JP2006210082A - マイクロリレー - Google Patents

Abstract

【課題】支持ばねがアマチュアのシーソ動作を妨げることなく、かつ支持ばねが破損し難いマイクロリレーを提供する。
【解決手段】板状のアマチュア３０が厚み方向にシーソ動作可能にケースＡに収納され、アマチュア３０のシーソ動作に従って接点装置が開閉される構成において、アマチュア３０とケースＡとは支持ばね３２’によって連結される。支持ばね３２’は、アマチュア３０のシーソ動作時にねじれ変形することにより、アマチュア３０をシーソ動作により移動可能な範囲の中間位置である平衡位置に復帰させる復帰力をアマチュア３０に作用させる。支持ばね３２’は、アマチュア３０の板面に沿う幅寸法よりもアマチュア３０の厚み方向における寸法が小さく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも一部の構成要素が半導体微細加工技術を用いて形成されるマイクロリレーに関するものである。

従来から、半導体微細加工技術を用いて一部の構成要素を形成することにより、全体として小型化が可能となるマイクロリレーが考えられている。

マイクロリレーにおいて接点装置を開閉する駆動装置に使用できる機械装置としては、半導体基板から形成されたアマチュア（可動構造体）をガラス基板上に配置し、アマチュアの板面に沿う一方向にアマチュアを直進往復動作させるものがある。この機械装置では、アマチュアは、往復方向の両側方においてそれぞれガラス基板に固着された支持台に一端が固定された支持ばねの他端に連続し、ガラス基板の板面から離れた状態で支持される。

各支持ばねはそれぞれ、半導体基板からアマチュアと連続一体に形成されており、アマチュアにおける往復方向の両端縁と支持台との間において、アマチュアの直進移動時に伸縮変形するように蛇行状に形成される。この支持ばねは、アマチュアの厚み方向の寸法がアマチュアの板面に沿う幅寸法よりも大きく設定されることによって、アマチュアの板面に沿う面内でのアマチュアの移動を妨げないようにしながらも、アマチュアの厚み方向へはアマチュアを移動させ難くしている（たとえば特許文献１参照）。

一方、マイクロリレーとしては、アマチュアをケース内にシーソ動作可能に収納し、アマチュアのシーソ動作に従って接点装置を開閉させるものも考えられる。この種のマイクロリレーとして、アマチュアの長手方向の中間部から厚み方向の一面側に突出するとともに先端がケースの内周面に当接する支点突起を設け、この支点突起の先端を支点としてアマチュアをシーソ動作させるものを考えることができる。このマイクロリレーでは、支点突起の先端を定位置に復帰させるために、シーソ動作時において、アマチュアをシーソ動作により移動可能な範囲の中間位置である平衡位置に復帰させる復帰力をアマチュアに作用させる必要がある。そこで、アマチュアの幅方向の両側方において、アマチュアのシーソ動作時にねじれ変形することによりアマチュアを平衡位置に復帰させる復帰力をアマチュアに作用させるようにアマチュアとケースとを連結する支持ばねを設けることが考えられる。
特開平５−２５９４７７号公報

しかし、上記マイクロリレーに、特許文献１に記載の機械装置の支持ばねと同様に、アマチュアの厚み方向の寸法がアマチュアの板面に沿う幅寸法よりも大きい支持ばねを採用すると、アマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動を伴うアマチュアのシーソ動作が支持ばねによって妨げられることになるから、特許文献１に記載の支持ばねを上記マイクロリレーにそのまま採用することは望ましくない。

しかも、特許文献１に記載の支持ばねは、アマチュアの板面に沿う面内でのアマチュアの移動を妨げないから、この支持ばねを上記マイクロリレーに採用すると、たとえば外部からの衝撃などが加わった場合にアマチュアが板面に沿う面内で移動し、支持ばねに生じる応力によって支持ばねが破損する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、支持ばねがアマチュアのシーソ動作を妨げることなく、かつ支持ばねが破損し難いマイクロリレーを提供することを目的とする。

請求項１の発明では、板状のアマチュアと、アマチュアを規定の支点の回りでアマチュアの厚み方向にシーソ動作可能に収納したケースと、アマチュアにおける長手方向の中間部からアマチュアの厚み方向の一面側に突出するとともに先端がケースの内周面に当接することによりアマチュアのシーソ動作の支点となる支点突起と、アマチュアをシーソ動作により移動可能な範囲の中間位置である平衡位置から傾けることによってアマチュアをシーソ動作させる駆動装置と、アマチュアのシーソ動作に従って開閉する接点装置と、アマチュアのシーソ動作時にねじれ変形することにより平衡位置に復帰する復帰力をアマチュアに作用させるようにケースとアマチュアとを連結する支持ばねとを備え、支持ばねは、アマチュアの板面に沿う幅寸法よりもアマチュアの厚み方向における寸法が小さく設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持ばねは、アマチュアの板面に沿う幅寸法よりもアマチュアの厚み方向における寸法が小さく設定されているから、アマチュアのシーソ動作時にはねじれ変形することにより特許文献１に記載の支持ばねと同等のばね力を生じながらも、アマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動を伴うアマチュアのシーソ動作を妨げることはない。しかも、アマチュアの板面に沿う支持ばねの幅寸法はアマチュアの厚み方向における支持ばねの寸法よりも大きいから、アマチュアが板面に沿う面内で移動することによる支持ばねの破損を防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記アマチュアの厚み方向において前記支点突起が設けられた一面とは反対側の他面と、前記ケースの内周面のうち当該他面に対向する一面との少なくとも一方には、他方に向かって移動規制片が突設され、移動規制片が、前記支点突起とともにアマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動を規制するようにアマチュアの長手方向における中間部に位置することを特徴とする。

この構成によれば、アマチュアの長手方向の中間部においてアマチュアの厚み方向への移動が支点突起と移動規制片とにより規制されるので、アマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動による支持ばねの破損を防止できる。

本発明では、支持ばねは、アマチュアの板面に沿う幅寸法よりもアマチュアの厚み方向における寸法が小さく設定されているから、アマチュアのシーソ動作時にはねじれ変形することにより特許文献１に記載の支持ばねと同等のばね力を生じながらも、アマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動を伴うアマチュアのシーソ動作を妨げることはない。しかも、アマチュアの板面に沿う支持ばねの幅寸法はアマチュアの厚み方向における支持ばねの寸法よりも大きいから、アマチュアが板面に沿う面内で移動することによる支持ばねの破損を防止できるという効果を奏する。

以下では、まず、マイクロリレーの基本構成について図１〜図６を参照して先に説明し、後に本発明の実施形態を示す。

（基本構成）
本構成例のマイクロリレーは、図１および図２に示すように、直方体状のケースＡを有し、ケースＡ内に収納され規定の支点の回りでシーソ動作する矩形板状のアマチュア３０を備えたアマチュアブロック３と、ケースＡの定位置に設けた固定接点１４とアマチュア３０の端部に設けた可動接点３９とからなりアマチュア３０のシーソ動作に従って開閉する接点装置とを備える。また、本構成例では、アマチュア３０をシーソ動作させる駆動装置として電磁石を用いる電磁駆動型のマイクロリレーを示し、上方に開放されたコ字状のヨーク２０に２個のコイル２２を巻装した電磁石装置２がケースＡに固定される。

ケースＡは、矩形板状のボディ１と、アマチュアブロック３の一部であってアマチュア３０の全周を囲む矩形枠状のフレーム３１と、フレーム３１を介してボディ１に積層されボディ１との間にアマチュア３０がシーソ動作する空間を形成するカバー４とにより形成される。また、カバー４はアマチュア３０がシーソ動作する空間を確保するために、ボディとの対向面の略全面に、動作用凹所４０（図８参照）を形成してある。ボディ１およびカバー４はパイレックス（登録商標）のような耐熱ガラスを用いて形成され、アマチュアブロック３は単結晶シリコンからなる半導体基板を用いて形成される。したがって、ボディ１とフレーム３１とカバー４とは互いの対向面にそれぞれ接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２（図１、図６、図８参照）が形成され、接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２を接合させることによって互いに固着される。接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２については後述する。ボディ１とフレーム３１とカバー４とは外周形状が略同寸法の矩形状に形成されており、互いに接合することによって直方体状になる。

ボディ１は、図３に示すように、平面視が十字状でありボディ１の厚み方向に貫通する収納孔１６を中央部に有し、円形に開口しボディ１の厚み方向に貫通するスルーホール１０を四隅にそれぞれ有している。また、ボディ１の厚み方向の両面においてスルーホール１０の開口周縁にはそれぞれ円形のランド１２（図３，図５参照）が形成される。１個のスルーホール１０についてボディ１の厚み方向の両面に形成される２個のランド１２は、スルーホール１０の内周面に被着した導電層を介して電気的に接続される。ボディ１の厚み方向においてカバー４に対向しない面では、各ランド１２にそれぞれバンプ１３が固着され、スルーホール１０の開口部がバンプ１３により閉塞される。ボディ１の厚み方向においてカバー４に対向する一面の長手方向の両端部では、ボディ１の幅方向に並ぶ各一対のスルーホール１０の間の部位に、ボディ１の長手方向に延長された各一対の固定接点１４が形成される。各ランド１２は各固定接点１４の長手方向の一端部と導電パターン１８を介して接続され、各バンプ１３が各固定接点１４にそれぞれ一対一に接続される。また、ボディ１のこの一面ではスルーホール１０の開口面がそれぞれランド１２を覆うシリコン薄板の蓋板１９により閉塞される。ここに、スルーホール１０の内周面に被着した導電層と、ランド１２、固定接点１４、導電パターン１８とを形成する導電性材料は、たとえば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、もしくはこれらの合金から選択される。バンプ１３を形成する導電性材料は、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、半田から選択される。

なお、スルーホール１０と収納孔１６とは、たとえば、サンドブラスト法、エッチング法から選択した方法により形成し、上述の導電層は、たとえば、メッキ法、蒸着法、スパッタ法から選択した方法により形成する。

ところで、ボディ１の厚み方向においてカバー４に対向する一面にはシリコン薄板からなり収納孔１６を閉塞する蓋板１７が固着されている。以下では蓋板１７，１９もボディ１の一部とする。収納孔１６の内周面と蓋板１７とにより囲まれる空間は電磁石装置２を収納する収納室になり、収納室に電磁石装置２を収納した後に収納室にポッティングなどによって樹脂を充填することにより、電磁石装置２の保護と固定とがなされる。収納孔１６に充填する樹脂には、硬化後にも弾性を持つシリコン樹脂などを用いるのが望ましい。収納孔１６の内周面は、蓋板１７により閉塞される一方の開口面から他方の開口面に向かって開口面積を広げるテーパ状に形成されており、蓋板１７で閉塞される一方の開口面の開口面積を比較的小さくしながらも、他方の開口面からの電磁石装置２の挿入作業が容易になるようにしてある。つまり、前記一方の開口面において収納孔１６の周囲にはランド１２のほか固定接点１４や導電パターン１８を形成する必要があるから、収納孔１６の開口面積が小さいほうが固定接点１４や導電パターン１８の配置に余裕ができ、結果的に小型化につながる。

なお、蓋板１７，１９には、シリコン基板をエッチングまたは研磨により薄厚化することにより形成したシリコン薄板を用い、厚み寸法はたとえば２０μｍに設定される。なお、蓋板１７の厚み寸法は２０μｍに限らず、５μｍ〜５０μｍ程度の範囲内で適宜に設定される。また、蓋板１７，１９として、シリコン薄板に代えてガラス基板をエッチングや研磨などで薄厚化することにより形成したガラス薄板を用いてもよい。

電磁石装置２は、図２、図４に示すように、２個のコイル２２が巻装される矩形板状のコイル巻片２０ａの長手方向の両端部にそれぞれ脚片２０ｂを延設したコ字状のヨーク２０を備える。コイル巻片２０ａおよび脚片２０ｂは断面矩形状に形成される。各コイル２２は、コイル巻片２０ａの長手方向の各端部にコイルボビンを用いずに直に巻装される。また、コイル巻片２０ａの長手方向の中央部であって両コイル２２の間には直方体状の永久磁石２１が配置される。各コイル２２はそれぞれ、永久磁石２１とヨーク２０の脚片２０ｂとによってコイル巻片２０ａの長手方向への移動が規制される。

永久磁石２１は図４の上下方向に着磁されており、永久磁石２１の下側の磁極はコイル巻片２０ａに磁気結合される。永久磁石２１の上端面は脚片２０ｂの上端面と高さ位置が等しく、蓋板１７に脚片２０ｂの先端面（図４の上端面）を当接させるように電磁石装置２を収納室（収納孔１６）に収納すると、永久磁石２１の一端面（図４の上端面）も蓋板１７に当接する。

コイル巻片２０ａを介して永久磁石２１の反対側にはプリント基板からなる接続基板２３が配置され、接続基板２３はコイル巻片２０ａに固着される。接続基板２３は矩形板状であり、接続基板２３の長手方向はコイル巻片２０ａの長手方向に直交する。接続基台２３は、図５に示すように、絶縁基板２３ａの一面における長手方向の両端部にそれぞれ独立した導体パターン２３ｂが形成されたものであり、各導体パターン２３ｂのうちの円形部分に外部回路が接続され、矩形部分にコイル２２の末端が接続される。外部回路を接続する部位には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、半田から選択した材料からなるバンプ２４が固着される。

上述した２個のコイル２２は接続基板２３に設けた導体パターン２３ｂのうちの矩形部分に接続され直列または並列に接続される。言い換えると、両コイル２２の一方に通電すれば他方にも通電されるのであって、両コイル２２はヨーク２０の両脚片２０ｂの先端面が互いに異極に励磁されるように接続されている。したがって、永久磁石２１で生じている磁束に対して、一方のコイル２２で生じる磁束は同向きになり、他方のコイル２２で生じる磁束は逆向きになるから、一方の脚片２０ｂの先端面の周囲では磁束密度が大きくなり、他方の脚片２０ｂの先端面の周囲では磁束密度が小さくなる。どちらの脚片２０ｂにおいて磁束密度を大きくするかは、コイル２２に流す電流の向きにより選択される。

上述の例では接続基板２３の導体パターン２３ｂにバンプ２４を固着しているが、バンプ２４に代えてボンディングワイヤを接続するための電極パッドを設けてもよい。なお、ヨーク２０は、電磁軟鉄のような軟磁性材料の板材を曲げ加工するか、軟磁性材料を鋳造加工するか、プレス加工することにより形成される。

アマチュアブロック３は、単結晶シリコンのシリコン基板からなる半導体基板を半導体微細加工技術で加工することによって形成されるものであり、図６に示すように、矩形枠状のフレーム３１の内側に矩形板状のアマチュア３０を配置してある。アマチュア３０には、図２、図６に示すように、アマチュア３０の厚み方向のうち蓋体１７と対向する一面に、電磁石装置２との間で磁力が生じる磁性体材料からなる接極子板３０ｂが積層される。接極子板３０ｂは、電磁石装置２とともにアマチュア３０をシーソ動作させる駆動装置を構成する。接極子板３０ｂの材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、その合金、または、これらの材料に微量のＳｉ、Ｍｏ、Ｖなどを添加した材料であって、たとえば軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、４２アロイ、パーメンジュールなどから選択される。また、接極子板３０ｂは機械加工のほか、エッチング加工やメッキにより形成することができる。フレーム３１とアマチュア３０とは４本の支持ばね３２により一体に連結される。支持ばね３２については後述する。

アマチュア３０の長手方向に沿った各側縁の両端部および各側縁の中間部には、それぞれ突片３３，３６が突設される。各突片３３において蓋板１７との対向面には先細りになった四角錘台状のストッパ突起３３ａが突設され、各突片３６において蓋板１７との対向面には先細りになった四角錐台状の支点突起３６ｂが突設される。支点突起３６ｂの先端はつねに蓋板１７に当接し、アマチュア３０がシーソ動作する際の支点を規定する機能を有する。また、ストッパ突起３３ａの先端はアマチュア３０がシーソ動作したときにボディ１に先端が当接することによってアマチュア３０の移動範囲を規制する機能を有する。

各支持ばね３２は、アマチュア３０の長手方向に沿った各側縁において突片３６の両側にそれぞれ一端が連続し、前記一端に対してアマチュア３０の幅方向に離間した部位で他端がフレーム３１に連続する。ここで、各支持ばね３２は、アマチュア３０と略同面内でアマチュア３０の幅方向に往復する蛇行状に形成されている。本構成例の支持ばね３２は、アマチュア３０の厚み方向における寸法がアマチュア３０における厚み寸法と同じ大きさに設定され、図７に示すように、アマチュア３０の厚み方向に沿う寸法（図７に「ｄ」で示す）がアマチュア３０の板面に沿う幅寸法（図７に「ｃ」で示す）よりも大きく設定されている。

この構成により、支持ばね３２はアマチュア３０をシーソ動作により移動可能な範囲の中間位置である平衡位置、つまりアマチュア３０と蓋板１７とが平行する位置に支持する。そして、支持ばね３２は、アマチュア３０が上述した支点の回りでシーソ動作して平衡位置から傾くと、ねじれ変形することにより平衡位置に復帰する復帰力をアマチュア３０に作用させる。また、支持ばね３２を蛇行状に形成することにより長さ寸法を確保しているから、アマチュア３０がシーソ動作する際に支持ばね３２に生じる応力を分散させることができ、支持ばね３２の破損を防止することができる。

上述したように、ボディ１にフレーム３１が結合され、かつ支点突起３６ｂの先端が蓋板１７に当接した状態でアマチュア３０がシーソ動作するのであるから、アマチュア３０はフレーム３１よりも薄肉であり、アマチュア３０の厚み寸法は、アマチュアブロック３とボディ１とを固着した状態において、アマチュア３０に設けた接極子板３０ｂと蓋板１７との間にアマチュア３０のシーソ動作が可能となる程度のギャップが形成されるように設定されている。

ところで、フレーム３１の内周面であってアマチュア３０の各側縁に突設された突片３６の先端縁に対向する部位には、フレーム３１から連続一体に突片３７が突設されている。すなわち、アマチュア３０に突設した突片３６とフレーム３１に突設した突片３７とは互いの先端面同士が対向する。アマチュア３０側の各突片３６の先端縁には平面視で先端縁から突出する移動規制突部３６ａが形成され、フレーム３１側の各突片３７の先端縁には平面視で先端縁から凹没して移動規制突部３６ａが入る移動規制凹部３７ａが形成される。したがって、移動規制突部３６ａが移動規制凹部３７ａにより位置規制され、アマチュア３０の板面に沿う面内におけるアマチュア３０の移動が規制される。ただし、アマチュア３０のシーソ動作が移動規制突部３６ａおよび移動規制凹部３７ａによって妨げられることがないように、移動規制凹部３７ａと移動規制突部３６ａとの間にはあそびがあるので、アマチュア３０の板面に沿う面内におけるアマチュア３０の移動が完全に禁止されることはない。

アマチュアブロック３には、アマチュア３０の長手方向における各端縁とフレーム３１との間にそれぞれ接点基台３４が設けられる。各接点基台３４におけるボディ１との対向面（図２における下面）はアマチュア３０の下面よりも下方に突出し、各接点基台３４の下面には、それぞれ導電性材料からなる可動接点３９が固着される。接点基台３４の厚み寸法（上下寸法）と可動接点３９の厚み寸法との合計寸法は、接点装置の開極時に可動接点３９と固定接点１４との間の距離が所望の絶縁距離を保つように設定される。

各接点基台３４はそれぞれ２本の接圧ばね３５を介してアマチュア３０に連結されている。すなわち、１つの接点基台３４の各側縁にそれぞれ接圧ばね３５の一端が一体に連続し、１つの接点基台３４の連続する各接圧ばね３５の他端はアマチュア３０の長手方向の端部における各側縁にそれぞれ一体に連続する。上述したように、アマチュア３０の四隅には突片３３が突設されているから、接圧ばね３５は突片３３を迂回する形状に形成される。ここに、アマチュア３０の長手方向において、接点基台３４はアマチュア３０に並設されており、結果的に接極子板３０ｂの端縁よりも支点突起３６ｂから離れている。つまり、電磁石装置２からの磁力を受けてアマチュア３０がシーソ動作する際に、アマチュア３０の長手方向の端部よりも接点基台３４の移動量のほうが大きくなる。また、アマチュア３０の長手方向において、ストッパ突起３３ａは、支点突起３６ｂと接点基台３４との間に位置する。したがって、アマチュア３０がシーソ動作する際に、ストッパ突起３３ａの移動量よりも接点基台３４の移動量のほうが大きくなる。つまり、接点基台３４の先端面に固着される可動接点３９が固定接点１４に接触した後にストッパ突起３３ａによりアマチュア３０の移動が規制されるのである。

上述の説明から明らかなように、アマチュアブロック３を構成する要素のうち、フレーム３１、アマチュア３０、支持ばね３２、接点基台３４、接圧ばね３５は、半導体基板から半導体微細加工技術によって形成される。半導体基板としては、厚み寸法が５０μｍ〜３００μｍ程度の厚み寸法、望ましくは２００μｍ程度の厚み寸法のシリコン基板を用いる。アマチュアブロック３に設けたストッパ突起３３ａ、支点突起３６ｂ、接点基台３４は、半導体基板にエッチングなどの半導体微細加工技術を適用することによってアマチュア３０と連続一体に形成される。

アマチュアブロック３のフレーム３１は、ボディ１およびカバー４と接続する必要があるから、アマチュアブロック３のフレーム３１において、ボディ１との対向面の周部には全周に亘って接合用金属薄膜３８ｂが形成され、カバー４との対向面の周部には全周に亘って接合用金属薄膜３８ａが形成される。また、ボディ１におけるアマチュアブロック３との対向面の周部には接合用金属薄膜３８ｂに接合される接合用金属薄膜１５が全周に亘って形成され、カバー４におけるアマチュアブロック３との対向面の周部には接合用金属薄膜３８ａに接合される接合用金属薄膜４２（図８参照）が全周に亘って形成される。したがって、接合用金属薄膜３８ｂと接合用金属薄膜１５とを接合するとともに、接合用金属薄膜３８ａと接合用金属薄膜４２とを接合することによって、ボディ１とアマチュアブロック３とカバー４とを圧接または陽極接合により気密的に接合することができ、しかも収納孔１６およびスルーホール１０を蓋板１７，１９で閉塞しているから、ボディ１とカバー４とフレーム３１とにより囲まれアマチュア３０および接点装置（固定接点１４と可動接点３９）が収納される空間を気密的に封止することができる。なお、接合用金属薄膜１５，３８ａ，３８ｂ，４２の材料は、Ａｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕから選択される。

次に、上述したマイクロリレーの動作を説明する。本構成例のマイクロリレーは、２個のコイル２２を備えているが、両コイル２２は直列または並列に接続されているから１個のコイルを設けている場合と等価である。図１に示すように、アマチュア３０に設けた接極子板３０ｂは、長手方向の中央部において永久磁石２１の一方の磁極に蓋板１７を介して対向し、長手方向の両端部においてヨーク２０の各脚片２０ｂの先端面に蓋板１７を介して対向している。コイル２２に通電すると、コイル２２により生じた磁束は、ヨーク２０の一方の脚片２０ｂでは永久磁石２１により生じている磁束と同じ向きになり、他方の脚片２０ｂでは永久磁石２１により生じている磁束と逆向きになるから、前記一方の脚片２０ｂの先端面と接極子板３０ｂとの間に吸引力が作用し、接極子板３０ｂの長手方向の端部が前記一方の脚片２０ｂの先端面に吸引される。つまり、両支点突起３６ｂの先端間を結ぶ直線付近を支点としてアマチュア３０が平衡位置から傾く。このとき、アマチュア３０の長手方向の各端部に対応する部位に設けた接点基台３４のうちヨーク２０の脚片２０ｂからの吸引力を受けた一端部側の接点基台３４がボディ１に近づくから、この接点基台３４に設けた可動接点３９が対向する一対の固定接点１４に接触し、両固定接点１４間を可動接点３９で短絡する。

可動接点３９が固定接点１４に接触した時点ではストッパ突起３３ａの先端はボディ１には当接せず、アマチュア３０がさらに傾くことによって接圧ばね３５が撓み、可動接点３９と固定接点１４との間にオーバトラベル量（可動接点３９が固定接点１４に接触した後のアマチュア３０の移動量）に応じた接点圧が生じる。その後、ストッパ突起３３ａの先端がボディ１（蓋板１９）に当接してアマチュア３０の移動が規制される。この状態でコイル２２への通電を停止しても、永久磁石２１によって接極子板３０ｂは脚片２０ｂに吸引された状態に保たれ、可動接点３９が固定接点１４に接触した状態が維持される。

アマチュア３０の長手方向の一方の可動接点３９を対応する固定接点１４から開極させるには、コイル２２に対して上述した向きとは逆向きの電流を通電する。コイル２２に通電する電流の向きが逆になれば、コイル２２により生じた磁束は、ヨーク２０の他方の脚片２０ｂで永久磁石２１により生じている磁束と同じ向きになるから、他方の脚片２０ｂに接極子板３０ｂが吸引され、アマチュア３０の長手方向の他端部に対応する接点基台３４に設けた可動接点３９が対向する一対の固定接点１４に接触する。この場合も、接圧ばね３５により接点圧が生じ、ストッパ突起３３ａによりアマチュア３０の移動が規制される。また、本構成例は双安定に動作するものであって、この位置でも永久磁石２１の磁力により接極子板３０ｂが他方の脚片２０ｂに吸引された状態に保たれ、可動接点３９が固定接点１４に接触した状態が維持される。

上述したマイクロリレーをプリント基板のような実装基板に実装する際には、ケースＡ（ボディ１）の外側面に露出している四隅の４個のバンプ１３と中央部の２個のバンプ２４とをそれぞれ実装基板に形成した導体パターンに接続すればよい。あるいはまた、実装基板にカバー４の先端面を当接された形でケースＡを実装基板に固定し、ケースＡから露出しているバンプ１３，２４を実装基板に対してワイヤボンディングにより接続することも可能である。

なお、本構成例では、ボディ１およびカバー４をそれぞれガラス基板の加工により形成しているが、ボディ１とカバー４との一方あるいは両方をシリコン基板の加工により形成してもよい。ただし、ボディ１およびカバー４をそれぞれガラス基板で形成し、アマチュアブロック３に用いる半導体基板をシリコン基板とする場合には、アマチュアブロック３とボディ１およびカバー４とを陽極接合によって気密的に結合することが可能である。上述したマイクロリレーは、アマチュアブロック３を多数形成したウエハと、カバー４を多数形成したウエハとの接合後に、ダイシング工程などによって個々のマイクロリレーに分割して製造することが可能である。

（実施形態）
本実施形態のマイクロリレーは、基本構成において説明したマイクロリレーとは、支持ばね３２の構成と、アマチュア３０の長手方向の中間部においてアマチュア３０の厚み方向へのアマチュア３０の移動を規制する移動規制片４１（図８参照）を設けた点とが相違する。基本構成と同様の構成については同じ符号を用いて説明を省略する。

まず、本実施形態で用いる支持ばね３２’の構成について、基本構成において説明した支持ばね３２を示す図７と、本実施形態の支持ばね３２’を示す図１（ｂ）とを参照して説明する。本実施形態は、各支持ばね３２’をアマチュア３０と略同面内でアマチュア３０の幅方向に往復する蛇行状に形成している点では、基本構成において説明したマイクロリレーと共通する。ただし、基本構成においては、支持ばね３２はアマチュア３０の厚み方向に沿う寸法（図７に「ｄ」で示す）がアマチュア３０の板面に沿う幅寸法（図７に「ｃ」で示す）よりも大きく設定されていたのに対して、本実施形態の支持ばね３２’は、アマチュア３０の厚み方向における寸法（図１（ｂ）に「ｂ」で示す）がアマチュア３０の板面に沿う幅寸法（図１（ｂ）に「ａ」で示す）よりも小さく設定されている。

要するに、図７および図１（ｂ）のように支持ばねの断面は矩形状であって、基本構成に用いる支持ばね３２の断面が縦長の矩形状であるのに対して、本実施形態に用いる支持ばね３２’の断面は横長の矩形状になる。さらに、基本構成においては、アマチュア３０の厚み方向における支持ばね３２の寸法がアマチュア３０の厚み寸法と同じ大きさに設定されていたが、本実施形態では、アマチュア３０の厚み方向における支持ばね３２’の寸法はアマチュア３０の厚み寸法以下の範囲で適宜設定されるものであって、ここではアマチュア３０の厚み寸法よりも小さく設定されている。

この構成によれば、本実施形態の支持ばね３２’は、アマチュア３０のシーソ動作時にねじれ変形することにより基本構成の支持ばね３２と同等のばね力を生じながらも、アマチュア３０の厚み方向への移動を伴うアマチュア３０のシーソ動作を妨げることはない。しかも、アマチュア３０の板面に沿う支持ばね３２’の幅寸法がアマチュア３０の厚み方向における支持ばね３２’の寸法よりも大きいから、たとえば外部からの衝撃などが加わった場合にアマチュア３０が板面に沿う面内で移動したとしても、アマチュア３０の移動による支持ばね３２’の破損を防止できるという利点もある。また、アマチュア３０の板面に沿う支持ばね３２’の剛性を高めることによって、アマチュア３０の板面に沿う面内でのアマチュア３０の移動を低減してもよい。

次に、移動規制片４１について説明する。移動規制片４１は、図８に示すように、カバー４における動作用凹所４０の底面の中央部から突出する。カバー４がアマチュアブロック３に固着された状態では、移動規制片４１の先端面はアマチュア３０における長手方向の中間部に対向する。すなわち、アマチュア３０の長手方向の中間部においてアマチュア３０の長手方向に直交する面内に、一対の支点突起３６ｂと移動規制片４１とが位置することになる。ただし、移動規制片４１の突出寸法は動作用凹所４０の深さ寸法より小さく設定されており、移動規制片４１とアマチュア３０との間にはアマチュア３０のシーソ動作が可能となる程度のギャップを有する。ここにおいて、アマチュア３０は、上述したように突片３６に突設された支点突起３６ｂの先端を支点としてシーソ動作するので、支点突起３６ｂに対応する位置に設けられた移動規制片４１がアマチュア３０のシーソ動作を妨げることはない。

移動規制片４１は、外部からの衝撃などによりアマチュア３０が厚み方向においてカバー４側に移動した場合にアマチュア３０に当接し、アマチュア３０の厚み方向へのアマチュア３０の移動を規制する。また、アマチュア３０の厚み方向においてカバー４（移動規制片４１）とは反対側へのアマチュア３０の移動に関しては、上述したように支点突起３６ｂの先端がつねに蓋板１７に当接することにより規制されている。つまり、支点突起３６ｂと移動規制片４１とを設けたことにより、アマチュア３０の長手方向の中間部においてアマチュア３０の厚み方向へのアマチュア３０の移動が規制されることになる。

この構成によれば、アマチュア３０の厚み方向へのアマチュア３０の移動による支持ばね３２’の破損を防止することができる。ここで、支持ばね３２’の破損が防止されていると、支持ばね３２’においてアマチュア３０の厚み方向に生じる応力に対して高い耐久性を要しないので、アマチュア３０の厚み方向における支持ばね３２’の寸法を小さくできるという効果も期待できる。

また、図示しないが、アマチュア３０と接点基台３４とを連結する接圧ばね３５においても、本実施形態の支持ばね３２’と同様に、アマチュア３０の厚み方向における寸法がアマチュア３０の板面に沿う幅方向に比べて小さくなるように寸法を設定してもよい。

なお、本実施形態ではカバー４に移動規制片４１を設けた例を示したが、アマチュア３０におけるカバー４との対向面に移動規制片４１を設けてもよい。さらに、カバー４の動作用凹所４０の底面とアマチュア３０におけるカバー４との対向面との両方に移動規制片４１を突設してもよい。ただし、これらの場合にも移動規制片４１がアマチュア３０のシーソ動作を妨げることがないように、アマチュア３０の長手方向の中間部においてアマチュア３０の長手方向に直交する面内に、一対の支点突起３６ｂと移動規制片４１とが位置するように配置される。また、本実施形態では断面矩形状の支持ばね３２’を示したが、支持ばね３２’の断面は矩形状に限るものではない。

（ａ）はマイクロリレーの基本構成を示す分解斜視図、（ｂ）は本発明の実施形態に用いる支持ばねを示す斜視図である。 マイクロリレーの基本構成を示す断面図である。 同上に用いるボディおよび蓋板を示す分解斜視図である。 同上に用いるヨークと永久磁石と蓋板との関係を示す側面図である。 同上の斜視図である。 同上に用いるアマチュアブロックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。 同上に用いる支持ばねを示す斜視図である。 本発明の実施形態に用いるカバーを示す斜視図である。

符号の説明

２ 電磁石装置
１４ 固定接点
３０ アマチュア
３０ｂ 接極子板
３２’ 支持ばね
３６ｂ 支点突起
３９ 可動接点
４１ 移動規制片
Ａ ケース

Claims (2)

1. 板状のアマチュアと、アマチュアを規定の支点の回りでアマチュアの厚み方向にシーソ動作可能に収納したケースと、アマチュアにおける長手方向の中間部からアマチュアの厚み方向の一面側に突出するとともに先端がケースの内周面に当接することによりアマチュアのシーソ動作の支点となる支点突起と、アマチュアをシーソ動作により移動可能な範囲の中間位置である平衡位置から傾けることによってアマチュアをシーソ動作させる駆動装置と、アマチュアのシーソ動作に従って開閉する接点装置と、アマチュアのシーソ動作時にねじれ変形することにより平衡位置に復帰する復帰力をアマチュアに作用させるようにケースとアマチュアとを連結する支持ばねとを備え、支持ばねは、アマチュアの板面に沿う幅寸法よりもアマチュアの厚み方向における寸法が小さく設定されていることを特徴とするマイクロリレー。
2. 前記アマチュアの厚み方向において前記支点突起が設けられた一面とは反対側の他面と、前記ケースの内周面のうち当該他面に対向する一面との少なくとも一方には、他方に向かって移動規制片が突設され、移動規制片は、前記支点突起とともにアマチュアの厚み方向へのアマチュアの移動を規制するようにアマチュアの長手方向における中間部に位置することを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。

Images