JP4459419B2 - 可動電極と固定電極を有するデバイスの駆動装置 - Google Patents
可動電極と固定電極を有するデバイスの駆動装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4459419B2 JP4459419B2 JP2000314633A JP2000314633A JP4459419B2 JP 4459419 B2 JP4459419 B2 JP 4459419B2 JP 2000314633 A JP2000314633 A JP 2000314633A JP 2000314633 A JP2000314633 A JP 2000314633A JP 4459419 B2 JP4459419 B2 JP 4459419B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic material
- latching
- magnetic field
- conductor
- disposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H50/00—Details of electromagnetic relays
- H01H50/005—Details of electromagnetic relays using micromechanics
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- H02K99/20—Motors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H50/00—Details of electromagnetic relays
- H01H50/005—Details of electromagnetic relays using micromechanics
- H01H2050/007—Relays of the polarised type, e.g. the MEMS relay beam having a preferential magnetisation direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
- Y10S310/06—Printed-circuit motors and components
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ電子−機械システム(Micro Electro-Mechanical Systems(MEMS))に関し、特にラッチ性磁性材料を用いたMEMSマイクロリレーの磁性駆動システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
磁力を用いて磁性材料の機械的な動き(作動)を起こさせる。導体(例、ワイヤ)内を流れる電流によりファラディ法則によって導体の周囲に磁界を発生させ、このメカニズムを用いて多くのアプリケーションで機械的な動きを起こしている。電磁駆動の一例は、機械的リレー火災報知器システムに用いられるベルおよび磁気浮動電車である。
【0003】
機械的なリレーは、通常固定電極に磁力を介して接触するよう引きつけられる可動機械電極からなる。多くの一般的な実施例においては、磁性材料を可動電極に取り付け、電磁石を固定電極あるいは他の固定表面に取り付けられた磁性材料に向かい合わせて配置している。電磁石を活性化することにより磁界の傾斜を形成して、可動電極に取り付けられた磁性材料の磁界と反応させ、これにより可動電極を固定電極の方向に向けて押し出したりあるいは引き離したり、即ち引きつけたり反発させたりしてそれぞれリレーの常開あるいは常閉スイッチ状態を作り出している。
【0004】
同様な磁界切り換えメカニズムを用いてMEMSリレーを動かしている。これらのアプリケーションにおいては、駆動コイル内を流れる電流が可動マイクロマシン電極を固定電極の方に引っ張っている。このような駆動メカニズムは、大きな駆動力を引き起こすが、on状態にスイッチを維持するのに必要な電流は、リレーの制御回路内で大きなパワー(数100mW)を消費してしまう。このような高電力消費によりMEMSリレーをCMOS回路に組み込むことが制限され、そして大量の電力を消費することによりそれがボトルネックとなり、このようなリレーを高密度で集積することができなくなる。
【0005】
低電力消費のリレーの動作がリレー密度が増加するにつれて重要となってくる。MEMSベースのリレーにおいては、特に電力消費は重要な課題であるが、その理由は基板の電力処理機能が制限されているからである。従来のサーマルアクチュエータ(熱駆動装置)は、大量の電力(通常数100mW)を消費するが、その理由はスイッチの状態を維持するために引き起こされた温度変動を維持しなければならないからである。
【0006】
同様に、電流ソースからの磁界を用いる従来の磁気アクチュエータもスイッチの状態を維持するために印加された磁界を維持しなければならないために、大量の電力(通常数100mW)を消費する。非揮発(状態維持)性のスイッチングが必要なアプリケーションにおいては、MEMSマイクロリレーを実施する際に、この電力消費の問題に対しては、現在のところ解決方法が存在しない。
【0007】
静電気アクチュエータは、平行平板のキャパシタにかかる電圧を用いて2枚の平板の間に吸引力を発生させる際、駆動電圧は維持しなければならないが、切り換え状態を維持するための熱的アクチュエータおよび磁性アクチュエータのように大量の電力を消費することはない。一対のキャパシタの平板の間に電流が流れないために、この駆動メカニズムは、駆動状態(即ち、MEMSリレーの切り換え状態)を維持するのに電力を消費することはない。
【0008】
しかし、この駆動系にも欠点が2つがある。第1の欠点は、切り換え状態を維持するのに電力は消費しないが、2枚のキャパシタプレート(平板)の電位差を維持しなければならない点である。このため、電力が故障することにより駆動状態が失われることになる。第2の欠点は、静電気アクチュエータにより与えられる力は、数μN(ニュートン)に限られるためにこのようなアクチュエータのアプリケーションが限られてしまうことである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、切り換え状態を維持するために電力を消費しない駆動機構を提供することである。本発明の一実施例によれば、駆動デバイスは、第1電気接点を有する可動電極と第2電気接点を有する固定電極とを有する。四角のループを描くラッチ性磁性材料が、可動電極と固定電極の一方の上に配置され、外部磁界に曝されることにより変化可能な磁化方向を有する。少なくとも1つの導電体がラッチ性磁性材料から離間して配置され、その結果この導電体内に電流を流すことにより作り出された外部磁界は、ラッチ性磁性材料の磁化方向を反対(即ち逆)の極性に変化させることができる。
【0010】
磁化方向が反転すると、少なくとも1つの導電体内に流れる電流は切断することができる。第2の磁性材料をラッチ性磁性材料の反対側でかつ第2の電気接点と同一面上に配置する。この第2の磁性材料は、ラッチ性磁性材料の磁化方向に応答してラッチ性磁性材料に引きつけられたりあるいはそこから反発したりする。かくして、第1と第2の電極は、少なくとも1つの導電体により形成される外部磁界を用いてラッチ性磁性材料の磁化方向を変化させることにより選択的に接続したり、切断したりすることができる。
【0011】
【課題を解決するための手段】
軟質磁性材料は、印加磁界の大きさが増加するにつれて磁性誘導(磁気化)が連続的に増加する特性を示す。逆に印加磁界が除かれたときには、その磁化状態の大部分が失われる。しかし、ある種の磁性材料は、軟質磁性材料の場合と同様に低い磁界でもって容易に磁化されるが、永久(即ち、硬質)磁性材料の場合のように外部磁界が取り除かれてもその磁化状態を保持する。抗磁力が低い四角のループを描くラッチ性磁性材料は、小さな外部磁界をかけることにより材料中に磁化(即ち、極性化)方向を容易に変えることのできる特性を示す。
【0012】
ラッチ性磁性材料の磁化(即ち、極性化)の値(あるいは方向)は、方向を変化するのに用いられる外部磁界を除去した後でも一定に保持される。これに関しては、S. Jin, et al.著のin High Frequency Properties of Fe-Cr-Ta-N Soft Magnetic Materials, (Applied Physics Letters Vol.70, page 3161, 1997)と、High-Remanance Square-Loop Fe-Ni and Fe-Mn Magnetic Alloys, in IEEE Transactions on Magnetics, (Vol. MAG-16, page 1062, 1980) を参照こと。
【0013】
材料の磁化状態のラッチ特性により磁気駆動の理想的なメカニズムが得られ、このメカニズムにおいては、磁性方向は電磁石を動作させることにより選択的に逆転させることができるが一旦変化した場合には、磁性方向(極性化方向)を維持するのにさらなる電力は必要としない。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明による駆動メカニズムによりMEMSデバイス内で吸引力と反発力の両方を与え、かつこの切り換えられた状態を維持するために電力消費の必要性をほとんどなくすことのできる手段を提供できる。駆動力の方向(即ち、吸引対反発)は、制御導体内を流れる電流の方向を変化させることにより容易に反転できる。原理的には制御電流は、磁性材料の磁化方向、即ち極性が反転されかつラッチされる時間の間のみ与えられ、そのため駆動状態を単に維持するときには電力消費をなくすことができる。このようにほとんど電力を消費しない機械的機構の代表的なアプリケーションは、機械リレーおよび反射光スイッチであるが必ずしもこれに限定されるものではない。
【0015】
電気的に生成された磁界は、通常ソレノイド巻き線を用いて生成されるが、このようなソレノイドの構造は大型となり、小型で平面形状のデバイスを製造するのが困難である。マイクロデバイス、例えばMEMSにおいては薄くかつ小型の磁界生成構成要素が必須のものである。本発明は、フィルム構造の平行な導体の組立体を用い個々の導体により生成された磁界を本発明のデバイスの構造内に組み込まれたラッチ性磁性材料を活性化させるのに適した全体的かつ平面内の線形の磁界を生成するために局部的に組み合わせたり、打ち消しあったりさせる。
【0016】
図1は、軟質磁性材料内の磁気方向を変化させるのに必要な磁界Hを与えるのに用いられる導電体10の組の切り換え可能な構造の一実施例を表す。この実施例においては、各導電体10の幅は0.1μmから10mmで、その厚さは0.1mmから100μmである。導体の材料は、高導電率の金属およびCu,Al,Au,Ag,Pt,Rh,Pd,Ruをベースにした合金あるいはY−Ba−Cu−Oのような超伝導材料あるいは他の材料から選択される。
【0017】
駆動されるデバイスを覆うために1組を構成する導電体10の数は、1から1016である。導体の数が複数になると駆動するための適切な磁界を得るためには隣接する導体の間のギャップは、0.1μmから1mmである。各胴体内を流れる電流Iの方向は、導体の組の近傍内でほぼ均一な磁界を発生させるために常に同一である。
【0018】
電流Iが図1Aに示されるように、矢印の方向に一組の導体内を流れると、表面電流密度Kは個々の導体内を流れる正味電流Iから次式で計算される。
K=nI
ここでnは、単位長さあたりの導体の数である。導体上方の高さhの場所(ここでhは、導体の横方向の幅よりも遙かに小さいものとする)においては、流れた電流により生成された磁界は、電流の流れる面に平行で矢印の方向に直交する(図1B)。
【0019】
磁界Hの大きさは次式で与えられる。
H=μ0K/2
ここで、μ0 は真空中の透磁率である。この磁界強度は、hが導体の横方向の幅に比較して非常に小さい場合には高さhとは無関係である。例えば、導体の断面が1μm×1μmで隣接する導体の間の距離が1μmとするとn=0.5/μmで、Hは各胴体内で3.14エルステッド/mAである。図1Bに示される磁気フラックスの強度Bは、ベクトル関係B=μHにより、磁界強度Hから得られる、μは磁気媒体の透磁率である。
【0020】
図2は、四角のループを描くラッチ性磁気材料の磁化(磁気強度)Mと印加された磁界Hとの関係を表すグラフである。外部磁界がその材料の抗磁界として知られる0.1から10000エルステッドの範囲の臨界磁界強度Hc を超えると、その材料の磁化は0.1から10000ガウスの範囲のMs で飽和する。磁界を取り去った後でも磁化はMs 近傍に残る。外部磁界Hの方向が反転し、その大きさが抗磁界強度−Hcに達すると、磁化方向は変化し、磁化は−Msで飽和する。
【0021】
外部磁界を取り除くと、磁化は−Msのところに留まる。そして再び外部磁界の方向を反転させ、その大きさが抗磁界強度Hcに達すると、磁化方向は+Msに戻る。抗磁界強度Hcと、磁性材料の飽和磁化Msは、材料と磁気フィルムの形状をうまく作ることにより選択的に形成することができる。抗磁界は導電体が与えられる範囲内になければならず、また飽和磁気強度は、駆動するのに必要な磁力を与えるのに十分な程度大きくなければならない。
【0022】
導電体の上部にラッチ性磁性フィルムが配置されると、導電体内を流れる電流によりフィルム状の磁性材料から見た外部磁界の方向は、電流の流れる方向を変化させることにより容易に反転することができる。この構造体(導電体とフィルム状の軟質磁性材料を含む)が別の磁性材料の近傍に配置されると、2つの磁性材料の間の磁力は、フィルム状磁性材料の磁化方向即ち極性の関数として引っ張り力から反発力に切り換えることができ、そしてこの力を用いてMEMSデバイスを含む小型の機械構造物を駆動することができる。
【0023】
本発明のデバイス内に組み込まれたラッチ性磁性フィルムの抗磁力(Hc)あるいは切り換え磁界は、好ましい範囲内になければならない。抗磁力が高過ぎると小さな電流で切り換えることが困難になり、また低すぎると浮遊磁界による不用な磁界の切り換えおよびMEMSの駆動が起きる危険がある。好ましいHc の値は2−200エルステッドで、さらに好ましくは5−50エルステッドである。
【0024】
ラッチ性磁性材料の飽和磁界は、高いのが好ましく通常1000−24000ガウスであり、さらに好ましくは4000−24000ガウスである。ラッチ性磁性材料のM−Hループの正方性が高いこと(より正しい四角形であること)が、本発明のラッチ性MEMSの効率的な動作に必要不可欠である。残留磁気対飽和磁気の比率(Mr/Ms)の点から正方性は、好ましくは0.8以上で、さらに好ましくは0.9以上で、さらに好ましくは0.95以上である。
【0025】
ラッチ性磁性材料は、MEMS構造体の上に直接堆積されるフィルムの形態が好ましい。しかし、フィルムでないアプローチを排除するわけではなく、例えばマイクロプリティングの技術あるいは予め形成し、予め形を整えた非常に薄い磁性シート材料を接着性のリボンと組み合わせて用いることにより磁性材料を取り付けることもできる。磁性フィルムの堆積はPVD、例えばスパッタリングや蒸着あるいはCVDあるいは電気メッキ、無電解メッキのような電気化学的な堆積によっても行うことができる。
【0026】
ラッチ性磁性フィルムは、Fe−Ta−N,Fe−Cr−Ta−N,Fe−Zr−N,Co−Fe,Ni−Fe,Fe−Cr−Coおよび他のFe,CoあるいはNiベースの強磁性フィルムから選択される。この好ましい高い正方性のループおよびラッチ性特性をフィルム状磁性材料に付与するには、磁気的異方性の導入、例えば斜め投影堆積、磁界堆積、交換異方性の追加あるいは磁界中において堆積後の加熱処理等により行われる。本発明のMEMS構造におけるラッチ性磁性フィルムの好ましい厚さは、0.1−200μmでさらに好ましくは1−50μmである。磁性フィルムの形状は、四角形、長方形、楕円形あるいはいずれの形状でもよい。
【0027】
MEMSリレー構造の対向する側の2つの磁性材料は、両方ともラッチ性ものでよい。本発明の他の設計例では、リレーの対向する側がラッチ性磁性層を含む限り、2つの磁性材料の一方が軟質磁性(ラッチ性でない)あるいは永久磁性(MEMSで得られる最大切り換え磁界でもって切り換え不可能)の場合も含む。リレー動作におけるこのラッチ性非揮発的特性により特殊な磁気駆動が最適の性能のために変えなければならない場合でも同一となる。
【0028】
非揮発性の軟質磁性フィルム材料は、抗磁力が低い(5エルステッド以下)でかつM−Hループの正方性の比率(0.5以下)を具備する材料、例えばNi−Feベースの合金(パーマロイとして知られている)と、Co−Feベースの合金、Si−Fe合金、Fe,NiまたはCoをベースにしたアモルファス磁性合金から選択できる。永久磁石のフィルム材料は、抗磁力が高く100エルステッド以上の様々な合金、例えばSm−Co,Nd−Fe−B,Fe−Al−Ni−Co(アルニコとして知られている),Fe−Cr−Co,Co−Fe−V(Vicalloy),Cu−Ni−Fe(Cunife)から選択することができる。
【0029】
図3,4,5は、MEMSマイクロリレー内の本発明の駆動機構の実施例を示す。従来公知のようにMEMSマイクロリレー構造は、厚さが0.05から100μmで、長さが1から10000μmで、幅が0.1から10000μmの可動キャンチレバー12と、この可動キャンチレバー12の自由端に配置され、その大きさが一側が0.1から5000μmの可動金属製電極20とを有する。可動キャンチレバー12を動かすことにより、可動金属製電極20が所望の方向に上下する。可動キャンチレバー12が上方に動くと、可動金属製電極20は固定金属製電極18に電気的に接触する。この固定金属製電極18は、可動金属製電極20の大きさに合うよう0.1から5000μmの範囲の大きさを有し、これによりそれらの間の電気的接続が達成される。
【0030】
可動キャンチレバー12が下方に移動して固定金属製電極18と可動金属製電極20との間に0.05から200μmの範囲のギャップ、即ちスペースが形成されると電気的接続が絶たれる。この接点形状は、例えば可動金属製電極20が可動キャンチレバー12の上にあり、固定金属製電極18が可動キャンチレバー12の下の基板26に配置(図5)されるように特定のアプリケーションに向けて再構成することもできる。このような変形例においては、可動キャンチレバー12は活性化されたときに電気的接続を行うために下方に移動し、切断するために上方に移動しなければならない。いずれにしても駆動機構は可動キャンチレバー12を上方および下方に動かさなければならない。
【0031】
図3の実施例においては、導電体10は、可動キャンチレバー12の下に位置するように形成され、そして基板26の上に直接配置される。ラッチ性磁性材料14は、可動キャンチレバー12の上に可動金属製電極20と共に配置される。高い抗磁力を有する第2磁性材料16がラッチ性磁性材料14の上方に配置されて基板28にあるいは他の固定表面に、例えばフリップチップ結合を用いて接着される。他の接合技術を用いても本発明の範囲内に入る。
【0032】
磁性材料14,16との間のギャップGは、0.05から500μmの範囲である。可動キャンチレバー12上のラッチ性磁性材料14の磁化方向が導電体10内の電流の方向を変化させることにより切り換えられると、2つの磁性材料は、吸引力あるいは反発力を引き起こし、可動キャンチレバー12を上方あるいは下方に動かす。可動キャンチレバー12が上方に動くと、可動金属製電極20は固定金属製電極18に接触してMEMSデバイスの切り換え状態を作動させる。可動キャンチレバー12を下方に動かすと、可動金属製電極20と固定金属製電極18が互いに分離する。
【0033】
図4は、本発明の他の実施例を示し、この実施例では導電体10と軟質磁性材料24は固定金属製電極18と同じ基板上に配置され、高い抗磁力の第2磁性材料22が可動キャンチレバー12の上に配置されている。しかし、第2磁性材料22と軟質磁性材料24の相対的位置は異なるが、駆動機構は図3の実施例と同一である。
【0034】
図5は、電極と磁性フィルムの配置を変えることによりフリップチップ接合された基板を取り除いた本発明の駆動機構の他の実施例を示す。これはよりコンパクトな設計であり、可動金属製電極20は可動キャンチレバー12の下側表面に配置され、軟質−ラッチ性磁性材料34は可動キャンチレバー12の上側表面に配置されている。固定金属製電極18と第2磁性材料32と導電体10は、全て可動キャンチレバー12の下の基板26の表面上に搭載されている。この駆動機構は、図3の実施例と同一であるが、ただし可動キャンチレバー12の下側方向への動きにより固定金属製電極18と可動キャンチレバー12が物理的かつ電気的に接触する。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは本発明の一実施例による導電体の斜視図、Bは同断面図
【図2】四角のループを描くラッチ性磁性材料の磁化状態と印加された磁界との関係を表すグラフ
【図3】本発明の一実施例による磁気駆動されるMEMSのマイクロリレーの断面図
【図4】本発明の他の実施例による磁気駆動されるMEMSのマイクロリレーの断面図
【図5】本発明のさらに別の実施例による磁気駆動されるMEMSのマイクロリレーの断面図
【符号の説明】
10 導電体
12 可動キャンチレバー
14 ラッチ性磁性材料
16,22,32 第2磁性材料
18 固定金属製電極
20 可動金属製電極
24 軟質磁性材料
26,28 基板
34 軟質−ラッチ性磁性材料
Claims (14)
- 第1電気接点を有する可動電極と第2電気接点を有する固定電極とを有するデバイスの駆動装置において、
該可動電極と該固定電極の一方の上に配置され、外部磁界に曝されたことに応答して磁化方向が変化するラッチ性磁性材料と、
少なくとも1つの導電体内に電流を流すことにより形成された外部磁界に該ラッチ性磁性材料を曝すことにより、該ラッチ性磁性材料の磁化方向の変化が引き起こされるように、該ラッチ性磁性材料に対し所定の間隔を空けて配置された少なくとも1つの導電体とを含み、該変化した磁化方向は、形成された外部磁界への露出が終わった後も該ラッチ性磁性材料内で維持され、該駆動装置は、さらに、
第2磁性材料が、該ラッチ性磁性材料の磁化方向に応答し且つ該ラッチ性磁性材料の磁化方向の関数として、該ラッチ性磁性材料に引きつけられたりあるいは該ラッチ性磁性材料から反発するように、該可動電極と該固定電極の他方の上に、該ラッチ性磁性材料に対し所定の間隔を空けて配置された第2磁性材料とを含み、
該第1電気接点と該第2電気接点は、該少なくとも1つの導電体に電流を選択的に流して、該ラッチ性磁性材料が曝される外部磁界を生成し、該ラッチ性磁性材料の磁化方向を該少なくとも1つの導電体の外部磁界によって変化させることにより、該可動電極を該固定電極に対し移動させることにより、選択的に接続及び切断されることを特徴とする可動電極と固定電極を有するデバイスの駆動装置。 - 該第2磁性材料は、該第2電気接点が配置される面の上に配置されることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 該駆動装置は、機械的リレーを含むことを特徴とする請求項1記載の装置。
- 該駆動装置は、マイクロ電子−機械システム(MEMS)マイクロリレーを含む
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 該少なくとも1つの導電体内に第1方向に電流を流すことにより、該ラッチ性磁性材料と該第2磁性材料との間に引力を引き起こす第1の外部磁界が形成され、
該少なくとも1つの導電体内に該第1方向とは逆の第2方向に電流を流すことにより、該ラッチ性磁性材料と該第2磁性材料との間に反発力を引き起こす該第1の外部磁界とは反対方向の第2の外部磁界が形成されることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 該引力が、該可動電極と該固定電極の相対的移動を起こさせ、該第1電気接点と該第2電気接点が相対的に移動して互いに接触し、
該反発力が、該可動電極と該固定電極の相対的移動を起こさせ、該第1電気接点と該第2電気接点が相対的に移動して互いに接触しなくなることを特徴とする請求項5記載の装置。 - 該反発力が、該可動電極と該固定電極の相対的移動を起こさせ、該第1電気接点と該第2電気接点が相対的に移動して互いに接触し、
該引力が該可動電極と該固定電極の相対的移動を起こさせ、該第1電気接点と該第2電気接点が相対的に移動して互いに接触しなくなることを特徴とする請求項5記載の装置。 - 該少なくとも1つの導電体は、MEMSマイクロリレー内の平行な導体組立体を含み、
該平行な導体の各々により形成された磁界は、局部的に組み合わされるかあるいはうち消され、その結果該ラッチ性磁気材料を駆動するのに適した平面内の磁界を生成することを特徴とする請求項4記載の装置。 - 該少なくとも1つの導電体により形成された磁界の抗磁力は、2乃至2000エルステッドの範囲内にあり、
該ラッチ性磁性材料の磁化飽和は、1000乃至24000ガウスの範囲内にあり、
該ラッチ性磁性材料は、Ta−N、Fe−Cr−Ta−N、Fe−Zr−N、Co−Fe、Ni−Fe、Fe−Cr−Co−Feベースの強磁性フィルム、Coベースの強磁性フィルム、Niベースの強磁性フィルムからなるグループから選択されたものであり、
該第2磁性材料(16)は、Sm−Co、Nd−Fe−B、Fe−Al−Ni−Co−Fe−Cr−Co、Co−Fe−V及びCu−Ni−Feからなるグループから選択された永久薄膜材料を含むことを特徴とする請求項1記載の装置。 - (i)1つ又は複数の基板と、(ii)(a)該1つ又は複数の基板に接続された1つの固定端と、(b)1つの自由端とを備えた1つのカンチレバーと、(iii)該カンチレバーの該自由端に配置された1つの可動電極と、(iv)電気的接続が該可動電極と固定電極との間で確立されることを可能とするように、該可動電極と対向する該1つ又は複数の基板上に配置された固定電極とを含むデバイス用の駆動装置であって、
(i)該1つ又は複数の基板のうちの1つ、又は、(ii)該カンチレバーの何れか一方の上に配置され、外部磁界に曝されたことに応答して磁化方向が変化するラッチ性磁性材料と、
少なくとも1つの導電体内に電流を流すことにより誘導された外部磁界に該ラッチ性磁性材料を曝すことにより、該ラッチ性磁性材料の磁化方向の変化が引き起こされるように、該ラッチ性磁性材料に対し所定の間隔を空けて配置された少なくとも1つの導電体とを含み、該変化した磁化方向は、形成された外部磁界への露出が終わった後も該ラッチ性磁性材料内で維持され、該駆動装置は、さらに、
(i)該1つ又は複数の基板のうちの該1つ、又は、(ii)該カンチレバーのうちの他方に配置され、該ラッチ性磁性材料に対して所定の間隔をあけて配置された第2の磁性材料であって、それによって、第2磁性材料が、該ラッチ性磁性材料の磁化方向に応答し且つ該ラッチ性磁性材料の磁化方向の関数として、該ラッチ性磁性材料に引きつけられ又は該ラッチ性磁性材料から反発する第2の磁性材料を含み、
該少なくとも1つの導電体に選択的に電流を流して該ラッチ性磁性材料がさらされる外部芝を生成し、そして該少なくとも1つの導電体の該外部磁場を使用して該ラッチ性磁性材料の該磁化方向を変化させることで、該固定電極に対して該可動電極を変位させて、該固定電極と該可動電極とを選択的に接続及び切断することが可能である駆動装置。 - 請求項10に記載の駆動装置において、該第2の磁性材料は、該固定電極が配置される平面上に配置される駆動装置。
- 請求項10に記載の駆動装置において、第1の方向に向かって該少なくとも1つの導電体に電流を流すと、該ラッチ性磁性材料と該第2の磁性材料との間に引力を発生させる第1の外部磁場が生成され、第1の方向とは反対の第2の方向に向かって該少なくとも1つの導電体に電流を流すと、該ラッチ性磁性材料と該第2の磁性材料との間に反発力を発生させる、該第1の外部磁場とは反対方向の第2の外部磁場が生成される駆動装置。
- 請求項10に記載の駆動装置において、該第2の磁性材料は、該可動電極が配置される平面上に配置される駆動装置。
- 請求項10に記載の駆動装置において、
該デバイスが第1の基板を含み、
該カンチレバーの該固定端が該第1の基板に接続され、
該少なくとも1つの導電体と該第2の磁性材料と該固定電極とが、該第1の基板上に配置され、
該ラッチ性磁性材料と該可動電極とが該カンチレバー上に配置される駆動装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/418,874 US6124650A (en) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | Non-volatile MEMS micro-relays using magnetic actuators |
US09/418874 | 1999-10-15 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001176369A JP2001176369A (ja) | 2001-06-29 |
JP2001176369A5 JP2001176369A5 (ja) | 2007-11-29 |
JP4459419B2 true JP4459419B2 (ja) | 2010-04-28 |
Family
ID=23659903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000314633A Expired - Fee Related JP4459419B2 (ja) | 1999-10-15 | 2000-10-16 | 可動電極と固定電極を有するデバイスの駆動装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6124650A (ja) |
EP (1) | EP1093141B1 (ja) |
JP (1) | JP4459419B2 (ja) |
CA (1) | CA2323025C (ja) |
DE (1) | DE60016692T2 (ja) |
Families Citing this family (78)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6469602B2 (en) * | 1999-09-23 | 2002-10-22 | Arizona State University | Electronically switching latching micro-magnetic relay and method of operating same |
US7027682B2 (en) | 1999-09-23 | 2006-04-11 | Arizona State University | Optical MEMS switching array with embedded beam-confining channels and method of operating same |
US6496612B1 (en) * | 1999-09-23 | 2002-12-17 | Arizona State University | Electronically latching micro-magnetic switches and method of operating same |
US6853067B1 (en) | 1999-10-12 | 2005-02-08 | Microassembly Technologies, Inc. | Microelectromechanical systems using thermocompression bonding |
US7057246B2 (en) * | 2000-08-23 | 2006-06-06 | Reflectivity, Inc | Transition metal dielectric alloy materials for MEMS |
US20020096421A1 (en) * | 2000-11-29 | 2002-07-25 | Cohn Michael B. | MEMS device with integral packaging |
US6801681B2 (en) | 2001-01-17 | 2004-10-05 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Optical switch with low-inertia micromirror |
US6785038B2 (en) | 2001-01-17 | 2004-08-31 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Optical cross-connect with magnetic micro-electro-mechanical actuator cells |
EP1352408B1 (en) * | 2001-01-18 | 2007-03-21 | Arizona State University | Micro-magnetic latching switch with relaxed permanent magnet alignment requirements |
US6970616B2 (en) * | 2001-03-18 | 2005-11-29 | Touchdown Technologies, Inc. | Optical cross-connect assembly |
US20020183011A1 (en) * | 2001-03-19 | 2002-12-05 | Superconductor Technologies, Inc. | Method and apparatus for combined receive and transmit subsystems in cellular communication systems |
WO2002080207A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-10 | Arizona State University | Micro-machined radio frequency switches and method of operating the same |
EP1383708A1 (en) * | 2001-04-17 | 2004-01-28 | Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) | Printed circuit board integrated switch |
WO2002095896A2 (en) * | 2001-05-18 | 2002-11-28 | Microlab, Inc. | Apparatus utilizing latching micromagnetic switches |
WO2002095785A1 (en) * | 2001-05-23 | 2002-11-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Raised on-chip inductor and method of manufacturing same |
US20020196110A1 (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-26 | Microlab, Inc. | Reconfigurable power transistor using latching micromagnetic switches |
US6607305B2 (en) | 2001-06-04 | 2003-08-19 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Bi-directional micromechanical latching linear actuator |
FR2826504B1 (fr) * | 2001-06-25 | 2003-09-12 | Commissariat Energie Atomique | Actionneur magnetique a temps de reponse reduit |
US7057251B2 (en) * | 2001-07-20 | 2006-06-06 | Reflectivity, Inc | MEMS device made of transition metal-dielectric oxide materials |
JP3750574B2 (ja) * | 2001-08-16 | 2006-03-01 | 株式会社デンソー | 薄膜電磁石およびこれを用いたスイッチング素子 |
US6750745B1 (en) * | 2001-08-29 | 2004-06-15 | Magfusion Inc. | Micro magnetic switching apparatus and method |
US20030173957A1 (en) * | 2001-08-29 | 2003-09-18 | Microlab, Inc. | Micro magnetic proximity sensor |
US6778046B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-08-17 | Magfusion Inc. | Latching micro magnetic relay packages and methods of packaging |
US7301334B2 (en) * | 2001-09-17 | 2007-11-27 | Schneider Electric Industries Sas | Micro magnetic proximity sensor system |
GB0123521D0 (en) * | 2001-10-01 | 2001-11-21 | Gill Michael J | Electrical apparatus |
US6919784B2 (en) * | 2001-10-18 | 2005-07-19 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High cycle MEMS device |
US20030107460A1 (en) * | 2001-12-10 | 2003-06-12 | Guanghua Huang | Low voltage MEM switch |
US6754510B2 (en) * | 2001-12-13 | 2004-06-22 | Superconductor Technologies, Inc. | MEMS-based bypass system for use with a HTS RF receiver |
US6836194B2 (en) * | 2001-12-21 | 2004-12-28 | Magfusion, Inc. | Components implemented using latching micro-magnetic switches |
US20030169135A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-09-11 | Jun Shen | Latching micro-magnetic switch array |
US20030179057A1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-09-25 | Jun Shen | Packaging of a micro-magnetic switch with a patterned permanent magnet |
KR100439423B1 (ko) | 2002-01-16 | 2004-07-09 | 한국전자통신연구원 | 마이크로전자기계 액튜에이터 |
US20030137374A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-24 | Meichun Ruan | Micro-Magnetic Latching switches with a three-dimensional solenoid coil |
US20030179058A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-09-25 | Microlab, Inc. | System and method for routing input signals using single pole single throw and single pole double throw latching micro-magnetic switches |
US20030222740A1 (en) * | 2002-03-18 | 2003-12-04 | Microlab, Inc. | Latching micro-magnetic switch with improved thermal reliability |
US6753747B2 (en) * | 2002-04-01 | 2004-06-22 | Intel Corporation | Integrated microsprings for high speed switches |
DE10214523B4 (de) * | 2002-04-02 | 2007-10-11 | Infineon Technologies Ag | Mikromechanisches Bauelement mit magnetischer Aktuation |
US6924966B2 (en) * | 2002-05-29 | 2005-08-02 | Superconductor Technologies, Inc. | Spring loaded bi-stable MEMS switch |
US6795697B2 (en) | 2002-07-05 | 2004-09-21 | Superconductor Technologies, Inc. | RF receiver switches |
US6864162B2 (en) * | 2002-08-23 | 2005-03-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Article comprising gated field emission structures with centralized nanowires and method for making the same |
US7012266B2 (en) | 2002-08-23 | 2006-03-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | MEMS-based two-dimensional e-beam nano lithography device and method for making the same |
WO2004045267A2 (en) * | 2002-08-23 | 2004-06-03 | The Regents Of The University Of California | Improved microscale vacuum tube device and method for making same |
US6998946B2 (en) * | 2002-09-17 | 2006-02-14 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High cycle deflection beam MEMS devices |
CN100565740C (zh) * | 2002-09-18 | 2009-12-02 | 麦克弗森公司 | 层压机电系统 |
WO2004030006A1 (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Micro-electromechanical switching device. |
US20040121505A1 (en) | 2002-09-30 | 2004-06-24 | Magfusion, Inc. | Method for fabricating a gold contact on a microswitch |
US7202765B2 (en) | 2003-05-14 | 2007-04-10 | Schneider Electric Industries Sas | Latchable, magnetically actuated, ground plane-isolated radio frequency microswitch |
US7202764B2 (en) * | 2003-07-08 | 2007-04-10 | International Business Machines Corporation | Noble metal contacts for micro-electromechanical switches |
US7215229B2 (en) * | 2003-09-17 | 2007-05-08 | Schneider Electric Industries Sas | Laminated relays with multiple flexible contacts |
JP4561072B2 (ja) | 2003-09-30 | 2010-10-13 | 株式会社日立製作所 | Memsスイッチを有する半導体装置 |
US7183884B2 (en) * | 2003-10-15 | 2007-02-27 | Schneider Electric Industries Sas | Micro magnetic non-latching switches and methods of making same |
US20050083157A1 (en) * | 2003-10-15 | 2005-04-21 | Magfusion, Inc. | Micro magnetic latching switches and methods of making same |
US7342473B2 (en) * | 2004-04-07 | 2008-03-11 | Schneider Electric Industries Sas | Method and apparatus for reducing cantilever stress in magnetically actuated relays |
KR100574510B1 (ko) * | 2004-05-11 | 2006-04-27 | 삼성전자주식회사 | 멤스 공정을 이용한 자기부상 구조물 및 그 제조방법 |
JP2006179252A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Fujitsu Component Ltd | スイッチデバイス |
US8115576B2 (en) * | 2005-03-18 | 2012-02-14 | Réseaux MEMS, Société en commandite | MEMS actuators and switches |
US20060222871A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-05 | Bonhote Christian R | Method for lowering deposition stress, improving ductility, and enhancing lateral growth in electrodeposited iron-containing alloys |
US7692521B1 (en) * | 2005-05-12 | 2010-04-06 | Microassembly Technologies, Inc. | High force MEMS device |
US7528691B2 (en) * | 2005-08-26 | 2009-05-05 | Innovative Micro Technology | Dual substrate electrostatic MEMS switch with hermetic seal and method of manufacture |
US7482899B2 (en) * | 2005-10-02 | 2009-01-27 | Jun Shen | Electromechanical latching relay and method of operating same |
US20070171205A1 (en) * | 2006-01-24 | 2007-07-26 | Steinberg Dan A | Keyboard having magnet-actuted switches |
US8174343B2 (en) * | 2006-09-24 | 2012-05-08 | Magvention (Suzhou) Ltd. | Electromechanical relay and method of making same |
US20080197964A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-21 | Simpler Networks Inc. | Mems actuators and switches |
US7893798B2 (en) * | 2007-05-09 | 2011-02-22 | Innovative Micro Technology | Dual substrate MEMS plate switch and method of manufacture |
US8068002B2 (en) * | 2008-04-22 | 2011-11-29 | Magvention (Suzhou), Ltd. | Coupled electromechanical relay and method of operating same |
US8445306B2 (en) * | 2008-12-24 | 2013-05-21 | International Business Machines Corporation | Hybrid MEMS RF switch and method of fabricating same |
US8143978B2 (en) * | 2009-02-23 | 2012-03-27 | Magvention (Suzhou), Ltd. | Electromechanical relay and method of operating same |
US8159320B2 (en) * | 2009-09-14 | 2012-04-17 | Meichun Ruan | Latching micro-magnetic relay and method of operating same |
DE102010002818B4 (de) * | 2010-03-12 | 2017-08-31 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes |
US8635765B2 (en) | 2011-06-15 | 2014-01-28 | International Business Machines Corporation | Method of forming micro-electrical-mechanical structure (MEMS) |
US20130207754A1 (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-15 | U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army | Magnetic flux switch |
DE102012216997A1 (de) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | M-Invest GmbH | Elektrisches schaltelement und herstellungsverfahren desselben |
KR101444552B1 (ko) * | 2012-12-21 | 2014-10-30 | 삼성전기주식회사 | 자성체 시트, 자성체 시트의 제조방법 및 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 충전 장치 |
US9105841B2 (en) * | 2013-03-12 | 2015-08-11 | International Business Machines Corporation | Forming magnetic microelectromechanical inductive components |
WO2015199721A1 (en) * | 2014-06-27 | 2015-12-30 | Intel Corporation | Magnetic nanomechanical devices for stiction compensation |
US10132699B1 (en) | 2014-10-06 | 2018-11-20 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Electrodeposition processes for magnetostrictive resonators |
US10825628B2 (en) * | 2017-07-17 | 2020-11-03 | Analog Devices Global Unlimited Company | Electromagnetically actuated microelectromechanical switch |
JP6950613B2 (ja) * | 2018-04-11 | 2021-10-13 | Tdk株式会社 | 磁気作動型memsスイッチ |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5206983A (en) * | 1991-06-24 | 1993-05-04 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method of manufacturing micromechanical devices |
US5629918A (en) * | 1995-01-20 | 1997-05-13 | The Regents Of The University Of California | Electromagnetically actuated micromachined flap |
US5644177A (en) * | 1995-02-23 | 1997-07-01 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Micromechanical magnetically actuated devices |
FR2742917B1 (fr) * | 1995-12-22 | 1998-02-13 | Suisse Electronique Microtech | Dispositif miniature pour executer une fonction predeterminee, notamment microrelais |
US5945898A (en) * | 1996-05-31 | 1999-08-31 | The Regents Of The University Of California | Magnetic microactuator |
JP2998680B2 (ja) * | 1997-02-27 | 2000-01-11 | 日本電気株式会社 | 高周波リレー |
CH691559A5 (fr) * | 1997-04-21 | 2001-08-15 | Asulab Sa | Micro-contacteur magnétique et son procédé de fabrication. |
DE19813128A1 (de) * | 1998-03-25 | 1999-09-30 | Kuhnke Gmbh Kg H | Elektromagnetisches Relais |
-
1999
- 1999-10-15 US US09/418,874 patent/US6124650A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-10-06 CA CA002323025A patent/CA2323025C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-10-09 EP EP00308867A patent/EP1093141B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-10-09 DE DE60016692T patent/DE60016692T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-10-16 JP JP2000314633A patent/JP4459419B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6124650A (en) | 2000-09-26 |
EP1093141B1 (en) | 2004-12-15 |
EP1093141A2 (en) | 2001-04-18 |
DE60016692D1 (de) | 2005-01-20 |
EP1093141A3 (en) | 2003-04-09 |
DE60016692T2 (de) | 2005-12-15 |
CA2323025A1 (en) | 2001-04-15 |
CA2323025C (en) | 2003-07-29 |
JP2001176369A (ja) | 2001-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4459419B2 (ja) | 可動電極と固定電極を有するデバイスの駆動装置 | |
KR100474536B1 (ko) | 전자적으로 스위칭하는 래칭 마이크로-마그네틱 릴레이 및그 동작방법 | |
US7342473B2 (en) | Method and apparatus for reducing cantilever stress in magnetically actuated relays | |
US5889452A (en) | Miniature device for executing a predetermined function, in particular microrelay | |
KR100298254B1 (ko) | 마이크로패브리케이션 제조가 가능한 자기 릴레이 시스템 및 방법b | |
US7482899B2 (en) | Electromechanical latching relay and method of operating same | |
US6366186B1 (en) | Mems magnetically actuated switches and associated switching arrays | |
TW500929B (en) | Electronically latching micro-magnetic switches, network thereof and method of operating same | |
Fullin et al. | A new basic technology for magnetic micro-actuators | |
KR101023581B1 (ko) | 전자석 컨트롤을 이용한 마이크로 시스템 | |
US8143978B2 (en) | Electromechanical relay and method of operating same | |
US9142374B1 (en) | Solenoid linear actuator and method of making same | |
US8068002B2 (en) | Coupled electromechanical relay and method of operating same | |
US8188817B2 (en) | Electromechanical relay and method of making same | |
WO2001016484A2 (en) | A magnetically-assisted shape memory alloy actuator | |
KR20070083454A (ko) | 쌍안정 미니밸브 | |
JP2011060766A (ja) | 相互嵌合電極を備えた電気機械アクチュエータ | |
US3919676A (en) | Permanent-magnet type relay | |
US20020196112A1 (en) | Electronically switching latching micro-magnetic relay and method of operating same | |
JP3591881B2 (ja) | 小型リレー | |
JP4288567B2 (ja) | 磁気駆動型機構デバイス及びその製造方法 | |
WO2004017339A1 (en) | Magnetic actuator or relay |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071012 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071012 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090624 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090918 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090928 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100118 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100210 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140219 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140219 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140219 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |