(57)【要約】【課題】高周波数特性が良く、ホット・スイッチングが可能な小型スイッチを実現する。【解決手段】マイクロスイッチ１０には、間隔を空けて基板１６の実装面上に実装される第１及び第２電磁石１２及び１４と、これらの間に配置されるストリップライン・スイッチ部品２０がある。第１及び第２電磁石間の窓部材２４の開口２６内にスライド部２８が収納され、連結された永久磁石３６に対する第１及び第２電磁石からの磁力によって、スライド部２８を第１及び第２稼働位置間で移動させる。スライド部２８の下側の接触面には、２つの信号トレースがあり、２つの稼働位置に応じて、入力導体４４を、出力導体４６ａ又は４６ｂのどちらか一方と結合させる。【選択図】図１
2015228369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面から第１距離に電磁界中心を有し、互いに間隔を空けた配置で上記実装面上に装着され、上記間隔でスライド範囲を定める第１及び第２電磁石と、
上記第１及び第２電磁石の間のスライド枠を定める開口を有する固定部と、上記実装面を向いた接触面と上記開口の外側を向いた対向面とがあって、上記開口内に収納されて第１及び第２稼働位置の間で線形移動するスライド部とを有し、上記第１及び第２電磁石の間の面に装着可能なストリップライン・スイッチ部品と、
上記スライド部の上記対向面に結合されると共に、上記第１及び第２電磁石の間の上記スライド範囲内に装着され、上記実装面から第２距離に磁界中心を有する永久磁石と
を具え、
上記第２距離が上記第１距離よりも大きいために、上記永久磁石に上記実装面方向へのバイアスがかかることを特徴とする電気機械マイクロスイッチ。
【請求項２】
上記実装面に形成される実装面電気コンタクトと、
上記ストリップライン・スイッチ部品の上記スライド部の上記接触面上に形成される接触面電気コンタクトと
を更に具え、
上記ストリップライン・スイッチ部品が上記第１又は第２稼働位置のどちらにあるかに応じて、上記接触面電気コンタクトが、上記実装面電気コンタクトの異なる部分と電気的接触を実現するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の電気機械マイクロスイッチ。
【請求項３】
電気機械マイクロスイッチを用いて第１及び第２回路パス間でスイッチングする方法であって、
スライド式導波路回路を固定導波路回路に対して磁気的にクランプすることで、上記スライド式導波路回路が上記固定導波路回路に対して、第１稼働位置にある場合には、ストリップライン導波路において、第１回路パスを有効とし、第２稼働位置にある場合には、第２回路パスを有効とする処理と、
２つの磁気的パスを上記スライド式導波路回路に対して加える処理と、
上記磁気的パスの両方のリラクタンスを変更することで、上記スライド式導波路回路を上記第１及び第２稼働位置の間で移動させる処理と
を具えるスイッチング方法。
【請求項４】
上記スライド式導波路回路を上記固定導波路回路に対して磁気的にクランプするステップが、
上記電磁石の電磁界中心が上記実装面から第１距離に位置するように、上記電磁石を上記スライド式導波路回路の両側に間隔を空けて配置する処理と、
永久磁石を上記第１及び第２電磁石の間の上記スライド式導波路回路に連結し、上記永久磁石の磁界中心を上記実装面から第２距離に位置させ、上記第２距離を上記第１距離よりも大きくして、上記永久磁石に上記実装面方向へのバイアスをかける処理と
を有する請求項３記載のスイッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械マイクロスイッチに関し、特に、回路基板に実装可能な電気機械マイクロスイッチと、これを用いたスイッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチは、電気回路構造の中で、電気回路の一部分をアイソレートするために長年使われている。その最も単純な形態では、スイッチは、閉じた状態では、信号が入力端子から出力端子へと通過可能とし、開いた状態では、信号が入力端子から出力端子へと通過しないように動作する。単極双投型（ＳＰＤＴ）スイッチのような別のスイッチでは、２つのコンタクトの間の切り換え（スイッチング）で、異なる機能を実現する。
【０００３】
ＭＥＭＳ（Micro-electromechanical systems）は、マイクロ・メータからミリ・メータ程度の大きさで、小型のシールド・パッケージされた電気機械デバイスである（非特許文献２）。マイクロ波からミリ波の周波数レンジでは、計装、通信機器、レーダ、光ファイバ・システムなど、高周波数スイッチングが必要な多くのシステムでスイッチが使用されている。例えば、スイッチは、パルス変調、ポート・アイソレーション、伝送路スイッチング、高速スイッチング、機械部品の置き換えなどのスイッチ・アプリケーションに利用できる。
【０００４】
マイクロスイッチの形態のＭＥＭＳデバイスには、可動アクチュエータ（可動電極とも呼ばれる）があり、これは、基板上の可動アクチュエータの下に配置されたゲート・ドライバ（ゲート電極又は基板電極とも呼ばれる）の作用によって、固定の電気コンタクトの方向へ動かされる。可動アクチュエータは、フレキシブルな「はり」（Beam：ビーム、棒状の部材）としても良く、これは、静電気的吸引力、磁気的吸引力と反発力、熱的に誘導される膨張差などのような力が加えられると湾曲し、このはりの自由端と固定電気コンタクトとの間の隙間が閉じる。もしはりの自由端と固定電気コンタクトとの間に大きな電圧差があると、結果として生じる静電気力によって、ゲート・ドライバにゲート信号が供給されなくても、はり自身で動作（セルフ・アクチュエーション）することがある。電流スイッチング・アプリケーションによっては、このセルフ・アクチュエーションによって、スイッチ自身やスイッチの後につながたシステムが完全に破壊されてしまうことがある。
【０００５】
今日、多数の高周波数スイッチが市販されている。残念ながら、これらスイッチのほとんど全ては、１５ｄＢｍを超える高いスイッチ・アイソレーション、２４ｄＢｍを超えるハイ・パワーを扱えること、直流からミリ波の周波数に渡って１ｄＢの数分の１程度の小さい挿入損失、などを含む必要な機能の全てを同時には得られず、性能的に妥協が必要となる。例えば、ＦＥＴを用いた高周波数スイッチでは、典型的には、ミリ波レンジの高周波数や２４ｄＢｍを超えるハイ・パワーを扱うことができない。これに代わるＦＥＴベースの手法では、挿入損失が高いものとなりがちである。また、導波路ベースのスイッチでは、回路に一体化して組み入れるのが困難で、直流までカバーするのに必要な帯域幅が不足する。
【０００６】
スペクトラム・アナライザやオシロスコープのアッテネータへの応用では、ミリ波マイクロスイッチには、＋３０ｄＢｍでのホット・スイッチングが可能で、高い耐久性（例えば、定格で１千万回のスイッチング耐性）を有し、回路基板に実装可能であることが望ましい。なお、ホット・スイッチングとは、電気信号が流れている状態でスイッチングを行うことである。この場合、使用に伴って、コンタクトに劣化が生じることが知られている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４３５９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０８２７５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０３１２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「マイクロスイッチ」、［online］、オムロン株式会社、［２０１５年５月１４日検索］、インターネット<URL：https://www.omron.co.jp/ecb/products/sw/special/スイッチ/basic02-01.html>
【非特許文献２】「MEMS」の記事、［online］、Wikipedia（日本語版）、［２０１５年５月１４日検索］、インターネット<URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/MEMS>
【非特許文献３】「電気接点劣化」、［online］、東京大学  生産技術研究所  藤田研究室、［２０１５年５月１４日検索］、インターネット<URL：http://www.fujita3.iis.u-tokyo.ac.jp/~tokusui/part1d.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ホット・スイッチングが可能で、回路基板に実装可能な小型スイッチは、市場で不足している。既存のミリ波スイッチは、大型で、コネクタ付アセンブリであり、回路基板に連結して組み立てるのは容易ではない。スペクトラム・アナライザの７０ｄＢのダイナミック・レンジを有するアッテネータでは、例えば、１６ＳＰＤＴスイッチが必要となるが、こうした既存のミリ波スイッチは、こうしたスペクトラム・アナライザのアッテネータと組み合わせて使用するのは困難である。
【００１０】
従って、こうした従来技術の欠点を克服し、最新機器での利用に適したミリ波スイッチが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による電気機械マイクロスイッチには、実装面上に間隔を空けて実装させる第１及び第２電磁石があり、これら間の間隔でスライド量（スライド範囲）を定める。第１及び第２電磁石のそれぞれには、実装面から第１距離に電磁界中心がある。ストリップライン・スイッチ部品が、第１及び第２電磁石の間の面に配備される。このストリップライン・スイッチ部品には、第１及び第２電磁石間のスライド枠を定める開口を有する固定部と、開口内に収納されて第１及び第２稼働位置間で線形に移動するスライド部とがある。スライド部には、実装面を向いた接触面と、開口から外側へ向いた対向面（上記接触面と対向する面）とがある。永久磁石が、スライド部の対向面に連結され、第１及び第２電磁石間のスライド範囲内に配備される。この永久磁石は、実装面から第２距離に磁界中心があり、この第２距離は、第１距離よりも長いので、永久磁石には実装面方向へのバイアスがかかる。
【００１２】
この電気機械マイクロスイッチには、ストリップライン・スイッチ部品のスライド部の接触面上に形成された接触面電気コンタクトと、実装面上に形成された実装面電気コンタクトとがある。接触面電気コンタクトは、ストリップライン・スイッチ部品が第１又は第２稼働位置のどちらにあるかに応じて、実装面電気コンタクトの異なる部分と電気的に接触するよう構成される。
【００１３】
本発明としては、マイクロメカニカル・スイッチを用いて、第１及び第２回路パスの間でスイッチングする方法もある。この方法では、スライド式導波路回路を固定導波路回路に対して磁気的にクランプ（固定）し、スライド式導波路回路が固定導波路回路に対して、第１稼働位置にある場合には、ストリップライン導波路において、第１回路パスを有効とし、第２稼働位置にある場合には、第２回路パスを有効とする。２つの磁気的パスが、スライド式導波路回路に加えられ、それにより、これら磁気的パスのリラクタンスを変更すると、スライド式導波路回路は、第１及び第２稼働位置の間を移動する。
【００１４】
本発明をいくつかの観点から見ていくと、本発明の概念１は、電気機械マイクロスイッチであって、
実装面から第１距離に電磁界中心を有し、互いに間隔を空けた配置で上記実装面上に装着され、上記間隔でスライド範囲を定める第１及び第２電磁石と、
上記第１及び第２電磁石の間のスライド枠を定める開口を有する固定部と、上記実装面を向いた接触面と上記開口の外側を向いた対向面とがあって、上記開口内に収納されて第１及び第２稼働位置の間で線形移動するスライド部とを有し、上記第１及び第２電磁石の間の面に装着可能なストリップライン・スイッチ部品と、
上記スライド部の上記対向面に結合されると共に、上記第１及び第２電磁石の間の上記スライド範囲内に装着され、上記実装面から第２距離に磁界中心を有する永久磁石と
を具え、上記第２距離が上記第１距離よりも大きいために、上記永久磁石に上記実装面方向へのバイアスがかかることを特徴としている。
【００１５】
本発明の概念２は、上記概念１の電気機械マイクロスイッチであって、このとき、
上記実装面が露出するように、上記開口は、上記ストリップライン・スイッチ部品の上記固定部に連結された窓型部材を貫通して形成され、
上記スライド部は、上記実装面上に形成された相補的な電気コンタクトと直接接触する構成で上記実装面の側に形成される電気コンタクトを有している。
【００１６】
本発明の概念３は、上記概念１の電気機械マイクロスイッチであって、
上記実装面に形成される実装面電気コンタクトと、
上記ストリップライン・スイッチ部品の上記スライド部の上記接触面上に形成される接触面電気コンタクトと
を更に具え、
上記ストリップライン・スイッチ部品が上記第１又は第２稼働位置のどちらにあるかに応じて、上記接触面電気コンタクトが、上記実装面電気コンタクトの異なる部分と電気的接触を実現するよう構成されることを特徴としている。
【００１７】
本発明の概念４は、上記概念３の電気機械マイクロスイッチであって、
上記実装面電気コンタクトが、固定された上記ストリップライン・スイッチ部品の間の第１及び第２スルー・パスを有し、
上記接触面電気コンタクトが、
上記スライド部が上記第１稼働位置にある場合に、上記第１スルー・パスに沿って電気的連続性を実現する第１スライド・スイッチ要素と、
上記スライド部が上記第２稼働位置にある場合に、上記第２スルー・パスに沿って電気的連続性を実現する第２スライド・スイッチ要素と
を有している。
【００１８】
本発明の概念５は、上記概念４の電気機械マイクロスイッチであって、
上記第１及び第２電磁石のそれぞれに隣接する上記接触面の周辺面上にそれぞれ形成されるスライド・グラウンド・コンタクト・パッドを更に具え、
上記第１及び第２スライド・スイッチ要素が上記スライド・グラウンド・コンタクト・パッドの間に配置されることを特徴としている。
【００１９】
本発明の概念６は、上記概念３の電気機械マイクロスイッチであって、
上記接触面電気コンタクトが、上記ストリップライン・スイッチ部品の上記スライド部の上記第１及び第２稼働位置間の移動を通して、実装面グラウンド・コンタクトと常に接触するよう構成されたスライド・グラウンド・コンタクト・パッドを更に有している。
【００２０】
本発明の概念７は、上記概念６の電気機械マイクロスイッチであって、
上記スライド・グラウンド・コンタクト・パッドは、上記第１及び第２電磁石のそれぞれに隣接する上記接触面の周辺面上にそれぞれ形成される。
【００２１】
本発明の概念８は、上記概念１の電気機械マイクロスイッチであって、
上記ストリップライン・スイッチ部品の上記固定部及び上記スライド部のそれぞれは、互いの接触する面にサファイヤ皮膜面があることを特徴としている。
【００２２】
本発明の概念９は、上記概念１の電気機械マイクロスイッチであって、上記電気コンタクトが耐熱性金属から形成される。
【００２３】
本発明の概念１０は、電気機械マイクロスイッチ（マイクロメカニカル・スイッチ）を用いて第１及び第２回路パス間でスイッチングする方法であって、
スライド式導波路回路を固定導波路回路に対して磁気的にクランプすることで、上記スライド式導波路回路が上記固定導波路回路に対して、第１稼働位置にある場合には、ストリップライン導波路において、第１回路パスを有効とし、第２稼働位置にある場合には、第２回路パスを有効とする処理と、
２つの磁気的パスを上記スライド式導波路回路に対して加える処理と、
上記磁気的パスの両方のリラクタンスを変更することで、上記スライド式導波路回路を上記第１及び第２稼働位置の間で移動させる処理と
を具えている。
【００２４】
本発明の概念１１は、上記概念１０の方法であって、上記第１及び第２稼働位置間の移動枠を定める窓型部材内に上記スライド式導波路回路を装着する処理を更に具えている。
【００２５】
本発明の概念１２は、上記概念１１の方法であって、上記第１及び第２稼働位置間の移動枠を定めるステップが、
スライダ用窓型フレームを基板に対して取り付け、その上に上記固定導波路回路を位置決めすることによって、上記固定導波路回路を上記スライド窓型フレームを通して露出させる処理と、
上記スライド式導波路回路を上記スライダ用窓型フレーム内に収納することで、磁気的なクランプ処理の影響の下で、上記固定導波路回路が上記スライド式導波路回路と物理的に連続して接触する処理と
を有している。
【００２６】
本発明の概念１３は、上記概念１０の方法であって、上記スライド式導波路回路を上記固定導波路回路に対して磁気的にクランプするステップが、
上記電磁石の電磁界中心が上記実装面から第１距離に位置するように、上記電磁石を上記スライド式導波路回路の両側に間隔を空けて配置する処理と、
永久磁石を上記第１及び第２電磁石の間の上記スライド式導波路回路に連結し、上記永久磁石の磁界中心を上記実装面から第２距離に位置させ、上記第２距離を上記第１距離よりも大きくして、上記永久磁石に上記実装面方向へのバイアスをかける処理と
を有している。
【００２７】
本発明の概念１４は、上記概念１３の方法であって、上記電気機械マイクロスイッチを密封筐体内に収納するステップを更に具えている。
【００２８】
本発明の概念１５は、上記概念１３の方法であって、両方の上記磁気的パスの上記リラクタンスを変更するステップが、上記電磁石の電圧極性を切り換えることによって、上記第１稼働位置に隣接する磁気抵抗等価分を低減させると共に、上記第２稼働位置に隣接する磁気抵抗等価分を増加させ、正味の磁力によって上記永久磁石と連結された上記スライド式導波路回路を上記第１稼働位置に移動させる処理を有している。
【００２９】
本発明の概念１６は、上記概念１５の方法であって、上記電圧極性を再度切り換えることによって、上記第２稼働位置に隣接する磁気抵抗等価分を低減させると共に、上記第１稼働位置に隣接する磁気抵抗等価分を増加させ、第２の正味の磁力によって上記永久磁石と連結された上記スライド式導波路回路を上記第２稼働位置に移動させる処理を更に有している。
【００３０】
本発明の概念１７は、上記概念１３の方法であって、両方の上記磁気的パスの上記リラクタンスを変更するステップの後に、上記電磁石への電力供給を切るステップを更に具えている。
【００３１】
本発明の概念１８は、上記概念１７の方法であって、上記スライド式導波路回路を他方の稼働位置へと移動させるために、上記電磁石にパルス信号を供給して上記磁気的パスの上記リラクタンスを再度変更するステップを更に具えている。
【００３２】
本発明の概念１９は、上記概念１３の方法であって、上記磁気的パスの上記リラクタンスを変更するステップの後に、上記電磁石への電力を維持するステップを更に具えている。
【００３３】
本発明の概念２０は、上記概念１１の方法であって、上記固定導波路回路を上記窓型部材を介して露出させる処理を更に具えている。
【００３４】
本発明の上述及びその他の目的、効果は、以下の本発明の好ましい実施形態に関する詳細な説明を添付図面とともに読むことによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態によるマイクロスイッチの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１のマイクロスイッチのストリップライン・スイッチ部品の部分を示した分解斜視図である。
【図３】図３は、第２稼働位置におけるマイクロスイッチのストリップライン・スイッチ部品の上面図を示す。
【図４】図４は、図１のマイクロスイッチの組み立てた状態を示す。
【図５】図５は、図４のマイクロスイッチの上面図である。
【図６】図６は、密封筐体を外した状態の図４のマイクロスイッチの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明の好ましい実施形態による電気機械マイクロスイッチ１０の分解斜視図である。マイクロスイッチ１０には、第１及び第２電磁石１２及び１４があり、実装面（ここでは、薄膜基板１６）の上に互いに間隔を空けて配置され、この間隔でスライド量（スライド可能範囲）１８（例えば、図６参照）が定められる。第１及び第２電磁石１２及び１４のそれぞれには、電磁界中心２０ａ及び２０ｂがあり、実装面（基板）１６から第１距離Ｄ１の位置に配置される（図６参照）。ストリップライン・スイッチ部品２２は、おおよそ第１及び第２電磁石１２及び１４の間の面に装着される。
【００３７】
ストリップライン・スイッチ部品２２としては、第１及び第２電磁石１２及び１４の間の固定部２５と、この固定部２５と接触して配置されるスライド部２８がある。窓型部材２４は、スイッチ２２の固定部２５に取り付けられる。窓型部材２４には、これを貫通する形で形成されたスライド枠開口２６がある。この開口２６の長さは、ストリップライン・スイッチ部品２２のスライド部２８よりも長いので、スライド部２８は、第１及び第２電磁石の間の可動範囲において、スライド軸に沿って動くことができる。開口２６の幅は、スライド部２８の幅とほぼ同様な大きさにしてあるので、スライド部２８の動きは、スライド軸に沿った可動範囲内だけに制限される。ストリップライン・スイッチ部品のスライド部２８は、窓型部材２４のスライド枠開口２６内に収納されたときに、後述のように、第１及び第２電磁石１２及び１４の間の第１及び第２稼働位置の間で左右に動く。このように、スライド部２８は、スライド枠開口２６内に形成されたスライド枠内で、スライド軸に沿って、ストリップライン・スイッチ部品２２の固定部２５に対して相対的に移動する。これにより、スライド部２８は、第１及び第２稼働位置の間で、図３で矢印３０に示す線形移動をする。
【００３８】
スライド部２８には、実装面１６の方向を向いた接触面３２（図２参照）と、開口２６から外向きの対向面３４とがある。永久磁石３６が、スライド部２８の対向面３４に連結され、第１及び第２電磁石１２及び１４間のスライド可能範囲１８内に装着される。永久磁石３６には、実装面から第２距離Ｄ２の位置に磁界中心３８があり、このとき、第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１よりも大きいので（図６参照）、永久磁石３６は、矢印４０で示すように実装面１６の方向に磁気的なバイアスされる（力がかかる）。
【００３９】
図２は、図１の電気機械マイクロスイッチ１０のストリップライン・スイッチ部品２２の部分を中心とした拡大図である。上述のように、ストリップライン・スイッチ部品２２のスライド部２８は、開口２６内に保持され、窓型部材２４に形成された開口２６は、スイッチ固定部２５に連結される。開口２６は、第１及び第２電磁石１２及び１４間のスライド軸に沿って、スライド部２８よりも大きく形成されるので、スライド部２８は、開口２６内の保持範囲の端部４２ａ及び４２ｂ間で移動する。スライド部２８には、その下側面（接触面）３２上に形成された複数の電気コンタクトがあり、これらは、実装面１６上に形成された相補的に対応する電気コンタクトと直接接触するようになっている。このような電気コンタクトがグラウンド・コプレナ導波路（Grounded coplanar waveguide：GCPW）として形成された場合、実装面１６上のコンタクトには、典型的には複数の信号トレースがある。これら信号トレースには、入力導体４４と、選択型の出力導体４６ａ及び４６ｂとがあり、それぞれが１対のグラウンド面から離れた（絶縁された）形態で設けられている。即ち、入力導体４４は、グラウンド面４８及び５０から離れて設けられ、出力導体４６ａは、グラウンド面４８及び５２から離れて設けられ、出力導体４６ｂは、グラウンド面５０及び５２から離れて設けられる。実装面１６上のこれら相補的なコンタクト（導体４４、４６ａ、４６ｂが含まれる）の少なくとも一部は、開口２６を介して接触するように露出される。
【００４０】
図３は、２つの稼働位置の内の第２稼働位置におけるマイクロスイッチ１０のストリップライン・スイッチ部品２２の上面図を示す。上述のように、ストリップライン・スイッチ部品２２のスライド部２８は、窓型部材２４を貫通して形成される開口２６内に保持され、窓型部材２４自身は、スイッチ２２の固定部２５に連結される。このとき、開口２６は、電磁石１２及び１４間のスライド軸方向については、スライド部２８よりも大きいので、スライド部２８は、保持端部４２ａ及び４２ｂの間でスライド軸方向（矢印３０の方向）に沿って左右には動くが、スライド軸と垂直の方向に関しては、ほぼ動かない。
【００４１】
接触面３２（開口２６内で下側を向いて、スイッチ固定部２５に対向している面）には、接触面電気コンタクト５４ａ及び５４ｂがあり、これらは、ストリップライン・スイッチ部品２２のスライド部２８が第１稼働位置にあるか、又は、第２稼働位置にあるかに応じて、複数の実装面電気コンタクトの異なる部分（即ち、信号トレース４６ａ又は４６ｂのどちらか）と電気的な接触をするよう構成される。信号トレース５４ａ及び５４ｂの間隔は、固定のスイッチ信号トレース４６ａ及び４６ｂの間隔と異なるので、開口２６内でスライド部２８がどの位置にあっても、１度に１つの信号パスのみがアクティブ（有効）になる。
【００４２】
スイッチ部品２２のスライド部２８の下面（接触面）３２には、少なくとも２つのスイッチ・パスを形成する電気コンタクトがあり、これには、スライド部２８の移動方向３０に対しておおよそ垂直な方向に延びる第１スイッチ・パス（信号トレース）５４ａ及び第２スイッチ・パス（信号トレース）５４ｂが含まれる。実装面１６の電気コンタクトには、固定のストリップライン・スイッチ要素４４と、４６ａ又は４６ｂとの間の第１及び第２スルー・パスが含まれる。接触面３２の電気コンタクトには、第１スライド式（スライダ）スイッチ要素５４ａがあり、スライド部が第１稼働位置にあるときに、第１スライド式スイッチ要素５４ａは、第１スルー・パス（例えば、要素４４及び４６ａの間）に沿って電気的に連続なパスを形成する。更に、接触面３２の電気コンタクトには、第２スライド式（スライダ）スイッチ要素５４ｂもあり、スライド部が第２稼働位置にあるときに、第２スライド式スイッチ要素５４ｂは、第２スルー・パス（例えば、要素４４及び４６ｂの間）に沿って電気的に連続なパスを形成する。
【００４３】
図３では、スライド部２８は、開口２６内で動いてスライド枠４２に対して最も左の位置にあるので、スイッチは２つの稼働位置の内の第２稼働位置にある状態を示している。この第２稼働位置では、スライド部の下面（接触面）３２上に形成される第２スイッチ・パス５４ｂが、入力導体４４と第２出力導体４６ｂとの間を結合する。これの代わりに、スライド部２８がスライド枠４２に対して右に動くと、スイッチは第１稼働位置となり、スライド部２８の下面（接触面）３２上に形成された第１スイッチ・パス５４ａが、入力導体４４と第１出力導体４６ａとの間を結合する。これら２つの稼働位置のどちらにおいても、１つのスイッチ・パスだけがアクティブ（有効）となり、第１及び第２稼働位置間のストリップライン・スイッチ部品のスライド部２８の動き全体を通して、スライド・スイッチ部２８の接触面３２上に形成されるグラウンド・コンタクト・パッド５６ａ及び５６ｂが、基板１６上に形成された相補的なグラウンド・コンタクト・パッド４８及び５０と連続的に接触している。これらグラウンド・コンタクト・パッド５６ａ及び５６ｂは、第１及び第２電磁石１２及び１４に隣接する、接触面３２の周辺部分に広がる面上にそれぞれ形成される。このとき、スライド式（スライダ）信号トレース５４ａ及び５４ｂは、グラウンド・コンタクト・パッド５６ａ及び５６ｂの間に配置される。これらの結果として形成される回路は、軽快に結合が行われるコプレナ構造となっているので、グラウンド・コンタクト・パッド５６ａ及び５６ｂは、好ましくは、信号トレース５４ａ及び５４ｂに近接して配置するのが良い。
【００４４】
常にグラウンド・コンタクト・パッドの接触が維持されていることで、２つのスイッチ・パス間のＲＦアイソレーションが大きく改善されることが理解できよう。連続的にグラウンドが接触することで得られる主な機能は、導電性の媒体に対して変化のないグラウンド基準を提供することにある。これによりインピーダンスが制御できるので、インピーダンス不整合が原因の信号反射を低減できる。連続的なグラウンド接触の第２の機能としては、スライド構造を平坦に維持することによって、信号トレースのスライド中にトレースが引っかかるのを防止することである。
【００４５】
ストリップライン・スイッチ２２には、スライド部２８の対向面３４上と、基板１６の裏面（図１等での下側面）上とに形成されたグラウンド面を含む裏側グラウンド構造がある。スライド部２８の接触面３２と対向面３４との間に形成されたビア６０及び６２は、前側（接触面３２側）グラウンドを裏側（対向面３４側）グラウンドに接続する。例えば、ビア６０は、前側グランド５６ａを対向面３４上に形成された裏側グラウンドに接続し、ビア６２は、前側グランド５６ｂを対向面３４上に形成された裏側グラウンドに接続する。
【００４６】
ビアは、基板１６上の前側（接触側）グラウンド構造と、その裏側のグラウンド構造（図示せず）との間にも形成される。図２を参照すると、ビア６４は、グラウンド面４８に沿って間隔を空けて配置されたこうしたビアのパターンの一部である。ビア６６は、グラウンド面５０に沿って間隔を空けて配置されたこうしたビアの同様なパターンの一部である。そして、ビア６８を設けた構造によって、グラウンド面５２を、基板１６の対向する面上に形成した裏側グラウンドに結合する。
【００４７】
スイッチをコプレナ導波路として形成する利点は、その回路の上面又はマイクロストリップ上にアクティブ・デバイスを実装できることである。更に重要なのは、コプレナ導波路（ＣＰＷ）への接続では、グラウンド面中に寄生的な不連続性が生じないので、非常に高い周波数応答（１００ＧＨｚ以上）に対応できることである。
【００４８】
マイクロスイッチ１０は、耐久性を実現するために、特定の材料を用いて形成することが好ましい。固定部２５の窓型部材２４と、ストリップライン・スイッチ部品２２のスライド部２８のそれぞれは、好ましくは、互いのスライドする接触面にサファイヤ皮膜が施される。更に、全てのコンタクトは、耐熱及び耐摩耗性の非常に優れた耐熱性金属（refractory metal）から形成される。こうした金属の例としては、ニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ハフニウム（Ｈｆ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）や、これらそれぞれの合金などが挙げられる。これらの中でも、より好ましくは、全てのコンタクトを、耐熱性金属であるニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）か、これらを含む合金から形成するの良い。また、コンタクトのいくつかは、ロジウム（Ｒｈ）かプラチナ（Ｐｔ）で作るのも好ましい。これら金属は、摂氏２０００度を超える融点と、常温における高硬度を含め、高い耐久性という特性を有する点で類似する。これら金属は、化学的に不活性（化学的に安定）で、比較的高密度であり、融点が高いために粉末冶金によって、これら金属から部品を製造することが可能である。即ち、金属粉末を型に入れて焼結することで、精度の良い部品を効率良く製造可能である。
【００４９】
図４は、マイクロスイッチ１０を組み立て、密封筐体７０に格納した状態を示す。密封筐体７０は、好ましくは、ガラス又は同様の材料から形成され、スイッチ固定部２５の外縁で基板１６に対して封止処理（シーリング）される。スイッチ２２を密封筐体７０内に封止すると、可動コンタクト・スイッチの寿命が伸び、コンタクト領域における微細なチリやゴミ等の汚染物質を低減できる。密封しないスイッチでもコンタクト領域を広くすれば、コンタクトの寿命を長くできるが、処理できる高周波数特性が大きく制限される。本発明によるスイッチ２２のようにコンタクト領域が小さければ、小さい粒子からでも大きな影響を受けるし、外部の汚染物質も問題となることが多くなるので、密封筐体内にスイッチを封止する方が、より好ましい結果が得られる。
【００５０】
電磁石１２は、ワイヤ７２及び７４を介して、基板１６上の駆動回路のトレース７６ａ及び７８ａに結合される。駆動回路は、電磁石１２に電力を供給して駆動し、極性を変化させる。同様に、電磁石１４は、ワイヤ（図示せず）を介して、基板１６上の駆動回路のトレース７６ｂ及び７８ｂに結合される。動作においては、スライド式導波路回路２８は、基板１６上に形成された固定導波路回路２５に磁気的にクランプ（固定）され、このとき、ストリップライン導波路は、スライド式導波路回路２８が固定導波路回路２５に対して第１稼働位置にあるときには、第１回路パス（即ち、固定信号トレース４４、スライド式コンタクト５４ａ及び固定信号トレース４６ａ）がアクティブ（有効）となり、スライド式導波路回路２８が第２稼働位置にあるとき（図３参照）には、第２回路パス（即ち、固定信号トレース４４、スライド式コンタクト５４ｂ及び固定信号トレース４６ｂ）がアクティブとなる。２つの磁気的なパス（電磁石１２及び１４のそれぞれについて１つ）がスライド式導波路回路２８に加えられ、これら両方の磁気的パスのリラクタンス（磁気抵抗）の変化によって、スライド式導波路回路２８が第１及び第２稼働位置の間で移動する。
【００５１】
図４〜６に示すように、電磁石１２及び１４は、スライド式導波路回路２８の両側に間隔を空けて配置されており、電磁石１２及び１４の電磁界中心２０ａ及び２０ｂは、実装面１６から第１距離Ｄ１の位置にある。永久磁石３６は、スライド式導波路回路２８に連結されると共に、第１及び第２電磁石１２及び１４の間にあり、永久磁石の磁界中心３８は、実装面１６から第２距離Ｄ２の位置にある。このとき、第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１よりも大きいので、永久磁石は、固定導波路回路２５方向に磁気的にバイアスされる（矢印４０で示す力がかかる）。
【００５２】
２つの磁気的パスのリラクタンスを変更する工程では、電磁石１２及び１４の電圧極性を切り換え、これによって、第１稼働位置に隣接する磁気抵抗に相当する分を減少させる一方で、第２稼働位置に隣接する磁気抵抗相当分を増加させることで、差し引きした正味の磁力により永久磁石３６が移動し、これに結合されたスライド式導波路回路２８が第１稼働位置へと移動する。回路を第２稼働位置へと切り換えるには、これら電磁石を駆動する極性を、駆動回路コンタクト７６ａ、７８ａ、７６ｂ、７８ｂを介して切り換え、これによって、第２稼働位置に隣接する磁気抵抗相当分を減少させる一方で、第１稼働位置に隣接する磁気抵抗相当分を増加させることで、差し引きした正味の磁力により永久磁石３６が移動し、これに連結されたスライド式導波路回路２８が第２稼働位置へと移動する。電磁石の磁界は、永久磁石の永久磁界を圧倒するほどのものではないが、永久磁石を動かしたい側における磁気的パスのリラクタンスを減少させる程度のものではある。また、電磁石の磁界は、反対側の磁気的パスのリラクタンスを増加させるので、反対側の磁気的パスを通る磁束が減少する。この結果として、正味の磁気力は、リラクタンスの少ないパスのある側の位置へと、永久磁石３６を押す力と引っ張る力として生じる。
【００５３】
電磁石１２及び１４には、常に電力を供給している必要はないことが理解できよう。その代わりに、永久磁石３６がリラクタンスが小さい側に移動したら、磁界が残存すると共に移動した側のリラクタンスが低く維持されることから、永久磁石３６がその位置に留まるであろう。電磁石には、パルス信号で電力を供給するようにしても良い。即ち、オンとオフを切り換えてパルス信号を供給すると共に、スイッチを反対側の稼働位置（例えば、第２稼働位置）に動かす場合には、極性を切り換えるようにしても良い。第１稼働位置に再度動かすには、異なる極性に切り換えて、パルス信号で電磁石に電力を供給すれば良い。激しい振動のある環境に置かれたために、もしスイッチを保持するための付加的な力が必要な場合には、電磁石への電力供給を維持し、スライド式導波路回路２８を適切な位置に保持するための磁力を増加させても良い。
【００５４】
上述した本発明のスイッチの利点の１つは、ホット・スイッチングが可能なことで、システムの電源を落とすことなく動作させたまま、アッテネーション（減衰量）を変更できるので、試験データを連続して読み出すことが可能となる。ストリップライン構造を用いた本発明の他の利点としては、ストリップライン・スイッチ部品を稼働位置（スイッチ・ポジション）間で動かすのに可変磁気抵抗（リラクタンス）回路を用いることで、高周波数特性とスイッチ・ポジション間のＲＦアイソレーションが向上することである。
【００５５】
本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明の原理は、これら実施形態に限定されるものではないことが理解できよう。本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、多様な変形が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  電気機械マイクロスイッチ
１２  電磁石
１４  電磁石
１６  実装面（基板）
１８  スライド範囲（スライド量）
２０ａ  電磁界中心
２０ｂ  電磁界中心
２２  ストリップライン・スイッチ部品
２４  窓型部材
２５  固定部
２８  スライド部
３２  接触面
３４  対向面
３６  永久磁石
３８  磁界中心
４４  実装面電気コンタクト（信号トレース又は入力導体）
４６ａ  実装面電気コンタクト（信号トレース又は第１出力導体）
４６ｂ  実装面電気コンタクト（信号トレース又は第２出力導体）
４８  実装面グラウンド・コンタクト・パッド
５０  実装面グラウンド・コンタクト・パッド
５４ａ  接触面電気コンタクト（スライド式信号トレース又は第１スイッチ・パス）
５４ｂ  接触面電気コンタクト（スライド式信号トレース又は第２スイッチ・パス）
５６ａ  接触面グラウンド・コンタクト・パッド
５６ｂ  接触面グラウンド・コンタクト・パッド
６０  ビア
６２  ビア
６４  ビア
６６  ビア
６８  ビア
７０  密封筐体
７２  ワイヤ
７４  ワイヤ
７６ａ  駆動回路トレース
７６ｂ  駆動回路トレース
７８ａ  駆動回路トレース
７８ｂ  駆動回路トレース
【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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