JP2006310171A - Microrelay - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロリレーに関するものである。 The present invention relates to a micro relay.
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)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a microrelay that can increase the driving force compared to an electrostatically driven microrelay, a microrelay that uses an electromagnetic force of an electromagnet device to drive an armature to open and close a contact is known ( For example, see Patent Document 1).
ここにおいて、上記特許文献1に開示されたマイクロリレーは、厚み方向の一表面側において長手方向の両端部に各一対の固定接点が設けられ且つ2つの電磁石装置が挿入される2つの挿入孔が長手方向に離間して形成された矩形板状のセラミック基板からなるボディと、矩形枠状のフレーム部およびフレーム部の内側に配置されて一対の枢支部を介してフレーム部に揺動自在に支持され各電磁石装置に対向する部位それぞれに永久磁石が設けられたアーマチュアおよびアーマチュアの両端部に固着された可動接点を有するアーマチュアブロックと、ボディの周部とアーマチュアブロックのフレーム部との間に介在する矩形枠状のスペーサとを備えている。なお、上記特許文献1に開示されたマイクロリレーでは、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ので、接点圧を大きくできて耐衝撃性および信頼性を高めることができるという利点や、アーマチュアの駆動ストロークを大きくできて接点開成時の可動接点と固定接点との間の距離を大きくすることができて高周波特性(アイソレーション特性)の向上を図れるという利点や、低電圧駆動が可能となるという利点などがある。
ところでこの種のマイクロリレーにおいては、高周波特性を向上するために固定接点の近傍に接地用導電部(グランドパターン)を形成して特性インピーダンスを安定させる必要がある。しかしながら、ボディの一表面側を導電材料で部分的にめっきすることによって固定接点を形成した場合、固定接点の端縁とグランドパターンの端縁との距離にばらつきが生じやすくなって特性インピーダンスが不安定になるという問題があった。 By the way, in this type of microrelay, in order to improve the high frequency characteristics, it is necessary to stabilize the characteristic impedance by forming a grounding conductive portion (ground pattern) in the vicinity of the fixed contact. However, when a fixed contact is formed by partially plating one surface side of the body with a conductive material, the distance between the edge of the fixed contact and the edge of the ground pattern tends to vary, resulting in poor characteristic impedance. There was a problem of becoming stable.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定接点の特性インピーダンスが安定するマイクロリレーを提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the micro relay with which the characteristic impedance of a stationary contact is stabilized.
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、ボディの前記一表面側において固定接点の近傍に設けられる接地用導電部とを備え、固定接点は、導電材料をスパッタしてなるスパッタ層と、スパッタ層の上に導電材料をめっきしてなり且つ外周縁がスパッタ層の外周縁よりも外側に位置しないめっき層とからなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2の発明は、請求項1の発明において、ボディ1の一表面に平行な面におけるめっき層の外周縁とスパッタ層の外周縁との距離を2マイクロメートル乃至50マイクロメートルの範囲としたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the distance between the outer peripheral edge of the plating layer and the outer peripheral edge of the sputtered layer in a plane parallel to one surface of the
請求項1の発明によれば、めっき層に比べてスパッタ層の方が高い寸法精度で形成可能であるので、固定接点の端縁(スパッタ層の端縁)と接地用導電部の端縁との距離にばらつきが生じ難くなって固定接点の特性インピーダンスが安定するという効果がある。また、めっき層の外周縁をスパッタ層の外周縁よりも外側に位置しないようにすることでめっき層のはがれが防止できるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since the sputtered layer can be formed with higher dimensional accuracy than the plated layer, the edge of the fixed contact (the edge of the sputtered layer) and the edge of the conductive portion for grounding There is an effect that the characteristic impedance of the fixed contact is stabilized because it is difficult for the distance to vary. Moreover, there is an effect that peeling of the plating layer can be prevented by preventing the outer peripheral edge of the plating layer from being positioned outside the outer peripheral edge of the sputter layer.
請求項2の発明によれば、スパッタ層を形成する際にスパッタのパターニングのためのマスクアライメントが容易になるとともに固定接点の電気抵抗が相対的に小さくなるという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, when forming the sputter layer, mask alignment for sputtering patterning is facilitated and the electric resistance of the fixed contact is relatively reduced.
以下、図1〜図6を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
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。
The microrelay of this embodiment includes an
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。
The
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。
The
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。
Further, the movement of the
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(貫通孔)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部(導電パターン)18が設けられている。
The
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部(グランドパターン)18’が設けられており、中央のスルーホール10もグランドパターン18’によって閉塞されている。ここで、本実施形態においては、後述するように導電材料をスパッタしてなるスパッタ層50と、スパッタ層50の上に導電材料をめっきしためっき層51とで固定接点14及び導電パターン18が一体に形成されている。
Further, each of the pair of
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。
The opening surface of the
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。
The
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。
The above-described
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。
In addition, the
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にと右折する支点突起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。
Further,
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。
The
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。
The cover 4 is made of heat-resistant glass, and a recess (not shown) that secures a swinging space for the
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。 Next, a method for manufacturing the micro relay of this embodiment will be briefly described.
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。
In manufacturing the microrelay of this embodiment, a silicon substrate as a semiconductor substrate is processed by a semiconductor micromachining process (micromachining technology) such as a lithography technique and an etching technique to form a
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。
Here, in forming the
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。
In forming the cover 4, a recess may be formed in the glass substrate to be the cover 4 by an etching method or a sand blast method. And if the space comprised by the
ここで、図6を参照して固定接点14並びに導電パターン18の製造プロセスを簡単に説明する。まず、ボディ1の一表面側に導電材料をスパッタして薄膜(スパッタ膜)100を形成し(図6(a)参照)、このスパッタ膜100上にレジスト材料を塗布してレジスト膜101を形成する(図6(b)参照)。このレジスト膜101にリソグラフィ法によってめっき層51のパターンを形成し(図6(c)参照)、レジスト膜101がエッチングされたパターン部分に導電材料をめっきした後にレジスト膜101を除去することでめっき層51を形成する(図6(d)及び(e)参照)。さらに、めっき層51の上からレジスト材料を塗布してレジスト膜102を形成し(図6(f)参照)、このレジスト膜102にリソグラフィ法によってスパッタ層50のパターンを形成する(図6(g)参照)。そして、ウェットエッチングによってパターン外のレジスト膜102をエッチングし(図6(h)参照)、最後にレジスト膜102を除去することによってスパッタ層50を形成する(図6(i)参照)。
Here, the manufacturing process of the fixed
而して、めっき層51に比べてスパッタ層50の方が高い寸法精度でパターニングが可能であるので、図7に示すように固定接点14及び導電パターン18の端縁(スパッタ層50の端縁)とグランドパターン18’の端縁との距離Dにばらつきが生じ難くなって固定接点14の特性インピーダンスが安定するという利点がある。また、めっき層51の外周縁をスパッタ層50の外周縁よりも外側に位置しないようにすることでスパッタ膜50を形成する際のウェットエッチングによってめっき層51がはがれてしまうことを防止できる。
Thus, since the sputtered
ここで、めっき層51並びにスパッタ層50の縦横の幅寸法を、図7における上下左右を基準として左右の幅が最も狭い部分の寸法(最小横幅寸法)をX1a,X1b、左右の幅が最も広い部分の寸法(最大横幅寸法)をX2a,X2b、上下の幅が最も狭い部分の寸法(最小縦幅寸法)をY1a,Y1b、上下の幅が最も広い部分の寸法(最大縦幅寸法)をY2a,Y2bと定義したとき、X1a<X1b,X2a<X2b,Y1a<Y1b,Y2a<Y2bの関係を容易に成立させることができる。さらに、固定接点14の幅寸法、すなわち、スパッタ層50の最大縦幅寸法Y1bが100μm〜300μmであるときに、ボディ1の一表面に平行な面におけるめっき層51の外周縁とスパッタ層50の外周縁との距離、すなわち、めっき層51とスパッタ層50の幅寸法の差(X1b−X1a,X2a−X2b,Y1a−Y1b,Y2a−Y2b)をそれぞれ2μm〜50μmの範囲とすることが望ましい。つまり、めっき層51とスパッタ層50の幅寸法の差が2μm以上であれば、スパッタ層50のパターニングのためのマスクアライメントが容易になり、めっき層51とスパッタ層50の幅寸法の差が50μm以下であれば、めっき層51の面積を必要十分なだけ確保することができるから固定接点14及び導電パターン18の電気抵抗が相対的に小さくできるという利点がある。
Here, the vertical and horizontal width dimensions of the
最後に本実施形態のマイクロリレーの動作について説明する。 Finally, the operation of the microrelay of this embodiment will be described.
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。
In the micro relay of this embodiment, when the
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。
Further, when the energization direction to the
1 ボディ
2 電磁石装置
3 アーマチュアブロック
4 カバー
14 固定接点
18’グランドパターン(接地用導電部)
50 スパッタ層
51 めっき層
DESCRIPTION OF
50 Sputtered
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A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Effective date: 20090109 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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