(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を熱交換システム系統に循環させるカーエアコン用冷媒圧縮機内の高圧環境に対して感熱部分が直接曝される感熱スイッチであり、
円板状の金属製の蓋板と、
前記蓋板の外周近傍にほぼ均一に密着する開口端を有する円筒部と底面部から成り前記蓋板に該開口端をリング状に溶接して密閉容器を構成する金属製の容器を有し、
密閉容器中には所定のガスが封入され、
この容器の内部底面に沿って所定の第一の温度で急跳反転動作し第二の温度で急跳反転復帰するように浅い皿状に成形された円板上の熱応動板を収納し、
その熱応動板に対向して弾性を有する保持板を配設し、
前記蓋板に２箇所の貫通孔を穿ちそれぞれの孔にガラスの如き電気絶縁性の充填材により端子を気密に保持し、
この一方の端子には固定接触部材を、また他方の端子には可動接触部材を接続固定し、
該可動接触部材には前記熱応動板に対峙する受圧片が設けられた感熱スイッチにおいて、
前記金属製の容器を熱伝導率が鉄の２分の１以下である金属によって構成し、
前記容器を前記圧縮機のハウジングに設けられた貫通孔に前記蓋板が外部に露出するように挿入し、前記容器の該蓋板近傍外周部分を前記圧縮機の内壁面より外側の位置で前記貫通孔に気密に保持固定し、これにより前記容器の底面部分が被検出物である冷媒に直接曝されるように取り付けられることにより容器底面部分を加熱したときの蓋板側への熱伝導速度を前記容器の熱伝導率により抑え容器底面の温度上昇速度を上げたことを特徴とする感熱スイッチ。
【請求項２】
金属製の容器は鉄−クロム合金、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金またはニッケル−クロム合金のいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の感熱スイッチ。
【請求項３】
金属製の容器はステンレス鋼板であることを特徴とする請求項２に記載の感熱スイッチ。
【請求項４】
密閉容器内に封入ガスとしてヘリウムを５０％以上の割合で封入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の感熱スイッチ。
【請求項５】
蓋板の周辺部近傍に段差を設け、容器はその内周面を蓋板の段差の外縁にほぼ当接するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の感熱スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車等の冷媒を熱交換システム系統に循環させるコンプレッサーとかエンジン・トランスミッション等の機器の異常時に過熱する部分の温度を検出し、該機器を過熱による損傷から保護するための感熱スイッチの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のスイッチとしてバイメタル等の変形を利用して電気回路の開閉を行なう感熱スイッチが用いられている。図６において示す感熱スイッチ１０１は特開平５−１０１７６１号公報に示された感熱スイッチであり、円板状の金属製の蓋板１０２と有底円筒状の容器１０３とを有し、蓋板１０２の外周近傍に容器１０３の開口端を気密に固着した密閉容器を構成している。ここで密閉容器を採用している理由は容器内部への水分などの進入を防ぎ、且つ後述する理由により容器内部に封入されるガスの組成を長期にわたり安定させることにある。容器１０３としては比較的熱伝導率が高く溶接性が良いという理由から冷間圧延鋼板等が使用され、そのため容器を介して感熱スイッチの周囲温度を容器内部に納められた後述する熱応動板に素早く伝えることができる。
【０００３】
蓋板１０２には貫通孔１０２Ａ及び１０２Ｂが設けられており、この貫通孔には各々金属製の導電ピン１０４Ａ及び１０４Ｂが電気絶縁性の充填材１０５によりそれぞれ気密に固定されている。一方の導電ピン１０４Ａの図示下端近傍にはコ字形をした厚みのある導電性の固定接触部材１０６がその図示上端部を溶接等の方法で固着されている。導電ピン１０４Ｂの下端近傍には弾性のある可動接触部材１０７がその固定端１０７Ａを溶接の如き方法で固定されている。可動接触部材１０７の先端１０７Ｂには可動接点１０８が固定され、固定接触部材１０６の接触部１０６Ａと接触するように配設されている。
【０００４】
容器１０３の底部にはバイメタルの様な材料を円形に打抜いて浅い皿状に成形した熱応動板１０９が置かれその上にバネ材で作られた保持板１１０が置かれている。さらに保持板１１０の上には耐熱性のある絶縁材料で作られた受圧片１１１が配設され、この受圧片の先端は前記可動接触部材１０７に設けられた孔１０７Ｃに圧入等の方法で固定されている。
【０００５】
この感熱素子１０１の動作について説明すると常温の状態では、熱応動板１０９は図６に示すように下方に膨らんだ湾曲状態をとり、温度の上昇に伴い所定の温度になると急跳反転しその湾曲方向を中央が上方に膨らんだ形状となるように予め設定されているため、その中央部分が受圧片１１１を押上げる。受圧片１１１は可動接触部材１０７を押上げその先端の可動接点１０８を固定接触部材１０６の接触部１０６Ａから開離しその電路を断つものである。
【０００６】
次にこの感熱スイッチの制御対象機器への取り付けについて制御対象機器としてカーエアコン用圧縮機に取り付ける場合を図７に示す一部断面図、及びその部分拡大図である図８を例に説明する。ここで示すカーエアコン用圧縮機のハウジングＡには予め取付部Ａ１が設けられている。この取付部は圧縮機の吐出冷媒通路Ａ２に設けられた貫通穴であり、取り付けられた感熱スイッチが被検出物である冷媒の温度を速やかに検出できるような位置とされている。
【０００７】
取り付けられる感熱スイッチ１０１の導電ピン１０４Ａ，１０４Ｂには、リード線１１２Ａ，１１２Ｂが導電的に接続固定されており、使用環境中でこの接続部への水などの浸入を防ぎ且つ作業時に加わる外力や振動から保護するために、感熱スイッチ１０１に保護キャップ１１３が被せられキャップ内部に絶縁性の充填材１１４が充填されている。
【０００８】
この取付部Ａ１にシリコンゴムなどでできたＯリング１１５と共に感熱スイッチ１０１を挿入し、保護キャップ１１３の上端面を周知のスナップリングの如き円弧状の弾性部材１１６により保持しスイッチにより取付部を密閉するように固定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この感熱スイッチ１０１は容器１０３の底面に熱応動板１０９を位置させることにより高い熱応答性能を実現している。しかしながら上述の取付例のように常に外気に曝されるカーエアコン用圧縮機のハウジングに取り付けられた場合などには、圧縮機ハウジング表面は外気によって熱を奪われており、さらにそこに直接取り付けられた感熱スイッチの熱もまた外気及び圧縮機ハウジングを介して熱伝導により熱を奪われるために、特に外気温が低い時などに於いては急激な冷媒の温度上昇に対する熱応答性が充分に得られない場合があった。
【００１０】
感熱スイッチ１０１の熱応答性はスイッチ容器内部に封入される封入ガスの熱伝導性を良くすることによって向上することができる。つまり感熱スイッチは密閉容器とし所定のガスを封入することにより長期に亘り恒常性を保つようにされているが、この封入ガスとしては乾燥空気や窒素等と共に気密性検査のためにヘリウムガスが封入される。ヘリウムは乾燥空気や窒素等と比較して熱伝導性が高いのでこの封入ガス中のヘリウムの割合を多くすることで、封入ガスの熱伝導性を高めることで熱応動板にさらに早く容器からの熱を伝えることができる。
【００１１】
ヘリウムは窒素や空気と比べて６倍程度熱伝導率が高く、例えば１５５℃で動作する感熱スイッチで封入ガスのヘリウムを２５％としたものと７５％としたものとを用意し、それぞれの容器部分のみを１８０℃のオイルに浸し動作までの時間を測定する実験で比較すると、ヘリウムを７５％にしたものでは２５％のものに対して応答時間にして１０〜１５％程度の向上がみられる。しかしこのように封入ガスを変更してもまだ応答速度を充分にあげることはできなかった。さらにヘリウムの比率を高くすることで応答速度を上げることができるが、例えばその比率を１００％としても反応時間にして２０％程度の向上にしかならず、さらにこの場合には接点間開放時の耐電圧能力が低下するという問題がでてくる。
【００１２】
この他に応答速度を速めるには例えば特開平８−２１２８９３公報等に示されているように、圧縮機の内部と外部を電気的に接続する密閉端子の導電ピン先端に感熱スイッチを固定する方法が有効である。このように導電ピンのみで感熱スイッチを圧縮機ハウジングの内壁面よりも内側に固定することによりスイッチから圧縮機外部への熱伝導を最小限に抑えることができると共に、熱媒体である冷媒中にスイッチ全体を曝すことで熱応答性を高めることができる。前述のオイルを使用した代用試験によれば動作までに要する時間が約半分以下になり、実際の使用でも同様の結果となることが確認されている。しかしながらこの方法は、冷媒通路の広さを感熱スイッチが収容できる程度に広くする必要があるため圧縮機のハウジングが大型になり、また部品数が多くなり、高価になると言う問題があった。そのため、従来と比較して圧縮機ハウジングを大型化したり部品数の増加などもすることなく熱応答性を高めることのできる感熱スイッチが求められている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の感熱スイッチにおいては、冷媒を熱交換システム系統に循環させるカーエアコン用冷媒圧縮機内の高圧環境に対して感熱部分が直接曝される感熱スイッチであり、
円板状の金属製の蓋板と、
前記蓋板の外周近傍にほぼ均一に密着する開口端を有する円筒部と底面部から成り前記蓋板に該開口端をリング状に溶接して密閉容器を構成する金属製の容器を有し、
密閉容器中には所定のガスが封入され、
この容器の内部底面に沿って所定の第一の温度で急跳反転動作し第二の温度で急跳反転復帰するように浅い皿状に成形された円板上の熱応動板を収納し、
その熱応動板に対向して弾性を有する保持板を配設し、
前記蓋板に２箇所の貫通孔を穿ちそれぞれの孔にガラスの如き電気絶縁性の充填材により端子を気密に保持し、
この一方の端子には固定接触部材を、また他方の端子には可動接触部材を接続固定し、
該可動接触部材には前記熱応動板に対峙する受圧片が設けられた感熱スイッチにおいて、
前記金属製の容器を熱伝導率が鉄の２分の１以下である金属によって構成し、
前記容器を前記圧縮機のハウジングに設けられた貫通孔に前記蓋板が外部に露出するように挿入し、前記容器の該蓋板近傍外周部分を前記圧縮機の内壁面より外側の位置で前記貫通孔に気密に保持固定し、これにより前記容器の底面部分が被検出物である冷媒に直接曝されるように取り付けられることにより容器底面部分を加熱したときの蓋板側への熱伝導速度を前記容器の熱伝導率により抑え容器底面の温度上昇速度を上げたことを特徴とする。このような構成とすることにより、感熱スイッチの金属製容器底面の熱が容器の蓋板近傍の外周から圧縮機のハウジングへは伝わり難くなり、冷媒温度が急上昇した場合などにおいて熱の逃げを抑えることにより熱応動板を効果的に加熱することができ、感熱スイッチとしての応答速度を高めることができる。
【００１４】
また他の特徴は、金属製容器を鉄−クロム合金、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金またはニッケル−クロム合金のいずれか、より好ましくはステンレス鋼板によって構成されていることにある。このような構成とすることにより、感熱スイッチの金属製容器の形状が従来品と同じままでも容器底面の熱は容器の円筒部から圧縮機のハウジングへは伝わり難くなり、さらに容器円筒部の厚みと長さを所定の関係となるように設定することにより容器底面の熱を熱応動板に速やかに伝達する効果を増すことができ、感熱スイッチとしての応答速度を高めることができる。また容器をこのように選定することでスイッチ自体の大きさを同じか若干大きくするのみで熱応答性を大幅に向上することができるので、従来の取付位置を変更する必要はほとんどなく圧縮機のハウジングを大型化しないでも良い。
【００１５】
また他の特徴は密閉容器内に封入ガスとしてヘリウムを５０％以上の割合で封入することにより、特に急激な温度上昇時において容器の熱を熱応動板に速やかに伝えるようにしたことにある。
【００１６】
さらに他の特徴は蓋板の周縁部近傍に段差を設け、容器はその内周面を蓋板の段差の外縁にほぼ当接するようにして組み付けられることにある。本発明においてはこのような構成にすることにより蓋板と容器との溶接時にいわゆるチリが発生してもこの段差により容器内部への進入を防ぐことができると共に、組付時の蓋板と容器との位置合わせが確実且つ容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次にこの感熱スイッチについて図１乃至図４を参照しながら説明する。図１は本発明の感熱スイッチの一実施例を示す断面図であり、図２はその動作状態を示す断面図、図３はこの感熱スイッチを制御対象機器の一例としてのカーエアコン用圧縮機に取り付けた状態を示す一部断面図、図４はその部分拡大図である。
【００１８】
この感熱スイッチ１は円板状の金属製の蓋板２と有底円筒状の金属製容器３とを有し、蓋板２の周縁部に容器３の開口端に設けられたフランジ部３Ａをリングプロジェクション溶接などにより気密に固着して密閉容器を構成している。容器３は金属板をプレス加工などにより有底円筒形状に絞り成形したものであり、本実施例においては容器３の厚みｔを従来と同様にした上で容器３の円筒部の長さＬを従来のものよりも長く設定することにより、円筒部両端間の熱勾配が緩やかになるようにされている。またその底面３Ｂは球面状にされており、比較的平坦な底面形状を有していた従来のものと比較してより高い耐圧力性能を持たせることができる。
【００１９】
本発明においては感熱スイッチの容器からの熱の移動に着目することで、感熱スイッチの動作時間に対する容器の熱伝導率、容器円筒部の長さ及び厚みとの関係を得るに至った。つまり感熱スイッチ容器の熱伝導率が低ければ容器底面に与えられた熱は外部に移動しにくく、また容器円筒部の厚みが薄ければ断面積が小さくなるのでやはり熱が伝わりにくくなり、さらに円筒部の長さが長いほど熱勾配が緩やかになるのでやはり熱は移動しにくくなる。本実施例では容器の厚みｔを変えずに長さＬを従来品より長くすることにより容器円筒部両端の熱勾配を緩やかにして、円筒部底面からの熱の移動を抑えるようにされている。
【００２０】
蓋板２には第１及び第２の貫通孔２Ｂ及び２Ｃが設けられており、この貫通孔には各々感熱スイッチの第１及び第２の端子たる金属製の導電ピン４Ａ及び４Ｂがガラスの如き電気絶縁性の充填材５によりそれぞれ気密に固定されている。一方の導電ピン４Ａの図示下端近傍にはコ字形をした厚みのある導電性の固定接触部材６がその図示上端部を溶接等の方法で固着されている。この固定接点部材６の先端部には銀合金などで構成された固定接点部６Ａが設けられている。また導電ピン４Ｂの下端近傍には充分な弾性のある銅合金などで構成された可動接触部材７がその固定端７Ａを溶接の如き方法で固定されている。可動接触部材７の先端７Ｂには銀合金などの可動接点８が固定され、固定接触部材６の固定接点部６Ａと接触するように配設されている。
【００２１】
容器３の底部３Ｂにはバイメタルの様な材料を円形に打抜いて所定の温度で湾曲方向を反転及び復帰するように浅い皿状に成形された熱応動板９が置かれ、その上にはバネ材で作られた保持板１０が置かれている。さらに保持板１０の上にはセラミックスの如き耐熱性のある絶縁材料で作られた受圧片１１が配設され、この受圧片の先端１１Ａは前記可動接触部材７の中央に穿たれた貫通孔７Ｃに圧入等の方法で固定されている。
【００２２】
この保持板１０は図５に示す如く中心から放射状に延びる細い脚部１０Ａを複数、実施例では４本有しこの脚部１０Ａをそれぞれ所定の角度で折り曲げることにより概ね傘型に形成された薄いリン青銅やベリリウム銅などの弾性板で作られたものである。保持板１０は熱応動板９をその動作に実質的に影響しない程度の力で常に容器底部３Ｂ方向に押し当て位置決めしている。また保持板１０の中央には貫通穴１０Ｂが穿たれており受圧片１１の下端１１Ｂがこの貫通穴１０Ｂに挿通されている。そのため受圧片１１の位置決めを容易にすると同時に、受圧片１１と熱応動板９とが直接接触することにより保持板１０が熱応動板９のスナップ時に受圧片と熱応動板とで直接叩かれないようにしており、熱応動板９の反転復帰動作の繰り返しによる保持板１０の変形を防止できる。さらに保持板１０は薄い板でありかつ脚部１０Ａは細く熱応動板９との接触は脚部先端のみでなされているので、熱応動板９の熱は保持板を介しては受圧片１１に伝わりにくくなり、導電ピンを通して熱が逃げることを抑えるのに寄与している。
【００２３】
この感熱素子の動作は基本的に前述の従来例と同様である。つまり常温の状態では、熱応動板９は図１に示すように下方に膨らんだ湾曲状態をとり、温度の上昇に伴い所定の第１の温度になると急跳反転しその湾曲方向を図２に示す如く中央が上方に膨らんだ形状となるため、その中央部分が保持板１０の中央に挿通された受圧片の下端１１Ｂに当接し、受圧片１１を押上げる。受圧片１１は可動接触部材７を押上げその先端の可動接点８を固定接触部材６の固定接点部６Ａから開離しその電路を断つ。また高温状態から熱応動板９の温度が所定の第２の温度まで下がると、熱応動板９はその湾曲方向を復帰し再び可動接点８を固定接点部６Ａに接触させ導電ピン４Ａ，４Ｂ間の電路を復帰導通させる。
【００２４】
次にこの感熱スイッチ１を制御対象機器の一つであるカーエアコン用圧縮機に取り付ける場合を図３の一部断面図及びその部分拡大図である図４を例に説明する。このカーエアコン用圧縮機のハウジングＡは前述の従来例と同様のもので、予め感熱スイッチの取付部Ａ１が設けられている。この取付部は圧縮機のハウジングＡの吐出冷媒通路Ａ２に設けられた貫通穴であり、容器を挿入して取り付けられた感熱スイッチ１が被検出物である吐出冷媒に直接曝されることにより冷媒温度の変化を速やかに検出できるような位置とされている。
【００２５】
感熱スイッチ１は、前述の従来例と同様にその導電ピン４Ａ（４Ｂ）にリード線１２Ａ（１２Ｂ）を溶接などの方法で導電的に接続固定したものであり、さらに使用環境中でこの接続部への水などの浸入を防ぎ且つ作業時に加わる外力や振動から保護するために、感熱スイッチ１に保護キャップ１３が被せられキャップ内部に絶縁性の充填材１４が充填されている。
【００２６】
このように構成された感熱スイッチを、圧縮機外側から取付部Ａ１にシリコンゴムなどでできたＯリング１５と共に挿入し、このＯリング１５を取付部Ａ１の内壁と感熱スイッチ容器外壁及びフランジ部との間に密着させることにより貫通穴であるこの取付部Ａ１は気密にふさがれる。さらに保護キャップ１３の上端面を周知の円弧状の弾性部材１６であるスナップリングなどにより保持しスイッチが脱落しないように固定する。このように感熱スイッチ１は圧縮機ハウジングＡの内壁面よりも外側の位置で保持固定されているので、Ｏリングと弾性部材のみで取付部の気密性と確実な固定を確保することができる。ここで感熱スイッチ１の容器外壁は熱が逃げにくいように、取付部Ａ１の内壁とは直接接触しないようにされると共に、蓋板を含めて金属部が直接圧縮機のハウジングに接触しないようにされている。この感熱スイッチ１は従来のものと比較して容器が長くスイッチ容器の下半分が吐出冷媒の流路中に曝されるので、被検出物である冷媒からの熱をより効率的に受けることができる。
【００２７】
本実施例においては感熱スイッチの容器３の円筒部を長くすることで容器底面からの熱の移動を抑えているが、その熱移動速度をより大きく抑えようとする場合には円筒部をさらに長くしたり、容器３の厚みｔを薄くする必要がある。しかしながら円筒部の長さＬを大きくすると当然スイッチの取り付け位置も大きなスペースを必要とするために制御対象機器、実施例では圧縮機のハウジングが大型化してしまうおそれがある。また、容器の厚みｔを薄くすると耐圧力性能が低下してしまうという問題もある。
【００２８】
そこで本発明においては、金属製容器を熱伝導率が鉄の２分の１以下である金属、好ましくは熱伝導率が鉄の３分の１以下である金属で構成することにより容器の長さや厚みはそのままに熱移動速度を抑えることができる。さらに容器円筒部の厚みと長さを所定の関係となるように設定することにより、例えば熱伝導率が鉄の２分の１よりも高いものでも容器の熱伝導を所定の速度以下に抑えることができ、また熱伝導率が鉄より充分に小さいものにおいてはさらにその効果を増し、感熱スイッチとしての応答速度を高めることができる。この容器３としては例えば鉄合金やニッケル合金などのうち適宜選定されたものが使用される。本実施例では容器３にはステンレス鋼板（SUS303）をプレス加工などにより有底円筒形状に絞り成形したものを使用しており、その熱伝導率は常温で鉄の約５分の１、従来使用されていた冷間圧延鋼板の約４分の１である。
【００２９】
このように容器としてステンレス鋼などの抵抗値の高いものを使用した場合、蓋板と容器の抵抗値の差が大きく溶接時に溶融した金属の一部が飛散するいわゆるチリが発生する可能性があり、このチリが容器内部に入ると各部の動作や絶縁性などに不都合な影響を及ぼすことがある。そこで本発明においては蓋板２の周縁部近傍に段差２Ａを設け、容器３はその内周面を蓋板の段差２Ａの外縁にほぼ当接するようにされている。そのため、蓋板２と容器３との溶接時にチリが発生しても、段差２Ａにより容器内部への進入を防ぐことができる。またこのような構成にすることにより、組付時の蓋板と容器との位置合わせ作業が容易になる。
【００３０】
本発明の感熱スイッチに於いては、容器３として熱伝導率が従来使用されている冷間圧延鋼板よりも低い値となる鉄の２分の１以下である金属、例えばステンレス鋼などを使用することにより従来の感熱スイッチよりも熱応答速度を上げることができるようになった。これは前述したように従来の比較的熱伝導性の良い容器を使用した感熱スイッチを圧縮機のハウジングに取り付けた場合に於いては、感熱スイッチの容器底部３Ｂの熱は容器を介して熱応動板に伝わると同時にスイッチ容器の円筒部を介してさらに低温である蓋板や圧縮機ハウジングへと移動していたために、熱応動板の温度上昇速度が実質的に抑えられていたことによる。
【００３１】
従来においても圧縮機への取付時には蓋板など金属部が直接圧縮機の金属製ハウジングに触れないようにされてはいたが、スイッチに密着している樹脂などにも熱が伝わるため、特に冷媒温度が急上昇した時などのような素早い応答速度が求められる場合においてはそれだけでは充分な効果が得られなかった。また密閉容器を構成する金属製の蓋板は容器に比較して厚みのある金属板を使用しているために比較的大きな熱容量があり、容器に伝えられた熱がこの蓋板の加熱のために移動してしまうことも熱応動板の加熱が遅れてしまうことの一つの要因となっている。さらに耐圧力性能を高めるためにスイッチの容器底面を球面状にしたために、従来のものと比較して熱応動板と容器底面との距離が少し離れ容器底面からの放射熱が熱応動板に届きにくくなることも一因だと考えられる。
【００３２】
またここで前述の従来例や本発明のように感熱スイッチに密閉型容器を使用している場合には、従来は内部に封入する封入ガス中のヘリウムの比率を上げることにより容器からの熱を熱応動板に対してより伝わりやすくし、その結果として応答時間を短縮させていたがこれだけではまだ不充分であった。またこれに対して金属板の代わりに熱伝導率の低い樹脂製の蓋板を使用したり開口部を樹脂などの充填材によって封入するものもあるが、このような構造では実質的に気密性を持たないために所定の封入ガスを入れたとしても長期間にわたってその組成を安定的に維持することは不可能であり、長期的な熱伝導性の向上は期待することができない。
【００３３】
これらの点に鑑み感熱スイッチの容器底面からの熱の移動に着目し、各種の実験を行ったところ、感熱スイッチの動作時間は容器の熱伝導率と容器円筒部の長さ及び厚みからほぼ定常的に導かれることがわかった。つまり感熱スイッチ容器の熱伝導率が低ければ容器底面に与えられた熱は外部に移動しにくく、また容器円筒部の厚みが薄ければ断面積が小さくなるのでやはり熱が伝わりにくくなり、さらに円筒部の長さが長いほど熱勾配が緩やかになるので熱が移動しにくくなる。これらの点を考慮し実験結果と併せて検討した結果、感熱スイッチの容器の熱伝導率及び形状と動作時間とは以下の式で導き出される動作時間指数Ｔによってほぼ関連付けられることが判った。
【００３４】
【数式１】
【００３５】
この動作時間指数Ｔは、一定の条件範囲内であれば前述した感熱スイッチの代用特性試験における動作時間とほぼ比例する。そのためこの値を従来のものと比較することにより容器の熱伝導率及び形状から動作時間を容易に予測することができる。例えば本実施例及び前述の従来例の感熱スイッチにおいては以下の関係が実験式として導き出された。
【００３６】
【数式２】
【００３７】
この予測動作時間Ｔ１を導き出すための代用特性試験について説明すると、試験を行った感熱スイッチは容器円筒部の直径Ｄを１２．８mmとし、収納される熱応動板の直径は１２．０mmである。また蓋板は直径１７mmで厚み１．６mmの冷間圧延鋼板（SPCE）に導電ピンを固定したものを使用し、容器内部への封入ガスは窒素７５％−ヘリウム２５％として封入ガス圧力は１３０kPaで統一されている。また、試験時には図４等に示す保護キャップ１３及びリード線を感熱スイッチに取り付けた状態で行った。試験方法は前述したように１５５℃で動作する感熱スイッチを１８０℃のシリコンオイルに蓋板など他の部分が触れないように容器部分だけを浸し、スイッチが動作するまでの時間を測定した。この予測動作時間Ｔ１は、各値の代入条件の範囲内、つまり容器の厚みｔを０．１〜０．６mm、容器円筒部の長さＬを４〜２０mmとし、且つ熱伝導率を鉄からステンレス程度の範囲に限定した場合においては感熱スイッチの代用特性試験における動作時間とかなりよく一致する。
【００３８】
例えば実施例のステンレス（SUS303）製容器（熱伝導率０．０１５W/(mm・K)）で容器の厚みｔが０．３mm、円筒部長さＬが１２．１mmの場合には、Ｔ１は１５．３０となり、実測値平均の１５．４秒とほぼ一致する。各種サンプルの試験結果と予測動作時間との関係を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0004279367.tif 000002
【００４０】
このように予測動作時間Ｔ１は各種サンプルの代用特性試験における動作時間とほぼ一致する。このことから感熱スイッチの予測動作時間Ｔ１が図６に示した従来のものの予測動作時間に対して半分以下になれば、前述の特開平８−２１２８９３号公報に示された感熱スイッチ全体を冷媒中に曝した場合と同じかそれ以上の性能が実験上得られた。
【００４１】
具体的には従来の冷間圧延鋼板製容器（熱伝導率０．０６２W/(mm・K)）で容器の厚みｔを０．３mm、円筒部長さＬを６．８mmとしたものの値の半分以下である場合に使用可能範囲となる。表１に示した実施例１〜３はそれぞれこの条件を満たしており、実際に制御対象機器に取り付けて行った試験においてもこの結果は確認された。また比較例の冷間圧延鋼板製容器で円筒部長さＬを１２．１mmとしたものにおいては、従来例よりも動作時間は短くなるもののそれだけでは計算値も実測値も従来例の半分までにはならず、また実際の試験においても機器の保護には不充分な結果となった。
【００４２】
上述の計算値及び実験の結果から、容器の形状を従来と同じにした場合には熱伝導率を鉄の約2分の1以下、従来使用していた鋼板の約３分の２以下にすることにより充分な動作速度を得ることができる。また、容器の円筒部長さＬを従来のものよりも長くすることにより蓋板への熱の移動を遅延させ感熱スイッチとしての熱応動時間をより短くすることもできる。例えばこの場合には、上記実験式からは容器の厚み及び熱伝導率が同じ場合には少なくとも従来の２倍を超える長さが必要とされることが判る。
【００４３】
この数式により得られる互いの相関関係は、特に感熱スイッチ容器の円筒部の直径を８〜１５mmの範囲とした場合において高い精度で適合する。なお数式２は実施例で具体的に使用した形状の感熱スイッチでの試験結果に合わせて数式１の定数Ａ及びＢを決定したものであり、例えば感熱スイッチ容器の直径などを変更した場合にはこの定数Ａ及びＢを新たな条件に合わせて設定することにより実際の動作時間に近い数値を得ることができる。
【００４４】
ところでスイッチ容器中に封入されたガスはスイッチ容器の熱を熱応動板に伝えると同時に容器内での対流を起こすことによりその熱を蓋板に逃がすことにもなるが、封入ガスを介して熱応動板に伝えられる熱の方が蓋板に熱を移動させるよりもその配置上の寸法差から有効に働き、特に急激な温度上昇を検出する場合においては封入ガスを熱伝導の良好な状態の方向に変えること、つまり封入ガス中のヘリウム比率を上げたりあるいは封入ガス圧を高くするなどの変更をすることは有効である事が実験上判った。
【００４５】
具体的にはヘリウムを５０％以上にすることにより熱媒体である圧縮機の冷媒ガスの短時間内での温度上昇に対する熱応動板の温度上昇速度を早くすることができる。さらに好ましくはヘリウムを７５％以上とするのがよい。またヘリウムを１００％に近くすると接点開放時の接点間耐電圧が低下するが、自動車などのバッテリー電圧程度での使用においては実質上の問題はない。しかし製造時の検査工程において接点間距離の検査を接点間耐電圧の測定によって行う場合には電圧範囲が狭くなるために判定作業が難しくなる。そこで上限は９５％とする事が好ましい。図１の感熱スイッチで容器をステンレスにしたもので比較すると、封入ガスとしてヘリウム２５％−窒素７５％を使用したものとヘリウム７５％−窒素２５％としたものとを比較してみると、オイルによる特性代用試験においては動作時間が２０％以上短くなった。ここで容器に鋼板を使用した従来のものよりも変化率が大きいのは、前述の理由から容器底面温度が早く上昇するので、この熱を効率的に熱応動板に伝えるためにガスを変えたことがより有効に働くと考えられる。
【００４６】
上述の実施例に於いては感熱スイッチの容器にステンレス鋼を使用したものを例に説明したが、この他にも鉄−ニッケル合金や鉄−クロム合金、ニッケル−クロム合金、ニッケル−銅合金などの熱伝導率が鉄に対して２分の１以下の金属、好ましくは少なくとも熱伝導率が鉄の３分の１以下となる金属を選定することにより同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また実施例の感熱スイッチは蓋板に２個の貫通孔を穿ちそれぞれに第一及び第二の端子を保持したものについて説明したが、たとえばこれに代えて特開平６−３０７３７４号公報の図３（Ｃ）に示されたような貫通孔に一個の端子を固定し固定接触部材と可動接触部材のどちらか一方をこの端子に接続固定し他方を蓋板に接続固定する構造のものであってもよい。この場合、自動車などのいわゆるボディアース構造とされているものであれば、蓋板を圧縮機などの制御対象機器のハウジングに電気的に接続させておくことにより一方のリード線を省略することができる。またこのように端子を一個にした場合でも、蓋板にリード線を接続固定するなどして蓋板を制御対象機器のハウジングと熱的に接触しない構造としておく方がよいことはいうまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば感熱スイッチの金属製容器円筒部の厚みと長さを所定の関係となるように設定することにより、容器底面から熱応動板への熱伝導と蓋板方向への円筒部を通じた熱伝導がそれぞれ規定されて、その結果として熱応動板の温度上昇速度を向上させ、感熱スイッチとしての応答速度を高めることができる。
【００４９】
また金属製容器の熱伝導率を従来使用されていた鋼板と比べて低くし、好ましくは熱伝導率が鉄の３分の１以下である例えばステンレス鋼を使用することにより容器を通して熱が外部に逃げるのを抑えることができ、容器内部に収納された熱応動板に冷媒の熱を効果的且つ速やかに伝えることができる。
【００５０】
さらに密閉容器内に封入ガスとしてヘリウムを５０％以上の割合で封入することにより、特に圧縮機の冷媒ガスなどの熱媒体の急激な温度上昇時において容器の熱を熱応動板に速やかに伝えることができる。
【００５１】
また、本発明によれば蓋板の周縁部近傍に段差を設け、この段差の外縁に容器の内周面がほぼ当接するようにしたことにより、蓋板と容器との溶接時にチリが発生しても、この段差により容器内部への進入を防ぐことができると共に、このような構成にすることにより組付時の蓋板と容器との位置合わせ作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による感熱スイッチの一実施例の断面図
【図２】図１の感熱スイッチの動作状態を示す断面図
【図３】図１の感熱スイッチを制御対象機器に取り付けた状態を示す一部断面図
【図４】図３の部分拡大図
【図５】図１の感熱スイッチに使用される保持板の平面図
【図６】従来における感熱スイッチの一例の断面図
【図７】従来の感熱スイッチを制御対象機器に取り付けた状態を示す一部断面図
【図８】図７の部分拡大図
【符号の説明】
１：感熱スイッチ
２：蓋板
２Ａ：段差
２Ｂ，２Ｃ：貫通孔
３：容器
４Ａ，４Ｂ：導電ピン
５：充填材
６：固定接触部材
６Ａ：固定接点部
７：可動接触部材
８：可動接点
９：熱応動板
１０：保持板
１１：受圧片
１２Ａ，１２Ｂ：リード線
１３：保護キャップ
１４：充填材
１５：Ｏリング
１６：弾性部材
【数１】
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【数２】
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【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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