JP2011090816A - Contact device, relay using the same, and micro relay - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接点装置及びそれを用いたリレー、並びにマイクロリレーに関する。 The present invention relates to a contact device, a relay using the contact device, and a micro relay.
従来から、高周波用小型リレーとして、半導体微細加工技術を利用して形成されたMEMSリレーなどのマイクロリレーが提供されており、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。特許文献1に記載のマイクロリレーは、ヨークに巻回されたコイルへの励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置を収納する収納部が形成され且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたベース基板を備える。また、ベース基板の前記一表面側に固着される枠状のフレーム部、及びフレーム部の内側に配置されて支持ばね部を介してフレーム部に揺動自在に支持され電磁石装置により駆動されるアーマチュア、及びアーマチュアが固定される可動部に接圧ばね部を介して支持され可動接点が設けられた可動接点基台部を有するメインブロックを備える。更に、メインブロックにおけるベース基板とは反対側で周部がフレーム部に固着されたカバーを備える。電磁石装置には、ベース基板の厚み寸法内でアーマチュアとヨークとにより形成される磁路中に永久磁石が設けられている。尚、本発明に係る接点装置とは、固定接点と、可動接点と、可動接点を接離自在に変位させる手段とを有するものであって、上記従来例のように前記手段として電磁石装置を用いた電磁リレーなどに利用される。
Conventionally, as a high-frequency small-sized relay, a micro relay such as a MEMS relay formed by using a semiconductor microfabrication technique has been provided, for example, as disclosed in
しかしながら、上記従来例では、可動部が揺動する際に可動部から生じる磨耗粉が飛散し、可動接点や固定接点の表面に付着する虞がある。可動接点や固定接点の表面に磨耗粉が付着すると、接点間を閉成する際に磨耗粉が介在するために接点同士の接触面積が減少し、接点間の開閉性能を損なうという問題があった。 However, in the above conventional example, when the movable part swings, wear powder generated from the movable part is scattered and may adhere to the surface of the movable contact or the fixed contact. When wear powder adheres to the surface of a movable contact or fixed contact, the wear powder intervenes when closing the contacts, reducing the contact area between the contacts and impairing the switching performance between the contacts. .
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、可動接点や固定接点に可動部の揺動に伴って生じる磨耗粉が付着するのを防止することのできる接点装置及びそれを用いたリレー、並びにマイクロリレー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 uses a contact device that can prevent the abrasion powder generated by the swinging of the movable portion from adhering to the movable contact or the fixed contact and the same. An object is to provide a relay and a micro relay.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、固定接点と、固定接点に接離自在な可動接点と、可動接点を有するとともに可動接点が固定接点と接触する位置と開離する位置との間で揺動自在な可動部と、固定接点及び可動接点及び可動部を収容する収容部とを備えた接点装置であって、可動部は、揺動自在に支持される本体部と、本体部と離間して設けられるとともに固定接点と対向する一面に可動接点が設けられた接点部と、弾性を有し本体部と接点部とを互いに連結する支持部とから成り、可動部の揺動に伴って生じる磨耗粉が収容部内部における可動接点及び固定接点の在る空間に侵入するのを遮断する遮断手段を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a fixed contact, a movable contact that can be brought into contact with and separated from the fixed contact, a position having the movable contact and a position at which the movable contact comes into contact with the fixed contact A contact device comprising a movable part swingable between, a stationary contact, a movable contact, and a housing part for housing the movable part, wherein the movable part is supported in a swingable manner, and a main body The movable portion is composed of a contact portion which is provided apart from the portion and has a movable contact on one surface facing the fixed contact, and a support portion which has elasticity and connects the main body portion and the contact portion to each other. And a blocking means for blocking intrusion of the abrasion powder generated along with the movable contact and the fixed contact in the housing portion.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、遮断手段は、本体部と接点部との間に設けられて収容部内部において本体部側の空間と接点部側の空間とを支持部が通る隙間を除いて隔てる防護壁であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the blocking means is provided between the main body portion and the contact portion, and the support portion has a space between the main body portion side and the space on the contact portion side inside the housing portion. It is a protective wall that is separated with the exception of a passing gap.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、防護壁は、接点部における本体部と対向する一面を覆うように接点部に対向して設けられたことを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in the invention of the second aspect, the protective wall is provided to face the contact portion so as to cover one surface of the contact portion facing the main body portion.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、支持部は1つのみであって、防護壁の隙間は、接点部と対向する部位以外の部位に設けられたことを特徴とする。
The invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of
請求項5の発明は、請求項2の発明において、固定接点は、接点部において防護壁の隙間から最も遠い部位と対向するように設けられたことを特徴とする。
The invention of
請求項6の発明は、請求項2乃至5の何れか1項の発明において、収容部は、厚み方向の一面側に固定接点が設けられる土台部と、土台部の前記一面側に設けられて固定接点及び可動接点及び可動部の周囲を覆う枠部と、枠部における土台部の反対側に設けられて土台部及び枠部に囲まれる空間を閉塞する蓋部とから成り、防護壁は、その一端部が土台部との間に所定の隙間を有するように設けられたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the second to fifth aspects, the receiving portion is provided on a base portion provided with a fixed contact on one surface side in the thickness direction, and on the one surface side of the base portion. It consists of a frame that covers the periphery of the fixed contact and the movable contact and the movable part, and a lid that is provided on the opposite side of the base in the frame and closes the space surrounded by the base and the frame. The one end portion is provided so as to have a predetermined gap between the base portion and the base portion.
請求項7の発明は、請求項6の発明において、防護壁は可動部と一体に設けられ、その一端部が土台部に設けられた凹部に嵌り込むことを特徴とする。 A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the sixth aspect of the invention, the protective wall is provided integrally with the movable portion, and one end thereof is fitted into a concave portion provided in the base portion.
請求項8の発明は、請求項1の発明において、遮断手段は、本体部と接点部との間に設けられて磨耗粉を吸着させる材料から成る吸着部材であることを特徴とする。
The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of
請求項9の発明は、請求項2乃至7の何れか1項の発明において、遮断手段として、本体部と接点部との間に設けられて磨耗粉を吸着させる材料から成る吸着部材を有し、吸着部材は、防護壁における本体部と対向する一面に設けられたことを特徴とする。
The invention of claim 9 is the invention according to any one of
請求項10の発明は、請求項1乃至9の何れか1項に記載の接点装置と、可動接点が固定接点に対して接離するように可動部を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする。 A tenth aspect of the invention includes the contact device according to any one of the first to ninth aspects, and a driving device that drives the movable portion so that the movable contact is in contact with and away from the fixed contact. Features.
請求項11の発明は、請求項10記載のリレーにおいて、駆動装置が、磁性材料より成り可動部に設けられるアーマチュアを吸引する磁場を発生させることで可動部を揺動させる電磁石装置から成るマイクロリレーであって、基板より成り電磁石装置を収納する収納部が形成され且つ厚み方向の一面側に固定接点が設けられたベースと、ベースの前記一面側に固着される枠状のフレーム、及びフレームに揺動自在に支持される可動部とアーマチュアとを有するメインブロックと、メインブロックにおけるベースの反対側で周部がフレームに固着されるカバーとを備えたことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the relay according to the tenth aspect, the driving device is an electromagnet device that swings the movable portion by generating a magnetic field that is made of a magnetic material and attracts the armature provided on the movable portion. A base formed of a substrate and containing an electromagnet device and having a fixed contact on one side in the thickness direction; a frame-like frame fixed to the one side of the base; and a frame A main block having a movable part and an armature that are swingably supported, and a cover whose peripheral part is fixed to the frame on the opposite side of the base of the main block.
請求項12の発明は、請求項10記載のリレーにおいて、駆動装置が、磁性材料より成り可動部に設けられるアーマチュアを吸引する磁場を発生させることで可動部を揺動させる電磁石装置から成るマイクロリレーであって、基板より成り厚み方向の一面側に固定接点が設けられたベースと、ベースの前記一面側に固着される枠状のフレーム、及びフレームに揺動自在に支持される可動部とアーマチュアとを有するメインブロックと、メインブロックにおけるベースの反対側で周部がフレームに固着され且つ電磁石装置を収納する収納部が形成されたカバーとを備えたことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the relay according to the tenth aspect, the driving device comprises an electromagnet device that oscillates the movable portion by generating a magnetic field that is made of a magnetic material and attracts the armature provided on the movable portion. And a base made of a substrate and provided with a fixed contact on one side in the thickness direction, a frame-like frame fixed to the one side of the base, and a movable part and an armature that are swingably supported by the frame. And a cover having a peripheral portion fixed to the frame on the opposite side of the base of the main block and having a storage portion for storing the electromagnet device.
請求項1の発明によれば、可動部の揺動に伴って生じる磨耗粉が収容部内部における可動接点及び固定接点の在る空間に侵入するのを遮断する遮断手段を設けることで、可動接点や固定接点に磨耗粉が付着するのを防止することができる。したがって、接点間を閉成する際に磨耗粉が介在しないために接点同士の接触面積が減少することがなく、接点間の開閉性能が損なわれるのを防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the movable contact is provided by providing the blocking means for blocking the wear powder generated by the swinging of the movable portion from entering the space where the movable contact and the fixed contact are present in the accommodating portion. It is possible to prevent wear powder from adhering to the fixed contact. Therefore, when the gap between the contacts is closed, the wear powder does not intervene, so that the contact area between the contacts does not decrease, and the opening / closing performance between the contacts can be prevented from being impaired.
請求項2の発明によれば、可動部の揺動に伴って生じる磨耗粉が接点部側の空間に向かって飛散しても、防護壁によって磨耗粉の接点部側の空間への飛散を防止することができる。したがって、可動接点や固定接点に磨耗粉が付着するのを防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, even if the wear powder generated with the swinging of the movable part is scattered toward the space on the contact part side, the protective wall prevents the wear powder from scattering to the space on the contact part side. can do. Therefore, it is possible to prevent the abrasion powder from adhering to the movable contact and the fixed contact.
請求項3の発明によれば、接点部の正面に防護壁を設けることで、磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのを防止することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、支持部が1つであることから本体部側の空間から接点部側の空間に通じる経路が1つであるため、磨耗粉が接点部側の空間に到達し難い。また、当該経路が防護壁を避けて接点部に回り込む経路であることから、仮に磨耗粉が接点部側の空間に達しても接点部には到達し難く、したがって磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのをより確実に防止することができる。 According to the invention of claim 4, since there is one support portion, there is only one path from the space on the main body side to the space on the contact portion side, so that the abrasion powder reaches the space on the contact portion side. hard. In addition, since the route is a route that goes around the contact part avoiding the protective wall, even if the wear powder reaches the space on the contact part side, it is difficult to reach the contact part. It can prevent more reliably that it adheres to.
請求項5の発明によれば、仮に磨耗粉が接点部側の空間に達しても各接点の接触部位までは到達し難く、したがって磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのをより確実に防止することができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、防護壁と土台部との間に隙間を設けることで、土台部に枠部を接合する際に防護壁が接合を阻害するのを防止することができる。したがって、土台部と枠部との接合の安定性を向上させることができる。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、防護壁の一端部が凹部に嵌り込むことで本体部側の空間と接点部側の空間との間が入り組んだ経路で結ばれるため、磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのをより確実に防止することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the one end portion of the protective wall is fitted into the recess, the space between the main body portion side and the space on the contact portion side is connected by an intricate path. It can prevent more reliably that it adheres to a fixed contact.
請求項8の発明によれば、吸着部材によって接点部側の空間に向かって飛散する磨耗粉を吸着することができるので、磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのを防止することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the abrasion powder scattered toward the space on the contact portion side can be adsorbed by the adsorbing member, so that the abrasion powder can be prevented from adhering to the movable contact and the fixed contact. .
請求項9の発明によれば、吸着部材と防護壁とを組み合わせることで磨耗粉が可動接点や固定接点に付着するのをより確実に防止することができる。 According to invention of Claim 9, it can prevent more reliably that abrasion powder adheres to a movable contact or a fixed contact by combining an adsorption member and a protective wall.
請求項10の発明によれば、請求項1乃至9の何れか1項に記載の効果を奏するリレーを実現することができる。
According to the invention of
請求項11,12の発明によれば、請求項1乃至9の何れか1項に記載の効果を奏するマイクロリレーを実現することができる。
According to the inventions of claims 11 and 12, it is possible to realize a microrelay having the effects described in any one of
以下、本発明に係る接点装置の実施形態を説明するにあたって、本発明の接点装置を備えたマイクロリレーの基本形態1,2について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図8(a)における上下を上下方向と定めるものとする。
Hereinafter, in describing embodiments of a contact device according to the present invention,
(基本形態1)
本基本形態は、図8(a),(b)に示すように、ヨーク60に巻回されたコイル62への励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置6と、矩形板状のガラス基板から成り厚み方向の一面(上面)側において長手方向の両端部それぞれに各1対の固定接点50が設けられたベース5と、ベース5の上面側に固着される矩形枠状のフレーム31、及びフレーム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31に揺動自在に支持される可動部30、及び可動部30にそれぞれ2本の接圧ばね部35を介して支持されるとともに各々可動接点(図示せず)が設けられた2つの可動接点基台部34、及び磁性材料より成り可動部30に設けられて電磁石装置6により駆動されるアーマチュア(図示せず)を有するメインブロック3と、メインブロック3におけるベース5の反対側で周部がフレーム3に固着される矩形板状のガラス基板から成るカバー4とを備えている。
(Basic form 1)
In this basic form, as shown in FIGS. 8A and 8B, an
電磁石装置6におけるヨーク60は、図8(a)に示すように、2つのコイル62が直接巻回される細長の矩形板状のコイル巻回部60aと、コイル巻回部60aの長手方向の両端部それぞれから可動部30に近づく向きに延設されてコイル62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1対の脚片60bと、両脚片60bの間でコイル巻回部60a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61と、細長の矩形板状であってコイル巻回部60aにおける永久磁石61との対向面の反対側でコイル巻回部60aと直交するように固着される樹脂成型体63とを備えている。尚、ヨーク60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60bの断面が矩形状に形成されている。
As shown in FIG. 8A, the
永久磁石61は、厚み方向の両磁極面が互いに異極に着磁されており、一方の磁極面がコイル巻回部60aに当接し、他方の磁極面が両脚片60b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。また、各コイル62は、それぞれ永久磁石61と両脚片60bとによってコイル巻回部60aの長手方向への移動が規制される。樹脂成型体63は絶縁性を有する樹脂材料から成り、その一面における長手方向の両端部にコイル端子63aが一部を露出する形で設けられている。この各コイル端子63a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。尚、各コイル端子63a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)から成るバンプ64が適宜固着されるが、バンプ64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構わない。
In the
ベース5は、パイレックス(登録商標)のような耐熱ガラスにより矩形状に形成されており、図8(b)に示すように、その中央部には厚み方向に貫通して電磁石装置6を収納する収納孔56が貫設され、四隅の各近傍には厚み方向に貫通するスルーホール(図示せず)が貫設されている。また、ベース5の厚み方向の両面であって各スルーホールの周縁にはランド52が形成されている。ここで、ベース5の厚み方向において重なるランド52同士は、スルーホールの内周面に被着された導電性材料(例えば、Cu,Cr,Ti,Pt,Co,Ni,Au,或いはこれらの合金など)から成る導体層(図示せず)によって電気的に接続されている。また、ベース5の厚み方向の他面(下面)側の各ランド52にはバンプ53が適宜固着されており、バンプ53をランド52に固着することによって、ベース5の下面側ではスルーホールの開口面がバンプ53により覆われる。各スルーホールの開口面は円形状であって、ベース5の上面には、各スルーホールの開口面及びランド52を覆うシリコン薄膜から成る4枚の蓋体54が固着されている。
The
各1対の固定接点50は、図8(a)に示すように、ベース5の長手方向の両端部においてベース5の短手方向に離間して形成された2つのスルーホールの間で並設されており、前記短手方向において隣り合うスルーホールの周縁に形成されたランド52と導電パターン51を介して電気的に接続されている。ここで、固定接点50及び導電パターン51及びランド52の材料としては、例えば、Cr,Ti,Pt,Co,Cu,Ni,Au,或いはこれらの合金などの導電性材料を採用すればよく、バンプ53の材料としては、例えば、Au,Ag,Cu,半田などの導電性材料を採用すればよい。尚、スルーホール及び収納孔56は、例えば、サンドブラスト法やエッチング法などによって形成すればよく、導体層は、例えば、電気めっき法や真空蒸着法、スパッタ法などによって形成すればよい。
As shown in FIG. 8A, each pair of fixed
収納孔56の開口面は、図8(b)に示すように十字状であって、ベースの上面側には、収納孔56を閉塞するシリコン薄膜からなる蓋体57が固着されている。ここで、電磁石装置6は、ヨーク60の両脚片60bの各先端面が蓋体57と対向する形で収納孔56に挿入される。電磁石装置6は、永久磁石61がベース5の厚み寸法内でアーマチュアとヨーク60とで形成される磁路中に設けられ、樹脂成型体63の表面がベース5の下面と略面一となっている。尚、蓋体54,57は、シリコン基板をエッチングや研磨などで薄膜化することにより形成したシリコン薄膜により構成されており、厚み寸法を20μmに設定してある。ここで、蓋体57の厚み寸法は20μmに限定するものではなく、例えば5〜50μm程度の範囲内で適宜設定すればよい。また、蓋体54,57は、シリコン薄膜に限らず、ガラス基板をエッチングや研磨などで薄膜化することにより形成したガラス薄膜により構成してもよい。
The opening surface of the
メインブロック3は、図8(a)に示すように、シリコン基板から成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形成された、上述の矩形枠状のフレーム31と、4本の支持ばね部32と、フレーム31の内側に配置される矩形板状の可動部30と、4本の接圧ばね部35と、2つの可動接点基台部34とから構成される。可動部30におけるベース5との対向面には、例えば、軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性材料から成る矩形板状のアーマチュアが固着されている。
As shown in FIG. 8A, the
支持ばね部32は、可動部30の短手方向の両側面側で可動部30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31に一体に連結され、他端部が可動部30に一体に連結されている。尚、各支持ばね部32は、平面形状において一端部と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る。このため、可動部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
可動部30は、短手方向の両側縁の中央部から矩形状の突片36が一体に延設され、フレーム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が一体に延設されている。これら突片36,37は互いの先端面同士が対向しており、突片36の先端面に設けられた凸部が突片37の先端面に設けられた凹部の内周面に当接することで、フレーム31の厚み方向に直交する面内における可動部30の移動が規制される。
The
可動接点基台部34は、可動部30の長手方向において可動部30の両端部とフレーム31との間にそれぞれ配置され、そのベース5との対向面(下面)に導電性材料から成る可動接点が固着されている。ここで、可動接点基台部34は、2本の接圧ばね部35を介して可動部30に支持されている。尚、可動部30の四隅には、磁性体の変位量を制限するストッパ部33がそれぞれ一体に延設されているため、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。
The movable
カバー4は、パイレックス(登録商標)のような耐熱ガラスにより構成されており、メインブロック3との対向面に可動部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 such as Pyrex (registered trademark), and a recess (not shown) that secures a swinging space of the
ここで、フレーム31におけるベース5との対向面(下面)の周部には、全周に亘って接合用金属薄膜(図示せず)が形成され、カバー4との対向面(上面)の周部にも全周に亘って接合用金属薄膜38aが形成されている。また、ベース5におけるメインブロック3との対向面(上面)の周部にも全周に亘って接合用金属薄膜55が形成され、カバー4におけるメインブロック3との対向面(下面)の周部にも全周に亘って接合用金属薄膜(図示せず)が形成されている。したがって、メインブロック3とカバー4とベース5とを圧接又は陽極接合により気密的に接合することができ、ベース5とカバー4とフレーム31とで囲まれる空間の気密性を向上させることができる。
Here, a metal thin film for bonding (not shown) is formed over the entire periphery of the surface (lower surface) facing the
以下、本基本形態の動作について説明する。コイル62へ通電が行われると、磁化の向きに応じてアーマチュアの長手方向の一端部がヨーク60の一方の脚片60bに吸引されて可動部30が揺動し、可動部30の他端側の可動接点基台部34に保持された可動接点が対向する1対の固定接点50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61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。
Hereinafter, the operation of the basic mode will be described. When the
また、コイル62への通電方向を逆向きにすると、アーマチュアの長手方向の他端部がヨーク60の他方の脚片60bに吸引されて可動部30が揺動し、可動部30の他端側の可動接点基台部34に保持された可動接点が対向する1対の固定接点50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61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
(基本形態2)
本基本形態は、図9,10に示すように、主として、ベース100と、ベース100の厚み方向の一面(上面)側に設けられるメインブロック200と、メインブロック200におけるベース100側とは反対側(上側)に設けられるカバー300と、電磁石装置400とを備えている。
(Basic form 2)
As shown in FIGS. 9 and 10, the basic form is mainly the
ベース100は、例えば直方体状のガラス基板により形成されており、図9に示すように、ベース100の上面側における長手方向両端側それぞれには、1対の伝送線路110が形成されている。伝送線路110は何れも直線状に形成されており、その長手方向がベース100の短手方向と一致している。また、1対の伝送線路110は、ベース100の短手方向に沿って一直線上に並設されている。ここで、ベース100の厚み方向の他面(下面)側の長手方向両端側それぞれには、1対の外部接続電極(図示せず)が形成されている。当該1対の外部接続電極は、それぞれ1対の伝送線路110各々とベース100を厚み方向に貫通する貫通孔配線(図示せず)を介して電気的に接続されている。
The
また、ベース100の上面側には、伝送線路110に電気的に接続される複数の固定接点120が形成されている。各固定接点120は、各伝送線路110においてベース100の内側となる端部に接続されている。よって、ベース100の左右両端側それぞれには、固定接点120が1対ずつ形成されている。尚、各伝送線路110においてベース100の外側となる端部は、上述の貫通孔配線を介して外部接続電極に電気的に接続されている。また、固定接点120は、例えばCuやAuなどの導電性が良好な金属材料から成る金属薄膜であって、スパッタ法や電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。更に、固定接点120は、単層構造に限らず、例えばAu層と、Au層とベース100との間に介在されるTi層とから成る多層構造であってもよい。
A plurality of fixed
メインブロック200は、主として、可動部210と、フレーム220とを有する。フレーム220は、矩形枠状に形成されており、このフレーム220の開口内に可動部210が配置される。ここで、フレーム220の開口は、フレーム220の中央部に設けられた矩形状の第1の開口部230と、フレーム220の長手方向の両端側それぞれに設けられた第2の開口部231とを含む。第2の開口部231は、それぞれ上下方向の中央部において第1の開口部230と連通している。尚、フレーム220の外形寸法はベース100の外形寸法と等しくしてある。
The
可動部210は、フレーム220の第1の開口部230内に配置される本体部211を有している。本体部211は矩形板状に形成され、その長手方向をフレーム220の長手方向に沿わせた形で第1の開口部230内に配置される。本体部211の短手方向両端部の各中央部には、接点用突片212が突設されており、その先端部は第2の開口部231内に配置されている。接点用突片212におけるベース100との対向面(下面)には、可動接点213が設けられている(図10参照)。可動接点213は、1対の固定接点120と接触した際に当該1対の固定接点120間を短絡するように構成されている。尚、可動接点213は、固定接点120と同様にCuやAuなどの金属材料から成る金属薄膜であり、スパッタ法や電気めっき法、真空蒸着法などを利用して形成されている。また、可動接点213も、単層構造に限らず、上述の固定接点120と同様に多層構造であってもよい。
The
一方、本体部211におけるカバー300との対向面(上面)の中央部には、支点突起214が突設されている。この支点突起214は、可動部210の揺動動作(シーソー動作)の支点として用いられる。
On the other hand, a
このような可動部210は、複数(図示では4つ)の支持片240によりフレーム220と一体に連結されている。支持片240は、それぞれフレーム220の第1の開口部230の長手方向における内側面と、本体部211の短手方向の外側面とを一体に連結するように構成されている。4つの支持片240は、本体部211の中心を中心として点対称となるように配置されている。また、支持片240は、厚み方向に直交する面内で本体部211の長手方向に沿った方向に進退するように蛇行した形状に形成されている。これによって、可動部210がフレーム220に揺動自在に支持されるようになっている。また、各支持片240を蛇行した形状に形成することで長さ寸法を長くし、可動部210が揺動動作する際に支持片240に加えられる応力を分散している。
Such a
上述したメインブロック200において、可動部210とフレーム220と支持片240とは、例えば50μm〜300μm程度、好ましくは200μm程度の厚みの半導体基板25をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術などの半導体微細加工技術を利用してパターニングすることにより一体に形成されている。尚、半導体基板25は、シリコンから成る半導体層と、酸化シリコン(SiO2)より成る絶縁層とを交互に積層したSOI(2層SOI)基板である。
In the
可動部210の本体部211におけるカバー300との対向面(上面)には、アーマチュア500が設けられている。アーマチュア500は、電磁石装置400が発生する磁場により可動部210を揺動させるために用いられている。アーマチュア500は、例えば電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどの磁性材料を機械加工して矩形板状に形成され、接着、溶接、熱着、ロウ付けなどの方法によって本体部211に接合されている。また、可動部210におけるベース100との対向面(下面)側には、アーマチュア500を可動部210に保持するとともに可動部210を補強する補強部材600が設けられている。尚、補強部材600によってマイクロリレーの厚み寸法が大きくなるのを避けるために、ベース100には補強部材600を避ける凹部130が凹設されている(図9参照)。
An
上述したメインブロック200は、可動接点213と1対の固定接点120とがそれぞれ対向する形で、フレーム220をベース100に接合することによって、ベース100の上面側に取付けられる。
The
カバー300は、例えば絶縁性材料であるガラス基板により形成されており、その外形寸法はベース100の外形寸法と等しくしてある。このようにカバー300は、フレーム220の開口を閉塞できる大きさに形成されている。カバー300におけるフレーム220側とは反対側の面(上面)の中央部には、厚み方向に貫通する開孔部310が形成されている。開孔部310は、電磁石装置400を収納できる大きさに形成され、そのフレーム220側の面(下面)には、開孔部310全体を閉塞する閉塞板320が密着接合されている。閉塞板320は、例えば厚みが5〜50μm程度(好ましくは20μm程度)に形成されたシリコン板やガラス板などから成る。この開孔部310の内周面と閉塞板320とで囲まれる空間部が電磁石装置400の収納室を構成している。上述のカバー300は、フレーム220におけるベース100側とは反対側の面(上面)に接合される。
The
電磁石装置400は、アーマチュア500を吸引する磁場を発生させるもので、可動部210をラッチするための永久磁石410を備えている。電磁石装置400は、主として、ヨーク420と、1対のコイル430とを備えている。ヨーク420は、長尺矩形板状の主片421と、主片421の表面側(下面側)の長手方向両端部それぞれに突設された矩形板状の脚片422とを一体に備えている。このようなヨーク420は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工或いは鍛造加工することにより形成されている。永久磁石410は、直方体状に形成され、厚み方向の一面側と他面側とが互いに異極となるように着磁されている。この永久磁石410は、上記他面をヨーク420の主片421の下面における長手方向中央部に当接させるようにして、ヨーク420に取り付けられる。1対のコイル430は、主片421における各脚片422と永久磁石410との間の部位それぞれに配置される。
The
また、電磁石装置400には、1対のコイル端子(図示せず)が設けられている。この1対のコイル端子間に電圧を印加することで、両コイル430に電流が流れる。このような電磁石装置400は、カバー300の上記収納室に収納される。ここで、カバー300におけるメインブロック200側とは反対側の面(上面)には、直線状の配線パターン(図示せず)が形成されており、この配線パターンの一端部にコイル端子が半田付けなどによって電気的に接続される。
Further, the
ベース100の下面側には、両コイル430に通電するための駆動電極(図示せず)が設けられており、この駆動電極と配線パターンの他端部とが厚み方向で重なる位置に、ベース100、メインブロック200、カバー300を厚み方向に貫通する貫通孔(図示せず)が貫設されている。この貫通孔内には貫通孔配線(図示せず)が形成されており、この貫通孔配線と配線パターンとを介して駆動電極とコイル端子とが電気的に接続される。
A drive electrode (not shown) for energizing both
以下、本基本形態の動作について説明する。両コイル430への通電が行われると、磁化の向きに応じてアーマチュア500の長手方向の一端部がヨーク420の一方の脚片422に吸引されて可動部210の本体部211が揺動し、本体部211の長手方向一端側の接点用突片212に設けられた可動接点213が対向する1対の固定接点120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410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。
Hereinafter, the operation of the basic mode will be described. When energization of both the
また、両コイル430への通電方向を逆向きにすると、アーマチュア500の長手方向の他端部がヨーク420の他方の脚片422に吸引されて可動部210の本体部211が揺動し、本体部211の長手方向他端側の接点用突片212に設けられた可動接点213が対向する1対の固定接点120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410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 of both the
上述のように、本基本形態では電磁石装置400をカバー300の開孔部310に収納しているので、電磁石装置400をベース100に収納する場合と比較してベース100の厚みを薄くすることができる。このため、固定接点120を外部接続電極に接続するための貫通孔配線を短くすることができ、高周波特性を向上させることができる。また、電磁石装置400と固定接点120との間の距離を長くすることができるので、電磁石装置400が発生する磁場による影響を低減することができる。
As described above, since the
(実施形態1)
以下、本発明に係る接点装置の実施形態1について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図1(b)における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図1(a),(b)に示すように、1対(図示では1つ)の固定接点1と、各固定接点1に接離自在な1対(図示では1つ)の可動接点21aと、可動接点21aを有するとともに可動接点21aが固定接点1と接触する位置と開離する位置との間で揺動自在な可動部2とを備える。尚、本実施形態では、ベースA(土台部)及びカバーB(蓋部)及びフレームC(枠部)を接合することで固定接点1及び可動接点21a及び可動部2を収容する収容部を構成している。また、ベースAにおける可動部2の長手方向両端部と対向する部位にそれぞれ固定接点1が設けられている。尚、本実施形態の可動部2は、ベースAと対向する一面(下面)に設けられた矩形板状のアーマチュア2aが電磁石装置(図示せず)によって吸引されることで揺動するようになっている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a contact device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the top, bottom, left, and right in FIG. In this embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a pair (one in the figure) of the fixed
可動部2は、揺動自在に支持される矩形板状の本体部20と、本体部20と離間して設けられるとともに固定接点1と対向する一面(下面)に可動接点21aが設けられた矩形板状の1対(図示では1つ)の接点部21と、弾性を有し可動部2の長手方向の両端部において本体部20と接点部21とを各々互いに連結する2対(図示では1対)の支持部22とから成る。
The
ベースAにおける本体部20の長手方向の中央部と対向する部位には、上方に向かって突出する支点突起20aが一体に形成されており、この支点突起20aが可動部2の揺動する際の支点となる。また、本体部20の長手方向の両端部(図示では一端部のみ)における下面には、下方に突出するストッパ20bがそれぞれ一体に形成されている。可動部2が揺動する際に当該ストッパ20bの下端部がベースAと当接することで、可動部2の上下方向の移動を規制している。
A
接点部21は、本体部20の長手方向両端部とそれぞれ離間して設けられ、各々のベースAと対向する一面(下面)に可動接点21aが固着されている。また、接点部21の本体部20に近い側の端部(図示では左端部)が固定接点1との接触部位となっている。支持部22は何れも略コ字状に形成され、その一端部が本体部20と一体に連結するとともに他端部が接点部21と一体に連結している。尚、可動部2の長手方向の両端部それぞれにおいて、支持部22が可動部2の短手方向の両端側にそれぞれ設けられている。各支持部22の他端部側には、同一面内で蛇行した形状に形成された蛇行部22aが設けられており、当該蛇行部22aにより支持部22の長さ寸法を長くしてある。このため、可動部2が揺動する際に各支持部22にかかる応力を分散させ、各支持部22が破損するのを防止している。この各蛇行部22aの端部を連結した部位と接点部21とを後述する防護壁C1間の隙間を介して連結することで、接点部21が支持部22に支持されている。
The
ところで、接点間を開閉するために可動部2の揺動を繰り返すと、支点突起20aと本体部20との接触、及びストッパ20bとベースAとの接触によって可動部2や各部位が磨耗し、磨耗粉が発生する。そこで、本実施形態では、この磨耗粉が固定接点1及び可動接点21aに付着するのを防止する手段として防護壁C1を設けている。防護壁C1はフレームCと一体に形成され、本体部20と接点部21との間において接点部21の長手方向(図1(a)における上下方向)に沿って互いに向き合うように1対ずつ設けられている。これら防護壁C1によって、収容部内部において本体部20側の空間と接点部21側の空間とを支持部22が通る隙間を除いて隔てている。即ち、防護壁C1が可動部2の揺動に伴って生じる磨耗粉が収容部内部における可動接点21a及び固定接点1の在る空間に侵入するのを遮断する遮断手段となっている。
By the way, if the swinging of the
上述のように、収容部内部において本体部20側の空間と接点部21側の空間とを隔てる防護壁C1を設けることで、可動部2の揺動に伴って生じる磨耗粉が接点部21側の空間に向かって飛散しても、防護壁C1によって磨耗粉の接点部21側の空間への飛散を防止することができる。したがって、可動接点21aや固定接点1に磨耗粉が付着するのを防止することができるので、接点間を閉成する際に磨耗粉が介在しないために接点同士の接触面積が減少することがなく、接点間の開閉性能が損なわれるのを防止することができる。
As described above, by providing the protective wall C <b> 1 that separates the space on the
ところで、仮に磨耗粉が各防護壁C1の間の隙間を通って接点部21側の空間に飛散した場合、磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に付着する虞がある。そこで、図2に示すように、接点部21を細長形状とし、その長手方向両端部において接点間が開閉されるように固定接点1を設けることで各防護壁C1の間の隙間と各接点の接触部位との間の距離を長くしてもよい(即ち、接点部21において各防護壁C1の隙間から最も遠い部位と対向するように固定接点1を設ける)。この場合、各防護壁C1の間の隙間を通った磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に到達し難くなるので、磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に付着するのをより確実に防止することができる。
By the way, if the wear powder is scattered in the space on the
尚、防護壁の構成としては、上述のように本体部20側の空間と接点部21側の空間とをほぼ全面的に隔てる構成に限定されるものではなく、例えば図3に示すように、接点部21における本体部20と対向する一面(左面)を覆うように接点部20に対向して防護壁23を設けても構わない。この場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
The configuration of the protective wall is not limited to a configuration that substantially completely separates the space on the
ところで、本実施形態では、ベースAの上面にフレームCの下端縁を突き合わせて接合することでフレームCをベースAに取り付けるようになっているが、防護壁(例えば、防護壁C1)の下端部が接合時にベースAと接触し、接合を阻害してベースAとフレームCとの接合の安定性が損なわれる虞がある。そこで、図4に示すように、防護壁C1の下端部とベースAとの間に所定の隙間を有するように防護壁C1を設けてもよい。この場合、ベースAとフレームCとを接合する際に、防護壁C1の下端部がベースAと接触することがないことから接合を阻害せず、したがってベースAとフレームCとの接合の安定性を向上させることができる。 By the way, in the present embodiment, the frame C is attached to the base A by abutting and joining the lower end edge of the frame C to the upper surface of the base A, but the lower end of the protective wall (for example, the protective wall C1). May come into contact with the base A at the time of joining, and the joining may be hindered and the stability of joining between the base A and the frame C may be impaired. Therefore, as shown in FIG. 4, the protective wall C <b> 1 may be provided so as to have a predetermined gap between the lower end portion of the protective wall C <b> 1 and the base A. In this case, when the base A and the frame C are joined, the lower end of the protective wall C1 does not come into contact with the base A, so that the joining is not hindered. Therefore, the stability of the joining between the base A and the frame C is prevented. Can be improved.
更に、図5に示すように、可動部2の支持部22に防護壁24を一体に設け、防護壁24の下端部が嵌り込む凹部A1をベースAに凹設しても構わない。この場合、本体部20側の空間と接点部21側の空間とが、凹部A1における防護壁24を避けた入り組んだ経路を介して結ばれる。このため、磨耗粉は当該経路を介さなければ接点部21側の空間に到達できないために飛散し難く、可動接点21aや固定接点1に付着するのをより確実に防止することができる。勿論、可動部2の揺動を問わず防護壁24の下端部と凹部A1の底面との間に所定の隙間を有するように構成することで、上記と同様にベースAとフレームCとの接合の安定性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 5, a
(実施形態2)
以下、本発明に係る接点装置の実施形態2について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図6に示すように、可動部2の長手方向両端部のそれぞれにおいて支持部22が1つずつ設けられ、防護壁C1の隙間が接点部21と対向する部位以外の部位に設けられたことに特徴がある。防護壁C1は、その長手方向における一端部(同図における上端部)がフレームCと一体に形成されるとともに、他端部(同図における下端部)がフレームCとの間に所定の隙間を有するように設けられている。支持部22は一対の蛇行部22aを有し、一端部が本体部20と連結されるとともに、他端部が上記防護壁C1とフレームCとの間の隙間を通って接点部21と連結されている。また、接点部21は防護壁C1と対向するように設けられている。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the contact device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Since the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, one
上述のように、支持部22が1つであることから本体部20側の空間から接点部21側の空間に通じる経路が1つであるので、磨耗粉が接点部21側の空間に到達し難い。また、当該経路が防護壁C1を避けて接点部21に回り込む経路であることから、仮に磨耗粉が接点部21側の空間に達しても接点部21には到達し難く、したがって磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に付着するのをより確実に防止することができる。
As described above, since there is one
(実施形態3)
以下、本発明に係る接点装置の実施形態3について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図7(a)に示すように、遮断手段として本体部20と接点部21との間に磨耗粉を吸着させる材料から成る吸着部材25を設けたことに特徴がある。吸着部材25は、例えばポリイミド等の吸着性を有する材料から成る薄膜や、レジスト膜等から成り、ベースA上面における固定接点1の近傍に配設される。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a third embodiment of the contact device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Since the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIG. 7A, the present embodiment is characterized in that an adsorbing
上述のように吸着部材25を設けることで、吸着部材25によって接点部21側の空間に向かって飛散する磨耗粉を吸着することができるので、磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に付着するのを防止することができる。
By providing the
尚、図7(b)に示すように、上記実施形態1,2に記載の防護壁(同図では防護壁C1)における本体部20と対向する一面(左面)に吸着部材25を配設しても構わない。この場合、吸着部材25によって接点部21側の空間に向かって飛散する磨耗粉を吸着するとともに、吸着しきれない磨耗粉の飛散を防護壁によって防止することができる。即ち、吸着部材25と防護壁とを組み合わせることで磨耗粉が可動接点21aや固定接点1に付着するのをより確実に防止することができる。
As shown in FIG. 7B, an
尚、上記各実施形態の接点装置は基本形態1,2の何れにも採用することができる。基本形態1に上記各実施形態の接点装置を採用する場合は、固定接点50を固定接点1、可動接点基台部34に設けられた可動接点を可動接点21a、可動部30を可動部2に各々置き換えればよい。また、基本形態2に本実施形態の接点装置を採用する場合は、固定接点120を固定接点1、可動接点213を可動接点21a、可動部210を可動部2に各々置き換え、本体部211と接点用突片212とを別体に形成するとともに、各々を支持部で連結すればよい。勿論、本発明の接点装置を備えたリレーとしては、上記基本形態のマイクロリレーに限定されるものではなく、他の構造を有するリレー及びマイクロリレーに本発明の接点装置を採用しても構わない。また、可動部を揺動させるための駆動装置は上記の電磁駆動式に限定される必要はなく、例えば静電駆動式の駆動装置を採用しても構わない。
In addition, the contact device of each said embodiment is employable in any of the
1 固定接点
2 可動部
20 本体部
21 接点部
21a 可動接点
22 支持部
C1 防護壁(遮断手段)
DESCRIPTION OF
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WO2023218823A1 (en) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Contact device and electromagnetic relay |
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