JPS60251701A - マイクロ波スイツチ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波帯ないしミリ波帯の通信装置に通
ずるマイクロ波スイッチに関する。特に消費電力および
発熱量が少なく高信頼度でスイッチング時間の短い機械
的な接点を有するスイッチに関する。

〔従来の技術〕

マイクロ波帯におりるスイッチのうち特に需要が多くか
つ重要なものは通信装置の現用装置と予備装置とを切替
える用途に供せられるスイッチである。このような目的
に使われるスイッチは低損失で、非接続端子間の漏洩減
衰量（以下、アイソレーションと称する。）が大きいこ
とが要求されるために、半導体を切替素子に用いるもの
は性能的な不足から使われず、機械的な接点を有するス
イッチが多く用いられる。マイクロ波帯とは一般にＩ　
ＧＨｚ付近から十数ＧＨｚまでを指すが、１８ＧＩ（１
以上は準ミリ波帯、あるいはミリ波帯と呼ばれる。

高い周波数で使用するスイッチは、特に、信号伝送路の
不連続が小さいことが必要であり、接点構造上の自由度
はあまり大きくない。

このような機械的な接点を有するマイクロ波スイ・ノチ
は接点を駆動するのに電磁アクチュエータを用いている
ものが普通であった。電磁アクチュエータはソレノイド
と呼ばれる電気−機械工ネルギ変換器で、歴史も長く一
定の性能と信頼性が得られているが、見方を変えれば限
界に付き当たった状態になり、ことに最近の通信装置の
小型化、低消費電力化、またディジタル通信の増加によ
る切替時間の短縮化要求等の新たな二−スに応え切れな
いところにきている。

より具体的に述へれば、電磁アクチュエータはコイルの
銅損による電力消費と発熱が問題になる。

これはほとんど解決の見込みがない。消費電力を小さく
するにはコイルを大きくするのがよいが、スイッチング
速度が遅くなる上にサイズが大きくなり、小型化の要求
に反する。また、アクチュエータの可動部（以下、アー
マデユアと呼ぶ。）の運動量を少なくすることも低消費
電力につながるが、接点ギャップが小さくなり、アイソ
レーションが不足してくる。あるいはまたアクチュエー
タの発生する力を減らすと消費電力は減るが、接点接触
圧力が不足して信頼性の高い接触は望めない。

電磁アクチュエータを用いたマイクロ波スイッチのもう
一つの限界はスイッチング速度にある。

インダクタンスの大きなコイルを有することによる電気
的時定数が長いこと、磁性体でできた質量および慢性モ
ーメントの大きなアーマチュアと比較的弱いばねを使用
していることによΣ機械的時定数が長いこと、の二つの
理由によってそのスイッチング速度を速めるには限界が
ある。ところが通信方式がアナログからディジタルへの
主流が変わっていくにつれて、マイクロ波スイッチの切
替時間が問題になってきた。ディジタル通信では、スイ
ッチングに伴う信号の欠落が問題にな′す、従ってスイ
ッチは速い方がよい。ＰＩＮダイオード等の半導体を用
いたスイッチは高速ではあるが挿入損失が大きく、アイ
ソレーションが小さいので使えない場合が多い。

先行出願 特願昭５９−３６８１７　、特願昭５９−３６８１．８
〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、低消費電力で高信頼度、さらにスイッチング
時間を大幅に短縮したマイクロ波スイッチを提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、選択端子である二つの第一の固定接点と、上
記二つの第一の固定接点の中間に設りられた共通端子で
ある一つの第二の固定接点と、この第二の固定接点と上
記二つの第一の固定接点との間にそれぞれ設けられ、こ
の第二の固定接点とこの二つの第一の固定接点との間の
いずれか一方との間を短絡する二つの可動中心導体と、
この二つの可動中心導体をそれぞれ↑υ、持する二つの
駆動棒とを備えたマイクしＪ波スイッチにおいて、外部
から加えられる電圧により長さが変位ずろ電歪素子と、
この電歪素子の変位を拡大する二つのレバーと、この二
つのレバーの先端にそれぞれ互いに向きあって並行に取
付けられ、この一つのレバーの変位により互いに逆方向
Ｇこ変位ずろ一対の可撓性部材と、この一対の可撓性部
材の先端を結合し、この一対の可撓性部＋４の変位によ
り回転変位する結合部材と、この結合部材に取イ］シシ
られ１、二の結合部材の回転変位により上記二つの駆動
棒をＵいに逆方向に動かず駆動棒作動部材とを備えたこ
とを特徴とする。

〔作　用〕

本発明は、外部から加えられる電圧により生じる電歪素
子の軸方向変位を二つのレバーにより拡大し、この二つ
のレバーにより拡大された変位で一対の可撓性部材を互
いた逆方向に並行に移動し、結合部材に回転変位を与え
駆動棒作動部材により二つの駆動棒を互いに逆方向に動
かし二つの可動重心導体が短絡する固定接点を切替える
ことにより、消費電力および発熱量が少なく、高信頼性
で、スイッチング時間を短くすることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例マイクロ波スイッチの平面図で
ある。第１図では説明を容易にするために、マイクロ波
信号が通過する部分（以下、マイクロ波切替部と称す（
る。）を断面図で表わしている。１はスイッチ本体であ
り、マイクロ波切替部においては伝送線路の外部導体を
兼ねている。２は本体のカバーであり、やはり外部導体
を兼ねる。

３は切替えるべき信号がつながる同軸コネクタ、４はそ
の同軸コネクタ３のシェル、５は絶縁体、６は中心導体
である。同軸コネクタ３の中心導体６はその先がマイク
ロ波切替部において固定接点７へ導かれている。固定接
点７は中央共通端子１個とその両側に選択端子が１個ず
つ配置しである。

これら３個の固定接点ｉを橋絡するように２個の可動中
心導体８が設けられている。２個の可動中心導体８は中
央共通端子である固定接点７を中心として、第１図では
左右方向に両側の選択端子である両固定接点７にまたが
って配置しである。可動中心導体８は駆動棒９によって
担持されている。

１０ばコイルばねで駆動棒９を押上げているので、駆動
棒９に外部から力が加わらないときには、コイルばね１
０の復元ノｊによって可動中心導体８はカバー２の内側
、すなわち外部導体の内壁に密着するように圧接されて
いる。

次に、このマイクロ波切替部を切替えてスイ・７チング
を行うためのアクチュエータの構造について説明する。

５０は電歪素子であり、印加電圧によってその長さが軸
方向に変化する。５１はレバーであり、上記電歪素子の
変位を拡大するためにある。

５５はステータであり、電歪素子の一端がこれに固定し
である。５３は上記レバー５１の可動中心となる支点と
なる支点ヒンジであり、５２は電歪素子の変位をレバー
５１に伝えるための伝達ヒンジである。

ステータ５５は固定ヒス５６によってスイッチの本体１
に固定しであるが、固定方法がヒスに限られなく、他の
締結手段であってもよい。レバー５１の先端部には可撓
性の板ばね５７が取付けてあり、左右のレバー５１から
互いに近づく方向に伸びているが、くい違いをもたせで
ある。両レバー５１の中央付近に上記の可撓性の板ばね
５７を結合する結合部材５８があり、レバー５１先端か
ら伸びてきた２個の板ばね５７は、この結合部材５８に
対し偶力のモーメントを生ずるような関係をもって固定
されている。すなわちベクトルの大きさは等しく方向は
逆でベクトルは互いに並行ではあるが力点がずれている
ようにくい違いを持たせて結合部材５８に取付げられて
いる。結合部材５８にはさらに別の板ばね５９が取付け
である。この板ばね５９は電歪アクチュ：Ｌ−タから、
マイクロ波切替部へ変位と力を伝達する部材であるか、
一方上記結合部材５日の回転変位をその長さによって拡
大する働きもある。

以上本発明のマイクロ波スイッチの構造全体について説
明したのでその切替動作について説明する。第１図に示
す状態はマイクロ波スイッチの一状態を示している。こ
の状態では電歪素子５０はほとんど変位していない。第
１図において、板ばね５９は結合部材５８の左側では駆
動棒９を押下げているが、一方布側でば駆動棒９には′
Ａ１１れていない。

従って左側の選択端子である固定接点７と、中央共通端
子である固定接点７との間には可動中心導体８によって
接続され、他方右側の選択端子と中央端子との間は開回
路となっている。左側の閉回路側ではコネクタから固定
接点７を経て可動中心導体へとつながる伝送線路は一定
の特性インピーダンスを有し、不連続の小さい信号伝送
路を形成している。接点接触圧力は信軌度の高い良好な
接触を得るとともに、損耗を小さくする必要があり、あ
る一定の範囲内に収まってなければならない。

その接触圧力は第１図の実施例では板はね５９の変位に
よって発注する力からコイルばね１０の発汁する力を引
いた残りの２分の１が接点当たりの接点接触圧力となる
。

一方開回路側では駆動棒９と板ばね５９とは触れていな
いので、可動中心導体８は外部導体（具体的にはカバー
２の内面）にコイルばねｌＯによって圧接されている。

このマイクロ波スイッチでは可動中心導体８がいま述べ
たように接地していることが必要である。接地している
と非接続固定接点間が遮断導波管となり、大きなアイソ
レーションが得られる。

次に、第１図の状態からこのマイクロ波スイッチを反転
し切替える動作について述べる。第１図の状態から電歪
素子５０に電圧を加えると、電歪素子５０の軸方向の長
さが変化する。いま伸長する方向に電歪素子５０が変位
すると、電歪素子５０は伝送ヒンジ５袋弁してレバー５
１を押上げる。レバー５１は支持ヒンジ５３で拘束され
ているので、これを中心に回転運動を起こす。そのとき
伝達ヒンジ５２と支持ヒンジ５３の間隔に比較して支持
ヒンジ５３と板ばね５７が取付けられたレバー５１の先
端との距離が大きいので、電歪素子５０の小さな変位は
レバー先端で大きな変位に変換される・。

電歪素子５０が伸長したとき左右のレバー５１は互いに
近づく方向に変位する。そうすると各々のレバー５１に
取付けられた可撓性の板ばね５７は互いに並行に近づこ
うとして結合部材５８のまわりに偶力のモーメントを発
生させ、それによって結合部材５８は回転する。回転に
つれて板ばね５７も撓みつつ、偶力のモーメントを打ち
消すような力を発生させる。結合部材５８が回転すると
同時にそれに取付けられた駆動棒９を押すための板ばね
５９も共に回動して左側では駆動棒９を引き戻し、右側
では駆動棒９を押下げる。

第２図は第１図に示すマイクロ波スイッチの他の状態を
示す図で、マイクロ波スイッチが完全に切替わり、反転
し終わった状態を示している６レハー５１の間隔が互い
に挟まり、それによって偶力のモーメントによって結合
部材５８か回転し、それとともに板ばね５９が左側では
持ち上がって駆動棒９から離れ、右側では駆動棒９を押
下げている。

それにより中央共通端子と右側の選択端子との間が閉回
路になり、中央共通端子と左側の選択端子の間は開回路
になり、従、てスイッチは第１図に示す状態から反転し
ていることになる。

以上説明したように、本発明のマイクロ波スイッチは電
歪形アクチュエータによって切替動作がなされるように
構成されたものであって種々の特長を有してしている。

定常状態における電力消費はほとんど零と言ってよい。

従って発熱もない。

また電歪素子５０から駆動棒９への機械的エネルギ伝達
系として、系の共振周波数が高いため、スイッチング時
間は電磁アクチュエータを用いたものに比較して著しく
短い。スイッチング時間は１ミリ秒以下で電磁アクチュ
エータを°用いたスイッチのＩ／１０以下である。系の
共振周波数が高い理由は圧電素子自体が応答性が良く、
さらにヒンジ５２．５３、レバー５１等のばね定数が大
きいためでる。また実施例で説明したように簡素な構造
であり信頼性も高い。

本発明のマイクロ波スイッチはマイクロ波帯に限定され
ることなく、より高い周波数、あるいはＶＨＦＨＦ下の
低い周波数で使うことも可能である。また種々の変形が
可能であり、いくつかの変形について説明する。第３図
は第１図に示すマイクロ波スイ、ノチの部分斜視Ｍであ
る。第１図および第２図で説明した実施例ではレバー５
１と結合部ＪＦＡ’５Ｂをつなく板ばね５７と、結合部
材５８から駆動棒９を動かず板はね５９とは図面に垂直
な方向に段違いに設りである。その状態を第３図に示す
。その理由は板ばね５７が邪魔になって板ばね５９と駆
動棒９が結合できないのでレベル差を設けていることに
ある。このようにすると仮ばね５７にねしれの力が加わ
るので場合によっては好ましくない。第４Ｍは本発明第
二実施例マイクロ波スイッチの平面図、第５図はその部
分斜視図である。この実施例では第５図に明らかなよう
に板ばね５７に穴５７ａが穿たれ、そこを通し″ζ駆動
棒９か仮ばね５９と当接するようになっている。第４図
に示ずように、穴５７ａを通る側の駆動棒９は細くしで
ある。ここでは部分的に金属ロッド９ａに変えているが
プラスチックで一体成形したものでもよい。第５図には
駆動棒９を通ず必要のない側の板ばね５７にも穴をあけ
であるが、これは左右の板ばね５７の剛性を合わせるた
めであり必ずしも必要ではない。また板ばね５７を一枚
の板としないで並行な二枚の板として、その二枚の板に
間隙を設けてそこを駆動棒が通るようにしてもよい。

次に電歪アクチュエータのレバー５１の間隙の変化を駆
動棒９を押す板ばね５９の回転運動に変える部分の変形
について説明する。この部分のポイントはレバー５１の
間隙変化が板ばね５７によって結合部材５８に伝えられ
、そこで結合部材５８に偶力のモーメントを生じさせる
ことにある。従って一種々の変形が考えられる。まず第
一にレバー５１の間隙は狭くなる方向に変位しようと、
拡がる方向に変位しようといずれも偶力のモーメントを
発生させることができるのでどちらの変位を使ってもよ
い。

結合部材５８と駆動棒９を押すための板ばね５９および
レバー５１と結合部材５８をつなぐ板ばね５７の結合方
法は種々考えられ、その一部を第６図〜第１Ｏ図に示す
。

第６図は結合部材５８を厚めの板材で作りこれに板ばね
を溶接したものである。二枚の板材にて板ばね５９をは
さみこみ、板材の端部に板ばね５７を接合している。第
７図も同様に厚めの板材による結合部材５８の構成方法
を示している。第８図はその側面図であるがごごに示す
ようにコの字形断面の板材２個からなる結合部材５８の
間に板ばね５９がはさみこまれ、板ばね５７は端部に接
合されている。

結合部材５８とし°ζ板材を用いる方法は他にも種々あ
るが、板ばね５７によって結合部材５８に偶力のモーメ
ントを発生することができればよい。第９図および第１
０図は部品点数を減らす方法を示している。第９図では
駆動棒９を押す板ばね５９の端部を折り曲げそれらを第
９図のように互いに点対称に接合することで結合部材５
８を形成し、そこに板ばね５７を接合している。また第
１０図では板ばね５７の端部を折曲げ、その折曲げられ
た端部の間に板ばね５９をはさみ込み、結合部材５８を
形成すると同時に板ばね間の結合も行っている。

ここでレバー５１から結合部材５８に対し偶力のモーメ
ントを発生させ回転を生じさせる板ばね５７をいままで
板ばねとして説明してきたが、板ばねを用いるのが最も
容易かつ良好な結果を得るからであっ・て可撓性の材料
なら必ずしも板ばねに限るわけではなく、プラスチック
、ワイヤ状の材料等も考えられる。また、結合部材５８
の回転を駆動棒９に伝える板ばね５９も同様に板ばねで
なくともよく、プラスチックでもワイヤでもよい。レバ
ーの間隔変化が結合部材５８に回転を生じさせればよい
。

以上説明した実施例では、レバー５１はＬ字形をしてい
たが、これはコンパクトにしたいためであって、必すし
も第１図お、よび第２図の実施例で述べたような形状で
なくてもよい。レバー５１の間隔が電歪素子５０の変位
によって変わるものであればよく、第１１図に別の実施
例を示す。

第１１図ではレバー５１はＬ字形に曲がっておらず直線
状に伸びており、一対の並行なレバー５１の先端に板ば
ね５７が取イ」けられ、一対の板ばね５７は結合部材５
８に接合され、結合部材５８には駆動棒９を動かすが、
めの板ばね５９が取付けである。電歪素子５０が変位す
ると、支持ヒンジ５３を中心にしてレバー５１によって
変位が拡大され、レバー先端の間隔が変化し、板ばね５
７を介して結合部材５８に偶力のモーメントを生じさせ
、板ばね５９を回動させて駆動棒を動かず。第１１図の
実施例でば電歪素子５ｏが伸長する方向に変位した場合
に、レバー５１は先端が互いに拡がる方向に変位し、結
合部材５８は左回転する。

本発明のマイクロ波スイッチに用いられる電歪アクチュ
エータば電歪素子５ｏの変位がレバー５１を介して結合
部材５８に伝わり、そこに偶力モーメントを生しさせ回
転運動を起こさせるところに特徴があるので、上述した
実施例のほかにも同様の効果がある方法が種々考えられ
る。第１２図は別の実施例であって、電歪素子５ｏの配
置が先の実施例とは９０°異なっている。この場合でも
電歪素子５ｏの長さの変化がレバー５１を介して板ばね
５７に伝達され、結合部材５８に回転運動を生しさ−Ｈ
る。

電歪アクチュエータ側からマイクロ波切替部を駆動する
方法についても、種々の変形が考えられる。いままで説
明した実施例では、電歪アクチュエータは板ばね５９に
よって、マイクロ波切替部の可動中心導体８を担持した
駆動棒９を押下げることによって切替動作を行わせてい
た。駆動棒９を押下げることで可動中心導体８を固定接
点７に圧接させて閉回路とし、−力板ばね５９が駆動棒
９を押下げないときは、駆動棒９はマイクロ波切替部に
組込まれた第１図および第２図に示すコイルばね１０の
力によって押され、その結果可動中心導体８はストリッ
プ線路の外導体壁に圧接され、大きなアイソレーション
を得るような形式を用いていた。

しかしながら、駆動棒９をコイルばね１０で押して可動
中心導体８を外導体内壁に圧接させる代わりに電歪アク
チュエータの板ばね５９を用いて同様の働きをさせるこ
とも可能である。第１３図は本発明第三実施例マイクロ
波スイッチの平面図である。

第１３図において、コイルばねはなく駆動棒９は板ばね
５９に係合するように構成されている。第１４図および
第１５図は駆動棒９と板ばね５９との係合状態を説明す
る図て駆動棒９の先端は細くなってさらに先端に張出し
９ｂが設けである。−力板ばね５９の先端は二つに分か
れスロット５９ａが設けである。

このスロット５９ａに上記駆動棒９の張出し部材９ｂが
嵌挿しである。

その動作について説明すると、板ばね５９が駆動棒９を
押下げて可動中心導体８を固定接点７に圧接させる側は
先の実施例とほぼ同様であるが、コイルばねが存在しな
いだけ負荷は軽い。一方、結合部材５８の反対側の板ば
ね５９は先の実施例では自由であったのか、第１３図の
実施例では駆動棒９を引上げて、駆動棒９が担持した可
動中心導体８を外導体内壁面に圧接させているのでその
分が負荷として加わっている。従って電歪アクチュエー
タの全負荷としては先の実施例とほぼ同しである。

ただし、機構的にはかなり簡素化されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、消費電力の点では圧倒
的な低減をはかることができ、かつ切替時間も著しく短
縮することかできる優れた効果がある。これにより通信
装置の低消費電力化に°寄与するところが大である。ま
たノ、イ・ノチング時間の短縮によってテイシクル通信
に適合したマイクロ波スイッチを実現することかできる
利点かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例マイクロ波スイ・ノチの平面
図。 第２１ｍは第１図−こ示ずマイクロ波スイ・ノチの他の
状態を示す図。 第３図は第１図に示すマイクロ波スイッチの部分斜視図
。 第４図は本発明第二実施例マイクｌコ波スイ・ノチの平
面図。 第５Ｍは第４図に示すマイクロ波スイッチの部分斜視図
。 第６図、第７図第９図および第１０図は本発明のマイク
ロ波スイッチの結合部材の実施態様を示−す平面図。 第８図は第７図に示す結合部材の側面図。 第１１図および第１２図は本発明マイクロ波スイッチの
電歪アクチュエータの実施態様を示す平面図。 第１３図は本発明第二実施例マイクロ波スイッチの平面
図。 第１４図はその部分拡大平面ば。 第１５図はその部分拡大斜視図。 ■・・・スイッチ本体、２・・・カッ＼−１７・・・固
定接点、８・・・可動中心導体、９・・駆動棒、１０・
・・コイルばね、５０・・・電歪素子、５１・・・レバ
ー、５２・・・伝達ヒンジ、５３・・・支持ヒンジ、５
５・・・ステータ、５７．５９・・・仮ばね、５８・・
・結合部月。 特許出願人　１１本電気株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 Ｍ　１　目 Ｍ　２　図 児　３　図 藁１０図 ７Ｉ！ｉ１１　口 九１２図 蔦１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　選択端子である二つの第一の固定接点と、上記
   二つの第一の固定接点の中間に設けられた共通端子であ
   る一つの第二の固定接点と、この第二の固定接点と上記
   二つの第一の固定接点との間にそれぞれ設けられ、この
   第二の固定接点とこの二つの第一の固定接点との間のい
   ずれか一方との間を短絡する二つの可動中心導体と、こ
   の二つの可動中心導体をそれぞれ担持する二つの駆動棒
   と を備えたマイクロ波スイッチにおいて、外部から加えら
   れる電圧により長さが変位する電歪素子と、 この電歪素子の変位を拡大する二つのレバーと、この二
   つのレバーの先端Ｑこそれぞれ互いに向きあって並行に
   取付のられ、このニ一つのレバーの変位により互いに逆
   方向に変位する一対の可撓性部材と、 この一対の可撓性部材の先端を結合し、この一対の可撓
   性部材の変位により回転変位する結合部材と、 この結合部材に取付けられ、この結合部材の回転変位に
   より上記二つの駆動棒を互いに逆方向に動かず駆動棒作
   動部制と を備えたごとを特徴とするマイクエコ波スイッチ。