소형화된 릴레이 및 대응하는 용도

소형화된 릴레이 및 대응하는 용도{Miniature relay and corresponding uses thereof}

본 발명은 소형화된 릴레이에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 소형화된 릴레이에 대한 상이한 용도들에 관한 것이다.

기술 상태

현재 MEMS 기술(micro electro-mechanical systems), 마이크로시스템들(Microsystems) 및/또는 마이크로머신들(Micromachines)로서 알려진 기술 환경에서 소형화된 릴레이들의 제조를 위한 다양한 대안들이 있다. 대체로, 이들은 이들이 접촉 전극을 이동시키기 위해 사용하는 힘 또는 작동 기구의 형태에 따라 분류될 수 있다. 따라서, 이들은 통상 정전기, 자기, 열 및 압전 릴레이들로서 분류된다. 각각의 것은 그 이점 및 문제점을 갖는다. 그러나, 소형화 기술들은 가능한 한 작은 활성화 전압들 및 표면들의 사용을 필요로 한다. 이 기술 상태에서 공지되어 있는 릴레이들은 이 점에 있어서 이들의 발전을 방해하는 몇 가지 문제점들을 가지고 있다.

활성화 전압을 감소시키는 방법은 정확하게 릴레이 표면적들을 증가시키는 것이며, 릴레이의 사용 수명 및 신뢰성을 감소시키는 변형들의 출현은 별문제로 하고, 이것은 소형화를 어렵게 한다. 정전기 릴레이들에서, 활성화 전압을 감소시키기 위한 다른 해결 방법은 전극들 사이의 공간을 크게 감소시키거나 매우 얇은 전극들 또는 특별한 재료들을 사용하는 것이며, 그 결과 기계적 복원력이 매우 낮다. 그러나 이것은 모세관력들이 매우 높기 때문에 스티킹의 문제들을 포함하며, 따라서 이것은 이들 릴레이들의 유용한 작동 수명 및 신뢰성을 감소시킨다. 높은 활성화 전압들의 사용은 또한 구성요소들의 이온화, 강한 기계적 유도로 인한 가속된 마모 및 릴레이를 발생하는 전기 노이즈와 같은 부정적인 효과들을 가진다.

정전기 릴레이들은 또한 "풀-인(pull-in)"으로서 공지된 현상으로 인해, 신뢰성에 중요한 문제를 가지며, 이것은 주어진 임계값이 통과되면, 접촉 전극은 다른 자유 전극에 대해 증가된 가속도로 이동하는 점에 있다. 이것은 릴레이가 닫힐수록, 닫히는 정전기력을 작용시키는 콘덴서는 그 용량을 크게 증가시킨다는(그리고 스톱이 미리 주어지지 않는다면 무한대로 증가할 수 있다는) 사실에 기인한다. 결과적으로 발생되는 높은 전기장 및 이동 전극이 노출되는 가속도에 의해 야기되는 쇼크로 인해 전극들에 중요한 마모가 있다.

열, 자기 및 압전 접근방식은 특별한 재료들 및 미세기계가공 공정들을 필요로 하므로, 더 복잡한 MEMS 장치들 또는 전자 회로로 집적된 동일한 것으로의 통합이 곤란 및/또는 비용이 많이 든다. 게다가 열 접근방식은 매우 느리며(회로가 긴 개방 또는 폐쇄 시간을 가지는 것을 말함) 많은 전력을 사용한다. 자기 접근방식은 전자기 노이즈를 발생하며, 이것은 전자 회로의 폐쇄를 매우 어렵게 하며 스위칭을 위해 높은 피크 전류들을 필요로 한다.

이러한 상세에 있어서, 릴레이들은 적어도 하나의 외부 전기 회로를 개방 및 폐쇄하는 데 적합한 임의의 장치일 수 있다는 것을 이해해야 하고, 여기서 외부 전기 회로 개방 및 폐쇄 작용들 중 적어도 하나는 전자기 신호에 의해 행해진다.

본 설명 및 청구항들에 있어서 표현 "접촉 포인트"는 전기 접촉이 이루어지는(또는 만들어질 수 있는) 접촉면들을 가리키기 위해 사용되었다. 이러한 점에서 이들은 이들이 3차원 요소들이므로 기하학적 견지에서 포인트들로서 이해되지 않고 전기적 견지에서 전기회로의 포인트들로서 이해되어야 한다.

본 발명의 다른 이점 및 특징은, 첨부 도면들과 관련하여, 전혀 제한적이지 않은, 본 발명의 몇몇 최선의 실시예들이 기술되어 있는 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 제 2 영역에 2개의 콘덴서 플레이트들을 가진 릴레이의 단순화된 도면.

도 2는 각각의 영역들에 하나씩 두 개의 콘덴서 플레이트들을 가진 릴레이의 단순화된 도면.

도 3은 3개의 콘덴서 플레이트들을 가진 릴레이의 단순화된 도면.

도 4는 덮개가 제거된 본 발명에 따른 릴레이의 제 1 실시예의 사시도.

도 5은 도 4의 릴레이의 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 릴레이의 제 2 실시예의 사시도.

도 7은 상단의 구성요소가 제거된 도 6의 릴레이의 사시도.

도 8은 도 6의 릴레이의 하측 요소들의 사시도.

도 9는 덮개가 제거된, 본 발명에 따른 릴레이의 제 3 실시예의 사시도.

도 10은 도 9의 릴레이의 원통형 부분의 상세 사시도.

도 11은 본 발명에 따른 릴레이의 제 4 실시예의 사시도.

도 12는 본 발명에 따른 릴레이의 제 5 실시예의 사시도.

도 13은 본 발명에 따른 릴레이의 제 6 실시예의 평면도.

도 14는 본 발명에 따른 릴레이의 제 7 실시예의 사시도.

도 15는 본 발명에 따른 릴레이의 제 8 실시예의, 기판이 없는, 아래에서 본 사시도.

도 16은 표면 미세기계가공으로 제조된 구체를 도시한 도면.

도 17은 본 발명에 따른 릴레이의 제 9 실시예의 사시도.

도 18은 본 발명에 따른 릴레이의 제 10 실시예의, 덮개가 제거된 평면도.

이하에서 알 수 있는 것과 같이, 도면에 도시된 본 발명의 최선의 실시예들은 위에서 고려된 수개의 다른 대안들 및 선택사항의 조합을 포함하고, 한편 이 기술 분야에서 숙련된 사람은 대안들 및 선택사항들은 다른 방식으로 함께 결합될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 상기한 결점들을 극복하기 위한 것이다. 이것은,

제 2 영역과 마주하는 제 1 영역,

제 1 콘덴서 플레이트,

상기 제 2 영역에 배치된 제 2 콘덴서 플레이트로서, 상기 제 2 플레이트는 상기 제 1 플레이트보다 작거나 같은, 상기 제 2 콘덴서 플레이트,

상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 사이에 배치된 중간 공간,

상기 중간 공간에 배치된 도전 요소로서, 상기 도전 요소는 상기 제 1 영역 및 제 2 영역과 기계적으로 독립적이며 상기 제 1 및 제 2 콘덴서 플레이트들에 주어진 전압들에 의존하여 상기 중간 공간을 가로질러 이동시키는 데 적합한, 상기 도전 요소,

전기 회로의 제 1 접촉 포인트 및 상기 전기회로의 제 2 접촉 포인트를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 접촉 포인트는 제 1 스톱들을 정의하고, 상기 도전 요소는 상기 제 1 스톱들과 접촉하는 데 적합하고, 상기 도전 요소는 상기 제 1 스톱들과 접촉할 때 상기 전기 회로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 소형화된 릴레이에 의해 달성된다.

실제로, 본 발명에 따른 릴레이에 있어서, (제 1 접촉 포인트 및 제 2 접촉 포인트를 가로질러) 외부 전기 회로를 개폐하는 역할을 하는 요소로 불리는 도전 요소는 자유롭게 이동할 수 있는 분리된 부분이다. 즉, 재료의 탄성력은 릴레이 이동들 중 하나를 강제하는 데 사용되지 않는다. 이것은 복수의 상이한 해결방법들을 허용하며, 이들 모두는 매우 낮은 활성화 전압들을 요구하고 매우 작은 설계 사이즈들을 허용하는 이점을 얻는다. 도전 요소는 중간 공간에 수용된다. 중간 공간은 제 1 및 제 2 영역에 의해 그리고 도전 요소가 중간 공간을 벗어나는 것을 방지하는 측벽들에 의해 폐쇄된다. 전압이 제 1 및 제 2 콘덴서 플레이트들에 인가되면 전하 분포들은 또한 중간 공간을 따라 일 방향으로 도전 요소를 이동시키는 정전기력들을 발생하는 도전 요소에 유도된다. 이하에 상세히 설명될 상이한 설계들에 의해 이러한 효과는 몇가지 상이한 방식으로 이용될 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 릴레이는 마찬가지로 "풀-인"의 전술한 문제를 만족스럽게 해결한다.

본 발명에 따른 릴레이의 다른 추가 이점은 다음과 같다: 종래의 정전기 릴레이들에서, 도전 요소가 주어진 위치에 스티킹되어 있으면(다른 요인들 중 습기에 크게 의존함), 복원력이 탄성력이며, 항상 동일하며(위치에만 의존함) 증가될 수 없다는 사실 때문에, 그것을 언스티킹하는 가능한 방법(예를 들면 그것을 건조시키는 것과 같은 외적 수단은 제외)은 없다. 반대로, 도전 요소가 본 발명에 따른 릴레이에 스티킹되면, 전압을 증가시킴으로써 그것을 분리시키는 것이 항상 가능할 것이다.

중간 공간의 기하학 기능 및 콘덴서 플레이트들의 위치결정은 많은 응용 및 기능 방법들을 갖춘, 수개의 상이한 형태의 릴레이들이 달성될 수 있다.

예를 들면, 도전 요소의 이동은 다음과 같을 수 있다:

- 제 1 가능성은, 도전 요소가 진행 운동으로 중간 공간을 따라, 즉 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 실질적으로 선형 방식(계획되지 않고 원하지 않은 외력들에 의해 유발되는 연속의 가능한 쇼크들 또는 진동들 및/또는 운동들을 제외함)으로, 이동하는 것이다.

- 제 2 가능성은, 도전 요소가 도전 요소를 회전시킬 수 있는 실질적인 고정단을 가지는 것이다. 회전축은 외부 전기 회로에 대한 접촉 포인트의 기능을 할 수 있고, 도전 요소의 자유단은 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 이동할 수 있지만, 그 위치에 의존하여 다른 접촉 포인트와 접촉하거나 접촉하지 않는다. 이하에 개략 설명되는 것과 같이, 이러한 접근방법은 특정 이점들의 범위를 가진다.

- 제 3 가능성은, 도전 요소가 발생된 정전기력에 의해 유도된, 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서의 진행 운동과 전향력에 의해 유도된, 진행 운동에 수직인 운동을 결합하는 운동으로 중간 공간을 따라 이동하는 것이다. 이 해결방법은 이하에 더 상세히 설명한다.

유리하게는 제 1 접촉 포인트는 제 2 영역과 도전 요소 사이에 있다. 이것은 이하에 논의되는, 해결방법들의 범위가 얻어지게 한다.

최선의 실시예는 제 1 플레이트가 제 2 영역에 있을 때 달성된다. 대안으로, 릴레이는 제 1 플레이트가 제 1 영역에 있도록 설계될 수 있다. 제 1의 경우에, 더 큰 활성화 전압을 가지며 더 빠른 릴레이가 얻어진다. 한편, 제 2의 경우에, 릴레이는 느리며, 이것은 도전 요소 및 스톱들이 받는 쇼크들이 더 부드럽고, 에너지 소모가 낮다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 각 경우의 특정 요건들에 의존하는 여러 대안들 중에서 하나를 선택할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 제 2 접촉 포인트가 마찬가지로 제 2 영역에 있을 때 얻어진다. 이 경우 도전 요소는 실질적으로 직선 진행 운동을 행하는 릴레이를 가진다. 도전 요소가 전기 회로의 제 1 및 제 2 접촉 포인트라고 불리는 제 1 스톱들과 접속하고 있으면, 전기 회로는 폐쇄되고, 이하에 상세히 설명되는, 상이한 형태의 힘에 의해 전기 회로를 개방하는 것이 가능한다. 다시 전기회로를 폐쇄하기 위해서는, 제 1 콘덴서 플레이트와 제 2 콘덴서 플레트들 간에 전압을 인가하는 것으로 충분하다. 이것은 도전 요소를 제 2 영역을 향해 끌려 가게 하여 다시 제 1 및 제 2 접촉 포인트를 접촉시킨다.

제 1 콘덴서 플레이트가 제 1 영역에 있고 제 2 콘덴서 플레이트가 제 2 영역에 있으며, 상기 문단에서 언급한 회로를 개방하는 데 필요한 힘을 달성하는 방법은 제 2 영역에 제 3 콘덴서 플레이트를 추가로 배치하는 것이고, 여기서 제 3 콘덴서 플레이트는 제 1 콘덴서 플레이트와 같거나 작고, 제 2 및 제 3 콘덴서 플레이트들은 합쳐서 제 1 콘덴서 플레이트보다 크다. 이러한 장치에서 제 1 콘덴서 플레이트는 중간 공간의 일측에 있고 제 2 및 제 3 콘덴서 플레이트들은 중간 공간의 다른측에 서로 가까이 있다. 이러한 방식으로 정전기력들에 의해 양 방향으로 도전 요소를 이동시킬 수 있고, 또한, 폐쇄된 외부 회로에 의해 강제될, 도전 요소가 원칙적으로 알려지지 않은 전압인 채로 있을 지라도 외부 전기 회로의 폐쇄를 보장할 수 있다.

본 발명의 다른 최선의 실시예는 릴레이가 추가로 상기 제 2 영역에 배치된 제 3 콘덴서 플레이트 및 상기 제 1 영역에 배치된 제 4 콘덴서 플레이트를 포함할 때 달성되며, 여기서 상기 제 1 콘덴서 플레이트 및 제 2 콘덴서 플레이트는 서로 동일하며, 상기 제 3 콘덴서 플레이트 및 상기 제 4 콘덴서 플레이트는 서로 동일하다. 사실, 이러한 방식으로, 도전 요소를 제 2 영역을 향해 이동시키고자 하면, 전압을 한쪽에서는 제 1 및 제 4 콘덴서 플레이트들에, 다른 쪽에서는 제 2 콘덴서 또는 제 3 콘덴서 플레이트들에 인가할 수 있다. 도전 요소가 최소 콘덴서 플레이트가 배치된 장소를 향해 이동하면, 그것은 제 2 영역을 향해 이동할 것이다. 마찬가지로 전압을 제 2 및 제 3 콘덴서 플레이트들 및 제 1 또는 제 4 콘덴서 플레이트들에 인가함으로써 도전 요소를 제 1 영역을 향해 이동시킬 수 있다. 더욱 단순한 3개의 콘덴서 플레이트 해결방법에 비해, 이러한 해결방법의 이점은 그것이 완전히 대칭이라는 것이며, 이것은 도전 요소가 제 2 영역 또는 제 1 영역을 향해 이동하는 것과 무관하게 동일한 릴레이 거동을 정확하게 달성하는 것을 말한다. 유리하게는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 콘덴서 플레이트들은 일반적으로 몇가지 점에서 릴레이가 대칭이도록 설계하는 것이 편리하므로 모두 서로 동일하다. 한편 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 영역 사이에는 대칭성이 있다. 한편, 예를 들면 이하에 기술될 도전 요소에서의 회전 및 요동 문제와 같은 다른 문제들을 피하기 위해 다른 형태의 대칭을 유지할 필요가 있다. 이 점에서, 릴레이는 추가로 제 1 영역에 배치된 제 5 콘덴서 플레이트 및 제 2 영역에 배치된 제 6 콘덴서 플레이트를 포함하는 것이 특히 유리하며, 여기서, 제 5 콘덴서 플레이트 및 제 6 콘덴서 플레이트는 서로 동일하다. 한편 콘덴서 플레이트들의 수를 증가시키면 제조 불균일을 더 양호하게 보상할 수 있는 이점이 있다. 한편, 수개의 상이한 플레이트들은 인가된 전압 및 활성 시간의 관점 모두로부터 독립적으로 활성화될 수 있다. 6개의 콘덴서 플레이트들은 서로 모두 동일할 수 있고 또는 대안으로 동일한 쪽에 있는 3개의 플레이트들은 서로 상이한 사이즈를 가질 수 있다. 이것은 활성화 전압들의 최소화를 허용한다. 각 영역에 3개 이상의 콘덴서 플레이트들을 가진 릴레이는 다음과 같은 목적 모두가 달성되게 한다:

- 그것은 양 방향에서 대칭으로 작용할 수 있고,

- 하나의 영역에서 활성인 2개의 플레이트들을 가지고 다른 영역에서 활성인 하나의 플레이트를 가짐으로써 별개의 표면 영역들이 항상 제공될 수 있으므로, 그것은 고정된 전체 릴레이 치수에 대해 최소 활성화 전압을 허용하는 설계를 가지며,

- 그것은 전류 및 전력 소모의 최소화 및 더 부드러운 릴레이 기능을 허용하며,

- 그것은 도전 요소들이 접촉할 때 도전 요소에 외부 전기 회로에 의해 전송되는 전압과 무관하게 릴레이의 개폐를 보장할 수 있고,

- 특히 릴레이가 각 영역에 6개의 콘덴서 플레이트들을 가지면, 그것은 또한 이하에서 알 수 있는 것과 같이 다른 중요한 이점이 있는 중심 대칭의 요건들과 부합할 수 있다. 그러므로 본 발명의 다른 선호되는 실시예는 릴레이가 제 1 영역에 배치된 6개의 콘덴서 플레이트들 및 제 2 영역에 배치된 6개의 콘덴서 플레이트들을 포함할 때 얻어진다. 그러나, 중심 대칭을 달성하기 위해 각 영역에 6개의 콘덴서 플레이트들을 절대적으로 가질 필요는 없다. 즉 이 경우 전류 및 전력 소모의 최소화 및 릴레이의 "평활화(smooth)" 기능의 최적화를 보류해야 하지만, 예를 들면 각 영역에 있는 3개의 콘덴서 플레이트들로 그것을 달성하는 것도 가능하다. 일반적으로, 플레이트들 각각의 제조 불균일들이 나머지 플레이트들의 불균일에 의해 보상되는 경향이 있을 수 있으므로, 각 영역에서 콘덴서 플레이트들의 수를 증가시키면 설계에 더 큰 유연성 및 융통성을 허용하고 한편 그것은 제조에 고유한 불균일들을 감소시킨다.

그러나, 어떤 경우에 도전 요소로 하여금 강제로 진행 운동에 추가한 몇 종류의 회전(revolution)을 하게 하기 위해 힘 모멘트들의 존재를 일부러 유발시키고 싶은 것을 감소시키기 않아야 한다. 그것은 예를 들면 고정된 벽들에 대해 도전 요소의 가능한 스티킹 또는 마찰을 극복하기 위해 유리할 수 있다.

유리하게는 릴레이는 제 1 영역과 도전 요소 사이에 제 2 스톱(또는 제 1 스톱들이 있는 것만큼 많은 제 2 스톱들)을 포함한다. 이러한 방식으로, 또한 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 기하학적 대칭을 달성할 수 있다. 도전 요소가 제 2 영역을 향해 이동할 경우, 그것은 제 1 스톱들과 접촉할 때까지 그렇게 할 수 있고, 외부 전기 회로를 폐쇄할 것이다. 도전 요소가 제 1 영역을 향해 이동할 경우, 그것은 제 2 스톱(들)과 접촉할 때까지 그렇게 할 것이다. 이러한 방식에서 도전 요소에 의해 행해지는 운동은 대칭이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 릴레이가 제 1 영역과 도전 요소 사이에 배치된 제 3 접촉 포인트를 포함할 때 달성되며, 여기서 제 3 컨택트 포인트는 제 2 접촉 포인트 및 제 3 접촉 포인트와 접촉할 때 제 2 전기 회로를 폐쇄하도록 도전 요소가 제 2 스톱을 정의한다. 이 경우 릴레이는 커뮤테이터로서 작용하여, 제 2 접촉 포인트를 제 1 접촉 포인트와 제 3 접촉 포인트를 교대로 접속시킨다.

이전 예의 특히 유리한 실시예는 도전 요소가 축을 정의하는 중공 원통형 부분으로서, 그 내부에 제 2 접촉 포인트가 수용되는, 상기 중공 원통형 부분, 및 반경방향 중공 원통형 부분의 일측으로부터 돌출하고 축 방향으로 연장하는 평탄부를 포함하고, 상기 평탄부가 축 방향에서 측정된 원통형 부분의 높이보다 낮은, 축 방향에서 측정된 높이를 가질 때 달성된다. 이러한 특정 경우는 도전 요소가 그 단부들 중 하나를 중심으로 하여 회전 운동을 행하는 환경에 동시에 부합한다(참조 상기 "제 2 가능성"). 게다가, 원통형 부분은 유지면들 위에 놓인 것이고(원통의 각 단부에 하나, 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 연장함), 반면 평탄부는 그것이 높이가 낮으므로 원통형 부분에 대해 캔틸레버된다. 따라서, 평탄부는 벽들 또는 고정 표면들(제 1 및 제 2 접촉 포인트는 제외)과 접촉하지 않고, 이러한 방식으로, 스티킹 및 마찰력들이 감소된다. 제 2 접촉 포인트에 대해, 그것은 원통형 부분의 내측 부분에 수용되고 제 2 접촉 포인트뿐만 아니라 회전 축으로 작용한다. 따라서, 전기 접속이 제 1 접촉 포인트와 제 2 접촉 포인트 사이 또는 제 3 접촉 포인트와 제 2 접촉 포인트 사이에 확립된다. 중공 원통형 부분은 원통형 중공을 정의하고, 이것은 모든 경우에 제 2 접촉 포인트에 대해 만곡된 표면을 가지므로 스티킹 및 마찰력들의 위험을 감소시킨다.

이전 예의 특히 유리한 다른 실시예는 도전 요소가 축을 정의하는 중공의 평행사변형 부분으로서, 그 내부에 제 2 접촉 포인트가 수용되어 있는, 상기 중공의 평행사변형 부분, 및 반경방향으로 중공의 평행사변형 부분의 일측으로부터 돌출하고 축 방향으로 연장하는 평탄부를 포함하고, 평탄부는 축 방향에서 측정된 평행사변형 부분의 높이보다 낮은, 축 방향에서 측정된 높이를 가질 때 얻어진다. 사실, 그것은 평행사변형 부분이 평행사변형 중공을 정의하는 상기한 것과 유사한 실시예이다. 이러한 해결방법은 매우 작은 실시예들의 경우에 특히 유리할 수 있는 데, 그 이유는 이 경우 제조 공정의 해상도 용량이(특히 포토리소그라피 공정의 경우에) 직선들을 사용하게 하기 때문이다. 양자의 경우에, 결정 기하학은 내부 중공의 기하학이며, 하기 첫번째의 2개의 조합이 가장 유리하지만, 사실, 아래와 같은 수개의 상이한 조합들이 가능하다는 것이 강조된다:

- 사각형 구획을 가진 축 및 사각형 구획을 갖는 중공(제 2 접촉 포인트),

- 원형 구획을 가진 축 및 원형 구획을 가진 중공,

- 원형 구획을 가진 축 및 사각형 구획을 가진 중공 및 그 역.

필연적으로, 구획들이 사각형이면, 도전 요소가 축을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 축과 평행사변형 부분 사이의 충분한 유극(play)이 있어야 한다. 마찬가지로 원형 구획의 경우 도전 요소에 의해 행해진 실제 운동이 축을 중심으로 한 회전과 제 1 및 제 2 영역 사이의 진행(travel)과의 조합이도록 축과 원통형 부분 사이에 매우 많은 유극이 있을 수 있다. 제 2 스톱이 어떠한 전기 회로에도 전기적으로 접속되지 않을 가능성이 있고, 즉 이 경우 하나의 전기 회로만을 개폐할 수 있지만, 도전 요소가 회전에 의해(또는 진행과 조합된 회전에 의해) 이동하는 릴레이가 얻어질 것이라는 것을 또한 유의해야 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 릴레이가 제 1 영역과 도전 요소 사이에 배치된 제 3 및 제 4 접촉 포인트들을 포함하고, 도전 요소가 제 3 및 제 4 접촉 포인트들과 접촉할 때 제 2 전기 회로를 폐쇄하도록 제 3 및 제 4 접촉 포인트들이 제 2 스톱들을 정의할 때 얻어진다. 사실, 이 경우 릴레이는 2개의 전기 회로들과 교대로 접속할 수 있다.

유리하게는 제 1 및 제 2 영역 각각에 배치된 콘덴서 플레이트들 조립체들 각각은 대칭 중심에 대해 중심 대칭이며, 여기서 상기 대칭 중심은 도전 요소의 질량 중심 위에 놓인다. 사실, 영역들 각각에 배치된 콘덴서 플레이트들의 각 조립체는 도전 요소 상에 힘의 장을 발생한다. 이러한 힘의 장에 기인한 힘이 도전 요소의 질량 중심에 대해 영이 아닌 모멘트를 가지면, 도전 요소는 진행하지도 않을 뿐만 아니라 그 질량 중심을 중심으로 하여 회전하지도 않을 것이다. 이 점에서, 그것은 각 영역의 플레이트들의 조립체들이 이러한 회전이 유리하지 않은 경우에 중심 대칭성을 갖도록 하는 것을 제공하는 것이 적합하고, 또는 다른 한편 예를 들면 마찰력들 및/또는 스티킹을 극복하기 위해 그 질량 중심에 대해 도전 요소에 회전을 유도하는 것이 유리하면 중심 비대칭을 제공하는 것이 편리할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도전 요소는 통상 물리적으로 제 1 영역, 제 2 영역 및 측벽들 사이의 중간 공간에 들어 있다. 유리하게는 측벽들과 도전 요소 사이에는 예를들어 도전 요소가 제 1 및 제 2 접촉 포인트들에 의해 형성된 그룹의 접촉 포인트 및 제 3 및 제 4 접촉 포인트들에 의해 형성된 그룹의 접촉 포인트와 동시에 기하학적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해 충분히 작은 유극이 있다. 즉, 도전 요소는 제 1 전기 회로를 제 2 전기 회로에 접속하는 중간 공간에 횡단 위치(transversal position)를 도입하는 것이 방지된다.

스티킹 및 높은 마찰력들을 피하기 위해, 도전 요소는 라운딩된 외측 표면들을 가지는 것이 유리하며, 바람직하게는 원통형 또는 구형인 것이 바람직하다. 구형 해결방법은 모든 방향에서 마찰력 및 스티킹을 최소화시키며, 한편, 제 1 및 제 2 영역들과 마주하는 원통형의 베이스들을 갖는 원통형 해결방법은 정전기력들의 발생에 대해서는 효율적인 콘덴서 플레이트들과 마주하는 큰 표면들을 가지면서 측벽들에 대해 마찰력 감소가 달성되게 한다. 이러한 해결 방법은 또한 접촉 포인트들을 갖는 큰 접촉 표면들을 가지므로, 커뮤테이팅된 전기 회로에 도입되는 전기 저항을 감소시킨다.

마찬가지로, 도전 요소가 도전 요소의 이동에 대해 수직인 상면 및 하면, 적어도 하나의 측면을 가지면, 측면은 작은 돌기들을 가지는 것이 유리하다. 이들 돌기들은 또한 중간 공간의 측면 및 측벽들 사이에서 스티킹 및 마찰력의 감소를 허용할 것이다.

유리하게는 도전 요소는 중공이다. 이것은 질량 감소를 허용하고 따라서 낮은 관성을 달성한다.

릴레이가 2개의 콘덴서 플레이트들(제 1 플레이트 및 제 2 플레이트)을 가지며 양자가 제 2 영역에 있으면, 이러한 방식으로 최소 활성화 전압이 하나의 동일한 전체 장치 표면적에 대해 얻어지므로, 제 1 콘덴서 플레이트 및 제 2 콘덴서 플레이트는 동일한 표면적을 가지는 것이 유리하다.

릴레이가 2개의 콘덴서 플레이트들(제 1 플레이트 및 제 2 플레이트)을 갖고 제 1 콘덴서 플레이트가 제 1 영역에 있고 한편 제 2 콘덴서 플레이트가 제 2 영역에 있으면, 이러한 방식으로 최소 활성화 전압이 하나의 동일한 전체 장치 표면적에 대해 얻어지므로, 제 1 콘덴서 플레이트는 제 2 콘덴서 플레이트의 표면적에 2배인 표면적을 가지는 것이 유리하다.

본 발명에 따른 릴레이의 다른 바람직한 실시예는 콘덴서 플레이트들 중 하나가 동시에 콘덴서 플레이트로서 그리고 접점 포인트(및 따라서 스톱)로서 작용할 때 얻어진다. 이 장치는 고정 전압(통상적으로 VCC 또는 GND)에서 다른 접점 포인트(외부 전기 회로의 것)의 접속을 허용하고 또는 그것을 고 임피던스로 둘 것이다.

마찬가지로 본 발명의 다른 대상은 본 발명에 따른 릴레이들에 대한 최선의 용도들에 관한 것이다. 전기 스위치 및 전기 커뮤테이터로서 사용하는 것은 별문제로 하고도, 본 발명에 따른 릴레이는 상이한 물리적 크기들을 위한 센서로서 이용될 수 있다. 이와 같은 경우들에, 측정하고자 하는 물리적 크기는 전기 회로를 개방하기 위해 힘을 작용시키고 콘덴서 플레이트들에 인가된 주어진 전압에 의해, 전자를 저지하는 힘이 발생되고 외부 전기 회로가 다시 폐쇄된다(또는 그 역으로, 즉, 전기 회로를 개방된 채로 유지하기 위해 전압을 인가할 필요가 있고 반면 조사하고자하는 물리적 크기는 회로를 폐쇄하는 경향이 있다). 필요로 되는 전압의 판정은 측정하고자 하는 물리적 크기의 결정을 허용한다. 일반적으로, 소형화는 동시에 수개의 센서들을 포함하는 것을 허용하며, 이것은 대응하는 결정의 신뢰성을 증가시킨다. 신뢰성의 증가는 이들 상이한 센서들이 동일 크기를 측정하고, 이어서 평균을 계산하는 확률에 기인한다. 특별한 유리한 대안은 양 영역들에 전기 접점들, 즉 총 3 또는 4의 접점들을 갖는 본 발명에 따른 릴레이를 배치함으로써 얻어지는 데 그 이유는 이 경우 하나의 영역의 전기 접점(들)과의 접촉의 중단과 다른 영역의 전기 접점(들)과의 전기 접점의 확립 사이에서 경과하는 시간으로부터의 조사하에서, 일정 전압에서(또는 설명될 추가 패러미터로서 전압을 변경시킬 때에도) 물리적 크기를 측정할 수 있기 때문이다. 이하 다양한 특정 예들이 제공된다:

가속도계: 외부 가속도로 인한 힘은 도전 요소를 이동시켜, 전기 회로를 개방한다. 콘덴서 플레이트들에 인가된 전압은 대향력을 생성한다. 전기 회로가 다시 폐쇄될 경우 필요로 되는 전압이 결정되고 따라서 도전 요소가 받는 가속도가 결정될 수 있다. 이것은 상기한 바와 같이 또한 역방향에서 일어날 수도 있고, 상기 외부 가속도는 상기 회로를 폐쇄시키는 경향이 있다. 소형화는 3개의 좌표축을 따라 배향된, 다양한 센서들의 제공을 허용한다. 특정 예들은 에어백들 및 경사계들이다.

압력 센서: 전기 요소가 상이한 압력(결정될 압력 및 기준 압력)을 받는 2개의 챔버들을 분리하면, 도전 요소의 면들 중 하나에 인가되는 공기압, 또는 일반적으로 임의의 다른 비도통 유체는 전기 회로를 개방(또는 폐쇄)하는 경향이 있을 수 있다. 상기 회로의 폐쇄(개방)을 다시 달성하는 데 필요한 전압은 상기 유체의 압력 또는 특히 상기 유체와 상기 기준 챔버 간의 압력차의 측정을 허용한다. 이러한 종류의 센서의 특별한 예는 마이크로폰일 수 있다.

유량 센서: 도전 요소가 유체의 흐름을 통과시킬 수 있는 개구를 갖거나 그것이 유체의 흐름에 잠기는 연장부를 가지면, 본 발명에 따른 릴레이는 유량 센서로서 사용될 수 있다. 상기 예들에서와 같이, 콘덴서 플레이트들에 인가된 주어진 전압에 의해, 수압 또는 공기역학력이 유체 흐름에 의해 발생되는 경우 측정하고자 하는 물리적 크기에 의해 발생된 힘을 저지할 수 있다. 압력 센서에 관한 상기 경우에서와 같이, 그러나 유체는 전기 도전체일 수 없다.

온도 센서: 이 경우 릴레이가 스위칭하는 데 걸리는 시간은 기본적으로 외부 가속도, 인가된 전압 및 콘덴서 플레이트들의 표면적 계수들에 의존한다는 것이 고려되어야 한다. 이들 플레이트들이 상이한 열팽창 계수들을 가진 재료들로 만들어지면, 콘덴서 플레이트들의 표면적 계수들은 온도에 따라 변할 것이다. 이러한 방식에는 플레이트들에 인가된 주어진 전압에 대해 스위칭 시간과 온도 간의 관계가 있다. 마찬가지로, 릴레이를 스위칭하는 데 필요한 최소 전압은 온도에 의존할 것이다.

음향 응용들(라우드스피커들). 도전 요소가 스톱들과 충돌하거나 콘덴서 플레이트를 끌어 당기는 콘덴서 플레이트들와 충돌하면, 노이즈를 생성할 것이다. 단일 칩에 집적될 수 있는 매우 많은 수의 릴레이들을 함께 배치함으로써 상이한 음향파들을 동상으로 함께 모을 수 있고 따라서, 들을 수 있는 결과적인 음향파를 생성한다. 이러한 가청 음향파는 높은 지향성을 가질 것이다. 이것은 원하는 것이 비지향성 파들일 경우 유리할 수 있고, 대안으로 릴레이들은 다지향성 파(multidirectional wave)를 얻기 위해 상이한 방향들로 분포 및/또는 활성화될 수 있고, 시간에 대해 비동기화될 수 있다. 또한, 릴레이들 간의 상대 시간 비동기(dephases)를 제어하는 것을 말하는 것인, 각 릴레이가 활성화되는 정확한 순간을 제어함으로써 방향성을 제어하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 음향파의 방향성을 역동적으로 변경할 수 있으므로, 릴레이들의 기하하적 분포를 변경시키지 않고 요구들에 따라 지향될 수 있다. 전기 접점들의 존재는 대응하는 스톱들과의 도전 요소의 충돌이 일어나는 정확한 순간의 판정을 허용한다.

전향력들의 검출기(통상 자이로스탯들(gyrostats)로서 알려져 있음). 이들 검출기는 전향력을 결정함으로써 물체의 회전 속도를 판정한다. 그렇게 하기 위해서는 제 1 영역 및 제 2 영역에 배치된 콘덴서 플레이트들 및 제 1 영역-제 2 영역 축에 수직인 축 상에 배치된 접촉 포인트들을 가진 릴레이를 필요로 한다. 도전 요소는 콘덴서 플레이트들에 인가된 전압에 의존할 주어진 속도가 항상 제공되도록 하기 위해 하나의 단부로부터 다른 단부로 연속 이동해야 한다. 이동 축(제 1 영역- 제 2 영역 축)에 의해 형성된 평면에 수직인 회전 속도가 있으면, 접촉 포인트들, 이 후 도전 요소는 제 1 영역-제 2 영역 축에 수직일 전향 가속도를 받을 것이다. 이것은 전압들이 콘덴서 플레이트들에 인가되면 도전 요소가 일측상의 접촉 포인트들(또는 반대측 상에서는, 회전 방향에 의존하여)과 접촉하고, 따라서, 도전 요소가 이동하는 속도는 충분히 높다는 것을 의미한다. 접촉 포인트들과 접촉하면, 외부 회로가 폐쇄될 것이고, 따라서 그에 대해 필요한 조건들이 얻어진다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 외부 회전의 크기는 따라서 콘덴서 플레이트들에 인가된 전압의 크기와 관련되고, 회전 방향은 도전 요소에 이와 같은 시간에 비례하는 속도의 방향을 고려하여, 2쌍의 컨택트들 중 어느 것이 단락되었는가에 기초하여 알 수 있다. 이러한 종류의 센서는 3개의 수직 방향들에 동시에 포함될 수 있고, 이것은 공간에서의 어떤 회전이 결정되게 한다.

가스 센서. 도전 요소가 주어진 가스 분자들과 반응하고 그리고/또는 이들을 흡수할 수 있는 재료로 만들어지면(또는 이와 같은 재료가 도전 요소에 포함되면) 상기 가스의 농도에 의존하는 다양한 질량을 가진 도전 요소가 얻어진다. 질량의 이러한 변화는 하나의 단부로부터 다른 단부로 이동할 때의 시간 경과뿐만 아니라 활성화 전압에 영향을 준다. 따라서 가스 농도가 결정될 수 있다.

일반적으로, 상기 모든 센서들에 있어서, 릴레이를 스위칭하는 데 필요한 최소 전압인 것을 각 경우에 검출함으로써 또는 고정된 인가 전압에 대한 스위칭 시간을 검출함으로써 대응하는 크기를 결정할 수 있다. 일반적으로 디지털 기술을 이용하여 매우 간단히 증가될 수 있고 가변 전압들의 발생이 아날로그 회로들을 사용하는 것을 포함하므로, 스위칭 시간을 검출하는 것이 더 쉽다. 그러나, 릴레이를 스위칭하는 전압을 검출할 때, 릴레이는 훨씬 더 자주 스위칭될 필요가 있으므로, 마모를 줄이고 장기간 신뢰성 및 작동 수명을 증가시키는 이점이 있다.

본 발명에 따른 릴레이의 다른 가능한 응용은 자기장 검출기이다. 이를 위해 릴레이는 도전 요소가 제 1 외부 전기 회로를 폐쇄하는 그 폐쇄 위치에 유지되어야 하며, 어떤 강도를 갖는 전류는 도전 요소를 통과해야 한다. 릴레이가 자기장의 영향을 받으면, 도전 요소는 자기력의 영향을 받을 것이고, 상기 방향이 적합하면, 이러한 자기력은 전기 회로를 개방하는 경향이 있다. 전기 회로를 폐쇄된 채로 유지하기 하는 데 필요한 전압을 결정하고 다른 패러미터들(도전 요소의 기하학 및 질량, 그것을 통과하는 전류 강도 등)을 고려함으로써, 자기장의 공간 성분을 주어진 방향에서 결정할 수 있다. 자기장의 모든 공간 성분들이 결정될 수 있도록 공간에 배향된 복수의 센서들을 제공하면, 전체 자기장이 결정될 수 있다. 2개의 외부 전기 회로들이 폐쇄될 수 있도록 릴레이가 제 1 영역 및 제 2 영역 모두에 전기 접촉 포인트를 가지면, 이 때 하나의 릴레이로 자기장의 공간 성분이 그 방향과 관계없이 결정될 수 있는 데 그 이유는 도전 요소가 하나의 영역에 있으면, 자기장은 그것을 분리하는 대신에 접촉 포인트들에 그것을 가압하여 도전 요소를 반대 영역에 놓는 경향이 있어, 자기장이 그것을 접촉 포인트들로부터 분리하는 경향이 있을 수 있고, 따라서 결정이 가능하기 때문이다. 전기 회로들 중 어느 것이 상기 판정을 위해 사용되었는지를 알면 그 방향을 알 수 있다. 자기장 검출기로서 릴레이를 사용하기 위해 전기 회로는 폐쇄되어야 하고 충분히 높은 전류가 대응하는 자기력을 받도록 그것을 위한 도전 요소를 통과해야 한다는 것을 알아야 한다. 사실, 자기장이 전기 회로를 개방한 경우, 전류는 도전 요소를 통과하는 것을 중지할 것이고 자기력은 사라질 것이고, 따라서 정전기장이 활성화된 채로 있을 것이므로, 도전 요소는 다시 전기 접촉 포인트들과 접촉할 것이다. 따라서, 일부 시간은 전류를 재확립하기 전에 흐르도록 허용해야 하고 도전 요소는 다시 자기력을 받는다. 도전 요소가 다른 외부 가속도들을 받는 자기력을 구분 짓기 위해, 자기장 센서는 수개의 릴레이들을 포함할 수 있고, 일부는 위에 약술한 것과 같이 자기장을 검출하는 역할을 하고, 나머지들은 관련 부분에 상기한 것과 같이 가속도들을 측정하기 위한 것이다. 각 성분에 대해 얻어진 결과들을 보상함으로써 실제 자기장이 결정될 수 있다. 대안으로, 하나 및 동일한 릴레이는 가속도 판독들(acceleration readings)(여기서 전류는 도전 요소를 통과하지 않음)이 산재된 자기장 판독들을 행할 수 있다(도전 요소를 통해 전류를 통과시킴으로써).

발명의 몇몇 실시예들의 상세한 설명

도 1은 본 발명에 따른 릴레이의 제 1 기본 기능 형태를 도시한다. 릴레이는 중간 공간(25)을 정의하고, 그 중간 공간(25)에는 도전 요소(7)가 수용되고, 그 도전 요소(7)는 중간 공간(25)을 정의하는 벽들에 물리적으로 연결되지 않은 물리적으로 분리된 부분이므로 중간 공간(25)을 따라 자유롭게 이동할 수 있다. 릴레이는 또한 도 1의 좌측에 제 1 영역을 정의하고, 도 1의 우측에는 제 2 영역을 정의한다. 제 2 영역에는 제 1 콘덴서 플레이트(3) 및 제 2 콘덴서 플레이트(9)가 배치되어 있다. 도 1에 도시된 예에 있어서, 양 콘덴서 플레이트들(3, 9)은 서로 같을 수 있지만, 이들은 상이한 표면적들을 가진다. 제 1 콘덴서 플레이트(3) 및 제 2 콘덴서 플레이트(9)는 CC 제어 회로에 접속된다. 제 1 콘덴서 플레이트(3)와 제 2 콘덴서 플레이트(9) 사이에 전압을 인가하면, 도전 요소는 항상 도 1의 우측을 향해, 즉 콘덴서 플레이트들(3, 9)을 향해 끌려간다. 도전 요소(7)는 제 1 스톱들(13)에 의해 정지될 때까지 우측을 향해 이동될 것이며, 이 제 1 스톱들(13)에는 제 1 외부 전기 회로(CE1)의 제 1 접촉 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)가 있어 제 1 외부 전기 회로(CE1)가 폐쇄된다.

도 2는 본 발명에 따른 릴레이의 제 2 기본 기능 형태를 도시한다. 릴레이는 또 도전 요소(7)를 수용하는 중간 공간(25)을 정의하고, 이 도전 요소(7)는 중간 공간(25), 즉 도 2의 좌측 상의 제 1 영역, 및 도 2의 우측 상의 제 2 영역을 따라 자유롭게 이동할 수 있다. 제 2 영역에는 제 2 콘덴서 플레이트(9)가 배치되어 있고 한편 제 1 영역에는 제 1 콘덴서 플레이트(3)가 배치되어 있다. 제 1 콘덴서 플레이트(3) 및 제 2 콘덴서 플레이트(9)는 CC 제어 회로에 접속되어 있다. 제 1 콘덴서 플레이트(3)와 제 2 콘덴서 플레이트(9) 간에 전압을 인가하면, 도전 요소는 항상 도 2의 우측으로, 가장 작은 콘덴서 플레이트를 향해, 즉 제 2 콘덴서 플레이트(9)를 향해 끌려간다. 이 때문에, 도 2의 도시된 예에서 양 콘덴서 플레이트들(3, 9)이 상이한 표면적들을 가진다는 것이 이 경우에 절대적으로 필요한 것인 데, 왜냐하면 이들이 동일한 표면적들을 가진다면, 도전 요소(7)는 어떤 방향으로도 이동하지 않을 수 있기 때문이다. 도전 요소(7)는 제 1 스톱들(13)에 의해 정지될 때까지 우측을 향해 이동할 것이며, 이 제 1 스톱들에는 제 1 외부 전기 회로(CE1)의 제 1 접촉 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)가 있어 제 1 외부 전기 회로(CE1)가 폐쇄된다. 좌측에는 이 경우 어떠한 전기 기능도 하지 않지만 도전 요소(7)가 콘덴서 플레이트(3)와 접하지 않게 하는 제 2 스톱들(19)이 있다. 이 경우, 제 1 콘덴서 플레이트(3)와 접촉하게 되는 도전 요소(7)에 의해서는 문제가 일어나지 않으므로, 스톱들(19)은 제거되어도 된다. 이것은 이 쪽에 단지 하나의 콘덴서 플레이트가 있기 때문이며, 하나 이상 있고 이들이 상이한 전압들에 접속되어 있으면, 이 때 스톱들은 단락(short-circuit)을 피하기 위해 필요할 수도 있다.

도 1 및 도 2의 릴레이들의 구성은 센서들로서 사용하기 적합하며, 여기서 측정될 크기는 도전 요소(7)에서 유도되는 정전기력에 의해 저지될 힘에 영향을 미친다. 표현된 것과 같이, 두 경우에, 측정될 크기는 전기 회로(CE1)를 개방하는 경향이 있는 힘에 영향을 미쳐야 하고, 한편 정전기력은 그것을 폐쇄하는 경향이 있을 것이다. 그러나, 측정될 크기가 전기 회로(CE1)를 폐쇄시키는 경향이 있을 수 있고 한편 정전기력은 그것을 개방하는 경향이 있을 수 있도록 릴레이는 반대 지점에서 정확히 작용하도록 설계될 수 있다. 이 경우에, 제 1 스톱들(13)은 대응하는 전기 회로(CE1)와 함께 도 1 및 도 2에서 좌측에 위치될 필요가 있을 수 있다. 도 1에서, 이러한 가능성은 파선으로 연결된 참조번호들로 도시되어 있다. 방향 변경이 제로인 최소 전압으로 폐쇄/개방을 얻지 못할 때 일어날 수도 있기 때문에, 방향 변경이 일어난 것으로 검출된 경우, 비록 알고리즘이 폐쇄로 가는 경향으로서 개방으로 가는 경향으로 변경되어야 할 수도 있지만, 스톱들이 양측에 위치되면, 이 때 센서는 양 방향에서 크기를 검출할 수 있다. 인가된 전압의 부호는 도전 요소(7)의 이동 방향에 영향을 주지않는 것으로 생각해야 한다.

정전기력들에 의해 양 방향으로의 도전 요소(7)의 이동을 달성하기 위해, 도 3에 도시된 것과 같이, 제 3 콘덴서 플레이트(11)를 제공할 필요가 있다. 최소 콘덴서 플레이트가 위치되어 있는 곳을 향해 도전 요소(7)가 항상 이동할 것이라고 가정하면, 이 경우, 제 3 콘덴서 플레이트(11)가 제 1 콘덴서 플레이트(3)보다 작지만 제 2 콘덴서 플레이트(9)와 제 3 콘덴서 플레이트(11)의 표면적의 합이 제 1 콘덴서 플레이트(3)보다 클 필요가 있다. 이러한 방식으로, 제 1 콘덴서 플레이트(3)와 제 2 콘덴서 플레이트(9)를 활성화시킴으로써, 이들을 고 임피던스 상태에 있는 제 3 콘덴서 플레이트(11)가 아닌 상이한 전압들에 접속함으로써, 도전 요소(7)는 우측으로 이동될 수 있고, 반면 3개의 콘덴서 플레이트들(3, 9, 11)을 활성화시킴으로써 도전 요소(7)는 좌측으로 이동될 수 있다. 후자의 경우에 제 2 콘덴서 플레이트(9) 및 제 3 콘덴서 플레이트(11)는 동일 전압이 공급되고, 제 1 콘덴서 플레이트(3)는 상이한 전압이 공급된다. 도 3의 릴레이는 또한 이들 제 2 스톱들(19)이 제 3 접점 포인트(21) 및 제 4 접점 포인트(23)를 정의하는 방식으로, 제 2 스톱들(19)에 접속된 제 2 외부 전기 회로(CE2)를 가진다.

2개의 콘덴서 플레이트들이 제 1 및 제 2 영역들 각각에 제공되면, 도전 요소(7)의 이동은 다음과 같은 2개의 상이한 방식들로 행해질 수 있다:

- 도전 요소가 2개의 콘덴서 플레이트들에 의해 끌어 당겨지도록, 동일한 영역의 2개의 콘덴서 플레이트들 간에 전압을 인가함(도 1에서와 같이 기능함)

- 도전 요소(7)가 전기적으로 충전된 콘덴서 표면적이 가장 작은 영역을 향해 끌리도록, 하나의 영역의 하나의 콘덴서 플레이트와 다른 영역의 하나(또는 둘)의 콘덴서 플레이트(들) 간에 전압을 인가함(도 2에서와 같이 기능함)

도 4 및 도 5에는 EFAB 기술로 제조되도록 설계된 릴레이가 도시되어 있다. 층 침착에 의한 이러한 마이크로메카니즘 제조 기술은 이 기술분야에서 숙련된 사람에게 공지되어 있고, 다층 제조를 허용하고 3차원 구조 설계에서 많은 융통성을 부여한다. 릴레이는 지지체로서 작용하고, 첨부 도면 중 몇 개에서 간략히 나타내기 위해 도시되어 있지 않은 기판(1) 상에 장착된다. 릴레이는 도전 요소(7)의 좌측(도 5에 따름)에 배치된 제 1 콘덴서 플레이트(3) 및 제 4 콘덴서 플레이트(5) 및 도전 요소(7)의 우측에 배치된 제 2 콘덴서 플레이트(9) 및 제 3 콘덴서 플레이트(11)를 가진다. 릴레이는 또한 제 1 접촉 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)인 2개의 제 1 스톱들(13) 및 제 3 접촉 포인트(21) 및 제 4 접촉 포인트(23)인 2개의 제 2 스톱들(19)을 가진다. 릴레이는 그 상측 부분이 덮이는 데, 이러한 커버는 내부 상세를 명확하게 알 수 있도록 하기 위해 도시되어 있지 않다.

릴레이는 도 5에 따라, 중간 공간(25)을 따라 좌에서 우로 이동하며, 그 역으로 이동한다. 관측될 수 있는 것과 같이 제 1 스톱들(13) 및 제 2 스톱들(19)은 콘덴서 플레이트(3, 5, 9, 11)보다 도전 요소(7)에 더 가깝다. 이러한 방식으로, 도전 요소(7)는 콘덴서 플레이트들(3, 5, 9, 11) 및 이들에 대응하는 제어 회로들과 간섭하지 않고, 좌에서 우로 이동하여 대응하는 전기 회로들을 폐쇄할 수 있다.

도전 요소(7)는 중공 내부 공간(27)을 갖는다.

중간 공간(25)을 형성하는 도전 요소(7) 및 벽들(제 1 스톱들(13), 제 2 스톱들(19), 콘덴서 플레이트들(3, 5, 9, 11) 및 2개의 측벽들(29)을 말함) 사이에는 유극이 있고, 이것은 제 1 접촉 포인트(15)가 제 3 접촉 포인트(21)와 또는 제 2 접촉 포인트(17)가 제 4 접촉 포인트(23)와 겨우 접촉할 수 있을 정도로, 도 5의 도면 평면에 수직인 축을 따라 도전 요소가 회전하는 것을 방지할 수 있을 만큼 충분히 작다. 그러나, 도면들에는 더욱 명확하게 보이기 위해 유극은 실제 배율로 도시되어 있지 않다.

도 6 내지 도 8은 EFAB 기술로 제조되도록 설계된 다른 릴레이를 도시한다. 이 경우 도전 요소(7)는 도 6 내지 도 8에 따라 수직방향으로 이동한다. 릴레이의 여러 가지 이동 대안의 사용은 설계 기준에 의존한다. 상기 제조 기술은 수개의 층들의 침착을 개시한다. 모든 도면들에서, 수직 치수들은 과장되어 있고, 이것은 물리 장치들이 도면에 도시된 것보다 훨씬 평탄하다는 것을 말하는 것이다. 더 큰 콘덴서 표면들을 얻고자 한다면, 도 6 내지 도 8에 도시된 것(수직 릴레이)과 유사한 형태를 갖는 릴레이를 구성하는 것이 바람직할 수 있고, 반면 훨씬 적은 수의 층들을 원한다면 도 4 및 도 5에 도시된 것(수평 릴레이)과 유사한 형상을 갖는 릴레이가 더 적당할 수 있다. 어떤 특정 기술들이 이용되면(예를 들면 폴리MUMPS, Dalsa, SUMMIT, Tronic's, Qinetiq's 등으로서 통상 알려진 것), 층들의 수는 항상 매우 제한될 것이다. 수직 릴레이의 이점은 큰 표면들이 작은 칩 영역으로 얻어진다고 것이며, 이것은 훨씬 낮은 활성화 전압들을 의미한다(동일 칩 영역을 이용).

개념적으로 도 6 내지 도 8의 릴레이는 도 4 및 도 5의 릴레이와 매우 유사하며, 제 3 접촉 포인트(21) 및 제 4 접촉 포인트(23)인 제 2 스톱들(19) 뿐만 아니라 하측부(도 8)에 배치된 제 1 콘덴서 플레이트(3) 및 제 4 콘덴서 플레이트(5)를 가진다. 도면들에서 알 수 있는 것과 같이, 제 2 스톱들(19)이 콘덴서 플레이트 위에 있어, 도전 요소(7)가 제 1 및 제 4 콘덴서 플레이트들(3, 5)과 접촉하지 않고 제 2 스톱들(19) 위에서 지지될 수 있다. 상단에는(도 6) 제 2 콘덴서 플레이트(9), 제 3 콘덴서 플레이트(11) 및 제 1 접점 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)인 2개의 제 1 스톱들(13)이 있다. 이 경우 도전 요소(7)와 측벽들(29) 사이의 유극은 또한 제 1 접촉 포인트(15)가 제 3 접촉 포인트(21)와 또는 제 2 접촉 포인트(17)가 제 4 접촉 포인트(23)와 접촉하는 것을 피할 수 있도록 충분히 작다.

도 9 및 도 10에 도시된 릴레이는 릴레이의 일예이며, 여기서 도전 요소(7)의 운동은 실질적으로 그 단부들 중 하나를 중심으로 한 한 회전이다. 이러한 릴레이는 제 1 콘덴서 플레이트(3), 제 2 콘덴서 플레이트(9), 제 3 콘덴서 플레이트(11) 및 제 4 콘덴서 플레이트(5)를 가지며, 이들 모두는 기판(1) 위에 장착되어 있다. 게다가, 서로 마주하는 제 1 접촉 포인트(15)와 제 3 접촉 포인트(21)가 있다. 제 1 접촉 포인트(15)와 제 3 접촉 포인트(21) 간의 거리는 콘덴서 플레이트들 간의 거리보다 작다. 도전 요소(7)는 중공인 원통형 부분(31)을 가지며, 여기서 중공은 마찬가지로 원통형이다. 원통형 중공의 내부에는 원통형 부분을 가진 제 2 접촉 포인트(17)가 수용되어 있다.

이러한 방식으로 도전 요소(7)는 제 1 접촉 포인트(15)와 제 2 접촉 포인트(17) 사이 또는 제 3 접촉 포인트(21)와 제 2 접촉 포인트(17) 사이에 전기 접촉을 확립할 것이다. 도전 요소(7)에 의해 행해지는 운동은 실질적으로 원통형 부분(31)에 의해 정의된 축을 중심으로 한 회전이다. 제 2 접촉 포인트(17)와 원통형 부분(31) 사이의 유극은 도 9에 확대되어 있지만, 그것은 어떤 양의 유극이 존재하는 것이 확실하고, 따라서 도전 요소(7)에 의해 행해지는 운동은 순수한 회전이 아닌 실제로 회전과 진행의 조합이다.

원통형 부분(31)으로부터, 원통형 부분(31)의 축의 방향에서 측정된, 원통형 부분(31)보다 높이가 낮은 평탄부(33)가 연장한다. 이것은 도 10에서 더 상세히 관측되며, 여기에는 원통형 부분(31) 및 평탄부(33)가 거의 윤곽으로 도시되어 있다. 이러한 방식으로 평탄부(33)가 기판(1)과 접촉하는 것을 피하여 마찰력들 및 스티킹을 감소시킨다.

알 수 있는 것과 같이, 원통형 부분(31) 대신에 평행사변형 부분을 사용하고 원형 단면을 가진 제 2 접촉 포인트(17)를 사각형 단면을 가진 것으로 대체함으로써, 유극이 충분한 한, 개념적으로 도 9 및 도 10의 것과 등가인 릴레이를 설계할 수 있다.

예를 들면, 도 9 및 도 10에 도시된 릴레이에 있어서, 제 1 접촉 포인트(15) 및/또는 제 3 접촉 포인트(21)가 제거되면, 이 때 그것은 접촉 포인트들 및 스톱들로서 작용할 수도 있는 바로 그 콘덴서 플레이트들(특히 제 3 콘덴서 플레이트(11) 및 제 4 콘덴서 플레이트( 5))일 수 있다. 콘덴서 플레이트들이 작동해야하는 전압들의 적절한 선택에 의해 이러한 전압이 항상 VCC 및 GND이 되도록 할 수 있다. 다른 가능성은 예를 들면 제 3 접촉 포인트(21)가 어떤 외부 회로와도 전기적으로 접속되어 있지 않을 수 있다는 것이다. 이 때 제 3 접촉 포인트는 단지 스톱일 수 있고, 도전 요소(7)가 제 2 접촉 포인트를 제 3 접촉 포인트(21)와 접촉시킬 경우, 제 2 접촉 포인트(17)는 상기 회로에서 고 임피던스 상태로 될 수 있다.

도 11에 도시된 릴레이는 폴리MUMPS 기술로 제조되도록 설계된다. 전술한 바와 같이, 이 기술은 이 기술분야에서 숙련된 사람에게 공지되어 있고, 3개의 구조층 및 2개의 희생층을 가진 표면 미세기계가공인 것을 특징으로 한다. 그러나, 개념적으로 그것은 약간의 차이는 있지만 도 9 및 도 10에 도시된 릴레이와 유사하다. 따라서 도 11의 릴레이에 있어서, 제 1 콘덴서 플레이트(3)는 제 3 콘덴서 플레이트(11)와 동일하지만 제 2 콘덴서 플레이트(9) 및 제 4 콘덴서 플레이트(5)와는 다르며, 이것은 서로 동일하지만 전자보다 작다. 제 2 접촉 포인트(17)에 대해, 그것이 그 상단에 도전 요소(7)를 중간 공간(25)에 고정할 수 있게 하는 확장부(widening)를 가진다. 핑거들(9, 10)의 제 2 접촉 포인트(17)에도 이러한 종류의 확장부가 제공될 수 있다. 이러한 릴레이에서 제 1 접촉 포인트(15)와 제 3 접촉 포인트(21) 사이의 거리는 콘덴서 플레이트들 사이의 거리와 같다는 점을 주목할 가치가 있다. 도전 요소(7)의 운동이 제 2 접촉 포인트(17)를 중심으로 한 회전 운동이라고 가정하면, 도전 요소의 대향 단부는 원호(arc)를 그리므로, 그것은 평탄부(33)가 콘덴서 플레이트들과 접촉하기 전에 제 1 또는 제 3 접촉 포인트(15, 21)와 접촉한다.

도 12는 폴리MUMPS 기술로 제조되도록 설계된 다른 릴레이를 도시한다. 이 릴레이는 그것이 제 5 콘덴서 플레이트(35) 및 제 6 콘덴서 플레이트(37)를 추가로 가지지만 도 4 및 도 5의 릴레이와 유사하다.

도 13은 도 4 및 도 5에 도시된 것과 등가의 릴레이를 도시하지만, 제 1 영역에 6개의 콘덴서 플레이트들 및 제 2 영역에 6개의 콘덴서 플레이트들을 가진다. 게다가, 도전 요소(7)의 이탈을 피하기 위한 상측 커버를 주목해야 한다.

도 14 및 도 15는 도전 요소(7)가 원통형인 릴레이를 도시한다. 도 14의 릴레이를 참조하면, 도전 요소를 둘러싸고 있는 측벽들(29)은 평행사변형이고, 한편 도 15의 릴레이에 있어서 도전 요소(7)를 둘러싸고 있는 측벽들(29)은 원통형이다. 도 16에는 표면 미세기계가공에 의해 제조된 구체를 도시되어 있고, 그것은 가변 직경의 복수의 원통형 디스크들에 의해 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 16의 것과 같은 구형 도전 요소(7)를 가진 릴레이는 예를 들면 도 14 또는 도 15의 것과 개념적으로 매우 유사하며, 원통형 도전 요소(7)를 구형 도전 요소로 대체한 것이다. 그러나, 구형 도전 요소(7)가 접촉 포인트들 또는 경우에 따라서 스톱들이 아닌 콘덴서 플레이트들과 먼저 접촉하는 것을 피하기 위해, 콘덴서 플레이트들 및 스톱들의 배치에 어떤 기하학적 조정들만을 고려하면 된다.

도 17은 도 4 및 도 5에 도시된 릴레이의 변형예를 도시한다. 이 경우 도전 요소(7)는 그 측면들(41)에 돌기들(protuberances)(39)을 가진다.

도 18은 특히 전향력들의 검출기(자이로스탯)로서 사용하도록 설계된, 본 발명에 따른 릴레이의 변형예를 도시한다. 이 경우 릴레이가 도전 요소(7)의 좌측(도 18에 따라)에 배치된 제 1 콘덴서 플레이트(3)와 제 4 콘덴서 플레이트(5)를, 그리고 도전 요소(7)의 우측에 배치된 제 2 콘덴서 플레이트(9)와 제 3 콘덴서 플레이트(11)를 가지는 것을 알 수 있다. 릴레이는 또한 도 18의 상측 부분에 제 1 접촉 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)인 2개의 제 1 스톱들(13)을, 그리고 도 18의 하측 부분에 제 3 접촉 포인트(21) 및 제 4 접촉 포인트(23)인 2개의 제 2 스톱들(19)을 가진다. 도전 요소(7)는 콘덴서 플레이트들 사이에 인가된 전압들의 도움으로 이들 사이에서 지그재그형으로 이동한다. 릴레이가 전향력들을 받으면 도전 요소(7)는 횡방향으로, 즉 도 18에 따라 상향 또는 하향으로 이동될 것이다(회전 운동은 도면의 평면에 수직이라고 가정함). 제 1 접촉 포인트(15) 및 제 2 접촉 포인트(17)(또는 제 3 접촉 포인트(21) 및 제 4 접촉 포인트(23))와 접촉시키고, 지그재그 운동이 행해지는 속도(및 릴레이의 기하학적 패러미터들 및 질량들)에 의존하여 전향력이 결정될 수 있고, 그 결과, 회전 속도가 결정될 수 있다. 릴레이는 또 (추가로 및 선택적으로) 전기 접점들일 수 있는 제 3 스톱들(43) 및 제 4 스톱들(45)을 가진다. 따라서, 각 지그재그 운동의 끝 진행(end travel)이 릴레이 제어 회로에 의해 사용되는 대응하는 전기 회로의 폐쇄에 의해 검출된다. 대안으로, 도전 요소(7)의 위치는 이 기술분야에서 숙련된 사람에게 공지된 다른 과정들에 의해 결정될 수 있다.