JP2010123393A - Micro-relay - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーに関するものである。 The present invention relates to a micro relay manufactured using a semiconductor process.
従来から、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーとして、電磁石装置を備え、磁性材料からなる接極子が取り付けられ可動接点が設けられたアーマチュア部を電磁石装置の磁力によって駆動することにより可動接点を固定接点に接離させる電磁式のマイクロリレーが提供されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a microrelay manufactured using a semiconductor process, an electromagnet device is provided, and an armature part provided with a magnetic material armature and provided with a movable contact is driven by the magnetic force of the electromagnet device. An electromagnetic microrelay that contacts and separates from a fixed contact is provided (for example, Patent Document 1).
この種のマイクロリレーにおいては、アーマチュア部の揺動軸の方向の両端付近に、アーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられ、両側の支点突起の間に接極子が配設されているので、接極子が電磁石装置によって吸引された際には、アーマチュア部の揺動軸方向の中央部が下方へ突出するように変形しやすく、マイクロリレーの動作特性に影響を与える可能性があった。 In this type of micro relay, fulcrum protrusions are provided near both ends in the direction of the swing axis of the armature section, and fulcrum protrusions are provided between the fulcrum protrusions on both sides. Therefore, when the armature is attracted by the electromagnet device, the central part of the armature part in the swing axis direction is likely to be deformed so as to protrude downward, which may affect the operating characteristics of the micro relay. was there.
このため、特許文献1に示すマイクロリレーにおいては、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の略中央部であって支点突起の突出方向に結合穴が設けられ、補強部材と接極子によってアーマチュア部を狭持し、補強部材と接極子を結合穴を介してレーザ溶接することで、アーマチュア部の揺動軸方向における中央部が弾性変形することを防止している。
しかしながら、上記従来のマイクロリレーにおいては、アーマチュア部を補強部材と接極子とで狭持することによる応力や、補強部材と接極子とをレーザ溶接する際に発生する熱によって、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の両端部が反り、アーマチュア部と接極子との間に隙間が生じて、マイクロリレーの動作特性に影響を与えるおそれがあった。 However, in the above-described conventional micro relay, the armature portion swings due to stress generated by holding the armature portion between the reinforcing member and the armature, or heat generated when laser welding the reinforcing member and the armature. Both ends in the direction perpendicular to the axis are warped, and a gap is generated between the armature part and the armature, which may affect the operating characteristics of the microrelay.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の反りを低減したマイクロリレーを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a micro relay in which warpage in a direction orthogonal to the swing axis of the armature portion is reduced.
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、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に結合される枠状のフレーム部、フレーム部の枠内に配設されフレーム部に揺動自在に支持されるアーマチュア部、アーマチュア部の一面に結合されて電磁石装置の電磁力によって吸引される磁性材料からなる接極子およびアーマチュア部の揺動に応じて固定接点に接離する可動接点を有するアーマチュアブロックとを備え、アーマチュア部には、ボディと対向する一面にボディと当接してアーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられるとともに、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において支点突起が設けられた部位には結合穴が設けられ、アーマチュア部に対して接極子と反対側の面に配設され前記結合穴を通じて接極子と接合されることによって接極子との間でアーマチュア部を狭持する補強部材を有し、当該結合穴は、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において補強部材の幅以上の幅を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an electromagnet device that generates an electromagnetic force in response to an exciting current to the coil, and a housing portion that houses the electromagnet device are provided on one surface side in the thickness direction. A body provided with a fixed contact, a frame-like frame portion coupled to the one surface of the body, an armature portion disposed within the frame portion and supported swingably by the frame portion, one surface of the armature portion And an armature block having a movable contact that contacts and separates from the fixed contact in response to the swing of the armature part, and an armature block that is connected to the armature part. A fulcrum protrusion is provided on one surface facing the body and serves as a fulcrum when the armature part swings in a direction perpendicular to the swinging axis of the armature part. In addition, a coupling hole is provided at a portion where the fulcrum protrusion is provided, and is disposed on a surface opposite to the armature with respect to the armature part, and is joined to the armature through the coupling hole to be connected to the armature. A reinforcing member for holding the armature portion is provided, and the coupling hole has a width equal to or larger than the width of the reinforcing member in a direction orthogonal to the swing axis of the armature portion.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、結合穴はアーマチュア部の揺動軸の方向において補強部材の幅より広い幅を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明によれば、アーマチュア部と補強部材とが接触する面積を減らすことができるので、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向における両端部の反りを低減して、接点の開閉能力の低下を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the area where the armature portion and the reinforcing member are in contact with each other can be reduced, the warpage of both end portions in the direction orthogonal to the swing axis of the armature portion is reduced, and the contact opening / closing capability is reduced. Can be reduced.
請求項2の発明によれば、アーマチュア部と補強部材とが接触する面積をさらに減らすことができるので、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向における両端部の反りを低減して、接点の開閉能力の低下を低減することができる。
According to the invention of
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態にかかるマイクロリレーを、図1、図2を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The micro relay according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、本実施の形態にかかるマイクロリレーは、矩形枠状のフレーム部31及びフレーム部31に対して揺動可能なアーマチュア部30を有するアーマチュアブロック3と、アーマチュア部30に結合した磁性材料からなる接極子32と、接極子32を電磁吸引力で吸引することによってアーマチュア部30を揺動させる電磁石装置2と、電磁石装置2を収納するとともにアーマチュアブロック3のフレーム部31に結合するボディ1とを備える。尚、以下の説明では図2における上下を上下方向と定めるものとし、図1は下側から見た分解斜視図を示している。
As shown in FIG. 2, the micro relay according to the present embodiment is coupled to an
ボディ1は、略直方体状に形成されたガラスからなるボディ本体1aと、ボディ本体1aの上面に結合する薄膜1bとからなる。ボディ本体1aは、四隅の近傍にそれぞれスルーホール10a〜10dが厚み方向に貫設されており、各スルーホール10a〜10dの内面には、それぞれ導電膜11a〜11dが設けられている。各導電膜11a〜11dは、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金から成り、めっき、蒸着、スパッタリング等により形成されている。各スルーホール10a〜10dの厚み方向における両端の開口部周辺には、それぞれ導電膜11a〜11dに電気的に接続されたランド12が設けられ、ボディ1の下面側の各ランド12には、それぞれプリント配線板(図示せず)への表面実装に用いられるバンプ13が設けられている。各バンプ13は、それぞれ例えば金、銀、銅、はんだ等の導電性材料から成り、スルーホール10a〜10dを塞ぐ形でランド12に載せられ、熱溶着によって結合されている。
The
ボディ本体1aの上面には、それぞれランド12と一対一に電気的に接続された、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金からなる、2対の固定接点14a、14b、15a、15bが設けられている。
Two pairs of fixed contacts each made of, for example, chromium, titanium, platinum, cobalt, nickel, copper, gold, or an alloy thereof, which are electrically connected to the
ボディ本体1aの中央部には、略十字型の貫通穴16が厚み方向に貫設されており、該貫通穴16の開口を覆う形で薄膜1bがボディ本体1aの上面に接合されている。薄膜1bはシリコン又はガラスから成り、エッチング又は研磨によって5〜50μm程度、好ましくは20μm程度の厚さ寸法に形成されている。薄膜1bの下側には、電磁石装置2が収納される収納部18が形成されている。貫通穴16の内面は、上方に向かって貫通穴16の断面積が徐々に小さくなるように傾斜しており、電磁石装置2が収納し易くなっている。
A substantially cross-shaped through
電磁石装置2は、ヨーク20と、永久磁石21と、コイル22a、22bと、基板23とで構成される。ヨーク20は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工或いは鋳造加工することにより、略矩形状の中央片20aの長手方向の両端から、略矩形状の脚片20b、20cがそれぞれ上方に立ち上がったコ字状に形成されている。永久磁石21は略直方体状であって、互いに直交する磁極面が互いに異なる極となるように着磁されている。永久磁石21は、ヨーク20の中央片20aの上面の略中央に一方の磁極面を当接させて取り付けられており、他方の磁極面は脚片20b、20cの先端面と略面一となっている。コイル22a、22bは、それぞれ脚片20b、20cと永久磁石21との間で中央片20aに直接巻回されている。基板23は略矩形状であり、その長手方向をヨーク20の中央片20aの長手方向に直交させる向きで中央片20aの下面に接合されている。基板23の下面の長手方向の両端部には、それぞれ導電膜(図示せず)が設けられ、該導電膜にコイル22a、22bの両端がそれぞれ電気的に接続されている。また、各導電膜上には、それぞれプリント配線板への表面実装に用いられるバンプ(図示せず)が設けられている。電磁石装置2は、ヨーク20の中央片20aの長手方向とボディ1の長手方向とを一致させて収納部18に収納され、電磁石装置2と収納部18の内面との間に合成樹脂(図示せず)を充填することでボディ1に保持されている。
The
アーマチュアブロック3は、50〜300μm程度、好ましくは200μm程度の厚さ寸法を有するシリコン基板をエッチングして形成され、アーマチュア部30と、アーマチュア部30の全周を包囲してアーマチュア部30を支持するフレーム部31とを一体に備える。アーマチュア部30の下面には、図1に示すように略矩形状の接極子32が接合される。
The
アーマチュア部30は、下面(図1における上面)に接極子32が接合される略矩形状の磁性体保持部30aと、下面に可動接点33a、33bが固着される可動接点部30bとを備える。可動接点部30bは、磁性体保持部30aの長手方向の両側において、弾性を有する連結部34を介して磁性体保持部30aに支持されている。磁性体保持部30aは、その短手方向の両側が弾性を有する弾性部35を介してフレーム部31に支持されている。弾性部35は、磁性体保持部30aの短手方向の両側に2個ずつ、計4個設けられており、それぞれ一端が磁性体保持部30aの短手方向の端面に連結されるとともに他端がフレーム部31の内周面に連結されている。尚、弾性部35は、その厚み寸法をフレーム部31の厚み寸法よりも小さくしている。
The
磁性体保持部30aの長手方向の略中央部であって短手方向の両端には、それぞれ延設部36を磁性体保持部30aの短手方向へ突設してあり、各延設部36の先端にはそれぞれ凸部36aを突設している。更に、フレーム部31の内周面において延設部36の先端面に対向する各部には、それぞれ延設部37が内側へ突設され、各延設部37の先端面にはそれぞれ磁性体保持部30aの凸部36aが挿入される凹部37aが設けられている。而して、凸部36aが凹部37a内に位置することにより、フレーム部31に対するアーマチュア部30の移動が制限される。また、延設部36の下面には、それぞれ支点突起36bが下方へ突設されている。更に、磁性体保持部30aの四隅には、それぞれ第二の延設部38が延設されており、各第二の延設部38の下面には、それぞれ突起38aが下方へ突設されている。尚、アーマチュア部30は厚み寸法がフレーム部31の厚み寸法よりも小さくなるように形成され、突起38aの下面及び接極子32の下面がフレーム部31の下面よりも上側に位置するようになっている。
Extending
接極子32は、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、フェライト等の磁性材料を機械加工して形成され、例えば、その上面と磁性体保持部30aの下面との間に低融点ガラスを介在させた状態で加熱して低融点ガラスを溶融させた後、冷却することで磁性体保持部30aの下面に結合される。
The
アーマチュアブロック3は、例えばフレーム部31の下面がボディ1の上面に陽極接合されることによってボディ1に結合される。ここにおいて、支点突起36bはボディ1の上面に当接し、アーマチュア部30は支点突起36bを支点として支点突起36b同士を結ぶ直線を軸(以下、「揺動軸X」とする)とする揺動が可能となっている。また、各可動接点33a、33bはそれぞれ1組の固定接点14a、14b、15a、15bに対向し、突起38aの先端面はボディ1の上面に離間して対向する。更に、接極子32は、上方から見てアーマチュア部30の揺動軸Xを挟んで互いに異なる側に位置する各部が、互いに異なる脚片20b、20cの先端面に対しそれぞれ薄膜1bを挟んで対向する。
The
アーマチュアブロック3の上側は、例えばパイレックス(登録商標)のような耐熱ガラスからなる略直方体状のカバー4によって覆われる。カバー4は、例えば陽極接合によってフレーム部31の上面に接合され、カバー4の下面には、アーマチュア部30の可動範囲を確保するための凹部(図示せず)が設けられている。
The upper side of the
アーマチュア部30には、図1に示すように、アーマチュア部の長手方向であって揺動軸Xと直交する方向の略中央部において、2つの結合穴39が短手方向であって揺動軸Xの方向に沿って貫設されており、また、該結合穴39の上側の開口を覆うように補強部材5が結合されている。
As shown in FIG. 1, the
補強部材5は、例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料からなり、長手方向がアーマチュア部30の揺動軸に沿った細長い形状に形成されている。ここで結合穴39は、補強部材5の短手方向の幅と同じ径の略円形に形成されている。また補強部材5は、長手方向の両端部がそれぞれ延設部36の上面に当接しており、接極子32との間でアーマチュア部30の磁性体保持部30aを狭持して、アーマチュア部30に接合されている
補強部材5と接極子32との接合には、補強部材5の上面から補強部材5のうち結合穴39と重なる範囲にレーザ光を照射することで補強部材5を溶融させ、結合穴39を通じて接極子32に溶着させる方法が考えられる。補強部材5と接極子32が結合穴39を通じて接合することで、接極子32をアーマチュア部30に保持させる。而して、補強部材5は、支点突起36bの突出方向である下方から見て支点突起36bに重なる範囲と重ならない範囲とでアーマチュア部30に当接することでアーマチュア部30を補強している。
The reinforcing
なお、補強部材5と接極子32の接合方法としては、例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料からなる接合部材を結合穴39内で接極子32と補強部材5との間に介装し、これをレーザ光を照射するなどして加熱して溶融させてから冷却することで、補強部材5と接極子32とを接合する方法も考えられる。この方法においては、補強部材5は接極子32と同じ材料を用いることができる。
As a method for joining the reinforcing
これらの方法で補強部材5と接極子32との接合する際には、レーザ光によって補強部材5や接合部材が発熱することとなるが、上述のように結合穴39の径は補強部材5の短手方向の幅と同じであるので、補強部材5と磁性体保持部30aとの接触面は小さく、補強部材5の発熱が磁性体保持部30aに伝わりにくくなり、磁性体保持部30aが熱によって変形することが低減される。
When the reinforcing
また、補強部材5と磁性体保持部30aとの接触面が小さくなることで、磁性体保持部30aは狭持されることによる応力の影響を受けにくくなり、揺動軸Xと直交する方向における反りを低減することができる
以下にマイクロリレーの動作を説明する。コイル22a、22bに通電すると、接極子32が通電方向に応じた一方の脚片20bに吸引され、アーマチュア部30は揺動軸Xを軸として揺動し、一方の可動接点33aを一対の固定接点14a、14bに接触導通させる。ここにおいて、固定接点14a、14b間は可動接点33aを介して電気的に接続される。この時、可動接点33aの固定接点14a、14bに対する接触圧は連結部34の弾性により適度に保たれている。また、突起38aがボディ1の上面に当接することにより、アーマチュア部30の可動範囲が制限され、接極子32と薄膜1bとの接触による破損が防止されている。コイル22a、22bへの通電を停止すると、永久磁石21→接極子32→脚片20b→永久磁石21という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部30の姿勢が維持される。
In addition, since the contact surface between the reinforcing
次に、コイル22a、22bへの通電方向を逆にすると、弾性部35の弾性力と、接極子32が他方の脚片20cに吸引される力とにより、アーマチュア部30は揺動軸Xを軸として上記と反対側へ揺動し、他方の可動接点33bを別の一対の固定接点15a、15bに接触導通させる。ここにおいて、固定接点15a、15b間は可動接点33bを介して電気的に接続される。コイル22a、22bへの通電を停止すると、永久磁石21→接極子32→脚片20c→永久磁石21という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部30の姿勢が維持される。
Next, when the energization direction to the
(実施の形態2)
図3に示すとおり、結合穴39はアーマチュア部の揺動軸Xと直交する方向を長辺とし、長辺が補強部材5の短手方向の幅よりも長い寸法の長円形状に形成されている。この点を除いては、実施の形態1と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 3, the
アーマチュア部30には、図3に示すように、長手方向の略中央部において2つの結合穴39が短手方向に沿って貫設されている。結合穴39は長円形状であって、長辺は補強部材5の短手方向の幅より長い寸法を形成している。
As shown in FIG. 3, the
而して、補強部材5と接極子32の接合時に発生するレーザ光による熱は磁性体保持部30aに伝わりにくく、磁性体保持部30aが熱によって変形する可能性を低減している。また、補強部材5と接極子32とが接合されたことによる応力を受けにくいので、アーマチュア部30の揺動軸Xと直交する方向における両端部の反りを低減して、開閉能力の低下を防ぐことができる。
Thus, the heat generated by the laser light generated when the reinforcing
1 ボディ
14a、14b 固定接点
15a、15b 固定接点
2 電磁石装置
3 アーマチュアブロック
30 アーマチュア部
31 フレーム部
32 接極子
33a、33b 可動接点
36b 支点突起
39 結合穴
5 補強部材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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に結合される枠状のフレーム部、フレーム部の枠内に配設されフレーム部に揺動自在に支持されるアーマチュア部、アーマチュア部の一面に結合されて電磁石装置の電磁力によって吸引される磁性材料からなる接極子およびアーマチュア部の揺動に応じて固定接点に接離する可動接点を有するアーマチュアブロックとを備え、
アーマチュア部には、ボディと対向する一面にボディと当接してアーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられるとともに、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において支点突起が設けられた部位には結合穴が設けられ、
アーマチュア部に対して接極子と反対側の面に配設され前記結合穴を通じて接極子と接合されることによって接極子との間でアーマチュア部を狭持する補強部材を有し、
当該結合穴は、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において補強部材の幅以上の幅を有することを特徴とするマイクロリレー。 An electromagnet device that generates an electromagnetic force in response to an excitation current to the coil;
A body provided with a storage portion for storing an electromagnet device and having a fixed contact on one surface side in the thickness direction;
A frame-shaped frame part coupled to the one surface of the body, an armature part disposed in the frame part of the frame part and supported swingably by the frame part, and an electromagnetic force of the electromagnet device coupled to one surface of the armature part An armature block having an armature block made of a magnetic material attracted by the armature and a movable contact that contacts and separates from the fixed contact in response to the swing of the armature part,
The armature part is provided with a fulcrum projection on one surface facing the body and serving as a fulcrum when the armature part swings in contact with the body, and a fulcrum protrusion in a direction perpendicular to the swing axis of the armature part. There is a connecting hole in the
A reinforcing member that is disposed on a surface opposite to the armature portion with respect to the armature portion and is sandwiched between the armature portion and the armature portion by being joined to the armature through the coupling hole;
The microrelay characterized in that the coupling hole has a width equal to or greater than the width of the reinforcing member in a direction orthogonal to the swing axis of the armature portion.
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