JP2005303215A - 可変容量コンデンサ及びこの可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁界の影響を抑制してベローズの耐久性を向上させることのできる可変容量コンデンサを提供する。
【解決手段】 第１可変容量コンデンサＶＣ１は、所定間隔を隔てて離間しながら相対移動自在に設けられた可動側電極２４及び固定側電極２５と、可動側電極２４がベローズ２３を介して接続された第１電極端子部２１と、固定側電極２５が接続された第２電極端子部２２と、第１電極端子部２１及び第２電極端子部２２との間に介在された外殻２６とを有し、外殻２６の周囲に、外部において発生される磁界を遮蔽するためのシールド部材１９が設けられている。
【選択図】 図３

Description

本願発明は、例えば高周波電力を用いてプラズマを発生させてエッチングや薄膜形成等を行う高周波電力供給システムに用いられ、負荷側のインピーダンスと高周波電源装置側の特性インピーダンスとを整合させるためのインピーダンス整合器及びそのインピーダンス整合器の内部といった磁界が発生する場所に用いられる可変容量コンデンサに関する。

図１０は、インピーダンス整合器が用いられる高周波電力供給システムの構成例を示す図である。このシステムは、高周波電力を出力するための高周波電源装置１と、この高周波電源装置１に同軸ケーブルからなる伝送線路２を介して接続され、高周波電源装置１の入力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合器３と、このインピーダンス整合器３に電磁波が漏れないように遮蔽された銅板等からなる負荷接続部４を介して接続された、例えばプラズマ処理装置からなる負荷Ｌとで構成されている。

高周波電源装置１は、負荷Ｌに対して高周波電力を供給するための装置であり、図示しない電力増幅回路や発振回路等を備え、所定の電力に設定された高周波電力を伝送線路２を通じてインピーダンス整合器３に出力する。

インピーダンス整合器３は、その入力端から高周波電源装置１側を見た入力インピーダンスと、その入力端から負荷Ｌ側を見た負荷インピーダンスとを整合させるためのものであり、高周波電源装置１の出力を効率よく負荷Ｌに供給するのに用いられる。

負荷Ｌは、エッチングやＣＶＤ等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するための装置である。より詳細には、負荷Ｌは、例えばプラズマ処理装置（プラズマチャンバー）とされ、このプラズマ処理装置は、内部に備えた真空容器にプラズマ発生用のガスが導入され、供給された高周波電力を用いて上記ガスを電離させて、プラズマを発生させるものである。発生されたプラズマは、半導体ウェハや液晶基板等の被工作物を加工するために利用される。

上記高周波電力供給システムにおいては、高周波電源装置１から負荷Ｌに高周波電力が供給されている間、負荷Ｌのインピーダンスが変動し、高周波電源装置１と負荷Ｌとの間にインピーダンスの不整合が発生するため、負荷Ｌのインピーダンス変動に応じてインピーダンス整合器３内の可変インピーダンス素子（図略）のインピーダンス値を自動的に変化させて高周波電源装置１と負荷Ｌとの間のインピーダンスを整合させるようになっている。

インピーダンス整合器３は、図１１に示すように、略箱状の筐体１１内に第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２を備えている。すなわち、入力端子ＲＦ−ＩＮに接続された連結棒１２及びそれに接続された導体板１３からなる入力側伝送ライン１４には、各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の一端が接続され、第１可変容量コンデンサＶＣ１の他端は導体片１５を介して筐体１１（グランド）に接続されている。また、第２可変容量コンデンサＶＣ２の他端には、略Ｌ字状の出力側伝送ライン１６が接続されている。この出力側伝送ライン１６は、図１１に示すように、筐体１１の外部まで突出しており、この突出した部分が出力端子ＲＦ−ＯＵＴとして機能する。また、各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の一端には、可動側電極４４（図１３参照、後述）を駆動する駆動用モータ１８が接続されている。なお、出力端子ＲＦ−ＯＵＴの周囲には、絶縁板１７が設けられ、筐体１１とはフローティングの状態になっている。

これらのインピーダンス整合器３の構成は、例えば図１２に示すような等価回路で表される。なお、図１２に示す等価回路のＬ１は、第２可変容量コンデンサＶＣ２に接続された出力側伝送ライン１６に相当している。これは、高周波電源装置１から出力される高周波電力の周波数が百ｋＨｚ以上の高周波であるために、板状の形状であっても、インダクタと見なせるようなインダクタンスをもつからである。

図１３は、第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の概略断面図である。なお、図１３では、駆動用モータ１８等の構成も含まれている。また、第２可変容量コンデンサＶＣ２の構成は、第１可変容量コンデンサＶＣ１と略同様であるため、以下では主に第１可変容量コンデンサＶＣ１について説明する

第１可変容量コンデンサＶＣ１は、例えば大電力を許容するための真空コンデンサによって構成されている。第１可変容量コンデンサＶＣ１は、略円柱状に形成されており、一端側に設けられた第１電極端子部４１と、他端側に設けられた第２電極端子部４６と、蛇腹状に形成されたベローズ４２と、可動側電極４４と、固定側電極４５と、第１電極端子部４１と第２電極端子部４６との間に介在された外殻４７とを備えて大略構成されている。

第１可変容量コンデンサＶＣ１の内部では、第２電極端子部４６に固定側電極４５が固定され、この固定側電極４５に対して可動側電極４４が軸方向に沿って移動自在に内外嵌合されている。

固定側電極４５は、複数の円筒体を同心状に配置したものであり、可動側電極４４は、固定側電極４５を構成する複数の円筒体に対して内外嵌合する複数の円筒体を同心状に配置したものである。固定側電極４５の複数の円筒体と、可動側電極４４の複数の円筒体とは、半径方向に所定の間隔を隔てて対向している。この固定側電極４５と可動側電極４４とにおける多層構造によって静電容量が形成され、固定側電極４５に対する可動側電極４４の軸方向に沿った移動によって、静電容量が可変されるようになっている。

可動側電極４４には、調整ボルト４８が一体的に設けられている。第１電極端子部４１の軸心部には、凹入部４９が形成されており、その凹入部４９の軸心部に形成された貫通孔に上記調整ボルト４８が軸方向で内外に貫通されている。調整ボルト４８の外周部には雄ネジが螺刻されており、この雄ネジに後述する静電容量調整筒軸４９の雌ネジが螺合されている。

第１可変容量コンデンサＶＣ１の内部において、第１電極端子部４１と可動側電極４４との間には、調整ボルト４８を取り巻く状態でベローズ４２が軸方向に伸縮自在に張設されている。ベローズ４２は、例えば銅製であり、可動側電極４４を第１電極端子部４１に対して電気的に接続している。このベローズ４２は、可動側電極４４が上下動するため、当該可動側電極４４を第１電極端子部４１に伸縮可能に電気的に接続するものである。

静電容量調整筒軸４９は、第１電極端子部４１に形成された開口から突出するように設けられ、静電容量調整筒軸４９には、それと同軸状に対向された状態で、かつカップリング５０を介して駆動用モータ１８の駆動軸５１が減速機構の介在なしに直接的に連結されている。静電容量調整筒軸３４、カップリング３５及び駆動軸５１は、モータ支持フランジ５２によってそれらの周囲が覆われており、モータ支持フランジ５２は、導体板１３と筐体１１との間に介装されている。

特開平５−１９０３８７号公報

上記の第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の構成において、駆動用モータ１８が駆動されて固定側電極４５に対して可動側電極４４が各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の軸方向に移動することにより、可動側電極４４と固定側電極４５とが相対向する面積が変化し、これにより各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の静電容量が変化し、インピーダンス整合器３においてインピーダンスの適切な整合が行われるようになっている。

ところで、近年、半導体ウェハや液晶基板等は、そのサイズが拡大する傾向にあり、これに伴い負荷Ｌの低インピーダンス化が顕在化している。そのため、高周波電源装置１及びインピーダンス整合器３等からなる高周波電力供給システム（高周波回路）では、半導体ウェハや液晶基板等のサイズの大型化に応じて高電力化を進行させる必要がある。その一方、負荷Ｌは低インピーダンス化するため、例えばインピーダンス整合器３に含まれる各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２には高電流が流れることになる。

高周波電源装置１から負荷Ｌに電力を供給したときにインピーダンス整合器３に流れる電流の成分には、図１２に示すように、入力端子ＲＦ−ＩＮ側から負荷Ｌ側に流れる成分と、グランドから第１可変容量コンデンサＶＣ１、第２可変容量コンデンサＶＣ２及び出力側伝送ライン１６（図１２のＬ１成分に相当）を通って負荷側に流れる成分がある。ここで、第１可変容量コンデンサＶＣ１において流れる電流をｉ₁とすれば、図１４に示すように、電流ｉ₁は、第２電極端子部４６、固定側電極４５、可動側電極４４、ベローズ４２、及び第１電極端子部４１を通じて流れる。一方、第２可変容量コンデンサＶＣ２において流れる電流をｉ₂とすれば、電流ｉ₂は、第１電極端子部４１、ベローズ４２、可動側電極４４、固定側電極４５、及び第２電極端子部４６を通じて流れる。

ここで、第２可変容量コンデンサＶＣ２及びその近傍には、そのベローズ４２に流れる電流ｉ₂によって第２可変容量コンデンサＶＣ２の軸心を中心にして同心円状に広がる磁界Ｂ₂が発生する。この磁界Ｂ₂は、第２可変容量コンデンサＶＣ２に並列配置されている第１可変容量コンデンサＶＣ１の外殻４７の部分からコンデンサ内部に浸入し、第１可変容量コンデンサＶＣ１のベローズ４２の部分に、図１４に示すように、渦電流ｉｂを発生させる。なお、第１可変容量コンデンサＶＣ１の外殻４７以外の部分は導電性部材により第１電極端子部４１と第２電極端子部４６が構成されているので、これらの部分から磁界Ｂ₂が筐体内に浸入することは殆どない。

従って、第１可変容量コンデンサＶＣ１では、ベローズ４２を流れる電流ｉ₁に、渦電流ｉｂが加わるので、第１可変容量コンデンサＶＣ１のベローズ４２に流れる電流の大きさは、図１４の紙面に向かって右側よりも左側（第２可変容量コンデンサＶＣ２側）の方が大きくなる。すなわち、第１可変容量コンデンサＶＣ１の外部において磁界が発生しない場合は、ベローズ４２を電流が均等に流れるが、第１可変容量コンデンサＶＣ１の外部において磁界が発生する場合は、ベローズ４２を電流が均等に流れず、電流経路に偏りが生じる。その結果、第１可変容量コンデンサＶＣ１のベローズ４２において、図１４の紙面に向かって左側部分は、第１可変容量コンデンサＶＣ１の外部において磁界が発生しない場合に比べて発熱量が大きくなって温度が上昇する。このような現象は、上述したように、半導体ウェハや液晶基板等のサイズの増大に伴い高出力化する一方、負荷Ｌの低インピーダンス化により第１，第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２を通って負荷側に流れる電流が増大したことが原因となって、より顕著となったものである。

ベローズ４２における発熱が増大して温度が上昇すると、ベローズ４２自体の伸縮寿命が短くなる。そして、伸縮寿命に至るとベローズ４２が破断する。すなわち、インピーダンス整合器３は、上記した固定側電極４５に対して可動側電極４４が変移してインピーダンス成分を変化させるが、可動側電極４４の変移にともないベローズ４２が伸縮する。この伸縮の耐用積算回数は、温度によって変化し、温度が高い程、耐用積算回数が低下する。そして、耐用積算回数に至ると、金属疲労によってベローズ４２が破断する。従って、上記のように、ベローズ４２の発熱量が部分的に増大して温度上昇すると、その部分の伸縮寿命が短くなって破断に至る時期が早まり、ひいては、ベローズ４２の寿命が短くなる。また、ベローズ４２の表面に大電流が流れると、ベローズ４２と第１電極端子部４１若しくは第２電極端子部４６との間で放電が生じることがあり、耐電圧不良の原因のひとつとなる。

なお、第２可変容量コンデンサＶＣ２においても、第１可変容量コンデンサＶＣ１と同様に、第１可変容量コンデンサＶＣ１によって発生する磁界によって渦電流が発生し、ベローズ４２が発熱し、同様の問題点が生じる。

本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、磁界の影響を抑制してベローズの耐久性を向上させることのできる可変容量コンデンサを提供することを、その課題とする。

上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

本願発明の第１の側面によって提供される可変容量コンデンサは、所定間隔を隔てて離間しながら相対移動自在に設けられた第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極の一方が収縮部材を介して接続された第１の電極端子部と、前記第１の電極及び第２の電極の他方が接続された第２の電極端子部と、前記第１の電極端子部及び前記第２の電極端子部との間に介在された絶縁部材とを有する可変容量コンデンサであって、前記絶縁部材の周囲に、外部において発生される磁界を遮蔽するためのシールド部材を設けたことを特徴としている（請求項１）。

この構成によれば、上記可変容量コンデンサが複数設けられたインピーダンス整合器に適用された場合、第１の電極及び第２の電極が所定間隔を隔てて離間しながら相対移動されることにより、この可変容量コンデンサにおける静電容量が変化してインピーダンスの整合が行われるが、このとき、第１の電極及び第２の電極の一方が収縮部材を介して接続された第１の電極端子部と、第１の電極及び第２の電極の他方が接続された第２の電極端子部との間には、収縮部材を介して電流が流れる。例えば、この電流が比較的高い電流であれば、この電流によって磁界が発生し、この磁界が他の可変容量コンデンサにおいて渦電流を生じさせ、他の可変容量コンデンサの収縮部材に流れる電流を更に増大させることがある。

しかしながら、本願発明では、絶縁部材の周囲にシールド部材が設けられているため、外部において発生される磁界を遮蔽することができる。従って、収縮部材における電流の偏りを防止することができ、ひいては収縮部材の寿命を低下させることを防止してその耐久性の向上を図ることができる。

好ましい実施の形態によれば、前記シールド部材は、前記絶縁部材の少なくとも一部を覆うように設けられた導体片によって構成されているとよい（請求項２）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記シールド部材は、前記絶縁部材の外表面の少なくとも一部又は内表面の少なくとも一部に形成された導体層によって構成されていてもよい（請求項３）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記シールド部材は、前記絶縁部材の内部に設けられた導体片によって構成されていてもよい（請求項４）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記シールド部材は、第１の電極端子部又は第２の電極端子部のいずれか一方に電気的に接続されているとよい（請求項５）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記シールド部材は、第１の電極端子部又は第２の電極端子部に電気的に非接続とされていてもよい（請求項６）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記第１の電極端子部、前記第２の電極端子部、及び前記絶縁部材によって外形が概略形成され、かつ前記絶縁部材の内側に前記収縮部材が配置されているとよい（請求項７）。

他の好ましい実施の形態によれば、前記第１の電極と第２の電極との間の静電容量を形成するための空間が真空になっているとよい（請求項８）。

また、本願発明の第２の側面によって提供されるインピーダンス整合器は、所定間隔を隔てて離間しながら相対移動自在に設けられた第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極の一方が収縮部材を介して接続された第１の電極端子部と、前記第１の電極及び第２の電極の他方が接続された第２の電極端子部と、前記第１の電極端子部及び前記第２の電極端子部との間に介在された絶縁部材とを有する可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器であって、前記可変容量コンデンサの前記絶縁部材の周囲に、前記可変容量コンデンサの外部において発生される磁界を遮蔽するためのシールド部材を設けたことを特徴としている（請求項９）。

好ましい実施の形態によれば、前記可変容量コンデンサを複数個備え、前記複数の可変容量コンデンサの少なくとも２つが略平行に配置されているとよい（請求項１０）。

本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

本願発明にかかる可変容量コンデンサを含むインピーダンス整合器が適用される高周波電力システムは、背景の技術の欄で説明した図９に示した構成と略同様である。そのため、以下では、その説明を省略し、本実施形態の特徴に関する部分について主に説明する。

＜第１実施例＞
図１は、本願発明の第１実施例にかかる可変容量コンデンサを含むインピーダンス整合器の内部が一部透視された斜視図である。インピーダンス整合器３は、上述したように、その入力端から高周波電源装置１（図１０参照）側を見た入力インピーダンスと、その入力端から負荷Ｌ側を見た負荷インピーダンスとを整合させるためのものである。

より詳細には、高周波電源装置１から負荷Ｌに高周波電力が供給されている間、負荷Ｌのインピーダンスが変動し、高周波電源装置１と負荷Ｌとの間にインピーダンスの不整合が発生するため、負荷Ｌのインピーダンス変動に応じてインピーダンス整合器３内の可変インピーダンス素子としての可変容量コンデンサのインピーダンス値を自動的に変化させて高周波電源装置１と負荷Ｌとの間のインピーダンスを整合させるものである。

インピーダンス整合器３は、略箱状に形成された筐体１１を有し、筐体１１の一の側面には、高周波電源装置１に接続される、例えば同軸ケーブル用のコネクタを有する入力端子ＲＦ−ＩＮが設けられている。入力端子ＲＦ−ＩＮには、例えば銅製の連結棒１２及び導体板１３からなる入力側伝送ライン１４が接続されている。導体板１３は、筐体１１の他の側面の内側に沿って配されており、導体板１３には、第１可変容量コンデンサＶＣ１の一端が接続され、電気的に導通されている。第１可変容量コンデンサＶＣ１の他端は、断面視で略Ｌ字状の導体片１５を介して筐体グランドに接続されている。

また、入力側伝送ライン１４は、第１可変容量コンデンサＶＣ１との接続部分の下流側において、第２可変容量コンデンサＶＣ２の一端が接続され、電気的に導通されている。第２可変容量コンデンサＶＣ２の他端は、出力側伝送ライン１６に電気的に接続されている。出力側伝送ライン１６は、例えば銅板からなり、平面視略Ｌ字状に折り曲げられて、図１に示すように、筐体１１の外部まで突出している。なお、この突出した部分が出力端子ＲＦ−ＯＵＴとして機能する。出力端子ＲＦ−ＯＵＴには、負荷接続部４（図１０参照）を介して負荷Ｌが接続されている。なお、出力端子ＲＦ−ＯＵＴの周囲には、絶縁板１７が設けられ、出力端子ＲＦ−ＯＵＴと筐体１１とはフローティングの状態になっている。

第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の一端には、後述する可動側電極２４を変移させるためのステッピングモータからなる駆動用モータ１８が備えられている。この駆動用モータ１８は、図示しないマイクロコンピュータからの指令により回転駆動され、これにより、可動側電極２４が固定側電極２５に対して変移して、各可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の静電容量を変化させ、適切なインピーダンスの整合を行う。

また、第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の周囲には、本願発明の特徴部分であるシールド部材１９が設けられている。このシールド部材１９については、後述する。

このインピーダンス整合器３の等価回路は、背景技術の欄で説明した図１１に示す構成となっている。なお、上述したように、図１１に示す等価回路のＬ１は、第２可変容量コンデンサＶＣ２に接続された出力側伝送ライン１６に相当している。

図２は、第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の概略断面図である。なお、図２では、駆動用モータ１８等の構成も含まれている。また、第２可変容量コンデンサＶＣ２の構成は、第１可変容量コンデンサＶＣ１と略同様であるため、以下では主に第１可変容量コンデンサＶＣ１について説明する。

第１可変容量コンデンサＶＣ１は、例えば大電力を許容するための真空コンデンサによって構成されている。第１可変容量コンデンサＶＣ１は、略円柱状に形成されており、一端側に設けられた第１電極端子部２１と、他端側に設けられた第２電極端子部２２と、蛇腹状に形成されたベローズ２３と、可動側電極２４と、固定側電極２５と、第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間に介在された外殻２６とを備えて大略構成されている。

第１電極端子部２１は、略円形状の基部２１ａと、その周縁から直交方向に延びたフランジ部２１ｂとによって構成されている。また、第２電極端子部２２も、略円形状の基部２２ａと、その周縁から直交方向に延びたフランジ部２２ｂとによって構成されている。両フランジ部２１ｂ，２２ｂは、その周縁同士が対向して配置され、これらのフランジ部２１ｂ，２２ｂ間に、例えばセラミックス製の絶縁筒からなる外殻２６が設けられている。この外殻２６は、第１可変容量コンデンサＶＣ１を絶縁部材で密閉することによりそれを電気的に保護するものである。

第１可変容量コンデンサＶＣ１の内部では、第２電極端子部２２に固定側電極２５が固定され、この固定側電極２５に対して可動側電極２４が軸方向に沿って移動自在に内外嵌合されている。

固定側電極２５は、複数の円筒体を同心状に配置したものであり、可動側電極２４は、固定側電極２５を構成する複数の円筒体に対して内外嵌合する複数の円筒体を同心状に配置したものである。固定側電極２５の複数の円筒体と、可動側電極２４の複数の円筒体とは、半径方向に所定の間隔を隔てて対向している。この固定側電極２５と可動側電極２４とにおける多層構造によって静電容量が形成され、固定側電極２５に対する可動側電極２４の軸方向に沿った移動によって、静電容量が可変されるようになっている。

可動側電極２４には、調整ボルト３２が一体的に設けられている。第１電極端子部２１の軸心部には、凹入部３３が形成されており、その凹入部３３の軸心部に形成された貫通孔に上記調整ボルト３２が軸方向で内外に貫通されている。調整ボルト３２の外周部には雄ネジが螺刻されており、この雄ネジに後述する静電容量調整筒軸３４の雌ネジが螺合されている。ここで、凹入部３３の貫通孔には、調整ボルト３２が所定長さにわたって貫通されており、この構造により軸心精度が高められ、固定側電極２５に対する可動側電極２４の軸方向に沿った相対移動をスムーズかつ正確なものにされている。

第１可変容量コンデンサＶＣ１の内部において、第１電極端子部２１と可動側電極２４との間には、調整ボルト３２を取り巻く状態でベローズ２３が軸方向に伸縮自在に張設されている。ベローズ２３は、例えば銅製であり、可動側電極２４を第１電極端子部２１に対して電気的に接続している。このベローズ２３は、可動側電極２４が上下動するため、当該可動側電極２４を第１電極端子部２１に伸縮可能に電気的に接続するものである。また、このベローズ２３は、可動側電極２４や調整ボルト３２の回り止めとしての機能をも兼ねている。

静電容量調整筒軸３４は、第１電極端子部２１に形成された開口から突出するように設けられ、静電容量調整筒軸３４には、それと同軸状に対向された状態で、かつカップリング３５を介して駆動用モータ１８の駆動軸３６が減速機構の介在なしに直接的に連結されている。静電容量調整筒軸３４、カップリング３５及び駆動軸３６は、モータ支持フランジ３７によってそれらの周囲が覆われており、モータ支持フランジ３７は、導体板１３と筐体１１との間に介装されている。

駆動用モータ１８は、図略のマイクロコンピュータからの制御信号に基づいて駆動される。駆動用モータ１８が駆動されると、駆動軸３６、カップリング３５及び静電容量調整筒軸３４が回転し、静電容量調整筒軸３４に螺合された調整ボルト３２が上下動する。これに伴い、可動側電極２４が上下動し、その結果、第１可変容量コンデンサＶＣ１における静電容量が可変される。なお、駆動用モータ１８には、エンコーダ(図示略)が付属されており、そのエンコーダによって駆動用モータ１８の駆動状態がマイクロコンピュータに監視されるようになっている。なお、上記のように駆動用モータ１８によって可動側電極２４が可動されることに代えて、手動で可動側電極２４が可動されてもよい。

第１可変容量コンデンサＶＣ１の外周には、所定の間隔を隔てて例えば金属製のシールド部材１９が外嵌されている。より詳細には、このシールド部材１９は、略円形状の基部１９ａと、その基部の周縁から直交方向に延びた延設部１９ｂとを備えており、基部１９ａが第２電極端子部２２に接合され、延設部１９ｂが第１可変容量コンデンサＶＣ１の外周面、すなわち、第２電極端子部２２のフランジ部２２ｂ、外殻２６、及び第１電極端子部２１のフランジ部２１ｂの一部を覆うようにして設けられている。

上記可変容量コンデンサの構成をインピーダンス整合器３に適用すると、図３に示すように、第１可変容量コンデンサＶＣ１に設けられたシールド部材１９は、筐体グランドに接地されることになり、一方、第２可変容量コンデンサＶＣ２に設けられたシールド部材１９は、出力側伝送ライン１６を介して出力端子ＲＦ−ＯＵＴに接続されることになる。

このように、シールド部材１９は、第１可変容量コンデンサＶＣ１を電気的に覆うことにより外部磁界を遮蔽するようにしている。すなわち、図１及び図３に示すように、第１及び第２可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２が並列配置されていると、各可変容量コンデンサＶＣ１（ＶＣ２）においてはそれ自体を流れる電流ｉ₁（ｉ₂）と、隣り合う他の可変容量コンデンサＶＣ２（ＶＣ１）に流れる電流ｉ₂（ｉ₁）によって発生された磁界による渦電流ｉｂとがその可変容量コンデンサＶＣ１（ＶＣ２）のベローズ２３に流れるので、ベローズ２３において電流の偏りが生じる。その結果、ベローズ２３の一部分の発熱量が増加して温度上昇するために、ベローズ２３の伸縮寿命に悪影響を及ぼすことがあった。

しかし、上記したように、外殻２６の周囲に磁界を遮蔽するためのシールド部材１９を設けることにより、隣り合う他の可変容量コンデンサＶＣ２（ＶＣ１）に流れる電流によって発生される磁界の可変容量コンデンサの筐体内への浸入を防止して、その磁界による渦電流ｉｂを発生させなくすることができる。従って、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の伸縮寿命が短くなることを防止してその耐久性の向上を図ることができる。

また、外殻２６の周囲にシールド部材１９を設けることにより、例えば第１可変容量コンデンサＶＣ１に流れる電流ｉ₁によってコンデンサの筐体外に磁界が漏れるのを防止することができる。これにより、第１可変容量コンデンサＶＣ１に流れる電流ｉ₁によって生じる磁界が、第２可変容量コンデンサＶＣ２に浸入することを防止できるので、第２可変容量コンデンサＶＣ２のベローズ２３における電流の偏りを抑制することができる。

なお、シールド部材１９の材質は、金属であればよく、銅、アルミニウム、真鍮に銀メッキを施したもの等といった抵抗値の小さいものがより好ましいが、これらに限るものではない。

また、上記構成においては、シールド部材１９が金属性であるため、シールド部材１９を第１電極端子部２１及び第２電極端子部２２に近づけると、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊が生じてしまう。そのために、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊を起こさないように、シールド部材１９と第１電極端子部２１又は第２電極端子部２２との離間距離を設ける必要がある。

＜第２実施例＞
図４は、本願発明の第２実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。第１実施例に示した可変容量コンデンサでは、シールド部材１９が第２電極端子部２２に接合されて設けられていたが、第２実施例にかかる可変容量コンデンサは、磁界を遮蔽するためのシールド部材１９が第１電極端子部２１に接合されて設けられている。

より具体的には、シールド部材１９の基部１９ａは、入力側伝送ライン１４の導体板１３と、第１電極端子部２１との間に介在されており、シールド部材１９の延出部１９ｂが第１電極端子部２１のフランジ部２１ｂ、外殻２６、及び第２電極端子部２２のフランジ部２２ｂの一部を覆うように配置されている。従って、シールド部材１９は、入力側伝送ライン１４に電気的に導通されるとともに、第１電極端子部２１にも電気的に導通されている。その他の構成については、第１実施例と略同様である。

上記構成においても、外殻２６の周囲にシールド部材１９の延出部１９ｂが設けられることにより、隣り合う他の可変容量コンデンサに流れる電流によって発生される磁界の可変容量コンデンサの筐体内への浸入を防止して、その磁界による渦電流ｉｂを発生させなくすることができる。従って、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の耐久性を向上させることができる。

なお、上記構成においては、シールド部材１９が金属性であるため、シールド部材１９を第１電極端子部２１及び第２電極端子部２２に近づけると、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊が生じてしまう。そのために、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊を起こさないように、シールド部材１９と第１電極端子部２１又は第２電極端子部２２との離間距離を設ける必要がある。

＜第３実施例＞
図５は、本願発明の第３実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。第１又は第２実施例に示した可変容量コンデンサでは、シールド部材１９が第１又は第２電極端子部２１，２２に接合されて設けられていたが、第３実施例にかかる可変容量コンデンサは、磁界を遮蔽するためのシールド部材１９が第１及び第２電極端子部２１，２２に接合されるのではなく、両電極端子部２１，２２からフローティング状態とされて設けられている。

より具体的には、シールド部材１９は、第１及び第２実施例で示した構成とは異なり、略円筒状に形成されており、例えば外殻２６に図示しない接続用片によって接続されている。その他の構成については、第１実施例と略同様である。

上記構成においても、外殻２６の周囲にシールド部材１９が設けられることにより、磁界の可変容量コンデンサの筐体内への浸入を防止することができる。従って、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の耐久性を向上させることができる。

なお、シールド部材１９は、図６に示すように、主に外殻２６の部分を覆うように円筒状に形成されて設けられていてもよい。この場合、更なる部品コストの削減化を図ることができる。

あるいは、シールド部材１９は、図７に示すように、その高さ方向の長さが、外殻２６の高さ方向の長さより短いサイズの円筒状に形成されて設けられていてもよい。この場合、シールド部材１９の高さ方向の長さが、外殻２６の高さ方向の長さより短いために、磁界の遮蔽が完全ではなく、図３ないし図６に示したシールド部材１９を用いた場合よりも効果は低減するが、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ベローズ２３の耐久性を向上させることができる。

なお、上記構成においては、シールド部材１９が金属性であるため、シールド部材１９を第１電極端子部２１及び第２電極端子部２２に近づけると、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊が生じてしまう。そのために、シールド部材１９を介して第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との間で絶縁破壊を起こさないように、シールド部材１９と第１電極端子部２１又は第２電極端子部２２との離間距離を設ける必要がある。

＜第４実施例＞
図８は、本願発明の第４実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。第１ないし第３実施例に示した可変容量コンデンサでは、シールド部材１９が外殻２６を覆うように設けられていたが、この第４実施例にかかる可変容量コンデンサでは、シールド部材１９に代えて、外殻２６の外周面に、磁界を遮蔽するための導電性のシールド層３９が設けられている。

具体的には、外殻２６の外周面に、シールド層３９が、例えば導電性塗料を塗布することにより形成されている。なお、シールド層３９は、導電性テープや導電性シート等が貼付されて形成されてもよい。その他の構成については、第１実施例と略同様である。なお、この場合、シールド層３９は導電性であるため、第１電極端子部２１と第２電極端子部２２とが電気的に接触しないようにシールド層３９を設ける必要がある。

この構成においても、外殻２６の外周面にシールド層３９が設けられることにより、磁界の可変容量コンデンサの筐体内への浸入を防止することができる。従って、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の耐久性を向上させることができる。

また、この場合も、図７と同様に、外殻２６の高さ方向の長さより短い部分だけにシールド層３９を設けてもよい。すなわち、外殻２６の外周面の一部だけにシールド層３９を設けてもよい。この場合、シールド層３９が外殻２６の外周面の一部だけに設けられているため、磁界の遮蔽が完全ではなく、図８に示したシールド層３９を用いた場合よりも効果は低減するが、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の耐久性を向上させることができる。なお、この第４実施例の場合、外殻２６によって保たれている第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との絶縁距離が短くなるので、絶縁破壊を起こさない程度の絶縁距離を確保してシールド層３９を設ける必要がある。

＜第５実施例＞
図９は、本願発明の第５実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。第１ないし第４実施例に示した可変容量コンデンサでは、シールド部材１９が外殻２６を覆うように設けられていたり、外殻２６の外周面に導電性のシールド部材１９が設けられていたりしたが、この第５実施例にかかる可変容量コンデンサでは、磁界を遮蔽するためのシールド部材４０が外殻２６の内部に設けられている。その他の構成については、第１実施例と略同様である。

上記構成においても、外殻２６の内部にシールド部材４０が設けられることにより、磁界の可変容量コンデンサの筐体内への浸入を防止することができる。そのため、ベローズ２３における電流の偏りを抑制することができ、ひいてはベローズ２３の耐久性を向上させることができる。

なお、この第５実施例の場合も、第４実施例と同様に、外殻２６によって保たれている第１電極端子部２１と第２電極端子部２２との絶縁距離が短くなるので、絶縁破壊を起こさない程度の絶縁距離を確保してシールド部材４０を設ける必要がある。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、２つの可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２を備えたインピーダンス整合器３について説明したが、この構成に代えて、３つ以上の可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器に本願発明を適用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、２つの可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２を備えたインピーダンス整合器３について説明したが、可変容量コンデンサが１つであって、その側方に比較的大電流が流れる導体がある場合にも同様の問題が生じるので、そのような場合にも本願発明を適用することができる。

また、シールド部材１９は、可変容量コンデンサの内側に配置されるようにしてもよいし、シールド層３９は、外殻２６の内周面に設けられてもよい。なお、これらの場合においても、図７と同様に、シールド部材１９は、その高さ方向の長さが、外殻２６の高さ方向の長さより短いサイズの円筒状に形成されて設けられてもよい。また、シールド層３９は、外殻２６の内周面の一部だけに設けられてもよい。

また、上記実施形態では、２つの可変容量コンデンンサＶＣ１，ＶＣ２が略並行に配置されている場合について説明したが、このような場合に、他の可変容量コンデンサで発生する磁界の影響が大きくなるので、本願発明を適用したときの効果が高くなる。しかし、本願発明は、上記配置に限定されるものではなく、２つの可変容量コンデンサＶＣ１，ＶＣ２が略並行に配置されていない場合（例えば両者に約３０°の角度差がある場合）であっても、可変容量コンデンサの外部で発生した磁界が外殻２６から浸入することによって、ベローズ２３の部分に渦電流ｉｂを発生させる場合に適用することができる。

本願発明の第１実施例にかかる可変容量コンデンサを含むインピーダンス整合器の内部が一部透視された斜視図である。 図１に示す可変容量コンデンサの断面図である。 第１実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。 第２実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。 第３実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。 図５に示す可変容量コンデンサの変形例である。 図５に示す可変容量コンデンサの他の変形例である。 第４実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。 第５実施例にかかる可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。 従来のインピーダンス整合器が適用される高周波電力供給システムの構成図である。 従来の可変容量コンデンサを含むインピーダンス整合器の内部が一部透視された斜視図である。 従来のインピーダンス整合器の等価回路である。 従来の可変容量コンデンサの断面図である。 従来の可変容量コンデンサが適用されたインピーダンス整合器の要部構成図である。

符号の説明

３ インピーダンス整合器
１４ 入力側伝送ライン
１６ 出力側伝送ライン
１８ 駆動用モータ
１９ シールド部材
２１ 第１電極端子部
２２ 第２電極端子部
２３ ベローズ
２４ 可動側電極
２５ 固定側電極
３９ シールド層
ＶＣ１ 第１可変容量コンデンサ
ＶＣ２ 第２可変容量コンデンサ
Ｌ 負荷

Claims (10)

1. 所定間隔を隔てて離間しながら相対移動自在に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
   前記第１の電極及び第２の電極の一方が収縮部材を介して接続された第１の電極端子部と、
   前記第１の電極及び第２の電極の他方が接続された第２の電極端子部と、
   前記第１の電極端子部及び前記第２の電極端子部との間に介在された絶縁部材とを有する可変容量コンデンサであって、
   前記絶縁部材の周囲に、外部において発生される磁界を遮蔽するためのシールド部材を設けたことを特徴とする、可変容量コンデンサ。
2. 前記シールド部材は、前記絶縁部材の少なくとも一部を覆うように設けられた導体片によって構成されている、請求項１に記載の可変容量コンデンサ。
3. 前記シールド部材は、前記絶縁部材の外表面の少なくとも一部又は内表面の少なくとも一部に形成された導体層によって構成されている、請求項１に記載の可変容量コンデンサ。
4. 前記シールド部材は、前記絶縁部材の内部に設けられた導体片によって構成されている、請求項１に記載の可変容量コンデンサ。
5. 前記シールド部材は、第１の電極端子部又は第２の電極端子部のいずれか一方に電気的に接続されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
6. 前記シールド部材は、第１の電極端子部及び第２の電極端子部に電気的に非接続とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
7. 前記第１の電極端子部、前記第２の電極端子部、及び前記絶縁部材によって外形が概略形成され、かつ前記絶縁部材の内側に前記収縮部材が配置されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
8. 前記第１の電極と第２の電極との間の静電容量を形成するための空間が真空になっている、請求項１ないし７のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
9. 所定間隔を隔てて離間しながら相対移動自在に設けられた第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極の一方が収縮部材を介して接続された第１の電極端子部と、前記第１の電極及び第２の電極の他方が接続された第２の電極端子部と、前記第１の電極端子部及び前記第２の電極端子部との間に介在された絶縁部材とを有する可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器であって、
   前記可変容量コンデンサの前記絶縁部材の周囲に、前記可変容量コンデンサの外部において発生される磁界を遮蔽するためのシールド部材を設けたことを特徴とする、インピーダンス整合器。
10. 前記可変容量コンデンサを複数個備え、前記複数の可変容量コンデンサの少なくとも２つが略平行に配置されている、請求項９に記載のインピーダンス整合器。

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