JPH04306525A - 静電リレー回路および静電リレー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電リレー回路およ
び静電リレー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電リレーは、従来の電磁リレーのよう
な電磁力を発生させるための電磁コイルが不要であり、
リレー全体の構造を極めて小型化できるという特徴を有
しており、１０ｍｍ□以下の大きさの小型リレーも製造
可能になるとして、研究開発が進められている。

【０００３】例えば、図５および図６に示す静電リレー
が開発されている。図５において、電極部分にはクロス
ハッチングを施して、他の部分との区別を行い易くして
いる。静電リレーは、可動電極ブロックＡおよび固定電
極ブロックＢと、この両ブロックＡ、Ｂを間隔をあけて
対向させた状態で一体接合しているスペーサＣとから構
成されている。可動電極ブロックＡはシリコン基板から
なり、このシリコン基板を選択エッチング等の微細加工
手段で加工して、必要な構造部分を形成している。

【０００４】可動ブロックＡは、外周を構成する枠ブロ
ック１１０の中央に、細いＴ字状の連結部１１２を経て
枠部１１０につながった薄い板状の可動板１２０を備え
ている。連結部１１２が弾力変形することによって、可
動板１２０の他端側が固定電極ブロックＢ側に向かって
旋回移動する。可動板１２０の固定電極ブロックＢと対
面する面には、可動板１２０の長手辺に沿って突出する
突出片１２２から可動板１２０の外周辺に沿ってコ字形
の接点１３０が形成されている。枠ブロック１１０の上
面には、可動板１２０に駆動電圧を印加するための駆動
電極１１４が設けられている。

【０００５】固定電極ブロックＢは、平板状のガラス材
料からなり、その表面のうち、前記可動側接点１３０の
コ字形の両端と対向する位置には接点１４０、１４０が
形成され、前記可動板１２０と対向する位置には固定側
の駆動電極１５０が形成されている。スペーサＣは柱状
のガラス等からなり、固定電極ブロックＢと可動電極ブ
ロックＡをスペーサＣを挟んでシリコン接着剤等で一体
接合して、両電極ブロックＡ、Ｂ間にわずかな間隔（例
えば１０μｍ程度）をあけている。

【０００６】上記の静電リレーの動作を説明すると、可
動電極ブロックＡの駆動電極１１４と固定電極ブロック
Ｂの駆動電極１５０の間に電圧を印加すると、両者の間
に静電力（クーロン力）が発生し、可動板１２０が固定
側駆動電極１５０に引きつけられる。その結果、可動板
１２０の接点１３０の両端が固定側接点１４０、１４０
に接触して接点が閉成されることになる。すなわち、駆
動電極１１４、１５０間に印加する電圧を入力として、
接点１４０、１４０に繋がる出力回路の閉成を制御でき
るようになっている。

【０００７】上記のような構造および動作から判るよう
に、静電リレーは、写真製版技術や微細加工技術等の半
導体素子の製造技術を利用して製造することができるの
で、極めて小型のものが製造でき、従来の電磁リレーに
比べて体積を１／１０以下にすることも可能になり、ま
た、高速動作が可能で、使用時の発熱が非常に小さく、
低コストで大量生産することができる等の利点を有して
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ただ、上記静電リレー
は駆動用電圧が従来の電磁リレーに比べて高い。電磁リ
レーの場合、通常、数Ｖ（ボルト）〜十数Ｖ程度ですむ
のに対し、静電リレーの場合は、数十Ｖ〜数百Ｖ程度と
非常に高いのである。そのため、静電リレーを使う場合
、通常、前段に昇圧部を設け高電圧を発生させるのであ
るが、トランス等を用いた昇圧部が結構大きくて、その
結果、静電リレーは小さくとも全体として大きなものに
なってしまい、リレー自体の小型化が全く活かされない
という問題があった。

【０００９】この発明は、上記事情に鑑み、静電リレー
による小型化が十分に活かされる有用な静電リレー回路
および静電リレー装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、請求項１記載の発明にかかる静電リレー回路は、電圧
印加により発生する静電力を利用して接点の接離を行う
静電リレーの前段に、光入力を受けて前記静電リレーに
印加する電圧を発生する光電池を設けてなる構成をとっ
ており、請求項２記載の発明にかかる静電リレー装置は
、電圧印加により発生する静電力を利用して接点の接離
を行う静電リレーと、光入力を受けて電圧を発生する光
電池とを備え、この光電池の出力電圧が前記静電リレー
に印加される構成となっている。

【００１１】この発明では、請求項３のように、印加電
圧のオフ時に静電リレーの蓄積電荷を放電する放電部を
備えていることは非常に有用である。この発明の静電リ
レー装置の場合には、請求項４のように、静電リレーと
光電池とが同一基板上に設けられたり、あるいは、請求
項５のように、静電リレーと放電部が同一基板上に設け
られていることが好ましい。

【００１２】この発明では、光電池が、請求項６のよう
に、タンデム型であったり、請求項７のように、アモル
ファスシリコンからなることも有用である。以下、この
発明の静電リレー回路および静電リレーを、図面を参照
しながらより具体的に説明する。図１は、この発明の静
電リレー回路の構成例をあらわす。

【００１３】この静電リレー回路では、静電リレーＲＹ
の前段に光電池Ｅを備えるとともに光電池Ｅに光を照射
する発光ダイオードＬＥＤおよび放電部ＣＧを備える。 この回路では、光電池Ｅが発光ダイオードＬＥＤからの
光信号（光入力）Ｌを受けて静電リレー駆動用の電圧を
発生し、静電リレーＲＹでは光電池Ｅからの電圧が駆動
電極ＲＹｂに印加されることにより静電力が発生し接点
ＲＹａが閉じる。したがって、発光ダイオードＬＥＤか
ら信号光が出ている間は電圧が駆動電極ＲＹｂに印加さ
れ接点ＲＹａは閉じていることになる。

【００１４】静電リレーＲＹの駆動電極ＲＹｂには電圧
印加中に電荷が蓄積されており、電圧印加が終了（印加
電圧のオフ時）しても蓄積電荷による静電力が存在する
ため接点ＲＹａが速やかに開かない。しかし、この静電
リレー回路では、放電部ＣＧが印加電圧オフ時に蓄積電
荷を直ちに放電してしまうため、速やかに接点ＲＹａが
開く。

【００１５】図２は、この発明の静電リレー装置の構成
例の概略をあらわす。この静電リレー装置では、静電リ
レーＲＹ、光電池Ｅおよび放電部ＣＧを備えるが、これ
らが全て同一基板Ｂに設けられている。光電池Ｅは静電
リレー装置外にある発光ダイオードからの光信号Ｌを受
けて静電リレー駆動用の電圧を発生する。この静電リレ
ーの電気回路は、図１において発光ダイオードＬＥＤが
ない回路と等価であり、前述と同様の動作であるので説
明を省略する。

【００１６】

【作用】この発明では、静電リレーの前段の昇圧部が光
電池である。光電池の場合には小型のもので高い電圧を
発生させることができる。光信号発生用の発光ダイオー
ドも極く小さく、これをも併設しても、全体として十分
に小型のものとすることができる。その結果、静電リレ
ーによる小型化が十分に活かされる。

【００１７】また、静電リレーの前段に光信号が介在す
ることになるため、回路の他の部分との電気的分離が容
易に図れ、静電リレーの駆動に高い電圧を用いても他に
悪影響を及ぼさないようにすることができる。静電リレ
ーの蓄積電荷を放電する放電部を備えていると、蓄積電
荷が直ちに消滅し、接点が速やかに開かれる。

【００１８】静電リレーと光電池や放電部が同一基板に
設けられていれば、装置全体の小型化が図り易い。光電
池がタンデム構造の場合には、光電池素子複数が積層さ
れるため必要な平面スペースが少なくなり、より小型化
が図れる。光電池がアモルファスシリコンからなる場合
、基板選択の自由度が大きく、膜付けの際の温度が低く
てすみ、製造し易く低コストであるなどの利点がある。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図３は
、実施例にかかる静電リレー装置（但しＬＥＤを省く）
を上からみた状態をあらわし、図４は、この静電リレー
を断面した状態をあらわす。この静電リレー装置は、図
１に示す回路と同じ等価回路であり、この発明の静電リ
レー回路の実施例でもある。

【００２０】静電リレー装置１は、静電リレーＲＹ、光
電池（太陽電池）Ｅ、放電部ＣＧおよび発光ダイオード
ＬＥＤを備えている。静電リレーＲＹは可動電極ブロッ
クＡと固定電極ブロックＢとからなり、両ブロックＡ、
Ｂは互いに接合され一体化されている。可動電極ブロッ
クＡは、異方性エッチング等の微細加工手段で加工して
必要な構造部分を形成したシリコン板（シリコンウエハ
）１０で主として構成されている。この可動電極ブロッ
クＡは、外周を構成する枠部１１の中央付近に例えばＴ
字状の連結部１２を経て枠部１１につながった薄い板状
の可動板２０を備えている。その可動板２０は、その裏
面が枠部１１の裏面よりも１０μｍ程度奥（上）にくる
ように形成されていて、固定電極ブロックＢに対し所定
ギャップを隔てて向かい合っている。また、枠部１１の
一部に駆動電極１４が内部の導電性のシリコン部分にコ
ンタクトするようにして設けられており、この駆動電極
１４に印加された電圧が可動板２０に達するようになっ
ている。また、可動電極ブロックＡの固定電極ブロック
Ｂ等と電気的絶縁を保つ必要のある個所には、例えば、
シリコン酸化物等からなる絶縁膜１６を設けている。

【００２１】可動板２０の固定電極ブロックＢと対向す
る面には可動板２０の長手辺に沿って突出する突出辺２
２から可動板２０の外周に沿ってコ字形の接点３０が形
成されている。固定電極ブロックＢは、絶縁基板（ガラ
ス板）９を備え、この絶縁基板９の表面に接点４０、４
０と駆動電極５０が設けられている。また、絶縁基板９
の表面における可動電極ブロックＡのない領域には、光
電池Ｅを構成する４５個の光電池セル６０・・・と放電
部６２（ＣＧ）が設けられている。

【００２２】各光電池セル６０は、ｐ層、ｉ層およびｎ
層の３層からなる光電変換層が下電極層と上電極層の間
に３つ積層されたタンデム型であり、１辺が０．４ｍｍ
である。下電極は、例えば厚み２００Åのクロム層であ
る。ｐ層は、例えば厚み１００〜３００Åのアモルファ
スシリコン層である。ｉ層は、例えば厚み２０００〜４
０００Åのアモルファスシリコン層である。ｎ層は、例
えば厚み１００〜３００Åのアモルファスシリコン層で
ある。上電極層は、例えば厚み５０００ÅのＩＴＯ透明
導電層である。

【００２３】各光電池セル６０間は接続部６０ａで直列
に接続され、総計１３５個の光電池素子の直列体を構成
しており、真上に設けられた発光ダイオードＬＥＤの光
信号を受けた場合に約１００Ｖの高電圧を発生する。光
電池部Ｅの一側はリード線７０を介して、駆動電極１４
に繋がっており、他側は固定電極ブロックＢ側の駆動電
極５０に繋がっている。

【００２４】光電池セル６０は、真空蒸着、プラズマＣ
ＶＤ等の一般的な薄膜形成技術および選択エッチングパ
ターン化を行うフォトリソグラフィ技術を用いることで
容易に作製できる。そのため、光電池Ｅを十分に小型の
ものにすることができるのである。なお、駆動電極１４
、５０と光電池部Ｅの接続は、例えばアルミニウム等の
導電パターンで行う。

【００２５】放電部６２は、アモルファスシリコンやマ
イクロクリスタルからなる放電抵抗やトランジスタで構
成されており、絶縁基板９表面に直に形成され、その一
側が駆動電極１４に接続され、他側が駆動電極５０に接
続されている。なお、この静電リレー装置１は、必要に
応じて樹脂封止が施されている構成であってもよい。

【００２６】以上の説明から明らかなように、この静電
リレー装置は、静電リレーＲＹ、光電池Ｅおよび放電部
ＣＧが同一の絶縁基板９に設けられている。なお、この
実施例では、発光ダイオードＬＥＤは絶縁基板９上に一
体的に設けられてはいないが、発光ダイオードも光電池
Ｅの上に、例えば、透明絶縁膜を介して積層するなどし
て絶縁基板９上に併設するようにしてもよい。

【００２７】続いて、実施例の静電リレーの動作を説明
する。発光ダイオードＬＥＤの入力端子４１、４１の間
に２Ｖ（電流５ｍＡ）の電圧信号を与え、発光ダイオー
ドＬＥＤを発光させる。光電池部Ｅは発光ダイオードＬ
ＥＤからの光信号Ｌを受け、約１００Ｖの電圧を発生し
、これが直ちに駆動電極１４、５０に印加される。そう
すると、可動板２０と駆動電極５０の間に静電力が生じ
て、可動板２０が固定電極ブロックＢ側に変移して、接
点３０が接点４０、４０と接触し、接点４０、４０間が
短絡状態となる。つまり、接点が閉じられるのである。

【００２８】入力端子４１、４１への信号がなくなると
、光信号Ｌは出ず、光電池部Ｅの電圧が消滅する。電圧
が消滅しても、普通は、駆動電極１４、５０間には電圧
印加中に電荷が蓄えられ、この蓄積電荷による静電力で
可動板２０が直ちに元に戻らないが、この静電リレーで
は放電部６２が両電極１４、５０間の蓄積電荷を直ちに
放電させるため、可動板２０が直ぐに元に戻り、接点２
０が接点４０、４０から離れ、接点４０、４０間が開放
状態となる。つまり、接点が開くのである。

【００２９】実施例の静電リレー装置１を用いれば、そ
のまま、図１の静電リレー回路が実現できることは言う
までもない。この発明の静電リレー装置は上記実施例に
限らない。図３、４において発光ダイオードＬＥＤを備
えていないものを、他の実施例として挙げることができ
る。この場合、光信号Ｌが静電リレー装置外から照射さ
れる。

【００３０】この発明の静電リレー回路についても、発
光ダイオードＬＥＤを備えていなかったり、図５および
図６の従来の静電リレーと、これとは別体の光電池とを
組み合わせて回路構成したものが他の実施例として挙げ
られる。

【００３１】

【発明の効果】以上に述べたように、この発明の静電リ
レー回路や静電リレー装置では、静電リレーの前段の昇
圧部に光電池を用いており、これを含めても十分に小型
のものとできるため、静電リレーによる小型化が十分に
活かされ、しかも、回路の他の部分との電気的分離も容
易に図れ、印加電圧が高くとも他に悪影響を及ぼさずに
すむため、非常に実用性が高い。

【００３２】静電リレーの蓄積電荷を放電する放電部を
備えていると、蓄積電荷が直ちに消滅し接点が速やかに
開かれるため、より実用性が高まる。光電池と静電リレ
ーが同一基板に設けられていれば、静電リレー装置の小
型化が図り易いという利点がある。放電部と静電リレー
が同一基板に設けられていれば、静電リレー装置の小型
化が図り易いという利点がある。

【００３３】光電池がタンデム構造の場合には、光電池
素子複数が積層されるため、必要な平面スペースが少な
くり、より小型化が図れるという利点がある。光電池が
アモルファスシリコンからなる場合、製造し易く低コス
トであるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の静電リレー回路の構成例をあらわす
電気回路図である。

【図２】この発明の静電リレー装置の構成例をあらわす
概略説明図である。

【図３】実施例の静電リレー装置の構成をあらわす平面
図である。

【図４】実施例の静電リレー装置の構成をあらわす断面
図である。

【図５】従来の静電リレー装置の構成をあらわす平面図
である。

【図６】従来の静電リレー装置の構成をあらわす断面図
である。

【符合の説明】

ＲＹ　　静電リレー Ｅ　　　　光電池 ＣＧ　　放電部 ＬＥＤ　　発光ダンオード Ｌ　　光入力

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電圧印加により発生する静電力を利用
   して接点の接離を行う静電リレーの前段に、光入力を受
   けて前記静電リレーに印加する電圧を発生する光電池を
   設けてなる静電リレー回路。
2. 【請求項２】　　電圧印加により発生する静電力を利用
   して接点の接離を行う静電リレーと、光入力を受けて電
   圧を発生する光電池とを備え、この光電池の出力電圧が
   前記静電リレーに印加されるようになっている静電リレ
   ー装置。
3. 【請求項３】　　印加電圧のオフ時に静電リレーの蓄積
   電荷を放電する放電部を備えている請求項１記載の静電
   リレー回路または請求項２記載の静電リレー装置。
4. 【請求項４】　　静電リレーと光電池とが同一基板上に
   設けられている請求項２記載の静電リレー装置。
5. 【請求項５】　　静電リレーと放電部が同一基板上に設
   けられている請求項３または４記載の静電リレー装置。
6. 【請求項６】　　光電池がタンデム型である請求項１、
   ３記載の静電リレー回路または請求項２から５までのい
   ずれかに記載の静電リレー装置。
7. 【請求項７】　　光電池がアモルファスシリコンからな
   る請求項１、３、６のいずれかに記載の静電リレー回路
   または請求項２から６までのいずれかに記載の静電リレ
   ー装置。