(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの巻線をセンタータップ接続した一次巻線と、二次巻線とを有する巻線トランスと、
前記一次巻線の電流供給源として前記センタータップに接続された電圧源と、
前記一次巻線の一方の巻線に第１のパルス電流を供給する第１電流供給回路と、
前記一次巻線の他方の巻線に第２のパルス電流を供給する第２電流供給回路と、
前記第１電流供給回路及び第２電流供給回路の電流値をそれぞれ制御する制御回路とを備える構成であって、
前記一次巻線に対して第１のパルス電流と第２のパルス電流をそれぞれ供給することによって、パルス状の正極性又は負極性の高電圧を前記二次巻線から出力する構成であり、
前記第１のパルス電流と第２のパルス電流について、それぞれのパルス幅、パルス列配置又は電流値のうち少なくとも１つが、前記制御回路にて調整された上で供給されることにより、前記二次巻線から出力されるパルス状の高電圧の波形が制御される構成の回路を用いたパルス電圧の発生方法であって、
第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることにより、第１又は第２パルス電流の立下り時に発生したピークと、第２又は第１パルス電流の立上り時に発生したピークとが加算され、１つの立下り又は立上りによって発生したピークよりも波高値を高めることが可能であることを特徴とするパルス電圧の発生方法。
（１）第１のパルス電流の立下りと、第２のパルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２のパルス電流の立下りと、第１のパルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
【請求項２】
第１電流供給回路と第２電流供給回路は、制御回路から印加されたパルス電圧をパルス電流に変換する第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路からそれぞれ構成され、
制御回路において、前記パルス電圧のパルス幅、パルス列配置又はパルス波高値のうち少なくとも１つが調整され、
この調整されたパルス電圧が、前記第１電圧電流変換回路及び第２電圧電流変換回路に印加され、第１のパルス電流及び第２のパルス電流にそれぞれ変換される構成であって、
この変換された第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線の一方の巻線又は他方の巻線にそれぞれ供給されることを特徴とする請求項１に記載されたパルス電圧の発生方法。
【請求項３】
第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路は、それぞれトランジスタと抵抗素子で構成され、トランジスタに入力される電圧値と前記抵抗素子の抵抗値によって、出力される電流値を制御する構成であることを特徴とする請求項２に記載のパルス電圧の発生方法。
【請求項４】
トランジスタは、ＮチャネルＦＥＴであり、
ゲート電極にパルス電圧が印加され、ソース電極が抵抗素子を介して接地され、ドレイン電極からパルス電流が一次巻線に供給される構成であることを特徴とする請求項３に記載のパルス電圧の発生方法。
【請求項５】
第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路を構成する各トランジスタのソース電極間に、容量性素子が接続され、パルス電圧の変化量に対する電流変換利得が設定されたことを特徴とする請求項３又は４に記載のパルス電圧の発生方法。
【請求項６】
第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路を構成する各トランジスタのソース電極間に、容量性素子が接続され、パルス電圧の変化量に対する電流変換利得が設定され、
更に、第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることを特徴とする請求項３又は４に記載のパルス電圧の発生方法。
（１）第１のパルス電流の立下りと、第２のパルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２のパルス電流の立下りと、第１のパルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のパルス電圧の発生方法を用いたことを特徴とするイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧電源回路に関し、詳しくは、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含むイオン発生装置に用いられ、パルス状の高電圧を発生する高圧電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含むイオン発生装置に用いるために開発された、パルス状の高電圧を発生するための高圧電源回路が種々知られている。
イオン発生装置は、コロナ放電を発生させてイオンを生成させるため、パルス状の高電圧を発生する高圧電源回路が必要である。このため、一次巻線側にパルス状の電圧を印加し、これを変圧して、二次巻線側にてパルス状の高電圧を発生させる高圧電源回路が用いられている。これらの一般的な高圧電源回路は、例えば、一次巻線側に正極性のパルス状の電圧を印加すると、二次巻線側で正極性のパルス状の高電圧を出力させることができる構成である。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、「一次巻き線および二次巻き線を有する巻き線トランスと、正極性の複数のパルス電圧から成る正極側パルス列と、負極性の複数のパルス電圧から成る負極側パルス列とのうち少なくともいずれかを出力して、該一次巻き線に印加するパルス列出力回路と、該パルス列出力回路に制御信号を与える制御回路とを備え、該パルス列の該一次巻き線への印加に応じてパルス状の正極性の高電圧およびパルス状の負極性の高電圧のうち少なくともいずれかを該二次巻き線から出力する高圧電源であって、
前記パルス列出力回路は、前記正極側パルス列の各パルス電圧のパルス幅と該正極側パルス列において互いに隣り合うパルス電圧同士の間の幅であるパルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方と、前記負極側パルス列の各パルス電圧のパルス幅と該負極側パルス列において互いに隣り合うパルス電圧同士の間の幅であるパルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方とを、前記制御回路から与えられる制御信号に応じて調整可能に構成されており、
前記制御回路は、前記制御信号により、前記パルス列出力回路から出力される前記パルス列の各パルス電圧の前記パルス幅と前記パルス休止幅とのうちの少なくともいずれか一方を制御することにより、前記二次巻き線から出力される前記パルス状の高電圧の波高値を制御する構成の高圧電源」という技術である。
【０００４】
上記技術の基本構造は、エイチブリッジとも呼称される回路構成であって、４つのトランジスタを２つ１組で使用し、電流の向きを変更するスイッチの役割を果たすものである。これにより、一次巻線に印加するパルス電圧の極性を切り替え、出力されるパルス状の高電圧の極性を制御することができる。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術では、出力されるパルス状の高電圧の波高値の制御手段として、一次巻線に印加されるパルス電圧のパルス幅とパルス休止幅を制御するという方法を採用しており、これらの設定が煩雑であるという問題があった。
また、例えば、一次巻線側に正極性のパルス電圧を印加すると、このパルス電圧の立上り時には、二次巻線側で正極性のパルス状の高電圧を出力させることができるが、パルス電圧の立下り時に、逆極性である負極性のパルス状の高電圧をも発生させてしまうという問題があり、これにより、任意の極性のイオンのみを発生させることが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−００４１７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含むイオン発生装置に用いられる高圧電源回路について、巻線トランスの一次巻線への入力制御を容易にすることを第一の課題とし、二次巻線から出力されるパルス状の高電圧の極性と波高値を高い精度で制御すること、特に逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる高圧電源回路を提供することを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の課題は、下記の手段により達成される。
１．２つの巻線をセンタータップ接続した一次巻線と、二次巻線とを有する巻線トランスと、
前記一次巻線の電流供給源として前記センタータップに接続された電圧源と、
前記一次巻線の一方の巻線に第１のパルス電流を供給する第１電流供給回路と、
前記一次巻線の他方の巻線に第２のパルス電流を供給する第２電流供給回路と、
前記第１電流供給回路及び第２電流供給回路の電流値をそれぞれ制御する制御回路とを備える構成であって、
前記一次巻線に対して第１のパルス電流と第２のパルス電流をそれぞれ供給することによって、パルス状の正極性又は負極性の高電圧を前記二次巻線から出力する構成であり、
前記第１のパルス電流と第２のパルス電流について、それぞれのパルス幅、パルス列配置又は電流値のうち少なくとも１つが、前記制御回路にて調整された上で供給されることにより、前記二次巻線から出力されるパルス状の高電圧の波形が制御される構成の回路を用いたパルス電圧の発生方法であって、
第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることにより、第１又は第２パルス電流の立下り時に発生したピークと、第２又は第１パルス電流の立上り時に発生したピークとが加算され、１つの立下り又は立上りによって発生したピークよりも波高値を高めることが可能であることを特徴とするパルス電圧の発生方法。
（１）第１のパルス電流の立下りと、第２のパルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２のパルス電流の立下りと、第１のパルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
【００１０】
２．第１電流供給回路と第２電流供給回路は、制御回路から印加されたパルス電圧をパルス電流に変換する第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路からそれぞれ構成され、
制御回路において、前記パルス電圧のパルス幅、パルス列配置又はパルス波高値のうち少なくとも１つが調整され、
この調整されたパルス電圧が、前記第１電圧電流変換回路及び第２電圧電流変換回路に印加され、第１のパルス電流及び第２のパルス電流にそれぞれ変換される構成であって、
この変換された第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線の一方の巻線又は他方の巻線にそれぞれ供給されることを特徴とする請求項１に記載されたパルス電圧の発生方法。 
【００１１】
３．第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路は、それぞれトランジスタと抵抗素子で構成され、トランジスタに入力される電圧値と前記抵抗素子の抵抗値によって、出力される電流値を制御する構成であることを特徴とする請求項２に記載のパルス電圧の発生方法。 
【００１２】
４．トランジスタは、ＮチャネルＦＥＴであり、
ゲート電極にパルス電圧が印加され、ソース電極が抵抗素子を介して接地され、ドレイン電極からパルス電流が一次巻線に供給される構成であることを特徴とする請求項３に記載のパルス電圧の発生方法。 
【００１３】
５．第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路を構成する各トランジスタのソース電極間に、容量性素子が接続され、パルス電圧の変化量に対する電流変換利得が設定されたことを特徴とする請求項３又は４に記載のパルス電圧の発生方法。 
【００１４】
６．第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路を構成する各トランジスタのソース電極間に、容量性素子が接続され、パルス電圧の変化量に対する電流変換利得が設定され、
更に、第１のパルス電流と第２のパルス電流が、一次巻線に対して、次に掲げる（１）〜（３）の時系列で供給されることを特徴とする請求項３又は４に記載のパルス電圧の発生方法。
（１）第１のパルス電流の立下りと、第２のパルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２のパルス電流の立下りと、第１のパルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
【００１５】
７．請求項１〜６のいずれかに記載のパルス電圧の発生方法を用いたことを特徴とするイオン発生装置。
【発明の効果】
【００１６】
前記１に示す発明は、一次巻線を構成する２つの巻線をセンタータップ接続し、２つの電流源（第１電流供給回路と第２電流供給回路）を設けた構成である。この構成によれば、一方の巻線に、二次巻線における電流方向と同方向の電流（第１のパルス電流）を供給すると、二次巻線から正電極のパルス状の高電圧を発生させることができ、他方の巻線に、二次巻線における電流方向と逆方向の電流（第２のパルス電流）を供給すると、二次巻線から負極性のパルス状の高電圧を発生させることができる。即ち、一次巻線の一方又は他方の巻線のいずれに電流を供給するかを制御することで、二次巻線側から出力されるパルス状の高電圧の極性を容易に制御することができる。
【００１７】
また、第１と第２のパルス電流について、制御回路にて、それぞれのパルス幅、パルス列配置又は電流値のうち少なくとも１つが調整され、一次巻線にパルス電流が供給される。これにより、二次巻線から出力されるパルス状の高電圧の波形、特に、波高値、ピークのタイミング、パルス間隔又はパルス列配置等を制御することができる。
【００１８】
前記２に示す発明は、第１電流供給回路から一方の巻線に供給される第１のパルス電流と、第２電流供給回路から他方の巻線に供給される第２のパルス電流とが、時間的に連続して供給される構成である。
この構成により、第１のパルス電流の立下りと第２のパルス電流の立上りが時間的に連続することになり、第１のパルス電流の立下り時に発生した負極性の出力パルス電圧と、第２のパルス電流の立上り時に発生した負極性の出力パルス電圧は時間的に重複し、これらが加算されて、波高値が高い負極性のパルス電圧を発生することができる。また、第１パルス電流と第２パルス電流の供給順を入れ替えれば、波高値が高い正極性のパルス電圧を発生することができる。
これらの作用を応用すれば、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【００１９】
前記２に示す発明の効果を詳述する。
二次巻線側から出力されるパルス状の高電圧は、一次巻線に供給されるパルス電流の方向と、二次巻線における電流方向とが順方向であれば、該パルス電流の立上り時に、正極性のパルス状の高電圧が生じる一方で、該パルス電流の立下り時には、逆極性（負極性）に対してパルス状の高電圧が生じるという特性があり、この逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することが、本発明の課題の一つである。
前記２に示す発明では、第１電流供給回路から供給され、一次巻線における電流方向が
、二次巻線における電流方向と順方向である第１のパルス電流と、第２電流供給回路から供給され、一次巻線における電流方向が、二次巻線における電流方向と逆方向である第２のパルス電流とが、一次巻線に対して時間的にほぼ連続して供給される構成である。
そうすると、二次巻線側から出力されるパルス電圧は、第１のパルス電流の立上り時に正極性にピークが生じ、第１のパルス電流の立下り時に負極性にピークが生じるが、この負極性に生じた波高値は、第２のパルス電流の立上り時に発生する負極性のパルス電圧のピークと加算され、最初に生じた正極性のピーク波高値に比して、最大で２倍の波高値が負極性に生ずることになる。
そして、この高電圧回路を搭載したイオン発生装置について、高い波高値（上記説明の例では負極性）で放電が発生してイオンが生じ、低い波高値（上記説明の例では正極性）では放電が発生せずイオンが生じない設定とすれば、いずれかの極性（上記説明の例では負極性）のみイオンを発生させることができるため、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【００２０】
また、イオンを発生させる波高値を基準として、この波高値を得るために必要なパルス電流を一次巻線に供給するように、制御回路にて電流値を調整することで、任意の極性のイオンのみを発生させることができる。
【００２１】
前記３に示す発明によれば、制御回路にて、パルス電圧のパルス幅、パルス列配置又はパルス波高値のうち少なくとも１つが調整され、このパルス電圧が、第１及び第２電圧電流変換回路に印加されることでパルス電流に変換され、この変換されたパルス電流が、一次巻線に供給される構成であるため、パルス電流でもって、二次巻線側から出力されるパルス状の高電圧の波形、特に、波高値、ピークのタイミング、パルス間隔又はパルス列配置等を制御することができる。
【００２２】
前記４に示す発明によれば、第１電圧電流変換回路と第２電圧電流変換回路は、それぞれトランジスタと抵抗素子で構成されるため、制御回路からトランジスタに入力される電圧値と、前記抵抗素子の抵抗値によって、出力される電流値を制御することができる。また、この出力される電流値によって、二次巻線側から出力されるパルス状の高電圧の波高値を制御することができる。
【００２３】
前記５に示す発明によれば、トランジスタとしてＮチャネルＦＥＴを採用し、ゲート電極にパルス電圧が印加され、ソース電極が抵抗素子を介して接地され、ドレイン電極からパルス電流が一次巻線に供給される回路構成とすることで、一次巻線へ供給されるパルス電流の制御が容易となる。
【００２４】
前記６に示す発明によれば、第１電圧電流変換回路及び第２電圧電流変換回路を構成するそれぞれの抵抗素子に対して、容量性素子を並列に接続することで、パルス電圧の変化量に対する電流変換利得を設定することができる。
【００２５】
前記７に示す発明によれば、前記６における効果に加えて、前記２における効果をも得ることができる。即ち、必要な極性のパルス電圧の波高値を高く得ることができ、不要な極性の波高値を低く抑えることができるので、この高電圧回路を搭載したイオン発生装置について、高い波高値でイオンが発生し、低い波高値ではイオンが発生しない設定とすれば、いずれかの極性のみイオンを発生させることができる。これにより、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【００２６】
前記８に示す発明によれば、高圧電源回路にて発生させるパルス状の高電圧の波高値や極性が制御されているので、イオンの発生量や極性が制御されたイオン発生器を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る高圧電源回路の第一の実施例を示す回路図
【図２】一次巻線に供給されたパルス電流と二次巻線から出力されたパルス電圧の関係を説明するための概略波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が非連続である場合）
【図３】図１の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が非連続である場合）
【図４】一次巻線に供給されたパルス電流と二次巻線から出力されたパルス電圧の関係を説明するための概略波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的である場合）
【図５】図１の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的である場合）
【図６】図１の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的であって、パルス電流の入力順が交互である場合）
【図７】本発明に係る高圧電源回路の第二の実施例を示す回路図
【図８】図７の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が非連続である場合）
【図９】本発明に係る高圧電源回路の第三の実施例を示す回路図
【図１０】一次巻線に供給されたパルス電流と二次巻線から出力されたパルス電圧の関係を説明するための概略波形図（容量性素子による電流変換利得がある場合）
【図１１】図９の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が非連続である場合）
【図１２】図９の回路図の動作をシミュレーションして得られたパルス電流と出力パルス電圧の関係を示す波形図（一次巻線に供給されたパルス電流が連続的である場合）
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含むイオン発生装置に用いられ、パルス状の高電圧を発生する高圧電源回路１に関し、図１に示されるように、少なくとも、一次巻線２１と二次巻線２２とからなる巻線トランス２と、電圧源３と、第１電流供給回路４と、第２電流供給回路５と、制御回路６によって構成される。
尚、本願において、イオン発生装置とは、イオナイザー、静電気除去装置、除電器等を含む概念である。
【００２９】
巻線トランス２は、一次巻線２１と二次巻線２２によって構成される。一次巻線２１は、巻数が略等しい２つの巻線がセンタータップ接続された構成であり、２つの巻線のうち、第１電流供給回路４に接続された側を一方の巻線２１ａとし、第２電流供給回路５に接続された側を他方の巻線２１ｂとする。
電圧源３は、一次巻線２１への電流供給源であり、センタータップ２３に接続される。
【００３０】
第１電流供給回路４は、一次巻線２１を構成する一方の巻線２１ａに対して、第１のパルス状の電流（「パルス電流」と同じ。）を供給する回路であり、第２電流供給回路５は、一次巻線２１を構成する他方の巻線２１ｂに対して、第２のパルス電流を供給する回路である。
図１において矢印で示されるとおり、第１のパルス電流の電流方向ｉ１は、二次巻線２２における電流方向ｉ３と同じ方向（順方向）であり、第２のパルス電流の電流方向ｉ２は、二次巻線２２における電流方向ｉ３とは異なる方向（逆方向）である。即ち、第１のパルス電流が一次巻線の一方の巻線２１ａに供給されると、この第１パルス電流の立上り時に二次巻線２２から正極性のパルス状の高電圧が発生し、第２のパルス電流が一次巻線の他方の巻線２１ｂに供給されると、この第２パルス電流の立上り時に二次巻線２２から
負極性のパルス状の高電圧が発生する構成である。
【００３１】
制御回路６は、第１電流供給回路４と第２電流供給回路５に接続され、それぞれが供給するパルス電流のパルス幅、パルス列配置又は電流値のうち少なくとも１つを制御する回路である。ここでいうパルス列配置とは、パルス電流の極性やこの極性を発生させる順序、更にはパルス電流を供給する間隔等を含めたパルス電流の配列であり、制御回路６では、この配列も制御する。
【００３２】
図１に示される高圧電源回路１は、一次巻線２１を構成する一方の巻線２１ａに対して、第１電流供給回路４から第１のパルス電流が、一次巻線２１を構成する他方の巻線２１ｂに対して、第２電流供給回路５から第２のパルス電流がそれぞれ供給され、これに応じて、二次巻線２２から出力されるパルス状の高電圧（以下、「出力パルス電圧」ともいう。）が発生する構成である。
【００３３】
上述のとおり、第１のパルス電流の電流方向ｉ１は、二次巻線２２における電流方向ｉ３と順方向であり、第２のパルス電流の電流方向ｉ２は、二次巻線２２における電流方向ｉ３とは逆方向である。即ち、第１のパルス電流が一次巻線の一方の巻線２１ａに供給されると、この第１パルス電流の立上り時に二次巻線２２から正極性のパルス状の高電圧が発生し、第２のパルス電流が一次巻線の他方の巻線２１ｂに供給されると、この第２パルス電流の立上り時に二次巻線２２から負極性のパルス状の高電圧が発生する構成である。
【００３４】
従来の技術は、一次巻線に対して印加する電圧を制御することで、二次巻線側から所定の出力パルス電圧を得るという構成であり、一次巻線に流れる電流の方向をスイッチで切り替えることで、出力パルス電圧の極性を切り替えるという構成である。
これに対して、本発明では、一次巻線２１に供給するパルス電流のパルス幅、パルス列配置又は電流値や電流方向を制御することで、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧の波形やその極性を制御する構成である。なお、ここで制御される「波形」とは、出力パルス電圧の波高値や、パルスが表れる時間的タイミング、間隔、正負の極性の配列等を含むものである。
【００３５】
本発明が、一次巻線２１に供給する電流を制御することで、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧を制御する構成を採用した理由について説明する。
本発明に係る高圧電源回路１は、イオン発生装置に用いられるものである。イオン発生装置は、コロナ放電によってイオンを発生させる構造であり、正イオンを発生させるには、正極性のパルス状の高電圧が必要であり、負イオンを発生させるには、負極性のパルス状の高電圧を生じさせる必要がある。このため、発生させるイオンの極性や、正又は負のイオンを発生させる割合などを制御するためには、パルス状の高電圧の極性、波高値又は生じさせるパルスの間隔や数量等を制御する必要がある。
【００３６】
従来の電圧で制御する技術では、出力するパルス状の高電圧の波高値や正負極性の割合に応じて、一次巻線に対して電圧を調整して印加させなければならず、その電圧の調整が煩雑であるという問題があった。
【００３７】
これに対して、本発明は、一次巻線２１に供給する電流で、出力するパルス状の高電圧の波形を制御する技術である。これにより、例えば、１つの出力パルス電圧の発生によって発生するイオンの数が既知であれば、一次巻線２１に供給するパルス電流の数を増減させて調整し、また、電流値を増減させることで出力パルス電圧の波高値も制御することができる。出力パルス電圧の極性の制御については、後述する。
【００３８】
一次巻線２１に供給されるパルス電流と、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧
との関係を、図２に示される概略波形図を用いて説明する。尚、この図２に示される波形をはじめ図面に表わされた波形は、立上り又は立下り時間や過渡現象等を無視又は簡略化した概略的な波形であり、実際に観測される波形とは異なる場合がある。
図２（ａ）は、一次巻線２１に供給されるパルス電流が表わされた概略波形図である。第１のパルス電流が一方の巻線２１ａに供給された場合には、電流の波形は正の方向（図中では上方向）に表れ、第２のパルス電流が他方の巻線２１ｂに供給された場合には、電流の波形は負の方向（図中では下方向）に表れる。
【００３９】
図２（ｂ）は、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧が表された概略波形図である。この概略波形図に示されるように、電流の波形が正の方向に表れた場合（第１のパルス電流が一次巻線２１に供給された場合）において、その波形の立上り時には、出力パルス電圧の波形が正の方向に表れる。これは、一次巻線２１における電流方向ｉ１と二次巻線における電流方向ｉ３とが順方向になるためである。一方で、正の方向に表れた電流波形の立下り時には、出力パルス電圧の波形が負の方向に表れる。即ち、１回のパルス電流の供給によって、正と負の出力パルス電圧が発生することになる。
また、反対に、電流の波形が負の方向に表れた場合（第２のパルス電流が一次巻線２１に供給された場合）において、その波形の立上り時には、出力パルス電圧の波形が負の方向に表れる。これは、一次巻線２１における電流方向ｉ２と二次巻線における電流方向ｉ３とが逆方向になるためである。一方で、負の方向に表れた電流波形の立下り時には、出力パルス電圧の波形が正の方向に表れる。
【００４０】
図３は、図１に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図であり、入力されたパルス電流と出力されたパルス電圧の関係を示した波形図である。上図には、一次巻線２１に供給されるパルス電流が示され、下図には、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧が示されている。図３では、第１又は第２のパルス電流が、一次巻線に対して間隔をあけて供給されており、パルス電流の供給が非連続である。
この波形図によれば、入力されたパルス電流の電流値によって、出力された出力パルス電圧の電圧値が変化しており、波高値が制御されていることがわかる。また、図２における概略波形図と同様に、１つのパルス電流に対して、立上り時に同極性の出力パルス電圧が、立下り時に逆極性の出力パルス電圧がそれぞれ表れていることがわかる。
【００４１】
本発明は、第１のパルス電流と第２のパルス電流を一次巻線２１に供給する時間的なタイミングを調整することで、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧について、放電電圧に達する波高値の極性を制御する技術でもある。
【００４２】
図４は、第１のパルス電流と第２のパルス電流とが、一次巻線２１に対して時間的に連続して供給された場合における、出力パルス電圧との関係が表わされた概略説明図である。
図４（ａ）には、一次巻線２１に供給されたパルス電流が示され、図４（ｂ）には、先に供給されたパルス電流により出力された出力パルス電圧が示され、図４（ｃ）には、後に供給されたパルス電流により出力された出力パルス電圧が示され、図４（ｄ）には、上記図４（ｂ）と（ｃ）の電圧が加算された出力パルス電圧が示されている。
【００４３】
上述した図２又は３にも示されるように、１つのパルス電流を入力すると、正と負の出力パルス電圧が発生する。即ち、第１のパルス電流の場合には、立上り時に正極性の出力パルス電圧が発生し、立下り時に負極性の出力パルス電圧がそれぞれ発生し、第２のパルス電流の場合には、立上り時に負極性の出力パルス電圧が発生し、立下り時に正極性の出力パルス電圧がそれぞれ発生する。
【００４４】
本発明は、これらの特性を利用したものである。例えば、図４（ｄ）に示されるように
、第１のパルス電流の立下り時に発生した負極性の出力パルス電圧と、第２のパルス電流の立上り時に発生した負極性の出力パルス電圧とが加算され、最初のピーク（第１のパルス電流の立上り時に発生した電圧のピーク）の約２倍の波高値を有する２番目のピークを発生（負極性）させることができる。なお、３番目のピークは、第２のパルス電流の立下り時に発生した電圧のピークであり、その波高値は最初のピークと略同じである。
反対に、先に第２のパルス電流が供給され、次に連続して第１のパルス電流が供給される場合であれば、第２のパルス電流の立下り時に発生した正極性の出力パルス電圧と、第１のパルス電流の立上り時に発生した正極性の出力パルス電圧とが加算され、最初のピーク（第２のパルス電流の立上り時に発生した電圧のピーク）の約２倍の波高値を有する２番目のピーク（正極性）を発生させることができる。
【００４５】
これらの特性を利用して、本発明に係る高圧電源回路１をイオン発生装置に搭載すれば、２番目のピークの波高値を放電電圧に設定し、最初のピークと３番目のピークの波高値では放電しない設定とすることができる。この構成を利用すれば、高電圧回路１を搭載したイオン発生装置について、高い波高値で放電が発生してイオンが生じ、低い波高値では放電が発生せずイオンが生じない設定とすれば、いずれかの極性のみイオンを発生させることができるため、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【００４６】
図５は、図３と同じく、図１に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図あり、入力されたパルス電流（上図）と出力された出力パルス電圧（下図）の関係を示した波形図であるが、パルス電流を供給する時間的なタイミングが図３とは異なる。
図５におけるパルス電流は、図４に示される場合と同様に、第１のパルス電流と第２のパルス電流が時間的に連続して供給される場合における、出力パルス電圧の波形を示したものである。
【００４７】
この図５によれば、第２のパルス電流と、第１のパルス電流を時間的に連続して供給すると、出力パルス電圧には、先ず負極性に最初のピークが生じ、その後、正極性に最初のピークの約２倍の波高値を有する２番目のピークが生じ、更にその後、負極性に最初のピークと略同じ波高値の３番目のピークが生じることがわかる。
【００４８】
図６も、図５と同じく、図１に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図あり、入力されたパルス電流（上図）と出力された出力パルス電圧（下図）の関係を示した波形図であるが、パルス電流を供給する時間的なタイミングが図５とは異なる。
【００４９】
図６は、先ず、第２のパルス電流から第１のパルス電流の順で連続して電流を供給することで、他のピークの約２倍の波高値を有する正極性の出力パルス電圧を発生させ、次に、第１のパルス電流から第２のパルス電流の順で連続して電流を供給することで、他のピークの約２倍の波高値を有する負極性の出力パルス電圧を発生させた例である。これを繰り返すことで、正負のパルス列が得られることが分かる。
【００５０】
上述したように、本発明において、第１のパルス電流と第２のパルス電流を一次巻線２１に供給するタイミングを、時間的に連続したものとすることで、任意の極性のイオンを発生させることができる。パルス電流を一次巻線２１に供給するタイミングを時系列で表すと、次のようになる。
（１）第１のパルス電流の立下りと、第２のパルス電流の立上りが連続的であること
（２）第２のパルス電流の立下りと、第１のパルス電流の立上りが連続的であること
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ
即ち、図５は、上記（２）を示す例であり、図６は、上記（３）を示す例であるといえる。上記（１）のタイミングでは、負極性に波高値が高いピークが生じ、上記（２）のタ
イミングでは、正極性に波高値が高いピークが生じる構成であり、上記（３）は、上記（１）と（２）が任意の順で供給されることを示すものである。
【００５１】
上記（１）〜（３）における「連続的」とは、先のパルス電流の立下りと後のパルス電流の立上りとが実質的に連続している状態をいい、厳密に連続していることを限定する意味ではない。即ち、先のパルス電流の立下りの後、時間差をおいて後のパルス電流の立上りが始まること、及び、先のパルス電流が立ち下がり終わる前に、後のパルス電流の立上りが始まること、を許容する意味であり、先のパルス電流の立下りによって生ずる出力パルス電圧の波形と、後のパルス電流の立上りによって生ずる出力パルス電圧の波形との加算によって生ずる出力パルス電圧の波形の波高値が、先のパルス電流の立上り又は後のパルス電流の立下りによって生じた出力パルス電圧の波形の波高値よりも高くなるタイミングであればよい。
【００５２】
第１のパルス電流と第２のパルス電流を一次巻線２１に供給するタイミングについて、出力パルス電圧を基準として効果が得られる範囲を規定すると、次のとおりである。
（Ａ）第１のパルス電流の立下りによって二次巻線から出力された負極性のパルス状の高電圧と、第２のパルス電流の立上りによって二次巻線から出力された負極性のパルス状の高電圧とが、時間的に重複して発生すること
（Ｂ）第２のパルス電流の立下りによって二次巻線から出力された正極性のパルス状の高電圧と、第１のパルス電流の立上りによって二次巻線から出力された正極性のパルス状の高電圧とが、時間的に重複して発生すること
（Ｃ）上記（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせ
上記（Ａ）のタイミングでは、負極性に波高値が高いピークが生じ、上記（Ｂ）のタイミングでは、正極性に波高値が高いピークが生じる構成であり、上記（Ｃ）は、上記（Ａ）と（Ｂ）が任意の順で供給されることを示すものである。
上記のタイミングについて換言すれば、先のパルス電流の立下りによって生ずる出力パルス電圧の波形と、後のパルス電流の立上りによって生ずる出力パルス電圧の波形との加算によって生ずる出力パルス電圧の波形の波高値が、先のパルス電流の立上り又は後のパルス電流の立下りによって生じた出力パルス電圧の波形の波高値よりも高くなるタイミングであればよい。
【００５３】
図７に示される第二の実施例は、第１電流供給回路４及び第２電流供給回路５について、入力されたパルス電圧（以下、「入力パルス電圧」ともいう。）をパルス電流に変換する第１電圧電流変換回路７及び第２電圧電流変換回路８とした構成である。この電圧電流変換回路で変換されたパルス電流は、一次巻線２１の一方の巻線２１ａ又は他方の巻線２１ｂにそれぞれ供給される。この第二の実施例は、図１に示される構成を具体化したものといえる。
この回路構成では、入力パルス電圧が、制御回路６によって印加される。制御回路６では、入力パルス電圧のパルス幅、パルス列配置及びパルス波高値が、出力すべき出力パルス電圧のピーク間隔、極性又は波高値等に応じて調整される。
【００５４】
図７に示されるように、第１電圧電流変換回路７及び第２電圧電流変換回路８は、それぞれトランジスタ７１・８１と抵抗素子７２・８２で構成されることが好ましい。
トランジスタ７１・８１のゲート電極には、制御回路６が接続されて入力パルス電圧が印加され、ソース電極は、抵抗素子７２・８２を介して接地され、ドレイン電極から、パルス電流が一次巻線２１に供給される。
なお、トランジスタ７１・８１は、許容量を超えた電流を扱う場合などには、それぞれ２つ以上を用いることができる。
【００５５】
また、トランジスタ７１・８１は、ＮチャネルＦＥＴであることが好ましい。この場合
も、ゲート電極にパルス電圧が印加され、ソース電極は抵抗素子７２・８２で接地され、ドレイン電極からパルス電流が一次巻線２１に供給される構成となる。
トランジスタとしてＮチャネルＦＥＴを採用することで、一次巻線２１へ供給されるパルス電流の制御が容易となる。
【００５６】
図８は、図７に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図であり、入力されたパルス電流（上図）と出力されたパルス電圧（下図）の関係を示した波形図である。この波形図から、図７に示される回路構成であっても、図１に示される回路構成と同様の動作をしていることがわかる。
【００５７】
図９に示されるように、第１電圧電流変換回路７と第２電圧電流変換回路８を構成するトランジスタ７１・８１のソース電極間に、容量性素子９が接続される構成とすることができる。この構成を採用することによって、入力パルス電圧の変化量に対する電流変換利得を設定することができる。
【００５８】
図９に示される回路構成を採用することによる効果を、図１０を用いて説明する。
図１０は、図９に示される回路構成において、一次巻線に供給されたパルス電流と二次巻線から出力されたパルス電圧の関係を表わした概略説明図である。
図１０（ａ）には、一次巻線２１に供給される電流のうち、抵抗素子７２・８２によって決定される電流ｉＲを示した概略波形図が示され、図１０（ｂ）には、一次巻線２１に供給される電流のうち、容量性素子９によって決定される電流ｉＣを示した概略波形図が示され、図１０（ｃ）には、図１０（ａ）と（ｂ）に示される電流が加算され、一次巻線２１に供給される電流ｉＲ＋ｉＣを示した概略波形図が示されている。また、図１０（ｄ）には、一次巻線２１に対して図１０（ｃ）に示される電流が供給されたことにより、二次巻線２２から出力される出力パルス電圧の概略波形図が示されている。
【００５９】
この図１０によれば、一次巻線２１に供給される電流ｉＲ＋ｉＣの波形が、立上り時には電流ｉＣの電流変換利得が加算され、立下り時には加算されないことが分かる。これにより、パルス電流の立上り時には、電流変換利得が加算された分だけ出力パルス電圧の波高値が高くなり、立下り時には、電流変換利得の加算がないため出力パルス電圧の波高値が立上り時に比して低いことが分かる。
即ち、一次巻線２１に供給される第１のパルス電流と第２のパルス電流とが連続的でなくても、立上り又は立下り時における出力パルス電圧のピークの波高値に差を生じさせることができる。具体的には、パルス電流の立上り時の方が、立下り時に比して波高値の高い出力パルス電圧を発生させることができる。
【００６０】
図１１は、図９に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図あり、入力されたパルス電流（上図）と出力されたパルス電圧（下図）の関係を示した波形図である。
この図１１によれば、入力されたパルス電流の波形（上図）は、立上り時にピークが高い一方で、立下り時のピークが比較的低い特性である。この特性の波形が入力されることで、図１０に示される概略波形図と同様に、出力パルス電圧の波形（下図）は、パルス電流の立上り時に波高値の高いピークが生じ、立下り時に発生したピークは波高値が低いことがわかる。
【００６１】
この結果を利用すれば、高電圧回路１を搭載したイオン発生装置について、高い波高値で放電が発生してイオンが生じ、低い波高値では放電が発生せずイオンが生じない設定とし、いずれかの極性のみイオンを発生させることができる。このため、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【００６２】
図１２は、図１１と同じく、図９に示される回路図の動作をシミュレーションして得られた波形図あり、入力されたパルス電流（上図）と出力されたパルス電圧（下図）の関係を示した波形図であるが、パルス電流を供給する時間的なタイミングが図１１とは異なる。図１２は、図９に示される回路図の動作であって、図４〜６に示されるタイミングと同様に、第１のパルス電流と第２のパルス電流とを時間的に連続して供給した例である。
【００６３】
図１２において、最も左側に表れた波形部分を観察すると、先ず、最初に供給された第２のパルス電流の立上り時に、出力パルス電圧の最初のピークが負極性に生じ、この第２のパルス電流の立下り時と後に供給された第１のパルス電流の立上り時に、出力パルス電圧の２番目のピークが正極性に生じ、最後に、第１のパルス電流の立下り時に、出力パルス電圧の３番目のピークが負極性に生じている。そして、各ピークの波高値は、正電極に表れた２番目のピークが、他のピークに比べて高いことがわかる。
左から２番目に表れた波形部分は、最も左側に表れた波形部分と、パルス電流の供給順が異なり、第１のパルス電流の後に第２のパルス電流が供給された例である。従って、最も左側に表れた波形部分とは極性が逆の波形が表れ、最も高い波高値のピークを負極性に生じさせることができる。また、これらを繰り返すことで、正負のパルス列が得られることがわかる。
【００６４】
この結果を利用すれば、図１１における実施例と同様に、本発明に係る高圧電源回路１を搭載したイオン発生装置は、高い波高値で放電が発生してイオンが生じ、低い波高値では放電が発生せずイオンが生じない設定とすれば、いずれかの極性のみイオンを発生させることができる。これにより、意図しない逆極性のイオンが発生することを防止でき、逆極性のパルス発生による影響を最小限に抑制することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  高圧電源回路
２  巻線トランス
２１  一次巻線
２１ａ  一方の巻線
２１ｂ  他方の巻線
２２  二次巻線
２３  センタータップ
３  電圧源
４  第１電流供給回路
５  第２電流供給回路
６  制御回路
７  第１電圧電流変換回路
７１  トランジスタ
７２  抵抗素子
８  第２電圧電流変換回路
８１  トランジスタ
８２  抵抗素子
９  容量性素子
【図１】
0006640570.tif 000002
【図２】
0006640570.tif 000003
【図３】
0006640570.tif 000004
【図４】
0006640570.tif 000005
【図５】
0006640570.tif 000006
【図６】
0006640570.tif 000007
【図７】
0006640570.tif 000008
【図８】
0006640570.tif 000009
【図９】
0006640570.tif 000010
【図１０】
0006640570.tif 000011
【図１１】
0006640570.tif 000012
【図１２】
0006640570.tif 000013