KR101148480B1

KR101148480B1 - 정전 릴레이

Info

Publication number: KR101148480B1
Application number: KR1020100111978A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 마스다; 준야 야마모토
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-23
Also published as: JP5263203B2; EP2365509A1; CN102194612A; US20150170863A1; US9508515B2; KR20110103301A; EP2365509B1; JP2011192424A; US20110220472A1; CN102194612B

Abstract

[과제]
가동 접점 및 가동 전극이 베이스 기판과 평행하게 변위하는 정전 릴레이에 있어서, 가동 전극을 고정 전극으로부터 이간시킬 때의 개리력을 크게 하고, 구조를 간단하게 하고, 설계의 자유도를 향상시킨다.
[해결 수단]
베이스 기판(32) 위에 고정 접점부(33)와 고정 전극부(35)를 고정 설치한다. 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36)는, 가동 전극부(36)와 함께 가동 접점부(34)를 변위시키는 정전 액추에이터를 구성한다. 스프링 지지부(38, 39)에 마련한 가동 스프링(37a, 37b)은, 가동 전극부(36)를 변위 가능하게 지지한다. 스프링 지지부(38)에 편측 지지 형상의 2차 스프링(84)을 마련하고, 가동 전극부(36)의 전단면에 돌기부(85)를 마련한다. 2차 스프링(84)은, 가동 접점부(34) 및 가동 전극부(36)가 변위한 때, 가동 접점부(34)의 가동 접점(56)이 고정 접점부(33)의 고정 접점(46a, 46b)에 맞닿하기 전에 돌기부(85)에 맞닿음과 함께, 돌기부(85)에 맞닿을 때까지는 변형하지 않는다.

Description

정전 릴레이{Static Relay}

본 발명은 소형의 정전(靜電) 릴레이(정전 마이크로 릴레이)에 관한 것이다. 구체적으로는, 정전 릴레이에 있어서 가동부를 탄성 복귀시키기 위한 2차 스프링의 구조에 관한 것이다.

정전 릴레이에서는, 가동 접점을 고정 접점에 접촉시킬 때에는, 정전 액추에이터를 구동하고 가동 접점을 변위시킨다. 또한, 가동 접점과 고정 접점을 개리(開離)시킬 때에는, 정전 액추에이터를 구동한 때에 탄성 변형되어 있던 가동 스프링의 탄성 복귀력에 의해 가동 접점을 고정 접점으로부터 떼어놓고 있다.

정전 액추에이터는, 구동시에는 가동 전극과 고정 전극의 사이에 직류 전압을 인가하고, 양 전극 사이에 작용하는 정전력으로 가동 전극을 고정 전극에 흡착시켜, 가동 전극이 마련된 부재를 변위시킨다. 그러나, 이와 같은 정전 액추에이터에서는, 양 전극

사이에서 발생하는 정전 유도나 유도 분극 등 때문에, 가동 전극과 고정 전극 사이에 인가하고 있던 직류 전압을 오프 하여도 가동 전극이 고정 전극에 흡착하여 떨어지지 않는 일이 있다. 또한, 고정 접점과 가동 접점을 접촉한 때의 점착력에 의해, 접점끼리가 떨어지지 않는 일이 있다. 그 때문에, 가동 전극이 고정 전극에 흡착되어 있는 때, 또는 가동 접점이 고정 접점에 접촉하고 있는 경우에는 가동 스프링의 스프링 계수를 크게 하는 궁리가 필요하게 된다.

가동 접점이 고정 접점에 접촉할 때에 가동 스프링의 스프링 계수를 커지도록 한 것으로서는, 예를 들면 일본 특개평6-203726호 공보에 개시된 것이 있다. 도 1의 A는, 일본 특개평6-203726호 공보에 개시된 접점 개폐 장치의 구조를 도시하는 사시도이다. 이 접점 개폐 장치에서는, 베이스(11)의 윗면에 세운 가동 접점 단자(12)에 가동 스프링(13)의 기단부를 편측 지지 형상으로 고정하고 있다. 베이스(11)의 윗면과 평행하게 늘어난 가동 스프링(13)의 선단부에는 가동 접점(14)이 고정 설치되어 있다. 베이스(11)의 윗면에 세운 고정 접점판(15)의 상단부에는, 가동 접점(14)과 대향시켜서 고정 접점(16)이 고정 설치되어 있다. 또한, 고정 접점판(15)의 상단부에는 L형으로 굴곡한 동작 규제 부재(17)가 부착되어 있고, 동작 규제 부재(17)의 선단(17a)이 가동 스프링(13)의 선단부에 대향하고 있다.

그리고, 구동부재(18)로 가동 스프링(13)의 배면을 누르면, 가동 스프링(13)이 탄성적으로 만곡하여 그 선단부가 동작 규제 부재(17)의 선단(17a)에 맞닿는다. 더욱 구동부재(18)로 가동 스프링(13)을 누르면, 가동 접점(14)이 고정 접점(16)에 압접하여 가동 접점(14)과 고정 접점(16)의 사이가 닫혀진다. 일본 특개평6-203726호 공보에서는, 이렇게 하여 접점끼리의 접촉 전에 가동 스프링(13)을 동작 규제 부재(17)에 닿게 함으로서 접점의 충격 완화와 접점 바운스 시간의 단축을 도모하고 있다.

일본 특개평6-203726호 공보의 접점 개폐 장치에서는, 가동 접점(14)을 고정 접점(16)에 접촉시킬 때에는, 가동 스프링(13)이 동작 규제 부재(17)의 선단(17a)에 맞닿음으로서 가동 스프링(13)의 스프링 계수가 커진다. 그러나, 일본 특개평6-203726호 공보에서는, 구동부재(18)의 구동력이 전자력이기 때문에, 정전 액추에이터의 가동 전극과 고정 전극을 이간시키기 위해 가동 스프링(13)의 스프링 계수를 크게 하고 있는 것은 아니다. 게다가, 이 접점 개폐 장치에서는, 가동 접점(14)이 고정 접점(16)에 접촉하고 있는 상태에서는, 도 1의 B에 도시하는 바와 같이, 가동 스프링(13)이 동작 규제 부재(17)의 선단(17a)으로부터 떨어져 있고, 가동 스프링(13)의 스프링 계수는 본래의 스프링 계수로 되돌아와 있다.

또한, 일본 특개2000-164104호 공보에는, 고정 접점과 고정 전극을 마련한 기판의 위에 스프링성을 갖는 가동 기판을 겹치고, 가동 기판의 하면에 고정 접점과 대향한 가동 접점과 고정 전극에 대향한 가동 전극을 마련한 정전 마이크로 릴레이가 개시되어 있다. 이 정전 마이크로 릴레이에서는, 가동 전극과 고정 전극의 적어도 한쪽에 볼록부를 마련하고, 접점 맞닿음 전에 상기 볼록부을 접촉시킴으로써, 그 볼록부 부근에서 부분적으로 가동 스프링에 발생하는 탄성 변형에 의해, 개리력(開離力)을 크게 하고 있다.

그러나, 이 정전 릴레이에서는, 원래의 가동 스프링의 스프링 계수를 볼록부의 위치나 높이에 의해 임의로 크게 할 수 있지만, 그 위치나 높이에는 제약이 있고, 가공의 정밀도나 설계의 번잡함에 의해, 설계의 자유도가 손상된다는 과제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 가동 접점 및 가동 전극이 베이스 기판과 평행하게 변위하는 정전 릴레이에 있어서, 가동 전극을 고정 전극으로부터 이간시킬 때의 개리력을 크게 할 수 있고, 게다가, 구조를 복잡하게 하는 일이 없고, 설계의 자유도도 높일 수 있도록 하는 것에 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이는, 베이스 기판과, 상기 베이스 기판에 고정된, 고정 접점을 갖는 고정 접점부와, 상기 고정 접점과 접촉 또는 이간하는 가동 접점을 갖는 가동 접점부와, 상기 베이스 기판에 고정된 고정 전극부와, 상기 고정 전극부와의 사이에 발생하는 정전력에 의해, 상기 가동 접점부와 함께 상기 베이스 기판과 평행한 방향으로 변위하는 가동 전극부와, 변위한 상기 가동 전극부를 본래의 위치로 복귀시키기 위한 제 1의 스프링재를 구비한 정전 릴레이에 있어서, 상기 가동 접점부 및 상기 가동 전극부가 변위한 때, 상기 가동 접점이 상기 고정 접점에 맞닿기 이전에, 상기 베이스 기판에 고정되어 있는 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 당해 가동 전극부와 함께 변위하는 가동 부분중 어느 한쪽에 맞닿음과 함께 맞닿을 때까지는 변형하지 않는 제 2의 스프링재를, 상기 고정 부분과 상기 가동 부분중 어느 다른쪽에 마련한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 고정 부분이란, 베이스 기판에 고정되어 있는 부재이고, 고정 접점부나 고정 전극부라도 좋고, 고정 접점부나 고정 전극부 이외가 고정된 부재(예를 들면, 실시 형태의 스프링 지지부)라도 좋다. 또한, 상기 가동 부재는, 가동 접점부라도 좋고, 가동 접점부 이외의 부재라도 좋다. 단, 제 2의 스프링재를 마련하는 부재가 고정 전극부 또는 고정 접점부에서 제 2의 스프링재가 맞닿는 부재가 가동 전극부 또는 가동 접점부인 경우, 또는, 제 2의 스프링재를 마련하는 부재가 가동 전극부 또는 가동 접점부에서 제 2의 스프링재가 맞닿는 부재가 고정 전극부 또는 고정 접점부인 경우에는, 제 2의 스프링재를 절연성으로 하여 둘 필요가 있다.

본 발명의 정전 릴레이에서는, 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 가동 부분중 어느 다른쪽에, 제 1의 스프링재과는 별개의 제 2의 스프링재를 마련하고, 이 제 2의 스프링재가, 고정부재와 가동 전극부 또는 가동 부재중 어느 한쪽에 맞닿을 때까지는 변형하지 않도록 하고 있기 때문에, 가동 전극부 또는 가동 부분을 탄성 복귀시키기 위한 구조를 간략하게 할 수 있고, 정전 릴레이의 제조가 용이해진다. 게다가, 제 2의 스프링재의 스프링 계수와, 스프링 계수가 변화할 때의 가동 부분의 이동 거리를 독립하여 정할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 높아지고, 정전 릴레이의 설계가 용이해진다.

본 발명에 관한 정전 릴레이가 있는 실시형태에서는, 상기 제 2의 스프링재가, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 상기 가동 부분중 어느 다른쪽에 편측 지지 형상으로 고정된 판스프링으로 되어 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 제 2의 스프링재가 편측 지지 형상으로 되어 있기 때문에, 제 2의 스프링재를 양측 지지 형상으로 마련하는 경우와 비교하여 변형량을 크게 할 수 있고, 가동 부분의 변위량이 큰 경우에도 대응할 수 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 다른 실시 양태에서는, 상기 제 2의 스프링재는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 상기 가동 부분중 어느 한쪽에는 연결되어 있지 않다. 이러한 실시 양태에 의하면, 제 2의 스프링재가 고정부재와 상기 가동 전극부 또는 가동 부재중 어느 한쪽에 맞닿을 때까지는, 제 2의 스프링재가 변형하지 않도록 할 수 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 제 2의 스프링재는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 상기 가동 부분중 어느 한쪽에 마련한 돌기부에 맞닿아 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 돌기부의 위치를 변경함에 의해 제 2의 스프링재에 가해지는 힘의 작용점이 변하기 때문에, 제 2의 스프링재의 스프링 계수를 변화시킬 수 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 상기 가동 부분중 어느 다른쪽에 편측 지지 형상으로 마련된 판스프링형상의 제 2의 스프링재가, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 또는 상기 가동 부분중 어느 한쪽에 마련한 돌기부에 맞닿음 가능하게 되어 있고, 변형하지 않은 상기 제 2의 스프링재의 길이 방향과 상기 돌기부의 설치면이 평행하게 되어 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 돌기부가 마련된 면에 따라 돌기부의 위치를 변경하여도 돌기부와 제 2의 스프링재와의 거리가 변화하지 않기 때문에, 설계가 용이해진다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 제 2의 스프링재가, 상기 가동 전극부와 상기 고정 접점부와의 사이에서 상기 베이스 기판에 고정 설치된 스프링 지지부에 마련되어 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 가동 접점부의 양측의 스페이스를 이용하여 제 2의 스프링재를 지지시키기 위한 스프링 지지부를 마련할 수 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 가동 전극부의 중심선에 관해 대칭의 위치에 각각 제 2의 스프링재를 마련하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 제 2의 스프링재를 대칭으로 마련하고 있기 때문에, 제 2의 스프링재에 고정 부분 또는 가동 부분이 닿은 후에도, 가동 부분에 가해지는 힘이 비대칭이 되어 가동 부분이 기울어질 우려가 없다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 스프링재는, 상기 가동 전극부의 변위 방향에서의 양단면, 또는 각각의 단면에 대향하는 위치에 마련되어 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 제 1의 스프링재에 의해 가동 전극부를 양측에서 지지하여 베이스 기판에서 띄울 수가 있기 때문에, 가동 전극부를 안정시킬 수 있다.

본 발명에 관한 정전 릴레이의 또다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 스프링재는, 상기 가동 전극부의 변위 방향에서의 어느 한쪽의 단면, 또는 어느 한쪽의 단면에 대향하는 위치에 마련되어 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 제 1의 스프링재를 가동 전극부의 평측에만 마련하고 있기 때문에, 정전 릴레이의 구조의 간략화와 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에서의 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이상 설명한 구성 요소를 적절히 조합한 특징을 갖는 것이고, 본 발명은 이러한 조합에 의한 많은 변화를 가능하게 하는 것이다.

도 1의 A는 일본 특개평6-203726호 공보에 개시된 접점 개폐 장치의 사시도. 도 1의 B는 당해 접점 개폐 장치의 접점 접촉시의 평면도.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 정전 릴레이의 평면도.
도 3의 A 내지 C는, 실시 형태의 정전 릴레이에서의 2차 스프링과 돌기부의 동작을 설명하는 개략도.
도 4는, 비교예의 정전 릴레이를 도시하는 일부 파단한 평면도.
도 5의 A 내지 C는, 비교예에 있어서의 가동 스프링과 돌기부의 동작을 설명하는 개략도.
도 6의 A 내지 C는, 실시 형태의 정전 릴레이의 제조 공정을 도시하는 단면도.
도 7의 A 및 B는, 실시 형태의 정전 릴레이의 제조 공정을 도시하는 단면도로서, 도 6의 C에 계속된 공정을 도시하는 도면.
도 8은, 본 발명의 실시 형태의 변형례에 의한 정전 릴레이의 평면도.
도 9는, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 정전 릴레이의 평면도.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 알맞는 실시 형태를 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 설계 변경할 수 있다.

(제 1의 실시 형태)

도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 정전 릴레이(31)의 구조를 도시하는 평면도이다. 또한, 도 7의 B는, 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다. 이 도 2 및 도 7의 B를 참조하여 정전 릴레이(31)의 구조를 설명한다.

정전 릴레이(31)는, Si 기판 등으로 이루어지는 베이스 기판(32)의 윗면에 고정 접점부(33), 가동 접점부(34), 고정 전극부(35), 가동 전극부(36), 가동 스프링(37a, 37b)(제 1의 스프링 재), 스프링 지지부(38, 39) 등을 마련한 것이다. 이 정전 릴레이(31)에서는, 고정 접점부(33)와 가동 접점부(34)에 의해 스위치가 구성되어 있고, 고정 전극부(35)나 가동 전극부(36), 가동 스프링(37a, 37b) 및 스프링 지지부(38, 39) 등에 의해 스위치 개폐용의 정전 액추에이터가 구성되어 있다.

도 2 및 도 7의 B에 도시하는 바와 같이, 고정 접점부(33)에서는, Si로 이루어지는 고정 접점 기판(41)의 하면이 SiO2 등의 절연막(42)을 통하여 베이스 기판(32)의 윗면에 고정되어 있다. 고정 접점 기판(41)은 베이스 기판(32)의 윗면 단부에 있어서 폭방향(X방향)으로 길게 늘어나고 있다. 고정 접점 기판(41)의 윗면에는, SiN 등의 절연층(43)이 형성되고, 절연층(43)의 위에는 한 쌍의 배선 패턴부(44a, 44b)가 마련되어 있다. 배선 패턴부(44a, 44b)는, 고정 접점 기판(41)의 윗면에서 좌우로 나뉘어져 있고, 각각의 단부에는 금속 패드부(45a, 45b)가 형성되어 있다. 또한, 고정 접점 기판(41)의 중앙부에 위치하는 배선 패턴부(44a, 44b)의 단부는 서로 평행하게 늘어나고 있고, 가동 접점부(34)에 마주 본 단부가 고정 접점(46a, 46b)으로 되어 있다. 또한, 이하에서는, 정전 릴레이(31)에 있어서의 가동 접점부(34) 및 가동 전극부(36)의 이동 방향을 Y방향이라고 하고, 정전 릴레이(31)의 폭방향을 X방향이라고 하는 일이 있다.

가동 접점부(34)는, 고정 접점(46a, 46b)에 대향하는 위치에 마련되어 있다. 가동 접점부(34)는, Si로 이루어지는 가동 접점 기판(51)의 윗면에 SiN으로 이루어지는 절연층(53)이 형성되고, 절연층(53)의 위에 접점층(54)이 형성되어 있다. 고정 접점(46a, 46b)과 대향하는 접점층(54)의 단면은, 가동 접점 기판(51)의 앞면부터 돌출하고 있고 가동 접점(56)이 되어 있다.

또한, 가동 접점 기판(51)은, 가동 전극부(36)로부터 돌출한 지지보(支持梁)(57)에 의해 편측 지지 형상으로 지지되어 있다. 가동 접점 기판(51) 및 지지보(57)의 하면은 베이스 기판(32)의 윗면부터 들떠 있고, 가동 전극부(36)와 함께 베이스 기판(32)의 길이 방향(Y방향)과 평행한 방향으로 이동할 수 있다.

이 정전 릴레이(31)에서는, 고정 접점부(33)의 금속 패드부(45a, 45b)에 주회로(도시 생략)가 접속되고, 가동 접점(56)을 고정 접점(46a, 46b)에 접촉시킴에 의해 주회로를 닫을 수 있다. 또한, 가동 접점(56)을 고정 접점(46a, 46b)으로부터 이간시킴에 의해 주회로를 열 수 있다.

가동 접점부(34)를 움직이기 위한 정전 액추에이터는, 고정 전극부(35), 가동 전극부(36), 가동 스프링(37a, 37b) 및 스프링 지지부(38, 39) 등에 의해 구성되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 베이스 기판(32)의 윗면에는 복수개의 고정 전극부(35)가 서로 평행하게 배치되어 있다. 고정 전극부(35)는, 평면으로 보았을 때는, 사각형 형상의 패드부(66)의 양면부터 Y방향을 향하여 각각 가지형상(枝狀)을 한 가지형상 전극부(67)가 연장되어 나와있다. 가지형상 전극부(67)는, 각각 좌우 대칭이 되도록 가지부(枝部)(68)가 돌출하여 있고, 가지부(68)는 Y방향으로 일정 피치로 나열하여 있다.

도 7의 B에 도시하는 바와 같이, 고정 전극부(35)에서는, 고정 전극 기판(61)의 하면이 SiO2 등의 절연막(62)에 의해 베이스 기판(32)의 윗면에 고정되어 있다. 또한, 패드부(66)에서, 고정 전극 기판(61)의 윗면에는 도체층(63)이 형성되어 있고, 도체층(63)의 위에 전극 패드층(64)을 갖고 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 가동 전극부(36)는, 각 고정 전극부(35)를 둘어싸도록 프레임형상으로 형성되어 있다. 가동 전극부(36)에는, 각 고정 전극부(35)를 양측에서 끼우도록 하여 빗살형상(櫛齒狀) 전극부(72)가 형성되어 있다(고정 전극부(35) 사이에서는, 한 쌍의 빗살형상 전극부(72)에 의해 가지형상으로 되어 있다). 빗살형상 전극부(72)는, 각 고정 전극부(35)를 중심으로 하여 좌우 대칭이 되어 있고, 각 빗살형상 전극부(72)로부터는 가지부(68) 사이의 공극부를 향하여 빗살부(73)가 연장하여 나와 있다. 게다가, 각 빗살부(73)는, 그 빗살부(73)와 인접하여 가동 접점부(34)에 가까운 측에 위치하는 가지부(68)와의 거리가, 해당 빗살부(73)와 인접하여 가동 접점부(34)로부터 먼 측에 위치하는 가지부(68)와의 거리보다도 짧게 되어 있다.

가동 전극부(36)는, Si의 가동 전극 기판(71)으로 이루어지고, 가동 전극 기판(71)의 하면은 베이스 기판(32)의 윗면부터 들떠 있다. 또한, 가동 전극부(36)의 가동 접점측 단면의 중앙에는 지지보(57)가 돌설되어 있고 지지보(57)의 선단에 가동 접점 기판(51)이 지지되어 있다.

가동 전극부(36)는, 스프링 지지부(38)에 지지된 가동 스프링(37a)과 스프링 지지부(39)에 지지된 가동 스프링(37b)에 의해 지지되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 2개의 스프링 지지부(38)는 고정 접점부(33)와 가동 전극부(36)의 사이의 영역에서 좌우 대칭으로 배치되어 있다. 스프링 지지부(38)는 Si로 이루어지고, 절연막(도시 생략)을 통하여 베이스 기판(32)의 윗면에 고정되어 있다. 가동 전극부(36)의 전단면에서 지지보(57)의 양측부터는 연결부(81)가 Y방향으로 돌출하고 있고, 연결부(81)의 선단과 스프링 지지부(38)는, Si로 이루어지는 판스프링형상 또는 보형상(粱狀)을 한 가동 스프링(37a)에 의해 연결되어 있다. 가동 스프링(37a)은, 변형하지 않은 상태에서는, X방향과 평행하게 되어 있다.

또한, 스프링 지지부(39)는 Si로 이루어지고, 베이스 기판(32)의 후단부에서 X방향으로 길게 늘어나 있다. 스프링 지지부(39)의 하면은 절연막(82)에 의해 베이스 기판(32)의 윗면에 고정되어 있다. 스프링 지지부(39)의 양단부터는 전방을 향하여 연결부(83)가 돌출하고 있고, 연결부(83)와 가동 전극부(36)의 후단면과는, Si에 의해 좌우 대칭으로 형성된 한 쌍의 가동 스프링(37b)에 의해 연결되어 있다. 가동 스프링(37b)은, 판스프링형상 또는 보형상을 하고 있고, X방향과 평행하게 배치되어 있다.

따라서 가동 전극부(36)는, 가동 스프링(37a, 37b)을 통하여 스프링 지지부(38 및 39)에 의해 전후에서 지지되어 있고, 베이스 기판(32)의 윗면부터 들띄여져서 수평으로 지지되어 있다. 또한, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37a, 37b)을 탄성 변형시킴에 의해 Y방향으로 변위 가능하게 되어 있고, 가동 전극부(36)를 변위시키고 있는 정전력이 해제된 때에는, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37a), 가동 스프링(37b)의 탄성 복원력에 의해 원래의 위치로 복귀된다. 좌우 한 쌍의 가동 스프링(37a)과 좌우 한 쌍의 가동 스프링(37b)은, 각각 좌우 대칭의 형상으로 되어 있기 때문에, 가동 스프링(37a, 37b)을 변형시켜서 가동 전극부(36)가 변위할 때, 가동 전극부(36)는 Y방향으로는 변위할 수 있지만, X방향으로는 변위하지 않는다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 정전 릴레이(31)에서는, 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36)의 사이에 직류 전압원이 접속되고, 제어 회로 등에 의해 직류 전압이 온, 오프 된다. 고정 전극부(35)에서는, 직류 전압원의 한쪽 단자는 전극 패드층(64)에 접속된다. 직류 전압원의 다른쪽 단자는 스프링 지지부(39)에 접속된다. 스프링 지지부(39) 및 가동 스프링(37b)은 도전성을 갖고 있고, 스프링 지지부(39), 가동 스프링(37b) 및 가동 전극부(36)는 전기적으로 도통하고 있기 때문에, 스프링 지지부(39)에 인가한 전압은 가동 전극부(36)에 가하여지게 된다.

직류 전압원에 의해 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36) 사이에 직류 전압이 인가되면, 가지형상 전극부(67)의 가지부(68)와 빗살형상 전극부(72)의 빗살부(73) 사이에 정전 인력이 발생한다. 그러나, 고정 전극부(35) 및 가동 전극부(36)의 구조가, 각 고정 전극부(35)의 중심선에 관해 대칭으로 형성되어 있기 때문에, 가동 전극부(36)에 작용하는 X방향의 정전 인력은 밸런스되어, 가동 전극부(36)는 X방향으로는 이동하지 않는다. 한편, 각 빗살부(73)와 인접하여 가동 접점부(34)에 가까운 측에 위치하는 가지부(68)와의 거리가, 해당 빗살부(73)와 인접하고 가동 접점부(34)로부터 먼 측에 위치하는 가지부(68)와의 거리보다도 짧게 되어 있기 때문에, 각 빗살부(73)가 가동 접점부측에 흡인되고, 가동 스프링(37a, 37b)을 휘게 하면서 가동 전극부(36)가 Y방향으로 이동한다. 이 결과, 가동 접점부(34)가 고정 접점부(33)측으로 이동하고, 가동 접점(56)이 고정 접점(46a, 46b)에 접촉하여 고정 접점(46a)과 고정 접점(46b)의 사이(주회로)를 전기적으로 닫는다.

또한, 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36) 사이에 인가하고 있던 직류 전압을 해제하면, 가지부(68)와 빗살부(73) 사이의 정전 인력이 소실되기 때문에, 가동 스프링(37a, 37b)의 탄성 복귀력에 의해 가동 전극부(36)가 Y방향에서 후퇴하고, 가동 접점(56)이 고정 접점(46a, 46b)으로부터 이간하여 고정 접점(46a)과 고정 접점(46b)의 사이(주회로)가 열린다.

그러나, 정전 릴레이(31)에서는 정전력을 이용하여 정전 액추에이터를 구동하고 있기 때문에, 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36)의 사이의 직류 전압을 오프로 하여도 고정 접점(46a, 46b)과 가동 접점(56)이 떨어지지 않게 될 우려가 있다. 이것은, 고정 전극부(35)와 가동 전극부(36) 사이의 직류 전압을 오프로 하여도, 양 전극부(35, 36)끼리가 유도 분극이나 정전 유도에 의해 흡착한 채가 된다, 또는, 접점 사이에 발생한 점착력에 의해, 접점끼리가 떨어지지 않게 되기 때문이다. 따라서, 고정 접점(46a, 46b)과 가동 접점(56)을 개리시키기 위해서는 스프링 계수가 큰 가동 스프링(37a, 37b)이 필요하게 된다. 그런데, 가동 스프링(37a, 37b)의 스프링 계수를 크게 하면, 가동 전극부(36)를 변위시키기 위해 더욱 정전력이 강한 정전 액추에이터가 필요해진다.

그 때문에, 이 정전 릴레이(31)에서는, 가동 스프링(37a, 37b)과는 별개로, 스프링 지지부(38)에 2차 스프링(84)(제 2의 스프링 재)을 마련하여 고정 접점(46a, 46b)과 가동 접점(56)을 개리시킬 때에 2차 스프링(84)의 탄성 복귀력이 작용하도록 하고 있다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가동 전극부(36)의 전단면과 대향하는 위치에서, 각각의 스프링 지지부(38)에 Si로 이루어지는 판스프링형상 또는 보형상을 한 2차 스프링(84)을 마련하고 있다. 스프링 지지부(38)는 베이스 기판(32)의 윗면에 고정된 고정 부분이고, 2차 스프링(84)은 가동 전극부(36) 등의 가동 부분에는 연결되어 있지 않다. 2차 스프링(84)은, 변형하지 않은 상태에서는, 가동 전극부(36)의 전단면과 평행하게 늘어나 있다. 한편, 가동 전극부(36)의 전단면에서는, 2차 스프링(84)의 선단 부분에 대향하여 돌기부(85)가 돌출하고 있다.

이 돌기부(85)의 길이, 또는 돌기부(85)의 선단과 2차 스프링(84)과의 거리는, 도 3에 도시하는 바와 같은 동작이 행하여지도록 정하고 있다. 즉, 가동 전극부(36)가 변위하지 않은 상태에서는, 도 3의 A에 도시하는 바와 같이, 2차 스프링(84)과 돌기부(85)의 선단과의 사이에는 D의 거리가 열려 있다. 정전 액추에이터가 구동되면, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37a, 37b)을 휘게 하면서 D보다 큰 거리를 이동하는데, 가동 전극부(36)가 D만큼 이동한 때에, 도 3의 B와 같이, 돌기부(85)의 선단이 2차 스프링(84)에 맞닿는다. 이 때 가동 접점(56)은 아직 고정 접점(46a, 46b)에 접촉하고 있지 않다. 즉, 돌기부(85)는, 가동 접점(56)이 고정 접점(46a, 46b)에 접촉하기 전에 2차 스프링(84)에 접촉한다. 가동 전극부(36)가 거리(D)보다 더욱 이동하면, 도 3의 C에 도시하는 바와 같이, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37a, 37b) 및 2차 스프링(84)을 휘게 하면서 이동하고, 가동 접점(56)을 고정 접점(46a, 46b)에 접촉시켜서 정지한다.

따라서 정전 액추에이터의 직류 전압이 오프가 된 경우에는, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37a, 37b) 및 2차 스프링(84)의 탄성 복원력에 의해 되눌려져서, 강한 힘으로 고정 전극부(35)로부터 떼내여져서 원래의 위치로 복귀한다.

또한, 가동 전극부(36)가 기울어지는 일 없이 Y방향으로 이동하도록, 좌우의 가동 스프링(37a), 좌우의 가동 스프링(37b), 좌우의 2차 스프링(84), 및 좌우의 돌기부(85)는, 각각 가동 전극부(36)의 Y방향과 평행한 중심축에 관해 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 또한, 좌우의 가동 스프링(37a), 좌우의 가동 스프링(37b), 및 좌우의 2차 스프링(84)은, 각각 같은 스프링 계수로 되어 있다.

이 정전 릴레이(31)에서는, 가동 스프링(37a, 37b)과는 별개의 2차 스프링(84)을 마련함으로써, 가동 전극부(36)를 복귀시키기 위한 스프링력을 크게 하고 있고, 게다가, 2차 스프링(84)은 돌기부(85)가 닿을 때까지는 변형하지 않는 구성으로 하고 있다. 그 때문에, 2차 스프링(84)과 돌기부(85)의 설계의 자유도가 높아지고, 설계가 용이해진다. 즉, 도 3의 A와 같은 구조에 의하면, 도 3의 A에 2점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, 돌기부(85)의 위치를 2차 스프링(84)의 기단측(基端側)으로 이동시킴에 의해 2차 스프링(84)의 스프링 계수를 높일 수 있다. 또는, 돌기부(85)를 2차 스프링(84)의 선단측으로 이동시킴에 의해 2차 스프링(84)의 스프링 계수를 낮게 할 수 있다. (돌기부(85)의 위치가 변화하면, 힘의 작용점이 변화하기 때문에, 2차 스프링(84)에 가하여지는 모멘트가 변화한다.) 게다가, 돌기부(85)의 위치를 변화시켜도, 도 3의 B에 도시하는 바와 같이, 돌기부(85)의 위치에 관계없이, 가동 전극부(36)가 D만큼 이동한 때에 돌기부(85)가 2차 스프링(84)에 닿는다. 따라서, 돌기부(85)의 위치에 의해 2차 스프링(84)의 스프링 계수를 조정할 수 있고, 또한 돌기부(85)의 길이에 의해 돌기부(85)가 2차 스프링(84)에 닿는 이동 거리(D)를 조정할 수 있고, 스프링 계수와 거리(D)를 서로 독립하여 조정할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 높아진다.

이에 대해, 일본 특개평6-203726호 공보이나 일본 특개2000-164104호 공보와 같이 가동 스프링 자체가 변형하고 나서 동작 규제 부재에 맞닿게 되어 있거나, 볼록부가 가동 부분과 고정 부분의 사이에 마련되어 있거나 하면, 설계의 자유도가 손상된다. 이 점은, 도 4에 도시하는 바와 같은 비교예를 생각하면 분명하다. 도 4의 비교예에서는, 가동 스프링(37a)과 대향하는 위치에, 가동 전극부(36)가 이동한 때에 맞닿도록 돌기부(86)(동작 규제 부재)를 마련하고 있다.

이 비교예에서도, 가동 전극부(36)가 변위하지 않은 상태에서는, 도 5의 A에 도시하는 바와 같이, 가동 스프링(37a)과 돌기부(86)의 선단 사이에는 D의 거리가 열려 있다. 그리고, 가동 전극부(36)가 이동하면, 도 5의 B와 같이 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)에 닿는다. 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)에 닿고서 가동 전극부(36)가 더욱 이동하면, 도 5의 C에 도시하는 바와 같이, 가동 스프링(37a)은 돌기부(86)의 선단을 지점으로 하여 변형하기 때문에, 큰 스프링 계수가 되어 변형한다. 따라서 정전 액추에이터의 직류 전압이 오프가 된 경우에는, 가동 전극부(36)는 가동 스프링(37b)과 스프링 계수가 커진 가동 스프링(37a)의 탄성 복원력에 의해 되밀여져서, 강한 힘으로 고정 전극부(35)로부터 떼내여진다.

그러나, 비교예의 경우에는, 가동 전극부(36)의 이동에 수반하여 가동 스프링(37a)이 휘고, 도 5의 B에 도시하는 바와 같이, 휘여진 상태의 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)의 선단에 맞닿기 때문에, 정확하게는, 가동 전극부(36)가 거리(D)만큼 이동한 때에 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)에 맞닿는다고 말할 수는 없다. 즉, 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)에 맞닿은 때의 가동 전극부(36)의 이동 거리는, 가동 스프링(37a)의 휘는 형상에 의존하기 때문에, D보다 커진다.

또한, 비교예의 경우에도, 도 5의 A에 2점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, 돌기부(86)의 위치를 이동시킴에 의해 가동 스프링(37a)의 스프링 계수를 변화시킬 수 있다. 그러나, 단지 돌기부(86)를 이동시키는 것만으로는, 가동 스프링(37a)이 돌기부(86)에 닿을 때의 가동 전극부(36)의 이동 거리가 변화한다. 그 때문에, 맞닿은 때의 이동 거리를 변화시키지 않도록 하기 위해서는, 도 5의 B에 2점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, 돌기부(86)의 위치에 응하여 돌기부(86)의 길이(돌출 길이)를 조정할 필요가 있다.

이와 같이 비교예에서는, 돌기부(86)의 위치와 길이가 관련되어 있기 때문에, 가동 스프링(37a)의 스프링 계수와, 돌기부(86)의 길이(또는, 스프링 계수가 변화할 때의 가동 전극부(36)의 이동 거리)를 독립하여 정할 수가 없고, 설계가 복잡하게 된다. 이에 대해, 본원 발명의 당해 실시 형태에 의하면, 2차 스프링(84)의 스프링 계수와, 스프링 계수가 변화할 때의 가동 전극부(36)의 이동 거리를 독립하여 정할 수 있어서, 설계가 용이해진다.

(제조 방법)

다음에, 정전 릴레이(31)의 제조 공정을 간단히 설명한다. 도 6의 A에 도시하는 기판은, Si 기판(91)과 Si 기판(93)의 사이에 산화막(SiO2)(92)을 끼우고 접합시킨 SOI 기판(94)이다. 이 SOI 기판(94)의 위에는, 패드부(66)의 도체층(63)과 전극 패드층(64)이 형성되고, 또한 SiN 등의 절연층(95)이 형성되고, 그 위에 고정 접점부(33)의 배선 패턴부(44a, 44b)와 가동 접점부(34)의 접점층(54)이 형성되어 있다. 이 최하층의 Si 기판(91)은 베이스 기판(32)이 되는 것이다.

계속해서, 도 6의 B에 도시하는 바와 같이, 위의 Si 기판(93)의 표면에 포토레지스트막(96)을 성막하고, 이 포토레지스트막(96)을 패터닝하여 고정 접점부(33), 가동 접점부(34), 고정 전극부(35), 가동 전극부(36), 가동 스프링(37a, 37b), 스프링 지지부(38, 39), 2차 스프링(84), 돌기부(85), 등으로 이루어지는 영역을 포토레지스트막(96)으로 덮는다.

또한, 이 포토레지스트막(96)을 에칭 마스크로 하여 Si 기판(93)의 노출 영역을 드라이 에칭하여, 도 6의 C와 같이, 고정 접점부(33)의 고정 접점 기판(41), 가동 접점부(34)의 가동 접점 기판(51), 고정 전극부(35)의 고정 전극 기판(61), 가동 전극부(36)의 가동 전극 기판(71), 가동 스프링(37a, 37b), 스프링 지지부(38, 39), 2차 스프링(84), 돌기부(85), 등(정전 액추에이터와 스위치의 기판 부분)을 형성한다. 또한, 절연층(95)의 노출 부분을 에칭하여 고정 접점부(33)의 절연층(43)과 가동 접점부(34)의 절연층(53)을 형성한다.

도 7의 A와 같이 포토레지스트막(96)을 박리한 후, 산화막(92)의 노출 부분과 가동 접점부(34) 및 정전 액추에이터의 가동 부분(가동 전극부(36)나 가동 스프링(37a, 37b), 2차 스프링(84))의 하면에 있는 산화막(92)을 웨트 에칭에 의해 제거하고, 도 7의 B와 같은 정전 릴레이(31)를 제작한다.

(변형례)

도 8은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 정전 릴레이(101)를 도시하는 평면도이다. 이 정전 릴레이(101)에서는, 가동 전극부(36)의 전단면의 양단부터 연결부(102)를 돌출시키고, 연결부(102)의 선단부에 2차 스프링(84)을 편측 지지 형상으로 마련하고, 2차 스프링(84)을 스프링 지지부(38)의 대향면과 평행하게 배치하고 있다. 또한, 스프링 지지부(38)의 2차 스프링(84)과 대향하는 면에는, 2차 스프링(84)이 맞닿을 수 있도록 돌기부(85)를 마련하고 있다.

이와 같은 연결부(102)에서도, 실시 형태와 같은 작용 효과를 이룰 수 있다.

(제 2의 실시 형태)

도 9는, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 정전 릴레이(111)의 구조를 도시하는 평면도이다. 이 정전 릴레이(111)에서는, 스프링 지지부(38) 내에 양측 지지 형상의 가동 스프링(37a)을 마련하고, 가동 전극부(36)의 전단부에서 돌출시킨 연결부(81)를 가동 스프링(37a)의 중앙부에 연결시키고 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 가동 스프링(37a)이 양측 지지 형상으로 되어 있기 때문에, 가동 스프링(37a)의 스프링 계수를 크게할 수 있다.

(그 밖의 변형례)

또한, 가동 전극부(36)를 지지하는 가동 스프링(37a, 37b)은, 실시 형태 1, 2에서는 가동 전극부(36)의 전단면과 후단면에 마련하고 있지만, 가동 전극부(36)의 전단면의 가동 스프링(37a)과 후단면(37b)중 어느 한쪽만이라도 좋다.

또한, 돌기부(85)는 2차 스프링(84)에 대향하는 면에 마련하는 대신에, 2차 스프링(84)에 마련하여도 무방하다.

또한, 2차 스프링(84)과 돌기부(85)를 마련하는 위치는, 가동 전극부(36)의 전단면과 스프링 지지부(38)의 사이로 한하지 않고, 어떤 위치에 마련하여도 좋다.

31, 101, 111 : 정전 릴레이
32 : 베이스 기판
33 : 고정 접점부
34 : 가동 접점부
35 : 고정 전극부
36 : 가동 전극부
37a, 37b : 가동 스프링
38, 39 : 스프링 지지부
44a, 44b : 배선 패턴부
46a, 46b : 고정 접점
54 : 접점층
56 : 가동 접점
57 : 지지보
81 : 연결부
83 : 연결부
84 : 2차 스프링
85 : 돌기부

Claims

베이스 기판과,
상기 베이스 기판에 고정된, 고정 접점을 갖는 고정 접점부와,
상기 고정 접점과 접촉 또는 이간하는 가동 접점을 갖는 가동 접점부와,
상기 베이스 기판에 고정된 고정 전극부와,
상기 고정 전극부와의 사이에 발생하는 정전력에 의해, 상기 가동 접점부와 함께 상기 베이스 기판과 평행한 방향으로 변위하는 가동 전극부와,
변위한 상기 가동 전극부를 본래의 위치로 복귀시키기 위한 제 1의 스프링재를 구비한 정전 릴레이에 있어서,
상기 가동 접점부 및 상기 가동 전극부가 변위한 때, 상기 가동 접점이 상기 고정 접점에 맞닿기 이전에,
상기 베이스 기판에 고정되어 있는 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 어느 한쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부와 함께 변위하는 가동 부분 중의 어느 한쪽에 맞닿을 때까지는 변형하지 않는 제 2의 스프링재를, 각각의 상기 어느 한쪽이 아닌 다른쪽에 마련한 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 2의 스프링재는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 상기 어느 한쪽이 아닌 다른쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 부분 중의 상기 어느 한쪽이 아닌 다른쪽에, 편측 지지 형상으로 고정된 판스프링인 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 2의 스프링재는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 상기 어느 한 쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 부분 중의 상기 어느 한쪽에는 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 2의 스프링재는, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 상기 어느 한쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 부분 중의 상기 어느 한쪽에 마련한 돌기부에 맞닿는 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 상기 어느 한쪽이 아닌 다른쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 부분 중의 상기 어느 한쪽이 아닌 다른쪽에 편측 지지 형상으로 마련된 판스프링 형상의 제 2의 스프링재가, 상기 고정 부분과 상기 가동 전극부 중의 상기 어느 한쪽에, 또는 상기 고정 부분과 상기 가동 부분 중의 상기 어느 한쪽에 마련한 돌기부에 맞닿음 가능하게 되어 있고,
변형하지 않은 상기 제 2의 스프링재의 길이 방향과 상기 돌기부의 설치면이 평행하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 2의 스프링재는, 상기 가동 전극부와 상기 고정 접점부의 사이에서 상기 베이스 기판에 고정 설치된 스프링 지지부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 가동 전극부의 중심선에 관해 대칭의 위치에 각각 제 2의 스프링재를 마련한 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 1의 스프링재는, 상기 가동 전극부의 변위 방향에서의 양단면, 또는 각각의 단면에 대향하는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.
제 1항에 있어서,
상기 제 1의 스프링재는, 상기 가동 전극부의 변위 방향에서의 어느 한쪽의 단면, 또는 어느 한쪽의 단면에 대향하는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 릴레이.