JP4116420B2 - 電気接点装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的に開閉する電気接点を有してスイッチやリレーなどに適用することのできる電気接点装置、および、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気接点は、接点対の機械的な開閉動作により電流の通路を機械的に接続および切断するための電子回路要素であり、スイッチやリレーなどに適用される。電気接点を利用して構成されるスイッチやリレーは、開状態において電気接点間が機械的に開離するので、電気抵抗の極めて大きな良好な開状態を達成することができるという特長を有する。そのため、そのような機械的開閉式のスイッチおよびリレーは、情報機器、産業機械、自動車、家電などのあらゆる分野において、電源、アクチュエータ、センサなどを含む回路を開閉する手段として広く使用されている。
【０００３】
図２２および図２３は、機械的開閉式の従来の電気接点装置Ｘ５を表す。電気接点装置Ｘ５は、可動子７１および固定子７２を備える。
【０００４】
可動子７１は、導体片７３と、当該導体片７３の一端付近に設けられた接点７４と、導体片７３に装着されたソケット７５とからなり、単一の導体片７３に一つの接点７４が設けられたいわゆる単子接点構造を有する。接点７４は導体よりなり、ソケット７５は樹脂製である。導体片７３の他端付近には、編組銅線よりなるリード７６が電気的かつ機械的に接続されている。リード７６は、図外の回路に電気的に接続されている。また、ソケット７５にはピン７７が挿通されており、可動子７１は、ピン７７を軸芯として回動可能である。ピン７７はケース（図示略）に固定されている。可動子７１の回動動作は、励磁コイルなどを含んで構成される所定の駆動機構（図示略）により達成される。
【０００５】
固定子７２は、導体片７８と、導体よりなる接点７９とからなる。導体片７８は図外の回路に電気的に接続されている。接点７９は、可動子７１の回動動作における接点７３の軌道上に配されている。
【０００６】
このような構造を有する電気接点装置Ｘ５に所定の電圧が印加されている状態において、可動子７１が固定子７２へと回動して、図２３に示すように接点７４および接点７９が接触すると、電流は、例えば、導体片７８から、接点７９、接点７４および導体片７３を介して、リード７６へと流れる。この後、可動子７１が固定子７２から離反する方向へ回動して、図２２に示すように接点７４および接点７９が開離すると、通電は停止される。このようにして、電気接点装置Ｘ５は、電流通路の接続および切断を実行する。
【０００７】
電気接点の技術の分野においては、閉状態にある接点間に閾値（最小放電電流）以上の電流が流れている状態あるいは閾値（最小放電電圧）以上の電位差が生じている状態で、接点対を開離すると、接点間にアーク放電が発生することが知られている。例えば閾値以上の電流が流れている状態で接点対を開離する際、まず、開離が進行するにつれて接点間の接触面積は次第に縮小し、接点間を流れる電流は集中していく。電流の集中化に起因して接点の温度は上昇し、接点表面は溶融する。そのため、接点対が開離した後でも離隔距離が短い間は、溶融した接点材料により当該接点間は掛け渡される。すなわち、接点間にブリッジが形成される。このブリッジから金属蒸気が発生し、当該金属蒸気を媒介としてアーク放電が開始する。アーク放電は、周囲気体を媒介とする放電現象へと移行した後、接点対が充分な距離で離隔したときに切断される。
【０００８】
図２４は、アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。本グラフにおいては、金よりなる接点対を所定の押圧力（１０ｍＮ、１００ｍＮ、または２００ｍＮ）で接触させ、接点間に３６Ｖの電圧を印加しながら当該接点対を開離させる際にアーク放電の発生する確率が、プロットされている。３６Ｖ定電圧電源に電気接点を接続し、当該電気接点と直列に接続した抵抗の値を変化させることによって、通電電流を変化させている。接点間の実質的な接触面積は、数十μｍ2以下と推定される。横軸は、閉状態において接点間を流れた電流を表し、縦軸は、アーク放電発生確率を表す。いずれの押圧力においても、通電電流が０．６Ａ以上となるとアーク放電発生率は略１００％である。一方，通電電流が０．１Ａ以下では、アーク放電発生率は略０％である。このグラフに関する詳細な情報は、非特許文献１に掲載されている。
【０００９】
【非特許文献１】
米澤遊（Yu Yonezawa）、若月昇（Noboru WakaTsuki)、「ジャパニーズジャーナル・オブ・アプライドフィズィクス (Japanese Journal of Applied Physics)」、応用物理学会（The Japan Society of Applied Physics）、２００２年７月、第４１巻、パート１、Ｎｏ.７Ａ、ｐ４７６０〜４７６５
【００１０】
図２４のグラフからは、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電流（最小アーク電流）Ｉminは、０．１〜０．６Ａの間に存在することが理解できる。最小放電電流Ｉminは、材料種に依存する値をとることが知られている。同様に、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電圧（最小アーク電圧）Ｖminも存在し、最小放電電圧Ｖminについても、材料種に依存する値をとることが知られている。金よりなる接点対については、例えば、最小放電電流Ｉminは０．３８Ａであり、最小放電電圧Ｖminは１５Ｖであることが報告されている。ただし、実際に測定されるＩminやＶminは、接点対の間における空間の電荷状態、接点表面の状態などからの影響を受け、必ずしも一定でなくバラツキを有する。
【００１１】
電気接点装置Ｘ５の閉状態では、負荷回路（通電を目的とする図外の回路）が必要とする電流の全てが接点７４および接点７９の間を通過する。そのため、負荷回路が必要とする電流が最小放電電流以上であると、開離時には当該接点７４よび接点７９の間にアーク放電が発生してしまう。負荷回路が必要とする電流が電気接点装置Ｘ５の最小放電電流以上である場合は多い。
【００１２】
アーク放電の発生および切断は、接点７４，７９を構成する材料の溶融、蒸発および再凝固を伴い、接点材料の消耗および転移、並びに、接点７４および接点７９の間の接触抵抗の変動を引き起こしてしまう。そのため、接点７４および接点７９の間に生ずるアーク放電の回数が増加するほど、電気接点装置Ｘ５の信頼性は低下する傾向にあり、寿命は短くなる傾向にある。大電流を通電および遮断するために電気接点装置Ｘ５を使用する場合には、信頼性低下および短命化は特に顕著となる。
【００１３】
また、従来の電気接点装置Ｘ５においては、閉状態にて充分に小さな接触抵抗を達成すべく、接点７４，７９は、低抵抗な銅基材と、低抵抗で耐食性を有して当該基材を覆う金属被膜（Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなど）により構成される場合が多い。しかしながら、これら低抵抗金属は、比較的低い融点を有するため、アーク放電の際に生ずる熱により溶融しやすく、従って、消耗および転移しやすい。アーク放電の際に生ずる熱によっても溶融しにくい金属材料は、比較的大きな抵抗を有するので、接触抵抗を低下せしめることが重要な課題である従来の電気接点装置Ｘ５において、高融点の金属材料を接点構成材料として採用することは、実用上、困難である。
【００１４】
アーク放電を抑制するための手法として、電気接点装置Ｘ５には火花消去器が付設される場合がある。火花消去器は、例えばバリスタやダイオードであって、接点７４，７９よりなる電気接点に対して電気的に並列に接続される。しかしながら、電気接点装置Ｘ５とは個別に付加的な部品が必要なため、装置サイズおよび製造コストの観点からは、火花消去器の採用は好ましくない場合がある。
【００１５】
また、電気接点装置Ｘ５においては、可動子７１の回動動作による電流通路の接続の際に、接点７４と接点７９の間に埃などの異物が介在すると、良好な閉状態が阻害される。このような不具合を回避すべく、従来の電気的接点装置Ｘ５においては、単子接点構造の可動子７１に代えて、図２５に示すような可動子７１’が採用される場合がある。可動子７１’は、双子構造を有する導体片７３’と、当該導体片７３’における各枝の一端付近に１つずつ設けられた二つの接点７４’と、導体片７３’に装着されたソケット７５とからなり、単一の導体片７３’に２つの接点７４’が設けられたいわゆる双子接点構造を有する。導体片７３’にはリード７６が電気的かつ機械的に接続されている。また、可動子７１’は、可動子７１と同様に、ケース（図示略）に固定されているピン７７を軸芯として回動可能である。
【００１６】
このような双子接点構造の可動子を備える電気接点装置については、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開平５−５４７８６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１２１１７号公報
【００１８】
双子接点構造の可動子７１’を具備する電気接点装置Ｘ５においては、可動子７１’の回動動作による電流通路の接続の際に、２つの接点７４’のうちの一方と接点７９との間に異物が介在する場合であっても、当該異物が過大でなければ、他方と接点７９とは接触する。その結果、所望の閉状態は達成される。しかしながら、このような双子接点構造の可動子７１’を採用する場合であっても、単子接点構造の可動子７１を採用する場合と同様に、電気接点装置Ｘ５において依然としてアーク放電は発生しやすい。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することのできる電気接点装置、および、その製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、機械的に開閉する電気接点、および、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して電気接点に対して直列に配された抵抗体を、各々が含む複数の枝路が、並列に配された回路構成を備えることを特徴とする。このような構成の電気接点装置においては、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００２１】
図１は、本発明の第１の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。図１の回路図においては、一対の接点Ｃ１，Ｃ２よりなる電気接点であるスイッチＳｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）と、抵抗Ｒｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）とが、単一の枝路において直列に配されている。外部接続用の端子Ｅ１，Ｅ２の間において、複数の枝路は並列に配されている。スイッチＳｉを構成する電気接点は、接触抵抗Ｒｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）を有し、当該Ｒｃｉは、各枝路においてＲｃｉ＜Ｒｂｉを満たす。
【００２２】
端子Ｅ１，Ｅ２の間に所定の定電圧を印加すると、相互に並列な複数の枝路には、全て同一の定電圧が印加される。各枝路に着目すると、印加電圧が一定である場合、スイッチＳｉの閉状態においては、ＲｃｉおよびＲｂｉを和した抵抗に応じた電流が枝路を通過することとなる。通過電流は、所定のＲｃｉに対してＲｂｉを大きくするほど、小さくなる。したがって、Ｒｃｉに対してＲｂｉを充分に大きく設定することにより、各枝路の閉状態のスイッチＳｉ（電気接点）を通過する電流を当該電気接点の最小放電電流よりも小さく設定することができる。本装置において安定したスイッチング特性を得るという観点からは、ＲｃｉおよびＲｂｉの各々について、理想的には全ての枝路において同一に設定される。
【００２３】
また、全てのスイッチＳｉをオンとすると、各枝路の抵抗および枝路数に応じた電流が本電気接点装置を通過することとなる。通過電流は、枝路数を増加させるほど増大する。したがって、各枝路を最小放電電流未満の電流が通過する条件下においても、枝路数を適宜設定することにより、全てのスイッチＳｉがオンの状態にある本電気接点装置に対して所望の大電流を通過させることができる。全てのスイッチＳｉを同時的にオフの状態とすることにより、当該大電流は遮断される。
【００２４】
このように、本発明の第１の側面に係る電気接点装置においては、各枝路の抵抗を大きく設定することにより、枝路を通過する電流を最小放電電流未満とすることができ、これとともに、相互に並列な多数の枝路を設けて当該多数の枝路による並列回路の総抵抗を小さく設定することにより、当該並列回路に対して所望の大電流を通過させることができる。したがって、本発明の電気接点装置によると、全てのスイッチＳｉを同時的にオン／オフ操作することによる所望の大電流のスイッチングにおいて、アーク放電の発生を回避ないし充分に抑制することが可能なのである。
【００２５】
本発明の第２の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなる電気接点、並びに、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して電気接点に対して直列に接続する抵抗体部を含むことを特徴とする。
【００２６】
このような構成の電気接点装置においては、第１の側面に係る上述の回路構成を実現することができる。第１接点部、第２接点部、および抵抗体部は、図１の回路図における接点Ｃ１、接点Ｃ２、および抵抗Ｒｂｉに相当する。したがって、本発明の第２の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様に、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００２７】
本発明の第２の側面において、電気接点装置は、好ましくは、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む平面電極部とを有し、複数の抵抗体部は、各々、ベース部および突部の内部に構成されている。平面電極部は、図１の回路図における外部接続用の端子Ｅ２に相当する。
【００２８】
このような構成においては、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に当接させることにより、全ての電気接点の第１接点部および第２接点部は閉状態とされる。当該閉状態が達成された後、ベース部および平面電極部を相対的に離反させて全ての突部の突端を平面電極から離隔させることにより、全ての電気接点の第１接点部および第２接点部は開状態とされる。ベース部および平面電極部の相対動作は、固定された平面電極部に対してベース部を駆動することにより達成してもよいし、固定されたベース部に対して平面電極部を駆動することにより達成してもよい。また、当該相対動作は、ベース部および平面電極部の双方を駆動することにより達成してもよい。
【００２９】
また、ベース部および複数の突部を有する構造体の作製においては、例えば、シリコン基板などの材料基板などをエッチング加工するマイクロマシニング技術を利用することができる。マイクロマシニング技術によると、１００〜１０００００以上の極めて多数の突部であっても、ベース部に対して一括して形成することが可能である。したがって、マイクロマシニング技術を利用すると、電気接点装置において極めて多数の相互に並列な枝路を形成することが可能であり、当該並列回路において、例えば、従来の接点対の接触抵抗と同等な低い接触抵抗（１〜１００ｍΩ程度）を実現することが可能である。
【００３０】
好ましくは、ベース部の第２面には、複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている。共通電極は、図１の回路図における外部接続用の端子Ｅ１に相当する。
【００３１】
好ましくは、ベース部は、電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において第１接点部および第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する。この場合、好ましくは、ベース部は、可撓構造として両固定梁部を有し、突部は当該両固定梁部上に設けられている。或は、好ましくは、ベース部は、可撓構造として片固定梁部を有し、突部は当該片固定梁部上に設けられている。このような構成は、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に良好に当接させるうえで好適である。
【００３２】
好ましくは、ベース部および突部は、材料基板から一体的に成形されている。マイクロマシニング技術によると、単一の材料基板からベース部および突部を一体的に成形することができ、特に多数の電気接点を内在する電気接点装置の製造において、効率化を図ることができる。
【００３３】
本発明の第２の側面において、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、好ましくは、複数の枝路ユニットに含まれる複数の抵抗体部の各々の抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＞Ｖmax／Ｉminを満たす。また、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合には、好ましくは、枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす。これら２つの関係式は、以下のように導出される。
【００３４】
本発明の第２の側面において、相互に並列に接続された複数の電気接点の数をＮ（Ｎ＞３）とし、１個の電気接点における接触抵抗を全て同一のＲｃとし、且つ、個々の電気接点に直列に接続された抵抗体の抵抗を全て同一のＲｂとすると、Ｎ個の電気接点が実質的に同時に開閉する電気接点装置における、当該装置の接触抵抗Ｒｓは、下記式（１）で表される。本発明に係る電気接点装置の場合、Ｒｓは、装置の内部抵抗に相当し、全ての電気接点が閉状態にあるときの装置の全体抵抗であって、個々の電気接点における接触抵抗ではない。
【００３５】
【数１】
【００３６】
Ｒｃは例えば１〜１００ｍΩ程度であり、このようなＲｃに対して充分に大きなＲｂを採用してＲｂ＞＞Ｒｃとすると、式（１）から下記式（２）が得られる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
電気接点装置全体でアーク放電が起こらないような条件を調べるには、１個の接点のみが開閉しても放電が起こらない条件を調べればよい。全てのスイッチを同時に開閉しようとしても、スイッチの開閉動作を厳密に追跡すると、バラバラに開閉されてしまい、１個の接点において最も大電流が流れるのは、最後の１個の接点が開閉される時であるためである。
【００３９】
図２は、本発明に係る電気接点装置を実際に動作させるときの回路図を表す。電源の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶinとする。また、電源側の入力インピーダンスをＲinとし、出力側の負荷のインピーダンスをＲoutとする。ＲinおよびＲoutは、動作対象に応じて大きく異なり得るが、少なくとも装置の接触抵抗Ｒｓよりも充分に大きな値（例えば１０Ω以上）を有する場合が多い。全ての電気接点が閉状態にあるときに装置全体に流れる電流Ｉは、下記式（３）により表される。
【００４０】
【数３】
【００４１】
電気接点数はＮであるので、このときに各枝路ユニットないし各電気接点に流れる電流値Ｉ0は、下記式（４）により表される。
【００４２】
【数４】
【００４３】
装置が完全な閉状態（全ての電気接点が閉状態）から完全な開状態（全ての電気接点が開状態）へと遷移する過程においては、厳密には、Ｎ個の電気接点は個々独立に開状態となる。この遷移過程におけるある瞬間を捕らえると、Ｎ個のうちｎ（１＜ｎ＜Ｎ）個の接点が開状態（オフ）にある場合、閉状態（オン）にある（Ｎ−ｎ）個の接点のうち１個あたりに流れている電流値ｉnは、下記式（５）により表される。
【００４４】
【数５】
【００４５】
式（４）と式（５）を比較すると、明らかにｉ0＜ｉnであり、開状態の電気接点の数が増加するにつれて、閉状態の各電気接点に流れる電流は増加し、最後の１接点のみが接続された状態で当該電流は最大となる。そのときの電流値ｉN-1は、式（５）から下記式（６）のように導かれる。
【００４６】
【数６】
【００４７】
最後の１接点が開離するときに電気接点あたりの電流値が最大になることは、式（４）と式（６）の比較から理解できよう。
【００４８】
ＲinおよびＲoutを含む回路構成を有する装置に対して印加される電圧の最大値をＶmax(リレーのカタログ等には接点電圧の最大許容値として記述される値に相当する)とし、且つ、接点材料で決まる最小放電電流値をＩminとすると、アーク放電を防止するためには、当該装置において下記式（７）を成立させればよい。最小放電電流の値は、例えば、アーク放電電流発生確率が所定の値以下である場合の電流値であって、電気接点装置の用途に応じて適宜決定するのが好ましい。
【００４９】
【数７】
【００５０】
一方、式（６）からは下記式（８）が導かれる。また、ＲinおよびＲoutは、装置の外部の要因であるから、装置内部の要因だけで設計の目安をつけるには、下記式（９）を成立させればよい。
【００５１】
【数８】
【数９】
【００５２】
式（９）が成立すれば、図２におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は充分に抑制されるか発生しない。最小放電電流Ｉmin未満におけるアーク放電発生確率が０％であるようなＩminを採用する場合に式（９）が成立すれば、図２におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は発生しない。
【００５３】
式（９）からは下記式（１０）が得られる。式（１０）は、アーク放電を抑制ないし防止するために要する各抵抗体部の抵抗の大きさＲｂが、最大印加電圧（例えば装置の仕様値としての最大接点電圧）Ｖmaxと、採用する接点材料から決まる最小放電電流Ｉminとから、実質的に定まることを意味する。
【００５４】
【数１０】
【００５５】
また、式（１０）に式（２）を代入することによって、下記式（１１）が導かれる。式（１１）は、並列に接続すべき電気接点の数Ｎについて、アーク放電抑制の観点からどの程度にしたらよいかを示唆する。
【００５６】
【数１１】
【００５７】
従来の電気接点では、接点間に発生したアーク放電を消すために、電気接点の開離動作において長い接点間距離を実現していた。しかしながら、本発明によると、式（１０）および式（１１）を満たすように設計することによって、そもそも放電を生じさせなくすることができるので、開状態の接点間距離を従来の電気接点装置のそれよりも大幅に短くすることが可能である。また、各枝路ユニットを流れる電流が小さいので、電気接点の開離時において、接点間の電流の集中による発熱で発生するブリッジ現象も大幅に低減される。
【００５８】
接点数を多くして１個あたりの電流値を下げることの利点は、枝路ユニットを流れる電流を最小放電電流未満に抑制することによってアーク放電を防止する点に加えて、複数の電気接点が時間とともに次々と開離または接合していく際に生ずる誘導電圧ｄＩ／ｄｔを抑制できる点にもある。誘導電圧を抑制すると、各電気接点から発生し得る電磁ノイズを低減することができる。また、誘導電圧によって２次的に発生し得るアーク放電を防止することも可能となる。
【００５９】
本発明の第３の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなり且つ当該枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するための接触抵抗を有する、電気接点を含むことを特徴とする。このような構成の電気接点装置においては、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００６０】
図３は、本発明の第３の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。図３の回路図においては、一対の接点Ｃ１，Ｃ２よりなる電気接点であるスイッチＳｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）が、単一の枝路ユニットに含まれている。外部接続用の端子Ｅ１，Ｅ２の間において、複数の枝路ユニットは並列に配されている。スイッチＳｉを構成する電気接点は、接触抵抗Ｒｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）を有し、当該Ｒｃｉは、枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するほどに大きな抵抗である。放電電流とは、接点間にアーク放電を生じさせる程に大きな電流をいう。
【００６１】
端子Ｅ１，Ｅ２の間に所定の定電圧を印加すると、相互に並列な複数の枝路ユニットには、全て同一の定電圧が印加される。各枝路ユニットに着目すると、印加電圧が一定である場合、スイッチＳｉの閉状態においては、Ｒｃｉに応じた電流が枝路ユニットを通過することとなる。本発明の第２の側面においては、Ｒｃｉが充分に大きな抵抗を有するので、各枝路ユニットには、アーク放電を誘発させるような大きな電流は流れない。すなわち、各枝路ユニットには、最小放電電流未満の電流が流れる。本装置において安定したスイッチング特性を得るという観点からは、各電気接点のＲｃｉについて、理想的には全て同一に設定される。
【００６２】
また、全てのスイッチＳｉをオンとすると、各枝路ユニットの抵抗ないし電気接点の接触抵抗Ｒｃｉ、および、枝路ユニット数に応じた電流が本電気接点装置を通過することとなる。通過電流は、枝路ユニット数を増加させるほど増大する。したがって、各枝路ユニットを最小放電電流未満の電流が通過する条件下においても、枝路ユニット数を適宜設定することにより、全てのスイッチＳｉがオンの状態にある本電気接点装置に対して所望の大電流を通過させることができる。全てのスイッチＳｉを同時的にオフの状態とすることにより、当該大電流は遮断される。
【００６３】
このように、本発明の第３の側面に係る電気接点装置においては、各枝路ユニットにおいて、電気接点とは別に抵抗体部を設けなくとも、電気接点自体の接触抵抗を充分に大きく設定することにより、枝路ユニットを通過する電流を最小放電電流未満とすることができ、これとともに、相互に並列な多数の枝路ユニットを設けて当該多数の枝路ユニットによる並列回路の総抵抗を小さく設定することにより、当該並列回路に対して所望の大電流を通過させることができる。したがって、本発明の第３の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様に、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００６４】
本発明の第３の側面において、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、好ましくは、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々の抵抗値Ｒｃは、Ｒｃ＞Ｖmax／Ｉminを満たす。また、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合には、好ましくは、枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす。これら２つの関係式は、以下のように導出される。
【００６５】
本発明の第３の側面において、相互に並列に接続された複数の電気接点の数をＮ（Ｎ＞３）とし、且つ、１個の電気接点における接触抵抗を全て同一のＲｃとすると、Ｎ個の電気接点が実質的に同時に開閉する電気接点装置における、当該装置の接触抵抗Ｒｓは、下記式（１２）で表される。本発明に係る電気接点装置の場合、Ｒｓは、装置の内部抵抗に相当し、全ての電気接点が閉状態にあるときの装置の全体抵抗であって、個々の接点の接触抵抗ではない。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
電気接点装置全体でアーク放電が起こらないような条件を調べるには、第２の側面に関して上述したように、１個の接点のみが開閉しても放電が起こらない条件を調べればよい。
【００６８】
図４は、本発明の第３の側面に係る電気接点装置を実際に動作させるときの回路図を表す。電源の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶinとする。また、電源側の入力インピーダンスをＲinとし、出力側の負荷のインピーダンスをＲoutとする。ＲinおよびＲoutは、動作対象に応じて大きく異なり得るが、少なくとも装置の接触抵抗Ｒｓよりも充分に大きな値（例えば１０Ω以上）を有することが多い。装置全体に流れる電流Ｉは、下記式（１３）により表される。
【００６９】
【数１３】
【００７０】
第２の側面に係る電気接点装置に関して式（３）に基づいて式（９）を導出したのと同様にして、第３の側面に係る電気接点装置に関して式（１３）から下記式（１４）を導出することができる。式（１４）を導出する過程においては、式（４）〜式（８）におけるＲｂがＲｃに置換された関係式が得られる。
【００７１】
【数１４】
【００７２】
式（１４）が成立すれば、図４におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は充分に抑制されるか発生しない。最小放電電流Ｉmin未満におけるアーク放電発生確率が０％であるようなＩminを採用する場合に式（１４）が成立すれば、図４におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は発生しない。
【００７３】
式（１４）からは下記式（１５）が得られる。式（１５）は、アーク放電を抑制ないし防止するために要する各電気接点の接触抵抗の大きさＲｃが、最大印加電圧（例えば装置の仕様値としての最大接点電圧）Ｖmaxと、採用する接点材料から決まる最小放電電流Ｉminとから、実質的に定まることを意味する。
【００７４】
【数１５】
【００７５】
また、式（１５）に式（１２）を代入することによって、下記式（１６）が導かれる。式（１６）は、並列に接続すべき電気接点の数Ｎについて、アーク放電抑制の観点からどの程度にしたらよいかを示唆する。式（１６）は式（１１）と同一である。
【００７６】
【数１６】
【００７７】
従来の電気接点では、接点間に発生したアーク放電を消すために、電気接点の開離動作において長い接点間距離を実現していた。しかしながら、本発明の第３の側面によると、式（１５）および式（１６）を満たすように設計することによって、そもそも放電を生じさせなくすることができるので、開状態の接点間距離を従来の電気接点装置のそれよりも大幅に短くすることが可能である。また、各枝路を流れる電流が小さいので、電気接点の開離時において、接点間の電流の集中による発熱で発生するブリッジ現象も大幅に低減される。
【００７８】
本発明の第４の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部とを備え、ベース部および突部は、材料基板から一体的に成形されていることを特徴とする。
【００７９】
このような構成の電気接点装置においては、各々が第１および第２接点部からなる複数の電気接点が相互に並列に接続している。したがって、各電気接点に対して直列に所定の抵抗を配することにより、図１に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することができる。また、各電気接点において所定の接触抵抗を設定することにより、図３に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することもできる。これらの場合、本発明の第４の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。また、材料基板から一体的に成形されたベース部および突部は、マイクロマシニング技術を利用すると得ることができ、当該マイクロマシニング技術を利用すると、特に多数の電気接点を内在する電気接点装置の製造において、効率化を図ることができる。
【００８０】
本発明の第５の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部とを備え、ベース部は、第１接点部および第２接点部よりなる電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において第１接点部および第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有することを特徴とする。
【００８１】
このような構成の電気接点装置においては、各々が第１および第２接点部からなる複数の電気接点が相互に並列に接続している。したがって、各電気接点に対して直列に所定の抵抗を配することにより、図１に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することができる。また、各電気接点において所定の接触抵抗を設定することにより、図３に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することもできる。これらの場合、本発明の第５の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。また、ベース部において電気接点ごとに設けられている可撓構造は、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に良好に当接させるうえで好適である。
【００８２】
本発明の第５の側面において、好ましくは、ベース部は、可撓構造として両固定梁部を有し、突部は当該両固定梁部上に設けられている。或は、好ましくは、ベース部は、可撓構造として片固定梁部を有し、突部は当該片固定梁部上に設けられている。
【００８３】
本発明の第２から第５の側面において、好ましくは、第１接点部および／または第２接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる。Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物は、電気接点を構成するのに適した高い融点や沸点を有する傾向にある。また、好ましくは、第１接点部および／または第２接点部は、３０００℃以上の融点を有する材料よりなる。
【００８４】
電気接点の技術の分野においては、従来、接触抵抗を下げることが電気接点の必須事項と考えられてきた。そのため、接点を構成するための金属材料としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなどの、導電性の高い金属やその合金が多用されてきた。しかしながら、本発明の構成においては、枝路ごとに、ある程度の直列抵抗を必要とするので、抵抗が高いために接点材料としては実用的でなかった金属材料からも接点材料の選択が可能である。したがって、本発明においては、高抵抗であっても融点や沸点の高い材料を、接点材料として使用することができる。融点や沸点の高い材料により接点を形成すると、溶融や蒸発による接点構成材料の消耗および転移が抑制されて、接点の劣化を適切に防止することができる。
【００８５】
本発明に係る電気接点装置が上述のベース部および平面電極部を有する場合には、当該電気接点装置は、好ましくは、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に接近するのを阻止するための、絶縁材料よりなるストッパを更に備える。このような構成によると、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に過度に接近することを適切に阻止することができる。例えば、ベース部が上述の可撓構造を有する場合、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に接近することにより突部が過度に押動されて、当該可撓構造が破損するのを防止することが可能である。
【００８６】
好ましくは、ベース部および突部はシリコン材料よりなり、導体膜ベース部および導体膜突部における少なくとも抵抗体部には、不純物がドープされている。ベース部および突部は、例えばマイクロマシニング技術などによりシリコン基板から成形することができる。この場合、ベース部および突部の内部に対して、必要に応じてＰ，Ａｓ，Ｂなどの不純物をドープすることにより、抵抗体部が形成される箇所における抵抗値を上昇または低下させ、その結果、所望の抵抗値を有する抵抗体部を形成することができる。
【００８７】
本発明の第６の側面によると、固定部と、当該固定部に固定されている梁部と、当該梁部上に設けられている突部とを含む構造体を備える電気接点装置の製造方法が提供される。この製造方法は、第１層、第２層、および、当該第１層および第２層の間の中間層による積層構造を有する材料基板における第１層に対して、突部形成用の第１マスクパターンを介してエッチング処理を行なうことによって、第１層において突部を形成する第１エッチング工程と、梁部形成用であって電極突部を覆う第２マスクパターンを介して、第１層に対して中間層に至るまでエッチング処理を行うことによって、第１層において梁部を形成する第２エッチング工程と、中間層の一部をエッチング除去することによって、第２層と梁部との間に空隙を形成する第３エッチング工程と、を含むことを特徴とする。このような方法は、マイクロマシニング技術において、本発明の第１から第５の側面に係る電気接点装置を製造するうえで好適である。
【００８８】
この製造方法は、好ましくは、第３エッチング工程の後に第１層の側から材料基板に対して導体膜を形成する工程と、固定部における導体膜上に配線用の第３マスクパターンを形成する工程と、第３マスクパターンを介して導体膜をパターニングすることによって配線を形成する工程と、を更に含む。或は、この製造方法は、好ましくは、第１エッチング工程の後に第１層の側から材料基板に対して導体膜を形成する工程と、第１層から第１マスクパターンを除去する工程と、を更に含む。このようにして、梁部および突部と電気的に接続する配線を形成することができる。
【００８９】
好ましくは、第１エッチング工程にけるエッチング処理は、等方性エッチングである。このような構成は、先細り状の突部を形成するうえで好適である。
【００９０】
好ましくは、第１層および第２層はシリコン材料よりなり、中間層は酸化シリコンよりなる。シリコン材料とは、例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、および、これらに不純物をドープしたものである。これらシリコン材料は、酸化シリコンとは異なるエッチング特性を有する。したがって、本構成によると、第１エッチング工程の際に中間層が不当にエッチングされること、並びに、第２エッチング工程の際に第２層が不当にエッチングされることを、適切に防止することができる。
【００９１】
【発明の実施の形態】
図５および図６は、本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１を表す。電気接点装置Ｘ１は、第１接触子１０および第２接触子２０を備える。第１接触子１０は、ベース部１１と、複数の突部１２と、平面電極１３とを有する。ベース部１１は、所定の導電性を有する例えばシリコン材料よりなる。複数の突部１２は、ベース部１１における同一面側に所定の配置で設けられている。突部１２の配設個数は、例えば１００個〜１０万個である。各突部１２は、例えば円錐形状や角錐形状を有し、ベース部１１と一体であってベース部１１と同一材料よりなる。突部１２、および、ベース部１１において突部１２に連続する箇所の厚み方向の全体は、必要に応じて不純物によりドープされている。これにより、ベース部１１および突部１２の内部にて、所望の抵抗値を有する抵抗体部が形成されている。当該不純物としては、例えばＰ，Ａｓ，Ｂを採用することができる。ベース部１１からの突部１２の高さは例えば１〜３００μｍであり、錐形状の底面に関する長さ（円錐の場合は底面の直径、角錐の場合は底面の一辺の長さ）は、例えば１〜３００μｍである。突部１２の高さおよび底面長さは同程度であるのが好ましい。また、突部１２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。
【００９２】
第２接触子２０は、基板２１および共通平面電極２２を有する。基板２１は、例えばシリコン基板である。共通平面電極２２は、好ましくは、ＷやＭｏなどの高融点かつ高沸点の金属よりなる。第１接触子１０において充分に放電防止対策がとられている場合には、共通平面電極２２は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔからなる群より選択される低抵抗な金属、或は、これらからなる合金により構成してもよい。また、本発明においては、このような構成に代えて、第２接触子２０は、共通平面電極２２に関して上掲した金属により全体が構成されていてもよい。
【００９３】
第１接触子１０および第２接触子２０は、図５に示すような離隔状態（開状態）、または、図６に示す閉状態ないし接触状態（閉状態）をとり得るように、相対動可能に構成されている。接触状態においては、全ての突部１２が共通平面電極２２に当接している。第１接触子１０および第２接触子２０の相対動作は、本実施形態では、固定された第２接触子２０に対して第１接触子１０を駆動することにより達成される。本発明では、これに代えて、固定された第１接触子１０に対して第２接触子２０を駆動することにより相対動作を達成してもよいし、第１接触子１０および第２接触子２０の双方を駆動することにより相対動作を達成してもよい。第１接触子１０および／または第２接触子の駆動手段としては、従来のリレーにおいて可動部の駆動手段として採用されている、例えば電磁石を用いたアクチュエータを、採用することができる。
【００９４】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ１においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子１０の突部１２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部１２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。平面電極１３は端子Ｅ１に相当する。突部１２の先端から平面電極１３に至るシリコン材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、ベース部１１の厚み、突部１２のサイズおよび形状、並びに、ベース部１１および突部１２の構成材料および不純物のドープの態様を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。ベース部１１および突部１２の構成材料としてシリコン材料を採用する本実施形態では、当該抵抗Ｒｂｉについて、例えば１０〜１００ｋΩ程度に設定可能である。また、電気接点装置Ｘ１では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。式（１０）および式（１１）における最小放電電流Ｉminは、アーク放電発生確率が例えば５０％以下の電流値をいうものとする。ただし、最小放電電流Ｉminの値は、電気接点装置Ｘ１の用途に応じて設定するものとする。最小放電電流Ｉminのこのような設定に関しては、他の実施形態においても同様である。
【００９５】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ１において、第１接触子１０をアクチュエータにより駆動して図６に示すような接触状態とすると、各突部１２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、平面電極１３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ１を通過することとなる。その後、第１接触子１０をアクチュエータにより駆動して図５に示すような離隔状態とすると、各突部１２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ１を通過していた電流は遮断されることとなる。
【００９６】
第１接触子１０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ１は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ１の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ１は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【００９７】
図７は、第１接触子１０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって上述の第１接触子１０を製造するための一手法である。図７においては、部分断面によって、第１接触子１０の形成過程を表す。
【００９８】
第１接触子１０の製造においては、まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板Ｓ１の上に突部形成用のレジストパターン１４を形成する。具体的には、シリコン基板Ｓ１の上に液状のフォトレジストをスピンコーティングにより成膜し、露光および現像を経て、レジストパターン１４を形成する。レジストパターン１４に含まれる各マスクは、形成目的の突部形状に応じて例えば円形または正方形である。フォトレジストとしては、例えば、ＡＺＰ４２１０（クラリアントジャパン製）やＡＺ１５００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンについても、このようなフォトレジストの成膜およびその後の露光・現象を経て形成される。
【００９９】
次に、レジストパターン１４をマスクとして、シリコン基板Ｓ１に対して所定の深さまで等方性エッチングを行う。当該エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。これにより、図７（ｂ）に示すように、ベース部１１およびこれと一体の複数の突部１２が形成される。図の明確化の観点より、ベース部１１および突部１２の境界は、実線で示す。同様に、以降のベース部および突部の境界についても実線で表す。その後、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板Ｓ１からレジストパターン１４を剥離する。剥離液としては、ＡＺリムーバ７００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンの剥離についても、この剥離液を使用することができる。
【０１００】
次に、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板Ｓ１における突部形成面とは反対の面に、平面電極１３を形成する。平面電極１３は、所定の金属を蒸着させるか、或は、所定の金属板または金属箔を貼り合わせることにより、形成することができる。
【０１０１】
以上の工程を経ることにより、ベース部１１およびこれと一体の複数の突部１２を有する第１接触子１０を形成することができる。本発明においては、第１接触子１０について、このような構成とは異なる構造を採用してもよい。例えば、低抵抗金属よりなるベース部１０と、高融点かつ高抵抗な金属よりなってベース部１０に接合された突部１２とにより、第１接触子１０を構成してもよい。この場合、ベース部１０としては、Ｃｕ板を採用するのが好ましい。また、突部１２は、ＷやＭｏから形成されるのが好ましい。
【０１０２】
一方、第２接触子２０は、基板２１に対して所定の金属を蒸着させて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。或は、第２接触子２０は、基板２１に対して、所定の金属板または金属箔を貼り合わせて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。
【０１０３】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置Ｘ２の部分斜視図である。電気接点装置Ｘ２は、第１接触子３０および第２接触子２０を備える。第１接触子３０は、ベース部３１と、複数の突部３２と、電極３３とを有する。ベース部３１は、所定の導電性を有する例えばシリコン材料よりなり、複数の梁部３１ａを有する。梁部３１ａの両端は、ベース部３０の他の部位に固定されている。複数の突部３２は、ベース部３１の同一面側において２次元アレイ状に配列されており、各々、梁部３１ａの上に設けられている。各突部３２は、本実施形態では略円錐形状を有し、ベース部３１と一体であってベース部３１と同一材料よりなる。突部３２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。突部３２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。また、第２接触子２０は、第１の実施形態において上述したのと同様である。
【０１０４】
第１接触子３０および第２接触子２０は、図８に示すような離隔状態と、全ての突部３２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子３０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子３０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子３０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１０５】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ２においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子３０の突部３２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部３２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極３３は端子Ｅ１に相当する。突部３２の先端から電極３３に至るシリコン材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、ベース部３１の厚み、突部３２のサイズおよび形状、並びに、ベース部３１および突部３２の構成材料およびドープの態様を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。また、電気接点装置Ｘ２では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１０６】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ２において、第１接触子３０をアクチュエータにより駆動して、接触状態とすると、各突部３２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、接触状態における突部３２および共通平面電極２２に作用する押圧力は、全ての接点において均一化される。第１接触子３０および第２接触子２０の間に多少の配向歪み（非平行配向）が存在する場合であっても、梁部３１ａは、接触状態において突部３２と共通平面電極２２との間に生じ得る余分な接触抗力を吸収するように撓む。その結果、突部３２と共通平面電極２２と押圧力は均一化され、良好な接触状態が達成される。このような接触状態において、電極３３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ２を通過することとなる。その後、第１接触子３０をアクチュエータにより駆動して図８に示すような離隔状態とすると、各突部３２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ２を通過していた電流は遮断されることとなる。
【０１０７】
第１接触子３０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ２は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ２の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ２は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１０８】
図９は、第１接触子３０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって上述の第１接触子３０を製造するための一手法である。図９においては、部分断面によって、第１接触子３０の形成過程を表す。当該部分断面は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面である。
【０１０９】
第１接触子３０の製造においては、まず、図７（ａ）から図７（ｃ）を参照して第１の実施形態に関して上述したのと同様の工程を経て、図９（ａ）に示す形状にまでシリコン基板Ｓ２を加工する。シリコン基板Ｓ２においては、ベース部３１およびこれと一体の複数の突部３２が形成されている。
【０１１０】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板Ｓ２における突部形成面とは反対の面に、電極３３を形成する。具体的には、所定の金属の蒸着により当該反対面に金属膜を形成した後、当該金属膜を所定形状にパターニングすることによって、電極３３を形成することができる。
【０１１１】
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン基板Ｓ２の上に梁部形成用のレジストパターン３４を形成する。レジストパターン３４は、梁部３１ａおよびこれが連続するフレーム部分へと加工される箇所をマスクするためのものであり、複数の開口部を有する。
【０１１２】
次に、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン３４をマスクとして、シリコン基板Ｓ２に対して異方性エッチングを行う。異方性エッチングとしては、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどを採用することができる。Ｄｅｅｐ−ＲＩＥでは、エッチングと側壁保護を交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、例えば、ＳＦ6ガスによるエッチングを８秒行い、Ｃ4Ｆ8ガスによる側壁保護を６．５秒行い、ウエハに印加するバイアスは２３Ｗとすることによって、良好な異方性エッチング処理を行うことができる。後述の異方性エッチングについても、この条件のＤｅｅｐ−ＲＩＥを採用することができる。その後、図９（ｅ）に示すように、シリコン基板Ｓ２からレジストパターン３４を剥離する。以上の工程を経ることにより、梁部３１ａを有するベース部３１、および、これと一体の複数の突部３２を具備する第１接触子３０を形成することができる。
【０１１３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置Ｘ３の部分断面図である。電気接点装置Ｘ３は、第１接触子４０および第２接触子２０を備える。第１接触子４０は、ベース部４１と、複数の突部４２と、電極４３とを有する。
【０１１４】
ベース部４１は、リア部４１ａと、フレーム部４１ｂと、複数の共通固定部４１ｃと、複数の梁部４１ｄとを有する。これらは、後述するように、マイクロマシニング技術により単一の材料基板から一体的に成形されたものである。
【０１１５】
複数の共通固定部４１ｃは、図１１に示すように、リア部４１ａの上において相互に平行に配されている。梁部４１ｄは、各々、その片方の端部が共通固定部４１ｃに固定されておいる。すなわち、梁部４１ｄは、片固定梁構造を有する。隣接する２本の共通固定部４１ｃの間において、一方の共通固定部４１ｃからのみ複数の梁部４１ｄが相互に平行に延びている。図１１においては、図の簡潔化の観点より、共通固定部４１ｃおよび梁部４１ｄの一部を省略する。
【０１１６】
突部４２は、図１１に表れているように２次元アレイ状に配列されており、各々、本実施形態では略円錐形状を有して梁部４１ｄの上に設けられている。共通固定部４１ｃの少なくとも上方部、梁部４１ｄ、および、突部４２は、所定の導電性を有する同一材料よりなる。そのような材料としては、例えばシリコン材料を採用することができる。電極４３は、共通固定部４１ｃの少なくとも上方部、梁部４１ｄ、および突部４２よりも低抵抗い給電用の金属（Ａｕ，Ａｌなど）よりなり、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上においてパターン形成されている。突部４２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。突部４２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。
【０１１７】
第１接触子４０および第２接触子２０は、図１０に示すような離隔状態と、全ての突部４２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子４０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子４０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子４０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１１８】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ３においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子４０の突部４２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部４２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極４３は端子Ｅ１に相当する。突部４２の先端から梁部４１ｄを通って電極４３に至る材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、突部４２の先端から梁部４１ｄを通って電極４３に至る材料部の構成材料、ドープの態様および長さ、並びに、梁部４１ｄおよび突部４２のサイズや形状を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。また、電気接点装置Ｘ３では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１１９】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ３において、第１接触子４０をアクチュエータにより駆動して、接触状態とすると、各突部４２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、接触状態における突部４２および共通平面電極２２に作用する押圧力は均一化される。第１接触子４０および第２接触子２０の間に多少の配向歪み（非平行配向）が存在する場合であっても、梁部４１ｄは、接触状態において突部４２と共通平面電極２２との間に生じ得る余分な接触抗力を吸収するように撓む。梁部４１ｄは、片固定構造を有するので、第２の実施形態における梁部３１ａよりも柔軟な可撓性を有する。その結果、突部４２と共通平面電極２２との間において良好な接触状態が達成される。このような接触状態において、電極４３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ３を通過することとなる。その後、第１接触子４０をアクチュエータにより駆動して図１０に示すような離隔状態とすると、各突部４２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ３を通過していた電流は遮断されることとなる。
【０１２０】
第１接触子４０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ３は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ３の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ３は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１２１】
図１２から図１４は、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって第１接触子４０を製造するための一手法である。図１２から図１４においては、部分断面によって、当該第１接触子４０の形成過程を表す。
【０１２２】
第１接触子４０の製造においては、まず、図１２（ａ）に示すような基板Ｓ３を用意する。基板Ｓ３は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であり、第１層５１、第２層５２、および、これらに挟まれた中間層５３よりなる積層構造を有する。本実施形態では、例えば、第１層５１の厚みは２０μｍであり、第２層５２の厚みは２００μｍであり、中間層５３の厚みは２μｍである。第１層５１および第２層５２は、シリコン材料よりなり、必要に応じて、例えばＰやＡｓなどのｎ型不純物をドープすることによって導電性が付与されている。これら導電性の付与においては、Ｂなどのｐ型の不純物を用いてもよい。また、これらｎ型不純物およびｐ型不純物をドープを共にドープすることによって、シリコン材料の所定の少なくとも一部における抵抗値を高めてもよい。中間層５３は、本実施形態では、絶縁性の物質よりなる。そのような絶縁物質としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを採用することができる。中間層５３を絶縁物質により構成すると、当該基板Ｓ３において成形される梁部４１ｄおよび突部４２とリア部４１ａとを電気的に良好に分離することができる。ただし、本発明においては、中間層５３を導電性物質により構成してもよい。この場合、梁部４１ｄおよび突部４２に対する給電用の電極４３は、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上に代えて、リア部４１ａに対して設けることが可能となる。
【０１２３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５４を形成する。レジストパターン５４に含まれる各マスクは、形成目的の突部形状に応じて円形である。円形マスクの直径は、突部４２の高さの２倍程度であるのが好ましい。
【０１２４】
次に、レジストパターン５４をマスクとして、第１層５１に対して所定の深さまで等方性エッチングを行う。当該エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。これにより、図１２（ｃ）に示すように、複数の突部４２が形成される。その後、図１２（ｄ）に示すように、第１層５１からレジストパターン５４を剥離する。
【０１２５】
次に、図１３（ａ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５５を形成する。レジストパターン５５は、第１層５１において上述のフレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄへと加工される箇所をマスクするためのものであり、突部４２を覆う。
【０１２６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、レジストパターン５５をマスクとして、第１層５１に対して、中間層５３に至るまで異方性エッチングを行う。異方性エッチングとしては、上述のように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどを採用することができる。
【０１２７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、梁部４１ｄの下方の中間層５３をウエットエッチングにより除去する。中間層５３が酸化シリコンよりなる場合、エッチング液としてはフッ酸などを使用することができる。本エッチング工程では、レジストパターン５５で覆われた梁部４１ｄの下方にアンダーカットが入るようにエッチング処理を行う。本工程を経ることにより、フレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄの外郭形状が完成する。その後、図１３（ｄ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５５を除去する。
【０１２８】
次に、図１４（ａ）に示すように、例えば蒸着法により、基板Ｓ３に対して突部形成側から金属膜５６を形成する。当該金属としては、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの、Ｓｉよりも充分に抵抗の小さい金属を採用する。次に、図１４（ｂ）に示すように、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上に、電極形成用のレジストパターン５７を形成する。次に、レジストパターン５７をマスクとして、金属膜５６に対してウエットエッチングを施すことにより、図１４（ｃ）に示すように電極４３を形成する。エッチング液としては、シリコン材料などを不当にエッチングしないものが使用される。その後、図１４（ｄ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５７を除去する。図１２から図１４に示す一連の工程を経ることにより、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０は作製される。
【０１２９】
図１５は、電気接点装置Ｘ３の変形例である電気接点装置Ｘ３’の部分断面図である。電気接点装置Ｘ３’は、第１接触子４０’および第２接触子２０を備える。第１接触子４０’は、電極４３とは異なるパターン形状の電極４３’を有する点において、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０とは相違する。電極４３’のパターン形状は、図１６によく表れている。電極４３’は、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃに加えて、梁部４１ｄの上にも形成されている。第１接触子４０’の備える他の構成については、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０と同様である。したがって、電気接点装置Ｘ３’は、電気接点装置Ｘ３と略同様に機能することができ、電気接点装置Ｘ３と同様の技術的効果を享受することができる。
【０１３０】
電気接点装置Ｘ３’においては、各突部４２に対して電気的に直列に配されている抵抗体部Ｒｂｉは、電気接点装置Ｘ３のそれよりも短い。具体的には、突部４２の先端から電極４３’に至る抵抗Ｒｂｉに相当する材料部は、電気接点装置Ｘ３における突部４２の先端から電極４３に至る材料部よりも短い。したがって、このような電気接点装置Ｘ３の構成は、各抵抗体部の抵抗値を比較的小さく設定する場合に有利である。
【０１３１】
図１７および図１８は、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって第１接触子４０’を製造するための一手法である。図１７および図１８においては、部分断面によって、当該第１接触子４０’の形成過程を表す。
【０１３２】
第１接触子４０’の製造においては、まず、図１２（ａ）から図１２（ｃ）を参照して上述したのと同様の工程を経て、図１７（ａ）に示す形状にまで基板Ｓ３を加工する。基板Ｓ３は、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造において使用した基板Ｓ３と同様の構成を有する。図１７（ａ）に示す基板Ｓ３には、複数の突部４２が形成されており、突部形成用のレジストパターン５４が残存している。
【０１３３】
次に、図１７（ｂ）に示すように、例えば蒸着法により、基板Ｓ３に対して突部形成側から金属膜５８を形成する。当該金属としては、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの、Ｓｉよりも充分に抵抗の小さい金属を採用する。次に、図１７（ｃ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５４を除去する。このとき、レジストパターン５４の上の金属膜５８も基板Ｓ３から共に除去される。次に、図１７（ｄ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５９を形成する。レジストパターン５９は、第１層５１において上述のフレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄへと加工される箇所をマスクするためのものであり、突部４２と、金属膜５８において、梁部４１ｄへと加工される箇所の上に設けられている部位とを覆う。
【０１３４】
次に、図１８（ａ）に示すように、金属膜５８においてレジストパターン５９に覆われていない部位を、ウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、シリコン材料などを不当にエッチングしないものが使用される。次に、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）を参照して上述したのと同様の工程を経て、図１８（ｂ）に示す形状にまで基板Ｓ３を加工する。図１８（ｂ）に示す基板Ｓ３においては、共通固定部４１ｃ、梁部４１ｄ、および上述のフレーム部４１ｂの外郭形状が完成している。その後、図１８（ｃ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５９を除去する。図１７および図１８に示す一連の工程を経ることにより、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’は作製される。
【０１３５】
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ４の部分断面図である。電気接点装置Ｘ４は、第１接触子６０および第２接触子２０を備える。第１接触子６０は、ベース部６１と、複数の突部６２と、電極６３とを有する。
【０１３６】
ベース部６１は、リア部６１ａと、フレーム部６１ｂと、複数の共通固定部６１ｃと、複数の梁部６１ｄとを有する。これらは、第３の実施形態におけるリア部４１ａと、フレーム部４１ｂと、共通固定部４１ｃと、梁部４１ｄと同様に、マイクロマシニング技術により単一の材料基板から一体的に成形されたものである。
【０１３７】
複数の共通固定部６１ｃは、図２０に示すように、リア部６１ａの上において相互に平行に配されている。梁部６１ｄは、各々、その片方の端部が共通固定部６１ｃに固定されている。すなわち、梁部６１ｄは、片固定梁構造を有する。隣接する２本の共通固定部６１ｃの間において、一方の共通固定部６１ｃから複数の梁部６１ｄが相互に平行に延びており、他方の共通固定部６１ｃからも複数の梁部６１ｄが相互に平行に延びている。図２０においては、図の簡潔化の観点より、共通固定部６１ｃおよび梁部６１ｄの一部を省略する。
【０１３８】
突部６２は、図２０に表れているように２次元アレイ状に配列されており、各々、本実施形態では略円錐形状を有して梁部６１ｄの上に設けられている。共通固定部６１ｃの少なくとも上方部、梁部６１ｄ、および、突部６２は、所定の導電性を有する同一材料よりなる。電極６３は、共通固定部６１ｃの少なくとも上方部、梁部６１ｄ、および突部６２よりも低抵抗い給電用の金属よりなり、フレーム部６１ｂおよび共通固定部６１ｃの上においてパターン形成されている。電極６３は、図２０に示すようなパターン形状に代えて、上述の電極４３’のように、梁部６１ｄの上にも伸びるパターン形状を有していてもよい。突部６２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。突部６２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。
【０１３９】
第１接触子６０および第２接触子２０は、図１９に示すような離隔状態と、全ての突部６２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子６０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子６０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子６０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１４０】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ４においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子６０の突部６２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部６２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極６３は端子Ｅ１に相当する。突部６２の先端から梁部６１ｄを通って電極６３に至る材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。また、電気接点装置Ｘ３では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１４１】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ４は、そのスイッチング動作において、電気接点ごとに可撓構造である梁部４１ｄを有する電気接点装置Ｘ３と略同様に機能することができ、電気接点装置Ｘ３と同様の技術的効果を享受することができる。
【０１４２】
電気接点装置Ｘ４においては、単一の共通固定部６１ｃの両側に、突部６２を伴う梁部６１ｄが設けられている。そのため、電気接点装置Ｘ４においては、電気接点装置Ｘ３のそれよりも小数の共通固定部６１ｃにより、同数の突部６２ないし電気接点を具備することが可能である。したがって、電気接点装置Ｘ４は、電気接点装置Ｘ３よりも、電気接点の高密度化に適している。また、梁部６２が共通固定部６１ｃに対して対称的に配設されているので、電気接点装置Ｘ４が接触状態（オン状態）にあるとき、共通固定部６１ｃには、その両側から略対称的に応力が作用する。すなわち、電気接点装置Ｘ４では、共通固定部６１ｃに偏った力が加わりにくい。そのため、共通固定部６１ｃの経時的劣化は抑制される。共通固定部６１ｃの劣化の抑制は、電気接点装置Ｘ４のスイッチング動作における信頼性維持に寄与する。
【０１４３】
電気接点装置Ｘ４の第１接触子５０については、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造に関して図１２から図１４を参照して上述したのと同様の方法を利用して、製造することができる。また、第１接触子６０の電極６３が、梁部６１ｄの上にも延びるパターン形状を有する場合には、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’の製造に関して図１７および図１８を参照して上述したのと同様の方法を利用して、製造することができる。
【０１４４】
本発明の第１から第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１〜Ｘ４および第３の実施形態の変形例である電気接点装置Ｘ３’は、更に、両接触子の間に、当該接触子どうしを所定距離以上に接近させないためのストッパを具備していてもよい。図２１は、第３の実施形態に係る電気接点装置Ｘ３がそのようなストッパを具備する場合を、一例として、模式的に表す。
【０１４５】
図２１において、電気接点装置Ｘ３は接触状態にあり、第１接触子４０と第２接触子２０の間にストッパ６４が配設されている。ストッパ６４は、絶縁材よりなり、第１接触子４０または第２接触子２０に固定されている。ストッパ６４の厚みは、接触状態にて突部４２と平面電極２２が適当な押圧力で当接するような、第１接触子４０および第２接触子２０の離隔距離と同一である。電気接点装置Ｘ３がこのようなストッパ６４を具備する場合には、梁部４１ｄの折損が抑制され、各電気接点における押圧力が均一化してスイッチング特性が安定化し、梁部４１ｄがリア部４１ａと接触するのが抑制されるという利益を享受することができる。また、絶縁材料よりなるストッパ６４が第１接触子４０と第２接触子２０の間に介在することにより両接触子は電気的に適切に分離されている。
【０１４６】
本発明においては、第１から第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１〜Ｘ４および第３の実施形態の変形例である電気接点装置Ｘ３’について、図１に示す回路を具備する上述のような構成に代えて、図３に示す回路を具備するように構成してもよい。その場合、第１接触子のベース部および突部の内部において電気接点ごとに抵抗Ｒｂｉが形成されないように、不純物のドープによって、当該ベース部および突部の内部のシリコン材料には導電性が付与される。これとともに、第１接点部に相当する突部の先端、および、共通平面電極２２の全体または突部が当接する第２接点部に相当する部位を、高抵抗金属などにより構成することにより、各電気接点に対し、当該電気接点に放電電流が流れるのを阻止するほどに大きな接触抵抗を付与する。このような構成によっても、接点においてアーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、当該電気接点装置は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１４７】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列記する。
【０１４８】
（付記１）機械的に開閉する電気接点、および、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して前記電気接点に対して直列に配された抵抗体を、各々が含む複数の枝路が、並列に配された回路構成を備えることを特徴とする、電気接点装置。
（付記２）相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、
前記複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなる電気接点、並びに、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して前記電気接点に対して直列に接続する抵抗体部を含むことを特徴とする、電気接点装置。
（付記３）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の前記第１面上に設けられ且つ前記第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、前記第１面に対向して配設され且つ前記複数の突部の突端が当接可能な複数の前記第２接点部を含む平面電極部とを有し、複数の前記抵抗体部は、各々、前記ベース部および前記突部の内部に構成されている、付記２に記載の電気接点装置。
（付記４）前記ベース部の前記第２面には、前記複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている、付記３に記載の電気接点装置。
（付記５）前記ベース部は、前記電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する、付記３または４に記載の電気接点装置。
（付記６）前記ベース部は、前記可撓構造として両固定梁部を有し、前記突部は当該両固定梁部上に設けられている、付記５に記載の電気接点装置。
（付記７）前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、付記５に記載の電気接点装置。
（付記８）前記ベース部および前記突部は、材料基板から一体的に成形されている、付記３から７のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記９）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の抵抗体部の各々の抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＞Ｖmax／Ｉminを満たす、付記２から８のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１０）相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、
前記複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなり且つ当該枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するための接触抵抗を有する、電気接点を含むことを特徴とする、電気接点装置。
（付記１１）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々の抵抗値Ｒｃは、Ｒｃ＞Ｖmax／Ｉminを満たす、付記１０に記載の電気接点装置。
（付記１２）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合に、前記枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす、付記２から１１のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１３）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１面上に設けられ、且つ、第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、
前記第１面に対向して配設され、且つ、前記複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部と、を備え、
前記ベース部および前記突部は、材料基板から一体的に成形されていることを特徴とする、電気接点装置。
（付記１４）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１面上に設けられ、且つ、第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、
前記第１面に対向して配設され、且つ、前記複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部と、を備え、
前記ベース部は、前記第１接点部および前記第２接点部よりなる電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有することを特徴とする、電気接点装置。
（付記１５）前記ベース部は、前記可撓構造として両固定梁部を有し、前記突部は当該両固定梁部上に設けられている、付記１４に記載の電気接点装置。
（付記１６）前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、付記１４に記載の電気接点装置。
（付記１７）前記第１接点部および／または前記第２接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる、付記２から１６のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１８）前記第１接点部および／または前記第２接点部は、３０００℃以上の融点を有する材料よりなる、付記２から１７のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１９）前記ベース部および前記平面電極部が許容最小距離未満に接近するのを阻止するための、絶縁材料よりなるストッパを更に備える、付記３から９および１２から１８のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記２０）前記ベース部および前記突部はシリコン材料よりなり、前記ベース部および前記突部における少なくとも前記抵抗体部には、不純物がドープされている、付記３から９および１２から１９のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記２１）固定部と、当該固定部に固定されている梁部と、当該梁部上に設けられている突部とを含む構造体を備える電気接点装置の製造方法であって、
第１層、第２層、および、当該第１層および第２層の間の中間層による積層構造を有する材料基板における前記第１層に対して、突部形成用の第１マスクパターンを介してエッチング処理を行なうことによって、前記第１層において突部を形成する第１エッチング工程と、
梁部形成用であって前記電極突部を覆う第２マスクパターンを介して、前記第１層に対して前記中間層に至るまでエッチング処理を行うことによって、前記第１層において梁部を形成する第２エッチング工程と、
前記中間層の一部をエッチング除去することによって、前記第２層と前記梁部との間に空隙を形成する第３エッチング工程と、を含むことを特徴とする、電気接点装置の製造方法。
（付記２２）前記第３エッチング工程の後に前記第１層の側から前記材料基板に対して導体膜を形成する工程と、前記固定部における前記導体膜上に配線用の第３マスクパターンを形成する工程と、前記第３マスクパターンを介して前記導体膜をパターニングすることによって配線を形成する工程と、を更に含む、付記２１に記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２３）前記第１エッチング工程の後に前記第１層の側から前記材料基板に対して導体膜を形成する工程と、前記第１層から前記第１マスクパターンを除去する工程と、を更に含む、付記２１に記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２４）前記第１エッチング工程にける前記エッチング処理は、等方性エッチングである、付記２１から２３のいずれか１つに記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２５）前記第１層および前記第２層はシリコン材料よりなり、前記中間層は酸化シリコンよりなる、付記２１から２４のいずれか１つに記載の電気接点装置の製造方法。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によると、電気接点装置において、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができ、当該装置の長寿命化を図ることができる。また、本発明の電気接点装置においては、電気接点のオン／オフ動作に伴って生じる誘導電圧が抑制されるので、電気接点のオン／オフ動作で生じ得る電磁ノイズを充分に低減することができる。したがって、本発明の電気接点装置は、大電流用途のリレーなどにおいても好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気接点装置における回路構成を表す。
【図２】図１に示す回路構成を有する電気接点装置の動作概念を表す回路図である。
【図３】本発明に係る他の電気接点装置における回路構成を表す。
【図４】図３に示す回路構成を有する電気接点装置の動作概念を表す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置の開状態を表す。
【図６】図５に示す電気接点装置の閉状態を表す側面図である。
【図７】図５および図６に示す電気接点装置の第１接触子の製造工程を表す。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図９】図８に示す電気接点装置の第１接触子の製造工程を表す。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図１１】図１０に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図１２】図１０に示す電気接点装置の第１接触子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１３】図１２に続く工程を表す。
【図１４】図１３に続く工程を表す。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置の変形例を表す。
【図１６】図１５に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図１７】図１５に示す電気接点装置の第１接触子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１８】図１７に続く工程を表す。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図２０】図１９に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図２１】本発明に係る電気接点装置がストッパを具備する場合の模式的な断面図である。
【図２２】開状態にある従来の電気接点装置を表す。
【図２３】閉状態にある図２２の電気接点装置を表す。
【図２４】アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。
【図２５】図２２の電気接点装置の変形例を表す。
【符号の説明】
Ｃ１ 第１接点部
Ｃ２ 第２接点部
Ｘ１〜Ｘ４，Ｘ３’ 電気接点装置
１０,３０,４０,６０ 第１接触子
１１,３１,４１,６１ ベース部
３１ａ,４１ｄ,６１ｄ 梁部
１２,３２,４２,６２ 突部
１３ 平面電極
３３,４３,６３ 電極
２０ 第２接触子
２１ 基板
２２ 共通平面電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的に開閉する電気接点を有してスイッチやリレーなどに適用することのできる電気接点装置、および、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気接点は、接点対の機械的な開閉動作により電流の通路を機械的に接続および切断するための電子回路要素であり、スイッチやリレーなどに適用される。電気接点を利用して構成されるスイッチやリレーは、開状態において電気接点間が機械的に開離するので、電気抵抗の極めて大きな良好な開状態を達成することができるという特長を有する。そのため、そのような機械的開閉式のスイッチおよびリレーは、情報機器、産業機械、自動車、家電などのあらゆる分野において、電源、アクチュエータ、センサなどを含む回路を開閉する手段として広く使用されている。
【０００３】
図２２および図２３は、機械的開閉式の従来の電気接点装置Ｘ５を表す。電気接点装置Ｘ５は、可動子７１および固定子７２を備える。
【０００４】
可動子７１は、導体片７３と、当該導体片７３の一端付近に設けられた接点７４と、導体片７３に装着されたソケット７５とからなり、単一の導体片７３に一つの接点７４が設けられたいわゆる単子接点構造を有する。接点７４は導体よりなり、ソケット７５は樹脂製である。導体片７３の他端付近には、編組銅線よりなるリード７６が電気的かつ機械的に接続されている。リード７６は、図外の回路に電気的に接続されている。また、ソケット７５にはピン７７が挿通されており、可動子７１は、ピン７７を軸芯として回動可能である。ピン７７はケース（図示略）に固定されている。可動子７１の回動動作は、励磁コイルなどを含んで構成される所定の駆動機構（図示略）により達成される。
【０００５】
固定子７２は、導体片７８と、導体よりなる接点７９とからなる。導体片７８は図外の回路に電気的に接続されている。接点７９は、可動子７１の回動動作における接点７３の軌道上に配されている。
【０００６】
このような構造を有する電気接点装置Ｘ５に所定の電圧が印加されている状態において、可動子７１が固定子７２へと回動して、図２３に示すように接点７４および接点７９が接触すると、電流は、例えば、導体片７８から、接点７９、接点７４および導体片７３を介して、リード７６へと流れる。この後、可動子７１が固定子７２から離反する方向へ回動して、図２２に示すように接点７４および接点７９が開離すると、通電は停止される。このようにして、電気接点装置Ｘ５は、電流通路の接続および切断を実行する。
【０００７】
電気接点の技術の分野においては、閉状態にある接点間に閾値（最小放電電流）以上の電流が流れている状態あるいは閾値（最小放電電圧）以上の電位差が生じている状態で、接点対を開離すると、接点間にアーク放電が発生することが知られている。例えば閾値以上の電流が流れている状態で接点対を開離する際、まず、開離が進行するにつれて接点間の接触面積は次第に縮小し、接点間を流れる電流は集中していく。電流の集中化に起因して接点の温度は上昇し、接点表面は溶融する。そのため、接点対が開離した後でも離隔距離が短い間は、溶融した接点材料により当該接点間は掛け渡される。すなわち、接点間にブリッジが形成される。このブリッジから金属蒸気が発生し、当該金属蒸気を媒介としてアーク放電が開始する。アーク放電は、周囲気体を媒介とする放電現象へと移行した後、接点対が充分な距離で離隔したときに切断される。
【０００８】
図２４は、アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。本グラフにおいては、金よりなる接点対を所定の押圧力（１０ｍＮ、１００ｍＮ、または２００ｍＮ）で接触させ、接点間に３６Ｖの電圧を印加しながら当該接点対を開離させる際にアーク放電の発生する確率が、プロットされている。３６Ｖ定電圧電源に電気接点を接続し、当該電気接点と直列に接続した抵抗の値を変化させることによって、通電電流を変化させている。接点間の実質的な接触面積は、数十μｍ2以下と推定される。横軸は、閉状態において接点間を流れた電流を表し、縦軸は、アーク放電発生確率を表す。いずれの押圧力においても、通電電流が０．６Ａ以上となるとアーク放電発生率は略１００％である。一方，通電電流が０．１Ａ以下では、アーク放電発生率は略０％である。このグラフに関する詳細な情報は、非特許文献１に掲載されている。
【０００９】
【非特許文献１】
米澤遊（Yu Yonezawa）、若月昇（Noboru WakaTsuki)、「ジャパニーズジャーナル・オブ・アプライドフィズィクス (Japanese Journal of Applied Physics)」、応用物理学会（The Japan Society of Applied Physics）、２００２年７月、第４１巻、パート１、Ｎｏ.７Ａ、ｐ４７６０〜４７６５
【００１０】
図２４のグラフからは、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電流（最小アーク電流）Ｉminは、０．１〜０．６Ａの間に存在することが理解できる。最小放電電流Ｉminは、材料種に依存する値をとることが知られている。同様に、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電圧（最小アーク電圧）Ｖminも存在し、最小放電電圧Ｖminについても、材料種に依存する値をとることが知られている。金よりなる接点対については、例えば、最小放電電流Ｉminは０．３８Ａであり、最小放電電圧Ｖminは１５Ｖであることが報告されている。ただし、実際に測定されるＩminやＶminは、接点対の間における空間の電荷状態、接点表面の状態などからの影響を受け、必ずしも一定でなくバラツキを有する。
【００１１】
電気接点装置Ｘ５の閉状態では、負荷回路（通電を目的とする図外の回路）が必要とする電流の全てが接点７４および接点７９の間を通過する。そのため、負荷回路が必要とする電流が最小放電電流以上であると、開離時には当該接点７４よび接点７９の間にアーク放電が発生してしまう。負荷回路が必要とする電流が電気接点装置Ｘ５の最小放電電流以上である場合は多い。
【００１２】
アーク放電の発生および切断は、接点７４，７９を構成する材料の溶融、蒸発および再凝固を伴い、接点材料の消耗および転移、並びに、接点７４および接点７９の間の接触抵抗の変動を引き起こしてしまう。そのため、接点７４および接点７９の間に生ずるアーク放電の回数が増加するほど、電気接点装置Ｘ５の信頼性は低下する傾向にあり、寿命は短くなる傾向にある。大電流を通電および遮断するために電気接点装置Ｘ５を使用する場合には、信頼性低下および短命化は特に顕著となる。
【００１３】
また、従来の電気接点装置Ｘ５においては、閉状態にて充分に小さな接触抵抗を達成すべく、接点７４，７９は、低抵抗な銅基材と、低抵抗で耐食性を有して当該基材を覆う金属被膜（Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなど）により構成される場合が多い。しかしながら、これら低抵抗金属は、比較的低い融点を有するため、アーク放電の際に生ずる熱により溶融しやすく、従って、消耗および転移しやすい。アーク放電の際に生ずる熱によっても溶融しにくい金属材料は、比較的大きな抵抗を有するので、接触抵抗を低下せしめることが重要な課題である従来の電気接点装置Ｘ５において、高融点の金属材料を接点構成材料として採用することは、実用上、困難である。
【００１４】
アーク放電を抑制するための手法として、電気接点装置Ｘ５には火花消去器が付設される場合がある。火花消去器は、例えばバリスタやダイオードであって、接点７４，７９よりなる電気接点に対して電気的に並列に接続される。しかしながら、電気接点装置Ｘ５とは個別に付加的な部品が必要なため、装置サイズおよび製造コストの観点からは、火花消去器の採用は好ましくない場合がある。
【００１５】
また、電気接点装置Ｘ５においては、可動子７１の回動動作による電流通路の接続の際に、接点７４と接点７９の間に埃などの異物が介在すると、良好な閉状態が阻害される。このような不具合を回避すべく、従来の電気的接点装置Ｘ５においては、単子接点構造の可動子７１に代えて、図２５に示すような可動子７１’が採用される場合がある。可動子７１’は、双子構造を有する導体片７３’と、当該導体片７３’における各枝の一端付近に１つずつ設けられた二つの接点７４’と、導体片７３’に装着されたソケット７５とからなり、単一の導体片７３’に２つの接点７４’が設けられたいわゆる双子接点構造を有する。導体片７３’にはリード７６が電気的かつ機械的に接続されている。また、可動子７１’は、可動子７１と同様に、ケース（図示略）に固定されているピン７７を軸芯として回動可能である。
【００１６】
このような双子接点構造の可動子を備える電気接点装置については、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開平５−５４７８６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１２１１７号公報
【００１８】
双子接点構造の可動子７１’を具備する電気接点装置Ｘ５においては、可動子７１’の回動動作による電流通路の接続の際に、２つの接点７４’のうちの一方と接点７９との間に異物が介在する場合であっても、当該異物が過大でなければ、他方と接点７９とは接触する。その結果、所望の閉状態は達成される。しかしながら、このような双子接点構造の可動子７１’を採用する場合であっても、単子接点構造の可動子７１を採用する場合と同様に、電気接点装置Ｘ５において依然としてアーク放電は発生しやすい。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することのできる電気接点装置、および、その製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、機械的に開閉する電気接点、および、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して電気接点に対して直列に配された抵抗体を、各々が含む複数の枝路が、並列に配された回路構成を備えることを特徴とする。このような構成の電気接点装置においては、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００２１】
図１は、本発明の第１の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。図１の回路図においては、一対の接点Ｃ１，Ｃ２よりなる電気接点であるスイッチＳｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）と、抵抗Ｒｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）とが、単一の枝路において直列に配されている。外部接続用の端子Ｅ１，Ｅ２の間において、複数の枝路は並列に配されている。スイッチＳｉを構成する電気接点は、接触抵抗Ｒｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）を有し、当該Ｒｃｉは、各枝路においてＲｃｉ＜Ｒｂｉを満たす。
【００２２】
端子Ｅ１，Ｅ２の間に所定の定電圧を印加すると、相互に並列な複数の枝路には、全て同一の定電圧が印加される。各枝路に着目すると、印加電圧が一定である場合、スイッチＳｉの閉状態においては、ＲｃｉおよびＲｂｉを和した抵抗に応じた電流が枝路を通過することとなる。通過電流は、所定のＲｃｉに対してＲｂｉを大きくするほど、小さくなる。したがって、Ｒｃｉに対してＲｂｉを充分に大きく設定することにより、各枝路の閉状態のスイッチＳｉ（電気接点）を通過する電流を当該電気接点の最小放電電流よりも小さく設定することができる。本装置において安定したスイッチング特性を得るという観点からは、ＲｃｉおよびＲｂｉの各々について、理想的には全ての枝路において同一に設定される。
【００２３】
また、全てのスイッチＳｉをオンとすると、各枝路の抵抗および枝路数に応じた電流が本電気接点装置を通過することとなる。通過電流は、枝路数を増加させるほど増大する。したがって、各枝路を最小放電電流未満の電流が通過する条件下においても、枝路数を適宜設定することにより、全てのスイッチＳｉがオンの状態にある本電気接点装置に対して所望の大電流を通過させることができる。全てのスイッチＳｉを同時的にオフの状態とすることにより、当該大電流は遮断される。
【００２４】
このように、本発明の第１の側面に係る電気接点装置においては、各枝路の抵抗を大きく設定することにより、枝路を通過する電流を最小放電電流未満とすることができ、これとともに、相互に並列な多数の枝路を設けて当該多数の枝路による並列回路の総抵抗を小さく設定することにより、当該並列回路に対して所望の大電流を通過させることができる。したがって、本発明の電気接点装置によると、全てのスイッチＳｉを同時的にオン／オフ操作することによる所望の大電流のスイッチングにおいて、アーク放電の発生を回避ないし充分に抑制することが可能なのである。
【００２５】
本発明の第２の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなる電気接点、並びに、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して電気接点に対して直列に接続する抵抗体部を含むことを特徴とする。
【００２６】
このような構成の電気接点装置においては、第１の側面に係る上述の回路構成を実現することができる。第１接点部、第２接点部、および抵抗体部は、図１の回路図における接点Ｃ１、接点Ｃ２、および抵抗Ｒｂｉに相当する。したがって、本発明の第２の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様に、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００２７】
本発明の第２の側面において、電気接点装置は、好ましくは、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む平面電極部とを有し、複数の抵抗体部は、各々、ベース部および突部の内部に構成されている。平面電極部は、図１の回路図における外部接続用の端子Ｅ２に相当する。
【００２８】
このような構成においては、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に当接させることにより、全ての電気接点の第１接点部および第２接点部は閉状態とされる。当該閉状態が達成された後、ベース部および平面電極部を相対的に離反させて全ての突部の突端を平面電極から離隔させることにより、全ての電気接点の第１接点部および第２接点部は開状態とされる。ベース部および平面電極部の相対動作は、固定された平面電極部に対してベース部を駆動することにより達成してもよいし、固定されたベース部に対して平面電極部を駆動することにより達成してもよい。また、当該相対動作は、ベース部および平面電極部の双方を駆動することにより達成してもよい。
【００２９】
また、ベース部および複数の突部を有する構造体の作製においては、例えば、シリコン基板などの材料基板などをエッチング加工するマイクロマシニング技術を利用することができる。マイクロマシニング技術によると、１００〜１０００００以上の極めて多数の突部であっても、ベース部に対して一括して形成することが可能である。したがって、マイクロマシニング技術を利用すると、電気接点装置において極めて多数の相互に並列な枝路を形成することが可能であり、当該並列回路において、例えば、従来の接点対の接触抵抗と同等な低い接触抵抗（１〜１００ｍΩ程度）を実現することが可能である。
【００３０】
好ましくは、ベース部の第２面には、複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている。共通電極は、図１の回路図における外部接続用の端子Ｅ１に相当する。
【００３１】
好ましくは、ベース部は、電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において第１接点部および第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する。この場合、好ましくは、ベース部は、可撓構造として両固定梁部を有し、突部は当該両固定梁部上に設けられている。或は、好ましくは、ベース部は、可撓構造として片固定梁部を有し、突部は当該片固定梁部上に設けられている。このような構成は、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に良好に当接させるうえで好適である。
【００３２】
好ましくは、ベース部および突部は、材料基板から一体的に成形されている。マイクロマシニング技術によると、単一の材料基板からベース部および突部を一体的に成形することができ、特に多数の電気接点を内在する電気接点装置の製造において、効率化を図ることができる。
【００３３】
本発明の第２の側面において、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、好ましくは、複数の枝路ユニットに含まれる複数の抵抗体部の各々の抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＞Ｖmax／Ｉminを満たす。また、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合には、好ましくは、枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす。これら２つの関係式は、以下のように導出される。
【００３４】
本発明の第２の側面において、相互に並列に接続された複数の電気接点の数をＮ（Ｎ＞３）とし、１個の電気接点における接触抵抗を全て同一のＲｃとし、且つ、個々の電気接点に直列に接続された抵抗体の抵抗を全て同一のＲｂとすると、Ｎ個の電気接点が実質的に同時に開閉する電気接点装置における、当該装置の接触抵抗Ｒｓは、下記式（１）で表される。本発明に係る電気接点装置の場合、Ｒｓは、装置の内部抵抗に相当し、全ての電気接点が閉状態にあるときの装置の全体抵抗であって、個々の電気接点における接触抵抗ではない。
【００３５】
【数１】
Ｒｃは例えば１〜１００ｍΩ程度であり、このようなＲｃに対して充分に大きなＲｂを採用してＲｂ＞＞Ｒｃとすると、式（１）から下記式（２）が得られる。
【００３７】
【数２】
電気接点装置全体でアーク放電が起こらないような条件を調べるには、１個の接点のみが開閉しても放電が起こらない条件を調べればよい。全てのスイッチを同時に開閉しようとしても、スイッチの開閉動作を厳密に追跡すると、バラバラに開閉されてしまい、１個の接点において最も大電流が流れるのは、最後の１個の接点が開閉される時であるためである。
【００３９】
図２は、本発明に係る電気接点装置を実際に動作させるときの回路図を表す。電源の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶinとする。また、電源側の入力インピーダンスをＲinとし、出力側の負荷のインピーダンスをＲoutとする。ＲinおよびＲoutは、動作対象に応じて大きく異なり得るが、少なくとも装置の接触抵抗Ｒｓよりも充分に大きな値（例えば１０Ω以上）を有する場合が多い。全ての電気接点が閉状態にあるときに装置全体に流れる電流Ｉは、下記式（３）により表される。
【００４０】
【数３】
電気接点数はＮであるので、このときに各枝路ユニットないし各電気接点に流れる電流値Ｉ0は、下記式（４）により表される。
【００４２】
【数４】
装置が完全な閉状態（全ての電気接点が閉状態）から完全な開状態（全ての電気接点が開状態）へと遷移する過程においては、厳密には、Ｎ個の電気接点は個々独立に開状態となる。この遷移過程におけるある瞬間を捕らえると、Ｎ個のうちｎ（１＜ｎ＜Ｎ）個の接点が開状態（オフ）にある場合、閉状態（オン）にある（Ｎ−ｎ）個の接点のうち１個あたりに流れている電流値ｉnは、下記式（５）により表される。
【００４４】
【数５】
式（４）と式（５）を比較すると、明らかにｉ0＜ｉnであり、開状態の電気接点の数が増加するにつれて、閉状態の各電気接点に流れる電流は増加し、最後の１接点のみが接続された状態で当該電流は最大となる。そのときの電流値ｉN-1は、式（５）から下記式（６）のように導かれる。
【００４６】
【数６】
最後の１接点が開離するときに電気接点あたりの電流値が最大になることは、式（４）と式（６）の比較から理解できよう。
【００４８】
ＲinおよびＲoutを含む回路構成を有する装置に対して印加される電圧の最大値をＶmax(リレーのカタログ等には接点電圧の最大許容値として記述される値に相当する)とし、且つ、接点材料で決まる最小放電電流値をＩminとすると、アーク放電を防止するためには、当該装置において下記式（７）を成立させればよい。最小放電電流の値は、例えば、アーク放電電流発生確率が所定の値以下である場合の電流値であって、電気接点装置の用途に応じて適宜決定するのが好ましい。
【００４９】
【数７】
一方、式（６）からは下記式（８）が導かれる。また、ＲinおよびＲoutは、装置の外部の要因であるから、装置内部の要因だけで設計の目安をつけるには、下記式（９）を成立させればよい。
【００５１】
【数８】
式（９）が成立すれば、図２におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は充分に抑制されるか発生しない。最小放電電流Ｉmin未満におけるアーク放電発生確率が０％であるようなＩminを採用する場合に式（９）が成立すれば、図２におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は発生しない。
【００５３】
式（９）からは下記式（１０）が得られる。式（１０）は、アーク放電を抑制ないし防止するために要する各抵抗体部の抵抗の大きさＲｂが、最大印加電圧（例えば装置の仕様値としての最大接点電圧）Ｖmaxと、採用する接点材料から決まる最小放電電流Ｉminとから、実質的に定まることを意味する。
【００５４】
【数１０】
また、式（１０）に式（２）を代入することによって、下記式（１１）が導かれる。式（１１）は、並列に接続すべき電気接点の数Ｎについて、アーク放電抑制の観点からどの程度にしたらよいかを示唆する。
【００５６】
【数１１】
従来の電気接点では、接点間に発生したアーク放電を消すために、電気接点の開離動作において長い接点間距離を実現していた。しかしながら、本発明によると、式（１０）および式（１１）を満たすように設計することによって、そもそも放電を生じさせなくすることができるので、開状態の接点間距離を従来の電気接点装置のそれよりも大幅に短くすることが可能である。また、各枝路ユニットを流れる電流が小さいので、電気接点の開離時において、接点間の電流の集中による発熱で発生するブリッジ現象も大幅に低減される。
【００５８】
接点数を多くして１個あたりの電流値を下げることの利点は、枝路ユニットを流れる電流を最小放電電流未満に抑制することによってアーク放電を防止する点に加えて、複数の電気接点が時間とともに次々と開離または接合していく際に生ずる誘導電圧ｄＩ／ｄｔを抑制できる点にもある。誘導電圧を抑制すると、各電気接点から発生し得る電磁ノイズを低減することができる。また、誘導電圧によって２次的に発生し得るアーク放電を防止することも可能となる。
【００５９】
本発明の第３の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなり且つ当該枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するための接触抵抗を有する、電気接点を含むことを特徴とする。このような構成の電気接点装置においては、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００６０】
図３は、本発明の第３の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。図３の回路図においては、一対の接点Ｃ１，Ｃ２よりなる電気接点であるスイッチＳｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）が、単一の枝路ユニットに含まれている。外部接続用の端子Ｅ１，Ｅ２の間において、複数の枝路ユニットは並列に配されている。スイッチＳｉを構成する電気接点は、接触抵抗Ｒｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）を有し、当該Ｒｃｉは、枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するほどに大きな抵抗である。放電電流とは、接点間にアーク放電を生じさせる程に大きな電流をいう。
【００６１】
端子Ｅ１，Ｅ２の間に所定の定電圧を印加すると、相互に並列な複数の枝路ユニットには、全て同一の定電圧が印加される。各枝路ユニットに着目すると、印加電圧が一定である場合、スイッチＳｉの閉状態においては、Ｒｃｉに応じた電流が枝路ユニットを通過することとなる。本発明の第２の側面においては、Ｒｃｉが充分に大きな抵抗を有するので、各枝路ユニットには、アーク放電を誘発させるような大きな電流は流れない。すなわち、各枝路ユニットには、最小放電電流未満の電流が流れる。本装置において安定したスイッチング特性を得るという観点からは、各電気接点のＲｃｉについて、理想的には全て同一に設定される。
【００６２】
また、全てのスイッチＳｉをオンとすると、各枝路ユニットの抵抗ないし電気接点の接触抵抗Ｒｃｉ、および、枝路ユニット数に応じた電流が本電気接点装置を通過することとなる。通過電流は、枝路ユニット数を増加させるほど増大する。したがって、各枝路ユニットを最小放電電流未満の電流が通過する条件下においても、枝路ユニット数を適宜設定することにより、全てのスイッチＳｉがオンの状態にある本電気接点装置に対して所望の大電流を通過させることができる。全てのスイッチＳｉを同時的にオフの状態とすることにより、当該大電流は遮断される。
【００６３】
このように、本発明の第３の側面に係る電気接点装置においては、各枝路ユニットにおいて、電気接点とは別に抵抗体部を設けなくとも、電気接点自体の接触抵抗を充分に大きく設定することにより、枝路ユニットを通過する電流を最小放電電流未満とすることができ、これとともに、相互に並列な多数の枝路ユニットを設けて当該多数の枝路ユニットによる並列回路の総抵抗を小さく設定することにより、当該並列回路に対して所望の大電流を通過させることができる。したがって、本発明の第３の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様に、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができる。
【００６４】
本発明の第３の側面において、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、好ましくは、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々の抵抗値Ｒｃは、Ｒｃ＞Ｖmax／Ｉminを満たす。また、本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合には、好ましくは、枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす。これら２つの関係式は、以下のように導出される。
【００６５】
本発明の第３の側面において、相互に並列に接続された複数の電気接点の数をＮ（Ｎ＞３）とし、且つ、１個の電気接点における接触抵抗を全て同一のＲｃとすると、Ｎ個の電気接点が実質的に同時に開閉する電気接点装置における、当該装置の接触抵抗Ｒｓは、下記式（１２）で表される。本発明に係る電気接点装置の場合、Ｒｓは、装置の内部抵抗に相当し、全ての電気接点が閉状態にあるときの装置の全体抵抗であって、個々の接点の接触抵抗ではない。
【００６６】
【数１２】
電気接点装置全体でアーク放電が起こらないような条件を調べるには、第２の側面に関して上述したように、１個の接点のみが開閉しても放電が起こらない条件を調べればよい。
【００６８】
図４は、本発明の第３の側面に係る電気接点装置を実際に動作させるときの回路図を表す。電源の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶinとする。また、電源側の入力インピーダンスをＲinとし、出力側の負荷のインピーダンスをＲoutとする。ＲinおよびＲoutは、動作対象に応じて大きく異なり得るが、少なくとも装置の接触抵抗Ｒｓよりも充分に大きな値（例えば１０Ω以上）を有することが多い。装置全体に流れる電流Ｉは、下記式（１３）により表される。
【００６９】
【数１３】
第２の側面に係る電気接点装置に関して式（３）に基づいて式（９）を導出したのと同様にして、第３の側面に係る電気接点装置に関して式（１３）から下記式（１４）を導出することができる。式（１４）を導出する過程においては、式（４）〜式（８）におけるＲｂがＲｃに置換された関係式が得られる。
【００７１】
【数１４】
式（１４）が成立すれば、図４におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は充分に抑制されるか発生しない。最小放電電流Ｉmin未満におけるアーク放電発生確率が０％であるようなＩminを採用する場合に式（１４）が成立すれば、図４におけるＲinおよびＲoutの値にかかわらず、本電気接点装置においてアーク放電は発生しない。
【００７３】
式（１４）からは下記式（１５）が得られる。式（１５）は、アーク放電を抑制ないし防止するために要する各電気接点の接触抵抗の大きさＲｃが、最大印加電圧（例えば装置の仕様値としての最大接点電圧）Ｖmaxと、採用する接点材料から決まる最小放電電流Ｉminとから、実質的に定まることを意味する。
【００７４】
【数１５】
また、式（１５）に式（１２）を代入することによって、下記式（１６）が導かれる。式（１６）は、並列に接続すべき電気接点の数Ｎについて、アーク放電抑制の観点からどの程度にしたらよいかを示唆する。式（１６）は式（１１）と同一である。
【００７６】
【数１６】
従来の電気接点では、接点間に発生したアーク放電を消すために、電気接点の開離動作において長い接点間距離を実現していた。しかしながら、本発明の第３の側面によると、式（１５）および式（１６）を満たすように設計することによって、そもそも放電を生じさせなくすることができるので、開状態の接点間距離を従来の電気接点装置のそれよりも大幅に短くすることが可能である。また、各枝路を流れる電流が小さいので、電気接点の開離時において、接点間の電流の集中による発熱で発生するブリッジ現象も大幅に低減される。
【００７８】
本発明の第４の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部とを備え、ベース部および突部は、材料基板から一体的に成形されていることを特徴とする。
【００７９】
このような構成の電気接点装置においては、各々が第１および第２接点部からなる複数の電気接点が相互に並列に接続している。したがって、各電気接点に対して直列に所定の抵抗を配することにより、図１に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することができる。また、各電気接点において所定の接触抵抗を設定することにより、図３に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することもできる。これらの場合、本発明の第４の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。また、材料基板から一体的に成形されたベース部および突部は、マイクロマシニング技術を利用すると得ることができ、当該マイクロマシニング技術を利用すると、特に多数の電気接点を内在する電気接点装置の製造において、効率化を図ることができる。
【００８０】
本発明の第５の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、第１面に対向して配設され且つ複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部とを備え、ベース部は、第１接点部および第２接点部よりなる電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において第１接点部および第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有することを特徴とする。
【００８１】
このような構成の電気接点装置においては、各々が第１および第２接点部からなる複数の電気接点が相互に並列に接続している。したがって、各電気接点に対して直列に所定の抵抗を配することにより、図１に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することができる。また、各電気接点において所定の接触抵抗を設定することにより、図３に示す回路構成を有する電気接点装置を構成することもできる。これらの場合、本発明の第５の側面によっても、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。また、ベース部において電気接点ごとに設けられている可撓構造は、ベース部および平面電極部を相対的に接近させて全ての突部の突端を平面電極部に良好に当接させるうえで好適である。
【００８２】
本発明の第５の側面において、好ましくは、ベース部は、可撓構造として両固定梁部を有し、突部は当該両固定梁部上に設けられている。或は、好ましくは、ベース部は、可撓構造として片固定梁部を有し、突部は当該片固定梁部上に設けられている。
【００８３】
本発明の第２から第５の側面において、好ましくは、第１接点部および／または第２接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる。Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物は、電気接点を構成するのに適した高い融点や沸点を有する傾向にある。また、好ましくは、第１接点部および／または第２接点部は、３０００℃以上の融点を有する材料よりなる。
【００８４】
電気接点の技術の分野においては、従来、接触抵抗を下げることが電気接点の必須事項と考えられてきた。そのため、接点を構成するための金属材料としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなどの、導電性の高い金属やその合金が多用されてきた。しかしながら、本発明の構成においては、枝路ごとに、ある程度の直列抵抗を必要とするので、抵抗が高いために接点材料としては実用的でなかった金属材料からも接点材料の選択が可能である。したがって、本発明においては、高抵抗であっても融点や沸点の高い材料を、接点材料として使用することができる。融点や沸点の高い材料により接点を形成すると、溶融や蒸発による接点構成材料の消耗および転移が抑制されて、接点の劣化を適切に防止することができる。
【００８５】
本発明に係る電気接点装置が上述のベース部および平面電極部を有する場合には、当該電気接点装置は、好ましくは、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に接近するのを阻止するための、絶縁材料よりなるストッパを更に備える。このような構成によると、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に過度に接近することを適切に阻止することができる。例えば、ベース部が上述の可撓構造を有する場合、ベース部および平面電極部が許容最小距離未満に接近することにより突部が過度に押動されて、当該可撓構造が破損するのを防止することが可能である。
【００８６】
好ましくは、ベース部および突部はシリコン材料よりなり、導体膜ベース部および導体膜突部における少なくとも抵抗体部には、不純物がドープされている。ベース部および突部は、例えばマイクロマシニング技術などによりシリコン基板から成形することができる。この場合、ベース部および突部の内部に対して、必要に応じてＰ，Ａｓ，Ｂなどの不純物をドープすることにより、抵抗体部が形成される箇所における抵抗値を上昇または低下させ、その結果、所望の抵抗値を有する抵抗体部を形成することができる。
【００８７】
本発明の第６の側面によると、固定部と、当該固定部に固定されている梁部と、当該梁部上に設けられている突部とを含む構造体を備える電気接点装置の製造方法が提供される。この製造方法は、第１層、第２層、および、当該第１層および第２層の間の中間層による積層構造を有する材料基板における第１層に対して、突部形成用の第１マスクパターンを介してエッチング処理を行なうことによって、第１層において突部を形成する第１エッチング工程と、梁部形成用であって電極突部を覆う第２マスクパターンを介して、第１層に対して中間層に至るまでエッチング処理を行うことによって、第１層において梁部を形成する第２エッチング工程と、中間層の一部をエッチング除去することによって、第２層と梁部との間に空隙を形成する第３エッチング工程と、を含むことを特徴とする。このような方法は、マイクロマシニング技術において、本発明の第１から第５の側面に係る電気接点装置を製造するうえで好適である。
【００８８】
この製造方法は、好ましくは、第３エッチング工程の後に第１層の側から材料基板に対して導体膜を形成する工程と、固定部における導体膜上に配線用の第３マスクパターンを形成する工程と、第３マスクパターンを介して導体膜をパターニングすることによって配線を形成する工程と、を更に含む。或は、この製造方法は、好ましくは、第１エッチング工程の後に第１層の側から材料基板に対して導体膜を形成する工程と、第１層から第１マスクパターンを除去する工程と、を更に含む。このようにして、梁部および突部と電気的に接続する配線を形成することができる。
【００８９】
好ましくは、第１エッチング工程にけるエッチング処理は、等方性エッチングである。このような構成は、先細り状の突部を形成するうえで好適である。
【００９０】
好ましくは、第１層および第２層はシリコン材料よりなり、中間層は酸化シリコンよりなる。シリコン材料とは、例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、および、これらに不純物をドープしたものである。これらシリコン材料は、酸化シリコンとは異なるエッチング特性を有する。したがって、本構成によると、第１エッチング工程の際に中間層が不当にエッチングされること、並びに、第２エッチング工程の際に第２層が不当にエッチングされることを、適切に防止することができる。
【００９１】
【発明の実施の形態】
図５および図６は、本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１を表す。電気接点装置Ｘ１は、第１接触子１０および第２接触子２０を備える。第１接触子１０は、ベース部１１と、複数の突部１２と、平面電極１３とを有する。ベース部１１は、所定の導電性を有する例えばシリコン材料よりなる。複数の突部１２は、ベース部１１における同一面側に所定の配置で設けられている。突部１２の配設個数は、例えば１００個〜１０万個である。各突部１２は、例えば円錐形状や角錐形状を有し、ベース部１１と一体であってベース部１１と同一材料よりなる。突部１２、および、ベース部１１において突部１２に連続する箇所の厚み方向の全体は、必要に応じて不純物によりドープされている。これにより、ベース部１１および突部１２の内部にて、所望の抵抗値を有する抵抗体部が形成されている。当該不純物としては、例えばＰ，Ａｓ，Ｂを採用することができる。ベース部１１からの突部１２の高さは例えば１〜３００μｍであり、錐形状の底面に関する長さ（円錐の場合は底面の直径、角錐の場合は底面の一辺の長さ）は、例えば１〜３００μｍである。突部１２の高さおよび底面長さは同程度であるのが好ましい。また、突部１２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。
【００９２】
第２接触子２０は、基板２１および共通平面電極２２を有する。基板２１は、例えばシリコン基板である。共通平面電極２２は、好ましくは、ＷやＭｏなどの高融点かつ高沸点の金属よりなる。第１接触子１０において充分に放電防止対策がとられている場合には、共通平面電極２２は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔからなる群より選択される低抵抗な金属、或は、これらからなる合金により構成してもよい。また、本発明においては、このような構成に代えて、第２接触子２０は、共通平面電極２２に関して上掲した金属により全体が構成されていてもよい。
【００９３】
第１接触子１０および第２接触子２０は、図５に示すような離隔状態（開状態）、または、図６に示す閉状態ないし接触状態（閉状態）をとり得るように、相対動可能に構成されている。接触状態においては、全ての突部１２が共通平面電極２２に当接している。第１接触子１０および第２接触子２０の相対動作は、本実施形態では、固定された第２接触子２０に対して第１接触子１０を駆動することにより達成される。本発明では、これに代えて、固定された第１接触子１０に対して第２接触子２０を駆動することにより相対動作を達成してもよいし、第１接触子１０および第２接触子２０の双方を駆動することにより相対動作を達成してもよい。第１接触子１０および／または第２接触子の駆動手段としては、従来のリレーにおいて可動部の駆動手段として採用されている、例えば電磁石を用いたアクチュエータを、採用することができる。
【００９４】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ１においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子１０の突部１２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部１２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。平面電極１３は端子Ｅ１に相当する。突部１２の先端から平面電極１３に至るシリコン材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、ベース部１１の厚み、突部１２のサイズおよび形状、並びに、ベース部１１および突部１２の構成材料および不純物のドープの態様を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。ベース部１１および突部１２の構成材料としてシリコン材料を採用する本実施形態では、当該抵抗Ｒｂｉについて、例えば１０〜１００ｋΩ程度に設定可能である。また、電気接点装置Ｘ１では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。式（１０）および式（１１）における最小放電電流Ｉminは、アーク放電発生確率が例えば５０％以下の電流値をいうものとする。ただし、最小放電電流Ｉminの値は、電気接点装置Ｘ１の用途に応じて設定するものとする。最小放電電流Ｉminのこのような設定に関しては、他の実施形態においても同様である。
【００９５】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ１において、第１接触子１０をアクチュエータにより駆動して図６に示すような接触状態とすると、各突部１２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、平面電極１３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ１を通過することとなる。その後、第１接触子１０をアクチュエータにより駆動して図５に示すような離隔状態とすると、各突部１２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ１を通過していた電流は遮断されることとなる。
【００９６】
第１接触子１０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ１は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ１の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ１は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【００９７】
図７は、第１接触子１０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって上述の第１接触子１０を製造するための一手法である。図７においては、部分断面によって、第１接触子１０の形成過程を表す。
【００９８】
第１接触子１０の製造においては、まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板Ｓ１の上に突部形成用のレジストパターン１４を形成する。具体的には、シリコン基板Ｓ１の上に液状のフォトレジストをスピンコーティングにより成膜し、露光および現像を経て、レジストパターン１４を形成する。レジストパターン１４に含まれる各マスクは、形成目的の突部形状に応じて例えば円形または正方形である。フォトレジストとしては、例えば、ＡＺＰ４２１０（クラリアントジャパン製）やＡＺ１５００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンについても、このようなフォトレジストの成膜およびその後の露光・現象を経て形成される。
【００９９】
次に、レジストパターン１４をマスクとして、シリコン基板Ｓ１に対して所定の深さまで等方性エッチングを行う。当該エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。これにより、図７（ｂ）に示すように、ベース部１１およびこれと一体の複数の突部１２が形成される。図の明確化の観点より、ベース部１１および突部１２の境界は、実線で示す。同様に、以降のベース部および突部の境界についても実線で表す。その後、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板Ｓ１からレジストパターン１４を剥離する。剥離液としては、ＡＺリムーバ７００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンの剥離についても、この剥離液を使用することができる。
【０１００】
次に、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板Ｓ１における突部形成面とは反対の面に、平面電極１３を形成する。平面電極１３は、所定の金属を蒸着させるか、或は、所定の金属板または金属箔を貼り合わせることにより、形成することができる。
【０１０１】
以上の工程を経ることにより、ベース部１１およびこれと一体の複数の突部１２を有する第１接触子１０を形成することができる。本発明においては、第１接触子１０について、このような構成とは異なる構造を採用してもよい。例えば、低抵抗金属よりなるベース部１０と、高融点かつ高抵抗な金属よりなってベース部１０に接合された突部１２とにより、第１接触子１０を構成してもよい。この場合、ベース部１０としては、Ｃｕ板を採用するのが好ましい。また、突部１２は、ＷやＭｏから形成されるのが好ましい。
【０１０２】
一方、第２接触子２０は、基板２１に対して所定の金属を蒸着させて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。或は、第２接触子２０は、基板２１に対して、所定の金属板または金属箔を貼り合わせて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。
【０１０３】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置Ｘ２の部分斜視図である。電気接点装置Ｘ２は、第１接触子３０および第２接触子２０を備える。第１接触子３０は、ベース部３１と、複数の突部３２と、電極３３とを有する。ベース部３１は、所定の導電性を有する例えばシリコン材料よりなり、複数の梁部３１ａを有する。梁部３１ａの両端は、ベース部３０の他の部位に固定されている。複数の突部３２は、ベース部３１の同一面側において２次元アレイ状に配列されており、各々、梁部３１ａの上に設けられている。各突部３２は、本実施形態では略円錐形状を有し、ベース部３１と一体であってベース部３１と同一材料よりなる。突部３２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。突部３２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。また、第２接触子２０は、第１の実施形態において上述したのと同様である。
【０１０４】
第１接触子３０および第２接触子２０は、図８に示すような離隔状態と、全ての突部３２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子３０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子３０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子３０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１０５】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ２においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子３０の突部３２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部３２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極３３は端子Ｅ１に相当する。突部３２の先端から電極３３に至るシリコン材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、ベース部３１の厚み、突部３２のサイズおよび形状、並びに、ベース部３１および突部３２の構成材料およびドープの態様を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。また、電気接点装置Ｘ２では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１０６】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ２において、第１接触子３０をアクチュエータにより駆動して、接触状態とすると、各突部３２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、接触状態における突部３２および共通平面電極２２に作用する押圧力は、全ての接点において均一化される。第１接触子３０および第２接触子２０の間に多少の配向歪み（非平行配向）が存在する場合であっても、梁部３１ａは、接触状態において突部３２と共通平面電極２２との間に生じ得る余分な接触抗力を吸収するように撓む。その結果、突部３２と共通平面電極２２と押圧力は均一化され、良好な接触状態が達成される。このような接触状態において、電極３３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ２を通過することとなる。その後、第１接触子３０をアクチュエータにより駆動して図８に示すような離隔状態とすると、各突部３２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ２を通過していた電流は遮断されることとなる。
【０１０７】
第１接触子３０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ２は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ２の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ２は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１０８】
図９は、第１接触子３０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって上述の第１接触子３０を製造するための一手法である。図９においては、部分断面によって、第１接触子３０の形成過程を表す。当該部分断面は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面である。
【０１０９】
第１接触子３０の製造においては、まず、図７（ａ）から図７（ｃ）を参照して第１の実施形態に関して上述したのと同様の工程を経て、図９（ａ）に示す形状にまでシリコン基板Ｓ２を加工する。シリコン基板Ｓ２においては、ベース部３１およびこれと一体の複数の突部３２が形成されている。
【０１１０】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板Ｓ２における突部形成面とは反対の面に、電極３３を形成する。具体的には、所定の金属の蒸着により当該反対面に金属膜を形成した後、当該金属膜を所定形状にパターニングすることによって、電極３３を形成することができる。
【０１１１】
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン基板Ｓ２の上に梁部形成用のレジストパターン３４を形成する。レジストパターン３４は、梁部３１ａおよびこれが連続するフレーム部分へと加工される箇所をマスクするためのものであり、複数の開口部を有する。
【０１１２】
次に、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン３４をマスクとして、シリコン基板Ｓ２に対して異方性エッチングを行う。異方性エッチングとしては、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどを採用することができる。Ｄｅｅｐ−ＲＩＥでは、エッチングと側壁保護を交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、例えば、ＳＦ6ガスによるエッチングを８秒行い、Ｃ4Ｆ8ガスによる側壁保護を６．５秒行い、ウエハに印加するバイアスは２３Ｗとすることによって、良好な異方性エッチング処理を行うことができる。後述の異方性エッチングについても、この条件のＤｅｅｐ−ＲＩＥを採用することができる。その後、図９（ｅ）に示すように、シリコン基板Ｓ２からレジストパターン３４を剥離する。以上の工程を経ることにより、梁部３１ａを有するベース部３１、および、これと一体の複数の突部３２を具備する第１接触子３０を形成することができる。
【０１１３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置Ｘ３の部分断面図である。電気接点装置Ｘ３は、第１接触子４０および第２接触子２０を備える。第１接触子４０は、ベース部４１と、複数の突部４２と、電極４３とを有する。
【０１１４】
ベース部４１は、リア部４１ａと、フレーム部４１ｂと、複数の共通固定部４１ｃと、複数の梁部４１ｄとを有する。これらは、後述するように、マイクロマシニング技術により単一の材料基板から一体的に成形されたものである。
【０１１５】
複数の共通固定部４１ｃは、図１１に示すように、リア部４１ａの上において相互に平行に配されている。梁部４１ｄは、各々、その片方の端部が共通固定部４１ｃに固定されておいる。すなわち、梁部４１ｄは、片固定梁構造を有する。隣接する２本の共通固定部４１ｃの間において、一方の共通固定部４１ｃからのみ複数の梁部４１ｄが相互に平行に延びている。図１１においては、図の簡潔化の観点より、共通固定部４１ｃおよび梁部４１ｄの一部を省略する。
【０１１６】
突部４２は、図１１に表れているように２次元アレイ状に配列されており、各々、本実施形態では略円錐形状を有して梁部４１ｄの上に設けられている。共通固定部４１ｃの少なくとも上方部、梁部４１ｄ、および、突部４２は、所定の導電性を有する同一材料よりなる。そのような材料としては、例えばシリコン材料を採用することができる。電極４３は、共通固定部４１ｃの少なくとも上方部、梁部４１ｄ、および突部４２よりも低抵抗い給電用の金属（Ａｕ，Ａｌなど）よりなり、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上においてパターン形成されている。突部４２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。突部４２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。
【０１１７】
第１接触子４０および第２接触子２０は、図１０に示すような離隔状態と、全ての突部４２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子４０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子４０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子４０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１１８】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ３においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子４０の突部４２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部４２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極４３は端子Ｅ１に相当する。突部４２の先端から梁部４１ｄを通って電極４３に至る材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。各抵抗Ｒｂｉについては、突部４２の先端から梁部４１ｄを通って電極４３に至る材料部の構成材料、ドープの態様および長さ、並びに、梁部４１ｄおよび突部４２のサイズや形状を、適宜変更することによって所望の値に設定することができる。また、電気接点装置Ｘ３では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１１９】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ３において、第１接触子４０をアクチュエータにより駆動して、接触状態とすると、各突部４２は共通平面電極２２に当接し、全ての電気接点は閉状態となる。このとき、接触状態における突部４２および共通平面電極２２に作用する押圧力は均一化される。第１接触子４０および第２接触子２０の間に多少の配向歪み（非平行配向）が存在する場合であっても、梁部４１ｄは、接触状態において突部４２と共通平面電極２２との間に生じ得る余分な接触抗力を吸収するように撓む。梁部４１ｄは、片固定構造を有するので、第２の実施形態における梁部３１ａよりも柔軟な可撓性を有する。その結果、突部４２と共通平面電極２２との間において良好な接触状態が達成される。このような接触状態において、電極４３および共通平面電極２２の間に電圧が印加されていれば、所望の電流が当該電気接点装置Ｘ３を通過することとなる。その後、第１接触子４０をアクチュエータにより駆動して図１０に示すような離隔状態とすると、各突部４２は共通平面電極２２から離隔して、全ての電気接点は開状態となる。これにより、それまで電気接点装置Ｘ３を通過していた電流は遮断されることとなる。
【０１２０】
第１接触子４０および第２接触子２０の離反動作の際、電気接点におけるアーク放電は、防止ないし充分に抑制される。電気接点装置Ｘ３は、図１に示す回路構成を有し、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されているからである。アーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置Ｘ３の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、電気接点装置Ｘ３は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１２１】
図１２から図１４は、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって第１接触子４０を製造するための一手法である。図１２から図１４においては、部分断面によって、当該第１接触子４０の形成過程を表す。
【０１２２】
第１接触子４０の製造においては、まず、図１２（ａ）に示すような基板Ｓ３を用意する。基板Ｓ３は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であり、第１層５１、第２層５２、および、これらに挟まれた中間層５３よりなる積層構造を有する。本実施形態では、例えば、第１層５１の厚みは２０μｍであり、第２層５２の厚みは２００μｍであり、中間層５３の厚みは２μｍである。第１層５１および第２層５２は、シリコン材料よりなり、必要に応じて、例えばＰやＡｓなどのｎ型不純物をドープすることによって導電性が付与されている。これら導電性の付与においては、Ｂなどのｐ型の不純物を用いてもよい。また、これらｎ型不純物およびｐ型不純物をドープを共にドープすることによって、シリコン材料の所定の少なくとも一部における抵抗値を高めてもよい。中間層５３は、本実施形態では、絶縁性の物質よりなる。そのような絶縁物質としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを採用することができる。中間層５３を絶縁物質により構成すると、当該基板Ｓ３において成形される梁部４１ｄおよび突部４２とリア部４１ａとを電気的に良好に分離することができる。ただし、本発明においては、中間層５３を導電性物質により構成してもよい。この場合、梁部４１ｄおよび突部４２に対する給電用の電極４３は、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上に代えて、リア部４１ａに対して設けることが可能となる。
【０１２３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５４を形成する。レジストパターン５４に含まれる各マスクは、形成目的の突部形状に応じて円形である。円形マスクの直径は、突部４２の高さの２倍程度であるのが好ましい。
【０１２４】
次に、レジストパターン５４をマスクとして、第１層５１に対して所定の深さまで等方性エッチングを行う。当該エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。これにより、図１２（ｃ）に示すように、複数の突部４２が形成される。その後、図１２（ｄ）に示すように、第１層５１からレジストパターン５４を剥離する。
【０１２５】
次に、図１３（ａ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５５を形成する。レジストパターン５５は、第１層５１において上述のフレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄへと加工される箇所をマスクするためのものであり、突部４２を覆う。
【０１２６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、レジストパターン５５をマスクとして、第１層５１に対して、中間層５３に至るまで異方性エッチングを行う。異方性エッチングとしては、上述のように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどを採用することができる。
【０１２７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、梁部４１ｄの下方の中間層５３をウエットエッチングにより除去する。中間層５３が酸化シリコンよりなる場合、エッチング液としてはフッ酸などを使用することができる。本エッチング工程では、レジストパターン５５で覆われた梁部４１ｄの下方にアンダーカットが入るようにエッチング処理を行う。本工程を経ることにより、フレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄの外郭形状が完成する。その後、図１３（ｄ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５５を除去する。
【０１２８】
次に、図１４（ａ）に示すように、例えば蒸着法により、基板Ｓ３に対して突部形成側から金属膜５６を形成する。当該金属としては、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの、Ｓｉよりも充分に抵抗の小さい金属を採用する。次に、図１４（ｂ）に示すように、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃの上に、電極形成用のレジストパターン５７を形成する。次に、レジストパターン５７をマスクとして、金属膜５６に対してウエットエッチングを施すことにより、図１４（ｃ）に示すように電極４３を形成する。エッチング液としては、シリコン材料などを不当にエッチングしないものが使用される。その後、図１４（ｄ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５７を除去する。図１２から図１４に示す一連の工程を経ることにより、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０は作製される。
【０１２９】
図１５は、電気接点装置Ｘ３の変形例である電気接点装置Ｘ３’の部分断面図である。電気接点装置Ｘ３’は、第１接触子４０’および第２接触子２０を備える。第１接触子４０’は、電極４３とは異なるパターン形状の電極４３’を有する点において、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０とは相違する。電極４３’のパターン形状は、図１６によく表れている。電極４３’は、フレーム部４１ｂおよび共通固定部４１ｃに加えて、梁部４１ｄの上にも形成されている。第１接触子４０’の備える他の構成については、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０と同様である。したがって、電気接点装置Ｘ３’は、電気接点装置Ｘ３と略同様に機能することができ、電気接点装置Ｘ３と同様の技術的効果を享受することができる。
【０１３０】
電気接点装置Ｘ３’においては、各突部４２に対して電気的に直列に配されている抵抗体部Ｒｂｉは、電気接点装置Ｘ３のそれよりも短い。具体的には、突部４２の先端から電極４３’に至る抵抗Ｒｂｉに相当する材料部は、電気接点装置Ｘ３における突部４２の先端から電極４３に至る材料部よりも短い。したがって、このような電気接点装置Ｘ３の構成は、各抵抗体部の抵抗値を比較的小さく設定する場合に有利である。
【０１３１】
図１７および図１８は、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’の製造工程を表す。この製造方法は、マイクロマシニング技術によって第１接触子４０’を製造するための一手法である。図１７および図１８においては、部分断面によって、当該第１接触子４０’の形成過程を表す。
【０１３２】
第１接触子４０’の製造においては、まず、図１２（ａ）から図１２（ｃ）を参照して上述したのと同様の工程を経て、図１７（ａ）に示す形状にまで基板Ｓ３を加工する。基板Ｓ３は、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造において使用した基板Ｓ３と同様の構成を有する。図１７（ａ）に示す基板Ｓ３には、複数の突部４２が形成されており、突部形成用のレジストパターン５４が残存している。
【０１３３】
次に、図１７（ｂ）に示すように、例えば蒸着法により、基板Ｓ３に対して突部形成側から金属膜５８を形成する。当該金属としては、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの、Ｓｉよりも充分に抵抗の小さい金属を採用する。次に、図１７（ｃ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５４を除去する。このとき、レジストパターン５４の上の金属膜５８も基板Ｓ３から共に除去される。次に、図１７（ｄ）に示すように、第１層５１の上にレジストパターン５９を形成する。レジストパターン５９は、第１層５１において上述のフレーム部４１ｂ、共通固定部４１ｃ、および梁部４１ｄへと加工される箇所をマスクするためのものであり、突部４２と、金属膜５８において、梁部４１ｄへと加工される箇所の上に設けられている部位とを覆う。
【０１３４】
次に、図１８（ａ）に示すように、金属膜５８においてレジストパターン５９に覆われていない部位を、ウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、シリコン材料などを不当にエッチングしないものが使用される。次に、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）を参照して上述したのと同様の工程を経て、図１８（ｂ）に示す形状にまで基板Ｓ３を加工する。図１８（ｂ）に示す基板Ｓ３においては、共通固定部４１ｃ、梁部４１ｄ、および上述のフレーム部４１ｂの外郭形状が完成している。その後、図１８（ｃ）に示すように、基板Ｓ３からレジストパターン５９を除去する。図１７および図１８に示す一連の工程を経ることにより、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’は作製される。
【０１３５】
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ４の部分断面図である。電気接点装置Ｘ４は、第１接触子６０および第２接触子２０を備える。第１接触子６０は、ベース部６１と、複数の突部６２と、電極６３とを有する。
【０１３６】
ベース部６１は、リア部６１ａと、フレーム部６１ｂと、複数の共通固定部６１ｃと、複数の梁部６１ｄとを有する。これらは、第３の実施形態におけるリア部４１ａと、フレーム部４１ｂと、共通固定部４１ｃと、梁部４１ｄと同様に、マイクロマシニング技術により単一の材料基板から一体的に成形されたものである。
【０１３７】
複数の共通固定部６１ｃは、図２０に示すように、リア部６１ａの上において相互に平行に配されている。梁部６１ｄは、各々、その片方の端部が共通固定部６１ｃに固定されている。すなわち、梁部６１ｄは、片固定梁構造を有する。隣接する２本の共通固定部６１ｃの間において、一方の共通固定部６１ｃから複数の梁部６１ｄが相互に平行に延びており、他方の共通固定部６１ｃからも複数の梁部６１ｄが相互に平行に延びている。図２０においては、図の簡潔化の観点より、共通固定部６１ｃおよび梁部６１ｄの一部を省略する。
【０１３８】
突部６２は、図２０に表れているように２次元アレイ状に配列されており、各々、本実施形態では略円錐形状を有して梁部６１ｄの上に設けられている。共通固定部６１ｃの少なくとも上方部、梁部６１ｄ、および、突部６２は、所定の導電性を有する同一材料よりなる。電極６３は、共通固定部６１ｃの少なくとも上方部、梁部６１ｄ、および突部６２よりも低抵抗い給電用の金属よりなり、フレーム部６１ｂおよび共通固定部６１ｃの上においてパターン形成されている。電極６３は、図２０に示すようなパターン形状に代えて、上述の電極４３’のように、梁部６１ｄの上にも伸びるパターン形状を有していてもよい。突部６２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。突部６２の配設個数および寸法については、第１の実施形態における突部１２に関して上述したのと同様である。
【０１３９】
第１接触子６０および第２接触子２０は、図１９に示すような離隔状態と、全ての突部６２が共通平面電極２２に当接する接触状態とをとり得るように、相対動可能に構成されている。第１接触子６０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子６０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。また、第１接触子６０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【０１４０】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ４においては、図１に示す回路が形成されている。具体的には、第１接触子６０の突部６２の先端は、図１に示す回路図における第１接点部Ｃ１に相当し、共通平面電極２２において突部６２が当接する箇所は、第２接点部Ｃ２に相当する。電極６３は端子Ｅ１に相当する。突部６２の先端から梁部６１ｄを通って電極６３に至る材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。共通平面電極２２は、電気的には端子Ｅ２にも相当する。また、電気接点装置Ｘ３では、上記式（１０）および式（１１）を満たす範囲で、各抵抗Ｒｂｉおよび接点数Ｎが設定されている。
【０１４１】
このような構成を有する電気接点装置Ｘ４は、そのスイッチング動作において、電気接点ごとに可撓構造である梁部４１ｄを有する電気接点装置Ｘ３と略同様に機能することができ、電気接点装置Ｘ３と同様の技術的効果を享受することができる。
【０１４２】
電気接点装置Ｘ４においては、単一の共通固定部６１ｃの両側に、突部６２を伴う梁部６１ｄが設けられている。そのため、電気接点装置Ｘ４においては、電気接点装置Ｘ３のそれよりも小数の共通固定部６１ｃにより、同数の突部６２ないし電気接点を具備することが可能である。したがって、電気接点装置Ｘ４は、電気接点装置Ｘ３よりも、電気接点の高密度化に適している。また、梁部６２が共通固定部６１ｃに対して対称的に配設されているので、電気接点装置Ｘ４が接触状態（オン状態）にあるとき、共通固定部６１ｃには、その両側から略対称的に応力が作用する。すなわち、電気接点装置Ｘ４では、共通固定部６１ｃに偏った力が加わりにくい。そのため、共通固定部６１ｃの経時的劣化は抑制される。共通固定部６１ｃの劣化の抑制は、電気接点装置Ｘ４のスイッチング動作における信頼性維持に寄与する。
【０１４３】
電気接点装置Ｘ４の第１接触子５０については、電気接点装置Ｘ３の第１接触子４０の製造に関して図１２から図１４を参照して上述したのと同様の方法を利用して、製造することができる。また、第１接触子６０の電極６３が、梁部６１ｄの上にも延びるパターン形状を有する場合には、電気接点装置Ｘ３’の第１接触子４０’の製造に関して図１７および図１８を参照して上述したのと同様の方法を利用して、製造することができる。
【０１４４】
本発明の第１から第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１〜Ｘ４および第３の実施形態の変形例である電気接点装置Ｘ３’は、更に、両接触子の間に、当該接触子どうしを所定距離以上に接近させないためのストッパを具備していてもよい。図２１は、第３の実施形態に係る電気接点装置Ｘ３がそのようなストッパを具備する場合を、一例として、模式的に表す。
【０１４５】
図２１において、電気接点装置Ｘ３は接触状態にあり、第１接触子４０と第２接触子２０の間にストッパ６４が配設されている。ストッパ６４は、絶縁材よりなり、第１接触子４０または第２接触子２０に固定されている。ストッパ６４の厚みは、接触状態にて突部４２と平面電極２２が適当な押圧力で当接するような、第１接触子４０および第２接触子２０の離隔距離と同一である。電気接点装置Ｘ３がこのようなストッパ６４を具備する場合には、梁部４１ｄの折損が抑制され、各電気接点における押圧力が均一化してスイッチング特性が安定化し、梁部４１ｄがリア部４１ａと接触するのが抑制されるという利益を享受することができる。また、絶縁材料よりなるストッパ６４が第１接触子４０と第２接触子２０の間に介在することにより両接触子は電気的に適切に分離されている。
【０１４６】
本発明においては、第１から第４の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１〜Ｘ４および第３の実施形態の変形例である電気接点装置Ｘ３’について、図１に示す回路を具備する上述のような構成に代えて、図３に示す回路を具備するように構成してもよい。その場合、第１接触子のベース部および突部の内部において電気接点ごとに抵抗Ｒｂｉが形成されないように、不純物のドープによって、当該ベース部および突部の内部のシリコン材料には導電性が付与される。これとともに、第１接点部に相当する突部の先端、および、共通平面電極２２の全体または突部が当接する第２接点部に相当する部位を、高抵抗金属などにより構成することにより、各電気接点に対し、当該電気接点に放電電流が流れるのを阻止するほどに大きな接触抵抗を付与する。このような構成によっても、接点においてアーク放電が防止ないし充分に抑制されるので、電気接点装置の備える各電気接点を構成する接点材料の消耗および転移は抑制される。したがって、当該電気接点装置は、信頼性の高いスイッチング操作を達成することができ、且つ、長寿命を有する。
【０１４７】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列記する。
【０１４８】
（付記１）機械的に開閉する電気接点、および、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して前記電気接点に対して直列に配された抵抗体を、各々が含む複数の枝路が、並列に配された回路構成を備えることを特徴とする、電気接点装置。
（付記２）相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、
前記複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなる電気接点、並びに、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して前記電気接点に対して直列に接続する抵抗体部を含むことを特徴とする、電気接点装置。
（付記３）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の前記第１面上に設けられ且つ前記第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、前記第１面に対向して配設され且つ前記複数の突部の突端が当接可能な複数の前記第２接点部を含む平面電極部とを有し、複数の前記抵抗体部は、各々、前記ベース部および前記突部の内部に構成されている、付記２に記載の電気接点装置。
（付記４）前記ベース部の前記第２面には、前記複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている、付記３に記載の電気接点装置。
（付記５）前記ベース部は、前記電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する、付記３または４に記載の電気接点装置。
（付記６）前記ベース部は、前記可撓構造として両固定梁部を有し、前記突部は当該両固定梁部上に設けられている、付記５に記載の電気接点装置。
（付記７）前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、付記５に記載の電気接点装置。
（付記８）前記ベース部および前記突部は、材料基板から一体的に成形されている、付記３から７のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記９）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の抵抗体部の各々の抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＞Ｖmax／Ｉminを満たす、付記２から８のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１０）相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、
前記複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなり且つ当該枝路ユニットを放電電流が流れるのを阻止するための接触抵抗を有する、電気接点を含むことを特徴とする、電気接点装置。
（付記１１）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々の抵抗値Ｒｃは、Ｒｃ＞Ｖmax／Ｉminを満たす、付記１０に記載の電気接点装置。
（付記１２）本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合に、前記枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖmax／（Ｒｓ・Ｉmin）を満たす、付記２から１１のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１３）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１面上に設けられ、且つ、第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、
前記第１面に対向して配設され、且つ、前記複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部と、を備え、
前記ベース部および前記突部は、材料基板から一体的に成形されていることを特徴とする、電気接点装置。
（付記１４）第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１面上に設けられ、且つ、第１接点部を各々が突端に有する、複数の突部と、
前記第１面に対向して配設され、且つ、前記複数の突部の突端が当接可能な複数の第２接点部を含む、平面電極部と、を備え、
前記ベース部は、前記第１接点部および前記第２接点部よりなる電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有することを特徴とする、電気接点装置。
（付記１５）前記ベース部は、前記可撓構造として両固定梁部を有し、前記突部は当該両固定梁部上に設けられている、付記１４に記載の電気接点装置。
（付記１６）前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、付記１４に記載の電気接点装置。
（付記１７）前記第１接点部および／または前記第２接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる、付記２から１６のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１８）前記第１接点部および／または前記第２接点部は、３０００℃以上の融点を有する材料よりなる、付記２から１７のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記１９）前記ベース部および前記平面電極部が許容最小距離未満に接近するのを阻止するための、絶縁材料よりなるストッパを更に備える、付記３から９および１２から１８のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記２０）前記ベース部および前記突部はシリコン材料よりなり、前記ベース部および前記突部における少なくとも前記抵抗体部には、不純物がドープされている、付記３から９および１２から１９のいずれか１つに記載の電気接点装置。
（付記２１）固定部と、当該固定部に固定されている梁部と、当該梁部上に設けられている突部とを含む構造体を備える電気接点装置の製造方法であって、
第１層、第２層、および、当該第１層および第２層の間の中間層による積層構造を有する材料基板における前記第１層に対して、突部形成用の第１マスクパターンを介してエッチング処理を行なうことによって、前記第１層において突部を形成する第１エッチング工程と、
梁部形成用であって前記電極突部を覆う第２マスクパターンを介して、前記第１層に対して前記中間層に至るまでエッチング処理を行うことによって、前記第１層において梁部を形成する第２エッチング工程と、
前記中間層の一部をエッチング除去することによって、前記第２層と前記梁部との間に空隙を形成する第３エッチング工程と、を含むことを特徴とする、電気接点装置の製造方法。
（付記２２）前記第３エッチング工程の後に前記第１層の側から前記材料基板に対して導体膜を形成する工程と、前記固定部における前記導体膜上に配線用の第３マスクパターンを形成する工程と、前記第３マスクパターンを介して前記導体膜をパターニングすることによって配線を形成する工程と、を更に含む、付記２１に記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２３）前記第１エッチング工程の後に前記第１層の側から前記材料基板に対して導体膜を形成する工程と、前記第１層から前記第１マスクパターンを除去する工程と、を更に含む、付記２１に記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２４）前記第１エッチング工程にける前記エッチング処理は、等方性エッチングである、付記２１から２３のいずれか１つに記載の電気接点装置の製造方法。
（付記２５）前記第１層および前記第２層はシリコン材料よりなり、前記中間層は酸化シリコンよりなる、付記２１から２４のいずれか１つに記載の電気接点装置の製造方法。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によると、電気接点装置において、接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができ、当該装置の長寿命化を図ることができる。また、本発明の電気接点装置においては、電気接点のオン／オフ動作に伴って生じる誘導電圧が抑制されるので、電気接点のオン／オフ動作で生じ得る電磁ノイズを充分に低減することができる。したがって、本発明の電気接点装置は、大電流用途のリレーなどにおいても好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気接点装置における回路構成を表す。
【図２】図１に示す回路構成を有する電気接点装置の動作概念を表す回路図である。
【図３】本発明に係る他の電気接点装置における回路構成を表す。
【図４】図３に示す回路構成を有する電気接点装置の動作概念を表す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置の開状態を表す。
【図６】図５に示す電気接点装置の閉状態を表す側面図である。
【図７】図５および図６に示す電気接点装置の第１接触子の製造工程を表す。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図９】図８に示す電気接点装置の第１接触子の製造工程を表す。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図１１】図１０に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図１２】図１０に示す電気接点装置の第１接触子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１３】図１２に続く工程を表す。
【図１４】図１３に続く工程を表す。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る電気接点装置の変形例を表す。
【図１６】図１５に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図１７】図１５に示す電気接点装置の第１接触子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１８】図１７に続く工程を表す。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る電気接点装置を表す。
【図２０】図１９に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
【図２１】本発明に係る電気接点装置がストッパを具備する場合の模式的な断面図である。
【図２２】開状態にある従来の電気接点装置を表す。
【図２３】閉状態にある図２２の電気接点装置を表す。
【図２４】アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。
【図２５】図２２の電気接点装置の変形例を表す。
【符号の説明】
Ｃ１ 第１接点部
Ｃ２ 第２接点部
Ｘ１〜Ｘ４，Ｘ３’ 電気接点装置
１０,３０,４０,６０ 第１接触子
１１,３１,４１,６１ ベース部
３１ａ,４１ｄ,６１ｄ 梁部
１２,３２,４２,６２ 突部
１３ 平面電極
３３,４３,６３ 電極
２０ 第２接触子
２１ 基板
２２ 共通平面電極
Claims (10)
- 相互に並列に接続する複数の枝路ユニットを備え、当該複数の枝路ユニットの各々は、機械的に開閉する第１接点部および第２接点部よりなる電気接点、並びに、当該電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して前記電気接点に対して直列に接続する抵抗体部、を含む電気接点装置であって、
第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の前記第１面上に設けられ且つ前記第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、前記第１面に対向して配設され且つ前記複数の突部の突端が当接可能な複数の前記第２接点部を含む平面電極部とを有し、複数の前記抵抗体部は、各々、前記ベース部および前記突部の内部に構成されている、電気接点装置。 - 前記ベース部の前記第２面には、前記複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている、請求項１に記載の電気接点装置。
- 前記ベース部は、前記電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第２接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する、請求項１または２に記載の電気接点装置。
- 前記ベース部は、前記可撓構造として両固定梁部を有し、前記突部は当該両固定梁部上に設けられている、請求項３に記載の電気接点装置。
- 前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、請求項３に記載の電気接点装置。
- 本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶmaxとし、且つ、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩminとする場合に、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の抵抗体部の各々の抵抗値Ｒｂは、Ｒｂ＞Ｖmax／Ｉminを満たす、請求項１から５のいずれか１つに記載の電気接点装置。
- 本電気接点装置に対する印加電圧の最大値をＶ max とし、前記複数の枝路ユニットに含まれる複数の電気接点の各々における最小放電電流値をＩ min とし、且つ、本電気接点装置の全体抵抗をＲｓとする場合に、前記枝路ユニットの配設数Ｎは、Ｎ＞Ｖ max ／（Ｒｓ・Ｉ min ）を満たす、請求項１から６のいずれか１つに記載の電気接点装置。
- 前記第１接点部および／または前記第２接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる、請求項１から７のいずれか１つに記載の電気接点装置。
- 前記ベース部および前記平面電極部が許容最小距離未満に接近するのを阻止するための、絶縁材料よりなるストッパを更に備える、請求項１から８のいずれか１つに記載の電気接点装置。
- 前記ベース部および前記突部はシリコン材料よりなり、前記ベース部および前記突部における少なくとも前記抵抗体部には、不純物がドープされている、請求項１から９のいずれか１つに記載の電気接点装置。
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