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JP5023332B2 - Vacuum arc discharge generation method - Google Patents

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JP5023332B2
JP5023332B2 JP2007048406A JP2007048406A JP5023332B2 JP 5023332 B2 JP5023332 B2 JP 5023332B2 JP 2007048406 A JP2007048406 A JP 2007048406A JP 2007048406 A JP2007048406 A JP 2007048406A JP 5023332 B2 JP5023332 B2 JP 5023332B2
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arc discharge
dielectric
vacuum arc
vacuum
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和弘 豊田
孟佑 趙
裕太 坂本
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Kyushu Institute of Technology NUC
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Kyushu Institute of Technology NUC
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Description

この発明は,例えば,宇宙を周回する人工衛星に搭載される太陽電池アレイに発生する放電現象による太陽電池の損傷低減を計るため,太陽電池アレイの表面の放電現象による影響等の情報を検出するための真空アーク放電発生方法に関する。   The present invention, for example, detects information such as the influence of a discharge phenomenon on the surface of a solar cell array in order to reduce damage to the solar cell due to a discharge phenomenon that occurs in a solar cell array mounted on an artificial satellite orbiting space. The present invention relates to a method for generating a vacuum arc discharge.

近年,人工衛星等の宇宙機では,大電力を必要とするようになり,それに伴って使用する電力は高電圧化となってきている。そのため,人工衛星に搭載されている太陽電池アレイにおいて,放電現象が頻繁に起こるようになってきた。太陽電池アレイの放電による事故を防ぐため,現在,宇宙機の打ち上げ前に太陽電池アレイに対して発生する放電現象,その影響等の地上試験を行っている。太陽電池アレイを地上試験する場合に,宇宙機の軌道環境を考慮して,太陽電池アレイの太陽電池セルの誘電体を模擬したクーポンを作製し,該クーポンに対して電子ビーム又はプラズマを用いて帯電放電試験を行っている。電子ビームを用いた帯放電試験では,クーポンに対する放電発生頻度が低いため,放電試験の所要時間が長くなっているのが現状である。また,太陽電池アレイに対する放電は,太陽電池アレイにおける誘電体が帯電している所,即ち,至る所で発生するため任意の場所で放電を発生させることは難しい。誘電体に対してプラズマを用いて放電を発生させる場合には,放電頻度は高くなるが,誘電体の予め決められた所定の位置で放電を発生させる制御は困難である。   In recent years, spacecraft such as artificial satellites require a large amount of power, and accordingly, the power used is becoming higher voltage. For this reason, discharge phenomena have frequently occurred in solar cell arrays mounted on satellites. In order to prevent accidents caused by the discharge of the solar cell array, we are currently conducting ground tests on the discharge phenomenon occurring on the solar cell array and its effects before the launch of the spacecraft. When the solar array is tested on the ground, a coupon simulating the dielectric of the solar cell of the solar array is prepared in consideration of the orbital environment of the spacecraft, and an electron beam or plasma is applied to the coupon. Conducting a charge / discharge test. In the band discharge test using an electron beam, the time required for the discharge test is long because the frequency of occurrence of discharge to the coupon is low. In addition, since the discharge to the solar cell array is generated everywhere the dielectric in the solar cell array is charged, that is, everywhere, it is difficult to generate the discharge at an arbitrary place. When a discharge is generated using plasma on a dielectric, the discharge frequency increases, but it is difficult to control the discharge at a predetermined position on the dielectric.

一般に,宇宙環境を模擬した真空中での誘電体のクーポンに対する放電試験では,プラズマや電子ビームを用いて誘電体を帯電させる自動的な方法がとられている。能動的な方法としては,細い抵抗線に電流を流し,焼き切れる時に発生するプラズマを用いる方法があるが,1回放電したら抵抗線を交換する必要があった。   In general, in a discharge test for a dielectric coupon in a vacuum simulating a space environment, an automatic method is used in which a dielectric is charged using plasma or an electron beam. As an active method, there is a method in which a current is passed through a thin resistance wire and plasma generated when it burns out is used. However, it is necessary to replace the resistance wire after a single discharge.

従来,宇宙用太陽電池アレイは知られている。該太陽電池アレイは,基板上に設けられたインターコネクタによって接続された多数の太陽電池セルと,これらの太陽電池セル上に接合された透明性を有するカバー部材とを備え,カバー部材の表面を透明性を有する導電膜で被覆し,該導電膜とインターコネクタとを電気的に接続したものである(例えば,特許文献1参照)。   Conventionally, space solar cell arrays are known. The solar cell array includes a large number of solar cells connected by an interconnector provided on a substrate, and a transparent cover member bonded on the solar cells, and the surface of the cover member is provided. The conductive film is covered with a transparent conductive film, and the conductive film and the interconnector are electrically connected (for example, see Patent Document 1).

また,三相交流を用いたプラズマ発生装置が知られている。該プラズマ発生装置は,長さが1mを越えるフィラメント励起長尺のものであり,安価な電源によって空間的,時間的に一様なプラズマ密度を実現できるものであり,3本1組の3mの直線状フィラメントを,組をなす3本のフィラメントが正三角形をなすようにチャンバの長手方向に張り,組をなす3本のフィラメントの一端を三相交流の3つの端子に接続し,他端は纏めてアーク電源に接続したものである(例えば,特許文献2参照)。   A plasma generator using three-phase alternating current is also known. The plasma generator has a long filament excitation length exceeding 1 m, and can realize a uniform plasma density in space and time with an inexpensive power source. Straight filaments are stretched in the longitudinal direction of the chamber so that the three filaments forming a pair form an equilateral triangle, and one end of each of the three filaments forming the pair is connected to three terminals of a three-phase alternating current, and the other end is connected They are collectively connected to an arc power source (see, for example, Patent Document 2).

また,人工衛星等の宇宙空間飛翔体に搭載する太陽電池電源装置が知られている。該太陽電池電源装置は,太陽フレアに含まれる太陽プロトンによる放射線を検出する複数の放射線検出器と,太陽フレアが発生しない時は太陽電池電源装置の出力に基づいて太陽電池アレイの受光面の向きを放射線の被曝を最小とする方向に駆動する太陽電池アレイ駆動装置とを備えたものである(例えば,特許文献3参照)。   In addition, a solar battery power supply device mounted on a space vehicle such as an artificial satellite is known. The solar cell power supply device includes a plurality of radiation detectors for detecting radiation caused by solar protons contained in the solar flare, and the orientation of the light receiving surface of the solar cell array based on the output of the solar cell power supply device when no solar flare occurs. And a solar cell array driving device that drives the laser beam in a direction that minimizes radiation exposure (see, for example, Patent Document 3).

また,処理レートの速い沿面放電を用いた被処理体へのダメージが少ない表面処理装置が知られている。該沿面放電を用いた表面処理装置は,誘電体を挟んで配置された第1の電極及び第2の電極を含む沿面放電用の電極を有する。第1の電極には,交流電源が接続され,接地された第2の電極は開口を有する。開口近傍の領域に沿面放電を誘起して,該沿面放電により生成された活性種により,第2の電極と対向して近接配置された被処理体の表面を処理するものである(例えば,特許文献4参照)。
特開昭61−202475号公報 特開2000−12282号公報 特開平6−8894号公報 特開平9−186135号公報
In addition, a surface treatment apparatus that uses a creeping discharge with a high treatment rate and has little damage to an object to be treated is known. The surface treatment apparatus using the creeping discharge includes a creeping discharge electrode including a first electrode and a second electrode arranged with a dielectric interposed therebetween. An AC power supply is connected to the first electrode, and the grounded second electrode has an opening. A surface discharge is induced in a region in the vicinity of the opening, and the surface of an object to be processed that is disposed in close proximity to the second electrode is treated by the active species generated by the surface discharge (for example, a patent) Reference 4).
JP-A-61-202475 JP 2000-12282 A Japanese Patent Laid-Open No. 6-8894 Japanese Patent Laid-Open No. 9-186135

しかしながら,誘電体に対して真空中でアーク放電を発生させる場合に,誘電体を帯電させて,電子ビームやプラズマを用いて偶発的に放電が発生するのを待つ必要があり,誘電体の特定の場所で所定の時間に放電を発生させることができないため,放電試験の効率が悪かった。ところで,放電は,太陽電池アレイ上のあらゆる場所で発生する可能性があるが,太陽電池アレイにおける放電発生場所が太陽電池アレイに与える影響を評価するには,多くの箇所で放電を発生させなければならず,誘電体に多数回の放電をさせるために長期間を要することになり,放電試験の所要期間は長くなるものである。これらを改善するため,太陽電池アレイ等の電気機器に対して,誘電体の予め決められた所定の位置,所定の時間に放電を発生させることができる放電試験装置が望まれている。   However, when an arc discharge is generated in a vacuum on a dielectric, it is necessary to charge the dielectric and wait for an accidental discharge using an electron beam or plasma. The efficiency of the discharge test was poor because it was not possible to generate a discharge at a predetermined time. By the way, there is a possibility that discharges occur at any location on the solar cell array. However, in order to evaluate the influence of the location of the discharge in the solar cell array on the solar cell array, the discharge must be generated at many locations. In other words, it takes a long time to discharge the dielectric material many times, and the duration of the discharge test becomes longer. In order to improve these problems, there is a demand for a discharge test apparatus capable of generating a discharge at a predetermined position and a predetermined time of a dielectric for an electric device such as a solar cell array.

この発明の目的は,上記の問題を解決するため,太陽電池アレイ等の電気機器の誘電体に対して真空アーク放電を発生させるために,例えば,電子ビーム銃やプラズマ源といった大がかりな装置を必要とせず,誘電体の予め決められた所定の場所で所定の時間に放電を発生させることができ,それによって誘電体に与える放電影響,誘電体の放電の発生し易い領域,誘電体に対して帯電し易い領域を検出すると共に,放電試験を迅速に短時間で且つ安価に達成でき,また,それらの情報に伴って誘電体の構造を改良する情報を確保することができる真空アーク放電発生方法を提供することである。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and requires a large-scale apparatus such as an electron beam gun or a plasma source in order to generate a vacuum arc discharge to a dielectric of an electric device such as a solar cell array. Instead, a discharge can be generated at a predetermined time in a predetermined place of the dielectric, thereby causing a discharge effect on the dielectric, a region where the dielectric discharge is likely to occur, and the dielectric A method of generating a vacuum arc discharge that can detect a region that is easily charged, can quickly achieve a discharge test in a short time and at low cost, and can secure information for improving the structure of the dielectric along with the information. Is to provide.

この発明は,電気機器の帯電可能な誘電体に対して真空中でアーク放電を発生させる真空アーク放電発生方法において,前記誘体の表面に対して相対移動可能な隔置状態の2本の針電極を配設し,前記誘体の前記表面に直接又は間接的に接触させ,前記針電極間に高電圧パルスを印加して前記針電極間の前記誘体表面上に沿面放電を発生させ,前記誘電体に対して前記沿面放電により生じたプラズマを介して真空アーク放電を誘発させることを特徴とする真空アーク放電発生方法に関する。 The present invention, in the electrical equipment in the vacuum arc discharge generating method for generating an arc discharge in a vacuum against chargeable dielectric, the two relatively movable spaced state to the surface of said derivative collector the needle electrodes were disposed, the directly to the surface of the derivative collector or indirect contacting, the surface discharge by applying a high voltage pulse between said needle electrodes in said derivative collector surface between the needle electrodes The present invention relates to a method for generating a vacuum arc discharge, characterized in that a vacuum arc discharge is induced through plasma generated by the creeping discharge on the dielectric.

この真空アーク放電発生方法は,前記誘電体と前記針電極との間に,放熱機能を持ち且つ保護機能を有するカバーガラス等の絶縁体を介在させることができる。   In this vacuum arc discharge generating method, an insulator such as a cover glass having a heat dissipation function and a protection function can be interposed between the dielectric and the needle electrode.

また,この真空アーク放電発生方法において,前記針電極間に印加する前記高電圧は,昇圧器で高電圧にされた数10kVである。   In this method of generating a vacuum arc discharge, the high voltage applied between the needle electrodes is several tens of kV, which is set to a high voltage by a booster.

また,この真空アーク放電発生方法では,前記電気機器は宇宙環境を模擬した真空チャンバ内に収容された人工衛星に取付け可能な太陽電池アレイの太陽電池セルである。   In this vacuum arc discharge generation method, the electrical device is a solar cell of a solar cell array that can be attached to an artificial satellite housed in a vacuum chamber that simulates a space environment.

また,この真空アーク放電発生方法は,前記針電極間に前記高電圧パルスを印加することにより,前記針電極と前記誘電体又は前記誘電体上のカバーガラスとの間に放電が発生して前記誘電体又は前記カバーガラス上に前記沿面放電が発生し,次いで,前記沿面放電によりプラズマ状態になり,前記プラズマを介して前記誘電体の前記太陽電池セルと前記真空チャンバの壁との間に真空アーク放電が発生するものである。   Further, in this vacuum arc discharge generating method, by applying the high voltage pulse between the needle electrodes, a discharge is generated between the needle electrode and the dielectric or the cover glass on the dielectric, and the The creeping discharge is generated on the dielectric or the cover glass, and then enters the plasma state by the creeping discharge, and a vacuum is generated between the solar cell of the dielectric and the wall of the vacuum chamber via the plasma. Arc discharge occurs.

また,この真空アーク放電発生方法は,前記針電極を前記誘電体に対して相対移動させ,前記誘電体に対して真空アーク放電を発生させるべき予め決められた所定の領域に前記針電極を設定することができる。更に,この真空アーク放電発生方法は,前記針電極間に前記高電圧パルスを印加して前記誘電体に対して前記真空アーク放電を発生させ,前記誘電体の前記領域における放電影響及び/又は蓄積電荷量を検出することができるものである。   Further, in this vacuum arc discharge generating method, the needle electrode is moved relative to the dielectric, and the needle electrode is set in a predetermined region where a vacuum arc discharge should be generated with respect to the dielectric. can do. Further, this vacuum arc discharge generating method is characterized in that the high voltage pulse is applied between the needle electrodes to generate the vacuum arc discharge to the dielectric, and the discharge influence and / or accumulation in the region of the dielectric. The amount of charge can be detected.

また,この真空アーク放電発生方法は,前記針電極を前記誘電体に対して相対移動させて前記針電極間に前記高電圧パルスを印加して前記誘電体に対して前記真空アーク放電が発生し易い領域を検出することができるものである。   In addition, this vacuum arc discharge generation method generates a vacuum arc discharge on the dielectric by moving the needle electrode relative to the dielectric and applying the high voltage pulse between the needle electrodes. An easy region can be detected.

また,この真空アーク放電発生方法において,前記放電状態は,前記真空チャンバの外側に設置した赤外線光の照射で監視範囲を強制的に明るく映し出すIRカメラによって,前記真空チャンバに設けた監視用窓を通して撮影できるものである。   In this method of generating a vacuum arc discharge, the discharge state is detected through a monitoring window provided in the vacuum chamber by an IR camera that forcibly projects the monitoring range by irradiating infrared light installed outside the vacuum chamber. It can be taken.

この真空アーク放電発生方法は,上記のように構成されているので,太陽電池アレイとうの電気機器の誘電体に対して,真空アーク放電を発生させるための電子ビーム,プラズマ銃等の大掛かりな装置を必要とせず,誘電体の予め決められた所定の場所,所定の時間に短時間に且つ安価に真空アーク放電を発生させ,誘電体に与える放電影響等の情報を検出し,その情報に基づいて太陽電池アレイ等の電気機器の改良に寄与させることができる。   Since this vacuum arc discharge generation method is configured as described above, a large-scale device such as an electron beam or a plasma gun for generating a vacuum arc discharge for a dielectric of an electric device such as a solar cell array. In this way, a vacuum arc discharge is generated in a predetermined predetermined place and at a predetermined time in a short time and at a low cost, and information such as the influence of the discharge on the dielectric is detected. This can contribute to the improvement of electric devices such as solar cell arrays.

以下,図面を参照して,この発明による真空アーク放電発生方法の実施例について説明する。この発明による真空アーク放電発生方法は,本来,帯電可能な太陽電池アレイ等の電気機器の誘電体として作製したクーポン2に対して,宇宙環境を模擬した真空チャンバ1内にクーポン2を配設し,誘電体のクーポン2に真空中でアーク放電を容易に且つ安価に発生させることを特徴としている。宇宙を飛翔する宇宙器に搭載された太陽電池アレイは,その誘電体に宇宙からの光等が当たると,帯電して太陽電池アレイと電極との間に放電することがあり,太陽電池アレイの破損や故障の原因になっている。そこで,この真空アーク放電発生方法は,太陽電池アレイ等の電気機器に対して,電気機器の誘電体の帯電し易い領域,誘電体が帯電状態或いは無帯電状態で放電した時の放電影響等を検証するのに適用できるものである。太陽電池アレイは,基板上に設けられたインターコネクタによって接続された多数の太陽電池セルから構成されている。   Embodiments of a vacuum arc discharge generating method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the vacuum arc discharge generating method according to the present invention, a coupon 2 is disposed in a vacuum chamber 1 that simulates a space environment, with respect to a coupon 2 that is originally manufactured as a dielectric of an electric device such as a solar cell array that can be charged. , The dielectric coupon 2 is characterized in that arc discharge is easily and inexpensively generated in a vacuum. A solar cell array mounted on a spacecraft flying in space may be charged and discharged between the solar cell array and the electrode when light from space hits its dielectric. It may cause damage or malfunction. Therefore, this method of generating vacuum arc discharge has an effect on the electric device such as a solar cell array in which the dielectric of the electric device is easily charged, the discharge effect when the dielectric is discharged in a charged state or in an uncharged state, etc. It can be applied to verify. The solar cell array is composed of a large number of solar cells connected by interconnectors provided on a substrate.

この真空アーク放電発生方法は,主として,真空雰囲気即ち真空環境を模擬した真空チャンバ1内の真空中に,太陽電池アレイ等の電気機器の誘電体として作製した試験試料のクーポン2を配設し,クーポン2に2本の針電極5を間接的/直接的に強制的に接触させ,針電極5間に電源4から供給される電力を昇圧器7によって昇圧した高電圧パルスを印加し,針電極5間に印加された高電圧パルスによって針電極5間にクーポン2の表面に沿って沿面放電を発生させ,該沿面放電によってその領域にプラズマを発生させ,次いで,プラズマを通じてクーポン2と真空チャンバ1の壁との間で短絡させ,誘電体のクーポン2に真空アーク放電を誘発させることを特徴としている。この時に,針電極5は,例えば,その径が0.2mm程度である。また,2本の針電極5は,予め決められた所定の距離,例えば,0.1mm程度に隔置状態に保持して針電極5同士が接触しないように設置されている。   In this vacuum arc discharge generation method, a coupon 2 of a test sample prepared as a dielectric of an electric device such as a solar cell array is mainly disposed in a vacuum in a vacuum chamber 1 simulating a vacuum atmosphere, that is, a vacuum environment. Two needle electrodes 5 are forcibly brought into contact with the coupon 2 indirectly / directly, and a high voltage pulse obtained by boosting the power supplied from the power source 4 by the booster 7 is applied between the needle electrodes 5. 5, a creeping discharge is generated along the surface of the coupon 2 between the needle electrodes 5 by a high voltage pulse applied between 5, and plasma is generated in the region by the creeping discharge, and then the coupon 2 and the vacuum chamber 1 are passed through the plasma. This is characterized in that a vacuum arc discharge is induced in the dielectric coupon 2 by short-circuiting with the other wall. At this time, the needle electrode 5 has a diameter of about 0.2 mm, for example. Further, the two needle electrodes 5 are installed so as to be kept in a separated state at a predetermined distance, for example, about 0.1 mm, so that the needle electrodes 5 do not contact each other.

また,この真空アーク放電発生方法は,クーポン2と針電極5との間には,放熱機能と保護機能を有するカバーガラス3等の絶縁体を介在させることができる。カバーガラス3を針電極5とクーポン2との間に介在させることによって,不要な光を反射させ,放電に寄与しないようにすることができる。この真空アーク放電発生方法は,クーポン2と針電極5との間にカバーガラス3を介在させた場合には,沿面放電はカバーガラス3の表面に沿って発生することになる。この真空アーク放電発生方法では,クーポン2として,太陽電池アレイにおける太陽電池セルとその両側に配置されている電極(図示せず)から構成したものを使用している。カバーガラス3をクーポン2と針電極5との間に介在させる場合には,カバーガラス3側の電極を櫛歯状に配列させることが好ましい。針電極5は,クーポン2即ち放電対象物にカバーガラス3等の絶縁体が介在している時には,絶縁体上に配置し,絶縁体と針電極5とを一体化した組立体として沿面放電発生装置として使用することができ,放電対象物の放電をさせたい箇所に配置して放電を発生させることができる。カバーガラス3としては,例えば,その板厚が略100μmである。太陽電池セルは,その板厚がカバーガラス3と同様に略100μmである。   Further, in this vacuum arc discharge generating method, an insulator such as a cover glass 3 having a heat radiation function and a protection function can be interposed between the coupon 2 and the needle electrode 5. By interposing the cover glass 3 between the needle electrode 5 and the coupon 2, unnecessary light can be reflected so as not to contribute to the discharge. In this vacuum arc discharge generation method, when the cover glass 3 is interposed between the coupon 2 and the needle electrode 5, the creeping discharge is generated along the surface of the cover glass 3. In this vacuum arc discharge generating method, the coupon 2 is composed of solar cells in a solar cell array and electrodes (not shown) arranged on both sides thereof. When the cover glass 3 is interposed between the coupon 2 and the needle electrode 5, it is preferable to arrange the electrodes on the cover glass 3 side in a comb-like shape. When an insulator such as a cover glass 3 is interposed in the coupon 2, that is, the discharge object, the needle electrode 5 is arranged on the insulator and creeping discharge is generated as an assembly in which the insulator and the needle electrode 5 are integrated. It can be used as a device and can be disposed at a location where a discharge object is desired to be discharged to generate a discharge. For example, the cover glass 3 has a thickness of about 100 μm. The plate thickness of the solar battery cell is approximately 100 μm, like the cover glass 3.

この真空アーク放電発生方法は,針電極5を誘電体のクーポン2に対して相対移動させ,クーポン2に対して真空アーク放電を発生させるべき予め決められた所定の場所を選定できるように構成されている。即ち,この真空アーク放電発生方法は,誘電体のクーポン2に対して放電を発生させたい部位に針電極5を設置するものであり,従って,針電極5はクーポン2の全領域に対して相対移動できるように設置することが必要である。針電極5は,図1に示すように,電極支持棒10,11によって支持されている。そこで,電極支持棒10,11をクーポン2に対して三次元的に相対移動できるように,従来周知の直動案内軸受,X−Y−Z軸及び回転軸等からなる位置決め装置等を用いて設置することが好ましいものである。実験室等では,手動で針電極5又はクーポン2を相対移動させればよいことは勿論である。   This vacuum arc discharge generating method is configured such that the needle electrode 5 is moved relative to the dielectric coupon 2 and a predetermined predetermined place where the vacuum arc discharge should be generated with respect to the coupon 2 can be selected. ing. That is, in this vacuum arc discharge generating method, the needle electrode 5 is installed at a portion where a discharge is to be generated on the dielectric coupon 2, and therefore the needle electrode 5 is relative to the entire area of the coupon 2. It is necessary to install it so that it can be moved. The needle electrode 5 is supported by electrode support bars 10 and 11 as shown in FIG. Therefore, in order to move the electrode support rods 10 and 11 relative to the coupon 2 in a three-dimensional manner, a conventionally known linear motion guide bearing, a positioning device including an XYZ axis and a rotation axis is used. It is preferable to install. In a laboratory or the like, it is needless to say that the needle electrode 5 or the coupon 2 may be moved manually.

また,この真空アーク放電発生方法において,針電極5間に印加する高電圧は,例えば,昇圧器7で高圧にされた数10kVを使用することができる。昇圧器7は,電源4からの電力をスイッチ6の断接で付勢することができる。また,この真空アーク放電発生方法を達成する真空アーク放電発生装置は,宇宙環境を模擬した真空チャンバ1内に収容された太陽電池セルを模擬した試料即ちクーポン2であり,クーポン2と針電極5との間に介在された絶縁体はカバーガラス3を使用したものである。   Moreover, in this vacuum arc discharge generating method, the high voltage applied between the needle electrodes 5 can be, for example, several tens of kV made high by the booster 7. The booster 7 can energize the power from the power source 4 by connecting / disconnecting the switch 6. A vacuum arc discharge generator for achieving this vacuum arc discharge generation method is a sample simulating a solar cell housed in a vacuum chamber 1 simulating a space environment, that is, a coupon 2, and a coupon 2 and a needle electrode 5 The insulator interposed between the two uses a cover glass 3.

また,この真空アーク放電発生方法において,放電は,まず,カバーガラス3に接触させた針電極5間が印加されると,カバーガラス3の表面に沿面放電が発生し,次いで,クーポン2とカバーガラス3との間に発生し,その領域がプラズマ状態になり,そこで,プラズマを介して即ち通じて放電が帯電しているクーポン2と真空チャンバ1の壁に達し,真空アーク放電が発生する。即ち,この真空アーク放電発生方法は,沿面放電により生じたプラズマを介してクーポン2に真空アーク放電を誘発することによって,クーポン2即ち太陽電池セルにおける真空アーク放電の発生領域に与える影響等の情報を検出することができることになる。太陽電池セルがアーク放電をする時には,太陽電池セルの外周端面近傍で発生するので,この真空アーク放電発生方法では,針電極5をクーポン2の周端縁に沿って相対移動させ,放電し易い箇所を検出することができ,また,放電による影響を検証することができる。   In this method of generating a vacuum arc discharge, when a discharge is first applied between the needle electrodes 5 in contact with the cover glass 3, a creeping discharge is generated on the surface of the cover glass 3, and then the coupon 2 and the cover are covered. This occurs between the glass 3 and the region is in a plasma state, where it reaches the wall of the coupon 2 and the vacuum chamber 1 where the discharge is charged through the plasma, that is, through the plasma, and a vacuum arc discharge occurs. In other words, this vacuum arc discharge generation method induces a vacuum arc discharge in the coupon 2 through plasma generated by creeping discharge, and thereby information on the effect on the generation area of the vacuum arc discharge in the coupon 2, that is, the solar cell. Can be detected. When the solar cell performs arc discharge, it occurs in the vicinity of the outer peripheral end face of the solar cell. Therefore, in this vacuum arc discharge generation method, the needle electrode 5 is relatively moved along the peripheral edge of the coupon 2 and is easily discharged. The location can be detected, and the influence of the discharge can be verified.

この真空アーク放電発生方法では,放電は,真空チャンバ1の外側に設置した赤外線光の照射で監視範囲を強制的に明るく映し出すIRカメラ9によって真空チャンバ1に設けた監視用窓8を通して撮影できるものであり,IRカメラ9で撮像された情報はコンピュータ/パソコン13で処理され,例えば,図3に示すように意図的に発生させた放電電流・電圧波形を検出することができる。更に,この真空アーク放電発生方法は,針電極5間に高電圧パルスを印加してクーポン2に対して真空アーク放電を発生させるので,クーポン2に対してその領域における放電影響及び/又は蓄積電荷量を検出することができる。また,この真空アーク放電発生方法は,針電極5をクーポン2に対して相対移動させて針電極5間に高電圧パルスを印加してクーポン2に対して真空アーク放電が発生させるので,クーポン2の真空アーク放電の発生し易い領域を検出することができるものである。   In this method of generating a vacuum arc discharge, the discharge can be photographed through a monitoring window 8 provided in the vacuum chamber 1 by an IR camera 9 that forcibly projects the monitoring range brightly by infrared light irradiation installed outside the vacuum chamber 1. The information captured by the IR camera 9 is processed by the computer / personal computer 13, and for example, a discharge current / voltage waveform intentionally generated can be detected as shown in FIG. Further, in this method of generating a vacuum arc discharge, a high voltage pulse is applied between the needle electrodes 5 to generate a vacuum arc discharge on the coupon 2, so that the discharge effect and / or accumulated charge in the region is applied to the coupon 2. The amount can be detected. Further, in this vacuum arc discharge generating method, the needle electrode 5 is moved relative to the coupon 2 and a high voltage pulse is applied between the needle electrodes 5 to generate a vacuum arc discharge on the coupon 2. It is possible to detect a region where vacuum arc discharge is likely to occur.

−実験概要−
この真空アーク放電発生方法は,針電極5の高電圧パルスの印加によりカバーガラス3の面が帯電すると,太陽電池セル2とカバーガラス3面で逆電位勾配が発生する。そして,電界放出によりインタコネクタから電子が飛びだし,その電子がカバーガラス3の側面をたたき衝突二次電子と脱ガスを発生させてカバーガラス3の側面が帯電する。これにより電界がさらに強くなり,カバーガラス3とクーポン2の間で絶縁破壊が起き,第一の放電が発生すると考えられている。次いで,第一の放電によって宇宙機と宇宙空間のキャパシタンスに蓄えられていた電荷が放電され,次に,放電箇所以外のカバーガラス3に蓄えられていた電荷も放電することになる。
-Outline of experiment-
In this vacuum arc discharge generating method, when the surface of the cover glass 3 is charged by applying a high voltage pulse to the needle electrode 5, a reverse potential gradient is generated between the solar battery cell 2 and the cover glass 3 surface. Then, electrons are ejected from the interconnector by field emission, and the electrons strike the side surface of the cover glass 3 to generate collision secondary electrons and degassing, and the side surface of the cover glass 3 is charged. As a result, the electric field is further strengthened, and dielectric breakdown occurs between the cover glass 3 and the coupon 2 and it is considered that the first discharge occurs. Next, the charge stored in the capacitance of the spacecraft and the outer space is discharged by the first discharge, and then the charge stored in the cover glass 3 other than the discharge location is also discharged.

カバーガラス3とクーポン2の間で起きる第一の放電を発生させることにより,これに続く放電を発生させることができると考えた。そこで,放電を発生させたい場所で意図的にプラズマを発生させ,放電を誘発させる放電発生手法を開発した。その手法として,図1に示すように,針電極5に昇圧器7を用いて高電圧をかけ,カバーガラス3の表面に沿って沿面放電を発生させるようにする。本実験では,真空チャンバ1内に太陽電池クーポン2を設置し,宇宙環境を模擬したものである。図1に示すこの真空アーク放電発生方法を達成させる実験装置では,太陽電池アレイには,至る所に真空アーク放電の電源部12となる帯電して電荷が蓄積されるので,それを模擬するため,コンデンサCextは,実際の大きさの太陽電池アレイを真空チャンバ1内に入れることはできないため,他のカバーガラス3に蓄えられる電荷を模擬する。また,高電圧電源Vbiasにより周辺プラズマに対する人工衛星の電位を模擬する。放電が発生すると,コンデンサCextから電子が放出され,太陽電池アレイを模擬したクーポン2を通り,放電プラズマを介して真空チャンバ1の壁に達し,グラウンドへ電流が流れる。この電流(ブローオフ電流)を電流プローブで測定し,放電が発生したのを確認する。また,真空チャンバ1内で発生した放電を,IRカメラ9を用いて監視用窓8から撮影した。IRカメラ9で撮影した情報は,コンピュータ/パソコンで処理し,電圧/電流の波形を得ることができる。   It was considered that the subsequent discharge can be generated by generating the first discharge that occurs between the cover glass 3 and the coupon 2. Therefore, we developed a discharge generation method that intentionally generates plasma at the place where discharge is desired to induce discharge. As a method for this, as shown in FIG. 1, a high voltage is applied to the needle electrode 5 by using a booster 7, and creeping discharge is generated along the surface of the cover glass 3. In this experiment, a solar cell coupon 2 is installed in the vacuum chamber 1 to simulate a space environment. In the experimental apparatus that achieves this method of generating vacuum arc discharge shown in FIG. 1, the solar cell array is charged everywhere and becomes charged as a power supply unit 12 for vacuum arc discharge. The capacitor Cext simulates the charge stored in the other cover glass 3 because the actual size solar cell array cannot be put in the vacuum chamber 1. Further, the potential of the artificial satellite with respect to the peripheral plasma is simulated by the high voltage power source Vbias. When the discharge occurs, electrons are emitted from the capacitor Cext, pass through the coupon 2 simulating the solar cell array, reach the wall of the vacuum chamber 1 via the discharge plasma, and a current flows to the ground. Measure this current (blow-off current) with a current probe and confirm that a discharge has occurred. The discharge generated in the vacuum chamber 1 was photographed from the monitoring window 8 using the IR camera 9. Information captured by the IR camera 9 can be processed by a computer / personal computer to obtain voltage / current waveforms.

太陽電池クーポン2の予め決められた所定の位置即ち任意の位置で放電を発生させるために,2本の針電極5としてタングステンを用い,放電させたい位置にその針電極5を2本の針電極5同士が接触しないように,略0.1mm程度に隔置状態で設置する。予め決められた時間,即ち,任意の時間に昇圧器7のスイッチ6を入れ,電源4からの電力で高電圧パルスを発生させ,放電を発生させた。   In order to generate discharge at a predetermined predetermined position of the solar cell coupon 2, that is, at an arbitrary position, tungsten is used as the two needle electrodes 5, and the needle electrodes 5 are placed at the positions where the discharge is desired. In order to prevent the 5 members from touching each other, they are installed at a distance of about 0.1 mm. The switch 6 of the booster 7 is turned on at a predetermined time, that is, an arbitrary time, and a high voltage pulse is generated by the power from the power source 4 to generate a discharge.

この真空アーク放電発生方法についての実験結果は,実験により取得した放電波形の一例を図3に示す。図3において,横軸に経過時間(μS),縦軸に電圧波形(kV)と電流波形(A)をとり,電圧波形を符号VPの波形で示し,電流波形を符号CPの波形で示しており,特に,符号EDの領域において真空アーク放電が発生した状態を確認することができる。バイアス電圧Vbiasが0Vに急激に上がると同時に,ブローオフ電流が流れたことが確認できる。即ち,昇圧器7により高圧をかけることで,宇宙環境を模擬した真空チャンバ1内の真空中で任意の位置,時間で放電を発生させることができた。   FIG. 3 shows an example of a discharge waveform obtained by the experiment as a result of the experiment on the vacuum arc discharge generation method. 3, the elapsed time (μS) is taken on the horizontal axis, the voltage waveform (kV) and the current waveform (A) are taken on the vertical axis, the voltage waveform is shown by the symbol VP, and the current waveform is shown by the symbol CP. In particular, it is possible to confirm the state in which the vacuum arc discharge is generated in the area of the symbol ED. It can be confirmed that the blow-off current flows at the same time as the bias voltage Vbias suddenly rises to 0V. That is, by applying a high pressure by the booster 7, it was possible to generate a discharge at an arbitrary position and time in the vacuum in the vacuum chamber 1 simulating the space environment.

この発明による真空アーク放電発生方法は,例えば,太陽電池アレイの太陽電池セル等の電気機器に対して,沿面放電を発生させてプラズマ状態を発生させ,プラズマを介して真空アーク放電を発生させ,太陽電池セル等の電気機器に対する放電影響等の情報を検出するための放電試験,真空放電に適用して好ましいものである。   The vacuum arc discharge generation method according to the present invention, for example, generates a plasma state by generating a creeping discharge for an electric device such as a solar cell of a solar cell array, and generates a vacuum arc discharge through the plasma. It is preferably applied to a discharge test and vacuum discharge for detecting information such as a discharge effect on an electric device such as a solar battery cell.

この発明による真空アーク放電発生方法を達成するための真空アーク放電発生装置の回路図の一実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one Example of the circuit diagram of the vacuum arc discharge generator for achieving the vacuum arc discharge generation method by this invention. 図1の回路図における針電極とカバーガラスの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the needle electrode and cover glass in the circuit diagram of FIG. この真空アーク放電発生方法によって得たアーク放電の電圧と電流の波形の一例を示す放電波形図である。It is a discharge waveform diagram which shows an example of the waveform of the voltage and electric current of the arc discharge obtained by this vacuum arc discharge generating method.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバ
2 太陽電池クーポン
3 カバーガラス
4 電源
5 針電極
6 スイッチ
7 昇圧器
8 監視用窓
9 IRカメラ
10 電極支持棒
11 電極支持棒
12 真空アーク放電の電源部
13 コンピュータ/パソコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Solar cell coupon 3 Cover glass 4 Power supply 5 Needle electrode 6 Switch 7 Booster 8 Monitoring window 9 IR camera 10 Electrode support rod 11 Electrode support rod 12 Power supply part of vacuum arc discharge 13 Computer / PC

Claims (9)

電気機器の帯電可能な誘電体に対して真空中でアーク放電を発生させる真空アーク放電発生方法において,
前記誘体の表面に対して相対移動可能な隔置状態の2本の針電極を配設し,前記誘体の前記表面に直接又は間接的に接触させ,前記針電極間に高電圧パルスを印加して前記針電極間の前記誘体表面上に沿面放電を発生させ,前記誘電体に対して前記沿面放電により生じたプラズマを介して真空アーク放電を誘発させることを特徴とする真空アーク放電発生方法。
In a vacuum arc discharge generating method for generating an arc discharge in a vacuum with respect to a chargeable dielectric of an electric device,
Wherein disposed two needle electrodes relatively movable spaced state to the surface of the induction conductor, the directly to the surface of the derivative collector or indirect contacting, high voltage between said needle electrode by applying a pulse to generate a surface discharge in the derivative collector surface between the needle electrodes, wherein the inducing vacuum arc discharge through the plasma generated by the surface discharge to the dielectric Vacuum arc discharge generation method.
前記誘電体と前記針電極との間に,放熱機能を持ち且つ保護機能を有するカバーガラス等の絶縁体を介在させることを特徴とする請求項1に記載の真空アーク放電発生方法。   2. The vacuum arc discharge generating method according to claim 1, wherein an insulator such as a cover glass having a heat dissipation function and a protection function is interposed between the dielectric and the needle electrode. 前記針電極間に印加する前記高電圧は,昇圧器で高電圧にされた数10kVであることを特徴とする請求項1又は2に記載の真空アーク放電発生方法。   The method of generating a vacuum arc discharge according to claim 1 or 2, wherein the high voltage applied between the needle electrodes is several tens of kV, which is set to a high voltage by a booster. 前記電気機器は宇宙環境を模擬した真空チャンバ内に収容された人工衛星に取付け可能な太陽電池アレイの太陽電池セルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の真空アーク放電発生方法。   The vacuum according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrical device is a solar cell of a solar cell array that can be attached to an artificial satellite housed in a vacuum chamber that simulates a space environment. Arc discharge generation method. 前記針電極間に前記高電圧パルスを印加することにより,前記針電極と前記誘電体又は前記誘電体上のカバーガラスとの間に放電が発生して前記誘電体又は前記カバーガラス上に前記沿面放電が発生し,次いで,前記沿面放電によりプラズマ状態になり,前記プラズマを介して前記誘電体の前記太陽電池セルと前記真空チャンバの壁との間に真空アーク放電が発生することを特徴とする請求項4に記載の真空アーク放電発生方法。   By applying the high voltage pulse between the needle electrodes, a discharge is generated between the needle electrode and the dielectric or the cover glass on the dielectric, and the creeping surface is formed on the dielectric or the cover glass. A discharge is generated, and then a plasma state is generated by the creeping discharge, and a vacuum arc discharge is generated between the solar cell of the dielectric and the wall of the vacuum chamber through the plasma. The vacuum arc discharge generating method according to claim 4. 前記放電状態は,前記真空チャンバの外側に設置した赤外線光の照射で監視範囲を強制的に明るく映し出すIRカメラによって,前記真空チャンバに設けた監視用窓を通して撮影できることを特徴とする請求項4又は5に記載の真空アーク放電発生方法。   The discharge state can be photographed through a monitoring window provided in the vacuum chamber by an IR camera that forcibly projects the monitoring range brightly by infrared light irradiation installed outside the vacuum chamber. 5. The method for generating a vacuum arc discharge according to 5. 前記針電極を前記誘電体に対して相対移動させ,前記誘電体に対して真空アーク放電を発生させるべき予め決められた所定の領域に前記針電極を設定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の真空アーク放電発生方法。   2. The needle electrode is set in a predetermined region where the needle electrode is moved relative to the dielectric and a vacuum arc discharge is to be generated on the dielectric. The vacuum arc discharge generating method according to any one of 6. 前記針電極間に前記高電圧パルスを印加して前記誘電体に対して前記真空アーク放電を発生させ,前記誘電体の前記領域における放電影響及び/又は蓄積電荷量を検出することを特徴とする請求項7に記載の真空アーク放電発生方法。   The high voltage pulse is applied between the needle electrodes to generate the vacuum arc discharge with respect to the dielectric, and the discharge influence and / or accumulated charge amount in the region of the dielectric is detected. The vacuum arc discharge generating method according to claim 7. 前記針電極を前記誘電体に対して相対移動させて前記針電極間に前記高電圧パルスを印加して前記誘電体に対して前記真空アーク放電が発生し易い領域を検出することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の真空アーク放電発生方法。   The needle electrode is moved relative to the dielectric, and the high voltage pulse is applied between the needle electrodes to detect a region where the vacuum arc discharge is likely to occur with respect to the dielectric. The method of generating a vacuum arc discharge according to any one of claims 1 to 8.
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