特開 2024-90787 パルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090787

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】パルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 9/06 20060101AFI20240627BHJP

【ＦＩ】

H02M9/06 Z

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206896

(22)【出願日】2022-12-23

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】593030923

【氏名又は名称】株式会社ニッシン

(74)【代理人】

【識別番号】100093056

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100142930

【弁理士】

【氏名又は名称】戸高 弘幸

(74)【代理人】

【識別番号】100175020

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 知彦

(74)【代理人】

【識別番号】100180596

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 要

(74)【代理人】

【識別番号】100195349

【弁理士】

【氏名又は名称】青野 信喜

(72)【発明者】

【氏名】周 子強

(72)【発明者】

【氏名】井上 奨

(72)【発明者】

【氏名】大塚 健夫

(72)【発明者】

【氏名】南光 正平

(72)【発明者】

【氏名】中村 治

(57)【要約】

【課題】パルスの高周波化および出力の向上を可能とするパルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】
一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂとを備えるトランス７と、一次巻き線Ｌａに接続されており、少なくとも１つのスイッチング素子ＳＷ１を有するパルス発生回路９と、パルス発生回路９と並列接続されており、二次巻き線Ｌｂにおいて発生して一次巻き線Ｌａへ伝達される電気振動エネルギーＥｒを消費させる抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１に直列接続されているスイッチング素子ＳＷ５とを有する消費回路１３と、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部２１と、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部２３と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次巻き線と二次巻き線とを備えるトランスと、
前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、
前記パルス波発生回路と並列接続されており、前記二次巻き線において発生して前記一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、
前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、
前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、
を備える
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載のパルス電源装置において、
前記電気振動消費回路は、
前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、
互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項3】

請求項１に記載のパルス電源装置において、
前記電気振動消費回路は、
前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、
をさらに備え、
前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項4】

請求項１に記載のパルス電源装置において、
前記パルス波発生回路は、
４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
ことを特徴とするパルス電源装置。

【表1】

【請求項5】

請求項２に記載のパルス電源装置において、
前記パルス波発生回路は、
４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
前記電気振動消費回路は、
互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
ことを特徴とするパルス電源装置。

【表2】

【請求項6】

互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えるトランスと、
前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、
前記三次巻き線に接続されており、前記二次巻き線において発生して前記三次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、
前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、
前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、
を備える
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項7】

請求項６に記載のパルス電源装置において、
前記電気振動消費回路は、
前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、
互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項8】

請求項６に記載のパルス電源装置において、
前記電気振動消費回路は、
前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、
をさらに備え、
前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有している
ことを特徴とするパルス電源装置。

【請求項9】

請求項６に記載のパルス電源装置において、
前記パルス波発生回路は、
４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
ことを特徴とするパルス電源装置。

【表1】

【請求項10】

請求項７に記載のパルス電源装置において、
前記パルス波発生回路は、
４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、
前記電気振動消費回路は、
互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行う
ことを特徴とするパルス電源装置。

【表2】

【請求項11】

請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のパルス電源装置と、
前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部と、
を備えたことを特徴とする誘電体バリア放電装置。

【請求項12】

請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のパルス電源装置と、
前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘導加熱部と、
を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルス電源装置、当該パルス電源装置を用いた誘電体バリア放電装置、および当該パルス電源装置を用いた誘導加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、正負のステップ状波形またはパルス波形を例とする、矩形波を出力するパルス電源装置として、４つのスイッチング素子を用いた４石式インバータ回路または４石式パルス回路などが知られている（例えば、特許文献１）。このような４石式回路１００では図３１に示すように、直流電源Ｄの正端子と負端子との間に、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４との直列回路とが互いに並列に挿入される。そして第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の接続点Ｔ１と、第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４の接続点Ｔ２との間に負荷Ｌａが挿入される。

【0003】

このような従来の４石式回路１００では、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４をオンの状態とすることで正のパルス波が発生する。また４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３をオンの状態とすることで負のパルス波が発生する。従来の４石式回路１００では４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオン／オフを適宜切り換えることにより、正のパルス波と負のパルス波とを交互に発生させる。

【0004】

ここで４石式回路１００において負荷Ｌａとしてモータを例とする誘導性負荷を用いた場合、正のパルス波または負のパルス波を発生させることによって、負荷Ｌａにおいて（１／２）・ＬＩ^２に相当するエネルギーが蓄積する。なお、（１／２）・ＬＩ^２の数式において、Ｌは自己インダクタンス（単位：Ｈ）を表し、Ｉは電流（単位：Ａ）を表している。当該エネルギーが蓄積した状態でパルスを発生させると、直流電源Ｄからの電流と誘導性負荷からの電流とが重なってパルスの波形が崩れ、所望のパルスを発生させることが困難となる。

【0005】

そのため特許文献１では、正のパルスまたは負のパルスが発生した後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電させる操作を行う。すなわち図３１（ｂ）および（ｃ）に示すように、まずは第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにして正のパルス波を発生させる（状態１）。正のパルス波を発生させた後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにする（状態２）。第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、各々のスイッチング素子のオン抵抗および閉ループ回路に元来存在する抵抗成分によって、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーは放電される。

【0006】

正のパルス波の発生によって負荷Ｌａに蓄積したエネルギーが放電された後、第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３をオンにして負のパルス波を発生させる（状態３）。そして負のパルス波を発生させた後、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにする（状態４）。第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４をオンにすることで、各々のスイッチング素子のオン抵抗および閉ループ回路に存在する抵抗分によって、負荷Ｌａに蓄積したエネルギーは再度放電される。負のパルス波の発生によって負荷Ｌａに蓄積したエネルギーが放電された後、再び状態１となるようにスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を制御する。以下、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々について、状態１、状態２、状態３、状態４の組み合わせ態様で、スイッチング制御を順次繰り返す。

【0007】

このような４石式回路は、誘電体バリア放電装置または誘導加熱装置などに利用される（例えば、特許文献２）。すなわち図３２に示すように、４石式回路１００を用いた誘電体バリア放電装置１０１では、電源として４石式回路１００を高圧トランス１０３の一次側に配置するとともに、平行平板電極１０５を備える放電用回路１０６を高圧トランス１０３の二次側に配置する。平行平板電極１０５を構成する電極１０５ａおよび電極１０５ｂのうち少なくとも一方には誘電板１０７が配設されている。

【0008】

４石式回路１００のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を図３１（ｂ）に示すようにオン／オフを切り換えることによって正負のパルス波が交互に生成され、高圧トランス１０３を経由して平行平板電極１０５にパルス電圧が印加されることによって平行平板電極１０５においてプラズマ放電が発生する。誘電体バリア放電装置１０１では平行平板電極で発生するプラズマ放電を用いて、基板の表面処理や排ガス処置を例とする各種処理を行う。なお、容量性負荷である平行平板電極１０５の代わりに誘導性負荷を配設することにより、４石式回路１００を誘導加熱装置にも利用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開昭６３－３１６６７３号公報

【特許文献2】特開平１１－１４６６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。

【0011】

すなわち従来の構成では、パルス電源である４石式回路１００の高周波化を達成することが困難である。誘電体バリア放電装置では基板表面処理などを行う場合、処理速度を上げるためにパルス電源の出力の向上が要求される。パルス電源の出力を向上させるための主な方法として、４石式回路１００で発生させるパルスの周波数を上げて単位時間あたりのエネルギーを増大させる方法が挙げられる。しかしながら従来の構成では数十ｋＨｚ程度の周波数については所望のパルスを発生できる一方、一例として１００ｋＨｚ程度を超える高周波の条件ではパルス波形が崩れてしまい、所望のプラズマ放電を発生させることができないという問題が懸念されている。その結果、従来の４石式回路１００ではパルス電源としての出力の上限値が低く、高出力のパルス電源を実現することが困難である。

【0012】

発明者による鋭意検討の結果、パルスの高周波化を妨げる原因としてリンギングが挙げられる。すなわち図３３に示すように、ｎ番目のパルス波Ｐ_ｎが発生した後にリンギングが所定時間発生する。なお、ｎ番目に係るパルス波Ｐ_ｎの発生後にリンギングが発生する所定の時間を以下、リンギング期間Ｒ_ｎとする。リンギングは容量性負荷または各部品に内在する寄生容量とトランスとの間の電気振動などによって発生し、リンギングの波は時間経過によって徐々に減衰する。

【0013】

パルス電源の周波数が数十ｋＨｚ程度の比較的低い周波数である場合、ｎ番目のパルス波が生成された後に生じるリンギング期間Ｒ_ｎと（ｎ＋１）番目のパルス波Ｐ_ｎ＋１とは重複しないので、パルス波Ｐ_ｎ＋１は所望の波形が維持される。一方でパルス電源の周波数が一例として１００ｋＨｚを超える比較的高い周波数である場合、パルス波Ｐ_ｎとパルス波Ｐ_ｎ＋１との間隔Ｆが短くなるので、ｎ番目のパルス波Ｐ_ｎが生成された後に発生するリンギング期間Ｒ_ｎと（ｎ＋１）番目のパルス波Ｐ_ｎ＋１の発生時間とが重複することとなる。当該重複の結果、リンギング期間Ｒ_ｎに発生するリンギングの波形とパルス波Ｐ_ｎ＋１の波形とが合成されてパルス波Ｐ_ｎ＋１の波形が当初の形状から崩れるので、所望のプラズマ放電を発生させることが困難となる。

【0014】

また、従来の４石式回路１００ではスイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンの状態にして誘導性負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電している状態でスイッチング素子Ｑ１またはＱ３をオンの状態にすると、貫通電流が流れて素子が破損する。すなわち誘導性負荷Ｌａに蓄積したエネルギーを放電している間はパルス波を発振させることができないので、従来の４石式回路１００ではパルスの高周波化がさらに困難となる。

【0015】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、パルスの高周波化および出力の向上を可能とするパルス電源装置、当該パルス電源装置を用いた誘電体バリア放電装置、および当該パルス電源装置を用いた誘導加熱装置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】

【0016】

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち本発明に係るパルス電源装置は、一次巻き線と二次巻き線とを備えるトランスと、前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、前記パルス波発生回路と並列接続されており、前記二次巻き線において発生して前記一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、を備えるものである。

【0017】

（作用・効果）この構成によれば、トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路と電気振動消費回路とが並列接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーは、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。

【0018】

また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。

【0019】

消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。

【0020】

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係るパルス電源装置は、互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えるトランスと、前記一次巻き線に接続されており、少なくとも１つのパルス波発生用スイッチング素子を有するパルス波発生回路と、前記三次巻き線に接続されており、前記二次巻き線において発生して前記三次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費させる消費用抵抗と前記消費用抵抗に直列接続されている抵抗用スイッチング素子とを有する電気振動消費回路と、前記パルス波発生用スイッチング素子および前記抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換えるスイッチ制御部と、前記抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する消費時間制御部と、を備えるものである。

【0021】

（作用・効果）この構成によれば、トランスは互いに絶縁されている一次巻き線と二次巻き線と三次巻き線とを備えている。トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路が接続されており、トランスの三次巻き線には電気振動消費回路が接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生する電気振動は三次巻き線へ伝達され、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。

【0022】

また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動のエネルギーを消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。

【0023】

消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動のエネルギーが消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。

【0024】

また当該構成では、パルス波を発生させる一次巻き線とは別の三次巻き線において、電気振動のエネルギーが消費される。すなわち電気振動消費回路が配設されている三次巻き線は、パルス波発生回路が配設されている一次巻き線と電気的に絶縁されているので、電気振動消費回路における任意の点にグランドを取ることができる。その結果、電位の不安定化を回避できるので、パルス電源装置における誤動作の発生をより確実に防止できる。

【0025】

また、上述した発明において、前記電気振動消費回路は、前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備え、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有していることが好ましい。

【0026】

（作用・効果）この構成によれば、電気振動消費回路は電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備えている。電気振動消費回路において、コンデンサと消費用抵抗は並列接続されている。そして当該コンデンサおよび消費用抵抗の各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を備えることにより、抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えると、消費用抵抗による電気振動のエネルギーの消費と並行して、コンデンサによる電気振動のエネルギーの蓄積が行われる。その結果、電気振動のエネルギーの処理効率を大きく向上できるので、リンギング期間をより短縮させることができる。すなわちリンギング期間をより短縮させることにより、さらに周波数を向上させることが可能となる。

【0027】

また、上述した発明において、前記電気振動消費回路は、前記電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された前記電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部と、をさらに備え、前記コンデンサと前記エネルギー回生部とが並列接続された構成を有する回生回路および前記消費用抵抗が並列接続されているとともに、前記消費用抵抗と前記回生回路との各々が前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を有していることが好ましい。

【0028】

（作用・効果）この構成によれば、電気振動消費回路は電気振動のエネルギーを蓄積するコンデンサをさらに備えている。電気振動消費回路において、コンデンサと消費用抵抗は並列接続されている。そして当該コンデンサおよび消費用抵抗の各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を備えることにより、抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えると、消費用抵抗による電気振動のエネルギーの消費と並行して、コンデンサによる電気振動のエネルギーの蓄積が行われる。その結果、電気振動のエネルギーの処理効率を大きく向上できるので、リンギング期間をより短縮させることができる。すなわちリンギング期間をより短縮させることにより、さらに周波数を向上させることが可能となる。

【0029】

また当該構成は、コンデンサに蓄積された電気振動のエネルギーを回生させるエネルギー回生部をさらに備えている。エネルギー回生部はコンデンサと並列接続されて回生回路を構成する。回生回路は、消費抵抗と並列接続されている。そして消費用抵抗と回生回路との各々は、抵抗用スイッチング素子に直列接続されている。このような構成を有することにより、コンデンサに蓄積された電気振動のエネルギーは回生回路によって回生エネルギーとして再利用できる。そのため、パルス電源装置の周波数を向上させるとともに、パルス電源装置におけるエネルギー効率を向上させることができる。

【0030】

また、上述した発明において、前記パルス波発生回路は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５の各々について、次の表１に示す状態１ないし状態４の４つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行うことが好ましい。

【表1】

【0031】

（作用・効果）この構成によれば、パルス波発生回路はＨブリッジ回路であり、スイッチング素子の制御について状態１ないし状態４の態様を順次繰り返す。この場合、スイッチング素子の制御について状態１と状態３とを交互に繰りかえすことにより、互いに極性が逆向きである正負のパルス波を交互に発生させることができる。また状態１と状態３との間において、抵抗用スイッチング素子をオンにする状態２となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態１において発生した電気振動は速やかに消費されてリンギングが減衰する。よって周波数が比較的高い条件下であっても、状態１の後に発生するリンギングに起因して状態３に係るパルス波の波形が崩れるという事態を回避できる。さらに状態３と状態１との間において、抵抗用スイッチング素子をオンにする状態４となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態３において発生した電気振動は速やかに消費されてリンギングが減衰する。よって周波数が比較的高い条件下であっても、状態３の後に発生するリンギングに起因して状態１に係るパルス波の波形が崩れるという事態を回避できる。

【0032】

また、上述した発明において、前記パルス波発生回路は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路であり、前記電気振動消費回路は、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有しており、
前記スイッチ制御部は、４つの前記パルス波発生用スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、および２つの前記抵抗用スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の各々について、次の表２に示す状態１ないし状態６の６つのオン／オフの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング制御を行うことが好ましい。

【表2】

【0033】

（作用・効果）この構成によれば、パルス波発生回路はＨブリッジ回路であり、互いに並列接続された前記コンデンサおよび前記消費用抵抗の各々が、前記抵抗用スイッチング素子に直列接続された構成を２組有している。そしてスイッチング素子の制御について状態１ないし状態６の態様を順次繰り返す。

【0034】

この場合、スイッチング素子の制御について状態１と状態４とを交互に繰りかえすことにより、互いに極性が逆向きである正負のパルス波を交互に発生させることができる。また状態１の後、一方の抵抗用スイッチング素子ＳＷ５をオンにする状態２となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態１において発生した電気振動は消費用抵抗に消費される。このとき消費用抵抗で消費しきれない電気振動はコンデンサへ迅速に蓄積されるので、リンギングをさらに迅速に減衰させることができる。よって周波数をさらに向上させつつ、状態１の後に発生するリンギングに起因して状態４に係るパルス波の波形が崩れる事態を回避できる。

【0035】

そして状態２の後において、全てのスイッチング素子をオフにする状態３を実行する。コンデンサと消費用抵抗とを並列接続することにより、抵抗用スイッチング素子がオフになっている状態であっても、コンデンサに蓄積している電気振動エネルギーを消費抵抗で消費させ続けることができる。そのため、抵抗用スイッチング素子をオンにする時間を短縮させつつ、効率的に電気振動エネルギーを消費させることができる。

【0036】

また状態４の後、他方の抵抗用スイッチング素子ＳＷ６をオンにする状態５となるようにスイッチ制御部が作動することにより、状態４において発生した電気振動は消費用抵抗に消費される。このとき消費用抵抗で消費しきれない電気振動はコンデンサへ迅速に蓄積されるので、リンギングをさらに迅速に減衰させることができる。よって周波数をさらに向上させつつ、状態４の後に発生するリンギングに起因して状態１に係るパルス波の波形が崩れる事態を回避できる。さらに、状態１において発生するリンギングを減衰させるために用いる電気振動消費回路と、状態４において発生するリンギングを減衰させるために用いる電気振動消費回路とを別々に設けることにより、より大きな電気振動エネルギーを迅速に消費できる。

【0037】

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係る誘電体バリア放電装置は、上述した特徴を有するパルス電源装置と、前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部と、を備えるものである。

【0038】

（作用・効果）この構成によれば、誘電体バリア放電装置の電源装置として上述のパルス電源装置を用いており、当該パルス電源装置の負荷回路としてトランスの二次巻き線に接続された誘電体バリア放電部を備えている。よって、パルス波の波形を維持しつつパルス波の周波数を向上できる。その結果、より高い周波数の条件下でプラズマを発生させて各種プラズマ処理を好適に行うことができる。

【0039】

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係る誘導加熱装置は、上述した特徴を有するパルス電源装置と、前記パルス電源装置の負荷回路として前記二次巻き線に接続された誘導加熱部と、を備えるものである。

【0040】

（作用・効果）この構成によれば、誘導加熱装置の電源装置として上述のパルス電源装置を用いており、当該パルス電源装置の負荷回路としてトランスの二次巻き線に接続された誘導加熱部を備えている。よって、パルス波の波形を維持しつつパルス波の周波数を向上できる。その結果、より高い周波数の条件下で誘導加熱を好適に行うことができる。

【発明の効果】

【0041】

本発明に係るパルス電源装置、誘電体バリア放電装置、および誘導加熱装置によれば、トランスの一次巻き線にはパルス波発生回路と電気振動消費回路とが並列接続されている。電気振動消費回路には、消費用抵抗と抵抗用スイッチング素子とが直列接続されている。トランスの二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動は、電気振動消費回路に配設されている消費用抵抗によって消費される。そのため、電気振動に起因して発生するリンギングは電気振動消費回路によって速やかに減衰されるので、パルス波が発生した後のリンギング期間を短縮できる。リンギング期間が短縮されることにより、パルス波の周波数を向上させた場合において、パルス波の後に発生するリンギングの波形が、次回に形成されたパルス波と合成されることを回避できる。従って、パルス波の周波数を向上させつつ当該パルス波の波形が崩れることを防止できるので、より周波数が高いパルス電源装置を実現できる。

【0042】

また本発明に係るパルス電源装置は、スイッチ制御部と消費時間制御部とを備えている。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子および抵抗用スイッチング素子のオン／オフを切り換える。消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御する。スイッチ制御部は、パルス波発生用スイッチング素子をオンに切り換えることによってパルス波を発生させる。また抵抗用スイッチング素子をオンに切り換えることによって、二次巻き線において発生して一次巻き線へ伝達される電気振動を消費用抵抗で消費させる。そのため、パルス波を発生させる状態と、電気振動によるリンギングを速やかに減衰させる状態とを適宜切り換えることができる。

【0043】

消費時間制御部は、抵抗用スイッチング素子がオンの状態に切り換えられるタイミングおよび期間を制御することによって、消費用抵抗によって電気振動が消費されるタイミングおよび期間を制御する。消費時間制御部を備えることにより、電気振動が消費されるタイミングおよび期間を任意に変更できるので、リンギング期間の長さを適宜調節できる。すなわち、パルス電源装置における出力の持続などに必要な分のリンギング波を維持させつつ、不要なリンギング波を速やかに消費できる。従って、パルス電源装置における出力を安定化させつつ、パルス電源装置における周波数を向上させることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】実施例１に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図2】実施例１に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。

【図3】実施例１に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図4】実施例１に係るパルス電源装置の状態１を示す図である。

【図5】実施例１に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。

【図6】実施例１に係るパルス電源装置の効果を説明する図である。（ａ）は従来例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は実施例１に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図であり、（ｃ）は実施例１に係るパルス電源装置について、パルス波を高周波化させた場合の出力電圧波形を示す図である。

【図7】実施例１に係るパルス電源装置について、デッドタイムＤＴ２を長くさせた比較例の構成を説明する図である。（ａ）は実施例１の比較例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｂ）は実施例１の比較例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図である。

【図8】実施例２に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図9】実施例２に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。

【図10】実施例２に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図11】実施例２に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。

【図12】実施例２に係るパルス電源装置の状態３を示す図である。

【図13】実施例２に係るパルス電源装置の状態４を示す図である。

【図14】実施例３に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図15】実施例４に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図16】実施例４に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。

【図17】実施例４に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図18】実施例４に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。

【図19】実施例４に係るパルス電源装置の状態５を示す図である。

【図20】実施例５に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図21】実施例５に係るパルス電源装置の状態２を示す図である。

【図22】第１の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図23】第２の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図24】第３の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図25】第４の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置を説明する図である。（ａ）は第４の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図であり、（ｂ）は第４の変形例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｃ）は第４の変形例に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図26】第４の変形例に係るパルス電源装置の出力電圧波形を示す図である。

【図27】第５の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【図28】第５の変形例に係るパルス電源装置のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートである。

【図29】第５の変形例に係るパルス電源装置の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図30】実施例１に係るパルス電源装置を備えた誘導加熱装置の全体構成を示す図である。

【図31】従来例の構成を示す図である。（ａ）は従来例に係る４石式回路を示す図であり、（ｂ）は従来例に係る４石式回路のスイッチング素子の動作を示すタイムチャートであり、（ｃ）は従来例に係る４石式回路の各状態におけるスイッチング素子のオン／オフの組み合わせ態様を示す一覧図である。

【図32】従来例に係る４石式回路を備えた誘電体バリア放電装置を説明する図である。

【図33】従来例に係る４石式回路を備えた誘電体バリア放電装置の出力電圧波形を示す図である。

【図34】第６の変形例に係るパルス電源装置を備えた誘電体バリア放電装置の全体構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0045】

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。図１は実施例１に係るパルス電源装置３を備えた誘電体バリア放電装置１の概略図である。

【0046】

＜全体構成の説明＞
実施例１に係る誘電体バリア放電装置１は図１に示すように、パルス電源装置３と放電器５とを備えている。パルス電源装置３は、トランス７と、パルス発生回路９と、電源１１と、消費回路１３と、主制御部１５とを備えている。

【0047】

トランス７は、一次巻き線Ｌａと二次巻き線Ｌｂとを備えており、パルス電源装置３の出力を適宜昇圧して放電器５へ伝送する。パルス発生回路９は一次巻き線Ｌａに接続されており、パルス波を生成する。電源１１はパルス発生回路９に接続されており、パルス発生回路９へ電力を供給する。実施例１では電源１１として直流電源を用いるものとする。

【0048】

放電器５は二次巻き線Ｌｂに接続されており、容量性負荷に相当する平行平板電極１７を備えている。平行平板電極１７は、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとを備えている。第１電極１７ａおよび第２電極１７ｂは、所定の空間を空けて互いに対向するよう、平行に配置されている。第１電極１７ａと第２電極１７ｂのうち少なくとも一方には誘電体１９が配設されている。図１では第１電極１７ａに誘電体１９が設けられている構成を例として示している。 パルス電源装置３から出力されたパルス電圧が平行平板電極１７へ印加されることにより、第１電極１７ａおよび第２電極１７ｂで挟まれる空間において誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。放電器５は、本発明における誘電体バリア放電部に相当する。

【0049】

実施例１において、パルス発生回路９は４石式回路であるＨブリッジ型回路が用いられるものとする。すなわち実施例１に係るパルス発生回路９は図１に示すように、電源１１の正端子と負端子との間に、第１のスイッチング素子ＳＷ１および第２のスイッチング素子ＳＷ２が直列接続された第１回路と、第３のスイッチング素子ＳＷ３および第４のスイッチング素子ＳＷ４が直列接続された第２回路とが互いに並列に挿入されている。そしてスイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ２の接続点Ｔ１と、スイッチング素子ＳＷ３およびスイッチング素子ＳＷ４の接続点Ｔ２との間に、誘導性負荷に相当する一次巻き線Ｌａが挿入される。

【0050】

パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のオン／オフの状態によって、パルス発生回路９におけるパルス波の発生のオン／オフおよび発生するパルス波の極性が制御される。実施例１において、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は本発明におけるパルス波発生用スイッチング素子に相当する。

【0051】

消費回路１３は、パルス発生回路９と並列接続されている。消費回路１３は、抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ５とが直列接続された構成を有している。抵抗Ｒ１は、トランス７と容量性負荷である平行平板電極１７との間で主に発生する電気振動のエネルギーを消費することでリンギングを抑制する。消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態になることで、電気振動のエネルギーが抵抗Ｒ１へと伝送され、当該電気振動のエネルギーを抵抗Ｒ１で消費できるようになる。また、スイッチング素子ＳＷ５をオフの状態にすることで、消費回路１３はパルス発生回路９から電気的に切り離されるように構成されている。実施例１において、抵抗Ｒ１は本発明における消費用抵抗に相当する。実施例１において、スイッチング素子ＳＷ５は本発明における抵抗用スイッチング素子に相当する。

【0052】

主制御部１５は、パルス電源装置３の各構成を統括制御する制御回路であり、スイッチ制御部２１と消費時間制御部２３とを備えている。スイッチ制御部２１は、パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、および消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５の各々について、オン／オフの状態を切り換える制御を独立に行う制御回路である。スイッチ制御部２１が各スイッチング素子を切り換える態様については後述する。

【0053】

消費時間制御部２３は、スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間について、予め定められたタイミングおよび期間となるようにスイッチ制御部２１を制御する制御回路である。スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間については、操作者の指示を入力する入力部（図示しない）を用いて入力された内容などに基づいて予め定められる。入力部の構成の例として、キーボード式、マウス式、タッチパネル式の入力装置が挙げられる。主制御部１５は、当該入力部を用いて入力された指示内容に従って、パルス電源装置３の各構成を統括制御する。消費時間制御部２３が、スイッチング素子ＳＷ５をオンの状態にするタイミングおよび期間を制御することにより、パルス波（インパルス信号）が生成された後にリンギングが発生する期間（リンギング期間）を所望の長さとなるように調節できる。

【0054】

＜パルス電源装置の動作＞
ここで実施例１において、パルス電源装置３を備える誘電体バリア放電装置１の動作について説明する。実施例１に係る誘電体バリア放電装置１では図２および図３に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態４を１周期として当該４つの状態が繰り返される。以下、各々の状態におけるスイッチ制御部２１の制御動作および誘電体バリア放電装置１の動作について詳細に説明する。

【0055】

第１に、状態１における動作について説明する。状態１では、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0056】

状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９とが電気的に接続される。そして電源１１からパルス発生回路９に電力が供給され、図４に示すようにスイッチング素子ＳＷ１を経由してＦ１の方向に電流が流れる。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと正のパルス波Ｐｘによる正のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。すなわち、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとの間に誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する。なお図４などにおいて、主制御部１５の記載を適宜省略している。

【0057】

二次巻き線Ｌｂを経由して平行平板電極１７にパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。すなわち平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生すると、放電の停止後においても平行平板電極１７において（１／２）・ＣＶ^２に相当するエネルギーが蓄積しており、平行平板電極１７とトランス７との間で当該エネルギーが共振されて電気振動が発生する。なお、（１／２）・ＣＶ^２の数式において、Ｃは静電容量（単位：Ｆ）を表し、Ｖは電圧（単位：Ｖ）を表している。

【0058】

トランス７において一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているので、発生した当該電気振動はトランス７を経由して二次側（放電部５の側）から一次側（パルス電源装置３の側）へと伝達される。当該電気振動は、パルス波の生成後にリンギング波が発生する原因となる。すなわち図６（ａ）に示すように、電気振動に起因して正のパルス波Ｐｘの発振後にリンギング波Ｋｘが発生する。そこで実施例１に係るパルス電源装置３では、状態２の動作によってリンギング波Ｋｘを減衰させる。

【0059】

第２に、状態２における動作について説明する。状態２では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0060】

状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９との電気的接続が断たれるとともに、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続される。その結果、図５に示すように電気振動のエネルギー（電気振動エネルギーＥｒ）が消費回路１３へと流れ、消費回路１３に設けられている抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。抵抗Ｒ１においてエネルギーが消費されることにより、一次側において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消失していく。この場合、一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているため、一次側から二次側に対して電気振動エネルギーＥｒが伝達されることも防止される。その結果、一次側に抵抗Ｒ１を配設することで二次側においても電気振動エネルギーＥｒが速やかに消失する。よって、状態１において正のパルス波Ｐｘが生成された後に発生するリンギング波Ｋｘは、状態２の動作によって迅速に減衰されて消滅する。従って、状態１においてパルス信号（パルス波）が発振された後のリンギング期間を大幅に短縮できる。

【0061】

第３に、状態３における動作について説明する。状態３では、スイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＷ４、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0062】

状態３の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａとパルス発生回路９とが電気的に接続され、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給される。そしてスイッチング素子ＳＷ３を経由して、図４に示される符号Ｆ１とは逆方向に電流が流れる。すなわち状態３では状態１とは逆極性の電圧が印加される。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへと負のパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。すなわち、第１電極１７ａと第２電極１７ｂとの間に誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する。

【0063】

平行平板電極１７に負のパルス電圧が印加されると、状態１と同様に、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。すなわち図６（ａ）に示すように、放電後の電気振動に起因して負のパルス波Ｐｙの生成後にリンギング波Ｋｙが発生する。そこで実施例１に係るパルス電源装置３では、状態４の動作によってリンギング波Ｋｙを減衰させる。

【0064】

第４に、状態４における動作について説明する。状態４では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。すなわち、状態４におけるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５のオン／オフの組み合わせ態様は状態２における組み合わせ態様と同じである。

【0065】

状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続される。その結果、図５に示すように電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３へと流れ、抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒは速やかに消費される。一次側巻き線Ｌａと二次側巻き線Ｌｂは電磁結合されているため、抵抗Ｒ１において電気振動エネルギーＥｒが消費されることにより、トランス７の一次側において電気振動は速やかに消失していく。その結果、トランス７の二次側においても電気振動は速やかに消失する。よって、状態３において負のパルス信号（負のパルス波Ｐｙ）が発振された後に発生するリンギングの波（リンギング波Ｋｙ）は、状態４の動作によって迅速に減衰される。従って、状態３において負のパルス波Ｐｙが発振された後のリンギング期間Ｒｙについても大幅に短縮できる。

【0066】

状態４の動作が完了することによって、状態１ないし状態４を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態４から状態１に戻り、状態１ないし状態４からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。

【0067】

なお図２に示すように、パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のいずれかと、消費回路１３に設けられているスイッチング素子ＳＷ５とが同時にオンの状態にならないよう、デッドタイムＤＴ１およびＤＴ２が設けられている。すなわちスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ１が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４がオンの状態に切り換えられて状態１が開始される。そしてスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４がオフの状態に切り換えられて状態１が終了したタイミングからデッドタイムＤＴ２を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態２が開始される。

【0068】

なお状態３の前後においても、同様にデッドタイムＤＴ３およびＤＴ４が設けられている。すなわちスイッチング素子ＳＷがオフの状態に切り換えられてからデッドタイムＤＴ３が経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３がオンの状態に切り換えられて状態３が開始される。そしてスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３がオフの状態に切り換えられて状態３が終了したタイミングからデッドタイムＤＴ４を経過したタイミングにおいて、スイッチング素子ＳＷ５はオフの状態からオンの状態に切り換えられて状態４が開始される。

【0069】

デッドタイムＤＴ１～ＤＴ４の長さは、図示しない入力部を用いて所望の数値を入力することによって設定できる。消費時間制御部２３は設定されたデッドタイムＤＴ１～ＤＴ４の数値に応じてスイッチ制御部２１の動作を制御することにより、状態１ないし状態４の開始タイミングおよび実行期間を制御する。すなわち消費時間制御部２３によって、状態２および状態４の開始タイミングおよび実行期間、言い換えると電気振動エネルギーＥｒを消費する動作の開始タイミングおよび実行期間が制御される。

【0070】

＜実施例１の構成による効果＞
実施例１に係るパルス電源装置３では、パルス発生回路９と並列に消費回路１３を配設することで、パルス信号の周波数を向上できる。図６は、実施例１に係るパルス電源装置３による周波数向上の効果を示す図である。図６（ａ）は従来の電源装置における出力側の電圧波形を示す図であり、図６（ｂ）は実施例１のパルス電源装置３における出力側の電圧波形を示す図である。

【0071】

一般的に、パルス電源装置においてパルス信号を生成させると、トランスの二次巻き線側において電気振動が発生して一次巻き線側へと伝達される。その結果、図６（ａ）に示すように、状態１のようにスイッチング素子を切り換えて正のパルス波Ｐｘを発振させた後にリンギング波Ｋｘが発生する。また、状態３のようにスイッチング素子を切り換えて負のパルス波Ｐｙを発振させた後においてもリンギング波Ｋｙが発生する。

【0072】

従来の電源装置では、電気振動を積極的に消費させることを目的とする回路が設けられていないため、パルス波を発生させる回路に設けられているスイッチング素子や線路などに元来存在する抵抗成分によって、電気振動は徐々に減衰していく、そのため、従来の構成では電気振動が減衰するために比較的長時間を要する。そのため図６（ａ）に示すようにリンギング波Ｋｘが発生するリンギング期間Ｒｘ、およびリンギング波Ｋｙが発生するリンギング期間Ｒｙの各々が長期化する。リンギング期間Ｒｘが長い場合、パルス波Ｐｘとパルス波Ｐｙとの間隔Ｆを短くするとパルス波Ｐｙがリンギング波Ｋｘと重複し、パルス波Ｐｙの波形が崩れるという事態が容易に発生する。パルス波Ｐｙの波形が崩れると所望の誘電体バリア放電を実行することが困難になる。よって、リンギング期間ＲｘおよびＲｙが比較的長い従来の構成では、パルス波の形状を維持しつつ、パルス波の周波数を向上させることが困難である。

【0073】

一方、実施例１に係るパルス電源装置３では、パルス波ＰｘおよびＰｙを生成させるパルス発生回路９とは別に、消費回路１３を備えている。そして、トランス７の一次巻き線Ｌａの側においてパルス発生回路９と消費回路１３とは並列接続されている。消費回路１３はスイッチング素子ＳＷ５と抵抗Ｒ１とを備えており、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられると一次巻き線Ｌａと消費回路１３が電気的に接続され、抵抗Ｒ１による電気振動の消費が開始されるように構成されている。

【0074】

すなわち実施例１に係る装置では、パルス波を発生させるパルス発生回路９とは別の回路として、電気振動のエネルギーを消費することを目的とする消費回路１３を備えている。この場合、パルス波の生成によってプラズマ放電を発生させた後にスイッチング素子ＳＷ５をオンにすることで、パルス波の生成後に発生する電気振動のエネルギーは、消費回路１３によって速やかに消費されて消失する。その結果、図６（ｂ）に示すように、電気振動に起因してパルス波の生成後に発生するリンギング波Ｋｘおよびリンギング波Ｋｙは、速やかに減衰して消滅していく。よって、リンギング波Ｋｘが発生するリンギング期間Ｒｘ、およびリンギング波Ｋｙが発生するリンギング期間Ｒｙの各々は従来のパルス電源装置と比べて大幅に短縮化される。

【0075】

リンギング期間ＲｘおよびＲｙが短縮化すると、図６（ｃ）に示すように、パルス波Ｐｘとパルス波Ｐｙとの間隔Ｆを短くしても、パルス波Ｐｙの発振時間がリンギング期間Ｒｘと重複することを回避できる。すなわち、間隔Ｆを短くしてパルス波を高周波数化した場合であっても、パルス波Ｐｙとリンギング波Ｋｘが合成されてパルス波Ｐｙが所望の形状から崩れることを防止できるので、パルス波ＰｘおよびＰｙの周波数を向上させつつパルス波ＰｘおよびＰｙの波形を所望の形状に維持させることが可能となる。よって、好適なパルス波の発振とパルス波の高周波化とを兼ね備えたパルス電源装置の実現が可能となる。

【0076】

また実施例１に係るパルス電源装置３では、消費回路１３にスイッチング素子ＳＷ５を備えており、スイッチ制御部２１および消費時間制御部２３によってスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフを切り換えるタイミングと期間とを任意に変更できる構成となっている。すなわち、状態１において正のパルス波Ｐｘを発振させた後、状態２を開始するタイミングと状態２を継続させる期間とを任意に設定できる。同様に、状態３において負のパルス波Ｐｙを発振させた後、状態４を開始するタイミングと状態４を継続させる期間とを任意に設定できる。言い換えると、スイッチング素子ＳＷ５、スイッチ制御部２１、および消費時間制御部２３を備えることにより、図２に示されるデッドタイムＤＴ２およびＤＴ４の長さを適宜変更できる。

【0077】

パルス電源装置では、パルス波の出力条件またはトランスの出力側における構成などによっては、リンギング波を一定量残存させることが望ましい場合がある。一例として、プラズマを発生させる誘電体バリア放電装置１にパルス電源装置３を用いる構成において、プラズマ放電の持続性を向上させるためにパルス波に加えて一定期間はリンギング波を維持させることが好ましい場合がある。実施例１ではデッドタイムＤＴ２などの長さを適宜変更することにより、リンギング期間Ｒｘなどの長さを任意に調整できる。

【0078】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、図２に示すタイミングチャートと比べてデッドタイムＤＴ２の長さを長くしている構成を実施例１の比較例として挙げている。図７（ａ）で示す比較例では、状態１と状態２との間のデッドタイムについて符号ＤＴ２Ａを付し、実施例１におけるデッドタイムＤＴ２と区別することとする。すなわち実施例１に係るデッドタイムＤＴ２と比べて、比較例に係るデッドタイムＤＴ２Ａは長い時間である。

【0079】

当該比較例の構成では、正のパルス波Ｐｘが発振される状態１が終了した後、デッドタイムＤＴ２Ａが経過した後に状態２の動作が開始される。すなわちスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４がオフになった後、デッドタイムＤＴ２Ａが経過するまでの間はスイッチング素子ＳＷ５もオフの状態となっており消費回路１３に電気振動エネルギーＥｒが流れない。よってデッドタイムＤＴ２Ａの間は電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３に消費されることがないので、パルス波Ｐｘの後に発生するリンギング波Ｋｘは減衰されることなく残存する。

【0080】

そして比較例ではデッドタイムＤＴ２Ａが経過すると状態２に係る動作が開始する。すなわちスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられ、抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が開始されてリンギング波Ｋｘは速やかに減衰する。その結果、比較例では図７（ｂ）に示すように、パルス波Ｐｘの後に発生するリンギング期間Ｒｘの長さは図２に示される実施例１と比べて、デッドタイムＤＴ２Ａの長さに応じて長くなる。なお図７（ａ）および図７（ｂ）では、１往復分のリンギング波Ｒｘが減衰されることなく維持される程度にデッドタイムＤＴ２Ａの長さが調整されている。このようにリンギング期間Ｒｘを必要に応じて長くすることにより、プラズマ放電の維持などに必要な分のリンギング波Ｋｘのみを発生させる一方で、パルス波の高周波化の妨げとなる分のリンギング波は速やかに減衰させることができる。よって、パルス電源装置３において、パルス波出力の好適化とパルス波の高周波化とを両立させることができる。

【0081】

また実施例１に係るパルス電源装置３では、電気振動エネルギーＥｒを消費させて電気振動を減衰させる消費回路１３をトランス７の一次側に配設させている。平行平板電極１７を例とする、トランス７の二次側（トランス７の出力側）の回路の電圧は一例として数ｋＶ程度であり、一例として２００Ｖ程度であるトランス７の一次側の回路と比べて高い電圧となっている。そのためトランス７の二次側に電気振動を減衰させる回路を配設させた場合、二次側の高電圧に耐えることができる部品などが必要となるのでパルス電源装置のコストが高くなるとともに構成が大型化、複雑化するという問題が懸念される。

【0082】

一方、実施例１では比較的低電圧である一次側に消費回路１３を配設させているので、比較的安価な材料を用いて電気振動を減衰させる構成を実現できる。また、一次側において電気振動を減衰させることで、トランス７の一次側から二次側に伝達する電気振動を低減できるので、結果として一次側と二次側との間における電気振動は速やかに減衰して消失させることができる。従って、トランス７の一次側の回路に消費回路１３を配設することにより、パルス電源装置３の低コスト化とパルス波の高周波化とを両立させることができる。

【0083】

また実施例１では、パルス波を発生させるパルス発生回路９と、電気振動エネルギーＥｒを消費させる消費回路１３とを並列接続させている。すなわち抵抗Ｒ１は電気振動の消費に専ら用いられる回路である消費回路１３に配置されており、パルス波を発生させるパルス発生回路９には、抵抗Ｒ１を例とする、電気振動エネルギーＥｒを積極的に消費させることを目的とした構成が配設されていない。そのため、パルス波ＰｘまたはＰｙを発振させる場合（状態１または状態３）において、抵抗Ｒ１などがパルス波の生成を妨げてしまいパルス波の出力が低減するという事態を回避できる。一方、リンギング波を減衰させる必要がある事態になった場合には状態２または状態４に移行してスイッチング素子ＳＷ５をオンの状態に切り換え、消費回路１３を活性化させて電気振動を抵抗Ｒ１によって消費させる。従ってパルス電源装置３において、パルス波Ｐｘなどの出力効率を向上させつつ、電気振動エネルギーＥｒの減衰効率も向上させることができる。

【実施例0084】

次に、本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１で説明した誘電体バリア放電装置１およびパルス電源装置３と同一構成については同一符号を付すに留め、異なる構成部分である構成について詳述する。実施例２に係るパルス電源装置３Ａは、消費回路１３の代わりに消費回路１３Ａを備えているという点において、実施例１に係るパルス電源装置３と相違する。すなわち実施例２に係る消費回路１３Ａについて、実施例１に係る消費回路１３と比較しつつ重点的に説明する。

【0085】

実施例２に係る消費回路１３Ａは図８に示すように、スイッチング素子ＳＷ５および抵抗Ｒ１に加えてコンデンサＣ１を備えている。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１と並列接続されている。そしてコンデンサＣ１および抵抗Ｒ１の各々は、スイッチング素子ＳＷ５と直列接続されている。コンデンサＣ１は、パルス波の発振後に発生する電気振動エネルギーＥｒを蓄積する。

【0086】

＜実施例２の動作＞
ここで、実施例２に係るパルス電源装置３Ａを備えた誘電体バリア放電装置１Ａの動作について説明する。実施例２に係る誘電体バリア放電装置１Ａでは図９および図１０に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ないしスイッチング素子ＳＷ５のオン／オフの状態の組み合わせについて、状態１ないし状態６を１周期として当該６つの状態が繰り返される。以下、各々の状態におけるスイッチ制御部２１の制御動作および誘電体バリア放電装置１Ａの動作について説明する。

【0087】

第１に、状態１における動作について説明する。状態１では実施例１と同様に、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ４がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0088】

状態１の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、消費回路１３Ａは一次巻き線Ｌａから電気的に切り離される一方、パルス発生回路９が一次巻き線Ｌａと電気的に接続される。そして電源１１からパルス発生回路９に電力が供給され、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波による正のパルス電圧が印加される。その結果、平行平板電極１７において誘電体バリア放電によるプラズマＰｒが発生する（図４を参照）。平行平板電極１７に正のパルス電圧が印加されると、容量性負荷である平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生する。

【0089】

第２に、状態２における動作について説明する。実施例２に係る状態２のスイッチング操作は実施例１に係る状態２と同様である。すなわち、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３Ａに配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。そして状態２の動作によってリンギングを減衰させる。

【0090】

図１１は、実施例２の状態２における電気振動エネルギーＥｒの流れを示している。状態２の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、パルス発生回路９が一次巻き線Ｌａから電気的に切り離される一方、一次巻き線Ｌａと消費回路１３Ａとが電気的に接続される。その結果、電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａへと流れる。

【0091】

消費回路１３Ａに設けられている抵抗Ｒ１は電気振動エネルギーＥｒを消費するが、単位時間あたりに消費できる電気振動エネルギーＥｒは上限がある。従って、大量の電気振動エネルギーＥｒが発生して消費回路１３Ａに流れると、短い時間では電気振動エネルギーＥｒの全てを抵抗Ｒ１では消費しきれない場合がある。

【0092】

一方、消費回路１３Ａにおいて抵抗Ｒ１と並列接続されているコンデンサＣ１は、単位時間あたりに蓄積できる電気振動エネルギーＥｒが非常に高い。言い換えると、コンデンサＣ１のエネルギー蓄積効率の上限は、抵抗Ｒ１のエネルギー消費効率の上限と比べて非常に高い。そのため、実施例２では消費回路１３Ａに流れる電気振動エネルギーＥｒのうち、抵抗Ｒ１では消費しきれない分はコンデンサＣ１に流れて迅速に蓄積される。言い換えると、電気振動エネルギーＥｒのうち一部（電気振動エネルギーＥｒ１）は抵抗Ｒ１において消費され、残りの大部分の電気振動エネルギーＥｒ（電気振動エネルギーＥｒ２）はコンデンサＣ１に蓄積される。

【0093】

このように、実施例２に係る消費回路１３Ａでは抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費とコンデンサＣ１による電気振動エネルギーＥｒの蓄積とが並行して行われるので、抵抗Ｒ１による消費のみを行う実施例１の消費回路１３と比べて、電気振動エネルギーＥｒをより迅速に消費回路１３Ａによって消費または蓄積できる。言い換えると、実施例２に係る消費回路１３Ａは電気振動エネルギーＥｒをより迅速に処理できる。その結果、実施例２では電気振動に起因して発生するリンギング波Ｋｘの減衰効率をさらに向上できる。

【0094】

なお実施例２では実施例１と同様に、状態１において正のパルス波Ｐｘの生成が完了してからデッドタイムＤＴ２が経過した後、状態２の動作が開始される。またデッドタイムＤＴ２の長さは任意に変更可能である。そのため実施例１と同様に、実施例２においてもリンギング波Ｋｘの減衰が開始されるタイミングを任意に調節できる。

【0095】

実施例２では、抵抗Ｒ１による消費およびコンデンサＣ１による蓄積の結果、電気振動エネルギーＥｒが全て消費回路１３Ａに消費または蓄積されることで、状態２の動作は完了する。すなわち消費回路１３を備える実施例１では、電気振動エネルギーＥｒを全て抵抗Ｒ１で消費しなければ状態２が完了されない。その一方で消費回路１３Ａを備える実施例２では、電気振動エネルギーＥｒを全て抵抗Ｒ１で消費しきれなくとも一時的にコンデンサＣ１へ残りの電気振動エネルギーＥｒを全て蓄積させることで状態２を完了できる。状態２を維持する期間の長さは、電気振動エネルギーＥｒの量などの諸条件に応じて、入力部などを用いて任意に設定可能である。消費時間制御部２３は設定された時間に応じて、状態２を維持するようにスイッチ制御部２１を制御する。電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａによって消費または蓄積されると、状態２から状態３へと移行する。すなわち状態１に係るパルス波の生成によって発生した電気振動エネルギーＥｒが全て消費回路１３Ａにまたは蓄積されると、状態２から状態３へと移行する。

【0096】

第３に、実施例２の状態３における動作について説明する。実施例２の状態３は実施例１に存在しない過程である。実施例２において状態３では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５の全てがオフの状態に切り換えられる。パルス発生回路９に設けられているスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４はオフの状態であるので、パルス波は発振されない。また、消費回路１３Ａに設けられているスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態であるので、消費回路１３Ａへ新たに電気振動エネルギーＥｒが流れることもない。

【0097】

しかし、消費回路１３Ａでは並列接続されている抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とによって閉ループ回路が形成されており、スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態であっても当該閉ループ回路は接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ５がオフの状態である場合、消費回路１３Ａはパルス発生回路９から電気的に切り離されている。そのため、状態３が開始されると、図１２に示すように、状態２においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ１へと流れ、抵抗Ｒ１において当該エネルギーＥｒ２が消費される。

【0098】

このように実施例２に係る消費回路１３Ａではスイッチング素子ＳＷ５をオフに切り換えた状態であっても、コンデンサＣ１に蓄積されている電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費し続けることができる。消費回路１３Ａにおいて消費され続ける電気振動エネルギーは、時定数τ＝ＣＲに相当する時間をかけて減少する。なお時定数τ＝ＣＲの式において、Ｃは静電容量（単位：Ｆ）を表し、Ｒは電気抵抗（単位：Ω）を表す。状態３が開始された後、適宜のタイミングにおいて状態４へと移行する。

【0099】

第４に、実施例２の状態４における動作について説明する。実施例２の状態４は、実施例１の状態３と同様の過程である。すなわち実施例２の状態４では、スイッチング素子ＳＷ２およびスイッチング素子ＳＷ３がオンの状態に切り換えられる一方、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＷ４、およびスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0100】

状態４の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、電源１１からパルス発生回路９に電力が供給される。そしてスイッチング素子ＳＷ３を経由して、図４に示される符号Ｆ１とは逆方向に電流が流れる。すなわち実施例２の状態４では、実施例２の状態１とは逆極性の電圧が印加される。その結果、一次巻き線Ｌａから二次巻き線Ｌｂへとパルス波Ｐｙによる負のパルス電圧が印加され、平行平板電極１７において誘電体バリア放電が発生する。

【0101】

なお実施例２の状態４ではスイッチング素子ＳＷ５がオフに切り換えられているので、消費回路１３Ａはパルス発生回路９および一次巻き線Ｌａの各々から電気的に切り離されている。そのため、状態４においても状態３と同様に、コンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させ続けることができる。

【0102】

状態４において誘電体バリア放電が発生した結果、状態１と同様に平行平板電極１７とトランス７との間で電気振動が発生するので、負のパルス波Ｐｙが生成された後にリンギング波Ｋｙが発生する。そのため状態４の動作を行ったあと、状態５の動作によってリンギング波Ｋｙを減衰させる。図９に示すように、状態４において負のパルス波Ｐｘの発振が完了してからデッドタイムＤＴ４が経過した後、状態５の動作が開始される。実施例１と同様に、実施例２においてもデッドタイムＤＴ４の長さは任意に変更可能であり、リンギング波Ｋｙの減衰が開始されるタイミングを任意に調節できる。

【0103】

第５に、実施例２の状態５における動作について説明する。実施例２の状態５における動作は実施例２の状態２と同様である。すなわち実施例２の状態５では、パルス発生回路９に配設されている４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が全てオフの状態に切り換えられる一方、消費回路１３に配設されているスイッチング素子ＳＷ５がオンの状態に切り換えられるよう、スイッチ制御部２１は各々のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５を制御する。

【0104】

状態５の組み合わせ態様に従ってスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５が切り換えられることにより、一次巻き線Ｌａと消費回路１３とが電気的に接続されて電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａへと流れる（図５を参照）。そして状態２と同様に、消費回路１３Ａにおいて、一部の電気振動エネルギーＥｒ１は抵抗Ｒ１で消費され、残りの電気振動エネルギーＥｒ２はコンデンサＣ１に蓄積される。その結果、状態４によって発生した電気振動エネルギーＥｒは全て速やかに消費回路１３Ａによって消費または蓄積され、一次側において電気振動は速やかに消失していく。よって、電気振動はトランス７の二次側へ伝達されなくなるので、状態４において負のパルス波Ｐｙが生成された後に発生するリンギング波Ｋｙは、状態５の動作によって迅速に減衰される。従って、状態４において負のパルス波Ｐｙが生成された後のリンギング期間Ｒｙについても大幅に短縮できる。状態４によって発生した電気振動エネルギーＥｒが消費回路１３Ａによって消費または蓄積されると、状態５から状態６へと移行する。

【0105】

第６に、実施例２の状態６における動作について説明する。実施例２の状態６に係る動作は実施例２の状態３と同様である。すなわち実施例２の状態６では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５の全てがオフの状態に切り換えられる。状態６においてスイッチング素子ＳＷ５がオフの状態になることで、消費回路１３Ａはパルス発生回路９から電気的に切り離される。その結果、状態５においてコンデンサＣ１に蓄積された電気振動エネルギーＥｒ２が抵抗Ｒ１へと流れ、抵抗Ｒ１において当該電気振動エネルギーＥｒ２が消費される（図１２を参照）。

【0106】

状態６の動作が完了することによって、状態１ないし状態６を１周期とする一連の動作が完了する。その後、状態６から状態１に戻り、状態１ないし状態６からなる一連の動作を適宜繰り返すことで誘電体バリア放電によるプラズマ処理を実行する。

【0107】

＜実施例２の構成による効果＞
実施例２に係るパルス電源装置３Ａでは、パルス発生回路９と並列に消費回路１３Ａを配設することで、パルス信号の周波数をさらに向上できる。消費回路１３Ａは抵抗Ｒ１に加えてコンデンサＣ１を備えており、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は並列接続されている。そのため、消費回路１３Ａにおいて電気振動エネルギーＥｒの一部を抵抗Ｒ１で消費しつつ残りの電気振動エネルギーＥｒを一時的にコンデンサＣ１へ蓄積させることで、パルス波ＰｘまたはＰｙの発振によって発生した電気振動をより迅速に消失できる。よって、消費回路１３Ａを備える実施例２の構成ではリンギング期間ＲｘおよびＲｙを実施例１よりも短縮できるので、パルス信号の周波数をさらに向上できる。

【0108】

また消費回路１３Ａはスイッチング素子ＳＷ５をオフに切り換えることによってパルス発生回路９から電気的に切り離される。そのためスイッチング素子ＳＷ５をオフにした状態とすることで、一時的にコンデンサＣ１へ蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。つまり、全てのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ５がオフの状態（状態３または状態６）のみならず、スイッチング素子ＳＷ５がオフであってパルス発生回路９が一次巻き線Ｌａと接続されてパルス波を発振する状態（状態１または状態４）であっても、コンデンサＣ１へ蓄積されていた電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。言い換えると、パルス発生回路９でパルス波を新たに生成させる動作と並行して、前回のパルス波を生成させた時に発生した電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ａで消費させることが可能となる。このような動作は、スイッチ制御部２１はコンデンサＣ１に電気振動エネルギーＥｒが蓄積されている状態で、消費回路１３Ａのスイッチング素子ＳＷ５をオフの状態に切り換えるとともにスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の少なくとも１つをオンに切り換えることで実行される。

【0109】

具体的な例として、実施例２の状態３において、コンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費している状態でスイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３をオンに切り換えて状態４に移行する場合を挙げて説明する。この場合、図１３に示すように、消費回路１３ＡではコンデンサＣ１に蓄積している電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費する動作が状態２から継続して行われる。その一方、パルス発生回路９ではスイッチング素子ＳＷ３を経由して符号Ｆ２で示す方向に電流が流れ、負のパルス波Ｐｙが発振されて放電器５においてプラズマＰｒが発生する。

【0110】

すなわち実施例２では、状態４において負のパルス波Ｐｙを生成させつつ、以前に正のパルス波Ｐｘの生成時に発生してコンデンサＣ１に蓄積した電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費させることができる。言い換えると実施例２の構成では、電気振動エネルギーＥｒ２をコンデンサＣ１に蓄積させた場合、スイッチング素子ＳＷ５をオフにした状態であってもコンデンサＣ１に蓄積されたエネルギーを抵抗Ｒ１で消費できる。そしてスイッチング素子ＳＷ５をオフにすると消費回路１３Ａはパルス発生回路９と電気的に分離されるので、次にスイッチング素子をオンの状態にするまではパルス発生回路９を作動させ、パルス波を生成させつつ電気振動エネルギーＥｒ２を抵抗Ｒ１で消費できる。

【0111】

よって図９において符号Ｍ１で示される、状態２が開始してから状態５が開始されるまでの期間において、状態１の後に発生した電気振動エネルギーＥｒを消費回路１３Ａの抵抗Ｒ１で消費すれば、パルス電源装置３Ａの動作に支障は生じない。同様に、状態４の後に発生する電気振動エネルギーＥｒは、状態５の開始時から次の状態２の終了時までの期間において、消費回路１３Ａで消費することができる。すなわちコンデンサＣ１による電力の蓄積が可能であり、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とが接続されている消費回路１３Ａを備えることにより、コンデンサＣ１に電気振動エネルギーＥｒが蓄積された状態でスイッチング素子ＳＷ５をオフの状態に切り換えつつパルス発生回路９のスイッチング素子をオンの状態に切り換えることで、パルス発生回路９からパルス波を発生させつつ、消費回路１３ＡにおいてコンデンサＣ１に蓄積されている電気振動エネルギーＥｒを抵抗Ｒ１で消費させることができる。その結果、電気振動エネルギーＥｒの消費可能時間をより長く確保できるので、パルス波をさらに高周波化することも可能となる。

【0112】

なお、消費回路１３を備える実施例１ではコンデンサＣ１を備えていないので、スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態である期間のみ（状態２または状態４の期間のみ）、抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が可能である。よって実施例１では抵抗Ｒ１による電気振動エネルギーＥｒの消費が完了するまで状態２を維持する（スイッチング素子ＳＷ５をオンにする）必要がある。スイッチング素子ＳＷ５がオンの状態にして電気振動エネルギーＥｒを消費している際に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のいずれかをオンの状態にしてパルス発生回路９を作動させると、抵抗Ｒ１があるために、電圧降下が起こってトランス７に十分な電圧がかからなくなり、トランス７の二次側に所望の電圧を得ることができなくなる。

【0113】

一方で消費回路１３Ａを備える実施例２では、全てのスイッチング素子ＳＷをオフにする状態３において、任意のタイミングで状態４へと移行して次のパルス波を発振させることができる。同様に、状態６における任意のタイミングで次の状態１へと移行できる。その結果、状態１で発振されるパルス波Ｐｘと状態４で発振されるパルス波Ｐｙとの間隔Ｆをより短くできるので、パルス電源装置３Ａにおいてパルス波をより高周波化できる。また、実施例２では実施例１と比べてスイッチング素子ＳＷ５をオンの状態に維持する期間を短くできるので、スイッチング素子ＳＷ５に負担がかかることを回避できる。さらには、処理対象物によっては、パルス波にリンギング波の成分を付加した方が最適なプラズマとなる場合がある。この場合、消費回路１３Ａはスイッチング素子ＳＷ５がオフの時にエネルギーを消費している為、実施例１に係る消費回路１３と比べて、デッドタイムのタイミングコントロールが取りやすくなる。