JPH05300771A - 熱磁気駆動型アクチュエータ及び双安定型スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】精密機械，精密計測機器，スイッチ，マイクロ
マシン等に供される磁場と熱で駆動する熱磁気駆動型ア
クチュエータ及び双安定型スイッチに於いて、温度制御
による高機能な正逆動作と保持動作を実現する。 【構成】磁力の発生源となる磁石４と、当該磁石４の磁
力で磁路を形成する磁性体を含む被駆動体たる感熱体
２′と、感熱体２′の温度制御機構たるレーザビーム加
熱機構６ａ，６ｂで構成された磁路制御型モータたる熱
磁気駆動型アクチュエータＢに於いて、感熱体２′に温
度上昇に伴いキューリ点で磁化の大きさが減少するキュ
ーリ点利用感温磁性材料７と、温度上昇に伴い相転移点
で磁化の大きさが増大する転移点利用感温磁性材料８と
を共に組合具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密機械，精密計測機
器，スイッチ，マイクロマシン等に供される磁場と熱で
駆動する熱磁気駆動型アクチュエータ及び双安定型スイ
ッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性体の感温特性を利用した磁路制御型
アクチュエータの基本的な構造としては、サーマルリー
ドスイッチが知られている。図３（ａ），（ｂ）に当該
サーマルリードスイッチの構成と動作例を示す。図中、
αは磁路、β１，β２はリード、γは永久磁石、δは感
温磁性材料である。

【０００３】同図（ａ）に示す様、低温では磁束は二つ
のリードβ１，β２に亙る磁路α中を一直線に通過する
のに対し、同図（ｂ）に示す如くキューリ点を越えた高
温では、磁路αが変化し、二つのリードβ１，β２が離
れるような力が生じる。この様な磁路αの変化を利用し
た動作は、外部磁力により力を供給し得るために微小で
あっても大きな力を発生出来る。しかし、加熱や冷却機
構による積極的な温度制御によりアクチュエータとして
動作させるのではなく、感温スイッチ等の受動的な用途
に限定されていた。

【０００４】これに対し、従来にも特開昭５４−１４５
９０８号公報に於いて、光による加熱機構により動作す
る熱磁気駆動型アクチュエータが提案されている。図４
（ａ）は当該従来の熱磁気駆動型アクチュエータのロー
タの概略構成斜視図、（ｂ）は同・熱磁気駆動型アクチ
ュエータの概略構成斜視図、（ｃ）は同・感熱体の斜視
図である。

【０００５】図中、Ａは熱磁気駆動型アクチュエータ、
１はロータ中心軸、２は感熱体、ａはレーザ光、３はス
テータ、４は磁石、５はロータ、６はレーザビーム加熱
機構である。同図に示す如く、磁気駆動装置とはロータ
５上に多数配置された感温磁性材料からなる感熱体２の
一部をレーザ光ａの照射で熱し、温度をキューリ点付近
まで上昇させ、これによって透磁率を変化させ、磁場勾
配により回転動作させるものである。

【０００６】即ち、レーザ照射窓３ａはステータ３連結
背板３ｂに対して非対称になっており、当該ステータ３
近傍に於いて、レーザ光ａに照射されたロータ５上の来
合わせた感熱体２が相対間に臨むと前記ステータ３に配
置された上下磁石４から受ける力は、レーザ光ａに照射
されていない感熱体２が受ける力よりも小さくなるの
で、回転力が得られる。前記感熱体２は加熱位置から外
れると冷却され、また次の来合せた感熱体２により連続
的に回転力を受けることが出来る構造になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、当該従
来の磁気駆動装置に於いて、感熱体２がキューリ点での
変化を用いる感温磁性材料だけの場合、回転方向の変更
が難しく、亦、前記感温スイッチに於いては、リードβ
１，β２を動作させる場合、保持機能が難しい等、機能
的な動作を実現することが困難であった。

【０００８】ここに於いて、本発明は前記従来の課題に
鑑み、高出力で、微小化に適するとともに、磁路制御に
於いて、温度制御による高機能な動作を実現することの
出来る熱磁気駆動型アクチュエータ及び双安定型スイッ
チを提供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、磁力
の発生源となる磁石と、当該磁石の磁力で磁路を形成す
る磁性体を含む被駆動体と、当該被駆動体の温度制御機
構で構成された熱磁気駆動型アクチュエータに於いて、
前記被駆動体に温度上昇に伴いキューリ点で磁化の大き
さが減少するキューリ点利用感温磁性材料と、温度上昇
に伴い相転移点で磁化の大きさが増大する転移点利用感
温磁性材料とを共に組合具備してなる熱磁気駆動型アク
チュエータである。

【００１０】本発明の第２の特徴は、前記第１の特徴に
於けるキューリ点利用感温材料が、感温点を転移点利用
感温材料の感温点より低く設定自在、かつ通常の動作温
度を当該キューリ点利用感温材料の感温点と当該転移点
利用感温材料の感温点の中間点に設定自在な特性を有し
てなる熱磁気駆動型アクチュエータである。

【００１１】本発明の第３の特徴は、前記第１又は第２
の特徴に於ける被駆動体が、キューリ点利用感温材及び
転移点利用感温磁性材料を表裏背中合せに相互一体貼着
した感熱体をロータの外周に等間隔配置する一方、磁石
が、当該感熱体の内、所定位置に来合せた感熱体を挟み
込み自在に一対相対配置し、他方、温度制御機構が、当
該所定位置に来合せた感熱体の前記キューリ点利用感温
材若しくは転移点利用感温磁性材料の内、片方を選択的
にレーザ光等によって加熱して当該キューリ点利用感温
材若しくは転移点利用感温磁性材料の片方の漏洩磁束を
増加又は減少せしめる加熱機構を配置してなる熱磁気駆
動型アクチュエータである。

【００１２】本発明の第４の特徴は、温度上昇に伴いキ
ューリ点で磁化の大きさが減少するキューリ点利用感温
材料若しくは温度上昇に伴い相転移点で磁化の大きさが
増大する転移点利用感温磁性材料と磁石のそれぞれの組
合からなる相対峙した一対の磁路制御部と、当該磁路制
御部の両方又は片方を選択的にレーザ光などによって加
熱して当該両方又は片方の磁路制御部の漏洩磁束を増加
又は減少せしめる加熱機構と、前記一対の磁路制御部を
冷却する冷却機構と、前記一対の磁路制御部相対間に磁
性体からなる導電性のリード片を当該一対磁路制御部側
にそれぞれ対応設置する二つの接点に揺動切替接触自在
に配置してなる双安定型スイッチである。

【００１３】

【作用】本発明は、前記の様な手段を講じたので、温度
上昇に伴いキューリ点で磁化の大きさが減少するキュー
リ点利用感温磁性材料と、温度上昇に伴い相転移点で磁
化の大きさが増大する転移点利用感温磁性材料とを合せ
て被駆動体に配置し、前記キューリ点利用感温磁性材料
若しくは転移点利用感温磁性材料とのどちらかを選択的
に任意手段にて加熱して、当該被駆動体に於ける加熱部
の透磁率を変化せしめて、磁場勾配を形成し任意片方向
の駆動力を得る。

【００１４】

【実施例】（第１実施例）本発明の第１実施例を図面に
付き説明する。図１（ａ）は本実施例の熱磁気駆動型ア
クチュエータのロータの概略構成斜視図、（ｂ）は同・
熱磁気駆動型アクチュエータの概略構成斜視図、（ｃ）
は同・感熱体の斜視図である。

【００１５】図中、Ｂは熱磁気駆動型アクチュエータ、
ａ₁ ，ａ₂ はレーザ光、２′は感熱体、６ａ，６ｂはレ
ーザビーム加熱機構、７はキューリ点利用感温材料、８
は転移点利用感温材料、９はスペーサである。尚、従来
例と同一部材および部分には同一符号を付した。

【００１６】強磁性体の感温特性としては、温度の上昇
に対してキューリ点での透磁率の減少が一般的によく知
られており、ＭｎＺｎフェライト等のキューリ点利用感
温材料が開発されている。一方、ＲｈＦｅ合金材料等の
様に温度を上昇させると転移点で急激に透磁率が高くな
り、その後、キューリ点で減少する転移点利用感温材料
もある。

【００１７】本実施例に係る熱磁気駆動型アクチュエー
タＢは、この様な二種類の感温特性を持つ材料をそれぞ
れキューリ点利用感温材料７及び転移点利用感温材料８
として用いる。図１（ｂ）に示す熱磁気駆動型アクチュ
エータＢは、レーザ光ａ₁ ，ａ₂ によって同図（ａ）に
示すロータ５の回転方向を制御出来る磁路制御型モータ
である。

【００１８】詳しくは、同図（ｃ）に示す感温温度がほ
ぼ等しいキューリ点利用感温材料７と転移点利用感温材
料８とをスペーサ９を挟んで張り合せた構造の感熱体
２′を円周等間隔に多数配置したロータ５と、磁界を発
生する相対峙する上下一対の磁石４を背板３ａで固定し
たステータ３と、キューリ点利用感温材料７側のみ又は
転移点利用感温材料８側のみを上下一対の磁石４のそれ
ぞれレーザ照射窓４ａ（片方のみ図示）を通して熱する
二つのレーザビーム加熱機構６ａ，６ｂを具備してい
る。

【００１９】前記感熱体２′を構成する感温材料たる前
記キューリ点利用感温材料７又は転移点利用感温材料８
を、レーザ光ａ₁ 又はａ₂ により加熱すると、ロータ５
上に於ける感熱体２′の当該加熱部の透磁率が変化し、
磁場勾配が形成されて回転力が生じるのは従来構成と同
様である。しかし、本実施例に於いては、キューリ点利
用感温材料７を加熱する場合と転移点利用感温材料８を
熱する場合とでは、透磁率の変化が逆であり、磁場勾配
による力の向きは逆になる。

【００２０】この様な相補的性質により、前記ロータ５
の回転方向をレーザ光ａ₁ ，ａ₂ の照射物の選択によっ
て切り換えることが出来る。尚、本実施例では二つのレ
ーザビーム加熱機構６ａ，６ｂを用いているが、ミラー
等を使用して、一つのレーザ光の方向を変えて、共用し
てもよい。亦、ステータ３の側面に窓３ａを設けて、一
つのレーザ光を割り振ることにより前記感熱体２′の表
裏をそれぞれ加熱するようにしてもよい。

【００２１】（第２実施例）本発明の第２実施例を図面
について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は本実施例の双
安定型制御スイッチの動作を示す概略構成説明図であ
る。図中、Ｃは双安定型制御スイッチ、１０はキューリ
点利用感温材料１１と磁石１２を相対して閉磁路α″形
成自在に閉ループ枠成した磁路制御部、１３は転移点利
用感温材料１４と磁石１５を相対して閉磁路α′形成自
在に閉ループ枠成した磁路制御部、１６はペルチェ素子
による冷却機構、１７は磁性体からなる導電性のリード
片、Ｘ，Ｙはそれぞれ当該リード片１７に接触する接点
である。尚、前記磁路制御部１０若しくは１３を個別選
択自在に又はシステム全体をレーザ光照射等を行って加
熱する図示しない加熱機構が配置される。

【００２２】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様であり、材料組成の組合せにより、キューリ点利用
感温材料１１の感温点を転移点利用感温材料１４の感温
点より低く設定し、かつ通常の動作温度をその中間点に
設定しておくことにより以下の動作が実現出来る。双安
定型制御スイッチＣ全体を冷却機構１６によってキュー
リ点以下に一旦冷却すると、磁路制御部１０の磁束の漏
洩は減少して磁路α″は磁路制御部１０内に形成されリ
ード片１７を引きつける力が減少する。

【００２３】この時、一方の磁路制御部１３の磁束は大
きく広がって磁路α′は磁路制御部１３外に形成される
ので、前記リード片１７は当該磁路制御部１３側に引き
つけられ、図２（ａ）に示す様、接点Ｘに接続される。
即ち、冷却によりリード片１７を所定方向にリセットす
ることが出来る。

【００２４】亦、通常の動作温度の状態まで双安定型制
御スイッチＣ全体の温度を図示しない加熱機構からのレ
ーザ光等によって上昇させると、前記磁路制御部１０の
漏洩磁束は増大して広がり、磁路α″は磁路制御部１０
外に形成されるが、リード片１７は前記もう一方の磁路
制御部１３に引きつけられているので、同図（ｂ）に示
す様、そのままの状態が維持出来る。

【００２５】次に、前記図示しない加熱装置からのレー
ザ光等で、双安定型制御スイッチＣ全体又は転移点利用
感温材料１４を加熱すると、前記磁路制御部１３の漏洩
磁束が減少し磁路α′は磁路制御部１３内に形成され、
リード片１７を引きつける力が弱まる。

【００２６】これに対して、すでに磁路制御部１０の漏
洩磁束は広がって磁路α″は磁路制御部１０外に形成さ
れているので、同図（ｃ）に示す様、今度はリード片１
７は当該磁路制御部１０に引きつけられ、初期状態と異
なる接点Ｙに接続される。次に、加熱をやめて通常の動
作温度に戻すと、前記磁路制御部１３の磁束の漏洩は再
び増加するが、今度はリード片１７は磁路制御部１０に
引きつけられているので、同図（ｄ）に示す様、そのま
まの状態が維持される。

【００２７】再び双安定型制御スイッチＣ全体をキュー
リ点以下に冷却すると、前述した如くリード片１７は同
図（ａ）に示す様、接点Ｘに接続される。従来の単一種
類の感温材料を用いたサーマルリードの構成では、温度
の上下で動作を起こさせ得るが、保持することは困難で
あったが、本実施例の構成によって双安定状態のスイッ
チが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、キューリ点
を越えることにより透磁率が減少するキューリ点利用感
温材料と、転移点で急激に透磁率が高くなる転移点利用
感温材料の二種類の感温材料を組み合わせることによ
り、相補的動作、双安定動作等の新たな機能が可能とな
る有用性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の熱磁気駆動型アクチュエ
ータのロータの（ａ）は概略構成斜視図、（ｂ）は同・
熱磁気駆動型アクチュエータの概略構成斜視図、（ｃ）
は同・感熱体の斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２実施例を示す双
安定型制御スイッチの動作を示す概略構成説明図であ
る。

【図３】（ａ），（ｂ）は従来のサーマルリードスイッ
チの構成と動作例を示す説明図である。

【図４】（ａ）は従来の熱磁気駆動型アクチュエータの
ロータの概略構成斜視図、（ｂ）は同・熱磁気駆動型ア
クチュエータの概略構成斜視図、（ｃ）は同・感熱体の
斜視図である。

【符号の説明】

α，α′，α″…磁路 β１，β２…リード γ…永久磁石 δ…感温磁性材料 Ａ，Ｂ…熱磁気駆動型アクチュエータ １…ロータ中心軸 ２，２′…感熱体 ａ，ａ₁ ，ａ₂ …レーザ光 ３…ステータ ３ａ，４ａ，…レーザ照射窓 ３ｂ…連結背板 ４，１２，１５…磁石 ５…ロータ ６，６ａ，６ｂ…レーザビーム加熱機構 ７，１１…キューリ点利用感温材料 ８，１４…転移点利用感温材料 ９…スペーサ Ｃ…双安定型制御スイッチ １０，１３…磁路制御部 １６…冷却機構 １７…リード片 Ｘ，Ｙ…接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 悦 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 畠山 巌 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁力の発生源となる磁石と、当該磁石の磁
   力で磁路を形成する磁性体を含む被駆動体と、当該被駆
   動体の温度制御機構で構成された熱磁気駆動型アクチュ
   エータに於いて、前記被駆動体に温度上昇に伴いキュー
   リ点で磁化の大きさが減少するキューリ点利用感温磁性
   材料と、温度上昇に伴い相転移点で磁化の大きさが増大
   する転移点利用感温磁性材料とを共に組合具備したこと
   を特徴とする熱磁気駆動型アクチュエータ
2. 【請求項２】キューリ点利用感温材料は、感温点を転移
   点利用感温材料の感温点より低く設定自在、かつ通常の
   動作温度を当該キューリ点利用感温材料の感温点と当該
   転移点利用感温材料の感温点の中間点に設定自在な特性
   を有することを特徴とする請求項１記載の熱磁気駆動型
   アクチュエータ
3. 【請求項３】被駆動体は、キューリ点利用感温材及び転
   移点利用感温磁性材料を表裏背中合せに相互一体貼着し
   た感熱体をロータの外周に等間隔配置する一方、磁石
   は、当該感熱体の内、所定位置に来合せた感熱体を挟み
   込み自在に一対相対配置し、他方、温度制御機構は、当
   該所定位置に来合せた感熱体の前記キューリ点利用感温
   材若しくは転移点利用感温磁性材料の内、片方を選択的
   にレーザ光等によって加熱して当該キューリ点利用感温
   材若しくは転移点利用感温磁性材料の片方の漏洩磁束を
   増加又は減少せしめる加熱機構を配置したことを特徴と
   する請求項１又は２記載の熱磁気駆動型アクチュエータ
4. 【請求項４】温度上昇に伴いキューリ点で磁化の大きさ
   が減少するキューリ点利用感温材料若しくは温度上昇に
   伴い相転移点で磁化の大きさが増大する転移点利用感温
   磁性材料と磁石のそれぞれの組合からなる相対峙した一
   対の磁路制御部と、当該磁路制御部の内、両方又は片方
   を選択的にレーザ光等によって加熱して当該両方又は片
   方の磁路制御部の漏洩磁束を増加又は減少せしめる加熱
   機構と、前記一対の磁路制御部を冷却する冷却機構と、
   前記一対の磁路制御部相対間に磁性体からなる導電性の
   リード片を当該一対の磁路制御部側にそれぞれ対応設置
   する二つの接点に揺動切替接触自在に配置したことを特
   徴とする双安定型スイッチ