彈簧結構及使用該彈簧的促動器的製作方法

2023-05-21 13:13:06 1

專利名稱：彈簧結構及使用該彈簧的促動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及彈簧結構及使用該彈簧的促動器。具體而言，涉及製成板簧狀的彈簧 的結構和使用了該彈簧的繼電器及反射鏡器件等的促動器。
背景技術：
使用了板簧的小型促動器，尤其是作為MEMS (Micro-ElectroMechanical System) 元件，迄今為止提案有有各種各樣的結構。(專利文獻1)例如，在專利文獻1記載的MEMS元件中，在基板上配置使端部彼此之間相對的兩 根信號線，以隔著兩信號線的方式在信號線的兩側設置固定電極。另外，在基板的上方，以 和各固定電極相對的方式使驅動電極相對，設置於兩驅動電極間的觸點部(觸點開閉部) 相對於兩信號線的各自的端部(觸點對)自由地接觸、離開。驅動電極及觸點部通過彈簧 彈性地支承於基板的上方。在該MEMS元件中，在使信號線間閉合併通電的情況下，使驅動電極與固定電極之 間產生靜電引力，從而使驅動電極吸附於固定電極，由此，使觸點部與兩信號線各自的端部 電接觸。但是，在專利文獻1所示的結構中，只可以進行一組觸點對的開閉，不能採用c觸 點結構。即，不能製作成具有通用觸點(c觸點)和一對觸點(a觸點、b觸點)，交替進行a 觸點及c觸點間的開閉、和b觸點及c觸點間的開閉的結構。(專利文獻2)專利文獻2公示的微型觸點開閉器能夠進行多組觸點對的開閉。S卩，在專利文獻2 記載的微型觸點開閉器中，通過支點部非固定支承具有製成帶板狀的可撓性的微型可動部 的中央，在微型可動部的兩端部分別設置有與基板上的下部電極相對的上部電極、和與基 板上的一對固定觸點(固定觸點對)相對的可動觸點。該微型觸點開閉器結構為，在任一上部電極與下部電極之間施加電壓，使兩電極 彼此之間吸附，由此，使微型可動部傾斜或撓曲，使與該電極接近的可動觸點與固定觸點對 接觸。在這種結構的微型觸點開閉器中，用配線電連接一固定觸點對中的單方的固定觸 點和另一固定觸點對中的單方的固定觸點，由此製成C觸點結構。但是，在專利文獻2公示的微型觸點開閉器中，在切換左右固定觸點對的開閉的 情況下，變為如下的動作。例如，右側的上部電極和下部電極吸附，右側的可動觸點與固定 觸點對接觸，將該固定觸點對之間閉合。只要從該狀態切換固定觸點對的開閉，解除右側的 上部電極和下部電極的吸附，就可使右側的可動觸點從固定觸點離開，並且，需要使左側的 上部電極和下部電極吸附，使左側的可動觸點與固定觸點對接觸。但是，由於該微型可動部 具有可撓性，因此，當解除右側的上部電極和下部電極的吸附的時刻比與左側的上部電極 和下部電極吸附的時刻滯後時，右側的可動觸點和左側的可動觸點任一個都成為與固定觸點對接觸的狀態(專利文獻2的圖1D)，a觸點和b觸點可能會發生短路。由此，若要快速 地進行左右觸點的切換，左右上部電極及下部電極間的吸附、分離時刻的控制就變得困難。另外，假設能夠製成c觸點結構，在專利文獻2的微型觸點開閉器中，在微型可動 部的中央存在支點部，因此，需要迂迴支點部而長距離地拉伸c觸點。因此，可能出現高頻 特性惡化、不適合於用於高頻信號的切換的不良情況。(專利文獻3)專利文獻3公示的MEMS開關為下述結構，通過上部電極和下部電極間的靜電引力 使上部電極和下部電極吸附，用設置於槓桿狀支承的支承臺的兩端的第一觸點部及第二觸 點部開閉傳遞線路的縫隙。在該MEMS開關中，在上部電極與下部電極吸附側，通過觸點部 閉合傳遞線路的縫隙，在其相反側強制地打開傳遞線路的縫隙，因此，提高打開傳遞線路的 縫隙時的可靠性。另外，傳遞線路成為c觸點結構。但是，在MEMS開關中，第一觸點部及其下的縫隙(a觸點、c觸點)、第二觸點部及 其下的縫隙(b觸點、c觸點)隔著支承臺在兩側分離。因此，c觸點被長距離地拉伸，MEMS 開關的高頻特性惡化。另外，第一觸點部及第二觸點部的動作行程與支承臺擺動時的端部 行程大致相等，且不能將第一及第二觸點部的行程設定得再大。(專利文獻4)在專利文獻4公示的MEMS開關中，在基板的上方槓桿狀地支承內側動作部件和外 側動作部件，通過在內側動作部件和基板上的第一或第二固定電極之間作用的靜電引力、 使內側動作部件向任一方向傾斜。外側動作部件通過用內側擺動部件的加壓棒被按壓，由 此，與內側動作部件連動傾斜，通過設置於外側動作部件的兩端的第一、第二接觸部件開閉 第一、第二信號線的縫隙。在該MEMS開關中，在內側動作部件吸附第一或第二固定電極的 一側時，通過第一或第二接觸部件閉合第一或第二信號線的縫隙，在其相反側，第一或第二 信號線的縫隙被強制地打開，因此，打開信號線的縫隙時的可靠性提高。在專利文獻4那種結構的MEMS開關中，通過連接第一信號線的一觸點和第二信號 線的一觸點，能夠將信號線製成C觸點結構。但是，在MEMS開關中，第一接觸部件及其下的縫隙(a觸點、c觸點)和第二觸點 部件及其下的縫隙(b觸點、c觸點)分別位於外側動作部件的端部，因此，c觸點被長距離 地拉伸，MEMS開關的高頻特性惡化。另外，第一及第二接觸部件的動作行程與外側動作部 件擺動時的端部行程大致相等，且不能將第一及第二接觸部件的動作行程設定得再大。(專利文獻5)專利文獻5公示的微型繼電器是用電磁鐵驅動電樞的結構。即，在該微型繼電器 11中，如圖1所示，在基底基板12中在薄膜13的兩端部分別設置有一對固定觸點14a、14c ； 14b、14c。在薄膜13的下面，在形成於基底基板12的空腔部內收納有電磁鐵15。在基底基 板12上重疊的電樞塊16中，通過設置於電樞17的兩側面的突片18將電樞17轉動自如地 支承於框架部19，配置於電樞17的兩端部的可動觸點基臺部20通過接壓彈簧部21支承於 電樞17。而且，在基底基板12的上面重疊放置電樞塊16的情況下，一可動觸點基臺部20 的下面的可動觸點與固定觸點14a、14c相對，另一可動觸點基臺部20的下面的可動觸點與 固定觸點14b、14c相對。在該微型繼電器11中，激勵電磁鐵15時，根據這時的極性，電樞17的任一端部與電磁鐵15吸附，電樞17傾斜。而且，位於吸附側的可動觸點基臺部20的下面的可動觸點 使固定觸點14a、14c或固定觸點14b、14c間閉合。在該微型繼電器11中，兩端的固定觸點14c、14c通過薄膜13的側方連接，成為c 點結構。但是，如圖2所示，c觸點即固定觸點14c遍及基底基板12的大致全長而延伸，因 此，微型繼電器11的高頻特性惡化，面向高頻用途的設計變得困難。另外，即使在該微型繼 電器11中，可動觸點(可動觸點基臺部20)的動作行程與電樞17的擺動時的端部行程大 致相等，不能增大可動觸點的動作行程。(專利文獻6)如圖3所示，專利文獻6公示的電磁繼電器31的結構為，在印刷電路板32上重疊 板簧狀的接觸元件支承體33、接觸件34、電磁鐵(未圖示)。如圖4所示，在印刷電路板32 的上面形成導體路35a、35b、35c，在隔著導體路35c的左右配置有導體路35a、35b。接觸元 件支承體33固定基部，從基部延伸出一對撓性臂36、37，在撓性臂36、37的前端部下面設置 有接觸元件38。接觸件34通過左右向上下擺動的軸39轉動自如地被支承，通過電磁鐵切 換為右側向下的狀態和左側向下的狀態。而且，接觸件34在左側向下時，撓性臂36的突部 40由接觸件34按壓，撓性臂36的前端向下，通過該接觸元件38使導體路35a、35c之間閉 合。相反，接觸件34在右側向下時，撓性臂37的突部40由接觸件34按壓，撓性臂37的前 端向下，通過該接觸元件38使導體路35b、35c之間閉合。該電磁繼電器31變為c觸點結構，而且，c觸點即導體路35c的長度變短，因此， 適用於高頻用途。但是，在專利文獻6的結構的電磁繼電器31中，通過電磁鐵驅動接觸件34，另外， 通過接觸件34使接觸元件支承體33的撓性臂36、37動作，由此，進行觸點(導體路35a、 35b,35c)的開閉。這樣，當驅動部分由兩部件(接觸元件支承體33、接觸件34)構成時，電 磁繼電器31的組裝精度等降低，難以進行正確的繼電器動作，電磁繼電器31的小型化也變 得困難。另外，在該電磁繼電器31中，可動觸點(接觸元件38)的動作行程與撓性臂36、37 的自由端的行程大致相等，不能增大可動觸點的動作行程。另外，可動觸點的分解力只是撓 性臂36、37的彈性恢復力，因此，可動觸點的分解力不能應用在需要的促動器中。(專利文獻7)圖5 (a)是表示現有例的反射鏡器件的平面圖，圖5 (b)是圖5 (a)的X_X線的剖面 圖，圖5(c)是圖5(a)的Y-Y線的剖面圖。該反射鏡器件41將圓板狀的反射鏡43水平地 配置在基板42的上方，通過Z字狀蛇形的彈簧44支承反射鏡43的兩端。在連結彈簧44 彼此之間的線段的兩側在與反射鏡43的下面相對的基板42的上面設置下部電極45，在反 射鏡43的下面的與下部電極45相對的面上形成有上部電極46。在該反射鏡器件41中， 向任一側的上部電極46與下部電極45之間施加電位差時，其上部電極46被拉向下部電極 45，反射鏡43傾斜。作為這種反射鏡器件以通過專利文獻7公開。在這種結構的反射鏡器件41中，只要增大上部電極46與上部電極45之間的靜電 引力，就能減小設置上部電極46的面的傾斜，而且，只要使反射鏡43與基板42接近即可， 但是，在該情況下，反射鏡43的傾斜被限制而變小。與之相對，只要增大反射鏡43的傾斜， 則增大設置上部電極46的面的傾斜，或使反射鏡43從基板42離開配置即可，但是，在該情 況下，由於上部電極46和上部電極45的距離變大，因此，用於使反射鏡43傾斜的靜電引力變弱。因此，在這種的反射鏡器件41中，難以增大反射鏡43的傾斜。專利文獻1 (日本)特開2002-326197號公報專利文獻2 (日本)特開2006-190594號公報專利文獻3 (日本)特開2005-5267號公報專利文獻4 (日本)特開2006-173132號公報專利文獻5 (日本)特開2005-216552號公報專利文獻6 (日本)特開2006-523001號公報專利文獻7 (日本)特開2002-254399號公報

發明內容
本發明是鑑於所述問題而提出的，其目的在於，提供一種彈簧結構，在具有至少一 對作用點的彈簧結構中，能夠縮短成對的作用點彼此之間的距離，能夠增大作用點的驅動 力，且能通過一個部件能夠製作。另外，提供一種彈簧結構，能夠延長作用點的動作行程，或 能夠增大作用點的傾斜。本發明提供一種彈簧結構，其特徵在於，具備支承部件；動作部件，其中央附近 通過第一支承軸轉動自如地支承於所述支承部件；多個連動部件，其隔著所述第一支承軸 分別配置於其兩側，通過第二支承軸轉動自如地支承於所述支承部件，與所述動作部件轉 動自如地連結，在比所述第二支承軸及與所述動作部件的連結部分更靠近所述第一支承軸 的部位確定作用點。根據本發明的彈簧結構，對動作部件施加力使其成槓桿狀地動作，由此，能夠使連 動部件的作用點進行動作(位移)。而且，能夠使作用點在第一支承軸的附近動作，因此，能 夠縮短位於第一支承軸兩側的連動部件的作用點彼此之間的距離。另外，該彈簧的動作部 件和連動部件轉動自如地連結，能通過施加給動作部件的力使直接連動部件動作，因此，能 夠以強力驅動作用點。另外，根據本發明的彈簧結構，通過變更第一支承軸和第二支承軸的距離，能夠延 長或縮短作用點的動作行程，或能夠增大或減小作用點的驅動力，容易進行彈簧的設計變 更。同樣，通過變更第一支承軸和第二支承軸的距離，也能夠容易地設計變更作用點的角 度，以增大或減小使連動部件傾斜時的作用點的傾斜角度。另外，在本發明的彈簧結構中，能夠一體製作支承部件及動作部件、連動部件等， 因此，能夠用一個部件製作彈簧，能夠容易地進行彈簧的製作及向設備的安裝、調整作業。在本發明的彈簧結構中，所述連動部件也可以在比與所述動作部件的連結部分更 靠近所述第一支承軸的部位轉動自如地支承於所述支承部件。另外，在本發明的彈簧結構 中，所述連動部件也可以以所述第一支承軸為基準在位於比與所述動作部件的連結部分更 遠的部分轉動自如地支承於所述支承部件。根據前者，通過對動作部件的一端部施加力，使 動作部件傾斜時，兩個連動部件向與動作部件同樣的方向傾斜，施加力側的連動部件的作 用點向動作部件的一端部的相反側位移，反方向側的連動部件的作用點向動作部件的一端 部的相同側位移。另外，根據後者，通過對動作部件的一端部施加力，使動作部件傾斜時，兩 個連動部件向與動作部件相反的方向傾斜，施加力側的連動部件的作用點向與動作部件的 一端部的相同側位移，反方向側的連動部件的作用點向動作部件的一端部的相反側位移。由此，根據第一支承軸、第二支承軸、動作部件和連動部件的連結部分的位置關係能夠使作 用點的動作不同。在本發明的彈簧結構的再其它實施方式中，將所述連動部件與所述動作部件連結 的區域、所述動作部件通過所述第一支承軸支承的區域、或所述連動部件通過所述第二支 承軸支承的區域中的至少一個區域作為加強部，將所述加強部的厚度設定為比加強部以外 的厚度更厚。根據該實施方式，能夠提高形成加強部的部分的機械剛性，形成加強部的區域 通過外力難以產生撓曲變形，彈簧的動作穩定。另外，所述連動部件包括由將一端與動作部件轉動自如地連結且將另一端通過所 述第二支承軸支承於所述支承部件的連動部件主體、和在一端確定了作用點的作用點彈簧 部，在該情況下，在所述連動部件主體和所述作用點彈簧部的連結區域也形成有比加強部 之外的厚度更厚的加強部。根據該實施方式，能夠提高連動部件主體和作用點彈簧部的連 結區域的機械剛性，因此，該區域通過外力難以產生撓曲變形，彈簧的動作穩定。另外，在具有厚度厚的加強部的實施方式中，其特徵在於，所述彈簧使用SOI基板 製作，所述加強部使用SOI基板的整體厚度製作，其它的部分使用SOI基板的一部分厚度制 作。在該情況下，應用MEMS技術能夠容易地製作部分的厚度不同的彈簧。在本發明的彈簧結構的再其它實施方式中，所述連動部件在與所述動作部件的連 結部分和所述第二支承軸的中間具有彈性伸縮的彈性伸縮部。在本發明的彈簧中，動作部 件及連動部件的連結部分和第二支承軸的距離與動作部件及連動部件的連結部分和第一 支承軸的距離不同，因此，對動作部件施加力而傾斜時，在動作部件和連動部件中產生拉伸 應力或壓縮應力，動作部件或連動部件可能發生變形或破損。對此，在本實施方式中，在連 動部件上設置有彈性伸縮部，因此，能夠通過彈性伸縮部吸收動作部件及連動部件中產生 的拉伸應力及壓縮應力，能夠防止動作部件及連動部件的破損，並且能夠平滑地進行動作 部件及連動部件的移動。在本發明的彈簧結構的再其它實施方式中，所述彈簧具有相對所述第一支承軸對 稱的形狀，且具有相對與所述第一支承軸正交的方向延伸的某線段對稱的形狀。根據本實 施方式，能夠穩定彈簧的動作。尤其是，能夠使隔著第一支承軸位於其兩側的作用點的動作 均勻。本發明的促動器具備本發明的彈簧；和用於對所述彈簧的所述動作部件進行旋 轉驅動，使其圍繞所述第一支承軸旋轉的驅動源。根據該促動器，例如，通過在作用點部分 設置反射鏡，能夠作為反射鏡器件使用。而且，只變更第二支承軸的位置等能夠簡單地變更 作用點的動作行程及連動部件的傾斜等，能夠容易地進行促動器的設計變更。另外，彈簧能夠製作成一體結構，因此，能夠容易地進行促動器的組裝及調整作 業。本發明的繼電器具備本發明的彈簧；用於對所述彈簧的所述動作部件進行旋轉 驅動，使其圍繞所述第一支承軸旋轉的驅動源；設置於作為所述彈簧的所述作用點的區域 的多個可動觸點；設置於與所述可動觸點中的某可動觸點相對的位置的第一固定觸點；設 置於與所述可動觸點中的其它的可動觸點相對的位置的第二固定觸點；設置於與接近的所 述可動觸點雙方相對的位置的第三固定觸點。根據本發明的繼電器，能夠製作c觸點的繼電器，而且，能夠縮短第三固定觸點(C觸點、通用觸點)的長度，因此，能夠良好地設定繼電器的高頻特性。由此，作為高頻繼電器 成為最適當的結構。另外，能夠以強力使作用點移動，因此，可動觸點難以固定於第一 第三固定觸 點，能夠防止固定觸點的開閉不良。另外，彈簧能夠製成一體結構，因此，能夠容易地進行繼電器的組裝及調整作業。另外，用於解決本發明的所述課題的裝置具有適當組合以上說明的構成要素的特 徵，本發明根據該構成要素的組合能夠進行多種變化。


圖1是專利文獻5所示的微型繼電器的分解立體圖；圖2是用於同上的微型繼電器的基底基板的平面圖；圖3是專利文獻6所示的電磁繼電器的主要部分立體圖；圖4是用於同上的電磁繼電器的印刷電路板和連接元件支承體的立體圖；圖5 (a)是表示現有例的反射鏡器件的平面圖，圖5 (b)是圖5 (a)的X_X線的剖面 圖，圖5(c)是圖5(a)的Y-Y線的剖面圖；圖6是本發明的實施方式1的彈簧的平面圖；圖7(a)、(b)及(C)是同上的彈簧的動作說明圖；圖8是說明實施方式1的彈簧的第二支承軸的位置和作用點的動作行程的關係的 圖；圖9是說明第一支承軸的變形的動作部件的上升的影響的圖；圖10是表示實施方式1的彈簧的連動部件主體的形狀的放大平面圖；圖11是用於說明彈性伸縮部動作的圖；圖12是用於說明將連動部件分割為連動部件主體和作用點彈簧部的理由的圖；圖13是實施方式1的變形例的彈簧的平面圖；圖14是本發明的實施方式2的彈簧的立體圖；圖15是表示實施方式2的彈簧的製作中使用的SOI基板的概略剖面圖；圖16是實施方式2變形例的彈簧的平面圖；圖17是本發明的實施方式3的彈簧的平面圖；圖18是同上的彈簧的動作說明圖；圖19是實施方式3的變形例的彈簧的平面圖；圖20是實施方式3的其它的變形例的彈簧的平面圖；圖21是本發明的實施方式4的高頻繼電器的剖面圖；圖22設置於同上的繼電器的基板的基底基板的平面圖；圖23是本發明的實施方式5的高頻繼電器的剖面圖；圖24是本發明的實施方式6的反射鏡器件的剖面圖；圖25是用於同上的反射鏡器件的彈簧的平面圖；圖26(a)、(b)是反射鏡器件的動作說明圖。附圖標記說明61、81、91、101、111、121、122、彈簧
8
62、框架63、動作部件64a、64b、連動部件65、支承軸67、連結軸68、彈性伸縮部69、支承軸70、作用點部分72、連動部件主體73、連結軸74、作用點彈簧部92、93、94、95、102、103、加強部131、151、高頻繼電器132、基底基板133a、133b、133c、固定觸點I36、彈簧137、鐵片138、永久磁鐵139、磁鐵144a、144b、可動觸點152a、152b、固定電極153、可動電極板161、反射鏡器件167、反射鏡
具體實施例方式下面，參照

本發明的最佳實施方式。但是，本發明不限於以下的實施方 式，在不脫離本發明宗旨的範圍內可以進行各種設計變更。(第一實施方式)下面，參照圖6說明本發明實施方式1的彈簧的結構。該彈簧61為利用MEMS技 術由Si等半導體基板(晶片)作為一體物製作的微型MEMS彈簧，其主要應用於繼電器及 反射鏡器件等的促動器。彈簧61為將Si等半導體基板進行蝕刻，除去不需要的部分，再根據需要通過蝕刻 減薄半導體基板的厚度的部件，整體大致具有均勻的厚度。(彈簧的結構)彈簧61主要由框架62(支承部件)、動作部件63、連動部件64a、64b構成。動作 部件63大致形成長方形板狀，通過配置於一條直線上的左右兩根第一支承軸65轉動自如 地支承其中央附近。支承軸65形成在左右方向長的長方形狀，另一端與框架62的內周部 結合。通過使支承軸65彈性地扭曲變形，動作部件63槓桿狀地轉動，動作部件63的兩端部在上下方向移動。另外，將彈簧61的厚度方向稱為上下方向，將動作部件63的長度方向 及與彈簧61的厚度方向正交的方向稱為左右方向。在隔著支承軸65的兩側，在動作部件63的左右兩側分別配置有連動部件64a、 64b。動作部件63和連動部件64a、64b通過細刻痕而分離，連動部件64a、64b經由連結軸 67與動作部件63結合。連結軸67從動作部件63的兩端部兩側面突出。在動作部件63 的兩側面，與動作部件63平行配置的連動部件64a、64b其端部與連接軸67結合，其側部通 過製成長方形狀的第二支承軸69轉動自如地支承於框架62。支承軸69和支承軸65平行 延伸。另外，在連動部件64a、64b的接近連結軸67的一側的端部設置有製成Z字狀的兩根 彈性伸縮部68，彈性伸縮部68彼此之間按照左右成為線對稱的方式形成。在此，連動部件 64a、64b在比與動作部件63的連結部分(連結軸67)更接近支承軸65的部位通過支承軸 69支承於框架62，而且，在比支承軸69更接近支承軸65的部位(連動部件64a、64b)設置 有作用點部分70。通過伴隨動作部件63的轉動並使支承軸69彈性的扭曲變形，連動部件 64a、64b槓桿狀地轉動，作用點70部位在上下方向位移。另外，彈性伸縮部68伸縮，且能夠 進行撓曲變形。連動部件64a、64b由細刻痕71進一步分割為兩部分。一部分具有彈性伸縮部68， 成為一端與連結軸67結合且另一端通過支承軸69轉動自如地支承於框架62的連動部主 體72。另一部分為作用點彈簧部74。作用點彈簧部74通過向與支承軸65平行的方向延 伸的連結軸73將一端與連動部件主體72的一部分連結，在另一端設置有作用點部分70。(彈簧的動作)圖7(a)、(b)及(c)是用於說明上述彈簧61的動作的概略側面圖。在未從外部對 彈簧61施加力的情況下，如圖7(a)所示，彈簧61如一張平板一樣那樣變得平坦。如圖7(b)所示，在對彈簧61施加提升動作部件63的一端部(力點)的力Fl時 (或施加按壓動作部件63的另一端部的力時)，動作部件63傾斜，其一端部向上方位移，另 一端部向下方位移。隨之，兩側的連動部件64a、64b也向同樣的方向傾斜，位於支承軸65 的兩側附近的作用點部分70中的一方如Dll所示向下方位移，另一方如D12所示向上方位 移。因此，只要在支承軸65的下方附近有對象物α，則下降的作用點部分70通過作用點彈 簧部74等的彈性與對象物α彈性地接觸。同樣，如圖7(c)所示，在施加提升動作部件63的另一端部(力點)的力F2時(或 施加按壓動作部件63的一端部的力時)，動作部件63及連動部件64a、64b分別反轉，一作 用點部分70如D21所示向上方位移，另一作用點部分70如D22所示向下方位移，下降的作 用點部分70與對象物α彈性地接觸。或者，如圖7(b)和圖7(c)所示，切換彈簧61的動作狀態時，作用點部分70的傾 斜成為相反方向，因此，也能夠利用各作用點部分70的傾斜的變化(參照後述的反射鏡器 件)。(彈簧的特徵)本實施方式的彈簧61具有上述的結構及動作，因此具有如下說明的特徵。彈簧61 在支承軸65的兩側以從動作部件63的端部折返的方式設置有連動部件64a、64b，因此，能 夠使各作用點部分70在支承軸65的附近進行升降動作。因此，可以縮短隔著支承軸65配 置的作用點部分70彼此之間的距離，並且，也可以縮短對象物α彼此之間的距離。
另外，根據該彈簧61，作用於動作部件63的力能夠直接地使連動部件64a、64b動 作，因此，能夠以強的力使作用點部分70動作，難以引起作用點部分70的動作不良。另外， 使動作部件63和連動部件64a、64b槓桿狀地動作，從而使作用點部分70動作，因此，根據 槓桿原理對作用點部分70也產生強的力。另外，彈簧61整體一體地形成，尤其是動作部件63及連動部件64a、64b等與框架 62 一體地形成，因此，在製作彈簧61時不需要進行部件彼此之間的位置的對位及調整、組 裝，能夠容易地進行彈簧的製造和向設備的組裝。另外，動作部件63和連動部件64a、64b不 僅通過連結軸67結合，而且也通過支承軸65、框架62及支承軸69結合，因此，動作部件63 及連動部件64a、64b的動作可靠性提高。另外，如圖6所示，在該彈簧61中，相對於通過動 作部件63的中央的軸A-A和通過支承軸65的中央的軸B-B，成為對稱的結構(框架62為 非對稱的也沒關係)，因此，各作用點部分70的動作穩定，另外，也能夠使各作用點部分70 的行程及在各作用點部分70產生的力(向對象物α的接觸壓)相等。另外，彈簧61具有上述的結構，因此，通過變更連動部件64a、64b與動作部件63 連接的位置(連結軸73的位置)及連動部件64a、64b與框架62結合的位置(支承軸69 的位置)，可以不變更動作部件63及連動部件64a、64b的動作，而自由地設計各作用點部分 70的動作行程及在各作用點部分70產生的力。尤其是，作用點部分70的動作行程也能夠 和動作部件63的端部(力點)的行程相等，另外，也可以比動作部件63的端部的行程更大 或更小。例如，圖8表示將連動部件64a、64b的支承軸69的位置變更為遠離支承軸65的 位置的情況。即，在圖8中，用雙點劃線表示的連動部件64a、64b及支承軸69表示變更前 的位置，用實線表示的連動部件64a、64b及支承軸69表示變更後的位置。這樣，只要將支 承軸69置於遠離支承軸65，則即使動作部件63的端部的行程H相同，在變更前的作用點部 分70的動作行程也仍為Si，但變更後變大為S2。相反，若將作用點部分70的動作行程設 定為小，則只要將支承軸69的位置接近支承軸65即可。另外，只要使支承軸69接近支承 軸65，則就能夠增大對作用點部分70產生的力，只要遠離支承軸65，就能夠減小對作用點 部分70產生的力。另外，由於支承軸65細且長，因此，在動作部件63的一端部例如連動部件64a側 的端部施加力Fl而進行提升時，如圖9所示，支承軸65向上方撓曲，動作部件63上升。隨 之，連動部件64b的角度也變化，連動部件64b的作用點部分70的動作行程變小。但是，連 動部件64a的作用點部分70的動作行程通過用支承軸69樞軸支承的連動部件64a的橫臂 的長度決定，因此，即使動作部件63上升，連動部件64a的作用點部分70的動作行程也不 變化。由此，只要使對象物α位於各作用點部分70的下方就能夠使作用點部分70與對象 物α可靠地接觸，因此，在提升(或按壓)動作部件63的端部使彈簧61動作的情況下，對 象物α優選設置於作用點部分70的下方。另外，在提升(或按壓)動作部件63的端部使 彈簧61動作時，根據同樣的理由，優選使對象物α位於各作用點部分70的上方。接著，說明設置於連動部件主體72的彈性伸縮部68的作用。在圖10中，將連動 部件64a或64b放大表示，而且，在成為連結軸67、支承軸69及連結軸73的區域實施剖面 線表示。如圖10所示，連動部件主體72形成為長方形狀，其兩端部分別通過連結軸67及 支承軸69被保持，另外，經由連結軸73保持作用點彈簧部74。蛇形形狀的兩個彈性伸縮部 68配置為左右對稱，且設置於用連動部件主體72的連結軸67支承的部分和保持連結軸73的部分之間。彈性伸縮部68也可以設置於保持連動部件主體72的連結軸73的部分和通 過支承軸69支承的部分之間。如圖11所示，自動作部件63的支承軸65到連結軸67的橫臂長度，和自連動部件 64a、64b的支承軸69到連結軸67的橫臂長度不同。因此，在動作部件63及連動部件64a、 64b的剛性高的情況下，若沒有彈性伸縮部68，則就不能使動作部件63旋轉。另外，在動作 部件63及連動部件64a、64b具有彈性的情況下，使動作部件63等轉動時，在動作部件63 上作用壓縮方向的應力，而且，向連動部件64a、64b作用拉伸方向的應力，若沒有彈性伸縮 部68，則動作部件63及連結軸67等可能會變形、破損。為消除這種不良現象，通過在連動 部件主體72上設置彈性伸縮部68來緩解應力，容易使動作部件63旋轉，並且，防止連結軸 67等破損。另外，由於左右對稱地設置彈性伸縮部68，因此，彈性伸縮部68及連動部件主 體72不會扭曲變形。接著，對將連動部件64a、64b分割為連動部件主體72和作用點彈簧部74的理由 進行說明。對動作部件63施加力而槓桿狀傾斜時，連結軸67及支承軸69扭曲變形，因此， 通過連結軸67及支承軸69的彈性恢復力，如圖12所示，連動部件主體72彎曲為S字狀。 因此，通過連結軸73與連動部件主體72連結的作用點74以比連動部件主體72更大的傾 斜度傾斜。其結果是，能夠增大作用點部分70的動作行程。根據連動部件主體72的連結 軸73的位置，有時相反的作用點部分70的動作行程也變小，因此，連結軸73確定在作用點 部分70的動作行程變大的位置。(第一實施方式的變形例)圖13是表示實施方式1的變形例的彈簧81的平面圖。在實施方式1的彈簧61 中，連動部件64a、64b被分割為連動部件主體72和作用點彈簧部74，成為用連結軸73結合 連動部件主體72和作用點彈簧部74的結構，但是，在該變形例的彈簧81中，是將連動部件 64a、64b設定為不分割的單一的形狀。因此，根據該變形例，製作及設計簡單。(第二實施方式)圖14是表示本發明實施方式2的彈簧91的結構的立體圖。該彈簧91從下面看 時，與實施方式1的彈簧61為同樣的形狀。但是，彈簧91的特徵點為，增大了和支承軸65 平行的方向的連接部分的厚度。即，在彈簧91中，在框架62上形成加強部92，增厚框架部 分的厚度。另外，在從支承軸69向連動部件主體72延長的區域的上面也形成加強部93，也 增厚支承軸部分的厚度。另外，在從連結軸67向連動部件主體72延長的區域的上面也形 成加強部94，也增厚支承軸部分的厚度。在從連結軸73向連動部件主體72延長的區域的 上面也形成加強部95，也增厚連結軸部分的厚度。該彈簧91使用圖15所示的SOI (Silicon on Insulator)基板96製作。SOI基板 96為經由由SiO2構成的接合層98將Si層即器件層97和Si層即控制層99貼合的基板。 設置上述加強部92 95的部分使用該SOI基板96的全部厚度而形成，除此以外的部分蝕 刻除去控制層99和接合層98，只用器件層97形成。為了使其兩側的連動部件64a、64b與一個動作部件63連結，需要將連結軸67制 成懸臂梁狀。但是，在懸臂梁狀的連結軸67中，在動作時連結軸67產生撓曲，在連動部件 64a、64b上產生扭曲，彈簧的動作可能不穩定。支承連動部件主體72的懸臂梁狀的支承軸 69及支承作用點彈簧部74的懸臂梁狀的連結軸73也同樣，由於支承軸69及連結軸73產生撓曲，從而可能在連動部件主體72及作用點彈簧部74上產生扭曲。為防止這種的扭曲，只 要用厚度大的基板製作彈簧即可，但是，使用厚度大的基板時，彈簧各部的彈簧常數變大， 連動部件64a、64b等彈簧設計的自由度降低。因此，在該彈簧91中，使厚度大的部分和厚度小的部分混在一起，在需要彈簧常 數(剛性)大的部分增大厚度，在需要彈簧常數(彈簧性)小的部分減薄厚度。尤其是，通 過增大和支承軸65平行的軸部分的厚度，減小該軸部分的撓曲，減小連動部件64a、64b等 扭曲，由此，能夠進行自由的彈簧常數的設計，並且，能夠穩定彈簧91的動作。另外，通過應用上述的SOI基板96，用MEMS技術局部地減薄其厚度，能夠簡單地制 作彈簧91那種的結構。(第二實施方式的變形例)圖16是表示實施方式2的變形例的平面圖。在該變形例的彈簧101中，在圖16 中，增大實施剖面線的區域厚度。即，將左右一直線狀排列的連結軸67 —端到另一端部作 為加強部102，增大其厚度。另外，將左右一直線狀排列的連結軸65的一端到另一端作為加 強部103，增大其厚度。尤其是，在加強部103中，與其長度方向垂直的截面的縱橫尺寸比為 1. 5以上。在該變形例中，左右排列的連結軸67彼此之間通過具有剛性的加強部102連接， 因此，左右的連動部件64a、64b等的扭曲差變小，動作穩定，作用點部分70的動作可靠性提
尚ο另外，將左右排列的連結軸65彼此之間通過具有剛性的加強部103連接，因此，支 承軸65難以撓曲。其結果是，支承軸65隻在扭曲的方向產生變形，能夠抑制動作時動作部 件63上下方向的位移(參照圖9)。(第三實施方式)圖17是表示本發明實施方式3的彈簧111的結構的平面圖。在該彈簧111中，使 連結軸67從動作部件63的端部側面延伸出，使具有彎曲成大致U字狀的平面形狀的連動 部件64a、64b的基端部與連結軸67結合，在連動部件64a、64b的前端部即最靠近支承軸65 的部位確定作用點部分70。另外，從連動部件64a、64b的距支承軸65最遠的部位朝向遠離 支承軸65的方向延伸出支承軸69，使該支承軸69與框架62的內周部結合。因此，在從側 面觀察彈簧111的狀態下，連結軸67 (在動作部件63的連動部件64a、64b的支承點Q)比 支承軸69 (在框架62的連動部件64a、64b的支承點P)更接近支承軸65 (在框架62的動 作部件63的支承點R)，作用點部分70比連結軸67更接近支承軸65。在該彈簧111中，在從側面觀察的狀態下，連結軸67位於支承軸65和支承軸69 的中間，因此，如圖18所示，在施加提升動作部件63的一端部的力Fl時(或，施加按壓動 作部件63的另一端部的力時)，動作部件63傾斜，其一端部向上方位移，另一端部向下方 位移。隨之，兩側的連動部件64a、64b向動作部件63的反方向傾斜，位於支承軸65的兩側 附近的作用點部分70中的一方向上方位移，另一方向下方位移。因此，如果在支承軸65的 下方附近有對象物α，則上升的作用點部分70通過作用點彈簧部74等的彈性與對象物α 彈性地接觸。在施加提升動作部件63的另一端部的力F2時(或，施加按壓動作部件63的 一端部的力)時也同樣。另外，在該 簧111的情況下，在動作部件63的端部施加力而進行提升的情況下，支承軸65向上方撓曲，動作部件63上升，有時動作部件63的傾斜變動。隨之，位於施加力 的位置的相反側的連動部件64a或64b的角度也變化，其連動部件64a或64b的作用點部 分70向下方的動作行程變小(參照圖9)。因此，在該彈簧111中，在提升動作部件63的 端部(或按壓)使彈簧61動作時，優選對象物α設置於作用點部分70的上方。另外，在 降低動作部件63的端部(或按壓)使彈簧61動作時，優選將對象物α設置於作用點部分 70的下方。(第三實施方式的變形例)圖19是實施方式3的變形例的彈簧121的平面圖。該112變形例未將連動部件 64a、64b彎曲成如實施方式3所示的大致U字狀，而製成筆直的形狀。圖20是實施方式3的其它的變形例的彈簧122的平面圖。在該彈簧122中，支承 軸69和連結軸67同軸狀地配置。在該情況下，使動作部件63槓桿狀地轉動時，連動部件 64a、64b和實施方式3的彈簧111同樣，向動作部件63的反方向傾斜。(第4實施方式)圖21是表示本發明實施方式4的高頻繼電器131的結構的剖面圖。該高頻繼電 器131為用於接通/斷開頻帶IOGHz的高頻信號的繼電器。該高頻繼電器131在基底基板132上重疊彈簧136，且在其上設置用於驅動彈簧 136的磁鐵139，用罩143覆蓋大致整體。基底基板132為陶瓷基板，在其上面將固定觸點 133a (a觸點)、固定觸點133b (b觸點)及固定觸點133c (c觸點)設置於左右兩個部位，成 為2c觸點結構。另外，在基底基板132的下面設置背面電極134a、134b、134c，用內部配線 135a將固定觸點133a和背面電極134a連接，用內部配線135b將固定觸點133b和背面電 極134b連接，用內部配線135c將固定觸點133c和背面電極134c連接。彈簧136是本發明的彈簧，在以上說明的彈簧中也可以是任一實施方式中的結 構，也可以是除此之外的結構。彈簧136通過在下面側加厚框架62的厚度，將動作部件63 及連動部件64a、64b等設置於基底基板132上，以使其從基底基板132的上面上浮。在動 作部件63的上面整體一體粘合有矩形狀的鐵片137 (電樞)。另外，在連動部件64a的作用 點部分70的下面設置有可動觸點144a，在連動部件64b的作用點部分70的下面設置有可 動觸點144b。配置於彈簧136的上方的永久磁鐵138及磁鐵139通過設置於框架62上面的襯 墊142支承。襯墊142由Si、玻璃、非磁性金屬等非磁性體材料製作。磁鐵139在磁軛140 的周圍纏繞線圈141而成，磁軛140的兩前端在鐵片137的兩端部上面對置。另外，永久磁 鐵138按照上面及下面為N極、S極的方式配置。因此，給線圈141通電激勵時，在磁軛140 的一前端部磁通密度變大，在另一前端部磁通密度變小，因此，鐵片137的一端部與磁通密 度大的一側的磁軛前端吸附，動作部件63傾斜為槓桿狀。這樣，鐵片137的端部與磁軛140 吸附時，切斷線圈141的電流後，通過永久磁鐵138的磁力也將鐵片137的端部保持在與磁 軛140的前端抵接的狀態(鎖止狀態)，動作部件63也維持為動作狀態。另外，當切換線圈141的通電方向時，鐵片137的另一端部與磁軛140的另一前端 吸附，動作部件63向反方向傾斜，切斷線圈141的電流後，動作部件63也維持為動作狀態。圖22表示基底基板132上面的電極圖案。接地用的固定觸點133c具有信號用的 固定觸點133a、133b的長度兩倍以上的長度，固定觸點133a、133b分別與固定觸點133c的兩端部平行配置。在可動觸點144a、144b及固定觸點133a、133b、133c上，優選是實施AuCo、 AuAg, AuNi等的Au系合金的金屬鍍敷。而且，設置於連動部件64a的作用點部分70的下 面的可動觸點144a按照跨過固定觸點133c的單側一半和固定觸點133a的上方的方式而 配置。同樣，設置於連動部件64b的作用點部分70的下面的可動觸點144b按照跨過固定 觸點133c的另一半和固定觸點133b的上方的方式而配置。這樣，根據磁鐵139的通電方向切換鐵片137(動作部件63)的旋轉方向，由此，能 夠在以下的動作狀態進行切換，即、使可動觸點144a與固定觸點133a及133c接觸，閉合 固定觸點133a和133c之間而斷開固定觸點133b和133c之間的動作狀態、和使可動觸點 144b與固定觸點133b及133c接觸，閉合固定觸點133b和133c之間而斷開固定觸點133a 和133c之間的動作狀態。另外，圖22所示的罩接合部146是用於將罩143的外周下面與基底基板132錫焊 接合的電極圖案。另外，磁鐵驅動用觸點145a、145b是用於對磁鐵139通電的電極。在上述的高頻繼電器131中，使用在作用點部分70設置有可動觸點144a、144b的 本發明的彈簧136，因此，能夠將固定觸點133a和固定觸點133b接近配置，並且，能夠縮短 固定觸點133c的長度L。因此，在高頻繼電器131中，難以產生高頻幹擾，能夠提高高頻繼 電器131的高頻特性。另外，在該131中，使用本發明的彈簧136，因此，能夠使可動觸點144a、144b與固 定觸點133a、133b、133c可靠地接觸。另外，可以以通過磁鐵139吸附鐵片137的力驅動直 接連動部件64a、64b，且可以以強的力使可動觸點144a、144b從固定觸點133a、133b、133c 分離，因此，能夠避免可動觸點144a、144b與固定觸點133a、133b、133c粘著的現象。另外， 通過變更支承軸69的位置等，也能夠延長可動觸點144a、144b的動作行程。另外，作為驅動彈簧136的手段使用永久磁鐵138和磁鐵139，因此，可進行高頻繼 電器131的鎖止動作。(第五實施方式)圖23是表示本發明實施方式5的高頻繼電器151的結構的剖面圖。該高頻繼電 器151通過電極間的靜電引力驅動彈簧136。除了驅動裝置之外，和實施方式4同樣，因此， 只說明和實施方式4不同的點。在高頻繼電器151中，在彈簧136的動作部件63的上面一 體地接合有由金屬板構成的可動電極板153，另外，用絕緣膜154覆蓋可動電極板153的上 面。另外，在覆蓋上方的罩143的下面，與可動電極板153的兩端部相對，分別設置有固定 電極152a、152b。可動電極板153保持為接地電位。因此，高頻繼電器151中流過的高頻信 號通過可動電極板153被屏蔽。在該高頻繼電器151中，在固定電極152a和固定電極152b中的任一方和可動電 極板153之間發生電位差時，可動電極板153的端部與其固定電極152a或152b吸附，因此， 彈簧136被驅動，動作部件63轉動，使固定觸點133a、133c間或固定觸點133b、133c間開 閉。另外，固定電極152a、152b在圖23中如雙點劃線所示，也可以設置於基底基板132 的上面。(第6實施方式)圖24是表示本發明實施方式6的反射鏡器件161的結構的剖面圖。圖25是用於
15反射鏡器件161的彈簧163的平面圖。該反射鏡器件161在基底基板162上重合彈簧163，在其動作部件63的下面一體 地接合有由金屬板構成的可動電極板164，另外，由絕緣膜165覆蓋可動電極板164的下面。 另外，與可動電極板164的兩端部相對，分別在基底基板162的上面設置有固定電極166a、 166b。如圖25所示，在彈簧163的作用點部分70的上面設置有反射鏡167。反射鏡167不 必設置於所有的作用點部分70，可以設置一個。但是，在該反射鏡器件161中，在由固定電極166b吸附可動電極板164時，如圖 26(a)所示，由固定電極166a吸附可動電極板164時，如圖26(b)所示，反射鏡167的傾斜 發生變化，因此，如圖26(a) (b)中箭頭所示，能夠使向反射鏡167入射的光的反射方向變 化。另外，連動部件64a、64b的傾斜比動作部件63的傾斜更大，因此，能夠增大反射鏡167 的角度變化，能夠增大光的反射方向的變化。另外，在該反射鏡器件161中，使用本發明的彈簧163，因此，不變更彈簧163的結 構，只改變支承軸69的位置就能夠改變連動部件64a、64b的角度即反射鏡167的角度(參 照圖8)。(其它的變形例)上述的彈簧任一個都在動作部件63的左右兩側設置有連動部件64a、64b，因此， 具有四個作用點部分70。與之相對，也可以隔著支承軸65在其兩側各設置一個連動部件 64a、64b，也可以隔著連動部件64a、64b在其左右分別設置動作部件63。在這樣的結構中， 可以設置兩個作用點部分70。另外，本發明的彈簧中，只要是製作上可能的大小，則也可以將薄板彈簧材料衝孔 加工製作而成。
權利要求
一種彈簧結構，其特徵在於，具備支承部件；動作部件，其中央附近通過第一支承軸轉動自如地支承於所述支承部件；多個連動部件，隔著所述第一支承軸分別配置於其兩側，通過第二支承軸轉動自如地支承於所述支承部件，與所述動作部件轉動自如地連結，在比所述第二支承軸及與所述動作部件的連結部分更靠近所述第一支承軸的部位確定作用點。
2.如權利要求1所述的彈簧結構，其特徵在於，所述連動部件在比與所述動作部件的 連結部分更靠近所述第一支承軸的部位轉動自如地支承於所述支承部件。
3.如權利要求1所述的彈簧結構，其特徵在於，所述連動部件以所述第一支承軸為基 準在位於比與所述動作部件的連結部分更遠的部分轉動自如地支承於所述支承部件。
4.如權利要求1所述的彈簧結構，其特徵在於，將所述連動部件與所述動作部件連結 的區域、所述動作部件通過所述第一支承軸支承的區域、或所述連動部件通過所述第二支 承軸支承的區域中的至少一個區域作為加強部，將所述加強部的厚度設定為比加強部以外 的厚度更厚。
5.如權利要求4所述的彈簧結構，其特徵在於，所述連動部件包括將一端與動作部件轉動自如地連結且將另一端通過所述第二支承 軸支承於所述支承部件的連動部件主體、和在一端確定了作用點的作用點彈簧部，在所述連動部件主體和所述作用點彈簧部的連結區域形成有比加強部之外的厚度更 厚的加強部。
6.如權利要求4或5所述的彈簧結構，其特徵在於， 所述彈簧使用S0I基板製作，所述加強部使用S0I基板的整體厚度製作，其它的部分使用S0I基板的一部分厚度製作。
7.如權利要求1所述的彈簧結構，其特徵在於，所述連動部件在與所述動作部件的連結部分和所述第二支承軸的中間具有彈性伸縮 的彈性伸縮部。
8.如權利要求1所述的彈簧結構，其特徵在於，所述彈簧具有相對所述第一支承軸對 稱的形狀，且具有相對與所述第一支承軸正交的方向延伸的線段對稱的形狀。
9.一種促動器，具備權利要求1所述的彈簧；和用於對所述彈簧的所述動作部件進行 旋轉驅動，使其圍繞所述第一支承軸旋轉的驅動源。
10.一種繼電器，具備 權利要求1所述的彈簧；用於對所述彈簧的所述動作部件進行旋轉驅動，使其圍繞所述第一支承軸旋轉的驅動源；設置於作為所述彈簧的所述作用點的區域的多個可動觸點； 設置於與所述可動觸點中的某可動觸點相對的位置的第一固定觸點； 設置於與所述可動觸點中的其它的可動觸點相對的位置的第二固定觸點； 設置於與接近的所述可動觸點雙方相對的位置的第三固定觸點。
全文摘要
本發明提供一種彈簧結構，能夠縮短成對的作用點彼此之間的距離，能夠增大作用點的驅動力，且能通過一個部件製作。動作部件(63)通過第一支承軸(65)轉動自如地支承中央附近。在動作部件(63)的左右兩側，隔著支承軸(65)在兩側分別配置有連動部件(64a、64b)。連動部件(64a、64b)通過第二支承軸(69)轉動自如地被支承，另外，與動作部件(63)轉動自如地連結。支承軸(69)比動作部件(63)與動作部件(64a、64b)的連結部位更接近於支承軸(65)，且在比支承軸(69)更接近支承軸(65)的部位確定作用點部分(70)。
文檔編號H01H59/00GK101894711SQ20101012345
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月2日 優先權日2009年5月20日
發明者山地佑輔, 川端康大, 田中博之, 篠浦達生, 芹川知己 申請人:歐姆龍株式會社