(57)【要約】電気接点装置（Ｘ１）は、接点部（Ｃ１，Ｃ２）を有する第１接触子と、接点部（Ｃ１）に対向する接点部（Ｃ３）及び接点部（Ｃ２）に対向する接点部（Ｃ４）を有する第２接触子と、接点部（Ｃ１，Ｃ３）よりなる電気接点（ＳＡ）を含み且つ電気接点（ＳＡ）の閉状態に相対的に低抵抗の枝路（ＹＡ）、並びに、接点部（Ｃ２，Ｃ４）よりなる電気接点（ＳＢ）を含み且つ電気接点（ＳＢ）の閉状態に相対的に高抵抗の枝路（ＹＢ）が、並列に配された回路構成（Ｙ１）と、を備える。第１接触子および第２接触子が接近していく閉成動作にて、接点部（Ｃ２）と接点部（Ｃ４）が当接した後に、接点部（Ｃ１）と接点部（Ｃ３）が当接する。第１接触子および第２接触子が離反していく開離動作にて、接点部（Ｃ１）と接点部（Ｃ３）が離隔した後に、接点部（Ｃ２）と接点部（Ｃ４）は離隔する。
2004105064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接点部および第２接点部を有する第１接触子と、
前記第１接点部に対向する第３接点部、および、前記第２接点部に対向する第４接点部を有する、第２接触子と、
前記第１接点部および前記第３接点部よりなる第１電気接点を含み且つ当該第１電気接点の閉状態において相対的に小さな抵抗を有する第１枝路、並びに、前記第２接点部および前記第４接点部よりなる第２電気接点を含み且つ当該第２電気接点の閉状態において相対的に大きな抵抗を有する第２枝路が、並列に配された回路構成と、を備え、
前記第１接触子および前記第２接触子が接近していく閉成動作において、前記第２接点部と前記第４接点部が当接した後に、前記第１接点部と前記第３接点部が当接し、且つ、前記第１接触子および前記第２接触子が離反していく開離動作において、前記第１接点部と前記第３接点部が離隔した後に、前記第２接点部と前記第４接点部は離隔する、電気接点装置。
【請求項２】
前記第１電気接点が開状態であり且つ前記第２電気接点が開状態である開離状態においては、前記第１接点部および前記第３接点部の間の離隔距離は、前記第２接点部および前記第４接点部の間の離隔距離より長い、請求項１に記載の電気接点装置。
【請求項３】
前記第２枝路は、前記第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体を含む、請求項１に記載の電気接点装置。
【請求項４】
前記第２電気接点の接触抵抗は、前記第１電気接点の接触抵抗より大きい、請求項１に記載の電気接点装置。
【請求項５】
前記第２接点部および／または前記第４接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる、請求項１に記載の電気接点装置。
【請求項６】
前記第３接点部および前記第４接点部は、単一の平面電極に含まれる、請求項１に記載の電気接点装置。
【請求項７】
複数の第１接点部および複数の第２接点部を有する第１接触子と、
各々が一つの前記第１接点部に対向する複数の第３接点部、および、各々が一つの前記第２接点部に対向する複数の第４接点部を有する、第２接触子と、
前記第１接点部および前記第３接点部よりなる第１電気接点を含み且つ当該第１電気接点の閉状態において相対的に小さな抵抗を有する複数の第１枝路、並びに、前記第２接点部および前記第４接点部よりなる第２電気接点を含み且つ当該第２電気接点の閉状態において相対的に大きな抵抗を有する複数の第２枝路が、並列に配された回路構成と、を備え、
前記第１接触子および前記第２接触子が接近していく閉成動作において、全ての前記第２電気接点の前記第２接点部と前記第４接点部が当接した後に、全ての前記第１電気接点の前記第１接点部と前記第３接点部が当接し、且つ、前記第１接触子および前記第２接触子が離反していく開離動作において、全ての前記第１電気接点の前記第１接点部と前記第３接点部が離隔した後に、全ての前記第２電気接点の前記第２接点部と前記第４接点部は離隔する、電気接点装置。
【請求項８】
全ての前記第１電気接点が開状態であり且つ全ての前記第２電気接点が開状態である開離状態においては、全ての前記第１電気接点における前記第１接点部および前記第３接点部の間の離隔距離は、全ての前記第２電気接点における前記第２接点部および前記第４接点部の間の離隔距離より長い、請求項７に記載の電気接点装置。
【請求項９】
前記第２枝路は、前記第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体を含む、請求項７に記載の電気接点装置。
【請求項１０】
前記第２電気接点の接触抵抗は、前記第１電気接点の接触抵抗より大きい、請求項７に記載の電気接点装置。
【請求項１１】
前記第２接点部および／または前記第４接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる、請求項７に記載の電気接点装置。
【請求項１２】
前記第１接触子は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の前記第１面上に設けられ且つ前記第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、前記第１面上に設けられ且つ前記複数の第２接点部を含む第１平面電極とを有し、前記第２接触子は、前記複数の突部の突端および前記第１平面電極が当接可能な、前記複数の第３接点部および前記複数の第４電極部を含む第２平面電極を有する、請求項７に記載の電気接点装置。
【請求項１３】
前記第２枝路は、前記第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体部を含み、当該抵抗体部は、前記ベース部および前記突部の内部に構成されている、請求項１２に記載の電気接点装置。
【請求項１４】
前記ベース部および前記突部はシリコン材料よりなり、前記ベース部および前記突部における少なくとも前記抵抗体部には、不純物がドープされている、請求項１３記載の電気接点装置。
【請求項１５】
前記ベース部の前記第２面には、複数の前記抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている、請求項１３に記載の電気接点装置。
【請求項１６】
前記ベース部は、前記電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において前記第１接点部および前記第３接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する、請求項１２に記載の電気接点装置。
【請求項１７】
前記ベース部は、前記可撓構造として片固定梁部を有し、前記突部は当該片固定梁部上に設けられている、請求項１６に記載の電気接点装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、機械的に開閉する電気接点を有してスイッチやリレーなどに適用することのできる電気接点装置に関する。
【背景技術】  電気接点は、接点対の機械的な開閉動作により電流の通路を機械的に接続および切断するための電子回路要素であり、スイッチやリレーなどに適用される。電気接点を利用して構成されるスイッチやリレーは、開状態においては電気接点間が機械的に離隔するので、電気抵抗の極めて大きい良好な開状態を達成することができるという特長を有する。そのため、そのような機械的開閉式のスイッチおよびリレーは、情報機器、産業機械、自動車、家電などのあらゆる分野において、電源、アクチュエータ、センサなどを含む回路を開閉する手段として広く使用されている。
図１２および図１３は、機械的開閉式の従来の電気接点装置Ｘ３を表す。電気接点装置Ｘ３は、可動子７１および固定子７２を備える。
可動子７１は、導体片７３と、当該導体片７３の一端付近に設けられた接点７４と、導体片７３に装着されたソケット７５とからなり、単一の導体片７３に一つの接点７４が設けらている。接点７４は導体よりなり、ソケット７５は樹脂製である。導体片７３の他端付近には、例えば編組銅線よりなるリード７６が電気的かつ機械的に接続されている。リード７６は、図外の回路に電気的に接続されている。また、ソケット７５にはピン７７が挿通されており、可動子７１は、ピン７７を軸芯として回動可能である。ピン７７は、電気接点装置Ｘ３を包囲する所定のケース（図示略）に固定されている。可動子７１の回動動作は、励磁コイルなどを含んで構成される所定の駆動機構（図示略）により達成される。
固定子７２は、導体片７８と、導体よりなる接点７９とからなる。導体片７８は図外の回路に電気的に接続されている。接点７９は、可動子７１の回動動作における接点７３の軌道上に配されている。
このような構造を有する電気接点装置Ｘ３の接点７４および接点７９の間に所定の電圧が印加されている状態において、可動子７１が固定子７２へと回動して、図１３に示すように接点７４および接点７９が接触すると、電流は、例えば、導体片７８から、接点７９、接点７４、および導体片７３を介して、リード７６へと流れる。この後、可動子７１が固定子７２から離反する方向へ回動して、図１２に示すように接点７４および接点７９が離隔すると、通電は停止される。このようにして、電気接点装置Ｘ３は、電流通路の接続および切断を実行する。
電気接点の技術の分野においては、閉状態にある接点間に閾値（最小放電電流）以上の電流が流れている状態あるいは閾値（最小放電電圧）以上の電位差が生じている状態で、接点対を離隔すると、接点間にアーク放電が発生することが知られている。例えば閾値以上の電流が流れている状態で接点対を離隔する際、まず、開離が進行するにつれて接点間の接触面積は次第に縮小し、接点間を流れる電流は集中していく。電流の集中化に起因して接点の温度は上昇し、接点表面は溶融する。そのため、接点対が開離した後でも離隔距離が短い間は、溶融した接点材料により当該接点間は掛け渡される。すなわち、接点間にブリッジが形成される。このブリッジから金属蒸気が発生し、当該金属蒸気を媒介としてアーク放電が開始する。アーク放電は、周囲気体を媒介とする放電現象へと移行した後、接点対が充分な距離で離隔したときに切断される。このような開離時アークと略同様の機構で、電気接点の閉成時においてもアーク放電が生じる場合がある。電気接点の閉成時においては、接点対は間欠的開閉動作（バウンス）を繰り返すためである。
図１４は、アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。本グラフにおいては、金よりなる接点対を所定の押圧力（１０ｍＮ、１００ｍＮ、または２００ｍＮ）で接触させ、接点間に３６Ｖの電圧を印加しながら当該接点対を開離させる際にアーク放電の発生する確率が、プロットされている。３６Ｖ定電圧電源に電気接点を接続し、当該電気接点と直列に接続した抵抗の値を変化させることによって、通電電流を変化させている。接点間の実質的な接触面積は、数十μｍ２以下と推定される。横軸は、閉状態において接点間を流れた電流を表し、縦軸は、アーク放電発生確率を表す。いずれの押圧力においても、通電電流が０．６Ａ以上となるとアーク放電発生率は略１００％である。一方，通電電流が０．１Ａ以下では、アーク放電発生率は略０％である。このグラフに関する詳細な情報は、Ｙｕ  Ｙｏｎｅｚａｗａ  ｅｔ  ａｌ．（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、応用物理学会、２００２年７月、第４１巻、パート１、Ｎｏ．７Ａ、ｐ４７６０〜４７６５）に掲載されている。
図１４のグラフからは、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電流（最小アーク電流）Ｉｍｉｎが０．１〜０．６Ａの間に存在することが理解できる。最小放電電流Ｉｍｉｎは、材料種に依存する値をとることが知られている。同様に、アーク放電を引き起こすための最も小さな放電電圧（最小アーク電圧）Ｖｍｉｎも存在し、最小放電電圧Ｖｍｉｎについても、材料種に依存する値をとることが知られている。金よりなる接点対については、例えば、最小放電電流Ｉｍｉｎは０．３８Ａであり、最小放電電圧Ｖｍｉｎは１５Ｖであることが報告されている。ただし、実際に測定されるＩｍｉｎやＶｍｉｎは、接点対の間における空間の電荷状態や、接点表面の状態などからの影響を受け、必ずしも一定でない。
電気接点装置Ｘ３の閉状態では、負荷回路（通電を目的とする図外の回路）が必要とする電流の全てが接点７４および接点７９の間を通過する。そのため、負荷回路が必要とする電流が最小放電電流以上であると、開離時には当該接点７４よび接点７９の間にアーク放電が発生してしまう。負荷回路が必要とする電流が電気接点装置Ｘ３の最小放電電流以上である場合は多い。
アーク放電の発生および切断は、接点７４，７９を構成する材料の溶融、蒸発および再凝固を伴い、接点材料の消耗および転移、並びに、接点７４および接点７９の間の接触抵抗の変動を引き起こしてしまう。そのため、接点７４および接点７９の間に生ずるアーク放電の回数が増加するほど、電気接点装置Ｘ３の信頼性は低下する傾向にあり、寿命は短くなる傾向にある。大電流を通電および遮断するために電気接点装置Ｘ３を使用する場合には、信頼性低下および短命化は特に顕著となる。
また、従来の電気接点装置Ｘ３においては、閉状態にて充分に小さな接触抵抗を達成すべく、接点７４，７９は、低抵抗な銅基材と、低抵抗で耐食性を有して当該基材を覆う金属被膜（Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなど）により構成される場合が多い。しかしながら、これら低抵抗金属は、比較的低い融点を有するため、アーク放電の際に生ずる熱により溶融しやすく、従って、消耗および転移しやすい。アーク放電の際に生ずる熱によっても溶融しにくい金属材料は、比較的大きな抵抗を有するので、接触抵抗を低下せしめることが重要な課題である従来の電気接点装置Ｘ３において、高融点の金属材料を接点構成材料として採用することは、実用上、困難である。
【発明の開示】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、接点間にアーク放電が発生するのを適切に抑制することのできる電気接点装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によると電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、第１接点部および第２接点部を有する第１接触子と、第１接点部に対向する第３接点部、および、第２接点部に対向する第４接点部を有する、第２接触子と、第１接点部および第３接点部よりなる第１電気接点を含み且つ当該第１電気接点の閉状態において相対的に小さな抵抗を有する第１枝路、並びに、第２接点部および第４接点部よりなる第２電気接点を含み且つ当該第２電気接点の閉状態において相対的に大きな抵抗を有する第２枝路が、並列に配された回路構成と、を備える。本装置は、第１接触子および第２接触子が接近していく閉成動作において、第２接点部と第４接点部が当接した後に、第１接点部と第３接点部が当接し、且つ、第１接触子および第２接触子が離反していく開離動作において、第１接点部と第３接点部が離隔した後に、第２接点部と第４接点部は離隔するように、構成されている。
図１は、本発明の第１の側面に係る電気接点装置の有する回路構成Ｙ１を表す。回路構成Ｙ１は、相互に並列に接続している第１枝路ＹＡおよび第２枝路ＹＢを有する。
第１枝路ＹＡは、第１接点部Ｃ１および第３接点部Ｃ３よりなる第１電気接点ＳＡと、これに直列に配されている抵抗Ｒａとを含む。抵抗Ｒａは、実質的に０Ωである抵抗を含む。第１接点部Ｃ１および第３接点部Ｃ３が閉じている状態、即ち第１電気接点ＳＡの閉状態において、第１電気接点ＳＡは接触抵抗Ｒａ’を有する。したがって、第１枝路ＹＡは、第１電気接点ＳＡの閉状態において総抵抗ＲＡ（＝Ｒａ＋Ｒａ’）を有する。
第２枝路ＹＢは、第２接点部Ｃ２および第４接点部Ｃ４よりなる第２電気接点ＳＢと、これに直列に配されている抵抗Ｒｂとを含む。抵抗Ｒｂは、実質的に０Ωである抵抗を含む。第２接点部Ｃ２および第４接点部Ｃ４が閉じている状態、即ち第２電気接点ＳＢの閉状態において、第２電気接点ＳＢは接触抵抗Ｒｂ’を有する。したがって、第２枝路ＹＢは、第２電気接点ＳＢの閉状態において総抵抗ＲＢ（＝Ｒｂ＋Ｒｂ’）を有する。第２枝路ＹＢの総抵抗ＲＢは、第１枝路ＹＡの総抵抗ＲＡよりも大きく設定されている。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１の側面に係る電気接点装置が開閉動作する際の、当該動作の過程における回路構成Ｙ１の変化を表す。動作時において端子Ｅ１，Ｅ２の間に電源により印加される所定の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶｉｎとする。また、動作時において電気接点装置に直列に配される入力インピーダンスまたは出力インピーダンスをＲ１またはＲ２とする。Ｒ１およびＲ２は、例えば通電目的の負荷回路のインピーダンスに相当し、当該負荷回路の構成に応じて大きく異なり得るが、少なくとも電気接点装置全体の抵抗よりも充分に大きな値（例えば１０Ω以上）を有することが多い。
図２Ａは、本電気接点装置の開離状態を表し、当該開離状態では、両電気接点ＳＡ，ＳＢが開状態にある。図２Ｂは、本電気接点装置の遷移状態を表し、当該遷移状態では、第１電気接点ＳＡは開状態にあり且つ第２電気接点ＳＢは閉状態にある。図２Ｃは、本電気接点装置の閉成状態を表し、当該閉成状態では、両電気接点ＳＡ，ＳＢが閉状態にある。
開離状態（図２Ａ）において、端子Ｅ１，Ｅ２の間にをＶｉｎを印加していると、相互に並列な第１枝路ＹＡおよび第２枝路ＹＢには、同一の電圧が印加される。
端子Ｅ１，Ｅ２の間にＶｉｎを印加している状態において、接点部Ｃ１，Ｃ３を有する第１接触子および接点部Ｃ２，Ｃ４を有する第２接触子が、接近するように閉成動作すると、まず、図２Ｂに示すように、第２電気接点ＳＢが閉状態となる。その結果、総抵抗ＲＢ（＝Ｒｂ＋Ｒｂ’）に応じた電流が第２枝路ＹＢを通過することとなる。通過電流は、ＲＢが大きいほど小さい。したがって、ＲＢを充分に大きく設定することにより、第２枝路ＹＢの第２電気接点ＳＢを通過する電流を当該電気接点ＳＢの最小放電電流よりも小さく設定することができ、図２Ｂに示すように第２電気接点ＳＢが閉状態となる瞬間に第２接点部Ｃ２および第３接点部Ｃ４の間にバウンスが生じても、アーク放電の発生を適切に抑制することが可能となる。
遷移状態において、第１接触子および第２接触子が、更に接近するように閉成動作を継続すると、図２Ｃに示すように、第１電気接点ＳＡが閉状態となる。その結果、総抵抗ＲＡ（＝Ｒａ＋Ｒａ’）に応じた電流が第２枝路ＹＡを通過することとなる。第２枝路ＹＡの総抵抗ＲＡは第２枝路ＹＢの総抵抗ＲＢよりも小さく、従って、第１電気接点ＳＡが閉状態となると、第１枝路ＹＡには第２枝路ＹＢによりも大きな電流が流れる。しかしながら、第１電気接点ＳＡの接点部間に印加されている電圧は、遷移状態（図２Ｂ）では開離状態（図２Ａ）よりも小さいので、第１電気接点ＳＡが閉状態となる瞬間には、アーク放電の発生は抑制される。遷移状態において第１電気接点ＳＡの接点部間に印加される電圧が充分に小さくなるように、本電気接点装置は調整される。そのような調整は、例えば第２枝路ＹＢにおける総抵抗ＲＢを調節することによって、行うことができる。
両電気接点ＳＡ，ＳＢが閉状態にある場合には、両枝路ＹＡ，ＹＢの抵抗ＲＡ，ＲＢに応じた所望の電流が本電気接点装置を通過することとなる。
本電気接点装置の閉成状態において、第１接触子および第２接触子が、離反するように開離動作すると、まず、図２Ｂに示すように、第１電気接点ＳＡが開状態となる。第１電気接点ＳＡが開状態となる瞬間、第２電気接点ＳＢが閉状態にあるため、第１電気接点ＳＡの接点部間電圧が急激に上昇することは抑制される。その結果、第１電気接点ＳＡが開状態となる瞬間に、アーク放電の発生は抑制される。
遷移状態において、第１接触子および第２接触子が、更に離反するように開離動作を継続すると、図２Ａに示すように、第１電気接点ＳＡに加えて第２電気接点ＳＢも開状態となる。このとき、第２電気接点ＳＢが閉状態となる瞬間にアーク放電の発生が抑制されるのと同様の理由に基づき、アーク放電の発生は抑制される。
このように、本発明の第１の側面に係る電気接点装置によると、所望の大電流を通過させるための低抵抗な第１枝路ＹＡにおける第１電気接点ＳＡを閉じる前に、高抵抗な第２枝路ＹＢにおける第２電気接点ＳＢを閉じることによって、装置全体において閉成時アーク放電の発生を抑制することができる。これとともに、本発明の第１の側面に係る電気接点装置によると、所望の大電流を通過させるための低抵抗な第１枝路ＹＡにおける第１電気接点ＳＡを開いた後に、高抵抗な第２枝路ＹＢにおける第２電気接点ＳＢを開くことによって、装置全体における開離時アーク放電の発生を抑制することができる。加えて、本発明の第１の側面に係る電気接点装置によると、アーク放電の発生が抑制されるこのような動作を、第１接触子および第２接触子の接近駆動および離反駆動により達成することができる。
本発明の第１の側面において、好ましくは、第１電気接点が開状態であり且つ第２電気接点が開状態である開離状態においては、第１接点部および第３接点部の間の離隔距離は、第２接点部および第４接点部の間の離隔距離より長い。このような構成は、第１電気接点および第２電気接点の開閉を、適切に異なるタイミングで行うのに好適である。
好ましくは、第２枝路は、第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体を含む。本構成は、上述の回路構成Ｙ１において、抵抗Ｒｂが有意な抵抗値を有することを意味する。
好ましくは、第２電気接点の接触抵抗は、第１電気接点の接触抵抗より大きい。
好ましくは、第２接点部および／または第４接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる。Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物は、電気接点を構成するのに適した高い融点や沸点を有する傾向にある。また、好ましくは、第２接点部および／または第４接点部は、３０００℃以上の融点を有する材料よりなる。
電気接点の技術の分野においては、従来、接触抵抗を下げることが電気接点の必須事項と考えられてきた。そのため、接点を構成するための金属材料としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔなどの、導電性の高い金属やその合金が多用されてきた。しかしながら、本発明の構成においては、第２枝路ごとに、ある程度の抵抗を必要とするので、抵抗が高いために接点材料としては実用的でなかった金属材料からも接点材料の選択が可能である。したがって、本発明においては、高抵抗であっても融点や沸点の高い材料を、接点材料として使用することができる。融点や沸点の高い材料により接点を形成すると、溶融や蒸発による接点構成材料の消耗および転移が抑制されて、接点の劣化を適切に防止することができる。
好ましくは、第３接点部および第４接点部は、単一の平面電極に含まれる。
本発明の第２の側面によると他の電気接点装置が提供される。この電気接点装置は、複数の第１接点部および複数の第２接点部を有する第１接触子と、各々が一つの第１接点部に対向する複数の第３接点部、および、各々が一つの第２接点部に対向する複数の第４接点部を有する、第２接触子と、第１接点部および第３接点部よりなる第１電気接点を含み且つ当該第１電気接点の閉状態において相対的に小さな抵抗を有する複数の第１枝路、並びに、第２接点部および第４接点部よりなる第２電気接点を含み且つ当該第２電気接点の閉状態において相対的に大きな抵抗を有する複数の第２枝路が、並列に配された回路構成と、を備える。本装置は、第１接触子および第２接触子が接近していく閉成動作において、全ての第２電気接点の第２接点部と第４接点部が当接した後に、全ての第１電気接点の第１接点部と第３接点部が当接し、且つ、第１接触子および第２接触子が離反していく開離動作において、全ての第１電気接点の第１接点部と第３接点部が離隔した後に、全ての第２電気接点の第２接点部と第４接点部は離隔するように、構成されている。
図３は、本発明の第２の側面に係る電気接点装置の有する回路構成Ｙ２を表す。回路構成Ｙ２は、複数の第１枝路ＹＡｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｍ）および複数の第２枝路ＹＢｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）を有し、これら枝路ＹＡｉ，ＹＢｉは、相互に並列に配されている。
第１枝路ＹＡｉは、第１接点部Ｃ１ｉおよび第３接点部Ｃ３ｉよりなる第１電気接点ＳＡｉと、これに直列に配されている抵抗Ｒａｉとを含む。抵抗Ｒａｉは、実質的に０Ωである抵抗を含む。第１接点部Ｃ１ｉおよび第３接点部Ｃ３ｉが閉じている状態、即ち第１電気接点ＳＡｉの閉状態において、第１電気接点ＳＡｉは接触抵抗Ｒａ’ｉを有する。したがって、第１枝路ＹＡｉは、第１電気接点ＳＡｉの閉状態において総抵抗ＲＡｉ（＝Ｒａｉ＋Ｒａ’ｉ）を有する。
第２枝路ＹＢｉは、第２接点部Ｃ２ｉおよび第４接点部Ｃ４ｉよりなる第２電気接点ＳＢｉと、これに直列に配されている抵抗Ｒｂｉとを含む。抵抗Ｒｂｉは、実質的に０Ωである抵抗を含む。第２接点部Ｃ２ｉおよび第４接点部Ｃ４ｉが閉じている状態、即ち第２電気接点ＳＢｉの閉状態において、第２電気接点ＳＢｉは接触抵抗Ｒｂ’ｉを有する。したがって、第２枝路ＹＢｉは、第２電気接点ＳＢｉの閉状態において総抵抗ＲＢｉ（＝Ｒｂｉ＋Ｒｂ’ｉ）を有する。第２枝路ＹＢｉの総抵抗ＲＢｉは、第１枝路ＹＡｉの総抵抗ＲＡｉよりも大きく設定されている。回路構成Ｙ２は、等価回路として回路構成Ｙ１で表すこともできる。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第２の側面に係る電気接点装置が開閉動作する際の、当該動作の過程における回路構成Ｙ２の変化を表す。動作時において端子Ｅ１，Ｅ２の間に電源により印加される所定の電圧（ＤＣまたはＡＣ）をＶｉｎとする。また、動作時において電気接点装置に直列に配される入力インピーダンスまたは出力インピーダンスをＲ１またはＲ２とする。Ｒ１およびＲ２は、例えば通電目的の負荷回路のインピーダンスに相当し、当該負荷回路の構成に応じて大きく異なり得る。
図４Ａは、本電気接点装置の開離状態を表し、当該開離状態では、全ての電気接点ＳＡｉ，ＳＢｉが開状態にある。図２Ｂは、本電気接点装置の遷移状態を表し、当該遷移状態では、全ての第１電気接点ＳＡｉは開状態にあり且つ全ての第２電気接点ＳＢｉは閉状態にある。図２Ｃは、本電気接点装置の閉成状態を表し、当該閉成状態では、全ての電気接点ＳＡｉ，ＳＢｉが閉状態にある。
開離状態（図４Ａ）において、端子Ｅ１，Ｅ２の間にをＶｉｎを印加していると、相互に並列な複数の第１枝路ＹＡｉおよび複数の第２枝路ＹＢｉには、同一の電圧が印加される。
端子Ｅ１，Ｅ２の間にＶｉｎを印加している状態において、接点部Ｃ１ｉ，Ｃ３ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｍ）を有する第１接触子および接点部Ｃ２ｉ，Ｃ４ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）を有する第２接触子が接近するように閉成動作すると、まず、図２Ｂに示すように、全ての第２電気接点ＳＢｉが閉状態となる。その結果、総抵抗ＲＢｉに応じた電流が各第２枝路ＹＢｉを通過することとなる。通過電流は、ＲＢｉが大きいほど小さい。したがって、ＲＢｉを充分に大きく設定することにより、各第２枝路ＹＢｉの第２電気接点ＳＢｉを通過する電流を当該電気接点ＳＢｉの最小放電電流よりも小さく設定することができ、各第２電気接点ＳＢｉが閉状態となる瞬間に第２接点部Ｃ２ｉおよび第３接点部Ｃ４ｉの間にバウンスが生じても、アーク放電の発生を適切に抑制することができる。
遷移状態において、第１接触子および第２接触子が、更に接近するように閉成動作を継続すると、図４Ｃに示すように、全ての第１電気接点ＳＡｉが閉状態となる。その結果、総抵抗ＲＡｉに応じた電流が各第２枝路ＹＡｉを通過することとなる。第２枝路ＹＡｉの総抵抗ＲＡｉは第２枝路ＹＢｉの総抵抗ＲＢｉよりも小さく、従って、第１電気接点ＳＡｉが閉状態となると、第１枝路ＹＡｉには第２枝路ＹＢｉによりも大きな電流が流れる。しかしながら、第１電気接点ＳＡｉの接点部間に印加されている電圧は、遷移状態（図２Ｂ）では開離状態（図２Ａ）よりも小さいので、第１電気接点ＳＡｉが閉状態となる瞬間には、アーク放電の発生は抑制される。遷移状態において第１電気接点ＳＡｉの接点部間に印加される電圧が充分に小さくなるように、本電気接点装置は調整される。そのような調整は、例えば第２枝路ＹＢｉにおける総抵抗ＲＢｉを調節することによって、行うことができる。
全ての電気接点ＳＡｉ，ＳＢｉが閉状態にある場合、全ての枝路ＹＡｉ，ＹＢｉの抵抗ＲＡｉ，ＲＢｉに応じた所望の電流が本電気接点装置を通過することとなる。
本電気接点装置の閉成状態において、第１接触子および第２接触子が、離反するように開離動作すると、まず、図４Ｂに示すように、全ての第１電気接点ＳＡｉが開状態となる。各第１電気接点ＳＡｉが開状態となる瞬間、全ての第２電気接点ＳＢｉが依然閉状態にあるため、各第１電気接点ＳＡｉの接点間電圧が急激に上昇することは抑制される。その結果、各第１電気接点ＳＡｉが開状態となる瞬間に、アーク放電の発生は抑制される。
遷移状態において、第１接触子および第２接触子が、更に離反するように開離動作を継続すると、図４Ａに示すように、全ての第１電気接点ＳＡｉに加えて全ての第２電気接点ＳＢｉも開状態となる。このとき、各第２電気接点ＳＢｉが閉状態となる瞬間にアーク放電の発生が抑制されるのと同様の理由に基づき、アーク放電の発生は抑制される。
このように、本発明の第２の側面に係る電気接点装置によると、所望の大電流を通過させるための複数の低抵抗な第１枝路ＹＡｉにおける各第１電気接点ＳＡｉを閉じる前に、全ての高抵抗な第２枝路ＹＢｉにおける第２電気接点ＳＢｉを閉じることによって、装置全体における閉成時アーク放電の発生を抑制することができる。これとともに、本発明の第２の側面に係る電気接点装置によると、所望の大電流を通過させるための全ての低抵抗な第１枝路ＹＡｉにおける第１電気接点ＳＡｉを開いた後に、複数の高抵抗な第２枝路ＹＢｉにおける各第２電気接点ＳＢｉを開くことによって、装置全体における開離時アーク放電の発生を抑制することができる。加えて、本発明の第２の側面に係る電気接点装置によると、アーク放電の発生が抑制されるこのような動作を、第１接触子および第２接触子の接近駆動および離反駆動により達成することができる。各々が電気接点を含んで相互に並列に配された複数の枝路を有し、当該複数の電気接点が一括的に開閉される電気接点装置の他の技術的利点につていは、特願２００２−３６７３２５号に係る公報に開示されている。
本発明の第２の側面において、好ましくは、全ての第１電気接点が開状態であり且つ全ての第２電気接点が開状態である開離状態においては、全ての第１電気接点における第１接点部および第３接点部の間の離隔距離は、全ての第２電気接点における第２接点部および第４接点部の間の離隔距離より長い。このような構成は、第１電気接点および第２電気接点の開閉を適切なタイミングで行うのに好適である。
好ましくは、第２枝路は、第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体を含む。本構成は、上述の回路構成Ｙ２において、抵抗Ｒｂｉが有意な抵抗値を有することを意味する。
好ましくは、第２電気接点の接触抵抗は、第１電気接点の接触抵抗より大きい。
好ましくは、第２接点部および／または第４接点部は、Ｔａ，Ｗ，Ｃ，Ｍｏから選択される金属元素を含む金属、酸化物、または窒化物よりなる。
好ましくは、第１接触子は、第１面およびこれとは反対の第２面を有するベース部と、当該ベース部の第１面上に設けられ且つ第１接点部を各々が突端に有する複数の突部と、第１面上に設けられ且つ複数の第２接点部を含む第１平面電極とを有し、第２接触子は、複数の突部の突端および第１平面電極が当接可能な、複数の第３接点部および複数の第４電極部を含む第２平面電極を有する。
このような構成においては、第１接触子および第２接触子を相対的に接近させて、全ての突部の突端（第１接点部）を第２平面電極（複数の第３接点部）に当接させることにより、図４Ｂに示す遷移状態を達成する。第１接触子および第２接触子を更に接近させることにより、第１平面電極（複数の第２接点部）および第２平面電極（複数の第４接点部）を当接させ、図４Ｃに示す閉成状態を達成する。閉成状態が達成された後の開離動作においては、第１接触子および第２接触子を相対的に離反させて、第１平面電極および第２平面電極を離隔させることにより、図４Ｂに示す遷移状態が達成される。第１接触子および第２接触子を更に離反させると、全ての突部の突端が平面電極から離隔し、図４Ａに示す開離状態が達成される。
第１接触子および第２接触子の相対動作は、固定された第２接触子に対して第接触子を駆動することにより達成してもよいし、固定された第１接触子に対して第２接触子を駆動することにより達成してもよい。また、当該相対動作は、第１接触子および第２接触子の双方を駆動することにより達成してもよい。
また、ベース部および複数の突部を有する第１接触子の作製においては、例えば、シリコン基板などの材料基板などをエッチング加工するマイクロマシニング技術を利用することができる。マイクロマシニング技術によると、例えば１万以上の極めて多数の突部であっても、ベース部に対して一括して形成することが可能である。したがって、マイクロマシニング技術を利用すると、電気接点装置において極めて多数の相互に並列な第２枝路を形成することが可能である。
好ましくは、第２枝路は、第２電気接点の接触抵抗より大きな抵抗を有して当該第２電気接点に対して直列に配された抵抗体部を更に含み、当該抵抗体部は、ベース部および突部の内部に構成されている。本構成は、上述の回路構成Ｙ２において、抵抗Ｒｂｉが有意な抵抗値を有することを意味する。
好ましくは、ベース部および突部はシリコン材料よりなり、ベース部および突部における少なくとも抵抗体部には、不純物がドープされている。シリコン材料としては、例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、および、これらに不純物をドープしたものが挙げられる。ベース部および突部は、例えばマイクロマシニング技術などによりシリコン基板から成形することができる。この場合、ベース部および突部の内部に対して、必要に応じてＰ，Ａｓ，Ｂなどの不純物をドープすることにより、抵抗体部が形成される箇所における抵抗値を上昇または低下させ、その結果、所望の抵抗値を有する抵抗体部を形成することができる。
好ましくは、ベース部の第２面には、複数の抵抗体部と電気的に接続する共通電極が設けられている。
好ましくは、ベース部は、電気接点ごとに、当該電気接点の閉状態において第１接点部および第３接点部の間に生ずる接触抗力を吸収するための可撓構造を有する。この場合、好ましくは、ベース部は、可撓構造として片固定梁部を有し、突部は当該片固定梁部上に設けられている。このような構成は、第１電気接点および第２電気接点の開閉を、適切に異なるタイミングで行うのに好適である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１の側面に係る電気接点装置が開閉動作する際の、当該動作の過程における回路構成の変化を表す。
図３は、本発明の第２の側面に係る電気接点装置における回路構成を表す。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第２の側面に係る電気接点装置が開閉動作する際の、当該動作の過程における回路構成の変化を表す。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置を表す。
図６は、図５に示す電気接点装置の第１接触子の平面図である。
図７Ａ〜図７Ｄは、図５に示す電気接点装置の第１接触子の製造方法における一部の工程を表す。
図８Ａ〜図８Ｄは、図７Ｄの後に続く工程を表す。
図９Ａ〜図９Ｄは、図８Ｄの後に続く工程を表す。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図５に示す電気接点装置の閉成過程および開離過程を表す。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置を表す。
図１２は、開状態にある従来の電気接点装置を表す。
図１３は、閉状態にある図１２の電気接点装置を表す。
図１４は、アーク放電発生確率の接点間電流依存性の一例を表すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  図５および図６は、本発明の第１の実施形態に係る電気接点装置Ｘ１を表す。電気接点装置Ｘ１は、第１接触子１０および第２接触子２０を備える。第１接触子１０は、ベース部１１と、複数の突部１２と、複数の平面電極部１３と、配線部１４とを有する。
ベース部１１は、リア部１１ａと、フレーム部１１ｂと、複数の共通固定部１１ｃと、複数の梁部１１ｄとを有する。これらは、後述するように、マイクロマシニング技術により、所定の積層構造を有する単一の材料基板から一体的に成形されたものである。
リア部１１ａは、第１接触子１０ないしベース部１１の剛性を確保するための部位である。
フレーム部１１ｂは、リア部１１ａ上にてその周縁に設けられている。
複数の共通固定部１１ｃは、リア部１１ａ上にて相互に平行に配されている。梁部１１ｄは、各々、その片方の端部が共通固定部１１ｃに固定されている。すなわち、梁部１１ｄは、片固定梁構造を有する。複数の梁部１１ｄは、相互に並行である。図５においては、図の明確化の観点より、共通固定部１１ｃと梁部１１ｄの境界を破線で表す。図６においては、図の簡潔化の観点より、共通固定部１１ｃおよび梁部１１ｄの一部を省略する。
複数の突部１２は、図６に表れているように２次元アレイ状に配列されており、各々、本実施形態では略円錐形状を有して梁部１１ｄの上に設けられている。突部の配設個数は、例えば１００個〜１０万個である。突部１２の配設個数に応じて、梁部１１ｄの配設個数も１００個〜１０万個である。ベース部１１からの突部１２の高さは、例えば１〜３００μｍであり、円錐形状の底面の直径は例えば１〜３００μｍである。突部１２の高さと底面の直径とは同程度であるのが好ましい。突部１２の表面は、高融点かつ高沸点の金属でコーティングされていてもよい。そのような金属としては、ＷやＭｏを採用することができる。
共通固定部１１ｃの少なくとも上方部、梁部１１ｄ、および、突部１２は、所定の導電性を有する同一材料よりなる。
平面電極部１３は、共通固定部１１ｃの少なくとも上方部、梁部１１ｄ、および突部１２よりも抵抗の低い導電材料よりなり、例えば０．５〜２μｍの厚さを有する。各平面電極部１３は、共通固定部１１ｃ上に設けられており、複数の平面電極部１３は相互に並列に配されている。平面電極部１３は、本実施形態では、梁部１１ｄおよび突部１２に対する給電用の配線として利用することが可能である。
配線部１４は、フレーム部１１ｂ上に設けられており、平面電極部１３とは一体の金属膜よりなる。図６では、フレーム部１１ｂおよび共通固定部１１ｃの上に設けられている金属膜パターンにおける、平面電極部１３と配線部１４との境界を、破線で示す。
第２接触子２０は、基板２１および共通平面電極２２を有する。基板２１は、例えばシリコン基板である。共通平面電極２２は、好ましくは、ＷやＭｏなどの高融点かつ高沸点の金属よりなる。例えば突部１２が高融点金属で被覆されていることによって、突部１２において充分に放電防止対策がとられている場合には、共通平面電極２２は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔからなる群より選択される低抵抗な金属、或は、これらからなる合金により構成してもよい。本発明においては、第２接触子２０について、このような構成に代えて、共通平面電極２２に関して上掲した金属により全体が構成されていてもよい。
図７Ａから図９Ｄは、電気接点装置Ｘ１の第１接触子１０の製造方法を表す。この方法は、マイクロマシニング技術によって第１接触子１０を製造するための一手法である。図７Ａから図９にＤおいては、部分断面によって、当該第１接触子１０の形成過程を表す。
第１接触子１０の製造においては、まず、図７Ａに示すような基板Ｓを用意する。基板Ｓは、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、第１層３１、第２層３２、および、これらに挟まれた中間層３３よりなる積層構造を有する。本実施形態では、例えば、第１層３１の厚みは２０μｍであり、第２層３２の厚みは２００μｍであり、中間層３３の厚みは２μｍである。
第１層３１および第２層３２は、シリコン材料よりなり、必要に応じて、例えばＰやＡｓなどのｎ型不純物をドープすることによって導電性が付与されている。これら導電性の付与においては、Ｂなどのｐ型の不純物を用いてもよい。また、これらｎ型不純物およびｐ型不純物を共にドープすることによって、シリコン材料の所定の少なくとも一部における抵抗値を高めてもよい。
中間層３３は、本実施形態では、絶縁性の物質よりなる。そのような絶縁物質としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを採用することができる。中間層３３を絶縁物質により構成すると、当該基板Ｓにおいて成形される梁部１１ｄおよび突部１２とリア部１１ａとを電気的に良好に分離することができる。ただし、本発明においては、中間層３３を導電性物質により構成してもよい。この場合、平面電極部１３を梁部１１ｄおよび突部１２への給電用の配線として利用せずに、そのような給電用の配線をリア部１１ａ上に設けることが可能となる。
次に、図７Ｂに示すように、第１層３１の上に、突部１２形成用のレジストパターン３４を形成する。具体的には、シリコン基板Ｓの上に液状のフォトレジストをスピンコーティング法により成膜し、露光および現像を経て、レジストパターン３４を形成する。レジストパターン３４に含まれる各マスクは、形成目的の突部１２の形状に応じて円形である。円形マスクの直径は、突部１２の高さの２倍程度であるのが好ましい。フォトレジストとしては、例えば、ＡＺＰ４２１０（クラリアントジャパン製）やＡＺ１５００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンについても、このようなフォトレジストの成膜およびその後の露光処理および現象処理を経て形成される。
次に、レジストパターン３４をマスクとして、第１層３１に対して所定の深さまで等方性エッチングを行う。当該エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。これにより、図７Ｃに示すように、複数の突部１２が形成される。図の明確化の観点より、突部１２とその下方の材料部との間の界面を実線で示す。
次に、図７Ｄに示すように、例えば剥離液を作用させることにより、第１層３１からレジストパターン３４を剥離する。剥離液としては、ＡＺリムーバ７００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。後述のレジストパターンの剥離についても、この剥離液を使用することができる。
次に、図８Ａに示すように、第１層３１の上にレジストパターン３５を形成する。レジストパターン３５は、第１層３１において上述のフレーム部１１ｂ、共通固定部１１ｃ、および梁部１１ｄへと加工される箇所をマスクするためのものであり、突部１２を覆う。
次に、図８Ｂに示すように、レジストパターン３５をマスクとして、第１層３１に対して、中間層３３に至るまで異方性エッチングを行う。異方性エッチングとしては、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥなどを採用することができる。
次に、図８Ｃに示すように、梁部１１ｄの下方の中間層３３をウエットエッチングにより除去する。中間層３３が酸化シリコンよりなる場合、エッチング液としてはフッ酸などを使用することができる。本エッチング工程では、レジストパターン３５で覆われた梁部１１ｄの下方にアンダーカットが入るようにエッチング処理を行う。本工程を経ることにより、フレーム部１１ｂ、共通固定部１１ｃ、および梁部１１ｄの外郭形状が完成する。その後、図８Ｄに示すように、基板Ｓからレジストパターン３５を除去する。
次に、図９Ａに示すように、例えば蒸着法により、基板Ｓに対して金属膜３６を形成する。当該金属としては、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの、Ｓｉよりも充分に抵抗の小さい金属を採用する。次に、図９Ｂに示すように、共通固定部１１ｃの上にレジストパターン３７を形成する。レジストパターン３７は、当該金属膜３６において平面電極部１３および配線部１４へと加工されることとなる箇所をマスクするためのものであり、フレーム部１１ｂの上にも形成される。
次に、レジストパターン３７をマスクとして、金属膜３６に対してウエットエッチングを施すことにより、図９Ｃに示すように平面電極部１３を形成する。このとき、フレーム部１１ｂ上には配線部１４が形成される。エッチング液としては、シリコン材料などを不当にエッチングしないものが使用される。その後、図９Ｄに示すように、基板Ｓからレジストパターン３７を除去する。図７Ａから図９Ｄに示す一連の工程を経ることにより、電気接点装置Ｘ１の第１接触子１０は作製される。
一方、第２接触子２０は、基板２１に対して所定の金属を蒸着させて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。或は、第２接触子２０は、基板２１に対して、所定の金属板または金属箔を貼り合わせて共通平面電極２２を形成することによって、作製することができる。
第１接触子１０および第２接触子２０は、これらが近接していく閉成動作およびこれらが離反していく開離動作を実現するように、相対動可能に構成されている。第１接触子１０および第２接触子２０の相対動作は、固定された第２接触子２０に対して第１接触子１０を駆動することにより達成される。或は、当該相対動作は、固定された第１接触子１０に対して第２接触子２０を駆動することにより達成してもよい。或は、当該相対動作は、第１接触子１０および第２接触子２０の双方を駆動することにより達成してもよい。第１接触子１０および／または第２接触子２０の駆動手段としては、従来のリレーにおいて可動部の駆動手段として採用されている、例えば電磁石を用いたアクチュエータを、採用することができる。
このような構成を有する電気接点装置Ｘ１においては、図３に示す回路構成Ｙ２が形成されている。具体的には、各平面電極部１３は、回路構成Ｙ２における第１接点部Ｃ１ｉを構成し、共通平面電極２２において各平面電極部１３に対向する箇所は、第３接点部Ｃ３ｉを構成する。したがって、各平面電極部１３、および、共通平面電極２２において各平面電極部１３に対向する箇所は、第１電気接点ＳＡｉを構成し、これらの接触抵抗はＲａ’ｉに相当する。また、平面電極部１３および配線部１４の内部抵抗は、抵抗Ｒａｉに相当する。抵抗Ｒａｉは、本実施形態では、実質的に０Ωである。
第１接触子１０の各突部１２の突端は、回路構成Ｙ２における第２接点部Ｃ２ｉに相当し、共通平面電極２２において各突部１２に対向する箇所は、第４接点部Ｃ４ｉに相当する。したがって、各突部１２の突端、および、共通平面電極２２において各突部１２が対向する箇所は、第２電気接点ＳＢｉを構成し、これらの接触抵抗はＲｂ’ｉに相当する。また、突部１２の突端から梁部１１ｄを通って平面電極部１３に至る材料部は、抵抗Ｒｂｉに相当する。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、電気接点装置Ｘ１の動作における閉成過程および開離過程を表す。電気接点装置Ｘ１の動作においては、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したように、電気接点装置Ｘ１に対して所定の負荷が直列に配された状態において、当該負荷を伴う電気接点装置Ｘ１に対して所定の電圧Ｖｉｎが印加される。
電気接点装置Ｘ１の開離状態においては、第１接触子１０および第２接触子２０は、図１０Ａに示すように配置している。全ての突部１２および全ての平面電極部１３と、共通平面電極２２とは、離隔している。すなわち、図４Ａに示すように、全ての第１電気接点ＳＡｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｍ）および全ての第２電気接点ＳＢｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）は開状態にある。したがって、開離状態においては、負荷回路（通電を目的とする図外の回路）には電流は流れない。
開離状態における平面電極部１３と共通平面電極２２との離隔距離をＤ１とし、突部１２と共通平面電極２２との離隔距離をＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２が成立する。
当初は開離状態にある第１接触子１０および第２接触子２０が接近するように閉成動作すると、まず、全ての突部１２が共通平面電極２２に当接して全ての第２電気接点ＳＢｉが閉状態となり、電気接点装置Ｘ１は、図１０Ｂに示すような遷移状態に至る。このとき、第２電気接点ＳＢｉを有する第２枝路ＹＢｉは、充分に大きなＲｂｉを有し従って充分に大きな総抵抗ＲＢｉを有する。したがって、突部１２が共通平面電極２２に当接する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。電気接点装置Ｘ１が遷移状態にある微小な期間には、全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ１の全体を、微小な電流が通過する。
遷移状態を経た後、第１接触子１０および第２接触子２０が更に接近するように閉成動作を継続すると、全ての突部１２が共通平面電極２２に当接して全ての第２電気接点ＳＢｉが閉状態となるとともに、全ての平面電極部１３が共通平面電極２２に当接して全ての第１電気接点ＳＡｉが閉状態となり、電気接点装置Ｘ１は、図１０Ｃに示すように閉成状態に至る。第１電気接点ＳＡｉの接点部Ｃ１ｉ，Ｃ３ｉの間に印加されている電圧は、遷移状態（図１０Ｂ）では開離状態（図１０Ａ）よりも小さいので、共通電極部１３が共通平面電極２２に当接する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。遷移状態において第１電気接点ＳＡｉの接点部間に印加される電圧が充分に小さくなるように、電気接点装置Ｘ１は調整されている。
閉成状態においては、全ての第１電気接点ＳＡｉおよび全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ１の全体を、負荷回路に必要な所望の大電流が通過する。
また、閉成状態においては、図１０Ｃに表れているように、梁部１１ｄは撓む。開離状態における梁部１１ｄとリア部１１ａとの離隔距離をＤ３とすると、閉成状態において梁部１１ｄが充分に撓むためには、Ｄ３は、Ｄ１−Ｄ２よりも充分に大きく設定しておく必要がある。
この後、閉成状態にある第１接触子１０および第２接触子２０が離反するように開離動作すると、まず、全ての突部１２が共通平面電極２２から離反し、電気接点装置Ｘ１は、図１０Ｂに示すような遷移状態をとる。各第１電気接点ＳＡｉが開状態となる瞬間、全ての第２電気接点ＳＢｉが依然閉状態にあるため、各第１電気接点ＳＡｉの接点間電圧が急激に上昇することは抑制される。その結果、各第１電気接点ＳＡｉが開状態となる瞬間に、アーク放電の発生は抑制される。電気接点装置Ｘ１が遷移状態にある微小な期間には、全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ１の全体を、微小な電流が通過する。
このような遷移状態を経た後、第１接触子１０および第２接触子２０が更に離反するように開離動作を継続すると、全ての突部１２が共通平面電極２２から離反して、電気接点装置Ｘ１は、図１０Ａに示すように開離状態に至る。このとき、各第２電気接点ＳＢｉが閉状態となる瞬間にアーク放電の発生が抑制されるのと同様の理由に基づき、突部１２が共通平面電極２２から離反する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る電気接点装置Ｘ２を表す。電気接点装置Ｘ２は、第１接触子４０および第２接触子５０からなる。
第１接触子４０は、ベース部４１と、固定電極部４２と、バネ電極部４３とを備える。第１接触子４０の有するこれらの部位の形状は、例えばマイクロマシニング技術により、単一のシリコン基板から成形される。
ベース部４１は、第１接触子４０の基材として機能する部位である。固定電極部４２は、少なくとも表面が金属よりなり、電極として機能する部位である。固定電極部４２の少なくとも表面を構成するための金属としては、例えば銀や銀合金が挙げられる。
本実施形態の電気接点装置Ｘ２は、固定電極部４２の周囲に８本のバネ電極部４３を有する。各バネ電極部４３は、接触部４３ａおよび胴部４３ｂを有する。ベース部４１および各バネ電極部４３は、同一のシリコン材料より一体的に形成されており、胴部４３ｂにおけるベース部４１側の基部は、弾性変形可能とされている。胴部４３ｂは所定の抵抗体を構成する。接触部４３ａの表面は、ＷやＭｏなどの高融点金属により被覆されている。このような構成のバネ電極部４３は、自然状態において、固定電極部４２よりもベース部４１から図中上方に突き出ている。
固定電極部４２の少なくとも表面およびバネ電極部４３は、ベース部４１の裏面に設けられた共通電極（図示略）と電気的に接続している。
第２接触子５０は、金属板であり、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの低抵抗金属よりなる。
第１接触子４１および第２接触子４２は、これらが近接していく閉成動作およびこれらが離反していく開離動作を実現するように、相対動可能に構成されている。第１接触子４０および第２接触子５０の相対動作は、固定された第２接触子５０に対して第１接触子４０を駆動することにより達成される。或は、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、他の相対動作態様を採用してもよい。第１接触子４０および／または第２接触子５０の駆動手段については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
このような構成を有する電気接点装置Ｘ２においては、図３に示す回路構成Ｙ２が形成されている。具体的には、固定電極部４２は、回路構成Ｙ２における第１接点部Ｃ１１を構成し、第２接触子５０において固定電極部４２に対向する箇所は、第３接点部Ｃ３１を構成する。したがって、固定電極部４２、および、第２接触子５０において固定電極部４２に対向する箇所は、単一の第１電気接点ＳＡ１を構成し、これらの接触抵抗はＲａ’１に相当する。また、固定電極部４２の内部抵抗は、抵抗Ｒａ１に相当する。抵抗Ｒａ１は、本実施形態では、実質的に０Ωである。
第１接触子４０の各バネ電極部４３の接触部４３ａは、回路構成Ｙ２における第２接点部Ｃ２ｉに相当し、第２接触子５０において各接触部４３ａに対向する箇所は、第４接点部Ｃ４ｉに相当する。したがって、各バネ電極部４３の接触部４３ａ、および、第２接触子５０において各接触部４３ａが対向する箇所は、第２電気接点ＳＢｉを構成し、これらの接触抵抗はＲｂ’ｉに相当する。また、バネ電極部４３の胴部４３ｂは、抵抗Ｒｂｉに相当する。
電気接点装置Ｘ２の動作においては、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したように、電気接点装置Ｘ２に対して所定の負荷が直列に配された状態において、当該負荷を伴う電気接点装置Ｘ２に対して所定の電圧Ｖｉｎが印加される。
電気接点装置Ｘ２の開離状態（図４Ａ）においては、固定電極部４２および全てのバネ電極部４３の接触部４３ａと第２接触子５０とは離隔している。すなわち、第１電気接点ＳＡ１および全ての第２電気接点ＳＢｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，８）は開状態にある。したがって、開離状態においては、負荷回路（通電を目的とする図外の回路）には電流は流れない。このような開離状態では、固定電極部４２と第２接触子５０との離隔距離は、接触部４３ａと第２接触子５０との離隔距離よりも、長い。
当初は開離状態にある第１接触子４０および第２接触子５０が接近するように閉成動作すると、まず、全てのバネ電極部４３の接触部４３ａが第２接触子５０に当接して全ての第２電気接点ＳＢｉが閉状態となり、電気接点装置Ｘ２は遷移状態（図４Ｂ）に至る。このとき、第２電気接点ＳＢｉを有する第２枝路ＹＢｉは、充分に大きなＲｂｉを有し従って充分に大きな総抵抗ＲＢｉを有する。したがって、接触部４３ａが第２接触子５０に当接する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。電気接点装置Ｘ２が遷移状態にある微小な期間には、全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ２の全体を、微小な電流が通過する。
遷移状態を経た後、第１接触子４０および第２接触子５０が更に接近するように閉成動作を継続すると、電気接点装置Ｘ２は閉成状態（図４Ｃ）となる。具体的には、固定電極部４２が第２接触子５０に当接し、全ての第２電気接点ＳＢｉが閉状態となるとともに第１電気接点ＳＡ１が閉状態となる。固定電極部４２と第２接触子５０の間に印加されている電圧は、遷移状態（図４Ｂ）では開離状態（図４Ａ）よりも小さいので、固定電極部４２が第２接触子５０に当接する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。遷移状態において固定電極部４２と第２接触子５０の間に印加される電圧が充分に小さくなるように、電気接点装置Ｘ２は調整されている。
閉成状態においては、第１電気接点ＳＡ１および全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ２の全体を、負荷回路に必要な所望の大電流が通過する。また、閉成状態においては、バネ電極部４３における胴部４３ｂの基部は、ベース部４１に対して弾性変形する。
この後、閉成状態にある第１接触子４０および第２接触子５０が離反するように開離動作すると、まず、固定電極部４２が第２接触子５０から離反し、第１電気接点ＳＡ１は開状態となり、電気接点装置Ｘ２は遷移状態（図４Ｂ）となる。第１電気接点ＳＡ１が開状態となる瞬間、全ての第２電気接点ＳＢｉが依然閉状態にあるため、第１電気接点ＳＡ１の接点間電圧が急激に上昇することは抑制される。その結果、第１電気接点ＳＡ１が開状態となる瞬間に、アーク放電の発生は抑制される。電気接点装置Ｘ２が遷移状態にある微小な期間には、全ての第２電気接点ＳＢｉを電流が通過して、電気接点装置Ｘ２の全体を、微小な電流が通過する。
このような遷移状態を経た後、第１接触子４０および第２接触子５０が更に離反するように開離動作を継続すると、全てのバネ電極部４３の接触部４３ａが第２接触子５０から離反して、電気接点装置Ｘ２は開離状態（図４Ａ）に戻る。このとき、各第２電気接点ＳＢｉが閉状態となる瞬間にアーク放電の発生が抑制されるのと同様の理由に基づき、接触部４３ａが第２接触子５０から離反する瞬間のアーク放電の発生は適切に抑制される。
本発明に係る電気接点装置Ｘ１，Ｘ２によると、電気接点におけるアーク放電の発生を適切に抑制することができ、当該装置の長寿命化を図ることができる。また、本発明の電気接点装置Ｘ１，Ｘ２においては、電気接点のオン／オフ動作に伴って生じる誘導電圧が抑制されるので、電気接点のオン／オフ動作で生じ得る電磁ノイズを充分に低減することができる。したがって、本発明の電気接点装置Ｘ１，Ｘ２は、大電流用途のリレーなどにおいても好適に利用することが可能である。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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