JPS6411925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光通信等に用いられる自己保持形光
スイツチに関するものである。

〔従来技術〕

近来、光フアイバ（以下、フアイバ）を光路開
閉素子として用いたフアイバ直動形光スイツチが
提案（Ｐ・Ｇ・Hale、Ｒ・Kompfner、
Electronics Letter、VOL・12、No.15）されてお
り、第１図に断面図を示すものが開示されてい
る。

すなわち、断面正方形のガラス管１０１中へ、
基部をガラススリーブ１０２へ挿通のうえ封止材
１０３により固定した可動フアイバ１０４を封入
すると共に、これの先端部近傍にニツケルスリー
ブ１０５を被着する一方、可動フアイバ１０４の
先端と自己の先端とが対向し、かつ、各々が正方
形断面の対向する頂点に位置するものとして１対
の固定フアイバ１０６ａ，１０６ｂを封止材１０
３により固定しており、電磁石１０７ａの励磁に
よりニツケルスリーブ１０５が上方へ吸引されて
図示の状態となり、可動フアイバ１０４と固定フ
アイバ１０６ａとの間の光路が閉成される反面、
電磁石１０７ｂを励磁すれば、ニツケルスリーブ
１０５が下方へ吸引され、可動フアイバ１０４と
固定フアイバ１０６ｂとの間の光路が閉成される
ものとなるが、電磁石１０７ａ，１０７ｂを共に
非励磁状態とすれば、可動フアイバ１０４が弾性
復元力により中立状態となり、光路が開成される
ものとなつている。

しかし、第１図の構成によれば、光路の閉成状
態を維持するためには、電磁石１０７ａまたは１
０７ｂへ常時通電しなければならないと共に、外
部からの振動、衝撃等に対しても光路の閉成状態
を維持するには、十分な励磁を必要とし、駆動電
力量が大となる欠点を生ずる。

なお、駆動電力量を小とするには、電磁石１０
７ａ，１０７ｂの巻回数を増加すればよいが、こ
れによれば、電磁石１０７ａ，１０７ｂの体積が
大となり、全体を小形化することが不可能とな
る。

また、この種の光スイツチにおいては、可動フ
アイバ１０４として、保護被覆を除去した裸フア
イバが用いられるため、動作の反復により強度劣
化または破損を生じ易いと共に、直径125μm程度
の可動フアイバ１０４へニツケルスリーブ１０５
を被着するには、ニツケルスリーブ１０５に高精
度の加工を要するうえ、被着作業が困難となり、
低価格により製することが容易でない等の欠点も
生ずる。

〔発明の概要〕

本発明は、かゝる従来の欠点に鑑みてなされた
ものであり、低駆動電力量であると共に、安価に
製することのできる自己保持形光スイツチを提供
する目的を有し、可動フアイバの先端部近傍に磁
性体を固着のうえ、この磁性体を永久磁石により
吸引して所定位置へ保持すると共に、磁性体を包
囲して設けたソレノイドコイルへのパルス通電に
より永久磁石の吸引力を相殺し、所定位置とは反
対側へ磁性体を移動させ、反対側に設けた永久磁
石により磁石体を吸引して反対側の位置へ保持す
るものとし、かつ、ソレノイドコイルに対する逆
方向のパルス通電により、磁性体を前述と同様に
所定位置側へ移動させるものとして構成したもの
である。

〔実施例〕

以下、実施例を示す第２図以降により本発明の
詳細を説明する。

第２図Ａは側断面図、同図ＢはＡにおけるＸ―
X′断面図、同図ＣはＡにおけるＹ―Y′断面図で
あり、樹脂等からなるケース２０１の一端により
基部が片持梁状に固定され、かつ、先端近傍に
Fe―Ni合金等の軟質磁性材を電着形成等により
固着した磁性体２０２を有する可動フアイバ２０
３が設けられ、かつ、これの先端と自己の先端と
を対向のうえ、ケース２０１の他端中に形成され
た互に対向するＶ溝２０４ａ，２０４ｂ中へ封止
材１０３により固定された１対の固定フアイバ２
０５ａ，２０５ｂが設けてあると共に、可動フア
イバ２０３の磁性体２０２を包囲し、かつ、これ
の全長より大きな範囲にわたつてソレノイドコイ
ル２０６が設けてあり、更に、これを介し、か
つ、磁性体２０２の延長方向に沿つて相対向のう
え、互に逆極性として１対の永久磁石２０７ａ，
２０７ｂが平行に配設してある。

なお、磁性体２０２の全長と永久磁石２０７
ａ，２０７ｂの全長とはほゞ等しく、かつ、これ
らの同一側端部がほぼ同一平面に一致するものと
なつており、後述のとおり、永久磁石２０７ａ，
２０７ｂの各両端部間における磁界が、磁性体２
０２に対して最も有効に作用するものとなつてい
るうえ、可動フアイバ２０３の基部における光軸
と固定フアイバ２０５ａ，２０５ｂの中間とを結
ぶ中心線に対し、永久磁石２０７ａ，２０７ｂが
等間隔により配されていると共に、この中心線と
ソレノイドコイル２０６の中心とが一致するもの
として設けられている。

第３図は、動作状況を示す要部拡大図、第４図
は、磁界強度Ｈおよび磁化強度Ｂにより示す磁性
体２０２の磁化特性曲線であり、第３図において
は、永久磁石２０７ａ，２０７ｂにより点線によ
つて示す磁束が通じていると共に、垂直方向磁界
成分（以下、垂直成分）Hpy，−Hpyおよび軸方
向磁界成分（以下、軸成分）Hpx，−Hpxが生じ
ており、これらは、永久磁石２０７ａ，２０７ｂ
による各磁界成分のベクトル和として与えられ、
永久磁石２０７ａ，２０７ｂがほぼ等しい磁気特
性であれば、中心線Ｃ―C′において軸成分Hpx，
−Hpxは零となる。

また、磁性体２０２が第３図ＡまたはＢの状態
であれば、磁性体２０２は軸成分Hpxまたは−
Hpxにより磁化されており、永久磁石２０７ａ
または２０７ｂにより次式に示す吸引力fmを受
け、これによつて自己保持されるものとなる。

fm＝α・Ｂ・Ｓ・｜Hpy｜ ……(1) ただし、α：係数 Ｂ：磁性体２０２の端面における磁化
強度 Ｓ：磁性体２０２の断面積 なお、第３図Ａ，Ｂの状態であれば、磁性体２
０２は、可動フアイバ２０３の弾性復元力feが吸
引力fmと逆方向に与えられており、fe＜fmのと
き、自己保持状態となるが、fe＞fmとなれば、
自己保持状態から解放されるものとなる。

こゝにおいて、第３図Ａに示す状態のとき、磁
性体２０２の磁化特性が第４図の点Ａにあるとす
れば、ソレノイドコイル２０６への通電により磁
界Hsが生じ、これの強度が次第に増加するのに
応じて磁性体２０２が第３図Ｂの状態へ移行す
る。

すなわち、磁界Hsにより軸成分Hpxが相殺さ
れ、 −He＝Hpx―Hs …(2) が成立すれば、磁化強度Ｂはfe＝fmのBeとなり、
磁性体２０２の磁化特性が点Ｂへ移行し、ついで
磁界Hsの強度増加に応じて自己保持状態から解
放され、弾性復元力feにより中心線Ｃ―C′へ移動
し、更に磁界Hsの強度が増加して、 Hs＝−（Hpx＋He） …(3) となれば、磁性体２０２の磁化特性が点Ｃへ移行
し、磁性体２０２の磁化極性が反転のうえ、永久
磁石２０７ｂにより吸引され第３図Ｂの状態とな
る。

このため、このときにソレノイドコイル２０６
に対する通電を遮断しても、磁性体２０２の磁化
強度Ｂはfe＜fmを満足する−Bhとなり、磁性体
２０２の磁化特性が点Ｄへ移行し、自己保持状態
となる。

また、第３図Ｂにおいて、ソレノイドコイル２
０６へ前述とは逆方向に通電し、磁界−Hsを生
じさせれば、前述とは逆方向の動作がなされ、磁
性体２０２の磁化特性は点Ｄから点Ｅ，Ｆへ移行
し、ここにおいて通電を遮断しても、磁性体２０
２の磁化強度Ｂがfe＜fmを満足するBhとなるた
め、磁性体２０２の磁化特性が点Ｇへ移行し、第
３図Ａの自己保持状態となる。

したがつて、ソレノイドコイル２０６に対する
パルス状の通電に応じ、磁性体２０２の磁化特性
は、第４図において、点Ｇ―Ｂ―Ｃ―Ｄ―Ｅ―Ｆ
―Ｇの推移を反復し、これに伴なつて第３図Ａ，
Ｂの状態を反復するものとなり、可動フアイバ２
０３と固定フアイバ２０５ａおよび２０５ｂとの
光路閉成が反復して行なわれ、ソレノイドコイル
２０６に対する通電を遮断しても、第３図Ａまた
はＢの状態が保持される。

なお、第４図におけるHc，−Hcは、磁性体２
０２の保磁力であり、磁性体２０２の磁化極性を
反復させるのに必要とする磁界Hs，−Hsの強度
は、保磁力Hcまたは−Hcと軸成分Hpxまたは−
Hpxとの和以上であればよく、磁性体２０２と
して、低保磁力の軟質磁性材を用い保持力Hc，−
Hcを小とすれば、磁界Hs，−Hsの強度を低減す
ることができる。

第５図は、永久磁石２０７ａ，２０７ｂ間の垂
直成分Hpy，−Hpyの分布状況を示し、同図Ａの
とおり、永久磁石２０７ａ，２０７ｂの同一側端
部が同一平面に一致するものとしておけば、同図
Ｂのとおり、永久磁石２０７ａ，２０７ｂの同一
側端部間を結ぶ平面において垂直成分Hpy，−
Hpyが最大となる一方、軸成分Hpx，−Hpxによ
る磁性体２０２の磁化状況は、磁性体２０２の両
端面にほゞ集中するため、磁性体２０２の両端面
を永久磁石２０７ａ，２０７ｂの同一側端部間を
結ぶ平面と一致させることにより、磁性体２０２
に対する永久磁石２０７ａ，２０７ｂからの吸引
力が最大となる。

なお、第５図Ａにおける〓内の値は、ｘ、ｙ、
ｚ各軸方向の座標値であり、この場合は、図上左
端を原点とし、図上右端においてｘ軸の値がＬに
なるものとしてある。

第６図は他の実施例を示し、Ａは要部破断平面
図、ＢはＡにおけるＸ―X′断面図、ＣはＡにお
けるＹ―Y′断面図であり、樹脂等により製され
た筐体３０１およびカバー３０２からなるケース
３０３中へ、第２図と同様の磁性体２０２を有す
る複数の可動フアイバ２０３を並列に配したう
え、これらと対応して第２図と同様に固定された
複数対の固定フアイバ２０５ａ，２０５ｂを配す
ると共に、各磁性体２０２を各個に包囲して各固
定フアイバ２０３と対応する複数のソレノイドコ
イル２０６が第２図と同様の関係により設けてあ
り、これらを介し、かつ、各ソレノイドコイル２
０６の配置幅にわたり、１対の永久磁石３０４
ａ，３０４ｂが第２図と同様の関係により配して
ある。

したがつて、各ソレノイドコイル２０６に対す
るパルス状の通電により、第２図と同様の動作が
各個に行なわれ、各可動フアイバ２０３と各固定
フアイバ２０５ａ，２０５ｂとの間の光路閉成お
よび開放が各個に行なわれる一方、ケース３０３
および永久磁石３０４ａ，３０４ｂが共通となる
ため、第２図のものを複数個使用する場合に比
し、所要スペースおよび価格の低減が達せられ
る。

第７図は、第２発明と対比する第６図Ｃと同様
の断面図であり、基本的には第６図と同様である
が、各ソレノイドコイル２０６を包囲して扁平ソ
レノイドコイル４０１が設けられ、これを介した
うえ、第６図と同様の永久磁石３０４ａ，３０４
ｂが扁平ソレノイドコイル４０１とほゞ等しい幅
にわたつて配してある。

したがつて、ソレノイドコイル２０６に対する
通電と相加的に扁平ソレノイドコイル４０１へバ
イアス電流を通ずることにより、ソレノイドコイ
ル２０６の通電電流値が減少し、各ソレノイドコ
イル２０６に対する駆動回路の電流容量を低減さ
せることができる一方、扁方ソレノイドコイル４
０１へのみ通電すれば、各可動フアイバ２０３を
一斉に駆動することが自在となる。

たゞし、磁性体２０２、可動フアイバ２０３、
永久磁石２０７ａ，２０７ｂ，３０４ａ，３０４
ｂ等の配置条件は、上述のとおりにすれば最大の
自己保持力が得られ好適であるが、動作可能な範
囲においてこれ以外の条件としてもよく、永久磁
石２０７ａ，２０７ｂ，３０４ａ，３０４ｂの
各々を複合体としても同様であり、可動フアイバ
２０３の保護および強化上、表面へ金属保護膜を
形成し、あるいは、可動フアイバ２０３と固定フ
アイバ２０５ａ，２０５ｂとの対向する端面へ光
学的反射防止膜を形成し、フレネル反射損失を低
減させることも任意であり、条件によつては、１
対の固定フアイバ２０５ａ，２０５ｂを用いず、
いずれか一方のみを設けるものとしてもよい等、
種々の変形が自在である。

なお、ケース２０１，３０３を成形等により製
すると共に、磁性体２０２として電着法または塗
布等による磁性膜を用いれば、高精度の量産が自
在となり、全体を安価に製することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなとおり本発明によれ
ば、パルス状の通電によつてスイツチング動作が
行なわれると共に、永久磁石による自己保持がな
され、外部からの振動または衝撃に対して安定に
なるため、駆動電力量の低減が達せられると同時
に、安価に製することが容易となり、高信頼性の
光スイツチとして顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す側断面図、第２図は第１
発明と対応する実施例を示し、Ａは側断面図、Ｂ
はＡにおけるＸ―X′断面図、ＣはＡにおけるＹ
―Y′断面図、第３図は第２図の要部拡大図、第
４図は磁性体の磁化特性図、第５図は永久磁石間
の垂直方向磁界成分の分布状況を示す図、第６図
は他の実施例を示し、Ａは要部破断平面図、Ｂは
ＡにおけるＸ―X′断面図、ＣはＡにおけるＹ―
Y′断面図、第７図は第２発明と対応する実施例
を示す第６図Ｃと同様の断面図である。 ２０２…磁性体、２０３…可動フアイバ（可動
光フアイバ）、２０４ａ，２０４ｂ…Ｖ溝、２０
５ａ，２０５ｂ…固定フアイバ（固定光フアイ
バ）、２０６…ソレノイドコイル、２０７ａ，２
０７ｂ…永久磁石、３０４ａ，３０４ｂ…永久磁
石、４０１…扁平ソレノイドコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基部を片持梁状に固定されかつ先端近傍に磁
   性体を固着した可動光フアイバと、該可動光フア
   イバの先端と自己の先端とを対向してＶ溝中へ固
   定された固定光フアイバと、前記可動光フアイバ
   の磁性体を包囲して設けられたソレノイドコイル
   と、該ソレノイドコイルを介しかつ前記磁性体の
   延長方向に沿つて相対向のうえ互に逆極性として
   配された１対の永久磁石とから成り、前記永久磁
   石と磁性体はほぼ等しい長さであり、前記永久磁
   石と磁性体の同一側端部がほぼ同一平面に一致す
   ることを特徴とする自己保持形光スイツチ。 ２ 基部を片持梁状に固定されかつ先端部近傍に
   磁性体を固着のうえ並列に配された複数の可動光
   フアイバと、該各可動光フアイバの各先端と自己
   の先端とを対向してＶ溝中へ各個に固定された前
   記各可動光フアイバと対応する複数の固定光フア
   イバと、前記各可動光フアイバの磁性体を各個に
   包囲して設けられた前記各可動光フアイバと対応
   する複数のソレノイドコイルと、該各ソレノイド
   コイルを包囲して設けられた偏平ソレノイドコイ
   ルと、該偏平ソレノイドコイルを介しかつ前記各
   磁性体の延長方向に沿つて相対向のうえ互に逆極
   性として配された前記偏平ソレノイドコイルとほ
   ぼ等しい幅を有する１対の永久磁石とから成り、
   前記永久磁石と磁性体はほぼ等しい長さであり、
   前記永久磁石と磁性体の同一側端部がほぼ同一平
   面に一致することを特徴とする自己保持形光スイ
   ツチ。