JP2020184615A - 高電圧・高電界強度発生装置 - Google Patents

高電圧・高電界強度発生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高電圧・高電界強度発生装置を提供する。【解決手段】誘電体の円筒状筐体１１および／または部品のスリーブの所定領域２３に提供される器具２０は、圧電トランス１と誘電体の円筒状筐体１１の内壁１４との間の、所定領域２３の空隙１５に、ほぼ対称な電界分布１６が広く行き渡ることを保証する。電界分布１６は、たとえ外的影響８０があっても、所定領域２３の空隙１５で放電界強度にならないように、影響を受ける。【選択図】図５

Description

本発明は、高電圧・高電界強度を発生させる装置に関する。この装置は、入力域および出力域が形成された圧電トランスを備える。この圧電トランスは、長手方向に、誘電体の円筒状筐体に囲まれている。この圧電トランスにＡＣ電圧を供給するために、制御電子回路が設けられている。ＡＣ電圧は、この圧電トランスの入力域の第一側面の接点と、第二側面の接点と、を使用して印加される。
例えば圧電トランス（ＰＴ）などの電気セラミック構成要素は、例えば１９５８年に公開されたチャールズＡ.ローゼン等による特許文献１などの先行技術で知られている。圧電トランスは、逆ピエゾ効果（励起）と直接ピエゾ効果（電圧発生）との組み合わせを利用して、入力電圧を所定変換比で出力電圧に変換する電気機械共振トランスである。周波数と変換率は、寸法と電気機械材料の特性によって決まる。典型的には、圧電トランスは、適切な共振モードで電気的励起を加える電気的駆動モジュールによって動作する。適用分野としては、例えば、蛍光管に供給する高電圧を発生させることが挙げられる。圧電トランスは、電気的励起を通じてガスをイオン化できる高電界を発生させることができる。
特殊な強誘電体（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛）と、多層構造である層状構造と、の進展によって、高電圧側での自然発生的なガス放電を含めれば、非常に高い変換率が達成できる。この効果は、例えば、効率的な低温放電源、オゾン発生器、およびイオン化装置を構築するために利用できる（特許文献２、またはPlasma Sources Science and Technology、Vol.15 (2006) のH. Itoh、K. TeranishiおよびS. SuzukiによるＳ５１を参照）。
ガスのイオン化によって、圧電的に点火されたマイクロプラズマが生成される。この処理は、誘電バリア放電に匹敵する特性を有し、例えば、特許文献３に記載されている。これには、制御回路を用いてプラズマを生成させる装置が開示されている。この制御回路は、圧電トランスを励起するために電気的に接続されている。この装置を使用する携帯用装置も開示されている。この圧電トランスはいくつかの層で構成されている。当該制御回路は、回路基板上に実装され、当該圧電トランスは、第一端の区域で当該回路基板上に保持される。当該圧電トランスの第二自由端に高電圧が印加されて、当該プラズマが大気圧下で生成される。
特許文献４は、圧電トランスを用いて非平衡大気圧プラズマを生成させるプラズマ生成器に関するものである。圧電トランスは、縦方向に入力域と出力域に別れている。入力域にはＡＣ電圧を印加することができ、出力域は、ＡＣ電圧が入力域に印加されると電界を発生させる圧電材料を備えている。当該圧電トランスは出力側に、入力域とは反対側を向いた端面を有している。このプラズマ生成器は、圧電トランスの入力域に十分な電力が印加され、出力端面の前に負荷が配置されると、非平衡大気圧プラズマが点火されるように設計されている。
特許文献５は、非平衡大気圧プラズマを生成させる装置に関するものである。第一筐体には圧電トランスが配置される。第二筐体には制御回路が配置され、当該圧電トランスに入力電圧を印加するように設計されている。さらに、当該装置および高密度ガス塊または漏洩ガス塊を収容する反応室が開示されている。
特許文献６は、圧電セラミックトランスに関するものである。各電極を備えた圧電セラミックは、ショア硬度４０以下のシリコーンゴム成型化合物で作られた筐体内に成型される。この筐体には、圧電トランスを固定するための器具が備えられている。
特許文献７は、非平衡大気圧プラズマを生成する装置を開示している。この装置は、圧電トランスが配置される第一筐体と、制御回路が配置される第二筐体と、を有する。この制御回路は、圧電トランスに入力電圧を印加するように設計されている。第一筐体には、刺激性ガスを消滅させるコーティングが施されている。
特許文献８は、Ｘ線および中性子などの粒子を放出する、低電力でコンパクトな圧電粒子エミッタを開示している。圧電トランスの水晶圧電素子は、入力端に入力電圧が印加され、出力端に配置された出力電極でより高い出力電圧を発生させる。当該エミッタは真空中にあり、出力電圧は電界を発生させる。荷電粒子源は、荷電粒子源からの荷電粒子が当該電界によって標的に向けて加速されるように、標的に対して配置される。加速された荷電粒子と標的との間の相互作用により、Ｘ線および中性子のいずれかが放出される。
特許文献９は、例えば、高電圧ケーブルの接続部、終端、または接合部における電界を制御する装置を開示している。容量性電界制御は、内側の活導体と外側の接地電位との間に実質的に同心状に配置された複数の容量性層を含んで行われる。幾何学的電界制御は、前記接地電位と接触して配置されるストレスコーンを含んで行われる。
特許文献１：米国特許第２，８３０，２７４ Ａ号
特許文献２：国際特許出願広報第２００７/００６２９８ Ａ１号
特許文献３：ドイツ特許出願公報第１０ ２０１３ １００ ６１７ Ｂ４号
特許文献４：ドイツ特許出願公報第１０ ２０１７ １０５ ４１０ Ａ１号
特許文献５：ドイツ特許出願公報第１０ ２０１７ １０５ ４３０ Ａ１号
特許文献６：ドイツ特許出願公報第３９ ２７ ４０８ Ａ１号
特許文献７：ドイツ特許出願公報第２１ ２０１８ ０００ ０１５ Ｕ１号
特許文献８：米国特許出願公報第２０１６/０１２００１６ Ａ１号
特許文献９：欧州特許出願公報第１ ０５６ １６２ Ａ１号
また、圧電トランスは、非常に大きな電圧振幅（伝達比）を発生させるので、低コストで手間を掛けずに高振幅のＡＣ電圧を発生させるのに素晴らしく好適であることが知られている。また、このような圧電トランスを使用することによって、高電圧側で気体放電を発生させることもできる。ただ、以下に記すように、いずれの場合にも様々な技術的問題点が生じる。圧電トランスの機械的振動は強く減衰させてはいけないが妨げてもいけない。さもないと、変換品質及び変換効率が低下して、圧電トランスを有する部品／装置が損傷してしまいかねない。振動部品による出力損失も避ける必要がある。また、励起部品を励起信号と確実に関係付ける必要もある。さらに、圧電トランスを有する部品／装置は、湿気やほこりなどの環境の影響から保護すると同時に、外部の機械的衝撃から切り離すことが望ましい。
別の問題としては、例えば圧電トランスのような電気セラミック部品の高電圧域から、当該電気セラミック部品を有する装置の筐体、または当該装置の近くの別の物体に対して、制御不可能に寄生放電が発生することが挙げられる。
本発明の目的は、高電圧・高電界強度発生装置を提供することであって、当該装置の圧電トランスは、高伝達率・高効率を有すると同時に寄生放電から保護されるので、長期間に亘って使用できる。
上記の目的は、高電圧・高電界強度発生装置によって解決され、この装置は請求項１の特徴から成る。
本発明に係る、高電圧・高電界強度発生装置は、入力域と、出力域と、を有する圧電トランスを備える。前記圧電トランスは、長手方向に、誘電体の円筒状筐体に囲まれている。前記入力域の第一側面の接点と、前記入力域の第二側面の接点と、には、電線を介して制御電子回路が接続され、前記圧電トランスにＡＣ電圧を供給する。前記発生装置は、前記誘電体の円筒状筐体の、前記圧電トランスの出力側端面から始まる領域に設置される器具を備える。前記器具および／または前記領域は、前記筐体の長手方向に、つまり、少なくとも部分的には前記圧電トランスの前記出力域に延在する。前記器具は、前記圧電トランスの出力側端面を覆うように設計されている。前記器具によって、前記圧電トランスと前記誘電体の筐体の内壁との間の領域の空隙に、ほぼ対称な電界分布が形成される。前記器具は、外的影響があっても前記領域の空隙で放電界強度にならないよう、前記電界分布に影響を与える効果を有する。
前記器具の際立った構成には、狭い空隙において前記圧電トランスの非常に大きな電位差によって引き起こされる有害な寄生放電を避けることができるという優位性がある。こうした寄生放電が発生すると、変圧処理の効率が落ちたり、前記圧電部品に損傷を与えてしまうことさえ起こり得る。また、あまりにも非対称な電界分布は、前記圧電部品に負荷を掛け、変換効率も下げる。これらの全てが、本発明の器具によって防ぐことができる。
本発明の実施形態によれば、前記器具はコップ状のキャップであってもよい。前記キャップは、底部と、放射環状縁部と、を備える。前記底部は、前記圧電トランスの出力側端面を覆う。前記キャップの前記放射環状縁部は、長手軸方向に、前記装置の筐体内で対称な電界分布を発生させる役目を果たす領域に延設する。
本発明によれば、前記圧電トランスの前面側の開放端、すなわち端面で、直接に放電する。前記器具を用いれば、前記圧電トランスは、もはや横方向の（径方向の）放電や非対称な放電に影響を受けやすいということがなくなる。
本発明の実施形態によれば、前記コップ状のキャップは、前記キャップの放射環状縁部が前記領域で円筒状筐体を取り囲むように、前記円筒状筐体の出力側端部に取り付けられる。前記キャップの底部は、前記圧電トランスの出力側端面と向かい合うように設けられる。前記コップ状のキャップは、前記円筒状筐体の出力側端部を閉鎖する。こうすれば、前記コップ状のキャップの領域では本質的に対称な電界分布が広く行き渡り、前記筐体の内側でプラズマ放電が発生するような外部からの影響を受けることがないという利点がある。
本発明の別の実施形態によれば、前記円筒状筐体の入力側端部に追加キャップを取り付けてもよい。前記追加キャップの放射環状縁部は前記円筒状筐体を取り囲み、前記追加キャップの底部は前記圧電トランスの入力側端面を覆うように、つまり前端面と向かい合うように設けられる。前記追加キャップは、こうして前記円筒状筐体の入力側端部を閉鎖する。前記追加キャップによって、前記筐体内の前記圧電トランスは、ほこり、接触、および／または損傷に対して保護される。
本発明の実施可能な実施形態によれば、前記器具は、前記コップ状のキャップから成っていてもよく、前記キャップの放射環状縁部が前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質に埋め込まれるように、前記円筒状筐体の出力側端部に取り付けられる。また、前記キャップの底部は、前記圧電トランスの出力側端面と向かい合う。前記コップ状のキャップは、前記円筒状筐体の出力側端部を閉鎖する。
本発明の実施可能な別の実施形態によれば、前記器具は、前記コップ状のキャップと、前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質に埋め込まれる複数の容量性素子と、を備えてもよい。前記コップ状のキャップは、前記キャップの放射環状縁部が、前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質に埋め込まれるように、前記円筒状筐体の出力側端部に取り付けられる。前記キャップの底部は、前記圧電トランスの出力側端面と向かい合う。前記コップ状のキャップは、前記円筒状筐体の出力側端部を閉鎖する。
本発明の実施可能なさらに別の実施形態によれば、前記器具は、前記コップ状のキャップと、複数の抵抗性および／または容量性の充填物と、を備えてもよい。前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質は、前記充填物で充填される。すべての実施形態と同じように、前記コップ状のキャップは、前記キャップの放射環状縁部が前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質に埋め込まれるように、前記円筒状筐体の出力側端部に取り付けられる。前記キャップの底部は、前記圧電トランスの出力側端面と向かい合う。前記コップ状のキャップは、前記円筒状筐体の出力側端部を閉鎖する。
本発明の実施可能なさらに別の実施形態によれば、前記器具は、前記キャップの放射環状縁部が、前記領域で前記円筒状筐体の誘電物質に埋め込まれるように、前記円筒状筐体の出力側端部に取り付けられる前記コップ状のキャップであってもよい。前記放射環状縁部は、前記底部から延設して形成され、前記キャップの底部は、恒弾性素子を介して前記圧電トランスの出力側端面と結合される。前記コップ状のキャップは、前記円筒状筐体の出力側端部を閉鎖する。
本発明の実施可能な実施形態によれば、前記円筒状筐体は、外壁に、少なくとも入力域に、導電性外被を備えてもよい。前記外被は、接地電位に接続される。
本発明の好ましい実施形態によれば、高電圧・高電界強度に基づき、前記圧電トランスの出力側端面に続く前記器具の形状に従って、プラズマが生成される。前記プラズマは、円筒状で誘電体の前記筐体の外側で形成される。
前記圧電トランスの特異性は、（接地電位に対して）連続的に増加する電位の強度が前記筐体内で軸方向に形成されるという点である。軸方向の対称な部分放電に対して、前記圧電トランスは安定している。この対称な部分放電は、前記圧電トランスをコールド放電源として使用する場合にはむしろ望ましい。この場合、放電は、前記圧電トランスの端壁の開放端で直接に発生する。しかし、前記圧電トランスは横方向（径方向）の放電または非対称な放電に対しては非常に影響を受けやすい。
筐体の設置時でさえも、前記圧電トランスのホルダや塵痕や前記圧電トランスの表面の汚れは、有害な寄生放電を発生させて、電気機械的破壊によって前記圧電トランスに損傷を与える恐れがある。これらはすべて、本発明に係る部品によって防ぐことができる。
本発明に係る前記装置は部品として構成されて、高電圧・高電界強度を発生させるために使用される。前記圧電トランスは、円筒状で誘電体のスリーブ内に挿入される。前記圧電トランスは、前記スリーブ内で、軸方向に同軸状に設けられる。前記スリーブの出力側端部にはキャップが取り付けられ、前記キャップは、前記圧電トランスの出力側端面と向かい合うように取り付けられる。前記スリーブの入力側端部には追加キャップが取り付けられ、前記追加キャップは、前記圧電トランスの入力側端面と向かい合うように取り付けられる。前記キャップおよび前記追加キャップには、それぞれ、恒弾性素子が設けられて前記圧電トランスを保持する。
前記圧電トランスは、前記キャップおよび前記追加キャップによって、前記スリーブ内に完全に封入される。こうすることによって、前記圧電トランスは、表面に埃や汚れが付着するのを防ぐことができる。前記圧電トランスは、電気機械的な振動部品なので、振動が機械的に、過度に阻害されたり減衰されたりしないように適切に搭載される必要がある。このために、前記キャップおよび前記追加キャップには恒弾性素子が設けられている。機械的な懸架および／または保持は、電気的な電界制御と組み合わせることができる。例えば、前記圧電トランスの冷却は、金属製キャップで最適化することができる。
前記部品は、前記圧電トランスの各接点に接続される二本の電線を備える。前記電線は、前記部品の誘電体スリーブを貫通して前記接点まで導かれる。
前記誘電体スリーブは、両側に、前記キャップおよび前記追加キャップがそれぞれ安置される放射環状張出部を有する。このように、前記張出部によって、前記キャップおよび前記追加キャップのそれぞれの前記スリーブでの確定位置が提供される。こうすれば、前記圧電トランスが前記部品のスリーブ内に確実に定位置に保持されるという利点がある。また、前記部品の組立ての際に前記圧電トランスに損傷を与えることもない。
前記誘電体スリーブには少なくとも一つの通路が形成され、前記通路を通して圧力や温度や湿度の補償が行われる。前記少なくとも一つの通路は、汚れや異物が外部から容器に侵入できないように設けられる。
本発明に係る前記部品の好ましい実施形態によれば、前記スリーブの出力側端部で前記圧電トランスの出力側端面に続く前記キャップの形状に従って、プラズマが、誘電体の前記円筒状スリーブの外側で形成される。
高電圧技術の分野では、電界制御手段を用いて電界分布を最適化する様々な解決策が知られている。対象となる電界制御は、典型的には、絶縁物質の電気的強度、空隙、および接触面を超えて電気絶縁破壊に至ることがない程度まで、局所電界強度を下げるようにする。
システムおよび電圧の種類（直流または交流）によって、電界分布を緩和する様々な方法が利用可能である。例えば、電極の外形を成形することによって外形寸法制限性制御を行ってもよい。容量によって決まるＡＣ電圧分布を有する容量制御パッドを用いることによって容量性制御を行ってもよい。高誘電率の誘電絶縁材をＡＣ電圧で用いることによって屈折性制御を行ってもよい。ＤＣ電圧およびＡＣ電圧用の導電パッドを用いて抵抗性制御を行ってもよい。
前記圧電トランスの特異性は、（接地電位に対して）連続的に増加する電位の強度が軸方向に形成されるという点である。軸方向の対称な部分放電に対して、前記圧電トランスは安定していて、これは、前記圧電トランスをコールド放電源として使用する場合にはむしろ望ましい。この場合、放電は、前記圧電トランスの端壁の開放端で直接に発生する。しかし、前記圧電トランスは横方向（径方向）の放電または非対称な放電に対しては非常に影響を受けやすい。
驚くべきことに、前記部品／装置の高電圧側に電界制御手段を設けると、前記手段は、高効率で前記部品／装置を完全に安定化させることが観察できた。前記部品／装置によれば、径方向には寄生放電が少ししか発生しない傾向があるという利点がある。また、電気的環境に少ししか依存しない。前記圧電トランスと、前記筐体つまり容器の内壁と、の間に対称な電界分布が発生する。最後に、本発明によれば、前記部品の表面における誘電損失と容量負荷が最小化される。
以下において、代表的な実施形態は、本発明とその利点を添付図面を参照しながら説明するためのものである。各図面の寸法比は常に実際の寸法比に対応するとは限らず、ある形状は単純化され、他の形状はわかりやすく説明するために別の構成要素に比べ拡大して示してある。
従来の圧電トランスの斜視図である。 圧電トランスの出力側端面での高電圧発生をグラフ化した図である。 圧電トランスの従来型配線の概略図である。 筐体内で圧電トランスを従来の配置にした場合の外部影響による電界分布の概略図である。 筐体内で圧電トランスを本発明による配置にした場合の外部影響による電界分布の概略図である。 容量型電界制御に適した手段を出力域に設けた、高電圧・高電界強度発生装置の概略図である。 高屈折性誘電体を用いた屈折性電界制御に適した手段を出力域に設けた、高電圧・高電界強度発生装置の概略図である。 筐体内の充填レベルを用いた抵抗性電界制御および／または容量性電界制御に適した手段を出力域に設けた、高電圧・高電界強度発生装置の概略図である。 外形寸法制限性電界制御に適した手段を出力域に設けた、高電圧・高電界強度発生装置の概略図である。 高電圧・高電界強度発生装置の斜視図である。 高電圧・高電界強度発生装置を図１０の線Ａ−Ａで切断した断面図である。 高電圧・高電界強度発生装置の断面斜視図である。
本発明の同一の、または、同様の機能を有する構成要素には同一の符号を使用する。また、分かりやすくするために、各図には当該図の説明に必要な符号だけを示してある。
図１は、圧電トランス１の斜視図である。実施可能な実施形態によれば、圧電トランス１は、非平衡熱大気圧プラズマＰの生成装置に用いることができる。以下においては、様々な実施形態に関連して、非平衡大気圧プラズマＰの生成に関して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る装置１００または本発明に係る部品２００（図１０参照）を用いて、高電圧・高電界強度を発生させることもできる。ＡＣ電圧では、１ｋＶ、典型的には３ｋＶ、多くの場合には１０ｋＶを超える電圧は、高電圧とみなされる。１ｋｖ／ｍｍを超える電界強度は、高電界強度とみなされる。
圧電トランス１は、圧電気に基づく共振トランス型であり、従来の磁気トランスとは異なって、電気機械システムである。圧電トランス１は、例えば、ローゼン型トランスである。
圧電トランス１は、入力域２と、出力域３と、から成り、出力域３は長手方向Ｚで入力域２に隣接する。圧電トランス１は、入力域２において、ＡＣ電圧が印加される電極４を備える。電極４は、圧電トランス１の長手方向Ｚに延設する。各電極４は、長手方向Ｚと直交する積重ね方向Ｘに、圧電物質５と交互に積み重ねられる。圧電物質５は、積重ね方向Ｘに極性を持つ。
電極４は、圧電トランス１の内部に配置されて、内部電極とも呼ばれる。圧電トランス１は、第一側面６と、第一側面６とは反対側に位置する第二側面７と、を有する。第一側面６には、第一の外側電極８が配置される。第二側面７には、第二の外側電極８（図示しない）が配置される。各電極４は、Ｘ方向に交互に存在し、第一の外側電極８または第二の外側電極８のいずれかと電気的に互いに接続される。
図３は、圧電トランス１の従来型配線の概略図である。入力域２は、制御電子機器１２によって入力域２の各電極４（図１参照）間に印加される低ＡＣ電圧で制御される。入力側に印加されたＡＣ電圧は、圧電効果によって、まず機械的振動に変換される。機械的振動の周波数は、基本的に、圧電トランス１の外形形状、機械的構造、および材料によって決まる。圧電トランス１の入力域２は、接地電位３５に接続されている。
出力域３は、圧電物質９から成っており、内側に存在する電極４は無い。出力域３の圧電物質９は、長手方向Ｚに極性を有する。出力域３の圧電物質９は、入力域２の圧電物質５と同じ物質であってもよい。この場合、圧電物質５と９は、極性方向が互いに異なることになる。出力域３において、圧電物質９は、長手方向に完全に極性を有する単一のモノリス層として形成される。これによって、出力域３の圧電物質９は、単一の極性方向しか有しない。
入力域２の電極４にＡＣ電圧が印加されると、圧電物質５および９の内部に機械的波動が形成され、この波動が圧電効果によって出力域３で出力電圧を発生する。図２には、圧電トランス１の出力域３の出力側端面１０Ａで高電圧が発生する様子がグラフ化して示されている。図２から分かるように、出力域３にこうして電気的電圧が発生し、圧電トランス１の出力側端面１０Ａまで増加する。このようにして、出力側端面１０Ａと入力域２の電極４の端部との間に電気的電圧が発生する。したがって、出力側端面１０Ａには高電圧が存在する。これによって、出力側端面１０Ａと圧電トランス１の周囲との間に、処理媒体つまり周囲の空気をイオン化する強電界を発生させるのに十分な高電位差も生じる。また、プラズマ内に、ラジカル、励起分子、または原子を発生させることもできる。
このようにして、圧電トランス１は、電気的励起によって気体または液体をイオン化することができる高電界を発生させる。各気体および／または液体の原子や分子はイオン化されてプラズマＰを形成する。イオン化は、圧電トランス１の表面の電界強度がプラズマＰの放電界強度を超えると常に発生する。プラズマＰの放電界強度とは、原子または分子をイオン化する、および／または、ラジカル、励起分子、または原子（図示しない）を生成するのに必要な電界強度である。
図４は、圧電トランス１を従来の配置にした場合の、外部影響８０による、電界の等電位線１６Ｉの電界分布１６の概略図である。圧電トランス１は筐体１１に囲まれており、入力域２および出力域３を有する圧電トランス１は、誘電体の円筒状筐体１１内で長手方向Ｌに延設している。圧電トランス１を従来の配置にした場合、外部影響８０は、圧電トランス１と誘電体の筐体１１の内壁１４との間の空隙１５内の等電位線１６Ｉに対して、等電位線１６Ｉ間の間隔が狭まって、空隙１５内で放電強度に達する恐れが増すような影響を与える。空隙１５内でプラズマ放電が発生すると、圧電トランス１が損傷を受けかねない。
図５は、円筒状筐体１１内で圧電トランス１を本発明に係る配置にした場合の、外部影響８０による、電界の電界分布１６の概略図である。このために、ここで説明する実施形態では、円筒状筐体１１の出力側端部１７（図４参照）に設けられるコップ状のキャップ３０である器具２０が存在する。キャップ３０は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａから始まり、長手方向Ｌに、少なくとも部分的には出力域３に延設する、誘電体の円筒状筐体１１の領域２３に設けられる。キャップ３０は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａを覆う底部３１と、長さ軸方向Ｌに領域２３に延設する放射環状縁部３２と、を備える。
対称性と、筐体１１の閉鎖と、のために、円筒状筐体１１の入力側端部１８（図４参照）に追加キャップ４０を取り付けてもよい。追加キャップ４０も、放射環状縁部４２と、底部４１と、を備える。追加キャップ４０の底部４１は、圧電トランス１の入力側端面１０Ｅと向かい合うように設けられる。追加キャップ４０は、圧電トランス１の入力側端部１８を閉鎖する。
図５に示すように、領域２３で筐体１１の近傍に位置する外部影響８０は、器具２０ここではキャップ３０があるために、空隙１５内で等電位線１６Ｉを密集化させることがない。空隙１５は、圧電トランス１と誘電体の筐体１１の内壁１４との間の領域２３に存在する。筐体１１の外側では、外部影響によって、等電位線１６Ｉは、そこで放電強度に達するように密集化する。領域２３でプラズマＰが放電しても、筐体の内部の圧電トランス１と干渉し合うことはない（ここでは図示しない）。
図６は、非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００の概略図である。当該装置１００の出力域３には、当該装置１００の出力域３における容量性電界制御に適した器具２０が設けられている。図６〜８に示したように、入力域２および出力域３を有する圧電トランス１は、誘電体の円筒状筐体１１内で延設している。したがって、圧電トランス１は、長手方向Ｌに、誘電体の円筒状筐体１１によって囲まれている。当該装置１００の制御電子回路１２は、圧電トランス１にＡＣ電圧を供給するために設けられ、入力域２の第一側面６にある外部電極８（図示せず）および入力域２の第二側面７にある外部電極８（図示せず）と電線１３で接続されている。図２の説明ですでに述べたように、圧電トランス１の出力側端面１０Ａには高電圧が発生する。
電界制御のために、誘電体の円筒状筐体１１の領域２３には、器具２０が設けられている。器具２０は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａから始まって、長手方向Ｌに、出力域３に延設するように設けられる。本実施形態では、器具２０は、底部３１と、放射環状縁部３２と、を有するコップ状キャップ３０から成っている。底部３１は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａを覆う。放射環状縁部３２は、長さ軸方向Ｌに、領域２３に延設する。また、本実施形態では、器具２０は、円筒状筐体１１の領域２３に埋設された複数の容量性素子２６から成っている。コップ状のキャップ３０は、キャップ３０の放射環状縁部３２が、領域２３で円筒状筐体１１の誘電物質に埋設され、キャップ３０の底部３１が、圧電トランス１の出力側端面１０Ａと向かい合って設けられるように、円筒状筐体１１の出力側端部１７に取り付けられる。コップ状のキャップ３０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７を閉鎖する。
図６〜９に示した、非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００のすべての実施形態は、円筒状筐体１１の外壁１９（図示せず）に、少なくとも入力域２に形成された導電性外被２９を有する。導電性外被２９は、電線３４を介して接地電位３５に接続されている。制御電子回路１２は、対応する電線１３を介して、圧電トランス１の入力域２の外部電極８（図示せず）に接続されている。圧電トランス１の出力側端面１０Ａで発生する高電圧によって、キャップ３０の底部３１で長手方向ＬにプラズマＰが生成される。
図７は、非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００の概略図であって、出力域３に屈折性電界制御に適した器具２０が設けられている。このために、器具２０は、高屈折性誘電体で作られた筐体１１で構成される。また、器具２０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７に取り付けられたコップ状のキャップ３０を備える。キャップ３０の放射環状縁部３２は、所定領域２３で円筒状筐体１１の誘電物質に埋設される。キャップ３０の底部３１は、恒弾性素子２５を介して、圧電トランス１の出力側端面１０Ａに結合される。コップ状のキャップ３０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７を閉鎖する。当該装置１００の他の構成要素は、すべて、図６の説明で既に記載されている。
図８は、非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００の実施可能な別の実施形態の概略図である。この目的で、出力域３には器具２０が設けられ、外部影響８０を通過する、電界の等電位線１６Ｉの電界分布１６（図５参照）がこの器具によってほぼ一定に保たれる。この器具２０は、抵抗性および／または容量性電界制御を行うことができ、出力域３における筐体１１の物質内の抵抗性および／または容量性の充填物２７によって制御される。筐体１１の物質における充填は、領域２３に限定される。この場合も、器具２０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７に取り付けられたコップ状のキャップ３０を備える。キャップ３０の放射環状縁部３２は、円筒状筐体１１の誘電物質に埋設される。キャップ３０の底部３１は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａと向かい合って設けられる。コップ状のキャップ３０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７を閉鎖する。
図９は、非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００の本発明に係る別の実施形態の概略図である。この目的で、出力域３には、外形寸法制限性電界制御に適するように設計された器具２０が設けられる。この実施形態において、器具２０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７に取り付けられたコップ状のキャップ３０である。キャップ３０の放射環状縁部３２は、領域２３で円筒状筐体１１の誘電物質に埋設される。放射環状縁部３２は、底部３１から始まって延設するように設けられる。ここでも、キャップ３０の底部３１は、圧電トランス１の出力側端面１０Ａと向かい合って設けられる。コップ状のキャップ３０は、円筒状筐体１１の出力側端部１７を閉鎖する。
図１０は、非平衡大気圧プラズマＰの生成部品２００の斜視図である。部品２００は、本発明に係る非平衡大気圧プラズマＰの生成装置１００に用いることができる。部品２００は、出力側端部１７（図示せず）でキャップ３０によって、および、入力側端部１８（図示せず）で追加キャップ４０によって閉鎖される、円筒状誘電体スリーブ２０２を備える。圧電トランス１の各外部電極８の電線１３は、部品２００の誘電体スリーブ２０２から外部に導かれている。
図１１は、非平衡大気圧プラズマＰの生成部品２００を、図１０に示した切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。圧電トランス１は、誘電体スリーブ２０２の内側に配置される。圧電トランス１は、スリーブ２０２内で軸方向Ａに延設し、スリーブ２０２内で同軸に配置される。圧電トランス１は、入力域２と、出力域３と、で構成される。キャップ３０は、スリーブ２０２の出力側端部１７に取り付けられる。圧電トランス１の出力側端面１０Ａ（図示せず）は、キャップ３０と接触して支持する。追加キャップ４０は、スリーブ２０２の入力側端部１８に取り付けられる。圧電トランス１の入力側端面１０Ｅ（図示せず）は、追加キャップ４０と接触して支持する。圧電トランス１の各外部電極８は、電線１３で結合される。電線１３は、部品２００の誘電体スリーブ２０２から外部に導かれて、制御電子回路１２と接続される（例えば、図６〜９参照）。
図１１と、非平衡大気圧プラズマＰの生成部品２００の断面斜視図である図１２と、から明らかなように、キャップ３０および追加キャップ４０には、恒弾性素子２０４が設けられている。圧電トランス１は、キャップ３０および追加キャップ４０の恒弾性素子２０４によってスリーブ２０２内に保持されている。圧電トランス１の出力側端面１０Ａはキャップ３０と接触して支持し、圧電トランス１の入力側端面１０Ｅはキャップ４０と接触して支持する。
本発明の好ましい実施形態の図１１および１２から明らかなように、誘電体スリーブ２０２は、両側に、放射環状張出部２０６を有する。放射環状張出部２０６には、キャップ３０および／または追加キャップ４０が設けられてスリーブ２０２の所定位置に取り付けられる。実施可能な実施形態に係る誘電体スリーブ２０２は、スリーブ２０２内に少なくとも一つの通路２０８が形成されていてもよい。この通路２０８を介して、スリーブ２０２内部と部品２００の周囲との間の圧力、温度、または湿度の同一化がなされる。
電界制御構造（少なくとも最初のキャップ３０または適切に設計された器具２０）を圧電トランス１の機械的な、例えば弾性的な取付けと組み合わせることによって、実用的な部品２００になる。本実施形態では、圧電トランス１は、導電性の恒弾性素子２０４と共にキャップ３０（電界制御キャップ）に固定される。同様に、圧電トランス１から熱損失を取り去るために、電界制御用器具２０つまりキャップ３０を熱的接続してもよい。キャップ３０および／または追加キャップ４０を金属製キャップとして製造すれば、キャップ３０および／または追加キャップ４０を介した冷却は最適化される。
キャップ３０（電界制御構造）および追加キャップ４０は、ほこりや接触から保護するために圧電トランス１をスリーブ２０２内に封入する役目を果たす。また、キャップ３０または器具２０（電界制御構造）があれば、電磁放射線を減らすことにもなる。
本発明を好ましい実施形態の観点から説明してきた。しかし、添付の保護すべき請求項の保護範囲から逸脱せずに修正や変更を行えることは、当業者にとっては自明であろう。
１ 圧電トランス
２ 入力域
３ 出力域
４ 電極
５ 圧電物質
６ 第一側面
７ 第二側面
８ 外側電極
９ 圧電物質
１０Ａ 出力側端面
１０Ｅ 入力側端面
１１ 円筒状筐体
１２ 制御電子機器
１３ 電線
１４ 内壁
１５ 空隙
１６ 電界分布
１６Ｉ 等電位線
１７ 出力側端部
１８ 入力側端部
１９ 外壁
２０ 器具
２３ 所定領域
２５ 恒弾性素子
２６ 容量性素子
２７ 充填物
２９ 導電性外被
３０ キャップ
３１ 底部
３２ 放射環状縁部
３４ 電線
３５ 接地電位
４０ 追加キャップ
４１ 底部
４２ 放射環状縁部
８０ 外部影響
１００ 装置
２００ 部品
２０２ 誘電体スリーブ
２０４ 恒弾性素子
２０６ 放射環状張出部
２０８ 通路
Ａ 軸方向
Ａ−Ａ 切断線
Ｐ プラズマ
Ｘ 積重ね方向
Ｚ 長手方向

Claims (16)

  1. 入力域（２）と、出力域（３）と、を有する圧電トランス（１）を備え、
    前記圧電トランス（１）は、長手方向（Ｌ）に、誘電体の円筒状筐体（１１）に囲まれていて、
    前記圧電トランス（１）の前記入力域（２）の第一側面（６）および第二側面（７）の各接点（８）は、それぞれ電線（１３）を介して接続され、
    前記誘電体の円筒状筐体（１１）の、前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）から始まる領域（２３）には、器具（２０）が設置されて、長手方向（Ｌ）に、少なくとも部分的に前記出力域（３）に延在し、
    前記器具（２０）は、前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）を覆って、たとえ外的影響（８０）があっても、前記圧電トランス（１）と前記誘電体の円筒状筐体（１１）の内壁（１４）との間の前記領域（２３）の空隙（１５）に、ほぼ対称な電界分布（１６）を維持し、前記領域（２３）の空隙（１５）で放電界強度にならないよう、前記電界分布（１６）に影響を与える
    ことを特徴とする、高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  2. 前記器具（２０）は、底部（３１）と、放射環状縁部（３２）と、を有するコップ状のキャップ（３０）であって、
    前記底部（３１）は、前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）を覆い、前記放射環状縁部（３２）は、長手方向（Ｌ）に、前記領域（２３）に延設する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  3. 前記コップ状のキャップ（３０）は、前記キャップ（３０）の放射環状縁部（３２）が前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）を取り囲み、前記キャップ（３０）の底部（３１）が前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）と向かい合い、前記コップ状のキャップ（３０）が前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  4. 追加キャップ（４０）は、前記追加キャップ（４０）の放射環状縁部（４２）が前記円筒状筐体（１１）を取り囲み、前記追加キャップ（４０）の底部（４１）が前記圧電トランス（１）の入力側端面（１０Ｅ）と向かい合い、前記追加キャップ（４０）が前記円筒状筐体（１１）の入力側端部（１８）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の入力側端部（１８）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項３に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  5. 前記器具（２０）は、前記コップ状のキャップ（３０）であって、前記キャップ（３０）の放射環状縁部（３２）が前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に埋め込まれ、前記キャップ（３０）の底部（３１）が前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）と向かい合い、前記コップ状のキャップ（３０）が前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  6. 前記器具（２０）は、前記コップ状のキャップ（３０）と、前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に埋め込まれる複数の容量性素子（２６）と、を備え、前記コップ状のキャップ（３０）は、前記キャップ（３０）の放射環状縁部（３２）が前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に埋め込まれ、前記キャップ（３０）の底部（３１）が前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）と向かい合い、前記コップ状のキャップ（３０）が前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  7. 前記器具（２０）は、前記コップ状のキャップ（３０）と、前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に充填される複数の抵抗性および／または容量性の充填物（２７）と、を備え、前記コップ状のキャップ（３０）は、前記キャップ（３０）の放射環状縁部（３２）が前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に埋め込まれ、前記キャップ（３０）の底部（３１）が前記圧電トランスの出力側端面（１０Ａ）と向かい合い、前記コップ状のキャップ（３０）が前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  8. 前記器具（２０）は、前記コップ状のキャップ（３０）であって、前記キャップ（３０）の放射環状縁部（３２）が前記領域（２３）で前記円筒状筐体（１１）の誘電物質に埋め込まれるとともに底部（３１）から延設して形成され、前記キャップ（３０）の底部（３１）が恒弾性素子（２５）を介して前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）と結合され、前記コップ状のキャップ（３０）が前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）を閉鎖するように、前記円筒状筐体（１１）の出力側端部（１７）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  9. 前記円筒状筐体（１１）は、外壁（１９）に、少なくとも入力域（２）に、接地電位（３５）となる導電性外被（２９）を備える
    ことを特徴とする、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  10. 第一側面（６）および第二側面（７）の各接点（８）は、それぞれ電線（１３）を介して制御電子回路（１２）に接続されている
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  11. 前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）に続く前記器具（２０）の形状に従って、前記誘電体の円筒状筐体（１１）の外側で、プラズマ（Ｐ）が生成される
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）。
  12. 高電圧・高電界強度発生部品（２００）として構成された、請求項１に記載の高電圧・高電界強度発生装置（１００）であって、
    前記誘電体の円筒状筐体（１１）としての、誘電体の円筒状スリーブ（２０２）と、
    前記円筒状スリーブ（２０２）内で軸方向（Ａ）に同軸状に設けられる圧電トランス（１）と、
    前記器具（２０）としての、キャップ（３９）および追加キャップ（４０）であって、前記キャップ（３０）は、前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）に支持されるように、前記スリーブ（２０２）の出力側端部（１７）に取り付けられ、前記追加キャップ（４０）は、前記圧電トランス（１）の入力側端面（１０Ｅ）に支持されるように、前記スリーブ（２０２）の入力側端部（１８）に取り付けられる、キャップ（３９）および追加キャップ（４０）と、
    前記キャップ（３０）および前記追加キャップ（４０）の内部で前記圧電トランス（１）を保持する、それぞれの恒弾性素子（２０４）と、を備える
    ことを特徴とする高電圧・高電界強度発生部品（２００）。
  13. 前記圧電トランス（１）の各接点（８）には、前記部品（２００）の誘電体スリーブ（２０２）を貫通して、それぞれの電線（１３）が導かれる
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の高電圧・高電界強度発生部品（２００）。
  14. 前記誘電体スリーブ（２０２）は、両側にそれぞれ、前記キャップ（３０）および／または前記追加キャップ（４０）を安置し、前記キャップ（３０）および／または前記追加キャップ（４０）が接触して前記スリーブでの位置を確定する放射環状張出部（２０６）が形成されている
    ことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の高電圧・高電界強度発生部品（２００）。
  15. 前記誘電体スリーブ（２０２）には少なくとも一つの通路（２０８）が形成され、前記通路（２０８）を通して圧力や温度や湿度の補償が行われる
    ことを特徴とする、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の高電圧・高電界強度発生部品（２００）。
  16. 前記スリーブ（２０２）の出力側端部（１７）に位置して前記圧電トランス（１）の出力側端面（１０Ａ）に続く前記キャップ（３０）の形状に従って、プラズマ（Ｐ）が、誘電体の前記円筒状スリーブ（２０２）の外側で形成される
    ことを特徴とする、請求項１２乃至請求項１５のいずれか一項に記載の高電圧・高電界強度発生部品（２００）。
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