JP2011040304A - Driving device and switch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いた、スイッチ用の駆動装置、およびその駆動装置を備えたスイッチに関する。 The present invention relates to a drive device for a switch using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and a switch including the drive device.
MEMSは、シリコンプロセス技術により、マイクロな機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムであり、日本では主にマイクロマシンと称されるものである。MEMS技術は、その精密加工性などの優れた特徴から、高機能化に対応しつつ、小型で低価格なSoC(System on a Chip) を実現することができ、スイッチの駆動装置(アクチュエータ)として利用されている。 MEMS is a system in which micro mechanical elements and electronic circuit elements are fused by silicon process technology, and is mainly called a micro machine in Japan. MEMS technology can realize a small and low-cost SoC (System on a Chip) while supporting high functionality due to its excellent features such as precision workability, and as a switch drive device (actuator) It's being used.
従来、MEMSにより作製された駆動装置は、例えば、シリコン基板に、両持ち梁構造の上部電極を設けると共に、この上部電極の下方に引き下げ電極を設けたものである(例えば、非特許文献1参照。)。このような従来の駆動装置では、上部電極と引き下げ電極との間に電位差による静電引力を与えると、上部電極が引き下げ電極に向かって撓み変形し、この変形に伴って接点の継断がなされるようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a driving device manufactured by MEMS has, for example, a silicon substrate provided with an upper electrode having a doubly-supported beam structure and a lower electrode provided below the upper electrode (for example, see Non-Patent Document 1). .) In such a conventional driving device, when an electrostatic attractive force due to a potential difference is applied between the upper electrode and the pulling electrode, the upper electrode is bent and deformed toward the pulling electrode, and the contact is interrupted along with this deformation. It has become so.
このような従来の駆動装置は、上部電極が引き下げ電極に向かって撓み変形したのち、元の位置に復帰するという単一方向の動作を行うものであり、スイッチとしては接点を閉じるか開くかのみを制御する単極単投となっていた。 In such a conventional driving device, the upper electrode bends and deforms toward the pulling electrode, and then returns to its original position. The switch only closes or opens the contact. It was single pole single throw to control.
しかしながら、例えばMIMO(Multi Input Multi Output)回路で用いられるスイッチは、入力信号の種類に合わせて信号を適切な回路へと接続するために、複数の接点のうち任意の接点だけを継断する単極多投または多極多投の機能が必要となる。従来の単極単投スイッチを用いて単極多投スイッチを構成するには、単極単投スイッチを並列化して一つのパッケージに収納し、外観上は一つのスイッチとして扱えるようにする方法が採られていた。 However, for example, a switch used in a MIMO (Multi Input Multi Output) circuit is a single switch that disconnects only an arbitrary contact among a plurality of contacts in order to connect a signal to an appropriate circuit in accordance with the type of input signal. A multi-throw or multi-pole multi-throw function is required. In order to configure a single-pole multi-throw switch using conventional single-pole single-throw switches, there is a method in which single-pole single-throw switches are arranged in parallel and stored in one package so that they can be handled as one switch in appearance. It was taken.
この従来方法の問題点は、スイッチのサイズが大きくなることであった。一つのMEMSスイッチで最も大きな容積を占めるのは駆動装置である。従来の駆動装置は単一方向の動作しかできないので、複数の接点の中で任意の接点だけを継断するためには接点の数だけ駆動装置が必要となる。そのため、単極複投なら2倍、単極3投なら3倍というようにスイッチのサイズが増えていき、MEMSスイッチが本来有する小型という利点が失われてしまっていた。 The problem with this conventional method is that the size of the switch increases. The drive unit occupies the largest volume in one MEMS switch. Since the conventional driving device can only operate in a single direction, as many driving devices as the number of contacts are required in order to connect only an arbitrary contact among a plurality of contacts. Therefore, the size of the switch has increased, such as double for single pole double throw and triple for single pole three throw, and the advantage of the small size inherent in MEMS switches has been lost.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、二方向への動作が可能であり、スイッチの小型化を図ることが可能な駆動装置、およびこれを備えたスイッチを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a drive device that can be operated in two directions and can be downsized, and a switch including the same. There is.
本発明による駆動装置は、以下の(A),(B)の構成要素を備えたものである。
(A)少なくとも2つの第1固定電極と、初期位置として前記第1固定電極の一方に近い第1位置および前記第1固定電極の他方に近い第2位置を有し、前記第1位置または第2位置から前記第1固定電極方向への変位を開始する第1可動電極とを含み、前記第1可動電極の変位により接点を駆動する第1の駆動部
(B)前記第1可動電極の初期位置を前記第1位置または第2位置に切り替えるための第2の駆動部
The drive device according to the present invention includes the following components (A) and (B).
(A) having at least two first fixed electrodes, a first position close to one of the first fixed electrodes and a second position close to the other of the first fixed electrodes as an initial position, A first driving unit including a first movable electrode that starts displacement in the direction of the first fixed electrode from two positions, and drives a contact point by the displacement of the first movable electrode. (B) Initial stage of the first movable electrode A second drive unit for switching the position to the first position or the second position
本発明のスイッチは、2つの信号経路を有する接点、および前記接点を駆動すると共に信号経路の切り替えを行う駆動装置を有するものであり、駆動装置として上記本発明の駆動装置を備えたものである。 The switch of the present invention includes a contact having two signal paths and a drive device that drives the contact and switches the signal path, and includes the drive device of the present invention as a drive device. .
本発明の駆動装置または本発明のスイッチでは、第2の駆動部によって、第1可動電極の初期位置が第1位置または第2位置に設定され、この第1位置または第2位置から第1可動電極がより近い側の第1固定電極方向へ変位し、これにより接点が駆動される。
すなわち、第1可動電極は、第1位置から第1固定電極の一方に向かって変位して接点を駆動し、そののち第1位置に復帰する。初期位置が第2位置に設定された場合には、第1可動電極は第2位置から第1固定電極の他方に向かって変位し接点を駆動したのちに第2位置に復帰する。これにより第1可動電極の二方向の動作が行われ、接点における信号経路の切り替えが可能になる。
In the drive device of the present invention or the switch of the present invention, the initial position of the first movable electrode is set to the first position or the second position by the second drive unit, and the first movable from the first position or the second position. The electrode is displaced toward the first fixed electrode on the closer side, thereby driving the contact.
That is, the first movable electrode is displaced from the first position toward one of the first fixed electrodes to drive the contact, and then returns to the first position. When the initial position is set to the second position, the first movable electrode is displaced from the second position toward the other of the first fixed electrodes, and after driving the contact, returns to the second position. Thereby, the operation | movement of the 2nd direction of a 1st movable electrode is performed, and switching of the signal path | route in a contact is attained.
本発明の駆動装置によれば、第2の駆動部により、接点駆動のための第1可動電極の初期位置を2つの位置に設定可能としたので、第1可動電極を二方向へ動作させることが可能となる。よって、この駆動装置を用いたスイッチでは、一つの駆動装置で単極多投接点の継断を行うことが可能となり、スイッチの小型化を図ることが可能となる。 According to the drive device of the present invention, the initial position of the first movable electrode for driving the contact can be set to two positions by the second drive unit, so that the first movable electrode can be operated in two directions. Is possible. Therefore, in the switch using this drive device, it is possible to connect and disconnect the single pole multiple throw contact with one drive device, and it is possible to reduce the size of the switch.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
(1)実施の形態(第2の駆動部が第1の駆動部の一部に設けられており、水平動作を行う例)
(2)変形例1(第2の駆動部が杆の一端部に設けられている例)
(3)変形例2(第2の駆動部が杆の両端部に設けられている例)
(4)変形例3(垂直動作を行う例)
(5)変形例4(バイメタルを用いた例)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
(1) Embodiment (example in which the second drive unit is provided in part of the first drive unit and performs horizontal operation)
(2) Modification 1 (example in which the second drive unit is provided at one end of the bag)
(3) Modification 2 (example in which the second drive unit is provided at both ends of the bag)
(4) Modification 3 (example of vertical operation)
(5) Modification 4 (example using bimetal)
図1は、本発明の一実施の形態に係るスイッチの全体構成を表したものである。このスイッチは、例えばMIMO回路に用いられる単極二投スイッチであり、接点1と、この接点1を駆動する駆動装置(アクチュエータ)2とを有している。
FIG. 1 shows the overall configuration of a switch according to an embodiment of the present invention. This switch is a single pole double throw switch used in, for example, a MIMO circuit, and has a
図2(A)は、接点1の平面構成を表し、図2(B)は図2(A)のIIA−IIA線における断面構成、図2(C)は図2(A)のIIC−IIC線における断面構成をそれぞれ表したものである。この接点1は、可動部10上の可動接点電極21,22と、基板10A上の固定接点電極31,32,33とを有している。可動部10は、杆40および杆40から分岐した補助杆40A(以下の説明では単に杆40という。)を介して、駆動装置2(図2には図示せず、図1参照。)に連結されている。
2A shows a planar configuration of the
可動部10は、基板10AをMEMS技術を用いて加工することにより形成されたものであり、杆40により基板10Aに対して中空に保持されている。基板10Aとしては、例えば、シリコン(Si)、シリコン・カーバイト(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)およびシリコン・ゲルマニウム・カーボン(SiGeC)などのSi系半導体よりなる基板が挙げられる。基板10Aとしては、また、ガラス、樹脂およびプラスチックなどの非Si系基板を用いてもよい。基板10Aおよび可動部10の表面(上面および側面)には、酸化ケイ素(SiO2 )、窒化ケイ素(SiN)またはSiN膜とSiO2 膜との積層膜などよりなる絶縁膜11が設けられている。
The
基板10Aは、一方向に延長された杆40を間にして二つの領域に分けられており、杆40の一方の側には固定接点電極31、杆40の他方の側には固定接点電極32,33が配置されている。固定接点電極32,33は絶縁膜11により互いに電気的に分離されている。固定接点電極31には入力ポート31Aが接続されている。固定接点電極32には第1出力ポート32Aが接続されている。固定接点電極33には第2出力ポート33Aが接続されている。入力ポート31A,第1出力ポート32Aおよび第2出力ポート33Aは、それぞれ、例えば、基板10A内に設けられた貫通配線(図示せず)と、基板10A裏面の電極パッド(図示せず)とを有していてもよい。
The
可動接点電極21,22は可動部10の異なる2つの側面、すなわち杆40の延長方向において対向する二つの側面12A,12Bに設けられている。杆40を延長方向に移動させることにより、可動接点電極21,22のいずれかを固定接点電極31,32または固定接点電極31,33に接触させることが可能となるからである。
The
具体的には、可動接点電極21は、可動部10の側面12Aに、固定接点電極31,32に対向して配置され、固定接点電極31,可動接点電極21および固定接点電極32が一方の信号経路1A(第1信号経路)を構成している。可動接点電極22は、可動部10の側面12Bに、固定接点電極31,33に対向して配置され、固定接点電極31,可動接点電極22および固定接点電極32が他方の信号経路1B(第2信号線路)を構成している。可動接点電極21,22は、絶縁膜11により互いに電気的に分離されている。可動接点電極21,22および固定接点電極31〜33は、例えば、基板10A側から、厚み0.1μmのチタン(Ti)膜と厚み2μmの金(Au)膜とを順に積層した構造を有している。また、金(Au)またはAuを母材とした合金、Al−Cu合金などにより構成してもよい。
Specifically, the
杆40は、可動部10と同様に、基板10AをMEMS技術を用いて加工することにより形成されたものである。杆40の両端は、復帰ばね41を介してアンカー42により基板10Aに固定されている。杆40の表面には、可動部10と同様に、絶縁膜11が設けられており、杆40は可動部10上の可動接点電極21,22とは電気的に分離されている。
The
杆40は、例えばプッシュプルロッド、すなわち延長方向に沿って往復移動が可能な押し引き棒であることが好ましい。プッシュプルロッドは絶縁物で構成することができると共に、駆動のための電気回路を杆40から遠いところに配置することができるので、信号が杆40に流れて周波数特性を劣化させるおそれを小さくすることが可能となるからである。
The
駆動装置2は、第1の駆動部2Aと、第2の駆動部2Bとを有している。第2の駆動部2Bは、例えば、第1の駆動部2Aの一部に設けられている。第2の駆動部2Bは、杆40の移動軸(杆40の延長方向)に対し対称に配置されていることが好ましい。第1の駆動部2Aおよび第2の駆動部2Bの動作を安定させることが可能となるからである。
The
図3(A)は、第1の駆動部2Aの一部を拡大して表した斜視図である。第1の駆動部2Aは、第1固定電極51および第1可動電極52を交互に配列した構成を有している。第1固定電極51および第1可動電極52は、例えば、互いに噛み合せられた櫛歯電極により構成されたMEMSアクチュエータである。第1固定電極51は基板10Aに固定されている。第1可動電極52は、二枚の第1固定電極51の間に設けられると共に、杆40に連結されている。第1固定電極51および第1可動電極52の櫛歯部分の対向面には電極層(図示せず)が設けられている。
FIG. 3A is an enlarged perspective view showing a part of the
図3(B)は、第2の駆動部2Bの一部を拡大して表した斜視図である。第2の駆動部2Bは、第1の駆動部2Aと同様に、第2固定電極61および第2固定電極62を交互に配列した構成を有し、第2固定電極61および第2可動電極62は、互いに噛み合せられた櫛歯電極により構成されたMEMSアクチュエータである。第2固定電極61は基板10Aに固定されている。第2可動電極62は、杆40を介して第1可動電極52に連結されている。第2固定電極61および第2可動電極62の櫛歯部分の対向面には電極層(図示せず)が設けられている。
FIG. 3B is an enlarged perspective view showing a part of the
第1固定電極51および第1可動電極52と、第2固定電極61および第2可動電極62とは、可動部10と同様に、平坦な表面を有する基板10Aの素材例えばシリコン(Si)を、公知のリソグラフィー技術を用いて3次元加工することにより形成されたものである。第1可動電極52および第2可動電極62は、第1固定電極51の配列方向Aに平行に、基板10Aの表面に対して水平な方向に変位可能であり、これにより接点1において可動部10を基板10Aの表面に対して水平な方向に変位させるようになっている。すなわち、このスイッチは、接点1において可動接点電極21,22および固定接点電極31〜33が同一水平面内に設けられ、可動部10上の可動接点電極21,22が水平方向に変位する、いわゆるラテラルスイッチに分類されるものである。
The first
第2の駆動部2Bは、第1可動電極52の初期位置を、両側の二枚の第1固定電極51の一方に近い第1初期位置および二枚の第1固定電極51の他方に近い第2初期位置のいずれか一方に設定するためのものである。これにより、このスイッチでは、二方向への動作が可能であり、スイッチの小型化を図ることが可能となっている。
The
すなわち、第1可動電極52は単一方向への動作を行うものであるが、その動作方向は、駆動開始時の第1可動電極52と第1固定電極51との相対位置によって決まる力のベクトルに依存し、両側の二枚の第1固定電極51のうち近い方の側へ変位する。よって、後述するように、第1可動電極が第1初期位置にある場合と第2初期位置にある場合とでは、第1可動電極の変位方向が反対になり、二方向の動作が可能となる。従って、第1可動電極52の初期位置の変更により、接点1における信号経路1Aと信号経路1Bとのいずれかへの切り替えを選択することが可能となる。
That is, the first
第2の駆動部2Bは、図3(B)に示したように、第1の駆動部2Aよりも電極面積が小さいことが好ましい。すなわち、第1固定電極51および第1可動電極52の重なり幅W1よりも第2固定電極61および第2可動電極62の重なり幅W2のほうが小さいことが好ましい。
As shown in FIG. 3B, the
その理由は以下の通りである。表1に示したように、第1の駆動部2Aは、杆40を移
動させて接点1を駆動するために大きい(強い)力を発生させる必要があるのに対して、第2の駆動部2Bは、第1可動電極52の初期位置を変更するためのものである。よって、第2の駆動部2Bは、第1の駆動部2Aに比べて小さい(弱い)力を発生させれば足り、第1の駆動部2Aよりも電極面積は小さくてすむ。従って、初期位置の変更のために第1駆動部2Aと同じ駆動部をもう一つ設ける場合に比べて、第2の駆動部2Bの占有面積を小さくすることができ、駆動装置2全体の占有面積の点で圧倒的に有利となる。
The reason is as follows. As shown in Table 1, the
第2の駆動部2Bの構成は、図3(B)に示したように第1の駆動部2Aよりも電極面
積すなわち重なり幅W2を小さくすることに限られない。例えば、図4(A)および図4(B)に示したように、第2固定電極61および第2可動電極62の枚数を、第1固定電極51および第1可動電極52の枚数よりも少なくしてもよい。あるいは、第2固定電極61および第2可動電極62の間の隙間を、第1固定電極51および第1可動電極52の間の隙間よりも狭くしてもよい。第2の駆動部2Bで発生させる力は第1の駆動部2Aよりも小さいので、第2可動電極62のストローク(変位距離)も小さくてすむからである。
The configuration of the
このスイッチは、例えば、次のようにして製造することができる。 This switch can be manufactured as follows, for example.
図5ないし図7は、このスイッチの製造方法を工程順に表したものである。まず、図5に示したように、上述した材料、例えばシリコン(Si)よりなる基板10Aを用意する。なお、基板10Aには、入力ポート31A,第1出力ポート32Aおよび第2出力ポート33Aとして、例えばリソグラフィー技術および高アスペクト比加工、例えばMEMS技術を用いて、基板10A裏面への貫通配線(図示せず)を設け、TSV(Through Silicon Via)を形成してもよい。
5 to 7 show the manufacturing method of this switch in the order of steps. First, as shown in FIG. 5, a
次いで、図6に示したように、例えばMEMS技術を用いて、RIE(Reactive Ion Etching ;反応性イオンエッチング)により基板10Aを垂直に加工し、可動部10および杆40を形成する。このとき、第1駆動部2Aの第1固定電極51および第1可動電極52、並びに第2駆動部2Bの第2固定電極61および第2可動電極62も同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the
続いて、図7に示したように、基板10A,可動部10および杆40の表面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法またはPVD(Physical Vapor Deposition ;物理蒸着)法により、上述した材料よりなる絶縁膜11を形成する。このとき、第1駆動部2Aの第1固定電極51および第1可動電極52、並びに第2駆動部2Bの第2固定電極61および第2可動電極62の表面にも、絶縁膜11を同時に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the surface of the
そののち、図2に示したように、スパッタ法または蒸着法により、基板10A上に固定電極31〜33を形成すると共に、可動部10の側面12A,12Bに可動電極21,22を形成する。このとき、第1駆動部2Aの第1固定電極51および第1可動電極52、並びに第2駆動部2Bの第2固定電極61および第2可動電極62の表面にも、電極膜 (図示せず)を同時に形成する。以上により、図1に示したスイッチが完成する。
After that, as shown in FIG. 2, the fixed
このスイッチでは、3つの制御電位が印加される。第1可動電極52および第2可動電極62に接続されるGND電位(常時GND)と、第2の駆動部2Bの制御電圧で、第2固定電極61に接続されるSEL電位(5VまたはGND)と、第1の駆動部2Aの制御電圧で、第1固定電極51に接続されるVact電位(5VまたはGND)である。まず、図8(A)に示したように、オフ動作時において、第1固定電極51(Vact)、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第2固定電極61(SEL)は、いずれも接地電位(GND)とされている。このとき、第1可動電極52は第1初期位置P1にあり、両側の二枚の第1固定電極51A,51Bのうち一方の第1固定電極51Bに近い。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1は、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2よりも大きい。
In this switch, three control potentials are applied. The GND potential (always GND) connected to the first
ここで、図8(B)に示したように、オン動作時において、第1固定電極51の電位(Vact)を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第2固定電極61(SEL)は、いずれも接地電位(GND)とする。これにより、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間に駆動力として静電力が発生し、第1可動電極52が、第1固定電極51B側に吸引されて、第1固定電極51の配列方向Aに平行に変位する。それに連動して杆40がその延長方向に矢印B1方向へ(図8(B)において右へ)大きく移動する。
Here, as shown in FIG. 8B, during the ON operation, the potential (Vact) of the first fixed
この杆40の移動に伴って、図9(B)に示したように、接点1において可動部10が
固定接点電極31,32側に水平に移動し、可動接点電極21と固定接点電極31,32とが接触する。これにより、図9(A)に示したように、固定接点電極31,可動接点電極21および固定接点電極32よりなる信号経路1Aが閉じられた状態となり、入力ポート31Aから入力された信号は第1出力ポート32Aに出力される。
As the
一方、図10(A)に示したオフ動作時、すなわち第1可動電極52が第1初期位置P1にある場合に、図10(B)に示したように、第2固定電極61の電位(SEL)を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第1固定電極51(Vact)は、いずれも接地電位(GND)とする。これにより、第2可動電極62と第2固定電極61との間に駆動力として静電力が発生し、第2可動電極62が、第2固定電極61側に吸引されて、第2固定電極61の配列方向Aに平行に変位する。それに連動して杆40がその延長方向に矢印B2方向へ(図10(B)において左へ)小さく移動する。
On the other hand, during the off operation shown in FIG. 10A, that is, when the first
この杆40の移動に伴って、第1可動電極52が第2初期位置P2に移動し、両側の二
枚の第1固定電極51A,51Bのうち他方の第1固定電極51Aに近くなる。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2は、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1よりも大きくなる。
With the movement of the
ここで、図10(C)に示したように、オン動作時において、第1固定電極51(Vact)および第2固定電極61(SEL)の電位を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)を接地電位(GND)とする。これにより、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間に駆動力として静電力が発生し、第1可動電極52が、第1固定電極51A側に吸引されて、第1固定電極51の配列方向Aに平行に変位する。それに連動して杆40がその延長方向に矢印B2方向へ(図5(B)において左へ)大きく移動する。
Here, as shown in FIG. 10C, the potentials of the first fixed electrode 51 (Vact) and the second fixed electrode 61 (SEL) are set to 5 V, for example, during the ON operation, and the first
この杆40の移動に伴って、図11(B)に示したように、接点1において可動部10
が固定接点電極31,33側に水平に移動し、可動接点電極21と固定接点電極31,33とが接触する。これにより、図11(A)に示したように、固定接点電極31,可動接点電極21および固定接点電極33よりなる信号経路1Bが閉じられた状態となり、入力ポート31Aから入力された信号は第2出力ポート33Aに出力される。
Along with the movement of the
Moves horizontally toward the fixed
このように本実施の形態では、第2の駆動部2Bにより、第1可動電極51を二つの初期位置、すなわち第1固定電極51Bに近い第1初期位置P1と、第1固定電極51Aに近い第2初期位置P2とに設定可能としたので、第1可動電極51を矢印B1,B2の二方向へ動作させることが可能となり、一つの駆動装置2で二つの信号経路1A,1Bを含む接点1の継断が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the second
以下,変形例を説明する。なお、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を適宜省略する。 Hereinafter, modified examples will be described. Note that the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
(変形例1)
図12は、変形例1に係るスイッチの平面構成を表したものである。上記実施の形態では、第1の駆動部2Aの一部に第2の駆動部2Bを設けた場合について説明したが、本変形例1は、杆40の延長方向における一部の領域(例えば杆40の中央部)に第1の駆動部2Aを配置し、杆40の延長方向における第1の駆動部2A以外の領域(例えば杆40の端部)に第2の駆動部2Bを配置したものである。上記実施の形態では、第1の駆動部2Aの一部に第2の駆動部2Bを設けているので、小型化の観点で優れていることは明らかである。一方、本変形例1では、第1の駆動部2Aの領域と第2の駆動部2Bの領域とが明確に分離されるので、制御回路(図示せず)のための配線スペースが確保され、配線の取り回しの容易さが向上する。
(Modification 1)
FIG. 12 illustrates a planar configuration of a switch according to the first modification. In the above-described embodiment, the case where the
(変形例2)
図13は、変形例2に係るスイッチの平面構成を表したものである。本変形例2は、杆
40の中央部に第1の駆動部2Aを、杆40の両端部に第2の駆動部2Bを配置したものである。これにより、本変形例2では、杆40の動作精度を向上させることが可能となる。なお、上記変形例1,2のいずれも、上記実施の形態と同様に、第2の駆動部2Bは、杆40の移動軸(杆40の延長方向)に対し対称に配置されていることが好ましい。第1の駆動部2Aおよび第2の駆動部2Bの動作を安定させることが可能となるからである。
(Modification 2)
FIG. 13 illustrates a planar configuration of a switch according to the second modification. In the second modification, the
(変形例3)
図14は、変形例3に係る駆動装置2の構成を表したものであり、図15は、図14に示した駆動装置2の構成を模式的に表したものである。本変形例3は、第1可動電極52および第2可動電極62を基板10Aの表面に対して垂直な方向に変位させるようにしたことを除いては、上記実施の形態と同様の構成を有している。
(Modification 3)
FIG. 14 illustrates the configuration of the
第1固定電極51Aは第1可動電極52の上方に、第1固定電極51Bは第1可動電極
52の下方に配置されている。図14においては、第1可動電極52が、例えば、第1固定電極51Bに近い第1初期位置P1にある状態を示している。第1可動電極52および第2可動電極62は、図16に示したように、それぞれ平行平板電極により構成されていると共に、板ばね71,72,73により連結されている。板ばね73は基板10Aに連結され、板ばね71は、接点の可動電極(図示せず)に連結されている。第2固定電極61は、第2可動電極62の上方に第2可動電極61に対向して配置されている。
The first
この駆動装置2は、例えば、金属よりなる層をスパッタ法あるいはめっき法、またはその両方により形成したのち、リソグラフィおよびドライエッチングにより高精度に加工することにより製造することができる。
The driving
この駆動装置2では、図17(A)に示したように、オフ動作時において、第1固定電極51(Vact)、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第2固定電極61(SEL)は、いずれも接地電位(GND)とされている。このとき、第1可動電極52は第1初期位置P1にあり、両側の二枚の第1固定電極51A,51Bのうち一方の第1固定電極51Bに近い。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1は、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2よりも大きい。
In the
ここで、図17(B)に示したように、オン動作時において、第1固定電極51の電位(Vact)を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第2固定電極61(SEL)は、いずれも接地電位とする。これにより、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間に駆動力として静電力が発生し、第1可動電極52が、第1固定電極51B側に吸引されて、第1固定電極51の配列方向Aに平行に下方へ大きく変位する。それに連動して板ばね71に連結された接点の可動電極(図示せず)が下方へ大きく移動し、接点1の二つの接点部のうち一つが閉じられた状態となる。
Here, as shown in FIG. 17B, during the ON operation, the potential (Vact) of the first fixed
一方、図18(A)に示したオフ動作時、すなわち第1可動電極52が第1初期位置P1にある場合に、図18(B)に示したように、第2固定電極61の電位(SEL)を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)、第1固定電極51(Vact)は、いずれも接地電位(GND)とする。これにより、第2可動電極62と第2固定電極61との間に駆動力として静電力が発生し、第2可動電極62が、第2固定電極61側に吸引されて、第2固定電極61の配列方向Aに平行に変位する。
On the other hand, during the OFF operation shown in FIG. 18A, that is, when the first
この第2可動電極52の変位に伴って、第1可動電極52が第2初期位置P2に移動し
、両側の二枚の第1固定電極51A,51Bのうち他方の第1固定電極51Aに近くなる。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2は、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1よりも大きくなる。
With the displacement of the second
ここで、図18(C)に示したように、オン動作時において、第1固定電極51(Vact)および第2固定電極61(SEL)の電位を例えば5Vとし、第1可動電極52および第2可動電極62(GND)を接地電位(GND)とする。これにより、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間に駆動力として静電力が発生し、第1可動電極52が、第1固定電極51A側に吸引されて、第1固定電極51の配列方向Aに平行に変位する。それに連動して板ばね71に連結された接点の可動電極(図示せず)が上方へ大きく移動し、接点1の二つの接点部のうちもう一つが閉じられた状態となる。
Here, as shown in FIG. 18C, the potentials of the first fixed electrode 51 (Vact) and the second fixed electrode 61 (SEL) are set to 5 V, for example, during the ON operation, and the first
(変形例4)
図19は、変形例4に係る駆動装置2の構成を表したものである。本変形例4は、第2の駆動部2Bをバイモルフにより構成し、第1可動電極52を基板10Aの表面に対して垂直な方向に変位させるようにしたことを除いては、上記変形例3と同様の構成を有している。ここにバイメタルとは、温度による膨張係数の違う2種類の薄片を貼り合わせた構造体である。
(Modification 4)
FIG. 19 illustrates a configuration of the
第2の駆動部2Bは、低膨張率材料よりなる板状の第1層81の下面に、発熱体として高膨張率材料よりなる第2層82を有している。このように第2の駆動部2Bをバイメタルにより構成することにより、第2の駆動部2B自身の伸縮あるいは屈曲を利用して第1可動電極52を第1初期位置P1から第2初期位置P2へ変位させることが可能である。
The
第1層81の一端は基板10Aに固定された固定端であり、他端はバイメタルにより上下に伸縮あるいは屈曲可能な可動端となっている。第1層81は、例えば、シリコン(Si)、多結晶シリコン(ポリシリコン)、ポリイミドあるいはBCB(ベンゾシクロブテン)などの樹脂材料、SiNあるいはSiO2などの誘電膜により構成されている。
One end of the
第1層81は第2層82よりも可動端側に延長されている。第1層81の可動端側の延
長部分の上面および下面には、第1可動電極52としての電極膜(図示せず)が設けられている。また、第1層81自体が導電性材料により構成されている場合には、第1層81自体が第1可動電極52となる。第1固定電極51Aは第1可動電極52の上方に、第1固定電極51Bは第1可動電極52の下方に配置されている。図19においては、第1可動電極52が、例えば、第1固定電極51Bに近い第1初期位置P1にある状態を示している。
The
第2層82は、例えば、アルミニウム(Al),銅(Cu)あるいは金(Au)、またはそれらを母材とする合金により構成されていることが好ましい。加工が低コストであり、大量生産に適しているからである。
The
この駆動装置2は、例えば、第2層82などの金属よりなる層をスパッタ法あるいはめっき法、またはその両方により形成したのち、リソグラフィおよびドライエッチングにより高精度に加工することにより製造することができる。
The driving
この駆動装置2では、室温においてバイメタルよりなる第2の駆動部2Bは図20(A)に示したようにまっすぐな状態にあり、第1可動電極52は第1初期位置P1にあり、両側の二枚の第1固定電極51A,51Bのうち一方の第1固定電極51Bに近い。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1は、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2よりも大きい。
In the
一方、バイメタルよりなる第2の駆動部2Bに温度を加えると、高膨張率材料よりなる
第2層82の方が、低膨張率材料よりなる第1層81よりも膨張量が大きいので、図20(B)に示したように第2の駆動部2Bは反り上がった状態になる。これにより、第1可動電極52が第2初期位置P2に移動し、両側の二枚の第1固定電極51A,51Bのうち他方の第1固定電極51Aに近くなる。すなわち、第1可動電極52と第1固定電極51Bとの間の距離D2は、第1可動電極52と第1固定電極51Aとの間の距離D1よりも大きくなる。
On the other hand, when the temperature is applied to the
なお、本変形例は、バイメタルのような熱駆動の他、圧電駆動、静電駆動、電磁駆動によって第2の駆動部2Bを変形させる場合にも適用可能であることは自明である。
It is obvious that this modification can be applied to the case where the
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法としてもよい。 While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, the film formation method, and the like are not limited, and other materials and thicknesses, or other film formation methods may be used.
また、第1の駆動部2Aおよび第2の駆動部2Bの駆動方式は、上記実施の形態で説明した静電駆動および熱駆動のほか、電磁駆動、圧電駆動など、他の方法でもよい。本発明と相性が良い技術は、一般にMEMSと呼ばれる分野に属するアクチュエータ(駆動装置)およびその製造方法である。MEMSは電気信号を高効率で機械動作に変換できる技術であり、本発明のように、制御信号に基づいて杆40(プッシュプルロッド)を機械的に駆動させる素子に適した技術であるといえる。上記実施の形態で説明した櫛歯電極型の静電アクチュエータもMEMSアクチュエータの一種であり、また、変形例4で説明した熱駆動バイモルフアクチュエータもMEMSアクチュエータの一種であるということが可能である。他に、圧電、電磁駆動のMEMSアクチュエータがよく知られているが、それらを本発明と組み合わせることにより同様の効果が得られることは言うまでもない。
Further, the driving method of the
更に、上記実施の形態では、接点1および駆動装置2の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。加えて、第1可動電極52および第2可動電極62は、図8および図10に示したように、杆40を挟んで物理的に隣接して配置されている場合に限られず、例えば変形例1,2で説明したように、杆40を介して間接的に連結されていてもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the structure of the
本発明の駆動装置およびスイッチは、MIMO回路を有するMIMO対応モバイル機器のほか、ATE(Automatic Test Equipment;自動テスト装置)、高周波測定器、など、回路に多くのスイッチを必要とする用途に広く適用可能である。 The drive device and switch of the present invention are widely applied to applications that require a large number of switches in a circuit, such as an ATE (Automatic Test Equipment), a high-frequency measuring instrument, in addition to a MIMO-compatible mobile device having a MIMO circuit. Is possible.
1…接点、2…駆動装置、2A…第1の駆動部、2B…第2の駆動部、10…可動部、10A…基板、11…絶縁膜、21,22…可動接点電極、31,32,33…固定接点電極、31A…入力ポート、32A…第1出力ポート、33A…第2出力ポート、40…杆(プッシュプルロッド)、51…第1固定電極、52…第1可動電極、61…第2固定電極、62…第2可動電極、71〜73…板ばね、81…第1層、82…第2層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1可動電極の初期位置を前記第1位置または第2位置に切り替えるための第2の駆動部と
を備えた駆動装置。 At least two first fixed electrodes, a first position close to one of the first fixed electrodes as an initial position, and a second position close to the other of the first fixed electrodes, and from the first position or the second position A first driving unit including a first movable electrode for starting displacement in the first fixed electrode direction, and driving a contact by displacement of the first movable electrode;
And a second driving unit for switching an initial position of the first movable electrode to the first position or the second position.
請求項1記載の駆動装置。 The driving device according to claim 1, wherein the first movable electrode is displaced by an electrostatic force generated between the first movable electrode and the first fixed electrode.
前記第2可動電極は前記第2固定電極との間に生じる静電力により変位する
請求項2記載の駆動装置。 The second driving unit includes a second movable electrode connected to the first movable electrode, and a second fixed electrode disposed opposite to the second movable electrode,
The driving apparatus according to claim 2, wherein the second movable electrode is displaced by an electrostatic force generated between the second movable electrode and the second fixed electrode.
請求項3記載の駆動装置。 The drive device according to claim 3, wherein at least one of the first drive unit and the second drive unit is configured by MEMS.
前記第1可動電極および前記第2可動電極は、前記基板の表面に対して水平な方向に変位する
請求項4記載の駆動装置。 The first fixed electrode and the first movable electrode, and the second fixed electrode and the second movable electrode are formed by processing a substrate having a flat surface,
The driving device according to claim 4, wherein the first movable electrode and the second movable electrode are displaced in a direction horizontal to the surface of the substrate.
前記第1可動電極に杆を介して連結され、前記第1可動電極の変位に連動して変位する可動部と、
前記可動部の変位方向に対向する2つの側面に設けられた一対の可動接点電極と、
前記可動接点電極を介して互いに異なる信号経路を構成する2組の固定接点電極対と
を備え、
前記第1可動電極の初期位置の変更により前記異なる信号経路のいずれかへの切り替えが選択される
請求項1記載の駆動装置。 The contact is
A movable part connected to the first movable electrode via a collar and displaced in conjunction with the displacement of the first movable electrode;
A pair of movable contact electrodes provided on two side surfaces facing the displacement direction of the movable part;
And two sets of fixed contact electrode pairs constituting different signal paths via the movable contact electrodes,
The drive device according to claim 1, wherein switching to one of the different signal paths is selected by changing an initial position of the first movable electrode.
請求項6記載の駆動装置。 The driving device according to claim 6, wherein the first driving unit is provided in a partial region in the extending direction of the heel, and the second driving unit is provided in a region other than the first driving unit in the extending direction of the heel. .
請求項7記載の駆動装置。 The driving device according to claim 7, wherein the second driving unit is provided at an end portion of the bag.
前記駆動装置は、
少なくとも2つの第1固定電極と、初期位置として前記第1固定電極の一方に近い第1位置および前記第1固定電極の他方に近い第2位置を有し、前記第1位置または第2位置から前記第1固定電極方向への変位を開始する第1可動電極とを含み、前記第1可動電極の変位により前記接点を駆動する第1の駆動部と、
前記第1可動電極の初期位置を第1位置または第2位置に切り替えるための第2の駆動部と
を備えたスイッチ。 A contact having two signal paths, and a driving device for driving the contacts and switching the signal paths;
The driving device includes:
At least two first fixed electrodes, a first position close to one of the first fixed electrodes as an initial position, and a second position close to the other of the first fixed electrodes, and from the first position or the second position A first driving unit including a first movable electrode that starts displacement in the first fixed electrode direction, and that drives the contact point by displacement of the first movable electrode;
And a second drive unit for switching the initial position of the first movable electrode to the first position or the second position.
前記第1可動電極に杆を介して連結され、前記第1可動電極の変位に連動して変位する可動部と、
前記可動部の変位方向に対向する2つの側面に設けられた一対の可動接点電極と、
前記可動接点電極を介して互いに異なる信号経路を構成する2組の固定接点電極対と
を有し、
前記第1可動電極の初期位置の変更により前記異なる信号経路のいずれかへの切り替えが選択される
請求項9記載のスイッチ。 The contact is
A movable part connected to the first movable electrode via a collar and displaced in conjunction with the displacement of the first movable electrode;
A pair of movable contact electrodes provided on two side surfaces facing the displacement direction of the movable part;
And two sets of fixed contact electrode pairs constituting different signal paths through the movable contact electrodes,
The switch according to claim 9, wherein switching to one of the different signal paths is selected by changing an initial position of the first movable electrode.
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