JP2008159323A - Contact switching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接点開閉装置に関する。 The present invention relates to a contact switching device.
従来から、圧電素子の駆動によって液体金属を動かすことで接点を開閉する接点開閉装置(液体金属スイッチ)が提供されており、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。この接点開閉装置は、複数のコンタクトを外部に露出した状態で有する圧電基板層と、前記コンタクトと接続される複数の圧電素子及び各圧電素子間を分離する不活性の駆動流体を有する駆動装置流体槽層と、圧電素子によって押圧される薄膜層と、回路基板に接続される複数のスイッチ・コンタクト及び各スイッチ・コンタクト間を接続する液体金属及びスイッチング流体を有する液体金属チャネル層と、スイッチ・コンタクトと接続される回路を有する回路基板層とから成る。該接点開閉装置の動作を以下に説明する。圧電基板層の一対のコンタクト間に電圧を印加すると、該一対のコンタクトに接続された圧電素子が伸長し、該圧電素子の伸長に伴って薄膜層が押圧される。薄膜層が押圧されることによって液体金属チャネル層のスイッチング流体の圧力が上昇し、スイッチング流体の圧力の上昇によって液体金属によるスイッチ・コンタクト間の接続が切断され、而して回路基板層の回路上の接点を開放するようになっている。この接点開閉装置では、接点開閉装置の組立時に駆動流体を注入口から駆動装置流体槽層に注入し、その後注入口を封止することで駆動流体を駆動装置流体槽層に充填している。
ところで、上記のような接点開閉装置の他に、導電性流体が収納されるとともに一対の接点が露設される収納室を有する本体部と、本体部を部分的に変形させることで導電性流体を移動させ、一対の接点間の導通状態を切り換えるアクチュエータとを備えた接点開閉装置が知られている。しかしながら、このような接点開閉装置において、上記従来例の駆動流体の注入と同様に、導電性流体を注入口から収納室に注入した後に注入口を封止すると、注入口の周囲に余分な導電性流体が付着することで注入口の封止が困難になるという問題があった。 By the way, in addition to the contact switching device as described above, a conductive fluid is stored, and a main body having a storage chamber in which a pair of contacts are exposed, and a conductive fluid by partially deforming the main body. There is known a contact opening / closing device provided with an actuator that moves the switch and switches the conduction state between the pair of contacts. However, in such a contact switching device, as in the case of the driving fluid injection in the conventional example, if the injection port is sealed after the conductive fluid is injected from the injection port into the storage chamber, excess conductive material is formed around the injection port. There has been a problem that it becomes difficult to seal the injection port due to adhesion of the ionic fluid.
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、注入口の周囲に余分な導電性流体が付着するのを防ぐことのできる接点開閉装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a contact switching device that can prevent an excessive conductive fluid from adhering around the inlet.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、導電性流体が収納される収納室及び一端側で収納室と連結するとともに他端側に導電性流体を収納室内に注入するための注入口が設けられた注入用溝部を有する本体部と、少なくとも一部を収納室内に臨ませた状態で設けられる一乃至複数の接点と、本体部の厚み方向における収納室の壁部を変形させて導電性流体を移動させることによって接点の間を導電性流体を介して導通又は開放させる駆動手段とを備え、導電性流体を注入口から注入した後の余分な導電性流体を本体部外部に流出させるための流出手段を設けたことを特徴とする。
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、流出手段は、本体部外面において注入口周縁に設けられて本体部の厚み方向に窪んだ一乃至複数の窪み部から成ることを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項2の発明において、窪み部は、その底部が本体部の収納室に貫通することを特徴とする。
The invention of
請求項4の発明は、請求項1の発明において、流出手段は、本体部外面において注入口周縁に突設された段部から成ることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the outflow means comprises a stepped portion projecting from the periphery of the inlet on the outer surface of the main body.
請求項5の発明は、請求項1の発明において、流出手段は、注入用溝部内壁の少なくとも一部分に形成された撥水性を有する撥水材料の被膜から成ることを特徴とする。
The invention of claim 5 is characterized in that, in the invention of
請求項6の発明は、請求項1の発明において、流出手段は、注入用溝部内壁の少なくとも一部分に設けられた微細な凹凸を有した粗面から成ることを特徴とする。
The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of
請求項7の発明は、請求項5又は6の発明において、注入用溝部は、注入口に連通し且つその開口面積が収納室に向かうにつれて小さくなる第一の傾斜部と、第一の傾斜部の収納室側の開口部と連通し且つその開口面積が収納室に向かうにつれて大きくなる第二の傾斜部とから成ることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth or sixth aspect of the present invention, the injecting groove portion communicates with the injecting port, and the first inclined portion becomes smaller as the opening area thereof goes toward the storage chamber. It is characterized by comprising a second inclined portion which communicates with the opening on the storage chamber side and whose opening area increases toward the storage chamber.
請求項1の発明によれば、導電性流体を注入口から注入した後の余分な導電性流体を本体部外部に流出させることができ、したがって余分な導電性流体を容易に除去することができ、注入口を閉塞する作業を容易に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, excess conductive fluid after injecting the conductive fluid from the inlet can be discharged to the outside of the main body, so that the excess conductive fluid can be easily removed. The operation of closing the inlet can be easily performed.
請求項2の発明によれば、本体部外面において本体部の厚み方向に窪んだ窪み部を注入口周縁に設けたので、余分な導電性流体を窪み部に溜めることで注入口の周囲に付着するのを防ぐことができ、したがって余分な導電性流体を容易に除去することができ、注入口を閉塞する作業を容易に行うことができる。 According to the second aspect of the present invention, since the recess portion that is recessed in the thickness direction of the main body portion is provided on the outer peripheral surface of the main body portion, the excess conductive fluid adheres to the periphery of the injection port by accumulating in the recess portion. Therefore, excess conductive fluid can be easily removed, and the operation of closing the inlet can be easily performed.
請求項3の発明によれば、窪み部の底部が本体部の収納室に貫通するので、窪み部からも導電性流体を収納室に注入することができ、したがって余分な導電性流体が注入口の周囲に付着するのを防ぐとともに導電性流体を収納室に容易に注入することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、本体部外面において注入口周縁に段部を突設したので、注入口周縁と段部とが成す角の部位に導電性流体が付着し難くなり、したがって余分な導電性流体を容易に除去することができ、注入口を閉塞する作業を容易に行うことができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、注入用溝部内壁に撥水性を有する撥水材料の被膜を形成したので、導電性流体が注入用溝部内壁に付着し難くなり、したがって余分な導電性流体を容易に除去することができ、注入口を閉塞する作業を容易に行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the coating of the water repellent material having water repellency is formed on the inner wall of the injecting groove, it becomes difficult for the conductive fluid to adhere to the inner wall of the injecting groove, so that the excess conductive fluid is easily removed. Therefore, the work of closing the inlet can be easily performed.
請求項6の発明によれば、注入用溝部内壁に微細な凹凸を有した粗面を設けたので、導電性流体が注入用溝部内壁に付着し難くなり、したがって余分な導電性流体を容易に除去することができ、注入口を閉塞する作業を容易に行うことができる。 According to the invention of claim 6, since the rough surface having fine irregularities is provided on the inner wall of the injecting groove, it becomes difficult for the conductive fluid to adhere to the inner wall of the injecting groove, so that the excess conductive fluid can be easily removed. It can be removed, and the work of closing the inlet can be easily performed.
請求項7の発明によれば、注入用溝部を注入口に連通し且つその開口面積が収納室に向かうにつれて小さくなる第一の傾斜部と、第一の傾斜部の収納室側の開口部と連通し且つその開口面積が収納室に向かうにつれて大きくなる第二の傾斜部とから構成したので、第一の傾斜部に上記流出防止手段を適用して余分な導電性流体が注入口の周囲に付着するのを防ぐとともに、収納室から注入口に向かうにつれて開口面積が小さくなる第二の傾斜部によって導電性流体が収納室から注入口を通って外部に流出するのを防ぐことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the first inclined portion that communicates the injecting groove with the inlet and whose opening area decreases toward the storage chamber, and the opening on the storage chamber side of the first inclined portion, Since the second inclined portion that communicates and the opening area becomes larger toward the storage chamber, the outflow prevention means is applied to the first inclined portion so that excess conductive fluid is placed around the inlet. In addition to preventing adhesion, it is possible to prevent the conductive fluid from flowing out from the storage chamber through the injection port to the outside by the second inclined portion whose opening area becomes smaller from the storage chamber toward the injection port.
以下、本発明の接点開閉装置の各実施形態について図面を用いて説明する。但し、以下の説明では図1(c)における上下を上下方向と定める。 Hereinafter, each embodiment of the contact switching apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. However, in the following description, the vertical direction in FIG.
(実施形態1)
本実施形態は、図1(a),(b)に示すように、導電性流体Lが収納されるとともに一対の接点5a,6aが露設される収納室1d及び一端側で収納室1dと連結するとともに他端側に導電性流体Lを収納室1d内に注入するための注入口2fが設けられた注入用溝部20を有する本体部1と、注入口2fを閉塞する閉塞板4と、収納室1d内に収納された導電性流体Lを移動させ、一対の接点5a,6a間の導通状態を切り換える駆動手段であるアクチュエータ7とを備える。尚、本実施形態では、導電性流体Lとして常温常圧(25℃、1気圧)で液体の金属(例えば、水銀)を用いている。
(Embodiment 1)
In this embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a
本体部1は、図1(c)〜(e)に示すように、基板2と絶縁基板3とを用いて構成される。基板2は、例えば単結晶のシリコン基板から成り、図1(c)に示すように、その前面には略矩形状の凹部2aが設けられている。この基板2の後面において凹部2aに対応する部位には、導電性流体Lを収納する空洞部1a用の凹所2bが設けられており、図1(b)に示すように、この凹所2bは略菱形に形成されている。また、基板2において凹部2aの底壁部は薄膜状のダイアフラム部2cとなっており、該ダイアフラム部2cの略中央部には、前方へ突出する角錘台形の突部2dが一体に突設されている(図1(c)参照)。
As shown in FIGS. 1C to 1E, the
基板2の後面において凹所2bの一端側(図1(b)における右端側)には、空洞部1a内に導電性流体Lを注入するための通路となる第1チャンネル1b用の第1溝部2eが形成されている。第1溝部2eは、略矩形状に形成されるとともに、基板2の厚み方向に貫設される略角錐台形状の注入用溝部20の下端部と連通している。また、注入用溝部20の上端部は、基板2前面の略正方形状の注入口2fと連通している(図1(c)参照)。注入口2fは、注入用溝部20を介して第1チャンネル1b内に導電性流体Lを注入するために設けられており、導電性流体Lを注入した後に略矩形状のガラス板から成る閉塞板4によって閉塞される(図1(a)参照)。また、基板2の前面には、図1(c)に示すように、基板2の厚み方向に窪んだ窪み部9が注入口2fの周囲を囲むように形成されており、注入口2fと窪み部9との間には所定の間隔が空けられている。
On the rear surface of the
一方、基板2の後面において凹所2bの他端側(図1(b)における左端側)には、導電性流体Lが移動する流路となる第2チャンネル1c用の略コ字状の第2溝部2gが形成されている。
On the other hand, on the other end side of the
尚、上記の凹部2a、凹所2b、突部2d、各溝部2e,2g、注入用溝部20及び窪み部9は、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング等の半導体製造プロセスを利用して基板2に形成してあるが、上記のような半導体製造プロセスは周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、基板2の代わりに、基板2と同様の形状に形成された絶縁性を有する樹脂基板等を用いるようにしても構わない。
The
絶縁基板3は、例えば基板2と略同一の外形寸法を有する透明なガラス基板から成り、基板2の後面に陽極接合等によって接合される。尚、絶縁基板3として、ガラス基板のほかに絶縁性を有する樹脂基板を用いるようにしても構わない。
The insulating
このように絶縁基板3を基板2の後面に接合することにより、凹所2b及び第1溝部2e並びに第2溝部2gの後面開口がそれぞれ閉塞される。そして、絶縁基板3により後面開口が閉塞された凹所2bが、導電性流体Lを収納する空洞部1aとして、絶縁基板3により後面開口が閉塞された第1溝部2eが、導電性流体Lを空洞部1aに注入するための第1チャンネル1bとして、絶縁基板3により後面開口が閉塞された第2溝部2gが、導電性流体Lの流路となる第2チャンネル1cとしてそれぞれ用いられ、これら空洞部1aと第1チャンネル1b及び第2チャンネル1cとによって導電性流体Lが移動自在に収納される収納室1dが構成される。
By thus bonding the insulating
一方、絶縁基板3において、基板2の第2溝部2gに対向する部位、即ち、第2チャンネル1cの底面部となる部位には、貫設孔(スルーホール)3aが4つ貫設されている(図1(b),(d)参照)。これら4つの貫設孔3aのそれぞれの内周面及び前面開口には、ともに導電性金属材料を用いためっき層から成る接点5a,6aが交互に形成されており、これにより絶縁基板3を基板2に接合した際には、各一対の接点5a,6aが第2チャンネル1c内に露設されることになる。尚、各接点5a,6a用の導電性金属材料としては、導電性流体Lに対する濡れ性が良いもの(例えば、半田)を用いることが好ましい。
On the other hand, in the insulating
また、絶縁基板3の後面には、銅等の導電性金属材料を用いた一対の電極パッド5b,6bがそれぞれ形成されており、電極パッド5bは配線パターン5cによって一対の接点5aに、電極パッド6bは配線パターン6cによって一対の接点6aにそれぞれ接続されている。
A pair of
ところで、接点5aは上述したように2つ設けられているが、導電性流体Lが収納室1dに注入された後には、何れか1つのみが残されて他方の接点5aが電極パッド5bから電気的に切断される。この点は接点6aにおいても同様であり、これにより導電性流体Lの注入量のばらつきに対応できるようにしている。例えば、導電性流体Lの注入量が少なく導電性流体Lが何れの接点5a,6aとも接触していない場合と、導電性流体Lの注入量が多く導電性流体Lが接点5aとのみ接触している場合とでは、接点開閉の動作が異なってしまうため、前者の場合には、第2チャンネル1cの奥側となる他端側(図1(b)における右側)の接点5a,6aがそれぞれ電極パッド5b,6bから切断され、後者の場合には、第2チャンネル1cの手前側となる一端側(図1(b)における左側)の接点5aが電極パッド5bから切断されるとともに、第2チャンネル1cの奥側の接点6aが電極パッド6bから切断される。このようにすることで、導電性流体Lの注入量のばらつきに依らず安定した開閉性能を発揮することができる。
By the way, although the two
アクチュエータ7は、例えば扁平な棒状に形成された圧電振動子から成り、先端部を凹部2aと対向させると同時に突部2dの先端に当接させる形で基板2の前面に接合された片持ち梁構造を有している。而して、アクチュエータ7の厚み方向に電圧を印加すれば、固定されていないアクチュエータ7の先端部がダイアフラム部2cに近づく方向に撓んで突部2dを押圧し、これにより基板2のダイアフラム部2cが凹所2b側へ変形する(撓む)ことになる。そして、電圧の印加を停止すれば、アクチュエータ7が突部2を押圧しなくなり、これによりダイアフラム部2cが元の状態に復帰することになる。
The
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、電圧が印加されていない状態では、アクチュエータ7が動作しないためにダイアフラム部2cが変形していない。この時、収納室1dに収納されている導電性流体Lは何れの接点5a,6aとも接触しておらず、接点5a,6a間は絶縁(開成)されている(オフ状態)。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, in a state where no voltage is applied, the
このオフ状態から電圧を印加してアクチュエータ7を駆動すると、アクチュエータ7の先端部が突部2dを押圧し、これによりダイアフラム部2cが後方に押し下げられる。ダイアフラム部2cが押し下げられると、空洞部1aの容積が減少し、これにより空洞部1a内に収納されている導電性流体Lが第2チャンネル1c側へ移動させられ、一対の接点5a,6aが導電性流体Lによって短絡(閉成)される(オン状態)。
When a voltage is applied from this OFF state to drive the
そして、このオン状態から電圧の印加を停止すれば、アクチュエータ7によって変形させられていたダイアフラム部2cが元の状態に復帰する。これに伴って空洞部1aの容積が元に戻るため、第2チャンネル1c側に移動していた導電性流体Lが空洞部1a側に戻り、一対の接点5a,6aが開成される(オフ状態)。
When the application of voltage is stopped from this on state, the
以下、導電性流体Lを収納室1dに注入する方法について図2を用いて説明する。まず、導電性流体Lが蓄えられた流体槽8aを有する真空チャンバ8内に本体部1を配置し、真空チャンバ8内を真空ポンプ(図示せず)を用いて真空引きすることで、真空チャンバ8内及び本体部1の収納室1d内を所定の真空度まで減圧する(図2(a)参照)次に、本体部1を流体槽8aに浸し(図2(b)参照)、真空チャンバ8内の圧力を上昇させると、真空チャンバ8内の圧力が収納室1d内の圧力よりも大きくなるために、流体槽8aに蓄えられた導電性流体Lが注入口2fから注入用溝部20を通って収納室1d内に浸入する(図2(c)参照)。そして、収納室1dに所定の導電性流体Lが注入されるまで真空チャンバ8内の圧力を上昇させた後に(図2(d)参照)、本体部1を流体槽8aから取り出し、閉塞板4を基板2の前面に接合して注入口2fを閉塞することで、導電性流体Lの収納室1dへの注入工程が終了する。尚、流体槽8aに本体部1を浸す際に、凹部2aにも導電性流体Lが浸入するが、凹部2aに溜まった導電性流体Lは注入口2fを閉塞板4で閉塞した後に除去するため、ここでは凹部2aに溜まる導電性流体Lの図示を省略している。
Hereinafter, a method of injecting the conductive fluid L into the
ここで、仮に注入口2fの周囲に窪み部9を設けなかったとすると、図3(a)に示すように、注入口2fの周縁を覆うように余分な導電性流体Lが付着してしまい、導電性流体Lが邪魔となって注入口2fを閉塞板4で閉塞する作業が困難となる。これに対して、本実施形態では窪み部9を設けているので、図3(b)に示すように、窪み部9と注入口2fとの間で導電性流体Lが繋がらないために注入口2fの周縁で余分な導電性流体Lが付着するのを防ぐことができる。このため、窪み部9に溜った導電性流体Lを除去するだけで余分な導電性流体Lを容易に除去することができ、したがって注入口2fを閉塞板4で閉塞する作業を容易に行うことができる。
Here, if the
(実施形態2)
以下、本発明の実施形態2について図面を用いて説明する。但し、本実施形態は基本的な構成が実施形態1と共通であるので、共通の部位には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図4に示すように、実施形態1の注入口2fの代わりに基板2の厚み方向に窪んだ複数(図示では9つ)の窪み部9が設けられていることに特徴がある。窪み部9は、注入口2fの開口部よりも小さい略矩形状の開口を有し、各窪み部9の底部は収納室1dに貫通するように形成されている。また、各窪み部9は、互いに所定の間隔を空けて設けられている。
(Embodiment 2)
而して、実施形態1の注入口2fと同様に窪み部9の開口から導電性流体Lを収納室1dへ注入することができる。ここで、各窪み部9の開口面積の総和は実施形態1の注入口2fの開口面積よりも大きいために、実施形態1と比べて導電性流体Lを収納室1d内に容易に注入することができる。また、各窪み部9は所定の間隔を空けて形成されているので、各窪み部9の開口間で導電性流体Lが繋がらないために窪み部9の開口周縁で余分な導電性流体Lを付着するのを防ぐことができ、したがって注入口2fを閉塞板4で閉塞する作業を容易に行うことができる。
Thus, the conductive fluid L can be injected into the
(実施形態3)
以下、本発明の実施形態3について図面を用いて説明する。但し、本実施形態は基本的な構成が実施形態1と共通であるので、共通の部位には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図5(a)に示すように、基板2の前面において上方へと突出する段部10が注入口2fの周縁に一体に形成されていることに特徴がある。段部10は、注入口2fの図5(a)における上側及び左側に形成されており、段部10と基板2の注入口2f周縁との成す角度が略直角となっている(図5(b)参照)。
(Embodiment 3)
Hereinafter,
而して、導電性流体Lを収納室1d内に注入する際に、図5(b)に示すように、基板2の注入口2f周縁と段部10とが成す角の部位に導電性流体Lが付着し難くなる。したがって、余分な導電性流体Lを容易に除去することができ、注入口2fを閉塞板4で閉塞する作業を容易に行うことができる。
Thus, when the conductive fluid L is injected into the
(実施形態4)
以下、本発明の実施形態4について図面を用いて説明する。但し、本実施形態は基本的な構成が実施形態1と共通であるので、共通の部位には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、注入用溝部20に特徴があり、図6に示すように、注入口2fに連通し且つその開口面積が収納室1dに向かうにつれて小さくなる第一の傾斜部20aと、第一の傾斜部20aの収納室1d側の開口部と連通し且つその開口面積が収納室1dに向かうにつれて大きくなる第二の傾斜部20bとから成る。第一の傾斜部20aの表面は、例えばフッ素樹脂等の撥水性を有する材料から成る被膜が形成されており、該表面に導電性流体Lが付着するのを防いでいる。
(Embodiment 4)
而して、導電性流体Lを収納室1d内に注入する際に、注入用溝部20の第一の傾斜部20aに導電性流体Lが付着するのを防ぐことで、余分な導電性流体Lを容易に除去することができ、したがって注入口2fを閉塞板4で閉塞する作業を容易に行うことができる。また、第二の傾斜部20bが収納室1dから注入口2fに向かうにつれてその開口面積が狭くなるように形成されているので、導電性流体Lが収納室1dから注入口2fを通って本体部1の外部に逆流するのを防ぐことができる。
Thus, when the conductive fluid L is injected into the
尚、第一の傾斜部20aは、導電性流体Lが付着するのを防ぐことのできる構成であればよく、上記のように撥水性を有する材料で被膜を形成する代わりに、例えばサンドブラスト処理によって微細な凹凸を形成することで第一の傾斜部20aの表面を粗面化してもよい。
In addition, the
1 本体部
1d 収納室
2c ダイアフラム部(壁部)
2f 注入口
20 注入用溝部
5a,6a 接点
7 アクチュエータ(駆動手段)
9 窪み部(流出防止手段)
L 導電性流体
DESCRIPTION OF
9 hollow (outflow prevention means)
L Conductive fluid
Claims (7)
The injecting groove communicates with the inlet and decreases in opening area toward the storage chamber, and communicates with the opening on the storage chamber side of the first inclined portion and has an opening area. 7. The contact switching device according to claim 5, further comprising a second inclined portion that becomes larger toward the storage chamber.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100302 |