(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて高電圧・大電流をスイッチングするレーザトリガ式ギャップスイッチにおいて、
前記レーザ光を取り込む部分に開口部が形成され、かつ内部に絶縁ガスが封入されてなり、波長選択機能を有するレーザ光発生装置から選択出力されるレーザ光が入力される気密容器と、
この気密容器内に所定間隔を有して正対するように配置され、前記高電圧・大電流が給電されるほぼ球形状或いは半球形状の一対の電極と、
この一対の電極のうち、一方の電極側に当該電極背面から電極表面に連通する貫通孔を形成するとともに、前記開口部から前記一方の電極背面及び前記貫通孔を通ってくるレーザ光を他方の前記電極表面に集光・照射することによりプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうスイッチング制御手段と、
前記気密容器内に絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給手段と、
この絶縁ガス供給手段によって前記気密容器内に供給される絶縁ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
この圧力検出手段で検出されるガス圧力に基づいて前記電極間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段と
を備えたことを特徴とするレーザトリガ式ギャップスイッチ。
【請求項２】
レーザ光を用いて高電圧・大電流をスイッチングするレーザトリガ式ギャップスイッチにおいて、
前記レーザ光を取り込む部分に開口部が形成され、かつ内部に絶縁ガスが封入されてなり、波長選択機能を有するレーザ光発生装置から選択出力されるレーザ光が入力される気密容器と、
この気密容器の開口部を閉塞するように取り付けられ、前記レーザ光を集光して前記気密容器内に入射する集光手段と、
前記気密容器内に所定間隔を有して正対するように配置され、前記高電圧・大電流が給電されるほぼ球形状或いは半球形状の一対の電極と、
この一対の電極のうち、一方の電極側に当該電極背面から電極表面に連通する貫通孔を形成するとともに、前記集光手段で集光されて前記一方の電極背面および前記貫通孔を通ってくるレーザ光を他方の電極表面に集光・照射することによりプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうスイッチング制御手段と、
前記気密容器内に絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給手段と、
この絶縁ガス供給手段によって前記気密容器内に供給される絶縁ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
この圧力検出手段で検出されるガス圧力に基づいて前記電極間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段と
を備えたことを特徴とするレーザトリガ式ギャップスイッチ。
【請求項３】
前記絶縁ガスはＳＦ6ガスであり、前記レーザ光は９μｍ帯の波長を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザトリガ式ギャップスイッチ。
【請求項４】
前記各電極の背面部から前記気密容器の外部に進退可能に突設された電極支持体と、
これら電極支持体を進退駆動して前記一対の電極間隔を調整し、この一対の電極間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段と
をさらに具備する特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のレーザトリガ式ギャップスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高電圧、大電流のスイッチングを行なうレーザトリガ式ギャップスイッチの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高電圧、大電流をスイッチングする場合、互いに正対するように一対の電極を配置するとともに、これら一対の電極に高電圧・大電流を給電し、かつ、これら一対の電極間に強力なレーザ光を照射することにより、電極間にプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうレーザトリガ式ギャップスイッチが用いられている。
【０００３】
図１２は、従来のレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図である。
このギャップスイッチは、所要とする位置に保持材１が配置され、この保持材１の両端側同一面部には、中央に空隙を持った略半球状の一対の電極２、３が所定間隔を存して対向するように取り付けられている。これら一対の電極２、３には、それぞれ給電端子４、５を介して高電圧電源（図示せず）が印加されている。
【０００４】
一方、レーザ光を導く光学系は、レーザ光発生装置（図示せず）から発生する強力なパルスレーザ光６を反射する反射ミラー７と、この反射ミラー７で反射されるレーザ光を集光し、前記電極２の空隙を通して一対の電極２、３間のギャップ部分に照射する集光レンズ８とが配置されている。
【０００５】
従って、以上のようなギャップスイッチは、レーザ光発生装置からの強力なパルスレーザ光６を集光レンズ８で集光し、一対の電極２、３間の大気中に集光点を形成させるので、パルスレーザ光６の集光点でプラズマを発生させる。その結果、プラズマがトリガとなって、電極２、３間が導通し、ギャップスイッチのスイッチング動作が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のようなレーザトリガ式ギャップスイッチは、レーザ光を一対の電極間の大気中に集光させてプラズマを発生させねばならないため、非常にピークエネルギーの高いレーザ光発生装置を用いなけければならない。
【０００７】
また、１つのギャップスイッチで維持できる絶縁耐力にもある程度の限界があり、例えば１０００［ｋｖ］耐圧のコンデンサバンクをギャップスイッチで駆動しようとしたとき、図１３に示すように、非常に多くのギャップスイッチ１１ａ〜１１ｉを設置する必要がある。その結果、レーザ光発生装置１２は、例えば、２×１．５×１［ｍ］程度の大きものとなってしまい、しかも、レーザ光発生装置１２から発生したレーザ光１３をミラー１４で分配する光学系１５も、非常に複雑、かつ、大型のものとなってしまう。
【０００８】
さらに、ギャップスイッチを用いて通常の大気中でスイッチングを行なうので、外部からの撹乱、例えば、湿度、ごみ等の影響を大きく受け、安定した条件でスイッチング制御を行なえず、ギャップスイッチのスイッチング動作が不安定となる問題がある。
【０００９】
さらに、大気中でパルスレーザ光を集光させてプラズマを発生させ、このプラズマによって大電流をブレークダウンしスイッチング制御を行なうことから、スイッチング動作時に動作音が大きくなるという欠点があった。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、エネルギーの小さなレーザ光であっても、確実にスイッチング制御を行なうレーザトリガ式ギャップスイッチを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、安定、かつ、精度よくスイッチング制御を行なうレーザトリガ式ギャップスイッチを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、スイッチング動作時の動作音を低減化するレーザトリガ式ギャップスイッチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の第１の発明は、レーザ光を用いて高電圧・大電流をスイッチングするレーザトリガ式ギャップスイッチにおいて、前記レーザ光を取り込む部分に開口部が形成され、かつ内部に絶縁ガスが封入されてなり、波長選択機能を有するレーザ光発生装置から選択出力されるレーザ光が入力される気密容器と、この気密容器内に所定間隔を有して正対するように配置され、前記高電圧・大電流が給電されるほぼ球形状或いは半球形状の一対の電極と、この一対の電極のうち、一方の電極側に当該電極背面から電極表面に連通する貫通孔を形成するとともに、前記開口部から前記一方の電極背面及び前記貫通孔を通ってくるレーザ光を他方の前記電極表面に集光・照射することによりプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうスイッチング制御手段と、前記気密容器内に絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給手段と、この絶縁ガス供給手段によって前記気密容器内に供給される絶縁ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段で検出されるガス圧力に基づいて前記電極間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段とを備えたことを特徴とするレーザトリガ式ギャップスイッチである。
【００１３】
本発明の第２の発明は、レーザ光を用いて高電圧・大電流をスイッチングするレーザトリガ式ギャップスイッチにおいて、前記レーザ光を取り込む部分に開口部が形成され、かつ内部に絶縁ガスが封入されてなり、波長選択機能を有するレーザ光発生装置から選択出力されるレーザ光が入力される気密容器と、この気密容器の開口部を閉塞するように取り付けられ、前記レーザ光を集光して前記気密容器内に入射する集光手段と、前記気密容器内に所定間隔を有して正対するように配置され、前記高電圧・大電流が給電されるほぼ球形状或いは半球形状の一対の電極と、この一対の電極のうち、一方の電極側に当該電極背面から電極表面に連通する貫通孔を形成するとともに、前記集光手段で集光されて前記一方の電極背面および前記貫通孔を通ってくるレーザ光を他方の電極表面に集光・照射することによりプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうスイッチング制御手段と、前記気密容器内に絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給手段と、この絶縁ガス供給手段によって前記気密容器内に供給される絶縁ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段で検出されるガス圧力に基づいて前記電極間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段とを備えたことを特徴とするレーザトリガ式ギャップスイッチである。
【００１８】
【作用】
先ず、請求項１に対応する発明は、レーザ光が開口部を通って気密容器内に入射されると、スイッチング制御手段では、一方の電極に形成された貫通孔を通ってくるレーザ光を他方の電極表面に集光・照射するので、他方の電極表面から一方の電極の方向にプラズマが成長する。このプラズマがある程度成長すると、電極に印加されている高電圧によって、プラズマ中に電流路が形成される。この結果、電極間が導通状態となり、ギャップスイッチのスイッチング動作が行なわれる。
また、絶縁ガス供給手段により気密容器内に絶縁ガスを供給し、圧力検出手段により気密容器内の絶縁ガスの圧力を検出する。そして、絶縁耐力調整手段により、圧力検出手段によって検出されたガス圧力に基づいて電極間の絶縁耐力の調整を行なうことができる。
【００１９】
請求項２に対応する発明は、集光手段によってレーザ光を集光して気密容器内に入射すると、スイッチング制御手段では入射されてくるレーザ光を一方の電極に形成された貫通孔を通して他方の電極表面に集光・照射するので、レーザ光を的確に他方の電極表面に集光でき、確実にスイッチング動作を行なわせることができる。
また、絶縁ガス供給手段により気密容器内に絶縁ガスを供給し、圧力検出手段により気密容器内の絶縁ガスの圧力を検出する。そして、絶縁耐力調整手段により、圧力検出手段によって検出されたガス圧力に基づいて電極間の絶縁耐力の調整を行なうことができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチ装置の構成図である。
【００２５】
このギャップスイッチのレーザ光入射光学系は、レーザ光発生装置３１から発生するレーザ光３２のレーザ光路上に反射ミラー３３が配置され、この反射ミラー３３で反射されたレーザ光３２の出力側には、反射レーザ光３２を集光する集光レンズ３４が設けられている。この集光レンズ３４で集光されたレーザ光３２の出力光路上にはギャップスイッチ３５が設けられている。
【００２６】
このギャップスイッチ３５は、大気圧の乾燥空気が封入された気密容器３６と、集光レンズ３４で集光されたレーザ光３２を気密容器３６内に取り込むウインドウ３７と、この気密容器３６内に取り込んだレーザ光３２の光路上に互いに正対するように配置された一対の電極３８ａ、３８ｂとによって構成されている。
【００２７】
前記ウインドウ３７は、気密容器３６のレーザ光入射側の外壁に形成される開口部３９を閉塞するようにウインドウ支持部材４０によって取り付け固定されている。
【００２８】
また、前記一対の電極３８ａ、３８ｂは、所定の間隔で対向するように保持材４１ａ、４１ｂおよび給電端子４２ａ、４２ｂを介して気密容器３６に取り付けられている。なお、給電端子４２ａ、４２ｂには高電圧が印加されるようになっている。
【００２９】
さらに、このギャップスイッチ３５は、レーザ光を用いて一対の電極３８ａ、３８ｂ間でプラズマを発生させてスイッチング制御を行なうスイッチング制御手段が設けられている。このスイッチング制御手段は、ウインドウ３７側に位置する電極３８ａの背面部から電極表面側に連通するように貫通孔４３が形成され、ウインドウ３７で取り込んだレーザ光を貫通孔４３を通して電極３８ａと正対する他方の電極３８ｂの表面に集光させるように照射する構成となっている。
【００３０】
次に、本実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの動作について説明する。
今、レーザ光発生装置３１からレーザ光３２を出力すると、このレーザ光３２は、反射ミラー３３で反射されて集光レンズ３４に入射され、ここで集光されながらギャップスイッチ３５のウインドウ３７、電極３８ａの貫通孔４２を通過した後、電極３８ｂの表面に向かって照射される。
【００３１】
そうすると、レーザ光３２のエネルギーによって、電極３８ｂ上の空気が電離して当該電極の表面からプラズマが発生する。このプラズマは、ほぼレーザ光３２が照射されてきた方向に成長し、もう一方の電極３８ａへ伸びていく。
【００３２】
このプラズマがある程度成長すると、電極３８ａ，３８ｂに印加されている高電圧によって、プラズマ中に電流路が形成される。その結果、電極３８ａ，３８ｂ間が導通状態になり、ギャップスイッチ３５のスイッチング動作が行なわれる。
【００３３】
従って、本実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチによれば、ギャップスイッチ３５の電極３８ｂに直接レーザ光３２を照射することによりプラズマを発生させてスイッチング操作を行なうので、レーザ光発生装置３１からはある程度のエネルギーをもつレーザ光を発生させれば良く、ハイピークエネルギーを発生する特殊なレーザ光発生装置を用いる必要はない。例えば、レーザ光発生装置３１は、通常のＴＥＡＣＯ2 レーザ（横励起大気圧二酸化炭素レーザ）、パルスＹＡＧレーザを用いる程度でよい。
【００３４】
また、ギャップスイッチ３５を構成する電極３８ｂ表面に直接レーザ光３２を照射してプラズマを発生させることによりスイッチング操作を行なうので、コンパクトなレーザトリガ式ギャップスイッチを実現できる。
【００３５】
さらに、気密容器３６内に内蔵された電極３８ａ，３８ｂ間でスイッチング動作を行なうので、外部からの撹乱、例えば、湿度、ごみ等の影響を受けることがなく、安定、かつ、精度の良いスイッチング制御を実現できる。
【００３６】
さらに、気密容器３６でスイッチング操作を行なうことから、スイッチング動作時の動作音を少なくでき、しかもレーザ光を外部から遮断することができる。
＜第２の実施例＞
図２は、本発明の第２の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３７】
すなわち、本実施例のレーザトリガ式ギャップスイッチにおいては、上述の第１の実施例で述べたウインドウ３７に代えて、レーザ光３２を集光するレンズ５１を気密容器３６の開口部３９に閉塞するように取り付けた構成である。これにより、上述の第１の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの集光レンズ３４を不要とすることができる。また、ミラー３３は、レーザ光３２の反射光を直接レンズ５１に入射させる位置に配置される。
【００３８】
さらに、電極３８ａ、３８ｂへの印加電圧の変化に対応するために、電極３８ｂを気密容器３５に固定する一方、電極３８ａをレーザ光３２の光路に沿って進退可能に取り付け、一対の電極３８ａ、３８ｂの間隔を調整する調整機構５２が設けられている。この調整機構５２は、具体的には、電極３８ａを保持する保持材４１ａと、この保持材４１ａの背面部から気密容器３５の外部に突出し導通性を有する給電端子４２ａと、気密容器３５の外部に設けられ、この電極印加電圧に応じて給電端子４２ａを駆動する送りねじ機構を有する駆動手段（図示せず）とによって構成されている。
【００３９】
次に、調整機構５２による電極間隔の調整について説明する。
調整機構５２を用いて電極３８ａ、３８ｂの電極間隔を大きくとり、ギャップスイッチの絶縁耐力を高めることは望ましいが、絶縁耐力と比較してあまり印加電圧が低いとレーザ光を照射してもトリガすることができなかったり、トリガ時の放電遅れ時間及びジッタが大きくなることがある。このため、電極間隔は印加電圧に合わせて適切な間隔に設定する必要がある。
【００４０】
図３は、電極３８ａ，３８ｂの印加電圧を３０［ＫＶ］、絶縁ガスに代えて、大気圧の空気を用い、レーザ光発生装置としては、ＴＥＡＣＯ2 レーザ３．５Ｊを使用した場合の放電遅れ時間及びジッタの電極間隔依存特性を示す図である。
【００４１】
同図に示すように、電極に印加される電圧が３０［ＫＶ］の場合には、電極間隔は１２［ｍｍ］程度なくてはならない。また、電極間隔が３５［ｍｍ］の場合の絶縁耐力は、９７［ＫＶ］前後と推定されるので、ギャップスイッチの実用上の耐電圧比（印加電圧／絶縁耐力）は３０％程度が限度と推定される。
【００４２】
このようなデータを参考にしながら、調整機構５２にて電極３８ａの位置を動かして電極間隔を調整する。
従って、本実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチによれば、電極３８ａ、３８ｂに印加される電圧に合わせて、調整機構５２にて電極間隔を調整するので、レーザ光３２の焦点位置の調整をすることなしに、適切な放電遅れ時間及びジッタの下でスイッチング操作を行なうことができる。
【００４３】
また、気密容器３６の外部から調整機構５２にて電極間隔を調整することができるので、非常に運転性が良く、かつ運用範囲の広いレーザトリガ式ギャップスイッチを実現できる。
【００４４】
さらに、この第２の実施例では、ウインドウ３７に代えて、気密容器３５に集光レンズ５１を取り付けたので、レーザ光の入射光学系として配置したレンズが不要となり、より安価なレーザトリガ式ギャップスイッチを実現できる。
【００４５】
なお、上述の実施例においては、調整機構５２を用いて電極３８ａの位置を動かすことにより一対の電極３８ａ、３８ｂの間隔を調整したが、例えば、一対の電極３８ａ、３８ｂの相対位置を可変して、一対の電極間を調整すれば、絶縁耐力を可変できる。
＜第３の実施例＞
図４は、本発明の第３の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの構成図である。なお、同図において、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４６】
すなわち、本実施例に係るギャップスイッチにおいては、気密容器３６内に絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給装置と、気密容器３６内を真空に排気する真空排気装置と、気密容器３６内の気圧を検出する圧力計６６とが設けられている。
【００４７】
具体的には、絶縁ガス供給装置は、絶縁ガスを供給するボンベ６１と、ボンベ６１から出力された絶縁ガスの流量を調整するレギュレータ６２と、レギュレータ６２から出力され、気密容器３６に供給される絶縁ガスの流量を調整するバルブ６３とで構成されている。また、真空排気装置は、気密容器３６内を真空に排気する真空ポンプ６４と、真空ポンプ６４で真空引きされる絶縁ガスの流量を調整する真空バルブ６５で構成されている。
【００４８】
また、レギュレータ６２には、圧力計６６で検出された気密容器３６内の気圧に基づいて絶縁ガスの流量を調整し電極３８ａ、３８ｂ間の絶縁耐力を調整する絶縁耐力調整手段６７が設けられている。
【００４９】
図５は、一般的な絶縁ガスの種類及びその特性｛高電圧  大電流工学  （電気学会）  オーム社  １９８８，９，３０発行｝を示す図である。
同図に示すように、電力機器の分野で広く用いられているＳＦ6 ガスは、通常の空気、窒素に対して１気圧において３倍程度の絶縁耐力があることがわかる。また、フロンガス類に絶縁耐力の良いものがあることもわかる。四塩化炭素の絶縁耐力は魅力的であるが、沸点が１気圧で７８°Ｃと高いため、通常の状態では、液体であり絶縁ガスとして用いることはできない。
【００５０】
そこで、上述の特性を考慮し、ボンベ６１にはＳＦ6 の絶縁ガスを封入すれば、絶縁耐力の面で有効である。
図６は、絶縁ガスとして空気及びＳＦ6 ガスを用いた場合の電極間でのフラッシュオーバ電圧（絶縁耐力）｛高電圧大電流工学  （電気学会）  オーム社  １９８８，９，３０発行｝を示す図である。
【００５１】
同図に示すように、電極間距離ｄを一定にして、圧力ｐを１０倍にすると、ほぼ絶縁耐力も１０倍になることがわかる。また、圧力ｐを半分にすれば、絶縁耐力も半分となることがわかる。
【００５２】
従って、絶縁ガスの圧力ｐを調整することにより、ギャップスイッチ３６の絶縁耐力を大きくすることは望ましいが、絶縁耐力に対して余りに印加電圧が低いと、レーザ光の照射によりトリガができなかったり、トリガ時の放電遅れ時間及びジッタも大きくなる。
【００５３】
図７は、放電遅れ時間及びジッタの雰囲気ガス圧力依存特性を示す図である。
なお、この場合の測定条件としては、電極間隔３０［ｍｍ］、電極印加電圧３０［ｋｖ］、雰囲気ガスは空気、レーザ光発生装置３１はＴＥＡＣＯ2   ３．５Ｊレーザを用いたものである。
【００５４】
同図に示すように、大気圧で電極間隔が３０［ｍｍ］の時の絶縁耐力は８５［ｋｖ］である。また、大気圧時の放電遅れ時間は２００［μｓ］以上と非常に大きいので図中に示していない。なお、雰囲気ガスのガス圧力は、簡便のため大気圧を零として減圧状態をマイナスで示している。
【００５５】
これによれば、電極３８ａ，３８ｂ間の圧力を減圧していくことで放電遅れ時間及びジッタが改善されていることがわかる。
従って、本実施例では、上述の第２の実施例で電極間隔を調整したのと同様に、本実施例では、圧力特性を参照しつつ、気密容器３６内の圧力を所用の値に設定する。具体的には、圧力計６６にて検出された気密容器３６内の圧力を参照しながら、ボンベ６１により絶縁ガスを供給して、絶縁耐力調整手段６７により気密容器３６内の圧力を所定の値に設定すれば、同様に絶縁耐力を高めることができる。
【００５６】
従って、本実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチによれば、ボンベ６１に封入される絶縁ガスを変えることにより、気密容器３６内に任意の絶縁ガスを供給し、さらに、絶縁耐力調整手段６７により気密容器３６内の圧力を任意の値に設定することができるので、レーザ光３２の焦点位置の調整をすることなしに、適切な放電遅れ時間及びジッタの下でスイッチング操作を行なうことができる。
【００５７】
なお、本実施例において説明した絶縁ガス供給装置、真空排気装置、圧力計は、上述の第１の実施例及び第２の実施例のレーザトリガ式ギャップスイッチに適用することができることは言うまでもない。
＜第４の実施例＞
次に、本発明の第４の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチについて説明する。
【００５８】
ここでは、レーザ光の絶縁ガス中の透過率の影響について考える。目視して透明な絶縁ガスの場合、通常の可視光近辺のレーザ（例えば、ＹＡＧレーザ、ルビーレーザ）光ではかなり透過率が良いと考えて良い。紫外光のレーザ（例えば、ＡｒＦエキシマレーザ）については、その波長領域に吸収帯をもつものがあったり、ガスとレーザ光が直接反応したりすることにより透過しない場合が多い。
【００５９】
図８は、ＳＦ6 ガスの光の吸収スペクトルを示す図である（大阪大学レーザ核融合センター資料）。
この図８は、光の波長９．０〜１１．０［μｍ］の範囲でのＳＦ6 ガスの吸収スペクトルを示しており、１０．５［μｍ］付近での透過率が極端に悪いことが示されている。
【００６０】
図９には、ＴＥＡＣＯ2 レーザに波長選択機能を持たせたときに得られるレーザの出力を同じく光の波長が９．０〜１１．０［μｍ］の範囲で発振スペクトルとして示してある（オプティカルエンジニアリング社  ＣＯ2 レーザ用スペクトロメータ  カタログ参照）。
【００６１】
なお、このときの発振出力は相対強度で示している。通常のフリーライン状態で波長を選択しないでＴＥＡＣＯ2 レーザを発振させたときには、通常、１０Ｐ２０ラインが発生し、その波長は１０．６［μｍ］となりＳＦ6 ガスの吸収帯にちょうど一致してしまう。
【００６２】
しかし、ＴＥＡＣＯ2 レーザに波長選択機能を持たせ、９μｍ帯で発振させた場合には、この波長帯域には吸収がないためにレーザ光が透過することがわかる。
【００６３】
ここで、ＴＥＡＣＯ2 レーザの発振波長として９Ｐ２０を選択すると約９．５［μｍ］の波長が得られ、その出力も１０Ｐ２０のラインに対して９Ｐ２０のラインでの出力は７割程度のものが得られる。その他、数種類のガスについてもＴＥＡＣＯ2 レーザを用いて調査してみたが、図１０（ａ）〜（ｅ）に示したように、絶縁特性とレーザ光に対して吸収率が適するものがない。
【００６４】
このことから、絶縁ガスとしてＳＦ6 ガスを使用し、波長選択機能を有するＴＥＡＣＯ2 レーザを用いてレーザトリガ式ギャップスイッチ装置を構成する。
図１１は、本発明の第４の実施例にかかるレーザトリガ式ギャップスイッチ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６５】
すなわち、本実施例に係るギャップスイッチは、レーザ光発生装置３１として、波長選択機能を有するＴＥＡＣＯ2 レーザを使用し、気密容器３６内には、絶縁ガスとしてＳＦ6 ガスを充填する。
【００６６】
ギャップスイッチの電極の間隔は、１００〜２００［ｍｍ］に調整可能で、気密容器３６内に封入されたＳＦ6 ガスの圧力は０．１〜１０気圧に調整することが可能である。これにより、ギャップスイッチの機械的変更をすることなく焦点位置を固定したまま運転電圧を、３０［ｋｖ］から最大１０００［ｋｖ］までとることができる。
【００６７】
ところで、絶縁ガスとしてＳＦ6 ガスを用いる場合には、強力なレーザ光３２と電極間を流れる大電流とによりＳＦ6 ガスが分解してしまう問題がある。
ＳＦ6 ガスの分解は、ＰＰＭオーダのものであるので、ガスの絶縁性には大きく影響しないが、このＳＦ6 ガスの分解によって発生するＦ2 ガスや水分の混入によって、副生成物として発生するＨＦガスは腐食性を有する。
【００６８】
従って、電極３８ａ，３８ｂに銅、真鍮等の金属を用いた場合、腐食によって、その表面に金属のフッ化物が形成されてしまう、このフッ化物は絶縁物であるため、電極３８ａ，３８ｂの導電性を著しく妨げてしまう。電極３８ａ，３８ｂの材質がＳＵＳ、ニッケル等の場合にはある程度の耐食性はあるが、長時間使用すると表面状態が悪化してしまう。
【００６９】
そこで、本実施例に係るギャップスイッチを構成する一対の電極３８ａ，３８ｂの材質には黒鉛（カーボングラファイト）が用いられる。黒鉛は、炭素が素材であり、フッ素に対する耐食性が高く、また、フッ素と反応した場合であってもＣＦ４となり、ガス中に気化してしまうので、電極３８ａ，３８ｂの導電性に影響を与えないからである。
【００７０】
次に、本実施例のギャップスイッチの動作について説明する。
今、９Ｐ２０のラインに波長選択されたＴＥＡＣＯ2 レーザ３１から出力された３０Ｊのレーザ光３２を出力すると、このレーザ光３２は、ミラー３３ａ、３３ｂで反射してレンズ３４に入射される。
【００７１】
レンズ３４に入射されたレーザ光３２は、レンズ３４によって集光されながらギャップスイッチのウインドウ３７、電極３８ａを通過し、集光されたレーザ光３２が電極３８ｂの表面に向かって照射される。
【００７２】
そうすると、レーザ光３２のエネルギーによって、気密容器３６に封入されているＳＦ6 ガスが電離して電極３８ｂの表面からプラズマが発生する。このプラズマは、ほぼレーザ光３２が照射されてきた方向に成長し、もう一方の電極３８ａへ伸びていく。
【００７３】
このプラズマがある程度成長すると、電極３８ａ，３８ｂに印加されている高電圧によって、プラズマ中に電流路が形成される。これにより、電極３８ａ，３８ｂ間が導通状態となり、ギャップスイッチ３５のスイッチング操作が行なわれる。
【００７４】
従って、本実施例のギャップスイッチによれば、波長選択機能を有するレーザ光発生装置３１と、気密容器３６内部にＳＦ6 ガスを封入して構成するので、精度よくスイッチング操作を行なうことができる。
【００７５】
また、電極３８ａ，３８ｂの材質を黒鉛で構成することにより、電極の導通性を妨げることなく、長期間にわたって安定してスイッチング操作を行なうことができる。
なお、上述の第１〜第４の実施例においては、電極の形状は、半球形状で説明したが球形状であっても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、エネルギーの小さなレーザ光であっても、確実にスイッチング制御を行なうことができ、また、安定、かつ精度の良いスイッチング制御を行なうことができる。
さらに、スイッチング動作時の動作音を低減化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図。
【図３】同実施例における放電遅れ時間及びジッタの電極間隔依存特性を示す図。
【図４】本発明の第３の実施例に係るレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図。
【図５】一般的な絶縁ガスの種類及びその特性を示す図。
【図６】絶縁ガスとして空気及びＳＦ6 ガスを用いた場合の電極間でのフラッシュオーバ電圧（絶縁耐力）を示す図。
【図７】放電遅れ時間及びジッタの雰囲気ガス圧力依存特性を示す図。
【図８】ＳＦ6 の光の吸収スペクトルを示す図。
【図９】ＴＥＡＣＯ2 レーザの発振スペクトルを示す図。
【図１０】絶縁ガスとレーザ光の透過率の関係を示す図。
【図１１】本発明の第４の実施例にかかるレーザトリガ式ギャップスイッチ装置の構成を示す図。
【図１２】従来のレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図。
【図１３】従来のレーザトリガ式ギャップスイッチの構成を示す図。
【符号の説明】
３１…レーザ光発生装置、３２…レーザ光、３３…ミラー、３４…レンズ、３５…ギャップスイッチ、３６…気密容器、３７…ウインドウ、３８ａ，３８ｂ…電極、３９…ウインドウ支持部材、４０ａ，４０ｂ…保持材、４２ａ，４２ｂ…給電端子、４３…貫通孔、５１…レンズ、５２…調整機構、６１…ボンベ、６２…レギュレータ、６３…バルブ、６４…真空ポンプ、６５…真空バルブ、６６…圧力計、６７…絶縁耐力調整手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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