(57)【要約】【課題】サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを抑制でき、さらには、サージ収束後の続流を速やかに遮断することができるサージ防護デバイスを提供すること。【解決手段】本発明のサージ防護デバイス（１０）は、準安定励起種を生成する種生成部（１）と、ギャップを有する電極（８）（９）を配置し、サージにより放電を発生させるサージ放電部（２）と、前記種生成部と前記サージ放電部との間に形成され、前記準安定励起種を前記種生成部から前記サージ放電部に流入可能とする連通部（１２）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
準安定励起種を生成する種生成部と、
ギャップを有する電極を配置し、サージにより放電を発生させるサージ放電部と、
前記種生成部と前記サージ放電部との間に形成され、前記準安定励起種を前記種生成部から前記サージ放電部に流入可能とする連通部と、
を有することを特徴とするサージ防護デバイス。
【請求項２】
前記種生成部では、放電により前記準安定励起種を生成することを特徴とする請求項１に記載のサージ防護デバイス。
【請求項３】
前記準安定励起種のポテンシャルエネルギーは、前記サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサージ防護デバイス。
【請求項４】
前記種生成部のガス圧は、前記サージ放電部のガス圧と同等以上に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサージ防護デバイス。
【請求項５】
前記準安定励起種を前記種生成部から前記連通部を介して前記サージ放電部に流入させる流路を形成するためのブロアを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のサージ防護デバイス。
【請求項６】
前記サージ放電部でのサージにより発生する放電電流をトリガとして、前記種生成部での放電を停止するように制御されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のサージ防護デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、より高い運転電圧での動作を要求されるパワーエレクトロニクスなど、各種電気機器、電力機器に対するサージ耐圧確保において必要となるガスギャップ式のサージ保護デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電気機器およびその上段系統に位置するパワーエレクトロニクスや電力機器など、電力の供給を必要とするほぼ全ての製品においては、電力系統から侵入する雷サージ耐圧やその機器自身が起こす遮断やスイッチングによって発生するサージへの耐圧が求められる。
【０００３】
近年、特にＳｉＣの台頭やスマートグリット／スマートシティ化構想が進む直流送配電なども活発化してきており、これらを成立させるうえでＳｉＣ半導体デバイスなどの適用も検討が始まっている。
【０００４】
こうした半導体デバイスを適用する際に大きな課題となっているのは、信頼性の確保であり、不測の雷サージや各種機器から発せられたスイッチングサージが侵入および内部で発生しても、確実に動作できることが求められる。
【０００５】
従来では、外部から雷サージ等が発生してもトランスなどで回路前段が固められており、半導体デバイスまで侵入到達することはなかった。しかしながら、装置の高耐圧化が進むと半導体デバイス自身が直接系統につながることとなり、耐サージ性能の向上は必要不可欠となっている。
【０００６】
従来において、サージ防護デバイスとしては、大きく２種類あり、ギャップ式とギャップレス式に大別される。ギャップ式としてはガス入り放電管（ＧＤＴ）がある。また、ギャップレス式としては、金属酸化物バリスタやアヴァランシェダイオード、サージ防護サイリスタを活用したものがある。
【０００７】
ギャップ式のサージ防護デバイスは、ギャップ間に一定の電圧以上のサージが入った場合に、ガスギャップ空間の放電によってサージを吸収するという基本原理からなっている。ギャップ式のサージ防護デバイスでは、放電電極間の静電容量が小さいので高周波回路に好適に活用できる点や素子自身が小さくても比較的大電流を流すことができる点などのメリットがある。その反面、ガスギャップ空間の放電現象を活用している特性上、サージが発生してもそれを処理するまでにある程度の時間を要してしまう点、厳密にいうと、その処理時間および処理するサージ電圧に関して、ばらつきが存在してしまう点が欠点として挙げられる。また、ギャップ式のサージ防護デバイスでは、サージを吸収してガスギャップ空間で放電が発生しても、サージ終了後も通常の印加電圧で続流が流れ放電が切れずに維持されてしまう点も欠点として挙げられる。例えば特許文献１では、鉄道用のギャップ式サージ防護デバイスを並列に複数接続し、主回路のサージ防護と続流カット用の機能を持たせた方式での対策が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−７３３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、ギャップ式のサージ防護デバイスでは、放電を活用しているうえでその特性上発生してしまうサージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきが生じる問題があった。なお、特許文献１に記載された発明では、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを抑制するに至っていない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを抑制でき、さらには、サージ収束後の続流を速やかに遮断することができるサージ防護デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、従来のギャップ式のサージ防護デバイスで問題となっていた、サージ処理時間遅れの抑制、およびサージ処理時間とサージ処理電圧のばらつきを抑制すべく、準安定励起分種を活用する。即ち本発明は、以下のように示される。
【００１２】
本発明におけるサージ防護デバイスは、準安定励起種を生成する種生成部と、ギャップを有する電極を配置し、サージにより放電を発生させるサージ放電部と、前記種生成部と前記サージ放電部との間に形成され、前記準安定励起種を前記種生成部から前記サージ放電部に流入可能とする連通部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
このように本発明では、準安定励起種を生成し、準安定励起種をサージ放電部に流入できるようにした。したがってポテンシャルエネルギーを備えた準安定励起種がサージ放電部のガスギャップ空間に存在した状態となり、電極間にサージが印加された際に、速やかに所望電圧で放電させることが可能になる。これにより従来に比べて、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを効果的に抑制できる。
【００１４】
本発明では、前記種生成部では、放電により前記準安定励起種を生成することが好ましい。これにより、安価に且つ安定して準安定励起種を生成することができる。
【００１５】
また本発明では、前記準安定励起種のポテンシャルエネルギーは、前記サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高く設定されていることが好ましい。これにより、適切に、サージ放電部で反応を起こすことが可能になる。
【００１６】
また本発明では、前記種生成部のガス圧は、前記サージ放電部のガス圧と同等以上に設定されていることが好ましい。これにより適切かつ簡単に、準安定励起種を種生成部からサージ放電部に流入させることができる。
【００１７】
また本発明では、前記準安定励起種を前記種生成部から前記連通部を介して前記サージ放電部に流入させる流路を形成するためのブロアを備えることが好ましい。これにより適切かつ簡単に、準安定励起種を種生成部からサージ放電部に流入させることができる。
【００１８】
また本発明では、前記サージ放電部でのサージにより発生する放電電流をトリガとして、前記種生成部での放電を停止するように制御されていることが好ましい。これにより、種生成部による準安定励起種の生成およびサージ放電部への準安定励起種の供給を停止することができ、速やかに続流を遮断することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来に比べて、サージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを効果的に抑制できる。また、サージ収束後の続流を速やかに遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図２】図１に示すサージ防護デバイスをＡ−Ａ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。
【図３】図１に示すサージ防護デバイスをＢ−Ｂ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。
【図４】本実施の形態におけるサージ防護デバイスのブロック構成図である。
【図５】第２の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図６】第３の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図７】第４の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図８】第５の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図９】第６の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１０】第７の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１１】第８の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１２】第９の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１３】第１０の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１４】第１１の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１５】第１２の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１６】第１３の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１７】第１４の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【図１８】種生成部（第１の放電管）とサージ放電部（第２の放電管）でそれぞれ起こす反応を示したポテンシャル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ギャップ式のサージ防護デバイスは、信頼性の面で開放故障モードである点、および静電容量が小さいため高周波回路に好適に利用できる点など非常に有益である。また、サージ処理電圧の値についても可変することができれば、状況に応じたサージ電圧リミットを可変することが出来るようになり、通常のギャップ式で問題となる、サージをカットした後の放電維持による続流を防ぎ、運転状況に応じた運営が出来るようになると非常に有効である。したがって、ギャップ式での課題である、放電を活用しているうえでその特性上発生してしまうサージ発生後の処理遅れ、およびサージ発生後の処理時間と処理電圧のばらつきを回避することができれば、そのメリットを十分に発揮することができる。これらを実現することは、今後伸長が期待され、必要性が高まる各種系統やパワーエレクトロニクスへのサージ保護機能としても好適であると考えられる。
【００２２】
本実施の形態では、サージ処理時間遅れの抑制、およびサージ処理時間とサージ処理電圧のばらつきを抑制すべく、準安定励起分種を活用する。具体的には、この準安定励起種を事前に発生させておき、準安定励起種を、サージ発生時に放電を起こす空間内に流入させる点に特徴的部分がある。
【００２３】
図１は、第１の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図２は、図１に示すサージ防護デバイスをＡ−Ａ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。図３は、図１に示すサージ防護デバイスをＢ−Ｂ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面模式図である。なお、図１、及び後述する図５〜図１７において、各放電管内部を透視して示した。
【００２４】
図１に示す本実施の形態のサージ防護デバイス１０は、種生成部（第１の放電管）１とサージ放電部（第２の放電管）２とを有して構成される。例えば、種生成部１は、図１、図３に示すように、筒状容器３と、筒状容器３の両側の開放端に配置された平行平板型の電極５、６とを有して構成される。また図１に示すように、種生成部１は、例えば、直流電圧源７に接続されており、電極５、６間の放電空間に電圧印加することができる。本実施の形態では、種生成部１内で準安定励起種を生成する。
【００２５】
準安定励起種について詳しく説明する。準安定励起種は、例えば、準安定励起分子や原子として存在し（分子及び原子の両方であってもよいし一方であってもよい；以下準安定励起分子・原子と表現する）、準安定励起分子・原子は、分子および原子内部にポテンシャルエネルギーを保有した状態で従来の励起分子および原子よりも長い寿命を持って存在することが出来る分子・原子のことである。従来の励起分子・原子は、ポテンシャルエネルギーを持つと、その状態が不安定であるために元の基底準位に戻ろうとする性質を持ち、光などのエネルギーを放出して脱励起する。通常の励起分子はそれゆえ寿命としてはマイクロ秒あるいはそれ以下と非常に寿命が短い。
【００２６】
これに対して準安定励起分子・原子は基底状態に戻る際の脱励起が禁制帯となっているために、脱励起が出来ない状態で他の分子や壁への衝突などの反応によってエネルギーを授受し脱励起するという特性を持っている。そのため、この準安定励起分子・原子の寿命は平均自由工程すなわち気圧によって変わるものであるが、条件によって数秒以上、極端な例では条件が良ければ１０４秒程度も残存することができる。準安定励起分子・原子は外部からエネルギーを与えることで形成することができ、所望ガスに対して放電プラズマを発生させたり、レーザーや電子ビームをガスに照射することなどで生成可能である。ただし本実施の形態では、図１に示すように、気体間に電圧を印加し、絶縁破壊を起こすことで得られる気体放電による生成が、最も簡便かつ安価で生成できると考えられ好適である。
【００２７】
準安定励起分子・原子は、ポテンシャルエネルギーが数〜十数ｅＶのものが一般的であり、窒素、アルゴン、水素、酸素、ネオン、水銀など、汎用的な元素ガスにおいて放電を発生させるとその空間内に存在する。
【００２８】
図１に示すように、サージ放電部２は、筒状容器４と、筒状容器４の両側の開放端に配置された平行平板型の電極（放電電極）８、９とを有して構成される。このサージ放電部２が、ガス入り放電管を構成している。サージ放電部２には、電極８、９によりギャップ（放電間隙；放電ギャップ）が構成され、侵入したサージ電圧により電極８、９間に放電が生じる。放電が生じると、電極間のインピーダンスが急激に低下し、ほぼ短絡状態になり、サージ電圧を非常に低く抑えることが可能になる。
【００２９】
図１に示すように、サージ放電部２を構成する電極８、９には外部端子として回路接続端子１１、１１が接続されており、回路接続端子１１を介してサージ防護対象物（図４に符号２０として図示した）がサージ放電部２と接続された状態とされる。
【００３０】
図１〜図３に示すように、種生成部１とサージ放電部２との間には連通部１２が設けられている。連通部１２は、種生成部１及びサージ放電部２を構成する筒状容器３、４の外周面に貫通形状で形成された接続孔であることが簡単な形状で形成でき、且つ種生成部１とサージ放電部２とを互いに確実に連通させることができる。図２、図３に示すように、種生成部１とサージ放電部２には、連通部１２以外の部分に互いに接する当接領域１４が存在し、当接領域１４を介して種生成部１とサージ放電部２とが既存の方法を用いて接合されている。
【００３１】
図１に示すように、種生成部１とサージ放電部２との間に連通部１２を設けたことで、連通部１２を介して種生成部１からサージ放電部２に準安定励起分子・原子を流入させることが可能になる。
【００３２】
ところで、ギャップ式のサージ防護デバイスにおいて、サージ発生後の処理遅れ（放電の遅れ）の原因としては、統計遅れと形成遅れの２種類に大別することができる。気体放電の発生時のメカニズムは端的に言うと、ガスギャップ空間内に電圧を印加するとその電圧で加速された電子がガス分子と衝突しこの衝突が繰り返され電子雪崩が起こり、その電子数が一定以上に達すると絶縁破壊に至り放電するというものである。
【００３３】
統計遅れは、その電子衝突・電子雪崩を起こす前提条件として、初期電子の存在が必要である点に依るものである。この初期電子は、気体中に宇宙線などで偶然存在する偶存電子が活用されると絶縁破壊に至るため、これを安定的に供給できれば、放電に必要な種が豊富に存在することとなり、統計遅れを抑制することができる。準安定励起分子・原子は、電極や壁面にぶつかると、電子放出させるエネルギーを備えているため（放電の持続性は準安定励起分子・原子による電極からの２次電子放出も寄与している）、初期電子供給として、準安定励起分子・原子をガスギャップ空間に供給することで、初期電子供給において十分な状態を確保することが出来る。
【００３４】
形成遅れは、電子衝突を繰り返して最終的に火花放電に達するまでの時間であり、この部分は電子が衝突する対象として準安定励起分子・原子が存在することによる累積電離効果、およびこれらの準安定励起分子・原子によるペニング電離によって電子を供給することによって、形成遅れ制御を行うことが出来る。
【００３５】
つまりこれらの制御によってサージが印加された際のガスギャップ空間での放電処理時間とばらつきを抑制することができる。これらの一連のプロセスに関するポテンシャルエネルギーを用いた概念図を図１８に示した。
【００３６】
図１８の左側の図は、種生成部１で起こる反応のポテンシャル図である。図１８に示すように、種生成部１では、以下の式（１）の反応が起こっている。
【００３７】
Ａ（Ｘ）＋ｅ→Ａ＊（Ｍ）＋ｅ      （１）
ここで、Ａ＊（Ｍ）は、準安定励起分子・原子を示し、Ａ（Ｘ）はＡ分子または原子の基底状態（ポテンシャルエネルギーゼロ）を示す。
【００３８】
また図１８の右側の図は、サージ放電部２で起こる反応のポテンシャル図である。図１８に示すように、サージ放電部２では、以下の式（２）の反応が起こっている。
【００３９】
Ａ＊（Ｍ）＋Ｂ（Ｘ）→Ｂ＊ｏｒＢ＋      （２）
ここで、Ｂ（Ｘ）はＢ分子または原子の基底状態（ポテンシャルエネルギーゼロ）を示す。Ｂ＋はペニング電離を起こしＢ分子または原子が電離した状態を示す。Ｂ＊はＢ分子または原子の準安定励起状態を示す。
【００４０】
Ｂ＊はさらに以下に示す式（３）の累積電離反応を起こす。
Ｂ＊＋ｅ→Ｂ＋＋ｅ      （３）
【００４１】
Ｂ（Ｘ）→Ｂ＊の反応は、励起電圧になる。また累積電離効果は、一度Ｂ（Ｘ）がＢ＊に励起した状態から更に電子衝突およびＡ＊が衝突することでＢ＊→Ｂ＋になる反応を示している。図１８の右図には、２通りのパターンが示されている。
【００４２】
以下の表１に準安定励起分子・原子を保有するガス種とそのポテンシャルエネルギーを示す。さらに組み合わせとしてペニング電離を起こすうえで好適なガスギャップ空間のガス種を示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、種生成部にて準安定励起分子・原子を生成するのに活用するガス種として、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、及びヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガスを用いることができる。本実施の形態では、これらガスの少なくとも１種を活用し、同ガス雰囲気で気体放電を常時もしくは断続的に発生させて準安定励起分子・原子を生成している。
【００４５】
ペニング電離については、効果をより高めるうえで必要に応じて選定すべきガス種としての組み合わせであり、必須ではない。準安定励起分子・原子の寿命を考慮すると、種生成部ではその生成量と寿命の組み合わせで考慮すべきであるものの、少なくともサージ放電部（ガスギャップ空間）の雰囲気ガス圧は生成されて到達するまでの状態を考慮すると大気圧以下であることが望ましいが、必須条件ではない。
【００４６】
ペニング電離を起こすうえで大事なのは、準安定励起分子・原子の持つポテンシャルエネルギーが、サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高いことである。ただし、ポテンシャルエネルギーの授受を考えるに際し、図１８において、受け取る側Ｂと与える側Ａのエネルギー差は出来るだけ小さい方が、授受が容易であると考えられている。その理由としては、エネルギー保存の法則から、余剰エネルギーが発生した際には、その余剰エネルギーを何らかの形で消費しなければ、化学反応が起こらないため、余った分が大きいと、分子の運動エネルギー等のエネルギー転換が必要となり、その部分が成立しにくいためである。よって、準安定励起分子・原子の持つポテンシャルエネルギーが、サージ放電部のガス種の電離電圧よりも高いことが要件ではあるが、高ければいいというわけでもなく、Ａ＊＞Ｂ＋の要件を満たしつつできる限り両者が等しい方が反応は起こりやすくなる。
【００４７】
また表１に示す「累積電離寄与」については、例えば、種生成部のガス種がＮ２の場合、Ｎ２の準安定励起分子の持つポテンシャルエネルギーはいずれも電離電圧には達しないので、一度エネルギーを授受したうえで段階的に電離に至る「累積電離」しか起きないことを意味する。
【００４８】
本実施の形態では、このように、準安定励起種を生成して、準安定励起種を、ガスギャップ空間を構成するサージ放電部へ流入させて、初期電子供給において十分な状態を確保している。これにより、ガスギャップ空間の電極間にサージが印加されたときに、準安定励起種の存在による累積電離効果やペニング電離によりガスギャップ空間で従来よりも素早く且つ安定的に放電を起こすことができ、ガスギャップ間の放電処理時間とばらつきを抑制することができる。
【００４９】
さらに詳細に言及すると、準安定励起分子・原子の種類とこれらの寿命に寄与する気圧条件、さらにはガスギャップ空間内のガスの種類によって、サージを抑制するうえでの処理時間のばらつきのみならず、サージ処理電圧も制御することができる。
【００５０】
サージ処理電圧の制御について説明する。ギャップ式のサージ防護デバイスシでは、ガスギャップ空間の放電を活用してサージを防護するものである。よって、印加されるサージに対して、毎回同じ電圧を閾値とし、それ以上の電圧が加わった場合に着実に放電すれば、安定してサージを防護できることになる。
【００５１】
既に述べたように、放電開始は、空間に存在する偶存電子つまり初期電子が最初の種となり、電界によって加速された電子が内部のガス分子とぶつかることで電子増倍を重ね、電子雪崩と呼ばれる現象を発生して、一定量に電子が増倍したらそのガスギャップ空間の絶縁が破れて、電流が流れるメカニズムになっている。
【００５２】
よって、放電開始電圧は、印加される電圧と電子が当たる相手であるガス分子の種類、およびそのガス分子の数すなわち気圧、および電子が加速し増倍するのに必要なギャップ長がパラメータになっている。すなわちこれらパラメータより、ガス毎に横軸が気圧×ギャップ長で縦軸が放電開始電圧でプロットしたのがパッシェンの法則である。
【００５３】
この放電開始電圧は、通常非常にばらつく。このようなばらつきは、初期電子の供給があるかないかで大きく変わる。すなわち最初に種となる初期電子がリッチに存在すると、安定して常に同じ電圧で放電することが可能になり、放電開始電圧は安定する。一方、初期電子がプアだとなかなか放電に至らず、少ない種から放電を無理やり起こさなければならないため、放電開始電圧は非常に大きくなってしまう。
【００５４】
したがって本実施の形態のように、初期電子を常にリッチな状態にしておくことで、想定される最低電圧で確実に放電を起こすことが可能になり、すなわちサージ処理電圧のばらつきを抑制でき、常に安定的に一定電圧以上のサージが入ったら即放電を起こすことが可能になる。
【００５５】
また本実施の形態では、種生成部１で生成された準安定励起種をサージ放電部２へ簡単且つ安定的に流入できるように制御されていることが好ましい。例えば、種生成部１のガス圧を、サージ放電部２のガス圧と同等以上に設定する。これにより、図１に示すように、種生成部１から連通部１２を介してサージ放電部２へ向けての流路Ｒ１、Ｒ２を形成でき、準安定励起種をスムーズに種生成部１からサージ放電部２に流入させることができる。
【００５６】
あるいは、ブロアを外部接続して、準安定励起種を種生成部１からサージ放電部２に流入させることもできる。図４に示すように、ブロア１５を種生成部１に外部接続する。ブロア１５は、種生成部１の平行平板型の電極５、６の両側、あるいは片側に配置される。例えば、図５に示すように、種生成部１の両側に配置される電極５、６はメッシュ状とされ、あるいは図６に示すように、電極５、６に貫通孔５ａ、６ａが形成されている。そして図５、図６には図示しないブロアにより、電極５、６の外側から種生成部１の内部及びサージ放電部２に至る流路Ｒ３、Ｒ４を形成することができる。なお図５、図６において図１と同じ符号は図１と同じ部分を示している。
【００５７】
また、本実施の形態では、ガスギャップ空間すなわちサージ放電部２にサージが印加され、そのサージによりガスギャップ空間で放電が発生したら、サージ放電部２に流れる放電電流（サージ電流）をトリガとして、種生成部１での放電を停止するように制御することができる。図４に示すように、種生成部１及びサージ放電部２に接続される制御部１６が設けられている。制御部１６では、サージ放電部２に流れるサージ電流を監視しており、所定値のサージ電流を観測したら、種生成部１での準安定励起種の生成をストップさせるための停止信号を種生成部１へ送る。これによって準安定励起分子・原子の生成・供給、およびこれらによる累積電離およびペニング電離、およびγmすなわち準安定励起分子・原子による２次電子放出がストップするため、サージが収束した後の通常の印加電圧で、世代機構と呼ばれる放電維持条件が損なわれ、その結果、続流が流れる現象をカットすることができる。
【００５８】
図７は、第４の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図７において図１と同じ符号は図１と同じ部分を示している。図７では、種生成部１を構成する一方の電極を針状電極２１としている。他方の電極は図１と同様に平行平板型の電極６である。
【００５９】
図８は、第５の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図８において図１、図７と同じ符号は図１、図７と同じ部分を示している。図８では、種生成部１を構成する両方の電極を針状電極２１、２２としている。図７、図８では、針状電極のように先端の尖った電極を用いることで、電界を局部的に集中させ、その尖った先端周辺でコロナ放電Ｃという形態の安定した放電を形成することが可能である。よって針先端を例えばサージ放電部２との間の連通部１２の直近に配置することで、準安定励起種（放電生成物）を安定的にサージ放電部２に供給しやすいという効果がある。
【００６０】
図９は、第６の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図９において図１と同じ符号は図１と同じ部分を示している。図９では、種生成部１の平行平板型の電極５、６の内面（対向面）５ｂ、６ｂ側に有底凹部２４が形成されている。なお図９では、電極５の内面５ｂの形状は見えていないが、電極６の内面６ｂと同様に有底凹部が形成されていることが好適である。
【００６１】
有底凹部２４を設けたことの効果について、一般的に知られているパッシェン曲線に基づいて説明する。パッシェン曲線は横軸をギャップ長×気圧とし縦軸を火花電圧としたグラフ上において、ガスの種類に応じた曲線が描かれている。ここで、パッシェンミニマムというのは、各種ガスにおける放電開始電圧の極小値を指している。この放電開始電圧の極小値が得られる横軸のギャップ長×気圧をさらに小さくすると、火花電圧は急激に立ち上がることがわかっている。図９に示すように電極の内面に有底凹部２４を設けることで、部分的にギャップ長が長くなる。このように上記した火花電圧が急激に立ち上がる領域をうまく使うために、有底凹部２４を設けて、部分的にギャップ長を長くすることで、その部分では火花電圧の値が下がり、選択的に長い部分で放電Ｄが発生するようになる。したがって、有底凹部２４の箇所で安定的に放電を形成することが可能になる。
【００６２】
図１０は、第７の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１１は、第８の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１２は、第９の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１３は、第１０の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【００６３】
図１０に示すサージ防護デバイスは、図１に示す直流電圧源７を交流電圧源３０に置き換えたものであり、図１１に示すサージ防護デバイスは、図７に示す直流電圧源７を交流電圧源３０に置き換えたものであり、図１２に示すサージ防護デバイスは、図８に示す直流電圧源７を交流電圧源３０に置き換えたものであり、図１３に示すサージ防護デバイスは、図９に示す直流電圧源７を交流電圧源３０に置き換えたものである。なお図１０〜図１３において、図１、図７〜図９と同じ符号は、図１、図７〜図９と同じ部分を示している。
【００６４】
図１４は、第１１の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１５は、第１２の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１６は、第１３の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。図１７は、第１４の実施の形態におけるサージ防護デバイスの斜視模式図である。
【００６５】
図１４に示すサージ防護デバイスは、図１に示す直流電圧源７をパルス電圧源３１に置き換えたものであり、図１５に示すサージ防護デバイスは、図７に示す直流電圧源７をパルス電圧源３１に置き換えたものであり、図１６に示すサージ防護デバイスは、図８に示す直流電圧源７をパルス電圧源３１に置き換えたものであり、図１７に示すサージ防護デバイスは、図９に示す直流電圧源７をパルス電圧源３１に置き換えたものである。なお図１４〜図１７において、図１、図７〜図９と同じ符号は、図１、図７〜図９と同じ部分を示している。
【００６６】
図１０〜図１３のように交流電圧源３０を用いた構成においても、図１４〜図１７のようにパルス電圧源３１を用いた構成においても、図１、図７〜図９と同様に準安定励起種をサージ放電部へ供給してサージ防護を図る基本性能は変わらない。
【００６７】
ただし、準安定励起種の安定的な供給には、図１、図７〜図９に示す直流電圧源７を用いた構成、あるいは、図１０〜図１３に示す交流電圧源３０を用いた構成が好ましい。
【００６８】
また、図１４〜図１７に示すように、パルス電圧源３１を用いた構成では、パルスは一度できた準安定励起分子を再度電子衝突によって壊す可能性を除去することや、性能を校正する（投入エネルギーに対して流入量をキャリブレーションする）際には有効と考えられる。
【００６９】
ノイズ外乱への対応や省消費電力の兼ね合いで必要な電圧形態を必要に応じて活用するのが好ましいと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明におけるサージ防護デバイスは、各種電気電子機器およびその上段系統に位置するパワーエレクトロニクスや電力機器など、電力の供給を必要とするほぼ全ての製品において適用できる。これにより各種製品において、電力系統から侵入する雷サージ耐圧やその機器自身が起こす遮断やスイッチングによって発生するサージへの耐圧を安定して向上させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  種生成部（第１の放電管）
２  サージ放電部（第２の放電管）
３、４  筒状容器
５、６、８、９  電極
１０  サージ防護デバイス
１１  回路接続端子
１２  連通部
１５  ブロア
１６  制御部
２１、２２  針状電極
２４  有底凹部
３０  交流電圧源
３１  パルス電圧源
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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