WO2016132663A1 - 接触式給電装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a contact type power feeding device.
  • a power feeding device is used for supplying power to a cylindrical target in a rotary cathode unit for a magnetron sputtering device.
  • the power feeding device includes an inner cylinder as a conductive shaft fixed at a predetermined position, an outer cylinder (target) as a conductive cylinder concentrically disposed around the shaft, and an outer cylinder.
  • a brush for conducting the inner cylinder and the outer cylinder is provided.
  • a coolant inlet is provided at one end of the inner cylinder
  • a coolant outlet is provided at the other end of the inner cylinder located inside the outer cylinder. Then, the coolant from the outlet at the other end of the inner cylinder passes through the space between the inner cylinder and the outer cylinder and flows out from the coolant outlet provided at one end of the outer cylinder. .
  • the target be cooled during sputtering, but also dust and the like in the circulation path from the coolant inlet to the coolant outlet can be expelled.
  • the contact type power supply device of the above kind it is general to select the material of the brush with respect to the material of the inner cylinder and the outer cylinder so that the brush is worn preferentially. For this reason, as in the above-described conventional example, if the brush is protruded from the inner cylindrical body and the contact surface of the brush with the outer cylindrical body wears as the brush slides, the outer cylinder The contact area between the inner peripheral surface of the body and the brush is reduced, or the inner peripheral surface of the outer cylinder and the brush are not completely in contact with each other, so that the inner cylinder and the outer cylinder are efficiently contacted. There is a problem that an electric current cannot be passed and the lifetime is reached early.
  • the present invention ensures that contact between the brush, the shaft body, and the cylinder body is always ensured even when the brush is worn, and an electric current is efficiently passed between the shaft body and the cylinder body. It is an object of the present invention to provide a contact-type power supply device with a long life that can be used.
  • a conductive shaft a conductive cylinder concentrically disposed around the shaft, and a space between the shaft and the cylinder
  • the contact-type power feeding device of the present invention comprising a brush that conducts between the shaft body and the cylinder body while the cylinder body is rotated relative to each other has a first surface having an inner wall surface that makes surface contact with the outer peripheral surface of the shaft body.
  • 1 brush piece and a second brush piece having an outer wall surface in surface contact with the inner peripheral surface of the cylindrical body, and the first brush piece and the second brush piece are in surface contact with each other in the circumferential direction.
  • Each of the side walls of the first brush piece and the second brush piece which are arranged alternately and are in surface contact with each other, are formed in a tapered shape inclined with respect to the radial direction, and the first brush pieces adjacent to each other and Provided between at least one of the second brush pieces adjacent to each other and separated from the first brush piece or the second brush piece And providing a biasing means for applying a biasing force.
  • the relative rotational speed between the shaft and the cylinder when the shaft and the cylinder are relatively rotated, the relative rotational speed between the shaft and the cylinder, the frictional resistance between the outer peripheral surface of the shaft and the first brush piece, the inner peripheral surface of the cylinder, And at least one of the first brush piece and the second brush piece slides on the outer peripheral surface of the shaft body or the inner peripheral surface of the cylindrical body according to the frictional resistance and the like of the second brush piece.
  • the inner wall surface of the first brush piece and the outer wall surface of the second brush piece are worn, and the second brush is formed between the inner wall surface of the first brush piece and the outer peripheral surface of the shaft body.
  • a gap is formed between the outer wall surface of the piece and the inner peripheral surface of the cylindrical body.
  • the two second brush pieces that are urged are first pushed in a direction away from each other, and the outer wall surface comes into surface contact with the inner peripheral surface of the cylinder again.
  • the first brush pieces adjacent to the second brush pieces in the circumferential direction are respectively pushed inward in the radial direction, and the inner wall surfaces come into surface contact with the outer circumferential surface of the shaft body again.
  • the contact between the shaft body and the cylinder body is always ensured, and the shaft body and the cylinder body are relatively relative to each other. While rotating, current can flow efficiently between the shaft body and the cylinder, and in addition, the urging force of the urging means is within the radial thickness range of the first brush piece and the second brush piece. As long as it acts, the contact between the brush, the shaft body, and the cylindrical body can be reliably ensured, so that the life of the contact type power feeding device can be increased.
  • the shaft body is cylindrical
  • the space between the outer wall surface of the first brush piece and the inner wall surface of the cylinder body, and the inner wall surface of the second brush piece and the A space is provided between the outer wall surface of the shaft body
  • the second brush includes an outer wall surface of the first brush piece and a side wall surface of the second brush piece extending radially outward from the outer wall surface.
  • the first brush piece has an outer wall surface curved in an arc shape concentric with the inner wall surface
  • the second brush piece has an inner wall surface curved in an arc shape concentric with the outer wall surface. According to this, the radial thickness of the first brush piece and the second brush piece can be ensured as much as possible, the amount that can be worn is increased, and the life can be further increased.
  • the urging means is a coil spring that is contracted between the side wall surfaces of the first brush pieces adjacent to each other or between the side wall surfaces of the second brush pieces. It is preferable to arrange them at predetermined intervals in the direction.
  • Sectional drawing which abbreviate
  • the perspective view which expands and shows the principal part of the electric power feeder shown in FIG. The front view of the rotation cathode unit for sputtering devices to which the electric power feeder of this invention is applied.
  • the fragmentary sectional view which expands and shows the principal part of a rotation cathode unit.
  • a shaft body and a cylinder body are an inner cylinder body and an outer cylinder body made of a conductive material such as metal.
  • FM is a contact-type power feeding device of this embodiment.
  • the contact type power supply device FM includes an inner cylinder 1 having a circular cross section, an outer cylinder 2 having a circular cross section disposed concentrically around the inner cylinder 1 and closed at one end (left side in FIG. 1), A driving unit 3 that rotationally drives the outer cylinder 2 and a brush Br that is disposed in a space 4 between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 and that conducts the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 are provided.
  • the driving means 3 is not particularly limited as long as the outer cylindrical body 2 can be rotated relative to the inner cylindrical body 1.
  • the motor 3a, the pulley 3b provided on the driving shaft of the motor 3a, and the outer A belt 3c wound around the outer peripheral surface of the cylindrical body 2 can be used.
  • the brush Br is a material that is preferentially shaved with respect to the material of the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2, and includes a first brush piece 5 and a second brush piece 6.
  • the 1st brush piece 5 and the 2nd brush piece 6 can be produced as follows, for example. That is, cylindrical members (not shown) having a thickness equivalent to the radial length between the inner cylindrical body 1 and the outer cylindrical body 2 and capable of being inserted into the space 4 are arranged at substantially equal intervals in the radial direction. Divide into a plurality of arc portions (10 divisions in this embodiment).
  • the first brush piece 5 has an inner wall surface 5a that comes into surface contact with the outer circumferential surface 1a of the inner cylinder 1 and an outer surface where the second brush piece 6 comes into surface contact with the inner circumferential surface 2a of the outer cylinder 2.
  • the side wall surfaces 5b and 6b as the dividing surfaces of the first brush piece 5 and the second brush piece 6 are formed in a tapered shape that is inclined with respect to the radial direction and are in surface contact with each other.
  • the space 4 a is provided between the outer wall surface 5 c of the first brush piece 5 and the inner peripheral surface 2 a of the outer cylindrical body 2.
  • the outer wall surface 5c of the first brush piece 5 is cut along the concentric arc of the cylindrical member, and the inner wall surface 6c of the second brush piece 6 and the outer peripheral surface 1a of the inner cylinder body 1 are provided.
  • the inner wall surface 6c of the second brush piece 6 is cut along a concentric arc of the cylindrical member so that a space 4b is provided between the two.
  • the 1st brush piece 5 has the outer wall surface 5c which curves in the circular arc shape concentric with the inner wall surface 5a
  • the 2nd brush piece 6 is the inner wall surface which curves in the circular arc shape concentric with the outer wall surface 6a. 6c.
  • the outer wall surface 5c of the first brush piece 5 and the side wall surfaces 6b and 6b of the second brush piece 6 extending radially outward from the outer wall surface 5c
  • Communication paths 4a and 4b that allow liquid to pass are defined by the surface 6c and the side wall surfaces 5b and 5b of the first brush piece 5 extending radially inward from the inner wall surface 6c.
  • first brush piece 5 and the second brush piece 6 are inserted into the space 4, one of the first brush pieces 5 is omitted, and the second brush pieces on both sides of the omitted first brush piece 5 are omitted.
  • 6 a second brush piece 6 1, 6 2, and between the second brush piece 6 1, 6 2 of the side wall surface 6b adjacent to each other in the circumferential direction, both the second withdrawing direction with respect to the brush pieces 6 1, 6 2
  • a coil spring 7 as a biasing means for applying the biasing force is contracted.
  • three coil springs 7 having the same spring constant are arranged at equal intervals in the axial direction.
  • the protruding piece 8 which protrudes to radial direction is provided in the outer peripheral surface 1a of the inner cylinder 1, and the inner peripheral surface 2a of the outer cylinder 2, and the 1st brush piece 5 and the 2nd brush piece 6 are made into the space 4.
  • the first brush piece 5 and the second brush piece 6 may be positioned and held in the axial direction.
  • the outer cylinder 2 when the outer cylinder 2 is rotated by driving the motor 3 a to rotate, the outer cylinder 2 rotates relative to the inner cylinder 1. At this time, the relative rotational speed of the outer cylindrical body 2, the frictional resistance between the outer peripheral surface 1a of the inner cylindrical body 1 and the first brush piece 5, and the friction between the inner peripheral surface 2a of the outer cylindrical body 2 and the second brush piece 6 Depending on the resistance or the like, at least one of the first brush piece 5 and the second brush piece 6 slides on the outer peripheral surface 1a of the inner cylindrical body 1 or the inner peripheral surface 2a of the outer cylindrical body 2.
  • the remaining second brush pieces 6 3 to 6 5 are pushed radially outward, and the remaining first brush pieces 5 3 and 5 4 are pushed radially inward to all the first brushes.
  • the piece 5 and the second brush piece 2 are in surface contact with the inner peripheral surface 2 a of the outer cylindrical body 2 and the outer peripheral surface 1 a of the inner cylindrical body 1.
  • the contact between the inner cylindrical body 1 and the outer cylindrical body 2 is always ensured, and the inner cylindrical body 1 and the outer cylindrical body are secured. 2 can be efficiently passed between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2, and the radial thickness of the first brush piece 5 and the second brush piece 6 can be increased. As long as the biasing force of the coil spring 7 acts in the range, the contact between the brush Br and the inner cylindrical body 1 and the outer cylindrical body 2 can be ensured reliably, so that the life of the power feeding device FM can be increased.
  • the first brush piece 5 1, 5 2 of the ⁇ 5a is in surface contact with the outer peripheral surface 1a of the inner cylindrical body 1, can secure a large contact area in comparison with the brush in the prior art This is advantageous when a large high-frequency current is passed.
  • the axial length when the contact area between the brush, the outer peripheral surface of the inner cylindrical body and the inner peripheral surface of the outer cylindrical body is designed to be the same can be shortened, and the present invention. Therefore, it is possible to contribute to the downsizing of the device to which the power feeding device is applied.
  • the space between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 can be changed from the inner space 1b of the inner cylinder 1. If a liquid such as coolant or insulating hydraulic fluid is circulated through the space 4 and the communication passages 4a and 4b, the wear powder can be removed by the liquid flowing through the space 4 and the communication passages 4a and 4b. In addition, heat generated due to energization can be removed. In addition, when hydraulic fluid is used, the wear of the first brush piece 5 and the second brush piece 6 can be reduced, and the life can be extended.
  • a liquid such as coolant or insulating hydraulic fluid
  • the 1st brush piece 5 has the outer wall surface 5c which curves in the circular arc shape concentric with the inner wall surface 5a
  • the 2nd brush piece 6 has the inner wall surface 6c which curves in the circular arc shape concentric with the outer wall surface 6a. Since it did in this way, the thickness of the radial direction of the 1st brush piece 5 and the 2nd brush piece 6 can be ensured as much as possible, the quantity which can be worn can be increased, and lifetime can be achieved further.
  • the shaft body has been described as an example of the inner cylinder 1, but a solid one can be used, and the outer cylinder body 2 has been described as an example of rotational driving.
  • the present invention can be applied not only to the outer cylinder 2 but also to the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 that are driven to rotate.
  • the shaft body and the cylinder body may be divided into a plurality of parts by adding a necessary insulation distance in the axial direction, and the brush Br may be inserted between the partitioned shaft body and the cylinder body.
  • the shape of the first brush piece 5 and the second brush piece 6 is such that the outer surface 1a of the inner cylinder 1 and the wall surfaces 5a and 6a that are in surface contact with the inner surface 2b of the outer cylinder 2 are in surface contact with each other. If it is provided with the side wall surfaces 5b and 6b which perform, it will not be limited to the above thing, Furthermore, the outer wall surface 5c of the 1st brush piece 5 and the inner wall surface 6c of the 2nd brush piece 6 are provided.
  • the communication paths 4a and 4b are defined by cutting has been described, for example, through holes penetrating in the axial direction may be formed in the brush pieces 5 and 6 to provide the communication paths.
  • a groove portion that is recessed in the radial direction is formed in the inner peripheral surface 2a of the outer cylindrical body 2 in a spiral shape over the entire length thereof, and the outer cylindrical body 2 is rotationally driven.
  • the liquid circulation pump is omitted and the liquid circulates in the power supply device FM.
  • the biasing means may be provided between the first brush pieces 5.
  • the coil spring 7 as an urging
  • the rotary cathode unit RC is provided through an insulator in a vacuum chamber (not shown) so as to face the substrate W as a film formation target in the vertical direction, and has a cylindrical shape.
  • the target Tg includes a drive block 10 connected to the right end of the target Tg via a clamp Cp, and a support block 20 connected to the left end of the target Tg via a clamp Cp.
  • the support block 20 is provided with a driven shaft 22 supported by a bearing 21 so as to rotatably support one end of the target Tg.
  • the target Tg includes a cylindrical backing tube 31 and a cylindrical target material 32 joined to the backing tube 31 via a bonding material (not shown) such as indium or tin.
  • As the target material 32 a material appropriately selected from metals and metal compounds according to the composition of the film to be deposited on the substrate W is used.
  • the backing tube 31 is extrapolated to an outer tube 33 extending substantially over the entire length of the target Tg in the left-right direction, and an inner tube 34 is provided concentrically in the outer tube 33. Openings at both ends in the left-right direction of the outer tube 33 are respectively closed by cap bodies 35, and axial through holes 35 a are respectively formed in the cap bodies 35.
  • the inner space of the inner pipe 34 constitutes a forward path 34a when circulating a coolant such as cooling water, and the space between the inner pipe 34 and the outer pipe 33 constitutes a return path 33a.
  • a magnet unit having a known structure when installed in the space between the inner tube 34 and the outer tube 33 and a predetermined potential is applied to the target Tg and the target material 32 is sputtered.
  • a leakage magnetic field is generated between the target Tg and the substrate W so that a line passing through a position where the vertical component of the magnetic field becomes zero extends along the substantially entire axial direction of the target material 32 and closes in a racetrack shape. May be.
  • the drive block 10 includes a housing 11, an inner cylinder 1 extending in the left-right direction is erected on the right inner wall of the housing 11, and the left end of the inner cylinder 1 is liquid-tightly connected to the inner tube 34.
  • An outer cylinder 2 is disposed around the inner cylinder 1 fixed to the housing 11 concentrically with the inner cylinder 1.
  • An annular recess 2b that is recessed in the radial direction is provided on the inner peripheral surface 2a of the outer cylindrical body 2, and the second brush piece 6 of the brush Br is fitted into the recess 2b.
  • the outer cylinder 2 is rotatably supported by a support member 13 inserted into the housing 11 via a plurality of bearings 12a.
  • Oil seals 12b are externally inserted into the outer cylindrical body 2 so as to be positioned on both lateral sides of the bearing 12a.
  • a belt 3c is wound around the outer peripheral surface 2a of the outer cylinder 2 between a pulley 3b provided on the drive shaft of the motor 3a.
  • a conductive flange 14 is liquid-tightly attached to the left end of the outer cylinder 2, and is connected to the backing tube 31 through the flange 14 by a clamp Cp.
  • the target Tg is rotated at a predetermined rotational speed integrally with the outer cylinder 2.
  • the inner cylinder 1 is electrically connected to the outer cylinder 2 via the brush Br, and this outer cylinder 2 is electrically connected to the backing tube 31 and eventually the target material 32 via the flange 14 (that is, The inner cylinder 1 and the target material 32 have the same potential).
  • a guide plate 15 that guides the refrigerant from the return path 33 a to the communication path 4 between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 is extrapolated to the portion of the inner cylinder 1 that protrudes to the left from the outer cylinder 2. Yes.
  • the housing 11 is provided with a forward path 17a and a return path 17b, respectively, and a conductive pipe 17 whose tip is connected to the inner cylinder 1 is provided.
  • the forward path 17 a communicates with the internal space 1 b of the inner cylinder 1
  • the return path 17 b communicates with the space 4 between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2.
  • the pipe 17 communicates with the forward path 34a in the inner tube 34 from the forward path 17a of the inner cylinder 1 through the inner space 1b, and passes through the return path 33a from the through hole 35a of the left cap body 35 to pass through the through hole 35a.
  • a refrigerant circulation passage is formed which communicates with the space 4 between the inner cylinder 1 and the outer cylinder 2 via the communication passage 4a and returns to the return passage 17b.
  • the target material 32 exchanges heat with the refrigerant.
  • an output cable 18 from a sputter power source (not shown) is connected to the pipe 17.
  • a predetermined electric power having a negative potential is applied to the target material 32 via the output cable 18 from the sputtering power source while the outer cylinder 2 is rotationally driven by the motor 3a to rotationally drive the target Tg. Can do.
  • FM ... Contact type power supply device inner cylinder (shaft), 1 ... inner cylinder (shaft), 1a ... outer peripheral surface, 2 ... outer cylinder (cylindrical body), 2a ... inner peripheral surface, 4 ... inner cylinder 4a, 4b ... communication path between brush pieces, Br ... brush, 5 ... first brush piece, 5a ... inner wall surface, 5b ... side wall surface, 5c ... outer wall surface, 6 ... Second brush piece, 6a ... outer wall surface, 6b ... side wall surface, 6c ... inner wall surface, 7 ... coil spring (biasing means).

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Abstract

　互いに同心に配置される軸体１と筒体２との間に空間に設けたブラシＢｒが摺動に伴って摩耗しても、ブラシと軸体１及び筒体２との接触が確実に確保され、両者間で効率よく電流を流すことができる接触式給電装置ＦＭを提供する。　ブラシＢｒが、軸体の外周面に面接触する内璧面を持つ第１ブラシ片５と、筒体の内周面に面接触する外璧面を持つ第２ブラシ片６とを有してこれら第１ブラシ片と第２ブラシ片とを面接触させた状態で周方向で交互に配置して構成される。第１ブラシ片と第２ブラシ片との側壁面の夫々を径方向に対して傾斜するテーパ状に形成する。互いに隣接する第２ブラシ片間に離間方向の付勢力を付与するコイルばね７を設ける。

Description

接触式給電装置
　本発明は、接触式給電装置に関する。
　この種の接触式給電装置は例えば特許文献１で知られている。このものでは、マグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットにて筒状のターゲットに電力投入するために給電装置が用いられている。給電装置は、所定位置に固定される導電性の軸体としての内筒体と、この軸体の周囲に同心に配置される導電性の筒体としての外筒体（ターゲット）と、外筒体を回転駆動する駆動手段と、内筒体の外周面に軸方向に所定間隔を存して突設され、外筒体の回転に伴って当該外筒体の内周面を摺動しながら内筒体と外筒体とを導通するブラシとを備えている。
　また、内筒体の一端に冷却剤の流入口が設けられると共に、外筒体の内側に位置する内筒体の他端に冷却剤の流出口が設けられている。そして、内筒体の他端の流出口からの冷却剤が内筒体と外筒体との間の空間を通って外筒体の一端に設けた冷却剤流出口から流出するようにしている。これにより、スパッタリング時、ターゲットを冷却できるだけでなく、冷却剤流入口から冷却剤流出口に至る循環通路内のちり等を追い出すことが可能になる。
　ここで、上記種の接触式給電装置では、ブラシが優先的に摩耗するように内筒体や外筒体の材質に対してブラシの材質を選定することが一般である。このため、上記従来例のように、内筒体にブラシを突設しているだけでは、ブラシの摺動に伴って当該ブラシの外筒体との接触面が摩耗してくると、外筒体の内周面とブラシとの接触面積が小さくなったり、または、外筒体の内周面とブラシとが完全に接触しないようになって効率よく内筒体と外筒体との間で電流を流すことができず、早期に寿命を迎えてしまうという問題がある。他方で、内筒体や外筒体との間に設けられるブラシとして、線条素材を螺旋状に成形したものを用いることが知られている（例えば特許文献２参照）。然し、このような構成では、ブラシ自体の径方向の厚みを確保することが困難であり、結局、早期に寿命を迎えてしまう。
特許第３９７４５４１号公報 特開２０１４－１４３１５５号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、ブラシが摩耗しても、常時、ブラシと軸体及び筒体との接触が確実に確保され、軸体と筒体との間で効率よく電流を流すことができる高寿命の接触式給電装置を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、導電性の軸体と、この軸体の周囲に同心に配置される導電性の筒体と、軸体と筒体との間の空間に配置され、軸体と筒体とが相対回転される間、軸体と筒体とを導通するブラシとを備える本発明の接触式給電装置は、ブラシが、軸体の外周面に面接触する内璧面を持つ第１ブラシ片と、筒体の内周面に面接触する外璧面を持つ第２ブラシ片とを有してこれら第１ブラシ片と第２ブラシ片とを面接触させた状態で周方向で交互に配置して構成され、互いに面接触する、第１ブラシ片と第２ブラシ片との側壁面の夫々が径方向に対して傾斜するテーパ状に形成され、互いに隣接する第１ブラシ片及び互いに隣接する第２ブラシ片の少なくとも一方の間に設けられて、第１ブラシ片または第２ブラシ片に対して離間方向の付勢力を付与する付勢手段を設けることを特徴とする。
　本発明によれば、軸体と筒体とを相対回転すると、軸体と筒体との相対回転速度、軸体の外周面と第１ブラシ片との摩擦抵抗や、筒体の内周面と第２ブラシ片の摩擦抵抗等に応じて、第１ブラシ片及び第２ブラシ片の少なくとも一方が軸体の外周面または筒体の内周面を摺動する。この摺動に伴って、第１ブラシ片の内璧面や第２ブラシ片の外璧面が摩耗し、第１ブラシ片の内璧面と軸体の外周面との間や、第２ブラシ片の外璧面と筒体の内周面との間に隙間が生じてくる。すると、互いに面接触する第１ブラシ片と第２ブラシ片との側壁面をテーパ状にし、互いに隣接する第１ブラシ片または第２ブラシ片を付勢しているため、例えば、第２ブラシ片が付勢されているような場合には、これら付勢されている２個の第２ブラシ片が互いに離間する方向に先ず押されてその外璧面が筒体の内周面に再度面接触するようになる。これに伴って、これら第２ブラシ片に周方向で夫々隣接する第１ブラシ片が夫々径方向内方に押されてその内璧面が軸体の外周面に再度面接触するようになる。これと同様に、残りの第２ブラシ片が径方向外方に押され、残りの第１ブラシ片が径方向内方に押されることで、全ての第１ブラシ片と第２ブラシ片とが筒体の内周面及び軸体の外周面に夫々面接触するようになる。
　このように本発明においては、摺動により第１ブラシ片や第２ブラシ片が摩耗しても、常時、軸体と筒体との接触が確実に確保され、軸体と筒体とを相対回転する間、軸体と筒体との間で効率よく電流を流すことができ、その上、第１ブラシ片及び第２ブラシ片の径方向の厚みの範囲にて付勢手段の付勢力が作用する限り、ブラシと、軸体及び筒体との接触が確実に確保できるため、接触式給電装置の高寿命化を図ることができる。
　ところで、第１ブラシ片及び第２ブラシ片の少なくとも一方が軸体の外周面または筒体の内周面を摺動すると、摩耗粉が発生し、軸体と筒体との円滑な相対回転が阻害される等の不具合が生じる場合がある。そこで、本発明においては、軸体が筒状であるような場合、前記第１ブラシ片の外璧面と前記筒体の内壁面との間及び、前記第２ブラシ片の内璧面と前記軸体の外壁面との間に空間を夫々設け、第１ブラシ片の外璧面とこの外璧面から径方向外方に延出する第２ブラシ片の側壁面とで及び、第２ブラシ片の内璧面とこの内壁面から径方向内方に延出する第１ブラシ片の側壁面とで液体の通過を許容する連通路が画成される構成を採用してもよい。これによれば、本発明の給電装置の用途に応じて、軸体と筒体とを相対回転させる間、軸体内から、軸体と筒体との間の空間を通して冷却水や絶縁性を持つ作動油などの液体を循環させれば、連通路を流れる液体で摩耗粉を除去でき、その上、作動油を循環させるような場合には、第１ブラシ片、第２ブラシ片の摩耗を軽減できてより高寿命化も図れる。
　また、第１ブラシ片が内璧面と同心の円弧状に湾曲する外壁面を有し、第２ブラシ片が外璧面と同心の円弧状に湾曲する内壁面を有することが好ましい。これによれば、第１ブラシ片及び第２ブラシ片の径方向の厚みを可及的に確保でき、摩耗し得る量を増加させてより一層高寿命を図ることができる。
　なお、本発明においては、前記付勢手段は、互いに隣接する第１ブラシ片の側壁面の間または第２ブラシ片の側壁面の間に縮設されるコイルバネであり、コイルバネの複数本が軸方向に所定間隔を存して配置されることが好ましい。
本発明の実施形態の給電装置をその一部を省略して示す断面図。 図１に示す給電装置の要部を拡大して示す斜視図。 本発明の給電装置を適用したスパッタリング装置用の回転カソードユニットの正面図。 回転カソードユニットの要部を拡大して示す部分断面図。
　以下、図面を参照して、軸体と筒体とを金属等の導電性材料から構成される内筒体と外筒体とし、本発明の接触式の給電装置の実施形態を説明する。
　図１及び図２を参照して、ＦＭは、本実施形態の接触式給電装置である。接触式給電装置ＦＭは、断面円形の内筒体１と、この内筒体１の周囲に同心に配置され、一端（図１中、左側）が閉塞された断面円形の外筒体２と、外筒体２を回転駆動する駆動手段３と、内筒体１と外筒体２との間の空間４に配置されて内筒体１と外筒体２とを導通するブラシＢｒとを備える。駆動手段３としては、内筒体１に対して外筒体２を相対回転できるものであれば、特に限定はなく、例えば、モータ３ａと、モータ３ａの駆動軸に設けたプーリ―３ｂと外筒体２の外周面との間に巻き掛けたベルト３ｃとを備えるもので構成することができる。
　ブラシＢｒは、内筒体１や外筒体２の材質に対して優先的に削られる材質であり、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とで構成される。第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とは、例えば、次のように作製することができる。即ち、内筒体１と外筒体２との間の径方向の長さと同等の肉厚を持ち空間４に介挿可能な筒状部材（図示せず）を、径方向に略等間隔で複数の円弧部分に分割する（本実施形態では１０分割）。このとき、この分割面を径方向（図１中、上下方向）に対して異なる方向に交互に傾斜させることで、径方向外方に向かって先細りなるテーパ状の分割面を持つ一方の円弧部分と、径方向外方に向かって末拡がりなテーパ状の分割面を持つ他方の円弧部分とし、一方の円弧部分を第１ブラシ片５、他方の円弧部分を第２ブラシ片６としている。これにより、第１ブラシ片５は、内筒体１の外周面１ａに面接触する内璧面５ａを持つと共に、第２ブラシ片６が外筒体２の内周面２ａに面接触する外璧面６ａを持ち、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６との夫々分割面としての側壁面５ｂ、６ｂが径方向に対して傾斜するテーパ状に形成されて互いに面接触する。
　また、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とを空間４に挿設した状態で、第１ブラシ片５の外璧面５ｃと外筒体２の内周面２ａとの間に空間４ａが設けられるように第１ブラシ片５の外璧面５ｃを上記筒状部材の同心の円弧に沿って切削すると共に、第２ブラシ片６の内璧面６ｃと内筒体１の外周面１ａとの間に空間４ｂが設けられるように第２ブラシ片６の内璧面６ｃを筒状部材の同心の円弧に沿って切削している。これにより、第１ブラシ片５がその内璧面５ａと同心の円弧状に湾曲する外壁面５ｃを有し、第２ブラシ片６がその外璧面６ａと同心の円弧状に湾曲する内壁面６ｃを有する。そして、第１ブラシ片５の外璧面５ｃとこの外璧面５ｃから径方向外方に延出する第２ブラシ片６の側壁面６ｂ，６ｂとで及び、第２ブラシ片６の内璧面６ｃとこの内壁面６ｃから径方向内方に延出する第１ブラシ片５の側壁面５ｂ，５ｂとで液体の通過を許容する連通路４ａ，４ｂが画成される。
　更に、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とを空間４に挿設するとき、第１ブラシ片５の１個を省略し、この省略される第１ブラシ片５両側の第２ブラシ片６を第２ブラシ片６１，６２とし、周方向で互いに隣接する第２ブラシ片６１，６２の側壁面６ｂ間に、両第２ブラシ片６１，６２に対して離間方向の付勢力を付与する付勢手段としてのコイルばね７が縮設されている。この場合、同一のばね定数を持つ３本のコイルばね７を軸方向に等間隔で配置している。なお、内筒体１の外周面１ａ及び外筒体２の内周面２ａに径方向に突出する突出片８を設けておき、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とを空間４に挿設する際に、第１ブラシ片５と第２ブラシ片６とが軸方向で位置決め保持されるようにしてもよい。また、コイルばね７には、必要に応じて撓みや座屈を防止する公知の機構を設けるようにしてもよい。
　以上によれば、モータ３ａを回転駆動して外筒体２を回転すると、内筒体１に対して外筒体２が相対回転する。このとき、外筒体２の相対回転速度、内筒体１の外周面１ａと第１ブラシ片５との摩擦抵抗や、外筒体２の内周面２ａと第２ブラシ片６との摩擦抵抗等に応じて、第１ブラシ片５及び第２ブラシ片６の少なくとも一方が内筒体１の外周面１ａまたは外筒体２の内周面２ａを摺動する。この摺動に伴って、第１ブラシ片５の内璧面５ａや第２ブラシ片６の外璧面６ａが摩耗し、第１ブラシ片５の内璧面５ａと内筒体１の外周面１ａとの間や、第２ブラシ片６の外璧面６ａと外筒体２の内周面２ａとの間に隙間が生じてくる。すると、互いに面接触する第１ブラシ片５と第２ブラシ片６との側壁面５ｂ，６ｂをテーパ状にし、コイルばね７により第２ブラシ片６を付勢しているため、第２ブラシ片６１，６２が互いに離間する方向に先ず押されて両第２ブラシ片６１，６２の外璧面６ａが外筒体２の内周面２ａに再度面接触する。これに伴って、周方向で両第２ブラシ片６１，６２に夫々隣接する第１ブラシ片５を第１ブラシ片５１，５２とし、第１ブラシ片５１，５２が夫々径方向内方に押されてこれら第１ブラシ片５１，５２の内璧面５ａが内筒体１の外周面１ａに再度面接触するようになる。これと同様に、残りの第２ブラシ片６３～６５が径方向外方に押され、残りの第１ブラシ片５３，５４が径方向内方に押されて全ての第１ブラシ片５と第２ブラシ片２とが外筒体２の内周面２ａ及び内筒体１の外周面１ａに面接触する。
　従って、摺動により第１ブラシ片５や第２ブラシ片６が摩耗しても、常時、内筒体１と外筒体２との接触が確実に確保され、内筒体１と外筒体２とを相対回転する間、効率よく内筒体１と外筒体２との間で電流を流すことができ、その上、第１ブラシ片５及び第２ブラシ片６の径方向の厚みの範囲にてコイルばね７の付勢力が作用する限り、ブラシＢｒと、内筒体１及び外筒体２との接触が確実に確保できるため、給電装置ＦＭの高寿命化を図ることができる。この場合、コイルばね７を設けるために第１ブラシ片５の１個を省略した範囲を除き、第２ブラシ片６１，６２の外璧面６ａが外筒体２の内周面２ａに面接触すると共に、第１ブラシ片５１，５２の内璧面５ａが内筒体１の外周面１ａに面接触しているため、従来例のブラシと比較して大きな接触面積を確保でき、大きな高周波電流を流すような場合に有利である。しかも、従来例のブラシと比較して、ブラシと、内筒体の外周面及び外筒体の内周面との接触面積を同一に設計する場合の軸方向の長さを短くでき、本発明の給電装置を適用する装置の小型に寄与することができる。
　また、液体の通過を許容する連通路４ａ，４ｂを画成したため、給電装置ＦＭの用途に応じて、内筒体１の内部空間１ｂから、この内筒体１と外筒体２との間の空間４及び連通路４ａ，４ｂを通して冷却水などの冷媒や絶縁性を持つ作動油などの液体を循環させれば、空間４及び連通路４ａ，４ｂを流れる液体で摩耗粉を除去でき、しかも、通電に起因して発生する熱を除去することもできる。その上、作動油を用いるような場合には第１ブラシ片５、第２ブラシ片６の摩耗を軽減できてより高寿命化も図れる。なお、液体を循環させる場合には、液体循環通路に摩耗粉を除去するフィルターを設けることが好ましい。また、第１ブラシ片５が内璧面５ａと同心の円弧状に湾曲する外壁面５ｃを有し、第２ブラシ片６が外璧面６ａと同心の円弧状に湾曲する内壁面６ｃを有するようにしたため、第１ブラシ片５及び第２ブラシ片６の径方向の厚みを可及的に確保でき、摩耗し得る量を増加させてより一層高寿命を図ることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、軸体を内筒体１としたものを例に説明したが、中実のものを用いることができ、また、外筒体２を回転駆動するものを例に説明したが、外筒体２だけでなく、内筒体１及び外筒体２を夫々回転駆動するものにも本発明は適用できる。また、上記実施形態では、内筒体１と外筒体２との間でのみブラシＢｒを介して通電するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、所謂多極型のものに本発明を適用することもできる。この場合、例えば、軸体及び筒体を軸方向に必要な絶縁距離を加えて複数に区画し、夫々区画された軸体と筒体との間に上記ブラシＢｒを挿設すればよい。
　また、第１ブラシ片５及び第２ブラシ片６の形状は、内筒体１の外周面１ａ、外筒体２の内周面２ｂに夫々面接触する璧面５ａ，６ａと、互いに面接触する側壁面５ｂ，６ｂとを備えるものであれば、上記のものに限定されるものではなく、更に、第１ブラシ片５の外璧面５ｃと第２ブラシ片６の内璧面６ｃとを切削して連通路４ａ，４ｂが画成されるものを例に説明したが、例えば、ブラシ片５，６に軸方向に貫通する透孔を形成して連通路を設けることもできる。更に、特に図示して説明しないが、例えば、外筒体２の内周面２ａに径方向にくぼむ溝部をその全長に亘って螺旋状に形成し、外筒体２が回転駆動されたときに、内筒体１と外筒体２との間の空間４に存する液体が移送されるようにすることで、液体循環用のポンプを省略して、給電装置ＦＭ内で液体が循環するように構成してもよい。また、第２ブラシ片６の間に付勢手段を設けたものを例に説明したが、第１ブラシ片５の間に付勢手段を設けることもできる。また、付勢手段としてコイルばね７を用いるものを例に説明したが、これに限定されるものではない。
　次に、上記実施形態の接触式給電装置をスパッタリング装置用の回転式カソードユニットに適用した例を説明する。以下において、図３に示す回転式カソードユニットの姿勢を基準とし、「上」、「下」、「右」、「左」と言った方向を示す用語を用いるものとし、また、上記実施形態の給電装置を構成する部品は同一の符号を用いるものとする。
　図３及び図４を参照して、回転式カソードユニットＲＣは、図外の真空チャンバ内に成膜対象物たる基板Ｗに上下方向で対向するように絶縁物を介して設けられ、円筒状のターゲットＴｇと、ターゲットＴｇの右端にクランプＣｐを介して連結される駆動ブロック１０と、ターゲットＴｇの左端にクランプＣｐを介して連結される支持ブロック２０とで構成される。支持ブロック２０には、軸受２１で支承された被動軸２２が設けられ、ターゲットＴｇの一端を回転自在に支持するようになっている。ターゲットＴｇは、筒状のバッキングチューブ３１と、バッキングチューブ３１にインジウムやスズなどのボンディング材（図示せず）を介して接合される筒状のターゲット材３２とで構成される。ターゲット材３２としては、基板Ｗに成膜しようする膜の組成に応じて金属や金属化合物の中から適宜選択されたものが用いられる。
　バッキングチューブ３１は、ターゲットＴｇの軸方向たる左右方向略全長に亘ってのびる外管３３に外挿され、外管３３内には、同心に内管３４が設けられている。外管３３の左右方向両端の開口はキャップ体３５で夫々閉塞され、キャップ体３５には軸方向の透孔３５ａが夫々開設されている。そして、内管３４の内部空間が、冷却水などの冷媒を循環するときの往路３４ａを構成し、内管３４と外管３３との間の空間が復路３３ａを構成するようにしている。なお、特に図示して説明しないが、内管３４と外管３３との間の空間に公知の構造を持つ磁石ユニットを組み込み、ターゲットＴｇに所定の電位を印加してターゲット材３２をスパッタリングするとき、ターゲットＴｇと基板Ｗとの間に磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲット材３２の軸方向略全長に沿ってのびてレーストラック状に閉じるように漏洩磁場を発生させるようにしてもよい。
　駆動ブロック１０はハウジング１１を備え、ハウジング１１の右内壁には左右方向にのびる内筒体１が立設され、内筒体１の左端が内管３４に液密に連結されている。ハウジング１１に固定の内筒体１の周囲には、この内筒体１と同心に外筒体２が配置されている。外筒体２の内周面２ａには、径方向にくぼむ環状の凹部２ｂが設けられ、この凹部２ｂにブラシＢｒの第２ブラシ片６が嵌着されている。この場合、第１ブラシ片５の外璧面５ｃとこの外璧面５ｃから径方向外方に延出する第２ブラシ片６の側壁面６ｂ，６ｂとで画成される連通路４ｂのみが冷媒の通過を許容する。
　外筒体２は、複数の軸受１２ａを介してハウジング１１に内挿された支持部材１３で回転自在に支持されている。外筒体２には、軸受１２ａの左右方向両側に位置させてオイルシール１２ｂが外挿入されている。また、外筒体２の外周面２ａには、モータ３ａの駆動軸に設けたプーリ―３ｂとの間にベルト３ｃが巻き掛けられている。また、外筒体２の左端には、導電性のフランジ１４が液密に取り付けられ、このフランジ１４を介してクランプＣｐによりバッキングチューブ３１と連結されている。これにより、モータ３ａを駆動して外筒体２を回転駆動すると、この外筒体２と一体にターゲットＴｇが所定の回転数で回転駆動される。この場合、内筒体１が、ブラシＢｒを介して外筒体２と導通し、この外筒体２が、フランジ１４を介してバッキングチューブ３１、ひいてはターゲット材３２に導通している（つまり、内筒体１とターゲット材３２とが同電位となる）。外筒体２から左側に突出した内筒体１の部分には、復路３３ａからの冷媒を内筒体１と外筒体２との間の連通路４に導くガイド板１５が外挿されている。
　ハウジング１１には、内部に往路１７ａと復路１７ｂとが夫々設けられ、先端が内筒体１に接続される導電性の配管１７が設けられている。そして、往路１７ａが内筒体１の内部空間１ｂに連通し、復路１７ｂが内筒体１と外筒体２との間の空間４に連通している。これにより、配管１７の往路１７ａから内筒体１の内部空間１ｂを経て内管３４内の往路３４ａに連通し、左側のキャップ体３５の透孔３５ａから復路３３ａを通って、透孔３５ａを介して内筒体１と外筒体２との間の空間４に連通し、連通路４ａを経て復路１７ｂへと戻る冷媒循環通路が形成され、スパッタリング中、ターゲット材３２を冷媒との熱交換で冷却することができる。また、配管１７には、図外のスパッタ電源からの出力ケーブル１８が接続されている。これにより、モータ３ａにより外筒体２を回転駆動してターゲットＴｇを回転駆動しながら、スパッタ電源からの出力ケーブル１８を介してターゲット材３２に例えば負の電位を持った所定電力を投入することができる。
　ＦＭ…接触式給電装置、内筒体（軸体）、１…内筒体（軸体）、１ａ…外周面、２…外筒体（筒体）、２ａ…内周面、４…内筒体と外筒体との間の空間、４ａ，４ｂ…ブラシ片間の連通路，Ｂｒ…ブラシ、５…第１ブラシ片、５ａ…内壁面、５ｂ…側壁面、５ｃ…外壁面、６…第２ブラシ片、６ａ…外壁面、６ｂ…側壁面、６ｃ…内壁面、７…コイルばね（付勢手段）。

Claims (4)

  1. 　導電性の軸体と、この軸体の周囲に同心に配置される導電性の筒体と、軸体と筒体との間の空間に配置され、軸体と筒体とが相対回転される間、軸体と筒体とを導通するブラシとを備える接触式給電装置において、
    　ブラシが、軸体の外周面に面接触する内璧面を持つ第１ブラシ片と、筒体の内周面に面接触する外璧面を持つ第２ブラシ片とを有してこれら第１ブラシ片と第２ブラシ片とを面接触させた状態で周方向で交互に配置して構成され、
    　互いに面接触する、第１ブラシ片と第２ブラシ片との側壁面の夫々が径方向に対して傾斜するテーパ状に形成され、互いに隣接する第１ブラシ片及び互いに隣接する第２ブラシ片の少なくとも一方の間に設けられて、第１ブラシ片または第２ブラシ片に対して離間方向の付勢力を付与する付勢手段を設けることを特徴とする接触式給電装置。
  2. 　請求項１記載の給電装置であって、前記軸体が筒状であるものにおいて、前記第１ブラシ片の外璧面と前記筒体の内壁面との間及び、前記第２ブラシ片の内璧面と前記軸体の外壁面との間に空間を夫々設け、
    　第１ブラシ片の外璧面とこの外璧面から径方向外方に延出する第２ブラシ片の側壁面とで及び、第２ブラシ片の内璧面とこの内壁面から径方向内方に延出する第１ブラシ片の側壁面とで液体の通過を許容する連通路が画成されるようにしたことを特徴とする接触式給電装置。
  3. 　第１ブラシ片が内璧面と同心の円弧状に湾曲する外壁面を有し、第２ブラシ片が外璧面と同心の円弧状に湾曲する内壁面を有することを特徴とする請求項２記載の接触式給電装置。
  4. 　前記付勢手段は、第１ブラシ片の側壁面の間または第２ブラシ片の側壁面の間に縮設されるコイルばねであり、コイルばねの複数本が軸方向に所定間隔を存して配置されることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の接触式給電装置。
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