KR20040054504A - 전기 접점 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

전기 접점 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있는 전기 접점 장치를 제공하는 것이다.
전기 접점 장치(X1)에 있어서, 기계적으로 개폐하는 전기 접점(C1, C2) 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 전기 접점(C1, C2)에 대해 직렬로 배치된 저항체(Rbi)를, 각각이 포함하는 복수의 지로가 병렬로 배치된 회로 구성을 구비하는 것으로 한다.

Description

전기 접점 장치 및 그 제조 방법{ELECTRICAL CONTACT DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 기계적으로 개폐하는 전기 접점을 가져 스위치나 릴레이 등에 적용할 수 있는 전기 접점 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기 접점은 접점쌍의 기계적인 개폐 동작에 의해 전류의 통로를 기계적으로 접속 및 절단하기 위한 전자 회로 요소이며, 스위치나 릴레이 등에 적용된다. 전기 접점을 이용하여 구성되는 스위치나 릴레이는 개방 상태에 있어서 전기 접점간이 기계적으로 개방 분리되므로, 전기 저항의 매우 큰 양호한 개방 상태를 달성할 수 있다는 특징을 갖는다. 그로 인해, 그와 같은 기계적 개폐식의 스위치 및 릴레이는 정보 기기, 산업 기계, 자동차, 가전 등의 모든 분야에 있어서, 전원, 액튜에이터, 센서 등을 포함하는 회로를 개폐하는 수단으로서 널리 사용되어 있다.
도22 및 도23은 기계적 개폐식의 종래의 전기 접점 장치(X5)를 나타낸다. 전기 접점 장치(X5)는 가동자(71) 및 고정자(72)를 구비한다.
가동자(71)는 도체 부재(73)와, 상기 도체 부재(73)의 일단부 부근에 설치된 접점(74)과, 도체 부재(73)에 장착된 소켓(75)으로 이루어지며, 단일의 도체 부재(73)에 하나의 접점(74)이 설치된 소위 단자 접점 구조를 갖는다. 접점(74)은 도체로 이루어지고, 소켓(75)은 수지제이다. 도체 부재(73)의 타단부 부근에는 편조동선으로 이루어지는 리드(76)가 전기적이면서 또한 기계적으로 접속되어 있다. 리드(76)는 도면 밖의 회로에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 소켓(75)에는 핀(77)이 삽통되어 있고, 가동자(71)는 핀(77)을 축심으로서 회전 가능하다. 핀(77)은 케이스(도시 생략)에 고정되어 있다. 가동자(71)의 회전 동작은 여자 코일 등을 포함하여 구성되는 소정의 구동 기구(도시 생략)에 의해 달성된다.
고정자(72)는 도체 부재(78)와, 도체로 이루어지는 접점(79)으로 이루어진다. 도체 부재(78)는 도면 밖의 회로에 전기적으로 접속되어 있다. 접점(79)은가동자(71)의 회전 동작에 있어서의 접점(73)의 궤도 상에 배치되어 있다.
이러한 구조를 갖는 전기 접점 장치(X5)에 소정의 전압이 인가되어 있는 상태에 있어서, 가동자(71)가 고정자(72)로 회전하여 도23에 도시한 바와 같이 접점(74) 및 접점(79)이 접촉되면, 전류는 예를 들어 도체 부재(78)로부터 접점(79), 접점(74) 및 도체 부재(73)를 거쳐서, 리드(76)로 흐른다. 이 후, 가동자(71)가 고정자(72)로부터 이격하는 방향으로 회전하여 도22에 도시한 바와 같이 접점(74) 및 접점(79)이 개방 분리되면 통전은 정지된다. 이와 같이 하여, 전기 접점 장치(X5)는 전류 통로의 접속 및 절단을 실행한다.
전기 접점의 기술 분야에 있어서는, 폐쇄 상태에 있는 접점 사이에 임계치(최소 방전 전류) 이상의 전류가 흐르고 있는 상태 혹은 임계치(최소 방전 전압) 이상의 전위차가 생기고 있는 상태에서 접점쌍을 개방 분리하면, 접점간에 아크 방전이 발생되는 것이 알려져 있다. 예를 들어 임계치 이상의 전류가 흐르고 있는 상태에서 접점쌍을 개방 분리할 때, 우선 개방 분리가 진행됨에 따라서 접점간의 접촉 면적은 점차적으로 축소하고, 접점간을 흐르는 전류는 집중해 간다. 전류의 집중화에 기인하여 접점의 온도는 상승하여 접점 표면은 용융한다. 그로 인해, 접점쌍이 개방 분리된 후라도 격리 거리가 짧은 사이는 용융한 접점 재료에 의해 상기 접점 사이는 걸친다. 즉, 접점간에 브릿지가 형성된다. 이 브릿지로부터 금속 증기가 발생되어 상기 금속 증기를 매개로서 아크 방전이 개시된다. 아크 방전은 주위 기체를 매개로 하는 방전 현상으로 이행한 후, 접점쌍이 충분한 거리로 격리하였을 때에 절단된다.
도24는 아크 방전 발생 확률의 접점간 전류 의존성의 일예를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에 있어서는, 금으로 이루어지는 접점쌍을 소정의 압박력(10 mN, 100 mN 또는 200 mN)으로 접촉시키고, 접점간에 36 V의 전압을 인가하면서 상기 접점쌍을 개방 분리시켰을 때에 아크 방전이 발생되는 확률이 플롯되어 있다. 36 V 정전압 전원에 전기 접점을 접속하고, 상기 전기 접점과 직렬로 접속한 저항의 값을 변화시킴으로써, 통전 전류를 변화시키고 있다. 접점간의 실질적인 접촉 면적은 수십 μ㎡ 이하로 추정된다. 횡축은 폐쇄 상태에 있어서 접점간을 흐른 전류를 나타내고, 종축은 아크 방전 발생 확률을 나타낸다. 어느 쪽의 압박력에 있어서도, 통전 전류가 0.6 A 이상으로 하면 아크 방전 발생율은 대략 100 ％이다. 한편, 통전 전류가 0.1 A 이하에서는 아크 방전 발생율은 대략 0 ％이다. 이 그래프에 관한 상세한 정보는 비특허 문헌 1에 게재되어 있다.
[비특허 문헌 1]
요네쟈와 유(YuYonezawa), 와까쯔끼 노보루(NoboruWakaTsuki),「재패니즈 져널 오브 어플라이드 피직스(Japanese Journal of Applied Physics)」, 응용 물리학회(The Japan Society of Applied Physics), 2002년 7월, 제41권, 파트 1, 번호. 7A, p 4760 내지 4765
도24의 그래프로부터는 아크 방전을 일으키기 위한 가장 작은 방전 전류(최소 아크 전류)(Imin)는 0.1 내지 0.6 A 사이에 존재하는 것을 이해할 수 있다. 최소 방전 전류(Imin)는 재료 종류에 의존하는 값을 취하는 것이 알려져 있다. 마찬가지로, 아크 방전을 야기하기 위한 가장 작은 방전 전압(최소 아크 전압)(Vmin)도존재하고, 최소 방전 전압(Vmin)에 대해서도, 재료 종류에 의존하는 값을 취하는 것이 알려져 있다. 금으로 이루어지는 접점쌍에 대해서는, 예를 들어 최소 방전 전류(Imin)는 0.38A이며, 최소 방전 전압(Vmin)은 15 V인 것이 보고되어 있다. 단, 실제로 측정되는 Imin이나 Vmin은 접점쌍 사이에 있어서의 공간의 전하 상태, 접점 표면의 상태 등으로부터의 영향을 받아 반드시 일정하지 않으며 변동을 갖는다.
전기 접점 장치(X5)의 폐쇄 상태에서는 부하 회로(통전을 목적으로 하는 도면 밖의 회로)가 필요로 하는 전류의 모두가 접점(74) 및 접점(79) 사이를 통과한다. 그로 인해, 부하 회로가 필요로 하는 전류가 최소 방전 전류 이상이면, 개방 분리시에는 상기 접점(74) 및 접점(79) 사이에 아크 방전이 발생되어 버린다. 부하 회로가 필요로 하는 전류가 전기 접점 장치(X5)의 최소 방전 전류 이상인 경우는 많다.
아크 방전의 발생 및 절단은 접점(74, 79)을 구성하는 재료의 용융, 증발 및 재응고를 수반하고 접점 재료의 소모 및 전이 및 접점(74) 및 접점(79) 사이의 접촉 저항의 변동을 일으켜 버린다. 그로 인해, 접점(74) 및 접점(79) 사이에 생기는 아크 방전의 횟수가 증가할수록 전기 접점 장치(X5)의 신뢰성은 저하하는 경향이 있고 수명은 짧아지는 경향이 있다. 대전류를 통전 및 차단하기 위해 전기 접점 장치(X5)를 사용하는 경우에는, 신뢰성 저하 및 단명화는 특히 현저해진다.
또한, 종래의 전기 접점 장치(X5)에 있어서는, 폐쇄 상태로써 충분히 작은 접촉 저항을 달성하기 위해, 접점(74, 79)은 저저항인 동 베이스와, 저저항으로 내식성을 가져 상기 베이스를 덮는 금속 피막(Au, Ag, Pd, Pt 등)에 의해 구성되는 경우가 많다. 그러나, 이들 저저항 금속은 비교적 낮은 융점을 갖기 때문에, 아크 방전시에 생기는 열에 의해 용융하기 쉽고, 따라서 소모 및 전이하기 쉽다. 아크 방전시에 생기는 열에 의해서도 용융하기 어려운 금속 재료는 비교적 큰 저항을 갖기 때문에, 접촉 저항을 저하하게 하는 것이 중요한 과제인 종래의 전기 접점 장치(X5)에 있어서, 고융점의 금속 재료를 접점 구성 재료로 하여 채용하는 것은 실용상 곤란하다.
아크 방전을 억제하기 위한 수법으로서, 전기 접점 장치(X5)에는 불꽃 소거기가 부설되는 경우가 있다. 불꽃 소거기는, 예를 들어 바리스터나 다이오드이며, 접점(74, 79)으로 이루어지는 전기 접점에 대해 전기적으로 병렬로 접속된다. 그러나, 전기 접점 장치(X5)는 개별로 부가적인 부품이 필요하기 때문에 장치 사이즈 및 제조 비용의 관점으로부터는 불꽃 소거기의 채용은 바람직하지 못한 경우가 있다.
또한, 전기 접점 장치(X5)에 있어서는 가동자(71)의 회전 동작에 의한 전류 통로의 접속시에, 접점(74)과 접점(79) 사이에 먼지 등의 이물질이 개재되면, 양호한 폐쇄 상태가 저해된다. 이러한 결점을 회피하기 위해, 종래의 전기적 접점 장치(X5)에 있어서는 단자 접점 구조의 가동자(71) 대신에, 도25에 도시한 바와 같은 가동자(71')가 채용되는 경우가 있다. 가동자(71')는 쌍자 구조를 갖는 도체 부재(73')와, 상기 도체 부재(73')에 있어서의 각 갈래의 일단부 부근에 하나씩 설치된 두개의 접점(74')과, 도체 부재(73')에 장착된 소켓(75)으로 이루어지며, 단일의 도체 부재(73')에 2개의 접점(74')이 설치된 소위 쌍자 접점 구조를 갖는다. 도체 부재(73')에는 리드(76)가 전기적이면서 또한 기계적으로 접속되어 있다. 또한, 가동자(71')는 가동자(71)와 마찬가지로, 케이스(도시 생략)에 고정되어 있는 핀(77)을 축심으로서 회전 가능하다.
이러한 쌍자 접점 구조의 가동자를 구비하는 전기 접점 장치에 대해서는, 예를 들어 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 평5-54786호 공보
[특허 문헌 2]
일본 특허 공개 평10-12117호 공보
쌍자 접점 구조의 가동자(71')를 구비하는 전기 접점 장치(X5)에 있어서는, 가동자(71')의 회전 동작에 의한 전류 통로의 접속시에, 2개의 접점(74') 중 한 쪽과 접점(79) 사이에 이물질이 개재되는 경우라도, 상기 이물질이 과대가 아니면, 다른 쪽과 접점(79)과는 접촉한다. 그 결과, 원하는 폐쇄 상태는 달성된다. 그러나, 이러한 쌍자 접점 구조의 가동자(71')를 채용하는 경우라도, 단자 접점 구조의 가동자(71)를 채용하는 경우와 마찬가지로, 전기 접점 장치(X5)에 있어서 여전히 아크 방전은 발생하기 쉽다.
본 발명은, 이러한 사정 하에 비추어 이루어진 것으로, 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있는 전기 접점 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명에 관한 전기 접점 장치에 있어서의 회로 구성을 도시하는 도면.
도2는 도1에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치의 동작 개념을 도시하는 회로도.
도3은 본 발명에 관한 다른 전기 접점 장치에 있어서의 회로 구성을 도시하는 도면.
도4는 도3에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치의 동작 개념을 도시하는 회로도.
도5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전기 접점 장치의 개방 상태를 도시하는 도면.
도6은 도5에 도시한 전기 접점 장치의 폐쇄 상태를 도시하는 측면도.
도7은 도5 및 도6에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 제조 공정을 도시하는 도면.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전기 접점 장치를 도시하는 도면.
도9는 도8에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 제조 공정을 도시하는도면.
도10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전기 접점 장치를 도시하는 도면.
도11은 도10에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 평면도.
도12는 도10에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 제조 방법에 있어서의 일부의 공정을 도시하는 도면.
도13은 도12에 계속되는 공정을 도시하는 도면.
도14는 도13에 계속되는 공정을 도시하는 도면.
도15는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전기 접점 장치의 변형예를 도시하는 도면.
도16은 도15에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 평면도.
도17은 도15에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 제조 방법에 있어서의 일부의 공정을 도시하는 도면.
도18은 도17에 계속되는 공정을 도시하는 도면.
도19는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전기 접점 장치를 도시하는 도면.
도20은 도19에 도시한 전기 접점 장치의 제1 접촉자의 평면도.
도21은 본 발명에 관한 전기 접점 장치가 스톱퍼를 구비하는 경우의 모식적인 단면도.
도22는 개방 상태에 있는 종래의 전기 접점 장치를 도시하는 도면.
도23은 폐쇄 상태에 있는 도22의 전기 접점 장치를 도시하는 도면.
도24는 아크 방전 발생 확률의 접점간 전류 의존성의 일예를 나타내는 그래프.
도25는 도22의 전기 접점 장치의 변형예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
C1 : 접점부
C2 : 제2 접점부
X1 내지 X4, X3' : 전기 접점 장치
10, 30, 40, 60 : 제1 접촉자
11, 31, 41, 61 : 베이스부
31a, 41d, 61d : 대들보부
12, 32, 42, 62 : 돌기부
13 : 평면 전극
33, 43, 63 : 전극
20 : 제2 접촉자
21 : 기판
22 : 공통 평면 전극
본 발명의 제1 측면에 따르면 전기 접점 장치가 제공된다. 이 전기 접점 장치는 기계적으로 개폐하는 전기 접점 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 전기 접점에 대해 직렬로 배치된 저항체를, 각각이 포함하는 복수의 지로(枝路)가 병렬로 배치된 회로 구성을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성의 전기 접점 장치에 있어서는, 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 측면에 관한 전기 접점 장치에 있어서의 회로 구성을 나타낸다. 도1의 회로도에 있어서는, 한 쌍의 접점(C1, C2)으로 이루어지는 전기 접점인 스위치(Si)(i = 1, 2, 3, … , N)와, 저항(Rbi)(i = 1, 2, 3, … , N)이 단일의 지로에 있어서 직렬로 배치되어 있다. 외부 접속용의 단자(E1, E2) 사이에 있어서 복수의 지로는 병렬로 배치되어 있다. 스위치(Si)를 구성하는 전기 접점은 접촉 저항(Rci)(i = 1, 2, 3, … , N)을 갖고, 상기 Rci는 각 지로에서 Rci < Rbi를 충족시킨다.
단자(E1, E2) 사이에 소정의 정전압을 인가하면, 서로 병렬인 복수의 지로에는 전부 동일 정전압이 인가된다. 각 지로에 착안하면, 인가 전압이 일정한 경우 스위치(Si)의 폐쇄 상태에 있어서는 Rci 및 Rbi를 합한 저항에 따른 전류가 지로를 통과하게 된다. 통과 전류는 소정의 Rci에 대해 Rbi를 크게 할수록 작아진다. 따라서, Rci에 대해 Rbi를 충분히 크게 설정함으로써, 각 지로의 폐쇄 상태의스위치(Si)(전기 접점)를 통과하는 전류를 상기 전기 접점의 최소 방전 전류보다도 작게 설정할 수 있다. 본 장치에 있어서 안정된 스위칭 특성을 얻는다는 관점으로부터는, Rci 및 Rbi의 각각에 대해 이상적으로는 모든 지로에 있어서 동일하게 설정된다.
또한, 모든 스위치(Si)를 온(ON)이라고 하면, 각 지로의 저항 및 지로수에 따른 전류가 본 전기 접점 장치를 통과하게 된다. 통과 전류는 지로수를 증가시킬수록 증대한다. 따라서, 각 지로를 최소 방전 전류 미만의 전류가 통과하는 조건 하에 있어서도 지로수를 적절하게 설정함으로써, 모든 스위치(Si)가 온 상태에 있는 본 전기 접점 장치에 대해 원하는 대전류를 통과시킬 수 있다. 모든 스위치(Si)를 동시적으로 오프 상태로 함으로써, 상기 대전류는 차단된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 측면에 관한 전기 접점 장치에 있어서는, 각 지로의 저항을 크게 설정함으로써, 지로를 통과하는 전류를 최소 방전 전류 미만으로 할 수 있어, 이와 동시에 서로 병렬인 다수의 지로를 설치하여 상기 다수의 지로에 의한 병렬 회로의 총저항을 작게 설정함으로써, 상기 병렬 회로에 대해 원하는 대전류를 통과시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 전기 접점 장치에 따르면, 모든 스위치(Si)를 동시적으로 온/오프 조작함에 따른 원하는 대전류의 스위칭에 있어서, 아크 방전의 발생을 회피 및 충분히 억제하는 것이 가능한 것이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면 다른 전기 접점 장치가 제공된다. 이 전기 접점 장치는 서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고, 복수의 지로 유닛의 각각은 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 전기 접점에 대해 직렬로 접속하는 저항 부재부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전기 접점 장치에 있어서는, 제1 측면에 관한 상술한 회로 구성을 실현할 수 있다. 제1 접점부, 제2 접점부 및 저항 부재부는, 도1의 회로도에 있어서의 접점(C1), 접점(C2) 및 저항(Rbi)에 상당한다. 따라서, 본 발명의 제2 측면에 따라서도 제1 측면에 관해 상술한 바와 같이, 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 전기 접점 장치는 바람직하게는, 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 제1 면 상에 설치되고 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와, 제1 면에 대향하여 배치되고 또한 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 갖고, 복수의 저항 부재부는 각각 베이스부 및 돌기부의 내부로 구성되어 있다. 평면 전극부는 도1의 회로도에 있어서의 외부 접속용의 단자(E2)에 상당한다.
이러한 구성에 있어서는, 베이스부 및 평면 전극부를 상대적으로 접근시켜 모든 돌기부의 돌기 단부를 평면 전극부에 접촉시킴으로써, 모든 전기 접점의 제1 접점부 및 제2 접점부는 폐쇄 상태가 된다. 상기 폐쇄 상태가 달성된 후, 베이스부 및 평면 전극부를 상대적으로 이격시켜 모든 돌기부의 돌기 단부를 평면 전극으로부터 격리시킴으로써, 모든 전기 접점의 제1 접점부 및 제2 접점부는 개방 상태로 된다. 베이스부 및 평면 전극부의 상대 동작은 고정된 평면 전극부에 대해 베이스부를 구동함으로써 달성해도 좋고, 고정된 베이스부에 대해 평면 전극부를 구동함으로써 달성해도 좋다. 또한, 상기 상대 동작은 베이스부 및 평면 전극부의 쌍방을 구동함으로써 달성해도 좋다.
또한, 베이스부 및 복수의 돌기부를 갖는 구조체의 제작에 있어서는, 예를 들어 실리콘 기판 등의 재료 기판 등을 에칭 가공하는 마이크로 머시닝 기술을 이용할 수 있다. 마이크로 머시닝 기술에 따르면, 100 내지 100000 이상의 매우 다수의 돌기부라도, 베이스부에 대해 일괄하여 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 마이크로 머시닝 기술을 이용하면, 전기 접점 장치에 있어서 매우 다수의 서로 병렬인 지로를 형성하는 것이 가능하고, 상기 병렬 회로에 있어서, 예를 들어 종래의 접점쌍의 접촉 저항과 동등한 낮은 접촉 저항(1 내지 100 ㏁ 정도)을 실현하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 베이스부의 제2 면에는 복수의 저항 부재부와 전기적으로 접속하는 공통 전극이 설치되어 있다. 공통 전극은, 도1의 회로도에 있어서의 외부 접속용의 단자(E1)에 상당한다.
바람직하게는, 베이스부는 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 제1 접점부 및 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는다. 이 경우, 바람직하게는 베이스부는 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있다. 혹은, 바람직하게는 베이스부는, 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있다. 이러한 구성은, 베이스부 및 평면 전극부를 상대적으로 접근시켜 모든 돌기부의 돌기 단부를 평면 전극부에 양호하게 접촉시키는 데에 있어서 적합하다.
바람직하게는, 베이스부 및 돌기부는 재료 기판으로부터 일체적으로 성형되어 있다. 마이크로 머시닝 기술에 따르면, 단일의 재료 기판으로부터 베이스부 및 돌기부를 일체적으로 성형할 수 있고, 특히 다수의 전기 접점을 내재하는 전기 접점 장치의 제조에 있어서, 효율화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 바람직하게는 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 저항 부재부의 각각의 저항치(Rb)는 Rb > Vmax/Imin을 충족시킨다. 또한, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하고, 또한 본 전기 접점 장치의 전체 저항을 Rs로 하는 경우에는, 바람직하게는 지로 유닛의 배치수(N)는 N > Vmax/(RsㆍImin)를 충족시킨다. 이들 2개의 관계식은 아래와 같이 도출된다.
본 발명의 제2 측면에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 전기 접점의 수를 N(N > 3)으로 하고, 1개의 전기 접점에 있어서의 접촉 저항을 전부 동일한 Rc로 하고, 또한 개개의 전기 접점에 직렬로 접속된 저항체의 저항을 전부 동일한 Rb라 하면, N개의 전기 접점이 실질적으로 동시에 개폐하는 전기 접점 장치에 있어서의 상기 장치의 접촉 저항(Rs)은, 하기 식 (1)에 나타낸다. 본 발명에 관한 전기 접점장치의 경우, Rs는 장치의 내부 저항에 상당하여 모든 전기 접점이 폐쇄 상태에 있을 때의 장치의 전체 저항이며, 개개의 전기 접점에 있어서의 접촉 저항이 아니다.
Rs = (Rc + Rb)/N (1)
Rc는 예를 들어 1 내지 100 ㏁ 정도이며, 이러한 Rc에 대해 충분히 큰 Rb를 채용하여 Rb ≫ Rc라 하면, 식 (1)로부터 하기 식 (2)가 얻어진다.
Rs = Rb/N (2)
전기 접점 장치 전체적으로 아크 방전이 일어나지 않는 조건을 조사하기 위해서는, 1개의 접점만이 개폐되어도 방전이 일어나지 않는 조건을 조사하면 좋다. 모든 스위치를 동시에 개폐하려고도, 스위치의 개폐 동작을 엄밀하게 추적하면, 따로따로 개폐되어 버려 1개의 접점에 있어서 가장 대전류가 흐르는 것은, 최후의 1개의 접점이 개폐될 때이기 때문이다.
도2는 본 발명에 관한 전기 접점 장치를 실제로 동작시킬 때의 회로도를 나타낸다. 전원의 전압(DC 또는 AC)을 Vin으로 한다. 또한, 전원측의 입력 임피던스를 Rin으로 하고, 출력측의 부하의 임피던스를 Rout으로 한다. Rin 및 Rout은 동작 대상에 따라서 크게 다를 수 있지만, 적어도 장치의 접촉 저항(Rs)보다도 충분히 큰 값(예를 들어 10 Ω 이상)을 갖는 경우가 많다. 모든 전기 접점이 폐쇄 상태에 있을 때에 장치 전체에 흐르는 전류(I)는, 하기 식 (3)에 의해 나타낸다.
I = Vin/(Rin + Rout + Rb/N) (3)
전기 접점수는 N이기 때문에, 이 때에 각 지로 유닛 및 각 전기 접점에 흐르는 전류치(IO)는 하기 식 (4)에 의해 나타낸다.
IO= I/N = Vin/(Nㆍ(Rin + Rout + Rb) (4)
장치가 완전한 폐쇄 상태(모든 전기 접점이 폐쇄 상태)로부터 완전한 개방 상태(모든 전기 접점이 개방 상태)로 천이하는 과정에 있어서는, 엄밀하게는 N개의 전기 접점은 개개 독립으로 개방 상태가 된다. 이 천이 과정에 있어서의 어느 순간을 포착하면, N개 중 n(1 < n < N)개의 접점이 개방 상태(오프)에 있는 경우, 폐쇄 상태(온)에 있는 (N - n)개의 접점 중 1개당 흐르고 있는 전류치(in)는 하기 식 (5)에 의해 나타낸다.
In= Vin/(N - n)ㆍ(Rin + Rout + Rb)/(N - n)
= Vin(N - n)ㆍ(Rin + Rout + Rb) (5)
식 (4)와 식 (5)를 비교하면, 명백하게 iO< in이며, 개방 상태의 전기 접점의 수가 증가함에 따라서, 폐쇄 상태의 각 전기 접점에 흐르는 전류는 증가하고, 최후의 1 접점만이 접속된 상태에서 상기 전류는 최대가 된다. 그 때의 전류치(iN-1)는 식 (5)로부터 하기 식 (6)과 같이 유도된다.
IN-1= Vin/(Rin + Rout + Rb) (6)
최후의 1 접점이 개방 분리될 때에 전기 접점당의 전류치가 최대가 되는 것은, 식 (4)와 식 (6)의 비교로부터 이해할 수 있다.
Rin 및 Rout을 포함하는 회로 구성을 갖는 장치에 대해 인가되는 전압의 최대치를 Vmax(릴레이의 카탈로그 등에는 접점 전압의 최대 허용치로서 기술되는 값에 상당함)로 하고, 또한 접점 재료로 결정되는 최소 방전 전류치를 Imin이라 하면, 아크 방전을 방지하기 위해서는 상기 장치에 있어서 하기 식 (7)을 성립시키면 좋다. 최소 방전 전류의 값은, 예를 들어 아크 방전 전류 발생 확률이 소정의 값 이하인 경우의 전류치이며, 전기 접점 장치의 용도에 따라서 적절하게 결정하는 것이 바람직하다.
IN-1= Vmax/(Rin + Rout + Rb) < Imin (7)
한편, 식 (6)으로부터는 하기 식 (8)이 유도된다. 또한, Rin 및 Rout은 장치 외부의 요인이므로, 장치 내부의 요인만으로 설계의 목적을 부여하는 데는 하기 식 (9)를 성립시키면 좋다.
IN-1= Vmax/(Rin + Rout + Rb) < Vmax/Rb (8)
Vmax/Rb < Imin (9)
식 (9)가 성립되면, 도2에 있어서의 Rin 및 Rout의 값에 관계없이, 본 전기 접점 장치에 있어서 아크 방전은 충분히 억제되는지 발생하지 않는다. 최소 방전 전류(Imin) 미만에 있어서의 아크 방전 발생 확률이 0 ％인 것 같은 Imin을 채용하는 경우에 식 (9)가 성립되면, 도2에 있어서의 Rin 및 Rout의 값에 관계없이, 본 전기 접점 장치에 있어서 아크 방전은 발생하지 않는다.
식 (9)로부터는 하기 식 (10)이 얻어진다. 식 (10)은 아크 방전을 억제 및 방지하기 위해 요하는 각 저항 부재부의 저항의 크기(Rb)가 최대 인가 전압(예를들어 장치의 사양치로서의 최대 접점 전압)(Vmax)과, 채용하는 접점 재료로부터 결정되는 최소 방전 전류(Imin)로부터, 실질적으로 정해지는 것을 의미한다.
Rb > Vmax/Imin (10)
또한, 식 (10)에 식 (2)를 대입함으로써, 하기 식 (11)이 유도된다. 식 (11)은 병렬로 접속해야 할 전기 접점의 수 N에 대해, 아크 방전 억제의 관점으로부터 어느 정도로 하면 좋은지를 시사한다.
N > Vmax(RsㆍImin) (11)
종래의 전기 접점에서는 접점간에 발생한 아크 방전을 멈추기 위해, 전기 접점의 개방 분리 동작에 있어서 긴 접점간 거리를 실현하고 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 식 (10) 및 식 (11)을 충족하도록 설계함으로써, 처음부터 방전을 생기지 않게 할 수 있으므로, 개방 상태의 접점간 거리를 종래의 전기 접점 장치의 그보다도 대폭 짧게 하는 것이 가능하다. 또한, 각 지로 유닛을 흐르는 전류가 작기 때문에, 전기 접점의 개방 분리시에 있어서 접점간 전류의 집중에 의한 발열로 발생하는 브릿지 현상도 대폭 저감된다.
접점수를 많게 하여 1개당의 전류치를 낮추는 점의 이점은, 지로 유닛을 흐르는 전류를 최소 방전 전류 미만으로 억제함으로써 아크 방전을 방지하는 점에다가, 복수의 전기 접점이 시간과 함께 차례 차례로 개방 분리 또는 접합해 갈 때에 생기는 유도 전압(dI/dt)을 억제할 수 있는 점에도 있다. 유도 전압을 억제하면, 각 전기 접점으로부터 발생할 수 있는 전자 노이즈를 저감할 수 있다. 또한, 유도 전압에 의해 2차적으로 발생할 수 있는 아크 방전을 방지하는 것도 가능해진다.
본 발명의 제3 측면에 따르면 다른 전기 접점 장치가 제공된다. 이 전기 접점 장치는, 서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고, 복수의 지로 유닛의 각각은 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지고 또한 상기 지로 유닛을 방전 전류가 흐르는 것을 저지하기 위한 접촉 저항을 갖는 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성의 전기 접점 장치에 있어서는, 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
도3은 본 발명의 제3 측면에 관한 전기 접점 장치에 있어서의 회로 구성을 나타낸다. 도3의 회로도에 있어서는, 한 쌍의 접점(C1, C2)으로 이루어지는 전기 접점인 스위치(Si)(i = 1, 2, 3, … , N)가 단일의 지로 유닛에 포함되어 있다. 외부 접속용의 단자(E1, E2) 사이에 있어서, 복수의 지로 유닛은 병렬로 배치되어 있다. 스위치(Si)를 구성하는 전기 접점은 접촉 저항(Rci)(i = 1, 2, 3, … , N)을 갖고, 상기 Rci는 지로 유닛을 방전 전류가 흐르는 것을 저지할수록 큰 저항이다. 방전 전류라 함은, 접점간에 아크 방전을 생기게 하는 정도에 큰 전류를 말한다.
단자(E1, E2) 사이에 소정의 정전압을 인가하면, 서로 병렬인 복수의 지로 유닛에는 전부 동일 정전압이 인가된다. 각 지로 유닛에 착안하면, 인가 전압이 일정한 경우, 스위치(Si)의 폐쇄 상태에 있어서는 Rci에 따른 전류가 지로 유닛을 통과하게 된다. 본 발명의 제2 측면에 있어서는 Rci가 충분히 큰 저항을 갖기 때문에, 각 지로 유닛에는 아크 방전을 유발시키는 큰 전류는 흐르지 않는다. 즉, 각 지로 유닛에는 최소 방전 전류 미만의 전류가 흐른다. 본 장치에 있어서 안정된 스위칭 특성을 얻는다는 관점으로부터는, 각 전기 접점의 Rci에 대해 이상적으로는 전부 동일하게 설정된다.
또한, 모든 스위치(Si)를 온이라고 하면, 각 지로 유닛의 저항 및 전기 접점의 접촉 저항(Rci) 및 지로 유닛수에 따른 전류가 본 전기 접점 장치를 통과하게 된다. 통과 전류는 지로 유닛수를 증가시킬수록 증대한다. 따라서, 각 지로 유닛을 최소 방전 전류 미만의 전류가 통과하는 조건 하에 있어서도, 지로 유닛수를 적절하게 설정함으로써, 모든 스위치(Si)가 온 상태에 있는 본 전기 접점 장치에 대해 원하는 대전류를 통과시킬 수 있다. 모든 스위치(Si)를 동시적으로 오프 상태로 함으로써, 상기 대전류는 차단된다.
이와 같이, 본 발명의 제3 측면에 관한 전기 접점 장치에 있어서는, 각 지로 유닛에 있어서 전기 접점과는 별도로 저항 부재부를 설치하지 않아도, 전기 접점 자체의 접촉 저항을 충분히 크게 설정함으로써, 지로 유닛을 통과하는 전류를 최소 방전 전류 미만으로 할 수 있고, 이와 함께 서로 병렬인 다수의 지로 유닛을 설치하여 상기 다수의 지로 유닛에 의한 병렬 회로의 총저항을 작게 설정함으로써, 상기 병렬 회로에 대해 원하는 대전류를 통과시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3 측면에 따라서도 제1 측면에 관하여 상술한 바와 같이, 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 있어서, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 바람직하게는 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각의 저항치(Rc)는 Rc > Vmax/Imin을 충족시킨다. 또한, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하고, 또한 본 전기 접점 장치의 전체 저항을 Rs로 하는 경우에는, 바람직하게는 지로 유닛의 배치수(N)는 N > Vmax/(RsㆍImin)을 충족시킨다. 이들 2개의 관계식은 아래와 같이 도출된다.
본 발명의 제3 측면에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 전기 접점의 수를 N(N > 3)으로 하고, 또한 1개의 전기 접점에 있어서의 접촉 저항을 전부 동일 Rc라 하면, N개의 전기 접점이 실질적으로 동시에 개폐하는 전기 접점 장치에 있어서의 상기 장치의 접촉 저항(Rs)은 하기 식 (12)에 나타낸다. 본 발명에 관한 전기 접점 장치의 경우 Rs는 장치의 내부 저항에 상당하고, 모든 전기 접점이 폐쇄 상태에 있을 때의 장치의 전체 저항이며, 개개의 접점의 접촉 저항은 아니다.
Rs = Rc/N (12)
전기 접점 장치 전체적으로 아크 방전이 일어나지 않는 조건을 조사하기 위해서는, 제2 측면에 관하여 상술한 바와 같이 1개의 접점만이 개폐되어도 방전이 일어나지 않는 조건을 조사하면 좋다.
도4는 본 발명의 제3 측면에 관한 전기 접점 장치를 실제로 동작시킬 때의 회로도를 나타낸다. 전원의 전압(DC 또는 AC)을 Vin으로 한다. 또한, 전원측의 입력 임피던스를 Rin으로 하고, 출력측의 부하의 임피던스를 Rout으로 한다. Rin 및 Rout은 동작 대상에 따라서 크게 다를 수 있지만, 적어도 장치의 접촉 저항(Rs)보다도 충분히 큰 값(예를 들어 10 Ω 이상)을 갖는 것이 많다. 장치 전체에 흐르는 전류(I)는 하기 식 (13)에 의해 나타낸다.
I = Vin/(Rin + Rout + Rc/N) (13)
제2 측면에 관한 전기 접점 장치에 관해서 식 (3)을 기초로 하여 식 (9)를 도출한 바와 같이 하여 제3 측면에 관한 전기 접점 장치에 관해서 식 (13)으로부터 하기 식 (14)를 도출할 수 있다. 식 (14)를 도출하는 과정에 있어서는, 식 (4) 내지 식 (8)에 있어서의 Rb가 Rc로 치환된 관계식이 얻어진다.
Vmax/Rc < Imin (14)
식 (14)가 성립되면, 도4에 있어서의 Rin 및 Rout의 값에 관계없이, 본 전기 접점 장치에 있어서 아크 방전은 충분히 억제되는지 발생하지 않는다. 최소 방전 전류(Imin) 미만에 있어서의 아크 방전 발생 확률이 0 ％인 Imin을 채용하는 경우에 식 (14)가 성립되면, 도4에 있어서의 Rin 및 Rout의 값에 관계없이 본 전기 접점 장치에 있어서 아크 방전은 발생하지 않는다.
식 (14)로부터는 하기 식 (15)가 얻어진다. 식 (15)는 아크 방전을 억제 및 방지하기 위해 요하는 각 전기 접점의 접촉 저항의 크기(Rc)가, 최대 인가 전압(예를 들어 장치의 사양치로서의 최대 접점 전압)(Vmax)과, 채용하는 접점 재료로부터 결정되는 최소 방전 전류(Imin)로부터, 실질적으로 정해지는 것을 의미한다.
Rc > Vmax/Imin (15)
또한, 식 (15)에 식 (12)를 대입함으로써, 하기 식 (16)이 유도된다. 식 (16)은 병렬로 접속해야 할 전기 접점의 수(N)에 대해, 아크 방전 억제의 관점으로부터 어느 정도로 하면 좋은지를 시사한다. 식 (16)은 식 (11)과 동일하다.
N > Vmax/(RsㆍImin) (16)
종래의 전기 접점에서는 접점간에 발생한 아크 방전을 없애기 위해, 전기 접점의 개방 분리 동작에 있어서 긴 접점간 거리를 실현하고 있었다. 그러나, 본 발명의 제3 측면에 따르면, 식 (15) 및 식 (16)을 충족하도록 설계함으로써, 처음부터 방전을 생기지 않게 할 수 있으므로, 개방 상태의 접점간 거리를 종래의 전기 접점 장치의 그보다도 대폭 짧게 하는 것이 가능하다. 또한, 각 지로를 흐르는 전류가 작으므로, 전기 접점의 개방 분리시에 있어서 접점간 전류의 집중에 의한 발열로 발생하는 브릿지 현상도 대폭 저감된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면 다른 전기 접점 장치가 제공된다. 이 전기 접점 장치는 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 제1 면 상에 설치되고 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와, 제1 면에 대향하여 배치되고 또한 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고, 베이스부 및 돌기부는 재료 기판으로부터 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전기 접점 장치에 있어서는, 각각이 제1 및 제2 접점부로 이루어지는 복수의 전기 접점이 서로 병렬로 접속하고 있다. 따라서, 각 전기 접점에 대해 직렬로 소정의 저항을 배치함으로써, 도1에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치를 구성할 수 있다. 또한, 각 전기 접점에 있어서 소정의 접촉 저항을 설정함으로써, 도3에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치를 구성할 수도 있다. 이들 경우, 본 발명의 제4 측면에 따라서도, 제1 측면에 관하여 상술한 바와 같은 효과가 발휘된다. 또한, 재료 기판으로부터 일체적으로 성형된 베이스부 및 돌기부는 마이크로 머시닝 기술을 이용하면 얻을 수 있고, 상기 마이크로 머시닝 기술을 이용하면, 특히 다수의 전기 접점을 내재하는 전기 접점 장치의 제조에 있어서, 효율화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제5 측면에 따르면 다른 전기 접점 장치가 제공된다. 이 전기 접점 장치는, 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 제1 면 상에 설치되고 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와, 제1 면에 대향하여 배치되고 또한 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고, 베이스부는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 제1 접점부 및 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전기 접점 장치에 있어서는, 각각이 제1 및 제2 접점부로 이루어지는 복수의 전기 접점이 서로 병렬로 접속하고 있다. 따라서, 각 전기 접점에 대해 직렬로 소정의 저항을 배치함으로써, 도1에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치를 구성할 수 있다. 또한, 각 전기 접점에 있어서 소정의 접촉 저항을 설정함으로써, 도3에 도시한 회로 구성을 갖는 전기 접점 장치를 구성할 수도 있다. 이들 경우, 본 발명의 제5 측면에 따라서도, 제1 측면에 관하여 상술한 바와 같은 효과가 발휘된다. 또한, 베이스부에 있어서 전기 접점마다 설치되어 있는 가요 구조는, 베이스부 및 평면 전극부를 상대적으로 접근시켜 모든 돌기부의 돌기 단부를 평면 전극부에 양호하게 접촉시키는 데에 있어서 적합하다.
본 발명의 제5 측면에 있어서, 바람직하게는 베이스부는 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있다. 혹은, 바람직하게는 베이스부는, 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있다.
본 발명의 제2 내지 제5 측면에 있어서, 바람직하게는 제1 접점부 및/또는 제2 접점부는, Ta, W, C, Mo으로부터 선택되는 금속 원소를 포함하는 금속, 산화물, 또는 질화물로 이루어진다. Ta, W, C, Mo으로부터 선택되는 금속 원소를 포함하는 금속, 산화물 또는 질화물은 전기 접점을 구성하는 데 적절한 높은 융점이나 비점을 갖는 경향이 있다. 또, 바람직하게는 제1 접점부 및/또는 제2 접점부는 3000 ℃ 이상의 융점을 갖는 재료로 이루어진다.
전기 접점의 기술 분야에서는, 종래 접촉 저항을 낮추는 것이 전기 접점의 필수 사항이라고 생각되어 왔다. 그로 인해, 접점을 구성하기 위한 금속 재료로서는 Cu, Au, Ag, Pd, Pt 등의 도전성이 높은 금속이나 그 합금이 다용되어 왔다. 그러나, 본 발명의 구성에 있어서는 지로마다, 어느 정도의 직렬 저항을 필요로 하기 때문에, 저항을 높게 하기 위해 접점 재료로서는 실용적이지 않았던 금속 재료로부터도 접점 재료의 선택이 가능하다. 따라서, 본 발명에 있어서는 고저항이라도 융점이나 비점이 높은 재료를 접점 재료로서 사용할 수 있다. 융점이나 비점이 높은 재료에 의해 접점을 형성하면, 용융이나 증발에 의한 접점 구성 재료의 소모및 전이가 억제되어 접점의 열화를 적절하게 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 전기 접점 장치가 상술한 베이스부 및 평면 전극부를 갖는 경우에는, 상기 전기 접점 장치는 바람직하게는, 베이스부 및 평면 전극부가 허용최소 거리 미만에 접근하는 것을 저지하기 위한 절연 재료로 이루어지는 스톱퍼를 더 구비한다. 이러한 구성에 따르면, 베이스부 및 평면 전극부가 허용 최소 거리 미만으로 지나치게 접근하는 것을 적절히 저지할 수 있다. 예를 들어, 베이스부가 상술한 가요 구조를 갖는 경우, 베이스부 및 평면 전극부가 허용 최소 거리 미만으로 접근함으로써 돌기부가 지나치게 압동되어, 상기 가요 구조가 파손되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
바람직하게는 베이스부 및 돌기부는 실리콘 재료로 이루어지고, 도체막 베이스부 및 도체막 돌기부에 있어서의 적어도 저항 부재부에는 불순물이 도핑되어 있다. 베이스부 및 돌기부는, 예를 들어 마이크로 머시닝 기술 등에 의해 실리콘 기판으로부터 성형할 수 있다. 이 경우, 베이스부 및 돌기부의 내부에 대해, 필요에 따라서 P, As, B 등의 불순물을 도핑함으로써, 저항 부재부가 형성되는 부위에 있어서의 저항치를 상승 또는 저하시키고, 그 결과 원하는 저항치를 갖는 저항 부재부를 형성할 수 있다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 고정부와 상기 고정부에 고정되어 있는 대들보부와, 상기 대들보부 상에 설치되어 있는 돌기부를 포함하는 구조체를 구비하는 전기 접점 장치의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은 제1 층, 제2 층 및 상기 제1 층 및 제2 층 사이의 중간층에 의한 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서의제1 층에 대해, 돌기부 형성용의 제1 마스크 패턴을 거쳐서 에칭 처리를 행함으로써, 제1 층에 있어서 돌기부를 형성하는 제1 에칭 공정과, 대들보부 형성용이며 전극 돌기부를 덮는 제2 마스크 패턴을 거쳐서, 제1 층에 대해 중간층에 이를 때까지 에칭 처리를 행함으로써, 제1 층에 있어서 대들보부를 형성하는 제2 에칭 공정과, 중간층의 일부를 에칭 제거함으로써, 제2 층과 대들보부 사이에 공극을 형성하는 제3 에칭 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방법은, 마이크로 머시닝 기술에 있어서, 본 발명의 제1 내지 제5 측면에 관한 전기 접점 장치를 제조하는 데에 있어서 적합하다.
이 제조 방법은, 바람직하게는 제3 에칭 공정 후에 제1 층측으로부터 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 고정부에 있어서의 도체막 상에 배선용의 제3 마스크 패턴을 형성하는 공정과, 제3 마스크 패턴을 거쳐서 도체막을 패턴닝함으로써 배선을 형성하는 공정을 더 포함한다. 혹은, 이 제조 방법은 바람직하게는, 제1 에칭 공정 후에 제1 층측으로부터 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 제1 층으로부터 제1 마스크 패턴을 제거하는 공정을 더 포함한다. 이와 같이 하여, 대들보부 및 돌기부와 전기적으로 접속하는 배선을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 제1 에칭 공정에 차는 에칭 처리는 등방성 에칭이다. 이러한 구성은 끝이 가늘어진 형상의 돌기부를 형성하는 데에 있어서 적합하다.
바람직하게는, 제1 층 및 제2 층은 실리콘 재료로 이루어져 중간층은 산화실리콘으로 이루어진다. 실리콘 재료라 함은, 예를 들어 단결정실리콘, 폴리실리콘 및 이들에 불순물을 도핑한 것이다. 이들 실리콘 재료는, 산화실리콘과는 다른 에칭 특성을 갖는다. 따라서, 본 구성에 따르면 제1 에칭 공정시에 중간층이 부당하게 에칭되는 것 및 제2 에칭 공정시에 제2 층이 부당하게 에칭되는 것을, 적절하게 방지할 수 있다.
도5 및 도6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X1)를 도시한다. 전기 접점 장치(X1)는 제1 접촉자(10) 및 제2 접촉자(20)를 구비한다. 제1 접촉자(10)는 베이스부(11)와, 복수의 돌기부(12)와, 평면 전극(13)을 갖는다. 베이스부(11)는 소정의 도전성을 갖는 예를 들어 실리콘 재료로 이루어진다. 복수의 돌기부(12)는 베이스부(11)에 있어서의 동일면측에 소정의 배치로 설치되어 있다. 돌기부(12)의 배치 개수는 예를 들어 100개 내지 10만개이다. 각 돌기부(12)는, 예를 들어 원추 형상이나 각추 형상을 갖고, 베이스부(11)와 일체이며 베이스부(11)와 동일 재료로 이루어진다. 돌기부(12) 및 베이스부(11)에 있어서 돌기부(12)에 연속되는 부위의 두께 방향의 전체는, 필요에 따라서 불순물에 의해 도핑되어 있다. 이에 의해, 베이스부(11) 및 돌기부(12)의 내부로서, 원하는 저항치를 갖는 저항 부재부가 형성되어 있다. 상기 불순물로서는, 예를 들어 P, As, B를 채용할 수 있다. 베이스부(11)로부터의 돌기부(12)의 높이는 예를 들어 1 내지 300 ㎛이며, 추 형상의 바닥면에 관한 길이(원추의 경우는 바닥면의 직경, 각추의 경우는 바닥면의 한 변의 길이)는, 예를 들어 1 내지 300 ㎛이다. 돌기부(12)의 높이 및 바닥면 길이는 같은 정도인 것이 바람직하다. 또한, 돌기부(12)의 표면은 고융점 또한 고비점의 금속으로 코팅되어 있어도 좋다. 그와 같은 금속으로서는 W이나 Mo을 채용할 수 있다.
제2 접촉자(20)는 기판(21) 및 공통 평면 전극(22)을 갖는다. 기판(21)은 예를 들어 실리콘 기판이다. 공통 평면 전극(22)은, 바람직하게는 W이나 Mo 등의 고융점 또한 고비점의 금속으로 이루어진다. 제1 접촉자(10)에 있어서 충분히 방전 방지 대책이 취해져 있는 경우에는, 공통 평면 전극(22)은 Cu, Au, Ag, Pd, Pt으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 저저항인 금속 혹은 이들로 이루어지는 합금에 의해 구성해도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서는 이러한 구성에다가, 제2 접촉자(20)는 공통 평면 전극(22)에 관하여 상게한 금속에 의해 전체가 구성되어도 좋다.
제1 접촉자(10) 및 제2 접촉자(20)는, 도5에 도시한 바와 같은 격리 상태(개방 상태), 또는 도6에 도시한 폐쇄 상태 및 접촉 상태(폐쇄 상태)를 취할 수 있도록, 상대 이동 가능하게 구성되어 있다. 접촉 상태에 있어서는, 모든 돌기부(12)가 공통 평면 전극(22)에 접촉하고 있다. 제1 접촉자(10) 및 제2 접촉자(20)의 상대 동작은, 본 실시 형태에서는 고정된 제2 접촉자(20)에 대해 제1 접촉자(10)를 구동함으로써 달성된다. 본 발명에서는 이에 대신해서, 고정된 제1 접촉자(10)에 대해 제2 접촉자(20)를 구동함으로써 상대 동작을 달성해도 좋고, 제1 접촉자(10) 및 제2 접촉자(20)의 쌍방을 구동함으로써 상대 동작을 달성해도 좋다. 제1 접촉자(10) 및/또는 제2 접촉자의 구동 수단으로서는, 종래의 릴레이에 있어서 가동부의 구동 수단으로서 채용되어 있는, 예를 들어 전자석을 이용한 액튜에이터를 채용할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X1)에 있어서는, 도1에 도시한 회로가형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 접촉자(10)의 돌기부(12)의 선단부는 도1에 도시한 회로도에 있어서의 제1 접점부(C1)에 상당하고, 공통 평면 전극(22)에 있어서 돌기부(12)가 접촉하는 부위는 제2 접점부(C2)에 상당한다. 평면 전극(13)은 단자(E1)에 상당한다. 돌기부(12)의 선단부로부터 평면 전극(13)에 이르는 실리콘 재료부는 저항(Rbi)에 상당한다. 공통 평면 전극(22)은, 전기적으로는 단자(E2)에도 상당한다. 각 저항(Rbi)에 대해서는, 베이스부(11)의 두께, 돌기부(12)의 사이즈 및 형상 및 베이스부(11) 및 돌기부(12)의 구성 재료 및 불순물의 도핑의 태양을 적절하게 변경함으로써 원하는 값으로 설정할 수 있다. 베이스부(11) 및 돌기부(12)의 구성 재료로서 실리콘 재료를 채용하는 본 실시 형태에서는 상기 저항(Rbi)에 대해, 예를 들어 10 내지 100 kΩ 정도로 설정 가능하다. 또한, 전기 접점 장치(X1)에서는, 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족하는 범위에서, 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있다. 식 (10) 및 식 (11)에 있어서의 최소 방전 전류(Imin)는 아크 방전 발생 확률이 예를 들어 50 ％ 이하의 전류치를 말하는 것으로 한다. 단, 최소 방전 전류(Imin)의 값은, 전기 접점 장치(X1)의 용도에 따라서 설정하는 것으로 한다. 최소 방전 전류(Imin)의 이러한 설정에 관해서는, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X1)에 있어서, 제1 접촉자(10)를 액튜에이터에 의해 구동하여 도6에 도시한 바와 같은 접촉 상태라고 하면, 각 돌기부(12)는 공통 평면 전극(22)에 접촉하여 모든 전기 접점은 폐쇄 상태가 된다. 이 때, 평면 전극(13) 및 공통 평면 전극(22) 사이에 전압이 인가되어 있으면, 원하는 전류가 상기 전기 접점 장치(X1)를 통과하게 된다. 그 후, 제1 접촉자(10)를 액튜에이터에 의해 구동하여 도5에 도시한 바와 같은 격리 상태로 하면, 각 돌기부(12)는 공통 평면 전극(22)으로부터 격리하여 모든 전기 접점은 개방 상태가 된다. 이에 의해, 그것까지 전기 접점 장치(X1)를 통과하고 있었던 전류는 차단되게 된다.
제1 접촉자(10) 및 제2 접촉자(20)의 이격 동작시, 전기 접점에 있어서의 아크 방전은 방지 및 충분히 억제된다. 전기 접점 장치(X1)는, 도1에 도시한 회로 구성을 갖고, 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족시키는 범위에서 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있기 때문이다. 아크 방전이 방지 및 충분히 억제되므로, 전기 접점 장치(X1)가 구비되는 각 전기 접점을 구성하는 접점 재료의 소모 및 전이는 억제된다. 따라서, 전기 접점 장치(X1)는 신뢰성이 높은 스위칭 조작을 달성할 수 있고, 또한 긴 수명을 갖는다.
도7은 제1 접촉자(10)의 제조 공정을 나타낸다. 이 제조 방법은, 마이크로 머시닝 기술에 의해 상술한 제1 접촉자(10)를 제조하기 위한 하나의 수법이다. 도7에 있어서는, 부분 단면에 의해 제1 접촉자(10)의 형성 과정을 나타낸다.
제1 접촉자(10)의 제조에 있어서는, 우선 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S1) 상에 돌기부 형성용의 레지스트 패턴(14)을 형성한다. 구체적으로는, 실리콘 기판(S1) 상에 액형의 포토 레지스트를 스핀 코팅에 의해 성막하고, 노광 및 현상을 지나서 레지스트 패턴(14)을 형성한다. 레지스트 패턴(14)에 포함되는 각 마스크는 형성 목적의 돌기부 형상에 따라서 예를 들어 원형 또는 정사각형이다. 포토 레지스트로서는, 예를 들어 AZP4210(클라리앤드 쟈팬제)이나 AZ1500(클라리앤드 쟈팬제)을 사용할 수 있다. 후술하는 레지스트 패턴에 대해서도, 이러한 포토 레지스트의 성막 및 그 후의 노광 및 현상을 지나서 형성된다.
다음에, 레지스트 패턴(14)을 마스크로서 실리콘 기판(S1)에 대해 소정의 깊이까지 등방성 에칭을 행한다. 상기 에칭은 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 행할 수 있다. 이에 의해, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 베이스부(11) 및 이와 일체의 복수의 돌기부(12)가 형성된다. 도면의 명확화의 관점으로부터, 베이스부(11) 및 돌기부(12)의 경계는 실선으로 나타낸다. 마찬가지로, 이후의 베이스부 및 돌기부의 경계에 대해서도 실선으로 나타낸다. 그 후, 도7의 (c)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S1)으로부터 레지스트 패턴(14)을 박리한다. 박리액으로서는, AZ 림버 700(클라이앤드 쟈판제)을 사용할 수 있다. 후술하는 레지스트 패턴의 박리에 대해서도, 이 박리액을 사용할 수 있다.
다음에, 도7의 (d)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S1)에 있어서의 돌기부 형성면은 반대의 면에 평면 전극(13)을 형성한다. 평면 전극(13)은 소정의 금속을 증착하거나 혹은 소정의 금속판 또는 금속박을 접합시킴으로써, 형성할 수 있다.
이상의 공정을 거침으로써, 베이스부(11) 및 이와 일체의 복수의 돌기부(12)를 갖는 제1 접촉자(10)를 형성할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 제1 접촉자(10)에 대해, 이러한 구성과는 다른 구조를 채용해도 좋다. 예를 들어, 저저항 금속으로 이루어지는 베이스부(10)와, 고융점 또한 고저항인 금속으로 이루어져 베이스부(10)에 접합된 돌기부(12)에 의해, 제1 접촉자(10)를 구성해도 좋다. 이 경우, 베이스부(10)로서는, Cu판을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기부(12)는 W이나 Mo으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제2 접촉자(20)는 기판(21)에 대해 소정의 금속을 증착시켜 공통 평면 전극(22)을 형성함으로써, 제작할 수 있다. 혹은, 제2 접촉자(20)는 기판(21)에 대해, 소정의 금속판 또는 금속박을 접합시켜 공통 평면 전극(22)을 형성함으로써, 제작할 수 있다.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X2)의 부분 사시도이다. 전기 접점 장치(X2)는 제1 접촉자(30) 및 제2 접촉자(20)를 구비한다. 제1 접촉자(30)는 베이스부(31)와, 복수의 돌기부(32)와, 전극(33)을 갖는다. 베이스부(31)는 소정의 도전성을 갖는 예를 들어 실리콘 재료로 이루어져 복수의 대들보부(31a)를 갖는다. 대들보부(31a)의 양단부는 베이스부(30)의 다른 부위에 고정되어 있다. 복수의 돌기부(32)는 베이스부(31)의 동일면측에 있어서 2차원 어레이형으로 배열되어 있고, 각각 대들보부(31a) 상에 설치되어 있다. 각 돌기부(32)는, 본 실시 형태에서는 대략 원추 형상을 갖고, 베이스부(31)와 일체이며 베이스부(31)와 동일 재료로 이루어진다. 돌기부(32)의 표면은 고융점 또한 고비점의 금속으로 코팅되어 있어도 좋다. 그와 같은 금속으로서는, W이나 Mo을 채용할 수 있다. 돌기부(32)의 배치 개수 및 치수에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 돌기부(12)에 관하여 상술한 것과 마찬가지다. 또한, 제2 접촉자(20)는 제1 실시 형태에 있어서 상술한 것과 마찬가지다.
제1 접촉자(30) 및 제2 접촉자(20)는, 도8에 도시한 바와 같은 격리 상태와, 모든 돌기부(32)가 공통 평면 전극(22)에 접촉하는 접촉 상태를 취할 수 있도록,상대 이동 가능하게 구성되어 있다. 제1 접촉자(30) 및 제2 접촉자(20)의 상대 동작은 고정된 제2 접촉자(20)에 대해 제1 접촉자(30)를 구동함으로써 달성된다. 혹은, 제1 실시 형태에 관하여 상술한 바와 같이 다른 상대 동작 태양을 채용해도 좋다. 또한, 제1 접촉자(30)의 구동 수단에 대해서는 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 마찬가지다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X2)에 있어서는, 도1에 도시한 회로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 접촉자(30)의 돌기부(32)의 선단부는 도1에 도시한 회로도에 있어서의 제1 접점부(C1)에 상당하고, 공통 평면 전극(22)에 있어서 돌기부(32)가 접촉하는 부위는 제2 접점부(C2)에 상당한다. 전극(33)은 단자(E1)에 상당한다. 돌기부(32)의 선단부로부터 전극(33)에 이르는 실리콘 재료부는 저항(Rbi)에 상당한다. 공통 평면 전극(22)은, 전기적으로는 단자(E2)에도 상당한다. 각 저항(Rbi)에 대해서는, 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 마찬가지로, 베이스부(31)의 두께, 돌기부(32)의 사이즈 및 형상 및 베이스부(31) 및 돌기부(32)의 구성 재료 및 도핑의 태양을, 적절하게 변경함으로써 원하는 값으로 설정할 수 있다. 또한, 전기 접점 장치(X2)에서는 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족시키는 범위에서, 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X2)에 있어서, 제1 접촉자(30)를 액튜에이터에 의해 구동하여 접촉 상태라 하면, 각 돌기부(32)는 공통 평면 전극(22)에 접촉하고, 모든 전기 접점은 폐쇄 상태가 된다. 이 때, 접촉 상태에 있어서의 돌기부(32) 및 공통 평면 전극(22)에 작용하는 압박력은 모든 접점에 있어서 균일화된다. 제1 접촉자(30) 및 제2 접촉자(20) 사이에 다소의 배향 왜곡(비평행 배향)이 존재되는 경우라도, 대들보부(31a)는 접촉 상태에 있어서 돌기부(32)와 공통 평면 전극(22) 사이에 생길 수 있는 여분의 접촉 항력을 흡수하는 것처럼 휜다. 그 결과, 돌기부(32)와 공통 평면 전극(22)과 압박력은 균일화되고, 양호한 접촉 상태가 달성된다. 이러한 접촉 상태에 있어서, 전극(33) 및 공통 평면 전극(22) 사이에 전압이 인가되어 있으면, 원하는 전류가 상기 전기 접점 장치(X2)를 통과하게 된다. 그 후, 제1 접촉자(30)를 액튜에이터에 의해 구동하여 도8에 도시한 바와 같은 격리 상태라 하면, 각 돌기부(32)는 공통 평면 전극(22)으로부터 격리하여 모든 전기 접점은 개방 상태가 된다. 이에 의해, 그것까지 전기 접점 장치(X2)를 통과하고 있었던 전류는 차단되게 된다.
제1 접촉자(30) 및 제2 접촉자(20)의 이격 동작시, 전기 접점에 있어서의 아크 방전은 방지 및 충분히 억제된다. 전기 접점 장치(X2)는, 도1에 도시한 회로 구성을 갖고, 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족시키는 범위에서 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있기 때문이다. 아크 방전이 방지 및 충분히 억제되기 때문에, 전기 접점 장치(X2)가 구비되는 각 전기 접점을 구성하는 접점 재료의 소모 및 전이는 억제된다. 따라서, 전기 접점 장치(X2)는 신뢰성이 높은 스위칭 조작을 달성할 수 있고, 또한 긴 수명을 갖는다.
도9는 제1 접촉자(30)의 제조 공정을 나타낸다. 이 제조 방법은, 마이크로 머시닝 기술에 의해 상술한 제1 접촉자(30)를 제조하기 위한 하나의 수법이다. 도9에 있어서는, 부분 단면에 의해 제1 접촉자(30)의 형성 과정을 나타낸다. 상기부분 단면은, 도8의 선 IX-IX에 따른 단면이다.
제1 접촉자(30)의 제조에 있어서는, 우선 도7의 (a) 내지 도7의 (c)를 참조하여 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 같은 공정을 지나서, 도9의 (a)에 도시한 형상에까지 실리콘 기판(S2)을 가공한다. 실리콘 기판(S2)에 있어서는, 베이스부(31) 및 이와 일체의 복수의 돌기부(32)가 형성되어 있다.
다음에, 도9의 (b)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S2)에 있어서의 돌기부 형성면과는 반대의 면에, 전극(33)을 형성한다. 구체적으로는, 소정의 금속의 증착에 의해 상기 반대면에 금속막을 형성한 후, 상기 금속막을 소정 형상으로 패턴닝함으로써, 전극(33)을 형성할 수 있다.
다음에, 도9의 (c)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S2) 상에 대들보부 형성용의 레지스트 패턴(34)을 형성한다. 레지스트 패턴(34)은 대들보부(31a) 및 이것이 연속되는 프레임 부분으로 가공되는 부위를 마스크하기 위한 것이며, 복수의 개구부를 갖는다.
다음에, 도9의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(34)을 마스크로서, 실리콘 기판(S2)에 대해 이방성 에칭을 행한다. 이방성 에칭으로서는, Deep - RIE 등을 채용할 수 있다. Deep - RIE에서는 에칭과 측벽 보호를 교대로 행하는 Bosch 프로세스에 있어서, 예를 들어 SF6가스에 의한 에칭을 8초 행하고, C4F8가스에 의한 측벽 보호를 6.5초 행하고, 웨이퍼에 인가하는 바이어스는 23 W로 함으로써, 양호한 이방성 에칭 처리를 행할 수 있다. 후술하는 이방성 에칭에 대해서도, 이 조건의 Deep - RIE를 채용할 수 있다. 그 후, 도9의 (e)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(S2)으로부터 레지스트 패턴(34)을 박리한다. 이상의 공정을 거침으로써, 대들보부(31a)를 갖는 베이스부(31) 및 이와 일체의 복수의 돌기부(32)를 구비하는 제1 접촉자(30)를 형성할 수 있다.
도10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X3)의 부분 단면도이다. 전기 접점 장치(X3)는 제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20)를 구비한다. 제1 접촉자(40)는 베이스부(41)와, 복수의 돌기부(42)와, 전극(43)을 갖는다.
베이스부(41)는 리어부(41a)와, 프레임부(41b)와, 복수의 공통 고정부(41c)와, 복수의 대들보부(41d)를 갖는다. 이들은, 후술하는 바와 같이 마이크로 머시닝 기술에 의해 단일의 재료 기판으로부터 일체적으로 성형된 것이다.
복수의 공통 고정부(41c)는, 도11에 도시한 바와 같이 리어부(41a) 상에 있어서 서로 평행하게 배치되어 있다. 대들보부(41d)는, 각각 그 한 쪽 단부가 공통 고정부(41c)에 고정되어 있다. 즉, 대들보부(41d)는 한 쪽 고정 대들보 구조를 갖는다. 인접하는 2개의 공통 고정부(41c) 사이에 있어서, 한 쪽 공통 고정부(41c)로부터만 복수의 대들보부(41d)가 서로 평행하게 연장되어 있다. 도11에 있어서는, 도면의 간결화의 관점으로부터, 공통 고정부(41c) 및 대들보부(41d)의 일부를 생략한다.
돌기부(42)는, 도11에 도시한 바와 같이 2차원 어레이형으로 배열되어 있고, 각각 본 실시 형태에서는 대략 원추 형상을 가져 대들보부(41d) 상에 설치되어 있다. 공통 고정부(41c)의 적어도 상방부, 대들보부(41d) 및 돌기부(42)는 소정의도전성을 갖는 동일 재료로 이루어진다. 그와 같은 재료로서는, 예를 들어 실리콘 재료를 채용할 수 있다. 전극(43)은 공통 고정부(41c)의 적어도 상방부, 대들보부(41d) 및 돌기부(42)보다도 저정항이 급전용의 금속(Au, Al 등)으로 이루어져, 프레임부(41b) 및 공통 고정부(41c) 상에 있어서 패턴 형성되어 있다. 돌기부(42)의 표면은 고융점 또한 고비점의 금속으로 코팅되어 있어도 좋다. 그와 같은 금속으로서는 W이나 Mo을 채용할 수 있다. 돌기부(42)의 배치 개수 및 치수에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 돌기부(12)에 관하여 상술한 것과 마찬가지다.
제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20)는, 도10에 도시한 바와 같은 격리 상태와, 모든 돌기부(42)가 공통 평면 전극(22)에 접촉하는 접촉 상태를 취할 수 있도록, 상대 이동 가능하게 구성되어 있다. 제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20)의 상대 동작은 고정된 제2 접촉자(20)에 대해 제1 접촉자(40)를 구동함으로써 달성된다. 혹은, 제1 실시 형태에 관하여 상술한 바와 같이 다른 상대 동작 태양을 채용해도 좋다. 또한, 제1 접촉자(40)의 구동 수단에 대해서는 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 마찬가지다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X3)에 있어서는, 도1에 도시한 회로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 접촉자(40)의 돌기부(42)의 선단부는 도1에 도시한 회로도에 있어서의 제1 접점부(C1)에 상당하고, 공통 평면 전극(22)에 있어서 돌기부(42)가 접촉하는 부위는 제2 접점부(C2)에 상당한다. 전극(43)은 단자(E1)에 상당한다. 돌기부(42)의 선단부로부터 대들보부(41d)를 통해 전극(43)에 이르는 재료부는 저항(Rbi)에 상당한다. 공통 평면 전극(22)은, 전기적으로는 단자(E2)에도 상당한다. 각 저항(Rbi)에 대해서는, 돌기부(42)의 선단부로부터 대들보부(41d)를 통해 전극(43)에 이르는 재료부의 구성 재료, 도핑의 태양 및 길이 및 대들보부(41d) 및 돌기부(42) 사이즈나 형상을, 적절하게 변경함으로써 원하는 값으로 설정할 수 있다. 또한, 전기 접점 장치(X3)에서는 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족시키는 범위에서, 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X3)에 있어서, 제1 접촉자(40)를 액튜에이터에 의해 구동하여 접촉 상태라 하면, 각 돌기부(42)는 공통 평면 전극(22)에 접촉하고, 모든 전기 접점은 폐쇄 상태가 된다. 이 때, 접촉 상태에 있어서의 돌기부(42) 및 공통 평면 전극(22)에 작용하는 압박력은 균일화된다. 제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20) 사이에 다소의 배향 왜곡(비평행 배향)이 존재하는 경우라도, 대들보부(41d)는 접촉 상태에 있어서 돌기부(42)와 공통 평면 전극(22) 사이에 생길 수 있는 여분의 접촉 항력을 흡수하는 것처럼 휜다. 대들보부(41d)는 한 쪽 고정 구조를 갖기 때문에, 제2 실시 형태에 있어서의 대들보부(31a)보다도 유연한 가요성을 갖는다. 그 결과, 돌기부(42)와 공통 평면 전극(22) 사이에 있어서 양호한 접촉 상태가 달성된다. 이러한 접촉 상태에 있어서, 전극(43) 및 공통 평면 전극(22) 사이에 전압이 인가되어 있으면, 원하는 전류가 상기 전기 접점 장치(X3)를 통과하게 된다. 그 후, 제1 접촉자(40)를 액튜에이터에 의해 구동하여 도10에 도시한 바와 같은 격리 상태라 하면, 각 돌기부(42)는 공통 평면 전극(22)으로부터 격리하여 모든 전기 접점은 개방 상태가 된다. 이에 의해, 그것까지 전기 접점 장치(X3)를 통과하고 있었던 전류는 차단되게 된다.
제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20)의 이격 동작시, 전기 접점에 있어서의 아크 방전은 방지 및 충분히 억제된다. 전기 접점 장치(X3)는 도1에 도시한 회로 구성을 갖고, 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족하는 범위에서 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있기 때문이다. 아크 방전이 방지 및 충분히 억제되므로, 전기 접점 장치(X3)가 구비되는 각 전기 접점을 구성하는 접점 재료의 소모 및 전이는 억제된다. 따라서, 전기 접점 장치(X3)는 신뢰성이 높은 스위칭 조작을 달성할 수 있고, 또한 긴 수명을 갖는다.
도12 내지 도14는 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)의 제조 공정을 나타낸다. 이 제조 방법은, 마이크로 머시닝 기술에 의해 제1 접촉자(40)를 제조하기 위한 하나의 수법이다. 도12 내지 도14에 있어서는, 부분 단면에 의해 상기 제1 접촉자(40)의 형성 과정을 나타낸다.
제1 접촉자(40)의 제조에 있어서는, 우선 도12의 (a)에 도시한 바와 같은 기판(S3)을 준비한다. 기판(S3)은 SOI(Silicon on Insulator) 기판이며, 제1 층(51), 제2 층(52) 및 이들에 끼워진 중간층(53)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 본 실시 형태에서는 예를 들어, 제1 층(51)의 두께는 20 ㎛이며, 제2 층(52)의 두께는 200 ㎛이며, 중간층(53)의 두께는 2 ㎛이다. 제1 층(51) 및 제2 층(52)은 실리콘 재료로 이루어져 필요에 따라서, 예를 들어 P나 As 등의 n형 불순물을 도핑함으로써 도전성이 부여되어 있다. 이들 도전성의 부여에 있어서는, B 등의 p형의 불순물을 이용해도 좋다. 또한, 이들 n형 불순물 및 p형 불순물을 도핑을 모두 도핑함으로써, 실리콘 재료의 소정의 적어도 일부에 있어서의 저항치를 높여도 좋다. 중간층(53)은, 본 실시 형태에서는 절연성의 물질로 이루어진다. 그와 같은 절연 물질로서는, 예를 들어 산화실리콘이나 질화실리콘 등을 채용할 수 있다. 중간층(53)을 절연 물질에 의해 구성하면, 상기 기판(S3)에 있어서 성형되는 대들보부(41d) 및 돌기부(42)와 리어부(41a)를 전기적으로 양호하게 분리할 수 있다. 단, 본 발명에 있어서는 중간층(53)을 도전성 물질에 의해 구성해도 좋다. 이 경우, 대들보부(41d) 및 돌기부(42)에 대한 급전용의 전극(43)은 프레임부(41b) 및 공통 고정부(41c) 상 대신에, 리어부(41a)에 대해 설치하는 것이 가능해진다.
다음에, 도12의 (b)에 도시한 바와 같이 제1 층(51) 상에 레지스트 패턴(54)을 형성한다. 레지스트 패턴(54)에 포함되는 각 마스크는, 형성 목적의 돌기부 형상에 따라서 원형이다. 원형 마스크의 직경은, 돌기부(42)의 높이의 2배 정도인 것이 바람직하다.
다음에, 레지스트 패턴(54)을 마스크로서, 제1 층(51)에 대해 소정의 깊이까지 등방성 에칭을 행한다. 상기 에칭은 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 행할 수 있다. 이에 의해, 도12의 (c)에 도시한 바와 같이 복수의 돌기부(42)가 형성된다. 그 후, 도12의 (d)에 도시한 바와 같이 제1 층(51)으로부터 레지스트 패턴(54)을 박리한다.
다음에, 도13의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 층(51) 상에 레지스트 패턴(55)을 형성한다. 레지스트 패턴(55)은 제1 층(51)에 있어서 상술한 프레임부(41b), 공통 고정부(41c) 및 대들보부(41d)로 가공되는 부위를 마스크하기 위한 것이며,돌기부(42)를 덮는다.
다음에, 도13의 (b)에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(55)을 마스크로서, 제1 층(51)에 대해 중간층(53)에 이르기까지 이방성 에칭을 행한다. 이방성 에칭으로서는, 상술한 바와 같이 Deep - RIE 등을 채용할 수 있다.
다음에, 도13의 (c)에 도시한 바와 같이 대들보부(41d)의 하방의 중간층(53)을 습윤 에칭에 의해 제거한다. 중간층(53)이 산화실리콘으로 이루어지는 경우, 에칭액으로서는 불산 등을 사용할 수 있다. 본 에칭 공정에서는 레지스트 패턴(55)으로 덮인 대들보부(41d)의 하방으로 언더 커트가 들어가도록 에칭 처리를 행한다. 본 공정을 거침으로써, 프레임부(41b), 공통 고정부(41c) 및 대들보부(41d)의 외곽 형상이 완성된다. 그 후, 도13의 (d)에 도시한 바와 같이 기판(S3)으로부터 레지스트 패턴(55)을 제거한다.
다음에, 도14의 (a)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 증착법에 의해, 기판(S3)에 대해 돌기부 형성측으로부터 금속막(56)을 형성한다. 상기 금속으로서는, 예를 들어 Au, Cu, Al 등의, Si 보다도 충분히 저항이 작은 금속을 채용한다. 다음에, 도14의 (b)에 도시한 바와 같이, 프레임부(41b) 및 공통 고정부(41c) 상에 전극 형성용의 레지스트 패턴(57)을 형성한다. 다음에, 레지스트 패턴(57)을 마스크로서, 금속막(56)에 대해 습윤 에칭을 실시함으로써, 도14의 (c)에 도시한 바와 같이 전극(43)을 형성한다. 에칭액으로서는 실리콘 재료 등을 부당하게 에칭하지 않는 것이 사용된다. 그 후, 도14의 (d)에 도시한 바와 같이 기판(S3)으로부터 레지스트 패턴(57)을 제거한다. 도12 내지 도14에 도시한 일련의 공정을 거침으로써, 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)는 제작된다.
도15는 전기 접점 장치(X3)의 변형예인 전기 접점 장치(X3')의 부분 단면도이다. 전기 접점 장치(X3')는 제1 접촉자(40') 및 제2 접촉자(20)를 구비한다. 제1 접촉자(40')는 전극(43)과는 다른 패턴 형상의 전극(43')을 갖는 점에 있어서, 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)와는 다르다. 전극(43')의 패턴 형상은, 도16에 잘 나타나고 있다. 전극(43')은 프레임부(41b) 및 공통 고정부(41c)에다가, 대들보부(41d) 상에도 형성되어 있다. 제1 접촉자(40')가 구비되는 다른 구성에 대해서는, 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)와 마찬가지다. 따라서, 전기 접점 장치(X3')는 전기 접점 장치(X3)와 대략 마찬가지로 기능할 수 있고, 전기 접점 장치(X3)와 같은 기술적 효과를 향유할 수 있다.
전기 접점 장치(X3')에 있어서는, 각 돌기부(42)에 대해 전기적으로 직렬로 배치되어 있는 저항 부재부(Rbi)는 전기 접점 장치(X3)의 그보다도 짧다. 구체적으로는, 돌기부(42)의 선단부로부터 전극(43')에 이르는 저항(Rbi)에 상당하는 재료부는, 전기 접점 장치(X3)에 있어서의 돌기부(42)의 선단부로부터 전극(43)에 이르는 재료부보다도 짧다. 따라서, 이러한 전기 접점 장치(X3)의 구성은, 각 저항 부재부의 저항치를 비교적 작게 설정하는 경우에 유리하다.
도17 및 도18은 전기 접점 장치(X3')의 제1 접촉자(40')의 제조 공정을 나타낸다. 이 제조 방법은, 마이크로 머시닝 기술에 의해 제1 접촉자(40')를 제조하기 위한 하나의 수법이다. 도17 및 도18에 있어서는, 부분 단면에 의해 상기 제1 접촉자(40')의 형성 과정을 나타낸다.
제1 접촉자(40')의 제조에 있어서는, 우선 도12의 (a) 내지 도12의 (c)를 참조하여 상술한 바와 같은 공정을 지나, 도17의 (a)에 도시한 형상에까지 기판(S3)을 가공한다. 기판(S3)은 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)의 제조에 있어서 사용한 기판(S3)과 같은 구성을 갖는다. 도17의 (a)에 도시한 기판(S3)에는 복수의 돌기부(42)가 형성되어 있고, 돌기부 형성용의 레지스트 패턴(54)이 잔존하고 있다.
다음에, 도17의 (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 증착법에 의해 기판(S3)에 대해 돌기부 형성측으로부터 금속막(58)을 형성한다. 상기 금속으로서는, 예를 들어 Au, Cu, Al 등의 Si 보다도 충분히 저항이 작은 금속을 채용한다. 다음에, 도17의 (c)에 도시한 바와 같이 기판(S3)으로부터 레지스트 패턴(54)을 제거한다. 이 때, 레지스트 패턴(54) 상의 금속막(58)도 기판(S3)으로부터 모두 제거된다. 다음에, 도17의 (d)에 도시한 바와 같이 제1 층(51) 상에 레지스트 패턴(59)을 형성한다. 레지스트 패턴(59)은 제1 층(51)에 있어서 상술한 프레임부(41b), 공통 고정부(41c) 및 대들보부(41d)로 가공되는 부위를 마스크하기 위한 것이며, 돌기부(42)와, 금속막(58)에 있어서, 대들보부(41d)로 가공되는 부위 상에 설치되어 있는 부위를 덮는다.
다음에, 도18 (a)에 도시한 바와 같이 금속막(58)에 있어서 레지스트 패턴(59)에 덮여져 있지 않은 부위를, 습윤 에칭에 의해 제거한다. 에칭액으로서는 실리콘 재료 등을 부당하게 에칭하지 않는 것이 사용된다. 다음에, 도13의 (b) 및 도13의 (c)를 참조하여 상술한 바와 같은 공정을 지나서, 도18 (b)에 도시한 형상에까지 기판(S3)을 가공한다. 도18 (b)에 도시한 기판(S3)에 있어서는, 공통 고정부(41c), 대들보부(41d) 및 상술한 프레임부(41b)의 외곽 형상이 완성되어 있다. 그 후, 도18 (c)에 도시한 바와 같이 기판(S3)으로부터 레지스트 패턴(59)을 제거한다. 도17 및 도18에 도시한 일련의 공정을 거침으로써, 전기 접점 장치(X3')의 제1 접촉자(40')는 제작된다.
도19는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X4)의 부분 단면도이다. 전기 접점 장치(X4)는 제1 접촉자(60) 및 제2 접촉자(20)를 구비한다. 제1 접촉자(60)는 베이스부(61)와, 복수의 돌기부(62)와, 전극(63)을 갖는다.
베이스부(61)는 리어부(61a)와, 프레임부(61b)와, 복수의 공통 고정부(61c)와, 복수의 대들보부(61d)를 갖는다. 이들은, 제3 실시 형태에 있어서의 리어부(41a)와, 프레임부(41b)와, 공통 고정부(41c)와, 대들보부(41d)와 같이, 마이크로 머시닝 기술에 의해 단일의 재료 기판으로부터 일체적으로 성형된 것이다.
복수의 공통 고정부(61c)는, 도20에 도시한 바와 같이 리어부(61a) 상에 있어 서로 평행하게 배치되어 있다. 대들보부(61d)는, 각각 그 한 쪽의 단부가 공통 고정부(61c)에 고정되어 있다. 즉, 대들보부(61d)는 한 쪽 고정 대들보 구조를 갖는다. 인접하는 2개의 공통 고정부(61c) 사이에 있어서, 한 쪽 공통 고정부(61c)로부터 복수의 대들보부(61d)가 서로 평행하게 연장되어 있고, 다른 쪽 공통 고정부(61c)로부터도 복수의 대들보부(61d)가 서로 평행하게 연장되어 있다. 도20에 있어서는, 도면의 간결화의 관점으로부터, 공통 고정부(61c) 및 대들보부(61d)의 일부를 생략한다.
돌기부(62)는, 도20에 도시되어 있는 바와 같이 2차원 어레이형으로 배열되어 있고, 각각 본 실시 형태에서는 대략 원추 형상을 가져 대들보부(61d) 상에 설치되어 있다. 공통 고정부(61c)의 적어도 상방부, 대들보부(61d) 및 돌기부(62)는, 소정의 도전성을 갖는 동일 재료로 이루어진다. 전극(63)은 공통 고정부(61c)의 적어도 상방부, 대들보부(61d) 및 돌기부(62)보다도 저저항이 급전용의 금속으로 이루어져, 프레임부(61b) 및 공통 고정부(61c) 상에 있어서 패턴 형성되어 있다. 전극(63)은, 도20에 도시한 바와 같은 패턴 형상 대신에, 상술한 전극(43')과 같이 대들보부(61d) 상에도 신장하는 패턴 형상을 가지고 있어도 좋다. 돌기부(62)의 표면은 고융점 또한 고비점의 금속으로 코팅되어 있어도 좋다. 돌기부(62)의 배치 개수 및 치수에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 돌기부(12)에 관하여 상술한 것과 마찬가지다.
제1 접촉자(60) 및 제2 접촉자(20)는, 도19에 도시한 바와 같은 격리 상태와, 모든 돌기부(62)가 공통 평면 전극(22)에 접촉하는 접촉 상태를 취하도록, 상대 이동 가능하게 구성되어 있다. 제1 접촉자(60) 및 제2 접촉자(20)의 상대 동작은 고정된 제2 접촉자(20)에 대해 제1 접촉자(60)를 구동함으로써 달성된다. 혹은, 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 마찬가지로, 다른 상대 동작 태양을 채용해도 좋다. 또한, 제1 접촉자(60)의 구동 수단에 대해서는 제1 실시 형태에 관하여 상술한 것과 마찬가지다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X4)에 있어서는, 도1에 도시한 회로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 접촉자(60)의 돌기부(62)의 선단부는 도1에 도시한 회로도에 있어서의 제1 접점부(C1)에 상당하고, 공통 평면 전극(22)에 있어서 돌기부(62)가 접촉하는 부위는 제2 접점부(C2)에 상당한다. 전극(63)은 단자(E1)에 상당한다. 돌기부(62)의 선단부로부터 대들보부(61d)를 통해 전극(63)에 이르는 재료부는 저항(Rbi)에 상당한다. 공통 평면 전극(22)은, 전기적으로는 단자(E2)에도 상당한다. 또한, 전기 접점 장치(X3)에서는, 상기 식 (10) 및 식 (11)을 충족시키는 범위에서, 각 저항(Rbi) 및 접점 수(N)가 설정되어 있다.
이러한 구성을 갖는 전기 접점 장치(X4)는, 그 스위칭 동작에 있어서 전기 접점마다 가요 구조인 대들보부(41d)를 갖는 전기 접점 장치(X3)와 대략 마찬가지로 기능할 수 있어, 전기 접점 장치(X3)와 같은 기술적 효과를 향유할 수 있다.
전기 접점 장치(X4)에 있어서는, 단일의 공통 고정부(61c)의 양측에 돌기부(62)를 수반하는 대들보부(61d)가 설치되어 있다. 그로 인해, 전기 접점 장치(X4)에 있어서는, 전기 접점 장치(X3)의 그보다도 소수의 공통 고정부(61c)에 의해, 동일 수의 돌기부(62) 및 전기 접점을 구비하는 것이 가능하다. 따라서, 전기 접점 장치(X4)는 전기 접점 장치(X3)보다도, 전기 접점의 고밀도화에 적합하다. 또한, 대들보부(62)가 공통 고정부(61c)에 대해 대칭적으로 배치되어 있으므로, 전기 접점 장치(X4)가 접촉 상태(온 상태)에 있을 때, 공통 고정부(61c)에는 그 양측으로부터 대략 대칭적으로 응력이 작용된다. 즉, 전기 접점 장치(X4)에서는 공통 고정부(61c)에 치우친 힘이 가해지기 어렵다. 그로 인해, 공통 고정부(61c)의 시간 경과적 열화는 억제된다. 공통 고정부(61c)의 열화의 억제는 전기 접점 장치(X4)의 스위칭 동작에 있어서의 신뢰성 유지에 기여한다.
전기 접점 장치(X4)의 제1 접촉자(50)에 대해서는, 전기 접점 장치(X3)의 제1 접촉자(40)의 제조에 관하여 도12 내지 도14를 참조하여 상술한 바와 같은 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 또한, 제1 접촉자(60)의 전극(63)이 대들보부(61d) 상에도 연장되는 패턴 형상을 갖는 경우에는, 전기 접점 장치(X3')의 제1 접촉자(40')의 제조에 관하여 도17 및 도18을 참조하여 상술한 바와 같은 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제4 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X1 내지 X4) 및 제3 실시 형태의 변형예인 전기 접점 장치(X3')는, 또한 양 접촉자 사이에 상기 접촉자끼리를 소정 거리 이상으로 접근시키지 않기 위한 스톱퍼를 구비하고 있어도 좋다. 도21은 제3 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X3)가 그와 같은 스톱퍼를 구비하는 경우를, 일예로서 모식적으로 나타낸다.
도21에 있어서, 전기 접점 장치(X3)는 접촉 상태에 있고, 제1 접촉자(40)와 제2 접촉자(20) 사이에 스톱퍼(64)가 배치되어 있다. 스톱퍼(64)는 절연재로 이루어지고, 제1 접촉자(40) 또는 제2 접촉자(20)에 고정되어 있다. 스톱퍼(64)의 두께는, 접촉 상태로써 돌기부(42)와 평면 전극(22)이 적당한 압박력으로 접촉하는 제1 접촉자(40) 및 제2 접촉자(20)의 격리 거리와 동일하다. 전기 접점 장치(X3)가 이러한 스톱퍼(64)를 구비하는 경우에는 대들보부(41d)의 파손이 억제되고, 각 전기 접점에 있어서의 압박력이 균일화되어 스위칭 특성이 안정화되고, 대들보부(41d)가 리어부(41a)와 접촉하는 것이 억제된다는 이익을 향유할 수 있다. 또한, 절연 재료로 이루어지는 스톱퍼(64)가 제1 접촉자(40)와 제2 접촉자(20) 사이에 개재함으로써 양 접촉자는 전기적으로 적절하게 분리되어 있다.
본 발명에 있어서는, 제1 내지 제4 실시 형태에 관한 전기 접점 장치(X1 내지 X4) 및 제3 실시 형태의 변형예인 전기 접점 장치(X3')에 대해, 도1에 도시한 회로를 구비하는 상술한 바와 같이 구성에다가, 도3에 도시한 회로를 구비하도록 구성해도 좋다. 그 경우, 제1 접촉자의 베이스부 및 돌기부의 내부에 있어서 전기 접점마다 저항(Rbi)이 형성되지 않도록, 불순물의 도핑에 의해 상기 베이스부 및 돌기부의 내부의 실리콘 재료에는 도전성이 부여된다. 이와 함께, 제1 접점부에 상당하는 돌기부의 선단부 및 공통 평면 전극(22)의 전체 또는 돌기부가 접촉하는 제2 접점부에 상당하는 부위를 고저항 금속 등에 의해 구성함으로써, 각 전기 접점에 대해 상기 전기 접점에 방전 전류가 흐르는 것을 저지할수록 큰 접촉 저항을 부여한다. 이러한 구성에 따라서도, 접점에 있어서 아크 방전이 방지 및 충분히 억제되므로, 전기 접점 장치의 구비하는 각 전기 접점을 구성하는 접점 재료의 소모 및 전이는 억제된다. 따라서, 상기 전기 접점 장치는 신뢰성이 높은 스위칭 조작을 달성할 수 있고, 또한 긴 수명을 갖는다.
이상 통합하여, 본 발명의 구성 및 그 변형을 이하에 부기로서 열기한다.
(부기 1)
기계적으로 개폐하는 전기 접점 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 상기 전기 접점에 대해 직렬로 배치된 저항체를, 각각이 포함하는 복수의 지로가 병렬로 배치된 회로 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
(부기 2)
서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고,
상기 복수의 지로 유닛의 각각은, 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 상기 전기 접점에 대해 직렬로 접속하는 저항 부재부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
(부기 3)
제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고 또한 상기 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와, 상기 제1 면에 대향하여 배치되고 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 상기 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 갖고, 복수의 상기 저항 부재부는, 각각 상기 베이스부 및 상기 돌기부의 내부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 4)
상기 베이스부의 상기 제2 면에는, 상기 복수의 저항 부재부와 전기적으로 접속하는 공통 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 3에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 5)
상기 베이스부는 상기 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 부기 3 또는 부기 4에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 6)
상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 7)
상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 8)
상기 베이스부 및 상기 돌기부는 재료 기판으로부터 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 3 내지 부기 7 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 9)
본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 저항 부재부의 각각의 저항치(Rb)는 Rb > Vmax/Imin을 충족시키는 것을 특징으로 하는 부기 2 내지 부기 8 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 10)
서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고,
상기 복수의 지로 유닛의 각각은, 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지고 또한 상기 지로 유닛을 방전 전류가 흐르는 것을 저지하기 위한 접촉 저항을 갖는 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
(부기 11)
본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각의 저항치(Rc)는 Rc > Vmax/Imin을 충족시키는 것을 특징으로 하는 부기 10에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 12)
본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하고, 또한 본 전기 접점 장치의 전체 저항을 Rs로 하는 경우에, 상기 지로 유닛의 배치수(N)는 N > Vmax/(RsㆍImin)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 부기 2 내지 부기 11 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 13)
제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와,
상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와,
상기 제1 면에 대향하여 배치되고, 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고,
상기 베이스부 및 상기 돌기부는 재료 기판으로부터 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
(부기 14)
제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와,
상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와,
상기 제1 면에 대향하여 배치되고, 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고,
상기 베이스부는 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
(부기 15)
상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 16)
상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 17)
상기 제1 접점부 및/또는 상기 제2 접점부는 Ta, W, C, Mo으로부터 선택되는 금속 원소를 포함하는 금속, 산화물, 또는 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 2 내지 부기 16 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 18)
상기 제1 접점부 및/또는 상기 제2 접점부는 3000 ℃ 이상의 융점을 갖는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 2 내지 부기 17 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 19)
상기 베이스부 및 상기 평면 전극부가 허용 최소 거리 미만으로 접근하는 것을 저지하기 위한, 절연 재료로 이루어지는 스톱퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부기 3 내지 부기 9 및 부기 12 내지 부기 18 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 20)
상기 베이스부 및 상기 돌기부는 실리콘 재료로 이루어지고, 상기 베이스부 및 상기 돌기부에 있어서의 적어도 상기 저항 부재부에는 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 3 내지 부기 9 및 부기 12 내지 부기 19 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치.
(부기 21)
고정부와, 상기 고정부에 고정되어 있는 대들보부와, 상기 대들보부 상에 설치되어 있는 돌기부를 포함하는 구조체를 구비하는 전기 접점 장치의 제조 방법이며,
제1 층, 제2 층 및 상기 제1 층 및 제2 층 사이의 중간층에 의한 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서의 상기 제1 층에 대해, 돌기부 형성용의 제1 마스크 패턴을 거쳐서 에칭 처리를 행함으로써, 상기 제1 층에 있어서 돌기부를 형성하는 제1 에칭 공정과,
대들보부 형성용이며 상기 전극 돌기부를 덮는 제2 마스크 패턴을 거쳐서, 상기 제1 층에 대해 상기 중간층에 이르기까지 에칭 처리를 행함으로써, 상기 제1 층에 있어서 대들보부를 형성하는 제2 에칭 공정과,
상기 중간층의 일부를 에칭 제거함으로써, 상기 제2 층과 상기 대들보부 사이에 공극을 형성하는 제3 에칭 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치의 제조 방법.
(부기 22)
상기 제3 에칭 공정 후에 상기 제1 층측으로부터 상기 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 상기 고정부에 있어서의 상기 도체막 상에 배선용의 제3 마스크 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제3 마스크 패턴을 거쳐서 상기 도체막을 패턴닝함으로써 배선을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 21에 기재된 전기 접점 장치의 제조 방법.
(부기 23)
상기 제1 에칭 공정 후에 상기 제1 층측으로부터 상기 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 상기 제1 층으로부터 상기 제1 마스크 패턴을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 21에 기재된 전기 접점 장치의 제조 방법.
(부기 24)
상기 제1 에칭 공정에 있어서는 상기 에칭 처리는, 등방성 에칭인 것을 특징으로 하는 부기 21 내지 부기 23 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치의 제조 방법.
(부기 25)
상기 제1 층 및 상기 제2 층은 실리콘 재료로 이루어지고, 상기 중간층은 산화실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 21 내지 부기 24 중 어느 하나에 기재된 전기 접점 장치의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 전기 접점 장치에 있어서 접점에 있어서의 아크 방전의 발생을 적절하게 억제할 수 있고, 상기 장치의 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 전기 접점 장치에 있어서는 전기 접점의 온/오프 동작에 수반하여 생기는 유도 전압이 억제되므로, 전기 접점의 온/오프 동작에 의해 생길 수 있는 전자 노이즈를 충분히 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전기 접점 장치는 대전류 용도의 릴레이 등에 있어서도 적절하게 이용하는 것이 가능하다.

Claims (22)

  1. 기계적으로 개폐하는 전기 접점 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 상기 전기 접점에 대해 직렬로 배치된 저항체를 각각이 포함하는 복수의 지로가 병렬로 배치된 회로 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  2. 서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고,
    상기 복수의 지로 유닛의 각각은, 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점 및 상기 전기 접점의 접촉 저항보다 큰 저항을 가져 상기 전기 접점에 대해 직렬로 접속하는 저항 부재부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  3. 제2항에 있어서, 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고 또한 상기 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와, 상기 제1 면에 대향하여 배치되고 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 상기 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 갖고, 복수의 상기 저항 부재부는 각각 상기 베이스부 및 상기 돌기부의 내부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 베이스부의 상기 제2 면에는 상기 복수의 저항 부재부와 전기적으로 접속하는 공통 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 베이스부는 상기 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 저항 부재부의 각각의 저항치(Rb)는 Rb > Vmax/Imin을 충족시키는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  9. 서로 병렬로 접속하는 복수의 지로 유닛을 구비하고,
    상기 복수의 지로 유닛의 각각은, 기계적으로 개폐하는 제1 접점부 및 제2 접점부로 이루어지고 또한 상기 지로 유닛을 방전 전류가 흐르는 것을 저지하기 위한 접촉 저항을 갖는 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  10. 제9항에 있어서, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 또한 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하는 경우에, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각의 저항치(Rc)는 Rc > Vmax/Imin을 충족시키는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 본 전기 접점 장치에 대한 인가 전압의 최대치를 Vmax로 하고, 상기 복수의 지로 유닛에 포함되는 복수의 전기 접점의 각각에 있어서의 최소 방전 전류치를 Imin으로 하고, 또한 본 전기 접점 장치의 전체 저항을 Rs로 하는 경우에, 상기 지로 유닛의 배치수(N)는 N > Vmax/(RsㆍImin)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  12. 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와,
    상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와,
    상기 제1 면에 대향하여 배치되고, 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고,
    상기 베이스부 및 상기 돌기부는, 재료 기판으로부터 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  13. 제1 면 및 이와는 반대의 제2 면을 갖는 베이스부와,
    상기 베이스부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 제1 접점부를 각각이 돌기 단부에 갖는 복수의 돌기부와,
    상기 제1 면에 대향하여 배치되고, 또한 상기 복수의 돌기부의 돌기 단부가 접촉 가능한 복수의 제2 접점부를 포함하는 평면 전극부를 구비하고,
    상기 베이스부는 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부로 이루어지는 전기 접점마다, 상기 전기 접점의 폐쇄 상태에 있어서 상기 제1 접점부 및 상기 제2 접점부 사이에 생기는 접촉 항력을 흡수하기 위한 가요 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 양쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 양쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 베이스부는 상기 가요 구조로서 한 쪽 고정 대들보부를 갖고, 상기 돌기부는 상기 한 쪽 고정 대들보부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  16. 제2항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접점부 및/또는 상기 제2 접점부는 Ta, W, C, Mo으로부터 선택되는 금속 원소를 포함하는 금속, 산화물, 또는 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  17. 제3항 내지 제8항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부 및 상기 평면 전극부가 허용 최소 거리 미만으로 접근하는 것을 저지하기 위한, 절연 재료로 이루어지는 스톱퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  18. 제3항 내지 제8항 및 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부 및 상기 돌기부는 실리콘 재료로 이루어지고, 상기 베이스부 및 상기 돌기부에 있어서의 적어도 상기 저항 부재부에는 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치.
  19. 고정부와, 상기 고정부에 고정되어 있는 대들보부와, 상기 대들보부 상에 설치되어 있는 돌기부를 포함하는 구조체를 구비하는 전기 접점 장치의 제조 방법이며,
    제1 층, 제2 층 및 상기 제1 층 및 제2 층 사이의 중간층에 의한 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서의 상기 제1 층에 대해, 돌기부 형성용의 제1 마스크 패턴을 거쳐서 에칭 처리를 행함으로써, 상기 제1 층에 있어서 돌기부를 형성하는 제1 에칭 공정과,
    대들보부 형성용이며 상기 전극 돌기부를 덮는 제2 마스크 패턴을 거쳐서, 상기 제1 층에 대해 상기 중간층에 이를 때까지 에칭 처리를 행함으로써, 상기 제1 층에 있어서 대들보부를 형성하는 제2 에칭 공정과,
    상기 중간층의 일부를 에칭 제거함으로써, 상기 제2 층과 상기 대들보부 사이에 공극을 형성하는 제3 에칭 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제3 에칭 공정 후에 상기 제1 층측으로부터 상기 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 상기 고정부에 있어서의 상기 도체막 상에 배선용의 제3 마스크 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제3 마스크 패턴을 거쳐서 상기 도체막을 패턴닝함으로써 배선을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치의 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 에칭 공정 후에 상기 제1 층측으로부터 상기 재료 기판에 대해 도체막을 형성하는 공정과, 상기 제1 층으로부터 상기 제1 마스크패턴을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치의 제조 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 에칭 공정에 있어서 상기 에칭 처리는, 등방성 에칭인 것을 특징으로 하는 전기 접점 장치의 제조 방법.
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