JP2964248B1 - 真空可変コンデンサにおける静電容量の制御方法とこれを用いた真空可変コンデンサ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】真空環境下においてもシャフト等に必要以上の
負荷が掛かることなく、且つ、コンデンサ容量を最大容
量値から最小容量値まで正確に且つ短時間で制御するよ
うにした真空可変コンデンサにおける静電容量の制御方
法とこれを用いた真空可変コンデンサを提供することを
目的する。 【解決手段】静電容量の制御を行なう可動式電極（４）
と接続されたドライブシャフト（５）にコイル状のスプ
リング（８）からなる弾性体を取り付け、真空環境下で
も該ドライブシャフト（５）が固定式電極（３）側へ引
き付けられず、これに抗して均衡することとなるように
保持された状態とする。そして、この状態の下で、モー
タ（７）を作動させることにより回動ギア（９）を介し
て可変シャフトギア（６）を移動させるようにした制御
部（２）により、ドライブシャフト（５）を非回動に且
つ直線的に移動を行なうよう操作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、高周波回路の整
合（空中線整合器、半導体製造の溶着、洗浄等）や低周
波回路の位相制御等に幅広く使用されている、真空環境
下で可動式電極を固定式電極に近づけたり離したりして
電極同士の入り込む対向面積を調節することにより、静
電容量を最大容量値から最小容量値まで制御するように
した真空可変コンデンサにおける静電容量の制御方法の
改良と、これを用いた真空可変コンデンサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】真空可変コンデンサにおける静電容量を
最大容量値から最小容量値まで制御するようにした手段
としては、図５に示すように、多数の電極板（３３ａ）
が所定間隔を有して幾重にも配置された構造からなる固
定式電極（３３）と、同じく多数の電極板（３４ａ）が
所定間隔を有して幾重にも配置された構造をし、その電
極板（３４ａ）が該固定式電極（３３）の電極板（３３
ａ）間に入り込むこととなるように対向して配置された
可動式電極（３４）と、該可動式電極（３４）に一端が
接続され且つ多端にナット部（３７）を有するシャフト
（３５）と、該シャフト（３５）におけるナット部（３
７）と噛み合うように設置されたドライブスクリュ（３
６）と、該ドライブスクリュ（３６）を回動させるモー
タ（図示せず）とからなり、該モータを作動させること
によりドライブスクリュ（３６）を回動し、ナット部
（３７）を介してシャフト（３５）を移動させ、真空環
境下において該可動式電極（３４）を該固定式電極（３
３）に近づけたり離したりするように操作して電極同士
の入り込む対向面積を調節し、静電容量を最大容量値か
ら最小容量値まで制御するようにしたドライブスクリュ
方式がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにドライブスクリュを回動させることにより該ドラ
イブスクリュと噛み合うこととなるナットを有するシャ
フトを移動させて、静電容量の制御を行なうようにした
ドライブスクリュ方式手段では、真空環境下に配置され
た可動式電極は常に固定式電極に向かって引き付けられ
ていることから、該可動式電極に接続されたシャフト
（３５）に設けられたナット部（３７）とこれに噛み合
うように設けられたドライブスクリュ（３６）との噛み
合わせ部に集中して負荷が掛かり、その寿命がシャフト
（３５）の外側に設けられたガイディングチューブ（３
８）、シャフト（３５）、及びベロウズ（３９）等の機
械的寿命に比して短い。また、ドライブスクリュをモー
タで回転させて電極同士の入り込む対向面積を調節する
ようにしたものであるため、コンデンサ容量を正確に最
大容量値から最小容量値まで制御するのに時間がかかる
ものである。

【０００４】また、上述のようなドライブスクリュとナ
ットを用いないで静電容量を制御する他の手段として、
図６に示すように、可動式電極（４４）に接続されるシ
ャフト（４５）にワイヤ（４６）を取り付け、該ワイヤ
（４６）を滑車（４８）を介してモータ（４７）により
巻き上げてシャフト（４５）を移動させるようにした制
御部（４２）を有するプルアップワイヤ駆動方式や、図
７に示すように、可動式電極（５４）に接続されるシャ
フト（５５）をカム（５６）が取り付けられたモータ
（５７）に接続し、該カム（５６）を回転させることに
よりシャフト（５５）をガイド（５７）で保持しながら
移動させるようにした制御部（５２）を有するプルアッ
プカム駆動方式が考えられるが、何れの方式もワイヤや
カム等を介して非直線的に静電容量の制御を行なうよう
にしたものであるため、制御を行なうために加えられた
力の方向が変更することとなる部分、すなわち、滑車と
接するワイヤ部分や、カムとシャフトとが接続される部
分に負荷が掛かり過ぎ、やはり機械的寿命と制御精度が
悪く好ましいものではない。

【０００５】本願発明は、このような課題に対処しよう
とするものであり、真空環境下においてもシャフト等に
必要以上の負荷が掛かることなく、且つ、コンデンサ容
量を最大容量値から最小容量値まで正確に且つ短時間で
制御するようにした真空可変コンデンサにおける静電容
量の制御方法とこれを用いた真空可変コンデンサを提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明は、真空可変コ
ンデンサにおける静電容量の制御を行なうための可動式
電極と接続されるシャフトの操作を、真空環境下でも該
可動式電極が真空力に引き付けられず抗して均衡するこ
ととなるように保持した状態とするとともに、非回動
に、且つ制御を行なうために加えられる力の方向が変更
しないように直線的に移動を行なうようにしたものであ
る。これにより、真空環境下においてもシャフト等に必
要以上の負荷が掛かることなく、また、真空可変コンデ
ンサにおける静電容量の制御が僅かな力で、且つ最短直
線距離で行なえるので短時間で成し得ることが出来るこ
ととなる。

【０００７】すなわち、本願発明は、多数の電極板が所
定間隔を有して幾重にも配置された構造からなる真空環
境下に配置される固定式電極と、同じく多数の電極板が
所定間隔を有して幾重にも配置された構造をし、その電
極板が該固定式電極の電極板間に入り込むこととなるよ
うに対向して配置された真空環境下に配置される可動式
電極と、該可動式電極に接続されたドライブシャフト
と、該ドライブシャフトの長手方向に沿って設けられた
可変シャフトギアと、該可変シャフトギアと噛み合うこ
ととなる回動ギアを有するモータと、該モータの動作を
制御するコントローラと、該可動式電極を該固定式電極
側に引き付ける真空力に抗して均衡するように保持する
該ドライブシャフトに取り付けられた弾性体とからなる
ものであり、該コントローラからの信号によりモータを
作動させて、回動ギアを介して可変シャフトギアを移動
させるとともにドライブシャフトを非回動で直線的に操
作し、該可動式電極を該固定式電極に近づけたり離した
りするように移動させて電極同士の入り込む対向面積を
調節し、可変コンデンサにおける静電容量を最大容量値
から最小容量値まで制御するようにしたものである。な
お、モータとしては、パルスモータやサーボモータを用
いることとすると良い。

【０００８】このように、可動式電極を固定式電極側に
引き付ける真空力に抗して均衡するように保持する弾性
体をドライブシャフトに取り付けることとしたので、真
空力と弾性体の付勢力とが釣り合って、真空環境下にお
いてもシャフト等に必要以上の負荷が掛かることが無く
なるとともに、静電容量の制御、すなわち可動式電極と
接続されたドライブシャフトの操作が僅かな力で容易に
行えることとなり、さらに、該ドライブシャフトの操作
が最短移動距離である直線的動作で行われることから、
静電容量の制御が短時間で正確に成し得ることが出来る
こととなる。

【０００９】この際、可動式電極を固定式電極側に引き
付ける真空力に抗して均衡するように保持する弾性体と
しては、ドライブシャフトへの取り付け易さ等からドラ
イブシャフトの周囲を螺旋状に巻回するコイル状のスプ
リングが考えられるが、弾性体はこれに限らず、コイル
状のスプリングと同様に真空力に抗して均衡するように
保持する作用を成すものであれば、他の手段でも何ら差
し支えないものである。

【００１０】また、弾性体としてのコイル状のスプリン
グの取り付け位置は、ドライブシャフトにおける可動式
電極側に、すなわち、該可動式電極が配置された真空状
態となっているハウジングに隣接するように取り付けた
り、該ドライブシャフトにおける可動式電極と逆側端部
に離反して取り付けたりする等、可動式電極と接続され
たドライブシャフトにおける何れの位置でも何ら差し支
え無い。これにより、取付部材や取付位置等の目的に併
せて適宜設計的変更を成し得ることが出来ることとな
る。

【００１１】また、本願発明は、静電容量の最大容量値
及び最小容量値でのドライブシャフトの移動を、モータ
の回動を制御するリミットストッパを設けることにより
行ってなるものでもあり、該リミットストッパとして
は、静電容量の最大容量値と最小容量値の手前でスイッ
チ情報の検出を行い、電気的にモータの回動を制御する
ようにしたソフトリミットストッパや、静電容量の最大
容量値と最小容量値の範囲を超えてドライブシャフトが
移動しないように突起体を設け、機械的にモータの回動
を停止するようにしたハードリミットストッパのことを
言う。そして、これらリミットストッパは、それぞれ単
独で、もしくは、両者を併設して用いることとする。

【００１２】ここで、スイッチ情報の検出を行うソフト
リミットストッパとは、動作が一定の限界位置になると
接点が切り換えら得るスイッチ情報を有するストッパの
ことを言い、接点機構とこれを動かすアクチュエーター
機構が組合わされていれば良く、アクチュエーターとし
てはプランジャー型やレバー型、ローラ・アーム型等何
れでも良い。また、突起体を設けたハードリミットスト
ッパとは、動作が一定の限界位置になるとドライブシャ
フトに設けられた突起体がモータを保持した枠体に当接
し、該モータに負荷をかけることにより強制的にその動
きを制御するようにしたもの、例えば、モータがパルス
モータであれば、ドライブシャフトに設けられた突起体
が枠体に当接し、該パルスモータに規定以上の負荷がか
かると脱調現象を起こしてモータの回転トルクが無くな
り、モータに流れる電流が制限される、という特性を利
用することにより、強制的にその動きを制御するように
したものである。

【００１３】このように、リミットストッパを設けるこ
とにより、可動式電極を固定式電極に近づけていく場合
に必要以上に近づき過ぎ、両電極同士がぶつかり合って
各電極板やギヤ部に必要以上のストレスがかかることが
防止され、また、可動式電極を固定式電極から遠ざけて
いく場合に必要以上に電極間が離れ過ぎ、配置された両
電極が外れてしまって電極の入り込みが困難となってし
まうという恐れが回避されることとなる。

【００１４】さらに、本願発明は、ドライブシャフトを
可動式電極とモータの間に絶縁カップリング材を介在さ
せるようにしたものでもある。これにより、真空可変コ
ンデンサ側の両極を他の導体と完全に隔離し、真空可変
コンデンサにかかる電圧、電流が他の物体に接触してし
まうことが防止されることとなる。

【００１５】

【実施例】以下、本願発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。本願発明における真空可変コンデンサ（１）
は、図１乃至図３に示すように、静電容量の制御を行な
う可動式電極（４）と接続されたドライブシャフト
（５）を、真空環境下でも固定式電極（３）側へ引き付
けられず、これに抗して均衡することとなるように保持
された状態とするとともに、この状態の下で該ドライブ
シャフト（５）を、モータとしてパルスモータ（７）を
作動させることにより回動ギア（９）を介して可変シャ
フトギア（６）を移動させるようにした制御部（２）に
より、非回動に且つ直線的に移動を行なうよう操作して
なるものである。

【００１６】固定式電極（３）及び可動式電極（４）
は、それぞれ所定間隔を有して幾重にも配置された構造
からなる多数の電極板（３ａ，４ａ）有しており、該電
極板（３ａ，４ａ）同士が互いに対向し、一方の電極板
が他方の電極板間に入り込むこととなるように配置され
ている。そして、該固定式電極（３）及び該可動式電極
（４）は、真空環境状態とされたハウジング（１７）内
に収容されている。

【００１７】可動式電極（４）には上述のようにドライ
ブシャフト（５）が接続されており、該ドライブシャフ
ト（５）は途中に絶縁カップリング材（１０）を介在さ
せて、該可動式電極（４）の取り付け側とは離れた位置
に長手方向に沿って可変シャフトギア（６）設けられて
いる。

【００１８】また、ドライブシャフト（５）を移動させ
るようにした前記制御部（２）は、図２に示すように、
可変シャフトギア（６）とパルスモータ（７）と回動ギ
ア（９）とからなっており、該可変シャフトギア（６）
の表面には多数の溝部が形成され、パルスモータ（７）
に設けられた回動ギア（９）の周面に形成された多数の
溝部と互いに噛み合うようになっている。また、パルス
モータ（７）は、コントローラ（図示せず）からの信号
によって動作が制御されてなるものであり、真空可変コ
ンデンサにおけるハウジング（１７）を固定する取り付
け枠体（１８）によって支持されている。

【００１９】そして、該ドライブシャフト（５）には、
可動式電極（４）と接続されたドライブシャフト（５）
を、真空環境下でも固定式電極（３）側へ引き付けられ
ずに抗して均衡することとなるように保持された状態と
するコイル状のスプリング（８）からなる弾性体が、可
動式電極を収容する該ハウジング（１７）に隣接して一
体的に取り付けられている。なお、該スプリング（８）
の取付位置はこれに限らず、図４に示すように、該ドラ
イブシャフト（５）における可動式電極（４）と離反
し、これと逆側において前記制御部（２）を支持する取
り付け枠体（１８）を介して端部に取り付けるようにし
ても良い。

【００２０】また、図３に示すように、ドライブシャフ
ト（５）には、パルスモータ（７）の動作をコントロー
ラを介して電気的に制御するようにしたソフトリミット
ストッパ（１１）、及び該パルスモータ（７）の動作を
機械的に制御するようにしたハードリミットストッパ
（１２）が共に設けられている。ソフトリミットストッ
パ（１１）は、マイクロスイッチ（１３）、アーム（１
４）及びローラ（１５）からなるローラ・アーム型のス
イッチであり、静電容量の最大容量値もしくは最小容量
値のそれぞれ手前における動作の一定の限界位置で、接
点が切り換えら得るスイッチ情報の検出を行うように
し、該ドライブシャフト（５）が静電容量の最大容量値
と最小容量値の間でしか移動しないようにパルスモータ
（７）の動作を制御する。また、ハードリミットストッ
パ（１２）は、該ドライブシャフト（５）の周囲に凸部
を形成するようにした２つの突起体（１６ａ，１６ｂ）
からなり、該突起体（１６ａ，１６ｂ）は、静電容量が
限界を超えようとするとパルスモータ（７）を固定する
取り付け枠体（１８）の上枠（１８ａ）もしくは下枠
（１８ｂ）に当接してパルスモータ（７）に規定以上の
負荷がかかって回動を停止するようにし、該ドライブシ
ャフト（５）が静電容量の最大容量値と最小容量値の範
囲を超えて移動しないように動作を制御する。

【００２１】以上のように構成した真空可変コンデンサ
（１）は、コントローラからの信号によりパルスモータ
（７）を作動させて回動ギア（９）を回動させると、こ
れと噛み合う可変シャフトギア（６）を介してドライブ
シャフト（５）が非回動で直線的に操作され、これに伴
って該可動式電極（４）を該固定式電極（３）に近づけ
たり離したりするように移動させて電極同士の入り込む
対向面積を調節し、静電容量を最大容量値から最小容量
値まで制御するようにしたものである。そして、ドライ
ブシャフト（５）が固定式電極（３）に最も近づき静電
容量の最大容量値となると、ソフトリミットストッパ
（１１）が動作の一定の限界を知らせるスイッチ情報の
検出し、接点が切り換えられて該パルスモータ（７）の
回動を制御し、また、ドライブシャフト（５）が固定式
電極（３）から最も離れて静電容量が最小容量値となっ
た場合も、ソフトリミットストッパ（１１）が動作の一
定の限界を知らせるスイッチ情報の検出し、接点が切り
換えられて該パルスモータ（７）の回動を制御する。さ
らに、該ソフトリミットストッパ（１１）が誤ってパル
スモータ（７）の動作を制御しない場合であっても、ド
ライブシャフト（５）が固定式電極（３）に最も近づき
静電容量の最大容量値となると、ハードリミットストッ
パ（１２）の上方突起体（１６ａ）がパルスモータ
（７）を固定する取り付け枠体（１８）の上枠（１８
ａ）に当接してパルスモータ（７）に規定以上の負荷を
かけ、該パルスモータ（７）の動作を制御し、また、ド
ライブシャフト（５）が固定式電極（３）から最も離れ
て静電容量が最小容量値となった場合も、ハードリミッ
トストッパ（１２）の下方突起体（１６ｂ）がパルスモ
ータ（７）を固定する取り付け枠体（１８）の下枠（１
８ｂ）当接してパルスモータ（７）に規定以上の負荷を
かけ、該パルスモータ（７）の動作を制御することとな
る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本願発明によれば、シャフ
ト等に必要以上の負荷を掛かることなく真空可変コンデ
ンサにおける静電容量の制御を行なうようにしたもので
あるので、機械的寿命が大幅に延長することはもちろん
のこと、メンテナンス間隔の大幅な時間的延長を可能と
することが出来ることとなる。

【００２３】しかも、本願発明は、ドライブシャフトを
非回動で直線的に移動するように操作して電極同士の重
なり対向面積を調節することにより、静電容量を制御す
るようにしてなるものであるため、静電容量の制御がド
ライブスクリュ方式に比して正確に且つ短時間で行なう
ことが出来、作業効率の向上と生産コストの削減を図る
ことが出来ることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明における真空可変コンデンサを説明
する概略側断面図。

【図２】 制御部の構造を説明する部分拡大斜視図。

【図３】 リミットスイッチの構造を説明する部分拡大
概略図。

【図４】 スプリングの他の取り付け状態を説明する概
略側断面図。

【図５】 従来の真空可変コンデンサを説明する部分概
略側断面図。

【図６】 従来の他の真空可変コンデンサを説明する概
略側断面図。

【図７】 従来のさらに他の真空可変コンデンサを説明
する概略側断面図。

【符号の説明】

１・・・真空可変コンデンサ ２・・・制御部 ３・・・固定式電極 ３ａ・・・電極板 ４・・・可動式電極 ４ａ・・・電極板 ５・・・ドライブシャフト ６・・・可変シャフトギア ７・・・パルスモータ ８・・・スプリング ９・・・回動ギア １０・・・絶縁カップリング材 １１・・・ソフトリミットストッパ １２・・・ハードリミットストッパ １３・・・マイクロスイッチ １４・・・アーム １５・・・ローラ １６ａ・・・上方突起体 １６ｂ・・・下方突起体 １７・・・ハウジング １８・・・取り付け枠体 ３１・・・従来の真空可変コンデンサ ３３・・・固定式電極 ３３ａ・・・電極板 ３４・・・可変式電極 ３４ａ・・・電極板 ３５・・・シャフト ３６・・・ドライブスクリュ ３７・・・ナット部 ３８・・・ガイディングチューブ ３９・・・ベロウズ ４１・・・従来の他の真空可変コンデンサ ４２・・・制御部 ４３・・・固定式電極 ４４・・・可変式電極 ４５・・・シャフト ４６・・・ワイヤ ４７・・・モータ ４８・・・滑車 ５１・・・従来のさらに他の真空可変コンデンサ ５２・・・制御部 ５３・・・固定式電極 ５４・・・可変式電極 ５５・・・シャフト ５６・・・カム ５７・・・モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01G 5/14

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の電極板が間隔を有して幾重にも配
   置された構造からなる一対の電極を、一方の電極の電極
   板間に他方の電極の電極板が入り込むように互いに対向
   して配置するとともに、一方の電極を固定式とし且つ他
   方の電極を可動式とし、真空環境下において可動式電極
   を固定式電極に近づけたり離したりして電極同士の重な
   り対向面積を変えることによって静電容量を最大容量値
   から最小容量値まで制御するようにした真空可変コンデ
   ンサにおいて、可動式電極を弾性体によって固定式電極
   側に引き付ける真空力に抗して均衡するように保持する
   とともに、可動式電極に接続されるドライブシャフトを
   非回動で直線的に操作することにより可動式電極を移動
   させて電極同士の入り込む対向面積を調節し、静電容量
   を制御してなることを特徴とする真空可変コンデンサに
   おける静電容量の制御方法。
2. 【請求項２】 多数の電極板が所定間隔を有して幾重に
   も配置された構造からなる真空環境中に配置される固定
   式電極と、同じく多数の電極板が所定間隔を有して幾重
   にも配置された構造をし、その電極板が該固定式電極の
   電極板間に入り込むこととなるように対向して配置され
   た真空環境中に配置される可動式電極と、該可動式電極
   に接続されたドライブシャフトと、該ドライブシャフト
   の長手方向に沿って設けられた可変シャフトギアと、該
   可変シャフトギアと噛み合うこととなる回動ギアを有す
   るモータと、該モータの動作を制御するコントローラ
   と、該可動式電極を該固定式電極側に引き付ける真空力
   に抗して均衡するように保持する該ドライブシャフトに
   取り付けられた弾性体とからなり、該コントローラから
   の信号によりモータを作動させて、回動ギアを介して可
   変シャフトギアを移動させるとともにドライブシャフト
   を移動させ、該可動式電極を該固定式電極に近づけたり
   離したりするように非回動で直線的に操作して電極同士
   の入り込み対向面積を調節し、静電容量を最大容量値か
   ら最小容量値まで制御してなることを特徴とする真空可
   変コンデンサ。
3. 【請求項３】 静電容量の最大容量値及び最小容量値で
   のドライブシャフトの移動は、モータの回動を制御する
   リミットストッパを設けることにより制御されてなるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の真空可変コンデンサ。
4. 【請求項４】 リミットストッパは、静電容量の最大容
   量値と最小容量値の手前でスイッチ情報の検出を行い、
   電気的にモータの回動を制御するソフトリミットストッ
   パであることを特徴とする請求項３に記載の真空可変コ
   ンデンサ。
5. 【請求項５】 リミットストッパは、静電容量の最大容
   量値と最小容量値の範囲を超えてドライブシャフトが移
   動しないように突起体を設け、機械的にモータの回動を
   停止するハードリミットストッパであることを特徴とす
   る請求項３に記載の真空可変コンデンサ。
6. 【請求項６】 ドライブシャフトは可動式電極とモータ
   との間に絶縁カップリング材を介在させてなるものであ
   ることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の真
   空可変コンデンサ。