(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電圧で使用されるサージアレスタであって、
空間を間に挟んで平行な空間的位置関係を有する一対の導電性プレートと、
前記導電性プレートの間の前記空間内に支持されて前記プレートのそれぞれと導電接触を行う大径で薄い厚さの単一のＭＯＶと、
前記空間を充填する非導電性のエポキシ樹脂と、
前記プレートと前記エポキシ樹脂を包み込む誘電性被膜とを備え、
これにより、前記一対の導電性プレートへの電力接続により、ＭＯＶを横切るサージ電流で自己破壊することなく電流に対するサージ保護が達成され、
更に、表面欠陥を矯正するためにＭＯＶの両側に設けた軟質の導電性ディスク、を備えたことを特徴とするサージアレスタ。
【請求項２】
前記軟質の導電性ディスクが、更にアルミニウムから成る、ことを特徴とする請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項３】
前記軟質の導電性ディスクに代えて、ＭＯＶの両側に薄い導電性蒸着被膜を形成したことを特徴とする請求項１記載のサージアレスタ。
【請求項４】
前記薄い導電性蒸着被膜が、厚さ１０ミクロンの銅の低温蒸着被膜から成ることを特徴とする請求項３記載のサージアレスタ。
【請求項５】
低電圧で使用されるサージアレスタであって、
空間を間に挟んで平行な空間的位置関係を有する一対の導電性プレートと、
前記導電性プレートの間の前記空間内に支持されて前記プレートのそれぞれと導電接触を行う大径で薄い厚さの単一のＭＯＶと、前記空間を充填する非導電性のエポキシ樹脂と、前記プレートと前記エポキシ樹脂を包み込む誘電性被膜と、を備え、
これにより、前記一対の導電性プレートへの電力接続により、ＭＯＶを横切る１,０００，０００アンペア以上のサージ電流で自己破壊することなく電流に対するサージ保護が達成され、更に、表面欠陥を矯正するためにＭＯＶの両側に形成した薄い導電性蒸着被膜と、前記プレートを結合して張力をかけるために導電性プレートの各隅に設けた非導電性のナット及びボルトと、を備えたことを特徴とするサージアレスタ。
【請求項６】
６６０ボルトまでの系統のための三相サージアレスタブロックであって、
少なくとも２枚の接地プレートと各位相毎に一対のプレートとを含む複数の少なくとも８枚の平行に離間した導電性プレートにして、第一、第二、第三の位相及びそれらに対する接地を接続するために少なくとも１枚の互い違いになったプレートを有する導電性プレートと、位相間及び位相−接地間のサージ保護を行うために連続したプレート間に挟持され、１,０００,０００アンペア以上のサージ電流に耐えるために薄い厚さと大径とを有するＭＯＶと、前記プレート間の全ての間隙を充填する非導電性エポキシ樹脂と、前記プレートを包み込む誘電性被膜と、前記プレートを結合して張力をかけるために前記導電性プレートの各隅に設けた非導電性のナット及びボルトと、を備えたことを特徴とする三相サージアレスタブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サージプロテクタに関する。特に、本発明は、一対の接触プレート間に挟持された大径で単一の酸化亜鉛サージアレスタディスクを用いた改良型サージアレスタを開示する。
【０００２】
【従来の技術】
サージアレスタは、極端な過定格過渡電流から電子回路を保護するのに有用である。こうした過定格過渡電流は、過渡電流を切り換えることにより、或いは雷撃により生じることがある。
特に高電圧用のサージアレスタの中には、サージアレスタの壊損により動作するものがある。これは、二次或いは低電圧用等の一定の用途では、経済的或いは機能的見地から実用的とは言えない。
【０００３】
サージアレスタの構造に対する一つの解決策は、酸化金属バリスタ（Metal Oxide Varistors；以下MOVと略す）の使用である。これらのＭＯＶは、それらを利用するサージアレスタと共に、現在多くの製造業者により製造されている。
しかしながら、カリフォルニア州のレイコムコーポレーションは、ＬＥＣ用にその実用性を拡張した極めて高品質のＭＯＶを開発した。粉体は、大径の一次酸化金属粒子中に均一に分布した小径の酸化金属粒子を含んでいる。ＭＯＶに対して微小粉体ベースを用いることで、特に種々の電圧にスライスするときに、より安定した保護電圧が得られる。公差は±０.２％に保持される。レイケムに譲渡された以下の特許は、従来技術を代表する。
【０００４】
コッホ他の欧州特許第０,２２９,４６４号公報（公開日１９８７年７月２２日）は、硬化可能なシート材料を離間した部分に巻装することにより爆砕に対して補強した、電気部品用の壊れやすいハウジングを示している。巻装材料は、紫外線放射により硬化される。この材料は、過電圧により破砕された破片をまとめて保持する。
【０００５】
コッホ他の欧州特許第０,２３０,１０３号公報（公開日１９８７年７月２９日）は、より大きな電圧用に円形のバリスタブロックが積層されたサージアレスタを開示している。
【０００６】
トンプソン他の米国特許第５,０３９,４５２号公報（１９９１年８月）は、酸化亜鉛の酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）用の前駆物質粉体を開示している。
【０００７】
ミクリ他のＰＣＴ特許第ＷＯ９１/１４３０４（英国９１/００４０５）（公開日１９９１年９月１９日）は、積層された８個のバリスタブロックを有し、部品故障を検出するために積層体を貫通する光ファイバケーブルを設けたサージアレスタを開示している。
【０００８】
ワイズマン他のＰＣＴ特許第ＷＯ９３／２６０１７号公報（米国９３／０５６７９）（公開日１９９３年１２月２３日）は、ＭＯＶ弁体を長手方向軸線に沿って積層し、ＭＯＶ弁体を導電性端子間で圧縮した電圧アレスタの製造方法を開示している。
【０００９】
ＭＯＶサージアレスタの低電圧用途のための別の解決策は、フロリダ州タンパ市のリー・ダイナテック社により実現されライトニング・エリミネータ＆コンサルタンツ・インコーポレーテッド（ＬＥＣ）のＴＶＳＳ製品で使用されているようなワゴンホイール（登録商標）技術である。この技術は、ロザンスキー他の米国特許第４,８７５,１３７号公報（１９８９年１０月１日）に基づいている。ＬＥＣのＴＶＳＳ製品は、低又は中寸法の個別に溶断する平行な酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）を利用している。
【００１０】
カーペンタ二世の米国特許第５,５１９,５６４号明細書（１９９６年）は、複数のＭＯＶを平行に且つ離間して取り付けるための挟持式ブロックパッケージを開示している。これにより、サージは、各ＭＯＶに分与される。挟持体内の各ＭＯＶは、いずれか一つのＭＯＶが余りに早くクランプされて全サージを引き受けるのを防ぐためにクランプ電圧の設定に整合させる必要がある。
【００１１】
オハイオ州マンスフィールド市のオハイオ・ブラス・カンパニーは、ダイナヴァール（登録商標）ＰＤＶ-１００として強力分与型サージアレスタを製造している。通常の動作電圧は、約３０００Ｖのクランプ電圧で２４００Ｖ超である。単体のＭＯＶは、リブ付きＥＰＭゴムのハウジングとエポキシ樹脂ガラス繊維の包装円筒容器内に収容されている。  ここでは、電力伝達領域において挟持ブロック構造内で単一のＭＯＶを挟持するという示唆はなされていない。
【００１２】
関連技術の文献の一つは、ヤワースキー他の米国特許第５,０８８,００１号公報（１９９２年）である。その図２に示されたような装置は、高電圧の配電及びサージ保護に使用される。外側のゴム体は、人員を保護すべく表面過渡電流を地面に流すために導電性の外側層を有する。直列に積層された１個以上の高電圧ＭＯＶと接触させるために一対の薄い金属端部プレートが使用されており、各プレートは厚さ１インチ（２.５４ｃｍ）、直径３／４インチ（１.９１ｃｍ）である。
【００１３】
表面欠陥を矯正するために導電性接着剤が使用される。この接着剤は、ＭＯＶと略同じピーク電流定格で分解し、４０mmのＭＯＶの場合、３０,０００アンペアで分解する（型番Ｖ１３１ＣＡ４０、ＣＡシリーズ）。構造上の剛性は、非導電性の内側エポキシ樹脂及び外側ゴムシェルによりもたらされる。ＭＯＶ及びハウジングの使用は、雷撃等の壊損サージ時に人員を危険に晒すことなく自己破壊させるためである。装置の用途は、高電圧即ち２,０００乃至３３,０００Ｖの一次配電系統に限定される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＯＶ使用のサージアレスタには幾つかの問題がある。上述した特許の幾つかに説明されている一つの問題は、ＭＯＶが過度の過渡エネルギを扱う際に爆発することが多いということである。この問題を一層困難にするのは、カーペンター二世の米国特許第５,５１９,５６４号明細書や上述したワゴンホイール（登録商標）技術の場合のように、ＭＯＶを平行にするときＭＯＶが異なるクランプ電圧を有し得るという問題である。
【００１５】
従って、予期された以上の割合のサージ電流が単一のＭＯＶを流れることになる。この結果、並列回路の当該部分が破壊される。単一のＭＯＶの破壊は同様の個々のＭＯＶの過負荷の連鎖反応を引き起こすことがあり、最終的に平行回路全体が破壊されることもある。ＭＯＶを直列に積層した場合は、かかる障害は、単に劣化に止まらずサージアレスタ全体を機能停止させることになる。
【００１６】
従来技術は、単一の組立体のエネルギ対応性能を高めるために、ＭＯＶ間の接続及びＭＯＶへの接続にワイヤを使用している。これらのワイヤは、反応時間を遅らせて応答時間にばらつきをもたらす、インダクタンスを導入する。
加えて、これらのワイヤは、単一の点をＭＯＶ表面に接触させるので、サージエネルギをワイヤ接続部の極めて限定された部分に集中させることになる。この結果、当該ワイヤとＭＯＶ間のサージエネルギの伝達が制限されて、再び重大な障害状態となり、当該点で燃焼してＭＯＶ表面へのサージエネルギの分与が不均一になる。
【００１７】
本発明は、上述した問題の全てを解決する。低電圧回路での用途のために、接触抵抗を減少させるべく軟質金属ディスクを用いて、二つの接触プレート間に、注文により作られた、単一の比較的大径のＭＯＶを挟持する。なお、低電圧は６６０Ｖ程度までをめどとするが、当業者にとって常識的な範囲内であってこれに限定されはしない。
新規なケーシングにより、単相用の単一ＭＯＶ挟持体か三相用の３重のＭＯＶ挟持体のいずれかを保持する。母線上での或いは専用の容器内でのエンドユーザによる取付を容易にするために、ケーシングは、取付ブラケット上に予め取り付けられている。ケーシングの外側プラスチックは、ＭＯＶ挟持体のプレート表面上の埃及びグリースの堆積により生じるアークや短絡を防止する。
【００１８】
サージアレスタ（プロテクタ）は、電子及び電気装置を保護するために必要である。その通常の目的は、異常な過電圧に起因する即時損失を防ぐことにある。しかしながら、長期信頼性の低下は、事実上無視されている。
信頼性が低下する可能性にも拘わらず、平均故障間隔（ＭＴＢＦ）は、特に雷活動が盛んな地域や電源が不安定な場合に著しく増加している。
諸研究によると、都市圏における電圧異常の５０％以上が電子系統の平均故障間隔を著しく減少させることが分かっている。この結果、普通「ランダム故障」と呼ばれる原因が明らかでない装置損失が生じることになる。こうした類の故障は、雷そのものに起因する故障よりも大きな損失原因となることが多い。
【００１９】
従来技術では全て雷だけに対応できるように構成されてきた。信頼性の低下を防ぐためには、プロテクタ性能に対する要求条件は著しく厳格なものになる。
第一に、初期保護又はクランプ電圧は、雷保護だけの場合より遙かに低く設定する必要がある。更に、クランプ比（ピーク電流時の電圧と初期電圧との比）は雷保護だけの場合よりずっと低く設定しなければならない。また、最大サージ電流は、標準又は基準よりずっと高く設定する必要がある。
【００２０】
上述した目的を達成するために、プロテクタは、雷保護だけに必要とされるものと比較して約１０倍のエネルギ（ジュール）を放散させ、約１０倍のサージ電流（アンペア）を流すことができなければならない。
【００２１】
従来のＭＯＶを用いたプロテクタは、限られた量のサージ電流とサージエネルギに対応するように構成されている。これは、各位相毎に平行に使用されるＭＯＶウェーハの大きさ及び数により限定される。ＭＯＶのウェーハ厚さは動作電圧により決定され、最大サージ電流は直径により決定される。導電性被膜の厚さは、従来技術の場合反応時間を限定する。これらの限定のため、上述した基準を満たすべく選定された適当数のウェーハを本技術により平行化する必要がある。
【００２２】
ＭＯＶを平行に配置することに関連して二つの問題がある。即ち、それらのクランプ電圧が、少なくとも±５％の範囲に亘り変動する結果不均一な負荷分割が生じること、及び接続を行うためにワイヤのインダクタンスを用いることである。
これらはカーペンターの米国特許第５,５１９,５６４号公報で議論されているが、ここでは、上述した問題を克服するＭＯＶウェーハの平行化の方法が開示されている。この方法は期待通り機能したが、ＭＯＶとプレートの連結構成、密な空気間隙及び溶断の制約のために高エネルギレベルでは効果が制限されることが分かった。従来技術の制約は、この特許で提示された実施形態により解消された。
【００２３】
本発明は、低電圧での二次的な電力の用途が、全体としては異なった問題を提起するので、ヤワースキー及び全ての公知の従来技術に対して、新規で有用且つ非自明である。
本発明は８００,０００アンペア以上にも対応できてＭＯＶの寿命を延ばすように構成する。
本発明は、自己破壊を防ぎ、その信頼性を拡張するように構成する。
本発明は、ナット及びボルトにより構造的に結合され、任意に外側の硬質プラスチック箱形容器を有する。
本発明は、特に、二次商用電圧としての６６０Ｖまでの電圧系統用として製造された、新規で薄型の低電圧、高サージ電流、大径の蒸着被膜ＭＯＶを使用する。
【００２４】
本発明は、熱伝達と低い経路インピーダンスを最大化することにより雷に起因する電流サージに耐え、自己破壊することが構成を提供する。ヤワースキーは、従来単一のＭＯＶでは３３，０００Ｖまでの一次高電圧に対応できないので、高電圧要求条件に対応するためにＭＯＶを積層している。ヤワースキーの高電圧小径ディスクは、小径の故にインピーダンスが低い。ヤワースキーの導電性エポキシ樹脂は、３０,０００アンペアで降伏するが、本発明は、導電性プレートとＭＯＶとの間の接触を行うための「軟質」金属ディスクと共働して大径のＭＯＶと蒸着被膜とを用いることにより、８００,０００アンペア以上まで対応可能である。本発明は、回路及びＭＯＶ組立体の双方の寿命を保護して延長する。
【００２５】
本発明は、第’４５２特許に開示された改良型製造法から製造した或いは効果は劣るものの、従来の方法から製造した酸化亜鉛ＭＯＶを使用する。ここでの好適な実施形態は、一対の接触プレート間に挟持されて、薄い蒸着層と３.５インチ（８.８９ｃｍ）以上の幅を有する単一の薄い酸化亜鉛ＭＯＶ［０．０６１（０．１５５ｃｍ）乃至０．５００インチ（１．２７ｃｍ）］を教示している。
この構造は、単一のＭＯＶの整合を必要としないので、サージアレスタ及びそれを保護する装置の寿命を延ばす。また、この構造により、部品点数の少ないマルチ−モジュールサージアレスタはエネルギ対応機能を有することができる。主たる用途は、家庭用及び工業用の少なくとも４１６０Ｖrmsまでの二次電圧での使用である。
また、蒸着被膜を用いるよりその代わりとして、本発明は２枚以上の軟質金属接触プレート間にＭＯＶを挟持し、非導電性のナット及びボルトで、この組立体を結合して張力をかける。
【００２６】
本発明は、米国特許第５，５１９，５６７号公報で開示されたような従来技術に対する外延的な改良である。当該従来技術は、ＭＯＶを平行配置するための改良型概念を提示した。しかしながら、性能は、幾つかの実施形態を要因として限定されており、また、極めて大径のＭＯＶウェーハを含まなかった。
本発明は、それらの限定要因を除去し、独自の形態の回路保存を実現する。本発明は、また、可能な全サージエネルギに対応できるように且つ多少の過電流状態では機能するように寸法決めされた極めて大径のディスクを使用可能である。
【００２７】
従来技術は、雷のみに関係していたが、本発明は、ピークサージ電流でも通過電圧を装置平均故障間隔（ＭＴＢＦ）を減少させるレベルより十分に低いレベルまでに制限することにより信頼性を維持することができる。加えて、電圧クランプを従来技術より低いレベルで開始することにより、信頼性の維持を更に確実なものとする。
【００２８】
本発明の主たる観点は、塵や湿気の堆積を含むプレート間の幾つかの要因により生じる短絡回路の可能性を除去するために、冷却機能とＭＯＶの表面接触を改善して、部品故障の危険を減少させると共に、プラスチックケース内に予め格納したＭＯＶ使用サージアレスタパッケージを提供することである。
【００２９】
本発明の別の観点は、均一な電流分布を実現すると共に、サージにより生成される熱の迅速な除去を達成し、且つ取り付けを容易にするために、ＭＯＶサージアレスタをパッケージ化することである。
【００３０】
本発明の別の観点は、どんな形の外部汚染でも早期クランプを許容しない単相及び三相用の単一のパッケージ内に、多数のＭＯＶをパッケージすることができ且つ個々を効果的に絶縁可能なＭＯＶ使用サージアレスタパッケージを提供することである。
【００３１】
本発明の別の観点は、１,０００,０００アンペアを超えるサージ電流にも対応できると共に、最大ピーク電流に５０ナノ秒未満で反応することができ、且つ耐候性のケーシング内に予めパッケージ化された、単一ディスクＭＯＶサージアレスタを提供することである。高ピーク電流適応性は、信頼性を維持するために必要となる。
【００３２】
本発明の別の態様は、ＭＯＶ表面に薄い蒸着被膜を形成することによりＭＯＶ内の表面欠陥を矯正すること、及び/又は挟持プレートとＭＯＶ被膜との間に適合する軟質金属「ワッシャ」を用いることである。
【００３３】
本発明は、また、外側導電性プレートとＭＯＶウェーハとの間の接続を容易にする改良型方法を提示する。更に、外側プレート間でアークが発生する可能性を除去する方法が提示される。
【００３４】
また、本発明は、極めて高いサージ電流を通過させるが必要時には爆発力無しに回路を開くという要求条件を満足させる溶断方法を提示する。更に、信頼性保護組立体の構成を満たすプロテクタの要求条件を解析する方法が提示される。
【００３５】
本発明は、ＭＯＶウェーハの全表面に亘り略完全な接触を維持すると同時にＭＯＶ表面の全体に亘り同じ接触圧レベルを維持することを教示する。
上述したＭＯＶ挟持体は、更に、従来の取付ブラケットを有する外側プラスチックケーシング（箱）内に予め収容してもよい。ＭＯＶ挟持体は、外側プラスチックケーシングの内側でエポキシ樹脂成型物に被覆される。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低電圧で使用されるサージアレスタであって、空間を間に挟んで平行な空間的位置関係を有する一対の導電性プレートと、前記導電性プレートの間の前記空間内に支持されて前記プレートのそれぞれと導電接触を行う大径で薄い厚さの単一のＭＯＶと、前記空間を充填する非導電性のエポキシ樹脂と、前記プレートと前記エポキシ樹脂を包み込む誘電性被膜とを備えることにより、前記一対の導電性プレートへの電力接続により、ＭＯＶを横切るサージ電流で自己破壊することなく電流に対するサージ保護が達成され、
更に、表面欠陥を矯正するためにＭＯＶの両側に設けた軟質の導電性ディスクを備えたサージアレスタを基本的には提供することである。
【００３７】
更に、  前記軟質の導電性ディスクに代えて、ＭＯＶの両側に薄い導電性蒸着被膜を形成したものである。
【００３８】
軟質プレート、エポキシ樹脂、誘電性ゴム被膜、及び箱型ケースを使用することにより、著しいサージアレスタ性能の改善が実現される。
エポキシ樹脂は、湿気が、ＭＯＶに到達するのを防ぎ、熱を空気より速く放散させ、接触プレート間の降伏電圧を増加させ、更に、サージアレスタの機械的強度を高めて振動劣化を抑制する。誘電性ゴム皮膜は、同様に湿気がＭＯＶ内に浸入するのを防ぎ、サージアレスタをきれいに維持するのに役立ち、埃等が堆積し易い隅部でアークが生じるのを防止する。
【００３９】
好適な実施形態は、略実用上の直径制限が無い大径のディスクの使用を教示している。サンドイッチ式ブロック組立体内では、実際に単一の極めて大きいウェーハが十分に機能することができる。これにより、平行ウェーハの構成でよく起こるエネルギの不均一な分布が解消される。
【００４０】
又、本発明は、低電圧で使用されるサージアレスタであって、空間を間に挟んで平行な空間的位置関係を有する一対の導電性プレートと、前記導電性プレートの間の前記空間内に支持されて前記プレートのそれぞれと導電接触を行う大径で薄い厚さの単一のＭＯＶと、前記空間を充填する非導電性のエポキシ樹脂と、前記プレートと前記エポキシ樹脂を包み込む誘電性被膜と、を備え、これにより、前記一対の導電性プレートへの電力接続により、ＭＯＶを横切る１,０００，０００アンペア以上のサージ電流で自己破壊することなく電流に対するサージ保護が達成され、更に、表面欠陥を矯正するためにＭＯＶの両側に形成した薄い導電性蒸着被膜と、前記プレートを結合して張力をかけるために導電性プレートの各隅に設けた非導電性のナット及びボルトとを備えたサージアレスタを提供する。
【００４１】
本発明は、又６６０ボルトまでの系統のための三相サージアレスタブロックであって、
少なくとも２枚の接地プレートと各位相毎に一対のプレートとを含む複数の少なくとも８枚の平行に離間した導電性プレートにして、第一、第二、第三の位相及びそれらに対する接地を接続するために少なくとも１枚の互い違いになったプレートを有する導電性プレートと、位相間及び位相−接地間のサージ保護を行うために連続したプレート間に挟持され、１,０００,０００アンペア以上のサージ電流に耐えるために薄い厚さと大径とを有するＭＯＶと、前記プレート間の全ての間隙を充填する非導電性エポキシ樹脂と、前記プレートを包み込む誘電性被膜と、前記プレートを結合して張力をかけるために前記導電性プレートの各隅に設けた非導電性のナット及びボルトと、を備えたこと三相サージアレスタブロックを提供するものである。
【００４２】
本発明の他の解決手段は、本明細書の一部を成す添付図面を参照しつつ、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかとなろう。同様の参照符号は幾つかの図面で対応する部分を示す。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の開示実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、他の実施形態も可能であるので本発明はその用途において図示特定の構成の細部に限定されるものではない、ということを理解されたい。また、ここに使用した専門用語は、説明を目的としたものであり、限定のためではない。
【００４４】
先ず図１及び図４を参照すると、単一のＭＯＶサージアレスタ１の一実施形態が示されている。接触プレート２,３は、好ましくはアルミニウムから形成される。これらのプレートは、各隅部５,６,７,８でナイロン製ナット及びボルト４により接合されている。ＭＯＶ９は、３.１２インチ（７.９２cm）の呼称直径を有する。
ＭＯＶ９は、その表面欠陥を矯正するために一対のアルミニウム製ディスク１０,１１により挟持されている。また、これらのディスクは、密な金属スポンジ材料から形成してもよい。
【００４５】
好適な実施形態では、ディスク１０，１１は除去される。表面欠陥を矯正するために、図１６に示したように、薄い導電性被膜がＭＯＶの表面上に形成される。
低温アーク蒸着（ＬＴＡＶＤ）法は、コロラド州ボールダー市で開発された。１９８１年に、マスコ・コーポレーションの一部門であるベーパー・テクノロジーズ・オブ・ボールダーは、他の薄膜コーティング技術と共にＬＴＡＶＤ法を開発した。
この会社は１９８８年に法人化され、方法及び装置の最初の主要な商品化は、１９８９年に始まった。
【００４６】
ＬＴＡＶＤ法は、金属からプラスチックに至るまで、実際上どんな基板上にも種々の機能的及び装飾的金属被膜を形成する。ＬＴＡＶＤ法は、自動車用の装飾スタイリング部品や機能部品、医療装置や器具、プラスチック製電子ハウジング上のＥＭＩ／ＲＦＩ／ＥＳＤシールド、宇宙空間用の機能的コーティング、及び家庭用金属製品や宝石類やプラスチックに対する装飾的コーティングに使用される。
これらの対象物が形状、寸法及び構成において広範囲に及ぶものであることは言うまでもない。
【００４７】
ＬＴＡＶＤ法は、導電性材料を実質的に蒸発させるために高電流低電圧アークを採用した物理的蒸着法である。蒸着材料は、円筒状のソースとして形成され、その上で電弧が点火される。この蒸着法は、密着性を有して密な薄膜コーティング層を蒸着させるために高度に制御された真空内で行われる。
【００４８】
ＬＴＡＶＤ法は、他の物理的蒸着技術より多くの点で有利であり、化学蒸着法に見られない利点も有する。ＬＴＡＶＤ被膜は、極めて密着性が強く耐摩耗性や耐腐食性も有する。また、ＬＴＡＶＤ法は、室温以上でコーティングすることができ、基板に相当量の熱エネルギ（熱）を加えることがない。熱は、各部に有害であり、調質度を損なったり変形や結晶構造の変化をもたらすことがある。
【００４９】
この方法は、極めて生産的であり、蒸着は、１８０度の範囲ではなく３６０度の範囲に亘り行われる。従って、コーティング中の部分は、常にコーティングプラズマ状態にあり、膜品質及び蒸着速度の点で極めて有利である。
電極は、コーティング中の部分に「適合」するのに必要な任意の形状に形成することができる。プラネタリ治具が実施可能でない場合は、単一電極により内側及び外側をコーティングするパイプの場合のように、電極は、基板を移動することなく基板をコーティング可能なように形成してもよい。
【００５０】
しかしながら、必要に応じて基板と電極を共に移動可能とすることもできる。電極は、金属、合金又は炭素級材料の固相焼結常温圧縮粉粒インゴットから製造することができる。廃熱及び低温放射は殆どないので、この方法は高融点材料を低融点で基板上に蒸着させることができる。
従って、タングステン（３４１０℃）のような高融点材料を、冷却用放熱器を用いることなく且つ基板を損なうことなく、プラスチック膜に蒸着させることができる。電極から放出される金属イオンのエネルギは高い（６０乃至１００電子ボルト／イオン）。イオン化率は極めて良好で９０％を超えており、基板温度が周囲温度のときでも良好な機械的密着性が得られる。
【００５１】
基板を加熱すると、基板に応じて良好な機械的密着性が生じる。昇温がこの方法を妨げることはないので、基板温度は全体に亘り調節可能である。
アークは電極表面上を移動するので、その速度は調節可能である。コーティング範囲は、狭い範囲から３６０度の全適用範囲まで微調整することができる。コーティングの均一性は、電極表面を横切るアーク移動の均一性により得られ、使い尽くした電極はあたかも均一に浸食されたかフライス加工されたかのように見える。
コーティング速度と均一性は極めて良好である。蒸着速度は速い。膜厚は仕様に応じて３００オングストローム乃至数ミルの範囲で変動する。
蒸着速度は、距離に反比例する。高融点で高密度の金属及びセラミックスの場合、蒸着速度は遅くなる。ニッケルの浸食率は、一電極につき毎分１グラムより大きい。薄膜工程の場合、典型的な均一性の仕様は、±５％である。高蒸着速度、大きいターゲット寸法への適応性及び大きい真空室のために、広範囲又は大体積を均一にコーティングすることができる。
【００５２】
合金コーティングも、ＬＴＡＶＤ法を用いて異種の材料を合金化することができる。この方法を用いて市販されていない材料を蒸着させることができる。これには、先ずターゲットの合成を行い、次にＬＴＡＶＤ法を用いて蒸着を行う必要がある。これは、異なる融点及び気化点を有するチタン／アルミニウムその他の化合物に対して有用である。
【００５３】
蒸着材料の純度は、出発材料と同じである。合金はコーティング工程を通じてそれらの組成を維持する。セラミック材料は、低温反応ガスの存在下で金属又は合金を気化させることにより合成することができ、その結果炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）及び酸化チタン等の材料が得られる。純粋な炭素も気化させることができる。
【００５４】
ＬＴＡＶＤ法は、また、エポキシ樹脂／金属複合材料等の数百度を超えて加熱することができない基板や複雑な表面形状を有する基板等をコーティングするために使用されてきた。コーティング層は、様々な金属や反応した金属窒化物、炭化物及び酸化物を含んでいる。これらのコーティング層は、浸食性で酸化力のある熱気体、酸、腐食剤、有機化合物及び溶融材料により引き起こされる諸問題を解決する。
【００５５】
ＭＯＶの好適な実施形態は、図１６に符号１６００により示されている。上面（及び同一の底面）１６０１は、１/１６インチ（０.１５９cm）の外周部１６０２までコーティングされる。外縁部１６０３は、コーティングされていない。被膜は、好ましくはＬＴＡＶＤ法による厚さ１０ミクロン以上の銅被膜である。非導電性のエポキシ樹脂１２は接触プレート２，３間の全空間を満たしている。
【００５６】
エポキシ樹脂は、好ましくは、ＥＶロバート・インコーポレーテッド（登録商標）による第５１−４１番であり、これは、コネチカット州のＷ．Ｒ．グレース＆カンパニーによるエポキシ・エンカプシュレート２６５１−４０「スタイキャスト」（登録商標）としても知られている。
エポキシ樹脂１２は、湿気が、ＭＯＶ９に到達するのを防ぎ、熱を空気より速く放散させ、接触プレート２，３間の降伏電圧を増加させ、更に、サージアレスタ１の機械的強度を高めて振動劣化を抑制する。空気は、エポキシ樹脂１２の２０ＫＶ／mmと比較して３ＫＶ／mmの降伏電圧を有する。
【００５７】
誘電性シーラント１３は、サージアレスタ１の外側全体を覆う。誘電性シーラント１３は、好ましくは２６００Ｖ／mmの強度を有するゴムである。最良の形態では、約５mmの被膜を得るために、ロクタイト（登録商標）の７つのスプレーコートを使用している。誘電性シーラント１３は湿気がＭＯＶ９内に浸入するのを防ぎ、サージアレスタ１をきれいに維持するのに役立ち、埃等が堆積し易い隅部５,６,７,９でアークが生じるのを防止する
導電性ボルト１４は、導体とナット１６を接続するために、接触プレート３の内面１５の皿孔に埋設されている。
【００５８】
次に図２，図３を参照すると、呼称寸法は、ｄ1＝３.７３インチ（９.４７cm）,
ｄ2＝３.１２インチ（７.９２mm）、ｄ3＝０.２５インチ（０.６４mm）、ｄ4＝０.７４（１.８８mm）である。
ＭＯＶの好適な実施形態は、図１６に示されており、図１、図２、図３のＭＯＶ９及びディスク１０，１１の代わりとして用いられる。
図１の組立体において、ＭＯＶ１６００を用いた好適な実施形態の組立体は、それぞれ２２０Ｖの脚部上に、単一のＭＯＶを有する６６０Ｖまでの市販の配電装置に使用される。
【００５９】
レイケム（登録商標）は、表１に示すような薄型ＭＯＶの好適な実施形態を形成する。本発明の低電圧ＭＯＶディスクスライスは、２.２の保護レベル（ピーク電圧＝２.２ｘ印加電圧rms）を用いたバリスタ特性上で設定標準化される。
スイッチ電圧とはクランプ電圧を意味する。高さの公差は、±０.０５mmである。
【００６０】
【表１】
0004431660.tif 000002
【００６１】
好適な実施形態としては、５０ナノ秒未満で大サージ電流（１,０００,０００アンペア超）を流す。好適な実施形態は、大径のＭＯＶ表面上で電流を均一に分布させることができる。好適な実施形態は、また、ＭＯＶからの迅速な熱伝達を実現することで、ＭＯＶの寿命を延ばすことができる。
【００６２】
次に図５及び図６を参照すると、サージアレスタ１の設置配線の好適な態様が示されている。サージアレスタ１は、地面（図示せず）に接続された接地ラグ５５を有するアルミニウム製バックパネル５６上に取り付けられる。４個の硬質のプラスチック製隔離絶縁器５３は、サージアレスタ１をアルミニウム製バックパネル５６から絶縁する。ナイロン製ボルト及びナット５４０は、プラスチック製隔離絶縁器５３をアルミニウム製バックパネル５６に固定する。
【００６３】
導電性ボルト１４には、呼称で８０アンペアのヒューズ５０が電気的に接続されている。ヒューズ５０は、スタッドブロック５１及びスタッドブロック延長５２に電気的に接続されている。中性導体５７は、図６に示した中性バス６４に接続する。
図６は、中性線６０を有する三相電力系統の典型的な配線構造である。位相１、位相２、位相３は、それぞれ符号６１，６２，６３を付されている。
【００６４】
次に図７を参照すると、同一の三相電力系統が、図６に示したものと同じサージアレスタ回路により保護された状態で示されている。別の実施形態である４個のＭＯＶを含むサージアレスタ７０が使用されている。サージアレスタ７０は、図１に示したものと同じエポキシ樹脂及びゴムコーティング構造を有する。
【００６５】
図８の説明に移ると、サージアレスタ１の好適な実施形態を用いた別の標準保護回路が示されている。アルミニウム製取付プレート２００には第一のアルミニウム製接触プレート１００が取り付けられている。ここでもアルミニウムは、熱を放散し易くする。各対の接触プレート１００,１２０には、ヒューズブロック２６０内のヒューズ２８０が直列に接続されている。ヒューズ２８０は、緩動ヒューズである。
【００６６】
ヒューズブロック２６０には、三相電流３１０，３２０，３３０が接続される。
各ヒューズブロック２６０には、信号装置へのリード線が取り付けられている。
この信号装置は、電球又はＬＥＤ（図示せず）でよい。信号装置は、特定のサージ除去装置が健全であるかどうかを見分けるために使用される。最後に、各ヒューズブロック２６０は、取付プレート２００に接続されて地面への接地接続部３４０を使用した接地プレート２２０に対して、電気的には絶縁された状態で取り付けられる。中性接続部３５０も設けられている。
【００６７】
以下は、サージアレスタ１の好適な実施形態を製造するのに必要な材料の詳細な説明と明細である。
【００６８】
（部品）                                                          数量
アルミニウムプレート、3.63 x 3.63 x 1/4                              2
ナイロンボルト：1/4 - 20 x 1 3/4                                     4
ナイロンナット：1/4 - 20                                             4
コーティングされたＭＯＶ                                             1
青銅ねじ：#10 x 32 x 5/8 FHSL                                        2
青銅ワッシャ：#10, SPLK                                              2
青銅ナット：#10-32                                                   2
アルミニウム箔ディスク（１又は４のディスク不完全表面を矯正）         2
エポキシ樹脂、EVロバート・インコーポレーテッド（登録商標）：No. 51-40非着色      1
【００６９】
（一般注意事項）：
保護手袋は、ＭＯＶディスクの取り扱い中に摩耗すべきこと。
青銅ボルトには、３５インチ−ポンドのトルクを付与すること。
ナイロンボルトには、７インチ−ポンドのトルクを付与すること。
【００７０】
(製造)
１．
ａ）１０番のねじを３.６３ｘ３.６３プレートの中央孔に挿通する。１０番のワッシャとナットを締め付ける。
ｂ）３.６３ｘ３.６３プレートの各隅部の直径０.２６６インチの孔に１個のナイロンボルトを挿通する。
２．
ａ）３.６３ｘ３.６３プレートの中央に１個のアルミニウム箔ディスクを配置する。
＊品質検査：次の工程中に圧力の均一分布を確保すべく,クロスパターンを使用する。
ｂ）アルミニウムディスク上に１個のＭＯＶを中心決めして配置する。
ｃ）ＭＯＶ上に１個のアルミニウム箔ディスクを中心決めして配置する。
３．
ａ）各ＭＯＶ又はアルミニウムディスクの整合性を妨げないように注意しながら、３.６３ｘ３.６３プレート上の整合孔にナイロンボルトを挿通してＭＯＶ上に３.６３ｘ３.６３プレートを注意深く設置する。
＊品質検査：次の工程中に圧力の均一分布を確保すべく,クロスパターンを使用する。
ｂ）ナイロンナットでモジュールプレートを固定し、一般注意事項で明記したトルク値まで締め付ける。この最終トルク値は、二段階の締め付けで達成する。
＊次の工程中に全てのディスクが適切に着座したということを確認するためにモジュール組立体の目視検査を行う。
４．モジュールを光源に対して保持して、全ディスクがアルミニウムプレートと同一平面にあり、プレート、アルミニウム箔ディスク及びＭＯＶとの間に、空気間隙が存在しないことを確認する。
＊品質検査：プレートとＭＯＶとの間に光りが見える場合は、プレートを取り除き上述した指示に従いモジュールを再組み立てする。アルミニウム箔がＭＯＶの外縁部上に見えるときは、プレートを取り除き、上述した指示に従ってモジュールを再組み立てする。
５．モジュールの３つの側面をキャプトンテープ及びラテックスシーラントで封止する。無着色のエポキシ樹脂を製造者の書いた指示書に従って混合する。エポキシ樹脂をモジュール内に充填されるまでゆっくり注入する。
＊品質検査：気泡及び沈殿のため注入工程を厳密に監視しなければならない。
６．沈殿が終わって（約１０乃至１５分）モジュールが充填された時点で、プレート縁部と同じ高さになるまで余分なエポキシ樹脂を除去する。
７．エポキシ樹脂が硬化した時点で、キャプトンテープを除去し、エポキシ樹脂充填側を除きモジュールの外部から余分なエポキシ樹脂を全て取り除く。
【００７１】
表２には、サージアレスタ１及び/又は４個のＭＯＶを含む実施形態７０の典型的な動作特性を説明する。
【００７２】
【表２】
0004431660.tif 000003
【００７３】
８５℃のＭＣＯＶは、周囲条件でのＭＣＯＶに等しいと仮定することができる。直流１mAでのＭＯＶ電圧は、交流５mAでの電圧の報告値より典型的には約５％小さい。
【００７４】
次に図９、図１０、図１１を参照すると、ＭＯＶケース９０は、単一のＭＯＶ組立体９１を収容している。
単一のＭＯＶ組立体９１は、図４に示したものと同様にＭＯＶ９２を挟持するプレート９３，９４から構成される。図４に示したエポキシ樹脂１２は、図１０では充填材９６としても使用される。位相導体９７は、好ましくは、図１１に最もよく示したようにプレート９４から外部ケース９５を通って延びるボルトである。接地導体９８は、好ましくは、プレート９３から外部ケース９５を通って延びるボルトである。外部ケース９５は、好ましくは硬質のプラスチックから形成される。
【００７５】
呼称寸法は、ｄ10＝ｄ11＝４.５０インチ（１１.４３cm）、ｄ12＝１.２５インチ（３.１８cm）である。取付プレート９９は、ナットボルト組立体１００を用いて外部ケース９５に固定される。
ナット及びボルト組立体１００は、ＭＯＶケース９０を基板（図示せず）に固定するために使用することもできる。外部ケース上９５に堆積した埃、グリース又は水は、ＭＯＶ組立体９１の電気特性に影響しないことは理解されよう。一方、図１に示した実施形態では、同様の堆積がＭＯＶサージアレスタ１の電気特性を損なうことになる。
【００７６】
次に図１２、図１３を参照すると、三相ＭＯＶ組立体１２０が示されている。外部ケース１２１は、好ましくは硬質のプラスチックから形成される。取付ブラケット１２２は、取付孔１２３を有する。位相１接続プレート１２４は、コネクタ１２４０を有する。
位相２接続プレート１２５は、コネクタ１２５０を有する。位相３接続プレート１２６は、コネクタ１２６０を有する。接地導体１２７は、好ましくは、コネクタ１２７０を有する厚さ０.２５インチ（０.６４cm）のアルミニウムプレートである。
【００７７】
各ＭＯＶ組立体１３０は、図１のＭＯＶサージアレスタ１と同一且つ電気的に等価物である。ＭＯＶ１３１は、プレート１３２及び１３３の間に挟持され、挟持体は、充填物１３９９と同一のエポキシ樹脂１２を含む。
プラスチック製の仕切プレート１３９８は、構造的な剛性を付与する。プレート１３２は平坦であり、外部ケース１２１を貫通して接続プレート１２４，１２５，１２６を形成する。プレート１３３は屈曲してブラケット１３４を形成し、接地コネクタ１２７に取り付けるためのナット及びボルト組立体１３５を構成する。
呼称寸法は、ｄ13＝６.７５インチ（１７.１５cm）、ｄ14＝５.１７インチ（１３.１３cm）である。ここでもまた、外側ケース１２１上に堆積した埃、グリース又は水はＭＯＶ組立体の電気特性に影響することはない。
この実施例では、各ＭＯＶが、約3.１５インチ（約８０mm）の直径を有する。
【００７８】
次に図１４，１５を参照すると、別の実施形態である三相ブロック１４００が示されている。Ｇは接地、１は位相１電力、２は位相２電力、３は位相３電力、ｘはスペーサを表す。ＭＯＶ１４８１は、位相２乃至位相３を保護する。ＭＯＶ１４８２は位相３乃至接地を保護する。ＭＯＶ１４８３は、位相２乃至接地を保護する。ＭＯＶ１４８４は、位相１乃至位相２を保護する。
ＭＯＶ１４８５は、位相１乃至位相３を保護する。ナット及びボルト組立体１４８６は,三相ブロック１４００の構造的剛性を維持する。各ＭＯＶとプレート間の封止層は全て、図１に示した構造と同一であるが、好ましくは図１６に示した蒸着型ＭＯＶを使用する。互い違いに配置されて取り付けが容易な接続端部１４３０乃至１４３４により、コンパクトで低電圧（６６０Ｖまでの）のサージ保護モジュールが提供される。
【００７９】
以上、本発明を好適な実施形態に基づき説明してきたが、多くの修正及び変形を行うことが可能であり、その結果も依然として本発明の範囲内に在る。ここに開示した特定の実施形態に関しての限定は意図されておらず、また推定されるべきではない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の効果は、塵や湿気の堆積を含むプレート間の幾つかの要因により生じる短絡回路の可能性を除去するために、冷却機能とＭＯＶの表面接触を改善して、部品故障の危険を減少させる。更に、ＭＯＶサージアレスタをパッケージ化することで、均一な電流分布を実現すると共に、サージにより生成される熱の迅速な除去を達成し、且つ取り付けを容易にすることができる。また、どんな形の外部汚染でも早期クランプを許容しない単相及び三相用の単一のパッケージ内に、多数のＭＯＶをパッケージすることができ且つ個々を効果的に絶縁可能なＭＯＶ使用サージアレスタパッケージを提供することができる。
【００８１】
耐候性のケーシング内に、予めパッケージ化された単一ディスクＭＯＶサージアレスタを提供することで、１,０００,０００アンペアを超えるサージ電流に対応できると共に、最大ピーク電流に５０ナノ秒未満で反応することができる。
【００８２】
また、軟質プレート、エポキシ樹脂、誘電性ゴム被膜、及び箱型ケースを使用することにより、著しいサージアレスタ性能の改善が実現される。
従来技術は、雷のみに関係していたが、本発明では、ピークサージ電流でも通過電圧を装置平均故障間隔（ＭＴＢＦ）を減少させるレベルより、十分に低いレベルまでに制限することにより信頼性を維持することができる。加えて、電圧クランプを従来技術より低いレベルで開始することにより、信頼性の維持を更に確実なものとする。
【００８３】
以上、本発明では、その他様々な効果が期待でき優れたＭＯＶサージアレスタを提供することが出きることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一のＭＯＶを含むサージアレスタの好適な実施形態の上方から見た一部破断斜視図。
【図２】図１のサージアレスタの正面図。
【図３】図１に示したサージアレスタの側面図。
【図４】図１に示したサージアレスタの分解組立図。
【図５】１２０／２４０Ｖ単相回路に接続されたサージアレスタの側面図。
【図６】三相サージアレスタ回路の平面図。
【図７】４個のＭＯＶサージアレスタモジュールを使用した三相サージアレスタの別の実施形態の平面図。
【図８】図６に示した三相サージアレスタの別の実施形態の平面図。
【図９】単一のＭＯＶケースの好適な実施形態の一部破断側面図。
【図１０】図９の線１０−１０に沿った断面図。
【図１１】図９に示した実施形態の上方から見た斜視図。
【図１２】三相ＭＯＶケースの好適な実施形態の上方から見た斜視図。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った断面図。
【図１４】三相モジュールの別の実施形態の側面図。
【図１５】図１４に示した実施形態の下方から見た斜視図。
【図１６】コーティングされたＭＯＶの平面図。
【図１】
0004431660.tif 000004
【図２】
0004431660.tif 000005
【図３】
0004431660.tif 000006
【図４】
0004431660.tif 000007
【図５】
0004431660.tif 000008
【図６】
0004431660.tif 000009
【図７】
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【図８】
0004431660.tif 000011
【図９】
0004431660.tif 000012
【図１０】
0004431660.tif 000013
【図１１】
0004431660.tif 000014
【図１２】
0004431660.tif 000015
【図１３】
0004431660.tif 000016
【図１４】
0004431660.tif 000017
【図１５】
0004431660.tif 000018
【図１６】
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