JP2008003453A - 微小可動デバイスの振動抑制機構 - Google Patents

Abstract

【課題】振動の影響をより効果的に抑制することができる微小可動デバイスの振動抑制機構を提供する。
【解決手段】外部部材ｇが振動すると、まず、弾性高分子からなる第１の支持部材によりその振動の低周波成分が吸収される。また、弾性部材等から成る第２の支持部材４によりその振動の高周波成分が吸収される。これにより、光スイッチ２に対する振動の高周波成分および低周波成分の影響を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微小可動デバイスに対する振動の影響を抑制する振動抑制機構に関するものである。

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチなどの微小可動デバイスが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、光スイッチでは、入力ポートから入力された光ビームを、光ＭＥＭＳ技術により作成されたミラーアレイ等の偏向素子を用いて空間上で偏向し、任意の出力ポートから出力させることによりスイッチング動作を実現している。

このような光スイッチなどの微小可動デバイスでは、地震や道路の揺れなど外部からの振動の影響を受けると、入出力ポート間や偏向素子間の位置関係がずれてしまうので、損失変動が生じて通信品質の低下が起こってしまう。特に、地震のような大きな揺れの影響を受けると、光スイッチが他の構造体に衝突し、破損したり通信回線が切断してしまう恐れがある。

そこで、従来では、ゴムなどの除震部材を介して光スイッチを覆う筐体を床や柱などの外部の部材に取り付けたり、接着剤やボルト等の締結手段を介してその筐体を外部の部材に固定したりしていた。

特開２００３−５７５７５号公報

しかしながら、従来の構造では、広範囲の周波数の振動を抑制することが困難であった。

例えば、光スイッチを除震部材を介して床や柱などに取り付けた場合、比較的低い周波数の振動については抑制することができたが、数百Ｈｚ以上の振動については抑制することが困難であった。特に、光ＭＥＭＳ技術を用いて製造された微小光スイッチの場合、一般的に共振周波数が数百ｋＨｚと高くなるため、偏向素子の共振周波数に一致する振動の影響を受けた場合には、通信品質の低下が生じていた。

また、除震部材を設けたとしても、地震のように変位量が大きい振動が与えられた場合には、光スイッチの構成部品が他の構成部品と衝突して破損することが生じていた。

そこで、本願発明は上述したような課題を解決するためになされたものであり、振動の影響をより効果的に抑制することができる微小可動デバイスの振動抑制機構を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る微小可動デバイスの振動抑制機構は、微小可動デバイスと、この微小可動デバイスを内部に収容する筐体と、前記微小可動デバイスを前記筐体と離間させて支持する第１の支持部材と、前記筐体を外部部材と離間させて支持する第２の支持部材とを備えたことを特徴とする。

上記振動抑制機構において、筐体と前記微小可動デバイスとの間に配設された少なくとも１つのストッパをさらに備えるようにしてもよい。

上記振動抑制機構において、第１の支持部材は、弾性高分子からなり、第２の支持部材は、低周波減衰部材からなるようにしてもよい。

また、上記振動抑制機構において、微小可動デバイスは、任意の入力ポートから入力された光ビームを偏向素子により偏向して任意の出力ポートから出力する光スイッチから構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、第１の部材により微小可動デバイスを筐体と離間して支持し、第２の部材により筐体を外部部材と離間して支持することにより、第１の支持部材と第２の支持部材という２つの支持部材により振動が吸収されるので、微小可動デバイスに影響する振動をより効果的に抑制することができる。

また、ストッパを設けることにより、変位量の大きな振動を受けても微小可動デバイスの変位量を抑制することが可能となるので、微小可動デバイスの構成要素が他の構成要素と衝突するのを防ぐことができる。結果として、微小可動デバイスに影響する振動をより効果的に抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る微小可動デバイスの振動抑制機構について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、微小可動デバイスとして光スイッチを用いた場合を例に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る光スイッチの振動抑制機構は、筐体１と、この筐体１内部に配設された光スイッチ２と、一端が筐体１の内面に他端が光スイッチ２の外面に取り付けられた第１の支持部材３と、一端が筐体１の外面に他端が床、柱、地面等の外部部材ｇに取り付けられた第２の支持部材４と、筐体の内面に設けられたストッパ５とを少なくとも備えている。

筐体１は、中空の正方体や直方体の形状を有する。このような筐体１は、例えば、樹脂や金属等から構成される。

光スイッチ２は、全体として正方体や直方体の形状を有する筐体の内部に、光導波路等の通信回線の一端が接続されその通信回線から入力される光ビームを内部に導入する少なくとも１つの入力ポート、ＭＥＭＳ技術により作成されたマイクロミラーやマイクロミラーアレイ等からなり入力ポートから入力された光ビームを偏向する偏向素子、および、通信回線の一端が接続され偏向素子により偏向された光ビームをその通信回線から出力する少なくとも１つの出力ポート等を備えている。このような光スイッチは、例えば２軸回りに回動可能支持された偏向素子のミラーの傾斜角を適当に制御することにより、任意の入力ポートから出射した光ビームからなる光信号を偏向させて任意の出力ポートから出力させ、光路を切り替えるスイッチング動作を行う。ここで、通信回線（図示せず）は、例えば、光スイッチ２の筐体における、第１の支持部材３および第２の支持部材４が接続されていない面やそれらが接続されていない箇所から筐体外部に導出され、この導出された位置に対向する筐体１の側面から筐体１外部に導出される。

第１の支持部材３は、高い周波数の振動を抑制するという振動伝達特性を有するゲルやゴム等の弾性高分子から構成され、一端が筐体１の内部側面に他端が光スイッチ２の外部側面に取り付けられる。本実施の形態では、光スイッチ２の一組の対向する側面と、これらに対向する筐体１の内部側面との間に、それぞれ４つの第１の支持部材３が取り付けられている。これにより、光スイッチ２は、第１の支持部材３が取り付けられた筐体１の内部側面から筐体１の上面および側面に対して略平行に架設され、筐体１内部に浮遊した状態で筐体１内部に配設される。

第２の支持部材４は、低い周波数の振動を抑制するという振動伝達特性を有するバネ等の弾性体、ダンパー、ダッシュポットなどの低周波減衰部材から構成され、一端が筐体１の外部の一つの面に、他端がその外部底面に対向する位置にある床や柱などの外部部材ｇに取り付けられる。本実施の形態では、筐体１の底面と、この底面に対向する外部部材ｇとの間に、４つの第２の支持部材４が取り付けられている。これにより、筐体１は、外部部材ｇと離間した状態に支持される。

ストッパ５は、筐体１と光スイッチ２との間の過大な相対変位を抑制するものである。変位抑制時に衝撃が加わらないよう発泡体またはゲルやゴム等の弾性高分子などから構成され、筐体１の内面の光スイッチ２と対向する位置に取り付けられる。このようなストッパ５は、例えば正方体や直方体など筐体１の内面から光スイッチ２の方向、すなわち筐体１と光スイッチ２とを結ぶ方向に突出した形状を有する。本実施の形態では、筐体１内面の上面、下面、および、各側面に設けられている。

このような光スイッチの防振構造は、外部部材ｇが振動すると、まず、第２の支持部材４により、その振動が吸収される。上述したように第２の支持部材４は、低い周波数の振動を吸収するという振動伝達特性を有する低周波減衰部材から構成されるので、特に第２の支持部材４により低い周波数の振動が吸収される。これにより、筐体１および筐体１内部に配設された光スイッチ２に対する振動の低周波成分の影響が抑制される。

また、第２の支持部材４を介して筐体１に伝播した振動は、第１の支持部材３により吸収される。上述したように第１の支持部材３は、高い周波数の振動を吸収するという振動伝達特性を有する弾性高分子から構成されるので、特に第１の支持部材３により高い周波数の振動が吸収される。これにより、例えば数百〜数ｋＨｚといった光スイッチ２に対する振動の高周波成分の影響を抑制することができる。

また、地震等により外部部材ｇが大きく振動し、筐体１内部で光スイッチ２が大きく揺れて、光スイッチ２が筐体１に近接した場合であっても、光スイッチ２にストッパ５が当接することにより、光スイッチ２が筐体１の内面に衝突することを防いだり、光スイッチ２の筐体１内部での変位量が抑制され光スイッチ２の入出力ポートや偏向素子等の構成要素が他の構成要素と衝突するのを防いだり、ストッパ５が弾性変形することにより光スイッチ２が当接する際の衝撃を吸収したりすることができる。これにより、光スイッチ２が破損したり、通信回線が切断されたりするのを防ぐことができる。

このような振動抑制機構において、外部部材ｇに正弦波の振動を与えたときの加速度応答の測定結果を図２に示す。図２において、符号ａの曲線は第１の支持部材３のみを設けたときの加速度応答、符号ｂの曲線は第２の支持部材４のみを設けたときの加速度応答、符号ｃは第１の支持部材３および第２の支持部材４を設けたときの加速度応答、符号ｄの範囲は光スイッチの共振周波数を示している。ここで、第１の支持部材３としては、弾性高分子を用い、これを光スイッチ２の両側面に４カ所ずつ設けた。また、第２の支持部材４としては、コイルバネと防震ゴムを組み合わせた部材を用い、これを筐体１の底面に４カ所設けた。また、ストッパ５としては、光スイッチ２と対向する位置に弾性高分子シートを貼付した金属棒を用い、これを筐体１内面の側面に設けた。

図２に示すように、１００Ｈｚ以上の高周波数領域では、弾性高分子からなる第１の支持部材３により加速度が抑制されていることがわかる。また、１００Ｈｚ以下の低周波数領域においては、第２の支持部材４により加速度が抑制されていることがわかる。さらに、５Ｈｚ以下の低周波数領域では、筐体１の移動振幅が大きく、光スイッチ２が筐体１に衝突する様子が見られたが、光スイッチ２の光学特性への影響は見られず、構造物の破損なども生じなかった。このように本実施の形態にかかる振動抑制機構では、筐体１内部に設けた第１の支持部材３により高周波の振動を吸収し、筐体１外部に設けた第２の支持部材４により低周波の振動を吸収し、かつ、ストッパ５によりさらに低い周波数の振動によって光スイッチ２が破損するのを防ぐことが可能であり、光スイッチ２に対する広範囲な振動の影響をより効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の支持部材３および第２の支持部材４を設けることにより、２つの支持部材で振動を吸収することが可能となるので、光スイッチに影響する振動をより効果的に抑制することができる。また、第１の支持部材３を低周波減衰部材から構成し、第２の支持部材４を弾性高分子から構成することにより、低周波成分から高周波成分に及ぶ広範囲の振動を吸収することが可能となるので、光スイッチ２に対する振動の影響をより効果的に抑制することができる。これらの結果として、通信品質の低下などを防ぐことができる。

なお、本実施の形態において、第１の支持部材３は、筐体１の内部側面と光スイッチ２の側面とに取り付けるようにしたが、第１の支持部材３を設ける位置はこれに限定されない。例えば、図３に示すように、筐体１の内部上面と光スイッチ２の上面、および、筐体１の内部底面と光スイッチ２の底面に取り付けるようにしてもよい。また、第１の支持部材３を設ける数量についても、筐体１や光スイッチ２の外形や形状に応じて、適宜自由に設定することができる。さらに、第２の支持部材４を設ける数量についても、筐体１の外形や形状に応じて適宜自由に設定することができる。

また、本実施の形態において、ストッパ５は、筐体１の内面に配設するようにしたが、筐体１と光スイッチ２の間に設けるのであればストッパ５を設ける位置はそれに限定されず、例えば、図３に示すように光スイッチ２の外面に設けたり、筐体１の内面および光スイッチ２の外面に設けたりしてもよい。また、ストッパ５を設ける位置や数量についても、筐体１および光スイッチ２の外形や形状に応じて適宜自由に設定することができる。

また、本実施の形態において、筐体１を金属等の質量が大きい部材から構成することにより、振動の低周波成分をより効果的に吸収することができる。さらに、本実施の形態において、筐体１の形状は、中空の正方体や直方体を有するようにしたが、筐体１の形状はそれに限定されず、例えば平板構造など本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の形状をとることができる。

また、本実施の形態では、微小可動デバイスとして光スイッチを用いた振動抑制機構について説明したが、微小可動デバイスは光スイッチに限定されず、可動部を有する微小デバイスであるならば各種デバイスを適用することができる。

本発明は、可動部を有する微小装置などに適用することができる。

（ａ）は本発明の振動抑制機構の構成を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の振動抑制機構に対する振動と加速度応答との関係を示す図である。 （ａ）は本発明の振動抑制機構の他の構成を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１…筐体、２…光スイッチ、３…第１の部材、４…第２の部材、５…ストッパ。

Claims (4)

1. 微小可動デバイスと、
   この微小可動デバイスを内部に収容する筐体と、
   前記微小可動デバイスを前記筐体と離間させて支持する第１の支持部材と、
   前記筐体を外部部材と離間させて支持する第２の支持部材と
   を備えたことを特徴とする微小可動デバイスの振動抑制機構。
2. 前記筐体と前記微小可動デバイスとの間に配設された少なくとも１つのストッパ
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の微小可動デバイスの振動抑制機構。
3. 前記第１の支持部材は、弾性高分子からなり、
   前記第２の支持部材は、低周波減衰部材からなる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の微小可動デバイスの振動抑制機構。
4. 前記微小可動デバイスは、任意の入力ポートから入力された光ビームを偏向素子により偏向して任意の出力ポートから出力する光スイッチから構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の微小可動デバイスの振動抑制機構。

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