マイクロリレー
【課題】製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点並びに固定接点の電気抵抗の増大を抑える。
【解決手段】可動接点３９並びに固定接点１４は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点、例えば、可動接点３９の先端部に白金を含有する。而して、金と銀の合金からなる可動接点３９並びに固定接点１４の接触面は酸化し難いため、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点３９並びに固定接点１４の電気抵抗の増大を抑えることができる。しかも、可動接点３９の先端部に白金を含有することにより、電気抵抗を低く保ったままで可動接点３９と固定接点１４の接離に伴う接点材料の転移とそれによって生じる接触不良が防止できる。
【解決手段】可動接点３９並びに固定接点１４は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点、例えば、可動接点３９の先端部に白金を含有する。而して、金と銀の合金からなる可動接点３９並びに固定接点１４の接触面は酸化し難いため、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点３９並びに固定接点１４の電気抵抗の増大を抑えることができる。しかも、可動接点３９の先端部に白金を含有することにより、電気抵抗を低く保ったままで可動接点３９と固定接点１４の接離に伴う接点材料の転移とそれによって生じる接触不良が防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電駆動型のマイクロリレーに比べて駆動力を大きくできるマイクロリレーとして、電磁石装置の電磁力を利用してアーマチュアを駆動し接点を開閉するようにしたマイクロリレーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているマイクロリレーは、ガラス基板を加工してなるボディと、電磁石装置と、シリコン基板のような半導体基板を半導体微細加工プロセスにより加工することで形成されるアーマチュアブロックと、ガラス基板を加工してなるカバーとを備える。アーマチュアブロックは矩形枠状のフレーム部と、複数の支持ばねを介してフレーム部に揺動自在に支持されたアーマチュアとを有し、アーマチュアブロックを両側から挟むようにしてフレーム部をボディ及びカバーに陽極接合することでマイクロリレーが構成されている。ここで、陽極接合とは重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させると同時にシリコン側を陽極として両者の間に高電圧を印加することで電気的二重層を発生させ、静電引力により基板同士を接合する接合方法であって、可動イオンを含むガラスとシリコン基板を密着接合する方法として一般的に用いられている。
【特許文献１】特開２００５−５０７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来のマイクロリレーにおける可動接点及び固定接点は、一般的な接点材料（例えば、金、ニッケル、銅、クロムなどの合金）で形成されていたが、アーマチュアブロックとボディ及びカバーとの陽極接合時に加熱（通常は４００℃以上）されることで両接点の接触面が酸化してしまい、電気抵抗が増大してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点並びに固定接点の電気抵抗の増大を抑えることができるマイクロリレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部に白金族元素を含有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部にコバルトを含有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ両接点の前記先端部における金と銀の成分比率が互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金と銀の合金からなる可動接点並びに固定接点の接触面は酸化し難いため、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点並びに固定接点の電気抵抗の増大を抑えることができ、しかも、可動接点又は固定接点の一方の先端部に白金族元素やコバルトを含有するか、あるいは両接点の前記先端部における金と銀の成分比率を互いに異ならせることにより、電気抵抗を低く保ったままで可動接点と固定接点の接離に伴う接点材料の転移とそれによって生じる接触不良が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態のマイクロリレーは、シリコン基板をマイクロマシニング技術により加工して形成されるアーマチュア３０、アーマチュア３０により変位可能な可動接点３９、可動接点３９と接離する固定接点１４を、ボディ１とカバー４とアーマチュアブロック３で構成される密閉空間に収納し、電磁石装置２の電磁力でアーマチュア３０を駆動するものである。ボディ１は矩形板状のガラス基板からなり、厚み方向の一面側において長手方向の両端部それぞれに各一対の固定接点１４が設けられている。アーマチュアブロック３は、ボディ１の上記一表面側に固着される枠状（矩形枠状）のフレーム部３１と、フレーム部３１の内側に配置されて４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持され、電磁石装置２が発生する電磁力により駆動されるアーマチュア３０と、アーマチュア３０にそれぞれ２本の接圧ばね部３５を介して支持されそれぞれ可動接点３９が設けられた２つの可動接点基台部３４とを有する。また、カバー４は矩形板状のガラス基板からなり、アーマチュアブロック３におけるボディ１とは反対側で周部がフレーム部３１に固着される。
【００１２】
電磁石装置２はヨーク２０に巻回されたコイル２２，２２への励磁電流に応じて磁束を発生するものである。ヨーク２０は、２つのコイル２２，２２が直接巻回される細長の矩形板状のコイル巻回部２０ａと、コイル巻回部２０ａの長手方向の両端部それぞれからアーマチュア３０に近づく向きに延設されコイル２２，２２への励磁電流に応じて互いの先端面が異極に励磁される一対の脚片２０ｂ，２０ｂと、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの間でコイル巻回部２０ａの長手方向の中央部に重ねて配置された矩形板状の永久磁石２１と、細長の矩形板状であってヨーク２０のコイル巻回部２０ａにおける永久磁石２１との対向面とは反対側でコイル巻回部２０ａと直交するようにコイル巻回部２０ａに固着されるプリント基板２３とを備えている。なお、ヨーク２０は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鋳造加工することにより形成されており、両脚片２０ｂ，２０ｂの断面が矩形状に形成されている。
【００１３】
永久磁石２１は、コイル巻回部２０ａとの重ね方向（厚み方向）の両面それぞれの磁極面が異極に着磁されており、一方の磁極面がヨーク２０のコイル巻回部２０ａに当接し、他方の磁極面がヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの先端面と同一平面上に位置するように厚み寸法を設定してある。
【００１４】
また、各コイル２２，２２はそれぞれ、永久磁石２１とヨーク２０の脚片２０ｂ，２０ｂとによって長軸方向（つまり、コイル巻回部２０ａの長手方向）への移動が規制される。プリント基板２３は、絶縁基板２３ａの一表面における長手方向の両端部に導電パターン２３ｂが形成されており、各導電パターン２３ｂにおいて円形状に形成された部位が外部接続用電極を構成し、矩形状に形成された部位がコイル接続部を構成している。ここにおいて、コイル接続部には、コイル２２，２２の端末が接続されるが、コイル２２，２２は、外部接続用電極間に電源を接続してコイル２２，２２へ励磁電流を流したときにヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの先端面が互いに異なる磁極となるように接続されている。なお、各導電パターン２３ｂにおける外部接続用電極には、導電性材料（例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，半田など）からなるバンプ２４が適宜固着されるが、バンプ２４を固着する代わりに、ボンディングワイヤをボンディングしてもよい。
【００１５】
ボディ１は耐熱ガラスにより形成されており、外周形状が矩形状であって、中央部には厚み方向に貫通し電磁石装置２を収納する収納孔１６が貫設され、四隅の各近傍と長手方向両端部の中央付近には厚み方向に貫通するスルーホール１０が貫設されている。また、ボディ１の厚み方向の両面であって各スルーホール１０それぞれの周縁にはランド１２が形成されている。ここに、ボディ１の厚み方向において重なるランド１２同士はスルーホール１０の内周面を導電性材料（例えば、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｕ，あるいはこれらの合金など）でめっきしてなるめっき層１０ａにより電気的に接続されている。また、ボディ１の厚み方向の他表面側の各ランド１２にはバンプ１３が適宜固着されており、バンプ１３をランド１２に固着することによって、ボディ１の上記他表面側ではスルーホール１０の開口面がバンプ１３により覆われる。スルーホール１０の開口面は円形状であって、ボディ１の上記一表面には、それぞれスルーホール１０の開口面を閉塞する導電パターン１８が設けられている。
【００１６】
また、上述の各一対の固定接点１４は、ボディ１の長手方向の両端部においてボディ１の短手方向に離間して形成された２つのスルーホール１０の間で上記短手方向に並設されており、上記短手方向両端のスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２と導電パターン１８を介して電気的に接続されている。さらに、ボディ１の長手方向両端部における固定接点１４の近傍には、上記短手方向に沿った幅細形状であって中央のスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２と接続された接地用導電パターン１８’が設けられており、中央のスルーホール１０も接地用導電パターン１８’によって閉塞されている。
【００１７】
また、収納孔１６の開口面は十字状であって、ボディ１の上記一表面側には、収納孔１６を閉塞するシリコン薄膜からなる蓋体１７が固着されている。すなわち、電磁石装置２は、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｃの各先端面が蓋体１７と対向する形で収納孔１６に挿入される。なお、本実施形態では、収納孔１６の内周面と蓋体１７とで囲まれる空間が電磁石装置２を収納する収納部を構成しており、電磁石装置２は、永久磁石２１がボディ１の厚み寸法内でアーマチュア３０とヨーク２０とにより形成される磁路中に設けられ、プリント基板２３における絶縁基板２３ａの表面がボディ１の上記他表面と略面一となっている。
【００１８】
アーマチュアブロック３は、シリコン基板からなる半導体基板を半導体微細加工プロセスにより加工することによって、上述の矩形枠状のフレーム部３１と、上述の４本の支持ばね部３２と、フレーム部３１の内側に配置されアーマチュア３０の一部を構成する矩形板状の可動基台部３０ａと、上述の４本の接圧ばね３５と、上述の２つの可動接点基台部３４とを形成してあり、可動基台部３０ａと、可動基台部３０ａにおけるボディ１との対向面に固着された磁性体（例えば、軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなど）からなる矩形板状の磁性体部３０ｂとでアーマチュア３０を構成している。したがって、アーマチュア３０が４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持されている。なお、可動基台部３０ａはフレーム部３１よりも薄肉であり、アーマチュア３０の厚み寸法は、アーマチュアブロック３とボディ１とを固着した状態においてアーマチュア３０の磁性体部３０ｂと蓋体１７との間に所定のギャップが形成されるように設定されている。
【００１９】
上述の支持ばね部３２は、可動基台部３０ａの短手方向の両側面側で可動基台部３０ａの長手方向に離間して２箇所に形成されている。各支持ばね部３２は、一端部がフレーム部３１に連続一体に連結され他端部が可動基台部３０ａに連続一体に連結されている。なお、各支持ばね部３２は、平面形状において上記一端部と上記他端部との間の部位を同一面内で蛇行した形状に形成することにより長さ寸法を長くしてあり、アーマチュア３０が揺動する際に各支持ばね部３２にかかる応力を分散させることができ、各支持ばね部３２が破損するのを防止することができる。
【００２０】
また、可動基台部３０ａは、短手方向の両側縁の中央部から矩形状の突片３６が連続一体に延設され、フレーム部３１の内周面において突片３６に対応する部位からも矩形状の突片３７が連続一体に延設されている。すなわち、可動基台部３０ａから延設された突片３６とフレーム部３１から延設された突片３７とは互いの先端面同士が対向している。ここに、可動基台部３０ａから延設された各突片３６の先端面には凸部３６ａが形成されており、フレーム部３１から延設された各突片３７の先端面には、凸部３６ａが入り込む凹部３７ａが形成されている。したがって、凸部３６ａが凹部３７ａの内周面に当接することでフレーム部３１の厚み方向に直交する面内におけるアーマチュア３０の移動が規制される。なお、アーマチュア３０の同一の側縁側に配設される２つの支持ばね部３２は、突片３６の両側に位置している。
【００２１】
また各突片３６におけるボディ１との対向面には支点突起４０がそれぞれ突設されており、これら一対の支点突起４０を設けることでアーマチュア３０の揺動動作をより安定させることができる。なお、ボディ１に当接する支点突起４０の先端部には、摩耗や割れあるいは欠けなどを低減するために、金属薄膜からなる保護膜４１が形成されている。
【００２２】
また、アーマチュアブロック３は、アーマチュア３０の長手方向においてアーマチュア３０の両端部とフレーム部３１との間にそれぞれ可動接点基台部３４が配置されており、各可動接点基台部３４におけるボディ１との対向面に導電性材料からなる可動接点３９が固着されている。ここに、可動接点基台部３４は上述の２本の接圧ばね部３５を介して可動基台部３０ａに支持されている。なお、可動基台部３０ａは上述のように矩形板状に形成されており、磁性体部３０ｂの変位量を制限するストッパ部３３が四隅それぞれから連続一体に延設されており、接圧ばね部３５の平面形状は、ストッパ部３３の外周縁の３辺に沿ったコ字状に形成されている。このストッパ部３３は、ボディ１の上記一表面と接触することにより磁性体部３０ｂの変位量を制限する。なお、アーマチュアブロック３は、上述の説明から分かるように、フレーム部３１、可動基台部３０ａ、支持ばね部３２、可動接点保持部３４、接圧ばね部３５が上述の半導体基板の一部により構成されている。また、カバー４は耐熱ガラスにより構成されており、アーマチュアブロック３との対向面にアーマチュア３０の揺動空間を確保する凹所(図示せず)が形成されている。
【００２３】
次に、本実施形態のマイクロリレーの製造方法について簡単に説明する。
【００２４】
本実施形態のマイクロリレーの製造にあたっては、半導体基板たるシリコン基板をリソグラフィ技術、エッチング技術などの半導体微細加工プロセス（マイクロマシンニング技術）により加工してフレーム部３１、支持ばね部３２、接圧ばね部３５、可動接点基台部３４、アーマチュア３０の一部を構成する可動基台部３０ａを形成した後で可動基台部３０ａにおいてボディ１側となる一面に磁性体からなる磁性体部３０ｂを固着し且つ可動接点基台部３４に可動接点３９を固着することでアーマチュアブロック３を形成するアーマチュアブロック形成工程と、アーマチュアブロック形成工程にて形成したアーマチュアブロック３とボディ１およびカバー４を陽極接合により固着することでボディ１とカバー４とアーマチュアブロック３のフレーム部３１とで囲まれる空間を密封する密封工程と、密封工程の後でボディ１の収納部に電磁石装置２を収納してボディ１に固定する電磁石装置配設工程とを備えている。
【００２５】
ここにおいて、ボディ１の形成にあたっては、ボディ１となるガラス基板において収納部に対応する部位に厚み方向に貫通する収納孔１６を形成するとともにガラス基板の四隅近傍並びに長手方向両端部の中央に厚み方向に貫通するスルーホール１０を形成した後、ボディ１の一表面側に導電材料を部分的にめっきすることでランド１２、固定接点１４、導電パターン１８，１８’、めっき層１０ａを一体に形成してから、上記ガラス基板において固定接点１４を設けた側の表面に収納孔１６を覆う薄膜（例えば、シリコン薄膜、ガラス薄膜など）を固着し、当該薄膜をパターニングすることによって収納孔１６の開口面を閉塞する蓋体１７を形成すればよい。なお、収納孔１６はエッチング法やサンドブラスト法などにより形成すればよい。
【００２６】
また、カバー４の形成にあたっては、カバー４となるガラス基板においてエッチング法やサンドブラスト法などにより凹所を形成すればよい。そして、アーマチュアブロック３のフレーム部３１にボディ１及びカバー４を陽極接合することでボディ１とカバー４とフレーム部３１とで構成される空間を密閉すれば、本実施形態のマイクロリレーが完成する。
【００２７】
以下、本実施形態のマイクロリレーの動作について説明する。
【００２８】
本実施形態のマイクロリレーでは、コイル２２，２２への通電が行われると、磁化の向きに応じて磁性体部３０ｂの長手方向の一端部がヨーク２０の一方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の一端側の可動接点基台部３４に固着された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。
【００２９】
また、コイル２２，２２への通電方向を逆向きにすると、アーマチュア３０の磁性体部３０ｂがヨーク２０の他方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の他端側の可動接点基台部３４に保持された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。
【００３０】
次に、本発明の要旨である固定接点１４並びに可動接点３９の構造について説明する。本実施形態における固定接点１４は、図１（ｂ）に示すように少なくとも可動接点３９との接触面（図１（ａ）における上面）を含む全体が金と銀の合金で形成されている。ここで、リレーに用いられる一般的な接点の構造は、例えば、図７（ａ）に示すように接触面（図中の上面）から順に金、ニッケル、銅、クロムの各金属を積層したような構造となっているが、既に説明したように本発明に係るマイクロリレーではアーマチュアブロック３のフレーム部３１にカバー４を陽極接合する際にリフロー炉の温度（おおよそ２００℃）よりも十分に高い高温環境（例えば、４００℃）に長時間（例えば、１時間）晒されることから、加熱によって各金属が拡散し且つ酸化され、図７（ｂ）に示すように接触面から順に酸化ニッケル−酸化銅−金の合金、銅−金の合金、銅−クロムの合金を積層したような構造となり、接点の電気抵抗が増大して導通不良などの不具合が生じる虞がある。
【００３１】
そこで本発明者らは、製造プロセスや使用状態で高温環境に長時間晒された場合でも接点抵抗の増大による導通不良などが起こらない接点材料を種々検討し、少なくとも接触面を含む固定接点１４の先端部分を金と銀の合金で形成すれば、上述の導通不良などの不具合の発生が防止できることを見いだした。すなわち、図１（ａ）に示すようにボディ１に銀１４ａと金１４ｂを順に固着し、上記高温環境による加熱後に金−銀の合金からなる固定接点１４が形成されるようにしている。
【００３２】
一方、可動接点３９についても固定接点１４と事情は同じであるから、本来ならば固定接点１４と同一構造、すなわち、少なくとも固定接点１４と接触する先端部分を金と銀の合金で形成することが望ましい。しかしながら、固定接点１４と可動接点３９の接触面の接点材料が同一であると、固定接点１４と可動接点３９が接離を繰り返すうちに両者の間で接点材料の金属が転移して接触不良を起こす可能性がある。
【００３３】
そこで本実施形態では、固定接点１４との接触面を含む可動接点３９の先端部に金及び銀以外の金属、例えば、白金を含有させて金−銀−白金の合金で可動接点３９の先端部を形成することにより、可動接点３９の電気抵抗を増大させずに固定接点１４との接離に伴う金属の転移を防止している。具体的には、図１（ａ）に示すようにシリコン基板（可動接点基台部３４）に銀３９ａと白金３９ｃと金３９ｂを順に固着し、上記高温環境による加熱後に先端部が金−銀−白金の合金３９ｄからなり、他の部分が白金３９ｃ、金−銀−白金の合金３９ｄ、金−銀の合金３９ｅからなる可動接点３９が形成されるようにしている。また白金は酸化しにくく、酸化しやすい金属の拡散を防止する効果もあるため、可動接点３９内で取り得る成分比率の範囲が広くなり、厳密な製造プロセスの管理を必要としないという利点がある。なお、可動接点３９の先端部に含有すべき金属は白金に限定されるものではなく、他の白金族元素（特にロジウム又はパラジウム）であっても構わない。
【００３４】
ここで、図８（ａ）に示すように加熱前において可動接点基台部３４との界面にクロム３９ｆを介在させ、図８（ｂ）に示すように加熱後において可動接点３９の可動接点基台部３４との界面近傍の部位にクロム３９ｆを含有させれば、クロムが金や銀に比較してシリコンなどの半導体との密着性に優れることから、可動接点基台部３４と可動接点３９との密着性を高めることができる。
【００３５】
ところで、本発明者らの実験結果によれば、固定接点１４並びに可動接点３９の先端部における金と銀の成分比率が４対１（Ａｕ：Ａｇ≒４：１）となるとき、加熱後の先端部には金−銀の合金と同時に可動接点基台部３４との界面からクロム３９ｆが拡散し且つ接触面でそれらが酸化することが確認された。一方、金と銀の成分比率が１対３（Ａｕ：Ａｇ≒１：３）、１対２（Ａｕ：Ａｇ≒１：２）、あるいは３対５（Ａｕ：Ａｇ≒３：５）となるときは、先端部へのクロムやチタンの拡散及びそれらの酸化が見られないことが確認されたので、固定接点１４及び可動接点３９の接触面を含む先端部における金と銀の成分比率は金の方が銀よりも少ないことが望ましい。但し、成分比率が１対３の場合に比較して、成分比率が１対２又は３対５の場合の方が固定接点１４及び可動接点３９の接触抵抗が小さくなることが本発明者らの実験によって確認されている。なお、「成分比率」は重量比率ではなく、元素数の比率（いわゆる原子パーセント）である。
【００３６】
ここで、本発明者らの実験結果によると固定接点１４並びに可動接点３９の厚みｄを１．０μｍ乃至５０μｍの範囲とすることが望ましい。すなわち、固定接点１４及び可動接点３９の抵抗値が目標値（例えば、１００ｍΩ）よりも大きくならず、且つガラス基板（ボディ１）又はシリコン基板（可動接点基台部３４）から不純物の拡散も発生しないためには、厚みｄの下限値を１．０μｍ以上とし、固定接点１４及び可動接点３９を形成する金属材料（金、銀、白金、クロム）の成膜応力及び製造プロセスにおける熱応力に対して固定接点１４及び可動接点３９が基材（ボディ１又は可動接点基台部３４）との密着力を保つためには、厚みｄの上限値を５０μｍ以下とすればよい。但し、マイクロリレーの寸法設計や製造プロセス設計を考慮した最適な例においては、固定接点１４及び可動接点３９の厚みｄを２．５μｍ〜２０μｍの範囲に設定することが望ましい。
【００３７】
なお、上述の説明では固定接点１４を金−銀の合金で形成し、可動接点３９の先端部を金−銀−白金の合金で形成しているが、可動接点３９を金−銀の合金で形成し、固定接点１４の先端部を金−銀−白金の合金で形成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、可動接点３９の先端部に含有する金属は白金に限定されるものではなく、他の金属、例えばコバルトであってもよい。具体的には、図９（ａ）に示すように可動接点基台部３４にクロム３９ｆ、金３９ｂ、銀３９ａ、金３９ｂ、コバルトを含有する金３９ｂ’を順に固着し、上記高温環境による加熱後に先端部が金−銀−コバルトの合金３９ｇからなり、他の部分が金−銀の合金３９ｅ及びクロム３９ｆからなる可動接点３９が形成されるようにすればよい。またコバルトを含む合金は含まない合金に比べて硬度が高くなることからも金属の転移防止が図れる。但し、多量のコバルトを含有するとコバルトの酸化膜が可動接点３９の接触抵抗を増大させる虞があるため、先端部における金−銀−コバルトの合金におけるコバルトの含有率は１０％（原子パーセント）以下が望ましい。
【００３８】
また、金−銀の合金からなる先端部に白金やコバルトなどの金属を含有する代わりに、固定接点１４の先端部における金−銀の合金の成分比率と可動接点３９の先端部における金−銀の合金の成分比率とを互いに異ならせれば、可動接点３９及び固定接点１４の電気抵抗の増大を防ぎつつ金属の転移が防止できる。ここで、上述のように単体金属を積層した後の加熱による固溶体として可動接点３９及び固定接点１４を形成する場合を一例にとると、金−銀の合金における金と銀の成分比率は、積層する金の層と銀の層の厚みの比率や、各層の厚みの絶対値、印加される熱量等によって決まるため、それらのパラメータを制御することで可動接点３９及び固定接点１４の先端部における金と銀の成分比率を調整することが可能である。
【００３９】
なお、本発明者らの実験結果によれば、可動接点３９の先端部における金と銀の成分比率が１対２（Ａｕ：Ａｇ≒１：２）、固定接点１４の先端部における金と銀の成分比率が３対５（Ａｕ：Ａｇ≒３：５）となるとき、固定接点１４と可動接点３９の１億回の接離後においても両者の間で金属の転移による接触不良が生じないことが確認されている。但し、上記成分比率は一例であって、固定接点１４の先端部と可動接点３９の先端部の金と銀の成分比率が互いに異なっていれば、金属の転移による接触不良が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態における固定接点及び可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】同上におけるボディを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面矢視図である。
【図４】同上の背面斜視図である。
【図５】（ａ）は同上におけるアーマチュアブロックの正面図、（ｂ）は同上におけるアーマチュアブロックの背面図である。
【図６】同上におけるアーマチュアブロックの分解斜視図である。
【図７】一般的な接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図８】同上における別の可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図９】同上におけるさらに別の可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ボディ
１４ 固定接点
１４ａ 銀
１４ｂ 金
３４ 可動接点基台部
３９ 可動接点
３９ａ 銀
３９ｂ 金
３９ｃ 白金
３９ｄ 金−銀−白金の合金
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電駆動型のマイクロリレーに比べて駆動力を大きくできるマイクロリレーとして、電磁石装置の電磁力を利用してアーマチュアを駆動し接点を開閉するようにしたマイクロリレーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているマイクロリレーは、ガラス基板を加工してなるボディと、電磁石装置と、シリコン基板のような半導体基板を半導体微細加工プロセスにより加工することで形成されるアーマチュアブロックと、ガラス基板を加工してなるカバーとを備える。アーマチュアブロックは矩形枠状のフレーム部と、複数の支持ばねを介してフレーム部に揺動自在に支持されたアーマチュアとを有し、アーマチュアブロックを両側から挟むようにしてフレーム部をボディ及びカバーに陽極接合することでマイクロリレーが構成されている。ここで、陽極接合とは重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させると同時にシリコン側を陽極として両者の間に高電圧を印加することで電気的二重層を発生させ、静電引力により基板同士を接合する接合方法であって、可動イオンを含むガラスとシリコン基板を密着接合する方法として一般的に用いられている。
【特許文献１】特開２００５−５０７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来のマイクロリレーにおける可動接点及び固定接点は、一般的な接点材料（例えば、金、ニッケル、銅、クロムなどの合金）で形成されていたが、アーマチュアブロックとボディ及びカバーとの陽極接合時に加熱（通常は４００℃以上）されることで両接点の接触面が酸化してしまい、電気抵抗が増大してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点並びに固定接点の電気抵抗の増大を抑えることができるマイクロリレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部に白金族元素を含有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部にコバルトを含有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、上記目的を達成するために、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ両接点の前記先端部における金と銀の成分比率が互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金と銀の合金からなる可動接点並びに固定接点の接触面は酸化し難いため、製造時や使用時に高温環境に置かれても可動接点並びに固定接点の電気抵抗の増大を抑えることができ、しかも、可動接点又は固定接点の一方の先端部に白金族元素やコバルトを含有するか、あるいは両接点の前記先端部における金と銀の成分比率を互いに異ならせることにより、電気抵抗を低く保ったままで可動接点と固定接点の接離に伴う接点材料の転移とそれによって生じる接触不良が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態のマイクロリレーは、シリコン基板をマイクロマシニング技術により加工して形成されるアーマチュア３０、アーマチュア３０により変位可能な可動接点３９、可動接点３９と接離する固定接点１４を、ボディ１とカバー４とアーマチュアブロック３で構成される密閉空間に収納し、電磁石装置２の電磁力でアーマチュア３０を駆動するものである。ボディ１は矩形板状のガラス基板からなり、厚み方向の一面側において長手方向の両端部それぞれに各一対の固定接点１４が設けられている。アーマチュアブロック３は、ボディ１の上記一表面側に固着される枠状（矩形枠状）のフレーム部３１と、フレーム部３１の内側に配置されて４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持され、電磁石装置２が発生する電磁力により駆動されるアーマチュア３０と、アーマチュア３０にそれぞれ２本の接圧ばね部３５を介して支持されそれぞれ可動接点３９が設けられた２つの可動接点基台部３４とを有する。また、カバー４は矩形板状のガラス基板からなり、アーマチュアブロック３におけるボディ１とは反対側で周部がフレーム部３１に固着される。
【００１２】
電磁石装置２はヨーク２０に巻回されたコイル２２，２２への励磁電流に応じて磁束を発生するものである。ヨーク２０は、２つのコイル２２，２２が直接巻回される細長の矩形板状のコイル巻回部２０ａと、コイル巻回部２０ａの長手方向の両端部それぞれからアーマチュア３０に近づく向きに延設されコイル２２，２２への励磁電流に応じて互いの先端面が異極に励磁される一対の脚片２０ｂ，２０ｂと、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの間でコイル巻回部２０ａの長手方向の中央部に重ねて配置された矩形板状の永久磁石２１と、細長の矩形板状であってヨーク２０のコイル巻回部２０ａにおける永久磁石２１との対向面とは反対側でコイル巻回部２０ａと直交するようにコイル巻回部２０ａに固着されるプリント基板２３とを備えている。なお、ヨーク２０は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鋳造加工することにより形成されており、両脚片２０ｂ，２０ｂの断面が矩形状に形成されている。
【００１３】
永久磁石２１は、コイル巻回部２０ａとの重ね方向（厚み方向）の両面それぞれの磁極面が異極に着磁されており、一方の磁極面がヨーク２０のコイル巻回部２０ａに当接し、他方の磁極面がヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの先端面と同一平面上に位置するように厚み寸法を設定してある。
【００１４】
また、各コイル２２，２２はそれぞれ、永久磁石２１とヨーク２０の脚片２０ｂ，２０ｂとによって長軸方向（つまり、コイル巻回部２０ａの長手方向）への移動が規制される。プリント基板２３は、絶縁基板２３ａの一表面における長手方向の両端部に導電パターン２３ｂが形成されており、各導電パターン２３ｂにおいて円形状に形成された部位が外部接続用電極を構成し、矩形状に形成された部位がコイル接続部を構成している。ここにおいて、コイル接続部には、コイル２２，２２の端末が接続されるが、コイル２２，２２は、外部接続用電極間に電源を接続してコイル２２，２２へ励磁電流を流したときにヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｂの先端面が互いに異なる磁極となるように接続されている。なお、各導電パターン２３ｂにおける外部接続用電極には、導電性材料（例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，半田など）からなるバンプ２４が適宜固着されるが、バンプ２４を固着する代わりに、ボンディングワイヤをボンディングしてもよい。
【００１５】
ボディ１は耐熱ガラスにより形成されており、外周形状が矩形状であって、中央部には厚み方向に貫通し電磁石装置２を収納する収納孔１６が貫設され、四隅の各近傍と長手方向両端部の中央付近には厚み方向に貫通するスルーホール１０が貫設されている。また、ボディ１の厚み方向の両面であって各スルーホール１０それぞれの周縁にはランド１２が形成されている。ここに、ボディ１の厚み方向において重なるランド１２同士はスルーホール１０の内周面を導電性材料（例えば、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｕ，あるいはこれらの合金など）でめっきしてなるめっき層１０ａにより電気的に接続されている。また、ボディ１の厚み方向の他表面側の各ランド１２にはバンプ１３が適宜固着されており、バンプ１３をランド１２に固着することによって、ボディ１の上記他表面側ではスルーホール１０の開口面がバンプ１３により覆われる。スルーホール１０の開口面は円形状であって、ボディ１の上記一表面には、それぞれスルーホール１０の開口面を閉塞する導電パターン１８が設けられている。
【００１６】
また、上述の各一対の固定接点１４は、ボディ１の長手方向の両端部においてボディ１の短手方向に離間して形成された２つのスルーホール１０の間で上記短手方向に並設されており、上記短手方向両端のスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２と導電パターン１８を介して電気的に接続されている。さらに、ボディ１の長手方向両端部における固定接点１４の近傍には、上記短手方向に沿った幅細形状であって中央のスルーホール１０の周縁に形成されたランド１２と接続された接地用導電パターン１８’が設けられており、中央のスルーホール１０も接地用導電パターン１８’によって閉塞されている。
【００１７】
また、収納孔１６の開口面は十字状であって、ボディ１の上記一表面側には、収納孔１６を閉塞するシリコン薄膜からなる蓋体１７が固着されている。すなわち、電磁石装置２は、ヨーク２０の両脚片２０ｂ，２０ｃの各先端面が蓋体１７と対向する形で収納孔１６に挿入される。なお、本実施形態では、収納孔１６の内周面と蓋体１７とで囲まれる空間が電磁石装置２を収納する収納部を構成しており、電磁石装置２は、永久磁石２１がボディ１の厚み寸法内でアーマチュア３０とヨーク２０とにより形成される磁路中に設けられ、プリント基板２３における絶縁基板２３ａの表面がボディ１の上記他表面と略面一となっている。
【００１８】
アーマチュアブロック３は、シリコン基板からなる半導体基板を半導体微細加工プロセスにより加工することによって、上述の矩形枠状のフレーム部３１と、上述の４本の支持ばね部３２と、フレーム部３１の内側に配置されアーマチュア３０の一部を構成する矩形板状の可動基台部３０ａと、上述の４本の接圧ばね３５と、上述の２つの可動接点基台部３４とを形成してあり、可動基台部３０ａと、可動基台部３０ａにおけるボディ１との対向面に固着された磁性体（例えば、軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなど）からなる矩形板状の磁性体部３０ｂとでアーマチュア３０を構成している。したがって、アーマチュア３０が４本の支持ばね部３２を介してフレーム部３１に揺動自在に支持されている。なお、可動基台部３０ａはフレーム部３１よりも薄肉であり、アーマチュア３０の厚み寸法は、アーマチュアブロック３とボディ１とを固着した状態においてアーマチュア３０の磁性体部３０ｂと蓋体１７との間に所定のギャップが形成されるように設定されている。
【００１９】
上述の支持ばね部３２は、可動基台部３０ａの短手方向の両側面側で可動基台部３０ａの長手方向に離間して２箇所に形成されている。各支持ばね部３２は、一端部がフレーム部３１に連続一体に連結され他端部が可動基台部３０ａに連続一体に連結されている。なお、各支持ばね部３２は、平面形状において上記一端部と上記他端部との間の部位を同一面内で蛇行した形状に形成することにより長さ寸法を長くしてあり、アーマチュア３０が揺動する際に各支持ばね部３２にかかる応力を分散させることができ、各支持ばね部３２が破損するのを防止することができる。
【００２０】
また、可動基台部３０ａは、短手方向の両側縁の中央部から矩形状の突片３６が連続一体に延設され、フレーム部３１の内周面において突片３６に対応する部位からも矩形状の突片３７が連続一体に延設されている。すなわち、可動基台部３０ａから延設された突片３６とフレーム部３１から延設された突片３７とは互いの先端面同士が対向している。ここに、可動基台部３０ａから延設された各突片３６の先端面には凸部３６ａが形成されており、フレーム部３１から延設された各突片３７の先端面には、凸部３６ａが入り込む凹部３７ａが形成されている。したがって、凸部３６ａが凹部３７ａの内周面に当接することでフレーム部３１の厚み方向に直交する面内におけるアーマチュア３０の移動が規制される。なお、アーマチュア３０の同一の側縁側に配設される２つの支持ばね部３２は、突片３６の両側に位置している。
【００２１】
また各突片３６におけるボディ１との対向面には支点突起４０がそれぞれ突設されており、これら一対の支点突起４０を設けることでアーマチュア３０の揺動動作をより安定させることができる。なお、ボディ１に当接する支点突起４０の先端部には、摩耗や割れあるいは欠けなどを低減するために、金属薄膜からなる保護膜４１が形成されている。
【００２２】
また、アーマチュアブロック３は、アーマチュア３０の長手方向においてアーマチュア３０の両端部とフレーム部３１との間にそれぞれ可動接点基台部３４が配置されており、各可動接点基台部３４におけるボディ１との対向面に導電性材料からなる可動接点３９が固着されている。ここに、可動接点基台部３４は上述の２本の接圧ばね部３５を介して可動基台部３０ａに支持されている。なお、可動基台部３０ａは上述のように矩形板状に形成されており、磁性体部３０ｂの変位量を制限するストッパ部３３が四隅それぞれから連続一体に延設されており、接圧ばね部３５の平面形状は、ストッパ部３３の外周縁の３辺に沿ったコ字状に形成されている。このストッパ部３３は、ボディ１の上記一表面と接触することにより磁性体部３０ｂの変位量を制限する。なお、アーマチュアブロック３は、上述の説明から分かるように、フレーム部３１、可動基台部３０ａ、支持ばね部３２、可動接点保持部３４、接圧ばね部３５が上述の半導体基板の一部により構成されている。また、カバー４は耐熱ガラスにより構成されており、アーマチュアブロック３との対向面にアーマチュア３０の揺動空間を確保する凹所(図示せず)が形成されている。
【００２３】
次に、本実施形態のマイクロリレーの製造方法について簡単に説明する。
【００２４】
本実施形態のマイクロリレーの製造にあたっては、半導体基板たるシリコン基板をリソグラフィ技術、エッチング技術などの半導体微細加工プロセス（マイクロマシンニング技術）により加工してフレーム部３１、支持ばね部３２、接圧ばね部３５、可動接点基台部３４、アーマチュア３０の一部を構成する可動基台部３０ａを形成した後で可動基台部３０ａにおいてボディ１側となる一面に磁性体からなる磁性体部３０ｂを固着し且つ可動接点基台部３４に可動接点３９を固着することでアーマチュアブロック３を形成するアーマチュアブロック形成工程と、アーマチュアブロック形成工程にて形成したアーマチュアブロック３とボディ１およびカバー４を陽極接合により固着することでボディ１とカバー４とアーマチュアブロック３のフレーム部３１とで囲まれる空間を密封する密封工程と、密封工程の後でボディ１の収納部に電磁石装置２を収納してボディ１に固定する電磁石装置配設工程とを備えている。
【００２５】
ここにおいて、ボディ１の形成にあたっては、ボディ１となるガラス基板において収納部に対応する部位に厚み方向に貫通する収納孔１６を形成するとともにガラス基板の四隅近傍並びに長手方向両端部の中央に厚み方向に貫通するスルーホール１０を形成した後、ボディ１の一表面側に導電材料を部分的にめっきすることでランド１２、固定接点１４、導電パターン１８，１８’、めっき層１０ａを一体に形成してから、上記ガラス基板において固定接点１４を設けた側の表面に収納孔１６を覆う薄膜（例えば、シリコン薄膜、ガラス薄膜など）を固着し、当該薄膜をパターニングすることによって収納孔１６の開口面を閉塞する蓋体１７を形成すればよい。なお、収納孔１６はエッチング法やサンドブラスト法などにより形成すればよい。
【００２６】
また、カバー４の形成にあたっては、カバー４となるガラス基板においてエッチング法やサンドブラスト法などにより凹所を形成すればよい。そして、アーマチュアブロック３のフレーム部３１にボディ１及びカバー４を陽極接合することでボディ１とカバー４とフレーム部３１とで構成される空間を密閉すれば、本実施形態のマイクロリレーが完成する。
【００２７】
以下、本実施形態のマイクロリレーの動作について説明する。
【００２８】
本実施形態のマイクロリレーでは、コイル２２，２２への通電が行われると、磁化の向きに応じて磁性体部３０ｂの長手方向の一端部がヨーク２０の一方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の一端側の可動接点基台部３４に固着された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。
【００２９】
また、コイル２２，２２への通電方向を逆向きにすると、アーマチュア３０の磁性体部３０ｂがヨーク２０の他方の脚片２０ｂに吸引されてアーマチュア３０が揺動しアーマチュア３０の他端側の可動接点基台部３４に保持された可動接点３９が対向する一対の固定接点１４，１４に所定の接点圧で接触する。この状態で通電を停止しても、永久磁石２１の発生する磁束により、吸引力が維持され、そのままの状態が保持される。
【００３０】
次に、本発明の要旨である固定接点１４並びに可動接点３９の構造について説明する。本実施形態における固定接点１４は、図１（ｂ）に示すように少なくとも可動接点３９との接触面（図１（ａ）における上面）を含む全体が金と銀の合金で形成されている。ここで、リレーに用いられる一般的な接点の構造は、例えば、図７（ａ）に示すように接触面（図中の上面）から順に金、ニッケル、銅、クロムの各金属を積層したような構造となっているが、既に説明したように本発明に係るマイクロリレーではアーマチュアブロック３のフレーム部３１にカバー４を陽極接合する際にリフロー炉の温度（おおよそ２００℃）よりも十分に高い高温環境（例えば、４００℃）に長時間（例えば、１時間）晒されることから、加熱によって各金属が拡散し且つ酸化され、図７（ｂ）に示すように接触面から順に酸化ニッケル−酸化銅−金の合金、銅−金の合金、銅−クロムの合金を積層したような構造となり、接点の電気抵抗が増大して導通不良などの不具合が生じる虞がある。
【００３１】
そこで本発明者らは、製造プロセスや使用状態で高温環境に長時間晒された場合でも接点抵抗の増大による導通不良などが起こらない接点材料を種々検討し、少なくとも接触面を含む固定接点１４の先端部分を金と銀の合金で形成すれば、上述の導通不良などの不具合の発生が防止できることを見いだした。すなわち、図１（ａ）に示すようにボディ１に銀１４ａと金１４ｂを順に固着し、上記高温環境による加熱後に金−銀の合金からなる固定接点１４が形成されるようにしている。
【００３２】
一方、可動接点３９についても固定接点１４と事情は同じであるから、本来ならば固定接点１４と同一構造、すなわち、少なくとも固定接点１４と接触する先端部分を金と銀の合金で形成することが望ましい。しかしながら、固定接点１４と可動接点３９の接触面の接点材料が同一であると、固定接点１４と可動接点３９が接離を繰り返すうちに両者の間で接点材料の金属が転移して接触不良を起こす可能性がある。
【００３３】
そこで本実施形態では、固定接点１４との接触面を含む可動接点３９の先端部に金及び銀以外の金属、例えば、白金を含有させて金−銀−白金の合金で可動接点３９の先端部を形成することにより、可動接点３９の電気抵抗を増大させずに固定接点１４との接離に伴う金属の転移を防止している。具体的には、図１（ａ）に示すようにシリコン基板（可動接点基台部３４）に銀３９ａと白金３９ｃと金３９ｂを順に固着し、上記高温環境による加熱後に先端部が金−銀−白金の合金３９ｄからなり、他の部分が白金３９ｃ、金−銀−白金の合金３９ｄ、金−銀の合金３９ｅからなる可動接点３９が形成されるようにしている。また白金は酸化しにくく、酸化しやすい金属の拡散を防止する効果もあるため、可動接点３９内で取り得る成分比率の範囲が広くなり、厳密な製造プロセスの管理を必要としないという利点がある。なお、可動接点３９の先端部に含有すべき金属は白金に限定されるものではなく、他の白金族元素（特にロジウム又はパラジウム）であっても構わない。
【００３４】
ここで、図８（ａ）に示すように加熱前において可動接点基台部３４との界面にクロム３９ｆを介在させ、図８（ｂ）に示すように加熱後において可動接点３９の可動接点基台部３４との界面近傍の部位にクロム３９ｆを含有させれば、クロムが金や銀に比較してシリコンなどの半導体との密着性に優れることから、可動接点基台部３４と可動接点３９との密着性を高めることができる。
【００３５】
ところで、本発明者らの実験結果によれば、固定接点１４並びに可動接点３９の先端部における金と銀の成分比率が４対１（Ａｕ：Ａｇ≒４：１）となるとき、加熱後の先端部には金−銀の合金と同時に可動接点基台部３４との界面からクロム３９ｆが拡散し且つ接触面でそれらが酸化することが確認された。一方、金と銀の成分比率が１対３（Ａｕ：Ａｇ≒１：３）、１対２（Ａｕ：Ａｇ≒１：２）、あるいは３対５（Ａｕ：Ａｇ≒３：５）となるときは、先端部へのクロムやチタンの拡散及びそれらの酸化が見られないことが確認されたので、固定接点１４及び可動接点３９の接触面を含む先端部における金と銀の成分比率は金の方が銀よりも少ないことが望ましい。但し、成分比率が１対３の場合に比較して、成分比率が１対２又は３対５の場合の方が固定接点１４及び可動接点３９の接触抵抗が小さくなることが本発明者らの実験によって確認されている。なお、「成分比率」は重量比率ではなく、元素数の比率（いわゆる原子パーセント）である。
【００３６】
ここで、本発明者らの実験結果によると固定接点１４並びに可動接点３９の厚みｄを１．０μｍ乃至５０μｍの範囲とすることが望ましい。すなわち、固定接点１４及び可動接点３９の抵抗値が目標値（例えば、１００ｍΩ）よりも大きくならず、且つガラス基板（ボディ１）又はシリコン基板（可動接点基台部３４）から不純物の拡散も発生しないためには、厚みｄの下限値を１．０μｍ以上とし、固定接点１４及び可動接点３９を形成する金属材料（金、銀、白金、クロム）の成膜応力及び製造プロセスにおける熱応力に対して固定接点１４及び可動接点３９が基材（ボディ１又は可動接点基台部３４）との密着力を保つためには、厚みｄの上限値を５０μｍ以下とすればよい。但し、マイクロリレーの寸法設計や製造プロセス設計を考慮した最適な例においては、固定接点１４及び可動接点３９の厚みｄを２．５μｍ〜２０μｍの範囲に設定することが望ましい。
【００３７】
なお、上述の説明では固定接点１４を金−銀の合金で形成し、可動接点３９の先端部を金−銀−白金の合金で形成しているが、可動接点３９を金−銀の合金で形成し、固定接点１４の先端部を金−銀−白金の合金で形成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、可動接点３９の先端部に含有する金属は白金に限定されるものではなく、他の金属、例えばコバルトであってもよい。具体的には、図９（ａ）に示すように可動接点基台部３４にクロム３９ｆ、金３９ｂ、銀３９ａ、金３９ｂ、コバルトを含有する金３９ｂ’を順に固着し、上記高温環境による加熱後に先端部が金−銀−コバルトの合金３９ｇからなり、他の部分が金−銀の合金３９ｅ及びクロム３９ｆからなる可動接点３９が形成されるようにすればよい。またコバルトを含む合金は含まない合金に比べて硬度が高くなることからも金属の転移防止が図れる。但し、多量のコバルトを含有するとコバルトの酸化膜が可動接点３９の接触抵抗を増大させる虞があるため、先端部における金−銀−コバルトの合金におけるコバルトの含有率は１０％（原子パーセント）以下が望ましい。
【００３８】
また、金−銀の合金からなる先端部に白金やコバルトなどの金属を含有する代わりに、固定接点１４の先端部における金−銀の合金の成分比率と可動接点３９の先端部における金−銀の合金の成分比率とを互いに異ならせれば、可動接点３９及び固定接点１４の電気抵抗の増大を防ぎつつ金属の転移が防止できる。ここで、上述のように単体金属を積層した後の加熱による固溶体として可動接点３９及び固定接点１４を形成する場合を一例にとると、金−銀の合金における金と銀の成分比率は、積層する金の層と銀の層の厚みの比率や、各層の厚みの絶対値、印加される熱量等によって決まるため、それらのパラメータを制御することで可動接点３９及び固定接点１４の先端部における金と銀の成分比率を調整することが可能である。
【００３９】
なお、本発明者らの実験結果によれば、可動接点３９の先端部における金と銀の成分比率が１対２（Ａｕ：Ａｇ≒１：２）、固定接点１４の先端部における金と銀の成分比率が３対５（Ａｕ：Ａｇ≒３：５）となるとき、固定接点１４と可動接点３９の１億回の接離後においても両者の間で金属の転移による接触不良が生じないことが確認されている。但し、上記成分比率は一例であって、固定接点１４の先端部と可動接点３９の先端部の金と銀の成分比率が互いに異なっていれば、金属の転移による接触不良が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態における固定接点及び可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】同上におけるボディを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面矢視図である。
【図４】同上の背面斜視図である。
【図５】（ａ）は同上におけるアーマチュアブロックの正面図、（ｂ）は同上におけるアーマチュアブロックの背面図である。
【図６】同上におけるアーマチュアブロックの分解斜視図である。
【図７】一般的な接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図８】同上における別の可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【図９】同上におけるさらに別の可動接点を示し、（ａ）は加熱前の断面図、（ｂ）は加熱後の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ボディ
１４ 固定接点
１４ａ 銀
１４ｂ 金
３４ 可動接点基台部
３９ 可動接点
３９ａ 銀
３９ｂ 金
３９ｃ 白金
３９ｄ 金−銀−白金の合金
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部に白金族元素を含有することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部にコバルトを含有することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項３】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ両接点の前記先端部における金と銀の成分比率が互いに異なることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項１】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部に白金族元素を含有することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ何れか一方の接点における前記先端部にコバルトを含有することを特徴とするマイクロリレー。
【請求項３】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面側に揺動自在に設けられ、電磁石装置の電磁力によって揺動するアーマチュアと、アーマチュアが揺動した際に固定接点と接離する可動接点とを備え、可動接点並びに固定接点は、少なくとも相手方との接触面を含む先端部が金と銀の合金で形成され、且つ両接点の前記先端部における金と銀の成分比率が互いに異なることを特徴とするマイクロリレー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３１０１７５（Ｐ２００６−３１０１７５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３３１１７（Ｐ２００５−１３３１１７）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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