磁気駆動回路および光スイッチ装置
【課題】 ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮可能な磁気駆動回路および光スイッチ装置を提供すること。
【解決手段】 光スイッチ装置１のクランプ用磁気駆動回路７０は、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３とを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。また、永久磁石７３は、Ｙ方向における磁芯７１１、７１２の間に相当する高さ位置において、一方の磁極（例えば、Ｎ極）をヨーク７１の方に向けて、押圧部材４１の端部の磁石保持部４３に固着されている。
【解決手段】 光スイッチ装置１のクランプ用磁気駆動回路７０は、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３とを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。また、永久磁石７３は、Ｙ方向における磁芯７１１、７１２の間に相当する高さ位置において、一方の磁極（例えば、Ｎ極）をヨーク７１の方に向けて、押圧部材４１の端部の磁石保持部４３に固着されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路、およびこの磁気駆動回路を備えた光導波路切り換え装置や可変光減衰器などの光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバなどの光導波路同士の結合状態を切り換える光スイッチ装置としては、光ファイバの熱による屈折率変動を利用する光導波路タイプのもの、半導体プロセスによるマイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを利用するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）タイプのものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
前者の光導波路タイプの光導波路切り換え装置は、光導波路ファイバの結合や分岐による光学的なロスが大きい。また、光導波路を切り換え後の状態を保持するために、常時ヒータに電力を供給しておく必要があり、装置の寿命が比較的短い。また、ＭＥＭＳタイプの光スイッチは半導体プロセスを利用するために製造コストが高いという問題がある。
【０００４】
そこで、共通の入力用光導波路と複数の出力用光導波路が配列されている光ファイバアレイに直角プリズムミラーを正対させ、光ファイバが並んでいる方向に直角プリズムミラーを移動させることにより、光導波路同士の結合状態を切り換えるものが案出されている。このようなタイプの光スイッチ装置は、例えば、直角プリズムミラーを搭載した可動体と、この可動体を光ファイバが並んでいる左右方向、および上下方向に移動可能にワイヤで支持する固定側部材とを有しており、可動体が、磁気駆動回路によって駆動制御されることにより、所望の位置に移動することにより光導波路を切り換える。
【０００５】
この種の光スイッチ装置においては、押圧部材によって可動体を固定側部材に向けて押し付け固定するクランプ機構を設けることにより、可動体の位置ずれを防止する構成が検討されている。但し、クランプ機構にバネの付勢力と磁気駆動回路とを併用した駆動機構を採用すると、バネの付勢力に抗する方向に動作させた際、その状態を維持するのにコイルに通電し続けなければならないという問題がある。これに対して、Ｙ方向で離間する位置に３つの磁芯を備えたＥ字状ヨークに対して、その中芯にコイルを巻回する一方、両外芯を延長し、その内側に永久磁石を配置した磁気駆動回路によれば、永久磁石の磁力によって、押圧部材を所定の位置に保持できるという利点がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５０８７４号公報
【特許文献２】特開２００４−７０１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のもののように、Ｅ字状ヨークを用いた場合には、一方の外芯と中芯との間に永久磁石を配置し、かつ、他方の外芯と中芯との間に永久磁石を配置する必要があるため、ヨークのＹ方向の寸法が大きくなってしまうという問題点がある。また、特許文献２に記載のものでは、Ｅ字状ヨークの側に２つの永久磁石を必ず配置する必要があるなど、設計の自由度が低いという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮可能な磁気駆動回路および光スイッチ装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、１つの永久磁石でも確実に動作可能な磁気駆動回路および光スイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路であって、Ｙ方向で離間した位置で対向して前記可動子のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯、および該一対の磁芯の端部同士を連結する連結部を備えた略Ｃ字形状のヨークと、該ヨークに巻回されたコイルと、前記可動子側あるいは前記ヨーク側に配置された永久磁石とを有し、前記コイルに通電されたときに前記ヨークが発生する磁束と前記永久磁石の磁束とが合成されて前記可動子を前記一対の磁芯の一方に近接する方向に駆動し、前記コイルへの通電を停止した状態では、前記永久磁石の磁力により、前記可動子を近接している磁芯の方に吸引させておくことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記永久磁石は、前記可動子の側に構成されていることが好ましい。本発明の磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークからはその通電方向に対応する方向の磁束が発生し、この磁束と、可動子側の永久磁石が発生する磁束とが合成されて可動子に作用する。従って、コイルの通電方向によって可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本発明では、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。さらに、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がないので、可動子の側に永久磁石を配置しても動作を妨げられることがなく、このように永久磁石を可動子の側に配置するのであれば、永久磁石が１つで済むという利点がある。
【００１１】
本発明において、前記可動子の側には、永久磁石を除く磁性体部を構成し、前記永久磁石は、前記一対の磁芯の各々に近接する位置に各々、配置してもよい。本発明の磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークからはその通電方向に対応する方向の磁束が発生し、この磁束と、ヨーク側の永久磁石が発生する磁束とが合成されて可動子側の磁性体部に作用する。従って、コイルの通電方向によって、ヨークの一対の磁芯において、可動子の磁性体部を吸引する力が入れ換わるので、可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本発明では、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００１２】
本発明に係る磁気駆動回路は、例えば、光スイッチ装置に用いることができる。この光スイッチ装置は、互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としたとき、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持する固定側部材と、前記可動体をＸ方向およびＹ方向に駆動する駆動手段と、前記可動体を前記固定側部材に押し付け固定したクランプ状態、および前記可動体を解放したアンクランプ状態に切り換える押圧部材とを有しており、前記磁気駆動回路は、当該押圧部材を前記可動子としてクランプ位置とアンクランプ位置とに変位させる。このように構成すると、コイルへの通電方向によってクランプ状態およびアンクランプ状態に切り換えることができる。また、クランプ状態およびアンクランプ状態は、コイルへの通電を停止しても維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークが発生する磁束と永久磁石の磁束とが合成されて可動子に作用する。従って、コイルの通電方向によって、可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。よって、本発明に係る磁気駆動回路を、例えば、光スイッチ装置において可動体に対するクランプ・アンクランプ用に用いれば、押圧部材の駆動部分のＹ方向の寸法を大幅に圧縮でき、かつ、コイルへの通電を停止しても可動体に対するクランプ状態およびアンクランプ状態を確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した光スイッチ装置を説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
（光スイッチ装置の基本原理）
図１は、本発明の光スイッチ装置の基本原理を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明では、互いに直交する方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向として説明する。
【００１６】
図１において、光スイッチ装置１は、Ｚ方向に延びた１本の入力側光ファイバ２０、および８本の出力側光ファイバ２１がＸ方向に沿って並列配置された８チャンネルの光スイッチ装置であり、入力側光ファイバ２０から出力された光を８本の出力側光ファイバ２１のいずれかに導くことができる。ここで、入力側光ファイバ２０と出力側光ファイバ２１とからなる光ファイバアレイ３は、光ファイバが、Ｘ方向で２５０μｍのピッチで等間隔に並んでいる。
【００１７】
本形態の光スイッチ装置１では、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置からＺ方向に向けて出射するための光反射部材として、Ｘ方向に駆動されるプリズムミラー１０が用いられている。プリズムミラー１０は、光がＺ方向から入出射する斜面１０１、この斜面１０１から入射してきた光をＸ方向に反射する第１の反射面１０２、およびこの第１の反射面１０２に対して直交し、第１の反射面１０２から反射してきた光を斜面１０１に向けて反射する第２の反射面１０３を備えた直角プリズムであり、斜面１０１（開口側）は光ファイバアレイ３に向けて正対している。また、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射する前に、コリメートレンズ２２により、コリメートな光となっている。なお、図示を省略するが、８本の出力側光ファイバ２１と、プリズムミラー１０の斜面１０１との間にもコリメートレンズが配置されている。
【００１８】
このように構成した光スイッチ装置１において、例えば、プリズムミラー１０が実線で示す位置に固定されているとする。この状態では、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射し、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３をそれぞれ９０度で反射する光路Ｌ１の経路を辿り、出力側光ファイバ２１の最右端にある出力側光ファイバ２１ａに導かれる。
【００１９】
次に、出力側の光導波路を出力側光ファイバ２１ａから、右側から６番目に位置する出力側光ファイバ２１ｆに切り換える場合には、プリズムミラー１０をＸ方向に駆動して点線で示す位置に移動させる。このようにプリズムミラー１０を移動させると、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３での反射位置が移動し、光路Ｌ２を辿って出力側光ファイバ２１ｆに導かれることになる。
【００２０】
ここで、光ファイバアレイ３では、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１が２５０μｍのピッチで並んでいるので、プリズムミラー１０については、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１のピッチの１／２倍に相当する１２５μｍ単位でＸ方向に移動させる。
【００２１】
（光スイッチ装置の全体構成）
図２は、本発明を適用した光スイッチ装置のＹ方向における断面図である。図３は、本発明の光スイッチ装置の前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で斜め後方からみた斜視図である。
【００２２】
図２に示すように、本発明の光スイッチ装置１は、偏平な略直方体形状を有しており、光スイッチ装置１の上側は、プリズムミラー１０が搭載された可動体２を付勢する押圧部材４１により覆われている。光スイッチ装置１の前半分には、図１に示した原理を用いた光スイッチ本体１００が搭載されている。光スイッチ装置１の後半分には、光スイッチ装置１の上側を覆う押圧部材４１とともにクランプ機構４０を構成するクランプ用磁気駆動回路７０が搭載されている。光スイッチ装置１の中央位置の左右両側には、固定側部材１３の底板１４の両側から一対の支柱４８が立ち上がり、一対の支柱４８の各々には、押圧部材４１の揺動支点５１が設けられている。
【００２３】
（光スイッチ本体の構成）
図３に示すように、光スイッチ装置１の前半分において、光スイッチ本体１００は、点線で示すプリズムミラー１０が搭載された可動体２と、この可動体２をＸ方向およびＹ方向に移動可能にサスペンションワイヤ４で支持する固定側部材１３と、可動体２をＸ方向およびＹ方向に駆動するミラー駆動用の磁気駆動回路とを有している。
【００２４】
可動体２には、プリズムミラー１０を搭載したプリズムミラー搭載部１１と、Ｙ方向駆動用の駆動コイル５、および左右一対のＸ方向駆動用の駆動コイル６が搭載されているフレーム部分１６とからなる。プリズムミラー１０は斜面１０１を前方に向けて、プリズムミラー搭載部１１のＸ方向の中央位置に搭載されている。
【００２５】
プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａには、Ｘ方向の全範囲にわたって、Ｖ字溝３０が一定のピッチで連続的に形成されている。本形態では、光ファイバアレイ３のピッチが２５０μｍであるので、それに対応して、Ｖ字溝３０のピッチは１２５μｍとしてある。プリズムミラー搭載部１１のさらに前方は、図１を参照して説明した光ファイバアレイ３が配置される領域であり、光ファイバアレイ３の入力側光ファイバ２０からの出射光、および光ファイバアレイ３の出力側光ファイバ２１への出射の各光軸を、光軸Ｌｉｎおよび光軸Ｌｏｕｔで示してある。
【００２６】
固定側部材１３は、光スイッチ装置１の底面を規定する底板１４と、底板１４に取り付けられた支持ベース１２と、固定部１５とからなる。底板１４には、Ｙ方向駆動用の駆動マグネット７、左右一対のＸ方向駆動用の駆動マグネット８、およびヨーク９が搭載されている。駆動マグネット７は、駆動用コイル５の内側に位置している。また、駆動マグネット８は、駆動コイル６に対向している。底板１４において、可動体２のプリズムミラー搭載部１１の真下位置には、可動体２を受ける固定部１５が設けられている。
【００２７】
固定部１５は、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａよりもＸ方向に長い寸法を有している。固定部１５の上面１５ａには、図６を参照して後述するように、可動体２の下面１１ａに形成されたＶ字溝３０（凹凸）と噛み合うＶ字溝３１（凹凸）が連続的に形成され、Ｖ字溝３１のピッチも１２５μｍである。ここで、可動体２のＸ方向への移動経路、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａ、および固定側部材１３に形成された固定部１５の上面１５ａは、互いに平行に形成されている。
【００２８】
支持ベース１２からは、可動体２を左右の両側から挟んで片持ち状態で支持する左右２本ずつのサスペンションワイヤ４が固定側部材１３の底板１４と平行に延びている。なお、可動体２に搭載された駆動コイル５、６に対する制御回路（図示せず）は、支持ベース１２の側に配置され、可動体２に搭載された駆動コイル５、６に対する通電はサスペンションワイヤ４を通電ラインとして行われる。
【００２９】
駆動マグネット７は、可動体２に搭載された駆動コイル５に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル５と対になって、可動体２をＹ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル５に通電することより、可動体２にはＹ方向の推力が加わる。また、駆動マグネット８は、可動体２に搭載された駆動コイル６に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル６と対になって、可動体２をＸ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル６に通電することより、可動体２にはＸ方向の推力が加わる。
【００３０】
（クランプ機構の構成）
図４は、本発明の光スイッチ装置の後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を斜め上方からみた斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、クランプ用磁気駆動回路で発生する磁束を示す説明図である。
【００３１】
図２、図４および図５において、本形態の光スイッチ装置１では、クランプ機構４０は、可動体２を付勢して固定側部材１３に固定する板状の押圧部材４１（可動子）と、この押圧部材４１を揺動可能に支持する揺動支点５１と、押圧部材４１を駆動するクランプ用磁気駆動回路７０とから構成され、このクランプ用磁気駆動回路７０に本発明の磁気駆動回路が適用されている。
【００３２】
押圧部材４１は、光スイッチ本体１００の上方を覆って光スイッチ装置１の後方まで延びる天板４２と、後端側で下方に折れ曲がった磁石保持部４３とを備えており、天板４２の前端部では、下方に半円形状の押圧突起４４が突き出ている。
【００３３】
本形態において、クランプ用磁気駆動回路７０は、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３とを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。永久磁石７３は、Ｙ方向における磁芯７１１、７１２の間に相当する高さ位置において、一方の磁極（例えば、Ｎ極）をヨーク７１の方に向けて、押圧部材４１の端部の磁石保持部４３に固着されている。従って、永久磁石７３からは、図５（ａ）、（ｂ）に矢印Ｌ１で示すように、ヨーク７１の側に位置する面側から背面側に向かう磁束が発生している。
【００３４】
従って、クランプ用磁気駆動回路７０において、図５（ａ）に示すように、クランプ用コイル７２に矢印Ｄで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、矢印Ｌ２で示すように、磁芯７１１から磁芯７１２に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が弱められるのに対して、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が強められるので、永久磁石７３には、下方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は下方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は浮き上がることになる。この状態がアンクランプ状態である。
【００３５】
このアンクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、永久磁石７３は、それ自身の磁力で、近接している磁芯７１２に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１２に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は下方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は浮き上がった状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もアンクランプ状態が維持される。
【００３６】
これに対して、図５（ｂ）に示すように、クランプ用コイル７２に矢印Ｕで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、矢印Ｌ３で示すように、磁芯７１２から磁芯７１１に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が弱められるのに対して、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が強められるので、永久磁石７３には、上方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は上方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は沈み込むことになる。この状態がクランプ状態である。
【００３７】
このクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、永久磁石７３は、それ自身の磁束で、近接している磁芯７１１に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１１に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は上方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は沈み込んだ状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もクランプ状態が維持される。
【００３８】
（光導波路切り換え動作の説明）
図６は、光スイッチ装置において光導波路を切り換える動作を行う際、可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、初期の固定位置では、可動体２は、押圧部材４１により固定側部材１３に向けて付勢され、固定されたクランプ状態にある。プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａおよび固定部１５の上面１５ａに形成されたＶ字溝３０、３１は係合した状態にある。
【００４０】
この状態から、光導波路を切り換える動作を行うには、まず、クランプ用コイル７２に対してアンクランプ方向（図５（ｂ）の矢印Ｄ方向）に通電する。また、同時に可動体２をＹ方向に浮上させる。その結果、図６（ｂ）に示すように、押圧部材４１は、前端部が浮き上がるように揺動支点５１を中心に揺動し、押圧部材４１の先端に位置する押圧突起４４が可動体２から浮き上がる。その後、クランプ用コイル７２に対する通電を停止する。
【００４１】
次に、駆動コイル６に通電して、図６（ｃ）に示すように、可動体２をＸ方向に移動させる。そして、可動体２がＸ方向の所望の位置まで移動してきたとき、図６（ｄ）のように、駆動コイル５への通電を停止して、サスペンションワイヤ４の弾性復帰力によって、可動体２をＹ方向下方に沈み込ませる。
【００４２】
次に、クランプ用コイル７２に対してクランプ方向（図５（ｂ）の矢印Ｕ方向）に通電する。その結果、図６（ｅ）に示すように、押圧部材４１は、可動体２をＹ方向下方に付勢して固定側部材１３に押し付け固定したクランプ状態になる。その際、可動体２に形成されたＶ字溝３０と、固定側部材１３に形成されたＶ字溝３１が噛み合い、可動体２は、Ｘ方向に位置決めされる。
【００４３】
しかる後に、駆動コイル６への通電を停止する。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止する。これにより、光導波路の切り換え動作が完了する。従って、入射側光ファイバ２０からプリズムミラー１０に入射した光は、プリズムミラー１０を介して、所定の出力側光ファイバ２１に出射されることになる。
【００４４】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態のクランプ用磁気駆動回路７０および光スイッチ装置１では、クランプ用コイル７２に通電すると、ヨーク７１からはその通電方向に対応する方向の磁力が発生し、この磁力と、押圧部材４０側の永久磁石７３が発生する磁力とが合成されて押圧部材４０側に作用する。従って、クランプ用コイル７２の通電方向によって、押圧部材４０の変位方向を制御できる。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止しても、永久磁石７３の磁力により、押圧部材４０側を近接している磁芯の方に吸引させ、押圧部材４１をそこに保持しておくことができる。それ故、押圧部材４１を停止させておく期間、クランプ用コイル７２に対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。
【００４５】
また、本発明では、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がない。それ故、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２同士を近接配置できる分、ヨーク７１のＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００４６】
さらに、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がないので、押圧部材４１の側に永久磁石７３を配置しても動作を妨げられることがなく、このように永久磁石７３を押圧部材４１の側に配置するのであれば、永久磁石７３が１つで済むという利点がある。
【００４７】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置のクランプ用磁気駆動回路の説明図である。なお、本形態に係る光スイッチ装置は、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００４８】
図７に示すように、本形態の光スイッチ装置１′でも、実施の形態１と同様、クランプ機構４０は、可動体２（図２、３を参照）を付勢して固定側部材１３（図２、３を参照）に固定する板状の押圧部材４１（可動子）と、この押圧部材４１を揺動可能に支持する揺動支点５１（図２を参照）と、押圧部材４１を駆動するクランプ用磁気駆動回路７０Ａとから構成され、このクランプ用磁気駆動回路７０Ａに本発明の磁気駆動回路が適用されている。
【００４９】
本形態において、クランプ用磁気駆動回路７０Ａは、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３Ａ、７３Ｂとを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。ここで、磁芯７１１の先端部７１３は下方に屈曲し、磁芯７１２先端部７１４は上方に屈曲している。
【００５０】
本形態において、永久磁石７３Ａは、磁芯７１１の内側の面に対して、先端部７１３の屈曲部分に固着され、永久磁石７３Ａの下面と磁芯７１１の先端部７１３Ｂの下面とは同一平面を構成している。永久磁石７３Ｂは、磁芯７１２の内側の面に対して、先端部７１４の屈曲部分に固着され、永久磁石７３Ｂの上面と磁芯７１２の先端部７１４の上面とは同一平面を構成している。ここで、永久磁石７３Ａ、７３Ｂは、同一の磁極同士（例えば、Ｎ極同士）を対向させている。
【００５１】
また、本形態において、押圧部材４１の後端部には、永久磁石を除く磁性体部としての鉄片７４が固着され、この鉄片７４は、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２の間、および永久磁石７３Ａ、７３Ｂの間に位置している。
【００５２】
従って、クランプ用磁気駆動回路７０Ａにおいて、クランプ用コイル７２に矢印Ｕで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、磁芯７１２から磁芯７１１に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が強められるのに対して、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が弱められるので、鉄片７４には、上方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は上方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は沈み込むことになる。この状態がクランプ状態である。
【００５３】
このクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、鉄片７４は、永久磁石７３Ａの磁力で、近接している磁芯７１１に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１１に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は上方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は沈み込んだ状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もクランプ状態が維持される。
【００５４】
これに対して、クランプ用コイル７２に矢印Ｄで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、磁芯７１１から磁芯７１２に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１２の付近では磁束が強められるのに対して、磁芯７１１の付近では磁束が弱められるので、鉄片７４には、下方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は下方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は浮き上がることになる。この状態がアンクランプ状態である。
【００５５】
このアンクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、鉄片７４は、永久磁石７３Ｂの磁力で、近接している磁芯７１２に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１２に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は下方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は浮き上がった状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もアンクランプ状態が維持される。
【００５６】
このように本形態のクランプ用磁気駆動回路７０Ａおよび光スイッチ装置１′でも、クランプ用コイル７２に通電すると、ヨーク７１からはその通電方向に対応する方向の磁力が発生し、この磁力と、押圧部材４０側の永久磁石７３が発生する磁力とが合成されて押圧部材４０側に作用する。従って、クランプ用コイル７２の通電方向によって、押圧部材４０の変位方向を制御できる。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止しても、永久磁石７３Ａ、７３Ｂの磁力により、押圧部材４０を近接している磁芯の方に吸引させ、押圧部材４１をそこに保持しておくことができる。それ故、押圧部材４１を停止させておく期間、クランプ用コイル７２に対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本形態でも、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がない。それ故、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２同士を近接配置できる分、ヨーク７１のＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００５７】
［その他の実施の形態］
上記形態１、２では、光ファイバの交換機に用いられる光導波路切り換え装置に本発明を適用した例であったが、光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器に本発明を適用してもよい。
【００５８】
また、上記形態１、２では、本発明を適用した磁気駆動回路を光スイッチ装置のクランプ機構に用いた例であったが、電源スイッチのようなＯＮ−ＯＦＦ（２値動作）で済むような駆動機構や２焦点レンズのアクチュエータなどに対して本発明に係る磁気駆動回路を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明が適用される光導波路切り換え装置の原理を模式的に表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置のＹ方向における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で斜め後方からみた斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を斜め上方からみた斜視図である。
【図５】図４に示すクランプ用磁気駆動回路で発生する磁束を示す説明図である。
【図６】本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置のクランプ用磁気駆動回路の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、１′ 光スイッチ装置
２ 可動体
３ 光ファイバアレイ
４ サスペンションワイヤ
１０ プリズムミラー
１３ 固定側部材
４０ クランプ機構
４１ 押圧部材（可動子）
５１ 揺動支点
７０、７０Ａ クランプ用磁気駆動回路
７１ ヨーク
７２ クランプ用コイル
７３、７３Ａ、７３Ｂ 永久磁石
７４ 鉄片（磁性体部）
１００ 光スイッチ本体
７１１、７１２ 磁芯
７１３ 連結部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路、およびこの磁気駆動回路を備えた光導波路切り換え装置や可変光減衰器などの光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバなどの光導波路同士の結合状態を切り換える光スイッチ装置としては、光ファイバの熱による屈折率変動を利用する光導波路タイプのもの、半導体プロセスによるマイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを利用するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）タイプのものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
前者の光導波路タイプの光導波路切り換え装置は、光導波路ファイバの結合や分岐による光学的なロスが大きい。また、光導波路を切り換え後の状態を保持するために、常時ヒータに電力を供給しておく必要があり、装置の寿命が比較的短い。また、ＭＥＭＳタイプの光スイッチは半導体プロセスを利用するために製造コストが高いという問題がある。
【０００４】
そこで、共通の入力用光導波路と複数の出力用光導波路が配列されている光ファイバアレイに直角プリズムミラーを正対させ、光ファイバが並んでいる方向に直角プリズムミラーを移動させることにより、光導波路同士の結合状態を切り換えるものが案出されている。このようなタイプの光スイッチ装置は、例えば、直角プリズムミラーを搭載した可動体と、この可動体を光ファイバが並んでいる左右方向、および上下方向に移動可能にワイヤで支持する固定側部材とを有しており、可動体が、磁気駆動回路によって駆動制御されることにより、所望の位置に移動することにより光導波路を切り換える。
【０００５】
この種の光スイッチ装置においては、押圧部材によって可動体を固定側部材に向けて押し付け固定するクランプ機構を設けることにより、可動体の位置ずれを防止する構成が検討されている。但し、クランプ機構にバネの付勢力と磁気駆動回路とを併用した駆動機構を採用すると、バネの付勢力に抗する方向に動作させた際、その状態を維持するのにコイルに通電し続けなければならないという問題がある。これに対して、Ｙ方向で離間する位置に３つの磁芯を備えたＥ字状ヨークに対して、その中芯にコイルを巻回する一方、両外芯を延長し、その内側に永久磁石を配置した磁気駆動回路によれば、永久磁石の磁力によって、押圧部材を所定の位置に保持できるという利点がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５０８７４号公報
【特許文献２】特開２００４−７０１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のもののように、Ｅ字状ヨークを用いた場合には、一方の外芯と中芯との間に永久磁石を配置し、かつ、他方の外芯と中芯との間に永久磁石を配置する必要があるため、ヨークのＹ方向の寸法が大きくなってしまうという問題点がある。また、特許文献２に記載のものでは、Ｅ字状ヨークの側に２つの永久磁石を必ず配置する必要があるなど、設計の自由度が低いという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮可能な磁気駆動回路および光スイッチ装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、１つの永久磁石でも確実に動作可能な磁気駆動回路および光スイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路であって、Ｙ方向で離間した位置で対向して前記可動子のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯、および該一対の磁芯の端部同士を連結する連結部を備えた略Ｃ字形状のヨークと、該ヨークに巻回されたコイルと、前記可動子側あるいは前記ヨーク側に配置された永久磁石とを有し、前記コイルに通電されたときに前記ヨークが発生する磁束と前記永久磁石の磁束とが合成されて前記可動子を前記一対の磁芯の一方に近接する方向に駆動し、前記コイルへの通電を停止した状態では、前記永久磁石の磁力により、前記可動子を近接している磁芯の方に吸引させておくことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記永久磁石は、前記可動子の側に構成されていることが好ましい。本発明の磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークからはその通電方向に対応する方向の磁束が発生し、この磁束と、可動子側の永久磁石が発生する磁束とが合成されて可動子に作用する。従って、コイルの通電方向によって可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本発明では、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。さらに、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がないので、可動子の側に永久磁石を配置しても動作を妨げられることがなく、このように永久磁石を可動子の側に配置するのであれば、永久磁石が１つで済むという利点がある。
【００１１】
本発明において、前記可動子の側には、永久磁石を除く磁性体部を構成し、前記永久磁石は、前記一対の磁芯の各々に近接する位置に各々、配置してもよい。本発明の磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークからはその通電方向に対応する方向の磁束が発生し、この磁束と、ヨーク側の永久磁石が発生する磁束とが合成されて可動子側の磁性体部に作用する。従って、コイルの通電方向によって、ヨークの一対の磁芯において、可動子の磁性体部を吸引する力が入れ換わるので、可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本発明では、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００１２】
本発明に係る磁気駆動回路は、例えば、光スイッチ装置に用いることができる。この光スイッチ装置は、互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としたとき、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持する固定側部材と、前記可動体をＸ方向およびＹ方向に駆動する駆動手段と、前記可動体を前記固定側部材に押し付け固定したクランプ状態、および前記可動体を解放したアンクランプ状態に切り換える押圧部材とを有しており、前記磁気駆動回路は、当該押圧部材を前記可動子としてクランプ位置とアンクランプ位置とに変位させる。このように構成すると、コイルへの通電方向によってクランプ状態およびアンクランプ状態に切り換えることができる。また、クランプ状態およびアンクランプ状態は、コイルへの通電を停止しても維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る磁気駆動回路では、コイルに通電すると、ヨークが発生する磁束と永久磁石の磁束とが合成されて可動子に作用する。従って、コイルの通電方向によって、可動子の変位方向を制御できる。また、コイルに対する通電を停止しても、永久磁石の磁力により、可動子を近接している磁芯の方に吸引させ、可動子をそこに保持しておくことができる。それ故、可動子を停止させておく期間、コイルに対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、略Ｃ字形状のヨークを用いているため、中芯がない。それ故、ヨークの磁芯同士を近接配置できる分、ヨークのＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。よって、本発明に係る磁気駆動回路を、例えば、光スイッチ装置において可動体に対するクランプ・アンクランプ用に用いれば、押圧部材の駆動部分のＹ方向の寸法を大幅に圧縮でき、かつ、コイルへの通電を停止しても可動体に対するクランプ状態およびアンクランプ状態を確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した光スイッチ装置を説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
（光スイッチ装置の基本原理）
図１は、本発明の光スイッチ装置の基本原理を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明では、互いに直交する方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向として説明する。
【００１６】
図１において、光スイッチ装置１は、Ｚ方向に延びた１本の入力側光ファイバ２０、および８本の出力側光ファイバ２１がＸ方向に沿って並列配置された８チャンネルの光スイッチ装置であり、入力側光ファイバ２０から出力された光を８本の出力側光ファイバ２１のいずれかに導くことができる。ここで、入力側光ファイバ２０と出力側光ファイバ２１とからなる光ファイバアレイ３は、光ファイバが、Ｘ方向で２５０μｍのピッチで等間隔に並んでいる。
【００１７】
本形態の光スイッチ装置１では、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置からＺ方向に向けて出射するための光反射部材として、Ｘ方向に駆動されるプリズムミラー１０が用いられている。プリズムミラー１０は、光がＺ方向から入出射する斜面１０１、この斜面１０１から入射してきた光をＸ方向に反射する第１の反射面１０２、およびこの第１の反射面１０２に対して直交し、第１の反射面１０２から反射してきた光を斜面１０１に向けて反射する第２の反射面１０３を備えた直角プリズムであり、斜面１０１（開口側）は光ファイバアレイ３に向けて正対している。また、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射する前に、コリメートレンズ２２により、コリメートな光となっている。なお、図示を省略するが、８本の出力側光ファイバ２１と、プリズムミラー１０の斜面１０１との間にもコリメートレンズが配置されている。
【００１８】
このように構成した光スイッチ装置１において、例えば、プリズムミラー１０が実線で示す位置に固定されているとする。この状態では、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射し、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３をそれぞれ９０度で反射する光路Ｌ１の経路を辿り、出力側光ファイバ２１の最右端にある出力側光ファイバ２１ａに導かれる。
【００１９】
次に、出力側の光導波路を出力側光ファイバ２１ａから、右側から６番目に位置する出力側光ファイバ２１ｆに切り換える場合には、プリズムミラー１０をＸ方向に駆動して点線で示す位置に移動させる。このようにプリズムミラー１０を移動させると、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３での反射位置が移動し、光路Ｌ２を辿って出力側光ファイバ２１ｆに導かれることになる。
【００２０】
ここで、光ファイバアレイ３では、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１が２５０μｍのピッチで並んでいるので、プリズムミラー１０については、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１のピッチの１／２倍に相当する１２５μｍ単位でＸ方向に移動させる。
【００２１】
（光スイッチ装置の全体構成）
図２は、本発明を適用した光スイッチ装置のＹ方向における断面図である。図３は、本発明の光スイッチ装置の前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で斜め後方からみた斜視図である。
【００２２】
図２に示すように、本発明の光スイッチ装置１は、偏平な略直方体形状を有しており、光スイッチ装置１の上側は、プリズムミラー１０が搭載された可動体２を付勢する押圧部材４１により覆われている。光スイッチ装置１の前半分には、図１に示した原理を用いた光スイッチ本体１００が搭載されている。光スイッチ装置１の後半分には、光スイッチ装置１の上側を覆う押圧部材４１とともにクランプ機構４０を構成するクランプ用磁気駆動回路７０が搭載されている。光スイッチ装置１の中央位置の左右両側には、固定側部材１３の底板１４の両側から一対の支柱４８が立ち上がり、一対の支柱４８の各々には、押圧部材４１の揺動支点５１が設けられている。
【００２３】
（光スイッチ本体の構成）
図３に示すように、光スイッチ装置１の前半分において、光スイッチ本体１００は、点線で示すプリズムミラー１０が搭載された可動体２と、この可動体２をＸ方向およびＹ方向に移動可能にサスペンションワイヤ４で支持する固定側部材１３と、可動体２をＸ方向およびＹ方向に駆動するミラー駆動用の磁気駆動回路とを有している。
【００２４】
可動体２には、プリズムミラー１０を搭載したプリズムミラー搭載部１１と、Ｙ方向駆動用の駆動コイル５、および左右一対のＸ方向駆動用の駆動コイル６が搭載されているフレーム部分１６とからなる。プリズムミラー１０は斜面１０１を前方に向けて、プリズムミラー搭載部１１のＸ方向の中央位置に搭載されている。
【００２５】
プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａには、Ｘ方向の全範囲にわたって、Ｖ字溝３０が一定のピッチで連続的に形成されている。本形態では、光ファイバアレイ３のピッチが２５０μｍであるので、それに対応して、Ｖ字溝３０のピッチは１２５μｍとしてある。プリズムミラー搭載部１１のさらに前方は、図１を参照して説明した光ファイバアレイ３が配置される領域であり、光ファイバアレイ３の入力側光ファイバ２０からの出射光、および光ファイバアレイ３の出力側光ファイバ２１への出射の各光軸を、光軸Ｌｉｎおよび光軸Ｌｏｕｔで示してある。
【００２６】
固定側部材１３は、光スイッチ装置１の底面を規定する底板１４と、底板１４に取り付けられた支持ベース１２と、固定部１５とからなる。底板１４には、Ｙ方向駆動用の駆動マグネット７、左右一対のＸ方向駆動用の駆動マグネット８、およびヨーク９が搭載されている。駆動マグネット７は、駆動用コイル５の内側に位置している。また、駆動マグネット８は、駆動コイル６に対向している。底板１４において、可動体２のプリズムミラー搭載部１１の真下位置には、可動体２を受ける固定部１５が設けられている。
【００２７】
固定部１５は、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａよりもＸ方向に長い寸法を有している。固定部１５の上面１５ａには、図６を参照して後述するように、可動体２の下面１１ａに形成されたＶ字溝３０（凹凸）と噛み合うＶ字溝３１（凹凸）が連続的に形成され、Ｖ字溝３１のピッチも１２５μｍである。ここで、可動体２のＸ方向への移動経路、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａ、および固定側部材１３に形成された固定部１５の上面１５ａは、互いに平行に形成されている。
【００２８】
支持ベース１２からは、可動体２を左右の両側から挟んで片持ち状態で支持する左右２本ずつのサスペンションワイヤ４が固定側部材１３の底板１４と平行に延びている。なお、可動体２に搭載された駆動コイル５、６に対する制御回路（図示せず）は、支持ベース１２の側に配置され、可動体２に搭載された駆動コイル５、６に対する通電はサスペンションワイヤ４を通電ラインとして行われる。
【００２９】
駆動マグネット７は、可動体２に搭載された駆動コイル５に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル５と対になって、可動体２をＹ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル５に通電することより、可動体２にはＹ方向の推力が加わる。また、駆動マグネット８は、可動体２に搭載された駆動コイル６に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル６と対になって、可動体２をＸ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル６に通電することより、可動体２にはＸ方向の推力が加わる。
【００３０】
（クランプ機構の構成）
図４は、本発明の光スイッチ装置の後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を斜め上方からみた斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、クランプ用磁気駆動回路で発生する磁束を示す説明図である。
【００３１】
図２、図４および図５において、本形態の光スイッチ装置１では、クランプ機構４０は、可動体２を付勢して固定側部材１３に固定する板状の押圧部材４１（可動子）と、この押圧部材４１を揺動可能に支持する揺動支点５１と、押圧部材４１を駆動するクランプ用磁気駆動回路７０とから構成され、このクランプ用磁気駆動回路７０に本発明の磁気駆動回路が適用されている。
【００３２】
押圧部材４１は、光スイッチ本体１００の上方を覆って光スイッチ装置１の後方まで延びる天板４２と、後端側で下方に折れ曲がった磁石保持部４３とを備えており、天板４２の前端部では、下方に半円形状の押圧突起４４が突き出ている。
【００３３】
本形態において、クランプ用磁気駆動回路７０は、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３とを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。永久磁石７３は、Ｙ方向における磁芯７１１、７１２の間に相当する高さ位置において、一方の磁極（例えば、Ｎ極）をヨーク７１の方に向けて、押圧部材４１の端部の磁石保持部４３に固着されている。従って、永久磁石７３からは、図５（ａ）、（ｂ）に矢印Ｌ１で示すように、ヨーク７１の側に位置する面側から背面側に向かう磁束が発生している。
【００３４】
従って、クランプ用磁気駆動回路７０において、図５（ａ）に示すように、クランプ用コイル７２に矢印Ｄで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、矢印Ｌ２で示すように、磁芯７１１から磁芯７１２に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が弱められるのに対して、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が強められるので、永久磁石７３には、下方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は下方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は浮き上がることになる。この状態がアンクランプ状態である。
【００３５】
このアンクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、永久磁石７３は、それ自身の磁力で、近接している磁芯７１２に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１２に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は下方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は浮き上がった状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もアンクランプ状態が維持される。
【００３６】
これに対して、図５（ｂ）に示すように、クランプ用コイル７２に矢印Ｕで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、矢印Ｌ３で示すように、磁芯７１２から磁芯７１１に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が弱められるのに対して、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が強められるので、永久磁石７３には、上方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は上方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は沈み込むことになる。この状態がクランプ状態である。
【００３７】
このクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、永久磁石７３は、それ自身の磁束で、近接している磁芯７１１に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１１に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は上方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は沈み込んだ状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もクランプ状態が維持される。
【００３８】
（光導波路切り換え動作の説明）
図６は、光スイッチ装置において光導波路を切り換える動作を行う際、可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、初期の固定位置では、可動体２は、押圧部材４１により固定側部材１３に向けて付勢され、固定されたクランプ状態にある。プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａおよび固定部１５の上面１５ａに形成されたＶ字溝３０、３１は係合した状態にある。
【００４０】
この状態から、光導波路を切り換える動作を行うには、まず、クランプ用コイル７２に対してアンクランプ方向（図５（ｂ）の矢印Ｄ方向）に通電する。また、同時に可動体２をＹ方向に浮上させる。その結果、図６（ｂ）に示すように、押圧部材４１は、前端部が浮き上がるように揺動支点５１を中心に揺動し、押圧部材４１の先端に位置する押圧突起４４が可動体２から浮き上がる。その後、クランプ用コイル７２に対する通電を停止する。
【００４１】
次に、駆動コイル６に通電して、図６（ｃ）に示すように、可動体２をＸ方向に移動させる。そして、可動体２がＸ方向の所望の位置まで移動してきたとき、図６（ｄ）のように、駆動コイル５への通電を停止して、サスペンションワイヤ４の弾性復帰力によって、可動体２をＹ方向下方に沈み込ませる。
【００４２】
次に、クランプ用コイル７２に対してクランプ方向（図５（ｂ）の矢印Ｕ方向）に通電する。その結果、図６（ｅ）に示すように、押圧部材４１は、可動体２をＹ方向下方に付勢して固定側部材１３に押し付け固定したクランプ状態になる。その際、可動体２に形成されたＶ字溝３０と、固定側部材１３に形成されたＶ字溝３１が噛み合い、可動体２は、Ｘ方向に位置決めされる。
【００４３】
しかる後に、駆動コイル６への通電を停止する。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止する。これにより、光導波路の切り換え動作が完了する。従って、入射側光ファイバ２０からプリズムミラー１０に入射した光は、プリズムミラー１０を介して、所定の出力側光ファイバ２１に出射されることになる。
【００４４】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態のクランプ用磁気駆動回路７０および光スイッチ装置１では、クランプ用コイル７２に通電すると、ヨーク７１からはその通電方向に対応する方向の磁力が発生し、この磁力と、押圧部材４０側の永久磁石７３が発生する磁力とが合成されて押圧部材４０側に作用する。従って、クランプ用コイル７２の通電方向によって、押圧部材４０の変位方向を制御できる。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止しても、永久磁石７３の磁力により、押圧部材４０側を近接している磁芯の方に吸引させ、押圧部材４１をそこに保持しておくことができる。それ故、押圧部材４１を停止させておく期間、クランプ用コイル７２に対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。
【００４５】
また、本発明では、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がない。それ故、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２同士を近接配置できる分、ヨーク７１のＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００４６】
さらに、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がないので、押圧部材４１の側に永久磁石７３を配置しても動作を妨げられることがなく、このように永久磁石７３を押圧部材４１の側に配置するのであれば、永久磁石７３が１つで済むという利点がある。
【００４７】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置のクランプ用磁気駆動回路の説明図である。なお、本形態に係る光スイッチ装置は、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００４８】
図７に示すように、本形態の光スイッチ装置１′でも、実施の形態１と同様、クランプ機構４０は、可動体２（図２、３を参照）を付勢して固定側部材１３（図２、３を参照）に固定する板状の押圧部材４１（可動子）と、この押圧部材４１を揺動可能に支持する揺動支点５１（図２を参照）と、押圧部材４１を駆動するクランプ用磁気駆動回路７０Ａとから構成され、このクランプ用磁気駆動回路７０Ａに本発明の磁気駆動回路が適用されている。
【００４９】
本形態において、クランプ用磁気駆動回路７０Ａは、ヨーク７１と、このヨーク７１に巻回されたクランプ用コイル７２と、永久磁石７３Ａ、７３Ｂとを有している。ヨーク７１は、Ｙ方向で離間した位置で対向して押圧部材４１のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯７１１、７１２、および一対の磁芯７１１、７１２の端部同士を連結する連結部７１３を備えた略Ｃ字形状を有しており、クランプ用コイル７２は、ヨーク７１の連結部７１３に巻回されている。ここで、磁芯７１１の先端部７１３は下方に屈曲し、磁芯７１２先端部７１４は上方に屈曲している。
【００５０】
本形態において、永久磁石７３Ａは、磁芯７１１の内側の面に対して、先端部７１３の屈曲部分に固着され、永久磁石７３Ａの下面と磁芯７１１の先端部７１３Ｂの下面とは同一平面を構成している。永久磁石７３Ｂは、磁芯７１２の内側の面に対して、先端部７１４の屈曲部分に固着され、永久磁石７３Ｂの上面と磁芯７１２の先端部７１４の上面とは同一平面を構成している。ここで、永久磁石７３Ａ、７３Ｂは、同一の磁極同士（例えば、Ｎ極同士）を対向させている。
【００５１】
また、本形態において、押圧部材４１の後端部には、永久磁石を除く磁性体部としての鉄片７４が固着され、この鉄片７４は、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２の間、および永久磁石７３Ａ、７３Ｂの間に位置している。
【００５２】
従って、クランプ用磁気駆動回路７０Ａにおいて、クランプ用コイル７２に矢印Ｕで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、磁芯７１２から磁芯７１１に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１１の付近Ｃ１では磁束が強められるのに対して、磁芯７１２の付近Ｃ２では磁束が弱められるので、鉄片７４には、上方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は上方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は沈み込むことになる。この状態がクランプ状態である。
【００５３】
このクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、鉄片７４は、永久磁石７３Ａの磁力で、近接している磁芯７１１に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１１に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は上方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は沈み込んだ状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もクランプ状態が維持される。
【００５４】
これに対して、クランプ用コイル７２に矢印Ｄで示す方向に通電すると、ヨーク７１では、磁芯７１１から磁芯７１２に向かう磁束が発生する。その結果、磁芯７１２の付近では磁束が強められるのに対して、磁芯７１１の付近では磁束が弱められるので、鉄片７４には、下方に向かう力が作用し、押圧部材４１の後端部は下方に移動する。その結果、押圧部材４１の前端部は浮き上がることになる。この状態がアンクランプ状態である。
【００５５】
このアンクランプ状態に移行した後、クランプ用コイル７２への通電を停止しても、鉄片７４は、永久磁石７３Ｂの磁力で、近接している磁芯７１２に吸引されたままであり、押圧部材４１の後端部は、近接している磁芯７１２に吸引された状態に保持される。従って、押圧部材４１の後端部は下方に変位したままであり、押圧部材４１の前端部は浮き上がった状態のままである。それ故、クランプ用コイル７２への通電を停止した以降もアンクランプ状態が維持される。
【００５６】
このように本形態のクランプ用磁気駆動回路７０Ａおよび光スイッチ装置１′でも、クランプ用コイル７２に通電すると、ヨーク７１からはその通電方向に対応する方向の磁力が発生し、この磁力と、押圧部材４０側の永久磁石７３が発生する磁力とが合成されて押圧部材４０側に作用する。従って、クランプ用コイル７２の通電方向によって、押圧部材４０の変位方向を制御できる。また、クランプ用コイル７２に対する通電を停止しても、永久磁石７３Ａ、７３Ｂの磁力により、押圧部材４０を近接している磁芯の方に吸引させ、押圧部材４１をそこに保持しておくことができる。それ故、押圧部材４１を停止させておく期間、クランプ用コイル７２に対する通電が必要ないので、省電力化を図ることができる。また、本形態でも、略Ｃ字形状のヨーク７１を用いているため、中芯がない。それ故、ヨーク７１の磁芯７１１、７１２同士を近接配置できる分、ヨーク７１のＹ方向の寸法を大幅に圧縮できる。
【００５７】
［その他の実施の形態］
上記形態１、２では、光ファイバの交換機に用いられる光導波路切り換え装置に本発明を適用した例であったが、光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器に本発明を適用してもよい。
【００５８】
また、上記形態１、２では、本発明を適用した磁気駆動回路を光スイッチ装置のクランプ機構に用いた例であったが、電源スイッチのようなＯＮ−ＯＦＦ（２値動作）で済むような駆動機構や２焦点レンズのアクチュエータなどに対して本発明に係る磁気駆動回路を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明が適用される光導波路切り換え装置の原理を模式的に表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置のＹ方向における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で斜め後方からみた斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ装置の後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を斜め上方からみた斜視図である。
【図５】図４に示すクランプ用磁気駆動回路で発生する磁束を示す説明図である。
【図６】本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光スイッチ装置のクランプ用磁気駆動回路の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、１′ 光スイッチ装置
２ 可動体
３ 光ファイバアレイ
４ サスペンションワイヤ
１０ プリズムミラー
１３ 固定側部材
４０ クランプ機構
４１ 押圧部材（可動子）
５１ 揺動支点
７０、７０Ａ クランプ用磁気駆動回路
７１ ヨーク
７２ クランプ用コイル
７３、７３Ａ、７３Ｂ 永久磁石
７４ 鉄片（磁性体部）
１００ 光スイッチ本体
７１１、７１２ 磁芯
７１３ 連結部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路であって、
Ｙ方向で離間した位置で対向して前記可動子のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯、および該一対の磁芯の端部同士を連結する連結部を備えた略Ｃ字形状のヨークと、
該ヨークに巻回されたコイルと、
前記可動子側あるいは前記ヨーク側に配置された永久磁石とを有し、
前記コイルに通電されたときに前記ヨークが発生する磁束と前記永久磁石の磁束とが合成されて前記可動子を前記一対の磁芯の一方に近接する方向に駆動し、前記コイルへの通電を停止した状態では、前記永久磁石の磁力により、前記可動子を近接している磁芯の方に吸引させておくことを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石は、前記可動子の側に構成されていることを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項３】
請求項１において、前記可動子の側には、永久磁石を除く磁性体部が構成され、
前記永久磁石は、前記一対の磁芯の各々に近接する位置に各々、配置されていることを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに規定する磁気駆動回路を備えた光スイッチ装置であって、
互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としたとき、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持する固定側部材と、前記可動体をＸ方向およびＹ方向に駆動する駆動手段と、前記可動体を前記固定側部材に押し付け固定したクランプ状態、および前記可動体を解放したアンクランプ状態に切り換える押圧部材とを有し、
前記磁気駆動回路は、当該押圧部材を前記可動子としてクランプ位置とアンクランプ位置とに変位させることを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項１】
可動子をＹ方向に変位させる磁気駆動回路であって、
Ｙ方向で離間した位置で対向して前記可動子のＹ方向における動作領域を設定する一対の磁芯、および該一対の磁芯の端部同士を連結する連結部を備えた略Ｃ字形状のヨークと、
該ヨークに巻回されたコイルと、
前記可動子側あるいは前記ヨーク側に配置された永久磁石とを有し、
前記コイルに通電されたときに前記ヨークが発生する磁束と前記永久磁石の磁束とが合成されて前記可動子を前記一対の磁芯の一方に近接する方向に駆動し、前記コイルへの通電を停止した状態では、前記永久磁石の磁力により、前記可動子を近接している磁芯の方に吸引させておくことを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石は、前記可動子の側に構成されていることを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項３】
請求項１において、前記可動子の側には、永久磁石を除く磁性体部が構成され、
前記永久磁石は、前記一対の磁芯の各々に近接する位置に各々、配置されていることを特徴とする磁気駆動回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに規定する磁気駆動回路を備えた光スイッチ装置であって、
互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としたとき、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持する固定側部材と、前記可動体をＸ方向およびＹ方向に駆動する駆動手段と、前記可動体を前記固定側部材に押し付け固定したクランプ状態、および前記可動体を解放したアンクランプ状態に切り換える押圧部材とを有し、
前記磁気駆動回路は、当該押圧部材を前記可動子としてクランプ位置とアンクランプ位置とに変位させることを特徴とする光スイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１０８４７（Ｐ２００６−１０８４７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８５１３６（Ｐ２００４−１８５１３６）
【出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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