(57)【要約】【課題】補強部材と接極子を結合することに起因するアーマチュア部の揺動軸の方向における反りを低減したマイクロリレーを提供する。【解決手段】アーマチュアブロック３のアーマチュア部３０に、アーマチュア部３０がボディ１に対して揺動する軸（揺動軸Ｘ）の方向に沿って結合穴３９を貫設するとともに、結合穴３９を通じて接極子３２と結合し接極子３２との間でアーマチュア部３０を挟持する補強部材５を設けた。補強部材５は、結合穴３９と対向する部位に他の部位よりも幅狭の幅狭部５ａが設けてある。この幅狭部５ａは揺動軸Ｘと直交する方向の寸法が、結合穴３９の幅と同じ寸法となっているので、アーマチュア部３０と補強部材５との接触面積を減らして、補強部材５と接極子３２の結合に起因する反りを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、
電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、
ボディの前記一表面に結合される枠状のフレーム部、フレーム部の枠内に配設されフレーム部に揺動自在に支持されるアーマチュア部、アーマチュア部の一面に結合されて電磁石装置の電磁力によって吸引される磁性材料からなる接極子およびアーマチュア部の揺動に応じて固定接点に接離する可動接点を有するアーマチュアブロックとを備え、
アーマチュア部には、ボディと対向する一面にボディと当接してアーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられるとともに、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において支点突起が設けられた部位には結合穴が設けられ、
アーマチュア部に対して接極子と反対側の面に配設され前記結合穴を通じて接極子と接合されることによって接極子との間でアーマチュア部を狭持する補強部材を有し、
当該補強部材は、アーマチュア部の揺動軸の方向において、少なくとも結合穴と対向する部位に他の部位よりも幅狭の幅狭部を設け、前記揺動軸と直交する方向における幅狭部の幅が前記結合穴の幅と同じ幅であることを特徴とするマイクロリレー。
【請求項２】
前記補強部材において、前記幅狭部の両側にある幅広部分を連結する連結部が設けられたことを特徴とする請求項１記載のマイクロリレー。
【請求項３】
前記結合穴がアーマチュア部の揺動軸方向に複数設けられ、複数の結合穴に対応して設けた幅狭部の間の部位が前記幅狭部と同じ幅であることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロリレー。
【請求項４】
前記補強部材は、アーマチュア部と接合する面の前記結合穴と対向する部位に、結合穴よりも小さく且つ補強部材の厚み方向にアーマチュア部の厚み寸法だけ突出した突起部を有すること特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のマイクロリレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、磁性材料からなる接極子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接離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）。
【０００３】
この種のマイクロリレーにおいては、アーマチュア部の揺動軸の方向の両端付近に、アーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられ、両側の支点突起の間に接極子が配設されているので、接極子が電磁石装置によって吸引された際には、アーマチュア部の揺動軸方向の中央部が下方へ突出するように変形しやすく、マイクロリレーの動作特性に影響を与える可能性があった。
【０００４】
このため、特許文献１に示すマイクロリレーにおいては、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の略中央部であって支点突起の突出方向に結合穴が設けられ、補強部材と接極子によってアーマチュア部を狭持し、補強部材と接極子を結合穴を介してレーザ溶接することで、アーマチュア部の揺動軸方向における中央部が弾性変形することを防止している。
【特許文献１】特開２００６−２１００６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のマイクロリレーにおいては、アーマチュア部を補強部材と接極子とで狭持することによる応力や、補強部材と接極子とをレーザ溶接する際に発生する熱によって、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の両端部が反り、アーマチュア部と接極子との間に隙間が生じて、マイクロリレーの動作特性に影響を与えるおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向の反りを低減したマイクロリレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、コイルへの励磁電流に応じて電磁力を発生する電磁石装置と、電磁石装置を収納する収納部が設けられ且つ厚み方向の一表面側に固定接点が設けられたボディと、ボディの前記一表面に結合される枠状のフレーム部、フレーム部の枠内に配設されフレーム部に揺動自在に支持されるアーマチュア部、アーマチュア部の一面に結合されて電磁石装置の電磁力によって吸引される磁性材料からなる接極子およびアーマチュア部の揺動に応じて固定接点に接離する可動接点を有するアーマチュアブロックとを備え、アーマチュア部には、ボディと対向する一面にボディと当接してアーマチュア部が揺動する際の支点となる支点突起が設けられるとともに、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向において支点突起が設けられた部位には結合穴が設けられ、アーマチュア部に対して接極子と反対側の面に配設され前記結合穴を通じて接極子と接合されることによって接極子との間でアーマチュア部を狭持する補強部材を有し、当該補強部材は、アーマチュア部の揺動軸の方向において、少なくとも結合穴と対向する部位に他の部位よりも幅狭の幅狭部を設け、前記揺動軸と直交する方向における幅狭部の幅が前記結合穴の幅と同じ幅であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、補強部材において幅狭部の両側にある幅広部分を連結する連結部が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１又は２の何れかの発明において、結合穴がアーマチュア部の揺動軸方向に複数設けられ、複数の結合穴に対応して設けた幅狭部の間の部位が幅狭部と同じ幅であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明では、請求項１〜３の何れか一項の発明において、補強部材はアーマチュア部と接合する面の前記結合穴と対向する部位に、結合穴よりも小さく且つ補強部材の厚み方向にアーマチュア部の厚み寸法だけ突出した突起部を有すること特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、アーマチュア部と補強部材とが接触する面積を減らすことができるので、アーマチュア部の揺動軸と直交する方向における両端部の反りを低減して、接点の動作特性への影響を低減することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、連結部を備えるので補強部材と接極子とが接合する際に発生する補強部材の捩れなどの変形を低減することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、補強部材と接極子によって狭持されるアーマチュア部の面積を減少させることができ、狭持による応力での反りを低減することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、補強部材に突起部を設けることで補強部材と接極子の距離が近くなり、レーザ光の出力を弱めても溶接が可能となるので、レーザ光の溶接時における発熱によるアーマチュア部への影響が小さくなり、反りを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
本実施の形態にかかるマイクロリレーを、図１、図２を用いて説明する。
【００１７】
図２に示すように、本実施の形態にかかるマイクロリレーは、矩形枠状のフレーム部３１及びフレーム部３１に対して揺動可能なアーマチュア部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に結合した磁性材料からなる接極子３２と、接極子３２を電磁吸引力で吸引することによってアーマチュア部３０を揺動させる電磁石装置２と、電磁石装置２を収納するとともにアーマチュアブロック３のフレーム部３１に結合するボディ１とを備える。尚、以下の説明では図２における上下を上下方向と定めるものとし、図１は下側から見た分解斜視図を示している。
【００１８】
ボディ１は、略直方体状に形成されたガラスからなるボディ本体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、四隅の近傍にそれぞれスルーホール１０ａ〜１０ｄが厚み方向に貫設されており、各スルーホール１０ａ〜１０ｄの内面には、それぞれ導電膜１１ａ〜１１ｄが設けられている。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成り、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の厚み方向における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が設けられ、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が設けられている。各バンプ１３は、それぞれ例えば金、銀、銅、はんだ等の導電性材料から成り、スルーホール１０ａ〜１０ｄを塞ぐ形でランド１２に載せられ、熱溶着によって結合されている。
【００１９】
ボディ本体１ａの上面には、それぞれランド１２と一対一に電気的に接続された、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、２対の固定接点１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂが設けられている。
【００２０】
ボディ本体１ａの中央部には、略十字型の貫通穴１６が厚み方向に貫設されており、該貫通穴１６の開口を覆う形で薄膜１ｂがボディ本体１ａの上面に接合されている。薄膜１ｂはシリコン又はガラスから成り、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。薄膜１ｂの下側には、電磁石装置２が収納される収納部１８が形成されている。貫通穴１６の内面は、上方に向かって貫通穴１６の断面積が徐々に小さくなるように傾斜しており、電磁石装置２が収納し易くなっている。
【００２１】
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とで構成される。ヨーク２０は、電磁軟鉄などの鉄板を曲げ加工或いは鋳造加工することにより、略矩形状の中央片２０ａの長手方向の両端から、略矩形状の脚片２０ｂ、２０ｃがそれぞれ上方に立ち上がったコ字状に形成されている。永久磁石２１は略直方体状であって、互いに直交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の上面の略中央に一方の磁極面を当接させて取り付けられており、他方の磁極面は脚片２０ｂ、２０ｃの先端面と略面一となっている。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は略矩形状であり、その長手方向をヨーク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（図示せず）が設けられ、該導電膜にコイル２２ａ、２２ｂの両端がそれぞれ電気的に接続されている。また、各導電膜上には、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（図示せず）が設けられている。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の長手方向とを一致させて収納部１８に収納され、電磁石装置２と収納部１８の内面との間に合成樹脂（図示せず）を充填することでボディ１に保持されている。
【００２２】
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１に示すように略矩形状の接極子３２が接合される。
【００２３】
アーマチュア部３０は、下面（図１における上面）に接極子３２が接合される略矩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とを備える。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、その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個設けられており、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。尚、弾性部３５は、その厚み寸法をフレーム部３１の厚み寸法よりも小さくしている。
【００２４】
磁性体保持部３０ａの長手方向の略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を突設している。更に、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が設けられている。而して、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の移動が制限される。また、延設部３６の下面には、それぞれ支点突起３６ｂが下方へ突設されている。更に、磁性体保持部３０ａの四隅には、それぞれ第二の延設部３８が延設されており、各第二の延設部３８の下面には、それぞれ突起３８ａが下方へ突設されている。尚、アーマチュア部３０は厚み寸法がフレーム部３１の厚み寸法よりも小さくなるように形成され、突起３８ａの下面及び接極子３２の下面がフレーム部３１の下面よりも上側に位置するようになっている。
【００２５】
接極子３２は、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ、フェライト等の磁性材料を機械加工して形成され、例えば、そ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、冷却することで磁性体保持部３０ａの下面に結合される。
【００２６】
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に結合される。ここにおいて、支点突起３６ｂはボディ１の上面に当接し、アーマチュア部３０は支点突起３６ｂを支点として支点突起３６ｂ同士を結ぶ直線を軸（以下、「揺動軸Ｘ」とする）とする揺動が可能となっている。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、突起３８ａの先端面はボディ１の上面に離間して対向する。更に、接極子３２は、上方から見てアーマチュア部３０の揺動軸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。
【００２７】
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略直方体状のカバー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、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）が設けられている。
【００２８】
アーマチュア部３０には、図１に示すように、アーマチュア部３０の長手方向であって揺動軸Ｘと直交する方向の略中央部において、２つの結合穴３９が短手方向であって揺動軸Ｘの方向に沿って貫設されており、また、該結合穴３９の上側の開口を覆うように補強部材５が結合されている。
【００２９】
補強部材５は、例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料からなり、長手方向がアーマチュア部３０の揺動軸Ｘに沿った細長い形状に形成されている。補強部材５は、アーマチュア部３０の揺動軸Ｘの方向において、２箇所の結合穴３９とそれぞれ対向する部位に他の部位よりも幅狭の幅狭部５ａが設けてあり、この幅狭部５ａは揺動軸Ｘと直交する方向の幅が、結合穴３９の幅と同じ寸法となっている。また補強部材５の長手方向の両端と中央部は、それぞれ結合穴３９の幅より幅広の幅広部５ｂ、５ｃとなっている。また補強部材５は、長手方向の両端部がそれぞれ延設部３６の上面に当接しており、接極子３２との間でアーマチュア部３０の磁性体保持部３０ａを狭持して、アーマチュア部３０に接合されている。
【００３０】
補強部材５と接極子３２との接合には、補強部材５の上面から補強部材５のうち結合穴３９と重なる範囲にレーザ光を照射することで補強部材５を溶融させ、結合穴３９を通じて接極子３２に溶着させる方法が考えられる。補強部材５と接極子３２が結合穴３９を通じて接合することで、接極子３２をアーマチュア部３０に保持させる。而して、補強部材５は、支点突起３６ｂの突出方向である下方から見て支点突起３６ｂに重なる範囲と重ならない範囲とでアーマチュア部３０に当接することでアーマチュア部３０を補強している。
【００３１】
なお、例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料からなる接合部材を結合穴３９内で接極子３２と補強部材５との間に介装し、これをレーザ光を照射するなどして加熱して溶融させてから冷却することで、補強部材５と接極子３２とを接合する方法も考えられる。この方法においては、補強部材５は接極子３２と同じ材料を用いることができる。
【００３２】
これらの方法で補強部材５と接極子３２との接合する際には、レーザ光によって補強部材５や接合部材が発熱することとなるが、上述のように補強部材５の結合穴３９と対向する部位には、結合穴３９の径と同じ幅寸法に形成された幅狭部５ａを設けているので、補強部材５と磁性体保持部３０ａとの接触面は小さく、補強部材５の発熱が磁性体保持部３０ａに伝わりにくくなり、磁性体保持部３０ａが熱によって変形することが低減される。
【００３３】
また、補強部材５と磁性体保持部３０ａとの接触面が小さくなることで、磁性体保持部３０ａは狭持されることによる応力の影響を受けにくくなり、揺動軸Ｘと直交する方向における反りを低減することができる。
【００３４】
以下に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、接極子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は揺動軸Ｘを軸として揺動し、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。この時、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、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、接極子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→接極子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の姿勢が維持される。
【００３５】
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、接極子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は揺動軸Ｘを軸として上記と反対側へ揺動し、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→接極子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の姿勢が維持される。
【００３６】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるマイクロリレーは図３に示すとおり、補強部材５の長手方向において、幅狭部５ａを間にして隣り合う幅広部５ｂ、５ｃには、短手方向の両端をそれぞれ連結した連結部５ｄが設けられ、連結部５ｄと幅狭部５ａとの間には、隙間が設けられている。この点を除いては、実施の形態１と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００３７】
このように、幅狭部５ａの両側にある幅広部５ｂ、５ｃは、連結部５ｄによって連結されているので、レーザ光による溶接時における補強部材の短手方向における捩れの発生を低減することができ、動作特性に影響を与える可能性をさらに低減したマイクロリレーを提供することができる。
【００３８】
（実施の形態３）
本実施の形態におけるマイクロリレーは図４に示すとおり、補強部材５は、結合穴３９に対応して設けた２箇所の幅狭部５ａ、５ａの間の部位が幅狭部５ａと同じ幅寸法に形成され、結合穴３９に対向する部位と一体に幅狭部５ａが形成されている。この点を除いては、実施の形態１と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００３９】
このように、結合穴３９に対向した部位とその間の部位が一体に幅狭部５ａを形成し、短手方向における幅が結合穴３９と同じ幅寸法であるので、補強部材５と磁性体保持部３０ａとの接触面が小さくなり、磁性体保持部３０ａは狭持されることによる応力の影響を受けにくくなって、揺動軸Ｘと直交する方向における反りをさらに低減することができる。
【００４０】
（実施の形態４）
本実施の形態におけるマイクロリレーは図５に示すとおり、補強部材５の幅狭部５ｂの結合穴３９と対向する部位に、突起部５ｅが一体に設けられている。突起部５ｅは、結合穴３９の径よりも小さい径で磁性体保持部３０ａの厚みと同じ厚み寸法に形成されており、突起部が結合穴３９に入るように補強部材５を磁性体保持部３０ａに接合している。この点を除いては、実施の形態１と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４１】
補強部材５は、例えば金や金・錫合金などの融点の低い材料からなり、補強部材５の上面から突起部５ｅに向けてレーザ光を照射することで突起部５ｅを溶融させ、結合穴３９を通じて接極子３２に溶着させる。ここで突起部５ｅと接極子３２は接触しているので、突起部５ｅが無い場合に比べて距離が短くなるので、低出力のレーザ光で溶着でき、補強部材５の発熱を低減することができる。而して、磁性体保持部３０ａが補強部材５と接極子３２の接合時に発生する熱によって変形することが低減される。
【００４２】
なお、本実施の形態では実施の形態１のマイクロリレーの有する補強部材５に突起部５ｅを設けたが、実施の形態２及び実施の形態３のマイクロリレーが有する補強部材５の幅狭部５ｂに突起部５ｅを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるマイクロリレーを示す分解斜視図である。
【図２】同マイクロリレーを示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるマイクロリレーを示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかるマイクロリレーを示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかるマイクロリレーを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      ボディ
１４ａ、１４ｂ  固定接点
１５ａ、１５ｂ  固定接点
２      電磁石装置
３      アーマチュアブロック
３０    アーマチュア部
３１    フレーム部
３２    接極子
３３ａ、３３ｂ  可動接点
３６ｂ  支点突起
３９    結合穴
５      補強部材
５ａ    幅狭部
Ｘ      揺動軸
【図１】
2010123394.tif 000003
【図２】
2010123394.tif 000004
【図３】
2010123394.tif 000005
【図４】
2010123394.tif 000006
【図５】
2010123394.tif 000007