JP2002525861A - バリスタ材料のウェーハを有する過電圧保護装置 - Google Patents

バリスタ材料のウェーハを有する過電圧保護装置

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Abstract

(57)【要約】 過電圧保護装置は、実質的に平坦な第１の接触面を有する第１の電極部材と、第１の接触面と対向する実質的に平坦な第２の接触面を有する第２の電極部材とを備えている。バリスタ材料で形成され、実質的に平坦で第１及び第２の対向するウェーハ面を有するウェーハは、第１及び第２の接触面との間に配置され、第１及び第２のウェーハ面は第１及び第２の接触面とそれぞれ係合している。接触面はウェーハ面に荷重を加える。好ましくは、電極部材の総熱容量はウェーハの熱容量より実質的に大きい。ウェーハはバリスタ材料のロッドを薄く切り取って形成することができる。装置は、実質的に平坦な第１の接触面と側壁を有する容器を備えている。容器には、第２の電極が配置されるキャビティが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧サージ保護装置に関し、さらに詳しくは、バリスタ材料のウェー
ハを有する電圧サージ保護装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
住居や商業あるいは社会施設に電力を送る供給線には、しばしば過電圧が印加
される。そのような過電圧や電圧スパイクは、例えば落雷に起因することがある
。電圧サージは、電圧サージにより惹起され時間のロスを伴う設備の損傷に非常
に費用がかかる電気通信分配センター、病院及び他の施設では特に重要な問題で
ある。
【０００３】 特に、一つあるいはそれ以上のバリスタ（すなわち、電圧依存型抵抗）が電圧
サージから設備を守るために使用されている。一般に、バリスタは保護された回
路に並列にＡＣ入力に直接接続される。バリスタは特徴のある制限電圧を持ち、
所定の電圧を超える電圧上昇に応答して、バリスタは低抵抗の分路を形成し、過
電圧電流に対し敏感な素子の損傷の危険性を減少する。典型的には、保護回路に
ヒューズを設けてもよく、このヒューズは、分路により形成された実質的な短絡
回路により飛んだり弱体化する。
【０００４】 バリスタは、異なる用途に応じて幾つかの設計に基づいて作製されていた。電
気通信設備の保護のような高荷重の用途（例えば、約６０〜１００ｋＡの範囲の
サージ電流がかかるような場合）には、ブロックバリスタが普通採用される。ブ
ロックバリスタは一般に、プラスチック容器に収容されたディスク状のバリスタ
素子を備えている。バリスタディスクは、酸化亜鉛のような金属酸化物や炭化け
い素のような他の適当な材料を圧力注型することにより形成される。銅や他の導
電材料が、ディスクの両面に焔溶射される。リング状の電極がコーティングが施
されたディスク両面に接合され、電極体はプラスチック容器に収容される。その
ようなバリスタの例としては、シーメンス・マツシタ・コンポーネント社（Siem
ens Matsushita Components GmbH & Co. KG）から市販されている製品SIOV-B860
K250とハリス社（Harris Corporation）から市販されている製品V271BA60がある
。 別のバリスタ設計には、ディスクダイオードケースに収容された高エネルギバ
リスタディスクが含まれる。ダイオードケースは対向する電極プレートを有し、
バリスタディスクはその間に配置されている。電極の一方あるいは両方には、バ
リスタを所定の位置に保持するために、電極プレートとバリスタディスクとの間
に配置されたスプリング部材が設けられている。スプリング部材とバリスタディ
スクの接触面積は比較的小さい。
【０００５】 上記したバリスタ構成は、しばしば不適切に取り扱われている。バリスタは時
々加熱し発火している。加熱により電極はバリスタディスクから分離することが
あり、弧光が発生し、さらに火災の原因にもなる。バリスタディスクにピンホー
ルが発生することもあり、バリスタが所定の範囲外で作動する虞もある。高電流
インパルスを受けると、従来のバリスタディスクは圧電効果により亀裂が発生す
ることもあり、その性能が低下する。そのようなバリスタの欠陥により、最低性
能の仕様を保証するための政府の新しい規則が生まれた。バリスタメーカーには
、この新規則を満足するのは難しいように思われている。
【０００６】
【発明の概要】
そこで、本発明の目的は、バリスタ装置に過電圧が印可された時に過熱や火災
に対し耐性の向上したバリスタ装置を提供することにある。
【０００７】 本発明の別の目的は、バリスタ装置に過電圧が印可された時に低インダクタン
スと低抵抗を示すバリスタ装置を提供することである。
【０００８】 さらに、本発明の別の目的は、バリスタウェーハを含み、ウェーハを介して実
質的に一様に電流を分布させ、高電流の熱点の発生を極力抑制するバリスタ装置
を提供することである。
【０００９】 上記及び他の目的を達成するために、本発明は、繰り返して起こる過度の過電
圧状態に対し安全に持続してかつ確実に対処するための多くの利点を提供する過
電圧保護装置を開示している。装置はバリスタ材料のウェーハと一対の電極部材
を備え、電極部材の一つは容器であり、ウェーハの実質的に平坦な面と係合する
ための実質的に平坦な接触面を有している。
【００１０】 好ましくは、バリスタウェーハの熱容量に比べ、電極は比較的大きい熱容量を
持ち、バリスタウェーハからの相当量の熱を吸収する。このようにして、バリス
タウェーハが火花や火炎を発生する機会を減少させるとともに、熱によるバリス
タウェーハの破壊や劣化を減少する。電極の熱容量が比較的に大きいことや、電
極とバリスタウェーハとの接触面積が十分なことで、バリスタウェーハの温度分
布がより均一になり、熱点あるいはそれに起因するバリスタ材料の局部的消耗が
極力減少する。
【００１１】 好ましくは、電極はバリスタウェーハに対し機械的荷重を加えている。好まし
くは、荷重を加え維持するために付勢手段が使用される。荷重を加えることで、
バリスタウェーハの電流分布をより均一にするのがよい。その結果、装置はより
効果的に前もって過電圧状態に対応し、ピンホールを惹起する虞のある高電流点
の発生がほとんど回避される。また、高電流インパルスによりバリスタウェーハ
に反りが発生する傾向は、電極により提供される機械的強化により防止されたり
減少する。さらに、バリスタウェーハの電流分布がより均一で効率的であること
から、過電圧時の装置のインダクタンスと抵抗はより低くなると予想される。
【００１２】 好ましくは、装置は、バリスタウェーハの過電圧時に、火炎、火花及び／又は
バリスタ材料の排出を防止し、あるいは、極力低減するように構成された金属容
器と他の部品を備えている。好ましくは、ウェーハは、バリスタ材料のロッドか
らウェーハを薄く切り取ることにより形成される。
【００１３】
【実施の形態の詳細な説明】
以下、実施の形態が図示された添付図面を参照しながら、本発明を詳述する。
しかしながら、本発明は多くの異なる形態で具体化してもよく、ここに記載した
実施の形態に限定されるものではない。むしろ、この実施の形態はこの明細書が
十分かつ完全で、当業者に本発明の範囲を十分に知らせるためのものである。図
面において、同一符号は同一部材を示している。
【００１４】 図１〜３を参照すると、本発明の実施の形態１にかかる過電圧保護装置が図示
されており、１００で示されている。装置１００には、略円筒形の容器１２０が
設けられている。容器はアルミニウムで形成するのが好ましい。しかしながら、
他の適当な導電性金属を使用してもよい。容器は、中央壁１２２（図３）、中央
壁から反対方向に延びる円筒壁１２４、壁１２４から外側に延びる容器の電極タ
ブ１２９を備えている。容器は、図示されているように一体的で軸方向に対称で
あるのが好ましい。円筒壁１２４と中央壁１２２は中央壁の両側にキャビティ１
２１を形成し、各キャビティはそれぞれの開口部１２６と連通している。
【００１５】 キャビティ１２１の各々には、ピストン状の電極１３０が配置されている。電
極１３０の軸１３４はそれぞれの開口部１２６から外方に延出している。電極１
３０はアルミニウムで形成するのがよい。しかしながら、他の適当な導電性金属
を使用してもよい。さらに、以下に詳述するように、バリスタウェーハ１１０、
スプリングワッシャ１４０、絶縁リング１５０及び端部キャップ１６０が各キャ
ビティ１２１に配置されている。
【００１６】 使用時、装置１００は、例えば電気供給箱内のＡＣあるいはＤＣ入力に直接接
続することができる。供給線は、電極１３０、バリスタウェーハ１１０、容器の
中央壁１２２及び容器電極タブ１２９を介して電路が形成されるように、電極軸
１３４と容器電極タブ１２９に直接あるいは間接的に接続される。過電圧状態で
なければ、バリスタウェーハ１１０は高抵抗を示し、装置１００は電気的に開路
として作用するので、装置１００に電流は流れない。過電圧状態（装置の設計電
圧に比べて）のときには、バリスタウェーハの抵抗は急激に落ち、装置１００を
介して電流が流れ、電流の分路が形成されて関連する電気システムの他の部品を
保護する。バリスタのような過電圧保護素子の一般的用途は当業者にはよく知ら
れているので、ここではこれ以上詳述しない。
【００１７】 図から分かるように、装置１００は軸方向に対称で、装置１００の上半分と下
半分は同様に構成されている。したがって、装置１００についての以下の説明は
上半分のみに対して行い、同じ説明が下半分についても当てはまる。
【００１８】 装置１００の構成を詳述すると、電極１３０は頭部１３２と一体的に形成され
た軸１３４とを備えている。図３にもっとも良く図示されているように、頭部１
３２は、容器中央壁１２２の実質的に平坦な接触面１２２Ａと対向する実質的に
平坦な接触面１３２Ａを備えている。バリスタウェーハ１１０は接触面１２２、
１３２間に介装されている。以下に詳述するように、頭部１３２と中央壁１２２
はバリスタウェーハ１１０に対し機械的に荷重を加えており、表面１１２，１３
２Ａ間と表面１１４，１２２Ａ間に安定した一様な係合を確保している。ねじ孔
１３６が軸１３４の端部に形成されており、バスバーあるいは他の電気コネクタ
を電極１３０に固定するボルトが螺合される。
【００１９】 図４を参照すると、バリスタウェーハ１１０は、実質的に平坦な第１の接触面
１１２とその反対側の実質的に平坦な第２の接触面１１４とを備えている。ここ
で使用されている用語「ウェーハ」は、その直径、長さ、幅の寸法に比べて厚さ
が比較的薄い基板を意味している。バリスタウェーハ１１０はディスク状が好ま
しい。しかしながら、バリスタウェーハは他の形状に形成してもよい。バリスタ
１１０の厚さＴと直径Ｄは、特定の用途に適したバリスタ特性に依存する。好ま
しくは、図示されているように、バリスタウェーハ１１０は、その両側が導電性
コーティング１１２Ａ，１１４Ａで被覆されたバリスタ材料のウェーハ１１１を
備えており、コーティング１１２Ａ，１１４Ａの暴露面は接触面１１２，１１４
として作用する。コーティング１１２Ａ，１１４Ａはアルミニウム、銅、はんだ
で形成するのがよい。
【００２０】 バリスタ材料は、バリスタ用に従来から使用されている適当な材料、すなわち
、印加電圧に対し非線形の抵抗特性を示す材料であってもよい。所定の電圧を超
えると、抵抗が非常に小さくなるのが好ましい。バリスタ材料は、例えばドープ
された金属酸化物あるいは炭化けい素であってもよい。好ましい金属酸化物には
、酸化亜鉛化合物が含まれる。
【００２１】 バリスタ材料のウェーハ１１１は、バリスタ材料のロッドあるいはブロック（
図示せず）をまず形成し、それからダイアモンドカッタや他の適当な装置を使用
してロッドからウェーハ１１１を薄く切り取るのがよい。ロッドは、バリスタ材
料のロッドを押し出しあるいは注型し、それから酸素処理された環境で高温でロ
ッドを焼結してもよい。この形成方法は、注型プロセスを使用して通常得られる
ものに比べて、面がより平坦でそりや形状変動のより少ないウェーハを形成する
ことができる。コーティング１１２Ａ，１１４Ａはアルミニウムや銅で形成する
のが好ましく、ウェーハ１１１の両面に焔溶射することができる。
【００２２】 図１に示される装置１００は二つのスプリングワッシャ１４０を備えているが
、それ以上あるいはそれ以下を使用してもよい。各スプリングワッシャ１４０は
、電極１３０の軸１３４を収容する孔１４２を持つ。各スプリングワッシャ１４
０は、頭部１３２のすぐ近くの軸１３４の一部を囲繞し、頭部１３２の後面ある
いは隣のスプリングワッシャ１４０と当接する。各孔１４２は、軸１３４の対応
する直径よりも大きい約０．０１２〜０．０１５インチの直径を持つのがよい。
スプリングワッシャ１４０は好ましくは弾性材料で形成され、さらに好ましくは
、スプリングワッシャ１４０はばね鋼で形成された皿型ワッシャである。
【００２３】 絶縁リング１５０は、外側のスプリングワッシャ１４０の上に配置されて、こ
れと当接している。絶縁リング１５０には、軸１３４を収容する孔１５２が形成
されている。孔１５２の直径は好ましくは、軸１３４の対応する直径よりも大き
い約０．００５〜０．００７インチの範囲である。絶縁リング１５０は、高い融
解及び燃焼温度を有する電気的絶縁材料で形成するのが好ましい。さらに好まし
くは、絶縁リング１５０は、ポリカーボネート、セラミックあるいは高温ポリマ
ーで形成される。
【００２４】 端部キャップ１６０は絶縁リング１５０の上に配置されて、これと当接してい
る。端部キャップ１６０には、軸１３４を収容する孔１６２が形成されている。
孔１６２の直径は好ましくは、軸１３４の対応する直径よりも大きい約０．５０
０〜０．５０５インチの範囲であり、十分なクリアランス１６５（図２）を設け
て、非過電圧状態における端部キャップ１６０と電極軸１３４との電気的な弧光
発生を防止している。端部キャップ１６０の周面のねじ１６８は、容器１２０に
形成された相補形状のねじ１２８と螺合している。端部キャップには、容器１２
０に対し端部キャップ１６０を回転させる工具（図示せず）を受け入れる孔１６
３が形成されている。工具を受け入れる他の手段、例えば六角形の溝を孔１６３
の代わりに、あるいは、孔１６３に加えて設けてもよい。端部キャップ１６０は
、容器１２０の内径に収まる環状隆起部１６７を有する。容器１２０は、端部キ
ャップ１５０の過度の挿入を防止するリム１２７を有する。好ましくは、端部キ
ャップはアルミニウムで形成される。
【００２５】 上述したように、また図３に最もよく示されているように、電極頭部１３２と
中央壁１２２は、バリスタウェーハ１１０に対し荷重が加えられており、表面１
１２，１３２Ａ間と表面１１４，１２２Ａ間に安定した一様な係合を確保してい
る。装置１００のこの特徴は、装置１００を組み立てるための本発明にかかる方
法を考えると、理解することができる。バリスタウェーハ１１０は、ウェーハ面
１１４が接触面１２２Ａと係合するようにキャビティ１２１内に配置される。電
極１３０は、接触面１３２Ａがバリスタウェーハ面１１２と係合するようにキャ
ビティ１２１に挿入される。スプリングワッシャ１４０が軸１３４に沿って落下
せしめられ、頭部１３２の上に配置される。絶縁リング１５０が軸１３４に沿っ
て落下せしめられ、外側のスプリングワッシャ１４０の上に配置される。端部キ
ャップ１６０が軸１３４に沿って落下せしめられ、ねじ１６８をねじ１２８に嵌
合させ回転させることにより開口部１２６に螺合される。
【００２６】 上述したように、装置１００が一旦組み立てられると、端部キャップ１６０に
は選択的にトルクが加えられて絶縁リング１５０を下方に押圧し、スプリングワ
ッシャ１４０を部分的に変形させる。端部キャップ１６０から絶縁リング１５０
に、さらに絶縁リングからスプリングワッシャ１４０に荷重を加えると、続いて
頭部１３２に伝達される。このようにして、バリスタウェーハ１１０は頭部１３
２と中央壁１２２との間にサンドイッチ（挟持）される。
【００２７】 好ましくは、スプリングワッシャ１５０が部分的にのみ変形した時に、さらに
好ましくは、スプリングワッシャが５０％変形した時に、所望の荷重が加わるよ
うに装置１００は設計される。このようにして、装置１００の他の部品の製造許
容誤差の変動が吸収される。
【００２８】 端部キャップ１６０に加えられるトルクの量は、バリスタウェーハ１１０と頭
部１３２あるいは中央壁１２２との間の荷重の所望の大きさに依存する。好まし
くは、頭部と中央壁のバリスタウェーハに対する荷重の量は少なくとも２６４ポ
ンドである。さらに好ましくは、荷重は約５２８〜１０５６ポンドである。コー
ティング１１２Ａ，１１４Ａの初期形状はきめが粗く、荷重の圧縮力によりコー
ティングが変形して、コーティングと接触面１２２Ａ，１３２Ａとの係合をより
連続的なものにするのが好ましい。
【００２９】 あるいは、スプリングワッシャ１４０の数あるいはサイズを適宜選択すること
により所望の荷重を得るようにしてもよい。スプリングワッシャの各々が所定量
変形するためには所定量の荷重が必要となり、全荷重はスプリングの変形荷重の
総和である。
【００３０】 好ましくは、接触面１３２Ａとバリスタウェーハ面１１２との係合面積は少な
くとも１．４６平方インチである。同様に、接触面１２２Ａとバリスタウェーハ
面１１４との係合面積は少なくとも１．４６平方インチであるのが好ましい。電
極頭部１３２は好ましくは、少なくとも０．５０インチの厚みＨを持つ。中央壁
１２２は好ましくは、少なくとも０．２５インチの厚みＷを持つ。
【００３１】 容器１２０と電極１３０の総熱容量は、バリスタウェーハ１１０の熱容量より
実質的に大きいのがよい。ここで使用されている用語「熱容量」は、対象物（例
えば、バリスタウェーハ１１０）の材料の比熱に対象物の材料の質量を掛けて得
られた積を意味する。すなわち、熱容量は、対象物の材料１グラムを１℃上昇さ
せるのに必要なエネルギを対象物の材料の質量倍した量である。好ましくは、電
極頭部１３２と中央壁１２２の各々の熱容量は、バリスタウェーハ１１０の熱容
量よりも実質的に大きい。好ましくは、電極頭部１３２と中央壁１２２の各々の
熱容量は、バリスタウェーハ１１０の熱容量の少なくとも２倍であり、さらに好
ましくは、少なくとも１０倍大きい。
【００３２】 過電圧保護装置１００は、繰り返して起こる過度の過電圧状態に対し安全に持
続してかつ確実に対処するための多くの利点を提供する。容器１２０と電極１３
０の比較的大きい熱容量は、バリスタウェーハ１１０からの比較的多量の熱を吸
収するように作用し、バリスタウェーハが火花や火炎を発生する機会を減少させ
るとともに、熱によるバリスタウェーハの破壊や劣化を減少する。熱容量が比較
的に大きいことや、バリスタウェーハと電極あるいは容器との接触面積が十分な
ことで、バリスタウェーハの温度分布がより均一になり、熱点あるいはそれに起
因するバリスタ材料の局部的消耗が極力減少する。
【００３３】 接触面積が比較的大きいことに加えて、バリスタウェーハに対し電極と容器で
荷重を加えたことで、バリスタウェーハ１１０の電流分布がより均一になる。そ
の結果、装置１００はより効果的に前もって過電圧状態に対応し、ピンホールを
惹起する虞のある高電流点の発生がほとんど回避される。高電流インパルスによ
りバリスタウェーハ１１０に反りが発生する傾向は、荷重を加えた頭部１３２と
中央壁１２２による機械的強化により減少する。スプリングワッシャは、バリス
タウェーハが膨張すると一時的に変形し、バリスタウェーハが再び収縮すると元
に戻るが、このことで、過電圧状態が何度発生しても、その間の荷重は維持され
る。さらに、バリスタウェーハの電流分布がより均一で効率的であることから、
過電圧時の装置１００のインダクタンスと抵抗はより低くなる。
【００３４】 装置１００はまた、バリスタウェーハ１１０の過電圧時に、火炎、火花及び／
又はバリスタ材料の排出を防止し、あるいは、極力低減する。電極１３０、絶縁
リング１５０及び端部キャップ１６０の形状のみならず金属容器の強度により、
バリスタウェーハ障害の結果物を吸収するよう作用する。バリスタの破壊が激し
く、電極１３０がバリスタから離反したり絶縁リング１５０が融解するような場
合には、電極１３０が端部キャップ１６０と直接接触するように移動し、電極１
３０と容器１２０を短絡して直列のヒューズ（図示せず）が飛ぶ。
【００３５】 容器１２０は円筒状に図示されているが、容器は別の形状でもよい。装置１０
０の下半分を除去し、上部容器壁１２４のみと、それぞれ一つのバリスタウェー
ハ、電極、スプリングワッシャあるいは一組のスプリングワッシャ、絶縁リング
、及び、端部キャップを装置１００に設けてもよい。
【００３６】 上記内容を考慮すると、装置の構成部品を形成する方法は当業者には容易に理
解できるところである。例えば、容器１２０、電極１３０及び端部キャップ１６
０は機械加工、鋳造あるいは衝撃成形により形成してもよい。これらの部品の各
々は、一体的に形成してもよく、例えば溶接によりしっかりと接合した複数の部
材で形成してもよい。
【００３７】 図５〜８には、本発明の実施の形態２にかかるバリスタ装置２００が図示され
ている。バリスタ装置２００は、バリスタ装置１００の部品１１０，１３０，１
４０，１６０にそれぞれ相当する部品２１０，２３０，２４０，２６０を備えて
いる。バリスタ装置２００は、この装置２００が一つのバリスタウェーハ２１０
と対応する部品のみを備えている点で、バリスタ装置１００と相違している。バ
リスタ装置２００は、以下のことを除いて容器１２０と同一の容器２２０を備え
ている。容器２２０は単一のキャビティ２２１のみを有し、その中央（あるいは
端部）壁２２２から延びる単一の周囲壁２２４のみを有している。また、電極タ
ブ１２９に相当し横方向に延びる電極タブの代わりに、中央（あるいは端部）壁
２２２の下面から延びるねじ付きスタッド２２９（図７）が容器２２０に設けら
れている。スタッド２２９は、従来の電気供給箱等のねじ孔と嵌合すべく採用さ
れたものである。
【００３８】 さらに、バリスタ装置２００は、絶縁リング２５１を設けた点でバリスタ装置
１００と相違している。絶縁リング２５１は、絶縁リング１５０に相当するリン
グ本体２５２を備えている。リング２５１はさらに、リング本体２５２より上方
に延びるカラー２５４を備えている。カラー２５４の内径は、好ましくはクリア
ランスを設けた状態で電極２３０の軸２３４を受け入れる寸法となっている。カ
ラー２５４の外径は、端部キャップ２６０の孔２６２を通過する寸法となってお
り、カラー２５４の周囲には所定のクリアランス２６５（図６）が設けられてい
る。このクリアランス２６５により軸１３４を挿入する余裕があるが、なくても
よい。リング本体２５２とカラー２５４は、絶縁リング１５０と同じ材料で形成
するのが好ましい。リング本体２５２とカラー２５４は接合してもよく一体成形
してもよい。
【００３９】 図８には、電気供給箱１０に取り付けられたバリスタ装置２００が示されてい
る。バリスタ装置２００は、電気的にアースされた金属架台１２に取り付けられ
ている。電極スタッド２２９は、架台１２のねじ孔１２Ａを貫通し、これと螺合
している。ヒューズ１４の第１端に電気的に接続されたバスバー１６は、電極２
３０のねじ孔２３６に挿入されたボルト１８により電極軸２３４に固定されてい
る。ヒューズ１４の第２端は電気供給線等に接続することができる。図８に示さ
れるように、複数のバリスタ装置２００を便利箱１０内で並列に接続してもよい
。
【００４０】 図９〜１１を参照すると、本発明の実施の形態３にかかるバリスタ装置３００
が図示されている。バリスタ装置３００は、部品２１０，２３０，２４０，２５
１にそれぞれ相当する部品３１０，３３０，３４０，３５１を備えている。バリ
スタ装置３００はまた、上部スプリングワッシャ３４０と絶縁リング３５１との
間に介装された平坦な金属ワッシャ３４５を備えており、軸３３４はワッシャ３
４５に穿設された孔３４６を貫通している。ワッシャ３４５は装置１００，２０
０に組み込むこともできるが、上部スプリングワッシャ３４０の機械的荷重を分
配するように作用し、スプリングワッシャの絶縁リング３５１への食い込みを防
止している。容器３２０は、以下のことを除いて容器２２０と同一である。
【００４１】 装置３００の容器３２０は、リム１２７に相当するリムや、ねじ１２８に相当
するねじを持たない。また、容器３２０は、周囲の側壁３２４に形成され開口部
３２６の近傍に延在する内部環状溝３２３を有している。
【００４２】 バリスタ装置３００は、電極３３０と中央壁３２２のバリスタウェーハ３１０
への荷重の加え方においてバリスタ装置１００，２００と相違している。端部キ
ャップ１６０，２６０に代えて、バリスタ装置３００は端部キャップ３６０と弾
性クリップ３７０を有している。クリップ３７０は部分的に溝３２３内に嵌入す
るとともに、容器３２０の内壁から半径方向内側に部分的に延在しており、端部
キャップ３６０の外側への移動を規制している。クリップ３７０はばね鋼で形成
するのが好ましい。端部キャップ３６０はアルミニウムで形成するのが好ましい
。
【００４３】 バリスタ装置３００は、以下の点を除いてバリスタ装置１００，２００と同様
に組み立てることができる。端部キャップ３６０は軸３３４とカラー３５４の上
に配置され、これらは孔３６２に収容される。ワッシャ３４５は、絶縁リング３
５１を取り付ける前に軸３３４の上に配置される。端部キャップ３６０を押下す
るには治具（図示せず）あるいは他の適当な装置が使用され、つづいてスプリン
グワッシャ３４０を変形させる。端部キャップ３６０が治具の荷重を受けている
間に、好ましくはペンチあるいは他の適当な工具を孔３７２に嵌合させることに
よりクリップ３７０が圧縮され、溝３２３に挿入される。それから、クリップ３
７０は解放され元の直径に戻ることで、部分的に溝と係合するとともに、部分的
に溝３２３からキャビティ３２１に向かって半径方向内側に延びる。こうするこ
とで、クリップ３７０と溝３２３は端部キャップ３６０にかかる荷重を維持する
ように作用する。
【００４４】 上述した以外の手段を使用して、電極と容器を介してバリスタウェーハに荷重
を加えてもよい。例えば、電極と端部キャップを組み付けて荷重を加えた後、立
込みジョイントを使用して所定の位置に固定することもできる。
【００４５】 上述した装置１００，２００，３００の各々に、複数のバリスタウェーハ（図
示せず）を積層して電極頭部と中央壁との間に挟持するようにしてもよい。最上
部及び最下部のバリスタウェーハの外面はウェーハ接触面として作用する。しか
しながら、バリスタウェーハの特性は、複数のバリスタウェーハを積層するより
もむしろ単一のバリスタウェーハの厚みを変えることにより改変するのが好まし
い。
【００４６】 上述したように、スプリングワッシャ１４０は、好ましくは皿型ワッシャであ
る。皿型ワッシャは、軸方向のスペースが十分でなくても、比較的大きな荷重を
加えるのに使用することができる。しかしながら、皿型ワッシャの代わりに、あ
るいは、皿型ワッシャに加えて、他の付勢手段を使用することもできる。適当な
代替付勢手段には、一つもしくはそれ以上のコイルスプリング、波型ワッシャあ
るいはらせんワッシャが含まれる。
【００４７】 上記は本発明を具体的に示したもので、本発明はそれに限定されるものではな
い。本発明の幾つかの典型的な実施の形態を記載したが、本発明の新奇な教示内
容及び利点から実質的に離脱することなく、典型的な実施の形態の多くの変形例
が可能であることは当業者には容易に理解できるところである。したがって、す
べてのそのような変形例は、請求の範囲に記載された発明の範囲に含まれるもの
とする。請求の範囲において、手段＋機能の節（means-plus-function clauses
）は、記載された機能を達成する構造と、構造的等価物のみならず等価構造物を
も含むものである。したがって、上記は本発明を説明するためのもので、開示さ
れた特定の実施の形態に限定されるわけではなく、他の実施の形態や開示された
実施の形態の変形例は添付した請求の範囲に含まれる。本発明は請求項により定
義されるが、その等価物もここに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるバリスタ装置の分解斜視図である。
【図２】 図１のバリスタ装置の上方からの斜視図である。
【図３】 図２の線３−３に沿った図１のバリスタ装置の断面図である。
【図４】 バリスタウェーハの斜視図である。
【図５】 本発明の実施の形態２にかかるバリスタ装置の分解斜視図である
。
【図６】 図５のバリスタ装置の上方からの斜視図である。
【図７】 図５のバリスタ装置の下方からの斜視図である。
【図８】 バリスタ装置が電気供給箱に収容された図５のバリスタ装置の図
である。
【図９】 本発明の実施の形態３にかかるバリスタ装置の分解斜視図である
。
【図１０】 図９のバリスタ装置の上方からの斜視図である。
【図１１】 図１０の線１１−１１に沿った図９のバリスタ装置の断面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・マイケル・バランス アメリカ合衆国27604ノースカロライナ州 ローリー、ボンド・ストリート3628番 (72)発明者 ジョナサン・コンラッド・コーネリアス アメリカ合衆国27526ノースカロライナ州 フキー−バリナ、アンジャー・ロード315 番 (72)発明者 シェリフ・アイ・カメル アメリカ合衆国27502ノースカロライナ州 エイペックス、スティルマン・クリーク・ ドライブ209番 (72)発明者 ジョン・アンソニー・キジス アメリカ合衆国27526ノースカロライナ州 フキー−バリナ、メイプル・レイン104番 (72)発明者 クライド・ベントン・マブリー・ザ・サー ド アメリカ合衆国27410ノースカロライナ州 グリーンズボロ、ニュー・ガーデン・ロー ド・ナンバー105、1921イー番 Ｆターム(参考） 5E034 AC10 CB01 CC10 DA03 DB03 DB06 DB07 DD01

Claims (50)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）実質的に平坦な第１の接触面と側壁を有し、キャビテ
    ィと該キャビティと連通する開口部を有する容器と、 （ｂ）上記キャビティ内に配置され、上記第１の接触面と対向する実質的に平坦
    な第２の接触面を有し、一部が上記キャビティから上記開口部を介して延出した
    電極部材と、 （ｃ）バリスタ材料で形成され、実質的に平坦で第１及び第２の対向するウェー
    ハ面を有するウェーハとを備え、 上記ウェーハは上記キャビティ内で上記第１及び第２の接触面との間に配置さ
    れ、上記第１及び第２のウェーハ面が上記第１及び第２の接触面とそれぞれ係合
    している過電圧保護装置。
  2. 【請求項２】 上記第１及び第２の接触面が上記第１及び第２のウェーハ面
    に荷重を加えている請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 上記荷重が少なくとも２６４ポンドである請求項２の装置。
  4. 【請求項４】 上記荷重が約５２８〜１０５６ポンドである請求項２の装置
    。
  5. 【請求項５】 上記荷重の量が選択的に調節されるように上記荷重を維持す
    る可調節手段を備えた請求項２の装置。
  6. 【請求項６】 上記荷重を維持する付勢手段を備えた請求項２の装置。
  7. 【請求項７】 上記付勢手段が、上記第１及び第２の電極部材の少なくとも
    一つを上記ウェーハに対して付勢するスプリング部材を備えた請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 上記第１及び第２の電極部材の少なくとも一つを上記ウェー
    ハに対して付勢する複数のスプリング部材を備えた請求項７の装置。
  9. 【請求項９】 上記スプリング部材がスプリングワッシャを備えた請求項７
    の装置。
  10. 【請求項１０】 上記スプリング部材が皿型ワッシャを備えた請求項７の装
    置。
  11. 【請求項１１】 上記開口部に配置され、上記荷重を維持する端部キャップ
    を備えた請求項２の装置。
  12. 【請求項１２】 上記端部キャップと上記容器との移動を制限して上記荷重
    を維持するように作用するクリップを備えた請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 上記容器に溝が形成され、該溝と上記クリップが嵌合する
    ようにした請求項１２の装置。
  14. 【請求項１４】 上記容器がねじ部を持ち、上記端部キャップが上記容器の
    ねじ部と螺合するねじ部を持ち、上記端部キャップが上記荷重を選択的に調節し
    て維持するようにした請求項１１の装置。
  15. 【請求項１５】 上記端部キャップと上記ウェーハとの間に介装されたスプ
    リング部材を備えた請求項１１の装置。
  16. 【請求項１６】 上記第２の接触面と上記開口部との間に介装された電気的
    な絶縁部材を備えた請求項１の装置。
  17. 【請求項１７】 上記開口部に配置され孔を有する端部キャップを備え、上
    記電極部材が上記キャビティ内で上記端部キャップと上記第１の接触面との間に
    配置された頭部と上記端部キャップの孔を介して上記キャビティから延出する軸
    を備えた請求項１の装置。
  18. 【請求項１８】 孔が形成された電気絶縁リング部材を備え、該リング部材
    は上記頭部と上記端部キャップとの間に介装され、上記軸が上記絶縁リング部材
    の孔を貫通して延びるようにした請求項１７の装置。
  19. 【請求項１９】 上記絶縁リング部材がリング本体部と突出カラーを備え、
    該突出カラーが上記軸を囲繞するとともに上記端部キャップの孔を貫通する請求
    項１８の装置。
  20. 【請求項２０】 孔が形成されたスプリングワッシャを備え、該スプリング
    ワッシャは上記頭部と上記端部キャップとの間に介装され、上記軸が上記スプリ
    ングワッシャの孔を貫通する請求項１７の装置。
  21. 【請求項２１】 電気絶縁リング部材とスプリングワッシャとを備え、上記
    電気絶縁リング部材は孔を有するとともに上記頭部と上記端部キャップとの間に
    介装される一方、上記スプリングワッシャは孔を有するとともに上記頭部と上記
    電気絶縁リング部材との間に介装され、上記軸が上記電気絶縁リング部材の孔と
    上記スプリングワッシャの孔の各々を貫通する請求項１７の装置。
  22. 【請求項２２】 上記容器と上記電極部材の総熱容量が、上記ウェーハの熱
    容量より実質的に大きい請求項１の装置。
  23. 【請求項２３】 上記第１の電極部材が中央壁を有する一方、上記第２の電
    極部材が頭部を有し、上記中央壁と上記頭部の各々が上記ウェーハ面の一つと当
    接するとともに上記ウェーハの熱容量より実質的に大きい熱量を有する請求項２
    ２の装置。
  24. 【請求項２４】 上記中央壁と上記頭部の各々の熱容量は上記ウェーハの熱
    容量の少なくとも２倍である請求項２３の装置。
  25. 【請求項２５】 上記中央壁と上記頭部の各々の熱容量は上記ウェーハの熱
    容量の少なくとも１０倍である請求項２３の装置。
  26. 【請求項２６】 上記容器が金属で形成されている請求項１の装置。
  27. 【請求項２７】 上記ウェーハがバリスタ材料のロッドを薄く切り取って形
    成される請求項１の装置。
  28. 【請求項２８】 上記ロッドが押し出し及び注型の少なくとも一つにより形
    成される請求項２７の装置。
  29. 【請求項２９】 上記バリスタ材料が金属酸化物及び炭化けい素からなるグ
    ループより選択される請求項２７の装置。
  30. 【請求項３０】 上記ウェーハが上記第１及び第２のウェーハ面の少なくと
    も一つに被覆された導電金属のコーティングを有する請求項２７の装置。
  31. 【請求項３１】 上記ウェーハが実質的に円形の周縁を有し、上記第１及び
    第２のディスク面の各々が上記円形の周縁と実質的に同一面にある請求項２７の
    装置。
  32. 【請求項３２】 上記第１及び第２の接触面の各々が連続しており、実質的
    に空所がない請求項１の装置。
  33. 【請求項３３】 （ａ）容器は中央壁と側壁を有し、該中央壁と側壁はキャ
    ビティと該キャビティと連通する開口部を区画し、上記中央壁は熱容量と実質的
    に平坦な第１の接触面を有し、 （ｂ）電極部材は上記キャビティ内に配置された頭部と上記キャビティから上記
    開口部を介して延出した軸を有し、上記頭部は熱容量と上記第１の接触面と対向
    する実質的に平坦な第２の接触面を有し、 （ｃ）ウェーハはバリスタ材料で形成され、実質的に平坦で第１及び第２の対向
    するウェーハ面を有し、上記ウェーハは上記キャビティ内で上記第１及び第２の
    接触面との間に配置され、上記第１及び第２のウェーハ面が上記第１及び第２の
    接触面とそれぞれ係合するとともに、上記ウェーハは熱容量を有し、 （ｄ）端部キャップは上記開口部に配置されるとともに上記軸が貫通する孔を有
    し、 （ｅ）スプリング部材は上記端部キャップと上記頭部との間に介装されるととも
    に上記第１及び第２の電極部材の少なくとも一つを上記ウェーハに対して付勢し
    て上記第１及び第２のウェーハ面に荷重を加え、 （ｆ）上記頭部の熱容量と上記中央壁の熱容量の各々は上記ウェーハの熱容量よ
    り実質的に大きい、 ことを特徴とする過電圧保護装置。
  34. 【請求項３４】 上記荷重が少なくとも２６４ポンドである請求項３３の装
    置。
  35. 【請求項３５】 上記中央壁と上記頭部の各々の熱容量は上記ウェーハの熱
    容量の少なくとも１０倍である請求項３３の装置。
  36. 【請求項３６】 上記ウェーハが上記バリスタ材料のロッドを薄く切り取っ
    て形成される請求項３３の装置。
  37. 【請求項３７】 クリップを備え、上記容器には溝が形成され、上記クリッ
    プは上記溝と協働して上記容器に対する上記端部キャップの移動を制限して上記
    荷重を維持するようにした請求項１７の装置。
  38. 【請求項３８】 上記容器がねじ部を持ち、上記端部キャップが上記容器の
    ねじ部と螺合するねじ部を持ち、上記端部キャップが上記荷重を選択的に調節し
    て維持するようにした請求項３３の装置。
  39. 【請求項３９】 電気絶縁リング部材を備え、該絶縁リング部材は孔を有す
    るとともに上記頭部と上記端部キャップとの間に介装される一方、上記スプリン
    グ部材は孔を有するとともに上記頭部と上記絶縁リング部材との間に介装され、
    上記スプリング部材は上記頭部を上記ウェーハに対して付勢し、上記軸は上記絶
    縁リング部材の孔と上記スプリング部材の孔の各々を貫通する請求項３３の装置
    。
  40. 【請求項４０】 上記絶縁リング部材がリング本体部と突出カラーを備え、
    該突出カラーが上記軸を囲繞するとともに上記端部キャップの孔を貫通する請求
    項３９の装置。
  41. 【請求項４１】 実質的に平坦で第１及び第２の対向するウェーハ面を有す
    るバリスタウェーハと共に使用される過電圧保護装置であって、 （ａ）実質的に平坦な第１の接触面と側壁を有し、キャビティと該キャビティと
    連通する開口部を有する容器と、 （ｂ）上記キャビティ内に配置され、上記第１の接触面と対向する実質的に平坦
    な第２の接触面を有し、一部が上記キャビティから上記開口部を介して延出した
    電極部材とを備え、 上記ウェーハが上記キャビティ内で上記第１及び第２の接触面との間に配置さ
    れ、上記第１及び第２の接触面が上記第１及び第２のウェーハ面とそれぞれ係合
    するように上記容器と上記電極部材が相対配置された過電圧保護装置。
  42. 【請求項４２】 （ａ）実質的に平坦な第１の接触面を有する第１の電極部
    材と、 （ｂ）上記第１の接触面と対向する実質的に平坦な第２の接触面を有する第２の
    電極部材と、 （ｃ）バリスタ材料で形成され、実質的に平坦で第１及び第２の対向するウェー
    ハ面を有し、上記第１及び第２の接触面との間に配置され、上記第１及び第２の
    ウェーハ面が上記第１及び第２の接触面とそれぞれ係合するウェーハと、 （ｄ）上記第１及び第２の接触面の少なくとも一つを上記ウェーハに対して付勢
    して上記第１及び第２のウェーハ面に荷重を加える付勢手段と、 を備えた過電圧保護装置。
  43. 【請求項４３】 上記荷重が少なくとも２６４ポンドである請求項４２の装
    置。
  44. 【請求項４４】 上記荷重が約５２８〜１０５６ポンドである請求項４２の
    装置。
  45. 【請求項４５】 上記付勢手段が、上記第１及び第２の電極部材の少なくと
    も一つを上記ウェーハに対して付勢するスプリング部材を備えた請求項４２の装
    置。
  46. 【請求項４６】 上記第１及び第２の電極部材の少なくとも一つを上記ウェ
    ーハに対して付勢する複数のスプリング部材を備えた請求項４２の装置。
  47. 【請求項４７】 上記スプリング部材がスプリングワッシャを備えた請求項
    ４２の装置。
  48. 【請求項４８】 上記スプリング部材が皿型ワッシャを備えた請求項４７の
    装置。
  49. 【請求項４９】 （ａ）実質的に平坦な第１の接触面を有する第１の電極部
    材を用意し、 （ｂ）上記第１の接触面と対向する実質的に平坦な第２の接触面を有する第２の
    電極部材を用意し、 （ｃ）付勢手段を用意し、 （ｄ）バリスタ材料で形成され、上記第１及び第２の接触面との間に配置された
    実質的に平坦で第１及び第２の対向するウェーハ面を有するウェーハを、上記第
    １及び第２のウェーハ面が上記第１及び第２の接触面とそれぞれ係合するように
    配置し、 （ｅ）付勢手段を付勢して上記第１及び第２の接触面の間で上記第１及び第２の
    ウェーハ面に対し荷重を加え、 （ｆ）過電圧発生時、荷重を維持する、 ステップを有する過電圧保護装置の組立方法。
  50. 【請求項５０】 上記付勢手段がスプリング部材を有し、上記付勢ステップ
    で上記スプリング部材を変形させるようにした請求項４９の方法。
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