JP2014054129A - Magnetic driving apparatus and magnetic driving method - Google Patents

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二朗 阿部
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真之 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To more easily perform movement control on a diamagnetic substance which is levitating magnetically.SOLUTION: In a magnet array 20, a plurality of permanent magnets with longitudinal and lateral widths of 3×3 mm shorter than 10 mm that is a diameter (full length) of a diamagnetic substance 10 are arrayed in a lattice shape so as to alternate N poles and S poles, respectively. The diamagnetic substance 10 formed from graphite levitates magnetically by resiliency of a magnetic field formed by the magnet array 20. When a portion of the magnetically levitating diamagnetic substance 10 is irradiated with laser light by a laser light irradiation device 30, a temperature in the portion irradiated with laser light rises, an absolute value of magnetic susceptibility is reduced, and a levitation distance is shortened just in that portion. As a result, power moving to the side irradiated with laser light acts on the diamagnetic substance 10, thereby performing an optical induction for guiding the magnetically levitating diamagnetic substance 10 in a direction irradiated with light.

Description

本発明は、磁界中に浮上している反磁性体を駆動対象として運動制御するための磁気駆動装置および磁気駆動方法に関する。   The present invention relates to a magnetic drive device and a magnetic drive method for controlling movement of a diamagnetic body levitated in a magnetic field as a drive target.

負の磁化率を有する反磁性体は、磁場空間において反発力を生じるため、このような反磁性体をある特定の磁場空間内に置くことにより磁気浮上が可能となることが知られている。このようにして浮上させた反磁性体は接触面を有していないため、摩擦が少なく、僅かな力で効率よく運動させることが可能であるため、物質輸送やアクチュエータ等への応用が検討されている。   A diamagnetic material having a negative magnetic susceptibility generates a repulsive force in a magnetic field space, and it is known that magnetic levitation can be achieved by placing such a diamagnetic material in a specific magnetic field space. Since the diamagnetic material levitated in this way does not have a contact surface, there is little friction and it can be moved efficiently with a slight force. ing.

例えば、特許文献1には、磁場のポテンシャル壁を形成するように配置された複数の永久磁石からなる磁石配列上に感温磁性体配列を載置し、この感温磁性体配列を選択的に加熱させて磁場を変化させることにより駆動対象物である反磁性物質を磁気浮上させたり駆動するようにした反磁性物質の磁気駆動装置が開示されている。   For example, in Patent Document 1, a temperature-sensitive magnetic material array is placed on a magnet array composed of a plurality of permanent magnets arranged so as to form a potential wall of a magnetic field, and this temperature-sensitive magnetic material array is selectively used. A magnetic drive device for a diamagnetic material is disclosed in which a diamagnetic material, which is an object to be driven, is magnetically levitated or driven by heating and changing a magnetic field.

特開2010−68603号公報JP 2010-68603 A

しかし、上記で示した特許文献1に記載された磁気駆動装置では、磁石配列上に載置された感温磁性体配列を選択的に加熱して駆動対象物である反磁性物質を駆動する必要があるため、どの感温磁性体をどの程度加熱すれば反磁性物質がどのように駆動されるかを把握することが難しいという問題がある。   However, in the magnetic drive device described in Patent Document 1 shown above, it is necessary to selectively heat the temperature-sensitive magnetic material array placed on the magnet array to drive the diamagnetic material that is the object to be driven. Therefore, there is a problem that it is difficult to know how and how much the thermosensitive magnetic material is heated to drive the diamagnetic substance.

また、この特許文献1に記載された磁気駆動装置では、磁場のポテンシャル壁の中だけで反磁性物質を駆動させることが可能であるため、反磁性物質を希望する位置まで自由に移動させたりするようなことはできない。   Further, in the magnetic drive device described in Patent Document 1, it is possible to drive the diamagnetic material only within the potential wall of the magnetic field, so that the diamagnetic material can be freely moved to a desired position. I can't do that.

そこで、本発明の目的は、磁気浮上した反磁性体の運動制御をより容易に行うことが可能な磁気駆動装置および磁気駆動方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic drive device and a magnetic drive method that can more easily perform motion control of a magnetically levitated diamagnetic material.

[磁気駆動装置]
本発明は、駆動対象となる反磁性体と、
前記反磁性体を浮上させるための磁界を発生させる磁界発生装置と、
前記反磁性体の一部に光を照射するための光照射手段とを備えた磁気駆動装置である。
[Magnetic drive]
The present invention includes a diamagnetic material to be driven,
A magnetic field generator for generating a magnetic field for levitating the diamagnetic material;
It is a magnetic drive apparatus provided with the light irradiation means for irradiating light to a part of said diamagnetic body.

本発明では、光照射手段により反磁性体の一部に光を照射し、光熱変換によって反磁性体の一部を加熱して磁化率を部分的に変化させることにより、駆動対象である反磁性体の運動制御を行うことができる。そのため、本発明によれば、駆動対象である反磁性体に直接光を照射して、反磁性体の光誘導や回転運動等の動作を実現することができるため、磁気浮上した反磁性体の運動制御を容易に行うことが可能となる。   In the present invention, a part of the diamagnetic material is irradiated with light by the light irradiation means, and a part of the diamagnetic material is heated by photothermal conversion to partially change the magnetic susceptibility, thereby driving the diamagnet that is the driving object. The body movement can be controlled. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize operations such as light induction and rotational motion of the diamagnetic material by directly irradiating light to the diamagnetic material to be driven. Motion control can be easily performed.

また、本発明では、前記磁界発生装置が、前記反磁性体の全長よりも短い周期で磁気ポテンシャルの谷が構成されるような磁界を発生させるようにしても良い。   In the present invention, the magnetic field generator may generate a magnetic field in which valleys of magnetic potential are formed with a period shorter than the total length of the diamagnetic material.

さらに、本発明では、前記磁界発生装置が、前記反磁性体の全長よりも一辺が短い永久磁石が隣接する他の永久磁石とは異なる磁極どうしが密着するように複数の永久磁石が格子状に交互に配列された磁石配列とするようにしても良い。   Furthermore, in the present invention, the magnetic field generator has a plurality of permanent magnets arranged in a lattice pattern so that the permanent magnets whose one side is shorter than the entire length of the diamagnetic material are in close contact with other adjacent permanent magnets. You may make it make it the magnet arrangement | sequence arranged alternately.

本発明によれば、駆動対象である反磁性体の全長よりも短い周期で磁気ポテンシャルの谷が構成されているため、反磁性体は容易に移動することが可能であり、光照射手段により反磁性体の一部に光を照射することにより反磁性体を光が照射された方向に誘導する光誘導を行うことが可能となる。   According to the present invention, since the valley of the magnetic potential is formed with a period shorter than the entire length of the diamagnetic material to be driven, the diamagnetic material can easily move and is reflected by the light irradiation means. By irradiating a part of the magnetic body with light, light induction for guiding the diamagnetic body in the direction of light irradiation can be performed.

また、本発明では、前記反磁性体の形状が円板状となっており、
前記磁界発生装置が、前記反磁性体の周囲を覆うような磁気ポテンシャルの壁が構成されるような磁界を発生させるようにしても良い。
Further, in the present invention, the shape of the diamagnetic material is a disk shape,
The magnetic field generator may generate a magnetic field that forms a wall of a magnetic potential that covers the periphery of the diamagnetic material.

さらに、本発明では、前記磁界発生装置が、前記反磁性体の直径よりも短い直径の円柱状の第1の永久磁石と、当該第1の永久磁石の周囲を覆うような形状を有し、前記反磁性体に面した側において前記第1の永久磁石の磁極とは異なる磁極を有する第2の永久磁石とから構成されるようにしても良い。   Furthermore, in the present invention, the magnetic field generator has a cylindrical first permanent magnet having a diameter shorter than the diameter of the diamagnetic body, and a shape covering the periphery of the first permanent magnet, You may make it comprise from the 2nd permanent magnet which has a magnetic pole different from the magnetic pole of the said 1st permanent magnet in the side facing the said diamagnetic body.

本発明によれば、駆動対象である反磁性体の周囲を覆うような磁気ポテンシャルの壁が構成されるため、反磁性体は容易に移動することができず、光照射手段により反磁性体の一部に光を照射することにより反磁性体を回転運動させることが可能となる。   According to the present invention, since the wall of the magnetic potential that covers the periphery of the diamagnetic material to be driven is configured, the diamagnetic material cannot be easily moved, and the irradiating means does not move the diamagnetic material. It is possible to rotate the diamagnetic material by irradiating a part thereof with light.

[磁気駆動方法]
また、本発明は、磁界発生装置により磁界を発生させて駆動対象となる反磁性体を磁気浮上させ、
磁気浮上した前記反磁性体の一部に光を照射することにより、前記反磁性体の運動制御を行う磁気駆動方法である。
[Magnetic drive method]
In addition, the present invention magnetically levitates a diamagnetic material to be driven by generating a magnetic field with a magnetic field generator,
In this magnetic driving method, the movement of the diamagnetic material is controlled by irradiating a part of the magnetically levitated diamagnetic material with light.

本発明によれば、駆動対象である反磁性体に光を直接照射して運動制御を行うことができるため、磁気浮上した反磁性体の運動制御をより容易に行うことが可能な磁気駆動装置および磁気駆動方法を提供することができる。   According to the present invention, since the motion control can be performed by directly irradiating the diamagnetic material to be driven with light, the magnetic drive device capable of performing the motion control of the magnetically levitated diamagnetic material more easily. And a magnetic driving method can be provided.

磁石配列20により発生された磁界により反磁性体10が磁気浮上されている様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a diamagnetic body 10 is magnetically levitated by a magnetic field generated by a magnet array 20. 図1に示すように反磁性体10が磁石配列20により生成された磁界により浮上する様子を横から見た図である。FIG. 2 is a side view of a state in which the diamagnetic body 10 is levitated by the magnetic field generated by the magnet array 20 as shown in FIG. 反磁性体であるグラファイトの磁化率と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic susceptibility of graphite which is a diamagnetic material, and temperature. 図2に示した反磁性体10の浮上距離と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flying distance of the diamagnetic body 10 shown in FIG. 2, and temperature. 本発明の第1の実施形態の磁気駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic drive device of the 1st Embodiment of this invention. 図5に示した磁石配列20の磁極の配列を上から見た場合の様子を示す図である。It is a figure which shows a mode at the time of seeing the magnetic pole arrangement | sequence of the magnet arrangement | sequence 20 shown in FIG. 5 from the top. 本発明の第1の実施形態の磁気駆動装置を横から見た場合の磁石配列20により生成される磁界の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the magnetic field produced | generated by the magnet arrangement | sequence 20 at the time of seeing the magnetic drive device of the 1st Embodiment of this invention from the side. 磁気浮上している反磁性体10の一部にレーザ光照射装置30によりレーザ光を照射する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam irradiation apparatus 30 irradiates a part of magnetically levitated diamagnetic body 10 with a laser beam. レーザ光照射装置30により反磁性体10の一部にレーザ光を照射した場合の横から見た様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that it saw from the side at the time of irradiating a laser beam to a part of diamagnetic body 10 with the laser beam irradiation apparatus 30. FIG. 本発明の第1の実施形態の磁気駆動装置において、レーザ光を反磁性体10の一部に照射することにより反磁性体10の光誘導を行う様子を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which light induction of the diamagnetic body 10 is performed by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light in the magnetic drive device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の磁気駆動装置の別の構成を示す図である。It is a figure which shows another structure of the magnetic drive device of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の磁気駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic drive device of the 2nd Embodiment of this invention. 図12中に示した円柱状磁石40の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cylindrical magnet 40 shown in FIG. 円柱状磁石40により形成された磁界中に反磁性体10を置いた場合の断面図である。3 is a cross-sectional view when a diamagnetic body 10 is placed in a magnetic field formed by a columnar magnet 40. FIG. 図14に示した反磁性体10の一部にレーザ光照射装置30によりレーザ光を照射した場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of irradiating a part of diamagnetic body 10 shown in FIG. 14 with the laser beam by the laser beam irradiation apparatus 30. FIG. 本発明の第2の実施形態の磁気駆動装置において、レーザ光を反磁性体10の一部に照射することにより反磁性体10が回転運動する様子を示す図である。In the magnetic drive device of the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which shows a mode that the diamagnetic body 10 rotates by irradiating a part of diamagnetic body 10 with a laser beam.

[背景]
まず、本発明の理解を助けるために、反磁性体の磁気浮上について説明する。
[background]
First, in order to help understanding of the present invention, magnetic levitation of a diamagnetic material will be described.

図1は、磁石配列20により発生された磁界により反磁性体10が磁気浮上されている様子を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which the diamagnetic body 10 is magnetically levitated by the magnetic field generated by the magnet array 20.

磁石配列20は、複数の永久磁石が、隣接する他の永久磁石とは異なる磁極どうしが密着するように格子状に交互に配列された構成となっている。つまり、磁石配列20では、図1に示されるように、N極とS極が交互に配列されている。   The magnet array 20 has a configuration in which a plurality of permanent magnets are alternately arranged in a lattice pattern so that magnetic poles different from other adjacent permanent magnets are in close contact with each other. That is, in the magnet arrangement | sequence 20, as FIG. 1 shows, the N pole and the S pole are arranged alternately.

そして、反磁性体10は、負の磁化率を有する材料により構成された物体であり、ここでは厚さが25μmで直径が10mmのグラファイトにより構成されている。   The diamagnetic body 10 is an object made of a material having a negative magnetic susceptibility. Here, the diamagnetic body 10 is made of graphite having a thickness of 25 μm and a diameter of 10 mm.

図1に示されるように、負の磁化率を有する反磁性体10は、磁場空間において反発力を生じるため、このような反磁性体10をある特定の磁場空間内に置くことにより磁気浮上が可能となる。   As shown in FIG. 1, the diamagnetic body 10 having a negative magnetic susceptibility generates a repulsive force in a magnetic field space. Therefore, by placing such a diamagnetic body 10 in a specific magnetic field space, magnetic levitation can be achieved. It becomes possible.

次に、図1に示すように反磁性体10が磁石配列20により生成された磁界により浮上する様子を横から見た図を図2に示す。図2に示されるように、反磁性体10は、磁石配列20により生成された磁界による反発力Fmagと重力mgとが釣り合う(Fmag=mgとなる)位置で浮上する。   Next, FIG. 2 shows a side view of how the diamagnetic body 10 is levitated by the magnetic field generated by the magnet array 20 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the diamagnetic body 10 floats at a position where the repulsive force Fmag due to the magnetic field generated by the magnet array 20 and the gravity mg are balanced (Fmag = mg).

ここで、mは反磁性体10の質量(kg)であり、gは重力加速度(m/s2)である。 Here, m is the mass (kg) of the diamagnetic body 10, and g is the gravitational acceleration (m / s 2 ).

また、反発力Fmagは、下記の式により算出される。

Figure 2014054129
Further, the repulsive force Fmag is calculated by the following equation.
Figure 2014054129

ここで、dB/dzは、磁束密度Bの垂直方向の勾配を示している。   Here, dB / dz indicates the gradient of the magnetic flux density B in the vertical direction.

つまり、上記の式を参照すれば分かるように、反発力Fmagの大きさは、磁化率χに比例しているため磁化率χの絶対値が大きいほど反発力Fmagの大きさも大きくなっている。   That is, as can be seen by referring to the above formula, the magnitude of the repulsive force Fmag is proportional to the magnetic susceptibility χ, so the larger the absolute value of the magnetic susceptibility χ, the larger the magnitude of the repulsive force Fmag.

ここで、反磁性体の磁化率は、温度により変化することが知られている。反磁性体であるグラファイトの磁化率と温度との関係を図3に示す。また、図2に示した反磁性体10の浮上距離と温度との関係を図4に示す。   Here, it is known that the magnetic susceptibility of the diamagnetic material changes with temperature. FIG. 3 shows the relationship between the magnetic susceptibility and temperature of graphite, which is a diamagnetic material. FIG. 4 shows the relationship between the flying distance of the diamagnetic body 10 shown in FIG. 2 and the temperature.

磁化率は温度の増加に伴って大きくなるが、反磁性体の磁化率は負の値をとるため、図3を参照すると分かるように、反磁性体の磁化率の絶対値は温度が高くなるほど小さくなっている。   Although the magnetic susceptibility increases as the temperature increases, the magnetic susceptibility of the diamagnetic material takes a negative value. As can be seen from FIG. 3, the absolute value of the magnetic susceptibility of the diamagnetic material increases as the temperature increases. It is getting smaller.

つまり、温度が高くなるほど図2に示した反発力Fmagの大きさは小さくなる。そのため、図4に示すように、反磁性体10の浮上距離は反磁性体10の温度が高くなるほど短くなる。   That is, as the temperature increases, the magnitude of the repulsive force Fmag shown in FIG. 2 decreases. Therefore, as shown in FIG. 4, the flying distance of the diamagnetic body 10 becomes shorter as the temperature of the diamagnetic body 10 becomes higher.

このようにある磁界上に浮上している反磁性体の浮上距離は、温度により制御することが可能であることが分かる。図4を参照すると、反磁性体10の浮上距離は光照射により約10%程度変化していることが分かる。   It can be seen that the levitation distance of the diamagnetic material levitating above a certain magnetic field can be controlled by temperature. Referring to FIG. 4, it can be seen that the flying distance of the diamagnetic body 10 is changed by about 10% by light irradiation.

[実施形態]
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[Embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図5は本発明の第1の実施形態の磁気駆動装置の構成を示す図である。
[First embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the magnetic drive device according to the first embodiment of the present invention.

本実施形態の磁気駆動装置は、図5に示されるように、駆動対象となる反磁性体10と、反磁性体10を浮上させるための磁界を発生させる磁界発生装置である磁石配列20と、反磁性体10の一部にレーザ光を照射するための光照射手段であるレーザ光照射装置30とから構成されている。   As shown in FIG. 5, the magnetic drive device of the present embodiment includes a diamagnetic body 10 to be driven, a magnet array 20 that is a magnetic field generator that generates a magnetic field for floating the diamagnetic body 10, and The laser beam irradiation device 30 is a light irradiation means for irradiating a part of the diamagnetic material 10 with laser light.

本実施形態における反磁性体10は、図1に示したものと同様の材料であり、厚さが25μmで直径が10mmのグラファイトにより構成されている。なお、本実施形態では、反磁性体10は円板形状である場合を用いて説明するが、反磁性体10の形状は円板形状である必要はなく正方形や長方形の板状であっても良いし、他の形状であっても良い。   The diamagnetic material 10 in this embodiment is the same material as that shown in FIG. 1, and is made of graphite having a thickness of 25 μm and a diameter of 10 mm. In the present embodiment, the case where the diamagnetic body 10 has a disk shape will be described. However, the shape of the diamagnetic body 10 does not have to be a disk shape, and may be a square or rectangular plate shape. It may be other shapes.

磁石配列20は、縦および横の幅が、反磁性体10の直径(全長)である10mmよりも短い3×3mmで、高さが10mmの複数の永久磁石により構成されている。そして、これらの複数の永久磁石は、隣接する他の永久磁石とは異なる磁極どうしが密着するように格子状に交互に配列されている。つまり、複数の永久磁石は、N極、S極がそれぞれ交互になるように格子状に配列されている。   The magnet array 20 is composed of a plurality of permanent magnets whose vertical and horizontal widths are 3 × 3 mm shorter than 10 mm which is the diameter (full length) of the diamagnetic body 10 and whose height is 10 mm. The plurality of permanent magnets are alternately arranged in a lattice pattern so that magnetic poles different from other adjacent permanent magnets are in close contact with each other. That is, the plurality of permanent magnets are arranged in a lattice shape so that the N poles and the S poles are alternately arranged.

このような構成となっていることにより、磁石配列20は、反磁性体10の全長よりも短い周期で磁気ポテンシャルの谷が構成されるような磁界を発生させている。   With such a configuration, the magnet array 20 generates a magnetic field in which valleys of the magnetic potential are formed with a period shorter than the entire length of the diamagnetic body 10.

また、レーザ照射装置30は、照射光波長405nm、照射光強度300mWのレーザ光を照射することができる装置である。本実施形態では、レーザ照射装置30により反磁性体10にレーザ光を照射させ、光熱変換により反磁性体10の温度を変化させる。   The laser irradiation apparatus 30 is an apparatus that can irradiate laser light having an irradiation light wavelength of 405 nm and an irradiation light intensity of 300 mW. In the present embodiment, the laser irradiation device 30 irradiates the diamagnetic body 10 with laser light, and changes the temperature of the diamagnetic body 10 by photothermal conversion.

次に、磁石配列20の磁極の配列を上から見た場合の図を図6に示す。図6では、磁極の配列が見え易いように反磁性体10を透明にして示している。   Next, FIG. 6 shows a view of the magnetic pole array of the magnet array 20 as viewed from above. In FIG. 6, the diamagnetic material 10 is shown transparent so that the arrangement of the magnetic poles can be easily seen.

図6を参照すると、磁石配列20では、隣接する永久磁石どうしで、同じ磁極が並ばないようにS極とN極とが交互に配列されているのが分かる。   Referring to FIG. 6, it can be seen that in the magnet array 20, the S poles and the N poles are alternately arranged so that the same magnetic poles are not arranged between adjacent permanent magnets.

次に、本実施形態の磁気駆動装置を横から見た場合の、磁石配列20により生成される磁界の様子を図7に示す。本実施形態では、反磁性体10の直径が10mmであり、磁石配列20を構成している各永久磁石の横および縦の幅が3mmであるため、磁石配列20により生成される磁界では、図7に示されるように、反磁性体10の全長よりも短い周期で磁気ポテンシャルの谷が構成されているのが分かる。   Next, FIG. 7 shows the state of the magnetic field generated by the magnet array 20 when the magnetic drive device of this embodiment is viewed from the side. In the present embodiment, since the diameter of the diamagnetic body 10 is 10 mm and the width and the vertical width of each permanent magnet constituting the magnet array 20 are 3 mm, in the magnetic field generated by the magnet array 20, As shown in FIG. 7, it can be seen that valleys of the magnetic potential are formed with a period shorter than the entire length of the diamagnetic body 10.

そのため、本実施形態の磁気駆動装置では、水平方向に微小な力が加わるだけで反磁性体10を容易に移動させることが可能となっている。   Therefore, in the magnetic drive device of the present embodiment, the diamagnetic body 10 can be easily moved only by applying a minute force in the horizontal direction.

そして、本実施形態の磁気駆動装置では、このように磁気浮上している反磁性体10の運動制御を行う場合、図8に示すように、レーザ光照射装置30により反磁性体10の一部にレーザ光を照射する。   In the magnetic drive device of the present embodiment, when the motion control of the diamagnetic body 10 that is magnetically levitated in this way is performed, as shown in FIG. Is irradiated with laser light.

レーザ光照射装置30により反磁性体10の一部にレーザ光を照射した場合の横から見た様子を図9に示す。   FIG. 9 shows a state seen from the side when the laser beam is irradiated to a part of the diamagnetic material 10 by the laser beam irradiation device 30.

図9を参照すると、反磁性体10では、一部にレーザ光が照射されることにより、その部分の温度が上昇して磁化率の絶対値が小さくなり、レーザ光が照射された部分だけ浮上距離が短くなっている。そのため、反磁性体10が磁界から受ける反発力Fmagの向きが垂直方向に対して傾いている。そのため、図9に示すように、反発力Fmagを垂直方向と水平方向とに分解すると分かるように、反磁性体10にはレーザ光が照射された側に移動するような力が働くことになる。その結果、本実施形態の磁気駆動装置のように、レーザ光を反磁性体10の一部に照射することにより、反磁性体10がレーザ光が照射された側に移動する。そして、レーザ光の照射位置がそのままであれば、レーザ光の照射位置が中心となるまで反磁性体10が移動すると、反磁性体10は移動を停止する。   Referring to FIG. 9, in the diamagnetic body 10, when a laser beam is irradiated on a part, the temperature of the part rises and the absolute value of the magnetic susceptibility decreases, and only the part irradiated with the laser beam floats. The distance is getting shorter. Therefore, the direction of the repulsive force Fmag that the diamagnetic body 10 receives from the magnetic field is inclined with respect to the vertical direction. Therefore, as shown in FIG. 9, as can be seen by resolving the repulsive force Fmag in the vertical direction and the horizontal direction, the diamagnetic body 10 is subjected to a force that moves to the side irradiated with the laser beam. . As a result, by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light as in the magnetic drive device of the present embodiment, the diamagnetic body 10 moves to the side irradiated with the laser light. And if the irradiation position of a laser beam is as it is, if the diamagnetic body 10 moves until the irradiation position of a laser beam becomes the center, the diamagnetic body 10 will stop moving.

そして、レーザ光照射装置30を操作して、レーザ光の照射位置を移動し続けた場合、図10に示すように、反磁性体10は照射位置の移動に追従して移動し続ける。つまり、本実施形態の磁気駆動装置によれば、磁気浮上した反磁性体10を光が照射された方向に誘導する光誘導を行うことが可能となる。   When the laser beam irradiation device 30 is operated and the laser beam irradiation position is continuously moved, the diamagnetic body 10 continues to move following the movement of the irradiation position as shown in FIG. That is, according to the magnetic drive device of the present embodiment, it is possible to perform light guidance that guides the diamagnetic body 10 that has been magnetically levitated in the direction of light irradiation.

さらに、本実施形態の磁気駆動装置の別の構成を図11を参照して説明する。図11に示した構成の本実施形態の磁気駆動装置は、図5に示した構成に対して、磁石配列20が磁石配列20aに置き換えられた構成となっている。   Furthermore, another configuration of the magnetic drive device of this embodiment will be described with reference to FIG. The magnetic drive device of the present embodiment having the configuration shown in FIG. 11 has a configuration in which the magnet array 20 is replaced with a magnet array 20a with respect to the configuration shown in FIG.

この磁石配列20aは、細長い直方体形状の3つの永久磁石が異なる磁極どうしが隣接するように配列されたものである。この図11に示された構成では、反磁性体10は、磁石配列20a上を自由に動くことはできず、磁気ポテンシャルの反発力により、2つの他の永久磁石に挟まれた中心の永久磁石の長手方向のみを往復運動することができるようになっている。   In this magnet arrangement 20a, three long and narrow rectangular parallelepiped permanent magnets are arranged so that different magnetic poles are adjacent to each other. In the configuration shown in FIG. 11, the diamagnetic body 10 cannot freely move on the magnet array 20a, and the central permanent magnet sandwiched between two other permanent magnets by the repulsive force of the magnetic potential. It is possible to reciprocate only in the longitudinal direction.

そのため、図11に示したような構成では、レーザ光照射装置30により反磁性体10の一部にレーザ光を照射することにより、レール上を滑るように反磁性体10を光誘導することができる。   For this reason, in the configuration as shown in FIG. 11, by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with the laser light irradiation device 30, the diamagnetic body 10 can be light-induced to slide on the rail. it can.

図11では、反磁性体10を磁石配列20aの奥側に動かしている場合が示されているが、反磁性体の反対側にレーザ光を照射することにより、反磁性体10は磁石配列20aの手前側に移動するようになる。   In FIG. 11, the case where the diamagnetic body 10 is moved to the back side of the magnet array 20a is shown. However, by irradiating the opposite side of the diamagnetic body with laser light, the diamagnetic body 10 is moved to the magnet array 20a. It moves to the near side of.

このように本実施形態の磁気駆動装置によれば、レーザ光を反磁性体10の一部に照射するだけで、磁気浮上した反磁性体10の光誘導を行うことが可能であるため、磁気浮上した反磁性体10の運動制御を容易に行うことができる。   As described above, according to the magnetic drive device of the present embodiment, it is possible to perform the light induction of the magnetically levitated diamagnetic body 10 only by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light. Motion control of the levitated diamagnetic body 10 can be easily performed.

また、本発明の磁気駆動装置では、磁気浮上した反磁性体をレーザ光の照射位置により誘導することが可能であるため、物体の位置制御を行うマニュピュレーションやアクチュエータ等に応用可能であり、また磁気浮上した反磁性体を駆動対象とした各種玩具にも応用可能である。また、浮上した反磁性体に運搬対象物を載せることにより、本発明を物質輸送に適用することも可能である。さらに、本発明は、光の照射の有無により反磁性体が移動することを利用した各種センシングにも応用可能である。   In the magnetic drive device of the present invention, the magnetically levitated diamagnetic material can be guided by the irradiation position of the laser beam, so that it can be applied to a manipulation or an actuator for controlling the position of an object, It can also be applied to various toys that are driven by magnetically levitated diamagnetic materials. In addition, the present invention can be applied to material transport by placing an object to be transported on a levitated diamagnetic material. Furthermore, the present invention can also be applied to various types of sensing using the movement of a diamagnetic material depending on the presence or absence of light irradiation.

[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態の磁気駆動装置について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a magnetic drive device according to a second embodiment of the present invention will be described.

図12は本発明の第2の実施形態の磁気駆動装置の構成を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the magnetic drive device according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態の磁気駆動装置は、図12に示されるように、駆動対象となる反磁性体10と、反磁性体10を浮上させるための磁界を発生させる磁界発生装置である円柱状磁石40と、反磁性体10の一部にレーザ光を照射するための光照射手段であるレーザ光照射装置30とから構成されている。   As shown in FIG. 12, the magnetic drive device of the present embodiment includes a diamagnetic body 10 to be driven, and a columnar magnet 40 that is a magnetic field generator that generates a magnetic field for floating the diamagnetic body 10. The laser beam irradiation device 30 is a light irradiation means for irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light.

本実施形態の磁気駆動装置は、磁気浮上させた円板状の反磁性体10を回転運動させるものである。なお、本実施形態における反磁性体10と、レーザ光照射装置30は、図5に示した第1の実施形態の磁気駆動装置におけるものと同じものである。つまり、本実施形態における反磁性体10も、形状が円板状であり、厚さが25μmで直径が10mmのグラファイトにより構成されている。   The magnetic drive device of this embodiment rotates a disk-shaped diamagnetic material 10 that has been magnetically levitated. The diamagnetic material 10 and the laser beam irradiation device 30 in this embodiment are the same as those in the magnetic drive device of the first embodiment shown in FIG. That is, the diamagnetic body 10 in the present embodiment is also made of graphite having a disk shape, a thickness of 25 μm, and a diameter of 10 mm.

そして、本実施形態における円柱状磁石40は、図13に示されるような構成となっている。円柱状磁石40は、反磁性体10の直径である10mmよりも少し短い直径8mmの円柱状の第1の永久磁石と、この第1の永久磁石の周囲を覆うような形状を有し、反磁性体10に面した側において第1の永久磁石の磁極(N極)とは異なる磁極(S極)を有する第2の永久磁石とから構成される。図13に示した例では、円柱状磁石40の中心部に埋め込まれた第1の磁石は、反磁性体10に面する側がN極となっており、この第1の磁石の周囲を覆っている第2の磁石は反磁性体10に面する側がS極となっている。   And the cylindrical magnet 40 in this embodiment becomes a structure as shown by FIG. The cylindrical magnet 40 has a cylindrical first permanent magnet having a diameter of 8 mm, which is slightly shorter than 10 mm, which is the diameter of the diamagnetic body 10, and a shape covering the periphery of the first permanent magnet. It is comprised from the 2nd permanent magnet which has a magnetic pole (S pole) different from the magnetic pole (N pole) of a 1st permanent magnet in the side which faces the magnetic body 10. FIG. In the example shown in FIG. 13, the first magnet embedded in the central portion of the columnar magnet 40 has an N pole on the side facing the diamagnetic body 10 and covers the periphery of the first magnet. The second magnet that faces the diamagnetic body 10 has an S pole.

このような構成となっていることにより、円柱状磁石40は、反磁性体10が上側に置かれた場合、図14に示すように、この反磁性体10の周囲を覆うような磁気ポテンシャルの壁が構成されるような磁界を発生させる。   With such a configuration, the cylindrical magnet 40 has a magnetic potential that covers the periphery of the diamagnetic body 10 as shown in FIG. 14 when the diamagnetic body 10 is placed on the upper side. Generates a magnetic field that constitutes a wall.

図14は、円柱状磁石40により形成された磁界中に反磁性体10を置いた場合の断面図である。ただし、この図14において示した磁気ポテンシャルの形状は概念的なものであり、実際の形状とは異なっている。   FIG. 14 is a cross-sectional view when the diamagnetic body 10 is placed in a magnetic field formed by the columnar magnet 40. However, the shape of the magnetic potential shown in FIG. 14 is conceptual and is different from the actual shape.

そして、図14に示した反磁性体10の一部にレーザ光照射装置30によりレーザ光を照射した場合の断面図を図15に示す。   FIG. 15 is a cross-sectional view when a portion of the diamagnetic material 10 shown in FIG. 14 is irradiated with a laser beam by the laser beam irradiation device 30.

図15を参照すると、反磁性体10では、一部にレーザ光が照射されることにより、その部分の温度が上昇して磁化率の絶対値が小さくなり、レーザ光が照射された部分だけ浮上距離が短くなっている。そのため、反磁性体10が磁界から受ける反発力Fmagの向きが垂直方向に対して傾いている。そのため、図15に示すように、反発力Fmagを垂直方向と水平方向とに分解すると分かるように、反磁性体10にはレーザ光が照射された側に移動するような力が働くことになる。   Referring to FIG. 15, in the diamagnetic material 10, when a part of the diamagnetic material 10 is irradiated with the laser light, the temperature of the part rises and the absolute value of the magnetic susceptibility decreases, and only the part irradiated with the laser light floats. The distance is getting shorter. Therefore, the direction of the repulsive force Fmag that the diamagnetic body 10 receives from the magnetic field is inclined with respect to the vertical direction. Therefore, as shown in FIG. 15, as can be understood from resolving the repulsive force Fmag in the vertical direction and the horizontal direction, a force that moves to the side irradiated with the laser beam acts on the diamagnetic body 10. .

しかし、本実施形態における磁気駆動装置では、反磁性体10の周囲には磁気ポテンシャルの壁が設けられているため、反磁性体10は移動することができず、反磁性体10が水平方向に移動しようとする力はこの磁気ポテンシャルの壁により向きを変えられて反磁性体10を回転させることとなる。   However, in the magnetic drive device according to the present embodiment, since the wall of the magnetic potential is provided around the diamagnetic body 10, the diamagnetic body 10 cannot move, and the diamagnetic body 10 is in the horizontal direction. The force to be moved is changed in direction by the wall of the magnetic potential and rotates the diamagnetic body 10.

その結果、本実施形態の磁気駆動装置では、図16に示すように、レーザ光を反磁性体10の一部に照射することにより、反磁性体10は円柱状磁石40上において回転運動するようになる。   As a result, in the magnetic drive device of this embodiment, as shown in FIG. 16, the diamagnetic body 10 rotates on the columnar magnet 40 by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light. become.

このように本実施形態の磁気駆動装置によれば、レーザ光を反磁性体10の一部に照射するだけで、磁気浮上した反磁性体10を回転運動させることが可能であるため、磁気浮上した反磁性体10の運動制御を容易に行うことができる。   As described above, according to the magnetic drive device of the present embodiment, the magnetically levitated diamagnetic body 10 can be rotated only by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with laser light. Thus, the motion control of the diamagnetic body 10 can be easily performed.

なお、本実施形態では磁気浮上させた反磁性体10の一部にレーザ光を照射させてこの反磁性体10を回転運動させるものであったが、レーザ光の変わりに太陽光を用いることにより、太陽光発電に応用することも可能である。   In this embodiment, a part of the diamagnetic material 10 that has been magnetically levitated is irradiated with laser light to rotate the diamagnetic material 10, but by using sunlight instead of the laser light, It can also be applied to photovoltaic power generation.

つまり、磁気浮上された反磁性体の一部に太陽光が照射されるような構成とすることにより、太陽光の光エネルギーを反磁性体の回転運動に変換して、この回転運動により発電を行うようにすれば太陽光発電を実現することが可能である。   In other words, by adopting a configuration in which sunlight is irradiated to a part of the magnetically levitated diamagnetic material, the light energy of sunlight is converted into the rotational motion of the diamagnetic material, and power is generated by this rotational motion. If this is done, solar power generation can be realized.

具体的には、例えば、磁気浮上した反磁性体を遊星歯車機構における遊星歯車とすることにより光エネルギーを回転運動に変換し、この回転運動により発電機を回転させるような構成とすれば太陽光発電を実現することも考えられる。ただし、このような構成を実現するためには、当然ながら反磁性体の形状をかなり大きなものとする必要がある。   Specifically, for example, solar energy can be obtained by converting light energy into rotational motion by using a magnetically levitated diamagnetic material as a planetary gear in a planetary gear mechanism and rotating the generator by this rotational motion. It is possible to realize power generation. However, in order to realize such a configuration, it is naturally necessary to make the shape of the diamagnetic material considerably large.

[変形例]
上記第1および第2の実施形態では、反磁性体10としてグラファイトを用いた場合について説明した。グラファイトは、黒色であるため光熱変換の際の変換効率が高い。そのため、光照射を開始してから希望する温度となるまでの時間が短い。また、グラファイトは、熱伝導率も高いため、光照射をやめると元の温度に戻るのも素早い。このような理由によって、本発明のように、光熱変換を利用して反磁性体の運動制御を行う場合、グラファイトは適した材料である。
[Modification]
In the first and second embodiments, the case where graphite is used as the diamagnetic body 10 has been described. Since graphite is black, it has high conversion efficiency during photothermal conversion. Therefore, the time from the start of light irradiation to the desired temperature is short. Graphite also has a high thermal conductivity, so it quickly returns to its original temperature when light irradiation is stopped. For these reasons, graphite is a suitable material when motion control of a diamagnetic material is performed using photothermal conversion as in the present invention.

ただし、本発明は反磁性体としてグラファイトを用いる場合に限定されるものではなく、ビスマス等の負の磁化率を有する他の材料を反磁性体として用いる場合でも同様に適用することができるものである。   However, the present invention is not limited to the case where graphite is used as the diamagnetic material, and can be similarly applied to the case where another material having a negative magnetic susceptibility such as bismuth is used as the diamagnetic material. is there.

また、反磁性体としては、グラファイトやビスマス以外にも、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン等様々な材料が知られており、これらの材料を反磁性体として利用することも可能である。   In addition to graphite and bismuth, various materials such as polycarbonate, polystyrene, and polyethylene are known as diamagnetic materials, and these materials can be used as diamagnetic materials.

また、上記第1および第2の実施形態では、レーザ光照射装置30により反磁性体10の一部にレーザ光を照射する場合を用いて説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、発光ダイオード等の他の光源からの光を反磁性体10の一部に照射させて反磁性体10の運動制御を行うようにしてもよい。また、当然ながら、上述したように太陽光を反磁性体10の一部に照射することによっても本発明を実現することが可能である。   Moreover, although the said 1st and 2nd embodiment demonstrated using the case where a laser beam was irradiated to a part of diamagnetic body 10 by the laser beam irradiation apparatus 30, this invention is limited to such a structure. Instead, the movement of the diamagnetic body 10 may be controlled by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with light from another light source such as a light emitting diode. Of course, the present invention can also be realized by irradiating a part of the diamagnetic body 10 with sunlight as described above.

10 反磁性体
20、20a 磁石配列
30 レーザ光照射装置
40 円柱状磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Diamagnetic material 20, 20a Magnet arrangement | sequence 30 Laser beam irradiation apparatus 40 Cylindrical magnet

Claims (6)

駆動対象となる反磁性体と、
前記反磁性体を浮上させるための磁界を発生させる磁界発生装置と、
前記反磁性体の一部に光を照射するための光照射手段と、
を備えた磁気駆動装置。
A diamagnetic material to be driven, and
A magnetic field generator for generating a magnetic field for levitating the diamagnetic material;
A light irradiation means for irradiating a part of the diamagnetic material;
A magnetic drive device comprising:
前記磁界発生装置は、前記反磁性体の全長よりも短い周期で磁気ポテンシャルの谷が構成されるような磁界を発生させる請求項1記載の反磁性物質の磁気駆動装置。   2. The magnetic drive device for a diamagnetic material according to claim 1, wherein the magnetic field generator generates a magnetic field such that a valley of a magnetic potential is formed with a period shorter than the total length of the diamagnetic material. 前記磁界発生装置は、前記反磁性体の全長よりも一辺が短い永久磁石が隣接する他の永久磁石とは異なる磁極どうしが密着するように複数の永久磁石が格子状に交互に配列された磁石配列である請求項2記載の磁気駆動装置。   The magnetic field generator includes a magnet in which a plurality of permanent magnets are alternately arranged in a lattice pattern so that a permanent magnet whose one side is shorter than the entire length of the diamagnetic material is in close contact with other adjacent permanent magnets. 3. The magnetic drive device according to claim 2, which is an array. 前記反磁性体の形状が円板状となっており、
前記磁界発生装置は、前記反磁性体の周囲を覆うような磁気ポテンシャルの壁が構成されるような磁界を発生させる請求項1記載の磁気駆動装置。
The shape of the diamagnetic material is a disk shape,
The magnetic drive unit according to claim 1, wherein the magnetic field generator generates a magnetic field that forms a wall of a magnetic potential that covers the periphery of the diamagnetic material.
前記磁界発生装置は、前記反磁性体の直径よりも短い直径の円柱状の第1の永久磁石と、当該第1の永久磁石の周囲を覆うような形状を有し、前記反磁性体に面した側において前記第1の永久磁石の磁極とは異なる磁極を有する第2の永久磁石とから構成される請求項4記載の磁気駆動装置。   The magnetic field generator has a cylindrical first permanent magnet having a diameter shorter than the diameter of the diamagnetic material and a shape covering the periphery of the first permanent magnet, and faces the diamagnetic material. The magnetic drive unit according to claim 4, further comprising a second permanent magnet having a magnetic pole different from the magnetic pole of the first permanent magnet on the closed side. 磁界発生装置により磁界を発生させて駆動対象となる反磁性体を磁気浮上させ、
磁気浮上した前記反磁性体の一部に光を照射することにより、前記反磁性体の運動制御を行う磁気駆動方法。
A magnetic field is generated by a magnetic field generator to levitate a diamagnetic material to be driven,
A magnetic drive method for controlling the movement of the diamagnetic material by irradiating a part of the diamagnetic material with magnetic levitation to light.
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