JP4191942B2 - スイッチ及びアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチ及びアクチュエータに関する。特に本発明は、消費電力が小さいスイッチ及びアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシン技術を利用したスイッチに、熱膨張率が異なる複数の金属を張り合わせたバイメタルが用いられる。バイメタルを用いたスイッチは、ヒータでバイメタルを加熱することによりバイメタルを変形させることにより、オン状態又はオフ状態を維持する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、マイクロマシン技術を用いたスイッチを実用化すべく、低消費電力で動作するスイッチが望まれている。しかしながら、バイメタル構造を有するスイッチは、オン状態又はオフ状態の間、バイメタルを加熱するためにヒータに電流を供給し続ける必要がある。そのため、スイッチの消費電力が大きくなってしまい、マイクロマシン技術を用いたスイッチの実用化に向け大きな問題となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるスイッチ及びアクチュエータを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第２接点部を第１接点部の方向に駆動する第１駆動部と、第１駆動部の一端に設けられ、第１駆動部を第１接点部の方向に駆動する第２駆動部とを備える。第１駆動部は、第２駆動部の一端から延伸して設けられてもよい。
【０００６】
第１駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部とを有し、第２駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部とを有してもよい。第１バイメタル部及び第２バイメタル部は、加熱されていない状態で、湾曲していてもよい。
【０００７】
第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱した状態で第２バイメタル部の加熱を停止した場合と、第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱しない状態で第２バイメタル部の加熱を停止した場合とで、第１接点部と第２接点部との接触状態が異なってもよい。
【０００８】
第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱した状態で第２バイメタル部の加熱を停止することにより、第１接点部と第２接点部が電気的に接続されてもよい。
【０００９】
第１バイメタル部が加熱され、第２バイメタル部の加熱が停止された状態で、第１接点部と第２接点部が電気的に接続されているとき、第１バイメタルの加熱を停止した場合においても、第１接点部と第２接点部とが電気的に接続された状態を維持してもよい。
【００１０】
第１バイメタル部及び第２バイメタル部の加熱が停止された状態で、１接点部と第２接点部が電気的に接続されているとき、第１バイメタル部を加熱することにより、第１接点部と第２接点部とが電気的に切断されてもよい。
【００１１】
第１ヒータ部に電力を供給するためのヒータ端子と、ヒータ端子を介して、第１ヒータ部に電力を供給する電力供給部とをさらに備え、第２バイメタル部が加熱された場合に、ヒータ端子と電力供給部とが電気的に接続されてもよい。
【００１２】
第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第２接点部を、第１接点部の上方から下方に駆動し、第１接点部の下方から第１接点部の方向に駆動することにより、第１接点部と第２接点部とを接触させる駆動部を備えてもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態によると、第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第１接点部と、第１接点部に対向して設けられた第２接点部と、第１接点部を駆動する第１駆動部と、第２接点部を駆動する第２駆動部とを備え、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部を駆動することにより、第１接点部と第２接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００１４】
第１駆動部及び第２駆動部を挟んで設けられ、第１駆動部及び第２駆動部をそれぞれ支持する第１基板及び第２基板と、第１基板と第２基板と接合する接合部とを備え、第１駆動部及び第２駆動部は、第１基板と第２基板と接合部とにより形成される空間内に設けられてもよい。
【００１５】
第１駆動部は、第１接点部を第２接点部の方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部の方向に駆動してもよい。第１駆動部は、第１接点部を第２接点部から離れる方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部から離れる方向に駆動してもよい。 第１駆動部は、第１接点部を第２接点部の方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部から離れる方向に駆動してもよい。
【００１６】
第１駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部とを有してもよい。第２駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部とを有してもよい。
【００１７】
第１接点部に接続された第１信号線と、第２接点部に接続された第２信号線とをさらに備え、第１駆動部及び第２駆動部が第１接点部と第２接点部とを電気的に接続することにより、第１信号線と第２信号線とを電気的に接続してもよい。
【００１８】
第１接点部に対向して設けられた第３接点部をさらに有し、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部及び第３接点部を駆動することにより、第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００１９】
第２接点部に接続された第２信号線と、第３接点部に接続された第３信号線とをさらに備え、第１駆動部及び第２駆動部が第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを電気的に接続することにより、第２信号線と第３信号線とを電気的に接続してもよい。
【００２０】
第１接点部に対向して設けられた第３接点部と、第３接点部を駆動する第３駆動部とをさらに備え、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部を駆動し、第３駆動部が第３接点部を駆動することにより、第１接点部と第３接点部、及び第２接点部と第３接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００２１】
第３駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第３バイメタル部と、第３バイメタル部を加熱する第３ヒータ部とを有してもよい。
【００２２】
第２接点部に接続された第２信号線と、第３接点部に接続された第３信号線とをさらに備え、第１駆動部、第２駆動部、及び第３駆動部が第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを電気的に接続することにより、第２信号線と第３信号線とを電気的に接続してもよい。
【００２３】
本発明の第３の形態によると、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、電熱線は、カンチレバー部の固定端近傍において折り返されず、自由端近傍において複数回折り返される。
【００２４】
電熱線は、固定端から自由端に向かう方向である第１方向における総延長より、第１方向に略垂直の方向である第２方向における総延長が長くてもよい。
【００２５】
本発明の第４の形態によると、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、カンチレバー部の固定端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部の自由端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さい。
【００２６】
カンチレバー部の固定端近傍における電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部の自由端近傍における電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さくてもよい。
【００２７】
本発明の第５の形態によると、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、電熱線は、カンチレバー部の固定端近傍において折り返されず、中心部近傍において複数回折り返される。
【００２８】
本発明の第６の形態によると、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、カンチレバー部の固定端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部の中心部近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さい。
【００２９】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３１】
（第１実施形態）
図１、図２、及び図３は、本発明の第１実施形態に係るスイッチ１０の構成の第１実施例を示す。図１は、スイッチ１０のオン状態を示す。図２は、スイッチ１０のオフ状態を示す。図３は、第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す。
【００３２】
スイッチ１０は、第１接点部１２０と、第２接点部１２２と、第２接点部１２２を第１接点部の方向に駆動する第１駆動部１００と、第１駆動部１００の一端に設けられ、第１駆動部１００を第１接点部１２０の方向に駆動する第２駆動部１１０と、第１接点部１２０及び第２駆動部１１０が設けられた第１基板１２６と、第１基板１２６を支持する支持部１２８と、支持部１２８が設けられた第２基板１３０とを備える。
【００３３】
第１駆動部１００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部１０２と、第１バイメタル部１０２を加熱する第１ヒータ部１０４と、第１ヒータ部１０４に電力を供給するための第１ヒータ端子１０６とを有する。第２駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部１１２と、第２バイメタル部１１２を加熱する第２ヒータ部１１４と、第２ヒータ部１１４に電力を供給するための第２ヒータ端子１１６とを有する。第１バイメタル部１０２と第２バイメタル部１１２とは、異なる材料により形成されてもよいし、同一の材料により形成されてもよい。また、第１バイメタル部１０２と第２バイメタル部１１２とは、一体に設けられてもよい。第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。
【００３４】
さらに、スイッチ１０は、第１ヒータ端子１０６を介して第１ヒータ部１０４に電力を供給する第１電力供給部１３２と、第２ヒータ端子１１６を介して第２ヒータ部１１４に電力を供給する第２電力供給部１３４と、第２基板に設けられ、第１ヒータ端子１０６と第１電力供給部１３２とを電気的に接続するヒータ給電部１２４をさらに備える。ヒータ給電部１２４は、第２バイメタル部１１２が加熱された場合に、第１ヒータ端子１０６と接触することが望ましい。第１ヒータ端子１０６とヒータ給電部１２４とが接触することにより、第１ヒータ端子１０６と第１電力供給部１３２とが電気的に接続する。
【００３５】
第１駆動部１００は、第２駆動部１１０の一端から延伸して設けられることが好ましい。また、第１駆動部１００は、第１ヒータ部１０４に電力が供給されていない状態で湾曲していることが好ましい。即ち、第１バイメタル部１０２は、加熱されていない状態で湾曲していることが好ましい。また、第２駆動部１１０は、第２ヒータ部１１４に電力が供給されていない状態で湾曲していることが好ましい。即ち、第２バイメタル部１１２は、加熱されていない状態で湾曲していることが好ましい。
【００３６】
第２接点部１２２は、第１駆動部１００の一端に設けられ、第１ヒータ端子１０６は、第１駆動部１００の他端に設けられることが好ましい。また、第２接点部１２２は、第１駆動部１００において、第１ヒータ端子１０６が設けられた面と反対の面に設けられることが好ましい。
【００３７】
図１に示すように、スイッチ１０がオン状態にある場合、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０に接触することが好ましい。また、図２に示すように、スイッチ１０がオフ状態にある場合、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０が湾曲することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の上方にあることが好ましい。
【００３８】
図２に示すスイッチ１０において、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に電力を供給することにより、第２バイメタル部１１２を加熱する。その後、第１電力供給部１３２が第１ヒータ部１０４に電力を供給することにより、第１バイメタル部１０２を加熱した状態で、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に供給する電力を停止することにより、第２バイメタル部１１２を冷却する。これにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが接触し、スイッチ１０は、図１に示すようなオン状態になる。
【００３９】
また、図１に示すスイッチ１０において、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に電力を供給することにより、第２バイメタル部１１２を加熱する。その後、第１電力供給部１３２が第１ヒータ部１０４に電力を供給することなく、第１バイメタル部１０２を加熱しない状態で、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に供給する電力を停止することにより、第２バイメタル部１１２を冷却する。これにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが接触せず、スイッチ１０は、図２に示すようなオフ状態に戻る。
【００４０】
即ち、スイッチ１０は、第２バイメタル部１１２を加熱した後、第１バイメタル部１０２を加熱した状態で第２バイメタル部１１２の加熱を停止した場合と、第２バイメタル部１１２を加熱した後、第１バイメタル部１０２を加熱しない状態で第２バイメタル部１１２の加熱を停止した場合とで、第１接点部１２０と第２接点部１２２との接触状態が異なる。
【００４１】
図４は、第１実施形態に係るスイッチ１０のオン動作の一例を示す。図４（ａ）は、スイッチ１０のオフ状態を示す。図４（ａ）に示す状態のスイッチ１０において、第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、加熱されていないので湾曲している。
【００４２】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４に電力を供給する。第２ヒータ部１１４に電力が供給されることにより、第２バイメタル部１１４は加熱される。そして、第２バイメタル部１１２は、図４（ｂ）に示すように延伸する。第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の上方から下方に、即ち第１接点部１２０に対して第１基板１２６側から第２基板１３０側に移動する。また、第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第１ヒータ端子１０６がヒータ給電部１２４に接触し、第１ヒータ部１０４と第１電力供給部１３２とが電気的に接続される。
【００４３】
次に、第１電力供給部１３２は、第１ヒータ部１０４に電力を供給する。第１ヒータ部１０４に電力が供給されることにより、第１バイメタル部１０４は加熱され、図４（ｃ）に示すように第１バイメタル部１０２は延伸する。第１バイメタル部１０２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の右方から左方に、即ち第１接点部１２０に対して第１駆動部１００側から第１駆動部１００の反対側に移動する。
【００４４】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４への電力の供給を停止する。第２ヒータ部１１４への電力の供給が停止されることにより、第２バイメタル部１１２は冷却される。そして、第２バイメタル部１１２は、図４（ｄ）に示すように湾曲する。第２バイメタル部１１２は、湾曲することにより、第２接点部１２２を第１接点部１２０の方向に駆動する。そして、第１接点部１２０と第２接点部１２２とは、接触して電気的に接続される。
【００４５】
また、第２バイメタル部１１２が湾曲することにより、第１ヒータ端子１０６とヒータ給電部１２４とが離間される。そのため、第１ヒータ部１０４への電力が停止され、第１バイメタル部１０２が冷却される。そして、第１バイメタル部１０２は、図４（ｄ）に示すように湾曲する。第１バイメタル部１０２は、湾曲することにより、第２接点部１２２を第１接点部１２０に押圧し、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが電気的に接続された状態を維持する。そして、スイッチ１０は、図４（ｄ）に示すようなオン状態に戻る。
【００４６】
図５は、第１実施形態に係るスイッチ１０のオフ動作の一例を示す。図５（ａ）は、スイッチ１０のオン状態を示す。図５（ａ）に示す状態のスイッチ１０において、第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、加熱されていないので湾曲し、第２接点部１２２を第１接点部１２０に押圧している。
【００４７】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４に電力を供給する。第２ヒータ部１１４に電力が供給されることにより、第２バイメタル部１１４は加熱される。そして、第２バイメタル部１１２は、図５（ｂ）に示すように延伸する。第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０から離間され、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが電気的に切断される。そして、スイッチ１０は、図５（ｃ）に示すようなオフ状態になる。
【００４８】
即ち、スイッチ１０は、第２接点部１２２を、第１接点部１２０の上方から下方に駆動し、第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０の方向に駆動することにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とを接触させる駆動部を有する。当該駆動部は、自由端から固定端への方向において所定の長さより短い状態で、第２接点部１２２を第１接点部１２０の上方から下方に駆動し、所定の長さより長い状態で、第２接点部１２２を第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０の方向に駆動することが好ましい。
【００４９】
図６、図７、及び図８は、第１実施形態に係るスイッチ１０の構成の第２実施例を示す。第１実施例と同様の構成要素には、図１から図５の同様の符号を付す。また、第２実施例においては、第１実施例と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施例と異なる構成及び動作について説明する。
【００５０】
第１駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部１０２と、第１バイメタル部１０２を加熱する第１ヒータ部１０４と、第１ヒータ部１０４に電力を供給するための第１ヒータ端子１０６とを有する。第２駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部１１２と、第２バイメタル部１１２を加熱する第２ヒータ部１１４と、第２ヒータ部１１４に電力を供給するための第２ヒータ端子１１６とを有する。
【００５１】
第１ヒータ部１０６及び第２ヒータ部１１６は、第２バイメタル部１１２の一端に設けられる。また、第１ヒータ部１０４と第１ヒータ端子１０６とは、第２バイメタル部１１２に設けられた配線によって電気的に接続される。そして、第１電力供給部１３２は、第１ヒータ端子１０６から第２バイメタル部１１２に設けられた配線を介して、第１ヒータ部１０４に電力を供給する。
【００５２】
第１実施形態に係るスイッチ１０によれば、上述のスイッチング動作により、第１ヒータ部１０４及び第２ヒータ部１１４への電力の供給を停止しても、第１接点部１２０と第２接点部１２２との接触を維持することができる。そのため、極めて短い時間だけ第１ヒータ部１０４及び第２ヒータ部１１４に電力を供給するだけで、第１接点部１２０と第２接点部１２２とを電気的に接続することができる。したがって、スイッチ１０の消費電力を大幅に低減させることができる。
【００５３】
なお、第１実施形態において、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０が、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより接点部を駆動する形態について説明したが、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０のそれぞれは、電圧を印加することによって変形するピエゾ素子により接点部を駆動してもよいし、温度に応じて変形する形状記憶合金により接点部を駆動してもよいし、静電力により接点部を誘引する静電結合部により接点部を駆動してもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第１実施例を示す。図９は、スイッチ２０の上面図である。図１０は、図９におけるスイッチ２０のＡＡ’断面の断面図である。本実施例に係るスイッチ２０は、２つの駆動部を有し、一方の駆動部に設けられた接点部と、他方の駆動部に設けられた接点部とを導通させる形態である。
【００５５】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２を駆動する第２駆動部２２０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００５６】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００５７】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第１バイメタル部２１２及び第２バイメタル部２２２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００５８】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第１接点部２００に接続された第１信号線２５６と、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第１信号線２５６を介して第１接点部２００に接続される第１信号電極２６０と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２とを備える。
【００５９】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２とを電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０が、第１接点部２００と第２接点部２０２とを電気的に接続することにより、第１信号線２５６と第２信号線２５８とが電気的に接続され、第１信号電極２６０に供給された信号は、第２信号電極２６２に供給される。
【００６０】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６１】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６２】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。これにより、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６３】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６４】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６５】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６６】
図１１及び図１２は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第２実施例を示す。図１１は、スイッチ２０の上面図である。図１２は、図１１におけるスイッチ２０のＢＢ’断面の断面図である。第１実施例と同様の構成要素には、図９から図１０の同様の符号を付す。本実施例に係るスイッチ２０は、２つの駆動部を有し、一方の駆動部に設けられた接点部が、他方の駆動部に設けられた２つの接点部の間を導通させる形態である。
【００６７】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００に対向して設けられた第３接点部２０３と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動する第２駆動部２２０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。また、第１接点部２００と第３接点部２０３とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００６８】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００６９】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第１バイメタル部２１２及び第２バイメタル部２２２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００７０】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第３接点部２０３に接続された第３信号線２５９と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２と、第３信号線２５９を介して第３接点部２０３に接続される第３信号電極２６３とを備える。
【００７１】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部を電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０が、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続することにより、第２信号線２５８と第３信号線２５９とが電気的に接続され、第２信号電極２６２に供給された信号は、第３信号電極２６３に供給される。
【００７２】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７３】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７４】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７５】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７６】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７７】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０及び第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７８】
図１３及び図１４は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第３実施例を示す。図１３は、スイッチ２０の上面図である。図１４は、図１３におけるスイッチ２０のＣＣ’断面の断面図である。第１実施例又は第２実施例と同様の構成要素には、図９から図１２の同様の符号を付す。本実施例に係るスイッチ２０は、３つの駆動部を有し、第１の駆動部に設けられた接点部が、第２の駆動部に設けられた接点部と、第３の駆動部に設けられた接点部との間を導通させる形態である。
【００７９】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００に対向して設けられた第３接点部２０３と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２を駆動する第２駆動部２２０と、第３接点部２０３を駆動する第３駆動部２７０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０及び第３駆動部を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。また、第１接点部２００と第３接点部２０３とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００８０】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００８１】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第３駆動部２７０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第３バイメタル部２７２と、第３バイメタル部２７２を加熱する第３ヒータ部２７４とを有する。
【００８２】
第１バイメタル部２１２、第２バイメタル部２２２、及び第３バイメタル部２７２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００８３】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第３ヒータ部２７２に電力を供給する第３ヒータ電極２５５ａ及び２５５ｂと、第１接点部２００に接続された第１信号線２５６と、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第３接点部２０３に接続された第３信号線２５９と、第１信号線２５６を介して第１接点部２００に接続される第１信号電極２６０と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２と、第３信号線２５９を介して第３接点部２０３に接続される第３信号電極２６３とを備える。
【００８４】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２を駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３ヒータ部２７２に電力が供給されて第３バイメタル部２７４が加熱されることによって変形し、第３接点部２０３を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２を駆動し、第３駆動部２７０が第３接点部２０３を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０が、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続することにより、第２信号線２５８と第３信号線２５９とが電気的に接続され、第２信号電極２６２に供給された信号は、第３信号電極２６３に供給される。
【００８５】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００の方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００８６】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が冷却されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部が電気的に切断される。
【００８７】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００８８】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００８９】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００９０】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０を第１接点部２００の方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が冷却されることにより、第３接点部２７０を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第２接点部２０２が電気的に接続される。
【００９１】
第２実施形態に係るスイッチ２０によれば、第１接点部２００、第２接点部２０２、及び第３接点部２０３のそれぞれが、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０のそれぞれによって駆動されるので、スイッチング動作を早くすることができる。また、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３の接触抵抗を小さくすることができる。
【００９２】
なお、第２実施形態において、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０が、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより接点部を駆動する形態について説明したが、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０のそれぞれは、電圧を印加することによって変形するピエゾ素子により接点部を駆動してもよいし、温度に応じて変形する形状記憶合金により接点部を駆動してもよいし、静電力により接点部を誘引する静電結合部により接点部を駆動してもよい。
【００９３】
（第３実施形態）
図１５及び図１６は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータ３０の構成の第１実施例を示す。アクチュエータ３０は、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部３００と、カンチレバー部３００を加熱する電熱線を有するヒータ部３１０と、カンチレバー部３００を支持する支持部３２０とを備える。アクチュエータ３０は、例えばマイクロスイッチであり、カンチレバー部３００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより構成されてもよいし、形状記憶合金により構成されてもよい。
【００９４】
図１５及び図１６に示すように、ヒータ部３１０の電熱線は、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において折り返されず、自由端３０２方向に延伸し、自由端３０２近傍において複数回折り返される。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において、ヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部３００の自由端３０２近傍において、ヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さいことが好ましい。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍におけるヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部３００の自由端３０２近傍におけるヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さいことが好ましい。
【００９５】
図１６に示すように、ヒータ部３１０の電熱線は、固定端３０４から自由端３０２に向かう方向である第１方向３０６における総延長より、第１方向３０６に略垂直な方向である第２方向３０８における総延長が長いことが好ましい。なお、固定端３０４近傍は、自由端３０２より固定端３０４に近い位置であってもよく、自由端３０２近傍は、固定端３０４より自由端３０２に近い位置であってもよい。
【００９６】
図１７は、従来技術によるアクチュエータ、及び本実施例のアクチュエータ３０の構成を示す。図１７（ａ）は、従来技術によるアクチュエータの構成を示す。図１７（ｂ）及び図１７（ｃ）は、本実施例のアクチュエータ３０の構成を示す。カンチレバー部３００は、アルミニウムと酸化シリコン（ＳｉＯ）を含むバイメタルである。また、ヒータ部３１０は、白金であり、支持部３２０は、シリコン基板である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）、及び図１７（ｃ）に示したアクチュエータの比較結果を図１８から図２１に示す。
【００９７】
図１８は、消費電力とカンチレバー部３００の最高温度との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最高温度を示す。図１８に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で最高温度を高くすることができる。
【００９８】
図１９は、消費電力とカンチレバー部３００の平均温度との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最高温度を示す。図１９に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で平均温度を高くすることができる。
【００９９】
図２０は、消費電力とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最大変位を示す。図２０に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で大きく変位することができる。
【０１００】
図２１は、カンチレバー部３００の平均温度とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す。横軸は平均温度を示し、縦軸は最大温度を示す。図２１に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、最高温度を高めずに平均温度を高くすることができる。
【０１０１】
図２２及び図２３は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータ３０の構成の第２実施例を示す。アクチュエータ３０は、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部３００と、カンチレバー部３００を加熱する電熱線を有するヒータ部３１０ａ及び３１０ｂと、カンチレバー部３００を支持する支持部３２０ａ及び３２０ｂとを備える。アクチュエータ３０は、例えばマイクロスイッチであり、カンチレバー部３００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルであってもよいし、形状記憶合金であってもよい。
【０１０２】
図２２及び図２３に示すように、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線は、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において折り返されず、中央部３０３方向に延伸し、中央部３０３近傍において複数回折り返される。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部３００の中央部３０３近傍において、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さいことが好ましい。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍におけるヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部３００の中央部３０３近傍におけるヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さいことが好ましい。
【０１０３】
図２３に示すように、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線は、固定端３０４から中央部３０３の方向である第１方向３０６における総延長より、第１方向３０６に略垂直な方向である第２方向３０８における総延長が長いことが好ましい。なお、固定端３０４近傍は、中央部３０３より固定端３０４に近い位置であってもよく、中央部３０３近傍は、固定端３０４より中央部３０２に近い位置であってもよい。
【０１０４】
第３実施形態に係るアクチュエータ３０によれば、ヒータ部３１０に供給する消費電力が小さい場合でも、カンチレバー部３００の平均温度及び最高温度を十分に高めることができるため、大きく変位することができる。例えば、アクチュエータ３０がスイッチの可動接点を駆動する駆動手段である場合、可動接点を固定接点に強く押圧することができるので、接点における接触抵抗を小さくすることができる。また、第３実施形態に係るアクチュエータ３０によれば、最高温度を高めずに平均温度を高くすることができるので、発熱による破損を防止することができる。
【０１０５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、本発明によれば消費電力が小さいスイッチを提供ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン状態を示す図である。
【図２】第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ状態を示す図である。
【図３】第１実施形態の第１実施例に係る第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｂ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｃ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｄ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
【図５】（ａ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
（ｂ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
（ｃ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
【図６】第１実施形態の第２実施例に係るスイッチ１０のオン状態を示す図である。
【図７】第１実施形態の第２実施例に係るスイッチ１０のオフ状態を示す図である。
【図８】第１実施形態の第２実施例に係る第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す図である。
【図９】第２実施形態の第１実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１０】第２実施形態の第１実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１１】第２実施形態の第２実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１２】第２実施形態の第２実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１３】第２実施形態の第３実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１４】第２実施形態の第３実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１５】第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図１６】第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図１７】（ａ）は、従来技術によるアクチュエータの構成を示す。
（ｂ）は、第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す。
（ｃ）は、第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す。
【図１８】消費電力とカンチレバー部３００の最高温度との関係を示す図である。
【図１９】消費電力とカンチレバー部３００の平均温度との関係を示す図である。
【図２０】消費電力とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す図である。
【図２１】カンチレバー部３００の平均温度とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す図である。
【図２２】第３実施形態の第２実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図２３】第３実施形態の第２実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ スイッチ ２０ スイッチ
３０ アクチュエータ １００ 第１駆動部
１０２ 第１バイメタル部 １０４ 第１ヒータ部
１０６ 第１ヒータ端子 １１０ 第２駆動部
１１２ 第２バイメタル部 １１４ 第２ヒータ部
１１６ 第２ヒータ端子 １２０ 第１接点部
１２２ 第２接点部 １２４ ヒータ給電部
１２６ 第１基板 １２８ 支持部
１３０ 第２基板 １３２ 第１電力供給部
１３４ 第２電力供給部 ２００ 第１接点部
２０２ 第２接点部 ２０３ 第３接点部
２１０ 第１駆動部 ２１２ 第１バイメタル部
２１４ 第１ヒータ部 ２２０ 第２駆動部
２２２ 第２バイメタル部 ２２４ 第２ヒータ部
２３０ 第１基板 ２４０ 第２基板
２５０ 接合部 ２５２ａ 第１ヒータ電極
２５２ｂ 第１ヒータ電極 ２５４ａ 第２ヒータ電極
２５４ｂ 第２ヒータ電極 ２５５ａ 第３ヒータ電極
２５５ｂ 第３ヒータ電極 ２５６ 第１信号線
２５８ 第２信号線 ２５９ 第３信号線
２６０ 第１信号電極 ２６２ 第２信号電極
２６３ 第３信号電極 ２７０ 第３駆動部
２７２ 第３バイメタル部 ２７４ 第３ヒータ部
３００ カンチレバー部 ３０２ 自由端
３０３ 中央部 ３０４ 固定端
３１０ ヒータ部 ３２０ 支持部
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチ及びアクチュエータに関する。特に本発明は、消費電力が小さいスイッチ及びアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシン技術を利用したスイッチに、熱膨張率が異なる複数の金属を張り合わせたバイメタルが用いられる。バイメタルを用いたスイッチは、ヒータでバイメタルを加熱することによりバイメタルを変形させることにより、オン状態又はオフ状態を維持する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、マイクロマシン技術を用いたスイッチを実用化すべく、低消費電力で動作するスイッチが望まれている。しかしながら、バイメタル構造を有するスイッチは、オン状態又はオフ状態の間、バイメタルを加熱するためにヒータに電流を供給し続ける必要がある。そのため、スイッチの消費電力が大きくなってしまい、マイクロマシン技術を用いたスイッチの実用化に向け大きな問題となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるスイッチ及びアクチュエータを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第２接点部を第１接点部の方向に駆動する第１駆動部と、第１駆動部の一端に設けられ、第１駆動部を第１接点部の方向に駆動する第２駆動部とを備える。第１駆動部は、第２駆動部の一端から延伸して設けられてもよい。
【０００６】
第１駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部とを有し、第２駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部とを有してもよい。第１バイメタル部及び第２バイメタル部は、加熱されていない状態で、湾曲していてもよい。
【０００７】
第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱した状態で第２バイメタル部の加熱を停止した場合と、第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱しない状態で第２バイメタル部の加熱を停止した場合とで、第１接点部と第２接点部との接触状態が異なってもよい。
【０００８】
第２バイメタル部を加熱した後、第１バイメタル部を加熱した状態で第２バイメタル部の加熱を停止することにより、第１接点部と第２接点部が電気的に接続されてもよい。
【０００９】
第１バイメタル部が加熱され、第２バイメタル部の加熱が停止された状態で、第１接点部と第２接点部が電気的に接続されているとき、第１バイメタルの加熱を停止した場合においても、第１接点部と第２接点部とが電気的に接続された状態を維持してもよい。
【００１０】
第１バイメタル部及び第２バイメタル部の加熱が停止された状態で、１接点部と第２接点部が電気的に接続されているとき、第１バイメタル部を加熱することにより、第１接点部と第２接点部とが電気的に切断されてもよい。
【００１１】
第１ヒータ部に電力を供給するためのヒータ端子と、ヒータ端子を介して、第１ヒータ部に電力を供給する電力供給部とをさらに備え、第２バイメタル部が加熱された場合に、ヒータ端子と電力供給部とが電気的に接続されてもよい。
【００１２】
第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第２接点部を、第１接点部の上方から下方に駆動し、第１接点部の下方から第１接点部の方向に駆動することにより、第１接点部と第２接点部とを接触させる駆動部を備えてもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態によると、第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、第１接点部と、第１接点部に対向して設けられた第２接点部と、第１接点部を駆動する第１駆動部と、第２接点部を駆動する第２駆動部とを備え、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部を駆動することにより、第１接点部と第２接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００１４】
第１駆動部及び第２駆動部を挟んで設けられ、第１駆動部及び第２駆動部をそれぞれ支持する第１基板及び第２基板と、第１基板と第２基板と接合する接合部とを備え、第１駆動部及び第２駆動部は、第１基板と第２基板と接合部とにより形成される空間内に設けられてもよい。
【００１５】
第１駆動部は、第１接点部を第２接点部の方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部の方向に駆動してもよい。第１駆動部は、第１接点部を第２接点部から離れる方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部から離れる方向に駆動してもよい。 第１駆動部は、第１接点部を第２接点部の方向に駆動し、第２駆動部は、第２接点部を第１接点部から離れる方向に駆動してもよい。
【００１６】
第１駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部とを有してもよい。第２駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部とを有してもよい。
【００１７】
第１接点部に接続された第１信号線と、第２接点部に接続された第２信号線とをさらに備え、第１駆動部及び第２駆動部が第１接点部と第２接点部とを電気的に接続することにより、第１信号線と第２信号線とを電気的に接続してもよい。
【００１８】
第１接点部に対向して設けられた第３接点部をさらに有し、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部及び第３接点部を駆動することにより、第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００１９】
第２接点部に接続された第２信号線と、第３接点部に接続された第３信号線とをさらに備え、第１駆動部及び第２駆動部が第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを電気的に接続することにより、第２信号線と第３信号線とを電気的に接続してもよい。
【００２０】
第１接点部に対向して設けられた第３接点部と、第３接点部を駆動する第３駆動部とをさらに備え、第１駆動部が第１接点部を駆動し、第２駆動部が第２接点部を駆動し、第３駆動部が第３接点部を駆動することにより、第１接点部と第３接点部、及び第２接点部と第３接点部とを接続するか否かを制御してもよい。
【００２１】
第３駆動部は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第３バイメタル部と、第３バイメタル部を加熱する第３ヒータ部とを有してもよい。
【００２２】
第２接点部に接続された第２信号線と、第３接点部に接続された第３信号線とをさらに備え、第１駆動部、第２駆動部、及び第３駆動部が第１接点部と第２接点部、及び第１接点部と第３接点部とを電気的に接続することにより、第２信号線と第３信号線とを電気的に接続してもよい。
【００２３】
本発明の第３の形態によると、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、電熱線は、カンチレバー部の固定端近傍において折り返されず、自由端近傍において複数回折り返される。
【００２４】
電熱線は、固定端から自由端に向かう方向である第１方向における総延長より、第１方向に略垂直の方向である第２方向における総延長が長くてもよい。
【００２５】
本発明の第４の形態によると、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、カンチレバー部の固定端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部の自由端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さい。
【００２６】
カンチレバー部の固定端近傍における電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部の自由端近傍における電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さくてもよい。
【００２７】
本発明の第５の形態によると、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、電熱線は、カンチレバー部の固定端近傍において折り返されず、中心部近傍において複数回折り返される。
【００２８】
本発明の第６の形態によると、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部と、カンチレバー部を加熱する電熱線を有するヒータ部とを備えるアクチュエータであって、カンチレバー部の固定端近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部の中心部近傍において、電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さい。
【００２９】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３１】
（第１実施形態）
図１、図２、及び図３は、本発明の第１実施形態に係るスイッチ１０の構成の第１実施例を示す。図１は、スイッチ１０のオン状態を示す。図２は、スイッチ１０のオフ状態を示す。図３は、第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す。
【００３２】
スイッチ１０は、第１接点部１２０と、第２接点部１２２と、第２接点部１２２を第１接点部の方向に駆動する第１駆動部１００と、第１駆動部１００の一端に設けられ、第１駆動部１００を第１接点部１２０の方向に駆動する第２駆動部１１０と、第１接点部１２０及び第２駆動部１１０が設けられた第１基板１２６と、第１基板１２６を支持する支持部１２８と、支持部１２８が設けられた第２基板１３０とを備える。
【００３３】
第１駆動部１００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部１０２と、第１バイメタル部１０２を加熱する第１ヒータ部１０４と、第１ヒータ部１０４に電力を供給するための第１ヒータ端子１０６とを有する。第２駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部１１２と、第２バイメタル部１１２を加熱する第２ヒータ部１１４と、第２ヒータ部１１４に電力を供給するための第２ヒータ端子１１６とを有する。第１バイメタル部１０２と第２バイメタル部１１２とは、異なる材料により形成されてもよいし、同一の材料により形成されてもよい。また、第１バイメタル部１０２と第２バイメタル部１１２とは、一体に設けられてもよい。第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。
【００３４】
さらに、スイッチ１０は、第１ヒータ端子１０６を介して第１ヒータ部１０４に電力を供給する第１電力供給部１３２と、第２ヒータ端子１１６を介して第２ヒータ部１１４に電力を供給する第２電力供給部１３４と、第２基板に設けられ、第１ヒータ端子１０６と第１電力供給部１３２とを電気的に接続するヒータ給電部１２４をさらに備える。ヒータ給電部１２４は、第２バイメタル部１１２が加熱された場合に、第１ヒータ端子１０６と接触することが望ましい。第１ヒータ端子１０６とヒータ給電部１２４とが接触することにより、第１ヒータ端子１０６と第１電力供給部１３２とが電気的に接続する。
【００３５】
第１駆動部１００は、第２駆動部１１０の一端から延伸して設けられることが好ましい。また、第１駆動部１００は、第１ヒータ部１０４に電力が供給されていない状態で湾曲していることが好ましい。即ち、第１バイメタル部１０２は、加熱されていない状態で湾曲していることが好ましい。また、第２駆動部１１０は、第２ヒータ部１１４に電力が供給されていない状態で湾曲していることが好ましい。即ち、第２バイメタル部１１２は、加熱されていない状態で湾曲していることが好ましい。
【００３６】
第２接点部１２２は、第１駆動部１００の一端に設けられ、第１ヒータ端子１０６は、第１駆動部１００の他端に設けられることが好ましい。また、第２接点部１２２は、第１駆動部１００において、第１ヒータ端子１０６が設けられた面と反対の面に設けられることが好ましい。
【００３７】
図１に示すように、スイッチ１０がオン状態にある場合、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０に接触することが好ましい。また、図２に示すように、スイッチ１０がオフ状態にある場合、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０が湾曲することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の上方にあることが好ましい。
【００３８】
図２に示すスイッチ１０において、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に電力を供給することにより、第２バイメタル部１１２を加熱する。その後、第１電力供給部１３２が第１ヒータ部１０４に電力を供給することにより、第１バイメタル部１０２を加熱した状態で、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に供給する電力を停止することにより、第２バイメタル部１１２を冷却する。これにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが接触し、スイッチ１０は、図１に示すようなオン状態になる。
【００３９】
また、図１に示すスイッチ１０において、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に電力を供給することにより、第２バイメタル部１１２を加熱する。その後、第１電力供給部１３２が第１ヒータ部１０４に電力を供給することなく、第１バイメタル部１０２を加熱しない状態で、第２電力供給部１３４が第２ヒータ部１１４に供給する電力を停止することにより、第２バイメタル部１１２を冷却する。これにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが接触せず、スイッチ１０は、図２に示すようなオフ状態に戻る。
【００４０】
即ち、スイッチ１０は、第２バイメタル部１１２を加熱した後、第１バイメタル部１０２を加熱した状態で第２バイメタル部１１２の加熱を停止した場合と、第２バイメタル部１１２を加熱した後、第１バイメタル部１０２を加熱しない状態で第２バイメタル部１１２の加熱を停止した場合とで、第１接点部１２０と第２接点部１２２との接触状態が異なる。
【００４１】
図４は、第１実施形態に係るスイッチ１０のオン動作の一例を示す。図４（ａ）は、スイッチ１０のオフ状態を示す。図４（ａ）に示す状態のスイッチ１０において、第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、加熱されていないので湾曲している。
【００４２】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４に電力を供給する。第２ヒータ部１１４に電力が供給されることにより、第２バイメタル部１１４は加熱される。そして、第２バイメタル部１１２は、図４（ｂ）に示すように延伸する。第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の上方から下方に、即ち第１接点部１２０に対して第１基板１２６側から第２基板１３０側に移動する。また、第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第１ヒータ端子１０６がヒータ給電部１２４に接触し、第１ヒータ部１０４と第１電力供給部１３２とが電気的に接続される。
【００４３】
次に、第１電力供給部１３２は、第１ヒータ部１０４に電力を供給する。第１ヒータ部１０４に電力が供給されることにより、第１バイメタル部１０４は加熱され、図４（ｃ）に示すように第１バイメタル部１０２は延伸する。第１バイメタル部１０２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０の右方から左方に、即ち第１接点部１２０に対して第１駆動部１００側から第１駆動部１００の反対側に移動する。
【００４４】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４への電力の供給を停止する。第２ヒータ部１１４への電力の供給が停止されることにより、第２バイメタル部１１２は冷却される。そして、第２バイメタル部１１２は、図４（ｄ）に示すように湾曲する。第２バイメタル部１１２は、湾曲することにより、第２接点部１２２を第１接点部１２０の方向に駆動する。そして、第１接点部１２０と第２接点部１２２とは、接触して電気的に接続される。
【００４５】
また、第２バイメタル部１１２が湾曲することにより、第１ヒータ端子１０６とヒータ給電部１２４とが離間される。そのため、第１ヒータ部１０４への電力が停止され、第１バイメタル部１０２が冷却される。そして、第１バイメタル部１０２は、図４（ｄ）に示すように湾曲する。第１バイメタル部１０２は、湾曲することにより、第２接点部１２２を第１接点部１２０に押圧し、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが電気的に接続された状態を維持する。そして、スイッチ１０は、図４（ｄ）に示すようなオン状態に戻る。
【００４６】
図５は、第１実施形態に係るスイッチ１０のオフ動作の一例を示す。図５（ａ）は、スイッチ１０のオン状態を示す。図５（ａ）に示す状態のスイッチ１０において、第１バイメタル部１０２及び第２バイメタル部１１２は、加熱されていないので湾曲し、第２接点部１２２を第１接点部１２０に押圧している。
【００４７】
次に、第２電力供給部１３４は、第２ヒータ部１１４に電力を供給する。第２ヒータ部１１４に電力が供給されることにより、第２バイメタル部１１４は加熱される。そして、第２バイメタル部１１２は、図５（ｂ）に示すように延伸する。第２バイメタル部１１２が延伸することにより、第２接点部１２２は、第１接点部１２０から離間され、第１接点部１２０と第２接点部１２２とが電気的に切断される。そして、スイッチ１０は、図５（ｃ）に示すようなオフ状態になる。
【００４８】
即ち、スイッチ１０は、第２接点部１２２を、第１接点部１２０の上方から下方に駆動し、第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０の方向に駆動することにより、第１接点部１２０と第２接点部１２２とを接触させる駆動部を有する。当該駆動部は、自由端から固定端への方向において所定の長さより短い状態で、第２接点部１２２を第１接点部１２０の上方から下方に駆動し、所定の長さより長い状態で、第２接点部１２２を第１接点部１２０の下方から第１接点部１２０の方向に駆動することが好ましい。
【００４９】
図６、図７、及び図８は、第１実施形態に係るスイッチ１０の構成の第２実施例を示す。第１実施例と同様の構成要素には、図１から図５の同様の符号を付す。また、第２実施例においては、第１実施例と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施例と異なる構成及び動作について説明する。
【００５０】
第１駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部１０２と、第１バイメタル部１０２を加熱する第１ヒータ部１０４と、第１ヒータ部１０４に電力を供給するための第１ヒータ端子１０６とを有する。第２駆動部１１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部１１２と、第２バイメタル部１１２を加熱する第２ヒータ部１１４と、第２ヒータ部１１４に電力を供給するための第２ヒータ端子１１６とを有する。
【００５１】
第１ヒータ部１０６及び第２ヒータ部１１６は、第２バイメタル部１１２の一端に設けられる。また、第１ヒータ部１０４と第１ヒータ端子１０６とは、第２バイメタル部１１２に設けられた配線によって電気的に接続される。そして、第１電力供給部１３２は、第１ヒータ端子１０６から第２バイメタル部１１２に設けられた配線を介して、第１ヒータ部１０４に電力を供給する。
【００５２】
第１実施形態に係るスイッチ１０によれば、上述のスイッチング動作により、第１ヒータ部１０４及び第２ヒータ部１１４への電力の供給を停止しても、第１接点部１２０と第２接点部１２２との接触を維持することができる。そのため、極めて短い時間だけ第１ヒータ部１０４及び第２ヒータ部１１４に電力を供給するだけで、第１接点部１２０と第２接点部１２２とを電気的に接続することができる。したがって、スイッチ１０の消費電力を大幅に低減させることができる。
【００５３】
なお、第１実施形態において、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０が、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより接点部を駆動する形態について説明したが、第１駆動部１００及び第２駆動部１１０のそれぞれは、電圧を印加することによって変形するピエゾ素子により接点部を駆動してもよいし、温度に応じて変形する形状記憶合金により接点部を駆動してもよいし、静電力により接点部を誘引する静電結合部により接点部を駆動してもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第１実施例を示す。図９は、スイッチ２０の上面図である。図１０は、図９におけるスイッチ２０のＡＡ’断面の断面図である。本実施例に係るスイッチ２０は、２つの駆動部を有し、一方の駆動部に設けられた接点部と、他方の駆動部に設けられた接点部とを導通させる形態である。
【００５５】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２を駆動する第２駆動部２２０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００５６】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００５７】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第１バイメタル部２１２及び第２バイメタル部２２２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００５８】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第１接点部２００に接続された第１信号線２５６と、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第１信号線２５６を介して第１接点部２００に接続される第１信号電極２６０と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２とを備える。
【００５９】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２とを電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０が、第１接点部２００と第２接点部２０２とを電気的に接続することにより、第１信号線２５６と第２信号線２５８とが電気的に接続され、第１信号電極２６０に供給された信号は、第２信号電極２６２に供給される。
【００６０】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６１】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６２】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。これにより、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６３】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６４】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に切断される。
【００６５】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２とが電気的に接続される。
【００６６】
図１１及び図１２は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第２実施例を示す。図１１は、スイッチ２０の上面図である。図１２は、図１１におけるスイッチ２０のＢＢ’断面の断面図である。第１実施例と同様の構成要素には、図９から図１０の同様の符号を付す。本実施例に係るスイッチ２０は、２つの駆動部を有し、一方の駆動部に設けられた接点部が、他方の駆動部に設けられた２つの接点部の間を導通させる形態である。
【００６７】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００に対向して設けられた第３接点部２０３と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動する第２駆動部２２０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。また、第１接点部２００と第３接点部２０３とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００６８】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００６９】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第１バイメタル部２１２及び第２バイメタル部２２２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００７０】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第３接点部２０３に接続された第３信号線２５９と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２と、第３信号線２５９を介して第３接点部２０３に接続される第３信号電極２６３とを備える。
【００７１】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２及び第３接点部２０３を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部を電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０及び第２駆動部２２０が、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続することにより、第２信号線２５８と第３信号線２５９とが電気的に接続され、第２信号電極２６２に供給された信号は、第３信号電極２６３に供給される。
【００７２】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７３】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７４】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７５】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７６】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２及び第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００７７】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０及び第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００７８】
図１３及び図１４は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ２０の構成の第３実施例を示す。図１３は、スイッチ２０の上面図である。図１４は、図１３におけるスイッチ２０のＣＣ’断面の断面図である。第１実施例又は第２実施例と同様の構成要素には、図９から図１２の同様の符号を付す。本実施例に係るスイッチ２０は、３つの駆動部を有し、第１の駆動部に設けられた接点部が、第２の駆動部に設けられた接点部と、第３の駆動部に設けられた接点部との間を導通させる形態である。
【００７９】
スイッチ２０は、第１接点部２００と、第１接点部２００に対向して設けられた第２接点部２０２と、第１接点部２００に対向して設けられた第３接点部２０３と、第１接点部２００を駆動する第１駆動部２１０と、第２接点部２０２を駆動する第２駆動部２２０と、第３接点部２０３を駆動する第３駆動部２７０と、第１駆動部２１０を保持する第１基板２３０と、第２駆動部２２０及び第３駆動部を保持する第２基板２４０と、第１基板２３０と第２基板２４０とを接合する接合部２５０とを備える。第１接点部２００と第２接点部２０２とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。また、第１接点部２００と第３接点部２０３とは、接触する際に交差するように設けられることが好ましい。
【００８０】
第１基板２３０と第２基板２４０とは、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０を挟んで設けられることが好ましい。さらに、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０は、第１基板２３０と第２基板２４０と接合部２５０とにより形成される空間内に設けられることが好ましい。
【００８１】
第１駆動部２１０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部２１２と、第１バイメタル部２１２を加熱する第１ヒータ部２１４とを有する。第２駆動部２２０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部２２２と、第２バイメタル部２２２を加熱する第２ヒータ部２２４とを有する。第３駆動部２７０は、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第３バイメタル部２７２と、第３バイメタル部２７２を加熱する第３ヒータ部２７４とを有する。
【００８２】
第１バイメタル部２１２、第２バイメタル部２２２、及び第３バイメタル部２７２は、アルミニウム及び酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成されることが好ましい。第１基板２３０は、Ｓｉ層２３２と、ＳｉＯ層２３４と、Ｓｉ層２３６とを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることが好ましい。第２基板２４０は、Ｓｉ層２４２と、ＳｉＯ層２４４と、Ｓｉ層２４６とを有するＳＯＩ基板であることが好ましい。
【００８３】
さらに、スイッチ２０は、第１ヒータ部２１４に電力を供給する第１ヒータ電極２５２ａ及び２５２ｂと、第２ヒータ部２２４に電力を供給する第２ヒータ電極２５４ａ及び２５４ｂと、第３ヒータ部２７２に電力を供給する第３ヒータ電極２５５ａ及び２５５ｂと、第１接点部２００に接続された第１信号線２５６と、第２接点部２０２に接続された第２信号線２５８と、第３接点部２０３に接続された第３信号線２５９と、第１信号線２５６を介して第１接点部２００に接続される第１信号電極２６０と、第２信号線２５８を介して第２接点部２０２に接続される第２信号電極２６２と、第３信号線２５９を介して第３接点部２０３に接続される第３信号電極２６３とを備える。
【００８４】
第１駆動部２１０は、第１ヒータ部２１２に電力が供給されて第１バイメタル部２１４が加熱されることによって変形し、第１接点部２００を駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２ヒータ部２２２に電力が供給されて第２バイメタル部２２４が加熱されることによって変形し、第２接点部２０２を駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３ヒータ部２７２に電力が供給されて第３バイメタル部２７４が加熱されることによって変形し、第３接点部２０３を駆動する。このように、第１駆動部２１０が第１接点部２００を駆動し、第２駆動部２２０が第２接点部２０２を駆動し、第３駆動部２７０が第３接点部２０３を駆動することにより、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続するか否かを制御し、スイッチ２０のオンオフ制御を行う。第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０が、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３を電気的に接続することにより、第２信号線２５８と第３信号線２５９とが電気的に接続され、第２信号電極２６２に供給された信号は、第３信号電極２６３に供給される。
【００８５】
スイッチ２０は、ノーマリーオフ型スイッチであってもよく、ノーマリーオン型スイッチであってもよい。スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００の方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００８６】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が冷却されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部が電気的に切断される。
【００８７】
スイッチ２０がノーマリーオフ型スイッチである場合の動作の他の例を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に接続される。
【００８８】
また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００８９】
次に、スイッチ２０がノーマリーオン型スイッチである場合の動作を説明する。第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が加熱されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３から離れる方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が加熱されることにより、第２接点部２０２を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が加熱されることにより、第３接点部２０３を第１接点部２００から離れる方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３が電気的に切断される。
【００９０】
また、第１駆動部２１０は、第１バイメタル部２１２が冷却されることにより、第１接点部２００を第２接点部２０２及び第３接点部２０３の方向に駆動する。また、第２駆動部２２０は、第２バイメタル部２２２が冷却されることにより、第２接点部２２０を第１接点部２００の方向に駆動する。また、第３駆動部２７０は、第３バイメタル部２７２が冷却されることにより、第３接点部２７０を第１接点部２００の方向に駆動する。以上の動作により、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第２接点部２０２が電気的に接続される。
【００９１】
第２実施形態に係るスイッチ２０によれば、第１接点部２００、第２接点部２０２、及び第３接点部２０３のそれぞれが、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０のそれぞれによって駆動されるので、スイッチング動作を早くすることができる。また、第１接点部２００と第２接点部２０２、及び第１接点部２００と第３接点部２０３の接触抵抗を小さくすることができる。
【００９２】
なお、第２実施形態において、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０が、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより接点部を駆動する形態について説明したが、第１駆動部２１０、第２駆動部２２０、及び第３駆動部２７０のそれぞれは、電圧を印加することによって変形するピエゾ素子により接点部を駆動してもよいし、温度に応じて変形する形状記憶合金により接点部を駆動してもよいし、静電力により接点部を誘引する静電結合部により接点部を駆動してもよい。
【００９３】
（第３実施形態）
図１５及び図１６は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータ３０の構成の第１実施例を示す。アクチュエータ３０は、温度に応じて変形する片持ちばりのカンチレバー部３００と、カンチレバー部３００を加熱する電熱線を有するヒータ部３１０と、カンチレバー部３００を支持する支持部３２０とを備える。アクチュエータ３０は、例えばマイクロスイッチであり、カンチレバー部３００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルにより構成されてもよいし、形状記憶合金により構成されてもよい。
【００９４】
図１５及び図１６に示すように、ヒータ部３１０の電熱線は、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において折り返されず、自由端３０２方向に延伸し、自由端３０２近傍において複数回折り返される。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において、ヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部３００の自由端３０２近傍において、ヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さいことが好ましい。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍におけるヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部３００の自由端３０２近傍におけるヒータ部３１０の電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さいことが好ましい。
【００９５】
図１６に示すように、ヒータ部３１０の電熱線は、固定端３０４から自由端３０２に向かう方向である第１方向３０６における総延長より、第１方向３０６に略垂直な方向である第２方向３０８における総延長が長いことが好ましい。なお、固定端３０４近傍は、自由端３０２より固定端３０４に近い位置であってもよく、自由端３０２近傍は、固定端３０４より自由端３０２に近い位置であってもよい。
【００９６】
図１７は、従来技術によるアクチュエータ、及び本実施例のアクチュエータ３０の構成を示す。図１７（ａ）は、従来技術によるアクチュエータの構成を示す。図１７（ｂ）及び図１７（ｃ）は、本実施例のアクチュエータ３０の構成を示す。カンチレバー部３００は、アルミニウムと酸化シリコン（ＳｉＯ）を含むバイメタルである。また、ヒータ部３１０は、白金であり、支持部３２０は、シリコン基板である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）、及び図１７（ｃ）に示したアクチュエータの比較結果を図１８から図２１に示す。
【００９７】
図１８は、消費電力とカンチレバー部３００の最高温度との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最高温度を示す。図１８に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で最高温度を高くすることができる。
【００９８】
図１９は、消費電力とカンチレバー部３００の平均温度との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最高温度を示す。図１９に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で平均温度を高くすることができる。
【００９９】
図２０は、消費電力とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す。横軸は消費電力を示し、縦軸は最大変位を示す。図２０に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｂ）及び（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、小さい消費電力で大きく変位することができる。
【０１００】
図２１は、カンチレバー部３００の平均温度とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す。横軸は平均温度を示し、縦軸は最大温度を示す。図２１に示すように、本実施例のアクチュエータ３０（ｃ）は、従来技術によるアクチュエータ（ａ）と比較して、最高温度を高めずに平均温度を高くすることができる。
【０１０１】
図２２及び図２３は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータ３０の構成の第２実施例を示す。アクチュエータ３０は、温度に応じて変形する両持ちばりのカンチレバー部３００と、カンチレバー部３００を加熱する電熱線を有するヒータ部３１０ａ及び３１０ｂと、カンチレバー部３００を支持する支持部３２０ａ及び３２０ｂとを備える。アクチュエータ３０は、例えばマイクロスイッチであり、カンチレバー部３００は、熱膨張率が異なる複数の部材を含むバイメタルであってもよいし、形状記憶合金であってもよい。
【０１０２】
図２２及び図２３に示すように、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線は、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において折り返されず、中央部３０３方向に延伸し、中央部３０３近傍において複数回折り返される。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍において、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りが発生する熱量は、カンチレバー部３００の中央部３０３近傍において、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りが発生する熱量より小さいことが好ましい。また、カンチレバー部３００の固定端３０４近傍におけるヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りの抵抗は、カンチレバー部３００の中央部３０３近傍におけるヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線の単位長さ当りの抵抗より小さいことが好ましい。
【０１０３】
図２３に示すように、ヒータ部３１０ａ及び３１０ｂの電熱線は、固定端３０４から中央部３０３の方向である第１方向３０６における総延長より、第１方向３０６に略垂直な方向である第２方向３０８における総延長が長いことが好ましい。なお、固定端３０４近傍は、中央部３０３より固定端３０４に近い位置であってもよく、中央部３０３近傍は、固定端３０４より中央部３０２に近い位置であってもよい。
【０１０４】
第３実施形態に係るアクチュエータ３０によれば、ヒータ部３１０に供給する消費電力が小さい場合でも、カンチレバー部３００の平均温度及び最高温度を十分に高めることができるため、大きく変位することができる。例えば、アクチュエータ３０がスイッチの可動接点を駆動する駆動手段である場合、可動接点を固定接点に強く押圧することができるので、接点における接触抵抗を小さくすることができる。また、第３実施形態に係るアクチュエータ３０によれば、最高温度を高めずに平均温度を高くすることができるので、発熱による破損を防止することができる。
【０１０５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、本発明によれば消費電力が小さいスイッチを提供ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン状態を示す図である。
【図２】第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ状態を示す図である。
【図３】第１実施形態の第１実施例に係る第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｂ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｃ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
（ｄ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオン動作を説明する図である。
【図５】（ａ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
（ｂ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
（ｃ）は、第１実施形態の第１実施例に係るスイッチ１０のオフ動作を説明する図である。
【図６】第１実施形態の第２実施例に係るスイッチ１０のオン状態を示す図である。
【図７】第１実施形態の第２実施例に係るスイッチ１０のオフ状態を示す図である。
【図８】第１実施形態の第２実施例に係る第１駆動部１００及び第２駆動部１５０の構成を示す図である。
【図９】第２実施形態の第１実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１０】第２実施形態の第１実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１１】第２実施形態の第２実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１２】第２実施形態の第２実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１３】第２実施形態の第３実施例に係るスイッチ２０の上面図である。
【図１４】第２実施形態の第３実施例に係るスイッチ２０の断面図である。
【図１５】第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図１６】第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図１７】（ａ）は、従来技術によるアクチュエータの構成を示す。
（ｂ）は、第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す。
（ｃ）は、第３実施形態の第１実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す。
【図１８】消費電力とカンチレバー部３００の最高温度との関係を示す図である。
【図１９】消費電力とカンチレバー部３００の平均温度との関係を示す図である。
【図２０】消費電力とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す図である。
【図２１】カンチレバー部３００の平均温度とカンチレバー部３００の最大変位との関係を示す図である。
【図２２】第３実施形態の第２実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【図２３】第３実施形態の第２実施例に係るアクチュエータ３０の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ スイッチ ２０ スイッチ
３０ アクチュエータ １００ 第１駆動部
１０２ 第１バイメタル部 １０４ 第１ヒータ部
１０６ 第１ヒータ端子 １１０ 第２駆動部
１１２ 第２バイメタル部 １１４ 第２ヒータ部
１１６ 第２ヒータ端子 １２０ 第１接点部
１２２ 第２接点部 １２４ ヒータ給電部
１２６ 第１基板 １２８ 支持部
１３０ 第２基板 １３２ 第１電力供給部
１３４ 第２電力供給部 ２００ 第１接点部
２０２ 第２接点部 ２０３ 第３接点部
２１０ 第１駆動部 ２１２ 第１バイメタル部
２１４ 第１ヒータ部 ２２０ 第２駆動部
２２２ 第２バイメタル部 ２２４ 第２ヒータ部
２３０ 第１基板 ２４０ 第２基板
２５０ 接合部 ２５２ａ 第１ヒータ電極
２５２ｂ 第１ヒータ電極 ２５４ａ 第２ヒータ電極
２５４ｂ 第２ヒータ電極 ２５５ａ 第３ヒータ電極
２５５ｂ 第３ヒータ電極 ２５６ 第１信号線
２５８ 第２信号線 ２５９ 第３信号線
２６０ 第１信号電極 ２６２ 第２信号電極
２６３ 第３信号電極 ２７０ 第３駆動部
２７２ 第３バイメタル部 ２７４ 第３ヒータ部
３００ カンチレバー部 ３０２ 自由端
３０３ 中央部 ３０４ 固定端
３１０ ヒータ部 ３２０ 支持部
Claims (13)
- 第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、
前記第２接点部を前記第１接点部の方向に駆動する第１駆動部と、
前記第１駆動部の一端に設けられ、前記第１駆動部を前記第１接点部の方向に駆動する第２駆動部と
を備え、
湾曲している前記第２駆動部を延伸することにより前記第２接点部を前記第１接点部の上方から下方に移動した後、前記第１駆動部を延伸することにより前記第２接点部を左右方向に移動した状態で前記第２駆動部を湾曲させた場合に、前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されるスイッチ。 - 湾曲している前記第２駆動部を延伸することにより前記第２接点部を前記第１接点部の上方から下方に移動した後、前記第１駆動部を湾曲させたままの状態で前記第２駆動部を湾曲させた場合に、前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されない請求項１に記載のスイッチ。
- 前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されているとき、前記第１駆動部を湾曲させた場合においても、前記第１接点部と前記第２接点部とが電気的に接続された状態を維持する請求項２に記載のスイッチ。
- 前記第１駆動部及び前記第２駆動部が湾曲した状態で、前記１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されているとき、前記第２駆動部を延伸することにより、前記第２接点部は前記第１接点部から離間され、前記第１接点部と前記第２接点部とが電気的に切断される請求項３に記載のスイッチ。
- 前記第１駆動部は、前記第２駆動部の一端から延伸して設けられる請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のスイッチ。
- 前記第１駆動部は、
熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、
前記第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部と
を有し、
前記第２駆動部は、
熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、
前記第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部と
を有する請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のスイッチ。 - 前記第１バイメタル部及び前記第２バイメタル部は、加熱されていない状態で湾曲し、加熱されることにより延伸する請求項６に記載のスイッチ。
- 第１接点部と第２接点部とを電気的に接続するスイッチであって、
前記第２接点部を前記第１接点部の方向に駆動する第１駆動部であって、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第１バイメタル部と、前記第１バイメタル部を加熱する第１ヒータ部とを有する第１駆動部と、
前記第１駆動部の一端に設けられ、前記第１駆動部を前記第１接点部の方向に駆動する第２駆動部であって、熱膨張率が異なる複数の部材を含む第２バイメタル部と、前記第２バイメタル部を加熱する第２ヒータ部とを有する第２駆動部と、
前記第１ヒータ部に電力を供給するためのヒータ端子と、
前記第２バイメタル部が加熱された場合に前記ヒータ端子と電気的に接続され、前記ヒータ端子を介して、前記第１ヒータ部に電力を供給する電力供給部と
を備え、
湾曲している前記第２駆動部を延伸することにより前記第２接点部を前記第１接点部の上方から下方に移動した後、前記第１駆動部を延伸することにより前記第２接点部を左右方向に移動した状態で前記第２駆動部を湾曲させた場合に、前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されるスイッチ。 - 湾曲している前記第２駆動部を延伸することにより前記第２接点部を前記第１接点部の上方から下方に移動した後、前記第１駆動部を湾曲させたままの状態で前記第２駆動部を湾曲させた場合に、前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されない請求項８に記載のスイッチ。
- 前記第１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されているとき、前記第１駆動部を湾曲させた場合においても、前記第１接点部と前記第２接点部とが電気的に接続された状態を維持する請求項９に記載のスイッチ。
- 前記第１駆動部及び前記第２駆動部が湾曲した状態で、前記１接点部と前記第２接点部が電気的に接続されているとき、前記第２駆動部を延伸することにより、前記第２接点部は前記第１接点部から離間され、前記第１接点部と前記第２接点部とが電気的に切断される請求項１０に記載のスイッチ。
- 前記第１駆動部は、前記第２駆動部の一端から延伸して設けられる請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載のスイッチ。
- 前記第１バイメタル部及び前記第２バイメタル部は、加熱されていない状態で湾曲し、加熱されることにより延伸する請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載のスイッチ。
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