电接点是用于通过接点对的机械性的开闭动作，从而机械性地连接以及 切断电流通路的电子电路要素，适用于开关和继电器等。利用电接点构成的 开关和继电器具有这样的特长：在打开状态下因为电接点间是机械性分离 的，所以可以达到电阻极大的良好的打开状态。为此，那样的机械性开闭式 的开关以及继电器，在信息设备、产业机械、汽车、家电等所有的领域中， 作为开闭包含电源、驱动器、传感器等的电路的手段广为使用。
图12以及图13是表示机械性开闭式的以往的电接点装置X3。电接点 装置X3具有可动件71以及固定件72。
可动件71是由导体片73、设置在该导体片73的一端附近的接点74、 安装在导体片73上的插口座75构成的，在一个导体片73上设置一个接点 74。接点74由导体形成，插口座75是树脂制的。在导体片73的另一端附 近，电性且机械性地连接有例如由编成组的铜线构成的导线76。导线76与 图外的电路电性连接。另外，在插口座75上插通有销77，可动件71能够以 销77为轴心进行旋转。销77固定在包围电接点装置X3的规定的箱体(省 略图示)上。可动件71的旋转动作是通过含有励磁线圈等而构成的规定的 驱动机构(省略图示)而实现的。
固定件72是由导体片78、由导体构成的接点79组成的。导体片78与 4图外的电路电性连接。接点79设置在可动件71的旋转动作中的接点73的 轨道上。
若在具有这样的结构的电接点装置X3的接点74和接点79之间施加有 规定的电压的状态下，可动件71向固定件72旋转，如图13所示那样，接 点74和接点79接触，则电流例如从导体片78通过接点79、接点74、以及 导体片73而向导线76流动。其后，可动件71从固定件72向反向分离的方 向旋转，如图12所示那样，接点74以及接点79分离，则通电被停止。这 样，电接点装置X3就进行了电流通路的连接和切断。
在电接点的技术领域中公知的是，在处于关闭状态的接点间流过阈值 (最小放电电流)或其以上的电流的状态或者产生阈值(最小放电电压)或 其以上的电位差的状态下，将接点对分离，则接点间产生弧光放电。例如在 阈值或其以上的电流流动的状态下分离接点对时，首先，随着打开分离的进 行，接点间的接触面积逐渐缩小，流过接点间的电流不断集中。电流的集中 化引起接点温度上升，熔化接点表面。为此，即使接点对打开分离之后，在 分离距离很短的期间，由熔化了的接点材料搭挂在该接点间。即，在接点间 形成搭桥。从该搭桥产生金属蒸汽，以该金属蒸汽为介质开始弧光放电。弧 光放电在变为以周围气体为介质的放电现象之后，在接点对分离开充分的距 离时被切断。在与这样的发生打开分离时弧光大致同样的机构中，在电接点 闭合时也有时产生弧光放电。这是由于在电接点闭合时，接点对反复进行间 歇式开闭动作(振动)的缘故。
图14是表示弧光发电产生概率的接点间电流依存性的一个例子的曲线 图。在本曲线图中，使由金形成的接点对在规定的按压力(10mN、100mN、 或者200mN)下接触，将在接点间施加36V的电压的同时，在使该接点对 打开分离时弧光放电产生的概率作成曲线。通过将电接点连接到36V的稳压 电源上，使与该电接点串联连接的电阻的值变化，从而使通电电流变化。推 算出接点间的实际的接触面积为数十μm2或其以下。横轴表示在关闭状态下 流经接点间的电流，纵轴表示弧光放电产生概率。即使在任意的按压力下， 若通电电流大于等于0.6A，则弧光放电发生率约为100％。另一方面，通电 电流小于等于0.1A时，弧光放电发生率约为0％。关于该曲线图的详细的信 息公开于Yu Yonezawa et al.(Japanese Journal of Applied Physics，应用物理 学会，2002年7月，第41卷，章节1，No.7A，p4760～4765)。
从图14的曲线图可以知道，用于引起弧光放电的最小的放电电流(最 小弧光电流)Imin存在于0.1～0.6A之间。可知最小放电电流Imin为依赖于 材料种类的值。同样，用于引起弧光放电的最小的放电电压(最小弧光电压) Vmin也存在，可知关于最小放电电压Vmin，也为依赖于材料种类的值。对 于由金形成的接点对，报告有例如最小放电电流Imin为0.38A、最小放电电 压Vmin为15V的情况。但是，实际测定的Imin和Vmin受到接点对之间的 空间的电荷状态、接点表面的状态等带来的影响，而并不一定是固定的。
在电接点装置X3的关闭状态下，负载电路(以通电为目的的图外的电 路)所需的电流全部通过接点74以及接点79之间。为此，如果负载电路所 需的电流大于等于最小放电电流，则在打开分离时在该接点74以及接点79 之间产生弧光放电。负载电路所需的电流大于等于电接点装置X3的最小放 电电流的情况很多。
弧光放电的产生以及切断，伴随着构成接点74、79的材料的熔化、蒸 发以及再凝固，引起接点材料的消耗、转移，以及接点74以及接点79之间 的接触电阻的变动。为此，接点74以及接点79之间发生的弧光放电的次数 越增加，则越有电接点装置X3的可靠性降低的倾向，存在寿命变短的倾向。 在为了将大电流通电以及断电而使用电接点装置X3的情况下，可靠性降低 以及寿命变短更为显著。
另外，在现有的电接点装置X3中，为了在关闭状态下达到足够小的接 触电阻，接点74、79由低电阻的铜基材、和低电阻且具有耐蚀性并覆盖该 基材的金属覆膜(Au、Ag、Pd、Pt等)构成的情况居多。但是，这些低电阻金 属由于具有比较低的熔点，所以容易被弧光放电时产生的热熔化，因此，易 消耗和转移。很难被弧光放电时产生的热熔化的金属材料，因为具有较大的 电阻，所以在使接触电阻降低成为重要问题的现有的电接点装置X3中，采 用高熔点的金属材料作为接点构成材料在应用上很困难。
发明的公开
本发明是考虑到这样的事情而作出的，其目的在于提供一种电接点装 置，可以适当地抑制在接点间产生弧光放电的情况。
根据本发明的第一方面，提供一种电接点装置。该电接点装置具有：第 一接触件，其具有第一接点部以及第二接点部；第二接触件，其具有与第一 接点部相对向的第三接点部、以及与第二接点部相对向的第四接点部；电路 结构，其并列设置有第一支路和第二支路，该第一支路含有由第一接点部以 及第三接点部构成的第一电接点，且在该第一电接点的关闭状态下具有相对 小的电阻，该第二支路含有由第二接点部以及第四接点部构成的第二电接 点，且在该第二电接点的关闭状态下具有相对大的电阻。本装置是以在第一 接触件以及第二接触件接近的闭合动作中，第二接点部与第四接点部接触之 后，第一接点部与第三接点部接触，且在第一接触件和第二接触件分离的打 开分离动作中，第一接点部和第三接点部分离之后，第二接点部和第四接点 部分离的方式构成的。
图1表示本发明第一方面的电接点装置所具有的电路结构Y1。电路结 构Y1具有相互并列连接的第一支路YA以及第二支路YB。
第一支路YA包含由第一接点部C1和第三接点部C3构成的第一电接点 部SA、和与其串联设置的电阻Ra。电阻Ra包含实质上为0Ω的电阻。在第 一接点部C1以及第三接点部C3闭合的状态下，即第一电接点SA的关闭状 态下，第一电接点SA具有接触电阻Ra’。因而，第一支路YA在第一电接点 SA的关闭状态下具有总电阻RA＝(＝Ra+Ra’)。
第二支路YB包含由第二接点部C2和第四接点部C4构成的第二电接点 SB、和与其串联设置的电阻Rb。电阻Rb包含实质上为0Ω的电阻。在第二 接点部C2以及第四接点部C4闭合的状态下，即第二电接点SB的关闭状态 下，第二电接点SB具有接触电阻Rb’。因而，第二支路YB在第二电接点 SB的关闭状态下具有总电阻RB＝(＝Rb+Rb’)。第二支路YB的总电阻RB 被设定为大于第一支路YA的总电阻RA。
图2A～图2C表示本发明第一方面的电接点装置开闭动作时的，该动作 的过程中的电路结构Y1的变化。在进行动作时将在端子E1、E2之间通过 电源施加的规定的电压(DC或者AC)设为Vin。另外，在进行动作时与电 接点装置串联设置的输入阻抗或者输出阻抗设为R1或者R2。R1以及R2，相 当于例如用于通电目的的负载电路的阻抗，虽然按照该负载电路的结构可以 得到很大的不同，但是至少具有比电接点装置整体的电阻足够大的值(例如 10Ω或其以上)的情况居多。
图2A表示本电接点装置的打开分离状态，在该打开分离状态下，两电 接点SA、SB处于打开状态。图2B表示本电接点装置的变化状态，在该变 化状态，第一电接点SA处于打开状态，且第二电接点SB处于关闭状态。 图2C表示本电接点装置的闭合状态，在该闭合状态，两电接点SA、SB处 于关闭状态。
在打开分离状态(图2A)中，若在端子E1、E2之间施加Vin，则在相 互并列的第一支路YA以及第二支路YB上施加相同的电压。
如果在端子E1、E2之间施加有Vin的状态下，具有接点部C1、C3的 第一接触件以及具有接点部C2、C4的第二接触件是以接近的方式进行闭合 动作，则首先，如图2B所示，第二电接点SB成为关闭状态。其结果，对应 于总电阻RB(＝Rb+Rb’)的电流通过第二支路YB。通过电流是RB越大就 越小。因此，通过将RB设定为足够大，可以将通过第二支路YB的第二电 接点SB的电流设定为比该电接点SB的最小放电电流小，如图2B所示那样， 在第二电接点SB成为关闭状态的瞬间，即使在第二接点部C2以及第三接点 部C4之间产生振动，也可以适当地抑制弧光放电的产生。
在变化状态，如果第一接触件以及第二接触件以更加接近的方式继续进 行闭合动作，则如图2C所示那样，第一电接点SA成为关闭状态。其结果， 对应于总电阻RA(＝Ra+Ra’)的电流通过第二支路YA。第二支路YA的总 电阻RA比第二支路YB的总电阻RB小，因此第一电接点SA成为关闭状态 时，比第二支路YB大的电流流过第一支路YA。但是，施加在第一电接点 SA的接点部之间的电压，因为在变化状态(图2B)中比打开分离状态(图 2A)小，所以在第一电接点SA成为关闭状态的瞬间，抑制弧光放电的发生。 在变化状态，调整本电接点装置，以使施加在第一电接点SA的接点部之间 的电压充分变小。这样的调整，例如可以通过调节第二支路YB中的总电阻 RB来进行。
在两电接点SA，SB处于闭合状态的情况下，对应于两支路YA，YB的 电阻RA，RB的期望电流通过本电接点装置。
在本电接点装置的闭合状态，若第一接触件以及第二接触件以离开的方 式进行打开分离动作，则如图2B所示那样，第一电接点SA变为打开状态。 在第一电接点SA变为打开状态的瞬间，由于第二电接点SB处于关闭状态， 所以抑制第一电接点SA的接点部之间的电压急剧上升。其结果，在第一电 接点SA成为打开状态的瞬间，抑制弧光放电的产生。
在变化状态，若第一接触件以及第二接触件以进一步离开的方式继续进 行打开分离动作，则如图2A所示那样，在第一电接点SA之外，第二电接 点SB也成为打开状态。这时，基于与在第二电接点SB成关闭状态的瞬间 抑制弧光放电的产生的情况相同的理由，抑制弧光放电的产生。
这样，根据本发明第一方面的电接点装置，通过在将使期望的大电流通 过用的低电阻的第一支路YA中的第一电接点SA闭合之前，闭合高电阻的 第二支路YB中的第二电接点SB，可以抑制在装置整体中闭合时弧光放电的 产生。与此同时，根据本发明第一方面的电接点装置，通过在打开使期望的 大电流通过的低电阻的第一支路YA中的第一电接点SA之后，打开高电阻 的第二支路YB中的第二电接点SB，可抑制装置整体打开分离时弧光放电的 产生。加之，根据本发明第一方面的电接点装置，通过第一接触件以及第二 接触件的接近驱动以及离开驱动，可以实现抑制弧光放电的产生的这样的动 作。
在本发明的第一方面，优选在第一电接点为打开状态、且第二电接点为 打开状态的打开分离状态下，第一接点部和第三接点部之间的分隔距离比第 二接点部和第四接点部之间的分隔距离长。这样的结构是适合于在适当的不 同的时刻进行第一电接点以及第二电接点的开闭。
优选第二支路包含具有比第二电接点的接触电阻大的电阻并相对于该 第二电接点串联设置的电阻体。本结构意味着在上述的电路结构Y1中，电 阻Rb具有有效的电阻值。
优选第二电接点的接触电阻比第一电接点的接触电阻大。
优选第二接点部和/或第四接点部是由含有从Ta、W、C、Mo中选择的 金属元素的金属、氧化物、或者氮化物构成的。含有从Ta、W、C、Mo中 选择的金属元素的金属、氧化物、或者氮化物具有适于构成电接点的高熔点 和沸点的趋势。另外，优选第二接点部以及/或第四接点部由具有大于等于 3000℃的熔点的材料构成。
在电接点的技术领域中，以往，降低接触电阻是设计电接点的必要事项。 为此，用于构成接点的金属材料，多使用Cu、Au、Ag、Pd、Pt等导电性高 的金属或其合金。但是，本发明的结构中，每个第二支路，由于需要某种程 度的电阻，所以也可以从由于电阻高故作为接点材料不实用的金属材料中来 选择接点材料。因此，在本发明中，即使是高电阻也可以将熔点和沸点高的 材料作为接点材料使用。如果通过熔点和沸点高的材料形成接点，则可以抑 制由熔融和蒸发带来的接点结构材料的消耗以及转移，可以适当防止接点变 差。
最好第三接点部以及第四接点部包含于一个平面电极中。
根据本发明的第二方面，提供其他的电接点装置。该电接点装置包括： 第一接触件，其具有多个第一接点部以及多个第二接点部；第二接触件，其 具有分别与一个第一接点部相对向的多个第三接点部、以及分别与一个第二 接点部相对向的多个第四接点部；电路结构，其并列设置有多个第一支路和 多个第二支路，该多个第一支路包括由第一接点部以及第三接点部构成的第 一电接点，并且在该第一电接点的关闭状态下具有相对小的电阻，该多个第 二支路包括由第二接点部以及第四接点部构成的第二电接点，并且在该第二 电接点的关闭状态下具有相对大的电阻。本装置这样构成的：在第一接触件 以及第二接触件接近的闭合动作中，所有的第二电接点的第二接点部与第四 接点部接触之后，所有的第一电接点的第一接点部与第三接点部接触，且， 在第一接触件和第二接触件离开的打开分离动作中，所有的第一电接点的第 一接点部和第三接点部分离之后，所有的第二电接点的第二接点部和第四接 点部分离。
图3是表示具有本发明的第二方面的电接点装置的电路结构Y2。电路 结构Y2具有多个第一支路YAi(i＝1，2，3…，m)以及多个第二支路YBi (i＝1，2，3…，n)，这些支路YAi、YBi相互并列设置。
第一支路YAi含有由第一接点部C1i以及第三接点部C3i构成的第一电 接点SAi、和与此串联设置的电阻Rai。电阻Rai，包含实质上为0Ω的电阻。 在第一接点部C1i以及第三接点部C3i闭合的状态下，即第一电接点SAi的 关闭状态下，第一电接点SAi具有接触电阻Ra’i。因此，第一支路YAi，在 第一电接点SAi的关闭状态下具有总电阻RAi(＝Rai+Ra’i)。
第二支路YBi含有由第二接点部C2i以及第四接点部C4i构成的第二电 接点SBi、和与此串联设置的电阻Rbi。电阻Rbi包含实质上为0Ω的电阻。 在第二接点部C2i以及第四接点部C4i闭合的状态、即第二电接点SBi的关 闭状态下，第二电接点SBi具有接触电阻Rb’i。因而，第二支路YBi，在第 二电接点SBi的关闭状态下具有总电阻RBi(＝Rbi+Rb’i)。第二支路YBi 的总电阻RBi被设定成大于第一支路YAi的总电阻RAi。电路结构Y2作为 等价电路也可以用电路结构Y1表示。
图4A～图4C表示本发明的第二方面的电接点装置开闭动作时的，该动 作的过程中的电路结构Y2的变化。将动作时在端子E1、E2之间通过电源 施加的规定的电压(DC或者AC)设为Vin。另外，将在进行动作时与电接 点装置串联设置的输入阻抗或者输出阻抗设为R1或者R2。R1以及R2，相当 于例如用于通电目的的负载电路的阻抗，对应于该负载电路的结构可以有很 大的不同。
图4A表示本电接点装置的打开分离状态，在该打开分离状态下，所有 的电接点SAi、SBi处于打开状态。图2B表示本电接点装置的变化状态，在 该变化状态，所有的第一电接点SAi处于打开状态，且所有的第二电接点SBi 处于关闭状态。图2C表示本电接点装置的闭合状态，在该闭合状态，所有 的电接点SAi、SBi处于关闭状态。
在打开分离状态(图4A)，若在端子E1、E2之间施加Vin，则在相互 并列的多个第一支路YAi以及多个第二支路YBi上，施加相同的电压。
如果在端子E1、E2之间施加有Vin的状态下，具有接点部C1i、C3i(i ＝1，2，3，…，m)的第一接触件以及具有接点部C2i、C4i(i＝1，2，3，…， n)的第二接触件是以接近的方式进行闭合动作，则首先，如图2B所示，所 有的第二电接点SBi成为关闭状态。其结果，对应于总电阻RBi的电流通过 各第二支路YBi。通过电流是RBi越大则越小。因此，通过将RBi设定为足 够大，可以将通过各第二支路YBi的第二电接点SBi的电流设定为比该电接 点SBi的最小放电电流小，各第二电接点SBi成为关闭状态的瞬间，即使在 第二接点部C2i以及第三接点部C4i之间产生振动，也可以适当地抑制弧光 放电的产生。
在变化状态中，若第一接触件以及第二接触件以进一步接近的方式继续 进行闭合动作，则如图4C所示那样，所有的第一电接点SAi成为关闭状态。 其结果，对应于总电阻RAi的电流通过各第二支路YAi。第二支路YAi的总 电阻RAi比第二支路YBi的总电阻RBi小，因此，若第一电接点SAi变为 关闭状态，则在第一支路YAi流过比第二支路YBi大的电流。但是，施加在 第一电接点SAi的接点部之间的电压，由于在变化状态(图2B)小于打开 分离状态(图2A)，所以在第一电接点SAi变为关闭状态的瞬间，抑制弧 光放电的产生。调整本电接点装置，以使在变化状态中在第一电接点SAi的 接点部之间施加的电压充分变小。这样的调整，可以通过调节如第二支路 YBi中的总电阻RBi来进行。
所有的电接点SAi、SBi处于关闭状态的情况下，变为对应于所有的支 路YAi、YBi的电阻RAi、RBi的期望的电流通过本电接点装置。
在本电接点装置的闭合状态中，若第一接触件以及第二接触件以离开的 方式进行打开分离动作，则首先，如图4B所示那样，所有的第一电接点SAi 变为打开状态。在各第一电接点SAi成为打开状态的瞬间，由于所有的第二 电接点SBi依然处于关闭状态，所以可以抑制各第一电接点SAi的接点间电 压急剧上升。其结果，在各第一电接点SAi成为打开状态的瞬间，抑制弧光 放电的产生。
在变化状态中，如果第一接触件以及第二接触件以进一步离开的方式继 续进行打开分离动作，则如图4A所示那样，所有的第一电接点SAi之外， 所有的第二电接点SBi也成为关闭状态。这时，基于与在各第二电接点SBi 成为关闭状态的瞬间抑制弧光放电的产生的情况相同的理由，抑制弧光放电 的产生。
这样，根据本发明的第二方面的电接点装置，通过在关闭为使期望的大 电流通过的多个低电阻的第一支路YAi中的第一电接点SAi之前，关闭所有 的高电阻的第二支路YBi中的第二电接点SBi，可以抑制装置全体中的闭合 时弧光放电的产生。与此同时，根据本发明的第二方面的电接点装置，通过 在打开为使期望的大电流通过的所有的低电阻的第一支路YAi中的第一电 接点SAi之后，打开多个高电阻的第二支路YBi中的各第二电接点SBi，可 以抑制装置全体的打开分离时弧光放电的产生。加之，根据本发明的第二方 面的电接点装置，通过第一接触件以及第二接触件的接近驱动以及离开驱 动，可以实现抑制弧光放电的产生的这样的动作。关于具有分别含有电接点 且相互并列设置的多个支路，统一开闭该多个电接点的电接点装置的其他技 术优点，在JP特愿2002-367325号公报中被公开。
本发明的第二方面中，优选在所有的第一电接点为打开状态、且所有的 第二电接点为打开状态的打开分离状态下，所有的第一电接点中的第一接点 部以及第三接点部之间的分隔距离比所有的第二电接点中的第二接点部以 及第四接点部之间的分隔距离长。这样的结构适于在适当的时刻进行第一电 接点以及第二电接点的开闭。
优选第二支路包含具有比第二电接点的接触电阻大的电阻且相对于该 第二电接点串联设置的电阻体。本结构意味着在上述的电路结构Y2中，电 阻Rbi具有有效的电阻值。
优选第二电接点的接触电阻比第一电接点的接触电阻大。
优选第二接点部和/或第四接点部由含有从Ta、W、C、Mo中选择的金 属元素的金属、氧化物、或者氮化物构成。
优选第一接触件具有：基座部，其具有第一面以及与此相反的第二面； 多个突起部，其设置在该基座部的第一面上，且分别在突端具有第一接点部； 第一平面电极，其设置在第一面上，且包含有多个第二接点部，上述第二接 触件具有多个突起部的突端以及第一平面电极能够接触的、包括多个第三接 点部和多个第四电极部的第二平面电极。
在这样的结构中，通过使第一接点部以及第二接点部相对接近，使所有 的突起部的突端(第一接点部)与第二平面电极(多个第三接点部)接触， 达成如图4B所示的变化状态。通过使第一接触件以及第二接触件进一步接 近，使第一平面电极(多个第二接点部)以及第二平面电极(多个第四接点 部)接触，达成如图4C所示的闭合状态。在达成闭合状态后的打开分离动 作中，通过使第一接触件以及第二接触件相对离开，使第一平面电极以及第 二平面电极分离，达成如图4B所示的变化状态。若使第一接触件以及第二 接触件进一步离开，则所有的突起部的突端从平面电极分离，达成如图4A 所示的打开分离状态。
第一接触件以及第二接触件的相对动作，也可以通过相对于被固定的第 二接触件而驱动第一接触件来实现，也可以通过相对于被固定的第一接触件 而驱动第二接触件来实现。另外，该相对动作也可以通过驱动第一接触件以 及第二接触件双方来实现。
另外，在制作具有基座部以及多个突起部的第一接触件的过程中，例如 可以利用对硅基板等材料基板等进行蚀刻加工的微机械加工技术。根据微机 械加工技术，即使有例如1万以上的非常多的突起部，也可以相对于基座部 统一形成。因此，若利用微机械加工技术，则可以在电接点装置中形成极多 个相互并列的第二支路。
优选第二支路进一步包含具有大于第二电接点的接触电阻的电阻且相 对于该第二电接点串联设置的电阻体部，该电阻体部在基座部以及突起部的 内部构成。本结构意味着在上述的电路结构Y2中，电阻Rbi具有有效的电 阻值。
优选基座部以及突起部由硅材料构成，在基座部以及突起部的至少电阻 体部中掺杂有杂质。作为硅材料，列举了例如将单晶硅、多晶硅、以及对它 们掺杂了杂质的材料。基座部以及突起部，可以通过如微机械加工技术等， 而由硅基板成形。这时，对于基座部以及突起部的内部，通过按照需要掺杂 P、As、B等杂质，使形成电阻体部的部位的电阻值上升或者降低，其结果， 可以形成具有期望的电阻值的电阻体部。
优选在基座部的第二面上设置与多个电阻体部电性连接的共通电极。
优选基座部，在每个电接点，具有用于吸收在该电接点的关闭状态下、 在第一接点部以及第三接点部之间产生的接触阻力的挠性结构。这时，优选 基座部具有单固定梁部作为挠性结构，突起部设置在该单固定梁部上。这样 的结构适于在适当不同的时刻进行第一电接点以及第二电接点的开闭。
附图的简单说明
图1表示本发明第一方面的电接点装置中的电路结构。
图2A～图2C表示本发明第一方面的电接点装置进行开闭动作时的、该 动作的过程中的电路结构的变化。
图3表示本发明第二方面的电接点装置中的电路结构。
图4A～图4C表示本发明第二方面的电接点装置进行开闭动作时的、该 动作的过程中的电路结构的变化。
图5是表示本发明第一实施方式的电接点装置。
图6是图5所示的电接点装置的第一接触件的俯视图。
图7A～图7D表示图5所示的电接点装置的第一接触件的制造方法中的 一部分的工序。
图8A～图8D表示图7D之后接着的工序。
图9A～图9D表示图8D之后接着的工序。
图10A～图10C表示图5所示的电接点装置的闭合过程以及打开分离过 程。
图11表示本发明第二实施方式的电接点装置。
图12表示处于打开状态的现有的电接点装置。
图13表示处于关闭状态的图12的电接点装置。
图14是表示弧光放电产生概率的接点间电流依存性的一个例子的曲线 图。
实施发明的最佳方式
图5以及图6表示本发明第一实施方式的电接点装置X1。电接点装置 X1具有第一接触件10以及第二接触件20。第一接触件10具有基座部11、 多个突出部12、多个平面电极部13、配线部14。
基座部11具有背部11a、架部11b、多个共通固定部11c、多个梁部11d。 这些如后所述那样，是通过微机械加工技术，由具有规定的层叠结构的单一 的材料基板一体成形的。
背部11a是用于确保第一接触件10或者基座部11的刚性的部位。
架部11b是在背部11a上并设置在其周边。
多个共通固定部11c，在背部11a上相互平行地设置。梁部11d分别是， 其一方的端部被固定在共通固定部11c上。即，梁部11d具有单固定梁结构。 多个梁部11d是相互并列的。在图5中，为了图形表示明确，将共通固定部 11c与梁部11d的边界用虚线表示。在图6中，为了图形表示简洁，省略共 通固定部11c以及梁部11d的一部分。
多个突起部12，如图6所表示的那样，被排列为二维阵列状，分别是在 本实施方式中具有大致圆锥形状并设置在梁部11d之上。突起部的配置个数 例如是100个～10万个。对应于突起部12的配置个数，梁部11d的配置个数 也是100个～10万个。从基座部11起的突起部12的高度例如是1～300μm， 圆锥形状的底面直径例如是1～300μm。优选突起部12的高度与底面直径为 相同程度。突起部12的表面也可以用高熔点且高沸点的金属涂覆。可以采 用W或Mo作为那样的金属。
共通固定部11c的至少上方部、梁部11d以及突起部12是由具有规定 的导电性的相同材料构成的。
平面电极部13是由比共通固定部11c的至少上方部、梁部11d、以及突 起部12电阻低的导电材料构成的，例如具有0.5～2μm的厚度。各平面电极 部13设置在共通固定部11c上，多个平面电极部13相互并列配置。平面电 极部13，在本实施方式中可以作为对梁部11d以及突起部12供电用的配线 来利用。
配线部14设置在架部11b上，由与平面电极部13一体的金属膜构成。 在图6中，用虚线表示被设置在架部11b以及共通固定部11c之上的金属膜 图形中的平面电极13和配线部14的边界。
第二接触件20具有基板21以及共通平面电极22。基板21例如是硅基 板。共通平面电极22最好由W或Mo等高熔点且高沸点的金属构成。例如 通过突起部12被高熔点金属覆盖，从而在突起部12充分采取防止放电对策 的情况下，共通平面电极22也可以是由从Cu、Au、Ag、Pd、Pt构成的组 中选择的低电阻的金属、或者这些组成的合金构成的。在本发明中，针对第 二接触件20，也可以代替这样的结构，而全部由关于共通平面电极22而描 述的金属构成。
从图7A到图9D是表示电接点装置X1的第一接触件10的制造方法。 该方法是用于通过微机械加工技术制造第一接触件10的一种手法。在图7A 到图9D中，通过部分剖面，表示该第一接触件10的形成过程。
在第一接触件10的制造过程中，首先，准备如图7A所示的基板S。基 板S例如是SOI(Silicon on Insulator：绝缘硅)基板，具有由第一层31、第 二层32、以及夹在其中的中间层33构成的层叠结构。在本实施方式中，例 如第一层31的厚度为20μm，第二层32的厚度为200μm，中间层33的厚 度为2μm。
第一层31以及第二层32是由硅材料构成的，根据需要，通过掺杂如P或As等n型杂质来赋予导电性。在这些导电性的赋予中，也可以使用B等 p型杂质。另外，也可以通过一同掺杂这些n型杂质以及p型杂质，来提高 硅材料的规定的至少一部分的电阻值。
中间层33，在本实施方式中，由绝缘性的物质构成。作为这种绝缘物质， 例如可以采用氧化硅或者氮化硅等。若由绝缘物质构成中间层33，则可以良 好地电性分离在该基板S上成形的梁部11d以及突起部12和背部11a。但是 在本发明中，也可以由导电性物质构成中间层33。这时，由于不将平面电极 部13作为向梁部11d以及突起部12供电用的配线来加以利用，所以可以将 这种供电用的配线设置在背部11a上。
下面，如图7B所示，在第一层31之上，形成突起部12形成用的抗蚀 图形34。具体的说，在硅基板S之上将液体状的光致抗蚀剂通过旋涂法形成 薄膜，经过曝光以及显影，形成抗蚀图形34。抗蚀图形34中所包含的各掩 膜，相应于形成目的的突起部12的形状而为圆形。圆形掩膜的直径最好是 突起部12高度的2倍左右。作为光致抗蚀剂，例如可以使用AZP4210(クラ リアントヅャパン制造)或AZ1500(クラリアントヅャパン制造)。对于后述的抗蚀 图形，也经过这样的光致抗蚀剂的成膜以及其后的曝光处理和显影处理而形 成的。
下面，将抗蚀图形34作为掩膜，相对于第一层31，进行各向同性蚀刻 直到规定的深度为止。该蚀刻可以通过反应性离子蚀刻(RIE)进行。由此， 如图7C所示，形成多个突起部12。为了图形表示明确，将突起部12和其 下方的材料部之间的界面用实线表示。
下面，如图7D所示，例如通过使剥离液作用，将抗蚀图形34从第一层 31剥离。作为剥离液，可以使用AZ脱模剂700(クラリアントヅャパン制造)。 对于后述的抗蚀图形的剥离，也可以使用该剥离液。
接着，如图8A所示，在第一层31之上形成抗蚀图形35。抗蚀图形35 用于对在第一层31中将被加工成上述的架部11b、共通固定部11c、以及梁 部11d的部位进行掩模，覆盖突起部12。
接着，如图8B所示，将抗蚀图形35作为掩膜，对第一层31进行各向 异性蚀刻直到中间层33为止。作为各向异性蚀刻，可以采用Deep-RIE等。
接着，如图8C所示，通过湿式蚀刻将梁部11d下方的中间层33除去。 在中间层33由氧化硅构成的情况下，可以使用氟酸等作为蚀刻液。在本蚀 刻工序中，在被抗蚀图形35覆盖的梁部11d的下方以沉割(under cut)的方 式进行蚀刻处理。通过经由本工序，完成架部11b、共通固定部11c、以及 梁部11d的外部轮廓形状。其后，如图8D所示，从基板S除去抗蚀图形35。
下面，如图9A所示，例如通过蒸镀法，对基板S形成金属膜36。作为 该金属，例如可以采用Au、Cu、Al等比Si电阻足够小的金属。接着，如图 9B所示，在共通固定部11c之上形成抗蚀图形37。抗蚀图形37用于对在该 金属膜36上将被加工成平面电极部13以及配线部14的部位进行掩模，在 架部11b之上也形成。
接着，通过将抗蚀图形37作为掩膜，对金属膜36实施湿式蚀刻，从而 形成如图9C所示的平面电极部13。这时，在架部11b上形成配线部14，作 为蚀刻液，使用不会不合理地蚀刻硅材料等的蚀刻液。其后，如图9D所示， 从基板S除去抗蚀图形37。通过经由图7A至图9D所示的一连串的工序， 制作电接点装置X1的第一接触件10。
另一方面，可以通过对基板21蒸镀规定的金属，形成共通平面电极22， 来制作第二接触件20。或者，可以通过对基板21粘合规定的金属板或者金 属箔，形成共通平面电极22，来制作第二接触件20。
第一接触件10以及第二接触件20是以可以相对动作的方式构成的，使 得能实现使它们接近的闭合动作以及使它们分离的打开动作。第一接触件10 以及第二接触件20的相对动作是通过相对于被固定的第二接触件20而驱动 第一接触件10来实现的。或者，该相对动作也可以通过相对于被固定的第 一接触件10而驱动第二接触件20来实现。或者，该相对动作也可以通过驱 动第一接触件10以及第二接触件20双方来实现。作为第一接触件10和/或 第二接触件20的驱动装置，可以采用以往的继电器中可动部的驱动机构， 例如可以采用使用了电磁铁的驱动器。
在具有这样的结构的电接点装置X1中，形成如图3所示的电路结构Y2。 具体的说，各平面电极部13构成电路结构Y2中的第一接点部C1i，在共通 平面电极22中与各平面电极部13相对向的部位构成第三接点部C3i。因此， 各平面电极部13、以及在共通平面电极22中与各平面电极部13相对向的部 位，构成第一电接点SAi，它们的接触电阻相当于Ra’i。另外，平面电极部 13以及配线部14的内部电阻，相当于电阻Rai。电阻Rai在本实施方式中实 质上为0Ω。
第一接触件10的各突起部12的突端，相当于电路结构Y2中的第二接 点部C2i，在共通平面电极22中与各突起部12相对向的部位，相当于第四 接点部C4i。因此，各突起部12的突端、以及在共通平面电极22与各突起 部12相对向的部位，构成第二电接点SBi，它们的接触电阻相当于Rb’i。另 外，从突起部12的突端开始，通过梁部11d而到平面电极部13的材料部， 相当于电阻Rbi。
图10A～图10C表示电接点装置X1的动作中的闭合过程以及打开过程。 在电接点装置X1的动作中，如参照图4A～图4C所说明的那样，在对电接点 装置X1串联设置规定的负载的状态下，对伴随着该负载的电接点装置X1 施加规定的电压Vin。
在电接点装置X1的打开分离状态下，第一接触件10以及第二接触件 20如图10A所示地配置。所有的突起部12以及所有的平面电极部13，与共 通平面电极22分离着。即，如图4A所示，所有的第一电接点SAi(i＝1，2， 3，…，m)以及所有的第二电接点SBi(i＝1，2，3，…，n)处于打开状态。 因此，在打开分离状态下，负载电路(以通电为目的的图外的电路)没有电 流流过。
若把打开分离状态下的平面电极部13与共通平面电极22的分隔距离设 为D1，把突起部12与共通平面电极22的分隔距离设为D2，则D1＞D2成 立。
若最初处于打开分离状态的第一接触件10以及第二接触件20以接近的 方式进行闭合动作，则首先所有的突起部12与共通平面电极22接触且所有 的第二电接点SBi成为关闭状态，电接点装置X1到达如图10B所示的变化 状态。这时，具有第二电接点SBi的第二支路YBi，具有足够大的Rbi，因 此具有足够大的总电阻RBi。因而，能够适当地抑制突起部12与共通平面电 极22接触瞬间的弧光放电的产生。在电接点装置X1处于变化状态的微小的 期间内，电流通过所有的第二电接点SBi，而微小的电流通过电接点装置X1 的整体。
经过变化状态后，若第一接触件10以及第二接触件20以更接近的方式 继续进行闭合动作，则所有的突起部12与共通平面电极22接触而所有的第 二电接点SBi成为关闭状态的同时，所有的平面电极部13与共通平面电极 22接触而所有的第一电接点SAi成为关闭状态，电接点装置X1如图10C所 示达到闭合状态。第一电接点SAi的接点部C1i、C3i之间施加的电压，在 变化状态(图10B)下比打开分离状态(图10A)小，因此可以适当地抑制 共通电极部13与共通平面电极22接触瞬间的弧光放电的产生。调整电接点 装置X1，以使在变化状态中施加在第一电接点SAi的接点部间的电压充分 变小。
在闭合状态下，电流通过所有的第一电接点SAi以及所有的第二电接点 SBi，而负载电路所需要的期望的大电流通过整个电接点装置X1。
还有，在闭合状态下，如图10C所表示的那样，梁部11d弯曲。若将打 开分离状态中的梁部11d和背部11a的分隔距离设为D3，则在闭合状态中 为使梁部11d充分弯曲，需要将D3设定得比D1-D2足够大。
此后，若处于闭合状态的第一接触件10以及第二接触件20以离开的方 式进行打开分离动作时，首先，所有的突起部12从共通平面电极22离开， 电接点装置X1变为如图10B所示的变化状态。各第一电接点SAi成为打开 状态的瞬间，由于所有的第二电接点SBi依然处于关闭状态，所以抑制了各 第一电接点SAi的接点间电压急剧上升。其结果，在各第一电接点SAi成为 打开状态的瞬间，抑制弧光放电的产生。在电接点装置X1处于变化状态的 微小期间内，电流通过所有的第二电接点SBi，而微小的电流通过电接点装 置X1整体。
经过这样的变化状态之后，若第一接触件10以及第二接触件20以进一 步离开的方式继续进行打开分离动作，则所有的突起部12从共通平面电极 22离开，电接点装置X1变为如图10A所示的开离状态。这时，基于与在各 第二电接点SBi成为关闭状态的瞬间抑制弧光放电的产生相同的理由，可以 适当地抑制突起部12从共通平面电极22离开的瞬间的弧光放电的产生。
图11表示本发明第二实施方式的电接点装置X2。电接点装置X2是由 第一接触件40以及第二接触件50构成的。
第一接触件40具有基座部41、固定电极部42、弹簧电极部43。第一接 触件40所具有的这些部位的形状例如是通过微机械加工技术，由单一的硅 基板成形的。
基座部41是作为第一接触件40的基材起作用的部位。固定电极部42 至少表面由金属构成，作为电极起作用的部位。作为用于构成固定电极部42 的至少表面的金属，例如列举了银或银合金。
本实施方式的电接点装置X2，在固定电极部42的周围具有8个弹簧电 极部43。各弹簧电极部43具有接点部43a以及主体部43b。基座部41以及 各弹簧电极部43由同样的硅材料一体形成，主体部43b中的基座部41侧的 基部能够弹性变形。主体部43b构成规定的电阻体。接点部43a的表面被W或Mo等高熔点的金属覆盖。这样结构的弹簧电极部43是在自然状态下从基 座部41比固定电极部42更向图中上方突出。
固定电极部42的至少表面以及弹簧电极部43与设置在基座部41的背 面的共通电极(省略图示)电性连接。
第二接触件50为金属板，例如由Au、Cu、Al等低电阻金属构成。
第一接触件41以及第二接触件42是以可以相对移动的方式构成的，从 而实现使它们接近的闭合动作以及使它们离开的打开分离动作。第一接触件 40以及第二接触件50的相对动作，是通过相对于被固定了的第二接触件50 来驱动第一接触件40而实现的。或者，也可以与有关于第一实施方式而上 述过的情况相同，采用其他的相对动作形态。对于第一接触件40和/或第二 接触件50的驱动装置，是与有关于第一实施方式而上述过的情况相同。
在具有这样的结构的电接点装置X2中，形成有如图3所示的电路结构 Y2。具体的说，固定电极部42，构成电路结构Y2中的第一接点部C11，在 第二接触件50中与固定电极部42相对向的部位，构成第三接点部C31。因 此，固定电极部42、以及在第二接触件50中与固定电极部42相对向的部位， 构成单一的第一电接点SA1，这些接触电阻相当于Ra’1。另外，固定电极部 42的内部电阻相当于电阻Ra1。电阻Ra1在本实施方式中实质上是0Ω。
第一接触件40的各弹簧电极部43的接点部43a相当于电路结构Y2中 的第二接点部C2i，在第二接触件50中与各接点部43a相对向的部位相当于 第四接点部C4i。因此，在各弹簧电极部43的接点部43a、以及在第二接触 件50中与各接点部43a相对向的部位，构成第二电接点SBi，这些接触电阻 相当于Rb’i。另外，弹簧电极部43的主体部43b相当于电阻Rbi。
在电接点装置X2的动作中，如参照图4A～图4C说明的那样，在对电接 点装置X2串联设置规定的负载的状态下，对于伴随该负载的电接点装置X2 施加规定的电压Vin。
在电接点装置X2的打开分离状态(图4A)下，固定电极部42以及所 有的弹簧电极部43的接点部43a与第二接触件50分离。即，第一电接点SA1 以及所有的第二电接点SBi(i＝1，2，3，…，8)处于打开状态。因此，在 打开分离状态，电流没有流过负载电路(以通电为目的的图外的电路)。在 这样的打开分离状态下，固定电极部42与第二接触件50的分隔距离，比接 点部43a与第二接触件50的分隔距离长。
若当初处于打开分离状态的第一接触件40以及第二接触件50以接近的 方式进行闭合动作，则首先，在所有的弹簧电极部43的接点部43a与第二 接触件50接触，所有的第二电接点SBi成为关闭状态，电接点装置X2达到 变化状态(图4B)。这时，具有第二电接点SBi的第二支路YBi，具有足够 大的Rbi，因而具有足够大的总电阻RBi。因此，可以适当地抑制接点部43a 与第二接触件50接触瞬间的弧光放电的产生。在电接点装置X2处于变化状 态的微小的期间，电流通过所有的第二电接点SBi，微小的电流通过电接点 装置X2的全体。
经过变化状态后，第一接触件40以及第二接触件50以进一步接近的方 式继续进行闭合动作，则电接点装置X2成为闭合状态(图4C)。具体的说， 固定电极部42与第二接触件50接触，所有的第二电接点SBi成为关闭状态 的同时，第一电接点SA1成为关闭状态。在固定电极部42和第二接触件50 之间施加的电压，在变化状态(图4B)下比打开分离状态(图4A)小，因 此能适当抑制固定电极部42与第二接触件50接触瞬间的弧光放电的产生。 调整电接点装置X2，以使在变化状态下使施加在固定电极部42和第二接触 件50之间的电压足够小。
在闭合状态下，电流通过第一电接点SA1以及所有的第二电接点SBi， 负载电路所需要的期望的大电流通过电接点装置X2的全体。另外，在闭合 状态中，弹簧电极部43中的主体部43b的基部相对于基座部41弹性变形。
此后，若处于闭合状态的第一接触件40以及第二接触件50以离开的方 式进行打开分离动作，则首先，固定电极部42从第二接触件50离开，第一 电接点SA1成为打开状态，电接点装置X2成为变化状态(图4B)。第一电 接点SA1成为打开状态的瞬间，由于所有的第二电接点SBi依然呈关闭状态， 所以抑制了第一电接点SA1的接点间电压急剧上升。其结果，在第一电接点 SA1成为打开状态的瞬间，可以抑制弧光放电的产生。在电接点装置X2处 于变化状态的微小期间内，电流通过所有的第二电接点SBi，微小的电流通 过电接点装置X2的全体。
经过这样的变化状态之后，若第一接触件40以及第二接触件50以进一 步离开的方式继续进行打开分离动作，则所有的弹簧电极部43的接点部43a 从第二接触件50离开，电接点装置X2返回到打开分离状态(图4A)。这 时，基于与在各第二电接点SBi成为关闭状态的瞬间抑制弧光放电的产生的 情况相同的理由，可以适当抑制接点部43a从第二接触件50离开的瞬间的 弧光放电的产生。
根据本发明的电接点装置X1、X2，可以适当抑制电接点的弧光放电的 产生，可以实现该装置的长寿化。另外，在本发明的电接点装置X1、X2中， 由于可以抑制伴随着电接点的接通/断开动作而产生的感应电压，所以可以充 分降低由于电接点的接通/断开动作而产生的电磁噪声。因此，本发明的电接 点装置X1、X2即使在大电流用途的继电器等中也可适于利用。