JPH10154456A - マイクロリレー、その製造方法およびその制御方法 - Google Patents

マイクロリレー、その製造方法およびその制御方法

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JPH10154456A
JPH10154456A JP31344496A JP31344496A JPH10154456A JP H10154456 A JPH10154456 A JP H10154456A JP 31344496 A JP31344496 A JP 31344496A JP 31344496 A JP31344496 A JP 31344496A JP H10154456 A JPH10154456 A JP H10154456A
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JP
Japan
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movable contact
contact piece
base
micro relay
face
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Application number
JP31344496A
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English (en)
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Hiroshi Goto
博史 後藤
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0081Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics with a tapered air-gap between fixed and movable electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

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  • Micromachines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電圧が低く、かつ、耐圧が高い静電型マ
イクロリレーを提供することにある。 【解決手段】 ベース10の傾斜面12から可動接触片
30までの対向距離が、可動接触片30の基部から自由
端部にかけて増大する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロリレー、特
に、静電引力を利用する可動接触片の駆動機構に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、マイクロリレーとしては、電磁力
を駆動源とする電磁型、熱膨張を利用するサーマル型、
および、静電引力を駆動源とする静電型などが提案され
ている。電磁型は磁性材部品,コイルの小型化が困難で
あるだけでなく、小型化するにつれて磁気力が著しく低
下するため、効率の良いものが得られなかった。また、
サーマル型では可動接触片を急速に冷却することが容易
でないので、開閉動作の高速化が困難である。さらに、
熱膨張,収縮を繰り返すため、可動接触片が疲労しやす
く、信頼性が低い。これに対し、静電型は消費電力が少
ないだけでなく、構造が簡単であり、応答性にも優れて
いるので、リレーの小型化に有利な駆動方式である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電引
力を駆動源とする従来の方式では、所望の接点圧を得よ
うとすると、数百ボルトという高い駆動電圧を必要とす
る。一方、駆動電圧を低くしようとすると、可動接触片
を駆動電極に近づけなければならない。このため、所望
の接点間距離を確保できず、耐圧が低い。この結果、所
望の接点圧および耐圧を同時に確保できないという問題
点がある。
【0004】本願発明は、前記問題点に鑑み、駆動電圧
が低く、かつ、耐圧が高い静電型マイクロリレーを提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるマイクロ
リレーは、前記目的を達成するため、ベースの上面に片
持支持した可動接触片の自由端部下面に可動接点を設け
る一方、前記ベースの上面に、前記可動接点に接離可能
に対向する一対の固定接点と、前記可動接触片に接離可
能に対向する駆動電極とを設けたマイクロリレーにおい
て、前記ベースの上面を、前記可動接触片との対向距離
が可動接触片の基部から自由端部にかけて増大する傾斜
面とした構成としてある。
【0006】前記ベースの傾斜面は曲面あるいはテーパ
面であってもよい。また、前記可動接触片は平面略U字
形であってもよい。
【0007】前記可動接触片は単結晶シリコン材から形
成してもよい。また、前記可動接触片を減圧した密封空
間内で駆動してもよい。
【0008】さらに、ベースの傾斜面に固定接点を設け
たマイクロリレーにおいて、単結晶シリコン基板の上面
を複数回のエッチング処理で階段状とした後、等方性エ
ッチングで段差を消失させて前記ベースに滑らかな傾斜
面を形成してもよい。
【0009】そして、可動接触片を静電引力で厚さ方向
に駆動し、接点を開閉するマイクロリレーにおいては、
前記可動接触片の駆動電圧が、可動接触片の固有振動数
以下の周波数であることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる実施形態を
図1ないし図5の添付図面に従って説明する。第1実施
形態にかかるマイクロリレーは、図1および図2に示す
ように、ベース10に可動接触片30を片持支持したも
のである。
【0011】ベース10は、単結晶シリコン基板11か
らなるものであり、その上面片側に傾斜面12が形成さ
れている。この傾斜面12の下方縁部近傍に一対の固定
接点13,14が並設され、これらはプリント配線1
5,16を介して入出力用外部接続端子17,18にそ
れぞれ接続されている。さらに、前記プリント配線1
5,16の外側に並設した一対の駆動電極19,20が
プリント配線21を介して駆動用外部接続端子22に同
電位となるように接続されている。なお、ベース10の
傾斜面12は必ずしも曲面である必要はなく、単なるテ
ーパ面であってもよい。また、傾斜面12の段差は、例
えば、耐圧を考慮すれば、接点間距離が30ないし50
ミクロンとなるようにしておくことが好ましい。
【0012】前記ベース10を製造する方法としては、
例えば、図2(a)ないし図2(e)に示すように、単
結晶シリコン基板11の上面にエッチングマスク23を
適宜形成し、エッチング処理を複数回繰り返して階段状
表面を形成する多段エッチングを施した後、この階段状
表面の段差をフッ素等の溶液で消失させ、滑らかにする
シリコン等方性エッチングを施して傾斜面12を形成す
る方法がある。そして、この傾斜面12を絶縁膜で被覆
した後、この絶縁膜の表面に固定接点13,14、駆動
電極19,20等のパターニングを行うことにより、ベ
ース10が完成する。なお、ベース10がガラス材であ
る場合、前述の絶縁膜は不要である。
【0013】可動接触片30は平面略U字形を有してお
り、その下面中央部には絶縁膜を介して金,アルミ等の
金属薄膜からなる可動接点31が形成されている。さら
に、可動接触片30は、その両端部が断面略台形の固定
台32の下面に接合一体化されている。前記可動接触片
30は、加工後に変形,反り等を生じないようにするた
め、均質な素材が好ましく、例えば、単結晶シリコン基
板あるいはポリシリコン基板が好適である。そして、前
記ベース10の上面に可動台32を固定することによ
り、可動接点31が固定接点13,14に接離可能に対
向するとともに、可動接触片30が駆動用外部接続端子
24に接続される。
【0014】次に、前述の構成からなる接点機構の動作
について説明する。まず、駆動電極19,20と可動接
触片30との間に電圧を印加すると、両者の間に静電引
力が生じ、可動接触片30がベース10側に引き寄せら
れる。このとき、静電引力は距離の2乗に反比例するの
で、両者の距離が近いほど、その静電引力が著しく増大
する。このため、可動接触片30と傾斜面12との距離
が最も小さい可動接触片30の基部において最も大きい
静電引力が作用する。この結果、初期段階においては可
動接触片30の基部が傾斜面12に最初に当接する(図
1(c))。その後、可動接触片30は傾斜面12との
距離を順次狭めるように変形し、最後に、可動接点31
が固定接点13,14に接触し、固定接点13,14が
導通する。
【0015】そして、可動接触片30と駆動電極19,
20との間の印加電圧を解除すると、可動接触片30自
身のばね力により、可動接触片30が元の状態に復帰
し、可動接点31が固定接点13,14から開離する。
【0016】第2実施形態は、第3図に示すように、傾
斜面12に一対の固定接点13,14を並設してある。
そして、これらは所定の間隔で並設したプリント配線1
5,16を介して入出力用外部接続端子17,18に接
続されている。さらに、前記プリント配線15,16の
間に駆動電極19が設けられ、駆動用外部接続端子22
に接続されている。一方、可動接触片30は、真直な帯
形状をしており、その一端部が固定台32を介してベー
ス10の上面に片持支持されている。さらに、可動接触
片30の自由端部下面に設けた可動接点31が前記固定
接点13,14に接離可能に対向している。
【0017】そして、駆動電極19と可動接触片30と
の間に電圧を印加すると、両者の間に静電引力が生じ、
可動接触片30がベース10側に引き寄せられる。この
とき、前述の第1実施形態と同様、可動接触片30は、
その基部から傾斜面12に吸着する。その後、可動接触
片30は傾斜面12との距離を狭めるように順次変形
し、最後に、可動接点31が固定接点13,14に接触
し、固定接点13,14が導通する。
【0018】そして、前述の印加電圧を解除すると、可
動接触片30自身のバネ力により、可動接触片30が元
の状態に復帰し、可動接点31が固定接点13,14か
ら開離する。
【0019】なお、前記可動接触片30は、可動台32
と別体であるものに限らず、例えば、図4(a)ないし
図4(c)に示すように、シリコン基板33の上面縁部
にエッチングマスク34を形成し、異方性エッチングを
施すことにより、固定台35と一体に形成したものであ
ってもよい。
【0020】前述の実施形態では、常圧の場合について
説明したが、空気抵抗を減少させるため、減圧した密封
容器内において可動接触片を駆動してもよい。ただし、
密封容器内を所定の気圧まで減圧すると、逆に空気抵抗
を利用して可動接触片の振動を効果的に減衰できる場合
がある。このため、高速応答が可能で、かつ、より広い
周波数域に適用できるマイクロリレーが得られるという
利点がある。
【0021】また、可動接触片を駆動する駆動電圧の周
波数は可動接触片の固有振動数以下の周波数成分をもつ
駆動電圧であることが好ましい。可動接触片の共振によ
るチャタリングを防止でき、俊敏な動作特性が得られる
からである。
【0022】さらに、前述の実施形態では、可動接触片
が真直な場合について説明したが、必ずしもこれに限ら
ず、可動接触片が上方に湾曲する一方、これに対向する
ベースの上面が平滑な水平面であってもよい。
【0023】そして、前述のマイクロリレーは単体で使
用することは勿論、1枚の基板上に複数個のマイクロリ
レーを配置して使用してもよい。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願発
明の請求項1にかかるマイクロリレーによれば、可動接
触片の基部からベースの傾斜面に吸着し始める。このた
め、可動接触片と駆動電極との対向距離が均等である場
合よりも、低い駆動電圧で駆動できる。さらに、ベース
の上面に形成した固定接点と、可動接触片の自由端部下
面に設けた可動接点との接点間距離が、両者の対向距離
において最大であるので、所望の接点間距離を確保しや
すく、耐圧が向上する。請求項2,3によれば、可動接
触片が真直に形成できるので、可動接触片の製造が容易
になる。請求項4によれば、可動接触片が平面略U字形
状であるので、捩れが生じにくくなり、可動接点が固定
接点に片当たりしないマイクロリレーが得られる。請求
項5によれば、可動接触片が単結晶シリコン基板から形
成されるので、加工後に変形や反りが生じず、動作特性
が均一なマイクロリレーが得られる。請求項6によれ
ば、減圧された密封空間内で可動接触片が駆動するの
で、空気抵抗が小さくなる。このため、高い周波数の駆
動電圧で駆動でき、開閉動作が俊敏になる。請求項7の
製造方法によれば、所望の傾斜面を半導体製造工程の技
術で製造できる。このため、微小かつ複雑な傾斜面を有
するベースを一度に多数個製造でき、生産性の高いマイ
クロリレーが得られる。請求項8の制御方法によれば、
可動接触片を駆動する駆動電圧の周波数が、可動接触片
の固有振動数と一致しない。このため、可動接触片が共
振せず、チャタリングが生じないので、俊敏な開閉特性
を有するマイクロリレーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明にかかるマイクロリレーの第1実施
形態を示し、図(a)は平面図、図(b)ないし図
(d)は動作状態を示す断面図である。
【図2】 図1のベースの製造方法を示す工程図であ
る。
【図3】 本願発明にかかるマイクロリレーの第2実施
形態を示し、図(a)は平面図、図(b)は断面図であ
る。
【図4】 可動接触片の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
10…ベース、11…単結晶シリコン基板、12…傾斜
面、13,14…固定接点、15,16…プリント配
線、17,18…入出力用外部接続端子、19,20…
駆動電極、21…プリント配線、22,24…駆動用外
部接続端子、30…可動接触片、31…可動接点、32
…固定台、33…単結晶シリコン基板。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベースの上面に片持支持した可動接触片
    の自由端部下面に可動接点を設ける一方、前記ベースの
    上面に、前記可動接点に接離可能に対向する一対の固定
    接点と、前記可動接触片に接離可能に対向する駆動電極
    とを設けたマイクロリレーにおいて、 前記ベースの上面から前記可動接触片までの対向距離
    が、可動接触片の基部から自由端部にかけて増大するこ
    とを特徴とするマイクロリレー。
  2. 【請求項2】 前記ベースの傾斜面が曲面であることを
    特徴とする請求項1に記載のマイクロリレー。
  3. 【請求項3】 前記ベースの傾斜面がテーパ面であるこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロリレ
    ー。
  4. 【請求項4】 前記可動接触片が平面略U字形であるこ
    とを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載
    のマイクロリレー。
  5. 【請求項5】 前記可動接触片が単結晶シリコン材から
    なることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項
    に記載のマイクロリレー。
  6. 【請求項6】 前記可動接触片を減圧した密封空間内で
    駆動することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか
    1項に記載のマイクロリレー。
  7. 【請求項7】 ベースの傾斜面に固定接点を設けたマイ
    クロリレーにおいて、単結晶シリコン基板の上面を複数
    回のエッチング処理で階段状とした後、等方性エッチン
    グで段差を消失させて前記ベースに滑らかな傾斜面を形
    成することを特徴とするマイクロリレーの製造方法。
  8. 【請求項8】 可動接触片を静電引力で厚さ方向に駆動
    し、接点を開閉するするマイクロリレーにおいて、 前記可動接触片の駆動電圧を、可動接触片の固有振動数
    以下の周波数としたことを特徴とするマイクロリレーの
    制御方法。
JP31344496A 1996-11-25 1996-11-25 マイクロリレー、その製造方法およびその制御方法 Pending JPH10154456A (ja)

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