(57)【要約】【課題】より高い電圧に達することが可能な電極及び該電極を備える真空コンデンサ。【解決手段】本発明の真空コンデンサ用の電極ユニットは、高さＨを有する帯状コンデンサプレートを備え、当該帯状コンデンサプレートは、最大直径がＤｍａｘで、かつ連続する回転の間の距離が一定で、螺旋状に巻かれており、当該帯状コンデンサプレートは、支持部分に取り付けられた第１の長手方向縁部と、第２の長手方向縁部と、を含み、当該第２の長手方向縁部は、解放されており、当該螺旋の外側端部において、当該第１の長手方向縁部と当該第２の長手方向縁部は、当該第１の長手方向縁部が当該第２の長手方向縁部よりも長くなるように、傾斜縁部によって接続されており、当該傾斜縁部は、当該帯状コンデンサプレートの長手方向軸と、角度αｍａｘ＝（４５°・π／１８０°）以下の角度αを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さＨを有する帯状コンデンサプレート（１１、２１）を備える電気的真空コンデンサ用の電極ユニット（１０、２０）であって、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）が、最大直径がＤｍａｘで、かつ連続する回転の間の距離が一定で、螺旋状に巻かれており、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）が、支持部分（１２）に取り付けられた第１の長手方向縁部（１１ａ、２１ａ）と、第２の長手方向縁部（１１ｂ、２１ｂ）と、を含み、前記第２の長手方向縁部（１１ｂ、２１ｂ）が、解放されている、電極ユニット（１０、２０）であって、
前記螺旋の外側端部において、前記第１の長手方向縁部（１１ａ、２１ａ）と前記第２の長手方向縁部（１１ｂ、２１ｂ）が、前記第１の長手方向縁部（１１ａ、２１ａ）が前記第２の長手方向縁部（１１ｂ、２１ｂ）よりも長くなるように、傾斜縁部（１１ｃ、２１ｃ）によって接続されており、前記傾斜縁部（１１ｃ、２１ｃ）が、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）の長手方向軸（Ｂ）と、角度αｍａｘ＝（４５°・π／１８０°）以下の角度αを形成している、
ことを特徴とする、電極ユニット（１０、２０）。
【請求項２】
角度αが、角度αｍｉｎ＝γ・ｔａｎ−１（２Ｈ／（π・Ｄ））以上であり、γが、１．０以上の実数である、請求項１に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項３】
前記支持部分（１２）が、銅、銀、アルミニウム、又はそれらの合金で作られており、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）が、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金で作られている、請求項１又は２に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項４】
αｍａｘが、（３５°・π／１８０°）に等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項５】
αｍａｘが、（２３°・π／１８０°）に等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項６】
前記傾斜縁部（１１ｃ、２１ｃ）が、前記第１の長手方向縁部（１１ａ、２１ａ）及び／又は前記第２の長手方向縁部（１１ｂ、２１ｂ）への移行部において丸みを帯びている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項７】
前記支持部分（１２）が、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）の連続する２つの回転によって形成された空間に配置された、螺旋状の案内縁部（１３）を含み、前記案内縁部（１３）の幅は、前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）の連続する２つの回転の間の距離に対応する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項８】
前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）が、ろう付けによって前記支持部分（１２）に取り付けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）。
【請求項９】
真空コンデンサ（３０）であって、真空誘電媒体（３２）を収容するための囲い（３１）と、前記真空誘電媒体（３２）によって分離された第１の電極ユニット（１０、２０）及び第２の電極ユニット（１０、２０）と、を備え、前記囲い（３１）が、前記第１の電極ユニット（１０、２０）と電気的に接触する第１の導電性カラー（３３）と、前記第２の電極ユニット（１０、２０）と電気的に接触する第２の導電性カラー（３４）と、を含み、前記第１の導電性カラー（３３）及び前記第２の導電性カラー（３４）が、前記囲いの絶縁要素（３５）によって分離されており、前記第１の電極ユニット（１０、２０）又は前記第２の電極ユニット（１０、２０）のうち少なくとも一方が、請求項１から８のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）である、真空コンデンサ（３０）。
【請求項１０】
前記真空コンデンサが、２つの接続する同軸に向き付けられた、請求項１から８のいずれか一項に記載の電極ユニット（１０、２０）を備え、前記帯状コンデンサプレートの前記螺旋が、キラルである、請求項９に記載の真空コンデンサ（３０）。
【請求項１１】
前記少なくとも一方の電極ユニット（１０、２０）の前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）及び前記支持プレート（１２）が、第１のろう材（３８）を用いて互いに対して取り付けられており、前記第１の導電性カラー（３３）及び前記第２の導電性カラー（３４）が、それぞれ第２のろう材（３９）を用いて前記囲い（３１）の前記絶縁要素（３５）の両端に取り付けられており、前記第１のろう材（３８）及び前記第２のろう材（３９）が、オーバーラップしない溶融範囲を有するように選択された、請求項９又は１０に記載の真空コンデンサ。
【請求項１２】
前記第１のろう材（３８）が、前記第２のろう材（３９）と同程度により高い溶融温度を有する、請求項１１に記載の真空コンデンサ。
【請求項１３】
一方の電極ユニット（１０、２０）の前記帯状コンデンサプレート（１１、２１）及び前記支持プレート（１２）が、第１のろう材（３８）を用いて互いに対して取り付けられており、他方の電極ユニット（１０’、２０’）の前記帯状コンデンサプレート（１１’、２１’）及び前記支持プレート（１２）が、第３のろう材を用いて互いに対して取り付けられており、前記第１の導電性カラー（３３）及び前記第２の導電性カラー（３４）が、それぞれ第２のろう材（３９）を用いて前記囲い（３１）の前記絶縁要素（３５）の両端に取り付けられており、前記第１のろう材、前記第２のろう材、及び前記第３のろう材が、互いにオーバーラップしない溶融範囲を有するように選択された、請求項９又は１０に記載の真空コンデンサ。
【請求項１４】
２つの前記電極ユニット（１０、２０）のうち少なくとも一方の位置を変更することを可能にするための、ベローズ及び移動システムをさらに備える、請求項９から１３のいずれか一項に記載の真空コンデンサ（３０）。
【請求項１５】
２つの前記電極ユニット（１０、２０）の前記帯状コンデンサプレートの面のオーバーラップが、固定されている、請求項９から１３のいずれか一項に記載の真空コンデンサ（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空コンデンサの分野に関する。より正確には、本発明は、第１の態様において、真空コンデンサ用の電極ユニットに関する。この電極ユニットは、銅などの熱伝導性の高い材料で作られた支持部分と、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金などの高融点金属で作られた螺旋状に巻かれた帯状コンデンサプレートとを含む。本発明の電極ユニットは、真空コンデンサの内部でより高い電圧に達することを可能にする。第２の態様において、本発明は、本発明による少なくとも１つの電極ユニットを含む、真空コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空コンデンサは、従来技術において周知であり、高周波と高出力の両方が必要とされる用途において使用される。一般的な用途には、例えば、高出力の無線周波数伝送における使用のための発振回路、並びに半導体、ソーラーパネル及びフラットパネルディスプレイの製造における使用のための高周波電力供給が含まれる。
【０００３】
上述したように、真空コンデンサは、例えばプラズマコーティング及びエッチングプロセスであって２７．１２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、６．７８ＭＨｚ又は別の無線周波数電源で電力を使用するものなどの、半導体産業における用途で一般的に使用される。非常に一般的に、真空コンデンサは、同調素子として使用され、（出力インピーダンス５０Ωの）無線周波数発生器から、動的負荷（すなわち、可変インピーダンス）のプラズマ処理チャンバへの最適な電力伝送を保証する、インピーダンス整合器又は他の機器の内部に統合される。これらのインピーダンス整合器をますます高い電力で使用することができて、その結果、より高い動作電圧となることが、望まれている。コンデンサの又はコンデンサが配置される機器のサイズを増大させることなく、より高い出力を達成しなければならないため、電力密度は、必ず増大することになる。６．７８ＭＨｚより低い周波数、及びさらには４ＭＨｚより低い周波数での電力供給が一層多くなりつつあり、それによって、同一公称電力の電力用途に真空コンデンサを使用する場合であっても、これらの周波数でのそれらのインピーダンスがより高いために真空コンデンサの電圧がより高くなるという事実によって、この傾向は、さらに深刻になる。
【０００４】
最新技術の真空コンデンサは、誘電媒体によって分離された２つ以上の銅電極又は電極ユニットを含む。銅は、電気損失が少ないため、概して電極又は電極ユニットのための良好な材料として見られている。非常に高いＲＦ電流によってでさえ、真空コンデンサは、熱伝導によって電極から囲いのカラーに、続いて単純な対流及び輻射によって囲いから周囲の雰囲気に、容易に輸送し去ることができる穏当な熱しか生成しない。しかしながら、真空コンデンサは、臨界温度に達する前に維持し得る電流によって制限され得るか、又は処理し得る信号の電圧によって制限され得る（用途電力信号周波数又はデューティサイクルに応じて、電圧か電流が最も重要な制限要因となるであろう）。最新技術の真空コンデンサは、銅電極が真空中で１ｍｍだけ分離されているとき、約２０〜２５ｋＶに耐えることができる。電極の分離を増大することによって、電圧は、さらに増加させることができるが、銅真空コンデンサのサイズは、増加するであろう。
【０００５】
上で既に述べたように、銅は、真空コンデンサの非常に高い定格電流を可能にするから、好ましい電極材料である。ほとんどの真空コンデンサは、１３．５６ＭＨｚの公称電流について定格とされる。その定格電流値は、例えば、１３．５６ＭＨｚで９４ＡＲＭＳであり得る。だが、コンデンサのサブ部品（電極、カラー、ベローなど…）の幾何学的形状と、熱伝達の配置とに応じて、その値は、著しくより大きいか、又は著しくより小さい場合がある。定格電流は、特定の周波数について、又は周波数範囲にわたってＩｍａｘ（周波数）曲線として、与えられる。１３．５６ＭＨｚの周波数は、産業用の工程の標準である。しかしながら、場合によっては、６．７８ＭＨｚ、２ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、又はさらには他の周波数などの、他の周波数が、様々な用途で使用される。銅部品の周波数依存性の電気抵抗率を結果としてもたらす、表皮効果現象の周波数依存性のせいで、定格電流は、これら他の周波数で異なる。
【０００６】
銅のほかに、真空コンデンサ電極用の他の金属も、満足のいく特性を与えることが知られている。例えば、国際公開第２０１２／０００５３２号パンフレットは、改善された耐電圧能力を有する真空コンデンサ用のアルミニウム電極を提案している。別の例は、代替電極材料としてステンレス鋼などの高融点の硬質材料を開示している、特開平１１−２７３９９８号公報に見出される。
【０００７】
銅以外の真空コンデンサ電極用材料は、真空コンデンサの高電圧性能を改善し得る。コンデンサの電圧性能を、そのコンデンサのサイズを増大させる必要なく、かつキャパシタンス値を減少させる必要なく向上させることは、重要な特徴であり、そのため、銅を他の材料で置き換えることが、有利であり得る。これは、「電流が決定的に重要」ではなくむしろ「電圧が決定的に重要」である、低デューティサイクルのパルス電力又は１３．５６ＭＨｚより実質的に低い周波数の連続波電力などの用途で特に有利である。理由としては、低デューティサイクルのパルス電力で動作するときに生成される熱／排出される熱の全体的な比率がより良好であることと、より低い周波数での表皮効果係数がより好ましいことが挙げられる。
【０００８】
真空コンデンサをコンパクトにする、すなわち所与の容積内でキャパシタンスを発生する面を最大化するために、真空囲い内部の電極は、典型的には以下の２種類となる。例えば米国特許第３６１１０７５号明細書に開示されているような同心円筒、又はスイス特許第５９８６８７号明細書に提示されているような交互に配置された螺旋状の電極。螺旋状の電極は、一対の接続する電極が自己センタリングするとい追加的な利点を有する。これは、交互に配置された電極表面の間の距離が、全体にわたって正確に等しい距離にあることを意味する。
【０００９】
真空コンデンサの場合、誘電媒体は、真空である。真空コンデンサは、典型的には、高真空（１０−６Ｔｏｒｒ未満）又は超高真空（１０−９Ｔｏｒｒ未満）を必要とする。真空は、本出願では囲いとも呼ばれる、気密ハウジングの内部で維持される。典型的なハウジングは、典型的には銅で作られた、金属カラーと堅く接合された、多くの場合セラミック円筒である絶縁要素を含み得、それによって、コンデンサの動作寿命の間、囲い内部の高真空を維持できるように気密シールが保証され得る。最も一般的な接合技術は、ろう材に応じて最大８００℃のろう付け温度を必要とし得る、ろう付け工程である。このろう付けステップは、これまで、銅などの熱伝導性の高い材料で作られた支持部分を有する電極ユニット、及びステンレス鋼、モリブデン、タンタル又はタングステンなどの高融点材料で作られた螺旋状に巻かれた帯状コンデンサプレートの使用を妨げた。銅で作られた既知の電極ユニットの、螺旋状に巻かれた帯状コンデンサプレートを、高融点材料で作られたコンデンサプレートに取り替えるだけの場合、コンデンサは、真空コンデンサの組立て中、正確にはろう付け工程中に崩壊する。それぞれ真空コンデンサであるそのような電極ユニットは、崩壊のせいで、信頼性をもって使用することができない。
【００１０】
とはいえ、上述したように、高融点材料で作られた帯状コンデンサを特徴とする真空コンデンサ用の電極ユニット、及び１つ以上のそのような電極ユニットを含む真空コンデンサは、数多くの利点を有する。したがって、本発明の目的は、新規な電極ユニットであって、それのおかげで真空コンデンサの組立て工程のろう付けステップ中に崩壊するリスクが回避されるものを提案することである。また、高融点材料で作られた帯状コンデンサプレートを有する電極ユニットのおかげで、より高い動作電圧に耐えることができる真空コンデンサを提案することも、本発明の目的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０００５３２号パンフレット
【特許文献２】特開平１１−２７３９９８号公報
【特許文献３】米国特許第３６１１０７５号明細書
【特許文献４】スイス特許第５９８６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の構成要素は、真空コンデンサ用の新規な電極ユニット及び新規な真空コンデンサであって、それらによって既知のシステムの上述の欠点が完全に克服されるか又は少なくとも大幅に低減されるものを提案するものである。
【００１３】
本発明の要素は、特に、熱伝導性の高い材料で作られた支持部分と、高融点金属で作られた螺旋状に巻かれた帯状コンデンサプレートと、を含む真空コンデンサ用の電極ユニットであって、真空コンデンサの組立て工程のろう付けステップ中に電極ユニットの崩壊を回避することを可能にするものを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、この構成要素は、２つの独立請求項の要素によって実現される。さらに、従属請求項及び説明によって、さらなる有利な実施形態が続く。
【００１５】
特に、本発明の目的は、高さＨを有する帯状コンデンサプレートを備える電気的真空コンデンサ用の電極ユニットであって、当該帯状コンデンサプレートは、最大直径がＤｍａｘで、かつ連続する回転の間の距離が一定で、螺旋状に巻かれており、当該帯状コンデンサプレートは、支持部分に取り付けられた第１の長手方向縁部と、第２の長手方向縁部と、を含み、当該第２の長手方向縁部は、解放されており、当該螺旋の外側端部において、当該第１の長手方向縁部と当該第２の長手方向縁部は、当該第１の長手方向縁部が当該第２の長手方向縁部よりも長くなるように、傾斜縁部によって接続されており、当該傾斜縁部は、当該帯状コンデンサプレートの長手方向軸と、角度αｍａｘ＝（４５°・π／１８０°）以下の角度αを形成している、電極ユニットによって達成される。
【００１６】
本発明者らは、コンデンサプレートの傾斜縁部とその長手方向軸との間の角度αがαｍａｘ＝（４５°・π／１８０°）以下であることによって、銅、銀、アルミニウム、それらの合金などの熱伝導性の高い材料で作られた支持プレートと、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金などの高融点金属で作られた帯状コンデンサプレートと、を有し、真空コンデンサの製造工程で使用されるろう付け工程中に崩壊しない電極ユニットを提供することが可能になることを見出した。これは、熱伝導性の高い支持プレートが、最適な熱輸送を可能にする一方で、列挙された材料のうち１つで作られたコンデンサプレートが、真空破壊が起きる前により高い電圧に達することを可能にするから、非常に有利である。シミュレーションは、当技術分野で知られている電極ユニットの故障の原因である、温度変動に起因するミーゼス応力を、αの適切な値によって回避するか又は少なくとも大きく減少させることができることを示している。
【００１７】
本発明の第１の好ましい実施形態では、角度αは、角度αｍｉｎ＝γ・ｔａｎ−１（２Ｈ／（π・Ｄ））以上であり、式中、γは、１．０以上の実数である。この角度により、半回転に達する前に、最も外側の螺旋が他の巻回の全高Ｈまで延びて、対電極ユニットとの十分な接続を確実にすることが、保証される。したがって、対電極ユニットは、接続する電極ユニットとも呼ばれる。
【００１８】
１．０より大きい係数γは、後で中に配置される電極ユニットのための利用可能な容積を使用するために、コンデンサプレートの最も外側の巻回の形状を最適化するようにさらに有利に選択することができる。実際、（これらの電極ユニットが目的としている）真空コンデンサは、典型的には、ポンプダウンがより容易な、小さな容積を有することが要求される。小さな容積の真空コンデンサについての別の要件は、それらが、多くの場合、インピーダンス整合器などの機器部品であって、それ自体が限られた容積を有するものに組み込まれるということである。したがって、真空コンデンサの囲いの内部の容積は、効率的に使用されるべきである。１より大きい係数γを選択することにより、そうでなければ無駄となる容積を、キャパシタンスを生み出す追加の金属で満たすことが可能になる。
【００１９】
第２の好ましい実施形態では、当該支持部分は、銅、銀、アルミニウム、又はそれらの合金で作られており、当該帯状コンデンサプレートは、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金で作られている。これにより、銅の支持部分のおかげで熱流が大きく、かつ帯状コンデンサプレートの材料のおかげで真空破壊電圧が高い電極ユニットを、真空コンデンサの組立て中に崩壊するリスクなしに提供することができる。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、αｍａｘは、（３５°・π／１８０°）に等しい。これにより、真空コンデンサの製造工程のろう付けステップ中の電極ユニットの帯状コンデンサプレートの変形が小さくなることを確実にする。
【００２１】
本発明の別の好ましい実施形態では、αｍａｘは、（２３°・π／１８０°）に等しい。真空コンデンサの製造工程のろう付けステップ中の電極ユニットの帯状コンデンサプレートの変形は、さらに小さくなる。これにより、より高い精密さの真空コンデンサを製造することができる。（２３°・π／１８０°）以下で選択される角度αは、特に好ましい。その場合、電極ユニットの製造中に生み出される熱応力を、より柔軟なろう付け工程を可能にする高いろう付け温度に対してでさえ、小さく維持することができるからである。
【００２２】
これは、例えば約９３０℃の非常に高温の第１のろう付けステップ（例えばパラジウム合金ろう材を使用）、約８００℃の第２のろう付けステップ（銅−銀合金ろう材を使用）、及び約７０５℃の追加のろう付けステップ（適切なインジウム−銅−銀合金ろう材を使用）を含む、複数ステップろう付けを必要とする製造工程の、電極ユニットが真空コンデンサに組み込まれる場合、特に有利であり得る。上述のろう付け炉温度は、特定のろう材組成物について、示すものでありかつ有効なものである。重要なことは、炉温度は、各ろう付けステップのためのろう材の、液相線温度を超える値に達しなければならず、かつ後のろう付けステップは、以前のステップで使用されたろう材を溶融しないように、より低い温度で行われなければならないということである。ほとんどのろう材は、固相と液相が併存し得る溶融温度範囲を有する。例えば、前述の７０５℃のろう付け温度は、６３０℃の固相線温度及び７０５℃の液相線温度を有する組成Ｉｎ  １４．５％−Ａｇ  ２４％−Ｃｕ  ６１．５％のインジウム−銅−銀ろう材合金に適している。したがって、ろう付け炉を７０５℃に加熱することによって、そのろう材が完全に液化し、かつ、一緒にろう付けされる表面上をそれが流れることが可能になり、それは、冷却すると固化して、良好な金属接合を確実にする。実際には、工業用炉内の起こり得る不均一性の責任を負うために、かつ温度制御機器の可能性のある許容誤差の責任を負うために、わずかにより高いその７０５℃の温度を選択してもよいことに留意されたい。
【００２３】
（引き続き上記の例を参照する場合、８００℃）の先行するステップで使用されるろう材の溶融を回避するために、前のそのステップのろう材の固相線温度と液相線温度の両方が７０５℃を超えることが重要である。言い換えれば、２つのろう付けステップで使用されるろう材の溶融範囲は、互いにオーバーラップしてはならない。複数ステップろう付け工程は、真空コンデンサの製造工程に有利であり得る。電極ユニット（コンデンサプレート及び支持部分）は、第１のステップで独立してろう付けすることができて、それから、次いで１つ以上の後続のステップ中に電極ユニットが将来の真空コンデンサの囲いの金属カラーにさらにろう付けされる前に、（洗浄、研磨、品質評価などの）重要な表面最適化工程を経ることができて、最終的に、上記囲いの内部の容積は、真空コンデンサの真空誘電媒体を生成するためにポンプダウンされるからである。真空コンデンサ用に質的に満足のいくものでありかつ耐久性のあるろう付け接合部を有するための目的で、使用される複数のろう材の溶融範囲（すなわち、固相線温度から液相線温度までの隔たり）は、それらがオーバーラップしないように選択される。上記の段落は、先に説明した電極ユニットに関するものである。コンデンサプレート角度αを（２３°・π／１８０°）以下に選択することが有益である理由は、そのことがますます高い温度での複数のろう付けステップを可能にするという理由から、ここで理解できるからである。これは、より小さい角度値が、有益なことに、非常に大きい温度サイクルが関与するにもかかわらず、危険性がより低いミーゼス応力につながるということに起因する。
【００２４】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、傾斜縁部は、第１の長手方向縁部及び／又は第２の長手方向縁部への移行部において丸みを帯びている。これにより、コンデンサプレートの傾斜縁部と長手方向縁部との間の移行部における、真空中の電界破壊を促進し得る鋭い縁部又はスパイクを回避することが可能になる。
【００２５】
本発明のさらに好ましい実施形態では、当該支持部分は、当該帯状コンデンサプレートの連続する２つの回転によって形成された空間に配置された、螺旋状の案内縁部を含み、当該案内縁部の幅は、当該帯状コンデンサプレートの連続する２つの回転の間の距離に対応する。案内縁部のおかげで、連続する２つの回転の間の距離が一定のままであることを保証しながら、コンデンサプレートを支持部分に容易に取り付けることが、可能になる。
【００２６】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、当該帯状コンデンサプレートは、ろう付けによって当該支持部分に取り付けられている。
【００２７】
本発明の目的は、真空コンデンサであって、真空誘電媒体を収容するための囲いと、当該真空誘電媒体によって分離された第１の電極ユニット及び第２の電極ユニットと、を備え、当該囲いは、当該第１の電極ユニットと電気的に接触する第１の導電性カラーと、当該第２の電極ユニットと電気的に接触する第２の導電性カラーと、を含み、当該第１の導電性カラー及び当該第２の導電性カラーは、当該囲いの絶縁要素によって分離されており、当該第１の電極ユニット又は当該第２の電極ユニットのうち少なくとも一方は、本発明の電極ユニットである、真空コンデンサによっても達成される。
【００２８】
高融点金属で作られた帯状コンデンサプレートを有する電極ユニットのおかげで、より高い動作電圧を有する真空コンデンサを得ることができる。電極ユニットの帯状コンデンサプレートの傾斜縁部の角度の最大値は、コンデンサの絶縁囲いへの金属カラーの必要なろう付けステップ中に帯状コンデンサプレートが崩壊しないことを保証する。これまで、帯状コンデンサのこの崩壊は、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金などの高融点材料で作られた螺旋状に傷付けられた帯状コンデンサプレートを有する電極ユニットを含む真空コンデンサが利用可能でなかった理由であった。本発明による真空コンデンサのさらなる利点は、高融点材料で作られたコンデンサプレートと、真空コンデンサの多くの用途で必要とされる高い動作電流を可能にする、熱伝導性の高い金属で作られた支持プレートとの組み合わせによって与えられる。
【００２９】
本発明のこの態様の第１の好ましい実施形態では、当該真空コンデンサは、本発明による２つの接続する電極ユニットを備え、当該帯状コンデンサプレートの当該螺旋は、キラルである。これにより、螺旋状に絡み合ったコンデンサプレートを有する真空コンデンサを得ることが可能になり、一方の電極ユニットの第１のコンデンサプレートは、他方の電極ユニットのコンデンサプレートの連続する２つの回転の間の空間にある。
【００３０】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、当該少なくとも一方の電極ユニットの当該帯状コンデンサプレート及び当該支持プレートは、第１のろう材を用いて互いに対して取り付けられており、当該第１の導電性カラー及び当該第２の導電性カラーは、それぞれ第２のろう材を用いて当該囲いの当該絶縁要素の両端に取り付けられており、当該第１のろう材及び当該第２のろう材は、オーバーラップしない溶融範囲を有するように選択される。
【００３１】
これは、有利なことに、連続するろう付けステップの間に、（洗浄、研磨、品質評価などの）重要な表面最適化工程を含むことを可能にする。このような最適化工程は、動作中の真空コンデンサの可能な限り最高の電圧適合性を達成するために必要とされ得る。実際、真空中の電界破壊閾値は、主に電極表面品質（及びこれらの表面の間の良好な真空レベル）に依存する。
【００３２】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、当該第１のろう材は、当該第２のろう材と同程度により高い溶融温度を有する。これは、第１のろう材が絶縁要素への導電性カラーの取付け工程中に溶融しないことを保証するから、有利である。
【００３３】
本発明のこの態様のまたさらに好ましい実施形態では、一方の電極ユニットの当該帯状コンデンサプレート及び当該支持プレートは、第１のろう材を用いて互いに対して取り付けられており、他方の電極ユニットの当該帯状コンデンサプレート及び当該支持プレートは、第２のろう材を用いて互いに対して取り付けられており、当該第１の導電性カラー及び当該第２の導電性カラーは、それぞれ第３のろう材を用いて当該囲いの当該絶縁要素の両端に取り付けられており、当該第１のろう材、当該第２のろう材、及び当該第３のろう材は、互いにオーバーラップしない溶融範囲を有するように選択される。
【００３４】
これは、有利なことに、連続する製造ステップにおける柔軟性、それらのステップの間での品質保証、並びに信頼できる真空気密の金属−金属接合部及び（囲いの絶縁体部分との）金属−絶縁体接合部を可能にする。
【００３５】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、２つの当該電極ユニットのうち少なくとも一方の位置を変更することを可能にするための、ベローズ及び移動システムが提供される。これにより、電極ユニットの帯状コンデンサプレートの面のオーバーラップを調整することにより真空コンデンサのキャパシタンス値を調整可能とすることが、可能になる。移動システムは、例えば、単純なねじとナットのシステム、又は類似の調整を可能にする別の機構を含み得る。
【００３６】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、真空コンデンサの２つの電極ユニットの帯状コンデンサプレートの面のオーバーラップは、固定されている。これにより、真空コンデンサのキャパシタンス値を固定とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態による電極ユニットの側面斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電極ユニットの側面図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施形態による２つの接続する電極ユニットの上面図である。
【図３ｂ】本発明による２つの接続する電極ユニットの向きを示す図である。
【図３ｃ】本発明による２つの接続する電極ユニットの挿入を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による電極ユニットの第１の側面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による電極ユニットの第２の側面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による真空コンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による電極ユニット１０の斜視図を示す。電極ユニット１０は、支持部分１２の回転軸Ａの周りで螺旋状に巻かれた帯状コンデンサプレート１１を含む。図３ａにも示されているように、螺旋は、最大直径Ｄｍａｘを有し、連続する回転は、互いに対して等距離にある。連続する２つの回転の間の距離は、有利には、帯状コンデンサプレート１１の厚さを超える。これにより、２つの接続する電極ユニット１０であって、第１の電極ユニットの帯状コンデンサが第２の電極ユニットの連続する回転の間の空間に位置するものを、使用することが可能になる。２つの接続する電極ユニット１０及び１０’が、図３ａに示されている。電極ユニット１０と１０’は、帯状コンデンサプレート１１と１１’の螺旋がキラルであるという点で異なる。これにより、図３ｂ及び図３ｃに示されているように、電極ユニットの１つの帯状コンデンサプレートを、他方の電極ユニットの帯状コンデンサプレートの連続する回転の間の空間に挿入することが可能になり、そのことにより、コンデンサプレートの面のオーバーラップを変えることが可能になる。
【００３９】
帯状コンデンサプレート１１は、支持プレート１２に取り付けられた第１の長手方向縁部１１ａと、解放された第２の長手方向に縁取られた１１ｂとを含む。螺旋の外側端部において、帯状コンデンサプレート１１は、第１の長手方向縁部１１ａを第２の長手方向縁部１１ｂと接続する、傾斜縁部１１ｃを呈する。
【００４０】
支持部分１２は、有利には、帯状コンデンサプレート１１の連続する２つの回転によって形成された空間に配置された、螺旋状の案内縁部１３を含む。案内縁部１３の幅は、帯状コンデンサプレート１１の連続する２つの回転の間の距離に対応する。案内縁部１３は、帯状コンデンサプレート１１を支持部分１２に組み付ける間にコンデンサプレート１１の連続する回転が等距離のままであること、を保証するという利点を有する。
【００４１】
先に述べたように、真空コンデンサの真空囲いは、最も多くの場合２つの金属カラーにろう付けされる円筒形のセラミックである、絶縁片を含まなければならない。当技術分野で知られている電極ユニットの銅の帯状コンデンサプレートを、例えばステンレス鋼などの高融点材料で作られた帯状コンデンサプレートと交換しようとする場合、帯状コンデンサ電極がろう付け工程中に崩壊する、すなわち連続する回転の間の距離が変化することが、本発明者らによって観察されてきた。
【００４２】
本発明者らは、傾斜縁部１１ｃを有するコンデンサプレート１１の長手方向軸Ｂによって形成される角度である角度αの値が、銅、銀、アルミニウム、それらの合金などで作られた支持部分１２と、ステンレス鋼、炭素鋼、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、インコネル（登録商標）、チタン、クロム、又はそれらの合金などの高融点材料で作られ、真空コンデンサの製造に使用されるろう付け工程の熱サイクル中に崩壊しない帯状コンデンサプレート１１と、を伴う電極ユニット１０を有することを可能にするために決定的に重要であることを見出した。シミュレーションは、当技術分野で知られている電極ユニットの故障の原因である、温度変動に起因するミーゼス応力を、αの適切な値によって回避するか又は少なくとも大きく減少させることができることを示している。本発明者らは、角度αは、角度αｍａｘ＝（４５°・π／１８０°）以下であるべきであると決定した。好ましくは、合金１．４３０１などの非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼が、真空コンデンサの典型的な適用環境に存在する強い電磁場に起因する寄生効果を回避又は最小化するために使用されることができる。これらの寄生効果は、過熱に、又はその他の電力用途におけるコンデンサの性能不良につながる可能性がある。
【００４３】
上記で説明したように、角度αが上限値αｍａｘよりも小さいことが、決定的に重要である。角度αが角度αｍｉｎ＝γ・ｔａｎ−１（２Ｈ／（π・Ｄ））以上であることも、有利であり、式中、Ｈは、帯状コンデンサプレート１１の高さである。下限αｍｉｎが有利である理由は、半回転に達する前に、最も外側の螺旋が他の巻回の全高Ｈまで延びて、対電極ユニットとの十分な接続を確実にするからである。
【００４４】
図２の電極ユニット１０は、例えば、ステンレス鋼の場合の許容可能な上限である（４５°・π／１８０°）の角度を示す。それにもかかわらず、上限αｍａｘは、他の材料の場合においてわずかに異なり、より低いか又はより高い可能性がある。角度αの値が決定的に重要であることをここで知っている当業者は、帯状コンデンサプレートのために選択される材料についての正確な上限αｍａｘを見つけることに困難はないであろう。
【００４５】
有利には、傾斜した縁取られた１１ｃは、第１の長手方向縁部１１ａへの移行部に、丸みを帯びた部分１１ｄを有する。そのような丸みを帯びた部分は、図１及び図２では第１の長手方向縁部１１ａにのみ設けられるが、第２の長手方向縁部１１ｂへの移行部にも設けられることができる。１つ以上の丸みを帯びた部分は、真空破壊を促進し得る鋭い縁部又はスパイクの形成を回避するという利点を有する。
【００４６】
図４及び図５は、本発明の第２の好ましい実施形態による電極ユニット２０の側面図を示す。電極ユニット２０は、帯状コンデンサプレート２１の形状のみが電極ユニット１０と異なる。図４に示すように、コンデンサプレート２１の傾斜縁部２１ｃは、その長手方向軸との角度αであって、電極ユニット１０におけるよりも小さいものを形成する。正確には、電極ユニット２０の角度αは、（２２．５°・π／１８０°）という量である。
【００４７】
図６は、本発明のこの態様の好ましい実施形態による真空コンデンサ３０の断面図を示す。真空コンデンサ３０は、真空誘電媒体３２を収容するための囲い３１を含み、囲いは、囲い３１の絶縁要素３５によって分離された、第１の導電性カラー３３及び第２の導電性カラー３４を含む。一般に、絶縁要素３５は、セラミック材料で円筒形状に作られる。製造工程については、絶縁要素３５は、第２のろう材３９を用いて金属カラー３３、３４にろう付けされる。この工程の間、約８００℃の温度が必要とされる。本発明による電極ユニットを使用しない場合、そのような温度は、電極ユニット１０、２０の帯状コンデンサプレート１１、２１の崩壊につながる。図６に示すように、真空誘電体３２の内部に位置付けられた電極ユニット１０、２０は、それぞれ導電性カラー３３及び３４と電気的に接触しており、真空コンデンサは、移動機構３６及び伸長可能ベローズ３７を使用することにより、電極ユニットの面のオーバーラップが調整可能である可変真空コンデンサであり得る。電極ユニット１０、２０の帯状コンデンサプレート１１、２１及び支持プレート１２は、第１のろう材３８によって一緒にろう付けされるのであり、かつセラミック円筒３５は、第２のろう材３９を用いて真空気密の態様で金属カラー３３、３４とろう付けする必要もあるため、連続するろう付けステップに使用されるろう材３８及び３９は、好ましくは、オーバーラップしない溶融範囲を有するように選択される。２つの電極ユニット１０、２０のろう付けステップのために２つの異なるろう材を提供することも、有利であり得る。
【００４８】
最後に、上記は、関連する非限定的な実施形態を概説した。開示された非限定的な実施形態に対する修正は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく実行されることができることが当業者に明らかであろう。したがって、記載された非限定的な実施形態は、より顕著な特徴及び用途のうちいくつかの、単なる例示と考えるべきである。他の有益な結果は、非限定的な実施形態を異なる態様で適用すること、又は非限定的な実施形態を当業者に知られている方法で修正することによって実現することができる。すべての可能な実施形態、特に本発明の目的を達成することを可能にするすべての可能な角度αをここに記載することが可能でないことに留意することは、特に重要である。とはいえ、当業者は、コンデンサプレートのために選択される材料に角度αを適合させる方法を知っているであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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