JP3640814B2 - 温度依存開閉機構を有するスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度依存開閉機構を収容するケースを有するスイッチであって、このケースが第１ケース部品とこの第１ケース部品を閉鎖する第２ケース部品とを有し、第１外部リードに結合された第１電極が第１ケース部品の内側底に配置されており、第２外部リードに結合された第２電極を第２ケース部品が含み、温度依存開閉機構がその温度に依存して第１電極と第２電極との間に導電性接続を実現するものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなスイッチがドイツ公開特許第１９６０９３１０号公報により公知である。
【０００３】
公知のスイッチでは第１ケース部品が絶縁材で作製されて、この絶縁材内に第１電極が射出成形又は注型成形によって一体な構成要素として埋封されている。この第１ケース部品は導電性材料からなる底の態様の第２ケース部品によって閉鎖され、底の内面が第２電極として働く。
【０００４】
両方の電極はいわば円板状薄板部品であり、これに一体に構成された突部がスイッチ用外部リードとして役立つ。底部品は第１ケース部品の肩部に載置され、箔押リングによって第１ケース部品で保持される。
【０００５】
こうして形成されたケースの内部で両方の電極の間に通常のバイメタル開閉機構が配置されており、そのばね円板は縁を底部品で支えられ、担持している可動接触部品を、開閉温度以下のとき、他方の電極の内向きに突出する相手接点に押し付ける。通常どおり可動接触部品に被せられているバイメタル・スナップ円板はその開閉温度以下では力を受けておらず、その開閉点を超えて温度が上昇するとばね円板の力に抗して可動接触部品を相手接点から持ち上げ、これによって両方の外部リード間の電気的接続を開放する。
【０００６】
以上述べた公知のスイッチはきわめて頑丈で、外寸がごく小さく、それ故に普遍的に利用できるだけでなく、特に、用意されている取付空間が狭い所でも、つまり例えば変圧器又は電動機のコイル内でも利用可能である。底部品を介してこのスイッチは被監視機器に熱的にきわめて良好に結合されており、機器の温度上昇はスイッチの内部に直接に伝達され、そこでバイメタル・スナップ円板の温度をそれ相応に高めることになる。このようなスイッチは被保護機器と電源との間に直列に接続され、被保護機器の動作電流がスイッチを流れ、従ってスイッチは許容外の温度上昇時にこの電流を遮断する。
【０００７】
しかし、温度上昇の開始前に既に機器を遮断することができるようにするために、被保護機器の温度の他に動作電流が特定の上限を守っているかどうかを監視することも、しばしば必要となる。つまり、特に電動機の場合、外的作用に基づいてロータが停止し若しくはごく緩慢に回転するだけとなり、そのことからまず動作電流が高まり、その結果やはり機器の温度が高まることが、頻繁に起きる。いまや、高まった電流の流れが既に機器の遮断をもたらすとき、許容外の温度上昇は完全に防止される。これは当然に利点である。
【０００８】
温度依存開閉機構を有するスイッチのこの保護機能は”電流依存式”開閉と称され、被保護機器の動作電流をやはり通す直列抵抗体が開閉機構に直列に接続されることによって引き起こされる。この直列抵抗体の抵抗値を選択し、且つそれをスイッチに熱的に結合することによって、スイッチ及び従って直列抵抗体を流れる特定の電流が特定熱量の発生をもたらし、この熱量がやはりスイッチを、従ってバイメタル・スナップ円板を、限定的に加熱する。こうして抵抗値を介して動作電流の上限は予め決定することができる。動作電流がこの値を超えると、直列抵抗体内で発生する熱によってバイメタル・スナップ円板がその開閉温度を超えて高められ、被保護機器が許容外に加熱されるよりも前にスイッチは既に開くことになる。
【０００９】
このようなスイッチがドイツ公開特許第４３３６５６４号公報により公知である。このスイッチはまず第一に、例えばドイツ公開特許第２１２１８０２号公報により知られているような２部分構成の金属ケース内に収容された密閉形バイメタル開閉機構を含んでいる。
【００１０】
この密閉形スイッチはセラミック支持体上に配置されており、この支持体上に設けられている厚膜抵抗体は配線パターンを介して密閉形開閉機構の導通下部に接続されている。抵抗体の他端がはんだバンプに結合されて、このはんだバンプに第１ピグテールがはんだ付される。第２ピグテールは密閉形開閉装置の導電性蓋部品にはんだ付されている。
【００１１】
公知のスイッチは電流依存式開閉を十分に可能とし、同時に温度監視を可能とするのではあるが、なお一連の欠点を有する。
【００１２】
一方で、セラミック支持体は機械的に負荷可能でなく、ばら物として輸送するときにヘアクラックが現れ、ヘアクラックは受入検査のとき顕微鏡でのみ検知することができる。ピグテールをセラミック支持体にはんだ付することによって配線パターンがしばしば剥がれる。この問題性の故に所要の点検・検査支出が高まり、製品の価格構成をそれ相応に高めることになる。他の欠点としてこの構造は圧力安定性が低く、変圧器又は電動機の巻線に巻付けるのに適していない。
【００１３】
他方で、限定された抵抗値を有する抵抗体をセラミック支持体上に取付ける技術は制御し易いものであり、ここでは例えば厚膜抵抗体が使用されるので、この公知のスイッチは用途が広い。
【００１４】
温度依存スイッチにおいて望ましい他の機能は、開閉機構の開放時に、開閉機構を開放保持するのに十分な熱を発生する残留電流を並列抵抗体が流すようになったいわゆる自己保持機能である。開閉機構が閉じると並列抵抗体は開閉機構によって橋絡され、いまや何らの機能も発揮しない。しかし開閉機構が開放されると、動作電流が上昇する結果機器の温度又は直列抵抗体の温度のいずれかによってバイメタル・スナップ円板が反転することになるので、並列抵抗体はいまや残留電流を引き受け、その結果、開閉機構を開放保持するのに十分な熱を発生する。これによりスイッチの反復動作が防止され、被保護機器の冷却後にスイッチは再び閉じることができず、これにより機器は再び許容外に加熱されることがある。
【００１５】
電流の流れへの影響を極力小さくするために直列抵抗体がごく小さな抵抗値となる一方、残留電流の強さを明確に制限するために、つまり過度に高い動作電流から機器を保護するために並列抵抗体が著しく大きな値を有するように、並列抵抗体及び場合によっては直列抵抗体の抵抗値は選定されている。
【００１６】
ドイツ公開特許第４３３６５６４号公報により公知のスイッチにおいてこのような自己保持機能がやはり実現されている。そこではセラミック支持体上にＰＴＣモジュールが設けられて、その一端を第２ピグテールにはんだ付され、他端が配線パターンにはんだ付されており、配線パターンは密閉形開閉機構の下面に結合されている。
【００１７】
こうしてＰＴＣモジュールは２部分構成の密閉ケースに対して、従って温度依存開閉機構に対して電気的に並列に配置されており、開閉機構閉成状態のとき開閉機構によって橋絡され、開閉機構開離状態のとき開閉機構を加熱する。
【００１８】
公知のスイッチでは自己保持機能も十分に実現されているが、公知のスイッチが専門作業員によって組立てられないとき、製造技術に起因した問題が発生することがある。ＰＴＣモジュールをはんだ付するときその温度曲線が影響を受け、不適切なはんだ付によってＰＴＣモジュールに機械的破損も生じることのあることが知られている。
【００１９】
こうして公知のスイッチの作製は労賃がきわめて高いだけでなく、補助作業員の投入時にはそれ相応の不良品も発生することがある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この背景のもと、本発明の課題は、設計上簡単な仕方で少なくとも１つの他の機能がスイッチに備えられるように、冒頭に指摘したスイッチを改良することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、請求項１に記載されたスイッチによって、この課題は解決される。
【００２２】
本発明の根底にある課題がこうして完全に解決される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
並列抵抗体はスイッチのケースの外側で特別の支持体上に配置する必要がなく、電気的にも幾何学的にも両方の電極の間に位置決めすることができることを、本願の発明者は認識した。こうして並列抵抗体は外部からもはや接近可能でなく、つまり機械的作用から保護されている。先行技術におけるように並列抵抗体用に特別のはんだ付措置が必要でなく、ＰＴＣモジュールの温度曲線の変移が防止されることに、他の利点はある。
【００２４】
並列抵抗体と温度依存開閉機構との間に２部分構成の金属ケースが存在しないとき、外寸の著しく小さいＰＴＣモジュールが利用可能であるので、類概念を構成するスイッチのケース内になおＰＴＣモジュールを一体化することができることを、本願の発明者は認識した。ＰＴＣモジュールの場合、両方の電極の間に絶縁耐力のために必要な距離が残るように、ＰＴＣモジュールが少なくとも２ｍｍの高さを有する点に注意しなければならないだけである。
【００２５】
本発明においては、第１ケース部品が絶縁材から作製されており、この絶縁材内で第１電極が逸失不可能に保持されており、第１ケース部品に設けられる連続孔が第１電極から第２電極へと延びて、並列抵抗体として第１及び第２電極に接続されたＰＴＣモジュールを受容する。
【００２６】
この場合利点として、ＰＴＣモジュールの絶縁がいわば自動的に行われ、新規なスイッチの作製中にＰＴＣセラミック片を既存の孔に挿入しなければならないだけであり、この孔の一端は一体な第１電極によって既に密閉されている。その後に第２電極が取付けられ、これにより孔は第２側面も密閉され、同時にＰＴＣモジュールとの接触を行うことができる。つまり新規なスイッチは全体としてごく簡単に取付けることができ、類概念を構成するスイッチの従来の製造プロセスにおいて他の措置としてＰＴＣモジュールを孔に挿入する工程が予定されねばならないだけである。ケースを絶縁材から作製する場合、他の変更として、孔が自動的に生じるように金型が変更されねばならない。
【００２７】
この場合好ましくは、２つの電極の一方にばね舌片が設けられており、このばね舌片がＰＴＣモジュールを他方の電極に押し付ける。
【００２８】
この措置の利点として、ＰＴＣモジュールと両方の電極との確実な接触が行われ、過度に強い機械的負荷がＰＴＣモジュールに加わることはばね舌片のばね力によって防止される。
【００２９】
先行技術においてＰＴＣモジュールのはんだ付に関連して知られている欠点がいまや新規なスイッチによって防止される。つまり、ＰＴＣモジュールは電気的にも機械的にも影響を受けず、電気的、幾何学的に両方の電極の間に配置される。
【００３０】
好ましくは更に、第１電極が第１ケース部品の一体な構成要素となるように、このケース部品の製造時に注型成形又は射出成形によって第１電極がケース部品内で逸失不可能に保持されており、その際好ましくは第２ケース部品が導電性底部品であり、その内側底が第２電極として働く。
【００３１】
この措置は、冒頭に指摘したスイッチにおいてそれ自体既に実現されており、作製し易いごく耐圧性のケースを小さな寸法で可能とする。絶縁材から作製されて第１電極を埋封したケース部品内にいまやなおＰＴＣモジュールを挿入しなければならないだけであり、次に底部品が取付けられ、これによりＰＴＣモジュールは両方の側面が自動的に電気的に接触されることになる。こうしてスイッチは自己保持機能付きでもそれなしでも作製することができ、後者の場合ＰＴＣモジュール用挿入面は占有されない。そのことから得られる利点として、同じ自動製造装置を介して１つの部品を単純に取り除き又は付け加えることによって機能及び用途のまったく異なるさまざまな製品を得ることができる。従来は、自己保持用の抵抗体の一体化が高価な特殊適合若しくは特殊構造を常に必要としたので、これが不可能であった。
【００３２】
この場合１展開において好ましくは、スイッチがセラミック支持体を含み、この支持体が開閉機構の方に向けて２つの電極の一方に配置されて、直列抵抗体を担持しており、この直列抵抗体が一端を電極に接続され、他端が開閉機構用相手接点に接続されている。その際好ましくは、第１電極が、開閉機構の方を向く平坦面を有し、この平坦面にセラミック支持体が固着され、また平坦面に直列抵抗体が電気的に接続されている。
【００３３】
この措置は設計上有利であり、直列抵抗体及びその幾何学配置のために制御し易いセラミック技術が利用され、良好に調整することのできる直列抵抗体がその上に配置される。しかしいまやピグテールをセラミック支持体にはんだ付しなくてもよく、更にケースによってセラミック支持体が機械的に保護されるので、ごく薄い支持体を使用することができ、公知のスイッチの外寸は変更する必要がなく又はごく僅かに変更しなければならないだけである。
【００３４】
従来の突出する相手接点の代わりに、第１電極ではいまや平坦面が使用され、この平坦面にセラミック支持体が載置される。平坦な載置の故にセラミック支持体は開閉機構によって機械的に殆ど負荷されることがなく、その上に設けられる直列抵抗体及びその上に配置される相手接点を含めても、先行技術のスイッチにおける相手接点よりも大きな厚さとする必要はない。しかしこれは、スイッチがその原寸法を維持することができることを意味する。その際、第１電極のみが別の形状とならねばならず、相手接点の代わりにそれに平坦面を設け、この平坦面にセラミック支持体が固着される。セラミック支持体は直列抵抗体用スルーホールめっきを有し、平坦面に貼り付けることができ、このスルーホールめっきが同時にこの電極に電気的に接触される。
【００３５】
しかし他方で好ましくは、セラミック支持体が少なくとも１つの、好ましくはレーザ穿孔した貫通孔を有し、この貫通孔を通してセラミック支持体が電極にはんだ付され且つこの電極に直列抵抗体が電気的に接続される。
【００３６】
この措置は設計上有利であり、つまり機械的結合も電気的接続も実現するのに１つの工程が必要であるにすぎない。レーザ穿孔した貫通孔はセラミック支持体が跳ねない保護された方法で製造され、先行技術においてセラミック支持体及びその継続加工に関連して常に大量に発生する不良品は防止される。付加的に、セラミック支持体のそれ以上の破損を防止するためにこれらのセラミック支持体はばら物として納入する代わりになおマガジンに入れて納入することができる。
【００３７】
その際更に好ましくは、開閉機構が導電性ばね円板を含み、このばね円板が可動接触部品を担持して、可動接触部品のほぼ中心に嵌着されるバイメタル・スナップ円板に働きかけ、開閉機構がその応答温度以下であるとき、ばね円板がその縁を一方の電極で支えられ且つ可動接触部品を他方の電極に押し付ける。
【００３８】
この措置はそれ自体やはり公知であり、開閉温度が機械的負荷によって変移することのないように、バイメタル・スナップ円板がその開閉温度以下で力を受けていない自動整列式バイメタル開閉機構を可能とする。セラミック支持体に関連して、直列抵抗体の接触が容易となる他の利点がここで得られる。つまり、既に触れたように直列抵抗体は一端が第１電極に接続され、他端が相手接点に接続されており、ばね円板が可動接触部品をこの相手接点に押し付け、直列抵抗体は第１電極とばね円板との間で電気的に直列に接続されており、このばね円板がやはり第２電極に接続されており、スイッチの両方の外部リードの間には直列抵抗体とバイメタル開閉機構とからなる直列回路が配置されているだけである。
【００３９】
こうして、類概念を構成するスイッチが本発明によれば一方で並列抵抗体を備えることができ、この並列抵抗体は絶縁材ケースの貫通孔に挿入され、両端が電極に接触している。他方で付加的に、電流依存式開閉をもたらす直列抵抗体をセラミック板によって設けておくこともできる。こうして、その製造プロセスを大幅に変更することなく自己保持機能が設けられ、場合によってはなお電流依存式開閉が設けられるように、類概念を構成するスイッチは意外なほど簡単な仕方で改良することができた。
【００４０】
その他の特徴及び利点は明細書及び添付図面から明らかとなる。
【００４１】
前記特徴及び以下になお説明する特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠から逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論適用することができる。
【００４２】
【実施例】
本発明の１実施例が添付図面に示してあり、以下に詳しく説明される。
【００４３】
図１に略示側面図で示された新規なスイッチ１０が温度依存開閉機構１１を含み、この開閉機構がケース１２内に配置されている。
【００４４】
このケース１２が導電性底部品１４と絶縁材からなる杯状蓋部品１５とを有し、蓋部品に含まれた環状空間１６内に温度依存開閉機構１１が挿入されている。
【００４５】
開閉機構１１はばね円板１８によって担持される可動接触部品１７を含み、この接触部品にバイメタル・スナップ円板１９が載せられている。
【００４６】
導電性底部品１４がその内面で電極２０を形成し、ばね円板１８がその縁２１をこの電極で支えられる。円板状底部品１４が第１外部リード２２に一体に移行しており、こうしてこの外部リードはばね円板１８に、従って可動接触部品１７に、導電性に接続されている。
【００４７】
スイッチ１０の第２外部リード２３は蓋部品１５の内側底１５ａに配置される射出成形電極２４に一体に結合されている。蓋部品１５は、やはり円板状の電極２４の周りに射出成形され、この電極は逸失不可能に蓋部品１５内に埋封されている。その際、電極２４が開閉機構１１の方を向く平坦面２５を有し、可動接触部品１７用固定相手接点２７を担持するセラミック円板２６がこの平坦面に配置されているように、配置はなされている。
【００４８】
セラミック円板２６がレーザ穿孔貫通孔２８を有し、この貫通孔を介してセラミック円板ははんだバンプ２９を利用して電極２４に固着されている。なお説明する仕方ではんだバンプ２９と相手接点２７との間に直列抵抗体が配置されている。
【００４９】
この配置によって、両方の外部リード２２、２３の間に開閉機構１１と直列抵抗体とからなる直列回路が設けられている。図１に示す開閉状態のときバイメタル・スナップ円板１９はその開閉温度以下であり、ばね円板１８が可動接触部品１７を固定相手接点２７に押し付け、開閉機構１０を流れる被保護電気機器の動作電流が直列抵抗体を流れて加熱する。直列抵抗体の抵抗値と流れる電流の強さとに依存して、直列抵抗体内で発生した抵抗熱が、図１において力を受けていないバイメタル・スナップ円板１９を加熱し、スナップ円板はばね円板１８の力に抗して可動接触部品１７を固定相手接点２７から持ち上げ、こうして電流を中断する。
【００５０】
なお触れておくなら、電極２４はその平坦面２５が環状空間３０内を向いており、電極２４を蓋部品１５内に射出成形したのちセラミック円板２６がこの環状空間に挿入され、次にはんだバンプ２９によって電極２４との機械的結合も電気的接続も実現される。次に開閉機構１１が環状空間１６に挿入され、その後、蓋部品１４が載置されて、縁３１によって蓋部品１５に固着される。
【００５１】
開閉機構１１の横で杯状蓋部品１５内に設けられる並列抵抗体３３は幾何学的、電気的に両方の電極２０、２４の間に配置されており、冒頭で既に述べた自己保持機能をもたらす。
【００５２】
蓋部品１５に設けられている連続孔３４は両方の電極２０、２４の間を延びて、ＰＴＣモジュール３５を受容する。モジュールの両端は電極２０、２４に電気的に接続されている。このために電極２０にばね舌片３６が設けられており、このばね舌片は孔３４内に突出して、ＰＴＣモジュール３５を上側電極２４に押し付ける。一方で両方の電極２０、２４との確実な電気的接触がもたらされ、しかし他方でＰＴＣモジュールが機械的に過度に負荷されることのないように、ばね舌片３６のばね力は調整されている。
【００５３】
図１のスイッチが図２に平面図で示してあり、いまや直列抵抗体３８も略示されており、この直列抵抗体は配線パターン３９を介して固定相手接点２７に、また配線パターン４０、４１を介してはんだバンプ２９に、電気的に接続されている。この直列抵抗体３８は通常の厚膜抵抗体であり、制御し易い公知の技術によってセラミック円板２６上に配置される。その抵抗値は必要に応じてごく厳密に調整することができ、スイッチ１０の開閉をもたらす動作電流はこれによって正確に予め選定することができる。
【００５４】
更にＰＴＣモジュール３５が略示されており、これが両方の電極２０、２４の間にあり、これらの電極は外部リード２２若しくは２３の延長部として図２の破線に見ることができる。
【００５５】
図１に立ち返ってなお触れておくなら、セラミック円板２６に配置される直列抵抗体３８と並列抵抗体３３は電気的にも幾何学的にもケース１２の内部で電極２４と開閉機構１１との間、若しくは両方の電極２０、２４の間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 新規なスイッチを図２のＩ−Ｉ線に沿って示す略示断面図である。
【図２】 図１のスイッチの平面図である。
【符号の説明】
１０ スイッチ
１１ 温度依存開閉機構
１２ ケース
１４ 導電性底部品
１５ 杯状蓋部品
１６ 環状空間
１７ 可動接触部品
１８ ばね円板
１９ バイメタル・スナップ円板
２０ 電極
２１ 縁
２２ 第１外部リード
２３ 第２外部リード
２４ 射出成形電極
２５ 平坦面
２６ セラミック円板
２７ 相手接点
２８ レーザ穿孔貫通孔
２９ はんだバンプ
３０ 環状空間
３１ 縁
３３ 並列抵抗体
３４ 連続孔
３５ ＰＣＴモジュール
３６ ばね舌片
３８ 直列抵抗体
３９、４０、４１ 配線パターン

Claims (8)

1. 温度依存開閉機構（１１）を収容するケース（１２）を有するスイッチであって、このケースが第１ケース部品（１５）とこの第１ケース部品（１５）を閉鎖する第２ケース部品（１４）とを有し、第１外部リード（２３）に結合された第１電極（２４）が第１ケース部品の内側底（１５ａ）に配置されており、第２外部リード（２２）に結合された第２電極（２０）を第２ケース部品が含み、温度依存開閉機構（１１）がその温度に依存して第１電極（２４）と第２電極（２０）との間に導電性接続を実現するものであって、
   ケース（１２）内で幾何学的、電気的に第１及び第２電極（２４、２０）の間に並列抵抗体（３３）が配置されており、
   第１ケース部品（１５）が絶縁材から作製されており、この絶縁材内で第１電極（２４）が逸失不可能に保持されており、第１ケース部品（１５）に設けられる連続孔（３４）が第１電極（２４）から第２電極（２０）へと延びて、並列抵抗体（３３）として第１及び第２電極（２４、２０）に接続されたＰＴＣモジュール（３５）を受容することを特徴とするスイッチ。
2. 第２電極（２４、２０）にばね舌片（３６）が設けられており、このばね舌片がＰＴＣモジュール（３５）を第１電極（２４）に押し付けることを特徴とする、請求項１記載のスイッチ。
3. 第１電極（２４）が第１ケース部品（１５）の一体な構成要素となるように、この第１ケース部品（１５）の製造時に注型成形又は射出成形によって第１電極が第１ケース部品（１５）内で逸失不可能に保持されていることを特徴とする、請求項１又は２記載のスイッチ。
4. 第２ケース部品（１４）が導電性底部品（１４）であり、その内側底が第２電極（２０）として働くことを特徴とする、請求項３記載のスイッチ。
5. 温度依存開閉機構（１１）が導電性ばね円板（１８）を含み、この導電性ばね円板が可動接触部品（１７）を担持して、可動接触部品（１７）をほぼ中心にして嵌着されるバイメタル・スナップ円板（１９）に働きかけ、温度依存開閉機構（１１）がその応答温度以下であるとき、導電性ばね円板（１８）がその縁（２１）を第２電極（２０）で支えられ且つ可動接触部品（１７）を第１電極（２４）の方向に押し付けることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のスイッチ。
6. スイッチがセラミック支持体（２６）を含み、この支持体が開閉機構（１１）の方に向けて第１電極（２４）に配置されて、直列抵抗体（３８）を担持しており、この直列抵抗体の一端が第１電極（２４）に接続され、他端が温度依存開閉機構（１１）用接点（２７）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のスイッチ。
7. 第１電極（２４）が、温度依存開閉機構（１１）の方を向く平坦面（２５）を有し、この平坦面にセラミック支持体（２６）が固着され、また平坦面に直列抵抗体（３８）が電気的に接続されていることを特徴とする、請求項６記載のスイッチ。
8. セラミック支持体（２６）が少なくとも１つの、レーザ穿孔した貫通孔（２８、２９）を有し、この貫通孔を通してセラミック支持体が第１電極（２４）にはんだ付され且つこの第１電極に直列抵抗体（３８）が電気的に接続されることを特徴とする、請求項６又は７記載のスイッチ。

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