(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのベース上に複数のリレーを形成したマトリックスリレーにおいて、
シリコンウエハの上面に、個々のリレーに対応する複数の浅溝を並設した前記ベースと、
単結晶の薄板状基材に駆動手段が積層され、かつ、上面に可動接点を設けるとともに、前記薄板状基材の両端が前記浅溝の上方にそれぞれ架け渡すように前記ベースに固定支持された複数の可動片と、
ガラス基板の下面のうち、前記ベースの浅溝と対応する位置に複数の深溝を並設するとともに、前記深溝の天井面に前記可動接点と接離可能に対向するように一対の固定接点を配置する一方、前記ベースの上面に積載一体化することにより、前記ベースの浅溝と前記深溝とで形成された個々の内部空間内に前記可動片をそれぞれ封止するガラスカバーとからなり、
前記ガラスカバーに設けた固定接点用スルーホールの下端部が一対の前記固定接点に接続され、かつ、その上端部が前記ガラスカバーの表面に電気接続可能に露出する一方、前記ガラスカバーに設けた駆動用共通スルーホールの下端部が前記可動片の電極に電気接続され、かつ、その上端部が前記ガラスカバーの表面に電気接続可能に露出し、前記駆動手段を介して前記可動片を個々に湾曲させることにより、前記可動接点を一対の前記固定接点に接離させて電気回路を開閉することを特徴とするマトリックスリレー。
【請求項２】
前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面に積層した圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載のマトリックスリレー。
【請求項３】
前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面に形成したヒータ層からなることを特徴とする請求項１に記載のマトリックスリレー。
【請求項４】
前記駆動手段が、前記薄板状基材の片面に形成したヒータ層と、このヒータ層に絶縁膜を介して金属材を積層して形成した駆動層とからなることを特徴とする請求項１に記載のマトリックスリレー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマトリックスリレー、特に、単結晶の薄板状基材からなる可動片を湾曲させて接点を開閉するマトリックスリレーに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、マトリックスリレーとしては、例えば、特開平７−２９４７３号公報に記載のものがある。
【０００３】
すなわち、固定接点コアにソレノイドを捲装した所要数の電磁石からなる電磁石列で、帯板に設けた可動ばね接点を駆動することにより、接点を開閉するものである。
【０００４】
しかしながら、前述のマトリックスリレーは、固定接点コアにソレノイドを捲装した電磁石を構成部品とするので、装置の小型化、特に、薄型化に限界がある。
また、構成部品の大部分が偏平でなく、一方向から積み重ねることができないので、組立に手間がかかり、生産性が低いという問題点がある。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑み、超小型で組立が容易なマトリックスリレーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるマトリックスリレーは、前記目的を達成するため、１つのベース上に複数のリレーを形成したマトリックスリレーにおいて、シリコンウエハの上面に、個々のリレーに対応する複数の浅溝を並設した前記ベースと、単結晶の薄板状基材に駆動手段が積層され、かつ、上面に可動接点を設けるとともに、前記薄板状基材の両端が前記浅溝の上方にそれぞれ架け渡すように前記ベースに固定支持された複数の可動片と、ガラス基板の下面のうち、前記ベースの浅溝と対応する位置に複数の深溝を並設するとともに、前記深溝の天井面に前記可動接点と接離可能に対向するように一対の固定接点を配置する一方、前記ベースの上面に積載一体化することにより、前記ベースの浅溝と前記深溝とで形成された個々の内部空間内に前記可動片をそれぞれ封止するガラスカバーとからなり、前記ガラスカバーに設けた固定接点用スルーホールの下端部が一対の前記固定接点に接続され、かつ、その上端部が前記ガラスカバーの表面に電気接続可能に露出する一方、前記ガラスカバーに設けた駆動用共通スルーホールの下端部が前記可動片の電極に電気接続され、かつ、その上端部が前記ガラスカバーの表面に電気接続可能に露出し、前記駆動手段を介して前記可動片を個々に湾曲させることにより、前記可動接点を一対の前記固定接点に接離させて電気回路を開閉する構成としてある。
【０００７】
前記駆動手段は、前記薄板状基材の片面に積層した圧電素子であってもよく、また、前記薄板状基材の片面に形成したヒータ層であってもよい。さらに、前記駆動手段は、前記薄板状基材の片面に形成したヒータ層と、このヒータ層に絶縁膜を介して金属材を積層して形成した駆動層とからなるものであってもよい。
【０００８】
本願発明によれば、単結晶の薄板状基材からなる可動片を湾曲させて接点を開閉できるので、装置の小型化が容易である。
また、前記可動片の慣性力が小さいので、疲労破壊が生じにくくなり、寿命が伸びる。
さらに、前記可動片は、その両端を固定支持してあるので、外部振動等の影響を受けにくく、安定した動作特性を有するマトリックスリレーが得られる。
特に、駆動手段に金属材からなる駆動層を設けてあるので、動作特性が俊敏になり、応答特性が向上する。
【０００９】
また、前記駆動手段は、前記カバーに設けたスルーホールを介し、前記カバーの表面において電気接続可能としてもよい。また、前記固定接点は、前記カバーに設けたスルーホールを介し、前記カバーの表面において電気接続可能としてもよい。
本実施形態によれば、内部構成部品の電気接続をカバーの表面で行うことができ、接続作業が容易になる。
【００１０】
また、前記カバーの表面に露出するスルーホールの上端部を、前記カバーの表面に形成したプリント配線を介し、前記カバーの表面に設けた接続パッドに電気接続しておいてもよい。
本実施形態によれば、カバーの表面に設けた接続パッドを介して所望の位置で外部機器に接続できるので、便利であるという効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明の目的を達成するマトリックスリレーを示す第１ないし第４実施形態を図１ないし図７の添付図面に従って説明する。
第１実施形態は、図１Ａないし図３Ｂに示すように、ベース１１０に、可動片ユニット１２０、および、カバー１４０を順次積み重ね、接合一体化したマトリックスリレーである。
【００１２】
前記ベース１１０は、シリコンウエハ１１０ａの上面に４本の浅溝１１１，１１２，１１３，１１４を所定のピッチで並設したものである。
【００１３】
前記可動片ユニット１２０は、方形枠状シリコンウエハ１２０ａに第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４を架け渡すように形成することにより、絶縁状態で並設したものである。そして、第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４は単結晶の薄板状基材１２５の上面に絶縁膜１２６を積層し、さらに、下部電極１２７、圧電素子１２８および上部電極１２９を順次積層してある。また、前記絶縁膜１２６の中央部には可動接点１３０が絶縁状態で配置されている。
【００１４】
そして、前記ベース１１０に可動片ユニット１２０を積み重ねて接合一体化することにより、前記第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４は前記浅溝１１１，１１２，１１３，１１４の上方に位置するとともに、その両端を前記ベース１１０の開口縁部にそれぞれ固定支持されることになる。
【００１５】
なお、図１Ｂにおいて、下部電極１２７、圧電素子１２８および上部電極１２９が、可動接点１３０で分断されているように図示されているが、左右の下部電極１２７、圧電素子１２８および上部電極１２９はそれぞれ電気接続されている。
【００１６】
前記カバー１４０は、ガラスウエハ１４０ａの下面に内部空間となる深溝１４１，１４２，１４３，１４４を所定のピッチで並設し、この深溝１４１，１４２，１４３，１４４の天井面のうち、前記可動接点１３０に対応する位置に一対の固定接点１４５，１４６をそれぞれ設けてある。
【００１７】
各固定接点１４５は、前記ガラスウエハ１４０ａの下面に沿って形成したプリント配線（図示せず）を介し、ガラスウエハ１４０ａに設けたスルーホール１６１ａ，１６２ａ，１６３ａ，１６４ａにそれぞれ接続され、カバー１４０の表面に引き出されている。
【００１８】
同様に、各固定接点１４６は、前記ガラスウエハ１４０ａの下面に沿って形成したプリント配線１５１，１５２，１５３，１５４を介し、ガラスウエハ１４０ａに設けたスルーホール１６１ｂ，１６２ｂ，１６３ｂ，１６４ｂにそれぞれ接続され、カバー１４０の表面において電気接続可能となっている。
【００１９】
そして、前記スルーホール１６１ａ，１６２ａはプリント配線１５５を介して入力用第１接続パッド１７０に電気接続され、前記スルーホール１６３ａ，１６４ａはプリント配線１５６を介して入力用第２接続パッド１７１に電気接続されている。さらに、前記スルーホール１６１ｂ，１６３ｂはプリント配線１５７を介して出力用第１接続パッド１７２に電気接続されている。また、前記スルーホール１６２ｂ，１６４ｂはプリント配線１５８を介して出力用第２接続パッド１７３に電気接続されている。
【００２０】
また、４つの下部電極１２７は、カバー１４０に設けた駆動用共通スルーホール１８０に電気接続されている。一方、４つの上部電極１２９は、カバー１４０に設けた駆動用スルーホール１８１，１８２，１８３，１８４にそれぞれ電気接続されている。
【００２１】
したがって、図３Ａ，３Ｂの回路図における入力１，２、および、出力１，２が、前記接続パッド１７０，１７１、および、接続パッド１７２，１７３にそれぞれ対応する。
【００２２】
また、図３Ａ，３ＢにおけるＲｙ１，２，３，４が、前記第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４からなるリレーにそれぞれ対応する。
【００２３】
次に、前述の構造を有するマトリックスリレーの動作について説明する。
まず、第１可動片１２１の下部電極１２７，上部電極１２９に電圧が印加されていない場合、圧電素子１２８が励起されず、第１可動片１２１は平坦なままであり、その可動接点１３０は固定接点１４５，１４６から開離している。
【００２４】
そして、駆動用共通スルーホール１８０および駆動用スルーホール１８１を介し、圧電素子１２８が上方に湾曲するように電圧を印加すると、薄板状基材１２５のばね力に抗して第１可動片１２１が上方に湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６に接触し、スルーホール１６１ａ，１６１ｂからプリント配線１５５，１５７を介し、接続パッド１７０，１７２が相互に導通する。
【００２５】
さらに、前述の電圧の印加を解除すると、薄板状基材１２５のばね力によって第１可動片１２１が元の状態に復帰し、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６から開離する。
【００２６】
以後、同様に、スルーホール１８０，１８２を介し、第２可動片１２２の圧電素子１２８が上方に湾曲するように電圧を印加すると、第２可動片１２２が上方に湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６に接触し、スルーホール１６２ａ，１６２ｂからプリント配線１５５，１５８を介し、接続パッド１７０，１７３が相互に導通する。
【００２７】
また、スルーホール１８０，１８３を介し、第３可動片１２３の圧電素子１２８が上方に湾曲するように電圧を印加すると、第３可動片１２３が上方に湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６に接触し、スルーホール１６３ａ，１６３ｂからプリント配線１５６，１５７を介し、接続パッド１７１，１７２が相互に導通する。
【００２８】
さらに、スルーホール１８０，１８４を介し、第４可動片の圧電素子１２８が上方に湾曲するように電圧を印加すると、第４可動片１２４が上方に湾曲する。このため、可動接点３０が固定接点１４５，１４６に接触し、スルーホール１６４ａ，１６４ｂからプリント配線１５６，１５８を介し、接続パッド１７１，１７３が相互に導通する。
【００２９】
前述の第１実施形態では、印加電圧を解除すると、元の状態に復帰する通常の圧電素子１２８を利用する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限らず、印加電圧を解除しても、変形状態を維持し、逆方向に電圧を印加した場合に元の状態に復帰する形状記憶圧電素子を使用することにより、いわゆるラッチングタイプのマトリックスリレーとしてもよい。
【００３０】
第２実施形態は、図４Ａ，図４Ｂおよび図５に示すように、前述の第１実施形態とほぼ同様であり、異なる点は、第１実施形態が圧電素子２８の変形を利用する場合であるのに対し、第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４の熱膨張による変形を利用する点である。
【００３１】
すなわち、第１，第２，第３，第４可動片１２１，１２２，１２３，１２４は、単結晶からなる薄板状基材１２５の表面にホウ素等を打ち込んで電気抵抗を大きくしたヒータ層１３１と、絶縁膜１３２を介し、金属材を積層して形成した駆動層１３３とからなるものである。そして、前記絶縁膜１３２の中央部には、可動接点１３０が絶縁状態で配置されている。
【００３２】
次に、第２実施形態にかかるマトリックスリレーの動作について説明する。
例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第３可動片１２３のヒータ層１３１に電流が流れていない場合、ヒータ層１３１が発熱しないので、駆動層１３３は膨張しない。このため、第１可動片１２１は平坦なままであり、その可動接点１３０は固定接点１４５，１４６から開離している。
【００３３】
そして、駆動用共通スルーホール１８０および駆動用スルーホール１８３を介してヒータ層１３１に電流を流すと、ヒータ層１３１が発熱し、薄板状基材１２５および駆動層１３３を加熱する。しかし、薄板状基材１２５の熱膨張係数よりも駆動層１３３の熱膨張係数の方が極めて大きいので、薄板状基材１２５のばね力に抗して第３可動片１２３が上方に湾曲する。このため、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６に接触する。この結果、スルーホール１６３ａ，１６３ｂからプリント配線１５６，１５７を介して接続パッド１７０，１７２が相互に導通する。
【００３４】
さらに、前述の電圧の印加を解除すると、薄板状基材１２５のばね力によって第３可動片１２３が元の状態に復帰し、可動接点１３０が固定接点１４５，１４６から開離する。
【００３５】
なお、他の第１，第２，第４可動片１２１，１２２，１２４の動作は、前述の第１４実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
また、各可動片は駆動手段としてヒータ層だけを形成してもよい。さらに、前記ヒータ層は、薄板状基材の表面にプラチナ，チタン等の金属材あるいはポリシリコンを積層して形成してもよい。
【００３７】
前述の実施形態では、４つの可動片を並設したマトリックスリレーについて説明したが、必ずしもこれに限らず、図６に示す第３実施形態あるいは図７に示す第４実施形態のように、４つ以上の可動片を並設したマトリックスリレーに適用してもよいことは勿論である。この場合における各固定接点の接続方法としては、例えば、カバーに設けたスルーホールを介し、カバーの表面に多層構造のプリント配線を形成して接続する方法がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるマトリックスリレーによれば、単結晶の薄板状基材からなる可動片を湾曲させて接点を開閉できるので、装置の小型化が容易であるとともに、可動片の慣性力が小さいので、疲労破壊が生じにくくなり、寿命が伸びるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａは、マトリックスリレーであるマイクロリレーの第１実施形態を示す平面図、図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】  図２は、図１Ａの２−２線断面図である。
【図３】  図３Ａは、図１Ａおよび図１Ｂのマトリックスリレーの回路を示すマトリックス回路図、図３Ｂは図３Ａを見やすくするために書き換えた回路図である。
【図４】  図４Ａは、本願発明にかかるマトリックスリレーの第２実施形態を示す平面図、図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線断面図である。
【図５】  図５は、図４Ａの５−５線断面図である。
【図６】  図６は、マトリックスリレーを構成する並設した多数の可動片を示す第３実施形態の斜視図である。
【図７】  図７は、多数のリレー素子からなる第４実施形態にかかるマトリックスリレーの回路図である。
【符号の説明】
１１０…ベース、１２０…可動片ユニット、１２１，１２２，１２３，１２４…第１，第２，第３，第４可動片、１２５…薄板状基材、１２６…絶縁膜、１２７，１２９…下部，上部電極、１２８…圧電素子、１３０…可動接点、１３１…ヒータ層、１３２…絶縁膜、１３３…駆動層、１４０…カバー、１５１〜１５８…プリント配線、１６１ａ，１６１ｂ〜１６４ａ，１６４ｂ…入出力用スルーホール、１７０〜１７３…接続パッド、１８０…駆動用共通スルーホール、１８１〜１８４…駆動用スルーホール。
【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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