JP6323260B2 - 高周波電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振回路に含まれる誘導コイルに対し、直流電源からスイッチング回路を介して高周波電力を供給することにより、プラズマを生成するための自励発振方式の高周波電源装置に関するものである。

例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）発光分析装置などの分析装置には、共振回路に含まれる誘導コイルに高周波電力を供給することにより、プラズマトーチにプラズマを生成するような構成が採用されている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。誘導コイルに供給される高周波電力によって、高周波電磁界が発生し、プラズマ中の荷電粒子が加速されて誘導電流が流れることにより、プラズマが加熱されることとなる。

このような構成の場合、プラズマの生成に伴い、誘導コイルのインピーダンス（抵抗成分及びリアクタンス成分）が変化する。すなわち、誘導電流が、誘導コイルにより形成される磁場を減少させることに起因して、誘導コイルの実効的なインダクタンスが減少する。また、プラズマの加熱に伴いエネルギーが失われることに起因して、誘導コイルに抵抗成分が生じる。さらに、プラズマ生成用ガスや分析試料の状態、プラズマトーチの形状、プラズマ投入電力などによっても、プラズマの状態が変化し、誘導コイルのインピーダンスに変化が生じる。

プラズマに電力を投入する際には、誘導コイルとコンデンサにより形成される共振回路を一定の発振周波数で駆動する。通常の高周波電源の出力インピーダンスは５０Ωに設定されているため、高周波電源と共振回路との間にインピーダンス変換回路が配置され、高周波電源側から見たインピーダンスが常に５０Ωになるように制御される。この場合、インピーダンス変換回路からの反射電力をなくすために、例えばインピーダンス変換回路内の真空可変コンデンサをモータなどで駆動して、容量を調整する方法が一般的に行われている。

このような構成の場合、プラズマ投入電力は高周波電源の出力電力に等しくなるため、例えば５０Ωの電力計を用いて高周波電源の出力電力を予め校正しておくことにより、プラズマ投入電力を正確に制御することが可能である。しかしながら、このような構成では、インピーダンス変換回路を制御して、常に最適な状態を維持するために、複雑な制御機構と高価な部品を使用する必要がある。そのため、最近では、真空可変コンデンサなどの高価な部品を使用せず、負荷インピーダンスの変化に応じて周波数を変化させる方式（いわゆるｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ方式）が広く用いられるようになってきている。

下記特許文献１〜３には、ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ方式の最もシンプルな回路構成として、自励発振方式に関する技術が開示されている。これらの技術では、高周波電源の出力インピーダンスを５０Ωに限定せず、誘導コイルとコンデンサで構成される共振回路を直接駆動する方式が採用されている。このように、負荷インピーダンスの変化に応じて周波数が自動的に変化する自励発振方式を採用することにより、周波数の制御回路やインピーダンス変換回路などを省略することができるため、より単純な高周波電源装置を提供することが可能になる。

特開平１０−２１４６９８号公報 特表２００９−５３７８２９号公報 特開平６−２０７９３号公報

上記特許文献３では、増幅素子として真空管を用いた構成が提案されている。しかし、真空管を用いた増幅素子は効率が低いだけでなく、電気的特性の経時的変化が大きい上に、寿命が短く定期的な交換が必要である。

また、上記特許文献１及び２のような構成では、以下のような課題がある。まず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体素子を用いたスイッチング回路を有する従来の自励発振方式の高周波電源装置では、半導体素子の制御端子にフィードバック電圧を与えるトランスの１次コイル及び２次コイルの結合度が小さいため、フィードバック電圧、例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間電圧振幅が小さい。そこで、半導体素子の制御端子、例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子の間に直流バイアス電圧が供給されるような構成となっている。

しかしながら、増幅率や入力閾値電圧などの半導体素子の電気的特性は、ばらつきや変動が大きく、直流バイアス電圧を常に最適な値に制御することは困難である。また、直流バイアス電圧が大きくなり過ぎた場合には、半導体素子が完全にオン状態となることにより大電流が流れ、半導体素子が破損するおそれがある。

さらに、スイッチング回路がハーフブリッジ型又はフルブリッジ型である場合などには、全ての半導体素子に対して直流バイアス電圧を供給しなければならない。しかも、ハイサイドの半導体素子は、接地電位に接続されていない直流バイアス回路とする必要があるため、コストが高くなるという問題がある。

一方で、プラズマ生成用の高周波電源装置では、数百Ｗ〜数ｋＷの高周波電力を誘導コイルに供給する必要があり、自励発振のための回路部などが高温となるため、当該回路部を含む発熱部の冷却が必要となる。そこで、例えば空冷ファンを用いて高周波電源装置の外部の空気を発熱部に吹き付け、その空気を外部に排出することにより、発熱部を冷却するような構成が一般的に採用されている。

自励発振方式の高周波電源装置は、装置本体を誘導コイルの近傍に配置する必要がある。しかしながら、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析装置などのように、酸性の試料を用いる場合がある装置においては、誘導コイルが配置されるプラズマ生成部の近傍が酸雰囲気となる。そのため、高周波電源装置の外部の空気を発熱部に吹き付けるような構成では、装置内の部品が装置外の酸雰囲気や粉塵などにより汚染され、信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、フィードバック電圧を大きくすることにより、半導体素子の制御端子に直流バイアス電圧を供給する必要が無く、装置内の部品が装置外の空気により汚染されるのを防止することができる、高信頼性であり、高効率であり、単純な回路構成の高周波電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る高周波電源装置は、自励発振方式であり、直流電源と、ＬＣ共振回路と、スイッチング回路と、トランスとを備える。前記ＬＣ共振回路は、プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含む。前記スイッチング回路は、前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含む。前記トランスは、前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフするために当該半導体素子の制御端子に接続された２次コイルを有する。前記トランスは、略Ｕ字状に形成されている。前記トランスの前記１次コイル及び前記２次コイルは平行に配置されている。前記半導体素子の制御端子には、前記２次コイルと並列にコンデンサが接続されている。

このような構成によれば、トランスを略Ｕ字状に形成することにより、充分なフィードバック電圧を生成できるだけの長さを確保しつつ、トランスの２次コイルの入力端及び出力端と、半導体素子の制御端子との間の配線を短くして、パターンインダクタンスによるフィードバック電圧の減衰を抑えることができる。また、トランスの１次コイル及び２次コイルを平行に配置することにより、１次コイル及び２次コイルの結合度が大きくなる。これらの構造上の工夫により、フィードバック電圧を大きくすることができるため、半導体素子の制御端子に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。

さらに、半導体素子の制御端子に対して、２次コイルと並列にコンデンサを接続することにより、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間容量のばらつきや変動の影響を小さくすることができる。また、非線形なゲート充電特性を有する半導体素子の制御端子の電圧が、よりリニアに変化するようになるため、負荷のインダクタンスに起因するスイッチング波形のリンギングが抑制され、高い電源効率を実現することができる。

前記トランスは、前記１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成されていてもよい。この場合、前記トランスは、セミリジッド同軸ケーブルにより構成されていてもよい。

このような構成によれば、１次コイル及び２次コイルを互いに同軸上に配置することにより、それらの結合度をより大きくすることができる。また、保護被覆を有していないセミリジッド同軸ケーブルを用いてトランスを構成した場合には、保護被覆を取り除く作業を行うことなく、高い放熱効率を実現することができる。

前記トランスは、絶縁性の放熱器に接触していてもよい。

このような構成によれば、トランスからの発熱が放熱器を介して放熱されるため、放熱効率をさらに高くすることができる。特に、絶縁性の放熱器を用いることにより、トランスが保護被覆を有していない場合であっても、１次コイルの電流が放熱器に流れ、２次コイルとの鎖交磁束が減少して、フィードバック電圧が小さくなるのを防止することができる。

前記半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。

このような構成によれば、ＭＯＳＦＥＴのゲート振幅を大きくすることができ、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。

本発明に係る高周波電源装置は、自励発振方式であり、直流電源と、ＬＣ共振回路と、スイッチング回路と、トランスと、筐体と、放熱器と、空冷ファンとを備える。前記ＬＣ共振回路は、プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含む。前記スイッチング回路は、前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含む。前記トランスは、前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフするために当該半導体素子の制御端子に接続された２次コイルを有する。前記筐体は、前記誘導コイルを除く前記ＬＣ共振回路、前記スイッチング回路及び前記トランスを収容する。前記放熱器は、水冷方式であり、前記筐体内に設けられ、当該筐体内の部品を冷却する。前記空冷ファンは、前記筐体内に設けられ、当該筐体内の空気を前記放熱器に導きながら循環させる。

このような構成によれば、誘導コイルを除くＬＣ共振回路、スイッチング回路及びトランスといった部品を筐体内に収容し、かつ、筐体内の空気を空冷ファンで循環させることにより、装置外の空気が装置内に流入しにくくなる。したがって、装置内の部品が装置外の空気により汚染されるのを防止することができる。

また、筐体内の部品が水冷方式の放熱器で冷却されるとともに、空冷ファンにより筐体内で循環させる空気が、水冷方式の放熱器で冷却されながら循環するため、高い冷却効率を実現することができる。したがって、装置外の空気が装置内に流入しにくい構成であっても、装置内の部品を良好に冷却することができる。

本発明によれば、トランスの２次コイルの入力端及び出力端と、半導体素子の制御端子との間の配線を短くすることができるとともに、１次コイル及び２次コイルの結合度が大きくなるため、フィードバック電圧を大きくすることができる。また、本発明によれば、装置外の空気が装置内に流入しにくくなるため、装置内の部品が装置外の空気により汚染されるのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る高周波電源装置の構成例を示した回路図である。 トランスの内部構成について説明するための概略図である。 ＭＯＳＦＥＴの周辺の構成例を示した部分平面図である。 図３のＡ−Ａ断面を示した断面図である。 図１の高周波電源装置の全体構成を示した概略断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る高周波電源装置の構成例を示した回路図である。この高周波電源装置は、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析装置などの分析装置に適用可能であり、直流電源１、バイパスコンデンサ２、スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などを備えた自励発振方式の高周波電源装置である。

直流電源１は、スイッチング回路３の直流電圧を設定し、ＬＣ共振回路５に供給される高周波電力を決定する。バイパスコンデンサ２は、直流電源１とスイッチング回路３の間に配置され、低インピーダンスの高周波電流経路を確保する。

ＬＣ共振回路５には、誘導コイル５１と、当該誘導コイル５１に接続されたコンデンサ５２とが含まれる。この例では、誘導コイル５１に対してコンデンサ５２が直列に接続されることにより、直列共振回路が構成されている。このＬＣ共振回路５に含まれる誘導コイル５１はプラズマ生成用であり、当該誘導コイル５１に対し、直流電源１からスイッチング回路３を介して高周波電力を供給することにより、プラズマトーチ（図示せず）にプラズマを生成することができる。

インピーダンス変換回路４には、２つのコイル４１、４２と、これらのコイル４１、４２間に直列に接続されたコンデンサ４３とが含まれる。スイッチング回路３とインピーダンス変換回路４との間には、インピーダンス変換回路４のコイル４１、４２及びコンデンサ４３を含むループが形成されている。また、インピーダンス変換回路４とＬＣ共振回路５との間には、インピーダンス変換回路４のコンデンサ４３、並びに、ＬＣ共振回路５の誘導コイル５１及びコンデンサ５２を含むループが形成されている。

スイッチング回路３は、半導体素子を含む構成であり、当該半導体素子を介して直流電源１に接続されている。この例では、４つのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）３１、３２、３３、３４を含むブリッジ回路によりスイッチング回路３が構成されている。スイッチング回路３は、ハーフブリッジ型又はフルブリッジ型のブリッジ回路により構成されている。ただし、スイッチング回路３に含まれる半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴに限られるものではない。また、スイッチング回路３は、ハーフブリッジ型又はフルブリッジ型に限られるものではない。

ＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン電極と、ＭＯＳＦＥＴ３２のソース電極との間には、直流電源１及びバイパスコンデンサ２が接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ３１のソース電極と、ＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン電極とは、配線３５により接続されており、当該配線３５の途中部にインピーダンス変換回路４のコイル４１が接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン電極と、ＭＯＳＦＥＴ３４のソース電極との間には、直流電源１及びバイパスコンデンサ２が接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ３３のソース電極と、ＭＯＳＦＥＴ３４のドレイン電極とは、配線３６により接続されており、当該配線３６の途中部にインピーダンス変換回路４のコイル４２が接続されている。

各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４のゲート電極には、ゲート駆動回路３７が接続されている。ＬＣ共振回路５を発振させる際には、ゲート駆動回路３７を介して各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４が所定のタイミングでオン状態又はオフ状態に切り替えられることとなる。これにより、直流電源１から供給される直流電力をスイッチングしてＬＣ共振回路５に与えることができる。

各ゲート駆動回路３７には、互いに並列に接続されたコイル３７１及びコンデンサ３７２が備えられている。各ゲート駆動回路３７に備えられたコイル３７１は、トランスの２次コイルを構成しており、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４をオン／オフするために、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子（ゲート電極、ソース電極）に接続されている。各トランスの１次コイルは、ＬＣ共振回路５に含まれるコイル５３により構成されている。各コイル５３は、誘導コイル５１及びコンデンサ５２に対して直列に接続されている。このように、本実施形態では、１対の１次コイル５３及び２次コイル３７１により構成されるトランスが、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４に対応付けて設けられており、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４に対してフィードバック電圧を供給することができるようになっている。

図２は、トランス６の内部構成について説明するための概略図である。トランス６は、ＬＣ共振回路５に備えられたコイル（１次コイル）５３と、ゲート駆動回路３７に備えられたコイル（２次コイル）３７１とにより構成されている。

本実施形態では、トランス６がセミリジッド同軸ケーブルにより構成されている。セミリジッド同軸ケーブルは、線状の中心導体６１と、当該中心導体６１の外側を覆う筒状の絶縁体６２と、当該絶縁体６２の外側を覆う筒状の外部導体６３とを同軸上に備えている。トランス６の１次コイル５３は外部導体６３により構成されており、２次コイル３７１は中心導体６１により構成されている。

これにより、トランス６は、１次コイル５３及び２次コイル３７１を同軸上に有する同軸構造となっており、トランス６を湾曲又は屈曲した場合であっても、１次コイル５３及び２次コイル３７１が互いに平行に配置された状態が維持される。ただし、トランス６の１次コイル５３が中心導体６１により構成され、２次コイル３７１が外部導体６３により構成されていてもよい。

図３は、ＭＯＳＦＥＴ３１、３２の周辺の構成例を示した部分平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ断面を示した断面図である。図３及び図４では、ＭＯＳＦＥＴ３１、３２の周辺の構成のみが示されているが、他のＭＯＳＦＥＴ３３、３４の周辺の構成についても同様の構成を採用することができる。

本実施形態では、スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などの各回路が基板１０に実装されている。各回路に含まれる部品は、パターン配線１１により互いに電気的に接続されている。プラズマ生成用の誘導コイル５１に流れる電流は非常に大きいため、パターン配線１１の幅が小さいと発熱が多くなりすぎて許容できない。そのため、パターン配線１１としては、幅広のパターンを用いることが好ましい。なお、基板１０は１枚であってもよいし、２枚以上に分割されていてもよい。

各トランス６は、略Ｕ字状に形成されている。略Ｕ字状とは、トランス６の両端部６０が互いに近接するように湾曲又は屈曲された形状を意味しており、Ｕ字状に限らず、コ字状や半円状などの他の形状も含む概念である。セミリジッド同軸ケーブルにより構成されたトランス６は、外部導体６３の外側に保護被覆を有しておらず、外部導体６３が剥き出しの状態となっており、各トランス６の１次コイル５３はパターン配線１１に接続されている。一方、各トランス６の２次コイル３７１の入力端（ＩＮ）及び出力端（ＯＵＴ）と、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子（ゲート電極３０１、ソース電極３０２）との間は、基板１０におけるパターン配線１１側とは反対側の面で、パターン配線１２により電気的に接続されている。

各トランス６には、絶縁性の放熱器２０が接触している。この場合、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４に対応付けて設けられたトランス６に対して、１つの放熱器２０が接触していてもよいし、それぞれ異なる放熱器２０が接触していてもよい。放熱器２０は、例えば窒化アルミニウム製のブロックにより構成されている。ただし、熱伝導率が高く、絶縁性の材料であれば、窒化アルミニウム以外の材料により放熱器２０が形成されていてもよい。

トランス６が同軸ケーブルにより構成されているときには、トランス６の外表面が円周面となるため、放熱器２０におけるトランス６との接触面が平面からなる場合に、同軸ケーブルの極一部にしか放熱器２０が接触せず、放熱が不十分となる。そこで、トランス６と放熱器２０との接触部の周辺に、例えばサーマルグリスを塗布したり、放熱器２０におけるトランス６との接触面をトランス６の外表面に対応する凹面にしたりすることにより、放熱器２０とトランス６との接触面積を増加させることが好ましい。

本実施形態では、各トランス６を略Ｕ字状に形成することにより、充分なフィードバック電圧を生成できるだけの長さを確保しつつ、各トランス６の２次コイル３７１の入力端（ＩＮ）及び出力端（ＯＵＴ）と、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子（ゲート電極３０１、ソース電極３０２）との間のパターン配線１２を短くして、パターンインダクタンスによるフィードバック電圧の減衰を抑えることができる。また、各トランス６の１次コイル５３及び２次コイル３７１を平行に配置することにより、１次コイル５３及び２次コイル３７１の結合度が大きくなる。

これらの構造上の工夫により、フィードバック電圧を大きくすることができるため、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。すなわち、本実施形態のようにスイッチング回路３の半導体素子がＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４により構成されている場合には、ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４のゲート振幅を大きくすることができ、ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４のゲート電極に直流バイアス電圧を供給する必要がなくなる。

さらに、図１に示すように、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子に対して、２次コイル３７１と並列にコンデンサ３７２を接続することにより、各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４のゲート・ソース間容量のばらつきや変動の影響を小さくすることができる。また、非線形なゲート充電特性を有する各ＭＯＳＦＥＴ３１、３２、３３、３４の制御端子の電圧が、よりリニアに変化するようになるため、負荷のインダクタンスに起因するスイッチング波形のリンギングが抑制され、高い電源効率を実現することができる。

特に、本実施形態では、１次コイル５３及び２次コイル３７１を互いに同軸上に配置することにより、それらの結合度をより大きくすることができる。また、保護被覆を有していないセミリジッド同軸ケーブルを用いて各トランス６を構成することにより、保護被覆を取り除く作業を行うことなく、高い放熱効率を実現することができる。

さらに、各トランス６からの発熱が放熱器２０を介して放熱されるため、放熱効率をさらに高くすることができる。特に、絶縁性の放熱器２０を用いることにより、各トランス６が保護被覆を有していない場合であっても、１次コイルの電流が放熱器２０に流れ、２次コイルとの鎖交磁束が減少して、フィードバック電圧が小さくなるのを防止することができる。

図５は、図１の高周波電源装置の全体構成を示した概略断面図である。この高周波電源装置は、中空状の筐体１００内に各種部品を備えた構成を有している。筐体１００には、ケーブルを挿通させるための挿通孔などは形成されているが、それ以外に開口部は形成されておらず、筐体１００内はほぼ密閉状態となっている。すなわち、筐体１００には、筐体１００内に空気を吸い込むための吸気口や、筐体１００内の空気を排出するための排出口などは形成されていない。

筐体１００内の空間は、１つ又は複数の区画壁１０１により区画されている。スイッチング回路３、インピーダンス変換回路４及びＬＣ共振回路５などの各回路が実装された基板１０は、例えば区画壁１０１により保持されている。これにより、スイッチング回路３、ＬＣ共振回路５及びトランス６などの各種部品が筐体１００内に収容されている。

ただし、ＬＣ共振回路５に含まれる誘導コイル５１については、筐体１００内に収容されておらず、プラズマスタンド（図示せず）の内部に配置されている。筐体１００内の基板１０と筐体１００外の誘導コイル５１とは、例えば銅板などの導電体により接続されており、誘導コイル５１とプラズマスタンドとの間は、例えばフッ素樹脂などの絶縁体で仕切られている。

基板１０には、筐体１００内に設けられた放熱器２０が取り付けられている。放熱器２０は、例えば水冷方式であり、冷媒が流れる本体部２１と、本体部２１から突出する複数枚の放熱フィン２２とを備えている。放熱器２０は、主として基板１０に実装したＭＯＳＦＥＴを冷却する。その本体部２１を、例えば基板１０に直接接触させて、基板１０及び基板１０に実装された部品を冷却することもできる。しかし、基板１０の絶縁材料を経由した放熱となるため不十分である。

このため、筐体１００内には、上述の基板１０及び放熱器２０以外に、空冷ファン４０が設けられている。空冷ファン４０は、例えば区画壁１０１により保持されており、基板１０における放熱器２０側とは反対側の面に対向している。これにより、空冷ファン４０が回転駆動された場合には、当該空冷ファン４０から基板１０に対して筐体１００内の空気が吹き付けられる。

区画壁１０１により区画された筐体１００内の空間は、筐体１００内の空気を循環させるための循環路１０２を構成している。すなわち、空冷ファン４０の吹出口４０１から吹き出された空気は、循環路１０２の途中に設けられた基板１０及び放熱器２０に晒された後、吸込口４０２から空冷ファン４０に吸い込まれ、再び吹出口４０１から吹き出されるようになっている。

放熱器２０に備えられた複数枚の放熱フィン２２は、それぞれ循環路１０２における空気の流通方向に沿って延びるように、互いに間隔を隔てて平行に配置されている。このように、循環路１０２の途中に放熱器２０（放熱フィン２２）が配置されることにより、筐体１００内の空気を空冷ファン４０により放熱器２０に導きながら循環させることができる。

このように、本実施形態では、誘導コイル５１を除くＬＣ共振回路５、スイッチング回路３及びトランス６といった部品を筐体１００内に収容し、かつ、筐体１００内の空気を空冷ファン４０で循環させることにより、装置外の空気が装置内に流入しにくくなる。したがって、装置内の部品が装置外の空気により汚染されるのを防止することができる。

また、筐体１００内の部品が水冷方式の放熱器２０で冷却されるとともに、空冷ファン４０により筐体１００内で循環させる空気が、水冷方式の放熱器２０で冷却されながら循環するため、高い冷却効率を実現することができる。したがって、装置外の空気が装置内に流入しにくい構成であっても、装置内の部品を良好に冷却することができる。

以上の実施形態では、誘導コイル５１を有するＬＣ共振回路５が、誘導コイル５１に対してコンデンサ５２が直列に接続された直列共振回路により構成される場合について説明した。しかし、このような構成に限らず、誘導コイル５１に対してコンデンサ５２が並列に接続された並列共振回路によりＬＣ共振回路５が構成されていてもよい。

トランス６は、セミリジッド同軸ケーブルにより構成されるものに限らず、他の同軸ケーブルにより構成されていてもよい。保護被覆を有する同軸ケーブルをトランス６として用いる場合には、保護被覆を取り除いて使用することが好ましい。ただし、同軸ケーブルを用いるような構成に限らず、トランス６の１次コイル５３及び２次コイル３７１を同軸上に配置するだけの構成であってもよいし、同軸上ではなく単に平行に配置するような構成であってもよい。

本発明に係る高周波電源装置は、ＩＣＰ発光分析装置に限らず、プラズマを利用して分析を行う他の分析装置にも適用可能である。また、本発明に係る高周波電源装置は、分析装置に限らず、プラズマを利用する他の各種装置（例えば、プラズマＣＶＤ用の高周波発振回路など）にも適用可能である。

１ 直流電源
２ バイパスコンデンサ
３ スイッチング回路
４ インピーダンス変換回路
５ 直列共振回路
６ トランス
１０ 基板
１１ パターン配線
１２ パターン配線
２０ 放熱器
２１ 本体部
２２ 放熱フィン
３１〜３４ ＭＯＳＦＥＴ
３５ 配線
３６ 配線
３７ ゲート駆動回路
４０ 空冷ファン
４１ コイル
４２ コイル
４３ コンデンサ
５１ 誘導コイル
５２ コンデンサ
５３ コイル（１次コイル）
６０ 両端部
６１ 中心導体
６２ 絶縁体
６３ 外部導体
１００ 筐体
１０１ 区画壁
１０２ 循環路
３０１ ゲート電極
３０２ ソース電極
３７１ コイル（２次コイル）
３７２ コンデンサ
４０１ 吹出口
４０２ 吸込口

Claims (5)

1. 直流電源と、
   プラズマ生成用の誘導コイル及びコンデンサを含むＬＣ共振回路と、
   前記直流電源から供給される直流電力をスイッチングして前記ＬＣ共振回路に与える半導体素子を含むスイッチング回路と、
   前記ＬＣ共振回路に含まれる１次コイル、及び、前記半導体素子をオン／オフするために当該半導体素子の制御端子に接続された２次コイルを有するトランスとを備え、
   前記半導体素子は、前記制御端子を複数備え、
   前記トランスは、略Ｕ字状に形成されることにより、前記２次コイルの入力端と出力端が、前記半導体素子の制御端子の間隔に合うように、当該半導体素子の制御端子に接続され、
   前記トランスの前記１次コイル及び前記２次コイルは平行に配置されており、
   前記半導体素子の制御端子には、前記２次コイルと並列にコンデンサが接続されていることを特徴とする自励発振方式の高周波電源装置。
2. 前記トランスは、前記１次コイル及び前記２次コイルを同軸上に有する同軸構造で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
3. 前記トランスは、セミリジッド同軸ケーブルにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の高周波電源装置。
4. 前記トランスは、絶縁性の放熱器に接触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高周波電源装置。
5. 前記半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高周波電源装置。
   

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