JP2003346626A - 圧電駆動リレー - Google Patents
圧電駆動リレーInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H29/00—Switches having at least one liquid contact
- H01H29/20—Switches having at least one liquid contact operated by tilting contact-liquid container
- H01H29/24—Switches having at least one liquid contact operated by tilting contact-liquid container wherein contact is made and broken between liquid and liquid
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
-
- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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-
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- H01H2057/006—Micromechanical piezoelectric relay
Landscapes
- Contacts (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低電力、高速度の圧電駆動リレーを提供する。
【解決手段】本発明のリレーは、伸縮モード圧電素子
（１４０）と、キャビティ（１７０）を形成するスイッ
チ接点構造と、キャビティを裏打ちする第１の接点パッ
ド（１８０）と、圧電素子に接着された第２の接点パッ
ド（２００）と、キャビティを満たす第１の部分と第２
の接点パッドに付着する第２の部分とを有する液体金属
（１９０）とを備える。圧電素子はキャビティ内に延伸
しており、駆動されて液体金属の第１の部分を第２の接
点パッドと液体金属の第２の部分とへ接続する。
（１４０）と、キャビティ（１７０）を形成するスイッ
チ接点構造と、キャビティを裏打ちする第１の接点パッ
ド（１８０）と、圧電素子に接着された第２の接点パッ
ド（２００）と、キャビティを満たす第１の部分と第２
の接点パッドに付着する第２の部分とを有する液体金属
（１９０）とを備える。圧電素子はキャビティ内に延伸
しており、駆動されて液体金属の第１の部分を第２の接
点パッドと液体金属の第２の部分とへ接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リレーに関し、特
に圧電材料や磁歪材料（以下一括して「圧電材料」と総
称する。）を使用した駆動部を有する圧電駆動リレーに
関する。
に圧電材料や磁歪材料（以下一括して「圧電材料」と総
称する。）を使用した駆動部を有する圧電駆動リレーに
関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料は、電界や磁界の印加時に変形
する。かくして、圧電材料をアクチュエータとして用い
て二つの面の相対位置を制御することができる。
する。かくして、圧電材料をアクチュエータとして用い
て二つの面の相対位置を制御することができる。
【０００３】圧電気とは、応力印加時に電気的に分極す
る幾つかの結晶が示す性質を記述する一般用語である。
水晶は、圧電性結晶の好例である。この種の結晶に応力
を印加すると、それは印加応力に比例する電気モーメン
トを発生する。
る幾つかの結晶が示す性質を記述する一般用語である。
水晶は、圧電性結晶の好例である。この種の結晶に応力
を印加すると、それは印加応力に比例する電気モーメン
トを発生する。
【０００４】これが、直接の圧電効果である。逆に、電
界内に配置すると、圧電性結晶は僅かにその形状を変え
る。これが、逆圧電効果である。
界内に配置すると、圧電性結晶は僅かにその形状を変え
る。これが、逆圧電効果である。
【０００５】最も使用される圧電材の一つが、上述の水
晶である。圧電気は、例えばトルマリンやロシェル塩と
いった強誘電性結晶にも現われる。これらはすでに自然
発生的な分極を有しており、圧電効果はこの分極におけ
る変化としてそれらの中で際立っている。他の圧電材料
には、特定のセラミック材料や特定のポリマー材料が含
まれる。それらは二つの面の相対位置を制御できるた
め、圧電材料はこれまで弁駆動装置や顕微鏡用位置制御
に用いられてきた。圧電材料、特にセラミック型のもの
は、大量の力を発生することができる。しかしながら、
大電圧を印加しても小変位しか生まれない。圧電セラミ
ックの場合、この変位は最大で材料長の０．１％にしか
ならない。かくして、圧電材料は小変位が要求される用
途に弁駆動装置や位置制御として用いられてきた。
晶である。圧電気は、例えばトルマリンやロシェル塩と
いった強誘電性結晶にも現われる。これらはすでに自然
発生的な分極を有しており、圧電効果はこの分極におけ
る変化としてそれらの中で際立っている。他の圧電材料
には、特定のセラミック材料や特定のポリマー材料が含
まれる。それらは二つの面の相対位置を制御できるた
め、圧電材料はこれまで弁駆動装置や顕微鏡用位置制御
に用いられてきた。圧電材料、特にセラミック型のもの
は、大量の力を発生することができる。しかしながら、
大電圧を印加しても小変位しか生まれない。圧電セラミ
ックの場合、この変位は最大で材料長の０．１％にしか
ならない。かくして、圧電材料は小変位が要求される用
途に弁駆動装置や位置制御として用いられてきた。
【０００６】単位印加電圧当たりでより大きな変位を生
成する方法に、バイモルフ組立体や積層組立体が含まれ
る。バイモルフ組立体は合体結合され、それらの端部を
リムにて拘束した二つの圧電セラミック材料を有してお
り、電圧印加時に圧電材料の一方を伸縮させるようにし
てある。得られる応力が、材料をしてドームを形成させ
る。ドーム中央の変位は、個別材料の伸縮よりも大であ
る。しかしながら、バイモルフ組立体のリムを拘束して
いることで利用可能な変位量が削がれることになる。さ
らに、バイモルフ組立体が発生する力は個別材料の伸縮
により生成される力よりも相当に低いものとなる。
成する方法に、バイモルフ組立体や積層組立体が含まれ
る。バイモルフ組立体は合体結合され、それらの端部を
リムにて拘束した二つの圧電セラミック材料を有してお
り、電圧印加時に圧電材料の一方を伸縮させるようにし
てある。得られる応力が、材料をしてドームを形成させ
る。ドーム中央の変位は、個別材料の伸縮よりも大であ
る。しかしながら、バイモルフ組立体のリムを拘束して
いることで利用可能な変位量が削がれることになる。さ
らに、バイモルフ組立体が発生する力は個別材料の伸縮
により生成される力よりも相当に低いものとなる。
【０００７】積層組立体には、併せ接続する電極を交互
配置した多層圧電材料が含まれる。電極にかかる電圧
が、積層体を伸長或いは圧縮する。積層体の変位は、個
々の材料の変位の合計と一致する。かくして、そこそこ
の変位距離を達成しようとすれば、非常に高い電圧或い
は多くの層が必要になる。しかしながら、従来の積層駆
動装置は、圧電材料や積層体を組み付けた材料の熱膨張
が原因で位置制御に乱調を来す。
配置した多層圧電材料が含まれる。電極にかかる電圧
が、積層体を伸長或いは圧縮する。積層体の変位は、個
々の材料の変位の合計と一致する。かくして、そこそこ
の変位距離を達成しようとすれば、非常に高い電圧或い
は多くの層が必要になる。しかしながら、従来の積層駆
動装置は、圧電材料や積層体を組み付けた材料の熱膨張
が原因で位置制御に乱調を来す。
【０００８】圧電材料の高強度と高剛性のお陰で、大き
な表面域に作用する高圧により生成される力などの大き
な力に抗した開閉が可能となる。圧電材料の大きな力が
大型弁の開弁用途を可能にし、そのことで弁の開閉に必
要な変位或いは駆動が低減される。
な表面域に作用する高圧により生成される力などの大き
な力に抗した開閉が可能となる。圧電材料の大きな力が
大型弁の開弁用途を可能にし、そのことで弁の開閉に必
要な変位或いは駆動が低減される。
【０００９】従来の圧電駆動リレーでは、機構部分を動
かすことでリレーは「閉成」し、かくして二つの電極部
品が電気的に当接するようになる。リレーは機構部分を
動かすことで「開成」し、かくして電極部品はもはや電
気的に接触しなくなる。電気的なスイッチング点は、固
体電極の電極部品間の接点に対応する。
かすことでリレーは「閉成」し、かくして二つの電極部
品が電気的に当接するようになる。リレーは機構部分を
動かすことで「開成」し、かくして電極部品はもはや電
気的に接触しなくなる。電気的なスイッチング点は、固
体電極の電極部品間の接点に対応する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】スイッチング素子とし
て液体金属を用い、スイッチング機能を働かせるべく加
熱したときのガスの膨張を用いる液体金属マイクロスイ
ッチが開発されている。液体金属は、超微細溶接によら
ない金属どうしの接触や、スイッチ機構を過熱すること
なくしかもそれに悪影響を及ぼすことなくこの大出力を
給送する能力と、スイッチング機能をラッチする能力を
用い、比較的高出力（ほぼ１００ｍＷ）のスイッチング
能力など他の超微細加工技術に勝る幾つかの長所を有す
る。しかしながら、スイッチを駆動するのに加熱ガスを
用いることには幾つかの不利な点がある。スイッチの状
態を切り替えるのに比較的大電力が必要であり、スイッ
チのデューティサイクルが高いとスイッチングにより生
成される熱を効果的に排除しなければならないし、しか
も動作速度は比較的遅く、最大のスイッチング周波数を
数百Ｈｚに制限される。
て液体金属を用い、スイッチング機能を働かせるべく加
熱したときのガスの膨張を用いる液体金属マイクロスイ
ッチが開発されている。液体金属は、超微細溶接によら
ない金属どうしの接触や、スイッチ機構を過熱すること
なくしかもそれに悪影響を及ぼすことなくこの大出力を
給送する能力と、スイッチング機能をラッチする能力を
用い、比較的高出力（ほぼ１００ｍＷ）のスイッチング
能力など他の超微細加工技術に勝る幾つかの長所を有す
る。しかしながら、スイッチを駆動するのに加熱ガスを
用いることには幾つかの不利な点がある。スイッチの状
態を切り替えるのに比較的大電力が必要であり、スイッ
チのデューティサイクルが高いとスイッチングにより生
成される熱を効果的に排除しなければならないし、しか
も動作速度は比較的遅く、最大のスイッチング周波数を
数百Ｈｚに制限される。
【００１１】したがって、スイッチの状態を切り替える
ための電力が少なくいスイッチ、動作速度の高いスイッ
チと該スイッチを有するリレーを提供することが本発明
の課題である。
ための電力が少なくいスイッチ、動作速度の高いスイッ
チと該スイッチを有するリレーを提供することが本発明
の課題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、液体金属スイ
ッチを駆動するのに圧電的手法を用いる。本発明のアク
チュエータは、屈曲モードではなく剪断モードにて圧電
素子を用いる。本発明になる圧電ドライバは、エネルギ
を放散するのではなくエネルギを蓄積する容量型装置で
ある。その結果、その駆動に必要な電圧は高めとなるか
も知れないが、消費電力は大幅に低減される。圧電ポン
プは押圧だけでなく引っ張りにも用いることができ、そ
れ故に膨張ガスの押圧効果によってのみ駆動するアクチ
ュエータでは得られない二重作動効果が得られる。本発
明になる圧電スイッチの使用が、スイッチング時間の低
減に帰結する。
ッチを駆動するのに圧電的手法を用いる。本発明のアク
チュエータは、屈曲モードではなく剪断モードにて圧電
素子を用いる。本発明になる圧電ドライバは、エネルギ
を放散するのではなくエネルギを蓄積する容量型装置で
ある。その結果、その駆動に必要な電圧は高めとなるか
も知れないが、消費電力は大幅に低減される。圧電ポン
プは押圧だけでなく引っ張りにも用いることができ、そ
れ故に膨張ガスの押圧効果によってのみ駆動するアクチ
ュエータでは得られない二重作動効果が得られる。本発
明になる圧電スイッチの使用が、スイッチング時間の低
減に帰結する。
【００１３】本発明は、液体金属リレーの駆動に圧電方
式を用いるものである。ここに記載した方式は、圧電素
子を伸縮モードで用い（そのため、本発明での圧電素子
を「伸縮モード圧電素子」と呼称する。）、スイッチア
クチュエータをして静止（すなわち不動）スイッチ接点
構造中のキャビティ内に挿入せしめる。該キャビティ
は、その端部と側面とにパッドを有し、それらは液体金
属により湿潤可能である。該キャビティには、液体金属
が満たしてある。キャビティへのスイッチアクチュエー
タの挿入により液体金属は外方へ変位し、液体金属がス
イッチアクチュエータ上の接点パッドへ当接する。液体
金属の量は、アクチュエータがその休止位置へ復帰した
ときに表面張力と静止スイッチ接点構造及びアクチュエ
ータ双方の接点パッドの湿潤とにより電気的接触が保た
れるよう選択してある。
式を用いるものである。ここに記載した方式は、圧電素
子を伸縮モードで用い（そのため、本発明での圧電素子
を「伸縮モード圧電素子」と呼称する。）、スイッチア
クチュエータをして静止（すなわち不動）スイッチ接点
構造中のキャビティ内に挿入せしめる。該キャビティ
は、その端部と側面とにパッドを有し、それらは液体金
属により湿潤可能である。該キャビティには、液体金属
が満たしてある。キャビティへのスイッチアクチュエー
タの挿入により液体金属は外方へ変位し、液体金属がス
イッチアクチュエータ上の接点パッドへ当接する。液体
金属の量は、アクチュエータがその休止位置へ復帰した
ときに表面張力と静止スイッチ接点構造及びアクチュエ
ータ双方の接点パッドの湿潤とにより電気的接触が保た
れるよう選択してある。
【００１４】スイッチアクチュエータが静止スイッチ接
点構造から後退すると、静止スイッチ接点構造内で利用
可能な液体金属の量が増大し、液体金属のキャビティ内
への動きとスイッチアクチュエータ上の接点パッドの液
体金属塊から離れる動きが組合されて、静止接点パッド
と移動接点パッドの間の液体金属による接続が分断され
る。スイッチアクチュエータがその休止位置へ復帰する
と接点は電気的に開成状態のままとなる。それは外乱な
しでギャップを橋絡する十分な液体金属が存在しないか
らである。スイッチアクチュエータには、液体金属内に
挿入された部分を覆う液体金属でもって湿潤可能な被覆
をもたせることもできる。この被覆は、接点パッドには
接続されておらず、スイッチアクチュエータを後退させ
たときに液体金属の「吸い戻し」を促進すべく存在す
る。
点構造から後退すると、静止スイッチ接点構造内で利用
可能な液体金属の量が増大し、液体金属のキャビティ内
への動きとスイッチアクチュエータ上の接点パッドの液
体金属塊から離れる動きが組合されて、静止接点パッド
と移動接点パッドの間の液体金属による接続が分断され
る。スイッチアクチュエータがその休止位置へ復帰する
と接点は電気的に開成状態のままとなる。それは外乱な
しでギャップを橋絡する十分な液体金属が存在しないか
らである。スイッチアクチュエータには、液体金属内に
挿入された部分を覆う液体金属でもって湿潤可能な被覆
をもたせることもできる。この被覆は、接点パッドには
接続されておらず、スイッチアクチュエータを後退させ
たときに液体金属の「吸い戻し」を促進すべく存在す
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、以下の図面を参照する
ことで、より良く理解できる。図面中の構成要素は必ず
しも必ずしも実寸の定比拡大／縮小ではないが、本発明
原理を明確に図解することに重点を置いてある。図１
は、本発明の一実施形態の圧電駆動リレーである３層リ
レー１００（以下リレー１００とも称する。）の側面図
である。頂上層１１０は、キャップ層１１０である。キ
ャップ層１１０は、リレー１００に対する外部の影響を
抑止する保護層をもたらすよう働く。第２の層１２０
は、圧電層１２０である。圧電層１２０は、リレー１０
０の非静的要素を収容している。基板層１３０は基部と
して作用し、配設される複数の回路素子のための共通基
盤をもたらす。
ことで、より良く理解できる。図面中の構成要素は必ず
しも必ずしも実寸の定比拡大／縮小ではないが、本発明
原理を明確に図解することに重点を置いてある。図１
は、本発明の一実施形態の圧電駆動リレーである３層リ
レー１００（以下リレー１００とも称する。）の側面図
である。頂上層１１０は、キャップ層１１０である。キ
ャップ層１１０は、リレー１００に対する外部の影響を
抑止する保護層をもたらすよう働く。第２の層１２０
は、圧電層１２０である。圧電層１２０は、リレー１０
０の非静的要素を収容している。基板層１３０は基部と
して作用し、配設される複数の回路素子のための共通基
盤をもたらす。
【００１６】図２は、本発明になるリレー１００の断面
図を示す。図２は、図１のリレー１００の断面図であ
る。圧電層１２０は、リレー１００内で用いる伸縮モー
ド圧電素子１４０を収容している。伸縮モード圧電素子
１４０（本説明では同義的にスイッチアクチュエータと
呼ぶ）は、基板材料１５０から延伸している。基板材料
１５０は、チャンバ１６０の両側面を形成している。不
導体アタッチメント１４５が、伸縮モード圧電素子１４
０に対向して基板材料に取り付けてある。不導体アタッ
チメント１４５は通常、キャビティ１７０をもった形状
に形成してある。キャビティ１７０は、スイッチ接点１
８０として機能する導体材料で裏打ちされている。キャ
ビティ１７０は、液体金属１９０で満たしてある。伸縮
モード圧電素子１４０は、キャビティ１７０内へ延伸し
ている。伸縮モード圧電素子１４０は液体金属１９０の
一部を変位させ、それを押圧してキャビティ１７０の外
部へ膨出させる。第２のスイッチ接点２００が、伸縮モ
ード圧電素子１４０に取り付けてある。一定量の液体金
属１９０が、伸縮モード圧電素子１４０に付着してい
る。回路線（図示せず）が不導体アタッチメント１４５
と伸縮モード圧電素子１４０上で引き回されて、スイッ
チ接点１８０，２００に接続されている。また伸縮モー
ド圧電素子１４０用の回路線もあるが、図示はしていな
い。
図を示す。図２は、図１のリレー１００の断面図であ
る。圧電層１２０は、リレー１００内で用いる伸縮モー
ド圧電素子１４０を収容している。伸縮モード圧電素子
１４０（本説明では同義的にスイッチアクチュエータと
呼ぶ）は、基板材料１５０から延伸している。基板材料
１５０は、チャンバ１６０の両側面を形成している。不
導体アタッチメント１４５が、伸縮モード圧電素子１４
０に対向して基板材料に取り付けてある。不導体アタッ
チメント１４５は通常、キャビティ１７０をもった形状
に形成してある。キャビティ１７０は、スイッチ接点１
８０として機能する導体材料で裏打ちされている。キャ
ビティ１７０は、液体金属１９０で満たしてある。伸縮
モード圧電素子１４０は、キャビティ１７０内へ延伸し
ている。伸縮モード圧電素子１４０は液体金属１９０の
一部を変位させ、それを押圧してキャビティ１７０の外
部へ膨出させる。第２のスイッチ接点２００が、伸縮モ
ード圧電素子１４０に取り付けてある。一定量の液体金
属１９０が、伸縮モード圧電素子１４０に付着してい
る。回路線（図示せず）が不導体アタッチメント１４５
と伸縮モード圧電素子１４０上で引き回されて、スイッ
チ接点１８０，２００に接続されている。また伸縮モー
ド圧電素子１４０用の回路線もあるが、図示はしていな
い。
【００１７】本発明の好適な実施形態では、液体金属１
９０は水銀である。本発明の好適な代替実施形態では、
液体金属はガリウムを含む合金である。当業者には言う
までもないが、スイッチ接点２００と不導体アタッチメ
ント１４５はそれぞれ十分な接着力をもたらし得る任意
の仕方で個別に接着してある。好ましくは、スイッチ接
点２００は伸縮モード圧電素子１４０に積層してあり、
不導体アタッチメント１４５は基板材料１５０に接着し
てある。
９０は水銀である。本発明の好適な代替実施形態では、
液体金属はガリウムを含む合金である。当業者には言う
までもないが、スイッチ接点２００と不導体アタッチメ
ント１４５はそれぞれ十分な接着力をもたらし得る任意
の仕方で個別に接着してある。好ましくは、スイッチ接
点２００は伸縮モード圧電素子１４０に積層してあり、
不導体アタッチメント１４５は基板材料１５０に接着し
てある。
【００１８】液体金属を用いたリレーの駆動に本発明は
圧電方式を用いる。ここに説明する方式は伸縮モード圧
電素子１４０は伸縮モードで動作するものであり、スイ
ッチアクチュエータ１４０をして不導体アタッチメント
１４５である静止（すなわち不動）スイッチ接点構造１
４５内のキャビティ１７０中へ挿入せしめる。キャビテ
ィ１７０の側面と端部は液体金属により湿潤可能な接点
パッド１８０（前記ではスイッチ接点１８０と呼称）を
有する。キャビティは、液体金属１９０で満たしてあ
る。キャビティ１７０へのスイッチアクチュエータ１４
０の挿入が、液体金属１９０をしてキャビティ１７０の
外方へ変位せしめ、スイッチアクチュエータ１４０上の
接点パッド２００へ接触させる。液体金属１９０の量
は、アクチュエータ１４０がその休止位置へ復帰したと
きに表面張力と静止スイッチ接点構造１４５及びアクチ
ュエータ１４０双方の接点パッド１８０，２００の湿潤
とにより電気的接触が依然として保たれるよう選択して
ある。
圧電方式を用いる。ここに説明する方式は伸縮モード圧
電素子１４０は伸縮モードで動作するものであり、スイ
ッチアクチュエータ１４０をして不導体アタッチメント
１４５である静止（すなわち不動）スイッチ接点構造１
４５内のキャビティ１７０中へ挿入せしめる。キャビテ
ィ１７０の側面と端部は液体金属により湿潤可能な接点
パッド１８０（前記ではスイッチ接点１８０と呼称）を
有する。キャビティは、液体金属１９０で満たしてあ
る。キャビティ１７０へのスイッチアクチュエータ１４
０の挿入が、液体金属１９０をしてキャビティ１７０の
外方へ変位せしめ、スイッチアクチュエータ１４０上の
接点パッド２００へ接触させる。液体金属１９０の量
は、アクチュエータ１４０がその休止位置へ復帰したと
きに表面張力と静止スイッチ接点構造１４５及びアクチ
ュエータ１４０双方の接点パッド１８０，２００の湿潤
とにより電気的接触が依然として保たれるよう選択して
ある。
【００１９】スイッチアクチュエータ１４０を静止スイ
ッチ接点構造１４５から後退させたときには、静止スイ
ッチ接点構造１４５内部の液体金属１９０についての利
用可能な量は増大し、液体金属１９０のキャビティ１７
０内への移動とスイッチアクチュエータ１４０上の接点
パッド２００の液体金属１９０塊からの後退とが組み合
わさって、静止接点パッド１８０と移動接点パッド２０
０の間の液体金属１９０による接続が分断される。スイ
ッチアクチュエータ１４０がその休止位置に復帰して
も、接点は電気的な開成状態のままとなる。それは外乱
がなければギャップを橋絡するに十分な液体金属１９０
が存在しないからである。スイッチアクチュエータ１４
０には、液体金属１９０内へ挿入する部分を覆う、液体
金属により湿潤可能な被覆をもたせることもできる。こ
の被覆は、接点パッド２００には接続せず、スイッチア
クチュエータ１４０を後退させたときに液体金属１９０
の「吸い戻し」を促進する目的で存在する。
ッチ接点構造１４５から後退させたときには、静止スイ
ッチ接点構造１４５内部の液体金属１９０についての利
用可能な量は増大し、液体金属１９０のキャビティ１７
０内への移動とスイッチアクチュエータ１４０上の接点
パッド２００の液体金属１９０塊からの後退とが組み合
わさって、静止接点パッド１８０と移動接点パッド２０
０の間の液体金属１９０による接続が分断される。スイ
ッチアクチュエータ１４０がその休止位置に復帰して
も、接点は電気的な開成状態のままとなる。それは外乱
がなければギャップを橋絡するに十分な液体金属１９０
が存在しないからである。スイッチアクチュエータ１４
０には、液体金属１９０内へ挿入する部分を覆う、液体
金属により湿潤可能な被覆をもたせることもできる。こ
の被覆は、接点パッド２００には接続せず、スイッチア
クチュエータ１４０を後退させたときに液体金属１９０
の「吸い戻し」を促進する目的で存在する。
【００２０】図３は、閉成状態にあるリレーを示す本発
明になる図１のリレーの断面図である。スイッチアクチ
ュエータ１４０は液体金属１９０内に延伸していて、液
体金属１９０の変位を引き起こしている。液体金属１９
０は、スイッチアクチュエータ１４０上のスイッチ接点
（接点パッド）２００に当接する状態になっている。ス
イッチ接点（接点パッド）１８０，２００間の電気的接
続は、液体金属の表面張力と接点パッド１８０，２００
の液体金属への湿潤とにより維持される。
明になる図１のリレーの断面図である。スイッチアクチ
ュエータ１４０は液体金属１９０内に延伸していて、液
体金属１９０の変位を引き起こしている。液体金属１９
０は、スイッチアクチュエータ１４０上のスイッチ接点
（接点パッド）２００に当接する状態になっている。ス
イッチ接点（接点パッド）１８０，２００間の電気的接
続は、液体金属の表面張力と接点パッド１８０，２００
の液体金属への湿潤とにより維持される。
【００２１】本発明の特定の実施形態のみを前記した
が、当業者には添付の特許請求の範囲内で様々な改変が
可能であることが想起されよう。なお、本発明の広範な
実施のための参考として、実施態様のいくつかを下記に
列挙して大方の参考に供する。
が、当業者には添付の特許請求の範囲内で様々な改変が
可能であることが想起されよう。なお、本発明の広範な
実施のための参考として、実施態様のいくつかを下記に
列挙して大方の参考に供する。
【００２２】（実施態様１）伸縮モード圧電素子（１４
０）と、キャビティ（１７０）を形成するスイッチ接点
構造と、前記キャビティ（１７０）を裏打ちするように
構成された第１の接点パッド（１８０）と、前記伸縮モ
ード圧電素子（１４０）に接着された第２の接点パッド
（２００）と、前記キャビティ（１７０）を満たす第１
の部分と前記第２の接点パッド（２００）に付着する第
２の部分とを有する液体金属（１９０）とを備え、前記
伸縮モード圧電素子（１４０）は前記キャビティ（１７
０）内に一部延伸して前記液体金属（１９０）に接触し
ており、前記第２の接点パッド（２００）は前記液体金
属（１９０）の前記第１の部分のごく近傍において前記
伸縮モード圧電素子（１４０）上に配置され、前記伸縮
モード圧電素子（１４０）の駆動により前記液体金属
（１９０）の前記第１の部分を外方へ変位して、前記第
２の接点パッド（２００）と前記液体金属（１９０）の
前記第２の部分とへ接続される、ことを特徴とする圧電
駆動リレー（１００）。
０）と、キャビティ（１７０）を形成するスイッチ接点
構造と、前記キャビティ（１７０）を裏打ちするように
構成された第１の接点パッド（１８０）と、前記伸縮モ
ード圧電素子（１４０）に接着された第２の接点パッド
（２００）と、前記キャビティ（１７０）を満たす第１
の部分と前記第２の接点パッド（２００）に付着する第
２の部分とを有する液体金属（１９０）とを備え、前記
伸縮モード圧電素子（１４０）は前記キャビティ（１７
０）内に一部延伸して前記液体金属（１９０）に接触し
ており、前記第２の接点パッド（２００）は前記液体金
属（１９０）の前記第１の部分のごく近傍において前記
伸縮モード圧電素子（１４０）上に配置され、前記伸縮
モード圧電素子（１４０）の駆動により前記液体金属
（１９０）の前記第１の部分を外方へ変位して、前記第
２の接点パッド（２００）と前記液体金属（１９０）の
前記第２の部分とへ接続される、ことを特徴とする圧電
駆動リレー（１００）。
【００２３】（実施態様２）キャップ層（１１０）と、
前記キャップ層（１１０）の真下に配置され圧電層（１
２０）と、前記圧電層（１２０）の真下に配置された回
路基板層（１５０）とを備え、前記圧電層（１２０）
は、伸縮モード圧電素子（１４０）と、キャビティ（１
７０）を形成するスイッチ接点構造と、前記キャビティ
（１７０）を裏打ちするように構成された第１の接点パ
ッド（１８０）と、前記伸縮モード圧電素子（１４０）
に接着された第２の接点パッド（２００）と、前記キャ
ビティ（１７０）を満たす第１の部分と前記第２の接点
パッド（２００）に付着する第２の部分とを有する液体
金属（１９０）とを備え、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）は前記キャビティ（１７０）内に一部延伸して前
記液体金属（１９０）に接触し、前記第２の接点パッド
（２００）は前記液体金属（１９０）の前記第１の部分
のごく近傍において前記伸縮モード圧電素子（１４０）
上に配置してあり、該伸縮モード圧電素子（１４０）の
駆動により前記液体金属（１９０）の前記第１の部分を
外方へ変位せしめ前記第２の接点パッド（２００）と前
記液体金属（１９０）の前記第２の部分とへ接続させ
る、ことを特徴とする圧電駆動リレー（１００）。
前記キャップ層（１１０）の真下に配置され圧電層（１
２０）と、前記圧電層（１２０）の真下に配置された回
路基板層（１５０）とを備え、前記圧電層（１２０）
は、伸縮モード圧電素子（１４０）と、キャビティ（１
７０）を形成するスイッチ接点構造と、前記キャビティ
（１７０）を裏打ちするように構成された第１の接点パ
ッド（１８０）と、前記伸縮モード圧電素子（１４０）
に接着された第２の接点パッド（２００）と、前記キャ
ビティ（１７０）を満たす第１の部分と前記第２の接点
パッド（２００）に付着する第２の部分とを有する液体
金属（１９０）とを備え、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）は前記キャビティ（１７０）内に一部延伸して前
記液体金属（１９０）に接触し、前記第２の接点パッド
（２００）は前記液体金属（１９０）の前記第１の部分
のごく近傍において前記伸縮モード圧電素子（１４０）
上に配置してあり、該伸縮モード圧電素子（１４０）の
駆動により前記液体金属（１９０）の前記第１の部分を
外方へ変位せしめ前記第２の接点パッド（２００）と前
記液体金属（１９０）の前記第２の部分とへ接続させ
る、ことを特徴とする圧電駆動リレー（１００）。
【００２４】（実施態様３）前記液体金属（１９０）が
ガリウムを含む合金であることを特徴とする実施態様１
あるいは実施態様２のいずれかに記載の圧電駆動リレー
（１００）。
ガリウムを含む合金であることを特徴とする実施態様１
あるいは実施態様２のいずれかに記載の圧電駆動リレー
（１００）。
【００２５】（実施態様４）前記液体金属（１９０）が
水銀であることを特徴とする実施態様１あるいは実施態
様２のいずれかに記載の圧電駆動リレー（１００）。
水銀であることを特徴とする実施態様１あるいは実施態
様２のいずれかに記載の圧電駆動リレー（１００）。
【００２６】（実施態様５）前記圧電駆動リレー（１０
０）の頂部に配置したキャップ層（１１０）と、前記圧
電駆動リレー（１００）の下側に配置した回路基板材料
（１５０）をさらに追加して備えることを特徴とする実
施態様４に記載の圧電駆動リレー（１００）。
０）の頂部に配置したキャップ層（１１０）と、前記圧
電駆動リレー（１００）の下側に配置した回路基板材料
（１５０）をさらに追加して備えることを特徴とする実
施態様４に記載の圧電駆動リレー（１００）。
【００２７】（実施態様６）前記伸縮モード圧電素子
（１４０）は前記キャビティ（１７０）内へ延伸する部
分に被覆を有し、該被覆が前記液体金属（１９０）によ
り湿潤可能としたことを特徴とする実施態様５に記載の
圧電駆動リレー（１００）。
（１４０）は前記キャビティ（１７０）内へ延伸する部
分に被覆を有し、該被覆が前記液体金属（１９０）によ
り湿潤可能としたことを特徴とする実施態様５に記載の
圧電駆動リレー（１００）。
【００２８】（実施態様７）前記液体金属（１９０）の
前記第１、第２の部分は、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）がその休止位置へ後退するときに互いの接続状態
を維持し、前記第１、第２の接点パッド（１８０，２０
０）を湿潤することを特徴とする実施態様６に記載の圧
電駆動リレー（１００）。
前記第１、第２の部分は、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）がその休止位置へ後退するときに互いの接続状態
を維持し、前記第１、第２の接点パッド（１８０，２０
０）を湿潤することを特徴とする実施態様６に記載の圧
電駆動リレー（１００）。
【００２９】（実施態様８）前記液体金属（１９０）の
前記第１、第２の部分は、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）がその休止位置から後退するときに互いの接続を
絶つことを特徴とする実施態様７に記載の圧電駆動リレ
ー（１００）。
前記第１、第２の部分は、前記伸縮モード圧電素子（１
４０）がその休止位置から後退するときに互いの接続を
絶つことを特徴とする実施態様７に記載の圧電駆動リレ
ー（１００）。
【図１】本発明の一実施形態である圧電駆動リレーの層
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図２】開成状態にある図１の圧電駆動リレーの側断面
図である。
図である。
【図３】閉成状態にある図１の圧電駆動リレーの側断面
図である。
図である。
１００ ３層リレー
１１０ 頂上層（キャップ層）
１２０ 第２の層（圧電層）
１３０ 基板層
１４０ 圧電素子（スイッチアクチュエータ）
１４５ 不導体アタッチメント（静止スイッチ接点構
造） １５０ 基板材料 １６０ チャンバ １７０ キャビティ １８０，２００ スイッチ接点（接点パッド） １９０ 液体金属
造） １５０ 基板材料 １６０ チャンバ １７０ キャビティ １８０，２００ スイッチ接点（接点パッド） １９０ 液体金属
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マービン グレン ウォング
アメリカ合衆国 コロラド 80863 ウッ
ドランド・パーク ハニー・ヒル・レイン
93
Ｆターム(参考） 5G051 BA04 BA08 BA15
Claims (1)
- 【請求項１】 伸縮モード圧電素子と、 キャビティを形成するスイッチ接点構造と、 前記キャビティを裏打ちするように構成された第１の接
点パッドと、 前記伸縮モード圧電素子に接着された第２の接点パッド
と、 前記キャビティを満たす第１の部分と前記第２の接点パ
ッドに付着する第２の部分とを有する液体金属とを備
え、 前記伸縮モード圧電素子は前記キャビティ内に一部延伸
して前記液体金属に接触しており、前記第２の接点パッ
ドは前記液体金属（１９０）の前記第１の部分のごく近
傍において前記伸縮モード圧電素子上に配置され、前記
伸縮モード圧電素子の駆動により前記液体金属の前記第
１の部分を外方へ変位して、前記第２の接点パッドと前
記液体金属の前記第２の部分とへ接続される、 ことを特徴とする圧電駆動リレー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/142076 | 2002-05-09 | ||
| US10/142,076 US6756551B2 (en) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | Piezoelectrically actuated liquid metal switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346626A true JP2003346626A (ja) | 2003-12-05 |
| JP2003346626A5 JP2003346626A5 (ja) | 2005-11-04 |
Family
ID=22498462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003120334A Pending JP2003346626A (ja) | 2002-05-09 | 2003-04-24 | 圧電駆動リレー |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6756551B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003346626A (ja) |
| DE (1) | DE10311048A1 (ja) |
| GB (1) | GB2388471B (ja) |
| TW (1) | TW200306598A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004079288A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Agilent Technol Inc | 液体金属を用いた電気接点開閉装置 |
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| US7019235B2 (en) * | 2003-01-13 | 2006-03-28 | Agilent Technologies, Inc. | Photoimaged channel plate for a switch |
| US6740829B1 (en) * | 2003-04-14 | 2004-05-25 | Agilent Technologies, Inc. | Insertion-type liquid metal latching relay |
| US6730866B1 (en) * | 2003-04-14 | 2004-05-04 | Agilent Technologies, Inc. | High-frequency, liquid metal, latching relay array |
| US6762378B1 (en) * | 2003-04-14 | 2004-07-13 | Agilent Technologies, Inc. | Liquid metal, latching relay with face contact |
| US6879088B2 (en) * | 2003-04-14 | 2005-04-12 | Agilent Technologies, Inc. | Insertion-type liquid metal latching relay array |
| US6885133B2 (en) * | 2003-04-14 | 2005-04-26 | Agilent Technologies, Inc. | High frequency bending-mode latching relay |
| US20050231070A1 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-20 | Fazzio Ronald S | Liquid metal processing and dispensing for liquid metal devices |
| UA79631C2 (en) * | 2005-03-23 | 2007-07-10 | Yurii Iosypovych Smirnov | Method for production of liquid-metal composite contact |
| US7358833B2 (en) * | 2006-03-14 | 2008-04-15 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for signal processing using electrowetting |
| KR101051732B1 (ko) * | 2009-11-12 | 2011-07-25 | 한국전자통신연구원 | 미세 액체 금속 액적의 형상 변화를 이용한 ｒｆ ｍｅｍｓ 스위치 |
Family Cites Families (81)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US2564081A (en) | 1946-05-23 | 1951-08-14 | Babson Bros Co | Mercury switch |
| GB1143822A (ja) | 1965-08-20 | |||
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