WO2023199953A1 - 接続装置 - Google Patents

Abstract

スイッチやコネクタ等の接続装置及びその接点に大電流を効率よく送電すること。　実施形態の液体金属スイッチは、ベース電極１１に溶着したメッシュ状焼結金属に対して液体金属が含浸されて構成される液体金属含浸焼結金属１２と、表面が液体金属コーティング１３されて濡れた状態のマイクロニードル１４ａが、ベース電極１１と対向する面に配列されて構成されるマイクロニードル電極１４とを備える。この液体金属スイッチは、ベース電極１１の液体金属含浸焼結金属１２に対して、マイクロニードル電極１４の液体金属コーティング１３が施されたマイクロニードル１４ａが挿抜されることで、接点がＯｎ／Ｏｆｆする。

Description

接続装置

　本発明は、接続装置に関する。

　脱炭素化社会においては、風力発電、太陽光発電が使用され、これらのエネルギーを用いてグリーン水素製造も行われようとしている。さらに、ＥＶやドローンが動き回ろうとしている。このような一連の流れにおいて、大電流を扱う必要性が増大してきている。特に、大電流対応のスイッチは必要性が叫ばれている。

特開２０１８－１５６８７０号公報 特開２０１０－２１８９７８号公報 特開２００７－２８６３８２号公報 特開２００６－３４４８６４号公報 特開昭４７－２７６０９号公報 特開昭５０－６９５５６号公報

　しかしながら、現状を鑑みると、大電流制御に使用しているスイッチには、多くの問題点がある。
　上記の特許文献１では、低融点金属を一方の電極に塗布し、他方に針状電極を刺しているが、低融点金属と電極間の酸化膜の除去については触れられていない。さらに、針状電極は金属のままであり、表面に低融点金属を塗布していない。さらに、低融点金属に圧力を掛けるか一時的に溶かして使用するものであり、基本は固体として使用している。液体金属を固定する手段は有していない。
　上記の特許文献２では、液体金属を貯めた２つのタンク内に電極線を挿抜することで、Ｏｎ／Ｏｆｆを可能にしている。挿抜する電極線に、液体金属を積極的に塗布しておらず、接触時にも酸化膜障壁が介在する。液体金属をタンク内に納めているだけであり、逆さまにすると漏れ出てしまう。さらに、タンク内壁には液体金属が濡れやすい表面部を配設しており、液体金属元素の拡散は配慮されていない。
　上記の特許文献３、４、５は、液体金属をチャネル内移動させることにより、液体金属リレーを製作している。これらに記載の技術では、流路と液体金属の濡れ性の問題が有り、確実にＯｆｆすることができない。
　上記の特許文献６は、リードスイッチに適用した場合であり、ガラス容器内に収められた電極に液体金属を塗布して、酸素を遮断して使用するものである。

　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、大電流を効率よく送電することができるようにすることを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様の接続装置は、
　ベース電極と、
　前記ベース電極に溶着したメッシュ状焼結金属に対して液体金属が含浸されて構成される液体金属含浸焼結金属と、
　表面が液体金属がコーティングされて濡れた状態のマイクロニードルが、前記ベース電極と対向する面に配列されて構成されるマイクロニードル電極と、
　を備え、
　前記液体金属含浸焼結金属に対して、前記マイクロニードルが挿抜されることで、接点がＯｎ／Ｏｆｆする。

　本発明によれば、大電流を効率よく送電することができる。

金属接点の課題（１）を示す図である。 金属接点の課題（２）を示す図である。 半導体スイッチの問題点を示す図である。 本発明に係る接続装置の第１実施形態の液体金属スイッチの電極構造を示す図である。 Ｃｕ，Ｎｉに対するＧａ，Ｉｎ，Ｓｎの拡散係数を示す図である。 銅電極を液体金属で濡らしたものを対向させた電極対の電極構造で拡散が進む様子を示す図である。 図６の電極対における元素の拡散を防止する電極構造の例を示す図である。 本発明に係る接続装置の第２実施形態の液体金属スイッチの電極構造を示す図である。 本発明に係る接続装置の第３実施形態の液体金属スイッチを示す図である。 図９の液体金属スイッチの副電極を示す斜視図である。 本発明に係る接続装置の第４実施形態の液体金属リレーを示す図である。 本発明に係る接続装置の第５実施形態の液体金属スイッチを示す図である。 図１２の液体金属スイッチの耐久試験結果を示す図である。 液体金属を用いた回転機構（１）の一例を示す図である。 液体金属を用いた回転機構（２）の一例を示す図である。 本発明に係る接続装置の第６実施形態の液体金属リレーを示す図である。 図１７ＢのＢ－Ｂ’断面図である。 本発明に係る接続装置の第７実施形態の液体金属ラッチングリレーの側面図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
　まず、図１乃至図３を参照して、剛体電極や液体金属のみを用いた接点構造の課題を説明する。
　図１は、剛体金属どうしを接点として利用する接点構造を示す図である。
　図１に示すように、剛体金属の電極表面を、近年の加工技術を駆使して平坦化したとしても、ミクロに見れば凹凸が存在し、部分的に接触されているだけであり、接触抵抗値が下げ止まる。電極は剛体なので、押圧力を加えても容易に変形しない。
　接触界面が存在し、電極表面には酸化膜が形成されている。この酸化膜の存在も接触抵抗低減の妨げになる。

　ねじ止めや圧着により、大きな押圧力を加えると、電極材料が銅の場合には表面が変形して接触抵抗は低下する。ねじ止め端子や圧着端子ならばそれで良いが、スイッチの様に瞬時にＯｎ／Ｏｆｆする必要がある金属接点には、ネジや圧着が使用できず接触抵抗が下げ止まっているのが現状である。このような低接触圧力で、酸化膜も介在し、接点抵抗が下げ止まっている部位に大電流を流すと、発熱し溶着等を起こしてスイッチとしての働きをしなくなる。

　ネジや圧着により圧力を加えた状態でも接触界面は残るため、酸素や水分等が侵入して、長期的には接触抵抗が増大する。このため、圧着後にレジン等で包むことも行われる。
　このように金属接点においては、接点の酸化が課題となる。

　さらに、図２を参照して、金属接点のもう１つの課題について説明する。
　図２は、金属接点の課題を示す図である。
　図２に示すように、Ｏｎ／Ｏｆｆをする度にアーク放電が伴うことである。スイッチに掛かる電圧が高い程、ダメージを受ける。アーク放電が起きると、電極表面が溶融し、凹凸ができる。このため、接触面積が減少し、大電流送電時に発熱してしまう。場合によっては溶着してしまう可能性もある。このように金属接点には、Ｏｎ／Ｏｆｆのたびに発生するアーク放電により接点が溶着するという課題がある。

　これを避けるために、電極の接触部は丸くしてあり、接触圧力が高くなるようにしている。さらに、ソレノイドの力を強くして電極自体をハンマーとして用い、凹凸を平坦化しようとしている。ソレノイドには、Ｏｎ時でも圧力を得るために常に電流を流しており、エネルギー効率が低くなる。

　スイッチには、リレーという機械的方法以外に半導体を用いた方式がある。
　図３は、ＭＯＳＦＥＴの断面図を示す図である。ＭＯＳＦＥＴは、縦型の半導体であり、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）が良く用いられている。ＭＯＳＦＥＴは、高速応答性できるため、インバータ等に使用されており、リレーがとって代わることはできない。しかし、ＭＯＳＦＥＴは、半導体であるため、Ｏｎ時でも抵抗値が十分に下げられず、ＳｉＣ素子の場合には１０ｍΩ程度になる。さらに、Ｏｎ時抵抗を下げると耐圧が下がってしまう問題がある。

　インバータにＭＯＳＦＥＴを使用する場合には、ＭＯＳＦＥＴを放熱するためにヒートシンク等の冷却部品を取り付けて強制的に冷却して使用する。しかし、低速スイッチングしか求められない用途では、液体金属スイッチは、低抵抗・低発熱化ができるため、冷却部品を用いることなく使用することができる。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　まず、図４を参照して本発明に係る接続装置の第１実施形態について説明する。
　図４は、本発明に係る接続装置の第１実施形態の液体金属スイッチの電極構造を示す図である。
　具体的には、第１実施形態の液体金属スイッチは、液体金属を含浸させたメッシュ状焼結金属をベース電極に用いた大電流送電用のスイッチである。
　図４に示すように、第１実施形態の液体金属スイッチは、ベース電極１１と、ベース電極１１の表面に配置された液体金属含浸焼結金属１２と、ベース電極１１と対向配置されたマイクロニードル電極１４とを備える。

　液体金属含浸焼結金属１２は、ベース電極１１に溶着したメッシュ状焼結金属に対して液体金属が含浸されて構成されている。液体金属含浸焼結金属１２のうちメッシュ状焼結金属中の金属繊維は、含浸された液体金属がなじんだ状態（濡れた状態）とされている。
　マイクロニードル電極１４は、ベース電極１１と対向する面を有しており、その面に多数のマイクロニードル１４ａが配列されて構成されている。マイクロニードル１４ａは、その表面が濡れた状態が維持されるよう液体金属コーティング１３が施されている。
　マイクロニードル電極１４と液体金属含浸焼結金属１２との間の空間は、不活性ガス１５が充填されている。これにより、液体金属の酸化を防止することができる。
　なお、不活性ガス１５の流出対策としては、ベース電極１１とマイクロニードル電極１４を含む電極構造全体を、例えば図１１や図１６に示すカバー６１、１１５等で密閉するものとする。

　第１実施形態の液体金属スイッチでは、対向するベース電極１１と液体金属含浸焼結金属１２とを接近させることで、液体金属含浸焼結金属１２にマイクロニードル１４ａが刺さり接点がＯｎする。また、ベース電極１１と液体金属含浸焼結金属１２とを離間させることで、液体金属含浸焼結金属１２に刺さっていたマイクロニードル１４ａが液体金属含浸焼結金属１２から抜けることで、接点がＯｆｆする。
　即ち、ベース電極１１の液体金属含浸焼結金属１２に対して、マイクロニードル電極１４の液体金属コーティング１３が施されたマイクロニードル１４ａが挿抜されることで、接点がＯｎ／Ｏｆｆする。

　ベース電極１１には銅が用いられている。ベース電極１１の表面には、銅の金属繊維をメッシュ状にした焼結金属（以下これを「メッシュ状焼結金属」と称す）を溶着して焼結金属層を形成している。
　焼結金属層を構成するメッシュ状焼結金属には、液体金属が含浸されている。液体金属としては、例えばガリウム（６８％）・インジウム（２２％）・スズ（１０％）の共晶合金（ガリンスタン）が用いられている。ガリンスタンの融点は－１９度Ｃであるため、通常の使用温度（常温）において、液体の状態が維持される。常温とは、例えば２０度Ｃ±１５度Ｃ（５度Ｃ～３５度Ｃ）を言う。液体金属は、温度によって状態が変化するため、この表記以外に低融点金属という言い方もできる。
　このように銅のメッシュ状焼結金属に液体金属を含浸させることで、メッシュ状焼結金属の金属繊維自体が液体の状態の液体金属になじんだ状態（濡れた状態）が維持される。

　ガリンスタンの導電率は低く、銅の５．９％しかない。このため、銅メッシュを用いた焼結金属に濡らして一体化させることにより、導電率の低下をカバーしている。

　また、ガリンスタンの構成元素の毒性は低く、沸点は１３００℃以上であり、加熱して撒き散らかされることがなく、取り扱いが容易である。なお、この他、液体金属の一つである水銀等も使用可能でるが、沸点が３５６．７℃と低く、加熱により容易に揮発し、さらに毒性があるため、取り扱いには十分注意する必要がある。

　ベース電極１１（固定電極）に対向する可動電極には、マイクロニードル１４ａを配列させたマイクロニードル電極１４を使用している。
　マイクロニードル電極１４にも、液体金属コーティング１３を施すことで液体金属をなじませ（濡らし）てある。
　ここで、なじませる（濡らす）という表現は、金属表面の酸化膜を除去して液体金属と下地金属が直接接触していることであり、液体金属を構成する元素が下地金属内に拡散している状態を言う。このため、酸化膜障壁の無い接点どうしの接続と切り離しができ、液体金属を流体として用いるスイッチに比べて歯切れのよいスイッチング動作が可能である。

　マイクロニードル電極１４をベース電極１１に近接させると、マイクロニードル１４ａが液体金属含浸焼結金属１２に刺さり、メッシュ状焼結金属に含浸されている液体金属とマイクロニードル１４ａの液体金属が混ざり合うため、接触界面の無い接続が可能になる。マイクロニードル１４ａが液体金属含浸焼結金属１２に刺さる部位を接点という。

　第１実施形態の液体金属スイッチの電極構造においても、接点にアーク放電は発生する。アーク放電は、マイクロニードル１４ａの先端部も電流の通り道になるが、先端部は液体金属（ガリンスタン）でカバーされているため、アークにより液体金属が飛び散るものの、マイクロニードル電極１４及び液体金属含浸焼結金属１２が周辺にあるため、再付着する。一部は、電極対の外に放出されるがごく微量である。

　マイクロニードル１４ａ自体は、液体金属が防護しているため、アーク放電によって溶けたり、欠損したりすることはない。

　但し、多数回のマイクロニードル１４ａの焼結金属内への挿抜により、空気中の酸素が混入して、液体金属の酸化が促進される。通常は、液体金属の酸化膜が、液体金属のさらなる酸化を防止しているが、マイクロニードル１４ａの挿抜を繰り返すと、酸化膜が破れて液体金属内に拡散し、いずれは全体の酸化が進んでしまう。これを防止するために、電極部には不活性ガス１５を充満させておく。

　次に、図５を参照して、図４の電極構造を持つ液体金属スイッチ等の接続装置を具現化するためのいくつかの課題の解決方法を説明する。
　図５は、Ｃｕ，Ｎｉに対するＧａ，Ｉｎ，Ｓｎの拡散係数を示す図である。
　接続装置の第１の課題（１）は、銅製の電極材中に液体金属の構成元素が拡散することである。
　液体金属は、ガリウム（６８％）・インジウム（２２％）・スズ（１０％）の共晶合金の時、融点が低く液体となっている。

　銅電極中へのＧａ、Ｉｎ、Ｓｎの拡散速度は、図５に示すように、ほぼ一致しているが異なる。このため共晶合金としての組成比が狂い、融点が高くなって固体化または半固体化する。

　一方、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのニッケル中の拡散係数も図５に示されており、銅に比して約３桁小さい。このため、Ｎｉ薄膜を銅電極上にメッキすることで拡散防止層として働かせることができる。拡散防止層としてのＮｉ膜の厚さは、１～２０μｍ厚とする。但し、Ｎｉに対して液体金属は濡れ性を示さないため、Ｎｉ拡散防止膜の上に、銅を薄くメッキしておく。薄くても濡れ性を示すが、体積が小さいため拡散による問題はない。さらに、厚さは１０ｎｍ～１μｍ程度で済む。

　図６は、銅電極を液体金属で濡らしたものを対向させた電極対の電極構造で拡散が進む様子を示す図である。
　図６に示すように、銅電極２１を液体金属２２で濡らしたものを対向させて電極対として、放置したり、加熱したりすると、元素の拡散が進む。
　元素の拡散により共晶合金の組成が狂うため、析出して固体又は半固体の塊２３が発生する。このような塊２３が発生した電極構造をコネクタに用いた場合には銅電極２１が抜け難くなる。また、この電極構造を回転機構に使用した場合には、回転が妨げられる。これが第１の課題（１）となる。

　ここで、図７を参照して第１の課題（１）を解決する例を説明する。
　図７は、図６の電極対における元素の拡散を防止する電極構造の例を示す図である。
　図７に示すように、銅電極２１どうしの表面の夫々には、拡散防止層２５が配設されている。拡散防止層２５の厚さは１μｍ～２０μｍとされている。
　夫々の拡散防止層２５の上には、拡散層２４が配設されている。拡散層２４の厚さは、１０ｎｍ～１μｍとされている。これら拡散層２４と拡散防止層２５とで多層膜が形成される。

　この電極対の電極構造の場合、銅電極表面の酸化膜等を除去してからＮｉメッキを行い、さらにＣｕメッキを薄く行うことで、濡れ性が確保でき、かつ元素の拡散を防止することができる。
　ここで示した電極対の多層膜の構造を、例えば図４に示したマイクロニードルと焼結金属を用いた接点に用いる場合、図４のマイクロニードル１４ａに図７の多層メッキを行い、図４のベース電極１１の表面に図７の多層メッキを施す。なお、ベース電極１１に固定しているメッシュ状焼結金属自体に多層メッキを薄く施してもよい。

　このようにこの電極構造によれば、電極対を構成する夫々の電極に対して、拡散層２４と拡散防止層２５とからなる多層膜を形成することで、液体金属の構成元素が電極内に拡散することを防止することができる。

　次に、第２の課題（２）の解決方法について説明する。
　第２の課題（２）は、マイクロニードルと液体金属含浸焼結金属の電極対を空気中で使用する場合の電極表面の酸化である。
　上述したように、空気中で何度もマイクロニードルの挿抜を繰り返すと、酸化膜が液体金属中に拡散して蓄積し、粘性が増大すると共に導電性も低下する。

　そこで、図８を参照して、第２の課題（２）を解決する第２実施形態の接続装置について説明する。
　図８は、本発明に係る接続装置の第２実施形態の液体金属スイッチの電極構造を示す図である。第２実施形態の液体金属スイッチは、大気中で利用可能な液体金属接点を備えるスイッチである。なお、図８の液体金属スイッチにおいて、図４に示した液体金属スイッチと同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

　具体的に、第２実施形態の液体金属スイッチは、図８に示すように、液体金属含浸焼結金属１２の上にシリコンオイル１８等の酸化防止用のオイル層がコーティング（被膜）されている。オイル層としては、シリコンオイル１８の他、粘性の強いシリコングリース等を用いることができる。
　シリコングリースは、シリコンオイル１８と比較して揮発し難いため、オイル層の被膜状態を長期にわたり維持することができる。またシリコングリースは、粘性が強いため流れ出ることも少ない。

　なお、この第２実施形態の場合、シリコンオイル１８を被膜することで、電極表面の酸化を防止できるため、図４のような不活性ガス１５を封入する必要はなく、マイクロニードル電極１４のマイクロニードル１４ａと液体金属含浸焼結金属１２との間の空間は、空気１７としてよい。空間に不活性ガス１５を封入してもよい。

　このように構成された第２実施形態の液体金属スイッチにおいて、マイクロニードル１４ａを液体金属含浸焼結金属１２に挿抜することで、マイクロニードル１４ａ自体にもシリコンオイル１８等がコーティングされる。シリコンオイル１８があっても、マイクロニードル１４ａの付け根部にスペースがあれば、両電極の接触を妨げない。しかし、電極にシリコンオイル１８が被膜されているため、空気の混入は妨げられる。シリコンオイル１８が液体金属中多少混入することがあっても、液体金属の性質を変化させるものでないため問題は生じない。
　即ち、この液体金属スイッチによれば、電極表面の酸化を防止することができる液体金属スイッチを提供することができる。

　なお、マイクロニードル１４ａの先端でアーク放電が発生した場合は、シリコンオイル１８が劣化するため、放電加工用のオイルを使用することがよい。

　ここで、図９及び図１０を参照して、本発明に係る接続装置の第３実施形態を説明する。
　図９は、本発明に係る接続装置の第３実施形態の液体金属スイッチを示す図である。図１０は、図９の液体金属スイッチの副電極を示す斜視図である。
　第３実施形態の液体金属スイッチは、アーク放電対策のための副電極を備える電極構造を備える。

　具体的に、第３実施形態の液体金属スイッチは、図９に示すように、液体金属含浸焼結金属３１が固定されたブロック電極３３（ベース電極）と、マイクロニードル３２が配設されたシーソーバー側電極３４（マイクロニードル電極）とを対向配置して構成されている。液体金属含浸焼結金属３１は、上述した液体金属含浸焼結金属１２（図４、図８参照）と同じものである。マイクロニードル３２は、上述したマイクロニードル１４ａ（図４、図８参照）と同じものである。

　ブロック電極３３には、副電極３５Ａが配設されている。シーソーバー側電極３４には、副電極３５Ｂが配設されている。これら副電極３５Ａ、３５Ｂに対して、ブロック電極３３とマイクロニードル３２を主電極と呼ぶ場合がある。
　上述したように、主電極どうしを接近させると、アーク放電が発生するが、これを解消するためにこの液体金属スイッチでは、主電極よりも先に接近するように主電極の夫々に副電極３５Ａ、３５Ｂを配置している。

　副電極３５Ａ、３５Ｂによるアーク放電対策とは、大電流を流す主電極側でアーク放電を起こさせない方法である。放電を起こさせるのは、主電極と並列に配置し、主電極よりも早く接触したり、遅く離れたりする金属の部位である。このため、アーク放電は、副電極３５Ａ、３５Ｂで発生するため、主電極でのアーク放電を防止することができる。

　副接点についても同じ部位でアーク放電が起こると、電極が溶けるという問題が発生するため、図１０に示すように、副電極３５Ａは、シーソーバー側電極３４の副電極３５Ｂの端辺部に対して、移動方向（図中、矢印参照）の距離が連続的に変化する形状、つまり先端部３６が傾めに傾斜した形状の端辺部としている。
　これにより、主電極の移動に伴ってアーク放電する部位がずれるため、同じ部位でのアーク発生を防ぐことができる。

　この液体金属スイッチの場合、副電極３５Ａと副電極３５Ｂとの間隔が空いているときは接点がＯｆｆされている。接点をＯｎするためにブロック電極３３とシーソーバー側電極３４とを近づけると、ブロック電極３３とシーソーバー側電極３４よりも副電極３５Ａと副電極３５Ｂとが先に近接して、図１０のように互いの先端部３６が交差する。この交差する部分は、さらに移動を進めると、端辺部の傾斜に沿って移動する。
　また、接点をＯｆｆするためにブロック電極３３とシーソーバー側電極３４を離す方向に移動すると、ブロック電極３３とシーソーバー側電極３４よりも遅れて副電極３５Ａと副電極３５Ｂとの先端部３６が離れる。離れる際も、交差する部分は、主電極の移動に伴い、端辺部の傾斜に沿って移動する。

　このようにこの第３実施形態によれば、ブロック電極３３とシーソーバー側電極３４の夫々に副電極３５Ａ、３５Ｂを配置したことで、アーク放電が副電極３５Ａ、３５Ｂで発生するため、焼結金属３１とシーソーバー側電極３２間ではアーク放電が発生しなくなり、焼結金属３１とシーソーバー側電極３２表面の液体金属の飛散を防いだり、表面に塗布したオイルの劣化を防止したりすることができる。
　また、副電極３５Ａの先端の端辺部の形状を斜めの形状としたことで、副電極３５Ａ、３５Ｂのアーク放電のか所が分散し、特定のポイントにアーク放電が集中しなくなり、副電極３５Ａ、３５Ｂについても溶融等を少なくすることができる。

　この他、主電極にシリコンオイル等を塗布した上で、上述したように主電極に副電極３５Ａ、３５Ｂを取り付けるので、主電極及びシリコンオイルもアーク放電の影響を回避することができる。

　次に、図１１を参照して本発明に係る第４実施形態を説明する。
　図１１は、本発明に係る接続装置の第４実施形態の液体金属リレーを示す図である。
　第４実施形態の液体金属リレーは、２接点式の接点構造を用いると共に、２つの対向する電極を、液体金属を用いたマイクロニードルと液体金属含浸焼結金属とを組み合わせて構成したリレーである。

　具体的に、第４実施形態の液体金属リレーは、図１１に示すように、絶縁基板５４と、絶縁基板５４のほぼ中央部に配置されたソレノイド５５と、ソレノイド５５を挟んで絶縁基板５４の両側に配置された電極５１Ａ、５１Ｂと、電極５１Ａ、５１Ｂの夫々の上面に固定された液体金属含浸焼結金属５６と、絶縁基板５４に埋設されたヒータ電極５３と、ソレノイド５５のシャフト５９に絶縁ピン６０で固定されたショートバー５８と、ショートバー５８の両端に、電極５１Ａ、５１Ｂの夫々に対向して配置されたマイクロニードル５７と、これら部材を収容する筐体としてのカバー６１とを備える。

　ソレノイド５５は、ショートバー５８等のマイクロニードル電極と、電極５１Ａ、５１Ｂ等のベース電極とを相対的に近接又は離間させる。ソレノイド５５は、電磁的にショートバー５８と電極５１Ａ、５１Ｂとの相対距離を変化させる、

　電極５１Ａ、５１Ｂの夫々は、絶縁基板５４を貫通するように設けられており、その下端がカバー６１から突出している。当該下端はリード端子として機能する。
　ヒータ電極５３は、電極５１Ａ、５１Ｂの夫々の埋設された部位を囲むように配置されており、外部からの通電により電極５１Ａ、５１Ｂを加熱する。このヒータ電極５３により低温下でもスイッチとしての動作が可能である。
　ショートバー５８は、端部にマイクロニードル５７が配置され、バー中央部で接続されたシャフト５９により昇降可能（移動可能）に支持されている。

　ソレノイド５５には、リニア型のソレノイドを用い、ショートバー５８を上下させてショートバー５８の両端に配置されているマイクロニードル５７が液体金属含浸焼結金属５６に同時に接触する方式である。ソレノイド５５には、ソレノイド５５の駆動を制御（Ｏｎ／Ｏｆｆ）するための制御電流が入力されるＯｎ／Ｏｆｆ電極５２（制御線）が接続されている。液体金属含浸焼結金属５６は、図４のものと同じである。
　ソレノイド５５は、駆動手段の一部として機能する。具体的には、ショートバー５８を、電極５１Ａ、５１Ｂの側へ駆動する。具体的には、ソレノイド５５は、接点をＯｎする制御電流（Ｏｎ電流）が入力されることで、ショートバー５８を下に移動させ、電極５１Ａ、５１Ｂに接近させる。また、ソレノイド５５は、接点をＯｆｆする制御電流（Ｏｆｆ電流）が入力されることで、ショートバー５８を上に移動させ、電極５１Ａ、５１Ｂから離す。

　この液体金属リレーの場合、マイクロニードル５７が液体金属含浸焼結金属５６に刺さった状態（接点がＯｎの状態）で、電極５１Ａからショートバー５８を通じて電極５１Ｂへ電力が通電される。なお、逆に通電される場合もある。
　通常の機械式のリレーの場合には、接点の圧力を大きくすると共に、接触圧を維持する必要があるが、マイクロニードル５７を用いた接点は、接触圧力が小さくて済むため、ソレノイド５５としてラッチング型のものを使用することができる。これにより、リレーを駆動する電力を大幅に低減することができる。

　但し、振動等が有ってリレー接点の動作が不安定になる場合には、リレーによる開閉動作を併用することも可能である。

　このようにこの第４実施形態の液体金属リレーによれば、液体金属含浸焼結金属５６を固定した電極５１Ａ、５１Ｂと、両側にマイクロニードル５７を配置したショートバー５８とを用いて、外部からの制御によりソレノイド５５を駆動して、ショートバー５８を上下に駆動して接点をＯｎ／Ｏｆｆする大電流送電が可能な電磁スイッチ、つまりリレーを提供することができる。
　また、この接続装置は、ヒータ電極５３を内蔵しており、低温時にヒータ電極５３を加熱することで、電極５１Ａ、５１Ｂの液体金属の状態（液体の状態）を維持して使用可能にしている。これにより液体金属の融点以下の寒冷地でこの接続装置を使用することができる。

　次に、図１２、図１３を参照して本発明に係る第５実施形態を説明する。
　図１２は、本発明に係る接続装置の第５実施形態の液体金属スイッチを示す図である。
　図１３は、図１２の液体金属スイッチの耐久試験結果を示す図である。
　第５実施形態の液体金属スイッチは、上述した第４実施形態の液体金属リレーの駆動手段であるソレノイドをリニア型ではなく、ロータリー型に変更し、スイッチとして構成したものである。

　具体的に、第５実施形態の液体金属スイッチは、図１２に示すように、リード電極７１、ブロック電極７２、液体金属含浸焼結金属７３、ショートバー７５、シャフト７６、ロータリーソレノイド７７、絶縁基板７８、マイクロニードル７９、ストッパー８０等を備える。

　絶縁基板７８は、例えばエポキシ樹脂等を基材とする基板である。絶縁基板７８にはリード電極７１が設けられている。リード電極７１は、電力を通すための電極である。
　ブロック電極７２は、入力側のリード電極７１から入力された電力を出力側のリード電極７１へ通すための固定電極として機能する。

　ブロック電極７２の側面には、液体金属含浸焼結金属７３が固定されている。液体金属含浸焼結金属７３は、図４の液体金属含浸焼結金属１２と同じものでありその説明は省略する。なお、液体金属含浸焼結金属７３に対するマイクロニードル７９の挿抜が繰り返されると、液体金属含浸焼結金属７３にはマイクロニードル挿入痕７４ができる。

　ショートバー７５は、中心の位置でロータリーソレノイド７７のシャフト７６に固定されている。ショートバー７５のシャフト７６を挟んだ両端の一側面には、液体金属含浸焼結金属７３に対向するようにマイクロニードル７９が配置されている。
　マイクロニードル７９は、図４のマイクロニードル１４ａと同じものでありその説明は省略する。
　ストッパー８０は、シャフト７６が右回りに回転したときに回転を止めるものである。

　ロータリーソレノイド７７は、制御電流の入力により、シャフト７６を左回り又は右回り回転する。例えばロータリーソレノイド７７に制御信号としてＯｎ電流が入力されることで、シャフト７６が左回りに回転してショートバー７５が左回りに旋回し、マイクロニードル７９がブロック電極７２の液体金属含浸焼結金属７３に刺さり、接点がＯｎする。
　また、ロータリーソレノイド７７に制御電流としてＯｆｆ電流が入力されることで、シャフト７６が右回りに回転してショートバー７５が右回りに旋回し、マイクロニードル７９がブロック電極７２の液体金属含浸焼結金属７３から抜けて、接点がＯｆｆする。

　ここで、この液体金属スイッチの耐久試験結果について説明する。
　図１３に示すように、６０Ａを流し、抵抗負荷に５Ｖの電圧をかけ、その途中にスイッチを入れた。１．７秒毎にＯｎ／Ｏｆｆし、１０万回動作させた。動作後のリード電極間の抵抗値は０．１ｍΩ以下であった。
　また、抵抗が低く電流量も６０Ａ程度であったため、電極の温度は３４℃（室温１９℃）であった。

　このようにこの第５実施形態の液体金属スイッチによれば、ロータリーソレノイド７７によりショートバー７５を水平方向に旋回させてマイクロニードル７９を液体金属含浸焼結金属７３に挿抜することで、接点をＯｎ／Ｏｆｆする大電流送電が可能な電磁スイッチを提供することができる。

　次に、図１４を参照して液体金属を用いた回転機構（１）について説明する。
　図１４は、液体金属を用いた回転機構（１）の一例を示す図である。
　上述した液体金属を用いた接続装置の例は、接点が２か所あり、その間をショートバー５８（図１１参照）やショートバー７５（図１２参照）で連結しているタイプのスイッチやリレーであった。以下では、回転部に対して導電性を向上し大電流送電を可能とする回転機構を提案する。

　この回転機構（１）は、図１４に示すように、立てるように配置した２つの固定電極８２の間に回転電極８１を挟持すると共に、固定電極８２及び回転電極８１の夫々の面に、液体金属含浸焼結金属ワッシャー８４を挟持し、固定電極８２間に回転軸（図示せず）を通して回転電極８１を回転自在に支持して構成し、回転電極８１を所望の角度に回転させて送電する機構である。
　回転電極８１には、例えば図４や図８に示すマイクロニードル電極１４が接続されている。
　液体金属含浸焼結金属ワッシャー８４は、図４や図８に示した液体金属含浸焼結金属１２と同じ素材や組成であり、外形がリング状という点が異なる。

　この回転機構（１）の場合、液体金属含浸焼結金属ワッシャー８４と面で接触する固定電極８２及び回転電極８１の夫々の面にも液体金属を塗布しておく。この際、液体金属の電極内への拡散を防止するために、拡散防止層と拡散層（濡れ層）を形成した多層メッキを施して多層膜（図７と同様のもの）を形成してから液体金属を塗布する。

　このようにこの回転機構（１）によれば、２つの固定電極８２の間に液体金属含浸焼結金属ワッシャー８４を介して回転電極８１を挟持することで、固定電極８２に対して回転電極８１を回転可能な状態にしつつ互いの面の導電性を向上し、大電流送電を可能な回転機構を提供することができる。この回転機構（１）は、これ以外にも、固定電極と回転電極との面どうしが合わさって摺動する部位や回転電極どうしが連結される部位等に使用することができる。

　次に、図１５を参照して液体金属を用いた回転機構（２）について説明する。
　図１５は、液体金属を用いた回転機構（２）の一例を示す図である。
　この例の回転機構（２）は、図１５に示すように、回転電極ショートバー９１を支持するシャフト９３（回転軸）と、このシャフト９３の両端を回転自在に支持するプレインベアリング９４（軸受け機構）とを有し、底面でリード電極９６に固定されるベアリング支柱９２とを備える。
　シャフト９３の外周面とベアリング支柱９２の底面には、液体金属等の低融点金属が塗布されている。プレインベアリング９４には、液体金属が塗布されている。

　この回転機構（２）の場合、回転電極ショートバー９１のほぼ中心部に側面を貫通するシャフト９３を通し、シャフト９３の両端でシャフト９３を回転自在に支持する２つのプレインベアリング９４を有するベアリング支柱９２を配置している。
　この際、シャフト９３の外周面、ベアリング支柱９２のプレインベアリング９４内壁及びベアリング支柱９２の底面に、拡散防止層と拡散層（濡れ層）の多層メッキを施して多層膜（図７と同じもの）を形成した後に、夫々の部位に液体金属を塗布する。
　その後、ベアリング支柱９２の取付ネジ穴とリード電極９６の取付ネジ穴９７にボルトを通してナットで締め付けてベアリング支柱９２を固定して、導電性の優れた回転機構（２）を構成する。

　このようにこの回転機構（２）によれば、シャフト９３とベアリング支柱９２の底面に液体金属を塗布することで、異なる部材が摺動したり密着する部分の導電率が向上するので、回転機構（２）を通じて大電流を送電することができるようになる。

　次に、図１６を参照して、本発明に係る第６実施形態を説明する。
　図１６は、本発明に係る接続装置の第６実施形態の液体金属リレーを示す図である。
　第６実施形態の液体金属リレーは、図１５に示した回転機構（２）を導電性ベアリングとして組み込んだリレーである。

　具体的に、第６実施形態の液体金属リレーは、図１６に示すように、絶縁基板１０１、リード電極１０２、ソレノイド１０３、ヨーク１０４、ベース電極１０５、マイクロニードル１０６、液体金属含浸焼結金属１０７、シーソー型ショートバー１０８、強磁性稼働片１０９、シャフト１１０、導電性ベアリング１１１、カウンターウェイト１１２、バネ１１３、カバー１１５等を備える。

　絶縁基板１０１には、基板を上下に貫通するようにリード電極１０２とベース電極１０５が間隔を空けて支持されている。リード電極１０２の上部には、導電性ベアリング１１１が配設されている。この導電性ベアリング１１１には、シーソー型ショートバー１０８が回転自在に支持されている。
　シーソー型ショートバー１０８の一端の底部には、尖端を下方に向けてマイクロニードル１０６が列設されている。マイクロニードル１０６には、液体金属がコーティングされている。

　ベース電極１０５の上面には、マイクロニードル１０６の列設面と対向するように、液体金属含浸焼結金属１０７が固定されている。
　上記ソレノイド１０３、ヨーク１０４、強磁性稼働片１０９、カウンターウェイト１１２、バネ１１３等は、導電性ベアリング１１１のシャフト１１０を回転軸としてシーソー型ショートバー１０８を上下に回動（シーソー運動）させる駆動手段として機能する。

　強磁性稼働片１０９は、シーソー型ショートバー１０８の力点となる部位に配設されている。強磁性稼働片１０９は、シーソー型ショートバー１０８のその位置においてソレノイド１０３からの磁力を受けて、ソレノイド１０３側に引き付けられる力点として作用する。

　ソレノイド１０３は、強磁性稼働片１０９と対応する基板面の位置に固定されている。ソレノイド１０３の上には、ヨーク１０４が設けられており、ヨーク１０４の孔に、降下してきた強磁性稼働片１０９の突端が入り込むようにされている。
　カバー１１５は、絶縁基板１０１の周囲を覆い内部の部材を密封するように絶縁基板１０１に固定されている。カバー１１５で囲まれた密閉空間には、不活性ガス１１４が充填されており、液体金属の酸化が防止される。

　この液体金属リレーの場合、接点をＯｎする際に、ソレノイド１０３に制御用の電流が流されると、強磁性稼働片１０９が吸引されてシーソー型ショートバー１０８が降下し、シーソー型ショートバー１０８のマイクロニードル１０６が液体金属含浸焼結金属１０７に突き刺さり、接点がＯｎする。

　接点がＯｎになると、電力は、リード電極１０２、導電性ベアリング１１１、シーソー型ショートバー１０８、マイクロニードル１０６、液体金属含浸焼結金属１０７、ベース電極１０５という経路で送電される。なお、送電する電力配線によっては逆の場合もある。

　接点がＯｆｆする際に、ソレノイド１０３への制御用の電流を止めると、シーソー型ショートバー１０８の他端に固定されているカウンターウェイト１１２とバネ１１３の縮む力によってシーソー型ショートバー１０８の他端が降下し、その反対側の一端が上昇することで、マイクロニードル１０６が液体金属含浸焼結金属１０７から引き抜かれて、接点がＯｆｆする。

　このようにこの第６実施形態によれば、導電性ベアリング１１１を用いたシーソー構造の接点をマイクロニードル１０６と液体金属含浸焼結金属１０７で構成することで、摺動部位や接触部位の導電性を向上することができるので、大電流を効率よく送電することができるようになる。
　また、カバー１１５と絶縁基板１０１により形成される密閉容器内に不活性ガス１１４を充填することで、容器内部の液体金属の酸化を防止することができる。

　次に、図１７を参照して本発明に係る接続装置の第７実施形態の液体金属ラッチングリレーを説明する。
　図１７Ａは、図１７ＢのＢ－Ｂ’断面図であり、図１７Ｂは、本発明に係る接続装置の第７実施形態の液体金属ラッチングリレーの側面図である。
　具体的に、第７実施形態の液体金属ラッチングリレーは、リード電極２０１、ブロック電極２０２－１（第１ベース電極）、ブロック電極２０２－２（第２ベース電極）、回転シャフト２０３、Ｏリング２０４、摺動リング２０５、絶縁基板２０６、シーソー型ショートバー２０７、シャフトカバー２０８、マイクロニードル電極２１０－１（第１マイクロニードル電極）、マイクロニードル電極２１０－２（第２マイクロニードル電極）、液体金属２１１、オイル含浸フェルトリング２１２、永久磁石２１３、ラッチング用の永久磁石２１４、２１５、ソレノイド２２０－１、２２０－２等を備える。なお、ブロック電極２０２－１、２０２－２を区別する必要がない場合は、ブロック電極２０２と呼ぶ。マイクロニードル電極２１０－１、２１０－２を区別する必要がない場合は、マイクロニードル電極２１０と呼ぶ。ソレノイド２２０－１、２２０－２を区別する必要がない場合は、ソレノイド２２０と呼ぶ。

　リード電極２０１は、送電対象の電流が入力又は出力される電極である。
　リード電極２０１の上には、ブロック電極２０２－１とブロック電極２０２－２が設けられている。
　ブロック電極２０２－１とブロック電極２０２－２は、固定電極であり、シーソー型ショートバー２０７の中心から右側のバーを挟んで対向して配置されている。
　ブロック電極２０２－１には、左側面（図１７Ａに向かって下側の面）に液体金属含浸焼結金属２０９－１が溶着等により固定されている。
　ブロック電極２０２－２には、右側面（図１７Ａに向かって上側の面）に液体金属含浸焼結金属２０９－２が溶着等により固定されている。
　液体金属含浸焼結金属２０９－１は、シーソー型ショートバー２０７の端部に配設されているマイクロニードル電極２１０－１と対向して配置されている。
　液体金属含浸焼結金属２０９－２は、シーソー型ショートバー２０７の端部に配設されているマイクロニードル電極２１０－２と対向して配置されている。
　これら液体金属含浸焼結金属２０９－１、２０９－２は、図４、図８等に示した液体金属含浸焼結金属１２と同じものである。

　絶縁基板２０６には、基板面に対して垂直に回転シャフト２０３が支持されている。回転シャフト２０３の上部には、シャフトカバー２０８が配置されており、回転シャフト２０３が密封されている。回転シャフト２０３には、液体金属が塗布されており、液体金属２１１の層が形成されている。
　シーソー型ショートバー２０７のほぼ中央部には、貫通孔が設けられており、当該貫通孔に回転シャフト２０３が挿入されてシーソー型ショートバー２０７が回転自在に支持されている。
　シーソー型ショートバー２０７の一端の側面には、マイクロニードル電極２１０－１が液体金属含浸焼結金属２０９－１と対向して配置されている。
　シーソー型ショートバー２０７の一端の側面の反対側の側面には、マイクロニードル電極２１０－２が液体金属含浸焼結金属２０９－２と対向して配置されている。
　シーソー型ショートバー２０７の力点には、永久磁石２１３（磁性体）が配置されている。
　シーソー型ショートバー２０７の端部（図１７Ａでは向かって左側）には、永久磁石２１５が配設されている。

　絶縁基板２０６には、シーソー型ショートバー２０７をラッチすべき位置（３か所）に永久磁石２１４が配置されている。永久磁石２１４は、永久磁石２１５と対向する端部の極性が異なるように設置されており、永久磁石２１５が夫々の位置に近づけば、互いの磁石が引き合い、シーソー型ショートバー２０７を停止させ、ラッチすることができる。

　この例では、３つの永久磁石２１４の位置（３ポジション）でラッチすることが可能である。
　図中、符号「０」は、入力端子、符号「１」、「２」は、出力端子を示す。
　上記３ポジションを入力端子「０」と出力端子「１」、「２」との接続状態で説明すると、図１７Ａの上の位置の永久磁石２１４でラッチされた第１ポジションは、入力端子「０」と出力端子「２」が接続された状態、図１７Ａの中央の位置の永久磁石２１４でラッチされた第２ポジションは、非接続（Ｏｆｆ）の状態、図１７Ａの下の位置の永久磁石２１４でラッチされた第３ポジションは、入力端子「０」と出力端子「１」が接続された状態である。入力と出力は逆の場合もある。

　即ちこの永久磁石２１５とラッチング用の永久磁石２１４等は、回転シャフト２０３により支持されたシーソー型ショートバー２０７の端部を旋回方向の所定の角度にラッチ又は付勢するラッチ手段である。
　ソレノイド２２０－１、２２０－２は、シーソー型ショートバー２０７側の永久磁石２１３に対向して配置されており、駆動電流を流すことで発生した磁力により永久磁石２１３を引き付け又は引き離すことで、シーソー型ショートバー２０７がその方向に旋回する。

　回転シャフト２０３には、Ｏリング２０４、摺動リング２０５、オイル含浸フェルトリング２１２が取り付けられている。
　Ｏリング２０４は、回転シャフト２０３に取り付けることで、回転シャフト２０３とシーソー型ショートバー２０７の貫通孔との隙間を封止し、その隙間に空気等が侵入しないようにするものである。
　摺動リング２０５は、回転シャフト２０３とシーソー型ショートバー２０７の貫通孔との隙間を埋めて、シーソー型ショートバー２０７を摺動しつつ回転可能とするものである。
　オイル含浸フェルトリング２１２は、シリコンオイルが含浸されたフェルトのリング状の部材であり、回転シャフト２０３とシーソー型ショートバー２０７との段部と外界との微小な隙間を埋めるものである。
　Ｏリング２０４及びオイル含浸フェルトリング２１２は、回転シャフト２０３の軸径に合わせたものが取り付けられており、回転シャフト２０３と空気中（リレーの外）との境界部位を回転シャフト２０３が回転したときに空気が侵入しないように封止するものである。

　第７実施形態の液体金属ラッチングリレーは、一つの回転シャフト２０３を中心にシーソー型ショートバー２０７が水平方向に旋回して、シーソー型ショートバー２０７の一端に配置したマイクロニードル２１０が液体金属含浸焼結金属２０９から切り離なされる接点構造となっている。

　送電する電流は、マイクロニードル２１０と液体金属含浸焼結金属２０９とで成形される接点と、液体金属を塗布して導電性能を持たせた回転シャフト２０３間に流される。

　回転軸としては、回転シャフト２０３がシーソー型ショートバー２０７を貫通し、その隙間に液体金属を用いて滑らせている。液体金属は、酸化していなければ、潤滑油程度の低粘度である。

　第７実施形態の液体金属ラッチングリレーでは、Ｏリング２０４、オイル含浸フェルトリング２１２を用いて回転シャフト２０３と空気中（リレーの外）との境界部位（シーソー型ショートバー２０７の貫通孔の開口部）を封止することで、外部からの空気の侵入をなくし、液体金属の酸化を防止している。

　この液体金属ラッチングリレーは、在来の機械式リレーと異なり、マイクロニードル電極２１０と液体金属含浸焼結金属２０９を用いた電極対を備えており、小さな圧力で接触していれば済むため、ソレノイド２２０－１、２２０－２を用いて切離させた後は、ラッチング用の永久磁石２１３を用いて保持すれば済む。これにより、ソレノイド２２０－１、２２０－２に常時電流を流す必要がないため、省エネルギー動作が可能である。

　なお、外部振動等により、接点の安定性が脅かされる場合には、ソレノイド２２０－１、２２０－２を働かせて、接点圧力を保持することも可能である。

　この液体金属ラッチングリレーの場合、図１７Ａに示すように、２つの接点を切り替えるリレー構造となっており、ラッチングも非接触状態を含めて３つのポジションが存在する。これを２つのソレノイド２２０－１、２２０－２で磁極の極性制御を行い、シーソー型ショートバー２０７に固定された永久磁石２１３を吸引又は反発させて駆動している。ポジションが決まった後は、ソレノイド２２０－１、２２０－２の電流を切ってもそのときのポジションを維持することができる。

　このようにこの第７実施形態によれば、シーソー型ショートバー２０７の力点に永久磁石２１３を配置して、ソレノイド２２０－１、２２０－２に駆動電流を流すことで発生した磁力により永久磁石２１３を引き付ける又は引き離すことで、シーソー型ショートバー２０７の反対側の接点（マイクロニードル電極２１０と液体金属含浸焼結金属２０９）をＯｎ／Ｏｆｆする。つまり、縦方向の動きをする第６実施形態に対して水平方向の動きでリレー動作をするように構成したことで、第６実施形態と同様に大電流を送電することができる。
　また、回転シャフト２０３とソレノイド２２０－１、２２０－２で構成される回転機構により支持されたシーソー型ショートバー２０７とを永久磁石２１５と所定位置に配置した永久磁石２１４等でラッチすることで、ソレノイド２２０－１、２２０－２に電流を流し続ける必要がなくなり、省電力化することができる。
　さらに、２つの接点（マイクロニードル電極２１０－１と液体金属含浸焼結金属２０９－１、マイクロニードル電極２１０－２と液体金属含浸焼結金属２０９－２）を切り替えるリレー構造（１つの入力端子「０」に対して２つの出力端子「１」、「２」を切り替える構造又はその逆）となっているため、３つの永久磁石２１４が配置された３つのポジションでのスイッチングを可能とすることができる。

　上記第７実施形態の液体金属ラッチングリレーは、マイクロニードル電極２１０を液体金属含浸焼結金属２０９に突き刺す形態の接点構造のため、接触圧力を必要とせずマイクロニードル２１０と対向する液体金属含浸焼結金属２０９の面積を増大させることが容易であり、抵抗値は０．０１ｍΩ、さらには０．００１ｍΩも狙える。

　実施の結果、図１３に示したように、１０万回のＯｎ／Ｏｆｆ試験にも耐え、接触抵抗が０．１ｍΩ以下であるものを完成することができた。

　上記実施形態では、液体金属を用いたリレーやスイッチについて、電極構造（接点機構）と、これに関連する回転機構等を例示し、これらの機構を、２接点間をショートさせる形式のリレーや、回転軸と接点間に電流を流す形式のリレー等に適用した。

　このように、本実施形態では、低抵抗化したスイッチを構成できるので、半導体スイッチよりも数桁違いで低抵抗化できるため、大電流の低速切替用途に最適なスイッチを提供することができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

　また例えば、上述した一連の液体金属を用いたリレーやスイッチの駆動制御は、ＰＬＣ等によるシーケンス制御の他、汎用のＯＳ上でＣＰＵを動作させるソフトウェアにより実行させることができる。
　換言すると、図１乃至図１７の構成は例示に過ぎず、特に限定されず、図１乃至図１７に示した各構成要素を組み合わせて実施してもよい。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が接続装置に備えられていれば足りる。

　一連のスイッチの駆動制御をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えばサーバの他汎用のスマートフォンやパーソナルコンピュータであってもよい。

　このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザ等にプログラムを提供するために装置本体とは別に配布される図示せぬリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザ等に提供される記録媒体等で構成される。

　なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

　以上を換言すると、本発明が適用される接続装置は、次のような構成を有していれば足り、各種各様な実施の形態を取ることができる。
　即ち、本発明が適用される接続装置は、
　前記ベース電極（例えば図４のベース電極１１）に溶着したメッシュ状焼結金属に対して液体金属が含浸されて構成される液体金属含浸焼結金属（例えば図４の液体金属含浸焼結金属１２）と、
　表面が液体金属コーティング（例えば図４の液体金属コーティング１３）されて濡れた状態のマイクロニードル（例えば図４のマイクロニードル１４ａ）が、前記ベース電極（例えば図４のベース電極１１）と対向する面に配列されて構成されるマイクロニードル電極（例えば図４のマイクロニードル電極１４）と、
　を備え、
　前記液体金属含浸焼結金属（例えば図４の液体金属含浸焼結金属１２）に対して、前記マイクロニードル（例えば図４のマイクロニードル１４ａ）が挿抜されることで、接点がＯｎ／Ｏｆｆする。
　これにより、例えばスイッチやリレー等を含む接続装置を通じて大電流を効率よく送電することができる。

　前記マイクロニードル（例えば図４のマイクロニードル１４ａ）及び前記ベース電極（例えば図４のベース電極１１）の表面の夫々に拡散防止層（例えば図７の拡散防止層２５）が配設され、夫々の拡散防止層の上に拡散層（例えば図７の拡散層２４）が配設されることで形成される多層膜（例えば図７参照）をさらに備え、
　前記拡散防止層（例えば図７の拡散防止層２５）の厚さは１μｍ～２０μｍとされており、
　前記拡散層（例えば図７の拡散層２４）の厚さを１０ｎｍ～１μｍとされている。
　これにより、液体金属の構成元素が電極内に拡散することを防止することができる。

　前記マイクロニードル電極（例えば図４のマイクロニードル電極１４）と前記液体金属含浸焼結金属（例えば図４の液体金属含浸焼結金属１２）との間の空間は、不活性ガス（例えば図４の不活性ガス１５）が充填した状態で密閉されている。
　これにより、前記液体金属の酸化を防止することができる。

　前記液体金属含浸焼結金属（例えば図８の液体金属含浸焼結金属１２）の表面には、オイル層（例えば図８のシリコンオイル１８やシリコングリース）が塗布されている。
　これにより、液体金属含浸焼結金属（例えば図８の液体金属含浸焼結金属１２）に含浸されている液体金属の酸化を防止することができる。

　前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）に、前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）側に突出して配設された第１副電極（例えば図９の副電極３５Ａ）と、
　前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）に、前記ベース電極側（例えば図９のブロック電極３３）に突出して配設された第２副電極（例えば図９の副電極３５Ｂ）と、
　を備える。
　具体的には、前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）側に副電極３５Ａを配設し、
　前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）側に副電極３５Ｂを配設し、
　Ｏｆｆ時には、副電極３５Ａと副電極３５Ｂの間隔を開け、
　前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）とが近づくと、前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）よりも前記副電極３５Ａと前記副電極３５Ｂとが先に近接して交差し、
　前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）が離れるときに、前記副電極３５Ａと前記副電極３５Ｂとが前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）よりも遅れて交差部位が離れるよう構成される。
　具体的には、前記副電極３５Ａは、前記副電極３５Ｂの端辺部に対して、移動方向の距離が連続的に変化する形状（先端が斜めの形状）の端辺部（例えば図１０の先端部３６）を備え、
　前記副電極３５Ａ、３５Ｂとが近接した際に交差する部位は、前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）とが移動されるたびに前記端辺部の傾斜に沿って変化する。
　これにより、アーク放電が前記ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）と前記マイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）との接点の特定のポイントに集中することがなくなり、ベース電極（例えば図９のブロック電極３３）とマイクロニードル電極（例えば図９のシーソーバー側電極３４）の液体金属飛散又は酸化防止オイルの劣化を防止することができる。また、副電極３５Ａ、３５Ｂについても溶融等をすることが少なくなる。

　前記マイクロニードル電極と前記ベース電極とを相対的に近接又は離間させる駆動手段（例えば図１１のソレノイド５５）を備える。
　具体的には、前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ）と前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）が対向配置された接続装置であって、
　前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）は、端部にマイクロニードル（例えば図１１のマイクロニードル５７）が配置され、シャフト（例えば図１１のシャフト５９）により回転可能に支持されており、
　前記マイクロニードル（例えば図１１のマイクロニードル５７）と対向する前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ）の面に固定された液体金属含浸焼結金属（例えば図１１の液体金属含浸焼結金属５６）と、
　前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）を、前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ）の側へ駆動する（図１１はショートバー５８を上下に移動させる、図１２はショートバー７５を旋回（回転）させる）駆動手段（例えば図１１のソレノイド５５）とを備え、
　前記駆動手段（例えば図１１のソレノイド５５）は、
　前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）と前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ）との相対距離を電磁的に変化させる。
　具体的には、前記駆動手段（例えば図１１のソレノイド５５）は、外部から駆動信号（Ｏｎ信号）が入力されることで、前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）を下降させてその両端の前記マイクロニードル（例えば図１１のマイクロニードル５７）を、対向する前記ベース電極に接触させて、接点をＯｎし、　
　外部から駆動信号（Ｏｆｆ信号）が入力されることで、前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８）を上昇させてその両端の前記マイクロニードル（例えば図１１のマイクロニードル５７）を、対向する前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ）から離間させて、接点をＯｆｆする電磁駆動手段（例えば図１１のソレノイド５５、図１２のソレノイド７７）、
　を備える。ソレノイド５５としては、例えば図１１のリニア型のソレノイド５５、図１２のロータリー型のソレノイド７７等を使用できる。
　これにより、外部からの通電により、前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）と前記マイクロニードル電極（図１２のショートバー７５）との接点を電磁的に回転させることができる。

　内部に不活性ガス（例えば図４の不活性ガス１５）が充填された状態で前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）とマイクロニードル電極を収容する密閉容器（例えば図１１のカバー６１や図１６のカバー１１５）、
　を備える。
　これにより、ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）とマイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８、図１２のショートバー７５）の夫々に含まれる液体金属の酸化を防止することができる。
　また、
　前記ベース電極の前記液体金属含浸焼結金属と、前記マイクロニードル電極の前記マイクロニードルの夫々の表面に被膜して形成されたオイル層（例えば図８のシリコンオイル１８又はシリコングリース）、
　を備える。
　これにより、ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）とマイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８、図１２のショートバー７５）の夫々に含まれる液体金属の酸化を防止することができる。
　さらに、前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）と前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８、図１２のショートバー７５）を駆動時にこれらの電極よりも先に近接するように配置された副電極（例えば図９、図１０の副電極３５Ａ、３５Ｂ）、
　を備える。
　これにより、前記ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）と前記マイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８、図１２のショートバー７５）の接点ではなく、副電極間（例えば図９、図１０の副電極３５Ａ、３５Ｂ）にアーク放電が発生するので、ベース電極（例えば図１１の電極５１Ａ、５１Ｂ、図１２のブロック電極７２）とマイクロニードル電極（例えば図１１のショートバー５８、図１２のショートバー７５）の夫々の側の液体金属の飛散防止またはオイルの劣化を防止することができる。

　前記マイクロニードル電極に固定された回転電極（例えば図１４の回転電極８１）と、当該回転電極を回転自在に支持する固定電極（例えば図１４の固定電極８２）とを備える回転機構（例えば図１４の回転機構（２））を備え、
　前記回転機構（例えば図１４の回転機構（２））は、
　前記回転電極（例えば図１４の回転電極８１）及び前記固定電極（例えば図１４の固定電極８２）との間に挟持され、前記回転電極と前記固定電極間に電流を導通させることが可能な液体金属含浸焼結金属ワッシャー（例えば図１４の液体金属含浸焼結金属ワッシャー８４）、
　を備える。

　前記マイクロニードル電極が固定されたショートバー（例えば図１５のショートバー９１や図１６のシーソー型ショートバー１０８）であり、
　前記ショートバーのほぼ中央部で前記ショートバーの長手方向と直交する方向に突設され、外周に液体金属が塗布されたシャフト（例えば図１５のシャフト９３や図１６のシャフト１１０）と、
　前記シャフトの両端を回転自在に支持するベアリング部（例えば図１５のプレインベアリング９４や図１６の導電性ベアリング１１１）を有し、当該ベアリング部に液体金属が塗布された台座部（例えば図１５のベアリング支柱９２や図１６のリード電極１０２）と、
　ショートバーにおける力点に作用し、制御電流の入力により前記ショートバーを駆動することで、前記接点をＯｎ／Ｏｆｆする磁気的駆動手段（例えば図１６のソレノイド１０３、ヨーク１０４、強磁性稼働片１０９）と、
　を備える。
　より具体的には、液体金属が封入された導電性ベアリング（例えば図１６の導電性ベアリング１１１）と、
　前記導電性ベアリングにより回転自在に支持されたショートバー（例えば図１６のシーソー型ショートバー１０８、図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７）と、
　前記ショートバー（例えば図１６のシーソー型ショートバー１０８）の一端に配置され、マイクロニードル（例えば図１６のマイクロニードル１０６）が配列された面を有するマイクロニードル電極（例えば図１６のマイクロニードル電極１０６）と、
　前記マイクロニードル電極の面と対向する面に液体金属含浸焼結金属が固定されたベース電極と、
　前記導電性ベアリング（例えば図１６の導電性ベアリング１１１）と前記ショートバー（例えば図１６のシーソー型ショートバー１０８）を含む回転機構を電磁的に駆動して前記ベース電極と前記マイクロニードル電極との間隔を変化させて前記マイクロニードルと前記液体金属含浸焼結金属とを挿抜することで、接点をＯｎ／Ｏｆｆする駆動手段（例えば図１６のソレノイド１０３）と、
　を備える。

　さらに、前記回転軸（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの回転シャフト２０３）に形成され、拡散防止層（例えば図７の拡散防止層２５）と拡散層（例えば図７の拡散層２４）との少なくとも２層で構成される多層膜と、
　前記回転軸（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの回転シャフト２０３）が外部と接する境界部（例えば図１７のシーソー型ショートバー２０７の貫通孔の開口部）に配置され、前記液体金属の流出を防止と酸化防止のための封止部材（例えば図１７ＢのＯリング２０４及びオイル含浸フェルトリング２１２）とを備える。
　具体的には、封止部材は、外部の境界部（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７の貫通孔の開口部の位置の回転シャフト２０３）に巻き付けられたオイル含浸フェルトリング、又は容器内に充填された不活性ガス、又は前記液体金属含浸焼結金属の表面に塗布されたオイル層（例えばシリコンオイル又はシリコングリース）の少なくとも一つである。
　これにより、液体金属の酸化を防止することができる。また液体金属の構成元素の拡散を防止することができる。さらに液体金属含浸焼結金属とマイクロニードルの濡れ性を維持することができる。

　前記ショートバー（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７）の力点に配置された磁性体（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの永久磁石２１３）と、
　駆動電流を流すことで発生した磁力により前記磁性体を引き付ける又は引き離すソレノイド（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのソレノイド２２０－１、２２０－２）、
　前記ソレノイドへの通電を停止したときに前記ショートバー（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７）を所定位置でラッチするラッチ手段（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの永久磁石２１４、２１５）と、
　を備える。
　具体的には、ソレノイド（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのソレノイド２２０－１、２２０－２）には、ラッチングソレノイドを用い、
　前記ショートバー（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７）の他端にラッチング用磁石（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの永久磁石２１５）を配置する。
　これにより、ラッチング用磁石（例えば図１７Ａ、図１７Ｂの永久磁石２１４）の所定の位置でショートバー（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのシーソー型ショートバー２０７）をラッチすることが可能となり、ソレノイド（例えば図１７Ａ、図１７Ｂのソレノイド２２０－１、２２０－２）に電流を流し続ける必要がなくなり、節電効果を得ることができる。

　前記ラッチ手段は、
　バネとウェイト（図１６のバネ１１３とカウンターウェイト１１２）又は相対して配置される複数の永久磁石（図１７の永久磁石２１４、２１５）で構成される。

　１１・・・ベース電極、１２、３１、７３、１０７、２０９・・・液体金属含浸焼結金属、１３・・・液体金属コーティング、１４・・・マイクロニードル電極、１４ａ、３２、５７、７９、１０６・・・マイクロニードル、１５、１１３・・・不活性ガス、１６・・・フリンジ、１７・・・空気、２１・・・銅電極、２２、２１１・・・液体金属、２３・・・塊、２４・・・拡散層、２５・・・拡散防止層、３３・・・ブロック電極、３４・・・シーソーバー側電極、３５Ａ・・・副電極、３５Ｂ・・・副電極、３６・・・先端部、５１Ａ・・・電極、５１Ｂ・・・電極、５２・・・Ｏｎ／Ｏｆｆ電極、５３・・・ヒータ電極、５４、７８、１０１、２０６・・・絶縁基板、５５、１０３、２２０・・・ソレノイド、５６・・・液体金属含浸金属、５８、７５・・・ショートバー、５９、７６、９３、１１０・・・シャフト、６０・・・絶縁ピン、６１、１１５・・・カバー、７１、８１、９６、１０２、２０１・・・リード電極、７２、２０２・・・ブロック電極、７４・・・マイクロニードル挿入痕、７７・・・ロータリーソレノイド、８１・・・回転電極、８２・・・固定電極、８３・・・液体金属塗布面、８４・・・液体金属含浸焼結金属ワッシャー、９１・・・回転電極ショートバー、９２・・・ベアリング支柱、９４・・・プレインベアリング、９５・・・低融点金属、９７・・・取付ネジ穴、１０４・・・ヨーク、１０８、２０７・・・シーソー型ショートバー、１０９・・・強磁性稼働片、１１１・・・導電性ベアリング、１１２・・・カウンターウェイト、１１３・・・バネ、２０３・・・回転シャフト、２０４・・・Ｏリング、２０５・・・摺動リング、２０８・・・シャフトカバー、２１０・・・マイクロニードル電極、２１２・・・オイル含浸フェルトリング、２１３・・・永久磁石、２１４、２１５・・・ラッチング用の永久磁石

Claims (10)

1. 　ベース電極と、
   　前記ベース電極に溶着したメッシュ状焼結金属に対して液体金属が含浸されて構成される液体金属含浸焼結金属と、
   　表面が液体金属コーティングされて濡れた状態のマイクロニードルが、前記ベース電極と対向する面に配列されて構成されるマイクロニードル電極と、
   　を備え、
   　前記液体金属含浸焼結金属に対して、前記マイクロニードルが挿抜されることで、接点がＯｎ／Ｏｆｆする、
   　接続装置。
2. 　前記マイクロニードルおよび前記ベース電極の表面の夫々に拡散防止層が配設され、夫々の拡散防止層の上に拡散層が配設されることで形成される多層膜、
   　をさらに備える請求項１に記載の接続装置。
3. 　前記マイクロニードル電極と前記液体金属含浸焼結金属との間の空間は、不活性ガスが充填した状態で密閉されている、
   　請求項１又は２に記載の接続装置。
4. 　前記液体金属含浸焼結金属の表面には、オイル又はグリースが塗布されている、
   　請求項１記載の接続装置。
5. 　前記ベース電極に、前記マイクロニードル電極側に突出して配設された第１副電極と、
   　前記マイクロニードル電極に、前記ベース電極側に突出して配設された第２副電極と、
   　を備える請求項１に記載の接続装置。
6. 　前記マイクロニードル電極と前記ベース電極とを相対的に近接又は離間させる駆動手段、
   　をさらに備える請求項１記載の接続装置。
7. 　前記駆動手段は、前記マイクロニードル電極と前記ベース電極との相対距離を電磁的に変化させる、
   　請求項６に記載の接続装置。
8. 　前記マイクロニードル電極が固定された回転電極と、当該回転電極を回転自在に支持する固定電極とを備える回転機構を備え、
   　前記回転機構は、
   　前記回転電極及び前記固定電極との間に挟持され、前記回転電極と前記固定電極間に電流を導通させることが可能な液体金属含浸焼結金属ワッシャー、
   　を備える請求項１に記載の接続装置。
9. 　前記マイクロニードル電極が固定されたショートバーと、
   　前記ショートバーのほぼ中央部に、前記ショートバーの長手方向と直交する方向に突設され、前記液体金属が塗布されたシャフトと、
   　前記シャフトを回転自在に支持し、前記液体金属が塗布されたベアリング部と、
   　前記ベアリング部を支持する台座部と、
   　前記ショートバーにおける力点に配置され、制御電流の入力により前記ショートバーを駆動することで、前記接点をＯｎ／Ｏｆｆする磁気的駆動手段と、
   　を備える請求項１に記載の接続装置。
10. 　前記ショートバーの力点に配置された磁性体と、
    　駆動電流を流すことで発生した磁力により前記磁性体を引き付ける又は引き離すソレノイドと、
    　前記ソレノイドへの通電を停止したときに前記ショートバーを所定位置でラッチするラッチ手段と、
    　を備える請求項９に記載の接続装置。

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