JPH05157982A

JPH05157982A - 切替スイッチ

Info

Publication number: JPH05157982A
Application number: JP3326029A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimaoka; 誠嶋岡; Tetsuo Kumazawa; 鉄雄熊沢; Seiichi Onoda; 誠一斧田; Kenji Mori; 健次森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の光ファイバ同志を結合・切替する小型
で簡単な構造であり、光ファイバを高速で切替可能とす
る。【構成】複数の光ファイバ３の一端を一定間隔で固定
側素子２および移動側素子１のそれぞれに固定し、それ
ぞれの素子１，２の一方の端面を互いに対向させてそれ
ぞれの光ファイバ３を光学的に結合させ、駆動機構（電
磁石）１０により移動側素子１を変位させて光の伝播を
切り替える切替スイッチに、固定側素子２および移動側
素子１の他方の端面を一対の対辺のそれぞれに固定する
角型パイプ７を設け、角型パイプ７を変形させかつ移動
側素子１を変位させる位置に駆動機構１０を配設した。【効果】光ファイバの切替を確実でしかも再現性よく
行え、繰り返し切替しても疲労することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを介して光
の伝播を行う光部品に係り、特に複数の光ファイバの接
続・切替を行うのに好適な切替スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の切替スイッチにおいては、例え
ば、８心ファイバ間の切替スイッチとして、１９９１年
電子情報通信学会春季全国大会論文集、Ｂ−８９３、
“多心用高速切替スイッチの特性”に記載のように、ソ
レノイドに電圧を加え側圧用スプリングを介して移動側
素子を移動させるものとなっていた。図９に示すよう
に、複数の光ファイバ３が移動側素子１と固定側素子２
の複数のＶ溝に接着固定されている。これら一対の素子
を切替動作させるための駆動系と素子に一定の力を加え
る側圧機構が設けてられている。駆動系は無電力保持が
できるように自己保持型のソレノイド４を用い、電圧印
加で動作させる。すなわち、ソレノイド４に通電する
と、側圧用スプリング６に力がかかり、スプリング力が
移動側素子１に伝達されて移動側素子１を移動させる。
移動側素子の移動量は、２５０μｍであり光の伝播が固
定側素子の隣の光ファイバに切替・接続される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の切替スイッチに
あっては、ソレノイドと移動側素子との間にスプリング
が介在するため、繰り返しの動作でスプリングが摩耗し
たり、スプリング力が低下するなど、かならずしも一定
の移動量が得られないことがあった。また、スプリング
を介しているため高速の動作を得るにも問題があった。

【０００４】本発明の目的は、移動側素子を直接駆動機
構により変位させ、応答速度を早くして複数の光ファイ
バの接続・切替を行うことのできる切替スイッチを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る切替スイッチは、複数の光ファイバの
一端を一定間隔で固定側素子および移動側素子のそれぞ
れに固定し、それぞれの素子の一方の端面を互いに対向
させてそれぞれの光ファイバを光学的に結合させ、駆動
機構により移動側素子を変位させて光の伝播を切り替え
る切替スイッチにおいて、固定側素子および移動側素子
の他方の端面を一対の対辺のそれぞれに固定する角型パ
イプを設け、角型パイプを変形させかつ移動側素子を変
位させる位置に駆動機構を配設した構成とする。

【０００６】そとて複数の光ファイバは、少なくとも一
つの光ファイバが閉ループを形成している構成でもよ
い。

【０００７】また駆動機構は、角型パイプの一対の対辺
のそれぞれに固定された少なくとも一つの永久磁石と、
一方の対辺に固定され磁力の作用を用いて角型パイプを
変形させる少なくとも一つの電磁石とにより形成されて
いる構成でもよい。

【０００８】さらに角型パイプは、少なくとも四角形の
連続体で形成され、それぞれの辺が交わる少なくとも一
個所の隅に溝を設けてある構成でもよい。

【０００９】そして角型パイプは、固定側素子および移
動側素子が固定される一方の一対の対辺の板厚を厚く、
他方の一対の対辺の板厚を薄く形成した四角形の連続体
である構成でもよい。

【００１０】また複数の光ファイバの一端を一定間隔で
固定側素子および移動側素子のそれぞれに固定し、それ
ぞれの素子の一方の端面を互いに対向させてそれぞれの
光ファイバを光学的に結合させ、駆動機構により移動側
素子を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチに
おいて、固定側素子および移動側素子の他方の端面を一
対の対辺のそれぞれに固定する角型パイプを設け、固定
側素子および移動側素子の他方の端面を一対の対辺のそ
れぞれに固定する角型パイプを設け、固定側素子を固定
した対辺に係合して駆動機構を配設し、移動側素子を固
定した対辺の近傍に駆動機構を当接して配設し、角型パ
イプを変形させかつ移動側素子を変位させる駆動機構を
少なくとも一つの電磁石で形成した構成でもよい。

【００１１】さらにそれぞれの電磁石は、角型パイプの
一対の対辺と隣接する対辺のそれぞれに当接して配設さ
れている構成でもよい。

【００１２】そして角型パイプは、材質がベリリウム
銅、コバルト・ニッケル合金またはステンレスよりなる
ばね材である構成でもよい。

【００１３】また複数の光ファイバの一端を一定間隔で
固定側素子および移動側素子のそれぞれに固定し、それ
ぞれの素子の一方の端面を互いに対向させてそれぞれの
光ファイバを光学的に結合させ、駆動機構により移動側
素子を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチに
おいて、固定側素子を固定するスライダと移動側素子を
固定し摺動可能なコアとを設け、コアを摺動させて変位
させる駆動機構をコアに当接して配設し、駆動機構を電
磁石で形成した構成でもよい。

【００１４】さらに通信システムにおいては、請求項１
〜９のいずれか１項記載の切替スイッチを備えた構成で
もよい。

【００１５】

【作用】本発明によれば、角型パイプの一方の対辺のそ
れぞれに固定側素子と移動側素子とを固定し、移動側素
子に変位が与えられるように電磁石を角型パイプに配設
する。電磁石に通電すると、角型パイプの移動側素子を
固定している辺に力が加わり、角型パイプの隅に設けた
溝により変形がおこる。電磁石に加える電力と発生する
変位量との関係を予め求めておくことにより、電力の切
替で常に一定の変位が得られる。角型パイプと移動側素
子とは一体であり、光ファイバが切り替えられる。ま
た、角型パイプに与える変位量は僅かであり、弾性変形
内にあるため、電磁石の電流を除くと移動側素子が完全
にもとの位置に戻る。さらに、直接的に移動側素子を移
動するため、確実にしかも高速で光ファイバの接続・切
替が行われる。

【００１６】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１および図２を参
照しながら説明する。図１に示すように、複数の光ファ
イバ３の一端を一定間隔で固定側素子２および移動側素
子１のそれぞれに固定し、それぞれの素子１，２の一方
の端面を互いに対向させてそれぞれの光ファイバ３を光
学的に結合させ、駆動機構（電磁石）１０により移動側
素子１を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチ
に、固定側素子２および移動側素子１の他方の端面を一
対の対辺のそれぞれに固定する角型パイプ７を設け、角
型パイプ７を変形させかつ移動側素子１を変位させる位
置、例えば固定側素子２を固定した辺の延長辺７´に駆
動機構１０を配設した構成とする。光ファイバ３は、３
本あるいはそれ以上のシングルモード光ファイバ（コア
径９μｍ、クラッド径１２５μｍ）を２５０μｍ間隔で
並べたものである。これらの光ファイバ３をＳｉ単結晶
で作成した複数のＶ溝を有する移動側素子１および固定
側素子２にそれぞれ固定する。Ｖ溝に光ファイバを固定
する手段としては、Ｖ溝および光ファイバの表面にＣ
ｒ，Ｎｉ，Ａｕのメタライズを行った後、はんだで固定
する。移動側素子１および固定側素子２の材質として
は、ＳｉのほかにＡｌ₂Ｏ₃、ジルコニア、インバーなど
がある。Ｖ溝上の光ファイバ端面は、直角でＶ溝端部の
位置にそろえられている。角型パイプ７の側壁に素子が
固定できる角穴８が対向して設けてある。この角穴８に
固定側素子２と移動側素子１とをそれぞれ固定する。固
定側素子２と移動側素子１とを対向させて固定すると、
図２に示すように、光ファイバ３１と光ファイバ３４、
光ファイバ３２と光ファイバ３５、光ファイバ３３と光
ファイバ３５が光結合される。

【００１７】本発明の他の実施例として８本を対向させ
る構成がある。図３は、２本の光ファイバ本線と２本の
光ファイバ支線とを切り替える実施例である。本線は光
ファイバ４３と４６であり支線は光ファイバ４２と４５
である。通常の場合、本線は光ファイバ４３と５３、４
６と５６の結合となり、支線は光ファイバ４２から５
２、５１、４１、４４、５４に至る経路をとる。また、
光ファイバ４５は、５５、５８、４８、４７、５７の結
合となる。切替スイッチが動作すると、本線光ファイバ
４３は支線光ファイバ５４に、本線光ファイバ４６は支
線光ファイバ５７にそれぞれ移る。一方、支線光ファイ
バ４２は本線光ファイバ５３に、支線光ファイバ４５は
本線光ファイバ５６に移る。すなわち、本線同志あるい
は支線同志の結合が、切替スイッチの動作により本線か
ら支線を経由して本線にもどる経路に切り替えられる。
このように、光ファイバ４１と４４のような閉ループを
含む光ファイバ経路の構成により、８本の対向した光フ
ァイバの切替えで２本の本線と支線とを容易に切り替え
ることができる。

【００１８】角型パイプ７の材質としては、ベリリウム
銅、コバルト・ニッケル合金、ステンレスなどのばね材
が適している。

【００１９】角型パイプの肉厚が一定である場合、角型
パイプ７の内側４カ所にＶ形あるいはＵ形の溝９を設け
ておく。このほかに図４に示すように、素子を固定しな
い辺の肉厚を薄くして、変形を起こし易くする構造があ
る。素子を固定する辺と固定しない辺の肉厚比は、５：
１から７：１の範囲が適している。また、両者の固定１
１の手段としては、抵抗溶接、ＹＡＧ溶接、Ａｇロー付
け等が適している。

【００２０】固定側素子２を固定する辺は、外側に延長
されている。この側面に電磁石（例えばソレノイド）１
０を固定する。電磁石１０は、図５に示すように、負荷
電力（Ｗ）の増加に従って、押し出し力（吸引力）が直
線的に増加する。そこで、固定側素子と移動側素子との
相対位置ずれ量が２５０μｍとなるように電磁石の固定
位置、負荷電力などを決める。電磁石１０に通電する
と、角型パイプ７は変形を受け、４角形から平行四辺形
になる。この際、四角形の隅に溝９があると、各辺にた
わみが生じる前に溝９の部分で変形が起きる。辺にたわ
み変形を起こす場合、常に一定の変形を得ることがむず
かしいのに対し、溝を設けることにより常にこの部分で
変形し、しかも再現性がよい。すなわち、固定側素子と
移動側素子は常に平行な相対ずれを得ることができる。
図２に示す光ファイバ結合は、光ファイバ３１と光ファ
イバ３５、光ファイバ３２と光ファイバ３６に切り替わ
る。つぎに、電磁石１０の電源を切ると、角型パイプ７
への力は零となり、角型パイプの変形は元の状態に戻
り、光ファイバ結合は図２に示すようになる。したがっ
て、電磁石のオン、オフによって再現よく光ファイバ切
替を行うことができる。

【００２１】本実施例によれば、光ファイバを角型パイ
プに固定し、電磁石によって得られる力を角型パイプに
加え、角型パイプの弾性変形により移動側素子を変位し
光ファイバの切り替えを行うため、僅かな部品で切替ス
イッチを形成することができる。しかも、角型パイプに
加わる変形は、弾性変形範囲内でありパイプが疲労した
り、摩耗することがない。

【００２２】図６は、本発明の第二の実施例を示す。予
め固定側素子１と移動側素子２に光ファイバ３を固定
し、つぎに角型パイプ１２に固定する。角型パイプ１２
は六角形で素子は中央部に対向して固定される。六角形
の角型パイプ１２の内側には２個あるいはそれ以上のＵ
溝またはＶ溝９を設ける。角型パイプ１２は、棒あるい
は板１３にＹＡＧ溶接、抵抗溶接などで固定する。角型
パイプ１２あるいは板１３の材質としては、ベリリウム
銅、コバルト・ニッケル合金、ステンレスなどのばね材
が適している。電磁石１０は、角型パイプ１２の両側に
設け、棒あるいは板１３へ固定する。固定位置は、電磁
石１０への負荷電力と角型パイプ１２に固定した移動側
素子１と固定側素子２の相対ずれ量との関係から決め
る。

【００２３】電磁石１０に通電して両側から角型パイプ
１２を押し付けると、パイプは外側に広がるように変形
する。移動側素子１と固定側素子２とに相対ずれが生じ
る。角型パイプ１２に生じる変形は極めて僅かな弾性変
形であり、電磁石の電源を切ると元の状態に戻る。電磁
石に繰り返し電源のオン、オフがあっても角型パイプの
変形は弾性変形範囲内であり摩耗したり、疲労破壊を起
こすことはない。

【００２４】図７は、本発明の第三の実施例を示す。光
ファイバ３は、予め移動側素子１と固定側素子２とに固
定しておき、つぎに、固定側素子２を円筒形あるいは角
型スライダ（スライダ）１４の角穴８に固定する。角穴
８は角型スライダ１４のほぼ中央部で軸の直角方向に設
けたものである。角型スライダ１４の中心軸部分には円
柱あるいは角柱コア（コア）１３がある。角柱コア１３
の中央には固定側素子２に対向するように移動側素子１
を固定する。角型スライダ１４と角柱コア１３とが滑ら
かに移動するように角型スライダ１４と角柱コア１３と
のギャップを調節する。ギャップ量としては、５〜１０
μｍ程度が適している。角型スライダ１４の上面には、
中心軸を一致させるように電磁石１０のケース１０１を
固定する。角型スライダ１４の下面には、角柱コア１３
を電磁石１０で移動させた時所定の移動量で角柱コア１
３が止まるように、ストッパ１５を設ける。電磁石１０
に電力を加えると、電磁石のコア１０２が押し出され
る。この変位が角柱コア１３に伝わり角型スライダ１４
と角柱コア１３とに相対的ずれを生じ、光ファイバ間の
切り替えが行われる。切替量をコントロールするため
に、角型スライダ１４の端部にストッパ１５を設ける。
角柱コア１３とストッパ１５との間には、予め板ばねあ
るいはスプリングを入れておくことにより、電磁石１０
の電源切断によって光ファイバ切り替えが元に戻る。電
磁石１０に自己保持機能がある場合、電源オフで元の位
置に戻り、ばねなどを設ける必要はない。

【００２５】本実施例によれば、光ファイバを角型スラ
イダと角柱コアとの間に固定し、電磁石の正確な動きに
基づいて光ファイバの切り替えを行う。したがって、繰
り返しの動作もすばやく行え、摩耗、疲労を起こすこと
がない。また、小型にすることが可能となるなどの効果
がある。

【００２６】図８は、本発明の第四の実施例を示す。角
型パイプ７の一方の辺には２個の永久磁石１６、１７を
固定し、他方の辺には２個の永久磁石１８、１９とさら
に電磁石２０、２１を設けておく。光ファイバ３は、あ
らかじめ固定側素子２と移動側素子１に固定しておき、
つぎに２個の永久磁石の間にそれぞれを固定する。通常
の状態では、永久磁石１６、１７と１８、１９とは引き
合っている。つぎに、電磁石２０、２１に通電すると、
１６と２０、１７と２１とはそれぞれ反発して光ファイ
バ端は離れる。つぎに、電磁石２０の電源を切ると永久
磁石１６と１８とは引き合う。永久磁石１７と電磁石２
１とは反発したままであり、図中の矢印の方向に動く力
が発生する。この結果、光ファイバ端は切り替わる。電
磁石１７に通電する量を制御して光ファイバ３の移動量
を決める。

【００２７】本実施例によれば、光ファイバは角型パイ
プの対辺に固定し、予め対辺に設けた磁力の反発と引合
いを利用して光ファイバの切り替えを行う。したがっ
て、切り替えの動作もすばやく行え、摩耗、疲労を起こ
すこともない。また、小型にすることが可能となるなど
の効果がある。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、角型パイプに移動側素
子および固定側素子を固定し、電磁石で移動側素子に変
位を与えることにより、光ファイバの切り替えを行え、
移動側素子を直接駆動することにより応答速度を早める
効果がある。また、角型パイプを弾性変形範囲内で変形
させるため、へたりあるいは摩耗をすることがなく装置
の信頼性が向上し、かつ使用部品が少なく装置の小型化
が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す斜視図である。

【図２】光ファイバの結合を説明する図である。

【図３】光ファイバの伝播経路を説明する図である。

【図４】本発明の第一の他の実施例を示す平面図であ
る。

【図５】電磁石の電力と押し出し力との関係を示す図で
ある。

【図６】本発明の第二の実施例を示す側面図である。

【図７】本発明の第三の実施例を示す側面図である。

【図８】本発明の第四の実施例を示す平面図である。

【図９】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１移動側素子２固定側素子３光ファイバ７角型パイプ９溝１０駆動機構（電磁石）１２角型パイプ１３角型コア（コア）１４角型スライダ（スライダ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森健次茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ファイバの一端を一定間隔で固
定側素子および移動側素子のそれぞれに固定し、それぞ
れの素子の一方の端面を互いに対向させてそれぞれの光
ファイバを光学的に結合させ、駆動機構により前記移動
側素子を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチ
において、前記固定側素子および前記移動側素子の他方
の端面を一対の対辺のそれぞれに固定する角型パイプを
設け、該角型パイプを変形させかつ前記移動側素子を変
位させる位置に前記駆動機構を配設したことを特徴とす
る切替スイッチ。
【請求項２】複数の光ファイバは、少なくとも一つの
光ファイバが閉ループを形成していることを特徴とする
請求項１記載の切替スイッチ。
【請求項３】駆動機構は、角型パイプの一対の対辺の
それぞれに固定された少なくとも一つの永久磁石と、一
方の前記対辺に固定され磁力の作用を用いて前記角型パ
イプを変形させる少なくとも一つの電磁石とにより形成
されていることを特徴とする請求項１又は２記載の切替
スイッチ。
【請求項４】角型パイプは、少なくとも四角形の連続
体で形成され、それぞれの辺が交わる少なくとも一個所
の隅に溝を設けてあることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項記載の切替スイッチ。
【請求項５】角型パイプは、固定側素子および移動側
素子が固定される一方の一対の対辺の板厚を厚く、他方
の一対の対辺の板厚を薄く形成した四角形の連続体であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の
切替スイッチ。
【請求項６】複数の光ファイバの一端を一定間隔で固
定側素子および移動側素子のそれぞれに固定し、それぞ
れの素子の一方の端面を互いに対向させてそれぞれの光
ファイバを光学的に結合させ、駆動機構により前記移動
側素子を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチ
において、前記固定側素子および前記移動側素子の他方
の端面を一対の対辺のそれぞれに固定する角型パイプを
設け、前記固定側素子および前記移動側素子の他方の端
面を一対の対辺のそれぞれに固定する角型パイプを設
け、前記固定側素子を固定した前記対辺に係合して前記
駆動機構を配設し、前記移動側素子を固定した前記対辺
の近傍に前記駆動機構を当接して配設し、角型パイプを
変形させかつ前記移動側素子を変位させる前記駆動機構
を少なくとも一つの電磁石で形成したことを特徴とする
切替スイッチ。
【請求項７】それぞれの電磁石は、角型パイプの一対
の対辺と隣接する対辺のそれぞれに当接して配設されて
いることを特徴とする請求項６記載の切替スイッチ。
【請求項８】角型パイプは、材質がベリリウム銅、コ
バルト・ニッケル合金またはステンレスよりなるばね材
であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記
載の切替スイッチ。
【請求項９】複数の光ファイバの一端を一定間隔で固
定側素子および移動側素子のそれぞれに固定し、それぞ
れの素子の一方の端面を互いに対向させてそれぞれの光
ファイバを光学的に結合させ、駆動機構により前記移動
側素子を変位させて光の伝播を切り替える切替スイッチ
において、前記固定側素子を固定するスライダと前記移
動側素子を固定し摺動可能なコアとを設け、該コアを摺
動させて変位させる前記駆動機構を前記コアに当接して
配設し、該駆動機構を電磁石で形成したことを特徴とす
る切替スイッチ。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項記載の切
替スイッチを備えたことを特徴とする通信システム。