JPH074348A - 熱磁気駆動方法及びアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型化構成を可能とすると共に広範に適用可能
な熱磁気駆動方法及びアクチュエータを提供する。 【構成】感温磁性材料からなる羽根車型回転子３２の可
動部材を閉磁気回路のギャップ３１間隙に回動自在に介
在し、当該回転子３２の所要回転子突極３３ａ〜３３ｆ
を加熱して所要回転子突極３３ａ〜３３ｆの磁化を一時
消失させ、当該ギャップ３１間隙内部の磁束Φ分布を変
化させて当該回転子３２を回動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、小型の機械スイッチ、
小型モータ、その他各種の小型精密駆動機器等を駆動す
る為の熱磁気駆動方法及びその実施に直接使用するアク
チュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気エネルギーを一旦磁気エ
ネルギーに変換した後、さらに機械エネルギーに変換し
て作動する電磁アクチュエータは数多く存在しており、
各種モータや電磁リレー等として広範な産業分野で使用
されている。以下に従来の電磁アクチュエータの代表例
を漸次示す。

【０００３】（従来例１）図１７は従来例の電磁アクチ
ュエータを示す６極パルスモータの縦断正面図である。
図中、αは６極パルスモータ、１は固定子鉄心、２ａ〜
２ｆは固定子磁極、３ａ〜３ｆは固定子巻線、４は駆動
軸、５ａ〜５ｄは回転子突極、６は回転子である。

【０００４】図１７においてパルスモータαは、固定子
鉄心１と、当該固定子鉄心１内周面に等間隔毎に突設さ
れた固定子磁極２ａ〜２ｆと、当該各固定子磁極２ａ〜
２ｆにそれぞれ捲着された固定子巻線３ａ〜３ｆと、前
記固定子磁極２ａ〜２ｆに回転円周方向等間隔に囲撓さ
れ４つの回転子突極４ａ〜４ｄを放射状十字型に形成し
かつ駆動軸５に貫着された回転子６より構成されてい
る。

【０００５】ここで磁気回路は、固定子鉄心１−固定子
磁極２ａ〜２ｆ−回転子突極４ａ〜４ｄ−固定子磁極２
ａ〜２ｆ−固定子鉄心１なる閉ループ回路を構成してい
る。

【０００６】従来例の６極パルスモータαの動作原理を
説明する。パルスモータαは、相対向した１組の固定子
巻線３ａ〜３ｆに励磁電流を流し、相対向した回転子突
極４ａ〜４ｄを吸引することで所定の角度θｓを単位と
して回転する。この固定子巻線３ａ〜３ｆへ励磁電流を
流す組み合わせ、組み合わせを切り替える向き、組み合
わせを切り替える速さ等を制御することにより、任意の
向き、角度、速度を持った回転出力を駆動軸５に取り出
すことができる。

【０００７】（従来例２）図１８は従来例の直流整流子
モータの一部破断斜視図である。図中、βは直流整流子
モータ、７はケーシング、８ａ，８ｂは界磁磁石、９は
成層鉄心、１０は電機子巻線、１１は電機子、１２は駆
動軸、１３ａ，１３ｂは軸受、１４は整流子片、１５は
ブラシ、１６は整流子、１７は絶縁部材、１８は端子で
ある。

【０００８】図１８において直流整流子モータβは、ケ
ーシング７と、当該ケーシング７内周面に沿い相互に対
向して着設された界磁磁石８ａ，８ｂと、成層鉄心９及
び当該成層鉄心９に捲着された複数の電機子巻線１０よ
り構成された電機子１１と、当該電機子１１に直結され
た駆動軸１２と、当該駆動軸１２を回動自在に軸支する
軸受１３ａ，１３ｂと、前記電機子１１に接続された整
流子片１４及び当該整流子片１４に接触摺動し前記電機
子１１に駆動電流を供給するブラシ１５より構成された
整流子１６と、当該整流子１６を前記ケーシング７から
電気的に絶縁支持する絶縁部材１７と、当該ブラシ１５
に電気的に接続された端子１８より構成されている。

【０００９】ここで磁気回路は、ケーシング７−界磁磁
石８ａ−成層鉄心９−界磁磁石８ｂ−ケーシング７なる
閉ループ回路を構成している。

【００１０】従来例の直流整流子モータβの動作原理を
説明する。電機子巻線１０に通電して成層鉄心９に磁束
を発生させ、界磁磁石８ａ，８ｂによる界磁磁界との吸
引反発力を利用して回転力を得る。電機子１１の回転角
に伴い電機子巻線１０の供給電流の向きを切り替えるこ
とにより、連続的に回転力を得ている。

【００１１】（従来例３）図１９は従来例の電磁リレー
の透視側面図である。図中、γは電磁リレー、１９はベ
ース、２０は操作コイル、２１は固定鉄心、２２は固定
接触子、２３は支持部材、２４は梃軸、２５は可動接触
子、２５ａは梃杆、２６は圧縮コイルバネ、２７はケー
シング、２８ａ，２８ｂは端子である。

【００１２】図１９において電磁リレーγは、ベース１
９と、当該ベース１９上に着設された操作コイル２０
と、当該操作コイル２０にて発生した磁束を集束し励磁
する固定鉄心２１と、当該固定鉄心２１上部に形設され
た固定接触子２２と、前記固定鉄心２１底部に接続され
磁気回路を構成する支持部材２３と、当該支持部材２３
に枢支軸２４を介して回動自在に枢支された可動接触子
２５と、当該可動接触子２５及び前記支持部材２３に両
端を係着され常時当該可動接触子２５を断路状態に付勢
支持する圧縮コイルバネ２６と、前記ベース１９と嵌合
し前記各部材２０〜２６を内部に収容する透明材料より
構成されたケーシング２７と、前記操作コイル２０に電
気的に接続され外部から励磁電流が供給される端子２８
ａ，２８ｂより構成されている。

【００１３】ここで磁気回路は、固定鉄心２１−固定接
触子２２−可動接触子２５−支持部材２３−固定鉄心２
１なる閉ループ回路を構成している。

【００１４】従来例の電磁リレーγの動作原理を説明す
る。操作コイル２０に励磁電流を流さない状態では、圧
縮コイルバネ２６により梃軸２４を支点中心に梃動する
梃杆２５ａと一体に可動接触子２５は固定接触子２２か
ら離れる習性を常時付勢されており、接点回路は断路状
態である。ここで端子２８ａ，２８ｂを介して操作コイ
ル２０に励磁電流を流すことにより、固定鉄心２１に磁
束が発生し、当該固定鉄心２１先端に形成された固定接
触子２２に可動接触子２５が圧縮コイルバネ２６の弾発
力に抗して梃軸２４を支点中心に梃動回転する梃杆２５
ａと一体に吸着され、接点回路が接路状態となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
前記従来例の電磁アクチュエータα，β，γは、以下に
列記するような構成上の欠点を本質的に有していた。ま
ず、パルスモータαは、固定子磁極２ａ〜２ｆと回転子
突極４ａ〜４ｄとのギャップ間隙が通常の小型パルスモ
ータにおいても漏洩磁束を可能な限り少なくするために
３０〜５０μｍと狭く、同一構造でより小型のミリメー
トルオーダからマイクロメートルオーダのパルスモータ
αを実現する為には、当該ギャップ間隙を数マイクロメ
ートルと非常に微小に形成せねばならず、高い加工精度
が要求され製造が非常に困難であった。

【００１６】また、直流整流子型モータβの場合には、
電機子１１が絶縁層を介して鉄板を多数積層した成層鉄
心９上に複数の電機子巻線１０を多重回捲着して構成さ
れており、さらに電機子１１への供給電流極性を切り替
える為の整流子片１４及びブラシ１５よりなる整流子１
６を構成上必要とするので、機械的構造が複雑化し、可
動部分の小型化構成が困難であった。

【００１７】さらに直流整流子モータβは、構造上高速
回転に適しており、低速回転時には特性上回転トルクが
非常に大きくなることから、所望の回転角で電機子１１
を停止させ、或いは精密に電機子１１の回転角制御を行
うことが非常に困難である欠点を有していた。

【００１８】また電磁リレーγでは、操作コイル２０と
可動接触子２５とが一対一で対応しており、相互に独立
して動作する多数の回路の断接動作を行わせるには、当
該回路数に対応して複数の電磁リレーγが必要となり、
操作コイル２０等の励磁機構の寸法及び消費電力が大き
く、集積化による小型化の妨げになっていた。

【００１９】これに加えて操作コイル２０への励磁電流
の供給を断って可動接触子２５の接路状態を保持するに
は、有極リレーやラッチングリレー等の特殊な電磁リレ
ーγを使用する必要があり、構造が複雑大型化し構成に
要する費用が増加すると共に所望の機能を有する特殊な
電磁リレーγが必ずしも入手できるとは限らないといっ
た問題があった。

【００２０】このように従来の電磁アクチュエータは、
本質的に可動部分が磁気回路の一部を形成しているの
で、構成上小型化は困難であった。さらに機械構造と磁
気回路を分離独立して構成不可能であるため、設計上及
び構造上の制約が大きい欠点を有していた。ここにおい
て本発明は、小型化構成を可能とすると共に広範に適用
可能な熱磁気駆動方法及びアクチュエータを提供せんと
するものである。

【００２１】

【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法及び手段を採用
することにより達成される。すなわち、本発明方法の特
徴は、感温磁性材料からなる可動部材を磁気回路のギャ
ップ間隙に可動自在に介在し、当該可動部材の所要箇所
を局部加熱して磁化を部分的に一時消失させ、当該ギャ
ップ間隙空間の磁束分布を変化させて当該可動部材を駆
動してなる熱磁気駆動方法である。

【００２２】本発明装置の第１の特徴は、磁石と，当該
磁石の両端に基端をそれぞれ接続するとともに先端相互
をギャップを間設して相対向することにより当該磁石の
磁束を誘導する磁路を形成したヨークと，当該ギャップ
とよりなる閉磁気回路と、前記ギャップ間隙内に配置さ
れた感温磁性材料からなる可動部材と、当該感温磁性材
料の所要箇所を局部加熱する加熱手段とを具備してなる
熱磁気アクチュエータである。

【００２３】本発明装置の第２の特徴は、前記装置の第
１の特徴における可動部材が、回動自在に軸支された回
転体である熱磁気アクチュエータである。

【００２４】本発明装置の第３の特徴は、前記装置の第
１の特徴における可動部材が、感温磁性材料からなる複
数の固定接点と、高透磁率材料からなる可動接点である
熱磁気アクチュエータである。

【００２５】本発明装置の第４の特徴は、前記装置の第
２の特徴における回転体が、等角放射状に複数の突極を
突設した羽根車型か円盤型である熱磁気アクチュエータ
である。

【００２６】本発明装置の第５の特徴は、前記装置の第
４の特徴における加熱手段が、羽根車型回転子の突極数
に対応する数の加熱源と、当該加熱源の駆動組合せを制
御する加熱源コントローラと、前記加熱源から出射した
それぞれの加熱光をコリメートレンズと集光レンズを通
して対応する前記突極を照射加熱する並列光学系とを具
備してなる熱磁気アクチュエータである。

【００２７】本発明装置の第６の特徴は、前記装置の第
４の特徴における加熱手段が、所要数の加熱源と、当該
加熱源の駆動を制御する加熱源コントローラと、前記加
熱源から出射した加熱光をそれぞれコリメートミラーと
ビームスプリッタで途中分岐し、一方の分岐光は全反射
ミラーと集光レンズをかつ他方の分岐光は直接集光レン
ズをそれぞれ経由して最終的に必要に応じミラーコント
ローラにより前記選択突極に向けて角度制御自在な可動
ミラーを介し羽根車型回転子の選択突極に照射加熱する
並列光学系とを具備してなる熱磁気アクチュエータであ
る。

【００２８】本発明装置の第７の特徴は、前記装置の第
３の特徴における加熱手段が、固定接点と可動接点を載
着するベースの当該各固定接点載着面に個別に埋設した
電熱素子である熱磁気アクチュエータである。

【００２９】本発明装置の第８の特徴は、前記装置の第
３の特徴における加熱手段が、固定接点自体にそれぞれ
装着されヒータコントローラにより個別に通電制御自在
な電熱薄膜である熱磁気アクチュエータである。

【００３０】本発明装置の第９の特徴は、前記装置の第
３，第７又は第８の特徴における可動接点が、一対の固
定接点間に二者択一的に先端を臨ませた弾性揺動型であ
る熱磁気アクチュエータである。

【００３１】本発明装置の第１０の特徴は、前記装置の
第３，第７又は第８の特徴における可動接点が、先端に
固定接点との接触片を突設した可逆回転型である熱磁気
アクチュエータである。

【００３２】

【作用】本発明は、前記のような手法及び手段を講じた
ので、感温磁性材料を加熱手段により局部加熱して、当
該被駆動体における当該加熱部分の透磁率を局所的に変
化せしめ、磁場勾配を形成し任意動作を可能とする。ま
た、可動部分全体を磁気回路のギャップ中に介入したの
で、当該可動部分と駆動機構とを別個に分離独立して構
成することが可能となる。

【００３３】

【実施例】

（装置例１）本発明の第１装置例を図面につき詳説す
る。図１は本装置例の熱磁気アクチュエータを示す６極
パルスモータの正断面図、図２は同・回転子の拡大斜視
図、図３乃至図６は回転子の駆動原理の第１〜第４段階
説明図、図７（ａ）はＦｅＮｉの飽和磁化−温度特性線
図、図７（ｂ）はＦｅＲｈの飽和磁化−温度特性線図、
図８は駆動装置の一構成例、図９は同・他の構成例であ
る。

【００３４】図中、α’は本装置例の６極パルスモー
タ、２９は棒磁石、３０は左右両コ字形ヨーク、３１は
ギャップ、３２は被駆動体、３３ａ〜３３ｆは回転子突
極、３４は羽根車型回転子、３５は駆動軸、３６は軸着
部材、３７，３７’は加熱源コントローラ、３８ａ〜３
８ｆ，３８ａ’，３８ｂ’は加熱源、３９ａ〜３９ｆ，
３９ａ’，３９ｂ’はコリメートレンズ、４０ａ〜４０
ｆ，４０ａ’〜４０ｄ’は集光レンズ、４１ａ，４１ｂ
はビームスプリッタ、４２ａ，４２ｂは全反射ミラー、
４３はミラーコントローラ、４４ａ，４４ｂはガルバノ
メータ等の角度調整が可能な可動ミラーである。

【００３５】図１に示す本装置例のパルスモータα’
は、永久磁石や電磁石等よりなる棒磁石２９と、当該棒
磁石２９の両端極に磁気的に基端を接続され先端３０ａ
相互を相対向させた純鉄等の高透磁率材料からなる閉磁
気回路を形成する左右ヨーク３０と、当該ヨーク３０の
先端３０ａ対向間のギャップ３１と、当該ギャップ３１
中に配置された被駆動体３２とより構成されている。

【００３６】図２に示すように被駆動体３２は、ＦｅＮ
ｉ等の感温磁性材料からなる６本の等角放射状の回転子
突極３３ａ〜３３ｆを有する回転子３４と、回転出力を
取り出す駆動軸３５と、当該駆動軸３５を前記回転子３
４に貫着する軸着部材３６より構成されている。

【００３７】（方法例１）本装置例はこのような具体的
実施態様を呈し、次に本装置例に適用する熱磁気駆動方
法について詳説する。以下の図中における点は磁化分布
を表している。まず最初に、図３において棒磁石２９か
ら発生した磁束Φは左右両ヨーク３０を介してギャップ
３１に導かれる。ギャップ３１中の磁束空間に配置され
た感温磁性材料からなる回転子３４は、常温では当該磁
束Φに平行な向きに均一に磁化されており、磁束Φの分
布は駆動軸３５中心を通る磁極方向に対して線対称であ
って、回転子３４を回転させようとする力は相互に釣り
合って偶力Ｆ＝０となるので、回転子３４は回転しない
状態で保持される。

【００３８】図４および図８（ａ）（ｂ）において、回
転子突極３３ａ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｆに加熱光Ｌを
照射して加熱すると、当該加熱された回転子突極３３
ａ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｆの磁化が消失し、加熱され
なかった回転子突極３３ｂ，３３ｅのみに磁化が残存す
る。磁束Φは当該加熱されなかった回転子突極３３ｂ，
３３ｅを通過しようとするので、回転子３４には偶力Ｆ
が発生する。

【００３９】図５において、回転子３４は磁束Φの分布
に偏りがなくなる角度まで回転する。図６において、回
転子突極３３ａ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｆは冷却されて
磁化が再び戻磁復現し、回転子３４の磁束Φの分布は均
一となり再び安定した状態となる。この一連の手順を経
ることにより、所定の角度ずつ回転を行う。

【００４０】感温磁性材料としては、キュリー温度Ｔｃ
が２００℃以下の強磁性材料で、比較的容易な加熱で磁
化を一時可逆的に喪失するキュリー点利用感温磁性材料
がある。代表的なものとしてはＮｉＦｅ合金系、ＮｉＦ
ｅＣｒ合金系、ＭｎＺｎフェライト系の材料が存在す
る。

【００４１】また、磁化発生温度（磁気一次相転移温
度）Ｔｆが２００℃以下の強磁性材料で、比較的容易な
加熱により磁化を一時可逆的に発現する転移点利用感温
磁性材料もある。このような材料としてＦｅＲｈ合金系
の材料が存在する。これら感温磁性材料としてＦｅＮｉ
及びＦｅＲｈを使用した時の飽和磁化−温度特性線図を
図７（ａ）及び図７（ｂ）にそれぞれ示す。

【００４２】任意の回転子突極３３ａ〜３３ｆをそれぞ
れ独立して加熱するには、図８若しくは図９に示すよう
な加熱装置を用いる。図８では、加熱源コントローラ３
７により６極の回転子突極３３ａ〜３３ｆにそれぞれ対
応させるために６台の加熱源３８ａ〜３８ｆをそれぞれ
独立して駆動する。加熱源３８ａ〜３８ｆから発生した
加熱光Ｌは、コリメートレンズ３９ａ〜３９ｆと集光レ
ンズ４０ａ〜４０ｆからなる光学系ＰＳａ〜ｆを通るに
当り、コリメートレンズ３９ａ〜３９ｆにより平行光に
変換され、集光レンズ４０ａ〜４０ｆにて集束された
後、目的の回転子突極３３ａ〜３３ｆをそれぞれ加熱す
る。

【００４３】図９では、加熱源コントローラ３７ａ’に
より２台の加熱源３８ａ’，３８ｂ’をそれぞれ独立し
て駆動する。加熱源３８ａ’，３８ｂ’から発生した加
熱光Ｌは、コリメートレンズ３９ａ’，３９ｂ’とビー
ムスプリッタ４１ａ，４１ｂと全反射ミラー４２ａ，４
２ｂと可動ミラー４４ａ，４４ｂからなる光学系ＰＳ
ａ’〜ｂ’を通るに当り、コリメートレンズ３９ａ’，
３９ｂ’により平行光に変換された後、ビームスプリッ
タ４１ａ，４１ｂにより分岐され、全反射ミラー４２
ａ，４２ｂ及び集光レンズ４０ａ’〜４０ｄ’を経由
し、ミラーコントローラ４３により制御された可動ミラ
ー４４ａ，４４ｂにより照射される回転子突極３３ａ〜
３３ｆが選択される。

【００４４】光路の途中にビームスプリッタ４１ａ，４
１ｂを挿入して加熱光Ｌを分岐し、任意の回転子突極３
３ａ〜３３ｆを加熱する場合には、ミラーコントローラ
４３で可動ミラー４４ａ，４４ｂそれぞれの角度制御を
行い、加熱光を所望の回転子突極３３ａ〜３３ｆに導
く。本例では前記図８では６台必要であった加熱源３８
ａ〜３８ｆが、加熱源３８ａ’，３８ｂ’の２台と、大
幅に削減されている。これらの例において、加熱箇所、
加熱出力、加熱スポット径等を変化させることにより回
転特性を制御しても良い。

【００４５】また、前記図５において磁場Ｈの向きに対
し変位角θを有する強磁性体の棒に生じる偶力Ｆは、 Ｆ＝Ｊ_m ＳｌＨｓｉｎθ と表される。ここでＪ_m は飽和磁化、Ｓは棒の断面積、
ｌは棒の長さである。構成の一例として、０．１Ｔの磁
気空間にて飽和磁化０．３６ＴのＦｅＮｉ感温磁性体か
らなる直径４ｍｍ，厚さ１ｍｍの回転子３４から発生す
るトルクは略０．５×１０^-6Ｎ・ｍと算出される。

【００４６】このように本方法例では、１回の加熱操作
により所定角度回転するステッピング動作を行うことが
可能であり、従来のパルスモータと同様の動作を実現す
る。

【００４７】（装置例２）本発明の第２装置例を図面に
つき詳説する。図１０は本装置例の熱磁気アクチュエー
タを示すモータを構成する回転子の斜視図、図１１乃至
図１４は回転子の駆動原理の第１〜第４段階説明図であ
る。図中、β’は本装置例のモータ、４５は被駆動体、
４６は円盤型回転子、４７は駆動軸、４８は軸着部材で
ある。尚、従来と同一要素には同一符号を付した。

【００４８】本装置例のモータβ’は、磁気回路を図１
に示す棒磁石２９及び左右両ヨーク３０並びにギャップ
３１により構成している。本装置例では前記第１装置例
における突極構造の被駆動体３２の代わりに、図１０に
示す円盤状の被駆動体４５を用いている。

【００４９】当該被駆動体４５は、ＦｅＮｉ等の感温磁
性材料からなる円盤型の回転子４６と、回転出力を取り
出す駆動軸４７と、当該駆動軸４７を前記回転子４６に
貫着する軸着部材４８より構成されている。

【００５０】（方法例２）本装置例はこのような具体的
実施態様を呈し、次に本装置例に適用する熱磁気駆動方
法について詳説する。まず最初に、図１１において棒磁
石２９から発生した磁束Φは左右両ヨーク３０を介して
ギャップ３１に導かれる。ギャップ３１中の磁束Φ空間
に配置された感温磁性材料からなる回転子４６は、常温
では当該磁束Φに平行な向きに磁化されており、磁束Φ
の分布は駆動軸４７中心を通る磁極方向に対して線対称
であって、回転子４６を回転させようとする偶力Ｆは相
互に釣り合っているので、回転子４６は回転しない状態
で保持される。

【００５１】図１２において、回転子表面部分４６ａ，
４６ｂに加熱光Ｌを局部照射して加熱すると、当該加熱
された回転子表面部分４６ａ，４６ｂ付近のみの磁化が
消失する。この為、磁束Φは当該加熱されなかった回転
子表面を通過しようとし、透磁率の分布に偏りが生じ、
磁場勾配が生じるので回転子４６には偶力Ｆが発生す
る。

【００５２】図１３において、回転子４６は磁束Φの分
布に偏りがなくなる角度まで回転する。図１４におい
て、回転子表面４６ａ，４６ｂは冷却されて再び磁性が
発現するので、再び磁束Φの分布は元の状態に戻り、回
転子４６にかかる偶力は釣り合って安定した状態とな
る。この一連の挙動手順を経ることにより、所定の角度
ずつ回転を行う。

【００５３】本方法例に適用した本装置例では、前記第
１装置例の放射状の突極構造を有する回転子３４に代え
て、円盤状の回転子４６を採用したことにより、回転子
４６の温度分布及び磁化分布が連続的に変化するので回
転を連続的に行うことが可能となる。

【００５４】本方法例はこのような手法を採用するの
で、連続的に回転を行うモータとしての動作をさせるこ
とが可能となる。さらに加熱を制御することにより、回
転子４６の回転の向き、回転角、回転速度等を任意に制
御することも可能となる。

【００５５】前記第１方法例及び第２方法例では、加熱
箇所の数を４つとしたが、可動体３４，４６に磁化勾配
が形成され、回転方向、回転角度、回転速度を制御可能
とする限りにおいて、加熱箇所の数を適宜自由に選択す
ることも可能である。

【００５６】（装置例３）本発明の第３装置例を図面に
つき詳説する。図１５（ａ）は本発明の第３装置例の熱
磁気アクチュエータを示すラッチングリレーの平面図、
図１５（ｂ）は同・正面図、図１６（ａ）〜（ｄ）は動
作説明図である。

【００５７】図中、γ’は本装置例のラッチングリレ
ー、４９はベース、５０は棒磁石、５１は正面コ字形左
右両ヨーク、５２ａ，５２ｂはペルチェ素子、５３ａ，
５３ｂは固定接点、５４ａ，５４ｂはセレクト端子、５
５は弾性揺動型可動接点、５６はコモン端子である。
尚、従来と同一要素には同一符号を付した。

【００５８】図１５（ａ）（ｂ）に示す本装置例のラッ
チングリレーγ’は、非磁性材料からなるベース４９
と、当該ベース４９下面に着設された棒磁石５０と、当
該棒磁石５０により発生した磁束を誘導し磁路を形成す
る左右両ヨーク５１と、前記ベース４９表面に埋設され
たペルチェ素子５２ａ，５２ｂと、当該ペルチェ素子５
２ａ，５２ｂ上にそれぞれ着設されたＦｅＮｉ等の感温
磁性材料からなる固定接点５３ａ，５３ｂと、当該固定
接点５３ａ，５３ｂにそれぞれ電気的に接続されたセレ
クト端子５４ａ，５４ｂと、前記ベース４９上に着設さ
れたパーマロイ等の高透磁率材料よりなる可動接点５５
と、当該可動接点５５を動作自在に支持する支持部材５
５ａと、当該可動接点５５に電気的に接続されたコモン
端子５６より構成されている。固定接点５３ａ，５３ｂ
及び可動接点５５には導電率を高めるため金めっき処理
等が施されている。

【００５９】（方法例３）本装置例はこのような具体的
実施態様を呈し、次に本装置例に適用する熱磁気駆動方
法について詳説する。図１６（ａ）では全体に亙り磁化
が存在し、可動接点５５が接している固定接点５３ａを
通過する磁束密度が、可動接点５５が接していない固定
接点５３ｂを通過する磁束密度より大きいので、可動接
点５５に働く吸引力は固定接点５３ａの方が固定接点５
３ｂより大きく、接点状態は保持されている。

【００６０】図１６（ｂ）において、ペルチェ素子５２
ａに一定方向に電流を通電して固定接点５３ａを加熱す
ると、当該固定接点５３ａの磁化が消失し、可動接点５
５は磁束密度の大きい固定接点５３ｂ側へ切り替わる。

【００６１】図１６（ｃ）において、可動接点５５は固
定接点５３ｂ側に切り替わると、安定して接点状態を保
持する。図１６（ｄ）において、固定接点５３ａが冷却
されると再び磁化が発生するが、既に可動接点５５は固
定接点５３ｂ側に動作しており、可動接点５５に働く吸
引力は固定接点５３ｂの方が固定接点５３ａより大き
く、接点状態は保持される。逆にこの状態で固定接点５
３ｂを加熱すると、可動接点５５は固定接点５３ａに切
り替わると共に接点状態を保持する。

【００６２】本方法例はこのような手法を採用するの
で、可動接点５５を磁気回路内に導入し、これとは別の
手段で固定接点５３ａ，５３ｂの磁化を消失させて可動
接点５５を駆動するので、駆動手段を大幅に小型化構成
することが可能となる。さらに接点が自己保持機能を有
し、双安定動作を行わせることができる。

【００６３】（装置例４）本発明の第４装置例を図面に
つき詳説する。図１７（ａ）は本装置例の熱磁気アクチ
ュエータを示す１回路４接点ステッピングスイッチの平
面図、図１７（ｂ）は同・可動部分の拡大図である。図
中、δ’は本装置例のステッピングスイッチ、５７は回
動軸、５８は可逆回転型可動接点、５９はコモン端子、
６０は接触片、６１ａ〜６１ｄは固定接点、６２ａ〜６
２ｄはセレクト端子、６３ａ〜６３ｄは薄膜ヒータ、６
４はヒータコントローラである。尚、従来と同一要素に
は同一符号を付した。

【００６４】本装置例のステッピングスイッチδ’は、
閉磁気回路を図１５（ａ）（ｂ）に示すベース４９及び
棒磁石５０並びに正面コ字形左右両ヨーク５１により構
成している。本装置例ではペルチェ素子５２ａ，５２ｂ
は具備していない。さらに当該磁気回路のギャップ５
２、則ち第３装置例における弾性揺動型可動接点５５
を、図１６（ａ）に示すように可逆回転型可動接点５８
に置換する。

【００６５】図１７（ａ）は、本装置例のステッピング
スイッチδ’の接点構造を示しており、当該接点構造
は、回動軸５７と、パーマロイ等の高透磁率材料からな
る可動接点５８と、当該可動接点５８に電気的に接続さ
れたコモン端子５９と、当該可動接点５８先端に固着さ
れた接触片６０と、ＦｅＮｉ等の感温磁性材料より構成
された固定接点６１ａ〜６１ｄと、当該固定接点６１ａ
〜６１ｄにそれぞれ電気的に接続されたセレクト端子６
２ａ〜６２ｄと、当該固定接点６１ａ〜６１ｄにそれぞ
れ貼着された薄膜ヒータ６３ａ〜６３ｄと、当該薄膜ヒ
ータ６３ａ〜６３ｄをそれぞれ独立制御するヒータコン
トローラ６４より構成されている。可動接点５８及び固
定接点６１ａ〜６１ｄには導電率を高めるため金めっき
処理等が施されている。

【００６６】（方法例４）本装置例はこのような具体的
実施態様を呈し、次に本装置例に適用する熱磁気駆動方
法について詳説する。図１７（ａ）（ｂ）において、最
初に可動接点５８は接触片６０を介して固定接点６１ｂ
に接触しているものとする。全体に亙り磁化が存在し、
可動接点５８が現在接触している固定接点６１ｂを通過
する磁束Φ密度が最も大きいので、接点状態は保持され
ている。

【００６７】ここで現在接触している固定接点６１ｂ及
び可動接点５８を動作させたい側に対して逆隣の薄膜ヒ
ータ６３ａ，６３ｂに電流ｉを通電して固定接点６１
ａ，６１ｂを加熱すると、当該固定接点６１ａ，６１ｂ
の磁化が消失し、可動接点５８はより磁束Φの大きな固
定接点６１ｃに切り替わり、当該接点状態を保持する。
可動接点５５を目的の固定接点６１ａ〜６１ｄに切り替
えるには、前記手順を繰り返し行うことにより、１ステ
ップずつ当該可動接点５８を切り替えて行う。固定接点
６１ａ〜６１ｄは、磁場方向に対して４５°以内の範囲
に配設する限り、接点数は任意に設けて良い。

【００６８】本方法例はこのような手法を採用するの
で、可動接点５８を磁気回路内に導入し、これとは別の
手段で固定接点６１の磁化を消失させて可動接点５８を
駆動することにより、複数の接点を選択するロータリー
セレクターを実現することができる。

【００６９】前記第１乃至第４方法例においては、加熱
源又は加熱光としてレーザ光、赤外光、電気ヒータ等任
意の加熱源又は加熱光を使用することが可能であり、さ
らに前記第３方法例及び第４方法例においては、ペルチ
ェ素子を採用しても良い。加熱源に光源を用いた場合に
は光ファイバ内に加熱光を導入して所望の箇所に導いた
り、加熱源としてペルチェ素子を採用した場合には、供
給電流の極性を逆にして感温磁性材料からなる可動部分
の強制冷却を行い、当該可動部分の反復動作を高速に行
わせることもできる。

【００７０】

【発明の効果】かくして本発明によれば、アクチュエー
タの構成の小型化に伴ってギャップ間隙を微小に形成す
る必要がなく、ギャップ加工の困難さを緩和できる。こ
の結果、アクチュエータ単体の構造が単純になり、小型
化及び高密度集積化が容易となり、安価に作製可能であ
るので初期投資額の低減を図ることができる。また、ア
クチュエータの機械構造と磁気回路を独立して作製し得
る利点を有し、設計の困難さを軽減し、小型化構成を容
易となす。

【００７１】さらに、機械構造と磁気回路を別個独立し
て作製可能なため、機械構造をプロセス加工で行い集積
度を高め大量生産を可能とし、磁気回路のようにプロセ
ス作製の難しいものは従来の機械加工で済ませることも
でき、優れた生産性、加工性のメリットを享受する。加
えて、磁気回路に同一のものを使用し、可動部分のみを
変更するだけで多種多様のアクチュエータを作製可能で
あり、設計製作の融通性に優れる。

【００７２】感温磁性材料及び加熱源に放射光を用いる
ことにより、光による直接駆動を可能とし、可動部分に
駆動素子を配設する必要がなくなり、遠隔から非接触で
駆動制御可能であると共に、駆動部分を別設し集合構成
して小型化構成し得る利点を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１装置例の熱磁気アクチュエータを
示す６極パルスモータの正断面図である。

【図２】同上・羽根車型回転子の拡大斜視図である。

【図３】回転子の駆動原理の第１段階説明図である。

【図４】同上・駆動原理の第２段階説明図である。

【図５】同上・駆動原理の第３段階説明図である。

【図６】同上・駆動原理の第４段階説明図である。

【図７】（ａ）はＦｅＮｉの飽和磁化−温度特性線図、
（ｂ）はＦｅＲｈの飽和磁化−温度特性線図である。

【図８】本発明の第１装置例における加熱装置の一構成
例である。

【図９】同上・加熱装置の他の構成例である。

【図１０】本発明の第２装置例の熱磁気アクチュエータ
を示すモータを構成する円盤型回転子の斜視図である。

【図１１】回転子の駆動原理の第１段階説明図である。

【図１２】同上・駆動原理の第２段階説明図である。

【図１３】同上・駆動原理の第３段階説明図である。

【図１４】同上・駆動原理の第４段階説明図である。

【図１５】（ａ）は本発明の第３装置例の熱磁気アクチ
ュエータを示すラッチングリレーの平面図、（ｂ）は同
・正面図である。

【図１６】同上・（ａ）〜（ｄ）は各段階の動作説明図
である。

【図１７】（ａ）は本発明の第４実施例の熱磁気アクチ
ュエータを示す１回路４接点ステッピングスイッチの平
面図、（ｂ）は同上・可動部分の拡大図である。

【図１８】第１従来例の電磁アクチュエータを示す６極
パルスモータの縦断正面図である。

【図１９】第２従来例の電磁アクチュエータを示す直流
整流子モータの一部破断斜視図である。

【図２０】第３従来例の電磁アクチュエータを示す電磁
リレーの透視側面図である。

【符号の説明】

α，α’…６極パルスモータ β…直流整流子モータ β’…モータ γ…電磁リレー γ’…ラッチングリレー δ’…１回路４接点ステッピングスイッチ ｉ…電流 Ｌ…加熱光 Ｔｃ…キュリー温度 Ｔｆ…磁化発生温度 １…固定子鉄心 ２ａ〜２ｆ…固定子磁極 ３ａ〜３ｆ…固定子巻線 ４ａ〜４ｄ…回転子突極 ５…駆動軸 ６…回転子 ７…ケーシング ８ａ，８ｂ…界磁磁石 ９…成層鉄心 １０…電機子巻線 １１…電機子 １２…駆動軸 １３ａ，１３ｂ…軸受 １４…整流子片 １５…ブラシ １６…整流子 １７…絶縁部材 １８…端子 １９…ベース ２０…操作コイル ２１…固定鉄心 ２２…固定接触子 ２３…支持部材 ２４…回動軸 ２５…可動接触子 ２６…圧縮コイルバネ ２７…ケーシング ２８ａ，２８ｂ…端子 ２９…棒磁石 ３０…ヨーク ３１…ギャップ ３２…被駆動体 ３３…回転子突極 ３４…回転子 ３５…駆動軸 ３６…軸着部材 ３７…加熱源コントローラ ３８ａ〜３８ｆ，３８ａ’，３８ｂ’…加熱源 ３９ａ〜３９ｆ，３９ａ’，３９ｂ’…コリメートレン
ズ ４０ａ〜４０ｆ，４０ａ〜４０ｄ…集光レンズ ４１ａ，４１ｂ…ビームスプリッタ ４２ａ，４２ｂ…全反射ミラー ４３…ミラーコントローラ ４４ａ，４４ｂ…可動ミラー ４５…被駆動体 ４６…回転子 ４６ａ，４６ｂ…回転子表面部分 ４７…駆動軸 ４８…軸着部材 ４９…ベース ５０…棒磁石 ５１…ヨーク ５２ａ，５２ｂ…ペルチェ素子 ５３ａ，５３ｂ…固定接点 ５４ａ，５４ｂ…セレクト端子 ５５…可動接点 ５５ａ…支持部材 ５６…コモン端子 ５７…回動軸 ５８…可動接点 ５９…コモン端子 ６０…接触片 ６１ａ〜６１ｄ…固定接点 ６２ａ〜６２ｄ…セレクト端子 ６３ａ〜６３ｄ…薄膜ヒータ ６４…ヒータコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 昭憲 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 (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感温磁性材料からなる可動部材を磁気回路
   のギャップ間隙に可動自在に介在し、当該可動部材の所
   要箇所を局部加熱して磁化を部分的に一時消失させ、当
   該ギャップ間隙空間の磁束分布を変化させて当該可動部
   材を駆動したことを特徴とする熱磁気駆動方法。
2. 【請求項２】磁石と，当該磁石の両端に基端をそれぞれ
   接続するとともに先端相互をギャップを間設して相対向
   することにより当該磁石の磁束を誘導する磁路を形成し
   たヨークと，当該ギャップとよりなる閉磁気回路と、前
   記ギャップ間隙内に配置された感温磁性材料からなる可
   動部材と、当該感温磁性材料の所要箇所を局部加熱する
   加熱手段とを具備したことを特徴とする熱磁気アクチュ
   エータ。
3. 【請求項３】可動部材は、回動自在に軸支された回転体
   であることを特徴とする請求項２記載の熱磁気アクチュ
   エータ。
4. 【請求項４】可動部材は、感温磁性材料からなる複数の
   固定接点と、高透磁率材料からなる可動接点であること
   を特徴とする請求項２記載の熱磁気アクチュエータ。
5. 【請求項５】回転体は、等角放射状に複数の突極を突設
   した羽根車型か円盤型であることを特徴とする請求項３
   記載の熱磁気アクチュエータ。
6. 【請求項６】加熱手段は、羽根車型回転子の突極数に対
   応する数の加熱源と、当該加熱源の駆動組合せを制御す
   る加熱源コントローラと、前記加熱源から出射したそれ
   ぞれの加熱光をコリメートレンズと集光レンズを通して
   対応する前記突極を照射加熱する並列光学系とを具備し
   たことを特徴とする請求項５記載の熱磁気アクチュエー
   タ。
7. 【請求項７】加熱手段は、所要数の加熱源と、当該加熱
   源の駆動を制御する加熱源コントローラと、前記加熱源
   から出射した加熱光をそれぞれコリメートミラーとビー
   ムスプリッタで途中分岐し、一方の分岐光は全反射ミラ
   ーと集光レンズをかつ他方の分岐光は直接集光レンズを
   それぞれ経由して最終的に必要に応じミラーコントロー
   ラにより前記選択突極に向けて角度制御自在な可動ミラ
   ーを介し羽根車型回転子の選択突極に照射加熱する並列
   光学系とを具備したことを特徴とする請求項５記載の熱
   磁気アクチュエータ。
8. 【請求項８】加熱手段は、固定接点と可動接点を載着す
   るベースの当該各固定接点載着面に個別に埋設した電熱
   素子であることを特徴とする請求項４記載の熱磁気アク
   チュエータ。
9. 【請求項９】加熱手段は、固定接点自体にそれぞれ装着
   されヒータコントローラにより個別に通電制御自在な電
   熱薄膜であることを特徴とする請求項４記載の熱磁気ア
   クチュエータ。
10. 【請求項１０】可動接点は、一対の固定接点間に二者択
    一的に先端を臨ませた弾性揺動型であることを特徴とす
    る請求項４，８又は９記載の熱磁気アクチュエータ。
11. 【請求項１１】可動接点は、先端に固定接点との接触片
    を突設した可逆回転型であることを特徴とする請求項
    ４，８又は９記載の熱磁気アクチュエータ。