(57)【要約】【課題】光スイッチ用アクチュエータ装置のスイッチ動作に伴う回転軸方向の並進力の低減を行い、耐久性の向上、応答速度、消費電流値の安定を達成することのできるアクチュエータ装置を提供することである。【解決手段】回転体の一部を構成する永久磁石と、その永久磁石の一端付近から永久磁石の他端を越えた位置まで延伸され、その延伸する各先端に回転軸方向に折り曲げた曲折部を有する第１及び第２のヨークを具備することで、回転体が第１の姿勢または第２の姿勢にあるとき、永久磁石と第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成し、回転体が第１の姿勢から第２の姿勢へ、または第２の姿勢から第１の姿勢へ移動させる際には、永久磁石の一端付近と各ヨークに作用する力と、永久磁石の他端と曲折部に作用する力とが逆方向に作用するようにした。【選択図】    図２
2005084447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転体と、
前記回転体が所定の箇所で静止する第１の姿勢、または前記回転体が他の位置で静止する第２の姿勢で、それぞれ自己保持させる姿勢保持手段と、
前記回転体を前記第１の姿勢から前記第２の姿勢へ、または前記第２の姿勢から前記第１の姿勢へ移動させる駆動手段とを備え、
前記姿勢保持手段は、前記回転体の一部を構成する永久磁石と、その永久磁石の一端付近から前記永久磁石の他端を越えた位置まで延伸され、その延伸する各先端に前記回転軸方向に折り曲げた曲折部を有する第１及び第２のヨークとを有し、
前記回転体が前記第１の姿勢または前記第２の姿勢にあるとき、前記永久磁石と前記第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成し、
前記回転体が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢へ、または前記第２の姿勢から前記第１の姿勢へ移動させる際には、前記永久磁石の一端付近と各ヨークに作用する力と、前記永久磁石の他端と前記曲折部に作用する力とが逆方向に作用するようにした
ことを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記回転体の回転位置を規制する回転規制板をさらに備え、
前記姿勢保持手段は、前記回転体の一端が前記回転規制板の一端と当接した第１の姿勢に、または前記回転体の他端が前記回転規制板の他端と当接した第２の姿勢に、それぞれ自己保持させるようにした。
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
上端面に形成した凹部に前記回転体の回転軸を載せることで、その回転軸を回転可能に支持する回転軸保持部材を有し、
前記回転軸の一方は、スラストバネにより押圧されており、他方は、固定ブロックにより回転軸の位置が固定されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記回転軸と、前記回転体の重心位置が、略一致している
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を有する回転体と、回転体の姿勢（位置）を変化させ且つその変化させた位置に保持する駆動手段とを備えたアクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に光ＬＡＮなどの光伝送システムにおける光スイッチ装置などに応用するために、高速に、且つ高精度な変位を得ることができるアクチュエータ装置が望まれており、１０数ｍｓ程度の可動速度、±１μｍ程度のミラー位置決め精度を有することが必要とされ、様々な方法が提案されている。それら方式の中で、機械式光スイッチは、ファイバーやミラー（または遮蔽板）を機械駆動することにより、直接光の伝播方向を変えることができるため、他の方式の光スイッチに比べてスイッチ内部における光損失やクロストークが小さい等の利点を有し、光スイッチに適用できる最も有望な技術として実用化が進んでいる。
【０００３】
その技術分野における機械式光スイッチ技術としては、ミラー駆動型機械式２×２光スイッチが開示されている（例えば特許文献１参照）。また、他の例として機械式光スイッチに適用可能なアクチュエータ装置が、国内特許出願番号、特願２００２−６６７５０号として出願されている。この背景技術に関して図８を用いて説明する。
【０００４】
まず始めに光スイッチを構成する光ファイバ部について説明する。
この光ファイバ部３は、レンズの光軸対称に一対の光ファイバ１０１，１０３を配置した第１のコリメータレンズ組立１０５と、一対の光ファイバ１０７、１０９を配置した第２のコリメータレンズ組立１１１を配置し、その第１、及び第２のコリメータレンズ組立１０５，１１１を対向させて光軸を一致させる。その際に第１及び第２のコリメータレンズ組立１０５、１１１は光ファイバ１０１と光ファイバ１０９、光ファイバ１０３と光ファイバ１０７とが互いに交差して光学接続するように配置して支持されている。
【０００５】
次に背景技術におけるアクチュエータ部５について説明する。
アクチュエータ部５は、任意のサイズの筐体１内に配置されており、回転軸１５にローター磁石１７及び遮蔽板１９、取付部４５が接着あるいは圧入等で固定されて回転体７を構成されている。そして、回転軸１５は筐体１の底面４１に設けられた２つの回転軸保持部４３と、筐体１に固定された軸押さえバネ１３とで挟持されることによって、回転軸保持部４３に回転自在に支持されている。詳しくは、回転軸保持部４３の上端面には上方に開いたＶ溝などの凹部が形成され、その凹部に回転軸１５が載ることで、回転軸１５は回転保持部４３上に回転自在に支持される。更に、この回転軸１５は軸押さえバネ１３によって上から押さえつけられ、回転保持部４３の凹部から上方に抜け出ることを防止している。
【０００６】
更に、回転軸１５は、その一端をブロック４７に付き当てられ、他端がスラストバネ４９により一定圧を加えられることで、スラスト方向に支持されている。
【０００７】
このアクチュエータ部５は、電磁軟鉄等の磁性材料である第１のヨーク２３と第２のヨーク２７を備える。第１のヨーク２３は、複数の部品を組み合わせて磁気的な結合がされており、ローター磁石１７が第１のヨーク２３に引きつけられる力の磁気吸引力により、回転体７を後述する第１の回転位置に第１の姿勢で自己保持することができる。同様に、第２のヨーク２７は、複数の部品を組み合わせて磁気的な結合がされており、ローター磁石１７が第２のヨーク２７に引きつけられる力の磁気吸引力により回転体７を後述する第２の回転位置に第２の姿勢で自己保持することができる。以上の構成で、アクチュエータ装置の姿勢保持手段を得ることができる。
【０００８】
第１のヨーク２３には第１の励磁用コイル２５が巻回されており、第１の磁気回路部９を構成する。この第１の磁気回路部９は、回転体７を第１の回転位置から後述する第２の回転位置へ移行させるだけの回転力を生じさせることにより、第１の回転位置に自己保持状態にある回転体７を第２の回転位置まで移動させることができる。
【０００９】
また、第２のヨーク２７には第２の励磁用コイル２９が巻回されており、第２の磁気回路部１１を構成する。この第２の磁気回路部１１は、回転体７を第２の回転位置から後述する第１の回転位置へ移行させるだけの回転力を生じさせることにより、第２の回転位置に自己保持状態にある回転体７を第１の回転位置まで移動させることができる。以上の構成で、アクチュエータ装置の駆動手段を得ることができる。
【００１０】
なお、第１の磁気回路部９及び第２の磁気回路部１１は、筐体１にねじ等（図示せず）で固定されている。そして、第１の励磁用コイル２５の端子及び第２の励磁用コイル２９の端子は、端子ピン（図示せず）またはＦＰＣ（図示せず）に接続され、筐体１外部に取り出されて外部との電気的な接続を行い、アクチュエータ装置を制御する。
【００１１】
次に、前述した姿勢保持手段と駆動手段を用いたアクチュエータ部の回転規制構造について図９，図１０を用いて説明する。図９は、回転体７が第１の回転位置で自己保持されている状態を示す模式図である。
ここで、ローター磁石１７は、図に示す方向に２極に着磁されているとする。第１のヨーク２３の一端３１は、ローター磁石１７のＮ極近傍に位置し、他端３３は、Ｓ近傍に位置している。ローター磁石１７のＮ極から生じた磁束は、空隙を通り最も近くにある磁性体の第１のヨーク２３の一端３１に流れ込み、第１のヨーク２３を通り第１のヨーク２３の他端３３へ向かって流れ、第１のヨーク２３の他端３３から空隙を通りローター磁石１７のＳ極へと流れ、これにより閉磁路が形成される。この様な磁束の流れにより閉磁路が形成され、ローター磁石１７と第１のヨーク２３との間に磁気吸引力が生じることで、回転体７を構成する取付部４５の第１の当接部５３が、回転規制板５１の第１の回転規制部５７と接触し、回転体７は第１の回転位置に自己保持される。なお、回転体７が第１の回転位置に保持された状態では、光ファイバーを通過する光経路３５の光を、反射ミラー面２１によって反射する状態を保持させている。
【００１２】
次に、回転体７が第２の回転位置に自己保持されている状態について図１０を用いて説明する。
第２のヨーク２７の一端３７は、ローター磁石１７のＮ極近傍に位置し、他端３９はＳ極近傍に位置している。そのため、ローター磁石１７のＮ極から生じた磁束は、空隙を通り最も近くにある磁性体の第２のヨーク２７の一端３７へと流れ、第２のヨーク２７を通り第２のヨーク２７の他端３９へ向かって流れ、第２のヨーク２７の他端３９から空隙を通りローター磁石１７のＳ極へと流れる。このような磁束の流れにより閉磁路が形成され、ローター磁石１７と第２のヨーク２７との間に磁気吸引力が生じることで、回転体７を構成する取付部４５の第２の当接部５５が、回転規制板５１の第２の回転規制部５９と接触し、回転体７は第２の回転位置に自己保持される。なお、回転体７が第２の回転位置に保持された状態では、光ファイバーを通過する光経路３５の光を透過させる状態に保持させている。
【００１３】
ここで、回転体７が第１の回転位置から第２の回転位置へ移動した際に回転体７に作用する力について図１１を用いて説明する。
前述した（図９に示した）回転体７が第１の回転位置に保持されている状態で、第１の
ヨーク２３に巻回されている第１の励磁用コイル２５に電流を流して磁束φを発生させ、第１のヨーク２３の一端３１をＮ極に、他端３３をＳ極に励磁する。すると、第１のヨーク２３の一端３１のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力ＦＮが生じる。それと同時に、第１のヨーク２３の他端３３のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間に反発力ＦＳが生じる。これら反発力ＦＳ及びＦＮは、ローター磁石１７を含む回転体７を回転軸１５中心に時計回転方向に回転させ、回転体７を第１の回転位置から図１１に示す第２の回転位置に向けて移動させる。
【００１４】
この回転体７の時計回転方向の回転は、回転体７を構成する取付部４５に配設した第２の当接部５５が回転規制板５１の第２の回転規制部５９と当接することで回転位置が規制される。
【００１５】
次に、回転体７が第２の回転位置から第１の回転位置へ移動する際に、回転体７に作用する力について図１２を用いて説明する。
前述した（図１０に示した）回転体７が第２の回転位置に第２の姿勢で保持されている状態で、第２のヨーク２７に巻回されている第２の励磁用コイル２９に電流を流し磁束φを発生させ、第２のヨーク２７の一端３７をＮ極に、他端３９をＳ極に励磁する。すると、第２のヨーク２７の一端３７のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力ＦＮが生じる。それと同時に、第２のヨーク２７の他端３９のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間に反発力ＦＳが生じる。これら反発力ＦＳ及びＦＮは、ローター磁石１７を含む回転体７を回転軸１５中心に反時計回転方向に回転させ、回転体７を第２の回転位置から図１２に示す第１の回転位置に向けて移動させる。
【００１６】
この回転体７の反時計回転方向の回転は、回転体７を構成する取付部４５に配設した第１の当接部５３が回転規制板５１の第１の回転規制部５７と当接することで回転位置が規制される。
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−７５０２６号報（第９〜１０頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した背景技術におけるアクチュエータ装置の構造は、以下に記す課題を有していた。それは、回転時に回転軸方向に並進力が作用すると、ブロック４７、スラストバネ４９の摩耗の増大に伴って、回転体７の回転負荷が増加する場合がある。このことによって、動作特性の一つである応答速度が不安定になってしまう。この現象を回避するためには、この負荷の増加に打ち勝ち動作するだけ増加させた電流をコイルに印加し、回転軸１５に高トルクを発生させなければならなくなり、そのために不要な消費電流値が増大するという特性上の不具合が生じてしまう。更に、本構成のまま連続使用することによっても負荷の増加が徐々に進み、耐久性の低下という信頼性の低下の原因ともなっていた。
【００１９】
まず、上述した第１，第２の回転位置での回転軸方向に作用する並進力について図１３と図１４を用いて説明する。図１３は、第１の回転位置における、ローター磁石１７と第１のヨーク２３との間に生じる磁気吸引力の回転軸１５方向に作用する並進力成分を説明する図であり、第１のヨーク２３上方から見た図である。なお、本図面はローター磁石１７、第１のヨーク２３、第１のコイル２５よりなる第１の磁気回路９を簡略化して示したものである。
【００２０】
本図面における第１の磁気回路９は、ローター磁石１７のＮ極部６９と第１のヨーク２３の一端３１のＮ極対向部７３とが対向し、ローター磁石１７のＳ極部７１と第１のヨーク２３の他端３３のＳ極対向部７５とが対向して磁気回路を構成している。そして、この時の回転体７は、第１の回転位置に自己保持状態となっている状態を示している。
【００２１】
そして、回転体７が第１の回転位置に自己保持されているときに、第１のコイル２５に電流を流して磁束φを発生させて、Ｎ極対向部７３をＮ極に、Ｓ極対向部７５をＳ極に励磁すると、Ｎ極対向部７３とローター磁石１７のＮ極部６９との間には反発力ＦＮ１Ａが働くとともに、Ｓ極対向部７５とＳ極部７１との間には反発力ＦＳ１Ａが働く。
【００２２】
また、Ｎ極近接部８５はＮ極に励磁され、Ｓ極近接部８７はＳ極に励磁されているため、両者の間にはぞれぞれ反発力ＦＮ１Ｂと反発力ＦＳ１Ｂが生じる。このとき、Ｎ極近接部８５、及びＳ極近接部８７は、Ｎ極対向部７３及びＳ極対向部７５よりもスラストバネ４９方向に位置しているため、反発力ＦＮ１Ｂ及びＦＳ１Ｂは回転体７をブロック４７方向に移動させようとする力Ｆ１Ｘが、ブロック４７方向に作用している。
【００２３】
次に、第２の回転位置での回転軸方向に作用する並進力について説明をする。図１４は、第２の回転位置における、ローター磁石１７と第２のヨーク２７との間に生じる磁気吸引力の回転軸方向に作用する並進力成分の説明をするための図であり、第２のヨーク２７上方から見た図である。なお、本図面はローター磁石１７、第２のヨーク２７、第２のコイル２９よりなる第２の磁気回路１１を簡略化して示したものである
【００２４】
第２の磁気回路１１も、図１３で示した構成と同様な構成であり、本図面は、第２の回転位置において自己保持状態となっている状態を示している。
【００２５】
そして、回転体７が第２の回転位置に自己保持されているときに、第２のコイル２９に電流を流して磁束φを発生させ、第２のヨーク２７のＮ極対向部８１をＮ極に、Ｓ極対向部８３をＳ極に励磁すると、Ｎ極対向部８１とローター磁石１７のＮ極部６９との間には反発力ＦＮ２Ａが働くとともに、Ｓ極対向部８３とＳ極部７１との間には反発力ＦＳ２Ａが働く。
【００２６】
また、Ｎ極近接部８９はＮ極に励磁され、Ｓ極近接部９１はＳ極に励磁されているため、両者の間にはそれぞれ反発力ＦＮ２Ｂと反発力ＦＳ２Ｂが生じる。このとき、Ｎ極近接部８９、及びＳ極近接部９１は、Ｎ極対向部８１及びＳ極対向部８３よりもブロック４７方向に位置しているため、反発力ＦＮ２Ｂ及びＦＳ２Ｂは、回転体７をスラストバネ４９方向に移動させようとする力Ｆ２Ｘが、スラストバネ４９方向に作用している。
【００２７】
このように、第１の回転位置から第２の回転位置へと移動した場合と、第２の回転位置から第１の回転位置へと移動した場合のいずれの場合も、回転軸方向成分を持ち、並進力Ｆ１Ｘ、Ｆ２Ｘは正反対方向に作用する力であることがわかる。つまり、第１の回転位置から第２の回転位置に移動するときには、この並進力は回転体７をスラストバネ４９に押しつける力として働き、第２の回転位置から第１の回転位置に移動するときには、この並進力は、回転体７をブロック４７に押しつける力として働く。そのため、回転体７を固定するためのスラストバネ力に加えて、ブロック４７方向及びスラストバネ４９方向に瞬間的に押しつけ力が加わるため、その箇所における摩擦負荷が増大する。
【００２８】
また、この摩擦負荷の増大は、スイッチ動作を繰り返し行うことによって、ブロック４７及びスラストバネ４９の摩耗を早めてしまう。この摩耗が増えると、回転軸１５先端の接触面積が増えたり、摩耗粉の発塵による摩擦負荷増加が問題となる。このことは、アクチュエータ装置の繰り返しの使用における耐久性の低下、消費電流値の増加等信頼性の低下に繋がる虞があった。
【００２９】
そこで本発明の目的は、光スイッチ用アクチュエータ装置のスイッチ動作に伴う回転軸方向の並進力の低減を行い、繰り返し使用において耐久性を向上させ、応答速度、消費電流値を安定させることができる、優れた高信頼性のアクチュエータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、下記に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００３１】
上記課題を解決するため、本発明は、回転軸を有する回転体と、回転体が所定の箇所で静止する第１の姿勢、または回転体が他の位置で静止する第２の姿勢で、それぞれ自己保持させる姿勢保持手段と、回転体を第１の姿勢から第２の姿勢へ、または第２の姿勢から第１の姿勢へ移動させる駆動手段とを備え、姿勢保持手段は、回転体の一部を構成する永久磁石と、その永久磁石の一端付近から永久磁石の他端を越えた位置まで延伸され、その延伸する各先端に回転軸方向に折り曲げた曲折部を有する第１及び第２のヨークとを有し、回転体が第１の姿勢または第２の姿勢にあるとき、永久磁石と第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成し、回転体が第１の姿勢から第２の姿勢へ、または第２の姿勢から第１の姿勢へ移動させる際には、永久磁石の一端付近と各ヨークに作用する力と、永久磁石の他端と曲折部に作用する力とが逆方向に作用するようにしたことを特徴としている。
【００３２】
また、回転体の回転位置を規制する回転規制板をさらに備え、姿勢保持手段は、回転体の一端が回転規制板の一端と当接した第１の姿勢に、または回転体の他端が回転規制板の他端と当接した第２の姿勢に、それぞれ自己保持させるようにしたことを特徴としている。
【００３３】
また、上端面に形成した凹部に回転体の回転軸を載せることで、その回転軸を回転可能に支持する回転軸保持部材を有し、回転軸の一方は、スラストバネにより押圧されており、他方は、固定ブロックにより回転軸の位置が固定されていることを特徴としている。
【００３４】
また、回転軸と、回転体の重心位置が、略一致していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３５】
上記構成のアクチュエータ装置を採用することで、回転体の回転時に回転軸方向の並進力のほとんどを相殺させることが出来る。この作用は、回転軸の押さえのブロックと、スラストバネの摩耗低減に繋がり、アクチュエータ装置の繰り返し使用においての耐久性を向上させ、さらに、スイッチの応答速度、駆動消費電流値の安定性を得るという優れた特性を有する高信頼性の装置とすることができる。
【００３６】
また、本構成において、回転体７は回転対称形状とすることが可能なため、回転体７の重心と回転軸１５の重心とを略一致させることが容易である。この様に回転体７の重心位置を略一致させることで、外部からの衝撃に対しアクチュエータ装置への影響を最小限に留めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を用いて本発明を実施をするための最良な形態であるアクチュエータ装置の構成を説明する。図１は本発明のアクチュエータ装置を機械式光スイッチに適用した場合の装置平面図である。なお、本図面における背景技術と同一の部材については同じ符号を付けて説明する。
【００３８】
この機械式光スイッチは、任意のサイズの筐体１内に、光ファイバー部３を配置する。
光ファイバー部３は背景技術の欄で説明した構成と同一の構成を採用するが、この構成に限らず他の構成であっても構わない。
【００３９】
そして、アクチュエータ部５は、背景技術の欄で説明したのと同様に、任意のサイズの筐体１内に配置されており、回転軸１５にローター磁石１７及び遮蔽板１９、取付部４５が接着あるいは圧入等で固定され回転体７を構成している。そして、回転軸１５は筐体１の底面４１に設けられた２つの回転軸保持部４３と、筐体１に固定された軸押さえバネ１３とで挟持されることによって、回転軸保持部４３に回転自在に支持されている。詳しくは、回転軸保持部４３の上端面には上方に開いたＶ溝などの凹部が形成され、その凹部に回転軸１５を載せることで、回転軸１５は回転保持部４３上に回転自在に支持される。更に、この回転軸１５は軸押さえバネ１３によって上から押さえつけられ、回転保持部４３の凹部から上方に抜け出ることが妨げられている。
【００４０】
更に、回転軸１５はその一端をブロック４７に付き当てられ、他端にスラストバネ４９により一定圧を加えることで、スラスト方向に支持されるようにしている。
【００４１】
このアクチュエータ部５は、電磁軟鉄等の磁性材料である第１のヨーク２３と第２のヨーク２７を備える。第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は複数の部品を組み合わせて磁気的な結合がされており、ローター磁石１７が第１のヨーク２３に引きつけられる力の磁気吸引力により、回転体７を後述する第１の回転位置に第１の姿勢で自己保持することができ、ローター磁石１７が第２のヨーク２７に引きつけられる力の磁気吸引力により回転体７を後述する第２の回転位置に第２の姿勢で自己保持することができるようにしてある。
【００４２】
まず、本発明のアクチュエータ装置の特徴部分となる、姿勢保持手段に係る第１の，第２のヨーク２３の構成について図２，図３を用いて詳細に説明する。図２は、本発明のアクチュエータ装置の第１の磁気回路部の構成を示す模式図である。
【００４３】
本図面における回転体７を構成するローター磁石１７は、図に示す方向にＮ極、Ｓ極の２極に着磁されており、Ｎ極部６９、Ｓ極部７１とを有している。また、第１のヨーク２３において、Ｎ極部６９と対向する領域をＮ極対向部７３とし、Ｎ極対向部７３から外れた領域をＮ極近接部８５とする。そして、Ｓ極部７１と対向する領域をＳ極対向部７５とし、Ｓ極対向部７５から外れた領域をＳ極近接部８７として説明する。
そして、一端３１は、永久磁石１７の一端（コイル２５側）から永久磁石１７の他端を越えて延伸させた先端部を指し、他端３３は、同様に永久磁石１７の他端から延伸させた先端部を指す。
【００４４】
また、ローター磁石１７のＮ極部６９を含んだ面をＮ極面７７とし、Ｎ極対向部７３を含んだ面をＮ極対向面Ａとする。このとき、一端３１には曲折部６１が形成され、この曲折部６１はＮ極面７７，Ｎ極対向面Ａとで挟まれた範囲となるように設定してある。
【００４５】
同様に、ローター磁石１７のＳ極部７１を含んだ面をＳ極面７９、第１のヨーク２３のＳ極対向部７５を含んだ面をＳ極対向面Ｂとする。このとき、他端３３には曲折部６３が形成され、この曲折部６３はＳ極面７９，Ｓ極対向面Ｂとで挟まれた範囲となるように設定されている。
【００４６】
また、第２のヨーク２７も、先に説明した第１のヨーク２３の構成と同様である。この構成について図３を用いて説明する。
第２のヨーク２７の一端３７および他端３９には、曲折部６５，６７がそれぞれ形成され、これら曲折部６５，６７は、Ｎ極面７７，Ｎ極対向面Ａとで挟まれた範囲、およびＳ極
面７９，Ｓ極対向面Ｂとで挟まれた範囲にある。
【００４７】
ここで、第１，第２の磁気回路によって回転体７に作用する回転軸方向並進力について図４，図５を用いて説明する。
図４は、ローター磁石１７と第１のヨーク２３との間に生じる磁気吸引力の回転軸方向の並進成分を説明する図であり、ローター磁石１７、第１のヨーク２３、第１のコイル２５よりなる第１の磁気回路９を簡略化して示したものである。
【００４８】
本図面における回転体７の状態は、第１の回転位置に自己保持状態を示している。そして、回転体７が第１の回転位置に第１の姿勢で自己保持されているときに、背景技術で説明したと同様な駆動手段により、第１のコイル２５に電流を流して磁束φを発生させると、Ｎ極対向部７３、Ｎ極近接部８５，曲折部６１がＮ極に励磁され、Ｓ極対向部７５、Ｓ極近接部８７、曲折部６３はＳ極に励磁される。すると、Ｎ極対向部７３とローター磁石１７のＮ極部６９との間には、反発力ＦＮ１Ａが働くと同時に、Ｓ極対向部７５とＳ極部７１との間には反発力ＦＳ１Ａが働く。
【００４９】
また、Ｎ極近接部８５はＮ極に励磁されているため、Ｎ極近接部８５とＮ極部６９との間にも反発力ＦＮ１Ｂが生じる。更に、曲折部６１とＮ極部６９との間にも反発力ＦＮ１Ｃが生じる。そして、Ｓ極近接部８７はＳ極に励磁されているため、Ｓ極近接部８７とＳ極部７１との間にも反発力ＦＳ１Ｂが生じる。更に、曲折部６３とＳ極部７１との間にも反発力ＦＳ１Ｃが生じる。
【００５０】
このとき、第１のヨークＮ極近接部８５はＮ極対向部７３よりもスラストバネ４９方向に位置し、Ｓ極近接部８７はＳ極対向部７５よりもスラストバネ４９方向に位置しているため、反発力ＦＮ１Ｂ及びＦＳ１Ｂは、回転体７をブロック４７方向に移動させようとする力Ｆ１Ｂとして、回転軸方向の並進力となる。
【００５１】
また、曲折部６１はＮ極面７７とＮ極対向面Ａとで挟まれた範囲に、曲折部６３はＳ極面７９とＳ極対向面Ｂとで挟まれた範囲にそれぞれ配置されているため、反発力ＦＮ１Ｃ及びＦＳ１Ｃは、回転体７をスラストバネ４９方向に移動させようとする力Ｆ１Ｃが回転軸方向に作用することとなる。従って、そのＦ１Ｃの方向はスラストバネ４９方向を向いており、回転軸方向成分であるＦ１ＢとＦ１Ｃは、常に作用する方向が逆となっている。つまり、この２つの反発作用する力は、互いに相殺する方向に作用しているのである。
【００５２】
次に、第２の磁気回路によって回転体７に作用する回転軸方向並進力について図５を用いて説明する。図５はローター磁石１７と第２のヨーク２７との間に生じる磁気吸引力の回転軸方向並進成分を説明する図であり、ローター磁石１７、第２のヨーク２７、第２のコイル２９よりなる第２の磁気回路１１を簡略化して示したものである
【００５３】
本図面における回転体７の状態は、第２の回転位置に自己保持状態を示している。そして、回転体７が第２の回転位置に第２の姿勢で自己保持されているときに、第２のコイル２９に電流を流して磁束φを発生させると、第２のヨーク２７のＮ極対向部８１、Ｎ極近接部８９，曲折部６５がＮ極に励磁され、Ｓ極対向部８３、Ｓ極近接部９１、曲折部６７はＳ極に励磁される。すると、Ｎ極対向部８１とローター磁石１７のＮ極部６９との間には反発力ＦＮ２Ａが働くと同時に、Ｓ極対向部８３とＳ極部７１との間には反発力ＦＳ２Ａが働く。
【００５４】
また、Ｎ極近接部８９はＮ極に励磁されているため、Ｎ極近接部８９とＮ極部６９との間にも反発力ＦＮ２Ｂが生じる。更に、曲折部６５とＮ極部６９との間にも反発力ＦＮ２Ｃが生じる。そして、Ｓ極近接部９１はＳ極に励磁されているため、Ｓ極近接部９１とＳ
極部７１との間にも反発力ＦＳ２Ｂが生じる。更に、曲折部６７とＳ極部７１との間にも反発力ＦＳ２Ｃが生じる。
【００５５】
このとき、Ｎ極近接部８９はＮ極対向部８１よりもブロック４７方向に位置し、Ｓ極近接部９１はＳ極対向部８３よりもブロック４７方向に位置しているため、反発力ＦＮ２Ｂ及びＦＳ２Ｂは、回転体７をスラストバネ４９方向に移動させようとする力Ｆ２Ｂとして、回転軸方向の並進力となる。
【００５６】
また、曲折部６５はＮ極面７７とＮ極対向面Ａとで挟まれた範囲に、曲折部６７はＳ極面７９とＳ極対向面Ｂとで挟まれた範囲にそれぞれ配置されているため、反発力ＦＮ２Ｃ及びＦＳ２Ｃは回転体７をブロック４７方向に移動させようとする力Ｆ２Ｃが回転軸方向に作用することとなる。従って、そのＦ２Ｃの方向はブロック４７方向を向いており、回転軸方向成分であるＦ２ＢとＦ２Ｃとは常に作用する方向が逆となっている。ここでもこの２つの反発作用する力は、互いに相殺方向に作用している。
【００５７】
次に、本発明のアクチュエータ装置として機能させるための具体的な部品寸法について図６を用いて説明する。第１のヨーク２３の先端部において、先端部の長さを、ローター磁石１７の端面から先端部端面までの距離Ｌとし、先端部曲げ量を距離Ｄとする。なお、第１のヨーク２３の幅は１．６ｍｍであり、厚みは０．８ｍｍとした場合として以下に説明をする。
【００５８】
ここで、第１の回転位置から第２の回転位置へ移動させる際に作用する並進力と、曲げ量（図６におけるＤ）との関係について、図７を用いて説明する。図７のグラフは縦軸に回転軸方向の並進力を示し、横軸には先端部曲げ量を示している。
【００５９】
先端部曲げ量０ｍｍは、背景技術で示したアクチュエータ装置のデータであり、先端曲げ量０．１ｍｍ以上のデータにおいては、先端部長さが第１のヨークの幅１．６ｍｍに加えて先端曲げを設けた場合の数値である。このグラフから、先端曲げ量を大きくすることで回転軸方向の並進力が変化し、先端曲げ量約０．２ｍｍにおいて回転軸方向並進力の大きさをほぼ相殺することが出来、作用する力は０ｇｒにすることができることが判る。
【００６０】
なお、上記において、具体的な最適値を示したが、本発明のアクチュエータ装置における、ローター磁石の材質、ヨークの厚さ、幅の寸法、ヨークとローター磁石とのギャップ寸法等が変化した際にはそれぞれ最適な解が存在するものである。
【００６１】
また、上記に説明した本発明のアクチュエータ装置の回転体７は、回転対称形状とすることが可能なため、回転体７の重心と回転軸１５の重心とを略一致させることが容易である。この様に回転体７の重心位置を略一致させることで、装置外部から加えられる衝撃に対しアクチュエータ装置への影響を最小限にとどめることができる。なお、ここで、略一致とは、アクチュエータ部が衝撃を受けたとき、回転体７の重心と回転軸１５の重心とのズレにより生じるモーメント等によって、スイッチ動作に与える影響が許容範囲内に収まる程度を意味している。
【００６２】
以上の説明では、本発明のアクチュエータ装置を光スイッチに適用した構成を一例として示したが、本発明のアクチュエータ装置は、この光スイッチの分野に限定されないで、スイッチング機能の再現性、装置の耐久性、小型化、低消費電力等が要求されるスイッチング機構全てに適用できる技術である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のアクチュエータ装置を光スイッチに適用した構成例を説明するための装置平面図である。
【図２】本発明のアクチュエータ装置における第１の磁気回路の構成を説明するための模式図である。
【図３】本発明のアクチュエータ装置における第２の磁気回路の構成を説明するための模式図である。
【図４】本発明のアクチュエータ装置における第１の磁気回路での回転軸方向の並進力を説明するための作用図面である。
【図５】本発明のアクチュエータ装置における第２の磁気回路での回転軸方向の並進力を説明するための作用図面である。
【図６】本発明のアクチュエータ装置におけるヨークの寸法について説明するための図面である。
【図７】本発明のアクチュエータ装置の並進力と曲折部の曲げ量との関係を示すグラフである。
【図８】背景技術のアクチュエータ装置を光スイッチに適用した構成例を説明するための装置平面図である。
【図９】背景技術のアクチュエータ装置の第１の回転位置における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図１０】背景技術のアクチュエータ装置の第２の回転位置における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図１１】背景技術のアクチュエータ装置の第１の回転位置から第２の回転位置に移動した際に作用する力を説明するための模式図である。
【図１２】背景技術のアクチュエータ装置の第２の回転位置から第１の回転位置に移動した際に作用する力を説明するための模式図である。
【図１３】背景技術のアクチュエータ装置における第１の磁気回路での回転軸方向の並進力を説明するための作用図面である。
【図１４】背景技術のアクチュエータ装置における第２の磁気回路での回転軸方向の並進力を説明するための作用図面である。
【符号の説明】
【００６４】
１  筐体
３  光ファイバー部
５  アクチュエータ部
７  回転体
９  第１の磁気回路部
１１  第２の磁気回路部
１３  軸押さえバネ
１５  回転軸
１７  ローター磁石
１９  遮蔽板
２１  反射ミラー面
２３  第１のヨーク
２５  第１の励磁用コイル
２７  第２のヨーク
２９  第２の励磁用コイル
３１，３７  一端
３３，３９  他端
３５  光経路
４１  底面
４３  回転軸保持部
４５  取付部
４７  ブロック
４９  スラストバネ
５１  回転規定板
５３  第１の当接部
５５  第２の当接部
５７  第１の回転規制部
５９  第２の回転規制部
６１，６３，６５，６７  曲折部
６９  Ｎ極部
７１  Ｓ極部
７３，８１  Ｎ極対向部
７５，８３  Ｓ極対向部
７７  Ｎ極面
７９  Ｓ極面
８５，８９  Ｎ極近接部
８７，９１  Ｓ極近接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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