JPH0897087A - 真空コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒状電極板から成る固定電極１５と可動電
極１６の可動電極１６側を傾かないで軸線方向に移動さ
せ、安定した耐電圧、静電容量特性を得るとともに、小
形化を図り、且つ高周電流による温度上昇を抑えること
を目的とする。 【構成】 固定と可動の両電極取付導体１３と１８の一
方にガイドピン１、他方にガイド部５を設けて電極板の
傾のない移動を可能とし、静電容量を調整する調整部
は、ベローズ１９内に設けて全長の長さを短縮し、ねじ
受部３１の内周面に回転摺動子を固設して、摺動子片３
５ｂを調整ナット３３と摺動接触させ、発熱したベロー
ズの熱を、輻射により、３２，３３，３５，３１を介し
て可動側端板１４で放熱させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大電力送信機の発振回
路、半導体製造装置用の高周波電源、あるいは誘導加熱
装置のタンク回路等に用いられる真空コンデンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の一般的な可変形真空コンデ
ンサの基本構成の断面図で、例えば、セラミック等の絶
縁円筒１２の両端側に銅製の円筒管１１ａ，１１ｂを接
合して円筒部を形成し、この円筒部を固定側端板兼固定
電極取付導体１３と可動側端板１４とで閉塞して、コン
デンサ部を収容する真空容器１０を形成している。

【０００３】固定電極取付導体１３の内側には、径（半
径）の異なる複数の円筒状電極板Ｆ₁，Ｆ₂，…Ｆ_nを同
心円状に一定間隔をもって取り付けて固定電極１５を形
成しており、また、この固定電極１５の各電極板間の間
隙内に、非接触状態で挿出入できるように、内径の異な
る複数の円筒状電極板Ｍ₁，Ｍ₂…Ｍ_nを可動電極取付導
体１８に設けて可動電極１６を形成している。

【０００４】可動電極取付導体１８には、可動リード１
８′が設けられ、この可動リード１８′は、可動側端板
１４を貫通して設けた軸受１７に回動不能で上下動自在
に支承され、可動電極１６を真空容器の外部から軸線方
向に移動させる。１９はベローズで、一端が可動側端板
１４及び軸受１７とロー付けされ、他端側が可動リード
１８′又は可動側端板１８にロー付けされ、軸受１７と
可動リード１８′の摺動部ならびに軸受１７の可動側端
板１４の貫通部を覆い、真空漏れを防止しながら、可動
リードの上下動ができるようにしている。

【０００５】なお、真空容器１０の円筒部は、全体をセ
ラミック等による絶縁円筒で形成してもよい。要は、固
定電極と可動電極とを電気的に絶縁されればよい。

【０００６】このように構成した真空コンデンサで、そ
の静電容量の調整を行う場合は、可動電極と固定電極に
課電し、可動リード１８′を静電容量調整手段（図４参
照）により可動リードの軸線方向に移動させて固定電極
１５と可動電極１６との対向面積を変え、両電極１５，
１６間に生ずる静電容量の値を連続的に変化させる。

【０００７】以上のように静電容量を調整する場合、可
動電極１６を可動リードの軸線方向に移動して固定電極
１５との対向面積を可変して行うものであるが、固定電
極と可動電極とは、夫々径の異なる複数の円筒状電極板
を互いに非接触状態で、一定間隔を保ったまま可動電極
を移動させなければならない。

【０００８】即ち、固定側と可動側の円筒状電極板間の
間隔は狭いため、非接触で、且つ平行状態を保ったまま
可動電極を移動させる必要があり、このため、軸受１７
と可動リード１８′の寸法公差を厳しくする必要があ
る。公差が緩いと、可動リードと軸受の摺動部が円筒状
電極板と離れた位置（下側）にあるので、可動リードと
軸受のわずかな間隙でも、可動側の円筒状電極板の傾き
は大きくなり、静電容量および耐電圧特性が不安定なも
のとなる。

【０００９】そこで、可動リードと軸受との摺動部の公
差を厳しくすると、この摺動部は大気中にあるため、塵
や埃等の浸入により、摺動性が阻害される、という問題
があり、本願の出願人は、図４に示すように、固定電極
取付導体１３の固定電極軸心部にガイドピン１（又はガ
イド部５）および可動電極取付導体１８の可動電極軸心
部に、ガイドピンを挿入して案内するガイド部５（又は
ガイドピン１）を設けて上記の課題を解決した。

【００１０】即ち、固定電極取付導体１３の内側で円筒
状電極Ｆ₁〜Ｆ_nの同心部に、円筒状電極板の軸線に沿っ
てガイドピン１を設けるとともに、可動電極取付導体１
８側にこのガイドピン１を挿入するガイドピン挿入孔を
有するガイド部５を設け、該ガイドピン挿入孔に電気的
絶縁を保ってガイドピンを摺動自在に挿入し、前記可動
電極をガイドピンで案内して移動させるようになし、固
定側の円筒状電極板と一定間隔を保ちながら、可動側の
円筒状電極板を移動させ、可動リードの傾きに起因する
耐電圧、静電容量の不安定さをなくしたものである。こ
の場合可動側端板１４には軸受が不要となるため、可動
リード２の導出口１４′は大きくとれる。

【００１１】なお、固定電極１５と可動電極１６とは電
気的に絶縁されなければならないので、ガイドピン１と
ガイド部５とは電気的に絶縁されなければならないが、
この絶縁手段は、摺動の円滑性を阻害しないように行う
必要がある。それにはガイドピン１およびガイド部５の
いずれか一方を絶縁材料で構成する必要がある。摺動性
の円滑を保つためにガイドピン１をセラミック、特にア
ルミナによるセラミックで形成し、ガイド部５をリン青
銅で形成することを好適とし、また、ガイドピン１を金
属性にし、その表面に滑性の優れたナイロン樹脂をコー
ティングしても絶縁を保ちながら円滑な摺動を確保する
ことができる。

【００１２】図４は静電容量調整手段２０を設けた例の
断面図で、該静電容量調整手段２０は、可動リードの自
由端２ａ側に穿設されたねじ部２ｃと、このねじ部２ｃ
に螺合するねじ部２３ａを有する静電容量調整ねじ２３
と、一端側が可動側端板１４に取り付けられた静電容量
調整用のねじ受部２１とにより構成され、このねじ受部
２１の他端側にスラストベアリング２２を介して回転自
在に静電容量調整ねじ２３を取り付ける。２３ｂは調整
ねじ２３の操作部で、この操作部２３ｂを手動又はモー
タ等で回転して可動リード２を介して可動電極１６を上
下に移動する。

【００１３】なお、可動リード２を回動不能で、上下動
自在とする手段は、ガイドピン１とガイド部５の摺動面
の一方にキー溝、他方にキーを設けることで実現でき
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図４のように円筒状電
極板Ｍ₁〜Ｍ_nを取り付けた可動電極取付導体１８を、真
空容器の中の円筒電極板の中心部に設けた案内ガイドピ
ンで案内して移動させるので、可動電極１６は可動リー
ド２の軸線方向に正確に移動し得るとともに、この案内
部は真空容器内にあるため塵や埃等の浸入は無く、摺動
性も阻害されることがない等の優れた効果を発揮する。

【００１５】しかし、これを製品化する場合はいくつか
の課題が残されている。その一つは小形化と安価な製品
の開発であり、また、真空コンデンサのように、高周波
電流を流す場合の発熱による高温加熱の処理の課題であ
る。

【００１６】真空コンデンサを実際に使用する場合は、
図４に示すように固定電極取付導体１３と可動側端板１
４に、固定側に外部接続導体２５および可動側に外部接
続導体２６を夫々取り付けてこの外部接続導体２５，２
６を外部回路（図示省略）に接続し、高周波電圧を印加
する。真空コンデンサに高周波電圧が印加されると、高
周波電流Ｉ_C1，Ｉ_C2が矢印のように流れる。この高周波
電流により真空コンデンサは発熱し、表面温度は後述す
る図２のように加熱昇温される。

【００１７】特に、通電路が長く、且つ通電する部分の
断面積が小さいベローズ１９の部分の発熱が大きくな
る。このベローズ１９の部分が発熱すると、ベローズの
寿命を短くし、且つ、その熱の輻射ｈにより熱は可動リ
ード２に伝わり、それに連結されている調整ねじ２３が
加熱し、更に外部操作用のモータと連結する絶縁性のカ
ップリングを熱的に破壊してしまうという課題が発生し
た。

【００１８】また、図４に示された真空コンデンサの場
合、最大静電容量は、可動電極１６が固定電極１５の内
部に最も深く進入した位置であり、ガイドピン１の先端
１ａがガイドピン挿入孔３の穴底部３ａに突き当たった
位置で決まる。また、最小静電容量は、調整ねじ２３を
回転して可動リード２を下方に移動させ、その自由端２
ａが、ねじ受部２１の底面２１ａに突き当たった位置で
決まる。

【００１９】従って、静電容量の可変（調整）範囲が広
く要求されると、可動リード２の移動距離ｌ′が長くな
り、可動リード２をｌ′だけ移動させるのにねじ部２３
ａの先端部２３ｃと可動リード底部２ｂの距離ｌをｌ≧
ｌ′とする必要があり、真空コンデンサの全長方向に対
して２ｌ′の空間が必要となり、全長が長くなるという
課題が残されていた。

【００２０】そこで、本発明はこの発熱による影響を低
減しベローズ部分および調整ねじ部分の機械的寿命を長
くするとともに、小形化を図ってコストの低減を期する
ことを目的とするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、円筒部の一端側に固定側
端板、他端側に可動側端板を有する真空容器と、該真空
容器内に、同心円状で径の異なる複数の円筒状電極板を
固定電極取付導体に同心状に取り付けて形成した固定電
極と、この固定電極の各円筒状電極板間に非接触状態で
挿出入できるように径の異なる複数の円筒状電極板を可
動電極取付導体に同心状に取り付けて形成した可動電極
と、該可動電極を前記真空容器の可動側端板の外部から
円筒状電極板の軸線方向に移動させる可動リードと、該
可動リードの外周側で前記可動側端板の内側に設けら
れ、真空状態を保持した状態で可動リードの移動を可能
とするベローズと、前記固定電極取付導体と可動電極取
付導体の相対向する面の中心部に夫々設けられたガイド
ピン、このガイドピンを電気的に絶縁して摺動自在に挿
入するガイド部とで形成した案内部を備えて成る真空コ
ンデンサであって、前記ベローズ内において可動リード
の先端部に可動リードボルトを軸線方向に取り付け、且
つ前記可動側端板には、その内側でベローズ内に突出し
たねじ受部を設けてその端部に軸受を設け、前記可動リ
ードボルトを軸受に支持された調整ナットに螺合して該
調整ナットの回転操作によりコンデンサの静電容量を調
整するとともに、前記ねじ受部の内側に回転摺動子を取
り付け、その摺動面を調整ナットに摺動自在に接合して
調整ナットの熱を可動側端板を介して放熱するようにす
る。

【００２２】

【作用】本発明は以上のように、可動リードにベローズ
内で直接可動リードボルトを接続するようにしたので、
ねじ受部を可動側端板の内側のベローズ内に配置するこ
とが可能となり、可動リードボルトの移動距離ｌはねじ
受部の底の外面３１ａに可動リードボルト接続部３２ａ
が突き当たるまでであり、静電容量を調整する調整部は
真空コンデンサの固定側端板（固定電極取付導体１３）
と可動側端板１４内に配置でき、小形化が実現できる。

【００２３】また、高周波電流がベローズを流れて発熱
したベローズの熱は、輻射により可動リードボルト３２
に伝わり更に調整ナット３３に伝導し、回転摺動子３
５、ねじ受部３１を介して可動側端板１４により放熱さ
れ、静電容量調整手段に伝導する熱は減少される。

【００２４】

【実施例】以下本発明を図面に示す一実施例に基づいて
説明する。図１は本発明の一実施例の構成図で、縦断正
面図を示している。なお、図４と同じ部分又は相当部分
にはこれと同じ符号を付して説明を省略する。

【００２５】図１において、３１はねじ受部で、該ねじ
受部３１は、可動側端１４の内側に立設され、内端部に
鍔部３１ａが設けてある。３２は外周にねじが螺設され
た可動リードボルトで、一端側は可動リード２を短くし
たその先端部に取り付けられ、他端側は軸線に沿って前
記鍔部３１ａ内の空隙を遊貫してねじ受部３１内に突出
されている。３３は調整ナットで、可動リードボルト３
２が螺合するねじ孔を有し、その一端側はねじ受部３１
内に突出した可動リードボルト３２の端部に螺合し、ベ
アリング等の軸受３４を介して鍔部３１ａの内底に回転
自在に取り付けられ、静電容量調整手段により回転操作
される。この静電容量調整手段は、手動又は図４の静電
容量調整手段による。

【００２６】３５は回転摺動子で、ケース３５ａと、該
ケース３５ａ内に弾装された摺動子片３５ｂから構成さ
れ、ケース３５ａは内溝を有する円筒状、若しくは断面
コ字状のケース片から成り、ねじ受部３１の内周面に固
着されている。また、摺動子片３５ｂは熱伝導が良く、
弾性を有するばね片（例えば、リン青銅又は薄い銅板）
から成り、ケース３５ａ内に弾装され、その摺動面は調
整ナットの外周面に弾接し、調整ナット３３を回転した
とき外周面と摺動接触して、調整ナット３３の熱を摺動
子片３５ｂ−ケース３５ａ−ねじ受部３１を介して可動
側端板１４に伝導する。

【００２７】なお、摺動子片としては、片状のもの又は
ブラシ状のものなどが使用される。また、図１の実施例
においては、ねじ受部は内端にフランジを有する円筒状
で形成した場合であるが、円筒状にかぎらず、逆Ｌ字状
の取付片を可動側端板に複数片立設して形成してもよ
い。

【００２８】静電容量の調整は、調整ナット３３を回転
することにより、例えば右回転では可動リードボルト３
２が下方に移動し、左回転では上方に移動し、可動電極
１６を上下動させ、固定電極１５との対向面積を可変し
て静電容量を調整する。

【００２９】真空コンデンサでは、真空との差圧によ
り、常に可動リードボルト３２を上方（固定電極側）に
押し上げる力が作用し、この可動リードボルト３２に螺
合している調整ナット３３もその力を受け、ねじ受部３
１には面圧が生じ、調整ナット３３を回転させるには、
大きな回転トルクを必要とするが、本発明では、ベアリ
ング等の軸受３３が調整ナット３３とねじ受部３１との
間に装着しているので、調整ナット３３の回転操作は、
小さい回転トルクで可能となる。

【００３０】また、ねじ受部３１を、可動側端板１４に
対して真空コンデンサの内部方向に配置したので、可動
リードボルト３２の移動距離ｌは、ねじ受部の鍔部３１
の底の外面３１ａに、可動リードボルト３２の接続部３
２ａが突接するまでとなり、図４のｌ′の距離は不用と
なり、真空コンデンサの全長が短縮される。

【００３１】また、回転摺動子を設けることにより、ベ
ローズ１９よりの輻射により受けた熱は、可動リードボ
ルト３２−調整ナット３３−回転摺動子３５−ねじ受部
３１と順次伝導して可動側端板１４に伝わり、この可動
側端板１４および外部接続導体２６（図４）によって放
熱される。従って、調整ナット３３に連設される静電容
量調整手段に伝導される熱は減少し、また、ベローズの
著しい加熱は防止される。

【００３２】図２は真空コンデンサに、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電流を流した場合の電流値−表面温度特性図
で、横軸に通電電流Ｉ_(A)，縦軸に表面温度（℃）を採
ったものである。同図においてＡ曲線は図４の回転摺動
子のない真空コンデンサの円筒管１１ｂの表面温度、Ｂ
曲線はねじ操作部２３ｂ部分の温度を示し、また、Ｃお
よびＤ曲線は夫々本発明の回転摺動子を設けた場合の円
筒管１１ｂの外周およびねじ操作部２３ｂ部分の温度を
示している。

【００３３】図２から明らかなように本発明によれば、
円筒管１１ｂの外周と操作部２３ｂ部分の温度はほぼ同
じ温度になり、しかも、著しい発熱は無くなる。

【００３４】本発明によるＣ，Ｄ曲線が回転摺動子を設
けないときの円筒管１１ｂの温度より高くなるのは、ヒ
ートパイプから可動側端板に熱が伝導される分、円筒管
に熱が伝導されるためである。

【００３５】なお、図１の実施例はベローズ１９を可動
リード２に取り付けた場合であるが、可動電極取付導体
１８に取り付けてもよく、また、この実施例はガイド部
５は可動リード２と一体に形成した場合の側であるが、
可動電極取付導体１８と一体又は別個に設けてもよく、
またガイドピン１は可動電極取付導体側に、ガイド部は
固定側端板１３側に取り付けてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明は、静電容量を調整
する調整部を、ベローズ内に設けるようにしたので、真
空コンデンサの全長が短縮でき、それに伴って真空コン
デンサを組み込んだ装置およびそのケース全体が小形化
でき、装置全体としてのコストの低減が図れる。

【００３７】更に、ねじ受部の内周に回転摺動子を設け
たので、真空コンデンサを外部回路に接続して通電し、
ベローズ部分が発熱しても、この回転摺動子が調整ナッ
トの熱をねじ受部を介して可動側端板より放熱するの
で、ベローズ部分の著しい加熱は防止される。従って、
ベローズの機械的寿命がのび真空コンデンサの信頼性が
向上する。

【００３８】また、ベローズ部分からの輻射熱を低減す
ることにより、ねじ操作部の著しい加熱が防止され、従
来のように、外部の操作用モータと連結する絶縁性のカ
ップリングを熱的に破壊することを防止できる。

【００３９】更に、許容温度からみて、従来の真空コン
デンサより大電流の通電が可能となる、等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図。

【図２】通電電流−表面温度特性図。

【図３】真空コンデンサの基本構成図。

【図４】本発明を説明するための真空コンデンサの断面
図。

【符号の説明】

１…ガイドピン ２…可動リード ２ａ…自由端部 ３…ガイド挿入孔 ５…ガイド部 １０…真空容器 １１ａ，１１ｂ…円筒管 １３…固定電極取付導体 １４…可動側端板 １５…固定電極 １６…可動電極 １８…可動電極取付導体 １９…ベローズ ２０…静電容量調整手段 ２１…ねじ受部 ２３…調整ねじ ２３ａ…ねじ部 ２３ｂ…操作部 ２５，２６…外部接続導体 ３１…ねじ受部 ３２…可動リードボルト ３３…調整ナット ３４…軸受 ３５…回転摺動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒部の一端側に固定側端板、他端側に
   可動側端板を有する真空容器と、該真空容器内に、同心
   円状で径の異なる複数の円筒状電極板を固定電極取付導
   体に同心状に取り付けて形成した固定電極と、この固定
   電極の各円筒状電極板間に非接触状態で挿出入できるよ
   うに径の異なる複数の円筒状電極板を可動電極取付導体
   に同心状に取り付けて形成した可動電極と、該可動電極
   を前記真空容器の可動側端板の外部から円筒状電極板の
   軸線方向に移動させる可動リードと、該可動リードの外
   周側で前記可動側端板の内側に設けられ、真空状態を保
   持した状態で可動リードの移動を可能とするベローズ
   と、前記固定電極取付導体と可動電極取付導体の相対向
   する面の中心部に夫々設けられたガイドピン、このガイ
   ドピンを電気的に絶縁して摺動自在に挿入するガイド部
   とで形成した案内部を備えて成る真空コンデンサであっ
   て、 前記ベローズ内において可動リードの先端部に可動リー
   ドボルトを軸線方向に取り付け、且つ前記可動側端板に
   は、その内側でベローズ内に突出したねじ受部を設けて
   その端部に軸受を設け、前記可動リードボルトを軸受に
   支持された調整ナットに螺合して該調整ナットの回転操
   作によりコンデンサの静電容量を調整するとともに、前
   記ねじ受部の内側に回転摺動子を取り付け、その摺動面
   を調整ナットに摺動自在に接合して調整ナットの熱を可
   動側端板を介して放熱するようにしたことを特徴とする
   真空コンデンサ。