JPH09213183A - 小型サーモスタット - Google Patents
小型サーモスタットInfo
- Publication number
- JPH09213183A JPH09213183A JP5361796A JP5361796A JPH09213183A JP H09213183 A JPH09213183 A JP H09213183A JP 5361796 A JP5361796 A JP 5361796A JP 5361796 A JP5361796 A JP 5361796A JP H09213183 A JPH09213183 A JP H09213183A
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- JP
- Japan
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- thin film
- thermostat
- bimetal
- movable conductor
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は温度を感知して作動する感温スイッ
チの一種であるサーモスタットの中でも特に電子機器、
部品の電源二次側に用いられ、比較的低電圧、低電流の
条件下で使用されるサーモスタットを小型化することを
目的とする。 【構成】 本発明は温度を感知して変形或はスナップ動
作をする極めて微細なバイメタル機能素子３を薄膜形成
技術並びにフォトリソグラフィー微細加工技術を応用し
て実現する。
チの一種であるサーモスタットの中でも特に電子機器、
部品の電源二次側に用いられ、比較的低電圧、低電流の
条件下で使用されるサーモスタットを小型化することを
目的とする。 【構成】 本発明は温度を感知して変形或はスナップ動
作をする極めて微細なバイメタル機能素子３を薄膜形成
技術並びにフォトリソグラフィー微細加工技術を応用し
て実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温度を感知して作動す
る感温スイッチの一種であるサーモスタットに関するも
のである。
る感温スイッチの一種であるサーモスタットに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来のサーモスタットはバイメタルと称
する熱膨張係数の異なる通常２種類の合金を直接或は中
間層を介して熱間圧延等の方法で接合した素材を圧延処
理してなるいわゆるバイメタルの熱変形を利用して、周
囲温度の高低に応じてスイッチの接点を直接或は間接的
にオン、オフする構造になっている。図５から図７に一
般的なサーモスタットの接点開閉部近傍の断面構造を示
す。図５は可動導電体１に直接バイメタル（３）を使用
した例である。図６は独立した可動導電体１の近傍にバ
イメタル３を配し、間接的に接点２の開閉を行うもので
ある。図５は予めバイメタル３を湾曲成形して、熱変形
がスナップ動作として現れるようにしてあり、このスナ
ップ動作を可動導電体１が受けて接点２の開閉を行うも
のである。
する熱膨張係数の異なる通常２種類の合金を直接或は中
間層を介して熱間圧延等の方法で接合した素材を圧延処
理してなるいわゆるバイメタルの熱変形を利用して、周
囲温度の高低に応じてスイッチの接点を直接或は間接的
にオン、オフする構造になっている。図５から図７に一
般的なサーモスタットの接点開閉部近傍の断面構造を示
す。図５は可動導電体１に直接バイメタル（３）を使用
した例である。図６は独立した可動導電体１の近傍にバ
イメタル３を配し、間接的に接点２の開閉を行うもので
ある。図５は予めバイメタル３を湾曲成形して、熱変形
がスナップ動作として現れるようにしてあり、このスナ
ップ動作を可動導電体１が受けて接点２の開閉を行うも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来サーモスタットは
電熱器の電源一次側やモーター、トランス等に内蔵さ
れ、周囲温度やそれ自身の温度が所定の値を超えるとそ
れらが組み込まれた電子機器の電源一次側と直結した接
点を一時的に開放することを目的に使用されるのが一般
的であった。従って、サーモスタットの導電部には１０
０Ｖ或は２００Ｖ前後の電源電圧が直接印加され、接点
並びに導電部には電子機器全体の負荷電流が流れる為
に、それに相当する体積容量の部材と電取やＵＬに代表
される各種安全規則に準じた沿面、空間絶縁距離が必要
とされていて、それに規制される大きさ以下に小型化す
ることが不可能な状況にあった。ところが近年は携帯用
の電子機器の需要拡大に伴って生産量が急増している小
型二次電池パック等にも内蔵され、極めて小型の安全器
として使用される場合などの様にサーモスタット自身に
も小型軽量化が要求される傾向が強くなってきている。
これらの場合は直流低電圧、低電流の条件下にある電子
機器の電源二次側に用いられるので、先の安全規則に準
じる絶縁距離等の規制は受けないにも拘らずに、サーモ
スタットは時代の要求にあった技術革新が未だほとんど
なされず、従来の電源一次側直結型の概念で製造された
比較的大型のサーモスタットを使うしかなく、これがサ
ーモスタットの需要の拡大と小型二次電池パック等サー
モスタットが内蔵される小型電子機器、部品側の小型化
を阻む原因にもなっていた。
電熱器の電源一次側やモーター、トランス等に内蔵さ
れ、周囲温度やそれ自身の温度が所定の値を超えるとそ
れらが組み込まれた電子機器の電源一次側と直結した接
点を一時的に開放することを目的に使用されるのが一般
的であった。従って、サーモスタットの導電部には１０
０Ｖ或は２００Ｖ前後の電源電圧が直接印加され、接点
並びに導電部には電子機器全体の負荷電流が流れる為
に、それに相当する体積容量の部材と電取やＵＬに代表
される各種安全規則に準じた沿面、空間絶縁距離が必要
とされていて、それに規制される大きさ以下に小型化す
ることが不可能な状況にあった。ところが近年は携帯用
の電子機器の需要拡大に伴って生産量が急増している小
型二次電池パック等にも内蔵され、極めて小型の安全器
として使用される場合などの様にサーモスタット自身に
も小型軽量化が要求される傾向が強くなってきている。
これらの場合は直流低電圧、低電流の条件下にある電子
機器の電源二次側に用いられるので、先の安全規則に準
じる絶縁距離等の規制は受けないにも拘らずに、サーモ
スタットは時代の要求にあった技術革新が未だほとんど
なされず、従来の電源一次側直結型の概念で製造された
比較的大型のサーモスタットを使うしかなく、これがサ
ーモスタットの需要の拡大と小型二次電池パック等サー
モスタットが内蔵される小型電子機器、部品側の小型化
を阻む原因にもなっていた。
【０００４】サーモスタットの小型軽量化を阻んでいる
もう一つの要因としては、サーモスタットの主要な構成
部品であるバイメタルが通常２種類の合金素材を圧接、
圧延して作製されることにある。サーモスタットに組み
込まれるバイメタルは先の圧接、圧延された素材を通常
プレス加工で所望の形状寸法に成形されるが、接合、圧
延の工程を経て作成されたバイメタルの幅、厚みとも素
材の製法上或は素材の成形加工上からもあまり小さく出
来ず、特に厚みは０．１ｍｍ位が限度になっている。と
ころがサーモスタットの接点を開閉する原動力となると
ころの所定の温度差で発生するバイメタルの変形はその
長さの二乗に比例し、かつ厚さに反比例するので、厚さ
の限界が即バイメタルの長さをも規制してしまい、サー
モスタットの小型化にもおのずと限界があった。
もう一つの要因としては、サーモスタットの主要な構成
部品であるバイメタルが通常２種類の合金素材を圧接、
圧延して作製されることにある。サーモスタットに組み
込まれるバイメタルは先の圧接、圧延された素材を通常
プレス加工で所望の形状寸法に成形されるが、接合、圧
延の工程を経て作成されたバイメタルの幅、厚みとも素
材の製法上或は素材の成形加工上からもあまり小さく出
来ず、特に厚みは０．１ｍｍ位が限度になっている。と
ころがサーモスタットの接点を開閉する原動力となると
ころの所定の温度差で発生するバイメタルの変形はその
長さの二乗に比例し、かつ厚さに反比例するので、厚さ
の限界が即バイメタルの長さをも規制してしまい、サー
モスタットの小型化にもおのずと限界があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】サーモスタットを構成
し、組立前はその他の構成部品から分離独立して供さ
れ、可撓性を有し、フォトリソグラフィー等の微細加工
技術で加工された可動導電体１の一部に真空蒸着やスパ
ッタリング等の薄膜堆積手段を用い、微細形状でバイメ
タルの機能を有する薄膜堆積部分３を設ける。
し、組立前はその他の構成部品から分離独立して供さ
れ、可撓性を有し、フォトリソグラフィー等の微細加工
技術で加工された可動導電体１の一部に真空蒸着やスパ
ッタリング等の薄膜堆積手段を用い、微細形状でバイメ
タルの機能を有する薄膜堆積部分３を設ける。
【０００６】またバイメタル機能を有する薄膜３を堆積
してある基体部分１、６を選択的に除去してかつ薄膜部
３をフォトリソグラフィー等の微細加工技術を応用して
任意の形状に加工して取り出し、それ自体を独立した微
細なバイメタル素子３として活用する。
してある基体部分１、６を選択的に除去してかつ薄膜部
３をフォトリソグラフィー等の微細加工技術を応用して
任意の形状に加工して取り出し、それ自体を独立した微
細なバイメタル素子３として活用する。
【０００７】
【作用】サーモスタットを構成する可動導電体１は例え
ばバネ性を有する銅合金箔にフォトリソグラフィー等の
マイクロ素子加工手法を用いて所望の形状寸法になるよ
うに微細加工を施して、その片面もしくは両面の一部に
バイメタルの機能を持たせた薄膜層３を真空蒸着やスパ
ッタリングの手法を用いて形成してやることにより厚さ
等の形状ををミクロンオーダーで制御でき、プレス加工
等の機械加工では実現し得ない小型軽量のバイメタル機
能を有する可動導電体１を供することが出来、サーモス
タットの小型軽量化を実現可能ならしめことができる。
ばバネ性を有する銅合金箔にフォトリソグラフィー等の
マイクロ素子加工手法を用いて所望の形状寸法になるよ
うに微細加工を施して、その片面もしくは両面の一部に
バイメタルの機能を持たせた薄膜層３を真空蒸着やスパ
ッタリングの手法を用いて形成してやることにより厚さ
等の形状ををミクロンオーダーで制御でき、プレス加工
等の機械加工では実現し得ない小型軽量のバイメタル機
能を有する可動導電体１を供することが出来、サーモス
タットの小型軽量化を実現可能ならしめことができる。
【０００８】また、バイメタル薄膜層を形成する基体６
を中間層として活用するか、基体６が片面に露出した構
成からプラズマエッチング等の手法を用いて基体６のみ
除去して、独立したバイメタル素子として取り出し活用
すれば、厚さ、外形とも極めて微細な形状のバイメタル
素子の実現が可能になり、極めて小型のサーモスタット
を実現可能ならしめることができる。
を中間層として活用するか、基体６が片面に露出した構
成からプラズマエッチング等の手法を用いて基体６のみ
除去して、独立したバイメタル素子として取り出し活用
すれば、厚さ、外形とも極めて微細な形状のバイメタル
素子の実現が可能になり、極めて小型のサーモスタット
を実現可能ならしめることができる。
【０００９】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１において１はサーモスタットを構成する可動導電体
を示し、バイメタル機能を有する薄膜層を形成する際の
基体でもある。一般的にはバネ性を有する銅合金例えば
ベリリウム銅やリン青銅の薄板を用いる。薄板は圧延或
は蒸着やスパッター等の薄膜形成手段とフォトリソグラ
フィー等の微細加工技術を応用しても得る事ができる。
２は固定の導電体と接触して良好な電気的結合を与える
ための接点部を示し、銀或は銀とニッケルの合金等を接
合して用いる。メッキや蒸着等の薄膜形成手段を用いて
選択的に銀或は銀合金等を可動導電体１上に直接形成し
ても良い。３はバイメタル機能を有する薄膜層を示す。
図１において１はサーモスタットを構成する可動導電体
を示し、バイメタル機能を有する薄膜層を形成する際の
基体でもある。一般的にはバネ性を有する銅合金例えば
ベリリウム銅やリン青銅の薄板を用いる。薄板は圧延或
は蒸着やスパッター等の薄膜形成手段とフォトリソグラ
フィー等の微細加工技術を応用しても得る事ができる。
２は固定の導電体と接触して良好な電気的結合を与える
ための接点部を示し、銀或は銀とニッケルの合金等を接
合して用いる。メッキや蒸着等の薄膜形成手段を用いて
選択的に銀或は銀合金等を可動導電体１上に直接形成し
ても良い。３はバイメタル機能を有する薄膜層を示す。
【００１０】図２にバイメタル機能を有する薄膜層の一
例の部分拡大図を示す。図２−１は可動導電体１の片面
に低膨張係数を示す例えば３６Ｎｉ−Ｆｅ合金薄膜３−
１を、もう一方の面には高膨張係数を示すＮｉ−Ｃｒ−
Ｆｅ合金薄膜３−２を所定の厚み分だけ形成してやる。
薄膜層の外形は膜形成時のマスキング或は膜形成後にフ
ォトリソグラフィー技術等の微細加工を施すことにより
任意に成形できる。
例の部分拡大図を示す。図２−１は可動導電体１の片面
に低膨張係数を示す例えば３６Ｎｉ−Ｆｅ合金薄膜３−
１を、もう一方の面には高膨張係数を示すＮｉ−Ｃｒ−
Ｆｅ合金薄膜３−２を所定の厚み分だけ形成してやる。
薄膜層の外形は膜形成時のマスキング或は膜形成後にフ
ォトリソグラフィー技術等の微細加工を施すことにより
任意に成形できる。
【００１１】図２−２は可動導電体の片面にのみ低膨張
合金薄膜３−１と高膨張合金薄膜３−２を近接して形成
してある。
合金薄膜３−１と高膨張合金薄膜３−２を近接して形成
してある。
【００１２】図３−１は接点２が閉じている定常時の状
態を示す。図３−２はサーモスタット内に配置された可
動導電体１の加温時の動作の一例を示す。可動導電体１
と一体化してなるバイメタル薄膜合金層部分の一部を高
膨張合金３−２側に折り曲げた状態で成形すると、加温
時は熱膨張の差の関係で低膨張合金３−２側に折り曲が
るように変形して接点２が開き、電流を遮断する。
態を示す。図３−２はサーモスタット内に配置された可
動導電体１の加温時の動作の一例を示す。可動導電体１
と一体化してなるバイメタル薄膜合金層部分の一部を高
膨張合金３−２側に折り曲げた状態で成形すると、加温
時は熱膨張の差の関係で低膨張合金３−２側に折り曲が
るように変形して接点２が開き、電流を遮断する。
【００１３】図４に微細形状のスナップ動作用バイメタ
ル素子の製法の一例を示す。銅箔等の金属薄板に所定寸
法の多数の凸凹面を加工してなる基体６上に、スパッタ
リング等の薄膜形成技術を応用して例えば凹面側から低
膨張合金薄膜−高膨張合金薄膜の順にバイメタル機能を
示すように薄膜３を形成する。基体６の厚みは、金属箔
に凸凹加工を施した後に、エッチング等の手段を用いて
機械加工の限界を超えるレベルまで薄層化することも可
能である。薄膜形成後はフォトリソグラフィー等の微細
加工技術を応用して、凸凹面をそれぞれ切り放せば円盤
状の微細形状バイメタル素子が完成する。また、バイメ
タル機能を有する薄膜を支える基体６が、バイメタル機
能に悪影響を与える場合は、プラズマエッチング等の手
段を用いて選択的に除去することも可能である。
ル素子の製法の一例を示す。銅箔等の金属薄板に所定寸
法の多数の凸凹面を加工してなる基体６上に、スパッタ
リング等の薄膜形成技術を応用して例えば凹面側から低
膨張合金薄膜−高膨張合金薄膜の順にバイメタル機能を
示すように薄膜３を形成する。基体６の厚みは、金属箔
に凸凹加工を施した後に、エッチング等の手段を用いて
機械加工の限界を超えるレベルまで薄層化することも可
能である。薄膜形成後はフォトリソグラフィー等の微細
加工技術を応用して、凸凹面をそれぞれ切り放せば円盤
状の微細形状バイメタル素子が完成する。また、バイメ
タル機能を有する薄膜を支える基体６が、バイメタル機
能に悪影響を与える場合は、プラズマエッチング等の手
段を用いて選択的に除去することも可能である。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、以上説明した様に構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１５】サーモスタットを構成する可動導電体１に
一体化してバイメタル機能を有する薄膜層３を微細加工
技術を応用して一時に大量に形成することにより、従来
の接合、圧延タイプのバイメタルを個別に機械加工して
なるサーモスタットよりも極めて均質で小型のサーモス
タット実現せしめことが出来る。
一体化してバイメタル機能を有する薄膜層３を微細加工
技術を応用して一時に大量に形成することにより、従来
の接合、圧延タイプのバイメタルを個別に機械加工して
なるサーモスタットよりも極めて均質で小型のサーモス
タット実現せしめことが出来る。
【００１６】微細加工技術を応用して一時に大量に形成
したバイメタル薄膜素子を供することにより、従来の接
合、圧延タイプのバイメタルを個別に機械加工してなる
サーモスタットよりも極めて均質で小型のサーモスタッ
トを実現せしめることが出来る。
したバイメタル薄膜素子を供することにより、従来の接
合、圧延タイプのバイメタルを個別に機械加工してなる
サーモスタットよりも極めて均質で小型のサーモスタッ
トを実現せしめることが出来る。
【図１】本発明にかかわるバイメタル機能を有する薄膜
層３を設けてなる可動導電体１の一例を示す。
層３を設けてなる可動導電体１の一例を示す。
【図２】本発明にかかわるバイメタル機能を有する薄膜
層３設けてなる可動導電体１の薄層形成部の拡大図を示
す。
層３設けてなる可動導電体１の薄層形成部の拡大図を示
す。
【図３】本発明にかかわるバイメタル機能を有する薄膜
層３を設けてなる可動導電体１を配したサーモスタット
の接点２近傍の動作例を示す。
層３を設けてなる可動導電体１を配したサーモスタット
の接点２近傍の動作例を示す。
【図４】本発明にかかわる微細形状のスナップ動作用バ
イメタル素子の製法の一例を示す。
イメタル素子の製法の一例を示す。
【図５】サーモスタットの一般動作を説明するための可
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。可動導電体
１にはバイメタルが直接使用されている。
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。可動導電体
１にはバイメタルが直接使用されている。
【図６】サーモスタットの一般動作を説明するための可
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。可動導電体
１の近傍にバイメタル３を配し、間接的に可動導電体１
を動かして接点２を開閉する。
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。可動導電体
１の近傍にバイメタル３を配し、間接的に可動導電体１
を動かして接点２を開閉する。
【図７】サーモスタットの一般動作を説明するための可
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。予めバイメ
タル３を湾曲成形して、熱変形がスナップ動作として現
れるようにしてあり、このスナップ動作を可動導電体１
が受けて接点２の開閉を行う。
動導電体１と固定導電体４近傍の図を示す。予めバイメ
タル３を湾曲成形して、熱変形がスナップ動作として現
れるようにしてあり、このスナップ動作を可動導電体１
が受けて接点２の開閉を行う。
１ 可動導電体 ２ 接点 ３ バイメタル機能を有する薄膜層 ３−１ 低膨張合金薄膜層 ３−２ 高膨張合金薄膜層 ４ 固定導電体 ５ 支持体 ６ 基体
Claims (2)
- 【請求項１】 サーモスタットを構成する各部品の組立
位置関係がＵＬ等の安全規則で規制される沿面、空間絶
縁距離の適用を受けない例えば電子機器、部品の電源二
次側に接続して使用される低電圧、低電流用のサーモス
タットにおいて、組立前はその他の構成部品から分離独
立して供される可動導電体１が、可撓性を有する基板上
に真空蒸着やスパッタリング等の薄膜堆積手段を用いて
堆積したバイメタル機能を有する多層薄膜層３を形成し
てなることを特徴とするサーモツタット。 - 【請求項２】 サーモスタットを構成する各部品の組立
位置関係がＵＬ等の安全規則で規制される沿面、空間絶
縁距離の適用を受けない例えば電子機器、部品の電源二
次側に接続して使用される低電圧、低電流用のサーモス
タットにおいて、組立前はその他の構成部品から分離独
立して供され、温度を検知して変形或はスナップ動作を
するいわゆるバイメタル素子が真空蒸着やスパッタリン
グ等の薄膜堆積手段を用いて形成した多層薄膜３である
ことを特徴とするサーモスタット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5361796A JPH09213183A (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 小型サーモスタット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5361796A JPH09213183A (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 小型サーモスタット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213183A true JPH09213183A (ja) | 1997-08-15 |
Family
ID=12947876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5361796A Pending JPH09213183A (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 小型サーモスタット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09213183A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001080315A3 (en) * | 2000-04-12 | 2002-03-28 | Formfactor Inc | Shaped springs and methods of fabricating and using shaped springs |
| US6640432B1 (en) | 2000-04-12 | 2003-11-04 | Formfactor, Inc. | Method of fabricating shaped springs |
| US6827584B2 (en) | 1999-12-28 | 2004-12-07 | Formfactor, Inc. | Interconnect for microelectronic structures with enhanced spring characteristics |
| US7356913B2 (en) | 1997-12-16 | 2008-04-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for manufacturing a microsystem |
| US7458816B1 (en) | 2000-04-12 | 2008-12-02 | Formfactor, Inc. | Shaped spring |
-
1996
- 1996-02-05 JP JP5361796A patent/JPH09213183A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2001080315A3 (en) * | 2000-04-12 | 2002-03-28 | Formfactor Inc | Shaped springs and methods of fabricating and using shaped springs |
| JP2003531495A (ja) * | 2000-04-12 | 2003-10-21 | フォームファクター，インコーポレイテッド | 成形バネ及びその製造及び使用方法 |
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| KR100801353B1 (ko) * | 2000-04-12 | 2008-02-05 | 폼팩터, 인크. | 성형 스프링 및 성형 스프링을 제조 및 이용하는 방법 |
| KR100835027B1 (ko) * | 2000-04-12 | 2008-06-03 | 폼팩터, 인크. | 성형 스프링을 제조하는 방법 |
| US7458816B1 (en) | 2000-04-12 | 2008-12-02 | Formfactor, Inc. | Shaped spring |
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