JP4172208B2 - 感温アクチュエータとそれを用いた感温スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度を検知して動作する感温アクチュエータとそれを用いた感温スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感温スイッチは、発熱する物体の温度を検知し、その温度に応じてスイッチをオンまたはオフにするものである。この感温スイッチには、バイメタルを利用するものや、感温磁性体と磁石を組み合わせたリードスイッチを用いるものがある。しかしながら、バイメタルを利用するものは、感温精度や熱に対する応答性があまり良くないので、感温精度や応答性を必要とするところに用いるのは不向きである。また、リードスイッチを用いるものは、構造が簡単で小型化や応答性に向いているが、接点圧が小さいため、定格電流が低いという制約があった。
【０００３】
感温精度が良く、定格電流を大きくできる感温スイッチとして、感温磁性体により温度を検知して可動部が動作する感温アクチュエータにより、スイッチをオンまたはオフするものがある。例えば、特開昭５５−１２６２４は、常温で感温磁性体に吸着している永久磁石が、感温磁性体の温度が上昇したときに、永久磁石に対向して配置された磁性体に吸着し、永久磁石に接続された作動子によってスイッチをオフにする構造を開示している。
【０００４】
また、特開平１０−３８７０７は、感温磁性体に吸着する永久磁石が、感温磁性体の温度が上昇したときに、永久磁石を感温磁性体から離脱する方向に付勢するばねによりスイッチをオンにする温度センサーにおいて、感温磁性体の近傍に鉄板を付設する構造を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−１２６２４の構成は、可動部が感温磁性体または磁性体に吸着するときの磁路に大きな空隙を含んでいるため、磁気効率が悪く、所定の吸引力を得るために大きい永久磁石を必要とするものであった。
【０００６】
また、特開平１０−３８７０７は、感温磁性体の近傍に鉄板を付設しているが、これは、感温磁性体の温度が上昇したときにケース外部に漏洩する磁束を低減するものであり、可動部が感温磁性体に吸着するときの磁路の磁気効率を上昇させるものではなかった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、可動部を小型化、軽量化して応答性を向上する感温アクチュエータとそれを用いた感温スイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、温度変化に応じて磁気特性が変化する感温磁性体とこの感温磁性体と所定の距離を離して設けられる第１の磁性体とを具備する固定部と、前記感温磁性体が所定の温度を上まわったときに前記感温磁性体に対する吸着状態から前記第１の磁性体に対する吸着状態に移動する永久磁石を具備する可動部とを有する感温アクチュエータにおいて、前記永久磁石と前記感温磁性体または前記第１の磁性体により形成される磁路に第２の磁性体を介挿することを特徴とする感温アクチュエータであって、前記第２の磁性体は、前記可動部もしくは前記固定部に設けられ、前記永久磁石は、その着磁方向が前記感温磁性体から前記第１の磁性体に向かう方向に対して略平行であり、前記第２の磁性体は、前記永久磁石の着磁方向に略平行な表面の一部または全部に付設され、前記固定部は、前記感温磁性体に対し前記永久磁石の位置する側と反対側にあり、前記永久磁石と反対の着磁方向となるように配設される第２の永久磁石を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の感温アクチュエータにおいて、前記第２の永久磁石は、前記感温磁性体に付設することを特徴としている。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の感温アクチュエータにおいて、前記可動部の動作に応じて接離する第１の導電体と第２の導電体を有する感温スイッチであることを特徴としている。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の感温スイッチにおいて、前記第１の導電体と前記第２の導電体のどちらか一方を、前記可動部に設けることを特徴としている。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項３記載の感温スイッチにおいて、前記第１の導電体と前記第２の導電体は、前記固定部に設けることを特徴としている。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５の感温スイッチにおいて、前記第２の導電体は、弾性を有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図３に示すように上部ケース１ａと下部ケース１ｂにより組み立てられる直方体のケース１を有して構成される。この内部の説明には、Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図を用いる。
【００２３】
（第１の参考例）まず、本発明の第１の参考例を図１、図２、および図４に基づいて説明する。このものは、ケース１と感温磁性体２と第１の磁性体３とを有する固定部Ｓと、永久磁石４と第２の磁性体５とシャフト６を有する可動部Ｍによって構成されている。
【００２４】
ケース１は、それぞれ耐熱樹脂で型造される上部ケース１ａと下部ケース１ｂとを接着して組み立てることにより、内部空間１ｃを有する直方体状に形成される。上部ケース１ａは、感温磁性体２を厚みの半分程度まで嵌合する長方形の凹部をケース１の表面中央に、内部空間１ｃを形成する長方形の凹部をその反対側に有し、その２つの凹部を貫通する可動部Ｍを案内する長方形の貫通孔を有している。この第２の磁性体５と上部ケース１ａの間の空隙は、可動部Ｍががたつきがなくスムーズに案内されるように、可動部Ｍの大きさと比較して非常に小さい幅になるように調整している。また、下部ケース１ｂは、内部空間１ｃを形成する凹部を有し、その底部には、板状の第１の磁性体３を嵌合する長方形の凹部とシャフト６を通す貫通孔を有している。ケース１の凹部に感温磁性体２と第１の磁性体３を嵌合することにより、それぞれの対向する平面部は、所定の距離を離して略平行に支持される。この所定の距離は、可動部Ｍの大きさやその移動範囲、各部に働く吸引力などの関係により定められ、ケース１の高さと内部空間１ｃの高さにより設定する。また、ケース１の肉厚は、ケース１が構造上の強度を保つように設定されている。
【００２５】
感温磁性体２は、感温磁性材料で長方形の板状に形成され、ケース１表面の凹部に嵌合されている。このものは、ケース１の表面に露出した部分を発熱体（図示せず）により加熱される。感温磁性材料は、鉄、ニッケル、コバルトを調合して作成され、電磁軟鉄などの一般の強磁性体と比較して、磁性を失う温度であるキュリー温度を低く設定したものである。感温磁性材料のキュリー温度は、鉄の調合比率を変化することにより設定することができ、電磁軟鉄のキュリー温度が９００℃程度であるのに対し、感温磁性材料では例えば２００℃程度に設定することができる。
【００２６】
第１の磁性体３は、電磁軟鉄を用いて長方形の板状に形成され、その中央にシャフト６を通す貫通孔を有している。そして、このものは、下部ケース１ｂの底部の内側にある凹部に嵌合される。永久磁石４は、サマリウムコバルト磁石を用いて直方体状に形成されており、その着磁方向が感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略直交するように配設されている。
【００２７】
第２の磁性体５は、電磁軟鉄を用いて永久磁石４の磁極面よりも面積の大きい長方形の板状に形成され、永久磁石４のＮ極とＳ極を覆うようにそれぞれ１つ、永久磁石４の着磁方向に互いに平行移動した状態で、接着剤を用いて付設されている。したがって、これらのものは、可動部Ｍが移動して感温磁性体２または第１の磁性体３に吸着するときに、感温磁性体２の平面部と第１の磁性体３の平面部に傾きがなく安定して当接する。
【００２８】
また、第２の磁性体５は、可動部Ｍが感温磁性体２の近傍にあるときには、永久磁石４→第２の磁性体５→感温磁性体２→第２の磁性体５→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ１と、永久磁石４→第２の磁性体５→内部空間１ｃ→第１の磁性体３→内部空間１ｃ→第２の磁性体５→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ２を形成する。磁路ＭＣ２は、内部空間１ｃに大きな空隙を有するので、磁路ＭＣ１と比較して磁気抵抗が大きくなる。よって、磁路ＭＣ１は、主磁路となり、多くの磁束が流れる。このことにより、主に第２の磁性体５と感温磁性体２の間に吸引力を生じ、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着する。
【００２９】
ここで、この磁路ＭＣ１は、第２の磁性体５を有するので、磁気抵抗の高い空隙部をほとんど生じない。よって、第２の磁性体５を有しないときと比較して磁路ＭＣ１の磁気効率は高くなり、断面積の小さい永久磁石４であっても十分な吸引力を生じさせることができる。そのため、可動部Ｍを小型化、軽量化してその応答性を向上することができる。
【００３０】
シャフト６は、耐熱性の樹脂で形造された棒状のもので、永久磁石４の第１の磁性体３側に可動部Ｍが案内される方向に接続され、第１の磁性体３と下部ケース１ｂに設けられた貫通孔を通してその先端がケース１外部に突出している。そして、このものは、可動部Ｍが動作したときに、その機械的な出力を外部に取り出す。
【００３１】
次に、第１の参考例の動作について説明する。この感温アクチュエータは、重力が感温磁性体２から第１の磁性体３の方向に加わるように固定されており、感温磁性体２は、キュリー温度などで決まる所定の温度より低い温度であり、感温磁性体２は強磁性体となっている。また、可動部Ｍは、感温磁性体２の近傍にあるので、永久磁石４による磁束は主に磁路ＭＣ１を通る。そのため、主に第２の磁性体５と感温磁性体２との間に吸引力が生じ、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持される。
【００３２】
ここで、感温磁性体２は、発熱体（図示せず）から熱が加えられて温度が上昇すると、磁気抵抗率が大きくなる。それにつれて、磁路ＭＣ１の磁気抵抗が大きくなり、磁路ＭＣ１に流れる磁束は減少し、磁路ＭＣ２に流れる磁束は増加する。したがって、可動部Ｍの感温磁性体２に対する吸引力は減少し、第１の磁性体３に対する吸引力は増加する。つまり、可動部Ｍと感温磁性体２との間の吸引力は減少する。そして、感温磁性体２が所定の温度を上まわったときに、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持されなくなる。
【００３３】
すると、可動部Ｍは、第１の磁性体３に上部ケース１ａに案内されて移動し、第１の磁性体３に近づくにつれて磁路ＭＣ２に存在する空隙が小さくなるので、磁路ＭＣ２の磁気抵抗は小さくなり、磁路ＭＣ２を流れる磁束は増加する。一方、磁路ＭＣ１は、第２の磁性体５と感温磁性体２との間に空隙を生じ、それが大きくなるので、磁気抵抗が大きくなり、磁路ＭＣ２を流れる磁束は増加する。すると、可動部Ｍの第１の磁性体３に対する吸引力は増加し、感温磁性体２に対する吸引力は減少する。つまり、可動部Ｍと第１の磁性体３の間の吸引力は増加し、可動部Ｍの移動速度は加速度的に増加する。最終的に、図２のようになり、永久磁石４から生じる磁束は、主に磁路ＭＣ２を流れ、可動部Ｍは第１の磁性体３に吸着した状態で保持される。
【００３４】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、感温磁性体２の磁気抵抗率は、小さくなる。すると、磁路ＭＣ１の磁気抵抗は小さくなり、流れる磁束は増加する。このことにより、可動部Ｍと感温磁性体２との間の吸引力は増加する。この吸引力が自重などで定められる所定の値を上まわったときに、可動部Ｍは、感温磁性体２の方向に移動し、感温磁性体２から第１の磁性体３に移動するときと逆の現象が生じる。その結果、可動部Ｍは最終的に感温磁性体２に吸着して保持される。
【００３５】
次に、図４に示す、温度と吸引力の関係を用いてこの動作を説明する。ここで、吸引力は、正の値のときに感温磁性体２の方向に吸引力が働くことを示し、負の値のときには第１の磁性体３の方向に吸引力が働くことを示している。曲線Ｃ１１は、感温磁性体２に吸着しているときの、曲線Ｃ１２は、第１の磁性体３に吸着しているときの感温磁性体２の温度と吸引力の関係を示している。
【００３６】
まず、初期状態における感温磁性体２の温度がＴ１２であるとすると、可動部Ｍは、曲線Ｃ１１上の点Ｐ１０の特性を示し、感温磁性体２の方向へ吸引力を生じている。ここで、感温磁性体２の温度を上昇させると、その特性は、曲線Ｃ１１上を右側に進み、吸引力が可動部Ｍの自重を示すレベルＬ１１まで低下する点Ｐ１１を越えると、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着された状態で保持されなくなり、第１の磁性体３へ向けて移動し始める。
【００３７】
すると、可動部Ｍは、第１の磁性体３に対する吸引力が増加するため、速度を増しながら移動し、最終的に第１の磁性体３に吸着して停止する。このとき、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ１１上の点Ｐ１１から曲線Ｃ１２上の点Ｐ１２に移動し、可動部Ｍは、Ｐ１２で示される吸引力で第１の磁性体３に保持される。
【００３８】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ１２上を左側に移動する。可動部Ｍは、感温磁性体２と第２の磁性体５との間の吸引力がＬ１１で示されるレベルを越える点Ｐ１３になったときに、感温磁性体２の方向に移動を開始し、感温磁性体２に吸着して初期状態に戻る。つまり、本実施形態は、感温磁性体２の温度を変化させることにより、Ｔ１１−Ｔ１２をヒステリシス幅として、可動部Ｍが感温磁性体２と第１の磁性体３との間を移動し、シャフト６によりその出力を外部に取り出す感温アクチュエータとして動作する。
【００３９】
ここで、感温磁性体２と第１の磁性体３との間の距離を広くするか、第１の磁性体３の透磁率を大きく（磁気抵抗率を小さく）すれば、可動部Ｍは第１の磁性体に対する吸着力が増加するので、曲線Ｃ１２が下方に移動する。すると、この感温アクチュエータを使用する温度範囲に点Ｐ１３が存在しなくすることができ、感温磁性体２の温度が低下しても自己復帰しない感温アクチュエータを構成できる。
【００４０】
このように、第１の参考例においては、永久磁石４の着磁方向を感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略直交するようにし、第２の磁性体５を永久磁石４の両磁極面にそれぞれ付設することにより永久磁石４と感温磁性体２または第１の磁性体３により形成される磁路に介挿するので、その磁路の磁気効率を向上することができる。このことにより、永久磁石４をはじめとする各部を小型化し、可動部Ｍを軽量化できるので、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００４１】
なお、本参考例において、磁極面の全部を覆う２つの第２の磁性体５を設けたが、磁極面の一部を覆うものであっても、片側の磁極面にのみ設けるものであってもよい。
【００４２】
（第２の参考例）次に、本発明の第２の参考例について、図５を用いて説明する。このものは、第１の参考例と、第２の磁性体５が固定部Ｓに含まれている点と、磁石の着磁方向が異なっており、その他の構成は第１の参考例と同じである。
【００４３】
永久磁石４は、サマリウムコバルト磁石を用いて、直方体状に形成されており、感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略平行に着磁されている。そして、第２の磁性体５は、電磁軟鉄で長方形の板状に形成され、永久磁石４を挟んで、感温磁性体２と第１の磁性体３と直交するように設けられている。これらのものは、上部ケース１ａと感温磁性体２と第１の磁性体３とに接続されている。そして、これらのものは、永久磁石４を感温磁性体２と第１の磁性体３とを結ぶ方向へ案内するため、表面を耐熱性の樹脂でコーティングし、永久磁石４と第２の磁性体５の間の摩擦を小さくしている。
【００４４】
また、第２の磁性体５は、図５（ａ）のように可動部Ｍが感温磁性体２の近傍にあるときには、永久磁石４→感温磁性体２→第２の磁性体５→内部空間１ｃ→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ３を形成し、図５（ｂ）のように可動部Ｍが第１の磁性体３の近傍にあるときには、永久磁石４→内部空間１ｃ→第２の磁性体５→第１の磁性体３→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ４を形成する。
【００４５】
ここで、この磁路ＭＣ３、ＭＣ４は、第２の磁性体５を有するので、磁気抵抗の高い空隙部を減少させている。よって、第２の磁性体５を有しないときと比較して磁路ＭＣ３、ＭＣ４の磁気効率は高くなり、断面積の小さい永久磁石４であっても十分な吸引力を生じさせることができる。このことにより、可動部Ｍを小型化、軽量化することができる。また、可動部Ｍから第２の磁性体５を取り除くため、可動部Ｍをさらに軽量化し、その応答性を向上することができる。
【００４６】
第２の参考例の動作は、第１の着磁方向と永久磁石４の着磁方向が異なるため、形成される磁路が異なっているものの、第１の参考例の動作と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
このように、第２の参考例においては、固定部Ｓは、第２の磁性体５に有し、第２の磁性体５を案内として、永久磁石４とシャフト６からなる可動部Ｍが移動するので、第２の磁性体５を有しないときと比較して磁気効率を向上することができる。このことにより、永久磁石４をはじめとする各部を小型化し、可動部Ｍを軽量化でき、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００４８】
なお、本参考例では、第２の磁性体５を永久磁石４のケース１に対向する２つの面にのみ設けたが、１つの面だけでも、そのすべてに設けるものでもよい。また、永久磁石４の着磁方向が感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略平行となっているので、本実施形態の感温アクチュエータは、シャフト６を中心軸とする円筒形状としても構成することができる。
【００４９】
（第３の参考例）次に、第３の参考例を図６に基づいて説明する。このものは、第１の参考例と磁石の着磁方向と第２の磁性体５の永久磁石４に対する大きさが異なり、その他は第１の参考例と同じ構成である。
【００５０】
永久磁石４は、サマリウムコバルト磁石を用いて、直方体状に形成されており、感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略平行に着磁されている。そして、第２の磁性体５は、電磁軟鉄で永久磁石４の上部ケース１ａと対向する面の形状と合同の長方形の板状に形成され、永久磁石４のそれらの面に各辺をそれぞれ一致させ、接続する。
【００５１】
この第２の磁性体５は、図６（ａ）のように可動部Ｍが感温磁性体２の近傍にあるときには、永久磁石４→感温磁性体２→第２の磁性体５→内部空間１ｃ→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ５を形成し、図６（ｂ）のように可動部Ｍが第１の磁性体３の近傍にあるときには、永久磁石４→内部空間１ｃ→第２の磁性体５→第１の磁性体３→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ６を形成する。
【００５２】
ここで、この磁路ＭＣ５、ＭＣ６は、第２の磁性体５を有するので、磁気抵抗の高い空隙部を減少させている。よって、第２の磁性体５を有しないときと比較して磁路ＭＣ５、ＭＣ６の磁気効率は高くなり、断面積の小さい永久磁石４であっても十分な吸引力を生じさせることができる。このことにより、可動部Ｍを小型化、軽量化することができ、その応答性を向上することができる。
【００５３】
第３の参考例の動作は、第１の着磁方向と永久磁石４の着磁方向が異なるため、形成される磁路が異なっているものの、第１の参考例の動作と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
このように、第３の参考例においては、永久磁石４の着磁方向を感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に略平行となるように配設し、第２の磁性体５を永久磁石４の両側に付設するので、第２の磁性体５を有しないときと比較して磁気効率を向上することができる。このことにより、永久磁石４をはじめとする各部を小型化し、可動部Ｍを軽量化でき、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００５５】
なお、本参考例では、第２の磁性体５を永久磁石４のケース１に対向する２つの面にのみ設けたが、１つの面だけでも、そのすべてに設けるものでもよい。また、永久磁石４の着磁方向が感温磁性体２から第１の磁性体３に向かう方向に対して略平行となっているので、本参考例の感温アクチュエータは、シャフト６を中心軸とする円筒形状としても構成することができる。
【００５６】
（第１の実施形態）次に、第１の実施形態を図７に基づいて説明する。このものは、第２の参考例と、固定部Ｓは、第２の永久磁石７を有し、感温磁性体２と第２の永久磁石７を第２の磁性体５の間に設けることが異なっており、その他は第２の参考例と同じ構成である。
【００５７】
第２の磁性体５は、電磁軟鉄で長方形の板状に形成され、永久磁石４を挟んで、感温磁性体２と第１の磁性体３と直交するように設けられ、上部ケース１ａと接続し、第１の磁性体３に当接している。そして、永久磁石４と断面形状が等しい感温磁性体２と第２の永久磁石７は、第２の磁性体５の間に支持されている。これらのものは、永久磁石４を感温磁性体２から第１の磁性体３の方向へ案内するため、表面を耐熱性の樹脂でコーティングし、永久磁石４と第２の磁性体５の間の摩擦を小さくしている。
【００５８】
第２の永久磁石７は、永久磁石４と同種で同形状の磁石を用い、その着磁方向が永久磁石４と感温磁性体２に対して対称になるように感温磁性体２に付設される。この第２の永久磁石７による磁束は、感温磁性体２の温度がキュリー温度により定まる所定の温度より低いときには、図７（ａ）に示すように、主に第２の永久磁石７→感温磁性体２→第２の磁性体５→ケース１周囲の空間→第２の永久磁石７を経路とする磁路ＭＣ７を通る。このとき、永久磁石４の磁束は、永久磁石４→感温磁性体２→第２の磁性体５→内部空間１ｃ→永久磁石４を経路とする磁路ＭＣ８を通り、同じ感温磁性体２を通ることになるが、この感温磁性体２が十分な厚みを有し、磁気飽和しなければ、第２の永久磁石７による磁束が永久磁石４と感温磁性体２の間の吸引力を低減することはない。
【００５９】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。この感温アクチュエータは、重力が感温磁性体２から第１の磁性体３の方向に加わるように固定されており、感温磁性体２は、キュリー温度などで決まる所定の温度より低い温度であり、感温磁性体２は強磁性体となっている。また、可動部Ｍは、感温磁性体２の近傍にあるので、永久磁石４による磁束は主に磁路ＭＣ８を通る。そのため、主に第２の磁性体５と感温磁性体２との間に吸引力が生じ、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持される。
【００６０】
ここで、感温磁性体２は、発熱体（図示せず）から第２の磁性体５を介して熱を加えられて温度が上昇すると、磁気抵抗率は大きくなり、飽和磁束密度は低下する。そのため、磁路ＭＣ８の磁気抵抗が上昇して、それに流れる磁束が減少するとともに、第２の永久磁石７による磁束により、永久磁石４と感温磁性体２との間の吸引力は減少する。そして、感温磁性体２が所定の温度を上まわったときに、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持されなくなる。
【００６１】
すると、可動部Ｍは、第２の磁性体５に案内されて第１の磁性体３に向けて移動し、第１の磁性体３に近づくにつれて、可動部Ｍと第１の磁性体３の吸引力は増加し、可動部Ｍの移動速度は加速度的に増加する。最終的に、可動部Ｍは、図７（ｂ）のように第１の磁性体３に吸着する。このとき、磁束は主に磁路ＭＣ９を流れ、可動部Ｍは、第１の磁性体３に吸着した状態で保持される。
【００６２】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、感温磁性体２の磁気抵抗率は小さくなり、第２の永久磁石７の影響も小さくなるので、磁路ＭＣ８による永久磁石４と感温磁性体２との間の吸引力は増加する。それが所定の値を超えたときに、可動部Ｍは、感温磁性体２の側へ移動をはじめ感温磁性体２に吸着して停止する。
【００６３】
次に、図８に示す、温度と吸引力の関係を用いてこの動作を説明する。この特性図の座標軸に関する説明は図４と同様である。まず、初期状態における感温磁性体２の温度がＴ２２であるとすると、可動部Ｍは、曲線Ｃ２１の点Ｐ２０の特性を示し、感温磁性体２の方向へ吸引力を生じている。ここで、感温磁性体２の温度を上昇させると、動作点は曲線Ｃ２１上を右側に進み、直線状に急速に可動部Ｍに働く吸引力が低下する。これは、感温磁性体２の磁気抵抗率が増加し、飽和磁束密度が低下するにつれ、第２の永久磁石７が永久磁石４と感温磁性体２の吸引力に影響を及ぼすためである。この吸引力が可動部Ｍの自重を示すレベルＬ２１まで低下するＰ２１を越えると、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着された状態で保持されなくなり、第１の磁性体３へ向けて移動し始める。
【００６４】
すると、可動部Ｍは、第１の磁性体３に対する吸引力が増加するため、速度を増しながら移動し、最終的に第１の磁性体３に吸着して停止する。このとき、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ２１上の点Ｐ２１から曲線Ｃ２２上の点Ｐ２２に移動し、Ｐ２２で示される吸引力で可動部Ｍは保持される。
【００６５】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ２２上を左側に移動する。可動部Ｍは、感温磁性体２と第２の磁性体５との間の吸引力がＬ２１で示されるレベルを越える点Ｐ２３になったときに、感温磁性体２の方向に移動を開始し、感温磁性体２に吸着して初期状態に戻る。つまり、本実施形態は、感温磁性体２の温度を変化させることにより、Ｔ２１−Ｔ２２をヒステリシス幅として、可動部Ｍが感温磁性体２と第１の磁性体３との間を移動し、シャフト６によりその出力を外部に取り出す感温アクチュエータとして動作する。
【００６６】
このように、第１の実施形態においては、固定部Ｓに第２の永久磁石７をその着磁方向が永久磁石４の着磁方向と感温磁性体２に対して対称になるよう設けられるので、感温磁性体２の温度上昇にともなう可動部Ｍの感温磁性体２に対する吸引力の減少が速くなり、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００６７】
なお、第２の永久磁石７は、永久磁石４と同種で同一形状のものとして説明したが、これに限るものではない。また、第２の永久磁石７は感温磁性体２に付設した状態のものを示したが、感温磁性体２と第２の永久磁石７の間に空隙を有していても、樹脂等が挿入されていてもよく、説明した構成には限るものではない。そして、感温磁性体２に第２の磁性体５を介して熱を加えたが、第２の磁性体５に貫通孔を設け、その貫通孔に感温磁性体２を嵌合させて、外部に露出した部分に熱を加えるようにしてもよい。
【００６８】
（第４の参考例）次に、第４の参考例を図９乃至図１１に基づいて説明する。このものは、第
１の参考例と、固定部Ｓは、第１の導電体８を有し、下部ケース１ｂと第１の磁性体３に設けられていた貫通孔を取り除き、可動部Ｍは、シャフト６を取り除き、第２の導電体９を有することが異なっており、その他は第１の参考例と同じ構成である。
【００６９】
第１の導電体８は、銅で長方形の板状に形成されており、永久磁石４の着磁方向に略直交し、上部ケース１ａと下部ケース１ｂによりケース１の両端に挟持され、それぞれの端部がケース１の外部に露出している。
【００７０】
第２の導電体９は、銅で長方形の薄板状に形成されるもので、弾性を有し、その先端部はへの字状に第１の導電体８側に折り曲げられ、第２の磁性体５と永久磁石４の第１の磁性体３側に固定されている。このものは、可動部Ｍが感温磁性体２に吸着しているときに、図９（ｂ）のように可動部Ｍが感温磁性体２から離れる方向に付勢するようにたわんでおり、第１の導電体８と第２の導電体９は、第２の導電体９のへの字状のに曲がった部分で、第２の導電体９の弾性力を接点圧として接触する。また、この第１の導体部８と第２の導体部９の幅や厚さにより、定格電流を適宜設定することができる。
【００７１】
次に、第４の参考例の動作について説明する。この感温スイッチは、重力が感温磁性体２から第１の磁性体３の方向に加わるように固定されており、感温磁性体２は、キュリー温度などで決まる所定の温度より低い温度であり、感温磁性体２は強磁性体となっている。また、可動部Ｍは、感温磁性体２の近傍にあるので、永久磁石４による磁束は主に磁路ＭＣ１を通る。そのため、主に第２の磁性体５と感温磁性体２との間に吸引力が生じ、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持される。このとき、第２の導電体９は、可動部Ｍを感温磁性体２から引き離す方向に付勢するようたわんでいる。
【００７２】
ここで、感温磁性体２は、発熱体（図示せず）から熱が加えられて温度が上昇すると、磁気抵抗率が大きくなる。それにつれて可動部Ｍの感温磁性体２に対する吸引力は減少し、そして、感温磁性体２が所定の温度を上まわったときに、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着した状態で保持されなくなる。
【００７３】
すると、可動部Ｍは、第１の磁性体３との吸引力と第２の導電体９の弾性力により、上部ケース１ａに案内されて第１の磁性体３に向けて移動し、第１の磁性体３に近づくにつれて、第２の磁性体５と第１の磁性体３の間の吸引力は増加し、可動部Ｍの移動速度は加速度的に増加する。最終的に、図１０のようになり可動部Ｍは第１の磁性体３に吸着した状態で保持される。このため、第１の導電体８と第２の導電体９は離れる。
【００７４】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、感温磁性体２の磁気抵抗率は、小さくなる。すると、第２の磁性体５と感温磁性体２との間の吸引力は増加する。この吸引力が自重などで定められる所定の値を上まわったときに、可動部Ｍは、感温磁性体２の方向に移動し、感温磁性体２から第１の磁性体３に移動するときと逆の現象が生じる。その結果、可動部Ｍは最終的に感温磁性体２に吸着して保持される。
【００７５】
次に、図１１の温度と吸引力の関係を用いてこの動作を説明する。この特性図の座標軸に関する説明は図４と同様である。曲線Ｃ３１は、感温磁性体２に吸着しているときの、曲線Ｃ３２は、第１の磁性体３に吸着しているときの感温磁性体２の温度と吸引力の関係を示している。
【００７６】
まず、初期状態における感温磁性体２の温度がＴ３２であるとすると、可動部Ｍは、曲線Ｃ３１上の点Ｐ３０の特性を示し、感温磁性体２の方向へ吸引力を生じている。ここで、感温磁性体２の温度を上昇させると、その特性は、曲線Ｃ３１上を右側に進み、吸引力が可動部Ｍの自重と第２の導電体９のたわみによる弾性力を示すレベルＬ３１まで低下するＰ３１を越えると、可動部Ｍは、感温磁性体２に吸着された状態で保持されなくなり、第１の磁性体３へ向けて移動し始める。このときに、第２の導電体９は、第１の導電体８から離れる。また、第２の導電体９のたわみによる弾性力が可動部Ｍに加わるので、自重と第１の磁性体３との間の吸引力により動作するときと比較してその移動速度は向上する。
【００７７】
すると、可動部Ｍは、第１の磁性体３に対する吸引力が増加するため、速度を増しながら移動し、最終的に第１の磁性体３に吸着して停止する。このとき、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ３１上の点Ｐ３１から曲線Ｃ３２上の点Ｐ３２に移動し、可動部Ｍは、Ｐ３２で示される吸引力で第１の磁性体３に保持される。
【００７８】
ここで、感温磁性体２の温度が低下すると、可動部Ｍの特性は、曲線Ｃ３２上を左側に移動する。可動部Ｍは、感温磁性体２と第２の磁性体５との間の吸引力がＬ３２で示されるレベルを越えるＰ３３になったときに、感温磁性体２への方向に移動を開始し、感温磁性体２に吸着して初期状態に戻る。つまり、本実施形態は、感温磁性体２の温度を変化させることにより、Ｔ３１−Ｔ３２をヒステリシス幅として、第１の導電体８と第２の導電体９を接離する感温スイッチとして動作する。
【００７９】
このように、第４の参考例においては、第１の参考例の感温アクチュエータを用い、固定部Ｓに第１の導電体８を設け、可動部Ｍに第２の導電体９を感温磁性体２に吸着するときに可動部Ｍに引き離す方向に付勢するように設けたので、応答性が良く、感温磁性体２の温度が上昇したときにオンとなる感温スイッチを構成することができる。
【００８０】
（第５の参考例）次に、第５の参考例を図１２、図１３及び図１１を用いて説明する。このものは、第４の参考例と可動部Ｍが感温磁性体２に吸着しているときに第１の導電体８と第２の導電体９が接していない点が異なり、その他は第５の実施形態と同じ構成である。
【００８１】
第１の導電体８は、下部ケース１ｂの底部に付設され、第２の導電体９は第４の参考例のものと同じ形状で、第１の導電体８に折り曲げ部の凸部が向くように可動部Ｍに接続されている。
【００８２】
次に、第５の参考例実施形態の動作について説明する。このものの動作は、第５の実施形態とほぼ同様であるが、図１２のように、可動部Ｍが感温磁性体２に吸着しているときに第２の導電体９はたわまず、図１３のように可動部Ｍが第１の磁性体３に吸着したときにそれを引き離すようにたわむので、可動部Ｍが移動する吸引力のレベルが変化する。つまり、感温磁性体２の温度が上がって可動部Ｍが感温磁性体２から離れる吸引力は、図１１の可動部Ｍの自重であるＬ３２であり、点Ｐ３４の特性となる。一方、感温磁性体２の温度が下がって第１の磁性体３から離れる吸引力は可動部Ｍの自重から第２の導電体９の弾性力を差し引いたレベルであるＬ３３となり、点Ｐ３６の特性となる。そのため、スイッチとしてのヒステリシス幅はＴ３３−Ｔ３４となる。
【００８３】
このように、第５の参考例においては、第１の参考例の感温アクチュエータを用い、感温磁性体２に可動部Ｍが吸着したときに第１の導電体８と第２の導電体９が離れるようにしたので、応答性が良く、感温磁性体２の温度が上昇したときにオンとなる感温スイッチを構成できる。
【００８４】
（第７の実施形態）次に、第６の参考例を図１４、図１５及び図１１を用いて説明する。このものは、第５の参考例と第２の導電体９の一端の片側が第１の導電体８に接続されて固定部Ｓに設けることが異なっており、その他は第５の参考例と同じ構成である。
【００８５】
第２の導電体９は、銅で長方形の薄板状に形成され、その一端はへの字状に折り曲げられてその凸部で第１の導電体８に接し、他方の端は第１の導電体８に接続されている。そして、このものは、弾性を有し、弾性力で第１の導電体８との接触部で接点圧を有している。
【００８６】
第６の参考例の動作は、第５の参考例の動作と同様であるが、可動部Ｍに第２の導電体を有しないので、可動部Ｍの軽量化をすることができ、応答性を向上することができる。
【００８７】
このように、第６の参考例においては、第１の参考例の感温アクチュエータを用い、固定部Ｓ
に第１の導電体８と第２の導電体９を設けたので、可動部Ｍを軽量化して、応答性のよい感温スイッチを構成できる。
【００８８】
なお、感温磁性体２と第１の磁性体３の距離や、永久磁石４、感温磁性体２、第１の磁性体３の磁気特性を調整することにより、感温磁性体２の温度が上昇した後に低下しても自己復帰することのない感温アクチュエータや感温スイッチを構成することができる。また、感温スイッチに用いる感温アクチュエータとして第１の参考例のものを用いて説明したが、実施形態で説明したどの感温アクチュエータを用いても構成できる。
【００８９】
なお、永久磁石４や第２の永久磁石７に、温度上昇による特性変化が少ないサマリウムコバルト磁石を用いたが、使用する温度範囲で必要な特性を保つ磁石であれば、他の種類の磁石を用いることもできる。
【００９０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、温度変化に応じて磁気特性が変化する感温磁性体とこの感温磁性体と所定の距離を離して設けられる第１の磁性体とを具備する固定部と、前記感温磁性体が所定の温度を上まわったときに前記感温磁性体に対する吸着状態から前記第１の磁性体に対する吸着状態に移動する永久磁石を具備する可動部とを有する感温アクチュエータにおいて、前記永久磁石と前記感温磁性体または前記第１の磁性体により形成される磁路に第２の磁性体を介挿するので、この磁路の磁気効率を向上することができる。このことにより、前記永久磁石をはじめとする各部を小型化し、前記可動部を軽量化できるので、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００９６】
また、前記永久磁石は、その着磁方向が前記感温磁性体から前記第１の磁性体に向かう方向に対して略平行であるので、第２の磁性体５が永久磁石を取り囲む形状にすれば、外部への磁束漏れを減少させることができ、磁気効率を向上させることができる。このことにより、各部を小形化することができ、可動部を軽量化し、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００９７】
さらにまた、前記第２の磁性体は、前記永久磁石の着磁方向に略平行な表面の一部または全部に付設するので、磁気効率を向上することができる。このことにより、各部を小形化することができ、可動部を軽量化し、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００９８】
また、前記固定部は、前記感温磁性体に対し前記永久磁石の位置する側と反対側にあり、前記永久磁石と反対の着磁方向となるように配設される第２の永久磁石を有するので、感温磁性体の温度が上昇したときに吸引力の減少割合を向上することができ、感温アクチュエータの応答性を向上することができる。
【００９９】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の感温アクチュエータにおいて、前記第２の永久磁石は、前記感温磁性体に付設するので、請求項１の効果に加え、前記第２の永久磁石と感温磁性体の間の空気部をなくすことができるので、感温磁性体の温度変化に対する吸引力変化の割合を大きくすることができる。このことにより、感温アクチュエータの応答性を向上することができる
【０１００】
請求項３に係る発明によれば、請求項１または請求項２記載の感温アクチュエータにおいて、前記可動部の動作に応じて接離する第１の導電体と第２の導電体を有するので、応答性の良い感温スイッチを構成することができる。
【０１０１】
請求項４に係る発明によれば、請求項３記載の感温スイッチにおいて、前記第１の導電体と前記第２の導電体のどちらか一方を、前記可動部に設けるので、請求項３記載の効果に加え、スイッチがオフ時の第１の導電体と第２の導電体の距離を任意に設定することができる。
【０１０２】
請求項５に係る発明によれば、請求項３記載の感温スイッチにおいて、前記第１の導電体と前記第２の導電体は、前記固定部に設けるので、請求項３記載の効果に加え、可動部を軽量化し、感温スイッチの応答性を向上することができる。
【０１０３】
請求項６に係る発明によれば、請求項４または請求項５の感温スイッチにおいて、前記第２の導電体は、弾性を有するので、オンからオフへの動作またはオフからオンへの動作のときにその弾性力が加わるので、感温スイッチの応答性を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１の参考例の可動部が感温磁性体に吸着した状態のＡ−Ａ断面図である。
【図２】 本発明に係る第１の参考例の可動部が第１の磁性体に吸着した状態のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 本発明に係る第１の参考例の外観図である。
【図４】 本発明に係る第１の参考例の温度−吸引力特性を示す特性図である。
【図５】 本発明に係る第２の参考例の可動部の吸着状態を表すＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は感温磁性体、（ｂ）は第１の磁性体に吸着した状態を示す。
【図６】 本発明に係る第３の参考例の可動部の吸着状態を表すＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は感温磁性体、（ｂ）は第１の磁性体に吸着した状態を示す。
【図７】 本発明に係る第１の実施形態の可動部の吸着状態を表すＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は感温磁性体、（ｂ）は第１の磁性体に吸着した状態を示す。
【図８】 本発明に係る第１の実施形態の温度−吸引力特性を示す特性図である。
【図９】 本発明に係る第４の参考例の可動部が感温磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】 本発明に係る第４の参考例の可動部が第１の磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】 本発明に係る第４乃至第６の参考例の温度−吸引力特性を示す特性図である。
【図１２】 本発明に係る第５の参考例の可動部が感温磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】 本発明に係る第５の参考例の可動部が第１の磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】 本発明に係る第６の参考例の可動部が感温磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】 本発明に係る第６の参考例の可動部が第１の磁性体に吸着した状態を示すもので、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
Ｓ 固定部
Ｍ 可動部
１ ケース
１ａ 上部ケース
１ｂ 下部ケース
２ 感温磁性体
３ 第１の磁性体
４ 永久磁石
５ 第２の磁性体
６ シャフト
７ 第２の永久磁石
８ 第１の導電体
９ 第２の導電体
ＭＣ１、ＭＣ２ 磁路

Claims (6)

1. 温度変化に応じて磁気特性が変化する感温磁性体とこの感温磁性体と所定の距離を離して設けられる第１の磁性体とを具備する固定部と、前記感温磁性体が所定の温度を上まわったときに前記感温磁性体に対する吸着状態から前記第１の磁性体に対する吸着状態に移動する永久磁石を具備する可動部とを有する感温アクチュエータにおいて、前記永久磁石と前記感温磁性体または前記第１の磁性体により形成される磁路に第２の磁性体を介挿することを特徴とする感温アクチュエータであって、
   前記第２の磁性体は、前記可動部もしくは前記固定部に設けられ、
   前記永久磁石は、その着磁方向が前記感温磁性体から前記第１の磁性体に向かう方向に対して略平行であり、
   前記第２の磁性体は、前記永久磁石の着磁方向に略平行な表面の一部または全部に付設され、
   前記固定部は、前記感温磁性体に対し前記永久磁石の位置する側と反対側にあり、前記永久磁石と反対の着磁方向となるように配設される第２の永久磁石を有することを特徴とする感温アクチュエータ。
2. 前記第２の永久磁石は、前記感温磁性体に付設することを特徴とする請求項１記載の感温アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２記載の感温アクチュエータにおいて、前記可動部の動作に応じて接離する第１の導電体と第２の導電体を有することを特徴とする感温スイッチ。
4. 前記第１の導電体と前記第２の導電体のどちらか一方を、前記可動部に設けることを特徴とする請求項３記載の感温スイッチ。
5. 前記第１の導電体と前記第２の導電体は、前記固定部に設けることを特徴とする請求項３記載の感温スイッチ。
6. 前記第２の導電体は、弾性を有することを特徴とする請求項４または請求項５の感温スイッチ。

Images