JPH08507634A

JPH08507634A - コロナ放電発生装置とその方法

Info

Publication number: JPH08507634A
Application number: JP6515358A
Authority: JP
Inventors: ジェームズキング，レイ
Original assignee: ザエレクトロジエシックコーポレーション
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1996-08-13
Also published as: US5317155A; CA2152821A1; DE69332887D1; ES2197161T3; EP0680667A1; ATE237878T1; WO1994015391A1; DE69332887T2; CA2152821C; EP0680667A4; EP0680667B1; TR27728A; AU5955994A

Abstract

(57)【要約】医学的および獣医学的検診治療に使用される電力増幅器付コロナ放電発生装置とその方法であって、同調可能なパルス幅変調器（１１０）がゲート制御素子（１２０）へ接続されてデジタル波を発生し、このデジタル波によって、本装置から発生されるエネルギ波形および平均出力電力を適切に調節し得る。このデジタル波は電力ドライバ（１３０）を制御する。コンデンサとコイル複合体（１）の一次巻線（１５０）とからなるＱの高い共振回路を用いることにより、この一次巻線のところで１５０〜４００ボルトから約１０キロボルトへの昇圧が行われる。このコイル複合体における二次・一次巻線の巻回数比は１０：１であるため、二次巻線からの出力は約１００キロボルトである。これにより、二次巻線へ接続されている放電ピン（３２０）からのコロナ放電が発生する。手動同調型と自己同調型とが開示される。

Description

【発明の詳細な説明】コロナ放電発生装置とその方法技術分野本発明は、特に医学的および獣医学的な診断や治療に於いて使用に適した、電力増幅器を具備するコロナ放電発生装置とその方法に関する。背景技術コロナ放電とは、高電圧の印加による電位差が臨界値を越えたときに、その高電圧により導体をとりまく空気が電離することに起因して、該導体の表面または近傍に起こる放電のことである。コロナ放電光を温熱治療の為に広く，又厚膜抵抗の加工の為に使用することは、既に当分野で知られている。背景技術の一つとして、アメリカ特許第４，６６７，６７７号（ディミノ・Di Minoに付与）には関節炎等の症状を治療すべく患者の皮膚に対しコロナ放電光を当てるようにした温熱療法の技法が開示されている。このコロナ放電光を発生させる低周波電力源の内部では、２００〜３００KHzの無線周波の低域搬送波が、３０００〜５０００Hzの範囲の可聴周波数信号により過変調される。これにより得られる無線周波エネルギーのバーストは、可聴周波数帯域で繰返し生じ、そのピーク振幅はエネルギーレベルが５〜１５ワットの範囲のコロナ放電を生じさせるに足るものである。そして、この放電エネルギーは、患者に対して２０秒間、あるいは３０〜４０秒間照射され、その患者の体内に熱を発生させるべく利用される。厚膜抵抗の加工のためにコロナ放電を利用する分野では、該厚膜抵抗の電気特性を改良して目標値にまで高める技術がアメリカ特許第４，７１４，９１１号（ディミノ・Di Minoに付与）に開示されている。そこでは、無線周波数の低域搬送波を可聴周波数信号により過変調する無線周波エネルギーバースト発生回路が、昇圧変圧器を介して「ＵＰ」探針へ接続され、降圧変圧器を介して「ＤＯＷＮ」探針へ接続されている。この「ＵＰ」探針を用いて厚膜抵抗の特性値を一旦目標値よりも高くし、ついで「ＤＯＷＮ」探針により低下させることで所望の目標値を得ている。アメリカ特許第５，１３１，９０４号マーコル（マーコル・MarKollに付与）には、方形波によりドライブされる環状コイルの磁場に身体の罹患部位を置くことにより関節炎を治療する方法が開示されている。本明細書中で引用する上記各文献およびその他の全ての文献は、明示して本明細書書の一部として組み入れるものとする。コロナ放電を用いて哺乳動物の治療を行うことが少なくとも２０世紀初頭から既に知られていたことは、マーガレット・チェニーが「TESLA；Man Out of Time 」（Dell出版、1981）で紹介しているニコラ・テスラの業績によっても明かなとおりである。可聴周波数によってエネルギー波を生成させ、これによりコロナ放電を行うことも既に報告されている。上記引用文献から明かなように、コロナ放電の医療分野での利用は広く一般に認知されている。しかし残念ながら、公知のコロナ放電発生装置および抵抗器加工装置には不十分な点があり、それらの有用性を制限している。コロナ放電のためのエネルギーを発生させる波形の重要性、及びコロナ放電それ自体の本質についても十分に理解されていない。さらに、公知のコロナ放電利用技術にあっては、コロナ放電により生成する熱が有する治療効果を強調するにとどまり、コロナ放電それ自体の重要性、あるいはコロナ放電発生装置自体が派生させる磁界の重要性についてはあまり認識されていない。その結果、適切な性質のコロナ放電および／または磁界が有益であるに拘らず、それらを如何にして発生させるかが理解されていないため、哺乳動物に対するコロナ放電治療の可能性は狭められている。したがって、特定の波形を用いてコロナ放電エネルギーを生成させる医療用コロナ放電発生装置の提供が望まれている。さらに、偶然的または付随的な温熱治療効果に依存することなく、むしろコロナ放電エネルギー自体あるいはコロナ放電装置によって派生する磁界を用いて治療効果をあげることが望まれている。さらに患者に対するショックの危険を軽減した治療装置も求められている。もちろん、その治療装置が小型、携帯可能、フレキシブル、調節可能、使用容易かつ低価格であることも望まれる。本発明は、これらの諸要請その他の要請に応えるべくなされたものである。発明の開示本発明は、公知の装置における問題を解消するものである。したがって本発明の主たる目的は、苦痛や炎症などの疾患の治療、ならびに獣医学的検診（にとって有用なコロナ放電発生装置とその方法を提供することにあ。その装置および方法は、特種なコロナ放電光を発生させることになる波形信号を作り出すためのデジタル技術を利用するものである。その装置は、特別構造のコイルを備える。電源として交流電源のみならず電池も利用できるため、使用が容易でフレキシブル、かつ調節容易で軽量しかも携帯可能という点も有利である。本発明は、添付図面を参照しての後記の実施例の説明を読み通すことによって一層明かなるであろう。図面の簡単な説明第１図は、本発明に係る好適なコロナ放電発生装置の主要な機能ブロック群を示した概括的な機能略示ブロック図である。第２図は、基本周波数発生器（100）が発生させる可変周波数（通常は５００K Hz）の波形出力を示す。第３図は、第２図の波形に応答してパルス幅変調器（110）が発生させるパルス幅変調波形を示す。第４図は、ゲート（120）からの出力である波形包絡線を示すが、この包絡線は半周期だけオン（on）としたものである。第５図は、ドライブユニット（130）からＱの高いコイル回路へ出力される波形を示す。第６図は、本発明の好適実施例として提供されるコロナ放電発生装置を示した一部切欠側面図である。第７図は、好適なコイル複合体を第６図中の７−７線に沿って示した横断面図である。第８図は、前記好適コイル複合体の縦断面図である。第９図は、好適コロナ放電発生装置の構成を示した具体的なブロック図である。第１０図は、第１０Ａ図、第１０Ｂ図および第１０Ｃ図に分割されるが、第１図に機能的に略示し第９図に具体的に示した実施例の詳細な回路図である。第１１図は、第１０Ｂ図および第１０Ｃ図に示した構成を変更して自己同調装置としたものを示す。発生を実施するための最良の形態図面に示した好適実施例を説明するにあたって特定の術語を用いるが、それは説明の明確化のためである。それら術語が示す特定要素のみに本発明が限定されるものでは決してなく、同様の目的を達するべく同様に機能する技術的な均等物をも包含するものと理解されねばならない。本発明は、疾患の治療ならびに獣医学的検診のためのコロナ放電ビームを照射させるための特定の信号を発生すべき装置および方法を提供する。さらに詳しくは、本発明は苦痛び炎症の治療にとって有益である。本発明の好適実施例は、要約すれば、５００KHzの方形波を発生させる基本周波数発生器１００を採用することにより機能するものである。この発生器１００は、基本周波のパルス幅を変調するためのパルス幅変調器１１０に対して接続されている。この変調器１１０はゲート構成体１２０が接続されている。ゲート構成体１２０は、デューティ・サイクル調整手段に応動し、かつ使用者手動の即時切換えスイッチとこれに対応動するタイミング回路１２６による制御のもとに、変調後の基本周波数波形を６６０Hzのサイクルの頻度でオン・オフするものである。次にゲート制御された変調周波数波形は、電力ドライバ要素１３０へ入力される。この電力ドライバ要素はＱの高いコイル複合体１に電力を供給し、又コイル複合体は順にコロナ放電ピン３２０に高電圧を供給する。上記電力ドライバ１３０は５００KHzでスイッチング作用を行い、（１２０ボルトの交流コンバータを使用するか２４０ボルトの交流コンバータを使用するかに対応して）１５０〜４００ボルトの範囲の信号を供給する。ついで、この１５０〜４００ボルトの信号は、Ｑの高い共振回路により５〜１０キロボルトへ昇圧させられる。Ｑの高い共振回路を形成する為に、コンデンサがトランスの一次側巻線に対して直列共振状に直列接続されている。コイル複合体１の二次側巻線と一次側巻線との間の巻線比は１０：１でこの結果二次コイル側の出力電圧として１００キロボルトが生じる。以下に、本発明による電力増幅器の実施例が、第１〜１０図を参照して詳細に説明される。尚、第１１図は第１実施例の変更例を示す。第１〜５図を参照して、本発明の実施例の機能を概括的に先に説明する。装置の構成には、第２図に示す如く約５００KHzの方形波を発生させる基本周波数発生器１００が含まれている。可変抵抗器１０２のごとき適宜の調節手段により当該周波数は正確に調整され、コイル複合体１の出力側トランスと接続されたＱの高い共振回路の共振周波数に一致させられ得る。略示した基本周波数発生器は、パルス幅変調器１１０に接続してある。この変調器１１０は、発生器１００によって生成させた５００KHz方形波のパルス幅を変調し、装置全体としての出力電力を調整する作用をなす。パルス幅は、可変抵抗器１１２などの適宜手段により調節可能である。パルス幅を増大させると長期の平均出力が増大し、他方パルス幅を減少させると長期の平均出力が低下する。上記のパルス幅変調器の出力を第３図に示す。同図に見られるように、パルス幅変調器の出力は極性が次々と変化する一連のパルスからなるが、個々のパルスは、変調前の５００KHzの両極性方形波よりも幅が狭い。隣接した正負両極性パルスの間には出力電圧ゼロの区間が介在している。そしてパルス幅が大きいほど出力ゼロの区間は短く、パルス幅が小さいほどで出力ゼロの区間は長い。しかし単位時間内のパルス数は、パルス幅には関係なく全体として一定の５００KHzである。のちに詳述するように、基本周波数発生器１００とパルス幅変調器１１０に対しては、シリコン・ゼネラル社の型番ＳＧ３５２５の発生器パルス幅変調器又は同等品、電力スイッチングに於いて一般に使用される既製の集積回路が使用できる。該発生器の出力周波数調整用ポテンショメータ１０２と、出力パルス幅調整用ポテンショメータ１１２が、ＳＧ３５２５に直結して使用されている。パルス幅被変調の５００KHzパルス波は、ゲート回路１２０へ入って、このゲート回路で入力信号を６６０Hzでゲート制御する（振幅をゼロにする）。このゲート回路１２０によって第３図に示す５００KHzのパルス幅被変調の信号は、６６０Hzの（好ましくは５０％のデューティ・サイクルの）ゲート制御波の信号を背後にして効果的にゲート制御される。ゲート制御後の波形の包絡線は第４図に示すとおりである。上記ゲート回路の有効ゲート制御信号の周波数およびデューティ・サイクルは下記のごとく適宜の調節手段１２２により調節され得る。ゲート回路内部においてパルス幅被変調の信号は使用者が自己の指を即時切換えスイッチ１２４から離すことで該スイッチに応動するタイミング回路１２６が休止することによって、あるいは、デューティ・サイクル調節手段１２２により定まる繰り返しパルス列中のオフ（off）部分によってゲート制御される。この様な論理的な波形成とゲート制御は論理的電力レベル（例えば１２〜１３ボルト）で行われ、然して電力を温存する。第４図のゲート制御を被った５００KHzパルス波は、電力ドライバ１３０へ供給される。電力ドライバ１３０には、複数のMOSFETと高速回復型ダイオードが含まれ、これらトランジスター及びダイオードは電力スイッチとして機能するよう半ブリッジまたはブリッジ状に接続されている。当該電力スイッチの出力は、パルス幅変調後にゲート回路１２０によってゲート制御された信号と同様に、方形波である。当該電力スイッチ５００KHzでスイッチング作動し、１２０ボルトの交流コンバータ又は２４０ボルトの交流コンバータを用いているかに対応して１５０〜４００ボルトの範囲の出力を供給する。電力ドライバ１３０からの１５０〜４００ボルトの出力は、１５０ボルトの方形波電圧を入力値とするＬＣ回路によって５〜１０キロボルトに昇圧される。すなわち、電力ドライバ１３０はコンデンサ１４０と接続され、該コンデンサ１４０は、一次巻線１５０と二次巻線１７０からなる変圧器の一次巻線１５０に直列接続され、共振回路を構成している。この共振回路の高いＱの特性によって相対的高電圧（５〜１０キロボルト）の正弦波信号がノード１４５のところで発生させられる。一次巻線１５０は接地１５４されている。一次巻線１５０は二次巻線１７０に対してノード１４５で電気的に接続され、かつフェライトの鉄芯１６０によって二次巻線と磁気的に結合している。一次巻線と二次巻線はフェライト鉄芯１６０の周囲を包囲している。フェライト鉄芯は電力ドライバ１３０で言及したＬＣ回路のＱを高めている。変圧器の巻線比は１０：１とされ、この結果、一次側電圧が昇圧されて二次巻線が高電圧（約１００ KV）の出力信号提供する。二次巻線は放電ピン３２０を経て「空気中へ接地」１７４されている。二次巻線は３０〜２００キロボルトの範囲の電圧を発生させ、この結果所望のコロナ放電を起こさせる。電荷は、導電性の棒（好ましく青銅製の棒）として形成した放電ピンの先端に集中する。第６図に示す如く、例示的コイル複合体１、これに接続された放電ピン３２０、共振回路ノードのリード線１４５、電力供給接地用接続線１５４、およびトリガースイッチ１２４はハウジング２００内に収容されている。絶縁支持部材３１０，３１１も本装置の突出筒部３４０内に図示の如く配置されている。一次巻線と二次巻線に至るノードのリード線１４５、接地用の接続線１５４、および即時切換えスイッチ１２４からのリード線２２４はすべて保護絶縁管２７０の中を通されている。ノードのリード線１４５と接地用の接続線１５４は、保護絶縁管２７０内の同軸ケーブル２７２の内層導線と外層導線とそれぞれ接続されている。保護絶縁管２７０の他端が接続されているキャピネット（図示せず）には、第１図中の他の要素が収納されている。第１図の実施例に於ける要素１００〜１４０は該キャビネットに配置され、コイル複合体１と放電ピン３２０のみは手持ち式のコロナ放電ユニットに収めてある。しかし、コンデンサ１４０はキャビネットでなくて手持ち用ユニットに収納してもよい。第７図は、第６図中の７−７線に沿って示したコイル複合体の横断平面図である。第８図は、第６図のコイル複合体の縦断側面図である。図示のごとく、コイル複合体は、実質円筒状のフェライト鉄芯１６０を中心として実質的に放射方向同芯状に配置されている。フェライト鉄芯１６０は接地と同電位である。コイル複合体全般に於いて、中心から離れるほど電圧が高く、したがって最外部で最も電圧が高い。第８図に明かなように、コイル複合体は中心から外へ向い順次層状を呈するよう形成してある。１．フェライト鉄芯１６０。好適実施例では、直径０．９３インチ、長さ３．１インチであり、この部品はマグネティック・セラミクス社から入手可能な型番ＭＮ８０である。２．１０キロボルト以上の電圧に耐える耐高電圧性の絶縁テープ。寸法は０．００３インチＸ１．５インチ。３．一次巻線１５０。これはLitz 8/30ワイヤを４０周巻回したもの。実施例では単一層であることが必要。４．次の外層の耐高電圧性絶縁テープ。５．嵌合チューブ、望ましくは、デルリン／DELRIN（商標名のもの。内径１．０４２インチ、厚さ０．１３５インチ、長さ２．５インチ。６．次の外層の耐電圧性絶縁テープ。７．二次巻線１７０、これはLitz 8/30ワイヤを４０周巻回したもの。１層２０周で２０層を形成してあり、隣接各層は相互に耐電圧性絶縁テープの層で隔離されている。外径は約３．１インチ。ワイヤ自体は直径０．０１６インチの剛線であるが、絶縁被覆を含みを全体としての径は０．０３８インチ。８．最外層の耐電圧性絶縁テープ。２つの巻線に対する入力側ノードのリード線１４５および保護絶縁管への電力供給接地用接続線１５４は、フェライトに最も近い層の当該巻線と接続している。一方、放電ピン３２０へ至る二次巻線からの出力線１７２は、二次巻線の最外層から引き出されている。第９図は、コロナ放電発生装置の好適実施例の構成を示した具体的なブロック図である。第１０Ａ図、第１０Ｂ図および第１０Ｃ図（簡略に全体を第１０図と呼ぶこともある。）は、第１図に機能に関して略示し第９図に具体的に示した実施例の詳細な回路図である。従って第９図は、機能に関して略示した第１図よりも一層近似的に第１０図の回路構成が具体的に表わされている。第９図において、スイッチ１２４は即時切換えスイッチであり、正の一定電圧をＡＮＤゲート９１２の第１入力端へ短絡させる。このＡＮＤゲート９１２は、２０秒ＯＮタイムパルス発生器９１０に対してゲート制御後のスイッチ信号を送る。ＯＮタイムパルス発生器９１０は、単安定マルチバイブレータとして有効に機能し、非反転出力９１０Ｑと反転出力９１０Ｑ−とを出力する。パルス発生器９１０がＯＮタイムパルス発生器と称されるのは、後記する説明から明かなように、その出力パルスにより形成される２０秒の「ウインドー」のあいだ本装置の出力コイルがオン（ON）であり得るからである。２０秒のパルスが非アクティブであるときには、コイルがオンであり得ることはない。反転された２０秒パルスはＡＮＤゲート９１２の第２入力端へ帰還させられる。尚、当該ＯＮタイムパルス発生器は再誘起可能なパルス発生器として機能しないことを一言しておく。つまり、当該パルス発生器の入力端にパルスの最初の立ち上がりエッジが一旦入力されると、反転出力９１０Ｑ−はスイッチ１２４の再度の押し下げによる後続の立上がりエッジの入力を阻止し、決して次の２０秒パルスがスタートすることのないようにしている。反転出力９１０Ｑ−の立上がりエッジは、単安定マルチバイブレータとしての第２パルス発生器９１４を誘起する。このパルス発生器９１４は、１０秒の反転パルス９１４Ｑ−を上記ＡＮＤゲート９１２の第３入力端へ送る。したがって、この１０秒パルスは、２０秒パルス９１０Ｑ−による入力ゲート制御機能を１０秒だけ延長することになる。第９図は模式図に過ぎず、単安定マルチバイブレータ９１４の遅延タイムはゼロであること、したがって両伝送路９１０Ｑ−と９１４Ｑ−上の各阻止パルスは隣接するものであり、全体としては連続した３０秒間の入力阻止機能を形成すること、即ち２つの阻止パルスの間には隙間が存在せず、決してパルス発生器９１０を再誘起しないことが前提とされている。斯くして、スイッチ１２４の押し下げにより出力端９１０Ｑのパルスによって形成される単一の２０秒の期間は、出力端９１４Ｑ−のパルスによって形成される１０秒の期間が後続するが、パルスがそれ以上発生されることはない。ゆえに、この３０秒の期間内にスイッチ１２４を１回以上押したとすれば、２０秒の９１０Ｑのパルスの後に１０秒の９１０Ｑのパルス欠如が生ずる。この３０秒期間が過ぎたのちに、新たにスイッチ１２４を押した場合、又は、その前から該スイッチを押しつづけていた場合には、次の２０秒間パルス有り／１０秒パルス無しの状態が生じる。パルス伝送路９１０Ｑ上の信号は、ＡＮＤゲート９３０の第１入力端へ送られる。該ＡＮＤゲート９３０の第２の入力端へは、パルス列発生器９２０が発生させパルス伝送路９２０Ｑを通じて送られる反復ゲート制御信号が入力される。このパルス列発生器９２０は、存続期間ｔ_onであるパルスとパルスの間の中間オフ間ｔ_offに期間ｔ_onのパルス反復列を与える。好適実施例では、ｔ_on＝ｔ_off に設定して方形波を発生させるが、ｔ_on＋ｔ_offは、６００Hzのパルス繰り返し周波の一周期に相当してパルス列の一周期は１５１５．１μｓであることを示す。抵抗器などのｔ_onとｔ_offの調整手段９２１，９２２を図示してある。これら調整手段９２１，９２２は全体としてディーティ・サイクル調整手段１２２（第１図）に相当している。斯くして、ＡＮＤゲート９３０は、伝送路９２０Ｑ上の６６０Hzのパルス列を伝送路９１０Ｑ上の２０秒パルスを背後にしてゲート制御する。この２０秒パルスの期間中は、ＡＮＤゲート９３０からの出力は実質的に伝送路９２０Ｑ上の信号と同一であり、調整手段９２１，９２２（第１図の１２２）の設定により定まるディーティ・サイクルを有する。たとえば、t_on＝t_off（パルス列発生器９２０からの方形波出力に相当）の場合には、ＡＮＤゲート９３０からの出力も２０秒期間の方形波である。ＡＮＤゲート９３０は、周波数同調可能なパルス幅変調器９４０を作動する。作動状態のパルス幅変調器は、第３図に示すようなデジタルパルス列を発生させるが、これは周波数同調手段１０２により設定すさる周波数と、パルス幅調整手段１１２により設定されるパルス幅とを有する。好適実施例では、パルス周波数が約５００KHzであるが、これはコンデンサ１４０と一次巻線１５０とからなるＬＣ回路の共振周波数に一致させるべく精密に同調することができる。パルス幅は、使用者が出力パワーを上げようとするときなどに調整されるものである。パルス幅変調器が作動されると、反対極性のパルス列が伝送路９４０Ｑ上と９４０Ｑ−上に与えられる。これら各信号は、第３図に示すごとき波形を呈し、第４図に示される如く６６０Hzの信号でゲート制御される。したがって、第３図に示した信号は、伝送路９２０Ｑ上のパルス列が“high”（高い）のときにのみ見られるパルス幅変調器からの出力であることが理解されよう。伝送路９２０Ｑ上の信号がパルスとパルスの間にあるときは、ＡＮＤゲート９３０がパルス幅変調器を非作動状態にし、その出力が第４図のごとくゼロとなるのてある。以上の説明から、２０秒パルスフが伝送路９１０Ｑ上に存在しないときは、パルス幅変調器が非作動状態になる。２０秒パルスが伝送路９１０Ｑ上に存在する間に限り、パルス幅変調器は５００KHzの信号を発生し、ついで、６６０Hzの上記μｓのＯＮタイムの間のみ伝送路９２０Ｑ上のパルス列を作動させる。伝送路９４０Ｑ上と９４０Ｑ−上に与えられた反対極性のパルス列は、それぞれ連立型ゲート装置９５０の入力端へ送り込まれる。この連立型ゲート装置９５０が有する２つのゲート９５１，９５２は、それぞれ伝送路９４０Ｑ上と９４０Ｑ−上の信号を受け取る。連立型ゲート装置９５０の何れのゲート９５１，９５２も、即時切換えスイッチ１２４（使用者手動プッシュボタン）を閉じることで作動される。したがって、伝送路９４０Ｑ上と９４０Ｑ−上の、極性を異にした５００KHzのパルス幅変調信号が両ゲート９５１，９５２を通過するのは、使用者が即時切換えスイッチ１２４を押している間だけである。使用者が該スイッチ（プッシュボタン）から指を離すと、ゲート装置９５０からの出力が非作動状態になって、ほとんど瞬間的にコイルからの電力を除去させることができる。連立型ゲート装置９５０からの反対極性の出力は、半ブリッジ型の電力ドライバ装置９６０へ入力される。この半ブリッジ型電力ドライバ装置９６０は、直列接続の２個のスイッチ９６１，９６２を備えており、これら両スイッチは、（たとえば１６０Ｖ）の電源と要素９１０〜９５０に於ける論理回路部で使用される電圧（例えば直流１３Ｖ）より高い電圧（例えば１６０Ｖ）の電位差間で介装されている。電力スイッチ９６１，９６２が作動されると、これらは連動して、指数関数的に増大する正弦波信号をＱの高いＬＣ回路１４０／１５０に発生させる。コンデンサ１４０と一次巻線１５０とからなるＱの高いＬＣ回路に生じる指数関数的増大正弦波信号は、番号９６５で略示した循環手段を通じて出力される。この正弦波信号は、一次巻線１５０の入力側で５〜１０キロボルトに達するべく指数関数的に昇圧されることになるが、この電圧範囲は、コンデンサ１４０と一次巻線１５０とからなるＬＣ回路のＱの値に依存して決まるものである。コロナ放電ピン３２０へ供給される二次巻線１７０の出力は、一次巻線と二次巻線との間の巻回数比（たとえば１０：１）によって決まる。以上の好適実施例にあっては、放電ピン３２０と空気接地１７４との間の電位差に相当する。二次巻線貫通電圧は約１００キロボルトである。要するに、第９図に示したシステムにおいては、複数の条件が同時に満たされない限り放電ピン３２０への電力供出は行われない。まず使用者はプッシュボタン（即時作動スイッチ）１２４を少なくとも瞬時押し下げねばならず、さもなければ、伝送路９１０Ｑ上には２０秒パルスが発生しないし、その結果、伝送路９２０Ｑ上のパルス列が“high”のときにもＡＮＤゲート９３０がオン（ON）となることはない。使用者は一旦伝送路９１０Ｑ上に２０秒パルスを発生させるべく当該システムを作動させたのちは、次の同様のパルスを発生したくとも少なくとも３０秒は待たねばならない。（この３０秒の期間に含まれている余分の１０秒は、各部品が高電圧によりオーバーヒートすることのないよう保護するためである。）さらに、ゲート装置９５０が５００KHzの信号を半ブリッジ型電力ドライバ装置９６０とその先のコイルに向けて送り込むためには、使用者が即時切換えスイッチ１２４を押し続けていなければならない。好適実施例においては、使用者は調整手段１０２，１１２を容易に操作できる。周波数調整手段１０２は、例えば加減抵抗器等の近くに“同調”と適当に表示されている。パルス幅調整手段１０２も、例えば別の加減抵抗器などの近くに“ 電力”と適当に表示されている。しかしゲート制御パルス列デューティ・サイクル調整手段９２１，９２２（１２２）は、使用者が簡単に触れないようキャビネットの内部に配置することが望ましい。ゲート制御パルス列調整手段９２１，９２２（１２２）は、製造の際またはメンテナンスの際に使用者よりも当該装置を熟知した者により設定される。このゲート制御パルス列調整手段９２１，９２２（１２２）は当該装置の最大出力を決めるものであり、使用者はそのときどきの出力をゼロから該最大値との間で選択できる。このようにゲート制御パルス列調整手段９２１，９２２（１２２）は、使用者が調整手段１１２により最大出力を選んだとしても、どの部品も焼損しないよう保護している。第９図の各部品のレイアウトはいろいろと構成できる。電子部品９１０〜９６５は、第６図の手持ちユニットとは別の適宜キャビネット（不図示）に配置されている。コンデンサ１４０は、該キャビネット内、又は手持ちユニットの取っ手部内の何れに収めてもよい。前記ユニットではなくキャビネットにコンデンサを内装する場合は、これらキャビネットとユニットをつなぐコードに高電圧を通すことが必要となる。しかし、キャビネットとにコンデンサを内装することにより、手持ちユニットを軽量小型化できる。第１０Ａ〜１０Ｃ図は、第９図に機能面から略示した実施例を更に詳しく示した回路図である。第９図についての上述の詳細な説明を前提として、当業者ならば第１０Ａ〜１０Ｃ図の回路の作用については容易に理解できよう。つまり下記の説明は、実施例の理解をたすけるためのものである。第１０Ａ図に関連して、プッシュボタン（即時切換えスイッチ）１２４を閉じればトランジスタ2N2222（型番）が作動し、連立ゲート９５０（第１０Ｃ図）を作動すべく反転機能を奏する。ゲート制御装置９５０には、インターナショナル・レクテファイヤ社の型番IR2110のドライバ／電圧トランスレータが用いられている。第１０Ａ図において、第１タイマー９１０′のピン６は、第９図に略示した２０秒及び１０秒タイミングパルスを制御するＲＣ回路の中間ノードに接続されている。接地された４４μFのコンデンサは、タイミング用のコンデンサであり、その放電路は１００KΩ抵抗器を介して伝送路９１４Ｑ−（第９図）上の１０秒阻止パルスを制御する。更に第１０Ａ図に関連して第２タイマー９２０′は自走タイマであって、６６０Hzの望ましくは方形波のパルス列を伝送路９２０Ｑ（第９図）上に発生させる。加減抵抗器９２１，９２２は、第９図示のものに対応している。なお更に第１０Ａ図に関連して、ＡＮＤゲート９３０（第９図）は２つのタイマー９１０′，９２０′の出力線を結線することによって具体化されたものである。この結線によってパルス幅変調器９４０′（第１０Ｂ図）の入力側においてゲート制御機能が行われる。第１０Ｂ図において、パルス幅変調器９４０′は型番SG3525A又は均等物が使用されている。第９図の同調及び電力調整用の加減抵抗器１０２，１１２に対応するのが第１０Ｂ図中の部品１０２′，１１２′である。第１０Ｂには、交流１１５ボルトの交流電力をデジタル回路用直流電力源としての１３ボルトの直流電力に変換する回路も示す。本発明の装置に電力供給する為に直流バッテリを用いてもよく、その場合には、図示の交流・直流変換回路が直流電源回路に代えられる。第１０Ｃ図における連立ゲート装置９５０′には型番IR2110が用いられている。このゲート装置９５０′は、半ブリッジ形ドライバ９６０′内の各FET（電界効果トランジスタ）９６１′，９６２′をドライブする。半ブリッジ形ドライバ９６０′のFETとFETとの間の中間ノードは、循環手段９６５′として一括して示した４つの高速ダイオードを通じてＱの高い回路１４０／１５０をドライブする。これらダイオードは数字の８の字型に配置され、半ブリッジの中間ノードとコンデンサとが“８”の字型の両端と接続してある。更に２つの高速ダイオードが（1）接地部、（2）循環手段９６５′とコンデンサ１４０との間のノード、および（3）＋１６０ボルトのノードに対してそれぞれ直列接続してある。各ダイオードは、電力源を両FET９６１′，９６２′の各ドレンに接続することにより、FETを一方向にバイパスさせている。さらに第１０Ｃ図には、１１５ボルトの交流電力を受けて１６０ボルト直流電力に変える変換回路が示されているが、本発明の中心をなすものでない。本発明では、電源として直流バッテリ電力の使用も可能で、その場合には、図示の交流・直流変換回路を１６０ボルト直流電力発生回路に代える。当業者には明かなように、種々の回路要素の近傍に種々のRFフイルタ・コンデンサを直流電力と接地との間に配置したのは、本装置内部での高電圧及び電流の変動を考慮してのことである。作動の間は、FETスイッチ９６１′，９６２′は、反対の位相でオン・オフされるが、それぞれのゲートへの（約）５００KHzの方形波信号入力により制御される。斯くして、（約）５００KHzの信号がＬＣ回路１４０／１５０の共振周波数に正確に同調されるから、共振回路の高いＱ値の特性によって、５００KHzの波形の連続半周期で２個のFETにより供給される累積増加の電圧を該共振回路がサポートできる。共振回路で電圧が累積増加していく過程は次のごとく理解できる。第一に、５００KHzの波形の第１周期における最初の半分の間にFET９６１′がオンにされたとき、ノード１４５をして第１の極性の第１電圧が達成される。次に、５００KHz波形の第１周期における後半の間に、FET９６２′がノードをして、第１電圧の２倍の第２電圧を達成する。ただし極性は反対である。５００KHz 波形の第２周期における前半の間に、FET９６１′はノードをして第２電圧よりも大きい第３電圧を達成する。但し、第１電圧の極性と同じである。第２周期における後半の間に、FET９６２′はノードをして第３電圧よりも大きい第４電圧を達成する。但し、第２電圧の極性と同じである。この過程は、ノードに於ける瞬間交流ピーク電圧が限界まで増加しながら継続する。この限界値は、ＬＣ回路のＱ値によって、又周波数を該ＬＣ回路の共振周波数に同調させる正確性によって定まる。斯くして、周波数がＬＣ回路の共振周波数に正確に同調された場合に、該ＬＣ回路が受ける電流及び電圧が急速に最大値に達し、第５図に略示した波形を呈することになる。そののち、下記の事態の何れかが起これば、上記の過程が逆に進む。１．パルス発生器９１０（第９図）により決まる２０秒期間が終了し、ＡＮＤゲート９３０をしてパルス変調器９４０が非作動状態にされる。２．伝送路９２０Ｑ上のパルス列中のパルスが非作動状態になり、その結果、ＡＮＤゲート９３０がパルス変調器９４０を非作動にする。３．使用者がプッシュボタン（即時切換えスイッチ）１２４から指を離すことで連立ゲート９５０が非作動状態にされる。上記の事態の何れが発生しても、パルス幅変調器９４０またはゲート制御装置９５０が非作動状態にされるので、半ブリッジ形ドライバ９６０内のスイッチング FETはオフに切換えられ、共振ＬＣ回路１４０／１５０に対してそれ以上の電力は供給されない。この場合、第５図の波形は、該ＬＣ回路のＱ値により定まる時間で零に衰退する。また本発明は、パルス幅変調器の周波数をＬＣ回路１４０／１５０の共振周波数に保つための自己同調機能の実施例も提供する。この機能により、パルス幅変調器９４９の周波数の手動調整は無用となる。そして同調（周波数調整）ノブ１０２も不要になる。手動同調型構成を自動同調型に転換した変更例は第１１図に示す。自動同調型では抵抗器Ｒstが一次巻線１５０と電力供給用接地部１５４との間に介装される。該抵抗器は一次巻線を流れる電流を計測すべく使用される。該抵抗器と一次巻線との間のノードは計測出力端として利用される。第１０Ｂ図の手動同調型では、型番SG3525のパルス幅変調器のピン５，７からコンデンサが接地部へ向かって延びている。しかし、この第１０Ｂ図の手動同調型を自己同調型に改造するには、コンデンサの接地端を、第１１図の一次巻線計測出力端へ直結すればよい。上記の明示に照らして、当業者ならば、本発明の上記実施例に対しては種々の改変を加え得る。例えば、各部品の特定周波数、信号の大きさ、電力供給の大きさ、物理的寸法、電気特性、チップの採用、タイミング特性等々は、本発明の範囲を逸脱することなく、当分野の公知技術を用いて種々改変できる。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲内またはその均等の範囲内で、上記具体例とは異なる態様での実施が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．パルス幅被変調の高周波パルスの低周波バーストからなるデジタル信号を生成する手段；上記デジタル信号を、パルス幅に直接対応して出力エネルギーレベルが変化する高電圧信号に変換するための手段；および上記高電圧信号に応動してコロナ放電を発生させる手段；から成るコロナ放電発生装置。２．第１周波数の信号を生成する手段；上記第１周波数信号のパルス幅を変調してパルス幅変調信号を生成する手段；上記パルス幅変調信号を上記第１周波数よりも低い第２周波数で周期的にゲート制御することにより、幅変調パルスのバーストからなる被ゲート制御信号を上記第１周波数で生成する手段；上記被ゲート制御信号を、変調パルス幅とゲート制御に対応した出力エネルギーレベルの高電圧信号に変換するための手段；および上記高電圧信号に応動してコロナ放電を発生させる手段；から成るコロナ放電発生装置。３.ａ）パルス幅変調出力信号を生成するパルス幅変調器は、１）使用者による操作を容易とする位置に設けられ、上記パルス幅変調出力信号の周波数を調整する手段；および２）使用者による操作を容易とする位置に設けられ、上記パルス幅変調出力信号のパルス幅を調整する手段；から成るもの；ｂ）使用者による操作を容易とする位置に設けられた即時切換えスイッチ；ｃ）上記即時切換えスイッチの押圧直後にこのスイッチに反応して、所定期間のみウインドー信号を生成するタイマー手段；ｄ）上記パルス幅変調出力信号の周波数よりも実質的に低い周波数のパルス列であって周期的作動化期間を有するパルス列を生成する為のゲート制御パルス列発生器；ｅ）上記タイマー手段からの上記ウインドー信号と、上記ゲート制御パルス列発生器からの上記パルス列とを受取ると共に、該ウインドー信号と上記作動化期間とが重なっていま間にのみパルス幅変調器を作動状態にする為のＡＮＤゲート手段；ｆ）上記即時切換えスイッチが押圧されていないときには、上記パルス幅変調出力信号をゲート制御する為のゲート制御手段；ｇ）上記ゲート制御手段に応動して、該ゲート制御手段がパルス幅変調出力信号をゲート制御していないときに、該パルス幅変調出力信号を指示するドライブ信号を発生する為のドライバ手段；ｈ）上記ドライバ手段とコイル複合体との間に介装されたコンデンサ；ｉ）上記コイル装置は上記ドライバ手段に応動し、１）上記コンデンサと相まって上記パルス幅変調器の周波数で共振回路を構成する一次巻線；及びこの共振回路をして上記ドライブ信号の電圧を実質上拡大すること；２）一次巻線の巻回中心に配置された実質的に円筒形のコア；および３）一次巻線と同心でしかし一次巻線より遠周側に巻回された二次巻線、かつこの二次巻線が上記コアによって一次巻線と電磁気的に連結されると共に、巻回数が一次巻線のそれよりも多くして高電圧の変圧出力を提供するように成されていること；から成るものであること；Ｊ）前記ドライブ信号とパルス幅変調出力信号とにより実質上制御されつつコロナ放電を発生させるべく上記高電圧変圧出力を受取る上記二次巻線に対して接続されている放電部材；から成るコロナ放電発生装置。４．パルス幅被変調の高周波パルスの低周波バーストからなるデジタル信号を生成させること；上記デジタル信号を、パルス幅に対応した出力エネルギーレベルの高電圧信号に変換すること；および上記高電圧信号に応動してコロナ放電を行うこと；から成り、部分的にパルス幅変調高周波パルスのバーストによりコロナ放電が特徴付けられるコロナ放電発生方法。５．使用者が操作する即時切換えスイッチが閉じられたことを示すトリガー（誘起）信号を受取ること；上記トリガー信号に応動してウインドー信号を発生させること；上記ウンイドー信号の期間よりも実質的に短いを周期の周期的ゲート制御信号を発生させること；上記周期的ゲート制御の作動化レベルと前記ウインドー信号とが同時に起こったときにパルス幅変調作動化信号を発生させること；上記パルス幅変調作動化信号の発生時にパルス幅変調出力信号を発生させること；該パルス幅変調出力信号は、周期的ゲート信号よりも実質的に高い周波数を有すると共に使用者により操作されるパルス幅調節手段により決まるパルス幅を有するパルスからなる一連のバーストであること；トリガー信号不存在のとき瞬間的に上記パルス幅変調出力信号をゲート制御すること；上記パルス幅変調信号が発生しているがゲート制御されていないときに、ドライバ信号を発生させること；上記ドライバ信号を上記パルス幅変調信号よりもエネルギーレベルの高い中間電圧の信号に前記駆動信号を変換すること；実質的に上記パルス幅変調出力信号の周波数に等しい共振周波数を有すると共に、コンデンサおよび変圧器一次巻線からなる直列共振回路を用いること；上記変圧器の一次巻線に上記中間電圧を印加して、二次巻線を経て高電圧に昇圧すること；及び放電部材へ該高電圧を送りコロナ放電を発生させること；から成るコロナ放電発生方法。６．コイル複合体は、コイル複合体中心線と同心に配置された、実質的に円筒形のフェライトのコア; 中間電圧の交流信号を受取る入力リード線；上記コアに巻回された導電線からなり、上記入力リード線に接続され且つ接地されている一次巻線；上記一次巻線に近接してこれを包囲する中空円筒形の仕切り部材；上記仕切り部材のまわりに巻回される電導線から成り、上記入力リード線に接続される二次巻線であって、一次巻線の層の数よりも多い層を具備すると共に、その巻回数が前記一次巻線の巻回数よりも大で、それら巻回数の比が実質的に１以上にされている二次巻線；上記二次巻線から延出して放電部材へ至る出力リード線であって、コロナ放電を発生させる十分な大きさの高電圧の信号を放電部材に送るための出力リード線; 上記巻線の層と他の導電要素との間に介装される複数の絶縁材層；及び上記の各要素が上記コイル複合体の中心線の周囲に遠周方向に順番に配列されていること；から成るコロナ放電発生装置。