JPH0132617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波帯ないしミリ波帯の通信
装置に適するマイクロ波スイツチに関する。特に
消費電力および発熱量が少なく高信頼度でスイツ
チング時間の短い機械的な接点を有するスイツチ
に関する。

〔従来の技術〕

マイクロ波帯におけるスイツチのうち特に需要
が多くかつ重要なものは通信装置の現用装置と予
備装置とを切替える用途に供せられるスイツチで
ある。このような目的に使われるスイツチは低損
失で、非接続端子間の漏洩減衰量（以下、アイソ
レーシヨンと称する。）が大きいことが要求され
るために、半導体を切替素子に用いるものは性能
的な不足から使われず、機械的な接点を有するス
イツチが多く用いられる。マイクロ波帯とは一般
に1GHz付近から十数ＧHzまでを指すが、18GHz
以上は準ミリ波帯、あるいはミリ波帯と呼ばれ
る。高い周波数で使用するスイツチは、特に、信
号伝送路の不連続が小さいことが必要であり、接
点構造上の自由度はあまり大きくない。

このような機械的な接点を有するマイクロ波ス
イツチは接点を駆動するのに電磁アクチユエータ
を用いているものが普通であつた。電磁アクチユ
エータはソレノイドと呼ばれる電気−機械エネル
ギ変換器で、歴史も長く一定の性能と信頼性が得
られているが、見方を変えれば限界に付き当たつ
た状態になり、ことに最近の通信装置の小型化、
低消費電力化、またデイジタル通信の増加による
切替時間の短縮化要求等の新たなニーズに応え切
れないところにきている。

より具体的に述べれば、電磁アクチユエータは
コイルの銅損による電力消費と発熱が問題にな
る。これはほとんど解決の見込みがない。消費電
力を小さくするにはコイルを大きくするのがよい
が、スイツチング速度が遅くなる上にサイズが大
きくなり、小型化の要求に反する。また、アクチ
ユエータの可動部（以下、アーマチユアと呼ぶ。）
の運動量を少なくすることも低消費電力につなが
るが、接点ギヤツプが小さくなり、アイソレーシ
ヨンが不足してくる。あるいはまたアクチユエー
タの発生する力を減らすと消費電力は減るが、接
点接触圧力が不足して信頼性の高い接触は望めな
い。

電磁アクチユエータを用いたマイクロ波スイツ
チのもう一つの限界はスイツチング速度にある。
インダクタンスの大きなコイルを有することによ
る電気的時定数が長いこと、磁性体でできた質量
および慣性モーメントの大きなアーマチユアと比
較的弱いばねを使用していることによる機械的時
定数が長いこと、の二つの理由によつてそのスイ
ツチング速度を速めるには限界がある。ところが
通信方式がアナログからデイジタルへの主流が変
わつていくにつれて、マイクロ波スイツチの切替
時間が問題になつてきた。デイジタル通信では、
スイツチングに伴う信号の欠落が問題になり、従
つてスイツチは速い方がよい。PINダイオード等
の半導体を用いたスイツチは高速ではあるが挿入
損失が大きく、アイソレーシヨンが小さいので使
えない場合が多い。

先行出願 特願昭59−36817（特開昭60−180035号）、特願
昭59−36818（特開昭60−180036号） 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、低消費電力で高信頼度、さらにスイ
ツチング時間を大幅に短縮したマイクロ波スイツ
チを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、選択端子である二つの第一の固定接
点と、上記二つの第一の固定接点の中間に設けら
れた共通端子である一つの第二の固定接点と、こ
の第二の固定接点と上記二つの第一の固定接点と
の間にそれぞれ設けられ、この第二の固定接点と
この二つの第一の固定接点との間のいずれか一方
との間を短絡する二つの可動中心導体と、この二
つの可動中心導体をそれぞれ担持する二つの駆動
棒とを備えたマイクロ波スイツチにおいて、外部
から加えられる電圧により長さが変位する電歪素
子と、この電歪素子の変位を拡大する二つのレバ
ーと、この二つのレバーの先端にそれぞれ互いに
向きあつて並行に取付けられ、この二つのレバー
の変位により互いに逆方向に変位する一対の可撓
性部材と、この一対の可撓性部材の先端を結合
し、この一対の可撓性部材の変位により回転変位
する結合部材と、この結合部材に取付けられ、こ
の結合部材の回転変位により上記二つの駆動棒を
互いに逆方向に動かす駆動棒作動部材とを備えた
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、外部から加えられる電圧により生じ
る電歪素子の軸方向変位を二つのレバーにより拡
大し、この二つのレバーにより拡大された変位で
一対の可撓性部材を互いに逆方向に並行に移動
し、結合部材に回転変位を与え駆動棒作動部材に
より二つの駆動棒を互いに逆方向に動かし二つの
可動中心導体が短絡する固定接点を切替えること
により、消費電力および発熱量が少なく、高信頼
性でスイツチング時間を短くすることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例マイクロ波スイツチの
平面図である。第１図では説明を容易にするため
に、マイクロ波信号が通過する部分（以下、マイ
クロ波切替部と称する。）を断面図で表わしてい
る。１はスイツチ本体であり、マイクロ波切替部
においては伝送線路の外部導体を兼ねている。２
は本体のカバーであり、やはり外部導体を兼ね
る。３は切替えるべき信号がつながる同軸コネク
タ、４はその同軸コネクタ３のシエル、５は絶縁
体、６は中心導体である。同軸コネクタ３の中心
導体６はその先がマイクロ波切替部において固定
接点７へ導かれている。固定接点７は中央共通端
子１個とその両側に選択端子が１個ずつ配置して
ある。これら３個の固定接点７を橋絡するように
２個の可動中心導体８が設けられている。２個の
可動中心導体８は中央共通端子である固定接点７
を中心として、第１図では左右方向に両側の選択
端子である両固定接点７にまたがつて配置してあ
る。可動中心導体８は駆動棒９によつて担持され
ている。１０はコイルばねで駆動棒９を押上げて
いるので、駆動棒９に外部から力が加わらないと
きには、コイルばね１０の復元力によつて可動中
心導体８はカバー２の内側、すなわち外部導体の
内璧に密着するように圧接されている。

次に、このマイクロ波切替部を切替えてスイツ
チングを行うためのアクチユエータの構造につい
て説明する。５０は電歪素子であり、印加電圧に
よつてその長さが軸方向に変化する。５１はレバ
ーであり、上記電歪素子の変位を拡大するために
ある。５５はステータであり、電歪素子の一端が
これに固定してある。５３は上記レバー５１の可
動中心となる支点となる支点ヒンジであり、５２
は電歪素子の変位をレバー５１に伝えるための伝
達ヒンジである。ステータ５５は固定ビス５６に
よつてスイツチの本体１に固定してあるが、固定
方法がビスに限られなく、他の締結手段であつて
もよい。レバー５１の先端部には可撓性の板ばね
５７が取付けてあり、左右のレバー５１から互い
に近づく方向に伸びているが、くい違いをもたせ
てある。両レバー５１の中央付近に上記の可撓性
の板ばね５７を結合する結合部材５８があり、レ
バー５１先端から伸びてきた２個の板ばね５７
は、この結合部材５８に対し偶力のモーメントを
生ずるような関係をもつて固定されている。すな
わちベクトルの大きさは等しく方向は逆でベクト
ルは互いに並行ではあるが力点がずれているよう
にくい違いを持たせて結合部材５８に取付けられ
ている。結合部材５８にはさらに別の板ばね５９
が取付けてある。この板ばね５９は電歪アクチユ
エータから、マイクロ波切替部へ変位と力を伝達
する部材であるが、一方上記結合部材５８の回転
変位をその長さによつて拡大する働きもある。

以上本発明のマイクロ波スイツチの構造全体に
ついて説明したのでその切替動作について説明す
る。第１図に示す状態はマイクロ波スイツチの一
状態を示している。この状態では電歪素子５０は
ほとんど変位していない。第１図において、板ば
ね５９は結合部材５８の左側では駆動棒９を押下
げているが、一方右側では駆動棒９には触れてい
ない。従つて左側の選択端子である固定接点７
と、中央共通端子である固定接点７との間には可
動中心導体８によつて接続され、他方右側の選択
端子と中央端子との間は開回路となつている。左
側の閉回路側ではコネクタから固定接点７を経て
可動中心導体へつながる伝送線路は一定の特性イ
ンピーダンスを有し、不連続の小さい信号伝送路
を形成している。接点接触圧力は信頼度の高い良
好な接触を得るとともに、損耗を小さくする必要
があり、ある一定の範囲内に収まつてなければな
らない。その接触圧力は第１図の実施例では板ば
ね５９の変位によつて発生する力からコイルばね
１０の発生する力を引いた残りの２分の１が接点
当たりの接点接触圧力となる。

一方開回路側では駆動棒９と板ばね５９とは触
れていないので、可動中心導体８は外部導体（具
体的にはカバー２の内面）にコイルばね１０によ
つて圧接されている。このマイクロ波スイツチで
は可動中心導体８がいま延べたように接地してい
ることが必要である。接地していると非接続固定
接点間が遮断導波管となり、大きなアイソレーシ
ヨンが得られる。

次に、第１図の状態からこのマイクロ波スイツ
チを反転し切替える動作について述べる。第１図
の状態から電歪素子５０に電圧を加えると、電歪
素子５０の軸方向の長さが変化する。いま伸長す
る方向に電歪素子５０が変位すると、電歪素子５
０は伝送ヒンジ５２を介してレバー５１を押上げ
る。レバー５１は支持ヒンジ５３で拘束されてい
るので、これを中心に回転運動を起こす。そのと
き伝達ヒンジ５２と支持ヒンジ５３の間隔に比較
して支持ヒンジ５３と板ばね５７が取付けられた
レバー５１の先端との距離が大きいので、電歪素
子５０の小さな変位はレバー先端で大きな変位に
変換される。

電歪素子５０が伸長したとき左右のレバー５１
は互いに近づく方向に変位する。そうすると各々
のレバー５１に取付けられた可撓性の板ばね５７
は互いに並行に近づこうとして結合部材５８のま
わりに偶力のモーメントを発生させ、それによつ
て結合部材５８は回転する。回転につれて板ばね
５７も撓みつつ、偶力のモーメントを打ち消すよ
うな力を発生させる。結合部材５８が回転すると
同時にそれに取付けられた駆動棒９を押すための
板ばね５９も共に回動して左側では駆動棒９を引
き戻し、右側では駆動棒９を押下げる。

第２図は第１図に示すマイクロ波スイツチの他
の状態を示す図で、マイクロ波スイツチが完全に
切替わり、反転し終わつた状態を示している。レ
バー５１の間隔が互いに狭まり、それによつて偶
力のモーメントによつて結合部材５８が回転し、
それとともに板ばね５９が左側では持ち上がつて
駆動棒９から離れ、右側では駆動棒９を押下げて
いる。それにより中央共通端子と右側の選択端子
との間が閉回路になり、中央共通端子と左側の選
択端子の間は開回路になり、従つてスイツチは第
１図に示す状態から反転していることになる。

以上説明したように、本発明のマイクロ波スイ
ツチは電歪形アクチユエータによつて切替動作が
なされるように構成されたものであつて種々の特
長を有してしている。定常状態における電力消費
はほとんど零と言つてよい。従つて発熱もない。
また電歪素子５０から駆動棒９への機械的エネル
ギ伝達系として、系の共振周波数が高いため、ス
イツチング時間は電磁アクチユエータを用いたも
のに比較して著しく短い。スイツチング時間は１
ミリ秒以下で電磁アクチユエータを用いたスイツ
チの1/10以下である。系の共振周波数が高い理由
は圧電素子自体が応答性が良く、さらにヒンジ５
２，５３、レバー５１等のばね定数が大きいため
である。また実施例で説明したように簡素な構造
であり信頼性も高い。

本発明のマイクロ波スイツチはマイクロ波帯に
限定されることなく、より高い周波数、あるいは
VHF帯以下の低い周波数で使うことも可能であ
る。また種々の変形が可能であり、いくつかの変
形について説明する。第３図は第１図に示すマイ
クロ波スイツチの部分斜視図である。第１図およ
び第２図で説明した実施例ではレバー５１と結合
部材５８をつなぐ板ばね５７と、結合部材５８か
ら駆動棒９を動かす板ばね５９とは図面に垂直な
方向に段違いに設けてある。その状態を第３図に
示す。その理由は板ばね５７が邪魔になつて板ば
ね５９と駆動棒９が結合できないのでレベル差を
設けていることにある。このようにすると板ばね
５７にねじれの力が加わるので場合によつては好
ましくない。第４図は本発明第二実施例マイクロ
波スイツチの平面図、第５図はその部分斜視図で
ある。この実施例では第５図に明らかなように板
ばね５７に穴５７ａが穿たれ、そこを通して駆動
棒９が板ばね５９と当接するようになつている。
第４図に示すように、穴５７ａを通る側の駆動棒
９は細くしてある。ここでは部分的に金属ロツド
９ａに変えているがプラスチツクで一体成形した
ものでもよい。第５図には駆動棒９を通す必要の
ない側の板ばね５７にも穴をあけてあるが、これ
は左右の板ばね５７の剛性を合わせるためであり
必ずしも必要ではない。また板ばね５７を一枚の
板としないで並行な二枚の板として、その二枚の
板に間隙を設けてそこを駆動棒が通るようにして
もよい。

次に電歪アクチユエータのレバー５１の間隙の
変化を駆動棒９を押す板ばね５９の回転運動に変
える部分の変形について説明する。この部分のポ
イントはレバー５１の間隙変化が板ばね５７によ
つて結合部材５８に伝えられ、そこで結合部材５
８に偶力のモーメントを生じさせることにある。
従つて種々の変形が考えられる。まず第一にレバ
ー５１の間隙は狭くなる方向に変位しようと、拡
がる方向に変位しようといずれも偶力のモーメン
トを発生させることができるのでどちらの変位を
使つてもよい。結合部材５８と駆動棒９を押すた
めの板ばね５９およびレバー５１と結合部材５８
をつなぐ板ばね５７の結合方法は種々考えられ、
その一部を第６図〜第１０図に示す。

第６図は結合部材５８を厚めの板材で作りこれ
に板ばねを溶接したものである。二枚の板材にて
板ばね５９をはさみこみ、板材の端部に板ばね５
７を接合している。第７図も同様に厚めの板材に
よる結合部材５８の構成方法を示している。第８
図はその側面図であるがここに示すようにコの字
形断面の板材２個からなる結合部材５８の間に板
ばね５９がはさみこまれ、板ばね５７は端部に接
合されている。結合部材５８として板材を用いる
方法は他にも種々あるが、板ばね５７によつて結
合部材５８に偶力のモーメントを発生することが
できればよい。第９図および第１０図は部品点数
を減らす方法を示している。第９図では駆動棒９
を押す板ばね５９の端部を折り曲げそれらを第９
図のように互いに点対称に接合することで結合部
材５８を形成し、そこに板ばね５７を接合してい
る。また第１０図では板ばね５７の端部を折曲
げ、その折曲げられた端部の間に板ばね５９をは
さみ込み、結合部材５８を形成すると同時に板ば
ね間の結合も行つている。

ここでレバー５１から結合部材５８に対し偶力
のモーメントを発生させ回転を生じさせる板ばね
５７をいままで板ばねとして説明してきたが、板
ばねを用いるのが最も容易かつ良好な結果を得る
からであつて可撓性の材料なら必ずしも板ばねに
限るわけではなく、プラスチツク、ワイヤ状の材
料等も考えられる。また、結合部材５８の回転を
駆動棒９に伝える板ばね５９も同様に板ばねでな
くともよく、プラスチツクでもワイヤでもよい。
レバーの間隔変化が結合部材５８に回転を生じさ
せればよい。

以上説明した実施例では、レバー５１はＬ字形
をしていたが、これをコンパクトにしたいためで
あつて、必ずしも第１図および第２図の実施例で
述べたような形状でなくてもよい。レバー５１の
間隔が電歪素子５０の変位によつて変わるもので
あればよく、第１１図に別の実施例を示す。

第１１図ではレバー５１はＬ字形に曲がつてお
らず直線状に伸びており、一対の並行なレバー５
１の先端に板ばね５７が取付けられ、一対の板ば
ね５７は結合部材５８に接合され、結合部材５８
には駆動棒９を動かすための板ばね５９が取付け
てある。電歪素子５０が変位すると、支持ヒンジ
５３を中心にしてレバー５１によつて変位が拡大
され、レバー先端の間隔が変化し、板ばね５７を
介して結合部材５８に偶力のモーメントを生じさ
せ、板ばね５９を回動させて駆動棒を動かす。第
１１図の実施例では電歪素子５０が伸長する方向
に変位した場合に、レバー５１は先端が互いに拡
がる方向に変位し、結合部材５８は左回転する。

本発明のマイクロ波スイツチに用いられる電歪
アクチユエータは電歪素子５０の変位がレバー５
１を介して結合部材５８に伝わり、そこに偶力モ
ーメントを生じさせ回転運動を起こさせるところ
に特徴があるので、上述した実施例のほかにも同
様の効果がある方法が種々考えられる。第１２図
は別の実施例であつて、電歪素子５０の配置が先
の実施例とは90°異なつている。この場合でも電
歪素子５０の長さの変化がレバー５１を介して板
ばね５７に伝達され、結合部材５８に回転運動を
生じさせる。

電歪アクチユエータ側からマイクロ波切替部を
駆動する方法についても、種々の変形が考れられ
る。いままで説明した実施例では、電歪アクチユ
エータは板ばね５９によつて、マイクロ波切替部
の可動中心導体８を担持した駆動棒９を押下げる
ことによつて切替動作を行わせていた。駆動棒９
を押下げることで可動中心導体８を固定接点７に
圧接させて閉回路とし、一方板ばね５９が駆動棒
９を押下げないときは、駆動棒９はマイクロ波切
替部に組込まれた第１図および第２図に示すコイ
ルばね１０の力によつて押され、その結果可動中
心導体８はストリツプ線路の外導体璧に圧接さ
れ、大きなアイソレーシヨンを得るような形式を
用いていた。

しかしながら、駆動棒９をコイルばね１０で押
して可動中心導体８を外導体内壁に圧接させる代
わりに電歪アクチユエータの板ばね５９を用いて
同様の働きをさせることも可能である。第１３図
は本発明第三実施例マイクロ波スイツチの平面図
である。第１３図において、コイルばねはなく駆
動棒９は板ばね５９に係合するように構成されて
いる。第１４図および第１５図は駆動棒９と板ば
ね５９との係合状態を説明する図で駆動棒９の先
端は細くなつてさらに先端に張出し９ｂが設けて
ある。一方板ばね５９の先端は二つに分かれスロ
ツト５９ａが設けてある。このスロツト５９ａに
上記駆動棒９の張出し部材９ｂが嵌挿してある。

その動作について説明すると、板ばね５９が駆
動棒９を押下げて可動中心導体８を固定接点７に
圧接させる側は先の実施例とほぼ同様であるが、
コイルばねが存在しないだけ負荷は軽い。一方、
結合部材５８の反対側の板ばね５９は先の実施例
では自由であつたのが、第１３図の実施例では駆
動棒９を引上げて、駆動棒９が担持した可動中心
導体８を外導体内壁面に圧接させているのでその
分が負荷として加わつている。従つて電歪アクチ
ユエータの全負荷としては先の実施例とほぼ同じ
である。ただし、機構的にはかなり簡素化されて
いる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、消費電力の点
では圧倒的な低減をはかることができ、かつ切替
時間も著しく短縮することができる優れた効果が
ある。これにより通信装置の低消費電力化に寄与
するところが大である。またスイツチング時間の
短縮によつてデイジタル通信に適合したマイクロ
波スイツチを実現することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例マイクロ波スイツチ
の平面図。第２図は第１図に示すマイクロ波スイ
ツチの他の状態を示す図。第３図は第１図に示す
マイクロ波スイツチの部分斜視図。第４図は本発
明第二実施例マイクロ波スイツチの平面図。第５
図は第４図に示すマイクロ波スイツチの部分斜視
図。第６図、第７図第９図および第１０図は本発
明のマイクロ波スイツチの結合部材の実施態様を
示す平面図。第８図は第７図に示す結合部材の側
面図。第１１図および第１２図は本発明マイクロ
波スイツチの電歪アクチユエータの実施態様を示
す平面図。第１３図は本発明第三実施例マイクロ
波スイツチの平面図。第１４図はその部分拡大平
面図。第１５図はその部分拡大斜視図。 １……スイツチ本体、２……カバー、７……固
定接点、８……可動中心導体、９……駆動棒、１
０……コイルばね、５０……電歪素子、５１……
レバー、５２……伝達ヒンジ、５３……支持ヒン
ジ、５５……ステータ、５７，５９……板ばね、
５８……結合部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選択端子である二つの第一の固定接点と、 上記二つの第一の固定接点の中間に設けられた
   共通端子である一つの第二の固定接点と、 この第二の固定接点と上記二つの第一の固定接
   点との間にそれぞれ設けられ、この第二の固定接
   点とこの二つの第一の固定接点との間のいずれか
   一方との間を短絡する二つの可動中心導体と、 この二つの可動中心導体をそれぞれ担持する二
   つの駆動棒と を備えたマイクロ波スイツチにおいて、 外部から加えられる電圧により長さが変位する
   電歪素子と、 この電歪素子の変位を拡大する二つのレバー
   と、 この二つのレバーの先端にそれぞれ互いに向き
   あつて並行に取付けられ、この二つのレバーの変
   位により互いに逆方向に変位する一対の可撓性部
   材と、 この一対の可撓性部材の先端を結合し、この一
   対の可撓性部材の変位により回転変位する結合部
   材と、 この結合部材に取付けられ、この結合部材の回
   転変位により上記二つの駆動棒を互いに逆方向に
   動かす駆動棒作動部材と を備えたことを特徴とするマイクロ波スイツチ。