(57)【要約】【課題】蓄えた弾性材の弾性歪エネルギーを動作源とする非復帰型の感熱エレメントの長期安定性を保証する。【解決手段】弾性材１１，１２が可溶材３の弾性材表面への一体化により弾性歪エネルギーを蓄えた形状に保持され、該可溶材３の軟化乃至は溶融により弾性歪エネルギーが解放されて弾性材１１，１２が変形される。弾性材１１，１２に弾性歪エネルギーを蓄えさせるには、その弾性歪を保持する必要があるが、弾性材表面に可溶材３を一体化してその保持を行なっており、弾性材１１，１２と可溶材３との広い界面のためにその界面に作用する応力を分散させることができ、従って、可溶材のクリープを充分に抑制でき、感熱エレメントの長期安定性をよく保証できる。【選択図】図１
2005063792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材が可溶材の弾性材表面への一体化により弾性歪エネルギーを蓄えた形状に保持され、該可溶材の軟化乃至は溶融により弾性歪エネルギーが解放されて弾性材が変形されることを特徴とする感熱エレメント。
【請求項２】
弾性材が重ね体または折り返し体であり、弾性材の重ね面または折り返し重ね面への可溶材の一体化により弾性材が弾性歪エネルギーを蓄えた形状に保持され、該可溶材の軟化乃至は溶融により弾性歪エネルギーが解放されて弾性材が変形されることを特徴とする感熱エレメント。
【請求項３】
弾性材に弾性板が使用され、弾性板に可溶材が食い込む窪みまたは孔が設けられている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】
弾性材に弾性板が使用され、粗面化された弾性板表面に可溶材が一体化されていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載の感熱エレメント。
【請求項５】
弾性板と可溶材とが交互に積層されていることを特徴とする請求項１、３、４何れか記載の感熱エレメント。
【請求項６】
弾性材が弾性金属製とされていることを特徴とする請求項１〜５何れか記載の感熱エレメント。
【請求項７】
可溶材が可溶合金であることを特徴とする請求項６記載の感熱エレメント。
【請求項８】
可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項６記載の感熱エレメント。
【請求項９】
弾性板が弾性を有する樹脂製であり、可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５何れか記載の感熱エレメント。
【請求項１０】
弾性板が金属板と樹脂板との重合物であり、可溶材が熱可塑性樹脂または可溶合金であることを特徴とする請求項１〜５何れか記載の感熱エレメント。
【請求項１１】
一対のリード導体間に接点を有し、請求項１〜１０何れか記載の感熱エレメントの変形により接点を開閉させることを特徴とするサーモプロテクタ。
【請求項１２】
請求項６〜８または９何れか記載の感熱エレメントの弾性金属材を一方のリード導体と電気的に一体化し、該弾性金属材と他方のリード導体との間の接点を感熱エレメントの変形により開閉するようにしたことを特徴とするサーモプロテクタ。
【請求項１３】
接点間を感熱エレメントの可溶材の融点以下の可溶合金で接合したことを特徴とする請求項１１または１２記載のサーモプロテクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性歪エネルギーを利用して動作させる感熱エレメント及びその感熱エレメントを使用したサーモプロテクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性歪を利用した感熱エレメントとしてバイメタルが知られている。すなわち、熱膨張係数の異なる材料を積層一体化し、加熱により弾性曲げ応力を発生させ、その曲げ歪を感熱量として使用することが知られている。
このバイメタルの一例として、熱膨張係数がα１，α２、弾性率がＥ１，Ｅ２、厚みが等厚のｈ、巾が等しい材料の積層体が温度上昇ｔのもとで生じる歪の曲げ半径ｒを求めると、
【０００３】
１／ｒ＝（α１−α２）ｔ／ｈ・２４Ｅ１Ｅ２／〔（Ｅ１＋Ｅ２）２＋１２Ｅ１Ｅ２〕
【０００４】
で与えられる。
この式からも明らかなように曲げ歪が温度上昇ｔに比例するため、特定の温度のもとでの跳躍的変化量を得ることができず、特定の温度を動作温度とするサーモプロテクタとして使用するには、付帯手段を必要とし、構成の複雑化が避けられない。
また、温度が降下すれば元に戻り、復帰型であるという制限もある。
【０００５】
従来、図９の（イ）に示すように弾性金属片１’を弾性的に曲げ、この曲げ弾性金属片の両端を曲げ反力に抗し特定融点の可溶合金３’で電極４１’，４２’に接合して弾性曲げ歪エネルギーを蓄えさせ、周囲温度が可溶合金３’の融点まで昇温されて可溶合金３’が溶融されると、その弾性曲げ歪エネルギーを解放させて図９の（ロ）に示すように弾性金属片１’と電極４２’との間を分離し通電を遮断するものが公知であり（例えば、特許文献１参照）、このサーモプロテクタでは特定の温度、すなわち可溶合金の融点で動作させることができ、しかも非復帰型である。従って、前記したバイメタル式サーモプロテクタの不具合を解消できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２９４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図９に示すサーモプロテクタでは、弾性金属片の弾性曲げ歪エネルギーを支持する可溶合金での応力分布が複雑であり、可溶合金での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。
【０００８】
本発明の目的は、蓄えた弾性材の弾性歪エネルギーを動作源とする非復帰型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した動作信頼性に優れたサーモプロテクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る感熱エレメントは、弾性材が可溶材の弾性材表面への一体化により弾性歪エネルギーを蓄えた形状に保持され、該可溶材の軟化乃至は溶融により弾性歪エネルギーが解放されて弾性材が変形されることを特徴とする。
請求項２に係る感熱エレメントは、弾性材が重ね体または折り返し体であり、弾性材の重ね面または折り返し重ね面への可溶材の一体化により弾性材が弾性歪エネルギーを蓄えた形状に保持され、該可溶材の軟化乃至は溶融により弾性歪エネルギーが解放されて弾性材が変形されることを特徴とする。
請求項３に係る感熱エレメントは、請求項１または２の感熱エレメントにおいて、弾性材に弾性板が使用され、弾性板に可溶材が食い込む窪みまたは孔が設けられていることを特徴とする。
請求項４に係る感熱エレメントは、請求項１〜３何れかの感熱エレメントにおいて、弾性材に弾性板が使用され、粗面化された弾性板表面に可溶材が一体化されていることを特徴とする。
請求項５に係る感熱エレメントは、請求項１、３、４何れかの感熱エレメントにおいて、弾性板と可溶材とが交互に積層されていることを特徴とする。
請求項６に係る感熱エレメントは、請求項１〜５何れかの感熱エレメントにおいて、弾性材が弾性金属製とされていることを特徴とする。
請求項７に係る感熱エレメントは、請求項６の感熱エレメントにおいて、可溶材が可溶合金であることを特徴とする。
請求項８に係る感熱エレメントは、請求項６の感熱エレメントにおいて、可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
請求項９に係る感熱エレメントは、請求項１〜５何れかの感熱エレメントにおいて、弾性板が弾性を有する樹脂製であり、可溶材が熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
請求１０に係る感熱エレメントは、請求項１〜５何れかの感熱エレメントにおいて、弾性板が金属板と樹脂板との重合物であり、可溶材が熱可塑性樹脂または可溶合金であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１１に係るサーモプロテクタは、一対のリード導体間に接点を有し、請求項１〜１０何れかの感熱エレメントの変形により接点を開閉させることを特徴とする。
請求項１２に係るサーモプロテクタは、請求項６〜８または１０何れかの感熱エレメントの弾性金属材を一方のリード導体と電気的に一体化し、該弾性金属材と他方のリード導体との間の接点を感熱エレメントの変形により開閉するようにしたことを特徴とする。
請求項１３に係るサーモプロテクタは、請求項１１または１２のサーモプロテクタにおいて接点を感熱エレメントの可溶材の融点以下の可溶合金で接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
弾性材に弾性歪エネルギーを蓄えさせるには、その弾性歪を保持する必要があるが、弾性材表面に可溶材を一体化してその保持を行なっており、弾性材と可溶材との広い界面のためにその界面に作用する応力を分散させることができる。
従って、可溶材のクリープを充分に抑制でき、感熱エレメントの長期安定性をよく保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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は本発明に係る感熱エレメントの一例を示し、図１の（イ）は動作前を、図１の（ロ）は動作後の状態をそれぞれ示している。
図の（イ）において、１１，１２は２枚の弾性板、３は弾性板１１，１２間に一体化された可溶材層である。弾性曲げ歪エネルギーが零のときの弾性板１１，１２の形状は図１の（ロ）に示されている水平板状である。図１の（イ）において、弾性板１１，１２が一様な曲げ半径のもとで弾性的に曲げられ、その曲げ反力が弾性板１１，１２間に一体化された可溶材層３により保持されて弾性曲げ歪エネルギーが蓄えられている。
図１の（イ）において、感熱エレメントの曲げ半径をｒ、各弾性板の厚みをｔ１，ｔ２、同じく弾性率をＥ１，Ｅ２、巾を共にｂとすれば、各弾性板に作用するモーメント反力がＭ１＝Ｅ１Ｉ１／ｒ（Ｉ１＝ｂｔ１３／１２），Ｍ２＝Ｅ２Ｉ２／ｒ（Ｉ２＝ｂｔ２３／１２）で与えられ、単位長さ当たりの弾性曲げ歪エネルギーがｗ１＝Ｍ１２／２Ｅ１Ｉ１，ｗ２＝Ｍ２２／２Ｅ２Ｉ２で与えられるから、結局、両弾性板の全長の弾性曲げ歪エネルギーＷは、弾性板の長さをＬとして
【００１３】
Ｗ＝Ｌ／（２ｒ２）・〔（Ｅ１Ｉ１）＋（Ｅ２Ｉ２）〕
【００１４】
で与えられる。
この弾性曲げ歪エネルギーＷが可溶材層３の強度により保持され、各弾性板１１，１２と可溶材層３との界面に作用するせん断応力及び可溶材層内部に作用する長さ方向応力（引っ張り応力、圧縮応力）に可溶材層３の強度が耐えて、前記弾性曲げ歪エネルギーＷが蓄えられている。
上記において、両弾性板の厚み、巾及び弾性率が等しいとすると、曲げ中立面は可溶材層の中央を通り、ある断面での可溶材層の長さ方向応力状態は図２に示す通りとなり、中立面ｎ−ｎより外側（弾性板１２側）に圧縮応力が、中立面ｎ−ｎより内側（弾性板１１側）に引っ張り応力が作用し、両応力の最大応力値δmaxは、可溶材の弾性率をＥ３、厚みをｔ３とすると、
【００１５】
δmax＝Ｅ３ｔ３／（２ｒ）
【００１６】
で与えられ、更に各弾性板の厚みをｔとすると、各弾性板１１，１２と可溶材層３との界面に作用するせん断応力τは
【００１７】
τ∝（ｔ＋ｔ３）／ｒ
【００１８】
で与えられる。
このせん断応力や前記引っ張り応力及び圧縮応力は感熱エレメントの曲げ径ｒが感熱エレメント全長に沿い一定であれば一定となり、集中応力の発生を排除できる。
上記において、感熱エレメントの長さ方向に沿って曲げ半径が変化しても、その変化の程度が緩やかであれば、せん断応力や前記引っ張り応力及び圧縮応力の感熱エレメントの長さ方向への沿っての変化も緩慢にでき、感熱エレメントの長さ方向に沿って曲げ半径の緩慢な変化があっても、集中応力の発生を充分に排除できる。
【００１９】
図１に示す実施例に対し可溶材層３の厚みを充分に薄くして弾性板と可溶材層との界面のせん断反力のみで弾性曲げ歪エネルギーを保持させることもできる。
【００２０】
図１に示す実施例では独立した二枚の弾性板を使用しているが、図３に示すように折り返して重ねた弾性板１１２を使用し、この重ね弾性板を曲げ、その弾性曲げ歪エネルギーを折り返し弾性板の重ね面を可溶材層３で一体化して保持することもできる。
【００２１】
図１や図３に示す感熱エレメントを製作するには、弾性板間に板状可溶材を挾み、全体を加熱して板状可溶材を溶融させ、この状態で全体を所定の曲げ径で曲げて弾性板に弾性曲げ歪エネルギーを与え、次いで全体を冷却して溶融可溶材を凝固させると共に可溶材と弾性板との界面を一体化させ、この凝固した可溶材の強度で前記弾性板の弾性曲げ歪エネルギーを保持させる方法を使用できる。この場合、前記の加熱温度、すなわち可溶材の融点でも弾性板の弾性を保持し得るように、弾性板の焼き鈍し温度を可溶材の融点よりも充分に高くする必要がある。
この加熱には、加熱炉の外、弾性板が金属板の場合、通電加熱や電磁誘導加熱を使用することもできる。
【００２２】
前記弾性板に弾性金属板を使用し、可溶材にはんだを用いる場合、フラックスを用いて接合強度の向上を図ることが望ましい。
前記弾性板には、弾性金属例えばリン青銅や高弾性樹脂例えばガラス繊維強化ポリエステル樹脂のような繊維強化樹脂やエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
【００２３】
前記可溶材には、はんだ等の可溶合金や熱可塑性樹脂を用いることができる。通常、弾性材として弾性金属を使用する場合は、可溶材として可溶合金や熱可塑性樹脂が使用され、弾性材として繊維強化樹脂やエンジニアリングプラスチックを用いる場合は、それらよりも低融点の熱可塑性樹脂が使用される。
【００２４】
可溶合金としては、ＰｂやＣｄ等の生体系に有害な元素を含まないものを使用することが好ましく、次ぎの組成[Ａ]（１）４３％Ｓｎ≦７０％，０．５％≦Ｉｎ≦１０％，残Ｂｉ、（２）２５％≦Ｓｎ≦４０％，５０％≦Ｉｎ≦５５％，残Ｂｉ、（３）２５％Ｓｎ≦４４％，５５％Ｉｎ≦７４％，１％≦Ｂｉ２０％、（４）４６％Ｓｎ≦７０％，１８％≦Ｉｎ４８％，１％≦Ｂｉ≦１２％、（５）５％≦Ｓｎ≦２８％，１５％≦Ｉｎ３７％，残Ｂｉ（但し、Ｂｉ５７．５％，Ｉｎ２５．２％，Ｓｎ１７．３％とＢｉ５４％，Ｉｎ２９．７％，Ｓｎ１６．３％のそれぞれを基準にＢｉ±２％，Ｉｎ及びＳｎ±１％の範囲を除く）、（６）１０％≦Ｓｎ≦１８％，３７％≦Ｉｎ≦４３％，残Ｂｉ、（７）２５％Ｓｎ≦６０％，２０％≦Ｉｎ５０％，１２％Ｂｉ≦３３％、（８）（１）〜（７）の何れか１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（９）３３％≦Ｓｎ≦４３％，０．５％≦Ｉｎ≦１０％，残Ｂｉ、（１０）４７％≦Ｓｎ≦４９％，５１％≦Ｉｎ≦５３％の１００重量部にＢｉを３〜５重量部を添加、（１１）４０％≦Ｓｎ≦４６％，７％≦Ｂｉ≦１２％，残Ｉｎ、（１２）０．３％≦Ｓｎ≦１．５％，５１％≦Ｉｎ≦５４％，残Ｂｉ、（１３）２．５％≦Ｓｎ≦１０％，２５％≦Ｂｉ≦３５％，残Ｉｎ、（１４）（９）〜（１３）の何れか１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（１５）１０％≦Ｓｎ≦２５％，４８％≦Ｉｎ≦６０％，残Ｂｉを１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｓｎ−Ｂｉ系合金の組成[Ｂ]（１６）３０％≦Ｓｎ≦７０％，０．３％≦Ｓｂ≦２０％，残Ｂｉ、（１７）（１６）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＢｉ−Ｓｎ−Ｓｂ系合金の組成[Ｃ]（１８）５２％≦Ｉｎ≦８５％，残Ｓｎ、（１９）（１８）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｓｎ系合金の組成[Ｄ]（２０）４５％≦Ｂｉ≦５５％，残Ｉｎ、（２１）（２０）の組成の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＩｎ−Ｂｉ系合金の組成、[Ｅ]（２２）５０％Ｂｉ≦５６％，残Ｓｎ、（２３）（２２）の１００重量部にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、等のＢｉ−Ｓｎ系合金の組成[Ｆ]（２４）Ｉｎの１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（２５）９０％≦Ｉｎ≦９９．９％，０．１％≦Ａｇ≦１０％の１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加、（２６）９５％≦Ｉｎ≦９９．９％，０．１％≦��ｂ≦５％の１００重量部にＡｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの１種または２種以上を合計０．０１〜７重量部添加等のＩｎ系合金の組成等から感温エレメントの動作温度に適合した融点の組成を選定することができる。
【００２５】
前記弾性板や可溶材として使用する繊維強化樹脂の樹脂や熱可塑性樹脂には、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリアミド、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンサルファイド、ポリサルホン等のエンジニアリングプラスチック、ポリアセタ−ル、ポリカ−ボネ−ト、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリエ−テルイミド等のエンジニアリングプラスチックやポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等の合成樹脂単体または繊維強化樹脂の中から所定融点のものを選定できる。
【００２６】
図１の（イ）に示す感熱エレメントにおいては、可溶材３がその融点にまで加熱されて軟化乃至は溶融されると、弾性板１１，１２に蓄えられていた弾性曲げ歪エネルギーが解放されて弾性板１１，１２が図１の（ロ）に示す原形（水平板状）に戻され、その変形量が感熱出力とされる。この場合、弾性板１１，１２の弾性曲げ歪エネルギーの解放が可溶材３の軟化と同時に行なわれるから、迅速な動作を保証できる。
この動作までは、弾性板と可溶材層との接合界面に前記した通り、せん断応力が作用している。このせん断応力の作用のもとでも、感熱エレメントの形状を安定に保持し得るように、弾性板と可溶材層との界面を充分なせん断強度で接合してあり、弾性板に可溶材が食い込む窪みを設けること、弾性板に可溶材が食い込む孔を設けること、弾性板の表面を粗面にして可溶材に対する接合面積を大きくすること等が有効である。
【００２７】
図１に示す実施例では、二枚の弾性板を使用しているが、三枚以上の弾性板を使用することもでき、この構成によれば、全体の弾性曲げ歪エネルギーの同一量のもとで弾性曲げ歪エネルギーを弾性板の枚数に応じ分散して蓄えさせることができ、可溶材層に作用する応力もその分散性に応じ分散させることができるために、可溶材のクリープをより効果的に防止でき、感熱エレメントの一層の長期安定性を保証できる。
【００２８】
図４は本発明に係る感熱エレメントの別例を示し、図４の（イ）は動作前を、図４の（ロ）は動作後の状態をそれぞれ示している。
図４の（イ）において、１は一枚の弾性板、３は弾性板に一体化された板状可溶材である。弾性曲げ歪エネルギーが零のときの弾性板の形状は図４の（ロ）に示されている水平板状である。
図４の（イ）において、弾性板１が一様な曲げ半径のもとで弾性的に曲げられ、その曲げ反力が弾性板１に一体化された板状可溶材３により保持されて弾性曲げ歪エネルギーが蓄えられている。
図４の（イ）において、感熱エレメントの曲げ半径をｒ、弾性板１の厚みをｔ１、同じく弾性率をＥ１、巾をｂとすれば、弾性曲げ歪エネルギーＷは、弾性板の長さをＬとして
【００２９】
Ｗ＝Ｌ（Ｅ１Ｉ１）／（２ｒ２）
【００３０】
で与えられる。
この弾性曲げ歪エネルギーＷが板状可溶材３の強度により保持され、弾性板１と板状可溶材３との界面に作用するせん断応力及び板状可溶材内部に作用する長さ方向応力（引っ張り応力、圧縮応力）に板状可溶材３が耐えて前記弾性曲げ歪エネルギーＷが蓄えられている。
【００３１】
図５は図４の（イ）に示す感熱エレメントの板状可溶材３の応力状態を示し、曲げ中立面ｎ−ｎより曲げ内側で引っ張り応力を受け、中立面ｎ−ｎより曲げ外側（弾性板１側）で圧縮応力を受け、弾性板１と板状可溶材３との界面にせん断応力が作用している。これらの応力に板状可溶材３が強度的に耐えて前記弾性曲げ歪エネルギーが蓄積されている。
図５において、弾性板１から曲げ中立面ｎ−ｎまでの距離をｔ３’、板状可溶材３から曲げ中立面ｎ−ｎまでの距離をＴ３’、感熱エレメントの曲げ半径をｒ、板状可溶材の弾性率をＥ３とすれば、弾性板に接する界面での圧縮応力δm、板状可溶材３の表面での引っ張り応力応力δm’
【００３２】
δm＝Ｅ３ｔ３’／ｒ
【００３３】
δm’＝Ｅ３Ｔ３／ｒ
【００３４】
で与えられ、更に板状可溶材の厚みをｔ３とすれば、せん断応力τは
【００３５】
τ∝（ｔ１＋ｔ３）／ｒ
【００３６】
で与えられる。
このせん断応力や前記引っ張り応力及び圧縮応力は感熱エレメントの曲げ径ｒが感熱エレメント全長に沿い一定であれば一定となり、集中応力の発生を排除できる。
この実施例においても、感熱エレメントの長さ方向に沿って曲げ半径が変化しても、その変化の程度が緩やかであれば、せん断応力や前記引っ張り応力及び圧縮応力の感熱エレメントの長さ方向への沿っての変化も緩慢にでき、感熱エレメントの長さ方向に沿って曲げ半径の緩慢な変化があっても、集中応力の発生を充分に排除できる。
【００３７】
図４の（イ）に示す感熱エレメントにおいて、板状可溶材３がその融点にまで加熱されて軟化乃至は溶融されると、弾性板１に蓄えられていた弾性曲げ歪エネルギーが解放されて弾性板１が図４の（ロ）に示す原形（水平板状）に戻され、その変形量が感熱出力とされる。この場合、弾性板の弾性曲げ歪エネルギーの解放が板状可溶材の軟化と同時に行なわれるから、迅速な動作を保証できる。
この動作までは、弾性板と板状可溶材との接合界面に前記した通り、せん断応力が作用している。このせん断応力の作用のもとでも、感熱エレメントの形状を安定に保持し得るように、弾性板と板状可溶材との界面を充分なせん断強度で接合してあり、前記と同様に弾性板に板状可溶材が食い込む窪みを設けること、弾性板に板状可溶材が食い込む孔を設けること、弾性板の表面を粗面にして板状可溶材に対する接合面積を大きくすること等が有効である。
【００３８】
上記実施例では、弾性板に金属単体または樹脂単体を使用しているが、弾性金属板と弾性樹脂板との重合物、例えば銅箔とポリイミドフィルムとの積層物を使用することもできる。この場合、可溶材については金属板面に可溶合金が一体化されるかまたは樹脂板面に熱可塑性樹脂が一体化される。
上記何れの実施例においても、弾性板の原形、すなわち零歪状態での弾性板の形状を平板状としているが、原形状を非平板状とすることもできる。
例えば、図６の（ロ）に示すように弾性板１の原形を高さＨのアーチ状とし、このアーチの巾を弾性的に拡げて図６の（イ）に示すように高さを低くするように弾性変形させ、この状態を可溶材３の一体化により保持して弾性曲げ歪エネルギーを蓄えさせ、可溶材３の溶融乃至は軟化により弾性板１を図６の（ロ）に示す原形に戻してアーチ高さを元のＨにする構成とすることもできる。
【００３９】
図７の（イ）は本発明に係るサーモプロテクタの一例を示す平面図、図７の（ロ）は図７の（イ）におけるロ−ロ断面図である。図７の（ハ）は動作後の状態を示す断面図である。
図７において、４１，４２は一対のリード導体、Ａは一方のリード導体４１の端部にスポット溶接等により取付けた本発明に係る感熱エレメント、例えば図１や図３に示した感熱エレメントであり、その他端部を他方のリード導体４２の端部に接触させ、その接触部位を接点５としている。６は絶縁体ケーシングである。
本発明に係るサーモプロテクタは機器に熱的に接触して取り付ける。機器が何らかの異常により通電発熱されてサーモプロテクタの感熱エレメントＡの可溶材の融点に達すると、可溶材が軟化乃至は溶融され、これと同時に感熱エレメントに蓄えられていた弾性歪エネルギーが解放されて迅速に図７の（ハ）に示すように動作され接点が開かれ、機器への通電が遮断される。
この場合、感熱エレメントが非復帰型であるために、前記異常を内在したままでの再導通は排除される。
【００４０】
この実施例のサーモプロテクタの感熱エレメントは、感熱エレメントの弾性材が金属製であり、それ自体で電気導通性を有している。
かかる感熱エレメントにおいては、固定される端部側を電池の構成部分に直接取付け、電池と一体化して使用することも可能である。
また、図７の（ロ）においてリード導体４１と感熱エレメントＡの下側弾性板１２とを共通とすることも可能である。
【００４１】
図８の（イ）は本発明に係るサーモプロテクタの別例を示す断面図である。図８の（ロ）は動作後の状態を示す断面図である。
図８の（イ）において、一方のリード導体４１の端部に可動電極７を取付け、他方のリード導体４２の端部を固定電極とし、両電極を接点５において接触させ、可動電極７の下方に前記の図６に示した感熱エレメントＡを配設してある。機器に熱的に接触させて取り付けられ、機器が何らかの異常により通電発熱されてサーモプロテクタの感熱エレメントの可溶材の融点に達すると、可溶材が軟化乃至は溶融され、これと同時に感熱エレメントに蓄えられていた弾性歪エネルギーが解放され迅速に図８の（ロ）に示すように動作されて感熱エレメントの高さが増し、可動電極７が感熱エレメントＡで押し上げられ、接点５が開かれて機器への通電が遮断される。
この場合も感熱エレメントが非復帰型であるために、前記異常を内在したままでの再導通が排除される。
【００４２】
上記何れのサーモプロテクタにおいても、接点５の電気導通性を向上させるために、感熱エレメントの可溶材と同一または以下の融点のはんだ（可溶合金）で接合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
リチウムイオン２次電池、リチウムポリマー２次電池等の高いエネルギー密度の２次電池では、その高いエネルギー密度のために異常時の発熱温度が高く、その発熱を検知して電池を不通電とするサーモプロテクタが必要であるが、本発明に係る感熱エレメントにおいては小型化のもとで電池パックに組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】図１の（イ）の可溶材の応力状態を示す図面である。
【図３】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４】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５】図４の（イ）の可溶材の応力状態を示す図面である。
【図６】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７】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。
【符号の説明】
【００４５】
１            弾性材
１１          弾性材
１２          弾性材
３            可溶材
４１          リード導体
４２          リード導体
５            接点
Ａ            感熱エレメント
【図１】
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【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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【図９】
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