(57)【要約】【課題】  適切なスイッチング動作を可能としたスイッチデバイスを提供する。【解決手段】  スイッチデバイスであるマイクロリレーは、一端が固定端であり、他端が自由端である可動バネ１１０と、可動バネ１１０の下方に配置される基板１２０と、可動バネ１１０において、固定端と自由端との間の所定位置に設けられる接点１１２と、基板１２０において、可動バネ１１０の自由端に対向する位置に設けられる突起部１４０と、基板１２０において、接点１１２に対向する位置に設けられる接点１２２とを有し、可動バネ１１０の自由端を突起部１４０に接触させるとともに、接点１１２と接点１２２とを接触させてオン状態となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が固定端であり、他端が自由端である可動バネと、
前記可動バネの下方に配置される基板と、
前記可動バネにおいて、前記固定端と前記自由端との間の所定位置に設けられる第１の接点と、
前記基板において、前記可動バネの自由端に対向する位置に設けられる突起部と、
前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、
前記可動バネの自由端を前記突起部に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となるスイッチデバイス。
【請求項２】
前記可動バネは、複数の固定端を有する請求項１に記載のスイッチデバイス。
【請求項３】
前記可動バネは、複数の自由端を有する請求項１又は２に記載のスイッチデバイス。
【請求項４】
前記可動バネの複数の自由端の少なくともいずれかを前記突起部に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる請求項３に記載のスイッチデバイス。
【請求項５】
前記突起部は、前記可動バネに近付くにつれて断面積が小さくなる形状である請求項１乃至４のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項６】
一端が固定端であり、他端が自由端である可動バネと、
前記可動バネの下方に配置される基板と、
前記可動バネにおいて、前記固定端と前記自由端との間の所定位置に設けられる第１の接点と、
前記可動バネの自由端に設けられる突起部と、
前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、
前記突起部を前記基板に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となるスイッチデバイス。
【請求項７】
前記可動バネは、複数の固定端を有する請求項６に記載のスイッチデバイス。
【請求項８】
前記可動バネは、複数の自由端を有し、
前記突起部は、前記可動バネの自由端の少なくともいずれかに設けられる請求項５又は６に記載のスイッチデバイス。
【請求項９】
前記突起部の少なくともいずれかを前記基板に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる請求項８に記載のスイッチデバイス。
【請求項１０】
前記突起部は、前記基板に近付くにつれて断面積が小さくなる形状である請求項１乃至９のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項１１】
前記第１の接点は、前記可動バネの最大変位位置に設けられる請求項１乃至１０のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項１２】
前記第１の接点は、前記固定端からの距離よりも前記自由端からの距離の方が短い位置に設けられる請求項１１に記載のスイッチデバイス。
【請求項１３】
前記第２の接点の表面に設けられる誘電体層を有し、
前記第１の接点は、前記誘電体層を介して前記第２の接点と接触する請求項１乃至１２のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項１４】
端部が固定端である可動バネと、
前記可動バネの下方に配置される基板と、
前記可動バネにおいて、前記固定端以外の部分に設けられる第１の接点と、
前記可動バネにおいて、前記固定端以外の部分に設けられる第２の接点と、
前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第３の接点と、
前記基板において、前記第２の接点に対向する位置に設けられる第４の接点とを有し、
前記第１の接点と前記第３の接点とを接触させ、更に、前記第２の接点と前記第４の接点とを接触させてオン状態となり、前記第１の接点と前記第３の接点とを離隔させ、更に、前記第２の接点と前記第４の接点とを離隔させてオフ状態となるスイッチデバイス。
【請求項１５】
前記固定端から前記第１の接点までの前記可動バネの延在距離が前記固定端から前記第２の接点までの前記可動バネの延在距離よりも短い請求項１４に記載のスイッチデバイス。
【請求項１６】
複数の前記第１の接点と、複数の前記第３の接点とを有する請求項１４又は１５に記載のスイッチデバイス。
【請求項１７】
複数の前記第２の接点と、複数の前記第４の接点とを有する請求項１４乃至１６のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項１８】
前記第１の接点と、前記第２の接点とが直列接続される請求項１４乃至１７のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項１９】
前記第１の接点と、前記第２の接点とが並列接続される請求項１４乃至１７のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項２０】
前記可動バネは、折り返し部分を有する蛇行形状であり、
前記第１の接点は、前記固定端から最遠の位置に設けられる請求項１４乃至１９のいずれかに記載のスイッチデバイス。
【請求項２１】
前記基板において、前記可動バネにおける固定端と前記第１の接点の位置との間の所定位置に対向する位置に設けられる突起部を有する請求項２０に記載のスイッチデバイス。
【請求項２２】
前記第１もしくは第３の接点の少なくとも一方は、前記第２もしくは第３の接点よりも硬度の高い部材である請求項１９に記載のスイッチデバイス。
【請求項２３】
前記第２もしくは第４の接点の少なくとも一方は、前記第１もしくは第３の接点よりも硬度の高い部材である請求項１８に記載のスイッチデバイス。
【請求項２４】
可動バネと、
前記可動バネの下方に配置される基板と、
前記可動バネに設けられる第１の接点と、
前記基板において、前記磁性体に対向する位置に設けられるコイルと、
前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、
前記コイルへの電圧印加により、前記可動バネを前記基板の側に引き付け、更に、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電圧印加により、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態を維持するスイッチデバイス。
【請求項２５】
可動バネと、
前記可動バネの下方に配置される基板と、
前記可動バネに設けられるコイルと、
前記可動バネに設けられる第１の接点と、
前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、
前記コイルへの電圧印加により、前記可動バネを前記基板の側に引き付け、更に、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電圧印加により、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態を維持するスイッチデバイス。
【請求項２６】
前記平面コイルの表面に配置される絶縁層を有する請求項２５又は２４に記載のスイッチデバイス。
【請求項２７】
前記絶縁層の表面に配置される磁性体を有する請求項２６に記載のスイッチデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接点同士を接触及び離隔させ、電気信号の切り替えを行うスイッチデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチデバイスの一種であるマイクロリレーは、半導体微細加工技術を用いて製造され、高周波信号をはじめとする各種電気信号の切り替えを行うものである。このマイクロリレーは、従来のリレーと比較して小型化が可能である等の多くの利点を有しており、近年注目されているデバイスの１つである（例えば、特許文献１乃至５参照）。
【０００３】
図１は、従来の第１のマイクロリレーの側面図である。図１に示すマイクロリレーでは、可動バネ５１０が基板５２０の上方に配置され、一端が固定部材５３０によって固定端となっており、他端が自由端となっている。また、可動バネ５１０の自由端には可動接点となる接点５１２が設けられ、基板５２０において、接点５１２に対向する位置には固定接点である接点５２２が設けられている。
【０００４】
そして、接点５１２と接点５２２との間に電圧が印加されると、図２に示すように、静電吸引力によって可動バネ５１０の動きと連動して接点５１２が接点５２２に近付き、やがて接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。
【０００５】
図３は、従来の第２のマイクロリレーの側面図である。図３に示すマイクロリレーでは、可動バネ５１０が基板５２０の上方に配置され、両端が固定部材５３０によって固定端となっている。また、可動バネ５１０の中央付近には可動接点となる接点５１２が設けられ、基板５２０において、接点５１２に対向する位置には固定接点である接点５２２が設けられている。
【０００６】
そして、接点５１２と接点５２２との間に電圧が印加されると、図４に示すように、静電吸引力によって可動バネ５１０の動きと連動して接点５１２が接点５２２に近付き、やがて接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。
【特許文献１】特開２００１−２９１４６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４１０４号公報
【特許文献３】特開平１１−１１１１４６号公報
【特許文献４】特開平２−１００２２４号公報
【特許文献５】実公報２５３２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の第１のマイクロリレーでは、図２に示すように、接点５１２と接点５２２とが面で接触することができず、接点接触抵抗の値を安定させることが困難であり、接点の磨耗が同一部分に偏るため、接点寿命が短くなる。
【０００８】
一方、上述した従来の第２のマイクロリレーでは、図４に示すように、接点５１２と接点５２２とが面で接触することはできるが、可動バネ５１０の撓み量の観点からは、従来の第１のマイクロリレーよりも不利な点が多い。
【０００９】
具体的には、可動バネ５１０の長さをＬ、ヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩとした場合、従来の第１のマイクロリレーにおいて可動接点に荷重Ｐが加わった時の当該可動接点の撓み量σはσ＝ＰＬ３／３ＥＩ（式１）で表される。一方、従来の第１のマイクロリレーにおいて可動接点に荷重Ｐが加わった時の当該可動接点の撓み量σはσ＝ＰＬ３／１９２ＥＩ（式２）で表される。
【００１０】
オフ状態における可動接点と固定接点との間隙（接点間隙）は、要求される接点間耐電圧性能、アイソレーション特性等によって決定される。ここで、可動バネ５１０を駆動させるための力（式１及び式２における荷重Ｐ）が一定であるとすると、従来の第１及び第２のマイクロリレーが同一の接点間隙を得るためには、従来の第２のマイクロリレーは、従来の第１のマイクロリレーの４倍の長さの可動バネ５１０が必要となり、小型化の妨げとなる。
【００１１】
一方、可動バネ５１０の長さが一定であるとすると、従来の第１及び第２のマイクロリレーが同一の接点間隙を得るためには、従来の第２のマイクロリレーでは、従来の第１のマイクロリレーの６４倍の大きさの駆動力が必要となる。従って、接点５１２と接点５２２との間の静電吸引力がこれらの間に印加される電圧の２乗に比例することを鑑みれば、従来の第２のマイクロリレーでは、従来の第１のマイクロリレーの８倍の電圧を接点５１２と接点５２２との間に印加させる必要がある。このため、駆動電圧を抑え、大型化することなく接触抵抗の安定化を適切に図る手法が要求されている。
【００１２】
そこで、本発明は、適切なスイッチング動作を可能としたスイッチデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のスイッチデバイスは、一端が固定端であり、他端が自由端である可動バネと、前記可動バネの下方に配置される基板と、前記可動バネにおいて、前記固定端と前記自由端との間の所定位置に設けられる第１の接点と、前記基板において、前記可動バネの自由端に対向する位置に設けられる突起部と、前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、前記可動バネの自由端を前記突起部に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる。
【００１４】
この構成により、可動バネが撓んで自由端が突起部と接触することで、可動バネと基板の接点以外の部分の短絡を防止しつつ、可動バネ側の接点と基板側の接点とを面で接触させて接点接触抵抗を安定させることができる。しかも、可動バネの一端が自由端であるため、両端が固定端である場合と比較して可動バネの移動の自由度が増し、第１の接点と第２の接点とを接触させるための電圧を大きくする必要がない。
【００１５】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネが、複数の固定端を有する。
【００１６】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネが、複数の自由端を有する。
【００１７】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネの複数の自由端の少なくともいずれかを前記突起部に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる。
【００１８】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記突起部が、前記可動バネに近付くにつれて断面積が小さくなる形状である。
【００１９】
また、本発明のスイッチデバイスは、一端の固定端であり、他端が自由端である可動バネと、前記可動バネの下方に配置される基板と、前記可動バネにおいて、前記固定端と前記自由端との間の所定位置に設けられる第１の接点と、前記可動バネの自由端に設けられる突起部と、前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、前記突起部を前記基板に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる。
【００２０】
この構成により、可動バネが撓んで自由端に設けられた突起部が基板と接触することで、可動バネと基板の短絡を防止しつつ、第１の接点と第２の接点とを面で接触させて接点接触抵抗を安定させることができる。しかも、可動バネの一端が自由端であるため、両端が固定端である場合と比較して可動バネの移動の自由度が増し、第１の接点と第２の接点とを接触させるための電圧を大きくする必要がない。
【００２１】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネが、複数の固定端を有する。
【００２２】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネが、複数の自由端を有し、前記突起部が、前記可動バネの自由端の少なくともいずれかに設けられる。
【００２３】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記突起部の少なくともいずれかを前記基板に接触させるとともに、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態となる。
【００２４】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記突起部が、前記基板に近付くにつれて断面積が小さくなる形状である。
【００２５】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第１の接点が、前記可動バネの最大変位位置に設けられる。
【００２６】
この構成により、第１の接点と第２の接点とを接触させるために必要な印加電圧を低くすることができる。
【００２７】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第１の接点が、前記固定端からの距離よりも前記自由端からの距離の方が短い位置に設けられる。
【００２８】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第２の接点の表面に設けられる誘電体層を有し、前記第１の接点が、前記誘電体層を介して前記第２の接点と接触する。
【００２９】
また、本発明のスイッチデバイスは、端部が固定端である可動バネと、前記可動バネの下方に配置される基板と、前記可動バネにおいて、前記固定端以外の部分に設けられる第１の接点と、前記可動バネにおいて、前記固定端以外の部分に設けられる第２の接点と、前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第３の接点と、前記基板において、前記第２の接点に対向する位置に設けられる第４の接点とを有し、前記第１の接点と前記第３の接点とを接触させ、更に、前記第２の接点と前記第４の接点とを接触させてオン状態となり、前記第１の接点と前記第３の接点とを離隔させ、更に、前記第２の接点と前記第４の接点とを離隔させてオフ状態となる。
【００３０】
この構成により、可動バネ側の複数の接点と、基板側の複数の接点とが接触可能であるため、スイッチング動作の信頼性を向上させることができる。また、第１の接点と第３の接点とを接触させ、更に、これらの接触位置を支点として可動バネが移動することを可能とすることにより、第２の接点と第４の接点との接触を容易に行わしめることができる。
【００３１】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記固定端から前記第１の接点までの前記可動バネの延在距離が前記固定端から前記第２の接点までの前記可動バネの延在距離よりも短い。
【００３２】
この構成により、可動バネにおいて第１の接点が固定端から遠い位置に設けられているため、第１の接点を第２の接点に接触させるために必要な印加電圧を小さくすることができる。
【００３３】
また、本発明のスイッチデバイスは、複数の前記第１の接点と、複数の前記第３の接点とを有する。
【００３４】
また、本発明のスイッチデバイスは、複数の前記第２の接点と、複数の前記第４の接点とを有する。
【００３５】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第１の接点と、前記第２の接点とが直列接続される。
【００３６】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第１の接点と、前記第２の接点とが並列接続される。
【００３７】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記可動バネが、折り返し部分を有する蛇行形状であり、前記第１の接点が、前記固定端から最遠の位置に設けられる。
【００３８】
この構成により、可動バネにおいて第１の接点が固定端から最も遠い位置に設けられているため、第１の接点を第２の接点に接触させるために必要な印加電圧を小さくすることができる。
【００３９】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記基板において、前記可動バネにおける固定端と前記第１の接点の位置との間の所定位置に対向する位置に設けられる突起部を有する。
【００４０】
この構成により、可動バネと基板の接点以外の部分の短絡を確実に防止することができる。
【００４１】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第１もしくは第３の接点の少なくとも一方が、前記第２もしくは第３の接点よりも硬度の高い部材である。
【００４２】
この構成により、先に接触する第１もしくは第３の接点における放電によって、当該第１もしくは第３の接点が磨耗することを抑制できる。
【００４３】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記第２もしくは第４の接点の少なくとも一方が、前記第１もしくは第３の接点よりも硬度の高い部材である。
【００４４】
この構成により、後に接触する第２もしくは第４の接点における放電によって、当該第２もしくは第４の接点が磨耗することを抑制できる。
【００４５】
また、本発明のスイッチデバイスは、可動バネと、前記可動バネの下方に配置される基板と、前記可動バネに設けられる第１の接点と、前記基板において、前記磁性体に対向する位置に設けられるコイルと、前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、前記コイルへの電圧印加により、前記可動バネを前記基板の側に引き付け、更に、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電圧印加により、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態を維持する。
【００４６】
この構成により、まず、コイルへの電圧印加による電磁吸引力により可動バネが基板の側に引き付けられるため、第１の接点と第２の接点との間に印加させる電圧を小さくしても、これらを確実に接触させることができる。
【００４７】
同様の観点から、本発明のスイッチデバイスは、可動バネと、前記可動バネの下方に配置される基板と、前記可動バネに設けられるコイルと、前記可動バネに設けられる第１の接点と、前記基板において、前記基板において、前記第１の接点に対向する位置に設けられる第２の接点とを有し、前記コイルへの電圧印加により、前記可動バネを前記基板の側に引き付け、更に、前記第１の接点と前記第２の接点との間の電圧印加により、前記第１の接点と前記第２の接点とを接触させてオン状態を維持する。
【００４８】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記平面コイルの表面に配置される絶縁層を有する。
【００４９】
また、本発明のスイッチデバイスは、前記絶縁層の表面に配置される磁性体を有する。
【発明の効果】
【００５０】
本発明のスイッチデバイスは、可動バネの移動の自由度を増すこと等により、適切なスイッチング動作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施形態のスイッチデバイスについて、図面を用いて説明する。
【００５２】
まず、第１のスイッチデバイスについて説明する。図５は、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの側面図である。図５に示すマイクロリレーでは、シリコン等によって構成される可動バネ１１０がシリコンやパイレックス（登録商標）ガラス等によって構成される基板１２０の上方に配置される。この可動バネ１１０は、一端が固定部材１３０によって固定されて固定端となっており、他端が自由端となっている。また、基板１２０において、可動バネ１１０の自由端と上下方向において対向する位置には、突起部１４０が設けられている。この突起部１４０は、固定部材１３０よりも低くなっている。更に、可動バネ１１０の中央よりやや自由端寄りには、可動接点となる接点１１２が設けられ、基板１２０において、接点１１２と上下方向において対向する位置には固定接点である接点１２２が設けられている。図５に示す状態では、接点１１２と接点１２２とが接触していないため、マイクロリレーはオフ状態となっている。
【００５３】
そして、接点１１２と接点１２２との間に電圧が印加されると、図６に示すように、これら接点１１２と接点１２２との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０の固定端以外の部分が下方に移動し、やがて自由端が突起部１４０の頂点部に接触するとともに、接点１１２が接点１２２と面で接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。なお、接点１１２が可動バネ１１０の中央よりやや自由端寄りに設けられることにより、突起部１４０が固定部材１３０よりも低くなっていることと相俟って、接点１１２の位置が可動バネ１１０における最大変位位置となる。その後は、接点１１２と接点１２２との間の電圧が遮断されると、可動バネ１１０の復元力によって、これら接点１１２と接点１２２とが離隔し、マイクロリレーはオフ状態となる。
【００５４】
このように、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーでは、可動バネ１１０が撓んで自由端が突起部１４０と接触することで、可動バネ１１０の接点１１２と基板１２０の接点１２２以外の部分の短絡を防止しつつ、可動バネ１１０の接点１１２と基板１２０の接点１２２とを面で接触させて接点接触抵抗を安定させることができるとともに、接点１１２及び接点１２２の長寿命化を図ることができる。しかも、可動バネ１１０の一端が自由端であるため、両端が固定端である場合と比較して可動バネ１１０の移動の自由度が増し、接点１１２と接点１２２とを接触させるための電圧を大きくする必要がない。
【００５５】
更に、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーと可動バネの両端が固定端のマイクロリレーと比較すると、オフ状態における可動接点と固定接点との間隙（接点間隙）が同一であり、且つ、可動バネを駆動させるための力が一定である場合、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーは、可動バネの長さが１／４で済み、小型化か可能である。一方、可動バネの長さが同一である場合、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーにおいて、接点１１２と接点１２２との間に印加させる電圧が１／８で済み、駆動電圧の低減化を図ることが可能となる。
【００５６】
なお、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーでは、接点１１２と接点１２２との間に電圧が印加されることにより、静電吸引力によって可動バネ１１０を移動させたが、可動バネ１１０及び基板１２０のいずれか一方にコイルを設け、当該コイルに電圧を印加させることにより、電磁吸引力によって可動バネ１１０を移動させるようにしても良い。この場合には、両端が固定端である場合と比較して可動バネ１１０の移動の自由度が増し、接点１１２と接点１２２とを接触させるためにコイルに流れる電流が小さく済み、あるいは、コイルの巻き数を少なくすることができる。
【００５７】
また、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーには、以下の変形例が考えられる。例えば、図７及び図８に示す第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例では、突起部１４０が可動バネ１１０の自由端に設けられた構成となっている。
【００５８】
また、図９に示す第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例では、可動バネ１１０における固定端及び自由端のそれぞれが複数となっており、図１０に示す第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例では、可動バネ１１０における固定端が複数となっており、図１１に示す第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第４の変形例では、可動バネ１１０における自由端が複数となっている。
【００５９】
また、突起部１４０は、当該突起部１４０が基板１２０に設けられる場合には、可動バネ１１０に近付くにつれて断面積が徐々に小さくなる形状であること、当該突起部１４０が可動バネ１１０に設けられる場合には、基板１２０に近付くにつれて断面積が徐々に小さくなる形状であることが望ましく、例えば、図１２（ａ）乃至（ｃ）に示すものが考えられる。あるいは、突起部１４０は、球状であっても良い。
【００６０】
次に、第２のスイッチデバイスについて説明する。図１３は、第２のスイッチデバイスである容量型スイッチの側面図である。図１３に示す容量型スイッチは、図５に示すマイクロリレーと比較すると、固定接点である接点１２２の表面に誘電体層１２４が設けられた構造となっている点が異なる。
この第２のスイッチデバイスである容量型スイッチにおいて、接点１１２と接点１２２との間に電圧が印加されると、図１４に示すように、これら接点１１２と接点１２２との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０の固定端以外の部分が下方に移動し、やがて自由端が突起部１４０の頂点部に接触するとともに、接点１１２が誘電体層１２４を介して接点１２２と面で接触する。これによって容量型スイッチがオン状態となる。その後は、接点１１２と接点１２２との間の電圧が遮断されると、可動バネ１１０の復元力によって、これら接点１１２と接点１２２とが離隔し、容量型スイッチはオフ状態となる。
【００６１】
このように、第２のスイッチデバイスである容量型スイッチでは、第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーと同様、可動バネ１１０が撓んで自由端が突起部１４０と接触することで、可動バネ１１０の接点１１２と基板１２０の接点１２２以外の部分の短絡を防止しつつ、可動バネ１１０の接点１１２と基板１２０の接点１２２とを誘電体層１２４を介して面で接触させて接点接触抵抗を安定させることができるとともに、接点１１２及び接点１２２の長寿命化を図ることができる。しかも、可動バネ１１０の一端が自由端であるため、両端が固定端である場合と比較して可動バネ１１０の移動の自由度が増し、接点１１２と接点１２２とを接触させるための電圧を大きくする必要がない。更には、オン状態の時には接点１１２と接点１２２と画面で接触して接点間の静電容量が大きくなり、オン状態の時とオフ状態の時とで接点間の静電容量の変化を大きくすることができるため、交流信号のオン、オフ制御を適切に行うことが可能となる。
【００６２】
また、第２のスイッチデバイスである容量型スイッチには、以下の変形例が考えられる。例えば、図１５及び図１６に示す第２のスイッチデバイスである容量型スイッチの変形例では、突起部１４０が可動バネ１１０の自由端に設けられた構成となっている。また、可動バネ１１０における固定端及び自由端のそれぞれ、あるいはいずれか一方が複数となっている構成であっても良い。
【００６３】
次に、第３のスイッチデバイスについて説明する。図１７及び図１８は、第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの上面図及び側面図である。図１７に示すマイクロリレーでは、折り返し部分を有する蛇行形状の可動バネ１１０が基板１２０の上方に配置される。この可動バネ１１０は、両端が固定端となっている。更に、可動バネ１１０の中央部（両端からほぼ等距離の位置）には、可動接点となる第１接点１１２−１が設けられ、基板１２０において、第１接点１１２−１と上下方向において対向する位置には、配線１２６上に固定接点である第３接点１２２−１が設けられている。
【００６４】
また、可動バネ１１０の第１接点１１２−１と水平方向において対向する位置には、可動接点となる第２接点１１２−２が設けられ、基板１２０において、第２接点１１２−２と上下方向において対向する位置には、配線１２６上に固定接点である第４接点１２２−２が設けられている。第１接点１１２−１及び第３接点１２２−１の少なくともいずれかは、硬度の高い金属（例えば、Ｒｈ、Ｒｕ等の白金系金属やＷ等）によって構成され、第２接点１１２−２及び第４接点１２２−２の少なくともいずれかは、比較的軟らかく接点接触抵抗の小さいＡｕ系の金属によって構成される。図１８に示す状態では、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とが接触しておらず、更に第２接点１１２−２と第４接点１２２−２とが接触していないため、マイクロリレーはオフ状態となっている。
【００６５】
そして、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との間に電圧が印加されると、図１９に示すように、これら第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０の固定端以外の部分が下方に移動し、やがて第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とが接触する。更に、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との間に電圧が印加されると、図２０に示すように、これら第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０が第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との接触位置を支点として移動し、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とが面で接触するとともに、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２とが面で接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。なお、図１７における点ａ、ｂ、ｃにおいて、変位量は、固定端から最も遠い点ｃが最大であり、以下、点ｂ、点ａの順となる。その後は、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との間の電圧が遮断されると、可動バネ１１０の復元力によって、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２とが離隔し、更に、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との間の電圧が遮断されると、可動バネ１１０の復元力によって、第１接点１１２−１と第４接点１２２−１とが離隔し、マイクロリレーはオフ状態となる。
【００６６】
このように、第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーでは、可動バネ１１０の複数の接点（第１接点１１２−１及び第２接点１１２−２）と、基板１２０の複数の接点（第３接点１２２−１及び第４接点１２２−４）とが面で接触するため、スイッチング動作の信頼性を向上させることができる。また、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とを接触させ、更に、これらの接触位置を支点として可動バネ１１０が移動することを可能とすることにより、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との接触を容易に行わしめることができる。また、先に接触する第１接点１１２−１及び第３接点１２２−１の少なくともいずれかが硬度の高い金属によって構成されているため、放電によって、当該第１接点１１２−１及び第３接点１２２−１のいずれかが磨耗することを抑制できる。
【００６７】
なお、第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーには、以下の変形例が考えられる。例えば、図２１に示す第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例では、第３接点１２２−１と第４接点１２２−２とが直列接続される構成となっている。この場合には、後に接触する第２接点１１２−２及び第４接点１２２−２の少なくともいずれかが硬度の高い金属によって構成される。一方、図２２に示す第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例では、第３接点１２２−１と第４接点１２２−２とが並列接続される構成となっている。この場合には、先に接触する第１接点１１２−１及び第３接点１２２−１の少なくともいずれかが硬度の高い金属によって構成される。
【００６８】
また、図２３に示す第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例では、角環状の可動バネ１１０の一端が固定端１１０−１となっており、当該固定端１１０−１の対向する辺１１０−２に突出部１１０−３が設けられている。この突出部１１０−３の短辺の端部には第１接点１１２−１が設けられ、長辺の端部には第１接点１１２−２が設けられている。一方、基板１２０には、可動バネ１１０−１の固定端１１０−１の設置位置１２７が存在する。また、基板１２０には、第１接点１１２−１と上下方向において対向する位置に第３接点１２２−１が設けられているとともに、第３接点１１２−２と上下方向において対向する位置には第４接点１２２−２が設けられている。更に、基板１２０には、電極１２８及び１２９が設けられている。
【００６９】
この第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例では、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との間に電圧が印加されると、これら第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０の固定端１１０−１以外の部分が下方に移動し、やがて第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とが接触する。更に、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との間に電圧が印加されると、これら第２接点１１２−２と第４接点１２２−２との間の静電吸引力によって、可動バネ１１０が第１接点１１２−１と第３接点１２２−１との接触位置を支点として移動し、第１接点１１２−１と第３接点１２２−１とが面で接触するとともに、第２接点１１２−２と第４接点１２２−２とが面で接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。
【００７０】
なお、図２３に示す可動バネ１１０の代わりに、図２４に示すように、短辺側が複数である突出部１１０−３が設けられている可動バネ１１０や、図２５に示すように、短辺側及び長辺側の双方が複数である突出部１１０−３が設けられている可動バネ１１０であっても良い。
【００７１】
また、図２６に示すように、可動バネ１１０における固定端の近傍に、可動バネ１１０及び基板１２０のいずれかに突出部１４０が設けられた構成であっても良い。この場合、図２６における点ａ、ｂ、ｃにおいて、変位量は、点ｃが最大であり、以下、点ａ、点ｂの順となる。
【００７２】
次に、第４のスイッチデバイスについて説明する。図２７及び図２８は、第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーを用いた集積回路の斜視図である。図２７に示す集積回路は、可動バネ１１０、接点１１２、基板１２０接点１２２及び平面コイル１５０により構成されるマイクロリレーと、基板１２０上に配置され、後述する外部制御スイッチを内蔵するＩＣチップ２００とによって構成される。一方、図２８に示す集積回路は、可動バネ１１０、接点１１２、基板１２０接点１２２及び平面コイル１５０により構成される第４のマイクロリレーと、基板１２０内に構成され、外部制御スイッチを内蔵するＩＣチップ２００とによって構成される。
【００７３】
図２９は、第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの分解斜視図、図３０は、第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの断面図である。図２９及び図３０に示すマイクロリレーでは、可動バネ１１０が基板１２０の上方に配置される。この可動バネ１１０は、一端が固定端、他端が自由端となっている。また、可動バネ１１０の自由端には、可動接点となる接点１１２が設けられ、基板１２０において、接点１１２と上下方向において対向する位置には固定接点である接点１２２が設けられている。更に、基板１２０には、磁性体１６０と上下方向において対向する位置に平面コイル１５０が設けられている。なお、平面コイル１５０の端部は、スルーホール（図示せず）によって基板１２０の裏面の配線（図示せず）と接続されている。図５に示す状態では、接点１１２と接点１２２とが接触していないため、マイクロリレーはオフ状態となっている。
【００７４】
接点１１２と接点１２２との接触は、ＩＣチップ２００内の外部制御スイッチによって制御される。図３１は、外部制御スイッチの動作を示す図である。また、図３２は、スイッチ及び接点の状態を示すタイミングチャートである。
【００７５】
図３１（ａ）に示すように、スイッチ２０２及び２０４がオフ状態の場合、マイクロリレー１００内の平面コイル１５０及びコンデンサ１５２は通電しておらず、マイクロリレー１００はオフ状態となっている。そして、図３１（ｂ）に示すように、スイッチ２０２をオン状態にすることにより、平面コイル１５０が通電し、平面コイル１５０の電磁誘導による電磁吸引力によって、可動バネ１１０の固定端以外の部分が下方に移動し、接点１１２と接点１２２とが近付く。更に、スイッチ２０４をオン状態にすることにより、マイクロリレー１００内のコンデンサ１５２が通電し、接点１１２と接点１２２との間の静電吸引力によって、図３３に示すように、これら接点１１２が接点１２２と面で接触する。これによってマイクロリレーがオン状態となる。その後は、図３１（ｃ）に示すように、スイッチ２０２がオフ状態となって、接点１１２と接点１２２との間の静電吸引力にのみによって、これら接点１１２と接点１２２との面での接触が維持される。接点１１２と接点１２２との接触は、スイッチ２０４がオフ状態になるまで維持される。そして、スイッチ２０４がオフ状態になると、可動バネ１１０の復元力によって、接点１１２と接点１２２とが離隔する。
【００７６】
図３４は、接点間隙と可動バネ１１０の負荷及び吸引力との関係を示す図である。図３４に示すように、静電吸引力のみの場合、可動バネ１１０の駆動力は接点間隙の２乗に反比例するため、駆動電圧を大きくすることができない場合には、接点間隙を小さくするか、可動バネ１１０の負荷（バネ力）を小さくする必要がある。しかし、接点間隙や負荷を小さくすると、接点１１２と接点１２２とが接触してしまう可能性がある。
【００７７】
一方、電磁吸引力が存在する場合には、低電圧で可動バネ１１０の駆動力を大きくすることができるため、可動バネ１１０の負荷を大きくするとともに接点間隙を大きくしておき、電磁吸引力によって静電吸引力が大きくなる接点間隙にまで可動バネ１１０を下方に移動させ、その後は、電磁吸引力を維持するために消費電力が増加することを防止すべく、静電吸引力のみによって接点１１２と接点１２２との接触が維持される。
【００７８】
このように、第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーでは、まず、平面コイル１５０への電圧印加による電磁吸引力により、可動バネ１１０が基板１２０の側に引き付けられ、その後、接点１１２と接点１２２との間の電圧印加による静電吸引力によって、これら接点１１２と接点１２２との接触を維持することができ、接点１１２と接点１２２との間に印加される電圧を小さくしても、これらを確実に接触させることができる。
【００７９】
なお、第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーには、以下の変形例が考えられる。例えば、図３５に示す第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例では、平面コイル１５０の表面に絶縁層１５４が構成され、平面コイル１５０と接点１１２との接触による短絡が防止されるとともに、静電吸引力を増加させることができる。
【００８０】
また、図３６に示す第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例では、絶縁層１５４の表面に、更に磁性体１５６が構成される。これにより、平面コイル１５０の磁束密度を増加させることができ、更には、磁性体１５６を電極とすることで、平面コイル１５０のみの場合よりも電極面積が増し、静電吸引力が増加する。なお、磁性体１５６の表面に、更に絶縁層が構成されるようにしても良い。
【００８１】
また、図３７に示す第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例では、可動バネ１１０に平面コイル１５０が設けられている。更に、図３８に示す第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第４の変形例では、可動バネ１１０に平面コイル１５０が設けられているとともに、平面コイル１５０の表面に絶縁層１５４が構成されており、図３９に示す第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第５の変形例では、絶縁層１５４の表面に磁性体１５６が構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係るスイッチデバイスは、可動バネの移動の自由度を増すこと等により、適切なスイッチング動作が可能となり、スイッチデバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来の第１のマイクロリレーのオフ状態の側面図である。
【図２】従来の第１のマイクロリレーのオン状態の側面図である。
【図３】従来の第２のマイクロリレーのオフ状態の側面図である。
【図４】従来の第２のマイクロリレーのオン状態の側面図である。
【図５】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオフ状態の側面図である。
【図６】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオン状態の側面図である。
【図７】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例のオフ状態の側面図である。
【図８】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例のオン状態の側面図である。
【図９】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例の上面図である。
【図１０】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例の上面図である。
【図１１】第１のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第４の変形例の上面図である。
【図１２】突起部の形状の例を示す図である。
【図１３】第２のスイッチデバイスである容量型スイッチのオフ状態の側面図である。
【図１４】第２のスイッチデバイスである容量型スイッチのオン状態の側面図である。
【図１５】第２のスイッチデバイスである容量型スイッチの第１の変形例のオフ状態の側面図である。
【図１６】第２のスイッチデバイスである容量型スイッチの第１の変形例のオン状態の側面図である。
【図１７】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの上面図である。
【図１８】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオフ状態の側面図である。
【図１９】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの切替動作時の側面図である。
【図２０】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオン状態の側面図である。
【図２１】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例の上面図である。
【図２２】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例の上面図である。
【図２３】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例の斜視図である。
【図２４】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの可動バネの第１の変形例の斜視図である。
【図２５】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの可動バネの第２の変形例の斜視図である。
【図２６】第３のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例の上面図である。
【図２７】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーを用いた第１の集積回路の斜視図である。
【図２８】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーを用いた第２の集積回路の斜視図である。
【図２９】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの分解斜視図である。
【図３０】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオフ状態の断面図である。
【図３１】外部制御スイッチの動作を示す図である。
【図３２】スイッチ及び接点の状態を示すタイミングチャートである。
【図３３】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーのオン状態の断面図である。
【図３４】接点間隙と可動バネの負荷及び吸引力との関係を示す図である。
【図３５】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第１の変形例のオフ状態の断面図である。
【図３６】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第２の変形例のオフ状態の断面図である。
【図３７】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第３の変形例のオフ状態の断面図である。
【図３８】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第４の変形例のオフ状態の断面図である。
【図３９】第４のスイッチデバイスであるマイクロリレーの第５の変形例のオフ状態の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１０  可動バネ
１１２、１１４  接点
１２０  基板
１２４  誘電体層
１２６  配線
１２８、１２９  電極
１３０  固定部材
１４０  突起部
１５０  平面コイル
１５２  コンデンサ
１５４  絶縁層
１５６  磁性体
２００  ＩＣチップ
【図１】
2006179252.tif 000003
【図２】
2006179252.tif 000004
【図３】
2006179252.tif 000005
【図４】
2006179252.tif 000006
【図５】
2006179252.tif 000007
【図６】
2006179252.tif 000008
【図７】
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【図８】
2006179252.tif 000010
【図９】
2006179252.tif 000011
【図１０】
2006179252.tif 000012
【図１１】
2006179252.tif 000013
【図１２】
2006179252.tif 000014
【図１３】
2006179252.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2006179252.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006179252.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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