(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー切替手段と、前記光ファイバー切替手段を設けるパッケージを備えるとともに、プリント基板に固定される、前記光ファイバー切替手段に電流を供給する複数の電極ピンと電気的に導通しない１以上の支持ピンを前記パッケージに設けることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
光ファイバー切替手段を内部に有するパッケージと、前記パッケージに設ける蓋部材とを備える光スイッチであって、前記光ファイバー切替手段に電流を供給するプリント基板に固定される電極ピンを前記パッケージに少なくとも２以上設け、プリント基板に固定される電気的に導通しない支持ピンを前記蓋部材に少なくとも１以上設けることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
パッケージ内に光ファイバー切替手段とは別に設けられた抵抗部材に電流あるいは電圧を供給する、プリント基板に固定される電極ピンを前記パッケージに設けることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光スイッチを複数備えた光スイッチモジュールであって、前記電極ピンと前記支持ピンをプリント基板にハンダ付けで固定するとともに、前記プリント基板に光スイッチの光路を切り替える制御装置を設け、前記制御装置は前記電極ピンに供給する電流の向きを変えることで前記光スイッチの光路を切り替えることを特徴とする光スイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信の分野で用いる光スイッチに関係する。特に、プリント基板上に安定した状態で設置できる光スイッチに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の発達に伴って、光ファイバー通信網は長い光路と複雑な分岐を持つようになった。このような環境では光通信装置や光伝送装置内において、回線間で光ファイバーの光路（伝送経路）を切り替える用途が増大し、多くの光スイッチが用いられている。光スイッチを切替方式でみると、電気的あるいは光学的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進行方向を切り替える方式のものや、機械的に光路を移動させて光の進行方向を切り替える方式のもの等が開発されている。精密な駆動を実現する低損失な光スイッチとしては、後者の機械式光スイッチが有望である。光スイッチを分岐の数でみると、１本の入力光ファイバーを２本の出力光ファイバーで切り替える１×２型光スイッチや、多数の光ファイバーの端面を対向させた１×ｍ型光スイッチあるいはｎ×ｍ型光スイッチ等がある。また、切替の目的は、通常の回線切替の他に、断線した伝送経路を別の断線していない経路に切り替える障害復旧用途や、建物内や地域内の光通信ネットワークの回線を切り替える保守点検用途等にも用いられている。
【０００３】
従来の光スイッチは、例えば特開昭６３−８５５２２号公報に開示されている。この光スイッチは、光ファイバーを位置決め固定した２個のプラグをつき合わせて接続し、一方のプラグを他方のプラグに対して平行移動させて光路を切り替える光スイッチである。精密な平行移動を実現すべく、ガイドピンとガイドピンを保持する穴と、ガイドピンを内部でスライドさせる穴を有する。この構成では光スイッチの切替機構を開口した容器の中に納めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本件特許発明の出願人は、図８に示すように２本の電極ピン102を設けたパッケージ101と蓋部材103を備える光スイッチを検討している。これらの電極ピン102はプリント基板104にハンダ106aで固定した。同図は横断面の略図であるため、電極ピンは１本のみ図示したが、実際の構成ではパッケージの一方の端に２本の電極ピンを設けることとした。１個の光スイッチを設けるスペースを広くとれるような場合には、２本の電極ピンで十分である。しかしながら、多数の光スイッチとそれに接続した光ファイバー101fを小さいプリント基板上に高密度に実装するような使い方とすると、より強固な固定方法が求められる。プリント基板上に多数の光ファイバーを隣接させて実装すると、光ファイバーを配置する際に隣の光ファイバーに触れて、光スイッチに横向きの荷重を加えることになる。こうすると、２本の電極ピンで保持されていた光スイッチは、プリント基板との間に隙間を生じるおそれがある。隙間ができた片持ち状態において、光スイッチは外部からの振動に弱い。
【０００５】
このような状態を回避するために、接着剤を介して蓋部材103とプリント基板104を接合し、光スイッチを強固に固定することは可能である。しかしながら、一度接着した光ファイバーを取り外すことは困難となってしまう。例えば、多数の光スイッチを高密度に集積したプリント基板を作った後に、１個の光スイッチだけ交換する訳にはいかず、基板全部を交換する必要となってしまう。そこで、本発明の目的は、多数の光スイッチを安定してプリント基板上に配置することができると共に、プリント基板から取り外すことが可能な光スイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、光ファイバー切替手段と、前記光ファイバー切替手段を設けるパッケージを備えるとともに、プリント基板に固定される、前記光ファイバー切替手段に電流を供給する複数の電極ピンと電気的に導通しない１以上の支持ピンを前記パッケージに設けることを特徴とする。電極ピンの他に支持ピンを設けることで、安定してプリント基板に光スイッチをハンダ付けで固定することができる。ここで、支持ピンを設ける箇所はパッケージのいずれの箇所でも可能であるが、望ましくは電極ピンと平行で且つ、パッケージ上の一の面に対して同程度の長さを有するように設ける。
【０００７】
本発明の他の光スイッチは、光ファイバー切替手段を内部に有するパッケージと、前記パッケージに設ける蓋部材とを備える光スイッチであって、前記光ファイバー切替手段に電流を供給するプリント基板に固定される電極ピンを前記パッケージに少なくとも２以上設け、プリント基板に固定される電気的に導通しない支持ピンを前記蓋部材に少なくとも１以上設けることを特徴とする。前記電極ピンと前記支持ピンは光スイッチをプリント基板に固定するものとして用いる。電極ピンと支持ピンを同時にパッケージに設けると、パッケージの四隅がピンで遮られる。すなわち、光ファイバー切替手段をパッケージ内に設ける際に支持ピンが邪魔になって切替手段の組込に手間がかかることがある。そこで、パッケージには電極ピンのみを設け、このパッケージの中に光ファイバー切替手段を組み込むこととする。並行して蓋部材に支持ピンを設けておいてから、パッケージと蓋部材を突き合わせて接合する。この構成にすると、組込工程を複雑化することなく、電極ピンと支持ピンを備える光スイッチを得ることができる。
【０００８】
本発明の他の光スイッチは、光ファイバー切替手段と、前記光ファイバー切替手段を設けるパッケージを備え、プリント基板に固定される、前記光ファイバー切替手段に電流を供給する複数の電極ピンと電気的に導通しない１以上の支持ピンを前記パッケージに設けるとともに、パッケージ内に光ファイバー切替手段とは別に設けた抵抗部材に電流あるいは電圧を供給する、プリント基板に固定される電極ピンを前記パッケージに設けることを特徴とする。
【０００９】
ここで抵抗部材としては、抵抗体、電磁石、センサー等が挙げられる。すなわち、抵抗体は光スイッチの環境が低温状態（−２０〜０℃）以下となったときに、これに通電することで光スイッチの温度がさらに低下しないように保持するものである。電磁石は、上記光ファイバー切替手段とは別に設けた駆動機構であって、磁気コアにコイルを巻いたものである。センサーは光ファイバー切替手段の動きや光ファイバーの位置変位を検知するものである。
【００１０】
本発明の光スイッチモジュールは、上記の光スイッチのいずれかを用い、前記電極ピンと前記支持ピンをプリント基板にハンダ付けで固定するとともに、前記プリント基板に光スイッチの光路を切り替える制御装置を設け、前記制御装置は前記電極ピンに供給する電流の向きを変えることで前記光スイッチの光路を切り替えることを特徴とする。この構成は、小型化した光スイッチを高密度にプリント基板上に配置するものである。従って、電極ピンに流す電流の向きを変更する制御装置についても、小型化するとともに光スイッチの近傍に配置することが好ましい。そこで、制御装置についてもプリント基板上に設けるとともに金属パターンを介して両者を接続させる。
【００１１】
本発明の光スイッチにおいて、前記支持ピンは金属材料を主として構成され、前記蓋部材あるいはパッケージはセラミックス、金属、プラスチック等で構成され、前記蓋部材あるいはパッケージに支持ピンが設けられて一体となっている。支持ピンを設ける際には、埋込、接着、熔着、嵌合、ネジ止め等を用いる。パッケージと蓋部材を安定してプリント基板に固定するためには、支持ピンをメタライズ接合で蓋部材あるいはパッケージに接合させることが好ましい。この構成を作製する場合、セラミックス材料で構成した蓋部材あるいはパッケージの表面に金属層を設け、この金属層に支持ピンを接合する。なお、金属層と金属部材を接合する箇所にのみ着目して、ロウ付けと呼称する場合もあるが、この明細書では、メタライス接合とロウ付けの双方を含む用語としてメタライズ接合を用いる。なお、電極ピンあるいは支持ピンは、棒状、柱状、板状とすることができる。この中で特に細長い円柱状とすることが好ましい。
【００１２】
本発明において、パッケージとは、容器、筺体、ケース、穴あるいは凹みを設けた板材を含む。これらは光スイッチの駆動部や切替手段などを納めるための空間を備える。この空間をパッケージの内側とも称す。前記空間を備える部材であれば、蓋、板材、ブロック等であってもよい。さらにパッケージは、蓋部材をパッケージに一体化した容器、あるいはパッケージのみで光スイッチ全体を支持する容器、開口した容器も含む。すなわち、パッケージは前記の構成を含む用語として用いた。本発明の構成で、パッケージと蓋部材の関係を逆にしたとしても、同様の機能を得ることは可能である。パッケージは、屈折率整合剤を密封できる材料で形成されたものを用いることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の光スイッチを説明する。図１は本発明の１実施形態に係る光スイッチとプリント基板の関係を示す分解斜視図である。図２は、図１の構成を用いて光スイッチをプリント基板にハンダ付けした様子をＡ−Ａ’線に沿ってみた断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る光スイッチの電極ピンと支持ピンの配列を（ａ）〜（ｅ）で説明する平面図である。図５ないし図７は本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図である。図８は、比較例の光スイッチをプリント基板に設ける様子を説明する断面図である。
【００１４】
（実施例１）
図１の斜視図で本発明に係る光スイッチを分解状態で説明する。光スイッチは電極ピン2bと支持ピン2aと光スイッチ切替手段等を有するセラミックスのパッケージ1に蓋部材3を設けた構成とした。同図では、光スイッチ内部の構成を説明し易くする為に蓋部材3をはずした様子を示したが、実際には点線に沿って蓋部材3をパッケージ1に接合させた。なお、記載を省略したが、対向して配置される光ファイバー1f,1gの間には屈折率整合剤を充填し、これが漏れないように光ファイバーを外部に導出する箇所やパッケージと蓋部材の接合箇所を接着剤で密封するものとした。
【００１５】
プリント基板4は、リード線となる導電性パターン4a,4bを設けた貫通孔5a,5bと、リード線とは接続しない導電性パターン4cを設けた貫通孔5c,5dを備える。光スイッチの電極ピン2bの各々を貫通孔5a,5bに挿入し、支持ピン2aの各々を貫通孔5c,5dに挿入して、プリント基板4に光スイッチを合わせた。続けて、電極ピンと支持ピンを導電性パターンにハンダ6a,6bで固定した。電極ピン2bの一方はハンダ6aを介して導電性パターン4bと電気的に導通し、光ファイバー切替手段中のコイルに流す電流を供給するものとした。ハンダ付けした光スイッチをＡ−Ａ’線でみた断面を図２に示す。図２では、プリント基板の背面と光スイッチの蓋部材の間にわずかに隙間を開けたが、放熱性を確保すべく、プリント基板と蓋部材を密着して配置させた後、ハンダ付けで固定してもよい。
【００１６】
図１の光スイッチの切替手段について詳細に説明する。パッケージの内部に設けた光ファイバー切替手段は、固定ブロック1cと可動ブロック1bと固定ブロック1dと、可動ブロック1bをｘ軸に沿って動かす電磁石1yと、電磁石1yと電極ピン2bと結ぶ端子1hと、光信号を入力する光ファイバー1fと、光信号を出力する光ファイバー1gを備える。２本の入力側の光ファイバー1fは途中で固定ブロック1cに固定され、その先端を可動ブロック1cに設けた。４本の出力側の光ファイバー1gは、その先端を固定ブロック1gに設けた。可動ブロック1cと固定ブロック1dは、各々に設けられた光ファイバー1f,1gの端面と共に対向させた。電磁石1yは、コ字状型の磁気ヨークにコイルを巻き、コ字の中心に固定ブロック1dと永久磁石1eを配置した構成とした。磁気ヨークの両方の腕の各々に巻いたコイルに流す電流の向きを変えることによって、磁気ヨークの先端の間で可動ブロック1bを平行移動させて、光ファイバー1fと光ファイバー1gの接続の組合せを変更することができた。平行移動させる際のストッパーとして、可動ブロック1bには突出させた２本の超硬ピンを設けた。固定ブロック1dには前記超硬ピンを挿入させる為の２カ所の幅広の孔を設けた。この幅広の孔の内部で超硬ピンが平行移動することで、可動ブロックが平行移動した際に、磁気ヨークの一方の先端との間に隙間を残した状態で近接させることができた。なお、説明を分かり易くするため、図１では光ファイバー1f,1gを覆う被覆の記載は省略した。
【００１７】
（実施例２）
図３は本発明の実施形態に係る光スイッチについて、電極ピンと支持ピンの配列の例を（ａ）〜（ｅ）で説明する平面図である。図３の（ａ）は、蓋部材を設けたパッケージ30aの一方の端近傍に２本の電極ピン31aを設け、他方の端近傍に２本の支持ピン32aを設けた光スイッチである。電極ピン31a同士の間隔と支持ピン32a同士の間隔（ピッチ）は共に同じ寸法x1＝5［ｍｍ］とした。パッケージの寸法は縦30［ｍｍ］、横幅15［ｍｍ］、厚さ4［ｍｍ］とした。支持ピンは、ＦｅＮｉＣｏ合金を材料とし、ピン長さ12［ｍｍ］、ピンの直径0.6［ｍｍ］とした。支持ピンの根本は鍔状に広げて、その直径を1.2［ｍｍ］とした。支持ピンの蓋部材あるいはパッケージに挿入した部分の直径は0.6［ｍｍ］とした。
【００１８】
図３の（ｂ）は、蓋部材を設けたパッケージ30bの一方の端近傍に２本の電極ピン31bを設け、他方の端近傍に２本の支持ピン32bを設けた光スイッチである。電極ピン31b同士の間隔x1と支持ピン32a同士の間隔x2の関係は、x1＞x2とした。この構成は電極ピンと支持ピンの間隔（ピッチ）を変えることで、電極ピンと支持ピンの配置をｙ軸方向に沿って180°回転させて、間違ってプリント基板に挿入することはなく、工程の安全性を高めることができた。
【００１９】
図３の（ｃ）は、蓋部材を設けたパッケージ30cの一方の端近傍に３本の電極ピン31cを設け、他方の端近傍に３本の支持ピン32cを設けた光スイッチである。電極ピン31cは中央の電極ピンを共通のアース端子として、両隣の電極ピンにそれぞれ異なった電気信号を印加する構成とした。この場合、例えば一方の端の電極ピンは光ファイバー切替手段のコイルに電流を流すものとし、他方の端の電極ピンはパッケージ内に新たに設けた抵抗体に電流を流すものとした。なお、この構成において中央の電極ピンを電流を流さない支持ピンに置換して、電流の供給は両端の電極ピンで行う構成とすることも可能である。
【００２０】
図３の（ｄ）は、蓋部材を設けたパッケージ30dの一方の端近傍に２本の電極ピン31dを設け、他方の端近傍に２本の支持ピン32dを設け、長手方向でみたパッケージの中央近傍に２本の支持ピン33dを設けた光スイッチである。この構成はパッケージがｙ軸方向に長いものについても、支持ピンの数を増やすことにより、光スイッチを安定してプリント基板に固定する構成とした。
【００２１】
図３の（ｅ）は、蓋部材を設けたパッケージ30eの一方の端近傍に２本の電極ピン31eを設け、他方の端近傍の３カ所に角柱型のピン32eを設けた光スイッチである。角柱型のピン32eは、蓋部材に接着剤を介して固着させた。この光スイッチをプリント基板に固定する際には、電極ピン31eを図１の如く貫通孔を通してハンダ付けし、スペーサ32eの先端には接着剤を塗布して直接にプリント基板の裏側に接着させた。なお、この構成において点線上に配置した支持ピンあるいは電極ピンの数を増やした多ピン構造とすることも可能である。スペーサ32eは蓋部材から突出した構造とした為、溶剤を塗布してプリント基板から剥がすことは、図７の構成に比べると格段に作業性を改善することができた。但し、光スイッチをプリント基板から剥がす作業性は、電極ピンと支持ピンの双方をハンダ付けでプリント基板に固定する方式の方が良い。
【００２２】
（実施例３）
図５に、本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図を示す。同図はパッケージ51の一方の端の凹部51aに電極ピン52を設け、このパッケージ51に被せる蓋部材53の表面に支持ピン53aを設ける光スイッチとした。電極ピン52はパッケージ内に設ける光ファイバー切替手段に電流を供給するものとした。一方、支持ピン53aは蓋部材53に接合するのみであり、パッケージ51の内部とは電気的に導通しないものとした。もし、メタライズ接合でパッケージに電極ピンと支持ピンを同時に設けると、パッケージ51内に光ファイバー切替手段を組み込む時に、これらのピンが邪魔になってしまう。そこで、本実施例では、まず電極ピンを設けたパッケージ51と、支持ピンを設けた蓋部材53を別個に作製した。次にパッケージの内部に光ファイバー切替手段の部品を組み込んだ。続けてパッケージ51に蓋部材53を接合した。このようにすることで、光スイッチを組み立てるときの作業性を良くすることができた。また、電極ピン側と支持ピン側とで外観が異なるため、プリント基板に固定する際に電極ピン側と支持ピン側を逆に誤認して固定するようなことを回避することもできる。
【００２３】
（実施例４）
図６に本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図を示す。同図は、パッケージ51の一方に端に設けた凹部51aに電極ピン52を設け、このパッケージ51に被せる蓋部材53の表面に円柱状のピン54aを設けた光スイッチとした。電極ピン52はパッケージ内に設ける光ファイバー切替手段に電流を供給するものとした。円柱状のピン54aは電極ピン52に比べて短くした。この構成をプリント基板に設けるときは、電極ピン52をプリント基板の貫通孔に挿入してハンダ付けした。他方、円柱状のピン54aはプリント基板に設けた孔に嵌合させた。なお、蓋部材に一体形成した突部を設けて、上記の円柱状のピン54aに代えて用いることも可能である。双方の実施形態において、円柱状のピンあるいは突部は基板に設けた孔との間に十分な摩擦力を生じる寸法精度に加工・形成した。
【００２４】
（実施例５）
図７に、本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図を示す。同図は側面に電極ピン57bを設けたパッケージ56と、側面に支持ピン57aを設けた蓋部材55と、電極ピンと支持ピンが対向する端に位置するように、蓋部材55をパッケージ56に被せる構成とした。電極ピンと支持ピンは金属の薄板で構成した。これらのピンの機能等は図５の構成と同様とした。
【００２５】
上記実施例に用いたパッケージの第１の製造方法を説明する。まず、平板状のセラミックスシートと、導電膜を印刷したセラミックシートと、電極ピンを接合する為の凹部を有する枠状のセラミックシートと、複数の枠状セラミックシートを順に積層した。こうして、端子となる導電膜を含むようにセラミックスシートを張り合わせて形成した積層体を得た。ここで、導電膜はパッケージの内部に露出させて端子とする部分と、パッケージの凹部に露出させて電極ピンを接合する部分を有する構成とした。セラミックシートには焼結前のグリーンシートを用いた。次に、積層体を治具に固定した後、これを加熱炉中で熱処理して一体化させることにより、セラミックスの積層体を得た。積層体の温度を自然冷却にて室温まで下げた後、治具を外して変形箇所を切削で修正した。さらに、導電膜に電極ピンをメタライズ接合してパッケージを完成させた。
【００２６】
本発明のパッケージを形成する他の実施例を説明する。第２の製法は、セラミックスシートを重ねて積層体を得て、この積層体を型に入れた後に一軸方向に圧力を印加してセラミックスシートを圧着し、これを熱処理してパッケージを得た。第３の製法は、セラミックスシートを接着層を介して積層し、これを治具に挟んで接着した後に、熱処理でセラミックシートを硬化させ、パッケージを得た。これらの製法において、電極ピンを設ける方法は第１の製造方法と同様とした。
【００２７】
本発明に係る支持ピンを設けた蓋部材の製造方法を説明する。蓋部材は上記パッケージと同様の方法で形成してもよいが、プレスを用いるとより短い工程で作製することができる。即ち、セラミックスの材料にバインダーを添加した粉末を金型でプレスして蓋部材を得た。形状を精密にする場合、金型の精度を向上させるか、あるいはプレス後にマイクログラインダーで無駄な部分を削り取る方法を用いた。続けて、蓋部材の所定の位置にメタライズ接合で支持ピンを設けた。他の製造方法としては、板材やブロック等の一部分を、エッチングあるいは切削で除去することにより、穴もしくは凹みを形成してパッケージや蓋部材を得る方法等を用いることができた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、プリント基板に安定して設けられると共に、プリント基板から取り外すことが可能な光スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチに係る分解斜視図である。
【図２】図１の光スイッチに係る断面図である。
【図３】本発明に係る電極ピンと支持ピンの配列を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光スイッチの断面図である。
【図８】比較例の光スイッチの断面図である。
【符号の説明】
1  パッケージ、1b  可動ブロック、1c  固定ブロック、
1d  固定ブロック、1e  永久磁石、1f  光ファイバー、
1g  光ファイバー、1h  端子、1y  磁気ヨーク、
2a  支持ピン、2b  電極ピン、
3  蓋部材、4  プリント基板、
4a,4b  導電性パターン、4c  導電性パターン、
5a,5b,5c,5d  貫通孔、
6a,6b  ハンダ、
30a,30b,30c,30d,30e  パッケージ、
31a,31b,31c,31d,31e  電極ピン、
32a,32b,32c,32d,33d,32e  支持ピン、
51  パッケージ、51a  凹部、52  電極ピン、53  蓋部材、53a  支持ピン、
54  蓋部材、54a  円柱状のピン、
55  蓋部材、56  パッケージ、57a  支持ピン、57b  電極ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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