JPH06131960A - Micro-actuator, its manufacture, electric relay, and electromagnetic relay - Google Patents
Micro-actuator, its manufacture, electric relay, and electromagnetic relayInfo
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- H01H61/04—Electrothermal relays wherein the thermally-sensitive member is only heated directly
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微少な構造を利用し
て、機械要素を構成するいわゆるマイクロマシンの分野
において利用が期待されるマイクロアクチュエータ及び
その製造方法、更にはこのマイクロアクチュエータを応
用した電気リレーおよび電磁リレーに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microactuator which is expected to be used in the field of so-called micromachines which constitute a mechanical element by utilizing a minute structure, a manufacturing method thereof, and an electric device to which the microactuator is applied. Related to relays and electromagnetic relays.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、機械要素を構成するには、切削や
プレス加工等の通常の機械加工の方法を用いて種々の部
品を作製し、続いてこれらの部品を組み立てて機構を構
成する方法が取られていた。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to construct a mechanical element, various parts are produced by using a normal machining method such as cutting or pressing, and then these parts are assembled to form a mechanism. Was taken.
【0003】ところで、近年、半導体素子の製造に用い
られているフォトリソグラフィ、ドライエッチング、C
VDおよびPVD等の技術や、単結晶シリコン、ポリシ
リコンなどの材料を用いて、微細な構造の機械要素を構
成し、極めて小さな機械要素を構成するいわゆるマイク
ロマシンの技術が開発されて来ている。By the way, in recent years, photolithography, dry etching, and C, which have been used for manufacturing semiconductor elements.
Techniques such as VD and PVD, and so-called micromachine techniques for forming extremely small mechanical elements by forming mechanical elements having a fine structure using materials such as single crystal silicon and polysilicon have been developed.
【0004】このような技術を応用して作製されたマイ
クロマシンの一例として、図7に示すような静電引力を
利用した電気リレーがある。このリレーは、表面に固定
電極30、30、電気接点34、34、35、35が形
成された固定基板30Aと、長手方向中央部に形成され
た回転軸36を支点にして鉛直方向への回転が可能にな
ったシーソ型の可動部材31を対向配置した構成になっ
ている。可動部材31の対向面における固定電極30…
と対応する位置には、電極32…が形成されている。ま
た、電気接点34、35に対応する位置には、電気接点
33…が形成されている。As an example of a micromachine manufactured by applying such a technique, there is an electric relay utilizing electrostatic attraction as shown in FIG. This relay has a fixed substrate 30A having fixed electrodes 30 and electric contacts 34, 34, 35, and 35 formed on the surface thereof, and a rotary shaft 36 formed at the center in the longitudinal direction as a fulcrum for vertical rotation. The movable member 31 of the seesaw type, which is capable of The fixed electrode 30 on the facing surface of the movable member 31 ...
Electrodes 32 ... Are formed at positions corresponding to. Further, electric contacts 33, ... Are formed at positions corresponding to the electric contacts 34, 35.
【0005】このような構成において、固定電極30と
電極32との間に電圧を与えて電界を形成すると、それ
らの静電引力によって可動部31が回転軸36を支点に
して鉛直方向に駆動され、これに伴って電気接点33が
電気接点34、35の開閉を行う。すなわち、これによ
りリレーが構成される。In such a structure, when a voltage is applied between the fixed electrode 30 and the electrode 32 to form an electric field, the electrostatic attraction of these causes the movable portion 31 to be vertically driven with the rotating shaft 36 as a fulcrum. Accordingly, the electrical contact 33 opens and closes the electrical contacts 34 and 35. That is, this constitutes a relay.
【0006】今少し説明すると、例えば固定電極30に
正の電位、電極32に負の電位を与えると、電極32、
30間には静電吸引力が生ずるので、該静電吸引力によ
って可動部材31が固定基板30Aに引き付けられてシ
ーソー運動を行い、これによって電気接点34、35の
開閉、すなわちリレー動作を行わせるものである。Explaining a little now, for example, if a positive potential is applied to the fixed electrode 30 and a negative potential is applied to the electrode 32, the electrodes 32,
Since an electrostatic attractive force is generated between 30, the movable member 31 is attracted to the fixed substrate 30A by the electrostatic attractive force to perform a seesaw motion, thereby opening / closing the electrical contacts 34, 35, that is, performing a relay operation. It is a thing.
【0007】また、他の例として、図8に示すマイクロ
バルブがある。このマイクロバルブは、シリコンの単結
晶にエッチングを用いて中央部が薄肉化されたダイアフ
ラム37を形成すると共に、ダイアフラムの薄肉部の上
面に異種の金属薄膜38を付着させてバイメタルを形成
する構成をとる。Another example is the microvalve shown in FIG. This microvalve has a structure in which a diaphragm 37 having a thinned central portion is formed by etching a single crystal of silicon, and a dissimilar metal thin film 38 is attached to the upper surface of the thinned portion of the diaphragm to form a bimetal. To take.
【0008】金属薄膜38は図示しない通電手段に接続
されており、該金属薄膜38を介してダイアフラム37
が加熱される。ここで、金属薄膜38の熱膨張率はダイ
アフラム37の熱膨張率よりも大きくなっており、両者
の熱膨張率の相違を利用して変形を生じさせ、この変形
によって、微小なバルブを開閉させる。The metal thin film 38 is connected to an energizing means (not shown), and the diaphragm 37 is connected through the metal thin film 38.
Is heated. Here, the coefficient of thermal expansion of the metal thin film 38 is larger than the coefficient of thermal expansion of the diaphragm 37, and deformation is caused by utilizing the difference in coefficient of thermal expansion between the two, and by this deformation, a minute valve is opened and closed. .
【0009】今少し具体的に説明すると、図示例では、
金属薄膜38の熱膨張率の方が大きいためダイアフラム
37は変形して点線のような形状になり、これに伴って
ダイアフラム37の中央部に上反りが発生し、ダイアフ
ラム37の下部に設けた液体流入口39が開放され、バ
ルブが開いた状態になる。従って、流入口39から流入
した液体又は気体は流出口40から流れ出る。Explaining a little more concretely, in the illustrated example,
Since the coefficient of thermal expansion of the metal thin film 38 is larger, the diaphragm 37 is deformed into a shape like a dotted line, and as a result, an upward warp occurs in the central portion of the diaphragm 37, and the liquid provided below the diaphragm 37. The inlet 39 is opened and the valve is opened. Therefore, the liquid or gas flowing from the inflow port 39 flows out from the outflow port 40.
【0010】一方、金属薄膜38への通電を止めればダ
イアフラム37は元の形状に戻り、バルブが閉じた状態
となる。On the other hand, when the energization of the metal thin film 38 is stopped, the diaphragm 37 returns to its original shape and the valve is closed.
【0011】上記した従来例はいずれも微小な構造体
を、何らかの力によって駆動して動かし、その動きを利
用する、いわゆるマイクロアクチュエータを構成してい
る。In all of the above-mentioned conventional examples, a so-called microactuator is constructed in which a minute structure is driven by some force to move and the movement is utilized.
【0012】また、図7に示した可動部に似た構造を有
するマイクロアクチュエータの従来例として、本願出願
人が特願平3−273800で先に提案したものがあ
る。As a conventional example of a microactuator having a structure similar to that of the movable part shown in FIG. 7, there is one previously proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Application No. 3-273800.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例では、以下に示すような課題を有するため、実用
化に当たって大きな問題があると考えられる。However, since the above-mentioned conventional examples have the following problems, it is considered that there is a big problem in practical use.
【0014】まず、図7に示した静電引力を用いるマイ
クロアクチュエータは、原理的に発生する力が小さいた
め、大きな動きを得るのが困難である。また、その力を
発生させるに当たっては、高い電圧を電極に加える必要
があるため、特殊な電源を必要とし、コストアップを招
来するという問題がある。First, the microactuator using the electrostatic attraction shown in FIG. 7 has a small force in principle, and thus it is difficult to obtain a large movement. Further, in order to generate the force, it is necessary to apply a high voltage to the electrodes, which requires a special power source, which causes a problem of cost increase.
【0015】一方、図8に示すマイクロアクチュエータ
では、バイメタルを加熱するのは単純なヒータであるの
で、特に高い電圧を必要とせず、この点では図7の例よ
り有利である。また、バイメタルの熱による変形応力を
利用しているので、大きな力を発生することができると
いう利点もある。On the other hand, in the microactuator shown in FIG. 8, since a simple heater heats the bimetal, it does not require a particularly high voltage, which is more advantageous than the example of FIG. Further, since the deformation stress due to the heat of the bimetal is used, there is an advantage that a large force can be generated.
【0016】しかし、このマイクロアクチュエータで
は、金属薄膜38とダイアフラム37を接合してあるだ
けなので、ヒータで加熱を行わない場合でも、周りの環
境温度が変化すると(例えば−20〜+40度といった
ような)、それだけで応力が発生してバイメタルが変形
し、誤動作を生じるという欠点がある。However, in this microactuator, since the metal thin film 38 and the diaphragm 37 are simply joined together, even if the heater is not used for heating, the surrounding environmental temperature changes (eg, -20 to +40 degrees). ), The stress is generated only by that, the bimetal is deformed, and a malfunction occurs.
【0017】また、本願出願人が先に提案したマイクロ
アクチュエータでは、可動部を磁気吸引力で駆動する構
成をとるため、マイクロアクチュエータの外部に磁界を
発生させる駆動手段としてのコイルを必要とし、構造が
複雑になるという欠点がある。また、コイルを別途作製
した後組み立てなくてはならず、組み立て工程が繁雑に
なり、コストアップにつながるという欠点もある。Further, in the microactuator previously proposed by the applicant of the present application, since the movable portion is driven by the magnetic attraction force, a coil is required as a driving means for generating a magnetic field outside the microactuator, and the structure is Has the drawback of being complicated. In addition, the coil has to be separately manufactured and then assembled, which complicates the assembly process and increases costs.
【0018】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するものであり、低電圧で大きな駆動力が得られる共
に、環境温度の変化に対して安定な特性を有し、簡潔な
構造でコストダウンに寄与できるマイクロアクチュエー
タおよびその製造方法を提供することを目的とする。The present invention solves the problems of the prior art as described above, has a large driving force at a low voltage, has stable characteristics against changes in environmental temperature, and has a simple structure. An object of the present invention is to provide a microactuator that can contribute to cost reduction and a manufacturing method thereof.
【0019】本発明の他の目的は、上記のマイクロアク
チュエータを応用した電気リレーおよび電磁リレーを提
供することにある。Another object of the present invention is to provide an electric relay and an electromagnetic relay to which the above microactuator is applied.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロアクチ
ュエータは、回転軸を中心にしてその両側に形成された
回転部と、先端部が該回転部に連結される一方、基端部
が該回転部とは異なる部分に固着され、先端部と基端部
との間に変形可能になった可動部を有し、該回転軸の両
側の対称位置に配設された駆動力発生部と、一部がバイ
メタル構造で該駆動力発生部の該可動部に重畳され、電
圧が印加されると該駆動力発生部を加熱するヒータ部材
とを備えており、そのことにより上記目的が達成され
る。In the microactuator of the present invention, a rotary part formed on both sides of a rotary shaft and a tip part are connected to the rotary part, while a base part is rotated. A driving force generating portion which is fixed to a portion different from the portion and has a deformable movable portion between the tip end portion and the base end portion, and which is arranged at symmetrical positions on both sides of the rotation shaft. The part has a bimetal structure and is superposed on the movable part of the driving force generating part, and is provided with a heater member which heats the driving force generating part when a voltage is applied, thereby achieving the above object.
【0021】上記構成のマイクロアクチュエータに基板
を対向配置し、該基板上に前記回転部が回転すると電気
的に接触される電極対を設ける構成によれば、電気リレ
ーを実現できる。According to the structure in which the substrate is arranged so as to face the microactuator having the above structure, and the electrode pair is provided on the substrate to be electrically contacted when the rotating portion rotates, an electric relay can be realized.
【0022】また、上記構成のマイクロアクチュエータ
に基板を対向配置し、該マイクロアクチュエータの前記
回転部の上に導電性を有する磁性層を形成すると共に、
該基板の対向面に永久磁石を設け、かつ該永久磁石の両
側であって前記回転部に対応する部分に、表面に電極を
有するヨークを設け、該回転部の回転および該ヨークの
磁気的な吸引力の協働によって、一方の電極と該磁性層
との接触、他方の電極と該磁性層との接触を選択的に行
わせる構成によれば、電磁リレーを実現できる。Further, a substrate is disposed so as to face the microactuator having the above structure, and a magnetic layer having conductivity is formed on the rotating portion of the microactuator.
A permanent magnet is provided on the opposing surface of the substrate, and yokes having electrodes on the surfaces are provided on both sides of the permanent magnet and corresponding to the rotating portion. Rotation of the rotating portion and magnetic effect of the yoke are provided. An electromagnetic relay can be realized by a configuration in which the contact between one electrode and the magnetic layer and the contact between the other electrode and the magnetic layer are selectively performed by the cooperation of the attraction force.
【0023】また、本発明のマイクロアクチュエータの
製造方法は、回転軸を中心にしてその両側に形成された
回転部と、先端部が該回転部に連結される一方、基端部
が該回転部とは異なる部分に固着され、先端部と基端部
との間に変形可能になった可動部を有し、該回転軸の両
側の対称位置に配設された駆動力発生部と、一部がバイ
メタル構造で該駆動力発生部の該可動部に重畳され、電
圧が印加されると該駆動力発生部を加熱するヒータ部材
とを有する構造のマイクロアクチュエータの製造方法に
おいて、少なくとも基板の裏面側に酸化膜を形成する工
程と、該基板の表面側に金属膜を形成し、続いて該金属
膜をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニン
グして該ヒータ部材を作製する工程と、該基板の裏面側
を、フォトリソグラフィと異方性エッチングにより該基
板の周縁部を除いて薄肉化する工程と、該基板の表面側
に、フォトリソグラフィとエッチング又はその他の加工
方法を行って、該基板の薄肉部にスリットを形成するこ
とにより該回転軸、該回転部および該駆動力発生部を作
製する工程とを含んでおり、そのことにより上記目的が
達成される。Further, in the method for manufacturing a microactuator of the present invention, the rotating part formed on both sides of the rotating shaft and the tip part are connected to the rotating part, while the base end part is the rotating part. And a driving force generating portion disposed at symmetrical positions on both sides of the rotating shaft, which has a movable portion that is fixed between the distal end portion and the base end portion and is deformable. In a method of manufacturing a microactuator having a bimetal structure and a heater member that is superposed on the movable portion of the driving force generating portion and heats the driving force generating portion when a voltage is applied, at least the back surface side of the substrate. A step of forming an oxide film on the substrate, a step of forming a metal film on the front surface side of the substrate, then a step of forming the heater member by patterning the metal film by photolithography and etching, and , Photolithography Forming a slit in the thin portion of the substrate by performing photolithography and etching or other processing method on the front surface side of the substrate by a process of removing the peripheral portion of the substrate by fi This includes the step of producing the rotating shaft, the rotating portion, and the driving force generating portion, thereby achieving the above object.
【0024】[0024]
【作用】上記の構成において、ヒータ部材に電圧を印加
すると、駆動力発生部の可動部が加熱され、バイメタル
構造をとる故該可動部が変形する。ここで、可動部は基
端部が固着され、かつ先端部が回転軸の両側位置に配設
された回転部に連結されている。従って、可動部が変形
すると、これに起因して回転部に回転軸回りのモーメン
トが発生し、回転部が回転する。In the above structure, when a voltage is applied to the heater member, the movable portion of the driving force generating portion is heated and the movable portion is deformed due to the bimetal structure. Here, a base end portion of the movable portion is fixed, and a tip end portion of the movable portion is connected to a rotating portion arranged at both sides of the rotating shaft. Therefore, when the movable part is deformed, a moment around the rotation axis is generated in the rotating part, which causes the rotating part to rotate.
【0025】このようにバイメタルを加熱して駆動力を
得る構造のマイクロアクチュエータによる場合は、上記
した理由により、低電圧で大きな駆動力が得られる利点
がある。また、構造が複雑になることもない。The microactuator having a structure in which the bimetal is heated to obtain a driving force as described above has an advantage that a large driving force can be obtained at a low voltage for the above reason. Moreover, the structure does not become complicated.
【0026】加えて、このような駆動力発生部を回転軸
の両側の対称位置に配設する構造によれば、環境温度の
変化によってバイメタルに変形が発生した場合であって
も、両側のバイメタルによって回転部に生じる回転モー
メントが互いに打ち消されて0になる。従って、回転部
が不測に回転することがない。即ち、環境温度の変化に
起因して誤動作を生じるおそれがない。In addition, according to the structure in which the driving force generating portions are arranged at symmetrical positions on both sides of the rotation shaft, even if the bimetal is deformed due to a change in environmental temperature, the bimetals on both sides can be deformed. The rotational moments generated in the rotating parts are canceled by each other and become zero. Therefore, the rotating part does not rotate unexpectedly. That is, there is no risk of malfunction due to changes in environmental temperature.
【0027】もちろん、厳密に考えれば、両側のバイメ
タルの熱膨張率が異なっておれば、温度の変化によって
両者に発生する力が異なるので、それによって回転する
可能性がある。しかし、通常、このバイメタルは一括し
て同時に形成されるため、特性のばらつきは少なくこの
ような不具合を生じることはない。Strictly speaking, of course, if the thermal expansion coefficients of the bimetals on both sides are different, the forces generated on the two will be different due to temperature changes, and there is a possibility that they will rotate. However, since the bimetals are usually formed at the same time in a batch, variations in characteristics are small and such a problem does not occur.
【0028】[0028]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
【0029】(本発明マイクロアクチュエータの構成)
図1〜図3は本発明マイクロアクチュエータを示す。こ
のマイクロアクチュエータAは、シリコン単結晶基板1
の裏面側を周囲部を残して薄肉化すると共に、薄肉化さ
れた部分に多数のスリット2a、2b、2c、2d、5
a、5bを形成し、これにより回転軸3a、3b、回転
部4および駆動力発生部6a、6b、6c、6dを残存
形成し、その上にヒータ回路8a、8bを設ける構造に
なっている。なお、シリコン単結晶基板1のヒータ回路
8a、8bの上に露出している部分を斜線で示してあ
る。(Structure of the Microactuator of the Present Invention)
1 to 3 show a microactuator of the present invention. This microactuator A is composed of a silicon single crystal substrate 1
The back side of the is thinned while leaving the peripheral portion, and a large number of slits 2a, 2b, 2c, 2d, 5 are formed in the thinned portion.
a and 5b are formed, whereby the rotating shafts 3a and 3b, the rotating portion 4 and the driving force generating portions 6a, 6b, 6c and 6d are formed to remain, and the heater circuits 8a and 8b are provided thereon. . The portions exposed above the heater circuits 8a and 8b of the silicon single crystal substrate 1 are shown by hatching.
【0030】ヒータ回路8a、8bの駆動力発生部6
a、6b、6c、6dの上に位置する部分は、加熱部1
0a、10b、10c、10dとなっており、駆動力発
生部6a、6b、6c、6dと加熱部10a、10b、
10c、10dでバイメタルが構成されている。また、
左右方向に長い長方形状をなす回転部4の上には金属薄
膜11が設けられている。この金属薄膜11は、例えば
本発明マイクロアクチュエータを後述する電気リレーと
して応用する場合に形成される。以下に各部の構造を具
体的に説明する。Driving force generator 6 of heater circuits 8a and 8b
The portions located above a, 6b, 6c, and 6d are heating units 1
0a, 10b, 10c, 10d, and the driving force generators 6a, 6b, 6c, 6d and the heating units 10a, 10b,
A bimetal is composed of 10c and 10d. Also,
A metal thin film 11 is provided on the rotating portion 4 having a rectangular shape that is long in the left-right direction. The metal thin film 11 is formed, for example, when the microactuator of the present invention is applied as an electric relay described later. The structure of each part will be specifically described below.
【0031】シリコン単結晶基板1の周縁部を除く部分
は薄肉化され、かつこの薄肉部にL字状をなす4本のス
リット2a、2b、2c、2dおよびコ字状をなす2本
のスリット5a、5bが設けられている。これらのスリ
ット2a、2b、2c、2d、5a、5bによりシリコ
ン単結晶基板1の中央部に上記形状の回転部4が形成さ
れる。The portion of the silicon single crystal substrate 1 excluding the peripheral portion is thinned, and four slits 2a, 2b, 2c, 2d having an L-shape and two slits having a U-shape are formed in the thin-walled portion. 5a and 5b are provided. Due to these slits 2a, 2b, 2c, 2d, 5a, 5b, the rotating portion 4 having the above-described shape is formed in the central portion of the silicon single crystal substrate 1.
【0032】回転部4の幅方向(左右方向)中央には、
断面三角形状の回転軸3a、3bの一端が連設されてい
る。回転軸3a、3bの他端は周縁部に連設されてい
る。回転軸3a、3bの左右両側位置にはスリット2
a、2b、2c、2dの一部が存在し、該スリット2
a、2b、2c、2dにより回転軸3a、3bは周縁部
よりも狭幅に形成されている。At the center of the rotating portion 4 in the width direction (left-right direction),
One ends of the rotating shafts 3a and 3b having a triangular cross section are connected in series. The other ends of the rotating shafts 3a and 3b are connected to the peripheral portion. The slits 2 are provided on the left and right sides of the rotary shafts 3a and 3b.
a, 2b, 2c, 2d are partially present, and the slit 2
The rotating shafts 3a, 3b are formed by a, 2b, 2c, 2d so as to be narrower than the peripheral portion.
【0033】なお、スリット2a、2b、2c、2d、
5a、5bの具体的な形成位置は以下の通り。回転部4
の後側の左右両側に、スリット2a、2bが形成され、
回転部4の前側の左右両側にスリット2c、2dが形成
されている。また、回転部4の左右両側にスリット5
a、5bが形成されている。The slits 2a, 2b, 2c, 2d,
The specific formation positions of 5a and 5b are as follows. Rotating part 4
Slits 2a and 2b are formed on the left and right sides of the rear side,
Slits 2c and 2d are formed on the left and right sides of the front side of the rotating portion 4. In addition, slits 5 are provided on both left and right sides of the rotating unit 4.
a and 5b are formed.
【0034】スリット2a、5aで抜かれた部分には、
左右方向に長い矩形状をなす駆動力発生部6aが残存形
成される。他の部分についても同様に駆動力発生部6
b、6c、6dが残存形成される。駆動力発生部6a、
6b、6c、6dの各先端部7a、7b、7c、7dは
回転部4の4隅にそれぞれ連設されている。駆動力発生
部6a、6b、6c、6dの基端部9a、9b、9c、
9dはシリコン単結晶基板1自体に固着された状態にあ
る。従って、今、駆動力発生部6aを例にとって説明す
ると、この駆動力発生部6aは図上右側の基端部9aを
支点にしたいわば片持ち状態で支持されていることにな
る。同様に、駆動力発生部6b、6c、6dも片持ち状
態で支持されている。In the portions removed by the slits 2a and 5a,
The driving force generating portion 6a having a rectangular shape which is long in the left-right direction is formed. Similarly, the driving force generator 6 is applied to the other parts.
b, 6c, and 6d remain. The driving force generator 6a,
The respective tip portions 7a, 7b, 7c, 7d of 6b, 6c, 6d are connected to the four corners of the rotating portion 4, respectively. The base end portions 9a, 9b, 9c of the driving force generating portions 6a, 6b, 6c, 6d,
9d is in a state of being fixed to the silicon single crystal substrate 1 itself. Therefore, taking the driving force generating portion 6a as an example, the driving force generating portion 6a is supported in a cantilevered state with the base end portion 9a on the right side in the drawing as a fulcrum. Similarly, the driving force generators 6b, 6c, 6d are also supported in a cantilevered state.
【0035】また、上記部材を構成するシリコン単結晶
基板1上には、ヒータ回路8a、8bが積層形成されて
いる。ヒータ回路8a、8bは全体としてコ字状をな
し、回転部4を取り囲むようにしてシリコン単結晶基板
1上に積層されている。このような形状において、ヒー
タ回路8a及び8bは共に内外2領域に隔てられ、内外
2領域にわたるヒータ線が迷路状に延出して形成されて
いる。ヒータ回路8aの両端部8c、8dは外領域にお
いて、シリコン単結晶基板1の左端部における前後方向
中央部において適当な間隔を設けて切り離されている。Further, heater circuits 8a and 8b are laminated on the silicon single crystal substrate 1 constituting the above member. The heater circuits 8a and 8b are formed in a U shape as a whole, and are laminated on the silicon single crystal substrate 1 so as to surround the rotating portion 4. In such a shape, the heater circuits 8a and 8b are both separated into the inner and outer two regions, and the heater wire extending in the inner and outer two regions is formed in a labyrinth shape. Both ends 8c and 8d of the heater circuit 8a are separated at appropriate intervals in the front-rear center of the left end of the silicon single crystal substrate 1 in the outer region.
【0036】同様に、ヒータ回路8bの両端部8e、8
fも外領域において、シリコン単結晶基板1の右端部に
おける前後方向中央部において切り離されている。ヒー
タ回路8a、8bの両端部8c、8d、8e、8fには
不図示の電源回路より加熱用の電圧が印加されるように
なつている。Similarly, both end portions 8e, 8 of the heater circuit 8b are
Also in the outer region, f is separated at the central portion in the front-rear direction at the right end portion of the silicon single crystal substrate 1. A heating voltage is applied from a power supply circuit (not shown) to both ends 8c, 8d, 8e, 8f of the heater circuits 8a, 8b.
【0037】加えて、ヒータ回路8a、8bの上記駆動
力発生部6a、6b、6c、6dの上に重畳される部分
は、線幅が他部に比べて狭くなった加熱部10a、10
b、10c、10dになっている。従って、各ヒータ回
路8a、8bの両端部8c、8d、8e、8fに電圧を
印加すると、加熱部10a、10b、10c、10dの
電気抵抗は他部よりも大きいため、この部分で集中的に
発熱が生じる。In addition, in the portions of the heater circuits 8a and 8b which are superposed on the driving force generating portions 6a, 6b, 6c and 6d, the heating portions 10a and 10 having line widths narrower than those of the other portions.
b, 10c and 10d. Therefore, when a voltage is applied to both ends 8c, 8d, 8e, 8f of each heater circuit 8a, 8b, the electric resistances of the heating parts 10a, 10b, 10c, 10d are higher than those of the other parts, and therefore, concentratedly in this part. Fever occurs.
【0038】ここで、ヒータ回路8a、8bの熱膨張率
はシリコン単結晶基板1の熱膨張率よりも大きくなって
おり、両者でバイメタルが構成されている。従って、例
えばヒータ回路8aの両端部8c、8dに電圧を印加す
ると、加熱部10a、10cが発熱し、これにより駆動
力発生部6a、6cが加熱されることになるが、両者の
熱膨張率の差により、駆動力発生部6a、6cが固着状
態にある右側の基端部9a、9cを支点にして図3に破
線で示すように下方に撓むことになる。Here, the coefficient of thermal expansion of the heater circuits 8a and 8b is larger than that of the silicon single crystal substrate 1, and both of them constitute a bimetal. Therefore, for example, when a voltage is applied to both ends 8c and 8d of the heater circuit 8a, the heating units 10a and 10c generate heat, which heats the driving force generating units 6a and 6c. Due to the difference between the driving force generating portions 6a and 6c, the driving force generating portions 6a and 6c bend downward as shown by the broken line in FIG. 3 with the right-side base end portions 9a and 9c serving as fulcrums.
【0039】駆動力発生部6a、6cにこのような撓み
が発生すると、その先端部7a、7cに連設されている
回転部4の左側部に、回転軸3a、3bを回転中心とす
る反時計方向の回転モーメントMaが発生し、結局、回
転部4が回転軸3a、3bを支点にして同方向に回転す
る。When such a bending occurs in the driving force generating portions 6a, 6c, the left side portion of the rotating portion 4 connected to the tip portions 7a, 7c of the driving force generating portions 6a, 6c is rotated about the rotating shafts 3a, 3b. A clockwise rotation moment Ma is generated, and eventually the rotating portion 4 rotates in the same direction with the rotating shafts 3a and 3b as fulcrums.
【0040】一方、ヒータ回路8bの両端部8b、8d
に電圧を印加すると、加熱部10b、10dが発熱し、
これにより駆動力発生部6b、6dが加熱されることに
なるが、駆動力発生部6b、6dは固着状態にある左側
の基端部9b、9dを支点にして片持ち支持されている
ので、この場合は両者の熱膨張率の差により、図3に示
すように駆動力発生部6b、6dが基端部9b、9dを
支点にして下方に撓むことになる。On the other hand, both ends 8b, 8d of the heater circuit 8b
When a voltage is applied to the heating parts 10b and 10d, heat is generated,
As a result, the driving force generators 6b and 6d are heated, but since the driving force generators 6b and 6d are cantilevered with the left-side base end portions 9b and 9d in the fixed state as fulcrums, In this case, due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two, the driving force generators 6b and 6d bend downward with the base end portions 9b and 9d as fulcrums, as shown in FIG.
【0041】駆動力発生部6b、6dにこのような撓み
が発生すると、その先端部7b、7dに連設されている
回転部4の左側部に、回転軸3a、3bを回転中心とす
る時計方向の回転モーメントMbが発生し、結局、回転
部4が回転軸3a、3bを支点にして同方向に回転す
る。When such bending occurs in the driving force generating portions 6b and 6d, a timepiece having the rotating shafts 3a and 3b as the center of rotation is provided on the left side of the rotating portion 4 which is connected to the tip portions 7b and 7d. A rotational moment Mb in the direction is generated, and eventually the rotating portion 4 rotates in the same direction with the rotating shafts 3a and 3b as fulcrums.
【0042】ここで、駆動力発生部6a、6b、6c、
6dは、回転部4とはスリット2a、2b、2c、2d
で隔離されている必要がある。というのは、スリット2
a、2b、2c、2dがなく、両者が一体であると、回
転部4自体に曲げ力は作用できても、これを回転軸3
a、3b回りに回転させる曲げモーメントが発生しない
からである。今少し説明すると、スリット2a、2b、
2c、2dを設けたことにより、駆動力発生部6a、6
b、6c、6dと回転部4の連設部、即ち、駆動力発生
部6a、6b、6c、6dの先端部7a、7b、7c、
7dに集中的に曲げ力が作用するので、これにより必要
な曲げモーメントが得られるようになっている。Here, the driving force generators 6a, 6b, 6c,
6d is a slit 2a, 2b, 2c, 2d with respect to the rotating part 4.
Must be isolated in. Because slit 2
If there is no a, 2b, 2c, or 2d and both are integrated, even if a bending force can act on the rotating portion 4 itself, this is applied to the rotating shaft 3
This is because no bending moment for rotating around a and 3b is generated. Explaining a little now, the slits 2a, 2b,
By providing 2c and 2d, the driving force generators 6a and 6
b, 6c, 6d and the rotating portion 4 are connected to each other, that is, the tip portions 7a, 7b, 7c of the driving force generating portions 6a, 6b, 6c, 6d,
Since the bending force acts on 7d intensively, the required bending moment is obtained.
【0043】従って、上記構成の本発明マイクロアクチ
ュエータによれば、可動部としての回転部4を大きな駆
動力で駆動できる利点がある。しかも、駆動手段とし
て、ヒータ回路8a、8bを用いるので、低電圧で大き
な駆動力が得られるという利点がある。また、構造が複
雑になることもない。Therefore, according to the microactuator of the present invention having the above-mentioned structure, there is an advantage that the rotating portion 4 as the movable portion can be driven with a large driving force. Moreover, since the heater circuits 8a and 8b are used as the driving means, there is an advantage that a large driving force can be obtained at a low voltage. Moreover, the structure does not become complicated.
【0044】更には、駆動力発生部6a、6b、6c、
6dを回転軸3a、3bの両側の対称位置に配設する構
造をとるので、環境温度の変化によって加熱部10a、
10b、10c、10dと駆動力発生部6a、6b、6
c、6dとで構成されるバイメタルに変形が発生した場
合であっても、両側のバイメタルによって回転部4に生
じた回転モーメントが互いに打ち消されて0になる。従
って、このようなマイクロアクチュエータによれば、環
境温度の変化に起因して誤動作を生じるおそれがないの
で、その信頼性を向上できる。Furthermore, the driving force generators 6a, 6b, 6c,
Since 6d is arranged symmetrically on both sides of the rotating shafts 3a, 3b, the heating unit 10a,
10b, 10c, 10d and driving force generators 6a, 6b, 6
Even when the bimetal composed of c and 6d is deformed, the rotating moments generated in the rotating portion 4 by the bimetals on both sides cancel each other out and become zero. Therefore, according to such a microactuator, since there is no possibility of causing a malfunction due to a change in environmental temperature, the reliability can be improved.
【0045】(本発明マイクロアクチュエータの製造方
法)次に、本発明マイクロアクチュエータの製造方法に
ついて説明する。本発明マイクロアクチュエータは、図
4(a)〜(k)の工程を経て作製される。以下に具体
的に説明する。(Method for Manufacturing Microactuator of the Present Invention) Next, a method for manufacturing the microactuator of the present invention will be described. The microactuator of the present invention is manufactured through the steps of FIGS. This will be specifically described below.
【0046】まず、図4(a)に示すように、(11
0)を方位とするシリコン単結晶基板1の表面を酸化
し、該シリコン単結晶基板1の表裏両面にSiO2皮膜
100a、100bを形成する。First, as shown in FIG.
The surface of the silicon single crystal substrate 1 having the orientation 0) is oxidized to form SiO2 coatings 100a and 100b on both front and back surfaces of the silicon single crystal substrate 1.
【0047】次に、図4(b)に示すように、表面側の
SiO2皮膜100a上に、後にヒータ回路8a、8b
および加熱部10a、10b、10c、10dを形成す
るための金属膜101を全面に形成する。金属膜101
としては、Al、Ta、Mo、Cr、Ni、Hf、B又
はこれらの合金を厚さ0.1〜10μmの範囲で形成し
ておくのが好ましい。Next, as shown in FIG. 4B, the heater circuits 8a and 8b are formed on the SiO2 film 100a on the front surface side.
And the metal film 101 for forming the heating portions 10a, 10b, 10c, and 10d is formed on the entire surface. Metal film 101
As the above, it is preferable to form Al, Ta, Mo, Cr, Ni, Hf, B or an alloy thereof in a thickness range of 0.1 to 10 μm.
【0048】次に、図4(c)に示すように、金属膜1
01上にフォトレジスト102を塗布する。続いて、所
定のマスクを用いて、フォトレジスト102の必要な部
分のみについて露光を行い、現像を行って所望のパター
ン、即ち、ヒータ回路8a、8bおよび加熱部10a、
10b、10c、10dに相当するパターンを形成す
る。そして、このパターンをマスクにしてエッチングを
行い、ヒータ回路8a、8bおよび加熱部10a、10
b、10c、10dをパターン形成する(図4(d)参
照)。このとき、同時に両端部8a、8b、8c、8d
も形成される。Next, as shown in FIG. 4C, the metal film 1
Photoresist 102 is applied onto 01. Then, using a predetermined mask, only the required portion of the photoresist 102 is exposed and developed to develop a desired pattern, that is, the heater circuits 8a and 8b and the heating portion 10a.
Patterns corresponding to 10b, 10c and 10d are formed. Then, etching is performed using this pattern as a mask to form the heater circuits 8a and 8b and the heating units 10a and 10b.
Patterns b, 10c, and 10d are formed (see FIG. 4D). At this time, at the same time, both ends 8a, 8b, 8c, 8d
Is also formed.
【0049】エッチングには弗酸、硝酸、硫酸或はこれ
らの混合物を用いたいわゆるウエットエッチングを用い
ることが可能である。また、CF4、SF6等の気体を真
空容器に導入し、放電を行って気体をプラズマし化し、
このエネルギーで金属膜101をエッチングするいわゆ
るドライエッチングを用いることも可能である。For the etching, so-called wet etching using hydrofluoric acid, nitric acid, sulfuric acid or a mixture thereof can be used. In addition, a gas such as CF 4 or SF 6 is introduced into a vacuum container, and discharge is performed to turn the gas into plasma,
It is also possible to use so-called dry etching in which the metal film 101 is etched with this energy.
【0050】エッチング工程が終了すると、残ったフォ
トレジスト102を除去する。これにより、図4(e)
に示すように、ヒータ回路8a、8bおよび加熱部10
a、10b、10c、10dを有する所望の金属膜パタ
ーンがシリコン単結晶基板1上に形成される。After the etching process is completed, the remaining photoresist 102 is removed. As a result, FIG.
, The heater circuits 8a and 8b and the heating unit 10
A desired metal film pattern having a, 10b, 10c and 10d is formed on the silicon single crystal substrate 1.
【0051】なお、ヒータ回路8a、8bおよび加熱部
10a、10b、10c、10d以外に何らかのパター
ンを形成する必要がある場合は、上記した工程を繰り返
すことで形成することが可能であり、上記した金属薄膜
11もこれと同じ方法で形成できる。When it is necessary to form some pattern other than the heater circuits 8a and 8b and the heating portions 10a, 10b, 10c and 10d, it is possible to form the pattern by repeating the above-mentioned steps, and The metal thin film 11 can also be formed by the same method.
【0052】次に、図4(f)に示すように、シリコン
単結晶基板1の裏面に形成された酸化皮膜100b上に
全面にわたってフォトレジスト103を塗布する。続い
て、このフォトレジスト103に露光、現像を行い、裏
面の周囲を残し、大部分のフォトレジスト103を除去
する。そして、周囲部が除かれたフォトレジスト10
3、即ちレジストパターンをマスクにしてイオンスパッ
タ法を用い、酸化皮膜100bを取り除く(図4(g)
参照)。Next, as shown in FIG. 4F, a photoresist 103 is applied over the entire surface of the oxide film 100b formed on the back surface of the silicon single crystal substrate 1. Subsequently, this photoresist 103 is exposed and developed to remove most of the photoresist 103, leaving the periphery of the back surface. Then, the photoresist 10 with the peripheral portion removed
3, that is, using the resist pattern as a mask, the oxide film 100b is removed by ion sputtering (FIG. 4 (g)).
reference).
【0053】次に、このようなシリコン単結晶基板1全
体をKOHを含むエッチング溶液に浸し、シリコン単結
晶基板1のエッチングを行う。このような工程によれ
ば、酸化皮膜100a、100bの付いていない、(1
10)を方位とするシリコン単結晶基板1は、結晶の方
位によりエッチング速度が異なるため、特定の面のみが
エッチングされて進行する。すなわち、このエッチング
工程により、裏面の中央部が薄肉化された図4(h)に
示す形状のシリコン単結晶基板1が得られる。Next, the entire silicon single crystal substrate 1 is immersed in an etching solution containing KOH to etch the silicon single crystal substrate 1. According to such a process, the oxide films 100a and 100b are not attached ((1
In the silicon single crystal substrate 1 having the orientation of 10), the etching rate varies depending on the orientation of the crystal, so that only a specific surface is etched and progresses. That is, by this etching step, the silicon single crystal substrate 1 having the shape shown in FIG.
【0054】次に、図4(i)に示すように、シリコン
単結晶基板1の表面の酸化皮膜100a上にフォトレジ
スト104を全面にわたって塗布する。続いて、スリッ
ト2a、2b、2c、2d、5a、5bに相当するパタ
ーンを露光現像する。そして、レジストパターンをマス
クにしてスパッタエッチングで酸化皮膜100aを除去
する(図4(j)参照)。Next, as shown in FIG. 4I, a photoresist 104 is applied over the entire surface of the oxide film 100a on the surface of the silicon single crystal substrate 1. Subsequently, the patterns corresponding to the slits 2a, 2b, 2c, 2d, 5a, 5b are exposed and developed. Then, the oxide film 100a is removed by sputter etching using the resist pattern as a mask (see FIG. 4 (j)).
【0055】続いて、このシリコン単結晶基板1全体を
同じくKOHを成分として含むエッチング溶液に浸し、
シリコン単結晶基板1のエッチングを行う。そうする
と、酸化皮膜100aの除去された部分のみのエッチン
グが進行し、スリット2a、2b、2c、2d、5a、
5b、の部分が貫通する。これにより、シリコン単結晶
基板1の薄肉化された部分から上記した形状の回転部
4、駆動力発生部6a、6b、6c、6dおよび回転軸
3a、3bが得られる。Subsequently, the entire silicon single crystal substrate 1 is immersed in an etching solution which also contains KOH as a component,
The silicon single crystal substrate 1 is etched. Then, etching of only the removed portion of the oxide film 100a proceeds, and the slits 2a, 2b, 2c, 2d, 5a,
5b penetrates. As a result, the rotating portion 4, the driving force generating portions 6a, 6b, 6c, 6d and the rotating shafts 3a, 3b having the above-described shapes can be obtained from the thinned portion of the silicon single crystal substrate 1.
【0056】上記の製造方法では、シリコン単結晶にお
けるエッチングの異方性を用いて、シリコン単結晶基板
1の表面側に回転部4等を形成することとしたが、本発
明のマイクロアクチュエータの製造方法においては、特
にこの工程に限定されるものではなく、薄膜、薄板等を
直接エッチングやプレス加工で形成する工程を行うこと
にしてもよい。In the above manufacturing method, the rotating portion 4 and the like are formed on the front surface side of the silicon single crystal substrate 1 by using the etching anisotropy in the silicon single crystal, but the manufacturing of the microactuator of the present invention is performed. The method is not particularly limited to this step, and a step of directly forming a thin film, a thin plate or the like by etching or pressing may be performed.
【0057】(本発明マイクロアクチュエータを電気リ
レーに応用した実施例)図5は本発明のマイクロアクチ
ュエータAを応用した電気リレーを示す。この電気リレ
ーは、回転部4の上面に上記の金属薄膜11が形成され
たマイクロアクチュエータAに、導電性材料からなる基
板19を対向配置して構成される。ここで、金属薄膜1
1は、電気導電性のある薄膜、例えばAu、Ni、C
u、Al、Cr、Ag、Pd膜等が用いられる。なお、
マイクロアクチュエータAの対応する部分については、
上記同様の番号を付してある。(Example in which the microactuator of the present invention is applied to an electric relay) FIG. 5 shows an electric relay to which the microactuator A of the present invention is applied. This electric relay is configured by disposing a substrate 19 made of a conductive material so as to face a microactuator A having the metal thin film 11 formed on the upper surface of the rotating portion 4. Here, the metal thin film 1
1 is a thin film having electrical conductivity, such as Au, Ni, C
A u, Al, Cr, Ag, Pd film or the like is used. In addition,
Regarding the corresponding part of the microactuator A,
The same numbers as above are attached.
【0058】基板19の対向面における回転部4の左右
両端部に相当する部分には、電極取付用の凸部20a、
20bが形成され、ここに左右一対の電極21a、21
bが取り付けられている。At the portions corresponding to the left and right ends of the rotating portion 4 on the facing surface of the substrate 19, the electrode mounting protrusions 20a,
20b is formed, and a pair of left and right electrodes 21a, 21 is formed there.
b is attached.
【0059】このような構成において、ヒータ回路8a
又は8bの両端部8c、8d又は8e、8fに電圧を印
加すると、上記した理由により、回転部4が矢印Bで示
す反時計方向又は矢印Cで示す時計方向に回転する。回
転部4が矢印Bで示す反時計方向に回転すると、該回転
部4の左端部が電極21aに接触し、電極対21a、2
1b間が短絡される。即ち、電極対21a、21b間が
導通される。同様に、回転部4が矢印C方向に回転する
と、回転部4の右端部が電極21bに接触し、電極対2
1a、21b間が導通する。In such a configuration, the heater circuit 8a
Alternatively, when a voltage is applied to both ends 8c, 8d or 8e, 8f of 8b, the rotating unit 4 rotates in the counterclockwise direction indicated by arrow B or the clockwise direction indicated by arrow C, for the reason described above. When the rotating portion 4 rotates counterclockwise as indicated by arrow B, the left end portion of the rotating portion 4 contacts the electrode 21a, and the electrode pair 21a, 2
1b is short-circuited. That is, the electrodes 21a and 21b are electrically connected. Similarly, when the rotating portion 4 rotates in the direction of arrow C, the right end of the rotating portion 4 contacts the electrode 21b, and the electrode pair 2
Conduction is established between 1a and 21b.
【0060】一方、ヒータ回路8a又は8bへの通電を
停止すると、回転部4が元の位置に復帰し、電極対21
a、21a間の導通が解除される。On the other hand, when the energization of the heater circuit 8a or 8b is stopped, the rotating portion 4 returns to its original position, and the electrode pair 21
The conduction between a and 21a is released.
【0061】従って、上記構成によれば、ヒータ回路8
a又は8bへの通電を図示しない制御手段により制御す
ることにより、電極対21a、21b間の導通状態及び
非導通状態を制御できる。即ち、このような構成によれ
ば、上記したマイクロアクチュエータの特性を有する優
れた電気リレーを実現できる。Therefore, according to the above configuration, the heater circuit 8
By controlling the energization to a or 8b by a control means (not shown), the conduction state and the non-conduction state between the electrode pairs 21a and 21b can be controlled. That is, with such a configuration, an excellent electric relay having the characteristics of the microactuator described above can be realized.
【0062】(本発明マイクロアクチュエータを電磁リ
レーに応用した実施例)図6は本発明のマイクロアクチ
ュエータを応用した電磁リレーを示す。この電磁リレー
は、回転部4の上面に電気導電性を有する磁性材料層2
5が形成されたマイクロアクチュエータA’に、基板2
3を対向配置して構成される。ここで、磁性材料層25
としては、例えばパーマロイ層、軟鉄層等が用いられ
る。なお、マイクロアクチュエータA’の対応する部分
については、上記同様の番号を付してある。(Example in which the microactuator of the present invention is applied to an electromagnetic relay) FIG. 6 shows an electromagnetic relay to which the microactuator of the present invention is applied. This electromagnetic relay includes a magnetic material layer 2 having electrical conductivity on the upper surface of the rotating portion 4.
The substrate 2 is attached to the microactuator A ′ on which the substrate 5 is formed.
3 are arranged to face each other. Here, the magnetic material layer 25
For example, a permalloy layer, a soft iron layer or the like is used. The corresponding parts of the microactuator A'are given the same numbers as above.
【0063】基板23の対向面における回転部4の左右
両端部に相当する部分には、ヨーク27a、27bが突
出形成され、該ヨーク21a、21b上に左右一対の電
極26a、26bが形成されている。また、基板23の
対向面における左右方向中央には、永久磁石28が埋め
込まれており、これで磁気回路が形成される。Yokes 27a and 27b are projectingly formed on portions of the facing surface of the substrate 23 corresponding to the left and right ends of the rotating portion 4, and a pair of left and right electrodes 26a and 26b are formed on the yokes 21a and 21b. There is. A permanent magnet 28 is embedded in the center of the opposing surface of the substrate 23 in the left-right direction, and a magnetic circuit is formed by this.
【0064】このような構成において、ヒータ回路8a
又は8bの両端部8c、8d又は8e、8fに電圧を印
加して回転部4を矢印Bで示す反時計方向又は矢印Cで
示す時計方向に回転すると、ヨーク27a又はヨーク2
7bにより磁気吸引力が発生し、磁性材料層25の左端
部又は右端部が吸引され、一方が吸着された状態で保持
される。即ち、磁性材料層25の左端部又は右端部が電
極対26a又は26bに接続され、電極対26a、26
b間の導通が図られる。In such a structure, the heater circuit 8a
Alternatively, when a voltage is applied to both ends 8c, 8d or 8e, 8f of 8b to rotate the rotating portion 4 counterclockwise as indicated by arrow B or clockwise as indicated by arrow C, the yoke 27a or the yoke 2 is formed.
A magnetic attraction force is generated by 7b, the left end portion or the right end portion of the magnetic material layer 25 is attracted, and one is held in a state of being attracted. That is, the left end portion or the right end portion of the magnetic material layer 25 is connected to the electrode pair 26a or 26b, and the electrode pair 26a, 26
The conduction between b is achieved.
【0065】この状態からヒータ回路8a又は8bへの
通電を停止しても、磁気回路の作用により回転部4がヨ
ーク27a、27bの片方に保持された状態が維持され
る。従って、依然として、電極26a、26b間が導通
した状態にある。Even if the power supply to the heater circuit 8a or 8b is stopped from this state, the state in which the rotating portion 4 is held by one of the yokes 27a and 27b is maintained by the action of the magnetic circuit. Therefore, the electrodes 26a and 26b are still electrically connected.
【0066】この導通状態を解除させるには、マイクロ
アクチュエータA’の反対側のヒーター回路8b又は8
aに通電して、回転部4に上記とは反対側の回転モーメ
ントを与えればよい。即ち、このようにすれば、回転部
4の左右いずれかの端部がヨーク27a又は27bの磁
気吸引力に抗してヨーク27a又は27bから離反する
ので、電極26a、26b間の導通状態が解除される。In order to release this conduction state, the heater circuit 8b or 8 on the opposite side of the microactuator A'is provided.
It suffices to energize a and apply a rotational moment on the side opposite to the above to the rotating portion 4. That is, in this case, either the left or right end of the rotating portion 4 is separated from the yoke 27a or 27b against the magnetic attraction force of the yoke 27a or 27b, so that the conduction state between the electrodes 26a and 26b is released. To be done.
【0067】ここで、上記の状態からある程度まで回転
部4が回転すると、今度は反対側のヨーク27b又は2
7aにより磁気吸引力が発生するので、回転部4が反対
側に吸引された状態で保持される。従って、このような
構成によれば、電極対26a、26b間の導通状態、非
導通状態をヒータ回路8a又は8bへの通電により制御
することが可能な電磁リレーが得られる。この電磁リレ
ーにおいても本発明マイクロアクチュエータの特性を享
受できる。Here, when the rotating portion 4 rotates to a certain extent from the above state, this time the yoke 27b or 2 on the opposite side is rotated.
Since a magnetic attraction force is generated by 7a, the rotating portion 4 is held in a state of being attracted to the opposite side. Therefore, according to such a configuration, it is possible to obtain an electromagnetic relay capable of controlling the conduction state and the non-conduction state between the electrode pairs 26a and 26b by energizing the heater circuit 8a or 8b. This electromagnetic relay can also enjoy the characteristics of the microactuator of the present invention.
【0068】加えて、この電磁リレーの場合は、ヒータ
回路8a又は8bへの通電は、導通状態を切り換える瞬
間のみでよいから、消費電力が小さくてすむという利点
がある。In addition, in the case of this electromagnetic relay, energization to the heater circuit 8a or 8b is required only at the moment when the conduction state is switched, so that there is an advantage that power consumption can be small.
【0069】なお、本発明のマイクロアクチュエータの
応用例としては、上記各実施例のリレーに限定されるも
のでないことはもちろんである。Needless to say, application examples of the microactuator of the present invention are not limited to the relays of the above embodiments.
【0070】[0070]
【発明の効果】請求項1記載のマイクロアクチュエータ
によれば、ヒータ回路の加熱部とでバイメタルを形成す
る駆動力発生部をヒータ回路によって加熱することによ
り、回転部を回転させる構成をとるので、低電圧で大き
な駆動力が得られるマイクロアクチュエータを実現でき
る利点がある。また、構造が複雑になることもない。According to the microactuator of the first aspect, since the heater circuit heats the driving force generating section that forms the bimetal with the heating section of the heater circuit, the rotating section is rotated. There is an advantage that a microactuator that can obtain a large driving force at a low voltage can be realized. Moreover, the structure does not become complicated.
【0071】加えて、このような駆動力発生部を回転軸
の両側の対称位置に配設する構造をとるので、環境温度
の変化によってバイメタルに変形が発生した場合であっ
ても、両側のバイメタルによって回転部に生じる回転モ
ーメントが互いに打ち消されることになる。従って、環
境温度の変化に起因して誤動作を生じるおそれがない。
それ故、信頼性の高いマイクロアクチュエータを実現で
きる利点がある。In addition, since the driving force generating portions are arranged symmetrically on both sides of the rotating shaft, the bimetals on both sides are deformed even if the bimetals are deformed due to a change in environmental temperature. As a result, the rotational moments generated in the rotating parts cancel each other out. Therefore, there is no possibility of causing a malfunction due to a change in environmental temperature.
Therefore, there is an advantage that a highly reliable microactuator can be realized.
【0072】また、特に請求項2記載の電気リレーによ
れば、請求項1記載のマイクロアクチュエータの特性を
享受できる優れた電気リレーを実現できる利点がある。Particularly, according to the electric relay described in claim 2, there is an advantage that an excellent electric relay which can enjoy the characteristics of the microactuator described in claim 1 can be realized.
【0073】また、特に請求項3記載の電磁リレーによ
れば、請求項1記載のマイクロアクチュエータの特性を
享受できる優れたリレーを実現できることはもちろんの
こと、消費電力の少ないリレーを実現できる利点もあ
る。Further, in particular, according to the electromagnetic relay described in claim 3, not only can an excellent relay that can enjoy the characteristics of the microactuator described in claim 1 be realized, but also an advantage that a relay that consumes less power can be realized. is there.
【0074】また、特に請求項4記載のマイクロアクチ
ュエータの製造方法によれば、優れた特性を有するマイ
クロアクチュエータを作製できる利点がある。Further, in particular, the method of manufacturing a microactuator according to claim 4 has an advantage that a microactuator having excellent characteristics can be manufactured.
【図1】本発明マイクロアクチュエータを示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a microactuator of the present invention.
【図2】図1のX−X’線による断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line X-X ′ of FIG.
【図3】図1のY−Y’線による断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line Y-Y ′ of FIG.
【図4】本発明マイクロアクチュエータの製造方法を示
す工程図。FIG. 4 is a process drawing showing the manufacturing method of the microactuator of the present invention.
【図5】本発明マイクロアクチュエータを応用した電気
リレーを示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing an electric relay to which the microactuator of the present invention is applied.
【図6】本発明マイクロアクチュエータを応用した電磁
リレーを示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing an electromagnetic relay to which the microactuator of the present invention is applied.
【図7】従来のマイクロアクチュエータを電気リレーに
応用したものを示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing a conventional microactuator applied to an electric relay.
【図8】従来のマイクロアクチュエータをマイクロバル
ブに応用したものを示す断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional microactuator applied to a microvalve.
1 シリコン単結晶基板 2a、2b、2c、2d スリット 3a、3b 回転軸 4 回転部 5a、5b スリット 6a、6b、6c、6d 駆動力発生部 8a、8b ヒータ回路 10a、10b、10c、10d 加熱部 11 金属薄膜 19 基板 21a、21b 電極 23 基板 25 磁性材料層 26a、26b 電極 27a、27b ヨーク 28 永久磁石 A、A’ マイクロアクチュエータ 1 Silicon Single Crystal Substrate 2a, 2b, 2c, 2d Slit 3a, 3b Rotating Shaft 4 Rotating Part 5a, 5b Slit 6a, 6b, 6c, 6d Driving Force Generating Part 8a, 8b Heater Circuit 10a, 10b, 10c, 10d Heating Part 11 Metal Thin Film 19 Substrate 21a, 21b Electrode 23 Substrate 25 Magnetic Material Layer 26a, 26b Electrode 27a, 27b Yoke 28 Permanent Magnet A, A'Micro Actuator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 頼成 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yorisei Ishii 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Kenji Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Within the corporation
Claims (4)
た回転部と、 先端部が該回転部に連結される一方、基端部が該回転部
とは異なる部分に固着され、先端部と基端部との間に変
形可能になった可動部を有し、該回転軸の両側の対称位
置に配設された駆動力発生部と、 一部がバイメタル構造で該駆動力発生部の該可動部に重
畳され、電圧が印加されると該駆動力発生部を加熱する
ヒータ部材とを備えたマイクロアクチュエータ。1. A rotary part formed on both sides of a rotary shaft as a center, and a tip part connected to the rotary part, while a base end part is fixed to a part different from the rotary part. And a base end portion having a deformable movable portion, the driving force generating portions being arranged at symmetrical positions on both sides of the rotation shaft, and a part of the driving force generating portion having a bimetal structure. A microactuator comprising: a heater member that is superposed on the movable portion and that heats the driving force generation portion when a voltage is applied.
に対向配置した基板を有し、該基板上に前記回転部が回
転すると電気的に接触される電極対を設けた電気リレ
ー。2. An electric relay having a substrate arranged to face the microactuator according to claim 1, and an electrode pair provided on the substrate to be electrically contacted when the rotating portion rotates.
に対向配置した基板を有し、該マイクロアクチュエータ
の前記回転部の上に導電性を有する磁性層を形成すると
共に、該基板の対向面に永久磁石を設け、かつ該永久磁
石の両側であって前記回転部に対応する部分に、表面に
電極を有するヨークを設け、該回転部の回転および該ヨ
ークの磁気的な吸引力の協働によって、一方の電極と該
磁性層との接触、他方の電極と該磁性層との接触を選択
的に行わせる電磁リレー。3. A micro-actuator according to claim 1, wherein the micro-actuator has a substrate disposed opposite to the micro-actuator, a magnetic layer having conductivity is formed on the rotating portion of the micro-actuator, and a permanent magnet is provided on an opposing surface of the substrate. And a yoke having an electrode on the surface is provided on both sides of the permanent magnet and corresponding to the rotating portion, and one side is provided by the cooperation of the rotation of the rotating portion and the magnetic attractive force of the yoke. An electromagnetic relay for selectively contacting the other electrode with the magnetic layer and the other electrode with the magnetic layer.
た回転部と、先端部が該回転部に連結される一方、基端
部が該回転部とは異なる部分に固着され、先端部と基端
部との間に変形可能になった可動部を有し、該回転軸の
両側の対称位置に配設された駆動力発生部と、一部がバ
イメタル構造で該駆動力発生部の該可動部に重畳され、
電圧が印加されると該駆動力発生部を加熱するヒータ部
材とを有する構造のマイクロアクチュエータの製造方法
において、 少なくとも基板の裏面に酸化膜を形成する工程と、 該基板の表面側に金属膜を形成し、続いて該金属膜をフ
ォトリソグラフィとエッチングによりパターニングして
該ヒータ部材を作製する工程と、 該基板の裏面側を、フォトリソグラフィと異方性エッチ
ングにより該基板の周縁部を除いて薄肉化する工程と、 該基板の表面側に、フォトリソグラフィとエッチング又
はその他の加工方法を行って、該基板の薄肉部にスリッ
トを形成することにより該回転軸、該回転部および該駆
動力発生部を作製する工程とを含むマイクロアクチュエ
ータの製造方法。4. A rotary part formed on both sides of a rotary shaft as a center and a tip part are connected to the rotary part, while a base end part is fixed to a part different from the rotary part, and the tip part is fixed. And a base end portion having a deformable movable portion, the driving force generating portions being arranged at symmetrical positions on both sides of the rotation shaft, and a part of the driving force generating portion having a bimetal structure. Superimposed on the movable part,
In a method of manufacturing a microactuator having a heater member that heats the driving force generating portion when a voltage is applied, a step of forming an oxide film on at least the back surface of the substrate, and forming a metal film on the front surface side of the substrate. Forming, and subsequently patterning the metal film by photolithography and etching to produce the heater member; and thinning the back surface side of the substrate by photolithography and anisotropic etching except for the peripheral portion of the substrate. And a step of performing photolithography and etching or other processing method on the front surface side of the substrate to form slits in the thin portion of the substrate, thereby forming the rotation shaft, the rotation portion, and the driving force generation portion. A method of manufacturing a microactuator, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28033392A JPH06131960A (en) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | Micro-actuator, its manufacture, electric relay, and electromagnetic relay |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28033392A JPH06131960A (en) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | Micro-actuator, its manufacture, electric relay, and electromagnetic relay |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06131960A true JPH06131960A (en) | 1994-05-13 |
Family
ID=17623544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28033392A Withdrawn JPH06131960A (en) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | Micro-actuator, its manufacture, electric relay, and electromagnetic relay |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06131960A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011104768A (en) * | 1998-09-02 | 2011-06-02 | Xros Inc | Micromachined members coupled for relative rotation by torsional flexure hinge |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP28033392A patent/JPH06131960A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011104768A (en) * | 1998-09-02 | 2011-06-02 | Xros Inc | Micromachined members coupled for relative rotation by torsional flexure hinge |
JP2013099843A (en) * | 1998-09-02 | 2013-05-23 | Xros Inc | Micromachined member coupled with torsional flexure hinge and relatively rotating |
JP2014176964A (en) * | 1998-09-02 | 2014-09-25 | Xros Inc | Microfabrication member connected by torsion flexure hinge and rotated relatively |
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