JPH06251673A - マイクロアクチュエータおよびそれを応用したマイクロリレー - Google Patents

マイクロアクチュエータおよびそれを応用したマイクロリレー

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JPH06251673A
JPH06251673A JP3676793A JP3676793A JPH06251673A JP H06251673 A JPH06251673 A JP H06251673A JP 3676793 A JP3676793 A JP 3676793A JP 3676793 A JP3676793 A JP 3676793A JP H06251673 A JPH06251673 A JP H06251673A
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JP
Japan
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fins
fin
metal body
contact
microactuator
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Withdrawn
Application number
JP3676793A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Hirata
進 平田
Yorishige Ishii
頼成 石井
Tetsuya Inui
哲也 乾
Kenji Ota
賢司 太田
Zenjiro Yamashita
善二郎 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H2061/006Micromechanical thermal relay

Landscapes

  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組立プロセスが不要で、素子の小型化および
多極化が可能なマイクロアクチュエータを得ることを最
も主要な特徴とする。 【構成】 互いに平行な一方側面と他方側面とを有する
複数個のフィン120を備える。複数個のフィン120
が水平面内で互いに平行に並ぶように、それらの一端を
支持する支持体100がフィン120と一体的に形成さ
れている。少なくとも1個のフィンの一方側面に金属体
130が設けられる。金属体130をジュール熱により
加熱することにより、少なくとも1個のフィン120を
水平方向に運動させることができるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にマイクロアク
チュエータおよびマイクロリレーに関するものであり、
より特定的には、組立プロセスが不要で素子の小型化お
よび多極化が可能な、マイクロアクチュエータおよびマ
イクロリレーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロアクチュエータの1つで
あるマイクロリレーの一例を、図12と図13を参照し
て説明する。
【0003】図12に示す従来のマイクロリレーは、2
組(合計4つ)の固定接点510a,510b,510
c,510dが設けられた基板500と、上記固定接点
510a,510b,510c,510dに対応する2
つの可動接点621L,621Rが設けられた可動部6
00とを有する。基板500は、その表面および裏面
に、それぞれ2つの溝520L,520Rが形成されて
いる。図13を参照して、溝520L,520Rに被覆
導線540が巻回され、これによって、磁力発生素子と
なる電磁コイル550L,550Rが構成される。
【0004】一方、可動部600には、枠部610に連
結部630を介して、可動体620が連結されている。
可動体620には、可動接点621L,621Rの他
に、磁性体部622L,622Rが設けられている。可
動体620は、2つの電磁コイル550L,550Rの
うち一方が励磁されると、連結部630を中心として、
あたかもシーソのように変位して、可動接点621L,
621Rの一方を固定接点に接触させる。これによっ
て、固定接点の間が導通する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロリレー
および電磁力を駆動源にしたマイクロアクチュエータ
は、上述のように構成されており、次のような問題点が
あった。すなわち、図13を参照して、電磁コイル55
0L,550Rを作製するための巻線プロセス、および
可動部と基板の組立プロセスが必要であった。また、接
点の多極化、および集積化が困難であるため、素子の小
型化が容易でなかった。
【0006】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、組立プロセスが不要で、素子の
小型化および多極化が可能な、マイクロアクチュエータ
およびマイクロリレーを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に従うマイクロ
アクチュエータは、互いに実質的に平行な一方側面と他
方側面とを有する複数個のフィンを備える。上記複数個
のフィンが水平面内で互いに平行に並ぶように、それら
の一端を支持する支持体が、上記複数個のフィンと一体
的に形成されている。少なくとも1個の上記フィンの一
方側面には、金属体が設けられている。当該マイクロア
クチュエータは、上記金属体をジュール熱により加熱す
ることによって、上記少なくとも1個のフィンを水平方
向に運動させることができるようにされている。
【0008】この発明の他の局面に従うマイクロリレー
は、互いに実質的に平行な一方側面と他方側面とを有す
る複数個のフィンを備える。上記複数個のフィンが水平
面内で互いに平行に並ぶように、それらの一端を支持す
る支持体が、上記複数個のフィンと一体的に形成されて
いる。少なくとも1個の上記フィンの一方側面には、金
属体が設けられている。上記少なくとも1個のフィンの
他方側面には、電界開閉用の可動側接点が設けられてい
る。上記少なくとも1個のフィンの上記他方側面に対向
する、隣接のフィンの一方側面に、固定側接点が設けら
れている。当該マイクロリレーは、上記金属体をジュー
ル熱により加熱することによって、上記少なくとも1個
のフィンを水平方向に運動させ、上記可動側接点と上記
固定側接点とを接触させることができるようにされてい
る。
【0009】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記フィンと支持体は、面方位(110)のシリコン基板
を深溝加工することによって形成される。
【0010】
【作用】本発明に係るマイクロアクチュエータによれ
ば、フィンと、該フィンの一方側面に形成された金属体
とでバイメタルを構成し、このバイメタルをジュール熱
により運動させ、それによって電気エネルギーを機械的
運動に変換する。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例に係るマイク
ロアクチュエータの斜視図である。マイクロアクチュエ
ータは、互いに実質的に平行な一方側面と他方側面とを
有する複数個の、シリコンからなるフィン120を備え
る。複数個のフィン120が水平面内で互いに実質的に
平行に並ぶように、それらの一端を支持する、シリコン
からなる支持体100が、フィン120と一体的に形成
されている。このような支持体100とフィン120
は、面方位(110)のシリコン基板を異方性エッチン
グにより、深溝加工することによって形成される。フィ
ン120の一方側面には、金属体(たとえばZn)13
0が電解法により電鋳されて設けられている。フィン1
20と金属体130とから、バイメタル110が構成さ
れる。金属体130の上面には駆動電極140が設けら
れ、裏面には、駆動電極150が設けられている。
【0012】次に動作について説明する。駆動電極14
0と駆動電極150間に電流を流すと、抵抗加熱による
ジュール熱が発生し、バイメタル110は加熱される。
このとき、シリコンからなるフィン120の線膨張係数
(λSi)と金属体(Zn)130の線膨張係数(λZn
は異なり、λSi<λZnであるので、バイメタル110は
矢印A方向に運動する。アクチュエータの駆動力と変位
は、計算により求められる。たとえばバイメタル110
の、長さL=1mm、高さH=0.1mm、幅W=0.
1mm、温度上昇T=100degとした場合、駆動力
F=1.4g(変位=0の場合)、変位D=15μmが
得られる。
【0013】図2は、上述したマイクロアクチュエータ
の動作に着目して、これを応用して作ったマイクロリレ
ーの斜視図である。実施例に係るマイクロリレーは、互
いに平行な一方側面と他方側面とを有する複数個のフィ
ン120a,120b,120c,120dを備える。
複数個のフィン120が水平面内で互いに平行に並ぶよ
うに、それらの一端を支持するシリコンからなる支持体
100が、複数個のフィン120a,120b,120
c,120dと一体的に形成されている。フィン120
bとフィン120dの一方側面には、金属体130が設
けられ、それぞれ、バイメタル110aとバイメタル1
10bを構成している。フィン120aの一方側面に
は、Auからなる固定接点380が設けられている。フ
ィン120cの一方側面にも同様に固定接点380が設
けられている。フィン120bの他方側面には、Auか
らなる可動接点390が形成され、フィン120dの他
方側面にも、可動接点390が形成されている。固定接
点380の上には、固定接点用電極361が形成されて
いる。金属体130の上面には駆動電極140が設けら
れ、裏面には駆動電極150が形成されている。可動接
点390の上には、可動接点用電極362が接続されて
いる。駆動電極140と駆動電極150の間に電流を流
すと、抵抗加熱によるジュール熱が発生し、バイメタル
110a,110bは矢印A方向に運動し、これによっ
て、可動接点390と固定接点380が接触する。固定
接点380と可動接点390の非接触または接触によ
り、電流の開閉が行なわれる。
【0014】マイクロリレーをこのような構成にする
と、フィンを複数個設けるというだけで、組立プロセス
が不要で、装置の小型化および多極化が可能となる。
【0015】図3〜図8は、図2に示すマイクロリレー
の製造工程を、斜視図で示したものである。
【0016】図3を参照して、面方位(110)のシリ
コン基板300の表裏両面に、熱酸化膜310を形成す
る。その後、表裏両面にフォトレジストを塗布し(図示
せず)、このフォトレジストを形成すべきシリコンのフ
ィン形状にパターニングする(図示せず)。パターニン
グされたフォトレジストをマスクに用いて、CHF3
より、熱酸化膜310のエッチングを図のように行な
う。
【0017】図3と図4を参照して、シリコン基板30
0を水酸化カリウム溶液に浸すと、熱酸化膜310のな
い部分がエッチングされることによって、シリコンのフ
ィン120a,120b,120c,120dが形成さ
れる。
【0018】図5を参照して、シリコン基板300の表
裏両面に、熱酸化膜330を再び形成する。
【0019】図6を参照して、可動接点の下地膜(たと
えばAuまたはNi)340を真空蒸着法により、正面
やや斜め上方向(矢印B方向)から、フィン120a,
120b,120c,120dの側面および上面に成膜
する。このとき、隣のフィンをマスクに利用して、成膜
するようにする。
【0020】同様に、図7を参照して、バイメタルの金
属および固定接点を電鋳するためのめっきの下地膜(た
とえばNi)350を、真空蒸着法により正面やや斜め
下方向(矢印C方向)からフィン120a,120b,
120c,120dの側面および下面に成膜する。この
とき、隣のフィンをマスクにすれば便利である。
【0021】図8を参照して、シリコン基板300の表
面にフォトレジストを塗布し(図示せず)、これを形成
すべき電極形状にパターニングする。その後、イオンミ
リングにて、上記蒸着膜を、パターニングされたフォト
レジストをマスクにしてエッチングし、固定接点用電極
361、可動接点用電極362、およびバイメタルの駆
動用電極363を形成する。
【0022】図9を参照して、バイメタルの金属用電極
363,364を用いて、電気めっき法により、金属体
130を形成し、バイメタル110を形成する。これに
よって、バイメタル式アクチュエータが完成する。な
お、金属体130としては、シリコンより線膨張係数が
大きい金属がバイメタルの性能上有利であり、電解めっ
きにはたとえばスルファミン酸Ni浴によるNiめっ
き、あるいは硫酸Zn浴によるZnめっきを用いること
ができる。
【0023】図10を参照して、固定接点用電極361
と可動接点用電極362を用いて、Auの電解めっき法
により、固定接点380と可動接点390を形成する。
これで、バイメタル式マイクロリレーが完成する。な
お、Auの電解めっきには、シアン浴、あるいはクエン
酸浴を好ましく用いることができる。
【0024】図11は、この発明のさらに他の実施例に
係るマイクロリレーの斜視図である。図2に示す実施例
と異なる点は、フィンの長さを変えた点である。このよ
うな構成にしても、図2に示す実施例と同様の効果を奏
する。なお、図11において図2に示す部材と同一また
は相当する部分には、同一の参照番号が付されている。
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るマイ
クロアクチュエータは、多数のシリコンのフィンの側面
に電解法により金属を電鋳し、バイメタルを作製し、該
バイメタルをジュール熱により加熱することにより、フ
ィンを水平方向に運動させることができるように構成し
たので、組立プロセスが不要で、素子の小型化および多
極化が可能となる。
【0026】また、上述のマイクロアクチュエータに、
電流開閉用の固定接点および可動接点を設けると、組立
プロセスが不要で、素子の小型化および多極化が可能
な、マイクロリレーとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るマイクロアクチュエー
タの概略的斜視図である。
【図2】本発明の他の実施例に係るマイクロリレーの概
略的斜視図である。
【図3】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第1の
工程図である。
【図4】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第2の
工程図である。
【図5】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第3の
工程図である。
【図6】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第4の
工程図である。
【図7】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第5の
工程図である。
【図8】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第6の
工程図である。
【図9】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第7の
工程図である。
【図10】図2に示すマイクロリレーの製造方法の第8
の工程図である。
【図11】この発明のさらに他の実施例に係るマイクロ
リレーの概略的斜視図である。
【図12】従来の電磁式マイクロリレーの概略的斜視図
である。
【図13】図12におけるC−C線に沿う断面図であ
る。
【符号の説明】
100 支持体 110 バイメタル 120 フィン 130 金属体 140 駆動電極 150 駆動電極 380 固定接点 390 可動接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山下 善二郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに実質的に平行な一方側面と他方側
    面とを有する複数個のフィンと、 前記複数個のフィンと一体的に形成され、該複数個のフ
    ィンが水平面内で互いに実質的に平行に並ぶように、そ
    れらの一端を支持する支持体と、 少なくとも1個の前記フィンの一方側面に設けられた金
    属体と、を備え、 前記金属体をジュール熱により加熱することにより、前
    記少なくとも1個のフィンを水平方向に運動させること
    ができるようにした、マイクロアクチュエータ。
  2. 【請求項2】 互いに実質的に平行な一方側面と他方側
    面とを有する複数個のフィンと、 前記複数個のフィンと一体的に形成され、該複数個のフ
    ィンが水平面内で互いに実質的に平行に並ぶように、そ
    れらの一端を支持する支持体と、 少なくとも1個の前記フィンの一方側面に設けられた金
    属体と、 前記少なくとも1個のフィンの他方側面に設けられた電
    流開閉用の可動側接点と、 前記少なくとも1個のフィンの前記他方側面に対向す
    る、隣接のフィンの一方側面に設けられた固定側接点
    と、を備え、 前記金属体をジュール熱により加熱することによって、
    前記少なくとも1個のフィンを水平方向に運動させ、前
    記可動側接点と前記固定側接点とを接触させることがで
    きるようにした、マイクロリレー。
JP3676793A 1993-02-25 1993-02-25 マイクロアクチュエータおよびそれを応用したマイクロリレー Withdrawn JPH06251673A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6407482B2 (en) * 1996-08-27 2002-06-18 Omron Corporation Micro-relay and method for manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6407482B2 (en) * 1996-08-27 2002-06-18 Omron Corporation Micro-relay and method for manufacturing the same

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Effective date: 20000509