JP4222315B2 - Micro relay - Google Patents
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Description
本発明は、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーに関するものである。 The present invention relates to a micro relay manufactured using a semiconductor process.
従来から、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーとして、電磁石装置を備え、磁性体が取り付けられ可動接点が設けられたアーマチュア部を電磁石装置の磁力によって駆動することにより可動接点を固定接点に離接させる電磁式のマイクロリレーが提供されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a microrelay manufactured using a semiconductor process, an electromagnet device has been provided, and a movable contact is separated into a fixed contact by driving an armature part to which a magnetic body is attached and a movable contact is provided by the magnetic force of the electromagnet device. An electromagnetic microrelay to be contacted is provided (see, for example, Patent Document 1).
この種のマイクロリレーの一例を図5に示す。このマイクロリレーは、枠状のフレーム部31とフレーム部31に対して回動可能なアーマチュア部30とを有するアーマチュアブロック3と、アーマチュア部30に結合した磁性体32と、磁性体32を吸引してアーマチュア部30を回動させる電磁石装置2と、電磁石装置2を保持してアーマチュアブロック3のフレーム部31に結合したボディ1とを備える。以下、上下は図5を基準として説明する。
An example of this type of microrelay is shown in FIG. This microrelay attracts the
ボディ1は、ボディ本体1Aと、ボディ本体1Aの上面に結合する薄膜1Bとからなる。ボディ本体1Aは、ガラスからなる長方形板状であって、四隅の近傍にはそれぞれスルーホール10A,10B,10C,10Dを上下に貫設してある。各スルーホール10A〜10Dには、それぞれ内面に導電膜11A〜11Dを設けてある。各導電膜11A〜11Dは、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金からなり、めっき、蒸着、スパッタリング等により形成されている。各スルーホール10A〜10Dの両端の開口部周辺には、それぞれ導電膜11A〜11Dに電気的に接続されたランド12を設けてある。図6に示すように、ボディ1の下面側の各ランド12には、それぞれプリント配線板(図示せず)への表面実装に用いられるバンプ13を設けてある。各バンプ13は、それぞれ例えば金、銀、銅、はんだのような導電材料からなり、スルーホール10A〜10Dを塞ぐ形でランド12に載せられ熱溶着によって接合されている。
The
ボディ本体1Aの上面には、それぞれランド12に一対一に電気的に接続された2対の固定接点14A,14B,15A,15Bを設けてある。各固定接点14A,14B,15A,15Bは、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金からなる。
On the upper surface of the body main body 1A, two pairs of
ボディ本体1Aの中央には、十字型の貫通穴16を上下に貫設してある。薄膜1Bは、ボディ本体1Aの上面側に接合されて貫通穴16の上側の開口を覆う。そして、ボディ1において薄膜1Bの下側には、電磁石装置2が収納される収容凹部18が形成されている(図6参照)。薄膜1Bはシリコン又はガラスからなり、エッチング又は研磨によって5〜50μm程度、好ましくは20μm程度の厚さ寸法に形成されている。貫通穴16の内面は、上方に向かって貫通穴16の断面積を徐々に小さくするように傾斜しており、これによって電磁石装置2を収容しやすくしている。
In the center of the body main body 1A, a cross-shaped through
電磁石装置2は、ヨーク20と、永久磁石21と、コイル22A,22Bと、基板23とからなる。ヨーク20は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鍛造加工することにより、長方形板状の中央片20Aの長手方向の両端から、矩形板状の脚片20B,20Cがそれぞれ中央片20Aの短手方向の同じ側(図5の上方)に立ち上がったコ字形状に形成されている。永久磁石21は直方体形状であって、互いに背向する磁極面が互いに異なる極となるように着磁されている。永久磁石21は、ヨーク20の中央片20Aの上面の中央に一方の磁極面(図5の下面)を当接させてヨーク20に取り付けられている。ここにおいて、永久磁石21の他方の磁極面(図5の上面)は脚片20B,20Cの先端面と略面一となる。各コイル22A,22Bは、それぞれ脚片20B,20Cと永久磁石21との間で中央片20Aに直接巻回されている。基板23は長方形状であり、長手方向をヨーク20の中央片20Aの長手方向に直交させる向きで中央片20Aの下面に接合されている。基板23の下面の長手方向の両端部にはそれぞれ導電膜23A(図6参照)を設けてあり、各コイル22A,22Bの両端はそれぞれ導電膜23Aに電気的に接続されている。各導電膜23A上には、それぞれプリント配線板への表面実装に用いられるバンプ24を設けてある。電磁石装置2は、ヨーク20の中央片20Aの長手方向とボディ1の長手方向とを合わせて、例えば収容凹部18の内面との間に充填された合成樹脂(図示せず)を介してボディ1に保持されている。
The
アーマチュアブロック3は、50〜300μm程度、好ましくは200μm程度の厚さ寸法を有するシリコン基板をエッチングして形成され、アーマチュア部30と、アーマチュア部30の全周を包囲してアーマチュア部30を支持するフレーム部31とを一体に備える。アーマチュア部30の下面には、図7に示すように長方形平板状の磁性体32が接合される。
The
アーマチュア部30は、図7及び図8に示すように、下面(図7の上面)に磁性体32が接合される長方形状の磁性体保持部30Aと、下面に可動接点33A,33Bが固着される可動接点部30Bとからなる。可動接点部30Bは、磁性体保持部30Aの長手方向の両側において、弾性を有する連結部34を介して磁性体保持部30Aに支持されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
磁性体保持部30Aは、短手方向の両側が、弾性を有する弾性部35を介してフレーム部31に支持されている。弾性部35は、磁性体保持部30Aの短手方向の両側に2個ずつ計4個設けられている。各弾性部35は、それぞれ一端が磁性体保持部30Aの短手方向の端面に連結されるとともに他端がフレーム部31の内周面に連結されている。弾性部35は、上下方向での寸法をフレーム部35よりも小さくしてあり、上方から見た幅寸法を上下方向での寸法よりもさらに小さくしてある。
The magnetic
また、磁性体保持部30Aの長手方向の中央部であって短手方向の両端には、それぞれ延設部36を磁性体保持部30Aの短手方向へ突設してあり、各延設部36の先端にはそれぞれ凸部36Aを突設してある。さらに、フレーム部31の内周面において延設部36の先端面に対向する各部には、それぞれ延設部37が内側へ突設され、各延設部37の先端面にはそれぞれ磁性体保持部30Aの凸部36Aが挿入される凹部37Aを設けてある。そして、凸部36Aが凹部37A内に位置することにより、フレーム部31に対するアーマチュア部30の前後左右(図8の上下左右)への移動は制限されている。また、延設部36の下面には突起36Bを下方へ突設してある。
In addition, extending
さらに、磁性体保持部30Aの四隅には、第2の延設部38を設けてある。各第2の延設部38の下面には、それぞれ第2の突起38Aが下方へ突設されている。
Further, second extending
磁性体32は、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、フェライトなどの磁性材料を機械加工して形成され、磁性体保持部30Aの下面に結合している。磁性体32を磁性体保持部30Aに結合させるには、例えば、磁性体32の上面と磁性体保持部30Aの下面との間に低融点ガラスを介在させた状態で加熱して低融点ガラスを溶融させた後、冷却する。
The
アーマチュア部30の上下方向での寸法はフレーム部31の上下方向での寸法よりも小さく、フレーム部31の下面に対して第2の突起38Aの下面や磁性体32の下面が窪むようにしてある。
The vertical dimension of the
アーマチュアブロック3は、例えばフレーム部31の下面がボディ1の上面に陽極接合されることによってボディ1に結合する。ここにおいて、突起36Bはボディ1の上面に当接し、アーマチュア部30は突起36Bを支点としてボディ1に対し図8に線Xで示す長手方向の中心を軸とする回動が可能となっている。つまり、突起36Bが支点突起である。また、各可動接点33A,33Bはそれぞれ1組の固定接点14A,14B,15A,15Bに対向し、第2の突起38Aの先端面はボディ1の上面に離間して対向する。さらに、磁性体32は、上方から見てアーマチュア部30の回動軸Xを挟んで互いに異なる側に位置する各部が、互いに異なる脚片20B,20Cの先端面に対しそれぞれ薄膜1Bを挟んで対向する。
The
また、アーマチュアブロック3の上側は、例えばパイレックス(登録商標)のような耐熱ガラスからなる長方形板状のカバー4によって覆われる。カバー4は、例えば陽極接合によってフレーム部31の上面に接合される。また、カバー4の下面には、アーマチュア部30の可動範囲を確保するための凹部(図示せず)を設けてある。
The upper side of the
上記のマイクロリレーの動作を説明する。コイル22A,22Bに通電すると、磁性体32が通電方向に応じた一方の脚片20Bに吸引され、アーマチュア部30は、突起36Bを支点として回動し、一方の可動接点33Aを一対の固定接点14A,14Bに接触導通させる。ここにおいて、固定接点14A,14B間は可動接点33Aを介して電気的に接続される。このとき、可動接点33Aの固定接点14A,14Bに対する接触圧は連結部34の弾性により適度に保たれている。また、第2の突起38Aがボディ1の上面に当接することにより、アーマチュア部30の可動範囲が制限され、磁性体32と薄膜1Bとの接触による破損が防止されている。コイル22A,22Bへの通電を停止すると、永久磁石21→磁性体32→脚片20B→永久磁石21という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部30の姿勢は維持される。
The operation of the micro relay will be described. When the
次に、コイル22A,22Bへの通電方向を逆にすると、弾性部35の弾性力と、磁性体32が他方の脚片20Cに吸引される力とにより、アーマチュア部30は、突起36Bを支点として上記とは反対側へ回動し、他方の可動接点33Bを別の一対の固定接点15A,15Bに接触導通させる。ここにおいて、固定接点15A,15B間は可動接点33Bを介して電気的に接続される。コイル22A,22Bへの通電を停止すると、永久磁石21→磁性体32→脚片20C→永久磁石21という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部30の姿勢は維持される。つまり、上記のマイクロリレーは、交互に開閉する2組の接点を有するラッチング型のリレーである。
しかし、上記従来のマイクロリレーでは、突起36Bが磁性体32の両側に位置するために、磁性体32が電磁石装置2に吸引されたときにアーマチュア部30に曲げ力が加わり、アーマチュア部30の突起36B付近が短手方向の中央部を下方へ突出させるように弾性変形しやすかった。このようなアーマチュア部30の突起36B付近の変形は、設計上意図されていないので、特性が設計値からずれる原因となる。
However, in the above-described conventional micro relay, since the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくいマイクロリレーを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a micro relay in which the vicinity of a fulcrum projection of an armature portion is not easily deformed.
請求項1の発明は、枠状のフレーム部、フレーム部に一端が結合しフレーム部の内側へ突出して弾性を有する弾性部、フレーム部に囲まれ弾性部を介してフレーム部に対して回動可能に支持されたアーマチュア部を有するアーマチュアブロックと、アーマチュア部に結合した磁性体と、磁性体を吸引してアーマチュア部を回動させる電磁石装置と、電磁石装置を保持してアーマチュアブロックのフレーム部に結合したボディとを備え、ボディには固定接点が設けられ、アーマチュア部にはアーマチュア部の回動に伴って固定接点に離接する可動接点が設けられたマイクロリレーにおいて、アーマチュア部は、厚さ方向の一面を電磁石装置に向けて該一面に磁性体が接合された長方形平板状の磁性体保持部と、磁性体保持部の長手方向の中央部であって短手方向の両端においてそれぞれ磁性体保持部の短手方向へ突設され厚さ方向が磁性体保持部の厚さ方向に一致する延設部とを有し、弾性部は、磁性体保持部の短手方向の両側にそれぞれ設けられ、それぞれ、一端が磁性体保持部の短手方向の端面に連結されるとともに他端がフレーム部の内周面に連結されており、各延設部の厚さ方向の一面であってボディに向けられる面には、それぞれ、ボディに当接しアーマチュア部がボディに対して回動する際の支点となる支点突起が突設され、アーマチュア部に結合するとともに、延設部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と磁性体保持部の磁性体が接合された面の反対面において磁性体保持部の厚さ方向から見て支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、アーマチュア部において磁性体が電磁石装置に吸引されたときに変形しやすい支点突起付近が補強部材により機械的に補強されるから、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくい。 According to the present invention, the vicinity of the fulcrum protrusion that is easily deformed when the magnetic material is attracted to the electromagnet device in the armature portion is mechanically reinforced by the reinforcing member, so that the vicinity of the fulcrum protrusion of the armature portion is not easily deformed.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、アーマチュア部には支持突起の突出方向に貫通した結合穴が設けられ、磁性体と補強部材とは、結合穴を通じて互いに結合し間にアーマチュア部を挟むことによりそれぞれアーマチュア部に結合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 present invention, the armature portion is provided with a coupling hole penetrating in the protruding direction of the support projection, and the magnetic body and the reinforcing member are coupled to each other through the coupling hole and the armature portion is interposed therebetween. It is characterized in that each armature part is coupled by sandwiching.
本発明によれば、補強部材を磁性体の保持とアーマチュア部の機械的補強とに兼用することができる。 According to the present invention, the reinforcing member can be used both for holding the magnetic body and mechanically reinforcing the armature portion.
本発明によれば、アーマチュア部に結合するとともに、延設部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と磁性体保持部の磁性体が接合された面の反対面において磁性体保持部の厚さ方向から見て支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えるので、アーマチュア部において磁性体が電磁石装置に吸引されたときに変形しやすい支点突起付近が補強部材により機械的に補強されるから、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくい。
According to the present invention, the magnetic material holding portion and the range that overlaps at least a part of the fulcrum protrusion when viewed from the protruding direction of the fulcrum protrusion on the opposite surface of the surface of the extending portion provided with the fulcrum protrusion, coupled to the armature portion In the armature portion, the magnetic body is provided on the opposite surface of the surface to which the magnetic body is bonded so as not to overlap the fulcrum protrusion when viewed from the thickness direction of the magnetic body holding portion. Since the vicinity of the fulcrum protrusion that is easily deformed when attracted by the electromagnet device is mechanically reinforced by the reinforcing member, the vicinity of the fulcrum protrusion of the armature portion is not easily deformed.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。 Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the conventional example, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態のアーマチュア部30には、図2に示すように、長手方向の中央部に2個の結合穴39を短手方向に並べて貫設してある。
As shown in FIG. 2, the
また、本実施形態は、各結合穴39の上側の開口をそれぞれ覆う接合補助部材5を備える。接合補助部材5は、結合穴39を通じて磁性体32に結合し、磁性体32との間にアーマチュア部30の磁性体保持部30Aを挟むことによってアーマチュア部30に結合するとともに磁性体32をアーマチュア部30に保持する。
Further, the present embodiment includes a joining
磁性体32と接合補助部材5とを互いに結合させる方法としては、例えば図1に示すように金や金・錫合金などの融点の低い材料からなる接合部材6を結合穴39内で磁性体32と接合補助部材5との間に介装しこれを加熱して溶融させてから冷却する方法や、接合補助部材5の一部を熱によって溶融させ結合穴39を通じて磁性体32に溶着させる方法が考えられる。接合補助部材5の材料には、磁性体32との結合に前者の方法を用いる場合には例えば磁性体32と同様の材料を用い、後者の方法を用いる場合には例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料を用いる。
As a method for coupling the
また、接合補助部材5は、図3に示すようにアーマチュア部30の回動軸Xに沿った方向に長細い形状となっており、長手方向の両端部がそれぞれ延設部36の上面に当接している。つまり、接合補助部材5は、支点突起たる突起36Bの突出方向である下方から見て突起36Bに重なる範囲と重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部30に当接している。これにより、アーマチュア部30が機械的に補強されている。すなわち、接合補助部材5が補強部材である。
Further, as shown in FIG. 3, the joining
上記構成によれば、接合補助部材5によってアーマチュア部30が機械的に補強されるから、従来例のように接合補助部材5を設けない場合や、図4に示すように接合補助部材5を延設部36に重ならない程度の寸法とする場合に比べ、磁性体32が電磁石装置2に吸引されたときにアーマチュア部30の突起36B付近が変形しにくい。
According to the above configuration, since the
ところで、補強部材が、磁性体32に結合するものでなく、例えば低融点ガラスを介してアーマチュア部30に直接接合されるようなものであっても、アーマチュア部30の変形を防ぐ効果は得られる。しかし、本実施形態では、磁性体32をアーマチュア部30に保持する接合補助部材5が補強部材となるので、磁性体32をアーマチュア部30に結合させる工程と補強部材を設ける工程とを別途に備える場合に比べ、工程数が減少して製造コストを低減することができる。
By the way, even if the reinforcing member is not bonded to the
1 ボディ
2 電磁石装置
3 アーマチュアブロック
5 接合補助部材
14A 固定接点
30 アーマチュア部
31 フレーム部
32 磁性体
33A 可動接点
35 弾性部
36B 突起
39 結合穴
DESCRIPTION OF
Claims (2)
アーマチュア部に結合した磁性体と、
磁性体を吸引してアーマチュア部を回動させる電磁石装置と、電磁石装置を保持してアーマチュアブロックのフレーム部に結合したボディとを備え、
ボディには固定接点が設けられ、アーマチュア部にはアーマチュア部の回動に伴って固定接点に離接する可動接点が設けられたマイクロリレーにおいて、
アーマチュア部は、厚さ方向の一面を電磁石装置に向けて該一面に磁性体が接合された長方形平板状の磁性体保持部と、磁性体保持部の長手方向の中央部であって短手方向の両端においてそれぞれ磁性体保持部の短手方向へ突設され厚さ方向が磁性体保持部の厚さ方向に一致する延設部とを有し、
弾性部は、磁性体保持部の短手方向の両側にそれぞれ設けられ、それぞれ、一端が磁性体保持部の短手方向の端面に連結されるとともに他端がフレーム部の内周面に連結されており、
各延設部の厚さ方向の一面であってボディに向けられる面には、それぞれ、ボディに当接しアーマチュア部がボディに対して回動する際の支点となる支点突起が突設され、
アーマチュア部に結合するとともに、延設部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と磁性体保持部の磁性体が接合された面の反対面において磁性体保持部の厚さ方向から見て支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えることを特徴とするマイクロリレー。 A frame-shaped frame part, an elastic part having one end coupled to the frame part and projecting to the inside of the frame part and having elasticity, and an armature part surrounded by the frame part and supported rotatably with respect to the frame part via the elastic part An armature block having
A magnetic body coupled to the armature part;
An electromagnet device that attracts a magnetic body to rotate the armature portion, and a body that holds the electromagnet device and is coupled to the frame portion of the armature block ;
In the micro relay in which the body is provided with a fixed contact, and the armature part is provided with a movable contact that comes in contact with the fixed contact as the armature part rotates.
The armature part has a rectangular plate-like magnetic body holding part in which one surface in the thickness direction faces the electromagnet device, and a magnetic body is bonded to the one surface, and a central part in the longitudinal direction of the magnetic body holding part in the short direction Each extending at the opposite ends of the magnetic material holding portion and extending in the thickness direction of the magnetic material holding portion.
The elastic portions are provided on both sides of the magnetic material holding portion in the short direction, respectively, and one end is connected to the end surface of the magnetic material holding portion in the short direction and the other end is connected to the inner peripheral surface of the frame portion. And
On one surface in the thickness direction of each extending portion and directed to the body, a fulcrum projection that protrudes against the body and serves as a fulcrum when the armature portion rotates with respect to the body is provided,
In addition to being coupled to the armature part, the range that overlaps at least a part of the fulcrum protrusion when viewed from the projecting direction of the fulcrum protrusion and the magnetic body of the magnetic body holding part are joined on the opposite side of the surface of the extending part provided with the fulcrum protrusion A microrelay comprising a reinforcing member that abuts against the armature portion in a range that does not overlap with the fulcrum protrusion when viewed from the thickness direction of the magnetic body holding portion on the opposite surface of the magnetic surface .
磁性体と補強部材とは、結合穴を通じて互いに結合し間にアーマチュア部を挟むことによりそれぞれアーマチュア部に結合することを特徴とする請求項1記載のマイクロリレー。 The armature part is provided with a coupling hole penetrating in the protruding direction of the support protrusion,
2. The microrelay according to claim 1, wherein the magnetic body and the reinforcing member are coupled to each other through the coupling hole and are respectively coupled to the armature section by sandwiching the armature section therebetween.
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