JP4218717B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、複数本の光ファイバの間で光路の組合せを切り換える光スイッチに関するものである。

従来から、複数本の光ファイバにそれぞれ光結合されたコリメート用のレンズの間にプリズムを出し入れすることによって、レンズ間の光路をプリズムの有無によって切り換えるようにした光スイッチが提供されている。また、この種の光スイッチとして、アマチュアを備える電磁石装置を用い、プリズムをアマチュアに機械的に結合したものが知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された発明は、図３５に示すように、光ファイバ４ａ〜４ｃにそれぞれ光結合されたコリメート用のレンズ３５を器体１の定位置に配置し、レンズ３５の間にプリズム３１を出し入れすることによって、光路を切り換えるように構成されている。プリズム３１はアーム３７の一端に取り付けられ、アーム３７の他端が回転駆動されることによって、プリズム３１が図の上下方向に移動する。

また、特許文献２に記載された発明も、図３６に示すように、光ファイバ４ａ〜４ｄにそれぞれ光結合されたコリメート用のレンズ３５の間にプリズム３１を出し入れすることによって光路を切り換えるように構成されている。ただし、プリズム３１を移動させる機構は、上述した公報に記載のものとは異なっている。すなわち、板ばね３８ａの一端部に永久磁石３８ｂとともにプリズム３１が並設され、板ばね３８ａの他端部を鉄芯３８ｃに固定してある。この鉄芯３８ｃにコイル３８ｄが巻装され、コイル３８ｄへの通電に伴って永久磁石３８ｂとの間に磁力を作用させることで、プリズム３１を図３６（ｂ）の上下に移動させるのである。
（たとえば、特許文献１参照）。
（たとえば、特許文献２参照）。
米国特許第５９９９６９９号明細書 特開平４−１４５４０９号公報

ところで、上述したいずれの構成においても、プリズム３１を移動させる機構が、プリズム３１を移動させようとする方向に対して直交する方向に延長されたアーム３７ないし板ばね３８ａにプリズム３１が取り付けられている。また、アーム３７ないし板ばね３８ａは、プリズム３１と反対側の端部を支点としてプリズム３１を移動させるから、プリズム３１の移動距離を十分に大きくとるには、アーム３７ないし板ばね３８ａを長くする必要がある。

その結果、アーム３７ないし板ばね３８ａの延長方向において器体１の寸法が大きくなる上に、器体１に収納したときに器体１の内部にデッドスペースが生じやすいという問題を有している。また、プリズム３１がアーム３７ないし板ばね３８ａの支点部分を中心とする円弧上を移動することになるから、プリズム３１が出入りする部位について、アーム３７ないし板ばね３８ａの延長方向における寸法をプリズム３１の寸法よりも大きくとることが必要になり、このことも器体１の大型化につながる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、器体内部のデッドスペースを小さくすることによって小型化を可能とするとともに、コリメート用のレンズ間の光路での光の減衰量を低減させた光スイッチを提供することにある。

請求項１の発明は、複数本の光ファイバの端面にそれぞれ光結合されたコリメート用のレンズが定位置に配置され直進移動可能なプリズムを用いてレンズの間の光路の組合せを切り換える光路切換装置と、プリズムに機械的に結合されたアマチュアを備えアマチュアを直進移動させる電磁石装置と、アマチュアとプリズムとを機械的に結合するプリズム取付板と、光路切換装置および電磁石装置を収納した器体とを備え、プリズムの移動方向における前記アマチュアの両側面に沿ってそれぞれプリズムの移動方向にばね性を有した板ばねからなるばね素片が配設され、ばね素片の一端が器体に対して定位置に固定さればね素片の他端がアマチュアに結合され、前記アマチュアの移動方向において前記電磁石装置と前記光路切換装置とが隣接して配置され、電磁石装置が、前記アマチュアおよび前記ばね素片と、両端部に磁極片を備える鉄芯と、鉄芯を励磁するコイルと、アマチュアを磁化する永久磁石とを備え、アマチュアが、一方の磁極片に対してアマチュアの移動方向の一面側に対向する第１の接極片と、他方の磁極片に対してアマチュアの移動方向の他面側に対向する第２の接極片とを備え、各ばね素片は磁極片を結ぶ方向において両接極片の中間部でアマチュアに結合され、プリズム取付板の中間部にアマチュアの移動方向と両磁極片を結ぶ方向とを含む面内において曲げ角度を調節可能な屈曲部を形成したことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記屈曲部を第１の屈曲部とし、前記プリズム取付板の中間部に、第１の屈曲部のほかに、前記両磁極片を結ぶ方向に直交する面内において曲げ角度を調節可能な第２の屈曲部を形成したことを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項２記載の発明において、前記プリズム取付板の中間部に、前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部に加えて前記アマチュアの移動方向の一つの直線の回りで捻れ角度を調節可能な捻り部を形成したことを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記アマチュアが前記一方の磁極片に第１の接極片を当接させる位置と前記他方の磁極片に第２の接極片を当接させる位置との２位置において、前記アマチュアが前記永久磁石の磁力により位置保持されるように前記電磁石装置が双安定動作することを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記アマチュアが前記一方の磁極片に第１の接極片を当接させる位置と前記他方の磁極片に第２の接極片を当接させる位置との２位置のうちの一方の位置において、前記アマチュアが前記永久磁石の磁力により位置保持されるように前記電磁石装置が単安定動作することを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記ばね素片が２本であって前記アマチュアとの結合部位から前記両磁極片を結ぶ方向において互いに逆向きに延長され、一方のばね素片が前記一方の磁極片に対して第１の接極片の反対側に配設され、他方のばね素片が前記他方の磁極片に対して第２の接極片の反対側に配設されていることを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記ばね素片が４本であって、前記アマチュアとの結合部位から前記両磁極片を結ぶ方向において同じ向きに延長された各２本ずつの前記ばね素片間に前記アマチュアが配置されていることを特徴とする。

請求項８の発明では、請求項７の発明において、前記アマチュアの移動方向に沿った一面に重なるとともにアマチュアに固着される連結片を備え、前記各ばね素片がアマチュアの移動方向における連結片の各端部に連続一体であることを特徴とする。

請求項９の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明において、前記アマチュアにおいて前記接極片間の主体部に一方の磁極を当接させる形で前記鉄芯との間に前記永久磁石が配設されていることを特徴とする。

請求項１０の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明において、前記コイルおよび前記鉄芯を保持するコイル枠を有し、前記ばね素片の固定端がコイル枠に固定される固定板に結合され、前記コイル枠および前記鉄芯の一部と前記器体に形成した保持部とが互いに圧入された形で嵌合することにより前記電磁石装置が前記器体に固定されていることを特徴とする。

請求項１１の発明では、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明において、前記レンズを保持するレンズ保持基台を前記器体内に備え、レンズ保持基台が、レンズが取り付けられる一対のレンズ台と、両レンズ台の一面間を連続一体に連結する連結側板と、両レンズ台において前記一面に隣り合う面間を連続一体に連結し連結側板に直交するとともに連結側板に連続する連結下板とを備えることを特徴とする。

各発明は、直進移動するアマチュアを備えた電磁石装置を用いることによりプリズムを直進移動させるようにし、しかもアマチュアの移動方向において電磁石装置と光路切換装置とを隣接して配置しているから、プリズムが出入りする部位の寸法はアマチュアの移動方向に直交する面にプリズムを投影した寸法があればよく、結果的に光路切換装置を小型化することができる。しかも、従来構成のようにプリズムに結合された部材が一点を支点とする構成ではなく、プリズムを直進移動させるから、プリズムの移動距離を大きくとるためのデッドスペースが不要になる。その結果、器体の小型化が可能になるという利点がある。また、電磁石装置が有極電磁石であるから、比較的小さい電流でアマチュアに大きな駆動力を作用させることができ、低消費電力で動作が可能になる。

さらに、請求項１ないし請求項３の各発明は、アマチュアとプリズムとの相対位置を微調整することが可能であるから、コリメート用のレンズ間の光路での光の減衰量を低減させることができるという利点がある。

請求項４の発明は、電磁石装置が双安定動作するから、光路の切換時にのみコイルに通電すればよく、消費電力を小さくすることができる。

請求項５の発明は、電磁石装置が単安定動作するから、常時に用いる光路においてコイルへの通電を不要とするように用いることによって、消費電力を小さくすることができる。

請求項６の発明は、アマチュアが両磁極片を結ぶ方向の両側で支持された形になり、結果的にアマチュアの移動方向に直交しかつ両磁極片を結ぶ方向に直交する方向におけるアマチュアの移動が抑制される。つまり、アマチュアの接極片が鉄芯の磁極片に当接した状態において、アマチュアの移動方向と両磁極片を結ぶ方向とにともに直交する方向へのアマチュアの移動が抑制されることによって、衝撃力などによるプリズムの位置変化が生じにくく、衝撃力などによって光路が変化したり、光路を通る光量が変化したりする可能性が低減される。

請求項７の発明は、アマチュアが両磁極片を結ぶ方向の両側で支持された形になり、結果的にアマチュアの移動方向に直交しかつ両磁極片を結ぶ方向に直交する方向におけるアマチュアの移動が抑制される。つまり、アマチュアの接極片が鉄芯の磁極片に当接した状態において、アマチュアの移動方向と両磁極片を結ぶ方向とにともに直交する方向へのアマチュアの移動が抑制されることによって、衝撃力などによるプリズムの位置変化が生じにくく、衝撃力などによって光路が変化したり、光路を通る光量が変化したりする可能性が低減される。しかも、ばね素片が４本であるから、２本のばね素片を用いる場合よりもさらにこれらの効果が高くなる。

請求項８の発明は、４本のばね素片が連結片を介してアマチュアに固着され、かつばね素片がばね性を有する方向とは交差している連結片がアマチュアに固着されるから、アマチュアにばね素片を固着する際にばね素片に撓みが発生せず、ばね素片を変形させることなくアマチュアに装着することができる。しかも、アマチュアの移動方向に沿った一面に連結片を固着するから、アマチュアにおいて広く露出している面で固着作業を容易に行うことができる。

請求項９の発明は、アマチュアに永久磁石を設けたことによって鉄芯の周囲においてコイルを巻装するスペースを大きくとることが可能になり、低消費電力化が可能となる。

請求項１０の発明は、鉄芯を基準として器体に対する電磁石装置の構成要素およびプリズムの位置関係を定めることができるから、サンプルロット間での特性変化を抑制することができる。

請求項１１の発明は、レンズ保持基台における連結側板および連結下板の厚み寸法がＬ字状をなしているから、連結側板および連結下板が薄肉であってもレンズ保持基台の強度を保つことができ、従来と同程度の強度を確保すればよい場合にはレンズ保持基台を小型化することができ、レンズ保持基台を従来と同程度の大きさとする場合にはプリズムを抜き差しするスペースを大きくとることができ、プリズムの抜き差しが容易になる。

（第１の実施の形態）
本実施形態の構成を図１ないし図１５を用いて説明する。本実施形態では、器体１に導入される４本の光ファイバ４ａ〜４ｄの間で、図１５（ａ）のように、光ファイバ４ａと光ファイバ４ｄとが光結合されるとともに光ファイバ４ｂと光ファイバ４ｃとが光結合される状態と、光ファイバ４ａと光ファイバ４ｃとが光結合されるとともに光ファイバ４ｂと光ファイバ４ｄとが光結合される状態との２状態を切り換える２×２光スイッチを例示する。両状態は光ファイバ４ａ，４ｂと光ファイバ４ｃ，４ｄとの間にプリズム３１を挿入するか否かによって選択される。

図１および図２に示すように、本実施形態の光スイッチは、合成樹脂成形品の器体１に、アマチュア２１を有する電磁石装置２と、４本の光ファイバ４ａ〜４ｄの間で光結合させる関係をアマチュア２１の移動によって上述のように切り換える光路切換装置３とを収納して構成される。つまり、アマチュア２１の移動により、光ファイバ４ａ，４ｂと光ファイバ４ｃ，４ｄとの間にプリズム３１を挿入するか否かを切り換えるのである。

器体１は、ベース１１とカバー１２との２部材を結合して組み立てられ、直方体状の主収納部１ａを有し、主収納部１ａの長手方向の両側面における各一端部からそれぞれ筒状の導入部１ｂが突設された形状に形成されている。主収納部１ａおよび両導入部１ｂは、いずれもベース１１とカバー１２とを突き合わせて形成されている。ベース１１におけるカバー１２との突き合わせ部位には段差１１ａが形成され、カバー１２には段差１１ａに噛合する段差（図示せず）が形成される。また、ベース１１の外周面の複数箇所には組立突起１１ｂが突設され、カバー１２から延設された組立片１２ｂに設けた組立孔１２ｃが組立突起１１ｂに凹凸係合することによって、ベース１１とカバー１２とが結合される。主収納部１ａには電磁石装置２および光路切換装置３が収納され、導入部１ｂにはそれぞれ２本ずつの光ファイバ４ａ〜４ｄを光路切換装置３に結合するための結合部が収納される。

電磁石装置２は、合成樹脂成形品のコイル枠２２を備えるコイルブロック２ａと、アマチュア２１を備えるアマチュアブロック２ｂとにより構成される。コイル枠２２は長手方向の両端部にそれぞれ端子台２２ａを有するとともに、長手方向の中央部に磁石保持片２２ｂを有し、端子台２２ａには磁石保持片２２ｂと対向する鍔片２２ｃが形成される。各端子台２２ａに設けた鍔片２２ｃと磁石保持片２２ｂとの間の部位にはコイル２３の巻線が巻装される。コイル２３は１巻線でも２巻線でもよいが、本実施形態では１巻線として説明する。つまり、各鍔片２２ｃと磁石保持片２２ｂとの間の部位にそれぞれ巻装された２つの巻線が直列接続されているものとする。なお、２巻線の場合には各鍔片２２ｃと磁石保持片２２ｂとの間の部位にそれぞれ巻装された巻線がそれぞれ独立することになる。端子台２２ａには複数本の端子ピン２４が保持され、端子ピン２４にはコイル２３の端末が接続される。

コイル枠２２はコ字状の鉄芯２５を保持しており、鉄芯２５の中央片２５ｃ（図９参照）はコイル枠２２においてコイル２３が巻装されている部位の内部を通り、鉄芯２５の両端部に設けた磁極片２５ａ，２５ｂはそれぞれ端子台２２ａから突出する。磁極片２５ａ，２５ｂの先端部は鍔片２２ｃを越えてコイル２３よりも外側に突出する。また、磁石保持片２２ｂには永久磁石２６が埋設され、図１２に示すように、永久磁石２６の一方の磁極は鉄芯２５の中央片２５ｃに磁気結合され、他方の磁極は磁石保持片２２ｂの外周面に露出する。ここに、鉄芯２５の磁極片２５ａ，２５ｂが突出する向きと永久磁石２６の磁極が磁石保持片２２ｂから露出する面の向きとは同じ向きになっている。なお、鉄芯２５の中央片２５ｃをコイル枠２２の内部に通すために、コイル枠２２は２分された一対の半割体を結合して形成される。

ところで、ベース１１における主収納部１ａの内側面であって、主収納部１ａの幅方向においては導入部１ｂから遠い側部には、主収納部１ａの長手方向の両端部に主収納部１ａの幅方向に離間した各一対の保持突起１３が保持部として突設されている。コイルブロック２ａにおける端子台２２ａの裏面（磁極片２５ａ，２５ｂの突出する面とは反対側の面であって、端子ピン２４が突出する面）には、図３、図１０に示すように、対になる保持突起１３と嵌合する嵌合凹所２２ｄが形成されており、嵌合凹所２２ｄの内部には鉄芯２５の一部が露出する。したがって、図９および図１０に示すように、対になる保持突起１３の間に鉄芯２５の一部を圧入して嵌合させ、かつ保持突起１３を嵌合凹所２２ｄに圧入して嵌合させることによって、コイルブロック２ａがベース１１に固定されるとともに、鉄芯２５のベース１１に対する位置ずれが防止される。また、ベース１１における主収納部１ａの内側面には一対の保持壁１４が形成され、保持壁１４の対向面にはそれぞれコイルブロック２ａの磁石保持片２２ｂの一部が圧入されて嵌合する嵌合溝１４ａが保持部として形成される。このように、コイルブロック２ａは長手方向の中央部においてもベース１１に固定される。なお、コイルブロック２ａをベース１１に固定する際に、端子ピン２４はベース１１に設けた端子孔１１ｃ（図６参照）を通してベース１１の外部に導出される。

一方、アマチュア２１は、鉄芯２５の各磁極片２５ａ，２５ｂにそれぞれ離接可能な接極片２１ａ，２１ｂを四角形状の主体部２１ｃの両端部に備える。各接極片２１ａ，２１ｂは、主体部２１ｃの長手方向の各端面において、主体部２１ｃの幅方向の互いに異なる端部に突設される。各接極片２１ａ，２１ｂは鉄芯２５の各磁極片２５ａ，２５ｂに対向するようにアマチュア２１の厚み方向に延設されている。ただし、コイルブロック２ａの幅方向（図２における上下方向）において、一方の接極片２１ａが磁極片２５ａの一面に対向するとすれば、他方の接極片２１ｂは磁極片２５ｂの他面に対向する関係となるように接極片２１ａ，２１ｂの位置が定められている。

アマチュア２１は板ばねからなる平衡ばね２７を介して一対の固定板２８に結合され、各固定板２８はコイルブロック２ａに設けた端子台２２ａに結合される。平衡ばね２７はアマチュア２１の各側面に対向するとともにアマチュア２１の長手方向に沿って延長された一対のばね片２７ａと、両ばね片２７ａの長手方向の両端部をそれぞれＬ字状に折曲して形成した取付片２７ｂと、両ばね片２７ａの長手方向の中央部間を連結する連結片２７ｃとを連続一体に備える形状に金属のばね材料により形成される。つまり、連結片２７ｃにおけるアマチュア２１の移動方向の各端部にそれぞればね片２７ａが連続一体に設けられる。さらに、平衡ばね２７には、両ばね片２７ａの長手方向の両端部において取付片２７ｂと直交する形で両ばね片２７ａ間を連結する橋絡片２７ｄが設けられ、平衡ばね２７に他部材を結合しない状態でもばね片２７ａが広がるのを防止してある。

連結片２７ｃはアマチュア２１の長手方向の中央部においてアマチュア２１の厚み方向の一面（図１の上面）に重ねられるとともにアマチュア２１に２点でかしめ固定される（アマチュア２１に設けた２個のダボ２１ｅを連結片２７ｃに挿通し、ダボ２１ｅをかしめることによってアマチュア２１に連結片２７ｃが固着される）。したがって、アマチュア２１に平衡ばね２７を固着する際に平衡ばね２７のばね片２７ａには外力が作用せず、ばね片２７ａを変形させることなくアマチュア２１に平衡ばね２７を固着することができる。また、アマチュア２１の厚み方向の一面にダボ２１ｅが突設されるからアマチュア２１の形状が簡単であり、しかもアマチュア２１の上面で平衡ばね２７を固着するから、固着部位の周囲が比較的広く開放されており、固着作業を容易に行うことができる。また、ばね片２７ａの各端部に設けた取付片２７ｂは、それぞれ固定板２８に重ねられ固定板２８にそれぞれかしめ固定される。各固定板２８にはそれぞれ挿入片２８ａが突設され、各挿入片２８ａは端子台２２ａに設けた固定孔２２ｅに圧入されることにより固定板２８がコイル枠２２に固定される。つまり、各ばね片２７ａは連結片２７ｃによって独立して可撓となる２つの部分を有することになる。言い換えると、アマチュア２１は、一方の固定板２８と連結片２７ｃとの間を連結する両側一対のばね素片２７ａａ，２７ａｂで支持されるとともに、他方の固定板２８と連結片２７ｃとの間を連結する両側一対のばね素片２７ａｃ，２７ａｄで支持されることになり、合計４本のばね素片２７ａａ〜２７ａｄで支持されていることになる。

図１１および図１２に基づいて動作を説明する。アマチュア２１の中央部は永久磁石２６のＮ極に近接しているからアマチュア２１がＮ極に磁化されており、コイル２３に通電して鉄芯２５の左側の磁極片２５ａをＳ極に励磁したときには、磁極片２５ａとアマチュア２１の接極片２１ａとの間に吸引力が作用するとともに、磁極片２５ｂとアマチュア２１の接極片２１ｂとの間に反発力が作用して、アマチュア２１が図１１の下向きに移動する。ここで、コイル２３への通電を停止しても永久磁石２６の磁力によってアマチュア２１の位置は保持される。一方、コイル２３の通電方向を切り換えて鉄芯２５の右側の磁極片２５ｂをＳ極に励磁したときには、接極片２１ａと磁極片２５ａとが反発するとともに接極片２１ｂが磁極片２５ｂに吸引されてアマチュア２１が図１１の上向きに移動する。この位置で通電を停止した場合も永久磁石２６の磁力によってアマチュア１の位置は保持される。つまり、本実施形態の電磁石装置２は永久磁石２６を備える有極型であって双安定動作になる。このように、コイル２３への通電を制御することによって、アマチュア２１を図１１の上下方向に平行移動させることが可能になる。

ところで、光路切換装置３は、上述したように、４本の光ファイバ４ａ〜４ｄの間の光結合関係をプリズム３１の有無によって切り換えるものであって、プリズム３１はアマチュア２１に結合される。プリズム３１はアルミニウムのような金属からなる保持板３２に接着剤によって取り付けられており、アマチュア２１と保持板３２とが金属板である調整板３３を介して結合される。つまり、プリズム３１は保持板３２と調整板３３とからなるプリズム取付板を介してアマチュア２１に機械的に結合される。保持板３２はアマチュア２１の移動方向に直交するように配置され、調整板３３は、保持板３２に重なる形で保持板３２に２点でかしめ固定される取付片３３ａと、アマチュア２１の厚み方向の一面に連結片２７ｃと並んでアマチュア２１に２点でかしめ固定される支持片３３ｂと、取付片３３ａと支持片３３ｂとの間を連結する調節片３３ｃとを連続一体に備える。調節片３３ｃは、図１３に示すように、アマチュア２１の側面に沿う第１片３３ｃ１とアマチュア２１の側面から保持板３２に向かって突出する第２片３３ｃ２とを有したＬ字状に形成され、第１片３３ｃ１と第２片３３ｃ２との間の屈曲部の曲げ角度を調節することによってアマチュア２１に対するプリズム３１の相対位置を調節可能にしている。つまり、調節片３３ｃは金属板の厚み方向において折曲され、屈曲部位の曲げ角度を調節することによって、アマチュア２１に対するプリズム３１の相対位置を調節可能にしてある。また、調節片３３ｃと支持片３３ｂとの連結部位である屈曲部の曲げ角度も調節可能であるから、この屈曲部の曲げ角度を調節することによってもプリズム３１の位置調節が可能になる。要するに本実施形態では、アマチュア２１に対するプリズム３１の相対位置を図１３に矢印で示す２方向について調節することが可能である。なお、図１６に示すように、第２片３３ｃ２をさらに狭幅に形成して第２片３３ｃ２をねじれ可能に形成すれば、第２片３３ｃ２を捻れ部に用いることによって、図１６に矢印で示す３方向についてプリズム３１の位置を調節することが可能になる。なお、支持片３３ｂと調節片３３ｃとの曲げ角度の調節を禁止すれば、図１７に矢印で示すように、１方向についてのみプリズム３１の位置調節が可能になる。

一方、光路切換装置３において光路を形成する光ファイバ４ａ〜４ｄの端末を保持するために焼結合金により形成されたレンズ保持基台３４が設けられる。レンズ保持基台３４は、図１４に示すように、各２個のレンズ（コリメートレンズ）３５（図１参照）を保持する角柱状の一対のレンズ台３４ａを備え、両レンズ台３４ａはレンズ３５の一端面を互いに対向させるように配置される。また、両レンズ台３４ａにおいて図１４における右奥の側面間は連結側板３４ｂにより連結され、図１４における下面間は連結下板３４ｃにより連結される。さらに、各レンズ台３４ａは図１４における手前の側面下部にそれぞれ取付孔３４ｅの開口した取付板３４ｄを備える。ここに、連結側板３４ｂと連結下板３４ｃとは連続することによって断面Ｌ字状をなしており、この構成により寸法の小さい小型のレンズ保持基台３４でも強度を大きくとることができ、外力によってレンズ台３４ａの相対位置が変化するのを防止することができる。また、連結側板３４ｂおよび連結下板３４ｃを薄肉に形成してもレンズ保持基台３４の強度を維持できるから、後述するようにレンズ台３４ａの間にプリズム３１を挿入するためのスペースを比較的広くとることができ、プリズム３１を容易に移動させることができる。

ベース１１における主収納部１ａの幅方向の中央部の内側面には、主収納部１ａの長手方向の両端部に離間して突設された一対の取付ボス１５を備え、レンズ保持基台３４に設けた２個の取付孔３４ｅにそれぞれ取付ボス１５が挿入されるとともに、取付ボス１５の先端部を加熱して潰すことにより（いわゆる、熱かしめにより）レンズ保持基台３４がベース１１に固着される。

光ファイバ４ａ〜４ｄの端末部は円筒状に形成されたピグテール３６に結合され、ピグテール３６の端面がレンズ３５と接着されることによって、光ファイバ４ａ〜４ｄとレンズ３５とが光結合される。ここに、レンズ３５とピグテール３６との接着には紫外線の照射により硬化するＵＶ接着剤を用いる。レンズ台３４ａに保持された各２個のレンズ３５は互いに対向するように配置されているから、結果的に光ファイバ４ａ，４ｂと光ファイバ４ｃ，４ｄとの間で光を通過させることが可能になる。なお、レンズ３５はコリメータレンズであって、レンズ台３４ａの間での光を平行光線にするために設けられている。取付板３４ｄの両端間の寸法はベース１１の主収納部１ａの長手方向の幅寸法にほぼ等しく、このことによってもレンズ保持基台３４がベース１１に位置決めされるようにしてある。レンズ保持基台３４に保持されたピグテール３６および光ファイバ４ａ〜４ｄは、ベース１１とカバー１２との導入部１ｂにそれぞれ収納される。導入部１ｂの内部には主収納部１ａから遠い側の端部において幅を次第に狭くするようにテーパ部１ｃが形成され、導入部１ｂの先端には光ファイバ４ａ〜４ｄの直径程度の幅を有した引出溝１ｄが形成される。

上述したように、プリズム３１はアマチュア２１に結合されているから、電磁石装置２のコイル２３への通電を制御することによってアマチュア２１が移動すると、プリズム３１がアマチュア２１の移動方向に移動する。つまり、アマチュア２１の移動に伴ってプリズム３１をレンズ保持基台３４におけるレンズ台３４ａの間に挿入される位置とレンズ台３４ａの間から後退する位置との間で移動させることが可能になる。このような動作により、光ファイバ４ａと光ファイバ４ｄとが光結合されるとともに光ファイバ４ｂと光ファイバ４ｃとが光結合される状態と、光ファイバ４ａと光ファイバ４ｃとが光結合されるとともに光ファイバ４ｂと光ファイバ４ｄとが光結合される状態との２状態を切り換えることが可能になるのである。また、調整板３３について上述した各部位を調節すれば、レンズ３５の光軸に対するプリズム３１の向きを調節することができ、光ファイバ４ａ〜４ｄの間での光の伝送効率の低下を抑制する設定が可能になる。

上述したように、本実施形態の構成では、電磁石装置２が磁路に永久磁石２６を含む有極型であって双安定に動作するから、電磁石装置２のコイル２３への通電の制御によって光ファイバ４ａ〜４ｄの間の光路を切り換えた後には、コイル２３への通電を停止しても切り換えた状態が保持されるのであって、連続的に通電する場合に比較して省電力になる。また、上述のように、平衡ばね２７に設けた４本のばね素片２７ａａ〜２７ａｄによってアマチュア２１を支持しており、かつ各ばね素片２７ａａ〜２７ａｄはアマチュア２１の移動方向に可撓な板ばねであるから、アマチュア２１の厚み方向に外部からの衝撃力などが作用したとしてもアマチュア２１の変位が防止され、光ファイバ４ａ〜４ｄの間での光の伝送状態が変化する可能性を低減することができる。

さらに、アマチュア２１は平行移動し、かつ電磁石装置２の側方に光路切換装置３を配置しているから、器体１の厚み寸法は電磁石装置２の高さ程度の寸法に設定することができ、器体１の厚み方向の一面から端子ピン２４を突出させる構成とする場合に器体１が低背になる。しかも、アマチュア２１が平行移動することによって、レンズ台３４ａの間の距離はプリズム３１の幅程度でよいから、レンズ保持基台３４を小型に形成することができる。また、プリズム３１を出し入れ可能なスペースを確保するだけで電磁石装置２と光路切換装置３とを隣接するように並べて配置することができるから、光の伝送方向におけるレンズ保持基台３４の寸法と電磁石装置２の寸法との寸法差を小さくすることができ、器体１の内部におけるデッドスペースの発生を抑制して器体１を小型化することが可能になる。

ところで、上述した光スイッチを組み立てるには、まずベース１１に電磁石装置２のコイルブロック２ａを取り付けた後に、レンズ保持基台３４をベース１１に取り付ける。その後、コイルブロック２ａにアマチュアブロック２ｂを取り付け、カバー１２をベース１１に嵌着する。この手順によって組み立てれば、ベース１１に対して各部材を同じ方向から組み付けることが可能になり組立の自動化が容易になる。ここに、コイルブロック２ａをベース１１に装着すれば、コイルブロック２ａは対になる保持突起１３の間に鉄芯２５を圧入するとともに、端子台２２ａに設けた嵌合凹所２２ｄに保持突起１３を圧入することによりベース１１に位置決めされる。また、アマチュアブロック２ｂでは、アマチュア２１に平衡ばね２７が２点でかしめ固定され、各固定板２８に平衡ばね２７が２点でかしめ固定され、調整板３３がアマチュア２１に２点でかしめ固定され、保持板３２に調整板３３が２点でかしめ固定されるから、保持板３２（プリズム３１）と調整板３３とアマチュア２１と平衡ばね２７と固定板２８とが位置決めされた形で結合され、さらには、固定板２８に設けた挿入片２８ａがコイルブロック２ａの固定孔２２ｅに圧入され、またアマチュアブロック２ｂのベース１１に対する取付位置も鉄芯２５の取付位置を基準にして決まることになる。その結果、鉄芯２５を基準としてすべての部品の位置関係が決まることになり、サンプルロット間での特性変化を抑制することができる。

なお、上述した例ではばね片２７ａの中央部間を連結する連結片２７ｃをアマチュア２１に固着しているが、図１８および図１９に示すように、連結片２７ｃを設けずに、ばね片２７ａの長手方向の中央部をダボ２１ｅによりアマチュア２１の側面に固着することも可能である。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では永久磁石２６をコイル枠２２に設けた磁石保持片２２ｂに取り付けた例を示したが、本実施形態では図２０および図２１に示すように、アマチュア２１の長手方向の中央部において電磁石ブロック２ａとの対向面に永久磁石２６を取り付けてある。永久磁石２６の一方の磁極はアマチュア２１に磁気結合されアマチュア２１を磁化している。したがって、電磁石装置２としての動作は第１の実施の形態と同様になる。ただし、本実施形態ではコイル枠２２に磁石保持片２２ｂを設ける必要がないから、第１の実施の形態と同じ寸法のコイル枠２２を用いるとすれば、コイル２３を巻装する領域を大きくすることができ、消費電力の低減が可能になる。また、コイル２３を巻装する領域を第１の実施の形態と同程度にするならば、コイル枠２２の小型化が可能になり、結果的に器体１が小型化される。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
本実施形態は、図２２および図２３に示すように、平衡ばね２７として１枚の固定板２８に結合されアマチュア２１の両側に配置される一対のばね素片２７ａａ，２７ａｂのみを備えるものである。つまり、第１の実施の形態から１枚の固定板２８を省略し、平衡ばね２７におけるばね素片２７ａｃ，２７ａｄを省略した形になっている。

本実施形態の構成も第１の実施の形態と同様に動作する。すなわち、図２４および図２５に示すように、永久磁石２６のＮ極がアマチュア２１に対向しているものとして、コイル２３に通電して鉄芯２５の一方の磁極片２５ａをＮ極に励磁すると、図２４に矢印で示すようにアマチュア２１の左側の接極片２１ａには上向きの反発力が作用し、右側の接極片２１ｂには上向きの吸引力が作用するから、磁極片２５ｂに接極片２１ｂが接触することになる。一方、図２６および図２７に示すように、コイル２３に通電して鉄芯２５の一方の磁極片２５ａをＳ極に励磁すると、図２６に矢印で示すようにアマチュア２１の左側の接極片２１ａには下向きの吸引力が作用し、右側の接極片２１ｂには下向きの反発力が作用するから、磁極片２５ａに接極片２１ａが接触することになる。したがって、第１の実施の形態と同様に、アマチュア２１の移動に伴ってプリズム３１を移動させて、光ファイバ４ａ〜４ｄの間の光結合関係を切り換えることが可能になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

（第４の実施の形態）
本実施形態は、図２８および図２９に示すように、平衡ばね２７として２枚の固定板２８にそれぞれ結合されアマチュア２１の一側にのみ配置される２本のばね素片２７ａｂ，２７ａｃのみを備えるものである。ここに、ばね素片２７ａｂは鉄芯２５の磁極片２５ｂに対してアマチュア２１の接極片２１ｂの反対側に位置し、ばね素片２７ａｃは鉄芯２５の磁極片２５ａに対してアマチュア２１の接極片２１ａの反対側に位置する。この構成では、第３の実施の形態に比較すると、アマチュア２１が厚み方向に移動しにくくなり、外部からの衝撃力によってアマチュア２１が厚み方向に変位してプリズム３１の位置が変動するのを防止することができる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

（第５の実施の形態）
第１の実施の形態においては４本の光ファイバ４ａ〜４ｄを２対２に対応させる２×２光スイッチを例示したが、図３０に示すように、３本の光ファイバ４ａ〜４ｃを１対２に対応させる構成とすれば、１×２光スイッチを構成することができる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

（第６の実施の形態）
第１の実施の形態では、２位置の間で移動するアマチュア２１が両位置において永久磁石２６の磁力により保持されるように構成した双安定動作のものであったのに対して、本実施形態はアマチュア２１の移動範囲の両端位置である２位置のうち一方の位置についてはコイル２３への通電を停止すると他方の位置に移動する単安定動作となるように構成した例を示す。

単安定動作を実現するために、図３１に示すように、アマチュア２１の一方の接極片２１ｂにおける磁極片２５ｂとの対向面に、非磁性体金属板であるレシジュアルプレート２１ｄを取り付けてある。この構成によって、接極片２１ｂと磁極片２５ｂとの吸引力が弱まるから、平衡ばね２７のばね力と永久磁石２６による磁力とを適宜に調節することによって単安定動作が可能になる。つまり、本実施形態では、コイル２３に通電しない状態において接極片２１ａと磁極片２５ａとが接触する単安定動作になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

（第７の実施の形態）
本実施形態は、第６の実施の形態と同様に、電磁石装置２を単安定動作させるものである。本実施形態では図３２ないし図３４に示すように、アマチュア２１の接極片２１ａが磁極片２５ａに接触する向きにアマチュア２１を付勢するばね力を、平衡ばね２７にあらかじめ付与した構成を採用している。この構成によってもコイル２３に通電しない状態において接極片２１ａと磁極片２５ａとが接触する単安定動作とすることができる。

また、平衡ばね２７にアマチュア２１を付勢するばね力を付与する代わりに、固定板２８をコイル枠２２に取り付ける位置をコイルブロック２ａの幅方向の中心からずらすようにするか、固定板２８をコイルブロック２ａの幅方向において非対称な形状とすることによって、平衡ばね２７の無負荷状態でアマチュアブロック２ｂの幅方向の中心がコイルブロック２ａの幅方向の中心からずれるようにしても、平衡ばね２７にあらかじめばね力を付与したことと等価になる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。なお、本実施形態の構成は第６の実施の形態で説明したレシジュアルプレート２１ｄと併用してもよい。

なお、上述した実施形態は一例を示すものであって、上述した実施形態の構成を適宜に組み合わせることを妨げるものではない。また、上述した実施形態ではいずれもアマチュア２１の移動方向における一側面にプリズム３１を配置しているが、両側面にプリズム３１を配置することも可能である。

本発明の第１の実施の形態を示す分解斜視図である。 同上においてカバーを外した平面図である。 同上においてカバーを外した断面図である。 同上に用いるベースの正面図である。 同上に用いるベースの側面図である。 同上に用いるベースの一部切欠した正面図である。 同上に用いるベースの断面図である。 同上の要部の一部切欠した分解斜視図である。 同上の要部の一部切欠した分解正面図である。 同上の要部の断面図である。 同上に用いる電磁石装置の概略構成を示す平面図である。 同上に用いる電磁石装置の概略構成を示す正面図である。 同上に用いるプリズム取付板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 同上に用いるレンズ保持基台を示す斜視図である。 同上に用いる光路切換装置の動作説明図である。 他の構成のプリズム取付板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 別の構成のプリズム取付板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 他の構成例を示す電磁石装置の概略構成を示す平面図である。 同上の概略構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に用いる電磁石装置の概略構成を示す平面図である。 同上に用いる電磁石装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の第３の実施の形態に用いる電磁石装置の概略構成を示す平面図である。 同上に用いる電磁石装置の概略構成を示す正面図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 本発明の第４の実施の形態に用いる電磁石装置の概略構成を示す平面図である。 同上に用いる電磁石装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の第５の実施の形態に用いる光路切換装置の動作説明図である。 本発明の第６の実施の形態に用いるアマチュアを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第７の実施の形態を示すカバーを外した平面図である。 同上の縦断面図である。 同上の横断面図である。 従来例を示す断面図である。 他の従来例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 器体
２ 電磁石装置
３ 光路切換装置
４ａ〜４ｄ 光ファイバ
１３ 保持突起
１４ 保持壁
１４ａ 嵌合溝
２１ アマチュア
２１ａ，２１ｂ 接極片
２１ｃ 主体部
２２ コイル枠
２２ｂ 磁石保持片
２２ｄ 嵌合凹所
２３ コイル
２５ 鉄芯
２５ａ，２５ｂ 磁極片
２６ 永久磁石
２７ａａ〜２７ａｄ ばね素片
２７ｃ 連結片
２８ 固定板
３１ プリズム
３２ 保持板（プリズム取付板）
３３ 調整板（プリズム取付板）
３４ レンズ保持基台
３４ａ レンズ台
３４ｂ 連結側板
３４ｃ 連結下板
３５ レンズ

Claims (11)

1. 複数本の光ファイバの端面にそれぞれ光結合されたコリメート用のレンズが定位置に配置され直進移動可能なプリズムを用いてレンズの間の光路の組合せを切り換える光路切換装置と、プリズムに機械的に結合されたアマチュアを備えアマチュアを直進移動させる電磁石装置と、アマチュアとプリズムとを機械的に結合するプリズム取付板と、光路切換装置および電磁石装置を収納した器体とを備え、プリズムの移動方向における前記アマチュアの両側面に沿ってそれぞれプリズムの移動方向にばね性を有した板ばねからなるばね素片が配設され、ばね素片の一端が器体に対して定位置に固定さればね素片の他端がアマチュアに結合され、前記アマチュアの移動方向において前記電磁石装置と前記光路切換装置とが隣接して配置され、電磁石装置が、前記アマチュアおよび前記ばね素片と、両端部に磁極片を備える鉄芯と、鉄芯を励磁するコイルと、アマチュアを磁化する永久磁石とを備え、アマチュアが、一方の磁極片に対してアマチュアの移動方向の一面側に対向する第１の接極片と、他方の磁極片に対してアマチュアの移動方向の他面側に対向する第２の接極片とを備え、各ばね素片は磁極片を結ぶ方向において両接極片の中間部でアマチュアに結合され、プリズム取付板の中間部にアマチュアの移動方向と両磁極片を結ぶ方向とを含む面内において曲げ角度を調節可能な屈曲部を形成したことを特徴とする光スイッチ。
2. 前記屈曲部を第１の屈曲部とし、前記プリズム取付板の中間部に、第１の屈曲部のほかに、前記両磁極片を結ぶ方向に直交する面内において曲げ角度を調節可能な第２の屈曲部を形成したことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 前記プリズム取付板の中間部に、前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部に加えて前記アマチュアの移動方向の一つの直線の回りで捻れ角度を調節可能な捻り部を形成したことを特徴とする請求項２記載の光スイッチ。
4. 前記アマチュアが前記一方の磁極片に第１の接極片を当接させる位置と前記他方の磁極片に第２の接極片を当接させる位置との２位置において、前記アマチュアが前記永久磁石の磁力により位置保持されるように前記電磁石装置が双安定動作することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
5. 前記アマチュアが前記一方の磁極片に第１の接極片を当接させる位置と前記他方の磁極片に第２の接極片を当接させる位置との２位置のうちの一方の位置において、前記アマチュアが前記永久磁石の磁力により位置保持されるように前記電磁石装置が単安定動作することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
6. 前記ばね素片が２本であって前記アマチュアとの結合部位から前記両磁極片を結ぶ方向において互いに逆向きに延長され、一方のばね素片が前記一方の磁極片に対して第１の接極片の反対側に配設され、他方のばね素片が前記他方の磁極片に対して第２の接極片の反対側に配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
7. 前記ばね素片が４本であって、前記アマチュアとの結合部位から前記両磁極片を結ぶ方向において同じ向きに延長された各２本ずつの前記ばね素片間に前記アマチュアが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
8. 前記アマチュアの移動方向に沿った一面に重なるとともにアマチュアに固着される連結片を備え、前記各ばね素片がアマチュアの移動方向における連結片の各端部に連続一体であることを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
9. 前記アマチュアにおいて前記接極片間の主体部に一方の磁極を当接させる形で前記鉄芯との間に前記永久磁石が配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光スイッチ。
10. 前記コイルおよび前記鉄芯を保持するコイル枠を有し、前記ばね素片の固定端がコイル枠に固定される固定板に結合され、前記コイル枠および前記鉄芯の一部と前記器体に形成した保持部とが互いに圧入された形で嵌合することにより前記電磁石装置が前記器体に固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光スイッチ。
11. 前記レンズを保持するレンズ保持基台を前記器体内に備え、レンズ保持基台が、レンズが取り付けられる一対のレンズ台と、両レンズ台の一面間を連続一体に連結する連結側板と、両レンズ台において前記一面に隣り合う面間を連続一体に連結し連結側板に直交するとともに連結側板に連続する連結下板とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の光スイッチ。

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