KR20020079941A - 배리스터 물질의 웨이퍼를 포함하는 과전압 방지 장치 - Google Patents

배리스터 물질의 웨이퍼를 포함하는 과전압 방지 장치 Download PDF

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KR20020079941A
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로버트 마이클 밸런스
조나단 콘래드 코넬리우스
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Abstract

과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동이 형성되고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내부에 배치되는, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함한다. 전극 부재의 일부는 공동의 밖으로 개구부를 통과하여 연장된다. 배리스터 물질로 형성되며 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 웨이퍼는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면이 각각 제 1 전기적 접촉면 및 제 2 전기적 접촉면에 맞물린 상태에서 공동 내부에, 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치된다.

Description

배리스터 물질의 웨이퍼를 포함하는 과전압 방지 장치 {OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE INCLUDING WAFER OF VARISTOR MATERIAL}
종종, 과도한 전압이 주거용, 상업용, 기관용 시설에 전력을 전달하는 공급 라인(service lines) 양단에 인가된다. 상기 과도 전압 또는 전압 스파이크는 예를 들어, 번개 스트라이크로부터 초래될 수 있다. 서지 전압은 특히 원격 통신 분포 센터, 병원 및 다른 시설에서 특히 중요하고, 여기서 서지 전압에 의해 야기된 장치 손상과 이에 따른 고장 시간(resulting down time)은 매우 대가가 클 수 있다.
전형적으로, 하나 이상의 배리스터(즉, 전압 의존 저항기)가 서지 전압으로부터 시설을 보호하기 위하여 사용된다. 일반적으로, 배리스터는 AC 입력 양단에 직접, 보호되는 회로와 병렬로 연결된다. 배리스터는 특성 클램핑(clamping) 전압을 갖고, 그 결과 규정된 전압을 초과한 전압 증가에 응답하여 배리스터는 과전압 전류에 대한 저저항 분로(shunt path)을 형성하며, 이러한 저저항 분로에 의해 민감한 컴포넌트를 손상시킬 잠재성이 감소된다. 전형적으로, 라인 퓨즈(line fuse)가 보호 회로(protective circuit)에 제공될 수 있고 이러한 라인 퓨즈는 분로에 의해 형성되는 필수적인 단락 회로에 의하여 끊어지거나 또는 약해질 수 있다.
배리스터는 서로 다른 응용예에 대하여 몇 가지 설계에 따라 구성되었다. 원격 통신 시설의 보호와 같은 헤비 듀티(heavy-duty) 응용예(예를 들어, 약 60 내지 100 kA의 범위에 있는 서지 전류 능력)에 대하여, 블록 배리스터(block varistor)가 공통적으로 사용된다. 블록 배리스터는 전형적으로 플라스틱 하우징에 보존되는 디스크형 배리스터 구성요소를 포함한다. 배리스터 디스크는 산화 아연과 같은 금속 산화물 물질 또는 탄화 규소와 같은 다른 적절한 물질을 주조하는 압력에 의하여 형성된다. 구리, 또는 다른 전기적으로 도전성 물질은 디스크의 대향하는 표면들 상에 화염용사(flame spray)될 수 있다. 링형 전극은 코팅된 대향하는 표면에 결합되고, 디스크 및 전극 어셈블리는 플라스틱 하우징 내에 넣는다. 상기 블록 배리스터의 예는 Siemens Matsushita Components GmbH & Co.KG에서 나오는 No. SIOVB860K250과 Harris Corporation에서 나오는 제품 No. V271BA60을 포함한다.
또다른 배리스터 설계는 디스크 다이오드 케이스에 수용되는 고에너지 배리스터 디스크를 포함한다. 상기 다이오드 케이스는 대향하는 전극 플레이트들을 구비하고 배리스터 디스크는 그 사이에 배치된다. 전극의 하나 또는 양자는 배리스터 디스크를 제자리에 유지하기 위해 전극 플레이트와 배리스터 디스크 사이에 배치되는 스프링 부재를 포함한다. 스프링 부재 또는 스프링 부재들은 배리스터 디스크와 접촉한 상대적으로 작은 영역을 제공한다.
앞서 기술된 배리스터 구성은 이용시 종종 부적절하게 수행한다. 종종, 배리스터는 과열되고 불이 붙는다. 과열은 전극이 배리스터 디스크로부터 분리되게 만들 수 있고, 아킹 및 부가하여 화재 위험을 야기한다. 배리스터 디스크의 핀홀(pinholing)이 발생할 경향이 존재하고, 차례로 배리스터가 특정 범위 외에서 수행하게 한다. 고전류 임펄스 동안, 종래 기술의 배리스터 디스크는 압전 효과로 인하여 손상될 수 있고, 그에 의하여 성능이 저하된다. 상기 배리스터의 손상은 최소 성능 사양에 대한 새로운 정부 규정을 유도했다. 배리스터의 제조자는 이러한 새로운 규정을 만족시키기 어렵다는 것을 발견하였다.
본 발명은 서지 전압 방지 장치(voltage surge protection devices)에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 배리스터(varistor) 물질의 웨이퍼를 포함하는 서지 전압 방지 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배리스터 장치의 분해 투시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배리스터 장치를 도 2의 선 3-3을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 배리스터 웨이퍼의 투시도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배리스터 장치의 분해 투시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 배리스터 장치를 아래에서 바라본 투시도이다.
도 8은 도 5에 도시된 배리스터 장치가 전기 공급 유틸리티 박스(electrical service utility box)에 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배리스터 장치의 분해 투시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
도 11은 도 9에 도시된 배리스터 장치를 도 10의 선 11-11을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치의 분해 투시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 배리스터 장치의 중앙 단면도이며, 여기서 배리스터장치는 느슨하고, 부분적으로 조립된 상태이다.
도 14는 도 12에 도시된 배리스터 장치의 중앙 단면도이며, 여기서 배리스터 장치는 가득 채워지고, 완전히 조립된 상태이다.
도 15는 도 12에 도시된 배리스터 장치의 절연체 링을 위에서 바라본 투시도이다.
도 16은 도 15에 도시된 절연체 링의 측면 입면도이다.
도 17은 도 15에 도시된 절연체 링을 위에서 바라본 평면도이다.
도 18은 도 12에 도시된 배리스터 장치의 전극을 위에서 바라본 투시도이다.
도 19는 도 12에 도시된 배리스터 장치의 하우징의 중앙 단면도이다.
도 20은 도 12에 도시된 배리스터 장치의 부분적인 조각의 단면도이고 그것의 제 1 링을 보여준다.
도 21은 도 12에 도시된 배리스터 장치의 부분적인 조각의 단면도이고 그것의 제 2 O-링을 보여준다.
도 22는 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
도 23은 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
도 24는 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치를 위에서 바라본 투시도이다.
여러가지 실시예에서, 본 발명은 극단적이고 반복되는 과전압 상태를 안전하고 내구성 있으며 일관되게 다루는데 많은 이점을 제공할 수 있는 과전압 방지 장치(overvoltage protection device)를 목적으로 한다. 과전압 방지 장치는 배리스터 물질의 웨이퍼 및 한 쌍의 전극 부재를 포함할 수 있고, 상기 전극 부재 중의 하나는 바람직하게 하우징이고, 웨이퍼의 실질적으로 평면인 표면에 끼워 맞추기 위하여 실질적으로 평면인 접촉면을 구비한다.
바람직하게, 전극은 배리스터 웨이퍼로부터 많은 양의 열을 흡수하기 위하여 배리스터 웨이퍼의 열질량(thermal mass)과 비교하여 상대적으로 큰 열질량을 갖는다. 이러한 방식으로, 상기 장치는 배리스터 웨이퍼의 열유도 파괴 또는 저하 및 배리스터 웨이퍼가 스파크 또는 불꽃을 일으킬 임의의 경향을 감소시킬 수 있다.비교적 큰 전극의 열질량 및 전극과 배리스터 웨이퍼 사이의 실질적인 접촉 영역은 또한 배리스터 웨이퍼의 보다 균일한 온도 분포를 제공할 수 있고, 그에 의하여 잠재적으로 열점(hot spots) 및 결과로서 나오는 배리스터 물질의 국부화된 고갈(depletion)을 감소시킨다.
바람직하게, 전극은 배리스터 웨이퍼에 대하여 기계적으로 하중이 걸린다. 바이어싱 수단은 하중을 제공하고 유지하는데 사용될 수 있다. 하중은 바람직하게 배리스터 웨이퍼 전체에 걸쳐 보다 고른 전류 분포를 제공한다. 결과로서, 상기 장치는 보다 효과적으로 그리고 예측가능하게 과전압에 응답할 수 있고, 핀홀을 초래할 수 있는 높은 전류 지점(spot)을 방지하기에 보다 용이하다. 또한, 배리스터 웨이퍼가 높은 전류 임펄스에 응답하여 휘는 경향은 전극에 의하여 제공되는 기계적 보강에 의하여 방지되거나 감소될 수 있다. 게다가, 과전압의 경우동안, 상기 장치는 배리스터 웨이퍼 전체에 걸친 보다 균일적이고 효과적인 전류 분포로 인하여 더 낮은 인덕턴스 및 더 낮은 저항을 제공할 것이 기대될 것이다.
바람직하게, 상기 장치는 금속 하우징 및 불꽃, 스파크 및/또는 배리스터 웨이퍼의 과전압 파손상의 배리스터 물질의 배제(expulsion)를 방지하거나 또는 최소화하기 위하여 구성된 부가적인 컴포넌트들을 포함한다. 웨이퍼는 배리스터 물질의 로드(rod)로부터 웨이퍼를 슬라이싱함에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예에서, 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면 및 전기적으로 도전성 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동(cavity)을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극 부재의 일부는 공동 밖으로 개구부를 통과하여 연장될 수 있다. 배리스터 물질로 형성되고 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 웨이퍼는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면이 각각 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면에 맞물린 상태로 공동 내에 그리고 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따라, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 전기적으로 도전성인 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극 부재의 일부는 공동 밖으로 개구부를 통과하여 연장될 수 있다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압방지 장치는 하우징을 포함하고, 하우징은 그 안에 공동을 형성하며 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 하우징은 측벽 및 하부벽을 포함하고 상기 하부벽은 실질적으로 평면인 전기적 접촉면 및 인접한 오목면(recessed surface)을 포함한다. 제 1 전기적 접촉면은 오목면에 비교하여 융기된 플랫폼을 형성한다. 상기 장치의 전극 부재는 제 1 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극 부재의 일부는 공동 밖으로 개구부를 통과하여 연장될 수 있다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있으며, 그 결과 웨이퍼는 오목면에 맞물리지 않는다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따라, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면 및 개구부를 통과하여 공동 밖으로 연장되는 축을 포함할 수 있다. 축은 거기에 형성된 원주방향의 축 홈(circumferential shaft groove)을 포함할 수 있다. 폐쇄 부재(closure member)는 제 2 전기적 접촉면과 개구부 사이에 놓일 수 있다. 폐쇄 부재는 거기에 형성된 홀을 가질 수 있다. 탄성 O링은 축 홈(shaft groove)에 배치될 수 있다. 축은 구멍(aperture)을 통과하여 연장될 수 있고, O링은 홀에 배치될 수 있으며 O링은 축과 폐쇄 부재 사이에 실(seal)을 제공하도록 배치될 수 있다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따라, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극의 일부는 개구부를 통과하여 공동 밖으로 연장될 수 있다. 폐쇄 부재(closure member)는 제 2 전기적 접촉면과 개구부 사이에 놓일 수 있다. 폐쇄 부재는 거기에 형성된 홀을 가질 수 있다. 탄성 O링은 원주방향의 홈에 배치될 수 있다. O링은 폐쇄 부재와 하우징의 측벽 사이에 실을 제공하도록 배치될 수 있다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극의 일부는 개구부를 통과하여 공동 밖으로 연장될 수 있다. 엔드 캡(end cap)은 개구부에 배치될 수 있다. 클립은 엔드 캡과 하우징 사이의 변위(displacement)를 제한하기 위하여 배치될 수 있다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따르면, 하우징에 절단된 링형 클립을 설치하는 방법은 구멍을 사용하여 클립을 압축하는 단계를 포함하고, 상기 클립은 각각 구멍이 형성된 마주하는 단부 부분(end portions)의 쌍을 구비한다. 클립은 하우징과 관련하여 배치된다. 클립은 클립이 하우징에 들어 맞을 수 있도록 이완된다. 그 이후에, 클립의 단부 부분들은 절단될 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따르면, 하우징에 절단된 링형 클립을 설치하는 방법은 구멍을 사용하여 클립을 압축하는 단계를 포함하고, 상기 클립은 각각구멍이 형성된 대향하는 단부 부분의 쌍을 구비한다. 클립은 하우징과 관련하여 배치된다. 클립은 클립이 하우징에 들어 맞을 수 있도록 이완된다. 그 이후에, 충전 물질을 각각의 구멍 안으로 넣을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 실질적으로 평면인 대향하는 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치는 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 그 안에 공동을 형성하고 공동과 통해 있는 개구부를 갖는다. 상기 장치의 전극 부재는 상기 제 1 전기적 접촉면과 마주하고 공동 내에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함할 수 있다. 전극의 일부는 개구부를 통과하여 공동 밖으로 연장될 수 있다. 제 1 접시 와셔(Belleville washer) 및 제 2 접시 와셔는 적어도 제 1 접촉면과 제 2 접촉면 중 하나를 나머지 쪽으로 바이어싱할 수 있다. 각각의 상기 와셔는 그것의 축을 따라 가늘어질 수 있다. 제 1 접시 와셔 및 제 2 접시 와셔는 바람직하게는 축 방향으로 정렬되고 마주보고 배향된다. 하우징과 전극 부재는 서로 배열되고 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 구성될 수 있으며 그 결과 웨이퍼는 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면과 제 2 웨이퍼 표면에 맞물린 상태로 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 목적은 도면 및 이하의 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명을 숙지한 당업자에 의해 이해될 수 있으며, 실시예과 관한 상기 설명은 단지 본 발명의 예시일 뿐이다.
명세서의 일부를 구성하고 있는 첨부 도면은 본 발명의 핵심 실시예를 나타낸다. 본 발명을 충분히 설명하기 위하여 도면과 실시예를 함께 사용한다.
본 발명은 이제부터 본 발명의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고, 본 발명은 본 명세서에 나타난 실시예에 한정되는 것으로 해석되는 것이 아니라, 오히려 이러한 실시예는 완전한 개시를 위하여 제공되는 것이며 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 도면에서, 유사한 참조번호는 전 명세서에 걸쳐 유사한 구성요소에 관한 것이다. "위쪽으로", "아래쪽으로", "수직의", "수평의" 및 이와 유사한 용어들은 본 명세서에서 단지 설명을 목적으로 사용된다.
도 1-도 3에, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 과전압 방지 장치가 도시되어 있고 참조 번호 100으로 표시되어 있다. 과전압 방지 장치(100)는 일반적으로 원통형의 하우징(120)을 포함한다. 하우징은 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 임의의 적당한 도전성 금속이 사용될 수 있다. 하우징은 중심벽(122)(도 3), 중심벽으로부터 반대 방향으로 연장되는 원통벽(124), 및 원통벽(124)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 하우징 전극 이어(ear)(129)를 구비한다. 하우징은 바람직하게는 하나이고 도시된 것처럼 축 방향으로 대칭이다. 원통벽(124)과 중심벽(122)은 중심벽의 양측에 공동(cavities)(121)을 형성하고, 각각의 공동은 각각의 개구(126)와 통해 있다.
피스톤형 전극(130)은 각각의 공동(121)에 위치한다. 상기 전극(130)의 축(shafts)(134)은 각각의 개구(126)를 통하여 바깥으로 돌출된다. 상기 전극들(130)은 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 임의의 적당한 도전성 금속이 사용될 수 있다. 부가적으로, 이하에서 더 상세히 설명할 것으로서, 배리스터 웨이퍼(110), 스프링 와셔(spring washer)(140), 절연체 링(150) 및 엔드 캡(end cap)(160)이 각각의 공동(121)에 배치된다.
사용할 때, 과전압 방지 장치(100)는 예를 들어, 전기 공급 유틸리티 박스(electrical service utility box)의 AC 또는 DC 입력 양단에 직접 연결될 수 있다. 공급 라인(service lines)은 전극 축(134)과 하우징 전극 이어(129)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 전기적인 흐름 경로(electrical flow path)가 전극(130), 배리스터 웨이퍼(110), 하우징 중심벽(122) 및 하우징 전극 이어(129)를 통과하여 제공된다. 과전압 상태가 존재하지 않는 경우, 배리스터 웨이퍼(110)는 고저항을 제공하여 그 결과 아무런 전류도 상기 장치(100)를 통하여 흐르지 않고 상기 장치(100)는 전기적으로 개방 회로처럼 보인다. 과전압 상태(상기 장치의 목적 전압(design voltage)과 비교하여)의 경우에, 배리스터 웨이퍼의 저항은 급속도로 감소하고, 전류가 상기 장치(100)를 통하여 흐를 수 있게 하며, 관련 전기 시스템의 다른 컴포넌트들을 보호하기 위하여 전류 흐름에 대한 분로(shunt path)를 형성한다. 배리스터와 같은 과전압 방지기(protector)의 일반적인 사용 및 응용은 당업자에게 공지되어 있고, 따라서 본 명세서에서는 더 상세히 설명하지는 않을 것이다.
도면으로부터 알 수 있듯이, 상기 장치(100)는 축 방향으로 대칭적이고, 상기 장치(100)의 상부 하프(half) 및 하부 하프는 동일한 방식으로 구성된다. 따라서, 상기 장치(100)는 이 이후에 단지 상부 부분과 관련해서만 설명될 것이고, 이러한 설명은 하부 부분에 동일하게 적용되는 것으로 이해할 수 있다.
상기 장치(100)의 구성을 더욱 상세히 살펴보면, 전극(130)은 헤드(132) 및 일체로 형성된 축(134)을 구비한다. 도 3에서 잘 알 수 있듯이, 헤드(132)는 실질적으로 평면인 접촉면(132A)을 구비하고, 상기 접촉면은 실질적으로 평면인, 하우징 중심벽(122)의 접촉면(122A)과 마주한다. 배리스터 웨이퍼(110)는 접촉면(122)와 접촉면(132) 사이에 넣는다. 이하에서 더 상세히 설명될 것으로, 헤드(132)와 중심벽(122)은 표면(112)과 표면(132A) 사이 및 표면(114)과 표면(122A) 사이의 견고하고 균일한 맞물림(engagement)을 보장하기 위하여 배리스터 웨이퍼(110)에 대하여 기계적으로 하중이 걸린다. 나사 구멍(threaded bore)(136)은 버스 바(bus bar) 또는 전극(130)에 대한 다른 전기적 커넥터를 보호하기 위한 볼트를 수용하기 위하여 축(134)의 단부(end)에 형성된다.
도 4를 참조하면, 배리스터 웨이퍼(110)는 실질적으로 평면인 제 1 접촉면(112)과 대향하는 면으로서 실질적으로 평면인 제 2 접촉면(114)을 갖는다. 본 명세서에 사용되는 "웨이퍼(wafer)"라는 용어는 직경, 길이 또는 폭 치수에 비하여 상대적으로 작은 두께를 갖는 기판을 의미한다. 배리스터 웨이퍼(110)는 바람직하게는 디스크 모양이다. 그러나, 배리스터 웨이퍼는 다른 모양으로 형성될 수 있다. 배리스터(110)의 두께(T)와 직경(D)은 특정 응용에서 목적하는 배리스터 특성에 의존할 것이다. 바람직하게는, 도시된 것처럼, 배리스터 웨이퍼(110)는 도전성 코팅(112A, 114A)으로 양측상에 코팅된 배리스터 물질의 웨이퍼(111)로 구성되고, 그 결과 코팅된 노출 표면(112A 및 114A)은 접촉면(112 및 114)로서 사용된다. 바람직하게, 코팅(112A, 114A)는 알루미늄, 구리 또는 땜납으로 형성된다.
배리스터 물질은 배리스터에 대해 종래에 사용된 임의의 적당한 물질, 즉 전압이 인가될 때 비선형 저항 특성을 나타내는 물질일 수 있다. 바람직하게, 저항은 규정된 전압이 초과될 때 매우 낮아진다. 배리스터 물질은 예를 들어 도핑된 금속 산화물 또는 탄화 규소일 수 있다. 적합한 금속 산화물은 산화 아연(zinc oxide) 화합물을 포함한다.
배리스터 물질 웨이퍼(111)는 바람직하게는 우선 배리스터 물질의 로드(rod)또는 블록(미도시)을 형성하고 그 다음에 다이아몬드 커터 또는 다른 적절한 장치를 사용하여 로드로부터 웨이퍼(111)를 슬라이싱함으로써 형성된다. 로드는 배리스터 물질의 로드를 돌출시키거나 주조하고 그 다음에 산화 환경의 고온에서 로드를 소결(sintering)함에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 형성 방법은 주조(casting) 공정을 사용하여 전형적으로 얻을 수 있는 것보다 더 평평한 표면 및 더 적은 휨(warpage) 또는 프로파일 변동을 갖는 웨이퍼의 형성을 가능하게 한다. 코팅(112A, 114A)은 바람직하게는 알루미늄 또는 구리로 형성될 수 있고 웨이퍼(111)의 대향하는 면들 상에 화염 용사될 수 있다.
도 1에 도시된 상기 장치(100)는 2개의 스프링 와셔(140)를 포함하지만, 그 이상 또는 그 이하 개수의 스프링 와셔를 사용할 수도 있다. 각각의 스프링 와셔(140)는 전극(130)의 축(134)을 수용하는 홀(142)을 포함한다. 각각의 스프링 와셔(140)는 헤드(132)에 바로 인접한 축(134)의 일부를 둘러싸고 헤드(132)의 후면 또는 이전의 스프링 와셔(140)와 인접해 있다. 각각의 홀(142)은 바람직하게는 축(134)의 대응하는 직경보다 약 0.012 내지 0.015 인치 정도 더 큰 직경을 갖는다. 스프링 와셔(140)는 바람직하게는 탄성있는 물질로 형성되고, 더욱 바람직하게는 스프링 와셔(140)는 스프링 스틸(spring steel)로 형성된 접시 와셔(Belleville washer)이다.
절연체 링(150)은 최외곽의 스프링 와셔(140)에 인접하여 위에 놓인다. 절연체 링(150)은 축(134)을 수용하기 위해 형성된 홀(152)을 갖는다. 바람직하게는, 홀(152)의 직경은 축(134)의 대응하는 직경보다 약 0.005 내지 0.007 인치 정도 더 크다. 절연체 링(150)은 바람직하게는 높은 융점 및 연소 온도를 갖는 전기적으로 절연인 물질로 형성된다. 더욱 바람직하게는, 절연체 링(150)은 폴리카보네이트, 세라믹 또는 고온 폴리머로 형성된다.
엔드 캡(160)은 절연체 링(150)에 인접하여 위에 놓인다. 엔드 캡(160)은 축(134)을 수용하는 홀(162)을 갖는다. 바람직하게, 홀(162)의 직경은 비과전압 상태 동안 엔드 캡(160)과 전극 축(134) 사이의 전기적 아킹을 피하기 위해 충분한 여유 간격(clearance gap)(165)을 제공하도록 축(134)의 대응하는 직경보다 약 0.500 내지 0.505 인치 정도 더 크다. 엔드 캡(160)의 주위벽 상의 나사산(threads)(168)는 하우징(120)에 형성된 상보적인 나사산(128)과 맞물린다. 홀(163)은 하우징(120)에 대하여 엔드 캡(160)을 회전시키기 위한 도구(미도시)를 수용하기 위하여 엔드 캡에 형성된다. 도구을 수용하기 위한 다른 수단, 예를 들어 육각형(hex-shaped) 슬롯은 홀(163)의 자리에 또는 홀(163)에 부가하여 제공될 수 있다. 엔드 캡(160)은 하우징(120)의 내부 직경 내에 수용되는 고리 모양의 융선(annular ridge)(167)을 갖는다. 하우징(120)은 엔드 캡(160)의초과삽입(overinsertion)을 피하기 위하여 림(rim)(127)을 포함한다. 바람직하게, 상기 엔드 캡은 알루미늄으로 형성된다.
앞에서 언급되고 도 3에 잘 도시된 것처럼, 전극 헤드(132)와 중심벽(122)는 표면(112)과 표면(132A) 사이 및 표면(114)와 표면(122A) 사이의 견고하고 균일한 맞물림을 보장하도록 배리스터 웨이퍼(110)에 대하여 하중이 걸린다. 상기 장치(100)의 이러한 태양은 상기 장치(100)를 조립하기 위한 본 발명에 따른 방법을 고려함으로써 이해될 수 있다. 배리스터 웨이퍼(110)는 웨이퍼 표면(114)이 접촉면(122A)에 맞물리도록 공동(121)에 배치된다. 전극(130)은 접촉면(132A)이 배리스터 웨이퍼 표면(112)에 맞물리도록 공동(121) 안으로 삽입된다. 스프링 와셔(140)는 축(134) 아래로 슬라이딩되고 헤드(132) 위에 배치된다. 절연체 링(150)은 축(134) 아래로 슬라이딩되고 최외곽의 스프링 와셔(140) 위에 배치된다. 엔드 캡(160)은 축(134) 아래로 슬라이딩되고 나사산(168)을 나사산(128)에 끼워 맞추고 회전시킴으로써 개구(126) 안에 고정된다.
일단 상기 장치(100)가 앞서 기술된 것처럼 조립되면, 엔드 캡(160)은 절연체 링(150)을 아래로 밀어 넣기 위해 선택적으로 토크(torque)를 받아 스프링 와셔(140)를 부분적으로 편향시킨다. 절연체 링(150) 상에 그리고 스프링 와셔(140)상의 절연체 링으로부터 엔드 캡(160)의 하중은 차례로 헤드(132)에 이동된다. 이러한 방식으로, 배리스터 웨이퍼(110)는 헤드(132)와 중심벽(122) 사이에 샌드위치(고정)된다.
바람직하게, 상기 장치(100)는 스프링 와셔(150)가 단지 부분적으로 편향될때, 더욱 바람직하게는 스프링 와셔가 50% 편향될 때 목적하는 하중을 달성하도록 설계된다. 이러한 방식으로, 상기 장치(100)의 나머지 컴포넌트들의 제조 공차의 편차가 조절될 수 있다.
엔드 캡(160)에 인가되는 토크의 양은 배리스터 웨이퍼(110)와 헤드(132) 및 중심벽(122) 사이의 목적하는 하중의 양에 의존할 것이다. 바람직하게, 배리스터 웨이퍼에 대한 헤드 및 중심벽의 하중 양은 적어도 264 lb(파운드)이다. 더욱 바람직하게는, 상기 하중는 약 528 lb 내지 1056 lb이다. 바람직하게, 코팅(112A 및 114A)는 대강의 초기 프로파일을 갖고 하중의 압축력은 상기 코팅과 접촉면(122A 및 132A) 사이의 보다 연속적인 맞물림를 제공하기 위하여 상기 코팅을 변형시킨다.
택일적으로, 또는 부가적으로, 목적하는 하중 양은 스프링 와셔(140)의 적절한 개수 또는 치수를 선택함으로써 달성될 수 있다. 각각의 스프링 와셔는 규정된 양을 편향(deflection)시키기 위하여 규정된 하중 양을 요구하고 전체 하중는 스프링 편향 하중의 합일 것이다.
바람직하게, 접촉면(132A)과 배리스터 웨이퍼 표면(112) 사이의 맞물림 영역은 적어도 1.46 제곱 인치이다. 마찬가지로, 접촉면(122A)과 배리스터 웨이퍼(114) 사이의 맞물림 영역은 바람직하게는 적어도 1.46 제곱 인치이다. 바람직하게, 전극 헤드(132)는 적어도 0.50 인치의 두께 H를 갖는다. 중심벽(122)은 바람직하게는 적어도 0.25 인치의 두께 W를 갖는다.
하우징(120)과 전극(130)의 결합된 열질량(thermal mass)은 실질적으로 배리스터 웨이퍼(110)의 열질량보다 더 커야 한다. 본 명세서에 사용된 것으로서, "열질량(thermal mass)"이라는 용어는 물체(예를 들어, 배리스터 웨이퍼(110))의 물질 또는 물질들의 특정 열과 물체의 물질 또는 물질들의 질량 또는 질량들의 곱으로 나온 결과를 의미한다. 즉, 열질량은 물체의 물질 또는 물질들 1 그램을 섭씨 1도 상승시키기 위해 요구되는 에너지 양이다. 바람직하게, 전극 헤드(132)와 중심벽(122) 각각의 열질량은 실질적으로 배리스터 웨이퍼(110)의 열질량보다 더 크다. 바람직하게, 전극 헤드(132)와 중심벽(22) 각각의 열질량은 배리스터 웨이퍼(110) 열질량의 적어도 2배이고, 더욱 바람직하게는 적어도 10배 정도 크다.
과전압 방지 장치(100)는 극단적이고 반복되는 과전압 상태를 안전하고 내구성있으며 일관적으로 다루는데 많은 이점을 제공한다. 하우징(120)과 전극(130)의 비교적 큰 열질량은 배리스터 웨이퍼(110)로부터 비교적 큰 열의 양을 흡수하기 위하여 사용되고, 그에 의하여 배리스터 웨이퍼가 열에 의해 파괴되거나 열화되는 것을 감소시키고 또한 배리스터 웨이퍼가 스파크 또는 불꽃을 생성시킬 임의의 경향을 감소시킨다. 비교적 큰 열질량과 전극 및 하우징과 배리스터 웨이퍼 사이의 실질적인 접촉 영역은 배리스터 웨이퍼에 보다 균일한 온도 분포를 제공하고, 그에 의하여 열점(hot spots) 및 결과로서 나오는 국부화된 배리스터 물질의 고갈을 감소시킨다.
배리스터 웨이퍼에 대한 전극 및 하우징의 하중은 비교적 큰 접촉 영역과 마찬가지로 배리스터 웨이퍼(10)를 통해 보다 고른 전류 분포를 제공한다. 결과로서, 상기 장치(100)는 보다 효과적으로 그리고 예측가능하게 과전압 상태에 응답하고, 핀홀(pinholing)을 초래할 수 있는 높은 전류 지점(spot)을 방지하기 보다 용이하다. 배리스터 웨이퍼(110)가 고전류 임펄스에 반응하여 뒤틀리는 경향은 하중걸린 헤드(132)와 중심벽(122)에 의해 제공되는 기계적 보강에 의하여 감소된다. 스프링 와셔는 배리스터 웨이퍼가 팽창할 때 일시적으로 편향하고 배리스터 웨이퍼가 다시 축소할 때 되돌아 올 수 있으며, 그에 의하여 다수의 과전압 경우를 통하여 그리고 다수의 과전압 경우의 사이에 하중을 유지한다. 게다가, 과전압 경우 동안, 상기 장치(100)는 배리스터 웨이퍼 전체의 보다 균일하고 효과적인 전류 분포 때문에 일반적으로 더 낮은 인덕턴스 및 더 낮은 저항을 제공할 것이다.
상기 장치(100)는 또한 불꽃, 스파크 및/또는 배리스터 웨이퍼(110)의 과전압 파손(failure) 상의 배리스터 물질의 배제(expulsion)를 방지하거나 또는 최소화하기 위해 사용된다. 전극(130), 절연체 링(150) 및 엔드 캡(160)의 구성과 마찬가지로 금속 하우징의 강도는 배리스터 웨이퍼 파손의 제품을 포함하기 위하여 사용된다. 배리스터 파괴가 전극(130)을 배리스터로부터 떨어져 나가게 하고 절연체 링(150)을 용해할 정도로 심한 경우, 전극(130)은 엔드 캡(160)과 직접적인 접촉 안으로 변위될 것이고, 그에 의하여 전극(130)과 하우징(120)을 단락(short)시키고 인라인 퓨즈(in-line fuse)(미도시)가 끊어지게 한다.
하우징(120)이 원통형으로 도시되었지만, 하우징은 다른 형태를 가질 수 있다. 상기 장치(100)의 하부 하프는 제거될 수 있고, 그 결과 상기 장치(100)는 단지 상부 하우징 벽(124)과 하나의 배리스터 웨이퍼, 전극, 스프링 와셔 또는 스프링 와셔 세트, 절연체 링 및 엔드 캡을 포함한다.
상기 장치의 여러 개의 컴포넌트를 형성하기 위한 방법은 전술한 설명의 관점에서 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 하우징(120), 전극(130), 및 엔드 캡(160)은 머신닝(machining), 캐스팅 또는 임팩트 몰딩(impact molding)에 의해 형성될 수 있다. 각각의 이러한 구성요소들은 일체로 형성되거나 예를 들어 용접에 의해 고정적으로 결합된 다수의 컴포넌트들로 형성될 수 있다.
도 5-도 8에, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배리스터 장치(200)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(200)는 배리스터 장치(100)의 구성요소들(110, 130, 140 및 160)에 각각 대응하는 구성요소들(210, 230, 240 및 260)을 포함한다. 배리스터 장치(200)는 단지 하나의 배리스터 웨이퍼(210) 및 대응하는 컴포넌트들을 포함한다는 점에서 배리스터 장치(100)와 다르다. 배리스터 장치(200)는 이하의 설명되는 것을 제외하고는 하우징(120)과 동일한 하우징(220)을 포함한다. 하우징(220)은 단지 하나의 공동(221)을 형성하고, 하우징의 중심벽(또는 단부벽(end wall))(222)으로부터 연장되는 단지 하나의 주위벽(224)을 갖는다. 또한, 하우징(220)은 전극 이어(129)에 대응하여 옆으로 연장되는 전극보다는 오히려 중심벽(또는 단부벽)(222)의 하부 표면으로부터 연장되는 나사 스터드(threaded stud)(229)을 갖는다. 상기 스터드(229)는 종래의 전기 공급 유틸리티 박스 또는 이와 유사한 것의 나사 구멍에 맞물리도록 적응된다.
배리스터 장치(200)는 부가하여 절연체 링(251)의 제공면에서 배리스터 장치(100)와 다르다. 절연체 링(251)은 절연체 링(150)에 대응하는 본체 링(252)을 갖는다. 상기 링(251)은 부가하여 본체 링(252)로부터 위쪽으로 연장되는칼라(collar)(254)를 포함한다. 칼라(254)의 내부 직경은 전극(230)의 축(234)을 수용하도록, 바람직하게는 여유 피트(clearance fit)로 치수가 정해진다. 칼라(254)의 외부 직경은 칼라를 둘러싸는 규정된 여유 간격(265)(도 6)으로 엔드 캡(260)의 홀(262)을 통과하도록 치수가 정해진다. 상기 간격(265)은 축(234)을 삽입하기 위한 여유를 허용하고 생략될 수 있다. 본체 링(252)과 칼라(254)는 바람직하게 절연체 링(150)과 동일한 물질로 형성된다. 본체 링(252)과 칼라(254)는 접착되거나 또는 일체로 몰딩될 수 있다.
도 8에는, 배리스터 장치(200)가 전기 공급 유틸리티 박스(10)에 설치된 상태로 도시되어 있다. 배리스터 장치(200)는 접지에 전기적으로 연결된 금속 플랫폼(platform)(12) 상에 설치된다. 전극 스터드(229)는 플랫폼(12)의 나사 구멍(12A)에 들어 맞고 상기 나사 구멍을 관통하여 연장된다. 버스 바(16)는 퓨즈(14)의 제 1 단부에 전기적으로 연결되고, 전극(230)의 나사 구멍(236) 안으로 삽입된 나사 볼트(18)를 사용하여 상기 버스 바(16)를 전극 축(234)에 고정시킨다. 퓨즈의 제 2 단부는 전기 공급 라인 또는 이와 유사한 것에 연결될 수 있다. 도 8에 도시된 것처럼, 복수 개의 배리스터 장치(200)는 유틸리트 박스(10)에 병렬로 연결될 수 있다.
도 9-도 11에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배리스터 장치(300)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(300)는 구성요소들(210, 230, 240 및 251)에 각각 대응하는 구성요소들(310, 330, 340 및 351)을 포함한다. 배리스터 장치(300)는 또한 최상위의 스프링 와셔(340)와 절연체 링(351) 사이에 끼워진 납작한 금속 와셔(345)를 포함하고, 축(334)은 상기 와셔(345)에 형성된 홀(346)을 통하여 연장된다. 상기 와셔(345)는 상기 장치들(100, 200) 내에도 통합될 수 있는데 스프링 와셔가 절연체 링(351) 안으로 끼어드는 것을 방지하도록 최상위 스프링 와셔(340)의 기계적 하중을 분산시키기 위하여 사용된다. 하우징(320)은 이하의 것을 제외하고 하우징(220)과 동일하다.
장치(300)의 하우징(320)은 림(rim)(127)에 대응하는 림 또는 나사산(128)에 대응하는 나사산을 갖지 않는다. 또한, 하우징(320)은 주위의 측벽(324)에 형성되고 개구부(326)에 인접하여 연장되는 내부의 고리 모양 슬롯(323)을 갖는다.
배리스터 장치(300)는 또한 전극(330)과 중심벽(322)이 배리스터 웨이퍼(310)에 대하여 하중이 걸리는 방식이라는 점에서 배리스터 장치(100, 200)와 다르다. 엔드 캡(160, 260)의 위치에, 배리스터 장치(300)는 엔드 캡(360) 및 탄성의 끝이 절단된 링형 클립(resilient, truncated ring shaped clip)(370)을 구비한다. 상기 클립(370)은 부분적으로 슬롯(323)에 수용되고 엔드 캡(360)의 바깥쪽으로의 변위를 제한하기 위하여 하우징(320)의 내부 벽으로부터 안쪽으로 부분적으로 방사상으로 연장된다. 상기 클립(370)은 바람직하게 스프링 스틸로 형성된다. 엔드 캡(360)은 바람직하게 알루미늄으로 형성된다.
배리스터 장치(300)는 이하의 사항을 제외하고 배리스터 장치(100, 200)와 동일한 방식으로 조립될 수 있다. 엔드 캡(360)은 축(334)과 칼라(354) 위에 배치되고, 각각은 홀(362)에 수용된다. 와셔(345)는 절연체 링(351)을 배치시키기에 앞서 축(334) 위에 배치된다. 지그(jig)(미도시) 또는 다른 적절한 장치가 엔드캡(360)을 아래로 밀어 내리기 위하여 사용되고, 차례로 스프링 와셔(340)를 편향시킨다. 엔드 캡(360)이 여전히 지그의 하중 하에 있는 동안, 클립(370)은 바람직하게는 플라이어(pliers) 또는 다른 적절한 도구를 구멍(372)에 끼워 맞춤으로써, 압축되고 슬롯(323) 안으로 삽입된다. 그 다음에 클립(370)은 이완되고 그것의 본래 직경으로 되돌아 오게 되며, 그래서 클립(370)은 슬롯을 부분적으로 채우고 슬롯(323)으로부터 공동(321) 안에서 안쪽으로 방사상으로 부분적으로 연장된다. 그에 의하여 클립(370)과 슬롯(323)은 엔드 캡(360)상의 하중을 유지하는데 사용된다.
도 12-도 21에는, 본 발명의 부가적인 실시예를 따른 배리스터 장치(400)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(400)는 이하에서 설명되는 사항을 제외하고는 구성요소들(310, 320, 322, 323, 324, 330, 340, 345, 351, 360 및 370)을 참조하여 일반적으로 설명된 것과 같은 구성요소들(410, 420, 422, 423, 424, 430, 440, 445, 451, 460 및 470)을 포함한다. 상기 장치(400)은 부가적인 스프링 와셔(441)와 O링(480 및 482)의 쌍을 더 포함한다.
도 12와 도 19에서 잘 알 수 있듯이, 하우징(420)은 측벽(424)과 전극벽(422)에 의하여 한정되는 공동(421)을 형성한다. 고리 모양 홈(425)은 측벽(424)의 내부 표면에 형성된다. 홈(425)은 하우징(420)의 개구와 통해 있다. 바람직하게, 홈(425)은 측벽(424) 내로 만들어 지거나 그렇지 않으면 홈(425)의 전체 높이를 따라 매끈하고 균일한 수직 표면을 제공하도록 형성된다. 바람직하게, 홈(425)의 직경은 0.005 인치 이상까지 변화하지 않는다. 홈(425)은 엔드 캡(460)과 절연체 링(451)을 수용하도록 치수가 정해지고 그 결과 엔드 캡(460)과 절연체 링(451)은 홈에서 슬라이딩할 수 있고 이하에서 설명되는 것처럼 비교적 작은 간격을 보여준다.
전극벽(422)은 고리형 오목한 표면(422B)에 의해 둘러싸인 융기된 플랫폼 접촉 표면(422A)를 포함한다. 바람직하게, 오목한 표면은 약 0.427 내지 0.435 인치 사이의 폭 R(도 13)과 약 0.062 내지 0.070 인치의 깊이 S를 갖는다.
도 18과 도 21에서 잘 알 수 있듯이, 전극(430)은 헤드(432)와 축(434)을 포함한다. 고리형 홈(433)은 축(434)에 형성된다. 홈(433)은 바람직하게 반원(도 21 참조)이다. 바람직하게, 홈(433)은 약 0.045 내지 0.050 인치 사이의 깊이 L과 약 0.090 내지 0.095 인치 사이의 높이 M(도 21 참조)를 갖는다. 홈(433)은 몰딩, 머신닝 또는 다른 방식으로 전극에 형성될 수 있다.
도 15-도 17 및 도 20-도 21에서 잘 알 수 있듯이, 절연체 링(451)은 본체 링(452)과 칼라(454)를 포함한다. 택일적으로, 칼라(454)는 절연체 링(150)에서 생략될 수 있다. 칼라(454)의 외부 직경은 제조를 용이하게 하도록 드래프트(draft)될 수 있다(바람직하게, 하부 3/8 인치는 드래프트되지 않음). 링(451)의 내부 표면(451A)은 절연체 링(451)을 관통하여 연장되는 통로(451B)(도 12 참조)를 둘러싼다. 고리 모양의, 주위 홈(453)은 본체 링(452)에 형성된다. 이제 도 20을 살펴보면, 홈(453)은 위를 향하는(즉, 방사상으로 연장되는) 지지 표면(support surface)(453B)과 외곽을 향하는(즉, 축 방향으로 연장되는) 지지 표면(453A)를 갖고 그 결과 홈(453)은 위로 그리고 외곽으로 개방된다. 홈(453)은몰딩, 머신닝 또는 다른 방식으로 본체 링(452)에 형성될 수 있다. 바람직하게, 지지 표면(453A)은 약 0.079 내지 0.081 인치 사이의 높이 H를 갖고, 지지 표면(453B)은 약 0.066 내지 0.068 인치 사이의 깊이 I를 갖는다.
도 13, 도 14 및 도 20에서 잘 알 수 있듯이, O링(480)은 지지 표면(453A), 지지 표면(453B), 엔드 캡(460)의 하부 표면, 및 하우징(420)의 홈(425)의 수직면 사이에 포획되도록 홈(453)에 배치된다. O링은 탄성의 물질, 바람직하게는 엘라스토머(elastomer)로 형성된다. 더욱 바람직하게는, O링은 고무로 형성된다. 가장 바람직하게는, O링은 듀퐁(Dupont)사로부터 구입할 수 있는 VITONTM과 같은 플루오르화 탄소 고무로 형성된다. 부틸 고무와 같은 다른 고무도 또한 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 고무는 약 60 내지 90 사이의 경도계(durometer)를 갖는다.
바람직하게, O링(480)은 느슨할 때(즉, 무하중일 때) 원형 단면 형태 및 약 0.100 내지 0.105 인치 사이의 직경을 갖는다. 도 20에서 잘 알 수 있듯이, 엔드 캡(460)의 하부면과 지지 표면(453B) 사이의 거리(즉, 높이 H)는 O링(480)의 느슨한 직경보다 더 작다. 결과로서, O링은 변형되고, 지지 표면(453A)에 의해 한정되며, 외곽으로 그리고 홈(425)의 표면과의 맞물림 내로 힘을 받는다. 바람직하게, 지지 표면(453B)의 주변 에지와 홈(425)의 수직 표면 사이의 간격 J는 O링이 압축될 만큼 충분히 작다. 간격 J는 바람직하게 0.024 인치 정도이다.
도 13, 도 14 및 도 21에서 잘 알 수 있듯이, O링(482)은 홈(433)과 내부 표면(451A) 사이에 포획될 수 있도록 홈(433)에 위치한다. O링(482)은 바람직하게 O링(480)에 대하여 앞서 설명한 것과 동일한 특성을 가진 동일한 물질로 형성된다.
바람직하게, O링(482)은 느슨할 때(즉, 무하중일 때) 원형 단면 형태 및 0.065 내지 0.075 인치 사이의 직경을 갖는다. 도 21에서 잘 알 수 있듯이, 홈(433)의 깊이 L은 O링(482)의 느슨한 직경보다 더 작다. 더욱이, 깊이 L과 전극 축(434)과 내부 표면(451A) 사이의 간격 N을 합한 거리는 느슨한 상태의 O링(482)의 단면 직경보다 작으므로 O링(482)은 압축된다. 간격 N은 바람직하게 0.005 인치 정도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 배리스터 장치(400)는 이하의 사항을 제외하고 상기 장치(300)와 동일한 방식으로 조립될 수 있다. 명백히, 도시된 실시예에서 각각의 스프링 와셔(440, 441)는 중심축을 따라 가늘어지는 접시 와셔이다. 전극(430)이 웨이퍼(410) 위에 배치되기 이전에 또는 그 이후에, 스프링 와셔(441)의 제 1 세트는 헤드(432) 위에 배치된다. 상기 스프링 와셔(441)는 바깥쪽 둘레(441B)가 헤드(432)의 상부 표면에 인접하여 배치되거나 헤드(432)의 상부 표면에 들어 맞고 안쪽 둘레(441A)가 헤드(432)로부터 떨어져 있도록 배향된다. 그 다음에 스프링 와셔(440)의 제 2 세트는 스프링 와셔(441) 위에 배치된다. 상기 스프링 와셔(440)는 안쪽 둘레(440A)가 최상위 스프링 와셔(441)의 안쪽 둘레(441A)와 인접하여 배치되거나 또는 상기 안쪽 둘레(441A)에 들어 맞고 바깥쪽 둘레(440B)가 상기 와셔(445)의 하부 표면과 인접하여 배치되거나 들어 맞도록 배향된다. 따라서, 스프링 와셔(440, 441)의 중심 축은 상기 장치(400)의 수직 축을 따라 서로서로 정렬되나, 상기 와셔(440)는 반대로 배향된다. 즉, 와셔(440)은 아래 쪽으로 갈수록 가늘어 지고 와셔(441)는 위쪽으로 갈수록 가늘어진다.
절연체 링(451)을 전극(430) 위에 배치시키기 앞서, O링(482)은 홈(433)에 설치된다. 바람직하게, 절연체 링(451)은 전극(430)을 공동(421)에 설치하기 앞서 전극(430) 위에 그리고 O링(482) 위에 배치된다(그 결과 도 21에 도시된 것처럼, O 링(482)이 포획된다).
O링(480)은 바람직하게는 절연체 링(451)을 하우징(420) 안으로 삽입시키기에 앞서 홈(453)에 설치된다. 그 다음에 엔드 캡(460)은 또한 바람직하게는 절연체 링(451)을 하우징(420) 안으로 삽입하기에 앞서, O링(480)과 절연체 링(451) 위에 배치된다.
여러 개의 컴포넌트들이 도 13에 도시된 것처럼 조립된 이후에, 엔드 캡(460)은 배리스터 장치(300)과 관련하여 설명된 것 처럼 아래쪽으로 밀어 내린다. 이러한 방식으로, 엔드 캡(460), 절연체 링(451), 와셔(445) 및 O링(480)은 아래쪽으로 이동되고, 스프링 와셔(440, 441)가 헤드(432)를 편향시키고 하중을 주게 한다. 위에서 기술된 것처럼 스프링 와셔(440, 441)의 상대적인 배열은 단지 2개의 스프링 와셔(440) 또는 2개의 스프링 와셔(441)가 제공되는 것처럼 동일한 스프링 장력(spring force)의 양으로 2배의 수직 편향(및, 그에 따른 와셔(445)와 헤드(432) 사이의 수직 변위)을 가능하게 한다. 이러한 증가된 편향량은 스택(stack)의 컴포넌트들(예를 들어, 구성요소 410, 422, 432, 445, 454 및 460)의 제조 공차를 보다 완화시킬 수 있고, 그에 의하여 배리스터 장치(400)의 제조를 도와준다. 그 이후에, 스냅 링(snap ring) 또는 클립(470)은 클립(370)과 관련하서 앞서 설명된 것처럼 설치된다.
웨이퍼(410)가 헤드(432)와 플랫폼(422A) 사이에 장착되고, 웨이퍼(410)의 대향하는 면 상의 전극 코팅은 압착된다. 오목한 표면(422B)은 전극 코팅의 경계가 플랫폼(422)의 외부에 배치되는 것을 보장하고, 이러한 것은 웨이퍼(410)에 인가되는 휨응력(bending stress)에 대한 임의의 경향을 감소시키거나 제거할 수 있다. 바람직하게는, 플랫폼(422A)의 둘레는 실질적으로 헤드(432)의 접촉면의 둘레와 동일한 공간상에 걸쳐 있다.
앞서 기술된 것처럼, O링(482)은 홈(433)과 표면(451A)에 의하여 포획되고 압축된다. 이러한 방식으로, O링(482)은 표면(451)과 축(434)에 대하여 바이어싱되고 그에 의하여 그 사이에 실(seal)을 형성한다. 과전압 경우에, 웨이퍼(410)로부터 나오는, 뜨거운 가스 및 파편과 같은 부산물은 공동(21) 안을 채우거나 또는 분산될 수 있다. 이러한 부산물은 O링(482)에 의하여 축(434)과 절연체 링(451) 사이의 경로를 따라 배리스터 장치(400)를 달아나는 것이 제한되거나 방지될 수 있다.
택일적으로(미도시), O링(482)은 엔드 캡(460)의 내부 표면에 끼워 맞출 수 있다. 이러한 구성은 예를 들어 절연체 링(451)이 생략된다면 채용될 수 있다.
앞서 기술된 것처럼, O링(480)은 홈(453), 엔드 캡(460)의 하부 표면 및 홈 표면(425)에 의하여 포획되고 압축될 수 있다. 이러한 방식으로, O링(480)은 홈 표면(425), 엔드 캡(460) 및 절연체 링(451)에 대하여 바이어싱될 수 있고, 그에 의하여 그 사이에 실을 형성한다. 과전압 경우에 나오는 부산물은 O링에 의하여홈 표면(425)과 절연체 링(451)과 엔드 캡(460) 사이의 경로를 따라 배리스터 장치(400)를 달아나는 것이 제한되거나 방지될 수 있다. 기계에 의해 또는 다른 방법에 의해 매끄러워진 홈(425)의 표면은 O링(480)과의 일관적이고 효과적인 밀봉 맞물림를 보장할 수 있다.
도 22에는, 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치(500)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(500)는 전술한 배리스터 장치(300, 400) 또는 엔드 캡을 붙들어 두기 위한 클립을 포함하는 유사한 장치 중 임의의 것에 대응할 수 있다. 상기 장치(500)는 클립(370, 470)에 대응하는 스냅 링 또는 클립(570)을 포함하고 플라이어 또는 다른 적절한 압축 도구들을 수용하기 위한 구멍(572)을 갖는다. 클립(570)은 앞서 기술된 방식으로 설치될 수 있다.
설치 이후에는, 에폭시 수지(epoxy resin)(예를 들어, JB WeldTM에폭시 수지)와 같은 적절한 충전 물질(574)는 각각의 구멍(572)에 주입된다. 일단 닫힌 상기 장치(500)를 열기 위하여, 클립(570)은 재압축되거나 파괴되어 제거되어야 한다. 상기 클립(570)을 재압축하기 위하여, 충전 물질(574)은 부분적으로 또는 완전히 제거되어야 한다. 이러한 방식에서, 충전 물질(574)은 상기 장치(500)의 개방을 방해하고, 상기 장치(500)가 개방된 경우에 상기 장치(500) 개방의 증거(즉,클립(570)의 파괴 또는 충전 물질(574))를 이후의 검사 동안 용이하게 알아낼 수 있음을 보장함으로써 개봉 흔적 파악 가능 특성(tamper evident feature)을 제공한다.
도 23에, 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치(600)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(600)는 전술한 배리스터 장치(300, 400) 또는 엔드 캡을 고정하기 위한 클립을 포함한 유사한 장치 중 임의의 것에 대응할 수 있다. 상기 장치(600)는 스냅 링 또는 클립(670)을 포함한다. 처음에, 클립(670)은 예를 들어 클립(370)(도 10 참조)에 대응하고, 구멍(372)에 대응하는 구멍을 갖는다. 이러한 구멍은 상기 장치(300)과 관련하여 앞서 설명된 것처럼 홈에 클립을 설치하도록 플라이어 또는 다른 압축 도구를 수용하기 위하여 사용된다.
설치 이후에, 클립의 단부들은 구멍들을 포함하는 클립의 부분들을 제거하기 위하여 절단된다. 클립의 단부들은 정(chisel), 드릴, 고속 회전 도구(예를 들어, DREMELTM도구) 또는 이와 유사한 것을 사용하여 제자리에서 절단될 수 있다. 이러한 방식으로, 클립(670)은 단축된 단부 부분들(674)을 갖도록 형성된다. 구멍의 제거는 클립(670)의 재압축을 배제할 수 있고, 그 결과 클립(670)은 제거되기 위하여 파괴되어야 한다. 이러한 방식으로, 클립(670)은 상기 장치(600)의 개방을 방해하고, 상기 장치(600)가 개방된 경우에 상기 장치(600) 개방의 증거를 이후의 검사 동안 용이하게 알아낼 수 있음을 보장함으로써 명백한 변조 특성을 제공한다.
도 24에, 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 배리스터 장치(700)가 도시되어 있다. 배리스터 장치(700)는 클립(770)의 더 작은 단부들이 절단된 것을 제외하고는 배리스터 장치(600)에 대응한다. 오히려, 각각의 구멍의 일부(772A)는 각각의 단축된 단부(774) 상에 남아 있다. 클립(670)과 유사한 방식으로, 클립(770)은 상기 장치(700)의 개방을 방해하고 변조 증거를 제공할 수 있다.
앞서 언급된 것과 다른 수단이 배리스터 웨이퍼에 대하여 전극과 하우징에 하중을 걸기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 전극과 엔드 캡은 조립되고 하중이 걸릴 수 있고, 그 이후에 고정된 이음매(staked joint)를 사용하여 적당한 자리에 붙들어 맨다.
앞서 언급된 각각의 배리스터 장치(예를 들어, 장치 100, 200, 300, 400, 500, 600 및 700)에서, 다수 개의 배리스터 웨이퍼(미도시)는 전극 헤드와 중심벽 사이에 적층되고 샌드위치될 수 있다. 최상위의 배리스터 웨이퍼 및 최하위의 배리스터 웨이퍼의 외부 표면은 웨이퍼 접촉면으로서 사용될 것이다. 그러나, 배리스터 웨이퍼의 속성은 바람직하게는 복수 개의 배리스터 웨이퍼를 적층하는 것보다 오히려 하나의 배리스터 웨이퍼의 두께를 변화시킴으로써 변경된다.
앞서 설명된 것처럼, 스프링 와셔(예를 들어, 스프링 와셔(140, 440 및 441))는 바람직하게 접시 와셔이다. 접시 와셔는 실질적인 축 공간을 요구하지 않으면서 상대적으로 높은 하중을 인가하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 다른 종류의 바이어싱 수단은 접시 와셔에 부가하여 또는 접시 와셔를 대신하여 사용될 수 있다. 적절한 대안적인 바이어싱 수단은 하나 이상의 코일 스프링, 웨이브 와셔 또는 나선형 와셔를 포함한다.
전술한 내용은 본 발명을 예시하는 것으로서, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 비록 본 발명의 몇 가지 예시적인 실시예가 설명되었지만, 당업자는 실질적으로 본 발명의 신규한 내용 및 이점을 벗어나지 않으면서 많은 변형예가 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형예는 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위 내에 포함되게 된다. 청구범위에서, 기능실현수단(means-plus-function) 절은 열거된 기능을 수행하는 것으로서 본 명세서에 기재된 구조 및 구조적인 균등물뿐만 아니라 균등 구조까지 포함하게 된다. 따라서, 전술한 내용은 본 발명의 예시로서 이해되어야 하고, 개시된 특정 실시예에 한정되어 해석되지 않아야 하며, 다른 실시예와 마찬가지로 개시된 실시예에 대한 변형은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되게 된다. 본 발명은 청구범위에 포함되는 청구항의 균등물과 함께 이하의 청구범위에 의하여 한정된다.

Claims (25)

  1. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼(varistor wafer)와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치(overvoltage protection device)로서,
    a) 공동(cavity)이 형성되고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징으로서,
    측벽; 및
    실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면 및 인접한 오목면(recessed surface)을 포함하고 상기 제 1 전기적 접촉면이 상기 오목면에 비해 융기된 플랫폼(platform)을 형성하는 하부벽(bottom wall)을 포함하는 하우징; 및
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재(electrode member)로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재;
    를 포함하고,
    c) 여기서, 상기 하우징 및 상기 전극 부재가 상기 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 서로 배열되고 구성되어 상기 웨이퍼는 상기 제 1 전기적 접촉면 및 제 2 전기적 접촉면이 각각 상기 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면과 맞물린 상태에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되고, 그 결과 상기 웨이퍼가 상기 오목면에 맞물리지 않는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오목면이 실질적으로 상기 제 2 전기적 접촉면을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징에서 상기 제 1 전기적 접촉면과 상기 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 배리스터 웨이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  4. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치(overvoltage protection device)로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치된, 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면; 및
    상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 축으로서, 상기 축에 형성된 원주방향의 축 홈(circumferential shaft groove)을 포함하는 축을 포함하는 전극 부재;
    c) 상기 제 2 전기적 접촉면과 상기 개구부 사이에 끼워진 폐쇄 부재(closure member)로서, 상기 폐쇄 부재에 형성된 홀을 갖는 폐쇄 부재; 및
    d) 상기 축 홈에 배치되는 탄성의 O링;
    을 포함하고,
    e) 여기서, 상기 축이 상기 홀을 통하여 연장되고, 상기 O링이 상기 홀에 배치되며 상기 O링은 상기 축과 상기 폐쇄 부재 사이에 실(seal)을 제공하기 위하여 배치되고;
    f) 여기서, 상기 하우징 및 상기 전극 부재가 상기 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 서로 배열되고 구성되어 상기 웨이퍼는 상기 제 1 전기적 접촉면 및 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면과 맞물린 상태에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 O링이 압축되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 O링이 엘라스토머 물질(elastomeric material)로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재가 전기적 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재가 엔드 캡(end cap)으 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 하우징에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치된 배리스터 웨이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  10. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치(overvoltage protection device)로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재;
    c) 상기 제 2 전기적 접촉면과 상기 개구부 사이에 끼워진 폐쇄 부재(closure member)로서, 상기 폐쇄 부재가 거기에 형성된 원주방향의 홈(peripheral groove)을 갖는 폐쇄 부재; 및
    d) 상기 주변 홈에 배치되는 탄성의 O링;
    을 포함하고,
    e) 여기서, 상기 O링이 상기 폐쇄 부재 및 상기 하우징의 상기 측벽 사이에 실(seal)을 제공하기 위하여 배치되고;
    f) 여기서, 상기 하우징 및 상기 전극 부재가 상기 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 서로 배열되고 구성되어 상기 웨이퍼는 상기 제 1 전기적 접촉면 및 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면과 맞물린 상태에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 O링이 압축되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 O링이 엘라스토머 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재가 전기적 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 절연 부재에 인접하여 상기 개구부에 배치되고 상기 O링에 들어맞는 엔드 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 홈이 방사상으로 연장되는 벽과 축 방향으로 연장되는 벽을 포함하고, 상기 O링이 상기 방사상으로 연장되는 벽, 상기 축 방향으로 연장되는 벽, 상기 측벽 및 상기 엔드 캡 각각에 들어 맞는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 하우징에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 배리스터 웨이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  17. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재;
    c) 상기 개구부에 배치되는 엔드 캡; 및
    d) 상기 엔드 캡과 상기 하우징 사이의 변위를 제한하기 위하여 배치되는 클립으로서, 상기 클립은 절단된 링 형태이고
    한 쌍의 대향하는 단부 부분들;
    상기 대향하는 단부 부분들 각각에 형성된 구멍; 및
    각각의 상기 구멍에 배치되는 충진 물질(filler material)을 포함하는, 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  18. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재;
    c) 상기 개구부에 배치되는 엔드 캡; 및
    d) 상기 엔드 캡과 상기 하우징 사이의 변위를 제한하기 위하여 배치되는 클립으로서, 상기 클립은 절단된 링 형태이고,
    한 쌍의 대향하는 단부 부분들; 및
    각각의 개방 함몰부(open recesses)가 상기 대향하는 단부 부분들 중 각각의 하나에 형성되고 일반적으로 상기 대향하는 단부 부분들 중 나머지와 대향하는, 한 쌍의 개방 함몰부를 포함하는, 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  19. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재;
    c) 상기 개구부에 배치되는 엔드 캡; 및
    d) 상기 엔드 캡과 상기 하우징 사이의 변위를 제한하기 위하여 배치되는 클립으로서, 상기 클립은 절단된 링 형태이고 한 쌍의 대향하는 단부 부분들을 포함하고, 각각의 상기 대향하는 단부 부분들은 구멍이 없는, 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  20. 하우징에 절단된 링 형태의 클립을 설치하는 방법으로서,
    상기 클립은 한 쌍의 대향하는 단부 부분들을 갖고 각각의 상기 단부 부분들은 거기에 형성된 구멍을 가지며,
    상기 방법은
    상기 구멍을 사용하여 상기 클립을 압축하는 단계;
    상기 하우징에 대하여 상기 클립을 배치시키는 단계;
    상기 클립이 상기 하우징에 맞물리게 하기 위해 상기 클립을 이완하는 단계; 및
    그 이후에, 상기 클립의 상기 단부 부분들을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 절단 단계가 상기 구멍들을 전부 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 절단 단계가 상기 구멍들의 일부가 남아 있도록 상기 구멍들을 통과하여 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 하우징에 절단된 링 형태의 클립을 설치하는 방법으로서,
    상기 클립은 한 쌍의 대향하는 단부 부분들을 갖고 각각의 상기 단부 부분들은 거기에 형성된 구멍을 가지며,
    상기 방법은
    상기 구멍을 사용하여 상기 클립을 압축하는 단계;
    상기 하우징에 대하여 상기 클립을 배치시키는 단계;
    상기 클립이 상기 하우징에 맞물리게 하기 위해 상기 클립을 이완하는 단계; 및
    그 이후에, 각각의 상기 구멍들 안으로 충전 물질을 넣는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 실질적으로 평면인, 대향하는 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면을 갖는 유형의 배리스터 웨이퍼와 함께 사용하기 위한 과전압 방지 장치로서,
    a) 실질적으로 평면인 제 1 전기적 접촉면과 측벽을 포함하는 하우징으로서, 상기 하우징이 그 안에 공동을 형성하고 상기 공동과 통해 있는 개구부를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 접촉면과 마주하고 상기 공동에 배치되며 실질적으로 평면인 제 2 전기적 접촉면을 포함하는 전극 부재로서, 상기 전극의 일부가 상기 공동 밖으로 상기 개구부를 통하여 연장되는 전극 부재; 및
    c) 적어도 상기 제 1 접촉면 및 제 2 접촉면이 나머지 쪽으로 바이어싱하는 제 1 접시 와셔(Belleville washer) 및 제 2 접시 와셔로서, 각각의 상기 와셔들은 그것의 축을 따라 가늘어지는 제 1 접시 와셔 및 제 2 접시 와셔;
    를 포함하고,
    d) 여기서, 상기 제 1 접시 와셔 및 제 2 접시 와셔는 축 방향으로 정렬되고 반대쪽으로 배향되며;
    e) 여기서, 상기 하우징 및 상기 전극 부재가 상기 공동 내에 웨이퍼를 수용하도록 서로 배열되고 구성되어 상기 웨이퍼는 상기 제 1 전기적 접촉면 및 제 2 전기적 접촉면이 각각 제 1 웨이퍼 표면 및 제 2 웨이퍼 표면과 맞물린 상태에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 하우징에서 제 1 전기적 접촉면과 제 2 전기적 접촉면 사이에 배치되는 배리스터 웨이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.
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