(57)【要約】【課題】スイッチの性能を維持するか増加させつつ、使用する材料、電力、及びコストを低減した電気機械スイッチを提供する。【解決手段】スイッチングデバイスが、筐体、及び筐体内に回転可能または摺動可能に配置されたコアを含むことができる。筐体及びコアは、自然な磁性状態で自然位置に整列する磁極を有することができる。このデバイスはコイルを有する電機子を含むことができ、このコイルが電機子の磁極を生成する。電機子の磁極は筐体の磁極と整列していない。このため、電機子に給電することによって、コアを、自然な磁性状態における自然位置から給電中の磁性状態における給電位置まで遷移させることができる。給電されると、コアの磁極が電機子の磁極と整列する。コイルが給電された際にコアを遷移させる方法を用いることができる。コアは、光ビームを反射させるためのミラーを含むことができ、コア、及びこれによりミラーが自然位置と給電位置との間を遷移する際に、ミラーが光ビームを走査することができる。【選択図】図１
2014006531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と；
コアと；
前記コアに結合された１つ以上のミラー素子と；
電機子と；
コイルとを具え、
前記筐体は、キャビティを規定する本体を有し、前記キャビティは、中心キャビティ長軸及び第１キャビティ横軸を有し、前記第１キャビティ横軸は、前記筐体の対向する筐体磁極の所で前記筐体の本体と交差し、
前記コアは、前記キャビティ内に配置され、前記キャビティより小さい本体を有して、前記コアの中心コア長軸が前記キャビティの中心キャビティ長軸と整合し、前記コアの本体と前記筐体の本体との間にギャップを伴い、前記コアの本体は、前記コアのコア横軸上で対向するコア磁極を有し、前記コア磁極は、自然な磁性状態時に前記筐体磁極と磁気整列し、
前記電機子は、当該電機子の対向する電機子磁極が前記第１キャビティ横軸上に整列しないように前記筐体と接続され、給電中の磁性状態時に、前記コア磁極が前記電機子磁極と磁気整列し、
前記コイルは、前記電機子と動作的に結合されて、前記コイルが給電されると、前記電機子内に磁界を発生させて、この磁界が、前記コアを、自然な磁性状態の自然位置から給電中の磁性状態の給電位置まで遷移させ、前記コイルが給電されない際には、前記コアが前記自然位置に戻る
ことを特徴とするスイッチングデバイス。
【請求項２】
前記筐体及び前記コアが、前記自然位置と前記給電位置との間で、互いに対して回転するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項３】
前記筐体及び前記コアが、前記キャビティ中心長軸に沿って、前記自然位置と前記給電位置との間で、互いに対して摺動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項４】
前記ギャップが、前記コアの全体と前記筐体との間に存在して、環状ギャップをなすことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項５】
前記環状ギャップが、約0.0001インチ〜0.0003インチの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項６】
前記状ギャップが、0.0001インチ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項７】
前記筐体内に形成された筐体ポート、及び前記コア内に形成されたコアポートをさらに含み、前記筐体ポートと前記コアポートとは、自然な磁性状態時または給電中の磁性状態時のいずれかで整列し、他の磁性状態では整列せず、筐体ポート及びコアポートが、流体用途、空気用途、反射用途、または光学用途のうち１つの用途向けに構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項８】
前記筐体ポートと前記コアポートとが整列していない際に、前記コアが前記筐体ポートに非接触の封止をもたらすことを特徴とする請求項７に記載のスイッチングデバイス。
【請求項９】
前記コアが電気接点を具え、これらの電気接点が、自然状態時または給電状態時の少なくとも一方で、前記筐体に装着された対応する電気接点と電気的に係合することを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１０】
前記コアの前記給電位置が、前記自然位置に対して特定角度にあることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１１】
複数の前記電機子を具え、前記複数の電機子の各々が、コイル、及び対向する電機子磁極を有し、これらの電機子磁極が、前記第１キャビティ横軸と整列していないことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１２】
前記複数の電機子が、前記筐体磁極に対する複数の電機子磁極位置を有することを特徴とする請求項１１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１３】
前記１つ以上のミラー素子が、前記筐体から延びる前記コアの端部に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１４】
前記筐体が、前記コアの中央部を露出させるスリットまたはギャップを含み、前記１つ以上のミラー素子が、前記コアの中央部に結合されて、前記スリットまたはギャップを通して露光されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１５】
スイッチングデバイスを用意するステップであって、このスイッチングデバイスが：
筐体と；
コアと；
電機子と；
コイルとを具え、
前記筐体は、キャビティを規定する本体を有し、前記キャビティは、中心キャビティ長軸及び第１キャビティ横軸を有し、前記第１キャビティ横軸は、前記筐体の対向する筐体磁極の所で前記筐体の本体と交差し、
前記コアは、前記キャビティ内に配置され、前記キャビティより小さい本体を有して、前記コアの中心コア長軸が前記キャビティの中心キャビティ長軸と整合し、前記コアの本体と前記筐体の本体との間にギャップを伴い、前記コアの本体は、前記コアのコア横軸上で対向するコア磁極を有し、前記コア磁極は、自然な磁性状態時に前記筐体磁極と磁気整列し、
前記電機子は、当該電機子の対向する電機子磁極が前記第１キャビティ横軸上に整列しないように前記筐体と接続され、給電中の磁性状態時に、前記コア磁極が前記電機子磁極と磁気整列し、
前記コイルは、前記電機子と動作的に結合されて、前記コイルが給電されると、前記電機子内に磁界を発生させて、この磁界が、前記コアを、自然な磁性状態の自然位置から給電中の磁性状態の給電位置まで遷移させ、前記コイルが給電されない際には、前記コアが前記自然位置に戻るステップと
前記コアに結合されたミラー素子によって光ビームを反射させるステップと；
前記スイッチングデバイスを、自然な磁性状態と給電中の磁性状態との間で切り換えるステップと
を含むことを特徴とするスイッチング方法。
【請求項１６】
前記スイッチングデバイスを切り換えるステップが：
前記コイルに給電することと；
前記コアを、前記自然位置と前記給電位置との間で遷移させることとを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スイッチングデバイスを切り換えるステップが：
前記コイルに給電し、これにより前記コアが、前記自然位置から前記給電位置へ向かうことと；
前記コイルへの給電を遮断し、これにより前記コアが遷移して前記自然位置に戻ることと
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記光ビームで品物を走査するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記光ビームがレーザービームであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
筐体と；
コアと；
複数の電機子とを具え、
前記筐体は、キャビティを規定する本体を有し、前記キャビティは、中心キャビティ長軸及び第１キャビティ横軸を有し、前記第１キャビティ横軸は、前記筐体の対向する筐体磁極の所で前記筐体の本体と交差し、
前記コアは、前記キャビティ内に配置され、前記キャビティより小さい本体を有して、前記コアの中心コア長軸が前記キャビティの中心キャビティ長軸と整合し、前記コアの本体と前記筐体の本体との間にギャップを伴い、前記コアの本体は、前記コアのコア横軸上で対向するコア磁極を有し、前記コア磁極は、自然な磁性状態時に前記筐体磁極と磁気整列し、
前記複数の電機子の各々が：
当該電機子の対向する電機子磁極が第１キャビティ横軸上に整列しないように前記筐体と接続され、給電中の磁性状態時に、前記コア磁極が前記電機子磁極と磁気整列し；
当該電機子と動作的に結合されたコイルを有し、このコイルが給電されると、当該電機子内に磁界を発生させて、この磁界が、前記コアを、自然な磁性状態の自然位置から給電中の磁性状態の給電位置まで遷移させ、前記コイルが給電されない際には、前記コアが前記自然位置に戻る
ことを特徴とするスイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．発明の分野
本発明の好適例は一般に、電気機械スイッチ、及びその動作方法及び利用法に関するものである。特に、本発明の好適例は、電気機械スイッチの動作によって、スイッチングデバイスを有する流体素子、空気素子、電気素子、ミラー素子、及び光学素子を制御することのできる装置、及び制御する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
電子制御スイッチは、ある形態の電磁設計を用いて、特定用途向けの状態変化を生成する。これらの設計は一般に、電子制御用のコイル、制御点を閉じたり開いたりすることを助けるバネ、及び制御点の種々の設計を含む。電気用途向けスイッチ用の制御点は一般に接点を含むのに対し、ある形態のプラグ機構を有するポート孔が、バルブ用の制御点であり、レンズアセンブリが、光スイッチ用の制御点である。
【０００３】
従来のスイッチの動作は、コア周囲の直動ソレノイドコイルの使用を含むことが多く、エネルギーがコイルに供給されるかコイルから除去されると、コイルがバルブを開くか閉じる。一部のＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System：微小電気機械系）設計は、キャビティ（空洞）スクイーズ効果を利用し、これにより、圧電材料にエネルギーを供給して、キャビティまたはダイヤフラム（隔膜）を閉じることになる。
【０００４】
現在、バネ及びヒンジ機構の設計が、バルブ用途に用いられるスイッチの動作を助けることが多い。一部のスイッチはポート孔を有し、適合する材料をポート孔上に配置することによって、ポート孔が封止される。これらのバネ及びヒンジ機構は、構造上に追加的な負荷要求をもたらすことが不都合である。バネ及びヒンジ機構のこうした要求を克服するためには、スイッチを動作させるために、より大きな磁力を必要とする。
【０００５】
これに加えて、これらのスイッチは摩耗及び断裂することが多い。例えば、多数のバルブ座が、円錐形のニードルを有して、円錐形の座への挿入が封止をもたらす。これらの設計の大部分では、固有の製造公差によって生じる不整合（ミスアライメント）を、比較的強いバネを用いて強制的に、バルブ設計を十分に着座した状態にすることによって補償しなければならない。不整合は、バルブ座における漏洩または機械構造の拘束も生じさせ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの状態の各々が、電磁石に対する追加的要求、及び製造コストの増加をもたらす。これに加えて、封止に用いるバルブ材料は、動作の増加に伴い摩耗が増加する負荷条件下にある。コストの観点から、スイッチにおける材料の使用を限定することが望ましい。より具体的には、スイッチにおいて利用する導体は一般に、銅またはアルミニウムのような導電性の高い材料製であり、高価になりがちである。電気機械スイッチを含むスイッチの性能を維持するか増加させつつ、使用する材料（少なくともサイズ及び／または量について）、電力、及びコストを低減することが有利である。
【０００７】
本発明の利点及び特徴の少なくとも一部をさらに明確にするために、本発明のより詳細な説明を、図面に例示する特定の実施形態を参照しながら行う。これらの図面は本発明の実施形態を例示するに過ぎないことは明らかであり、従って、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでない。以下、図面を用いることによって、本発明を、具体性及び細部を加えて記述し説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】自然状態または無給電状態にあるスイッチの一実施形態の透視図及び側面図である。
【図２】給電状態にあるスイッチの透視図及び側面図である。
【図２Ａ】複数の電機子を有するスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図２Ｂ】複数の電機子を有するスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図２Ｃ】複数の電機子を有するスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図２Ｄ】複数の電機子を有するスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図３】スイッチのコアと筐体との間のギャップを例示する図である。
【図４】流体用途向けに構成したスイッチの透視図及び断面図である。
【図５】複数のポートを内部に形成したコアの透視図である。
【図６】光学用途向けに構成したスイッチの断面図である。
【図７】電気用途向けに構成したスイッチの断面図である。
【図８】少なくとも横方向に平行移動するスイッチング動作を用いるスイッチの例を示す図である。
【図９】少なくとも横方向に平行移動するコアを有する三路スイッチの例を示す図である。
【図１０Ａ】コアに結合された少なくとも１つのミラー素子を含むスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図１０Ｂ】コアに結合された少なくとも１つのミラー素子を含むスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図１０Ｃ】コアに結合された少なくとも１つのミラー素子を含むスイッチングデバイスの実施形態を例示する図である。
【図１１】コアに結合されたミラー素子の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、小型、高信頼性、高速動作の、廉価で製造することができ、及び／または長い動作寿命をもたらす電気機械スイッチを含むスイッチに関するものである。コスト、電力、及びサイズの観点から、本発明の実施形態は、スイッチに対する構造上の要求を、少なくとも従来のスイッチに比べて低減または最小化する。電磁スイッチにおける負荷要求を低減することによって、例えば、電磁石をスイッチ内で動作させるのに必要なアンペアターン数を最小化することを助長することができる。スイッチに必要な材料の量も、低減することができることが有利である。さらに、本発明の実施形態は、非常な低電力を要して動作し、かつ構成部品の数を削減したスイッチに関するものである。
【００１０】
本明細書に開示するスイッチまたはスイッチングデバイスは、電気機械スイッチを含み、少なくとも流体、電気、空気、ミラー、及び／または光学用途に用いることができる。一般に、電気機械スイッチは、磁気装荷材料をリング及びプラグの形態にして形成される。次に、コイルを取り付けて、スイッチングデバイスを動作させるための磁界を与える。
【００１１】
図１に、スイッチングデバイス１００の一例を、スイッチングデバイスの透視図及び側面図を含めて例示する。このスイッチングデバイスは本体１０２を含み、本体１０２は、コア１０４及び筐体（ハウジング）１０６を含む。一例では、コア１０４用及び筐体１０６用の材料が共に、磁性材料、あるいは、磁性材料を含有する射出成形可能なプラスチックのような、磁化することのできる物質を含有する材料を含む。アルニコ、ネオジム、及びサマリウムコバルトが、材料の例である。射出成形ポリマーを、所望の材料特性に基づく％割合だけ充填することができることが多い。
【００１２】
筐体１０６は、形状を変化させることのできる外面または周囲を有する。例えば、外面の形状は、スイッチングデバイス１００の使用法に応じて変化させることができる。外面（及び他の特徴）は、デバイスまたは製品の特定箇所に適合する形状にすることができる。
【００１３】
筐体１０６は一般に、コア１０４を受け入れる形状にされたキャビティ（空洞）１１８を含む。一般に、キャビティ１１８は円形断面を有し、コア１０４は円形断面を有する。コア１０４の断面は一般に、キャビティ１１８の断面より小さく、これにより、コア１０４がキャビティ１１８内に適合することができる。
【００１４】
その代わりに、筐体１０６とコア１０４との関係は、他の形態を採ることができる。一例では、筐体１０６を、キャビティ１１８を有するリング形にして、コア１０４がキャビティ１１８内を占めることができる。この例では、コア１０４を、筐体１０６の孔またはキャビティ１１８にほぼ適合するプラグとして見ることができる。しかし、図８に例示するように、コアはキャビティを完全に満たさなくてもよく、キャビティ内を横方向に平行移動することができる。より具体的には、コア１０４の長さをキャビティ１１８の長さに対して変化させることができる。本明細書でより詳細に説明するように、この長さの差を用いて、スイッチングデバイス１００の１つ以上の異なる状態を実現することができる。
【００１５】
しかし、筐体１０６の断面積は、キャビティ１１８の所ではコア１０４によってほぼ満たされ、従って、この意味では、コア１０４をプラグとして見ることができる。本明細書でより詳細に説明するように、コア１０４はキャビティ１１８内を横方向に移動することができる。コア１０４は、キャビティ１１８の長さより小さい長さを有することも、キャビティの長さより大きい長さを有することも、あるいはキャビティの長さと同じ長さを有することもできる。
【００１６】
代案実施形態では、筐体１０６内のキャビティとコア１０４の外形との関係を変化させることができ、互いに対応しないようにすることができる。例えば、キャビティ１１８及びコア１０４の各々が、円錐形状を有することができる。他の例では、キャビティ１１８は円筒形または管状にすることができるのに対し、コア１０４の形状は、部分的に管状または円筒形にし、部分的に円錐形にすることができる。コア１０４の管状または円筒形部分は、コア１０４をキャビティ１１８内で位置合わせしたままにすることができると共に、コア１０４の円錐形部分は、スイッチングデバイス１００の制御点として用いることができる。コア１０４及びキャビティ１１８の各々が、それぞれの第１端から第２端にかけて可変の断面形状を有することができ、これらの断面形状が一致する所では、互いに対して回転することができる。
【００１７】
少なくとも一実施形態では、筐体１０６内のキャビティ１１８の形状、及びコア１０４の形状によって、コアが非接触の境界面を提供することができ、これにより、スイッチを接触なしに封止することができる。例えば、コア１０４がキャビティ１１８内で回転することができるように、コア１０４及び筐体１０６を構成することができる。従って、コア１０４の表面は、筐体の、キャビティ１１８を規定する内壁に隣接する。しかし、コア１０４及び筐体１０６の磁界によって、コア１０４が磁極に従って自己整列することができる。以下でより詳細に説明するように、これにより、流体及び空気用途において、スイッチングデバイス１００が非接触の封止を提供することができるが、これは一例に過ぎず限定ではない。
【００１８】
上記磁界は、ほぼ非接触の境界面を提供するように設定することができることが有利である。以下で説明するように、コア１０４の周囲にギャップ１１６が存在する。こうしたコア１０４と筐体１０６との間の非接触の境界面によって、コア１０４が、筐体１０６内（またはキャビティ１１８内）を大幅に小さい摩擦で回転することができる。
【００１９】
コア１０４及び筐体１０６は、図１及び２では記号Ｎ（North：北）及びＳ（South：南）によって識別されるように整列した極１０８に従って、自然に配向する。図１は、自然状態にあるスイッチを例示し、コア１０４の磁極は、筐体１０６の対応する磁極に引き付けられている。自然状態では、スイッチングデバイス１００は一般に給電されていない。
【００２０】
図１はさらに、スイッチングデバイス１００が、コイル１１０を有する電機子１１２を含むことができることを示す。電機子１１２及び／またはコイル１１０は一般に、スイッチングデバイス１００の筐体１０６に固定されている。この接続は、一例として、機械的締め具（例えばネジ、ボルト）、エポキシ、溶接、等とすることができる。電機子１１２及びコイル１１０は、給電装置の例である。この給電装置は、筐体内に形成されたキャビティ内のコアの位置を制御することができる。この位置は、回転方向及び／または横方向に制御することができるが、これは一例に過ぎない。
【００２１】
一例では、電機子１１２及び／またはコイル１１０が、筐体１０６の端部と係合するように構成されたキャップを含むことができる。筐体１０６は、キャップ内の相補的構造と係合する溝または他の構造を有して、キャップを固定することができ、従って、コイル１１０及び電機子１１２を定位置に固定することができる。これらの相補的な係合構造は、回転構造を有して、コア１０４及び筐体１０６に対する電機子１１２の配置が適正であることを保証して、スイッチングデバイス１００の適切な動作を保証することもできる。電機子１１２は、筐体１０６と電機子１１２との間に置かれた感圧接着剤、ＵＶ硬化接着剤、等によって筐体１０６に取り付けることもできる。
【００２２】
コイル１１０が給電されると、Ｎ極及びＳ極１１４を電機子１１２内に生成することができる。コイル１１０が発生する磁力は、コアを自然状態１０４Ａに保持するのに必要な磁気エネルギーを上回るように設計することが好ましい。コイル１１０に給電し、電機子１１２の磁界が十分になると、コア１０４がキャビティ１１８内で回転して、図２に例示する給電状態になる。
【００２３】
給電状態１０４Ｂでは、図２に示すように、コア１０４の磁極が、電機子１１２内に発生する磁極１１４と整列する。コイル１１０へのエネルギーが除去されると、これにより、電機子１１２が発生した磁界が除去されて、コア１０４及び筐体１０６の磁界が、コア１０４を、図１に示す自然状態に戻す。エネルギーがコイル１１０から除去されると、コア１０４がいずれかの向きに回転して、自然状態１０４Ａに戻ることができる。その代わりに、コイル１１０が充電されると、コア１０４が１つの回転方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に回転し、コイル１１０が充電されていないと、他の回転方向に回転するように、コア１０４を構成することができる。他の態様では、コイルの充電中、充電状態、放電中、または非充電時に、コア１０４が常に一方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に回転するように、コア１０４を構成することができる。
【００２４】
一例では、筐体１０６が通常、定位置に保持されるか固定されるのに対し、コア１０４は、電機子１１２内に発生する磁界１１４に対してその位置を変化させることができる。従って、本体１０２または筐体１０６は、装置の表面に接続する手段を含むことができる。その代わりに、筐体１０６が自由に動く（例えば回転する）のに対し、コア１０４を固定することができる。この例では、本明細書で説明するように、磁界が加わることに応答して、コア１０４が筐体１０６内で回転するように、コア１０４を構成することができる。
【００２５】
例えば、１つのコイル／電機子が、コア１０４を４５度回転させる（さもなければ、コア１０４を移動または平行移動させる）ことができるのに対し、他のコイル／電機子が給電されると、コア１０４を９０度回転させることができる。コイル１０４及び筐体１０６に対するコイル／電機子の配向によって、他の動き、あるいは他の変位または回転の度合いを実現することができることは、当業者にとって明らかである。前述したように、コア１０４は、加えられる磁力に応じていずれの向きにも回転することができる。
【００２６】
さらに、本発明の実施形態は、複数のコイル及び複数の電機子が、コア１０４を指定量だけ回転させることを考えることができる。例えば、種々の電機子を配置して、コア１０４を段階的に（３０度ステップ、４５度ステップ、等で）回転させることができるが、これは一例に過ぎず限定ではない。指定の回転角は、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、及び９０度、あるいはその間の任意の角度とすることができる。本発明の実施形態はさらに、筐体１０６に対するコア１０４の回転移動及び／または平行移動の両者を考えることができる。
【００２７】
他の実施形態では、コイル１１０に供給されるエネルギーを制御することができる。図１及び２に例示するように、電機子１１２は、コア１０４を約９０度回転させるように構成される。コイル１１０に供給されるエネルギーを変化させることによって、コア１０４の回転を制御することができる。その結果、コア１０４を、０度と約９０度との間の任意の位置まで回転させることができる。一部の例では、これにより、スイッチングデバイス１００が流量を可変様式で制御することができるが、これは一例に過ぎず限定ではない。その代わりに、コア１０４の回転を可変制御する能力によって、スイッチングデバイス１００が、異なる位置での電気接続用の複数の接点を提供することができる。従って、コア１０４（及び／または筐体１０６）の回転は、可変的に給電されるコイルを用いて、及び／または複数の電機子の使用によって実現することができる。
【００２８】
前述したように、スイッチングデバイス１００の実施形態は、複数の整列極１０８、１１４を含むことができる。複数の整列極は、間欠機能及び／または強化された整列を生み出すことができる。従って、本明細書に開示するスイッチまたはスイッチングデバイスは、自然状態１０４Ａでは自動的に位置合わせされて、給電状態１０４Ｂのような給電状態に移行し、そして、エネルギーが除去された後に自然状態に戻る。コア１０４が筐体１０６内で自ずと位置合わせされることができ、筐体１０６は本来、円形とすることができるので、コア１０４は軸の周りに回転することができ、ほぼ摩擦なしの回転がもたらされる。
【００２９】
これに加えて、スイッチングデバイス１００ａは、コントローラを含むか、コントローラに動作的に結合することができ、このコントローラは、１つ以上の電機子１１２ａのコイル１１０に供給される給電の量（例えば、電気の量）を制御する。電機子のみを用いると、このコントローラの制御下でコイルに供給されるエネルギーの量が給電の量を制御することができ、これにより、自然な磁性状態から給電中の磁性状態への変化の速度が制御される。給電状態が強いほど、自然な磁性状態から給電中の磁性状態への変化の速度が速く、これにより、コアの位置の、自然な磁性状態における自然位置から給電中の磁性状態における給電位置への変化が、より速くなる。前述したように、自然位置と給電位置との間の角度を９０度にしつつ、複数の給電位置に対する角度または角度数を用いることができる。
【００３０】
コイルの給電を制御して給電磁性状態を生成するコントローラは、コアが自然位置から給電位置に変化することを促進する給電の持続時間を選択的に時間調整するように構成することができる。一部の例では、コントローラがコイルの給電を制御し、これにより、コアが自然位置から、電機子１１２の十分に給電された位置に完全に到達しないある任意または所定位置に変化し、そして、コントローラが給電を遮断し、これにより、コアが、上記十分に給電された位置まで完全に移動または回転しないある位置、例えばある角度で停止する。そして、選択的な「オン」、「オフ」、あるいはコイルに給電する電力を用いて、コアの位置の変化、例えば自然位置から任意または所定位置への変化、例えば任意角度または所定角度への変化を制御することができる。
【００３１】
一実施形態では、コントローラがコア１０４を自然位置から任意の所定位置または角度まで任意のシーケンスで回転させるように、コントローラを構成することができる。例えば、コアを選択的に、０度（例えば、自然位置）から４５度へ、３０度から６０度へ、４５度から７５度へ、そして９０度まで回転させることができる。この選択的な回転は、０度から１８０度まで、さらには３６０度までの任意の角度シーケンスにすることもできる。
【００３２】
図２Ａに、破線で示す複数の電機子１１２ａを含むスイッチングデバイス１００ａを例示する。ここで、各電機子１１２ａは、電機子１１２と共に示したコイル（図示せず）を含む。これらのコイルは、電機子１１２用のコイル１１０と同じである。これらのコイルはすべて、前述した給電システムまたは給電コントローラと動作的に結合し、これにより電機子１１２ａに給電して、その内部に磁極を生成することができる。図１及び２におけるように、スイッチングデバイス１００ａは、給電されると、筐体１０２の磁極に対してある角度に磁極を有する。例えば、第１電機子１１２は、給電されると、筐体１０２の磁極から９０度の所に磁極を有することができる。従って、任意数の追加的電機子１１２ａを、あらゆる所望の角度または角度の組合せの所に含むことができる。電機子間の角度の変化は、同じにすることも異ならせることもできる。例えば、図２Ａに示すように、電機子１１２ａは、０度、２２．５度、４５度、６７．５度、及び９０度の角度に存在することができ、これらは角度間の間隔を均等においている。しかし、これらの角度は、０度、３５度、４５度、６０度、及び９０度、あるいは他の角度間隔にすることもできる。これに加えて、具体的には図示していないが、これらの電機子は、０度から１８０度まで、さらには１度から３６０度まで、あるいは任意の角度、または角度間隔に配置することができる。また、同じ電機子を用いて、異なる角度を与えることができる。例えば、同じ電機子を９０度用及び２７０度用に用いて、その極性を切り換えることができる。いずれにせよ、コア１０４が回転して、給電された電機子１１２ａの磁極と整列することができる。なお、各電機子１１２ａは、それ自身のコイル１１０及び給電部品を含むことができ、そして１つ以上のコントローラが給電を制御することができる。
【００３３】
図２Ｂ〜２Ｄに、複数の電機子１１２の、筐体１０２及びコア１０４に対する異なる配置を例示する。ここでも、電機子１１２の配向及び相対回転を容易に見られるように、電機子１１２はコイルなしで示す。図２Ｂに、（例えば、前述したように互いに対して異なる角度にある）異なる電機子１１２を、筐体１０２を通して、あるいは各電機子間に筐体の一部分１０２を伴って示す。例えば、電機子１１２は、筐体１０２内のスリット１１１内に受け入れることができる。図２Ｃに、部材１１３によって分離されたすべての電機子１１２を一方の端に示し（例えば、部材１１３を用いて電機子１１２を互いに結合することができる）、部材１１３は、電機子１１２間にギャップ１１５を残している。部材１１３は、電気絶縁体または導電体とすることができる。図２Ｄに、すべての電機子１１２が互いに付着し、かつ筐体１０２に取り付けられた様子を示す。図２Ｃ及び２Ｄは共に、筐体１０２の他方の端が他の電機子１１２ａを含み、この電機子は、９０度の電機子または主電機子とすることができることを示す。
【００３４】
一例では、コア１０４が、筐体１０６の内壁に触れずに回転することができる。このことは、電気機械スイッチを動作させるのに必要な電力の低電力化に寄与する。より具体的には、現在の製造法を用いて、コア１０４と筐体１０６との間のギャップ１１６を、厳しい許容誤差に合わせて制御することができる。スイッチングデバイス１００内の磁力の性質により、コア１０４が、筐体１０６の回転中心軸に自然に位置合わせされることになる。この特徴を利用して、いくつかの用途向けの低電力精密スイッチまたはスイッチングデバイスを作り出すことができる。
【００３５】
例えば、スイッチングデバイス１００は、ガスバルブ用途で採用することができる。この例では、厳しい製造公差を提供する能力が、スイッチングデバイス１００からのガスの漏洩を防止することができる。例えば、コア１０４と筐体１０６との間のギャップ１１６を、図３に例示するように0.0001インチ≦Ｄ２−Ｄ１≦0.0003インチの関係にすることができれば、水素を除いたすべてのガスについて漏洩が発生しない。この例では、Ｄ２が筐体１０６内のキャビティの直径であり、Ｄ１がコア１０４の直径である。スイッチングデバイス１００の複数の極に存在する平衡のとれた磁力により、コア１０４が自然に筐体１０６内の中心に来るので、ギャップ１１６は、コア１０４の周囲で一様になる
【００３６】
流体用途の一例では、ギャップ１１６が、Ｄ２−Ｄ１の関係を0.0001インチ未満に維持するように、ギャップ１１６を製造することができる。0.0001インチの下限は、水素ガスを封止するために許容される最大のギャップである。他のすべてのガスは通常、このギャップを0.0003インチの最大値に制限することによって封止することができる。液体用途では、流体の粘度を調整して、漏洩を防止するか動作を低速にすることができる。これに加えて、スイッチングデバイス（例えばバルブ）の動作面を疎液性に処理して、流体がギャップ１１６内に浸潤することを防止することができる。
【００３７】
図４に、（ガスのような）流体用途における電気機械スイッチ４００の例を、透視図、及びポート孔４１８に沿った断面図で示す。スイッチ４００はスイッチングデバイス１００の例であり、筐体４０２及びコア４０４を含む。この例では、ポート孔４１８は、筐体４０６及びコア４０４を通して（例えば、その中心を通して）形成されている。この例では、ポート孔４１８が、コア４０４の回転軸にほぼ直交して通るが、ポート孔４１８は他の形態及び軸に配置することができる。
【００３８】
スイッチ４００の「通常開放」の構成では、流体が、自然状態４０４Ａまたはエネルギーオフ状態でバルブを自由に通って流れることができる。換言すれば、コア４０４は、流体がコア４０４内に形成された穴または孔を通って流れることができるように構成されているので、流体はポート孔４１８を通って流れることができる。
【００３９】
この例では、コイル４１０が給電されると、コア４０４が９０度回転して給電状態４０４Ｂになり、これにより流体がスイッチ４００を通って流れるのを阻止する。
【００４０】
スイッチ４００の通常閉路の形態では、コア４０４の極が、スイッチ４００の通常開放の形態におけるコア４０４の極に対して９０度オフセットして、閉路されたパワーオフ（電源遮断）または自然状態となる。換言すれば、ポート孔４１８に対するコア４０４の極の配向が、コイル４１０にエネルギーが供給されない際にスイッチ４００（例えばバルブ）が開くか閉じるかを決める。
【００４１】
ポート孔４１８のサイズは、所望の流れまたは流量に応じて変化させることができる。流量は、例えば、ポート孔４１８を形成する穴または孔のサイズによって制御することができる。
【００４２】
図５に、本明細書に開示するスイッチまたはスイッチングデバイスの実施形態において、流体の流れを制御するために用いることのできるコア５００の他の例を示す。図５に例示するコア５００は、低速の漏洩をもたらすことができる。こうしたコア５００の例では、コア５００がポート５０２及びポート５０４を含むことができる。
【００４３】
例えば、スイッチ（例えばスイッチ４００）が給電されると、流体がポート５０２を通って自由に流れることができる。エネルギーがスイッチから除去されると、スイッチがポート５０４を通る低速の漏洩をもたらし、流体の流れは、ポート孔５０２に比べて、より制限される。このことは、ガス状流体及び液状流体を含む種々の流体にとって有用であり得る。ポート５０４は0.1インチのオーダーの直径を有することができるのに対し、ポート５０２はより大きい直径を有することができるが、これは一例に過ぎず限定ではない。
【００４４】
これに加えて、一例では、ポート５０２及び５０４は一般に、互いにほぼ直交して配置されている。さらに、コア５００とスイッチの筐体との間のはめ合いまたはギャップは実質的に、位置合わせされていないポートから流体が通常、漏洩しないように構成されている。例えば、ポート５０４が、流体が流れるように位置合わせされると、ポート５０２と筐体の内壁との間の境界面が、この点におけるポート５０２からの流体のさらなる漏洩を防止する。
【００４５】
図６に、光学用途におけるスイッチ６００の例を示す。スイッチ６００は、スイッチングデバイス１００の例である。この例では、球面レンズ６０２（または他の光学素子）を、コア６０６上の軸の中心に取り付けることができる。前述したバルブ設計上のポートと同様に、光ファイバ６１２をスイッチ６００の筐体６１０内に挿入することができる。スイッチ６００のコイルに給電することによって、レンズ６０２を位置６１４Ａから位置６１４Ｂまで回転させて、光ファイバ６１２内を進む光を阻止する。磁力が、コア６０６を理想的な回転の中心に自然に位置決めして、位置合わせに関連する製造コストを大幅に低減する。前述したように、レンズ６０２または他の光学アセンブリをコア６０６内に配置して、コイルの給電状態が光を通すか阻止するようにすることができる。
【００４６】
図７に、電気用途におけるスイッチ７００の例を示す。スイッチ７００は、スイッチングデバイス１００の例である。前述したように、コア７０２が回転すると、接点７０６が所望の擦り動作または他の種の機械的係合で係合して、電気接続を確立する。モータの固定子と同様に、電気スイッチはバネ７０８の設計を含んで、接点７０６を係合させて閉じた状態に保つ。こうした設計は、スイッチ７００を動作させるために、より大きい電力を必要とする。電気接続を維持するために電力を必要とするバネの設計も、電力を必要としないバネの設計も、作り出すことができる。
【００４７】
図８に、スイッチ８００の他の例を示し、これはスイッチングデバイス１００の例である。スイッチ８００は、筐体８０２及びコア８１４を含む。しかし、この例では、コア８１４が筐体８０２のキャビティ内で横方向に平行移動することができるような長さを、コア８１４が有する。この例では、磁界８１２で示すように、磁界は筐体８０２及びコア８１４の端部にある。
【００４８】
コイル及び電機子（まとめて８０４）が給電されない際には、コア８１４が筐体８０２内で自然状態にある。コア８１４は、筐体８０２内のキャビティの長さに比べて短い長さを有するので、コア８１４の自然状態８１０は、スイッチ８００の磁界８１２に従って自ずと、筐体８０２のキャビティ内の中心に来る。
【００４９】
図８には、コイル８０４が給電された際の引き（プル）状態８０８を例示する。スイッチ８００は、押し（プッシュ）状態８２２に入ることもできる。引き状態８０８では、コイル８０４が発生する磁界がコア８１４を引き付け、筐体８０２及びコア８１４の磁界を上回って、コア８１４を、スイッチ８００のコイル／電機子８０４側の端部に向けて引く。もちろん、コイル／電機子８０４は、押し状態８２２で示すように、コア８１４を押しやる磁界を発生するように構成することもできる。
【００５０】
前述したように、図８に例示するスイッチ８００は、ギャップを有することもでき、そして、流体用途、空気用途、電気用途、光学用途、等において動作させることができる。具体的には、アイテム８１６及び８１８は、接点、ポート、光ファイバ等、あるいはその任意の組合せとすることができる。本明細書で前述したように、コア８１４も同様に、光学素子、接点、孔、等で構成することができる。１つ以上の追加的アイテム（ポート、接点、等）が、コア８１４の背後に存在することができる。
【００５１】
図８は、コア８１４がアイテム８１６と８１８との間にあることを例示しているが、コア８１４は、自然状態８１０時に少なくとも一方のアイテムがコア８１４によって覆われるような長さを有する（あるいは、そのようにアイテム８１６及び８１８を配置する）ことができる。本開示により、自然状態または給電状態のいずれかにおいて、コア８１４がこれらのアイテムの１つ以上を覆うか、これに接触するか、これと相互作用すべく、コア８１４を配置できるように、アイテム８１６及び８１８を構成することができることは、当業者にとって明らかである。
【００５２】
さらに、コイル／電機子８０４が発生する磁界を反転させて、少なくとも３つの状態を可能にすることができる。その結果、アイテム８１６及び８１８を共に、自然状態で開くことができるか、あるいは、給電状態で例示するように、アイテム８１６及び８１８の一方を覆うことができる。
【００５３】
図９に、三路スイッチとすることのできるスイッチ９００の例を示す。スイッチ９００は、スイッチ８００の例である。スイッチ９００に給電して、コア８１４を、筐体８０２のキャビティ内の異なる位置まで押すか引くことによって、図９のスイッチで少なくとも３つの状態を実現することができる。コア８１４によって、アイテム８１６、８１８、及び８２０を異なる形態に接続することができる。例えば、コア８１４がアイテム８２０と８１８とを接続するか、アイテム８１６と８２０とを接続するか、あるいはアイテム８１６、８１８、及び８２０のいずれも接続しないことができる。
【００５４】
本明細書で説明するスイッチまたはスイッチングデバイスは、ポートを封止する負荷状態（例えば、機械的拘束、等のようにポートが封止される際に発生する負荷）により劣化または摩耗する部品を有しないことができる。一部の実施形態では、コアと筐体との間の境界面が非接触であり、磁界によってコアが自動的に位置合わせされる。
【００５５】
これに加えて、動きに抵抗がないか抵抗が最小であり、構造的負荷が最小であるこれらのスイッチは、摩擦なしかほぼ摩擦なしであり、低電力または超低電力モードで動作することができる。さらに、これらのスイッチは磁界を用いて自己整列する。また、これらのスイッチは、より廉価に製造することができる。本発明の一部の実施形態は、スイッチを開くか閉じるために必要な電磁力を増加させるバネをなくす。
【００５６】
図１０Ａ〜１０Ｂに、コア１０４に取り付けたミラー素子を含むスイッチングデバイスの実施形態を例示する。ここでも、見やすくするために、電機子１１２はコイルなしで示している。コア１０４が回転すると、ミラー１５０が回転する。このことは、走査法において、レーザーをミラー１５０に指向させる際に用いることができる。従って、スイッチングデバイスは、これと動作的に結合されたレーザーを含むことができる。また、このスイッチングデバイスは、走査装置のような装置内に含めることができ、この装置もレーザーを含む。さらに、複数のミラー素子１５０がコア１０４に結合される際に、このスイッチングデバイスを有する装置は複数のレーザーを含むことができる。図１０Ａは、コア１０４の端部にある１つのミラー素子１５０を示す。図１０Ｂは、筐体１０２内のギャップ１５２に露出したコア１０４の中央位置にあるミラー素子１５０を示す。本明細書で説明するように、ギャップ１５２はスリットとすることもでき、筐体１０２は、一体化された単一の筐体１０２とすることも、一緒に結合された２つ以上の筐体部材１０２とすることもできる。複数の中間または中央ミラー素子１５０を、筐体１０２内の単一コア上で、ミラー素子１５０毎にギャップ１５２を伴って用いることができる。図１０Ｃは、コア１０４の各端部にあるミラー素子１５０、及び筐体１０２の中央にあり、筐体１０２内のギャップ１５２に露出した１つのミラー素子１５０を示す。
【００５７】
ミラー素子１５０は、所望通りの任意形状に構成することができ、あるいは、レーザー光のような光を反射する１つ以上の反射面を含むことができる。図１１に、１つ以上のミラー面を有するミラー素子１５０の可能な構成及び形状の少数のサンプルを例示する。ミラー素子１５０ａは、３つのミラー面を有する三角形部材であり、ここではコア１０４がミラー素子の中心に配置されている。ここでは、３つの面のすべてが平面であるが、１つの面を平面にし、１つの面を凹面にし、１つの面を凸面にすることができる。ミラー素子１５０は、１つ、２つ、または３つのレーザーと共に、単一または複数の走査用途に用いることができる。図１１は、１つのミラー面を有し、反対側の面がコア１０４に結合された平面ミラー素子１５０ｂも示し、ここではコア１０４が回転すると、ミラー面が回転して、入射レーザーの反射角を変化させる。図１１は、台形ミラー素子１５０ｃも示し、ここではコア１０４が面内に配置され、埋め込まれている。台形ミラー素子１５０ｃは、１つ上のミラー面を含むことができる。図１１は、楕円形ミラー素子１５０ｄも示し、ここではコア１０４が中心に配置されている。楕円形のコア１０４は、面の選択した部分で選択的に回転して、光の反射角を変化させることができる。
【００５８】
これに加えて、スイッチングデバイスを機械部品に装着して、この機械部品が、スイッチングデバイスを１つ以上の方向に移動させることができる。例えば、スイッチングデバイスをレールに装着して、このレールが、スイッチングデバイスを、中心キャビティ長軸（キャビティの中心軸である長軸）に沿った方向に摺動させることができる。機械装置がスイッチングデバイスを横方向、並びに上下に移動させることもできる。任意方向の任意の機械的移動を用いることができる。例えば、走査装置の際には、コアがミラーを回転させ、機械部品がスイッチングデバイスを移動させて、品物を左右に、及び上から下まで走査することができる。
【００５９】
一実施形態では、スイッチングデバイスが：筐体と；コアと；電機子と；コイルとを含むことができ、筐体は、キャビティを規定する本体を有し、このキャビティは、本体内に形成され、円形の断面形状を有し、この断面形状上の第２キャビティ横軸と交差して直交する第１キャビティ横軸を有し、かつ第１キャビティ横軸及び第２キャビティ横軸と交差して直交する中心キャビティ長軸を有し、第１キャビティ横軸は、中心キャビティ長軸をはさんで対向する筐体磁極の所で筐体の本体と交差し、コアは、キャビティ内に配置され、キャビティの断面形状より小さくキャビティの断面形状と一致する（相似の）断面形状を有する本体を有して、中心コア長軸（コアの中心軸である長軸）が中心キャビティ長軸と整合し、コアの本体と筐体の本体との間に環状のギャップが存在し、コアの本体は、コア横軸上で対向するコア磁極を有し、これらのコア磁極は、自然な磁性状態時に筐体磁極と磁気整列し、電機子は筐体と接続されて、対向する電機子磁極が第２キャビティ横軸上に整列し、コア磁極は、給電された磁性状態時に電機子磁極と磁気整列し、コイルは、対向する電機子磁極間で電機子に巻かれ、コイルが給電されると、コイルが電機子内に磁界を発生させて、電機子がコアを、自然な磁性状態から給電中の磁性状態まで回転させて、コイルが給電されない際に、コアは自然な磁性状態に戻る。
【００６０】
一実施形態では、スイッチングデバイスが：磁性材料製の筐体と；磁性材料で形成されたコアとを含むことができ；筐体とコアは、磁性材料の極性によって自動的に位置合わせされて自然状態に至る。
【００６１】
一実施形態では、スイッチングデバイスが、電機子内に発生した磁界を含むことができ、この磁界は、コアを自然な磁性状態から給電中の磁性状態に移動させるのに十分なほど強力である。
【００６２】
一実施形態では、スイッチングデバイスがコアを含むことができ、このコアは、自然な磁性状態から給電中の磁性状態まで回転する際に、約９０度、あるいは９０度までの任意角度だけ回転することができる。即ち、磁石を任意の角度に設定して、任意の回転角にすることができる。
【００６３】
一実施形態では、スイッチングデバイスが、コア全体と筐体との間にギャップを含むことができる。コアは、キャビティ内で、キャビティ長軸及び接面（対向する面）と中心が合う。コアと筐体は、自然な磁性状態及び給電中の磁性状態で、ほぼ非接触または完全に非接触にすることができる。このため、上記環状のギャップは、約0.0001インチ〜0.0003インチの範囲内にすることができる。また、上記環状のギャップは、0.0001インチ以下にすることができる。
【００６４】
一実施形態では、スイッチングデバイスが、筐体内に形成された筐体ポートを含むことができ、この筐体ポートは、自然な磁性状態または給電中の磁性状態のいずれかである際に、コア内に形成されたコアポートと整列し、他方の磁性状態では整列しない。筐体ポート及びコアポートは、流体用途、空気用途、または光学用途のうちの一用途向けに構成することができる。例えば、筐体ポートとコアポートとが整列していない際に、非接触の封止を筐体ポートにもたらすことができる。
【００６５】
一実施形態では、スイッチングデバイスが、コアポート内に配置された光学素子を含むことができる。この光学素子は任意の光学素子、例えば光ファイバ、レンズ、コリメータ、プリズム、等とすることができる。筐体ポートとコアポートとが整列すると、自然状態または給電状態の一方において、光がコアポートを通過し、コアポートが筐体ポートと整列しない際には、光はコアポートを通過しない。
【００６６】
一実施形態では、自然状態時または給電状態時にコアポートが筐体ポートと自己整列するように、コアポートを構成することができる。自己整列を行う能力のために、磁場配置を適応させることができる。
【００６７】
一実施形態では、コアの表面、及び／または筐体のキャビティの内壁面を、疎液性に処理することができる。
【００６８】
一実施形態では、コアが電気接点を含むことができ、これらの電気接点は、筐体に装着された対応する電気接点と電気的に係合する。このことは、コアが電気用途向けに構成されている際に有益であり得る。自然状態または給電状態の一方、あるいはこれらの間の状態である際に、こうした電気的係合を促進することができる。
【００６９】
一実施形態では、コアの長軸（縦）方向の長さを、筐体の長軸方向の長さ未満にすることができる。これにより、磁界がコアをキャビティ内で押すか引くことができる。コアは、その電子状態に応じて、押しから引きへと振動することができる。
【００７０】
一実施形態では、スイッチングデバイスが：筐体と；細長いコアと、少なくとも１つの給電装置を含むことができ、筐体は、細長いキャビティを規定する本体を有し、この細長いキャビティは、本体内に形成され、円形の断面形状を有し、細長いキャビティの両端にあって対向する筐体磁極間に延びる中心筐体長軸（筐体の中心軸である長軸）を有し、細長いコアは、キャビティ内に配置され、キャビティの断面形状より小さくキャビティの断面形状と一致する（相似の）断面形状を有する本体を有して、中心コア長軸が中心キャビティ長軸と整合し、コアの本体と筐体の本体との間に環状のギャップが存在し、コアの本体は、両端で対向するコア磁極を有し、これらのコア磁極は、筐体磁極と磁気整列して、コアは、自然な磁性状態時に、自然な磁性状態位置にある筐体磁極間を中心とし、コアは、中心キャビティ長軸に沿って、引きの磁性状態位置へ、及び反対側の押しの磁性状態位置へ平行移動することができ、給電装置は、筐体のキャビティの少なくとも一方の端部に隣接し、コアの第１端部に動作的に結合され、給電装置は、キャビティ内のコアの位置を制御して、給電装置が給電されていない際には、コアが自然な磁性状態位置にあり、給電装置が引きの給電状態に給電されている際には、コアが、給電装置に近接した引きの磁性状態位置にあり、給電装置が押しの給電状態に給電されている際には、コアが、給電装置に対して末端の押しの磁性状態位置にある。
【００７１】
一実施形態では、コアが、流体素子、光学素子、電気素子、またはミラー素子の少なくとも１つを含むことができる。これらの素子は、コア上の任意の位置、例えば、コアの、筐体から延びる部分上に配置することができる。また、筐体は、こうした素子と整列するスリットを含むことができる。給電装置は、コアの位置を制御して、素子の状態を変化させることができる。即ち、給電装置を制御して、給電装置が、筐体に対する流体素子、光学素子、ミラー素子、または電気素子の位置を制御することができる。コアの位置の変化によって、素子の位置を変化させることができる。
【００７２】
一実施形態では、コア及びキャビティの各々が円形断面を有することができ、コアはキャビティとの非接触境界面を有する。回転コアではなく摺動コアである際には、コア及びキャビティが、一致する（相似の）、多角形、楕円形、または回転せずに長軸に沿った直線平行移動を可能にする他の断面形状を有することができる。
【００７３】
一実施形態では、コアの長さがキャビティの長さより短い。他の実施形態では、コアの長さがキャビティの長さと同じであり、これによりコアの表面と筐体の表面とが整列する。他の実施形態では、コアの長さがキャビティの長さより長く、これによりコアがキャビティから突出する。
【００７４】
一実施形態では、給電装置がコイルに給電して、筐体に接続された電機子内に磁界を発生して、コアと自然に整列する筐体の磁極の強度を上回る。給電されたコイルはコアの移動を促進して、コアをキャビティ内の引きの磁性状態位置または押しの磁性状態位置に移動させる。引きの磁性状態または押しの磁性状態は、自然状態と異ならせることができる。コイルが給電されていない際には、コアを自然状態にすることができる。
【００７５】
一実施形態では、筐体及び／またはコアが磁性材料を含むことができる。これにより、自然状態時に、コアと筐体とが磁気で引き付けられて、コアと筐体とが自然に位置合わせされ、自然状態とは、自然な磁気整列である。
【００７６】
一実施形態では、給電装置または複数の給電装置が、コアをキャビティに対する複数の位置に移動させるように、これらの給電装置を構成することができる。一実施形態では、本明細書で説明するように、コアが複数の孔を含むことができ、これらの孔はポートとして使用することができる。各孔またはポートは、スイッチングデバイスを通る流体の異なる流量用に寸法決めするか、さもなければ構成することができる。また、異なる孔が異なる素子、例えば異なる光学素子、異なる電気素子、または異なるミラー素子を含むことができる。異なる光学素子は、光を通して伝搬させる様式を異ならせることができる。異なる電気素子は、例えば、異なる抵抗率、インピーダンス、または他の電気的パラメータを有することができる。異なるミラー素子は、平面、凹面、または凸面とすることができる。
【００７７】
一実施形態では、デバイスが、複数の給電装置を含むことができる。随意的に、各給電装置を電機子に動作的に結合することができる。複数の給電装置が、コアを複数の位置にわたって段階的に進める（ステップ動作させる）ことができる。また、少なくとも１つの給電装置は、コアを複数の位置にわたって段階的に進め、各位置が異なる状態に対応するように構成することができる。
【００７８】
一実施形態では、スイッチングデバイスが：筐体と；コアと；電機子と、コイルとを含むことができ、筐体は、キャビティを規定する本体を有し、このキャビティは、中心キャビティ長軸及び第１キャビティ横軸を有し、第１キャビティ横軸は、対向する筐体磁極の所で筐体の本体と交差し、コアは、キャビティ内に配置され、キャビティより小さい本体を有して、中心コア長軸が中心キャビティ長軸と整合し、コアの本体と筐体の本体との間にギャップを伴い、コアの本体は、コア横軸上で対向するコア磁極を有し、これらのコア磁極は、自然な磁性状態時に筐体磁極と磁気整列し、電機子は、対向する電機子磁極が第１キャビティ横軸上に整列しないように筐体と接続され、給電中の磁性状態時には、コア磁極が電機子磁極と磁気整列し、コイルは、電機子と動作的に結合されて、コイルが給電されると、電機子内に磁界を発生させて、この磁界が、コアを、自然な磁性状態の自然位置から給電中の磁性状態の給電位置まで遷移させ、コイルが給電されない際には、コアが自然位置に戻る。１つの態様では、コアの給電位置が、自然位置に対して特定角度にある。
【００７９】
１つの態様では、筐体とコアとが、自然位置と給電位置との間、あるいはこれらの間の任意位置間で、中心キャビティ長軸に沿って互いに対して摺動するように、筐体及びコアを構成することができる。
【００８０】
一実施形態では、ギャップがコア全体と筐体との間にあって、環状ギャップをなす。一例では、環状ギャップが、約0.0001インチ（2.54ミクロン）〜0.0003インチ（7.62ミクロン）の範囲内にある。他の例では、環状ギャップが0.0001インチ以下、0.00007インチ（1.78ミクロン）以下、0.00005インチ（1.27ミクロン）以下、または0.00003インチ（0.76ミクロン）以下である。これにより、ギャップを１ミクロン未満に製造することができる。これらの寸法は、現代の製造技術で、例えば微小電気機械（ＭＥＭ：microelectro mechanical）デバイスで得られる。
【００８１】
一実施形態では、デバイスが、筐体内に形成された筐体ポート、及びコア内に形成されたコアポートを含むことができ、これらは、自然な磁性状態時または給電中の磁性状態時のいずれかで整列し、他方の磁性状態では整列しない。筐体ポート及びコアポートは、流体用途、空気用途、反射用途、または光学用途のうち１つの用途向けに構成することができる。１つの態様では、筐体ポートとコアポートとが整列していない際に、コアが筐体ポートに非接触の封止をもたらす。
【００８２】
一実施形態では、コアが電気接点を含み、これらの電気接点は、自然状態時または給電状態時の少なくとも一方で、筐体に装着された対応する電気接点と電気的に係合する。
【００８３】
一実施形態では、デバイスが、コアに結合された１つ以上のミラー素子を含むことができる。１つの態様では、少なくとも１つのミラー素子が、筐体から延びるコアの端部に結合されている。１つの態様では、筐体が、コアの中央部を露出させるスリットまたはギャップを含み、少なくとも１つのミラー素子がコアの中央部に結合されて、このスリットまたはギャップを通して露光される。
【００８４】
一実施形態では、デバイスが複数の電機子を含むことができ、各電機子が、コイル、及び対向する電機子磁極を有し、これらの電機子磁極は、上記第１キャビティ横軸と整列していない。１つの態様では、これら複数の電機子が、筐体磁極に対する複数の電機子磁極位置を有することができる。１つの態様では、これら複数の電機子磁極が、筐体磁極に対して異なる角度にある。
【００８５】
一実施形態では、本明細書で説明するスイッチングデバイスを、スイッチング方法で使用することができる。こうしたスイッチング方法は：前述したスイッチングデバイスを用意するステップと；このスイッチングデバイスを、自然な磁性状態と給電中の磁性状態との間で切り換えるステップとを含むことができる。このスイッチング方法は、コイルに給電するステップと、コアを自然位置と給電位置との間で遷移させるステップとを含むことができる。このスイッチング方法は、コイルに給電し、これによりコアが自然状態から給電状態に向けて遷移するステップと、コイルの給電を遮断し、これによりコアが自然状態に戻るように遷移するステップとを含むことができる。
【００８６】
一実施形態では、装置が、本明細書で説明するミラー素子、及びこのミラー素子と位置合わせされた光源を有するスイッチングデバイスを含むことができる。この光源は、ランプ、電球、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）、高輝度ダイオード、ハロゲン電球、等とすることができる。１つの態様では、このミラー素子をコアに結合して、コアと共に遷移、例えば回転遷移または長軸方向に遷移させることができる。一例では、少なくとも１つのミラー素子を、筐体から延びるコアの端部に結合することができる。他の例では、筐体が、コアの中央部を露出させるスリットまたはギャップを含むことができ、少なくとも１つのミラー素子をコアの中央部に結合して、このスリットまたはギャップを通して露光させることができる。
【００８７】
一実施形態では、方法が、本明細書で説明したスイッチングデバイスを用意するステップと；上記ミラー素子によって光ビームを反射するステップと；スイッチングデバイスを、自然な磁性状態と給電中の磁性状態との間で切り換えるステップとを含むことができる。こうした方法は、コイルに給電するステップと、コアを、自然位置と給電位置との間で遷移させるステップとを含むこともできる。また、この方法は、コイルに給電し、これによりコアが自然位置から給電位置へ向かうステップと、コイルへの給電を遮断し、これによりコアが遷移して自然位置に戻るステップとを含むこともできる。この方法は、品物を光ビームで走査するステップを含むこともできる。
【００８８】
本発明は、その範囲または本質的特徴から逸脱することなしに、他の特定形態で具体化することができる。説明した実施形態はあらゆる点で、例示に過ぎず限定的でないものと考えるべきである。従って、本発明の範囲は、以上の説明ではなく特許請求の範囲に示されている。特許請求の範囲の等価物の意味及び範囲内に入るすべての変更が、特許請求の範囲内に包含される。
【符号の説明】
【００８９】
１００  スイッチングデバイス
１０２  本体
１０４  コア
１０４Ａ  自然状態
１０４Ｂ  給電状態
１０６  筐体
１０８  極
１１０  コイル
１１１  スリット
１１２  電機子
１１２ａ  電機子
１１３  部材
１１４  磁極
１１５  ギャップ
１１６  ギャップ
１１８  キャビティ
１５０  ミラー素子
１５０ａ  ミラー素子
１５０ｂ  平面ミラー素子
１５０ｃ  台形ミラー素子
１５０ｄ  楕円形ミラー素子
１５２  ギャップ
４００  電気機械スイッチ
４０２  筐体
４０４  コア
４０４Ａ  自然状態
４４０Ｂ  給電状態
４０６  筐体
４１０  コイル
４１８  ポート孔
５００  コア
５０２  ポート
５０４  ポート
６００  スイッチ
６０２  球面レンズ
６０６  コア
６１２  光ファイバ
６１４Ａ  位置
６１４Ｂ  位置
７００  スイッチ
７０２  コア
７０６  接点
７０８  バネ
８００  スイッチ
８０２  筐体
８０４  コイル・電機子
８０８  引き状態
８１０  自然状態
８１２  磁界
８１４  コア
８１６  アイテム
８１８  アイテム
８２０  アイテム
８２２  押し状態
【図８】
2014006531.tif 000003
【図９】
2014006531.tif 000004
【図１０Ａ】
2014006531.tif 000005
【図１０Ｂ】
2014006531.tif 000006
【図１０Ｃ】
2014006531.tif 000007
【図１１】
2014006531.tif 000008
【図１】
2014006531.tif 000009
【図２】
2014006531.tif 000010
【図２Ａ】
2014006531.tif 000011
【図２Ｂ】
2014006531.tif 000012
【図２Ｃ】
2014006531.tif 000013
【図２Ｄ】
2014006531.tif 000014
【図３】
2014006531.tif 000015
【図４】
2014006531.tif 000016
【図５】
2014006531.tif 000017
【図６】
2014006531.tif 000018
【図７】
2014006531.tif 000019
【外国語明細書】
2014006531000001.pdf