JPWO2005117051A1 - マイクロマシンスイッチ - Google Patents
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Abstract
本発明は、接点部の疲労破壊およびスティクション現象を防止し、広範な信号周波数に適応した高い信頼性且つ長寿命のマイクロマシンスイッチを提供する。固定接続端子（５０）及び可動接続端子（４０）は、基板（９）の平面と実質的に平行な方向に離間し、可動接続端子は、この方向の支持部材（３）の変位によって固定接続端子と接触するように配置される。基板には、複数の固定接続端子が固定され、複数の可動接続端子が、支持部材の変位に従って所定の固定接続端子と同時に接触する。
Description
本発明は、マイクロマシンスイッチに関するものであり、より詳細には、ＤＣレベルから数十ギガヘルツに至る広範な信号周波数に適応するマイクロマシンスイッチに関するものである。
高速多頻度に作動可能なオン／オフ・スイッチとして、半導体スイッチが知られている。半導体スイッチは、比較的高いパワーレベルの動作信号を要することから、消費電力が増加する傾向があり、また、ギガヘルツ以上の高い周波数域の伝搬信号（被制御側の信号）を制御する場合、挿入損失の増大や、クロストークの発生等の現象が生じ易く、このようなＲＦ（Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）特性の悪化に伴ってノイズ発生等の障害も発生し易いという課題が指摘されている。
これに対し、低電力消費、低動作電圧、省スペース性等の性能面で優れ、ＲＦ特性も比較的良好なオン／オフ・スイッチとして、マイクロマシンスイッチが近年殊に注目されている。マイクロマシンスイッチは、表面マイクロマシニング、バルクマイクロマシニング又は半導体加工技術を利用して製造される微小なスイッチとして知られている。マイクロマシンスイッチによれば、効率的なスイッチングを確実に提供できると考えられており、マイクロマシンスイッチは、携帯電話のＲＦフロントエンド・チップのスイッチング等に利用されている。
マイクロマシンスイッチとして、信号線又は電極を備えた基板と、基板上方に配置した上下動可能な接触電極とを有する機械的接触構造のものが知られている（特開平９−１７３００号公報、米国特許第５，５７８，９７６号公報、特開平２００１−１４３５９５号公報、特許第３１１９２５５号公報）。基板上の信号線又は電極は、基板に固定した固定接続端子を構成し、上下動可能な基板上方の接触電極は、固定接続端子と接触可能な可動接続端子を構成する。
この種のマイクロマシンスイッチでは、片持ち梁構造又はメンブレン構造の可撓性部材が基板上方に配置され、可撓性部材の基部又は脚部が、基板に固定される。可撓性部材は、基板上の固定接続端子から所定距離だけ離間した位置に可動接続端子を支持し、可動接続端子及び固定接続端子は、上下方向（即ち、基板の平面と直交する方向）に所定距離だけ離間した状態に常時保持される。スイッチ駆動用の上部電極及び下部電極が可撓性部材及び基板に夫々配設され、駆動電圧がスイッチング動作時に上下の電極の間に印加される。上下の電極は、静電引力によって互いに引きつけられ、この結果、可撓性部材は変形し、可動接続端子は、固定接続端子と接触する。例えば、接触電極（可動接続端子）は、基板上の信号線（固定接続端子）を短絡するように信号線に接触する。
このようなマイクロマシンスイッチは、従来の半導体スイッチと比較すると、絶縁性能、挿入損失、線形性、クロストーク、反射、ダイナミックレンジ及び使用波長帯等のＲＦ特性において優れていることから、ＲＦスイッチとして望ましい性能を達成すると考えられてきた。
しかしながら、マイクロマシンスイッチに関しては、接点部の疲労破壊が生じ易く、疲労寿命又はスイッチ寿命が半導体スイッチに比べて短いことが、近年、報告されており、このような事情より、マイクロマシンスイッチの使用は、特定の環境に制約されてしまう傾向がある。このため、マイクロマシンスイッチの信頼性を向上する対策が要望される。
また、従来のマイクロマシンスイッチは、静電引力によって可撓性部材を上下変位させ、可動接続端子を上下動させる機械的スイッチング方式を採用したものであることから、接点部のスティクション現象（接点部材同士が密着状態にくっついてしまうマイクロマシンスイッチ特有の現象）が発生し易く、スイッチとして機能不良又は機能不全の状態が生じ易い。このようなスティクション現象も又、マイクロマシンスイッチの信頼性を損ない、マイクロマシンスイッチの使用を特定の環境に制約する結果を招くので、これを改善すべき必要がある。
更に、マイクロマシンスイッチの設計においては、開離した接点の絶縁性や、スティクション現象又は接点溶着を防止する反発力を確保するために接点間距離を大きな値に設定することが望ましく、他方、接点接触時の衝撃力を軽減するためには、接点間距離を小さい値に設定することが望ましい。しかし、このような相反する条件を両立させることはできないと考えられてきた。
本発明は、接点部の疲労破壊およびスティクション現象を防止し、これにより、ＤＣレベルから数十ギガヘルツに至る広範な信号周波数に適応した高い信頼性且つ長寿命のマイクロマシンスイッチを提供することを目的とする。
本発明は又、開離した接点の絶縁性を確保するとともに、スティクション現象又は接点溶着を防止し、しかも、接点接触時の衝撃力を軽減することができるマイクロマシンスイッチを提供することを目的とする。
これに対し、低電力消費、低動作電圧、省スペース性等の性能面で優れ、ＲＦ特性も比較的良好なオン／オフ・スイッチとして、マイクロマシンスイッチが近年殊に注目されている。マイクロマシンスイッチは、表面マイクロマシニング、バルクマイクロマシニング又は半導体加工技術を利用して製造される微小なスイッチとして知られている。マイクロマシンスイッチによれば、効率的なスイッチングを確実に提供できると考えられており、マイクロマシンスイッチは、携帯電話のＲＦフロントエンド・チップのスイッチング等に利用されている。
マイクロマシンスイッチとして、信号線又は電極を備えた基板と、基板上方に配置した上下動可能な接触電極とを有する機械的接触構造のものが知られている（特開平９−１７３００号公報、米国特許第５，５７８，９７６号公報、特開平２００１−１４３５９５号公報、特許第３１１９２５５号公報）。基板上の信号線又は電極は、基板に固定した固定接続端子を構成し、上下動可能な基板上方の接触電極は、固定接続端子と接触可能な可動接続端子を構成する。
この種のマイクロマシンスイッチでは、片持ち梁構造又はメンブレン構造の可撓性部材が基板上方に配置され、可撓性部材の基部又は脚部が、基板に固定される。可撓性部材は、基板上の固定接続端子から所定距離だけ離間した位置に可動接続端子を支持し、可動接続端子及び固定接続端子は、上下方向（即ち、基板の平面と直交する方向）に所定距離だけ離間した状態に常時保持される。スイッチ駆動用の上部電極及び下部電極が可撓性部材及び基板に夫々配設され、駆動電圧がスイッチング動作時に上下の電極の間に印加される。上下の電極は、静電引力によって互いに引きつけられ、この結果、可撓性部材は変形し、可動接続端子は、固定接続端子と接触する。例えば、接触電極（可動接続端子）は、基板上の信号線（固定接続端子）を短絡するように信号線に接触する。
このようなマイクロマシンスイッチは、従来の半導体スイッチと比較すると、絶縁性能、挿入損失、線形性、クロストーク、反射、ダイナミックレンジ及び使用波長帯等のＲＦ特性において優れていることから、ＲＦスイッチとして望ましい性能を達成すると考えられてきた。
しかしながら、マイクロマシンスイッチに関しては、接点部の疲労破壊が生じ易く、疲労寿命又はスイッチ寿命が半導体スイッチに比べて短いことが、近年、報告されており、このような事情より、マイクロマシンスイッチの使用は、特定の環境に制約されてしまう傾向がある。このため、マイクロマシンスイッチの信頼性を向上する対策が要望される。
また、従来のマイクロマシンスイッチは、静電引力によって可撓性部材を上下変位させ、可動接続端子を上下動させる機械的スイッチング方式を採用したものであることから、接点部のスティクション現象（接点部材同士が密着状態にくっついてしまうマイクロマシンスイッチ特有の現象）が発生し易く、スイッチとして機能不良又は機能不全の状態が生じ易い。このようなスティクション現象も又、マイクロマシンスイッチの信頼性を損ない、マイクロマシンスイッチの使用を特定の環境に制約する結果を招くので、これを改善すべき必要がある。
更に、マイクロマシンスイッチの設計においては、開離した接点の絶縁性や、スティクション現象又は接点溶着を防止する反発力を確保するために接点間距離を大きな値に設定することが望ましく、他方、接点接触時の衝撃力を軽減するためには、接点間距離を小さい値に設定することが望ましい。しかし、このような相反する条件を両立させることはできないと考えられてきた。
本発明は、接点部の疲労破壊およびスティクション現象を防止し、これにより、ＤＣレベルから数十ギガヘルツに至る広範な信号周波数に適応した高い信頼性且つ長寿命のマイクロマシンスイッチを提供することを目的とする。
本発明は又、開離した接点の絶縁性を確保するとともに、スティクション現象又は接点溶着を防止し、しかも、接点接触時の衝撃力を軽減することができるマイクロマシンスイッチを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成すべく、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記固定接続端子及び可動接続端子は、前記基板の平面と実質的に平行な方向に離間し、前記可動接続端子は、この方向の前記支持部材の変位によって前記固定端子と接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
本発明の上記構成によれば、固定接続端子及び可動接続端子は、基板平面と直交する方向（上下方向）に離間するのではなく、基板平面と実質的に平行な方向（横方向又は水平方向）に離間しており、可動接続端子は、この方向の支持部材の変位によって固定接続端子と接触する。このようなスイッチ構造は、マイクロマシンスイッチの三次元構造を大きく変更し又は拡大することなく、平面的に分散した複数の固定接続端子及び可動接続端子の配置を可能にする。従って、本発明のマイクロマシンスイッチでは、固定接続端子及び可動接続端子の形状及び数を適切に設定し、接点数及び接触面積を最適化することができるので、唯一の接点部を備えた従来のマイクロマシンスイッチに比べ、接点部の負荷を軽減し、接点部の疲労破壊を防止するとともに、スティクション現象の発生を防止することができる。
他の観点より、本発明は、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
複数の前記固定接続端子が前記基板に固定され、各固定接続端子と接触可能な複数の前記可動接続端子が、前記支持部材の変位に従って所定の固定接続端子と同時に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
このような構成によれば、可動接続端子及び固定接続端子の接触面積は、単一の可動接続端子及び固定接続端子を備えたものに比べ、大幅に増大する。従って、唯一の接点部を備えた従来のマイクロマシンスイッチに比べ、各々の接点部の負荷が軽減するので、接点部の疲労破壊を防止するとともに、スティクション現象の発生を防止することができる。また、可動接続端子及び固定接続端子の数の増加に伴い、マイクロマシンスイッチの接点部の数が増加するので、いずれかの接点に異常又は不良等が発生した場合であっても、所望のスイッチング動作及び性能を維持するようにマイクロマシンスイッチを設計することができ、これにより、マイクロマシンスイッチの信頼性又はフェイルセーフ性を向上することができる。
更に他の観点より、本発明は、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子は、前記固定接続端子の間に位置決めされ、前記支持部材の双方向の変位によって両側の固定接続端子と選択的に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
このような構成によれば、可動接続端子を固定接続端子と接触する側に支持部材を強制変位させるだけではなく、可動接続端子を固定接続端子から離間させる方向にも強制変位させることができるので、可動接続端子及び固定接続端子のスティクション現象を積極的に解消することが可能となる。しかも、可動接続端子の２つの面は、独立した接点として使用されるので、接点数の増加により、各接点の使用頻度を低下することができる。
好ましくは、上記可動接続端子は、点対称又は線対称の形状を有し、或いは、上記可動接続端子及び固定接続端子は、全体的に点対称又は線対称の形状を有する。更に好ましくは、上記可動接続端子、固定接続端子及び支持部材を含めた全体形状が点対称又は線対称に設計される。このような構成によれば、荷重バランスの均一化によって可動接続端子の運動（駆動、復元又は保持）の力学的均衡を図ることができる。これは、付勢手段（スプリング等）の最適化や、強度又は成形性の向上を可能にし、マイクロマシンスイッチの寿命延長や、耐久性の向上等に寄与するであろう。
本発明の好適な実施形態によれば、マイクロマシンスイッチは、支持部材を初期位置に保持する付勢手段を有し、支持部材は、静電気力の作用により、付勢手段の保持力に抗して変位し、静電気力の解放時に付勢手段の復元力によって初期位置に復帰する。
本発明の更に好適な実施形態によれば、マイクロマシンスイッチは、電圧を印加することにより静電引力を発生させる固定電極及び可動電極を有し、可動電極は、支持部材に一体的に連結され、静電引力の発生時に固定電極に接近し、支持部材を水平方向又は横方向に変位させる。好ましくは、複数の固定電極が、可動電極を双方向に変位させるように基板に配置されるとともに、固定電極に対する可動電極の接近を制限するストッパが基板に配置される。更に好ましくは、上記支持部材は、双方向に回転可能又は線型運動可能に基板上に配置され、可動接続端子は、支持部材の外周部から径方向外方に突出する突出部材に取付けられ、可動接続端子の各側の面が固定接続端子に選択的に接触するように配置される。
本発明は更に、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子を段階的又は同時に二方向に変位させて前記固定接続端子に接触させる駆動手段を備えたことを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
本発明の上記構成によれば、駆動手段は、可動接続端子を固定接続端子に接近させる第１方向に可動接続端子を変位させるとともに、可動接続端子を固定接続端子に接触させる第２方向に可動接続端子を変位させる。従って、マイクロマシンスイッチは、接点開離状態において接点の絶縁性を確保するとともに、接点接触時の衝撃力を軽減することができる。
好ましくは、駆動手段は、接点開離時に初期的に可動接続端子を第１方向に変位させ、次いで、可動接続端子と固定接続端子との接触部に剪断力を与える。これにより、スティクション現象又は接点溶着を効果的に防止することができる。
更に好ましくは、上記第１方向は、水平方向に設定され、上記第２方向は、鉛直方向、或いは、水平軸線廻りの回転方向に設定され、上記駆動手段は、電圧を印加することにより静電引力を発生させる可動電極と二層構造の固定電極とを有し、固定電極は、可動電極から水平方向に離間した第１固定電極と、第１固定電極の下側に配置された第２固定電極とから構成される。このような構成によれば、マイクロマシンスイッチの三次元構造を大きく拡大することなく、駆動手段をマイクロマシンスイッチに組込むことができる。
前記固定接続端子及び可動接続端子は、前記基板の平面と実質的に平行な方向に離間し、前記可動接続端子は、この方向の前記支持部材の変位によって前記固定端子と接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
本発明の上記構成によれば、固定接続端子及び可動接続端子は、基板平面と直交する方向（上下方向）に離間するのではなく、基板平面と実質的に平行な方向（横方向又は水平方向）に離間しており、可動接続端子は、この方向の支持部材の変位によって固定接続端子と接触する。このようなスイッチ構造は、マイクロマシンスイッチの三次元構造を大きく変更し又は拡大することなく、平面的に分散した複数の固定接続端子及び可動接続端子の配置を可能にする。従って、本発明のマイクロマシンスイッチでは、固定接続端子及び可動接続端子の形状及び数を適切に設定し、接点数及び接触面積を最適化することができるので、唯一の接点部を備えた従来のマイクロマシンスイッチに比べ、接点部の負荷を軽減し、接点部の疲労破壊を防止するとともに、スティクション現象の発生を防止することができる。
他の観点より、本発明は、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
複数の前記固定接続端子が前記基板に固定され、各固定接続端子と接触可能な複数の前記可動接続端子が、前記支持部材の変位に従って所定の固定接続端子と同時に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
このような構成によれば、可動接続端子及び固定接続端子の接触面積は、単一の可動接続端子及び固定接続端子を備えたものに比べ、大幅に増大する。従って、唯一の接点部を備えた従来のマイクロマシンスイッチに比べ、各々の接点部の負荷が軽減するので、接点部の疲労破壊を防止するとともに、スティクション現象の発生を防止することができる。また、可動接続端子及び固定接続端子の数の増加に伴い、マイクロマシンスイッチの接点部の数が増加するので、いずれかの接点に異常又は不良等が発生した場合であっても、所望のスイッチング動作及び性能を維持するようにマイクロマシンスイッチを設計することができ、これにより、マイクロマシンスイッチの信頼性又はフェイルセーフ性を向上することができる。
更に他の観点より、本発明は、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子は、前記固定接続端子の間に位置決めされ、前記支持部材の双方向の変位によって両側の固定接続端子と選択的に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
このような構成によれば、可動接続端子を固定接続端子と接触する側に支持部材を強制変位させるだけではなく、可動接続端子を固定接続端子から離間させる方向にも強制変位させることができるので、可動接続端子及び固定接続端子のスティクション現象を積極的に解消することが可能となる。しかも、可動接続端子の２つの面は、独立した接点として使用されるので、接点数の増加により、各接点の使用頻度を低下することができる。
好ましくは、上記可動接続端子は、点対称又は線対称の形状を有し、或いは、上記可動接続端子及び固定接続端子は、全体的に点対称又は線対称の形状を有する。更に好ましくは、上記可動接続端子、固定接続端子及び支持部材を含めた全体形状が点対称又は線対称に設計される。このような構成によれば、荷重バランスの均一化によって可動接続端子の運動（駆動、復元又は保持）の力学的均衡を図ることができる。これは、付勢手段（スプリング等）の最適化や、強度又は成形性の向上を可能にし、マイクロマシンスイッチの寿命延長や、耐久性の向上等に寄与するであろう。
本発明の好適な実施形態によれば、マイクロマシンスイッチは、支持部材を初期位置に保持する付勢手段を有し、支持部材は、静電気力の作用により、付勢手段の保持力に抗して変位し、静電気力の解放時に付勢手段の復元力によって初期位置に復帰する。
本発明の更に好適な実施形態によれば、マイクロマシンスイッチは、電圧を印加することにより静電引力を発生させる固定電極及び可動電極を有し、可動電極は、支持部材に一体的に連結され、静電引力の発生時に固定電極に接近し、支持部材を水平方向又は横方向に変位させる。好ましくは、複数の固定電極が、可動電極を双方向に変位させるように基板に配置されるとともに、固定電極に対する可動電極の接近を制限するストッパが基板に配置される。更に好ましくは、上記支持部材は、双方向に回転可能又は線型運動可能に基板上に配置され、可動接続端子は、支持部材の外周部から径方向外方に突出する突出部材に取付けられ、可動接続端子の各側の面が固定接続端子に選択的に接触するように配置される。
本発明は更に、基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子を段階的又は同時に二方向に変位させて前記固定接続端子に接触させる駆動手段を備えたことを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。
本発明の上記構成によれば、駆動手段は、可動接続端子を固定接続端子に接近させる第１方向に可動接続端子を変位させるとともに、可動接続端子を固定接続端子に接触させる第２方向に可動接続端子を変位させる。従って、マイクロマシンスイッチは、接点開離状態において接点の絶縁性を確保するとともに、接点接触時の衝撃力を軽減することができる。
好ましくは、駆動手段は、接点開離時に初期的に可動接続端子を第１方向に変位させ、次いで、可動接続端子と固定接続端子との接触部に剪断力を与える。これにより、スティクション現象又は接点溶着を効果的に防止することができる。
更に好ましくは、上記第１方向は、水平方向に設定され、上記第２方向は、鉛直方向、或いは、水平軸線廻りの回転方向に設定され、上記駆動手段は、電圧を印加することにより静電引力を発生させる可動電極と二層構造の固定電極とを有し、固定電極は、可動電極から水平方向に離間した第１固定電極と、第１固定電極の下側に配置された第２固定電極とから構成される。このような構成によれば、マイクロマシンスイッチの三次元構造を大きく拡大することなく、駆動手段をマイクロマシンスイッチに組込むことができる。
図１は、本発明の好適な実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図である。
図２は、図１に示すマイクロマシンスイッチの側面図である。
図３は、図１及び図２に示すマイクロマシンスイッチの構造を示す縦断面図である。
図４は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第１切換位置が示されている。
図５は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第２切換位置が示されている。
図６は、マイクロマシンスイッチの変形例を示す平面図である。
図７は、本発明の他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図である。
図８は、図７に示すマイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第１切換位置が示されている。
図９は、図７に示すマイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第２切換位置が示されている。
図１０は、本発明の更に他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図である。
図１１は、図１０に示すマイクロマシンスイッチの斜視図である。
図１２は、図１０に示すＩ−Ｉ線における断面図である。
図１３は、図１２に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
図１４は、第１駆動部及び第２駆動部の相対的な位置関係及び作動原理を概略的に示す斜視図である。
図１５は、図１２は、図１０に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
図１６は、可動接続端子の移動の態様を示す斜視図である。
図１７は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す斜視図である。
図２は、図１に示すマイクロマシンスイッチの側面図である。
図３は、図１及び図２に示すマイクロマシンスイッチの構造を示す縦断面図である。
図４は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第１切換位置が示されている。
図５は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第２切換位置が示されている。
図６は、マイクロマシンスイッチの変形例を示す平面図である。
図７は、本発明の他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図である。
図８は、図７に示すマイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第１切換位置が示されている。
図９は、図７に示すマイクロマシンスイッチの作動態様を示す横断面図であり、マイクロマシンスイッチの第２切換位置が示されている。
図１０は、本発明の更に他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図である。
図１１は、図１０に示すマイクロマシンスイッチの斜視図である。
図１２は、図１０に示すＩ−Ｉ線における断面図である。
図１３は、図１２に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
図１４は、第１駆動部及び第２駆動部の相対的な位置関係及び作動原理を概略的に示す斜視図である。
図１５は、図１２は、図１０に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
図１６は、可動接続端子の移動の態様を示す斜視図である。
図１７は、マイクロマシンスイッチの作動態様を示す斜視図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の好適な実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び側面図であり、図３は、図１及び図２に示すマイクロマシンスイッチの構造を示す縦断面図である。
マイクロマシンスイッチ１は、静止ピン２、可動支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を有する。可動接続部４は、静止ピン２を中心とした支持部材３の双方向の回転に従って双方向に変位する。固定接続部５は、基板９に固定された複数の固定接続端子５０を備える。可動接続部４は、複数の可動接続端子４０を備え、各可動接続端子４０は、静止ピン２を中心とした支持部材３の角度変化に相応して固定接続端子５０と接触し又は離間する。
静止ピン２は、基板９に固定された軸部２１と、軸部２１の頂部に配置された拡大ヘッド部２２とから構成される。軸部２１は、支持部材３の中心孔３１を垂直に貫通し、支持部材３を回転可能に支持する。
支持部材３は、軸部２１の軸芯を回転中心とした円形の平面輪郭を有する。複数のアーム部４１が支持部材３の外周面３２に固定され、外周面３２から径方向外方に延びる。各可動接続端子４０は、各アーム部４１の外端部に固定される。可動接続端子４０は、各アーム部４１の先端を拡大した形状及び寸法を有する。可動接続端子４０は夫々、対応する固定接続端子５０の凹所５１内に延入する。可動接続端子４０の左右の側面４２が、凹所５１内に位置する各固定接続端子５０の側面５２と接触可能に位置決めされる。図１には、側面４２、５２が離間した初期状態が示されている。
一対の付勢手段６が、支持部材３の両側に配置される。各付勢手段６は、支持部材３を初期位置（図１に示す位置）に弾力的に保持する弾性部材６０と、弾性部材６０を基板９に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を支持部材３の外周面３２に係止したリーフスプリングからなる。弾性部材６０は、支持部材３の中心に対して点対称の位置及び形状に配設され、支持部材３は、弾力的に変形可能な弾性部材６０によって、図１に示す初期位置に保持される。
一対の駆動部７が、支持部材３の前後に点対称に配置される。駆動部７は夫々、櫛形可動電極７０、櫛形固定電極７１及びストッパ７２から構成される。可動電極７０の線型基部７４が、支持部材３の外周面３２に固定される。線型基部７４は、支持部材３の径方向外方に直線的に延びる。多数の延長部７５が、基部７４に沿って等間隔に配置され、基部７４の両側に対称に突出する。各延長部７５は、支持部材３と同心状の円弧輪郭を有する。
基部７４の拡大外端部７６が、左右のストッパ７２の間に位置決めされる。各ストッパ７２は、基板９に固定され、支持部材３の回転時に外端部７６と衝合し、支持部材３の回転を規制する。
固定電極７１は、基板９に固定した線型基部７７を有し、線型基部７７は、可動電極７０の両側に対称に配置される。多数の延長部７８が、基部７７の片側に等間隔に配置され、基部７７から可動電極７０に向かって突出する。各延長部７８は、支持部材３と同心状の円弧輪郭を有する。延長部７５、７８は、支持部材３の径方向に交互に配置され、かくして、非接触状態の櫛形電極対が、基板９の平面と平行に支持部材３の前後に形成される。
マイクロマシンスイッチ１のＸＹ方向の中心線Ｃ１、Ｃ２は、支持部材３の回転中心において交差する。固定接続部５は、中心線Ｃ１、Ｃ２によって区分されるマイクロマシンスイッチ１の４つの領域に夫々配置される。固定接続部５は夫々、基板９に固定した固定接続パッド５５を備える。固定接続端子５０は、固定接続パッド５５から径方向内方に延出し、可動接続端子４０が延入する凹所５１を形成する。凹所５１内に位置する固定接続端子５０の側面５２は、支持部材３の回転時に可動接続端子４０の側面４２と接触する。
基板９は、例えば、厚さ０．５μｍの窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）の電気絶縁膜（図示せず）で表面を被覆した厚さ５００μｍのシリコン基板からなる。電気絶縁膜を酸化シリコン（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の他のセラミックス材料で形成しても良い。固定接続部５及び櫛形固定電極７１は、燐（Ｐ）をドーピングした多結晶シリコンからなり、ＣＶＤ法等による製膜工程や、フォトリソグラフィ（露光現像）工程等の如く、半導体製造工程と同様の工程を経て基板９上に成形される。固定接続部５及び櫛形固定電極７１の素材として、シリコン以外の導電性材料、例えば、銅、アルミニウム、金等を使用しても良く、また、導電性材料を固定接続部５及び櫛形固定電極７１の表面にコーティングしても良い。マイクロマシンスイッチ１の平面寸法（外形寸法）は、例えば、１ｍｍに設定され、マイクロマシンスイッチ１の高さ（厚さ）は、例えば、１０〜２５μｍに設定される。支持部材３、可動接続部４及び櫛形可動電極７０は、固定接続部５及び櫛形固定電極７１と実質的に同じ素材及び製造方法で成形される。
支持部材３は、静止ピン２に回転可能に支持され、可動接続部４及び櫛形可動電極７０は、支持部材３に支持され、いずれも基板９と非接触の状態で基板９上に懸架される。静止ピン２及び付勢手段６は、単結晶又は多結晶シリコンより成形される。
図３に示すように、基板９には、所定の電気配線パターンを有する回路部９０が形成される。回路部９０は、電気接続ピン９１及び導電手段９２を介して固定接続部５に通電可能に接続される。回路部９０は又、同様な電気接続ピン及び導電手段を介して可動接続部４に通電可能に接続される。なお、回路部９０と接続部４、５とを接続する手段として、他の通電手段又は給電手段（スルーホール接続等）を採用しても良い。
図４及び図５は、マイクロマシンスイッチ１の作動態様を示す横断面図である。図４には、マイクロマシンスイッチ１の第１切換位置が示され、図５には、マイクロマシンスイッチ１の第２切換位置が示されている。
前述の如く、支持部材３は、常時は、弾性部材６０によって初期位置（図１）に保持され、櫛形可動電極７０の各部は、櫛形固定電極７１を構成する左右一対の固定電極７１ａ、７１ｂから所定距離、例えば、２μｍの間隔を隔てた位置に配置される。外部電源より回路部９０を介してマイクロマシンスイッチ１に給電し、可動電極７０と固定電極７１ａとの間に電圧を印加すると、可動電極７０及び固定電極７１ａの間に静電引力が発生し、可動電極７０は、固定電極７１ａに引きつけられる。支持部材３は、図４に示す如く、可動電極７０に作用する静電引力によって静止ピン２を中心に回転し、可動電極７０は、固定電極７１ａと接近するように角度変化する。可動電極７０の拡大外端部７６は、可動電極７０及び固定電極７１ａが接触する前にストッパ７２ａと衝合して静止するので、可動電極７０及び固定電極７１ａの短絡は、確実に阻止される。支持部材３に一体的に形成された可動接続端子４０は、支持部材３と一緒に回転し、可動接続端子４０の側面４２ａは、支持部材３の回転停止時に固定接続端子５０の側面５２ａと接触する。側面４２ａ及び側面５２ａは、初期位置（図１）において略平行な状態で対向するように可動接続端子４０及び固定接続端子５０に形成されており、端子４０、５０の回転停止時に面接触する。
外部電源より回路部９０を介してマイクロマシンスイッチ１に給電して、可動電極７０と固定電極７１ｂとの間に電圧を印加すると、可動電極７０を固定電極７１ｂに引きつける静電引力が、可動電極７０及び固定電極７１ｂの間に発生し、支持部材３は、静止ピン２を中心に逆方向に回転する。可動電極７０は、図５に示す如く、可動電極７０及び固定電極７１ｂが接触する前に反対側のストッパ７２ｂと衝合して静止し、可動接続端子４０の反対側の側面４２ｂが、反対側の側面５２ｂと接触する。側面４２ｂ及び側面５２ｂも又、初期位置（図１）において略平行な状態で対向するように可動接続端子４０及び固定接続端子５０に形成されており、端子４０、５０の回転停止時に面接触する。可動電極７０及び固定電極７１ｂの短絡は、前述の如く、ストッパ７２ｂによって確実に阻止される。
このように構成されたマイクロマシンスイッチ１によれば、マイクロマシンスイッチ１の三次元構造を大きく拡大し又は大型化することなく、複数の端子４０、５０を平面的に分散配置することができる。しかも、回路部９０の制御下にマイクロマシンスイッチ１を第１切換位置又は第２切換位置に交互又は選択的に切換えることにより、可動接続端子４０の側面４２ａ、４２ｂを、固定接続端子５０の側面５２ａ、５２ｂと交互又は選択的に接触せしめ、マイクロマシンスイッチ１の接点を接続することができる。従って、可動接続端子４０の同一側面４２が固定接続端子５０の同一側面５２と接触する回数又は頻度を大きく低減することができる。例えば、単純な交互切換制御を実行した場合、接触回数は、１／２に半減するので、接点構成部材３、４、５の疲労破壊を防止し、マイクロマシンスイッチ１の寿命を延長することができる。
また、可動接続端子４０の両側の側面４２ａ、４２ｂを固定接続端子５０の両側の側面５２ａ、５２ｂと選択的に接触させ、しかも、複数の可動接続端子４０を設けたマイクロマシンスイッチ１では、接点数が倍増し、接触面積も大きく拡大することから、いずれかの端子４０、５０に異常又は不良が発生した場合であっても、他の端子４０、５０が正常に機能するので、マイクロマシンスイッチ１は、所望のスイッチング動作及び性能を維持する。従って、マイクロマシンスイッチ１の信頼性は、向上する。
更に、マイクロマシンスイッチ１を第１切換位置から初期位置又は第２切換位置に切り換える際、或いは、第２切換位置から初期位置又は第１切換位置に切り換える際、静電引力は、固定接続端子５０の側面５２に接触した可動接続端子４０の側面４２を側面５２から引き離すように作用する。従って、端子４０、５０のスティクション現象の発生を積極的に防止することができる。
図６は、上記マイクロマシンスイッチ１の変形例を示す平面図である。
図６に示すマイクロマシンスイッチ１は、中空円筒形の支持部材３を有し、静止ピン２の垂直軸部２１は、支持部材３の中心部に配置される。付勢手段６は、弾力的に変形可能な複数のリーフスプリングからなり、各リーフスプリングは、軸部２１から放射状に延び、軸部２１と支持部材３とを一体的に連結する。静止ピン２及び付勢手段６は、単結晶又は多結晶シリコンより成形される。
前述の如く、回路部９０（図３）の制御下にマイクロマシンスイッチ１を切換制御し、付勢手段６の弾性復元力に抗して第１切換位置又は第２切換位置のいずれかにマイクロマシンスイッチ１を切換えることにより、可動接続端子４０の側面４２は、固定接続端子５０の側面５２と交互又は選択的に接触する。
図７は、本発明の他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び側面図であり、図８及び図９は、マイクロマシンスイッチ１の作動態様を示す横断面図である。なお、図８には、マイクロマシンスイッチ１の第１切換位置が示され、図９には、マイクロマシンスイッチ１の第２切換位置が示されている。また、各図において、図１乃至図５に示す実施形態の各構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。
前述の実施形態のマイクロマシンスイッチ１が支持部材３の回転運動を用いた切換構造のものであったのに対し、本実施形態のマイクロマシンスイッチ１は、支持部材３の水平方向又は横方向の線型運動を用いた切換構造を有する。
マイクロマシンスイッチ１は、可動支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を備える。可動接続部４は、支持部材３の前後方向の移動に従って変位する複数の可動接続端子４０を有し、固定接続部５は、基板（図示せず）に固定された複数の固定接続端子５０を有する。可動接続端子４０は、支持部材３の往復動によって固定接続端子５０と接触し又は離間する。
支持部材３は、中心線Ｃ２に沿って延びる板体又は軸部材からなり、駆動部７の櫛形可動電極７０が支持部材３の両端に夫々連結される。各駆動部７は、櫛形可動電極７０、櫛形固定電極７１及びストッパ７２から構成され、各構成要素７０、７１、７２は、中心線Ｃ１、Ｃ２に対して線対称に配置される。可動電極７０の線型基部７４が、支持部材３の端部に一体的に連結され、支持部材３と直交する方向に延びる。多数の延長部７５が、基部７４の外側面に等間隔に配置され、中心線Ｃ２の方向に突出する。ストッパ７２は、基部７４の両端部に隣接して配置され、付勢手段６は、基部７４の両端部に接続される。付勢手段６は、支持部材３を弾力的に保持する弾性部材６０と、弾性部材６０を基板に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を線型基部７４の端面に係止したリーフスプリングからなり、支持部材３は、弾力的に変形可能な弾性部材６０によって、図７に示す初期位置に保持される。
基板に固定した固定電極７１の線型基部７７が、可動電極７１と対向する位置に配置され、多数の延長部７８が、基部７７の内側面に等間隔に配置される。延長部７８は、基部７７から可動電極７０に向かって突出し、延長部７５の間に延び、かくして、非接触状態の櫛形電極対が支持部材３の前後に形成される。
可動接続部４を構成する複数のアーム部４１が支持部材３の側面３２に固定され、中心線Ｃ１と平行に側面３２から外方に延びる。方形断面の可動接続端子４０が、各アーム部４１の外端部に固定され、各可動接続端子４０は夫々、対応する固定接続端子５０の凹所５１内に延入する。固定接続端子５０の側面５２が凹所５１内において可動接続端子４０の側面４２と対向し、側面４２と接触可能に位置決めされる。なお、図７に示す初期位置では、側面４２、５２は、離間している。
前述の如く、支持部材３は、常時は、弾性部材６０によって初期位置（図７）に保持され、櫛形可動電極７０の各部は、櫛形固定電極７１を構成する櫛形可動電極７０の各部から所定距離、例えば、２μｍの間隔を隔てた位置に配置される。外部電源より回路部（図示せず）を介してマイクロマシンスイッチ１に給電し、片側の可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、支持部材３は、中心線Ｃ２の方向に移動し、可動接続端子４０と固定接続端子５０とが接触する。
例えば、図８に示す如く、片側の可動電極７０ａ及び固定電極７１ａの間に電圧を印加すると、可動電極７０ａ及び固定電極７１ａは、静電引力によって互いに接近する。支持部材３、可動接続部４及び可動電極７０ｂは、可動電極７０ａの両端部がストッパ７２ａと衝合して移動を規制されるまで、可動電極７０ａと一体的に移動し、可動接続端子４０の側面４２ａは、固定接続端子５０の側面５２ａと接触する。
逆に、図９に示す如く、反対側の可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂの間に電圧を印加すると、可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂは、静電引力によって互いに接近する。支持部材３、可動接続部４及び可動電極７０ａは、可動電極７０ｂの両端部がストッパ７２ｂと衝合して移動を規制されるまで、可動電極７０ｂと一体的に移動し、可動接続端子４０の側面４２ｂは、固定接続端子５０の側面５２ｂと接触する。
従って、本実施形態のマイクロマシンスイッチ１によれば、前述の実施形態と同様、マイクロマシンスイッチ１の三次元構造を大きく拡大することなく、複数の端子４０、５０を平面的に分散配置することができる。しかも、回路部９０の制御下にマイクロマシンスイッチ１を切換制御し、可動電極７０ａ及び固定電極７１ａの間に電圧を印加する第１切換位置と、可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂの間に電圧を印加する第２切換位置とのいずれかにマイクロマシンスイッチ１を交互又は選択的に切換えることにより、可動接続端子４０の各側の側面４２ａ、４２ｂを固定接続端子５０の側面５２ａ、５２ｂと交互又は選択的に接触させ、マイクロマシンスイッチ１の接点を接続することができる。従って、可動接続端子４０の同一側面４２が固定接続端子５０の同一側面５２と接触する頻度を大きく低減し、これにより、接点構成部材３、４、５の疲労破壊を防止し、マイクロマシンスイッチ１の寿命を延長することができる。
また、複数の可動接続端子４０を設けることにより、接点数が増加し、接触面積も拡大するので、いずれかの端子４０、５０に異常又は不良が発生した場合であっても、他の端子４０、５０が正常に機能する。従って、マイクロマシンスイッチ１は、このような場合にも所望のスイッチング動作及び性能を維持するので、マイクロマシンスイッチ１の信頼性は、向上する。
更に、マイクロマシンスイッチ１を第１切換位置から初期位置又は第２切換位置に切り換える際、或いは、第２切換位置から初期位置又は第１切換位置に切り換える際、支持部材３は、接触状態の側面４２ａ、５２ａ又は側面４２ｂ、５２ｂを強制的に分離する。従って、端子４０、５０のスティクション現象を確実に防止することができる。
図１０及び図１１は、本発明の更に他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び斜視図であり、図１２及び図１３は、マイクロマシンスイッチのＩ−Ｉ線断面図及びＩＩ−ＩＩ線断面図である。各図において、図１〜図９に示す実施形態の各構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。
図１０〜図１４に示すマイクロマシンスイッチ１は、前述の実施例と同様、支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を有し、可動接続部４を平面内で所定方向に変位させるように構成される。マイクロマシンスイッチ１は更に、駆動部７の下側に配置された第２駆動部８（図１３）を有し、第２駆動部８は、可動接続部４を上下方向（鉛直方向）に変位させるように構成される。
図１０及び図１１を参照して、マイクロマシンスイッチ１の全体構成を説明する。
固定接続部５は、基板（図示せず）に固定された基台５５と、基台５５の上面に形成された一対の固定接続端子５０とを備える。固定接続端子５０は、所定間隔を隔てて離間した固定接点５０ａを有する。可動接続部４は、支持部材３の側面に固定された一対の可動接続端子４０を有し、可動接続端子４０は、接点５０ａと対向する位置に配置される。第１駆動部７を構成する線型基部７４が支持部材３の両端部に一体的に接続される。基部７４及び支持部材３は、中心線Ｃ２上に直列連結した一体的な軸部材を構成する。第１駆動部７は、櫛形可動電極７０及び櫛形固定電極７１から構成される。櫛形可動電極７０は、基部７４と、基部７４の両側に配置された延長部７５とを有し、櫛形固定電極７１は、線型基部７７と、基部７７の片側に配置された延長部７８とを有する。付勢手段６は、基部７４の端部に接続した弾性部材６０と、弾性部材６０を基板に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を線型基部７４の端面に係止したリーフスプリングからなる。支持部材３は、弾性部材６０によって、図１０及び図１１に示す初期位置に保持され、可動接続端子４０と接点５０ａとは、水平方向及び鉛直方向に距離を隔てた位置に保持される。
図１２及び図１３に示す如く、第２駆動部８は、４体の櫛形可動電極８１を有する。固定電極８１は、固定電極７１と同一の構造及び形状を有し、同一の平面位置に配置される。各固定電極８１は、線型基部８７及び延長部８８からなり、基部８７は、基板（図示せず）に固定される。絶縁層８９が基部７７、８７の間に介挿される。
図１４は、第１駆動部７及び第２駆動部８の相対的な位置関係及び作動原理を概略的に示す斜視図である。
図１４（Ａ）に示す初期位置において、可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、可動電極７０と固定電極７１との間に静電引力が発生する。可動電極７０は、固定電極７１に接近するように水平移動する。可動電極７０の水平移動に相応して弾性部材６０（図１０及び図１１）の弾性復元力が増大するので、可動電極７０の水平変位は、弾性部材６０によって制限され、図１４（Ｂ）に示す如く、所定位置で静止する。可動電極７０及び固定電極８１の間に更に電圧を印加すると、可動電極７０及び固定電極８１の間に静電引力が発生し、可動電極７０は、固定電極８１に接近するように鉛直方向に変位する。可動電極７０の鉛直変位に相応して弾性部材６０（図１０及び図１１）の弾性復元力が増大し、可動電極７０の鉛直変位は、弾性部材６０によって制限され、可動電極７０は、図１４（Ｃ）又は図１４（Ｄ）に示す如く、所定位置で静止する。
全ての固定電極８１及び可動電極７０の間に均一に電圧を印加した場合、可動電極７０を均一に下方変位させる静電引力が発生するので、可動電極７０は、図１４（Ｃ）に示す如く、全体的に鉛直変位する。これに対し、片側の固定電極８１及び可動電極７０の間にのみ電圧を印加すると、可動電極７０は、図１４（Ｄ）に示す如く、中心線Ｃ２を中心に回動する。
本実施形態のマイクロマシンスイッチ１では、スイッチＯＮ−ＯＦＦ時の動作は、次の通り設定される。
（１）スイッチＯＮ時
固定接続端子５の側に位置する固定電極７１（図１０において左側に示す固定電極７１）と、可動電極７０との間に電圧を印加し、可動接続端子４０を水平方向に変位させる。次いで、固定電極８１及び可動電極７０の間に電圧を印加し、可動接続端子４０を下方変位させる。
（２）スイッチＯＦＦ時
固定接続端子５と反対の側に位置する固定電極７１（図１０において右側に示す固定電極７１）と、可動電極７０との間に電圧を印加し、可動接続端子４０を水平方向に変位させる。固定電極８１及び可動電極７０の間の電圧を消勢し、弾性部材６０の反発力によって可動接続端子４０を上方変位させ、初期位置に復帰させる。
図１５は、マイクロマシンスイッチ１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図１５（Ａ）〜（Ｃ）には、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示す可動電極７０の変位に対応した可動接続端子４０の変位が示されている。
可動接続端子４０の可動接点４０ａと、固定接点５０ａとは、図１５（Ａ）に示す初期位置において、水平方向及び鉛直方向に距離Ｌ、Ｈを隔てて離間している。この状態では、接点４０ａ、５０ａは対面せず、従って、対面時の距離Ｈが比較的小さい寸法に設定されているにもかかわらず、十分な絶縁性を確保することができる。可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加し、図１４（Ｂ）に示すように可動電極７０を水平変位させると、可動接続端子４０は、水平距離Ｌだけ水平移動する。この結果、可動接続端子４０の先端下面に位置する可動接点４０ａは、固定接点５０ａの上方に移動し、図１５（Ｂ）に示すように固定接点５０ａと対面する。この状態では、接点４０ａ、５０ａは、鉛直方向の距離Ｈを隔てて離間している。
可動電極７０及び固定電極８１の間に更に電圧を印加し、図１４（Ｃ）に示すように可動電極７０を下方変位させると、可動接続端子４０は、下方変位する。この結果、可動接点４０ａは、図１５（Ｃ）に示すように固定接点５０ａと接触する。接点４０ａ、５０ａは、比較的小さい寸法（鉛直距離Ｈ）をだけ吸着時に変位するにすぎないことから、接点接触時の衝撃は、軽減する。
図１６は、可動接続端子４０の移動の態様を示す斜視図である。
図１６（Ａ）に示す初期位置において、可動接続端子４０は、固定接点５０ａから離間し、固定接続端子５０は、固定接点５０ａの離間によって導電経路を切断されている。可動接続端子４０は、図１６（Ｂ）に示すように固定接点５０ａの直上に水平移動した後、図１６（Ｃ）に示すように下方変位し、この結果、可動接点４０ａは固定接点５０ａと接触する。この結果、導電経路は、図１６（Ｃ）に仮想線で示す如く、閉成する。
閉成した導電経路を切断する場合、可動接続端子４０は、図１６（Ｂ）に破線の矢印で示すように水平移動した後、図１６（Ｃ）に破線の矢印で示すように上方変位する。可動接続端子４０の水平移動により、接点４０ａ、５０ａの界面に剪断力が作用する。これは、引き続く可動接続端子４０の上方変位による接点４０ａ、５０ａの分離を容易にする。
図１７は、マイクロマシンスイッチ１の斜視図であり、図１７（Ａ）〜（Ｃ）には、図１４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）に示す可動電極７０の変位に相応する可動接続端子４０の変位が示されている。
図１７（Ａ）に示す初期位置において、可動接続端子４０は、固定接点５０ａから離間し、固定接続端子５０は、固定接点５０ａの離間によって導電経路を切断されている。可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、可動接続端子４０は、図１７（Ｂ）に示すように固定接点５０ａの直上に水平移動する。固定接続端子５０の側に位置する２組の固定電極８１及び可動電極７０の間にのみ電圧を印加すると、可動電極７０は、図１７（Ｃ）に示す如く、中心線Ｃ２を中心に回動し、この結果、可動接点４０ａは固定接点５０ａに接触する。かくして、固定接続端子５０は閉成し、図１６（Ｃ）に仮想線で示す導電経路が形成される。
このような構成のマイクロマシンスイッチ１によれば、可動電極７０を水平方向及び鉛直方向（又は回転方向）の二方向に段階的に変位させる二層構造又は三次元構造の固定電極７１、８１を備える。従って、固定接点５０ａと可動接点４０ａとの間の距離を拡大することなく、接点開離時（スイッチＯＦＦ時）の絶縁性を確保することができる。
また、接触状態（スイッチＯＮ）の接点を開離する際、固定接点５０ａと可動接点４０ａとの界面に剪断力が作用するので、マイクロマシンスイッチ１は、比較的容易に接点開離動作を行うことができる。このような接点開離動作は又、スティクション現象又は接点溶着を防止する上で有効に働く。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
例えば、支持部材、可動接続端子及び固定接続端子の数、配置及び形状は、本発明に従って任意に設計変更することができる。
また、支持部材を駆動する駆動部の構造及び配置も又、本発明に従って任意に設計変更することが可能である。
更に、図１０〜図１７に示す実施形態において、可動電極７０を二方向（水平方向及び鉛直方向）に同時に変位させることも可能である。この場合、可動接点４０ａは、斜め下方又は斜め上方に変位する。但し、接点４０ａ、５０ａの界面に剪断力を作用せしめて、接点４０ａ、５０ａの分離を容易にするためには、接点開離時に可動電極７０を二方向に段階的に変位させることが望ましい。
図１及び図２は、本発明の好適な実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び側面図であり、図３は、図１及び図２に示すマイクロマシンスイッチの構造を示す縦断面図である。
マイクロマシンスイッチ１は、静止ピン２、可動支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を有する。可動接続部４は、静止ピン２を中心とした支持部材３の双方向の回転に従って双方向に変位する。固定接続部５は、基板９に固定された複数の固定接続端子５０を備える。可動接続部４は、複数の可動接続端子４０を備え、各可動接続端子４０は、静止ピン２を中心とした支持部材３の角度変化に相応して固定接続端子５０と接触し又は離間する。
静止ピン２は、基板９に固定された軸部２１と、軸部２１の頂部に配置された拡大ヘッド部２２とから構成される。軸部２１は、支持部材３の中心孔３１を垂直に貫通し、支持部材３を回転可能に支持する。
支持部材３は、軸部２１の軸芯を回転中心とした円形の平面輪郭を有する。複数のアーム部４１が支持部材３の外周面３２に固定され、外周面３２から径方向外方に延びる。各可動接続端子４０は、各アーム部４１の外端部に固定される。可動接続端子４０は、各アーム部４１の先端を拡大した形状及び寸法を有する。可動接続端子４０は夫々、対応する固定接続端子５０の凹所５１内に延入する。可動接続端子４０の左右の側面４２が、凹所５１内に位置する各固定接続端子５０の側面５２と接触可能に位置決めされる。図１には、側面４２、５２が離間した初期状態が示されている。
一対の付勢手段６が、支持部材３の両側に配置される。各付勢手段６は、支持部材３を初期位置（図１に示す位置）に弾力的に保持する弾性部材６０と、弾性部材６０を基板９に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を支持部材３の外周面３２に係止したリーフスプリングからなる。弾性部材６０は、支持部材３の中心に対して点対称の位置及び形状に配設され、支持部材３は、弾力的に変形可能な弾性部材６０によって、図１に示す初期位置に保持される。
一対の駆動部７が、支持部材３の前後に点対称に配置される。駆動部７は夫々、櫛形可動電極７０、櫛形固定電極７１及びストッパ７２から構成される。可動電極７０の線型基部７４が、支持部材３の外周面３２に固定される。線型基部７４は、支持部材３の径方向外方に直線的に延びる。多数の延長部７５が、基部７４に沿って等間隔に配置され、基部７４の両側に対称に突出する。各延長部７５は、支持部材３と同心状の円弧輪郭を有する。
基部７４の拡大外端部７６が、左右のストッパ７２の間に位置決めされる。各ストッパ７２は、基板９に固定され、支持部材３の回転時に外端部７６と衝合し、支持部材３の回転を規制する。
固定電極７１は、基板９に固定した線型基部７７を有し、線型基部７７は、可動電極７０の両側に対称に配置される。多数の延長部７８が、基部７７の片側に等間隔に配置され、基部７７から可動電極７０に向かって突出する。各延長部７８は、支持部材３と同心状の円弧輪郭を有する。延長部７５、７８は、支持部材３の径方向に交互に配置され、かくして、非接触状態の櫛形電極対が、基板９の平面と平行に支持部材３の前後に形成される。
マイクロマシンスイッチ１のＸＹ方向の中心線Ｃ１、Ｃ２は、支持部材３の回転中心において交差する。固定接続部５は、中心線Ｃ１、Ｃ２によって区分されるマイクロマシンスイッチ１の４つの領域に夫々配置される。固定接続部５は夫々、基板９に固定した固定接続パッド５５を備える。固定接続端子５０は、固定接続パッド５５から径方向内方に延出し、可動接続端子４０が延入する凹所５１を形成する。凹所５１内に位置する固定接続端子５０の側面５２は、支持部材３の回転時に可動接続端子４０の側面４２と接触する。
基板９は、例えば、厚さ０．５μｍの窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）の電気絶縁膜（図示せず）で表面を被覆した厚さ５００μｍのシリコン基板からなる。電気絶縁膜を酸化シリコン（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の他のセラミックス材料で形成しても良い。固定接続部５及び櫛形固定電極７１は、燐（Ｐ）をドーピングした多結晶シリコンからなり、ＣＶＤ法等による製膜工程や、フォトリソグラフィ（露光現像）工程等の如く、半導体製造工程と同様の工程を経て基板９上に成形される。固定接続部５及び櫛形固定電極７１の素材として、シリコン以外の導電性材料、例えば、銅、アルミニウム、金等を使用しても良く、また、導電性材料を固定接続部５及び櫛形固定電極７１の表面にコーティングしても良い。マイクロマシンスイッチ１の平面寸法（外形寸法）は、例えば、１ｍｍに設定され、マイクロマシンスイッチ１の高さ（厚さ）は、例えば、１０〜２５μｍに設定される。支持部材３、可動接続部４及び櫛形可動電極７０は、固定接続部５及び櫛形固定電極７１と実質的に同じ素材及び製造方法で成形される。
支持部材３は、静止ピン２に回転可能に支持され、可動接続部４及び櫛形可動電極７０は、支持部材３に支持され、いずれも基板９と非接触の状態で基板９上に懸架される。静止ピン２及び付勢手段６は、単結晶又は多結晶シリコンより成形される。
図３に示すように、基板９には、所定の電気配線パターンを有する回路部９０が形成される。回路部９０は、電気接続ピン９１及び導電手段９２を介して固定接続部５に通電可能に接続される。回路部９０は又、同様な電気接続ピン及び導電手段を介して可動接続部４に通電可能に接続される。なお、回路部９０と接続部４、５とを接続する手段として、他の通電手段又は給電手段（スルーホール接続等）を採用しても良い。
図４及び図５は、マイクロマシンスイッチ１の作動態様を示す横断面図である。図４には、マイクロマシンスイッチ１の第１切換位置が示され、図５には、マイクロマシンスイッチ１の第２切換位置が示されている。
前述の如く、支持部材３は、常時は、弾性部材６０によって初期位置（図１）に保持され、櫛形可動電極７０の各部は、櫛形固定電極７１を構成する左右一対の固定電極７１ａ、７１ｂから所定距離、例えば、２μｍの間隔を隔てた位置に配置される。外部電源より回路部９０を介してマイクロマシンスイッチ１に給電し、可動電極７０と固定電極７１ａとの間に電圧を印加すると、可動電極７０及び固定電極７１ａの間に静電引力が発生し、可動電極７０は、固定電極７１ａに引きつけられる。支持部材３は、図４に示す如く、可動電極７０に作用する静電引力によって静止ピン２を中心に回転し、可動電極７０は、固定電極７１ａと接近するように角度変化する。可動電極７０の拡大外端部７６は、可動電極７０及び固定電極７１ａが接触する前にストッパ７２ａと衝合して静止するので、可動電極７０及び固定電極７１ａの短絡は、確実に阻止される。支持部材３に一体的に形成された可動接続端子４０は、支持部材３と一緒に回転し、可動接続端子４０の側面４２ａは、支持部材３の回転停止時に固定接続端子５０の側面５２ａと接触する。側面４２ａ及び側面５２ａは、初期位置（図１）において略平行な状態で対向するように可動接続端子４０及び固定接続端子５０に形成されており、端子４０、５０の回転停止時に面接触する。
外部電源より回路部９０を介してマイクロマシンスイッチ１に給電して、可動電極７０と固定電極７１ｂとの間に電圧を印加すると、可動電極７０を固定電極７１ｂに引きつける静電引力が、可動電極７０及び固定電極７１ｂの間に発生し、支持部材３は、静止ピン２を中心に逆方向に回転する。可動電極７０は、図５に示す如く、可動電極７０及び固定電極７１ｂが接触する前に反対側のストッパ７２ｂと衝合して静止し、可動接続端子４０の反対側の側面４２ｂが、反対側の側面５２ｂと接触する。側面４２ｂ及び側面５２ｂも又、初期位置（図１）において略平行な状態で対向するように可動接続端子４０及び固定接続端子５０に形成されており、端子４０、５０の回転停止時に面接触する。可動電極７０及び固定電極７１ｂの短絡は、前述の如く、ストッパ７２ｂによって確実に阻止される。
このように構成されたマイクロマシンスイッチ１によれば、マイクロマシンスイッチ１の三次元構造を大きく拡大し又は大型化することなく、複数の端子４０、５０を平面的に分散配置することができる。しかも、回路部９０の制御下にマイクロマシンスイッチ１を第１切換位置又は第２切換位置に交互又は選択的に切換えることにより、可動接続端子４０の側面４２ａ、４２ｂを、固定接続端子５０の側面５２ａ、５２ｂと交互又は選択的に接触せしめ、マイクロマシンスイッチ１の接点を接続することができる。従って、可動接続端子４０の同一側面４２が固定接続端子５０の同一側面５２と接触する回数又は頻度を大きく低減することができる。例えば、単純な交互切換制御を実行した場合、接触回数は、１／２に半減するので、接点構成部材３、４、５の疲労破壊を防止し、マイクロマシンスイッチ１の寿命を延長することができる。
また、可動接続端子４０の両側の側面４２ａ、４２ｂを固定接続端子５０の両側の側面５２ａ、５２ｂと選択的に接触させ、しかも、複数の可動接続端子４０を設けたマイクロマシンスイッチ１では、接点数が倍増し、接触面積も大きく拡大することから、いずれかの端子４０、５０に異常又は不良が発生した場合であっても、他の端子４０、５０が正常に機能するので、マイクロマシンスイッチ１は、所望のスイッチング動作及び性能を維持する。従って、マイクロマシンスイッチ１の信頼性は、向上する。
更に、マイクロマシンスイッチ１を第１切換位置から初期位置又は第２切換位置に切り換える際、或いは、第２切換位置から初期位置又は第１切換位置に切り換える際、静電引力は、固定接続端子５０の側面５２に接触した可動接続端子４０の側面４２を側面５２から引き離すように作用する。従って、端子４０、５０のスティクション現象の発生を積極的に防止することができる。
図６は、上記マイクロマシンスイッチ１の変形例を示す平面図である。
図６に示すマイクロマシンスイッチ１は、中空円筒形の支持部材３を有し、静止ピン２の垂直軸部２１は、支持部材３の中心部に配置される。付勢手段６は、弾力的に変形可能な複数のリーフスプリングからなり、各リーフスプリングは、軸部２１から放射状に延び、軸部２１と支持部材３とを一体的に連結する。静止ピン２及び付勢手段６は、単結晶又は多結晶シリコンより成形される。
前述の如く、回路部９０（図３）の制御下にマイクロマシンスイッチ１を切換制御し、付勢手段６の弾性復元力に抗して第１切換位置又は第２切換位置のいずれかにマイクロマシンスイッチ１を切換えることにより、可動接続端子４０の側面４２は、固定接続端子５０の側面５２と交互又は選択的に接触する。
図７は、本発明の他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び側面図であり、図８及び図９は、マイクロマシンスイッチ１の作動態様を示す横断面図である。なお、図８には、マイクロマシンスイッチ１の第１切換位置が示され、図９には、マイクロマシンスイッチ１の第２切換位置が示されている。また、各図において、図１乃至図５に示す実施形態の各構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。
前述の実施形態のマイクロマシンスイッチ１が支持部材３の回転運動を用いた切換構造のものであったのに対し、本実施形態のマイクロマシンスイッチ１は、支持部材３の水平方向又は横方向の線型運動を用いた切換構造を有する。
マイクロマシンスイッチ１は、可動支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を備える。可動接続部４は、支持部材３の前後方向の移動に従って変位する複数の可動接続端子４０を有し、固定接続部５は、基板（図示せず）に固定された複数の固定接続端子５０を有する。可動接続端子４０は、支持部材３の往復動によって固定接続端子５０と接触し又は離間する。
支持部材３は、中心線Ｃ２に沿って延びる板体又は軸部材からなり、駆動部７の櫛形可動電極７０が支持部材３の両端に夫々連結される。各駆動部７は、櫛形可動電極７０、櫛形固定電極７１及びストッパ７２から構成され、各構成要素７０、７１、７２は、中心線Ｃ１、Ｃ２に対して線対称に配置される。可動電極７０の線型基部７４が、支持部材３の端部に一体的に連結され、支持部材３と直交する方向に延びる。多数の延長部７５が、基部７４の外側面に等間隔に配置され、中心線Ｃ２の方向に突出する。ストッパ７２は、基部７４の両端部に隣接して配置され、付勢手段６は、基部７４の両端部に接続される。付勢手段６は、支持部材３を弾力的に保持する弾性部材６０と、弾性部材６０を基板に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を線型基部７４の端面に係止したリーフスプリングからなり、支持部材３は、弾力的に変形可能な弾性部材６０によって、図７に示す初期位置に保持される。
基板に固定した固定電極７１の線型基部７７が、可動電極７１と対向する位置に配置され、多数の延長部７８が、基部７７の内側面に等間隔に配置される。延長部７８は、基部７７から可動電極７０に向かって突出し、延長部７５の間に延び、かくして、非接触状態の櫛形電極対が支持部材３の前後に形成される。
可動接続部４を構成する複数のアーム部４１が支持部材３の側面３２に固定され、中心線Ｃ１と平行に側面３２から外方に延びる。方形断面の可動接続端子４０が、各アーム部４１の外端部に固定され、各可動接続端子４０は夫々、対応する固定接続端子５０の凹所５１内に延入する。固定接続端子５０の側面５２が凹所５１内において可動接続端子４０の側面４２と対向し、側面４２と接触可能に位置決めされる。なお、図７に示す初期位置では、側面４２、５２は、離間している。
前述の如く、支持部材３は、常時は、弾性部材６０によって初期位置（図７）に保持され、櫛形可動電極７０の各部は、櫛形固定電極７１を構成する櫛形可動電極７０の各部から所定距離、例えば、２μｍの間隔を隔てた位置に配置される。外部電源より回路部（図示せず）を介してマイクロマシンスイッチ１に給電し、片側の可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、支持部材３は、中心線Ｃ２の方向に移動し、可動接続端子４０と固定接続端子５０とが接触する。
例えば、図８に示す如く、片側の可動電極７０ａ及び固定電極７１ａの間に電圧を印加すると、可動電極７０ａ及び固定電極７１ａは、静電引力によって互いに接近する。支持部材３、可動接続部４及び可動電極７０ｂは、可動電極７０ａの両端部がストッパ７２ａと衝合して移動を規制されるまで、可動電極７０ａと一体的に移動し、可動接続端子４０の側面４２ａは、固定接続端子５０の側面５２ａと接触する。
逆に、図９に示す如く、反対側の可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂの間に電圧を印加すると、可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂは、静電引力によって互いに接近する。支持部材３、可動接続部４及び可動電極７０ａは、可動電極７０ｂの両端部がストッパ７２ｂと衝合して移動を規制されるまで、可動電極７０ｂと一体的に移動し、可動接続端子４０の側面４２ｂは、固定接続端子５０の側面５２ｂと接触する。
従って、本実施形態のマイクロマシンスイッチ１によれば、前述の実施形態と同様、マイクロマシンスイッチ１の三次元構造を大きく拡大することなく、複数の端子４０、５０を平面的に分散配置することができる。しかも、回路部９０の制御下にマイクロマシンスイッチ１を切換制御し、可動電極７０ａ及び固定電極７１ａの間に電圧を印加する第１切換位置と、可動電極７０ｂ及び固定電極７１ｂの間に電圧を印加する第２切換位置とのいずれかにマイクロマシンスイッチ１を交互又は選択的に切換えることにより、可動接続端子４０の各側の側面４２ａ、４２ｂを固定接続端子５０の側面５２ａ、５２ｂと交互又は選択的に接触させ、マイクロマシンスイッチ１の接点を接続することができる。従って、可動接続端子４０の同一側面４２が固定接続端子５０の同一側面５２と接触する頻度を大きく低減し、これにより、接点構成部材３、４、５の疲労破壊を防止し、マイクロマシンスイッチ１の寿命を延長することができる。
また、複数の可動接続端子４０を設けることにより、接点数が増加し、接触面積も拡大するので、いずれかの端子４０、５０に異常又は不良が発生した場合であっても、他の端子４０、５０が正常に機能する。従って、マイクロマシンスイッチ１は、このような場合にも所望のスイッチング動作及び性能を維持するので、マイクロマシンスイッチ１の信頼性は、向上する。
更に、マイクロマシンスイッチ１を第１切換位置から初期位置又は第２切換位置に切り換える際、或いは、第２切換位置から初期位置又は第１切換位置に切り換える際、支持部材３は、接触状態の側面４２ａ、５２ａ又は側面４２ｂ、５２ｂを強制的に分離する。従って、端子４０、５０のスティクション現象を確実に防止することができる。
図１０及び図１１は、本発明の更に他の実施形態に係るマイクロマシンスイッチの構造を示す平面図及び斜視図であり、図１２及び図１３は、マイクロマシンスイッチのＩ−Ｉ線断面図及びＩＩ−ＩＩ線断面図である。各図において、図１〜図９に示す実施形態の各構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。
図１０〜図１４に示すマイクロマシンスイッチ１は、前述の実施例と同様、支持部材３、可動接続部４、固定接続部５、付勢手段６及び駆動部７を有し、可動接続部４を平面内で所定方向に変位させるように構成される。マイクロマシンスイッチ１は更に、駆動部７の下側に配置された第２駆動部８（図１３）を有し、第２駆動部８は、可動接続部４を上下方向（鉛直方向）に変位させるように構成される。
図１０及び図１１を参照して、マイクロマシンスイッチ１の全体構成を説明する。
固定接続部５は、基板（図示せず）に固定された基台５５と、基台５５の上面に形成された一対の固定接続端子５０とを備える。固定接続端子５０は、所定間隔を隔てて離間した固定接点５０ａを有する。可動接続部４は、支持部材３の側面に固定された一対の可動接続端子４０を有し、可動接続端子４０は、接点５０ａと対向する位置に配置される。第１駆動部７を構成する線型基部７４が支持部材３の両端部に一体的に接続される。基部７４及び支持部材３は、中心線Ｃ２上に直列連結した一体的な軸部材を構成する。第１駆動部７は、櫛形可動電極７０及び櫛形固定電極７１から構成される。櫛形可動電極７０は、基部７４と、基部７４の両側に配置された延長部７５とを有し、櫛形固定電極７１は、線型基部７７と、基部７７の片側に配置された延長部７８とを有する。付勢手段６は、基部７４の端部に接続した弾性部材６０と、弾性部材６０を基板に係留する係留部６１とから構成される。弾性部材６０は、一端を係留部６１に係止し、他端を線型基部７４の端面に係止したリーフスプリングからなる。支持部材３は、弾性部材６０によって、図１０及び図１１に示す初期位置に保持され、可動接続端子４０と接点５０ａとは、水平方向及び鉛直方向に距離を隔てた位置に保持される。
図１２及び図１３に示す如く、第２駆動部８は、４体の櫛形可動電極８１を有する。固定電極８１は、固定電極７１と同一の構造及び形状を有し、同一の平面位置に配置される。各固定電極８１は、線型基部８７及び延長部８８からなり、基部８７は、基板（図示せず）に固定される。絶縁層８９が基部７７、８７の間に介挿される。
図１４は、第１駆動部７及び第２駆動部８の相対的な位置関係及び作動原理を概略的に示す斜視図である。
図１４（Ａ）に示す初期位置において、可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、可動電極７０と固定電極７１との間に静電引力が発生する。可動電極７０は、固定電極７１に接近するように水平移動する。可動電極７０の水平移動に相応して弾性部材６０（図１０及び図１１）の弾性復元力が増大するので、可動電極７０の水平変位は、弾性部材６０によって制限され、図１４（Ｂ）に示す如く、所定位置で静止する。可動電極７０及び固定電極８１の間に更に電圧を印加すると、可動電極７０及び固定電極８１の間に静電引力が発生し、可動電極７０は、固定電極８１に接近するように鉛直方向に変位する。可動電極７０の鉛直変位に相応して弾性部材６０（図１０及び図１１）の弾性復元力が増大し、可動電極７０の鉛直変位は、弾性部材６０によって制限され、可動電極７０は、図１４（Ｃ）又は図１４（Ｄ）に示す如く、所定位置で静止する。
全ての固定電極８１及び可動電極７０の間に均一に電圧を印加した場合、可動電極７０を均一に下方変位させる静電引力が発生するので、可動電極７０は、図１４（Ｃ）に示す如く、全体的に鉛直変位する。これに対し、片側の固定電極８１及び可動電極７０の間にのみ電圧を印加すると、可動電極７０は、図１４（Ｄ）に示す如く、中心線Ｃ２を中心に回動する。
本実施形態のマイクロマシンスイッチ１では、スイッチＯＮ−ＯＦＦ時の動作は、次の通り設定される。
（１）スイッチＯＮ時
固定接続端子５の側に位置する固定電極７１（図１０において左側に示す固定電極７１）と、可動電極７０との間に電圧を印加し、可動接続端子４０を水平方向に変位させる。次いで、固定電極８１及び可動電極７０の間に電圧を印加し、可動接続端子４０を下方変位させる。
（２）スイッチＯＦＦ時
固定接続端子５と反対の側に位置する固定電極７１（図１０において右側に示す固定電極７１）と、可動電極７０との間に電圧を印加し、可動接続端子４０を水平方向に変位させる。固定電極８１及び可動電極７０の間の電圧を消勢し、弾性部材６０の反発力によって可動接続端子４０を上方変位させ、初期位置に復帰させる。
図１５は、マイクロマシンスイッチ１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図１５（Ａ）〜（Ｃ）には、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示す可動電極７０の変位に対応した可動接続端子４０の変位が示されている。
可動接続端子４０の可動接点４０ａと、固定接点５０ａとは、図１５（Ａ）に示す初期位置において、水平方向及び鉛直方向に距離Ｌ、Ｈを隔てて離間している。この状態では、接点４０ａ、５０ａは対面せず、従って、対面時の距離Ｈが比較的小さい寸法に設定されているにもかかわらず、十分な絶縁性を確保することができる。可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加し、図１４（Ｂ）に示すように可動電極７０を水平変位させると、可動接続端子４０は、水平距離Ｌだけ水平移動する。この結果、可動接続端子４０の先端下面に位置する可動接点４０ａは、固定接点５０ａの上方に移動し、図１５（Ｂ）に示すように固定接点５０ａと対面する。この状態では、接点４０ａ、５０ａは、鉛直方向の距離Ｈを隔てて離間している。
可動電極７０及び固定電極８１の間に更に電圧を印加し、図１４（Ｃ）に示すように可動電極７０を下方変位させると、可動接続端子４０は、下方変位する。この結果、可動接点４０ａは、図１５（Ｃ）に示すように固定接点５０ａと接触する。接点４０ａ、５０ａは、比較的小さい寸法（鉛直距離Ｈ）をだけ吸着時に変位するにすぎないことから、接点接触時の衝撃は、軽減する。
図１６は、可動接続端子４０の移動の態様を示す斜視図である。
図１６（Ａ）に示す初期位置において、可動接続端子４０は、固定接点５０ａから離間し、固定接続端子５０は、固定接点５０ａの離間によって導電経路を切断されている。可動接続端子４０は、図１６（Ｂ）に示すように固定接点５０ａの直上に水平移動した後、図１６（Ｃ）に示すように下方変位し、この結果、可動接点４０ａは固定接点５０ａと接触する。この結果、導電経路は、図１６（Ｃ）に仮想線で示す如く、閉成する。
閉成した導電経路を切断する場合、可動接続端子４０は、図１６（Ｂ）に破線の矢印で示すように水平移動した後、図１６（Ｃ）に破線の矢印で示すように上方変位する。可動接続端子４０の水平移動により、接点４０ａ、５０ａの界面に剪断力が作用する。これは、引き続く可動接続端子４０の上方変位による接点４０ａ、５０ａの分離を容易にする。
図１７は、マイクロマシンスイッチ１の斜視図であり、図１７（Ａ）〜（Ｃ）には、図１４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）に示す可動電極７０の変位に相応する可動接続端子４０の変位が示されている。
図１７（Ａ）に示す初期位置において、可動接続端子４０は、固定接点５０ａから離間し、固定接続端子５０は、固定接点５０ａの離間によって導電経路を切断されている。可動電極７０及び固定電極７１の間に電圧を印加すると、可動接続端子４０は、図１７（Ｂ）に示すように固定接点５０ａの直上に水平移動する。固定接続端子５０の側に位置する２組の固定電極８１及び可動電極７０の間にのみ電圧を印加すると、可動電極７０は、図１７（Ｃ）に示す如く、中心線Ｃ２を中心に回動し、この結果、可動接点４０ａは固定接点５０ａに接触する。かくして、固定接続端子５０は閉成し、図１６（Ｃ）に仮想線で示す導電経路が形成される。
このような構成のマイクロマシンスイッチ１によれば、可動電極７０を水平方向及び鉛直方向（又は回転方向）の二方向に段階的に変位させる二層構造又は三次元構造の固定電極７１、８１を備える。従って、固定接点５０ａと可動接点４０ａとの間の距離を拡大することなく、接点開離時（スイッチＯＦＦ時）の絶縁性を確保することができる。
また、接触状態（スイッチＯＮ）の接点を開離する際、固定接点５０ａと可動接点４０ａとの界面に剪断力が作用するので、マイクロマシンスイッチ１は、比較的容易に接点開離動作を行うことができる。このような接点開離動作は又、スティクション現象又は接点溶着を防止する上で有効に働く。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
例えば、支持部材、可動接続端子及び固定接続端子の数、配置及び形状は、本発明に従って任意に設計変更することができる。
また、支持部材を駆動する駆動部の構造及び配置も又、本発明に従って任意に設計変更することが可能である。
更に、図１０〜図１７に示す実施形態において、可動電極７０を二方向（水平方向及び鉛直方向）に同時に変位させることも可能である。この場合、可動接点４０ａは、斜め下方又は斜め上方に変位する。但し、接点４０ａ、５０ａの界面に剪断力を作用せしめて、接点４０ａ、５０ａの分離を容易にするためには、接点開離時に可動電極７０を二方向に段階的に変位させることが望ましい。
本発明のマイクロマシンスイッチは、ＤＣレベルから数十ギガヘルツに至る広範な信号周波数に適応するマイクロマシンスイッチとして使用される。殊に、本発明は、高い信頼性、低電力消費、低動作電圧、省スペース性、効率的スイッチング等を要求されるマイクロマシンスイッチ、例えば、携帯電話のＲＦフロントエンド・チップのゲイン・コントロールや、送受信モード間又はバンド間のスイッチング等に利用可能なマイクロマシンスイッチに好ましく適用し得る。
Claims (18)
- 基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記固定接続端子及び可動接続端子は、前記基板の平面と実質的に平行な方向に離間し、前記可動接続端子は、この方向の前記支持部材の変位によって前記固定端子と接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 - 複数の前記固定接続端子が前記基板に固定され、各固定接続端子と接触可能な複数の前記可動接続端子が、前記支持部材の変位に従って所定の固定接続端子と接触するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記可動接続端子は、前記固定接続端子の間に位置決めされ、前記支持部材の双方向の変位によって両側の固定接続端子と選択的に接触するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記支持部材を初期位置に保持する付勢手段を有し、前記支持部材は、静電気力の作用により、前記付勢手段の保持力に抗して変位し、静電気力の解放時に付勢手段の復元力によって初期位置に復帰することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載されたマイクロマシンスイッチ。
- 電圧を印加することにより静電引力を発生させる固定電極及び可動電極を有し、該可動電極は、前記支持部材に一体的に連結され、前記静電引力の発生時に前記固定電極に接近し、前記支持部材を前記方向に変位させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載されたマイクロマシンスイッチ。
- 複数の前記固定電極が、前記可動電極を双方向に変位させるように前記基板に配置されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記固定電極に対する前記可動電極の接近を制限するストッパを有することを特徴とする請求項６に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記支持部材は、双方向に回転可能に前記基板上に配置され、前記可動接続端子は、前記支持部材の外周部から径方向外方に突出する突出部材に取付けられ、前記可動接続端子の各側の面が前記固定接続端子に選択的に接触するように配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記支持部材は、双方向に線型運動可能に前記基板上に配置され、前記可動接続端子は、前記支持部材の側方に突出する突出部材に取付けられ、前記可動接続端子の各側の面が前記固定接続端子に選択的に接触するように配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
複数の前記固定接続端子が前記基板に固定され、各固定接続端子と接触可能な複数の前記可動接続端子が、前記支持部材の変位に従って所定の固定接続端子と同時に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 - 基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子は、前記固定接続端子の間に位置決めされ、前記支持部材の双方向の変位によって両側の固定接続端子と選択的に接触するように配置されることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 - 可動接続端子が点対称又は線対称の形状を有することを特徴とする請求項１、１０又は１１に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記可動接続端子及び前記固定接続端子が全体的に点対称又は線対称の形状を有することを特徴とする請求項１、１０又は１１に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記可動接続端子、前記支持部材及び前記固定接続端子が全体的に点対称又は線対称の形状を有することを特徴とする請求項１、１０又は１１に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 基板に固定した固定接続端子と、固定接続端子と接触可能な可動接続端子とを有し、該可動接続端子の支持部材に作用する駆動力によって該支持部材を変位させ、前記固定接続端子及び可動接続端子を接触又は離間させるように構成されたマイクロマシンスイッチにおいて、
前記可動接続端子を段階的又は同時に二方向に変位させて前記固定接続端子に接触させる駆動手段を備えたことを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 - 前記駆動手段は、接点開離時に初期的に前記可動接続端子を第１方向に変位させ、該可動接続端子と前記固定接続端子との接触部に剪断力を与えることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記第１方向は、水平方向に設定され、前記第２方向は、鉛直方向、或いは、水平軸線廻りの回転方向に設定され、前記駆動手段は、電圧を印加することにより静電引力を発生させる可動電極と二層構造の固定電極とを有し、該固定電極は、前記可動電極から水平方向に離間した第１固定電極と、第１固定電極の下側に配置された第２固定電極とから構成されることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロマシンスイッチ。
- 前記支持部材を初期位置に保持する付勢手段を有し、前記支持部材は、前記駆動手段が発生させる静電気力の作用により、前記付勢手段の保持力に抗して変位し、前記静電気力の解放時に前記付勢手段の復元力によって初期位置に復帰することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載されたマイクロマシンスイッチ。
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