JP2011090956A - 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
ところで、上記従来のマイクロリレーなどに利用されている接点装置では、接点間の接触抵抗を低い値で安定させるために、接点の材料として金等の軟質金属を用いるのが通例である。しかしながら、このような構成では、接点間の開閉を重ねると接点同士の衝突により接点が変形し、各接点の表面が平坦化して接点同士が固着(スティッキング)する虞があった。接点間が固着すると、接点間を開成する際に可動接点を固定接点から引き剥がし難くなり、接点の開閉性能が低下するという問題があった。上記の問題を解決する手段として、例えば互いに対向配置された可動子及び固定子の少なくとも一方の対向面に擬似球状の接触点を設けた構成が特許文献2に開示されている。このように接触点を設けることで、接触面積を小さくして密着性を低くし、接触部分同士が容易に分離されるようにして接触部分同士の固着を防止している。
By the way, in a contact device used for the above-described conventional micro relay or the like, it is usual to use a soft metal such as gold as a contact material in order to stabilize the contact resistance between the contacts at a low value. However, in such a configuration, when the contacts are repeatedly opened and closed, the contacts are deformed by the collision of the contacts, and the surface of each contact may be flattened and the contacts may be fixed (sticking). When the contacts are fixed, there is a problem that it is difficult to peel the movable contact from the fixed contact when the contact is opened, and the opening / closing performance of the contact is lowered. As means for solving the above problem, for example,
しかしながら、特許文献2に記載の従来例では、接触点により接点同士が固着するのを防止することができるものの、接点同士が衝突する際の衝撃を緩和することができない。このため、接点間の開閉を繰り返すことで各接点が衝突時の衝撃により劣化し、徐々に接点同士の固着を防止する効果も薄れてしまうという問題があった。
However, in the conventional example described in
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、接点間の開閉を繰り返しても接点同士の固着を防止する効果を持続させ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 a contact device capable of maintaining the effect of preventing sticking between contacts even when opening and closing between the contacts is repeated, a relay using the contact device, and a micro relay The purpose is to provide.
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を備えた接点装置であって、固定接点及び可動接点の何れか一方は、対向する接点と接触する部位を頂部とした球面を少なくとも有する球面部と、球面部における前記接触部位と反対側の部位から突出し且つ球面部よりも径寸法の小さい略棒状の脚部とを有して成る電極で構成されることを特徴とする。 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 movable portion that can swing between the fixed contact point and the movable contact point. It is comprised by the electrode which has a substantially rod-shaped leg part which protrudes from the site | part on the opposite side to the said contact part in a part, and is smaller in diameter than a spherical part.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、電極において、球面部は、対向する接点と接触する部位を頂部とした略半球形状の椀部であって、脚部は、椀部における曲面を除いた平坦面から突出す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, in the electrode, the spherical surface portion is a substantially hemispherical ridge portion whose top is a portion that contacts an opposing contact, and the leg portion is a curved surface in the ridge portion. It protrudes from the flat surface except for.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、電極で構成される接点は複数の電極から構成されることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect of the present invention, the contact point constituted by the electrode is constituted by a plurality of electrodes.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、電極で構成される接点の各電極は、可動部において可動部の揺動する際の支点から可動接点が設けられる部位に向かう方向に沿って並設され、且つその高さ寸法が前記支点に向かうにつれて大きくなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, each electrode of the contact constituted by the electrodes is along a direction from the fulcrum when the movable portion swings in the movable portion toward the portion where the movable contact is provided. It is arranged in parallel, and the height dimension becomes large as it goes to the said fulcrum.
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れか1項の発明において、電極で構成される接点の電極は、球面部が剛性の高い金属材料から成り、脚部が軟質の金属材料から成ることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects of the invention, the contact electrode composed of the electrodes has a spherical portion made of a highly rigid metal material and a leg portion made of a soft metal material. It is characterized by comprising.
請求項6の発明は、請求項1乃至5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 sixth aspect of the invention includes the contact device according to any one of the first to fifth 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7の発明は、請求項6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及び伝送線路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 a seventh aspect of the present invention, in the relay according to the sixth aspect, the driving device is a micro relay comprising 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. And a base formed of a substrate and containing an electromagnet device and having a fixed contact and a transmission line provided on one side in the thickness direction, and a frame-like frame fixed to the one side of the base, And a main block having a movable portion and an armature that are swingably supported by the frame, and a cover whose peripheral portion is fixed to the frame on the opposite side of the base of the main block.
請求項8の発明は、請求項6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及び伝送線路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。
The invention according to claim 8 is the relay according to
請求項1の発明によれば、接点間の閉成時において球面部の頂部と対向する接点とが接触するため、各接点の互いに対向する面同士が面全体で接触する場合と比較して接点同士が接触する面積を小さくすることができ、接点間を容易に分離し易くして接点同士の固着を防止することができる。更に、接点同士が接触する際に脚部が自身の有する弾性により撓むことで、接点同士が接触する際の衝撃を緩和させることができる。而して、各接点が衝突時の衝撃により劣化するのを防ぐことができ、接点間の開閉を繰り返しても接点同士の固着を防止する効果を持続させることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the contacts are closed, the tops of the spherical portions are in contact with the contacts facing each other, so that the contacts facing each other are in contact with each other over the entire surface. The contact area between the contacts can be reduced, the contacts can be easily separated, and the contacts can be prevented from sticking. Furthermore, when the contacts are brought into contact with each other, the leg portion is bent due to the elasticity of the legs, thereby reducing the impact when the contacts are brought into contact with each other. Thus, it is possible to prevent each contact from deteriorating due to an impact at the time of collision, and it is possible to maintain the effect of preventing contact between the contacts even when opening and closing between the contacts is repeated.
請求項2の発明によれば、接点同士が接触する面積を小さくしつつ、脚部の高さ寸法を大きくすることができるので、脚部を撓み易くすることができ、したがって接点同士が接触する際の衝撃を緩和する効果を高めることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、電極が1つの場合と比較して対向する接点との接触面積を大きくすることができるので、接触抵抗を小さくすることができ、接点間の接触信頼性を高めることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、全ての電極の球面部の頂部を対向する接点とほぼ同時に接触させることができるので、対向する接点との接触面積が安定し、接点間の開閉性能を更に安定化させることができる。 According to the invention of claim 4, since the tops of the spherical portions of all the electrodes can be brought into contact with the opposing contacts almost simultaneously, the contact area with the opposing contacts is stabilized, and the switching performance between the contacts is further stabilized. It can be made.
請求項5の発明によれば、球面部を剛性の高い金属材料で形成することで接点間の固着をより効果的に防止することができるとともに、接点間の閉成時における接点同士の接触面積をより安定化させることができる。また、脚部を軟質の金属材料で形成することで接点同士が接触する際の衝撃をより効果的に緩和させることができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、請求項1乃至5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7,8の発明によれば、請求項1乃至5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 seventh and eighth aspects of the invention, a microrelay having the effect of any one of the first to fifth aspects can be realized.
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4(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4(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)
As shown in FIGS. 4A and 4B, the basic form includes an
電磁石装置6におけるヨーク60は、図4(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. 4A, 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4(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4(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. 4A, each pair of fixed
収納孔56の開口面は、図4(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4(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. 4A, 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、アーマチュア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5,6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. 5 and 6, this basic form is mainly composed of a
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5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6参照)。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6参照)。
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(a)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)に示すように、ベースAに配線された伝送線路1上に設けられた1対(図示では1つ)の固定接点10と、各固定接点10に接離自在な1対(図示では1つ)の可動接点20と、可動接点20を有するとともに可動接点20が固定接点10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(図示せず)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 vertical and horizontal directions in FIG. 1A are defined as the vertical and horizontal directions. In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a pair (one in the figure) of fixed
可動部2は矩形板状に形成され、その長手方向両端部のベースAと対向する一面(下面)に可動接点20が設けられている。ベースAにおける可動部2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(図示せず)が設けられており、この支点突起が可動部2の揺動する際の支点となる。
The
ここで、本実施形態の固定接点10は、図1(a)に示すように、可動接点20と接触する部位を頂部とした略半球形状の椀部(球面部)11aと、椀部11aにおける曲面を除いた平坦面から突出し且つ椀部11aよりも径寸法の小さい略棒状の脚部11bとを有して成る略傘形状の電極11で構成されている。而して、接点間の閉成時において椀部11aの頂部と可動接点20とが接触するため、各接点の互いに対向する面同士が面全体で接触する場合と比較して接点同士が接触する面積を小さくすることができ、接点間を容易に分離し易くして接点同士の固着を防止することができる。更に、接点同士が接触する際に脚部11bが自身の有する弾性により撓むことで、接点同士が接触する際の衝撃を緩和させることができる。このため、各接点が衝突時の衝撃により劣化するのを防ぐことができ、接点間の開閉を繰り返しても接点同士の固着を防止する効果を持続させることができる。また、接点間の閉成時における接点同士の接触面積を常にほぼ一定にすることができるので、接点間の開閉性能を安定化させることができる。
Here, as shown in FIG. 1 (a), the fixed
尚、電極11を、図2(a),(b)に示すように、可動接点20と接触する部位を頂部とした略球形状の球部11cと、球部11cから下方に突出し且つ球部11cよりも径寸法の小さい略棒状の脚部11bとから構成してもよい。即ち、電極11は、対向する接点と接触する部位を頂部とした球面を少なくとも有する球面部と、球面部における前記接触部位と反対側の部位から突出し且つ球面部よりも径寸法の小さい略棒状の脚部とを有して成れば他の構成であってもよい。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
但し、電極11を上述のように球部11cと脚部11bとで構成した場合、電極11の高さ寸法を一定とすると脚部11bの高さ寸法が短くなってしまうため、脚部11bが若干撓み難くなり、接点同士が接触する際の衝撃を緩和する効果が小さくなる虞がある。一方、電極11を椀部11aと脚部11bとで構成した場合には、接点同士が接触する面積を小さくしつつ、脚部11bの高さ寸法を大きくすることができるので、脚部11bを撓み易くすることができ、したがって接点同士が接触する際の衝撃を緩和する効果を高めることができるので好ましい。
However, when the
ところで、図1(a)に示すように固定接点10が1つの電極11から構成される場合、接点同士の固着を防止する効果、及び接点同士が接触する際の衝撃を緩和する効果を奏することができるものの、可動接点20との接触面積が小さくなるために接触抵抗が増大し、接点の接触信頼性が低下する虞がある。そこで、図1(b)に示すように、固定接点10を複数(図示では3つ)の電極11から構成してもよい。図1(b)に示す実施形態では、伝送線路1の長手方向に沿って電極11を並設している。この場合、可動接点20と接触する電極11が増えることから、電極11が1つの場合と比較して可動接点20との接触面積を大きくすることができるので、接触抵抗を小さくすることができ、接点間の接触信頼性を高めることができる。勿論、接点同士の固着を防止する効果、及び接点同士が接触する際の衝撃を緩和する効果も奏することができる。
By the way, when the fixed
(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。本実施形態では、図3(a),(b)に示すように、固定接点10が複数(図示では9つ)の電極11から構成され、各電極11を、接点間を閉成する際に最初に可動接点20と接触する側の一方の端部(図示では左端部)から他方の端部(図示では右端部)に向かうにつれて脚部11bの高さ寸法L1〜L3が大きくなるように(L1<L2<L3)配置している。即ち、各電極11が可動部2において可動部2の支点突起から可動接点20が設けられる部位に向かう方向に沿って並設され、且つその高さ寸法が支点突起に向かうにつれて大きくなることに特徴がある。
(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 this embodiment, as shown to Fig.3 (a), (b), the fixed
例えば、各電極11の脚部11bの高さ寸法が同一、若しくは不揃いの場合、接点間の閉成時に可動接点20と椀部11aの側面部とが接触する電極11や、可動接点20と接触しない電極11等が混在したり、可動接点20と各電極11とがほぼ同時に接触しない事が起こったりするため、可動接点20と各電極11との接触が不安定になる。そこで、上述のように構成することで、全ての電極11の椀部11aの頂部を可動接点20とほぼ同時に接触させることができるので、可動接点20との接触面積が安定し、接点間の開閉性能を安定化させることができる。
For example, when the height dimensions of the
ところで、上記各実施形態において、電極11の椀部11aを剛性の高い金属材料(例えば、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、或いはこれらを含む複合金属)で形成するとともに、脚部11bを軟質の金属材料(例えば、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、或いはこれらを多く含む複合金属)で形成するのが望ましい。このように椀部11aを剛性の高い金属材料で形成することで、接点同士の固着をより効果的に防止することができるとともに、接点間の閉成時における接点同士の接触面積をより安定化させることができる。また、脚部11bを軟質の金属材料で形成することで、接点同士が接触する際の衝撃をより効果的に緩和させることができる。また、剛性の高い金属材料としては、例えばタングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、或いはこれらを含む複合金属などの卑金属材料を代わりに用いても構わない。
By the way, in each said embodiment, the
ここで、上記各実施形態では、固定接点10を1乃至複数の電極11から構成しているが、固定接点10の代わりに可動接点20を1乃至複数の電極11から構成しても構わない。この場合でも、上記各実施形態と同様の効果を奏することができる。
Here, in each of the above embodiments, the fixed
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、導電パターン51を伝送線路1、固定接点50を固定接点10(電極11)、可動接点基台部34に設けられた可動接点を可動接点20、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、伝送線路110を伝送線路1、固定接点120を固定接点10(電極11)、可動接点213を可動接点20、可動部210を可動部2に各々置き換えればよい。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
10 固定接点
11 電極
11a 椀部(球面部)
11b 脚部
2 可動部
20 可動接点
10 fixed
Claims (8)
Priority Applications (1)
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