特開 2024-27 真空コンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024000027

(43)【公開日】2024-01-05

(54)【発明の名称】真空コンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 5/013 20060101AFI20231225BHJP

   H01G 5/04 20060101ALI20231225BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20231225BHJP

   H01H 33/662 20060101ALN20231225BHJP

【ＦＩ】

H01G5/013 100

H01G5/04

B23K1/19 B

H01H33/662 F

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098537

(22)【出願日】2022-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】谷水 良行

(57)【要約】

【課題】真空コンデンサの通電部の温度上昇を抑制して、真空コンデンサの高周波電流の通電能力の向上を図る。
【解決手段】真空容器１ａのろう付け構造であって、真空容器１ａは、固定電極７が支持される固定導体５と、可動電極８が支持される可動導体６と、固定電極７及び可動電極８と同軸に可動導体６と接合するフランジ管４と、前記同軸に備えられるセラミック管２１と、を備える。セラミック管２１は、その一端がろう付けにより連結フランジ管３１を介して固定導体５に接合され、他端がろう付けにより図示省略の連結フランジ管３１を介してフランジ管４に接合される。連結フランジ管３１は、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＣｕＳｎＴｉ系の金属を用いた活性金属ろう付によりセラミック管２１と接合する接合部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極を格納する真空容器のろう付け構造であって、
前記真空容器は、
前記一対の電極のうち一方の電極が支持される一方の導体と、
前記一対の電極のうち他方の電極が支持される他方の導体と、
前記一対の電極と同軸に前記他方の導体と接合するフランジ管と、
前記一対の電極と同軸に備えられるセラミック管と、
このセラミック管を前記一方の導体若しくは前記フランジ管と連結させる連結フランジ管と、
を有し、
前記連結フランジ管は、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＣｕＳｎＴｉ系の金属を用いた活性金属ろう付により前記セラミック管と接合する接合部を備えたことを特徴するろう付け構造。

【請求項2】

前記一方の電極は、前記一方の導体に固定される固定電極であり、
前記他方の電極は、前記真空容器の軸方向に移動可能な可動電極であること
を特徴する請求項１に記載のろう付け構造。

【請求項3】

前記接合部の外側及びまたは内側には、電界緩和リングが配置されたこと
を特徴とする請求項１または２に記載のろう付け構造。

【請求項4】

前記セラミック管は、アルミナ９９．５～９９．９７％のセラミックからなることを特徴とする請求項１または２に記載のろう付け構造。

【請求項5】

請求項１に記載のろう付け構造を有することを特徴する真空コンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空コンデンサ、例えば、半導体設備の高周波電源、大電力発信回路等の高周波機器におけるインピーダンス調整に使用される真空コンデンサ及びろう付け構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、一般的な半導体設備の高周波電源や大電力発信回路等の高周波機器において、インピーダンス調整のために種々の真空コンデンサが用いられている。

【0003】

図２は一般的な真空コンデンサ（真空可変コンデンサ）の一例を示す概略断面図である。真空容器１は、絶縁性の両端にニッケル鍍金のメタライズ加工を施した９０～９５％アルミナのセラミック管２の一端にフランジ管３を、他端にフランジ管４を装着して成る円筒体を有する。そして、この円筒体は、一端に固定導体５がろう付けされる一方で他端に可動導体６が同様にろう付けされることで密閉される。

【0004】

メタライズ加工のニッケル鍍金はろう付のぬれ性（溶融ろう材の表面張力と、セラミック管２の表面張力、溶融ろう材とセラミック管２の間の界面張力の関係による物理現象）を得て、セラミック管２と固定導体５，可動導体６とを接合させるためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６９２２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述の従来の真空コンデンサは、通電部の発熱が主たる温度上昇の原因としているが、ニッケル鍍金のメタライズ加工を施した９０～９５％アルミナのセラミック管２のニッケル鍍金やセラミック本体も発熱する。特に、通電電流を高めるとき、次に述べるようにその影響は大きい。

【0007】

ニッケル鍍金のメタライズ加工を施したセラミック管２の両端において、強磁性体のニッケル鍍金が、高周波電流の通電路外周に円環状の強磁性体磁気通路を形成させる。そして、この磁束を集めた高い磁束密度と高周波磁界により、ニッケルの円環状の強磁性体磁気通路にヒステリシス損と渦電流損が生じて発熱し、セラミック管２のメタライズ加工部分が温度上昇する。

【0008】

真空コンデンサに高周波電圧を印加すると、セラミック管２は高周波誘電分極作用により発熱し、その単位体積当たりの発熱量は、電界の強さの２乗、周波数、比誘電率、誘電正接ｔａｎδに比例する。

【0009】

真空コンデンサの高周波電流を高めるには、高周波電圧を更に高く印加していく。この高周波電圧を、固定導体５に１００％、対して可動導体６に０％にして印加する。このときにできる電位の等しい面の断面を示す目に見えない等電位線を、８０％等電位線２８、６０％等電位線２６、４０％等電位線２４、２０％等電位線２２の各々を示す。この等電位線間が狭い部分は電界の強さが高いことを示す。

【0010】

図２の態様の場合、セラミック管２とフランジ管３のろう付接合部に近い部分の電界の強さが高く集中し、他の部分は低い偏った電界の強さになる。一部に電界の強さが高く集中すると、その部分が電界の強さの２乗で発熱する。この偏った電界の強さにおけるセラミック管の高周波誘電分極作用の合計発熱量は、電界の強さが分散したときの合計発熱量よりも増加する。

【0011】

９０～９５％アルミナのセラミック管２（特性 比誘電率８．８～９．２、誘電正接ｔａｎδ０．０００３～４）を、９９．５～９９．９７％アルミナの高純度セラミック管（比誘電率９．７～１０．１、誘電正接ｔａｎδ０．０００１）に置き換えると、低い誘電正接ｔａｎδで発熱量を低減できるが、一部に電界の強さが高く集中するときの発熱量はそれを上回り、合計発熱量は下がらない。また、高周波電圧を更に高くするとセラミック管合計発熱量が更に増加し、更に温度上昇する。さらに、電界の強さが分散したときは特性差によりセラミック管２よりもセラミック合計発熱量は下がる。

【0012】

近年、高周波機器に係る負荷は徐々に増大し、その高周波機器に流れる高周波電流増大の要求があり、大型化し、同時に真空コンデンサの高周波印加電圧が高くなっている。

【0013】

従来、温度上昇対策は、通電電流増大の発熱が主たる温度上昇の原因としていたので通電部の大型化が必然であったが、更に磁界や電界の強さに関係する通電部以外の発熱として、ニッケル鍍金のメタライズ加工を施した９０～９５％アルミナのセラミック管２があり、ヒステリシス損と渦電流損高周波誘電分極作用により発熱する。特に通電電流を高めるとき、高周波印加電圧を高めるのでその影響は大きい。

【0014】

本発明は、以上の事情に鑑み、真空コンデンサの通電部の温度上昇を抑制して、真空コンデンサの高周波電流の通電能力の向上を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の一態様は、一対の電極を格納する真空容器のろう付け構造であって、前記真空容器は、前記一対の電極のうち一方の電極が支持される一方の導体と、前記一対の電極のうち他方の電極が支持される他方の導体と、前記一対の電極と同軸に前記他方の導体と接合するフランジ管と、前記一対の電極と同軸に備えられるセラミック管と、このセラミック管を前記一方の導体若しくは前記フランジ管と連結させる連結フランジ管と、を有し、前記連結フランジ管は、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＣｕＳｎＴｉ系の金属を用いた活性金属ろう付により前記セラミック管と接合する接合部を備える。

【0016】

本発明の一態様は、前記ろう付け構造において、前記一方の電極は、前記一方の導体に固定される固定電極であり、前記他方の電極は、前記真空容器の軸方向に移動可能な可動電極である。

【0017】

本発明の一態様は、前記ろう付け構造において、前記接合部の外側及びまたは内側には、電界緩和リングが配置される。

【0018】

本発明の一態様は、前記ろう付け構造において、前記セラミック管は、アルミナ９９．５～９９．９７％のセラミックからなる。

【0019】

本発明の一態様は、上記のろう付け構造を有することを特徴する真空コンデンサである。

【発明の効果】

【0020】

以上の本発明によれば、真空コンデンサの通電部の温度上昇を抑制でき、真空コンデンサの高周波電流の通電能力の向上を図ることできる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一態様である真空コンデンサの構造を示す断面図。

【図2】従来技術の真空コンデンサの構造を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１に示された本発明の一態様である真空コンデンサの真空容器１ａは、固定電極７が支持される固定導体５（一方の導体）と、可動電極８が支持される可動導体６（他方の導体）と、固定電極７及び可動電極８と同軸に可動導体６と接合するフランジ管４と、前記同軸に備えられるセラミック管２１と、を有する。

【0023】

セラミック管２１は、絶縁性の高純度アルミナであるアルミナ９９．５～９９．９７％のセラミックからなる。セラミック管２１の一端は、ろう付けにより連結フランジ管３１を介して固定導体５に接合される。また、図示省略されているが、セラミック管２１の他端も、ろう付けにより連結フランジ管３１を介してフランジ管４に接合される。

【0024】

連結フランジ管３１は、活性金属ろう付によりセラミック管２１と固定導体５とを接合する接合部３１ａを備える。

【0025】

前記活性金属ろうとしては、セラミック管２１の表面がメタライズされていなくてもぬれて広がりやすい金属、例えば、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＣｕＳｎＴｉ系の非磁性または弱常磁性の金属が適用される。

【0026】

また、接合部３１ａの外側及びまたは内側には、電界緩和リングが配置される。図１の態様は、接合部３１ａの外側である大気外面側に大気外面電界緩和リング３１ｂが、接合部３１ａの内側である真空側に真空内面電界緩和リング３１ｃが配置される。

【0027】

固定電極７は、固定導体５１の真空容器１ａの内側において、径が異なる複数の薄板略円筒状の電極部材が一定間隔を隔てて同軸に配置されて成り、固定導体５に固定される。

【0028】

可動電極８は、固定電極７と同様に径が異なる複数の薄板略円筒状の電極部材が一定間隔を隔てて配置されて成り、固定電極７と非接触に対向して真空容器１ａの軸方向Ｙに往復動可能である。この可動電極８は、軸方向Ｙに固定電極７に対する挿出入の程度を調整可能な銅材の可動支持部９に設けられる。

【0029】

可動電極８と反対する可動支持部９の背面側には、操作ロッド１２により動作する中空形状の可動ロッド１０が真空容器１の軸方向Ｙに可動導体６を突出するように延設される。可動ロッド１０は、可動導体６と可動支持部９とに介在するベローズ１４に囲繞されて、可動導体６における軸受部材１１によりフランジ管４と同軸に支持される。そして、この可動ロッド１０は、外周面と軸受部材１１との間に空隙が確保されて、軸受部材１１にて摺動して真空容器１の軸方向Ｙに案内される。

【0030】

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

【0031】

操作ロッド支持体１３は、真空容器１に設けられた可動導体６から突出して軸受部材１１を覆って可動導体６固設されるに螺子受け部１３ａと、操作ロッド１２の回転トルクを低減するスラストベアリング１３ｂとから成る。

【0032】

操作ロッド支持体１３によれば、モータ等駆動源による操作ロッド１２の回転により、可動ロッド１０が軸受部材１１により案内されて真空容器１の軸方向Ｙに移動可能となる。これにより、可動電極８と固定電極７の対向面積が可変となり、任意の静電容量が得られる。

【0033】

ベローズ１４は、蛇腹状を成し、銅合金または銅鍍金した可撓性の薄い金属からなり、真空容器１の軸方向Ｙに伸縮自在である。そして、このベローズ１４は、その一端は可動導体６の内壁側と接合する一方で、他端が可動支持部９に接合して可動ロッド１０を囲繞してフランジ管４と同軸に配されて、固定電極７と可動電極８とで真空室１５を気密に保持する。また、真空容器１内のベローズ１４の可動ロッド１０側には、大気圧状態の大気室１６が形成される。

【0034】

以上の真空コンデンサによれば、モータ等の駆動源が操作ロッド１２を回動すると、可動ロッド１０が真空容器１の軸方尚へ移動し、固定電極７と可動電極８との対向面積が可変となる。これにより、固定電極７と可動電極８とによる静電容量の加減が可能となり、インピーダンスが任意に調整される。

【0035】

真空容器１ａに高周波電圧を印加すると、高周波電流が、固定導体５１から固定電極７、対局する可動電極８との間の交差面積により加減する静電容量を介し、可動支持部９、ベローズ１４、可動導体６に流れ、通電する。

【0036】

高周波電圧を固定導体５１に１００％、可動導体６に０％印加したときに生じる目に見えない等電位線として、８０％等電位線２１８、６０％等電位線２１６、４０％等電位線２１４、２０％等電位線２１２を示す。

【0037】

以上の実施形態によれば、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系、ＡｇＣｕＳｎＴｉ系の非磁性または弱常磁性の金属を用いた活性金属ろう付により連結フランジ管３１を介して固定導体５とセラミック管２１を接合することで、従来の強磁性体のニッケル鍍金よりもヒステリシス損と渦電流損が減少する。

【0038】

また、連結フランジ管３１の接合部３１ａの外側及びまたは内側に電界緩和リングを配することで、等電位線、特に８０％等電位線２１８がろう付接合部より離れるので、電界の強さがセラミック全体に緩和・分散する。したがって、前記真空コンデンサの通電部の合計発熱量が減少し、当該通電部の温度低下が図れる。特に、セラミック管２の電界の強さの２乗の発熱になる高い部分の電界の強さが緩和及び分散し、セラミック管２の合計発熱量が減少し、前記通電部の温度上昇を抑制できる。

【0039】

さらに、本態様の活性金属ろうは、ヒステリシス損と渦電流損の発熱量を減少させるだけではなく、アルミナ９０～９５％のセラミック管よりもアルミナ９９．５～９９．９７％のセラミック管２１の方がろう付のぬれ性が良好となる。これにより、前記ろう付も良好となり、真空容器１ａの真空の信頼性が高まる。

【0040】

そして、大気外面電界緩和リング３１ｂと真空内面電界緩和リング３１ｃの両側、または、いずれか片側に電界緩和リングを形成する連結フランジ管３１と、セラミック管２１の高い比誘電率特性の組合せによる相乗効果により、等電位線が大きく変化及び分散し、電界の強さをより分散できる。これにより、セラミック管２１の高周波誘電分極作用の発熱量が低減し、さらに低い誘電正接ｔａｎδで発熱量が低減するので、個別よりも合計発熱量の減少が大きく、温度上昇を抑制できる。

【0041】

従来の温度上昇対策は通電電流増大の発熱を主体にしていたので通電部の大型化が必然であったが、本実施形態の真空コンデンサによれば、セラミック管２の磁界や電界の強さによる温度上昇抑制対策により全体の発熱量が減少する。したがって、大型化を回避して真空コンデンサの高周波電流の通電能力を高めることができる。

【0042】

さらに、本発明のろう付け構造は、図１の真空可変コンデンサに限定することなく、一対の電極を格納する真空容器を有する真空固定コンデンサにも適用できる。

【符号の説明】

【0043】

１，１ａ…真空容器
２，２１…セラミック管
３，４…フランジ管
５，５１…固定導体
６…可動導体
７…固定電極
８…可動電極
９…可動支持部
１０…可動ロッド、１０ａ…雌螺子部、１１…軸受部材
１２…操作ロッド、１２ａ…操作ロッド頭部、１２ｂ…雄螺子部
１３…操作ロッド支持体、１３ａ…螺子受け部、１３ｂ…スラストベアリング
１４…べローズ、１５…真空室、１６…大気室
２２…２０％等電位線、２４…４０％等電位線、２６…６０％等電位線、２８…８０％等電位線
３１…連結フランジ管、３１ａ…接合部、３１ｂ…大気外面電界緩和リング、３１ｃ…真空内面電界緩和リング
２１２…２０％等電位線、２１４…４０％等電位線、２１６…６０％等電位線、２１８…８０％等電位線

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極を格納する真空容器のろう付け構造を有する真空コンデンサであって、
前記真空容器は、
前記一対の電極のうち一方の電極が支持される一方の導体と、
前記一対の電極のうち他方の電極が支持される他方の導体と、
前記一対の電極と同軸に前記他方の導体と接合するフランジ管と、
前記一対の電極と同軸に備えられるセラミック管と、
このセラミック管を前記一方の導体若しくは前記フランジ管と連結させる連結フランジ管と、
を有し、
前記連結フランジ管は、ＡｇＣｕＴｉ系、ＡｇＣｕＩｎＴｉ系またはＡｇＣｕＳｎＴｉ系の金属を用いた活性金属ろう付により前記セラミック管と接合する接合部を備えたことを特徴する真空コンデンサ。

【請求項2】

前記一方の電極は、前記一方の導体に固定される固定電極であり、
前記他方の電極は、前記真空容器の軸方向に移動可能な可動電極であること
を特徴する請求項１に記載の真空コンデンサ。

【請求項3】

前記接合部の外側及びまたは内側には、電界緩和リングが配置されたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の真空コンデンサ。

【請求項4】

前記セラミック管は、アルミナ９９．５～９９．９７％のセラミックからなることを特徴とする請求項１または２に記載の真空コンデンサ。