(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波インバータと、高周波インバータの出力を切り換える切り換え手段と、切り換え手段の一方の切り換え出力端に接続されたアーク放電用電流作成部と、切り換え手段の他方の切り換え出力端に接続されたスパーク放電用電圧作成部と、切り換え手段による切り換え操作に応じて高周波インバータの動作を制御する制御部とを備えており、
かつ、前記制御部は、前記切り換え手段によりアーク放電用電流作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記アーク放電用電流作成部の出力電流が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子を制御する一方、前記切り換え手段によりスパーク放電用電圧作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記スパーク放電用電圧作成部の出力電圧が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子を制御するものであることを特徴とする発光分析用電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の発光分析用電源装置であって、
前記制御部は、前記切り換え手段によりアーク放電用電流作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記アーク放電用電流作成部の出力電流が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子のデューティ比もしくは駆動周波数を制御するものであることを特徴とする発光分析用電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の発光分析用電源装置であって、
前記制御部は、前記切り換え手段によりスパーク放電用電圧作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記スパーク放電用電圧作成部の出力電圧が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子のパルス数を制御するものであることを特徴とする発光分析用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光分光分析装置等において、分析試料を放電により励起発光させる電源装置に係り、詳しくは、アーク発光もしくはスパーク発光を選択的に行える電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光分光分析装置は、分析試料を励起発光させ、その発光のスペクトル線から、試料に含まれる元素の種類と、各元素の含有量を分析するものであるが、その試料の励起には、従来からアーク放電やスパーク放電を利用するものがある。
【０００３】
スパーク放電は、金属試料の迅速な分析に適し、また、アーク放電は微量元素の分析に優れており、それぞれに特徴がある。そのため、試料やその分析目的に応じて、いずれかの放電が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アーク放電とスパーク放電とは、動作電圧や電流が互いに異なるほか、アーク放電では、放電電流を一定とする必要がある一方、スパーク放電は、要するにコンデンサ放電であって、放電時の電圧を一定にする必要があり、両者の働きが異なる。
【０００５】
これに対して、従来のこの種の電源装置は、商用周波数での低周波トランスを使用したもので、アーク放電とスパーク放電との違いに対応することが困難であり、アーク放電用もしくはスパーク放電用として別個に構成されるのが普通であった。
【０００６】
そのため、分析する装置により、試料の発光の仕方が、アーク発光かスパーク発光かのいずれかに限定されることになり、アーク発光とスパーク発光とを自由に切り換えることが困難であった。
【０００７】
また、一台の発光分光分析装置で、スパーク発光とアーク発光とを可能にしようとすると、２種の電源装置を組み込むことになるため、全体が大型化する。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高周波インバータを用いることで、アーク発光にもスパーク発光にも共用できるようにするとともに、装置を小型化することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、高周波インバータと、高周波インバータの出力を切り換える切り換え手段と、切り換え手段の一方の切り換え出力端に接続されたアーク放電用電流作成部と、切り換え手段の他方の切り換え出力端に接続されたスパーク放電用電圧作成部と、切り換え手段による切り換え操作に応じて高周波インバータの動作を制御する制御部とを備えており、かつ、前記制御部は、前記切り換え手段によりアーク放電用電流作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記アーク放電用電流作成部の出力電流が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子を制御する一方、前記切り換え手段によりスパーク放電用電圧作成部側に切り換え操作がなされた場合には、前記スパーク放電用電圧作成部の出力電圧が一定化するように前記高周波インバータを構成するスイッチング素子を制御するものであり、以上のものから発光分析用電源装置を構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る発光分析用の電源装置の回路図である。
【００１１】
この実施の形態に係る電源装置は、高周波インバータ１と、整流回路２と、切り換え手段である切り換えスイッチ３と、アーク放電用電流作成部である平滑回路４と、スパーク放電用電圧作成部であるＣＲ積分回路５と、出力部６と、制御部７とを備えている。
【００１２】
高周波インバータ１は、トランジスタもしくはＦＥＴのようなスイッチング素子で構成されたスイッチング回路８と、高周波トランス９とを備えている。スイッチング回路８には、所定の直流電圧ＶINが印加されるようになっている。
【００１３】
整流回路２は、高周波トランス９の高圧出力を整流するもので、図示の例では、互いにブリッジ形に接続された４つのダイオードで構成されており、この整流回路２の出力は、切り換えスイッチ３を介して、平滑回路４もしくはＣＲ積分回路５に選択的に与えられるようになっている。
【００１４】
平滑回路４は、直流アーク用の定電流回路であって、コイル１０とコンデンサ１１とからなり、その出力は、ピックアップ抵抗１２を通じて、出力部６の端子６1，６2，６3のうち、端子６2，６3に与えられる。なお、符号１３は、ラインインピーダンスを含む電流制限抵抗を示している。
【００１５】
ＣＲ積分回路５は、スパーク放電用の定電圧回路であって、抵抗１４とコンデンサ１５とからなり、その出力は、放電波形成形用のリアクトル１６を通じて、出力部６の端子６1，６3に与えられる。
【００１６】
制御部７は、切り換えスイッチ３の切り換えに関連して、スイッチング回路８の動作を制御するもので、少なくともピックアップ抵抗１２の両端電圧を検出するようになっている。この制御部７の制御動作の詳細は、以下の動作説明の中で述べる。
【００１７】
上記の構成において、直流アークを発生させる場合は、出力部６の端子６2，６3からアーク放電電極の側へ出力を取り出すこととして、切り換えスイッチ３の平滑回路４側に接点３ｃ，３ｄを短絡し、ＣＲ積分回路５側の接点３ａ，３ｂは開放する。
【００１８】
直流の入力電圧ＶINは、スイッチング回路８でパルス波形の交流となり、高周波トランス９により変圧され、整流回路２で整流された後、平滑回路４に与えられるから、出力部６の対応する端子６2，６3からは、リプルの少ない直流電流が出力され、この出力で直流アークが発生する。
【００１９】
ところで、直流アークの発生時には、放電電流を安定化させる必要がある。この放電電流ＩOは、平滑回路４を構成するコンデンサ１１の電極間電圧をＶO、放電ギャップ電圧をＶG、ピックアップ抵抗１２の抵抗値をＲO、ラインインピーダンスを含む電流制限抵抗１３の抵抗値をＲIとすると、
ＩO＝（ＶO−ＶG）／（ＲO＋ＲI）          ……………………（イ）
と表すことができ、任意の放電ギャップ電圧ＶGに対して、コンデンサ１１の電極間電圧ＶOを制御することで、放電電流ＩOを安定化することができる。
【００２０】
そして、コンデンサ１１の電極間電圧ＶOは、スイッチング回路８の各スイッチング素子のデューティ比もしくは駆動周波数を変更することで、制御できる。
【００２１】
そこで、制御部７は、ピックアップ抵抗１２の両端電圧を検出し、この電圧に対応して、スイッチング回路８の各スイッチング素子のデューティ比もしくは駆動周波数を変更する。これで、直流アークの発生時の放電電流ＩOは一定に保たれる。
【００２２】
次に、スパークを発生させる場合は、出力部６の端子６1，６3をスパーク放電電極に接続しておいて、切り換えスイッチ３のＣＲ積分回路５側の接点３ａ，３ｂを短絡し、平滑回路４側の接点３ｃ，３ｄを開放する。
【００２３】
ＣＲ積分回路５には、高周波トランス９により変圧され、整流回路２で整流された電圧が加わるが、その波形は、スイッチング回路８を構成する各スイッチング素子のオンオフに対応したパルス波形であって、そのパルス電圧が加わる毎に、ＣＲ積分回路５のコンデンサ１５には、電荷が蓄積される。
【００２４】
パルス電圧の入力がＮ回あったとき、コンデンサ１５の電極間電圧Ｖc(N)は、
Ｖc(N)＝Ｖs（１−e(-t/τ)）＋Ｖc(N-1)・e(-t/τ)  ……（ロ）
と表すことができる。
【００２５】
ここで、ＶsはＣＲ積分回路５への入力電圧、ｔは、その入力電圧のパルス立ち上がり時間（要するにパルス幅）であり、τは、ＣＲ積分回路５の抵抗値Ｒと容量Ｃの積（ＣＲ）である。
【００２６】
コンデンサ１５の電極間電圧Ｖcは、指数関数的に増加するのであって、その端子電圧Ｖcが一定の値になるには、上記の（ロ）式から、いくつの入力電圧のパルスを加えればよいかが分かる。
【００２７】
そこで、制御部７は、スイッチング素子のデューティ比と駆動周波数とを固定しておいて、ＣＲ積分回路５に所要数のパルス電圧が加わったところで、スイッチング回路８を動作を停止し、ＣＲ積分回路５にそれ以上のパルス電圧が入力しないようにする。これで、ＣＲ積分回路５のコンデンサ１５には、一定の電圧の電荷が蓄積されるから、その後、スパーク放電用電極に接続されている図外のイグナイタの点火により、コンデンサ１５の蓄積電荷が放出され、スパーク放電が起こる。スパーク放電が発生した後、ＣＲ積分回路５に対する所定数のパルス電圧の印加を再開して電荷の蓄積を行う。そして、このような電荷の蓄積および蓄積電荷の放出を繰り返すことで、連続したスパーク放電を行う。
【００２８】
以上説明したＣＲ積分回路５およびスイッチング回路８の制御は、ＣＲ積分回路５に印加されるパルス電圧の印加数を制御することで、ＣＲ積分回路５のコンデンサ１５に一定の電圧を蓄積して、スパーク放電時の電圧を一定化する制御である。このほか、コンデンサ１５の電極間電圧Ｖｃを測定し、測定した電圧間電圧Ｖｃがスパーク放電用の所定電圧に達すると、スイッチング回路８によるスイッチング操作を停止するように、制御部７がスイッチング回路８を制御してもよい。
【００２９】
また、上述したＣＲ積分回路５およびスイッチング回路８を用いた定電圧制御方法は、スパーク放電等に用いられるイグニッションコイルへの供給パルス電圧発生用電源における定電圧制御にも用いることができる。ここで、イグナイタの電源では、それ程高精度な定電圧制御を必要としないことが知られている。そのため、イグナイタ用の電源の電圧制御法としては、パルス電圧の印加数の制御により定電圧供給を実現する定電圧制御方法が、電圧測定する必要がない分、より適しているといえる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、一つの電源装置で直流アーク放電もスパーク放電も行うことができ、試料やその分析目的に応じた光源を選択して使用できるほか、装置の約半部はアーク放電にもスパーク放電にも共通するものなので、全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光分析用の電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１  高周波インバータ、  ２  整流回路、
３  切り換えスイッチ（切り換え手段）、
４  平滑回路、          ５  ＣＲ積分回路、      ７  制御部、
８  スイッチング回路、  ９  高周波トランス
【図１】
0003728894.tif 000002