JP2005347586A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 分割した各コアに定格以上の電圧が発生せず、かつ、コアの端部とコロナリングとの間でコロナ放電が発生しない巻線機器を提供すること。
【解決手段】 磁性合金薄帯を年輪状に巻き回したコアが複数のコア１１ａ〜１１ｄに分割され、コロナリング３ａ〜３ｄがコア１１ａ，１１ｄの四隅に全周にわたって設けられる。また、コアの外輪側に設けられたコロナリング３ａ，３ｂのみを支持する導電性のロッド１５ａ，１５ｂと、該ロッドから円周方向所定距離離間した位置に各コア１１ａ〜１１ｄを支持する絶縁物製のロッド１４とが設けられる。ロッド１５ａ，１５ｂは材質が導電性でありコロナリング３ａ，３ｂとコア１１ａ、１１ｄのロッド側端部は同電位となりコロナリングは電界緩和の機能を果たす。一方ロッド１４は絶縁物製であり、コア１１ａ〜１１ｄにかかる電圧を分圧された値とし、各コア１１ａ〜１１ｄに高電圧が印加されるのを防止する。
【選択図】 図１

Description

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。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置及び波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。
ＫｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ₂ ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びバッファーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガス、ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ₂ ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス及びバッファーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガス、フッ素（Ｆ₂ ）レーザ装置においては、フッ素（Ｆ₂ ）ガス及びバッファーガスとしてヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスからなる混合ガスであるレーザガスが数百ｋＰａで封入されたレーザチェンバの内部で放電を発生させることにより、レーザ媒質であるレーザガスが励起される。

レーザチェンバ内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値（ブレークダウン電圧）に到達すると、主放電電極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る。よって、このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰返しによるパルス発振を行い、放出するレーザ光はパルス光となる。現状、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。

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４に示す。
図４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ＳＲ１、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ＳＲ３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４（ａ）は磁気圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ１を含む回路、図４（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。

以下に図４（ａ）にしたがって、回路の構成と動作を説明する。なお、図４（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４（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Ｃ０、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Ｃ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ２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ＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３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。

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、Ｖｐ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の表面に紫外線が発生し、主放電電極Ｅ１、Ｅ２間のレーザ媒質であるレーザガスが予備電離される。
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Ｅ１、Ｅ２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、高繰返し発振を実現するには、主放電電極Ｅ１，Ｅ２に印加する高電圧パルスは立上りが速く、また短パルスである必要がある。
主放電電極に印加する高電圧パルスの立上りが速い、すなわち、ピーキングコンデンサＣｐへのエネルギー移行時間（図４における磁気パルス圧縮回路の最終段のコンデンサＣ２からピーキングコンデンサＣｐへの電荷の移行時間）が短いと、放電開始電圧を高くすることができ、レーザ出力のピーク値を大きくすることが可能となる。特に波長の短いレーザ光を放出するガスレーザ装置ほど、放電空間に大きなエネルギーを投入しなければならず、できるだけ高速立上りの高電圧パルスが要求される。

また、ピーキングコンデンサＣｐに移行しきれない余剰電流が磁気パルス圧縮回路の最終段のコンデンサ（図４ではコンデンサＣ２）から放電空間へ流れ込むが、この余剰電流はレーザ発振に寄与しない。よって、放電パルスの後半部で電界集中等により放電が不均一となって次回のパルス放電に悪影響を及ぼす履歴が残る。
繰返し周波数が高くなるとパルス間隔が短くなるので、前回のパルス放電の履歴の影響を受ける可能性が高くなる。よって、上記履歴の影響を受けないようにするには、ピーキングコンデンサＣｐへの充電時間をできるだけ短くする、すなわち、上記高電圧パルスが短パルスであることが要請される。
上記した回路において、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Ｅ１、Ｅ２間に短パルスの強い放電が実現される。

磁気スイッチの構成例を図５に示す。コア１は磁性合金薄帯を芯材１ａに年輪状に巻回したものであり、コア１は円環状に形成されたり、レーストラック状（長円形状）に形成される。
図４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。図５の構成例では、コンデンサＣｎ₁ 〜Ｃｎ_n 、Ｃ（ｎ＋１）₁ 〜Ｃ（ｎ＋１）n 、コアの巻線２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５が例えば、前記図４における磁気スイッチＳＲ３を表している場合（この場合図５のＳＲ（ｎ+ １）はＳＲ３となる）、コンデンサＣｎ₁ 〜Ｃｎ_n は、Ｃ２₁ 〜Ｃ２_n であり、Ｃ２₁ 〜Ｃ２_n を合成したものが図４（ａ）、図４（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ＳＲ２を所定回数巻き回された後、Ｃ１₁ 〜Ｃ１_n （合成すると図４（ａ）、図４（ｂ）のＣ１）の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、コンデンサＣ（ｎ＋１）₁ 〜Ｃ（ｎ＋１）n 、すなわち、ピーキングコンデンサＣｐ１〜Ｃｐｎ（合成すると図４（ａ）、図４（ｂ）のＣｐ）の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。

上記したように、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。そのため、磁気スイッチのコアでの発熱量が増加する。現状の繰返し周波数２ｋＨｚに対応したコアを用いる場合、コアの定格以上に発熱してしまう。コアは磁性合金薄帯を芯材１ａに年輪状に巻き回したものである。この磁性合金薄帯は両面に絶縁物の薄膜（例：シリカ薄膜）が施されている。コアが定格以上に発熱すると、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。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。
上記したように、コアは両面に絶縁物の薄膜が施されている磁性合金薄帯を芯材に年輪状に巻き回したものである。よって、コアの放熱性能は磁性合金薄帯の巻径方向に平行な面が高く、上記巻径方向に垂直な面は低い。
そこで、放電励起ガスレーザ装置の高繰返し周波数のレーザ動作に対応するコアには、コアを薄板状に分割し、分割された各薄板状磁心部材（以下コアという）それぞれが一定距離だけ離間するように配置されている構造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、絶縁性冷媒と接し、放熱性能が高い部分の面積が、図５の構造と比較して増大する。従って、コアの冷却効率が高くなるので、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。

図６は、上記したような分割したコア構造を持つ巻線機器の構成例であり、図６（ａ）は断面図（図６（ｂ）のＢ−Ｂ断面図）、図６（ｂ）は上面図である。上記構造の巻線機器は、本発明者等が先に提案している（特許文献１、特許文献２参照）。
図６に示した巻線機器の構造は、磁性合金薄帯を芯材に年輪状に巻き回した各コア１１ａ〜１１ｄ間に円環状の支え部材１２を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。この例では、支え部材１２を３個使用し、支え部材を３段に重ねて各コア１１ａ〜１１ｄを支持している（支え部材１２の構成例については、例えば特許文献１参照）。
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。
ここで、各支え部材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。

ここで、コアに巻かれた不図示の巻線に電圧が印可されると、コアの角部で電界集中が発生する。この電界集中により、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。上記コロナ放電を防止するため、コア１１ａ，１１ｄの角部と巻線（図示せず）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。コロナリングの材質は、例えばステンレスである。
図６に示すように、断面形状が円状コロナリング３ａ〜３ｄがコア１１ａ，１１ｄの四隅に全周にわたって設けられる。コア１１ａ，１１ｄの内輪側に設けられたコロナリング３ｃ，３ｄは芯材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により支えられる。
図６に示すように、コロナリング３ａ，３ｂのロッド１４と当接する部分は切り欠き部が設けられている。なお、コロナリング３ａ，３ｂはコア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、図６（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４ａ，４ｂが設けられる。上記したように、コア１１ａ〜１１ｄ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芯材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６（ａ）においてコアの上下面の部分は他の部分に比べ温度が上昇する。よって、図６（ｂ）に示すように、プレスボード４ａ，４ｂはコア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１１ａ，１１ｄの上下面部分と対向する位置に開口部４ｃが設けられる。

プレスボード４ａ，４ｂ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６とナット７により固定される。そしてプレスボード４ａ，４ｂの上に巻線が巻かれ、全体が絶縁オイル中に浸される。
各コア１１ａ〜１１ｄを所定距離離間させて保持するに当たり、コア１１ａ〜１１ｄに対して放射線状に密着したスペーサではなく、芯材にのみ密着した支え部材１２で各コアを保持するので、支え部材１２とコア１１ａ〜１１ｄとが接触しない。
よって、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。このため、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。
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、コアとコロナリング３ａ〜３ｄとは非接触であるので、コア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４ａ，４ｂの温度を低くすることができ、プレスボード４ａ，４ｂの長寿命化を図ることができる。
特開２００３−１１５４１４号公報 特開２００３−１５２２５１号公報

上記構成において、ロッド１４の材質によっては以下のような問題点が発生する。
図７（ａ）にロッド１４が絶縁物の場合、図７（ｂ）にロッド１４が導電性部材の場合のコアへの電圧印加状態を示す。ここで、巻線は２ターン巻かれていて、巻線の両端には３０ｋＶの電圧が印加されているものとする。また、コアの枚数は３枚とする。なお、図７はコアの右側部分のみの断面を示したものであり、左側部分は省略されている。
ここで、一般にコアの巻線に電圧を印加すると、巻線のターン数に応じて、コアの巻径方向に図８（ａ）（ｂ）に示す電圧が発生する。
例えば、コアの巻線への印加電圧が３０ｋＶであり、ターン数が２ターン（コア中心を通る巻線数）の場合、図８（ａ）に示すように、コアの径方向には、３０ｋＶ／２＝１５ｋＶの電圧が発生する。
また、例えばコアが３分割されており、コアの巻線への印加電圧が３０ｋＶ、ターン数が２ターンの場合、図８（ｂ）に示すように、各コアの径方向に、［３０ｋＶ／２］÷３＝５ｋＶの電圧が発生する。
なお、前記したように、コアは磁性合金薄帯を芯材に年輪状に巻き回したものであり、径方向の電気抵抗は大きい。

図７（ａ）の場合、ロッド１４が絶縁物なので、上記図８（ｂ）に示したように、コア１１ａ〜１１ｃにかかる電圧は、コアの枚数分に分圧された値となる。２ターン巻かれた巻線の両端に印加される電圧が３０ｋＶの場合、コアの枚数が３枚なので、コア１枚に印加される電圧は、（３０／２）×１／３＝５ｋＶとなる。
一方、図７（ｂ）の場合、ロッド１４が金属なので、コア１１ａ〜１１ｃにかかる電圧は分圧されない。このため、２ターン巻かれた巻線の両端に印加される電圧が３０ｋＶの場合、各コアに印加される電圧は、図８（ａ）と同様に、（３０／２）＝１５ｋＶと高電圧となる。この場合、各コア１１ａ〜１１ｃの層間絶物である薄膜（例．シリカ薄膜）の絶縁耐圧を越えてしまう。
ロッド１４を絶縁物とすると、ロッド１４を金属にしたときと比較して、各コア１１ａ〜１１ｃの印加電圧を小さくすることが可能となるが、逆に下記に示すような問題が発生する。
すなわち、図９（ａ）に示すようにロッド１４の材質が金属の場合、コロナリング３ａ、ロッド１４、ボス１３、コア１１ａのロッド側端部の電位差が同電位となり、コロナリングによる電界緩和が行われる。
一方、図９（ｂ）に示すように、ロッド１４の材質が絶縁物の場合、コロナリング３ａはロッド１４によって保持されており、ボス１３、コア１１ａのロッド側端部とコロナリング３ａとは同電位にならない。よって、コア３ａの角部の電界集中により、コア３ａの角部とコロナリング３ａとの間でコロナ放電が発生してしまう。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、分割した各コアに定格以上の電圧が発生せず、かつ、コアの端部とコロナリングとの間でコロナ放電が発生しない巻線機器を提供することである。

本発明は上記課題を次のように解決する。
（１）磁性合金薄帯が巻芯に巻回されてなる複数の薄板状磁心部材が所定間隔毎に積層されてなる磁心に巻線が巻かれ、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断面円形状の環状物である電界緩和部材が設けられている巻線機器において、上記薄板状磁心部材のうち、最も外側にある薄板状磁心部材の外周に導電性を有する第１のボスを設け、該第１のボスに導電性を有するロッドを取り付ける。
そして、磁心の内輪側に設けられた電界緩和部材を巻芯もしくは巻芯の内側に取り付けられた支持部材により支持し、磁心の外輪側に設けられた電界緩和部材を上記導電性を有するロッドにより支持し、磁心と離間してあるいは磁心の角部もしくは巻線の方向に直交する面と接触して取り付け、上記最も外側にある薄板状磁心部材の外輪側と、その間に配置された薄板状磁心部材の外輪側が、互に電気的に絶縁状態となるようにする。
（２）上記（１）において、所定間隔毎に積層された薄板状磁心部材の全てに、薄板状磁心部材の外周に第１のボスとは別に第２のボスを設け、該第２のボスに取り付けられ、磁心の外輪側に設けられた電界緩和部材とは接触しない絶縁性を有するロッドによって、上記複数の薄板状磁心部材が撓まないように保持する。
（３）上記（１）または（２）の巻線機器を、高電圧パルス発生回路の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用いる。（４）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、上記（１）（２）の巻線機器を適用し、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用いる。

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）薄板状磁心部材のうち、外側にある薄板状磁心部材の外周に導電性を有する第１のボスを設け、該第１のボスに導電性を有するロッドを取り付け、薄板状磁心部材の外輪側に設けられた電界緩和部材を導電性を有するロッドにより支持し、最も外側にある薄板状磁心部材の外輪側と、その間に配置された薄板状磁心部材の外輪側が、互に電気的に絶縁状態となるようにしたので、外側にある薄板状磁心部材と電界緩和部材を同電位とすることができ、また、各薄板状磁心部材にかかる電圧を分割された薄板状磁心部材の枚数分に分圧することができるので、電界緩和部材による電界緩和機能を損なうことなく、各薄板状磁心部材に定格以上の高電圧が印加されるのを防止することができる。
（２）上記（１）において、所定間隔毎に積層された薄板状磁心部材の全てに、薄板状磁心部材の外周に第１のボスとは別に第２のボスを設け、該第２のボスに絶縁性を有するロッドを取り付けたので、上記複数の薄板状磁心部材が撓まないように保持することができる。

以下、本発明の実施例の巻線機器について説明するが、本発明の巻線機器は、前記図４で説明した、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昇圧トランス、磁気スイッチ等に用いることができ、さらに、上記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、この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、磁気スイッチとして使用することができる。
図１、図２は本発明の第１の実施例の巻線機器の構成を示す図である。
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施例の巻線機器の断面図であり、同図（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。また、図２は本実施例の巻線機器の上面図であり、図２では理解を容易にするため、プレスボード４ａ、コロナリング３ａ、コロナリング３ｃ、ロッド６等は省略されている。
図１、図２において、磁性合金薄帯を芯材に年輪状に巻き回した各コア１１ａ〜１１ｄ間には、前記図３に示したものと同様、円環状の支え部材１２が挿入され、各コア１１ａ〜１１ｄは所定距離だけ離間して保持されている。支え部材１２の外周の直径は、コアの芯材１ａの外周の直径と略一致し、コアとは接触しない。支え部材１２は金属等で形成され、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３１０）鋼よりなる。
上記支え部材１２はその外周より径が小さい円環状の突出部１２ａを上下面に有し、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。

また、電界緩和を図るため、前記したように断面形状が円状コロナリング３ａ〜３ｄがコア１１ａ，１１ｄの四隅に全周にわたって設けられる。コアの内輪側に設けられたコロナリング３ｃ，３ｄは芯材１ａの面取り部分に設置される。
また、本実施例では、コアの外輪側に設けられたコロナリング３ａ，３ｂのみを支持する２本の金属等の導電性部材で形成されたロッド１５ａ，１５ｂと、各コア１１ａ〜１１ｄを支持する絶縁物製のロッド１４とがそれぞれ設けられている。
金属等の導電性部材で形成されたロッド１５ａ，１５ｂは図１（ａ）に示すように、それぞれ最も外側にあるコア１１ａ，１１ｄの外周に設けられた導電性を有するボス１６に取り付けられている。
すなわち、上側のロッド１５ａは最上段のコア１１ａの側面に設けられたボス１６を貫通し、止めねじ１６ａで固定され、下側のロッド１５ｂは、最下段のコア１１ｄの側面に設けられたボス１６を貫通し、止めねじ１６ａで固定されている。
また、絶縁物製のロッド１４は、前記図６と同様、コア１１ａ〜１１ｄの側面に設けられた複数のボス１３を貫通し、止めねじ１３ａで固定され、上記ロッド１４とロッド１５ａ，１５ｂは、図２に示すようにコア１１ａ〜１１ｄの円周方向に所定距離離間して設けられる。
コロナリング３ａ，３ｂの、ロッド１４、１５ａ，１５ｂと当接する部分は切り欠き部が設けられ、コロナリング３ａ，３ｂはコア１１ａ，１１ｄの角の頂部近傍に位置するようロッド１４、１５ａ，１５ｂにより保持される。なお、図１（ｂ）では、コロナリング３ａ，３ｂに切り欠き部を設けてロッド１４と当接させているが、ロッド１４の長さを短くしてコロナリング３ａ，３ｂと当接しないように構成してもよい。

ロッド１５ａ，１５ｂは、上記のように最上段のコア１１ａ、最下段のコア１１ｂのみに設けられており、材質が金属等の導電性部材であるのでコロナリング３ａ、ロッド１５ａ、コア１１ａのロッド側端部、および、コロナリング３ｂ、ロッド１５ｂ、コア１１ｄのロッド側端部の電位差はそれぞれ同電位となる。
このため、コロナリング３ａ，３ｂは電界緩和を行いことができ、コア１１ａ，１１ｄのロッド側端部とコロナリング３ａ，３ｂとの間にコロナ放電が生じない。
一方、各コアを支持するロッド１４は、各コア１１ａ〜１１ｄの側面に設けられた複数のボス１３を貫通し、止めねじ１３ａで固定される。これにより、コア１１ａ〜１１ｄの自重によるたわみ等を防止することができる。また、ロッド１４は絶縁物製であるので、コア１１ａ〜１１ｄにかかる電圧は、コアの枚数分に分圧された値となる。
このため、各コア１１ａ〜１１ｄに例えば定格以上の高電圧が印加されるのを防止することができる。

また、前記図６と同様、コロナリング３ａ〜３ｄを囲うようにプレスボード４ａ，４ｂが設けられ、プレスボード４ａ，４ｂ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６とナット７により固定される。そしてプレスボード４ａ，４ｂ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、上記のように、コアの外輪側に設けられたコロナリング３ａ，３ｂのみを支持する金属等の導電性部材で形成されたロッド１５ａ，１５ｂと、各コア１１ａ〜１１ｄを支持する絶縁物製のロッド１４とをそれぞれ設けているので、コロナリング３ａ，３ｂによる電界緩和の機能を損なうことなく、各コア１１ａ〜１１ｄ間を絶縁することができ、各コア１１ａ〜１１ｄに高電圧が印加されるのを防止することができる。
また、前記図６に示した巻線機器と同様、各コア１１ａ〜１１ｄを、芯材にのみ密着した支え部材１２で各コアを所定距離離間させて保持しているので、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。
また、コロナリング３ａ〜３ｄとコア１１ａ，１１ｄとは接触せず、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とともに、コア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４ａ，４ｂの温度を低くすることができ、プレスボード４ａ，４ｂの長寿命化を図ることができる。

図３は本発明の第２の実施例を示す図であり、本実施例は、図１、図２に示した円環状の支え部材１２内側に筒状部材１７を設け、筒状部材１７により磁心の内輪側のコロナリング３ｃ，３ｄを支持するようにしたものである。
その他の構成は、第１の実施例と同様であり、図３は、図１、図２における図１（ｂ）に対応した構成を示しており、図３に示されるロッド１４は絶縁物製である。
また、本実施例の巻線機器においても、図１（ａ）に示したものと同様、コアの外輪側に設けられたコロナリング３ａ，３ｂを支持する金属等の導電性部材で形成されたロッド１５ａ，１５ｂが設けられ、コロナリング３ａ、ロッド１５ａ、コア１１ａのロッド側端部、および、コロナリング３ｂ、ロッド１５ｂ、１１ｄのロッド側端部の電位差はそれぞれ同電位に保たれる。
また、本実施例の支え部材１２は円筒状であり、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。
支え部材１２の外周、内周の直径は、コア１１ａ〜１１ｄの芯材１ａ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１７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１7 にコア１１ａ〜１１ｄ、支え部材１２を、コア１１ｄ、支え部材１２、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〜１１ｄ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。
本実施例の芯材１ａには面取り部分が形成されておらず、筒状部材１７の上端、下端とコア１１ａ〜１１ｄの芯材１ａとの間に形成される段差部に、内輪側のコロナリング３ｃ，３ｄが支持される。
図３の巻線機器の構造によれば、図１、図２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。
なお、上記実施例では、各コア１１ａ〜１１ｄのたわみ等を防止するため、絶縁物製のロッド１４を設けているが、コアの厚みがある程度厚く、コアのたわみが問題にならない場合には、上記ロッドを設ける必要はない。
また、上記実施例では、円環状のコアを用いた巻線機器について説明したが、本発明を長円形のコア（レーストラック状コア）を用いた巻線機器に適用することもできる。

本発明の第１の実施例の巻線機器の構成を示す図（断面図）である。 本発明の第１の実施例の巻線機器の構成を示す図（上面図）である。 本発明の第２の実施例の巻線機器の構成を示す図（断面図）である。 ガスレーザ装置における高電圧パルス発生回路の例を示す図である。 磁気スイッチの構成例を示す図である。 分割したコア構造を持つ巻線機器の構成例を示す図である。 ロッドが絶縁物および導電性部材の場合のコアに生ずる電圧を示す図である。 コアの巻線に電圧を印加したとき、コアの巻径方向に生ずる電圧を説明する図である。 ロッドの材質が絶縁物の場合のコロナ発生を説明する図である。

符号の説明

１ コア
１ａ 芯材
３ａ〜３ｄ コロナリング
４ａ プレスボード
４ｂ プレスボード
５ プレスボード押さえ
６ ロッド
７ ナット
８ ロッド
１１ａ〜１１ｄ コア
１２ 支え部材
１３ ボス
１４ ロッド（絶縁物）
１５ａ ロッド（金属）
１５ｂ ロッド（金属）
１６ ボス
１７ 筒状部材

Claims (4)

1. 磁性合金薄帯が巻芯に巻回されてなる複数の薄板状磁心部材が所定間隔毎に積層されてなる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であって、
   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ている巻線機器において、
   上記電界緩和部材は断面円形状の環状物であり、
   上記所定間隔毎に積層された薄板状磁心部材のうち、最も外側にある薄板状磁心部材の外周に導電性を有する第１のボスを設け、
   上記第１のボスに取り付けられた導電性を有するロッドを設け、
   磁心の内輪側に設けられた電界緩和部材を、巻芯もしくは巻芯の内側に取り付けられた支持部材により支持し、
   磁心の外輪側に設けられた電界緩和部材を上記導電性を有するロッドにより支持し、磁心と離間してあるいは磁心の角部もしくは巻線の方向に直交する面と接触して取り付け、 上記最も外側にある薄板状磁心部材の外輪側と、その間に配置された薄板状磁心部材の外輪側が、互に電気的に絶縁状態となるようにした
   ことを特徴とする巻線機器。
2. 上記所定間隔毎に積層された薄板状磁心部材の全ての、薄板状磁心部材の外周に前記第１のボスとは別に第２のボスを設け、
   該第２のボスに取り付けられた絶縁性を有するロッドによって、上記複数の薄板状磁心部材を保持する
   ことを特徴とする請求項１記載の巻線機器。
3. 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又は請求項２の構造を有する巻線機器を用いた高電圧パルス発生回路。
4. 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又は請求項３の構造を有する巻線機器を用いた放電励起ガスレーザ装置。

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