(57)【要約】流体ベースのスイッチが開示される。一実施形態では、スイッチ(400)は、結合された第１(100)と第２(402)の基板であって、それらの間にいくつかのキャビティのうちの少なくとも一部を画定し、第１の基板がキャビティのうちの第１のキャビティ(406)内に画定された複数のくぼみ(102、104、106)を画定する、結合された第１(100)と第２(402)の基板と、それぞれが前記くぼみのうちの１つの中に付着された複数の電気接点(112、114、116)と、第１のキャビティ内に保持されるスイッチング流体(418)であって、前記スイッチング流体に加えられた力に応答して複数の電気接点の少なくとも１対を開閉する役をする、スイッチング流体(418)と、キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持されてスイッチング流体に力を加える作動流体(410)とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合された第１（１００）と第２（４０２）の基板であって、それらの間にいくつかのキャビティ（４０４、４０６、４０８）のうちの少なくとも一部を画定し、前記第１の基板が前記キャビティのうちの第１のキャビティ（４０６）内に画定された複数のくぼみ（１０２、１０４、１０６）を画定する、結合された第１（１００）と第２（４０２）の基板と、
それぞれが前記くぼみのうちの１つの中に付着された、複数の電気接点（１１２、１１４、１１６）と、
前記第１のキャビティ内に保持されたスイッチング流体（４１８）であって、前記スイッチング流体に加えられる力に応答して前記複数の電気接点のうちの少なくとも１対を開閉する役をする、スイッチング流体（４１８）と、及び
前記キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持され、前記スイッチング流体に力を加える作動流体（４１０）とを含む、スイッチ。
【請求項２】
前記第１のキャビティ内の位置で前記第２の基板上に付着された複数のシールベルト（６１２、６１４、６１６）をさらに含み、
前記第２の基板が複数のくぼみを画定し、前記シールベルトが前記くぼみの中に付着される、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記第１の基板が、ガラス又はセラミックのうちの１つからなる、請求項１又は２のいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項４】
前記くぼみが、前記第１の基板内にサンドブラストで形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項５】
前記くぼみが、前記第１の基板内にレーザカットで形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項６】
前記くぼみが、前記第１の基板内に化学的にエッチングされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項７】
前記第１の基板が第１の層（２０１）と第２の層（２０３）とを含み、前記第１の層がその上に付着された複数の電気接点（２２２、２２４、２２６）を有し、前記第２の層がいくつかのダクト（２３４、２３６、２３８）を画定し、前記第２の層の各ダクトが前記第１のキャビティから前記第１の層上に付着された前記電気接点のうちの１つに通じており、前記第２の層がさらに複数のくぼみ（２０４、２０６、２０８）を画定し、各くぼみが前記第２の層の表面において前記ダクトのうちの１つの開口部に画定され、それらのくぼみが、前記第２の層の表面における前記ダクトの直径よりも大きな直径を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスイッチ。
【請求項８】
前記第２の層により画定されたダクトのうちの少なくとも１つは、前記電気接点の対を閉じるために前記スイッチング流体に力が加えられた際に、前記ダクトの中にスイッチング流体の一部が残るように画定される、請求項７に記載のスイッチ。
【請求項９】
結合された第１（１００）と第２（５０２）の基板であって、それらの間にいくつかのキャビティ（５０６、５０８、５１０）のうちの少なくとも一部を画定し、前記基板のうちの少なくとも１つが、前記キャビティのうちの第１のキャビティ（５０８）内に画定された複数のくぼみ（１０２、１０４、１０６）を画定する、結合された第１（１００）と第２（５０２）の基板と、
それぞれが前記くぼみのうちの１つの中に付着された、複数の濡れ性のあるパッド（１１２、１１４、１１６）と、
前記パッドに対して濡れることができ、前記第１のキャビティ内に保持されたスイッチング流体（５１８）であって、前記スイッチング流体に加えられる力に応答して前記第１のキャビティを通る光路（５２２／５２４、５２６／５２８）を開閉する役をする、スイッチング流体（５１８）と、及び
前記キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持され、前記スイッチング流体に力を加える作動流体（５２０）とを含む、スイッチ。
【請求項１０】
基板の間にいくつかのキャビティ（６０２、６０４、６０６）の少なくとも一部を画定する、結合された第１（６０２）と第２（６０４）の基板と、
前記キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持されたスイッチング流体（６１８）であって、前記スイッチング流体に加えられた力に応答して少なくとも第１のスイッチ状態と第２のスイッチ状態との間で移動可能である、スイッチング流体（６１８）と、及び
前記スイッチング流体を保持するキャビティのうちの１つ又は複数の中の位置で前記基板のうちの１つの上のくぼみ内に付着された複数のシールベルト（６１２、６１４、６１６）とを含む、スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スイッチング流体として水銀などの液体金属を使用する液体金属マイクロスイッチ（ＬＩＭＭＳ）が製作されている。液体金属は電気接点を開閉することができる。スイッチの状態を変更するために、スイッチング流体に力を加え、それによりスイッチング流体が形を変えて移動する。電気接点と基板との間の接着が不十分である場合、移動するスイッチング流体が接点の縁部を持ち上げ、接点を下の基板からはがし、スイッチを破損することが時々ある。
【０００２】
発明の概要
流体ベースのスイッチが開示される。一実施形態において、スイッチは、互いに結合された第１の基板と第２の基板を含む。基板間にいくつかのキャビティが画定される。さらに、第１の基板は、キャビティのうちの第１のキャビティ内に複数のくぼみを画定する。複数の電気接点はそれぞれ、くぼみのうちの１つの中に付着される。第１のキャビティ内にはスイッチング流体が保持され、そのスイッチング流体は、スイッチング流体に加えられた力に応答して複数の電気接点のうちの少なくとも１対を開閉する役をする。また、スイッチは、キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持され、スイッチング流体に力を加える作動流体も含む。
【０００３】
別の実施形態において、スイッチは、基板間にいくつかのキャビティを画定するように互いに結合された第１と第２の基板を含む。第１の基板はさらに、キャビティのうちの第１のキャビティの中に複数のくぼみを画定する。複数の濡れ性のあるパッドがそれぞれ、くぼみのうちの１つの中に付着される。第１のキャビティの中には、パッドに対して濡れることができるスイッチング流体が保持される。スイッチング流体は、スイッチング流体に加えられる力に応答して第１のキャビティを通る光路を開閉する役をする。作動流体がキャビティのうちの１つ又は複数の中に保持され、スイッチング流体に力を加える。
【０００４】
本発明の例示的な実施形態が図面に示される。
【０００５】
詳細な説明
図１は、ＬＩＭＭＳなどの流体ベースのスイッチで使用され得る基板１００を示す。一例として、基板１００はセラミック又はガラスとすることができる。基板１００は、複数のくぼみ１０２、１０４、１０６を画定することができる。くぼみは、サンドブラスト、レーザカット、フォトイメージング、化学エッチング、又は別の適切なプロセスによって形成され得る。複数の濡れ性のあるパッド１１２〜１１６は、電気接点としての役割を果たすことができ、パッド１１２〜１１６はそれぞれ、くぼみ１０２〜１０６のうちの１つの中に付着される。
【０００６】
くぼみ１０２〜１０６は、濡れ性のあるパッド１１２〜１１６を基板１００の表面から後退させる。以下にさらに詳細に説明されるように、基板は、スイッチング流体を使用してスイッチの状態を変更する流体ベースのスイッチの中で使用され得る。濡れ性のあるパッド１１２〜１１６を基板表面から後退させるくぼみを基板１００上に形成することにより、スイッチの状態が変化する間に、スイッチング流体が濡れ性のあるパッドの縁部を持ち上げることを防止することが支援され得る。
【０００７】
図２と図３は、流体ベースのスイッチで使用され得る基板２００の第２の例示的な実施形態を示す。複数の電気接点２２２、２２４、２２６は、基板の第１の層２０１の上に付着される。次いで、第２の層２０３が第１の層２０１に結合される。一例として、第２の層はガラスから形成される（又はガラスからなる）ことができ、第１の層はセラミック材料から形成される（又はセラミック材料からなる）ことができる。また、他の適切な材料も予想される。
【０００８】
第２の層は、電気接点２２２、２２４、２２６から、電極２２２、２２４、２２６の反対側の第２の層２０３の表面に通じる複数のダクト２１４、２１６、２１８を画定する。ダクトは釣鐘状の形状からなり、電極におけるダクトの開口部は第２の層の反対側の表面におけるダクトの開口部よりも広い。釣鐘状の形状は、種々のプロファイルを有することができ、例えば、第２の層をマスキングして、釣鐘状の形状（単数又は複数）を第２の層内へサンドブラストすることによって形成され得る。第２の層により画定されるくぼみ２０４、２０６、２０８を使用して、ダクトの開口部を第２の層の表面から後退させることができる。くぼみは、第２の層の表面におけるダクトの直径よりも大きな直径を有する。
【０００９】
液体電極（例えば、水銀電極）２３４、２３６、２３８は、各ダクトの少なくとも一部を満たす。ダクトの壁の内側を濡れ性のある材料で覆い、液体電極２３４、２３６、２３８がダクトを濡らすことを支援することができる。また、流体ベースのスイッチの中で使用されるスイッチング流体がくぼみを濡らすことができるように、くぼみの内側も濡れ性のある材料で覆ってもよい。ダクト２１４、２１６、２１８の形状により、スイッチング流体が電気接点２２２、２２４、２２６の間で接続したり切断したりする際に、各ダクト内に入れられた液体電極２３４、２３６、２３８がそれぞれのダクト内にとどまることができる。くぼみ２０４、２０６、２０８は、より大きな接触面積を液体電極２３４、２３６、２３８に提供し、くぼみのくぼんだ縁部は、濡れ性のあるライニングがそれらの縁部を持ち上げてくぼみから出ることを防止するのに役立つことができる。
【００１０】
図４は、基板１００を含むスイッチの第１の例示的な実施形態を示す。スイッチ４００は、互いに結合された第１の基板１００と第２の基板４０２を含む。基板１００と４０２は、それらの間にいくつかのキャビティ４０４、４０６、４０８を画定する。複数の電気接点１１２、１１４、１１６が、キャビティのうちの１つ又は複数の中に露出する。各電気接点１１２〜１１６は、基板１００のくぼみのうちの１つの中に付着される。キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持されたスイッチング流体４１８（例えば、水銀などの導電性液体金属）は、スイッチング流体４１８に加えられた力に応答して、複数の電気接点１１２〜１１６の少なくとも１対を開閉する役をする。キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持された作動流体４１０（例えば、不活性ガス又は液体）は、スイッチング流体４１８に力を加える役をする。
【００１１】
スイッチ４００の一実施形態では、スイッチング流体４１８に加えられる力は、作動流体４１０の圧力の変化から生じる。作動流体４１０の圧力の変化により、スイッチング流体４１８に与えられる圧力が変化し、それによりスイッチング流体４１８は形を変えたり、移動したり、分離したり等をする。図４では、キャビティ４０４の中に保持された作動流体４１０の圧力により、力が加わり、図示されるようにスイッチング流体４１８が分離される。この状態では、スイッチ４００の一番右の電気接点対１１４、１１６が互いに結合される。キャビティ４０６の中に保持された作動流体４１０の圧力が緩和され、キャビティ４０８の中に保持された作動流体４１０の圧力が増加される場合、スイッチング流体４１８は強制的に分離及び結合され、そのため電気接点１１４と１１６が切り離され、電気接点１１２と１１４が結合される。
【００１２】
くぼみ１０２〜１０６は、電気接点１１２〜１１６を基板１００の表面から後退させる。これにより、スイッチ状態が変化している間に、スイッチング流体が電気接点の縁部を持ち上げることを防止することが支援され得る。
【００１３】
一例として、作動流体４１０の圧力の変化は、作動流体４１０を加熱することにより、又は圧電ポンプ作用によって達成され得る。前者は、コンドウ他による「Electrical Contact Breaker Switch, Integrated Electrical Contact Breaker Switch, and Electrical Contact Switching Method」と題する米国特許第６，３２３，４４７号に説明されており、その特許文献は、それが開示する全てに関して参照により本明細書に組み込まれる。後者は、Marvin Glenn Wongによる、２００２年５月２日に出願された「A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch」と題する米国特許出願第１０／１３７，６９１号に説明されており、その特許文献も、それが開示する全てに関して参照により本明細書に組み込まれる。上記の参照される特許及び特許出願は、二つのプッシュ／プル作動流体キャビティによってスイッチング流体を移動させることを開示しているが、係るキャビティからスイッチング流体にかなり十分なプッシュ／プル圧力の変化を与えることができる場合には、単一のプッシュ／プル作動流体キャビティでも十分である。図４に示されたスイッチなどのスイッチの構成と動作に関するさらなる詳細は、上述したコンドウの特許に見出され得る。
【００１４】
さて、図５を参照してスイッチの第２の例示的な実施形態を説明する。スイッチ５００は、互いに結合された第１の基板１００と第２の基板５０２を含む。基板１００と５０２は、それらの間にいくつかのキャビティ５０６、５０８、５１０を画定する。キャビティのうちの１つ又は複数の中に、複数の濡れ性のあるパッド１１２〜１１６が露出する。スイッチング流体５１８（例えば、水銀などの液体金属）は、パッド１１２〜１１６に対して濡れることができ、キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持される。スイッチング流体５１８は、スイッチング流体５１８に加えられる力に応答して、キャビティの１つ又は複数を通る光路５２２／５２４、５２６／５２８を開閉する役をする。一例として、光路は、スイッチング流体を保持するキャビティ５０８内の半透明の窓と位置合わせされた導波管５２２〜５２８によって画定され得る。光路５２２／５２４、５２６／５２８の遮断は、スイッチング流体５１８が不透明であることによって達成され得る。くぼみ１０２〜１０６は、濡れ性のあるパッド１１２〜１１６を基板１００の表面から後退させ、これにより、スイッチ状態が変化する間にスイッチング流体がパッドの縁部を持ち上げることを防止することが支援され得る。キャビティのうちの１つ又は複数の中に保持された作動流体５２０（例えば、不活性ガス又は液体）は、スイッチング流体５１８に力を加える役をする。
【００１５】
図５に示されたスイッチなどのスイッチの構成と動作に関するさらなる詳細は、上述したコンドウ他の特許、及びMarvin Wongの特許出願に見出され得る。
【００１６】
図６と図７は、流体ベースのスイッチの第３の例示的な実施形態を示す。スイッチ６００は、スイッチング流体キャビティ６０４、１対の作動流体キャビティ６０２、６０６、及び作動流体キャビティ６０２、６０６のうちの対応するキャビティをスイッチング流体キャビティ６０４に接続する１対のキャビティ６０８、６１０を含む。スイッチの構成に応じて、より多くのキャビティ又はより少ないキャビティを基板内に形成できることが想定される。例えば、１対の作動流体キャビティ６０２、６０６、及び１対の接続キャビティ６０８、６１０を、単一の作動流体キャビティ及び単一の接続キャビティと取り替えることができる。
【００１７】
基板６０２、６０４の一方の上の一部は、「シールベルト」６１２、６１４、６１６を形成するためにメタライゼーションされ得る。スイッチング流体６１８を保持するキャビティ内にシールベルト６１２〜６１６を形成することにより、スイッチング流体６１８が濡らすことができる追加の表面積が提供される。これにより、スイッチング流体がとることができる種々の状態をラッチ（保持）することを援助するだけでなく、スイッチング流体が漏出できず、且つスイッチング流体をより容易にポンピングできる（即ち、スイッチ状態が変化する間に）シールされたチャンバを形成することにも役立つことができる。
【００１８】
シールベルト６１２〜６１６はそれぞれ、基板６０２、６０４のうちの１つのくぼみの中に付着され得る。くぼみは、シールベルトを基板の表面から後退させる。これにより、スイッチの状態が変化する間に、スイッチング流体６１８がシールベルトの縁部を持ち上げることを防止することが支援され得る。
【００１９】
さらに、スイッチは濡れ性のあるパッド（電気接点として機能できる）６０６、６０８、６１０を含む。また、濡れ性のあるパッドも、基板６０２のうちの１つの上のくぼみの中に付着される。代替の実施形態では、濡れ性のあるパッドが基板６０２の平らな面の上に付着され、基板は濡れ性のあるパッド用のくぼみを含まなくてもよいことを理解されたい。
【００２０】
本明細書において、本発明を例示する現在好ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明の概念は別の方法で様々に具現化されて採用され得ることを理解されたい。添付の特許請求の範囲は、従来技術によって限定されることを除いて、係る変形態様も含むものと解釈されるべきであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】流体ベースのスイッチ内で使用され得るくぼみを有する基板の第１の例示的な実施形態の立面図である。
【図２】流体ベースのスイッチ内で使用され得るくぼみを有する基板の第２の例示的な実施形態の平面図である。
【図３】図２の基板の立面図である。
【図４】くぼみを有する基板を使用できるスイッチの第１の例示的な実施形態の斜視図である。
【図５】くぼみを有する基板を使用できるスイッチの第２の例示的な実施形態の斜視図である。
【図６】くぼみを有するスイッチの第３の例示的な実施形態の平面図である。
【図７】図６のスイッチの立面図である。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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