(57)【要約】【課題】液体金属リレー動作に最適な量の液体金属を導入する構造とすることで、生産性の向上や液体金属リレー動作の安定を実現する。【解決手段】２枚の基板を張り合わせて形成された流路と、前記基板の表面から前記流路に導通し所定の間隔を隔てて配置された複数の貫通電極と、前記流路の両端に連通して配置された第１、第２気体室と、これら第１、第２気体室に封入された気体を加熱するヒータとを具備する液体金属リレーにおいて、前記基板に前記流路に所定量の液体金属を導入するための定量室を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板を張り合わせて形成された流路と、前記基板の表面から前記流路に導通し所定の間隔を隔てて配置された複数の貫通電極と、前記流路の両端に連通して配置された第１、第２気体室と、これら第１、第２気体室に封入された気体を加熱するヒータとを具備する液体金属リレーにおいて、前記基板に前記流路に所定量の液体金属を導入するための定量室を設けたことを特徴とする液体金属リレー。
【請求項２】
前記定量室に絞りを介して導通する導入穴を設け、この導入穴に注入した液体金属を加圧して前記定量室を液体金属で充満させることを特徴とする請求項１に記載の液体金属リレー。
【請求項３】
前記基板に第３気体室を設け、この第３気体室に配置したヒータにより気体を膨張させて前記定量室内の液体金属を前記流路に導入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体金属リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体金属（例えば水銀、ＧａＩｎ、ＧａＩｎＳｎ）を用いた液体金属リレーにおいて、液体金属リレー動作に最適な量の液体金属を定量して流路に導入する構造に関し、生産性の向上や液体金属リレー動作の安定を図った液体金属リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体金属リレーについて、図６を参照して説明する。図６は、液体金属リレーの要部の一例を示す構成図である。
図６において、（ａ）は平面図、（ｂ）は図６（ａ）のａ−ａ’断面図、（ｃ）は図６（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。但し、（ａ）の平面図は点線で表示すべき部分も実線で表示している。
【０００３】
図６において、第１基板１０１は矩形状のガラスや高抵抗シリコンなどで形成されている。第１基板１０１上には並列状態で所定の間隔を隔てて金属薄膜からなる電極１０２ａおよび電極１０２ｂが形成され、これらの電極１０２ａ、１０２ｂ間には同形状の金属薄膜からなる電極１０２ｃが対向した状態で形成されている。これらの電極は棒状に形成され一端に電極パッド１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが形成されている。第１基板１０１上には途中が櫛状、若しくは板状に形成されたヒーター１０４ａ、１０４ｂが形成されている。
【０００４】
第２基板１０５は、第１基板１０１と同様に矩形状に形成されたガラスや高抵抗シリコンなどであり、第１基板１０１の電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃやヒーター１０４ａ、ヒーター１０４ｂが形成された面に接合されている。この第２基板１０５の固定面には横方向流路１０６が形成されるとともに、この流路の両端には横方向流路１０６に連通して第１気体室１０７ａ、第２気体室１０７ｂが形成されている。また、横方向流路１０６には所定の間隔で狭い絞り１０８ａ、１０８ｄおよび広い絞り１０８ｂ、１０８ｃが形成されており、この従来例ではこれらの絞りにより横方向流路１０６を３つの液体室１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに仕切った状態となるように形成されている。
【０００５】
また、第２の基板１０５には基板の表面から電極１０２ａ、１０２ｂに対向する位置に
垂直方向に２つの貫通孔１１０ａ、１１０ｂが形成され、これらの貫通孔１１０ａ、１１
０ｂの底部には液体室１０６ａ、１０６ｃに連通する導入流路１１３ａ、１１３ｂが形
成されている。
【０００６】
そして、横方向流路１０６を構成する液体室１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃには貫通孔
１１０ａ、１１０ｂおよび導入流路１１３ａ、１１３１ｂを介して液体金属１１２（例え
ば、水銀）が封入される。
その場合、右側の貫通孔１１０ｂから導入した液体金属１１２は、ちょうど横方向流路
１０６の液体室１０６ｃに達したところで停止する。
【０００７】
また、左側の貫通孔１１０ａから導入した液体金属１１２は横方向流路１０６の液体室
１０６ａに達しても導入を続け、横方向流路の中央の部屋１０６ｂが満たされるまで導入を行う。ここで、横方向流路１０６とヒーター１０４ａ、１０４ｂが配置された第１気体室１０７ａ、第２気体室１０７ｂとの間の絞りは水銀の表面張力により第１気体室１０７ａ、第２気体室１０７ｂ側に移動しない程度に狭い絞り１０８ａ、１０８ｄとし、液体室１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを繋ぐ絞り１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは定常状態では水銀の表面張力により移動しないが液体金属１１２に所定の圧力が印加されると移動可能な程度に形成されている。
【０００８】
第１気体室１０７ａ、第２気体室１０７ｂ内には、例えば空気や窒素ガスなどの気体が封入されている。なお、液体金属１１２を導入する前に、液体金属の酸化を防止するために縦横方向流路１０６の内部を真空引きしたり、あるいは窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いてパージを行うこともできる。また、不活性ガスを流路内に導入した後に液体金属１１２を導入して孔を塞ぐことにより不活性ガスの封入をすることができる。
なお、液体金属を導入穴１1０から充填後、密閉性を保つために、液体金属の上からハンダ１１４により固化させ密閉化された液体金属リレーの構造を実現している。
【０００９】
図７は他の従来例を示すものである。図において（ａ）は平面図、（ｂ）は図６のＡ−Ａ断面図である。但し、（ａ）の平面図は点線で表示すべき部分も実線で表示している。
この例においては、図６に示す電極パッド１０３を用いずに第２基板５の表面からメイン流路６およびヒータ（４ａ，４ｂ）の両端に達する貫通電極２ａ〜２ｉを形成している。即ち、メイン流路６に所定の間隔を隔てて複数の貫通電極２ｇ，２ｈ，２ｉを設け、ヒータ１ａ，１ｂは気体室７ａ，７ｂ内で中空に浮いた状態として形成し、ヒータ４ａ，４ｂに対しても２ａ〜２ｄの貫通電極を用いて接続している。
【００１０】
そしてメイン流路６へ液体金属１２を導入するに際しては電極２ｈの近傍に導入穴１０を形成し、この導入穴１０に滴下された液体金属１２を、狭い導入流路１３を介して液体金属リレー内部のメイン流路６に導入している。
図７では導入穴１０に液体金属１２を滴下して圧力を加えメイン流路６に液体金属１２を注入した状態を示している。
【００１１】
図８（ａ）は図７のＢ−Ｂ断面の詳細図、図８（ｂ）は図８（ａ）のa−a'断面図図８（ｃ）は図８（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。
図８（ａ）に示すように、導入穴１０とメイン流路６は狭い導入流路１３を介して接続されている。
【００１２】
また、液体金属を導入する導入穴１０と、メイン流路６とを接続する狭い導入流路１３には液体金属と合金化するための金属膜１１が形成されている。
なお、導入流路１５と狭い導入流路１３の断面積は、メイン流路６の断面積に比べて小さく設計され、図８（ｃ）に示す狭い導入流路１３の断面積は、図８（ｂ）に示す導入流路１５の断面積と比べて小さく設計されている。即ち、導入流路１５は、メイン流路６より断面積が小さく、かつ狭い導入流路１３より断面積が大きく設計されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２９４５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図６、図７に示す従来の液体金属リレーには、次のような問題点があった。
液体金属導入部は導入穴１１０，１０、金属膜１１（図６ではなし）、導入流路１１３、１３からなり、導入穴１１０，１０に液体金属１１２，１２を滴下して狭い導入流路１３（図６ではなし）の抵抗により流速を遅くし、導入圧力を加える時間で液体金属の導入量を調節する構造となっている。
【００１５】
即ち、図６では金属膜や狭い流路を形成するという考えはなく、図７では定量に狭い流路を用いるが、狭い流路を定量に用いると液体金属リレー作製時の寸法ばらつきによって導入量が変化する。そのため、流路の寸法には精度が要求される。
また、図７に示す従来例においては、流路に配した金属膜１１の液体金属に対する濡れ性を利用して液体金属１２の導入圧力を低くしている。この金属膜１１が汚染などで濡れ性が悪くなった場合、液体金属１２を安定して導入できなくなる。
【００１６】
従って本発明は、液体金属リレー製作時の寸法ばらつきに関わらず液体金属の導入量を一定にすることを可能とし、液体金属に対する濡れ性に関係なく安定して液体金属の定量導入が可能な液体金属リレーを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１においては、
２枚の基板を張り合わせて形成された流路と、前記基板の表面から前記流路に導通し所定の間隔を隔てて配置された複数の貫通電極と、前記流路の両端に連通して配置された第１、第２気体室と、これら第１、第２気体室に封入された気体を加熱するヒータとを具備する液体金属リレーにおいて、前記基板に前記流路に所定量の液体金属を導入するための定量室を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２においては、請求項１に記載の液体金属リレーにおいて、
前記定量室に絞りを介して導通する導入穴を設け、この導入穴に注入した液体金属を加圧して前記定量室を液体金属で充満させることを特徴とする。
【００１９】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の液体金属リレーにおいて、
前記基板に第３気体室を設け、この第３気体室に配置したヒータにより気体を膨張させて前記定量室内の液体金属を前記流路に導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば次のような効果がある。
請求項１〜３の発明によれば、
液体金属リレーにおいて、定量室を設けることにより、
１）液体金属リレー製作時の寸法ばらつきに関わらず、液体金属の導入量を一定にすることが可能となる。
２）液体金属に対する濡れ性に関係なく、安定して液体金属の定量導入が可能となる。
３）液体金属リレー動作に最適な量の液体金属を導入する構造とすることで、生産性の向上や液体金属リレー動作の安定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１（ａ〜ｃ）は、本発明の実施形態の一例を示す要部構成説明図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。但し、図１（ａ）の平面図は点線で表示すべき部分も実線で表示している。
これらの図において、図７と同一要素には同一符号を付している。
【００２２】
液体金属リレーは２枚の基板を貼り合わせた構造である。２枚の基板が張り合わされた面には予めメイン流路６、定量室１７、第１導入流路１３ａ、第２導入流路１３ｂ、リレー駆動用ヒータ４ａ,４ｂ、リレー駆動用気体室７ａ，７ｂ、導入用ヒータ４ｃ、導入用ヒータ室７ｃ、メイン絞り８ａ，８ｂ、導入流路絞り８ｃが形成されている。
【００２３】
また、２枚の基板を貼り合わせた状態で第１導入流路１３ａとリレー外部につながる導入穴１０とヒータ４ａ，４ｂ，４ｃへの通電やリレーからの信号を伝送するための複数の貫通電極２ａ〜２ｉが形成されている。
【００２４】
そして、第１導入流路１３ａ、第２導入流路１３ｂ、導入流路絞り８ｃとメイン絞り８ａ，８ｂの順に幅や深さが小さくなっており、液体金属１２を導入する圧力は第１導入流路１３ａ、第２導入流路１３ｂ、導入流路絞り８ｃとメイン絞り８ａ，８ｂの順に大きく形成されている。
【００２５】
次に、液体金属１２の導入と封止方法を以下に示す。
１．液体金属１２を導入穴１０にピペットなどを用いて滴下（ディスペンス）する。（図２参照）
２．液体金属１２が第２導入流路１３ｂを超えない程度の圧力を導入穴１０の外部から加えると、定量室１７だけに液体金属１２が導入される。定量室１７はリレー駆動に最適な液体金属量と同じ容積を持ち、定量室１７に液体金属１２を満たすことによって最適な液体金属量を定量することが出来る。（図３参照）
３．導入穴１０を半田１４などで封止する。（図４参照）
４．導入用ヒータ４ｃに通電し、ヒータ４ｃを加熱する。導入用ヒータ室７ｃの内圧が上がり定量室１７の液体金属１２が第２導入流路１３ｂ通ってメイン流路６に導入される。このとき、ヒータ４ｃの加熱による圧力はメイン絞り８ａ，８ｂを超えない圧力とする。（図５参照）
【００２６】
なおこの場合、第１導入流路１３ａの導入流路絞り８ｃと定量室１７の間には液体金属１２が残ることが考えられるが、第１導入流路１３ａは導入穴１０や定量室１７の容量に比較して小さいのでいずれかに吸収されるか、残ってもきわめて少量なので誤差範囲とみなすことができる。
【００２７】
上述の構成によれば、液体金属リレー製作時の寸法ばらつきに関わらず、液体金属の導入量を一定にすることが可能となり、液体金属に対する濡れ性に関係なく、安定して液体金属の定量導入が可能となる。
また、液体金属リレー動作に最適な量の液体金属を導入する構造とすることで、生産性の向上や液体金属リレー動作の安定を実現することができる。
【００２８】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の液体金属リレーの実施形態の一例を示す構造図である。
【図２】導入穴に液体金属を滴下した状態を示す図である。
【図３】液体金属を定量室に導入した状態を示す図である。
【図４】導入穴を封止した状態を示す図である。
【図５】導入用ヒータに通電し液体金属をメイン流路に導入した状態を示す図である。
【図６】従来の液体金属リレーの一例を示す構造図である。
【図７】従来の液体金属リレーの他の例を示す構造図である。
【図８】従来の液体金属リレーの一部断面詳細図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０１  第１基板
２          貫通電極
４，１０４  ヒータ
５，１０５  第２基板
６          メイン流路
７，１０７  気体室
８          メイン絞り
８ｃ        導入流路絞り
１０，１１０  導入穴
１１        金属膜
１２，１１２  液体金属
１３ａ  第１導入流路
１３ｂ  第２導入流路
１４，１１４  はんだ
１７        定量室
１０３      電極パッド
１０６      液体室
１０８      絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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