(57)【要約】【課題】プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの一層の小型化、軽量化、高信頼化を図る。【解決手段】少なくとも、電磁力で可動するプレーナ型電磁アクチュエータと、磁界を発生させるためのコイル線が巻かれた棒状ボビンと、該棒状ボビンを支持する棒状ボビン支持台と、該棒状ボビンとの電気的接続及び外部との電気的接続を行うための端子と、該端子を絶縁・支持している端子支持台と、前記それぞれの構成部品を保護及び支持を行うためのスリーブで構成されたプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットに於いて、前記棒状ボビンに貫通穴を設けたプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットとする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、電磁力で可動するプレーナ型電磁アクチュエータと、磁界を発生させるためのコイル線が巻かれた棒状ボビンと、該棒状ボビンを支持する棒状ボビン支持台と、該棒状ボビンとの電気的接続及び外部との電気的接続を行うための端子と、該端子を絶縁・支持している端子支持台と、前記それぞれの構成部品を保護及び支持を行うためのスリーブで構成されたプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットに於いて、前記棒状ボビンに貫通穴を設けたことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニット。
【請求項２】
前記プレーナ型電磁アクチュエータは、前記棒状ボビン支持台により支持、固定されていることを特徴とする請求項１記載のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニット。
【請求項３】
前記棒状ボビンの前記プレーナ型電磁アクチュエータが配置固定される端面の反対側に、前記棒状ボビンの貫通穴を介して受発光素子を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年光通信用ファイバーは、データ量の増大により単芯使用から複数芯使用であるアレイ化に移行しつつある。また光ファイバーは分岐及び結合の目的で中継が必要であり、各々の光ファイバーは規格内の性能を保持した中でもバラツキを持っている。入出力間でマッチングを取らないと伝送線路にロスが発生し効率的なデータ通信が出来なくなる。そこで中継点には可変光減衰器を設置し前記ロスを防止している。プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットは、分岐と結合の時、光ファイバーと光ファイバーの間に挿入されて使用されるもので、可変光減衰器という名称で製品として流通している。前記光ファイバーのアレイ化への移行により、プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットもアレイに使用される本数分必要になり、必要ユニット数を一つの箱に収めてアレイユニットとして使用される事が多い。このため、該アレイ化ユニットは前記プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニット単体の使用数分、大きく重くなり設置作業時の場所の確保と扱いの不便さを有している。
【０００３】
ところで、最近ではＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ（以降はＭＥＭＳと称する）を利用してシリコン等の材料をミクロな世界で加工し、今まで実現不可能であった大きさ・形状のものを製作し、さらに電気的に動かせるようなものが開発されてきている。前記したプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットのプレーナ型電磁アクチュエータも、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコン等で製作されたものである。
【０００４】
ＭＥＭＳを利用して製作されたプレーナ型電磁アクチュエータの動作原理は、該プレーナ型電磁アクチュエータの表面（特に可動部）に磁性体を塗布し、コイルに電流を流して発生させた磁界中に配置することにより、該プレーナ型電磁アクチュエータの可動部には電流に比例した回転力（トルク）が発生し、トーションバーは捻られバネ力を持つ。このトルクとバネ力とが平衡する角度まで可動部が回動し静止するというものである。
【０００５】
可変光減衰器に使用されているプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットはアレイ化して使用するようになる流れの中で、ＭＥＭＳを利用して前記プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを大幅に小型化、軽量化、高信頼化するということは可変光減衰器自体の小型化、軽量化、高信頼化をするということであり、最終的にはアレイ化ユニットの小型化、軽量化、高信頼化をすることである。今後は一段とアレイ化の規模が大きくなる中で前記プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの小型化、軽量化、高信頼化のレベルアップが求められていく。
【０００６】
図１は本願発明に係わるプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図である。図２はプレーナ型電磁アクチュエータの斜視図である。
１はプレーナ型電磁アクチュエータで、棒状ボビン２に接着剤で固定されている。棒状ボビン２は磁界を強くするため金属材料が用いられている。プレーナ型電磁アクチュエータ１は図２に示すように、シリコン基板に一体形成された可動板１５が形成されており、少なくとも一方の面は鏡面仕上げになっている。また、該可動板１５の少なくとも一方の面には磁性体が蒸着又はスパッタリングされている。その後、着磁して極性を持たせている。可動板１５は、シリコン基板上に中抜きされ、シリコン基板より一体に形成されたトーションバー１６、１７により保持されている。
【０００７】
棒状ボビン２にはコイル線４が所定の巻き数巻き付けられており、巻き始めと巻き終わりの双方にリード線１０、１１が引き出されている。前記プレーナ型電磁アクチュエータ１は、可動板１５が作動角度最大に振れても接触しない位置を保持した状態で棒状ボビン２に接着剤にて固定されている。棒状ボビン２で発生した磁束線を効率的に受けるにはプレーナ型電磁アクチュエータ１と棒状ボビン２の上面との距離は近い方が良い。従ってプレーナ型電磁アクチュエータ１は棒状ボビン２に前記所定の隙間部１３をおいて接着固定されている。棒状ボビン２は一端が棒状ボビン支持台３に固定され、他端が端子支持台６の所定の決め穴にはめ込まれて接着剤で固定されている。前記棒状ボビン２の巻き始めと巻き終わり双方のリード線１０、１１は、端子支持台６に取り付けられている端子７、８の上端部に半田９、１２で固定されている。端子７、８はコイル線４と外部との電気的接続をとるためのものである。前記部材を保護するため前記棒状ボビン支持台３と端子支持台６の間にスリーブ５が介され、それぞれ接着剤で固定されている。端子７、８に電圧をかけるとコイル線４に電流が流れて磁束線が発生する。電圧を変化させると電流が変化し変化電流量に応じてプレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の作動角が変化するものである。
【０００８】
図３は本願発明に係わるプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを使用した可変光減衰器を示す断面図である。入射光ファイバー２６から入射してきた光信号は入射光ファイバー端２５から可動板１５の表面に当たり反射され、反射光ファイバー端２３に入射し反射光ファイバー２４を通って所定の回線へ流れる。光信号の光量を反射光ファイバー端２３にどのくらい戻すかは可動板１５を作動させた時のθ２２で決まる。前記作動を行い光量を可変するものが可変光減衰器である。プレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５を磁界中で効率良く作動させる（振れ角を大きく）ためには棒状ボビン２に限りなく近く配置する必要があるが、作動角度を大きく確保しようとすると可動板１５の最大作動位置より棒状ボビン２の表面を接触しない位置まで遠ざけて配置する必要性がある。このため製品の仕様に合わせて妥協位置を探り決定されている。上記プレーナ型電磁アクチュエータ１と棒状ボビン２の間の距離と、プレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の作動角度の確保という点からプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットと光ファイバーの位置関係は支障のない範囲で長くする必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記プレーナ型電磁アクチュエータ１を駆動する場合、コイル線４に流す電流量に比例した熱が発生する。前記コイル線４の発熱は、棒状ボビン２を通してプレーナ型電磁アクチュエータ１に伝導し熱膨張変形等の問題を引き起こす可能性がある。そのためコイル線４への電流量はプレーナ型電磁アクチュエータ１が熱膨張による変形等の問題を引き起こさない程度の範囲に制限する必要がある。しかしそれではプレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の作動角度を大きく振ることが困難になる。このため、光ファイバー端とプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの距離を短くすることができず、プレーナ型電磁アクチュエータ１を用いた可変光減衰器の小型化の障害となっている。
【００１０】
さらに棒状ボビン２の放熱面積は前記棒状ボビン２の表面積の広さに依存するため、できるだけ表面積は広い方がプレーナ型電磁アクチュエータ１の熱膨張による変形を防止する上で有利である。さらに棒状ボビン２の放熱効率を上げるには周辺の空気流を作ることも有効であるが本願発明に係わるプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットでは外周からの放熱による効果のみである。
【００１１】
前記ＭＥＭＳを使用することによりプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットは小型化されたが、発熱の減少はサイズの小型化には追いついておらず、電流量を減らして対応している。また小型化により大きな放熱口の確保等が困難になっていることも要因である。今後は高信頼化のため、使用部品の小型化を行う中で放熱用表面積も広くするという相反する課題に対処しつつ放熱効率を上げるための構造的改良が求められている。
【００１２】
また、可変光減衰器においても小型化要求が強く、光ファイバー端とプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの距離を短くして配置する方向で市場要求が強くなってきている。そこで、前記のプレーナ型電磁アクチュエータの可動振れ角をさらに大きく取れるような改良を今後行っていくことが重要である。また前記対応を取っていかないとＭＥＭＳ加工による小型化の効果は半減してしまう。
【００１３】
棒状ボビン２は、金属材料である。これは磁界を強くするため使用しなければならない。金属は体積密度が大きく重い事が欠点である。また、前記プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットはアレイ状にし箱に収めアレイユニットとして使用する場合が多く、使用ユニット数の分だけ重くなる。
【００１４】
また可変光減衰器は、プレーナ型電磁アクチュエータの動作不良確認のため、モニター機能を搭載した物が求められている。モニター機能を前記プレーナ型電磁アクチュエータへの入射光と反射光の通過光路か、光路周辺に内装したいが、光ファイバーと棒状ボビン支持台が場所を占有し取り付けが困難な状況であった。
【００１５】
そこで本発明は上記課題を解決するためになされたもので、プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの一層の小型化、軽量化、高信頼化を図ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
少なくとも、電磁力で可動するプレーナ型電磁アクチュエータと、磁界を発生させるためのコイル線が巻かれた棒状ボビンと、該棒状ボビンを支持する棒状ボビン支持台と、該棒状ボビンとの電気的接続及び外部との電気的接続を行うための端子と、該端子を絶縁・支持している端子支持台と、前記それぞれの構成部品を保護及び支持を行うためのスリーブで構成されたプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットに於いて、前記棒状ボビンに貫通穴を設けたプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットとする。
【００１７】
前記プレーナ型電磁アクチュエータは、前記棒状ボビン支持台により支持、固定されて成るプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットとする。
【００１８】
前記棒状ボビンの前記プレーナ型電磁アクチュエータが配置固定される端面の反対側に、前記棒状ボビンの貫通穴を介して受発光素子を配置したプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、本実施の形態に記載されている構成部品の形状、材質、寸法及びその相対的な配置などは、特別な記載が無い限り、本発明の範囲をそれらのみに限定しているものではない。
【００２０】
本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを図４から図７を参照して説明する（ただし、図５は本プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを使用した可変光減衰器の一例である）。
【００２１】
図４は本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図である。尚、前述の技術と共通のものは同一の符号を用いる。
１はプレーナ型電磁アクチュエータで、棒状ボビン支持台３に接着剤で固定されている。棒状ボビン２０にはプレーナ型電磁アクチュエータ１と対向する貫通穴１４を有し、コイル線４が所定の巻き数巻き付けられている。巻き始めと巻き終わりの双方にリード線１０、１１が引き出されている。棒状ボビン２０に貫通穴１４を設けたことにより、プレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５が棒状ボビン２０側に回動した場合、貫通穴１４の中に入ってオフセットされてしまうため該可動板１５は棒状ボビン２０に接触することがなくなる。上記構成によりプレーナ型電磁アクチュエータ１と棒状ボビン２０の間には、可動板１５と棒状ボビン２０との接触を避けるため可動板１５の回動範囲を考慮した隙間部を気にせず、プレーナ型電磁アクチュエータ１の可動部１５以外の部位と棒状ボビン２０が接触しないような位置関係で配置されることだけ考慮すれば良い。また、プレーナ型電磁アクチュエータ１は棒状ボビン２０の支持台３に固定される構造で、棒状ボビン２０に直接固定されていないので、棒状ボビン２０からの熱伝導を抑えることができる。
【００２２】
前記棒状ボビン２０の巻き始めと巻き終わり双方のリード線１０、１１は、端子支持台６に取り付けられている端子７、８の上端部に半田９、１２で固定されている。端子７、８はコイル線４と外部との電気的接続をとるためのものである。棒状ボビン２０を支持する棒状ボビン支持台３と端子支持台６の間にスリーブ５が設けられ接着剤で固定されている。端子７、８に電圧をかけるとコイル線４に電流が流れて磁束線が発生する。電圧を変化させると電流が変化し変化電流量に応じてプレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の作動角が変化する。
【００２３】
図６は本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの下面図である。貫通穴１４を通してプレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の裏面が見えている。棒状ボビン２０に貫通穴１４を設けたことで棒状ボビン２０の表面積が広くなり、プレーナ型電磁アクチュエータ１の熱膨張による変形を防止できる。また、貫通穴１４を有することにより空気流路を作ることができ放熱効果を上げることができる。
【００２４】
図７は本発明の他の実施形態で、プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図である。１８は受発光素子、１９は受発光素子１８を支持する素子支持台である。該受発光素子１８はプレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５の動作を監視するための物である。可動板１５の少なくとも一方の面は鏡面に仕上げられている。該可動板１５は磁性体が蒸着又はスパッタリングされている。受発光素子１８の発光側素子から出射された光は、図６で示したプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの底面から貫通穴１４を通して見える可動板１５の裏面に当たり反射され受発光素子１８に戻り受光側素子にて受光する。該受発光素子１８で光量の変化を検出することでプレーナ型電磁アクチュエータ１の動作不良あるいは静止角度の把握が可能となる。可動板１５の振れ方向については、磁界を発生させるためコイル線４に流す電流の向きにより可動板１５の振れ方向をあらかじめ特定しておけば良い。素子支持台１９外周には貫通穴１４に空気が入るように穴２７が複数設けられている。
【００２５】
図５は本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを使用した可変光減衰器の断面図である。光信号の流れは図３に示す技術と同様である。上述の本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを用いることにより、プレーナ型電磁アクチュエータ１の可動板１５が棒状ボビン２０側に回動した場合にも貫通穴１４の中に入ってオフセットされてしまうため可動板１５は棒状ボビン２０に接触しなくなり可動板１５の作動角が大きく取れる。このため可動板１５の作動角度θ２２を、従来よりも大きく取れるようになり、図５に示す如くプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットと光ファイバー端の距離を短くする配置が可能となる。よって可変光減衰器を小型化できる。
【００２６】
【発明の効果】
棒状ボビンに貫通穴を設けたので、プレーナ型電磁アクチュエータの可動板と棒状ボビンの距離を気にせずに作動角を大きく取れる。また、可動板の作動角を大きくとれることで、可変光減衰器に用いた場合、プレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットと光ファイバー端との距離を短くできるため小型化が可能になる。
【００２７】
棒状ボビンに貫通穴を設けたので、棒状ボビンの表面積が大幅に増え放熱効率の大幅向上が可能となる。また貫通穴が煙突と同様の機能を持ち、空気の流れができやすく放熱効率が向上する。これによりプレーナ型電磁アクチュエータは熱的影響を受けづらくなり高信頼性の製品供給が可能となる。
【００２８】
プレーナ型電磁アクチュエータを棒状ボビンに接着固定しないので、棒状ボビンからの熱がプレーナ型電磁アクチュエータに伝わりにくくなる。よってプレーナ型電磁アクチュエータは熱的影響を受けづらくなり高信頼性の製品供給が可能となる。
【００２９】
棒状ボビン２は金属で重いが棒状ボビンに貫通穴を設けることにより質量が軽くなり製品の軽量化が可能になる。
【００３０】
棒状ボビンの貫通穴を利用して受発光素子を設けたので、受発光素子の設置が容易で、プレーナ型電磁アクチュエータの動作不良及び可動板の静止角度の把握が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係わるプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図。
【図２】プレーナ型電磁アクチュエータの斜視図。
【図３】本願発明に係わるプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを使用した可変光減衰器の断面図。
【図４】本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図。
【図５】本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを使用した可変光減衰器の断面図。
【図６】本発明のプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットの下面図。
【図７】本発明の他の実施形態でプレーナ型電磁アクチュエータ駆動ユニットを示す組立断面図。
【符号の説明】
１  プレーナ型電磁アクチュエータ
２  棒状ボビン
３  棒状ボビン支持台
４  コイル線
５  スリーブ
６  端子支持台
７、８  端子
９、１２  半田
１０、１１  リード線
１３  隙間部
１４  貫通穴
１５  可動板
１６、１７  トーションバー
１８  受発光素子
１９  素子支持台
２０  棒状ボビン
２２  θ
２３  反射光ファイバー端
２４  反射光ファイバー
２５  入射光ファイバー端
２６  入射光ファイバー
２７  穴
【図１】
2004158633.tif 000003
【図２】
2004158633.tif 000004
【図３】
2004158633.tif 000005
【図４】
2004158633.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004158633.tif 000008
【図７】
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