(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された回転軸と当該回転軸に固定されたローター磁石とを含む回転体と、
前記回転体を第１の回転位置と第２の回転位置との間で回転駆動するための駆動手段と、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置のうちの何れか一方の回転位置において前記ローター磁石の磁極間に閉磁路を形成し、前記回転体を当該回転位置に自己保持する第１のヨークと、残る他方の回転位置において前記ローター磁石の磁極間に閉磁路を形成し、前記回転体を当該回転位置に自己保持する第２のヨークとを備え、
前記回転体は、当該回転体の回転に伴って可動する従動体を備え、
前記駆動手段は、前記第１のヨークに第１の励磁用コイルを備え、前記第２のヨークに第２の励磁用コイルを備え、前記第１の励磁用コイルへの通電のみによる前記第１のヨークと前記ローター磁石との間に働く磁気反発作用、又は前記第２の励磁用コイルへの通電のみによる前記第２のヨークと前記ローター磁石との間に働く磁気反発作用により前記回転軸を回転させる
ことを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
回転自在に支持された回転軸と当該回転軸に固定されたローター磁石とを含む回転体と、
前記回転体を第１の回転位置に規定する第１の規定手段と、
前記回転体を第２の回転位置に規定する第２の規定手段と、
前記回転体を前記第１の規定手段と前記第２の規定手段の間で回転駆動させるための駆動手段と、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置のうちの何れか一方の回転位置において前記ローター磁石の磁極間に閉磁路を形成し、回転体を当該回転位置に自己保持する第１のヨークと、残る他方の回転位置において前記ローター磁石の磁極間に閉磁路を形成し、回転体を当該回転位置に自己保持する第２のヨークとを備え、
前記回転体は、当該回転体の回転に伴って可動する従動体を備え、
前記駆動手段は、前記第１のヨークに第１の励磁用コイルを備え、前記第２のヨークに第２の励磁用コイルを備え、前記第１の励磁用コイルへの通電のみによる前記第１のヨークと前記ローター磁石との間に働く磁気反発作用、又は前記第２の励磁用コイルへの通電のみによる前記第２のヨークと前記ローター磁石との間に働く磁気反発作用により前記回転軸を回転させる
ことを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記第１の規定手段は、前記回転体の一部と当接又は磁気吸引により前記第１の回転位置に規定する第１の回転位置決め部材を一体に備え、前記第２の規定手段は、前記回転体の一部と当接又は磁気吸引により前記第２の回転位置に規定する第２の回転位置決め部材を一体に備えることを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記第１のヨークは、前記第１の回転位置において前記ローター磁石の一方の磁極が当接又は磁気吸引するように配した回転位置決め部材を一体に備え、前記第２のヨークは、前記第２の回転位置において前記回転体の一部と当接又は磁気吸引するように配した他の回転位置決め部材を一体に備えることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記第１の回転位置から前記第２の回転位置に前記回転軸を回転させるときには、前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との中間点を過ぎた辺りまで前記第１の励磁用コイルへの通電のみを行う一方、前記第２の回転位置から前記第１の回転位置に前記回転軸を回転させるときには、前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との中間点を過ぎた辺りまで前記第２の励磁用コイルへの通電のみを行うことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記ローター磁石は、回転軸方向に対し直交又は平行に２極に着磁されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記回転体と前記回転位置決め部材が、面で当接できる形状を有していることを特徴とする、請求項３又は４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記ローター磁石の重心と前記回転軸の重心が、略一致していること特徴とする、請求項１乃至７の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記ローター磁石の重心と前記従動体の重心と前記回転軸の重心とが、略一致していること特徴とする、請求項１乃至８の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記従動体は反射面を備えることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記反射面が、回転軸に対し直交していること特徴とする、請求項１乃至１０の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記回転軸に対して反射面と対称な位置に遮蔽板を備え、当該遮蔽板の動作に応じて前記回転体の回転位置を検出するポジション検出部を設けたことを特徴とする、請求項１乃至１１の何れか一つに記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ装置に関するものであり、特に光通信システム等に使用される、例えば一対の光ファイバを光軸を合わせて配し、その隙間にミラーまたは遮蔽板を出し入れするための、駆動型機械式光スイッチに適用可能なアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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いる。特に、そのアクチュエータ装置を光スイッチに応用するためには、１０数ｍｓ程度の可動速度、±１μｍ程度の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、メカニカルスイッチにより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、ミラー駆動型機械式２×２光スイッチが、特開２００１−７５０２６号で開示されている。この従来技術に関して、図２１を用いて説明する。
【０００４】
まず初めに、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み立て１０５と、該コリメータレンズの光軸対称に一対の光ファイバ１０７、１０９を配置した第２のコリメータレンズ組み立て１１１を配置し、その第１及び第２のコリメータレンズ組み立て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み立て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が互いに交差して光学接続するように配置して整列ブロック１１３によって支持されている。そして、前記第１及び第２のコリメータレンズ組み立て１０５、１１１はそれぞれ、図示しない一対の光ファイバと光ファイバを支持するフェルールと、光ファイバとフェルール端に接続される略０．２５ピッチのロッドレンズにより構成される。
【０００５】
次に、従来技術におけるアクチュエータ装置について説明する。前記整列ブロック１１３には、レンズの光軸と平行に設けられた軸孔が設けられており、その軸孔には、反射ミラー軸１１５が挿入されている。
反射ミラー１１７は、前記光ファイバ１０１，１０３から出射される光を正確に反射させる必要があるため、整列ブロック１１３には光ファイバに対し直交して反射ミラー基準面１１９を加工し、この反射ミラー基準面１１９に反射ミラー１１７を面接触させて直角度を規定している。この構成とすることにより、反射ミラー１１７の鏡面を前記光ファイバの光軸と直交させた状態で、前記反射ミラー軸１１５とともに反射ミラー１１７を回転可能としている。
【０００６】
さらにこの反射ミラー１１７は、レンズの焦点面においてレンズの光軸に直角とし各光ファイバからの光を反射させる第１の位置と、透過させる第２の位置との間を移動可能としており、その動作を駆動手段であるモーター（ＤＣマイクロモーター１２１）により行っている。その具体的な駆動手段は、ＤＣマイクロモーター１２１のモーター軸に取り付けられたブッシュ１２３、及び偏心ピン１２５により前記反射ミラー１１７を前記反射ミラー軸１１５を支点として第１の位置から第２の位置を任意に移動可能としている。
【０００７】
また、前記アクチュエータ装置により、前記一対の光ファイバ１０１、１０３の隙間に、前記反射ミラー１１７を精度良く出し入れするために、前記第１の位置、第２の位置を規定する機構が必要となる。その機構は、前記整列ブロック１１３に所定の形状で形成された切り欠き溝１２７（例えばＶ字形状）に、前記偏心ピン１２５が進入する構成とし、前記モーター軸が一方に回転して、その切り欠き溝１２７の端面に該偏心ピン１２５が当接することで第１の位置が決まり、さらに、他方に回転した際に該偏心ピン１２５が逆の端面に当接して第２の位置が決まる構成である。
さらに、整列ブロック１１３内の反射ミラー軸１１５に近接した位置に永久磁石１２９を埋没させておき、光ファイバからの光を反射させる第１の位置で、この永久磁石１２９により磁性体からなる反射ミラー軸１１５を一方向に付勢することで、微動するミラー回転軸１１５を常に同じ位置とする。これにより、光ファイバーから出射される光を正確に反射させるとともに、反射ミラー１１７を目的の位置に移動させた後に、ＤＣモーター１２１に通電しなくても、永久磁石１２９の磁気吸引力によりその位置に保持する自己保持状態として、その反射ミラー１１７の位置を保つことができる。
【０００８】
この様に構成した従来のアクチュエータ装置を、前記光ファイバー部と組合わせることで、前述の光スイッチにおけるアクチュエータ装置の可動速度と精度を実現し、更に繰り返し再現性がよく、振動衝撃などの外力の影響を受けにくい小型の機械式光スイッチとしていた。
【０００９】
なお、前記反射ミラー１１７は、ステンレス鋼などの金属製の母材に、金属の両面に硬さＭＨｖ１８００以上のＴｉ−Ｎ被膜処理をし、さらに金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などの高反射率被膜をスパッタリングまたは化学メッキなどにより付着させて構成したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアクチュエータ装置は、可動速度と精度の面で優れているが、下記に記載の問題点を有する。
【００１１】
光スイッチを正常に機能させるために、従来のアクチュエータ装置は、整列ブロック１１３と反射ミラー１１７を面接触させて反射ミラー１１７の直交度を規定し、前記光ファイバの光軸と常に直交した状態で、光ファイバー部に反射ミラー１１７を出し入れしていた。しかしながら、その反射ミラー１１７を第１の位置と第２の位置の間で回転させる際、整列ブロック１１３と反射ミラー軸１１５の間や整列ブロック１１３と反射ミラー１１７との間においては、面接触したままその反射ミラー１１７を回転させなくてはならない。そのことよって、この反射ミラー１１７を回転させて長期に渡り光スイッチを機能させると、前記面接触の摩擦によりその反射ミラー１１７を支える反射ミラー軸１１５が徐々にズレたり、反射ミラー１１７の直交度が損なわれる場合があり、光ファイバーからの出射光を正確に反射させることができない事が想定でき、長期信頼性の点で問題がある。
【００１２】
また、従来のアクチュエータ装置は、前記自己保持状態とするとともに、外部衝撃による反射ミラーの微変を抑えるために、慣性モーメントが大きい反射ミラー軸１１５を、強い磁力の永久磁石１２９にて吸引する必要がある。その永久磁石１２９は、反射ミラー１１７が第１の位置と第２の位置との間を移動する際も、反射ミラー軸１１５を吸引したまま駆動する構成である。このため、当然のことながら移動の間は、ＤＣマイクロモータ１２１は、この永久磁石の吸引力に勝り、且つ反射ミラー１１７を可動可能とするだけの力を常時発生させる必要がある。したがって、ＤＣマイクロモーター１２１のトルクを十分大きくしなくてはならなくなり、結果として消費電力が大きくなってしまう。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、長期に渡って駆動しても安定した再現性が得られ、しかも、耐久性に優れ、さらに低消費電力で駆動することが可能な小型のアクチュエータ装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、回転自在に支持された回転軸と当該回転軸に固定されたローター磁石とを含む回転体と、この回転体を回転駆動するための駆動手段と、ローター磁石の磁極間を結ぶ閉磁路を形成し、回転体を所定回転位置に自己保持する少なくとも一つのヨークとを備える構成とする。また、本発明の第２の態様は、回転自在に支持された回転軸とこの回転軸に固定されたローター磁石とを含む回転体と、回転体を第１の回転位置に規定する第１の規定手段と、回転体を第２の回転位置に規定する第２の規定手段と、回転体を第１の規定手段と第２の規定手段の間で回転駆動させるための駆動手段と、第１の回転位置と第２の回転位置の少なくとも何れか一方の回転位置においてローター磁石の磁極間に閉磁路を形成し、回転体を当該回転位置に自己保持する少なくとも一つのヨークを備える構成とする。
ここで、ローター磁石とヨークは、少なくとも一方が永久磁石であり、他方は電磁石とし、永久磁石の磁気力により回転体を自己保持する。
【００１６】
また、駆動手段は、少なくとも１つのヨークに設ける少なくとも１つの励磁用コイル、又はローター磁石に設ける励磁用コイルを備え、何れか一方の励磁用コイルにより、ヨークとローター磁石との間に働く磁気吸引作用及び／又は磁気反発作用により回転軸を回転させる。
また、規定手段は、規定手段が規定する回転位置において回転体の一部と当接又は磁気吸引による回転位置決め部材を備える。回転位置決め部材は、回転体と当接する場合には、突き当て部材により構成することができる。
また、ヨークは、所定の回転位置においてローター磁石の一方の磁極が当接又は磁気吸引するように配する回転位置決め部材と、ローター磁石の他方の磁極が当接又は磁気吸引するように配した他の回転位置決め部材とを一体、あるいは各磁性材を組み合わせて構成することができる。
【００１７】
また、ローター磁石は回転軸方向に対し直交又は平行に２極に着磁され、ヨークとの間で閉磁路を形成することにより回転体を自己保持し、また、ヨークとの間で磁気吸引あるいは磁気反発することで回転体を回転させ、切替を行うことができる。また、回転体と回転位置決め部材とは、面で当接できる形状とし、これにより自己保持力を高めることができる。
また、回転体は、この回転体の回転に伴って、少なくともその一部が光軸を合わせた一対の光ファイバの隙間の挿脱する従動体を備え、この従動体により光ファイバ間で光の導通を制御する。ここで、従動体に反射面を設け、この反射面による光を反射することで光の切替を行う。反射面は回転軸に対し直交して形成することにより、回転軸と平行に配置した一対の光ファイバ間の光の切替を行うことができる。
また、ローター磁石の重心と前記回転軸の重心が略一致、あるいは、ローター磁石と遮蔽板の重心と回転軸の重心が略一致した構成とすることで、アクチュエータに外力が加わった場合にも、回転モーメントによるズレを低減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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におけるアクチュエータ装置の構成を説明する。図１は、光スイッチに適用した本発明のアクチュエータ装置の構成を説明するための装置平面図である。なお、本図面における従来技術と同一の部材については同じ符号をつけて説明する。
【００１９】
図１に示すように、筐体１の所定の位置に、回転自在に支持された回転軸１５と、その回転軸１５の中央部に配置されたローター磁石１７からなる回転体７を配する。アクチュエータ部５は、ローター磁石１７の近傍に配した第１のヨーク２３を備え、このヨークの保持力による回転体７を第１の回転位置に自己保持する。
また、第１のヨーク２３は第１の励磁用コイル２５と共に第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、第１の回転位置から後段で説明する第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、所定の方向に前記ローター磁石１７を第２の回転位置まで移動させることができ、一方向のスイッチングを可能とする。
つまり、第１の励磁用コイル２５を第１のヨーク２３に備えた第１の磁気回路部９は、第１の回転位置から第２の回転位置へ移行させるだけの回転力を生じることで、回転体７を回転させて他方向へのスイッチングを行うと共に、第１自己保持状態から第２の自己保持状態へ移行させる。
さらに、アクチュエータ部５は、ローター磁石１７の近傍に配した第２のヨーク２７を備え、このヨークの保持力による回転体７を第２の回転位置に自己保持する。この保持力は第１の励磁用コイル２５の通電を止めても、第２の自己保持状態を取ることができる。
また、第２の励磁用コイル２９を第２のヨーク２７に備えた第２の磁気回路部１１は、前回とは反対方向に第２の回転位置から第１の回転位置へ移行させるだけの回転力を生じることで、前回の回転方向とは反対方向に回転体７を回転させて他方向へのスイッチングを行うと共に、第２の自己保持状態から第１の自己保持状態へ戻す。
なお、第１の励磁用コイル２５と第２の励磁用コイル２９の作用は、磁気反発を利用して、反対方向に回転させる。
【００２０】
前記回転軸１５は、回転体取付１３によって筐体１に回転自在に固定されており、第１の磁気回路部９及び第２の磁気回路部１１は筐体１にねじや接着剤等の任意の固定手段（図示せず）で固定されている。
【００２１】
さらにこの回転軸１５は回転体取付１３においてのみラジアル方向、スラスト方向に保持される。この回転体取付１３による保持は、いずれも摩擦力が少ない軸受け構造、例えばボール軸受けの点接触構造をとることが可能である。そのため、本発明のアクチュエータ装置は、スイッチ動作に伴う回転角度が必要最小限に限定されて摺動箇所がこの２箇所のみであることから、本発明のアクチュエータ装置を駆動する際に発生する摩擦による負荷を従来構成に比べ少なくすることができる。しかも、回転時における摩擦負荷は、ラジアル方向の摩擦力に回転軸半径を乗じた負荷トルクとして発生するが、回転半径は十分小さくすることができるため、少ないトルクで前記回転体７を回転させることができる。
【００２２】
次に、本実施の形態におけるアクチュエータ部５の構成を更に詳細に説明する。図３は、本発明のアクチュエータ装置の構成を説明するための斜視図である。
このアクチュエータ部５を構成する第１の磁気回路部９は、第１のヨーク２３、第１の励磁用コイル２５で構成される。その第１のヨーク２３は、前記第１の回転位置でローター磁石１７の一方の磁極１７ａが突き当て部材２４ａに当接するとともに、他方の磁極１７ｂが別の突き当て部材２４ｂに当接するように配する。突き当て部材２４ａ，２４ｂは磁性材料により形成し、ヨーク２３と一体に構成することも、あるいはヨーク２３に接続することもできる。
【００２３】
前記第１のヨーク２３は、例えば電磁軟鉄等の磁性材であり、第１の励磁用コイル２５は第１のヨーク２３に巻回されており、そして、第１の励磁用コイル２５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、本発明のアクチュエータ装置を制御する。
【００２４】
また、第２の磁気回路部１１は、第２のヨーク２７、第２の励磁用コイル２９で構成される。第２のヨーク２７の材料は第１のヨークと同じである。またその構成においても、第２のヨーク２７が、第２の回転位置で前記ローター磁石１７が突き当て部材２８ａ及び別の突き当て部材２８ｂと当接する点以外は同じである。
【００２５】
さらに、前記第１のヨーク及び第２のヨークは、それぞれ図面上一体で形成されているが、複数の部材を組み合わせて磁気的な結合がされていても構わない。
【００２６】
前記アクチュエータ装置は、前記回転体７を回転させて様々な機能のスイッチングをすることができるが、具体的には例えば、回転体自体又は回転体と共に回転する従動体として、遮蔽板、反射ミラー、センサー等を配し、その回転体７を回転させてスイッチとして機能させることができる。なお、センサーは、回転体又は従動体に設ける他、この回転体や従動体とは別に設けることもできる。
【００２７】
ここでは、光スイッチとして機能させるための一構成例（図１）として、前記回転体７に遮蔽板１９を配し、光ファイバーの光軸と合わせてその遮蔽板１９に反射ミラー２０を配した構成で以下に説明する。この光スイッチは、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。この光ファイバー部３は従来技術で説明した構成と同一の構成を採用するが、この光ファイバー部は、従来の構成に限らず他の構成であっても構わない。
【００２８】
続けて、前記回転体７の構成を説明する。図２は、本発明のアクチュエータ装置の回転体の構成を説明するための分解斜視図である。回転体７は、永久磁石からなるローター磁石１７の軸孔に回転軸１５が挿入されて接着剤等で一体化して固定され、反射ミラー２０は反射ミラー面２１が回転軸の軸方向に対して直交するように回転軸１５あるいはローター磁石１７に接着剤等で固定され回転軸と一体化された構成である。なお、反射ミラー２０を回転軸１５に固定する際、その反射ミラー２０をプラスチック等の保持部材からなる遮蔽体１９に一旦保持し、この遮蔽体１９とともに回転軸１５に固定する構成としても構わない。また、回転軸１５の軸方向の長さを筐体１内で許される範囲でできるだけ長く取ることで、回転軸１５の据付精度が反射ミラー面２１の傾きに与える影響を極力小さくすることができ、反射ミラー面２１の傾き誤差を微少にすることができる。なお、反射ミラー２０の回転軸１５又はローター磁石１７への取付けは、図２（ａ）に示すように側壁に接着等により行う他、図２（ｂ）に示すように反射ミラー２０を構成する遮蔽体１９の中心の軸孔を設け、この軸孔に回転軸１５を挿入して固定することもできる。
【００２９】
また、本発明のアクチュエータ装置は、反射ミラー面２１が回転軸１５方向に対し直交する様に配置することで、ローター磁石１７に加わる回転モーメントを制御することによって、第１のコリメータレンズ組立て１０５と第２のコリメータレンズ組立て１１１の間の空間に反射ミラー面を同一平面内で移動させることができる。この構成によれば、反射面の角度を従来構成のように接触部材を要することなく非接触で行うことができる。仮に、その反射ミラー面２１が光ファイバーの光を遮断した時、ゴミ等がヨーク端とローター磁石１７の間に入り込んで回転角度が多少ズレたとしても、この回転角度のズレは、反射ミラー面２１と光軸との直交性に影響しないため、その反射ミラー面２１は常に光ファイバの光軸に対して同一角度に保つことが出来る構成である。
【００３０】
前記ローター磁石１７の材質は、ＳｍＣｏあるいはＮｄＦｅＢの希土類磁石等を用いることができ、回転軸１５の軸方向に垂直な方向（図２における着磁方向）に２極に着磁されている。ここでローター磁石１７の第１のヨーク２３と対向して接触する面は、第１の自己保持状態において所定の回転位置で面接触が可能となるように傾斜面１７Ａ１，１７Ｂ２が形成されている。一方、ローター磁石１７の第２のヨーク２７と対向し接触する面は、第２の自己保持状態において前記と反対方向に回転した回転位置で接触が可能となるように傾斜面１７Ｂ１，１７Ａ２が形成されている。また、このローター磁石１７の形状は、ヨークとの間の閉磁路による自己保持力を高めるには、前述の通り面接触できる形状がより好ましいのであるが、前記第１、第２のヨーク２３、２７と接触させることができれば、他の形状であっても構わない。
【００３１】
また、反射ミラー２０はガラスまたはセラミック等の平滑面を有する板材を加工して作製し、表面裏面ともに必要範囲に金等の反射率の高い材料をメッキ処理し、反射膜としての機能を有する反射ミラー面２１を形成することができる。
【００３２】
本発明のアクチュエータ装置は、上記のような回転体構成とすることにより、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となる。なお、ここで、略一致とは、アクチュエータ部５が衝撃を受けたとき、回転体の重心と回転軸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。例えば、図２（ｂ）の構成のように、遮蔽体１９を回転軸に対し対称な形状とすることで、回転体の重心と回転軸の重心との一致を容易なものとすることができる。この様に回転体７の重心位置を略一致させることで、外部からの衝撃があった場合でも、その衝撃による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。その作用については実施例で説明する。
【００３３】
そして、回転軸１５の回転体取付１３の箇所には、摩耗低減のためのコーティング処理、メッキ処理が施されていても良い。図４は回転体取付１３の一構成例を示している。図４（ａ），（ｂ）に示す構成例において、回転体取付１３はスラスト方向に支持するためのボール１３ａ及び弾性部材１３ｂと、ラジアル方向に支持するためのスリーブ１３ｃを備える。ボール１３ａは回転軸１５の端部１５ａと接触し、弾性部材１３ｂの弾性力により軸方向に押圧する。これにより、回転軸１５はその両端においてスラスト方向に支持される。また、スリーブ１３ｃは回転軸１５の外周に配され、回転軸１５をラジアル方向に支持する。
回転体１５の端面は、図４（ａ）に示す端面１５ａのように平面状とすることも、あるいは図４（ｂ）に示す端面１５ｂのように軸中心に向かって傾斜する傾斜面とすることもできる。図４（ｂ）の構成によれば、ボール１３ａは常に端面１５ｂの軸中心に維持され、ラジアル方向とスラスト方向の両方向を支持することができるため、スリーブ１３ｃを省略することもできる。
この場合、潤滑油を使う必要が無いので、反射ミラー面２１への油膜の付着等の信頼性低下の要因を排除することができる。
【００３４】
上記の如く、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。
【００３５】
（実施例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際のアクチュエータ部５の動作について、図５〜図９を用いて以下に説明する。
まず初めに第１の回転位置における第１の自己保持状態について説明する。図５（ａ）は、第１の自己保持状態を説明するためのローター磁石近傍のアクチュエータ部断面図であり、図５（ｂ）は、上記構成の第１の自己保持状態が構成されたアクチュエータ装置の回路展開模式図である。なお、ローター磁石は図５（ａ）に示す方向に２極に着磁されているとする。
図５（ａ）に示すように、第１のヨーク一端３１は符号１７のローター磁石のＮ極の傾斜面１７Ａ１の近傍に位置し、第１のヨーク他端３３は前記ローター磁石のＳ極の傾斜面１７Ｂ２近傍に位置している。そして、図５（ｂ）に示すように、ローター磁石のＮ極から生じた磁束は第１のヨーク一端３１から第１のヨーク２３を通り第１のヨーク他端３３へ向かって流れる。又、ローター磁石の内部ではＳ極からＮ極の方向へ磁束が生じている。これにより、矢印の方向に磁束が流れる閉磁路が形成され、ローター磁石１７の磁力により第１の自己保持状態とすることができる。このとき第１の回転位置における第１の自己保持状態では、例えば、反射ミラー面２１は光経路３５と重なった状態とすると、光ファイバーの光は反射ミラー面によって反射される状態となる。
【００３６】
次に、本発明のアクチュエータの第１の回転位置から第２の回転位置への動作について説明する。図６（ａ）は、第１の回転位置から第２の回転位置までのローター磁石の回転動作を説明するための、第１の回転位置でのローター磁石近傍の回路展開模式図であり、図６（ｂ）は、上記動作後の第２の回転位置での回路展開模式図である。
図６（ａ）に示すように、第１の回転位置で第１のヨーク一端３１がＮ極、第１のヨーク他端３３がＳ極となるように第１の励磁用コイル２５に通電させる。
すると、第１の励磁用コイル２５によって矢印方向への磁束が発生し、第１のヨーク一端３１にＮ極が形成され、第１のヨーク他端３３にＳ極が形成される。この磁極の形成により、第１のヨーク一端３１のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力が発生すると同時に、第１のヨーク他端３３のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間にも反発力が発生する。従って、ローター磁石１７は回転軸１５を回転中心として時計回りの回転力が発生し、図６（ｂ）に示す様に、ローター磁石１７が第２のヨーク一端３７及び第２のヨーク他端３９に接触するまで（第２の回転位置まで）回転して停止する。
ここで、ローター磁石１７が回転をした後に第１の励磁用コイル２５への通電を止めれば、ローター磁石１７のＳ極は第２のヨーク一端３７との間に磁気吸引力が、Ｎ極は第２のヨーク他端３９との間に磁気吸引力がそれぞれ働くので、第２の自己保持状態を取ることができる。
【００３７】
この様に、第１の励磁用コイル２５のみに通電して、該ローター磁石の磁極と反発する磁極を第１のヨーク２３の両端に発生させることで、ローター磁石１７を第１の回転位置から第２の回転位置に回転させることができる。なお、第１の励磁用コイル２５には第１の回転位置から第２の回転位置への回転時だけ一方向に通電すればよく、駆動回路構成が簡単となる。
【００３８】
次に、その第２の回転位置における第２の自己保持状態について説明する。図７（ａ）は、第２の自己保持状態を説明するための第２の回転位置におけるローター磁石近傍の模式断面図であり、図７（ｂ）は、上記構成の第２の自己保持状態が構成されたローター磁石近傍の回路展開模式図である。
図７（ａ）に示すように、第２のヨーク一端３７は符号１７のローター磁石のＳ極の傾斜面１７Ｂ１の近傍に位置し、第２のヨーク他端３９はローター磁石のＮ極の傾斜面１７Ａ２の近傍に位置している。そして、図７（ｂ）に示すように、ローター磁石のＮ極から生じた磁束は第２のヨーク他端３９から第２のヨーク２７を通り第２のヨーク一端３７の方向へと流れる。又、ローター磁石の内部ではＳ極からＮ極の方向へと磁束が生じている。これにより、矢印の方向に磁束が流れる閉磁路が形成され、ローター磁石１７の磁力により、第２の自己保持状態となる。なお、このとき、前記第１の回転位置に対し第２の回転位置における第２の自己保持状態とすると、反射ミラー面２１は光経路３５とズレた状態であり、光ファイバーの光は透過状態となる。
【００３９】
次に、第２の回転位置から第１の回転位置への動作を説明する。図８（ａ）は、第２の回転位置から第１の回転位置までのローター磁石の回転動作を説明するための、第２の回転位置におけるローター磁石近傍の回路展開模式図であり、図８（ｂ）は、上記動作後の第１の回転位置における回路展開模式図である。
図８（ａ）に示すように、第２の回転位置で、第２のヨーク一端３７がＳ極、第２のヨーク他端３９がＮ極となるように第２の励磁用コイル２９に通電させる。すると、第２の励磁用コイル２９によって矢印方向への磁束が発生し、第２ヨーク一端３７にＳ極が形成され、第２ヨーク他端３９にＮ極が形成される。この磁極の形成により、第２のヨーク一端３７のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間に反発力が発生すると同時に、第２のヨーク他端３９のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間にも反発力が発生する。従って、ローター磁石１７は回転軸１５を回転中心として反時計回りの回転力が発生し、図８（ｂ）に示すように、ローター磁石１７が第１のヨーク一端３１及び第１のヨーク他端３３に接触するまで（第１の回転位置まで）回転して停止する。
ここで、ローター磁石１７が回転をした後に第２の励磁用コイル２９への通電を止めると、ローター磁石１７のＮ極は第１のヨーク一端３１との間に磁気吸引力が、Ｓ極は第１のヨーク他端３３との間に磁気吸引力がそれぞれ働くので、再び第１の自己保持状態を取ることができる。
【００４０】
この様に、第２の回転位置から第１の回転位置への回転体７を回転させる際は、第２の励磁用コイル２９のみ通電しており、第１から第２の回転位置への回転体７の回転の際の動作説明と同様に、片方の励磁用コイルに通電するだけで前記回転体７を回転させることが可能である。
【００４１】
ここで、前記回転体７を第１の回転位置から第２の回転位置の間で回転させた際に必要な駆動トルクのデータを基に、ヨークに配した励磁用コイルへの通電方法について考察する。図９は、横軸に回転角度、縦軸にトルクを示した、本発明のアクチュエータ装置を駆動するために必要なトルクを説明するためのグラフである。
本グラフの符号６１は、第１の励磁用コイル２５に通電していない場合に回転体に作用する保持トルクカーブを示し、符号６３は、第１の励磁用コイル２５に通電した場合に生じる回転体に作用する駆動トルクカーブを示す。
【００４２】
まず、第１の回転位置から第２の回転位置まで回転体７を回転させた場合を例にとって説明する。図９における第１の回転位置を回転角度０、第２の回転位置を回転角度１とすると、保持トルクカーブ６１は第１の回転位置と第２の回転位置の中間でトルクの正負が入れ替わっていることが判る。このことによって、本発明のアクチュエータ装置では、回転体が第１の回転位置に近いときは第１の自己保持状態を維持しようとするトルクが作用し続け、第２の回転位置に近いときは第２の自己保持状態を維持しようとするトルクが作用する。回転体に作用するトルクは、保持トルクと第１の励磁用コイルの通電時に発生する駆動トルクの和で表される。したがって、第１の回転位置から第２の回転位置に回転体７を回転させるときには、図９中の太線に示すように、第１の回転位置と第２の回転位置との中間点を過ぎた辺りまで第１の励磁用コイル２５への通電を行えば良く、その位置から第２の回転位置までは、第１の励磁用コイル２５への通電を止めてもローター磁石１７と第２のヨーク２７の磁気吸引力により回転させることができる。
なお、第１の励磁用コイル２５への通電を止めた状態としては、第１、第２の励磁用コイルのコイル端子の接続をショート状態またはオープン状態が考えられる。また、第１の励磁用コイル２５への通電中のとき、第２の励磁用コイル２９はオープン状態をとることが好ましい。そして、該ローター磁石１７と第２のヨーク２７が接触または近接した後、通電を行わない状態で第２の自己保持状態とすることができることができる。
【００４３】
第２から第１の回転位置への回転は、上述の第１から第２の回転位置への回転の場合と逆となるだけで同じ作用をするため、ここでの説明は省略する。
【００４４】
次に、本発明のアクチュエータ装置が、耐衝撃性にも優れた構造をとっている点ついて図１０〜１２を用いて説明する。図１０は、回転軸１５とローター磁石１７からなる回転体７に、該回転軸１５の軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するための図であり、筐体底面に対し水平方向から見たローター磁石近傍の模式図を示している。なお、図１０のＸ方向は、回転軸１５と平行な方向で、Ｚ方向は、筐体１に対し垂直な方向として説明する。
図１０に示す様に、Ｘ軸方向から外力（図中の矢印）が掛かったとしても、本発明の様にローター磁石１７の重心位置と回転軸１５の重心位置とを略一致させる構成とすれば、外力によるモーメントを実質的に生じさせることなく、その外力は回転軸１５を介して回転体取付１３に伝わり、この回転体取付１３によって吸収させることができる。この様に本発明のアクチュエータ装置は、Ｘ軸方向からの力に対する耐衝撃性に優れているのである。
【００４５】
続けて、Ｙ軸方向からの力に対する耐衝撃性について説明する。図１１（ａ）は、回転軸１５とローター磁石１７からなる回転体７に、前記Ｙ軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するため図であり、Ｚ軸方向から見たローター磁石近傍の模式図を示している。図１１（ｂ）は、上記構成におけるＹ軸方向から見たローター磁石近傍の模式図である。
図１１（ａ）に示す様に、Ｙ軸方向から外力（図中の矢印）が掛かったとしても、回転軸１５の両端が回転体取付（図示せず）により支持される。また、図１１（ｂ）に示す方向で考えると、ローター磁石１７の重心位置と回転軸１５の重心位置とを略一致させているので、回転体７にはＹ軸方向の外力による回転モーメントが作用しない構造であることがわかる。なお、図１１（ｂ）において、図中の丸印は外力の方向を示し、図面の裏面から表面に向かう力方向を示している。
【００４６】
次に、Ｚ軸方向からの力に対する耐衝撃性について説明する。図１２（ａ）は、回転軸１５とローター磁石１７からなる回転体７に、前記Ｚ軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するための図であり、Ｙ軸方向から見たローター磁石近傍の模式図を示している。又、図１２（ｂ）は、上記構成におけるＺ軸方向から見たローター磁石近傍の模式図である。
図１２（ａ）に示す様に、Ｚ軸方向から外力（図中の矢印）が掛かったとしても、図８、９と同様に回転軸の両端が回転体取付（図示せず）において支持される。また、図１２（ｂ）に示す方向で考えると、回転体の重心位置と回転軸重心位置を略一致させているので、回転体にはＺ軸方向の外力による回転モーメントが作用しない構造であることがわかる。なお、図１２（ｂ）において、図中の丸印は外力の方向を示し、図面の表面から裏面に向かう力方向を示している。
【００４７】
上記の説明の如く、実施例１のアクチュエータ装置は、第１、第２の回転位置で、ヨークと磁石による磁気回路により閉磁路を構成する。この構成では、磁気回路における空隙部分がわずかであるため、磁気抵抗が少なくなる。さらに、磁石体積を少なくして磁石の磁力を弱くしたとしても所望の保持力を得ることができる構成である。また、本構成は、回転体の軸方向と直交する方向の回転体の径を短くすることにより、回転体７の慣性モーメントを少なくすることができるので、回転時に必要なトルクが少なくて済むことから励磁用コイルに流す電流値を少なくすることができ、低消費電力の効果が大きい。よって、本発明のアクチュエータ装置は、ローター磁石１７に取り付けられた反射ミラー２０の反射ミラー面２１を安定して光ファイバの隙間に出し入れできる、極めて繰り返し再現性の良いスイッチング機能を有する。
【００４８】
さらに、回転体７は回転体取付によって衝撃を吸収することができ、閉磁路により第１、第２の回転位置を保持するので、従来技術の様に保持状態における耐衝撃性を確保するだけの力をわざわざ励磁用コイルにより発生させる必要がない。よって、本発明のアクチュエータ装置の消費電力は、駆動に必要な量を励磁用コイルに通電させるだけである。しかも、本構成は回転体７の重心位置と回転軸１５の重心位置を略一致させているので、外力が加わっても新たな回転モーメントが発生せず、耐衝撃性が良好となる。
【００４９】
（参考例としての実施例２）
本発明とは別となる参考実施の形態である、アクチュエータ装置について、図１３を用いて説明する。本構成は、より高速にスイッチングを行うことが必要な場合や、省スペース化が要求された場合に特に有効な構成である。
実施例１と異なる点は、第１と第２の自己保持状態を切り替える際、第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９に同時に通電を行う。つまり、第１の回転位置から第２の回転位置への切り替え時に、第１のヨーク２３にローター磁石１７と反発する磁極を発生させると同時に、第２のヨーク２７にローター磁石１７と吸引する磁極を発生させ、又、逆に第２の回転位置から第１の回転位置への切り替え時に、第１のヨーク２３にローター磁石１７と吸引する磁極を発生させると同時に、第２のヨーク２７にローター磁石１７と反撥する磁極を発生さる点である。よって、本構成におけるアクチュエータ装置は、スイッチング動作をする際に、第１，第２の励磁用コイルのコイル端子の接続をショート状態またはオープン状態に制御したり、電流の向きを変える制御といった、３つの制御状態により切り替える。この実施例２では、反発力と吸引力の二つの力を利用するため、実施例１で使用する励磁用コイルに比べ、一つの励磁用コイルで励磁する磁束を少なくしても、ローター磁石１７を回転させることができる。そのため、実施例２の構成を適用すれば、駆動方法が複雑となるが、それぞれの励磁用コイル体積を少なくすることができ、省スペース化が望める。
【００５０】
この実施例２のアクチュエータ部５の動作について説明する。図１３（ａ）は、第１の回転位置から第２の回転位置までのローター磁石の回転動作を説明するための図であり、第１の回転位置でローター磁石への反発作用と吸引作用を用いた場合のローター磁石近傍の回路展開模式図を示している。図１３（ｂ）は、上記構成における第２の回転位置でローター磁石に反発作用と吸引作用を用いた場合のローター磁石近傍の回路展開模式図を示している。
【００５１】
実施例２において、まず第１の回転位置で、第１のヨーク一端３１がＮ極、第１のヨーク他端３３がＳ極となるように第１の励磁用コイル２５に通電し、また、第２のヨーク一端３７がＮ極、第２のヨーク他端３９がＳ極となるように第２の励磁用コイル２９に通電する。すると、第１のヨーク一端３１のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力が発生するとともに、第１のヨーク他端３３のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間にも反発力が発生する。またこれと同時に、第２のヨーク一端３７のＮ極とローター磁石１７のＳ極との間に吸引力が発生するとともに、第２のヨーク他端３９のＳ極とローター磁石１７のＮ極との間にも吸引力が発生する。従って、図１３（ａ）においてはローター磁石１７は回転軸１５を回転中心として時計回りの回転力が生じ、ローター磁石１７が第２のヨーク一端３７及び第２のヨーク他端３９に接触するまで（第２の回転位置まで）回転して停止する。図１４（ａ）は、このときの第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９に印加する電圧のタイミング及びその磁力を示している。
【００５２】
第２の回転位置から第１の回転位置への動作は、図１３（ｂ）に示すよう第１の励磁用コイル２５、第２の励磁用コイル２９への通電方向を逆にすることで、上述の説明と同じように、ローター磁石１７と第１、第２のヨーク間での吸引、反発作用により行うことができる。
【００５３】
また、ローター磁石１７が第１の回転位置と第２の回転位置との中間点を過ぎた辺りで第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９への通電を止めれば、ローター磁石１７のＮ極は第２のヨーク他端３９と磁気吸引力が働き、それと同時にＳ極は第２のヨーク一端３７との間に磁気吸引力が働くので、前記ローター磁石とヨークが接した時点で第２の自己保持状態を取ることができる。この様な駆動方法でも、実施例２におけるアクチュエータ装置を駆動することができる。図１４（ｂ）は、このときの第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９に印加する電圧及びその磁力を示している。
【００５４】
また、図１３（ａ）における第１の回転位置で、第１の励磁用コイル２５に通電してローター磁石１７と反発する磁極をヨーク両端に発生させて、ローター磁石１７をある程度回転させた後に、第２の励磁用コイル２９に通電してローター磁石１７を吸引する磁極をヨーク両端に発生させて、該ローター磁石を第２の回転位置まで回転させる駆動方法としても構わない。図１４（ｃ）は、このときの第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９に印加する電圧及びその磁力を示している。
さらに、第２の回転位置近傍にローター磁石が接近した際に、第２の励磁用コイル２９に該ローター磁石とは反発する磁力をヨーク両端に発生させて、ローター磁石とヨークとの衝突強度を弱めてあげることもできる。図１４（ｄ）は、このときの第１の励磁用コイル２５及び第２の励磁用コイル２９に印加する電圧及びその磁力を示している。
【００５５】
この様に、実施例２に示したアクチュエータ装置とすれば、より高速にスイッチングを行うことができ、さらに省スペース化が要求された構成が可能であることがわかった。
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【００６３】
【００６４】
【００６５】
【００６６】
（実施例３）
第３の実施の形態として、図１５を用いて説明する。実施例１と異なる点は、回転体の回転位置を検出するためのポジション検出器（フォトインタラプタ、フォトリフレクタ）を筐体１に取り付け、ミラーが光ファイバーの光を反射しているか透過しているかの検出を可能とした点と、ポジション検出器の出力をフィードバックして励磁用コイルへの通電制御を行うことができる点である。
【００６７】
実施例３におけるアクチュエータ部５は、光ファイバー部３に配置した光ファイバ１０１、１０３または１０７、１０９の光を反射ミラー２０が反射しているか、反射していないかのポジション、すなわち第１の回転位置にあるか第２の回転位置にあるかを検出するためのポジション検出部６０を有しており、そのポジション検出部６０に例えばフォトインタラプタ５５を用いた例である。そして、フォトインタラプタ５５の光源の光を遮断するために、反射ミラー２０とほぼ対称な位置に回転体７に一体で構成された遮蔽板５３を配し、反射ミラー面の位置を正確に把握することができる。その遮蔽板５３は、反射ミラー２０と同一のガラス等の平滑な板材の一端でも良いし、樹脂材で一体で形成しても構わない。
【００６８】
この場合、図には示さないが、ポジション検出部の端子は筐体１外面に取り出されて、外部との電気的接続を行い、前記第１、第２の回転位置を検出し、励磁用コイルへの通電制御を行うことができる。例えば、図１４に示す励磁用コイルへの電圧印加を、ポジション検出部６０で検出して回転位置情報に基づいて制御することができる。
回転体７の重心と回転軸１５の重心が略一致させることは、実施例１で説明した通り耐久性を向上させる上で重要である。また、前記フォトインタラプタ５５の代りにフォトリフレクタを用いても同じように作用させることができる。
【００６９】
前記した実施例１〜実施例３において、ローター磁石の回転軸の方向から見た断面形状は、矩形状あるいは台形形状を組み合わせた形状としているが、ローター磁石の形状はこれに限らず、円形状の断面形状とすることもできる。以下、図１６〜図２０に示す実施例４〜実施例８を用いて、断面形状が円形状のローター磁石の例について説明する。
また、前記した実施例１〜実施例３において、ローター磁石の着磁方向は回転軸の方向と直交する方向としているが、ローター磁石の着磁方向はこれに限らず、着磁方向を回転軸と同方向とすることもできる。以下、図１９，図２０に示す実施例７，実施例８を用いて、回転軸の方向に着磁されるローター磁石の例について説明する。
【００７０】
（実施例４）
第４の実施例を図１６を用いて説明する。第４の実施例は、ローター磁石の断面形状が円形状の例である。なお、ローター磁石以外の構成は前記した実施例１〜実施例３と同様とすることができるため、ここではローター磁石及びヨークについて説明し、その他の構成については省略する。
ローター磁石１８は、回転軸の方向から見た断面形状を円形状とする円筒体であり、径方向に着磁されている。第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は、ローター磁石１８の径方向の両端の外側を挟み、ローター磁石１８の軸方向の端部側において磁路を形成するよう構成され、周方向の位置を異ならせて配置される。ローター磁石１８の両磁極は、回転軸の回りで回転することにより、第１のヨーク２３又は第２のヨーク２７の各両端部との間で閉磁路を形成し、その回転位置で自己保持する。また、第１のヨーク２３及び／又は第２のヨーク２７に設けた励磁用コイル（図示していない）に通電して各ヨークに磁極を形成することにより、ローター磁石１８の回転位置を切り替えることができる。
【００７１】
（実施例５）
第５の実施例を図１７を用いて説明する。第５の実施例は、ローター磁石の断面形状が円形状の例であり、また、第１のヨーク及び第２のヨークをローター磁石の外周に沿って配置する構成例である。なお、その他の構成は前記した実施例１〜実施例３と同様とすることができるため、ここではローター磁石及びヨークについて説明し、その他の構成については省略する。
ローター磁石１８は、前記実施例４と同様に、回転軸の方向から見た断面形状を円形状とする円筒体であり、径方向に着磁されている。第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は、ローター磁石１８の外周の外側を径方向の両端を挟むように弧状に構成され、周方向の位置を異ならせて配置される。
【００７２】
ローター磁石１８の両磁極は、回転軸の回りで回転することにより、第１のヨーク２３又は第２のヨーク２７の各両端部との間で閉磁路を形成し、その回転位置で自己保持する。また、第１のヨーク２３及び／又は第２のヨーク２７に設けた励磁用コイル（図示していない）に通電して各ヨークに磁極を形成することにより、ローター磁石１８の回転位置を切り替えることができる。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第１の回転位置及び第２の回転位置を示している。ここで、遮蔽体１９はローター磁石１８と同期して回転する。遮蔽体１９に反射ミラー２０を設け、対向配置された光ファイバの隙間に出し入れすることにより、光信号の切り替えを行うことができる。
また、遮蔽体１９は、図１７（ｃ），図１７（ｄ）に示すように、円盤状とすることができる。この円盤状の遮蔽体１９は、ローター磁石１８の円筒の外周部分に取り付ける構成や、二つのローター磁石１８の間に回転軸を合わせて挟み込む構成とすることができる。遮蔽体１９を円盤状とすることで、遮蔽体１９の重心位置の回転軸の重心位置からのズレを少なくすることができる。
【００７３】
（実施例６）
第６の実施例を図１８を用いて説明する。第６の実施例は、ローター磁石の断面形状が円形状の例であり、また、第１のヨーク及び第２のヨークをローター磁石の外周に沿って円周状に配置する一つのヨークで構成する例である。なお、その他の構成は前記した実施例１〜実施例３と同様とすることができるため、ここではローター磁石及びヨークについて説明し、その他の構成については省略する。
ローター磁石１８は、前記実施例４，５と同様に、回転軸の方向から見た断面形状を円形状とする円筒体であり、径方向に着磁されている。ヨーク４０は、ローター磁石１８の円周外側に配置されるようリング状に構成され、周方向の位置を異ならせた位置に、それぞれローター磁石１８の両磁極と対向するように二対の凸部が配置される。
【００７４】
ローター磁石１８の両磁極は、回転軸の回りで回転することにより、ヨーク４０が備える二対の凸部の内の何れかの一方の凸部間で閉磁路を形成し、その回転位置で自己保持する。また、ヨーク４０に設けた励磁用コイルに通電して二対の凸部間の内の何れかの一方の凸部に磁極を形成することにより、ローター磁石１８の回転位置を切り替えることができる。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第１の回転位置及び第２の回転位置を示している。ここで、遮蔽体１９はローター磁石１８と同期して回転する。遮蔽体１９に反射ミラー２０を設け、対向配置された光ファイバの隙間に出し入れすることにより、光信号の切り替えを行うことができる。
また、図１８（ｃ），図１８（ｄ）において、遮蔽体１９は前記図１７（ｃ），図１７（ｄ）と同様に円盤状とすることができる。この円盤状の遮蔽体１９は、ローター磁石１８の円筒の外周部分に取り付ける構成や、二つのローター磁石１８の間に回転軸を合わせて挟み込む構成とすることができる。遮蔽体１９を円盤状とすることで、遮蔽体１９の重心位置の回転軸の重心位置からのズレを少なくすることができる。
【００７５】
（実施例７）
第７の実施例を図１９を用いて説明する。第７の実施例は、ローター磁石を円筒状の非磁性体に軸方向に着磁された永久磁石を埋設し、また、第１のヨーク及び第２のヨークをローター磁石の軸方向に沿って配置する例である。なお、その他の構成は前記した実施例１〜実施例３と同様とすることができるため、ここではローター磁石及びヨークについて説明し、その他の構成については省略する。
ローター磁石１８は、回転軸の方向から見た断面形状が円形状の非磁性体からなる円筒体に軸方向に着磁された永久磁石を埋設して構成される。また、回転軸の軸方向に沿って溝１８ａを備える。この溝１８ａは、図示しない対向配置された光ファイバ間の光信号を通るために形成される。なお、図示する例では、溝１８ａの長さはローター磁石１８の軸方向長さと同じ長さとしているが、光ファイバが配置される部分のローター磁石の厚みを薄くすることで、溝１８ａの長さを短くし、空気中を通過する光の光路長を短くすることができる。
第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は、ローター磁石１８の軸方向に沿って配置され、ローター磁石１８の軸方向に着磁された磁極との間で閉磁路を形成する。なお、ローター磁石の形状は、必ずしも断面形状が円形状の円筒形状である必要はないが、重心を回転軸上に配置するには円筒形状が適当である。
【００７６】
ローター磁石１８の両磁極は、回転軸の回りで回転することにより、第１のヨーク２３又は第２のヨーク２７の各両端部との間で閉磁路を形成し、その回転位置で自己保持する。また、第１のヨーク２３及び／又は第２のヨーク２７に設けた励磁用コイル（図示していない）に通電して各ヨークに磁極を形成することにより、ローター磁石１８の回転位置を切り替えることができる。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、第１の回転位置及び第２の回転位置を示している。ここで、ローター磁石１８に、溝１８ａ及び反射ミラー２０を設け、対向配置された光ファイバの隙間に出し入れすることにより、光信号の切り替えを行うことができる。
図１９（ｃ）及び図１９（ｄ）は、第７の実施例を軸方向に沿って見た図であり、図１９（ｄ）は、溝１８ａが設けられるローター磁石１８の厚みを薄く形成した例を示している。
【００７７】
（実施例８）
第８の実施例を図２０を用いて説明する。第８の実施例は、ローター磁石を軸方向に着磁された円筒形状とすると共に、軸方向の端部の一部に高磁気抵抗材を設けた構成とし、また、第１のヨーク及び第２のヨークをローター磁石の軸方向に沿って配置する例である。なお、その他の構成は前記した実施例１〜実施例３と同様とすることができるため、ここではローター磁石及びヨークについて説明し、その他の構成については省略する。
ローター磁石１８は、回転軸の方向から見た断面形状が円形状の円筒体を軸方向に着磁された永久磁石とし、さらに、その軸方向の両端部に高磁気抵抗材４２を設け、この高磁気抵抗材４２の一部を切り欠いて、永久磁石の磁極面を露出させ、この両端部の露出面を軸方向に対向させる。
また、回転軸の軸方向に沿って溝１８ａを備える。この溝１８ａは、図示しない対向配置された光ファイバ間の光信号を通るために形成される。なお、図示する例では、溝１８ａの長さはローター磁石１８の軸方向長さと同じ長さとしているが、光ファイバが配置される部分のローター磁石の厚みを薄くすることで、溝１８ａの長さを短くし、空気中を通過する光の光路長を短くすることができる。
第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は、ローター磁石１８の軸方向に沿って配置され、ローター磁石１８の露出した軸方向の磁極間で閉磁路を形成する。なお、ローター磁石の形状は、必ずしも断面形状が円形状の円筒形状である必要はないが、重心を回転軸上に配置するには円筒形状が適当である。
【００７８】
ローター磁石１８の露出する両磁極は、回転軸の回りで回転することにより、第１のヨーク２３又は第２のヨーク２７の各両端部との間で閉磁路を形成し、その回転位置で自己保持する。露出する両磁極以外の回転位置では、高磁気抵抗材４２により閉磁路が形成されたとしても自己保持するに十分な磁力は形成されない。
また、第１のヨーク２３及び／又は第２のヨーク２７に設けた励磁用コイル（図示していない）に通電して各ヨークに磁極を形成することにより、ローター磁石１８の回転位置を切り替えることができる。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第１の回転位置及び第２の回転位置を示している。ここで、ローター磁石１８に、溝１８ａ及び反射ミラー２０を設け、対向配置された光ファイバの隙間に出し入れすることにより、光信号の切り替えを行うことができる。なお、図２０（ｃ）は、第８の実施例を軸方向に沿って見た図である。
なお、前記説明において、回転体の回転位置を定める突き当て部材は、ローター磁石と当接する構成の他に、回転軸側の設けた凸部あるいは凹部と所定の回転位置で当接するストッパによって構成することもできる。
【００７９】
【発明の効果】
上記構成のアクチュエータ装置は、永久磁石からなるローター磁石１７と、そのローター磁石１７の周辺に配し、励磁用コイルを備えたヨークを動作させてスイッチを機能しているので、従来技術におけるＤＣマイクロモーターによる駆動に比べ、低消費電力でスイッチングを行うことができた。また、本構成は部品点数を極力減らした簡単な構成であるので、装置自体の省スペース化を達成できた。さらに、スイッチ動作に伴う回転角度を必要最小限とした、摩擦摺動部が少ない構成であるので、可動部の耐久性を向上させることができた。よって、本発明のアクチュエータ装置は、小型化や、長期信頼性や、外部からの耐衝撃性が求められるアクチュエータ装置に特に適用できる技術であることが判る。
【００８０】
なお、本発明のアクチュエータ装置は、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。例えば、医療用として外科手術に用いるマイクロサージェリー用アクチュエータとして、また表示用としてミラーや表示色を配した円筒を回転させて任意に表示切換を行うデジタル表示デバイス等への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【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構造平面図である。
【図２】  本発明のアクチュエータ装置の回転体の構成を説明するための分解斜視図である。
【図３】  本発明のアクチュエータ装置の構成を説明するための斜視図である。
【図４】  本発明の回転体取付の一構成例を示す図である。
【図５】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１における第１の自己保持状態を説明するためのアクチュエータ部の構造断面図である。
【図６】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１における第１の回転位置から第２の回転位置までの回転体の回転動作を説明するための回路展開模式図である。
【図７】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１における第２の自己保持状態を説明するためのアクチュエータ部の構造断面図である。
【図８】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１のおける第２の回転位置から第１の回転位置までの回転体の回転動作を説明するための回路展開模式図である。
【図９】  本発明のアクチュエータ装置を駆動するために必要なトルクを説明するための図である。
【図１０】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１におけるＸ軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するための図面である。
【図１１】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１におけるＹ軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するための図面である。
【図１２】  本発明のアクチュエータ装置の実施例１におけるＺ軸方向から外力が掛かった場合の耐衝撃性を説明するための図面である。
【図１３】  本発明とは別となる参考のアクチュエータ装置の実施例２における第１の回転位置から第２の回転位置間の回転動作を説明するための回路展開模式図である。
【図１４】  同実施例２のアクチュエータ装置の第１の励磁用コイル及び第２の励磁用コイルに印加する電圧のタイミング及びその磁力を示す図である。
【図１５】  本発明のアクチュエータ装置の実施例３の構造を説明するための装置平面図である。
【図１６】  本発明のアクチュエータ装置の実施例４を説明するための図である。
【図１７】  本発明のアクチュエータ装置の実施例５を説明するための図である。
【図１８】  本発明のアクチュエータ装置の実施例６を説明するための図である。
【図１９】  本発明のアクチュエータ装置の実施例７を説明するための図である。
【図２０】  本発明のアクチュエータ装置の実施例８を説明するための図である。
【図２１】  従来の反射ミラー型２×２ファイバ光スイッチの構成を説明するための装置概略断面図である。
【符号の説明】
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  回転体取付
１５  回転軸
１７  ローター磁石
１７ａ，１７ｂ  磁極
１７Ａ１，１７Ａ２，１７Ｂ１，１７Ｂ２  傾斜面
１８  ローター磁石
１９  遮蔽体
２０  反射ミラー
２１  反射ミラー面
２３  第１のヨーク
２４ａ，２４ｂ  突き当て部材
２５  第１の励磁用コイル
２７  第２のヨーク
２８ａ，２８ｂ  突き当て部材
２９  第２の励磁用コイル
３１  第１のヨーク一端
３３  第１のヨーク他端
３５  光経路
３７  第２のヨーク一端
３９  第２のヨーク他端
４０  ヨーク
４１  突き当て部材
４２  高磁気抵抗材
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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