(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、前記一対の電極間にパルスを印加するパルス生成部と、前記一対の電極間に放電を発生させるように前記パルス生成部を制御するパルス制御部とを有する放電装置において、
前記パルス制御部は、
第１区間において、高エネルギーの１以上の第１パルスを前記一対の電極間に印加して、前記一対の電極間での放電破壊を促進させるように制御する第１制御部と、
前記一対の電極間で放電破壊が実現した後の第２区間に、前記第１パルスよりも低エネルギーの２以上の第２パルスを印加して、前記一対の電極間での放電破壊を維持させるように制御する第２制御部とを有することを特徴とする放電装置。
【請求項２】
請求項１記載の放電装置において、
前記第１パルスのピーク電圧値をＶａ、前記第２パルスのピーク電圧値をＶｂとしたとき、
Ｖａ＞Ｖｂ
であることを特徴とする放電装置。
【請求項３】
請求項２記載の放電装置において、
前記第２パルスのパルス周波数が１〜４００ｋＨｚであることを特徴とする放電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記第１制御部は、前記第１区間に、２以上の前記第１パルスを印加し、
前記第１パルスのパルス周期をＴａ、前記第２パルスのパルス周期をＴｂとしたとき、
Ｔａ≧Ｔｂ
であることを特徴とする放電装置。
【請求項５】
請求項１記載の放電装置において、
前記一対の電極間で放電破壊が実現した段階から前記第２区間までの第３区間に、前記第１パルスが高エネルギーの第３パルスとして前記一対の電極間に印加されることを特徴とする放電装置。
【請求項６】
請求項５記載の放電装置において、
前記第１パルスのピーク電圧値をＶａ、前記第３パルスのピーク電圧値をＶｃとし、前記第１パルスの電流の導通期間をＴｉ１、前記第３パルスの電流の導通期間をＴｉ３としたとき、
Ｖａ＞Ｖｃ
Ｔｉ１＜Ｔｉ３
であることを特徴とする放電装置。
【請求項７】
請求項６記載の放電装置において、
前記第２パルスのピーク電流値をＩｂ、前記第３パルスのピーク電流値をＩｃとし、前記第２パルスの電流の導通期間をＴｉ２、前記第３パルスの電流の導通期間をＴｉ３としたとき、
Ｉｂ≦Ｉｃ
Ｔｉ２＜Ｔｉ３
であることを特徴とする放電装置。
【請求項８】
請求項７記載の放電装置において、
前記第２パルスのパルス周波数が１〜４００ｋＨｚであることを特徴とする放電装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記第１区間に、２以上の前記第１パルスが印加され、
前記第３区間に、２以上の前記第３パルスが印加され、
前記第１パルスのパルス周期をＴａ、前記第２パルスのパルス周期をＴｂ、前記第３パルスのパルス周期をＴｃとしたとき、
Ｔａ＝Ｔｃ
Ｔｂ≦Ｔｃ
であることを特徴とする放電装置。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記第３パルスのパルス数は１〜１０であることを特徴とする放電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記第１パルスのパルス数は１０以下であることを特徴とする放電装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記パルス生成部は、直流電源部の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオン制御によって前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオフ制御によって前記トランスの二次側での前記パルスの発生を行うパルス発生回路を有することを特徴とする放電装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の放電装置において、
前記第２制御部は、前記第２区間の開始時点で、前記トランスの少なくとも一次側のインダクタンスを変更することを特徴とする放電装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の放電装置において、
前記第２制御部は、前記第２区間の開始時点で、前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積期間を変更することを特徴とする放電装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の放電装置において、
前記第２区間の開始時点は、前記第１区間の開始時点から予め設定された時間が経過した時点であることを特徴とする放電装置。
【請求項１６】
請求項１３又は１４記載の放電装置において、
前記パルス制御部は、
前記一対の電極間の電圧に基づいて、前記一対の電極間で放電破壊が実現したことを検出する放電破壊検出部を有し、
前記第２区間の開始時点は、前記放電破壊検出部が前記一対の電極間で前記放電破壊が実現したことを検出してから予め設定した時間が経過した時点であることを特徴とする放電装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記一対の電極のうち、一方の電極は絶縁体によって絶縁された中心電極であり、他方の電極は接地電極であって、
前記絶縁体の表面に接して前記中心電極と前記接地電極とが離間して設置され、
前記絶縁体の表面を介して沿面放電を行うことを特徴とする放電装置。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の放電装置において、
前記一対の電極のうち、一方の電極は絶縁体によって絶縁された中心電極であり、他方の電極は接地電極であって、
前記中心電極と前記接地電極とが空間を介して対向して配置され、
前記中心電極と前記接地電極との間で火花放電を行うことを特徴とする放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧パルスの放電によるプラズマを利用して様々な処理（内燃機関の点火処理、ガス分解処理、脱臭処理、プラズマ成膜処理、プラズマエッチング処理、レーザ発振処理、ガス発生処理等）を行うことができる放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、パルス放電によるプラズマにより、脱臭、殺菌、成膜、有害ガスの分解、発火等を行う技術が適応されるようになってきたが（例えば特許文献１、非特許文献１参照）、プラズマによる処理を効率よく行うためには、高電圧の極めて幅の狭いパルスを供給することが必要である（例えば非特許文献２参照）。
【０００３】
そこで、従来では、高圧、大気圧、低圧中における高速プラズマ処理に、高電圧の極めて幅の狭いパルスを連続して供給する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４９３４０号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０９８５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】応用物理，第６１巻，第１０号，１９９２，ｐ．１０３９〜１０４３，「高電圧パルス放電化学気相成長法によるアモルファスシリコン系薄膜の作製」
【非特許文献２】ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＰＬＡＳＭＩＣ ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．２８，ＮＯ．２，ＡＰＲＩＬ ２０００，ｐ．４３４〜４４２，「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ＮＯｘ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｕｓｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ−Ｗｉｄｔｈ Ｐｕｌｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法で高速プラズマ処理を行う場合、高電圧のパルスを短い周期で連続的に供給する必要があり、供給電力が大きくなるという問題がある。これは、ランニングコストの高価格化につながり、コスト的にも不利である。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、供給電力を低減することができると共に、ランニングコスト等のコストの低廉化を図ることができ、しかも、出力効率を高めることができる放電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】
【０００８】
［１］  本発明に係る放電装置は、一対の電極と、前記一対の電極間にパルスを印加するパルス生成部と、前記一対の電極間に放電を発生させるように前記パルス生成部を制御するパルス制御部とを有する放電装置において、前記パルス制御部は、第１区間において、高エネルギーの１以上の第１パルスを前記一対の電極間に印加して、前記一対の電極間での放電破壊を促進させるように制御する第１制御部と、前記一対の電極間で放電破壊が実現した後の第２区間に、前記第１パルスよりも低エネルギーの２以上の第２パルスを印加して、前記一対の電極間での放電破壊を維持させるように制御する第２制御部とを有することを特徴とする。
【０００９】
［２］  本発明において、前記第１パルスのピーク電圧値をＶａ、前記第２パルスのピーク電圧値をＶｂとしたとき、
Ｖａ＞Ｖｂ
であることが好ましい。
【００１０】
［３］  この場合、前記第２パルスのパルス周波数が１〜４００ｋＨｚであることが好ましい。
【００１１】
［４］  本発明において、前記第１制御部は、前記第１区間に、２以上の前記第１パルスを印加し、前記第１パルスのパルス周期をＴａ、前記第２パルスのパルス周期をＴｂとしたとき、
Ｔａ≧Ｔｂ
であることが好ましい。
【００１２】
［５］  本発明において、前記一対の電極間で放電破壊が実現した段階から前記第２区間までの第３区間に、前記第１パルスが高エネルギーの第３パルスとして前記一対の電極間に印加されるようにしてもよい。
【００１３】
［６］  この場合、前記第１パルスのピーク電圧値をＶａ、前記第３パルスのピーク電圧値をＶｃとし、前記第１パルスの電流の導通期間をＴｉ１、前記第３パルスの電流の導通期間をＴｉ３としたとき、
Ｖａ＞Ｖｃ
Ｔｉ１＜Ｔｉ３
であることが好ましい。
【００１４】
［７］  さらに、前記第２パルスのピーク電流値をＩｂ、前記第３パルスのピーク電流値をＩｃとし、前記第２パルスの電流の導通期間をＴｉ２、前記第３パルスの電流の導通期間をＴｉ３としたとき、
Ｉｂ≦Ｉｃ
Ｔｉ２＜Ｔｉ３
であることが好ましい。
【００１５】
［８］  さらに、前記第２パルスのパルス周波数が１〜４００ｋＨｚであることが好ましい。
【００１６】
［９］  本発明において、前記第１区間に、２以上の前記第１パルスが印加され、前記第３区間に、２以上の前記第３パルスが印加され、前記第１パルスのパルス周期をＴａ、前記第２パルスのパルス周期をＴｂ、前記第３パルスのパルス周期をＴｃとしたとき、
Ｔａ＝Ｔｃ
Ｔｂ≦Ｔｃ
であることが好ましい。
【００１７】
［１０］  本発明において、前記第３パルスのパルス数は１〜１０であることが好ましい。
【００１８】
［１１］  本発明において、前記第１パルスのパルス数は１０以下であることが好ましい。
【００１９】
［１２］  本発明において、前記パルス生成部は、直流電源部の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオン制御によって前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオフ制御によって前記トランスの二次側での前記パルスの発生を行うパルス発生回路を有するようにしてもよい。
【００２０】
［１３］  この場合、前記第２制御部は、前記第２区間の開始時点で、前記トランスの少なくとも一次側のインダクタンスを変更するようにしてもよい。
【００２１】
［１４］  また、前記第２制御部は、前記第２区間の開始時点で、前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積期間を変更するようにしてもよい。
【００２２】
［１５］  前記第２区間の開始時点は、前記第１区間の開始時点から予め設定された時間が経過した時点であってもよい。
【００２３】
［１６］  あるいは、前記パルス制御部は、前記一対の電極間の電圧に基づいて、前記一対の電極間で放電破壊が実現したことを検出する放電破壊検出部を有し、前記第２区間の開始時点は、前記放電破壊検出部が前記一対の電極間で前記放電破壊が実現したことを検出してから予め設定した時間が経過した時点であってもよい。
【００２４】
［１７］  本発明において、前記一対の電極のうち、一方の電極は絶縁体によって絶縁された中心電極であり、他方の電極は接地電極であって、前記絶縁体の表面に接して前記中心電極と前記接地電極とが離間して設置され、前記絶縁体の表面を介して沿面放電を行ってもよい。
【００２５】
［１８］  本発明において、前記一対の電極のうち、一方の電極は絶縁体によって絶縁された中心電極であり、他方の電極は接地電極であって、前記中心電極と前記接地電極とが空間を介して対向して配置され、前記中心電極と前記接地電極との間で火花放電を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る放電装置によれば、供給電力を低減することができると共に、ランニングコスト等のコストの低廉化を図ることができ、しかも、出力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態に係る放電装置を示す構成図である。
【図２】本実施の形態に係る放電装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】パルス発生回路の動作を示すタイムチャートである。
【図４】インダクタンス変更部による制御の一例を示す説明図である。
【図５】本実施の形態に係る放電装置の処理動作を示すタイムチャートである。
【図６】変形例に係る放電装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】本実施の形態に係る放電装置を点火装置に適用した例を示し、特に、点火装置が使用されるエンジンの主要部を示す構成図である。
【図８】沿面放電型の点火プラグの一例を一部省略して示す断面図である。
【図９】沿面放電型の点火プラグの一例を一部省略して示す斜視図である。
【図１０】火花放電型の点火プラグを示す側面図である。
【図１１】パルス電源の一例を示すブロック図である。
【図１２】パルス発生回路の他の例を示す回路図である。
【図１３】第１実施例〜第４実施例で使用されるアーク放電計時回路の構成を、本実施の形態に係る放電装置と共に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る放電装置の実施の形態例を図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００２９】
本実施の形態に係る放電装置１０は、図１に示すように、例えばプラズマ処理室１２内等に設置される一対の電極１４ａ及び１４ｂ（陰極１４ａ及び陽極１４ｂ）と、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間にパルスを印加するパルス生成部１６と、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に放電を発生させるようにパルス生成部１６を制御するパルス制御部１８とを有する。
【００３０】
パルス生成部１６は、例えば図２に示すようなパルス発生回路２０を有する。このパルス発生回路２０は、直流電源部２２の両端に直列接続されたトランス２４、ＳＩサイリスタ２６及びスイッチング素子２８を有する。トランス２４の一次巻線３０における一方の第１端子３２ａに直流電源部２２の正極が接続され、トランス２４の一次巻線３０における他方の第１端子３２ｂにＳＩサイリスタ２６のアノードが接続されている。また、ＳＩサイリスタ２６のゲートと一次巻線３０の一方の第１端子３２ａ間には、ダイオード３４と抵抗３６が並列に接続されている。なお、ダイオード３４は、カソードが一次巻線３０の一方の第１端子３２ａに接続され、アノードがＳＩサイリスタ２６のゲートに接続されている。
【００３１】
スイッチング素子２８は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等によって構成され、そのゲート電極に入力端子３８が接続され、この入力端子３８にパルス制御部１８からの制御信号（オン信号Ｓｏｎ／オフ信号Ｓｏｆｆ）が供給されるようになっている。
【００３２】
また、トランス２４の二次巻線４０の一方の第２端子４２ａに一方の電極１４ａ（陰極）が接続され、二次巻線４０の他方の第２端子４２ｂに他方の電極１４ｂ（陽極）接続されている。
【００３３】
さらに、例えば二次巻線４０の他方の第２端子４２ｂと他方の電極１４ｂとの間にダイオード４４が接続されている。ダイオード４４の接続方向は、高電圧パルスの発生に伴って、電流が二次巻線４０→他方の第２端子４２ｂ→他方の電極１４ｂ（陽極）と流れる場合に、その順方向にダイオード４４が接続されている。すなわち、ダイオード４４は、アノードが他方の第２端子４２ｂに接続され、カソードが他方の電極１４ｂに接続されている。
【００３４】
ここで、パルス発生回路２０での回路動作を図３を参照しながら説明する。
先ず、図３のサイクル１の開始時点ｔａにおいて、パルス制御部１８からパルス発生回路２０の入力端子３８に対してオンを示す制御信号（オン信号Ｓｏｎ：例えば高レベル信号）が供給されると、スイッチング素子２８がオンとなり、これにより、ＳＩサイリスタ２６はターンオンを経てオンとなる。ＳＩサイリスタ２６がオンとなることによって、トランス２４に直流電源部２２の電圧Ｅとほぼ同じ電圧が印加され、トランス２４の一次インダクタンスをＬ１としたとき、トランス２４の一次巻線３０に流れる電流Ｉ１は勾配（Ｅ／Ｌ１）で時間の経過に伴って直線状に増加し、トランス２４への誘導エネルギーの蓄積が行われる。
【００３５】
このとき、ＳＩサイリスタ２６がオンとなっている期間（オン期間Ｔｏｎ）においては、二次側にダイオード４４が接続されて電流の流れが遮断されていることから、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧Ｖ２は基準電圧Ｖｘとなっている。基準電圧Ｖｘは、一対の電極１４ａ及び１４ｂがキャパシタと等価になること等に起因して発生する電圧であり、プラズマ処理の種類によって異なる。
【００３６】
その後、一次側の電流Ｉ１の値が予め決められたピーク値（波高値）Ｉｐ１となった時点ｔｂにおいて、パルス制御部１８からパルス発生回路２０の入力端子３８に対してオフを示す制御信号（オフ信号Ｓｏｆｆ：例えば低レベル信号）が供給されると、スイッチング素子２８がオフとなり、これにより、ＳＩサイリスタ２６はターンオフを経てオフとなる。ＳＩサイリスタ２６がターンオフとなることによって、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間への高電圧パルスＰの供給が開始される。ここで、直流電源部２２の電圧をＥ、スイッチング素子２８がオンとなっている期間（オン期間）をＴｏｎ、トランス２４の一次インダクタンスをＬ１としたとき、ピーク値Ｉｐ１は、
Ｉｐ１＝Ｅ×Ｔｏｎ／Ｌ１
となる。
【００３７】
そして、ＳＩサイリスタ２６がオフになることによってトランス２４にパルス状の誘導起電力Ｖｐ１が発生し、これに伴って、二次側の電流Ｉ２がダイオード４４の順方向に急激に流れ、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間には誘導起電力Ｖｐ１に応じたパルス状の高電圧Ｖｐ２（高電圧パルスＰ）が印加されることになる。
【００３８】
その後、高電圧Ｖｐ２のピークの時点を過ぎると、プラズマ処理室１２においてエネルギーが消費されることから、二次側の電流Ｉ２は徐々に減衰し、予め決められたオフ期間Ｔｏｆｆ（スイッチング素子２８をオフにする期間）が経過する前の時点で基準レベル（０（Ａ））になる。従って、時点ｔｂから基準レベルに到達する時点までの時間が電流の導通期間Ｔｉとなる。
【００３９】
オフ期間Ｔｏｆｆが経過した時点でサイクル２が開始され、上述したサイクル１と同様の動作が繰り返される。
【００４０】
次に、パルス制御部１８について説明する。パルス制御部１８は、パルス発生回路２０のスイッチング素子２８にオン信号Ｓｏｎ及びオフ信号Ｓｏｆｆを供給するスイッチング制御部５０と、第１制御部５２と、第２制御部５４と、第１時間計測部５６と、制御切替部５８とを有する。
【００４１】
第１制御部５２は、プラズマ処理の各サイクル（図３のサイクル１、サイクル２とは異なる）における第１区間Ｔ１（図５参照）において、高エネルギーの１以上の第１パルスＰ１を一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に印加して、該一対の電極１４ａ及び１４ｂ間での放電破壊を促進させるように制御する。
【００４２】
この第１制御部５２は、第１区間Ｔ１において、スイッチング素子２８をオンさせるオンタイミング信号Ｓｏ１を生成する第１オンタイミング生成部６０と、第１区間Ｔ１において、スイッチング素子２８をオフさせるオフタイミング信号Ｓｆ１を生成する第１オフタイミング生成部６２とを有する。例えば第１オフタイミング生成部６２は、第１オンタイミング生成部６０からのオンタイミング信号Ｓｏ１を、予め設定された時間だけ遅延させてオフタイミング信号Ｓｆ１として出力する。スイッチング制御部５０は、第１オンタイミング生成部６０からのオンタイミング信号Ｓｏ１に基づいてスイッチング素子２８をオンにし、第１オフタイミング生成部６２からのオフタイミング信号Ｓｆ１に基づいてスイッチング素子２８をオフにする。従って、第１オフタイミング生成部６２からのオフタイミング信号Ｓｆ１の出力周期が、第１パルスＰ１のパルス周期Ｔａ（＝１／パルス周波数）となる。また、図示しないがオンタイミング信号Ｓｏ１の出力時点からオフタイミング信号Ｓｆ１の出力時点までの時間が、第１パルスＰ１のための誘導エネルギーの蓄積期間に相当することとなる。
【００４３】
第２制御部５４は、プラズマ処理の各サイクル中、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で放電破壊が実現した後の第２区間Ｔ２（図５参照）において、第１パルスＰ１よりも低エネルギーの２以上の第２パルスＰ２を印加して、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間での放電破壊を維持させるように制御する。
【００４４】
この第２制御部５４は、第２区間Ｔ２において、スイッチング素子２８をオンさせるオンタイミング信号Ｓｏ２を生成する第２オンタイミング生成部６４と、第２区間Ｔ２において、スイッチング素子２８をオフさせるオフタイミング信号Ｓｆ２を生成する第２オフタイミング生成部６６とを有する。この場合も、例えば第２オフタイミング生成部６６は、第２オンタイミング生成部６４からのオンタイミング信号Ｓｏ２を、予め設定された時間だけ遅延させてオフタイミング信号Ｓｆ２として出力する。スイッチング制御部５０は、第２オンタイミング生成部６４からのオンタイミング信号Ｓｏ２に基づいてスイッチング素子２８をオンにし、第２オフタイミング生成部６６からのオフタイミング信号Ｓｆ２に基づいてスイッチング素子２８をオフにする。従って、第２オフタイミング生成部６６からのオフタイミング信号Ｓｆ２の出力周期が、第２パルスＰ２のパルス周期Ｔｂ（＝１／パルス周波数）となる。また、図示しないが、オンタイミング信号Ｓｏ２の出力時点からオフタイミング信号Ｓｆ２の出力時点までの時間が、第２パルスＰ２のための誘導エネルギーの蓄積期間に相当することとなる。従って、第２オンタイミング生成部６４及び第２オフタイミング生成部６６は、誘導エネルギーの蓄積期間を変更する蓄積期間変更部６８を構成することになる。
【００４５】
また、第２制御部５４は、第２区間Ｔ２の開始時点ｔ２で、トランス２４の少なくとも一次巻線３０のインダクタンスＬ１を変更するインダクタンス変更部７０を有する。一次巻線３０のインダクタンスＬ１を変更する方式としては、例えば図４に示すように、トランス２４の一次巻線３０に１以上のタップ端子７２を接続しておき、一次巻線３０の他方の第１端子３２ｂ及び１以上のタップ端子７２のうち、いずれかの端子をマルチプレクサ等のスイッチング装置７４により、選択的にＳＩサイリスタ２６のアノードに接続する方式を好ましく採用することができる。あるいは、特開２００７−１４０８９号公報の図１１以降の実施の形態に示すように、２つのトランスを切り換え制御するようにしてもよい。
【００４６】
第１時間計測部５６は、プラズマ処理の各サイクルの開始時点（第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１）で第１切替信号Ｓｃ１を出力し、第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１から基準クロックｃｌｋを計数して、第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１から予め設定された時間が経過した時点（第２区間Ｔ２の開始時点ｔ２）で第２切替信号Ｓｃ２を出力する。
【００４７】
制御切替部５８は、第１時間計測部５６からの第１切替信号Ｓｃ１の入力に基づいて、第２制御部５４による制御を停止し、第１制御部５２による制御を開始するように指示信号を出力する。また、第１時間計測部５６からの第２切替信号Ｓｃ２の入力に基づいて、第１制御部５２による制御を停止し、第２制御部５４による制御を開始するように指示信号を出力する。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る放電装置１０の処理動作について図５のタイムチャートも参照しながら説明する。なお、図５においては、説明を簡潔にするために、トランス２４の一次側での信号波形を省略し、トランス２４の二次側に発生する電圧波形（図５の上段参照）と電流波形（図５の下段参照）を模式的に示す。
【００４９】
先ず、図５に示すように、プラズマ処理の各サイクルの開始時点（第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１）において、第１制御部５２による制御が開始され、パルス生成部１６から高エネルギーの第１パルスＰ１が生成されて、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に印加される。第１パルスＰ１は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間でアーク放電が発生していない段階では、電圧Ｖ２が急峻に立ち上がり、且つ、急峻に立ち下がるインパルス的な電圧波形となり、電流Ｉ２も急峻に立ち上がり、電圧波形ほどではないが、やや急峻に立ち下がる電流波形となる。第１パルスＰ１の生成は少なくとも１回行われる。
【００５０】
一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に高エネルギーの第１パルスＰ１が印加されると、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に放電が引き起こされる。すなわち、第１パルスＰ１の印加時間が所定時間に達すると、正イオンが陰極１４ａに衝突する際に放出された２次電子によって新たな正イオンを発生させるグロー放電が引き起こされる。一方、第１パルスＰ１の立ち上がり時の電圧Ｖ２の上昇率（電圧上昇率（ｄＶ２／ｄｔ））が概ね３０〜５００ｋＶ／μｓである場合、陽極１４ｂから陰極１４ａへ向かうストリーマの成長が始まり、第１パルスＰ１の印加時間がさらに長くなると、ストリーマが本格的に成長し、陽極１４ｂと陰極１４ａとの間に枝分かれした長いストリーマが存在する状態となる。そして、第１パルスＰ１の印加時間がさらに長くなると、局部的な電流集中が発生し、最終的にアーク放電（放電破壊）が引き起こされる。１回の第１パルスＰ１の印加でアーク放電に達する場合もあるし、複数回の第１パルスＰ１の印加でアーク放電に達する場合もある。
【００５１】
アーク放電に達すると、一対の電極１４ａ及び１４ｂにおいて放電破壊が実現され、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間のインピーダンスが低下する。そのため、放電破壊が実現した後の第１パルスＰ１は、ピーク電圧値が低下する。エネルギー保存の関係から、電流の導通期間が長くなり、そのため、電流はなだらかに時間をかけて立ち下がる電流波形となる。すなわち、放電破壊が実現した後の第１パルスＰ１は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で放電破壊が実現されていない段階での第１パルスＰ１の波形とは異なった波形となる。なお、以下の説明では、放電破壊が実現した時点ｔ３から第２区間Ｔ２の開始時点ｔ２までの期間（第３区間）を放電破壊実現期間Ｔ３と記し、第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１から放電破壊が実現した時点ｔ３までの期間を放電破壊準備期間Ｔ１−Ｔ３と記し、放電破壊実現期間Ｔ３に出力されるパルスを第３パルスＰ３と記す。また、第２区間Ｔ２を放電破壊維持期間と記す場合もある。
【００５２】
そして、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で放電破壊が実現した後、第２区間Ｔ２の開始時点ｔ２から、今度は第２制御部５４による制御が開始される。
【００５３】
第２制御部５４での制御が開始されると、第１パルスＰ１とは異なったパルス周期（＝１／パルス周波数）あるいは第１パルスＰ１と同じパルス周期で低エネルギーの第２パルスＰ２が生成されて、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に印加される。第２パルスＰ２は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で実現した放電破壊を低エネルギーで維持させるために印加される。具体的には、第２パルスＰ２は、電流Ｉ２の導通期間が短く、それに合わせて、立ち下りの傾きも大きくなっている。電流Ｉ２の導通期間は、第２制御部５４における第２オンタイミング生成部６４からのオンタイミング信号Ｓｏ２の出力時点から第２オフタイミング生成部６６からのオフタイミング信号Ｓｆ２の出力時点までの時間、すなわち、第２パルスＰ２のための誘導エネルギーの蓄積期間を短く設定することにより実現され、電流波形の立ち下りの傾きは、第２制御部５４おけるインダクタンス変更部７０による例えば一次巻線３０のインダクタンスＬ１を変更する（この場合、小さくする）ことによって実現される。また、第２パルスＰ２のパルス周波数は、電流Ｉ２の導通期間が設定された後のオンタイミング信号Ｓｏ２の出力周波数を設定することにより実現される。
【００５４】
第２制御部５４によって設定される電流Ｉ２の導通期間、電流Ｉ２の立ち下りの傾き、第２パルスＰ２のパルス周波数は、事前に、プラズマ処理の種類、反応種等に基づいて実験、シミュレーション等を行って、それぞれ最適な範囲を求めておき、実施されるプラズマ処理の種類、反応種等に基づいて、予め求めておいた最適な範囲から適宜選択して設定することが好ましい。
【００５５】
具体的には、先ず、第１パルスＰ１のピーク電圧値をＶａ、第２パルスＰ２のピーク電圧値をＶｂとしたとき、
Ｖａ＞Ｖｂ
である。この場合、（１／３０００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖａであることが好ましく、さらに好ましくは（１／１０００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜（３／４）×Ｖａであり、特に好ましくは、（１／６００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜（１／２）×Ｖａである。原理的には、第１パルスＰ１のピーク電流値Ｉａと第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂはほぼ同じであることから、上述の範囲に設定することで、第２パルスＰ２が出力される第２区間Ｔ２の単位時間当たりの供給電力は、第１パルスＰ１が出力される第１区間Ｔ１の単位時間当たりの供給電力よりも低くなる。
【００５６】
第１パルスＰ１のパルス周期をＴａ、第２パルスＰ２のパルス周期をＴｂとしたとき、
Ｔａ≧Ｔｂ
である。この場合、第２パルスＰ２のパルス周波数（＝１／パルス周期Ｔｂ）は１〜４００ｋＨｚが好ましく、さらに好ましくは１０〜４００ｋＨｚであり、特に好ましくは２００〜３００ｋＨｚである。第２パルスＰ２のパルス周波数が低すぎると、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で実現した放電破壊を維持できなくなる。パルス周波数が高すぎると、単位時間当たりの供給電力が大きくなり、供給電力の低減化が不十分になるおそれがある。
【００５７】
第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａ、第３パルスＰ３のピーク電圧値Ｖｃ、第１パルスＰ１の電流Ｉ２の導通期間Ｔｉ１、第３パルスＰ３の電流Ｉ２の導通期間Ｔｉ３は、
Ｖａ＞Ｖｃ
Ｔｉ１＜Ｔｉ３
の関係を有することが好ましい。なお、第１パルスＰ１のピーク電流値をＩａ、第３パルスＰ３のピーク電流値をＩｃとしたとき、ピーク電流値Ｉａ及びＩｃとはほぼ同一である。
【００５８】
第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂ、第３パルスＰ３のピーク電流値Ｉｃ、第２パルスＰ２の電流Ｉ２の導通期間Ｔｉ２、第３パルスＰ３の電流Ｉ２の導通期間Ｔｉ３は、
Ｉｂ≦Ｉｃ
Ｔｉ２＜Ｔｉ３
の関係を有することが好ましい。これにより、第２パルスＰ２が出力される第２区間Ｔ２の単位時間当たりの供給電力は、第３パルスＰ３が出力される放電破壊実現期間Ｔ１ｂの単位時間当たりの供給電力よりも低くなる。この場合、第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂの上限は、（５／６）×Ｉｃが好ましく、さらに好ましくは（２／３）×Ｉｃであり、特に好ましくは（１／２）×Ｉｃである。また、（１／１００）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（５／６）×Ｔｉ３が好ましく、さらに好ましくは（１／５０）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（２／３）×Ｔｉ３であり、特に好ましくは（１／２０）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（１／２）×Ｔｉ３である。
【００５９】
第１パルスＰ１のパルス周期Ｔａ、第２パルスＰ２のパルス周期Ｔｂ、第３パルスＰ３のパルス周期Ｔｃは、
Ｔａ＝Ｔｃ
Ｔｂ≦Ｔｃ
であることが好ましい。なお、第２パルスＰ２のパルス周波数（＝１／パルス周期Ｔｂ）は、上述したように、１〜４００ｋＨｚが好ましく、さらに好ましくは１０〜４００ｋＨｚであり、特に好ましくは２００〜３００ｋＨｚである。
【００６０】
また、第１パルスＰ１のパルス数は１０以下であることが好ましい。第１パルスＰ１のパルス数が多すぎると、高エネルギーの期間が長くなり、供給電力の低減化が不十分になるおそれがある。第１パルスＰ１のパルス数が０の場合もあり得る。これは、１回目の第１パルスＰ１の印加の途中でアーク放電に達した場合、放電破壊実現期間Ｔ３でのパルスとなるので、この第１回目のパルスは、第３パルスＰ３として一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に印加されることになるからである。
【００６１】
第３パルスＰ３のパルス数は１〜１０であることが好ましい。第３パルスＰ３は、実質的には高エネルギーの第１パルスＰ１であるから、パルス数が多すぎると、高エネルギーの期間が長くなり、供給電力の低減化が不十分になるおそれがある。
【００６２】
上述の第１パルスＰ１の数及び第３パルスＰ３の数は、第１パルスＰ１のパルス周期Ｔａと、第１時間計測部５６に設定される時間（第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１から第２区間Ｔ２の開始時点ｔ２までの時間）とによって決定される。
【００６３】
ここで、以下に示す参考例と実施例の出力効率の違いについて説明する。
参考例は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の放電破壊が実現した後の第２区間Ｔ２も第３パルスＰ３を一対の電極１４ａ及び１４ｂに連続供給して放電破壊を維持させた。実施例は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の放電破壊が実現した後の第２区間Ｔ２に第２パルスＰ２を一対の電極１４ａ及び１４ｂに連続供給して放電破壊を維持させた。
【００６４】
第３パルスＰ３と第２パルスＰ２のパラメータの違いは以下の通りである。すなわち、第３パルスＰ３について、パルス周波数をＦ３、ピーク電圧値をＶｃ、ピーク電流値をＩｃ、電流の導通期間をＴｉ３とし、第２パルスＰ２について、パルス周波数をＦ２、ピーク電圧値をＶｂ、ピーク電流値をＩｂ、電流の導通期間をＴｉ２としたとき、以下の関係を有する。
Ｆ３＝２００ｋＨｚ
Ｆ２＝２００ｋＨｚ
Ｖｃ＝Ｖｂ
Ｉｃ＝Ｉｂ
Ｔｉ２＝Ｔｉ３／１０
【００６５】
この場合、実施例は、参考例と比して電流の導通期間が１／１０で済んでいるため、単位時間当たりの供給電力（一対の電極１４ａ及び１４ｂへの供給電力）を参考例の１／１０にまで低く抑えることができる。
【００６６】
つまり、放電破壊を維持することができる出力電力をＰｘ、参考例の供給電力をＰｙとしたとき、参考例の出力効率はＰｘ／Ｐｙであるのに対して、実施例では、供給電力がＰｙ／１０になることから、実施例の出力効率は１０Ｐｘ／Ｐｙとなり、出力効率を向上させることができることがわかる。また、実施例について、第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂ、ピーク電流値Ｉｂ、パルス周波数Ｆ２、電流の導通期間Ｔｉ２を、上述した好ましい範囲内で適宜選択することで、単位時間当たりの供給電力の低減の度合いを様々に変化させることができる。
【００６７】
上述のように、本実施の形態に係る放電装置１０は、第１区間Ｔ１において、高エネルギーの１以上の第１パルスＰ１を一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に印加して、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間での放電破壊を促進させるように制御する第１制御部５２と、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で放電破壊が実現した後の第２区間Ｔ２に、第１パルスＰ１よりも低エネルギーの２以上の第２パルスＰ２を印加して、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間での放電破壊を維持させるように制御する第２制御部５４とを有するようにしたので、供給電力を低減することができると共に、ランニングコスト等のコストの低廉化を図ることができ、しかも、出力効率を高めることができる。
【００６８】
次に、変形例に係る放電装置１０ａについて図６を参照しながら説明する。この変形例に係る放電装置１０ａは、図６に示すように、上述した実施の形態に係る放電装置１０とほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【００６９】
すなわち、パルス制御部１８は、さらに、放電破壊検出部７６を有し、上述した第１時間計測部５６に代えて第２時間計測部７８を有する。
【００７０】
放電破壊検出部７６は、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧に基づいて、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間で放電破壊が実現したことを検出する。具体的には、例えば一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧が予め設定されたしきい値電圧以下になった時点で検出信号Ｓｄを出力する。しきい値電圧は、予め一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に高電圧パルスを印加して放電破壊が生じた際の一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧を測定する作業を複数回行って、その平均値をとり、さらに、平均値に例えば平均値の１／１００〜１／１０の電圧を加算してしきい値電圧とする。１／１００〜１／１０のうち、いずれの割合を採用するかは、プラズマ処理の種類によって適宜選択することができる。
【００７１】
第２時間計測部７８は、プラズマ処理の各サイクルの開始時点（第１区間Ｔ１の開始時点ｔ１）で第１切替信号Ｓｃ１を出力し、放電破壊検出部７６からの検出信号Ｓｄの入力に基づいて、該検出信号Ｓｄの入力時点から予め設定された時間（第１時間計測部５６での予め設定された時間とは異なり、０時間を含む）が経過した時点で第２切替信号Ｓｃ２を出力する。
【００７２】
この変形例においては、上述した実施の形態に係る放電装置１０の効果を奏するほか、放電破壊が確実に実現してから第２制御部５４での制御へ移行させることができるため、信頼性の向上を図ることができる。
【００７３】
次に、上述した放電装置１０を点火装置１００に適用した例について図７〜図１１を参照しながら説明する。
【００７４】
先ず、本実施の形態に係る点火装置１００が使用されるエンジン１０２の主要部について図７を参照しながら説明する。
【００７５】
エンジン１０２は、例えば図７に示すように、吸気管１０４、吸気バルブ１０６、燃焼室１０８、排気管１１０、排気バルブ１１２、シリンダ１１４、ピストン１１６及び本実施の形態に係る点火装置１００を有する。点火装置１００は、点火プラグ１１８と、パルス電源１２０とを有する。
【００７６】
点火プラグ１１８は、碍子１２２（絶縁体）と、接地電位とは碍子１２２によって絶縁された中心電極１２４と、主体金具１２６とを有し、碍子１２２の表面を介して沿面放電を行う。主体金具１２６は接地電極１２８として機能する。
【００７７】
碍子１２２は、図８及び図９に示すように、例えば円錐台形状の突出構造物１３０と例えば円筒状の絶縁構造物１３２（中心電極１２４と主体金具１２６とを電気的に絶縁するための構造物）とを備える。突出構造物１３０の表面は、絶縁体露出面１３４を構成する。
【００７８】
中心電極１２４は、先端に設けられたキャップ１３６と該キャップ１３６から碍子１２２を貫通する棒形状体１３８とを備える。キャップ１３６の表面、特に、碍子１２２の突出構造物１３０と対向する面と側周面は、第１導電体露出面１４０を構成し、沿面放電の始点又は終点となる。
【００７９】
中心電極１２４は、碍子１２２により、主体金具１２６から電気的に絶縁され、主体金具１２６の中心軸１４２に沿って機械的に固定される。
【００８０】
棒形状体１３８は、例えば丸棒形状を有する。棒形状体１３８は、碍子１２２に埋設され、中心軸１４２の方向に延在する。棒形状体１３８は、少なくとも突出構造物１３０の根元１４４（図８において破線で示す）から先端１４６までの区間の内部に埋設される。これにより、主体金具１２６と棒形状体１３８とが突出構造物１３０により隔てられ、沿面放電の放電経路が存在する空間に誘電体バリア放電が発生する。棒形状体１３８は、絶縁構造物１３２の内部にも至る。
【００８１】
特に、上述した碍子１２２の突出構造物１３０は、根元１４４から先端１４６へ向かって径が細くなる先細り形状（テーパー形状）を持つ。これにより、先端１４６側において棒形状体１３８を被覆する絶縁体が薄くなり、誘電体バリア放電が促進され、沿面放電が発生しやすくなる。また、主体金具１２６の開口に近づく根元１４４側において棒形状体１３８を被覆する絶縁体が厚くなり、棒形状体１３８の絶縁が容易になる。
【００８２】
キャップ１３６は、碍子１２２の外部に露出し、突出構造物１３０の先端１４６に配置される。キャップ１３６の先端側は、丸められる。これにより、キャップ１３６の先端側の磨耗が抑制される。キャップ１３６の根元から突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿って延びるつば（ｐｅａｋ）１４８が設けられている。これにより、キャップ１３６の根元部分に末広がりの収容空間が形成される。収容空間には、突出構造物１３０の先端１４６が収容され、これにより、キャップ１３６が突出構造物１３０に固定される。
【００８３】
主体金具１２６は、例えば円筒形状を有し、碍子１２２の絶縁構造物１３２を収容する中空部１５０を有する。主体金具１２６の表面、特に、碍子１２２の突出構造物１３０と対向する面及び先端面は第２導電体露出面１５２を構成し、沿面放電の始点又は終点となる。
【００８４】
なお、突出構造物１３０の径が一定である場合、又は、突出構造物１３０が根元１４４から先端１４６へ向かって径が太くなる先太り形状（逆テーパー形状）を持つ場合であっても、プラズマを大きく広げるという点火プラグ１１８の効用は完全には失われない。
【００８５】
絶縁構造物１３２は、主体金具１２６の中空部１５０内に固定されることで、碍子１２２が主体金具１２６に対して固定される。突出構造物１３０が主体金具１２６の開口から突出する状態で保持される。なお、突出構造物１３０と絶縁構造物１３２とは一体物でなく、それぞれ別体でもよい。
【００８６】
碍子１２２を構成する絶縁体としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスが採用されてもよいし、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等の樹脂が採用されてもよい。碍子１２２の材質は、望ましくは比誘電率が１０以上の絶縁体から選択される。これにより、誘電体バリア放電が促進され、沿面放電が発生しやすくなる。
【００８７】
主体金具１２６及び中心電極１２４を構成する導電体としては、白金等の金属が採用されてもよいし、ステンレス鋼、ニッケル合金等の合金が採用されてもよいし、導電性セラミックスが採用されてもよい。
【００８８】
そして、点火プラグ１１８は、図７に示すように、その先端部分が燃焼室１０８内に露出させて設置される。図７の例では、燃焼室１０８のうち、ピストン１１６のほぼ軸線上の位置に点火プラグ１１８を設置した例を示す。
【００８９】
パルス電源１２０は、点火プラグ１１８の中心電極１２４と主体金具１２６（接地電極１２８）との間にパルス電圧を複数回印加し、放電を発生させる。パルス電源１２０の負極と点火プラグ１１８の接地電極１２８とがそれぞれ接地され、パルス電源１２０の正極と点火プラグ１１８の中心電極１２４とがケーブル等を介して電気的に接続される。もちろん、パルス電源１２０の正極、負極と、点火プラグ１１８の中心電極１２４、接地電極１２８との接続は、上記とは逆の組み合わせでもよい。
【００９０】
ここで、エンジン１０２の動作を簡単に説明すると、先ず、吸気バルブ１０６が開いて、ピストン１１６が燃焼室１０８から遠ざかる方向に移動することによって、燃焼室１０８内に燃料（混合気）が導入される。このとき、燃焼室１０８内では混合気の導入に伴って、混合気の流動（ガス流動）が発生する。その後、ピストン１１６が下死点まで移動した段階で吸気バルブ１０６を閉じる。この状態でも慣性によってガス流動が生じている。その後、ピストン１１６が燃焼室１０８に向かって移動することで、燃焼室１０８の圧力が高められる。この状態でも慣性によってガス流動が生じている。このとき、パルス電源１２０において発生したパルス電圧が、点火プラグ１１８の中心電極１２４と接地電極１２８との間に印加される。パルス電圧が点火プラグ１１８の中心電極１２４と接地電極１２８との間に印加されると、突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿う沿面放電（アーク放電）が発生する。
【００９１】
この沿面放電により、プラズマが生成する。プラズマの生成と同時に又はプラズマの生成の後に火炎が誘発され、燃焼室１０８内の混合気への点火が行われ、混合気の流動（ガス流動）に沿ってアーク放電による火炎が進展、広がることとなる。混合気が燃焼すると、図示しないが、発生した排気ガスが排気バルブ１１２及び排気管１１０を介して外部へと排出されると共に、混合気が燃焼室１０８内に再び導入されることになる。
【００９２】
沿面放電による点火は、沿面放電以外の放電による点火と比較して、放電開始電圧が低くなる。そのため、中心電極１２４を被覆する絶縁体を薄くでき、点火プラグ１１８の径を細くすることができる。また、碍子１２２のくすぶり（ｃａｒｂｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔ）（混合気の燃焼によって碍子１２２の表面に付着した炭素）を、沿面放電により焼き払うことができる。これにより、くすぶりによる失火等を防止することができる。
【００９３】
突出構造物１３０は、根元１４４から先端１４６に向かって中心軸１４２に沿って延在する。中心電極１２４の中心軸１４２は、まっすぐに延在するが、若干曲がってもよい。
【００９４】
点火プラグ１１８を燃焼室１０８に取り付ける場合、突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４、主体金具１２６の第２導電体露出面１５２及びキャップ１３６の第１導電体露出面１４０を、外部空間の燃焼室１０８に露出させる。これにより、突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿う沿面放電が発生した場合に、沿面放電により、燃焼室１０８にプラズマが生成し、燃焼室１０８を満たす混合気への点火が行われる。
【００９５】
突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４は、根元１４４側の境界１５４から先端１４６側の境界１５６まで連続する。これにより、根元１４４側の境界１５４と先端１４６側の境界１５６とを結び突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿う沿面放電の経路が形成される。沿面放電の放電開始電圧は低い。従って、沿面放電の経路が形成された場合は、放電開始電圧が低くなり、放電距離が長くなる。放電距離が長くなった場合は、プラズマが大きく広がる。これにより、希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件であっても混合気に安定して点火することができる。
【００９６】
突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４と主体金具１２６の第２導電体露出面１５２とは、根元１４４側の境界１５４において接し、且つ、円周状の根元１４４側の境界１５４を挟んで連続する。これにより、主体金具１２６の第２導電体露出面１５２を始点又は終点とする放電が突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿って伸展する。
【００９７】
突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４及びキャップ１３６の第１導電体露出面１４０は、先端１４６側の境界１５６において接し、且つ、円周状の先端１４６側の境界１５６を挟んで連続する。これにより、キャップ１３６の第１導電体露出面１４０を始点又は終点とする放電が突出構造物１３０の絶縁体露出面１３４に沿って伸展する。
【００９８】
根元１４４側の境界１５４と先端１４６側の境界１５６とは、中心軸１４２の方向に離間している。また、突出構造物１３０の最大径Ｄは、望ましくは、根元１４４側の境界１５４から先端１４６側の境界１５６までの中心軸１４２方向の最短距離Ｌより小さい。これにより、点火プラグ１１８の径が細くなり、点火プラグ１１８が占有する体積が減少する。但し、最大径Ｄが最短距離Ｌより細くない場合もプラズマを大きく広げるという点火プラグ１１８の効用は完全には失われない。突出構造物１３０の最大径Ｄは、中心軸１４２に垂直な径方向の突出構造物１３０の寸法の最大値である。突出構造物１３０の最大径Ｄが細くなることは、中心電極１２４の絶縁性を若干低下させる。しかし、点火プラグ１１８においては、沿面放電の利用により放電開始電圧が低下しているので、中心電極１２４の絶縁性が若干低下しても大きな問題は生じない。
【００９９】
点火プラグ１１８が占有する体積が減少することは、燃焼室１０８に２個以上の点火プラグ１１８を取り付けることを容易にし、混合気への多点点火を容易にする。多点点火によれば、希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件であっても混合気に安定して点火することができる。
【０１００】
点火プラグ１１８としては、上述した沿面放電型の点火プラグのほか、火花放電型の点火プラグ１１８ａを用いてもよい。
【０１０１】
火花放電型の点火プラグ１１８ａは、図１０に示すように、高電圧パルスが印加され、接地電位とは碍子１２２によって絶縁された概ね棒状の中心電極１２４と、該中心電極１２４の概ね延長上に放電ギャップ１５８（空間）を介して配置された接地電極１２８と、接地電極１２８が接続される主体金具１２６とを有する。すなわち、点火プラグ１１８ａは、棒状の中心電極１２４と、該中心電極１２４を覆う筒状の碍子１２２と、該碍子１２２を保持する金属製の筒状の主体金具１２６と、該主体金具１２６に取付けた接地電極１２８と、中心電極１２４の後端部に電気的に接続した端子部１６０とを有する。主体金具１２６に接続された接地電極１２８は途中から屈曲し、その先端部１２８ａが中心電極１２４の先端と対向するように延在している。
【０１０２】
この場合も、パルス電圧が点火プラグ１１８ａの中心電極１２４と接地電極１２８との間に印加されると、中心電極１２４と接地電極１２８間において火花放電（アーク放電）が発生し、このアーク放電により、プラズマが生成する。プラズマの生成と同時に又はプラズマの生成の後に火炎が誘発され、燃焼室１０８内の混合気への点火が行われ、混合気の流動（ガス流動）に沿ってアーク放電による火炎が進展、広がることとなる。
【０１０３】
そして、本実施の形態に係る点火装置１００のパルス電源１２０は、図１１に示すように、中心電極１２４と接地電極１２８間にパルス電圧を印加する上述したパルス生成部１６と、中心電極１２４と接地電極１２８間に放電を発生させるようにパルス生成部１６を制御する上述したパルス制御部１８とを有する。パルス生成部１６及びパルス制御部１８については詳述したので、ここではその重複説明を省略する。
【０１０４】
この点火装置１００は、本実施の形態に係る放電装置１０を適用しているため、供給電力を低減することができると共に、ランニングコスト等のコストの低廉化を図ることができ、しかも、出力効率を高めることができる。
【０１０５】
なお、上述の例では、パルス発生回路２０を、直流電源部２２の両端に直列接続されたトランス２４、ＳＩサイリスタ２６及びスイッチング素子２８を有する構成としたが、これに限定する必要はなく、図１２に示すように、パルス発生回路２０を、直流電源部２２と、該直流電源部２２の両端に直列接続されたトランス２４と１つのスイッチ１６２とを有する構成にしてもよい。そして、パルス制御部１８からの制御信号に基づいて、スイッチ１６２をＯＮ／ＯＦＦ制御してもよい。
【実施例１】
【０１０６】
［第１実施例］
比較例、実施例１〜１９について、第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａと第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂとの関係を変化させて、アーク放電の持続時間及びアーク放電時の１パルス当たりの供給電力を評価した。
【０１０７】
（実施例１）
第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の各パルス周波数を共に２００ｋＨｚとし、第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａと第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂとの関係をＶｂ＝（１／３５００）Ｖａとした。
（実施例２〜１９）
実施例２〜１９は、第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａと第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂとの関係を下記表１に示す関係とした点以外は実施例１と同じである。
（比較例）
比較例は、第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａと第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂとの関係をＶｂ＝Ｖａとした点以外は実施例１と同じである。
【０１０８】
＜評価に使用した回路＞
図１３に示すように、一対の電極１４ａ及び１４ｂに、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧Ｖ２を検出してアーク放電の持続時間を計時するアーク放電計時回路１７０を接続した。アーク放電計時回路１７０は、一定のパルス周波数を有するクロックパルスＰｃｌの例えば立ち上がり時点で、一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧Ｖ２を検出する電圧検出回路１７２と、検出した電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖｔｈ以下である場合に論理値「１」を出力し、検出した電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖｔｈを超えている場合に、論理値「０」を出力する論理回路１７４と、論理回路１７４からの出力が「１」の場合にカウンタ値を＋１更新する第１カウンタ１７６と、論理回路１７４からの出力が「０」であって、且つ、論理回路１７４からの前回の出力（遅延回路１７８の出力）が「０」の場合にカウンタ値を＋１更新する第２カウンタ１８０と、第２カウンタ１８０のカウンタ値が所定値（この実施例では「５」とした）となった時点で、第１カウンタ１７６のカウンタ値Ｄｃを出力し、第１カウンタ１７６及び第２カウンタ１８０の各カウンタ値を「０」にリセットする計時出力回路１８２とを有する。この計時出力回路１８２から出力されるカウンタ値ＤｃにクロックパルスＰｃｌのパルス周期を乗算することで、アーク放電の持続時間を求めることができる。
【０１０９】
所定値を設定した理由は、電圧Ｖ２の検出誤差を吸収するためである。アーク放電が維持されているにも関わらず、電圧Ｖ２の検出誤差によって瞬間的に電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖｔｈを超える場合がある。そこで、このような事態を回避するために、所定値を設け、この所定値で規定される短い時間内に瞬間的に電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合は検出誤差として、無視するようにした。なお、この実施例では、クロックパルスＰｃｌのパルス周波数を１ＭＨｚ（パルス周期＝１μｓｅｃ）とした。
【０１１０】
また、しきい値電圧Ｖｔｈは、予め一対の電極１４ａ及び１４ｂ間に高電圧パルスを印加してアーク放電が発生した際の一対の電極１４ａ及び１４ｂ間の電圧Ｖ２を電圧検出回路１７２にて測定する作業を１０回行って、その平均値をとり、さらに、平均値に該平均値の１／５０の電圧を加算してしきい値電圧Ｖｔｈとした。
【０１１１】
＜評価方法＞
第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａ及び第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂの関係が、Ｖｂ＝（１／１０００）Ｖａのときのアーク放電の持続時間をｔａ、供給電力をＰａとして、比較例、実施例１〜１９でのアーク放電の持続時間及び供給電力を相対的に評価した。具体的には、以下の評価基準に従った。
【０１１２】
（持続時間の評価基準）
評価Ａ：持続時間が１００×ｔａ以上
評価Ｂ：持続時間が１０×ｔａ以上、１００×ｔａ未満
評価Ｃ：持続時間が１×ｔａ以上、１０×ｔａ未満
評価Ｄ：持続時間が０．１×ｔａ以上、１×ｔａ未満
評価Ｅ：持続時間が０．０１×ｔａ以上、０．１×ｔａ未満
【０１１３】
（供給電力の評価基準）
評価Ａ：供給電力が１．５×Ｐａ未満
評価Ｂ：供給電力が１．５×Ｐａ以上３．０×Ｐａ未満
評価Ｃ：供給電力が３．０×Ｐａ以上５．０×Ｐａ未満
評価Ｄ：供給電力が５．０×Ｐａ以上８．０×Ｐａ未満
評価Ｅ：供給電力が８．０×Ｐａ以上
【０１１４】
評価結果を表１に示す。
【０１１５】
【表１】
0005307284.tif 000002
【０１１６】
表１からわかるように、アーク放電の持続時間では、Ｖｂ／Ｖａが（５／８）〜（７／８）及び（１）の範囲にある実施例１７〜１９及び比較例の評価がＡ、Ｖｂ／Ｖａが（１／６００）〜（１／２）の範囲にある実施例８〜１６の評価がＢ、Ｖｂ／Ｖａが（１／１０００）〜（１／６５０）の範囲にある実施例５〜７の評価がＣ、Ｖｂ／Ｖａが（１／３０００）〜（１／１５００）である実施例２〜４の評価がＤ、Ｖｂ／Ｖａが（１／３５００）である実施例１の評価がＥであった。
【０１１７】
供給電力では、Ｖｂ／Ｖａが（１／３５００）〜（１／５９０）の範囲にある実施例１〜９の評価がＡ、Ｖｂ／Ｖａが（１／１００）〜（１／２）の範囲にある実施例１０〜１６の評価がＢ、Ｖｂ／Ｖａが（５／８）及び（３／４）の範囲にある実施例１７及び１８の評価がＣ、Ｖｂ／Ｖａが（７／８）である実施例１９の評価がＤであった。比較例は評価がＥであった。
【０１１８】
この評価結果から、総合的にみた場合、（１／３０００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖａであることが好ましく、さらに好ましくは（１／１０００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜（３／４）×Ｖａであり、特に好ましくは、（１／６００）×Ｖａ＜Ｖｂ＜（１／２）×Ｖａであることがわかる。
【０１１９】
［第２実施例］
実施例２１〜３１について、第２パルスＰ２のパルス周波数を変化させて、アーク放電の持続時間及びアーク放電時の１パルス当たりの供給電力を、上述した第１実施例と同様の評価方法を用いて評価した。
【０１２０】
（実施例２１）
第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の各パルス周波数を共に０．５ｋＨｚとし、第１パルスＰ１のピーク電圧値Ｖａと第２パルスＰ２のピーク電圧値Ｖｂとの関係をＶｂ／Ｖａ＝（１／１０）とした。
（実施例２２〜３１）
実施例２２〜３１は、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の各パルス周波数を共に下記表２に示す周波数とした点以外は実施例２１と同じである。
【０１２１】
＜評価方法＞
第２パルスＰ２のパルス周波数が、１．０ｋＨｚのときのアーク放電の持続時間をｔｂ、供給電力をＰｂとして、実施例２１〜３１でのアーク放電の持続時間及び供給電力を相対的に評価した。具体的には、以下の評価基準に従った。
【０１２２】
（持続時間の評価基準）
評価Ａ：持続時間が１００×ｔｂ以上
評価Ｂ：持続時間が１０×ｔｂ以上、１００×ｔｂ未満
評価Ｃ：持続時間が１×ｔｂ以上、１０×ｔｂ未満
評価Ｄ：持続時間が０．１×ｔｂ以上、１×ｔｂ未満
【０１２３】
（供給電力の評価基準）
評価Ａ：供給電力が１．５×Ｐｂ未満
評価Ｂ：供給電力が１．５×Ｐｂ以上３．０×Ｐｂ未満
評価Ｃ：供給電力が３．０×Ｐｂ以上５．０×Ｐｂ未満
評価Ｄ：供給電力が５．０×Ｐｂ以上８．０×Ｐｂ未満
【０１２４】
評価結果を下記表２に示す。
【０１２５】
【表２】
0005307284.tif 000003
【０１２６】
表２からわかるように、第２パルスＰ２のパルス周波数が２００．０〜４１０．０ｋＨｚの範囲にある実施例２８〜３１の評価がＡ、パルス周波数が１０．０〜１５０．０ｋＨｚの範囲にある実施例２４〜２７の評価がＢ、パルス周波数が１．０〜５．０ｋＨｚの範囲にある実施例２２及び２３の評価がＣ、パルス周波数が０．５ｋＨｚである実施例２１の評価がＤであった。
【０１２７】
供給電力では、第２パルスＰ２のパルス周波数が０．５〜５．０ｋＨｚの範囲にある実施例２１〜２３の評価がＡ、パルス周波数が１０．０〜３００．０ｋＨｚである実施例２４〜２９の評価がＢ、パルス周波数が４００．０ｋＨｚである実施例３０の評価がＣ、パルス周波数が４１０．０ｋＨｚである実施例３１の評価がＤであった。
【０１２８】
この評価結果から、総合的にみた場合、第２パルスＰ２のパルス周波数は、１〜４００ｋＨｚであることが好ましく、さらに好ましくは１０〜４００ｋＨｚであり、特に好ましくは、２００〜３００ｋＨｚであることがわかる。
【０１２９】
［第３実施例］
実施例４１〜４８について、第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂと第３パルスＰ３のピーク電流値Ｉｃとの関係を変化させて、アーク放電の持続時間及びアーク放電時の１パルス当たりの供給電力を、上述した第１実施例と同様の評価方法を用いて評価した。
【０１３０】
（実施例４１）
第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の各パルス周波数を共に１００ｋＨｚとし、第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂと第３パルスＰ３のピーク電流値Ｉｃとの関係をＩｂ＝Ｉｃとした。
（実施例４２〜４８）
実施例４２〜４８は、第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂと第３パルスＰ３のピーク電流値Ｉｃとの関係を下記表３に示す関係とした点以外は実施例４１と同じである。
【０１３１】
＜評価方法＞
第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂと第３パルスＰ３のピーク電流値Ｉｃとの関係が、Ｉｂ＝（５／１２）Ｉｃのときのアーク放電の持続時間をｔｃ、供給電力をＰｃとして、実施例４１〜４８でのアーク放電の持続時間及び供給電力を相対的に評価した。具体的には、以下の評価基準に従った。
【０１３２】
（持続時間の評価基準）
評価Ａ：持続時間が１００×ｔｃ以上
評価Ｂ：持続時間が１０×ｔｃ以上、１００×ｔｃ未満
評価Ｃ：持続時間が１×ｔｃ以上、１０×ｔｃ未満
評価Ｄ：持続時間が０．１×ｔｃ以上、１×ｔｃ未満
【０１３３】
（供給電力の評価基準）
評価Ａ：供給電力が１．５×Ｐｃ未満
評価Ｂ：供給電力が１．５×Ｐｃ以上３．０×Ｐｃ未満
評価Ｃ：供給電力が３．０×Ｐｃ以上５．０×Ｐｃ未満
評価Ｄ：供給電力が５．０×Ｐｃ以上８．０×Ｐｃ未満
【０１３４】
評価結果を下記表３に示す。
【０１３５】
【表３】
0005307284.tif 000004
【０１３６】
表３からわかるように、アーク放電の持続時間では、Ｉｂ／Ｉｃが（１）〜（８／１２）の範囲にある実施例４１〜４５の評価がＡ、Ｉｂ／Ｉｃが（７／１２）及び（６／１２）の範囲にある実施例４６及び４７の評価がＢ、Ｉｂ／Ｉｃが（５／１２）である実施例４８の評価がＣであった。
【０１３７】
供給電力では、Ｉｂ／Ｉｃが（６／１２）及び（５／１２）である実施例４７及び４８の評価がＡ、Ｉｂ／Ｉｃが（７／１２）である実施例４６の評価がＢ、Ｉｂ／Ｉｃが（１０／１２）〜（８／１２）である実施例４３〜４５の評価がＣ、Ｉｂ／Ｉｃが（１）及び（１１／１２）である実施例４１及び４２の評価がＤであった。
【０１３８】
この評価結果から、総合的にみた場合、第２パルスＰ２のピーク電流値Ｉｂの上限は、（１０／１２）×Ｉｃが好ましく、さらに好ましくは（８／１２）×Ｉｃであり、特に好ましくは（６／１２）×Ｉｃであることがわかる。
【０１３９】
［第４実施例］
実施例５１〜５８について、第２パルスＰ２の電流の導通期間Ｔｉ２と第３パルスＰ３の電流の導通期間Ｔｉ３との関係を変化させて、アーク放電の持続時間及びアーク放電時の１パルス当たりの供給電力を、上述した第１実施例と同様の評価方法を用いて評価した。
【０１４０】
（実施例５１）
第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の各パルス周波数を共に１００ｋＨｚとし、第２パルスＰ２の電流の導通期間Ｔｉ２と第３パルスＰ３の電流の導通期間Ｔｉ３との関係をＴｉ２／Ｔｉ３＝（１／１５０）とした。
（実施例５２〜５８）
実施例５２〜５８は、第２パルスＰ２の電流の導通期間Ｔｉ２と第３パルスＰ３の電流の導通期間Ｔｉ３との関係を下記表４に示す関係とした点以外は実施例５１と同じである。
【０１４１】
＜評価方法＞
第２パルスＰ２の電流の導通期間Ｔｉ２と第３パルスＰ３の電流の導通期間Ｔｉ３との関係が、Ｔｉ２＝（１／１００）Ｔｉ３のときのアーク放電の持続時間をｔｄ、供給電力をＰｄとして、実施例５１〜５８でのアーク放電の持続時間及び供給電力を相対的に評価した。具体的には、以下の評価基準に従った。
【０１４２】
（持続時間の評価基準）
評価Ａ：持続時間が１００×ｔｄ以上
評価Ｂ：持続時間が１０×ｔｄ以上、１００×ｔｄ未満
評価Ｃ：持続時間が１×ｔｄ以上、１０×ｔｄ未満
評価Ｄ：持続時間が０．１×ｔｄ以上、１×ｔｄ未満
【０１４３】
（供給電力の評価基準）
評価Ａ：供給電力が１．５×Ｐｄ未満
評価Ｂ：供給電力が１．５×Ｐｄ以上３．０×Ｐｄ未満
評価Ｃ：供給電力が３．０×Ｐｄ以上５．０×Ｐｄ未満
評価Ｄ：供給電力が５．０×Ｐｄ以上８．０×Ｐｄ未満
【０１４４】
評価結果を下記表４に示す。
【０１４５】
【表４】
0005307284.tif 000005
【０１４６】
表４からわかるように、アーク放電の持続時間では、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（１／２０）〜（５／６）の範囲にある実施例５４〜５８の評価がＡ、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（１／５０）である実施例５３の評価がＢ、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（１／１５０）及び（１／１００）である実施例５１及び５２の評価がＣであった。
【０１４７】
供給電力では、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（１／１５０）及び（１／１００）である実施例５１及び５２の評価がＡ、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（１／５０）〜（３／６）である実施例５３〜５６の評価がＢ、Ｔｉ２／Ｔｉ３が（４／６）及び（５／６）である実施例５７及び５８の評価がＣであった。
【０１４８】
この評価結果から、総合的にみた場合、（１／１００）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（５／６）×Ｔｉ３であることが好ましく、さらに好ましくは（１／５０）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（２／３）×Ｔｉ３であり、特に好ましくは、（１／２０）×Ｔｉ３＜Ｔｉ２＜（１／２）×Ｔｉ３であることがわかる。
【０１４９】
なお、本発明に係る放電装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１５０】
１０、１０ａ…放電装置                １２…プラズマ処理室
１４ａ…電極（陰極）                  １４ｂ…電極（陽極）
１６…パルス生成部                    １８…パルス制御部
２０…パルス発生回路                  １００…点火装置
１１８、１１８ａ…点火プラグ          １２０…パルス電源
１２２…碍子                          １２４…中心電極
１２６…主体金具                      １２８…接地電極
１５８…放電ギャップ
【図１】
0005307284.tif 000006
【図２】
0005307284.tif 000007
【図３】
0005307284.tif 000008
【図４】
0005307284.tif 000009
【図５】
0005307284.tif 000010
【図６】
0005307284.tif 000011
【図７】
0005307284.tif 000012
【図８】
0005307284.tif 000013
【図９】
0005307284.tif 000014
【図１０】
0005307284.tif 000015
【図１１】
0005307284.tif 000016
【図１２】
0005307284.tif 000017
【図１３】
0005307284.tif 000018