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JP2820703B2 - 温度電流感知器 - Google Patents

温度電流感知器

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JP2820703B2
JP2820703B2 JP1017020A JP1702089A JP2820703B2 JP 2820703 B2 JP2820703 B2 JP 2820703B2 JP 1017020 A JP1017020 A JP 1017020A JP 1702089 A JP1702089 A JP 1702089A JP 2820703 B2 JP2820703 B2 JP 2820703B2
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current
fuse
current sensor
sensing element
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JP1017020A
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一雅 古本
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株式会社オリエント
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過電流あるいは短絡電流に応答して電気回
路を遮断する過電流事故防止機能と、周囲温度の上昇を
感知して電気回路を遮断する温度過昇防止機能の二つの
機能を備えた感知器の構造に関するものである。
〔従来の技能〕
イ）従来、過電流通電時に電気回路を遮断するものとし
ては電流ヒューズが、また温度過昇を防止するため周囲
温度の異常を感知して電気回路を遮断する温度ヒューズ
あるいはサーモスタット等がそれぞれよく知られてお
り、これらを別々に使用するこが一般的である。
ロ）また、温度ヒューズにおいて、一つの可溶体を周囲
温度の昇降に反応させるだけでなく、過電流通電のジュ
ール熱によっても溶断させ電気回路を遮断しようとする
ことも試みられている。
ハ）さらに、二つの可溶体を直列に連結するかあるいは
一体化した構造のもので、それぞれ温度を感知する可溶
体と過電流を感知する可溶体として温度過昇と過電流を
防止しようとすることも試みられている。
ニ）電流ヒューズ片を、その両端が固定電極に当接する
ように載置した可動板を、温度を感知する可溶体の変化
で動作させ、過電流に対しては電流ヒューズ片が溶断し
て回路を遮断するようにした温度電流両機能型ユニット
等が提案されている（例えば実開昭61−177341号公報参
照）。
〔発明が解決しようとする課題〕
温度ヒューズ等，温度過昇防止を目的とする感知器で
は、感知しようとする周囲温度の設定値に対して精度よ
く、一般的には数℃以内で反応させることが最も重要な
条件で、使用電流等による自己発熱は温度精度に著しく
悪影響を与えるものである。
また、電流ヒューズ等、過電流に対する感知器では、
過負荷等による過電流の設定値、例えば定格電流値の13
5％あるいは200％等に対する動作時間、いわゆる電流−
時間特性が重要な要素であり、さらに短絡電流等の大電
流に対して回路を安全確実に遮断し得る能力、いわゆる
遮断容量の大きさが問われる。また、温度感知器を使用
しようとする場合は一般的には通常使用の状態でも室温
以上の高温状態になることが普通で、このような場所で
過電流感知をするためには周囲温度に大きく影響されて
はならない。
前記ロ）の場合、温度ヒューズの基本特性としてジュ
ール熱の影響を殆ど無くすように考慮されており、定格
電流に対して少々の過大電流程度では反応しないと同時
に、余りにも過大な電流、特に短絡電流等に対しては、
接点の溶着あるいは可溶体の爆発による破損等により、
回路を安全確実に遮断することができない。したがっ
て、ある限られた狭い範囲の過電流に対しては有効であ
るが、一般には実用性はない。
前記ハ）の場合、温度を感知する可溶体と過電流を感
知する可溶体は電気的に導電を妨げないように接続され
ており、温度感知素子は通電によるジュール熱の影響を
受け易い。したがって、過電流を感知する可溶体におい
て、低融点の金属合金を使用して通常使用電流の通電に
よる温度上昇を比較的低くしようとすると、過電流時の
溶断温度も低く、周囲温度のわずかな上昇にも電流−時
間特性が大きく影響される欠点を有するのみならず、定
格電流以下の通電にも劣化あるいは溶断を起こすことも
ある。さらに、低融点の可溶体を使用する電流感知素子
では、可溶体容量が大きくなるため、過電流に対する速
断性は低く、また大電流等に対する遮断容量も大きくと
れない。
電流特性を重視して、Ag,Cu,Ni,W等、比較的高融点の
可溶体を使用すれば、通常使用電流による発熱もそれだ
け高くなり、温度感知素子への影響が大きく、温度精度
が著しく劣ることになる。
温度感知素子の反応温度を、通電による自己発熱及び
電流感知素子の発熱の影響を見越して設定することも試
みられているが、大きい使用電流に対しては、各素子及
びその組立のわずかな材質、寸法等のバラツキにも大き
く影響を受けるため、温度精度を安定して維持すること
は困難で、小容量電流のものしか作れない。さらに、周
囲温度に通電による発熱を加味するということは、定め
られた電流値を常に一定に通電することが必要で、一般
の電気機器においてこれを満足することは難しい。
基本的に、電流ヒューズは通電によるジュール熱に鋭
敏に応答するもので、周囲温度に大きく影響を受けるも
のではないが、一方、温度ヒューズは、これとは逆で、
周囲温度に鋭敏に応答するべきで、通電によるジュール
熱等に大きく影響を受けるべきでない。温度ヒューズ以
外のサーモスタット等の熱感知器においても同様のこと
が言える。
従来技術においては、これら相反する基本特性を同時
に解決することは困難で、一方の特性を重視すると、必
然的に他方は劣ることになる。
また、過電流保護としてこの分野で利用されている電
流ヒューズでは、定格の種類や溶断特性の種類において
多重多様なものが要求され、可溶体の材質、形状、構造
は微細線のもの、板状のもの、螺旋フィラメント状のも
の、エレメント途中をスプリングで引張したもの、ある
いは発孤を制限するための消孤材粉末を可溶体周辺に充
填したもの等々多種多岐な種類が要求される。また、電
流特性は可溶体のジュール発熱とその熱の伝導、放散に
よる放熱との微細なバランスの上で形成され、ヒューズ
エレメントは発熱、放熱の微細なコントロールが必要と
なる。前掲の実開昭61−177341号公報に開示された構造
では、これら多種多様な要求に対応することは困難で、
ある限定された用途、定格、特定のものしか対応でき
ず、特性もかなりラフなものとなり、実用性に乏しいと
いう問題があった。
したがって、電気機器の火災事故を確実に防ぐため
に、過電流保護と温度過昇防止とは次元の異なる問題と
し、前記イ）のように、それぞれの保護装置を別々に取
り付ける複雑な手間を要している。
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、電流に影響されずに精度よく温度感知をする
と同時に、過電流に対しても周囲温度に大きく影響され
ることなく精度よく応答し、且つ十分な遮断容量を有す
る温度過昇、過電流防止用感知器を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明の温度電流感知器
は、絶縁体にてなるハウジング内に基端部が差し延びて
いる一対の固定電極と、前記ハウジング内にあって前記
一対の固定電極間に両端の電極端子が接触する電流ヒュ
ーズと、この電流ヒューズを前記固定電極間から引き離
す方向に付勢する引き離し用弾発部材と、前記電流ヒュ
ーズを前記引き離し用弾発部材の付勢力に打ち勝って固
定電極に圧接する圧接用弾発受材と、周囲温度が所定温
度以上に達したときに前記圧接用弾発部材の弾発力を消
勢する温度感知部材とを備え、前記電流ヒューズは、絶
縁筒の両端に前記電極端子が固定され、前記絶縁筒内部
において両電極端子間に電流感知用可溶体が架設されて
いることを特徴とする。
〔作用〕
本発明においては、一対の固定電極を有するハウジン
グ内に前記固定電極を電気的に接続する電流ヒューズと
該電流ヒューズを固定電極に圧接するための弾発部材
と、所定の温度に達すると原形状が変化する温度感知素
子を収納している。電流ヒューズはガラス，セラミック
スあるいはプラスチックで作られた絶縁性の筒状の部材
に固定電極に接する銅合金等の良電導性金属で作られた
一対の端子を固定し、この端子間に銅，銀，タングステ
ン等の過電流特性に優れた板状あるいは線状など電流感
知素子を半田付け等により固定して架張した構造であ
る。
固定電極と電流ヒューズで構成される電気回路に所定
以上の電流が通電されたとき、前記電流感知素子が溶断
して両極が遮断されるもので、一般の電流ヒューズに何
ら劣ることなく優れた過電流溶断特性及び短絡遮断特性
を発揮する構造とすることが可能である。
一方、周囲温度が上昇して、温度感知素子が所定の温
度に達して、溶解あるいは伸縮等の変化する作用により
電流ヒューズが固定電極より切り離されるものである
が、温度感知素子は前記電気回路とは離れた位置でプラ
スチック等の熱の不良導体により電気的にも絶縁されて
おり、前記電気回路に通電すれば電流による発熱の影響
を小さくすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す各実施例に基づいて具体的
に説明する。
第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図
はその縦断側面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ線における
横断平面図である。
この第１実施例において、一対の固定電極1,2を有す
るハウジング３内において、固定電極1,2と電流ヒュー
ズ４との間に電気回路を形成する。電流ヒューズ４は、
ガラス又はセラミック等にてなる絶縁筒６の両端に、接
着剤等で固定された一対の端子7,8を有し、電流感知用
可溶体５の両端がそれぞれ半田等によって固定され架張
されており、圧接用弾発部材11の弾発力で固定電極1,2
に対し、常に圧接するように収容されている。固定電極
1,2の先端を端子7,8の外周に合わせて切り欠くことによ
り、端子7,8と固定電極1,2との間の安定した接触が得ら
れる。
引き離し用弾発部材10は、電流ヒューズ４を固定電極
1,2より切り離すためのもので、弾発力は圧接用弾発部
材11よりはるかに弱いため、通常は電流ヒューズ４を切
り離すに至らない。
温度感知素子９は低融点の金属あるいは有機物により
作られた塊状の素子である。電流ヒューズ支持部材12は
熱電導率の低いプラスチックあるいはセラミックス等で
作られている。弾発部材支持部材13は圧接用弾発部材11
の弾発力を温度感知素子９の全面に均等に分散させるた
めのものである。
このようにして構成された温度電流感知器において、
固定電極1,2と電流ヒューズ４により形成される電流回
路に所定以上の過電流が通電されると、可溶体である電
流感知用可溶体５が溶断し、電流回路は遮断される。
一方、周囲温度の上昇により、温度感知素子９が所定
の温度に達して溶解すると、第４図に示すように圧接用
弾発部材11はその支持を失い、伸びてその弾発力が引き
離し用弾発部材10の弾発力より弱くなるか、あるいは消
滅し、引き離し用弾発部材10の弾発力で電流ヒューズ４
は固定電極1,2より切り離され電流回路は遮断される。
第５図は本発明の第２実施例を示す断面図である。こ
の実施例においては、圧接用弾発部材15をＵ形に曲げた
金属キャップ17と座板18の間に押し縮めて挟み込み、低
融点金属よりなる温度感知素子14によって溶接固定す
る。この実施例では、温度感知素子14が溶解すると、第
６図に示すように圧接用弾発部材15が伸び、この弾発力
が引き離し用弾発部材10の弾発力より大きいため、電流
ヒューズ４は固定電極1,2より押し離される。
中間部材16は、電流回路の発熱を遮断する目的と、可
溶体である温度感知素子14が溶解したとき、圧接用弾発
部材15の弾発力を電流ヒューズ４に伝達するためのもの
である。
第７図及び第８図は、ハウジング３の下面に機器と接
触させて取り付け、機器面との熱の授受を十分にするた
めの金属製の感熱部材19を設けた第３実施例を示してい
る。感熱部材19は、機器との接触抵抗を小さく安定させ
るため、ビス止めで固定できるように、取付部19a,19と
取付用ビス穴19c,19dを有する。
第９図及び第10図は、感熱部材19を有する第４実施例
を示す。この実施例は、温度感知素子９を金属製容器20
と絶縁キャップ21とにより形成される可動筒体内に収納
したものである。
第11図及び第12図は、本発明の第５実施例を示すもの
で、バイメタル板で作られた温度感知素子22を使用した
例を示している。温度感知素子22は、円板を球面状に加
工したもので、周囲温度が上昇して所定の温度に達する
と、第13図のように反転し、伝達部材23を移動させ、そ
の反転力が弾発部材11の弾発力より大きいため、電流ヒ
ューズ４を固定電極1,2より切り離し、電流回路を遮断
する。
第14図は形状記憶合金で作られた温度感知素子24を使
用した第６実施例を示している。温度感知素子23は常温
では弾発部材10の弾発力よりも大きい弾発力を有する圧
縮バネに加工されており、所定の温度に達すると、第15
図に示す予め記憶させておいた位置に縮み、弾発力が消
滅し、弾発部材10の弾発力で電流ヒューズ４は固定電極
1,2より切り離され、電流回路は遮断される。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、本発明においては、過電流に作
用する電流感知素子を有する電流ヒューズと固定電極と
によって構成される電流回路お周囲温度の上昇に反応す
る温度検知素子とを、間に絶縁剤，空間，伝熱距離が長
く伝熱抵抗の高いコイルスプリング等を介しているた
め、電気的にも熱的に高い絶縁が得られる。したがっ
て、温度感知素子が通電による発熱に影響されることは
極めて小さく、温度ヒューズ等の温度過昇防止装置とし
て要求される高い温度精度を得ることができると同時
に、低い温度設定をすることもできる。
また、機器に接触させる金属製の温度感知面を設け、
これに温度感知素子を良伝熱的に接触させることによ
り、機器面がヒートシンクの役目を果たして、電流感知
素子の発熱の温度感知素子への影響がほとんど無視でき
る程度となる。
このように電流感知素子の発熱が温度感知素子に影響
を与えることが極めて小さいため、電流感知素子の材質
に制限されることがなく、融点の比較的高い銀，銅，ニ
ッケル，タングステンあるいはこれらの合金等を使用で
き、高温雰囲気においても精度よく時間−電流特性等の
過電流特性を発揮することができると同時に、短絡電流
等の大電流に対する遮断性能にも優れ、また定格電流も
大きいものを作ることができる。
電流用感知素子は絶縁部材に固着された一対の固定端
子に固定されており、予め独立して製作することがで
き、消孤剤を充填して遮断容量を大きくしたり、電流感
知素子に板状のものを使用したり、巻線によってタイム
ラグ特性を持たせたり、スプリングによる引張架張を行
うなど、一般の電流ヒューズを製作する場合にほとんど
同様にして容易にしかも各種機能の電流感知素子を製作
することができる。
さらに、可溶体は両端の固定端子で確実に保持され、
周囲は空気が確保されているため、熱の発熱、放熱の授
受にバラツキがほとんどない。
また、電流感知素子と温度感知素子との電気的、熱的
干渉を遮蔽した構造であるため、電流定格と温度定格を
それぞれ任意に設定することができ、使用条件の制限に
制約されず、また過電流と温度過昇の弁別の保護装置を
取りつける複雑な手間も省け、広い利用分野がある。
さらに、温度感知素子の材質に制限されることもな
く、金属可溶体、有機可溶体、バイメタル、形状記憶合
金等、多くの素子を必要に応じて任意選択して使用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す縦断正面図、第２図
はその縦断側面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ線における
横断平面図、第４図は動作後の状態を示す縦断正面図、
第５図は本発明の第２実施例を示す縦断正面図、第６図
は動作後の状態を示す縦断正面図、第７図は第３実施例
を示す縦断正面図、第８図はその平面図、第９図は第４
実施例を示す縦断正面図、第10図はその縦断側面図、第
11図は第５実施例の縦断正面図、第12図はその縦断側面
図、第13図は動作後の状態を示す縦断正面図、第14図は
第６実施例の縦断正面図、第15図はその動作後の縦断正
面図である。 1,2:固定電極、3:ハウジング 4:電流ヒューズ、5:電流感知用可溶体 6:絶縁筒、7,8:端子 9:温度感知素子 10:引き離し用弾発部材 11:圧接用弾発部材 12:電流ヒューズ支持部材 13:弾発部材支持部材、14:温度感知素子 15:圧接用弾発部材、16:中間部材 17:金属キャップ、18:座板 19:感熱部材、19a,19b:取付部 19c,19d:取付用ビス穴、20:金属製容器 21:絶縁キャップ、22:温度感知素子 23:伝熱部材、24:温度感知素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭50−93574（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−47079（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−102744（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−189943（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−177341（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−59942（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3828289（ＵＳ，Ａ) 米国特許4292616（ＵＳ，Ａ) 米国特許4380001（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01H 37/00 - 37/74 H01H 85/00 - 85/62 ＰＣＩ（ＤＥＲＷＥＮＴ) ＷＰＩ（ＤＥＲＷＥＮＴ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁体にてなるハウジング内に基端部が差
    し延びている一対の固定電極と、前記ハウジング内にあ
    って前記一対の固定電極間に両端の電極端子が接触する
    電流ヒューズと、この電流ヒューズを前記固定電極間か
    ら引き離す方向に付勢する引き離し用弾発部材と、前記
    電流ヒューズを前記引き離し用弾発部材の付勢力に打ち
    勝って固定電極に圧接する圧接用弾発部材と、周囲温度
    が所定温度以上に達したときに前記圧接用弾発部材の弾
    発力を消勢する温度感知部材とを備え、前記電流ヒュー
    ズは、絶縁筒の両端に前記電極端子が固定され、前記絶
    縁筒内部において両電極端子間に電流感知用可溶体が架
    設されていることを特徴とする温度電流感知器。
  2. 【請求項２】請求項１記載の温度電流感知器において、
    前記ハウジングは機器面に接触して温度感知する金属感
    熱面を有し、この感熱面に前記温度感知部材を直接又は
    熱の良伝導性部材を介して接触する状態に収納したこと
    を特徴とする温度電流感知器。
  3. 【請求項３】温度感知部材は前記所定温度において溶解
    する可溶体である請求項１又は２記載の温度電流感知
    器。
  4. 【請求項４】温度感知部材は前記所定温度において所定
    の変形量となるバイメタル板である請求項１又は２記載
    の温度電流感知器。
  5. 【請求項５】温度感知部材は前記所定温度において記憶
    形状に復元する形状記憶合金である請求項１又は２記載
    の温度電流感知器。
JP1017020A 1989-01-25 1989-01-25 温度電流感知器 Expired - Lifetime JP2820703B2 (ja)

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