JP2011192424A - 静電リレー - Google Patents

Abstract

【課題】可動接点及び可動電極がベース基板と平行に変位する静電リレーにおいて、可動電極を固定電極から離間させる際の開離力を大きくし、構造を簡単化し、設計の自由度を向上させる。
【解決手段】ベース基板３２上に固定接点部３３と固定電極部３５を固設する。固定電極部３５と可動電極部３６は、可動電極部３６とともに可動接点部３４を変位させる静電アクチュエータを構成する。バネ支持部３８、３９に設けた可動バネ３７ａ、３７ｂは、可動電極部３６を変位可能に保持する。バネ支持部３８に片持ち状の二次バネ８４を設け、可動電極部３６の前端面に突起部８５を設ける。二次バネ８４は、可動接点部３４及び可動電極部３６が変位したとき、可動接点部３４の可動接点５６が固定接点部３３の固定接点４６ａ、４６ｂに当接する前に突起部８５に当接するとともに、突起部８５に当接するまでは変形しない。
【選択図】図２

Description

本発明は小型の静電リレー（静電マイクロリレー）に関する。具体的には、静電リレーにおいて可動部を弾性復帰させるための二次バネの構造に関する。

静電リレーでは、可動接点を固定接点に接触させるときには、静電アクチュエータを駆動して可動接点を変位させる。また、可動接点と固定接点を開離させるときには、静電アクチュエータを駆動したときに弾性変形されられていた可動バネの弾性復帰力によって可動接点を固定接点から引き離している。

静電アクチュエータは、駆動時には可動電極と固定電極の間に直流電圧を印加し、両電極間に働く静電力で可動電極を固定電極に吸着させ、可動電極が設けられた部材を変位させる。しかし、このような静電アクチュエータでは、両電極間で発生する静電誘導や誘導分極などのため、可動電極と固定電極との間に印加していた直流電圧をオフにしても可動電極が固定電極に吸着して離れないことがある。また、固定接点と可動接点が接触したときの粘着力によって、接点どうしが離れないことがある。そのため、可動電極が固定電極に吸着されている時、あるいは可動接点が固定接点に接触している場合には可動バネのバネ係数を大きくする工夫が必要とされる。

可動接点が固定接点に接触するときに可動バネのバネ係数を大きくなるようにしたものとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。図１（ａ）は、特許文献１に開示された接点開閉装置の構造を示す斜視図である。この接点開閉装置にあっては、ベース１１の上面に立てた可動接点端子１２に可動バネ１３の基端部を片持ち状に固定している。ベース１１の上面と平行に延びた可動バネ１３の先端部には可動接点１４が固設されている。ベース１１の上面に立てた固定接点板１５の上端部には、可動接点１４と対向させて固定接点１６が固設されている。また、固定接点板１５の上端部にはＬ形に屈曲した動作規制部材１７が取り付けられており、動作規制部材１７の先端１７ａが可動バネ１３の先端部に対向している。

しかして、駆動部材１８で可動バネ１３の背面を押すと、可動バネ１３が弾性的に湾曲してその先端部が動作規制部材１７の先端１７ａに当接する。さらに駆動部材１８で可動バネ１３を押すと、可動接点１４が固定接点１６に圧接して可動接点１４と固定接点１６の間が閉じられる。特許文献１では、こうして接点どうしの接触前に可動バネ１３を動作規制部材１７に当てることで接点の衝撃緩和と接点バウンス時間の短縮を図っている。

特許文献１の接点開閉装置では、可動接点１４を固定接点１６に接触させる際には、可動バネ１３が動作規制部材１７の先端１７ａに当接することで可動バネ１３のバネ係数が大きくなる。しかし、特許文献１では、駆動部材１８の駆動力が電磁力であるため、静電アクチュエータの可動電極と固定電極を離間させるために可動バネ１３のバネ係数を大きくしている訳ではない。しかも、この接点開閉装置では、可動接点１４が固定接点１６に接触している状態では、図１（ｂ）に示すように、可動バネ１３が動作規制部材１７の先端１７ａから離れており、可動バネ１３のバネ係数は本来のバネ係数に戻っている。

また、特許文献２には、固定接点と固定電極を設けた基板の上にバネ性を有する可動基板を重ね、可動基板の下面に固定接点と対向した可動接点と固定電極に対向した可動電極を設けた静電マイクロリレーが開示されている。この静電マイクロリレーでは、可動電極と固定電極の少なくともどちらか一方に凸部を設け、接点当接前に前記凸部を接触させることで、その凸部近傍で部分的に可動バネに発生する弾性変形によって、開離力を大きくしている。

しかし、この静電リレーでは、もともとの可動バネのバネ係数を凸部の位置や高さによって任意に大きくできるが、その位置や高さには制約があり、加工の精密さや設計の煩雑さによって、設計の自由度がそこなわれるという課題があった。

特開平６−２０３７２６号公報 特開２０００−１６４１０４号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、可動接点及び可動電極がベース基板と平行に変位する静電リレーにおいて、可動電極を固定電極から離間させる際の開離力を大きくすることができ、しかも、構造を複雑にすることがなく、設計の自由度も高くすることができるようにすることにある。

本発明に係る静電リレーは、ベース基板と、前記ベース基板に固定された、固定接点を有する固定接点部と、前記固定接点と接触又は離間する可動接点を有する可動接点部と、前記ベース基板に固定された固定電極部と、前記固定電極部との間に発生する静電力により、前記可動接点部とともに前記ベース基板と平行な方向に変位する可動電極部と、変位した前記可動電極部をもとの位置に復帰させるための第１のバネ材とを備えた静電リレーにおいて、前記可動接点部及び前記可動電極部が変位したとき、前記可動接点が前記固定接点に当接する以前に、前記ベース基板に固定されている固定部分と前記可動電極部又は当該可動電極部とともに変位する可動部分のうちいずれか一方に当接するとともに当接するまでは変形しない第２のバネ材を、前記固定部分と前記可動部分のうちいずれか他方に設けたことを特徴としている。なお、前記固定部分とは、ベース基板に固定されている部材であって、固定接点部や固定電極部であってもよく、固定接点部や固定電極部以外の固定された部材（例えば、実施形態のバネ支持部）であってもよい。また、前記可動部材は、可動接点部であってもよく、可動接点部以外の部材であってもよい。ただし、第２のバネ材を設ける部材が固定電極部又は固定接点部で第２のバネ材が当接する部材が可動電極部又は可動接点部である場合、あるいは、第２のバネ材を設ける部材が可動電極部又は可動接点部で第２のバネ材が当接する部材が固定電極部又は固定接点部である場合には、第２のバネ材を絶縁性としておく必要がある。

本発明の静電リレーにあっては、固定部分と前記可動電極部又は可動部分のうちいずれか他方に、第１のバネ材とは別な第２のバネ材を設け、この第２のバネ材が、固定部材と可動電極部又は可動部材のうちいずれか一方に当接するまでは変形しないようにしているので、可動電極部又は可動部分を弾性復帰させるための構造を簡略にすることができ、静電リレーの製造が容易になる。しかも、第２のバネ材のバネ係数と、バネ係数が変化するときの可動部分の移動距離とを独立して決めることができるので、設計の自由度が高くなり、静電リレーの設計が容易になる。

本発明に係る静電リレーのある実施態様においては、前記第２のバネ材が、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか他方に片持ち状に固定された板バネとなっている。かかる実施態様によれば、第２のバネ材が片持ち状となっているので、第２のバネ材を両持ち状に設ける場合と比較して変形量を大きくでき、可動部分の変位量が大きい場合にも対応することができる。

本発明に係る静電リレーの別な実施態様においては、前記第２のバネ材は、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方にはつながれていない。かかる実施態様によれば、第２のバネ材が固定部材と前記可動電極部又は可動部材のうちいずれか一方に当接するまでは、第２のバネ材が変形しないようにすることができる。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記第２のバネ材は、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方に設けた突起部に当接している。かかる実施態様によれば、突起部の位置を変更することによって第２のバネ材に加わる力の作用点が変わるので、第２のバネ材のバネ係数を変化させることができる。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか他方に片持ち状に設けられた板バネ状の第２のバネ材が、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方に設けた突起部に当接可能となっており、変形していない前記第２のバネ材の長さ方向と前記突起部の設置面とが平行となっている。かかる実施態様によれば、突起部を設けられた面に沿って突起部の位置を変更しても突起部と第２のバネ材との距離が変化しないので、設計が容易になる。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記第２のバネ材が、前記可動電極部と前記固定接点部との間において前記ベース基板に固設されたバネ支持部に設けられている。かかる実施態様によれば、可動接点部の両側のスペースを利用して第２のバネ材を保持させるためのバネ支持部を設けることができる。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記可動電極部の中心線に関して対称な位置にそれぞれ第２のバネ材を設けている。かかる実施態様によれば、第２のバネ材を対称に設けているので、第２のバネ材に固定部分または可動部分が当たった後も、可動部分に加わる力が非対称になって可動部分が傾く恐れがない。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記第１のバネ材は、前記可動電極部の変位方向における両端面、もしくはそれぞれの端面に対向する位置に設けられている。かかる実施態様によれば、第１のバネ材によって可動電極部を両側から保持してベース基板から浮かせることができるので、可動電極部を安定させることができる。

本発明に係る静電リレーのさらに別な実施態様においては、前記第１のバネ材は、前記可動電極部の変位方向におけるいずれか一方の端面、もしくはいずれか一方の端面に対向する位置に設けられている。かかる実施態様によれば、第１のバネ材を可動電極部の片側にだけ設けているので、静電リレーの構造の簡略化と小型化を図ることができる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

図１（ａ）は、特許文献１に開示された接点開閉装置の斜視図である。図１（ｂ）は当該接点開閉装置の接点接触時の平面図である。 図２は、本発明の実施形態１による静電リレーの平面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の静電リレーにおける二次バネと突起部との動作を説明する概略図である。 図４は、比較例の静電リレーを示す一部破断した平面図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例における可動バネと突起部との動作を説明する概略図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の静電リレーの製造工程を示す断面図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１の静電リレーの製造工程を示す断面図であって、図６（ｃ）に続く工程を示す。 図８は、本発明の実施形態１の変形例による静電リレーの平面図である。 図９は、本発明の実施形態２による静電リレーの平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の実施形態１による静電リレー３１の構造を示す平面図である。また、図７（ｂ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。この図２及び図７（ｂ）を参照して静電リレー３１の構造を説明する。

静電リレー３１は、Ｓｉ基板などからなるベース基板３２の上面に固定接点部３３、可動接点部３４、固定電極部３５、可動電極部３６、可動バネ３７ａ、３７ｂ（第１のバネ材）、バネ支持部３８、３９などを設けたものである。この静電リレー３１においては、固定接点部３３と可動接点部３４によってスイッチが構成されており、固定電極部３５や可動電極部３６、可動バネ３７ａ、３７ｂ及びバネ支持部３８、３９などによってスイッチ開閉用の静電アクチュエータが構成されている。

図２及び図７（ｂ）に示すように、固定接点部３３においては、Ｓｉからなる固定接点基板４１の下面がＳｉＯ_２などの絶縁膜４２を介してベース基板３２の上面に固定されている。固定接点基板４１はベース基板３２の上面端部において幅方向（Ｘ方向）に長く延びている。固定接点基板４１の上面には、ＳｉＮなどの絶縁層４３が形成され、絶縁層４３の上には一対の配線パターン部４４ａ、４４ｂが設けられている。配線パターン部４４ａ、４４ｂは、固定接点基板４１の上面において左右に分かれており、それぞれの端部には金属パッド部４５ａ、４５ｂが形成されている。また、固定接点基板４１の中央部に位置する配線パターン部４４ａ、４４ｂの端部は互いに平行に延びており、可動接点部３４に向き合った端部が固定接点４６ａ、４６ｂとなっている。なお、以下においては、静電リレー３１における可動接点部３４及び可動電極部３６の移動方向をＹ方向といい、静電リレー３１の幅方向をＸ方向ということがある。

可動接点部３４は、固定接点４６ａ、４６ｂに対向する位置に設けられている。可動接点部３４は、Ｓｉからなる可動接点基板５１の上面にＳｉＮからなる絶縁層５３が形成され、絶縁層５３の上に接点層５４が形成されている。固定接点４６ａ、４６ｂと対向する接点層５４の端面は、可動接点基板５１の前面から突出していて可動接点５６となっている。

また、可動接点基板５１は、可動電極部３６から突出した支持梁５７によって片持ち状に支持されている。可動接点基板５１及び支持梁５７の下面はベース基板３２の上面から浮いており、可動電極部３６とともにベース基板３２の長さ方向（Ｙ方向）と平行な方向に移動できる。

この静電リレー３１においては、固定接点部３３の金属パッド部４５ａ、４５ｂに主回路（図示せず）が接続され、可動接点５６を固定接点４６ａ、４６ｂに接触させることによって主回路を閉じることができる。また、可動接点５６を固定接点４６ａ、４６ｂから離間させることにより主回路を開くことができる。

可動接点部３４を動かすための静電アクチュエータは、固定電極部３５、可動電極部３６、可動バネ３７ａ、３７ｂ及びバネ支持部３８、３９などによって構成されている。

図２に示すように、ベース基板３２の上面には複数本の固定電極部３５が互いに平行に配置されている。固定電極部３５は、平面視においては、矩形状のパッド部６６の両面からＹ方向へ向けてそれぞれ枝状をした枝状電極部６７が延出されている。枝状電極部６７は、それぞれ左右対称となるように枝部６８が突出しており、枝部６８はＹ方向において一定ピッチで並んでいる。

図７（ｂ）に示すように、固定電極部３５においては、固定電極基板６１の下面がＳｉＯ_２などの絶縁膜６２によってベース基板３２の上面に固定されている。また、パッド部６６において、固定電極基板６１の上面には導体層６３が形成されており、導体層６３の上に電極パッド層６４を有している。

図２に示すように、可動電極部３６は、各固定電極部３５を囲むようにフレーム状に形成されている。可動電極部３６には、各固定電極部３５を両側から挟むようにして櫛歯状電極部７２が形成されている（固定電極部３５間においては、一対の櫛歯状電極部７２によって枝状となっている）。櫛歯状電極部７２は、各固定電極部３５を中心として左右対称となっており、各櫛歯状電極部７２からは枝部６８間の空隙部へ向けて櫛歯部７３が延出している。しかも、各櫛歯部７３は、その櫛歯部７３と隣接して可動接点部３４に近い側に位置する枝部６８との距離が、当該櫛歯部７３と隣接して可動接点部３４から遠い側に位置する枝部６８との距離よりも短くなっている。

可動電極部３６は、Ｓｉの可動電極基板７１からなり、可動電極基板７１の下面はベース基板３２の上面から浮いている。また、可動電極部３６の可動接点側端面の中央には支持梁５７が突設されていて支持梁５７の先端に可動接点基板５１が保持されている。

可動電極部３６は、バネ支持部３８に支持された可動バネ３７ａとバネ支持部３９に支持された可動バネ３７ｂによって保持されている。図２に示すように、２つのバネ支持部３８は固定接点部３３と可動電極部３６の間の領域において左右対称に配置されている。バネ支持部３８はＳｉよりなり、絶縁膜（図示せず）を介してベース基板３２の上面に固定されている。可動電極部３６の前端面において支持梁５７の両側からは連結部８１がＹ方向に突出しており、連結部８１の先端とバネ支持部３８とは、Ｓｉからなる板バネ状又は梁状をした可動バネ３７ａによって連結されている。可動バネ３７ａは、変形していない状態では、Ｘ方向と平行になっている。

また、バネ支持部３９はＳｉからなり、ベース基板３２の後端部においてＸ方向に長く延びている。バネ支持部３９の下面は絶縁膜８２によってベース基板３２の上面に固定されている。バネ支持部３９の両端からは前方へ向けて連結部８３が突出しており、連結部８３と可動電極部３６の後端面とは、Ｓｉによって左右対称に形成された一対の可動バネ３７ｂによってつながれている。可動バネ３７ｂは、板バネ状又は梁状をしていて、Ｘ方向と平行に配置されている。

したがって、可動電極部３６は、可動バネ３７ａ、３７ｂを介してバネ支持部３８及び３９により前後から保持されており、ベース基板３２の上面から浮かせて水平に保持されている。また、可動電極部３６は可動バネ３７ａ、３７ｂを弾性変形させることによりＹ方向で変位可能となっており、可動電極部３６を変位させている静電力が解除されたときには、可動電極部３６は可動バネ３７ａ、可動バネ３７ｂの弾性復元力により元の位置に復帰させられる。左右一対の可動バネ３７ａと左右一対の可動バネ３７ｂは、それぞれ左右対称な形状となっているので、可動バネ３７ａ、３７ｂを変形させて可動電極部３６が変位するとき、可動電極部３６はＹ方向には変位できるが、Ｘ方向には変位しない。

上記のような構造を有する静電リレー３１にあっては、固定電極部３５と可動電極部３６の間に直流電圧源が接続され、制御回路等によって直流電圧がオン、オフされる。固定電極部３５では、直流電圧源の一方端子は電極パッド層６４に接続される。直流電圧源の他方端子はバネ支持部３９に接続される。バネ支持部３９及び可動バネ３７ｂは導電性を有しており、バネ支持部３９、可動バネ３７ｂ及び可動電極部３６は電気的に導通しているので、バネ支持部３９に印加した電圧は可動電極部３６に加わることになる。

直流電圧源によって固定電極部３５と可動電極部３６の間に直流電圧が印加されると、枝状電極部６７の枝部６８と櫛歯状電極部７２の櫛歯部７３との間に静電引力が発生する。しかし、固定電極部３５及び可動電極部３６の構造が、各固定電極部３５の中心線に関して対称に形成されているので、可動電極部３６に働くＸ方向の静電引力はバランスし、可動電極部３６はＸ方向には移動しない。一方、各櫛歯部７３と隣接して可動接点部３４に近い側に位置する枝部６８との距離が、当該櫛歯部７３と隣接して可動接点部３４から遠い側に位置する枝部６８との距離よりも短くなっているので、各櫛歯部７３が可動接点部側へ吸引され、可動バネ３７ａ、３７ｂを撓ませながら可動電極部３６がＹ方向に移動する。この結果、可動接点部３４が固定接点部３３側へ移動し、可動接点５６が固定接点４６ａ、４６ｂに接触して固定接点４６ａと固定接点４６ｂの間（主回路）を電気的に閉じる。

また、固定電極部３５と可動電極部３６の間に印加していた直流電圧を解除すると、枝部６８と櫛歯部７３の間の静電引力が消失するので、可動バネ３７ａ、３７ｂの弾性復帰力によって可動電極部３６がＹ方向で後退し、可動接点５６が固定接点４６ａ、４６ｂから離間して固定接点４６ａと固定接点４６ｂの間（主回路）が開かれる。

しかし、静電リレー３１では静電力を利用して静電アクチュエータを駆動しているので、固定電極部３５と可動電極部３６の間の直流電圧をオフにしても固定接点４６ａ、４６ｂと可動接点５６が離れなくなる恐れがある。これは、固定電極部３５と可動電極部３６の間の直流電圧をオフにしても、両電極部３５、３６どうしが誘導分極や静電誘導によって吸着したままになる、または、接点間に発生する粘着力によって、接点どうしが離れなくなるためである。従って、固定接点４６ａ、４６ｂと可動接点５６を開離させるためにはバネ係数の大きな可動バネ３７ａ、３７ｂが必要となる。ところが、可動バネ３７ａ、３７ｂのバネ係数を大きくすると、可動電極部３６を変位させるためにさらに静電力の強い静電アクチュエータが必要になる。

そのため、この静電リレー３１では、可動バネ３７ａ、３７ｂとは別に、バネ支持部３８に二次バネ８４（第２のバネ材）を設けて固定接点４６ａ、４６ｂと可動接点５６を開離させる際に二次バネ８４の弾性復帰力が働くようにしている。すなわち、図２に示すように、可動電極部３６の前端面と対向する位置において、それぞれのバネ支持部３８ににＳｉからなる板バネ状又は梁状をした二次バネ８４を設けている。バネ支持部３８はベース基板３２の上面に固定された固定部分であって、二次バネ８４は可動電極部３６などの可動部分にはつながっていない。二次バネ８４は、変形していない状態では、可動電極部３６の前端面と平行に延びている。一方、可動電極部３６の前端面からは、二次バネ８４の先端部分に対向して突起部８５が突出している。

この突起部８５の長さ、もしくは突起部８５の先端と二次バネ８４との距離は、図３に示すような動作が行われるように決めている。すなわち、可動電極部３６が変位していない状態では、図３（ａ）に示すように、二次バネ８４と突起部８５の先端との間にはＤの距離があいている。静電アクチュエータが駆動されると、可動電極部３６は可動バネ３７ａ、３７ｂを撓ませながらＤよりも大きな距離を移動するが、可動電極部３６がＤだけ移動したときに、図３（ｂ）のように、突起部８５の先端が二次バネ８４に当接する。このとき可動接点５６はまだ固定接点４６ａ、４６ｂに接触していない。すなわち、突起部８５は、可動接点５６が固定接点４６ａ、４６ｂに接触する前に二次バネ８４に接触する。可動電極部３６が距離Ｄよりもさらに移動すると、図３（ｃ）に示すように、可動電極部３６は可動バネ３７ａ、３７ｂ及び二次バネ８４を撓ませながら移動し、可動接点５６を固定接点４６ａ、４６ｂに接触させて停止する。

したがって、静電アクチュエータの直流電圧がオフになった場合には、可動電極部３６は可動バネ３７ａ、３７ｂ及び二次バネ８４の弾性復元力によって押し戻され、強い力で固定電極部３５から引き離されて元の位置へ復帰する。

また、可動電極部３６が傾くことなくＹ方向に移動するように、左右の可動バネ３７ａ、左右の可動バネ３７ｂ、左右の二次バネ８４、および左右の突起部８５は、それぞれ可動電極部３６のＹ方向と平行な中心軸に関して左右対称に形成されている。さらに、左右の可動バネ３７ａ、左右の可動バネ３７ｂ、および左右の二次バネ８４は、それぞれ同じバネ係数となっている。

この静電リレー３１では、可動バネ３７ａ、３７ｂとは別な二次バネ８４を設けることで、可動電極部３６を復帰させるためのバネ力を大きくしており、しかも、二次バネ８４は突起部８５が当たるまでは変形しない構成としている。そのため、二次バネ８４と突起部８５の設計の自由度が高くなり、設計が容易になる。すなわち、図３（ａ）のような構造によれば、図３（ａ）に２点鎖線で示すように、突起部８５の位置を二次バネ８４の基端側へ移動させることにより二次バネ８４のバネ係数を高くすることができる。あるいは、突起部８５を二次バネ８４の先端側へ移動させることにより二次バネ８４のバネ係数を低くすることができる。（突起部８５の位置が変化すると、力の作用点が変化するので、二次バネ８４に加わるモーメントが変化する。）しかも、突起部８５の位置を変化させても、図３（ｂ）に示すように、突起部８５の位置に関係なく、可動電極部３６がＤだけ移動したときに突起部８５が二次バネ８４に当たる。よって、突起部８５の位置によって二次バネ８４のバネ係数を調整することができ、また突起部８５の長さによって突起部８５が二次バネ８４に当たる移動距離Ｄを調整することができ、バネ係数と距離Ｄを互いに独立して調整できるので、設計の自由度が高くなる。

これに対し、引用文献１や引用文献２のように可動バネ自体が変形してから動作規制部材に当接するようになっていたり、凸部が可動部分と固定部分の間に設けられていたりすると、設計の自由度が損なわれる。この点は、図４に示すような比較例を考えれば明らかである。図４の比較例では、可動バネ３７ａと対向する位置に、可動電極部３６が移動したときに当接するように突起部８６（動作規制部材）を設けている。

この比較例でも、可動電極部３６が変位していない状態では、図５（ａ）に示すように、可動バネ３７ａと突起部８６の先端との間にはＤの距離があいている。そして、可動電極部３６が移動すると、図５（ｂ）のように可動バネ３７ａが突起部８６に当たる。可動バネ３７ａが突起部８６に当たって可動電極部３６がさらに移動すると、図５（ｃ）に示すように、可動バネ３７ａは突起部８６の先端を支点として変形するので、大きなバネ係数となって変形する。したがって、静電アクチュエータの直流電圧がオフになった場合には、可動電極部３６は可動バネ３７ｂとバネ係数が大きくなった可動バネ３７ａの弾性復元力によって押し戻され、強い力で固定電極部３５から引き離される。

しかし、比較例の場合には、可動電極部３６の移動に伴って可動バネ３７ａが撓み、図５（ｂ）に示すように、撓んだ状態の可動バネ３７ａが突起部８６の先端に当接するので、正確には、可動電極部３６が距離Ｄだけ移動したときに可動バネ３７ａが突起部８６に当接するということはできない。つまり、可動バネ３７ａが突起部８６に当接するときの可動電極部３６の移動距離は、可動バネ３７ａの撓み形状に依存するため、Ｄより大きくなる。

また、比較例の場合にも、図５（ａ）に２点鎖線で示すように、突起部８６の位置を移動させることにより可動バネ３７ａのバネ係数を変化させることができる。しかし、単に突起部８６を移動させるだけでは、可動バネ３７ａが突起部８６に当たるときの可動電極部３６の移動距離が変化する。そのため、当接時の移動距離を変化させないようにするためには、図５（ｂ）に２点鎖線で示すように、突起部８６の位置に応じて突起部８６の長さ（突出長）を調整する必要がある。

このように比較例では、突起部８６の位置と長さとが関連しているので、可動バネ３７ａのバネ係数と、突起部８６の長さ（あるいは、バネ係数が変化するときの可動電極部３６の移動距離）とを独立して決めることができず、設計が複雑になる。これに対し、本願発明の当該実施形態によれば、二次バネ８４のバネ係数と、バネ係数が変化するときの可動電極部３６の移動距離とを独立して決めることができ、設計が容易になる。

（製造方法）
つぎに、静電リレー３１の製造工程を簡単に説明する。図６（ａ）に示す基板は、Ｓｉ基板９１とＳｉ基板９３の間に酸化膜（ＳｉＯ_２）９２を挟んで接合させたＳＯＩ基板９４である。このＳＯＩ基板９４の上には、パッド部６６の導体層６３と電極パッド層６４が形成され、またＳｉＮなどの絶縁層９５が形成され、その上に固定接点部３３の配線パターン部４４ａ、４４ｂと可動接点部３４の接点層５４が形成されている。この最下層のＳｉ基板９１はベース基板３２となるものである。

ついで、図６（ｂ）に示すように、上のＳｉ基板９３の表面にフォトレジスト膜９６を成膜し、このフォトレジスト膜９６をパターニングして固定接点部３３、可動接点部３４、固定電極部３５、可動電極部３６、可動バネ３７ａ、３７ｂ、バネ支持部３８、３９、二次バネ８４、突起部８５、などとなる領域をフォトレジスト膜９６で覆う。

さらに、このフォトレジスト膜９６をエッチングマスクとしてＳｉ基板９３の露出領域をドライエッチングし、図６（ｃ）のように、固定接点部３３の固定接点基板４１、可動接点部３４の可動接点基板５１、固定電極部３５の固定電極基板６１、可動電極部３６の可動電極基板７１、可動バネ３７ａ、３７ｂ、バネ支持部３８、３９、二次バネ８４、突起部８５、など（静電アクチュエータとスイッチの基板部分）を形成する。また、絶縁層９５の露出部分をエッチングして固定接点部３３の絶縁層４３と可動接点部３４の絶縁層５３を形成する。

図７（ａ）のようにフォトレジスト膜９６を剥離した後、酸化膜９２の露出部分と可動接点部３４及び静電アクチュエータの可動部分（可動電極部３６や可動バネ３７ａ、３７ｂ、二次バネ８４）の下面にある酸化膜９２をウェットエッチングにより除去し、図７（ｂ）のような静電リレー３１を作製する。

（変形例）
図８は、本発明の第１の実施形態による静電リレー１０１を示す平面図である。この静電リレー１０１では、可動電極部３６の前端面の両端から連結部１０２を突出させ、連結部１０２の先端部に二次バネ８４を片持ち状に設け、二次バネ８４をバネ支持部３８の対向面と平行に配置している。また、バネ支持部３８の二次バネ８４と対向する面には、二次バネ８４が当接できるように突起部８５を設けている。

このような連結部１０２においても、実施形態１と同様な作用効果を奏することができる。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の実施形態２による静電リレー１１１の構造を示す平面図である。この静電リレー１１１においては、バネ支持部３８内に両持ち状の可動バネ３７ａを設け、可動電極部３６の前端部から突出させた連結部８１を可動バネ３７ａの中央部に連結させている。このような構造によれば、可動バネ３７ａが両持ち状となっているので、可動バネ３７ａのバネ係数を大きくすることができる。

（その他の変形例）

また、可動電極部３６を支持する可動バネ３７ａ、３７ｂは、実施形態１、２では可動電極部３６の前端面と後端面に設けていたが、可動電極部３６の前端面の可動バネ３７ａと後端面の３７ｂのうちいずれか一方のみでもよい。

また、突起部８５は二次バネ８４に対向する面に設ける代わりに、二次バネ８４に設けても差し支えない。

さらに、二次バネ８４と突起部８５を設ける位置は、可動電極部３６の前端面とバネ支持部３８との間に限らず、どのような位置に設けてもよい。

３１、１０１、１１１ 静電リレー
３２ ベース基板
３３ 固定接点部
３４ 可動接点部
３５ 固定電極部
３６ 可動電極部
３７ａ、３７ｂ 可動バネ
３８、３９ バネ支持部
４４ａ、４４ｂ 配線パターン部
４６ａ、４６ｂ 固定接点
５４ 接点層
５６ 可動接点
５７ 支持梁
８１ 連結部
８３ 連結部
８４ 二次バネ
８５ 突起部

Claims (9)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板に固定された、固定接点を有する固定接点部と、
   前記固定接点と接触又は離間する可動接点を有する可動接点部と、
   前記ベース基板に固定された固定電極部と、
   前記固定電極部との間に発生する静電力により、前記可動接点部とともに前記ベース基板と平行な方向に変位する可動電極部と、
   変位した前記可動電極部をもとの位置に復帰させるための第１のバネ材とを備えた静電リレーにおいて、
   前記可動接点部及び前記可動電極部が変位したとき、前記可動接点が前記固定接点に当接する以前に、前記ベース基板に固定されている固定部分と前記可動電極部又は当該可動電極部とともに変位する可動部分のうちいずれか一方に当接するとともに当接するまでは変形しない第２のバネ材を、前記固定部分と前記可動部分のうちいずれか他方に設けたことを特徴とする静電リレー。
2. 前記第２のバネ材は、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか他方に片持ち状に固定された板バネであることを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
3. 前記第２のバネ材は、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方にはつながっていないことを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
4. 前記第２のバネ材は、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方に設けた突起部に当接することを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
5. 前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか他方に片持ち状に設けられた板バネ状の第２のバネ材が、前記固定部分と前記可動電極部又は前記可動部分とのうちいずれか一方に設けた突起部に当接可能となっており、
   変形していない前記第２のバネ材の長さ方向と前記突起部の設置面とが平行となっていることを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
6. 前記第２のバネ材は、前記可動電極部と前記固定接点部との間において前記ベース基板に固設されたバネ支持部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
7. 前記可動電極部の中心線に関して対称な位置にそれぞれ第２のバネ材を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
8. 前記第１のバネ材は、前記可動電極部の変位方向における両端面、もしくはそれぞれの端面に対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。
9. 前記第１のバネ材は、前記可動電極部の変位方向におけるいずれか一方の端面、もしくはいずれか一方の端面に対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電リレー。

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