(57)【要約】【課題】機械式リレーではリレーコイルが必須であるが、リレーコイルがあるため製作コストは高くなり、リレーの応答速度も遅くなっていた。また、電磁力で動作するものであるため、高磁場環境下においては使用に適しなかった。【解決手段】リレー１の可動接点２を、イオン導電性高分子１１の両面に貴金属層１２，１３が接合されたところの細長い板状のイオン導電性高分子・貴金属接合体で構成する。そして、固定接点３と共に、含水絶縁液５を満たした容器４内に収容封入する。可動接点２の固定端の上下面に設けた端子電極６，７に電圧を印加すると、可動接点２は下方に屈曲し、固定接点３にオンする。リレーコイルを必要としないので製作コストは安く、電磁力で動作させていないので、高磁場環境下でも使用可能である。可動接点２の屈曲の応答速度は速いので、リレーの応答速度も速いものとなる。固定接点３と接触する部分に電気接点材のメッキ層１４を形成すれば、耐磨耗性が良くなる。【選択図】図１
2007250217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン導電性高分子膜の両面に接合により貴金属層が形成されたところの細長い板状のイオン導電性高分子・貴金属接合体から成り、その長手方向の一方の端部が自由端とされ他方の端部が固定端とされた可動接点と、
該可動接点の自由端とオン，オフするよう配設された固定接点と、
前記可動接点の固定端の一方の側の貴金属層に固着された第１の端子電極と、
前記可動接点の固定端の他方の側の貴金属層に固着された第２の端子電極と、
含水絶縁液が満たされ、前記の可動接点，固定接点，第１，第２の端子電極を収容封入する容器と、
前記固定接点，前記第１，第２の端子電極にそれぞれ接続され、前記容器の外へ引き出されている配線と
を具えた構成とし、
前記第１，第２の端子電極間に電圧を印加することにより前記可動接点を屈曲させ、該可動接点と前記固定接点とをオンまたはオフさせるようにした
ことを特徴とするリレー。
【請求項２】
固定接点として自由端の両側に第１，第２の固定接点が設けられ、可動接点の屈曲時に第１の固定接点にオンし、第２の固定接点からオフするようにした請求項１記載のリレー。
【請求項３】
イオン導電性高分子膜の両面に接合により貴金属層が形成されたところの細長い板状のイオン導電性高分子・貴金属接合体から成り、その中央部分が固定されると共に、長手方向の一方の端部が第１の自由端とされ他方の端部が第２の自由端とされた可動接点と、
該可動接点の第１，第２の自由端とそれぞれオン，オフするよう配設された第１，第２の固定接点と、
前記可動接点の中央部分の一方の側の貴金属層に固着される第１の端子電極と、
前記可動接点の中央部分の他方の側の貴金属層に固着される第２の端子電極と、
含水絶縁液が満たされ、前記の可動接点，第１，第２の固定接点，第１，第２の端子電極を収容封入する容器と、
前記第１，第２の固定接点，前記第１，第２の端子電極にそれぞれ接続され、前記容器の外へ引き出されている配線と
を具えた構成とし、
前記第１，第２の端子電極間に電圧を印加することにより前記可動接点を屈曲させ、該可動接点と前記第１，第２の固定接点とをオンまたはオフさせるようにした
ことを特徴とするリレー。
【請求項４】
可動接点の屈曲時に第１，第２の固定接点とオンするようにした請求項３記載のリレー。
【請求項５】
可動接点の屈曲時に第１，第２の固定接点からオフするようにした請求項３記載のリレー。
【請求項６】
可動接点の屈曲時に第１の固定接点とはオンし、第２の固定接点からはオフするようにした請求項３記載のリレー。
【請求項７】
可動接点の貴金属層の表面の内、少なくとも固定接点と接触する表面の上に、電気接点材のメッキ層を形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のリレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号に応じて電気回路をオン，オフするリレー（継電器）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のリレーの代表的なものとしては、機械式リレーと半導体リレーがある。
機械式リレーは、機械的な接点機構およびリレーコイルを具え、リレーコイルにより生ぜしめられた電磁力により接点機構の可動部を動作させ、電気回路をオン，オフするリレー（いわゆる「電磁継電器」）である。
半導体リレーは、半導体スイッチ素子を電気信号あるいは光信号等で制御して、電気回路をオン，オフするリレーである。
【０００３】
図５は、そのような従来のリレーの例を示す図である。図５において、２０は機械式リレー、２１は固定接点、２２は可動接点、２３はリレーコイル、２４，２５は配線、２６は半導体リレー、２７は発光半導体素子、２８は光半導体スイッチ素子である。
図５（１）は機械式リレー２０を示す図である。リレーコイル２３に信号電流が流されると、該リレーコイル２３により生ぜしめられた電磁力により可動接点２２が吸引され、固定接点２１にオンする。これにより、配線２４，２５の電気回路はオンされる。その後、リレーコイル２３への信号電流がなくなり電磁力が消滅すると、可動接点２２は元の位置へ復帰するので固定接点２１から離れ、電気回路はオフされる。
図５（２）は半導体リレー２６を示す図である。発光半導体素子２７に信号電流が流されると発光し、その光は光半導体スイッチ素子２８に照射される。すると、光半導体スイッチ素子２８はオンし、配線２４，２５の電気回路はオンされる。光半導体スイッチ素子２８のオフは、そこを流れる電流を保持電流値以下に低減する手段が講じられる（例えば電源をオフする）ことによってなされる。
【特許文献１】特開２００３−１７３７２７号公報
【特許文献２】特開２００５−１６７３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体リレーは安価ではあるが、熱に弱いという欠点を有しており、或る程度以上の電流用となると、やはり機械式リレーに頼らざるを得ないのが現状であった。しかしながら、従来の機械式リレーには、次のような問題点があった。
第１の問題点は、製作コストが高いという点である。機械式リレーではリレーコイルが必須であるが、リレーコイルの製作工程中には人手を要する工程があり、製作コストが高くなっていた。また、人手の費用がかかるために、製作コストを低減することは、なかなか難しいことであった。
【０００５】
第２の問題点は、リレーとしての応答速度が遅いという点である。その要因の１つは、コイルの持つインピーダンスである。機械式リレーにおいてはリレーコイルに電流が流され、それによって生ぜしめられた電磁力により可動接点（金属片）が応動するわけであるが、コイルにはインピーダンスが存在し、それにより電磁力が所定の大きさ（可動接点を動かすに必要な大きさ）に増大するまでの時間が遅らされるからである。
第３の問題点は、高磁場という環境においては使用に適しないという点である。機械式リレーではリレーコイルが生ずる電磁力で動作するわけであるから、高磁場環境下においては、その高磁場の影響を受けて制御が適切になされないことも有り得るからである。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明のリレーでは、イオン導電性高分子膜の両面に接合により貴金属層が形成されたところの細長い板状のイオン導電性高分子・貴金属接合体から成り、その長手方向の一方の端部が自由端とされ他方の端部が固定端とされた可動接点と、該可動接点の自由端とオン，オフするよう配設された固定接点と、前記可動接点の固定端の一方の側の貴金属層に固着された第１の端子電極と、前記可動接点の固定端の他方の側の貴金属層に固着された第２の端子電極と、含水絶縁液が満たされ、前記の可動接点，固定接点，第１，第２の端子電極を収容封入する容器と、前記固定接点，前記第１，第２の端子電極にそれぞれ接続され、前記容器の外へ引き出されている配線とを具えた構成とし、前記第１，第２の端子電極間に電圧を印加することにより前記可動接点を屈曲させ、該可動接点と前記固定接点とをオンまたはオフさせることとした。
なお、固定接点として自由端の両側に第１，第２の固定接点を設け、可動接点の屈曲時に第１の固定接点にはオン，第２の固定接点からはオフするようにしてもよい。
【０００７】
また、本発明のリレーでは、イオン導電性高分子膜の両面に接合により貴金属層が形成されたところの細長い板状のイオン導電性高分子・貴金属接合体から成り、その中央部分が固定されると共に、長手方向の一方の端部が第１の自由端とされ他方の端部が第２の自由端とされた可動接点と、該可動接点の第１，第２の自由端とそれぞれオン，オフするよう配設された第１，第２の固定接点と、前記可動接点の中央部分の一方の側の貴金属層に固着される第１の端子電極と、前記可動接点の中央部分の他方の側の貴金属層に固着される第２の端子電極と、含水絶縁液が満たされ、前記の可動接点，第１，第２の固定接点，第１，第２の端子電極を収容封入する容器と、前記第１，第２の固定接点，前記第１，第２の端子電極にそれぞれ接続され、前記容器の外へ引き出されている配線とを具えた構成とし、前記第１，第２の端子電極間に電圧を印加することにより前記可動接点を屈曲させ、該可動接点と前記第１，第２の固定接点とをオンまたはオフさせることとした。
このようなリレーにおいて、可動接点の屈曲時に第１，第２の固定接点とオンするようなものとしたり、あるいは第１，第２の固定接点からオフするようなものとしたりすることが出来る。あるいは、可動接点の屈曲時に第１の固定接点とはオンし、第２の固定接点からはオフするようなものとすることも出来る。
前記したいずれのリレーにおいても、可動接点の貴金属層の表面の内、少なくとも固定接点と接触する表面の上に、電気接点材のメッキ層を形成することとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のリレーによれば、製作に人手を要するコイルを構成中に含んでいないので、製作コストを低減することが出来る。また、可動接点として使用しているイオン導電性高分子・貴金属接合体の屈曲応答速度は速いので（１００Ｈｚ以上）、応答速度の速いリレーを実現することが出来る。更に、イオン導電性高分子・貴金属接合体は磁界により屈曲動作するものではないから、それを可動接点として用いている本発明のリレーは、高磁場環境下においても誤動作することなく使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明のリレーの第１の実施形態を示す図である。図１において、１はリレー、２は可動接点、３は固定接点、４は容器、５は含水絶縁液、６，７は端子電極、８〜１０は配線、１１はイオン導電性高分子、１２，１３は貴金属層、１４は電気接点材のメッキ層である。なお、図１は常開リレー（Ａ接点リレー）として構成した場合の例を示している。
図１（１）はリレー１の全体を示し、図１（２）はリレー１に使用される可動接点２を示している。
【００１０】
図１（１）に示すように、本発明のリレー１は、固定接点３および特殊な構造の可動接点２を、水分（Ｈ2 Ｏ）を含むところの絶縁液、即ち含水絶縁液５の環境下に置くよう、含水絶縁液５と共に容器４内に収容，封入して構成したものである。
可動接点２は細長の板状とし、その一方の端部は自由端とする。そして、その自由端に対向して、固定接点３を配設する。固定接点３には配線８を接続する（その端子をＡとする）。
可動接点２の他方の端部は固定端とし、その固定端の片面には端子電極６を取り付け、他の片面には端子電極７を取り付ける。端子電極６には配線９を接続し（その端子をＣとする）、端子電極７には配線１０を接続する（その端子をＢとする）。
【００１１】
図示する如く、可動接点２の面の内、端子電極７を取り付けた面の側に固定接点３を配設した場合、可動接点２を固定接点３にオンさせるためには、可動接点２を固定接点３のある側（図では下方）に屈曲させる必要がある。そのための電圧が、端子電極６と７との間に印加される。印加電圧の極性は、端子電極７につながる端子Ｂの電位をグラウンド電位（ＧＮＤ）と仮定した場合、端子電極６につながる端子Ｃの方が、マイナス電位（−Ｖ）となるようにされる（その理由は図３で説明する）。
【００１２】
図１（２）により、可動接点２の構造を説明する。本発明のリレーでは、可動接点２をイオン導電性高分子・貴金属接合体を主体として構成している。イオン導電性高分子・貴金属接合体は、１９９１年に工業技術院大阪工業試験所において、小黒氏等により発見されたものであり、人工筋肉の一種としても知られている。これは英語名称Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅの頭文字を連ねて、単にＩＰＭＣと略記されることもある。
イオン導電性高分子・貴金属接合体は、水を含む液体環境下に置いて、両面の貴金属接合体間に電圧が印加されると、プラス電位側に屈曲するという特性を有している（その動作原理は、後に図３で説明する。）。リレーの可動接点２と固定接点３との間は、絶縁が保たれている必要があるが、可動接点２を水を含む液体環境下に置くと共に絶縁も保たせるため、その液体としては水を含む絶縁液（含水絶縁液）を使用する。
【００１３】
図１（２）は可動接点２の断面を示しているが、イオン導電性高分子１１の上下の両面には、それぞれ貴金属が接合されて貴金属層１２，１３が形成され、長手方向の一方の端部（図の右端）の上下には、それぞれ端子電極６，７が取り付けられている。図１（１）で可動接点２が固定接点３にオンする場合には、下方に屈曲して貴金属層１３の面が固定接点３に接触するわけであるが、図１（２）に示した例では、接触面の耐磨耗性向上のため、貴金属層１３の表面の内、少なくとも固定接点３と接触する表面の上に、電気接点材のメッキ層１４を形成している。但し、電気接点材のメッキ層１４の形成は必須のものではなく、このリレー１の使用頻度，用途等を考慮し、必要とされる耐磨耗性の程度に応じて行えばよい。
図２は、第１の実施形態のリレーがオン動作している状態を示す図である。可動接点２が下方に屈曲して固定接点３にオンすると、電流は次の経路を通って流れる。端子Ａ→配線８→固定接点３→可動接点２→端子電極７→配線１０→端子Ｂ。
【００１４】
図３は、イオン導電性高分子・貴金属接合体の動作原理を説明する図である。符号は図１のものに対応し、１５はプラスイオン、１６はマイナスイオン、１７は水分子、１８は電源、１９はスイッチである。図３（１）は屈曲していない場合を示し、図３（２）は屈曲している場合を示している。
イオン導電性高分子貴金属接合体は、イオン導電性高分子１１の両面に貴金属を接合して貴金属層１２，１３を形成することによって構成されるが、イオン導電性高分子１１の中には、プラスイオン１５，マイナスイオン１６，水分子１７が含まれている。
【００１５】
図３（１）では、貴金属層１２，１３間に電源１８，スイッチ１９が接続されているものの、スイッチ１９はオフであり、貴金属層１２，１３間に電圧は印加されていない。この場合は、イオン導電性高分子１１中のプラスイオン１５等は偏在することなく、分散して存在している。
ところが、図３（２）に示すように、スイッチ１９をオンして貴金属層１３側をプラス，貴金属層１２側をマイナスとなるよう電圧を印加すると、プラスイオン１５はマイナスが印加された貴金属層１２側へ素早く移動すると共に、それに伴って水分子１７も貴金属層１２側へ移動する。その移動による偏在集合により、貴金属層１２側が膨潤する。その結果、イオン導電性高分子・貴金属接合体全体としては、プラス電圧を印加した貴金属層１３側へ屈曲することとなる。
【００１６】
このようなイオン導電性高分子・貴金属接合体は、次のような特長を有している。
（１）屈曲させるための電圧としては低電圧でよい（例えば、数Ｖ）
（２）屈曲の応答速度が速い（１００Ｈｚ以上）
（３）水を含む液体中で動作することが出来る
（４）柔軟性があり、耐久性，化学的安定性もある
（５）静かに動作する（動作時に音をたてない）
【００１７】
従って、可動接点２として、前記のような特長を有するイオン導電性高分子・貴金属接合体を用いたリレー１は、当然のことながら、応答速度は速くなる。また、構成中にコイルを含んでいないから、製作コストが高くなることもない。更に、イオン導電性高分子・貴金属接合体は、磁界により屈曲動作するものではないから、高磁場環境下においても誤動作することはない。
なお、以上の第１の実施形態の説明では、一端が自由端，他端が固定端とされた可動接点を有するリレーにおいて、Ａ接点を有するリレー（常開リレー）を例にとって説明したが、Ｂ接点を有するリレー（常閉リレー）やＣ接点を有するリレー（切換リレー；可動接点の自由端の両側に第１，第２の固定接点が設けられ、可動接点の屈曲時に第１の固定接点とはオンし、第２の固定接点からはオフするリレー）等にも適用し、同様に構成することが出来ることは言うまでもない。
【００１８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明のリレーの第２の実施形態を示す図である。符号は図１のものに対応し、３１〜３４は固定接点、８１〜８４は配線である。第２の実施形態は、可動接点２の中央部分を固定し、両端を自由端としたリレーである。可動接点２とオン，オフする固定接点は、自由端のそれぞれに対応して設けられている。
図４（１）は、Ａ接点を有するリレー（常開リレー）である。即ち、可動接点２が屈曲しない時（実線の図）は固定接点３１，３２とはオフであり、屈曲した時（点線の図）には両方にオンする。
【００１９】
図４（２）はＢ接点を有するリレー（常閉リレー）である。即ち、可動接点２が屈曲しない時（実線の図）は固定接点３３，３４とオンしており、屈曲した時（点線の図）には両方からオフする。
図４（３）はＣ接点を有するリレー（切換リレー）である。即ち、可動接点２が屈曲しない時（実線の図）は固定接点３１とはオフ，固定接点３４とはオンしており、屈曲した時（点線の図）には固定接点３１とはオン、固定接点３４からはオフする。従って、例えば配線１０と電気的に接続される配線は、屈曲時には配線８４から配線８１へと切り換えられる。
【００２０】
以上述べた本発明のリレーは、可動接点の素材が軽量である上、音をたてずに動作し、小型化することが出来るので（例えば、可動接点２の全長を３ｍｍ以下とか）、体内に埋め込んだりする微小電気機械機構（ＭＥＭＳ；マイクロエレクトロメカニカルシステム）の要素として用いることが出来る。
また、一般に装置における故障は可動部で起こり易いものであるが、本発明のリレーでは、耐久性があり長寿命のイオン導電性高分子・貴金属接合体で可動部が出来ているので、リレー全体も耐久性があり、信頼性が高い。そのため、多数のリレーが組み込まれる装置（例えば、ＩＣテスター）に使用するリレーとして、適している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のリレーの第１の実施形態を示す図
【図２】第１の実施形態のリレーがオン動作している状態を示す図
【図３】イオン導電性高分子貴金属接合体の動作原理を説明する図
【図４】本発明のリレーの第２の実施形態を示す図
【図５】従来のリレーを示す図
【符号の説明】
【００２２】
１…リレー、２…可動接点、３…固定接点、４…容器、５…含水絶縁液、６，７…端子電極、８〜１０…配線、１１…イオン導電性高分子、１２，１３…貴金属層、１４…電気接点材のメッキ層、１５…プラスイオン、１６…マイナスイオン、１７…水分子、１８…電源、１９…スイッチ、２０…機械式リレー、２１…固定接点、２２…可動接点、２３…リレーコイル、２４，２５…配線、２６…半導体リレー、２７…発光半導体素子、２８…光半導体スイッチ素子、３１〜３４…固定接点、８１〜８４…配線
【図１】
2007250217.tif 000003
【図２】
2007250217.tif 000004
【図３】
2007250217.tif 000005
【図４】
2007250217.tif 000006
【図５】
2007250217.tif 000007