(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との間に導電層１３を含み、導電層１３が導電性物質を含み、導電層１３の第１の主面１１の近傍部には、さらに電気絶縁性物質が含まれ、前記近傍部におけ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である電気接点１０とし、この電気接点１０をサーマルプロテクタに用いる。【選択図】  図１
2005259595.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の主面との間に導電層を含む電気接点であって、
前記導電層が、導電性物質を含み、
前記導電層の前記第１の主面の近傍部には、さらに電気絶縁性物質が含まれ、
前記近傍部におけ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であることを特徴とする電気接点。
【請求項２】
前記電気絶縁性物質が、アルミナである請求項１に記載の電気接点。
【請求項３】
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または２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。
【請求項４】
前記電気絶縁性物質がアルミナであり、かつ前記サーマルプロテクタが使用される機器の電源電圧をＶ（Ｖ）、前記電気絶縁性物質の平均粒径をｄ（μｍ）としたとき、ｄ×１２＞Ｖである請求項３に記載のサーマルプロテクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開２０００−３１１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、対向する第１の主面と第２の主面との間に導電層を含む電気接点であって、前記導電層が導電性物質を含み、前記導電層の前記第１の主面の近傍部には、さらに電気絶縁性物質が含まれ、前記近傍部におけ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であることを特徴とする電気接点である。
【００１１】
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である。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の電気接点は、対向する第１の主面と第２の主面との間に導電層を含み、上記導電層は導電性物質を含んでいる。さらに、第１の主面に近い上記導電層（上記導電層の第１の主面の近傍部）には電気絶縁性物質を含んでいる。これにより、第１の主面を接点面とすると、開閉の繰り返しによって接点の導電性物質が摩耗・蒸散するにつれて接点表面部に電気絶縁性物質が露出する確率が高まり、対向する接点がこの電気絶縁性物質に触れることで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。なお、上記導電層は複数層からなるものでもよい。
【００１４】
また、上記電気絶縁性物質と導電性物質との体積比は３０：７０〜７０：３０であることが必要であり、より好ましくは４０：６０〜６０：４０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確実に防止できるからである。
【００１５】
さらに、上記電気絶縁性物質としては、種々の物質が使用できるが、アルミナが最も好ましい。アルミナは、蒸気圧が高いため接点間のアーク放電に対して最も安定だからである。
【００１６】
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。
【００１７】
また、上記電気絶縁性物質としてアルミナを用い、かつ上記サーマルプロテクタが使用される機器の電源電圧をＶ（Ｖ）、上記電気絶縁性物質の平均粒径をｄ（μｍ）としたとき、ｄ×１２＞Ｖを満足することが好ましい。これにより、接点間にかかる電源電圧によってアルミナ粒子が絶縁破壊されなくなるからである。
【００１８】
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。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
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との間には導電層１３が形成されている。導電層１３は、例えば、組成の異なる複数の導電層１３ａ、１３ｂから形成されている。また、導電層１３ａ、１３ｂは、導電性物質から形成されている。さらに、第１の主面１１に近い導電層１３ａには電気絶縁性物質が含まれ、導電層１３ａ中の電気絶縁性物質と導電性物質との体積比は、３０：７０〜７０：３０の範囲で設定されている。また、第２の主面１２に近い導電層１３ｂは、導電性物質のみから形成されている。
【００２１】
導電層１３ａに用いる導電性物質としては、例えば、Ａｇなどの単独金属、またはＡｇ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｗ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｗなどの合金などが使用できる。また、電気絶縁性物質としては、アルミナが使用される。アルミナ以外では、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニアなどの酸化物を用いることができるが、前述のように、蒸気圧の高いアルミナが接点間のアーク放電に対して最も安定であり、本発明の効果を現出するために最適である。
【００２２】
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
。
【００２３】
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を固定側内部リード線２３との接続面としている。また、可動側接点２４の接点面は、例えば、従来から用いられているＡｇ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗなどの合金、またはＡｇなどの単独金属などから形成できる。
【００２４】
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。
【００２５】
以下、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。
【実施例１】
【００２６】
先ず、以下のように粉末プレス法を用いて電気接点を作製した。
【００２７】
導電層１３ａ用の導電性物質として平均粒径４μｍの銀粉を準備し、また電気絶縁性物質として平均粒径５、１０、２０、４０μｍの４種類のアルミナ粉を準備した。この銀粉と４種類のアルミナ粉とを、理論密度から計算してアルミナの体積含有率が４０％となるようそれぞれ配合し、均一に混合して第１の混合粉を４種類準備した。
【００２８】
また、導電層１３ｂ用の導電性物質として平均粒径７μｍの銅粉と平均粒径２μｍのＮｉ粉とを準備し、この銅粉とＮｉ粉とを、Ｎｉの重量含有率が２０％となるよう配合し、均一に混合して第２の混合粉を準備した。なお、導電層１３ｂはサーマルプロテクタの作製にあたり、抵抗溶接によって接点を固定する際に接合を強固にするために設けるものである。
【００２９】
次に、第１および第２の混合粉を所定量秤量し、予め用意したダイス中に、まず第１の混合粉を投入し、ダイスに若干の振動を与えて投入した粉体の表面をならした後、第２の混合粉を投入し、同様に表面をならした後、パンチを挿入して約６００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスし、角型接点として２．５ｍｍ角、厚み１．５ｍｍの成形体を作製した。同様にして、丸型接点として直径２．５ｍｍ、厚み１．２ｍｍで第１の混合粉側に３Ｒの曲率をもつ成形体も作製した（図示せず）。この工程を上記４種の第１の混合粉につきそれぞれ行い、粒径の異なるアルミナ粉を含有した４種類の角型接点および丸型接点の成形体を作製した。
【００３０】
次に、得られたそれぞれの成形体を窒素雰囲気中で６００℃で２時間焼成して電気接点を作製した。
【００３１】
続いて、図２に示すように、角型接点と丸型接点に含まれるアルミナ粉の粒径が合致するように組み合わせて、上記で得られた角型接点を固定側接点２２とし、丸型接点を可動側接点２４とし、アルミナ粉を含有する層が相互に対向するように配置して４種類のサーマルプロテクタを作製した。なお、熱応動素子２６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。
【実施例２】
【００３２】
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。
【実施例３】
【００３３】
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。
【００３４】
（比較例）
固定側接点および可動側接点の両方を従来の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。
【００３５】
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第１の条件としてＡＣ１１０Ｖ、１０Ａ、力率６０％、第２の条件としてＡＣ２２０Ｖ、１５Ａ、力率８０％でそれぞれ１条件につき５０個用いて、ライフエンドに至るまでの寿命試験を行い、最終的に接点溶着に至ったサンプルの個数を調べた。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2005259595.tif 000003
【００３７】
表１からわかるように、比較例では５０個のサンプルのうち相当数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では接点溶着によるライフエンドをかなり防止できた。特に、実施例１〜３のサンプルの内、ｄ（アルミナの平均粒径）×１２＞Ｖ（電源電圧）を満足するサンプルについて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。
【００３８】
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。
【００３９】
なお、本発明の接点の材料設計にあたり、電気接点の基本機能として電気絶縁性物質を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、電気絶縁性物質を含む層中のアルミナ粉の体積％は４０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。但し、アルミナ粉の体積％が３０体積％を下回ると、寿命末期での接点溶着が発生するおそれがある。
【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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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】
【００４３】
１０  電気接点
１１  第１の主面
１２  第２の主面
１３、１３ａ、１３ｂ  導電層
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】
2005259595.tif 000005
【図３】
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