JP2003152251A

JP2003152251A - 巻線機器、巻線機器を用いた高電圧パルス発生回路、およびこの高電圧パルス発生回路を設けた放電励起ガスレーザ装置

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Publication number: JP2003152251A
Application number: JP2001343602A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamamori; 賢治山森; Toyoji Inoue; 豊治井上
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2003-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP4093748B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高繰返し周波数条件下においても、コアの冷
却が効率よく行えるようにし、巻線機器を長寿命化する
とともに、巻線機器を安価に構成すること。【解決手段】磁性合金薄帯が巻芯に巻回されてなるコ
ア１を有し、絶縁性の冷媒中で使用される巻線機器にお
いて、コア１の角部で発生する電界集中を緩和するた
め、断面円形状の環状物であるコロナリング３ａ〜３ｄ
を設ける。コア１の内輪側に設けられるコロナリング３
ｃ，３ｄは、巻芯１ａの面取り部分上に設置され、コア
１の外輪側に設けられるコロナリング３ａ，３ｂは、コ
ア１の側面に設けられたロッド７により支えられる。上
記の構成とすることにより、コロナリング３ａ〜３ｄと
コア１が接触することがなく、コア１の上下面や角部を
充分に冷却することができる。なお、上記コロナリング
をレーストラック形状のコアや薄板状の複数枚のコアか
ら構成される巻線機器に適用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁心に巻線が巻か
れ、絶縁性の冷煤中で使用されるトランス、リアクトル
等の巻線機器に関し、さらに詳細には、このような巻線
機器の電界緩和部材に関する。本発明は、放電励起型レ
ーザ装置、放電により化合物を分解したり、殺菌を行う
装置等に用いられる高電圧パルス発生用の磁気パルス圧
縮回路の可飽和リアクトルや昇圧トランス等に適用する
ことができる。

【０００２】

【従来の技術】放電励起型レーザ装置、パルスコロナ放
電を行いダイオキシン等の化合物を分解する装置、放電
により食品等の殺菌を行う殺菌装置等においては放電セ
ル（チェンバ）内に放電電極を設け、放電電極に高電圧
パルスを印加して放電を発生させている。上記高電圧を
発生させる回路として、一般に磁気圧縮回路もしくは磁
気圧縮回路と昇圧トランス回路を用いた高電圧パルス発
生回路が知られている。例えば、半導体集積回路の微細
化、高集積化につれて、解像力の向上が要請されている
露光装置の露光用光源としては、上記した放電励起型レ
ーザ装置である波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
装置、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置及び
波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ₂）レーザ装置が用いられ
る。

【０００３】このような露光用レーザ装置は、レーザ媒
質であるレーザガスが充填されたレーザチェンバ内に設
けた放電電極間において、短時間に放電を繰り返してレ
ーザガスを励起しパルスレーザを発振する。放電を発生
させるには、放電電極間に高電圧パルスを供給する必要
があり、そのために高電圧パルス発生装置が設けられ
る。放電励起型レーザ装置に設けられる高電圧パルス発
生装置は、上記したように、通常、磁気圧縮回路もしく
は磁気圧縮回路と昇圧トランス回路を用いた高電圧パル
ス発生回路構成を有する。

【０００４】上記した露光用ガスレーザ装置において、
上記したようにレーザチェンバ内で放電を発生させレー
ザガスを励起させるために設けられる高電圧パルス発生
回路の例を図８に示す。図８の高電圧パルス発生回路
は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ
１、ＳＲ２、ＳＲ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路
からなる。磁気スイッチＳＲ１はＩＧＢＴ等の半導体ス
イッチング素子である固体スイッチＳＷでのスイッチン
グロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれ
る。第１の磁気スイッチＳＲ２と第２の磁気スイッチＳ
Ｒ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
ここで、図８（ａ）は磁気圧縮回路に加え昇圧トランス
Ｔｒ１を含む回路、図８（ｂ）は昇圧トランスを含ま
ず、昇圧トランスの代わりにコンデンサＣ０の充電用の
リアクトルＬ１を含む例である。

【０００５】以下に、図８（ａ）にしたがって、回路の
構成と動作を説明する。なお、図８（ｂ）の回路は昇圧
トランスにより昇圧される動作が無いだけで、他の動作
は図８（ａ）と同様なので、説明を省略する。まず、高
電圧電源ＣＨの電圧が所定の値Ｖinに調整され、主コン
デンサＣ０が充電される。このとき、固体スイッチＳＷ
はオフになっている。主コンデンサＣ０の充電が完了
し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッ
チＳＷ両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ１の両
端にかかる。磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる主コン
デンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチ
ＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチ
ＳＲ１が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ
０、磁気スイッチＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次
側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時
に、昇圧トランスＴｒ１の２次側、コンデンサＣ１のル
ープに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷
が移行してコンデンサＣ１に充電される。この後、コン
デンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッ
チＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッ
チＳＲ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ
１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３のループに電
流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行して
コンデンサＣ２に充電される。さらにこの後、コンデン
サＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳ
Ｒ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳ
Ｒ３が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ２、
ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＲ３のルー
プに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移
行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。

【０００６】予備電離のためのコロナ放電は、第１電極
１０１が挿入されている誘電体チューブ１０２と第２電
極１０３とが接触している個所を基点として誘電体チュ
ーブ１０２の外周面に発生するが、ピーキングコンデン
サＣｐの充電が進むにつれてその電圧Ｖｐが上昇し、Ｖ
ｐが所定の電圧になるとコロナ予備電離部の誘電体チュ
ーブ１０２表面にコロナ放電が発生する。このコロナ放
電によって誘電体チューブ１０２の表面に紫外線６が発
生し、主放電電極Ｅ、Ｅ間のレーザ媒質であるレーザガ
ス２が予備電離される。ピーキングコンデンサＣｐの充
電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣｐの
電圧Ｖｐが上昇し、この電圧Ｖｐがある値（ブレークダ
ウン電圧）Ｖｂに達すると、主放電電極Ｅ、Ｅ間のレー
ザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電に
よりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。この
後、主放電によりピーキングコンデンサＣｐの電圧が急
速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。このよう
な放電動作が固体スイッチＳＷのスイッチング動作によ
って繰り返し行なわれることにより、所定の繰り返し周
波数でのパルスレーザ発振が行われる。ここで、磁気ス
イッチＳＲ２、ＳＲ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成
される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に
行くにつれて小さくなるように設定することにより、各
段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるような
パルス圧縮動作が行われ、主放電電極Ｅ、Ｅ間に短パル
スの強い放電が実現される。

【０００７】磁気スイッチの構成例を図９に示す。図８
に示した回路における磁気スイッチＳＲ２，ＳＲ３のパ
ルス幅を圧縮する性能（圧縮性能）は、磁気スイッチ飽
和後のインダクタンスが小さいほど良くなることが知ら
れている。この構成例では、コンデンサ、コアの巻線を
複数並列に設けており、コンデンサの寄生インダクタン
ス、磁気スイッチのコイルのインダクタンスを小さくし
て、上記磁気スイッチ飽和後のインダクタンスを小さく
している。図９が例えば、図８における磁気スイッチＳ
Ｒ３を表している場合（ＳＲｎがＳＲ３の場合）、コン
デンサＣｎ₁〜Ｃｎ_nは、Ｃ２₁〜Ｃ２_nであり、Ｃ２
₁〜Ｃ２_nを合成したものが図８（ａ）、図８（ｂ）の
Ｃ２である。このとき、コンデンサＣ２₁〜Ｃ２_nの一
端はアース側に接続される。他端の一方は、磁気スイッ
チＳＲ１を所定回数巻き回されたＣ１₁〜Ｃ１_n（合成
すると図８（ａ）、図８（ｂ）のＣ１）の高圧側（ＣＨ
側）に接続され、他端の他方はＳＲ３を所定回数巻き回
された後、ピーキングコンデンサＣｐ₁〜Ｃｐ_n（合成
すると図８（ａ）、図８（ｂ）のＣｐ）の高圧側（ＣＨ
側）に接続される。ここで各磁気スイッチやコンデンサ
は、冷却のため絶縁性冷媒、例えば、絶縁オイルによっ
て満たされた不図示のタンクの中に設置される。絶縁性
冷媒は自然対流やファン等を用いた強制対流により、コ
ア表面上を流れ、その際に熱交換を行う。

【０００８】図１０（ａ）は、磁気スイッチを構成する
可飽和リアクトルの、コア１に巻線２が巻かれた様子を
示す斜視図である。コア１は磁性合金薄帯１ｂが巻芯１
ａに年輪状に巻回されたものであり、同図では、円環状
に形成されたコアを示しているが、レーストラック状
（長円形状）に形成される場合もある。巻線２と巻線２
の間、巻線２とコア１との間は絶縁しておく必要があ
る。また、高電圧が印可される可飽和リアクトルは、絶
縁と冷却のため、上記したように絶縁オイル中に浸され
る。そのため、図１０（ｂ）に示すように芯線２ａに親
油性の良いクレープ紙２ｂが絶縁被覆として巻かれる。
昇圧トランスＴｒも、コアに一次巻線および二次巻線が
巻かれている点を除き同様な構造である。図１１は上記
リアクトルの断面構造を概念的に示す図である。同図に
示すように断面が略矩形状のコア１に巻かれた巻線２に
電圧が印可されると、コア１の角部で電界集中が発生す
る。この電界集中により、図１１（ｂ）に示すように該
角部と巻線２の絶縁被覆との間でコロナ放電が発生する
場合がある。コロナ放電が発生すると、絶縁被覆が徐々
に損傷し、やがて短絡が生じる。

【０００９】上記コロナ放電を防止するため、コア１の
角部と巻線２との間には、通常、電界緩和部材（以下で
はコロナリングという）が設けられる。図１２に、リア
クトルのコア１に取りつけられる、従来のコロナリング
３の取付け構造を断面図として示す。コロナリング３の
材質は、例えばステンレスであり、コア１の四隅の角部
に、全周にわたって設けられる。断面形状は、図示した
ように、角の形状に合わせたＬ字形であるが、表面に鋭
利な角があると電界が集中し、コロナ放電が発生するの
で、全体がなめらかな曲線になるよう構成し、電界を緩
和する。図１２において、巻線２に電圧が印可された
時、コア１の上面Ａと下面Ａ’の図中左右方向に電位差
が生じる。すなわち、コア１は、表面にシリカ等の絶縁
被覆が施された磁性合金薄帯を巻芯に年輪状に巻回した
ものであり、上記薄帯の巻径方向は、巻径方向に直交す
る面に比べ電気抵抗が大きい。このため、巻線２に電圧
が印加されたとき、上記薄帯の巻径方向に平行なコアの
上面Ａと下面Ａ’には巻径方向に電位差が生ずる。一
方、上記巻き径方向に直交する左右の面Ｂは、略同電位
に保たれる。このため、コア１の上面Ａと下面Ａ’に、
導電性のコロナリング３が直接接触すると、上記電位差
によりコロナリングに電流が流れて、これにより磁束が
打ち消されコア１の実効断面積が小さくなる。そこで、
コア１とコロナリング３との絶縁を取るために、コア１
の上面Ａと下面Ａ’側には、コア１とコロナリング３と
の間にプレスボード４’を挟みこむ。プレスボードと
は、親油性の紙を多層に重ねてプレスしたものであり、
一般に、絶縁オイル中での絶縁材料として用いられる。
厚さは、例えば０．７５ｍｍである。さらに、コロナリ
ング３の上に、コロナリング３を囲むように、厚いプレ
スボード４が設けられ、その上からクレープ紙を巻いた
巻線２が巻かれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般に、リアクトルや
昇圧トランス等の巻線機器は電力の損失にともないコア
が発熱する。発熱量は、損失が大きいほど高い。コアの
温度上昇は、巻線の巻き数、巻線に流れる電流（電圧）
のパルス幅、繰り返し周波数に依存するが、一般に、こ
れらの数値が大きくなるほど大きくなる。例えば、上記
した放電型ガスレーザ装置の昇圧回路における昇圧トラ
ンスや磁気パルス圧縮回路の磁気スイッチにおいては、
前記したように、４ｋＨｚ以上の高繰り返し化が要求さ
れていること、小型化のために、昇圧トランスと複数の
可飽和リアクトルを積み重ねるなど、狭い範囲に配置し
なければならないこと、などの理由により、コアが高温
になりやすい条件下で使用する。そのような場合、絶縁
オイル中で冷却していても、使用中のコア角部の温度は
定格値を越えてしまう場合がある。図１２に示した従来
例の構造では、コア１とプレスボード４’とコロナリン
グ３とが密着している。したがって、リアクトルが浸さ
れている冷却冷媒（絶縁オイル）が、それらの間にとど
かず、コア１の角部を十分に冷却することができない。
特に、コア１は、表面にシリカ等の絶縁被覆が施された
磁性合金薄帯を巻芯に年輪状に巻回したものであるた
め、上記薄板の巻径方向は熱伝導が悪い。このため、プ
レスボード４’が上下面に設けられたコア部分は他の部
分に比べ温度が上昇する。この加熱により、特にコロナ
リング３とコア１に挟まれたプレスボード４’の寿命が
激減する。また、コア１からの熱伝導により、コロナリ
ング３が加熱され、コロナリング３を囲むプレスボード
７も加熱される。したがって、コロナリング３の上に設
けたプレスボード４も短寿命になる。以上のように、高
圧パルス発生回路において使用される従来のリアクト
ル、昇圧トランス等の巻線機器は、加熱によりプレスボ
ードが劣化し短寿命化するといった問題があった。

【００１１】上記したような問題を解決するために、本
発明の発明者らは、先に図１３に示すようなコロナリン
グ構造を提案した。図１３（ａ）は、コアとコロナリン
グとの関係を示す斜視図であり、同図では見やすいよう
に、コアの半円部分のみを示しており、その他、巻線、
コロナリングを囲むプレスボード（前記図１２のプレス
ボード４）は省略されている。また、図１３（ｂ）は、
コアの断面図を示している。先に提案した例において
は、図１３に示すように、コロナリング３ａ〜３ｄをコ
ア１の四隅に全周にわたって設け、該コロナリング３ａ
〜３ｄの断面形状を円弧状にし、コア１の角部との接触
を、コア１の角の頂部のみで線接触させる。そして、図
１３（ｂ）に示すように、コロナリング３ａ〜３ｄを囲
うようにプレスボード４を設けて、その上に巻線２を巻
き、全体を前記したように絶縁オイル中に浸す。上記の
ように構成することにより、コロナリング３ａ〜３ｄ
は、コア１の角の頂部以外では接触せず、コア１とコロ
ナリング３ａ〜３ｄとの間に、絶縁のためのプレスボー
ド（前記図１２に示したプレスボード４’）を設ける必
要はない。したがって、前記したコア１とコロナリング
３ａ〜３ｄとの間のプレスボード４の寿命の問題がなく
なる。また、図１３（ｃ）に示すように、コロナリング
３ａ〜３ｄとコア１との間には、絶縁オイルが介在する
ことになり、コア１の角部とコロナリング３ａ〜３ｄと
を十分に冷却することができる。さらに、コア１とコロ
ナリング３ａ〜３ｄとは線接触であるので、コア１の温
度がコロナリング３ａ〜３ｄに伝わりにくい。このた
め、コロナリング３ａ〜３ｄの加熱を防ぐことができ、
コロナリング３ａ〜３ｄを囲って設けたプレスボード４
ａ〜４ｄの温度を低くすることができ、プレスボードの
長寿命化を図ることができる。

【００１２】先に提案したコロナリング部の構造によれ
ば、以下の効果を得ることができる。（１）コアと電界緩和部材（コロナリング）を線接触と
したり、コアと電界緩和部材（コロナリング）との間に
間隙を設けることにより、コアと電界緩和部材（コロナ
リング）間のプレスボードを省略することができる。こ
のため、コアと電界緩和部材（コロナリング）との間プ
レスボードを設ける必要がなくなり、該プレスボードの
劣化による巻線機器の短寿命化を防止することができ
る。（２）コアとコロナリングとの間に間隙を設けることに
より、コアとコロナリングとの間に冷媒を介在させるこ
とができ、コロナリングの加熱を抑制できる。このた
め、コアを囲むプレスボードの熱伝導による加熱を抑制
でき、コロナリング上に設けるプレスボードの短寿命化
を防ぐことができる。

【００１３】上記したようにコアの温度上昇は、巻線の
巻き数、巻線に流れる電流（電圧）のパルス幅、繰り返
し周波数に依存するが、近年、高繰返し周波数条件下で
巻線機器が使用されることが多くなってきた。例えば、
現状、露光用の放電励起型レーザ装置のレーザパルスの
繰返し周波数は２ｋＨｚ程度であるが、近年、スループ
ットの増大、露光量のバラツキの減少のため、繰返し周
波数４ｋＨｚ以上が要請されている。そのためコアの温
度上昇も大きくなる傾向にある。よって、発明者等が提
案したコロナリング部の構造においても、場合によって
は、使用中のコア角部の温度は定格値を越えてしまう場
合がある。また、発明者等が提案したコロナリングは、
コアと線接触としたり、コアとの間に間隙を設ける形状
であるため、コロナリングの加工コストが比較的高価と
なる。本発明は以上の事情に鑑みなされたものであっ
て、本発明の目的は、例えば、放電励起型レーザ装置の
繰返し周波数が４ｋＨｚ以上といった高繰返し周波数条
件下においても、コアの冷却が効率よく行えるようにし
巻線機器を長寿命化するとともに、巻線機器を安価に構
成することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を次
のようにして解決する。（１）磁性合金薄帯が巻芯に巻回されてなる磁心と、こ
の磁心に巻線が巻かれ、絶縁性の冷媒中で使用される巻
線機器において、上記磁心と巻線との間に、磁心の角部
で発生する電界集中を緩和する電界緩和部材を設ける。
上記電界緩和部材は断面円形状の環状物であり、磁心の
内輪側に設けられた電界緩和部材は、巻芯もしくは巻芯
の内周に取り付けられた支持部材により支持され、磁心
の外輪側に設けられた電界緩和部材は、磁心の外周に取
り付けられた支持部材により支持され、磁心と離間して
あるいは磁心の角部もしくは巻径方向に直交する面と接
触して取り付けられる。（２）上記（１）において、上記磁心の外側面にボスを
設け、該ボスを貫通するロッドを設け、また、上記巻芯
に面取り部を形成し、上記ロッドの両端部および上記巻
芯の面取り部に断面円形状の環状物である電界緩和部材
を配置する。（３）上記（１）において、上記磁心の外側面にボスを
設け、該ボスを貫通するロッドを設け、また、該巻芯の
端部に段差部を構成するよう上記巻芯の内周部に筒状部
材を設け、上記ロッドの両端部および上記段差部に断面
円形状の環状物である電界緩和部材を配置する。上記
（１）〜（３）の構成とすることにより、電界緩和部材
が磁心と接触することがなく、また前記図１２に示した
ように磁心と電界緩和部材との間にプレスボードを設け
る必要がないので、磁心の上下面や角部を充分に冷却す
ることができる。また、電界緩和部材として、断面円形
状の環状物のものを使用することができるので、加工コ
ストを低減化することができる。さらに、上記（２）
（３）のように構成することにより、電界緩和部材を容
易に取り付けることもでき、製造が容易となる。（４）磁性合金薄帯が環状の巻芯に巻き回されたコアが
複数個、所定距離だけ離間して配置され、この複数個の
コアからなる組立体に巻線が巻かれ、絶縁性の冷媒中で
使用される上記（１）（２）（３）の巻線機器であっ
て、各コア間に支え部材をコアとは接触しないように配
置し、上記複数個のコアを所定距離離間させるように支
持する。上記（４）のようにコアを所定距離だけ離間し
て配置することにより、絶縁性の冷媒とコアとが接する
面積を増大することができ、コアの冷却効率を高くする
ことができる。（５）磁気圧縮回路もしくは磁気圧縮回路及び昇圧トラ
ンス回路を含む高電圧パルス発生回路において、上記磁
気圧縮回路に設けられた可飽和リアクトルもしくは上記
昇圧トランス回路の昇圧トランスとして、上記（１）
（２）（３）もしくは（４）の構造を有する巻線機器を
用いる。（６）磁気圧縮回路もしくは磁気圧縮回路及び昇圧トラ
ンス回路を含む高電圧パルス発生回路の出力端に接続さ
れ、レーザチェンバ内に配置された一対のレーザ放電電
極と、上記電極と並列に接続されたピーキングコンデン
サとを有する放電励起ガスレーザ装置において、上記磁
気圧縮回路に設けられた可飽和リアクトルもしくは上記
昇圧トランス回路の昇圧トランスとして、上記（１）
（２）（３）もしくは（４）の構造を有する巻線機器を
用いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１、図２に本発明の第１の実施
例の巻線機器の構成を示す。図１、図２に示した巻線機
器は、前記したように、例えば、放電励起型レーザ装置
における高電圧パルス発生回路の昇圧トランス、磁気ス
イッチ等に用いることができる。図１（ａ）は本発明の
巻線機器の断面図（図２（ｄ）のＢ−Ｂ断面図）、図１
（ｂ）は図１（ａ）からプレスボード押さえ５、ねじ５
ａ、プレスボード４、ナット８ａ、ロッド８を省略した
上面図、図２（ｃ）は図１（ｂ）のＡ部の詳細図、図２
（ｄ）は上面図である。本実施例においては、図１
（ａ）、図１（ｂ）に示すように、コロナリング３ａ〜
３ｄをコア１の四隅に全周にわたって設け、該コロナリ
ング３ａ〜３ｄの断面形状を円状にする。コア１の内輪
側に設けられたコロナリング３ｃ，３ｄは、コア１に接
触しないように、芯材（巻芯）１ａの面取り部分に設置
される。一方、コア１の外輪側に設けられたコロナリン
グ３ａ，３ｂはコア１の側面に設けられた複数のボス６
を貫通するロッド７により支えられる。図２（ｃ）に示
すように、コロナリング３ａ，３ｂのロッド７と当接す
る部分には切り欠き部３１が設けられ、ロッド７が該切
り欠き部３１に係合し、コロナリング３ａ，３ｂが支え
られる。なお、コロナリング３ａ，３ｂは図１（ａ）に
示すようにコア１の角の頂部近傍に位置するようロッド
７により保持される。そして、図１（ａ）に示すよう
に、コロナリング３ａ〜３ｄを囲うようにプレスボード
４が設けられる。前記したように、コア１は、表面にシ
リカ等の絶縁被覆が施された磁性合金薄帯を巻芯に年輪
状に巻回したものであるため、上記薄板の巻径方向は熱
伝導が悪く、図１（ａ）においてコア１の上下面の部分
は他の部分に比べ温度が上昇する。

【００１６】よって、図２（ｄ）に示すように、プレス
ボード４はコア１の上下面を覆って熱がこもらないよう
にするために、コア１の上下面部分と対向する位置に開
口部４１が設けられる。プレスボード４は複数のプレス
ボード押さえ５により挟まれ、ねじ５ａにより固定され
る。プレスボード押さえ５は、プレスボード押さえ５を
貫通する雄ねじ状のロッド８、ナット８ａにより固定さ
れる。そしてプレスボード４の上に巻線が巻かれ、全体
が絶縁オイル中に浸される。本実施例は上記構成とした
ので、コロナリング３ａ〜３ｄは、コア１とは接触せ
ず、コア１とコロナリング３ａ〜３ｄとの間に、絶縁の
ためのプレスボード（前記図１２に示したプレスボード
４’）を設ける必要はない。したがって、前記図１２に
おけるコア１とコロナリング３との間に設けたプレスボ
ード４’の寿命が短くなるといった問題がなくなる。ま
た、図１（ａ）に示すように、コロナリング３ａ〜３ｄ
とコア１とは接触せず、特に温度上昇の激しいコア１の
上下面方向にコロナリング３ａ〜３ｄが存在しないの
で、コア１の上下面を十分に冷却することができる。さ
らに、コア１とコロナリング３ａ〜３ｄとは非接触であ
るので、コア１の温度がコロナリング３ａ〜３ｄに伝わ
らない。このため、コロナリング３ａ〜３ｄの加熱を防
ぐことができ、コロナリング３ａ〜３ｄを囲って設けた
プレスボード４の温度を低くすることができ、プレスボ
ード４の長寿命化を図ることができる。なお、図１
（ａ）において、コア１の側面部（巻径方向に垂直な
面）は、同電位であって、通常アースされるので、コア
１の角部もしくはコア１の側面部とコロナリング３ａ〜
３ｄとが接触していても絶縁のためのプレスボードを設
ける必要はない。そのため、上記と同様、図１２におけ
るプレスボード４’の寿命が短くなるといった問題がな
くなる。また、コア１の側面部 (巻径方向に垂直な面）
は、コア１の上下面に比べ温度上昇が小さいので、コア
１の角部もしくはコア１の側面部とコロナリング３ａ〜
３ｄとが接触していても、コロナリング３ａ〜３ｄはほ
とんど加熱されず、上記と同様にプレスボード４の長超
寿命化を図ることができる。

【００１７】また、上記実施例では、円環状のコアにつ
いて説明したが、図３に示すように、レーストラック形
状のコアに本実施例を適用してもよい。図３は、上記実
施例をレーストラック形状のコアに適用した場合の上面
図であり、前記図１（ｂ）に相当し、プレスボード、巻
線等は省略されている。本実施例の構成は、コアの形状
がレーストラック形状である点を除き、前記図１〜図２
に示した実施例と同じであり、第１の実施例と同様、コ
ロナリング３ａ〜３ｄの加熱を防ぐことができ、また、
プレスボード４の長寿命化を図ることができる。

【００１８】上記した実施例では、内輪側の断面が円形
状のコロナリング３ｃ，３ｄを芯材の面取り部分に設置
したが、以下のような設置構造でもよい。図４（ａ）に
示す例においては、コア１の内輪側に設置するコロナリ
ング３ｃ，３ｄに、芯材１ａと嵌め合う直角の切り欠き
部分を持った金属性の固定部材３２を溶接する。固定部
材３２は、コロナリング３ｃ，３ｄの円輪上に２〜３ヶ
所設ける。また、図４（ｂ）に示す例においては、芯材
１ａの内側に筒状部材３３を設ける。筒状部材の長さ
は、芯材の長さより短く、芯材１ａの上下の角部近傍に
段差部３３ａが形成されるようにする。筒状部材３３と
芯材１ａとは不図示のねじ等で固定される。この段差部
３３ａに断面円形状のコロナリング３ｃ，３ｄを設置す
る。上記構成であれば、コロナリング３ｃ，３ｄを芯材
１ａの角部、もしくは、上記段差部３３ａに載置するこ
とで、容易にコロナリング３ｃ，３ｄを設置することが
できる。

【００１９】上記した図１、図２、図３に示した実施例
では、コア１の外輪側に設けられたコロナリング３ａ，
３ｂに複数の切り欠き部３１を設け、コア１の側面に設
けられた複数のボス６を貫通するロッド７と切り欠き部
３１を当接させることにより保持しているが、図５に示
す設置構造でもよい。すなわち、図５（ａ）に示すよう
に、コロナリング３ａ，３ｂにロッド３４を複数設け
る。そして図５（ｂ）に示すように、ロッド３４をコア
１の側面に設けられたボス６の嵌合穴部に挿入し、止め
ねじ６ａ等で固定する。

【００２０】前記したように、露光に用いられているレ
ーザ装置のレーザパルスの繰返し周波数は、４ｋＨｚ以
上が要請され始めているので、磁気スイッチや昇圧トラ
ンスとして使用される巻線機器のコアでの発熱量が増加
する。前記図１０に示したように、コアは両面に絶縁物
の薄膜（例：シリカ薄膜）が施された磁性合金薄帯を芯
材に年輪状に巻き回したものであるので、発熱量によっ
ては、磁性合金薄帯とシリカ薄膜との熱膨張係数の違い
からシリカ薄膜にクラックが生じることがある。クラッ
クが生じるとそこから漏れ電流が多くなり、さらに発熱
し、最終的には回路素子としての特性を失うことにな
る。そこで、高繰返し周波数に対応するため、巻線機器
の構造としては、コアを薄板状に分割して、各薄板状コ
アがプレスボードやガラスエポキシ等の絶縁材料からな
るスペーサによってそれぞれが一定距離だけ離間するよ
うに配置するものが採用されることが多い。このような
構造をとることにより、コアの絶縁性冷媒と接する面積
が増大してコアの冷却効率が高くなる。このため、発熱
量が増大する４ｋＨｚ以上の高繰返し周波数にも対処す
ることが可能となる。

【００２１】次に、上記構成のコアに、本発明のコロナ
リングを適用した本発明の第２の実施例について説明す
る。ここでは、例として、本出願の発明者等が特願２０
０１−２３１５０５号にて提案した巻線機器のコア構造
に対して、本発明のコロナリングを適用したものを図６
に示す。なお、図６は、本実施例の巻線機器の断面図
（図１（ａ）に相当）を示し、薄板状のコアを用いた点
を除き、基本的な構成は前記図１と同様であり、本実施
例の巻線機器を、上面から見た図、コロナリングの取り
付け構造等は図１で説明したものと同様である。図６に
示した巻線機器の構造は、円環状の支え部材１２を、薄
板状に形成された各コア１１ａ〜１１ｄ間に挿入するこ
とにより、各コア１１ａ〜１１ｄを所定距離だけ離間さ
せて保持したものである。支え部材１２の外周の直径
は、コア１１ａ〜１１ｄの芯材１ａの外周の直径と略一
致し、コア１１ａ〜１１ｄとは接触しない。支え部材１
２は金属製であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３１
０）鋼よりなる。

【００２２】ここで、支え部材１２はその外周より径が
小さい円環状の突出部１２ａを上下面に有する。この支
え部材１２の上下面に設けた突出部１２ａにより各コア
１１ａ〜１１ｄが略同軸状となるように位置決めされ
る。設計条件によってコア１１ａ〜１１ｄの厚みは変わ
るが、例えば、厚みが１０ｍｍ以下だとコア１１ａ〜１
１ｄの自重によるたわみが生じる。このような場合、コ
ア１１ａ〜１１ｄの自重によるたわみ等を防止するた
め、コア外輪側の側面にボス１３を数ヶ所設けてこれら
のボス１３にロッド１４を貫通させ、ボス１３とロッド
１４を止めねじ１３ａで固定する。各コアを所定距離離
間させて保持するに当たり、前記したコアに対して放射
線状に密着したスペーサではなく、芯材１ａにのみ密着
した支え部材１２で各コア１１ａ〜１１ｄを保持するの
で、支え部材１２とコア１１ａ〜１１ｄとが接触せしな
い。このため、コア表面における冷媒の流れが妨げられ
る部分が生じず、冷媒とコア表面との熱交換が阻害され
ることが無くなる。よって、４ｋＨｚ以上の高繰返し周
波数条件においても、コアの発熱による劣化といった問
題を回避できる。

【００２３】本実施例では、図６に示した構造の巻線機
器に、本発明を適用し、断面形状が円形状のコロナリン
グ３ａ〜３ｄを薄板状のコア１１ａの上側、コア１１ｄ
の下側の外輪側および内輪側に全周にわたって設ける。
コア１１ａ，１１ｄの内輪側に設けられたコロナリング
３ｃ，３ｄは、前記図１に示したものと同様、芯材１ａ
の面取り部分に設置される。一方、コア１１ａ，１１ｄ
の外輪側に設けられたコロナリング３ａ，３ｂは前記し
たようにコア１１ａ〜１１ｄの側面に設けられた複数の
ボス１３を貫通するロッド１４により支える。コロナリ
ング３ａ，３ｂの設置の仕方は前記図２（ｃ）で説明し
たのと同様であり、図６に示すように、ロッド１４と当
接する部分に切り欠き部が設けられ、この切り欠き部
に、上記ロッド１４が係合する。なお、コロナリング３
ａ，３ｂはコア１１ａ，１１ｄの角の頂部近傍に位置す
るようロッド１４により保持される。そして、コロナリ
ング３ａ〜３ｄを囲うようにプレスボード４が設けられ
る。なお、プレスボード４はコア１１ａ〜１１ｄの上下
面を覆って熱がこもらないようにするために、前記図２
（ｄ）に示したようにコア１１ａ，１１ｄの上下面部分
と対向する位置に開口部が設けられる。プレスボード４
は複数のプレスボード押さえ５により挟まれ、プレスボ
ード押さえ５を貫通する雄ねじ状のロッド８とナット８
ａにより固定される。そして、プレスボード４の上に巻
線が巻かれ、全体が絶縁オイル中に浸される。

【００２４】上記構成とすることにより、コロナリング
３ａ〜３ｄは、コア１１ａ〜１１ｄとは接触せず、コア
１１ａ〜１１ｄとコロナリング３ａ〜３ｄとの間に、絶
縁のためのプレスボード（前記図１２に示したプレスボ
ード４’）を設ける必要はなく、コアとコロナリングＡ
〜Ｄとの間のプレスボードの寿命の問題がなくなる。ま
た、コロナリング３ａ〜３ｄとコア１１ａ〜１１ｄとは
接触せず、特に温度上昇の激しいコアの上下面方向にコ
ロナリング３ａ〜３ｄが存在しないので、コアの上下面
や角部を十分に冷却することができる。さらに、コア１
１ａ〜１１ｄとコロナリング３ａ〜３ｄとは非接触であ
るので、コア１１ａ〜１１ｄの温度がコロナリング３ａ
〜３ｄに伝わらない。このため、コロナリング３ａ〜３
ｄの加熱を防ぐことができ、コロナリング３ａ〜３ｄを
囲って設けたプレスボード４の温度を低くすることがで
き、プレスボードの長寿命化を図ることができる。

【００２５】次に上記薄板状のコアを用いた他の構成の
巻線機器に本発明を適用した第３の実施例について説明
する。図７に示した巻線機器の構造は、支え部材１２を
円筒状に構成して、各コア１１ａ〜１１ｄ間に挿入する
ことにより、各コア１１ａ〜１１ｄを所定距離だけ離間
させて保持するように構成したものである。支え部材１
２の外周、内周の直径は、コア１１ａ〜１１ｄの芯材１
ａの外周、内周の直径と略一致し、コア１１ａ〜１１ｄ
とは接触しない。支え部材１２は金属製であり、例え
ば、ステンレス（ＳＵＳ３１０）鋼よりなる。また、筒
状部材１５を新たに設ける。筒状部材１５の外周の直径
は、コア１１ａ〜１１ｄの芯材１ａ、支え部材１２の内
周の直径以下である。そして、筒状部材１５にコア１１
ａ〜１１ｄ、支え部材１２を、コア１１ｄ、支え部材１
２、コア１１ｃ、支え部材１２、…、支え部材１２、コ
ア１１ａの順に嵌めこむことにより、各コア１１ａ〜１
１ｄと各支え部材１２が略同軸状となるように位置決め
されるとともに、各コア同士が所定距離離間されて保持
される。図７の巻線機器の構造によれば、図６のように
支え部材１２に突出部１２ａを設けずともよいので、構
造がシンプルで、製作コストも低減される。

【００２６】図７に示した構造の巻線機器に、本発明を
適用し、断面形状が円状コロナリング３ａ〜３ｄを、薄
板状のコア１１ａの上側、コア１１ｄの下側の外輪側お
よび内輪側に全周にわたって設ける。ここで、筒状部材
１５の長さを、最上段のコア１１ａおよび最下段のコア
１１ｄの芯材１ａと段差部１５ａが形成されるように、
コア１ａ〜１ｄおよび支持部材１２の合計長より短く設
定する。筒状部材１５は、最上段および最下段のコア１
１ａ，１１ｄの芯材１ａと不図示のねじで固定されてい
る。この段差部１５ａに断面円形状のコロナリング３
ｃ，３ｄを設置する。一方、コア１１ａ，１１ｄ外輪側
に設けられたコロナリング３ａ，３ｂはコアの側面に設
けられた複数のボス１３を貫通するロッド１４により支
えられる。すなわち、図６に示したように、コロナリン
グ３ａ，３ｂのロッド１４と当接する部分には切り欠き
部が設けられており、この切り欠き部に、上記ロッド１
４が係合する。なお、コロナリング３ａ，３ｂはコア１
１ａ，１１ｄの角の頂部近傍に位置するようロッド１４
により保持される。そして、コロナリング３ａ〜３ｄを
囲うようにプレスボード４が設けられる。なお、プレス
ボード４はコア１１ａ，１１ｄの上下面を覆って熱がこ
もらないようにするために、前記図２（ｄ）に示したよ
うに、コア１１ａ，１１ｄの上下面部分と対向する位置
に開口部が設けられる。プレスボード４は複数のプレス
ボード押さえ５により挟まれ、プレスボード押さえ５を
貫通する雄ねじ状のロッド８とナット８ａにより固定さ
れる。そしてプレスボード４の上に巻線が巻かれ、全体
が絶縁オイル中に浸される。

【００２７】上記構成とすることにより、コロナリング
３ａ〜３ｄは、コア１１ａ、１１ｄとは接触せず、コア
１１ａ、１１ｄとコロナリング３ａ〜３ｄとの間に、絶
縁のためのプレスボード（前記図１２に示したプレスボ
ード４’）を設ける必要はなく、コアとコロナリングと
の間のプレスボードの寿命の問題がなくなる。また、コ
ロナリング３ａ〜３ｄとコア１１ａ、１１ｄとは接触せ
ず、特に温度上昇の激しいコア１１ａ、１１ｄの上下面
方向にコロナリング３ａ〜３ｄが存在しないので、コア
１１ａ〜１１ｄの上下面や角部を十分に冷却することが
できる。さらに、コア１１ａ〜１１ｄとコロナリング３
ａ〜３ｄとは非接触であるので、コア１１ａ〜１１ｄの
温度がコロナリング３ａ〜３ｄに伝わらない。このた
め、コロナリング３ａ〜３ｄの加熱を防ぐことができ、
コロナリング３ａ〜３ｄを囲って設けたプレスボード４
の温度を低くすることができ、プレスボードの長寿命化
を図ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
以下の効果を得ることができる。（１）断面円形状の環状物である電界緩和部材を、磁心
の内輪側に、巻芯もしくは巻芯の内周に取り付けられた
支持部材により支持して取り付け、また、上記電界緩和
部材を、磁心の外輪側に、磁心の外周に取り付けられた
支持部材により磁心と離間させて取り付けたので、電界
緩和部材と磁心が接触することがなく、磁心の上下面や
角部を充分に冷却することができる。このため、繰り返
し周波数が４ｋＨｚ以上の高繰り返し周波数条件下で
も、コアの冷却を充分に行うことができ、巻線機器の長
寿命化を図ることができる。また、電界緩和部材とし
て、断面円形状の環状物を使用しているので、電界緩和
部材を製造するための加工コストを低減化することがで
き、巻線機器を安価に構成することができる。（２）磁心と電界緩和部材が接触していないので、電界
緩和部材の加熱を抑えることができる。このため、磁心
を囲むプレスボードの熱伝導による加熱を抑制でき、プ
レスボードの短寿命化を防ぐことができる。（３）複数枚の薄板状のコアを所定距離離間して配置し
た巻線機器に、本発明を適用することにより、冷却効率
を一層向上することができ、より高い繰り返し周波数で
使用される巻線機器にも適用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の巻線機器の構成を示す
図（１）である。

【図２】本発明の第１の実施例の巻線機器の構成を示す
図（２）である。

【図３】本発明の第１の実施例をレーストラック形状の
コアに適用した場合を示す図である。

【図４】内輪側のコロナリングの設置構造の他の例を示
す図である。

【図５】外輪側のコロナリングの設置構造の他の例を示
す図である。

【図６】本発明の第２の実施例の巻線機器の構成を示す
図である。

【図７】本発明の第３の実施例の巻線機器の構成を示す
図である。

【図８】露光用ガスレーザ装置においてレーザガスを励
起するための高電圧パルス発生回路の例を示す図であ
る。

【図９】磁気スイッチの構成例を示す図である。

【図１０】磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルに
おいてコアに巻線が巻かれた様子を示す図である。

【図１１】リアクトルの断面構造を概念的に示す図であ
る。

【図１２】リアクトルのコアに取りつけられる従来のコ
ロナリングの取付け構造を示す図である。

【図１３】先に提案した巻線機器のコロナリングの構造
を示す図である。

【符号の説明】

１コア１ａ芯材３ａ〜３ｄコロナリング４プレスボード５プレスボード押さえ６ボス７ロッド８ロッド１１ａ〜１１ｄコア１２支え部材１３ボス１４ロッド１５筒状部材３１切り欠き部３２固定部材３３筒状部材３４ロッド部４１開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性合金薄帯が巻芯に巻回されてなる磁
心と、この磁心に巻線が巻かれ、絶縁性の冷媒中で使用
される巻線機器において、上記磁心と巻線との間に、磁心の角部で発生する電界集
中を緩和する電界緩和部材が設けられ、上記電界緩和部材は断面円形状の環状物であり、磁心の内輪側に設けられた電界緩和部材は、巻芯もしく
は巻芯の内周に取り付けられた支持部材により支持さ
れ、磁心の外輪側に設けられた電界緩和部材は、磁心の外周
に取り付けられた支持部材により支持され、磁心と離間
してあるいは磁心の角部もしくは巻線の巻径方向に直交
する面と接触して取り付けられていることを特徴とする
巻線機器。
【請求項２】上記磁心の外側面にボスを設け、該ボス
を貫通するロッドを設け、また、上記巻芯に面取り部を
形成し、上記ロッドの両端部および上記巻芯の面取り部に断面円
形状の環状物である外輪側と内輪側の電界緩和部材を配
置したことを特徴とする請求項１記載の巻線機器。
【請求項３】上記磁心の外側面にボスを設け、該ボス
を貫通するロッドを設け、また、該巻芯の端部に段差部
を構成するよう上記巻芯の内周部に筒状部材を設け、上記ロッドの両端部および上記段差部に断面円形状の環
状物である外輪側と内輪側の電界緩和部材を配置したこ
とを特徴とする請求項１記載の巻線機器。
【請求項４】上記巻線機器は、磁性合金薄帯が環状の
巻芯に巻き回されたコアが複数個、所定距離だけ離間し
て配置され、この複数個のコアからなる組立体に巻線が
巻かれ、絶縁性の冷媒中で使用される巻線機器であっ
て、各コア間に支え部材をコアとは接触しないように配置
し、上記複数個のコアを所定距離離間させるように支持
したことを特徴とする請求項１、２、もしくは請求項３
に記載の巻線機器。
【請求項５】磁気圧縮回路もしくは磁気圧縮回路及び
昇圧トランス回路を含む高電圧パルス発生回路であっ
て、上記磁気圧縮回路に設けられた可飽和リアクトルもしく
は上記昇圧トランス回路の昇圧トランスとして、上記請
求項１、２、３もしくは請求項４の構造を有する巻線機
器を用いたことを特徴とする高電圧パルス発生回路。
【請求項６】磁気圧縮回路もしくは磁気圧縮回路及び
昇圧トランス回路を含む高電圧パルス発生回路の出力端
に接続され、レーザチェンバ内に配置された一対のレー
ザ放電電極と、上記電極と並列に接続されたピーキングコンデンサとを
有する放電励起ガスレーザ装置において、上記磁気圧縮回路に設けられた可飽和リアクトルもしく
は上記昇圧トランス回路の昇圧トランスとして、上記請
求項１、２、３もしくは請求項４の構造を有する巻線機
器を用いたことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。