JPH05242788A - 静電リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動板の両側に固定基体が配置された構造の
静電リレーにおいて、熱膨張による歪みが生じ難く、ま
た、上下の固定基体の大きさのアンバランスを少なくで
き、さらに、外部回路と接続するための接続電極の形成
が容易な構造の静電リレーを提供する。 【構成】 一対の固定基体７、８および可動板６が導電
性基板からなり、固定側駆動電極７０、８０と外部回路
との電気的接続を行う接続電極７４、８４が、固定基体
７、８の固定側駆動電極７０、８０とは反対側の面に設
けられ、導電性基板からなる固定基体７、８を介して、
接続電極７４、８４と固定側駆動電極７０、８０が導通
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電力（クーロン
力）を利用して接点の接離を行う静電リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の静電リレーを示す。この静
電リレーは、固定基体１６１の表面左右に、対称構造の
固定接点１７１、１７１および固定側駆動電極１７２、
１７２を備え、この固定基体１６１の上に、スペーサ１
７４を挟んで支持枠１６０が取り付けられ、この支持枠
１６０の中央の開口部分に、中心両側の支持部１６５で
支持枠１６０に連結されて左右に延びる可動板１６２、
１６２を備え、この可動板１６２、１６２自体が可動側
駆動電極となっている。可動板１６２の下面には可動接
点１７３、１７３が設けられている。固定側駆動電極１
７２、１７２と可動板１６２、１６２すなわち可動側駆
動電極の間に静電力を作用させれば、可動板１６２、１
６２の先端側が支持部１６５を基点に下方に屈曲旋回
し、固定接点１７１、１７１と可動接点１７３、１７３
が接触する。

【０００３】また、図４に示す静電リレーは、上記従来
例に比べて、駆動電圧印加時の静電力を増大させたもの
である。この静電リレーは、基本的な構造は前記従来例
と同じであるが、可動板１６２の支持枠１６０の上下
に、それぞれ固定基体１６１、１６７が設けられてお
り、固定基体１６１、１６７で可動板１６２を挟み、両
側の固定基体１６１、１６７に設けられた固定側駆動電
極１７２、１７２と、可動板１６０の間に電圧を印加し
て静電力を作用させて、可動板１６０を作動させる。そ
の結果、固定基体１６１、１６７の固定接点１７１、１
７１の何れかに、可動板１６２の両面に形成された可動
接点１７３、１７３が接触することで、リレー動作を果
たす。固定基体１６１、１６７の固定側駆動電極１７
２、１７２は、表面が絶縁膜１７５、１７５で覆われて
いる。固定側駆動電極１７２、１７２は、それぞれ、可
動板１６２の支持枠１６０との接合面に沿って延長さ
れ、支持枠１６０の表面もしくは固定基体１６１の表面
で露出しており、この露出部分が、外部回路と電気的に
接続する接続電極１７４、１７６となる。また、可動側
駆動電極である可動板１６２を外部回路と電気的に接続
するため、接続電極１７４よりも外側の支持枠１６０表
面には、可動側駆動電極用の接続電極１７５が形成され
ている。

【０００４】この静電リレーは、可動側駆動電極である
可動板１６２の両側に固定側駆動電極１７２、１７２が
配置されているため、可動板１６２に加わる静電力すな
わち駆動力が増大し、確実かつ迅速なリレー動作が行え
るという利点を備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来の、可動側駆動電極の両側に固定側駆動電極を配置し
た構造の静電リレーでは、使用時に、熱膨張でリレー全
体が歪み、動作に支障が出るという問題がある。これ
は、従来の静電リレーでは、可動側駆動電極となる可動
板１６２および支持枠１６０にはシリコンなどからなる
導電性のある基板を用いるのに対し、固定基体１６１、
１６７には絶縁性基板を用いており、可動板１６２と固
定基体１６１、１６７の熱膨張特性が異なっていた。そ
のため、静電リレーの使用時に、温度変化が生じると、
固定基体１６１、１６７と可動板６および支持枠６０の
熱膨張率の違いで、リレー全体が歪んでしまうのであ
る。静電リレーは、その構造上、固定接点１７１、１７
１と可動接点１７３、１７３の間にわずかな隙間を有し
ているだけなので、前記のような歪みは、静電リレーの
動作に大きな影響を与えることになる。

【０００６】また、接続電極１７４〜１７６を設ける必
要のために、上下の固定基体１６１、１６７の形状にア
ンバランスが生じて静電力が減少したり、電極の接合構
造が複雑になって、連続通電などの信頼性が低下すると
いう問題もあった。これは、まず、下側の固定基体１６
１の上面に接続電極１７６を設けるには、可動板１６２
の支持枠１６０を固定基体１６１よりも小さくして、固
定基体１６１の上面に露出面を設ける必要がある。つぎ
に、上側の固定基体１６７に接続電極１７４を設けるに
は、可動板１６２の支持枠１６０よりも固定基体１６７
を小さくして、支持枠１６０の表面に固定基体１６７の
接続電極１７４を配置する露出面を設けなければならな
い。しかも、支持枠１６０の表面には、可動側駆動電極
用の接続電極１７５も設けられる。その結果、上側の固
定基体１６７は、下側の固定基体１６１に比べて、大幅
に小さくなってしまうのである。静電リレーの動作特性
に関与する実質的な有効面積は、最も小さな上側の固定
基体１６７が基準になるから、必要な外形寸法に比べて
静電リレーの有効面積が小さくなり、静電リレーの小型
化あるいは高性能化を阻害する要因となっていた。

【０００７】また、接続電極１７４、１７６につながる
電路を、固定基体１６１、１６７と支持枠１６０との接
合面を介して外部まで延長形成する必要があるが、この
ような金属の接合部を伴う電路の形成は、技術的に難し
く、連続通電等の信頼性が低下するのである。そこで、
この発明の課題は、前記したように、可動板の両側に固
定基体が配置された構造の静電リレーにおいて、従来技
術の問題点を解消し、熱膨張による歪みが生じ難く、ま
た、上下の固定基体の大きさのアンバランスを少なくで
き、さらに、外部回路と接続するための接続電極の形成
が容易な構造の静電リレーを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる静電リレーは、固定接点および固定側駆
動電極を有する一対の固定基体が、両面に可動接点およ
び可動側駆動電極を有する可動板を両側から挟み、可動
側駆動電極とその外側の固定側駆動電極がそれぞれ対面
するように配置された静電リレーにおいて、一対の固定
基体および可動板が導電性基板からなり、固定側駆動電
極と外部回路との電気的接続を行う接続電極が、固定基
体の固定側駆動電極とは反対側の面に設けられ、導電性
基板からなる固定基体を介して、接続電極と固定側駆動
電極が導通されている。

【０００９】可動板および固定基体などの静電リレーの
基本的な構造は、可動板の両側に固定基体を配置する通
常の静電リレーと同様でよい。例えば、固定基体に設け
る固定接点や固定側駆動電極、および、可動板の可動接
点などの配置形状は、従来の静電リレーと同じように、
自由に設定することができる。可動側駆動電極となる可
動板あるいは固定側駆動電極の表面に、エレクトレット
を設けておくと、静電力を増大させることができる。特
に、両側の固定側駆動電極に、互いに極性の異なるエレ
クトレットを設けておくと、電圧印加時には、可動側駆
動電極に対して、片側のエレクトレットが吸引力を与
え、反対側のエレクトレットが反発力を与えることにな
り、上下のエレクトレットが同じ方向に力を作用する結
果、静電力の大幅な増大が図れ、好ましい。

【００１０】この発明では、可動板と一対の固定基体の
何れをも、シリコン基板などからなる導電性基板で構成
する。したがって、固定基体に固定接点などの導電構造
を形成するには、導電性基板からなる固定基体の表面に
絶縁層を形成した後、その上に固定接点などを形成する
必要がある。その他、固定基体の上に、固定側駆動電極
を形成したり、可動板の支持枠と接合する際にも、絶縁
の必要な個所には絶縁層を形成するなどの絶縁処理を行
う。

【００１１】固定側駆動電極に電圧を印加して静電力を
生じさせるには、固定側駆動電極を外部回路と電気的に
接続しておく接続電極が必要である。この接続電極を、
固定基体のうち、固定側駆動電極とは反対側の面に設け
ておく。すなわち、固定基体のうち、可動板もしくは可
動板の支持枠と接合される側の面ではなく、その反対側
の面に接続電極が設けられる。接続電極は、導電性基板
からなる固定基体の表面に直接形成され、固定基体を介
して、前記固定側駆動電極と導通することになる。接続
電極は固定基体の前記表面のうち、任意の場所に設けれ
ばよい。

【００１２】接続電極は、固定基体の表面に、固体基体
とは別の材料で電極層を形成する方法のほか、シリコン
などの導電性基板からなる固定基体に、高濃度の不純物
層を形成することによって、固体基体の内部構造自体
に、電極としての機能を持たせることも可能である。

【００１３】

【作用】可動板と一対の固定基体の何れもが、導電性基
板で形成されていれば、可動板と固定基体の熱膨張特性
はほぼ同じになるので、熱膨張率の違いによる歪みは発
生しなくなる。つぎに、固定基体のうち、固定側駆動電
極とは反対側の面に、接続電極を設けておけば、固定基
体が導電性を有するので、この固定基体を介して、接続
電極と固定側駆動電極とを導通させることができる。

【００１４】その結果、前記した従来の静電リレーの問
題、すなわち、間に可動板を挟んだ上下の固定基体に、
それぞれ接続電極の設置場所をとるために、上下の固定
基体の寸法を大幅に違えなくてはならない、という問題
が解消される。接続電極は、固定基体のうち、可動板と
の接合面とは反対側の開放された面に設けられることに
なるので、上下の固定基体で大幅な寸法の違いをつける
必要がなくなるのである。また、接続電極と固定側駆動
電極をつなぐ電路構造が、固定基体と可動板および支持
枠との接合構造に全く影響を受けないので、作製が容易
であり、接続の信頼性も格段に向上する。

【００１５】特に、下側の固定基体では、例えば、固定
基体の下面に設けられた接続電極を、静電リレーを載せ
るパッケージ実装用の支持台を介して、そのまま外部回
路と接続することも可能になり、接続作業の簡略化と、
接続距離の短縮化、および、接続信頼性の向上を図るこ
とができる。

【００１６】

【実施例】ついで、この発明の実施例を図面を参照しな
がら以下に説明する。図１は、この発明にかかる静電リ
レーの断面構造を表し、図２は、平面構造を表してい
る。静電リレーは、可動板６および可動板６を支持する
支持枠６０が、上下の固定基体７、８で挟まれて、接合
一体化されている。可動板６および支持枠６０と固定基
体７、８は、シリコン単結晶板で形成されている。具体
的には、３枚のシリコンウェハに、可動板６および支持
枠６０と、上下の固定基体７、８をそれぞれ複数個作製
したのち、これらのシリコンウェハを重ねて接合し、そ
の後、個々の静電リレー部分毎に分断して、多数の静電
リレーを同時に製造するのが、生産性が高く好ましい方
法となる。

【００１７】図２に示すように、支持枠６０には概略コ
字形の溝６１が貫通形成され、このコ字形溝６１の内側
が矩形の可動板６となる。可動板６は、周囲の支持枠６
０よりも厚みが薄くなっており、可動板６の一辺が支持
枠６０に屈曲自在に支持されている。可動板６の両面に
は、シリコン酸化膜等からなる絶縁層６１、６１が形成
されている。可動板６の先端側両面には、絶縁層６１、
６１の上に、導電金属層などからなる可動接点６２、６
２が設けられている。

【００１８】下側の固定基体８は、上面に絶縁層８１が
形成され、その上に固定接点８２および固定側駆動電極
８０が設けられている。固定側駆動電極８０は、導電金
属層などからなり、絶縁層８１の一部に形成された貫通
部分を通じて、固定基体８に接合されている。固定側駆
動電極８０の表面には、エレクトレット８６が形成され
ている。固定基体８の下面は、全体が接続電極８４とな
っており、パッケージ実装用の支持台９の上に接合され
て、任意の個所で外部回路と接続されるようになってい
る。

【００１９】上側の固定基体７は、下面に、固定基体８
と同様の、絶縁層８１、固定接点７２、固定側駆動電極
７０およびエレクトレット７６が設けられている。但
し、このエレクトレット７６と前記固定基体８のエレク
トレット８６とは、互いに逆の極性を備えたものを用い
ている。固定基体７の上面には、図２に示すように、片
側の隅に接続電極７４が形成されている。

【００２０】固定基体８の上に配置された可動板６の支
持枠６０には、図２に示すように、固定基体８の固定接
点８２の一部が露出するように、切り欠き６７が形成さ
れている。固定基体８と可動板６の支持枠６０は、固定
接点８２と、金属などからなる接合層８９を介して一体
接合されている。上側の固定基体７と支持枠６０とは、
固定接点７２と、可動板６用の接続電極６４を介して一
体接合されている。固定基体７には、固定接点７２の一
部が露出するように切り欠き７７が形成されており、こ
の切り欠き７７の部分で、支持枠６０の上に延長された
固定接点７２が露出し、外部回路と接続可能になってい
る。また、固定基体７には、可動板６の接続電極６４に
対応する位置にも、切り欠き７８が形成されており、接
続電極６４の一部が露出している。

【００２１】上記のような構造の静電リレーにおいて、
接続電極７４および８４と接続電極６４の間に電圧を印
加すると、図１に点線矢印で示すように、接続電極７４
と固定基体７を介して導通している固定側駆動電極７
０、および、接続電極８４と固定基体８を介して導通し
ている固定側駆動電極８０と、可動側駆動電極である可
動板６の間に電圧が印加される。互いに対向する固定側
駆動電極７０、８０と可動板６の間に作用する静電力
で、可動板６の先端側が、上方または下方に作動する。
その結果、可動板６の上下何れかの可動接点６２、６２
が、固定接点７１、７１または８１、８１に接触して短
絡させる。すなわち、固定接点７１、７１または８１、
８１に接続された外部負荷の一方をオン状態にする。接
続電極７４、８４と接続電極６４の間に印加する入力電
圧の極性を反転させれば、可動板６が逆方向に作動し
て、外部負荷のオンオフ状態を逆転できる。

【００２２】上記実施例では、下側の固定基体８、可動
板６の支持枠６０、および、上側の固定基体７の平面寸
法は同じであり、下方の電極を露出させる必要のある個
所のみに、小さな切り欠き６７、７７、７８を形成して
いる。したがって、静電リレーの基本的な動作や特性に
影響のある実質的な面積は、上下の固定基体７、８およ
び可動板６の何れも同じであり、可動板６が上方と下方
に作動するときで特性がアンバランスになることはな
い。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる静電リ
レーは、従来、絶縁基板が用いられていた固定基体の材
料として導電性基板を採用したことにより、同じ導電性
基板からなる可動板との熱膨張率の違いがなくなり、熱
膨張率の違いによる歪みの発生が解消された。

【００２４】しかも、固定側駆動電極を外部回路と接続
するのに必要な接続電極を、可動板との対向面とは反対
側の面に形成して、導電性基板からなる固定基体を介し
て固定側駆動電極と導通させることができるので、接続
電極の形成が容易で、その電気的特性も良好になる。ま
た、固定基体の接続電極を可動板との対向面に形成しな
くてよければ、下側の固定基体から可動板の支持枠およ
び上側の固定基体へと、順番に寸法を小さくして、固定
基体と可動板の対向面上に接続電極を露出させる場所を
確保する必要がなくなり、各固定基体および可動板の支
持枠の寸法形状を略同一に設定することができる。その
結果、上下の固定基体の面積の違いによる動作のアンバ
ランスを無くして、静電リレーの動作特性を改善すると
ともに、静電リレー全体の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例となる静電リレーの断面図

【図２】 同上の平面図

【図３】 従来例の分解斜視図

【図４】 別の従来例の断面図

【符号の説明】

６ 可動板 ６０ 支持枠 ６２ 可動接点 ６４ 接続電極（可動側） ７、８ 固定基体 ７０、８０ 固定側駆動電極 ７２、８２ 固定接点 ７４、８４ 接続電極（固定側）

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】接続電極は、固定基体の表面に、固定基体
とは別の材料で電極層を形成する方法のほか、シリコン
などの導電性基板からなる固定基体に、高濃度の不純物
層を形成することによって、固定基体の内部構造自体
に、電極としての機能を持たせることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 浩一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 粟井 崇善 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 石田 拓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 柿手 啓治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 来住 秀樹 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定接点および固定側駆動電極を有する
   一対の固定基体が、両面に可動接点および可動側駆動電
   極を有する可動板を両側から挟み、可動側駆動電極とそ
   の外側の固定側駆動電極がそれぞれ対面するように配置
   された静電リレーにおいて、一対の固定基体および可動
   板が導電性基板からなり、固定側駆動電極と外部回路と
   の電気的接続を行う接続電極が、固定基体の固定側駆動
   電極とは反対側の面に設けられ、導電性基板からなる固
   定基体を介して、接続電極と固定側駆動電極が導通され
   ていることを特徴とする静電リレー。