JP7420188B1

JP7420188B1 - 真空コンデンサ

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Publication number: JP7420188B1
Application number: JP2022153213A
Authority: JP
Inventors: 祐市錦織; 琢也下川; 良行谷水; 徹谷水
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2042-09-27
Also published as: WO2024070401A1; JP2024047620A

Abstract

【課題】静電容量を確保する電極の操作力を低減させて静電容量の高速制御及び微調整を行うこと。【解決手段】そこで、真空コンデンサは、静電容量を確保可能な固定電極７及び可動電極８を格納する真空容器１ａと、この真空容器１ａと直列に連通する真空拡張容器５２と、を備える。真空容器１ａは、可動電極８を支持する可動支持部９１と、この可動支持部９１を真空容器１ａの軸方向に往復動可能に支持する可動導体６と、固定電極７を支持する固定導体５１と、可動支持部９１と可動導体６との間に介在する主ベローズ５０と、を備える。真空拡張容器５２は、可動支持部９１と同軸の可動部５４と、この可動部５４と真空拡張容器５２の端部内面との間に介在する調整ベローズ５３と、を備える。可動支持部９１と可動部５４は、固定電極７及び可動電極８と同軸の絶縁接続ロッド５５により連結される。【選択図】図１

Description

本発明は、真空コンデンサであって、例えば、半導体設備の高周波電源、大電力発信回路等の高周波機器におけるインビーダンス調整に使用される真空コンデンサに関する。

従来から、一般的な半導体設備の高周波電源や大電力発信回路等の高周波機器において、インピーダンス調整のために種々の真空コンデンサが用いられる。近年、高周波機器に係る機器は高速操作化し、真空コンデンサも高速操作への対応として操作力の低減の要求が高まっている。

図２は一般的な真空コンデンサの一例を示す概略断面図である。真空容器１は、絶縁製のセラミック管２の一端にフランジ管３、他端にフランジ管４により円筒状とし、その両端に金属性の一方を固定導体５、他方を可動導体６により密閉して成る。

固定電極７は、径が異なる複数の薄板円筒状の電極部材を同軸に一定間隔を隔てて配して成り、固定導体５の真空容器１内側に設けられる。可動電極８は、固定電極７と同様に径が異なる複数の薄板円筒状の電極部材を同軸に一定間隔を隔てて配して成る。可動電極８の個々の電極部材は、固定電極７に静電容を得る微小なギャップを確保し、互いに交叉する状態で挿出入する。この可動電極８は、真空容器１の軸方向Ｙに固定電極７に対する挿出入の程度を調整できる銅材の可動支持部９に設ける。

中空形状の可動ロッド１０は、可動支持部９の可動電極８の背面側から真空容器１の軸方向Ｙに、可動導体６を突出するように延設される。可動導体６に固設された軸受部材１１を介して、可動ロッド１０の外周面と軸受部材１１との間に空隙を持たせ、真空容器１の軸方向Ｙに摺動自在に案内支持する。

操作ロッド１２の一端の雄螺子部１２ｂは可動ロッド１０の一端側内壁の雌螺子部１０ａと螺合し、他端側の操作ロッド頭部１２ａは真空コンデンサのモータ等駆動源と接合する。また、操作ロッド１２は、真空容器１に設けられた可動導体６から突出して軸受部材１１を覆うように設けられた螺子受け部１３ａとスラストベアリング１３ｂとから成る操作ロッド支持体１３により、主引込力Ｆ１を受けながら回動自在に支持される。

操作ロッド１２は、可動ロッド１０を軸受部材１１により真空容器１の軸方向Ｙに案内されて移動して、固定電極７と可動電極８の対向面積により真空コンデンサの静電容量を得る。

主ベローズ１４は、可燒性の薄い金属で構成する蛇腹状である。主ベローズ１４は、真空容器１内の固定電極７，可動電極８，主ベローズ１４で囲まれた真空室１５を気密に保持して可動電極８，可動支持部９，可動ロッド１０が軸方向Ｙに移動可能に構成され、一端が可動導体６の内壁側に接合され、他端が可動支持部９に接合される。真空容器１内の主ベローズ１４の可動ロッド１０側には、大気圧状態の大気室１６が形成される。

主ベローズ１４は、主ベローズ１４の径により定まる常時真空容器内方向に引込む真空圧Ｆ１ｖがある。さらに、伸縮時の許容応力から製作初期長さを基準に伸び３７％、縮み６３％、合計１００％の動作範囲において、多数回伸縮動作寿命を得て、伸縮に伴うバネ定数に従った伸縮力Ｆ１ｂがある。主引込力Ｆ１は主ベローズ１４の真空圧Ｆ１ｖと伸縮力Ｆ１ｂ，および、摺動摩擦を合計した力となる。

以上の真空コンデンサにおいて、モータ等の駆動源が操作ロッド１２を回動することで、可動ロッド１０が真空容器１の軸方向Ｙに移動し、固定電極７と可動電極８の交叉面積の変化により、静電容量が加減されてインピーダンス調整が行われる。

特開２００７－１１６０２５号公報ＵＳ９８０５８７３Ｂ２

可動ロッド１０に対して主ベローズ１４の主引込力Ｆ１の中で、真空圧Ｆ１ｖの力は一定で大きい。さらに、伸縮力Ｆ１ｂは動作位置（静電容量値）により力が変化する。主引込力Ｆ１は大きく、更に変動するために、静電容量の高速制御及び微調整が困難となる。

本発明は、以上の事情を鑑み、静電容量を確保する電極の操作力を低減させて静電容量の高速制御及び微調整を行えることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、静電容量を確保可能な一対の電極を格納する真空容器と、この真空容器と直列に連通する真空拡張容器と、を備え、前記真空容器は、前記一対の電極のうち一方の電極を支持する可動支持部と、この可動支持部を前記真空容器の軸方向に往復動可能に支持する一方の導体と、前記一対の電極のうち他方の電極を支持する他方の導体と、前記可動支持部と前記一方の導体との間に介在する主ベローズと、を備え、前記真空拡張容器は、前記可動支持部と同軸の可動部と、この可動部と当該真空拡張容器の端部内面との間に介在する調整ベローズと、を備え、前記可動支持部と前記可動部は、前記一対の電極と同軸の絶縁接続ロッドにより連結される真空コンデンサである。

本発明の一態様は、前記真空コンデンサにおいて、前記可動支持部若しくは前記可動部を操作する操作ロッドを大気側に備える。

本発明の一態様は、前記真空コンデンサにおいて、前記調整ベローズは前記主ベローズと同等以下の真空圧である。

本発明の一態様は、前記真空コンデンサにおいて、前記主ベローズ及び前記調整ベローズは同一のバネ定数及び伸縮率である。

本発明の一態様は、前記真空コンデンサにおいて、前記主ベローズ及び前記調整ベローズは、製作初期長さに対して伸び５０％及び縮み５０％の動作範囲である。

本発明の一態様は、前記真空コンデンサにおいて、前記他方の導体には、前記絶縁接続ロッドが挿通される貫通孔が形成され、前記真空容器と前記真空拡張容器は前記貫通孔を介して連通する。

以上の本発明によれば、静電容量を確保する電極の操作力を低減させて静電容量の高速制御及び微調整を行える。

本発明の実施形態１の真空コンデンサの概略断面図。従来の真空コンデンサの概略断面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示された本発明の一態様である実施形態１の真空コンデンサは、静電容量を確保可能な一対の電極である固定電極７（他方の電極）及び可動電極８（一方の電極）を格納する真空容器１ａと、この真空容器１ａと直列に連通する真空拡張容器５２と、を備える。

真空容器１ａは、セラミック管２、フランジ管３，４、固定導体５１及び可動導体６により密閉して成る。

セラミック管２は、真空容器１ａ内の固定電極７及び可動電極８と同軸に配置される。

フランジ管３は、前記同軸にセラミック管２の一端と固定導体５１（他方の導体）との間に介在する。

フランジ管４は、前記同軸にセラミック管２の他端と可動導体６（一方の導体）との間に介在する。

固定電極７は、固定導体５１の真空容器１ａ内に設けられ、径が異なる複数の薄板略円筒状の電極部材が一定間隔に同軸配置されて成る。

可動電極８は、真空容器１ａの軸方向Ｙに往復動可能な可動支持部９１に設けられ、固定電極７との間で任意の静電容量が確保可能に、径が異なる薄板略円筒状の電極部材が一定間隔に同軸配置されて成る。

可動電極８と反対する可動支持部９１の背面中央部には、操作ロッド１２により軸方向Ｙに往復動する可動ロッド１０が設けられる。可動ロッド１０は、可動導体６と可動支持部９１とに介在する主ベローズ５０に囲繞されて、可動導体６における軸受部材１１によりフランジ管４と同軸に支持される。

操作ロッド１２は、一端に可動ロッド１０の雌螺子部１０ａと螺合する雄螺子部１２ｂを有し、他端に真空コンデンサのモータ等駆動源と連結する操作ロッド頭部１２ａを有し、可動導体６において操作ロッド支持体１３により回動自在に支持される。

操作ロッド支持体１３は、可動導体６の大気側にて軸受部材１１を覆って可動導体６に設けられる螺子受け部１３ａと、この螺子受け部１３ａにて操作ロッド１２の回転トルクを低減するスラストベアリング１３ｂとから成る。操作ロッド支持体１３によれば、モータ等駆動源による操作ロッド１２の回転により、可動ロッド１０が軸受部材１１により案内されて軸方向Ｙに移動可能となる。これにより、可動電極８と固定電極７の対向面積が可変となり、任意の静電容量が得られる。

主ベローズ５０は、蛇腹状を成し、銅合金または銅鍍金した可撓性の薄い金属からなり、真空容器１の軸方向Ｙに伸縮自在である。そして、この主ベローズ５０は、その一端は可動導体６の内壁側と接合する一方で、他端が可動支持部９１に接合して可動ロッド１０を囲繞してフランジ管４と同軸に配されて、固定電極７と可動電極８とで真空室１５を気密に保持する。また、真空容器１内の主ベローズ５０の可動ロッド１０側には、大気圧状態の大気室１６が形成される。

固定導体５１の中央部には、可動支持部９１に接続された絶縁接続ロッド５５が挿通する貫通孔５１ａが形成される。絶縁接続ロッド５５は、一端が可動支持部９１の可動電極８側中央部の固定座９１ａに固着される一方で、他端が固定導体５１の貫通孔５１ａを介して可動部５４の固定座５４ａに固着される。

固定導体５１の大気側には、セラミック管２、フランジ管３，４よりも小径の底付円筒状の真空拡張容器５２が配置される。

真空拡張容器５２は、固定導体５１の貫通孔５１ａから導入された絶縁接続ロッド５５に接続される可動部５４と、この可動部５４と真空拡張容器５２の内底面との間に介在させる調整ベローズ５３を備える。

調整ベローズ５３は、可動部５４と真空拡張容器５２の端部内面との間に介在配置される。特に、調整ベローズ５３は、主ベローズ５０と同等以下の真空圧と同一のバネ定数とし、固定導体５１と可動部５４と調整ベローズ５３とから成る真空室１５ａが気密に保持されて可動部５４及び絶縁接続ロッド５５が軸方向Ｙに移動可能に真空拡張容器５２内に備えられる。調整ベローズ５３内は真空拡張容器５２の底部の吸排気孔５２ａにより大気圧状態の大気室１６ａが形成される。調整ベローズ５３による調整引込力Ｆ３は、調整ベローズ５３の真空圧Ｆ３ｖと伸縮力Ｆ３ｂとの合計の力となる。

以上のように主ベローズ５０，絶縁接続ロッド５５及び調整ベローズ５３が軸方向Ｙに直列に配置され、主ベローズ５０または調整ベローズ５３の大気側に図示省略の操作ロッドがさらに設けられる。

本実施形態の真空コンデンサによれば、大気中のモータ等の駆動源による操作ロッド１２の回動により、可動ロッド１０及び可動支持部９１が軸方向Ｙに移動して、主ベローズ５０が伸縮し、固定電極７と可動電極８との対向面積が可変となる。これにより、固定電極７と可動電極８とによる静電容量の加減が可能となり、インピーダンスが任意に調整される。これに連動して絶縁接続ロッド５５は固定導体５１の貫通孔５１ａを介して真空室１５ａ内の可動部５４により調整ベローズ５３を伸縮させ、主引込力Ｆ２と調整引込力Ｆ３は互いに反対方向の力となり相殺されるので、合計引込力Ｆ４は摺動摩擦のみとなる。

上述のように主ベローズ５０の主引込力Ｆ２と調整ベローズ５３の調整引込力Ｆ３の相殺により、合計引込力Ｆ４が低減する。真空室１５の主ベローズ５０と真空室１５ａの調整ベローズ５３との間に配置された絶縁接続ロッド５５は、真空中絶縁となり、沿面距籬が縮小して許容応力が高い圧縮力用として適用でき、断面及び径を縮小できる。

また、主ベローズ５０，絶縁接続ロッド５５及び調整ベローズ５３と同軸に主ベローズ５０の大気室１６側に操作ロッド１２が配置されたことで、操作ロッド１２に接続されるモータ等の駆動源を大気中に設けることができ、保守点検が容易になる。

さらに、調整ベローズ５３の真空圧Ｆ３ｖが主ベローズ５０の真空圧Ｆ２ｖと同等であると真空圧Ｆ３ｖと真空圧Ｆ２ｖは相殺され、真空圧Ｆ３ｖが真空圧Ｆ２ｖ以下であるとモータ等の駆動源の条件に基づく真空圧の低減力に応じた合計引込力Ｆ４となる。

そして、主ベローズ５０の伸縮力Ｆ２ｂと調整ベローズ５３の伸縮力Ｆ３ｂは、同一のバネ定数及び伸縮率となり、主ベローズ５０の伸縮力Ｆ２ｂに対し、調整ベローズ５３の伸縮力Ｆ３ｂは互いに反対方向の力になる。したがって、主ベローズ５０と調整ベローズ５３が絶縁接続ロッド５５を介して連接することで、伸縮力Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂが相殺されるので、合計引込力Ｆ４を低減できる。

また、主ベローズ５０及び調整ベローズ５３は、製作初期長さに対する伸び５０％、縮み５０％、合計１００％の動作範囲と同一とすることで、主ベローズ５０の伸縮力Ｆ２ｂに対し、調整ベローズ５３の伸縮力Ｆ３ｂは同じで互いに反対方向の力となる。したがって、前記接合により、伸縮力Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂが相殺され、合計引込力Ｆ４を低減できる。

さらに、絶縁接続ロッド５５が挿通される貫通孔５１ａが形成された固定導体５１を介した真空容器１ａと真空拡張容器５２の連接により、真空容器１ａの真空室１５と真空拡張容器５２の真空室１５ａが連通する。これにより、真空ろう付作業と真空維持が一つに纏まり、複数の密閉容器の製作組立が不要となる。

そして、絶縁接続ロッド５５は、耐圧力用に細く構成され、固定電極７及び可動電極８と同軸に真空拡張容器５２に導入される。これにより、固定電極７と可動電極８の対向面積（静電容量）に影響を及ぼすことなく真空拡張容器５２内の調整ベローズ５３と接合できる。

また、絶縁接続ロッド５５が挿通される貫通孔５１ａにより、絶縁接続ロッド５５が無摺動となり、真空コンデンサの可動機構は軸受部材１１のみで実現できるので、多点摺動ガイド構造時の芯ずれが生じなくなり、芯調整が不要となる。

以上のように本実施形態によれば、大気中にモータ等の駆動源を設けて高速制御できるように、微調整しやすい安定した合計引込力Ｆ４とすることができる。

図１の実施形態１は、操作ロッド１２を主ベローズ５０の大気室１６側に設けたが、調整ベローズ５３の大気室１６ａ側に設けてもよい。

１ａ…真空容器
２…セラミック管
３，４…フランジ管
６…可動導体（一方の導体）
７…固定電極（他方の電極）
８…可動電極（一方の電極）
１０…可動ロッド、１０ａ…雌螺子部
１１…軸受部材
１２…操作ロッド、１２ａ…操作ロッド頭部、１２ｂ…雄螺子部
１３…操作ロッド支持体、１３ａ…螺子受け部、１３ｂ…スラストベアリング
１５…真空室
１６…大気室
２０…可動ロッド、２１…軸受け部材、２２…リニアベアリング、２３…通電ベローズ、２４…コネクタ、２５…フランジ部、２６…バネ部材
３０…操作ロッド支持体、３１…ナット、３０ａ…雌螺子部
５０…主ベローズ
５１…固定導体（他方の導体）、５１ａ…貫通孔、５１ａ…貫通孔
５２…真空拡張容器、５２ａ…吸排気孔
５３…調整ベローズ
５４…可動部、５４ａ…固定座
５５…絶縁接続ロッド
９１…可動支持部、９１ａ…固定座

Claims

静電容量を確保可能な一対の電極を格納する真空容器と、
この真空容器と直列に連通する真空拡張容器と、
を備え、
前記真空容器は、
前記一対の電極のうち一方の電極を支持する可動支持部と、
この可動支持部を前記真空容器の軸方向に往復動可能に支持する一方の導体と、
前記一対の電極のうち他方の電極を支持する他方の導体と、
前記可動支持部と前記一方の導体との間に介在する主ベローズと、
を備え、
前記真空拡張容器は、
前記可動支持部と同軸の可動部と、
この可動部と当該真空拡張容器の端部内面との間に介在する調整ベローズと、
を備え、
前記可動支持部と前記可動部は、前記一対の電極と同軸の絶縁接続ロッドにより連結され、
前記他方の導体には、前記絶縁接続ロッドが挿通される貫通孔が形成され、
前記貫通孔を介して前記真空容器と前記真空拡張容器が連通することを特徴とする真空コンデンサ。
前記可動支持部若しくは前記可動部を操作する操作ロッドを大気側に備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空コンデンサ。
前記調整ベローズは前記主ベローズと同等以下の真空圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空コンデンサ。
前記主ベローズ及び前記調整ベローズは同一のバネ定数及び伸縮率であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空コンデンサ。
前記主ベローズ及び前記調整ベローズは、製作初期長さに対して伸び５０％及び縮み５０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空コンデンサ。