JP2001185014A - スイッチ装置及びその製造方法 - Google Patents
スイッチ装置及びその製造方法Info
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- Thermally Actuated Switches (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】駆動中の内圧上昇側から低圧側への漏れを少な
くすることによって、より小型で且つ消費電力の小さな
スイッチ装置を提供する。 【解決手段】スイッチ装置は、一対の基板７１、７２の
内側に一対のキャビティ及びそれらを連通する通路２を
有する。通路２内には、導電性流体１２が移動可能にし
て配置される。導電性流体１２は一方のキャビティから
その一側に提供される比較的高い圧力によって他側に向
けて押され、導電性流体１２を含む電気パスを接続状態
又は接続解除状態に変更できるよう構成される。通路２
は、溝７３、７４を対向させて略楕円形状にされる。こ
れによってその内側に置かれる導電性流体１２と通路２
との内面の間の隙間が小さくなるため、導電性流体１２
に提供される圧力は効果的に導電性流体に作用する。
くすることによって、より小型で且つ消費電力の小さな
スイッチ装置を提供する。 【解決手段】スイッチ装置は、一対の基板７１、７２の
内側に一対のキャビティ及びそれらを連通する通路２を
有する。通路２内には、導電性流体１２が移動可能にし
て配置される。導電性流体１２は一方のキャビティから
その一側に提供される比較的高い圧力によって他側に向
けて押され、導電性流体１２を含む電気パスを接続状態
又は接続解除状態に変更できるよう構成される。通路２
は、溝７３、７４を対向させて略楕円形状にされる。こ
れによってその内側に置かれる導電性流体１２と通路２
との内面の間の隙間が小さくなるため、導電性流体１２
に提供される圧力は効果的に導電性流体に作用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性流体により
固体電極間の開閉を機械的に行うためのスイッチ装置
（電気接点開閉装置）及びその製造方法に関し、より詳
細には、集積可能な機械接点式の超小型リレー又は超小
型スイッチとして使用可能なスイッチ装置の構造及びそ
の製造方法に関する。
固体電極間の開閉を機械的に行うためのスイッチ装置
（電気接点開閉装置）及びその製造方法に関し、より詳
細には、集積可能な機械接点式の超小型リレー又は超小
型スイッチとして使用可能なスイッチ装置の構造及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のスイッチ装置の例が、特開昭４
７−２１６４５号公報に開示される。開示されるスイッ
チ装置によれば、筒状体の内側に水銀等の液体からなる
導電性流体が移動可能に配置される。導電性流体は、そ
の両側に設定される気体の圧力差によって片側に移動す
ることができるよう構成される。導電性流体が移動する
ときに、それは筒状体の内部に延出するように設けられ
る電極に選択的に結合しそれに対して電気的に接続され
る。これによって、必要とされる電気パスが実現され
る。しかしながら、この構成によれば、電極表面が経時
的に変質して水銀と接触したときに電気的接続特性が劣
化してしまうという欠点がある。
７−２１６４５号公報に開示される。開示されるスイッ
チ装置によれば、筒状体の内側に水銀等の液体からなる
導電性流体が移動可能に配置される。導電性流体は、そ
の両側に設定される気体の圧力差によって片側に移動す
ることができるよう構成される。導電性流体が移動する
ときに、それは筒状体の内部に延出するように設けられ
る電極に選択的に結合しそれに対して電気的に接続され
る。これによって、必要とされる電気パスが実現され
る。しかしながら、この構成によれば、電極表面が経時
的に変質して水銀と接触したときに電気的接続特性が劣
化してしまうという欠点がある。
【０００３】この問題を解決した構成が特開平１０−３
７７１８３号に開示される。開示されるスイッチ装置
は、やはり水銀等の導電性流体の移動によって、電気パ
スを接続状態又は接続解除状態に選択的に変更可能とさ
れる。特に注目すべき点は、全ての電極に対して常時導
電性流体の一部が被着しており、導電性流体が一体にな
るか又は分割されることによって電気パスの接続状態又
は接続解除状態が実現される点である。これによれば、
特開昭４７−２１６４５号公報に開示される如きスイッ
チ装置で問題とされるような接続不良の問題が生じな
い。
７７１８３号に開示される。開示されるスイッチ装置
は、やはり水銀等の導電性流体の移動によって、電気パ
スを接続状態又は接続解除状態に選択的に変更可能とさ
れる。特に注目すべき点は、全ての電極に対して常時導
電性流体の一部が被着しており、導電性流体が一体にな
るか又は分割されることによって電気パスの接続状態又
は接続解除状態が実現される点である。これによれば、
特開昭４７−２１６４５号公報に開示される如きスイッ
チ装置で問題とされるような接続不良の問題が生じな
い。
【０００４】特開平１０−３７７１８３号公報に提案さ
れているスイッチ装置では、導電性流体が設置されるチ
ャネルの内壁は、導電性流体が変形若しくは移動する部
分においては、その導電性流体に対する濡れ性が低い材
料で形成されることになる。一方、従来の一般的なチャ
ネルの製造方法、例えば、シリコンの異方性エッチング
や、その他のドライエッチング、或いはドライフィルム
を貼りつけるなどの方法では、そのチャネル断面の形状
は三角形、正方形、長方形、台形、或いは半円形にな
る。
れているスイッチ装置では、導電性流体が設置されるチ
ャネルの内壁は、導電性流体が変形若しくは移動する部
分においては、その導電性流体に対する濡れ性が低い材
料で形成されることになる。一方、従来の一般的なチャ
ネルの製造方法、例えば、シリコンの異方性エッチング
や、その他のドライエッチング、或いはドライフィルム
を貼りつけるなどの方法では、そのチャネル断面の形状
は三角形、正方形、長方形、台形、或いは半円形にな
る。
【０００５】J.シモン他による走行水銀微小滴を備えた
流体充填超小型リレー（Ａ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｆｉｌｌｅ
ｄ Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙ ｗｉｔｈ ａ Ｍｏｖｉｎ
ｇＭｅｒｃｕｒｙ Ｄｒｏｐ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ １９９７）では異方性エッチングによりシリコンに
形成されたチャネル又は溝５１０が用いられているが、
その断面は図７の如く三角形であり、水銀５２０がその
表面張力によって中心に集まるため角部において隙間が
できる。このような隙間が生じた場合、内圧上昇手段に
よって一方の内圧を上げても、非導電性流体がこの隙間
から低圧側の他方へ漏れてしまうため、導電性流体を駆
動するのに困難が生じる。この困難は内圧上昇手段の能
力を十分に大きく設計することにより回避することがで
きるが、これは例えば内圧上昇手段としてヒータを選択
した場合には、そのヒータの面積を大きくしたり、印加
するパワーを大きくしたりすることに相当し、スイッチ
装置のサイズが大きくなり、消費電力が大きくなること
につながるばかりでなく、設計の際の自由度を低くする
ことになる。
流体充填超小型リレー（Ａ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｆｉｌｌｅ
ｄ Ｍｉｃｒｏｒｅｌａｙ ｗｉｔｈ ａ Ｍｏｖｉｎ
ｇＭｅｒｃｕｒｙ Ｄｒｏｐ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ １９９７）では異方性エッチングによりシリコンに
形成されたチャネル又は溝５１０が用いられているが、
その断面は図７の如く三角形であり、水銀５２０がその
表面張力によって中心に集まるため角部において隙間が
できる。このような隙間が生じた場合、内圧上昇手段に
よって一方の内圧を上げても、非導電性流体がこの隙間
から低圧側の他方へ漏れてしまうため、導電性流体を駆
動するのに困難が生じる。この困難は内圧上昇手段の能
力を十分に大きく設計することにより回避することがで
きるが、これは例えば内圧上昇手段としてヒータを選択
した場合には、そのヒータの面積を大きくしたり、印加
するパワーを大きくしたりすることに相当し、スイッチ
装置のサイズが大きくなり、消費電力が大きくなること
につながるばかりでなく、設計の際の自由度を低くする
ことになる。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】本発明は、上記の問題を解決
するために提案されたものであって、駆動中の内圧上昇
側から低圧側への漏れを少なくすることによって、より
小型で且つ消費電力の小さなスイッチ装置を提供するこ
とである。
するために提案されたものであって、駆動中の内圧上昇
側から低圧側への漏れを少なくすることによって、より
小型で且つ消費電力の小さなスイッチ装置を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した図
７に示したようなチャネルと導電性流体の隙間からの圧
力の漏れが、スイッチ装置の駆動効率を下げていること
を見出し、後述するような方法によって隙間を減少させ
ることにより、駆動効率を高め、より小さなヒータで、
より小さな駆動パワーでスイッチ装置を実現するに至っ
た。
７に示したようなチャネルと導電性流体の隙間からの圧
力の漏れが、スイッチ装置の駆動効率を下げていること
を見出し、後述するような方法によって隙間を減少させ
ることにより、駆動効率を高め、より小さなヒータで、
より小さな駆動パワーでスイッチ装置を実現するに至っ
た。
【０００８】本発明者はまず、水銀に濡れないガラス基
板を用いて半楕円形の溝を形成し、これと平らなガラス
基板を接合して、半楕円形の断面を持つチャネルを試作
し、この内部に微小な水銀滴を封入して、どのような形
状になるかを観察したところ、半楕円が平面と接してい
る角部では三角形の場合と同様に数ミクロンから数十ミ
クロンの隙間ができることがわかった。しかし、一方
で、連続的な曲線で構成されている楕円部分ではほぼ隙
間がなくなることを見出した。更に本発明者は、平らな
ガラス基板上に水銀に濡れる金属薄膜を形成すると水銀
が平面部分にも濡れることによって角部の隙間も減少さ
せることができることを見出した。同様に、チャネルの
断面が四角形であっても、その内壁が全周にわたって水
銀に濡れる薄膜で構成されていれば、隙間を減少させる
ことができることを見出した。これらの結果から、発明
者は微小な導電性流体を用いたスイッチ装置の小型化、
高効率化、低消費電力化に寄与する方法として以下のよ
うな結論に至った。
板を用いて半楕円形の溝を形成し、これと平らなガラス
基板を接合して、半楕円形の断面を持つチャネルを試作
し、この内部に微小な水銀滴を封入して、どのような形
状になるかを観察したところ、半楕円が平面と接してい
る角部では三角形の場合と同様に数ミクロンから数十ミ
クロンの隙間ができることがわかった。しかし、一方
で、連続的な曲線で構成されている楕円部分ではほぼ隙
間がなくなることを見出した。更に本発明者は、平らな
ガラス基板上に水銀に濡れる金属薄膜を形成すると水銀
が平面部分にも濡れることによって角部の隙間も減少さ
せることができることを見出した。同様に、チャネルの
断面が四角形であっても、その内壁が全周にわたって水
銀に濡れる薄膜で構成されていれば、隙間を減少させる
ことができることを見出した。これらの結果から、発明
者は微小な導電性流体を用いたスイッチ装置の小型化、
高効率化、低消費電力化に寄与する方法として以下のよ
うな結論に至った。
【０００９】即ち、まとめると微小な導電性流体を用い
たスイッチ装置で、水銀が封入されたチャネルの断面に
関して以下のような場合には、装置の小型化、高効率
化、低消費電力化が可能になることが確認された。 （１）断面形状が略楕円、若しくは円である。 （２）断面形状が略半楕円、若しくは半円であり、直線
部分が水銀に濡れる材料で構成される。 （３）断面形状が矩形であっても、チャネルの内壁面が
水銀に濡れる材料で構成される。
たスイッチ装置で、水銀が封入されたチャネルの断面に
関して以下のような場合には、装置の小型化、高効率
化、低消費電力化が可能になることが確認された。 （１）断面形状が略楕円、若しくは円である。 （２）断面形状が略半楕円、若しくは半円であり、直線
部分が水銀に濡れる材料で構成される。 （３）断面形状が矩形であっても、チャネルの内壁面が
水銀に濡れる材料で構成される。
【００１０】なお、ここで述べている円、略楕円、半
円、略半楕円とは純粋に数学的な形状をあらわしている
ものではない。即ち、チャネル内に封入される導電性流
体（例えば水銀）が、非導電性流体（例えば窒素雰囲
気）中に置かれた場合に、水銀と窒素雰囲気が作る界面
の形状の曲率半径と同等かそれより大きな（結果として
その隙間が数ミクロン以下になる）曲率半径を持った形
状である。また、この形状とはチャネル内壁表面の細か
な凹凸について述べているものではなく、内壁面に長手
方向に不連続な凹凸があっても構わない。
円、略半楕円とは純粋に数学的な形状をあらわしている
ものではない。即ち、チャネル内に封入される導電性流
体（例えば水銀）が、非導電性流体（例えば窒素雰囲
気）中に置かれた場合に、水銀と窒素雰囲気が作る界面
の形状の曲率半径と同等かそれより大きな（結果として
その隙間が数ミクロン以下になる）曲率半径を持った形
状である。また、この形状とはチャネル内壁表面の細か
な凹凸について述べているものではなく、内壁面に長手
方向に不連続な凹凸があっても構わない。
【００１１】即ち本発明は、一対のキャビティ及び該一
対のキャビティを連通させる連通部分（又はチャネル）
を形成し、前記一対のキャビティの各々に少なくとも１
種類の電気抵抗の大きな流体を配置し、前記一対のキャ
ビティのそれぞれに対応する前記流体の間に前記導電性
流体を挟むように載置して、前記連通部分内で前記導電
性流体が移動可能となるようにし、前記流体に外部から
刺激を加えることにより前記導電性流体の少なくとも一
部を移動又は変形させ、前記導電性流体を含む電気パス
を接続状態又は接続解除状態に設定可能とされるスイッ
チ装置において、前記連通部分の前記導電性流体に略接
する少なくとも一部は、前記一対の板材のそれぞれに断
面が略半楕円形状とされる溝を互いに位置合わせして画
定される。
対のキャビティを連通させる連通部分（又はチャネル）
を形成し、前記一対のキャビティの各々に少なくとも１
種類の電気抵抗の大きな流体を配置し、前記一対のキャ
ビティのそれぞれに対応する前記流体の間に前記導電性
流体を挟むように載置して、前記連通部分内で前記導電
性流体が移動可能となるようにし、前記流体に外部から
刺激を加えることにより前記導電性流体の少なくとも一
部を移動又は変形させ、前記導電性流体を含む電気パス
を接続状態又は接続解除状態に設定可能とされるスイッ
チ装置において、前記連通部分の前記導電性流体に略接
する少なくとも一部は、前記一対の板材のそれぞれに断
面が略半楕円形状とされる溝を互いに位置合わせして画
定される。
【００１２】好ましくは、略半楕円の断面形状を有する
前記溝は、深さ方向を長径方向とする。
前記溝は、深さ方向を長径方向とする。
【００１３】好ましくは、前記溝は、サンドブラスト法
によって製造される。
によって製造される。
【００１４】好ましくは、前記導電性流体は、動作の際
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方に連通する開口を挟んで分離可能とされ、略半楕円
形状の断面とされる前記一部は、前記導電性流体が分離
されるときに、分離された前記導電性流体の位置に対応
して設けられる。
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方に連通する開口を挟んで分離可能とされ、略半楕円
形状の断面とされる前記一部は、前記導電性流体が分離
されるときに、分離された前記導電性流体の位置に対応
して設けられる。
【００１５】更に本発明は、一対のキャビティ及び該一
対のキャビティを連通させる連通部分を有し、該連通部
分の内面は断面形状の少なくとも一部に角部を備え、前
記一対のキャビティの各々に少なくとも１種類の電気抵
抗の大きな流体を配置し、前記一対のキャビティのそれ
ぞれに対応する前記流体の間に導電性流体が挟まれるよ
うに置かれ、前記連通部分内で前記導電性流体が移動可
能となるようにし、前記流体に外部から刺激を加えるこ
とにより前記導電性流体の少なくとも一部を移動又は変
形させ、前記導電性流体を含む電気パスを接続状態又は
接続解除状態に設定可能とされるスイッチ装置におい
て、前記内面の断面方向の所定位置で前記内面の少なく
とも前記角部近傍に、前記導電性流体に対して十分な濡
れ性を有して常時前記導電性流体に接する濡れ材料が配
置される。
対のキャビティを連通させる連通部分を有し、該連通部
分の内面は断面形状の少なくとも一部に角部を備え、前
記一対のキャビティの各々に少なくとも１種類の電気抵
抗の大きな流体を配置し、前記一対のキャビティのそれ
ぞれに対応する前記流体の間に導電性流体が挟まれるよ
うに置かれ、前記連通部分内で前記導電性流体が移動可
能となるようにし、前記流体に外部から刺激を加えるこ
とにより前記導電性流体の少なくとも一部を移動又は変
形させ、前記導電性流体を含む電気パスを接続状態又は
接続解除状態に設定可能とされるスイッチ装置におい
て、前記内面の断面方向の所定位置で前記内面の少なく
とも前記角部近傍に、前記導電性流体に対して十分な濡
れ性を有して常時前記導電性流体に接する濡れ材料が配
置される。
【００１６】好ましくは、前記一対のキャビティ及び前
記連通部分は、互いに重ね合わされる一対の板材の内側
に設けられ、前記角部は前記一対の板材の一方の板材に
形成される溝と、他方の板材の板面との交差位置に設定
される。
記連通部分は、互いに重ね合わされる一対の板材の内側
に設けられ、前記角部は前記一対の板材の一方の板材に
形成される溝と、他方の板材の板面との交差位置に設定
される。
【００１７】好ましくは、前記濡れ材料は、前記一対の
板材のうちの少なくとも一方の板材に印刷されて形成さ
れる。
板材のうちの少なくとも一方の板材に印刷されて形成さ
れる。
【００１８】好ましくは、前記濡れ材料は電極として作
用する。
用する。
【００１９】好ましくは、前記導電性流体は、動作の際
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方へ連通する開口を挟んで分離可能とされ、前記濡れ
材料は、前記導電性流体が分離されるときに分離された
前記導電性流体のそれぞれに対応する位置に設けられ
る。
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方へ連通する開口を挟んで分離可能とされ、前記濡れ
材料は、前記導電性流体が分離されるときに分離された
前記導電性流体のそれぞれに対応する位置に設けられ
る。
【００２０】好ましくは、前記溝は、断面が略半楕円形
状とされる。
状とされる。
【００２１】好ましくは、前記溝は、断面が略多角形形
状とされる。
状とされる。
【００２２】好ましくは、前記溝は、エッチングによっ
て形成される。
て形成される。
【００２３】更に本発明は、一対の板材を重ね合わせて
固定して内部に一対のキャビティを形成し、該一対のキ
ャビティの各々に少なくとも１種類の流体を閉じ込め、
該一対のキャビティを連通する連通部分に前記流体の間
に挟まれるようにして導電性流体を移動可能に配置さ
せ、これにより前記流体に外部から刺激を与えたときに
前記流体を介して前記導電性流体が移動し、該導電性流
体を含む電気パスが接続状態又は接続解除状態となるべ
く動作するよう構成するスイッチ装置の製造方法におい
て、前記一対の板材の少なくとも一方に、前記一対の板
材が重なり合わされたときに前記連通部分の長さ方向の
少なくとも一部に前記連通部分の少なくとも幅方向の両
端近傍に位置するようにして、前記導電性流体に対して
良好な濡れ性を有する膜を印刷して形成する工程を更に
含む。
固定して内部に一対のキャビティを形成し、該一対のキ
ャビティの各々に少なくとも１種類の流体を閉じ込め、
該一対のキャビティを連通する連通部分に前記流体の間
に挟まれるようにして導電性流体を移動可能に配置さ
せ、これにより前記流体に外部から刺激を与えたときに
前記流体を介して前記導電性流体が移動し、該導電性流
体を含む電気パスが接続状態又は接続解除状態となるべ
く動作するよう構成するスイッチ装置の製造方法におい
て、前記一対の板材の少なくとも一方に、前記一対の板
材が重なり合わされたときに前記連通部分の長さ方向の
少なくとも一部に前記連通部分の少なくとも幅方向の両
端近傍に位置するようにして、前記導電性流体に対して
良好な濡れ性を有する膜を印刷して形成する工程を更に
含む。
【００２４】好ましくは、前記膜を前記一対の板材の両
方に形成し、これにより前記一対の板材が重なり合わさ
れたときに、前記連通部分の前記長さ方向の一部に内面
全周にわたって前記膜を配置できる。
方に形成し、これにより前記一対の板材が重なり合わさ
れたときに、前記連通部分の前記長さ方向の一部に内面
全周にわたって前記膜を配置できる。
【００２５】好ましくは、前記膜は前記連通部分を略交
差するように延びる略帯形状となるように形成される。
差するように延びる略帯形状となるように形成される。
【００２６】好ましくは、前記導電性流体は、動作の際
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方に連通する開口を挟んで分離可能とされ、前記膜
は、前記導電性流体が分離されるときに分離される前記
導電性流体の前記長さ方向の各位置に対応して設けられ
る。
に前記連通部分内で前記一対のキャビティの少なくとも
一方に連通する開口を挟んで分離可能とされ、前記膜
は、前記導電性流体が分離されるときに分離される前記
導電性流体の前記長さ方向の各位置に対応して設けられ
る。
【００２７】
【発明の実施形態】以下に添付図面を参照して、本発明
の好適実施形態となるスイッチ装置について詳細に説明
する。
の好適実施形態となるスイッチ装置について詳細に説明
する。
【００２８】図１及び図２は、本発明の第１の好適実施
形態となるスイッチ装置を説明する図であり、図１は構
造の概略を示す平面図、図２は図１中の線ａ−ａに沿う
断面図である。
形態となるスイッチ装置を説明する図であり、図１は構
造の概略を示す平面図、図２は図１中の線ａ−ａに沿う
断面図である。
【００２９】図１によれば、特開平１０−３７７１８３
号公報に類似する、導電性流体を用いたスイッチ装置が
示される。導電性流体が満たされる通路２内には３つの
電極３１、３２、３３が設置される。それぞれの電極３
１、３２、３３の近傍に導電性流体１１、１２、１３が
分離されて示されている。電極３１と電極３２との間、
電極３２と電極３３の間には、それぞれ非導電性流体を
満たすための通路４２、４１があり、それぞれキャビテ
ィ５１と５２に連通している。それぞれのキャビティ５
１、５２内には内部の圧力を調節するためのヒータ６１
と６２とが設けられる。非導電性流体を満たすための通
路４１、４２は、各キャビティ５１、５２から一本づつ
導電性流体を満たすための通路２に結合される。２つの
通路４１、４２は直線上に配置されない構成とされる。
導電性流体の動作と開閉のしくみについては特開平１０
−３７７１８３号公報の実施形態と同様である。即ち、
例えばヒータ６１を加熱するとキャビティ５１内の気体
が膨張し、導電性流体１２、１３の間隙が広がり、これ
により導電性流体１１、１２の間隙が消滅してそれらが
一体となり、電極３１、３２の間が電気的に接続状態と
なる。ヒータ６２を加熱すると逆の動作が起こり、電極
３２と３３の間が電気的に接続状態となり、電極３１、
３２間は接続解除状態となる。特に本実施形態は、この
ようなスイッチ装置における通路２の断面構造について
の改良に関し、この点について更に詳しく説明する。
号公報に類似する、導電性流体を用いたスイッチ装置が
示される。導電性流体が満たされる通路２内には３つの
電極３１、３２、３３が設置される。それぞれの電極３
１、３２、３３の近傍に導電性流体１１、１２、１３が
分離されて示されている。電極３１と電極３２との間、
電極３２と電極３３の間には、それぞれ非導電性流体を
満たすための通路４２、４１があり、それぞれキャビテ
ィ５１と５２に連通している。それぞれのキャビティ５
１、５２内には内部の圧力を調節するためのヒータ６１
と６２とが設けられる。非導電性流体を満たすための通
路４１、４２は、各キャビティ５１、５２から一本づつ
導電性流体を満たすための通路２に結合される。２つの
通路４１、４２は直線上に配置されない構成とされる。
導電性流体の動作と開閉のしくみについては特開平１０
−３７７１８３号公報の実施形態と同様である。即ち、
例えばヒータ６１を加熱するとキャビティ５１内の気体
が膨張し、導電性流体１２、１３の間隙が広がり、これ
により導電性流体１１、１２の間隙が消滅してそれらが
一体となり、電極３１、３２の間が電気的に接続状態と
なる。ヒータ６２を加熱すると逆の動作が起こり、電極
３２と３３の間が電気的に接続状態となり、電極３１、
３２間は接続解除状態となる。特に本実施形態は、この
ようなスイッチ装置における通路２の断面構造について
の改良に関し、この点について更に詳しく説明する。
【００３０】図２によれば、第１の実施形態では第１の
基板７１に第２の基板７２を接合することによって通路
２が形成される。この際、導電性流体１２は両基板７
１、７２の接合と同時に設置することもできるし、また
予め第２の基板上７２に置くことも、或いは通路２を形
成した後に入れることも可能である。ガラス材料から成
る第１、第２の基板７１、７２の各々の上には、例えば
アルミナ粒子を使用したサンドブラスト法によって略半
楕円の断面を持つ、幅が０．１乃至０．２ｍｍ程度、深
さが０．１ｍｍ程度の溝７３、７４が形成される。２つ
の溝７３、７４が位置合わせされ、互いに組み合わされ
ることによって図２に示したように断面が円又は楕円の
通路２が完成する。図２に示すように、その内部に設置
された導電性流体である水銀１２はチャネル壁面との間
にほとんど隙間を作らない点に注目すべきである。
基板７１に第２の基板７２を接合することによって通路
２が形成される。この際、導電性流体１２は両基板７
１、７２の接合と同時に設置することもできるし、また
予め第２の基板上７２に置くことも、或いは通路２を形
成した後に入れることも可能である。ガラス材料から成
る第１、第２の基板７１、７２の各々の上には、例えば
アルミナ粒子を使用したサンドブラスト法によって略半
楕円の断面を持つ、幅が０．１乃至０．２ｍｍ程度、深
さが０．１ｍｍ程度の溝７３、７４が形成される。２つ
の溝７３、７４が位置合わせされ、互いに組み合わされ
ることによって図２に示したように断面が円又は楕円の
通路２が完成する。図２に示すように、その内部に設置
された導電性流体である水銀１２はチャネル壁面との間
にほとんど隙間を作らない点に注目すべきである。
【００３１】このような方法で形成されたスイッチ装置
は、図２に示す断面位置で圧力の漏れ、気体の交換がほ
とんど起こらないため、各キャビティの圧力上昇を導電
性流体の移動又は変形のために効率良く利用することが
できる。本実施形態では部品点数を少なくする観点から
双方の基板に溝を形成し、通路２の他の部分及び他の通
路の断面形状も図２と類似するが、本発明の趣旨によれ
ば、図１の線ａ−ａに沿う位置のみが、第１及び第２の
基板７１、７２の双方に略半円又は略半楕円形状となる
ようにすれば良く、その他の通路やキャビティ部分にお
いては、どちらか一方に溝が形成されているだけで良
い。
は、図２に示す断面位置で圧力の漏れ、気体の交換がほ
とんど起こらないため、各キャビティの圧力上昇を導電
性流体の移動又は変形のために効率良く利用することが
できる。本実施形態では部品点数を少なくする観点から
双方の基板に溝を形成し、通路２の他の部分及び他の通
路の断面形状も図２と類似するが、本発明の趣旨によれ
ば、図１の線ａ−ａに沿う位置のみが、第１及び第２の
基板７１、７２の双方に略半円又は略半楕円形状となる
ようにすれば良く、その他の通路やキャビティ部分にお
いては、どちらか一方に溝が形成されているだけで良
い。
【００３２】図３及び図４は、本発明の第２の好適実施
形態となるスイッチ装置を説明する図であり、図３は構
造の概略を示す平面図、図４は図３中の線ａ−ａに沿う
断面図である。
形態となるスイッチ装置を説明する図であり、図３は構
造の概略を示す平面図、図４は図３中の線ａ−ａに沿う
断面図である。
【００３３】図３及び図４に示すスイッチ装置の基本構
造も、図１及び図２に示す第１の実施形態となるスイッ
チ装置に類似する。よって、同様に作用する部材につい
ては、参照番号に１００を追加して説明を略しているも
のもある。第２の実施形態と第１の実施形態との相違部
分は、中央に位置する電極１３２が第２の基板１７２上
に薄膜として形成されていることである（図４参照）。
本実施形態では、溝１７５を形成した第１の基板１７１
上に、電極１３２を形成した第２の基板１７２を接合す
ることによって通路１０２を形成する。製造の際には、
ガラスから成る第１の基板１７１にアルミナ等の粒子を
使用したサンドブラスト法によって半楕円の断面をもつ
微細な溝１７５を形成する。第２の基板１７２には通路
となる部分に導電性流体１１２に対して濡れ性を有する
金属膜が形成され、これが電極１３２を構成する。本実
施形態では、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順に蒸
着して成膜し、パターン形成したものであるが、これら
の金属は白金、銅、タングステン、モリブデン、チタ
ン、タンタル、鉄、コバルト、パラジウム或いはこれら
の複数を含む金属の組み合わせでも可能である。また、
本実施形態では金属膜は電極を兼ねているが、必ずしも
その必要はない。
造も、図１及び図２に示す第１の実施形態となるスイッ
チ装置に類似する。よって、同様に作用する部材につい
ては、参照番号に１００を追加して説明を略しているも
のもある。第２の実施形態と第１の実施形態との相違部
分は、中央に位置する電極１３２が第２の基板１７２上
に薄膜として形成されていることである（図４参照）。
本実施形態では、溝１７５を形成した第１の基板１７１
上に、電極１３２を形成した第２の基板１７２を接合す
ることによって通路１０２を形成する。製造の際には、
ガラスから成る第１の基板１７１にアルミナ等の粒子を
使用したサンドブラスト法によって半楕円の断面をもつ
微細な溝１７５を形成する。第２の基板１７２には通路
となる部分に導電性流体１１２に対して濡れ性を有する
金属膜が形成され、これが電極１３２を構成する。本実
施形態では、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順に蒸
着して成膜し、パターン形成したものであるが、これら
の金属は白金、銅、タングステン、モリブデン、チタ
ン、タンタル、鉄、コバルト、パラジウム或いはこれら
の複数を含む金属の組み合わせでも可能である。また、
本実施形態では金属膜は電極を兼ねているが、必ずしも
その必要はない。
【００３４】また、本実施形態では発明の主旨を良く表
すためにあえて行っていないが、他の２つの電極１３
１、１３３についても同様の薄膜製造工程で一括して形
成することもできる。このような方法で製造されたスイ
ッチ装置では、図４に示すように、図の上半分ではチャ
ネルの形状による効果、下半分の角部付近では濡れの効
果によって水銀と通路壁面の間にほとんど隙間ができな
い点に注目すべきである。従って、導電性流体の両側間
で圧力の漏れ、気体の交換がほとんど起こらないため、
各キャビティ１５１、１５２の圧力上昇を効率よく利用
することができる。また、第１の実施形態と比較すると
２つの基板の双方に溝を加工する必要がないことが利点
であるが、加えて、第１の実施形態では２つの基板の位
置合せが正確でないと本発明の効果が減少する可能性が
あるのに対して、第２の実施形態では第２の基板１７２
上の中間に位置する電極１３２の大きさを、第１の基板
１７１上に形成された溝の幅よりも大きくすることによ
って、位置合せに余裕を持たせることができる。
すためにあえて行っていないが、他の２つの電極１３
１、１３３についても同様の薄膜製造工程で一括して形
成することもできる。このような方法で製造されたスイ
ッチ装置では、図４に示すように、図の上半分ではチャ
ネルの形状による効果、下半分の角部付近では濡れの効
果によって水銀と通路壁面の間にほとんど隙間ができな
い点に注目すべきである。従って、導電性流体の両側間
で圧力の漏れ、気体の交換がほとんど起こらないため、
各キャビティ１５１、１５２の圧力上昇を効率よく利用
することができる。また、第１の実施形態と比較すると
２つの基板の双方に溝を加工する必要がないことが利点
であるが、加えて、第１の実施形態では２つの基板の位
置合せが正確でないと本発明の効果が減少する可能性が
あるのに対して、第２の実施形態では第２の基板１７２
上の中間に位置する電極１３２の大きさを、第１の基板
１７１上に形成された溝の幅よりも大きくすることによ
って、位置合せに余裕を持たせることができる。
【００３５】図５は、本発明による第３の好適実施例を
説明するための平面図である。図６は、図５中の線ａ−
ａに沿う断面図である。本実施形態も、第１、２の好適
実施形態と類似する。よって、同様に作用する部材につ
いては、参照番号に２００を追加して説明を略すものも
ある。上述の実施形態と相違する点は、中間の電極２３
２が第１、第２の基板の双方に形成されていることであ
る（図６参照）。溝２７５の形成までは第２の実施形態
と同様の手順で作製される。その後、この溝２７５の中
間の電極２３２が位置する部分にはマスク蒸着を用いて
クロム、ニッケル、金の順に金属膜が形成され、これが
上側の電極２３２ａとなる。一方、第２の基板２７２上
の中間部分にも電極２３２ｂが形成される。これも同様
に、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順に蒸着し、パ
ターンを形成することによって作られる。線ａ−ａ断面
近傍においては、その通路内面が全周にわたって、水銀
に濡れるため隙間をほとんど形成しない。このため本実
施形態では第１、第２の実施形態に比較して、更に低パ
ワーで、効率よく装置を駆動することができる。
説明するための平面図である。図６は、図５中の線ａ−
ａに沿う断面図である。本実施形態も、第１、２の好適
実施形態と類似する。よって、同様に作用する部材につ
いては、参照番号に２００を追加して説明を略すものも
ある。上述の実施形態と相違する点は、中間の電極２３
２が第１、第２の基板の双方に形成されていることであ
る（図６参照）。溝２７５の形成までは第２の実施形態
と同様の手順で作製される。その後、この溝２７５の中
間の電極２３２が位置する部分にはマスク蒸着を用いて
クロム、ニッケル、金の順に金属膜が形成され、これが
上側の電極２３２ａとなる。一方、第２の基板２７２上
の中間部分にも電極２３２ｂが形成される。これも同様
に、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順に蒸着し、パ
ターンを形成することによって作られる。線ａ−ａ断面
近傍においては、その通路内面が全周にわたって、水銀
に濡れるため隙間をほとんど形成しない。このため本実
施形態では第１、第２の実施形態に比較して、更に低パ
ワーで、効率よく装置を駆動することができる。
【００３６】図７は、本発明による第４の好適実施形態
を説明するための平面図である。図８は、図７中の線ａ
−ａに沿う断面図である。本実施形態も、第１、２及び
第３の好適実施形態と類似する。よって、同様に作用す
る部材については、参照番号に３００を追加して説明を
略すものもある。上述の実施形態と相違する点は、溝の
断面形状が三角形であることである。（図８参照）。
を説明するための平面図である。図８は、図７中の線ａ
−ａに沿う断面図である。本実施形態も、第１、２及び
第３の好適実施形態と類似する。よって、同様に作用す
る部材については、参照番号に３００を追加して説明を
略すものもある。上述の実施形態と相違する点は、溝の
断面形状が三角形であることである。（図８参照）。
【００３７】本実施形態では第１の基板３７１としてシ
リコンを用い、これにKOHなどを用いた異方性エッチン
グを行い、断面が三角形の溝３７７を形成する。第３の
実施形態同様に、この溝３７７の中間に上側の中間電極
３３２ａが、一方、第２の基板３７２上の中間部分にも
電極３３２ｂが、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順
に蒸着し、パターンを形成することによって作られる。
線ａ−ａ断面近傍においては、その通路内面が全周にわ
たって、水銀に濡れるため隙間をほとんど形成しない。
本実施形態をこれまでの実施形態と比較すると、異方性
エッチングを用いるため、より微細な溝３７７を正確な
寸法で作ることが可能になるため、装置の更なる微細化
に寄与する。これは異方性エッチングに代えて、一般的
なドライエッチングを用いた場合でも同様である。な
お、本実施形態では中間電極３３２は、マスク蒸着を用
いたが、これ以外にはメッキによるレジスト形成法など
を用いて実現することもできる。
リコンを用い、これにKOHなどを用いた異方性エッチン
グを行い、断面が三角形の溝３７７を形成する。第３の
実施形態同様に、この溝３７７の中間に上側の中間電極
３３２ａが、一方、第２の基板３７２上の中間部分にも
電極３３２ｂが、クロム、ニッケル、金の薄膜をこの順
に蒸着し、パターンを形成することによって作られる。
線ａ−ａ断面近傍においては、その通路内面が全周にわ
たって、水銀に濡れるため隙間をほとんど形成しない。
本実施形態をこれまでの実施形態と比較すると、異方性
エッチングを用いるため、より微細な溝３７７を正確な
寸法で作ることが可能になるため、装置の更なる微細化
に寄与する。これは異方性エッチングに代えて、一般的
なドライエッチングを用いた場合でも同様である。な
お、本実施形態では中間電極３３２は、マスク蒸着を用
いたが、これ以外にはメッキによるレジスト形成法など
を用いて実現することもできる。
【００３８】なお、上述したそれぞれの実施形態によれ
ば、導電性流体と連通部分又はチャネルの内壁との間の
間隔寸法を最小にするための構成は、図１、図３、図
５、及び図７中の線ａ−ａに沿う位置に設けられるもの
として説明したが、それに加えて更に各図中の線ｂ−
ｂ、線ｃ−ｃに沿う位置、即ち各キャビティに連通する
通路部分を超えた両外側位置にも設けられることが望ま
しい。これにより、各図に示すように、導電性流体が分
離された場合でも分離されたそれぞれの導電性流体を所
定の位置にラッチして維持することが可能になり、よっ
てスムーズで確実なスイッチング動作を実現可能とな
る。
ば、導電性流体と連通部分又はチャネルの内壁との間の
間隔寸法を最小にするための構成は、図１、図３、図
５、及び図７中の線ａ−ａに沿う位置に設けられるもの
として説明したが、それに加えて更に各図中の線ｂ−
ｂ、線ｃ−ｃに沿う位置、即ち各キャビティに連通する
通路部分を超えた両外側位置にも設けられることが望ま
しい。これにより、各図に示すように、導電性流体が分
離された場合でも分離されたそれぞれの導電性流体を所
定の位置にラッチして維持することが可能になり、よっ
てスムーズで確実なスイッチング動作を実現可能とな
る。
【００３９】以上の如く、本発明の好適実施形態となる
スイッチ装置について詳細に説明したが、これはあくま
でも例示的なものであり、本発明を制限するものではな
く、当業者によって様々な変形、変更が可能である。
スイッチ装置について詳細に説明したが、これはあくま
でも例示的なものであり、本発明を制限するものではな
く、当業者によって様々な変形、変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】本発明を実施することによって、従来の
ものに比較して高効率で、小型、低コストのスイッチ装
置が得られる。導電性流体とチャネル内壁に生じる隙間
をできる限り小さくする、あるいは無くすことによっ
て、一方のチャネル内圧制御手段により上昇させた内圧
を、他方のチャネルに漏らすことが無いため、内圧制御
手段の能力を最大限に発揮させることができる。このた
め、より小さな内圧制御手段で装置を実現する、あるい
は、より小さなパワーで装置を駆動できるなどの利点が
生まれる。
ものに比較して高効率で、小型、低コストのスイッチ装
置が得られる。導電性流体とチャネル内壁に生じる隙間
をできる限り小さくする、あるいは無くすことによっ
て、一方のチャネル内圧制御手段により上昇させた内圧
を、他方のチャネルに漏らすことが無いため、内圧制御
手段の能力を最大限に発揮させることができる。このた
め、より小さな内圧制御手段で装置を実現する、あるい
は、より小さなパワーで装置を駆動できるなどの利点が
生まれる。
【図１】本発明の第１の好適実施形態となるスイッチ装
置の構造の概略を示す平面図。
置の構造の概略を示す平面図。
【図２】図１中の線ａ−ａに沿う断面図。
【図３】本発明の第２の好適実施形態となるスイッチ装
置の構造の概略を示す平面図。
置の構造の概略を示す平面図。
【図４】図３中の線ａ−ａに沿う断面図である。
【図５】本発明の第３の好適実施形態となるスイッチ装
置の構造の概略を示す平面図。
置の構造の概略を示す平面図。
【図６】図５中の線ａ−ａに沿う断面図である。
【図７】本発明の第４の好適実施形態となるスイッチ装
置の構造の概略を示す平面図。
置の構造の概略を示す平面図。
【図８】図７中の線ａ−ａに沿う断面図である。
【図９】従来技術によるスイッチ装置の通路の一部を示
す断面図である。
す断面図である。
２；１０２；２０２；３０２ 通路（連通部
分） １１，１２，１３；１１１，１１２，１１３；２１１，
２１２，２１３；３１１，３１２，３１３ 導
電性流体 ５１，５２；１５１，１５２；２５１，２５２；３５
１，３５２ キャビティ ７３、７４；１７５；２７５；３７７ 溝
分） １１，１２，１３；１１１，１１２，１１３；２１１，
２１２，２１３；３１１，３１２，３１３ 導
電性流体 ５１，５２；１５１，１５２；２５１，２５２；３５
１，３５２ キャビティ ７３、７４；１７５；２７５；３７７ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 斎藤 光親 東京都八王子市高倉町９番１号 アジレン ト・テクノロジー株式会社内 Ｆターム(参考） 5G041 AA03 AA13 CB01 CB11 CC04 CC10 5G051 AC18 BA11 BA13 5G056 DA03 DA04 DB02 DB09 DC01 DD42 DF16 DG10
Claims (16)
- 【請求項１】一対のキャビティ及び該一対のキャビティ
を連通させる連通部分を形成し、前記一対のキャビティ
の各々に少なくとも１種類の電気抵抗の大きな流体を配
置し、前記一対のキャビティのそれぞれに対応する前記
流体の間に前記導電性流体を挟むように載置して、前記
連通部分内で前記導電性流体が移動可能となるように
し、前記流体に外部から刺激を加えることにより前記導
電性流体の少なくとも一部を移動又は変形させ、前記導
電性流体を含む電気パスを接続状態又は接続解除状態に
設定可能とされるスイッチ装置において、 前記連通部分の前記導電性流体に略接する少なくとも一
部は、前記一対の板材のそれぞれに断面が略半楕円形状
とされる溝を互いに位置合わせして画定されることを特
徴とするスイッチ装置。 - 【請求項２】略半楕円の断面形状を有する前記溝は、深
さ方向を長径方向とすることを特徴とする請求項１記載
のスイッチ装置。 - 【請求項３】前記溝は、サンドブラスト法によって製造
されることを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。 - 【請求項４】前記導電性流体は、動作の際に前記連通部
分内で前記一対のキャビティの少なくとも一方に連通す
る開口を挟んで分離可能とされ、略半楕円形状の断面と
される前記一部は、前記導電性流体が分離されるとき
に、分離された前記導電性流体の位置に対応して設けら
れることを特徴とする請求項１のスイッチ装置。 - 【請求項５】一対のキャビティ及び該一対のキャビティ
を連通させる連通部分を有し、該連通部分の内面は断面
形状の少なくとも一部に角部を備え、前記一対のキャビ
ティの各々に少なくとも１種類の電気抵抗の大きな流体
を配置し、前記一対のキャビティのそれぞれに対応する
前記流体の間に導電性流体が挟まれるように置かれ、前
記連通部分内で前記導電性流体が移動可能となるように
し、前記流体に外部から刺激を加えることにより前記導
電性流体の少なくとも一部を移動又は変形させ、前記導
電性流体を含む電気パスを接続状態又は接続解除状態に
設定可能とされるスイッチ装置において、 前記内面の断面方向の所定位置で前記内面の少なくとも
前記角部近傍に、前記導電性流体に対して十分な濡れ性
を有して常時前記導電性流体に接する濡れ材料が配置さ
れることを特徴とするスイッチ装置。 - 【請求項６】前記一対のキャビティ及び前記連通部分
は、互いに重ね合わされる一対の板材の内側に設けら
れ、前記角部は前記一対の板材の一方の板材に形成され
る溝と、他方の板材の板面との交差位置に設定されるこ
とを特徴とする請求項４記載のスイッチ装置。 - 【請求項７】前記濡れ材料は、前記一対の板材のうちの
少なくとも一方の板材に印刷されて形成されることを特
徴とする請求項５記載のスイッチ装置。 - 【請求項８】前記濡れ材料は電極として作用することを
特徴とする請求項６記載のスイッチ装置。 - 【請求項９】前記導電性流体は、動作の際に前記連通部
分内で前記一対のキャビティの少なくとも一方へ連通す
る開口を挟んで分離可能とされ、前記濡れ材料は、前記
導電性流体が分離されるときに分離された前記導電性流
体のそれぞれに対応する位置に設けられることを特徴と
する請求項５記載のスイッチ装置。 - 【請求項１０】前記溝は、断面が略半楕円形状とされる
ことを特徴とする請求項５記載のスイッチ装置。 - 【請求項１１】前記溝は、断面が略多角形形状とされる
ことを特徴とする請求項５記載のスイッチ装置。 - 【請求項１２】前記溝は、エッチングによって形成され
ることを特徴とする請求項５記載のスイッチ装置。 - 【請求項１３】一対の板材を重ね合わせて固定して内部
に一対のキャビティを形成し、該一対のキャビティの各
々に少なくとも１種類の流体を閉じ込め、該一対のキャ
ビティを連通する連通部分に前記流体の間に挟まれるよ
うにして導電性流体を移動可能に配置させ、これにより
前記流体に外部から刺激を与えたときに前記流体を介し
て前記導電性流体が移動し、該導電性流体を含む電気パ
スが接続状態又は接続解除状態となるべく動作するよう
構成するスイッチ装置の製造方法において、 前記一対の板材の少なくとも一方に、前記一対の板材が
重なり合わされたときに前記連通部分の長さ方向の少な
くとも一部に前記連通部分の少なくとも幅方向の両端近
傍に位置するようにして、前記導電性流体に対して良好
な濡れ性を有する膜を印刷して形成する工程を更に含む
ことを特徴とするスイッチ装置の製造方法。 - 【請求項１４】前記膜を前記一対の板材の両方に形成
し、これにより前記一対の板材が重なり合わされたとき
に、前記連通部分の前記長さ方向の一部に内面全周にわ
たって前記膜を配置できることを特徴とする請求項１１
のスイッチ装置の製造方法。 - 【請求項１５】前記膜は、前記連通部分を略交差するよ
うに延びる略帯状に形成されることを特徴とする請求項
１１のスイッチ装置の製造方法。 - 【請求項１６】前記導電性流体は、動作の際に前記連通
部分内で前記一対のキャビティの少なくとも一方に連通
する開口を挟んで分離可能とされ、前記膜は、前記導電
性流体が分離されるときに分離される前記導電性流体の
前記長さ方向の各位置に対応して設けられることを特徴
とする請求項１３のスイッチ装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36460499A JP2001185014A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | スイッチ装置及びその製造方法 |
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