(57)【要約】【課題】サージオン電流耐性を維持したまま。上流のヒューズＦの定格を小さくする。【解決手段】バリスタ用接続構造であって、電源網への接続に適した第１の供給エレメント(ZL1)と、複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)であって、相互に離隔されて前記バリスタ(VAR)の電極に重畳して接触可能な電気的接続ポイントと、を備え、複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)と第１の供給エレメント(ZL1)は電気的に相互接続され、複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)は、ヒューズ(F1， F2，...， FN)を用いて、電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)のなかで影響を受けたものを分離することにより、バリスタ(VAR)の一部に局所的なショートを生じさせる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリスタ用接続構造であって、
・電源網への接続に適した第１の供給エレメント(ZL1)と、
・複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)であって、相互に離隔されて前記バリスタ(VAR)の電極に重畳して接触可能な電気的接続ポイントと、を備え、
前記複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)と前記第１の供給エレメント(ZL1)は電気的に相互接続され、前記複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)は、ヒューズ(F1， F2，...， FN)を用いて、前記電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)のなかで影響を受けたものを分離することにより、前記バリスタ(VAR)の一部に局所的なショートを生じさせる、バリスタ用接続構造。
【請求項２】
前記複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)はキャリアマテリアル(P)の上に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のバリスタ用接続構造。
【請求項３】
前記複数の電気的接続ポイント(V1， V2， ...， VN)は導電パスの形式で前記キャリアマテリアル(P)の上に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバリスタ用接続構造。
【請求項４】
前記接続ポイント(V1， V2， ...， VN)の少なくとも一つと前記第１の供給エレメント(ZL1) の間に前記ヒューズ(F1， F2， ...， FN)がそれぞれ配置される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバリスタ用接続構造。
【請求項５】
前記ヒューズ(F1， F2， ...， FN)はヒューズ要素を備える、ことを特徴とする請求項４に記載のバリスタ用接続構造。
【請求項６】
前記ヒューズ(F1， F2， ...， FN)は電気的に絶縁性の消火剤(LM)によって少なくとも部分的に囲繞されている、ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のバリスタ用接続構造。
【請求項７】
前記ヒューズ(F1， F2， ...， FN)はPOM (LM)若しくはけい砂(LM)によって少なくとも部分的に囲繞されている、ことを特徴とする請求項４、５又は６に記載のバリスタ用接続構造。
【請求項８】
接続する前記バリスタ部分に対して最大限に許容されるインパルス電流負荷によって定義されるI2tをそれぞれ有するように前記ヒューズ(F1， F2， ...， FN)が設計される、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のバリスタ用接続構造。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のバリスタ用接続構造を備えるバリスタ組立体。
【請求項１０】
前記バリスタ用接続構造と前記バリスタ(VAR)は筐体(G)内に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載のバリスタ組立体
【請求項１１】
前記バリスタ用接続構造と前記バリスタ(VAR)はばね力により相互に接触が維持される、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のバリスタ組立体。
【請求項１２】
少なくとも一つの接続ポイントは他の接続ポイント(V1， V2， ...， VN)と異なる抵抗を有する、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のバリスタ組立体。
【請求項１３】
前記第１の供給エレメント(ZL1)と前記バリスタ(VAR)の間に前記ヒューズが非プラスに、及び／又は、接着により、及び／又はプラスに取り付けられる、ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のバリスタ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はバリスタに対する接触部材に関係する。
【背景技術】
【０００２】
バリスタは周知である。
バリスタは電気回路において電圧の影響を受けない抵抗を提供する。従って、バリスタには幅広い応用例があり、典型的には、所定のしきい値電圧を超える過電圧を放電するために、即ち、それに続くデバイスのオーバーロードや損傷を防止する。過電圧の一例は電光である。
【０００３】
一般的にバリスタは粒状の金属酸化物を含む。金属酸化物として、例えば、酸化亜鉛、及び／又は、酸化ビスマス、及び／又は、酸化マンガン、及び／又は、酸化クロム、及び／又は、シリコンカーバイドであり、これらは殆ど常に（焼結された）セラミックのかたちで、供給エレメントZL1，ZL2としての二つの電極の間に挿入されている。一つの典型的なバリスタVARが図１に示される。第1の供給ラインZL1が一つのサイドにあり、他方のサイドに第2の供給ラインZL2がある。
【０００４】
典型的に、それぞれの粒子は伝導度を変化させる能力を有する。境界層は各粒子の境界、即ち粒子同士の接触点において形成される。層の厚さの増大、粒子の境界数の増大に応じて境界層は定められ、そしてそのしきい値電圧も同様に定められる。供給エレメントZL1，ZL2に電圧が印加されると電界が形成される。印加される電圧に応じて境界層が破壊されバリスタの抵抗値が低下する。
【０００５】
バリスタの材料特性により、バリスタ内において電流の分布や境界層の破壊が均一に生じることはなく、局所的な電流パスが形成される。例えば、電流パスS1とS2は異なる速度で通電状態となる。図１において、電流パスS1は電流パスS2に比べてより素早く通電する。それは電流パスS1を生じさせるために必要な電圧（例えば２００Ｖ）が電流パスS2を生じさせるために必要な電圧（例えば３００Ｖ）より低いからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
材料特性の結果とバリスタの使用態様によりリーク電流が生じる。通常このリーク電流は非常に小さいものであるにもかかわらず、場合によりこのリーク電流はこの部品を相当に加熱し、火災原因となりかねない。これを避けるため、一般的に温度センサが使用され、所定温度以上となったときにスイッチTSを作動させる。このことは、例えば図２に示される。しかしながら、温度センサは緩慢な事象の測定にのみ適用可能である。例えば高電圧が印加される事態のように急速な加熱が生じたときは、温度センサの有する周知の必然的低熱伝導性により温度センサにおいて大きな温度遅延が生じる。従って、一般的なバリスタに高電圧が印加されると、スイッチが動作する前に、破壊されてしまう。その結果、選択性が一般的に制限される。即ち、ほんの小さな電流のみがカットオフされる。
【０００７】
このようなエネルギーの印加が生じるとすると、例えば、その結果として長い時間過電圧が生じ、バリスタVARのインターコネクションを引き起こし、バリスタを介してネットワークに短絡電流が流れる。この場合、バリスタVARは相当加熱され火災の原因が生じる。更には、このようにしてバリスタVARがダメージを受けその限りにおいてバリスタは爆発的にショートする。
【０００８】
従って、典型的には、バリスタVARの上流側にヒューズＦが備えられる。このヒューズＦは次のように設計される。即ち、バリスタVARの最大インパルス電流負荷Imが依然として放電され、この最大インパルス電流負荷Ｉｍを超えたときにカットオフが生じる。しかしながら、ヒューズの高インパルス電流容量は常に高いヒューズの定格を要求する。従って、（当初の）短絡電流の遮断は障害事象の比較的遅くにのみ生じる。
【０００９】
それにもかかわらず、しばしばバリスタVARの破壊が生じ、既述のものでは検出不可能であった。即ち、電流が流れると温度に応じて電流を遮断するセンサの特性ではこれを遮断できず、この電流は上流側のヒューズＦには小さすぎる。
かかる背景のもと、サージオン電流耐性を維持したまま上流のヒューズＦの定格を小さくすることが求められている。
この発明の目的はバリスタに接続される要素であってこれの課題の少なくとも一つの解決するものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は請求項１に記載の要件によって達成される。有利な効果は従属項に記載の発明の対象である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１はバリスタの基本的な構成と機能を示す。
【図２】図２は従来例の典型的なバリスタ用回路構成を示す。
【図３】図３はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を示す。
【図４】図４はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を示し、図４ａは模式図、図４ｂは斜視模式図である。
【図５】図５はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す断面図である。
【図６】図６はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す断面図である。
【図７】図７はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す断面図である。
【図８】図８はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す断面図である。
【図９】図９はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を示す模式図である。
【図１１】図１１はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を示す模式図である。
【図１２】図１２はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造を示し、図１２ａは模式図、図１２ｂはその断面図である。
【図１３】図１３は図５に示した実施例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明を詳述する。この発明は、図３に模式的に示すように、バリスタVAR用の新規な接続構造を提供する。この接続構造は電力網へ好適に接続される第１の供給エレメントZL1と、空間的に離隔されかつバリスタVRAの電極に重畳して接続可能な複数の電気的接続ポイントV1， V2， ...， VNとを備える。典型的な接続ポイントV1， V2， ...， VNの配置関係が図４ａ及び図４ｂに示される。
複数の電気的接続ポイントV1， V2， ...， VNと第１の供給エレメントZL1とは相互に電気的に接続される。
【００１３】
複数の電気的接続ポイントV1， V2， ...， VNはそれぞれヒューズF1， F2， ...， FNに接続するように設計される。従って、バリスタVARの一部における局所的なショートが関連する局所的な電気的接続ポイントを分離することにより引き起こされる。図３には、ヒューズF1， F2， ...， FNの典型的な配置構成が示される。
従って、従前のモノリシックなバリスタVAR（点線で表記）はサブバリスタVAR′1， VAR′2， ...， VAR′Nからなる仮想的な並列回路となる。ここに、この発明では図１に示す構造と同一のものを使用する。図１に示す構造は供給エレメントZL1， ZL2間における電流パスの拡張が大きな電圧低下、即ち抵抗の増大を引き起こす効果を有する。従って、並列要素を伴う電流は、例えば電流パスS2を介するものは、小さくなる傾向にある。
【００１４】
この発明で提案する仮想的な並列回路は従来のバリスタ並列回路に比べて有効である。なぜなら、従来のものに比べて仮想的な並列回路のサブバリスタVAR′1， VAR′2，... VAR′N は実質的に低い部品点数と低コストを達成する。加えて、この仮想的な並列回路は従来の並列回路に比べて実質的に小型となる。大きな配置スペースの要求は一般的に好ましくない。
【００１５】
例えば、図２に示すバリスタ−ヒューズ直列接続構造（VAR−F）を図３に示す仮想的な並列回路に組み込むことができる。例えば、図２において、４０kAの定格サージ電流において約１２５AのヒューズＦを用いたとき、この定格サージ電流は図３に示す仮想的な並列回路に接続される４つに分配され、それぞれ仮想的なサブバリスタVAR′1， VAR′2， VAR′3， VAR′4，において１０kAとなり、ヒューズF1， F2， F3， F4はそれぞれ例えば３５A以下のものから選択できる。
【００１６】
図４ａはバリスタ用接続構造の一例の模式図であり、図４ｂはこの発明の１つの実施例のバリスタ用接続構造を模式的に示す斜視図である。破線で示される平面的な供給エレメントZL2は一側に配置される。この例では裏側である。その上に実バリスタVRAが配置され、更にその上に５つの導電体を備える供給エレメントZL1が配置される。これら導電体のそれぞれは既述の電気的接続ポイントV1， V2， V3， V4， V5の１つを構成する。更には、これら導電体のそれぞれは既述のヒューズF1， F2， … F5の１つを構成する。電流Ｉが供給エレメントZL1に流れたとき、その電流は５つの導電体、即ち、電気的接続ポイントV1， V2， V3， V4， V5とヒューズF1， F2， … F5とに分配される。バリスタが実質的に均質であれば、一般的にはそうであると考えられるが、電流Ｉは均等に分配されてI1=I2=I3=I4=I5となる。図４ａにおいてバリスタの均一性は縦横に接続されたバリスタシンボルにより表現されている。
【００１７】
インパルス電流が発生した事態にも電流分配は同様に生じる。従って、各電流パスは、分配されたインパルス電流I1， I2， I3， I4， I5にのみ耐久できればよい。より小さいサージ電流透過容量を有する各電流パスにヒューズFが一体化されており、分配されたインパルス電流値I2tよりもほんの少し大きくなるように溶断積分が選択される。即ち、各ヒューズは分配されたインパルス電流に耐えられて破壊されることがない。電流値I2tはヒューズの定格に関連している。電流値I2tが小さくなれば、低い定格のヒューズの使用が可能となる。
換言すれば、接続するバリスタ部分に対して最大限に許容されるインパルス電流負荷によって定義される電流値I2tをそれぞれ備えるように各ヒューズは設計されている。
【００１８】
局所的なかたちで生じる破損の結果どこかでバリスタが低い抵抗を持つことになったとき、例えば、そのような点は図４ａの接続ポイントV2における黒丸で示される。しかしながら、常に電流は変化する。既述の位置でバリスタVARが低い抵抗を有するものとなったとき、電流は実質的にその位置を超えて流れる。即ち、I=I2 かつ I1=I3=I4=I5=0Aとなる。しかしながら、ヒューズは既述のように小さく設計されているので、電流は不十分であって接続ポイントV2のヒューズの動作を開始させられない。つまり、ヒューズを動作させるためには実質的に小さな短絡電流が必要であり、それは一般的により短時間に供給される。
【００１９】
更には、一つのサブ領域  −接続ポイントV2−  は並列回路から除去される一方で残りのサブ領域はアクティブに維持され、もって、保護は少なくとも削減された容量において与えられる。即ち、多くの接続ポイントがそこに有効なヒューズを備えるとき、容量低下はごくわずかである。容量はアクティブな接続ポイントの表面領域に依存するものいうことができる。
図３に示すように、熱的分離TS1， TS2， TS3， TS4がそれぞれの仮想的バリスタに取り付けられていたとしても、これに代わり若しくは追加的に、熱的に動作するスイッチTSを用いて共通の熱的分離を取り付けることができる。
【００２０】
図５はこの発明の実施例のバリスタ用接続構造の断面図である。この接続構造は筐体Ｇ内に収納されているものとする。この筐体Ｇは圧縮耐性があり、避けることのできないバリスタの破裂的な破壊から他のシステムを保護している。
更には、この筐体Ｇの中に消火剤ＬＭを充填することができる。好適な消火剤としてＰＯＭやけい砂を挙げられる。電気的に絶縁性の消火剤で少なくともヒューズF1， F2， ...， FNの部分を囲繞する。
【００２１】
薄い電気的接続体により接続ポイントV1，V2は供給エレメントZL1に接続される。これら薄い電気的接続体はヒューズエレメントとして組み込みが可能であり、その結果、電気的接続体はヒューズF1， F2として機能する。
図５に示す構造を備える実施例を図１３に示す。
対称的に、供給エレメントZL1と接続ポイントV1， V2との間に存在するSMDヒューズ若しくは微細なヒューズが図６に示される。電気的な接続を保障するため、供給エレメントZL1は一つ若しくは複数のばねDによってヒューズに対する電気的な接続が維持される。
即ち、供給エレメントZL1と実バリスタVARとの間においてヒューズは非プラスに、及び／又は、接着により、及び／又はプラスに取り付けられる。
【００２２】
図７に示す例では、図５との比較において、複数の接続ポイントが一点に集約されている。
図８に示す例では、図６との比較において、予め作成することのできる円盤状のマトリックスMが導入されている。このマトリックスＭはヒューズワイヤF1， F2を備えることができる。このヒューズワイヤは例えば描画により作成され、絶縁性の基材中に埋め込まれる。マトリックスMとしてキャリアマテリアルＰを用いることもできる。このキャリアマテリアルの例としてバイアを備えた回路基板が挙げられ、このバイアがヒューズF1， F2， ...， FNとして機能する。これにより、一つの接続ポイントＶを個々のバイアＦに割り当てることができ、即ち、二層構造の回路基板Ｐ上において、第１の層は供給エレメントZL1として使用でき、他方第２の層は接続ポイントを作成するために用いられる。
【００２３】
図９の例において、各ヒューズF1， F2， ...， FNはばね状の接続ポイントからなり、このばね状の接続ポイントは電気的には導通状態であるが熱的には分離された状態で実バリスタに接続される。ここに、分離は接続ポイントを切断することにより形成される。
このようにして提供された実施例はコンタクトエレメントKEとして容易に組み込まれ、バリスタVARに接続される。
この発明はまた、バリスタとその接続構造を備えるバリスタ組立体として具象化される。
個々の接続ポイントは異なる寸法を持つことができ、かつそれ故、異なるインピーダンスを持つことができる。
【００２４】
図１０は木の模様の接続要素ＫＥを示す。供給エレメントZL1用の１つの接続ポイントと数多くのブランチが備えられる。それぞれのブランチはその末端で実バリスタVARへの接続を確立することができ、ブランチはそれ自体ヒューズFとして動作する。このような接続エレメントKEはスタンプにより容易に形成できる。
同様な配置構造が図１１に示されている。ここに、接続ポイントが幅広である。かかる接続エレメントKEは例えばスタンプや曲げ加工により形成できる。例えば、図１２ａや１２ｂに示されるように、ばね状構造もまた曲げ加工により形成できる。
【符号の説明】
【００２５】
接続エレメント  KE
バリスタ  VAR， VAR′1， VAR′2， VAR′3， VAR′4
電気的接続ポイント  V1， V2， ...， VN
供給エレメント  ZL1， ZL2
キャリアマテリアル、回路基板  P
ヒューズ  F， F1， F2， ...， FN
消火材  LM
荷重  D
（圧縮耐性）筐体  G
マトリックス  M
電流パス  S1， S2
スイッチ  TS， TS1， TS2， TS3， TS4
最大インパルス電流負荷  Im
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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