(57)【要約】【課題】弾性体と可溶体との複合体であり、応力状態の弾性体の応力が可溶体の溶融で解除されて動作するタイプの感熱エレメントまたは熱応力の発生で動作するタイプの感熱エレメントの長期安定性を保証する。【解決手段】応力状態の弾性体１に可溶体２が複合され、弾性体１の応力が可溶体２で支えられており、弾性体１が多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体の何れかであり、可溶体２が弾性体の孔若しくは網目に充填された可溶合金或いは熱可塑性樹脂の何れかである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力状態の弾性体に可溶体が複合され、弾性体の応力が可溶体で支えられていることを特徴とする感熱エレメント。
【請求項２】
弾性体が多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体の何れかであり、可溶体が弾性体の孔若しくは網目に充填された可溶合金或いは熱可塑性樹脂の何れかであることを特徴とする請求項１記載の感熱エレメント。
【請求項３】
応力状態が引張り応力状態であり、収縮性とされていることをことを特徴とする請求項１または２記載の感熱エレメント。
【請求項４】
請求項１〜３何れか記載の感熱エレメントを有し、該感熱エレメントの可溶体の溶融による弾性体の応力解除で動作することを特徴とするサーモプロテクタ。
【請求項５】
請求項１記載の感熱エレメントの一端に絶縁フィルムが取付けられ、固定電極と可動電極との間に前記絶縁フィルムが介在され、感熱エレメントの他端が固定され、絶縁フィルムに設けた孔において電極の接点が接触されていることを特徴とするサーモプロテクタ。
【請求項６】
可動電極にバイメタルが使用されていることを特徴とする請求項５記載のサーモプロテクタ。
【請求項７】
請求項３記載の感熱エレメントに可溶合金片が貼り合わされ、該可溶合金片の両端が一対のリード導体または電極間に接合されていることを特徴とするサーモプロテクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子・電気機器用のサーモプロテクタ及びこのサーモプロテクタ用の感熱エレメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器における異常発熱を感知し、この感知に基づくカットオフ動作で機器を電源から遮断して機器の過熱を防止し、火災の発生を未然に防止するサーモプロテクタとして、弾性応力を利用する応力型、バイメタルスイッチのような熱応力型が存在する。
応力型としては、たとえば図９の（イ）に示すように弾性金属片１’を強制的に曲げ、この曲げ弾性金属片１’の両端を曲げ反力に抗して一対の固定端子７２’，７２’に所定融点の可溶合金（はんだ）２’で接合し、周囲温度が可溶合金２’の融点まで昇温されて可溶合金２’が溶融されると、図９の（ロ）に示すように弾性金属片１’の曲げ応力を解除させて弾性金属片１’の一端と一方の固定端子７２’との接合を解離して通電を遮断するものが知られている。
【０００３】
また、図１０の（イ）に示すように一端にリード端子１３’を取付けた金属ケース１４’内に一端側から所定融点のペレット２’、座板１５’、圧縮スプリング１’、座板１６’を順次に収容し、更に外周が金属ケース内面に摺動接触されたコンタクト４２’を収容し、リードピン貫通ブッシング１７’を金属ケース１４’の他端側に固定し、このブッシング１７’とコンタクト４２’との間に引外しスプリング１８’を組み込んでリード端子１３’→金属ケース１４’→コンタクト４２’→リードピン４１’を経る導通路を構成し、周囲温度がペレット２’の融点まで昇温されてペレット２’が溶融されると、図１０の（ロ）に示すように圧縮スプリング１’の圧縮応力を解放させて引外しスプリング１８’の圧縮応力でリードピン４１’の先端からコンタクト４２’を離隔させて前記導通路を遮断するものも知られており、いわゆる、ペレットタイプ温度ヒューズと称されている。
前記の熱応力型としては、既述した通りバイメタルスイッチが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す応力型では、弾性金属片の曲げ反力を支持する可溶合金（はんだ）での応力分布が複雑であり、応力集中が避けられずクリープに基づく動作不良が発生し易い。また、図１０に示すペレットタイプでは、座板による均圧化のためにペレットを一様に圧縮できても構造が複雑であり、小型化やコスト面での不利を免れ得ない。
更に、バイメタルタイプは復帰型であり、オン・オフの繰返しが進むにつれてヒステリシスにより動作温度が経時的に上昇する危険性がある。
【０００５】
本発明の目的は、弾性体と可溶体との複合体であり弾性体の応力状態が可溶体の溶融で解除されて動作するタイプの感熱エレメントまたは熱応力の発生で動作するタイプの感熱エレメントの長期安定性を保証し、かかる感熱エレメントを使用するサーモプロテクタの動作の信頼性の向上を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る感熱エレメントは、応力状態の弾性体に可溶体が複合され、弾性体の応力が可溶体で支えられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る感熱エレメントは、請求項１において弾性体が多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体の何れかであり、可溶体が弾性体の孔若しくは網目に充填された可溶合金或いは熱可塑性樹脂の何れかであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る感熱エレメントは、請求項１または２において応力状態が引張り応力状態であり、熱収縮性とされていることをことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係るサーモプロテクタは、請求項１〜３何れかの感熱エレメントを有し、該感熱エレメントの可溶体の溶融による弾性体の応力解除で動作することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係るサーモプロテクタは、請求項１の感熱エレメントの一端に絶縁フィルムが取付けられ、固定電極と可動電極との間に前記絶縁フィルムが介在され、感熱エレメントの一他端が固定され、絶縁フィルムに設けた孔において電極の接点が接触されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係るサーモプロテクタは、請求項５において可動電極にバイメタルが使用されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係るサーモプロテクタは、請求項３の感熱エレメントに可溶合金片が貼り合わされ、該可溶合金片の両端が一対のリード導体または電極間に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
【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）は本発明に係る感熱エレメントの一実施例を示す平面図、図１の（ロ）は図１の（イ）の点線枠内の拡大図、図１の（ハ）は図１の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図１において、１は穿孔弾性板、２は穿孔弾性板１の孔１１に充填固化した可溶体であり、穿孔弾性板１が引張り応力状態とされ、可溶体２が圧縮応力状態とされ、これらの引張り応力状態と圧縮応力状態との平衡により全体が平面形状に安定に保持されている。前記穿孔弾性板１の引張り応力の分布を可及的に一様にするように孔の寸法、密度、パターン等を設定してあり、図示のものでは、孔列の１列ごとに孔ピッチｐを半ピッチずらしてある。孔の形状は円形の外、長円形、三角形、四角形等とすることも可能である。
【００１４】
上記感熱エレメントの穿孔弾性板１の引張り応力δ１及び充填可溶体２の圧縮応力δ２については、穿孔弾性板を引っ張って弾性限界内のε０で伸長し、この伸長状態で孔に可溶体を充填し、この充填可溶体の固化をまって穿孔弾性板の引っ張りを解除し、その解除のもとでの力の釣り合いから引張り応力δ１及び圧縮応力δ２を求めることができ、穿孔弾性板の厚みと充填可溶体との厚みが等しく、穿孔弾性板の断面積Ｓ１と充填可溶体の断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２をＳ１／Ｓ２＝ｎ、穿孔弾性板のヤング率をＥ１、充填可溶体のヤング率をＥ２とすると
【数１】
δ２＝ｎδ１              （１）
【数２】
〔１＋（δ１／Ｅ１）〕＝（１＋ε０）〔１−（δ２／Ｅ２）        （２）
が成立し、
【数３】
δ１＝ε０／〔（１／Ｅ１）＋（１＋ε０）（ｎ／Ｅ２）〕          （３）
【数４】
δ２＝ε０／〔（１／ｎＥ１）＋（１＋ε０）（１／Ｅ２）〕        （４）
で与えられる。
【００１５】
而して、可溶体が溶融されると、式（３）において可溶体のヤング率Ｅ２が０になり、穿孔弾性板が引張り応力δ１から０になって穿孔弾性板が収縮し、その収縮率Ａがδ１／Ｅ１、すなわち
【数５】
Ａ＝ε０／〔１＋（ε０＋１）（ｎＥ１／Ｅ２）〕                  （５）
で与えられる。
従って、本発明によれば、ほぼ可溶体の融点にて収縮率Ａで熱収縮する感熱エレメントを提供できる。
【００１６】
本発明において、弾性体には穿孔弾性板例えば穿孔ゴム板の外、多孔弾性シート例えば発泡ゴムシートや弾性金属線の網状体（クロス箇所は剛節とすることが好ましい）を使用することができ、可溶体には所定融点の可溶合金や熱可塑性樹脂を使用できる。
可溶体に可溶合金を使用する場合、固相線温度に達すると液化が始まり、ヤング率Ｅ２が急激に減少し、式（３）で示すδ１を高感度で減少させることができるから、ほぼ固相線温度を本感熱エレメントの感熱温度とすることができる。
可溶体に熱可塑性樹脂を使用する場合、軟化温度に達すると液化が始まり、ヤング率Ｅ２が急激に減少し、式（３）で示すδ１を高感度で減少させることができるから、ほぼ軟化温度を本感熱エレメントの感熱温度とすることができる。
【００１７】
図１に示した実施例においては、弾性体１に作用する引張り応力の分布の中心と可溶体２に作用する圧縮応力の分布の中心とが感熱エレメントの厚み中央に位置しているから、偶力が０であり、反りの無い安定な平面状を保持させることができる。
【００１８】
図２は本発明に係る感熱エレメントの別実施例を示している。
図２において、Ｂは感熱エレメント本体を示し、穿孔弾性板若しくは多孔弾性シートまたは網状弾性体等１の孔１１または網目に可溶合金或いは熱可塑性樹脂等の可溶体２を充填固化し、穿孔弾性板若しくは多孔弾性シートまたは網状弾性体等１に上記した引張り応力δ１を、可溶体２に上記した圧縮応力δ２をそれぞれ発生させてある。３は感熱エレメント本体Ｂの片面または両面に貼着した可溶合金シート片または熱可塑性樹脂シート片であり、上記の充填可溶合金または熱可塑性樹脂と同材質のもの、またはその可溶合金よりも固相線温度がやや低いもの或いはその熱可塑性樹脂よりも軟化点がやや低いものを使用できる。
この別実施例では、万一、感熱エレメント本体Ｂに偶力が内在していても、可溶合金シート片または熱可塑性樹脂シート片３の貼着により曲げ剛性が高められるから、全体の反りをよく抑えることができる。
【００１９】
上記した実施例では、弾性体の引張り応力を可溶体で支えて可溶体に圧縮応力を発生させているが、弾性体の応力状態を圧縮応力状態としこの弾性体の圧縮応力を可溶体で支えて可溶体に引張り応力を発生させること、弾性体の応力状態をプラス方向剪断応力状態としこの弾性体のプラス方向剪断応力を可溶体で支えて可溶体にマイナス方向剪断応力を発生させることも可能である。
【００２０】
本発明に係る感熱エレメントを製造するには、（１）多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体を前記弾性限界内の引っ張り歪ε０で延伸し、この延伸物に溶融した可溶合金或いは熱可塑性樹脂を浸漬含浸し、含浸物の冷却固化をまって弾性体の延伸引っ張りを解除する方法、（２）多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体にシート状可溶合金シート或いは熱可塑性樹脂シートを重ねて加熱圧延し、弾性体を延伸しつつ可溶体を溶融含浸し、含浸物の冷却固化をまって圧延から解放する方法、（３）多孔弾性シート、穿孔弾性板または網状弾性体に可溶合金或いは熱可塑性樹脂の粉末を供給し、これを加熱圧延して弾性体を延伸しつつ可溶体を溶融含浸し、含浸物の冷却固化をまって圧延から解放する方法等を使用できる。
【００２１】
図３は本発明に係るサーモプロテクタの一実施例を示す図面であり、図３の（イ）は常時のオン状態を、図３の（ロ）はオフ動作時をそれぞれ示している。
図３において、４１は固定電極、４２は可動電極、４０は可動電極４２に設けた接点である。この接点は固定電極側に設けることもできる。Ｂは本発明に係る感熱エレメント、５は感熱エレメントＢの一端に連結した絶縁フィルムであり、孔５１を有し、平常時は、図３の（イ）に示すように、孔５１において、接点４０を接触させ、感熱エレメントの熱収縮Ｂのもとで孔５１を接点４０に対し移動させ得るように、感熱エレメントＢの他端を固定してある。
【００２２】
今、周囲の温度上昇により感熱エレメントＢが加熱され前記可溶体２の固相線温度若しくは軟化点Ｔ１に達すると、感熱エレメントＢの収縮に伴い絶縁フィルム５が固定電極４１側に向け移動され、これに伴い前記の孔５１が接点４０に対して相対的に移動されて、図３の（ロ）に示すように接点４０に絶縁フィルム５が局部的に介入され接点４０が絶縁されてオフ状態にされる。
而して、図３の（イ）において、接点４０をオフにできる絶縁フィルムの移動長さ、すなわち感熱エレメントＢの収縮長さをΔＬ、感熱エレメントＢの長さをＬとすると、式（５）に示す感熱エレメントの収縮率ＡをＡ≧ΔＬ／Ｌを満たすように設定することにより、サーモプロテクタをほぼ温度Ｔ１の機器温度でオフ動作させて機器への通電を遮断できる。
【００２３】
本発明に係るサーモプロテクタは、基板上に設け、ケースで封止し、ケースから固定電極の端子及び可動電極の端子をそれぞれ導出した部品の形態、回路板上に直接に設けた形態等で実施でき、後者の場合、回路導体を固定電極として使用できる。
【００２４】
図４は本発明に係るサーモプロテクタの別実施例を示す断面図であり、図４の（イ）は常時のオン状態を、図４の（ロ）はオフ動作状態をそれぞれ示している。
図４において、４１は固定電極、４２は可動電極である。Ｂは本発明に係る感熱エレメント、５は感熱エレメントＢの一端に連結した絶縁フィルムであり、この絶縁フィルム５に接点材４００を貫通固着し、平常時は図４の（イ）に示すように、接点材４００を両電極４１，４２に接触させるように絶縁フィルム５を両電極４１，４２間に介入させ、感熱エレメントＢの他端を固定し、感熱エレメントＢの収縮のもとで接点材４００を電極４１，４２間から脱出させ得るように、式（５）に示す感熱エレメントの収縮率Ａを設定してある。
従って、周囲の温度上昇により感熱エレメントＢが加熱され前記可溶体２の固相線温度若しくは軟化点Ｔ１に達すると、感熱エレメントが固定電極４１側に向け収縮され、これに伴い図４の（ロ）に示すように、前記の接点材４００が両電極４１，４２間から脱離され、接点４００が絶縁フィルム５で絶縁されてオフ状態にされ機器への通電が遮断される。
【００２５】
図５は本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す断面図であり、バイメタル型であり、図５の（イ）はスイッチオン時を、図５の（ロ）はスイッチオフ時を、図５の（ハ）は動作ロック状態をそれぞれ示している。
図５において、４１は固定電極である。４２は可動電極でありバイメタルが用いられている。４０は可動電極２に設けた接点であり、前記と同様に固定電極側に設けることもできる。Ｂは本発明に係る感熱エレメント、５は感熱エレメントＢの一端に連結した絶縁フィルムであり、孔５１を有し、平常時にはその孔５１近傍のフィルム部分を両電極４１，４２間に介入させ、孔５１において接点４０を接触させてあり、感熱エレメントＢの他端を固定し、感熱エレメントＢの収縮のもとで孔５１を接点４０から外して接点４０を絶縁フィルムの介入で絶縁するようにしてある。
【００２６】
図５において、バイメタル可動電極４２が感熱エレメントＢの動作温度Ｔ１よりも低い温度でオン・オフ作動されるように設定されているとする。しかしながら、バイメタルスイッチでは、オン・オフの累積回数が多くなると、動作温度が本来の動作温度よりも高い温度側にシフトされる危険性がある。而るに、図５に示すサーモプロテクタでは、温度Ｔ１のもとで感熱エレメントＢを収縮させて図５の（ハ）に示すように接点４０を絶縁フィルム５の介入で絶縁することができ、バイメタル４２の本来の動作温度よりも高い温度Ｔ１でのオン・オフ動作を実質的にロックできる。
【００２７】
図６は本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面であり、図６の（イ）は常時のオン状態を、図６の（ロ）はオフ動作状態をそれぞれ示している。
図６において、４１は固定電極である。４２は可動電極を示し、本発明に係る感熱エレメントＢと薄肉金属板６との積層体からなり、感熱エレメントＢの収縮により外側に曲げ変形される。４０は固定電極４１に設けた接点材であり、可動電極４２側に設けることもてきる。
【００２８】
この積層体において、薄肉金属板６の厚みをｈ、弾性率をｅ、感熱エレメントの厚みをｔ、弾性率をＥ、収縮率をａとすれば、感熱エレメントＢの収縮による積層体４２（可動電極）の曲げ半径ｒは、ｅ≫Ｅ、ｔ≫ｈとして、
【数６】
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で与えられ、可動電極４２を固定電極１から脱離させるのに必要な可動電極４２の曲げ変形の曲げ半径をｒとすれば、感熱エレメントの前記した温度Ｔ１での収縮率Ａを式６を満たすａ以上するように設定してある。
従って、周囲の温度上昇により感熱エレメントが温度Ｔ１に加熱されると、図６の（ロ）に示すように、可動電極４２がその曲げ変形により固定電極４１から脱離されてオフ状態とされる。
【００２９】
図７は本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示している。
図７において、Ｃは可溶合金片３の中間に本発明に係る感熱エレメントＢを貼り合わせたヒューズエレメントであり、感熱エレメントＢが単独では前記した充填固化可溶体の液相線温度若しくは軟化点Ｔ１で収縮し、可溶合金片３の固相線温度が感熱エレメントＢの充填固化可溶体の液相線温度若しくは軟化点Ｔ１とほぼ等しくされている。７１，７１は一対の扁平リード導体であり、ヒューズエレメントＣの可溶合金片３の各端に接合してある。８は保護ケースである。
このサーモプロテクタでは、周囲温度がほぼＴ１に昇温されると、可溶合金片３が溶融されると共に感熱エレメントＢが収縮される結果、リード導体７１と感熱エレメントＢとの間の可溶合金片箇所３０が引っ張り切断されてカットオフ動作するに至る。
【００３０】
図８は本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示し、絶縁基板８１上に一対の電極７２，７２を設け、各電極７２にリード導体（丸線の使用が可能）７１を連結し、可溶合金片３の中間に本発明に係る感熱エレメントＢを貼り合わせたヒューズエレメントＣの可溶合金片３の各端を各電極７２接合し、基板８１上に保護カバー８２を被冠してあり、動作機構は図７に示した実施例と実質的に同じである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る感熱エレメントによれば、応力状態の弾性体の応力を可溶体で支え可溶体の溶融で弾性体の応力状態を解除し、その際の弾性体の変形で感熱動作させるエレメントにおいて、前記弾性体応力に釣り合う可溶体の応力分布を充分に一様化できるから、可溶体のクリープをよく抑制して感熱動作の安定化を図ることができる。
特に、請求項２の感熱エレメントでは、弾性体の応力の中心と可溶体の応力の中心とを実質的に一致させて偶力の発生を排除できるから、反りの無いコンパクトな姿態にできる。
本発明に係るサーモプロテクタにおいては、前記感熱エレメントを用いており、その感熱エレメントのために動作の安定化を図ることができる。
特に、請求項６の感熱エレメントでは、バイメタル可動電極のオン・オフが繰り返されてヒステリシスのためにオン・オフ温度が高温側にシフトされても、本発明に係る感熱エレメントの動作によってオフ状態にロックできるから、バイメタルスィツチの安全動作を保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る感熱エレメントの一実施例を示す図面である。
【図２】本発明に係る感熱エレメントの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図３】本発明に係るサーモプロテクタの一実施例を示す図面である。
【図４】本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図５】本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図６】本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図７】本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図８】本発明に係るサーモプロテクタの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図９】従来のサーモプロテクタを示す図面である。
【図１０】従来の上記とは別のサーモプロテクタを示す図面である。
【符号の説明】
１            弾性体
２            可溶体
Ｂ            感熱エレメント
３            可溶体片
４１          固定電極
４２          可動電極
４０          接点
４００        接点材
５            絶縁フィルム
５１          孔
６            金属薄板
【図１】
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【図２】
2004335333.tif 000005
【図３】
2004335333.tif 000006
【図４】
2004335333.tif 000007
【図５】
2004335333.tif 000008
【図６】
2004335333.tif 000009
【図７】
2004335333.tif 000010
【図８】
2004335333.tif 000011
【図９】
2004335333.tif 000012
【図１０】
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