(57)【要約】    アクチュエータは、起磁手段を含み少なくとも第１の温度に加熱される第１の部材と、前記第１の部材と対向して配置される第２の部材と、前記第１の部材と第２の部材の間に位置し、前記第１の部材と接触する第１位置と前記第２の部材と接触する第２の位置との間を変位する感温磁性体であって、前記第１の温度よりも低く前記第２の部材の温度よりも高いキュリー温度を有する感温磁性体と、前記感温磁性体を前記第１の位置から前記第２の位置に復帰させる復元手段とを含む。
2012114485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
起磁手段を含み、少なくとも第１の温度に加熱される第１の部材と、  前記第１の部材と対向して配置される第２の部材と、  前記第１の部材と第２の部材の間に位置し、前記第１の部材と接触する第１位置と、前記第２の部材と接触する第２の位置との間を変位する感温磁性体であって、前記第１の温度よりも低く、前記第２の部材の温度よりも高いキュリー温度を有する感温磁性体と、  前記感温磁性体を前記第１の位置から前記第２の位置に復帰させる復元手段とを含むアクチュエータ。
【請求項２】
前記復元手段の復元力は、前記第１位置における前記起磁手段と前記感温磁性体との間の吸引力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記復元手段の復元力は、前記第２位置における前記起磁手段と前記感温磁性体との間の吸引力よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記起磁手段は、前記第１の温度よりも高いキュリー温度を有する強磁性体を含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
一対の前記感温磁性体と、一対の前記起磁手段とを有し、  前記復元手段は、前記一対の感温磁性体が両端に配置された支持リンクと、前記支持リンクを回動可能に支持する支点とを有するシーソー機構であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記シーソー機構は、前記感温磁性体の各々を、前記支持リンクの対応する端部に対して回転可能に保持する回転軸をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記一対の感温磁性体の各々は、前記第１位置と、前記第２位置の間を並行に移動することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ
【請求項８】
前記一対の感温磁性体の一方が前記第１位置で前記第１部材と接触するときは、前記一対の感温磁性体の他方は前記第２位置で前記第２部材と接触することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記支持リンクは２本のリンクを含み、前記一対の感温磁性体の各々は、前記２本のリンクの間に架橋されていることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記感温磁性体の各々を前記リンクに対して架橋するトーションバーをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記復元手段は、前記感温磁性体に連結された弾性膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記起磁手段は、固定磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記起磁手段は、リング磁石と、前記リング磁石内に配置されるコイルとを含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記第１位置と第２位置の間を移動する前記感温磁性体の移動に応じて、前記コイルを貫通する磁束が増減することを特徴とする請求項１３に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアクチュエータと、  前記アクチュエータの前記第１部材と前記第２部材の間に流路を形成するチャンバーと、  前記アクチュエータの感温磁性体に連結されて前記チャンバー内で変位するダイアフラムと、  を含み、前記感温磁性体が前記第２位置から前記第１位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を増大し、前記感温磁性体が前記第１位置から前記第２位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を減少することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１６】
前記チャンバー内に流体を導入する第１バルブと、前記チャンバーから前記流体を排出する第２バルブをさらに有し、  前記第１バルブ、前記第２バルブ、及び前記ダイアフラムは一体形成されていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロポンプ。
【請求項１７】
前記ダイアフラムの少なくとも一部は半導体材料であることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロポンプ。
【請求項１８】
請求項１５に記載のマイクロポンプと、  前記マイクロポンプに用いられる前記アクチュエータの前記第１の部材と接触して配置される電子部品と、  前記マイクロポンプに接続されて流体を循環させる循環系と、を含む電子機器。
【請求項１９】
前記循環系に接続される主ポンプ、をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アクチュエータ、これを用いたマイクロポンプ、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、ＬＳＩの微細化・高集積化が進み、発熱量の増大が問題になっている。対策として、電源電圧の低減をはかることで、大規模化による発熱量を緩和する開発が進められてきた。しかし一方で、低電圧で動作する回路はトランジスタの閾値電圧を低く設定する必要があり、リーク電流を増大させて、低電圧化による発熱量の低減はもはや限界に達している。このような背景で、１cm2あたり１００Ｗという原子炉に並ぶ極めて高密度な熱源であるＬＳＩを効率よく冷却できる低コストの冷却システムが望まれている。また、ＣＰＵなどの信号処理を行う半導体素子だけでなく、半導体レーザーや照明用発光ダイオードにおいても、同様に低コストの冷却システムが望まれている。【０００３】  従来の空冷ファンに代わる高効率冷却の手段のひとつに、水冷システムがある。水冷システムでは、ウォータジャケット（水枕）と呼ばれる密閉型ヒートシンクに冷媒（冷却水）を流して冷却を行う。冷媒の循環にはポンプが用いられる。しかし、ポンプはコスト面でも、それ自体の消費電力の面でも、従来にない追加の構成部材となるため導入が遅れている。また、水枕を微細化して高率なウォータジャケットを作成すると水路の圧力損が増えるため、ポンプが行う機械的仕事量の増加を招き、消費電力を増大させてしまう。ポンプの大型化はコスト増を招き、消費電力の増加は排出熱量の増加となる。【０００４】  考えられる有効な手段は、補助ポンプの使用である。従来から圧電ダイアフラムによるポンプが提案されてきた（たとえば、特許文献１参照）。図１に、従来の圧電ダイアフラムによるマイクロポンプの構造を示す。このポンプは、圧力室（チャンバー）１０５０に面した圧電板からなるダイアフラム１０１０を有する。圧電板（ダイアフラム）１０１０の上部電極１０１１と下部電極１０１３は、それぞれ上部配線１０２１と下部配線１０２３に接続され、電圧の印加によりダイアフラム１０１０を上下運動させる。このような構成では、ポンプに機械的な仕事を行わせるために電力の供給が必要である。しかし、圧電アクチュエータは動作電圧が高く、駆動回路における電気エネルギーを伴う。また、変位量が小さいためポンプの流量を増やしづらいという欠点を有する。【０００５】  他方、キュリー点を有する感温磁性体を利用したスイッチが知られている（たとえば、特許文献２、及び特許文献３参照）。固定された感温磁性体を、キュリー温度を超える温度に加熱することによって磁界の変化を生じさせ、スイッチとして動作させるものである。しかし高温になるとスイッチが入ったままになってしまい、オン・オフの切り換えをすることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８８３５５
【特許文献２】特開２００３−１０９４５８
【特許文献３】実開平５−８３９８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上記の問題点に鑑みて、本発明は、電気エネルギーではなく、熱エネルギーによって補助ホンプ等を自立的に駆動させるアクチュエータの構成と、これを用いたマイクロポンプ及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  第１の観点では、マイクロアクチュエータは、  起磁手段を含み、少なくとも第１の温度に加熱される第１の部材と、  前記第１の部材と対向して配置される第２の部材と、  前記第１の部材と第２の部材の間に位置し、前記第１の部材と接触する第１位置と、前記第２の部材と接触する第２の位置との間を変位する感温磁性体であって、前記第１の温度よりも低く、前記第２の部材の温度よりも高いキュリー温度を有する感温磁性体と、  前記感温磁性体を前記第１の位置から前記第２の位置に復帰させる復元手段とを含む。【０００９】  第２の観点では、上述したマイクロアクチュエータを用いたポンプを提供する。マイクロポンプは、  上記のアクチュエータと、  前記アクチュエータの第１部材と第２部材の間に流路を形成するチャンバーと、  前記アクチュエータの感温磁性体に連結されて前記チャンバー内で変位するダイアフラムと、  を含み、前記感温磁性体が前記第２位置から前記第１位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を増大し、前記感温磁性体が前記第１位置から前記第２位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を減少する。【００１０】  第３の観点では、電子機器を提供する。電子機器は、  上述したマイクロポンプと、前記マイクロポンプに用いられる前記アクチュエータの前記第１の部材と接触して配置される電子部品と、前記マイクロポンプに接続されて流体を循環させる循環系と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】  上述の構成によれば、電気エネルギーを供給しなくても、電子部品などの発熱体からの熱を利用して自律的に動作するアクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】圧電ダイアフラムを用いた従来のマイクロポンプ構造を示す図である。
【図２】実施例１におけるアクチュエータの一例として、磁性体のキュリー点を利用したマイクロポンプの構成を示す図である。
【図３Ａ】磁性体の温度特性を示すグラフである。
【図３Ｂ】実施例１のマイクロポンプの動作原理を説明するためのグラフである。
【図３Ｃ】実施例１のマイクロポンプの動作原理を説明するための図である。
【図４Ａ】図２のマイクロポンプの排出サイクルを示す図である。
【図４Ｂ】図２のマイクロポンプの流入サイクルを示す図である。
【図５Ａ】実施例２におけるアクチュエータの一例として、磁性体のキュリー点を利用したアクチュエータのシーソー機構の上面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ'断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＢ−Ｂ'断面図である。
【図６】図５Ｃのシーソー機構のスイッチング動作を示す図である。
【図７Ａ】マイクロポンプへのシーソー機構の適用例を示す上面図である。
【図７Ｂ】シーソー機構のマイクロポンプへの適用例を示すＡ−Ａ'断面図である。
【図８】感温磁性体を有するマイクロポンプの動作原理を説明するための図である。
【図９Ａ】感温磁性体を有するマイクロポンプの動作原理を説明するための図である。
【図９Ｂ】感温磁性体を有するマイクロポンプの動作原理を説明するための図である
【図１０】実施例３における感温磁性体のシーソー機構を利用したマイクロポンプの構成例を示す図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ'断面図である。
【図１２Ａ】マイクロポンプの中間部材に用いる第１基板の製造工程図である。
【図１２Ｂ】マイクロポンプの中間部材に用いる第１基板の製造工程図である。
【図１２Ｃ】マイクロポンプの中間部材に用いる第１基板の製造工程図である。
【図１３Ａ】マイクロポンプの中間部材に用いる第２基板の製造工程図である。
【図１３Ｂ】マイクロポンプの中間部材に用いる第２基板の製造工程図である。
【図１４】第１基板と第２基板の接合工程図である。
【図１５】中間部材に高温側の第１部材と、低温側の第２部材を組み合わせる工程図である。
【図１６】図７のシーソー機構の変形例を示す図である。
【図１７】図１６のシーソー機構のスイッチング動作を説明するための図である。
【図１８】図７のシーソー機構のさらに別の変形例を示す図である。
【図１９Ａ】実施例１又は実施例２のマイクロポンプの使用形態の例を示す図である。
【図１９Ｂ】実施例１又は実施例２のマイクロポンプの使用形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明の具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。以下の実施例では、磁性体のキュリー点を利用して自律的な駆動が可能なアクチュエータの構成と動作を説明する。アクチュエータの一例として、自律的に動作するマイクロポンプと、サーマルアクチュエータ又は感温スイッチを例にとって説明する。
【００１４】  いずれの例においても、高温側に配置された強磁性体（たとえば固定磁石）と、この強磁性体が使用される加熱環境温度よりも低いキュリー温度を有する感温磁性体とを組み合わせて用いる。感温磁性体の温度による透磁率変化により、固定磁石と感温磁性体との間に吸引力が発現、あるいは消失する。この現象を利用して、感温磁性体を、高温側部材と接触する第１位置と、低温側部材と接触する第２位置の間を自律的に変位する可動磁性体として用いる。感温磁性体は、高温側での吸熱と、低温側での放熱を繰り返す。
【００１５】  以下、具体的な構成と動作を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】  図２は、実施例１におけるアクチュエータの一例として、マイクロポンプ１０の概略構成を示す。図２（Ａ）はマイクロポンプ１０の上面図、図２（Ｂ）はＡ−Ａ'断面図である。【００１７】  マイクロポンプ１０は、第１の温度に加熱される高温側部材（第１部材）２１と、高温側部材２１と対向する低温側部材（第２部材）１１と、高温側部材２１と低温側部材１１の間に配置される中間部材３を有する。中間部材３は、第１の温度よりも低いキュリー温度を有して高温側部材２１と低温側部材１１の間を変位する感温磁性体（可動磁性体）１３と、この可動磁性体１３を所定の位置に復帰させる復元手段、たとえば弾性ダイアフラム（隔膜）１２を含む。【００１８】  高温側部材２１は、可動磁性体１３と接触する第１の面２１ａに、第１の温度よりも高いキュリー温度の固定磁石２３を含む起磁手段（磁束発生回路）２５を有する。可動磁性体１３が高温側の第１の面２１ａと接触する位置を、第１位置とする。低温側部材１１は、第１の面２１ａと対向する第２の面１１ａを有する。可動磁性体１３が低温側部材１１の第２の面１１ａと接する位置を、第２位置とする。ダイアフラム１２は、可動磁性体１３に取り付けられており、図２（Ｂ）の破線の仮想線で示すように、可動磁性体１３の移動にしたがって、チャンバー２６内で第１位置と第２位置の間を変位する。これによってチャンバー２６内に圧力変化を生じさせる。【００１９】  マイクロポンプ１０はまた、チャンバー２６内へ流体（不図示）を導入するインレット３１と、チャンバー２６から流体を排出するアウトレット３２と、流体の逆流を阻止するインレットバルブ１４及びアウトレットバルブ１５を有する。インレットバルブ１４とアウトレットバルブ１５は、破線の仮想線で示すように、ダイアフラム１２の動きに応じて開閉を行なう。【００２０】  図２の状態は、マイクロポンプ１０の初期状態を示している。したがって、インレットバルブ１４とアウトレットバルブ１５の両方が閉じている。また、可動磁性体１３は低温側部材１１と接する第２位置にあり、ダイアフラム１２に変形は生じていない。この例では、初期位置と低温側の第２位置とが一致している。実際の使用では、高温側部材２１の底面が、ＬＳＩチップや半導体パッケージなどの発熱体に接するように配置される。低温側部材１１は、たとえばウォータジャケットなどの放熱手段（不図示）と接するように配置されてもよいし、低温側部材１１の内部に冷媒を通すマイクロチャネル（不図示）を形成してもよい。【００２１】  可動磁性体１３は、発熱体による加熱温度よりも低いキュリー点を有する感温磁性体であり、たとえば、ＣｒＯ（キュリー温度：３８６Ｋ）、ＭｎＡｓ（３１８Ｋ）、Ｇｄ（２９２Ｋ）などを用いることができる。可動磁性体１３のキュリー温度が、加熱環境温度よりも低いことから、キュリー温度を境にその透磁率が大きく変化し、自発磁化力の消失と発現を生じる。【００２２】  高温側に配置される固定磁石２３は、発熱体による加熱温度よりも高いキュリー温度を有する強磁性体である。したがって、高温側部材２１が発熱体の熱を受けて第１の温度に加熱された場合でも、その透磁率は変化せず、強磁性としての性質を失わない。固定磁石２３を一対のコア部材２４ａ、２４ｂで挟み込んで、磁束を発生させる起磁手段（磁束発生回路）２５としてもよい。【００２３】  キュリー温度は磁性材料の組成によって変化する。たとえば、単一元素であれば、鉄Ｆｅは７７０℃前後の値を示すが、ニッケルＮｉは３６４℃、ガドリウムＧｄは２０℃と大きく異なる。また、フェライトのような酸化物磁性体においても、構成する金属酸化物の組成を変えることで、同程度の範囲のキュリー温度を得ることができる。たとえば、ニッケルＮｉと亜鉛Ｚｎを添加したフェライトにおいては、室温付近のキュリー温度を持たせることが可能である。【００２４】  図２のマイクロポンプでは、可動磁性体１３のキュリー温度を、発熱体による加熱環境温度よりも低く、かつ室温よりも高い温度範囲、たとえば５０℃に設定しておく。一方、固定磁石２３のキュリー温度は加熱環境温度よりも十分に高い温度、たとえば８００℃に設定する。【００２５】  図３Ａ〜図３Ｃは、磁性体のキュリー点の利用を説明する図である。図３Ａにおいて、横軸は温度、縦軸は磁性体の比透磁率［μｓ］である。キュリー点（Ｔｃ）より低い温度では、磁性体は高い比透磁率を有し、強磁性の性質を有する。温度が上昇してキュリー温度（Ｔｃ）を超えると、比透磁率は著しく低下する。この場合、外部磁場がないときは磁化をほとんど持たず磁場が印加されてもその方向に弱く磁化するだけである（常磁性）。【００２６】  上述のように、キュリー温度は材料の組成によって異なるので、実施例では、高温側の固定磁石２３に、加熱温度（第１の温度）よりも十分に高いキュリー点の強磁性材料を選択する。可動磁性体１３として、第１の温度よりも低く室温よりもやや高いキュリー点を有する強磁性材料を選択する。【００２７】  図３Ｂは、各温度での可動磁性体１３の変位量ｘ［ｍｍ］と、可動磁性体１３に作用する磁力［Ｎ］の関係を示すグラフである。グラフのＡ点は、図３Ｃにおいて可動磁性体１３が低温側部材１１と接する第２位置にある状態、すなわち変位ｘ＝０ｍｍの初期位置を示す。Ｂ点は、可動磁性体１３が高温側の固定磁石２３と接触する第１位置へ移動した状態、この例では変位ｘ＝１ｍｍの位置を示す。可動磁性体１３が固定磁石２１に吸引される方向を正の方向、ダイアフラム１２が有する復元力が働く方向を負の方向とする。【００２８】  グラフで、実線は室温〜３０℃での可動磁性体１３に作用する磁界の力、一点鎖線は８０℃のときに可動磁性体１３に作用する磁界の力である。ダイアフラム１２の復元力は、グラフの点線で示すように、室温で作用する磁力（実線）と、加熱温度で作用する磁力（一点鎖線）の間にあるように設定される。キュリー温度より低い温度では、可動磁性体１３は強磁性を示し、図３Ｃに示すように、固定磁石２３から生じる磁界の作用により、固定磁石２３側へと吸着される。変位量ｘが増えるにつれて、すなわち固定磁石２３（Ｂ点）に近づくにつれて、可動磁性体２３に作用する磁界の力（実線）は急増する。このときの力はダイアフラム１２の復元力よりも大きいため、可動磁性体１３は、復元力に抗して固定磁性体２３と接触する位置（Ｂ点）へ変位する。【００２９】  可動磁性体１３が高温側の��定磁石２３と接し、受熱により透磁率が低下すると、磁性体としての性質を消失する。このとき、固定磁石２３と接する第１位置（Ｂ点）の可動磁性体１３に作用する磁界の力（一点鎖線）は、グラフの点線で示すダイアフラム１２の復元力よりも小さい。したがって、可動磁性体１３はダイアフラム１２の復元力により、初期位置、すなわち低温側部材１１と接触する第２位置（Ａ点）へ復帰する。【００３０】  図４Ａと図４Ｂは、図３の原理に基づくマイクロポンプ１０の動作シーケンスを説明するための図である。まず、図４Ａでは、チャンバー２６内に冷媒（不図示）が導入され、ＣＰＵ等の図示しない発熱体上に高温側部材２１が配置される。図示しない発熱体の動作開始直後では、マイクロポンプ１０の環境温度は室温に近い。そのため、可動磁性体１３は高温側の固定磁石２３の磁界の影響を受け、ダイアフラム１２の復元力に打ち勝って、固定磁石２３と接する第１の位置へ変位する。これによって、可動磁性体１３に接着されたダイアフラム１２がチャンバー２６内に落ち込み、チャンバー２６の内圧が増大する。その結果、アウトレットバルブ１５が上方に開いて冷媒を排出する。排出後にチャンバー２６内の圧力が戻って、アウトレットバルブ１５は閉じる。このとき、インレットバルブ１４は閉じたままである。【００３１】  発熱体からの熱により高温側部材２１が加熱されると、固定磁石２３に吸着されている可動磁性体１３も高温側部材２１を介して加熱される。可動磁性体１３の温度がキュリー温度を超えた際に常磁性となり、固定磁石２３との間の吸引力が消われる。この場合、ダイアフラム１２の弾性変形による復元力のほうが、吸引力よりも大きくなる。その結果、図４Ｂに示すように、可動磁性体１３は低温側部材１１と接する第２位置に復帰する。ダイアフラム１２の復帰によって、チャンバー２６の内圧が減少する。その結果、インレットバルブ１４がチャンバー２６側に開き、冷媒が流入する。【００３２】  可動磁性体１３は、低温側で冷媒と接触して放熱し、キュリー温度よりも低い温度になる。そうすると、失われていた自発磁化力が回復し、固定磁石２３が生ずる磁界による吸引力がダイアフラム１２の復元力を上回る。可動磁性体１３は再度高温側に吸引され、図４Ａの状態になる。同時に、ダイアフラム１２がチャンバー２６内に落ち込み、チャンバー２６内の冷媒がアウトレットバルブ１５から排出される。この一連の動作を繰り返すことで、高温側の熱量を低温側に輸送することができる。これは高温側を冷却していることに他ならない。【００３３】  好ましい実施例として、固定磁石２３にアルニコマグネット（Alcomax）を使用し、可動磁性体１３に、キュリー温度が５０℃に設定された、Ni-Znフェライトを用いる。このフェライトの温度特性は、図３Ａに示されたものと同一である。室温付近では約２０００の比透磁率を示すが、温度を上げると５０℃前後から比透磁率が大幅に低下し、約８０℃で１に低下してしまう。【００３４】  このような系において、室温では、固定磁石２３の可動磁性体１３に対する最大吸引力は５Ｎで、１mm離間した初期位置では、０．５Ｎの吸引力が作用していた。これを８０℃にすると、最大吸引力は１Ｎを下回り、１mm離間した初期位置では、０．１Ｎの吸引力が作用していた（図３Ｂ参照）。【００３５】  ここで、ダイアフラム１２は、以下のように設計しておく。すなわち、低温側では０．４Ｎ（図３ＣのＡ点の状態）、高温側（図３ＣのＢ点の状態）では１．１Ｎの復元力が可動磁性体１３に作用するように設計しておく。これはダイアフラム１２の初期変形と復元力を利用することで容易に実現できる。【００３６】  このように設計することで、室温２０℃で、低温側Ａ点において固定磁石２３から作用する吸引力（0.5N）と、ダイアフラム１２の復元力（0.4N）の関係は０．５Ｎ＞０．４Ｎとなり、可動磁性体１３が低温側から高温側に引き寄せられる（図３Ｂの実線）。高温側Ｂ点では、５Ｎ＞１．１Ｎとなり、可動磁性体は高温側Ｂ点に吸着する（図３Ｂの一点鎖線）。【００３７】  低温側が室温あるいは冷媒により冷却されていると、可動磁性体１３とダイアフラム１２は放熱し、温度が低下する。３０℃まで低下すると、再度Ａ点へと変化し、０．５Ｎ＞０．４Ｎという力関係となる。その結果、可動磁性体１３は低温側を離れ高温側Ｂ点に吸着される。【００３８】  ＣＰＵ等の半導体素子を冷却するために図４Ａ、図４Ｂのサイクルを行なう場合は、有効面積４００ｍｍ2、深さ１ｍｍのチャンバー２６を形成しておくと、一回の動作（図４Ａの排出と図４Ｂの流入）により、０．４ｍｌ程度の体積の流体を流出することが期待できる。【００３９】  また、可動磁性体１３を、面積１００ｍｍ2、厚さ０．２ｍｍのフェライトとすると、熱容量は０．０８Ｊ／℃程度である。接触熱抵抗を含めた総熱抵抗を０．５Ｋ・Ｗとすると、温度変化の時定数はその積より、４０ｍｓと瞬時に吸熱あるいは放熱を完了することが可能である。実際の動作は流体の粘性抵抗によって制約を受けるが、仮に２５Ｈｚの動作を行うと、１０ｍｌ／ｓの流量が得られることになり、１００Ｗオーダーの熱量を輸送できることが期待される。
【実施例２】
【００４０】  図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、磁性体のキュリー点を利用したアクチュエータの構成を示す。実施例１では、可動磁性体１３を元の位置に復元させる手段として、弾性ダイアフラム１２の復元力を利用したが、実施例２では、位置復元手段としてシーソー機構５０を利用して、可動磁性体の位置の切り換えを行なう。このようなアクチュエータは、サーマルアクチュエータや感温スイッチとして使用することができる。【００４１】  図５Ａは、実施例２のシーソー機構５０の上面図、図５Ｂは図５ＡのＡ−Ａ'断面図、図５Ｃは図５ＡのＢ−Ｂ'断面図である。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、シーソー機構５０は、加熱環境温度よりも低いキュリー温度を有する一対の感温磁性体５３−１、５３−２を、剛体（支持リンク）５８の両端に配置し、回転軸心５７で支持された構成を有する。これにより、感温磁性体５３−１、５３−１を、可動磁性体５３−１、５３−２として使用することができる。【００４２】  高温側部材６１には、可動磁性体５３−１、５３−２の各々に対応する固定磁石６３−１、６３−２が配置されている。固定磁石６３−１、６３−２のキュリー温度は、高温側部材６１が使用される加熱環境温度（第１の温度）よりも高い。たとえば、８００℃のキュリー温度を有する組成の強磁性体を用いる。固定磁石６３−１、６３−２の各々と、コア部材６４ａ、６４ｂとで起磁手段６５を構成してもよい。他方、可動磁性体５３−１、５３−２のキュリー温度は、加熱環境温度（第１の温度）よりも低く、室温よりも高い。たとえば、５０℃のキュリー温度を有するＮｉ−Ｚｎ添加フェライトを用いる。【００４３】  シーソー機構５０は、第１の温度に加熱される高温側部材６１と、放熱側となる低温側部材５１との間に中間層３として配置され、高温側と低温側から熱的に絶縁されている。シーソー機構５０を構成する一対の可動磁性体５３−１、５３−２も、互いに熱的に絶縁されている。そのため、可動磁性体５３−１と固定磁石６３−１の組と、可動磁性体５３−２と固定磁石６３−２の組は、互いに独立したチャンバー６６−１、６６−２内に収容されている。チャンバー６６−１、６６−２は、断熱材のハウジング７２により形成されてもよい。【００４４】  図６は、シーソー機構５０のスイッチング動作を説明するための図である。図示の都合上、可動磁性部材５３−１と固定磁石６３−１の組と、可動磁性部材５３−２と固定磁石６３−２の組を互いに熱的に絶縁するチャンバー壁は、省略する。【００４５】  仮に初期状態で、高温側と低温側が同じ室温状態にあるとすると、一対の可動磁性体のいずれか一方（たとえば、可動磁性体５３−１）は固定磁石（たとえば固定磁石６３−１）に吸着され、他方は低温側に接している。このとき、高温側と接触している方の可動磁性体５３−１にはたらく吸引力は、低温側と接触している方の可動磁性体５３−２に働く吸引力よりも十分に大きい。したがって、回転軸心５７回りのトルクは、初期状態を保持する方向に働く。【００４６】  動作時には、高温側部材６１は任意の発熱体上に配置され、第１の温度に加熱される。図６（Ａ）の状態を初期状態とすると、高温側部材６１の吸熱作用にともなって、固定磁石６３−１に��着されている方の可動磁性体５３−１の温度が上昇する。可動磁性体５３−１がそのキュリー温度を超えて加熱されると、自発磁化力が著しく減退する。他方、初期状態で低温側に位置する他方の可動磁性体５３−２は、キュリー温度よりも低い室温で自発磁化力を保持している。このため、対応する固定磁石６３−２の磁力の作用を受けて、高温側へ向かうトルクＴＱ１が優勢になる。そして、可動磁性体５３−２は高温側の固定磁石５３−２に吸引される。反射的な効果として、常磁性となった一方の可動磁性体５３−１は、放熱側へ向かうトルクＴＱ２を受け、回転軸心５７の回りに低温側へ回動する。その結果、図６（Ｂ）に示す状態に移行する。図６（Ｂ）の状態では、低温側に移動した可動磁性体５３−１が高温側から受ける力は最小となる。逆に、高温側に移動した可動磁性体５３−２が高温側から受ける力は最大となり、接触状態が安定する。【００４７】  低温側に移動した可動磁性体５３−１は放熱することで温度が下がり、キュリー温度を下回るようになって自発磁化力を回復する。また、高温側に移動した可動磁性体５３−２の温度は上昇し、キュリー温度を超えて自発磁化力を失う。そうすると、力の大小関係が反転し、接触状態が反転して、図６（Ａ）の状態に戻る。【００４８】  このように、キュリー温度を利用し、シーソー機構５０で生じるトルクを可動磁性体５３−１、５３−２の位置復元手段として用いることで、一対の可動磁性体５３−１、５３−２は、互いに排他的な関係で吸熱と放熱を繰り返すことができる。なお、高温側と低温側で接触熱抵抗を等しくしておくことが望ましいが、可動磁性体５３−１、５３−２が低温側部材５１−１、５１−２と接触するときの可動磁性体からみた熱抵抗が、高温側部材６１−１、６１−２と接触するときの可動磁性体からみた熱抵抗よりも小さくてもよい。【００４９】  吸熱と放熱を繰り返す一連の動作は、高温側の熱量を低温側に輸送すること、すなわち高温側を冷却することに他ならない。したがって、このようなシーソー機構５０をマイクロポンプのような冷却構造に適用することができる。【００５０】  図７Ａ及び図７Ｂは、シーソー機構５０をマイクロポンプ７０に適用する例を示す。図７Ａは上面図、図７Ｂは図７ＡのＡ−Ａ'断面図である。マイクロポンプ７０は、図５Ａ−図５Ｃに示すシーソー機構５０と、可動磁性体５３−１と固定磁石６３−１の組と、可動磁性体５３−２と固定磁石６３−２の組の各々に対応するチャンバー６６−１、６６−２と、シーソー機構５０の動作に応じてチャンバー内の圧力を変化させる圧力変化手段としてのダイアフラム５２−１、５２−２を含む。【００５１】  ２つのチャンバー６６−１、６６−２は、回転軸心５７をはさんだ位置に設けられる。図７Ｂに示すように、それぞれのチャンバーにおいて、高温側部材６１と、冷却部が設けられることになる低温側部材５１を有している。高温部と低温部の間には、いずれかとも熱的に絶縁された中間層３を有する。ダイアフラム５２−１はチャンバー６６−１と面するように中間層３に設けられている。【００５２】  各チャンバー６６−１、６６−２には、冷媒などの流体を導入するインレット７１−１、７１−２と、流体を排出するア���トレット７２−１、７２−２が接続され、チャンバー６６−１、６６−２への流体の流入と排出を制御するインレットバルブ５４−１、５４−２、及びアウトレットバルブ５５−１、５５−２がそれぞれ設けられている。【００５３】  マイクロポンプ７０では、図５Ａ−図５Ｃを参照して説明したように、一方のチャンバー６６−１で可動磁性体５３−１が対応する固定磁石６３−１と接触しているときは、ダイアフラム５２−１がチャンバー６６−１内を圧迫して流体を排出する。このとき、他方のチャンバー６６−２では、可動磁性体５３−２が低温側部材５１と接触してダイアフラム５２を初期位置に保持するので、流体が流入する。【００５４】  好ましい実施例として、高温側部材６１で用いられる固定磁石６３−１、６３−２にアルニコマグネット（Alcomax）を使用し、可動磁性体５３−１、５３−２にキュリー温度が５０℃に設定されたＮｉ−Ｚｎフェライトを用いる。このフェライトは室温付近では約２０００の比透磁率を示すが、温度を上げると５０℃前後から比透磁率が急激に低下し、約８０℃で１に低下する。【００５５】  可動磁性体５３−１、５３−２は長さ４５ｍｍの支持リンク５８で支持され、支持リンク５８の中間点で回転できるように、支点（回転軸心）５７を設けておく。室温２０℃では、高温側の固定磁石６３における最大吸引力、すなわち可動磁性体５３が接触しているときの吸引力は５Ｎ、可動磁性体５３が０．８ｍｍ離間した場合に作用する吸引力は、１．１Ｎであった。これを８０℃にすると、固定磁石６３と可動磁性体５３との間の最大吸引力は１Ｎを下回り、０．８ｍｍ離間した位置では、０．１Ｎの吸引力が作用していた。【００５６】  図８、図９Ａ及び図９Ｂは、図７Ａ、図７Ｂに示したマイクロポンプ７０の動作原理を説明するための図である。図８において、実線は、室温〜３０℃の範囲でのシーソー機構５０の一方の可動磁性体５３−１に作用する磁界の力、破線は、他方の可動磁性体５３−２に作用する磁界の力を示す。一点鎖線は温度が８０℃のときにシーソー機構５０の一方の可動磁性体５３−１に作用する磁界の力、点線は他方の可動磁性体５３−２に作用する磁界の力を示す。【００５７】  図８及び図９Ａを参照すると、Ａ点は一方の可動磁性体５３−１が低温側部材５１と接触している状態（変位ｘ＝０ｍｍ）、Ｃ点は他方の可動磁性体５３−２が高温側の固定磁石６３−１と接触している状態を示す。図８及び図９Ｂを参照すると、Ｂ点はシーソーが働いて、一方の可動磁性体５３−１が高温側に+０．８ｍｍ移動して固定磁石６３−１と接触した状態、Ｄ点はシーソーが働いて、他方の可動磁性体５３−１が低温側に−０．８ｍｍ移動して低温側部材５１と接触した状態を示す。【００５８】  図８のグラフで実線（室温２０℃）では、低温側と接するＡ点において一方の可動磁性体５３−１に働く吸引力は１．１Ｎ、高温側と接するＣ点において他方の可動磁性体５３−２に働く吸引力は５Ｎである。リンク（剛体）５８の長さを４５ｍｍとすると、それぞれの可動磁性体５３−１、５３−２に働くトルクの大小関係は、    1.1(N)×22.5(mm) ＜ 5(N)×22.5(mm)となり、シーソー機構５０は、図９Ａの支点（回転軸心）５７回りに右まわり（時計回り）のト��クを発生するため、可動磁性体５３−１と５３−２は、それぞれＡ点およびＣ点で低温側と高温側に接触して安定する。【００５９】  高温側の温度が８０℃であり、可動磁性体５３−２が温度上昇して８０℃になった場合には、キュリー温度を超えた時点で常磁性に変化し、可動磁性体５３−２に作用する磁界の力がＣ'点に変化し、吸引力が１Ｎに低下する。低温側と接触するＡ点に働く吸引力は１．１Nなので、トルクの大小関係は、    1.1(N)×22.5(mm) ＞ 1(N)×22.5(mm)となり、力の方向が反転する。シーソー機構５０は回転軸左まわり（反時計回り）のトルクを発生するため、一方の可動磁性体５３−１はＡ点（変位ｘ＝０ｍｍ）からＢ点（変位ｘ＝０．８ｍｍ）に向かって移動する。その反射的な効果により、他方の可動磁性体５３−２はＣ'点からＤ'点に向かって移動を始める。その間に力の差はますます広がるためＢ点とＤ'点に到達する。このとき、Ｂ点では５Ｎ、Ｄ'点では０．５Ｎなので、トルクの大小関係は、    5(N)×22.5(mm) ＞ 0.5N×22.5(mm)となる。シーソー機構５０は支点（回転軸心）５７の回りに左まわりのトルクを発生するため、Ｂ点とＤ'にて安定する。【００６０】  冷却側にある可動磁性体５３−２が放熱し３０℃以下になると透磁率を回復してD点に変化し、可動磁性体５３−２に働く吸引力が１．１Ｎになる。一方、高温側にある可動磁性体５３−１が温度上昇し、８０℃ではＢ'点となり吸引力が１Ｎとなる。従って、トルクの大小関係は、      1(N)×22.5(mm) ＜ 1.1(N)×22.5(mm)となり、力の方向が反転する。シーソー機構５０は、回転軸右まわり（時計回り）のトルクを発生するため、可動磁性体５３−１はＢ'点からＡ'点に向かって移動する。他方の可動磁性体５３−２は、Ｄ点からＣ点に向かって移動を始める。その間に力の差はますます広がるためＡ'点とＣ点に到達する。このとき、Ａ'点では０．５Ｎ、Ｃ点では５Ｎなので、トルクの大小関係は、    0.5(N)×22.5(mm) ＜ 5N×22.5(mm)となり、シーソー機構は回転軸右まわりのトルクを発生する。これにより図９Ａの状態に戻って、Ａ'点とＣ点にて安定する。【００６１】  以上のサイクルを自律的に継続して動作することができる。この際に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、高温側にチャンバー６６−１、６６−２室を形成して流体を導入しておくと、Ａ点からＢ点への移動時にチャンバー６６−１での圧力が上昇し、アウトレット側の逆止弁が開き、流体を吐出させることができる。また、Ｂ点からＡ点への移動時にチャンバー６６−１の圧力が減少し、インレット側の逆止弁が開き、チャンバーに流体が流入することができる。【００６２】  上述した例では、シーソー機構５０の中点に回転軸５７を設け、左右の磁性体５３−１、５３−２に働く磁気吸引力の特性を等しくしたが、梃子の原理を利用して、力と回転半径の積が概ね同じになるように設計してもよい。いずれの場合も、電気エネルギーではなく熱エネルギーによってマイクロポンプを自律的に動作させることができる。【００６３】  このように、実施例２では、支点を設けたシーソー機構に取り付けた複数の可動磁性体の透磁率の温度変化を利用し、固定磁石と可動磁性体の間の吸引力と、他の可動磁性体からシーソー機構によって伝達される作用力を動力とする。  ポンプには低温側（冷却��）と高温側（発熱源）の界面を設け、可動磁性体５３−１、５３−２は低温側と断熱され、高温側と断熱される。一方の可動磁性体５３−１が吸引力により高温側に設けた固定磁石６３−１と接触すると温度上昇し、可動磁性体５３−１の透磁率が低下し吸着力が低下する。シーソー機構５０の他方の可動磁性体５３−２が発生する吸着力により、一方の可動磁性体５３−１に復元力が作用し、この復元力が低下した吸着力を上回ると、高温側から離脱して低温側に復帰し、低温側と接触して放熱させる。【００６４】  このようなマイクロポンプは、後述するように、強い冷却が必要になると自動的に動作する補助ポンプとして用いることができる。これにより、メインポンプの電力削減や、メインポンプ自体の削減あるいは低グレード化により、コストダウンが可能となる。また、冷却水路内で最も大きな圧力損失を生ずるウォータジャケット近傍にマイクロポンプを置くことによって、水路配管の水圧を低下させて漏水事故に対してのリスクを軽減することが可能となる。
【実施例３】
【００６５】  図１０は、シーソー機構を利用した別のマイクロポンプ８０の構成を示す図である。図１０の例では、シーソー機構５０Ａはシーソーを構成する支持リンク５８を一対のリンク５８で構成し、支点を２本のリンク５８に対して捩りバネ（トーションバー）８２−３で支持することによって回転軸５７を形成する。この構成は、軸受けの摩擦を軽減することができる。この場合の捻りバネによる復元力は、シーソー機構５０Ａを中点に戻そうという力が働くので、各状態に働く磁力に比べて十分に小さく設計しておくか、上述の力関係を崩さないように適切に設計する必要がある。【００６６】  また、一対の可動磁性体５３−１、５３−２をトーションバー８２−１、８２−２によりシーソー機構５０Ａのリンク５８に懸架して第２の回転軸を持たせてもよい。このようにすると、可動磁性体５３−１、５３−２が高温部や低温部と接触する際に、接触面積が増えるよう自己整合的に変形し、結果的に高温部や低温部との接触熱抵抗を低減することができる。このようなシーソー機構５０Ａの動作は、図９Ａ及び図９Ｂで示す動作と同様である。【００６７】  図１０のマイクロポンプ８０では、一対の可動磁性体５３−１、５３−２に対応して、高温側に固定磁石６３−１、６３−２が配置される。また、可動磁性体５３−１、５３−２に対応して円形のダイアフラム５２−１、５２−２が用いられ、対応するチャンバー６６−１、６６−２内部の圧力制御を行う。チャンバー６６−１には、インレットバルブ５４−１とアウトレットバルブ５５−１が設けられ、ダイアフラム５２−１の動きに応じて流体（冷媒等）を導入し、排出する。同様に、チャンバー６６−２には、インレットバルブ５４−２とアウトレットバルブ５５−２が設けられ、ダイアフラム５２−２の動きに応じて流体を導入し排出する。【００６８】  図１１は、図１０のマイクロポンプ８０のＡ−Ａ'断面図である。この断面図は、図１０のインレットバルブ５４−１から可動磁性体５３−１とそれを支持するトーションバー８２−１を通り、リンク５８と回転軸５７を支持するトーションバー８２−３に至る部分の断面構造を示すものである。【００６９】  図１０及び図１１を参照するなら、マイクロポンプ８０は、起磁手段としての磁石６３−１（６３−２）を有する高温側部材６１と、高温側部材に対向して放熱作用を有する低温側部材５１と、これらの間に位置して高熱側部材６１と接触する第１位置と、低温側部材５１と接触する第２位置との間を変位する感温磁性体５３−１（５３−２）と、感温磁性体５３−１（５３−２）を元の位置に復帰させるシーソー機構５０Ａを有する。高温側部材６１は少なくとも冷却対象である発熱体の温度にまで加熱される。感温磁性体５３−１（５３−２）は、加熱環境温度よりも低いキュリー温度を有する。マイクロポンプ８０はまた、高温側に流路を構成するチャンバー６６−１（６６−２）と、チャンバー６６内の圧力を制御するダイアフラム５２−１（５２−２）を有し、ダイアフラム５２−１は、可動磁性体５３−１の動きに応じて、チャンバー２６内を変位する。【００７０】  一例として、ＣＰＵ等の発熱部品（電子部品）を冷却する場合、直径２０ｍｍ、深さ０．８ｍｍのチャン��ー６６−１、６６−２を形成しておくと、一回の動作により０．２５ｍｌ程度の体積の流体が流出することが期待できる。【００７１】  また、可動磁性体５３−１、５３−２を、面積１００ｍｍ2、厚さ０．２ｍｍのフェライトとすると、熱容量は０．０８Ｊ／℃程度である。接触熱抵抗を含めた総熱抵抗が０．５Ｋ／Ｗであるとすると、温度変化の時定数はその積より、４０ｍｓと瞬時に吸熱あるいは放熱を完了することが可能である。実際の動作は流体の粘性抵抗によって制約を受けるが仮に２５Ｈｚの動作を行うと、６．２５ｍｌ／ｓの流量が得られることになり、１００Ｗオーダーの熱量を輸送できることが期待される。【００７２】  図１２Ａ〜図１５は、図１１に示すマイクロポンプ８０を作製する製造工程図である。まず、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、マイクロポンプ８０の中間部材３に用いる第１基板を作製する。図１２Ａに示すように、ＳＯＩ基板１０５の支持層（単結晶Ｓｉ：厚さ５２５um）１０３にレジスト１０４を塗布・パターニングして、ディープＲＩＥによりシリコン１０３をエッチング除去する。さらに、ＲＩＥにより中間酸化膜１０２（SiO2：厚さ１μｍ）を除去して、ホール１０７を形成する。その後、レジスト１０４を除去する。【００７３】  図１２Ｂに示すように、形成したホール１０７を焼結型として磁性体粉を埋め込む。たとえば、直径が数１０ｎｍ程度のフェライト、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化銅、のパウダーを一定比率でブレンドして、キャリアガスで吹きつけるエアロゾル成膜法により埋め込む。あるいは水や有機成分からなるバインダー液によりパウダーを繋ぎ、ホットプレス法やナノインプリント法により埋め込むことも可能である。この後、１０００℃前後の高温で熱処理して粉体をセラミック化することで、可動磁性体５３を形成する。ＳＯＩ基板１０５のデバイス層（単結晶Ｓｉ：厚さ３um）１０１にレジスト１０６を塗布・パターニングし、シリコン１０１とシリコン酸化膜１０２をエッチングする。【００７４】  図１２Ｃに示すように、レジスト１０６を除去する。これによりバルブ部分５４とダイアフラム部分５２が一体的に形成される。なお、図示はしないが、アウトレットバルブ５５も同時に一体形成される。再び支持層１０３側にレジスト１０８を塗布してパターニングし、シリコン１０３の所定の箇所をエッチングして開口１０９を形成し、レジスト１０８を除去する。これにより第１基板１００が形成される。【００７５】  次に、中間部材３に用いる第２基板を作製する。図１３Ａに示すように、別のシリコンウェーハ（単結晶Ｓｉ：厚さ５２５um）２０１を用い、レジスト２０２を塗布・パターニングし、シリコン２０１を１０μｍ程度ハーフエッチングする。これにより、所定の箇所に凹部２０３が形成される。【００７６】  次に、図１３Ｂに示すように、レジスト２０２を一旦除去し、再度レジスト２０４を塗布・パターニングし、シリコン２０１をディープＲＩＥにより所定の箇所２０５を除去して所望の形状に加工する。レジスト２０４を除去して、第２基板２００が完成する。これにより、リンク５８やトーションバー（捩りバネ）８２−１、８２−２（不図示）、８２−３を有する第２基板２００が形成される。【００７７��  次に、図１４に示すように、第１基板２００を第１基板１００上に接合する。たとえば清浄な表面同士を直接接合し、１０００℃の接合アニールを行うことで、強固な接合が可能である。【００７８】  図１５では、別途作製した銅板５１、たとえば厚さ１ｍｍで一部０．５mmにエッチングした銅板６１を用意する。この銅板版５１の上にエポキシ接着剤３０１を１００umディスペンスして２００℃でベークし、銅板５１上に接着する。この部分が、低温側部材２となる。同様に別途用意した銅板６１、たとえば、厚さ１mmの銅板６１上に永久磁石６３−１、６３−２（不図示）を接着し、エポキシ樹脂３０２で固める。チャンバーフレームとなる厚さ０．８ｍｍのシリコーンフィルム３０５を型抜きしてからエポキシ樹脂３０２上にマウントする。この部分が、高温側部材１となる。中間部材３を挟んで、高温側部材１と低温側部材２を対向させて組み合わせ、各ポンプチップを切り出すことによって、図１１に示すシーソー機構５０Ａを有するマイクロポンプ８０が完成する。【００７９】  図１６は、実施例３の変形例としてのシーソー機構５０Ｂを示す。この例では、支持リンク９８を２層構造にして、中点における回転軸９７ａを２つ設ける。また、一対の可動磁性体５３−１、５３−２の各々に、回転軸９６ｂ、９７ｃをそれぞれ２つずつ設ける。このようにすることで、可動磁性体５３−１、５３−２が平行に上下するため、高温部や低温部との接触熱抵抗を低減することができる。この様子を説明する。【００８０】  図１７は、図１６のシーソー機構５０Ｂのスイッチング動作を示す図である。図１７（Ａ）において、室温（初期状態）では、可動磁性体５３−１、５３−２の双方が自発磁化力を有しているが、固定磁石６３−１から可動磁性体５３−１に作用する力のほうが、固定磁石６３−２から可動磁性体５３−２に作用する力よりも大きいので、この状態で安定している。【００８１】  動作時に、高温側部材６１が発熱体（不図示）の熱を受けて加熱されると、可動磁性体５３−１も高温側部材６１を介して加熱される。このとき、可動磁性体５３−１は２つの回転軸９７ｂで保持されているので、片当たりすることなく、全面で高温側部材６１−１と接触している。同様に、可動磁性体５３−２も２つの回転軸９７ｃで保持されているので、片当たりすることなく全面で低温側部材５１−２と接触している。したがって、熱伝導の効率が良い。【００８２】  可動磁性体５３−１がそのキュリー温度を超えて加熱されると自発磁化力を失い、固定磁石６３−１からの吸引力が低下する。他方、可動磁性体５３−２は低温側と全面で接触しているので自発磁化力を保持し、固定磁石６３−２から可動磁性体５３−２に作用する吸引力が、可動磁性体５３−１に作用する吸引力を超える。その結果、図１７（Ｂ）に示すように、可動磁性体５３−２が高温側部材６１と接触する。シーソー機構５０Ｂの反射的効果として、可動磁性体５３−１は低温側部材５１−１と接触する。可動磁性体５３−１、５３−２の各々が、それぞれ２つずつ回転軸９７ｂ、９７ｃで回転可能に保持されているので、高温側部材６１−１、６１−２と接触する第１位置と、低温側部材５１−１、５１−２と接触する第２位置の間を��並行移動して全面で接触することができる。【００８３】  図１８は、実施例３のさらに別の変形例としてシーソー機構５０Ｃ、５０Ｄを示す図である。図１８（Ａ）において、高温部材６１に円柱の固定磁石６３−１と、それを取り巻くリング状のコア材６４を埋め込むことで、起磁回路７５−１を構成する。同様に、円柱の固定磁石６３−２と、それを取り巻くリング状のコア材６４を埋め込むことで、起磁回路７５−２を構成する。このような構成で、図１７と同様の動作をさせることができる。【００８４】  図１８（Ｂ）では、リング磁石９３−１、９３−２内に、それぞれ鉄心ソレノイドコイル９４−１、９４−２を配置することで起磁回路を構成する。このとき、磁気回路内に発生する磁束が貫通するようなコイル配置とする。温度差によってシーソー機構５０Ｄが動作を始めたときに、コイル９４−１、９４−２を貫通する磁束密度が増減するので、コイル９４−１、９４−２の両端には起電力が発生する。これを電力として利用することができる。あるいは、熱源が十分な発熱を行わないアイドル状態にある場合には、永久磁石９３−１、９３−２の発生する磁束と反対向きに磁束を発生させるようにコイル９４−１、９４−２に電流を流すことで、電力を与えてマイクロ可動機構を動作させることも可能である。【００８５】  図１９Ａ及び図１９Ｂは、マイクロポンプの使用形態例としての電子機器の図である。これらの例では、マイクロポンプ３１０は電子機器３００Ａ、３００Ｂの一部として用いられる。すなわち、電子部品とともにＰＣ筐体、サーバーラック等の筐体３０１内に配置されて、発熱体の冷却に用いられる。マイクロポンプ３１０は、実施例１〜３のいずれのマイクロポンプであってもよい。【００８６】  図１９Ａの電子機器３００Ａでは、マイクロポンプ３１０は主ポンプとして使用されている。スタンドアロンＰＣなどでシングルＣＰＵの場合は、マイクロポンプ３１０を主ポンプとして使用することができる。この場合、ＣＰＵ３５０の使用率に応じてマイクロポンプ３１０が自律的に動作し、電力を供給しなくても冷却流量を増加することができる。【００８７】  図１９Ｂの電子機器３００Ｂのように、ラックサーバなどで複数のＣＰＵ３１０（図示の便宜上、単一のＣＰＵのみを図示）を冷却する場合は、主ポンプ３３０を追加し、マイクロポンプ３１０を副ポンプ（補助ポンプ）として用いる。この場合もＣＰＵ３５０の使用率に応じてマイクロポンプ３１０が自律的に動作して冷却量を増加できる。この構成により、主ポンプ３３０の電力を低減することができる。【００８８】  図１９Ａ、図１９Ｂにおいて、熱源（ＣＰＵ３５０などの電子部品）とウォータジャケット（あるいはマイクロチャネルヒートシンク）３４０の温度差を利用してマイクロポンプ３１０が動作すると、図中、矢印で示すように、冷媒流体が循環する。【００８９】  図１９Ａの場合、マイクロポンプ３１０のアウトレット３１５から排出された冷媒流体は、熱交換器又はラジエター３２０と電動ファン３２１、リザーブタンク３２５をとおってウォータジャケット３４０に入る。冷媒は、マイクロポンプ３１０を通して伝達された熱量を受け取り、マイクロポンプ３１０のインレット３１４に入る。そして、熱源３５０とウォータジャケット３４０の温度差によりアウトレットから排出される。熱交換器３２０は熱源から受け取った熱量を２次側冷媒に移動する装置であり、２次側冷媒が空気の場合はラジエターである。【００９０】  図１９Ｂの場合は、主ポンプ３３０から排出された冷媒流体はリザーブタンク３２５を介してウォータジャケット３４０に入り、マイクロポンプ３１０を通して伝達された熱量を受け取り、マイクロポンプ３１０のインレット３１４に入る。熱源３５０とウォータジャケット３４０の温度差を利用してマイクロポンプが動作すると、アウトレット３１５から流体が排出され、熱交換器３２０をとおり主ポンプ３３０に循環する。【００９１】  マイクロポンプが無い場合は、主ポンプ３３０は、ウォータジャケット３４０と往復の配管と熱交換機３２０の間の全ての圧力損を加味して流体を加圧・循環しなければならない。そのため、高い圧力を生成する必要がある。また、主ポンプ３３０からウォータジャケット３４０の間の配管は高い陽圧となり、接続部に高い信頼性を必要とする。流体の流量を制御してポンプの消費電力を低減する、あるいは排出する流体の温度を上げて熱交換器３２０での交換率を稼ぐことも考えられるが、ウォータジャケット３４０から熱源３５０へと熱の逆流を伴うリスクが高く、高度なポンプ制御を必要とするため実現できなかった。【００９２】  本実施形態により、マイクロポンプ３１０はウォータジャケット３４０から流体を吸いだす機能を果たすことが可能である。マイクロポンプ３１０が動作しているときは、主ポンプ３３０は主ポンプ３３０からウォータジャケット３４０までの流路と、ウォータジャケット３４０の圧力損の一部をカバーする圧力を生成すればよい。このようにマイクロポンプ３１０を補助ポンプとして機能させると圧力の上昇点が全体に分散されるため、流体の循環システムにとっても信頼性を向上する手段となる。冷却水路内で最も大きな圧力損失を生ずるウォータジャケット３４０の近傍にマイクロポンプ３１０を配置することによって、水路配管の水圧を低下させて漏水事故に対してのリスクを軽減することが可能となる。【００９３】  マイクロポンプ３１０が動作していないときは全流路の圧力損を主ポンプ３３０がカバーする必要があり、簡単に見積ると流量が１／２〜１／３程度に低下する。しかし、このときは熱源３５０の発熱が少なく、本来的に発熱が少ないときなので、冷却能力の低下はむしろ望ましい。しかもマイクロポンプ３１０では熱源３５０からウォータジャケット３４０に向かって一方通行に熱が移動し逆流することは無い。つまり従来に比べてポンプの消費電力を低減することが可能である。【００９４】  以上説明したように、いずれの実施例においても、可動磁性体のキュリー温度前後の磁力変化を動力とし、低温側（冷却側）と高温側（発熱源）の界面に設けた可動磁性体を高温側と接触する第１位置と、低温側と接触する第２位置の間で変位させる。また、透磁率の変化によって位置移動した可動磁性体をもとの位置に復帰させる復元手段を設けることによって、往復運動を実現し、電力供給なしに動作するポンプあるいはスイッチとして機能させることができる。【００９５】  ポンプとして用いるときは、可動磁性体にダイアフラムを取り付け、可動磁性体の動きに合わせてダイアフラムをポンプチャンバー内で上下させる。実施例２、３のように位置復元手段としてシーソー機構を用いる場合は、一方の可動磁性体が高温側に吸着して対応するチャンバーの圧力を増加させ、他方の可動磁性体が低温側と接触して対応するチャンバー内に負圧を発生させる。この構成により効率よく冷却を循環させることができる。【００９６】  また、上述した実施例１〜３の構成を適宜組み合わせることができる。たとえば、実施例１、実施例２において、高温側の固定磁石をリング磁石とし、リング内に鉄心ソレノイドコイルを配置する構成を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】  スイッチ、アクチュエータの他、他発熱体の冷却、特に電子部品をパッケージ化した電子デバイスの冷却に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】３  中間層１０、７０、８０、３１０  アクチュエータ（マイクロポンプ）１１、５１  低温側部材（第２の部材）１２、５２、５２−１、５２−２  弾性膜又はダイアフラム（復元手段）１３、５３、５３−１、５３−２  可動磁性体（感温磁性体）１４、５４−１、５４−２  インレットバルブ１５、５５−１、５５−２  アウトレットバルブ２１、６１  高温側部材（第１の部材）２３、６３−１、６３−２  固定磁石（起磁手段）２５、６５  起磁回路（起磁手段）２６、６６−１、６６−１  チャンバー５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ  シーソー機構（復元手段）５７、９７、９７ａ  回転軸心５８、９８  支持リンク３００Ａ、３００Ｂ  電子機器３３０  主ポンプ３４０  ウォータジャケット（放熱手段）３５０  ＣＰＵ（発熱体）
【図１】
2012114485.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
2012114485.tif 000021
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2012114485.tif 000029
【図１８】
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【図１９Ａ】
2012114485.tif 000031
【図１９Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月26日(2013.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
起磁手段を含み、少なくとも第１の温度に加熱される第１の部材と、
前記第１の部材と対向して配置される第２の部材と、
前記第１の部材と第２の部材の間に位置し、前記第１の部材と接触する第１位置と、前記第２の部材と接触する第２の位置との間を変位する感温磁性体であって、前記第１の温度よりも低く、前記第２の部材の温度よりも高いキュリー温度を有する感温磁性体と、
前記感温磁性体を前記第１の位置から前記第２の位置に復帰させる復元手段と
を含むアクチュエータ。
【請求項２】
前記復元手段の復元力は、前記第１位置における前記起磁手段と前記感温磁性体との間の吸引力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記復元手段の復元力は、前記第２位置における前記起磁手段と前記感温磁性体との間の吸引力よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記起磁手段は、前記第１の温度よりも高いキュリー温度を有する強磁性体を含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
一対の前記感温磁性体と、一対の前記起磁手段とを有し、
前記復元手段は、前記一対の感温磁性体が両端に配置された支持リンクと、前記支持リンクを回動可能に支持する支点とを有するシーソー機構であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記シーソー機構は、前記感温磁性体の各々を、前記支持リンクの対応する端部に対して回転可能に保持する回転軸をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記一対の感温磁性体の各々は、前記第１位置と、前記第２位置の間を並行に移動することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ
【請求項８】
前記一対の感温磁性体の一方が前記第１位置で前記第１部材と接触するときは、前記一対の感温磁性体の他方は前記第２位置で前記第２部材と接触することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記第１部材と前記第２部材の間に流路を形成するチャンバーと、
前記アクチュエータの感温磁性体に連結されて前記チャンバー内で変位するダイアフラムと、
を含み、前記感温磁性体が前記第２位置から前記第１位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を増大し、前記感温磁性体が前記第１位置から前記第２位置に移動するときに、前記ダイアフラムは前記チャンバー内の圧力を減少することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
請求項９に記載のマイクロポンプと、
前記マイクロポンプに用いられる前記アクチュエータの前記第１の部材と接触して配置される電子部品と、
前記マイクロポンプに接続されて流体を循環させる循環系と、
を含む電子機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図３Ｂは、各温度での可動磁性体１３の変位量ｘ［ｍｍ］と、可動磁性体１３に作用する磁力［Ｎ］の関係を示すグラフである。グラフのＡ点は、図３Ｃにおいて可動磁性体１３が低温側部材１１と接する第２位置にある状態、すなわち変位ｘ＝０ｍｍの初期位置を示す。Ｂ点は、可動磁性体１３が高温側の固定磁石２３と接触する第１位置へ移動した状態、この例では変位ｘ＝１ｍｍの位置を示す。可動磁性体１３が固定磁石２３に吸引される方向を正の方向、ダイアフラム１２が有する復元力が働く方向を負の方向とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
グラフで、実線は室温〜３０℃での可動磁性体１３に作用する磁界の力、一点鎖線は８０℃のときに可動磁性体１３に作用する磁界の力である。ダイアフラム１２の復元力は、グラフの点線で示すように、室温で作用する磁力（実線）と、加熱温度で作用する磁力（一点鎖線）の間にあるように設定される。キュリー温度より低い温度では、可動磁性体１３は強磁性を示し、図３Ｃに示すように、固定磁石２３から生じる磁界の作用により、固定磁石２３側へと吸着される。変位量ｘが増えるにつれて、すなわち固定磁石２３（Ｂ点）に近づくにつれて、可動磁性体１３に作用する磁界の力（実線）は急増する。このときの力はダイアフラム１２の復元力よりも大きいため、可動磁性体１３は、復元力に抗して固定磁性体２３と接触する位置（Ｂ点）へ変位する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
このように設計することで、室温２０℃で、低温側Ａ点において固定磁石２３から作用する吸引力（0.5N）と、ダイアフラム１２の復元力（0.4N）の関係は０．５Ｎ＞０．４Ｎとなり、可動磁性体１３が低温側から高温側に引き寄せられる（図３Ｂの実線）。高温側Ｂ点では、５Ｎ＞１．１Ｎとなり、可動磁性体は高温側Ｂ点に吸着する（図３Ｂの破線）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図１０及び図１１を参照するなら、マイクロポンプ８０は、起磁手段としての磁石６３−１（６３−２）を有する高温側部材６１と、高温側部材に対向して放熱作用を有する低温側部材５１と、これらの間に位置して高熱側部材６１と接触する第１位置と、低温側部材５１と接触する第２位置との間を変位する感温磁性体５３−１（５３−２）と、感温磁性体５３−１（５３−２）を元の位置に復帰させるシーソー機構５０Ａを有する。高温側部材６１は少なくとも冷却対象である発熱体の温度にまで加熱される。感温磁性体５３−１（５３−２）は、加熱環境温度よりも低いキュリー温度を有する。マイクロポンプ８０はまた、高温側に流路を構成するチャンバー６６−１（６６−２）と、チャンバー６６内の圧力を制御するダイアフラム５２−１（５２−２）を有し、ダイアフラム５２−１は、可動磁性体５３−１の動きに応じて、チャンバー６６内を変位する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
図１５では、別途作製した銅板５１、たとえば厚さ１ｍｍで一部０．５mmにエッチングした銅板５１を用意する。この銅板版５１の上にエポキシ接着剤３０１を１００umディスペンスして２００℃でベークし、銅板５１上に接着する。この部分が、低温側部材２となる。同様に別途用意した銅板６１、たとえば、厚さ１mmの銅板６１上に永久磁石６３−１、６３−２（不図示）を接着し、エポキシ樹脂３０２で固める。チャンバーフレームとなる厚さ０．８ｍｍのシリコーンフィルム３０５を型抜きしてからエポキシ樹脂３０２上にマウントする。この部分が、高温側部材１となる。中間部材３を挟んで、高温側部材１と低温側部材２を対向させて組み合わせ、各ポンプチップを切り出すことによって、図１１に示すシーソー機構５０Ａを有するマイクロポンプ８０が完成する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図１６は、実施例３の変形例としてのシーソー機構５０Ｂを示す。この例では、支持リンク９８を２層構造にして、中点における回転軸９７ａを２つ設ける。また、一対の可動磁性体５３−１、５３−２の各々に、回転軸９７ｂ、９７ｃをそれぞれ２つずつ設ける。このようにすることで、可動磁性体５３−１、５３−２が平行に上下するため、高温部や低温部との接触熱抵抗を低減することができる。この様子を説明する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2012114485.tif 000033
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2012114485.tif 000034
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２Ａ】
2012114485.tif 000035
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2012114485.tif 000036
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2012114485.tif 000037
【国際調査報告】
2012114485.tif 000038
2012114485.tif 000039
2012114485.tif 000040