JP2008159325A - 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、導電性流体を注入してから注入口を封止するまでの間は注入口が開放されているので、収納室内の導電性流体が逆流して注入口から流出してしまう虞があった。 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 injecting the driving fluid in the conventional example, when the conductive fluid is injected from the inlet into the storage chamber and the inlet is sealed, the conductive fluid is injected. Since the injection port is open until the injection port is sealed, there is a possibility that the conductive fluid in the storage chamber flows backward and flows out of the injection port.
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、注入口から導電性流体が流出するのを防止することが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 apparatus capable of preventing a conductive fluid from flowing out from an 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導電性流体を収納室内に注入するための注入口を有する本体部と、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、前記収納室は、他の部分よりも容積の大きい空洞部と、一端側が空洞部と連結し他端側が注入口と連結する導電性流体の流路とを有し、前記注入口は、空洞部から遠い側に設けられた第一の注入口と、空洞部から近い側に設けられて第一の注入口よりも開口面積の大きい第二の注入口とから成り、前記流路において第二の注入口を覆う蓋部を第一の注入口と第二の注入口との間に移動自在に設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a main body having a storage chamber for storing a conductive fluid and an inlet for injecting the conductive fluid into the storage chamber, and at least a part of the storage chamber. One or a plurality of contacts provided in a state of being exposed to each other, and the conductive fluid is moved by deforming the wall portion of the storage chamber in the thickness direction of the main body portion to move between the contacts through the conductive fluid. The storage chamber includes a hollow portion having a larger volume than the other portion, and a conductive fluid flow path having one end connected to the hollow portion and the other end connected to the injection port. The inlet comprises a first inlet provided on the side far from the cavity, and a second inlet provided on the side closer to the cavity and having a larger opening area than the first inlet. , A lid covering the second inlet in the flow path is a first note. It characterized by providing movably between the mouth and the second inlet.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、流路において蓋部の導電性流体の移動方向における移動を規制する規制部を第二の注入口よりも空洞部に近い側に設け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 restricting portion for restricting the movement of the lid portion in the moving direction of the cover in the flow path is provided closer to the cavity than the second inlet. It is characterized by.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、蓋部は、第二の注入口に嵌合する嵌合突起が一体に形成されたことを特徴とする。
The invention of
請求項1の発明によれば、注入口を空洞部から遠い側に設けられた第一の注入口と、空洞部から近い側に設けられて第一の注入口よりも開口面積の大きい第二の注入口とから構成し、流路において第二の注入口を覆う蓋部を第一の注入口と第二の注入口との間に移動自在に設けたので、略真空状態に保たれた真空チャンバ内に設けられて導電性流体が溜められた流体槽に本体部を浸し、真空チャンバの圧力を上昇させることで導電性流体を収納室内に注入する工程において、第二の注入口よりも開口面積の小さい第一の注入口から導電性流体が注入されることで蓋部を押圧し、該蓋部が第二の注入口を覆うことで導電性流体を本体部の収納室に注入してから注入口を閉塞するまでの間に導電性流体が逆流して注入口から流出するのを防ぐことができる。 According to the first aspect of the present invention, the first inlet provided on the side farther from the cavity and the second inlet having a larger opening area than the first inlet provided on the side closer to the cavity. Since the lid portion that covers the second inlet in the flow path is provided between the first inlet and the second inlet so as to be movable, it was kept in a substantially vacuum state. In the step of injecting the conductive fluid into the storage chamber by immersing the main body in a fluid tank provided in the vacuum chamber and storing the conductive fluid, and increasing the pressure of the vacuum chamber, than in the second inlet The conductive fluid is injected from the first inlet with a small opening area to press the lid, and the lid covers the second inlet to inject the conductive fluid into the storage chamber of the main body. Prevent the conductive fluid from flowing back and flowing out from the inlet until the inlet is closed It can be.
請求項2の発明によれば、規制部を第二の注入口よりも空洞部に近い側に設けたので、蓋部の第二の注入口よりも空洞部側への移動を規制することができ、したがって蓋部を第二の注入口を閉塞する位置に位置決めすることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、蓋部に第二の注入口に嵌合する嵌合突起を一体に形成したので、蓋部が導電性流体に押圧されて第二の注入口の位置に来た際に、嵌合突起が第二の注入口に嵌合することで第二の注入口を確実に閉塞することができる。
According to the invention of
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及び該収納室1dに導電性流体Lを注入するための注入口20を有する本体部1と、注入口20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 the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
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を注入するための流路となる第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、注入口20によって基板2の前面側と連通している(図1(c)参照)。注入口20は、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、空洞部1aから遠い側(図1(c)における右側)に設けられた略正方形状の第一の注入口20aと、空洞部1aから近い側に設けられた略正方形状の第二の注入口20bとから成る。第二の注入口20bは、その開口が第一の注入口の開口よりも大きくなるように形成され、これらの注入口20a,20bは、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)。
On the rear surface of the
第1チャンネル1bには、図1(c)に示すように、第一の注入口20aと第二の注入口20bとの間に略直方体状の蓋部9が設けられている。蓋部9は、導電性流体Lの移動方向における断面の大きさが第二の注入口20bの開口よりも大きくなるように形成されている。而して、蓋部9の上面が第二の注入口20bの周縁に当接することで第二の注入口20bを塞ぐようになっている。また、第二の注入口20bの図1(c)における左側には、略矩形状の一対(図示では1つ)の規制部10が第1溝部2eの幅方向(図1(b)における上下方向)において対向する両壁から各々互いに向き合うように突設されている。
As shown in FIG. 1C, the
規制部10は、図1(c)に示すように、その上端部が第1溝部2eの上壁とも一体に形成されており、下端部と第1溝部2eの底壁との間には導電性流体Lを通過させるための隙間が設けられている。また、規制部10の前記幅方向において互いに対向する部位にも導電性流体Lを通過させるための隙間が設けられており、これらの隙間は蓋部9が通過できない程度の大きさに形成されている。而して、蓋部9は規制部10によって第二の注入口20bよりも空洞部1a側への移動が規制されるので、規制部10よりも前記右側において第一の注入口20aと第二の注入口20bとの間で移動自在となっている。
As shown in FIG. 1 (c), the upper end portion of the restricting
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、注入口20a,20b及び規制部10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説明する。まず、図2(a)に示すように、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。次に、本体部1を流体槽8aに浸し、真空チャンバ8内の圧力を上昇させると、流体槽8aに蓄えられた導電性流体Lが第二の注入口20bから収納室1d内に浸入する。この時点では、第一の注入口20aからは導電性流体Lが収納室1d内に浸入しない。更に真空チャンバ8内の圧力を上昇させると、第一の注入口20aからも導電性流体Lが収納室1d内に浸入し始める。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、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20a,20b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。
Hereinafter, a method for injecting the conductive fluid L into the
ここで、上記の導電性流体Lの注入時における蓋部9の挙動を説明する。まず、本体部1を流体槽8aに浸してから第一の注入口20aから導電性流体Lが注入されるまでの間では、図2(b)に示すように、蓋部9は第1チャンネル1bにおいて第一の注入口20aと第二の注入口20bとの間に位置し、導電性流体Lは第二の注入口20bから収納室1dに向かって流れる。したがって、蓋部9は導電性流体Lに押圧されることがなく動かない。次に、第一の注入口20aから導電性流体Lが注入されるようになると、蓋部9は導電性流体Lに押圧されて図2(b)における左側に移動する。そして、蓋部9は規制部10によって移動を規制されることでその下面が第二の注入口20bの周縁に当接する。
Here, the behavior of the
而して、導電性流体Lを収納室1dに注入してから注入口20a,20bを閉塞板4で閉塞するまでの間に、蓋部9で第二の注入口20bを閉塞することができるので、導電性流体Lが空洞部1a側から第1チャンネル1bを通って注入口20a,20bに移動するのを抑制し、導電性流体Lが注入口20a,20bから本体部1の外部に流出するのを防ぐことができる。
Thus, 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。本実施形態は蓋部9に特徴があり、図3(a)に示すように、蓋部9の下面から下方に突出する嵌合突起9aを蓋部9と一体に形成している。尚、本実施形態では規制部10は設けられていないが、規制部10を設けても構わない。
(Embodiment 2)
嵌合突起9aは略角錐台形状に形成され、図3(a)に示すように、その下面が第二の注入口20bよりも僅かに小さくなるように形成されている。このように構成することで、実施形態1と同様に導電性流体Lを収納室1dに注入する場合、蓋部9は第一の注入口20aから浸入する導電性流体Lによって押圧されることで図3(a)における左側に移動し、第二の注入口20bの上方まで移動すると導電性流体Lに押圧されて蓋部9の嵌合突起9aが第二の注入口20bに嵌合する。
The
而して、導電性流体Lを注入した後には、図3(b)に示すように、蓋部9の嵌合突起9aが第二の注入口20bに嵌合することで第二の注入口20bを確実に閉塞するので、導電性流体Lが空洞部1a側から第1チャンネル1bを通って注入口20a,20bに移動するのを抑制することができ、したがって導電性流体Lが注入口20a,20bから本体部1の外部に流出するのを防ぐことができる。
Thus, after injecting the conductive fluid L, as shown in FIG. 3B, the
1 本体部
1a 空洞部
1b 第1チャンネル(流路)
1d 収納室
2c ダイアフラム部(壁部)
20 注入口
20a 第一の注入口
20b 第二の注入口
5a,6a 接点
7 アクチュエータ
9 蓋部
L 導電性流体
DESCRIPTION OF
20
Claims (3)
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JP2006344862A JP2008159325A (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Contact switching device |
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JP2006344862A JP2008159325A (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Contact switching device |
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JP2006344862A Withdrawn JP2008159325A (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Contact switching device |
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