(57)【要約】【課題】気体導入の簡便化を図った液体金属リレーを提供する。【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、前記流路に封入された液体金属と、前記第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、前記流路または第１、第２気体室を構成する空間に薄膜を介して連通する少なくとも一つの穴を設け、前記薄膜を介して前記流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入した。【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、前記流路に封入された液体金属と、前記第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、前記流路または第１、第２気体室を構成する空間に薄膜を介して連通する少なくとも一つの穴を設け、前記薄膜を介して前記流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入したことを特徴とする液体金属リレー。
【請求項２】
前記穴は前記流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入した後、封止部材を用いて気密に封止した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】
前記封入気体は水素またはヘリウムを含む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、ＧａＩｎＳｎ）を用いた液体金属リレーに関し、液体金属を移動させるための気体封入の簡便化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３を参照して説明する。図３は、液体金属リレーの要部の一例を示す構成図である。
図３において、（ａ）は平面図、（ｂ）は図３（ａ）のａ−ａ’断面図、（ｃ）は図３（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３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１０４ａ、ヒータ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４は他の従来例を示すものである。図４において（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は図４（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。
この例においては、図３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４ａ，４ｂ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４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】
なお、図４（ｃ）に示すように液体金属１２を導入する導入穴１０は液体金属１２を導入した後ハンダ（または接着材）１１により封止されている。
【００１２】
【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】
【００１３】
しかし、図３、図４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。
液体金属導入と同じ経路でリレー内部に気体を封入しているため次のような問題が生じていた。
１）気体導入と液体金属導入工程が同時に行われる。そのため、液体金属導入時に清浄な気体雰囲気を保つ必要があるが清浄な気体雰囲気を保つことは困難である。
２）高圧気体を導入するためには液体金属導入を高圧気体雰囲気で行う必要がある。
【００１４】
従って本発明は、薄膜による透過を用いた気体導入構造により以下の改善を行うことを目的としている。
１）気体導入と液体金属導入工程を個別に行う、
２）液体金属導入を清浄な真空中で行うことにより、リレー内部を清浄な雰囲気に保つ。
３）リレーの駆動気体として機能さるための水素やヘリウムだけを透過させ、酸素や水蒸気などのリレーの動作を妨げる気体は薄膜を透過さない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の液体金属リレーにおいては、
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、前記流路に封入された液体金属と、前記第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、前記流路または第１、第２気体室を構成する空間に薄膜を介して連通する少なくとも一つの穴を設け、前記薄膜を介して前記流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入したことを特徴とする。
【００１６】
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、
前記穴は流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入した後、封止膜を用いて気密に封止したことを特徴とする。
【００１７】
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、
前記透過性の高い気体は水素またはヘリウムを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
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の発明によれば、
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、前記流路に封入された液体金属と、前記第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、前記流路または第１、第２気体室を構成する空間に薄膜を介して連通する少なくとも一つの穴を設け、前記薄膜を介して前記流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入するようにしたので、
１）気体導入と液体金属導入工程を個別に行うことができる。
２）液体金属導入を清浄な真空中で行うことができるので、リレー内部を清浄な雰囲気に保つことができる。
【００１９】
請求項２によれば、
前記穴は流路および第１、第２気体室に透過性の高い気体を封入した後、封止膜を用いて気密に封止するので封入気体の圧力を高圧に維持することができる。
【００２０】
請求項３によれば、透過性の高い封入気体として水素またはヘリウムを用いるので、封入時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１（ａ，ｂ）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４と同一要素には同一符号を付している。図４と異なる点はヒータが形成された第２基板５の表面から気体導入穴１６を形成し、気体室７ｂの空間に対して薄膜を透過しやすい透過性の高い気体が浸透する程度の薄膜１７を形成した点にある。
【００２２】
図１は気体導入前の構造を示している。
本実施例においては、従来と同様基板１,５を接合した構造とされ、透過性の高い気体が透過する薄膜１７は気体導入穴１６により気体室７ｂ上に形成されている。この薄膜の厚さは例えば１００μｍ程度である。
【００２３】
上述の構成において、導入孔１０から導入路１３,１６を通してメイン流路６に液体金属１２を真空雰囲気で導入する。
図２は透過性の高い気体を透過させた後の気体導入穴１６の気体導入後の構造を示している。
即ち、透過性の高い気体導入後にＡｕなどの金属膜やチッ化膜などを用いて封入した水素やヘリウムの透過性の高い気体が透過しない封止膜１８を薄膜１７の表面に成膜する。
【００２４】
そして、貫通電極２ｃ，２ｄから電流を流すことによりヒータ４ｂを加熱して気体室７ｂにある駆動気体（水素やヘリウムなど）を膨張させ、その圧力で液体金属１２を駆動する。導通信号は貫通電極２ｇ，２ｈ，２ｉの間にある液体金属１２の位置に応じて流れる。
【００２５】
金属液体と透過性の高い気体封入方法は以下に示す工程により行う。
１）清浄な真空雰囲気中で液体金属をリレーに導入し封止する。
２）第２基板５に形成した薄膜１７を透過しやすい気体（例えば透過性の高い水素やヘリウムなど）を高温、高圧（例えば２００℃、５気圧）雰囲気で所定時間保持する。
３）その結果、気体室７ｂに薄膜１７から透過性の高い気体が透過し、メイン流路６を介して気体室７ａに気体が充満する。気体室７ａ，７ｂ及びメイン流路６ａの圧力が駆動に必要な圧力に達した後、大気中に取り出す。
４）リレー内部から外部への気体透過を防ぐため、透過性の高い気体を導入した薄膜１７に気体が透過しにくい膜（例えば、Ａｕなどの金属やチッ化膜など）１８を成膜する。
【００２６】
本発明によれば、気体導入と液体金属導入工程を別に行うことが可能となり、液体金属導入を清浄な真空中で行うため、リレー内部を清浄な雰囲気を保つことが可能である。
また、リレーの動作を妨げる酸素や水蒸気などの気体はリレー基板を透過せず、駆動気体だけが選択的に導入されるため、気体導入時には清浄な気体雰囲気を必要としない。
高圧気体を導入するために液体金属導入を高圧気体雰囲気で行う必要がない。
【００２７】
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。例えば薄膜の厚さは１００μｍ、気体の温度を２００℃圧力を５気圧としたが気体の浸透状態に対して適宜変更可能である。
【００２８】
また、気体導入穴の位置は第１、第２基板で形成される空間に透過性の高い気体が浸透可能な任意の箇所でよい。また、薄膜の厚さは１００μｍとしたが、膜厚は気体の浸透度に応じて適宜変更可能である。
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】導入穴に封止部材を形成した状態を示す図である。
【図３】従来の液体金属リレーの一例を示す構造図である。
【図４】従来の液体金属リレーの他の例を示す構造図である。
【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
１０，１１０  導入穴
１１        金属膜
１２，１１２  液体金属
１６        気体導入穴
１７        薄膜
１８        封止膜
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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