JPS63301918A - ファイバ可動型光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信装置に利用するファイバ可動型光スイ
ッチに関する。

本発明は、海底中継器など長期間にわたり、保守ができ
ない装置の光スイッチに利用するに適する。

〔従来の技術〕

従来のファイバ可動型光スイッチは、第１５図（ａ）に
示すように光軸合わせ用の合わせ面である■溝４ａに光
ファイバ１ａを、また■溝４ｂに光ファイバ１ｂをそれ
ぞれ固定し、一方、可動の光ファイバ１ｃについては磁
性体のスリーブ１４を被せ光ファイバの柔軟性を利用し
て、コイル１５に発生する磁力により押しつけＦを加え
て、光ファイバ１ｃを直接上記■溝４ａまたは４ｂに押
しあて固定された光ファイバ１ａあるいは１ｂと対向さ
せて光軸合わせを行うものである。

〔参考文献：光ファイバ通信会議、技術抄報。

１９８４年１月２３−２５日、米国ルイジアナ州。

ニューオリンズ、オーニスニー／アイトリプルイー、資
料番号ＭＢ２．長岡および西（ＳＨＴＮＪＩ　ＮＡＧＡ
ＯＫＡ　ａｎｄ　ｌ５ＡＯＮｌ５ＨＴ　ｒｓｍａｌｌｓ
ｉｚｅｏｐｔｉｃａｌ　５ｗ１ｔｃｈｓ　ｕｓｉｎｇ　
ｍａｇｎｅｔｉｃ　ａｌｌｏｙｃｏａｔｅｄ　ｆｉｂｅ
ｒ　Ｊ　Ｍ　Ｂ　２　、○ＦＣ’８４゜Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ　ｄｉｇｅｓｔ））〔発明が解決しようとする問題
点〕 しかし、光ファイバ１ｃはその柔軟性により、適切な力
Ｆを加えれば素直に■溝４ａまたは４ｂの内面に沿うが
、力か弱すぎると第１６図（ａ）に示ずようにＶ溝に十
分沿わず光軸合わせができない。

また、力Ｆが強すぎると、光ファイバが破損したり、第
１６図（ｂｌのように反り返って光軸合わせができない
。従って駆動部７ａによる力Ｆには微妙な調整が必要で
あった。また、海底中継器のように２５年以上もの長期
間にわたり無保守での使用を考えた場合は、ファイバ表
面の保護に用いられている被覆材の塑性変形や材質劣化
などにより、ファイバに曲がりぐせがつくことが予想さ
れ、光路の切替動作の長期安定性に問題があった。

光ファイバは第１５図（ｂｌの部分拡大部に示すように
、光の通る高屈折率のコア１−１とその外周にありコア
より若干屈折率の小さいタラソディング１−２からなり
、さらに一般には保護のための被覆Ｎ１−３が最外層に
ある。

最近通信用に用いられている単一モードファイバではコ
ア径は約１０−、タラソディング径は約１２５μｍであ
る。したがって、光スイッチにおいては軸ずれ量を数ｐ
以下、角度ずれを１６以下程度に抑える必要があり、光
軸合わせ部には非常に高い精度が必要である。

さらに、海底光方式のように、海底中継器の中に実装し
て長期間使用する場合には、敷設時に発生する振動衝撃
や、温度・変化などの外力に耐えるとともに、２５年間
以上無保守で確実に動作する長期安定性が必要である。

従来のファイバ可動型光スイッチでは、このような要求
を満たすことが困難であった。

本発明は、従来の構造では必要であった押しつけ力の微
妙な調整を不要とし、きわめて長期間の無保守による使
用にも安定であるファイバ可動型光スイッチを提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、対向する二つの合わせ面によりそれぞれ位置
合わせられた第一および第二の光ファイバ端部と、上記
二つの合わせ面の双方に位置合わせされ得る第三の光フ
ァイバ端部と、この第三の光ファイバ端部を把持し上記
合わせ面に対して相対的に運動する把持手段とを備えた
ファイバ可動型光スイッチにおいて、 上記各光ファイバ端部には、それぞれ曲げ剛性の比較的
大きい材料により形成された同一外形のフェルールが被
せられ、上記第三の光ファイバ端部と上記把持手段とは
このフェルールを介して取付けられたことを特徴とする
。

上記第三の光ファイバ端部と上記把持手段との取付は構
造は、わずかな移動を許容する軟構造であることができ
る。

上記合わせ面が固定構造であり把持手段が可動構造であ
ることができる。

上記把持手段はガイドレールに沿って直線運動する構造
であるか、あるいはほぼその重心を通る一つの軸まわり
に回動自在に取付けられた構造であることができる。

上記合わせ面はその断面がＶ字状の溝であることが好ま
しい。

さらに上記第三の光ファイバに被せられたフェルールは
両端を残してその中間部で上記把持手段に把持され、上
記合わせ面は上記把持手段の第三の光ファイバ側まで延
長された構造であることができる。

ここで、フェルールとは光ファイバの最外Ｎにその内面
が密着して、光ファイバを機械的に保護する円筒形状物
をいう。

〔作用〕

本発明では、フェルールを被せることにより光ファイバ
の柔軟性に基づく不都合は発生せず、強力な力で合わせ
面に押しつけられるので、非常に安定した光軸合わせが
でき、光路の切替動作も安定化される。

また、軟構造の部分を設けたことにより製作誤差による
多少の位置ずれを吸収して高精度な光軸合わせが可能で
ある。したがって、部品の製作組立てが容易となり、経
済的な光スイッチを構成できる。

さらに長期間使用における位置ずれなどの進行を、軟構
造によって吸収可能であり長期安定性にも優れている。

また、切替動作を回転運動で行い、モーメントと慣性モ
ーメントとの釣り合いのとれた回転子を用いることによ
り、振動衝撃にも安定な構成とすることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明第一実施例の斜視図を示し、第２図は上
記実施例の駆動部の説明図を示す。

第一の光ファイバーａの端部および第二の光フプイへｌ
ｂの端部は、それぞれガイド３の内部に形成された対向
する二つの合わせ面であるＶ溝４ａおよび４ｂにそれぞ
れ位置合わせされている。このＶ溝４ａまたは４ｂの双
方に位置合わされ得る第三の光ファイバーｃの端部を把
持し、上記合ねせ面である■溝４ａ　、４ｂに対して相
対運動を行う把持手段として運動子５を備えている。

ここで本発明の特徴とするところは、各光ファイバ１ａ
、■ｂおよび１ｃの端部にはそれぞれ曲げ剛性の比較的
大きい材料により形成された同一外形のフェルール２ａ
　、２ｂおよび２ｃが被せられ、第三の光ファイバーｃ
の端部は運動子５とは上記フェルール２ｃを介して取付
けされたことにある。

さらにこの光ファイバーｃ端部の上記フェルール２ｃと
上記運動子５との間は、わずかな移動を許容する軟構造
１３によって取付けられており、合わせ面である上記Ｖ
溝４ａ、４ｂを設けたガイド３は固定部材６に固定され
た固定構造であり、把持手段である運動子５は駆動部７
により駆動される可動構造である。

さらに運動子５は固定部材６に取付けられたガイドレー
ル１）に沿って矢印１２のように直線運動をする。

この実施例ではフェルールとして下記参考文献の光コネ
クタ用として説明されているものと同等のものが使用さ
れた。

〔参考文献：小山他「光通信回路とシステム」５３〜５
５頁、新オーム文庫、昭和６２年２月発行、オーム社。

〕 ここで運動子５と駆動部７との相対運動は、直線運動の
ものである。

すなわち、第２図に示すように、運動子５は永久磁石１
０を有し、固定部材６に固定されたガイドレール１）に
沿って直線運動をする。駆動部７は、ガイドレール１）
の両端方向に２個の電磁石７ａおよび７ｂを備える。こ
の電磁石は磁心に一定方向に電線をコイル状に巻きつけ
たもので、電線の巻き方向と電流の流れる方向により、
磁極をＮか８に自由に設定できる。

第２図のように、電磁石７ａ、７ｂの磁極を設定すると
、Ｎ極とＳ極は引き合い、Ｎ極とＮ極あるいはＳ極とＳ
極は反発するので、運動子５は矢印１２の方向へ移動す
る。また、電磁石の設定を変えると、運動子５ば反対方
向へ移動する。本実施例では運動子５には永久磁石１０
を有しているので、一旦運動子が一方に移動すると、永
久磁石１０が移動した側の図外の鉄片と引き合い、電磁
石の電流を切ってもその位置を保つことができ、いわゆ
る自己保持機構となっている。このように、切替動作時
のみ電流を消費するだけで安定な切替動作を行い得る。

この自己保持は既存技術を用いて容易に実現できる。

フェルール２ａおよび２ｂはそれぞれガイド３のＶ　７
ｎ　４　ａおよび４ｂに押しつけられてフェルール２ａ
、２ｂの端面をそろえてガイド３の中程の位置になるよ
うに固定される。一方、光ファイバ１ｃに被せられたフ
ェルール２ｃは運動子５に軟構造で取付けられ、かつフ
ェルール２ｃの先端部はガイド３のＶ溝４ａ、４ｂの内
部に突き出された位置となるように配置される。フェル
ール２ｃがフェルール２ａあるいは２ｂと同軸上に配置
されたとき、それらの端面が第３図に示すように若干の
すき間をあけて対向するように配置されている。

ここで軟構造１３は、第６図の状態から第７図の状態に
容易に移動でき、運動子５に対し、若干の移動を許容で
きる取付は構造である。これはフェルール２ｃが柔軟性
に冨むゴム系接着剤で運動子５に固定されて実現される
。

このような構造となっているので、第２図に示すような
電磁石７ａ、７ｂに電流を与えることにより、運動子５
はフェルール２ｃが付いた光ファイバ１ｃを移動し、一
定量移動すると、第３図に示した光ファイバ１ｃのフェ
ルール２ｃの突出部がフェルールガイド３の■溝４ａま
たは４ｂに接触し、移動が停止することになる。この持
合フェルール２ａ、２ｂ、２ｃが寸法誤差がなく同形状
に製作され組立られているから、フェルール２上の突出
した部分は、■溝４ａの二辺で線接触し、フェルール２
ｃと２ａとは同軸上に配列され、光ファイバ１ｃと光フ
ァイバ１ａとの光軸も一致する。

合わせ面である■溝にフェルールのような同一外形の円
筒状の物体を押しつけると、第４図に示すように、従来
の光ファイバの軸合わせと全く同じ原理で■溝と円筒物
体の相対位置は固定され、円筒物体の軸は■溝と同じ方
向でかつその中心の位置は■溝の角度θと円筒の半径Ｒ
とで一義的に決定される。

したがって同一の■溝に同一半径の円筒物体を押しつけ
ると、２個の円筒物体の中心軸が角度および位置ともに
自動的に一致する。また、この場合光軸合わせ面として
は第５図（ａｌに示すＶ溝に限らず、第５図（ｂｌに示
すようなＶ溝の谷部に丸みのあるもの、第５図（ｃ）に
示すようにＵ字状の溝のあるもの、第５図（ｄｌにある
ように円弧状の断面例えば円筒を２本組合せたものなど
とすることができる。すなわち、合わせ面は、長手方向
に均一な形状で、断面形状において円が２点で接するこ
とにより、円筒物体の軸に垂直な平面内での二方向の位
置を規制できるものであれば良い。

一般には、精度数頗オーダの機械加工およびそれらの部
品の組立て調整は極めて困難であり、若干の位置ずれが
存在することをあらかじめ考慮する必要がある。本実施
例ではこの位置ずれがあっても容易に光軸合わせを可能
とするため上述のように軟構造１３を設けている。

この位置ずれの要因としては、第２図に示したガイドレ
ール１）の変形やガイドレール１）と運動子５との間の
位置合わせ誤差、第１図における運動子５とフェルール
２ｃとの位置合わせ誤差、ガイド３と固定部材６との間
の位置合わせ誤差などがある。これらを集約すると、第
８図に示すように運動子の移動方向と垂直な方向に位置
ずれβが生じた場合は、軟構造１３がないと運動子５の
移動により、フェルール２ＣはＶ溝４ｂの一辺と断面上
の点Ａのみで接し、フェルール２ｂとはγだけ中心軸つ
まり光軸がずれることになる。

これに対し、本発明では第５図、第６図および第７図に
示したように、運動子５とフェルール２Ｃとの間は軟構
造となっているのでβ程度の位置ずれを十分に吸収でき
る。すなわち、第９図に示すように、Ｖ溝４ｂにフェル
ール２Ｃが断面上の２点Ｂ、、Ｂ’で線接触し、フェル
ール２Ｃとフェルール２ｂが同軸上の配列となる位置ま
で軟構造１３が自動的に移動することとなり、多少の位
置ずれがあっても容易に光軸合わせが可能となる。光フ
ァイバ１ｂとの光軸合わせについても同様である。

第１０図は本発明の第二実施例の斜視図である。

本実施例は、フェルール２Ｃが被せられた第三の光ファ
イバＩＣを固定部材６に固定し、それぞれフェルール２
ａ　、２ｂが被せられた第一および第二の光ファイバｌ
ａ、Ｉｂが合わせ面であるＶ溝４ａ　、４ｂに接してガ
イド３に固定され、このガイド３は軟構造１３ａを介し
て運動子５に軟固定した場合である。すなわち、第一お
よび第二の光ファイバｌａ、ｌｂと第三の光ファイバＩ
Ｃの相対的な運動関係は、第一実施例の場合と全く同じ
であり、光スイッチに対する効果も同等である。

本第二実施例においては、上記第一実施例と異なり、軟
構造１３ａを第一および第二の光ファイバ１ａおよび１
ｂが位置合わせされたガイド３と運動子５との間に設け
ているが、このようにしても上記のような位置ずれによ
る光軸の不一致を防ぐことができる。またここでは軟固
定の軸に平行な軸ずれに対する効果のみについて説明し
たが、角度ずれについても同様の効果がある。

第１）図は本発明の第三実施例の斜視図を示し、運動子
はその重心を軸５ｂで回動自在に指示された回転子５ａ
であり、この回転子５ａにフェルール２ｃを介して光フ
ァイバＩＣが軟構造１３を介して取付けられている。こ
の状態で軸５ｂ回りのモーメントおよび慣性モーメント
が釣り合うようになっている。

通常回転していない物体では、一般に運搬移動のさいに
振動衝撃などの外力は、回転力として作用することはほ
とんどなく直線的な加速度が作用する場合が多い。この
場合直線的な加速度αに対し、質量ｍの物体には、加速
度の方向に１＝Ｆ＝ｍ・αの力が誘起される。

第１２図（ａ）に示すように運動子５を直線運動子とす
ると、特に可動方向と加速度の方向が一致する場合に加
速度は運動子の動作に大きな影響を及ぼす。第１２図（
ｂｌに示すように運動子が回転子５ａであり、端部に回
転軸５ｂがある場合も加速度方向に大きな回転モーメン
トＭ　＝　ｍαｌが作用することとなる。ここにβは回
転軸から質量中心までの長さである。これに対し、本実
施例では第１２図（Ｃ）のように重心部に回転軸があり
、かつ、回転軸回りのモーメントおよび慣性モーメント
が釣り合っているので、加速度によって誘起される回転
トルクは打ち消し合い、運動子に対する加速動作の影響
はなくなる。

このように本実施例では、振動衝撃に対して安定な機構
のものとなる。

本実施例では第三の光ファイバ１ｃを回転子に取付けた
が、合わせ面に固定された第一および第二の光ファイバ
と軸まわりに回動する回転子に固定することにより、本
発明を実施することもできる。

第１３図は本発明の第四実施例の斜視図を示す。

本図において、第三の光ファイバＩＣに被せられたフェ
ルール２Ｃは、両端部を残してその中間部を把持手段の
回転子５ａで把持され、合わせ面のＶ溝４ａ、４ｂは、
光ファイバｌｃの側まで延長された構造となっている。

すなわち、光ファイバＩＣに被せられたフェルール２ｃ
の中央部に回転子５ａとの軟構造１３を設け、このフェ
ルール２Ｃの両端部にガイド３の光軸合わせ用のＶ溝４
ａまたは４ｂとの接触部を設けたものである。

本実施例では第一および第二の光ファイバｌａ。

１ｂは固定され、第三の光ファイバＩＣが可動して相対
的に運動する。

本実施例では、光軸合わせにさいして、回転子５が移動
して光軸合わせ用のＶ　ｉ＠　４　ａまたは４ｂにフェ
ルール２ｃが接する場合は、フェルール２Ｃには回転子
５ａの移動あるいは回転しようとする方向の力Ｆ、と光
軸合わせ用のＶ溝４ａまたは４ｈからの反力Ｆ２を受け
る。このときＦ、＝Ｆ２である。このため、第１図に示
す第一実施例のようにフェルール２ｃの接触部を一方に
突き出した形状のときには、フェルール２ｃには第１４
図（ａｌに示すように大きな曲げモーメントが作用する
。これに対し本実施例では、第１４図（ｂ）に示すよう
にフェルール２０両端部で半分ずつ反力を受けることに
なり、曲げオーメントは非常に小さくなる。材料力学で
は周知のように第１４図（ａｌの場合を片持ちぼり、第
１．ｌ１ｌ（ｂ）の場合を両端支持ばりとして近似して
いるが、第１４図（ｂ）に示す両端支持ばりの場合が、
明らかに安定で歪が少ないことが証明される。

〔参考文献：機械工学便覧改訂第６版　第４編第４章日
本機械学会編〕 したがって、第１３図にようにフェルール２Ｃの両端部
にガイド３との接触部を設けることにより、フェルール
２ｃの接触時の歪による軸ずれおよび角度ずれを大幅に
改善できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光軸合わせが容
易で、長期安定性に優れた経済的なファイバ可動型光ス
イッチを構成できるので、光スイッチを用いる各種伝送
路の高信頼化、経済化に寄与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例の斜視図。 第２図は上記実施例の駆動部の説明図。 第３図は光ファイバとフェルールとの配置図。 第４図は合わせ面とフェルールの関係図。 第５図は合わせ面の形状図。 第６図は軟構造の状態説明図。（１） 第７図は軟構造の状態説明図。（２） 第８図は位置ずれの説明図。（１） 第９図は位置ずれの説明図。（２） 第１０図は本発明第二実施例の斜視図。 第１）図は本発明第三実施例の斜視図。 第１２図は運動子および回転子の説明図。 第１３図は本発明第四実施例の斜視図。 第１４図はフェルールと合わせ面との接触状態説明図。 第１５図は従来例構造の斜視図。 第１６図は光軸合わせの不良状態図。 １ａ・・・第一の光ファイバ、１ｂ・・・第二の光ファ
イバ、１ｃ・・・第三の光ファイバ、１−１・・・コア
、１−２・・・タラソディング、１−３・・・被覆層、
２ａ、２ｂ　、　２ｃｍフェルール、３・・・ガイド、
４ａ　、　４ｂ・・・合わせ面であるＶ溝、５・・・運
動子、５ａ・・・回転子、５ｂ・・・回転子の重心部を
支持する軸、６・・・固定部材、７・・・駆動部、７ａ
、７ｂ・・・電磁石、１０・・・永久磁石、１】・・・
ガイドレール、１２・・・矢印（運動子の移動方向）、
１３．１３ａ・・・軟構造、１４・・・磁性体のスリー
ブ、１５・・・コイル、α：加速度、β：位置ずれ、γ
：光軸のずれ、Ａ、Ｂ、、Ｂ’・・・フェルールと■溝
との接点、Ｒ・・・円筒の半径、θ・・・■溝の角度、
Ｆ・・・加速度により誘起される力、ｍ・・・物体の角
度、β・・・回転軸から質量中心までの長さ、Ｍ・・・
加速度によって誘起される回転トルク、Ｆ＋　・・・合
わせ面との接触によりフェルールに加えられる力、Ｆ２
・・・Ｆ＋　の反力。 光フフイへと７エルール配！ 扇　３　図 合わせ面Ｙフェルール 尾　４　因 （ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）　　　　
　　（ｄ）合わ上面の木状 襖　５　Ｍ 軟構造の状態（１）　　　　　　軟構造の４大態（２）
位星すｎＬ（２） 菖９　口 光軸合わせ 肩１６ の不良 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する二つの合わせ面によりそれぞれ位置合わ
   せられた第一および第二の光ファイバ端部と、上記二つ
   の合わせ面の双方に位置合わせされ得る第三の光ファイ
   バ端部と、 この第三の光ファイバ端部を把持し上記合わせ面に対し
   て相対的に運動する把持手段と を備えたファイバ可動型光スイッチにおいて、上記各光
   ファイバ端部には、それぞれ曲げ剛性の比較的大きい材
   料により形成された同一外形のフェルールが被せられ、 上記第三の光ファイバ端部と上記把持手段とはこのフェ
   ルールを介して取付けられた ことを特徴とするファイバ可動型光スイッチ。
2. （２）上記第三の光ファイバ端部と上記把持手段との取
   付け構造は、わずかな移動を許容する軟構造である特許
   請求の範囲第（１）項に記載のファイバ可動型光スイッ
   チ。
3. （３）上記合わせ面が固定構造であり把持手段が可動構
   造である特許請求の範囲第（１）項に記載のファイバ可
   動型光スイッチ。
4. （４）上記把持手段はガイドレールに沿って直線運動す
   る構造である特許請求の範囲第（３）項に記載のファイ
   バ可動型光スイッチ。
5. （５）上記把持手段はほぼその重心を通る一つの軸まわ
   りに回動自在に取付けられた構造である特許請求の範囲
   第（３）項に記載のファイバ可動型光スイッチ。
6. （６）上記合わせ面はその断面がＶ字状の溝である特許
   請求の範囲第（１）項に記載のファイバ可動型光スイッ
   チ。
7. （７）上記第三の光ファイバに被せられたフェルールは
   両端を残してその中間部で上記把持手段に把持され、 上記合わせ面は上記把持手段の第三の光ファイバ側まで
   延長された構造である特許請求の範囲第（１）項に記載
   のファイバ可動型光スイッチ。