CN116569296A - 热响应开关元件以及电路 - Google Patents

Abstract

热响应开关元件(1)具备：固定触点(21)；可动片(4)，其将可动触点(41)向固定触点(21)按压而使其接触；以及热响应元件(5)，其通过使可动片(41)弹性变形，从而使可动触点(41)从固定触点(21)分离，随着温度变化而变形，由此使可动片(4)动作，以使可动触点(41)与固定触点(21)接触。热响应元件(5)包含具有第一热膨胀率的第一层(51)和具有比第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层(52)。在热响应元件(5)的厚度方向上，第一层(51)配置在固定接点(21)侧，第二层(52)配置在可动接点(4)侧。

Description

热响应开关元件以及电路

技术领域

本发明涉及一种热响应开关元件等。

背景技术

以往，作为热响应开关元件的一例，已知有根据温度上升而切断电流的断路器(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：WO2011/105175号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

上述专利文献1所公开的热响应开关元件在通常时可动触点与固定触点接触，在可动片与固定片之间维持导通状态，因此在可动片和固定片产生焦耳热。因此，热响应元件的温度成为在热响应开关元件的周边温度加上因上述焦耳热而上升的温度后的温度，有可能无法准确地感知热响应开关元件的周边温度。

本发明是鉴于以上那样的实际情况而提出的，其主要目的在于提供一种不受焦耳热的影响而根据热响应开关元件的周边的温度上升而准确地进行动作的热响应开关元件。

(用于解决课题的技术方案)

本发明的第一发明具备：固定触点；可动片，其具有可动触点，将所述可动触点按压并接触所述固定触点；以及热响应元件，其通过使所述可动片弹性变形，使所述可动触点从所述固定触点分离，随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作，所述热响应元件包含具有第一热膨胀率的第一层和具有比所述第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层，在所述热敏移动元件的厚度方向上，所述第一层配置在所述固定触点侧，所述第二层配置在所述可动触点侧。

本发明的第二发明具备：固定触点；可动片，其具有可动触点，将所述可动触点向所述固定触点按压而使其接触；以及热响应元件，其通过使所述可动片弹性变形，使所述可动触点从所述固定触点分离，随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作，所述热响应元件包含具有第一热膨胀率的第一层和具有比所述第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层，在所述热敏移动元件的厚度方向上，所述第二层配置于所述可动片侧。

优选的是，在本发明所涉及的所述热响应开关元件中具备壳体，该壳体具有收纳所述固定触点、所述可动片以及所述热响应元件的空间，所述壳体具有底壁和接触部，该接触部从所述底壁向所述热响应元件侧突出，并与所述第一层接触。

优选的是，在本发明的所述热响应开关元件中，在所述壳体，在从所述热响应元件的厚度方向观察的俯视图中，在与所述热响应元件的一部分重叠的区域形成有贯通所述壳体的贯通孔。

本发明的第三发明是一种电路，其包括所述热响应开关元件、电源和负载，所述热响应开关元件与连接所述电源和所述负载的电力线串联连接。

本发明的第四发明是一种电路，其包括所述热响应开关元件、电源和负载的电路，所述热响应开关元件通过连接所述电源和所述负载的电力线而与负载并联连接。

(发明效果)

在本第一发明的所述热响应开关元件中，所述热响应元件在不产生焦耳热的状态下使所述可动片弹性变形，从而使所述可动触点从所述固定触点分离，随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作。由此，所述热响应开关元件不会受到由所述固定触点、所述可动触点及所述可动片产生的焦耳热的影响，而根据所述热响应开关元件的周边的温度上升而准确地动作。进而，所述热响应元件包含具有所述第一热膨胀率的所述第一层和具有比所述第一热膨胀率高的所述第二热膨胀率的所述第二层，在所述热敏移动元件的厚度方向上，所述第一层配置在所述固定接点侧，所述第二层配置在所述可动接点侧。因此，能够在不使所述热响应开关元件的厚度增大的情况下得到正确的上述动作。

在本第一发明的所述热响应开关元件中，所述热响应元件在不产生焦耳热的状态下使所述可动片弹性变形，从而使所述可动触点从所述固定触点分离，随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作。由此，所述热响应开关元件不会受到焦耳热的影响，而根据所述热响应开关元件的周边的温度上升而准确地动作。进而，所述热响应元件保护具有所述第一热膨胀率的所述第一层和具有比所述第一热膨胀率高的所述第二热膨胀率的所述第二层，在所述热敏移动元件的厚度方向上，所述第二层配置在所述可动片侧。因此，能够在不使所述热响应开关元件的厚度增大的情况下得到正确的上述动作。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的热响应开关元件的概略结构的组装前的状态的立体图。

图2是表示触点处于开状态时的上述热响应开关元件的剖视图。

图3是表示触点处于闭状态时的上述热响应开关元件的剖视图。

图4是表示图1的壳体主体的变形例的结构的立体图。

图5是表示图4的壳体主体中的热响应元件与贯通孔的关系的俯视图。

图6是表示包括图1的热响应开关元件的电路的电路图。

图7是表示与图6的电路不同的电路的电路图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一个实施方式的热响应开关元件进行说明。图1至图3表示热响应开关元件1的结构。热响应开关元件1具备固定触点21、具有可动触点41的可动片4、以及随着温度变化而变形的热响应元件5。在本实施方式的热响应开关元件1中，固定触点21、可动触点41、可动片4以及热响应元件5设置于壳体10的内部。壳体10由壳体主体(第一壳体)7和安装于壳体主体7的盖部件(第二壳体)8等构成。

固定触点21设置于固定片2。固定片2例如通过对以铜等为主成分的金属板(除此之外，铜-钛合金、铜镍锌、黄铜等金属板)进行冲压加工而形成，通过嵌件成型而埋入壳体主体7。固定片2具有与外部电路电连接的端子22。端子22从壳体主体7的端缘的侧壁向外侧突出。

固定触点21除了银、镍、镍-银合金以外，还通过铜-银合金、金-银合金等导电性好的材料的包层、镀敷或涂布等而形成于与可动触点41对置的位置，并从形成于壳体主体7的内部的开口73a的一部分露出。

在本申请中，只要没有特别说明，在固定片2中，将形成有固定触点21的一侧的面(即图2中的上侧的面)作为第一面，将其相反侧的面作为第二面进行了说明。在将从固定触点21朝向可动触点41的方向定义为第一方向、将与第一方向相反的方向定义为第二方向的情况下，第一面朝向第一方向，第二面朝向第二方向。对于其他部件，例如可动片4以及热响应元件5等也是同样的。

可动触点41形成于可动片4的长度方向的前端部。可动触点41例如由与固定触点21同等的材料形成，除了焊接之外，通过包层、铆接(crimping)等方法与可动片4的前端部接合。

可动片4通过对以铜等为主成分的板状的金属材料进行冲压加工，形成为相对于长度方向的中心线对称的臂状。可动片4将可动触点41按压于固定触点21而使其接触。

在可动片4的长度方向的另一端部形成有与外部电路电连接的端子42。端子42从壳体主体7的端缘的侧壁向外侧突出。可动片4在可动触点41与端子42之间具有固定部43以及弹性部44。

固定部43被设置在端子42与弹性部44之间，被壳体主体7和盖部件8从表背两面侧夹入而被固定。由此，可动片4相对于壳体主体7的位置以及姿势稳定。

弹性部44从固定部43向可动触点41侧延伸。即，在从固定部43延伸的弹性部44的前端部设置有可动触点41。

在固定部43，通过壳体主体7和盖部件8来固定可动片4，弹性部44弹性变形，由此，形成于该弹性部前端的可动触点41向可动片4的厚度方向移动，固定触点21与可动触点41的距离变动，实现热响应开关元件1的开闭。

可动片4在弹性部44中通过冲压加工而弯曲或折弯。弯曲或折弯的程度只要能够收纳热响应元件5即可，没有特别限定，只要考虑工作温度及恢复温度下的弹性力、触点的按压力等而适当设定即可。另外，在弹性部44的第二面，与热响应元件5对置地形成有一对突起(接触部)44a、44b。突起44a、44b与热响应元件5接触，经由突起44a、44b将热响应元件5的变形传递至弹性部44(参照图2及图3)。

热响应元件5随着温度变化而变形，由此使可动片4工作。热响应元件5通过层叠热膨胀率不同的2种材料而构成。

热响应元件5呈弯曲成圆弧状的初始形状，通过层叠热膨胀率不同的薄板材而形成。当由于过热而达到工作温度时，热响应元件5的弯曲形状伴随着速动而发生反翘曲，当通过冷却而低于恢复温度时复原。热响应元件5的初始形状能够通过冲压加工来形成。热响应元件5的材质及形状没有特别限定，但从生产率及反翘曲动作的效率性的观点出发优选为矩形状，为了在小型的同时有效地推起弹性部44，优选为接近正方形的长方形。

构成壳体10的壳体主体7及盖部件8由阻燃性的聚酰胺、耐热性优异的聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等热塑性树脂成型。只要能够得到与上述树脂同等以上的特性，也可以应用树脂以外的绝缘材料。

在壳体主体7形成有用于收纳固定触点21、可动片4以及热响应元件5等的内部空间即收纳凹部73。收纳凹部73具有用于收纳可动片4的开口73a、73b、用于收纳可动片4及热响应元件5的开口73c等。另外，组装于壳体主体7的热响应元件5的端缘通过形成于收纳凹部73的内部的框而适当抵接，在热响应元件5的热变形时被引导。

在盖部件8通过嵌件成型而埋入有盖片9(参照图2)。盖片9通过对以上述的铜等为主要成分的金属或不锈钢等金属进行冲压加工而形成为板状。如图2和图3所示，盖片9与可动片4的第一面适当抵接，限制可动片4的移动，并且提高盖构件8的进而作为框体的壳体10的刚性、强度，并且有助于热响应开关元件1的小型化。

如图1所示，以堵塞收纳有固定触点21、可动片4及热响应元件5等的壳体主体7的开口73a、73b、73c等的方式，将盖部件8安装于壳体主体7。壳体主体7和盖部件8例如通过超声波熔接而接合。此时，壳体主体7和盖部件8在各自的外缘部的整周上连续地接合，壳体10的气密性提高。由此，收纳凹部73所带来的壳体10的内部空间被密闭，固定触点21、可动片4以及热响应元件5等部件被从壳体10的外部的气氛遮断，从而能够被保护。另外，通过超声波熔接，可动片4的固定部43与壳体主体7及盖部件8熔接。

图2表示通常温度下的热响应开关元件1的动作。如图1和图2所示，通常温度的热响应元件5维持向第二方向侧凸出的初始形状。初始形状的热响应元件5在热响应开关元件1的长度方向上的两端部与突起44a及44b抵接。此时，热响应元件5产生比可动片4的弹性部44产生的弹性力大的弹性力，将可动片4的前端部的突起44b向第一方向侧推起，将可动片4维持在可动触点41与固定触点21分离的遮断状态。因此，不产生与固定片2和可动片4之间的通电相伴的焦耳热，因此，热响应元件5的温度成为准确地反映了热响应开关元件1的周边温度的温度。

图3表示异常温度下的热响应开关元件1的动作。若热响应开关元件1的周边温度过度上升，则达到工作温度的热响应元件5变形为向第一方向侧凸出的形状。热响应元件5的上述工作温度例如为70℃～90℃。伴随着热响应元件5的变形，热响应元件5推起弹性部44的力消失或显著减少，通过弹性部44的弹性力，可动触点41被按压到固定触点21侧而与固定触点21接触。由此，可动片4转移到导通状态。

在热响应开关元件1中，热响应元件5在不产生焦耳热的状态下使可动片4弹性变形，由此使可动触点41从固定触点21分离，随着温度变化而变形，由此使可动片4动作，以使可动触点41与固定触点21接触。由此，热响应开关元件1不受由固定触点21、可动触点41以及可动片4产生的焦耳热的影响，而根据热响应开关元件1的周边的温度上升而准确地进行动作。

如图2和图3所示，热响应元件5由具有第一热膨胀率的第一层51和比第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层52的所谓的双金属构成。第一层51例如采用以铁-镍合金为首的由铜锌、黄铜、不锈钢等合金构成的材料。第二层52例如采用由铜-镍-锰合金或镍-铬-铁合金等合金构成的材料。热响应元件5也可以由三层以上的层叠构造的三金属等构成。

在本热响应开关元件1中，在热响应元件5的厚度方向上，第一层51配置在固定接点21侧，第二层52配置在可动接点41侧。即，第一层51配置于第二方向侧，第二层52配置于第一方向侧。通过这样的配置，能够使固定触点21以及可动触点41和热响应元件5在热响应开关元件1的长度方向上并排地配置，不会使热响应开关元件1的厚度增大，能够得到准确的上述动作。

另外，在本热响应开关元件1中，在热响应元件5的厚度方向上，第二层52配置于可动片4侧。通过这样的配置，能够使固定触点21以及可动触点41和热响应元件5在热响应开关元件1的长度方向上并排地配置，不会使热响应开关元件1的厚度增大，能够得到准确的上述动作。

如图1至图3所示，壳体主体7优选具有底壁75和与热响应元件5接触的接触部76。接触部76从底壁75向热响应元件5侧突出，与热响应元件5的第一层51接触。即，在图1中，热响应元件5载置于接触部76的上方。

如图2所示，初始形状的热响应元件5在其中央部与接触部76接触。由此，热响应元件5位于比底壁75靠第一方向侧的位置，充分地确保了可动触点41距遮断状态下的固定触点21的距离。因此，即使在热响应开关元件1因某些情况而受到冲击的情况下等，也能够容易地维持可动触点41从固定触点21离开的状态，从而使热响应开关元件1的动作稳定。

图4表示作为壳体主体7的变形例的壳体主体7A。关于壳体主体7A中的以下未说明的部分，能够采用上述的壳体主体7的结构。在壳体主体7A形成有贯通底壁75的贯通孔77。

通过在壳体主体7A的底壁75设置贯通孔77，从而热响应开关元件1的外部的热容易通过辐射、对流而传递到热响应元件5，提高了热响应开关元件1的响应性能、灵敏度特性等。并且，当热响应开关元件1的响应性能提高时，热响应开关元件1的外部环境的温度与热响应元件5的工作温度之差变小，能够更安全地保护电路。

如图2、图3所示，在固定片2延伸至底壁75的区域的方式中，贯通孔77也可以贯通固定片2。通过贯通孔77贯通固定片2，热响应开关元件1的外部的热容易因放射、对流而传递到热响应元件5。另一方面，在贯通孔77不贯通固定片2的结构中，壳体10内的收纳凹部73的气密性提高。另外，热响应开关元件1的外部的热容易经由端子22传递到热响应元件5。

图5表示热响应元件5与贯通孔77的关系。在从热响应元件5的厚度方向观察的俯视图中，贯通孔77形成于与热响应元件5的一部分重叠的区域。通过这样的配置，热响应开关元件1的外部的热更容易传递到热响应元件5。

在壳体主体7A中，形成有相同形状的3个贯通孔77。贯通孔77的形状及个数是任意的。在各贯通孔77之间设置有连接底壁75和接触部76的桥部78。通过桥部78使接触部76的位置稳定，可动触点41相对于固定触点21的位置也稳定。

图6表示包括热响应开关元件1的电路100。电路100包括热响应开关元件1、电源101和负载102。电源101经由电力线103向负载102施加驱动电压。在电路100中，热响应开关元件1与连接电源101和负载102的电力线103串联连接。

热响应开关元件1设置在热源(未图示)的一部分或附近。热源可以是与电路100内的负载102不同的负载，也可以与电路100独立。负载102是用于冷却热源的冷却装置。作为冷却装置的一例，可以举出用于冷却热源的电动风扇。冷却装置除了电动风扇之外，也可以是用于从热源夺取热量的热交换装置。

在通常动作时的电路100中，热响应开关元件1是可动触点41从固定触点21离开的开状态。此时，不对负载102施加电源101的驱动电压。

另一方面，在电路100中，若热源过热，则伴随着热响应元件5的热变形，可动触点41与固定触点21接触，热响应开关元件1转移到闭状态。此时，对作为冷却装置的负载102施加驱动电压，热源被冷却。而且，随着热源的温度降低，当热响应元件5恢复为原来的形状时，热响应开关元件1恢复为开状态。通过这样的电路100来控制热源的温度。

图7表示作为电路100的变形例的电路100A的电路图。与电路100同样，电路100A包括热响应开关元件1、电源101和负载102。电源101经由电力线103向负载102施加驱动电压。在电路100中，热响应开关元件1通过连接电源101和负载102的电力线103与负载102并联连接。另外，与负载102不同的负载(例如，电阻104)与热响应开关元件1串联连接。

在电路100A中，热源包括电路100A内的负载102。并且，热响应开关元件1设置在作为热源的负载102的一部分或附近。

在通常动作时的电路100A中，热响应开关元件1是可动触点41从固定触点21离开的开状态。此时，对负载102施加电源101的驱动电压。

另一方面，在电路100中，若热源过热，则伴随着热响应元件5的热变形，可动触点41与固定触点21接触，热响应开关元件1转移到闭状态。此时，对热响应开关元件1也施加电源101的驱动电压，流过负载102的电流的一部分被旁路。因此，流过负载102的电流被限制，作为热源的负载102的过热被抑制。而且，随着负载102的温度下降，当热响应元件5恢复为原来的形状时，热响应开关元件1恢复为开状态。通过这样的电路100来控制热源的温度。

以上，详细地说明了本发明的热响应开关元件1，但本发明并不限定于上述的具体的实施方式，而是变更为各种方式来实施。即，热响应开关元件1至少具备：固定触点21；可动片4，其具有可动触点41，将可动触点41按压并接触固定触点21；以及热响应元件5，其通过使可动片4弹性变形，从而使可动触点41从固定触点21分离，伴随着温度变化而变形，由此使可动片4动作，以使可动触点41与固定触点21接触，热响应元件5具有第一热膨胀率的第一层51和比第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层52，在热敏移动元件5的厚度方向上，第一层51配置在固定触点21侧，第二层52配置在可动触点41侧即可。

另外，热响应开关元件1至少具备：固定触点21；可动片4，其具有可动触点41，将可动触点41按压并接触固定触点21；以及热响应元件5，其通过使可动片4弹性变形，从而使可动触点41从固定触点21分离，伴随着温度变化而变形，由此使可动片4动作，以使可动触点41与固定触点21接触，热响应元件5具有第一热膨胀率的第一层51和比第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层52，在热敏移动元件5的厚度方向上，第二层52配置于可动片4侧即可。

(标号说明)

1热响应开关元件

4可动片

5热响应元件

10壳体

21固定触点

41可动触点

51第一层

52第二层

75底壁

76接触部

77贯通孔

100电路

100A电路

101电源

102负载

103电力线。

Claims (6)

1.一种热响应开关元件，具备：

固定触点；

可动片，其具有可动触点，且将所述可动触点按压并接触所述固定触点；以及

热响应元件，其通过使所述可动片弹性变形，从而使所述可动触点从所述固定触点分离，并随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作，

所述热响应元件包含具有第一热膨胀率的第一层和具有比所述第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层，

在所述热响应元件的厚度方向上，所述第一层配置在所述固定触点侧，所述第二层配置在所述可动触点侧。

2.一种热响应开关元件，具备：

固定触点；

可动片，其具有可动触点，且将所述可动触点按压并接触所述固定触点；以及

热响应元件，其通过使所述可动片弹性变形，从而使所述可动触点从所述固定触点分离，并随着温度变化而变形，从而使所述可动片以所述可动触点与所述固定触点接触的方式动作，

所述热响应元件包含具有第一热膨胀率的第一层和具有比所述第一热膨胀率高的第二热膨胀率的第二层，

在所述热响应元件的厚度方向上，所述第二层配置于所述可动片侧。

3.根据权利要求1或2所述的热响应开关元件，其中，

所述热响应开关元件具备壳体，所述壳体具有收纳所述固定接点、所述可动片以及所述热响应元件的空间，

所述壳体具有底壁和接触部，所述接触部从所述底壁向所述热响应元件侧突出，并与所述第一层接触。

4.根据权利要求3所述的热响应开关元件，其中，

在所述壳体，在从所述热响应元件的厚度方向观察的俯视下，在与所述热响应元件的一部分重叠的区域形成有贯通所述壳体的贯通孔。

5.一种电路，包括：权利要求1～4中任一项所述的热响应开关元件；电源；以及负载，

所述热响应开关元件与连接所述电源和所述负载的电力线串联连接。

6.一种电路，包括：权利要求1～4中任一项所述的热响应开关元件；电源；以及负载，

所述热响应开关元件通过连接所述电源和所述负载的电力线而与所述负载并联连接。