JP3393678B2 - 静電リレー - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H2059/009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays using permanently polarised dielectric layers
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H50/00—Details of electromagnetic relays
- H01H50/005—Details of electromagnetic relays using micromechanics
-
- H—ELECTRICITY
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- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくも静電力で駆動
される静電リレーに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の静電リレーの公知例としては特公
昭５５−１５０６０号、特開平２−１００２２４号に示
されるものがあり、前者のものは図１５に示すように並
行配設した固定電極４０、４０の間にエレクトレット４
２を形成した可動片４１を配置した構成となっている。
また後者のものは図１６に示すように固定片を構成する
基板４３上に固定電極４０を形成し、この固定電極４０
の上方に並行するように可動片４１を配置した構成とな
っている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】更に、上記従来例の構
成では可動部全体はシリコンにより構成されているため
もろく、特に後者の従来例の場合中央の支点となる支持
端部は振動、衝撃に弱く、製作工程においても折れやす
いという問題があった。 【０００４】本発明は上記の問題点に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、外部から及び製作工程
での振動、衝撃によっても破損を起こさない静電リレー
を提供するにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、固定電極を形成せるシリコンウェハか
らなる２つの固定片と、可動電極を形成せるシリコンウ
ェハからなり上記両固定片によってサンドイッチ状に挟
まれ上記可動電極が移動可能に支持された可動片とで構
成され、上記両固定片の各固定電極上にエレクトレット
を形成し、可動片と固定片とには可動片の移動により互
いに接離する接点を設けたことを特徴とする静電リレー
において、上記シリコンウェハからなる可動片の上に磁
性体からなる金属を付着し、少なくとも可動片の支持端
部周辺を金属のみで構成すると共に、上記両固定片に磁
性体を形成し、上記両固定片は可動片に付着した金属と
各固定電極上の磁性体との間に磁界を発生させるコイル
を備えたものである。 【０００６】 【作用】本発明によれば、シリコンウェハからなる可動
片の上に金属を付着し、少なくとも可動片の支持端部周
辺を金属のみで構成してあるので、振動や衝撃により支
持端部が折損しにくくなり、しかも金属をマスク材とし
て使用できるので、製造工程上無駄がない。 【０００７】 【実施例】以下本発明を実施例により説明する。 【０００８】（実施例１） 本実施例は、図１に示すように上部固定片１と、可動片
２と、下部固定片３とで構成され、上下の固定片１、３
間に可動片２をサンドイッチ状に挟持する構造となって
いる。 【０００９】可動片２は、図３、図４に示すようにシリ
コン単結晶ウェハを基材とするもので、可動電極４、固
定接点端子５、可動接点６、固定片接合用金属薄膜層
７、電極端子８等を形成している。 【００１０】可動電極４は可動片２の周辺部より異方性
エッチング等により、上下から凹部に加工されたもの
で、外周はコの字状にドライエッチング等により可動片
２と切り離され、シリコン単結晶ウェハ上に形成した磁
性体からなる支持バネ用金属薄膜層２９が可動片２の固
定側と一体につながった支持端部９を形成する形となっ
ており、可動電極４は上記支持端部９を中心に回転す
る。 【００１１】よって可動電極４は、後述する上下の固定
片１、３の固定電極１０、１１に対して移動する。 【００１２】可動接点６は、上記絶縁膜１４上に形成さ
れ、可動電極４の凹部により、２つの固定片１、３が可
動片２の上下に接合されるだけで接点間ギャップを設け
ることができるようになっている。この可動接点６と可
動電極４とを設けた部位で可動部を構成する。 【００１３】また上記金属薄膜層７及び固定接点端子５
も上記絶縁膜１４上に形成されたもので、金属薄膜層７
は金或いは金合金層からなり、可動片２の基材であるシ
リコン単結晶ウェハに接続されている。 【００１４】上、下固定片１、３は可動片２と同様にシ
リコン単結晶ウェハを基材とするもので、図１、図２、
図５に示すようにシリコン単結晶ウェハ上の固定電極１
０、１１上に磁性体１５、１６、エレクトレット１７、
１８、固定接点１２、１９、可動片接合用の金或いは金
合金層からなる金属薄膜層２５、２６を夫々形成し、各
固定電極１０、１１とエレクトレット１７、１８は磁性
体１５、１６により接続されている。尚２３は固定片
１、３の電極端子である。また中央部の周囲には凹部が
形成してあって中央部を周回するようにコイル１３ａ、
１３ｂを形成してある。 【００１５】可動片２の上、下面に設けた上記固定接点
端子５は上記上、下固定片１、３の固定接点１２、１９
に接続される固定接点端子である。 【００１６】而して、これら可動片２、上下の固定片
１、３の接合用金属薄膜層７と２５及び２６とが合わさ
るように接触させて、適当な圧力を加えながら加熱する
と接合用金属薄膜層７、２５、２６が互いに基材のシリ
コンとともに共晶化して、図１に示すように機械的に
も、電気的にも接続されることになるのである。 【００１７】また可動電極４の支持端部９から略中央部
に亘って対向する固定片１、３の固定電極１０、１１の
部位が、可動電極４の略中央部から自由端に亘って対向
する固定電極１０、１１の部位に比べて可動電極４との
空隙が小さくなるように可動電極４の中間部から支持端
部９に対向する固定電極１０、１１の部位表面が可動電
極４側へ突出するように固定電極１０、１１の表面に段
差２７、２８を夫々形成している。 【００１８】而して本実施例では上部固定片１のエレク
トレット１７の可動電極４に面している表面がプラス、
下部固定片３のエレクトレット１８の可動電極４に面し
ている表面がマイナスとなるように永久分極している。
そして両エレクトレット１７、１８の電荷量の絶対値が
同じ時の電極間距離と静電力（可動電極４にかかるトル
ク）及びバネ負荷との関係を図６に示す。ただし静電力
とバネ負荷によるトルクは逆向きに作用するが、図６で
は同じ向きとして示している。尚図６中イはバネ負荷力
を、ロは印加電圧が０Ｖの時の静電力を、ハは可動電極
４にプラス電圧を印加した時の静電力を、ニは可動電極
４にマイナス電圧を印加した時の静電力を夫々示す。 【００１９】本実施例の静電リレーは固定電極１０、１
１と可動電極４の電位が同電位の場合、固定電極１０、
１１と可動電極４が平行になっている中立位置では２つ
のエレクトレット１７、１８により発生する静電力は同
じ大きさで、可動電極４に働くトルクは０である。可動
電極４が上部エレクトレット１８側に傾くと、上部エレ
クトレット１７により発生する静電力が大きいので、可
動電極４には、上部エレクトレット１７側に傾こうとす
るトルクが発生する。逆に可動電極４が下部エレクトレ
ット１８側に傾くと、下部エレクトレット１８により発
生する静電力が大きいので、可動電極４には、下部エレ
クトレット１８側に傾こうとするトルクが発生する。 【００２０】さて可動電極４に電極端子８、２３を用い
て電源Ｅ1 からプラスの電圧を印加した場合、上部エレ
クトレット１７と可動電極４との間の吸引力が小とな
り、下部エレクトレット１８と可動電極４には吸収力が
大きく発生するため、可動電極４に下部エレクトレット
１８側に傾こうとするトルクが発生する。逆に可動電極
４にマイナスの電圧を印加した場合、上部エレクトレッ
ト１７と可動電極４には大きな吸収力、下部エレクトレ
ット１８と可動電極４には小さな吸引力が発生するため
可動電極４に上部エレクトレット１７側に傾こうとする
トルクが発生する。 【００２１】また可動電極４のバネ力が中立位置では
０、どちらかのエレクトレット１７又は１８側に可動電
極４が傾いている時、中立位置へ戻ろうとするトルクが
働く。即ち、静電力とバネ力は互いに逆向きにかかるこ
とになる。 【００２２】図６において可動電極４に電圧が印加され
ていない状態で、可動電極４がどちらかのエレクトレッ
ト１７又は１８に傾いている時、静電力の方がバネ力よ
り大きくなるように設定すると、可動電極４はその位置
を保持して、中立位置へは戻らない。即ち２つの安定状
態を持つ。 【００２３】例えば、最初、上部エレクトレット１７側
に傾いた状態から、可動電極４にプラスの電圧を印加し
た場合、上部エレクトレット１７への吸着力が弱くな
り、下部エレクトレット１８側に回転し保持される。こ
の状態で可動電極４への印加電圧を０にしても、その状
態を保持する。逆に可動電極４へマイナスの電圧を印加
した場合、逆の動作をする。つまりラッチング動作が可
能になる。 【００２４】２つのエレクトレット１７、１８の帯電量
の絶対値が異なる場合の動作を図７に示す。この図示例
ではエレクトレット１７のプラスの帯電量の方が大きく
なるようにしている。可動電極４に電圧を印加していな
い状態では上部からの吸引力の方が大きくなるため、上
部に傾いた状態で安定している。そして可動電極４にプ
ラスの電圧を印加した時は下部からの吸引力が強くなり
可動電極４には下部へ傾こうとするトルクが働き接点部
を閉じた状態で安定する。そして印加電圧を取り除くと
バネの復元力の方が優るため、中立位置へ戻り、上部の
吸引力によって再び元の位置へ戻る。図７中イはバネ負
荷力、ロは印加電圧が０のときの静電力、ハは可動電極
４にプラス電圧を印加した時の静電力を示す。 【００２５】以上により２つのエレクトレット１７、１
８の帯電量のバランスを変えることによってラッチング
動作、シングル動作の両方を可能にする。 【００２６】また可動電極４の支持端部９から略中央部
に亘って対向する固定電極１０、１１との間の空隙が可
動電極４の自由端側と固定電極１０、１１との間の空隙
に比べて段差２７、２８により小さくなり、しかもエレ
クトレット１７、１８による可動電極４に及ぼす静電力
と外部印加電圧による静電力を重ねた力を利用すること
とにより、大きな力が得られて、接点圧が大きくとれ
る。 【００２７】又更に別電源Ｅ2 からコイル１３ａ、１３
ｂに対して切換スイッチＳＷを介して励磁電流を流すこ
とにより、上部固定片１の磁性体１５と可動電極４又は
下部固定片３の磁性体１６と可動電極４との間に磁界が
発生して電磁力が上記静電力に付加されるため、接点圧
を更に大きくとれる。 【００２８】本実施例では上述のように構成しているの
で、固定片１、３、可動片２が多数個形成されたシリコ
ン単結晶ウェハ３枚を先に接合してから切り出すことが
可能になり、生産効率が向上する。さらに固定片１、３
に、ウェハ内に高濃度ドーピング層からなる固定電極１
０、１１を形成したり、トランジスタ、ダイオード、抵
抗素子、コンデンサ等で構成される静電駆動回路用ＩＣ
を形成しても良く、駆動回路を一体形成した場合、外部
に駆動回路を設ける必要は無くなる。 【００２９】また静電リレーを動作させる場合印加電圧
は数十Ｖの電圧が必要だが昇圧回路を固定片１、３に形
成しておくと入力は数Ｖで動作する。 【００３０】尚可動片２は図８に示す工程で形成され
る。つまり図８（ａ）に示すように表面にＳｉＯからな
る絶縁膜１４を形成したシリコン単結晶ウェハ３１の上
面に同図（ｂ）に示すように異方性エッチングによって
凹部３２ａを形成し、その凹部３２ａの面にドライエッ
チングのマスク材になる支持バネ用金属薄膜層２９を形
成し、更に同図（ｃ）に示すように絶縁膜１４を形成し
て、可動電極４、可動接点６、固定片接続用金属薄膜片
７、固定接点端子５をＡｕにより形成する。この後これ
ら可動電極４、可動接点６、固定片接続用金属薄膜片
７、固定接点端子５を保護膜３３で覆って、下側の面に
異方性エッチングで凹部３２ｂを形成する（同図
（ｄ））。この後上記の保護膜３３を取り除く（同図
（ｅ））。この後ＲＩＥ等のドライエッチングによって
可動電極４の周囲をコ状に切り離す（同図（ｆ））。こ
の際上記金属薄膜層２９はマスク材として活用される。 【００３１】また上部固定片１は図９に示す工程で形成
される。つまり図９（ａ）に示すように表面にＳｉＯか
らなる固定電極１０を形成したシリコン単結晶ウェハ３
１の下面に異方性エッチングによって段差２７を形成し
（同図（ｂ））、更に磁性体１５層を形成し、この磁性
体１５層上に絶縁膜２０ａを形成して、この絶縁膜２０
ａ上にＡｕによって固定電極１０、固定接点１２、金属
薄膜層２５を同図（ｃ）に示すように形成し、更にエレ
クトレット１７を同図（ｄ）に示すように形成して同図
（ｅ）のように上部固定片１が得られることになる。 【００３２】下部固定片３は図１０に示す工程で形成さ
れる。つまり図１０（ａ）に示すように表面にＳｉＯか
らなる固定電極１１を形成したシリコン単結晶ウェハ３
１の上面に異方性エッチングによって段差２８を形成し
（同図（ｂ））、しかる後に固定電極１１上に磁性体１
６層を形成し、この磁性体１６上に絶縁膜２０ｂに形成
し、この絶縁膜２０ｂ上にＡｕによって固定電極１１、
固定接点１９、金属薄膜層２６を同図（ｃ）に示すよう
に形成し、同図（ｅ）のように下部固定片３が得られる
ことになる。 【００３３】（実施例２） 上記実施例１では、片持ちばりの可動電極４の表面に支
持バネ用金属薄膜２９を形成し、少なくとも支持端部９
付近は支持バネ金属薄膜２９により構成されているが、
本実施例では、図１１に示すように可動電極４の中心軸
上に支持バネ用金属膜２９からなる支持端部９を形成し
ている。また可動電極４の両端には可動接点６を形成し
て、可動電極４上にはＮｉを付着している。 【００３４】而して本実施例でも可動電極４の支持端部
９が支持バネ用金属薄膜２９からなる形成されているの
で振動又は衝撃を受けた場合、最も応力が高く成る部分
は破損しくい。尚本実施例のその他の動作、及び特性も
実施例１と同様であるため、動作説明は省略する。 【００３５】また固定片１、３の形成では実施例１にお
ける段差２７、２８を形成する工程が無くなっている点
で相違するが、その他は同じであるため形成工程につい
ての説明も省略する。 【００３６】（実施例３） 上記実施例２では、支持バネ用金属薄膜２９により可動
電極４の中心軸上で支持端部９を形成しているが、本実
施例では図１２に示すように支持バネ用金属薄膜２９を
可動電極４の中心から可動片２の両端へ延長して支持端
部９を形成したものである。 【００３７】（実施例４） 上記実施例３は、支持バネ用金属薄膜２９を可動電極４
の中心より可動片２の両端へ延ばして支持端部９を形成
しているが、本実施例４は図１３に示すように支持バネ
用金属薄膜２９を両端の結合の中心軸上まで延ばして支
持端部９を形成している。尚可動片２の固定片３に対す
る動作は、実施例１における下部固定片３に対する動作
と同じであるため、動作説明は省略する。 【００３８】（実施例５） 本実施例は図１４に示すように支持ばね用金属薄膜２９
を可動電極４の隅より時計又は反時計回りの方向に延ば
してその延長片２９ａの先端を支持端部９としたもので
ある。 【００３９】上記実施例１〜実施例５は外部及び製作上
の振動、衝撃によっても破損が起きないようにするとと
ともに、大きな接点圧を得るために、可動片２と可動電
極４とをつなげる支持端部９を支持する支持バネ用金属
薄膜２９を磁性体で形成し、また上下の固定片１、３の
固定電極１０、１１上に、磁性体１５、１６層を形成
し、またコイル１３ａ，１３ｂを設けることにより電磁
力を発生させる系を付加し、この電磁力を静電力に付加
する形で大きな接点圧を得ようとしたものである。 【００４０】 【発明の効果】本発明は、固定電極を形成せるシリコン
単結晶ウェハからなる２つの固定片と、可動電極を形成
せるシリコン単結晶ウェハからなり上記両固定片によっ
てサンドイッチ状に挟まれ上記可動電極が移動可能に支
持された可動片とで構成され、上記両固定片の各固定電
極上にエレクトレットを形成し、可動片と固定片とには
可動片の移動により互いに接離する接点を設けたことを
特徴とする静電リレーにおいて、上記シリコン単結晶ウ
ェハからなる可動片の上に磁性体からなる金属を付着
し、少なくとも可動片の支持端部周辺を金属のみで構成
すると共に、上記両 固定片に磁性体を形成し、上記両固
定片は可動片に付着した金属と各固定電極上の磁性体と
の間に磁界を発生させるコイルを備えたものであるか
ら、振動や衝撃が加わっても支持端部が折損しにくくな
り、しかも金属をマスク材として使用できるので、製造
工程上無駄が少なくなるという効果がある。
される静電リレーに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の静電リレーの公知例としては特公
昭５５−１５０６０号、特開平２−１００２２４号に示
されるものがあり、前者のものは図１５に示すように並
行配設した固定電極４０、４０の間にエレクトレット４
２を形成した可動片４１を配置した構成となっている。
また後者のものは図１６に示すように固定片を構成する
基板４３上に固定電極４０を形成し、この固定電極４０
の上方に並行するように可動片４１を配置した構成とな
っている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】更に、上記従来例の構
成では可動部全体はシリコンにより構成されているため
もろく、特に後者の従来例の場合中央の支点となる支持
端部は振動、衝撃に弱く、製作工程においても折れやす
いという問題があった。 【０００４】本発明は上記の問題点に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、外部から及び製作工程
での振動、衝撃によっても破損を起こさない静電リレー
を提供するにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、固定電極を形成せるシリコンウェハか
らなる２つの固定片と、可動電極を形成せるシリコンウ
ェハからなり上記両固定片によってサンドイッチ状に挟
まれ上記可動電極が移動可能に支持された可動片とで構
成され、上記両固定片の各固定電極上にエレクトレット
を形成し、可動片と固定片とには可動片の移動により互
いに接離する接点を設けたことを特徴とする静電リレー
において、上記シリコンウェハからなる可動片の上に磁
性体からなる金属を付着し、少なくとも可動片の支持端
部周辺を金属のみで構成すると共に、上記両固定片に磁
性体を形成し、上記両固定片は可動片に付着した金属と
各固定電極上の磁性体との間に磁界を発生させるコイル
を備えたものである。 【０００６】 【作用】本発明によれば、シリコンウェハからなる可動
片の上に金属を付着し、少なくとも可動片の支持端部周
辺を金属のみで構成してあるので、振動や衝撃により支
持端部が折損しにくくなり、しかも金属をマスク材とし
て使用できるので、製造工程上無駄がない。 【０００７】 【実施例】以下本発明を実施例により説明する。 【０００８】（実施例１） 本実施例は、図１に示すように上部固定片１と、可動片
２と、下部固定片３とで構成され、上下の固定片１、３
間に可動片２をサンドイッチ状に挟持する構造となって
いる。 【０００９】可動片２は、図３、図４に示すようにシリ
コン単結晶ウェハを基材とするもので、可動電極４、固
定接点端子５、可動接点６、固定片接合用金属薄膜層
７、電極端子８等を形成している。 【００１０】可動電極４は可動片２の周辺部より異方性
エッチング等により、上下から凹部に加工されたもの
で、外周はコの字状にドライエッチング等により可動片
２と切り離され、シリコン単結晶ウェハ上に形成した磁
性体からなる支持バネ用金属薄膜層２９が可動片２の固
定側と一体につながった支持端部９を形成する形となっ
ており、可動電極４は上記支持端部９を中心に回転す
る。 【００１１】よって可動電極４は、後述する上下の固定
片１、３の固定電極１０、１１に対して移動する。 【００１２】可動接点６は、上記絶縁膜１４上に形成さ
れ、可動電極４の凹部により、２つの固定片１、３が可
動片２の上下に接合されるだけで接点間ギャップを設け
ることができるようになっている。この可動接点６と可
動電極４とを設けた部位で可動部を構成する。 【００１３】また上記金属薄膜層７及び固定接点端子５
も上記絶縁膜１４上に形成されたもので、金属薄膜層７
は金或いは金合金層からなり、可動片２の基材であるシ
リコン単結晶ウェハに接続されている。 【００１４】上、下固定片１、３は可動片２と同様にシ
リコン単結晶ウェハを基材とするもので、図１、図２、
図５に示すようにシリコン単結晶ウェハ上の固定電極１
０、１１上に磁性体１５、１６、エレクトレット１７、
１８、固定接点１２、１９、可動片接合用の金或いは金
合金層からなる金属薄膜層２５、２６を夫々形成し、各
固定電極１０、１１とエレクトレット１７、１８は磁性
体１５、１６により接続されている。尚２３は固定片
１、３の電極端子である。また中央部の周囲には凹部が
形成してあって中央部を周回するようにコイル１３ａ、
１３ｂを形成してある。 【００１５】可動片２の上、下面に設けた上記固定接点
端子５は上記上、下固定片１、３の固定接点１２、１９
に接続される固定接点端子である。 【００１６】而して、これら可動片２、上下の固定片
１、３の接合用金属薄膜層７と２５及び２６とが合わさ
るように接触させて、適当な圧力を加えながら加熱する
と接合用金属薄膜層７、２５、２６が互いに基材のシリ
コンとともに共晶化して、図１に示すように機械的に
も、電気的にも接続されることになるのである。 【００１７】また可動電極４の支持端部９から略中央部
に亘って対向する固定片１、３の固定電極１０、１１の
部位が、可動電極４の略中央部から自由端に亘って対向
する固定電極１０、１１の部位に比べて可動電極４との
空隙が小さくなるように可動電極４の中間部から支持端
部９に対向する固定電極１０、１１の部位表面が可動電
極４側へ突出するように固定電極１０、１１の表面に段
差２７、２８を夫々形成している。 【００１８】而して本実施例では上部固定片１のエレク
トレット１７の可動電極４に面している表面がプラス、
下部固定片３のエレクトレット１８の可動電極４に面し
ている表面がマイナスとなるように永久分極している。
そして両エレクトレット１７、１８の電荷量の絶対値が
同じ時の電極間距離と静電力（可動電極４にかかるトル
ク）及びバネ負荷との関係を図６に示す。ただし静電力
とバネ負荷によるトルクは逆向きに作用するが、図６で
は同じ向きとして示している。尚図６中イはバネ負荷力
を、ロは印加電圧が０Ｖの時の静電力を、ハは可動電極
４にプラス電圧を印加した時の静電力を、ニは可動電極
４にマイナス電圧を印加した時の静電力を夫々示す。 【００１９】本実施例の静電リレーは固定電極１０、１
１と可動電極４の電位が同電位の場合、固定電極１０、
１１と可動電極４が平行になっている中立位置では２つ
のエレクトレット１７、１８により発生する静電力は同
じ大きさで、可動電極４に働くトルクは０である。可動
電極４が上部エレクトレット１８側に傾くと、上部エレ
クトレット１７により発生する静電力が大きいので、可
動電極４には、上部エレクトレット１７側に傾こうとす
るトルクが発生する。逆に可動電極４が下部エレクトレ
ット１８側に傾くと、下部エレクトレット１８により発
生する静電力が大きいので、可動電極４には、下部エレ
クトレット１８側に傾こうとするトルクが発生する。 【００２０】さて可動電極４に電極端子８、２３を用い
て電源Ｅ1 からプラスの電圧を印加した場合、上部エレ
クトレット１７と可動電極４との間の吸引力が小とな
り、下部エレクトレット１８と可動電極４には吸収力が
大きく発生するため、可動電極４に下部エレクトレット
１８側に傾こうとするトルクが発生する。逆に可動電極
４にマイナスの電圧を印加した場合、上部エレクトレッ
ト１７と可動電極４には大きな吸収力、下部エレクトレ
ット１８と可動電極４には小さな吸引力が発生するため
可動電極４に上部エレクトレット１７側に傾こうとする
トルクが発生する。 【００２１】また可動電極４のバネ力が中立位置では
０、どちらかのエレクトレット１７又は１８側に可動電
極４が傾いている時、中立位置へ戻ろうとするトルクが
働く。即ち、静電力とバネ力は互いに逆向きにかかるこ
とになる。 【００２２】図６において可動電極４に電圧が印加され
ていない状態で、可動電極４がどちらかのエレクトレッ
ト１７又は１８に傾いている時、静電力の方がバネ力よ
り大きくなるように設定すると、可動電極４はその位置
を保持して、中立位置へは戻らない。即ち２つの安定状
態を持つ。 【００２３】例えば、最初、上部エレクトレット１７側
に傾いた状態から、可動電極４にプラスの電圧を印加し
た場合、上部エレクトレット１７への吸着力が弱くな
り、下部エレクトレット１８側に回転し保持される。こ
の状態で可動電極４への印加電圧を０にしても、その状
態を保持する。逆に可動電極４へマイナスの電圧を印加
した場合、逆の動作をする。つまりラッチング動作が可
能になる。 【００２４】２つのエレクトレット１７、１８の帯電量
の絶対値が異なる場合の動作を図７に示す。この図示例
ではエレクトレット１７のプラスの帯電量の方が大きく
なるようにしている。可動電極４に電圧を印加していな
い状態では上部からの吸引力の方が大きくなるため、上
部に傾いた状態で安定している。そして可動電極４にプ
ラスの電圧を印加した時は下部からの吸引力が強くなり
可動電極４には下部へ傾こうとするトルクが働き接点部
を閉じた状態で安定する。そして印加電圧を取り除くと
バネの復元力の方が優るため、中立位置へ戻り、上部の
吸引力によって再び元の位置へ戻る。図７中イはバネ負
荷力、ロは印加電圧が０のときの静電力、ハは可動電極
４にプラス電圧を印加した時の静電力を示す。 【００２５】以上により２つのエレクトレット１７、１
８の帯電量のバランスを変えることによってラッチング
動作、シングル動作の両方を可能にする。 【００２６】また可動電極４の支持端部９から略中央部
に亘って対向する固定電極１０、１１との間の空隙が可
動電極４の自由端側と固定電極１０、１１との間の空隙
に比べて段差２７、２８により小さくなり、しかもエレ
クトレット１７、１８による可動電極４に及ぼす静電力
と外部印加電圧による静電力を重ねた力を利用すること
とにより、大きな力が得られて、接点圧が大きくとれ
る。 【００２７】又更に別電源Ｅ2 からコイル１３ａ、１３
ｂに対して切換スイッチＳＷを介して励磁電流を流すこ
とにより、上部固定片１の磁性体１５と可動電極４又は
下部固定片３の磁性体１６と可動電極４との間に磁界が
発生して電磁力が上記静電力に付加されるため、接点圧
を更に大きくとれる。 【００２８】本実施例では上述のように構成しているの
で、固定片１、３、可動片２が多数個形成されたシリコ
ン単結晶ウェハ３枚を先に接合してから切り出すことが
可能になり、生産効率が向上する。さらに固定片１、３
に、ウェハ内に高濃度ドーピング層からなる固定電極１
０、１１を形成したり、トランジスタ、ダイオード、抵
抗素子、コンデンサ等で構成される静電駆動回路用ＩＣ
を形成しても良く、駆動回路を一体形成した場合、外部
に駆動回路を設ける必要は無くなる。 【００２９】また静電リレーを動作させる場合印加電圧
は数十Ｖの電圧が必要だが昇圧回路を固定片１、３に形
成しておくと入力は数Ｖで動作する。 【００３０】尚可動片２は図８に示す工程で形成され
る。つまり図８（ａ）に示すように表面にＳｉＯからな
る絶縁膜１４を形成したシリコン単結晶ウェハ３１の上
面に同図（ｂ）に示すように異方性エッチングによって
凹部３２ａを形成し、その凹部３２ａの面にドライエッ
チングのマスク材になる支持バネ用金属薄膜層２９を形
成し、更に同図（ｃ）に示すように絶縁膜１４を形成し
て、可動電極４、可動接点６、固定片接続用金属薄膜片
７、固定接点端子５をＡｕにより形成する。この後これ
ら可動電極４、可動接点６、固定片接続用金属薄膜片
７、固定接点端子５を保護膜３３で覆って、下側の面に
異方性エッチングで凹部３２ｂを形成する（同図
（ｄ））。この後上記の保護膜３３を取り除く（同図
（ｅ））。この後ＲＩＥ等のドライエッチングによって
可動電極４の周囲をコ状に切り離す（同図（ｆ））。こ
の際上記金属薄膜層２９はマスク材として活用される。 【００３１】また上部固定片１は図９に示す工程で形成
される。つまり図９（ａ）に示すように表面にＳｉＯか
らなる固定電極１０を形成したシリコン単結晶ウェハ３
１の下面に異方性エッチングによって段差２７を形成し
（同図（ｂ））、更に磁性体１５層を形成し、この磁性
体１５層上に絶縁膜２０ａを形成して、この絶縁膜２０
ａ上にＡｕによって固定電極１０、固定接点１２、金属
薄膜層２５を同図（ｃ）に示すように形成し、更にエレ
クトレット１７を同図（ｄ）に示すように形成して同図
（ｅ）のように上部固定片１が得られることになる。 【００３２】下部固定片３は図１０に示す工程で形成さ
れる。つまり図１０（ａ）に示すように表面にＳｉＯか
らなる固定電極１１を形成したシリコン単結晶ウェハ３
１の上面に異方性エッチングによって段差２８を形成し
（同図（ｂ））、しかる後に固定電極１１上に磁性体１
６層を形成し、この磁性体１６上に絶縁膜２０ｂに形成
し、この絶縁膜２０ｂ上にＡｕによって固定電極１１、
固定接点１９、金属薄膜層２６を同図（ｃ）に示すよう
に形成し、同図（ｅ）のように下部固定片３が得られる
ことになる。 【００３３】（実施例２） 上記実施例１では、片持ちばりの可動電極４の表面に支
持バネ用金属薄膜２９を形成し、少なくとも支持端部９
付近は支持バネ金属薄膜２９により構成されているが、
本実施例では、図１１に示すように可動電極４の中心軸
上に支持バネ用金属膜２９からなる支持端部９を形成し
ている。また可動電極４の両端には可動接点６を形成し
て、可動電極４上にはＮｉを付着している。 【００３４】而して本実施例でも可動電極４の支持端部
９が支持バネ用金属薄膜２９からなる形成されているの
で振動又は衝撃を受けた場合、最も応力が高く成る部分
は破損しくい。尚本実施例のその他の動作、及び特性も
実施例１と同様であるため、動作説明は省略する。 【００３５】また固定片１、３の形成では実施例１にお
ける段差２７、２８を形成する工程が無くなっている点
で相違するが、その他は同じであるため形成工程につい
ての説明も省略する。 【００３６】（実施例３） 上記実施例２では、支持バネ用金属薄膜２９により可動
電極４の中心軸上で支持端部９を形成しているが、本実
施例では図１２に示すように支持バネ用金属薄膜２９を
可動電極４の中心から可動片２の両端へ延長して支持端
部９を形成したものである。 【００３７】（実施例４） 上記実施例３は、支持バネ用金属薄膜２９を可動電極４
の中心より可動片２の両端へ延ばして支持端部９を形成
しているが、本実施例４は図１３に示すように支持バネ
用金属薄膜２９を両端の結合の中心軸上まで延ばして支
持端部９を形成している。尚可動片２の固定片３に対す
る動作は、実施例１における下部固定片３に対する動作
と同じであるため、動作説明は省略する。 【００３８】（実施例５） 本実施例は図１４に示すように支持ばね用金属薄膜２９
を可動電極４の隅より時計又は反時計回りの方向に延ば
してその延長片２９ａの先端を支持端部９としたもので
ある。 【００３９】上記実施例１〜実施例５は外部及び製作上
の振動、衝撃によっても破損が起きないようにするとと
ともに、大きな接点圧を得るために、可動片２と可動電
極４とをつなげる支持端部９を支持する支持バネ用金属
薄膜２９を磁性体で形成し、また上下の固定片１、３の
固定電極１０、１１上に、磁性体１５、１６層を形成
し、またコイル１３ａ，１３ｂを設けることにより電磁
力を発生させる系を付加し、この電磁力を静電力に付加
する形で大きな接点圧を得ようとしたものである。 【００４０】 【発明の効果】本発明は、固定電極を形成せるシリコン
単結晶ウェハからなる２つの固定片と、可動電極を形成
せるシリコン単結晶ウェハからなり上記両固定片によっ
てサンドイッチ状に挟まれ上記可動電極が移動可能に支
持された可動片とで構成され、上記両固定片の各固定電
極上にエレクトレットを形成し、可動片と固定片とには
可動片の移動により互いに接離する接点を設けたことを
特徴とする静電リレーにおいて、上記シリコン単結晶ウ
ェハからなる可動片の上に磁性体からなる金属を付着
し、少なくとも可動片の支持端部周辺を金属のみで構成
すると共に、上記両 固定片に磁性体を形成し、上記両固
定片は可動片に付着した金属と各固定電極上の磁性体と
の間に磁界を発生させるコイルを備えたものであるか
ら、振動や衝撃が加わっても支持端部が折損しにくくな
り、しかも金属をマスク材として使用できるので、製造
工程上無駄が少なくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図である。
【図２】同上の上部固定片の下面図である。
【図３】同上の可動片の上面図である。
【図４】同上の可動片の下面図である。
【図５】同上の下部固定片の上面図である。
【図６】同上の動作説明用の接点間距離と静電力及びバ
ネ負荷の関係図動作特性図である。 【図７】同上の別の動作説明用の接点間距離と静電力及
びバネ負荷の関係図動作特性図である。 【図８】同上の可動片の形成工程説明図である。 【図９】同上の上部固定片の形成工程説明図である。 【図１０】同上の下部固定片の形成工程説明図である。 【図１１】本発明の実施例２の可動片の上面図である。 【図１２】本発明の実施例３の可動片の上面図である。 【図１３】本発明の実施例４の可動片の上面図である。 【図１４】本発明の実施例５の可動片の上面図である。 【図１５】従来例の構成図である。 【図１６】別の従来例の構成図である。 【符号の説明】 １ 上部固定片 ２ 可動片 ３ 下部固定片 ４ 可動電極 ６ 可動接点 ９ 支持端部 １０ 固定電極 １１ 固定電極 １２ 固定接点 １３ａ コイル １３ｂ コイル １７ エレクトレット １８ エレクトレット １９ 固定接点 ２７ 段差 ２８ 段差 ２９ 支持バネ用金属薄膜
ネ負荷の関係図動作特性図である。 【図７】同上の別の動作説明用の接点間距離と静電力及
びバネ負荷の関係図動作特性図である。 【図８】同上の可動片の形成工程説明図である。 【図９】同上の上部固定片の形成工程説明図である。 【図１０】同上の下部固定片の形成工程説明図である。 【図１１】本発明の実施例２の可動片の上面図である。 【図１２】本発明の実施例３の可動片の上面図である。 【図１３】本発明の実施例４の可動片の上面図である。 【図１４】本発明の実施例５の可動片の上面図である。 【図１５】従来例の構成図である。 【図１６】別の従来例の構成図である。 【符号の説明】 １ 上部固定片 ２ 可動片 ３ 下部固定片 ４ 可動電極 ６ 可動接点 ９ 支持端部 １０ 固定電極 １１ 固定電極 １２ 固定接点 １３ａ コイル １３ｂ コイル １７ エレクトレット １８ エレクトレット １９ 固定接点 ２７ 段差 ２８ 段差 ２９ 支持バネ用金属薄膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−2978（ＪＰ，Ａ)
実開 昭58−165838（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01H 59/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 固定電極を形成せるシリコンウェハから
なる２つの固定片と、可動電極を形成せるシリコンウェ
ハからなり上記両固定片によってサンドイッチ状に挟ま
れ上記可動電極が移動可能に支持された可動片とで構成
され、上記両固定片の各固定電極上にエレクトレットを
形成し、可動片と固定片とには可動片の移動により互い
に接離する接点を設けたことを特徴とする静電リレーに
おいて、上記シリコンウェハからなる可動片の上に磁性
体からなる金属を付着し、少なくとも可動片の支持端部
周辺を金属のみで構成すると共に、上記両固定片に磁性
体を形成し、上記両固定片は可動片に付着した金属と各
固定電極上の磁性体との間に磁界を発生させるコイルを
備えたことを特徴とする静電リレー。
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