WO2024057453A1 - 送電装置およびプラズマ発生装置 - Google Patents

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WO2024057453A1
WO2024057453A1 PCT/JP2022/034449 JP2022034449W WO2024057453A1 WO 2024057453 A1 WO2024057453 A1 WO 2024057453A1 JP 2022034449 W JP2022034449 W JP 2022034449W WO 2024057453 A1 WO2024057453 A1 WO 2024057453A1
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power
power cable
shield
electric circuit
transmission device
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PCT/JP2022/034449
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English (en)
French (fr)
Inventor
紘佑 土田
Original Assignee
株式会社Fuji
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G3/00—Installations of electric cables or lines or protective tubing therefor in or on buildings, equivalent structures or vehicles
    • H02G3/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Definitions

  • This specification discloses technology related to power transmission devices and plasma generation devices.
  • the plasma device described in Patent Document 1 includes a high-voltage line that transmits power to a plasma generator and a ground line that electrically grounds the plasma generator.
  • the ground wire includes a first electrically grounded conductor, a first insulating layer provided to cover the outer periphery of the first conductor, and a conductive third conductor provided to cover the outer periphery of the first insulating layer. It is equipped with one shield layer.
  • the high voltage line includes a second conductor that transmits power to the plasma generator, a second insulating layer provided to cover the outer periphery of the second conductor, and a conductive layer provided to cover the outer periphery of the second insulating layer. and a second shield layer. Furthermore, the second shield layer is electrically grounded and electrically connected to the casing of the plasma generator.
  • the plasma power supply device described in Patent Document 2 includes an AC power supply.
  • the AC power source generates an AC voltage of a predetermined frequency that is applied to a pair of electrodes that generate plasma via an unshielded power supply harness.
  • an unshielded cabtire cable can be used as the power harness.
  • Patent Document 1 describes that instead of providing a shield layer for each of the high voltage line and the ground wire, it is possible to provide a common shield layer that covers the high voltage line and the ground wire, but sufficient flexibility must be ensured. It is stated that it becomes difficult. In a configuration in which a shield layer is provided for each of the high voltage line and the ground wire, the flexibility is reduced compared to a configuration in which a common shield layer is provided because each of the high voltage line and the ground wire is covered with a shield layer. there's a possibility that.
  • Patent Document 1 states that in a configuration in which a common shield layer is provided, there is a risk that the high voltage line and the ground line may influence each other.
  • a shield layer is provided for each of the high voltage line and the ground wire
  • the distance between the high voltage line and the shield layer, and between the earth line and the shield layer is shorter than in a configuration in which a common shield layer is provided.
  • the parasitic capacitance of power cables increases as the above-mentioned separation distance becomes shorter when the cross-sectional area of the conductors is approximately the same. In comparison, the attenuation of the applied voltage applied to the electrodes may be large.
  • Patent Document 1 denies providing a common shield layer, and does not describe a method for supporting the shield layer.
  • Patent Document 2 describes that a power harness without a shield (for example, a cabtyre cable) is used. However, Patent Document 2 does not clearly specify the specific configuration of the power supply harness.
  • this specification discloses a power transmission device and a plasma generation device that are capable of electrically shielding a plurality of electrical circuit sections provided in a power cable from the external environment and supporting the shield section. do.
  • a power transmission device that includes a plurality of electrical circuit sections, a shield section, an outer sheath section, and an inner sheath section.
  • the plurality of electric circuit sections are members provided on the radially central side of a power cable that transmits power supplied from a power supply device to a plasma head that generates plasma, and transmits the supplied power.
  • the shield portion is a conductive member provided so as to cover the plurality of electric circuit portions on the outer side in the radial direction of the power cable than the plurality of electric circuit portions, and is configured to electrically protect the plurality of electric circuit portions from the external environment. to shield.
  • the outer sheath portion is an insulating member provided so as to cover the shield portion at a radially outer side of the power cable than the shield portion, and physically protects the shield portion from the external environment.
  • the inner sheath part is an insulating member provided radially inward of the power cable than the shield part, and supports the shield part so as to sandwich it between the inner sheath part and the outer sheath part.
  • the present specification also describes the power transmission device, the power supply device, the plasma head, and a pipe for supplying process gas supplied from the gas supply device to the plasma head, which is provided outside the power cable.
  • a plasma generation device that includes a gas pipe and generates plasma at atmospheric pressure.
  • the power transmission device described above it is possible to electrically shield the plurality of electric circuit sections provided in the power cable from the external environment and to support the shield section. What is described above regarding the power transmission device also applies to the plasma generation device including the power transmission device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a plasma generator.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the electrical configuration of a plasma generator.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a cross section of a power cable cut along an axial direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a cross section of a power cable taken along a plane perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the conductor section in FIG. 4.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the conductor section shown in FIG. 4;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of electric field distribution when no semiconducting part is provided.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of electric field distribution when a semiconducting portion is provided.
  • FIG. 7 is a sectional view showing another example of a cross section of the power cable taken along a plane perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 7 is a sectional view showing another example of a cross section of the power cable taken along a plane perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 7 is a sectional view showing another example of a cross section of the power cable taken along a plane perpendicular to the axial direction.
  • Embodiment 1-1 Configuration example of plasma generation device 1
  • the power transmission device 90 can be applied to the plasma generation device 1.
  • the plasma generator 1 of the embodiment is an atmospheric pressure plasma generator that generates plasma at atmospheric pressure.
  • the plasma generator 1 includes a plasma head 10, a power supply device 20, a gas supply device 30, a gas pipe 31, a control device 40, a robot 50, a housing 60, and a cover 70. , a power cable 80, and a power transmission device 90.
  • the plasma generator 1 supplies power to the plasma head 10 from the power supply device 20 via the power cable 80. Further, the plasma generator 1 supplies a process gas to be turned into plasma from a gas supply device 30 via a gas pipe 31 . Due to these, the plasma generator 1 can irradiate plasma gas from the plasma head 10.
  • the power supply device 20 supplies power to the plasma head 10 that generates plasma.
  • the power supply device 20 can use a high frequency power source that can generate plasma.
  • the power supply device 20 includes a converter 21, an inverter 22, a smoother 23, a booster 24, and a terminal block 25.
  • the converter 21 converts, for example, AC power from a commercial power source into DC power.
  • Inverter 22 converts the DC power output from converter 21 into AC power.
  • the smoother 23 smoothes the AC power output from the inverter 22.
  • the booster 24 boosts the AC power smoothed by the smoother 23 to generate power (supply power) to be supplied to the plasma head 10 .
  • the power supply device 20 only needs to be able to supply power to the plasma head 10, and any known power equipment can be used.
  • the inverter 22 may include a plurality of (for example, four) switching elements connected in a bridge manner.
  • the smoother 23 a smoother including a coil and a capacitor can be used.
  • a transformer can be used as the booster 24. As shown in FIG. 2, the transformer includes a primary winding 24a and a secondary winding 24b.
  • the transformer boosts the AC power input to the primary winding 24a (AC power smoothed by the smoother 23) and outputs the boosted AC power from the secondary winding 24b.
  • the output voltage of the AC power output from the secondary winding 24b is about 15 kV at maximum.
  • the output voltage of the AC power output from the secondary winding 24b is approximately 8 kV to 9 kV.
  • the power supply device 20 can output AC power of several thousand volts to tens of thousands of volts. Further, the power supply device 20 can output AC power with a frequency of several kilohertz to several tens of kilohertz.
  • the terminal block 25 includes an input terminal section 25a, an input terminal section 25b, an output terminal section 25c, and an output terminal section 25d.
  • the secondary winding 24b is connected to the input terminal portion 25a and the input terminal portion 25b.
  • An end portion 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 is connected to the output side terminal portion 25c and the output side terminal portion 25d.
  • an end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80 is connected to a pair of electrodes 10a and 10b provided on the plasma head 10.
  • the housing 10h of the plasma head 10, which is the electrode 10b, is formed in a cylindrical shape and is arranged to surround the electrode 10a provided inside the electrode 10b.
  • the gas supply device 30 pumps and supplies a gas (eg, air, dry air, etc.) containing at least one of an inert gas (eg, nitrogen, etc.) and an active gas (eg, oxygen, etc.) as a process gas.
  • the gas supply device 30 includes a tank that stores process gas.
  • the gas supply device 30 can include a heater that heats the process gas supplied to the plasma head 10 as necessary.
  • the gas supply device 30 can supply a process gas heated by a heater to the plasma head 10, for example.
  • the gas supply device 30 can also mix an unheated process gas supplied from a tank with a process gas heated by a heater and supply the mixture to the plasma head 10 .
  • the control device 40 drives and controls the plasma generation device 1.
  • Power cable 80 and gas piping 31 are attached along robot arm 51 of robot 50.
  • the plasma head 10 is attached to the tip of the robot arm 51.
  • the robot arm 51 has a plurality of (two in the figure) arm parts 51a connected in one direction. In other words, the robot 50 is an articulated robot.
  • the robot 50 is driven and controlled by the control device 40. Specifically, the robot 50 can drive the robot arm 51 and move the plasma head 10 based on commands from the control device 40 to irradiate the work W0 supported on the work table D0 with plasma gas. .
  • the plasma head 10 has its proximal end fixed to a housing 60 and its distal end covered by a cover 70.
  • An opening 71 for irradiating plasma gas generated by the plasma head 10 is provided at the tip of the cover 70 .
  • the plasma head 10 generates plasma gas by converting process gas into plasma using power supplied from the power supply device 20 .
  • the plasma head 10 irradiates the surface of the workpiece W0 with the generated plasma gas.
  • the plasma gas irradiated onto the surface of the workpiece W0 can be used for various surface treatments on the surface of the workpiece W0, such as a modification treatment for modifying the surface of the workpiece W0 from hydrophobic to hydrophilic.
  • a plurality of (two in the figure) electric path portions 81 that transmit power supplied from the power supply device 20 in the power cable 80 are a first electric path portion 81f and a first electric path portion 81f. , and a second electric circuit section 81s.
  • the first electric circuit section 81f has an end 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 connected to the power supply device 20. Further, the first electric circuit section 81f has an end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80 connected to one electrode 10a of a pair of electrodes 10a and 10b provided on the plasma head 10.
  • the second electric circuit section 81s has an end 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 connected to the power supply device 20 and also grounded. In the figure, the grounded state is indicated by symbol E0 (the same applies to other figures). Further, the second electric circuit section 81s is connected to the casing 10h of the plasma head 10, in which the end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80 is the other electrode 10b of the pair of electrodes 10a, 10b. has been done.
  • the electric circuit from the smoother 23 to the pair of electrodes 10a and 10b shown in FIG. 2 is equivalent to a low-pass filter formed by a coil and a capacitor.
  • the cutoff frequency decreases as the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor increase. Therefore, as the parasitic capacitance of the power cable 80 increases, the applied voltage applied to the pair of electrodes 10a and 10b is attenuated. Further, as the frequency of the power supplied from the power supply device 20 becomes higher, the applied voltage applied to the pair of electrodes 10a and 10b is attenuated.
  • the parasitic capacitance of the power cable 80 includes a parasitic capacitance C1 that occurs between the first electrical circuit section 81f and the second electrical circuit section 81s. Further, the parasitic capacitance of the power cable 80 includes the parasitic capacitance that occurs between the pair of electrodes 10a and 10b. Furthermore, as shown in FIG. 2, in the form in which the second electric circuit section 81s is grounded, the electric current generated between the first electric circuit section 81f and the external device G0 having the same potential as the second electric circuit section 81s that is grounded. Parasitic capacitance C2 is included. Since the parasitic capacitance C2 varies depending on the external environment of the power cable 80, such as the arrangement of the external device G0, it becomes difficult to keep the applied voltage applied to the pair of electrodes 10a and 10b constant.
  • the power cable 80 is provided with a shield portion.
  • the first form is a form in which a shield part is provided in each of the first electric circuit part 81f and the second electric circuit part 81s.
  • a second form is a form in which a common shield part covering the first electric circuit part 81f and the second electric circuit part 81s is provided.
  • each of the first electric circuit part 81f and the second electric circuit part 81s is covered with a shield part, so the flexibility of the power cable 80 may be reduced compared to the second form.
  • the distance between the first electric circuit section 81f and the shield section and between the second electric circuit section 81s and the shield section are shorter. Since the parasitic capacitance of the power cable 80 increases as the above-mentioned separation distance becomes shorter when the cross-sectional areas of the conductors are approximately the same, in the first form, compared to the second form, the parasitic capacitance is applied to the pair of electrodes 10a and 10b. Attenuation of the applied voltage may become large. Moreover, in the second form, it is necessary to support the shield part.
  • the plasma generator 1 of the embodiment is provided with a power transmission device 90.
  • Power transmission device 90 includes a plurality of electrical circuit sections 81 , a shield section 82 , an outer sheath section 83 , and an inner sheath section 84 .
  • Power transmission device 90 can also include an intervening section 85.
  • the power transmission device 90 of the embodiment includes a plurality of (two in these figures) electric path sections 81, a shield section 82, an outer sheath section 83, an inner sheath section 84, and a shield section 82. , and an intervening portion 85.
  • the plurality of (two) electric path sections 81 are members provided on the radially center side of the power cable 80 and transmit power to be supplied.
  • the power cable 80 transmits power supplied from the power supply device 20 to the plasma head 10 that generates plasma.
  • each of the plurality of (two) electric path sections 81 includes a conductor section 81a and an insulating section 81b.
  • the conductor portion 81a is made of a conductive material.
  • the insulating part 81b is provided to cover the conductor part 81a and is made of an insulating material.
  • an aluminum wire, a copper wire (particularly an annealed copper wire), or the like can be used for the conductor portion 81a.
  • the outer diameter of the conductor portion 81a is set according to the maximum current value of the supplied power.
  • the configuration of the conductor portion 81a is not limited and may take various forms. As shown in FIG. 5, a circular stranded wire can be used for the conductor portion 81a. A circular stranded wire is formed by concentrically twisting strands of wire. In the conductor portion 81a shown in the figure, a plurality of (six in the figure) conductor portions 81a are evenly arranged around one conductor portion 81a. As shown in FIG. 6, the conductor portion 81a may be a circularly compressed stranded wire. A circular compression strand is formed by concentrically twisting strands of wire together. Further, the conductor portion 81a can also be made of a split compressed stranded wire. Segmented compressed strands are formed by twisting together formed compressed conductors that have been divided into segments.
  • the insulating part 81b only needs to be able to insulate the conductor part 81a, and can be formed of various insulating materials.
  • the insulating portion 81b can be formed of, for example, crosslinked polyethylene or fluororesin.
  • the insulating portion 81b of the embodiment is formed of crosslinked polyethylene.
  • Crosslinked polyethylene is polyethylene formed into a three-dimensional network through a crosslinking reaction, and has improved heat resistance compared to polyethylene.
  • the insulating portion 81b is provided concentrically with the conductor portion 81a.
  • the insulating portion 81b has an outer diameter (thickness) set so as to be able to insulate the conductor portion 81a.
  • each of the plurality of (two) electrical path sections 81 can also include a semiconductive section 81c.
  • the semiconductive portion 81c is made of the same conductive material as the conductor portion 81a, and is provided on the outer periphery of the conductor portion 81a.
  • FIG. 7 when the semiconducting portion 81c is not provided, the electric field is concentrated on the convex portion of the conductor portion 81a.
  • the arrows shown in the figure indicate an example of the electric field distribution in the conductor portion 81a.
  • concentration of the electric field is suppressed and the electric field distribution is made uniform.
  • the arrows shown in the figure indicate a state in which the electric field distribution is made uniform.
  • Each of the plurality of (two) electrical path sections 81 includes a semiconductive section 81c, so that the semiconductive section 81c comes into close contact with the insulating section 81b, eliminating the gap between the semiconductive section 81c and the insulating section 81b. This makes it possible to suppress the occurrence of partial discharge.
  • the plurality of (two) electrical circuit sections 81 include a first electrical circuit section 81f and a second electrical circuit section 81s.
  • the first electric circuit section 81f has an end 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 connected to the power supply device 20.
  • a crimp terminal is formed at the end 80a of the first electrical circuit section 81f, and is screwed to the output terminal section 25c of the terminal block 25.
  • the first electric circuit section 81f has an end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80 connected to one electrode 10a of a pair of electrodes 10a and 10b provided on the plasma head 10.
  • a crimp terminal is formed at the end 80b of the first electrical circuit section 81f, and is screwed to the electrode 10a.
  • the second electrical circuit section 81s can be grounded at at least one of the end 80a on one end side and the end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80.
  • an end portion 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 is connected to the power supply device 20 and is also grounded.
  • a crimp terminal is formed at the end 80a of the second electric circuit section 81s, and is screwed to the output terminal section 25d of the terminal block 25.
  • a ground wire is connected to the output terminal portion 25d of the terminal block 25 and the housing 20a of the power supply device 20 shown in FIG. 2, and is grounded.
  • the second electric circuit section 81s is connected to the casing 10h of the plasma head 10, in which the end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80 is the other electrode 10b of the pair of electrodes 10a, 10b. has been done. Specifically, a crimp terminal is formed at the end 80b of the second electric circuit section 81s, and is screwed to the casing 10h of the plasma head 10.
  • the cross-sectional area of the first electric circuit section 81f cut along a plane perpendicular to the axial direction is defined as the first cross-sectional area S1.
  • the cross-sectional area of the second electric circuit section 81s cut along a plane perpendicular to the axial direction is defined as a second cross-sectional area S2.
  • the second cross-sectional area S2 is preferably set to be the same as the first cross-sectional area S1 or larger than the first cross-sectional area S1.
  • the power transmission device 90 includes a plurality (two) of electrical circuit sections 81, including one first electrical circuit section 81f and one second electrical circuit section 81s.
  • the second cross-sectional area S2 is set to be the same area as the first cross-sectional area S1.
  • the second cross-sectional area S2 can also be set larger than the first cross-sectional area S1.
  • the ground contact state is more stable than when the second cross-sectional area S2 is set smaller than the first cross-sectional area S1.
  • the power transmission device 90 includes a plurality (three) of electrical circuit sections 81, including one first electrical circuit section 81f and two second electrical circuit sections 81s.
  • the second cross-sectional area S2 of each of the two second electric circuit sections 81s is set to be the same area as the first cross-sectional area S1 of one first electric circuit section 81f.
  • the power transmission device 90 includes the two second electric path sections 81s, the second cross-sectional area S2 is set larger than the first cross-sectional area S1 as a whole.
  • the two second electric circuit sections 81s can also use one second electric circuit section 81s and leave the remaining second electric circuit section 81s unused.
  • the configuration is similar to that shown in FIG. 4, and the second cross-sectional area S2 is set to the same area as the first cross-sectional area S1.
  • the shield portion 82 covers the plurality (two in these figures) of the electric circuit portions 81 on the outer side in the radial direction of the power cable 80 than the plurality (two in these figures) of the electric circuit portions 81. It is an electrically conductive member provided as shown in FIG.
  • the shield part 82 only needs to uniformly cover the plurality of (two) electric circuit parts 81, and can be formed of various conductive materials.
  • a braided body, a film-like thin film (for example, a metal tape made of copper, aluminum, etc.), a windable metal wire (for example, a copper wire), or the like can be used.
  • the shield portion 82 of the embodiment is a braided body in which a plurality of conductive wires (for example, copper wires, etc.) are braided.
  • the shield portion 82 may be a single braided body, or may be a double or more braided body.
  • the shield portion 82 is preferably a single-layer braided body.
  • the shield portion 82 may be a double or more braided body.
  • the shield portion 82 can be grounded at at least one of the end 80a on one end side and the end 80b on the other end side in the axial direction of the power cable 80. As shown in FIG. 3, in the shield portion 82 of the embodiment, an end portion 80a on one end side in the axial direction of the power cable 80 is grounded together with the second electric circuit portion 81s. Specifically, a crimp terminal is formed on the end portion 80a of the shield portion 82, and is screwed to the output side terminal portion 25d of the terminal block 25. As described above, the output terminal portion 25d of the terminal block 25 and the casing 20a of the power supply device 20 shown in FIG. 2 are connected to a ground wire and are grounded.
  • the outer sheath portion 83 is an insulating member provided so as to cover the shield portion 82 on the radially outer side of the power cable 80 than the shield portion 82. Physically protect from the external environment.
  • the inner sheath portion 84 is an insulating member provided radially inward of the power cable 80 than the shield portion 82 , and supports the shield portion 82 so as to sandwich it between the inner sheath portion 84 and the outer sheath portion 83 .
  • the outer sheath part 83 only needs to be able to physically protect the shield part 82 from the external environment, and can be formed of various insulating materials.
  • the inner sheath part 84 only needs to be able to support the shield part 82 between it and the outer sheath part 83, and can be formed of various insulating materials.
  • the outer sheath part 83 and the inner sheath part 84 of the embodiment are formed of the same insulating material. Specifically, the outer sheath part 83 and the inner sheath part 84 are formed of polyvinyl chloride.
  • the insulating portion 81b of the embodiment is formed of crosslinked polyethylene.
  • the outer sheath part 83 and the inner sheath part 84 of the embodiment are formed of polyvinyl chloride.
  • the power cable 80 of the embodiment can be said to be a crosslinked polyethylene insulated vinyl sheathed cable (CV cable) that includes the shield portion 82 and the inner sheath portion 84.
  • CV cable crosslinked polyethylene insulated vinyl sheathed cable
  • a cable that includes the outer sheath portion 83 and the inner sheath portion 84 but does not include the shield portion 82 is included in the cabtyre cable.
  • the outer sheath portion 83 has an outer diameter (thickness) set such that it can physically protect the shield portion 82 from the external environment. By providing the outer sheath portion 83, the shield portion 82 is protected from physical damage such as rubbing when the power cable 80 is moved. Further, the inner sheath portion 84 has an outer diameter (thickness) set such that it can support the shield portion 82.
  • the outer sheath part 83 and the inner sheath part 84 of the embodiment are set to have the same thickness. In this way, by supporting the shield part 82 between the outer sheath part 83 and the inner sheath part 84, the shape of the shield part 82 can be easily made uniform.
  • the parasitic capacitance of the power cable 80 increases as the separation distance becomes shorter when the cross-sectional areas of the conductors are approximately the same, and the attenuation of the applied voltage applied to the pair of electrodes 10a and 10b increases. It has the potential to become larger. Therefore, the outer diameter of the inner sheath portion 84 is preferably set so that the parasitic capacitance between the plurality of (two) electrical circuit portions 81 and the shield portion 82 is equal to or less than an allowable capacitance.
  • the designer should estimate the parasitic capacitance between the plurality of (two) electric circuit sections 81 and the shield section 82 in advance by simulation, verification using an actual device, or the like. Then, the designer determines the outer diameter of the inner sheath portion 84 so that the estimated parasitic capacitance, the degree of attenuation of the applied voltage applied to the pair of electrodes 10a, 10b, the weight of the power cable 80, etc. are within the allowable range. It is good to set .
  • the intervening part 85 is an insulating member provided on the radially inner side of the power cable 80 than the inner sheath part 84, and supports the plurality (two) of electric circuit parts 81.
  • the intervening portion 85 only needs to be able to support a plurality of (two) electric circuit portions 81, and can be formed of various insulating materials.
  • the intervening portion 85 in the embodiment is made of polypropylene. This makes it easier to ensure the flexibility of the power cable 80, compared to the case where the gaps between the plurality (two) electrical circuit sections 81 and the shield section 82 are filled with the inner sheath section 84.
  • the gaps between the plurality of electric circuit sections 81 and the shield section 82 may be filled with the inner sheath section 84. You can also do it. For example, as shown in FIG. 10, the gap between the plurality of (two) electric circuit sections 81 and the shield section 82 can be filled with an inner sheath section 84. Further, as shown in FIG. 11, the gaps between the plurality (three) of electric circuit sections 81 and the shield section 82 can be filled with an inner sheath section 84.
  • the plurality of electric circuit sections 81 can be arranged rotationally symmetrically with respect to the axis CC0 of the power cable 80 as a rotation axis.
  • the plurality of (two) electric circuit sections 81 are arranged at positions rotated by 180 degrees about the axis CC0 of the power cable 80 as the rotation axis.
  • the plurality (three) of the electric circuit sections 81 are arranged at positions rotated by 120 degrees about the axis CC0 of the power cable 80 as the rotation axis.
  • the power transmission device 90 includes a gas pipe 31 that is provided outside the power cable 80 and is a pipe that supplies the process gas supplied from the gas supply device 30 to the plasma head 10. This makes it easier to downsize the power cable 80 and make it easier to handle the power cable 80, compared to a case where the gas pipe is provided inside the power cable 80.
  • the gas pipe 31 only needs to be able to supply process gas to the plasma head 10, and can take various shapes.
  • the gas pipe 31 of the embodiment has a cylindrical cross section cut along a plane perpendicular to the axial direction.
  • the power transmission device 90 can be applied to the plasma generation device 1 already described. That is, the plasma generation device 1 includes a power transmission device 90, a power supply device 20, a plasma head 10, and a gas pipe 31, and generates plasma at atmospheric pressure.
  • the power transmission device 90, the power supply device 20, the plasma head 10, and the gas pipe 31 may be in any of the forms described above.
  • the power transmission device 90 it is possible to electrically shield the plurality of electric path sections 81 provided in the power cable 80 from the external environment, and to support the shield section 82.
  • the above description of the power transmission device 90 also applies to the plasma generation device 1 including the power transmission device 90.
  • Plasma generator 10: Plasma head, 10a, 10b: a pair of electrodes, 10h: housing
  • 20 power supply device
  • 30 Gas supply device
  • 31 Gas piping
  • 80 Power cable
  • 80a end on one end side
  • 80b end on the other end side
  • 81 multiple electric circuit parts
  • 81a conductor part
  • 81b insulation part
  • 81f first electric circuit section
  • 81s second electric circuit section
  • 82 shield section
  • 83 outer sheath part
  • 84 inner sheath part
  • 90 power transmission device
  • S1 first cross-sectional area
  • S2 second cross-sectional area
  • CC0 axis line.

Abstract

送電装置は、複数の電路部と、シールド部と、外側シース部と、内側シース部とを備える。複数の電路部は、電源装置から供給される供給電力をプラズマを発生させるプラズマヘッドに送電する電力ケーブルの径方向中心側に設けられる部材であって供給電力を送電する。シールド部は、複数の電路部よりも電力ケーブルの径方向外側において複数の電路部を覆うように設けられる導電性の部材であって複数の電路部を外部環境から電気的に遮蔽する。外側シース部は、シールド部よりも電力ケーブルの径方向外側においてシールド部を覆うように設けられる絶縁性の部材であってシールド部を外部環境から物理的に保護する。内側シース部は、シールド部よりも電力ケーブルの径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって外側シース部との間でシールド部を挟むように支持する。

Description

送電装置およびプラズマ発生装置
　本明細書は、送電装置およびプラズマ発生装置に関する技術を開示する。
　特許文献１に記載のプラズマ装置は、電力をプラズマ発生器に伝送する高圧線と、プラズマ発生器を電気的に接地するアース線とを備えている。アース線は、電気的に接地された第一導体と、第一導体の外周を覆うように設けられた第一絶縁層と、第一絶縁層の外周を覆うように設けられた導電性の第一シールド層とを備えている。高圧線は、電力をプラズマ発生器に伝送する第二導体と、第二導体の外周を覆うように設けられた第二絶縁層と、第二絶縁層の外周を覆うように設けられた導電性の第二シールド層とを備えている。さらに、第二シールド層は、電気的に接地され、かつ、プラズマ発生器の筐体と電気的に接続されている。
　特許文献２に記載のプラズマ用電源装置は、交流電源を備えている。交流電源は、シールドの無い電源ハーネスを介して、プラズマを発生させる一対の電極に印加する所定周波数の交流電圧を生成する。電源ハーネスは、例えば、シールドの無いキャブタイヤケーブルなどを用いることができる。
特開２０２０－１５５２４１号公報 国際公開第２０１９／１０２５３６号
　特許文献１には、高圧線およびアース線の各々にシールド層を設けるのではなく、高圧線およびアース線を覆う共通のシールド層を設けることも考えられるが、十分な可撓性を確保することが難しくなる旨、記載されている。高圧線およびアース線の各々にシールド層を設ける形態では、高圧線およびアース線の各々がシールド層で覆われているので、共通のシールド層を設ける形態と比べて、逆に可撓性が低下する可能性がある。
　また、特許文献１には、共通のシールド層を設ける形態では、高圧線およびアース線が相互に影響を及ぼす恐れがある旨、記載されている。高圧線およびアース線の各々にシールド層を設ける形態では、共通のシールド層を設ける形態と比べて、高圧線とシールド層との間、および、アース線とシールド層との間の離間距離が短くなる。電力ケーブルの寄生容量は、導体の断面積が概ね同じ場合に上記の離間距離が短くなるほど増大するので、高圧線およびアース線の各々にシールド層を設ける形態では、共通のシールド層を設ける形態と比べて、電極に印加される印加電圧の減衰が大きくなる可能性がある。
　さらに、共通のシールド層を設ける場合、シールド層を支持する必要がある。特許文献１では、共通のシールド層を設けることが否定されており、シールド層の支持の方法について記載されていない。また、特許文献２には、シールドの無い電源ハーネス（例えば、キャブタイヤケーブルなど）を用いる旨、記載されている。しかしながら、特許文献２には、電源ハーネスの具体的な構成について明示されていない。
　このような事情に鑑みて、本明細書は、電力ケーブルに設けられる複数の電路部を外部環境から電気的に遮蔽すると共に、シールド部を支持することが可能な送電装置およびプラズマ発生装置を開示する。
　本明細書は、複数の電路部と、シールド部と、外側シース部と、内側シース部とを備える送電装置を開示する。前記複数の電路部は、電源装置から供給される供給電力をプラズマを発生させるプラズマヘッドに送電する電力ケーブルの径方向中心側に設けられる部材であって前記供給電力を送電する。前記シールド部は、前記複数の電路部よりも前記電力ケーブルの径方向外側において前記複数の電路部を覆うように設けられる導電性の部材であって前記複数の電路部を外部環境から電気的に遮蔽する。前記外側シース部は、前記シールド部よりも前記電力ケーブルの径方向外側において前記シールド部を覆うように設けられる絶縁性の部材であって前記シールド部を前記外部環境から物理的に保護する。前記内側シース部は、前記シールド部よりも前記電力ケーブルの径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって前記外側シース部との間で前記シールド部を挟むように支持する。
　また、本明細書は、前記送電装置と、前記電源装置と、前記プラズマヘッドと、ガス供給装置から供給されるプロセスガスを前記プラズマヘッドに供給する配管であって前記電力ケーブルの外部に設けられるガス配管とを備え、大気圧においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置を開示する。
　なお、本明細書には、願書に最初に添付した請求の範囲（以下、当初請求の範囲という。）に記載の請求項４において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。また、本明細書には、当初請求の範囲に記載の請求項６において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。さらに、本明細書には、当初請求の範囲に記載の請求項７において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。また、本明細書には、当初請求の範囲に記載の請求項８において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。さらに、本明細書には、当初請求の範囲に記載の請求項９において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。また、本明細書には、当初請求の範囲に記載の請求項１０において、「請求項１に記載の送電装置」を「請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の送電装置」に変更した技術的思想が開示されている。
　上記の送電装置によれば、電力ケーブルに設けられる複数の電路部を外部環境から電気的に遮蔽すると共に、シールド部を支持することができる。送電装置について上述されていることは、送電装置を備えるプラズマ発生装置についても同様に言える。
プラズマ発生装置の構成例を示す模式図である。 プラズマ発生装置の電気的な構成例を示す模式図である。 電力ケーブルを軸線方向に沿って切断した断面の一例を示す断面図である。 電力ケーブルを軸線方向に垂直な平面で切断した断面の一例を示す断面図である。 図４の導体部の構成例を示す断面図である。 図４の導体部の他の構成例を示す断面図である。 半導電部を具備しない場合の電界分布の一例を示す模式図である。 半導電部を具備する場合の電界分布の一例を示す模式図である。 電力ケーブルを軸線方向に垂直な平面で切断した断面の他の一例を示す断面図である。 電力ケーブルを軸線方向に垂直な平面で切断した断面の他の一例を示す断面図である。 電力ケーブルを軸線方向に垂直な平面で切断した断面の他の一例を示す断面図である。
　１．実施形態
　１－１．プラズマ発生装置１の構成例
　送電装置９０は、プラズマ発生装置１に適用することができる。実施形態のプラズマ発生装置１は、大気圧においてプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置である。図１に示すように、プラズマ発生装置１は、プラズマヘッド１０と、電源装置２０と、ガス供給装置３０と、ガス配管３１と、制御装置４０と、ロボット５０と、ハウジング６０と、カバー７０と、電力ケーブル８０と、送電装置９０とを備えている。
　プラズマ発生装置１は、電源装置２０から電力ケーブル８０を介してプラズマヘッド１０に電力を供給する。また、プラズマ発生装置１は、ガス供給装置３０からガス配管３１を介してプラズマ化するプロセスガスを供給する。これらにより、プラズマ発生装置１は、プラズマヘッド１０からプラズマガスを照射することができる。
　電源装置２０は、プラズマを発生させるプラズマヘッド１０に電力を供給する。電源装置２０は、プラズマを発生可能な高周波電源を用いることができる。図２に示すように、電源装置２０は、コンバータ２１と、インバータ２２と、平滑器２３と、昇圧器２４と、端子台２５とを備えている。コンバータ２１は、例えば、商用電源などの交流電力を直流電力に変換する。インバータ２２は、コンバータ２１から出力された直流電力を交流電力に変換する。平滑器２３は、インバータ２２から出力された交流電力を平滑する。昇圧器２４は、平滑器２３によって平滑された交流電力を昇圧してプラズマヘッド１０に供給する電力（供給電力）を生成する。
　電源装置２０は、プラズマヘッド１０に電力を供給することができれば良く、公知の電力機器を用いることができる。例えば、インバータ２２は、ブリッジ接続された複数（例えば、４つ）のスイッチング素子を備えるインバータを用いることができる。平滑器２３は、コイルおよびコンデンサを備える平滑器を用いることができる。昇圧器２４は、トランスを用いることができる。図２に示すように、トランスは、一次側巻線２４ａと、二次側巻線２４ｂとを備えている。
　トランスは、一次側巻線２４ａに入力された交流電力（平滑器２３によって平滑された交流電力）を昇圧して、昇圧した交流電力を二次側巻線２４ｂから出力する。例えば、二次側巻線２４ｂから出力される交流電力の出力電圧は、最大１５ｋＶ程度である。また、放電時には電圧が降下するため、二次側巻線２４ｂから出力される交流電力の出力電圧は、８ｋＶ～９ｋＶ程度である。このように、電源装置２０は、数千ボルト～数万ボルトの交流電力を出力することができる。また、電源装置２０は、数キロヘルツ～数十キロヘルツの周波数の交流電力を出力することができる。
　図２および図３に示すように、端子台２５は、入力側端子部２５ａと、入力側端子部２５ｂと、出力側端子部２５ｃと、出力側端子部２５ｄとを備えている。二次側巻線２４ｂは、入力側端子部２５ａおよび入力側端子部２５ｂに接続されている。電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａは、出力側端子部２５ｃおよび出力側端子部２５ｄに接続されている。また、電力ケーブル８０の軸線方向の他端側の端部８０ｂは、プラズマヘッド１０に設けられる一対の電極１０ａ，１０ｂに接続されている。電極１０ｂであるプラズマヘッド１０の筐体１０ｈは、円筒状に形成されており、電極１０ｂよりも内側に設けられる電極１０ａの周囲を囲むように配置されている。
　ガス供給装置３０は、不活性ガス（例えば、窒素など）および活性ガス（例えば、酸素など）のうちの少なくとも一つを含むガス（例えば、空気、ドライエアなど）をプロセスガスとして圧送し供給する。このため、ガス供給装置３０は、プロセスガスを貯留するタンクを備えている。なお、ガス供給装置３０は、プラズマヘッド１０に供給するプロセスガスを必要に応じて加熱するヒータを備えることができる。この場合、ガス供給装置３０は、例えば、ヒータによって加熱されたプロセスガスをプラズマヘッド１０に供給することができる。また、ガス供給装置３０は、タンクから供給される加熱されていないプロセスガスと、ヒータによって加熱されたプロセスガスとを混合してプラズマヘッド１０に供給することもできる。
　制御装置４０は、プラズマ発生装置１を駆動制御する。電力ケーブル８０およびガス配管３１は、ロボット５０のロボットアーム５１に沿って取り付けられている。また、プラズマヘッド１０は、ロボットアーム５１の先端部に取り付けられている。ロボットアーム５１は、複数（同図では、２つ）のアーム部５１ａが一方向に連結されている。つまり、ロボット５０は、多関節ロボットである。ロボット５０は、制御装置４０によって駆動制御される。具体的には、ロボット５０は、制御装置４０の指令に基づいてロボットアーム５１を駆動しプラズマヘッド１０を移動させて、ワーク台Ｄ０に支持されているワークＷ０にプラズマガスを照射することができる。
　図１に示すように、プラズマヘッド１０は、基端側がハウジング６０に固定されると共に、先端側がカバー７０によって覆われている。カバー７０の先端部には、プラズマヘッド１０によって生成されたプラズマガスを照射するための開口部７１が設けられている。プラズマヘッド１０は、電源装置２０から供給された供給電力を用いて、プロセスガスをプラズマ化することにより、プラズマガスを生成する。プラズマヘッド１０は、生成したプラズマガスをワークＷ０の表面に照射する。ワークＷ０の表面に照射されたプラズマガスは、例えば、ワークＷ０の表面を疎水性から親水性に改質する改質処理など、ワークＷ０の表面に対する各種の表面処理に用いることができる。
　１－２．送電装置９０の構成例
　図２に示すように、電力ケーブル８０において電源装置２０から供給される供給電力を送電する複数（同図では、２つ）の電路部８１は、第一電路部８１ｆと、第二電路部８１ｓとを備えている。第一電路部８１ｆは、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａが電源装置２０に接続されている。また、第一電路部８１ｆは、電力ケーブル８０の軸線方向の他端側の端部８０ｂがプラズマヘッド１０に設けられる一対の電極１０ａ，１０ｂのうちの一の電極１０ａに接続されている。
　第二電路部８１ｓは、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａが電源装置２０に接続されると共に接地されている。同図では、接地されている状態が記号Ｅ０で示されている（他の図においても同じ）。また、第二電路部８１ｓは、電力ケーブル８０の軸線方向の他端側の端部８０ｂが一対の電極１０ａ，１０ｂのうちの他の一の電極１０ｂであるプラズマヘッド１０の筐体１０ｈに接続されている。
　図２に示す平滑器２３から一対の電極１０ａ，１０ｂまでの電気回路は、コイルおよびコンデンサによって形成されるローパスフィルタと等価になる。上記のローパスフィルタは、コイルのインダクタンスおよびコンデンサの静電容量が大きくなるほど遮断周波数が低下する。そのため、電力ケーブル８０の寄生容量が大きくなるほど、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧は、減衰される。また、電源装置２０から供給される供給電力の周波数が高くなるほど、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧は、減衰される。
　電力ケーブル８０の寄生容量には、第一電路部８１ｆと第二電路部８１ｓとの間において生じる寄生容量Ｃ１が含まれる。また、電力ケーブル８０の寄生容量には、一対の電極１０ａ，１０ｂの間において生じる寄生容量が含まれる。さらに、図２に示すように、第二電路部８１ｓが接地されている形態では、接地されている第二電路部８１ｓと同電位の外部機器Ｇ０と、第一電路部８１ｆとの間において生じる寄生容量Ｃ２が含まれる。寄生容量Ｃ２は、外部機器Ｇ０の配置など電力ケーブル８０の外部環境によって変動するため、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧を一定に保つことが困難になる。
　そこで、電力ケーブル８０にシールド部を設けることが想定される。例えば、第一電路部８１ｆおよび第二電路部８１ｓの各々にシールド部を設ける形態を第一形態とする。また、第一電路部８１ｆおよび第二電路部８１ｓを覆う共通のシールド部を設ける形態を第二形態とする。第一形態では、第一電路部８１ｆおよび第二電路部８１ｓの各々がシールド部で覆われているので、第二形態と比べて、電力ケーブル８０の可撓性が低下する可能性がある。
　また、第一形態では、第二形態と比べて、第一電路部８１ｆとシールド部との間、および、第二電路部８１ｓとシールド部との間の離間距離が短くなる。電力ケーブル８０の寄生容量は、導体の断面積が概ね同じ場合に上記の離間距離が短くなるほど増大するので、第一形態では、第二形態と比べて、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧の減衰が大きくなる可能性がある。また、第二形態では、シールド部を支持する必要がある。
　そこで、実施形態のプラズマ発生装置１には、送電装置９０が設けられている。送電装置９０は、複数の電路部８１と、シールド部８２と、外側シース部８３と、内側シース部８４とを備える。送電装置９０は、介在部８５を備えることもできる。図３および図４に示すように、実施形態の送電装置９０は、複数（これらの図では、２つ）の電路部８１と、シールド部８２と、外側シース部８３と、内側シース部８４と、介在部８５とを備えている。複数（２つ）の電路部８１は、電力ケーブル８０の径方向中心側に設けられる部材であって供給電力を送電する。電力ケーブル８０は、電源装置２０から供給される供給電力をプラズマを発生させるプラズマヘッド１０に送電する。
　複数（２つ）の電路部８１は、供給電力を送電することができれば良く、種々の形態をとり得る。例えば、複数（２つ）の電路部８１の各々は、導体部８１ａと、絶縁部８１ｂとを備えている。導体部８１ａは、導電性材料で形成されている。絶縁部８１ｂは、導体部８１ａを覆うように設けられ絶縁性材料で形成されている。導体部８１ａは、例えば、アルミニウム線、銅線（特に、軟銅線）などを用いることができる。導体部８１ａは、供給電力の最大電流値に応じて、外径が設定されている。
　導体部８１ａの構成は、限定されず、種々の形態をとり得る。図５に示すように、導体部８１ａは、円形より線を用いることができる。円形より線は、素線を同心状により合わせて形成される。同図に示す導体部８１ａは、一つの導体部８１ａの周囲に複数（同図では、６つ）の導体部８１ａが均等に配置されている。図６に示すように、導体部８１ａは、円形圧縮より線を用いることもできる。円形圧縮より線は、素線を同心状により合わせて圧縮形成される。また、導体部８１ａは、分割圧縮より線を用いることもできる。分割圧縮より線は、セグメントに分割された成形圧縮導体をより合わせて形成される。
　絶縁部８１ｂは、導体部８１ａを絶縁することができれば良く、種々の絶縁性材料によって形成することができる。絶縁部８１ｂは、例えば、架橋ポリエチレンまたはフッ素樹脂によって形成することができる。実施形態の絶縁部８１ｂは、架橋ポリエチレンによって形成されている。架橋ポリエチレンは、ポリエチレンを架橋反応により立体網目状に形成したものであり、ポリエチレンと比べて、耐熱性が向上している。図４に示すように、絶縁部８１ｂは、導体部８１ａと同心に設けられている。絶縁部８１ｂは、導体部８１ａを絶縁可能に、外径（厚み）が設定されている。
　図４に示すように、複数（２つ）の電路部８１の各々は、半導電部８１ｃを備えることもできる。半導電部８１ｃは、導体部８１ａと同等の導電性材料で形成されており、導体部８１ａの外周部に設けられる。図７に示すように、半導電部８１ｃを具備しない場合、導体部８１ａの凸部に電界が集中する。同図に示す矢印は、導体部８１ａの電界分布の一例を示している。図８に示すように、半導電部８１ｃを具備する場合、電界の集中が抑制され、電界分布が均一化される。同図に示す矢印は、電界分布が均一化されている状態を示している。
　なお、導体部８１ａと絶縁部８１ｂとの間には、膨張係数の相違によって、間隙が生じる可能性がある。間隙が生じると、電界が集中して部分放電が発生し易くなる。複数（２つ）の電路部８１の各々は、半導電部８１ｃを具備することにより、半導電部８１ｃが絶縁部８１ｂに密着して半導電部８１ｃと絶縁部８１ｂとの間の間隙を解消することができ、部分放電の発生を抑制することができる。
　図３および図４に示すように、複数（２つ）の電路部８１は、第一電路部８１ｆと、第二電路部８１ｓとを備えている。第一電路部８１ｆは、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａが電源装置２０に接続されている。具体的には、第一電路部８１ｆの端部８０ａには、圧着端子が形成されており、端子台２５の出力側端子部２５ｃに、ねじ止めされている。また、第一電路部８１ｆは、電力ケーブル８０の軸線方向の他端側の端部８０ｂがプラズマヘッド１０に設けられる一対の電極１０ａ，１０ｂのうちの一の電極１０ａに接続されている。具体的には、第一電路部８１ｆの端部８０ｂには、圧着端子が形成されており、電極１０ａに、ねじ止めされている。
　第二電路部８１ｓは、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａおよび他端側の端部８０ｂのうちの少なくとも一つの端部において、接地することができる。実施形態の第二電路部８１ｓは、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａが電源装置２０に接続されると共に接地されている。具体的には、第二電路部８１ｓの端部８０ａには、圧着端子が形成されており、端子台２５の出力側端子部２５ｄに、ねじ止めされている。端子台２５の出力側端子部２５ｄおよび図２に示す電源装置２０の筐体２０ａには、アース線が接続されており、接地されている。
　また、第二電路部８１ｓは、電力ケーブル８０の軸線方向の他端側の端部８０ｂが一対の電極１０ａ，１０ｂのうちの他の一の電極１０ｂであるプラズマヘッド１０の筐体１０ｈに接続されている。具体的には、第二電路部８１ｓの端部８０ｂには、圧着端子が形成されており、プラズマヘッド１０の筐体１０ｈに、ねじ止めされている。
　図４に示すように、第一電路部８１ｆを軸線方向に垂直な平面で切断した断面積を第一断面積Ｓ１とする。また、第二電路部８１ｓを軸線方向に垂直な平面で切断した断面積を第二断面積Ｓ２とする。このときに、第二断面積Ｓ２は、第一断面積Ｓ１と同じまたは第一断面積Ｓ１と比べて大きく設定されていると良い。
　図４に示す形態では、送電装置９０は、複数（２つ）の電路部８１を備えており、一つの第一電路部８１ｆと、一つの第二電路部８１ｓとを備えている。図４に示す形態では、第二断面積Ｓ２は、第一断面積Ｓ１と同じ面積に設定されている。第二断面積Ｓ２は、第一断面積Ｓ１と比べて大きく設定することもできる。いずれの形態においても、第二断面積Ｓ２が第一断面積Ｓ１と比べて小さく設定されている場合と比べて、接地状態が安定し易い。
　図９に示す形態では、送電装置９０は、複数（３つ）の電路部８１を備えており、一つの第一電路部８１ｆと、二つの第二電路部８１ｓとを備えている。図９に示す形態では、二つの第二電路部８１ｓの各々の第二断面積Ｓ２は、一つの第一電路部８１ｆの第一断面積Ｓ１と同じ面積に設定されている。しかしながら、送電装置９０は、二つの第二電路部８１ｓを具備するので、全体としては、第二断面積Ｓ２が第一断面積Ｓ１と比べて大きく設定されている。なお、二つの第二電路部８１ｓは、一つの第二電路部８１ｓを使用して、残りの第二電路部８１ｓを未使用にすることもできる。この場合、図４に示す形態と同様であり、第二断面積Ｓ２は、第一断面積Ｓ１と同じ面積に設定される。
　図３および図４に示すように、シールド部８２は、複数（これらの図では、２つ）の電路部８１よりも電力ケーブル８０の径方向外側において複数（２つ）の電路部８１を覆うように設けられる導電性の部材であって、複数（２つ）の電路部８１を外部環境から電気的に遮蔽する。シールド部８２は、複数（２つ）の電路部８１を均一に覆うことができれば良く、種々の導電性材料によって形成することができる。シールド部８２は、例えば、編組体、フィルム状の薄膜（例えば、銅、アルミニウムなどの金属テープ）、巻き付け可能な金属線（例えば、銅線）などを用いることができる。
　実施形態のシールド部８２は、導電性の複数の素線（例えば、銅線など）が編み組まれている編組体である。シールド部８２は、一重の編組体であっても良く、二重以上の編組体であっても良い。例えば、実施形態のプラズマ発生装置１のように、電力ケーブル８０が移動し、可撓性を重視する場合には、シールド部８２は、一重の編組体が良い。電力ケーブル８０が固定されている場合には、シールド部８２は、二重以上の編組体であっても良い。
　シールド部８２は、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａおよび他端側の端部８０ｂのうちの少なくとも一つの端部において、接地することができる。図３に示すように、実施形態のシールド部８２は、電力ケーブル８０の軸線方向の一端側の端部８０ａが第二電路部８１ｓと共に接地されている。具体的には、シールド部８２の端部８０ａには、圧着端子が形成されており、端子台２５の出力側端子部２５ｄに、ねじ止めされている。既述されているように、端子台２５の出力側端子部２５ｄおよび図２に示す電源装置２０の筐体２０ａには、アース線が接続されており、接地されている。
　図３および図４に示すように、外側シース部８３は、シールド部８２よりも電力ケーブル８０の径方向外側においてシールド部８２を覆うように設けられる絶縁性の部材であって、シールド部８２を外部環境から物理的に保護する。また、内側シース部８４は、シールド部８２よりも電力ケーブル８０の径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって、外側シース部８３との間でシールド部８２を挟むように支持する。
　外側シース部８３は、シールド部８２を外部環境から物理的に保護することができれば良く、種々の絶縁性材料によって形成することができる。同様に、内側シース部８４は、外側シース部８３との間でシールド部８２を挟むように支持することができれば良く、種々の絶縁性材料によって形成することができる。実施形態の外側シース部８３および内側シース部８４は、同じ絶縁性材料によって形成されている。具体的には、外側シース部８３および内側シース部８４は、ポリ塩化ビニルによって形成されている。
　既述されているように、実施形態の絶縁部８１ｂは、架橋ポリエチレンによって形成されている。また、実施形態の外側シース部８３および内側シース部８４は、ポリ塩化ビニルによって形成されている。つまり、実施形態の電力ケーブル８０は、架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル（ＣＶケーブル）において、シールド部８２および内側シース部８４を備えるケーブルと言える。なお、外側シース部８３および内側シース部８４を備え、シールド部８２を具備しないケーブルは、キャブタイヤケーブルに含まれる。
　外側シース部８３は、シールド部８２を外部環境から物理的に保護可能に、外径（厚み）が設定されている。外側シース部８３が設けられることにより、シールド部８２は、例えば、電力ケーブル８０が移動される際の擦れなどの物理的な損傷から保護される。また、内側シース部８４は、シールド部８２を支持可能に、外径（厚み）が設定されている。実施形態の外側シース部８３および内側シース部８４は、同じ厚みに設定されている。このように、外側シース部８３および内側シース部８４によってシールド部８２を挟むように支持することにより、シールド部８２の形状を均一化し易くなる。
　また、既述されているように、電力ケーブル８０の寄生容量は、導体の断面積が概ね同じ場合に離間距離が短くなるほど増大し、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧の減衰が大きくなる可能性がある。そこで、内側シース部８４は、複数（２つ）の電路部８１とシールド部８２との間の寄生容量が許容される静電容量以下になるように、外径が設定されていると良い。
　内側シース部８４の外径が小さくなり、上記の離間距離が小さくなるほど、複数（２つ）の電路部８１とシールド部８２との間の寄生容量が増大する。逆に、内側シース部８４の外径が大きくなるほど、電力ケーブル８０が大型化する。よって、設計者は、予め、シミュレーション、実機による検証などによって、複数（２つ）の電路部８１とシールド部８２との間の寄生容量を推定すると良い。そして、設計者は、推定された寄生容量、一対の電極１０ａ，１０ｂに印加される印加電圧の減衰度、電力ケーブル８０の重量などが許容範囲に含まれるように、内側シース部８４の外径を設定すると良い。
　介在部８５は、内側シース部８４よりも電力ケーブル８０の径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって、複数（２つ）の電路部８１を支持する。介在部８５は、複数（２つ）の電路部８１を支持することができれば良く、種々の絶縁性材料によって形成することができる。実施形態の介在部８５は、ポリプロピレンによって形成されている。これにより、複数（２つ）の電路部８１とシールド部８２との間の間隙が内側シース部８４によって充填される場合と比べて、電力ケーブル８０の可撓性を確保し易くなる。
　なお、電力ケーブル８０が固定される場合など、電力ケーブル８０の可撓性を重視しない場合には、複数の電路部８１とシールド部８２との間の間隙は、内側シース部８４によって充填することもできる。例えば、図１０に示すように、複数（２つ）の電路部８１とシールド部８２との間の間隙は、内側シース部８４によって充填することができる。また、図１１に示すように、複数（３つ）の電路部８１とシールド部８２との間の間隙は、内側シース部８４によって充填することもできる。
　複数の電路部８１は、電力ケーブル８０の軸線ＣＣ０を回転軸として回転対称に配置することができる。例えば、図４および図１０に示すように、複数（２つ）の電路部８１は、電力ケーブル８０の軸線ＣＣ０を回転軸として、１８０°回転した位置に配置されている。また、図９および図１１に示すように、複数（３つ）の電路部８１は、電力ケーブル８０の軸線ＣＣ０を回転軸として、１２０°ずつ回転した位置に配置されている。
　図１に示すように、送電装置９０は、ガス供給装置３０から供給されるプロセスガスをプラズマヘッド１０に供給する配管であって、電力ケーブル８０の外部に設けられるガス配管３１を備えている。これにより、ガス配管が電力ケーブル８０の内部に設けられる場合と比べて、電力ケーブル８０の小型化が容易であり、電力ケーブル８０の取り扱いが容易になる。なお、ガス配管３１は、プロセスガスをプラズマヘッド１０に供給することができれば良く、種々の形状をとり得る。例えば、実施形態のガス配管３１は、軸線方向に垂直な平面で切断した断面が円筒状に形成されている。
　送電装置９０は、既述されているプラズマ発生装置１に適用することができる。つまり、プラズマ発生装置１は、送電装置９０と、電源装置２０と、プラズマヘッド１０と、ガス配管３１とを備え、大気圧においてプラズマを発生させる。送電装置９０、電源装置２０、プラズマヘッド１０およびガス配管３１は、既述されているいずれの形態であっても良い。
　なお、本明細書において記載されている事項は、適宜、組み合わせることができ、取捨選択することができる。例えば、複数（２つ）の電路部８１を備える形態について既述されている事項は、３つ以上の電路部８１を備える形態（例えば、図９および図１１に示す形態など）についても、同様に適用することができる。
　２．実施形態の効果の一例
　送電装置９０によれば、電力ケーブル８０に設けられる複数の電路部８１を外部環境から電気的に遮蔽すると共に、シールド部８２を支持することができる。送電装置９０について上述されていることは、送電装置９０を備えるプラズマ発生装置１についても同様に言える。
１：プラズマ発生装置、１０：プラズマヘッド、
１０ａ，１０ｂ：一対の電極、１０ｈ：筐体、２０：電源装置、
３０：ガス供給装置、３１：ガス配管、８０：電力ケーブル、
８０ａ：一端側の端部、８０ｂ：他端側の端部、
８１：複数の電路部、８１ａ：導体部、８１ｂ：絶縁部、
８１ｆ：第一電路部、８１ｓ：第二電路部、８２：シールド部、
８３：外側シース部、８４：内側シース部、８５：介在部、
９０：送電装置、Ｓ１：第一断面積、Ｓ２：第二断面積、ＣＣ０：軸線。

Claims (10)

  1. 　電源装置から供給される供給電力をプラズマを発生させるプラズマヘッドに送電する電力ケーブルの径方向中心側に設けられる部材であって前記供給電力を送電する複数の電路部と、
    　前記複数の電路部よりも前記電力ケーブルの径方向外側において前記複数の電路部を覆うように設けられる導電性の部材であって前記複数の電路部を外部環境から電気的に遮蔽するシールド部と、
    　前記シールド部よりも前記電力ケーブルの径方向外側において前記シールド部を覆うように設けられる絶縁性の部材であって前記シールド部を前記外部環境から物理的に保護する外側シース部と、
    　前記シールド部よりも前記電力ケーブルの径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって前記外側シース部との間で前記シールド部を挟むように支持する内側シース部と、
    を備える送電装置。
  2. 　前記内側シース部よりも前記電力ケーブルの径方向内側に設けられる絶縁性の部材であって前記複数の電路部を支持する介在部を備える請求項１に記載の送電装置。
  3. 　前記内側シース部は、前記複数の電路部と前記シールド部との間の寄生容量が許容される静電容量以下になるように、外径が設定されている請求項１または請求項２に記載の送電装置。
  4. 　前記複数の電路部は、
    　前記電力ケーブルの軸線方向の一端側の端部が前記電源装置に接続され、前記電力ケーブルの軸線方向の他端側の端部が前記プラズマヘッドに設けられる一対の電極のうちの一の電極に接続されている第一電路部と、
    　前記電力ケーブルの軸線方向の一端側の端部が前記電源装置に接続されると共に接地され、前記電力ケーブルの軸線方向の他端側の端部が前記一対の電極のうちの他の一の電極である前記プラズマヘッドの筐体に接続されている第二電路部と、
    を備え、
    　前記シールド部は、前記電力ケーブルの軸線方向の一端側の端部が前記第二電路部と共に接地されている請求項１に記載の送電装置。
  5. 　前記第一電路部を軸線方向に垂直な平面で切断した断面積を第一断面積とし、前記第二電路部を軸線方向に垂直な平面で切断した断面積を第二断面積とするときに、
    　前記第二断面積は、前記第一断面積と同じまたは前記第一断面積と比べて大きく設定されている請求項４に記載の送電装置。
  6. 　ガス供給装置から供給されるプロセスガスを前記プラズマヘッドに供給する配管であって前記電力ケーブルの外部に設けられるガス配管を備えている請求項１に記載の送電装置。
  7. 　前記シールド部は、導電性の複数の素線が編み組まれている編組体である請求項１に記載の送電装置。
  8. 　前記複数の電路部の各々は、
    　導電性材料で形成されている導体部と、
    　前記導体部を覆うように設けられ絶縁性材料で形成されている絶縁部と、
    を備え、
    　前記絶縁部は、架橋ポリエチレンまたはフッ素樹脂によって形成されており、
    　前記外側シース部および前記内側シース部は、ポリ塩化ビニルによって形成されている請求項１に記載の送電装置。
  9. 　前記複数の電路部は、前記電力ケーブルの軸線を回転軸として回転対称に配置されている請求項１に記載の送電装置。
  10. 　請求項１に記載の送電装置と、
    　前記電源装置と、
    　前記プラズマヘッドと、
    　ガス供給装置から供給されるプロセスガスを前記プラズマヘッドに供給する配管であって前記電力ケーブルの外部に設けられるガス配管と、
    を備え、大気圧においてプラズマを発生させるプラズマ発生装置。
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