DE69905233T2 - Elektrostatisch gesteuertes Mikrorelais - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatisch gesteuerte Mikro-Relais Vorrichtung.
• Es wurden bereits früher elektrostatische Motoren vorgeschlagen, die eine geringe Leistung und kleine Abmessungen besitzen, geeignet für eine Verwendung als Betätiger bei mikro-elektronischen technischen Anwendungen, um mechanische Vorrichtungen und dergleichen unter Bedingen zu betätigen, bei denen Vibrationen stattfinden können, wie etwa auf dem Kraftfahrzeuggebiet. Diese elektrostatischen Betätiger machen von flexiblen Blättern, auch Zilien oder "petals" genannt, Gebrauch, die elektrisch leitend sind und jeweils mit einem Ende mit einem Stator verbunden und mit dem entgegengesetzten Ende an ein bewegliches Element angrenzend sind. Das Anlegen von Spannungsimpulsen zwischen die Blätter und eine Elektrode, die mit dem beweglichen Element verbunden ist, bewirkt eine Adhäsion der Blätter am beweglichen Element aufgrund elektrostatischer Wirkung, mit einer resultierenden Bewegung letzterer relativ zum Stator.
• Ein Betätiger des oben angegebenen Typs ist beispielsweise offenbart in der Veröffentlichung von Dyatlov V. L., Konyaskin V. V., Potapov B. S. und Pyankov Yu. A., "Prospects of the Employment of Synchrotron Radiation in film electrostatic acauator technology", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A359 (1995), Seiten 394-395. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Vorrichtung wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt ist. Eine Vorrichtung dieser Art ist in DE 197 30 715 C offenbart.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue, verbesserte Art eines Mikro-Relais vorzuschlagen.
• Im Hinblick auf das Erreichen dieses Zieles sieht die Erfindung eine Mikro- Relais Vorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aufweist:
• - einen Grundträger, der eine Elektrode und ein Paar feststehender, voneinander entfernter elektrischer Kontakte trägt, die an den zwei Seiten der Elektrode gelegen sind, und
• - ein bewegliches Blatt, das eine dünne Folie aus elektrisch leitendem Material aufweist, mit zumindest einem mit dem Grundträger verbundenen ersten Ende und einem beweglichen Teil, der seitlich über das Blau vorstehende Endteile besitzt,
• - wobei genanntes Blatt dazu eingerichtet ist, durch elektrostatische Wirkung gegen die genannte Elektrode hin vorgespannt zu werden, wenn eine Spannung zwischen das genannte Blatt und die genannte Elektrode angelegt wird, so dass die Endteile des genannten beweglichen Kontaktes zur Zusammenwirkung mit dem genannten Paar fester elektrischer Kontakte gelangen, wobei das Blatt mit seinen beiden Enden mit dem Grundträger verbunden ist und einen zweiten beweglichen Kontakt trägt, der für die Zusammenwirkung mit einem zweiten Paar feststehender Kontakte vorgesehen ist, die am Grundträger an den zwei Seiten einer zweiten Elektrode vorgesehen sind. Man kann abwechselnd bewirken, dass entweder der erste bewegliche Kontakt am ersten Paar feststehender Kontakte oder der zweite bewegliche Kontakt am zweiten Paar feststehender Kontakte schließen, indem abwechselnd Spannung entweder zwischen das Blatt und die erste Elektrode oder zwischen das Blatt und die zweite Elektrode angelegt wird.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die auf die beigefügten, lediglich als nicht einschränkendes Beispiel dienenden Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
• Fig. 1 eine schematisierte, perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Mikro-Relais gemäß der Erfindung ist,
• Fig. 2, 3, 4 eine Seitenansicht bzw. Endansicht bzw. Draufsicht des Mikro- Relais von Fig. 1 sind,
• Fig. 5, 6 ebenfalls eine Seitenansicht des Mikro-Relais von Fig. 1 zeigen, jedoch in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen, und
• Fig. 7, 8 ebenfalls Endansichten des Mikro-Relais gemäß der Erfindung in den zwei Betriebszuständen von Fig. 5, 6 zeigen.
• In den Zeichnungen bezeichnet die Zahl 1 eine Vorrichtung als Ganzes, die zwei elektrostatische Mikro-Relais aufweist. Die Vorrichtung 1 weist ein Substrat oder einen Grundträger 2 sowie einen beweglichen Teil 3 auf. Der Grundträger 2 ist durch eine Platte 4 aus Aluminium, Silizium, Glas oder Kunststoffmaterial gebildet, abhängig von den Anwendungen, mit einer Dicke von wenigen Millimetern. Am Blatt 4 sind zwei gesonderte Elektroden 5, 6 vorgesehen, beispielsweise durch Verdampfung, Zerstäubung, Drall-Beschichtung oder Siebdrucken. Anschließend wird die Oberfläche durch eine Schicht 7 aus dielektrischem oder ferroelektrischem Material isoliert, das eine Dicke zwischen einem Zehntel und wenigen Zehnteln eines Mikrometers besitzt.
• Der bewegliche Teil 3 ist durch ein Blatt 8 in Form einer Metallfolie gebildet, vorgesehen durch Verdampfen oder Zerstäuben, mit einer Dicke von wenigen Mikrometern und einer Länge zwischen einigen hundert Mikrometern und wenigen Millimetern. An der Oberfläche der Folie 8, an zwei getrennten Bezirken im zentralen Teil derselben, sind zwei Schichten 9 isolierenden, dielektrischen Materials vorgesehen, die eine Dicke von wenigen Mikrometern besitzen. Oberhalb der Schichten 9 sind zwei Leisten aus elektrisch leitendem Material, die als bewegliche Kontakte 10 wirken, darauffolgend durch Verdampfen oder Galvanisieren vorgesehen. Die beweglichen Kontakte 10 haben eine Dicke von wenigen hundert Mikrometern, abhängig vom elektrischen Strom, der durch sie zugeführt werden soll. Das Blatt 8 ist an seinen beiden Enden am Grundträger 2 befestigt.
• Oberhalb des Grundträgers 2, an den zwei Seiten der dielektrischen Schicht 7, sind zwei Paare feststehender Kontakte 11, 12 angeordnet, die mit zwei Paaren elektrischer Leiterbahnen 13 bzw. 14 verbunden sind an denen eine elektrische Schaltung anzuschließen ist.
• Wie aus Fig. 5, 6 klar ersichtlich ist, wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Blatt 8 und der ersten Elektrode 5 oder zwischen Blatt 8 und der zweiten Elektrode 6 eine Adhäsion aufgrund elektrostatischer Wirkung an der einen oder der anderen Seite des Blattes 8 oberhalb des Grundträgers 2 bewirkt. Demgemäß bestimmt sich ein Eingriff eines der zwei beweglichen Kontakte 10 mit dem zusammenwirkenden Paar der feststehenden Kontakte 11 oder 12, um den elektrischen Stromkreis der zwei elektrischen Leiterbahnen 13 oder der zwei elektrischen Leiterbahnen 14 zu schließen. Wenn die Zufuhr einer elektrischen Spannung zwischen Blatt und einer der zwei Elektroden 5, 6 unterbrochen wird, kehrt das Blatt 8 in die in Fig. 1, 2 gezeigte Stellung aufgrund seiner Elastizität zurück.
• Natürlich können, während das Grundprinzip der Erfindung dasselbe bleibt, die Einzelheiten des Aufbaus und der Ausführungsformen in weitem Maße relativ zu dem variieren, was beschrieben und lediglich beispielhaft gezeigt ist.
• Insbesondere ist ersichtlich, dass die Erfindung auch in dem Fall angewendet werden kann, bei dem ein Blatt 8 vorgesehen ist, das einen einzigen beweglichen Kontakt 10 aufweist und mit einer einzigen Elektrode zusammenwirkt, in Verbindung mit einem einzigen Paar beweglicher Kontakte 11. Es ist ferner ersichtlich, dass das Blatt 8 jedwede Form besitzen, und mit dem festen Teil der Vorrichtung sogar lediglich an nur einem seiner Enden verbunden sein kann.

Claims (5)

1. Elektrostatisch gesteuerte Mikro-Relais Vorrichtung, die aufweist:

- einen Grundträger (2), der zumindest eine Elektrode (5) und ein Paar feststehender, voneinander entfernter elektrische Kontakte (11) trägt, die an den zwei Seiten der Elektrode (5) gelegen sind,

- ein bewegliches Blatt (8), das eine dünne Folie aus elektrisch leitendem Material aufweist, mit zumindest einem Endteil mit dem Grundträger (2) verbunden ist und einen beweglichen Teil aufweist, welcher einen beweglichen Kontakt (10) trägt, der seitlich über das Blatt (8) vorstehende Endteile besitzt,

- wobei genanntes Blatt dazu eingerichtet ist, durch elektrostatische Wirkung gegen die genannte Elektrode hin vorgespannt zu werden, wenn eine elektrische Spannung zwischen die Elektrode (5) und das Blatt (8) angelegt wird, so dass die genannten Endteile des beweglichen Kontaktes (10) mit dem genannten Paar feststehender Kontakte (11) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (8) mit seinen beiden Enden mit dem Grundträger (2) verbunden und mit einem zweiten beweglichen Kontakt (10) versehen ist, der zur Zusammenwirkung mit einem zweiten Paar feststehender Kontakte (12) vorgesehen ist, die oberhalb des Grundträgers (2) an den zwei Seiten einer zweiten Elektrode (6) vorgesehen sind, welche ebenfalls mit dem Grundträger (2) verbunden ist, an einer Stelle, die von der genannten ersten Elektrode (5) entfernt ist.

2. Mikro-Relais Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (2) eine Schicht eines dielektrischen Materials (7) beinhaltet, die die erste und die zweite Elektrode (5, 6) bedeckt.

3. Mikro-Relais Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (2) eine Platte (4) beinhaltet, die aus einem Werkstoff gebildet ist, der ausgewählt ist unter Aluminium, Silizium, Glas, Kunststoff.

4. Mikro-Relais Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder bewegliche Kontakt (10) oberhalb des Blattes (8) mit Zwischenlage einer Schicht dielektrischen Materials (9) angeordnet ist.

5. Mikro-Relais Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Bewegung des Blattes von der genannten Elektrode (5) weg durch Anlegen einer elektrischen Spannung erhalten wird.