JPH118043A - 自己放電型スパークギャップスイッチ及びパルス電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極の浸食、放電生成物等の影響を受けずに
安定したスイッチング特性を有する自己放電型スパーク
ギャップスイッチを提供する。 【解決手段】 電極間隔を調節自在な一対の電極６１、
６２と、前記一対の電極６１、６２の短絡時と所定の基
準時との時間差を所定範囲内に維持するように前記電極
間隔を自動的に調節可能な電極間隔調節部６８とを備え
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、自己放電型スパー
クギャップスイッチに関し、更に、高電圧パルス荷電に
よりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス等
の除去を行う排ガス処理に使用可能なパルス電源装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】スパークギャップスイッチは構造が簡単
で安価なため、上記のパルス電源装置の高電圧スイッチ
として広く実用化されている。スパークギャップスイッ
チは大気中に一対の電極を対向させた簡単な構造のもの
や、遮音、電極の浸食、電極の絶縁等を考慮して、密閉
容器内に電極を対向させ、その容器内に空気、窒素、Ｓ
Ｆ₆ 等のガスを封入したものがある。この場合、封入ガ
ス圧を高くしたものや、真空にしたものもある。また、
気体放電を利用したものの他、液体中放電、固体と液体
間または固体と気体間の沿面放電を利用したものもあ
る。更に、スイッチング動作のトリガ機構に関して区別
すれば、電極間電圧が絶縁破壊電圧に達したときに電極
間が短絡する自己放電型と、何らかの方法でトリガが与
えられて電極間が短絡するトリガ型に分類される。自己
放電型スパークギャップスイッチは、電極形状、電極間
隔等の構造上の属性によって電極間の破壊電圧が決まる
ため、パルス電源装置の高電圧スイッチとして使用する
に際して、設計仕様に合った自己放電型スパークギャッ
プスイッチを適宜選択するか、電極間隔等の調節を行っ
て適切な短絡開始電圧を調整していたが、一旦設定され
た短絡開始電圧は、実使用状態において再調整すること
はできなかった。また、電極の浸食、放電生成物等の原
因で短絡開始電圧が変動し、スイッチングの信頼性を高
度に維持することが困難であり、メンテナンスを短期間
に繰り返す必要が生じる等の問題点があり、更に、短絡
開始電圧の変動に起因するスイッチング動作のタイミン
グが変動し、結果として、パルス電源装置の電気的特性
に影響を与える虞があった。トリガ型スパークギャップ
スイッチは、トリガ機構によって、トリガトロン型、電
界ひずみ型、レーザトリガ型、電子ビームトリガ型等が
代表として挙げられるが、何れも、自己放電型スパーク
ギャップスイッチと比べ、外部トリガによってスイッチ
ング動作のタイミングを調整できるという特長を有する
ものの、夫々、トリガ機構として、トリガパルス電源や
大出力レーザや電子ビーム装置が必要となり、構造が複
雑で大型化し、結果として、パルス電源装置の大型化、
高価格化を招く虞があった。

【０００３】一方、パルス電源装置に関しては、従来よ
り、コンデンサを高電圧に充電し、その静電エネルギを
急激に反応負荷へ放電することによってプラズマを発生
させるものがあった。例えば、図６に示すように、コン
デンサＣ_P を直流電源Ｅ₀ で所定電圧Ｖ₀ まで充電して
おき、スイッチＳＷを閉じて負荷に、負荷容量Ｃ_L とイ
ンダクタＬ_F の共振電圧を印加する回路構成のものがあ
る。前記スイッチＳＷには、上述のスパークギャップス
イッチの他、サイリスタ、サイラトロン等が使用され
る。更に、プラズマ生成のために負荷で使用されるエネ
ルギは前記静電エネルギの一部でしかなく、大半を抵抗
等で消費しているためエネルギ効率が良くないという問
題があり、エネルギ効率を改善するために、図６に示す
回路構成に対して、図７に示すような改良を施したもの
がある。図７において、スイッチＳＷを閉じた後、負荷
容量Ｃ_L とインダクタＬ_F の共振による共振電流がダイ
オードＤを介してコンデンサＣ_P 側に流れる半周期の間
に前記スイッチＳＷを開き、共振を終了させると、負荷
で使用されなかったエネルギの一部をコンデンサＣ_P に
回収できる構成となっている。この場合、印加電圧側を
共振させてエネルギ回収を行うため、前記インダクタＬ
_F を大きく設定する必要がある。

【０００４】高電圧スイッチ素子として、サイラトロン
やサイリスタが使用される場合は下記の問題点が指摘さ
れていた。上記した従来のパルス電源装置を排ガス処理
装置に使用する場合、特に、窒素酸化物やダイオキシン
等を効率良く除去する必要がある場合には、出力パルス
をプラズマ発生に必要な所定の高電圧まで約２００ｎｓ
以下の短時間で高速に立ち上げる必要があり、図６及び
図７に示すスイッチＳＷとしては、高電圧仕様で応答速
度の早いものが要求される。この要求を満たす高電圧ス
イッチ素子として、従来よりサイラトロンが一般に使用
されるが、スイッチング制御用電圧も同様に高電圧を要
するため、スイッチング制御が困難であるばかりか、ス
イッチング制御系回路も高耐圧の絶縁が要求され大型化
し、サイラトロン自体が大型で非常に高価であることと
合わせて、製造コストが高騰するという問題点や、サイ
ラトロンの最大スイッチング回数が１億回〜１０億回で
あることから通常の使用条件で寿命が約１年と短いとい
う問題がある。また、サイラトロン以外の高電圧スイッ
チ素子としてサイリスタを使用した場合は、半導体の特
性上、高電圧を高速にスイッチングできず、パルス電圧
の立ち上がり時間が数マイクロ秒以上になり、上記の高
速高電圧パルスを発生するパルス電源装置に適用できな
いという欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高電圧パルスを発生す
るパルス電源装置に使用される高電圧スイッチとして
は、上記した如く、各種のものがあり、夫々に一長一短
があるものの、基本的に設計仕様が合致すれば、安価で
構造の簡単な自己放電型スパークギャップスイッチを使
用することが好ましく、高速応答性が要求される場合に
も、回路構成の工夫等で自己放電型スパークギャップス
イッチが使用できれば、パルス電源装置の小型化、低価
格化に貢献できるという効果が期待される。

【０００６】本発明の目的は、上述の自己放電型スパー
クギャップスイッチの有する問題点を解消し、電極の浸
食、放電生成物等の影響を受けずに安定したスイッチン
グ特性を有する自己放電型スパークギャップスイッチを
提供し、更に、その自己放電型スパークギャップスイッ
チを使用することで、低価格で、信頼性が高く、然も、
メンテナンス間隔の長い、高い実用性を有するパルス電
源装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による自己放電型スパークギャップスイッチの
第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記
載した通りであり、電極間隔を調節自在な一対の電極
と、前記一対の電極の短絡時と所定の基準時との時間差
を所定範囲内に維持するように前記電極間隔を自動的に
調節可能な電極間隔調節部とを備えてなる点にある。

【０００８】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した通りであり、上述の第一の特徴構
成に加えて、前記電極間隔調節部が、前記基準時に発生
する基準信号と前記一対の電極の短絡時に発生する短絡
信号を入力信号として受信し、前記短絡信号が前記基準
信号より所定時間以上遅れて入力した場合は、前記電極
間隔を所定距離だけ短くし、前記短絡信号が前記基準信
号より所定時間以上早く入力した場合は、前記電極間隔
を所定距離だけ長くする点にある。

【０００９】この目的を達成するための本発明によるパ
ルス電源装置の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求
項３に記載した通りであり、高電圧スイッチと充電用コ
ンデンサとインダクタまたはインダクタンス成分と出力
端子を備えてなる第２回路部と、前記充電用コンデンサ
を高電圧に所定周期で充電可能な第１回路部とから構成
され、前記充電用コンデンサが所定電圧以上に充電され
た時点で前記高電圧スイッチが短絡して前記第２回路部
と前記出力端子間に接続された出力負荷との間でＬＣ共
振回路を形成して前記出力端子間に高電圧パルスを発生
させるパルス電源装置であって、前記高電圧スイッチ
が、特許請求の範囲の欄の請求項２記載の自己放電型ス
パークギャップスイッチであって、前記所定周期と同期
する前記第１回路部の第１タイミング信号と前記第２回
路部の出力電圧または出力電流を検出して得られる第２
タイミング信号が、各々、前記自己放電型スパークギャ
ップスイッチに前記基準信号及び前記短絡信号として入
力可能に構成されている点にある。

【００１０】以下に、作用並びに効果について説明す
る。本発明による自己放電型スパークギャップスイッチ
の第一の特徴構成によれば、電極の浸食、放電生成物等
の原因で短絡開始電圧が変動しても、その変動をその変
動によって生じる前記一対の電極の短絡時の変動と前記
所定の基準時との時間差によって認識し、前記電極間隔
調節部が前記時間差を所定範囲内に維持するように前記
電極間隔を自動的に調節することで短絡開始電圧を所定
範囲内に維持することができる。結果として、本発明に
よる自己放電型スパークギャップスイッチを使用した高
電圧回路の動作特性が、短絡開始電圧が所定範囲内に維
持されることによって、所定の仕様範囲内に維持でき同
回路の安定動作が図れるのである。特に、短絡開始電圧
を参照電圧として使用する場合、特定ノードの所定のス
ルーレートの電圧変化を短絡開始電圧でサンプリングし
て所定のタイミングを得る場合等、静特性及び過渡特性
の両面において有効に作用する。

【００１１】同第二の特徴構成によれば、電極の浸食、
放電生成物等の原因で前記電極間隔の実効長が長くな
り、短絡開始電圧が上昇し短絡時が所定時間以上遅れた
場合、前記電極間隔調節部に前記短絡信号が前記基準信
号より所定時間以上遅れて入力し、前記電極間隔が所定
距離だけ短くなり、前記電極間隔の実効長が短くなり適
正範囲内に戻る。この場合、前記所定距離は前記短絡信
号と前記基準信号の時間差と一定の相関関係を持つ可変
値であってもよく、前記電極間隔の一回の調節によっ
て、前記電極間隔の実効長が適正範囲の反対側へ変化し
過ぎない程度の固定値であっても構わない。前記所定距
離が固定値の場合は、一回の調節によって、前記電極間
隔の実効長が適正範囲内に戻らない場合は、次のスイッ
チング動作時に同じ調節を繰り返せば最終的に前記電極
間隔の実効長が適正範囲内に入ることになる。また、何
らかの原因で前記電極間隔の実効長が短くなり、短絡開
始電圧が低下し短絡時が所定時間以上早まった場合、上
記と逆の動作によって前記電極間隔の実効長が長くなり
適正範囲内に戻る。従って、前記電極間隔の実効長が長
くなっても短くなっても最終的に自動的に適正範囲内に
収まり、結果として短絡開始電圧が所定範囲内に維持す
ることができるのである。

【００１２】本発明によるパルス電源装置の特徴構成に
よれば、前記充電用コンデンサを所定の過渡特性で高電
圧に充電中に、所定範囲に維持された短絡開始電圧で前
記高電圧スイッチが所定のタイミングで短絡することが
できるため、前記第１回路部で発生する共振動作を常に
一定の条件下で同様に繰り返し発生することができ、前
記出力端子間に発生する高電圧パルスの出力電圧及びパ
ルス波形を各パルス間で一定範囲内に維持することがで
き、パルス電源装置の安定動作が維持できるのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、本発明に係わ
る自己放電型スパークギャップスイッチ６０（以下、本
発明スイッチという）の一実施形態は、一対の電極６
１、６２、基台６３、可動台６４、電動アクチュエータ
６５、電動アクチュエータ制御回路部６６、及び、起動
パルス発生回路部６７で構成され、前記可動台６４、前
記電動アクチュエータ６５、前記電動アクチュエータ制
御回路部６６、及び、前記起動パルス発生回路部６７が
電極間隔調節部６８を形成している。前記一対の電極６
１、６２の一方の電極６１が碍子６１ａを介して前記基
台６３上に固定され、他方の電極６２が前記電動アクチ
ュエータ６５によって往復動可能な前記可動台６４上に
碍子６２ｂを介して固定されている。前記可動台６４
は、前記一対の電極６１、６２を結ぶ直線方向に往復動
可能に前記基台６３上取り付けられている。前記電動ア
クチュエータ６５は、前記電動アクチュエータ制御回路
部６６によって駆動制御され、前記電動アクチュエータ
制御回路部６６に正方向起動パルス６６ａが一回入力さ
れると前記可動台６４が所定単位距離だけ正方向に移動
し、前記電動アクチュエータ制御回路部６６に負方向起
動パルス６６ｂが一回入力すると前記可動台６４が所定
単位距離だけ負方向に移動し、前記正方向起動パルス６
６ａも前記負方向起動パルス６６ｂも入力しない場合は
前記可動台６４を現停止位置に固定するように、前記可
動台６４に作用する。また、前記正方向起動パルス６６
ａと前記負方向起動パルス６６ｂは、所定の出力電圧及
びパルス幅の単一パルスからなるディジタル信号で、前
記起動パルス発生回路部６７が発生する。前記起動パル
ス発生回路部６７は、基準タイミング入力端子６７ａと
タイミング入力端子６７ｂを備え、各入力端子６７ａ、
６７ｂに外部から２種類の入力パルス信号が各別に入力
可能である。

【００１４】図２に示すように、前記起動パルス発生回
路部６７は、基準時刻ｔ₀ で「低レベル」から「高レベ
ル」に立ち上がり、前記基準時刻ｔ₀ から所定時間後の
本発明スイッチが短絡する時刻ｔ₁ とそれ以降の時刻ｔ
₂ の間で「高レベル」から「低レベル」に戻る基準信号
６９ａが、外部から前記基準タイミング入力端子６７ａ
に入力され、更に、本発明スイッチが短絡すると同時に
発生する短絡信号６９ｂが、外部から前記タイミング入
力端子６７ｂに入力される。前記基準信号６９ａが「高
レベル」へ遷移すると同時に内蔵のタイマカウンタ６７
ｃがカウンタ値「０」から作動開始し、前記基準信号６
９ａの「低レベル」遷移時か前記短絡信号６９ｂの「高
レベル」遷移時の何れか早い方の信号レベル遷移と同時
に作動停止し、停止時のカウンタ値が保持される。予め
設定されてある基準時刻ｔ₀ と時刻ｔ₁ の時間差の許容
範囲の上限値と下限値に夫々相当する下限カウンタ値及
び上限カウンタ値と、前記タイマカウンタ６７ｃの停止
時のカウンタ値とを比較し、前記停止時のカウンタ値が
前記下限カウンタ値より小さい場合は前記負方向起動パ
ルス６６ｂが出力され、前記停止時のカウンタ値が前記
上限カウンタ値より大きい場合は前記正方向起動パルス
６６ａが出力され、前記停止時のカウンタ値が前記下限
カウンタ値以上で前記上限カウンタ値以下の場合は何も
出力されない。尚、前記下限カウンタ値及び前記上限カ
ウンタ値は外部入力６９ｃによってプログラム可能であ
り、前記タイマカウンタ６７ｃの分解能は外部クロック
６９ｄのクロック周波数によって決定される。

【００１５】図３は本発明に係わるパルス電源装置（以
下、本発明装置という）の第１実施形態を示すブロック
回路図である。図３に示すように、本発明装置は低電圧
の１次側回路１と高電圧の２次側回路２をトランス３を
介して結合した構成となっている。前記１次側回路１
は、前記トランス３の１次側端子３０、３１間に、直流
電源１０と、前記直流電源１０からの電力の供給を断続
するスイッチ機能と前記トランス３の２次側で消費され
なかった電力を前記直流電源１０側に回収する機能を併
せ持ったエネルギ回収型スイッチ回路１１とを直列接続
して構成される。また、前記２次側回路２は、前記トラ
ンス３の２次側端子３２、３３間に第１インダクタ２１
と充電用コンデンサ２２を直列接続し、前記第１インダ
クタ２１と前記充電用コンデンサ２２の接続点Ｎ₁ に本
発明スイッチ６０の一方の端子を接続して構成される。
前記本発明スイッチ６０の他方の端子と、前記充電用コ
ンデンサ２２と前記トランスの２次側端子３３との接続
点を、夫々出力端子２４、２５とする。前記充電用コン
デンサ２２を高電圧に所定周期で充電可能な第１回路部
５が、前記１次側回路１、前記トランス３、及び、前記
第１インダクタ２１で形成される。第２回路部６は前記
充電用コンデンサ２２と前記本発明スイッチ６０とに寄
生する浮遊インダクタンスとで形成される。前記エネル
ギ回収型スイッチ回路１１のスイッチング制御信号１１
ａが前記本発明スイッチ６０の前記基準タイミング入力
端子６７ａに前記基準信号６９ａとして入力される。一
方、前記出力端子２４の出力電流を検出することで前記
本発明スイッチ６０の短絡時点を検知して前記短絡信号
６９ｂを出力する出力電流検知器２３が前記出力端子２
４に設けられ、その短絡信号６９ｂが前記本発明スイッ
チ６０の前記タイミング入力端子６７ｂに入力される。

【００１６】図４は、図３に示すブロック回路図を基
に、より具体化した本発明装置の第２実施形態の回路構
成を示す等価回路図で、前記出力端子２４、２５に負荷
４を接続した状態を示す。尚、各部の符号は、共通する
ものについては、図３と図４で共通して使用している。

【００１７】図４に示すように、前記１次側回路１の前
記エネルギ回収型スイッチ回路１１は前記直流電源１０
からの電力の供給を断続するスイッチ機能を果たすバイ
ポーラトランジスタ１２と前記トランス３の２次側で消
費されなかった電力を前記直流電源１０側に回収する機
能を果たすダイオード１３が、電流の流れる方向を相互
に逆にして並列接続して構成されている。尚、前記バイ
ポーラトランジスタ１２はサイリスタ等の他の半導体ス
イッチ素子であっても構わない。更に、前記１次側端子
３０、３１間に抵抗１４とバイポーラトランジスタ１５
が直列接続した残留電圧除去回路１６が設けられてい
る。前記１次側端子３０、３１間の残留電圧を前記残留
電圧除去回路１６を介して放電することで、前記２次側
端子３２、３３間の残留電圧、つまりは、前記充電用コ
ンデンサ２２の両端の残留電圧を除去することができ
る。尚、各バイポーラトランジスタ１２、１５のベース
端子は、夫々のスイッチング制御用端子である。前記バ
イポーラトランジスタ１２のベース端子には前記スイッ
チング制御信号１１ａが入力される。

【００１８】前記２次側回路２内で、第２インダクタ２
６が前記本発明スイッチ６０と前記出力端子２４の間に
設けられている。尚、この第２インダクタ２６は前記出
力端子２４、２５と前記負荷４の間の浮遊インダクタン
ス成分を含んで等価的に表示されており、更に、前記第
１インダクタ２１も前記トランス３の漏れインダクタン
スを含んで表示されている。

【００１９】前記負荷４は負荷容量４０と負荷抵抗４１
で等価的に表している。前記負荷４が排ガス処理装置の
場合、この負荷抵抗４１は、プラズマ発生前後で、高抵
抗値から低抵抗値に変化する可変抵抗である。

【００２０】図４に示すように、前記トランス３に３次
巻線３４が設けられ、その３次側端子３５、３６間に第
２直流電源５０と第３インダクタ５１、５２を直列接続
して設けてある。この回路構成により、前記１次側回路
１と前記２次側回路２の動作に伴う前記トランス３の偏
励磁を打ち消すための直流バイアス電流を前記３次巻線
３４に供給することができる。尚、前記第３インダクタ
５１、５２は前記負荷４で発生するサージから前記第２
直流電源５０を保護するために設けられている。

【００２１】次に、第２実施形態の回路動作について、
図５に示す電圧波形図に基づいて説明する。尚、図５に
おいて、電圧波形Ａは前記接続点Ｎ₁ の電位変化を、電
圧波形Ｂは前記出力端子２４の電位変化を示す。

【００２２】前記１次側端子３０、３１間、前記２次側
端子３２、３３間、及び、前記出力端子２４、２５間に
電位差が無く、前記バイポーラトランジスタ１２がオフ
で、前記本発明スイッチ６０が開放状態であるのを初期
状態として、時刻ｔ₀ において、前記バイポーラトラン
ジスタ１２のベース端子を外部から電流制御して、前記
バイポーラトランジスタ１２をオンさせると、前記トラ
ンス３の１次側で電流が流れ、２次側にその誘導電流が
流れ、前記第１インダクタ２１と前記充電用コンデンサ
２２からなるＬＣ共振回路で共振が発生し、前記接続点
Ｎ₁ の電位が周期Ｔ₀ の正弦波形で上昇し、時刻ｔ
₁ （＝ｔ₀ ＋Ｔ₀ ／２）で最大値に達する。

【００２３】自己放電型スパークギャップスイッチであ
る前記本発明スイッチ６０が自己放電を開始してオンす
る短絡開始電圧を前記最大値に設定することで、時刻ｔ
₁ で前記本発明スイッチ６０が閉成する。尚、一旦オン
した前記本発明スイッチ６０は電極間のイオンが消滅す
るまでは導通状態が維持され、この時間はマイクロ秒〜
ミリ秒のオーダーである。

【００２４】時刻ｔ₁ で前記本発明スイッチ６０が閉成
すると、前記充電用コンデンサ２２、前記負荷容量４０
と前記第２インダクタ２６からなるＬＣ共振回路で周期
Ｔ₁の共振が開始し、前記出力端子２４に電圧波形Ｂに
示す電圧が現れ、前記負荷４に印加される。電圧波形Ｂ
は電圧波形Ａに周期Ｔ₁ の共振が重畳されたものである
が、その共振の振幅は前記第２インダクタ２６の両端電
圧と共に減衰していく。ここで、時刻ｔ₁ から前記出力
端子２４の出力電圧がピーク値に達するまでの時間が２
００ｎｓ以下になるように周期Ｔ₁ を設定すべく、前記
負荷容量４０と前記出力端子２４、２５と前記負荷４の
間の浮遊インダクタンスの値から、前記充電用コンデン
サ２２と前記第２インダクタ２６の定数を決定されてい
る。

【００２５】一方、前記トランス３の１次側及び２次側
で流れる電流は、前記電圧波形Ａと同周期で四分の一周
期位相が進んで発振しており、時刻ｔ₀ から時刻ｔ₁ の
間、前記１次側端子３０から前記１次側端子３１へ、ま
た、前記２次側端子３３から前記２次側端子３２へ電流
が流れ、時刻ｔ₁ でその極性が反転する。よって、時刻
ｔ₁ 以降は前記１次側回路１では、前記負荷４で消費さ
れない電力に相当する電流が前記ダイオード１３を通し
て前記直流電源１０側に流れ、前記負荷４で消費されな
いエネルギの回収がなされる。時刻ｔ₂ （＝ｔ₁ ＋Ｔ₀
／２）で共振の１周期が終了して、電流の極性が再度反
転するため、回収したエネルギが逆戻りするのを防止す
るために、時刻ｔ₁ から時刻ｔ₂ までの間に前記バイポ
ーラトランジスタ１２をオフすることで時刻ｔ₂ からの
次周期の共振の開始を阻止する。

【００２６】尚、時刻ｔ₁ で前記出力端子２４に現れた
電圧波形Ｂが前記負荷４に印加されると同時に、前記出
力電流検知器２３が前記出力端子２４の出力電流を検出
し前記短絡信号６９ｂが出力される。また、前記短絡開
始電圧が前記所定の設定値から変動すると、前記短絡信
号６９ｂが時刻ｔ₁ より早くまたは遅れて発生し、その
時間差が前記本発明スイッチ６０に入力される前記基準
信号６９ａと前記短絡信号６９ｂで検出され、前記本発
明スイッチ６０自体が前記短絡開始電圧を自動的に適正
値に調節する。この調節は次の出力パルス（電圧波形
Ｂ）が発生するまでの間に前記可動台６４が所定単位距
離だけ負または正の適正方向に一回移動して行われる。

【００２７】以上のように、時刻ｔ₂ で一連のパルス発
生にかかる動作が終了し、前記本発明スイッチ６０が絶
縁回復した後、次のパルス発生サイクルを上記と同じ手
順で繰り返す。ところで、実際には前記負荷４で消費さ
れなかったエネルギの回収が完全に行われることはな
く、時刻ｔ₂ において、前記接続点Ｎ₁ に残留電圧が生
じるため、この残留電圧を放置したまま、次のパルス発
生サイクルを繰り返していくと、徐々に電圧波形Ａの振
幅が減衰して最終的に共振しなくなる不都合がある。か
かる不都合を取り除くために、図３に示すように、前記
残留電圧除去回路１６のバイポーラトランジスタ１５を
時刻ｔ₂ 以降の時刻ｔ₃ でオンさせて前記１次側端子３
０、３１間を短絡して、前記接続点Ｎ₁ の残留電圧を除
去する。

【００２８】以上の如く、エネルギ回収のためのスイッ
チング動作は低電圧の前記１次側回路１において行うた
め、前記スイッチ機能を実現するための回路素子として
バイポーラトランジスタ等の低電圧用の半導体素子が使
用でき、スイッチング制御も低電圧で行え、そのため高
速スイッチング動作も可能となり、スイッチング素子選
択の自由度が大幅に広がるのである。一方、前記２次側
回路２の高電圧用スイッチ素子はエネルギ回収のための
スイッチング動作に関与しないため、本発明スイッチ６
０のように小型で安価な自己放電型スパークギャップス
イッチが使用でき、且つ、従来より問題となっていたス
パークギャップスイッチの信頼性、メンテナンス期間の
長期化の問題が解決され、高性能且つ高信頼度な電気的
特性を維持しながらも、装置全体の小型化、低コスト化
が図れるのである。

【００２９】以下に、別実施形態を説明する。 （１）本発明に係る自己放電型スパークギャップスイッ
チは必ずしも上記及び図１に示す実施の形態に限定され
ない。例えば、前記一対の電極６１、６２の一方の電極
１は前記基台６３上に固定されずに別の可動台に設置さ
れて、前記一対の電極６１、６２が両方とも移動可能で
あっても構わない。この時、一方の移動が他方に比べ細
かく移動可能に構成しても構わない。また、前記電極６
１、６２は直線状に移動せずに円弧状に移動しても構わ
ない。この場合、前記電動アクチュエータ６５の運動は
回転運動であるのが好ましい。更に、前記電動アクチュ
エータ制御回路部６６及び前記起動パルス発生回路部６
７の構成も、前記電極６１、６２間の短絡時と所定の基
準時との時間差が認識可能でその時間差によって、前記
電極６１、６２間の間隔を狭めるか広げるかを適宜制御
可能な構成であれば、本実施形態に限定されるものでは
ない。

【００３０】（２）本発明に係るパルス電源装置は必ず
しも上記及び図３または図４に示す実施の形態に限定さ
れない。例えば、図６または図７に示す周知な回路構成
に本発明スイッチを使用するのも好ましい実施の形態で
ある。本発明スイッチを使用することで、安定した回路
動作を確保できるとともに、前記スイッチＳＷのオンオ
フ制御のための高電圧の制御信号が不要となるのであ
る。

【００３１】（３）尚、本発明スイッチ及び本発明装置
は、排ガス処理装置への応用を前提として説明したが、
夫々の特徴構成は、その電気的仕様に関わらず、種々の
回路への応用が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極の浸食、放電生成物等の影響を受けずに安定したス
イッチング特性を有する自己放電型スパークギャップス
イッチを提供し、更に、その自己放電型スパークギャッ
プスイッチを使用することで、低価格で、信頼性が高
く、然も、メンテナンス間隔の長い、高い実用性を有す
るパルス電源装置を提供できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自己放電型スパークギャップスイ
ッチの一実施形態の構成概略図

【図２】本発明に係る自己放電型スパークギャップスイ
ッの回路動作を示す信号波形図

【図３】本発明に係るパルス電源装置の第１実施形態の
ブロック回路図

【図４】本発明に係るパルス電源装置の第２実施形態の
等価回路図

【図５】本発明に係るパルス電源装置の第２実施形態の
回路動作を示す電圧波形図

【図６】従来のパルス電源装置の回路構成図

【図７】従来のパルス電源装置の回路構成図

【符号の説明】

１ １次側回路 ２ ２次側回路 ３ トランス ４ 負荷 ５ 第１回路部 ６ 第２回路部 １０ 直流電源 １１ エネルギ回収型スイッチ回路 １１ａ スイッチング制御信号 ２１ 第１インダクタ ２２ 充電用コンデンサ ２３ 出力電流検知器 ２４、２５ 出力端子 ２６ 第２インダクタ ３０、３１ １次側端子 ３２、３３ ２次側端子 ６１、６２ 電極 ６８ 電極間隔調節部 ６９ａ 基準信号 ６９ｂ 短絡信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間隔を調節自在な一対の電極と、前
   記一対の電極の短絡時と所定の基準時との時間差を所定
   範囲内に維持するように前記電極間隔を自動的に調節可
   能な電極間隔調節部とを備えてなる自己放電型スパーク
   ギャップスイッチ。
2. 【請求項２】 前記電極間隔調節部は、前記基準時に発
   生する基準信号と前記一対の電極の短絡時に発生する短
   絡信号を入力信号として受信し、前記短絡信号が前記基
   準信号より所定時間以上遅れて入力した場合は、前記電
   極間隔を所定距離だけ短くし、前記短絡信号が前記基準
   信号より所定時間以上早く入力した場合は、前記電極間
   隔を所定距離だけ長くする請求項１記載の自己放電型ス
   パークギャップスイッチ。
3. 【請求項３】 高電圧スイッチと充電用コンデンサとイ
   ンダクタまたはインダクタンス成分と出力端子を備えて
   なる第２回路部と、前記充電用コンデンサを高電圧に所
   定周期で充電可能な第１回路部とから構成され、前記充
   電用コンデンサが所定電圧以上に充電された時点で前記
   高電圧スイッチが短絡して前記第２回路部と前記出力端
   子間に接続された出力負荷との間でＬＣ共振回路を形成
   して前記出力端子間に高電圧パルスを発生させるパルス
   電源装置であって、 前記高電圧スイッチが請求項２記載の自己放電型スパー
   クギャップスイッチであって、前記所定周期と同期する
   前記第１回路部の第１タイミング信号と前記第２回路部
   の出力電圧または出力電流を検出して得られる第２タイ
   ミング信号が、各々、前記自己放電型スパークギャップ
   スイッチに前記基準信号及び前記短絡信号として入力可
   能に構成されているパルス電源装置。