JP3186253B2

JP3186253B2 - 過負荷保護装置

Info

Publication number: JP3186253B2
Application number: JP27885692A
Authority: JP
Inventors: 俊雄島田; 渉菅原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH06131956A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機などに用いて好
適なバイメタルによる過負荷保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷蔵庫，空気調和機，除湿機な
どをはじめとする各種電動機を用いる製品には、電動機
の過熱焼損を防止するために、過負荷保護装置が設けら
れている。この種の過負荷保護装置としては、従来、種
々提案されているが、その一例として実開昭５９−７２
６４１号公報や実開昭６４−３５６４２号公報などに開
示されるものがある。これを図２６及び図２７によって
説明する。但し、図２６はその縦断面図、図２７は図２
６の分断線Ａ−Ａから見た平面図であって、１はケー
ス、１ａは外部底面、１ｂは内部底面、２は蓋、３，４
は可動接点、５はバイメタル、６は調整ネジ、６ａはそ
の頭部、７，８は固定接点、９，１０は固定端子、１１
がヒータ端子、１２はヒータ線、１３はバネである。

【０００３】図２６において、ケース１はフェノール樹
脂または不飽和ポリエステルの合成樹脂などの耐熱絶縁
材料からなり、有底円筒状をなしている。このケース１
に蓋２が被せられ、これらによって内部空間が形成され
る。

【０００４】この内部空間内には、ケース１の底部の中
心に、内部底面１ｂから外部底面１ａに貫いて黄銅製の
調整ネジ６が取り付けられており、この調整ネジ６のケ
ース１の内部側の端部に頭部６ａが設けられている。こ
の調整ネジ６には、湾曲した皿状のバイメタル５の軸支
孔が挿通して取り付けられ、また、バイメタル５とケー
ス１の内部底面１ｂとの間にバネ１３も取り付けられて
おり、このバネ１３の付勢力によってバイメタル５が調
整ネジ６の頭部６ａに押圧されて、バイメタル５がケー
ス１の底部から離間している。

【０００５】バイメタル５は、湾曲状をなしており、そ
の軸支孔に対称に一対の可動接点３，４が抵抗溶接によ
り固着されている。

【０００６】また、ケース１の内部底面１ｂから外部底
面１ａに貫通して固定された固定端子９の先端に固定接
点７が固着され、この固定接点７が内部底面１ｂ上バイ
メタル５の一方の可動接点３に対向した位置に固着され
ており、同様に固定されて一部が外部に突出した固定端
子１０の先端にも固定接点８が固着され、この固定接点
８が内部底面１ｂ上バイメタル５の他方の可動接点４に
対向した位置に固着されている。

【０００７】さらに、同様にして、一部が外部に突出し
てヒータ端子１１がケース１の底部１ｂに固定されてお
り、このヒータ端子１１と固定端子９との間に溶接など
によってヒータ線１２が接続されている。固定端子１０
とヒータ端子１１とがこの過負荷保護装置の外部端子と
なっている。このヒータ線１２はバイメタル５の下面に
近接し、かつ調整ネジ６の向う側に回り込むように配置
されており、ヒータ線１２から発生する熱により、バイ
メタル５が全周にわたって加熱されるようにしている。

【０００８】バイメタル５はその中心部を中心とした湾
曲状をなしており、温度が低い場合には、図示するよう
に、中心部が上方に突出した湾曲状をなして可動接点
３，４が夫々固定接点７，８に接触している。これによ
り、固定端子１０から固定接点８、可動接点４、バイメ
タル５、可動接点３、固定接点７、固定端子９、ヒータ
線１２を通ってヒータ端子１１に至る電路が形成され
る。温度が高くなって或る温度に達すると、バイメタル
５は図示とは逆の中央部が下方に突出した湾曲状に急激
に形状変形する。これを、以下、反転運動といい、反転
運動後のバイメタル５の状態を反転状態という。また、
この反転運動が生ずる温度を反転動作温度という。バイ
メタル５が反転運動すると、可動接点３，４が夫々固定
接点７，８から離れ、電路が断状態となる。

【０００９】バイメタル５が反転状態にあって温度が低
下しはじめ、或る温度まで低下すると、バイメタル５は
図示の状態に復帰する。これを以下、復帰運動といい、
図示の状態を元の状態という。また、復帰運動が生ずる
温度を復帰動作温度という。バイメタル５が反転状態か
ら元の状態に復帰すると、可動接点３，４が夫々固定接
点７，８に接触して電路が再び形成される。

【００１０】図２８はかかる過負荷保護装置を電動機に
用いた場合の電気回路を示す結線図であって、１４は上
記の過負荷保護装置、１５は電動機、１６は始動装置、
１７は始動巻線、１８は主巻線であり、図２６及び図２
７に対応する部分には同一符号を付けている。

【００１１】同図において、過負荷保護装置１４につい
ては上記した電路構成部分のみが示され、電動機１５は
巻線１７，１８のみが示されている。電動機１５では、
始動巻線１７と始動装置１６との直列回路が主巻線１８
に並列接続されている。かかる電動機１５と過負荷保護
装置１４とは、電動機１５の一方の端子とヒータ端子１
１とを接続することにより、直列接続されることにな
る。これにより、過負荷保護装置１４の固定端子１０、
バイメタル５、ヒータ線１２、ヒータ端子１１を介して
電動機１５の始動巻線１７、主巻線１８に電流が流れ
る。

【００１２】電動機１５の運転中に、電動機１５や電動
機１５で駆動される図示しないコンプレッサでの軸受部
分に焼き付けや回転部分へのゴミの侵入により、電動機
１５にメカニカルロックが発生すると、ロ−タが回転し
ないために、始動電流に相当する大電流が流れ続ける。
この大電流は、電源が接続されている状態でロ−タがロ
ックされている限り、流れ続ける。かかる大電流を拘束
電流といい、電動機１５の定格電流の４〜５倍程度であ
る。通常、正常な始動時の始動電流の期間（始動時間）
は２〜３秒と短いために、電動機１５はこの短時間に流
れる程度の大きな始動電流には充分耐えられるように設
計されている。しかし、拘束電流が長時間にわたって電
動機１５とその電流回路に流れ続けることは、設計上考
慮されておらず、好ましくない。

【００１３】電動機１５に大きな拘束電流が流れると、
バイメタル５とヒータ線１２の自己発熱が増加する。そ
して、温度がバイメタル５の反転動作温度に達すると、
この瞬間バイメタルが急激に反転運動し、上記のよう
に、可動接点３，４が固定接点７，８から離れて電動機
１５の通電が停止する。この通電停止があると、バイメ
タル５とヒータ線１２とは冷却し始め、その後、温度が
バイメタル５の復帰動作温度に達すると、バイメタル５
は急激に復帰運動して元の状態に復帰し、可動接点３，
４が夫々固定接点７，８に接触して電動機１５の通電が
再開する。

【００１４】このとき、電動機１５の拘束状態が解除さ
れていれば、バイメタル５は再度反転運動を行なうこと
がなく、電動機１５は正常な運転を行なう。

【００１５】次に、実開昭６０−１８３３４９号公報な
どに記載されるような従来の過負荷保護装置の他の例を
図２９によって説明する。但し、同図において、図２６
に対応する部分には同一符号を付けている。

【００１６】この従来例は、基本的には、ヒータ線が設
けられていない点が図２６に示した従来例と異なってい
る。このため、図２９に示すように、先端に固定接点７
を有する固定端子９がケース１の底部を貫いて外部に突
出されており、固定端子１０とともに外部端子となって
いる。可動接点３，４が夫々固定接点７，８と接触して
いるときには、固定端子１０から固定接点８、可動接点
４、バイメタル５、可動接点３、固定接点７を介して固
定端子９に至る電路が形成される。

【００１７】かかる過負荷保護装置１４を電動機１５に
使用する場合には、図３０に示すように、過負荷保護装
置１４の一方の固定端子９が電動機１５の一方の端子に
接続される。

【００１８】電動機１５に何らかの異常が発生して大き
な拘束電流が流れると、バイメタル５の自己発熱が増加
する。そして、温度がバイメタル５の反転動作温度に達
すると、この瞬間バイメタル５が急激に反転運動し、可
動接点３，４が固定接点７，８から離れて電動機１５の
通電が停止する。この通電停止があると、バイメタル５
は冷却し始める。そして、温度がバイメタル５の復帰動
作運動に達すると、バイメタル５は急激に復帰運動して
元の状態に復帰し、可動接点３，４が夫々固定接点７，
８に接触して電動機１５の通電が再開する。

【００１９】このとき、電動機１５の拘束状態が解除さ
れていれば、バイメタル５は再度反転運動を行なうこと
がなく、電動機１５は正常な運転を行なう。

【００２０】以上のように、上記各従来例によると、バ
イメタル５の反転状態中に電動機１５の拘束状態が解除
されれば、電動機１５は正常な運転状態となって加熱焼
損を防止できる。

【００２１】しかしながら、電動機１５の異常状態が解
消せず、バイメタル５が復帰運動して元の状態に戻った
とき、電動機１５が再び拘束状態となると、また、過負
荷保護装置１４に大きな拘束電流が流れ、再びバイメタ
ル５が反転運動して反転状態となり、電動機１５の通電
が停止する。

【００２２】このように、電動機１５の異常状態が解消
されないと、バイメタル５は反転運動と復帰運動とを交
互に繰り返し行なうことになり、この繰返し回数が多く
なると、遂にはバイメタル５は疲労して破断する。上に
挙げた実開昭６０−１８３３４９号公報においては、バ
イメタル５として、図３１に示すように、調整ネジ６が
嵌合する軸支孔５ｂから放射状に伸延する複数のスリッ
ト５ｃが設けられたものが使用されるが、かかるバイメ
タル５が上記のように反転運動と復帰運動とを繰り返す
と、これらスリット５ｃの先端から図示するような破断
Ｅ，Ｆが生ずることになる。

【００２３】なお、図３１において、バイメタル５の平
面形状は、略円型もしくは略楕円形をなす部分の外周５
ｄの対向する２個所から矩形状の端面５ａ，５ａ'が突
出した形状をなしており、これら端面５ａ，５ａ' 側の
軸支孔５ｂに関して対称な位置に可動接点３，４が抵抗
溶接によって接合している。

【００２４】また、大電流開閉用の過負荷保護装置で
は、可動接点３，４としてその電流に見合った大きなも
のを用いるため、バイメタル５の可動接点３，４との結
合部の反転動作時の自由度がなく、この部分の応力が増
加する。このために、可動接点３，４の周囲から破断が
同時に進行することもある。

【００２５】バイメタル５に以上のような破断が生ずる
と、バイメタル５の特性が変化して接点圧力の減少方向
や接点開離力の減少を招くとともに、反転動作温度や復
帰動作温度が変化し、反転運動しても可働接点３，４の
部分の反転動作量が減少したりなどして反転動作間隔が
短くなり、バイメタル５やヒータ線１２に流れる拘束電
流の通電率が増加して益々ケース１内の温度が上昇す
る。

【００２６】また、かかる繰り返し動作による最終故障
モ−ドは、可動接点３，４と固定接点７，８の接点溶着
である。このように接点溶着が発生すると、電動機１５
の巻線と過負荷保護装置１４のバイメタル５とに大きな
拘束電流が連続して流れることになり、電動機１５の巻
線が発熱して焼損することになるし、また、バイメタル
５やヒータ線１２の発熱によってケース１の内部温度が
上昇し、この結果、ケース１や蓋２の耐熱温度以上に上
昇すると、ケース１や蓋２などのバイメタル５の周辺部
材も焼損することになる。

【００２７】なお、図２６に示した従来例では、ケース
１の内部温度が異常に上昇したことによってヒータ線１
２が断線すれば、過負荷保護装置１４の電路が遮断さ
れ、上記の焼損が防止できて安全であるが、必ずしもヒ
ータ線１２が断線するとは限らず、安全性の点で問題と
なる。また、図２９で示したようなヒータ線をもたない
過負荷保護装置１４では、この作用さえも期待できな
い。

【００２８】通常、冷蔵庫に用いられる過負荷保護装置
１４におけるバイメタル５の溶断電流は、５秒通電で７
０Ａ以上である。また、空気調和機などに用いられるも
のでは１００Ａ以上である。これは、これらに用いられ
る電動機１５の最大拘束電流の２倍以上の電流が流れな
い限り、溶断しないことを示している。

【００２９】以上のような問題を解消する方法として
は、従来、種々提案されているが、その一例として、実
開昭５９−７２６４１号公報においては、ケースにセラ
ミックなどの耐熱性材料を用いるものがある。

【００３０】また、実開昭６３−１７４１４５号公報に
おいては、複数の鋸歯状突起を有する動作係数板を設
け、バイメタルが復帰運動する毎に順次異なる鋸歯状突
起に接合して動作係数板を降下させ、鋸歯状突起の個数
に等しい回数バイメタルが復帰運動すると、動作係数板
はケースの内部底面に当接し、バイメタルが復帰運動を
することができないようにした方法が開示されている。
これによると、電動機の異常状態が解消されなくとも、
バイメタルは、所定回数復帰運動を行なうと、復帰運動
ができなくなり、反転状態が維持されて拘束電流が遮断
される。

【００３１】さらに、実開昭６３−２２４１２５号公報
においては、第１のバイメタルとこれよりも反転動作温
度が高い第２のバイメタルとを直列に接続して設け、異
常電流が発生すると、まず、第１のバイメタルが反転動
作を行なうようにし、異常状態が解消されずに第１のバ
イメタルが反転運動と復帰運動とを繰り返し、遂に第１
のバイメタルが破断して接点溶着が生じたときには、こ
の結果生ずる異常温度上昇により、第２のバイメタルが
反転運動して異常電流を遮断する方法が開示されてい
る。

【００３２】さらに、実開昭６４−１４５０号公報に
は、第１のバイメタルの下面に第２のバイメタルを当接
させ、第１のバイメタルが破断して接点溶着が生ずる
と、第２のバイメタルが反転運動して第１のバイメタル
を持ち上げるようにした技術が開示されている。

【００３３】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報に
おいては、バイメタルが取り付けられる調整ネジの頭部
をこの調整ネジとは別部品とし、この頭部に凹みを設
け、この頭部を調整ネジに嵌め込んだときに凹みに熱可
溶金属を充填し、この熱可溶金属でもって頭部を調整ネ
ジ先端に固着するようにした技術が開示されている。通
常、バイメタルはバネによって頭部に押圧されている
が、バイメタルが接点溶着して温度が高くなると、熱可
溶金属が溶融して頭部と調整ネジとの固着が解け、バネ
の付勢力にによってバイメタルと頭部とが持ち上げられ
る。

【００３４】さらに、特開平３−７７２２８号公報に
は、バイメタルのバイメタル支持体との固定部と可動接
点で介される位置に孔を明けてバイメタルの電気抵抗よ
りも高い抵抗値の高抵抗部を設け、この高抵抗部に過電
流によるジュール熱を集中させて溶断させる方法が開示
されている。また、これには、高抵抗部を得る方法とし
て、板厚を薄くしたり、外周形状に凹みを設けたりする
ことでも、同様の効果が得られると述べられている。

【００３５】次に、他の過負荷保護装置について説明す
る。例えば、セパレート形の空気調和機は、室内機と室
外機が配管で結ばれるが、その工事が不完全なときに
は、冷媒であるフレオンが漏れることがある。この場
合、空気調和機の圧縮機は過熱するが、その電動機の電
流は略無負荷電流から増加することなく、従来の電流の
みに応動する実開昭５９−７２６４１号公報等に開示さ
れたプロテクタでは保護が不可能であった。

【００３６】そこで、従来では、実開昭６０−９５１８
３号公報，実開昭６２−３８０９０号公報及び特開昭６
３−６１７８３号公報等に開示されているように、プロ
テクタをハーメチック形として圧縮機内に取り付け、圧
縮機の温度を直接検知するようにしていた。これによる
と、前述の冷媒漏れによる過熱焼損は防止できても、ハ
ーメチック形のプロテクタはそのもの自身が高価である
ばかりか、その取付けの複雑さから工数が増加し、コス
トアップを招く欠点があった。

【００３７】また、圧縮機に内蔵取付けのため、プロテ
クタの不具合発生時には、圧縮機単体でのサービス交換
を必要とし、サービス費用の増大を招く等の不利益が生
じていた。

【００３８】これ等の問題を解決する手段として、圧縮
機モ−タの外殻に取り付ける過負荷保護装置、即ち、２
要素式サーマルプロテクタが実開平１−７９２４０号公
報に示されている。かかる２要素式サーマルプロテクタ
は、図３２に示すように、皿形の主バイメタル１９など
からなる主プロテクタＰを収納した筒形ケースの開放端
側に、ヒータＲと温度スイッチＴＨとの直列回路が配設
されているものであって、このヒータＲは主プロテクタ
Ｐの近傍に配置されている。

【００３９】かかる２要素式サーマルプロテクタは電源
スイッチＳＷと電動機Ｍとの間に配置され、通常は主プ
ロテクタＰが閉じた状態に、また、温度スイッチＴＨは
開いた状態に夫々あり、図示しない電源から電源スイッ
チＳＷ，２要素式サーマルプロテクタを介して電動機Ｍ
に駆動電流が供給される。冷媒漏れなどの事故で圧縮機
の温度が上昇した場合には、図３３（ａ）に示すよう
に、温度スイッチＴＨがこれを検知して閉じ、これによ
ってヒータＲは通電されて発熱する。このヒータＲから
の熱により、主プロテクタＰの主バイメタルが加熱され
て、図３３（ｂ）に示すように、開き、電動機Ｍへの通
電を遮断する。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、バイメ
タルの接点溶着の対策方法が種々提案されているが、夫
々には次のような問題もある。

【００４１】即ち、実開昭５９−７２６４１号公報に記
載のようにケースをセラミックでもって形成すると、確
かにケースの焼損を回避できるが、負荷となる電動機巻
線の焼損は免れないし、ケースが高価なものとなるとい
う問題もある。

【００４２】また、実開昭６３−１７４１４５号公報記
載のように動作計数板を設けた従来技術においては、こ
の動作計数板によってバイメタルの反転運動、復帰運動
の繰り返し動作回数が限られているため、（１）冷蔵庫、空気調和機、除湿機などに用いられる過
負荷保護装置の場合、電動圧縮機の故障、即ち、機械的
ロック以外でも作動してしまい、バイメタルが動作計数
板によって反転状態に保持されてしまう事態が起り易
く、従って、サービスコールの増加を招く（２）調整作業中の動作確認においても、動作計数板が
位置移動してしまい、残りの動作回数が減少してしまう等の実用化に際しての課題が残っている。

【００４３】さらに、実開昭６３−２２４１２５号公報
記載のように、直列接続した第１，第２のバイメタルを
用いる場合には、これらを同時に通電する必要があるこ
とから、（１）これらバイメタルの比抵抗に応じて流すことがで
きる電流の大きさの範囲が制限される（２）バイメタルの比抵抗が不足してこれ自体の発熱量
が小さいときには、ヒータ線を設ける必要があるが、バ
イメタルとヒータ線との間の絶縁距離を確保する必要が
あることから、ヒータ線が占めるスペースも大きくな
り、過負荷保護装置が大形化する（３）第１，第２のバイメタル夫々に高価な接点を設け
る必要があり、装置自体が高価になる等の実用化に際しての課題が残っている。

【００４４】さらに、実開昭６４−３５６４２号公報に
記載のように、熱可溶金属で調整ネジとその頭部とを固
着した場合には、（１）バイメタルが接点溶着して高温となると、熱可溶
金属が溶融し始め、バネによってバイメタルと調整ネジ
の頭部が持ち上げられるが、熱可溶金属の粘性のため、
これらの持上げはゆるやかに行なわれる。そして、バイ
メタルの持上げによって可動接点がケースの内部底面上
の固定接点からはずれると、電路が遮断されるために、
これと同時に熱源が失われ、熱可溶金属は固相方向に向
かう。このように、熱可溶金属の粘性に充分打ち勝つよ
うにバネの力が作用しないときには、上記のように、バ
イメタルが持ち上げられたときの可動接点と固定接点と
の間の接点間開離量（接点ギャップ）を充分確保できな
い（２）上記の熱可溶金属の固相現象は、バネの負荷抵抗
そのものであり、接点溶着時でのバネの接点引剥力を減
少させるように作用する。このことは、大電流の負荷を
開閉する過負荷保護装置を得る場合の障害となることが
予想される（３）熱可溶金属による接合にはクリープがあるので、
その融点はバイメタルの反転動作温度に対して充分な温
度差があることが必要である。通常、このときの温度差
は４０〜５０℃必要である。このため、接点開離動作が
行なわれるための動作温度が高くなり、装置の利用範囲
が制限されやすい（４）調整ネジ軸の頭部の凹みへの熱可溶金属の溶し込
みに安定度が高い設備が必要であって、設備費が高価に
なる等の実用化に際しての課題がある。

【００４５】さらに、特開平３−７７２２８号公報記載
のように、バイメタルの電気抵抗より高抵抗部をなすよ
うに孔を設けるとすると、普通一般的に用いられるバイ
メタルの外形形状は、可動接点に近い部分がそのバイメ
タルの断面積が最少となることから、可動接点に近い側
になることは開示された図面からも明確である。

【００４６】また、外周形状に凹みを設ける場合におい
て、その位置について開示されていないが、前記の理由
と同様に、可動接点に近い側に設けられるのが必然的と
言える。

【００４７】さらに、バイメタルの板厚を薄くする場合
においても、その位置，方法などについて開示されてい
ないが、位置については、前記と同様の可動接点に近い
側になることが容易に推定される。また、その方法につ
いては、プレス加工等によって部分的に薄くする方法が
考えられる。しかしながら、いずれにしても、バイメタ
ルの弾性力が可動接点に作用するとき、バイメタルの変
形量が可動接点に近い断面積が最少となる高抵抗部に集
中することは避けられず、従来技術に比較して同一接点
圧力を得ようとすると、（１）バイメタルの調整代が大きくなる（２）バイメタルの応力が増加し、高抵抗部から破断が
始まり、バイメタルの疲労が加速されて寿命が短縮する（３）孔と凹み方式の場合には、ノッチ作用により、寿
命短縮を加速させる（４）薄くする方式の場合には、広範囲が加工効果や異
種金属接合部（張り合せ部）の剥離により、寿命短縮を
加速させる等の問題が予測される。

【００４８】また、この問題を避けるため、従来技術と
比較して低い接点圧力で実用化しようとすると、（１）接点圧力の減少により、接点溶着が多発しやすく
なることは周知の通りである（２）その結果、大容量負荷の開閉時には著しく寿命が
短縮し機能停止が早まることになる。

【００４９】さらに、バイメタルの応力分散を目的とし
た実開昭６０−１８３３４９号公報に開示されるような
バイメタルにおいて、その中央部に形成した嵌合孔から
放射状に伸びるスリットを備えたバイメタルと組み合せ
てこの技術を採用しようとすると、（１）可動接点とスリット間のバイメタル断面積が減少
し、バイメタルの基本特性が大きく変化する（２）放射状スリットでバイメタルの断面積が小さいた
め、この部分よりさらに高抵抗部を得るためには、孔の
幅寸法をさらに大きくする必要があり、より技術的に実
用化が困難である等の問題があった。

【００５０】さらに付記すれば、この従来技術では、バ
イメタル軸支構造にバイメタルを調整ネジの頭部に押し
付けるバネを有せず、バイメタル溶断後の位置はバイメ
タルの自由位置となるため、充分な遮断距離が確保でき
ないおそれがある。

【００５１】また、図３２及び図３３で示した２要素式
サーマルプロテクタでは、冷媒漏れなどの事故で圧縮機
の温度が上昇した場合には、その圧縮機のドームの熱を
温度スイッチＴＨが検知し、これが所定の温度になる
と、温度スイッチＴＨが閉路することにより、ヒータＲ
が通電されて発熱し、主プロテクタＰの主バイメタル１
９を過熱して主バイメタル１９を開路するため、図３２
に示す状態から図３３（ａ）に示す状態を経て図３３
（ｂ）に示す状態に変化するとき、１．主バイメタル１９が開路し、圧縮機電動機Ｍの通電
が遮断される瞬間に、周知のように、ｄｅ＝ｄｉ／ｄｔ（但し、ｄｅ：回路電圧ｄｔ：遮断時間）で表されるサージ電圧ｄｅが発生する。このとき発生す
るサージ電圧ｄｅは圧縮機電動機Ｍ，温度スイッチＴ
Ｈ，ヒータＲからなる閉回路に加わり、その大半の電圧
はインピーダンスの大きなヒータＴＨが分担する。

【００５２】なお、発生する圧縮機電動機Ｍのサージ電
圧ｄｅは、一般に、数百〜千数百ボルトに達する。

【００５３】２．主バイメタル１９が元の状態に戻って
回路が閉路するときには、その主接点が少なからずとも
機械的振動（即ち、チャタリング、バウンシング）を起
し、短時間ではあるが、圧縮機電動機Ｍがオン，オフを
繰り返す。このときにも、上記と同様、サージ電圧が発
生し、温度スイッチＴＨが閉路していると、その大半の
電圧をヒータＲが分担する。

【００５４】以上のことから、ヒータＲとしては、この
ような大きなサージ電圧に耐える過電圧特性を有するも
のにする必要がある。これは、万一これに耐え切れない
ことになると、最悪の場合、ヒータＲが断線して２要素
式サーマルプロテクタとしての機能を果たさなくなるか
らである。

【００５５】また、前記サージ電圧に耐える過電圧特性
を加味してヒータＲを選定すると、ヒータＲ自身が大型
化し、また、高価なものとなる。

【００５６】本発明の目的は、かかる問題を解消し、所
定の動作温度で速やかにかつ永久的に電路を遮断し、な
おかつ、通常使用時には、高い信頼性を維持できるよう
にした構成が簡単でかつ安価な過負荷保護装置を提供す
ることにある。

【００５７】

【００５８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ケース内に収納されるバイメタルの可動
接点接合部の周りを発熱によって溶融する手段を設け
る。

【００５９】

【００６０】

【作用】負荷が異常状態となって異常な電流が流れる
と、これによって上記手段が異常に発熱し、可動接点接
合部の周りを溶融する。そして、バイメタルが反転，復
帰運動を繰り返しているときに可動接点が固定接点に溶
着すると、上記溶融により、可動接点がバイメタルから
溶断する。従って、電気回路が永久に遮断されることに
なる。

【００６１】

【００６２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による過負荷保護装置の一実施例の全
体構成を示す縦断面図であって、５ｅは貫通孔であり、
図２６に対応する部分には同一符号をつけている。

【００６３】図１において、バイメタル５の可動接点
３，４との接合部周辺に貫通孔５ｅが設けられている。
これ以外の構成は、図２６で示した従来の過負荷保護装
置と同様であるので、図１に対する説明を省略する。ま
た、この実施例の電気回路も図２８で示したのと同様で
ある。

【００６４】図２は図１におけるバイメタル５の一具体
例を示す平面図であって、図１及び図３０に対応する部
分には同一符号をつけている。

【００６５】図２において、バイメタル５の可動接点
３，４夫々の接合部周辺には、その接合部から放射状に
かつ等間隔に複数の貫通孔５ｅが設けられている。換言
すれば、これら接合部は、貫通孔５ｅ間のバイメタル５
と同じ材料の幅狹の複数の支持部材により、バイメタル
５に支持されていることになる。

【００６６】このような構成のバイメタル５を備えたこ
の実施例の過負荷保護装置１４を図２８に示すようにし
て電動機１５に用いた場合、電動機１５が正常なときに
は、始動時にバイメタル５とヒ−タ線１２に大きな始動
電流が短時間流れた後、小さな運転電流の連続通電状態
になる。通常、この始動電流が流れる時間は約２秒以内
であって、始動装置１６などの作動によって制限されて
いる。このとき、バイメタル５自身の発熱エネルギ−と
ヒ−タ線１２の加熱エネルギ−とによる温度上昇では、
バイメタル５が反転動作しないことは従来技術と同様で
ある。

【００６７】また、電動機１５に、始動電流を最大値と
し、過大な拘束電流が連続して流れると、バイメタル５
及びヒ−タ線１２の自己発熱エネルギ−が増加し、バイ
メタル５は動作温度の達した瞬間急激に反転運動し、可
動接点３，４が固定接点７，８から離れて電動機１５の
通電が断たれる。これにより、バイメタル５とヒ−タ線
１２とが冷却を開始し、その後反転復帰温度に達する
と、バイメタル５が、また、逆の反転運動を行なって元
の位置に復帰し、可動接点３，４が固定接点７，８と接
触して電動機１５が再び通電される。

【００６８】この元の位置に復帰したとき、電動機１５
の拘束状態が解除されていれば、電動機１５は正常に運
転し、バイメタル５の次の反転運動は起こらない。これ
は従来技術と全く同様である。

【００６９】しかしながら、電動機１５がまだ拘束状態
にあると、バイメタル５が動作、復帰の反転動作を繰り
返し、この結果、例えば約５０００回〜１５０００回の
繰り返し動作によってバイメタル５が疲労すると、図４
に示すように、スリット５ｃの先端から外周部５ｄの方
向に向かって破断Ｅ，Ｆが発生する。

【００７０】このようにバイメタル５が破断すると、バ
イメタル５の特性が変化して接点圧力の減少や接点間開
離力の減少を招くとともに、反転動作温度や復帰動作温
度が変化し、反転動作しても可動接点３，４の部分の反
転動作量が減少したりなどして反転動作間隔が短くな
り、バイメタル５やヒ−タ線１２に流れる拘束電流の通
電率が増加して益々ケ−ス１内の温度が上昇する。

【００７１】この結果、可動接点３，４と固定接点７，
８との接点溶着が発生すると、溶着した可動接点３，４
とバイメタル５の間に大きな拘束電流が連続して流れる
ことになるが、この実施例では、バイメタル５の可動接
点３，４との接合部近傍に配置した複数の貫通孔５ｅが
設けられていることにより、貫通孔５ｅ間の上記支持部
が幅狹であるため、これら支持部での温度が、一様では
ないが、大幅に上昇する。そして、この温度がバイメタ
ル５の材料毎に定まる融点以上になると、これら支持部
が融け始め、部分的に融け落ちると、残りの部分にさら
に電流が集中することになり、次々と連鎖反応的に、か
つ加速度的に融け出して、遂には、図３で符号Ｘとして
示すように、可動接点３，４の周囲がリング状に融けて
しまう。従って、図４に示すように、可動接点３はバイ
メタル５から外れて固定接点７にくっついたままとな
る。

【００７２】このようにして、電動機１５の拘束状態が
続くと、可動接点３はバイメタル５から外れて図２８に
示した電気回路は断の状態となり、過負荷保護装置１４
が交換されない限り電動機１５は通電されない。従っ
て、電動機１５の保護が可能となる。

【００７３】ところで、通常、上記の作用は、図３，図
４に示すように、可動接点３または可動接点４の一方に
発生し、両方同時に発生することは極めてまれである。
これは、可動接点３，４とバイメタル５の抵抗溶接によ
る溶接有効面積の差や可動接点３，４と固定接点７，８
の溶着状況などにより、電気抵抗に差が生じ、このとき
の発熱量がバイメタル５の貫通孔５ｅの温度上昇に影響
を及ぼすためである。また、過負荷保護装置１４の取付
方向によっても、可動接点３，４のいずれかの温度が高
くなることもあり、これも可動接点３または可動接点４
のいずれか一方に上記作用が起こる原因となる。

【００７４】このように、可動接点３，４の接合部のい
ずれか一方が溶断されれば充分であり、その溶断する方
を必ずしも限定するような構成とする必要がない。しか
しながら、例えば可動接点３側が溶断するように限定し
ようとするならば、可動接点３の接合部の周囲のみに貫
通孔５ｅを設ければよい。従って、貫通孔５ｅを可動接
点３，４側の一方に設けるかまたは両方に設けるかは設
計上の自由裁量範囲であることは言うまでもない。

【００７５】以上のように、この実施例では、その使用
条件、即ち流れる電流にマッチした断面積を有する貫通
孔５ｅを設けることにより、接点溶着発生時には、確実
に回路を遮断させることができるものである。

【００７６】発明者等の実験によると、冷蔵庫などの比
較的小電流領域で用いられるバイメタル、即ちＪＩＳ
Ｃ２５３０で規定されたＴＭ−１（体積抵抗率＝１４０
μΩ・ｃｍａｔ２０℃）及びＴＭ−２（体積抵抗率＝
８０μΩ・ｃｍａｔ２０℃）と、空気調和機などの比
較的大電流領域で用いられるバイメタル、即ちＴＭ−６
（体積抵抗率＝２０〜５０μΩ・ｃｍａｔ２０℃）に
ついて、板厚を０．１５ｍｍ，０．１８ｍｍ，０．２０
ｍｍの種々の材料を入手して実験した結果、放射状の貫
通孔５ｅによる局部的発熱温度の影響度合は次式で示す
ことができることがわかった。

【００７７】ΔＴ＝０．２４Ｉ²ＲＴ／ＭＣここで、 ΔＴ：貫通孔５ｅ部の温度上昇（℃）Ｉ：貫通孔５ｅ部に流れる電流（Ａ）Ｒ：貫通孔５ｅ部に影響する抵抗（Ω）Ｔ：貫通孔５ｅ部に流れる電流の時間（ｓｅｃ）Ｍ：貫通孔５ｅ部の影響する質量（ｇ）Ｃ：比熱（ｃａｌ／ｇ／℃）。

【００７８】これによると、貫通孔５ｅによってバイメ
タルの断面積が１／２となると、質量が１／２になるか
ら、この部分の抵抗Ｒは２倍になる。この結果、温度上
昇は４倍の速さとなり、同一温度に達するまでの時間は
１／４となる。

【００７９】換言すれば、貫通孔５ｅを設けたバイメタ
ルとこれを設けないバイメタルとに同じ大きさの電流を
流した場合、前者が後者の１／４の時間で溶断させるこ
とができることになる。また、かかるバイメタルの溶断
時間が等しいとすると、貫通孔５ｅを設けたバイメタル
には、これを設けないバイメタルに流す電流の１／４の
大きさの電流を流すだけでよいことになる。従って、貫
通孔５ｅの断面積に応じて任意の条件を設定できるもの
である。

【００８０】また、貫通孔５ｅは可動接点３，４の近傍
に大きく広がることなく、即ち面積を大きくせずに設け
れば、従来技術のようにバイメタル５の調整代が大きく
なる欠点も生じない。逆に、貫通孔５ｅの作用により、
バイメタル５が反転動作したとき、バイメタル５での可
動接点３，４の接合部周囲が自由に変化するため、この
部分を起点にした破断を防止することができる。その結
果、大電流開閉用の過負荷保護装置１４では、特に、信
頼性が向上するなどの利点が得られる。

【００８１】さらに、貫通孔５ｅは、バイメタル５の復
帰運動に際し、可動接点３，４が固定接点７，８と接触
するときの機械的振動（チャタリングやバウンシングな
ど）を吸収する。これにより、過負荷保護装置の寿命が
延びることになる。また、寿命を同一とした場合には、
接点ボリウムを減らすことも可能であって、その分原価
を下げることもできるなどの多くの効果が得られる。

【００８２】なお、図２に示した具体例では、可動接点
３，４の接合部の部分に貫通孔５ｅを設けるとしたが、
窪み状の溝を設けるようにしてもよい。要するに、この
部分の電気抵抗が大きくなるような手段を講じればよ
い。

【００８３】図５は図１におけるバイメタル５の他の具
体例を示す平面図であって、５ｆは貫通長孔であり、図
３に対応する部分には同一符号をつけている。

【００８４】同図において、ここでは、図３に示した具
体例とは異なり、バイメタル５の可動接点３，４の接合
部を横切り、これからはみ出すように、かつ軸支孔５ｂ
の方向とは垂直な向きに貫通長孔５ｆが設けられてお
り、図６に示すように、可動接点３，４がこの貫通長孔
５ｆをまたぐようにして抵抗溶接されている。

【００８５】この具体例を用いた過負荷保護装置におい
ても、図３に示したバイメタル５を用いた過負荷保護装
置と同様、接点溶着が発生すると、最も電流密度の高い
部分から融け出し、残りの部分にその溶断部分が広が
る。即ち、図６に示したように可動接点３がバイメタル
５に狭い断面積で接合されていることから、まず、可動
接点３の一方のバイメタル５との接合部近傍が溶け始
め、図７でＸとして示すように、可動接点３の一方のバ
イメタル５との接合部が溶断する。そこで、可動接点３
からまだバイメタル５と接合している他の接合部，即ち
バイメタル５での貫通長孔５ｆの先端に対向する部分
Ｙ，Ｙ'を通して大電流が流れ、このために、図８に示
すように、これらの部分Ｙ，Ｙ'が溶断する。

【００８６】この結果、可動接点３がバイメタル５から
はずれ、電路が遮断されることになり、図３で示したバ
イメタル５を用いた場合と同様の効果が得られる。

【００８７】なお、以上は、可動接点３の軸支孔５ｂ側
の係合部の近傍がまず溶断するものとしたが、最初に可
動接点３の軸支孔５ｂとは反対側の係合部の近傍が溶断
する場合もある。この場合には、この係合部の近傍が溶
断すると、可動接点３の軸支孔５ｂ側の係合部に大電流
が流れ、やはりこの係合部の近傍が加熱されて溶断して
しまう。従って、この場合には、図３の場合ように可動
接点３のみがバイメタル５から外れることになる。

【００８８】図９は図１におけるバイメタル５のさらに
他の具体例の可動接点３との係合部付近を示す断面図で
あって、５ｇは突出部であり、前出図面に対応する部分
には同一符号をつけている。

【００８９】同図において、バイメタル５には、塑性変
形（プレス）などによって山形の突出部５ｇが設けられ
ており、この突出部５ｇに可動接点３が抵抗溶接で接合
されている。他方の可動接点４についても同様である。

【００９０】かかる構成によると、可動接点３のバイメ
タル５との接合部の断面積が狭く、かつバイメタル５が
加工硬化されて固有抵抗が高くなっていることから、こ
の接合部に大電流が流れると、この部分の発熱量が増加
し、図１０に示すように、突出部５ｇの周辺がリング状
に溶断して可動接点３がバイメタル５から外れる。従っ
て、上記各具体例を用いた場合と同様の効果が得られ
る。

【００９１】図１１は図１におけるバイメタル５のさら
に他の具体例を示す平面図であって、前出図面に対応す
る部分には同一符号をつけている。

【００９２】同図において、この具体例では、バイメタ
ル５と可動接点３，４の接合部の端面５ａ，５ａ'の幅
Ｗを可動接点３，４の頭径ｄと略同一にしており、かか
る接合部での溶接に使用する抵抗量を多くしている。大
電流が流れると、この抵抗部分で発熱量が増加し、この
部分のバイメタル５が溶断しやすくなる。

【００９３】図１２は図１におけるバイメタル５のさら
に他の具体例を示す平面図であって、前出図面に対応す
る部分には同一符号をつけている。

【００９４】同図において、この具体例では、可動接点
３，４の体積を異ならせるようにしている。ここで、可
動接点３の体積を大きくし、可動接点４の体積を小さく
すると、大電流が流れたとき、体積の小さい方の可動接
点４の発熱量し、このため、バイメタル５のこの可動接
点４が接合した部分が溶けて可動接点４が溶断しやすく
なる。

【００９５】図１３は図１におけるバイメタル５のさら
に他の具体例を示す平面図であって、前出図面に対応す
る部分には同一符号をつけている。

【００９６】同図において、この具体例では、可動接点
３，４を夫々断面積の異なるバイメタル５の端部５ａ，
５ａ'側に抵抗溶接で固着したものである。ここで、可
動接点４が断面積が小さいバイメタル５の端部５ａ'に
接合され、可動接点３が断面積が大きいバイメタル５の
端部５ａに接合されているとすると、大電流が流れたと
き、可動接点４が接合された断面積が小さい方のバイメ
タル５の端部５ａ'が強制的に溶断しやすくなる。

【００９７】さらに他の具体例としては、可動接点３，
４を、構造及びバイメタル５との接合方法を同一とし、
材料を異ならせることにより、これらの発熱量を異なら
せるようにしてもよい。例えば、可動接点３，４の一方
に電気伝導度及び熱伝導度の良好な銀接点を用い、他方
に銀−タングステンなどの電気伝導度及び熱伝導度の悪
いなものを組み合せることにより、電気伝導度及び熱伝
導度の悪いなものを組み合せた可動接点側で上記のよう
な溶断がしやすくなる。

【００９８】なお、この実施例では、以上説明したバイ
メタル５のいずれかを用いることができるが、以上説明
したバイメタル５での発熱手段の２以上を適宜組み合わ
せたバイメタルとすることもできる。例えば、図１３に
示したバイメタル５において、可動接点３に電気伝導度
及び熱伝導度の良好な銀接点を用い、可動接点４に銀−
タングステンなどの電気伝導度及び熱伝導度の悪いなも
のを組み合せることにより、より顕著な効果が得られる
ことになる。

【００９９】以上のように、この実施例では、負荷電流
に左右されず、種々の特性のものが容易に得られること
になる。

【０１００】図１４〜図１８は２要素式サーマルプロテ
クタとしての過負荷保護装置の一例の構造を示すもので
あって、図１４はその内部平面図、図１５は図１４での
分断線Ｉ−Ｉからみた断面図、図１６は図１４での反対
側からみた背面図、図１７は図１４での分断線II−IIか
らみた断面図、図１８は図１４での分断線III−IIIから
みた断面図であり、１はケース、２は蓋、３，４は可動
接点、６は調整ネジ、６Ａは調整ネジ６の頭部、６Ｂは
ボルト、７，８は固定接点、９，１０は固定端子板、１
３は圧縮バネ、１９は主バイメタル、２０はセパレ−
タ、２１，２２は端子、２３はタブ端子、２４，２５は
タブ端子、２６はバイメタル、２７は可動接点、２８は
固定接点、２９，３０は支持体、３１は導電板、３２は
当接片、Ｐは主プロテクタ、Ｒはヒータ、ＴＨは温度ス
イッチである。

【０１０１】図１４〜図１８において、ケース１は絶縁
物製で一端開放の角筒状をなし、その開放端に蓋２が取
り付けられていることにより、内部空間が形成されてお
り、図１４及び図１５から明らかなように、この内部空
間が主プロテクタＰの配置空間と温度スイッチＴＨの配
置空間とに区分され、これらの境界に、例えば、不織布
などのセパレータ２０が設けられて、これら主プロテク
タＰと温度スイッチＴＨとが互いに絶縁されている。

【０１０２】ここで、まず、主プロテクタＰについて説
明すると、図１４，図１５及び図１７から明らかなよう
に、ケース１の底部に設けられた貫通孔に嵌合し、この
底部の外面側にボルト６Ｂが螺合された調整ネジ６に皿
状の主バイメタル１９が取り付けられ、さらに、この調
整ネジ６の主バイメタル１９とケース１の底部との間に
圧縮バネ７が取り付けられている。そして、ボルト６Ｂ
を所定量締め付けられており、これによって生ずる圧縮
バネ１３の弾性力により、主バイメタル１９は調整ネジ
６の頭部６Ａに押しつけられ、ケース１の底部から所定
の距離を保って配置されている。このとき、主バイメタ
ル１９は、窪んだ方の面（以下、窪み面という）がケー
ス１の底部側を向くように、調整ネジ６に取り付けられ
ている。

【０１０３】また、図１４及び図１５から明らかなよう
に、主バイメタル１９とケース１の底部との間におい
て、調整ネジ６に対してセパレータ２０側にヒータＲが
配置されている。なお、このヒータＲとしては、炭素皮
膜抵抗器、或いは金属皮膜抵抗器、或いは炭素体抵抗器
または巻線抵抗器などの抵抗器であっても、また、ニッ
ケル−クロム合金、或いはニッケル−クロム−鉄合金、
或いは鉄−クロム−アルミ合金、或いは炭化ケイ素、或
いは銅−ニッケル合金または銅合金など電流を通電して
発熱源になるものであれば、その利用範囲に制限されな
い。かかるヒータＲを主バイメタル１９の下面投影面積
にほぼ等しい範囲内に対面して配置することにより、主
バイメタル１９を過熱するときの熱ロスが少なくなり、
主バイメタル１９の応答性を向上させることができる。

【０１０４】図１７に示すように、主バイメタル１９の
窪み面の外周部には、調整ネジ６を挾んで図１４の分断
線II−IIに沿う方向に（即ち、ヒータＲの配置方向とは
直交する方向に）可動接点３，４が設けられている。ま
た、ケース１の底部の周辺部を貫通して固定端子板１
０，９が設けられ、夫々の一方の端部に形成された固定
接点７，８がケース１内の底面に、主バイメタル１９に
設けられた可動接点３，４に対向して固定されている。
これら固定端子板１０，９の他端は、図１５や図１６に
示すように、ケース１の底部を通して外部に突出してお
り、夫々にタブ端子２４，２５が固着されている。

【０１０５】以上が主プロテクタＰの構成であるが、次
に、温度スイッチＴＨの構造について説明する。

【０１０６】図１８から明らかなように、蓋２の内面に
端子２１，２２を一部に挾んで２つの絶縁性支持体３
０，２９が設けられ、一方の支持体３０上に弾性を有す
る導電板３１の一端が固着されている。この一端は図示
しない手段によって端子２１と電気的に接続されてい
る。この導電板３１の他端蓋２側の面には可動接点２７
が設けられている。また、他方の支持体２９上のこの導
電板３１の可動接点２７に対向した位置に固定接点２８
が設けられている。この固定端子２８も図示しない手段
によって端子２２と電気的に接続されている。さらに、
導電板３１の蓋側の面略中央部に突出状の当接片３２が
設けられ、支持体２９，３０にまたがって設けられた、
曲面状に撓んだバイメタル２６の突出面がこの導電板３
１の当接片３２に当接している。このバイメタル２６
は、通常、大きく撓んでおり、これにより、可動接点２
７が固定接点２８から離されるように、導電板３１が付
勢されている。

【０１０７】端子２１，２２は、主プロテクタＰの固定
端子板１０，９と同様、ケース１の底部を通して外部に
突出しており、端子２２にタブ端子２３が固着されてい
る。

【０１０８】以上が温度スイッチＴＨの構成であるが、
以上説明した主プロテクタＰと温度スイッチＴＨの構成
において、通常では、主バイメタル１９とバイメタル２
６の撓みは大きく、図１７に示すように、主バイメタル
１９に設けられた可動接点３，４は夫々固定端子板１
０，９の固定接点７，８に接触し、バイメタル１７に設
けられた可動接点２７が支持体２９の固定接点２８に接
触している。このため、タブ端子２４，２５が固定端子
板１０，９及び主バイメタル１９を介して電気的に接続
されており、温度スイッチＴＨはオフとなっていて端子
２１，２２間が開放されている。なお、これら主バイメ
タル１９，バイメタル２６は、周囲温度が高められる
程、撓み量が小さくなる。

【０１０９】ここで、端子２１のケース１内の端部は、
また、主バイメタル１９の近傍に配設されたヒータＲに
接続され、端子２２のケース１から外部に突出した端部
に固着されたタブ端子２３は、電動機と電源端子とに接
続される。また、ヒータＲの他方の端子は、主プロテク
タＰにおける調整ネジ６を介して、主バイメタル１９の
中央部に接続されている。

【０１１０】図１９は以上の構成の２要素式サーマルプ
ロテクタを電動機と電源との間に接続した場合の回路を
示す結線図であって、前出図面に対応する部分には、同
一符号をつけている。

【０１１１】図１９において、符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは夫
々、図１６でタブ端子２５，２４，端子２１及びタブ端
子２３に付した符号である。これによると、可動接点３
が端子９，タブ端子２４を介して電動機Ｍの一方の端子
に、可動接点４が端子１０，タブ端子２５，電源スイッ
チＳＷを介して図示しない電源端子に夫々接続されてい
る。即ち、主バイメタル１９が電源端子と電動機Ｍの一
方の端子との間に接続される。また、ヒータＲは端子２
１を介した温度スイッチＴＨと直列に接続されており、
ヒータＲの他方の端子が主バイメタル１９に、温度スイ
ッチＴＨが端子２２，タブ端子２３を介して電源端子と
電動機Ｍの他方の端子とに夫々接続されている。従っ
て、ヒータＲと温度スイッチＴＨとの直列回路は電動機
Ｍに並列に接続されている。

【０１１２】図２０は以上の２要素式サーマルプロテク
タを図１９に示したように使用した場合の動作特性，不
動作特性を示すものであって、横軸に２要素式サーマル
プロテクタの周囲温度を、縦軸に２要素式サーマルプロ
テクタにおける主バイメタル１９の通電電流を示す。

【０１１３】図中、実線αが主プロテクタＰの主バイメ
タル１９の動作特性を示しており、この実線αよりも下
方のハッチングした範囲が不動作領域を、上方の白範囲
が動作領域を夫々表わしている。また、周囲温度Ｗ
（℃）で示される一点鎖線δが温度スイッチＴＨの動作
特性を示し、この一点鎖線δよりも左方の黒範囲が不動
作領域を、右方の白範囲が動作領域を夫々表わしてい
る。さらに、一点鎖線βは、温度スイッチＴＨが動作し
た後の主バイメタル１９の動作特性を表わしている。

【０１１４】これによると、上記の２要素式サーマルプ
ロテクタとしての電流及び温度のいずれでも動作しない
合成の不動作領域は斜線で示す範囲となり、他は全て動
作領域とすることができるものである。例えば、主プロ
テクタＰの周囲温度Ｘ（℃）に於ける不動作，動作の境
界電流はＹ（Ａ）となり、Ｙ（Ａ）未満の電流通電では
不動作状態であり、Ｙ（Ａ）を越える電流通電では動作
状態となる。また、温度スイッチＴＨが動作した後で
は、Ｙ'（Ａ）未満では不動作状態であり、Ｙ'（Ａ）
を越える電流通電では、動作状態となる。

【０１１５】従って、電動機Ｍに、過負荷或いは回転子
拘束などにより、定常電流に比較して過大な電流が流れ
ると、主バイメタル１９が発熱し、その熱によってこの
主バイメタル１９が反転動作して可動接点３，４が固定
接点７，８から離間し、電動機Ｍへの通電を遮断して電
動機Ｍを過熱焼損から保護する。

【０１１６】万一冷媒漏れなどで電流が増加せず、ケー
ス１内の温度のみが上昇した場合には、所定の温度Ｗ
（℃）で温度スイッチＴＨが、図２１（ａ）に示すよう
に、閉路し、ヒータＲが通電されて主バイメタル１９を
加熱する。この結果、図２１（ｂ）に示すように、主バ
イメタル１９が反転動作をして可動接点３，４が固定接
点７，８から離間し、通電を遮断して電動機Ｍを過熱焼
損から保護する。

【０１１７】ここで、主バイメタル１９が反転動作する
と、ヒータＲの一方の端子が調整ネジ６に接続されてい
ることから、電動機Ｍ，温度スイッチＴＨ，ヒータＲの
閉回路が開いてしまい、電動機Ｍの開路時のサージ電圧
の大半は開閉する接点間でアークとなってそのエネルギ
ーが消費されることになる。これにより、温度スイッチ
ＴＨ及びヒータＲには、大きなサージ電圧がかからない
ことになる。

【０１１８】このようにして、この実施例では、温度ス
イッチＴＨ及びヒータＲはサージ電圧から保護され、ヒ
ータＲとしては、小型で安価なものを使用することがで
きるようになる。

【０１１９】また、この実施例の２要素式サーマルプロ
テクタは、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、圧縮機
電動機の外殻での取付方向が垂直面であっても、水平面
であってもよく、取付方向によって保護特性が変化する
ものではない。

【０１２０】従って、ヒータＲに要求される過電圧特性
は、その機器が用いられる商用電源電圧を満足すればよ
く、小型で安価なものを任意に選ぶことができ、その結
果、熱的レスポンスが向上する。

【０１２１】しかも、ヒータＲが長期にわたって安定し
た性能を維持できることから、この実施例が２要素式サ
ーマルプロテクタとしての信頼性，寿命が向上する。

【０１２２】さらに、温度スイッチＴＨにもサージ電圧
が印加されることがないので、温度スイッチＴＨの接点
間隔を大きくとる必要がなく、その結果、小型で安価な
動作応答性の優れた温度スイッチを使用することができ
る。

【０１２３】なお、温度スイッチＴＨとしては熱応動ス
イッチが用いられるが、この種の熱応動スイッチは、接
点間隔が小さくなればなる程、動作感度が向上するもの
である。

【０１２４】以上のように、この実施例の２要素式サー
マルプロテクタでは、あらゆる密閉形圧縮機電動機に取
り付けることができ、特性共々種々の負荷に応答できる
ものであって、簡単かつ、安価にしかも高信頼性のもの
を提供することができるなどその利用価値に大なるもの
がある。

【０１２５】図２３は２要素式サーマルプロテクタとし
ての過負荷保護装置の他の例の使用時の電気回路を示す
結線図であって、Ｒ１，Ｒ２はヒータ、ＴＨ' は温度ス
イッチであり、図２１に対応する部分には同一符号をつ
けている。

【０１２６】この例は、先に説明した例で主バイメタル
１９の自己発熱エネルギーだけでは主バイメタルの反転
動作できない領域においても、ヒータを連続通電してバ
イメタルの周囲温度を上昇させるようにしたものであ
る。

【０１２７】図２３において、図８での温度スイッチＴ
Ｈが常時開の単極単投スイッチであったのに対して、温
度スイッチＴＨ'は常時開及び常時閉の単極双投スイッ
チにする。この温度スイッチＴＨ'の常時開接点側に
は、ヒータＲ１が接続され、常時閉接点側には、ヒータ
Ｒ１よりも発熱量が小さいヒータＲ２（即ち、Ｒ１＞Ｒ
２）が接続されている。かかるヒータＲ１，Ｒ２は主バ
イメタル１９（図１４及び図１５）の下面投影面積にほ
ぼ等しい範囲内に対面して配置されており、これによ
り、主バイメタル１９を過熱するときの熱ロスが少なく
なって、主バイメタル１９の応答性を向上させることが
できる。

【０１２８】この例を図２３に示すように使用した場合
の動作特性，不動作特性を図２４に示す。但し、図２４
での横軸は２要素式サーマルプロテクタが置かれる周囲
温度を、縦軸は主バイメタル１９の通電電流を夫々示
す。

【０１２９】同図において、実線αは主バイメタル１９
のみの動作特性、不動作特性を示すものであり、破線β
１はヒータＲ２の発熱を加えたときの主バイメタル１９
の見掛け上の動作特性、不動作特性を示す。即ち、ヒー
タＲ２の発熱エネルギーにより、主バイメタル１９の置
かれる周辺温度が高くなり、その分だけ主バイメタル１
９の発熱エネルギーが少なくても、主バイメタル１９が
動作しやすくなる。換言すると、主バイメタル１９の動
作、不動作電流は、主バイメタル１９の置かれる周囲温
度を変化させることにより、通電電流による動作点を低
い任意の電流にシフトさせることができるものである。

【０１３０】例えば、主バイメタル１９の周囲温度をＸ
(℃)とすると、この主バイメタル１９の不動作、動作の
境界電流は、実線αで示す特性では、Ｙ（Ａ）となり、
破線β１で示す特性では、Ｚ（Ａ）となる。夫々Ｙ
（Ａ）、Ｚ（Ａ）未満の通電電流では、主バイメタル１
９は不動作状態であり、Ｙ（Ａ）、Ｚ（Ａ）を越える電
流通電では、動作状態である。即ち、図２４において、
破線β１で示す特性が実際の主プロテクタＰの動作特性
であり、これより下方のハッチングで示す範囲が不動作
領域を、ハッチングしていない範囲が動作領域を表わし
ている。

【０１３１】従って、電動機Ｍに流れる定常電流が小さ
い場合でもヒータＲ２の過熱作用効果によって適正な２
要素式サーマルプロテクタを得ることができる。その結
果、電動機Ｍに過負荷或いは回転子拘束などで定常電流
に比較し過大な電流が流れると、主バイメタル１９が発
熱し、主バイメタル１９が反転動作して可動接点３，４
が固定接点７，８から開離し、電流を遮断して電動機Ｍ
を過熱焼損から保護する。

【０１３２】また、図２４において、一点鎖線β２が温
度スイッチＴＨ'がヒータＲ１（図２３）を選択したと
きの主バイメタル１９の動作特性を示しており、ハッチ
ング領域内のこの一点鎖線β２よりも下方の範囲が不動
作領域を、上方の範囲が動作領域を夫々表わしている。
その結果、２要素式サーマルプロテクタとしての電流及
び温度のいずれでも動作しない合成の不動作領域は斜線
で示す範囲となり、他は全て動作領域とすることができ
るものである。

【０１３３】そこで、万一冷媒漏れなどがあって、電流
が増加せずにケース１内の温度のみが上昇した場合に
は、所定の温度Ｗ（℃）で温度スイッチＴＨ'が、図２
５（ａ）に示すように、切り替わり、ヒータＲ２の通電
が断たれてヒータＲ１の通電が開始する。このために、
ヒータＲ１は多量の熱エネルギーを放出し、主バイメタ
ル１９を急速に過熱する。この結果、図１２（ｂ）に示
すように、主バイメタル１９が反転動作をして可動接点
３，４が固定設定７，８から離間し、通電を遮断して電
動機Ｍを過熱焼損から保護する。

【０１３４】ここで、主バイメタル１９が上記のように
反転動作すると、ヒータＲ１，Ｒ２の一方の端子が調整
ネジ６に接続されていることから、電動機Ｍ，温度スイ
ッチＴＨ，ヒータＲからなる閉回路が開き、電動機Ｍの
通電路の開路時のサージ電圧の大半は、開閉する接点間
でアークとなってそのエネルギーが消費されることによ
り、先に説明した実施例と同様に、温度スイッチＴＨと
ヒータＲ１，Ｒ２にかかることがない。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷が異常状態になることによって異常に大きな電流が
流れると、バイメタルに接合した可動接点の少なくとも
いずれか一方が確実に溶断することになり、負荷への回
路を永久的に遮断される。この結果、１．従来の基本構造を変えることなく、安全性の高い過
負荷保護装置わ実現できる。

【０１３６】２．部品点数を増やすことなく、かつヒ−
タの有無に関係なく、全ての過負荷保護装置に採用で
き、安価なものとなる。

【０１３７】３．回路を遮断するのにマイナスとして作
用する要因がないので、小電流から大電流領域に用いる
全ての過負荷保護装置に採用できる。

【０１３８】

【０１３９】

【０１４０】

【０１４１】

【０１４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過負荷保護装置の一実施例の全体
構成を示すの縦断面図である。

【図２】図１におけるバイメタルの一具体例を示す平面
図である。

【図３】図２に示したバイメタルの可動接点が溶断した
状態を示す平面図である。

【図４】図１に示した実施例でのバイメタルの可動接点
が溶断して固定接点に溶着した状態を示す縦断面図であ
る。

【図５】図１におけるバイメタルの他の具体例を示す平
面図である。

【図６】図５における可動接点結合部近傍を示す断面図
である。

【図７】図５に示したバイメタルの可動接点結合部での
溶融状態を示す平面図である。

【図８】図５に示したバイメタルの可動接点が溶断した
状態を示す平面図である。

【図９】図１におけるバイメタルのさらに他の具体例の
可動接点結合部近傍を示す断面図である。

【図１０】図９に示したバイメタルの可動接点が溶断し
た状態を示す平面図である。

【図１１】図１におけるバイメタルのさらに他の具体例
を示す平面図である。

【図１２】図１におけるバイメタルのさらに他の具体例
を示す平面図である。

【図１３】図１におけるバイメタルのさらに他の具体例
を示す平面図である。

【図１４】２要素サーマルプロテクタとしての過負荷保
護装置の一例を示す内部平面図である。

【図１５】図１４の分断線I−Iからみた縦断面図であ
る。

【図１６】図１４に示した過負荷保護装置の背面図であ
る。

【図１７】図１４の分断線II−IIからみた縦断面図であ
る。

【図１８】図１４の分断線III−IIIからみた縦断面図で
ある。

【図１９】図１４に示した過負荷保護装置の使用状態で
の電気回路を示す結線図である。

【図２０】図１４に示した過負荷保護装置の動作特性図
である。

【図２１】図１４に示した過負荷保護装置の回路動作を
示す説明図である。

【図２２】図１４に示した過負荷保護装置の使用装置へ
の取付状態を示す図である。

【図２３】２要素サーマルプロテクタとしての過負荷保
護装置の他の例の使用状態での電気回路を示す結線図で
ある。

【図２４】図２３に示した過負荷保護装置の動作特性図
である。

【図２５】図２３に示した過負荷保護装置の回路動作を
示す説明図である。

【図２６】従来の過負荷保護装置の一例を示す縦断面図
である。

【図２７】図２６の分断線Ａ−Ａから見た平面図であ
る。

【図２８】図２６に示した従来の過負荷保護装置を用い
た装置での電気回路を示す結線図である。

【図２９】従来の過負荷保護装置の他の例を示す縦断面
図である。

【図３０】図２９に示した従来の過負荷保護装置を用い
た装置での電気回路を示す結線図である。

【図３１】図２６や図２９におけるバイメタルの破断状
態を示す平面図である。

【図３２】従来の過負荷保護装置のさらに他の例の使用
状態での電気回路を示す結線図である。

【図３３】図３２に示した従来の過負荷保護装置の回路
動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ケ−ス３，４可動接点５バイメタル５ａ端面５ｅ放射状の貫通孔５ｆ貫通長穴５ｇ突出部６調整ネジ７，８固定接点９，１０固定端子１２ヒ−タ線１３バネ１４過負荷保護装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−77228（ＪＰ，Ａ) 特開平６−68759（ＪＰ，Ａ) 特開平４−109528（ＪＰ，Ａ) 特開平５−209273（ＪＰ，Ａ) 特公昭42−10007（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 37/00 - 37/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該可動接点は該バイメタルに抵抗溶接によって結合さ
れ、該バイメタルの可動接点結合部近傍に、該可動接点結合
部中心として放射状に複数の貫通孔もしくは有底溝を設
けたことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項２】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該バイメタルの該可動接点との対向部中央を横切るよう
に貫通長孔を設け、かつ、該可動接点が、該貫通長孔を跨ぐようにして、該
バイメタルに抵抗溶接でもって結合していることを特徴
とする過負荷保護装置。
【請求項３】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該バイメタルの可動接点結合部の端面幅を該可動接点の
径と同一にし、かつ、該端面に可動接点を抵抗溶接でもって結合したこ
とを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項４】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該バイメタルに結合された一対の該可動接点の接点材質
を電気伝導度もしくは熱伝導度が異なるものとし、かつ、該可動接点を抵抗溶接でもって該バイメタルに結
合したことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項５】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該一対の可動接点の体積を互いに異なることを特徴とす
る過負荷保護装置。
【請求項６】ケース内に、該ケースの底部に固定され
た少なくとも一対の固定端子に固着した固定接点と、該
底部から離間して軸支され該固定接点に対向するように
可動接点が結合された皿状のバイメタルとが収納されて
なり、バイメタルが、温度の変化に応じて、皿形状を反
転するようにした過負荷保護装置において、該可動接点夫々をバイメタルでの互いに異なる断面積の
端部に抵抗溶接でもって結合したことを特徴とする過負
荷保護装置。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５，６または７
において、バイメタルの板厚を０.１５ｍｍから０.２５ｍｍまでの
範囲としたことを特徴とする過負荷保護装置。
【請求項８】空気調和機，冷蔵庫，除湿機の電動圧縮
機を負荷とすることを特徴とする請求項１，２，３，
４，５，６，７または８項に記載の過負荷保護装置。