(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを身体の部分に伝導する装置であって、
エネルギー源と電気的にインターフェースを形成し、そこから電気エネルギーを受け取るように構成された入力リード（７０６）であって、該電気エネルギーは埋め込み式器具から受け取られる前記入力リード（７０６）と、
前記入力リードと電気的に結合し、第１の出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）および第２の出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）を備えるスイッチ（３００）であって、制御信号（８１６）に応答して、前記第１出力端子（１０２Ａ）と第２出力端子（１０２Ｂ）の間で電気エネルギーを切り換えるように構成されたスイッチ区画（７０８）と、
前記スイッチ区画（７０８）の前記第１出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）と結合し、電気エネルギーを身体の部分の第１位置に伝導するように構成された第１出力リード（７１０）であって、該身体の部分の第１位置が第１の心臓位置である前記第１出力リード（７１０）と、
前記スイッチ区画（７０８）の前記第２出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）と結合し、電気エネルギーを身体の部分の第２位置に伝導するように構成された第２出力リード（７１２）であって、該身体の部分の第２位置が第２の心臓位置である前記第２出力リード（７１２）と、を備え、
前記スイッチ区画（７０８）が、制御信号（８１６）に応答して、前記第１出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）と第２出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）との間で電気エネルギーを切り換え得るＹ字アダプタ（７００）の２安定切替回路と、指令を受け取り且つ前記制御信号（８１６）を生成する制御回路とを具備し、前記２安定切替回路が２安定超小型電子機械スイッチ（３００、５００、６００）を構成し、該２安定超小型電子機械スイッチが、
前記入力リード（７０６）と電気的に結合する入力端子（８１４）と、
前記第１出力リード（７１０）に結合された前記第１の出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）と、
前記第２出力リード（７１２）に結合された前記第２の出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）と、
前記入力端子（８１４）に結合された可動部材（１０１）と、
前記制御信号（８１６）に応答して、静電エネルギーを供給するよう構成されたアクチュエータ（３０８）と、を具備し、
前記可動部材（１０１）は、前記静電エネルギーの発生に応答して前記第１の出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）及び第２の出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）の何れか一つに電気的に接触するよう変位可能であり、前記可動部材（１０１）の前記第１の出力端子及び第２の出力端子の何れか一つとの電気的接触が前記制御信号が終了した後も機械的バイアスにより保持され、
前記可動部材（１０１）は、前記静電エネルギーの引き続いた発生に応答して前記第１の出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）及び第２の出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）の何れか他方に電気的に接触するよう引き続き変位することにより切替られるよう構成され、前記可動部材（１０１）の前記第１の出力端子及び第２の出力端子の何れか他方との電気的接触が前記制御信号が終了した後も機械的バイアスにより保持され、
前記可動部材（１０１）が、第１状態で前記第１の出力端子（１０２Ａ；５０２、５０４）と電気的に接触し且つ第２状態で前記第２の出力端子（１０２Ｂ；５０６、５０８）と電気的に接触するよう構成された、前記装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記スイッチ（３００、５００、６００）が、前記第１および第２出力端子（１０２Ａ、１０２Ｂ）の少なくとも１つを開閉するように構成された座屈膜（７５６）を備える、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記スイッチ（３００、５００、６００）が基板上に形成され、前記可動部材（１０１）および前記第１および第２出力端子（１０２Ａ、１０２Ｂ）がそれぞれ、
前記基板に近い絶縁層と（１０６）、
前記基板の反対側で前記絶縁層に近い導電層（１０８、１１０）とを備え、
前記可動部材（１０１）および前記第１および第２出力端子（１０２Ａ、１０２Ｂ）の前記導電層（１０８、１１０）がそれぞれ、前記基板から外側に延在する突出領域（１１６）を備え、
前記可動部材の前記突出領域（１１６）が、前記第１および第２出力端子の前記突出領域（１１６）と切り換え自在に係合して、その間に電気接続部を形成するように構成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的に電気機械式スイッチ（electromechanical switches）、特に医療器具分野への電気機械式スイッチの応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチは、電気、光学および／または他の信号を所望の信号路に選択的に配置するために、現代の大部分の電気および電子的装置に一般的に見られる。スイッチは、例えばシステム内で作動する特定の構成要素または回路を使用可能または使用不可能にするために使用するか、送信器から受信器へと通信信号を経路指示するために使用することができる。電気機械式スイッチは特に、医療、産業、航空宇宙、消費者用電子機器およびその他の装置で見られることが多い。
【０００３】
近年、超小型電子機械的システム（micro electromechanical systems;ＭＥＭＳ）および他のテクノロジの進歩によって、サイズが極めて小さい（例えばマイクロメートル、つまり１０−６ｍのオーダーの）新世代の電子機械的スイッチが可能になった。多くの超小型スイッチを、１枚のウェハまたは基板上に製造することができるので、比較的小さい物理的スペース内に精巧な切り換え回路を構築することができる。
【０００４】
一般的に、このような微小な電磁スイッチを医療器具（例えばペースメーカ、除細動器など）および他の用途に含むことが望ましいが、幾つかの欠点が、多くの製品および環境における広範囲な使用を妨げている。最も顕著なのは、従来の多くの超小型電気機械式スイッチが、人体に埋め込む器具のような要求の厳しい環境で実際に使用するには、電力の消費量が多すぎることである。さらに、このような環境で転送された信号からスイッチ起動信号を分離する際に、困難が生じることが多い。さらに、通常、従来通りの電気機械式スイッチを起動するために必要なエネルギー（例えば電圧）の量は、多くの実際的用途、特に医療分野では大きすぎる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、さらに最近では、先行技術で一般的に見られる欠点を軽減するか、解消した幾つかの新しいスイッチが現れている。したがって、電力消費量が比較的少なく、比較的少量のエネルギーで起動することができる超小型電子機械式スイッチの設計を組み込んだ医療器具などを作成することが望ましい。特に、電磁スイッチを組み込んだＹ字アダプタ（Y-adapters）および／または電極アレイ器具を作成することが望ましい。さらに、本発明の他の望ましい形体および特徴は、以下の詳細な説明および請求の範囲を、添付図面および以上の技術分野および背景と組み合わせて考察することにより、明白になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様によると、電気エネルギーを身体の一部（例えば心臓）に伝導するか、身体からの感知データを提供する、あるいはその両方を実行する器具または装置は、エネルギー源と電気的にインタフェース（interface）を形成し、そこから電気エネルギーを受け取るように構築された入力リード線を含むことが適切である。エネルギー源は、ペースメーカ、除細動器、埋め込み可能な医療器具などでよい。入力リード線に電気的に結合されたスイッチは、第１および第２出力端子、および制御信号に反応する切り換え入力部を含むことが適切である。
【０００７】
スイッチは、制御信号に反応して少なくとも第１出力リード線と第２出力リード線間で電気エネルギーを切り換えて、身体の部分の特定位置との間でエネルギーを提供する。本明細書で説明する様々な電気機械式スイッチは、医療器具の分野における多くの用途を含め、多種多様な用途で有用である。このようなスイッチは、例えば植え込み可能な器具またはセンサなどのＹ字アダプタタイプのリード線マルチプレクサを生産し、さらに切り換え可能な電極アレイなどを生産する際に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を、図面との組み合わせで以下で説明する。同様の数字は同様の要素を指す。以下の詳細な説明は単に例示的な性質であり、本発明または本発明の応用および使用法を制限するものではない。さらに、上記の技術分野、背景、簡単な要約または以下の詳細な説明で提示する明示的または黙示的理論によって限定するものではない。
【０００９】
様々な例示的実施形態によると、医療器具などで使用するのに適切なスイッチは、従来のＭＥＭＳ技術を使用して作成される。スイッチは、可動接触子、カンチレバーまたは１つ若しくは複数の受信端子と選択的に係合して、スイッチを所望の状態に入れることができる他の部材を含むことが適切である。様々な実施形態では、可動部材および／または１つまたは複数の端子に、スイッチ内の電気的接続を改善するために金または別の導電性材料で形成した突出領域を加工する。さらなる実施形態では、スイッチは、スイッチを所望の状態に維持するためにエネルギーを消費せずに、２つ以上の安定した出力状態を呈するように構成される。安定性は、１つまたは複数の受信位置に機械的にバイアスを付与して、スイッチの第１状態（例えば開回路に対応する開放状態）に対応する位置にし、スイッチが別の状態（例えば閉じたスイッチに対応する）にある場合に、可動部材をバイアス位置に位置決めすることによって提供される。
【００１０】
このような実施形態では、スイッチ構成要素を変位するために使用するエネルギーが除去されても、受信端子の機械的バイアスが可動部材との接触を維持する。したがって、スイッチは、エネルギーを連続的に加える必要なく、所望の状態に留まり、それによって電力を節約する。本明細書で説明する様々なスイッチは、医療、産業、航空宇宙、消費者用電子機器または他の技術での用途を含む多種多様な用途に使用することができる。医療分野の幾つかの用途は、埋め込み可能な医療器具、切り換え可能な電極アレイ（electrode arrays）などの切り換え可能なＹ字アダプタリード線マルチプレクサを含む。
【００１１】
次に図１Ａを参照すると、例示的な電気機械式スイッチは、１つまたは複数の受信端子１０２と電気的に接触して、電気回路を完成し、それによってスイッチ１００を所望の出力状態（例えば開放または閉鎖）にする可動部材１０１を含むことが適切である。可動部材１０１および関連する端子１０２を、本明細書ではまとめて「接触部材」と呼ぶ。可動部材１０１は、基板層１０４Ａ、絶縁層１０６Ａ、導電層１０８Ａ、および導電層１０８Ａを適切に囲んで、基板１０４Ａから半径方向外側に延在して、受信端子１０２に適切な電気接触を提供する突出領域１１６Ａを形成する導電コーティング１１０Ａから形成することが適切である。
【００１２】
同様に、端子１０２は、基板層１０４Ｂ、絶縁層１０６Ｂ、導電層１０８Ｂ、および導電コーティング１１０Ｂから形成することが適切である。導電コーティング１１０Ｂは、受信端子１０２から外側に延在して、可動部材１０１の突出領域１１６Ａとインターフェースを形成し、それによって電気接続部を形成してスイッチ１００を閉鎖する突出領域１１６Ｂを生成するように形成することもできる。可動部材１０１および端子１０２は両方とも、図１Ａでは突出領域１１６を有する状態で図示されているが、様々な代替実施形態では、接触部材のいずれかから突出部分を除去してもよい。作動時には、可動部材１０１は、横方向に動作して、受信端子１０２と切り換え可能な状態で係合することができる。
【００１３】
図１Ｂは、可動部材１０１が端子１０２と接触し、それによって電気回路を完成し、スイッチ１００を「閉」状態にする例示的スイッチ１００を示す。突出領域１１６は、基板１０４から外側に延在するので、突出領域１１６は、基板層１０４Ａ〜Ｂおよび／または絶縁層１０６ＡからＢ間を接触する必要なく、電気接続部を適切に形成する。このように可動部材１０１と端子１０２の非導電層を分離すると、２つの部材が電気的に絶縁され、これは以下でさらに十分に説明するように、スイッチ１００が転送する信号からスイッチ１００内で伝播する起動信号を絶縁するのに役立つ。
【００１４】
次に図２Ａから図２Ｄを参照すると、スイッチ１００を作成する例示的プロセスは、基板上に絶縁層および導電層を形成するステップ（図２Ａ）、可動部材と端子を絶縁するステップ（図２Ｂ）、スイッチの適切な部分に導電コーティングを適用するステップ（図２Ｃ）、および任意選択で端子、可動部材などをさらに画定するために、基板の裏側をエッチングするか、他の方法で処理するステップ（図２Ｄ）という幅広いステップを含むことが適切である。図で示す様々なステップは、ＭＥＭＳおよび／または集積回路テクノロジで従来使用されているような任意の製造または作成技術を使用して実現することができる。様々なスイッチ作成技術が、例えば米国特許第６，３０３，８８５号などに記載されている。
【００１５】
図２Ａを参照すると、スイッチ作成プロセスは、基板１０４、絶縁層１０６および導電層を含む基板アセンブリ２００を準備することによって開始することが適切である。基板１０４は、ガラス、プラスチック、シリコンなど、１つまたは複数のスイッチ１００を支持することができる任意の材料である。例示的実施形態では、基板１０４は、ドーピングしたシリコンから形成し、３５〜７５μｍのオーダーの厚さを有するが、実際の寸法は実施形態ごとに大きく変化する。同様に、基板１０４に設ける任意選択のドーパントは、スイッチの接続性を改善するように選択することができ、これも様々な実施形態で大きく変化する。基板１０４は任意の方法で準備することができ、例示的実施形態では、従来の絶縁体上シリコン（ＳＩＯ）技術を使用して準備する。
【００１６】
絶縁層１０６は、ガラス、酸化シリコンなどの任意の導電性材料で形成することができ、スパッタリング、付着などの任意の技術を使用して、基板１０４の露出表面に、またはその付近に配置することができる。同様に、導電層１０８は、アルミ、銅、金または銀のように任意の金属でよく、任意の技術に従って配置することができる。例示的実施形態では、絶縁層１０６および導電層１０８を、従来の液相エピタキシおよび／または低圧化学蒸着技術を適宜使用して、基板１０４上に付着させる。
【００１７】
図２Ｂを参照すると、スイッチ１００の様々な導電および絶縁領域を、基板アセンブリ２００内で適切に絶縁することができる。導電層１０８は、例えば従来のエッチング、リソグラフィまたは他の技術を使用してパターンを形成するか、他の方法で処理し、別個の電気的ノード間にギャップ２０１を生成することができる。パターン形成は、可動部材１０１の輪郭を適切に描いて、回路、受信端子１０２などを相互から起動する。スイッチ１００の例示的パターンについて、以下で図３に関して検討する。代替実施形態では、導電層１０８を完全に削除し、基板アセンブリ２００の導電および／または絶縁領域は、以下でさらに詳細に説明するように、基板１０４を選択的にドーピングすることによって提供される。
【００１８】
次に図２Ｃを参照すると、金または別の適切な材料の追加的導電層１１０を、導電層１０８上に成長、電気めっき、または他の方法で形成することができる。１つの実施形態では、基板アセンブリ２００にさらに、エッチングまたはパターン形成の後に適用する酸化物などの追加的非導電層を形成する。次に、無電解の金または別の導体を、追加の非導電層で保護されていない基板アセンブリの部分に「成長」させるか、他の方法で適用することができる。あるいは、導電材料は、シャドウマスクなどを使用して、導電区域上に選択的に蒸着させるか、スパッタリングすることができる。
【００１９】
さらに別の実施形態では、金または別の導電材料を、図３に関して以下で説明するように、適切に電気めっきする。このような実施形態では、導電層１０８が存在せず、二酸化シリコンまたは別の絶縁材料が、静電駆動に使用するスイッチ１００の部品と信号伝達に使用する部品の間に電気的絶縁を提供する。様々な実施形態では、突出領域１１６を適宜、導電材料で形成し、基板部分１０４間の電気的絶縁を維持しながら、他の接触部材と係合する。突出領域１１６は、例えば導電層１０８の隅部近くの追加的な露出表面の結果として形成するか、任意の他の技術で形成することができる。
【００２０】
さらなる実施形態では、スイッチ１００の様々な構成要素を、従来のＭＥＭＳ技術を使用して相互から物理的に分離することができる。例えば酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの異方性エッチング液を使用して、適宜、可動部材１０１を端子１０２から分離することができる。さらなる実施形態では（図２Ｄで示すように）、追加の絶縁層２０６Ａ、２０６Ｂおよび／または導電層２０８Ａ、２０８Ｂを、分離後ではあるが、他の導電層１１０の形成前に形成して、層１１０／２１０Ａ〜Ｂによる被覆率を改善することができる。このような層は、適宜、基板１０４の前面または裏面からの追加的なエッチングまたは処理後に形成することができる。したがって、様々な接触部材およびスイッチ１００の他の構成要素は、多種多様な代替的ではあるが同等の実施形態で任意の形状または形態をとることができる。
【００２１】
図３および図４は、例示的スイッチアセンブリ３００のそれぞれ上面図および側面図であり、図４は、図３の線Ａ−Ａ’に沿って切り取った側断面図である。次に図３を参照すると、例示的スイッチアセンブリ３００は、適宜、任意の数の受信端子１０２Ａ〜Ｄと相互作用することができる１つまたは複数のカンチレバまたは他の可動部材１０１Ａ〜Ｂを含むことが適切である。図３で示す例示的なスイッチアセンブリ３００では、可動部材１０１Ａおよび１０１Ｂに対応する２つの３安定スイッチが図示されている。例えば、一方のスイッチは、可動部材１０１Ａと端子１０２Ａ間の接触に対応する第１状態、可動部材１０１Ａと端子１０２Ｂ間の接触に対応する第２状態、および可動部材１０１Ａといずれかの端子間の非接触に対応する第３状態を有する。
【００２２】
同様に、図示の他方のスイッチは、可動部材１０１Ｂと端子１０２Ｃ間の接触に対応する第１状態、可動部材１０１Ｂと端子１２Ｄ間の接触に対応する第２状態、および可動部材１０１Ｂといずれかの端子間の非接触に対応する第３状態を有する。したがって、２つのスイッチはそれぞれ、３つの別個の出力状態が可能である。スイッチアセンブリ３００の代替実施形態は、任意の数の可動部材１０１および／または端子１０２を含んでよい。同様に、各スイッチは２つ、３つまたはそれ以上など、任意の数の使用可能な出力状態を有してよい。
【００２３】
可動部材１０１および端子１０２はそれぞれ、上述したように共通の基板１０４から形成することができ、１つまたは複数の蝶番３０４が各可動部材１０１に可撓性の機械的支持を提供する。各可動部材１０１Ａ〜Ｂは、上述したように端子１０２Ａ〜Ｄと電気的にインタフェースを形成することができる２つの導電領域３１２および３１４を含むことが適切である。図３に示す例示的実施形態では、部材１０１Ａは、端子１０２Ａとインタフェースを形成する第１導電領域３１４Ａ、および端子１０２Ｂとインターフェースを形成する第２導電領域３１４Ｂを有する。同様に、部材１０１Ｂは、端子１０２Ｃとインターフェースを形成する第１導電領域３１２Ａ、および端子１０２Ｄとインターフェースを形成する第２導電領域３１２Ｂを有する。
【００２４】
各可動部材１０１は、スイッチ３００の様々な状態の間で部材１０１を起動するために使用することができる別の導電領域３１０も含む。例えば、図３で示す例示的実施形態では、各導電領域３１０は、アクチュエータ３０８Ａ〜Ｄによって与えられる静電エネルギーまたは他の刺激を感じる櫛状部分３１６と一体形成する。図３で示す例示的実施形態では、各部分３１６は一連の櫛状歯を含み、これは１つまたは複数のアクチュエータ３０８Ａ〜Ｄによって起動可能な金属、パーマロイ、または他の材料を含む。実際には、各可動部材１０１は、静電力を感じる複数の部分３１６を含んでよく、部分３１６は、任意の形状をとるか、可動部分１０１上またはその付近の任意のポイントに配置することができるか、あるいはその両方である。単純にするために図３には図示されていないが、実際には各部材１０１は、例えば導電領域３１０の対向する側に２つ以上の部分３１６を含み、加えられた静電力に対する応答を増強し、それによってスイッチ３００の様々な状態間で部材をさらに容易に起動することができる。
【００２５】
実際には、各可動部材１０１は、適宜、１つまたは複数の起動回路３０８Ａ〜Ｄによって変位する。例えば図３で示す例示的実施形態では、可動部材は、アクチュエータ３０８Ａに対して櫛部分３１６を引きつける静電荷を与えることによって、端子１０２Ａに向かって適切に変位する。同様に、アクチュエータ３０８Ｂによって与えられる静電荷は、櫛部分３１６を端子１０２Ｂに向かって適切に引きつける。静電荷を両方のアクチュエータ３０８Ａ〜Ｂに与えると、櫛部分３１６を中心位置に適切に引きつけ、したがって部材１０１Ａは各端子１０２Ａおよび１０２Ｂから電気的に分離され、スイッチを開回路タイプの状態に入れる。同様の論理が部材１０１Ｂにも当てはまり、これはアクチュエータ３０８Ｃおよび３０８Ｄによって３つの状態の間で変位する。代替実施形態では、静電引力を静電反発力、ＲＦ信号、電磁信号のインダクタンス、または任意の他の起動力で置換または補足することができる。
【００２６】
上記で簡単に言及したように、様々な導電領域３１０、３１２および３１４は、上述した絶縁層１０６の露出部分であるか、追加的に適用した絶縁材料で構成することができる電気的絶縁部分３０６によって、相互から適切に絶縁される。あるいは、絶縁部分３０６（さらにスイッチアセンブリ３００上の導電部分の一部または全部）は、ドーパント材料を基板１０４の適切な領域に射出するか、他の方法で配置することによって形成することができる。実際には、蝶番３０４および導電領域３１２および３１４を、都合のよい電気めっきを可能にするパターンで、基板１０４（図１および図４）にレイアウトすることができる。
【００２７】
このような実施形態では、接点３０２に加える電荷は、各蝶番３０４および導電領域３１２および３１４にわたって導電層１０８（図１から図２）を通して電気的導通を有する。このような電荷を加えた場合、適宜、外部導電層１１０をスイッチ３００上の所望の位置に容易に電気めっきすることができる。絶縁領域３０６は、電気めっきすることが望ましくないスイッチ３００のこれらの部分を電気的に絶縁し、それによってスイッチ３００の製造可能性を改善する。電気めっきは、上述し、図４で最もよく分かるように、適切な突出領域１１６も提供する。
【００２８】
電気めっき蝶番３０４は、可動部材１０１を支持する機械的補強も提供し、これは基板１０４から適切な他の方法で絶縁し、さらに動作し易くする。次に図４を参照すると、部材１０１Ａはギャップ４０２によって基板１０４から適切に分離され、それによって適宜、端子１０２Ａおよび１０２Ｂに向かって横方向に動作することができる。ギャップ４０２は、裏面エッチングなどの従来のＭＥＭＳ技術を通して形成することができる。あるいは、基板１０４には、従来の前面エッチングを使用してエッチングするか、他の方法で除去してギャップ４０２を形成することができる犠牲層４０４を形成することができる。このような実施形態では、犠牲層４０２を酸化物（例えば酸化シリコン）または適宜、層１０６、１０８および／または１１０に形成した空隙を通してエッチングできる別の材料で形成する。
【００２９】
次に図５Ａから図５Ｃを参照すると、スイッチ５００は、１つまたは複数の受信端子によって提供される機械的エネルギーを使用して、幾つかの安定した出力状態に適切に保持される。スイッチ５００は、１つまたは複数の端子アーム５０２、５０４、５０６、５０８とインターフェースを形成するために変位可能である少なくとも１つの可動部材１０１を含むことが適切である。各端子アーム５０２、５０４、５０６、５０８は、スイッチ５００を様々な出力状態に入れるために、動作可能、回転可能、変形可能、または他の方法で変位可能であるように設計することが適切である。例示的実施形態では、各アーム５０２、５０４、５０６、５０８は、固定したポイント５１２の周囲で弾力的に屈曲するように設計する。このような変形可能性または弾性は、従来のＭＥＭＳまたは他の技術で提供することができる。様々な実施形態では、１つまたは複数の端子アームは、可動部材１０１と電気的に連絡できる露出部５１０を含むように設計される。
【００３０】
図５Ａから図５Ｃで示す実施形態では、スイッチが第１状態にある場合は、端子アーム５０２および５０４が協働して、可動部材１０１との電気的接続を提供し、スイッチが第２状態にある場合は、図５Ｃで示すように、端子アーム５０５および５０８が協働して、可動部材１０１との電気的接続を提供する。第３状態は、図５Ａで示すように、可動部材１０１が端子アームの両セットから電気的に絶縁されている場合に提供される。スイッチ５００のレイアウトおよび構造的構成要素は、上記で検討したようなスイッチ１００、３００のそれと適切に対応するか、スイッチ５００に関して上述した概念は、多様な同等の実施形態における任意のタイプのスイッチまたはスイッチアーキテクチャに適用することができる。スイッチ５００の様々な同等の実施形態は、任意の数の可動部材１０１、端子アーム、端子、または各可動部材１０１の出力状態を含む。図５では見られないが、各露出部５１０または端子アーム５０２、５０４、５０６および／または５０８の任意の他の部分は、上記で検討したような突出領域１１６を含み、端子アームと可動部材１０１との間の電気的接続性をさらに改善する。
【００３１】
図５Ａを参照すると、スイッチ５００が例示的「開」状態（開回路に対応する）で図示され、これによって可動部材１０１はいずれのセットの端子アームとも電気的に結合しない。端子アーム５０２、５０４、５０６および５０８は、自然の「バイアス付与状態」が、アームが可動部材１０１から絶縁される開状態に対応するように、適切に設計される。本明細書で使用する「バイアス付与状態」とは、起動力またはエネルギーが加えられず、他のオブジェクトが端子アームの自然の動作を阻止または防止しない場合に、１つまたは複数の端子アーム５０２、５０４、５０６、５０８によって占有される物理的スペースを指す。
【００３２】
作動時には、可動部材１０１が１つまたは複数の端子アームのバイアス位置に入ると、スイッチ５００が様々な状態に入り、したがって端子アームによって加えられる機械的力が、バイアス状態に復帰しようとして、端子アームを可動部材１０１と接触した状態で保持する。例示的実施形態では、この動作は、端子アームがバイアス位置から出て、可動部材を、バイアス位置で端子アームが占有するスペースに入れ、次に端子アームを解放して、アームと可動部材１０１とを機械的および電気的に接触させることを含む。次に図５Ｂを参照すると、端子アーム５０６および５０８を適切に起動して、可動部材１０１を適宜変位できるように、露出部５１０をどかす。この動作は、図５Ｂでは端子アーム５０６、５０８上の固定した旋回ポイント５１２の周囲の回転として図示されているが、代替実施形態は、垂直および／または水平方向での横方向変位、または他の任意の動作タイプを使用してもよい。
【００３３】
端子アームをバイアス位置から出した後、可動部材１０１を適切に起動して、部材１０１の少なくとも一部を、バイアス位置で端子アーム５０６、５０８の少なくとも一部が占有するスペースに入れる。この起動は、以上および以下で記載したように、静電力で、または他の従来の起動技術で提供することができる。図５Ａから図５Ｃで示す実施形態では、可動部材１０１は、静電力などを使用して横方向に変位し、したがって可動部材１０１の一部が、端子アーム５０６、５０８の露出部５１０のバイアス位置に対応するスペースを占有する。
【００３４】
端子アーム５０６および５０８から起動力を除去すると、アームに蓄積された電位エネルギーが運動エネルギーに変換され、それによってアーム５０６、５０８をバイアス位置に戻そうとするトルクを生成する。しかし、この時点でバイアス位置は可動部材１０１に占有されているので、アーム５０６および５０８が部材１０１に衝突し、さらなる運動が適切に防止される。電位エネルギーは、アームがバイアス位置に入るまで、その中に残っているので、可動部材１０１に抗してアーム５０６、５０８を維持する機械的力が提供され、それによってスイッチ５００を閉鎖状態（閉回路に対応する）で保持する。したがって、スイッチ５００はさらなる静電気または他のエネルギーを消費しなくても、閉鎖状態のままである。
【００３５】
図５Ａから図５Ｃは、端子アーム５０６および５０８の起動に的を絞っているが、同様の概念を用いて、端子アーム５０２、５０４を起動し、可動部材１０１をアーム５０２、５０４と接触させることができる。したがって、スイッチ５００は幾つかの安定した出力状態が可能であり、多安定スイッチ（multi-stable switch）と見なすことができる。
【００３６】
例示的起動方式の追加の詳細が図６に図示されている。次に図６を参照すると、各端子アーム５０６、５０８に静電気感受性区域６０６を作成し、これはアクチュエータ６０２、６０４それぞれによって供給される静電エネルギーに感受性がある。アクチュエータ６０２、６０４の静電気エネルギーは区域６０６の金属、パーマロイ、または他の材料を引きつけて、アームをそのバイアス位置から変位させる。アクチュエータ６０２、６０４および区域６０６は、図６では櫛状アクチュエータとして図示されているが、代替的であるが同等の実施形態では任意のタイプの静電気または他の起動を使用することができる。同様に、任意の起動技術または構造３０８を使用して、可動部材１０１を起動して、所定の位置に入れることができる。図６には単純なブロックアクチュエータ３０８が図示されているが、実際には可動部材１０１を櫛状または図３に関して上記で検討したような他のアクチュエータで置換することができる。
【００３７】
様々な実施形態で、露出部５１０および区域６０６の相対的位置は、端子アーム５０６および／または５０８が可動部材１０１に加えるてこ作用の量を増加させるように設計する。図６で示す実施形態では、アーム５０６および５０８が、相対的に固定されたベース５１２の周囲で適切に旋回する。起動力を、旋回ポイントから比較的遠いアーム５０６、５０８上の位置でアームに加えると、起動力から実現される変位の量を増加させるか、最大にすることができる。同様に、露出部５１０を旋回ポイント５１０に相対的に近づけるように配置することによって、アーム５０６、５０８が部材１０１に加えるてこ作用の量を増加させることができる。このようなてこ作用の増加は、機械的力を適切に改善させ、それによって部材１０１に抗してアーム５０６、５０８を所定の位置に維持し、任意の継続時間または大きさの起動力について適用される力の効率を上げる働きをする。
【００３８】
言うまでもなく、他の同等の実施形態では、露出部５１０および／または区域６０６を再配置するか、削除するか、組み合わせた状態で、アーム５０６、５０８および部材１０１の他の物理的レイアウトを構築することができる。起動力の効率は、アクチュエータ６０２、６０４および／または区域６０６を囲むか、その近傍にある、あるいはその両方であるスペースに誘電材料を設けることによって、さらに向上させることができる。様々な例示的実施形態で提示できる誘電材料の例は、セラミックス、ポリマ（例えばポリイミドまたはエポキシ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、誘電液および／または任意の他の有機または無機誘電材料を含む。
【００３９】
次に図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、例示的な２安定超小型電磁スイッチ７５０は、可動部材７５８に可撓性の支持および接続を提供する座屈膜７５６を含むことが適切である。アクチュエータ７５２および７６０は、膜７５６を適切に引きつけるか、反発する、あるいはその両方を実行して、電気的接点の内外に接点７５４および７５８を配置し、それによってスイッチ７５０をそれぞれ閉鎖状態および開放状態にする。スイッチ７５０は、図７Ａでは「開放」状態（開回路に対応する）で図示され、図７Ｂでは閉鎖状態（閉回路に対応する）で図示されている。
【００４０】
例示的実施形態では、座屈膜７５６は、スイッチ７５０を複数の機械的に安定した状態で維持するために２つ以上の方向で座屈可能な圧縮ビームである。膜７５６は、例えば上述したような基板１０２から作成した二重に支持したビームであるか、ＭＥＭＳまたは他の従来通りの技術を使用して他のソースから作成することができる。接点７５４および７５８は、金、銅、アルミなど、任意の導電材料で形成する。アクチュエータとしての電極７５２および７６０に静電気インパルスを与えることによって、接点７５８を接点７５４と適切に電気的に接続させるか、分離させる。例えば電極７６０などからの静電気パルスは、接点７５８を電極７６０へと引き寄せる。膜７５６は機械的に安定した位置で座屈するように設計されているので、電極７５２からの適切なパルスが接点７５８を接点７５４へと引き寄せるまで、接点７５８は、接点７５４から離れたままで位置決めされる。代替実施形態では、スイッチ７５０は、静電反発、熱起動、圧電起動などを使用して起動するように設計することができる。スイッチ７５０は、適宜、任意のハウジング７６２、支持体または基板内に適切に設ける。
【００４１】
本明細書で説明したスイッチ３００、５００、６００、７５０などのいずれも、従来のウェハボンディング技術などを使用してパッケージングすることができる。任意の数のスイッチを共通の基板上に形成することができ、したがって任意の数のスイッチを任意の方法で接合し、個々に、または組み合わせてパッケージングすることができる。さらなる実施形態では、様々な２および／または３状態スイッチを相互に接合して、複数の入力部および／または出力部の間で複数の信号を同時に経路指示することができる比較的大きいスイッチ構造（switch fabrics）を生成することができる。あるいは、複数のスイッチを相互接続して、１つまたは複数の入力部から任意の数の出力部へと信号を経路指示することができるマルチプレクサ回路を形成することができる。相互接続した超小型電磁スイッチから形成する他のタイプの従来の切り換え回路は、デマルチプレクサ、直列並列および並列直列変換器などを含む。実際、本明細書に記載された様々なスイッチおよび技術を使用して、多種多様な集積および／またはディスクリート回路を構築することができる。
【００４２】
図８を参照すると、可動部材１０１が電気エネルギー８１４の入力源に電気的に結合され、受信端子１０２Ａ〜Ｂがそれぞれ、スイッチの出力部に電気的に結合されるように、上述の図３から図４のスイッチ３００のような従来のスイッチが接続され得る。さらに、アクチュエータ３０８を適切に接続して、外部装置、回路などから制御信号８１６を受信する。制御信号８１６は、アクチュエータ３０８に電気エネルギーを適切に供給して、静電気パルスなどを提供し、稼働部材１０１を起動して、スイッチ３００を所望の状態にする。
【００４３】
したがって、制御信号３０８に応答して、受信端子１０２Ａと１０２Ｂの間で稼働部材１０１を起動することによって、スイッチの入力端子８１４から受信した電気エネルギーおよび／または信号を、２つの出力端子８１０と８１２の間で切り換えることができる。スイッチ３００が、上述したように２安定または３安定である場合、適宜、スイッチ３００から起動エネルギーを除去しても、スイッチは所望の出力状態に留まる。したがって、多くのタイプの超小型電磁スイッチが、電気的接続性を向上させ、スイッチにもう起動エネルギーが供給されなくても、選択した出力状態に留まることができる。このようなスイッチは、医療、航空宇宙、消費者用電子機器など、多くの分野にわたって無数の用途がある。
【００４４】
特に、「スマートリード」を作成して、心臓または人体の他の部分への電気的刺激の融通性および正確さを改善するか、心臓または他の身体部分におけるパラメータの感知を改善することができる。信号源から体内の複数の目的地へと電気的刺激または他の信号を供給するという以前の試みは通常、信号の「分割」を必要とし、それによって入力信号を複数の出力目的地に同時に供給した。しかし、上述したようなスイッチを組み込むことによって、電気的刺激をはるかに正確な方法で加えることができる。
【００４５】
入力源から信号目的地（または個別の目的地のセット）へと信号を経路指示することによって、電気的刺激の正確さおよびプログラム可能性が大幅に改善され、それによって患者の治療が改善される。同様に、切り換え式リードを使用して、改良型のセンサを作成することができる。例えば、電気センサは、信号を複数のセンサ位置から１つまたは複数の受信器へと切り換えられるように構築することができる。本明細書に記載された幾つかのタイプのスマートリードは、Ｙ字アダプタ、スイッチアレイなどを含む。
【００４６】
電気的刺激、感知および他の用途用の多種多様な切り換え式リードは、任意の方法で作成することができる。様々な例示的実施形態では、切り換え式リードを使用して、多重化（例えば多対一）および／または逆多重化（例えば一対多）機能を実現することができる。アクティブリードで使用するスイッチは、以下でさらに詳細に説明するように、埋め込み式医療器具、外部プログラミングデバイス、磁気デバイス、遠隔計測デバイスなどの任意の源で制御することができる。同様に、切り換えたリードは、電池などの任意の源、適用された制御またはデータ信号、外部の放射線源（例えば光学、電磁気、音響または他のエネルギー源）、外部の動力源（例えばＩＭＤまたはリードに結合した他の動力源）、または任意の他の源から電力を受け取ることができる。様々な例示的実施形態では、アクティブリードが、リード接続を介して埋め込み式医療器具への電力を受け取る。
【００４７】
図９を参照すると、例示的なスマートリードのＹ字アダプタ７００は、入力リード７０６、スイッチ区画７０８および２つ以上の出力リード７１０、７１２を含むことが適切である。各出力リード７１０、７１２は、別の導電器具（例えばケーブルなど）にインタフェースを提供するか、心臓７２０または人体または哺乳類の身体における他の器官に適宜、電気エネルギーを供給するために、電極７１４、７１６で終端することができる。入力リード７０６は、入力源からの電気エネルギーおよび／または信号をスイッチ区間７０８に適切に供給する。例示的実施形態では、入力リード７０６は、ペーシング器具、埋め込み式医療器具（ＩＭＤ）、埋め込み式パルス発生器（ＩＰＧ）、ペースメーカ、除細動器、心臓モニタなどの刺激装置から出力リード上のプラグ７０２に接続するのに適切なカプラ７０４を有する。プラグ７０２およびカプラ７０４は、例えば従来のＩＳ−１コネクタでよい。あるいは、入力リード７０６は、従来の結合またはインタフェース器具または技術を使用して、患者の体内または体外にある他の任意の電気エネルギー源とインターフェースを形成することができる。
【００４８】
スイッチ区間７０８は、入力リード７０６上で受信した電気信号を出力リード７１０と７１２の間で切り換えることができる任意の回路または器具である。例示的実施形態では、スイッチ区間７０８は、上述したような１つまたは複数の多安定超小型電磁スイッチを含む。再び図８を少々参照すると、１つまたは複数のスイッチの入力端子８１４が、入力リード７０６に適切に接続され、１つまたは複数のスイッチの出力端子７１０、７１２が、最終的に出力リード７１０および／または７１２に接続される。２つの出力状態間の切り換えは、適切な制御信号８１６をアクチュエータ３０８に供給して、所望通りに可動部材１０１を起動することによって遂行される。したがって、図８に戻ると、入力リード７０６に接続されたＩＭＤまたは他の源が、出力リード７１０と７１２の間で切り換えられる。制御信号８１６は、入力電気エネルギーと同じ源によって供給するか、以下でさらに詳細に説明するように、遠隔計測または別の通信技術を使用して、医師または他の外部供給源によって供給することができる。
【００４９】
様々な同様の実施形態では、Ｙ字アダプタ７００を使用して、心臓７２０から監視器具（例えばミネソタ州ミネアポリスのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｉｎｃ．から入手可能なＣＨＲＯＮＩＣＬＥ製品）へと監視信号を供給する。したがってリード７１４および／または７１６は、幾つかの実施形態では「入力」リードとして考えることができ、リード７０６は、心臓７２０から受信器具へと電気信号を供給する実施形態では、同様に「出力」リードとして考えることができる。同様に、任意の数の入力部および／または出力部を有するリードは、１つまたは複数のスイッチを相互接続するか、任意の他の技術によって作成することができる。様々な実施形態では、多重化および／または逆多重化機能によって、任意の数の入力部と任意の数の出力部との間を切り換えることができる。
【００５０】
さらに、入力および／または出力リードのサブセットを同時に起動することができる実施形態を構築することができる。このような実施形態では、例えば８個のセットから２本のリードを同時に起動することができ、２本のアクティブリード上で転送される信号は、相互と同一か、異なってよい。例えば「二重リードマルチプレクサ」では、異なる電気信号を搬送する２本以上の別個の入力リードがアダプタに到達し、アダプタから出る２本以上の異なる出力リードに各信号を送信することができる。したがって、広範囲の同等の実施形態を構築することができる。
【００５１】
次に図１０を参照すると、例示的な切り換え式電極アレイ９００は、共通のキャリア９１２内に複数の電極チップ９１０を収容した心外膜電極アレイまたはマトリクスを含むことが適切である。キャリア９１２は、従来の双極リード本体などのような任意のタイプの入力リード７０６に接続してよい。入力リード７０６には、以下で説明するように、ＩＭＤまたは他のシミュレータと接続するためのコネクタ７０４（例えばＩＳ−１コネクタなど）を装備してよい。最小侵襲性ツールなどを使用して、アレイ９００を心外膜に配置することができる。
【００５２】
任意の時にアクティブになる特定の１つまたは複数の電極チップ９１０を、スイッチ構造９０８によって決定することができ、これは入力リード７０６からの電気信号を様々な電極チップ９１０に適切に結合する。作動時には、スイッチ構造９０８は、様々な電極９１０のアクティブ状態と非アクティブ状態とを切り換えるために、適宜、任意の数のスイッチを含む。
【００５３】
実際には、複数のスイッチおよび／またはスイッチのタイプを任意の組み合わせで配線して、多種多様な切り換え論理を実現することができる。様々なスイッチをそれぞれ、（例えば図３で示すように）共通の基板上に形成するか、共通のパッケージ内に収容する、あるいはその両方でよい。図１１を参照すると、１×４の切り換え式電極アレイを実現するための例示的な切り換え体系が図示されているが、代替実施形態では、任意の寸法（例えば２×１６、１×８など）のスイッチ構造を作成することができる。図１１で示す実施形態では、４つのスイッチ１００２、１００４、１００６および１００８がツリー構造で配線した状態で図示され、したがってスイッチ１００２へと供給する入力信号を、アレイ９１２のどの電極９１０にも供給することができる。各スイッチは、上記の図３から図４で示したような双投スイッチ３００でよい。あるいは、代替実施形態では図７Ａから図７Ｂで示したような単投スイッチ７５０を使用することができるが、同様の論理を実現するために、このようなスイッチをより多く必要とすることがある。
【００５４】
作動時には、様々なスイッチ１００２、１００４、１００６および１００８を、制御回路１０１０によって供給される制御信号１０１２（上述した制御信号８１６に対応することもある）で所望の状態にする。制御回路１０１０は、任意選択の遠隔計測アンテナ１０１４のような任意の供給源から、入力電気信号を供給するＩＭＤまたは他の器具から、または任意の他の供給源から制御命令を受信する。例示的実施形態では、制御命令は、ＩＭＤまたは他の源によって多重化されるか、他の方法でコード化され、入力リード７０６を介して制御回路１０１０へ転送される。あるいは、制御命令は、遠隔計測式のプログラミングユニットのような無線器具から供給してもよい。無線周波数（ＲＦ）でコード化した信号を使用して作動する外部プログラミングユニットの例が、共通に譲渡された米国特許第５，３１２，４５３号に記載されている。別の例示的プログラミングデバイスは、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｍｏｄｅｌ  ９７９０プログラマであるが、代替実施形態では、任意の器具または技術を使用して、制御情報を供給することができる。所望のアクティブ電極を埋め込み時に選択し、手術の継続中は比較的変更しないままにするか、医師の命令、監視された患者の身体的状態および／または任意の他の要素に応答して手術中に変更することができる。
【００５５】
以上の詳細な説明では少なくとも１つの例示的実施形態を提示してきたが、非常に多数の変形が存在することを理解されたい。制御信号に応答して幾つかの状態間でスイッチを起動するという概念を、例えば任意のタイプの超小型電磁スイッチまたは他のスイッチに供給することができ、これは本明細書で説明した特定のスイッチに制限されない。同様に、本明細書で説明した様々な医療器具および他の用途は、本明細書で説明した特定のスイッチに制限されず、多種多様な同等のスイッチおよび他の構成要素で実現することができる。さらに、様々な器具を人間の心臓に関して説明することが多いが、様々な同等の実施形態を使用して、電気的信号を身体の他の部分に適用するか（例えば神経刺激）、人間以外の哺乳動物に使用する、あるいはその両方でもよい。
【００５６】
１つまたは複数の例示的実施形態は例にすぎず、いかなる意味でも本発明の範囲、適用可能性、または構成を制限するものではないことも理解されたい。むしろ、以上の詳細な説明は、１つまたは複数の例示的実施形態を実現するための便利なロードマップを当業者に提供するものである。請求の範囲に記載されたような本発明および法律上のその等価物の範囲から逸脱することなく、機能および要素の配置構成に様々な変更を実行できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】図１Ａは、例示的スイッチの例示的な対向する接触部材の側断面図。
【図１Ｂ】図１Ｂは、例示的スイッチの例示的な対向する接触部材の側断面図。
【図２Ａ】図２Ａは、例示的接触部材を生産する例示的プロセスを示す側断面図。
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的接触部材を生産する例示的プロセスを示す側断面図。
【図２Ｃ】図２Ｃは、例示的接触部材を生産する例示的プロセスを示す側断面図。
【図２Ｄ】図２Ｄは、例示的接触部材を生産する例示的プロセスを示す側断面図。
【図３】例示的電気機械式スイッチの上面図。
【図４】例示的電気機械式スイッチの側面図。
【図５Ａ】図５Ａは、例示的な３安定超小型電気機械式スイッチの上面図。
【図５Ｂ】図５Ｂは、例示的な３安定超小型電気機械式スイッチの上面図。
【図５Ｃ】図５Ｃは、例示的な３安定超小型電気機械式スイッチの上面図。
【図６】例示的な３安定超小型電気機械式スイッチと例示的起動回路の上面図。
【図７Ａ】図７Ａは、例示的な２安定超小型電気機械式スイッチと座屈膜の上面図。
【図７Ｂ】図７Ｂは、例示的な２安定超小型電気機械式スイッチと座屈膜の上面図。
【図８】例示的な超小型電気機械式スイッチと、電気リードに接続するように構成された出力端子の上面図。
【図９】人間の心臓で使用する例示的なＹ字アダプタの斜視図。
【図１０】人間の心臓で使用する例示的なスイッチアレイの斜視図。
【図１１】例示的スイッチアレイの線図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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