JPH051571B2

JPH051571B2 -

Info

Publication number: JPH051571B2
Application number: JP60102207A
Authority: JP
Inventors: Ryosaku Nakada
Original assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Priority date: 1985-05-14
Filing date: 1985-05-14
Publication date: 1993-01-08
Also published as: JPS61260515A

Description

【発明の詳細な説明】本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とす
る。

（産業上の利用分野）この発明は単体でもつて高圧負荷開閉気や遮断
器等（本件明細書中においては単に高圧負荷開閉
器とも呼ぶ）の消弧用として使用することができ
るようにした高電圧大電流両方向性のサイリスタ
に関するものである。

（従来の技術）上記のような高圧負荷開閉器はその取扱う電圧
が極めて高電圧である。そのような開閉器におい
て従来周知のサイリスタを用いようとする場合に
は、大容量のサイリスタを多数直列に接続して高
耐圧とする等複数のサイリスタを使用せねばなら
ぬ問題があつた。また複数のサイリスタ要素を逆
並列に接続しこれの外形形状を単体化すると、そ
の外形寸法は大嵩化し、その結果、高圧負荷開閉
器の付属回路を大型化する問題点があつた。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は上記従来の問題点を除くようにした
もので、上記のような高圧負荷開閉器における消
弧用として好適に用いることのできるものであつ
て単体形状が小型化できる高圧負荷開閉器の消弧
用サイリスタを提供しようとするものである。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段）本願発明は高圧線路用の高圧負荷開閉器におけ
る固定電極と可動電極との間に生ずるアークを消
弧する為の消弧用サイリスタであつて、上記サイ
リスタは、上記固定電極と可動電極への接続用の
一対の電極の間に、線路の電圧に耐え得る耐電圧
を得るに充分な数の多数の半導体板と導体板とを
交互にかつ積層状に介設させて構成されていると
共に、相互に対向する半導体板と導体板とは相互
に電気的に導通状態となつており、しかも上記
各々の半導体板においては、その両面において
夫々半分の面の内においては一方の面から他方の
面に向けてPNPN接合にしてあると共に、両面
の内、残る各半分の面の内においてはそれとは反
対の方向にPNPN接合にしてあり、更に上記多
数の半導体板又は導体板又はその両者の外周に
は、多数の放熱用張出部が相互に間隔を隔てて備
えられている高圧負荷開閉器の消弧用サイリスタ
を提供するものであつてその作用は次の通りであ
る。

（作用）多数の半導体板で多層状に重ねて構成する為、
遮断状態において任意に高い耐圧のものを提供で
きる。一方、上記各半導体板は両面において夫々
半分宛PNPN接合が逆並列の状態で備わつてい
る為、単体であつても導通時には一対の電極のい
ずれがプラスでいずれがマイナスになつても通電
状態が達成されるもので、しかも全体形状を小型
化できる。

（実施例）以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。第１図乃至第５図において、１，２は一対の
電極（上部電極と下部電極）で、高圧負荷開閉器
の固定及び可動電極への接続用の電極であり、熱
伝導性のよい銅により形成され、特に下部電極は
各接合部より発生する熱を奪いとるように厚肉に
形成してある。３は半導体板、４は導体板で、上
記一対の電極１，２の間に多層状に介設してあ
る。上記半導体板３は第４の２図に示されるよう
にＮ形層５の表裏両面にＰ形層６を夫々備えさせ
てPNP接合となつている。上記半導体板３は次
のように形成される。即ち、不純物として微量の
アンチモン（Sb）を加えたシリコーン（Si）の
単結晶からなるＮ形半導体（電流容量および耐圧
によつて直径と厚みが決定されるが本例では直径
11.3mm、厚み0.3mmの円板にカツテイングされて
おり、さらに中央にはトリガー用の光を通過させ
るための後述の透孔が形成されている。）に対し
て、次の工程においてその上下両面にガリユウム
（Ga）が蒸着されてPNP接合が形成される。つ
まり、Ｎ形半導体のウエハー（円板）をガリユウ
ム（Ga）を含むガス中に1200℃以上の高温で数
十時間放置してその上下両面にガリユウムを所定
の深さまでしみ込ませる。（これに拡散すると云
う。）なお、この場合蒸着形成されるガリユウム
（Ga）を第４の１図のごとく二つの範囲６ａ，６
ｂに分離して形成してもよい。導体板４はシリコ
ーンと熱膨張係数が極めて近いモリブデン
（Mo）またはタングステン(W)から形成され（本
例では直径9.5mm、厚み0.2mm程度の円板形）、そ
の中央には同じくトリガー用の光を通過させる後
述の透孔が形成されている。導体板４は第３の２
図に示される如く上下両面の内一方の面には上記
PNP接合の半導体板３のＰ形層６に対しオーミ
ツクに接触する金属７、例えば３価のアルミニユ
ウム（Al）と、同Ｐ形層６に対し拡散してＮ形
層を形成する５価の不純物８、例えばアンチモン
（Sb）とを同面がほぼ1/2に区分されるように分
離して蒸着してあり、もう片方の面は上記金属７
と不純物８とに対しそれぞれ逆の位置関係になる
ようにアルミニユウム（Al）７とアンチモン
（Sb）８とが同じように分離して蒸着形成されて
いる。ただし、電極１，２に接する上下両端の導
体板４については、一方の面つまり半導体板３に
対向する側のみにオーミツク接触用の金属（Al）
７とＮ形層形成用の不純物（Sb）とを分離して
蒸着形成してある。次に９は上記一対の電極１，
２と上記両端の導体板４とを接続する為のろう材
で、例えば銀が用いられる。１０はトリガー用の
光を通す為の透孔を示し、第２図の如く一方の電
極１及び多数の半導体板３、導体板４に夫々形成
されている。これらの透孔１０の直径は電極１の
透光１０が最も大きくその電極から離れた位置に
ある半導体板３及び導体板４ほどその孔径を小さ
くして、電極１に近い位置にある半導体板３に対
しても又遠い位置にある半導体板３に対しても平
均的にトリガー用の光が与えられるようにしてあ
る。尚上記透孔１０は単なる丸孔形状ではなく、
丸孔の周囲から放射状に延びる溝を備えた形状に
形成しても良い。上記のような電極１，２及び多
数の半導体板３、導体板４は多数枚（使用場所に
応じた所要の耐圧が得られる枚数で、その数は十
数枚又はそれ以上である）を第２図に示す如く半
導体板３と導体板４とが交互に位置するように重
ね合わせ、加熱炉内に入れて加熱する。するとア
ンチモン（Sb）８がＰ形層６に拡散して第４番
目のＮ形層を形成して新しくPN接合ができる一
方、アルミニユウム（Al）７はＰ形層６に対し
ては単にオーミツクに接触するだけのため、この
工程によりPNPN接合と、PNPN接合の逆並列
と、またこれらがさらに多数直列に接続された状
態とが同時に出来上がる。なお、上記において４
番目のＮ形層を形成する場合に、５価の不純物８
はアンチモン（Sb）と金（Au）との合金の形を
とつてもよいし、さらにアンチモン（Sb）にか
わつてシリコーン（Si）やシリコーン（Si）と金
（Au）の合金を使用してもよく、またＮ形層の形
成手段についても、この分野において一般によく
用いられる拡散合金法や二重拡散法を使用しても
よい。１１，１１…は放熱用の張出部で、前記半
導体板３の直径を導体板４の直径よりも大きくす
ることにより、半導体板３の周縁部を以つて形成
されている。尚、この放熱用の張出部１１は第９
図に示される如く導体板４の直径を大きく形成す
ることによつてその導体板４の周縁の一部をもつ
て形成しても良いし、或いは第１０図に示される
如く導体板４の周囲にフイン状の張出部２１を形
成しそれをもつて放熱用張出部としても良い。又
半導体板３に代えて導体板４の周囲にフイン状の
張出部を形成し、それをもつて放熱用張出部とし
ても良い。更に又、半導体板３と導体板４の周囲
の双方に鍔状の張出部を備えさせておいても良
い。一方、第１図又は第９図の例の場合、半導体
板３の周側面に第７図又は第８図に夫々示される
如く一段のベベリング又は二段のベベリングを形
成して、PN接合に対し逆耐圧が印加された時の
表面電界を弱めて耐圧の向上を図ると同時に、半
導体板３の周側面の表面積を大きくして放熱効果
を高めるようにしても良い。１２はアルミナ磁器
よりなる絶縁性の密閉容器であり、上記半導体板
３と導体板４と上下両電極１，２の一部を収納す
るようにしたもので、その両端はガラス等の封着
材１３によつて上下部両電極１，２に封着されて
同容器の気密が保持されている。なお封着時、絶
縁容器１２内には耐湿性、耐圧性の向上を目的と
して窒素ガスやシリコーンオイルが注入される。
１４は上部電極１に形成した透孔１０に対し装着
した点弧用の光フアイバーであり、同フアイバー
１４を経由して侵入した光が各半導体板３の受光
部（透孔１０の近傍を云う）に供給されてサイリ
スタがON（トリガー）するようになつている。
尚１５はガラス等の封着材、１６は絶縁材料製の
カバーを夫々示す。

上記構成のスタイリサにあつては、一対の電極
１，２間に電圧が印加された状態においてフアイ
バー１４を通してトリガー用の光が透孔１０に送
り込まれると、各半導体板３におけるPNPN接
合が夫々トリガーされて導通状態となる。この場
合、各半導体板３においては、その一部が一方の
面から他方の面に向けてPNPN接合となつてお
り他の部分はそれとは反対の方向にPNPN接合
となつている為、上記一対の電極１，２の間に加
わる電圧は何れがプラスで何れがマイナスであつ
てもそれらの電極１，２間において導通状態を得
ることができる。この導通状態において各半導体
板３から生ずる熱は夫々電極１，２の側へ伝わつ
て放熱されるは勿論のこと、各半導体板３又は導
体板４を半径方向に伝わつて、放熱用張出部１１
から速やかにかつ効率良く放熱される。このよう
に放熱が良好に行なわれることによつて、サイリ
スタの電流容量の増大と、ターンオフ特性の安定
化と、更には耐電圧特性の向上を図ることができ
る。尚上記サイリスタの特性の一例を示せば、通
電電流1000A、耐圧20KV、通電サイクルは１サ
イクル以上通電可能の特性を有する。

次に上記構成のサイリスタＴは第６図に示され
る如く高圧負荷開閉器における固定電極２５とそ
れに接離する可動電極２６との間に並列に接続し
て使用される。尚第６図において２７は電源側端
子、２８は負荷側端子、２９は高圧電源、３０は
負荷を夫々示す。

このような構成のものにあつては、開閉器２４
における可動接点２６が固定接点２５から離反す
る時そこにアークが生ずると、そのアークは光フ
アイバー１４を通してサイリスタＴに前述の如く
与えられる。するとサイリスタＴは前述の如く導
通状態となり、端子２７，２８間の電流はサイリ
スタＴに移行して固定電極２５及び可動電極２６
の間が無電圧となり、上記アークが消滅させられ
る。その後電源の位相が0°又は180°（電圧が０）
となるとサイリスタは遮断状態となり、電源から
負荷への通電が断たれる。

次に第１１図は上記半導体板の異なる例を示す
ものである。図において３１はＰ形層、３２はそ
の表裏両面に備えられたＮ形層を夫々示す。上記
のような構成の半導体板３は例えば次のようにし
て形成される。先ずシリコンにガリウム或いは硼
素を添加してＰ形半導体とする。次にその表裏両
面に夫々リン或いはアンチモンを拡散させて（Ｎ
形層の形成）NPN接合を形成することによつて
上記半導体板３が形成される。このような半導体
板は前記第２図に示された半導体板３に代えて用
いることができる。この場合、導体板４と重ね合
わせて加熱し一体に接合した場合、３価の金属７
と接する箇所においては上記金属７がＮ形層３２
に拡散してＰ形層が形成されることにより
PNPN接合が形成され、一方５価の不純物８と
接する箇所はオーミツクな接合が形成される。

次に第１２図は上記サイリスタの使用方法の異
なる例を示すもので、サイリスタＴを導通させる
為に、光を利用せずパルス信号を加えてその導通
を行なわせるようにした例を示すものである。サ
イリスタＴと直列にアーク抵抗に比して小なるイ
ンピーダンスを有するコイル３４を接続し、この
直列回路を開閉器２４の両接点２５，２６と並列
に接続しておく。開閉器の両接点の開離時におい
て生ずるアークは検出器３５により検出し、この
検出信号をパルス発生器３６に与え、さらに発生
したパルス電圧をコイル３７に供給し、さらに同
コイル３７に対して電磁気的結合をなした前記コ
イル３４を介して前記パルス電圧をサイリスタＴ
に印加して点弧する。このようにすることによ
り、サイリスタＴはブレークオーバ電圧以上のパ
ルス電圧を受けて点弧し、電源２９から負荷３０
に向かう電流は両接点２５，２６の開閉動作に同
期して同接点からサイリスタヘ移行し、アークは
消弧される。尚このような方法で使用するサイリ
スタにあつては、前記トリガー用の光を通す為の
透孔や光フアイバーは不要である。

（発明の効果）以上のように本発明にあつては、線路の電圧に
耐え得る耐電圧を得るに充分な数の半導体板３が
積み重ねてあるから外形を単体にしたものであつ
ても高耐圧を得ることのできる特長があり、交流
の高圧負荷開閉器の消弧用として適切に使用でき
る特長がある。

また各半導体板３においては一方の面から他方
の面へ向けてのPNPN接合が両面の各半分の面
の内に備えられ、また残る各半分の面の内にはそ
の反対方向に向けてのPNPN接合とが並んでい
るから、単体でもつて一対の電極１，２のいずれ
がプラス、他がマイナスとなつても導通状態を得
るようにしたものであつてもその外形は非常に小
型化し得る画期的効果がある。

しかも上記のごとく多数枚の半導体板３及び導
体板４が積層されたものであつても、導通状態に
おいて各半導体板３が発熱した場合には、各々に
おいて生ずる熱を夫々個別に外周方向に向けて導
いて、放熱用張出部１１から速やかに放熱するこ
とができ、温度上昇を低く押え得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はサ
イリスタの縦断面図、第２図はサイリスタの分解
正面図、第３の１図は導体板の平面図、第３の２
図は−線断面図、第４の１図は半導体板の平
面図、第４の２図は半導体板の正面図、第５図は
半導体板と導体板の接合状態を示す部分拡大図、
第６図はサイリスタの使用状態を示す回路図、第
７図及び第８図は半導体板の周側面の形状の異な
る例を示す部分拡大図、第９図及び第１０図は放
熱用張出部の異なる構成例を示す部分図、第１１
図は半導体板の異なる例を示す拡大図、第１２図
はサイリスタの使用方法の異なる例を示す回路
図。１，２……電極、３……半導体板、４……導体
板、１１……放熱用張出部。

Claims

【特許請求の範囲】

１高圧線路用の高圧負荷開閉器における固定電
極と可動電極との間に生ずるアークを消弧する為
の消弧用サイリスタであつて、上記サイリスタ
は、上記固定電極と可動電極への接続用の一対の
電極の間に、線路の電圧に耐え得る耐電圧を得る
に充分な数の多数の半導体板と導体板とを交互に
かつ積層状に介設させて構成されていると共に、
相互に対向する半導体板と導体板とは相互に電気
的に導通状態となつており、しかも上記各々の半
導体板においては、その両面において夫々半分の
面の内においては一方の面から他方の面に向けて
PNPN接合にしてあると共に、両面の内、残る
各半分の面の内においてはそれとは反対の方向に
PNPN接合にしてあり、更に上記多数の半導体
板又は導体板又はその両者の外周には、多数の放
熱用張出部が相互に間隔を隔てて備えられている
ことを特徴とする高圧負荷開閉器の消弧用サイリ
スタ。