JP2020115442A - プラズマ用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な沿面距離を確保しつつ、放射エミッションの発生をさらに抑制することが可能となるコネクタカバーを備えたプラズマ用電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１３０は、プラズマヘッドと接続する高電圧ケーブル２００に設けられたコネクタが電源装置１３０に接続されたときに、コネクタを覆うコネクタカバー１０を備えている。コネクタカバー１０は、コネクタと電源装置１３０とが接続されたときに、電源装置１３０の周囲を囲む、金属製のカバーブラケット２０と、カバーブラケット２０と電源装置１３０とを着脱自在に接続するとともに、カバーブラケット２０と電源装置１３０に設けられたアースとを接続する金属製のネジと、を含む。【選択図】図４

Description

本願は、プラズマ発生装置に使用される高電圧ケーブルのコネクタ及びその周辺を覆うコネクタカバーを備えたプラズマ用電源装置に関するものである。

図７は、プラズマ発生装置に使用される高電圧ケーブルの一例を示している。図示例の高電圧ケーブル２００は、その両端にコネクタ２１０とコネクタ２２０とを備えている。一方のコネクタ２１０は、プラズマ発生装置の電源装置の電極に接続するためのものであり、もう一方のコネクタ２２０は、プラズマ発生装置のプラズマヘッドの電極に接続するためのものである。そして、コネクタ２１０とコネクタ２２０との間は、１対のケーブル線２３０により接続されている。

高電圧ケーブル２００には高電圧が印加されるため、コネクタ２１０，２２０は、高い絶縁性を確保する必要がある。このため、コネクタ２１０，２２０は、絶縁材料（樹脂やセラミックスなど）を用いて厚く形成する必要があるとともに、非常に長い沿面距離を確保する必要があるので、コネクタサイズは大型化する。

さらに高電圧ケーブル２００には、高電圧に加えて高周波の電力が供給されるので、高電圧ケーブル２００からは放射エミッションが発生し易い。このため高電圧ケーブル２００では、一対のケーブル線２３０をシールドカバー２４０で覆うことで、放射エミッションの発生を抑制している。

シールドカバー２４０は、例えば網目状の金属を織り込んで形成され、その金属をアースするためのアース線２５０を備えている。アース線２５０は、プラズマ発生装置の電源装置に設けられたアース端子に接続される。

しかし、上記高電圧ケーブル２００では、シールドカバー２４０で高電圧ケーブル２００全体を覆うことはできなかった。これは、コネクタ２１０，２２０とその周辺部分２６０，２７０にまで、１対のケーブル線２３０と同様にシールドカバー２４０で覆うようすると、必要な沿面距離が確保されずに、部分放電の可能性が生じることになるからである。

このため、コネクタ２１０，２２０とその周辺部分２６０，２７０には、放射エミッションの発生を抑制する対策は施されていなかった。

そこで、本願は、必要な沿面距離を確保しつつ、放射エミッションの発生をさらに抑制することが可能となるコネクタカバーを備えたプラズマ用電源装置を提供することを目的とする。

本願は、プラズマヘッドと接続する高電圧ケーブルに設けられたケーブル側コネクタが接続される電源装置側コネクタと、ケーブル側コネクタを覆うコネクタカバーと、を備えたプラズマ用電源装置であって、コネクタカバーは、ケーブル側コネクタと電源装置側コネクタとが接続されたときに、ケーブル側コネクタの周囲を囲む、金属製の周壁と、周壁とプラズマ用電源装置本体とを着脱自在に接続するとともに、周壁とプラズマ用電源装置に設けられたアースとを接続する第１接続部材と、を含む、プラズマ用電源装置を開示する。

本開示によれば、ケーブル側コネクタから発生された放射エミッションは、金属製の周壁に吸収されてアースに流れるので、放射エミッションの発生をさらに抑制することが可能となる。

産業用ロボットに取り付けられたプラズマ発生装置の概略構成を示す図である。 Ｙ方向に垂直な面でプラズマヘッドを切断した断面図である。 本願の一実施形態に係るコネクタカバーを取り付けている様子の一例を示す斜視図である。 本願の一実施形態に係るコネクタカバーに含まれるカバーブラケットを取り付けた様子の一例を示す斜視図である。 図４のカバーブラケットにシールドカバーを取り付けた様子の一例を示す斜視図である。 図５のシールドカバーを展開した状態の一例を示す図である。 プラズマ発生装置に使用される高電圧ケーブルの構成の一例を示す図である。

以下、本願の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本願の一実施の形態に係るコネクタカバーは、プラズマ発生装置に含まれる電源装置に取り付けられるものである。このため、本実施形態のコネクタカバーの構成の説明に入る前に、プラズマ発生装置の概略構成を説明する。

図１は、プラズマ発生装置を産業用ロボットに取り付けた場合の一例を示している。

図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、プラズマヘッド１１０、制御装置１２０、高電圧ケーブル２００及びガス配管１６０等を備えている。プラズマ発生装置１００は、制御装置１２０から高電圧ケーブル２００を介してプラズマヘッド１１０に電力を伝送し、ガス配管１６０を介して処理ガスを供給し、プラズマヘッド１１０からプラズマを照射させる。プラズマヘッド１１０は、産業用ロボット３００のロボットアーム３１０の先端に取り付けられている。高電圧ケーブル２００およびガス配管１６０はロボットアーム３１０に沿って取り付けられている。ロボットアーム３１０は、２つのアーム部３１０ａ，３１０ｂを１方向に連結させた多関節ロボットである。産業用ロボット３００は、ロボットアーム３１０を駆動して、ワーク台４００が支持するワークＷにプラズマを照射する作業を行う。

制御装置１２０は、電源装置１３０を内蔵し、上記高電圧ケーブル２００への電力の供給は、電源装置１３０から行う。また電源装置１３０は、アースされている。なお制御装置１２０には、ガス配管１６０に処理ガスを供給する処理ガス供給装置も内蔵されているが、本願を説明する上で必須のものではないので、図示を省略している。

また本実施形態では、高電圧ケーブル２００として、上記図７に記載のものとほぼ同じものを採用している。このため、符号も図７の高電圧ケーブル２００に付与されたものをそのまま採用し、高電圧ケーブル２００の各部の説明も省略する。

図２に示すように、プラズマヘッド１１０は、プラズマ生成部５２１等を備えている。プラズマ生成部５２１は、制御装置１２０のガス供給部（図示せず）から供給された処理ガスをプラズマ化して、プラズマガスを生成する。

プラズマ生成部５２１は、ヘッド本体部５３１、一対の電極５３３、ノズル５３５等を含む。ヘッド本体部５３１、ノズル５３５等は、例えば、耐熱性の高いセラミックにより形成されている。ヘッド本体部５３１には、プラズマガスを発生させる反応室５３７が形成されている。一対の電極５３３の各々は、例えば、円柱形状をなしており、その先端部を反応室５３７に突出させた状態で固定されている。以下の説明では、一対の電極５３３を、単に電極５３３と称する場合がある。また、一対の電極５３３が並ぶ方向をＸ方向、円柱形状の電極５３３の軸方向をＺ方向と称して説明する。また、本実施形態では、Ｘ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向である。

電極５３３の一部の外周部は、セラミックス等の絶縁体で製造された電極カバー５５３によって覆われている。電極カバー５５３は、略中空筒状をなし、長手方向の両端部に開口を形成されている。電極カバー５５３の内周面と電極５３３の外周面との間の隙間は、ガス通路５５５として機能する。電極カバー５５３の下流側の開口は、反応室５３７に接続されている。電極５３３の下端は、電極カバー５５３の下流側の開口から突出している。

また、ヘッド本体部５３１の内部には、反応ガス流路５６１と、一対のキャリアガス流路５６３とが形成されている。反応ガス流路５６１は、ヘッド本体部５３１の略中央部に設けられ、ガス配管１６０（図１参照）を介してガス供給部と接続され、ガス供給部から供給される反応ガスを反応室５３７へ流入させる。また、一対のキャリアガス流路５６３は、Ｘ方向において反応ガス流路５６１を間に挟んだ位置に配置されている。一対のキャリアガス流路５６３の各々は、ガス配管１６０（図１参照）を介してガス供給部と接続され、ガス供給部からキャリアガスが供給される。キャリアガス流路５６３は、ガス通路５５５を介してキャリアガスを反応室５３７へ流入させる。

反応ガス（種ガス）としては、酸素（Ｏ２）を採用できる。ガス供給部は、例えば、反応ガス流路５６１を介して、酸素と窒素（Ｎ２）との混合気体（例えば、乾燥空気（Ａｉｒ））を、反応室５３７の電極５３３の間に流入させる。以下、この混合気体を、便宜的に反応ガスと呼び、酸素を種ガスと呼ぶ場合がある。キャリアガスとしては、窒素を採用できる。ガス供給部は、ガス通路５５５の各々から、一対の電極５３３の各々を取り巻くようにキャリアガスを流入させる。

一対の電極５３３には、制御装置１２０の電源装置１３０から交流の電圧が印加される。電圧を印加することによって、例えば、図２に示すように、反応室５３７内において、一対の電極５３３の下端の間に、擬似アークＡが発生する。この擬似アークＡを反応ガスが通過する際に、反応ガスは、プラズマ化される。従って、一対の電極５３３は、擬似アークＡの放電を発生させ、反応ガスをプラズマ化し、プラズマガスを発生させる。

また、ヘッド本体部５３１における反応室５３７の下流側の部分には、Ｘ方向に間隔を隔てて並び、Ｚ方向に伸びて形成された複数（本実施例においては、６本）の本体側プラズマ通路５７１が形成されている。複数の本体側プラズマ通路５７１の上流側の端部は、反応室５３７に接続されている。

反応室５３７で発生したプラズマガスは、キャリアガスとともに、本体側プラズマ通路５７１及びノズル側プラズマ通路５７７を流れ、ノズル側プラズマ通路５７７の下端の開口５７７Ａから噴出される。

次に、本実施形態のコネクタカバーについて、図３〜図６に基づいて説明する。なお図３〜図５において、方向に言及する場合には、各図に示される矢印の方向を用いるものとする。

本実施形態のコネクタカバー１０は、カバーブラケット２０（図４参照）と、カバーブラケット２０に連結されるシールドカバー６０（図５参照）とを備えている。そして、カバーブラケット２０は金属製であり、後述するようにアースされているので、カバーブラケット２０だけでも、高電圧ケーブル２００からの放射エミッションの発生を抑制する一定の効果が得られる。

カバーブラケット２０は、金属製の上部ブラケット３０（図４参照）と、金属製の下部ブラケット４０（図３参照）とに分割される。

下部ブラケット４０は、図３に示すように、左右両端部にそれぞれ、第１取付片４１，４２を備えている。第１取付片４１，４２は、下部ブラケット４０を電源装置１３０の筐体に取り付けるためのものである。第１取付片４１，４２にはそれぞれ、ネジ穴が２つずつ設けられ、金属製のネジ５０をこのネジ穴に通して締めることで、下部ブラケット４０は電源装置１３０に固定される。

さらに下部ブラケット４０は、電源装置１３０に取り付けられたときに、電源装置１３０の筐体表面から所定の長さだけ後方に迫り出した下壁４３を備えている。下壁４３の左右両端部はそれぞれ、上方に折れ曲げられ、第２取付片４４，４５が形成される。第２取付片４４，４５は、上部ブラケット３０を取り付けるためのものである。

第２取付片４４，４５にはそれぞれ、ネジ穴４４ａ，４５ａが１つずつ設けられている。但し図３では、ネジ穴４４ａは、コネクタ２１０に隠れて見えない。

また下部ブラケット４０は、上部ブラケット３０を第２取付片４４，４５に取り付けるときに、上部ブラケット３０を内側から支持する支持部４６，４７を備えている。

一方、上部ブラケット３０は、図４に示すように、下部ブラケット４０の下壁４３と略同一形状の上壁３１と、上壁３１の左右両端部からそれぞれ下方に折れ曲げて形成された横壁３２，３３とを備えている。横壁３２，３３の各下端部には、ネジ穴が１つずつ形成されている。

下部ブラケット４０が、図３に示すように電源装置１３０に取り付けられた状態で、カバーブラケット２０の組み立てを行う場合、ユーザは、下部ブラケット４０に上から上部ブラケット３０を重ね、各横壁３２，３３に形成された上記ネジ穴の位置と、下部ブラケット４０の第２取付片４４，４５に形成された上記ネジ穴４５ａの位置とを合わせる。そしてユーザは、これらネジ穴に金属製のネジ５２を通して締めると、上部ブラケット３０が下部ブラケット４０に固定され、カバーブラケット２０の組み立てが完了する。

このように、カバーブラケット２０は、金属製の上部ブラケット３０と、金属製の下部ブラケット４０とから構成され、両ブラケット３０，４０の取り付けは、金属製のネジ５２によって行われる。そして下部ブラケット４０と電源装置１３０の筐体との取り付けも、金属製のネジ５０によって行われる。さらに電源装置１３０の筐体は金属製であり、電源装置１３０はアースされている。したがって、カバーブラケット２０は、電源装置１３０のアースと接続されていることになる。

なお図４において、上部ブラケット３０の上壁３１の前端部の２箇所には、ネジ穴３０ａが形成されている。また、下部ブラケット４０の下壁４３の前端部の２箇所にも、同様に、ネジ穴４０ａが形成されている。但し下壁４３のネジ穴４０ａは、図３でもコネクタ２１０に隠れて見えない。これら４つのネジ穴３０ａ，４０ａは、後述するように、シールドカバー６０を取り付けるために形成されたものである。

図６は、シールドカバー６０を展開した状態を示している。シールドカバー６０は、このように展開可能であり、展開すると、矩形状の板状体になる。シールドカバー６０には、電磁波をシールドするために、例えば、網目状の金属が織り込まれていたり、網目状の金属や金属の薄板がサンドイッチされていたりする。そしてシールドカバー６０は、可撓性を有するように形成される。

シールドカバー６０の長手方向の両端には、スナップボタン６２が複数個、本実施形態では、例えば７個取り付けられている。スナップボタン６２は、凸部６２ａと凹部６２ｂを一組として構成される留め具である。

さらにシールドカバー６０の短手方向の一端には、ネジ穴６０ａが４箇所に形成されている。このネジ穴６０ａは、上部ブラケット３０の上壁３１及び下部ブラケット４０の下壁４３に形成されたネジ穴３０ａ，４０ａとともに、シールドカバー６０をカバーブラケット２０に固定させるためのものである。

今図４に示すように、高電圧ケーブル２００のコネクタ２１０が電源装置１３０のコネクタ（図示せず）に接続された状態で、カバーブラケット２０が電源装置１３０に固定されているとする。ユーザは、図６に示すように展開状態のシールドカバー６０で高電圧ケーブル２００を囲みながら、一点鎖線に沿って山折りにし、各スナップボタン６２の凸部６２ａと凹部６２ｂを留めて行く。これにより、シールドカバー６０は、筒状（四角柱状）となり、その中空内を高電圧ケーブル２００が通った状態となっている。そしてユーザは、シールドカバー６０に形成された上記４つのネジ穴６０ａのうち隣接する２つのネジ穴６０ａの位置を、カバーブラケット２０の上部ブラケット３０の上壁３１に設けられた２つのネジ穴３０ａの位置に合わせた状態で、２本の金属製のネジ５４を通して締める。同様にしてユーザは、シールドカバー６０に形成された上記４つのネジ穴６０ａのうち、残りの２つのネジ穴６０ａの位置を、カバーブラケット２０の下部ブラケット４０の下壁４３に設けられた２つのネジ穴４０ａの位置に合わせた状態で、２本の金属製のネジ５４を通して締める。その結果、図５に示すようにシールドカバー６０がカバーブラケット２０に固定される。

なおカバーブラケット２０は、上述のように電源装置１３０に設けられたアースと接続されているので、アースされている。シールドカバー６０も、ネジ穴６０ａ及び金属製のネジ５４を介してカバーブラケット２０と接続されているので、結果的にアースされることになる。つまり、シールドカバー６０内の金属は、ネジ穴６０ａを介して金属製のネジ５４に接触し、ネジ５４は、カバーブラケット２０のネジ穴３０ａを介して金属製のカバーブラケット２０に接触する。そしてカバーブラケット２０は、電源装置１３０のアースと接続されている。これにより、シールドカバー６０内の金属が電源装置１３０のアースと接続されることになって、シールドカバー６０はアースされることになる。

カバーブラケット２０にシールドカバー６０が取り付けられていない状態では、図４に示すように、周辺部分２６０はシールドされていないので、周辺部分２６０から放射エミッションが発生し、外部に漏れ出す可能性がある。これに対して、カバーブラケット２０にシールドカバー６０が取り付けられている状態では、図５に示すように、周辺部分２６０はシールドカバー６０により完全に覆われている。このため、周辺部分２６０から放射エミッションが発生したとしても、その放射エミッションは、シールドカバー６０に吸収され、アースに流れる。したがって、放射エミッションは、シールドカバー６０の外に漏れ出すことが抑制される。

以上説明したように、本実施形態の電源装置１３０は、プラズマヘッド１１０と接続する高電圧ケーブル２００に設けられたコネクタ２１０が電源装置１３０に接続されたときに、コネクタ２１０を覆うコネクタカバー１０を備えている。

そして、コネクタカバー１０は、コネクタ２１０と電源装置１３０とが接続されたときに、電源装置１３０の周囲を囲む、金属製のカバーブラケット２０と、カバーブラケット２０と電源装置１３０とを着脱自在に接続するとともに、カバーブラケット２０と電源装置１３０に設けられたアースとを接続する金属製のネジ５０と、を含んでいる。

このように、本実施形態では、コネクタ２１０から発生された放射エミッションは、金属製のコネクタカバー１０に吸収されてアースに流れるので、放射エミッションの発生をさらに抑制することが可能となる。

ちなみに、本実施形態において、カバーブラケット２０は、「周壁」の一例である。金属製のネジ５０は、「第１接続部材」の一例である。

また、電源装置１３０の筐体は金属製であって、アースされている。

このように、電源装置１３０の筐体は金属製であって、アースされているので、アース線などの特別な配線をすることなく、カバーブラケット２０を電源装置１３０の筐体に取り付けるだけで、カバーブラケット２０をアースすることができる。

カバーブラケット２０は、上下方向に２分割され、下部ブラケット４０は、電源装置１３０に着脱自在に設置され、上部ブラケット３０は、下部ブラケット４０に着脱自在に連結される。

これにより、コネクタ２１０を電源装置１３０に接続した状態で、カバーブラケット２０を電源装置１３０に対して容易に着脱させることができる。

ちなみに、上下方向は、「垂直方向」の一例である。

コネクタカバー１０はさらに、電磁波をシールドする導電材を含み、その長手側の両端部を連結するスナップボタン６２を備えた可撓性を有するシールドカバー６０と、スナップボタン６２により長手側の両端部を連結して形成した筒状体により、コネクタ２１０と高電圧ケーブル２００の電磁波シールドが施されているシールドカバー２４０との間を囲んだ状態で、筒状体の一方の開口部をカバーブラケット２０の電源装置１３０と反対側の開口部に着脱自在に接続するとともに、導電材と電気的に接続する金属製のネジ５４と、を備えている。

これにより、コネクタ２１０と高電圧ケーブル２００の電磁波シールドが施されているシールドカバー２４０との間がシールドカバー２４０の筒状体により囲まれ、シールドカバー２４０は金属製のネジ５４によりアースされるので、コネクタ２１０と高電圧ケーブル２００の電磁波シールドが施されているシールドカバー２４０との間から放射エミッションが発生したとしても、その放射エミッションは、シールドカバー６０に吸収され、アースに流れる。したがって、放射エミッションは、シールドカバー６０の外に漏れ出すことが抑制される。

ちなみに、スナップボタン６２は、「連結部材」の一例である。シールドカバー２４０は、「板状体」の一例である。金属製のネジ５４は、「第２接続部材」の一例である。

なお、本願は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

（１）上記実施形態では、シールドカバー６０を筒状に連結するときの部材としては、スナップボタン６２を採用したが、これに限らず、ファスナ等の他の部材を用いてもよい。

（２）上記実施形態では、各部材の取り付けは金属製のネジを用いるようにしたが、これに限らず、金属製のボルトとナットであってもよい。

（３）上記実施形態では、電源装置１３０にカバーブラケット２０を取り付けるだけでカバーブラケット２０が電源装置１３０のアースに接続されるようにしたが、これに限らず、カバーブラケット２０にアース線を設けるようにし、このアース線を電源装置１３０のアースに接続することで、カバーブラケット２０がアースされるようにしてもよい。また上記実施形態では、カバーブラケット２０にシールドカバー６０を取り付けるだけで、シールドカバー６０がカバーブラケット２０を介して電源装置１３０のアースに接続されるようにしたが、これに限らず、シールドカバー６０にアース線を設けるようにし、このアース線を電源装置１３０のアースに接続することで、シールドカバー６０がアースされるようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、カバーブラケット２０は、上下方向に２分割されるようにしたが、分割方向は上下方向に限らず、左右方向等、他の方向であってもよい。

１０ コネクタカバー
２０ カバーブラケット
３０ 上部ブラケット
４０ 下部ブラケット
４１，４２ 第１取付片
４４，４５ 第２取付片
５０，５２，５４ 金属製のネジ
３０ａ，４５ａ ネジ穴
６０ シールドカバー
６２ スナップボタン
１００ プラズマ発生装置
１３０ 電源装置
２００ 高電圧ケーブル
２１０，２２０ コネクタ

Claims (6)

1. プラズマヘッドと接続する高電圧ケーブルに設けられたケーブル側コネクタが接続される電源装置側コネクタと、
   前記ケーブル側コネクタを覆うコネクタカバーと、
   を備えたプラズマ用電源装置であって、
   前記コネクタカバーは、
   前記ケーブル側コネクタと前記電源装置側コネクタとが接続されたときに、前記ケーブル側コネクタの周囲を囲む、金属製の周壁と、
   前記周壁と前記プラズマ用電源装置とを着脱自在に接続するとともに、前記周壁と前記プラズマ用電源装置に設けられたアースとを接続する第１接続部材と、
   を含む、
   プラズマ用電源装置。
2. 前記プラズマ用電源装置の筐体は金属製であって、アースされており、
   前記第１接続部材は、金属製のネジである、
   請求項１に記載のプラズマ用電源装置。
3. 前記周壁は、前記ケーブル側コネクタを前記電源装置側コネクタに接続する方向に対して垂直方向に２分割され、
   前記２分割された周壁の一方は、前記プラズマ用電源装置に着脱自在に設置され、
   前記２分割された周壁の他方は、前記一方の周壁に着脱自在に連結される、
   請求項１又は２に記載のプラズマ用電源装置。
4. 電磁波をシールドする導電材を含み、その長手側の両端部を連結する連結部材を備えた可撓性を有する板状体と、
   前記連結部材により前記長手側の両端部を連結して形成した筒状体により、前記ケーブル側コネクタと前記高電圧ケーブルの電磁波シールドが施されているケーブル部との間を囲んだ状態で、前記筒状体の一方の開口部を前記周壁の前記プラズマ用電源装置と反対側の開口部に着脱自在に接続するとともに、前記導電材と電気的に接続する第２接続部材と、
   をさらに備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ用電源装置。
5. 前記連結部材は、ファスナ及びボタンのいずれか一方を含む、請求項４に記載のプラズマ用電源装置。
6. 前記第２接続部材は、金属製のネジであり、前記ネジを介して前記板状体をアースする、請求項４又は５に記載のプラズマ用電源装置。

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