KR101430972B1 - 진공콘덴서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공콘덴서의 진공실의 진공상태를 유지하는 상태에서 정전용량을 용이하게 조정할 수 있다.
고정전극(4)은, 복수의 평판상의 전극부재(5)를 진공실(1b)의 축방향으로 일정한 간격으로 적층하여 이루어진다. 가동전극(7)은, 복수의 평판상의 전극부재(8)를 가동전극축(9)에 일정한 간격으로 적층하여 이루어진다. 가동전극축(9)의 회전에 의해 각 전극부재(8)가 고정전극(4)의 전극부재(5) 사이에 접촉하지 않으며 서로 어긋나게 교차하여 삽출입된다. 자속수신부(106b)는, 가동전극축(9)에 설치된 원반상부재(106a)의 밀봉부재(102) 측에 고정된다. 정전용량조작부(14)에 설치된 자속발생부(104)는, 자속수신부(106b) 대하여 가동전극축(9)에 평행인 방향으로 배치된다. 정전용량조작부(14)의 회전으로, 자속발생부(104)의 자기흡인력에 의해 자속수신부(106b)가 회전하고, 가동전극(7)과 고정전극(4)의 교차면적이 변화하여, 정전용량이 조정된다.

Description

진공콘덴서{Vacuum Capacitor}

본 발명은, 예를 들면 반도체제조장치에 사용되는 고주파전원회로 등에 적용되는 진공콘덴서에 관한 것으로서, 진공용기 내에 고정전극과 가동전극이 배치되고 정전용량치의 가변이 가능한 가변형 진공콘덴서에 관한 것이다.

다수의 진공콘덴서는, 예를 들어, 반도체제조장치에 사용되는 고주파전원회로 등에 적용된다. 진공콘덴서를 그 구조에 따라 크게 구분하면, 정전용량이 고정된 고정형 진공콘덴서와, 정전용량치가 가변가능한 가변형 진공콘덴서 (예를 들면, 특허문헌 1~3)로 나뉜다.

가변형 진공콘덴서의 일례로, 진공용기 내에 고정전극과 가동전극이 배치되고, 벨로오즈 등을 사용하여 진공용기 내의 진공상태를 유지하며, 가동전극이 이동하여 정전용량이 변화하는 콘덴서가 알려져 있다. 진공용기는, 예를 들어, 세라믹 등의 절연재료로 이루어진 절연튜브의 각 개구단부가, 구리 등의 재료로 이루어진 밀봉부재로 봉해진 것으로 이루어진다. 상기 각 밀봉부재는, 각 절연튜브의 개구단부에 설치된 튜브부재와, 이 튜브부재를 덮는 커버부재를 주로 하여 구성된다.

고정전극은, 직경이 각기 다르고 동심원을 이루도록 배치된 복수의 원통형 전극부재(예를 들어, 일정간격을 이루며 배치된 원통형 전극부재)로 구성된다. 고정전극은 진공용기 내의 상기 밀봉부재의 '일방'(이하에서, 일방측 밀봉부재, '타방'은 타방측 밀봉부재로 칭함)에 설치된다. 가동전극은, 고정전극과 같이, 직경이 각기 다르고 동심원을 이루도록 배치된 복수의 원통형 전극부재(예를 들어, 일정간격을 이루며 배치된 원통형 전극부재)로 구성된다. 가동전극은 가동전극의 각 전극부재가 고정전극의 전극부재 사이의 틈으로 고정전극의 전극부재와 비접촉상태로 삽입 또는 축출되도록(가동전극의 전극부재가 고정전극의 전극부재 사이의 틈으로 삽입 또는 축출되도록 하는 교차구조로 배치되어 고정전극의 전극부재와 엇갈리게 교차되도록) 진공용기 내에 배치된다. 가동전극은, 진공용기의 축방향으로 가동(가동전극이 고정전극에 대하여 삽입/출입되는 정도를 조정할 수 있도록 가동)하는 가동전극축에 의해 지지된다.

상기 가동전극축은, 예를 들면, 가동전극을 지지하기 위한 지지부재(이하에서 가동지지부재로 칭함), 이 가동지지부재의 배면측(예를 들면, 가동지지부재의 타방측 밀봉부재방향 표면)에서 진공용기의 축방향으로 연장하여 설치된 로드(이하에서 가동로드라 칭함)로 이루어진다. 이 가동전극축은 예를 들어 진공용기에 설치된 베어링부재(예를 들어, 커버부재의 중앙부에 고정된 베어링부재)를 통해 슬라이드가 가능하게 지지(예를 들어, 가동로드가 진공용기의 축방향으로 슬라이드가 가능하도록 가동전극축이 지지)된다.

상기 가동전극축을 진공용기의 축방향으로 이동하여 정전용량을 조정하기 위해, 예를 들어, 가동로드 일단측에 접속되어 모터 등의 구동원에 의해 회전운동하는 부재(이하에서 정전용량조작부로 칭함)가 사용된다. 정전용량조작부는 가동로드의 일단측에 나사조임(예를 들어, 정전용량조작부에 형성된 암나사부가 가동로드 일단측에 형성된 수나사부에 나사조임)되어 가동로드와 접속된다. 모터 등의 구동원에 의해 회전가능한 정전용량조작부가 사용된다. 나아가, 정전용량조작부는, 예를 들면, 트러스트 베어링 등으로 이루어진 지지부재를 통해 진공용기 등에 대해 회전가능하도록 지지된다.

상기 벨로오즈는, 신축성이 있는 벨로오즈 금속부재이다. 벨로오즈는 진공콘덴서의 통전로의 일부가 되며, 진공용기내부를 진공실과 대기실로 분리한다. 상기 벨로오즈로 인해, 진공용기내부에 고정전극, 가동전극, 벨로오즈로 둘러싸인 공간을 진공실과 같이 밀폐상태로 유지(공간을 진공상태로 유지)하면서, 가동전극, 가동지지부재, 가동로드가 진공용기의 축방향으로 이동할 수 있다. 예를 들면, 벨로오즈의 일단측이 베어링부재측에 있는 타방측 밀봉부재의 내벽측에 접합되고, 벨로오즈의 타단측이 가동지지부재 등에 접합된다.

벨로오즈의 접합과 관련하여, 예를 들어, 진공 납땜이 적용된다. 나아가, 벨로오즈 중에, 다른 구조를 가진 벨로오즈가 있다. 예를 들어, 벨로오즈의 타단측이 가동로드의 표면에 접합된 것과, 이중 벨로오즈 구조(예를 들어, 스테인리스 벨로오즈와 구리 벨로오즈가 조합된 구조)를 갖는 벨로오즈가 있다.

이상의 구성을 가지는 진공콘덴서에 있어서, 모터 등의 구동원에 의해 정전용량조작부를 회전시키면, 정전용량조작부의 회전에 의한 회전운동이 가동전극축의 축방향운동으로 변환되고, 가동전극축의 이동량에 대응하여 고정전극과 가동전극의 교차면적이 변화한다. 이 때 벨로오즈는, 가동로드의 이동에 대응하여 신축된다.

이로 인해, 고정전극, 가동전극에 전압이 인가되어 벨로오즈가 신축될 때, 고정전극과 가동전극의 교차면적이 변화하고, 양전극간에 발생하는 정전용량의 값이 연속적으로 변화되어, 임피던스의 조정이 이루어진다. 이와 같은 진공콘덴서를 사용하는 경우의 고주파기기에 흐르는 고주파전류에 관련하여, 고주파 전류는 일방측 밀봉부재에서 벨로오즈와 마주보는 전극간(고정전극과 가동전극 사이) 정전용량을 통하여 타방측 밀봉부재로 흐른다.

특허문헌 1: 일본국공개특허공보 제 평 6-241237호 특허문헌 2: 일본국공개특허공보 제 2005-180535호 특허문헌 3: 일본국공개특허공보 제 평 8-45785호 특허문헌 4: 일본국공개특허공보 제 평 11-158604호

상기된 바와 같이, 가변형 진공콘덴서에서 진공실의 진공상태를 유지하면서 가동전극축을 이동시켜 정전용량을 변화시키는 경우, 벨로오즈와 같이 신축성을 가진 금속부재가 필요(진공용기 내부를 진공실과 대기실로 분리하기 위해)하다. 또한, 정전용량조작부의 회전운동을 통해 가동전극축을 진공용기의 축방향으로 이동하는 것이 필요하다.

즉, 가동전극축을 이동시키는 경우, 가동전극축이 진공실의 분리벽(벨로오즈, 절연튜브, 일방측 밀봉부재 등)에서 발생하는 압력에 거슬러 동작하는 것이 필요하다. 나아가, 벨로오즈와 같은 금속부재가 신축될 때마다 기계적 응력이 가해져, 금속부재가 파손 되기 쉽고, 진공콘덴서(진공용기 등)의 수명이 단축된다. 특히, 벨로오즈가 전류통로로 작용하는 경우, 통전시의 발생열로 인해 벨로오즈의 온도가 상승해, 진공콘덴서의 수명이 더욱 단축된다.

정전용량조작부의 회전운동을 가동전극축의 축방향 운동으로 변환하는 경우, 예를 들면, 정전용량조작부와 가동전극축(가동로드 등)이 나사조임되는 구조가 적용된다. 그러나, 상기 정전용량조작부의 복수의 회전운동이 필요하므로, 정전용량을 조정하는 데 오랜 시간이 들고, 정전용량의 값을 순간적으로 변화시키는 것이 어렵게 된다.

상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 형태에 따른 진공콘덴서는, 진공용기 내부에 복수의 전극부재로 형성되는 고정전극이 배치되고, 상기 고정전극의 각 전극부재 사이에 형성된 틈에 복수의 전극부재로 형성되는 가동전극이 배치되고, 상기 가동전극을 지지하는 가동전극축을 회전시킴으로써 가동전극과 고정전극과의 사이에 발생하는 정전용량을 조정할 수 있는 것으로서, 상기 진공용기 내의 가동전극축을 회전시키는 자속수신부와, 상기 진공용기 외부에 가동전극축과 평행인 방향으로 자속수신부에 대해 배치 되어 자기흡인력에 의해 자속수신부를 회전시키는 자속발생부와, 상기 자속발생부를 회전시키는 정전용량조작부를 구비하여 이루어진다.

상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 다른 형태에 따른 진공콘덴서는, 절연튜브의 양 개구단부를 각각 밀봉부재로 막은 진공용기와, 상기 진공용기 내에 복수의 평판상의 전극부재를 진공용기의 축방향으로 일정 간격으로 적층하여 형성된 고정전극과, 상기 진공용기 내에 복수의 평판상의 전극부재를 진공용기의 축방향으로 일정 간격으로 적층하여 형성되고, 진공용기의 축방향으로 연장되어 진공용기 내에 회전이 가능하게 지지된 가동전극축에 고정되어, 상기 가동전극축의 회전에 의해 각 전극부재가 고정전극의 전극부재 사이로 접촉하지 않은 상태로 번갈아 겹져지게 삽입 또는 축출되는 가동전극과, 상기 진공용기내 가동전극축에 고정되어 밀봉부재를 통해 진공용기 외부로부터 자속을 수신하는 자속수신부와, 진공용기 외부에 자속수신부에 대해 가동전극축과 평행인 방향으로 배치(배열)되어 상기 자속을 발생시키는 자속발생부, 및 밀봉부재 외부에 회전이 가능하게 지지되고 상기 자속발생부를 가지는 정전용량조작부로 이루어진다. 그리고, 상기 정전용량조작부를 회전시켜 상기 자속의 자기흡인력에 의해 자속수신부를 회전시켜 상기 가동전극의 고정전극에 대한 교차면적이 변화되어 정전용량이 조정가능하다.

상기 진공콘덴서에서, 상기 가동전극축의 베어링이 보통 베어링인 것이 선호된다.

나아가, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 진공콘덴서에서, 상기 각 전극부재의 면적이 진공용기 내의 횡단면 면적보다 작아, 상기 가동전극축의 1회전이내의 회전을 통해, 정전용량을 최소정전용량치에서 최대정전용량치의 범위 내에서 가변시킬 수 있다.

나아가, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 진공콘덴서에서, 상기 가동전극축이 상기 절연튜브의 양 개구단부에 있는 밀봉부재 사이에 끼워져, 회전이 가능하도록 지지된다.

이상에 보인 바와 같이, 본 발명에 따르면, 벨로오즈를 사용할 필요가 없이 진공콘덴서의 수명을 연장시키는 것이 가능하다. 나아가, 가동전극의 회전을 통해 순간적으로 정전용량을 변화시키는 것이 가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 진공콘덴서의 일부에 대한 종단면의 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 진공실내에 배치된 고정전극의 일례를 설명하는 부분분해 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 진공실내에 배치된 가동전극의 일례를 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 고정전극과 가동전극의 삽입 또는 축출에 의한 정전용량의 변화예를 설명한 개략도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 고정전극과 가동전극의 삽입 또는 축출에 의한 정전용량의 변화예를 설명한 개략도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 정전용량조작부의 지지구조예를 설명한 개략도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 자속발생부의 자속 Φ가 자속수신부에 의해 받아들여지는 구조예를 설명하는 개략도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 자속발생부의 자속 Φ가 자속수신부에 의해 받아들여지는 구조예를 설명하는 개략도이다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 진공콘덴서의 일례를 도 1~도 8에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은 가변형 진공 콘덴서의 일부에 대한 종단면의 사시도이다.

진공용기(1)는 세라믹과 같은 절연재료로 이루어진 절연튜브(1a)와, 구리 등으로 이루어진 일방측 밀봉부재(2)와 타방측 밀봉부재(102)로 구성되고, 밀봉부재(2, 102)로 절연튜브의 양 개구단부를 덮어 형성된다. 진공용기(1)는 그 내부에 진공실(1b)을 가지고 있다.

도 1중 일방측 밀봉부재(2)는, 절연튜브(1a)의 일방측 개구단부(도 1 하단부)에 배치되는 튜브부재(2a)와, 상기 튜브부재(2a)를 덮는 커버부재(2b)로 이루어진다. 나아가, 커버부재(2b)의 진공실(1b) 내측면의 외주연부에는 후에 설명할 고정전극축(6)이 서도록 지지하는 홈부(2c)가 형성(도 2에 3개의 홈부)되어 있다. 진공실(1b) 내의 커버부재(2b)의 중앙부에는 후에 설명할 가이드(11c)를 설치하기 위한 홈부(2d)가 형성되어있다.

도 1에서, 타방측 밀봉부재(102)는, 커버부재(102b)와, 커버부재(102b)의 하단부의 외주면에 설치된 진공구획판(102a)으로 이루어진다. 진공구획판(102a)의 외주부는, 절연튜브(1a)의 타방의 개구단부(도 1 상부)에 설치된 튜브부재(112a)의 내주부에 형성된 밀봉부(112b)에 진공용접을 통해 고정된다. 후에 설명할 자속발생부(104)의 이동통로로 사용될 링형 홈부(112e)는, 튜브부재(112a), 진공구획판(102a), 그리고 커버부재(102b)의 외주에 의해 둘러싸인 공간으로 정의된다.

커버부재(102b)의 진공실(1b) 내측면 중앙부에는 후에 설명할 가동전극축(9)을 회전이 가능하도록 지지할 홈부(102f)가 형성된다. 나아가, 커버부재(102b)의 상기 홈부(102f)가 형성된 반대측 면에는, 후에 설명할 정전용량조작부(14)의 조작부재측가이드축(14b)에 베어링(14d)(오일리스베어링 등)을 통해 느슨하게 삽입되는 커버부재측가이드축(102i)이 형성된다. 정전용량조작부(14)는 커버부재측가이드축(102i)에 의해 회전이 가능하도록 지지된다.

고정전극(4)은, 복수의 평판상의 전극부재(5)를 진공실(1b)의 축심방향 (밀봉부재(2, 102)를 연결하는 직선방향)으로 일정 간격(가동전극(7)의 전극부재(8)의 두께보다 큰 간격)을 두고 적층하여 형성된다. 고정전극(4)은 고정전극축(6)을 통해 고정지지된다.

도 1에서, 2개의 분할된 고정전극축(6a, 6b)이 사용된다. 일방의 고정전극축(6a)은 커버부재(2b)에 서도록 고정되고, 커버부재(2b)의 진공실(1b) 외측에 있는 인출접속단자(도시생략)에 전기적으로 접속된다. 타방의 고정전극축(6b)은 절연튜브(1a)의 종방향에서의 중앙부를 관통하여 위치하는 인출접속단자(6c)에 의해 고정지지된다. 고정전극축(6b)은 상기 인출접속단자(6c)에 전기적으로 접속된다. 이로써, 고정전극(4)은, 일방측 밀봉부재(2) 측에 위치하여 인출접속단자(도시생략)에 전기적으로 접속된 전극(이하에서 일방측 고정전극이라 칭함)과, 타방측 밀봉부재(102) 측에 위치하여 인출접속단자(6c)에 전기적으로 접속된 전극(이하에서 타방측 고정전극이라 칭함)으로 구분된다.

가동전극(7)은, 고정전극(4)과 같이, 복수의 평판상의 전극부재(8)를 진공실(1b)의 축심방향으로 각기 일정한 간격(고정전극(4)의 전극부재(5)의 두께보다 큰 간격)을 두고 적층하여 형성된다. 각 전극부재(8)는 고정전극(4)의 전극부재(5) 사이로 접촉하지 않으면서 서로 어긋나게 교차하면서 삽입, 축출되도록 진공실(1b) 내에 배치된다. 가동전극(7)은 진공실(1b)의 축심방향(예를 들어, 도 1의 축심상)으로 연장된 가동전극축(9)에 의해 회전이 가능하도록 지지된다. 도 1에서, 가동전극축(9)의 양단에 절연성축(9a, 9b)이 설치된다. 절연성축(9a, 9b)은 각각 관통공(11b)과 홈부(102f)를 통해 회전이 가능하도록 지지된다.

위에 설명한 바와 같이, 가동전극축(9)의 양단면을 절연튜브(1a)의 양 개구단을 밀봉하는 밀봉부재(2, 102) 사이에 끼우고 회전이 가능하도록 지지함을 통해, 가동전극축(9)과 용기의 접촉부분에 축밀봉재(shaft seals) 등을 설치할 필요가 없이 완전히 진공밀봉하는 것이 가능하다.

여기서, 도 1에서의 가동전극(7)은, 진공용기(1) 외부와의 전기적 접속이 없다. 가동전극(7)은, 일방측 밀봉부재(2) 측에 위치하고 일방측 고정전극에 교차하여 삽출입되는 전극(이하에서 일방측 가동전극이라 칭함)과, 타방측 밀봉부재(102) 측에 위치하고 타방측 고정전극에 교차하여 삽출입되는 전극(이하에서 타방측 가동전극이라 칭함)으로 구분된다.

즉, 진공용기(1)의 정전용량 C는, 일방측 고정전극과 일방측 가동전극의 교차면적에 의한 정전용량(이하에서 일방측 정전용량이라 칭함)과, 타방측 고정전극과 타방측 가동전극의 교차면적에 의한 정전용량(이하에서 타방측 정전용량이라 칭함)의 합성용량이다. 따라서, 진공용기(1)는 2개의 콘덴서를 직렬접속한 구조이다.

여기서, 고정전극(4)이 복수개로 구분되고 각 인출접속단자를 통해 진공용기(1) 외부와 전기적으로 접속된 경우, 구분된 고정전극(4)과 같이, 가동전극(7)과 가동전극축(9)도 각각 복수개로 구분(예를 들어, 가동전극축(9)의 일부에 절연체를 사용해 구분)되어, 이 복수개의 콘덴서가 직렬접속된 형태도 생각할 수 있다. 나아가, 절연튜브(1a)가 복수개의 절연튜브로 구분되는 경우, 적어도 하나의 각 인출접속단자가 구분된 절연튜브(1a) 사이에 배치되는 형태도 생각할 수 있다.

일방측 밀봉부재(2)의 가동전극축(9)의 지지구조에 관해서는, 그 구조가 진공실(1b) 내의 진공상태를 유지하는 구조인 범위 내에서는 다양한 형태를 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타난 바와 같이, 구멍(가동전극축(9)의 일단부(도 1에서, 절연성축(9a))가 관통할 수 있는 형상의 구멍)(11b)이 뚫린 가이드(11c)가 홈부(2d)의 하부에 설치된 조정다이어프렘(11a)을 진공실(1b) 내부로부터 덮도록 제공되는 구조일 수 있다. 상기 가동전극축(9)의 일단부가 가이드(11c)의 관통공(11b)을 관통하고, 상기 일단부는 조정다이어프렘(11a)에 의해 지지된다. 이 경우, 조정다이어프렘(11a)에 접한 가동전극축(9)의 일단측에서 상기 가동전극축(9)의 타단측 방향(타방측 밀봉부재(102)의 방향)으로 가동전극축(9)의 일단측에 조정다이어프렘(11a)의 압축변형에 의한 힘이 작용한다.

나아가, 홈부(2d)에, 진공용기(1) 외부와 통하는 구멍(11d)이 형성되는 경우, 상기 조정다이어프렘(11a)이 진공용기(1) 외부의 대기압과 진공실(1b)의 진공압의 차이에 의해 압축변형된다. 즉, 조정다이어프렘(11a)에는, 진공용기(1) 외부와 진공실(1b)의 압력차에 의해 진공용기(1) 외부로부터 진공실(1b) 내부방향으로 압축변형시키는 힘이 작용, 이 압축변형의 힘이 가동전극축(9)에 가해진다. 따라서, 가동전극축(9)이 타방측 밀봉부재(102) 방향으로 압박되며 지지된다.

나아가, 가동전극축(9)의 일단면측이 도 1에 나타난 바와 같이 평판상이고, 조정다이어프렘(11a)의 가동전극축(9)에 접한 부위(11e)가 돌출 형성되어, 이 부위(11e)에 의해 가동전극축(9) 일단면의 일부가 한 점에서 지지되는 구조를 적용하는 경우, 예를 들어, 가동전극축(9)의 일단면 전면이 지지되는 경우와 비교시 접촉면적이 작다. 결과적으로, 가동전극축(9)의 회전저항을 감소시킬 수 있다. 나아가, 가동전극축(9)에 접하는 부위가 돌출되지 않고 평면이며, 가동전극축(9)의 단면이 돌출 형성되어, 그 정점이 상기 부위와 접하는 구조를 적용하여도 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 가동전극축(9)과 상기 가동전극축(9)을 바라보는 진공용기(1) 내벽 중 한 곳이, 타방측을 한 점에서 지지하는 지지부를 가진 구조에 있어서 회전저항을 감소시킬 수 있다.

자기구동판(자기구동유니트)(106)은, 진공실(1b) 내의 가동전극축(9)의 밀봉부재(102)측에 설치되어 가동전극축(9)과 함께 회전한다. 자기구동판(106)은 후에 설명할 자속발생부(104)의 자속 Φ를 받아들인다. 자기구동판(106)은, 예를 들어, 철, 니켈 등의 강자성재료로 이루어진다. 도 1에 나타난 바와 같이, 자기구동판(106)은, 가동전극축(9)에 의해 관통되어 지지되는 원반상부재(106a)와, 원반상부재(106a)의 진공구획판(102a)을 바라보는 면에 설치된 자속수신부(106b)로 구성된다.

정전용량조작부(14)는, 자속발생부고정가이드(103)를 통해 자속발생부(104)를 제공받고, 타방측 밀봉부재(102)의 커버부재측가이드축(102i)에 의해 회전이 가능하도록 지지된다. 예를 들어, 도 1에 나타난 바와 같이, 정전용량조작부(14)로는, 고리 모양의 조작부재측가이드축(14b)에 의해 커버부재(102b)에 대해 회전이 가능하도록 지지된 원반상부재(14a)와 원반상부재(14a)의 진공실(1) 내측면의 외주연부에 설치되어 원반상부재(14a)의 회전과 함께 홈부(112e) 내에서 이동하는(회전하는) 자속발생부(104)를 가지는 것이 사용된다. 이 자속발생부(104)는, 예를 들어, N극과 S극으로 이루어진 영구자석(104)과, 이 영구자석(104)을 지지하는 자속발생부고정가이드(103)로부터 이루어질 수 있다. 자속발생부(104)는, 예를 들어, 나사 등의 체결수단(13c)을 사용하여 원반상부재(14a)에 고정된다.

도 1에 나타난 진공콘덴서에서, 가동전극축(9), 자속수신부(106b), 정전용량조작부(14)(자속발생부(104))는, 동일방향으로 회전한다. 진공실(1b) 내의 각 구성에 관련하여, 예를 들어, 조정다이어프렘(11a), 고정전극(4)에 속하는 전극부재(5), 스페이서(5b), 고정전극축(6)과, 가동전극(7)에 속하는 전극부재(8), 스페이서(8b), 가동전극축(9)은, 각기 다양한 방법으로 고정될 수 있다. 그러나, 진공실(1b)을 형성하면서 고온(예를 들어, 약 800℃)에서 진공을 형성할 때에는 진공상태에서 납땜을 통해 용융고정하는 방법을 적용할 수 있다.

도 2는, 진공실(1b) 내에 배치된 고정전극(4)의 일례를 설명하는 부분분해사시도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 고정전극(4)의 각 전극부재(5)에는, 고정전극축(6)을 관통시켜 고정시키기 위한 고정공(fixing hole: 5a)이 각기 뚫려(도 2에 3개의 고정공) 있다. 그리고, 상기 각 고정공(5a)으로 고정전극축(6)이 관통하도록 각 전극부재(5)가 적층된다. 각 전극부재(5) 사이에 틈을 만들기 위해, 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 고정전극축(6)을 관통시킬 수 있는 링 모양의 두께가 미리 정해진(즉, 가동전극(7)의 전극부재(8)보다 두꺼운) 스페이서(5b)가 각 전극부재(5) 사이에 끼워져 틈(스페이서(5b)와 같은 두께의 틈)을 형성할 수 있다.

여기서, 각 전극부재(5)가 상기된 바와 같이 적층되어 배치될 때, 가동전극축(9) 및 후에 설명할 스페이서(8b) 등과 간섭되지 않게 할 필요가 있다. 적절하게는, 도 2에 나타난 절결부(5c) 등이 필요에 의해 형성된다. 나아가, 고정전극축(6)은, 삽입, 축출되는 가동전극(7)과 간섭되지 않게 할 필요가 있다. 예를 들어, 고정전극축(6)이 진공실(1b)의 내주 벽면에 근접한 위치에 세워져 설치되는 것이 선호된다.

도 3은, 진공실(1b) 내에 배치된 가동전극(7)의 일례를 설명하는 개략도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 가동전극(7)의 각 전극부재(8)에, 가동전극축(9)을 관통시켜 고정시킬 고정공(8a)이 각기 뚫려있다. 그리고, 상기 각 고정공(8a)으로 가동전극축(9)이 관통하도록 각 전극부재(8)가 적층된다. 각 전극부재(8) 사이에 틈을 만들기 위해, 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이, 가동전극축(9)을 관통시킬 수 있는 링 모양의 두께가 미리 정해진 스페이서(고정전극(4)의 전극부재(5) 보다 두꺼운)(8b)를 각 전극부재(8) 사이에 끼워 틈(스페이서(8b)와 같은 두께의 틈)(8c)을 형성할 수 있다.

여기서, 각 전극부재(8)가 회전에 의해 고정전극(4) 측에 삽출입되는 때 고정전극축(6), 스페이서(5b) 등과 간섭하지 않을 필요가 있다. 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이 전극부재(5)보다 작은 면적의 전극부재(8)가 적용된다.

도 4, 도 5는, 고정전극(4)과 각 가동전극(7)의 삽출입에 의한 정전용량의 변화예를 설명한 개략도이다. 도 4에 나타난 바와 같이 고정전극(4)(각 전극부재(5))과 가동전극(7)(각 전극부재(8))이 겹치지 않는 경우, 이 진공콘덴서의 정전용량은 최소정전용량치이다. 도 4의 X 방향으로 가동전극(7)이 회전하여 고정전극(4)과 겹치는 경우, 교차면적이 증가하면서 정전용량치가 상승한다. 그리고, 도 5에 나타난 바와 같이 교차면적이 최대인 상태의 경우, 진공콘덴서의 정전용량이 최대정전용량치가 된다.

도 1~도 5에 나타난 각 전극부재(5, 8)가 각각 평판상이고, 각 전극부재의 양단부의 각각의 면적은 진공실(1b) 내의 횡단면방향 면적보다 작다. 예를 들어, 반원반상, 일부원반상, 삼각원반상이다. 즉, 가동전극(7)의 회전에 따라 각 전극부재(5, 8)의 교차면적이 변화하고, 전극부재(8)가 진공실(1b) 내를 회전할 수 있는 한, 전극부재(5, 8)에 대해 다양한 모양이 적용될 수 있다.

도면의 전극부재(5, 8)가 반원반상, 다시 말해 360°의 약 반임에도, 가동전극(7)의 1회전 이내의 회전에 의해, 진공콘덴서의 정전용량을 최소정전용량치에서 최대정전용량치의 범위 안에서 순간적으로 변화시키는 것이 가능하다.

여기서, 각 전극부재(5, 8)의 모양의 크기가 360°의 반을 넘을 경우, 예를 들어, 진공실(1b) 내에 고정전극(4)을 배치한 후에 가동전극(7)을 설치하는 것이 곤란(다시 말해, 가동전극(7)과 고정전극(4)이 설치시 서로 간섭)해질 우려가 있다. 이 때문에, 도면의 각 전극부재(5, 8)와 같이 반원반상의 경우, 다시 말해 360°의 약 반 또는 그 이하의 크기인 경우, 조립공정의 관점에서 유리하다고 말할 수 있다.

도 6은, 정전용량조작부(14)의 지지구조의 일례를 설명하는 개략도이다. 도 6에서, 커버부재(102b)의 진공실(1b)을 마주보는 면의 반대측의 면에, 가동전극축(9)과 같은 축 상에 커버부재측가이드축(102i)이 형성된다. 커버부재측가이드축(102i)은 조작부재측가이드축(14b)에 베어링(오일리스베어링 등)(14d)을 통해 느슨하게 삽입되어, 회전이 가능하도록 지지된다.

여기서, 상기 베어링(14d)이 빠지는 것을 방지하기 위해, 예를 들어, 조작부재측가이드축(14b) 내에 플랜지(14e)가 형성된다. 나아가, 상기된 바와 같이 커버부재측가이드축(102i)에 느슨하게 삽입된 정전용량조작부(14)가 빠지는 것을 방지하기 위해, 커버부재측가이드축(102i)의 상단부에 나사(14f) 등이 설치된다.

도 7, 도 8은, 자속발생부(104)의 자속 Φ가 자속수신부(106b)에 의해 수신되는 구조예를 설명하는 개략도이다. 도 7에서, 자기구동부(106)는 원반상부재(106a)에 4개의 자속수신부(106b)를 등간격으로 배치하여 이루어진다. 정전용량조작부(14)는 원반상부재(14a)의 외주연부에 4개의 자속발생부(104)를 등간격으로 자속발생부고정가이드(103)를 통해 배치하여 이루어진다. 여기서, 자속발생부고정가이드(103)에 설치되는 자속발생부(104)의 개수는 4개로 한정되지 않지만, 자속발생부(104) 전체에 의해 발생되는 자속이 가동전극축(9)에 대해 대칭이 되도록 자속발생부(104)의 개수와 배치위치를 결정하는 것이 좋다.

자속발생부(104)는, 자속수신부(106b)에 대하여, 가동전극축(9)을 따라 평행하게 배열, 즉, 자속수신부(106b)와 자속발생부(104)가 진공구획판(102a)을 통해 가동전극축(9)과 평행한 동일직선방향을 따라 위치하도록 배치된다. 자속발생부(104)를 자속수신부(106b)에 대하여 가동전극축(9)에 평행인 방향을 따라 위치하도록 배치하는 것을 통해, 자속발생부(104)는 자속수신부(106b)를 축에 평행한 방향으로 끌어당긴다. 따라서, 자속발생부(104) 전체로부터 발생되는 자속분포에 불균형이 생기더라도, 가동전극축(9)이 직경방향으로 기울어지게 하는 힘은 작아진다.

각각의 자속수신부(106b)와 각각의 자속발생부(104)가 타방측 밀봉부재(102)의 진공구획판(102a)을 통해 서로 마주보게 배치되는 경우, 도 8에 나타난 바와 같이, 자속발생부(104)에서 발생된 자속 Φ에 의해, 자속수신부(106b)와 자속발생부(104) 사이에 자기회로가 형성되어 자기흡인력이 발생한다. 상기된 바와 같이 자기흡인력이 발생한 상태에서 정전용량조작부(14)가 회전하는 경우(예를 들면, 상기된 바와 같이 자기흡인력이 발생한 상태에서 도 1에 나타난 대로 자속발생부(104)가 홈부(112e)를 따라 이동하는 경우), 정전용량조작부(14)의 회전에 따라 자속수신부(106b)에서 회전 토오크가 발생한다. 상기된 바와 같이 자기흡인력에 따라 생기는 회전 토오크에 의해 자속수신부(106b)가 회전하는 경우, 상기 자기흡인력에 의한 회전 토오크가 가동전극축(9) 등의 회전저항을 상회할 때 자속수신부(106b)가 회전한다. 따라서, 가동전극축(9)의 회전저항 등을 고려하여 정전용량조작부(14)를 조작하기 위한 구동원과 자속발생부(104)를 적당히 선택할 때, 자속수신부(106b)가 회전한다.

이상에 설명한 본 발명의 진공콘덴서에 따르면, 정전용량조작부를 회전(모터 등의 구동원으로 회전)시킬 때, 자속발생부가 진공용기의 외주부 주위로 회전하고, 자속발생부의 자기흡인력에 의해 진공용기 내의 자속수신부가 자속발생부에 연동되어 회전한다. 즉, 자속수신부가 가동전극축에 고정되었기 때문에, 가동전극축에 고정된 가동전극은 자속수신부에 연동되어 회전한다. 따라서, 본 발명의 진공콘덴서는 관련된 기술의 진공콘덴서에서 사용되어 진공용기의 축심방향으로 신축되는 벨로오즈 등을 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 진공용기(진공실 등)의 수명의 저하를 막을 수 있다.

나아가, 자속발생부를 자속수신부에 대하여 가동전극축을 따라 평행인 위치에 배치함으로써, 자속분포의 불균형이 발생하는 경우에도, 가동전극축이 직경방향으로 기울어지게 하는 힘이 작아진다. 예를 들어, 자속발생부에 사용되는 영구자석으로, 복수개의 동일형상, 동일종류의 자석이 사용된다. 그러나, 각 영구자석이 제조시의 불균일에 의해 엄밀히 동일하지 않은 경우가 있다. 또한, 진공용기의 각 구성품(각 부품 혹은 요소)을 진공상태에서 납땜을 통해 용융고정할 때, 자속발생부와 자속수신부 사이의 틈에 약간의 차가 생기는 경우가 있다. 상기된 바와 같이, 각 자속발생부와 각 자속수신부 간에 발생하는 자속이 같지 않은 경우, 자속발생부 전체에서의 자속분포가 가동전극축에 대해 대칭이 아니고(자속분포가 축대칭이 아니고), 자속분포에 불균형이 발생할 수 있다. 자속분포가 축대칭이 아닌 경우, 가동전극축은, 다이어프렘측에 접하는 가동전극축의 부위를 지지점으로 하여, 자속발생부에서 자기흡인력이 강한 방향으로 끌려 기울어지고, 가동전극축과 베어링이 접하는 부위의 회전저항이 증대될 가능성이 있다.

나아가, 가동전극축과 베어링이 접하는 부위의 회전저항을 저감시키기 위해, 가동전극축의 베어링으로 볼베어링을 적용하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 진공용기 내의 각 구성요소를 고온진공상태에서 납땜을 통해 용융고정할 때, 고온에 의해 볼베어링이 융착되거나, 회전시의 마모로 인해 금속분(金屬粉)이 발생할 위험이 있다. 나아가, 고온에 견딜 수 있는 세라믹 볼베어링이 고가이기 때문에, 진공콘덴서의 가격이 증대된다. 따라서, 가격이 비싸지 않고 조립공정에 있어서 문제가 없는 진공콘덴서로, 가동전극축이 슬라이드베어링(플레인 베어링: plain bearing)에 의해 지지된 진공콘덴서를 고려할 수 있다.

베어링으로 플레인 베어링이 사용되는 경우, 가동전극축이 기울면, 가동전극축단에 접하는 베어링의 부위를 지지점으로 한 직경방향의 힘에 의해 베어링과 가동전극축 간의 회전저항이 증대될 위험이 있다. 특히, 진공콘덴서의 정전용량을 증가시키기 위해 전극부재의 수를 늘리는 경우, 가동전극축이 길어짐에 따라, 가동전극축이 기움에 따른 회전저항이 증대된다. 회전저항이 증대되는 경우, 자속발생부와 자속수신부 간의 자기흡인력에 의한 회전 토오크를 증대시킬 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 진공콘덴서와 같이, 자속발생부를 자속수신부에 대해 가동전극축에 평행인 위치에 배치함으로써, 자속발생부가 자속수신부를 축에 평행한 방향으로 끌기 때문에, 자속발생부 전체에서 발생하는 자속분포에 불균형이 생기는 경우에도, 가동전극축이 직경방향으로 기울어지게 하는 힘이 작아질 수 있다. 따라서, 플레인 베어링에 의해 가동전극축이 지지되는 경우에서도, 가동전극축의 부드러운 회전이 가능하다.

나아가, 진공용기 내에 배치된 각 구성요소가 고온에서 진공을 만드는 경우 납땜을 통해 용융고정되는 경우, 예를 들어, 자속수신부에 강자성재료를 적용하는 것이 좋다. 자속발생부는 진공용기 내의 각 구성요소를 진공상태에서 납땜을 통해 용융고정한 후 진공용기 외측에 배치될 수 있다. 즉, 예를 들어, 진공콘덴서의 조립공정 도중 자속발생부가 고온의 공기에 노출되었을 경우, 자속발생부 선택시 고온에 의한 자기소거에 대한 고려(예를 들어, 대형 자석을 이용)가 필요하다. 그러나, 본 발명의 자속발생부와 같이, 상기 고온에서 진공을 만드는 공정 중에 고온의 공기에 대한 노출을 피하여(고온에 의한 자기소거를 피하여), 자속발생부가 가진 본래의 기능을 충분히 발휘하는 것이 가능하기 때문에, 진공콘덴서의 대형화를 억제할 수 있다(또는 진공콘덴서의 소형화가 가능하다).

도 1에서, 고정전극이 일방측 고정전극과, 타방측 고정전극으로 구분되고, 인출접속단자가 타방측 밀봉부재보단 일방측 밀봉부재측에, 다시 말해, 인출접속단자가 자속발생부와 거리를 두고 위치하게 된다. 결과적으로, 고정전극에 전류가 흐를 시에 전류의 흐름에 의한 열과 자속이 발생하더라도, 자속발생부가 열과 자속에 영향을 받지 않는 것이 가능하다. 나아가, 복수의 고정전극축이 사용된다. 즉, 일방측 고정전극과 타방측 고정전극에 각기 별도의 고정전극축을 사용하기 때문에, 열로 인한 고정전극축의 신축현상을 억제할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 가동전극과 고정전극 사이의 틈 변동을 억제할 수 있어, 안정적인 정전용량치를 얻을 수 있다.

여기서, 상기 고정전극이 복수개로 구분(예를 들어, 전극부재의 적층방향으로 구분)되는 경우, 구분된 각 고정전극이 인출접속단자를 통해 진공용기 외부로 인출되어, 고정전극에 전류가 흐를 시에 전류의 흐름에 의한 열과 자속이 발생하더라도, 자속발생부가 열과 자속에 의한 영향을 받지 않게 되는 것이 좋다.

나아가, 상기 가동전극축의 양단부가 절연체로 형성되고, 가동전극이 진공용기 외부로부터 전기적으로 절연되고, 예를 들어, 가동전극축의 양단에 절연성축을 적용하는 경우, 가동부(가동전극, 가동전극축)는 금속과 절연물이 접촉하는 상태가 된다. 따라서, 금속-금속 접속이 없고, 응착현상(Agglutination phenomenon)(진공환경하에서의 금속간 접합)을 피할 수 있다. 절연성축이 다른 금속부재 등과 비교했을 때 내열성을 갖는 경우, 예를 들어, 진공콘덴서의 조립공정 중에 가동부가 고온의 공기에 노출되더라도, 열로 인한 가동전극축의 신축현상을 억제할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 가동전극과 고정전극 사이의 틈의 변동을 억제할 수 있고, 더욱 안정적인 정전용량치를 얻을 수 있다.

나아가, 조정다이어프렘이 사용되어 가동전극축이 회전이 가능하도록 지지되는 경우, 가동전극축에 상기 다이어프렘의 반대측의 밀봉부재방향으로 힘이 가해지기 때문에, 예를 들어, 가동전극과 고정전극 사이의 틈의 변동을 억제할 수 있고, 더욱 안정적인 정전용량치를 얻을 수 있다. 또한, 조정다이어프렘과 가동전극축의 접촉 부위를 작은 면적(돌출되거나 예각상)으로 형성하는 것을 통해, 가동전극축의 회전저항을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 진공콘덴서의 구동력을 감소, 즉, 정전용량조작부를 회전시키는데 드는 구동에너지의 소비를 감소시킬 수 있고, 진공콘덴서의 소형화도 가능해진다.

이상에서, 본 발명에 대해 상기된 실시예만 상세히 설명되어 있지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 상기 실시예의 변형과 수정이 가능하다는 것이 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구의 범위에 포함되는 것은 당연하다.

1 : 진공 콘덴서 (vacuum capacitor)
1a : 진공용기 (vacuum casing)
1b : 진공실 (vacuum chamber)
2, 102 : 밀봉부재 (seal member)
4 : 고정전극 (fixed electrode)
5, 8 : 전극부재 (electrode member)
6 : 고정전극축 (fixed electrode shaft)
7 : 가동전극 (movable electrode)
9 : 가동전극축 (movable electrode shaft)
11a : 조정다이어프렘 (adjustment diaphragm)
106b : 자속수신부 (magnetic flux receiving portion)
104 : 자속발생부 (magnetic flux generating unit)
14 : 정전용량조작부 (capacitance control unit)

Claims (5)

1. 삭제
2. 절연튜브의 양 개구단부가 각기 밀봉부재로 닫혀 이루어진 진공용기;
   상기 진공용기 내에 복수의 평판상의 전극부재를 진공용기 축방향으로 각기 일정한 간격을 두고 적층하여 이루어진 고정전극;
   상기 진공용기 내에 복수의 평판상의 전극부재를 진공용기 축방향으로 각기 일정한 간격을 두고 적층하여 이루어지고, 진공용기 축방향으로 연장된 축이고 대향하는 진공용기내벽에서 상기 축의 일방에서 타방으로 눌러지고 회전이 가능하게 지지된 가동전극축에 고정되고, 상기 가동전극축의 회전에 의해 각 전극부재가 상기 고정전극의 전극부재 사이의 틈에 삽입, 축출되면서 상기 각 전극부재가 상기 고정전극의 전극부재와 접촉하지 않으며 상기 고정전극의 전극부재와 번갈아 겹쳐지도록 하는 가동전극;
   상기 진공용기 내에서 상기 가동전극축에 고정되고, 상기 밀봉부재를 개재시켜 진공용기 외측으로부터의 자속을 수신하는 자속수신부;
   상기 진공용기 외부에 상기 자속수신부 대하여 상기 가동전극축에 평행인 방향으로 배치(배열)된 상기 자속을 발생시키는 자속발생부;
   상기 자속을 발생하는 자속발생부를 가지며, 상기 밀봉부재 외부에 회전이 가능하게 지지된 정전용량조작부;를 구비하며,
   상기 가동전극축을 플레인 베어링(plain bearing)으로 상기 진공용기 내에서 지지하고,
   상기 정전용량조작부를 회전시킴으로써 상기 자속의 자기흡인력을 통해 상기 자속수신부를 회전시켜, 상기 가동전극의 상기 고정전극에 대한 겹치는 면적을 변화시켜, 정전용량을 조정가능케 하는 것을 특징으로 하는 진공콘덴서.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,
   상기 각 전극부재의 면적이 상기 진공용기 내의 횡단면방향의 면적보다 작고;
   상기 가동전극축의 1회전 이내의 회전을 통해 정전용량이 최소정전용량치에서 최대정전용량치까지의 범위 내에서 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공콘덴서.
5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 가동전극축이 상기 절연튜브의 양 개구단부에 있는 상기 밀봉부재 사이에 끼워져 회전이 가능하도록 지지된 것을 특징으로 하는 진공콘덴서.

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