JP2006210065A - マイクロリレー - Google Patents

Abstract

【課題】 アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくいマイクロリレーを提供する。
【解決手段】 アーマチュア部３０を有するアーマチュアブロック３と、アーマチュア部３０に結合した磁性体３２と、磁性体３２を吸引してアーマチュア部３０を回動させる電磁石装置とを備える。アーマチュア部３０には、ボディに当接しアーマチュア部３０がボディに対して回動する際の支点となる支点突起としての突起３６Ｂが設けられている。さらに、突起３６Ｂの突出方向から見て突起３６Ｂに重なる範囲と重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部３０に当接する接合補助部材５を備える。接合補助部材５によってアーマチュア部３０が機械的に補強されるから、磁性体３２が電磁石装置に吸引されたときにもアーマチュア部３０の突起３６Ｂ付近が変形しにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーに関するものである。

従来から、半導体プロセスを用いて製造されるマイクロリレーとして、電磁石装置を備え、磁性体が取り付けられ可動接点が設けられたアーマチュア部を電磁石装置の磁力によって駆動することにより可動接点を固定接点に離接させる電磁式のマイクロリレーが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この種のマイクロリレーの一例を図５に示す。このマイクロリレーは、枠状のフレーム部３１とフレーム部３１に対して回動可能なアーマチュア部３０とを有するアーマチュアブロック３と、アーマチュア部３０に結合した磁性体３２と、磁性体３２を吸引してアーマチュア部３０を回動させる電磁石装置２と、電磁石装置２を保持してアーマチュアブロック３のフレーム部３１に結合したボディ１とを備える。以下、上下は図５を基準として説明する。

ボディ１は、ボディ本体１Ａと、ボディ本体１Ａの上面に結合する薄膜１Ｂとからなる。ボディ本体１Ａは、ガラスからなる長方形板状であって、四隅の近傍にはそれぞれスルーホール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを上下に貫設してある。各スルーホール１０Ａ〜１０Ｄには、それぞれ内面に導電膜１１Ａ〜１１Ｄを設けてある。各導電膜１１Ａ〜１１Ｄは、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金からなり、めっき、蒸着、スパッタリング等により形成されている。各スルーホール１０Ａ〜１０Ｄの両端の開口部周辺には、それぞれ導電膜１１Ａ〜１１Ｄに電気的に接続されたランド１２を設けてある。図６に示すように、ボディ１の下面側の各ランド１２には、それぞれプリント配線板（図示せず）への表面実装に用いられるバンプ１３を設けてある。各バンプ１３は、それぞれ例えば金、銀、銅、はんだのような導電材料からなり、スルーホール１０Ａ〜１０Ｄを塞ぐ形でランド１２に載せられ熱溶着によって接合されている。

ボディ本体１Ａの上面には、それぞれランド１２に一対一に電気的に接続された２対の固定接点１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂを設けてある。各固定接点１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ例えばクロム、チタン、白金、コバルト、ニッケル、銅、金、又はこれらの合金からなる。

ボディ本体１Ａの中央には、十字型の貫通穴１６を上下に貫設してある。薄膜１Ｂは、ボディ本体１Ａの上面側に接合されて貫通穴１６の上側の開口を覆う。そして、ボディ１において薄膜１Ｂの下側には、電磁石装置２が収納される収容凹部１８が形成されている（図６参照）。薄膜１Ｂはシリコン又はガラスからなり、エッチング又は研磨によって５〜５０μｍ程度、好ましくは２０μｍ程度の厚さ寸法に形成されている。貫通穴１６の内面は、上方に向かって貫通穴１６の断面積を徐々に小さくするように傾斜しており、これによって電磁石装置２を収容しやすくしている。

電磁石装置２は、ヨーク２０と、永久磁石２１と、コイル２２Ａ，２２Ｂと、基板２３とからなる。ヨーク２０は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工あるいは鍛造加工することにより、長方形板状の中央片２０Ａの長手方向の両端から、矩形板状の脚片２０Ｂ，２０Ｃがそれぞれ中央片２０Ａの短手方向の同じ側（図５の上方）に立ち上がったコ字形状に形成されている。永久磁石２１は直方体形状であって、互いに背向する磁極面が互いに異なる極となるように着磁されている。永久磁石２１は、ヨーク２０の中央片２０Ａの上面の中央に一方の磁極面（図５の下面）を当接させてヨーク２０に取り付けられている。ここにおいて、永久磁石２１の他方の磁極面（図５の上面）は脚片２０Ｂ，２０Ｃの先端面と略面一となる。各コイル２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ脚片２０Ｂ，２０Ｃと永久磁石２１との間で中央片２０Ａに直接巻回されている。基板２３は長方形状であり、長手方向をヨーク２０の中央片２０Ａの長手方向に直交させる向きで中央片２０Ａの下面に接合されている。基板２３の下面の長手方向の両端部にはそれぞれ導電膜２３Ａ（図６参照）を設けてあり、各コイル２２Ａ，２２Ｂの両端はそれぞれ導電膜２３Ａに電気的に接続されている。各導電膜２３Ａ上には、それぞれプリント配線板への表面実装に用いられるバンプ２４を設けてある。電磁石装置２は、ヨーク２０の中央片２０Ａの長手方向とボディ１の長手方向とを合わせて、例えば収容凹部１８の内面との間に充填された合成樹脂（図示せず）を介してボディ１に保持されている。

アーマチュアブロック３は、５０〜３００μｍ程度、好ましくは２００μｍ程度の厚さ寸法を有するシリコン基板をエッチングして形成され、アーマチュア部３０と、アーマチュア部３０の全周を包囲してアーマチュア部３０を支持するフレーム部３１とを一体に備える。アーマチュア部３０の下面には、図７に示すように長方形平板状の磁性体３２が接合される。

アーマチュア部３０は、図７及び図８に示すように、下面（図７の上面）に磁性体３２が接合される長方形状の磁性体保持部３０Ａと、下面に可動接点３３Ａ，３３Ｂが固着される可動接点部３０Ｂとからなる。可動接点部３０Ｂは、磁性体保持部３０Ａの長手方向の両側において、弾性を有する連結部３４を介して磁性体保持部３０Ａに支持されている。

磁性体保持部３０Ａは、短手方向の両側が、弾性を有する弾性部３５を介してフレーム部３１に支持されている。弾性部３５は、磁性体保持部３０Ａの短手方向の両側に２個ずつ計４個設けられている。各弾性部３５は、それぞれ一端が磁性体保持部３０Ａの短手方向の端面に連結されるとともに他端がフレーム部３１の内周面に連結されている。弾性部３５は、上下方向での寸法をフレーム部３５よりも小さくしてあり、上方から見た幅寸法を上下方向での寸法よりもさらに小さくしてある。

また、磁性体保持部３０Ａの長手方向の中央部であって短手方向の両端には、それぞれ延設部３６を磁性体保持部３０Ａの短手方向へ突設してあり、各延設部３６の先端にはそれぞれ凸部３６Ａを突設してある。さらに、フレーム部３１の内周面において延設部３６の先端面に対向する各部には、それぞれ延設部３７が内側へ突設され、各延設部３７の先端面にはそれぞれ磁性体保持部３０Ａの凸部３６Ａが挿入される凹部３７Ａを設けてある。そして、凸部３６Ａが凹部３７Ａ内に位置することにより、フレーム部３１に対するアーマチュア部３０の前後左右（図８の上下左右）への移動は制限されている。また、延設部３６の下面には突起３６Ｂを下方へ突設してある。

さらに、磁性体保持部３０Ａの四隅には、第２の延設部３８を設けてある。各第２の延設部３８の下面には、それぞれ第２の突起３８Ａが下方へ突設されている。

磁性体３２は、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、フェライトなどの磁性材料を機械加工して形成され、磁性体保持部３０Ａの下面に結合している。磁性体３２を磁性体保持部３０Ａに結合させるには、例えば、磁性体３２の上面と磁性体保持部３０Ａの下面との間に低融点ガラスを介在させた状態で加熱して低融点ガラスを溶融させた後、冷却する。

アーマチュア部３０の上下方向での寸法はフレーム部３１の上下方向での寸法よりも小さく、フレーム部３１の下面に対して第２の突起３８Ａの下面や磁性体３２の下面が窪むようにしてある。

アーマチュアブロック３は、例えばフレーム部３１の下面がボディ１の上面に陽極接合されることによってボディ１に結合する。ここにおいて、突起３６Ｂはボディ１の上面に当接し、アーマチュア部３０は突起３６Ｂを支点としてボディ１に対し図８に線Ｘで示す長手方向の中心を軸とする回動が可能となっている。つまり、突起３６Ｂが支点突起である。また、各可動接点３３Ａ，３３Ｂはそれぞれ１組の固定接点１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂに対向し、第２の突起３８Ａの先端面はボディ１の上面に離間して対向する。さらに、磁性体３２は、上方から見てアーマチュア部３０の回動軸Ｘを挟んで互いに異なる側に位置する各部が、互いに異なる脚片２０Ｂ，２０Ｃの先端面に対しそれぞれ薄膜１Ｂを挟んで対向する。

また、アーマチュアブロック３の上側は、例えばパイレックス（登録商標）のような耐熱ガラスからなる長方形板状のカバー４によって覆われる。カバー４は、例えば陽極接合によってフレーム部３１の上面に接合される。また、カバー４の下面には、アーマチュア部３０の可動範囲を確保するための凹部（図示せず）を設けてある。

上記のマイクロリレーの動作を説明する。コイル２２Ａ，２２Ｂに通電すると、磁性体３２が通電方向に応じた一方の脚片２０Ｂに吸引され、アーマチュア部３０は、突起３６Ｂを支点として回動し、一方の可動接点３３Ａを一対の固定接点１４Ａ，１４Ｂに接触導通させる。ここにおいて、固定接点１４Ａ，１４Ｂ間は可動接点３３Ａを介して電気的に接続される。このとき、可動接点３３Ａの固定接点１４Ａ，１４Ｂに対する接触圧は連結部３４の弾性により適度に保たれている。また、第２の突起３８Ａがボディ１の上面に当接することにより、アーマチュア部３０の可動範囲が制限され、磁性体３２と薄膜１Ｂとの接触による破損が防止されている。コイル２２Ａ，２２Ｂへの通電を停止すると、永久磁石２１→磁性体３２→脚片２０Ｂ→永久磁石２１という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部３０の姿勢は維持される。

次に、コイル２２Ａ，２２Ｂへの通電方向を逆にすると、弾性部３５の弾性力と、磁性体３２が他方の脚片２０Ｃに吸引される力とにより、アーマチュア部３０は、突起３６Ｂを支点として上記とは反対側へ回動し、他方の可動接点３３Ｂを別の一対の固定接点１５Ａ，１５Ｂに接触導通させる。ここにおいて、固定接点１５Ａ，１５Ｂ間は可動接点３３Ｂを介して電気的に接続される。コイル２２Ａ，２２Ｂへの通電を停止すると、永久磁石２１→磁性体３２→脚片２０Ｃ→永久磁石２１という閉磁路を通る磁束により、アーマチュア部３０の姿勢は維持される。つまり、上記のマイクロリレーは、交互に開閉する２組の接点を有するラッチング型のリレーである。
特開平５−１１４３４７号公報

しかし、上記従来のマイクロリレーでは、突起３６Ｂが磁性体３２の両側に位置するために、磁性体３２が電磁石装置２に吸引されたときにアーマチュア部３０に曲げ力が加わり、アーマチュア部３０の突起３６Ｂ付近が短手方向の中央部を下方へ突出させるように弾性変形しやすかった。このようなアーマチュア部３０の突起３６Ｂ付近の変形は、設計上意図されていないので、特性が設計値からずれる原因となる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくいマイクロリレーを提供することにある。

請求項１の発明は、枠状のフレーム部、フレーム部に一端が結合しフレーム部の内側へ突出して弾性を有する弾性部、フレーム部に囲まれ弾性部を介してフレーム部に対して回動可能に支持されたアーマチュア部を有するアーマチュアブロックと、アーマチュア部に結合した磁性体と、磁性体を吸引してアーマチュア部を回動させる電磁石装置と、電磁石装置を保持してアーマチュアブロックのフレーム部に結合したボディとを備え、アーマチュア部には、ボディに当接しアーマチュア部がボディに対して回動する際の支点となる支点突起が設けられ、ボディには固定接点が設けられ、アーマチュア部にはアーマチュア部の回動に伴って固定接点に離接する可動接点が設けられたマイクロリレーにおいて、アーマチュア部に結合するとともに、アーマチュア部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えることを特徴とする。

この発明によれば、アーマチュア部において磁性体が電磁石装置に吸引されたときに変形しやすい支点突起付近が補強部材により機械的に補強されるから、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくい。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、アーマチュア部には支持突起の突出方向に貫通した結合穴が設けられ、磁性体と補強部材とは、結合穴を通じて互いに結合し間にアーマチュア部を挟むことによりそれぞれアーマチュア部に結合することを特徴とする。

本発明によれば、補強部材を磁性体の保持とアーマチュア部の機械的補強とに兼用することができる。

本発明によれば、アーマチュア部に結合するとともに、アーマチュア部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えるので、アーマチュア部において磁性体が電磁石装置に吸引されたときに変形しやすい支点突起付近が補強部材により機械的に補強されるから、アーマチュア部の支点突起付近が変形しにくい。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態のアーマチュア部３０には、図２に示すように、長手方向の中央部に２個の結合穴３９を短手方向に並べて貫設してある。

また、本実施形態は、各結合穴３９の上側の開口をそれぞれ覆う接合補助部材５を備える。接合補助部材５は、結合穴３９を通じて磁性体３２に結合し、磁性体３２との間にアーマチュア部３０の磁性体保持部３０Ａを挟むことによってアーマチュア部３０に結合するとともに磁性体３２をアーマチュア部３０に保持する。

磁性体３２と接合補助部材５とを互いに結合させる方法としては、例えば図１に示すように金や金・錫合金などの融点の低い材料からなる接合部材６を結合穴３９内で磁性体３２と接合補助部材５との間に介装しこれを加熱して溶融させてから冷却する方法や、接合補助部材５の一部を熱によって溶融させ結合穴３９を通じて磁性体３２に溶着させる方法が考えられる。接合補助部材５の材料には、磁性体３２との結合に前者の方法を用いる場合には例えば磁性体３２と同様の材料を用い、後者の方法を用いる場合には例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料を用いる。

また、接合補助部材５は、図３に示すようにアーマチュア部３０の回動軸Ｘに沿った方向に長細い形状となっており、長手方向の両端部がそれぞれ延設部３６の上面に当接している。つまり、接合補助部材５は、支点突起たる突起３６Ｂの突出方向である下方から見て突起３６Ｂに重なる範囲と重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部３０に当接している。これにより、アーマチュア部３０が機械的に補強されている。すなわち、接合補助部材５が補強部材である。

上記構成によれば、接合補助部材５によってアーマチュア部３０が機械的に補強されるから、従来例のように接合補助部材５を設けない場合や、図４に示すように接合補助部材５を延設部３６に重ならない程度の寸法とする場合に比べ、磁性体３２が電磁石装置２に吸引されたときにアーマチュア部３０の突起３６Ｂ付近が変形しにくい。

ところで、補強部材が、磁性体３２に結合するものでなく、例えば低融点ガラスを介してアーマチュア部３０に直接接合されるようなものであっても、アーマチュア部３０の変形を防ぐ効果は得られる。しかし、本実施形態では、磁性体３２をアーマチュア部３０に保持する接合補助部材５が補強部材となるので、磁性体３２をアーマチュア部３０に結合させる工程と補強部材を設ける工程とを別途に備える場合に比べ、工程数が減少して製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態の要部を示す断面図である。 同上の要部を示す分解斜視図である。 同上の要部を示す平面図である。 同上の比較例の要部を示す平面図である。 従来例を示す分解斜視図である。 同上を示す斜視図である。 同上の要部を示す分解斜視図である。 同上のアーマチュアブロックを示す平面図である。

符号の説明

１ ボディ
２ 電磁石装置
３ アーマチュアブロック
５ 接合補助部材
１４Ａ 固定接点
３０ アーマチュア部
３１ フレーム部
３２ 磁性体
３３Ａ 可動接点
３５ 弾性部
３６Ｂ 突起
３９ 結合穴

Claims (2)

1. 枠状のフレーム部、フレーム部に一端が結合しフレーム部の内側へ突出して弾性を有する弾性部、フレーム部に囲まれ弾性部を介してフレーム部に対して回動可能に支持されたアーマチュア部を有するアーマチュアブロックと、
   アーマチュア部に結合した磁性体と、
   磁性体を吸引してアーマチュア部を回動させる電磁石装置と、電磁石装置を保持してアーマチュアブロックのフレーム部に結合したボディとを備え、
   アーマチュア部には、ボディに当接しアーマチュア部がボディに対して回動する際の支点となる支点突起が設けられ、
   ボディには固定接点が設けられ、アーマチュア部にはアーマチュア部の回動に伴って固定接点に離接する可動接点が設けられたマイクロリレーにおいて、
   アーマチュア部に結合するとともに、アーマチュア部の支点突起が設けられた面の反対面において支点突起の突出方向から見て支点突起の少なくとも一部に重なる範囲と支点突起に重ならない範囲とでそれぞれアーマチュア部に当接した補強部材を備えることを特徴とするマイクロリレー。
2. アーマチュア部には支持突起の突出方向に貫通した結合穴が設けられ、
   磁性体と補強部材とは、結合穴を通じて互いに結合し間にアーマチュア部を挟むことによりそれぞれアーマチュア部に結合することを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。

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