JP2004335502A

JP2004335502A - Magnetostriction actuator and its manufacturing method, as well as optical switch

Info

Publication number: JP2004335502A
Application number: JP2003124778A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Takeuchi; 輝明竹内; Toshishige Shibazaki; 利成柴崎
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetostriction actuator that utilizes the variation of the deflected amount of an elemental magnetostriction piece, can prevent the breakage and deformation of the thin substrate of the elemental magnetostriction piece, and is provided with the substrate and elemental magnetostriction piece; and to provide an optical switch using the actuator. <P>SOLUTION: In this magnetostriction actuator, a thin film (thin magnetostriction film) composed of a magnetic material is elongated or contracted, and the elemental magnetostriction piece is deflected due to a shear stress produced between the thin film and the substrate constituting the elemental magnetostriction piece when a magnetic field is applied upon the thin film by using a magnetic field applying means. By utilizing the deflection of the elemental magnetostriction piece, the magnetostriction actuator is operated. Since an amorphous metallic material is used as the substrate of the elemental magnetostriction piece in this actuator, the piece can be returned to its original nonreflecting state by preventing the plastic deformation of the substrate. Consequently, the operation of the magnetostriction actuator can be controlled satisfactorily. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基体上に磁歪膜を形成した素片を用いた磁歪アクチュエータ及びその製造方法、並びに、その磁歪アクチュエータを利用した光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、光通信回線を切り替えるために光スイッチが必要である。光スイッチの方式の一つとして、例えば、光路上に反射ミラーを配置し、その角度を変化させることにより光の反射方向を変える方式の光スイッチが知られている。かかる光スイッチにおいて、反射ミラーの角度を変化させる方法としては、例えば、静電方式、圧電方式、磁気力方式等が知られている。
【０００３】
従来の磁気力方式の光スイッチとして、磁石と電磁石との吸引力を利用した光スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。この光スイッチは、磁性体が取り付けられているミラーが３次元的に運動可能な支持体を介して基板に取り付けられるとともに、ミラー近傍に電磁石を設けて構成されている。かかる光スイッチでは、電磁石を動作させて電磁石から磁界を発生させ、ミラーに取り付けられている磁性体を磁気的な相互作用により電磁石に引き付け、ミラーに入射したレーザを所定の方向にスイッチングさせている。しかしながら、このような磁石と電磁石との吸引力を利用した光スイッチにおいては、ミラーに磁性体を取り付けるとともに、変形可能な支持体を介してミラーを基板に取り付ける必要があるために、部品点数が多くなるとともに構造が複雑になり、製造工程もまた複雑化するという問題があった。
【０００４】
そこで、より簡単な構造で且つ容易に製造することのできる磁気力方式の光スイッチとして、曲げ弾性及び可撓性を有する基体上に磁歪材料からなる薄膜（磁歪薄膜）を形成した素片（磁歪素片）を利用した光スイッチが知られている（例えば、非特許文献１参照）。この光スイッチでは、入射用の光ファイバからの光を磁歪素片の表面に形成したミラーで反射させている。磁歪素片に磁界を印加していない状態では、光は上記ミラーに対して所定の角度をもって入射し、ミラー面で反射された光は第１の出射用光ファイバに導かれる。これに対し、磁歪素片に磁界を印加して状態では、磁歪素片に撓みが生じる。これにより、光は磁界が印加されていない状態の所定角度とは異なる角度で上記ミラー面に入射し、ミラー面で反射された光は第１の出射用光ファイバとは異なる位置に配置された第２の出射用光ファイバに導かれる。このように、印加する磁界の値を切り替えて磁歪素片の撓み量を制御することにより、光のスイッチングを行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１６２５２０号公報（第１−５頁）
【非特許文献１】
Ｓ．Ｍｏｏｎ，Ｓ．Ｈ．Ｌｉｍらによる著，「オプティカル・スイッチ・ドリブン・バイ・ジャイアント・マグネトストリクティブ・シン・フィルムズ（ＯｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈＤｒｉｖｅｎｂｙＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅＴｈｉｎＦｉｌｍｓ）」ＰａｒｔｏｆｔｈｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＤｅｓｉｇｎ，Ｔｅｓｔ，ａｎｄＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＥＭＳａｎｄＭＯＥＭＳ（パリ，フランス）（１９９９年３−４月）（第８５４−８６２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光スイッチに用いられる磁歪素片では、基体の厚さが磁歪薄膜の厚さに比べて非常に厚い場合、磁歪素片の撓み量が小さくなってしまう。磁歪素片の撓み量を大きくするために、基体の厚さを磁歪薄膜の厚さと同程度にすることが望ましいが、基体の厚さを薄くすると、基体の取扱いが困難となる。例えば、ガラスやシリコンのような脆い材料からなる薄い基体の場合、ピンセット等を用いて基体を成膜装置のホルダーに設置するときに基体に割れが生じることがある。一方、薄い基体として金属を用いる場合、基体を成膜装置のホルダーに設置するときに塑性変形させてしまうことがある。また、スパッタ装置等の成膜装置内に入れることのできる基体の材料種には制限がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、磁歪素片の撓み量の変化を利用した磁歪アクチュエータ及びその磁歪アクチュエータを用いた光スイッチにおいて、磁歪素片の基体の破損や変形を防止し、且つ、厚みの薄い基体及び磁歪素片を備える磁歪アクチュエータ及び光スイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、非晶質の金属材料で形成されている基体と、該基体上に磁歪材料で形成されている薄膜とで構成される素片と；
該素片に磁界を印加する磁界印加手段と；を備えることを特徴とする磁歪アクチュエータが提供される。
【０００９】
本発明の磁歪アクチュエータでは、磁界印加手段を用いて磁歪材料からなる薄膜（磁歪薄膜）に磁界を印加することにより磁歪薄膜が伸びまたは縮み、磁歪素片を構成する基体との間に生じたずれ応力によって磁歪素片が撓む。この磁歪素片の撓みを利用して磁歪アクチュエータの動作が行われる。本発明の磁歪アクチュエータでは、基体として非晶質の金属材料を用いているので、結晶性を有する金属材料の場合に生じ易い塑性変形を防止することができ、磁歪素片を撓まない元の状態に戻すことができる。これにより、磁歪アクチュエータの良好な動作制御を行うことができる。
【００１０】
本発明の磁歪アクチュエータでは、上記非晶質の金属材料が、希土類元素と遷移金属元素とを含む合金であることが望ましい。また、上記磁歪材料が、希土類元素と遷移金属元素とを含む非晶質合金であることが望ましい。基体と同様にして、磁歪材料として非晶質合金を用いることにより、磁歪薄膜の塑性変形を防止することができる。
【００１１】
本発明の磁歪アクチュエータでは、上記基体の熱膨張係数と上記薄膜の熱膨張係数が略同じであることが望ましい。これにより、磁歪アクチュエータの環境温度の変化により生じ得る磁歪素片の意図しない撓みの発生を防止することができる。また、上記基体の厚みと上記薄膜の厚みが略同じであることが望ましい。これにより、磁歪素片を最も大きく撓ませることができる。この場合、上記厚みが２〜３μｍであることが望ましい。なお、本明細書において「上記基体と上記薄膜の厚みが略同じ」とは、薄膜の厚みに対する基体の厚みが８０〜１２５％程度であることをいう。
【００１２】
本発明の磁歪アクチュエータでは、上記基体と上記薄膜との間に、酸化物または窒化物からなる中間層が形成されていてもよい。これにより、基体と薄膜がともに希土類元素と遷移金属元素を含む合金で形成されている場合に、基体材料と薄膜材料との間で生じる材料成分の拡散を防止することができる。また、上記希土類元素と遷移金属元素とを含む合金が、上記薄膜を形成する磁歪材料の磁歪定数と反対の極性を有する磁歪材料で形成されていてもよい。このような磁歪素片に磁界が印加された場合、薄膜が伸びるのと同時に基体が縮む、あるいは、薄膜が縮むと同時に基体が伸びる。これにより、基体と磁歪薄膜との間のずれ応力がさらに増大し、磁歪素片の撓み量を大きくすることができる。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、光スイッチであって、
第１の態様による磁歪アクチュエータと；
光スイッチに光を入射する光入射部と；
該光入射部からの光を光スイッチから選択的に出射する第１光出射部及び第２光出射部と；
上記素片上に形成されたミラーと；を備え、
上記素片に磁界が印加されたときに、上記光入射部からの光が第１光出射部に導かれ、磁界が印加されないときに、上記ミラーを介して第２光出射部に導かれることを特徴とする光スイッチが提供される。
【００１４】
本発明の光スイッチでは、素片に磁界を印加したときには、素片を構成している磁歪薄膜が伸びるまたは縮むことにより、素片を構成する基体との間でずれ応力が生じ、素片が基体側または磁歪薄膜側のいずれかの側に撓む。このとき、光入射部からの光は素片に遮られることなく第１光出射部に向けて照射される。一方、素片に磁界を印加していない状態で、素片は撓んでいない状態となる。このとき、光は素片に遮られ、光入射部からの光の光路内に、素片上に設けられたミラーが変位し、ミラーは光を反射して第２出射部に導く。これにより、光スイッチの切り替えを正確に行うことができる。
【００１５】
本発明の光スイッチでは、上記光入射部及び光出射部の少なくとも一方がレンズ付き光ファイバであることが望ましい。また、上記磁界印加手段が、硬質磁性体を一部に含むコア、該コアに周回して設けられたコイル及び電源で構成されていることが望ましい。さらに、上記硬質磁性体が、保磁力の異なる硬質磁性体から構成されていてもよい。これにより、磁界印加手段を用いてコアに磁界印加した直後に磁界印加を止めた場合でもコアに引き続き磁界が生じているので、磁歪素片の撓み状態もそのまま維持される。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様の磁歪アクチュエータの製造方法であって、
支持基板上に剥離層を形成することと；
該剥離層上に基体を形成することと；
上記基体上に磁歪材料からなる磁歪層を形成することと；
上記磁歪層が形成された基体から上記剥離層とともに支持基板を剥離することにより上記素片を作製することと；
上記素片に磁界を印加する磁界印加手段を設けることと；を含む磁歪アクチュエータの製造方法が提供される。
【００１７】
本発明の磁歪アクチュエータの製造方法を用いて、本発明の第１の態様による磁歪アクチュエータを製造することができる。本発明の磁歪アクチュエータの製造方法では、磁歪素片の基体とは別に成膜用の支持基板を用いているので、磁歪膜の製造時の取扱いが容易であり、磁歪素片の基体の塑性変形を防止することができる。一方、磁歪素片を構成する基体に要求される製造時の厚み及び強度が緩和されるため、基体材料の選択の幅を広げることができる。これにより、磁歪素片の熱安定性を向上すべく熱膨張係数が略等しい基体材料及び磁歪薄膜材料を選択することが可能となる。また、磁歪素片における基体を極めて薄くすることもできる。
【００１８】
本発明の磁歪アクチュエータの製造方法では、支持基板がガラスで形成されていることが望ましい。また、上記剥離層がレジストで形成されていることが望ましい。
【００１９】
本発明の磁歪アクチュエータの製造方法では、上記剥離層と上記基体との間に、酸化物または窒化物からなる下地層を形成することが望ましい。また、上記磁歪層上に酸化物または窒化物からなる保護層を形成することが望ましい。さらに、上記基体と上記磁歪層との間に、酸化物または窒化物からなる中間層を形成してもよい。これにより、基体と磁歪層をともに希土類元素と遷移金属元素とを含む合金で形成した場合に生じ得る、基体と磁歪層との間の材料成分の相互拡散を防止することができる。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様による磁歪アクチュエータの製造方法であって、
有機材料からなる支持基板上に酸化物または窒化物からなる下地層を形成することと；
該下地層上に基体を形成することと；
上記基体上に磁歪材料からなる磁歪層を形成することと；
該磁歪層上に酸化物または窒化物からなる保護層を形成することと；
上記下地層、上記磁歪層及び上記保護層が形成された基体から支持基板を溶解して除去することにより上記素片を作製することと；
上記素片に磁界を印加する磁界印加手段を設けることと；を含む磁歪アクチュエータの製造方法が提供される。
【００２１】
本発明の磁歪アクチュエータの製造方法を用いることにより、本発明の第１の態様による磁歪アクチュエータを製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態を、図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２３】
【実施例１】
本発明における磁歪アクチュエータの実施の形態について、図１〜４を用いて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の磁歪アクチュエータ１００の概略図であり、図１（ａ）は磁歪アクチュエータ１００を構成する磁歪素片１０が撓んでいない状態を、図１（ｂ）は磁歪素片１０が撓んだ状態をそれぞれ示している。本実施例の磁歪アクチュエータ１００の動作に関する詳細については、後述する。
【００２４】
［磁歪素片の作製方法］
次に、本発明の磁歪アクチュエータに用いる磁歪素片の作製方法を、図２及び３を用いて説明する。図２に示すように、磁歪素片１０は、基体１、磁歪材料層３、保護層５及び保護層７で構成されている。磁歪素片１０は、以下の方法で作製した。図３（ａ）に示すように、支持基板（成膜用基体）１２として、直径６３ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス基板を用意した。次いで、支持基板１２の一方の面上に、剥離層１４として、レジストを厚さ１００μｍとなるようにスピンコート法を用いて形成した。次いで、剥離層１４上に、下地層１５として、ＳｉＯ_２を厚さ１０ｎｍとなるように形成した。次いで、下地層１５上に、基体１１として、テルビウム−鉄非晶質合金を厚さ３μｍとなるように形成した。次いで、基体１１上に、磁歪材料層１３として、磁歪材料であるサマリウム−鉄非晶質合金を厚さ３μｍとなるように形成した。さらに、磁歪材料層１３上に、保護層１７として、ＳｉＯ_２を厚さ１０ｎｍとなるように形成した。下地層１５、基体１１、磁歪材料層１３及び保護層１７は、いずれもスパッタ法を用いて形成した。なお、磁歪材料層１３に用いられるサマリウム−鉄非晶質合金の熱膨張係数は、基体１１に用いられるテルビウム−鉄非晶質合金の熱膨張係数と略同じであった。これにより、磁歪素片１０の環境温度の変化に起因する磁歪素片１０の意図しない撓みが防止される。
【００２５】
次に、各層が形成された支持基板１２を、長さ１０ｍｍ、幅０．８ｍｍの平板状となるようにダイシングした後、不図示のアッシング装置における酸素プラズマによって、剥離層１４を形成するレジストのアッシングを行った。このアッシングにより、支持基板１２と下地層１５とを接着しているレジストの接着力は消失するので、下地層１５から剥離層１４とともに支持基板１２が剥離される。これにより、図３（ｂ）に示すような磁歪素片１０を得た。なお、剥離層１４上に形成されていた下地層１５は、磁歪素片１０における基体１の保護層５として機能する。また、保護層１７は、磁歪素片１０における磁歪材料層３の保護層７として機能する。本実施例では、保護層５及び７をＳｉＯ_２を用いて形成したが、ＳｉＯ_２以外の酸化物または窒化物で形成してもよい。
【００２６】
［磁歪アクチュエータの製造方法］
次に、こうして得られた磁歪素片１０を用いて製造した磁歪アクチュエータについて、図１及び４を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、磁歪アクチュエータ１００は、主に、磁気コア１０１、コイル１０３、磁歪素片１０及び電源（不図示）で構成される。磁気コア１０１は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、幅（図中、Ｙ方向の長さ）ｄ_１＝１５ｍｍ、長さ（図中、Ｘ方向の長さ）ｄ_２＝１０ｍｍ及び高さ（図中、Ｚ方向長さ）ｄ_３＝１０ｍｍの四角柱状であり、磁気コア１０１の内部にはＸ方向に貫通する貫通孔１０２が形成されている。貫通孔１０２により、磁気コア１０１は、図４（ｂ）に示すように、Ｚ方向に上面部１０１ａと底面部１０１ｂに分けられる。さらに、磁気コア１０１の上面部１０１ａには、Ｙ方向の中央部に、Ｘ方向に延在するギャップ１０８が形成され、ギャップ１０８は上面部１０１ａを右上面部１０１ａｒと左上面部１０１ａｌに分割している。ギャップ１０８は貫通孔１０２と連通している。貫通孔１０２の幅及びギャップ１０８の幅（ギャップ幅）は、それぞれ、１０ｍｍ及び１．２ｍｍである。また、磁気コア１０１は、フェライトからなる軟質磁性体で構成されている。なお、磁気コア１０１の軟質磁性体は０．２［Ｏｅ］の保磁力を有する。磁気コア１０１は、フェライトからなる軟質磁性体を、所望の形状となるように加圧成形して作製した。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、磁気コア１０１の底面部（１００ｂ）には、直径０．３ｍｍのエナメル線からなるコイル１０３が、Ｘ方向及びＺ方向に２００回程度周回して設けられている。不図示の電源はコイル１０３の両端に接続され、コイル１０３に電力を供給する。磁歪素片１０は、ギャップ（１０８）内で、Ｘ方向に延在し且つ磁歪素片１０の表面が磁気コア１０１の上面部（１０１ａ）の表面と平行になるように配置されている。ここで、図１（ａ）に示すように、磁歪素片１０の一端を固定端として、ギャップ（１０８）の端部に挟持された支持片１０５に接着剤等で固着し、磁歪素片１０の他端を支持せずに自由端とした。なお、磁歪素片１０は、磁歪素片１０の基体側がコイル１０３側を向くように、ギャップ内に配置される。
【００２８】
［磁歪アクチュエータの駆動方法］
次に、磁歪アクチュエータ１００の駆動原理について、図１を用いて説明する。図１（ｂ）に示すように、不図示の電源によってコイル１０３に電力を供給することにより、磁気コア１０１に磁界を発生させる。このとき、磁気コア１０１のギャップに、磁歪素片１０の幅方向（Ｙ方向）に磁界が発生する。これにより、ギャップ内に配置された磁歪素片１０における負の磁歪定数を有するサマリウム−鉄合金からなる磁歪材料層が、発生した磁界の方向に縮み、その結果、発生した磁界と直交する方向である素片の長手方向（Ｘ方向）に伸長する。磁歪材料層が伸長することにより、磁歪素片１０の磁歪材料層と基体との間でずれ応力が生じ、磁歪素片１０は支持片１０５で固定された固定端を支点として、矢印ＡＲ１で示すように、コイル１０３側、即ち、下方に向かって撓む。これにより、磁歪アクチュエータの動作に必要な変位量を得る。
【００２９】
次に、本実施例における磁歪アクチュエータの具体的な駆動方法を説明する。図１（ａ）に示すように、磁歪アクチュエータ１００は、コイル１０３に電流を流さない状態、即ち、磁気コア１０１に磁界が印加されていない状態では、磁歪素片１０は撓まない。これに対し、コイル１０３に１２０ｍＡの電流を流して、磁気コア１０１のギャップ部に磁界Ｈ_１＝４５０［Ｏｅ］を発生させた。これにより、図１（ｂ）に示すように、磁歪素片１０は矢印ＡＲ１の方向に撓む。磁歪素片１０の撓み量は、磁気コア１０１に発生した磁界により飽和状態となっている。このように、コイル１０３への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、磁歪アクチュエータの動作が可能となる。
【００３０】
【比較例１】
ここで、磁歪素片の基体の厚みと磁歪材料層の厚みとの関係について、図１１を用いて説明する。図１１は、磁歪素片の磁歪材料層の厚みを４μｍとし、基体の厚みを種々変更したときの磁歪素片の撓み量の変化について示している。図１１から明らかなように、基体の厚みが磁歪材料層の厚みと等しい４μｍの場合に、磁歪素片の最大の撓み量を得ることができる。また、基体の厚みが３．２μｍ〜５．０μｍとなるように、即ち、磁歪材料層の厚みに対する基体の厚みが８０〜１２５％程度となるように磁歪素片を形成することにより、６５０μｍ以上の撓み量を得ることができる。
【００３１】
【比較例２】
また、上記実施例における磁歪素片とガラス基体上に磁歪材料層を形成した従来の磁歪素片との撓み量の比較結果を、図１２に示す。図１２に示したグラフの縦軸は磁歪素片の撓み量を、横軸は磁歪アクチュエータに印加した磁界の値を示している。なお、比較に用いた従来の磁歪素片は、基体として厚さ１５μｍのガラスを用い、且つ、基体の磁歪材料層形成面とは反対側の面に保護層を設けなかった以外は、上記実施例における磁歪素片と同様の構成とした。図１２から明らかなように、本発明における磁歪アクチュエータでは、磁歪素片の基体の厚みを磁歪材料層と同様に薄く形成することができ、大きな撓み量を得ることができるので、従来の磁歪素片と比較して、より小さい印加磁界で所定の撓み量を得ることができる。
【００３２】
【実施例２】
本発明の磁歪アクチュエータに用いる磁歪素片の別の実施形態を、図５を用いて説明する。本発明における磁歪素片は、図５（ａ）に示すように、基体２１と磁歪材料層２３との間に中間層２９を設けた以外は、実施例１と同様に構成した。基体及び磁歪材料層をそれぞれ希土類元素と遷移金属元素との合金を用いて形成した場合、スパッタ成膜時に基体と磁歪材料層との界面近傍で材料成分の相互拡散が生じることがある。これは、基体及び磁歪材料層に用いた材料がともに希土類元素と遷移金属元素との合金であり、組成が類似していることに起因している。本実施例では、上記のような基体と磁歪材料層との界面近傍における材料成分の相互拡散を防止するために、基体２１と磁歪材料層２３との間にＳｉＯ_２からなる中間層２９を形成した。以下に、本実施例における磁歪素片の作製方法について説明する。図５（ｂ）に示すように、支持基板３２上に、実施例１と同様にして、剥離層３４、下地層３５及びテルビウム−鉄非晶質合金からなる基体３１をスパッタ法により形成する。次いで、基体３１上にＳｉＯ_２からなる中間層３９を、厚さ１０ｎｍとなるようにスパッタ法を用いて形成した。次いで、中間層３９上に、サマリウム−鉄非晶質合金からなる磁歪材料層３３を、厚さ３μｍとなるようにスパッタリングにより形成し、さらに磁歪材料層３３上に、実施例１と同様にして、保護層３７を形成した。各層が形成された支持基板３２をアッシングした後に、剥離層３４とともに支持基板３２を除去することにより、図５（ａ）に示すような磁歪素片２０を得た。こうして得られた磁歪素片２０を用い、図１（ａ）及び（ｂ）に示したような磁歪アクチュエータを構成することができる。なお、本実施例では、中間層３９をＳｉＯ_２を用いて形成したが、ＳｉＯ_２以外の酸化物または窒化物で形成してもよい。
【００３３】
【実施例３】
次に、本発明における磁歪アクチュエータを利用した光スイッチについて、図６〜８を用いて説明する。本発明の光スイッチに用いた磁歪アクチュエータは、実施例１と同じ構成の磁歪アクチュエータとした。図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の光スイッチ２００の概略図であり、図６（ａ）は、光スイッチ２００を構成する磁歪素片５０が撓んでおらず、光入射部となるレンズ付き光ファイバ２０２から照射された光が、磁歪素片５０上に形成されたミラー５２を介して、後述の光ファイバ２０４とは異なる位置に配置された第２の光出射部となるレンズ付き光ファイバ２０６に入射する様子を示している。一方、図６（ｂ）は、磁歪素片５０が撓んだ状態であり、光ファイバ２０２から照射された光が、光ファイバ２０２に対向する位置に配置された第１の光出射部となるレンズ付き光ファイバ２０４に直接入射する様子を示している。
【００３４】
磁歪素片５０には、図７に示すように、磁歪材料層５３上に形成されている保護層５７上の端部近傍にミラー５２が形成されている。このミラー５２は、金を厚さ１００ｎｍとなるように、スパッタ法を用いて形成した。また、ミラー５２の表面形状が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの方形となるように形成した。なお、本実施例では、図６に示すように、磁歪素片５０の自由端側にミラー５２が配置されるように、磁歪素片５０を磁気コア２０１のギャップ内に配置した。
【００３５】
次に、入射用のレンズ付き光ファイバ２０２及び出射用のレンズ付き光ファイバ２０４，２０６の配置について説明する。入射用のレンズ付き光ファイバ２０２及び出射用のレンズ付き光ファイバ２０４，２０６は、それぞれ先端部に集光レンズが設置された光ファイバであり、波長１．５μｍのシングルモード対応のものを用いた。出射用のレンズ付き光ファイバ２０６は、図８（ａ）に示すように、磁歪素片５０が撓んでいないときに、入射用光ファイバ２０２から照射され、磁歪素片５０上に形成されたミラー５２の表面で反射した光を入射する位置に配置される。これに対し、出射用のレンズ付き光ファイバ２０４は、図８（ｂ）に示すように、磁歪素片５０が撓んだときに、入射用のレンズ付き光ファイバ２０２から照射された光が直接入射されるような位置、即ち、光ファイバ２０２に対向する位置に配置される。
【００３６】
本発明における光スイッチの具体的な切り替え方法について、図６を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、光スイッチ２００は、コイル２０３に電流を流さない状態、即ち、磁気コア２０１に磁界が印加されていない状態では、磁歪素片５０は撓まず、入射用の光ファイバ２０２から照射された光は磁歪素片５０上のミラー５２表面に入射し、ミラー５２で反射された後に光ファイバ２０６に入射する。これに対し、コイル２０３に１２０ｍＡの電流を流して、磁気コア２０１のギャップ部に磁界Ｈ_１＝４５０［Ｏｅ］を発生させることにより、図６（ｂ）に示すように、磁歪素片５０は矢印ＡＲ２の方向に撓む。上述の通り、磁歪素片５０の撓み量は飽和状態となっている。磁歪素片５０が撓むことにより、入射用の光ファイバ２０２から照射された光は、磁歪素片５０に遮られることなく、直接出射用の光ファイバ２０４に入射する。このように、コイル２０３への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、光路の切り替えが可能となる。これにより、光スイッチングが実現される。
【００３７】
【実施例４】
本発明における別の実施形態の磁歪アクチュエータを利用した光スイッチについて、図９及び１０を用いて説明する。図９に本実施例における光スイッチ３００を、図１０に光スイッチ３００に用いる磁気コア３０１を、それぞれ示す。本実施例における光スイッチでは、磁気コアの底面部のＹ方向中央に軟質磁性体部を分割するように、即ち、硬質磁性体部がギャップに対向する位置に配置されるように、保磁力が異なる２種類の硬質磁性体材料（フェライト）からなる硬質磁性体部を形成した以外は、実施例３と同様に構成した。磁気コアの硬質磁性体部は、図１０（ａ）に示すように、第１硬質磁性体部３０５及び第２硬質磁性体部３０７で構成されており、第１硬質磁性体部３０５が第２硬質磁性体部３０７上に重なるように、即ち、磁気コア３０１のギャップ３０８側に第１硬質磁性体部３０５が配置されている。第１硬質磁性体部３０５及び第２硬質磁性体部３０７の厚さ（高さ）はそれぞれ２．５ｍｍとした。第１硬質磁性体部３０５の保磁力は８０［Ｏｅ］を有し、第２硬質磁性体部３０７の保磁力は２５００［Ｏｅ］を有する。なお、磁気コア３０１は、以下のように製造した。軟質磁性体部３０９、第１硬質磁性体部３０５及び第２硬質磁性体部３０７を、予め所望形状にそれぞれ加圧成形した。次いで、第１硬質磁性体部３０５と第２硬質磁性体部３０７とを接着剤で固着し、固着した第１硬質磁性体部３０５及び第２硬質磁性体部３０７を軟質磁性体部３０９に接着剤で固着した。
【００３８】
次に、磁気コア３０１の磁気特性について、図１０（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。コイルに１５０ｍＡの電流を流して、第１硬質磁性体部３０５の保磁力と第２硬質磁性体部３０７の保磁力との間の磁界である外部磁界Ｈ_１’＝９０［Ｏｅ］を発生させる。外部磁界Ｈ_１’は、第１硬質磁性体部３０５の保磁力を上回っているので、第１硬質磁性体部３０５は外部磁界Ｈ_１’に揃う方向に磁化する。なお、第２硬質磁性体部３０７は、予め外部磁界Ｈ_１’の方向に磁化しているものとする。ここで、外部磁界Ｈ_１’を消失させても、図１０（ｃ）に示すように、第１及び第２硬質磁性体部３０５，３０７は、磁気ヒステリシスを有するので、残留磁化ＡＲ５ａ，ＡＲ７が残る（図１０（ｂ）に示した第１硬質磁性体部のヒステリシスカーブにおける残留磁界Ｍｓ’参照）。これらの残留磁化の合成磁化ＡＲ３は、磁気コア３０１のギャップ３０８に磁界を発生させている状態を維持する。
【００３９】
一方、上記と逆向きに１５０ｍＡの電流を流し、磁界Ｈ_２’＝−９０［Ｏｅ］（即ち、Ｈ_２’＝−Ｈ_１’）を印加すると、磁界Ｈ_２’は第１硬質磁性体部３０５の保磁力よりも大きいため、第１硬質磁性体部３０５の磁化は、図１０（ｄ）に示すように反転する。これに対し、第２硬質磁性体部３０７の保磁力は外部磁界Ｈ_２’よりも大きいため、第２硬質磁性体部３０７の磁化の向きは、図１０（ｄ）に示すように変化しない。ここで、外部磁界Ｈ_２’を消失させると、第１及び第２硬質磁性体部３０５，３０７にそれぞれ残留磁化ＡＲ５ｂ，ＡＲ７が残る。第１及び第２硬質磁性体部３０５，３０７においては、残留磁化ＡＲ５ｂ，ＡＲ７の大きさが予めほぼ等しくなるように調整されているとすれば、それらは互いに逆向きであるので、硬質磁性体全体の磁化はほぼ０となる。これにより、硬質磁性体により磁気コア３０１に生じる磁界は消失する。
【００４０】
この磁気コア３０１を用いて、実施例３と同様にして、図９に示すような光スイッチ３００を作製することができる。本実施例における光スイッチ３００では、コイル３０３に所定時間（例えば、１０ｍｓの間）電流を流した後に、コイル３０３への電力供給を停止した場合でも、磁気コア３０１のギャップ（３０８）に引き続き磁界が発生した状態が維持される。これにより、図９に示すように、磁気コア３０１のギャップに配置されている磁歪素片５０の撓み状態も維持される。これに対し、コイル３０３に上記とは逆向きの電流を所定時間（例えば、１０ｍｓの間）流すことにより、磁気コア３０１に生じていた磁界は消失する。これにより、磁歪素片５０は撓まない元の状態に戻る。このように、本実施例における光スイッチでは、磁歪素片５０の撓み状態を切り替えるときのみ、即ち、光のスイッチングを行うときのみ電力供給を行えばよく、電力供給を停止した後も磁歪素片の撓み状態は維持され、自己保持している状態といえる。また、本実施例の光スイッチは、大きさの等しい外部磁界の極性（±Ｈ_１’）を切り替えるだけで、光スイッチの状態切り替えを行うことができる。
【００４１】
本実施例では、第１硬質磁性体部と第２硬質磁性体部とを、接着剤を用いて固着したが、第２硬質磁性体部上に第１硬質磁性体部を、接着剤を用いずに密着させ、その側面に軟質磁性体５１を接着剤で固着してもよい。また、本実施例では、保磁力が異なる２種類の硬磁性材料を同じ厚さで成形したが、保磁力が高い硬質磁性体部の厚さが保磁力の低い硬質磁性体部の厚さに比べて小さくなくなるように、第１及び第２硬質磁性体部を成形してもよい。これにより、硬質磁性体部の磁化を相殺するための印加磁界を小さくすることができる。さらに、硬質磁性体部を１種類の硬質磁性体で形成し、磁気コアの軟質磁性体の磁化を硬質磁性体の磁化で相殺してゼロにするような磁界を印加することにより、本実施例と同様な自己保持機能を有する磁気コアを得ることができる。
【００４２】
上記実施例では、支持基板としてガラス基板を用い、ガラス基板上に設けたレジストからなる剥離層をアッシングすることにより、剥離層とともにガラス基板を除去して磁歪素片を作製したが、支持基板をエポキシ系樹脂等の有機物を用いて形成し、各層が形成された支持基板をアセトン等の溶剤に長時間浸漬して支持基板を溶解除去することにより、磁歪素片を作製してもよい。
【００４３】
上記実施例では、磁歪素片の基体をテルビウム−鉄非晶質合金を用いて形成したが、ガドリニウム−鉄非晶質合金、ネオジウム−鉄非晶質合金等を用いて形成してもよい。また、磁歪材料層を負の磁歪定数を有するサマリウム−鉄非晶質合金を用いて形成したが、エルビウム−鉄合金、ツリウム−鉄合金、サマリウム−鉄−コバルト合金、サマリウム−エルビウム−鉄合金、サマリウム−ツリウム−鉄合金等を用いて形成してもよい。また、正の磁歪定数を有するテルビウム−鉄合金、ホロミウム−鉄合金、テルビウム−ニッケル合金、テルビウム−コバルト合金、テルビウム−鉄系合金（例えば、Ｔｂ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｎｉ−Ｆｅ）、テルビウム−ニッケル系合金（例えば、Ｔｂ−Ｃｏ−Ｎｉ）、ジスプロシウム−鉄合金、ガドリニウム−鉄合金、テルビウム−ジスプロシウム−鉄合金等を用いて磁歪材料層を形成することもできる。磁歪材料層に正の磁歪定数を有する磁歪材料を用いた磁歪素片の場合、磁歪素片の撓み方向を一定とするために、磁歪素片は磁歪材料層が磁気コアの内側（コイル側）に向くように配置される。
【００４４】
本発明において、磁歪材料を用いて基体を形成する場合には、基体を磁歪材料層に用いる磁歪材料とは極性が異なる、上記のような磁歪材料を用いて形成することが望ましい。また、基体と磁歪材料層の形成には、熱膨張係数が略同じとなるような材料をそれぞれ選択することが望ましい。
【００４５】
上記実施例では、磁気コアに用いる軟質磁性体部及び硬質磁性体部を、保磁力の異なるフェライトを用いて作製したが、鉄−ボロン−シリコン非晶質合金、サマリウム−コバルト系硬質磁性体等を用いて作製してもよい。また、上記実施例における光スイッチでは、光ファイバ２０４に光ファイバ２０２から直接光が入射する場合を示したが、光ファイバ２０４の位置を変更して光スイッチをコンパクトにするために、適宜反射部材を介在させて光ファイバ２０４に光を入射させてもよい。光ファイバ２０６についても同様にして位置を変更し、適宜反射部材を介在させて、光ファイバ２０２からの光を光ファイバ２０６に入射させてもよい。さらに、磁歪素片の表裏が反対となるように光スイッチに配置する、または、磁歪素片の磁歪膜に正負が逆の磁歪定数を有する磁歪材料を用いることにより、磁界を印加したときに磁歪素片上のミラーで光を反射し、磁界を印加しないときに光路を遮ることがないような構成にしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の磁歪アクチュエータでは、磁歪素片の作製にあたって基体の破損及び塑性変形を防止しつつ、基体を薄く形成することができるので、小さな印加磁界で大きな素片の撓み量を得ることができる。これにより、消費電力を抑えた磁歪アクチュエータを、高い歩留まりで製造することができる。また、この磁歪アクチュエータを利用して、１×２チャンネル等の光切り替えを効率良く行う光スイッチを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における磁歪アクチュエータの概略構成図である。
【図２】実施例１における磁歪素片の概略構成図である。
【図３】実施例１における磁歪素片の作製方法を示した図である。
【図４】実施例１における磁歪アクチュエータに用いる磁気コアの概略図である。
【図５】本発明の実施例２における磁歪素片の作製方法を示した図である。
【図６】本発明の実施例３における光スイッチの概略構成図である。
【図７】実施例３の光スイッチの磁歪素片の概略図である。
【図８】実施例３における光スイッチの切り替えの様子を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例４における光スイッチの概略構成図である。
【図１０】実施例４の光スイッチにおける自己保持機能を説明するための図である。
【図１１】比較例１における磁歪素片の基体の厚みと磁歪素片の撓み量との関係を示したグラフである。
【図１２】比較例２において、実施例１で作製した磁歪素片の撓み量と従来の磁歪素片の撓み量との比較結果を示したグラフである。
【符号の説明】
１，２１，５１基体
３，２３，５３磁歪材料層
５，７，２５，２７，５５，５７保護層
１０，２０，５０磁歪素片
１２，３２支持基板
１４，３４剥離層
５２ミラー
１００磁歪アクチュエータ
１０１，２０１，３０１磁気コア
１０３，２０３，３０３コイル
１０５，２０５支持片
１０８ギャップ
２００，３００光スイッチ
２０２，３０２入射用レンズ付き光ファイバ
２０４，３０４，２０６，３０６出射用レンズ付き光ファイバ
３０５第１硬質磁性体部
３０７第２硬質磁性体部
３０９軟質磁性体部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetostrictive actuator using a piece having a magnetostrictive film formed on a substrate, a method for manufacturing the same, and an optical switch using the magnetostrictive actuator.
[0002]
[Prior art]
In an optical communication system, an optical switch is required to switch an optical communication line. As one of the optical switch systems, for example, an optical switch of a system in which a reflection mirror is arranged on an optical path and the angle of change of the reflection mirror is changed to change the light reflection direction is known. In such an optical switch, as a method of changing the angle of the reflection mirror, for example, an electrostatic method, a piezoelectric method, a magnetic force method, and the like are known.
[0003]
2. Description of the Related Art An optical switch using an attractive force of a magnet and an electromagnet is known as a conventional magnetic force type optical switch (for example, see Patent Document 1). This optical switch is configured such that a mirror on which a magnetic body is mounted is mounted on a substrate via a support that can move three-dimensionally, and an electromagnet is provided near the mirror. In such an optical switch, an electromagnet is operated to generate a magnetic field from the electromagnet, a magnetic substance attached to the mirror is attracted to the electromagnet by magnetic interaction, and the laser incident on the mirror is switched in a predetermined direction. . However, in such an optical switch using the attractive force of a magnet and an electromagnet, it is necessary to attach a magnetic body to the mirror and attach the mirror to the substrate via a deformable support, so that the number of parts is reduced. There has been a problem that the structure becomes complicated as the number increases, and the manufacturing process also becomes complicated.
[0004]
Therefore, as a magnetic force type optical switch that can be easily manufactured with a simpler structure, a piece (magnetostrictive film) formed by forming a thin film (magnetostrictive thin film) made of a magnetostrictive material on a substrate having bending elasticity and flexibility. 2. Description of the Related Art There is known an optical switch using an element (for example, see Non-Patent Document 1). In this optical switch, light from an incident optical fiber is reflected by a mirror formed on the surface of the magnetostrictive element. When no magnetic field is applied to the magnetostrictive element, light is incident on the mirror at a predetermined angle, and light reflected on the mirror surface is guided to the first output optical fiber. In contrast, when a magnetic field is applied to the magnetostrictive element, the magnetostrictive element bends. Thereby, light is incident on the mirror surface at an angle different from the predetermined angle in a state where no magnetic field is applied, and light reflected on the mirror surface is arranged at a position different from the first output optical fiber. The light is guided to the second output optical fiber. As described above, by switching the value of the applied magnetic field and controlling the amount of bending of the magnetostrictive element, light can be switched.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-162520 (pages 1 to 5)
[Non-patent document 1]
S. Moon, S.M. H. Lim et al., "Optical Switch Driven by Giant Magnetostrictive Thin Film Systems, Part of the Digital System, D.E., Optical Switch Driven by Giant Magnetostrictive Thin Films." Paris, France) (March to April 1999) (pp. 854-862)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the magnetostrictive element used for the optical switch, when the thickness of the base is much larger than the thickness of the magnetostrictive thin film, the amount of deflection of the magnetostrictive element is small. In order to increase the amount of bending of the magnetostrictive element, it is desirable that the thickness of the base is approximately the same as the thickness of the magnetostrictive thin film. However, when the thickness of the base is reduced, handling of the base becomes difficult. For example, in the case of a thin substrate made of a brittle material such as glass or silicon, when the substrate is placed on a holder of a film forming apparatus using tweezers or the like, the substrate may crack. On the other hand, when a metal is used as the thin substrate, the substrate may be plastically deformed when the substrate is installed on a holder of a film forming apparatus. In addition, there is a limit on the material type of the substrate that can be put in a film forming apparatus such as a sputtering apparatus.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetostrictive actuator utilizing a change in the amount of bending of a magnetostrictive element and an optical switch using the magnetostrictive element, to prevent breakage and deformation of the base of the magnetostrictive element and to reduce the thickness. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive actuator including a base and a magnetostrictive element and an optical switch.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a piece composed of a base formed of an amorphous metal material and a thin film formed of a magnetostrictive material on the base;
And a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element.
[0009]
In the magnetostrictive actuator according to the present invention, the magnetic field is applied to the thin film (magnetostrictive thin film) made of the magnetostrictive material using the magnetic field applying means, so that the magnetostrictive thin film expands or contracts, and the displacement generated between the thin film and the base constituting the magnetostrictive element. The magnetostrictive element bends due to the stress. The operation of the magnetostrictive actuator is performed using the bending of the magnetostrictive element. In the magnetostrictive actuator of the present invention, since an amorphous metal material is used as the base, it is possible to prevent plastic deformation which is likely to occur in the case of a metal material having crystallinity, and it is possible to prevent the magnetostrictive element from flexing. You can return to the state. Thereby, good operation control of the magnetostrictive actuator can be performed.
[0010]
In the magnetostrictive actuator according to the present invention, it is preferable that the amorphous metal material is an alloy containing a rare earth element and a transition metal element. Further, it is desirable that the magnetostrictive material is an amorphous alloy containing a rare earth element and a transition metal element. By using an amorphous alloy as the magnetostrictive material in the same manner as the base, it is possible to prevent plastic deformation of the magnetostrictive thin film.
[0011]
In the magnetostrictive actuator according to the present invention, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the base is substantially the same as the thermal expansion coefficient of the thin film. Thus, it is possible to prevent the unintended bending of the magnetostrictive element that may be caused by the change in the environmental temperature of the magnetostrictive actuator. Further, it is desirable that the thickness of the base and the thickness of the thin film are substantially the same. Thereby, the magnetostrictive element can be flexed the most. In this case, the thickness is desirably 2 to 3 μm. In this specification, "the thickness of the substrate and the thickness of the thin film are substantially the same" means that the thickness of the substrate is about 80 to 125% of the thickness of the thin film.
[0012]
In the magnetostrictive actuator of the present invention, an intermediate layer made of an oxide or a nitride may be formed between the base and the thin film. Accordingly, when both the base and the thin film are formed of an alloy containing a rare earth element and a transition metal element, it is possible to prevent the diffusion of material components generated between the base material and the thin film material. Further, the alloy containing the rare earth element and the transition metal element may be formed of a magnetostrictive material having a polarity opposite to that of the magnetostrictive material forming the thin film. When a magnetic field is applied to such a magnetostrictive element, the base shrinks at the same time as the thin film expands, or the base expands at the same time the thin film shrinks. Thereby, the shear stress between the base and the magnetostrictive thin film further increases, and the amount of bending of the magnetostrictive element piece can be increased.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical switch,
A magnetostrictive actuator according to the first aspect;
A light incident part for entering light into the optical switch;
A first light emitting unit and a second light emitting unit that selectively emit light from the light incident unit from the optical switch;
A mirror formed on the element;
When a magnetic field is applied to the element, light from the light incident portion is guided to the first light emitting portion, and when no magnetic field is applied, the light is guided to the second light emitting portion via the mirror. An optical switch is provided.
[0014]
In the optical switch of the present invention, when a magnetic field is applied to the element, the magnetostrictive thin film constituting the element expands or contracts, thereby causing a shear stress between the element and the base composing the element. It bends to either the substrate side or the magnetostrictive thin film side. At this time, the light from the light incident part is irradiated toward the first light emitting part without being blocked by the element. On the other hand, when no magnetic field is applied to the element, the element is not bent. At this time, the light is blocked by the element, the mirror provided on the element is displaced in the optical path of the light from the light incident part, and the mirror reflects the light and guides it to the second emission part. Thereby, switching of the optical switch can be performed accurately.
[0015]
In the optical switch of the present invention, it is desirable that at least one of the light incident portion and the light emitting portion is an optical fiber with a lens. Further, it is preferable that the magnetic field applying means is constituted by a core partially including a hard magnetic material, a coil provided around the core, and a power supply. Further, the hard magnetic material may be made of a hard magnetic material having a different coercive force. Thus, even when the application of the magnetic field is stopped immediately after the application of the magnetic field to the core using the magnetic field applying means, the magnetic field continues to be generated in the core, so that the bending state of the magnetostrictive element piece is maintained as it is.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the magnetostrictive actuator according to the first aspect,
Forming a release layer on the supporting substrate;
Forming a substrate on the release layer;
Forming a magnetostrictive layer of a magnetostrictive material on the substrate;
Forming the element by peeling the support substrate together with the release layer from the substrate on which the magnetostrictive layer is formed;
Providing a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element; and providing a method of manufacturing a magnetostrictive actuator including:
[0017]
The magnetostrictive actuator according to the first aspect of the present invention can be manufactured using the method for manufacturing a magnetostrictive actuator of the present invention. In the method for manufacturing a magnetostrictive actuator according to the present invention, since the supporting substrate for film formation is used separately from the substrate of the magnetostrictive element, handling at the time of manufacturing the magnetostrictive film is easy, and the plastic deformation of the substrate of the magnetostrictive element is easy. Can be prevented. On the other hand, since the thickness and strength at the time of manufacture required for the base constituting the magnetostrictive element are relaxed, the range of selection of the base material can be widened. This makes it possible to select a base material and a magnetostrictive thin film material having substantially equal thermal expansion coefficients in order to improve the thermal stability of the magnetostrictive element. Further, the substrate of the magnetostrictive element can be made extremely thin.
[0018]
In the method for manufacturing a magnetostrictive actuator according to the present invention, it is preferable that the support substrate is formed of glass. Further, it is desirable that the release layer is formed of a resist.
[0019]
In the method for manufacturing a magnetostrictive actuator according to the present invention, it is preferable that an underlayer made of an oxide or a nitride is formed between the release layer and the substrate. Further, it is desirable to form a protective layer made of an oxide or a nitride on the magnetostrictive layer. Further, an intermediate layer made of an oxide or a nitride may be formed between the base and the magnetostrictive layer. This can prevent mutual diffusion of material components between the base and the magnetostrictive layer, which can occur when both the base and the magnetostrictive layer are formed of an alloy containing a rare earth element and a transition metal element.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the magnetostrictive actuator according to the first aspect,
Forming an underlayer made of an oxide or a nitride on a support substrate made of an organic material;
Forming a substrate on the underlayer;
Forming a magnetostrictive layer of a magnetostrictive material on the substrate;
Forming a protective layer made of an oxide or a nitride on the magnetostrictive layer;
Dissolving and removing a supporting substrate from the substrate on which the underlayer, the magnetostrictive layer, and the protective layer are formed;
Providing a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element; and providing a method of manufacturing a magnetostrictive actuator including:
[0021]
The magnetostrictive actuator according to the first aspect of the present invention can be manufactured by using the method for manufacturing a magnetostrictive actuator of the present invention.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0023]
Embodiment 1
An embodiment of a magnetostrictive actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of a magnetostrictive actuator 100 of the present invention. FIG. 1A shows a state in which a magnetostrictive element 10 constituting the magnetostrictive actuator 100 is not bent. () Shows a state in which the magnetostrictive element 10 is bent. Details regarding the operation of the magnetostrictive actuator 100 of this embodiment will be described later.
[0024]
[Method of manufacturing magnetostrictive element]
Next, a method for manufacturing a magnetostrictive element used for the magnetostrictive actuator of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the magnetostrictive element 10 includes a base 1, a magnetostrictive material layer 3, a protective layer 5, and a protective layer 7. The magnetostrictive element 10 was produced by the following method. As shown in FIG. 3A, a glass substrate having a diameter of 63 mm and a thickness of 0.6 mm was prepared as a supporting substrate (film-forming substrate) 12. Next, a resist was formed as a release layer 14 on one surface of the support substrate 12 by a spin coating method so as to have a thickness of 100 μm. Next, on the release layer 14, as the underlayer 15, SiO 2 ₂ Was formed to have a thickness of 10 nm. Next, a terbium-iron amorphous alloy was formed as a substrate 11 on the underlayer 15 so as to have a thickness of 3 μm. Next, a samarium-iron amorphous alloy, which is a magnetostrictive material, was formed on the base 11 to have a thickness of 3 μm as the magnetostrictive material layer 13. Further, on the magnetostrictive material layer 13, as the protective layer 17, SiO 2 ₂ Was formed to have a thickness of 10 nm. The underlayer 15, the base 11, the magnetostrictive material layer 13, and the protective layer 17 were all formed by a sputtering method. The thermal expansion coefficient of the samarium-iron amorphous alloy used for the magnetostrictive material layer 13 was substantially the same as the terbium-iron amorphous alloy used for the base 11. Thereby, unintended bending of the magnetostrictive element 10 due to a change in the environmental temperature of the magnetostrictive element 10 is prevented.
[0025]
Next, after dicing the support substrate 12 on which each layer is formed into a flat plate having a length of 10 mm and a width of 0.8 mm, a resist for forming a peeling layer 14 is formed by oxygen plasma in an ashing device (not shown). Ashing was performed. By this ashing, the adhesive strength of the resist bonding the support substrate 12 and the base layer 15 is lost, so that the support substrate 12 is separated from the base layer 15 together with the release layer 14. Thus, a magnetostrictive element 10 as shown in FIG. 3B was obtained. The underlayer 15 formed on the release layer 14 functions as the protective layer 5 of the substrate 1 in the magnetostrictive element 10. The protective layer 17 functions as the protective layer 7 of the magnetostrictive material layer 3 in the magnetostrictive element 10. In this embodiment, the protective layers 5 and 7 are made of SiO. ₂ Formed by using ₂ It may be formed of an oxide or nitride other than the above.
[0026]
[Manufacturing method of magnetostrictive actuator]
Next, a magnetostrictive actuator manufactured using the magnetostrictive element 10 thus obtained will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1A, the magnetostrictive actuator 100 mainly includes a magnetic core 101, a coil 103, a magnetostrictive element 10, and a power supply (not shown). As shown in FIGS. 4A and 4B, the magnetic core 101 has a width (length in the Y direction in the drawing) d. ₁ = 15 mm, length (length in X direction in the figure) d ₂ = 10 mm and height (length in the Z direction in the figure) d ₃ = 10 mm, and a through hole 102 penetrating in the X direction is formed inside the magnetic core 101. As shown in FIG. 4B, the magnetic core 101 is divided into a top surface portion 101a and a bottom surface portion 101b in the Z direction by the through holes 102. Further, a gap 108 extending in the X direction is formed at the center of the upper surface 101a of the magnetic core 101 in the Y direction, and the gap 108 divides the upper surface 101a into a right upper surface 101ar and a left upper surface 101al. . The gap 108 communicates with the through hole 102. The width of the through hole 102 and the width of the gap 108 (gap width) are 10 mm and 1.2 mm, respectively. The magnetic core 101 is made of a soft magnetic material made of ferrite. The soft magnetic material of the magnetic core 101 has a coercive force of 0.2 [Oe]. The magnetic core 101 was produced by pressing a soft magnetic material made of ferrite into a desired shape.
[0027]
As shown in FIG. 1A, a coil 103 composed of an enameled wire having a diameter of 0.3 mm is provided on the bottom surface (100b) of the magnetic core 101 so as to rotate about 200 times in the X and Z directions. I have. A power supply (not shown) is connected to both ends of the coil 103 and supplies power to the coil 103. The magnetostrictive element 10 extends in the X direction within the gap (108), and is arranged such that the surface of the magnetostrictive element 10 is parallel to the surface of the upper surface portion (101 a) of the magnetic core 101. Here, as shown in FIG. 1A, one end of the magnetostrictive element 10 is fixed to an end of the gap (108) with an adhesive or the like, and one end of the magnetostrictive element 10 is fixed. Is free end without supporting the other end. Note that the magnetostrictive element 10 is arranged in the gap such that the base side of the magnetostrictive element 10 faces the coil 103 side.
[0028]
[Driving method of magnetostrictive actuator]
Next, the driving principle of the magnetostrictive actuator 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1B, a magnetic field is generated in the magnetic core 101 by supplying power to the coil 103 by a power supply (not shown). At this time, a magnetic field is generated in the gap of the magnetic core 101 in the width direction (Y direction) of the magnetostrictive element 10. Thereby, the magnetostrictive material layer made of a samarium-iron alloy having a negative magnetostriction constant in the magnetostrictive element 10 arranged in the gap shrinks in the direction of the generated magnetic field, and as a result, in the direction orthogonal to the generated magnetic field. It extends in the longitudinal direction (X direction) of a certain piece. When the magnetostrictive material layer elongates, a shear stress is generated between the magnetostrictive material layer of the magnetostrictive element piece 10 and the base, and the magnetostrictive element piece 10 is indicated by an arrow AR1 with a fixed end fixed by the support piece 105 as a fulcrum. Thus, it bends toward the coil 103 side, that is, downward. Thereby, a displacement amount necessary for the operation of the magnetostrictive actuator is obtained.
[0029]
Next, a specific driving method of the magnetostrictive actuator according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1A, in the magnetostrictive actuator 100, the magnetostrictive element 10 does not bend when no current flows through the coil 103, that is, when no magnetic field is applied to the magnetic core 101. On the other hand, a current of 120 mA flows through the coil 103, and the magnetic field H ₁ = 450 [Oe]. Thereby, as shown in FIG. 1B, the magnetostrictive element 10 bends in the direction of the arrow AR1. The amount of bending of the magnetostrictive element 10 is saturated by the magnetic field generated in the magnetic core 101. As described above, the operation of the magnetostrictive actuator can be performed by repeating ON / OFF of the power supply to the coil 103.
[0030]
[Comparative Example 1]
Here, the relationship between the thickness of the substrate of the magnetostrictive element and the thickness of the magnetostrictive material layer will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a change in the amount of deflection of the magnetostrictive element when the thickness of the magnetostrictive material layer of the magnetostrictive element is 4 μm and the thickness of the base is variously changed. As is clear from FIG. 11, when the thickness of the base is 4 μm, which is equal to the thickness of the magnetostrictive material layer, the maximum bending amount of the magnetostrictive element piece can be obtained. Further, by forming the magnetostrictive element piece so that the thickness of the base is 3.2 μm to 5.0 μm, that is, the thickness of the base is about 80 to 125% of the thickness of the magnetostrictive material layer, 650 μm or more Can be obtained.
[0031]
[Comparative Example 2]
FIG. 12 shows a comparison result of the amount of bending between the magnetostrictive element in the above example and the conventional magnetostrictive element having a magnetostrictive material layer formed on a glass substrate. The vertical axis of the graph shown in FIG. 12 indicates the amount of deflection of the magnetostrictive element, and the horizontal axis indicates the value of the magnetic field applied to the magnetostrictive actuator. The conventional magnetostrictive element used for comparison was the same as that described above except that a 15-μm-thick glass was used as the substrate and the protective layer was not provided on the surface of the substrate opposite to the surface on which the magnetostrictive material layer was formed. The configuration was the same as that of the magnetostrictive element in the example. As is clear from FIG. 12, in the magnetostrictive actuator according to the present invention, the thickness of the substrate of the magnetostrictive element piece can be formed as thin as the magnetostrictive material layer, and a large amount of bending can be obtained. A predetermined amount of deflection can be obtained with a smaller applied magnetic field as compared with a piece.
[0032]
Embodiment 2
Another embodiment of the magnetostrictive element used in the magnetostrictive actuator of the present invention will be described with reference to FIG. The magnetostrictive element according to the present invention was configured in the same manner as in Example 1 except that an intermediate layer 29 was provided between the base 21 and the magnetostrictive material layer 23 as shown in FIG. When the substrate and the magnetostrictive material layer are each formed using an alloy of a rare earth element and a transition metal element, mutual diffusion of material components may occur near the interface between the substrate and the magnetostrictive material layer during sputtering. This is because the materials used for the base and the magnetostrictive material layer are both alloys of a rare earth element and a transition metal element, and have similar compositions. In this embodiment, in order to prevent the interdiffusion of material components near the interface between the base and the magnetostrictive material layer as described above, a SiO ₂ Was formed. Hereinafter, a method of manufacturing the magnetostrictive element according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 5B, a release layer 34, an underlayer 35, and a base 31 made of a terbium-iron amorphous alloy are formed on a supporting substrate 32 by a sputtering method in the same manner as in the first embodiment. Next, the SiO.sub. ₂ Was formed by using a sputtering method so as to have a thickness of 10 nm. Next, a magnetostrictive material layer 33 made of an amorphous samarium-iron alloy is formed on the intermediate layer 39 by sputtering so as to have a thickness of 3 μm, and further on the magnetostrictive material layer 33 in the same manner as in Example 1. Then, a protective layer 37 was formed. After ashing the support substrate 32 on which each layer was formed, the support substrate 32 was removed together with the release layer 34, thereby obtaining the magnetostrictive element 20 as shown in FIG. Using the magnetostrictive element piece 20 thus obtained, a magnetostrictive actuator as shown in FIGS. 1A and 1B can be formed. In this embodiment, the intermediate layer 39 is made of SiO. ₂ Formed by using ₂ It may be formed of an oxide or nitride other than the above.
[0033]
Embodiment 3
Next, an optical switch using a magnetostrictive actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. The magnetostrictive actuator used in the optical switch of the present invention was the same as that of the first embodiment. FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams of the optical switch 200 of the present invention. FIG. 6A shows that the magnetostrictive element 50 constituting the optical switch 200 is not bent, and the light incident portion The light emitted from the optical fiber with lens 202 becomes a second light emitting portion disposed at a position different from an optical fiber 204 to be described later via a mirror 52 formed on the magnetostrictive element 50. 10 shows a state of incidence on the attached optical fiber 206. On the other hand, FIG. 6B shows a state in which the magnetostrictive element 50 is bent, and the light emitted from the optical fiber 202 becomes a first light emitting portion arranged at a position facing the optical fiber 202. The state of direct incidence on the optical fiber with lens 204 is shown.
[0034]
In the magnetostrictive element 50, as shown in FIG. 7, a mirror 52 is formed near an end on a protective layer 57 formed on the magnetostrictive material layer 53. The mirror 52 was formed by using a sputtering method so that gold was formed to have a thickness of 100 nm. The mirror 52 was formed such that the surface shape was a square of 0.5 mm × 0.5 mm. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the magnetostrictive element 50 is arranged in the gap of the magnetic core 201 such that the mirror 52 is arranged on the free end side of the magnetostrictive element 50.
[0035]
Next, the arrangement of the optical fiber with an incident lens 202 and the optical fibers with an outgoing lens 204 and 206 will be described. The optical fiber with an incident lens 202 and the optical fibers with an outgoing lens 204 and 206 are optical fibers each having a condensing lens at the tip, and are single mode compatible with a wavelength of 1.5 μm. . As shown in FIG. 8A, the optical fiber with a lens for emission 206 is irradiated from the optical fiber for incidence 202 when the magnetostrictive element 50 is not bent, and a mirror formed on the magnetostrictive element 50. 52 is disposed at a position where the light reflected by the surface of 52 is incident. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the magnetostrictive element 50 is bent, the light emitted from the optical fiber with an incident lens 202 is directly transmitted to the optical fiber with an outgoing lens 204 as shown in FIG. It is arranged at a position where it is incident, that is, at a position facing the optical fiber 202.
[0036]
A specific switching method of the optical switch according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6A, the optical switch 200 does not bend the magnetostrictive element 50 in a state in which no current flows through the coil 203, that is, in a state in which no magnetic field is applied to the magnetic core 201, and the optical switch 200 does not receive the magnetic field. Light emitted from the optical fiber 202 is incident on the surface of the mirror 52 on the magnetostrictive element 50, is reflected by the mirror 52, and is incident on the optical fiber 206. On the other hand, a current of 120 mA flows through the coil 203, and the magnetic field H ₁ = 450 [Oe], the magnetostrictive element 50 bends in the direction of the arrow AR2 as shown in FIG. As described above, the bending amount of the magnetostrictive element 50 is in a saturated state. When the magnetostrictive element 50 bends, light emitted from the incident optical fiber 202 directly enters the output optical fiber 204 without being blocked by the magnetostrictive element 50. As described above, by turning ON / OFF the power supply to the coil 203, the optical path can be switched. Thereby, optical switching is realized.
[0037]
Embodiment 4
An optical switch using a magnetostrictive actuator according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows an optical switch 300 according to the present embodiment, and FIG. 10 shows a magnetic core 301 used in the optical switch 300. In the optical switch according to the present embodiment, the coercive force is set so that the soft magnetic body is divided at the center of the bottom surface of the magnetic core in the Y direction, that is, the hard magnetic body is arranged at a position facing the gap. The configuration was the same as that of Example 3 except that a hard magnetic portion made of two different types of hard magnetic material (ferrite) was formed. As shown in FIG. 10A, the hard magnetic body of the magnetic core includes a first hard magnetic body 305 and a second hard magnetic body 307, and the first hard magnetic body 305 is formed of a second hard magnetic body. The first hard magnetic member 305 is arranged so as to overlap with the hard magnetic member 307, that is, on the gap 308 side of the magnetic core 301. The thickness (height) of each of the first hard magnetic member 305 and the second hard magnetic member 307 was 2.5 mm. The coercive force of the first hard magnetic body 305 has 80 [Oe], and the coercive force of the second hard magnetic body 307 has 2500 [Oe]. The magnetic core 301 was manufactured as follows. The soft magnetic material portion 309, the first hard magnetic material portion 305, and the second hard magnetic material portion 307 were each press-molded into a desired shape in advance. Next, the first hard magnetic member 305 and the second hard magnetic member 307 are fixed with an adhesive, and the fixed first hard magnetic member 305 and the second hard magnetic member 307 are bonded to the soft magnetic member 309. It was fixed with the agent.
[0038]
Next, the magnetic characteristics of the magnetic core 301 will be described with reference to FIGS. When a current of 150 mA flows through the coil, an external magnetic field H which is a magnetic field between the coercive force of the first hard magnetic body 305 and the coercive force of the second hard magnetic body 307 is applied. ₁ '= 90 [Oe] is generated. External magnetic field H ₁ ′ Exceeds the coercive force of the first hard magnetic body 305, the first hard magnetic body 305 ₁ Magnetize in the direction aligned with '. It should be noted that the second hard magnetic body portion 307 has an external magnetic field H ₁ It is assumed that it is magnetized in the direction of '. Here, the external magnetic field H ₁ 10C, the first and second hard magnetic portions 305 and 307 have magnetic hysteresis as shown in FIG. 10C, so that the residual magnetizations AR5a and AR7 remain (FIG. 10B). (See the residual magnetic field Ms' in the hysteresis curve of the first hard magnetic body portion shown in FIG. 3). The resultant magnetization AR3 of these residual magnetizations maintains a state in which a magnetic field is generated in the gap 308 of the magnetic core 301.
[0039]
On the other hand, a current of 150 mA flows in the opposite direction to the above, and the magnetic field H ₂ '= −90 [Oe] (that is, H ₂ '= -H ₁ '), The magnetic field H ₂ Since ′ is larger than the coercive force of the first hard magnetic body 305, the magnetization of the first hard magnetic body 305 is reversed as shown in FIG. On the other hand, the coercive force of the second hard magnetic body 307 is ₂ The magnetization direction of the second hard magnetic body portion 307 does not change as shown in FIG. Here, the external magnetic field H ₂ Is removed, the residual magnetizations AR5b and AR7 remain in the first and second hard magnetic members 305 and 307, respectively. In the first and second hard magnetic portions 305 and 307, if the magnitudes of the residual magnetizations AR5b and AR7 are previously adjusted to be substantially equal, they are opposite to each other. The overall magnetization is almost zero. Thereby, the magnetic field generated in the magnetic core 301 by the hard magnetic material disappears.
[0040]
Using this magnetic core 301, an optical switch 300 as shown in FIG. 9 can be manufactured in the same manner as in the third embodiment. In the optical switch 300 according to the present embodiment, the magnetic field continues to be applied to the gap (308) of the magnetic core 301 even when the power supply to the coil 303 is stopped after the current is supplied to the coil 303 for a predetermined time (for example, for 10 ms). Is maintained. Thereby, as shown in FIG. 9, the bending state of the magnetostrictive element 50 arranged in the gap of the magnetic core 301 is also maintained. On the other hand, the magnetic field generated in the magnetic core 301 disappears when a current in the opposite direction to the above flows through the coil 303 for a predetermined time (for example, for 10 ms). Thereby, the magnetostrictive element 50 returns to the original state in which it is not bent. As described above, in the optical switch according to the present embodiment, the power needs to be supplied only when the bending state of the magnetostrictive element 50 is switched, that is, only when the optical switching is performed. Is maintained and can be said to be a state of self-holding. Further, the optical switch of this embodiment has the same polarity (± H ₁ By simply switching '), the state of the optical switch can be switched.
[0041]
In this embodiment, the first hard magnetic body portion and the second hard magnetic body portion are fixed using an adhesive, but the first hard magnetic body portion is mounted on the second hard magnetic body portion using an adhesive. Instead, the soft magnetic body 51 may be fixed to the side surface of the soft magnetic body 51 with an adhesive. Further, in the present embodiment, two types of hard magnetic materials having different coercive forces are formed with the same thickness, but the thickness of the hard magnetic material having a high coercive force is reduced to the thickness of the hard magnetic material having a low coercive force. The first and second hard magnetic body portions may be formed so as not to be smaller. Thereby, the applied magnetic field for canceling the magnetization of the hard magnetic body can be reduced. Further, by forming the hard magnetic body portion with one kind of hard magnetic body and applying a magnetic field such that the magnetization of the soft magnetic body of the magnetic core is canceled by the magnetization of the hard magnetic body to become zero, A magnetic core having the same self-holding function as described above can be obtained.
[0042]
In the above example, a glass substrate was used as the support substrate, and the magnetostrictive element was manufactured by removing the glass substrate together with the release layer by ashing the release layer made of a resist provided on the glass substrate. A magnetostrictive element may be formed by forming the support substrate on which each layer is formed using an organic substance such as an epoxy resin, and immersing the support substrate in a solvent such as acetone for a long time to dissolve and remove the support substrate.
[0043]
In the above embodiment, the base of the magnetostrictive element was formed using a terbium-iron amorphous alloy, but may be formed using a gadolinium-iron amorphous alloy, a neodymium-iron amorphous alloy, or the like. Further, the magnetostrictive material layer was formed using a samarium-iron amorphous alloy having a negative magnetostriction constant. It may be formed using a samarium-thulium-iron alloy or the like. Further, a terbium-iron alloy, a holmium-iron alloy, a terbium-nickel alloy, a terbium-cobalt alloy, a terbium-iron alloy (for example, Tb-Co-Fe, Tb-Ni-Fe) having a positive magnetostriction constant, terbium -The magnetostrictive material layer can also be formed using a nickel-based alloy (for example, Tb-Co-Ni), a dysprosium-iron alloy, a gadolinium-iron alloy, a terbium-dysprosium-iron alloy, or the like. In the case of a magnetostrictive element using a magnetostrictive material having a positive magnetostriction constant in the magnetostrictive material layer, the magnetostrictive element is placed inside the magnetic core (on the coil side) in order to keep the bending direction of the magnetostrictive element constant. It is arranged so as to face.
[0044]
In the present invention, when the base is formed using a magnetostrictive material, it is desirable that the base be formed using the above-described magnetostrictive material having a different polarity from the magnetostrictive material used for the magnetostrictive material layer. In forming the base and the magnetostrictive material layer, it is desirable to select a material having substantially the same thermal expansion coefficient.
[0045]
In the above embodiment, the soft magnetic material portion and the hard magnetic material portion used for the magnetic core were manufactured using ferrites having different coercive forces. However, an iron-boron-silicon amorphous alloy, a samarium-cobalt hard magnetic material, or the like was used. May be used. In the optical switch in the above embodiment, the case where light is directly incident on the optical fiber 204 from the optical fiber 202 has been described. However, in order to change the position of the optical fiber 204 and make the optical switch compact, a reflecting member is appropriately used. May be incident on the optical fiber 204. The position of the optical fiber 206 may be changed in the same manner, and light from the optical fiber 202 may be incident on the optical fiber 206 with an appropriate reflecting member interposed therebetween. In addition, by disposing the magnetostrictive element on the optical switch so that the front and back are opposite, or by using a magnetostrictive material having a magnetostriction constant of opposite polarity for the magnetostrictive film of the magnetostrictive element, the magnetostriction when the magnetic field is applied is increased. A configuration may be adopted in which light is reflected by a mirror on the element and does not block the optical path when no magnetic field is applied.
[0046]
【The invention's effect】
In the magnetostrictive actuator of the present invention, the base can be formed thin while preventing damage and plastic deformation of the base when manufacturing the magnetostrictive element. Therefore, a large amount of deflection of the element can be obtained with a small applied magnetic field. Thus, a magnetostrictive actuator with reduced power consumption can be manufactured with a high yield. Further, by using this magnetostrictive actuator, it is possible to manufacture an optical switch that efficiently switches light of 1 × 2 channel or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetostrictive actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a magnetostrictive element according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a method for manufacturing a magnetostrictive element piece in Example 1.
FIG. 4 is a schematic diagram of a magnetic core used in the magnetostrictive actuator according to the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing a method of manufacturing a magnetostrictive element piece according to Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a magnetostrictive element of an optical switch according to a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining how an optical switch is switched in a third embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a self-holding function in an optical switch according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the thickness of the substrate of the magnetostrictive element and the amount of deflection of the magnetostrictive element in Comparative Example 1.
FIG. 12 is a graph showing a comparison result between a flexure amount of the magnetostrictive element piece manufactured in Example 1 and a flexure amount of a conventional magnetostrictive element piece in Comparative Example 2.
[Explanation of symbols]
1,21,51 Base
3,23,53 Magnetostrictive material layer
5,7,25,27,55,57 Protective layer
10,20,50 Magnetostrictive element
12,32 Support substrate
14,34 release layer
52 mirror
100 Magnetostrictive actuator
101, 201, 301 magnetic core
103, 203, 303 coil
105,205 Supporting piece
108 gap
200,300 Optical switch
202,302 Optical fiber with incident lens
204, 304, 206, 306 Optical fiber with exit lens
305 first hard magnetic body
307 Second hard magnetic body part
309 Soft magnetic body

Claims

A piece composed of a substrate formed of an amorphous metal material and a thin film formed of a magnetostrictive material on the substrate;
And a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element.

2. The magnetostrictive actuator according to claim 1, wherein the amorphous metal material is an alloy containing a rare earth element and a transition metal element.

3. The magnetostrictive actuator according to claim 1, wherein the magnetostrictive material is an amorphous alloy containing a rare earth element and a transition metal element.

The magnetostrictive actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein a thermal expansion coefficient of the base and a thermal expansion coefficient of the thin film are substantially the same.

The magnetostrictive actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the base is substantially the same as the thickness of the thin film.

6. The magnetostrictive actuator according to claim 5, wherein the thickness of the base and the thickness of the thin film are each 2 to 3 [mu] m.

The magnetostrictive actuator according to any one of claims 2 to 6, wherein an intermediate layer made of an oxide or a nitride is formed between the base and the thin film.

The magnetostrictive actuator according to claim 2, wherein the alloy containing the rare earth element and the transition metal element is a magnetostrictive material having a polarity opposite to that of the magnetostrictive material forming the thin film.

An optical switch,
A magnetostrictive actuator according to any one of claims 1 to 8;
A light incident part for entering light into the optical switch;
A first light emitting unit and a second light emitting unit that selectively emit light from the light incident unit from the optical switch;
A mirror formed on the element;
When a magnetic field is applied to the element, light from the light incident portion is guided to the first light emitting portion, and when no magnetic field is applied, the light is guided to the second light emitting portion via the mirror. An optical switch characterized by the above.

The optical switch according to claim 9, wherein at least one of the light incident portion and the light emitting portion is an optical fiber with a lens.

The optical switch according to claim 9, wherein the magnetic field applying unit includes a core partially including a hard magnetic material, a coil provided around the core, and a power supply.

The optical switch according to claim 11, wherein the hard magnetic material is made of a hard magnetic material having a different coercive force.

It is a manufacturing method of the magnetostrictive actuator as described in any one of Claims 1-8, Comprising:
Forming a release layer on the supporting substrate;
Forming a substrate on the release layer;
Forming a magnetostrictive layer of a magnetostrictive material on the substrate;
Forming the element by peeling the support substrate together with the release layer from the substrate on which the magnetostrictive layer is formed;
Providing a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element;

14. The method according to claim 13, wherein the support substrate is formed of glass.

The method according to claim 13, wherein the release layer is formed of a resist.

The method according to any one of claims 13 to 15, wherein an underlayer made of an oxide or a nitride is formed between the release layer and the base.

17. The method for manufacturing a magnetostrictive actuator according to claim 13, wherein a protective layer made of an oxide or a nitride is formed on the magnetostrictive layer.

The method for manufacturing a magnetostrictive actuator according to any one of claims 13 to 17, wherein an intermediate layer made of an oxide or a nitride is formed between the base and the magnetostrictive layer.

It is a manufacturing method of the magnetostrictive actuator as described in any one of Claims 1-8, Comprising:
Forming an underlayer made of an oxide or a nitride on a support substrate made of an organic material;
Forming a substrate on the underlayer;
Forming a magnetostrictive layer of a magnetostrictive material on the substrate;
Forming a protective layer made of an oxide or a nitride on the magnetostrictive layer;
Dissolving and removing a supporting substrate from the substrate on which the underlayer, the magnetostrictive layer, and the protective layer are formed;
Providing a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the element;