特許 6434098 高電圧パルスの放電装置及び放電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6434098

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】高電圧パルスの放電装置及び放電方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20181126BHJP

   A01G 7/04 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 U

   A01G7/04 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-161174(P2017-161174)

(22)【出願日】2017年8月24日

【審査請求日】2017年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】502412020

【氏名又は名称】株式会社芝川製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡部 禎

【審査官】 松尾 俊介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０１１７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１６６７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

Ａ０１Ｇ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧された電圧により充電される第１コンデンサと、
直列接続する抵抗器とともに、静電容量が１０倍以上の前記第１コンデンサに、並列接続する第２コンデンサと、
前記第２コンデンサに一次コイルが接続される変圧器と、
設定された間隔で送信されるトリガ信号を、予め定められたタイミング又は自由なタイミングで出力する駆動回路と、
前記トリガ信号の入力により閉回路が形成されると少なくとも前記第２コンデンサに充電された電荷を前記一次コイルに流すスイッチング素子と、
前記変圧器の二次コイルに前記トリガ信号の送信間隔と同期して誘導された複数の高電圧パルスを、連続放電する主電極と、を備えることを特徴とする高電圧パルスの放電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の高電圧パルスの放電装置において、
前記二次コイルの一端のみに前記主電極が形成され、他端はグランドレベルに電位が設定されることを特徴とする高電圧パルスの放電装置。

【請求項3】

請求項１に記載の高電圧パルスの放電装置において、
前記二次コイルの両端から一対の前記主電極が配置されていることを特徴とする高電圧パルスの放電装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高電圧パルスの放電装置において、
前記二次コイルの一端と前記主電極との間には、浮遊静電容量を可変することができる誘導電極が設けられていることを特徴とする高電圧パルスの放電装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高電圧パルスの放電装置において、
マトリックス状に平面配置された複数の分配電極と、
複数の前記分配電極の各々に対応して設けられ、これら前記分配電極の各々と前記主電極との接続のＯＮ／ＯＦＦを切り替える開閉器と、
いずれか一つの指定された前記分配電極のみが前記主電極に接続するように指定信号を送信するスイッチ回路と、を備えることを特徴とする高電圧パルスの放電装置。

【請求項6】

電源からの入力電圧を昇圧回路で昇圧するステップと、
前記昇圧された電圧により第１コンデンサが充電されるステップと、
直列接続する抵抗器とともに、静電容量が１０倍以上の前記第１コンデンサに、並列接続する第２コンデンサが充電されるステップと、
設定された間隔で送信されるトリガ信号を、予め定められたタイミング又は自由なタイミングで駆動回路から出力するステップと、
前記第２コンデンサに変圧器の一次コイルが並列接続されており、スイッチング素子に前記トリガ信号を入力させて閉回路を形成し、少なくとも前記第２コンデンサに充電された電荷を前記一次コイルに流すステップと、
前記変圧器の二次コイルに前記トリガ信号の送信間隔と同期して誘導された高電圧パルスを、主電極から連続放電するステップと、を含むことを特徴とする高電圧パルスの放電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高電圧パルスを対象物に放電する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

農業分野において、高電圧の放電エネルギーを、植物に直接、又はその培地もしくは雰囲気にパルス状に印加して、この植物に及ぼす影響を解析し、生産性向上に資する研究がすすめられている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
高電圧が植物の成長に及ぼす影響は、未解明な部分も多いが、植物が外部ストレスに反応して、内部のタンパク質を変性させたり、育成を阻害する物質を生成したり、成長を促進するストレス耐性を獲得したりするなどの要因が関与していると考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６３−７５１３９号公報

【特許文献2】特開２０１２−８０７７９号公報

【特許文献3】特許第６０８４８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、対象物に放電する高電圧パルスの強度及び周期等の放電条件は、放電電荷を充電する主コンデンサの容量及びその周辺回路等の放電装置の基本設計事項により、一意的に決定される。
ところで、植物に規定量の放電エネルギーを付与する場合、その細胞組織のダメージを抑える等の理由で、強度を抑えた高電圧パルスを複数回に分けて放電することが要求される場合がある。
しかしこの場合、電源で主コンデンサをフル充電するのに時間を要し、所望する放電エネルギーを付与するのに、放電間隔が空きすぎてしまう課題がある。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、放電周期の短縮化に資する高電圧パルスの放電技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る高電圧パルスの放電装置は、電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧された電圧により充電される第１コンデンサと、直列接続する抵抗器とともに静電容量が１０倍以上の前記第１コンデンサに並列接続する第２コンデンサと、前記第２コンデンサに一次コイルが接続される変圧器と、設定された間隔で送信されるトリガ信号を予め定められたタイミング又は自由なタイミングで出力する駆動回路と、前記トリガ信号の入力により閉回路が形成されると少なくとも前記第２コンデンサに充電された電荷を前記一次コイルに流すスイッチング素子と、前記変圧器の二次コイルに前記トリガ信号の送信間隔と同期して誘導された複数の高電圧パルスを連続放電する主電極と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明により、放電周期の短縮化に資する高電圧パルスの放電技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る高電圧パルスの放電装置を示す回路図。

【図2】本発明の第２実施形態に係る高電圧パルスの放電装置を示す回路図。

【図3】（Ａ）（Ｂ）第２実施形態の動作説明図。

【図4】本発明の第３実施形態に係る高電圧パルスの放電装置を示す回路図。

【図5】各実施形態に係る高電圧パルスの放電方法を示すフローチャート。

【図6】（Ａ）トリガ信号の出力タイミングを示すグラフ、（Ｂ）第１コンデンサの残留電圧を示すグラフ、（Ｃ）放電装置から出力される高電圧パルスの電圧を示すグラフ。

【図7】（Ａ）（Ｂ）本発明の第４実施形態に係る高電圧パルスの放電装置に適用されるマルチ放電アタッチメントの回路図。

【図8】（Ａ）（Ｂ）本発明の第５実施形態に係る高電圧パルスの放電装置に適用されるマルチ放電アタッチメントの回路図。

【図9】比較例の説明図。

【図10】実施例の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように第１実施形態に係る高電圧パルスの放電装置１０は、電源からの入力電圧Ｖ_inを昇圧する昇圧回路１１と、この昇圧された電圧により充電される第１コンデンサＣ１と、直列接続する抵抗器Ｒとともに第１コンデンサＣ１に並列接続する第２コンデンサＣ２と、この第２コンデンサＣ２に１次コイルＬ１が接続される変圧器１２と、トリガ信号Ｓ_inの入力により閉回路が形成されると少なくとも第２コンデンサＣ２に充電された電荷を一次コイルＬ１に流すスイッチング素子１５と、変圧器１２の二次コイルＬ２に誘導された高電圧パルス１７を放電する主電極１６と、を備えている。

【0010】

昇圧回路１１は、低圧の入力電圧Ｖ_inの電源（図示略）が接続される入力コイル２１と、この入力コイル２１が発生する変動磁場により誘導される高圧電圧を出力する出力コイル２２と、から構成される昇圧トランス２３を備えている。出力コイル２２が出力する高圧の交流電圧は、ダイオード２４により整流された後に、少なくとも第１コンデンサＣ１を充電する。

【0011】

入力電圧Ｖ_inの電源（図示略）としては、一般的な直流バッテリの他に、商用交流電源を採用することができる。
電源（図示略）に直流バッテリを採用する場合、昇圧回路１１は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータが採用される。この場合、入力された直流は、制御回路１９に組み込まれたスイッチング素子によりパルス電流に細分化された後に入力コイル２１に入力される。

【0012】

電源（図示略）に交流電源を採用する場合、昇圧回路１１は、昇圧型のＡＣ−ＤＣコンバータが採用される。この場合、昇圧回路１１の出力コイル２２の側で整流を実施して高圧の直流電力を出力する場合の他に、入力コイル２１の側で整流した後に上述のＤＣ−ＤＣコンバータと同じ原理で高圧の直流電力を出力する場合がある。

【0013】

第１コンデンサＣ１は、昇圧回路１１で昇圧された高圧の直流電圧により電荷を充電するものである。第１コンデンサＣ１の静電容量は、第２コンデンサＣ２よりも大きく、１０倍以上、好ましく１００倍以上であることが望ましい。
そして第１コンデンサＣ１には、互いに直列接続する第２コンデンサＣ２及び抵抗器Ｒが、並列に接続されている。なお抵抗器Ｒの抵抗値は固定である場合の他に、可変式である場合もある。この抵抗器Ｒの抵抗値が可変式であることにより、主電極１６から放電される高電圧パルス１７の強度や発振周期等といった条件を調整することができる。

【0014】

第２コンデンサＣ２は、スイッチング素子１５を介して変圧器１２の１次コイルＬ１に接続している。このスイッチング素子１５にトリガ信号Ｓ_inが入力すると、変圧器１２の１次コイルＬ１と第２コンデンサＣ２とからなるＬＣ回路が閉じる。
このスイッチング素子１５としては、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（IGBT: Insulated Gate Bipolor Transistor）又はサイリスタ（SCR: Silicon Controlled Rectifier）等が挙げ得られる。

【0015】

ＩＧＢＴは、自己消弧能力が有るために、トリガ信号Ｓ_inの入力をＯＮ／ＯＦＦすることに同期させて、スイッチ機能のターンオン／ターンオフを切り替えることができる。
ＳＣＲは、トリガ信号Ｓ_inを入力してスイッチ機能をターンオンした後は、回路を流れる電荷が０にならないとターンオフしない。この性質を利用して、放電した後に自動的にターンオフさせて、第２コンデンサＣ２を充電させることができる。

【0016】

スイッチング素子１５がターンオンし閉回路が形成されると、第２コンデンサＣ２に蓄積された電荷が一方の電極から１次コイルＬ１を通過して他方の電極に瞬時に移動し、変圧器１２の２次コイルＬ２に高電圧を誘導する。
そしてスイッチング素子１５がターンオフし開回路になると、第１コンデンサＣ１に蓄積された電荷が第２コンデンサＣ２に充電される。

【0017】

第１実施形態では、変圧器１２の二次コイルＬ２の一端は、主電極１６が接続されている。そして、この二次コイルＬ２の他端は、スイッチング素子１５がターンオンすることで、グランドレベルに電位が設定されるように構成されている。
これにより主電極１６は、スイッチング素子１５がターンオンするタイミングで、高電圧パルス１７を、グランドレベルに電位が設定された対象物に放電する。

【0018】

第１実施形態において主電極１６は、陽極と陰極のうちいずれか一方の単極のみで構成されることになる。したがって放電作業は、プローブ状の主電極１６を、電位がグランドレベルに設定された対象物に接近させて、このプローブ先端と対象物との間に占める空気を絶縁破壊して放電を起こさせることになる。

【0019】

スイッチング素子１５の駆動回路２５は、主電極１６から高電圧パルス１７を放電するためのトリガ信号Ｓ_inを、予め定められたタイミングで出力するものである。
このトリガ信号Ｓ_inの出力タイミングは、第２コンデンサＣ２がフル充電（設定値以上に充電）されることを前提として、任意に設定することができる。

【0020】

図５及び図６を参照して、実施形態に係る高電圧パルスの放電装置の動作を説明する（適宜、図１参照）。
図５のフローチャートは高電圧パルスの放電方法の手順を示している。図６（Ａ）のグラフはトリガ信号の出力タイミングを示し、図６（Ｂ）のグラフは第１コンデンサの残留電圧Ｖ_１を示し、図６（Ｃ）のグラフは放電装置から出力される高電圧パルスの放電電圧Ｖ_outを示している。

【0021】

＜初期充電期間 Ｉ＞
ＤＣ電源又はＡＣ電源からの入力電圧Ｖ_inを印加する（Ｓ１１）。この入力電圧Ｖ_inは昇圧回路１１で昇圧され、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２を充電する（Ｓ１２，Ｓ１３）。フル充電された第１コンデンサＣ１の残留電圧Ｖ₁は、上限閾値Ｖ_Uに達している。この初期充電期間＜Ｉ＞に第２コンデンサＣ２も充電が平衡状態に達している。

【0022】

＜放電期間 II＞
第１コンデンサＣ１が上限閾値Ｖ_Uに達したこところで、トリガ信号Ｓ_inを入力させてスイッチング素子１５をターンオンさせる（Ｓ１４）。すると第２コンデンサＣ２に充電された電荷は、変圧器１２の１次コイルＬ１に瞬時に流れ、二次コイルＬ２に接続される主電極１６から高電圧パルス１７が放電される（Ｓ１５）。
高電圧パルス１７が放電された後は、スイッチング素子１５がターンオフされ、第１コンデンサＣ１からの電荷供給により第２コンデンサＣ２を再充電する（Ｓ１６ Ｎｏ→Ｓ１３）。

【0023】

この第１コンデンサＣ１による第２コンデンサＣ２の再充電は短時間に行われ、スイッチング素子１５のターンオン／ターンオフの切り替え（トリガ信号Ｓ_inの送信間隔）を適切に設定して、複数の高電圧パルス１７を連続放電させて、対象物に所定の放電エネルギー値を付与することができる（Ｓ１６ Ｙｅｓ）。
この放電期間＜II＞に、第２コンデンサＣ２は放電と再充電を繰り返し、電荷の供給源となる第１コンデンサＣ１の残留電圧Ｖ₁は連続的減少し下限閾値Ｖ_Lに達する。
これに対応して放電装置１０から連続出力される高電圧パルスの放電電圧Ｖ_outも、１サイクルの放電期間＜II＞で順次減少していく。

【0024】

なお、スイッチング素子１５をターンオンさせるトリガ信号Ｓ_inの送信数及び送信間隔等の条件は、駆動回路２５における設定事項である。駆動回路２５に設定されているトリガ信号Ｓ_inの条件は、出力される高電圧パルス１７の特性を、実験的又はシミュレーション的に調査して決定することができる。この場合、駆動回路２５によるトリガ信号Ｓ_inの送信は、オープンループ的に制御される。一方で、放電装置１０の回路に検出素子を設け、電流量や静電容量の検出値に基づいて、トリガ信号Ｓ_inの送信をクローズドループ的に制御することもできる。

【0025】

＜再充電期間 III＞
放電期間＜II＞の一つのサイクルが終了した後は、第１コンデンサＣ１を再充電して残留電圧Ｖ₁を上限閾値Ｖ_Uまで戻す再充電期間＜III＞が設定される（Ｓ１７ Ｎｏ→Ｓ１２）。高電圧パルス１７を放電する対象物が複数ある場合は、第１コンデンサＣ１が再充電するのを待ってから、次の対象物に対して放電期間＜II＞のサイクルが繰り返される。
放電期間＜II＞の次のサイクルの開始は、駆動回路２５において一定時間間隔で設定されてもよいし、第１コンデンサＣ１がフル充電されたことの標示（インジケータの点灯等）をした後の自由なタイミングで作業者が操作するようにしてもよい。
そして、全ての対象物への放電が終了したところで、作業が終了する（Ｓ１７ Ｙｅｓ→ＥＮＤ）。

【0026】

（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第２実施形態の高電圧パルスの放電装置１０において、変圧器１２の二次コイルＬ２の一端と主電極１６との間には、浮遊静電容量を可変することができる誘導電極１８が設けられている。
この誘導電極１８は、昇圧回路１１、変圧器１２、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２及び抵抗器Ｒ等が設けられた回路基板に対し電気的絶縁性を確保した状態で設けられる。そして誘導電極１８は、そのような回路基板が収容される筐体（図示略）に設けられても良いし、この筐体から着脱自在に接続される主電極１６側に設けられても良い。

【0027】

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように誘導電極１８は、絶縁層１３とこの絶縁層１３を挟むように配置される一対の対向電極１４ａ，１４ｂとから構成されている。
そして、この対向電極１４ａ，１４ｂの少なくとも一方の電極を移動させることにより、誘導電極１８の浮遊静電容量を可変することができる。
このように誘導電極１８の浮遊静電容量を可変することにより主電極１６から出力される高電圧パルス１７の放電電圧Ｖ_outの強度が調整される。

【0028】

（第３実施形態）
次に図４を参照して本発明における第３実施形態について説明する。なお、図４において図１と共通の構成又は機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第３実施形態の高電圧パルスの放電装置１０においては、変圧器１２の二次コイルＬ２の両端から一対の主電極１６（１６ａ，１６ｂ）が対向する位置に形成されている。

【0029】

第２実施形態において主電極１６（１６ａ，１６ｂ）は、陽極と陰極の両極で構成されることになる。したがって放電作業は、この両極構成の主電極１６を対象物に接近させて、その近傍の雰囲気を絶縁破壊して放電を起こさせることになる。
なお、この第３実施形態においても、変圧器１２の二次コイルＬ２の一端と主電極１６との間には、誘導電極１８（図３）を配置して、主電極１６（１６ａ，１６ｂ）で出力される高電圧パルス１７の放電電圧Ｖ_outの強度を調整することができる。

【0030】

（第４実施形態）
次に図７を参照して本発明における第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態に係る高電圧パルスの放電装置（図１）の機能をさらに拡張させるマルチ放電アタッチメント２０の回路図である。
農場の広大な敷地に、植物の株が間隔をおいて多数植え付けられている場合、第１実施形態では、作業者が、それぞれの植物の株毎に主電極１６のプローブを移動させて放電することになり、作業が長時間化してしまう。

【0031】

そこで第４実施形態では、植え付けられている植物株の間隔に一致させて多数の分配電極３１を配置したマルチ放電アタッチメント２０を敷地に設置する。なお、このマルチ放電アタッチメント２０の大きさは、敷地の全面を覆う必要はなく、この敷地の一部区画を覆う程度としてもよい。この場合、このマルチ放電アタッチメント２０を、敷地の複数の区画に対し、順次移動させるように使用する。

【0032】

マルチ放電アタッチメント２０は、マトリックス状に平面配置された複数の分配電極３１と、複数の分配電極３１の各々に対応して設けられこれら分配電極３１の各々と主電極１６との接続のＯＮ／ＯＦＦを切り替える開閉器３３と、いずれか一つの指定された分配電極３１のみが主電極１６に接続するように指定信号２７（２７_x，２７_y）を送信するスイッチ回路３５，３６と、を備えている。

【0033】

実施形態においてスイッチ回路３５，３６は、縦横に複数の電気信号線が配置され、二本の電気信号線が交わったクロスポイントに一つの開閉器３３が配置されている。それぞれの開閉器３３には、論理積ANDをとる論理素子３２が設けられている。このAND素子の二つの入力端は縦横の電気信号線のそれぞれに接続されている。そして、この二つの入力端の両方が信号受信した場合のみにAND素子は開閉器３３を閉じる信号を出力し、対応する分配電極３１のみを主電極１６に接続する。
図７（Ａ）から図７（Ｂ）に示すように、スイッチ回路３５，３６は、電気信号線の縦横一本ずつの組み合わせ全てに対して、順次的に信号送信することにより、高電圧パルス１７を走査させながら、複数の対象物に対し順次放電することができる。

【0034】

（第５実施形態）
次に図８を参照して本発明における第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第３実施形態に係る高電圧パルスの放電装置（図４）の機能をさらに拡張させるマルチ放電アタッチメント２０の回路図である。なお、図８において図７と共通の構成又は機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0035】

第５実施形態では、主電極１６（１６ａ，１６ｂ）の両極に対応して、開閉器３３（３３ａ，３３ｂ）及びＡＮＤ素子３２（３２ａ，３２ｂ）が配置されている。そして、スイッチ回路３５，３６から縦横の電気信号線の組み合わせに信号送信されると、隣接する二つの分配電極３１，３１がそれぞれ陽極と陰極になって高電圧パルス１７の放電を開始する。
さらに図８（Ａ）から図８（Ｂ）に示すように、縦横の電気信号線の組み合わせ全てに対して、順次的に信号送信することにより、高電圧パルス１７を走査させながら、複数の対象物に対し順次放電が行われる。

【0036】

第４実施形態及び第５実施形態においては、図５のフローチャートにおいて、（Ｓ１６ Ｎｏ）→（Ｓ１２）の段階で、電気信号線の組み合わせを順次走査する手順が組み込まれることになる。

【実施例】

【0037】

以下、比較例及び実施例により、本発明の実施形態を更に具体的に説明する。
図９（Ａ）は、第２コンデンサＣ２のみで主回路を構成した比較例を示す図である（第１コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒは未設置）。なお電源として直流バッテリを用いた。
この直流バッテリの電圧Ｅ[V]，電流Ｉ[A]、第２コンデンサＣ２の充電時間ｔ[s]とすると、その電力量Ｗ[Ws]は次式（１）で表される。
Ｗ[Ws]＝Ｅ×Ｉ×ｔ＝Ｐ×ｔ （１）
（ここで、入力電力Ｐ＝Ｅ×Ｉ）

【0038】

次に、第２コンデンサＣ２の静電容量をＣ₂[F]，充電電圧Ｖ₂[V]とすると、その電力量Ｑ[Ws]は次式（２）で表される。
Ｑ＝１／２×Ｃ₂×Ｖ₂² （２）
電力の変換効率ηとすると、次式（３）の関係から、充電時間ｔ[s]が次式（４）のように得られる。
ηＷ＝Ｑ （３）
t＝Ｑ／（η×Ｐ） （４）

【0039】

図９（Ｂ）のグラフは、スイッチング素子１５のターンオフ／ターンオンに伴いフル充電／放電される第２コンデンサＣ２の充電電圧Ｖの時間変化を示している。図９（Ｃ）のグラフは、主電極１６（１６ａ，１６ｂ）から出力される放電電圧Ｖ_outの時間変化を示している。ここで、主電極１６の放電周期Ｔは、第２コンデンサＣ２の放電時間を微小として無視すれば、第２コンデンサＣ２の充電時間ｔに一致するとみなせる。

【0040】

ここで、Ｃ₂＝０．１[μF]、Ｖ₂＝３００[V]、Ｅ＝３．０[V]、Ｉ＝０．５[A]、η＝０．５５とした場合、主電極１６の放電周期Ｔ（≒ｔ）は、（４）式よりＴ＝５．４５[ms]と計算される。よって、比較例の放電装置では放電周期Ｔを５．４５[ms]よりも短くすることができない。

【0041】

図１０（Ａ）は本発明の実施形態において直流電源を用いた実施例を示す回路図である。
ここで、第１コンデンサＣ１の静電容量をＣ₁[F]その充電電圧をＶ₁[V]とし、第２コンデンサＣ２の静電容量をＣ₂[F]その充電電圧をＶ₂[V]とし、Ｃ１とＣ２の間に設けた抵抗の抵抗値Ｒとする。

【0042】

図１０（Ｂ）のグラフは、スイッチング素子１５のターンオフ／ターンオンに伴う第１コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ₁の時間変化を示している。図１０（Ｃ）のグラフは、スイッチング素子１５のターンオフ／ターンオンに伴う第２コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ_２の時間変化を示している。図１０（Ｃ）のグラフは、主電極１６（１６ａ，１６ｂ）から出力される放電電圧Ｖ_outの時間変化を示している。

【0043】

スイッチング素子１５をターンオフにしてしばらくすると第１コンデンサＣ１がフル充電される。ここで、Ｃ₁[F]≫Ｃ₂[F]であるとすると、第１コンデンサＣ１を電圧Ｖ₁の直流電源とみなし、第２コンデンサＣ２と抵抗ＲとによるＣＲ回路が形成されているとみなせる。この場合、第２コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ₂は次式（５）のように表され、さらに充電時間ｔについて解くと次式（６）が得られる。
Ｖ₂＝Ｖ₁（１−ｅｘｐ(−ｔ／ＲＣ₂)） （５）
ｔ＝−Ｒ×Ｃ₂×ＬＮ（１−Ｖ₂／Ｖ₁） （６）

【0044】

ここで、第２コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ₂が、第１コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ₁の９０％に到達したところでスイッチング素子１５をターンオンすることとする。また主電極１６の放電周期Ｔは、第２コンデンサＣ２の放電時間を微小として無視すれば、第２コンデンサＣ２の充電時間ｔに一致するとみなせる。

【0045】

するとＣ₂＝０．１[μF]、Ｖ₁＝３３０[V]、Ｖ₂＝３００[V]、Ｒ＝１０ｋ[Ω]として、主電極１６の放電周期Ｔ（≒ｔ）は、（６）式よりＴ＝０．７２[msec]と計算される。よって、実施例の放電装置では放電周期Ｔを０．７２[msec]よりも長くすることができ、比較例の放電周期Ｔ＝５．４５[ms]よりも短くすることができる。
なお、上記式に代入されないが実験モデルとしてＣ₁＝２０[μF]、Ｅ＝３．０[V]、Ｉ＝０．５[A]、η＝０．５５としている。

【0046】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0047】

以上説明した放電装置１０は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えた通常のコンピュータを利用したハードウェア構成を利用して実現できる。

【符号の説明】

【0048】

１０…放電装置、１１…昇圧回路、１５…スイッチング素子、１６…主電極、１７…高電圧パルス、１８…誘導電極、１９…制御回路、２０…マルチ放電アタッチメント、２１…入力コイル、２２…出力コイル、２３…昇圧トランス、２４…ダイオード、２５…駆動回路、２７（２７_x，２７_y）…指定信号、３１…分配電極、３２…ＡＮＤ素子（論理素子）、３３…開閉器、３５，３６…スイッチ回路、Ｃ１…第１コンデンサ、Ｃ２…第２コンデンサ、Ｌ１…一次コイル、Ｌ２…二次コイル。

【要約】

【課題】放電周期の短縮化に資する高電圧パルスの放電技術を提供する。
【解決手段】放電装置１０は、電源からの入力電圧Ｖ_inを昇圧する昇圧回路１１と、この昇圧された電圧により充電される第１コンデンサＣ１と、直列接続する抵抗器Ｒとともに第１コンデンサＣ１に並列接続する第２コンデンサＣ２と、この第２コンデンサＣ２に１次コイルＬ１が接続される変圧器１２と、トリガ信号Ｓ_inの入力により閉回路が形成されると少なくとも第２コンデンサＣ２に充電された電荷を一次コイルＬ１に流すスイッチング素子１５と、変圧器１２の二次コイルＬ２に誘導された高電圧パルス１７を放電する主電極１６（１６ａ，１６ｂ）と、を備えている。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】