TWI259636B - Overvoltage protection device including wafer of varistor material - Google Patents

Description

1259636

用 本發明為1 9 98年9月21日建檔之審查中美國第 0 9/ 1 5 7, 875號申請案之部分連續申請案。 本發明關於電壓遽；^ — 电£遲增保濩裝置，尤其關於一内含一可樣 兒阻溥片之電壓遽增保護裝置。 供：：si 5經：越過輸送電力至住家及商業與機關設施之 敏 ^ ^ ^ 種過里電麼或電壓突增，可能導致諸如明 之關：塾因心、醫院以及其他機關 為昂貴。 電屋遽增且造成當機之裝備損壞，可能極 基本上’ 一個或 器），被用以保護一 電阻直接連越一交 可變電阻具有一具 至一預設電壓之外 之低電阻轉轍路後 上，一線形保險絲 了此因由分流路徑 可變電阻已針胃 如保護電訊機關之 自大約60至100 kA 可變電阻一般包含 多個可變電阻（亦即電壓憑藉之電阻 -設施免受電%遽增。_般而言，可變 流電輸入端，h時與被保護電路並聯。 特徵之堆積電壓，其回應一電壓後增強 ’：得可變電阻形成一用於過電壓電流 ，減少對敏感元件之潛在損害。芙本 可配置於保護電路中 ° 土 、生# ·> + a 此—線形保險絲 τ @ m 峪％路而破燒斷或減弱。 不同應用而根據數種設計建造。針對諸 高負載應用而言（諸如、唐^ ' 』σ、。t如遽增雷流能詈名 範圍），一般採用塊狀τ 瓜狀J變電阻。塊狀 一裝入一塑膠框體內批 η之盤形可變電阻元

1259636 五、發明說明（2) 件。可變電阻盤藉由壓力壓銓一 ^ ^ ^ ^ ^ 者如氧化辞之金屬氧化材 料、或是其他諸如碳化鋅之適當材料製作。銅或其他導電 材料被火談喷射至盤件之對立表面上。環形電極固定至塗 層之對立表面，而盤件及電極總成封閉於塑膠框體内。此 種塊狀可變電阻範例，包含辑自ς “ u η 一 各獲目 biemens Matsushita 兀件 公司之第SIOV-B8 60K25 0號產口σ，u從占u · v ^ 儿座口口 以及獲自Harr l s公司之 第V271BA60號產品。 另一可變電阻設計，包含一内置於一盤形二極體箱内之 高能量可變電阻盤。二極體箱具有對立之電極板，而可變 電阻盤置於其間。一個或兩個電極包含一配列於電極板及 可變電阻盤間之彈簣構件，用以固定可變電阻盤於定位。 一個或多個彈簧構件，僅提供較小面積之與可變電阻盤之 接觸。 、上述之可變電阻構造，通常在應用時執行不當。常見者 為可變電阻過熱及著火。過熱可能造成電極與可變電阻盤 分離，造成跳火及進一步之火災危害。可能產生為可變電 阻盤漆膜泡孔之趨勢，其接著將使得可變電阻在其特定範 圍之外運作。在高電流脈衝過程中，以往技術之可變電阻 盤，可能由於壓電影響而破裂，因而降低其性能。此種可 复甩阻之失效，已導致針對最小性能規格之最新政府規 定。可變電阻之製造商已發現難以符合這些新規定。’、 曼明 在各種實例中，本發明關於一過電壓保護裝置，其可提 供針對安全上、耐久上以及一致性之操作極限與重覆過電

—、贫明說明（3) 壓條件上之多項優點。過 材料薄片以及-對電極構件，其早=置可包含-可變電胆 JJJI上平面型之接觸表面，用以接框體，其 4片表面。 接0貝為上平面型之 相較可變電阻薄片之埶質带 量’俾自可變電阻薄片；'吸收大c具有較大之熱質 少可變電阻薄片之熱誘導式 =。如此，農置可減 跳火或火談之任何趨向。電極之較可變電阻薄片產生 變電阻薄片間之實質接觸面積，亦2質量以及電極與可 之更均m分佈，因 供可變電阻薄片内 以及最終之局部性罄盡。在減夕可變電阻材料之高熱點 最好電極被機械式地 用以提供及保持負# 可變電阻。偏位裝置可 更均勾之電流分佈。結J何；可變電阻薄片中，提供 應過電壓條件，同時可能造^ =更有效且更可預知地回 避免。此外，可變電阻薄高熱點將更 有進者，在過 f成之機械補強而可避免或減少。尤 片中之更均勻，，件過程中，裝置將由於在可變電阻薄 以及較低之電阻。效率之電流分佈而期望提供較低之電感 防減5含屬框、體以及另外之元件，其形態可 薄片之過電厭=火彳匕及/或可變電阻材·料在當可變電阻 在本發之排除。

另一實例中’過電壓保護裝置包含 ^ H 1259636 五、發明說明（4) 第一實質上平面型電接觸表面以及一侧壁之框體。框體内 界定之凹穴，以及具有一與凹穴連通之開口。裝置之電極 構件可包含一第二實質上平面型電接觸表面，^面向第一 電接觸表面，同時配置於凹穴内。部分電極構&可伸出凹 穴之外且穿過開口。一由可變電阻材料製作、同時具有第 J第了：質上平面型薄片表面之薄片，置放於凹 八内，同時；I於第一及第二電接觸表面之間其第一及 二薄片表面，分別接合第一及第二接觸表面。 根據本發明另一實例，一界配内 質卜芈而刑望Μ本左 搭配内具苐一及第二對置之實 負上平面型溥片表面之可轡雪 置，包含一内置一第一眘Ϊ電阻型使用之過電壓保護裝 雷如辟 ^ 實負上平面型電接觸表面以及一導 電側壁之框體。框體在1内— 守 之開口。極構;牛一凹八以及-與凹穴連通 接觸表面，其面向第一垃 电 分電極可伸出凹穴之外3表面’同時配列於凹穴内。部 選擇性地排列及成型而^穿過開口。框體及電極構件可經 於第一及第凹穴内承接薄片，使得薄片定位 ' —電接觸表面之間，盆第一及第二電接觸砉 面’分別接合第-及第1 Μ其第及# $接觸表 在本發明另一實例中丁 j片表面。★ ^ 實質上平面型薄片表—搭配一内具第一及第二對置之 保護裝置，包人一 之可變電阻薄片型式使用之過電壓 連通之開口之二辦在f内界定一凹穴、同時具有一與凹穴 質上平面型電接網i體包含一侧壁以及一内含—第一實 電接觸表面界觸以及一鄰接内凹表面之底壁。第一 相對内凹表面隆起之平台。裝置之電極

第9頁 五、發明說明（5) 構件，彳包含-第二實質上平 之 第-接觸表面且配列於凹穴内。部分電極凹=卜 凹穴内之薄片，使得薄片卜直汉玖型以承接 η , ^ μ -^ ^ 専片置於第一及第二電接觸表面之 u及第二電接觸表面，分別 表面，同時使得薄片未與内凹表面接合。 片 根據本發明另一實例，一 質上平面型薄片表面之可變二阻/、 一及第二對置之實 置，包含一内含一第一奋 ^溥片使用之過電壓保護裝 壁之框體。框體在1内二〜、’面型電接觸表面以及一側 通之開口。裝置之電極；Gy，；時具有-與凹穴連 接觸表面，其面向第一接觸矣匕^一第二實質上平面型電 包含一伸出凹穴之外且面，且配列於凹穴内，同時 型其内之圓周軸桿槽。一 $ ζ之轴桿。軸桿可包含一成 面及開口之間。密封構:件可間置於第二電接觸表 性〇型環可配列於軸桿槽内有曰一界定其内之通孔。一彈 列於通孔内，同時〇型環可 桿可伸越小孔，〇型環可配 間之密封。框體與電件疋位而提供軸桿與封閉構件 穴Γ之薄片，使得薄片經相互排置及成型以承接凹 其第一及苐二電接觸表 及第二電接觸表面之間， 面。 刀別接合第一及第二薄片表 根據本發明另一者 質上平面型薄片表：之可：：配内具第-及第二對置之實 護裝置，包含一内含 文= 且薄片型式使用之過電屢保 第—實質上平面型電接觸表面以 1259636 —_ 丨_ 五、發明說明（6) 一側壁之框體。框體在其内界定—^ 穴連通之開口。裝置之電極構件可二一：時具有一與凹 型電接觸表面，其面向第一接 3 一第二實質上平面 分之電極可能伸出凹穴之外且穿=且配列於凹穴内。部 置於第二電接觸表面及開口之 P 口。—封閉構件可間 其内之圓周槽。一彈性0型環可配'ί Μ^構件可具有一成型 經定位而提供封閉構件與框體側辟〗:圓周槽内。0型環可 構件可經相互排置及成型而承接ς二猞封。框體與電極 J位於第-及第二電接觸表面：薄片，使得薄片 表面，分別接合第一只榮 ^ ，、弟一及第二雷技雜 粑攄第二薄片表面。 接觸 根據本發明另一實例，一 匕實質上平面型薄片表面之可J 第一及第二對 電壓保護裝置，包含—内含一第—二，溥片型式使用之過 面以及一側壁之框體。框體在1内二ΐ上平面型電接觸表 Ξΐϊί:口。裝置之電極構件可包：二：穴以及—與凹 電接觸表面，其面向第—接 第一實質上平面 分之電極可伸出凹穴之外且穿口且配列於凹穴内。部 口内。一夾件可經定位二。一端蓋可定位

可經相互排置及移位。J 電接觸表面，分別接合第之間，其第一及第二 根據本發明另一實例，一:薄片表面。 樞體内、而此夾件具有一一戴頭式環形夾件於一 末端部位之方法，包含使用：；==型其内之對置 _____ 細失件。失件相對框 第11頁 五、發明說明（7) 體定位二:件經鬆釋以容許夹件接合框 — 端部位可被切除。 筏者，夾件末 根據本發明另-實例，—種安置—截頭 框體内、而此夾件具有—付均具有—小孔=失件於一 二:位：：法，包含使用小孔以壓縮夾件。二：=置 體疋位。夾件經鬆釋以容許夹件 件相對框 可置入每一小孔内。 々瓶钱者，一填料 根據本發明之其他實例，一搭配内且 實質上平面型薄 >；表面之玎料中 八 及第一對置之 保護裝置，包: = 薄片型式使用之過電壓 及-侧壁之框體。框體在其内界定—凹：J面二 凹穴連通之開口。裝置之電極構件可包含一第==與 面j電接觸表面，其面向第一接觸表面且配列於平 :刀之電極可伸心穴之外且⑨過開口。· 片（BeUevme㈣讣”㈧可偏置至 =觸^ 指：另一表面。每塾片可沿著其軸線呈ί =觸含 構侔ί 氏墊片最好轴向對正且對立指向。框體及電ί ::可經相互排置及成型以承接凹穴内之薄片，使 表面於第—及第三電接觸表面之間，其第―及第二電接觸 表面’分別接合第-及第二薄片表面。 电接觸 例，Ϊ明目標將可由通曉本技術者自下面圖形以及較佳奋 砰細說明而感知，此一說明僅為本發明之概示。貝 圖式簡述 構成部分規格之附圖，概示本發明之關鍵實例。圖式及 I259636

五、發明說明（8) 一 兒月共同用以完整解釋本發明。在圖式中： =m本發明之可變電阻裝置之分解透視圖； 圖1中可變電阻裝置之上方透視圖； 圖為圖1中可變電阻裝置沿圖2 +之3-3連線所取之别視 可變電阻薄片之透視圖； 视圖；艮據本發明第二實例之一可變電阻裝置之分解透 =圖5中可變電阻震置之上方透視圖； 圖：圖5中可變電阻裝置之下方透視圖； .、、、圖5中可變電阻裝置之圖式，其中可變電阻裝置被 & & 一供雷公田a i ff、,—供電公用箱内； 可變電阻裝置之分解透視 ，仰η , 圖圖9為根據本發明第三實例之 圖10 圖1 視圖； 圖1 2為根撼太欠 圈； 據本發明另—實例之 圖13為圖由t 1¾ F f w 可變電阻裝置之中央剖視圖 圖14為圖12以部分組裝位置， 之中央剖視圖；支電阻裝置置於〆 圖15為圖12中可變電阻裝置之 〇為圖9中可變電阻裝置之上方透視圖； 1為圖9中可變電阻裴置沿圖1 〇中11 -11連線所取之 分解透視 剖 町變電阻裝置之 ，其中可變電 受荷之完全組裝位置 絕緣環之上方透視圖； 第13頁 1259636 —-__ 五、發明說明（9) 圖1 6為圖1 5中絕緣p 圖17為圖15中絕緣二之側視立面圖； 圖18為圖12中可變：之上視平面圖； 圖1 9為圖12中可變：阻裝置之-電極之上方透圖： 圖20為圖12中可料♦阻装置之—框體之中夹刹視圖； 内之一第一環件；交鲶阻裝置之部分斷面剖祝圖，顯示其 圖21為圖12中可蠻恭 内之一第二環件；文免阻裝置之部分斷面剖視圖，顯示其 圖2 2為根據本發明 圖； 乃一實例之可變電阻裝置之上方透視 圖2 3為根據本發明 圖；以及 乃一實例之可變電阻裝置之上方透視 圖24為根據本發明 圖。 另一只例之可變電阻裝置之上方透視 士议t隹實例詳^ 本發明現將參考附圖而 _ 發明實例。然而，本發明可= :、、，田6兒明’附圖中顯不本 可使那些通實：底這些實例之提出’ 明發表件之範圍。在圖式y 整地傳達本發 件。名稱"向上地"、"向下地,，、"冓^王私式表不同一元 說明，在本文中僅用於解釋目的。垂直"、"水平"以及類似 參考圖1 -3 ,其中顯示根據本 護裳置，同時以號瑪1〇〇表示。ί 例之過電麼保 哀置100包含一實質上呈圖

苐14頁 1259636 五、發明說明（ίο) 1—·一- 筒形之框體1 2 0。框體最好由鋁材製作。可是，亦可使用 任何適當之導電金屬。框體具有一中心壁122(圖3)、自中 心壁向對立方向延伸之圓筒壁124、以及一自壁面124向外 延伸之框體電極耳形件丨2 9。框體最好如圖所示呈均勻且 軸向對稱。圓筒壁丨24及中心壁1 22在中心壁之任一側上構 成凹穴1 2 1，每一凹穴均與個別之開口丨2 6連通。 一活基形電極1 3 〇放置於每一凹穴丨2 1内。電極1 3 〇軸桿 1 34經由個別開口丨2 6向外凸出。電極丨3 〇最好用鋁料製 作。可疋’亦可使用任何適當之導電金屬。此外，如稍後 更詳細討論，一可變電阻薄片i j 〇、彈簧墊片i 4〇、一絕緣 環1 5 0以及一端蓋1 6 〇，均配列於每一凹穴1 2 1内。 使用％，裝置1〇〇可直接連通一諸如在供電公用箱内交 流電或直流電輸入端。供電線直接或間接地連接電極軸桿 134以及框體電極耳形件丨29，使得電流動路徑可經由電^ 130、可變電阻薄片110、框體中心壁122以及框體電極耳 形件1 2 9提供。在缺少一過電壓條件下，可變電阻薄片工工〇 提供问電阻’使得沒有電流流經裝置，使其電性地好似— 開啟電路。在一過電壓條件狀況下（相對裝置之設計電壓 而言）時，可變電阻薄片之電阻快速降低，容許=流流經 裝置1 0 0 ’同時產生電流流動之轉轍路徑，俾保護 器系統之其他元件。諸如可變電阻之過電壓保護器之一般 使用及應用，已熟知於通曉本技術者，因此將^:本文 進一步詳述。 自圖式中將可認知裝置100呈軸向對稱，裝置1〇〇之上及

!259636 、發明說明（12) U好當超出一預定電壓_，電阻變得極低。可變電阻 :可為-諸如一以濃液處理過之金屬氧化物或碳 適备之金屬氧化物包含氧化鋅混合物。 u電阻材料薄片lu之成型，最好首先成型—可 :適當裝置自圓桿中切片薄片⑴者二 忘2電，材=桿、接著在_供氧環境下以高= 此-製作方法可容許成型之薄4，較基本上使 外矣ΐ過程獲得者，具有更多平表面以及較少之包捲或

以大=ί。塗層112Α、114Α最好用鋁材或銅材製作，苴可 以火談噴射至薄片i i丨之對立侧。 /、J 可中所不之裝置10°包含兩片彈簧墊片140，但亦 二或更少墊片。每一彈簧墊片140包含一承接電 132之1之通孔142。每一彈簧墊片140圍繞緊連頭件 I ^ ? 14〇 ΐ二母一通孔142最好具有介於大約0·012及0.015 二二用遝t，其較軸桿134之對應直徑更大。彈簧墊片140 ::::::::製作，更佳者為彈菁塾川◦為由彈莫鋼 r ίΓι緣:5 〇重豎且鄰接最外側之彈簧墊片1 4 0。絕緣環 丨1 丨古ί型其内以承接軸桿134之通孔152。最好，通 1亩/徑介於大約〇· 〇〇5與0 · 0 0 7吋之間而大於軸桿134 兩性綾=I絕緣環15〇最好用具有高熔化及燃燒溫度之 ^ 、’、巴、、料製作。更佳者，絕緣環1 5 0用多碳化物、陶

第17頁 1259636 五、發明說明（13) 一· 瓷或高溫聚合物製作。 端蓋160重疊且鄰接絕緣環15〇。端蓋16〇具有一承接轴 桿134之通孔162。最好通孔162直徑介於大約0.500及 0 · 5 0 5吋之間而大於軸桿丨34之對應直徑，俾提供足夠餘隙 165(圖2)而在未過電壓條件過程中，避免介於端蓋16〇及 電極轴桿134間之電弧現像。端蓋丨6〇圓周壁上之螺紋 168，响合成型於框體120内之互補螺紋128。通孔163成型 於端蓋上以承接一工具（未圖示），用以相對框體12〇旋轉 端蓋160。用以承接一工具之諸如六角形切槽之其他裝 置’可用以取代或添加於通孔丨6 3上。端蓋丨6 〇具有一環形 突脊167 ’其承置於框體120之内側直徑内。框體12〇包含 一輪緣127，用以防止端蓋150之過份插入。最好端蓋由銘 材製作。 ^ 如上所述及圖3之明示，電極頭1 32及中心壁122受荷壓 向可變電阻薄片110，用以確保表面丨丨2及132八之間與表面 114與122A之間之緊固及均勻接合。裝置1〇〇之此一方面， 可藉由考量一根據本發明以組裝裝置100之方法而感知。 可變電阻薄片110置於凹穴121内，俾使薄片表面114接合 接觸表面122A。電極130插入凹穴121内，使得接觸表面 132A接合可變電阻薄片表面112。彈簧墊片14〇自軸桿 下滑而置於頭件1 3 2上。絕緣環1 5 0自軸桿1 3 4下滑而置於 最外側之彈簧墊片140上。端蓋160自軸桿丨34下滑，同時 藉由將環紋168與螺紋128嚙合且旋轉而旋入開口126内。 一旦裝置100如上所述裝妥後，端蓋被選擇性地扭轉

第18頁 1259636 五、發明說明（14) 而將絕緣環1 5 0下推，使其部分地偏折彈簧墊片丨4 〇。端蓋 1 6 0在絶緣環1 5 〇上之負荷以及自絕緣環至彈簧塾片1 4 〇上 之負荷，接著被傳送至頭件1 3 2。如此，可變電阻薄片1 1 〇 被包夾（夾固）於頭件丨32與中心壁！ 22之間。 隶好’裳置1 〇 〇被設計成使得當彈簧墊片1 5 〇僅被部分偏 1、以及更特定地當彈簧墊片被百分之5〇(5〇%)之偏折 4，將可獲致期盼之負荷。如此，可以容納裝置1 〇 〇其他 元件之製造公差變化。 /、 施加至端蓋160上之扭力量，將隨可變電阻薄片11〇以及 頭件132以及中心壁122間之期望負荷量而定。最好，頭件 及中心壁壓向可變電阻薄片之負荷量，至少為264磅。更 佳者負荷介於大約528及1 056磅之間。最好塗層112八及 4A具有粗糙之初始外貌，而負荷之壓縮力使塗層變形以 提供塗層與接觸表面12 2A及132A間之更連續接合。 變通地或外加地，期望之負荷量可藉由選擇適當長量或 尺寸之彈簧墊片14〇而得。彈簧墊片均要求預定量之負荷 以偏折一預定量，而整體負荷將為彈簀偏折負荷之總合。 最好，接觸表面132A與可變電阻薄片表面丨12間之接人 面積:至少為1.46平方吋。同樣地，接觸表面12^與可口變 電阻薄片表面114間之接合面積，最好至少為丨· 46平方 吋。最好，電極頭件132具有至少為〇· 5〇吋之厚度η。中心 壁122最好具有至少為0.25吋之厚度w。 框體120與電極丨30之組合熱質量，宜實質上大於可變電 阻薄片11 0之熱質量。本文所用之名稱”熱質量"，意謂物

第19頁 工259636 五、發明說明（15) 體（諸如可變電阻薄片110)單一或多種材料比熱，乘上物 體一種或多種材料質量之乘積。此即熱質量為將1克物體 t料升高攝氏1度所需之能量，乘上物體中材料之質量。 最好’每一電極頭件丨32及中心壁丨22之熱質量，實貝質里匕大 =可變電阻薄片110之熱質量。最好，每一電極頭、件貝 132及 中=^122之熱質量，至少兩（2)倍於可變電阻薄片u〇之 熱質量’更佳者至少高至十（10)倍。 過電壓保護裝置丨00提供多數個優點以安全地、耐久地 且一致地處理極端且重覆之過電壓條件。框體120及電極 130之較大熱質量，用以自可變電阻薄片丨丨。中吸收較大旦 之熱能，因而減少因熱導致之可變電阻薄片之毀壞里 $ ’同時減少可變電阻薄片產生火花或火燄之“：。 電極及框體以及可變電阻薄片間之較大熱質量盥者 觸面積，提供可變電阻薄片内之更均句溫度分佈 少可變電阻材料之高熱點以及最終之局部罄盡。口而減 電極以及框體壓向可變電阻薄片之負荷以1較大 面積，提供經過可變電阻薄片1〇之更 接觸 :’裝置m更有效率且更可預期地回應？電：^ ϊη免-可能造成漆膜泡孔之電流高熱點。可變電阻 薄片110回應高電流脈衝之包捲趨向，可 ^夂電阻 132及中心壁122提供之機械補強而減少。9 γ頭件 地當可變電阻膨脹時偏折，同時當可變電阻再次 原，因此全程地且在多數個過電壓事件間維、’· ’復 外，在-過電壓事件過程中，裝置1〇〇將實質上由何於^過 第20頁 1259636 五、發明說明（16) 以:且薄片之更均句及更具效率之電流分佈而提 私感及較低電阻。 Λ 裝置100亦可用以當可變電阻薄片11〇之一旦過電壓失 :預防或減少火燄、火花及/或可變電阻材料之排除。‘ ^框體之強度以及電極130、絕緣環150以及端蓋160之形 悲，可用以盛裝一可變電阻薄片失效之產物。一旦可變恭 阻之毀壞嚴重至強使電極130離開可變電阻且熔化絕緣環％ 150時，電極丨3〇將被移位而直接與端蓋16〇接觸因而短 ，電極130及框體12〇，因而造成併排保險絲（未圖示）之 斷。 欠* 雖然框體120概示為圓筒形狀，但框體亦可具不同之形 二f、置1匕0下半部可被刪除得裝置100僅包含上方框 以及早一之可變電阻薄片、電極、彈箕墊片或彈菩 塾片組、絕緣環以及端蓋。 〃 置之數種元件成型之方法，將由於上面所述而 端荖μ/坠通曉击本技術者。譬如，框體120、電極130以及 :、可以車削、壓錡或密集模製而成型。每-這些 ί固：成型、或是由多數個元件藉由諸如焊接之 參考圖5至8，其中占丄 裝置m。可變電阻穿發明第二實例之可變電阻 26〇，其分別對應可3=包=件2-1〇、23〇、24〇及 及160。可變電阻裝置2〇 之兀件1 10、130、140 裝置2。0僅包含單3二同於；Γ變電阻裝置1〇°，其中 <可變電阻薄片2 1 0及對應元件。可變

!®·Ι ΙΕΜ 第21頁 1259636

電阻裝置20 0包含一框體220，其除了下面所述者外均與框 體120相同。框體22〇僅界定單一凹穴221 ,同時僅具有、自 其中中心（或端）壁222中伸出之單一圍繞壁224。同樣地， 框體220具有一自中心（或端）壁222下表面伸出之螺栓 229 (圖7)而非同等於電極耳形件丨29之側向伸出電極耳形 件。螺栓2 2 9適可嚙合傳統式供電公用箱或類似物之螺紋 内徑。 ’、'、 可變電阻裝置200進一步不同於可變電阻裝置1〇〇而提供 一絕緣環2 5 1。絕緣環2 5 1具有一同等於絕緣環1 5 〇之主體 環2 52。環件251另外包含一自主體環252向上伸出之軸環 254。軸環254内部直徑尺寸適可最好呈餘隙配合地承接電 極230之軸桿234。軸環254外徑尺寸適可以一圍繞軸環254 之預定餘隙間隙265 (圖6)穿越端蓋260通孔262。間隙265 容許用以插入軸桿134之餘隙，其可被省略。主體環2 52及 軸環254最好用相同於絕緣環丨5〇之材料製作。主體環252 及軸環2 5 4可被黏合或一體模合。 & 參考圖8，本文所示之可變阻裝置2〇〇安裝於一供電公用 箱10内。可變電阻裝置2〇〇安裝於—與地面電性連接之金 屬平台1 2上。電極螺栓229接合且伸越一平台丨2上之螺孔 12A。一與保險絲14第一端電性連接之連接棒16，由一 插入電極230螺孔236内之螺栓18，緊固至電極軸曰234 上。保險絲第二端可連接供電線或類似物上。如圖8所 示，多數個可變電阻裝置200可並聯連接於一公用箱1〇 内0

1259636 五、發明說明（18) 參考圖9至11，其中顯示一根據本發明第三實例之可變 電阻裝置300。可變電阻裝置3〇〇包含元件31()、33〇、34q 及351，其分別對應於元件21〇、23〇、24〇及251。可變電 阻裝置30 0亦包含一間置於最上方彈簧墊片34〇與絕緣環 351間之平面金屬墊片345，而軸桿經由一成型於墊片M5 内之通孔346伸出。可置入裝置1〇〇、2〇〇内之墊片345，可 用以刀配最上方彈簧墊片之機械負荷，防止彈簧墊片 切入絕緣環351。框體320除了下面所述者外，均與框體 2 2 0相同。 一裝置300之框體320不具一同等於環件127之環件，或是 同等於螺紋128之螺紋。同樣地，框體32〇具有一成型於圍 繞側壁3 2 4内且鄰靠其開口 3 2 6延伸之内環槽3 2 3。 可變電阻裝置300亦不同於可變電阻裝置1〇〇、2〇〇，其 方式為電極3j0及中心壁322受荷壓向可變電阻薄片31 〇 了 為了取代端蓋160、260，可變電阻裝置30〇具有一端蓋36() 以及一彈性截頂環形夾件370。夾件370部分地承置於切槽 23内，同時部分地自框體32〇内壁徑向地向内伸出，用以 ^制端蓋36 0之向外位移。夾件37〇最好用彈簧鋼製作。 盍3 6 0最好用鋁材製作。 可臭電阻裝置3〇〇除了下面所述者外，可以相同於可 s阻裝置1〇〇、20 0之方式組裝。端蓋360置於轴桿334及轴 方i其均*置於—通孔362内。•片345在置於絕 者之前置於軸桿334上方。一工模（未圖示）或其他適 田裝置，被用以強迫端蓋36〇下移，其接著偏折彈簧墊片

第23頁 1259636

340。當端蓋3 6 0仍然承受工模負荷時，夾件37〇最好藉由 以虎鉗或其他適當工具接合小孔37 2而壓縮且插入切^323 内接著拳々開夾件3 7 0而谷許其恢復其原來外徑，因而其 部分地填入切槽且部分地自切槽32 3徑向向内地伸向凹/穴 321。夾件370及切槽323因而被用以保持負荷於端蓋mo 上。 參考圖1 2至2 1，其中顯示一根據本發明另一實例之可變 電阻裝置。可變電阻裝置40 0包含元件41〇、420、422、 423、424、430、440、445、451、460 及 470，其除 了下面 所述者外，實質上如同分別參考元件31〇、32〇、322、 323、324、330、340、345、351、360 及 370 所述。裝置 400另外包含一付外加之彈簣墊片441及〇型環480及482。 如同圖12及1 9中明示，框體42〇界定一被側壁424及電極 壁422包圍之凹穴421。一環形槽425成型於側壁424内表 面。溝槽425與框體420之開口連通。最好，溝槽425被車 削於側壁424内，或以其他方式成型，用以沿著溝槽425之 整個南度’提供平滑且均勻之垂直表面。最好，溝槽425 之外徑改變，不會多於〇· 〇〇5吋。溝槽425尺寸可承置端蓋 460及絕緣環451，使得端蓋460及絕緣環451可在其内滑 動’其如稍後討論地只呈現較小之間隙。 電極壁422包含一被一環形凹表φ422Β圍繞之隆起平台 接觸表面42 2Α。最好，凹表面具有一介於大約〇.427及 0.435忖間之寬度R(見圖13)，以及一介於大約〇〇62及 〇· 0 70吋間之深度s。

第24頁 1259636 五、發明說明（20) 如同圖18及21中明示，電極4 30包含一頭件432及一轴曰 434。一環形槽433成型於軸桿434内。溝槽433最好5屯干 土千圓 形（見圖21)。最好，溝槽433具有一介於大約0045及 0· 0 5 0吋間之深度L，以及介於大約0· 0 9 0及〇· 〇95对間之^ 度Μ (見圖21)。溝槽433可以模壓、車削或其他方式成型巧 電極430内。 於 如同圖15至17以及20至21中明示，絕緣環451包含—主 體環452及一軸環454。變通地，軸環454可如同在絕緣琿 1 50中被省略。軸環454外徑可被拔模而便於製造（最好^ 方之3/8对未被拔模。環件451之内表面451人，圍繞— 絕緣環451之通道451Β(見圖12)。一環形圓周槽453成型 主體環452内。現在參考圖2〇，溝槽453具有一面部朝上、 (亦即徑向延伸）之支撑表面453β，以及一面部朝外（亦即 軸向延伸）之支撐表面453Α，使得溝槽453向上且 啟。溝槽453可以模壓、鱼削式s甘从士』l 1 452肉。县紅+ 、 皁削或疋其他方式成型於主體環 对門之一 ，支撐表面453A具有介於大約〇· 079及0. 081 〇 0日8叶^ 而支#表面453β具有介於大約0.066及 U · ϋ 6 8吋間之深度I。 & 内％置！20中明示，0型環480定位於溝槽453 ΐ表撑表面453“支撐表面·、端脚 好為一彈性體 20溝槽425之垂直面之間。G型環由最 门 坪r王體之彈性材料製作。 作。最佳者，〇型環由/乍更佳者，〇型環由橡膠製 碳化合物橡膠製作。/ϋ1杜邦公司之簡評牌之氣 J J便用堵如丁基橡膠之其他橡膠。

第25頁 1259636 五、發明說明（21) 膠具有介於大約60及9°間之橡膠硬度。 狀以及介於大約〇」〇〇及〇 m^間具有圓形剖面形 示，端蓋460下平面與支撐表面45曰之外徑。如同圖20中明 H) ’小於。型環48。之鬆輪。'』果:距離(亦即高度 被支撐表面453A限制而向外受力盥|沒％48〇變形且因 好，支栲矣+ Ί 與溝槽425表面接合。最 小到iiin 緣及溝槽42 5垂直表面間之間隙】，

弋型環48。被壓、缩。間隙;最好不大於G.Q 内=乂4及:1中明示’〇型環482定位於溝槽433 最好用τ於溝槽433與内表面451Α之間。〇型環482 製作用具有如同上述用於0型環480之同一特性之同一材料 ^子，0型環482當鬆釋（亦即未受荷）時，具有圓形剖面 =狀U及介於大約〇.〇65及〇 〇?5吋間之直徑。如同圖21中 月不，溝槽433深度L，小於鬆釋時之〇型環權直徑。此 ^深度L之總合距離以及電極軸桿434與内表面““間之 :隙Ν，小於〇型環482鬆釋時之剖面直徑，使得〇型環482 芰到壓縮。間隙Ν最好不大於〇·〇〇5吋。 參考圖13及14 ,可變電阻裝置4〇〇除了下面所述者外， 可=相同於裝置3 00之方式組裝。宜注意每一概示實例中 之彈簧墊片440、441均為貝氏墊片，其沿其中心轴呈推拔 ^ 在電極被置於薄片410上之前或之後，第一組之彈 簧墊片441被置於頭件432上方。彈簧墊片441之方位可使 其外周緣441Β鄰靠或接合頭件432之上表面配列，而其内

1259636 五、發明說明（22) ' ---- =4—41A與頭件432隔開。接著，第二組之彈菁塾片44〇置 於舞黃墊片441之上。彈簧墊片44G之方位，可使其内周緣 440A鄰靠或接合最上層之彈簣墊片441的内周緣以丨a配 列，而其外周緣440B鄰靠或接合墊片445之丁表面配列。 因此，彈簧墊片440、441之中心軸，沿著裝置4〇〇之垂直 轴相互對正，但是墊片440呈對立指向。此即墊片44〇呈向 下推拔’而墊片441呈向上推拔。 在定位絕緣環451於電極430上方之前，〇型環482被安裝 於溝槽433内。最好，在安裝電極4 go於凹穴42]1内之前， 絕緣環451被置於電極430上以及〇型環482上（使得〇型環 482如同圖21所示般被截獲）。 〇型環480最好在插入絕緣環45ι於框體42〇内之前，被安 裝於溝槽453内。接著，端蓋46〇亦最好於絕緣環451被插 入框體42G内之前，置於〇型環48〇與絕緣環451上方。 當數個元件如同圖1 3所示組裝後，端蓋4 6 〇如同討論關 於可變電阻裝置3 0 0般被驅使向下。如此，端蓋4 6 〇、絕緣 環451、墊片44 5以及〇型環480被向下移位，使得彈簧墊片 440、441偏折且施荷於頭件432。彈簧墊片440、441如上 所述之相對排置，可以同一數量之彈簣力而容許兩倍量之 垂直偏折（以及墊片445與頭件432間之垂直移位），好似僅 配置兩個彈簧墊片440或兩個彈簧墊片441。此一增加之偏 折量，可容許堆置中元件（諸如元件41〇、422、432、 445、454以及460)之更寬厚製造公差，因而便於可變電阻 裝置400之製造。接著，卡環或夾件470如同上述之關於夾

1259636 五、發明說明（23) 件3 70般安裝。 當薄片410在頭件432及平台422A間受荷時，在薄片410 對立面上之電極塗層被壓碎。内凹表面4 22B確保電椏塗# 之邊界，配置於平台422外側，其可能減少或消除抗變應 力被施加至薄片410上之任何趨向。最好，平台422A四廣 實質上與頭件4 3 2接觸表面之四周擴及同一空間。 如上所述，0型環482被溝槽433及表面451 A截取真壓 縮。因此，0型環482被偏向表面451及軸桿434，因而在其 間形成一密封。在一過電壓事件中，諸如來自薄片41〇之 熱氣及斷片之副產品，可能充填或散佈於凹穴42 1内。這 些副產品可能受到〇型環4 8 2之限制或阻止，無法沿著軸桿 4 3 4與絕緣環4 5 1間之路徑脫離可變電阻裝置4 〇 〇。 變通地（未圖示），〇型環482可接合端蓋460之内表面。 此一組合可當諸如省略絕緣環45!時採用。 如上所述’0型環480被溝槽453、端蓋460下表面以及溝 槽表面42 5截取及壓縮。如此，〇型環48〇被偏向溝槽表面 425、端蓋460以及絕緣環451，因而在其間形成一密封。 來自一過電f事件中之副產&，可被0型環480限制或阻 止，無法沿者溝槽表面425及絕緣環451以及端蓋46 路徑電阻裳置侧。溝槽4 25之精車或其他方式加 =之平μ表面’可確保_型環伽之―致且有效之密封接 合0

第28頁 五、發明說明（24) 置3 0 0、400或類似件，包含一用以緊固复端苗之 包含-同等於夾件37〇、47〇之卡環或處夾件57〇，盆 “有用以承接鉗子或其他適當壓縮工具之小孔57 570可以上述方式安裳。 犬1千 女裝之後，一諸如環氧樹脂（譬如JB 脂k適當填細，存積於每一小孔丄：== 广夹件570必須重新㈣或鍍壞而二斥 :二：ί =央件57° ’填料5 74必須部分地或完全地 500被開啟後，提供搗緊確證特性，俾確保mu 痕跡（亦即毀壞夾件570戋填料574彳/、置之開啟 時可見。干次填枓574)，在稍後檢驗過程中隨 參考圖23 中顯示一根據本發明另一實例 :置600。可變電阻裝置6〇〇可對等 裝置30 0、40。或類似件，包含用以緊 電： 裝置_包含一卡環或夾件67。。首先，夾件67〇等夾二。此 如夾件37G(見圖1G)，同時具有等同、 些小孔被用以承接鉗子或其他壓 I ϋΐ孔。廷 裝置_般而安褒於溝槽内。整縮工具，俾如同前述關於 夾藉包含小孔之部位。 具有縮減之末端部位674。移除之=可= 新壓細，使得夾件67〇必須被毀壞方可拆除。&此，夹之件 I259636 J 0阻止裝置6 Ο 0之開a ’同時萬一裝置6 o 〇被開啟後，提 二搗緊確證特性，俾確保裝置6 〇 〇之開啟痕跡，在稍後檢 知過程中隨時町見。 參考圖24，其中顯示一根據本發明另一實例之可變電阻 裝置7〇〇。此可變電阻裝置7〇〇除了夾件77〇之少許末端被 切除外，同時於町變電阻裝置6 0 0。此外，在每一減短末 端774上，留下每一小孔之部位772Α。在類似夾件67〇之方 式中，夾件770玎防止裝置之開啟，同時提供搗緊證明。 不同於上面所述之裝置，可被用以受荷電極及框體以貼 向可變電阻薄片。譬如，電極及端蓋可被組裝及受荷，接 著使用一打樁接合而緊固於定位。 在母一鈾述之可隻電阻裝置中（諸如裝置1〇〇、2〇〇、 3 00、400、50 0、60 0及70 0 )，多數個可變電阻薄片（未圖 示）可被堆積及包夾於電極頭件與中心壁之間。最上方與 最下方可變電阻薄片之外側表面，均可作用為薄片接觸表 面。然而，可變電阻薄片之特性，最好藉由改變單一可變 電阻薄片之厚度而非堆積多數個可變電阻薄片而修改。 如上所述，彈簧墊片（諸如彈簧墊片14〇、44〇及^丨）最 好為貝氏墊片。貝氏墊片可用以施加較高負荷而不需實質 上之軸向空間。可是，其他型式之偏置裝置，亦可用以添 加至或取代貝氏墊片。適當之變通偏置裝置，包含一個或 多個螺旋彈簧、波形墊片或螺旋墊片。 前面所述為本發明之概示，其不被視之為其限制。雖缺 已說明本發明之少許範例式實例，但那些通曉本技術者將

1259636 五、發明說明（26)

可隨時感知在不實質偏離本發明之創意理論及優點下，可 進行範例式實例之許多修改。因此，所有此種修改均欲涵 蓋於本發明在申請專利範圍中定義之範圍内。在申請專利 範圍中，裝置加上功能之條款，期欲在執行陳述之功能 時，涵蓋本文所述之結構，其不僅為結構同等件，同時為 同等之結構件。因此，宜了解前面所述為本發明之概示， 其不可視之為對發表之特定實例之限制，而對發表之實例 以及其他實例之修改，期欲涵蓋於隨附之申請專利範圍之 範圍内。本發明由下面之申請專利範圍定義，其申請專利 範圍之同等件，將包含於其内。

第31頁

Claims (1)

1259636 _案號90105311 年/月曰 修正_ 六、申請專利範圍 1. 一種過電壓保護裝置，用以搭配一具有第一及第二對 置之實質上平面型薄片表面型式之可變電阻薄片使用，該 裝置包含： a) —框體，其内界定一凹穴，同時具有一與該凹穴 連通之開口 ，該框體包含： 一導電之金屬側壁；以及 一底壁，内含一第一實質上平面型電接觸表面以及 一鄰接之内凹表面，該第一電接觸表面相對該内凹表面界 定一隆起平台；以及 b) —電極構件，包含一第二實質上平面型電接觸表 面，其面向該第一接觸表面，同時配列於該凹穴内，該電 極之一部分，伸出該凹穴之外且穿過該開口； c) 其中該框體及該電極構件被相互排列及成型，用 以承接該凹穴内之薄片，使得薄片定位於該第一及第二電 接觸表面之間，其第一及第二電接觸表面，分別接合第一 及第二薄片表面，同時使得薄片不致接合該内凹表面；及 d )其中該電極構件受力而屋向該隆起平台。 2 .根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該内凹表面實 質上完整地圍繞該第二電接觸表面。 3 .根據申請專利範圍第1項之裝置，另外包含定位於框 體内第一及第二電接觸表面之間之可變電阻薄片。 4. 一種過電壓保護裝置，用以搭配一具有第一及第二對 置之實質上平面型薄片表面型式之可變電阻薄片使用，該 裝置包含：

O:\69\69624-940930.ptc 第38頁 1259636 _案號 90105311_年月日__ 六、申請專利範圍 a) —框體，内含一第一實質上平面型電接觸表面以 及一導電之金屬側壁，該框體在其内界定一凹穴，同時具 有一與該凹穴連通之開口； b ) —電極構件，包含： 一第二實質上平面型電接觸表面，其面向該第一接 觸表面且配列於該凹穴内；以及 一軸桿，伸出該凹穴之外且穿過該開口 ，該軸桿包 含一成型其内之圓周軸桿槽； c ) 一閉合構件，可移除地固定至該框體且間置於該 第二電接觸表面與該開口之間，該閉合構件具有一界定其 内之通孔；以及 d) 一彈性0型環，其配列於該軸桿槽内； e ) 其中該軸桿伸越該通孔，該0型環配列於該通孔 内，同時該0型環被定位以提供該軸桿與該閉合構件間之 密封； f ) 其中該框體及該電極構件被相互排列及成型，用 以承接該凹穴内之薄片，使得薄片定位於該第一及第二電 接觸表面之間，其第一及第二電接觸表面，分別接合第一 及第二薄片表面。 5 .根據申請專利範圍第4項之裝置，其中該0型環受到壓 縮。 6 ·根據申請專利範圍第4項之裝置，其中該0型環由一彈 性體材料製作。 7.根據申請專利範圍第4項之裝置，其中該閉合構件包

O:\69\69624-940930.ptc 第39頁 1259636 _案號90105311_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 含一電絕緣構件。 8 .根據申請專利範圍第4項之裝置，其中該閉合裝置包 含一端蓋。 9 .根據申請專利範圍第4項之裝置，另外包含可變電阻 薄片，其定位於框體内之第一及第二電接觸表面之間。 10. —種過電壓保護裝置，用以搭配一具有第一及第二 對置之實質上平面型薄片表面型式之可變電阻薄片使用， 該裝置包含： a) —框體，内含一第一實質上平面型電接觸表面以 及一導電之金屬側壁，該框體在其内界定一凹穴，同時具 有一與該凹穴連通之開口； b) —電極構件，包含一第二實質上平面型電接觸表 面，其面向該第一接觸表面，同時配列於該凹穴内，該電 極之一部分，伸出該凹穴之外且穿過該開口； c) 一閉合構件，可移除地固定至該框體且間置於該 第二電接觸表面與該開口之間，該閉合構件具有一成型其 内之圓周槽； d) —彈性0型環，其配列於該圓周槽内； e) 其中該0型環被定位以提供該閉合構件與該框體側 壁間之密封； f ) 其中該框體及該電極構件被相互排列及成型，用 以承接該凹穴内之薄片，使得薄片定位於該第一及第二電 接觸表面之間，其第一及第二電接觸表面，分別接合第一 及第二薄片表面。

O:\69\69624-940930.ptc 第40頁 1259636 _案號90105311_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 1 1 .根據申請專利範圍第1 0項之裝置，其中該0型環受到 壓縮。 1 2 .根據申請專利範圍第1 0項之裝置，其中該0型環由一 彈性體材料製作。 1 3 .根據申請專利範圍第1 0項之裝置，其中該閉合構件 包含一電絕緣構件。 1 4.根據申請專利範圍第1 3項之裝置，另外包含一定位 於該開口内之端蓋，其鄰靠該絕緣構件且接合該0型環。 1 5 .根據申請專利範圍第1 4項之裝置，其中該溝槽包含 一徑向延伸壁以及一轴向延伸壁，而該0型環接合每一該 徑向延伸壁、該軸向延伸壁、該側壁以及該端蓋。 1 6 .根據申請專利範圍第1 0項之裝置，另外包含一可變 電阻薄片，其定位於框體内之第一·及第二電接觸表面之 間。 17. —種過電壓保護裝置，用以搭配一具有第一及第二 對置之實質上平面型薄片表面型式之可變電阻薄片使用， 該裝置包含： a) —框體，内含一第一實質上平面型電接觸表面以 及一導電之金屬側壁，該框體在其内界定一凹穴，同時具 有一與該凹穴連通之開口； b) —電極構件，包含一第二實質上平面型電接觸表 面，其面向該第一電接觸表面，同時配列於該凹穴内，該 電極之一部分，伸出該凹穴之外且穿過該開口； c) 一端蓋，定位於該開口内；以及

O:\69\69624-940930.ptc 第41頁 1259636 _案號 90105311_年月日_«_ 六、申請專利範圍 d) 一夾件，其位置可限制該端蓋與該框體間之位 移； θ ) 其中該框體及該電極構件被相互排列及成型’用 以承接該凹穴内之薄片，使得薄片定位於該第一及第二電 接觸表面之間，其第一及第二電接觸表面，分別接合第一 及第二薄片表面； 其中該夾件呈截頂環形，其包含： 一付對置之末端部位； 一小孔，界定於每一該對置之末端部位内；以及 填料，配列於每一該小孔内。 1 8.根據申請專利範圍第1 7項之裝置，另外包含可變電 阻薄片，其定位於框體内之第一及第二電接觸表面之間。 19. 一種過電壓保護裝置，用以搭配一具有第一及第二 對置之實質上平面型薄片表面型式之可變電阻薄片使用， 該裝置包含： a) —框體，内含一第一實質上平面型電接觸表面以 及一導電之金屬側壁，該框體在其内界定一凹穴，同時具 有一與該凹穴連通之開口； b) —電極構件，包含一第二實質上平面型電接觸表 面，其面向該第一電接觸表面，同時配列於該凹穴内，該 電極之一部分，伸出該凹穴之外且穿過該開口； c) 第一及第二貝氏墊片，其將至少該第一及第二表 面之一，偏向另一表面，每一該塾片沿著其軸心傾斜； d) 其中該第一及第二貝氏墊片呈軸向對正且對立指

O:\69\69624-940930.ptc 第42頁 1259636 _案號 90105311_年月日__ 六、申請專利範圍 向； e ) 其中該框體及該電極構件被相互排列及成型，用 以承接該凹穴内之薄片，使得薄片定位於該第一及第二電 接觸表面之間，其第一及第二電接觸表面，分別接合第一 及第二薄片表面。 2 0 .根據申請專利範圍第1 9項之裝置，另外包含可變電 阻薄片，其定位於框體内之第一與第二電接觸表面之間。

O:\69\69624-940930.ptc 第43頁