JP2010537386A - 複数の絶縁部分が設けられている絶縁導電デバイス - Google Patents

Abstract

【解決手段】 絶縁導電デバイスおよび関連する方法を開示する。電圧構造のための絶縁導電デバイスは、電圧に接続されている導体と、導体が内部に封入されている複数の絶縁セグメントとを備え、複数の絶縁セグメントは、互いにインターフェースしている。
【選択図】 図２

Description

本開示は概して、電界応力の遮蔽に関する。特に、電圧構造を電気的に遮蔽するための絶縁導電デバイスに関する。

イオン注入は、導電性を変更する不純物を半導体ウェハに導入する、つまり、半導体ウェハに対してドーピングを行う際に標準的に利用されている技術である。通常のイオン注入処理では、半導体ウェハに不純物（イオン）を導入する際に、エネルギーが与えられているイオンビームを利用する。イオン注入では、原材料となる供給材料にエネルギーを与えてイオンビームを生成して、生成されたイオンビームを、例えば、６７０ｋＶという高圧で加速コラムを用いて加速する必要がある。電圧構造（通常は、ターミナルと呼ばれる）を用いて、このような高圧を実現する。

同時係属中の米国特許出願第１１／５２７，８４２号（出願日：２００６年９月２７日）では、イオン注入装置において電圧構造のための電気応力遮蔽部として利用される絶縁導体が開示されている。当該米国出願は、参照により本願に組み込まれる。図１は、当該米国出願第１１／５２７，８４２号に開示されている電圧構造４００を示す斜視図である。図１を参照しつつ説明すると、電圧構造４００は、底面と、ベースに結合されている１以上の直立側壁４０４と、１以上の直立側壁４０４に結合されている上面４０２とを備えるとしてよい。１つの直立側壁４０４は、ハンドル４４２が備えられたドア４４０を有するとしてよく、電圧構造４００の内部空間へと人がアクセスできるようになっている。電圧構造４００が備える１つの直立側壁４０４は、固体材料から成る１つの部材として製造されるとしてもよいし、または、任意の数の別個の部材として製造されるとしてもよい。電圧構造４００の上面４０２は、固体部材として図示されているが、互いから離間されて複数の導体が設けられて一種の導体メッシュとして構成され、メッシュの開口部分から空気を流入させ得るとしてもよい。

電圧構造４００の外面のうち電気応力が過剰である部分の近傍に、１以上の絶縁導体４１２が設けられているとしてよい。図１において、上部絶縁導体４１２は、電圧構造４００の上側端縁４７０の近傍に全周にわたって設けられており、下部絶縁導体４１２は、下側端縁４７２の近傍に全周にわたって設けられている。上部絶縁導体４１２および下部絶縁導体４１２は端縁４７０および４７２の全周の近傍に配置されているが、別の実施形態では、これに加えて、または、これに代えて、外面の別の部分に絶縁導体４１２を配設するとしてよい。そのような部分としては、これらに限定されないが、水平端縁、垂直端縁、角、および、電圧構造４００と外部部品とがインターフェースしている箇所である開口または界面等が挙げられる。外部部品には、モーター、生成器、または系統連系が含まれるとしてよい。一例を挙げると、球状の形状を持つ絶縁導体が、電圧構造４００の角の近傍に配置されるとしてよい。絶縁導体４１２は、例えば、７５ｋＶ／インチを超える絶縁耐力を持つ絶縁体４１６を含むとしてよい。

複数のブラケット４２２は、電圧構造４００および対応する絶縁導体４１２に結合されており、電圧構造４００の外側部分の近傍に配置されている絶縁導体４１２を支持している。ブラケット４２２の長さは、絶縁導体４１２を電圧構造４００から所望の距離だけ離して配置できるような長さであるとしてよい。所望の距離の範囲は、実質的にゼロ（実質的に接触している状態）から周囲の空隙が許容する最大距離までとしてよい。一実施形態によると、所望の距離は少なくとも１．５インチである。ブラケット４２２の形成材料は、導電材料であってもよいし、または、非導電材料であってもよい。また、ブラケット４２２は、電圧構造４００と絶縁導体４１２との間を電気接続する機能を持つとしてもよい。

図１に示すように、絶縁導体４１２および絶縁体４１６はそれぞれ、閉じた状態の連続している一体成形部材として構成されている。一体成形部材として構成される絶縁体４１６のサイズが大きいので、製造、設置、メインテナンス、コスト、および信頼性において問題が発生する場合がある。

本開示の第１の側面によると、電圧構造のための絶縁導電デバイスが提供される。当該絶縁導電デバイスは、電圧に接続されている導体と、導体が内部に封入されている複数の絶縁セグメントとを備え、複数の絶縁セグメントは、互いにインターフェースしている。

本開示の第２の側面によると、電圧構造のための絶縁導電デバイスが提供される。当該絶縁導電デバイスは、互いにインターフェースしており、それぞれが絶縁部分の内部に封入されている導体を有する複数のセグメントを備え、導体は、複数の導体ケーブルを含み、複数の導体ケーブルのうち１つは電圧構造に接続されている。

本開示の第３の側面によると、電圧構造を電気的に遮蔽する方法が提供される。当該方法は、誘電材料によって包み込まれている導体を有するセグメントを複数用意する段階と、それぞれの導体を電圧構造に接続する段階と、直接隣接する２つの導体の等電位線が一の連続導体の等電位線と実質的に同様になるように直接隣接する２つの導体を近接して配置するように、複数のセグメントを配置する段階とを備える。

上記に例示した本開示の側面は、本明細書に記載した問題および／または本明細書には記載しないその他の問題を解決するためのものである。

本開示の上述した特徴およびその他の特徴は、以下に記載する本開示のさまざまな側面の詳細な説明を添付図面と共に参照することによってより容易に明らかとなる。添付図面では、本開示のさまざまな実施形態を図示している。添付図面は以下の通りである。

先行技術に係る絶縁導体を示す図である。

一実施形態に係る絶縁導電デバイスを示す図である。

図２の絶縁導電デバイスの等電位線を示す図である。

別の実施形態に係る絶縁導電デバイスを示す図である。

ある実施形態に係るケーブル群が設けられている絶縁導電デバイスを示す図である。 ある実施形態に係るケーブル群が設けられている絶縁導電デバイスを示す図である。 ある実施形態に係るケーブル群が設けられている絶縁導電デバイスを示す図である。 ある実施形態に係るケーブル群が設けられている絶縁導電デバイスを示す図である。

セグメント化されている絶縁システム内に封入されている連続導体を有する絶縁導電デバイスを示す図である。

尚、本開示を示す図面は実寸には即していないことに留意されたい。添付図面は、本開示の一般的な側面のみを図示することを意図しているので、本開示の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。図面において、同様の参照番号は、複数の図面にわたって、同様の構成要素を表すものとする。

図面を参照しつつ説明する。図２は、一実施形態に係る絶縁導電デバイス１０を示す概略図である。図２に示すように、システム８は、電圧構造１１および絶縁導電デバイス１０を備える。絶縁導電デバイス１０は、電圧構造１１とグラウンド１３との間に配置されている。グラウンド１３は、例えば、金属構造である。絶縁導電デバイス１０とグラウンド１３との間の間隙には、空気１５が充填されている。絶縁導電デバイス１０は、複数のセグメント１２（例として、１２ａ、１２ｂが図示されている）を有しており、各セグメント１２は、導体セグメント１４（例として、１４ａ、１４ｂが図示されている）および絶縁セグメント１６（例として、１６ａ、１６ｂが図示されている）を含む。絶縁セグメント１６は、例えば、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、シリコーン・シンタクチック・フォーム、エポキシ樹脂等の誘電材料から形成されるとしてよい。セグメント１２ｂにのみ図示しているが、絶縁セグメント１６（１６ｂ）は、絶縁セグメント１６の内部および絶縁セグメント１６の周囲の空気１５における径方向応力を制御することを目的として、複数の異なる材料からなる複数の層１６１、１６２から形成されているとしてもよい。導体セグメント１４は、対応する絶縁セグメント１６によって包み込まれており、つまり、対応する絶縁セグメント１６の内部に封入されている。

互いに直接隣接する２つの絶縁セグメント１６ａ、１６ｂは、互いにインターフェースしている。本明細書において、「インターフェース」という用語は、２つの絶縁セグメント１６ａ、１６ｂが互いに対して近接して配置されていることを意味しており、これに限定されないが、絶縁セグメント１６ａ、１６ｂが互いに接触していることを含む。ある実施形態によると、互いにインターフェースする２つの絶縁セグメント１６ａ、１６ｂの間には、特に、インターフェース領域２１における絶縁強度を改善することを目的として、インターフェース媒体２０が塗布されているとしてよい。ある実施形態によると、インターフェース媒体２０は、インターフェース領域２１を超えて広がり、絶縁セグメント１６ａ、１６ｂの一部を被覆している。

図２では導体セグメント１４ａ、１４ｂはそれぞれ、対応する接続ビア２２ａ、２２ｂを介して個別に電圧構造１１に接続されているが、必ずしもこのような構成でなくてもよい。例えば、別の実施形態によると、導体セグメント１４ａ、１４ｂは、導体セグメント１４ａ、１４ｂの電位を実質的に等しく維持する限りにおいて、電圧構造１１とは別の電源に個別に接続されているとしてもよい。例えば、導体セグメント１４ａ、１４ｂは、例えば６７０ｋＶである電圧構造１１とは異なる電位、例えば５００ｋＶに接続されているとしてもよい。５００ｋＶにおいても、絶縁導電デバイス１０は電圧構造１１を遮蔽し、グラウンド１３と絶縁導電デバイス１０との間の応力は低減される。

ある実施形態によると、図３に示すように、導体セグメント１４ａ、１４ｂの等電位線２４が、連続導体の等電位線、つまり、導体セグメント１４ａ、１４ｂが一体成形されている単一の導体である場合に見られる等電位線と実質的に同様となるように、導体セグメント１４ａ、１４ｂを互いに近接させる。また、等電位線２４は、電圧構造１１の電気応力を主に、電圧構造１１の周囲の空気１５に分散する代わりに、インターフェース媒体２０および／または絶縁セグメント１６ａ、１６ｂの絶縁材料に分散する。この結果、絶縁破壊の発生が回避され得る。絶縁導電デバイス１０の機能は、米国特許出願第１１／５２７，８４２号に詳細に記載されている。

ある実施形態によると、図２に示すように、絶縁セグメント１６ａ、１６ｂのインターフェース面１８ａ、１８ｂは、隣接面、例えば、２６ａ、２６ｂに対して実質的に垂直である。導体セグメント１４の端縁２７（１４ａにのみ図示）は、インターフェース面１８ａに対して実質的に丸みを帯びた形状となっている。

別の実施形態によると、図４に示すように、インターフェース面１１８ａまたは１１８ｂは、隣接面１２６ａまたは１２６ｂに対して、実質的に傾斜している。この場合、インターフェース面１１８ａ、１１８ｂは、互いに重なり合う。ある実施形態によると、図４に示すように、インターフェース面１１８ａに隣接する導体セグメント１４ａの端縁１２８ａもまた、実質的に傾斜している。傾斜している端縁１２８ａは傾斜しているインターフェース面１１８ａと一致していることが好ましく、つまり、端縁１２８ａおよびインターフェース面１１８ａは、同様の角度で傾斜している。ある実施形態によると、図２および図４に示すように、各導体セグメント１４ａ、１４ｂは、単一の中空金属パイプ（詳細な内容は不図示）であってよい。別の実施形態によると、図５Ａに示すように、導体セグメント２１４は、複数の導体ケーブル２１５から成る導体ケーブル群を含むとしてよい。導体ケーブル２１５は、ケーブルを意味し、中心導体が絶縁材料内に閉じ込められている高圧ケーブルであることが好ましい。

図５Ａおよび図５Ｂを参照しつつ説明すると、セグメント２１２（例えば、図５Ａおよび図５Ｂではそれぞれ２１２ａ、２１２ｂと図示）はそれぞれ、複数の導体ケーブル２１５（分かり易さのために、図５Ａの左側にのみ図示）から成る導体ケーブル群を含む導体セグメント２１４を有する。ある実施形態によると、導体ケーブル群２１５は、複数の導体ケーブルを含み、例えば、４つの導体ケーブル２１５（１）、２１５（２）、２１５（３）、および、２１５（４）を含む。４つの導体ケーブル２１５のうち１つ、ここでは導体ケーブル２１５（４）は、接続ビア２２２を介して、電圧構造１１に電気接続されている。接続ビア２２２は、接続ケーブル２１５（４）の一部として一体的に形成されるとしてもよい。

導体セグメント２１４はさらに、インターフェース面２１８（２１８ａ、２１８ｂと図示）に隣接している遮蔽導体部分２３６（セグメント２１２ａ、２１２ｂの２３６ａ、２３６ｂと図示）を含む。遮蔽導体部分２３６は、導体ケーブル群２１５よりも、インターフェース面２１８の近くまで延伸している。導体ケーブル群２１５は、遮蔽導体部分２３６の開口部分２３８（２３８ａ、２３８ｂと図示）内へと延伸することによって、遮蔽導体部分２３６と電気的に接続されている。

ある実施形態によると、遮蔽導体部分２３６は、図５Ａの断面図の遮蔽導体部分２３６ａが示しているように、実質的にＵ字形状に構成されており、Ｕ字形の接続端縁２４０はインターフェース面２１８ａに面している。接続端縁２４０は、インターフェース面２１８ａに対して丸みを帯びた形状となっている。ある実施形態によると、Ｕ字形の開口部分２３８ａに隣接する端部２４２もまた、丸みを帯びた形状となっている。

別の実施形態によると、遮蔽導体部分２３６は、図５Ｂの断面図に示す遮蔽導体部分２３６ｂのように、実質的にＨ字形状に構成されており、Ｈ字形の開口部分２４４はインターフェース面２１８ｂに面している。開口部分２４４に隣接する端部２４６は、インターフェース面２１８ｂに対して丸みを帯びた形状となっている。ある実施形態によると、Ｈ字形の開口部分２３８ｂに隣接する端部２４８もまた、丸みを帯びた形状である。

遮蔽導体部分２３６については、上記以外の物理的構造を持つことも可能であり、それらも本開示の範囲に含まれる。

さらに図５Ａおよび図５Ｂを参照しつつ説明すると、セグメント２１２は、管状部分２３０および接続金型部分２３２を含む絶縁セグメント２１６（図示を簡潔にするべく図５Ａにのみ図示）を有するとしてよい。ある実施形態によると、接続金型部分２３２は、インターフェース面２１８を含むとしてよい。管状部分２３０は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）から形成されるパイプを含むとしてよい。管状部分２３０は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように１つのパイプを含むとしてもよいし、または、図５Ｃに示すように、絶縁領域を複数の別個の／異なる空間２３５、２３７に分割するべく、複数の入れ子状のパイプ２３１、２３３を含むとしてもよい。尚、互いに異なる空間２３５、２３７は、互いに異なる絶縁材料（不図示）を含むとしてもよい。

導体ケーブル２１５は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、実質的に直線であってもよいし、または、電気応力をさらに低減するべく、図５Ｄに示すようにコイル内蔵型管状部分２３０であってもよい。また、２つの導体ケーブル２１５は互いに位置を入れ替えるとしてもよく、例えば、相対的な位置を変えるとしてもよいし、または、管状部分２３０内で共にねじられた形状に構成されるとしてもよい。

図５Ａに戻って、接続金型部分２３２は、セグメント２１２のインターフェース面２１８に隣接している。接続金型部分２３２の一部分２３４は、接続金型部分２３２と管状部分２３０とが結合されるように、管状部分２３０内に挿入／延伸させるとしてよい。接続金型部分２３２は実質的に、遮蔽導体部分２３６のうちケーブル２１５に接続されている一部分２４８を除いて、遮蔽導体部分２３６を包み込んでいる。接続金型部分２３２は、実質的に固相の非導電材料、たとえば、エポキシ樹脂（プラスチック）であってよい。

ある実施形態によると、図５Ａに示すように、接続金型部分２３２は遮蔽導体部分２３６の一部分２４８まで延伸する中空部分２５０を含むことが好ましい。導体ケーブル群２１５は、中空部分２５０を貫通して、遮蔽導体部分２３６に接続される。

別の実施形態によると、図６に示すように、絶縁導体デバイス３１２は、連続導体３１４および複数の絶縁セグメント３１６（３１６ａ、３１６ｂとして図示）を有する。連続導体３１４は、複数の導体ケーブル３１５を含み、そのうち１つの導体ケーブル３１５は電圧構造１１に接続されるとしてよい。複数の絶縁セグメント３１６は、互いにインターフェースしており、全部で連続導体３１４を包み込んでいる。ある実施形態によると、絶縁セグメント３１６は、例えば、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）製の絶縁パイプ３３８を含むとしてよい。連続導体３１４と絶縁パイプ３３８との間には、例えば、圧搾空気、ＳＦ６、シリコーン・シンタクチック・フォーム、または、エポキシ樹脂から成る別の絶縁層３４０が設けられるとしてよい。

別の実施形態によると、本開示はさらに、電圧構造、例えば、電圧構造１１を電気的に遮蔽する方法を含む。具体的には、図２および図４から図６に示す絶縁導電デバイスを設けて、絶縁導体デバイスと電圧構造とを結合（配置）する。

本開示によって、絶縁セグメントを有する絶縁導電デバイスの構造および関連する絶縁導電デバイス製造方法が提供されることが明らかである。本開示を好ましい実施形態に基づき具体的に図示および説明したが、当業者であれば、本開示の範囲を逸脱することなく、変更および修正を行えるものと考えられたい。

Claims (25)

1. 電圧に接続されている導体と、
   前記導体が内部に封入されている複数の絶縁セグメントと
   を備え、
   前記複数の絶縁セグメントは、互いにインターフェースしている
   電圧構造のための絶縁導電デバイス。
2. 前記電圧は、前記電圧構造の電圧とは異なる請求項１に記載の絶縁導電デバイス。
3. 前記導体は、中空金属パイプまたは一群の導体ケーブルのうち一方を含む請求項１に記載の絶縁導電デバイス。
4. 前記一群の導体ケーブルのうち１つの導体ケーブルは、前記電圧構造に接続されている請求項３に記載の絶縁導電デバイス。
5. 前記導体は、複数の導体セグメントを含み、前記複数の導体セグメントはそれぞれ、前記複数の絶縁セグメントのうち１つの内部に封入されており、前記電圧構造に個別に接続されている請求項１に記載の絶縁導電デバイス。
6. 直接隣接する２つの導体セグメントは、前記２つの導体セグメントの等電位線が一の連続導体の等電位線と実質的に同様となるように、近接させて配置される請求項５に記載の絶縁導電デバイス。
7. 絶縁セグメントのインターフェース面は、
   前記絶縁セグメントの隣接面に対して実質的に垂直であるか、または、
   前記隣接面に対して実質的に傾斜しているか、
   の一方である請求項５に記載の絶縁導電デバイス。
8. 前記インターフェース面は、実質的に傾斜している場合、直接隣接する絶縁セグメントのインターフェース面と重なり合っている請求項７に記載の絶縁導電デバイス。
9. 前記インターフェース面に隣接している前記絶縁セグメント内に封入されている導体セグメントの端縁は、実質的に傾斜している請求項８に記載の絶縁導電デバイス。
10. 前記絶縁セグメント内に封入されている導体セグメントの端縁は、前記インターフェース面に対して実質的に丸みを帯びた形状となっている請求項７に記載の絶縁導電デバイス。
11. 導体セグメントは、前記導体セグメントを内部に封入している対応する絶縁セグメントのインターフェース面に隣接している遮蔽導体部分に接続されている一群の導体ケーブルを含み、前記遮蔽導体部分は、前記一群の導体ケーブルよりも前記インターフェース面の近くまで延伸している請求項５に記載の絶縁導電デバイス。
12. 導体ケーブルは、実質的に直線状またはコイル状のうち一方である請求項１１に記載の絶縁導電デバイス。
13. ２つの導体ケーブルは、位置を入れ替えた状態、および、共にねじられた状態のうち少なくとも一方の状態である請求項１２に記載の絶縁導電デバイス。
14. 断面において、前記遮蔽導体部分は、
    実質的にＵ字形状を持ち、前記Ｕ字形状の接続端縁は前記インターフェース面に対して実質的に丸みを帯びた形状となっているか、または、
    実質的にＨ字形状を持ち、前記Ｈ字形状の開口部分は前記インターフェース面に面しており、隣接する前記Ｈ字形状の端部は、前記インターフェース面に対して実質的に丸みを帯びた形状となっているか、
    のうち一方である請求項１１に記載の絶縁導電デバイス。
15. 前記絶縁セグメントは、前記インターフェース面に隣接している接続金型部分に結合されている管状部分を含み、前記接続金型部分は、前記インターフェース面に隣接する前記遮蔽導体部分の一部分を包み込んでおり、実質的に固相の誘電材料である請求項１１に記載の絶縁導電デバイス。
16. 前記管状部分は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）製パイプを含む請求項１５に記載の絶縁導電デバイス。
17. 前記管状部分は、複数の入れ子状のパイプを含み、前記複数の入れ子状のパイプは、管状部分を複数の別個の異なる空間へと分割する請求項１５に記載の絶縁導電デバイス。
18. 前記異なる空間は、複数の異なる絶縁材料を含む請求項１７に記載の絶縁導電デバイス。
19. 前記導体は、一の連続導体である請求項１に記載の絶縁導電デバイス。
20. 前記複数の絶縁セグメントは、複数の絶縁パイプを有する請求項１９に記載の絶縁導電デバイス。
21. 前記連続導体と前記複数の絶縁パイプとの間に設けられている別の絶縁層をさらに備える請求項２０に記載の絶縁導電デバイス。
22. 一の絶縁セグメントは、複数の異なる絶縁材料から形成される複数の層を有する請求項１に記載の絶縁導電デバイス。
23. 電圧構造のための絶縁導電デバイスであって、
    互いにインターフェースしており、それぞれが絶縁部分の内部に封入されている導体を有する複数のセグメント
    を備え、
    前記導体は、複数の導体ケーブルを含み、前記複数の導体ケーブルのうち１つは前記電圧構造に接続されている
    絶縁導電デバイス。
24. 前記絶縁部分は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）製パイプ、および、前記セグメントのインターフェース面に隣接する接続金型部分を含み、
    前記導体は、前記インターフェース面に隣接する遮蔽導体部分を含み、
    前記遮蔽導体部分の端縁は、前記インターフェース面に対して実質的に丸みを帯びた形状となっている
    請求項２３に記載の絶縁導電デバイス。
25. 電圧構造を電気的に遮蔽する方法であって、
    誘電材料によって包み込まれている導体を有するセグメントを複数用意する段階と、
    それぞれの前記導体を前記電圧構造に接続する段階と、
    直接隣接する２つの導体の等電位線が一の連続導体の等電位線と実質的に同様になるように前記直接隣接する２つの導体を近接して配置するように、前記複数のセグメントを配置する段階と
    を備える方法。

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