JPWO2006106773A1 - アクチュエータユニット - Google Patents

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

本発明は、一方の部材に対して他方の部材を駆動するアクチュエータユニットに関し、特に光スイ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）アクチュエータユニットに関するものである。

従来、一方の部材に対して他方の部材を駆動するアクチュエータとして、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。）。

この特許文献１に示されたアクチュエータは、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。特に大きな力や長いストロークを必要としない光スイッチ用として、好適なアクチュエータを求めていた発明者は、この有極電磁石装置に注目した。
実公平１−１０８８９号公報（第２頁、第１図）

こうしたＥ字型ヨークを用いた有極電磁石装置を光スイッチのアクチュ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かった。

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いようにその可動子の配置状態を規定でき、光スイッチ用に適したアクチュエータユニットを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータユニットは、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、このアクチュエータユニットは、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化する。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。

本発明のアクチュエータユニットは、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／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。これによって、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。

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、互いに三ヶ所以上で点接触、あるいは二ヶ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きる。

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。

本発明のアクチュ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、本発明のアクチュエータユニットは、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化することができる。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、本発明のアクチュエータユニットは、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。

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、本発明のアクチュエータユニットは、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）を小さくすることができる。

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、本発明のアクチュエータユニットは、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。

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、光スイッチ等の光デバイス用に適したアクチュエータユニットを提供できるものである。

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。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態に係る光スイッチの構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る光スイッチ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３１によって、光反射素子としての可動ミラー３２へ向かう方向に反射される。可動ミラー３２は、アクチュエータユニット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を光の光路上から外した状態を示す。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を駆動するアクチュエータユニット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、プラットフォーム１１に固定されている。

図２から図４までに示すように、アクチュエータユニット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。アクチュエータユニット１００は、固定部本体１１０および可動子１２０が一体化されている。

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１２０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１１５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とを逆極性に磁化する電磁石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１１５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１２０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、アルミナジルコニ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１１１ａにそれぞれ差し込まれて固定部本体１１０に固定されている。

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１１３ｂ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っている。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１２２ｄ、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。

次に、光スイッチ１０の動作について説明する。

アクチュエータユニット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、外部から光ファイバ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、アクチュエータユニット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、外部から光ファイバ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、光スイッチ１０は、アクチュエータユニット１００の動作に応じて光路を切り換えることができる。

以下、アクチュエータユニット１００の動作について詳細に説明する。

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との間に磁気吸引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。

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字型ヨーク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との間に磁気吸引力が発生するので、可動子１２０が矢印１０１ｂ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。

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〜１２２ｇ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。

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の一方に接触している位置から一端部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。アクチュエータユニット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。

以上に説明したように、アクチュエータユニット１００は、固定部本体１１０および可動子１２０が一体化されているので、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、光スイッチ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。

また、アクチュエータユニット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によって案内部が構成されている。これら２本の柱１１７ａ、１１７ｂ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の穴部１２２ｄおよび１２２ｅが一方の柱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。しかも、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１２２ｄ〜１２２ｇと各柱１１７ａおよび１１７ｂ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いる。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。

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。

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１２０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を光路から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。

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。

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、バインダーとなるナイロン等の樹脂材料によって振動衝撃に対する耐性が高くなっているので、可動子１２０に設けられる永久磁石１２１として適している。

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。これによって、アクチュエータユニット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をさらに軽量化している。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。これによって、アクチュエータユニット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。

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１１６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、アクチュエータユニット１００は、図８（ａ）に示すように、フランジ１１６のうちプラットフォーム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が、プラットフォーム１１のうちフランジ１１６との係合面１１ｂ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いれば、アクチュエータユニット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、光ファイバ２１、レンズ２２および固定ミラー３１の図示を省略している。

また、アクチュエータユニット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、アクチュエータユニット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に加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。

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、１１７ｂを磁性材料によって構成する場合、アクチュエータユニット１００は、柱１１７ａ、１１７ｂ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によっ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、アクチュエータユニット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。

なお、柱１１７ａ、１１７ｂと穴部１２２ｄ、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、特に光スイ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っ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化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。

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、例えば数ヶ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。

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い。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、例えば数ヶ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っ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が一端部１１３ａに接触したときの固定部本体１１０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。

上述した光スイッチ１０は、１×２光スイッチであるが、１×２光スイッチ以外の光スイッチ（例えば１×４光スイッチ）についてもアクチュエータユニット１００と同様なア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。

（第２の実施の形態）
続いて、第２の実施の形態に係る光スイッチの構成について説明する。

なお、本実施の形態に係る光スイッチの構成のうち、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、図面において光スイッチ１０の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る光スイッチは、図１に示した光スイッチ１０において、可動ミラー３２を駆動するアクチュエータユニット１００に代えて、図１１に示すアクチュエータユニット２００を備えた構成である。

アクチュエータユニット２００は、図２に示すアクチュエータユニット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、アクチュエータユニット２００は、固定部本体２１０および可動子２２０が一体化されている。上述のアクチュエータユニット１００では可動子１２０が永久磁石１２１を有していたのに対して、このアクチュエータユニット２００は、固定部本体２１０が永久磁石２１４ａ、２１４ｂを有している。

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１１３ａ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いる。

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を除いた形状とほぼ同様である。

次に、アクチュエータユニット２００の動作について説明する。

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１１３ｂが永久磁石２１４ａ、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１１３ａ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。

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によって磁化されているので、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。

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１１３ｃが電磁石１１８によって磁化されると、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。

以上に説明したように、アクチュエータユニット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、アクチュエータユニット２００は、第１の実施の形態に係るアクチュエータユニット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いても可動子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。

（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イッチの構成について説明する。

なお、本実施の形態に係る光スイッチの構成のうち、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、図面において光スイッチ１０の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る光スイッチは、図１に示した光スイッチ１０において、可動ミラー３２を駆動するアクチュエータユニット１００に代えて、図１３から図１５までに示すアクチュエータユニット３００を備えた構成である。

アクチュエータユニット３００は、図２に示すアクチュエータユニット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、アクチュエータユニット３００は、固定部本体３１０および可動子３２０が一体化されている。

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、１１７ｂ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。

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、固定部本体３１０の長穴部３１６ａ、３１６ｂに差し込まれて長穴部３１６ａ、３１６ｂに摺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３２０から近い方に可動子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、ジルコニ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。

アクチュエータユニット３００は、第１の実施の形態に係るアクチュエータユニット１００と同様に動作する。

以上に説明したように、アクチュエータユニット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３１６ａ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。

上述した各実施の形態においては、本発明に係るアクチュエータユニットが光スイッチに適用された例について説明しているが、本発明に係るアクチュエータユニットは、光スイッチ以外の光デバイス（例えば、光シャッタ、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、光スイッチ以外の光デバイスに適用されたときにも、光スイ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。

以上のように、本発明に係るアクチュエータユニットは、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アクチュエータユニット等として有用である。

（ａ）アクチュ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イッチの外観斜視図 （ｂ）アクチュエータユ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）に示す光スイッチの外観斜視図 可動子が固定部本体の一端部側に位置するときの図１に示すアクチュエータユニットの外観斜視図 図２に示すアクチュエータユニットの上面図 可動子が固定部本体の一端部側に位置するときの図２に示すアクチュエータユニットの側面図 （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 （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２に示すアクチュエータユニットの可動子近傍の上面図 （ａ）アクチュエータユニットが固定される前の図１に示す光スイッチの側面図 （ｂ）アクチュエータユニットが固定された後の図１に示す光スイッチの側面図 （ａ）本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチのアクチュ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）に示すアクチュエータユニットの正面図 図９に示すアクチュエータユニットの可動子の外観斜視図 本発明の第２の実施の形態に係る光スイッチのアクチュエータユニットの外観斜視図 （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に示すアクチュ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に示すアクチュエータユニットの側面断面図 本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチのアクチュエータユニットの外観斜視図 図１３に示すアクチュエータユニットの固定部本体の外観斜視図 図１３に示すアクチュエータユニットの可動子の外観斜視図

符号の説明

１０ 光スイッチ（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 アクチュエータユニット
１１０ 固定部本体
１１３ａ 一端部
１１３ｂ 他端部
１１３ｃ 直交部
１１６ フランジ
１１７ａ、１１７ｂ 柱（案内部）
１１８ 電磁石
１２０ 可動子
１２０Ａ、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 アクチュエータユニット
２１０ 固定部本体
２１４ａ、２１４ｂ 永久磁石
２２０ 可動子
３００ アクチュエータユニット
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 (6)

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アクチュ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、アクチュ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、アクチュエータユニット。
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いる、請求項１に記載のアクチュエータ。
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に記載のアクチュエータユニット。
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に記載のアクチュエータユニット。
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に記載のアクチュエータユニット。
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に記載のアクチュエータユニット。

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