから、両接点部材１，２間を通過する磁束を充分に多くして所定の電磁吸引力を得るために、可動接点部材１の表面を充分な面積で露出させるように導電層４は部分的に設けてある。
Ａは固定接点部材２の表面に設けた凹部であり、外郭をたとえば円形または正方形としてある。５は該凹部Ａに収容された感熱エレメントであり、所定の熱膨張係数を有し可動接点部材の可動方向（以下、Ｙ方向という）に熱膨張収縮し、その可動方向圧縮に対し所定の弾性率を有する。
６は絶縁ハウジングであり、可動接点部材１の運動を許容する空間６０を有し、電極３に対するリード導体７が引き出されている。
【０００７】
前記感熱エレメント４を収容するための凹部Ａは図２の（イ）に示すように可動接点部材１側に、または図２の（ロ）に示すように固定接点部材２と可動接点部材１の両側にまたがって設けることもできる。これらの場合、図２の（ハ）に示すように、上記の導電層４は可動接点部材１の凹部Ａの周囲の平坦面のみに設けることもできる。
【０００８】
上記の温度スイッチにおいて、感熱エレメントのＹ方向弾性率をＥ、１℃当たりのＹ方向の熱膨張・収縮量をＫ、両接点部材間の電磁吸引力をＦ、両接点部材が閉じた状態にあるときの電磁吸引力をＦ０とすると、感熱エレメントが加熱されても（加熱温度Ｔとする）可動接点部材がまだ閉状態にあるときに感熱エレメントに発生する熱反力ｆは
【０００９】
【数１】
Ｆ０＞ｆ
ｆ＝ＥＫＴ
により与えられ、この熱反力ｆが前記電磁吸引力Ｆ０を越えたときに可動接点部材が固定接点部材を脱離し、固定接点部材２の両電極３，３間が電気的にオフ状態とされる。
従って、スイッチオフ温度Ｔｈは
【００１０】
【数２】
Ｔｈ＝Ｆ０／ＥＫ
で与えられる。
【００１１】
図３の（イ）はスイッチオフの初期状態、すなわち可動接点部材１が固定接点部材２から離れた直後でまだハウジング内空間６０の奥方に逃がされていない状態を示している。
而るに、電磁吸引力はクーロンの法則により相互間の距離の２乗に反比例するから、可動接点部材１が固定接点部材２から遠のくに伴い上記の電磁吸引力が急激に減少され、
【００１２】
【数３】
Ｆ＜ＥＦＴｈ
が成立し、可動接点部材１が加速的に図３の（ロ）に示すようにハンジング内空間６０の奥方に逃がされる。
スイッチオフ後、通電停止による温度降下で感熱エレメントの熱反力ＥＫＴが低下し、式３が維持されずにその熱反力が電磁吸引力Ｆよりも小さくなって図３の（ハ）に示すように可動接点部材１が固定接点部材２に再接触し（この時の温度をＴＬとする）、再度スイッチオンして再通電により再昇温が開始され、温度Ｔｈに達するとスイッチオフする。
以後、上記のスイッチオフとスイッチオンの繰返しにより温度がＴｈ〜ＴＬの間に保たれる。
上記の可動接点部材１が逃げ切った位置においても、可動接点部材１を充分な電磁吸引力で吸引して振動等に対する安定化を図るためにハウジング内空間６０の長さを制約している。
【００１３】
本発明に係る温度スイッチでは、可動接点部材に作用する電磁吸引力を抑制力として感熱エレメントの熱膨張力で可動接点部材を離脱させており、離脱が進行するほど抑制力が減少されるから迅速に離脱させ得、鋭いスイッチオフ動作を得ることができる。
【００１４】
図４の（イ）は可動接点部材の時間経過に伴う固定接点部材からの離脱距離を、図４の（ロ）は時間経過に伴う温度変化をそれぞれ示している。
図４において、温度Ｔｈでスイッチオフし、その後温度降下を生じるが、可動接点部材の離脱速度が速く可動接点部材が迅速に逃げるために、可動接点部材が逃げ切った（離脱距離がＷになった時）のちも暫くの間は実質的な温度降下が生じずにｔ＝ｔ１までは、温度がほぼスイッチオフ温度Ｔｈに保たれている。その後に実質的な温度降下が生じ、時間ｔ２後温度がＴＬまで降下してスイッチオン動作し、その後の通電でｔ３時間経過し温度がＴｈに上昇して再度スイッチオフし、以後、前記スイッチオンとこのスイッチオフとが繰り返されていく。
【００１５】
本発明に係る温度スイッチの感熱エレメントには、熱膨張係数が大きく、かつヤング率の大きい弾性金属単体または耐熱性プラスチックやバイメタルを使用できる。
例えば、図５の（イ）に示すように固定接点部材２（または可動接点部材１）の凹部Ａにバイメタル５を納め、加熱により図５の（ロ）に示すようにバイメタル５をアーチ状に変形させて可動接点部材１を持ち上げるようにすることができる。
また、立体形状を記憶させた形状記憶合金材を使用することもできる。例えば、図６の（イ）に示す多脚形状を記憶させた図６の（ロ）に示すＹ形の形状記憶合金線を図６の（ハ）に示すように固定接点部材２（または可動接点部材１）の凹部Ａに納め、加熱により図６の（ニ）に示すように多脚立体状に変形させて可動接点部材１を持ち上げるようにすることができる。
【００１６】
図７は本発明に係る温度スイッチの別実施例を示す図面である。
図７において、１は可動接点部材であり、永久磁石（または未磁化の磁性体）から構成されている。４は可動接点部材１の表面に設けた導電層である。２は固定接点部材であり、両側の磁性体片（または永久磁石片）２１，２１と中央の耐熱性絶縁体２０との接合（例えば、融着や接着剤による接着）により構成してあるしてある。３は磁性体片２１の表面に部分的に設けた電極である。
Ａは耐熱性絶縁体２０の表面に設けた凹部、５は該凹部Ａに収容した感熱エレメントであり、前記した通り所定の熱膨張係数を有し可動接点部材の可動方向に熱膨張収縮し、その可動方向圧縮に対する所定の弾性率を有する。この感熱エレメント５には、前記と同様に熱膨張係数が大きく、かつヤング率の大きい弾性金属単体または耐熱性プラスチックやバイメタルや形状記憶合金を使用できる。
６は絶縁ハウジングであり、可動接点部材１の運動を許容する空間６０を有し、電極３，３に対するリード導体７，７が引き出されている。
【００１７】
図８は本発明に係る温度スイッチの他の別実施例を示す図面である。
図８において、１は可動接点部材、２は固定接点部材であり、少なくとも一方を永久磁石として電磁吸引力により閉接させてある。すなわち、一方を永久磁石とし他方を未磁化の磁性体とするか、両接点部材を共に永久磁石としてある。
Ａは固定接点部材２の表面に設けた凹部、５は該凹部Ａに収容した感熱エレメントであり、前記した通り所定の熱膨張係数を有し可動接点部材１の可動方向に熱膨張収縮し、その可動方向圧縮に対し所定の弾性率を有する。
６は絶縁ハウジングであり、可動接点部材の運動を許容する空間６０を有する。７０，７は絶縁ハウジング６の両端に設けた端子であり、固定接点部材２と一方の端子７０とは直接接触により電気的に導通し、可動接点部材１と他方の端子７０とは導電性スプリング７１を介して電気的に導通してある。
【００１８】
この温度スイッチでは通電中、両接点部材１，２の接触面の抵抗値及び各接点部材の抵抗値が回路抵抗として作用し、スイッチオフによりこの回路抵抗値が無限大とされる。
【００１９】
この温度スイッチにおいて、感熱エレメント５のＹ方向弾性率をＥ、１℃当たりのＹ方向の熱膨張・収縮量をＫ、両接点部材が閉じた状態にあるときの電磁吸引力をＦ０、導電性スプリングの圧縮反力をｋとすると、スイッチオフ温度Ｔｈは、式２においてＦ０→（Ｆ０＋ｋ）とすることによって求めることができ、
【００２０】
【数４】
Ｔｈ＝（Ｆ０＋ｋ）／ＥＫ
で与えられ、可動接点部材の抑制を電磁吸引力としたことによる前記の利点を保証するために、Ｆ０をｋよりも充分に大きくしてある。
【００２１】
図８の温度スイッチは、導電性ポリマー系ＰＴＣとは異なり、スイッチオン・オフを繰り返しても初期抵抗値の変動を防止できる有利性もある。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る温度スイッチは、少なくとも一方が永久磁石とされて電磁吸引力により接触される固定接点部材と可動接点部材との間に、所定温度のもとで熱変形により両接点部材間を開閉する感熱エレメントが収容されてなる構成であり、バイメタルスイッチとは異なり、絶縁スペーサを介しての締結部材による締結箇所がなく、熱応力や曲げモーメントによる絶縁スペーサの応力疲労を排除できるから、長期安定性に優れている。
また、可動接点部材に作用する電磁吸引力を抑制力として感熱エレメントの熱膨張力で可動接点部材を離脱させており、離脱が進行するほど抑制力が減少されるから迅速に離脱させ得、鋭いスイッチオフ動作を得ることができる。
また、ＰＴＣとは異なり、スイッチオフとスイッチオンとを繰り返しても初期抵抗値を安定に保持できる有利性もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図面である。
【図２】本発明の上記とは別の実施例の要部を示す図面である。
【図３】本発明に係る温度スイッチの動作過程を示す図面である。
【図４】本発明に係る温度スイッチの可動電極部材の時間経過に対する可動状態及び温度制御状態を示す図面である。
【図５】本発明に係る温度スイッチに使用する感熱エレメントとその熱的変形状態を示す図面である。
【図６】本発明に係る温度スイッチに使用する上記とは別の感熱エレメントとその熱的変形状態を示す図面である。
【図７】本発明の上記とは別の実施例を示す図面である。
【図８】本発明の上記とは別の実施例を示す図面である。
【符号の説明】
１          可動接点部材
２          固定接点部材
３          電極
４          導電層
５          感熱エレメント
６          ハウジング
７          リード導体
【図１】
2004288421.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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