JP2008258140A - 少なくとも１つの電気消費機器への電圧供給部 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、真空チャンバ内に配置されている電気装置への、ケーブルを使用する電圧供給部に関する。
【解決手段】この電圧供給部は、ケーブルの中、絶縁間隙に沿って、特に、ケーブルのコアとシールド層との間の空間と、ケーブルから電気装置への遷移領域とにおいて、絶縁破壊につながる放電の発生を防止することを目的としている。このことは、絶縁間隙を大気圧下に維持することによって達成される。この目的のため、ケーブルの端部と電気装置との間の接続を確立する特殊な連結器を使用する。更に、ケーブルに追加の空気通路を設けることができる。
【選択図】図１

Description

発明の分野

本発明は請求項１の前提部分に記載の電圧供給部に関する。

関連技術

真空チャンバの中には、高電圧又は高周波電圧を供給しなければならない電気消費機器を配置することがしばしばある。そのような消費機器の例は、イオン源又は電子源である。場合によっては、これらの消費機器の両方を１つの真空チャンバ内に同時に配置しなければならないこともあり、例えば、被覆処理するフィルム又はフォイルがシリンダに良好に付着するように、これらを最初に電子によって帯電させ、その後に陽イオンによって再び帯電を除去させる場合である。

このような消費機器にケーブルを介して電気エネルギを供給するとき、特に０．０１ｍｂａｒ〜０．１ｍｂａｒの圧力範囲において、絶縁間隙（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）に沿ってプラズマ放電又はグロー放電が発生することがあり、これによってケーブルが損傷する。以下の説明では、絶縁間隙は、ケーブルのコアと、ケーブル内に設けられているシールド層との間の空間、若しくは、ケーブル端部と電気消費機器との間の遷移部、又はその両方を意味するものとする。

真空中で直流又は交流を伝えることのできる同軸ケーブルは、すでに公知である（米国特許第５１５４６３５号）。このケーブルは、内側の導電性ワイヤと、レンズ形状の複数の電気絶縁性円盤（中央に貫通穴を有する）とを備えており、導電性ワイヤが貫通穴の中を通っている。

更に、超高真空中に配置されている機器に高周波信号を供給できる同軸ケーブルが公知である（特開２００６―００７６６４号）。この同軸ケーブルは、真空フランジを介して真空容器内に導入される。フレキシブルなホースがフランジに連結されており、ケーブルはこのホースによって導入される。ホースは筒状体を介して機器に連結されており、ケーブルが導入端子を介して機器内に導入される。導入端子には、外部側と真空側をシールするセラミック絶縁体が設けられている。真空側が外部側から（すなわち大気圧側から）シールされているため、機器側において通常の同軸ケーブルを使用することができる。

本発明は、真空チャンバ内の電気消費機器との電気接続部であって、放電が起こらない電気接続部を提供するという課題に対処する。

発明の概要

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。
本発明は、真空チャンバ内に配置されている電気装置へのケーブルを使用する電圧供給部に関する。この電圧供給部は、ケーブルの中、絶縁間隙に沿って、特に、ケーブルのコアとシールド層との間の空間と、ケーブルから電気装置への遷移領域とにおいて、絶縁破壊につながる放電の発生を防止することを目的としている。このことは、絶縁間隙を大気圧下に維持することによって達成される。この目的のため、ケーブル端部と電気装置との間の接続を確立する特殊な連結器を使用する。更に、ケーブルに追加の空気通路を設けることもできる。

本発明によって達成される利点として、絶縁間隙に沿ってのフラッシュオーバーなどが回避され、市販されているケーブルを使用することができる。本発明を適用しない場合、真空チャンバの真空によってケーブルの内部が悪影響を受ける。

好ましい実施形態の説明

図１は、真空チャンバ１を概略的に示しており、この真空チャンバ１は、電子源２とイオン源３とを含んでいる。電子源２及びイオン源３は、基台４、５の上に配置されている、又はそれ以外の方法で真空チャンバ１内に固定されている。

電子源２及びイオン源３は直線源（ｌｉｎｅａｒ ｓｏｕｒｃｅ）であり、電子又はイオンがスロット６又はスロット７から放出される。このタイプの電子源は、欧州特許出願ＥＰ第１８７０４８８Ａ１号に詳しく記載されている。

動作時、被覆処理するフィルム又はフォイル（図示していない）が上部から下方に、電子源２及びイオン源３の正面を移動し、フィルム又はフォイルが電子源によって負に帯電した後、イオン源３によって電気的に中和される。

電子源２は高電圧ＤＣ発生器（ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）８から供給されているのに対して、イオン源３は高周波発生器９から供給されている。両方の発生器８、９の入力ポート（ｉｎｐｕｔ ｐｏｒｔ）１０、１１は、交流電源系統に接続されている。高電圧ＤＣ電圧又は高周波電圧が、ケーブル１２、１３とフィードスルー１４、１５とを介して真空チャンバ１内に導入されている。フィードスルー１４は高電圧真空フィードスルーであり、例えば、スウェージロック（Ｓｗａｇｅｌｏｋ）ねじ式接続部によって実現している。このねじ式接続部は、通常の真空チューブの上の円錐シール（ｃｏｎｉｃａｌ ｓｅａｌｉｎｇ）によってシールを行う。フィードスルー１５は、実質的にフィードスルー１４に一致している。しかしながら、フィードスルー１５では、シールは高周波ケーブル１３の外側シースにおいて直接行われる。「スウェージロック」は商標名であり、油圧／真空技術において使用されている特定のシールシステムを表している。しかしながら、必ずしもこのタイプのシールを使用する必要はない。同じ目的を他のシールによって満たすことができる。

ケーブル１２、１３は、フィードスルー１４、１５から電子源２又はイオン源３まで通される。ケーブル１２、１３のうち真空チャンバ内に通される部分は、参照数字１６、１７によって表してある。これらの部分は、大気圧下に通されるケーブル１２、１３とは構造が異なっている。

これらのケーブル１６、１７がたとえシールドされている場合でも、真空チャンバ１の真空中ではケーブル１６、１７の絶縁間隙に沿って放電が生じる危険があり、この放電によって、真空チャンバ１内に位置している粒子源２、３が損傷することがある。従って、真空チャンバ１の中での電子源２及びイオン源３への電気出力の供給は、特殊な方法で実施する必要がある。フィードスルー１４、１５は、真空気密チューブの外郭において、又は高周波ケーブルの外側ジャケットにおいてシールされるように構成されている。

図２は、電子源２と、高電圧ＤＣにおいて連結するための連結器２０の一部とを拡大して示している。図１とは異なり、この図では、高電圧はケーブル１６を介して電子源２の中央に導入される。

図３は、この連結器２０を、電子源２の方向から見て拡大して示している。図には、ソケットコンタクトを電子源の高電圧電極に接続するための円形開口２１を示してある。２２は、いわゆるスウェージロックねじ式接続部を表しており、この接続部は、一方が他方の上に配置されている２個のナット２３、２４を備えている。開口２１を中心に、４つの穴２５〜２８が設けられている。穴２５〜２８と穴３０〜３３は、同じフィードスルー穴であり、それぞれ異なる側から見たものである。この場合、穴２５は穴３２に対応しており、穴２７は穴３０に、穴２８は穴３１に、穴２６は穴３３に対応している。

図４は、図３と比較して縦軸線を中心に１８０度回転させた状態の連結器２０を示している開口２９は、電子源２のソケットコンタクトを高電圧ケーブルのコアにはんだ付けするうえで役立つ。開口２９を中心として、４つの穴３０〜３３が配置されている。開口２９は、ソケットコンタクトをはんだ付けするため、はんだ付け工具を挿入できるようにする役割を果たしている。

図５は、電子源２にねじ込むことのできる連結器２０の分解図を示している。この図は、絶縁本体３４と、シールリング３５と、密閉部材３６と、４本の固定用小ねじ３７〜４０と、ソケットコンタクト４１と、シールリング４２と、中空のねじ式絶縁部４３と、更なるシールリング４４とを示している。絶縁部４３は、電子源にねじ込まれる。ねじ山は図７に示してある。部品４３、４４は連結器２０の端部であり、電子源２にねじ込まれて接続される。この図５には、スウェージロックねじ式接続部２２と２個のナット２３、２４は示していない。ソケットコンタクトをはんだ付けした後、開口２９（図４）を密閉部材３６（図５）によって閉じる。

図６は、スウェージロックねじ式接続部の斜視図を示している。図から明らかであるように、延長部４５がナット２３から突き出している。延長部４５の上部はシールリングである。

図７は、連結器２０を、図３と比較して横軸線を中心に１８０度回転させた状態の縦断面図として示しており、図４に示した上述した要素を以下に説明する。この図は、図４と比較すると、更に縦軸線を中心に９０度回転している。この図は、ナット２３、２４と、絶縁本体３４と、ソケットコネクタ４１と、シールリング４２と、中空のねじ式絶縁部４３と、シールリング４４とを示している。ナット２３は、内面にねじが切られている。更に、固定ねじ３７、３９の端部を示してある。ナット２３とソケットコンタクト４１との間には、高電圧を伝えるワイヤ５５のためのワイヤフィードスルー４６が設けられている。ワイヤ５５は高電圧ケーブル１６のコアであり、ソケットコネクタ４１にはんだ付けされている。後から、ソケットコネクタ４１をピン８２にかぶせる。絶縁体８０はこのピン８２を覆っている。絶縁体８０を取り付けると、絶縁体８０の部分８１が絶縁部４３のくぼみ（ｒｅｃｅｓｓ）８３の中に位置する。ピン８２を有する絶縁体８０は、電子源２の構成要素である。このように、高電圧ケーブル１６を電子源２に接続するときには、連結器２０を絶縁体８０に差し込む。通路５１と、くぼみ９０、９１、８３において大気圧が得られる。これらの領域は適切な絶縁間隙を形成している。取付け後、大気圧は絶縁体の部分８１にて止まる。これにより電子源２の直前まで大気圧が得られ、従って絶縁間隙がフラッシュオーバーに対して保護される。

絶縁部４３は、連結器内でガイドされるのみであり、連結器内で固定されていない。シールリング４２を担持している絶縁部４３に連結器がかぶされており、小ねじ３７〜４０によって電子源に締め付けられている。

図３には絶縁部４３を示していない。図３には、絶縁部４３がはめ込まれる開口２１を中心とするくぼみのみを示してある。
絶縁本体３４とナット２３の間にはシールリング４８が設けられている。高電圧ケーブルのコア５５とソケットコネクタ４１との間の接続をはんだ付けによって確立した後、密閉部材３６（図５に示してある）を、開口２９（図４に示してある）にねじ込む。

図８ａは、真空中に通される高電圧ケーブル１６の横断面図である。この高電圧ケーブル１６の個々の層は正しい縮尺では描いておらず、概略的にのみ示した。この高電圧ケーブル１６は、高電圧絶縁体５６によって覆われている高電圧ワイヤ５５（ケーブル１６のコア）を備えている。高電圧絶縁体５６は、銅シールド層５７によって覆われており、銅シールド層の周囲には合成材料の絶縁層５８が配置されている。絶縁層５８は空気間隙５１によって覆われており、この間隙により連結器２０と周囲空気との接触が確立される。外側ジャケットは、真空気密の絶縁チューブ５９によって形成されている。このチューブは、フィードスルー１４においてスウェージ接続（ｓｗａｇｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）（例えば、スウェージロック）によって真空気密に閉じられる。銅シールド層５７は接地電位にある。高電圧ワイヤ５５と高電圧絶縁体５６との間には、大気圧下にある空間７６が存在している。同様に、ケーブル１６の他の層の間に空気が侵入することもでき、従って、真空チャンバ１内の高電圧ワイヤ５５が大気圧によって囲まれる。部品５５〜５８は、市販されている高電圧ケーブルの構成要素である。追加の複数層の絶縁チューブ５９（単層の絶縁チューブとすることもできる）と合成材料の絶縁層５８によって、空気通路５１が形成されている。この空気通路５１によっても、大気圧の供給が確保される。

図８ａによると、空気間隙５１は大気圧が得られるが、コア５５とシールド層５７との間の絶縁チューブには空気が侵入するようには見えない。しかしながら、空気が最初に連結器２０まで達し、次いでシールド層５７とコア５５との間の空間に戻ることにより、このアクセスは達成される。大気圧の別の通路は、真空容器の外側のケーブル端子（真空気密として構成されていない）において得られる。

図８ｂは、大気圧から真空への遷移領域におけるケーブル１２及び１６の縦断面図である。７５は、真空チャンバ１の壁を示している。図から明らかであるように、高電圧ケーブル１２は、真空領域内に続いている高電圧ケーブル１６とは外側領域の構造が異なる。真空側における高電圧ケーブル１６の構造は、図８ａに断面図として示してある。図８ｂから明らかであるように、真空気密チューブ５９は、フィードスルー１４を通って大気圧域に延びているが、大気圧域の部分は短い。大気圧側では、チューブ５９に換わって、その端部を覆う金属チューブ５４が用いられる。参照数字７６、５３は、大気圧の空気が入ることのできる部分を表している。しかしながら、大気圧の空気は、ほとんどが層５８と層５９の間の通路５１によって伝えられる。このケーブルは、チューブ５９の外側で真空気密に接続されているのみであり、層５８とチューブ５９の間、或いは層５８と高電圧絶縁体５６の間の内側については真空気密ではない。

図９は、イオン源３に通じているケーブル１７のケーブル連結器６０を示している。このケーブル連結器によって、高周波電圧がイオン源３に接続される。プラグコンタクト６１は、イオン源３の電極に挿入される。このコンタクトは、高周波ライン（図９には示していない）が当っている金属ソケット６２によって覆われている。金属ソケット６２は、合成材料のカラー６４によって覆われている。合成材料のカラー６４には、開口６６が設けられている絶縁部６５が挿入されている。ケーブル１７の個々の層６３、７４、６９の間の空気間隙を通じて大気圧が十分に供給されない場合、この開口６６を通じて大気圧又はそれより高い圧力が供給される。開口６６を通じて運ばれる大気圧の空気は、例えば、真空チャンバを貫いて外側に通じている真空気密チューブによって導入される。絶縁部６５に隣接して、イオン源３用の金属シールド端子６７が配置されている。合成材料のカラー６８及びケーブルジャケット６９は、例えばポリエチレンから作製されており、終端部を形成している。金属シールド端子６７は、電流の帰路を確保するため接地電位にある。シールド端子６７又は絶縁部６５には、応力を緩和する、又はケーブルを固定する役割を果たすねじ穴を設けることができる。この場合、高周波ケーブルを備えたプラグコネクタ全体の応力緩和は、絶縁部６５をアングルブラケット（ａｎｇｌｅ ｂｒａｃｋｅｔ）にねじで固定することによってもたらされる。この目的のため、ねじ穴を利用する。

図３〜図７に示した電子源２用連結器にも、開口６６に対応する開口を設けることができる。

図１０は、図９のケーブル連結器６０の縦断面図を示している。この図からも明らかであるように、プラグコンタクト６１は金属ソケット６２にねじ込まれている。高周波ライン６３は、金属ソケット６２にはんだ付けされている。金属ソケット６２には、開口６６を有する絶縁部がシールリング７０を介して当っている。プラグコンタクト６１と高周波ライン６３との間の電気的接続は、金属ソケット６２を介して達成されている。

シールド端子６７は、その左側はシールリング７１を介して絶縁部６５に当っており、右側はシールリング７２を介して絶縁円盤７３に当っている。絶縁円盤７３は合成材料のカラー６８によって覆われている。合成材料のカラー６８は、シールド端子６７の一部も覆っている。

高周波ライン６３は絶縁体７４によって覆われており、絶縁体７４はケーブルジャケット６９によって覆われている。ケーブル連結器６０の外側については、ケーブルジャケット６９は合成材料の外郭（図示していない）によって覆われている。図１０から明らかであるように、適切な絶縁間隙に絶縁開口６６を通じて大気圧の空気又はそれより高い圧力がもたらされ、絶縁間隙は、この実施形態においては、絶縁体７４を中心とする中空の空間によって形成されている。

電子源２に供給される高電圧は、実際には５〜１０ｋＶである。これに対して、高周波電圧は約１ｋＶである。従って、高周波ケーブル１７においては、グロー放電又はプラズマ放電の危険性が高電圧ケーブル１６よりも小さい。しかしながら、高周波ケーブル１７には、１０〜２０Ａのオーダーの比較的大きな電流が流れ、このため絶縁間隙及び真空チャンバ１内でプラズマが発生することがある。このプラズマにより、高周波ケーブル１７の外郭が溶けることがある。

ケーブル１７とイオン源との間の接続が確立されている場合、真空チャンバ１がまだ真空になっていないときには、当然ながら絶縁間隙が真空になることはない。その後、真空チャンバ１が真空になっても、もはやケーブル内に真空が侵入することはできない。しかしながら、すべての接続部が絶対的に気密のままであると想定することはできない。わずかな漏れが起こっても、プラグコネクタの内側圧力が減少し、結果として放電が起こる。このため、内側に大気圧を確保する目的でプラグコンタクト６１が設けられている。高周波ケーブル１７は、具体的にはケーブルジャケット６９と絶縁体７４との間にシールド層を含んでいる。このシールド層は、スリーブ７９の薄い部分の上に突き出しており、スリーブ７９をねじ込むことによってスリーブ７９と接触する。このシールド層は図１０には示していない。

イオン源３への高周波電圧の供給において、図１０及び図１１に示した連結器６０ではなく中空の導体を使用する場合、その中空の導体は、円形内側導体と、内側導体を覆っている外側導体とを有する同軸中空導体であることが好ましい。この場合、内側導体と外側導体との間に大気圧を得ることができる。

図１１は、図９に上側を示したケーブル連結器６０を分解図として示している。この図も、プラグコンタクト６１と、合成材料のカラー６４と、金属ソケット６２と、高周波ライン６３と、絶縁体７４と、絶縁部６５と、シールリング７０と、シールリング７１と、スリーブ７９と、ケーブルジャケット６９と、シールド端子６７と、シールリング７２と、絶縁円盤７３と、合成材料のカラー６８とを示している。イオン源３への高周波電圧の接続は、プラグコンタクト６１をイオン源３の電極（図示していない）に直接差し込むことによって行われる。

図面は本発明の実施形態を示している。以下では、これらの実施形態について更に詳しく説明する。

真空チャンバと、高電圧又は高周波電圧にて動作する消費機器とを示す基本図である。 電子源と、高電圧接続部を示す図である。 図２に示した高電圧接続部の側面図である。 図３に示したポジションから縦軸線を中心に１８０度回転させたときの高電圧接続部を示す図である。 高電圧接続部の分解図である。 スウェージロックねじ式接続部を示す図である。 高電圧接続部の断面図である。 真空中の高電圧ケーブルの横断面図である。 大気圧から真空への遷移領域における高電圧ケーブルの縦断面図である。 高周波接続部の側面図である。 図９による高周波接続部の縦断面図である。 図９による高周波接続部の分解図である。

Claims (19)

1. 真空チャンバ（１）内に配置されている少なくとも１つの電気消費機器（２、３）への、ケーブル（１２、１６；１３、１７）を使用する電圧供給部であって、
   前記ケーブルが、電圧を伝えるコア（５５）と、当該コア（５５）を覆っている少なくとも１つの絶縁体（５９）とを備えている電圧供給部において、
   前記コア（５５）と前記絶縁体（５９）との間において、前記消費機器（２、３）の電気端子（８０〜８２）と前記コア（５５）の端部との接続部の直前まで大気圧又は大気圧より高い圧力が得られることを特徴とする電圧供給部。
2. 前記絶縁体（５９）が真空気密の複数層のチューブであることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
3. 前記絶縁体が真空気密の単層チューブであることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
4. 前記ケーブル（１２、１６）が高電圧ＤＣケーブルであることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
5. 前記ケーブル（１３、１７）が高周波ケーブルであることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
6. 前記ケーブルが中空の導体であることを特徴とする請求項５記載の電圧供給部。
7. 前記電気消費機器が電子源（２）であることを特徴とする請求項１又は４記載の電圧供給部。
8. 前記電気消費機器がイオン源（３）であることを特徴とする請求項１、５又は６記載の電圧供給部。
9. 前記電圧が真空フィードスルー（１４、１５）を介して前記真空チャンバ（１）内に導入されることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
10. 前記高電圧ＤＣケーブル（１６）の一方の端部が連結器（２０）に接続されており、前記連結器（２０）が、高電圧プラグ（８２）を接続するための開口（２１）を備えていることを特徴とする請求項４記載の電圧供給部。
11. 前記連結器（２０）が開口（２９）を備えており、前記開口（２９）を通じて、はんだ付け工具の支援下で、前記高電圧プラグ（８２）を前記高電圧ケーブル（１６）の前記コア（５５）にはんだ付けすることができることを特徴とする請求項１０記載の電圧供給部。
12. 前記コア（５５）と前記絶縁体（５９）との間に高電圧絶縁体（５６）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
13. 前記高電圧絶縁体（５６）と前記絶縁体（５９）との間に金属シールド層（５７）が設けられていることを特徴とする請求項１２記載の電圧供給部。
14. 前記金属シールド層（５７）と前記絶縁体（５９）との間に合成材料の層（５８）が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の電圧供給部。
15. 前記高周波ケーブルが、絶縁体（７４）によって覆われている高周波ライン（６３）を備えていることを特徴とする請求項５記載の電圧供給部。
16. 前記絶縁体（７４）がケーブルジャケット（６９）によって覆われていることを特徴とする請求項１５記載の電圧供給部。
17. 前記高周波ケーブルが、高周波消費機器に接続するためのプラグコンタクト（６１）を備えているケーブル連結器（６０）に接続されていることを特徴とする請求項５記載の電圧供給部。
18. 前記ケーブル連結器（２０、６０）が、大気圧又は大気圧より高い圧力を供給するための少なくとも１つの開口（６６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の電圧供給部。
19. 前記プラグコンタクト（６１）が金属ソケット（６２）を介して前記高周波ラインに接続されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項記載の電圧供給部。

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