JP2008198523A - Relay and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体金属を用いたリレーとその製造方法に関して、特に電極間を確実に接続することが可能なリレーとその製造方法に関する。 The present invention relates to a relay using liquid metal and a manufacturing method thereof, and more particularly to a relay capable of reliably connecting electrodes and a manufacturing method thereof.
従来の液体金属を用いたリレーとその製造方法に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents related to a conventional relay using liquid metal and its manufacturing method include the following.
図１１はこのような従来のリレーの一例を示す平面図及び説明図である。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はリレーの構成を説明する説明図である。ちなみに、図１１に示すリレーはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によって実現されるリレーである。 FIG. 11 is a plan view and an explanatory view showing an example of such a conventional relay. FIG. 11A is a plan view, and FIG. 11B is an explanatory diagram illustrating the configuration of the relay. Incidentally, the relay shown in FIG. 11 is a relay realized by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.
図１１において、１はガラス等で形成される基板、２はガラス等で形成され基板１と貼り合わされて微小流路を構成する溝を有する基板、３、４はヒータ、５、６及び７は電極、８は水銀等の液体金属（以下、水銀）である。
In FIG. 11, 1 is a substrate formed of glass or the like, 2 is a substrate formed of glass or the like and bonded to the
例えば、基板１上にはヒータ３及び４が所定の間隔を隔てて並列に形成される。基板１上のヒータ３とヒータ４との間には電極５、６及び７が並列にそれぞれ形成される。
For example, the
基板１及びヒータ３、４上に溝が設けられた基板２が形成される。また、基板２はヒータ３及び４が基板２の溝の両端に位置するように形成される。
A substrate 2 having grooves on the
基板２の溝は開口部分が基板１で覆われて、図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路及び図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路の両端の開口部と繋がる図１１中”ＣＭ１００”及び”ＣＭ１０１”に示すヒータ室がそれぞれ構成される。
The opening of the groove of the substrate 2 is covered with the
すなわち、図１１中”ＣＭ１００”及び”ＣＭ１０１”に示すヒータ室にはヒータ３及び４がそれぞれ設けられることになる。
That is,
また、図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路は、図１１中”ＴＨ１００”、”ＴＨ１０１”、”ＴＨ１０２”及び”ＴＨ１０３”に示す絞り部が所定の間隔で形成される。 Further, in the micro flow path indicated by “MF100” in FIG. 11, the throttle portions indicated by “TH100”, “TH101”, “TH102”, and “TH103” in FIG. 11 are formed at predetermined intervals.
ちなみに、図１１中”ＴＨ１００”、”ＴＨ１０１”、”ＴＨ１０２”及び”ＴＨ１０３”に示す絞り部の断面積は、図１１中”ＦＰ１００”、”ＦＰ１０１”及び”ＦＰ１０２”に示す流路部の断面積よりもそれぞれ小さく形成される。 Incidentally, the sectional areas of the throttle portions indicated by “TH100”, “TH101”, “TH102”, and “TH103” in FIG. 11 are the cut-off portions of the flow path portions indicated by “FP100”, “FP101”, and “FP102” in FIG. Each is formed smaller than the area.
このため、図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路は、図１１中”ＴＨ１００”、”ＴＨ１０１”、”ＴＨ１０２”及び”ＴＨ１０３”に示す絞り部により、図１１中”ＦＰ１００”、”ＦＰ１０１”及び”ＦＰ１０２”に示す流路部にそれぞれ仕切られる。 For this reason, the micro flow path indicated by “MF100” in FIG. 11 is “FP100”, “FP101” in FIG. 11 by the throttle portions indicated by “TH100”, “TH101”, “TH102”, and “TH103” in FIG. And it is partitioned into the flow path portions indicated by “FP102”.
図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路には水銀８が充填される。例えば、図１１に示すように、水銀８は図１１中”ＦＰ１００”及び”ＦＰ１０１”に示す流路部内に充填される。 In FIG. 11, mercury 8 is filled in the microchannel indicated by “MF100”. For example, as shown in FIG. 11, mercury 8 is filled in the flow path portions indicated by “FP100” and “FP101” in FIG.
また、図１１中”ＦＰ１００”、”ＦＰ１０１”及び”ＦＰ１０２”に示す流路部は電極５、６及び７にそれぞれ接する。例えば、図１１に示すように、電極５と電極６との間は水銀８を介して接続される。
Further, the flow path portions indicated by “FP100”, “FP101”, and “FP102” in FIG. 11 are in contact with the
このように、基板２の溝は開口部分が基板１で覆われて、水銀８が充填された図１１中”ＭＦ１００”に示す微小流路及び図１１中”ＣＭ１００”及び”ＣＭ１０１”に示すヒータ室がそれぞれ構成される。
As described above, the groove of the substrate 2 is covered with the
ここで、図１１に示す従来例を図１２を用いて説明する。図１２は従来のリレーの動作を説明する説明図である。３、４、５、６、７及び８は図１１と同一符号を付してある。図１２（ａ）は電極の接続状態を説明する説明図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の状態から水銀が移動した時の電極の接続状態を説明する説明図、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）の状態から水銀が移動した時の電極の接続状態を説明する説明図である。 Here, the conventional example shown in FIG. 11 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the operation of a conventional relay. 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are given the same reference numerals as in FIG. 12A is an explanatory diagram for explaining the connection state of the electrodes, FIG. 12B is an explanatory diagram for explaining the connection state of the electrodes when mercury moves from the state of FIG. 12A, and FIG. ) Is an explanatory diagram for explaining the connection state of the electrodes when mercury moves from the state of FIG.
例えば、図１２（ａ）に示すように、水銀８は図１２中”ＦＰ１００”及び”ＦＰ１０１”に示す流路部内に位置する。すなわち、水銀８を介して電極５と電極６との間は接続されている。また、電極６と電極７との間は接続されていない。
For example, as shown in FIG. 12A, the mercury 8 is located in the flow path portion indicated by “FP100” and “FP101” in FIG. That is, the electrode 5 and the
言い換えれば、電極５と電極６との間は通電状態（ＯＮ状態）、電極６と電極７との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）となっている。
In other words, the electrode 5 and the
図１２中”ＣＭ１００”に示すヒータ室内のヒータ３へ電力が供給されると、ヒータ３は図１２中”ＣＭ１００”に示すヒータ室内の気体（図示せず）を加熱する。
When power is supplied to the
図１２中”ＣＭ１００”に示すヒータ室内の気体（図示せず）は、ヒータ３の熱で膨張する。
A gas (not shown) in the heater chamber indicated by “
そして、図１２（ｂ）に示すように、ヒータ３の熱で膨張した気体により、水銀８は矢印”Ａ”の方向に移動させられる。
Then, as shown in FIG. 12B, the mercury 8 is moved in the direction of the arrow “A” by the gas expanded by the heat of the
この場合、水銀８は図１２中”ＦＰ１０１”及び”ＦＰ１０２”に示す流路部に移動させられ、電極６と電極７との間は水銀８を介して接続される。
In this case, the mercury 8 is moved to the flow path portions indicated by “FP101” and “FP102” in FIG. 12, and the
言い換えれば、電極５と電極６との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）、電極６と電極７との間は通電状態（ＯＮ状態）となっている。
In other words, the electrode 5 and the
また、図１２中”ＦＰ１０３”に示す流路部内の気体（図示せず）は、水銀８の移動に伴い図１２中”ＣＭ１０１”に示すヒータ室に移動させられる。 Further, the gas (not shown) in the flow path portion indicated by “FP103” in FIG. 12 is moved to the heater chamber indicated by “CM101” in FIG.
このように、図１２中”ＦＰ１０３”に示す流路部内の気体（図示せず）が図１２中”ＣＭ１０１”に示すヒータ室に移動させられることにより、図１２中”ＣＭ１０１”に示すヒータ室内の圧力が上昇する。 As described above, the gas (not shown) in the flow path portion indicated by “FP103” in FIG. 12 is moved to the heater chamber indicated by “CM101” in FIG. 12, whereby the heater chamber indicated by “CM101” in FIG. The pressure increases.
次に、ヒータ３への電力供給が止められ、図１２中”ＣＭ１０１”に示すヒータ室内のヒータ４へ電力が供給されると、図１２中”ＣＭ１００”に示すヒータ室内の膨張していた気体（図示せず）が収縮し、ヒータ４の熱により図１２中”ＣＭ１０１”に示すヒータ室内の気体（図示せず）が膨張する。
Next, when power supply to the
そして、図１２（ｃ）に示すように、この膨張した気体によって水銀８は矢印”Ｂ”の方向に移動させられる。 Then, as shown in FIG. 12C, the expanded gas moves the mercury 8 in the direction of the arrow “B”.
この場合、水銀８は図１２中”ＦＰ１００”及び”ＦＰ１０１”に示す流路部に移動され、電極５と電極６との間が水銀８を介して接続される。
In this case, the mercury 8 is moved to the flow path portions indicated by “FP100” and “FP101” in FIG. 12, and the electrode 5 and the
すなわち、電極５と電極６との間は通電状態（ＯＮ状態）、電極６と電極７との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）となり、図１２（ａ）と同じ電極の接続状態に戻ることになる。
That is, the electrode 5 and the
この結果、電極が形成された微小流路内に水銀が充填され、微小流路の両端の開口部と繋がるヒータ室内のヒータの熱により気体が膨張し、この膨張した気体が水銀を移動させることにより、電極の接続状態を選択することが可能となる。 As a result, mercury is filled in the microchannel where the electrodes are formed, and the gas expands due to the heat of the heater in the heater chamber connected to the openings at both ends of the microchannel, and this expanded gas moves the mercury. Thus, the connection state of the electrodes can be selected.
しかし、図１１等に示す従来例では、水銀と微小流路との間に隙間があることにより、微小流路内の圧力に影響を与えてしまい水銀が常に一定に移動できないといった問題があった。 However, in the conventional example shown in FIG. 11 and the like, there is a problem in that mercury is not always able to move constantly because it has a gap between the mercury and the microchannel, which affects the pressure in the microchannel. .
例えば、従来のリレーの水銀と微小流路との隙間について図１３を用いて説明する。図１３は従来のリレーの微小流路内の水銀と隙間の関係を説明する説明図である。１、２及び８は図１１と同一符号を付してある。 For example, a gap between mercury and a minute flow path in a conventional relay will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the relationship between mercury and a gap in a minute flow path of a conventional relay. 1, 2 and 8 have the same reference numerals as in FIG.
図１３に示すように、図１３中”ＭＦ１０１”に示す微小流路では、水銀８が表面張力によって丸みを帯びることにより、図１３中”ＭＦ１０１”に示す微小流路と水銀８との間に図１３中”ＣＬ１００”、”ＣＬ１０１”、”ＣＬ１０２”及び”ＣＬ１０３”に示す隙間ができてしまう。 As shown in FIG. 13, in the micro flow channel indicated by “MF101” in FIG. 13, the mercury 8 is rounded by the surface tension, so that the space between the micro flow channel indicated by “MF101” in FIG. In FIG. 13, gaps indicated by “CL100”, “CL101”, “CL102”, and “CL103” are formed.
このように、水銀と微小流路との間に隙間があることにより、ヒータがヒータ室内の気体を加熱して気体を膨張させ、気体の圧力を加えて水銀を移動させる際に、微小流路及びヒータ室内の圧力に影響を与えてしまい、常に一定の圧力によって水銀を移動させることができない。 Thus, when there is a gap between mercury and the micro flow path, the heater heats the gas in the heater chamber to expand the gas, and when the pressure of the gas is applied to move the mercury, the micro flow path In addition, the pressure in the heater chamber is affected, and mercury cannot always be moved at a constant pressure.
このため、水銀と微小流路との間に隙間があり常に一定の圧力によって水銀を移動させられないことにより、確実に電極と電極との間の通電状態を遷移させることができずに電極間を確実に接続できないといった問題があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、電極間を確実に接続することが可能なリレーを実現することを目的とする。
For this reason, there is a gap between the mercury and the micro flow path, and the mercury cannot be moved at a constant pressure at all times, so that the current-carrying state between the electrodes cannot be reliably transferred. There was a problem that could not be connected reliably.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a relay capable of reliably connecting electrodes.
上記のような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
液体金属を用いたリレーにおいて、断面の形状が連続する曲線である微小流路を有し、この微小流路内に流路方向に沿って複数の電極が形成される電極部と、前記微小流路の一部に充填される液体金属と、気体が封入されるヒータ室と前記気体を加熱するヒータとを有し、前記気体の気圧を前記微小流路の両端から前記液体金属にそれぞれ加える２つのヒータ部とを備えたことにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
In order to achieve the above-described problems, the invention described in
A relay using a liquid metal has a microchannel having a continuous cross-sectional shape, and an electrode portion in which a plurality of electrodes are formed along the channel direction in the microchannel, A liquid metal filled in a part of the path, a heater chamber in which gas is sealed, and a heater for heating the gas are added, and the atmospheric pressure of the gas is applied to the liquid metal from both ends of the microchannel 2 By providing the two heater portions, the electrodes can be reliably connected.
請求項２記載の発明は、
液体金属を用いたリレーにおいて、断面の形状が連続する曲線である微小流路を有し、この微小流路内に流路方向に沿って複数の電極が形成される電極部と、前記微小流路の一部に充填される液体金属と、微小流路の両端に形成される仕切り部と、気体が封入されるヒータ室と前記気体を加熱するヒータとを有し、前記気体の気圧を前記仕切り部を介して前記微小流路の両端から前記液体金属にそれぞれ加える２つのヒータ部とを備えたことにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention according to claim 2
A relay using a liquid metal has a microchannel having a continuous cross-sectional shape, and an electrode portion in which a plurality of electrodes are formed along the channel direction in the microchannel, A liquid metal filled in a part of the path; partition portions formed at both ends of the microchannel; a heater chamber in which a gas is sealed; and a heater that heats the gas; By providing the two heater portions to be added to the liquid metal from both ends of the micro flow path via the partition portion, the electrodes can be reliably connected.
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるリレーにおいて、
前記電極部が、電極と絶縁体とが複数回積層され積層方向に貫通する前記微小流路が形成されることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention described in
In the relay that is the invention according to
By forming the micro flow path in which the electrode portion is formed by laminating the electrode and the insulator a plurality of times and penetrating in the stacking direction, the electrodes can be reliably connected.
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるリレーにおいて、
前記微小流路が、断面の形状の一部が直線であることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention according to
In the relay that is the invention according to
Since the microchannel has a part of a cross-sectional shape that is a straight line, the electrodes can be reliably connected.
請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるリレーにおいて、
前記液体金属が、水銀、ＧａＩｎ若しくはＧａＩｎＳｎであることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention according to claim 5
In the relay that is the invention according to
When the liquid metal is mercury, GaIn, or GaInSn, the electrodes can be reliably connected.
請求項６記載の発明は、
液体金属を用いたリレーの製造方法であって、
電極層と絶縁層とを複数回積層し積層方向に断面の形状が連続する曲線である微小流路を形成して電極部を製造する第１の工程と、溝を有する基板、ヒータ及び微小孔を有する基板とを順次積層してヒータ部を製造する第２の工程と、前記微小流路の一部に液体金属を充填し、前記微小流路の両端の開口部と２つの前記ヒータ部の前記微小孔をそれぞれ繋いで２つの前記ヒータ部内に気体を封入する第３の工程とから成ることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention described in
A method of manufacturing a relay using liquid metal,
A first step of manufacturing an electrode part by laminating an electrode layer and an insulating layer a plurality of times and forming a microchannel having a curved cross-sectional shape in the laminating direction, a substrate having a groove, a heater, and a microhole A step of manufacturing a heater part by sequentially laminating a substrate having a liquid crystal, filling a liquid metal in a part of the micro-channel, opening portions at both ends of the micro-channel, and two heater units It is possible to reliably connect the electrodes by comprising the third step of connecting the micro holes and sealing the gas into the two heater portions.
請求項７記載の発明は、
請求項６記載の発明であるリレーの製造方法であって、
前記第１乃至第３の工程において複数個のリレーを一体化して製造した後に、個々のリレーを切り出すことにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention described in
A method for manufacturing a relay according to
After the plurality of relays are integrated and manufactured in the first to third steps, the individual relays are cut out so that the electrodes can be reliably connected.
請求項８記載の発明は、
請求項６記載の発明であるリレーの製造方法であって、
前記微小流路が、断面の形状の一部が直線であることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention described in claim 8
A method for manufacturing a relay according to
Since the microchannel has a part of a cross-sectional shape that is a straight line, the electrodes can be reliably connected.
請求項９記載の発明は、
請求項６記載の発明であるリレーの製造方法であって、
前記液体金属が、水銀、ＧａＩｎ若しくはＧａＩｎＳｎであることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The invention according to
A method for manufacturing a relay according to
When the liquid metal is mercury, GaIn, or GaInSn, the electrodes can be reliably connected.
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１、２、３、４、５、６、７、８及び請求項９の発明によれば、断面が連続した曲線から成る微小流路を有する電極部の微小流路の流路方向に沿って複数の電極が形成され、液体金属が微小流路内に充填され、ヒータが２つのヒータ室内の気体を加熱してヒータ室内の気体の気圧を微小流路の両端からそれぞれ加えて液体金属を移動させることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。
The present invention has the following effects.
According to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, and ninth aspects of the present invention, the electrode portion having a microchannel having a continuous cross section in the flow direction of the microchannel A plurality of electrodes are formed along the surface, the liquid metal is filled in the micro flow path, the heater heats the gas in the two heater chambers, and the gas pressure in the heater chamber is applied from both ends of the micro flow path, respectively. By moving the electrode, it is possible to reliably connect the electrodes.
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るリレーの一実施例を示す構成図である。図１（ａ）はリレーの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ方向からみた側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ちなみに、図１に示すリレーはＭＥＭＳ技術によって実現されるリレーである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a relay according to the present invention. 1A is a plan view of the relay, FIG. 1B is a side view seen from the direction A in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Incidentally, the relay shown in FIG. 1 is a relay realized by the MEMS technology.
９はガラス等の絶縁体である基板、１０は水銀、ＧａＩｎ（ガリウム・インジリウム）、ＧａＩｎＳｎ（ガリウム・インジリウム・スズ）などの液体金属、１１、１２及び１３は炭素、タンタル、モリブデン、タングステンなどの電極、１４及び１５はヒータである。また、基板９、液体金属１０、電極１１、１２及び１３、ヒータ１４及び１５はリレー１００を構成する。
9 is a substrate made of an insulator such as glass, 10 is a liquid metal such as mercury, GaIn (gallium / indylium), GaInSn (gallium / indylium / tin), 11, 12 and 13 are carbon, tantalum, molybdenum, tungsten, etc.
例えば、基板９には断面が円形である図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路及び図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端の開口部と繋がる図１中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室がそれぞれ形成される。
For example, the
ちなみに、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の断面積は、図１中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室の断面積よりもそれぞれ小さく形成される。 Incidentally, the cross-sectional areas of the microchannels indicated by “MF110” in FIG. 1 are formed smaller than the cross-sectional areas of the heater chambers indicated by “CM110” and “CM111” in FIG.
図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の内壁には流路方向に沿って電極１１、１２及び１３がそれぞれ形成される。例えば、図１に示すように、電極１１、１２及び１３は、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の内壁に流路方向に沿って所定の間隔にそれぞれ形成される。
また、液体金属１０が図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内に充填される。そして、電極１１と電極１２との間は液体金属１０を介して接続される。
Further, the
図１中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室内にはヒータ１４及び１５がそれぞれ設けられると共に、空気や窒素ガスなどの気体（図示せず）が封入される。
また、電極１１、１２及び１３の表面は、例えば液体金属などによりそれぞれ濡れている。
Further, the surfaces of the
ここで、図１に示す本発明に係るリレーの動作について図２を用いて説明する。図２は本発明に係るリレーの動作を説明する説明図である。１０、１１、１２、１３、１４及び１５は図１と同一符号を付してある。 Here, the operation of the relay according to the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory view for explaining the operation of the relay according to the present invention. 10, 11, 12, 13, 14, and 15 are assigned the same reference numerals as in FIG.
例えば、図２（ａ）に示すように、液体金属１０は図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内で液体金属１０を介して電極１１と電極１２との間が接続される位置に配置される。また、電極１２と電極１３との間は接続されていない。
For example, as shown in FIG. 2A, the
言い換えれば、電極１１と電極１２との間は通電状態（ＯＮ状態）、電極１２と電極１３との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）となっている。
In other words, the
図２中”ＣＭ１１０”に示すヒータ室内のヒータ１４へ電力が供給されると、ヒータ１４は図２中”ＣＭ１１０”に示すヒータ室内の気体（図示せず）を加熱する。
When electric power is supplied to the
図２中”ＣＭ１１０”に示すヒータ室内の気体（図示せず）は、ヒータ１４の熱で膨張する。
A gas (not shown) in the heater chamber indicated by “CM 110” in FIG. 2 expands due to the heat of the
そして、図２（ｂ）に示すように、ヒータ１４の熱で膨張した気体により、液体金属１０は矢印”Ａ”の方向に移動させられる。
Then, as shown in FIG. 2B, the
この場合、液体金属１０は、図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内で図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室側に移動させられる。
In this case, the
このため、電極１２と電極１３との間は液体金属１０を介して接続される。言い換えれば、電極１１と電極１２との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）、電極１２と電極１３との間は通電状態（ＯＮ状態）となっている。
For this reason, the
また、図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内の気体（図示せず）は、液体金属１０の移動に伴い図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室に移動させられる。
2 is moved to the heater chamber indicated by “CM111” in FIG. 2 as the
このように、図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内の気体（図示せず）が図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室に移動させられることにより、図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室内の圧力が上昇する。 2 is moved to the heater chamber indicated by “CM111” in FIG. 2 so that the heater indicated by “CM111” in FIG. 2 is moved. The pressure in the room rises.
次に、ヒータ１４への電力供給が止められ、図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室内のヒータ１５へ電力が供給されると、図２中”ＣＭ１１０”に示すヒータ室内の膨張していた気体（図示せず）が収縮し、ヒータ１５の熱により図２中”ＣＭ１１１”に示すヒータ室内の気体（図示せず）が膨張する。
Next, when power supply to the
そして、図２（ｃ）に示すように、ヒータ１５の熱で膨張した気体により、液体金属１０は矢印”Ｂ”の方向に移動させられる。
Then, as shown in FIG. 2C, the
この場合、図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内で液体金属１０は図２中”ＣＭ１１０”に示すヒータ室側に移動させられ、電極１１と電極１２との間が液体金属１０を介して接続される。
In this case, the
すなわち、電極１１と電極１２との間は通電状態（ＯＮ状態）、電極１２と電極１３との間は非通電状態（ＯＦＦ状態）となり、図２（ａ）と同じ電極の接続状態に戻ることになる。
That is, the
このため、ヒータ１４及び１５の熱で膨張した図２中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室内の気体の気圧を図２中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端から液体金属１０に加えることにより、液体金属１０を移動させて電極の接続状態を遷移することが可能となる。
For this reason, the atmospheric pressure of the gas in the heater chamber indicated by “CM110” and “CM111” in FIG. 2 expanded by the heat of the
また、微小流路の断面が円形であり、液体金属と微小流路との間に隙間が生じないことにより、常に一定の圧力によって液体金属を移動させ、確実に電極と電極との間の通電状態を遷移させることが可能となる。 In addition, since the cross section of the microchannel is circular and there is no gap between the liquid metal and the microchannel, the liquid metal is always moved by a constant pressure to ensure that the current flows between the electrodes. It is possible to change the state.
この結果、電極が形成された微小流路内に液体金属が充填され、ヒータがヒータ室内の気体を加熱してヒータ室内の気体の気圧を微小流路の両端からそれぞれ加えて液体金属を移動させることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。 As a result, the liquid metal is filled in the micro flow path in which the electrode is formed, and the heater heats the gas in the heater chamber and applies the atmospheric pressure of the gas in the heater chamber from both ends of the micro flow path to move the liquid metal. Thus, the electrodes can be reliably connected.
また、電極の表面が液体金属で濡れ、表面張力によって液体金属を所定の位置で維持することにより、ラッチング機構を実現しリレーの消費電力を低減させることが可能となる。 Further, the surface of the electrode is wetted with the liquid metal, and the liquid metal is maintained at a predetermined position by the surface tension, thereby realizing a latching mechanism and reducing the power consumption of the relay.
なお、図１等に示す実施例では、電極１１、１２及び１３が内壁に形成されると共に液体金属１０が充填される微小流路が構成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、複数の電極及び複数の絶縁体によって形成される微小流路が構成されるものであっても構わない。
In the embodiment shown in FIG. 1 and the like, it is exemplified that the
例えば、複数の電極及び複数の絶縁体によって形成される微小流路を有するリレーについて図３を用いて説明する。図３は本発明に係るリレーの一実施例を示す構成図である。図３（ａ）はリレーの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向からみた側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 For example, a relay having a microchannel formed by a plurality of electrodes and a plurality of insulators will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the relay according to the present invention. 3A is a plan view of the relay, FIG. 3B is a side view seen from the direction A of FIG. 3A, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
図３において１６、２０、２１及び２５は基板、１７、１９、２２及び２４は接着剤、１８及び２３はヒータ、２６、２８及び３０は炭素、タンタル、モリブデン、タングステンなどの電極、２７及び２９は絶縁体、３１は水銀、ＧａＩｎ（ガリウム・インジリウム）、ＧａＩｎＳｎ（ガリウム・インジリウム・スズ）などの液体金属である。 In FIG. 3, 16, 20, 21 and 25 are substrates, 17, 19, 22 and 24 are adhesives, 18 and 23 are heaters, 26, 28 and 30 are electrodes of carbon, tantalum, molybdenum, tungsten, etc. 27 and 29 Is an insulator, and 31 is a liquid metal such as mercury, GaIn (gallium, indyllium), and GaInSn (gallium, indyllium, tin).
また、ヒータ１８及び２３、液体金属３１、電極２６、２８及び３０、絶縁体２７及び２９、接着剤１７、１９、２２及び２４、基板１６、２０、２１及び２５はリレー１０１を構成する。
The
１１０は、基板１６、接着剤１７、ヒータ１８、接着剤１９及び基板２０が順次積層されて構成されるヒータ部、１１１は基板２１、接着剤２２、ヒータ２３、接着剤２４及び基板２５が順次積層されて構成されるヒータ部である。
110 is a heater unit configured by sequentially laminating the
１２０は、電極２６、絶縁体２７、電極２８、絶縁体２９及び電極３０が順次積層されて構成される電極部である。
Reference numeral 120 denotes an electrode portion configured by sequentially laminating the
すなわち、図３に示すように、ヒータ部１１０、１１１及び電極部１２０はリレー１０１を構成することになる。 That is, as shown in FIG. 3, the heater units 110 and 111 and the electrode unit 120 constitute a relay 101.
電極部１２０は、電極２６、絶縁体２７、電極２８、絶縁体２９及び電極３０が積層された方向に貫通された図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路が形成される。図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内には、液体金属３１が充填される。
The electrode section 120 is formed with a micro flow path indicated by “MF110” in FIG. 3 that is penetrated in the direction in which the
電極部１２０の図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端にヒータ部１１０及び１１１がそれぞれ形成される。 Heater portions 110 and 111 are formed at both ends of the micro flow path indicated by “MF110” in FIG.
ヒータ部１１０及び１１１には、図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端の開口部と繋がると共にヒータ１８及び２３が設けられる図３中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室が形成される。 In the heater portions 110 and 111, heater chambers indicated by “CM110” and “CM111” in FIG. 3 are formed, which are connected to openings at both ends of the microchannel indicated by “MF110” in FIG. Is done.
ちなみに、図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の口径は、図３中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室の口径よりも小さく形成される。 Incidentally, the diameter of the microchannel indicated by “MF110” in FIG. 3 is formed smaller than the diameter of the heater chamber indicated by “CM110” and “CM111” in FIG.
このように、電極部１２０の液体金属３１が充填された図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端にヒータ部１１０及び１１１が形成され、図３中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端の開口部と繋がると共にヒータ１８及び２３が設けられる図３中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室とがそれぞれ形成されることにより、リレー１０１が形成される。
In this way, the heater portions 110 and 111 are formed at both ends of the micro flow path indicated by “MF110” in FIG. 3 filled with the liquid metal 31 of the electrode portion 120, and the micro flow path indicated by “MF110” in FIG. The relay 101 is formed by forming heater chambers indicated by “CM110” and “CM111” in FIG. 3 that are connected to the openings at both ends and in which the
また、図３に示す本発明に係るリレーの一実施例の製造方法について図４、図５、図６、図７、図８、図９及び図１０を用いて説明する。 A manufacturing method of an embodiment of the relay according to the present invention shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10.
図４〜図１０は本発明に係るリレーの一実施例の製造工程を説明する説明図である。図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）はそれぞれリレーの製造工程の平面図、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）はそれぞれリレーの製造工程の断面図（図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。 4-10 is explanatory drawing explaining the manufacturing process of one Example of the relay based on this invention. 4 (a), 5 (a), 6 (a), 7 (a), 8 (a), 9 (a), and 10 (a) are plan views of the relay manufacturing process. 4 (b), FIG. 5 (b), FIG. 6 (b), FIG. 7 (b), FIG. 8 (b), FIG. 9 (b) and FIG. 10 (b) are cross sections of the relay manufacturing process. FIG. 4 (A), FIG. 5 (a), FIG. 6 (a), FIG. 7 (a), FIG. 8 (a), FIG. 9 (a), and FIG. It is.
図４〜図１０において３２、３４及び３６は炭素、タンタル、モリブデン、タングステンなどの電極層、３３及び３５は絶縁層、３７、３８、４１及び４４はガラス等の絶縁体である基板、３９、４０、４２及び４５は接着剤、４３及び４６はヒータ、４７、４８、４９は水銀、ＧａＩｎ（ガリウム・インジリウム）、ＧａＩｎＳｎ（ガリウム・インジリウム・スズ）などの液体金属である。また、図９及び図１０において１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７，２８、２９、３０、３１、１１０及び１１１は図１と同一符号を付してある。 4 to 10, 32, 34 and 36 are electrode layers such as carbon, tantalum, molybdenum and tungsten, 33 and 35 are insulating layers, 37, 38, 41 and 44 are substrates which are insulators such as glass, 39, 40, 42 and 45 are adhesives, 43 and 46 are heaters, 47, 48 and 49 are liquid metals such as mercury, GaIn (gallium indyllium) and GaInSn (gallium indyllium tin). 9 and 10, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 110, and 111 have the same reference numerals as in FIG. It is attached.
まず、図４（ｂ）に示すように、電極層３２上に絶縁層３３が、絶縁層３３上に電極層３４が、電極層３４上に絶縁層３５が、絶縁層３５上に電極層３６がそれぞれ積層される。 First, as shown in FIG. 4B, the insulating layer 33 is formed on the electrode layer 32, the electrode layer 34 is formed on the insulating layer 33, the insulating layer 35 is formed on the electrode layer 34, and the electrode layer 36 is formed on the insulating layer 35. Are stacked.
そして、電極層３６上に保護膜（図示せず）が形成され、保護膜（図示せず）上であって断面が円形の微小孔を形成する領域には穴があけられる。さらに、電極層３６にアルミナ等の超微粒子を吹き付けて穴あけ加工を行うといったサンドブラスト加工が施されることにより、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５及び電極層３６が積層された方向に貫通された図４中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路がそれぞれ形成される。 A protective film (not shown) is formed on the electrode layer 36, and a hole is formed in a region on the protective film (not shown) where a microhole having a circular cross section is formed. Furthermore, the electrode layer 32, the insulating layer 33, the electrode layer 34, the insulating layer 35, and the electrode layer 36 are laminated by subjecting the electrode layer 36 to sandblasting such as spraying ultrafine particles such as alumina to perform drilling. Microchannels indicated by “MF110”, “MF111”, “MF112” and “MF113” in FIG.
このように、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５及び電極層３６が順次積層され、積層された方向に貫通された図４中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路がそれぞれ形成されることにより、電極部１２０が形成される。 In this way, the electrode layer 32, the insulating layer 33, the electrode layer 34, the insulating layer 35, and the electrode layer 36 are sequentially stacked, and “MF110”, “MF111”, “MF112” in FIG. And the microchannel shown by "MF113" is formed, respectively, and the electrode part 120 is formed.
次に、別途図示しないが、予め基板３７（基板３８）に断面が円形の複数の微小孔が形成される。そして、基板３７（基板３８）はそれぞれ電極層３２の裏面及び電極層３６の表面にそれぞれ貼り合わされる。 Next, although not shown separately, a plurality of micro holes having a circular cross section are previously formed in the substrate 37 (substrate 38). The substrate 37 (substrate 38) is bonded to the back surface of the electrode layer 32 and the surface of the electrode layer 36, respectively.
例えば、基板３７（基板３８）上に保護膜（図示せず）が形成され、保護膜（図示せず）上であって断面が円形の微小孔を形成する領域には穴があけられる。そして、基板３７（基板３８）にサンドブラスト加工が施され、断面が円形の複数の微小孔がそれぞれ形成される。 For example, a protective film (not shown) is formed on the substrate 37 (substrate 38), and a hole is formed in a region on the protective film (not shown) where a microhole having a circular cross section is formed. Then, sandblasting is performed on the substrate 37 (substrate 38) to form a plurality of micro holes each having a circular cross section.
この時、基板３７及び３８の複数の微小孔の口径は、図５中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路の口径よりもそれぞれ大きく形成される。 At this time, the diameters of the plurality of minute holes of the substrates 37 and 38 are formed larger than the diameters of the minute flow paths indicated by “MF110”, “MF111”, “MF112”, and “MF113” in FIG.
そして、図５に示すように、電極層３２の裏面に図５中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路と基板３７に形成される複数の微小孔との断面の中心点が合うように基板３７が接着等によって貼り合わされる。 Then, as shown in FIG. 5, microchannels indicated by “MF110”, “MF111”, “MF112” and “MF113” in FIG. 5 and a plurality of micropores formed in the substrate 37 on the back surface of the electrode layer 32. The substrate 37 is bonded by bonding or the like so that the center points of the cross-sections are aligned.
また、電極層３６の表面に図５中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路と基板３８に形成される複数の微小孔との断面の中心点が合うように基板３８が接着等によって貼り合わされる。 In addition, the center point of the cross section of the microchannels indicated by “MF110”, “MF111”, “MF112” and “MF113” in FIG. 5 and the plurality of micropores formed in the substrate 38 is aligned with the surface of the electrode layer 36. In this way, the substrate 38 is bonded by adhesion or the like.
次に、図６に示すように、基板３７の裏面及び基板３８の表面に接着剤３９及び接着剤４０がそれぞれ塗布される。 Next, as illustrated in FIG. 6, an adhesive 39 and an adhesive 40 are applied to the back surface of the substrate 37 and the surface of the substrate 38, respectively.
一方、これまでに形成された電極部１２０、基板３７及び３８から一旦離れ、ヒータ部１１０及び１１１の形成される工程について図７、図８及び図９を用いて説明する。 On the other hand, the steps of forming the heater portions 110 and 111 once separated from the electrode portion 120 and the substrates 37 and 38 formed so far will be described with reference to FIGS.
図７に示すように、基板４１（基板４４）上に保護膜（図示せず）が形成され、保護膜（図示せず）上であって断面が円形の微小孔を形成する領域には穴があけられる。そして、基板４１（基板４４）にサンドブラスト加工が施され、断面が円形の複数の溝がそれぞれ形成される。 As shown in FIG. 7, a protective film (not shown) is formed on a substrate 41 (substrate 44), and a hole is formed in a region on the protective film (not shown) where a microhole having a circular cross section is formed. Is opened. Then, sandblasting is performed on the substrate 41 (substrate 44) to form a plurality of grooves each having a circular cross section.
この時、基板４１（基板４４）の複数の溝の口径は、基板３７（基板３８）に形成される複数の微小孔の口径と同じ大きさに形成される。 At this time, the diameters of the plurality of grooves of the substrate 41 (substrate 44) are formed to be the same as the diameters of the plurality of minute holes formed in the substrate 37 (substrate 38).
また、図７に示すように、基板４１（基板４４）上であって複数の溝が形成されていない領域に接着剤４２（接着剤４５）が塗布される。 Further, as shown in FIG. 7, an adhesive 42 (adhesive 45) is applied to a region on the substrate 41 (substrate 44) where a plurality of grooves are not formed.
そして、図８に示すように、予め形成されたヒータ４３（ヒータ４６）が接着剤４２（接着剤４５）上に設けられる。すなわち、ヒータ４３（ヒータ４６）は接着剤４２（接着剤４５）を介して基板４１（基板４４）と貼り合わされる。 And as shown in FIG. 8, the heater 43 (heater 46) formed beforehand is provided on the adhesive agent 42 (adhesive agent 45). That is, the heater 43 (heater 46) is bonded to the substrate 41 (substrate 44) via the adhesive 42 (adhesive 45).
次に、図９に示すように、液体金属３１、４７、４８及び４９が図９中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路に注入されてそれぞれ微小流路内に留まる。 Next, as shown in FIG. 9, the liquid metals 31, 47, 48 and 49 are injected into the micro flow paths indicated by “MF110”, “MF111”, “MF112” and “MF113” in FIG. Stay in the street.
また、接着剤４２を介して基板４１と貼り合わされたヒータ４３が、接着剤３９を介して基板３７と貼り合わされる。この時、基板３７は、基板４１の溝と基板３７の微小孔との断面の中心点が合うようにヒータ４３と貼り合わされる。
In addition, the
この場合、基板４１の溝と基板３７の微小孔との断面の中心点を合わせて貼り合わされることにより、基板４１の溝と基板３７の微小孔とによって構成される図９中”ＣＭ１１０”、”ＣＭ１１２”、”ＣＭ１１４”及び”ＣＭ１１６”に示すヒータ室内にヒータ４３が設けられることになる。
In this case, “CM110” in FIG. 9 constituted by the groove of the substrate 41 and the minute hole of the substrate 37 is bonded by aligning the center point of the cross section of the groove of the substrate 41 and the minute hole of the substrate 37. The
このため、基板４１、ヒータ４３及び基板３７がそれぞれ接着剤４２及び３９を介して貼り合わされることにより、ヒータ部１１０が構成される。
For this reason, the heater part 110 is comprised by bonding the board | substrate 41, the
同様に、接着剤４５を介して基板４４と貼り合わされたヒータ４６が、接着剤４０を介して基板３８と貼り合わされる。この時、基板３８は、基板３８の微小孔と基板４４の溝との断面の中心点が合うようにヒータ４６と貼り合わされる。 Similarly, the heater 46 bonded to the substrate 44 via the adhesive 45 is bonded to the substrate 38 via the adhesive 40. At this time, the substrate 38 is bonded to the heater 46 so that the center points of the cross-sections of the minute holes of the substrate 38 and the grooves of the substrate 44 match.
この場合、基板３８の微小孔と基板４４の溝との断面の中心点が合うように貼り合わされることにより、基板３８の微小孔と基板４４の溝とによって構成される図９中”ＣＭ１１１”、”ＣＭ１１３”、”ＣＭ１１５”及び”ＣＭ１１７”に示すヒータ室内にヒータ４６が設けられることになる。 In this case, “CM111” in FIG. 9 is constituted by the minute holes of the substrate 38 and the grooves of the substrate 44 by being bonded so that the center points of the cross sections of the minute holes of the substrate 38 and the grooves of the substrate 44 are aligned. , Heaters 46 are provided in the heater chambers indicated by “CM113”, “CM115”, and “CM117”.
このため、基板３８、ヒータ４６及び基板４４がそれぞれ接着剤４０及び４５を介して貼り合わされることにより、ヒータ部１１１が構成される。 For this reason, the heater part 111 is comprised by bonding the board | substrate 38, the heater 46, and the board | substrate 44 through the adhesives 40 and 45, respectively.
また、図９中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端の開口部は図９中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室と、図９中”ＭＦ１１１”に示す微小流路の両端の開口部は図９中”ＣＭ１１２”及び”ＣＭ１１３”に示すヒータ室とそれぞれ繋がっている。 Also, the openings at both ends of the microchannel indicated by “MF110” in FIG. 9 are the heater chambers indicated by “CM110” and “CM111” in FIG. 9 and the openings at both ends of the microchannel indicated by “MF111” in FIG. The sections are connected to the heater chambers indicated by “CM112” and “CM113” in FIG.
さらに、図９中”ＭＦ１１２”に示す微小流路の両端の開口部は図９中”ＣＭ１１４”及び”ＣＭ１１５”に示すヒータ室と、図９中”ＭＦ１１３”に示す微小流路の両端の開口部は図９中”ＣＭ１１６”及び”ＣＭ１１７”に示すヒータ室とそれぞれ繋がっている。 Furthermore, the openings at both ends of the microchannel indicated by “MF112” in FIG. 9 are the heater chambers indicated by “CM114” and “CM115” in FIG. 9 and the openings at both ends of the microchannel indicated by “MF113” in FIG. The units are connected to the heater chambers indicated by “CM 116” and “CM 117” in FIG.
このように、電極部１２０の液体金属が充填された複数の微小流路の両端にヒータ部１１０及び１１１がそれぞれ形成されることにより、液体金属３１、４７、４８及び４９は図９中”ＭＦ１１０”、”ＭＦ１１１”、”ＭＦ１１２”及び”ＭＦ１１３”に示す微小流路にそれぞれ充填される。 Thus, the heater parts 110 and 111 are respectively formed at both ends of the plurality of micro flow channels filled with the liquid metal of the electrode part 120, whereby the liquid metals 31, 47, 48 and 49 are shown in FIG. “,” “MF111”, “MF112”, and “MF113” are filled in the microchannels, respectively.
また、図９中”ＣＭ１１０”、”ＣＭ１１１”、”ＣＭ１１２”、”ＣＭ１１３”、”ＣＭ１１４”、”ＣＭ１１５”、”ＣＭ１１６”及び”ＣＭ１１７”に示すヒータ室内に気体が封入される。 Further, in FIG. 9, gas is sealed in the heater chambers indicated by “CM110”, “CM111”, “CM112”, “CM113”, “CM114”, “CM115”, “CM116”, and “CM117”.
次に、ヒータ部１１０、電極部１２０及びヒータ部１１１によって形成された基板が、液体金属が充填された微小流路及び微小流路の両端の開口部に繋がる２つのヒータ室を有するリレーが複数個形成されるように、レーザ光を用いたレーザカット、若しくは、ダイジングによって、基板４１、ヒータ４３、基板３７、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５、電極層３６、基板３８、ヒータ４６及び基板４４が積層された方向にそれぞれ切断される。
Next, a plurality of relays having a substrate formed by the heater unit 110, the electrode unit 120, and the heater unit 111 have a micro flow channel filled with liquid metal and two heater chambers connected to openings at both ends of the micro flow channel. The substrate 41, the
例えば、リレーの断面が図９中”ＣＭ１１１”、”ＣＭ１１３”、”ＣＭ１１５”及び”ＣＭ１１７”に示すヒータ室の断面よりも大きく形成されるように、基板４１、ヒータ４３、基板３７、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５、電極層３６、基板３８、ヒータ４６及び基板４４が積層された方向にそれぞれ切断される。
For example, the substrate 41, the
このため、電極部１２０、ヒータ部１１０及び１１１によって形成された基板が切断されて個々のリレーが切り出されることにより、図１０に示すようなリレー１０１が形成される。 For this reason, the board | substrate formed by the electrode part 120 and the heater parts 110 and 111 is cut | disconnected and each relay is cut out, and the relay 101 as shown in FIG. 10 is formed.
また、図３に示す本発明に係るリレーの動作は、図１に示した動作と同様の動作であるため説明を省略する。 The operation of the relay according to the present invention shown in FIG. 3 is the same as the operation shown in FIG.
このように、微小流路の断面が円形に形成されて液体金属と微小流路との間に隙間が生じないことにより、常に一定の圧力によって液体金属を移動させ、確実に電極と電極との間の通電状態を遷移させることが可能となる。 As described above, since the cross section of the microchannel is formed in a circular shape and no gap is generated between the liquid metal and the microchannel, the liquid metal is always moved by a constant pressure, and the electrodes are reliably connected. It becomes possible to change the energization state between.
この結果、複数の電極及び複数の絶縁体により形成された電極部の微小流路内に液体金属が充填され、ヒータがヒータ室内の気体を加熱してヒータ室内の気体の気圧を微小流路の両端からそれぞれ加えて液体金属を移動させることにより、電極間を確実に接続することが可能となる。 As a result, the liquid metal is filled in the micro flow path of the electrode portion formed by the plurality of electrodes and the plurality of insulators, and the heater heats the gas in the heater chamber to reduce the pressure of the gas in the heater chamber of the micro flow path. By moving the liquid metal in addition from both ends, the electrodes can be reliably connected.
また、電極の表面が液体金属で濡れ、表面張力によって液体金属を所定の位置で維持することにより、ラッチング機構を実現しリレーの消費電力を低減させることが可能となる。 Further, the surface of the electrode is wetted with the liquid metal, and the liquid metal is maintained at a predetermined position by the surface tension, thereby realizing a latching mechanism and reducing the power consumption of the relay.
また、電極層と絶縁層とを複数回積層し、積層方向に断面が円形の微小流路を作成することにより、電極部従来の一般的なＭＥＭＳ技術で作成される薄く細く長い薄膜電極よりも電極の抵抗を小さくすることが可能となる。 In addition, by laminating the electrode layer and the insulating layer a plurality of times and creating a micro flow path having a circular cross section in the laminating direction, the electrode section is thinner than a thin thin and long thin film electrode created by conventional MEMS technology. It is possible to reduce the resistance of the electrode.
また、電極層と絶縁層とが複数回積層された電極部とヒータ及び微小孔を有する基板と溝が形成される基板とが順次積層されてダイジングなどにより個々のリレーが切り出されてリレーが形成されることにより、電極及びヒータの切り出し面にポゴピンなどの接触子を設けて電源と接続することが可能となる。 In addition, an electrode part in which an electrode layer and an insulating layer are laminated a plurality of times, a heater, a substrate having a minute hole, and a substrate in which a groove is formed are sequentially laminated, and individual relays are cut out by dicing or the like to form a relay. By doing so, it becomes possible to provide a contactor such as a pogo pin on the cut-out surface of the electrode and the heater and connect it to the power source.
また、図１等に示す実施例では、水銀、ＧａＩｎ、若しくは、ＧａＩｎＳｎなどの液体金属が微小流路に充填されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、電極間を確実に接続することが可能であればどのような液体金属であっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1 and the like, it is exemplified that the liquid metal such as mercury, GaIn, or GaInSn is filled in the micro flow path, but the invention is not particularly limited thereto, and the gap between the electrodes is not limited to this. Any liquid metal may be used as long as it can be reliably connected.
また、図１等に示す実施例では、電極１１と電極１２、若しくは、電極１２と電極１３といった電極の組が例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、電極の組が１個以上から構成されるものであっても構わない。
In the embodiment shown in FIG. 1 and the like, a set of electrodes such as the
また、図１等に示す実施例では、微小流路の断面が円形であると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、微小流路と液体金属との間に隙間が生じないものであれば、微小流路の断面の形状は連続する曲線、若しくは、連続する曲線であってその一部が直線から成る形状であっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1 and the like, it is exemplified that the cross section of the microchannel is circular. However, the present invention is not particularly limited to this, and a gap is generated between the microchannel and the liquid metal. If not, the cross-sectional shape of the microchannel may be a continuous curve, or a continuous curve, and a part of it may be a straight line.
また、図１等に示す実施例では、微小流路の内壁面には流路方向に沿って所定の間隔で電極１２、１３及び１４がそれぞれ形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、液体金属３１を介して電極と電極とが接続されるのであれば、電極は微小流路の内壁面の一部分に形成されるものであっても構わない。
Further, in the embodiment shown in FIG. 1 and the like, it is exemplified that the
また、図３等に示す実施例では、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５及び電極層３６にサンドブラスト加工が施されることにより微小流路が形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、超音波加工、レーザ加工によって微小流路が形成されるものであっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 3 and the like, it is exemplified that a minute flow path is formed by sandblasting the electrode layer 32, the insulating layer 33, the electrode layer 34, the insulating layer 35, and the electrode layer 36. However, the present invention is not particularly limited to this, and a minute flow path may be formed by ultrasonic processing or laser processing.
また、図３等に示す実施例では、電極層３２、絶縁層３３、電極層３４、絶縁層３５及び電極層３６は接着等により貼り合わされると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、熱圧着、陽極接合及び低融点ガラスを用いた接合等によって貼り合わされるものであっても構わない。 In the embodiment shown in FIG. 3 and the like, it is exemplified that the electrode layer 32, the insulating layer 33, the electrode layer 34, the insulating layer 35, and the electrode layer 36 are bonded together by adhesion or the like, but this is particularly limited. It may be bonded by thermocompression bonding, anodic bonding, bonding using low-melting glass, or the like.
また、図３等に示す実施例では、ヒータ部１１０は基板３７、ヒータ４３、接着剤３９、４５及び基板４１が順次積層されて構成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、接着剤を構成要素としないものであっても構わない。
Further, in the embodiment shown in FIG. 3 and the like, the heater unit 110 is illustrated as being configured by sequentially laminating the substrate 37, the
また、図３等に示す実施例では、複数個の微小流路を有する電極部が形成され、これらの微小流路の両端とそれぞれ繋がるヒータ室を有するヒータ部が形成され、個々のリレーが切り出されて複数個のリレーが製造されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、リレーが１個製造されるものであっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 3 and the like, electrode portions having a plurality of micro flow paths are formed, heater portions having heater chambers respectively connected to both ends of these micro flow paths are formed, and individual relays are cut out. In this example, a plurality of relays are manufactured. However, the present invention is not particularly limited to this, and one relay may be manufactured.
また、図３等に示す実施例では、電極部１２０の表面及び裏面に基板３７及び３８をそれぞれ形成し、さらに、基板３７の裏面及び基板３８の表面にヒータ４３及びヒータ４６をそれぞれ形成すると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、予め２つのヒータ部をそれぞれ形成し、その後、電極部の微小流路の開口部の両端と２つのヒータ部の微小孔とをそれぞれ繋いで２つのヒータ部内に気体を封入するように形成するものであっても構わない。
3 and the like, the substrates 37 and 38 are formed on the front surface and the back surface of the electrode portion 120, respectively, and the
また、図１等に示す実施例では、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路及び図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路の両端の開口部と繋がる図１中”ＣＭ１１０”及び”ＣＭ１１１”に示すヒータ室がそれぞれ形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、微小流路の両端にアパーチャ及びメッシュなどで構成される仕切り部がそれぞれ形成されるものであっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1 and the like, “CM110” and “CM111” in FIG. 1 connected to the micro flow channel indicated by “MF110” in FIG. 1 and the openings at both ends of the micro flow channel indicated by “MF110” in FIG. However, the present invention is not limited to this, and partition portions made of apertures, meshes, etc. are formed at both ends of the microchannel. It does not matter.
この場合、仕切り部の穴径は液体金属が表面張力により入り込むことが出来ない程度に小さく形成される。このため、液体金属が仕切り部に入り込むことが出来ないことにより、液体金属は微小流路内に留まることが可能となる。 In this case, the hole diameter of the partition portion is formed small enough to prevent liquid metal from entering due to surface tension. For this reason, since the liquid metal cannot enter the partition portion, the liquid metal can remain in the minute flow path.
また、図３等に示す実施例では、電極部１２０、ヒータ部１１０及び１１１によって形成された基板から個々のリレーが切り出されてリレー１０１が形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、電極及びヒータがリレーの切り出し面の１つ以上の面に露出するように形成されるものであっても構わない。 Further, in the embodiment shown in FIG. 3 and the like, it is exemplified that each relay is cut out from the substrate formed by the electrode part 120 and the heater parts 110 and 111 to form the relay 101. The electrode and the heater may be formed so as to be exposed on one or more surfaces of the cutout surface of the relay.
この場合、電極及びヒータがリレーの切り出し面の１つ以上の面に露出するように形成されることにより、電極及びヒータの切り出し面にポゴピンなどの接触子を設けて電源と接続することが可能となる。 In this case, electrodes and heaters are formed so as to be exposed on one or more of the cutout surfaces of the relay, so that contacts such as pogo pins can be provided on the cutout surfaces of the electrodes and heaters to connect to the power supply. It becomes.
１、２、９、１６、２０、２１、２５、３７、３８、４１、４４ 基板
３、４、１４、１５、１８、２３、４３、４６ ヒータ
５、６、７、１１、１２、１３、２６、２８、３０ 電極
８ 水銀
１０、３１、４７、４８、４９ 液体金属
２７、２９ 絶縁体
１７、１９、２２、２４、３９、４０、４２、４５ 接着剤
３２、３４、３６ 電極層
３３、３５ 絶縁層
１００、１０１ リレー
１１０、１１１ ヒータ部
１２０ 電極部
1, 2, 9, 16, 20, 21, 25, 37, 38, 41, 44
Claims (9)
断面の形状が連続する曲線である微小流路を有し、この微小流路内に流路方向に沿って複数の電極が形成される電極部と、
前記微小流路の一部に充填される液体金属と、
気体が封入されるヒータ室と前記気体を加熱するヒータとを有し、前記気体の気圧を前記微小流路の両端から前記液体金属にそれぞれ加える２つのヒータ部と
を備えたことを特徴とするリレー。 In relays using liquid metal,
An electrode portion having a microchannel having a continuous curve in cross-sectional shape, and a plurality of electrodes formed in the microchannel along the channel direction;
A liquid metal filled in a part of the microchannel;
It has a heater chamber in which gas is enclosed and a heater for heating the gas, and includes two heater portions that respectively apply the atmospheric pressure of the gas to the liquid metal from both ends of the microchannel. relay.
断面の形状が連続する曲線である微小流路を有し、この微小流路内に流路方向に沿って複数の電極が形成される電極部と、
前記微小流路の一部に充填される液体金属と、
微小流路の両端に形成される仕切り部と、
気体が封入されるヒータ室と前記気体を加熱するヒータとを有し、前記気体の気圧を前記仕切り部を介して前記微小流路の両端から前記液体金属にそれぞれ加える２つのヒータ部と
を備えたことを特徴とするリレー。 In relays using liquid metal,
An electrode portion having a microchannel having a continuous curve in cross-sectional shape, and a plurality of electrodes formed in the microchannel along the channel direction;
A liquid metal filled in a part of the microchannel;
A partition formed at both ends of the microchannel;
A heater chamber for enclosing gas and a heater for heating the gas, and two heater parts for applying the atmospheric pressure of the gas to the liquid metal from both ends of the microchannel through the partition part, respectively. A relay characterized by that.
電極と絶縁体とが複数回積層され積層方向に貫通する前記微小流路が形成されることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載のリレー。 The electrode part is
The relay according to claim 1 or 2, wherein the microchannel is formed by laminating an electrode and an insulator a plurality of times and penetrating in the laminating direction.
断面の形状の一部分が直線であることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載のリレー。 The microchannel is
3. A relay according to claim 1, wherein a part of the cross-sectional shape is a straight line.
水銀、ＧａＩｎ若しくはＧａＩｎＳｎであることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載のリレー。 The liquid metal is
3. The relay according to claim 1, wherein the relay is mercury, GaIn, or GaInSn.
電極層と絶縁層とを複数回積層し積層方向に断面の形状が連続する曲線である微小流路を形成して電極部を製造する第１の工程と、
溝を有する基板、ヒータ及び微小孔を有する基板とを順次積層してヒータ部を製造する第２の工程と、
前記微小流路の一部に液体金属を充填し、前記微小流路の両端の開口部と２つの前記ヒータ部の前記微小孔をそれぞれ繋いで２つの前記ヒータ部内に気体を封入する第３の工程とから成るリレーの製造方法。 A method of manufacturing a relay using liquid metal,
A first step of producing an electrode part by laminating an electrode layer and an insulating layer a plurality of times to form a micro flow path that is a curve having a continuous cross-sectional shape in the laminating direction;
A second step of manufacturing a heater portion by sequentially laminating a substrate having a groove, a heater, and a substrate having a minute hole;
Filling a portion of the microchannel with liquid metal, and connecting the openings in both ends of the microchannel and the micropores of the two heater units, respectively, and enclosing gas in the two heater units A method of manufacturing a relay comprising the steps.
請求項６記載のリレー製造方法。 The relay manufacturing method according to claim 6, wherein after the plurality of relays are integrally manufactured in the first to third steps, each relay is cut out.
断面の形状の一部が直線であることを特徴とする
請求項７記載のリレー製造方法。 The microchannel is
The relay manufacturing method according to claim 7, wherein a part of the cross-sectional shape is a straight line.
水銀、ＧａＩｎ若しくはＧａＩｎＳｎであることを特徴とする
請求項８記載のリレー製造方法。 The liquid metal is
The relay manufacturing method according to claim 8, wherein the relay is mercury, GaIn, or GaInSn.
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104851732A (en) * | 2015-04-17 | 2015-08-19 | 沈涛 | Mechanical-type direct current breaker applicable to electric or electronic system and electrical machine |
| CN105047465A (en) * | 2015-07-05 | 2015-11-11 | 朱明德 | Mechanical DC breaker applicable to electric or electronic systems and electric machine |
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| JP2001185014A (en) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Agilent Technol Inc | Switch device and method of manufacturing the same |
| JP2005142142A (en) * | 2003-10-14 | 2005-06-02 | Yokogawa Electric Corp | Relay |
-
2007
- 2007-02-14 JP JP2007033447A patent/JP2008198523A/en not_active Withdrawn
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