WO2006106773A1

WO2006106773A1 - アクチュエータユニット

Info

Publication number: WO2006106773A1
Application number: PCT/JP2006/306546
Authority: WO
Inventors: Masahiro Kanbara; Takuya Shirata; Junichiro Asano; Masayuki Togawa
Original assignee: Nabtesco Corporation
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: JPWO2006106773A1; US20090051228A1

Abstract

　光反射素子３２を所定の光路切り換え位置に移動させるアクチュエータユニット１００は、光反射素子３２が固定された可動子１２０と、Ｅ字型ヨーク１１３を含む固定部本体１１０とを備える。可動子１２０は、その移動範囲における一方端に位置するとき、永久磁石１２１や電磁石１１８によりＥ字型ヨーク１１３の一端部１１３ａおよび直交部１１３ｃとの間に発生した互いに直交する二つの方向の磁気吸引力によって、その姿勢が規定されて傾倒を抑えることができる。

Description

ァクチユエータユニット

技術分野

[0001] 本発明は、一方の部材に対して他方の部材を駆動するァクチユエータユニットに関し、特に光スィッチ等の光デバイスに使用する（つまり、光信号の光路を切り換えるためにその光路に対して光反射素子を移動させるための）ァクチユエータユニットに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、一方の部材に対して他方の部材を駆動するァクチユエータとして、一方の部材に対して固定される固定部本体と、他方の部材に対して固定され固定部本体に対して略直線的に移動可能な可動子とを備え、電磁石及び永久磁石によって固定部本体に対して可動子を移動させるものが知られている（例えば、特許文献 1参照。 ) o

[0003] この特許文献 1に示されたァクチユエータは、固定部本体として E字型ヨークを用いた有極電磁石装置で、主に電気回路のリレーに用いられていた。特に大きな力や長、ストロークを必要としな、光スィッチ用として、好適なァクチユエータを求めてヽた発明者は、この有極電磁石装置に注目した。

特許文献 1 :実公平 1 10889号公報 (第 2頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] こうした E字型ヨークを用いた有極電磁石装置を光スィッチのァクチユエータとして使用するにあたり、いくつかの課題が生じた。それら課題の一つに、移動された光反射素子の角度精度に関する問題があった。光路切り換えのために光路上の所定位置に移動された光反射素子は、その所定位置での光路に対する角度を常に同じにして、反射光の光軸がずれないようにしなければならない。しかし、従来の有極電磁石装置は、その要求を満たすほど高精度な移動のための構造がなされていな力つた

[0005] 本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、移動させた可動子が傾いた状態で配置されな、ようにその可動子の配置状態を規定でき、光スィッチ用に適したァクチユエータユニットを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明のァクチユエータユニットは、光信号の光路に対して光反射素子を移動させるためのものであって、光反射素子が固定された可動子と、この可動子を移動可能に支持した固定部本体とを備える。固定部本体は、可動子を磁力によって移動させるための E字型ヨークを有する。この E字型ヨークは、可動子の移動範囲における一方の端側に配置された一端部と、その移動範囲における他方の端側に配置された他端部と、これら一端部と多端部との間で前記可動子の移動方向に対して略直交する方向に配置された直交部とを含む。さらに、このァクチユエータユニットは、可動子を固定部本体に対して移動させるための電磁石および永久磁石を備える。電磁石は、固定部本体に備えられ、 E字型ヨークの一端部および他端部と直交部とを逆磁性に磁ィ匕する。永久磁石は、固定部本体または可動子の少なくともどちらか一方に備えられ、固定部本体の一端部および他端部と可動子との間に磁力を発生させる。また、固定部本体は、可動子の前記移動範囲内における移動を案内する案内部を有する。他方の可動子は、固定部本体の案内部を摺動する摺動部を有する。

[0007] 本発明のァクチユエータユニットは、所定の光路切り換え位置に移動された光反射素子の光路に対する角度を常に一定にするため、可動子がその移動範囲における一方端に位置するとき、その可動子の姿勢 (配置された状態)を規定するものである

。この可動子の姿勢規定は、駆動用として備えた上記永久磁石および Zまたは電磁石による二つの方向の磁力によって行う。それら磁力の一つは、永久磁石によって、可動子と固定部本体の一端部との間に発生する第一の磁気吸引力である。この第一の磁気吸引力（可動子の移動方向に作用する）によって、可動子は固定部本体の一端部に対して押し付けられる。もう一つは、永久磁石または電磁石によって、可動子と固定部本体の直交部との間に発生する第二の磁気吸引力である。この第二の磁気吸引力（可動子の移動方向と直交する方向に作用する）によって、可動子の摺動部が固定部本体の案内部に押し付けられる。可動子を付勢するこれら二つの磁力は、互いに直交する方向に作用し、可動子の姿勢を規定してその傾きを抑制するものである。これによつて、可動子がその移動範囲における一方端に位置するとき、その可動子に固定された光反射素子の光路に対する角度精度を高くすることができる。

[0008] より好ましくは、可動子の摺動部は、第二の磁気吸引力によって固定部本体の案内部に押し付けられるとき、当該案内部に対する接触部分をつなぐ仮想線が一つの平面を形成するように（つまり、互いに三ケ所以上で点接触、あるいはニケ所以上で線接触するように)構成する。これによれば、第二の磁気吸引力の作用によって、可動子の傾倒 (第二の磁気吸引力の方向に対して直交する方向への傾倒）を抑制することができる。このとき、可動子は、その第二の磁気吸引力の方向と直交する方向の第一の磁気吸引力の作用によって、固定部本体の一端部に対して押し付けられることで、第二の磁気吸引力の方向と平行に延びる軸を中心にした回転を抑制することができる。これら二方向の磁気吸引力の作用によって、可動子は、その移動範囲における一方端に位置するとき、全方向へ向けて傾くことがないようにその姿勢を規定することがでさる。

[0009] このとき、固定部本体に設けられた案内部は、可動子の移動方向に延びてその固定部本体の一端部および他端部に固定されるとともに、可動子と固定部本体の直交部との間に発生する第二の磁気吸引力の方向に対して直交する仮想平面上に配されるように二箇所に設けることができる。可動子の摺動部は、それら二箇所の案内部に対応するように設け、かつ、第二の磁気吸引力によってそれら二箇所の案内部の両方に対して接触するように押し付けられるように構成する。当該二箇所の案内部は、例えば互いに平行な 2本の柱状部材により形成することができる。あるいは、可動子の摺動部を互いに平行な 2本の柱状部材により形成し、当該二箇所の案内部は、これら各柱状部材の両端部を支えるように形成することもできる。

[0010] 本発明のァクチユエータユニットの可動子は、永久磁石を有した構成にするのが好ましい。そして、この可動子に備えた永久磁石が、固定部本体の直交部との間に第二の磁気吸引力を発生する。この構成により、本発明のァクチユエータユニットは、可動子のうち永久磁石以外の部分を非磁性材料によって構成することができるので、可動子を全て磁性材料によって構成する場合と比較して可動子を軽量ィ匕することができる。可動子が軽量である場合、何れの方向に重力が働いても可動子が安定して動作するので、実装される姿勢にかかわらず安定した性能を発揮することができる。さらに、本発明のァクチユエータユニットは、可動子の傾きを抑制するための第一の磁気吸引力および第二の磁気吸引力をいずれも永久磁石により発生するため、電磁石への通電時間を減らして省電力化を図ることができる。

[0011] この永久磁石を有した可動子は、第二の磁気吸引力によってその摺動部が固定部本体の案内部に押し付けられた状態で、永久磁石と固定部本体の前記直交部との間に空隙を形成するように構成するとともに、その移動範囲における一方端に位置するとき、永久磁石と固定部本体の E字型ヨーク一端部との間に空隙を形成し、かつ、前記移動範囲における他方端に位置するとき、前記永久磁石と前記固定部本体の前記他端部との間に空隙を形成するように構成することができる。この構成により、本発明のァクチユエータユニットは、可動子の永久磁石が固定部本体の E字型ヨークに対して常に非接触となるように構成することができ、永久磁石が固定部本体の E字型ヨークと接触可能な構成と比較して、固定部本体と可動子との間に発生する磁力（第一の磁気吸引力および第二の磁気吸引力）を小さくすることができる。したがって、固定本体部に対して可動子を移動させるときに必要な力（電磁石に加える必要がある電圧)を/ J、さくすることができる。

[0012] また、案内部を含む固定部本体と摺動部を含む可動子との互いの接触部分のうち少なくとも一方 (つまり、固定部本体のうち可動子と接触する部分および可動子のうち固定部本体と接触する部分の少なくとも一方、あるいは、固定部本体の案内部のうち可動子の摺動部と接触する部分および可動子の摺動部のうち固定部本体の案内部と接触する部分の少なくとも一方）は、固体潤滑材料によって構成するのが良い。これによれば、本発明のァクチユエータユニットは、固定部本体と可動子とが凝着することを防止でき、長期間放置後であっても可動子が安定して動作することができるので、長期間放置後であっても安定した性能を発揮することができる。

発明の効果

[0013] 本発明は、移動させた可動子の配置状態を規定してその傾きを抑制し、光スィッチ等の光デバイス用に適したァクチユエータユニットを提供できるものである。

発明を実施するための最良の形態 [0014] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

[0015] (第 1の実施の形態）

まず、第 1の実施の形態に係る光スィッチの構成について説明する。

[0016] 図 1に示すように、本実施の形態に係る光スィッチ 10は、穴 11aが形成された基板であるプラットフォーム 11と、外部から光が入力される光ファイバ 21と、光ファイバ 21 に入力された光を略平行光にして出射するレンズ 22と、光が入射されるレンズ 23と、レンズ 23に入射した光を外部に出力する光ファイバ 24と、光が入射されるレンズ 25 と、レンズ 25に入射した光を外部に出力する光ファイバ 26と、プラットフォーム 11に固定されてレンズ 22、レンズ 23およびレンズ 25を保持するレンズホルダ 27とを備えている。レンズ 22から出射された光は、プラットフォーム 11に固定された固定ミラー 3 1によって、光反射素子としての可動ミラー 32へ向力う方向に反射される。可動ミラー 32は、ァクチユエータユニット 100によってプラットフォーム 11の上面に対して垂直方向に移動可能である。図 1 (a)は、可動ミラー 32を光の光路上に配した状態を示し、図 1 (b)は、可動ミラー 32を光の光路上力も外した状態を示す。図 1 (a)において、可動ミラー 32は固定ミラー 31によって反射された光をレンズ 23に向けて反射する。一方、図 1 (b)では、固定ミラー 31で反射された光は、プラットフォーム 11に固定された固定ミラー 33によってレンズ 25に向けて反射される。可動ミラー 32を駆動するァクチユエータユニット 100は、プラットフォーム 11の穴 11aに一部が挿入された状態で、プラットフオーム 11に固定されて、る。

[0017] 図 2から図 4までに示すように、ァクチユエータユニット 100は、プラットフォーム 11 ( 図 1参照）に固定される固定部本体 110と、可動ミラー 32 (図 1参照）が固定され固定部本体 110に対して矢印 101aで示す方向および矢印 101bで示す方向に直線的に移動可能な可動子 120とを備えている。ァクチユエータユニット 100は、固定部本体 1 10および可動子 120が一体化されている。

[0018] 固定部本体 110は、鉄 (磁性材料)で構成されたコ字状部材 111およびコ字状部材 111に固定された鉄芯 112で構成された E字型ヨーク 113と、鉄芯 112がコ字状部材 111に固定される前に鉄芯 112が差し込まれたボビン 114と、ボビン 114に巻かれたコイル 115と、プラットフォーム 11に固定されるときの位置決め用のフランジ 116と、可動子 120の移動を案内する案内部としての 2本の柱 117a、 117bとを有している。ここで、 E字型ヨーク 113は、固定部本体 110に対する可動子 120の移動の範囲における一方の端側に配置された一端部 113aと、固定部本体 110に対する可動子 12 0の移動の範囲における他方の端側に配置された他端部 113bとをコ字状部材 111 に有している。また、 E字型ヨーク 113は、固定部本体 110に対する可動子 120の移動の矢印 101aで示す方向とは略直交する矢印 101cで示す方向に可動子 120に対して配置された直交部 113cを鉄芯 112に有している。また、鉄芯 112およびコイル 1 15は、図 5に示すように一端部 113aおよび他端部 113bと直交部 113cとを逆極性に磁ィ匕する電磁石 118を構成している。また、図 2から図 4までに示すように、コイル 1 15は、通電用の 2本のリード 115aを有している。また、フランジ 116は、 E字型ヨーク 113に固定されている。また、柱 117a、 117bは、固定部本体 110に対する可動子 1 20の移動方向（矢印 101aで示す方向）で互いに平行に延在しており、アルミナジルコ-ァ等のセラミックス材料等の非磁性材料によって構成されている。これら柱 117a

、 117bは、固定部本体 110の一端部 113aおよび他端部 113bに形成された複数の穴 11 laにそれぞれ差し込まれて固定部本体 110に固定されて、る。

可動子 120は、永久磁石 121と、永久磁石 121を支持した可動子本体 122とを有している。ここで、永久磁石 121は、固定部本体 110の一端部 113a側、他端部 113 b側がそれぞれ N極、 S極であるプラスチックマグネットである。そして、永久磁石 121 は、固定部本体 110の一端部 113a、直交部 113cおよび可動子 120を介した磁気回路 121a (図 6 (a)参照）と、固定部本体 110の他端部 113b、直交部 113cおよび可動子 120を介した磁気回路 121b (図 6 (b)参照）とを生成するようになっており、一端部および他端部と可動子との間に磁力を発生させるようになつている。より詳細には、固定部本体 110の一端部 113aおよび他端部 113bのうち可動子 120から近い方に可動子 120を付勢するようになっている。また、可動子本体 122は、固定部本体 110の一端部 113aおよび他端部 113bと永久磁石 121が常に非接触となる位置に永久磁石 121を固定しており、非磁性材料で構成されている。また、可動子本体 122 は、永久磁石 121に対して矢印 101aで示す方向に配置されて永久磁石 121との間に空隙 120Aを形成した空隙形成部としての一端側突出部 122aと、永久磁石 121 に対して矢印 101bで示す方向に配置されて永久磁石 121との間に空隙 120Bを形成した空隙形成部としての他端側突出部 122bと、可動ミラー 32が取り付けられるために突出した光学素子取付部 122cとを有している。さらに、可動子本体 122は、固定部本体 110の柱 117aが差し込まれて柱 117aに摺動する摺動部としての穴部 12 2d、 122e (図 7参照）と、固定部本体 110の柱 117bが差し込まれて柱 117bに摺動する摺動部としての穴部 122f、 122g (図 7参照）とを有している。ここで、穴部 122d、 122fは、一端側突出部 122aに設けられており、穴部 122e、 122gは、他端側突出部 122bに設けられている。

[0020] 次に、光スィッチ 10の動作について説明する。

[0021] ァクチユエータユニット 100によって可動ミラー 32が移動させられて図 1 (a)に示す状態になると、外部力も光ファイバ 21に入力された光は、レンズ 22から出射され、固定ミラー 31、可動ミラー 32に反射され、レンズ 23に入射した後、光ファイバ 24から外部に出力される。また、ァクチユエータユニット 100によって可動ミラー 32が移動させられて図 1 (b)に示す状態になると、外部力光ファイバ 21に入力された光は、レンズ 22から出射され、固定ミラー 31、固定ミラー 33に反射され、レンズ 25に入射した後、光ファイバ 26から外部に出力される。即ち、光スィッチ 10は、ァクチユエータユニット 100の動作に応じて光路を切り換えることができる。

[0022] 以下、ァクチユエータユニット 100の動作について詳細に説明する。

[0023] 電磁石 118に所定の電圧が加えられて図 5 (a)に示すように E字型ヨーク 113の一端部 113aおよび他端部 113bが S極になり、直交部 113cが N極になると、可動子 12 0の永久磁石 121と E字型ヨーク 113の一端部 113aとの間に磁気吸弓 |力が発生するとともに、可動子 120の永久磁石 121と E字型ヨーク 113の他端部 113bとの間に磁気反発力が発生するので、可動子 120が矢印 101aで示す方向に移動する。可動子 120の永久磁石 121が E字型ヨーク 113の他端部 113bより一端部 113a側にあるとき、図 6 (a)のような磁気回路 121aが永久磁石 121によって生成される。したがって、可動子 120の永久磁石 121が E字型ヨーク 113の他端部 113bより一端部 113a側にあるときに、電磁石 118への通電が停止されると、可動子 120は、永久磁石 121と E 字型ヨーク 113の一端部 113aとの間の磁気吸引力（可動子の移動方向に作用する第一の磁気吸引力）によって、 E字型ヨーク 113の一端部 113aに対して押し付けられ、その一端部 1133aに接触した状態で維持される。

[0024] 電磁石 118に所定の電圧とは逆向きの電圧が加えられて、図 5 (b)に示すように E 字型ョーク 113の一端部 113aおよび他端部 113bが N極になり、直交部 113cが S極になると、可動子 120の永久磁石 121と E字型ヨーク 113の一端部 113aとの間に磁気反発力が発生するとともに、可動子 120の永久磁石 121と E字型ヨーク 113の他端部 113bとの間に磁気吸弓 I力が発生するので、可動子 120が矢印 10 lbで示す方向に移動する。可動子 120の永久磁石 121が E字型ヨーク 113の一端部 113aより他端部 113b側にあるとき、図 6 (b)のような磁気回路 121bが永久磁石 121によって生成される。したがって、可動子 120の永久磁石 121が E字型ヨーク 113の一端部 113a より他端部 113b側にあるときに、電磁石 118への通電が停止されると、可動子 120 は、永久磁石 121と E字型ヨーク 113の他端部 113bとの間の磁気吸引力（可動子の移動方向に作用する第一の磁気吸引力）によって、 E字型ヨーク 113の他端部 113b に対して押し付けられ、その他端部 113bに接触した状態で維持される。

[0025] ここで、可動子 120の永久磁石 121と E字型ヨーク 113の直交部 113cとの間には、図 6に示すように磁気吸引力（可動子の移動方向と直交する方向に作用する第二の磁気吸引力）が発生するので、可動子 120は、矢印 101cで示す方向に常に柱 117a 、 117bに押し付けられて、柱 117a、 117bに対して矢印 101cで示す方向における位置が規定される。したがって、たとえば可動子 120が柱 117a、 117bに案内されながらスムーズに移動可能なように図 7に示すように可動子本体 122の穴部 122d〜 12 2gの穴径が柱 117a、 117bの径より十分に大きく（例えば 5%以上大きく）設定されたとしても、可動子 120と柱 117a、 117bとの間には、機械的なガタが生じない。

[0026] なお、可動子 120は、 E字型ヨーク 113の一端部 113aおよび他端部 113bの一方に接触して、る位置から一端部 113aおよび他端部 113bの他方に接触する位置まで、例えば 10msec以下の短時間で移動する。ァクチユエータユニット 100は、可動子 120が固定部本体 110に対して移動しないときには電磁石 118に通電される必要が無いので、可動子 120が固定部本体 110に対して短時間で移動することができれば通電時間を短くすることができ、省電力となる。 [0027] 以上に説明したように、ァクチユエータユニット 100は、固定部本体 110および可動子 120がー体ィ匕されているので、実装を容易化することができるとともに実装による性能の変化を防止することができる。したがって、光スィッチ 10は、組み立てを容易化できるとともに組み立てによる性能の変化を防止することができる。

[0028] また、ァクチユエータユニット 100は、可動子 120の移動方向に延びる互いに平行な 2本の柱 117a、 117bによって案内咅カ構成されて!ヽる。これら 2本の柱 117a、 11 7bは、可動子 120と直交部 113cとの間に発生する第二の磁気吸引力の方向に対して直交する仮想平面上に配されるように設けられている。第二の磁気吸引力の作用によって、可動子 120の穴咅 122dおよび 122e力 S—方の柱 117aに押し付けられ、可動子 120の穴部 122fおよび 122gが他方の柱 117aおよび 117bに押し付けられる。し力も、この押し付けに伴う一方の穴部 122dおよび 122eと柱 117aとの接触部分、他方の穴部 122fおよび 122gと柱 117bとの接触部分は、それぞれ同一平面内に収まるように（ここでは、第二の磁気吸引力の方向に対して直交する平面内に収まるように）構成されている。つまり、各穴部122(1〜122₈と各柱117&ぉょび1171)とのそれぞれの接触部分をつなぐ仮想線が一つの平面を形成するように構成されて、る。したがって、第二の磁気吸引力に対して直交する方向への可動子 120の傾倒を抑えることができる。

[0029] さらに、可動子 120は、その移動範囲における一方端に位置するとき、固定部本体 110の一端部 113aに面で接触しており、かつ、その移動方向に作用する第一の磁気吸引力によりその一端部 113aに対して押し付けられることで、上記第二の磁気吸引力の方向と平行に延びる軸を中心にした回転が抑制されている。

[0030] これら互いに直交する方向の第一および第二の磁気吸引力によって、可動子 120 の姿勢が規定されている。こうした可動子 120の姿勢規定は、可動子 120がその移動範囲における一方の端側に位置し、この可動子 120に固定された可動ミラー 32を光路の切り換え位置に配したときに必要となる。この実施形態においては、可動子 1 20がその移動範囲における他方の端側に位置するとき、可動ミラー 32を光路力も外した状態であるため、可動子 120の姿勢規定は基本的に不要である。しかし、別の実施形態において、可動子 120がその移動範囲の他方の端側に位置するときに可動ミラー 32を別の光路切り換え位置として用いる場合、この他方の端側に位置する可動子 120も、一方の端側に位置するときと同じような手段によって、その姿勢を規定することができる。

[0031] また、柱 117a、 117bは、 E字型ヨーク 113の一端部 113aおよび他端部 113bに直接固定されているので、一端部 113aおよび他端部 113bに対して柱 117a、 117bを固定するための部材を特別に設ける場合と比較して、製造コストを低減することができるとともに、小型化することができる。

[0032] また、可動子 120は、永久磁石 121としてプラスチックマグネットを有しているので、永久磁石 121として焼結磁石等を用いた場合と比較して軽量である。したがって、可動子 120は、何れの方向に重力が働いても安定して動作し、実装される姿勢にかかわらず安定した性能を発揮することができる。なお、プラスチックマグネットは、ノインダ一となるナイロン等の榭脂材料によって振動衝撃に対する耐性が高くなつているので、可動子 120に設けられる永久磁石 121として適している。

[0033] また、可動子 120のうち永久磁石 121以外の部分である可動子本体 122は、非磁性材料で構成されている。これによつて、ァクチユエータユニット 100は、可動子本体 122を磁性材料によって構成する場合と比較して、可動子 120をさらに軽量ィ匕している。なお、可動子本体 122を磁性材料で構成した場合には、非磁性材料で構成した場合と比較して、固定部本体 110との間に永久磁石 121によって発生させられる磁気力を大きくできる。したがって、電磁石 118が非通電のときに固定部本体 110に対して可動子 120が固定される力を大きくすることができる。これによつて、ァクチユエ一タユニット 100は、永久磁石 121が小さくてもよいので、小型化することができる。

[0034] また、可動子 120は光学素子取付部 122cを有しているので、可動ミラー 32を可動子 120に精度良く容易に固定することができる。また、固定部本体 110は、フランジ 1 16を有しているので、プラットフォーム 11に精度良く容易に固定することができる。したがって、ァクチユエータユニット 100は、図 8 (a)に示すように、フランジ 116のうちプラットフオーム 11との係合面 116aと、可動子 120が固定部本体 110の一端部 113a に接触しているときの可動ミラー 32の光軸 32aとの間隔 32A力プラットフォーム 11 のうちフランジ 116との係合面 l ibと、レンズ 23の光軸 23aとの間隔 23Aと同一になるように、光学素子取付部 122cおよびフランジ 116の矢印 101aで示す方向の長さが設定されてヽれば、ァクチユエータユニット 100をプラットフォーム 11に固定するだけで、特別な調整をしなくても、図 8 (b)に示すように、可動ミラー 32の光軸 32aと、レンズ 23の光軸 23aとを精度良く合わせることができる。なお、図 8においては、光ファイノく 21、レンズ 22および固定ミラー 31の図示を省略している。

[0035] また、ァクチユエータユニット 100は、永久磁石 121と可動子本体 122の一端側突出部 122aとの間に空隙 120Aを形成するとともに、永久磁石 121と可動子本体 122 の他端側突出部 122bとの間に空隙 120Bを形成することで、可動子 120の永久磁石 121が固定部本体 110の一端部 113aおよび他端部 113bと常に非接触となる位置に配置されている。また、永久磁石 121と固定部本体 110の直交部 113Cとの間に空隙 120Cが形成されるように、固定部本体 110の各柱 117aおよび 117bに対する可動子 120の各穴部 122d〜122gの位置が設定されている。これにより、永久磁石 121が固定部本体 110の E字型ヨーク 113と接触可能な位置に配置されている構成と比較して、固定部本体 110および可動子 120の間に永久磁石 121によって発生する磁力（第一の磁気吸引力および第二の磁気吸引力）を小さくすることができ、電磁石 118に通電されていないときに固定部本体 110に対して可動子 120が固定される力を小さくすることができる。したがって、ァクチユエータユニット 100は、固定部本体 110に対して可動子 120を移動させるときに電磁石 118にカ卩える必要がある電圧を小さくすることができる。これら永久磁石 121と固定部本体 110の E字型ヨーク 113 との間の空隙 120A、 120Bおよび 120Cの大きさは、永久磁石 121の磁力や電磁石 118の起磁力の大きさ、可動子 120の移動に対する摩擦抵抗の大きさなどによって、適宜調整することができる。

[0036] 柱 117a、 117bは非磁性材料によって構成されている。したがって、これら柱 117a 、 117bを介した永久磁石 121の磁気回路が生成されることを抑制することができる。もちろん、柱 117a、 117bは、磁性材料によって構成されていても良い。柱 117a、 11 7bを磁性材料によって構成する場合、ァクチユエータユニット 100は、柱 117a、 117 bを介した永久磁石 121の磁気回路が生成されるので、磁気回路 121a、 121bによつて発生させられる磁気力を柱 117a、 117bの太さ、形状又は材料の調整によって調整することができる。また、柱 117a、 117bを磁性材料によって構成する場合、ァクチユエータユニット 100は、セラミックス等より安価な鉄系の材料で柱 117a、 117bを構成することができるので、製造コストを低減することができる。

[0037] なお、柱 117a、 1171)と穴部122(1、 122eとが互いに接触する表面部分は、少なくとも一方を固体潤滑材料によって構成しても良い。この構成によれば、可動子 120は長期間安定した性能を発揮することができる。ここで、固体潤滑材料は、潤滑油等を用いる湿式潤滑材と異なり、プリズムやミラー等の光学素子を汚さないので、特に光スィッチ等の光デバイスに適している。なお、部材の表面部分を固体潤滑材料によつて構成する方法としては、表面部分に例えばフッ素コートや二硫ィ匕モリブデンコート等の固体潤滑材料のコーティングを施す方法や、部材自体を固体潤滑材料によって構成する方法等がある。

[0038] また、固定部本体 110の一端部 113aおよび他端部 113bと可動子 120の一端側突出部 122aおよび他端側突出部 122bとのそれぞれ互いに接触する表面部分は、少なくとも一方を固体潤滑材料によって構成しても良い。この構成によれば、可動子 120と固定部本体 110とが凝着することを防止でき、例えば数ケ月以上の長期間放置後であっても可動子 120が安定して動作できる。

[0039] また、図 9に示すように、可動子 120の一端側突出部 122aは、固定部本体 110の一端部 113aと接触する部分を突起 122hによって構成しても良ヽ。この構成によれば、可動子 120と固定部本体 110とが互いに接触する部分は、その接触面積が小さいために凝着することを防止でき、例えば数ケ月以上の長期間放置後であっても可動子 120が安定して動作することができる。さらに、突起 122hが固体潤滑材料によつて構成されていれば、更に長期間放置後であっても安定した性能を発揮することができる。この突起 122は、図 10に示すように、同一直線状に無い 3つ以上で構成することによって、一端側突出部 122aがー端部 113aに接触したときの固定部本体 1 10に対する可動子 120の姿勢を安定させている。もちろん、こうした突起 122は、固定部本体 110の一端部 113a側に設けることもできる。また、可動子 120の他端側突出部 122bあるいは固定部本体 110の他端部 113bに対しても同じように設けることができる。 [0040] 上述した光スィッチ 10は、 1 X 2光スィッチであるが、 1 X 2光スィッチ以外の光スィツチ（例えば 1 X 4光スィッチ）についてもァクチユエータユニット 100と同様なァクチュエータユニットを複数用いて同様に構成することができる。

[0041] (第 2の実施の形態）

続いて、第 2の実施の形態に係る光スィッチの構成について説明する。

[0042] なお、本実施の形態に係る光スィッチの構成のうち、第 1の実施の形態に係る光スイッチ 10 (図 1参照）の構成と同様な構成については、図面において光スィッチ 10の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

[0043] 本実施の形態に係る光スィッチは、図 1に示した光スィッチ 10において、可動ミラー 32を駆動するァクチユエータユニット 100に代えて、図 11に示すァクチユエ一タュ- ット 200を備えた構成である。

[0044] ァクチユエータユニット 200は、図 2に示すァクチユエータユニット 100において、固定部本体 110および可動子 120に代えて、図 11に示す固定部本体 210および可動子 220を備えた構成である。また、ァクチユエータユニット 200は、固定部本体 210および可動子 220が一体化されて!/、る。上述のァクチユエータユニット 100では可動子 120が永久磁石 121を有していたのに対して、このァクチユエータユニット 200は、固定部本体 210が永久磁石 214a、 214bを有している。

[0045] 固定部本体 210は、図 2に示す E字側ヨーク 113およびフランジ 116に代えて、永久磁石 214a、 214bが固定された E字型ヨーク 213を備えた構成である。この E字型ヨーク 213は、鉄 (磁性材料)で構成されたコ字状部材 211およびコ字状部材 211に固定された鉄芯 112を含む。ここで、柱 117a、 117bは、固定部本体 210の一端部 1 13aおよび他端部 113bに形成された穴 211aに差し込まれて固定部本体 210に固定されている。また、永久磁石 214a、 214bは、固定部本体 210の一端部 113a側、他端部 113b側がそれぞれ N極、 S極である。そして、永久磁石 214a、 214bは、一端部 113aおよび他端部 113bと可動子 220との間に磁力を発生するようになって!/ヽる。

[0046] 可動子 220は、磁性材料で構成されている。この可動子 220の形状は、図 2に示す可動子 120から永久磁石 121を除、た形状とほぼ同様である。 [0047] 次に、ァクチユエータユニット 200の動作について説明する。

[0048] E字型ヨーク 213の一端部 113aが永久磁石 214a、 214bの N極側であり、他端部 1131)カ永久磁石214&、 214bの S極側である。他端部 113bの磁気極性がほぼ無くなるように電磁石 118に所定の電圧が加えられると、図 12 (a)に示すように、一端部 1 13aは、他端部 113bより磁気力が大きい N極になり、直交部 113cは、 S極になる。一端部 113aの磁気力が他端部 113bの磁気力より大きくなると、一端部 113aと可動子 220との間の磁気吸引力が、他端部 113aと可動子 220との間の磁気吸引力より大きくなり、可動子 220が矢印 101aで示す方向に移動する。 E字型ヨーク 213の一端部 113aが永久磁石 214a、 214bによって磁化されているので、可動子 220が E字型ヨーク 213の他端部 113bより一端部 113a側にあるときに電磁石 118への通電が停止されると、可動子 220は、 E字型ヨーク 213の一端部 113aとの間の磁気吸引力（可動子の移動方向に作用する第一の磁気吸引力）によって、 E字型ヨーク 213の一端部 113aに接触した状態で維持される。

[0049] また、一端部 113aの磁気極性がほぼ無くなるように電磁石 118に所定の電圧が加えられると、図 12 (b)に示すように、他端部 113bは、一端部 113aより磁気力が大きい S極になり、直交部 113cは、 N極になる。他端部 113bの磁気力が一端部 113aの磁気力より大きくなると、他端部 113bと可動子 220との間の磁気吸引力が、一端部 1 13aと可動子 220との間の磁気吸引力より大きくなり、可動子 220が矢印 101bで示す方向に移動する。 E字型ヨーク 213の他端部 113bが永久磁石 214a、 214bによつて磁ィ匕されているので、可動子 220が E字型ヨーク 213の一端部 113aより他端部 11 3b側にあるときに電磁石 118への通電が停止されると、可動子 220は、 E字型ヨーク 213の他端部 113bとの間の磁気吸引力（可動子の移動方向に作用する第一の磁気吸引力）によって、 E字型ヨーク 213の他端部 113bに接触した状態で維持される。

[0050] ここで、電磁石 118が通電されて図 12に示すように E字型ヨーク 213の直交部 113 cが電磁石 118によって磁ィ匕されると、可動子 220と直交部 113cとの間には磁気吸引力（可動子の移動方向と直交する方向に作用する第二の磁気吸引力）が発生するので、可動子 220は、矢印 101cで示す方向に柱 117a、 117bに押し付けられて、柱 117a、 117bに対して矢印 101cで示す方向における位置が安定する。 [0051] 以上に説明したように、ァクチユエータユニット 200は、固定部本体 210および可動子 220のうち固定部本体 210のみが永久磁石 214a、 214bを有した構成を有している。したがって、ァクチユエータユニット 200は、第 1の実施の形態に係るァクチユエ一タユニット 100 (図 2参照）のように可動子 220が永久磁石を有する場合と比較して、可動子 220が軽量であり、何れの方向に重力が働、ても可動子 220が安定して動作するので、実装される姿勢にかかわらず安定した性能を発揮することができる。

[0052] (第 3の実施の形態）

引き続き、第 3の実施の形態に係る光スィッチの構成について説明する。

[0053] なお、本実施の形態に係る光スィッチの構成のうち、第 1の実施の形態に係る光スイッチ 10 (図 1参照）の構成と同様な構成については、図面において光スィッチ 10の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

[0054] 本実施の形態に係る光スィッチは、図 1に示した光スィッチ 10において、可動ミラー 32を駆動するァクチユエータユニット 100に代えて、図 13から図 15までに示すァクチユエータユニット 300を備えた構成である。

[0055] ァクチユエータユニット 300は、図 2に示すァクチユエータユニット 100における固定部本体 110および可動子 120に代えて、図 13に示す固定部本体 310および可動子 320を備えた構成である。また、ァクチユエータユニット 300は、固定部本体 310および可動子 320が一体化されて!/、る。

[0056] 固定部本体 310は、図 2に示す E字型ヨーク 113、フランジ 116および柱 117a、 11 7bに代えて、 E字型ヨーク 313およびフランジ 316を備えた構成である。 E字型ヨーク 313は、鉄 (磁性材料)で構成されたコ字状部材 311およびコ字状部材 311に固定された鉄芯 112 (図示していない）を含む。フランジ 316は、この E字型ヨーク 313に固定されており、固定部本体 310をプラットフォーム 11に固定するときの位置決め用であるとともに、可動子 320の移動を案内する案内部として可動子 320の移動方向（矢印 101aで示す方向）に延在した長穴部 316a、 316bを有している。

[0057] 可動子 320は、永久磁石 321と、永久磁石 321を支持した可動子本体 322と、固定咅本体 310の長穴咅 316a、 316b【こ差し込まれて長穴咅 316a、 316b【こ措動する摺動部としての 2本の柱 323a、 323bとを有している。ここで、永久磁石 321は、固定部本体 310の一端部 113a側が N極で、他端部 113b側が S極である。そして、永久磁石 321は、固定部本体 310の一端部 113aおよび他端部 113bのうち可動子 32 0力も近い方に可動子 320を付勢するようになっている。また、可動子本体 322は、固定部本体 310の一端部 113aおよび他端部 113bと永久磁石 321が常に非接触となる位置に永久磁石 321を固定しており、非磁性材料で構成されている。また、可動子本体 322は、可動ミラー 32を取り付けるために突出した光学素子取付部 322aを有している。また、柱 323a、 323bは、可動子 320の移動方向（矢印 101aで示す方向および矢印 101cで示す方向）と直交する方向に互いに平行に延在しており、アルミナ、ジルコユア等のセラミックス材料等の非磁性材料によって構成されている。これら柱 323a、 323bは、可動子本体 322に形成された複数の穴 322cにそれぞれ差し込まれて可動子本体 322に固定されている。

[0058] ァクチユエータユニット 300は、第 1の実施の形態に係るァクチユエータユニット 100 と同様に動作する。

[0059] 以上に説明したように、ァクチユエータユニット 300において、柱 323aおよび 323b は、可動子 320と固定本体部 310の直交部 113c (図 13では図示しない）との間に発生する第二の磁気吸引力によって、長穴部 316aおよび 316bの両方に押し付けられるように構成されている。しかも、この押し付けに伴う柱 323aおよび 323bと長穴部 31 6aおよび 316bとのそれぞれの接触部分は、同一平面内に収まるように構成されている。これによれば、第二の磁気吸引力に対して直交する方向への可動子 320の傾倒を抑えることができる。

[0060] 上述した各実施の形態においては、本発明に係るァクチユエータユニットが光スィツチに適用された例について説明している力本発明に係るァクチユエータユニットは、光スィッチ以外の光デバイス (例えば、光シャツタ、可変光減衰器、可変波長フィルタ器、可変波長分散保証器、光学部品検査器等）にも適用することができ、光スィツチ以外の光デバイスに適用されたときにも、光スィッチに適用されたときと同様な効果を得ることができる。

産業上の利用可能性

[0061] 以上のように、本発明に係るァクチユエータユニットは、移動させた可動子の姿勢を規定してその傾きを抑制できるという効果を有し、光通信システム用のァクチユエータユニット等として有用である。図面の簡単な説明

[図 1] (a)ァクチユエータユニットの可動子が固定部本体の一端部側に位置するときの本発明の第 1の実施の形態に係る光スィッチの外観斜視図（b)ァクチユエータュニットの可動子が固定部本体の他端部側に位置するときの図 1 (a)に示す光スィッチの外観斜視図

[図 2]可動子が固定部本体の一端部側に位置するときの図 1に示すァクチユエータュニットの外観斜視図

[図 3]図 2に示すァクチユエータユニットの上面図

[図 4]可動子が固定部本体の一端部側に位置するときの図 2に示すァクチユエータュニットの側面図

[図 5] (a)可動子が固定部本体の他端部側に位置する状態で直交部が N極になるように電磁石に通電されたときの図 3の I I矢視断面図（b)可動子が固定部本体の一端部側に位置する状態で直交部が S極になるように電磁石に通電されたときの図 3の I I矢視断面図

[図 6] (a)可動子が固定部本体の一端部側に位置する状態で電磁石に通電されていないときの図 3の I I矢視断面図（b)可動子が固定部本体の他端部側に位置する状態で電磁石に通電されていないときの図 3の I I矢視断面図

[図 7]図 2に示すァクチユエータユニットの可動子近傍の上面図

[図 8] (a)ァクチユエータユニットが固定される前の図 1に示す光スィッチの側面図（ b)ァクチユエータユニットが固定された後の図 1に示す光スィッチの側面図

[図 9] (a)本発明の第 1の実施の形態に係る光スィッチのァクチユエータユニットの図

2に示す例とは異なる例での外観斜視図（b)図 9 (a)に示すァクチユエータユニットの正面図

[図 10]図 9に示すァクチユエータユニットの可動子の外観斜視図

[図 11]本発明の第 2の実施の形態に係る光スィッチのァクチユエータユニットの外観斜視図 [図 12] (a)可動子が固定部本体の他端部側に位置する状態で直交部が S極になるように電磁石に通電されたときの図 11に示すァクチユエータユニットの側面断面図（b )可動子が固定部本体の一端部側に位置する状態で直交部が N極になるように電磁石に通電されたときの図 11に示すァクチユエータユニットの側面断面図

[図 13]本発明の第 3の実施の形態に係る光スィッチのァクチユエータユニットの外観斜視図

[図 14]図 13に示すァクチユエータユニットの固定部本体の外観斜視図

[図 15]図 13に示すァクチユエータユニットの可動子の外観斜視図

符号の説明

10 光スィッチ (光デバイス）

11 プラットフォーム

32 可動ミラー (光反射素子）

100 ァクチユエータユニット

110 固定部本体

113a 一端部

113b 他端部

113c 直交部

116 フランジ

117aゝ 117b 柱 (案内部）

118 電磁石

120 可動子

120Aゝ 120B 空隙

121 永久磁石

122a 一端側突出部 (空隙形成部）

122b 他端側突出部 (空隙形成部）

122c 光学素子取付部

122d、 122e、 122f、 122g 穴部（摺動部）

122h 突起 200 ァクチユエータユニット 210 固定部本体

214a, 214b 永久磁石 220 可動子

300 ァクチユエータユニット 310 固定部本体

316 フランジ

316a, 316b 長穴部 (案内部)

320 可動子

321 永久磁石

322a 光学素子取付部

323a, 323b 柱 (摺動部）

Claims

請求の範囲

[1] 光信号の光路を切り換えるためにその光路に対して光反射素子を移動させるァクチユエータユニットであって、前記光反射素子が固定された可動子と、この可動子を移動可能に支持した固定部本体とを備え、

前記固定部本体は、前記可動子の移動範囲における一方の端側に配置された一端部と、前記移動範囲における他方の端側に配置された他端部と、これら一端部と他端部との間で前記可動子の移動方向に対して略直交する方向に配置された直交部とを含む E字型ヨークを有するとともに、さらに、当該 E字型ヨークの前記一端部および前記他端部と前記直交部とを逆極性に磁化する電磁石と、前記可動子の前記移動範囲内における移動を案内する案内部とを有し、

前記可動子は、前記固定部本体の前記案内部を摺動する摺動部を有し、前記固定部本体および前記可動子の少なくとも一方は、前記固定部本体の前記一端部および前記他端部と前記可動子との間に磁力を発生させる永久磁石を有した、ァクチユエータユニットにおいて、

前記可動子は、前記移動範囲における一方端に位置するとき、前記永久磁石により前記一端部との間に発生した第一の磁気吸引力によって、前記一端部に対して押し付けられるとともに、前記永久磁石または前記電磁石により前記直交部との間に発生した第二の磁気吸引力によって、前記摺動部が前記固定部本体の前記案内部に押し付けられることを特徴とする、ァクチユエータユニット。

[2] 前記可動子の前記摺動部は、前記第二の磁気吸引力によって前記固定部本体の前記案内部に押し付けられるとき、当該案内部に対する接触部分をつなぐ仮想線が一つの平面を形成するように構成されてヽる、請求項 1に記載のァクチユエータ。

[3] 前記固定部本体の前記案内部は、前記可動子の移動方向に延びて当該固定部本体の前記一端部および前記他端部に固定されるとともに、前記第二の磁気吸引力の方向に対して直交する仮想平面上に配されるように二箇所に設け、

前記可動子の前記摺動部は、それら二箇所の当該案内部に対応するように設け、かつ、前記第二の磁気吸引力によってそれら二箇所の案内部の両方に対して接触するように押し付けられる、請求項 2に記載のァクチユエータユニット。

[4] 前記可動子が前記永久磁石を有し、この可動子に備えた当該永久磁石が前記直交部との間に前記第二の磁気吸引力を発生することを特徴とする、請求項 1に記載のァクチユエータユニット。

[5] 前記可動子は、前記第二の磁気吸引力によって前記摺動部が前記固定部本体の前記案内部に押し付けられた状態で、前記永久磁石と前記固定部本体の前記直交部との間に空隙を形成するように構成するとともに、前記移動範囲における一方端に位置するとき、前記永久磁石と前記固定部本体の前記 E字型ヨーク一端部との間に空隙を形成し、かつ、前記移動範囲における他方端に位置するとき、前記永久磁石と前記固定部本体の前記他端部との間に空隙を形成するように構成したことを特徴とする、請求項 4に記載のァクチユエータユニット。

[6] 前記案内部を含む前記固定部本体と前記摺動部を含む前記可動子との互いの接触部分のうち少なくとも一方は、固体潤滑材料によって構成したことを特徴とする、請求項 1に記載のァクチユエータユニット。