CN107210571A - 接触式供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即便设置在彼此同心配置的轴体(1)和筒体(2)之间的空间内的电刷(Br)随滑动而损耗，也将可靠地保证电刷与轴体(1)以及筒体(2)的接触，使电流在两者之间有效地流通的接触式供电装置(FM)。电刷(Br)具有带有与轴体的外周面面接触的内壁面的第一电刷片(5)；以及带有与筒体的内周面面接触的外壁面的第二电刷片(6)；使这些第一电刷片和第二电刷片以面接触的状态在周方向上交替配置。第一电刷片和第二电刷片的侧壁面各自形成为相对径向倾斜的圆锥状。在彼此相邻的第二电刷片之间设置施加远离方向的作用力的盘簧(7)。
Description
技术领域
本发明涉及一种接触式供电装置。
背景技术
这种接触式供电装置例如已知的有专利文献1。该装置中，为了以磁控溅射装置用的旋转式阴极单元向筒状的靶施加电力而使用了供电装置。供电装置包括固定在规定位置上的作为导电的轴体的内筒体；同心配置在该轴体的周围的作为导电性的筒体的外筒体(靶)；旋转驱动外筒体的驱动装置；以及在轴方向上留出规定间隔而突出设置在内筒体的外周面、并随着外筒体的旋转而在该外筒体的内周面上滑动的同时导通内筒体和外筒体的电刷。
再有，在内筒体的一端设置冷却剂的流入口的同时，在位于外筒体的内侧的内筒体的另一端设置冷却剂的流出口。并且，设置为从内筒体的另一端的流出口流出的冷却剂流过内筒体和外筒体之间的空间，从设置在外筒体的一端的冷却剂流出口流出。由此，在溅射时，不仅能使靶冷却，还可将冷却剂流入口到冷却剂流出口的循环通道内的灰尘等清出去。
此处，在上述种类的接触式供电装置中，通常是针对内筒体和外筒体的材质来选择电刷的材质，以使电刷优先损耗。因此，如上述已往例子那样，只在内筒体上突出设置电刷的话，随着电刷的滑动，该电刷与外筒体的接触面将会磨损，而导致外筒体的内周面与电刷的接触面积变小，或者外筒体的内周面完全接触不到电刷，从而无法有效地使电流在内筒体和外筒体之间流通，存在很早就到达使用寿命的问题。另一方面，作为设置在内筒体和外筒体之间的电刷，已知使用的是将线条材料成形为螺旋状的产品(例如参照专利文献2)。但是，在这样的结构中，要保证电刷本身的径向方向的厚度是很困难的，最终导致使用寿命提前。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】专利第3974541号公报
【专利文献2】专利公开2014－143155号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
鉴于以上内容，本发明的课题是提供一种即便电刷损耗，但通常可以可靠地保证电刷与轴体以及筒体的接触，使电流在轴体和筒体之间有效地流通的使用寿命高的接触式供电装置。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的接触式供电装置，其具有导电的轴体；在该轴体的周围同心配置的导电的筒体；以及配置在轴体和筒体之间的空间内并在轴体和筒体相对转动期间使轴体与筒体导通的电刷；上述接触式供电装置，其特征在于：电刷具有带有与轴体的外周面进行面接触的内壁面的第一电刷片；以及带有与筒体的内周面进行面接触的外壁面的第二电刷片；使这些第一电刷片和第二电刷片以面接触的状态在周方向上交替配置；使第一电刷片和第二电刷片的彼此面接触的侧壁面各自形成为相对径向倾斜的圆锥状，设置在彼此相邻的第一电刷片和彼此相邻的第二电刷片中的至少一种之间，设置向相对于第一电刷片或第二电刷片远离的方向施加作用力的施力装置。。
采用本发明，一旦使轴体和筒体相对转动，则根据轴体和筒体的相对转动速度、轴体的外周面与第一电刷片的摩擦阻力或筒体的内周面与第二电刷片的摩擦阻力等，第一电刷片和第二电刷片中的至少一种在轴体的外周面或筒体的内周面上移动。伴随着该移动，第一电刷片的内壁面和第二电刷片的外壁面磨损，在第一电刷片的内壁面与轴体的外周面之间或第二电刷片的外壁面与筒体的外周面之间产生间隙。如此，由于使相互面接触的第一电刷片和第二电刷片的侧壁面呈圆锥状，给彼此相邻的第一电刷片或第二电刷片施力，所以例如当第二电刷片被施了力时，这些被施了力的两个第二电刷片先被推向彼此远离的方向，其外壁面与筒体的内周面再次面接触。随之，在周方向上各自临近这些第二电刷片的第一电刷片分别被推向径向的内向，其内壁面与轴体的外周面再次面接触。同样地，通过其余的第二电刷片被推向径向的外向而其余的第一电刷片被推向径向的内向，使得所有的第一电刷片和第二电刷片分别与筒体的内周面和轴体的外周面面接触。
如此，在本发明中，即便第一电刷片或第二电刷片因滑动而磨损，一般也能可靠地保证轴体和筒体的接触，在使轴体和筒体相对转动期间，可使电流在轴体和筒体之间有效地流通，此外，只要施力装置的作用力作用在第一电刷片和第二电刷片的径向厚度范围内，就能可靠地保证电刷与轴体以及筒体的接触，所以可使接触式供电装置的使用寿命增加。
然而，一旦第一电刷片和第二电刷片中的至少一种在轴体的外周面或筒体的内周面上滑动，则会产生磨损粉尘，又是会出现妨碍轴体和筒体间的光滑的相对转动等的问题。因此，在本发明中，在轴体是筒状这类的情况下，也可采用分别在所述第一电刷片的外壁面和所述筒体的内壁面之间，以及在所述第二电刷片的内壁面和所述轴体的外壁面之间设置空间，采用第一电刷片的外壁面与从该外壁面向径向的外向延伸的第二电刷片的侧壁面、以及第二电刷片的内壁面与从该内壁面向径向的内向延伸的第一电刷片的侧壁面来限定出允许液体通过的连通路径的结构。由此，根据本发明的供电装置的用途，在使轴体和筒体相对转动期间，使冷却水或绝缘性的工作油等液体从轴体内流出并流过轴体和筒体之间的空间而循环的话，可用连通路径中流动的液体来在除去磨损粉尘，此外，在使工作油循环这类的情况下，可减轻第一电刷片、第二电刷片的磨损，也可进一步增加使用寿命。
再有，优选第一电刷片具有弯曲成与内壁面同心的圆弧状的外壁面，第二电刷片具有弯曲成与外壁面同心的圆弧状的内壁面。由此，能尽量保证第一电刷片和第二电刷片的径向厚度，使可损耗的量增加，从而可进一步增加使用寿命。
此外，在本发明中，优选所述施力装置是压缩设置在相邻的第一电刷片的侧壁面之间或第二电刷片的侧壁面之间的盘簧，在轴方向上距离规定间隔设置多个盘簧。
附图说明
图1是省略了其中一部分的本发明的实施方式的供电装置的剖面图。
图2是放大的图1所示的供电装置的关键部分的立体图。
图3是采用本发明的供电装置的溅射装置用的旋转阴极单元的主视图。
图4是放大的旋转阴极单元的关键部分的部分剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图，使用金属等导电性材料构成的内筒体和外筒体作为轴体和筒体，对本发明的接触式供电装置的实施方式进行说明。
参照图1和图2，FM是本实施方式的接触式供电装置。接触式供电装置FM具有圆形剖面的内筒体1；同心配置在该内筒体1的周围并且一端(图1中为左侧)封闭的圆形剖面的外筒体2；旋转驱动外筒体2的驱动装置3；以及配置在内筒体1和外筒体2之间的空间4内并使内筒体1和外筒体2导通的电刷Br。作为驱动装置3，只要是可使外筒体2相对内筒体1转动的装置即可，没有特别限定，例如可构成为具有电机3a；以及卷绕在设置于电机3a的驱动轴上的皮带轮3b与外筒体2的外周面之间的带3c。
电刷Br是相对于内筒体1或外筒体2的材质优先磨损的材质，由第一电刷片5和第二电刷片6构成。第一电刷片5和第二电刷片6例如可采用下述方法制作。即在径向上以大致相等的间隔将具有与内筒体1和外筒体2之间的径向长度相同的厚度且可插入到空间4内的筒状部件(未示出)分割成多个圆弧部分(本实施方式中是分割成10部分)。此时，通过使该分割面交替向不同于径向(图1中为上下方向)的方向倾斜，形成带有朝径向的外向逐渐变窄的圆锥状的分割面的一个圆弧部分，以及带有朝径向的外向逐渐变宽的圆锥状的分割面的另一个圆弧部分，以一个圆弧部分作为第一电刷片5，以另一个圆弧部分作为第二电刷片6。由此，在第一电刷片5具有与内筒体1的外周面1a面接触的内壁面5a的同时，第二电刷片6具有与外筒体2的内周面2a面接触的外壁面6a，作为第一电刷片5和第二电刷片6各自的分割面的侧壁面5b、6b形成为相对径向倾斜的圆锥状并彼此面接触。
再有，在将第一电刷片5和第二电刷片6插设在空间4内的状态下，沿与上述筒状部件同心的圆弧切削第一电刷片5的外壁面5c以在第一电刷片5的外壁面5c和外筒体2的内周面2a之间设置空间4a，同时沿与筒状部件同心的圆弧切削第二电刷片6的内壁面6c以在第二电刷片6的内壁面6c和内筒体1的外周面1a之间设置空间4b。由此，第一电刷片5具有弯曲成与其内壁面5a同心的圆弧状的外壁面5c，第二电刷片6具有弯曲成与其外壁面6a同心的圆弧状的内壁面6c。并且，通过第一电刷片5的外壁面5c和从该外壁面5c向径向的外向延伸的第二电刷片6的侧壁面6b、6b，以及第二电刷片6的内壁面6c和从该内壁面6c向径向的内向延伸的第一电刷片5的侧壁面5b、5b来限定允许液体通过的连通路径4a、4b。
进而，在将第一电刷片5和第二电刷片6插设在空间4内时，省略一个第一电刷片5，以第二电刷片61、62表示该省略的第一电刷片5两侧的第二电刷片6，在轴方向上彼此相邻的第二电刷片61、62的侧壁面6b间压缩设置作为向两第二电刷片61、62施加远离方向的作用力的施力装置的盘簧7。此时，在轴方向上以等间隔设置三个具有相同弹性系数的盘簧7。此外，也可在内筒体1的外周面1a和外筒体2的内周面2a上预先设置向径向突出的突出片8，在将第一电刷片5和第二电刷片6插设在空间4内时，将第一电刷片5和第二电刷片6保持为軸方向位置固定。再有，也可根据需要在盘簧7上设置防止倾斜或压曲的公知结构。
采用上述方法，一旦旋转驱动电机3a使外筒体2转动，则外筒体2相对于内筒体1作相对转动。此时，根据外筒体2的相对转动速度、内筒体1的外周面1a与第一电刷片5的摩擦阻力，或外筒体2的内周面2a与第二电刷片6的摩擦阻力等，使第一电刷片5和第二电刷片6中的至少一种在内筒体1的外周面1a或外筒体2的内周面2a上移动。随着该移动，第一电刷片5的内壁面5a或第二电刷片6的外壁面6a损耗，在第一电刷片5的内壁面5a与内筒体1的外周面1a之间、或第二电刷片6的外壁面6a与外筒体2的内周面2a之间产生缝隙。这样一来，由于彼此面接触的第一电刷片5和第二电刷片6的侧壁面5b、6b呈圆锥状，由盘簧7向第二电刷片6施加有作用力，所以第二电刷片61、62先被推向彼此分离的方向，两第二电刷片61、62的外壁面6a与外筒体2的内周面2a再次面接触。随之，以第一电刷片51、52表示在周方向上分别与两第二电刷片61、62相邻的第一电刷片5，第一电刷片51、52分别被推向径向的内向，这两个第一电刷片51、52的内壁面5a与内筒体1的外周面1a再次面接触。同样地，其余的第二电刷片63～65被推向径向的外向，其余的第一电刷片53、54被推向径向的内向，所有的第一电刷片5和第二电刷片6与外筒体2的内周面2a和内筒体1的外周面1a面接触。
从而，即便第一电刷片5或第二电刷片6因滑动而磨损，一般也能可靠地保证内筒体1和外筒体2的接触，在使内筒体1和外筒体2相对转动期间，可使电流有效地在内筒体1和外筒体2之间流通，此外，只要盘簧7的作用力作用在第一电刷片5和第二电刷片6的径向的厚度范围内，就能可靠地保证电刷Br与内筒体1和外筒体2的接触，所以可实现增加供电装置FM的使用寿命。此时，除为了设置盘簧7而省略了一个第一电刷片5的范围外，在第二电刷片61、62的外壁面6a与外筒体2的内周面2a面接触的同时，第一电刷片51、52的内壁面5a与内筒体1的外周面1a也面接触，因此，可保证比以往例子的电刷更大的接触面积，在流通大的高频电流这类的情况下是有利的。并且，与以往例子的电刷相比，可缩短在电刷与内筒体的外周面和外筒体的内周面的接触面积设计为相同时的轴方向的长度，有利于使用本发明的供电装置的装置的小型化。
再有，由于限定出了允许液体通过的连通路径4a、4b，所以根据供电装置FM的用途，如果使冷却水等冷媒或绝缘性的工作油等液体从内筒体1的内部空间1b流过该内筒体1和外筒体2之间的空间4和连通路径4a、4b而循环的话，则可用流过空间4和连通路径4a、4b的液体来去除磨损粉尘，并且，也可消除因通电而产生的热量。此外，在使用工作油这类的情况下，可减轻第一电刷片5、第二电刷片6的损耗从而进一步增加使用寿命。再有，在使液体循环的情况下，优选在液体循环通道中设置去除磨损粉尘的过滤器。再有，由于第一电刷片5具有弯曲成与内壁面5a同心的圆弧状的外壁面5c，第二电刷片6具有弯曲成与外壁面6a同心的圆弧状的内壁面6c，所以能尽量保证第一电刷片5和第二电刷片6的径向的厚度，增加可损耗的量从而可进一步增加使用寿命。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不受上述方式所限定。在上述实施方式中，以用内筒体1作为轴体的装置为例进行了说明，但也可使用实心的装置，再有，以旋转驱动外筒体2的装置为例进行了说明，但不仅是外筒体2，分别旋转驱动内筒体1和外筒体2的装置也适用本发明。再有，在上述实施方式中，以只在内筒体1和外筒体2之间通过电刷Br通电的装置为例进行了说明，但并不仅限于此，本发明也可适用于所谓的多极化装置。此时，例如在轴方向上加入需要的绝缘距离将轴体和筒体划分成多个，分别在划分出的轴体和筒体之间插设上述电刷Br即可。
再有，第一电刷片5和第二电刷片6的形状，只要是具有与内筒体1的外周面1a、外筒体2的内周面2b分别面接触的壁面5a、6a，或彼此面接触的侧壁面5b、6b的装置即可，并不仅限于上述装置，进而，以切割第一电刷片5的外壁面5c和第二电刷片6的内壁面6c限定出连通路径4a、4b的装置为例进行了说明，但例如也可通过在电刷片5、6上形成轴向贯通的通孔而设置连通路径。再有，虽未特别图示说明，但例如也可在外筒体2的内周面2a上形成纵贯其全长的螺旋状的朝径向凹陷的槽部，通过在旋转驱动外筒体2时，运送存在于内筒体1和外筒体2之间的空间4的液体，从而省去液体循环用的泵，使液体在供电装置FM内循环。再有，以在第二电刷片6间设置施力装置的装置为例进行了说明，但也可在第一电刷片5间设置施力装置。再有，以使用盘簧7作为施力装置的装置为例进行了说明，但并不仅限于此。
接着，以将上述实施方式的接触式供电装置应用于溅射装置用的旋转式阴极单元中为例进行说明。以下以图3所示的旋转式阴极单元的姿态为基准，采用称为“上”、“下”、“左”、“右”的表示方向的用语，并且，构成上述实施方式的供电装置的部件采用同一符号。
参照图3和图4，设置在图外的真空室内的旋转式阴极单元RC间隔绝缘材料与作为成膜对象的基板W在上下方向上相对，并由圆筒状的靶Tg、经夹具Cp连接在靶Tg的右端的驱动块10以及经夹具Cp连接在靶Tg的左端的支撑块20构成。在支撑块20上设置有由轴承21支撑的从动轴22，旋转自如地支撑靶Tg的一端。靶Tg由筒状的衬底管31和通过铟或锡等粘接材料(未图示)接合在衬底管31上的筒状的靶材32构成。作为靶材32，使用根据要在基板W上形成的膜的组成而从金属或金属化合物中适当选择的物质。
衬底管31外插有在作为靶Tg的轴方向的左右方向大致全长上延伸的外管33，在外管33内，同心设置内管34。外管33的左右方向两端的开口分别由帽体35封闭，在帽体35上分别开设轴方向的通孔35a。并且，内管34的内部空间构成冷却水等冷媒循环时的去路34a，内管34和外管33之间的空间构成回路33a。再有，虽未特别图示说明，但也可在内管34和外管33之间的空间内组装具有公知结构的磁铁单元，在向靶Tg施加规定的电位溅射靶材32时，产生漏磁场以便通过靶Tg和基板W之间的磁场的垂直成分为零的位置的线沿靶材32的轴方向的大致全长延伸并封闭成跑道状。
驱动块10具有外壳11，外壳11的右内壁上架设向左右方向延伸的内筒体1，内筒体1的左端与内管34液密地连接。在固定在外壳11上的内筒体1的周围，与该内筒体1同心配置有外筒体2。在外筒体2的内周面2a上，设置有径向凹陷的环状的凹部2b，在该凹部2b处嵌连有电刷Br的第二电刷片6。此时，只有由第一电刷片5的外壁面5c和从该外壁面5c向径向的外向延伸的第二电刷片6的侧壁面6b、6b所限定出的连通路径4b允许冷媒通过。
外筒体2由通过多个轴承12a插在外壳11内的支撑部件13旋转自如地支撑。在外筒体2上位于轴承12a的左右方向两侧外插设油封12b。再有，在外筒体2的外周面2a上，在与电机3a的驱动轴上设置的皮带轮3b之间卷绕有带3c。再有，在外筒体2的左端液密地安装有导电的法兰14，经该法兰14通过夹具Cp与衬底管31相连接。由此，一旦驱动电机3a使外筒体2旋转驱动，则靶Tg与该外筒体2一体地被以规定转数来旋转驱动。此时，内筒体1经电刷Br与外筒体2导通，该外筒体2经法兰14与衬底管31进而与靶材32导通(即内筒体1与靶材32呈同电位)。在从外筒体2向左侧突出的内筒体1的部分外插设将来自回路33a的冷媒引导到内筒体1和外筒体2之间的连通路径4的引导板15。
在外壳11上设置有内部分别设置了去路17a和回路17b且前端与内筒体1相连接的导电的管道17。并且，去路17a与内筒体1的内部空间1b相连通，回路17b与内筒体1和外筒体2之间的空间4相连通。由此，形成从管道17的去路17a经内筒体1的内部空间1b与内管34内的去路34a相连通，从左侧的帽体35的透孔35a通过回路33a，经透孔35a与内筒体1和外筒体2之间的空间4相连通，经连通路径4a返回回路17b的冷媒循环通道，在溅射中，可通过与冷媒的热交换冷却靶材32。再有，在管道17上连接有来自图外的溅射电源的输出电缆18。由此，可一边通过电机3a旋转驱动外筒体2而旋转驱动靶Tg，一边经来自溅射电源的输出电缆18向靶材32施加例如带有负电位的规定电力。
附图标记说明
FM…接触式供电装置、内筒体(轴体)、1…内筒体(轴体)、1a…外周面、2…外筒体(筒体)、2a…内周面、4…内筒体和外筒体之间的空间、4a，4b…电刷片之间的连通路径，Br…电刷、5…第一电刷片、5a…内壁面、5b…侧壁面、5c…外壁面、6…第二电刷片、6a…外壁面、6b…侧壁面、6c…内壁面、7…盘簧(施力装置)。
Claims (4)
1.一种接触式供电装置，其具有导电的轴体；在该轴体的周围同心配置的导电的筒体；以及配置在轴体和筒体之间的空间内并在轴体和筒体相对转动期间使轴体与筒体导通的电刷；上述接触式供电装置，其特征在于：
所述电刷具有带有与轴体的外周面进行面接触的内壁面的第一电刷片；以及带有与筒体的内周面进行面接触的外壁面的第二电刷片；使这些第一电刷片和第二电刷片以面接触的状态在周方向上交替配置；
使第一电刷片和第二电刷片的彼此面接触的侧壁面各自形成为相对径向倾斜的圆锥状，在彼此相邻的第一电刷片和彼此相邻的第二电刷片中的至少一种之间设置向相对于第一电刷片或第二电刷片远离的方向施加作用力的施力装置。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于：在所述轴体是筒状的装置中，分别在所述第一电刷片的外壁面和所述筒体的内壁面之间，以及在所述第二电刷片的内壁面和所述轴体的外壁面之间设置空间；
通过第一电刷片的外壁面与从该外壁面向径向的外向延伸的第二电刷片的侧壁面、以及第二电刷片的内壁面与从该内壁面向径向的内向延伸的第一电刷片的侧壁面来限定出允许液体通过的连通路径。
3.根据权利要求2所述的供电装置，其特征在于：
第一电刷片具有弯曲成与内壁面同心的圆弧状的外壁面，第二电刷片具有弯曲成与外壁面同心的圆弧状的内壁面。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的供电装置，其特征在于：
所述施力装置是压缩设置在第一电刷片的侧壁面之间或第二电刷片的侧壁面之间的盘簧，在轴方向上距离规定间隔设置多个盘簧。
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