JPH0211967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気回路をオンオフしかつ温度を制
御する感温素子に形状記憶合金を用いかつ瞬発力
ある接点開閉が可能にし温度制御スイツチに関す
る。

形状記憶合金は、温度の高い母相の状態で一定
の形態を成形しておき、その後温度を下げてマル
テンサイト変態の状態にして形状を変形し、再び
温度を上げて母相の状態に戻すと、矛め母相で成
形した形状に戻る性質を有する。また形状記憶合
金は、温度の高い母相状態にあるときとマルテン
サイト変態の状態にあるときとでは、同じひずみ
量に対する抗張力の値が母相変態時の場合がマル
テンサイ変態時より約３倍大きい。従つてこれら
の特性を有する形状記憶合金と機械的なばねとを
組合せることにより、ある温度範囲で任意に温度
を制御することができる温度制御スイツチを構成
することができる。

一方、形状記憶合金を用いた温度制御スイツチ
は、感温素子に形状記憶合金を１個用いることに
より、構造簡単かつ廉価に提供し得る。しかし形
状記憶合金は母相・マルテンサイト変態の合金組
成と温度との間にはヒステリシス特性を持つてい
るため、結局温度制御スイツチも温度によつてス
イツチ作動の際ヒステリシスを持ち、そのため狭
い温度範囲で使用する温度制御スイツチには不適
といえる。

本発明はかかる点に鑑み、マルテンサイト変態
から母相変態への変態温度の異なる２つ以上の形
状記憶合金を組合わせることにより、狭い温度制
御範囲が可能であり、かつ感温磁性材料と永久磁
石とを組合せることにより、電気接点にチヤツタ
リングを発生を抑えることができるこの種温度制
御スイツチを提案することを主たる目的とする。

以下本発明の一実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。

第１図は本発明の一例を示す側面図、第２図は
第１図中−線断面図である。また第３図はス
イツチのオフ状態時の側面図である。１は感温素
子を示し、形状記憶合金により形成される。形状
記憶合金は、温度が上昇して母相の組織に戻る
と、母相の状態で予め成形された形状に戻る性質
を有しているため、温度が上昇した母相の状態の
ときに、第３図に示す如く、折曲変形した形状に
成形しておく。従つて形状記憶合金がマルテンサ
イト変態から母相に組織が変化すると、感温素子
１は、第３図に示す如く、元の成形形状に戻るこ
とになる。１′は感温素子１のマルテンサイト変
態温度より高い感温素子を示し、ほぼ同じ形状に
成形される。感温素子１，１′により複合感温素
子を構成しているが、感温素子を３個以上含む構
造とすることができる。

２は通常の板ばねより成るばねを示し、設定す
る制御温度の範囲でばね力の変化しない材料が用
いられる。ばね２と絶縁体６を介して設けた基台
３との間に複合感温素子１，１′が並列して挾持
されている。そしてばね２のばね力を微調整する
ため、ばね２に対して力を及ぼす補助ばね４が設
けられ、調整ねじ５の回動によつてばね２及び補
助ばね４の合成力を微調整し得るように構成され
ている。ばね２と基台３とには相対向して電気接
点９ａ，９ｂが設けられ、接点９ａ，９ｂに接続
したリード線１０により電気回路に接続されるこ
とになる。尚、基台３は、温度による変形又は感
温素子の偏倚力によりたわみを生ずるものなけれ
ばよく、金属製又は合成樹脂製でもよい。

ばね２と基台３とには相対向して感温磁性材７
及び永久磁石８が設けられる。そして感温磁性材
７の磁気変態点を任意に設定することにより、感
温素子とばねとの作用に加えて温度ヒステリシス
を任意に設定することができる。尚詳細は後述す
る。

第４図は複合感温素子１，１′の温度と応力と
の関係を示す特性曲線図である。この関係は第１
図に示した感温素子１，１′の配列に相当する。
そして感温素子１′のマルテンサイト変態温度は
感温素子１のそれより高く設定されていること上
述した通りであるが、更に温度ヒステリシスを小
に設定するため、感温素子１の母相変態終了温度
Ｂ点と感温素子１′のマルテンサイト変態終了温
度Ａ点とをほぼ同じになる感温素子を選択する。
そして機械的なばね２，４による合成ばね力は、
複合感温素子１，１′の合成した偏倚力の中点f₁
となるように調整ねじ５により調整する。更に感
温磁性材７の磁気変態点は、感温素子１の母相変
態終了温度Ｂ点より僅かに高い温度のものとして
おく。

今、複合感温素子１，１′の温度が高く、共に
母相変態の状態にある温度t₁のときは、第４図に
示す如く、複合感温素子１，１′の合成偏倚力は、
抗張力がマルテンサイト変態時の約３倍と大きい
ため、ばね２，４の合成力に抗して各感温素子
１，１′が、第３図に示す如く、上方へ反つて各
接点９ａ，９ｂを開放している。

次に温度が下つてくると、複合感温素子１，
１′は、第４図に示す曲線に沿つて変化し、それ
に伴つて応力も低下する。但し、感温素子１′の
マルテンサイト変態開始温度Ｃ点では、感温磁性
材７の磁気変態点より高くなつており、感温磁性
材７と永久磁石８との吸引はない。

感温素子１′のマルテンサイト変態終了温度Ａ
点近くになると、感温素子１′の抗張力が減少し
て各接点９ａ，９ｂが接触し始めるが、このとき
感温磁性材７の磁気変態点より僅かに低い温度に
至ると感温磁性材７と永久磁石８とは急速に吸引
し合うので、接点９ａ，９ｂの閉状態となる。感
温素子１，１′の合成偏倚力とばね２，４の合成
力とが平衡していても感温磁性材７と永久磁石８
との吸引力が存在するため、接点の急速な閉塞が
生ずるのである。

逆に温度が上ると、感温素子１の曲線に沿つて
変化し、感温素子１の母相変態終了温度Ｂ点に近
づくと、複合感温素子１，１′の合成偏倚力とば
ね２，４の合成力とは平衡することになるが、感
温磁性材７の磁気変態点がＢ点より僅かに高く設
定しているため、感温磁性材７と永久磁石８との
吸引力により、接点９ａ，９ｂは閉じたままであ
る。感温磁性材７の磁気変態点を超えて温度が高
くなると、感温磁性材７の吸引力が消失するた
め、既に感温素子１，１の合成偏倚力がばね２，
４の合成力より大きいため、接点９ａ，９ｂは急
速に開放することになる。従つて、接点９ａ，９
ｂ間に大きい電流容量を印加してもチヤツタリン
グ現象による接点の消耗を防ぐことができる。こ
のようにして制御温度幅（温度ヒステリシス）の
極めて小さい温度制御スイツチを構成することが
できる。

第５図は本発明の他の例を示す複合感温素子の
温度・応力特性曲線図である。本例においては、
マルテンサイト変態温度の低い感温素子１のマル
テンサイト変態終了温度Ｄ点における抗張力とば
ね２，４の合成力とを平衡させると共に、マルテ
ンサイト変態温度の高い感温素子１′の母相変態
終了温度Ｅ点と感温磁性材７の磁気変態点とを一
致せしめる構成としている。

このような構成によると、第５図において各感
温素子１，１′が共に母相変態の状態にある温度
t₅から温度が下つて感温磁性材７の磁気変態点Ｅ
より低くなつても、感温素子１，１′の合成偏倚
力がばね２，４の合成力及び感温磁性材７と永久
磁石８との吸引力より大に設定されているので、
接点９ａ，９ｂの閉塞は生じない。感温磁性材７
は、永久磁石との間隔が大きいときは磁性を有し
ていても永久磁石８を吸引する力が生じないため
である。

温度が更に低下して感温素子１のマルテンサイ
ト変態終了温度Ｄ点に至ると、感温素子１の抗張
力が弱化するため、接点９ａ，９ｂ間は狭くな
り、かつ感温磁性材７の永久磁石８に対する吸引
力により、接点９ａ，９ｂはばね２，４の合成力
に基いて急速に接触して閉塞することになる。

更にこの温度から上昇するときは、感温磁性材
７と永久磁石８との吸引力がＥ点まで持続してい
るため、温度Ｄ点を上昇して複合感温素子１，
１′の合成偏倚力がばね２，４の合成力に勝つて
も、接点９ａ，９ｂは開放されない。温度Ｅ点を
超えると、感温磁性材７の永久磁石８に対する吸
引力が消失して急速に接点９ａ，９ｂが開放され
ることになる。このようにして制御温度幅の大き
い温度制御スイツチを構成することができる。

尚、感温磁性材と永久磁石との個有抵抗が低い
ときは、磁気回路上に、接点の電気回路が短絡し
ないように絶縁層を設ける必要がある。また感温
磁性材は、フエライト・金属磁性材料を用いるこ
とができ、永久磁石はバリウムフエライト系・ア
ルニコ・希土類系のいずれも用いることができ
る。

第６図は本発明の更に他の例を示す側面図であ
る。本例においては、第１図例が感温磁性材７と
永久磁石８とを接点８ａ，８ｂと複合感温素子
１，１′との間に設けたのに対し、感温磁性材７
と永久磁石８との対をばね２及び基台３の作用端
に設けたものである。接点９ａ，９ｂは感温磁性
材７及び永久磁石８と複合感温素子１，１′との
間に存在することになる。

以上述べた如く本発明によれば、マルテンサイ
ト変態温度の異なる複数の形状記憶合金より成る
感温素子と、複数の感温素子の合成偏倚力に対抗
するばね手段とより成り、ばね手段のばね力は上
記合成偏倚力の中間値に設定し、複数の感温素子
はその一方の母相変態終了温度と他方のマルテン
サイト変態終了温度とが近接する組式とし、該感
温素子に磁石又は感温磁性体を設けて可動接点側
とし、感温素子のマルテンサイト変態時に上記磁
石又は感温磁性体と固定した感温磁性体又は磁石
とが吸引されるように構成し、磁気吸引力は複数
の感温素子の母相変態時の変位力より小にマルテ
ンサイト変態時の変位力より大に設定したので、 接点の開放設定温度に達したときに瞬発的な接
点開放が可能となり、かつ狭い温度範囲の設定が
可能なこの種温度制御スイツチを提供し得る。

また本発明によれば、マルテンサイト変態温度
の異なる複数の形状記憶合金より成る感温素子
と、複数の感温素子の合成偏倚力に対抗するばね
手段とより成り、ばね手段のばね力は上記合成偏
倚力の中間値に設定し、複数の感温素子はその一
方の母相変態終了温度と他方のマルテンサイト変
態終了温度とが離間する組成とし、該感温素子に
磁石又は感温磁性体を設けて可動接点側とし、感
温素子のマルテンサイト変態時に上記磁石又は感
温磁性体と固定した感温磁性体又は磁石とが吸引
されるように構成し、磁気吸引力は複数の感温素
子の母相変態時の変位力より小にマルテンサイト
変態時の変位力より大に設定したので、 接点の開放設定温度に達したときに瞬発的な接
点開放が可能となり、かつ広い温度範囲の設定が
可能なこの種温度制御スイツチを提供し得る。し
たがつて、任意の温度ヒステリシス特性を持つ温
度制御スイツチを得ることができるのは勿論、電
気接点の開閉時に生ずるチヤツタリングを未然に
防止することができるため、電流容量の大きい回
路に接続することができ、接点の寿命を延ばすこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示す側面図、第２図は
第１図中−線断面図、第３図は接点開放状態
を示す側面図、第４図は複合感温素子の温度・応
力特性曲線の一例を示す図、第５図は温度・応力
特性曲線の他の例を示す図、第６図は本発明の他
の例を示す側面図である。 １，１′……複合感温素子、２，４……ばね、
５……調整ねじ、７……感温磁性材、８……永久
磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マルテンサイト変態温度の異なる複数の形状
   記憶合金より成る感温素子と、複数の感温素子の
   合成偏倚力に対抗するばね手段とより成り、ばね
   手段のばね力は上記合成偏倚力の中間値に設定
   し、複数の感温素子はその一方の母相変態終了温
   度と他方のマルテンサイト変態終了温度とが近接
   する組成とし、該感温素子に磁石又は感温磁性体
   を設けて可動接点側とし、感温素子のマルテンサ
   イト変態時に上記磁石又は感温磁性体と固定した
   感温磁性体又は磁石とが吸引されるように構成
   し、磁気吸引力は複数の感温素子の母相変態時の
   変位力より小にマルテンサイト変態時の変位力よ
   り大に設定したことを特徴とする温度制御スイツ
   チ。 ２ マルテンサイト変態温度の異なる複数の形状
   記憶合金より成る感温素子と、複数の感温素子の
   合成偏倚力に対抗するばね手段とより成り、ばね
   手段のばね力は上記合成偏倚力の中間値に設定
   し、複数の感温素子はその一方の母相変態終了温
   度と他方のマルテンサイト変態終了温度とが離間
   する組成とし、該感温素子に磁石又は感温磁性体
   を設けて可動接点側とし、感温素子のマルテンサ
   イト変態時に上記磁石又は感温磁性体と固定した
   感温磁性体又は磁石とが吸引されるように構成
   し、磁気吸引力は複数の感温素子の母相変態時の
   変位力より小にマルテンサイト変態時の変位力よ
   り大に設定したことを特徴とする温度制御スイツ
   チ。