(57)【要約】【課題】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を可能とする。【解決手段】磁石配列２０では、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の複数の永久磁石が、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。グラファイトからなる反磁性体１０は、この磁石配列２０により形成された磁界の反発力により磁気浮上している。この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と、レーザ光が照射された部分の温度が上昇して磁化率の絶対値が小さくなり、その部分だけ浮上距離が短くなる。その結果、反磁性体１０には、レーザ光を照射した側に移動する力が働くので、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。【選択図】図８
2014054129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６８６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
［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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、反発力Ｆmagは、下記の式により算出される。
【数１】
2014054129.tif 000003
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
[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。
【００３４】
[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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
[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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
[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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
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
【図１】
2014054129.tif 000004
【図２】
2014054129.tif 000005
【図３】
2014054129.tif 000006
【図４】
2014054129.tif 000007
【図５】
2014054129.tif 000008
【図６】
2014054129.tif 000009
【図７】
2014054129.tif 000010
【図８】
2014054129.tif 000011
【図９】
2014054129.tif 000012
【図１０】
2014054129.tif 000013
【図１１】
2014054129.tif 000014
【図１２】
2014054129.tif 000015
【図１３】
2014054129.tif 000016
【図１４】
2014054129.tif 000017
【図１５】
2014054129.tif 000018
【図１６】
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