JPH01194877A - 往復運動装置及び往復運動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超伝導体を利用した往復運動装置及び往復運
動方法に関し、特に臨界温度以下で出現するマイスナ効
果により外部から何等の制御信号を必要とせずに運動を
継続し得るものである。

〔従来の技術〕

往復運動や間歇的なオンオフ運動には、例えばバルブの
開閉、つめ車の駆動（ラチェットドライブ）、パーツフ
ィーダなどの振動装置の駆動、或いは電磁リレーやスイ
ッチなどの吸引機構その他極めて多種あるが、従来はこ
れらの運動源として、一般に磁気エネルギーや流体エネ
ルギーが慣用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらのものは、例えば電力を磁力或いは圧縮空気力、
油圧力等にエネルギー変換することにより得られた駆動
制御信号で所望の駆動を行わせるものである。したがっ
て、その駆動制御信号を供給し続けなければ作動を停止
してしまうという問題がある。

本発明は、超伝導体の固有の性質の一つとして知られる
「マイスナー効果」、すなわち、超伝導体が臨界温度よ
り高い温度域にあっては常磁性を示し、臨界温度より低
い温度領域にあっては反磁性を示すという特異の性質に
着目して、外部から何等の駆動制御信号を与えることな
しに、往復運動２間歇運動を永久的に続けることができ
る往復運動装置および往復運動方法を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成する本発明の第一の発明は、所定位置
に固定した磁石と、その磁石に対向して配した超伝導体
及びその超伝導体を前記磁石に向って付勢する付勢手段
を共有する超伝導体部と、前記超伝導体を臨界温度以下
に冷却する冷媒を保温貯蔵する冷却部と、その冷却部に
接触して吸熱される接触面を有して冷却部と超伝導体部
とを連結する熱伝導体からなる可動部とを備え、前記超
伝導体部は、前記可動部の接触面が冷媒により吸熱され
る状態のとき磁石に反発され、非吸熱状態のとき磁石に
吸引されるように構成した往復運動装置である。

また本発明の第二の発明は、磁石に対峙して配置した超
伝導体を、常時磁石に近接せしめるように付勢すると共
に、熱伝導体を介して離接可能に冷却手段に連結し、熱
伝導体が冷却手段と接したとき超伝導体はその臨界温度
以下に冷却されて反磁性となり、その磁気反発力で前記
付勢に抗して磁石から離れ、同時に熱伝導体が冷却手段
から離れ、超伝導体はその臨界温度以上になって反磁性
を失い、かくして超伝導体に温度変化を与えて超伝導体
に間歇的に反磁性を出現させることにより繰り返し往復
運動させる往復運動方法である。

〔作用〕

可動部の熱伝導体の端部の接触面が冷却部である冷媒槽
壁面や冷媒液面等に接触して吸熱されると、熱伝導体の
伝熱作用で超伝導体は熱を奪われて臨界温度以下に冷却
され、超伝導状態を呈する。

そのためマイスナー効果により超伝導体と磁石との間に
反発力が作用し、付勢手段の付勢力に抗して両者が隔離
される。と同時に、冷却部に接触していた熱伝導体の接
触面が隔離されて非吸熱状態になる。その結果、超伝導
体は雰囲気の熱を吸収して臨界温度以上となり超伝導状
態が破れる。したがってマイスナー効果が消失して超伝
導体と磁石との間の反発力が消える。これにより、付勢
手段のばね反発力或いは磁気吸引力などの付勢力で超伝
導体部は磁石に吸引されるが又は当接する。

すると熱伝導体の端部の接触面が再び冷却部に接触して
吸熱され臨界温度以下に冷却される。このサイクルで、
冷媒さえあれば超伝導体部の往復運動が半永久的に繰り
返される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。なお、各図中、同−又は相当部分には同一符号を
付しである。

第１図は第一の実施例であり、給油管１の通油路２を開
閉する開閉弁３の弁体４を、図で上下方向（矢符号イ）
に往復駆動させる弁開閉用アクチュエータとしての往復
運動装置ＩＯを模式的に表している。

この往復運動装置１０は、被駆動体である開閉弁３の近
くに設置されるものであり、ケースＣの所定位置に固定
された永久磁石１１と、その永久磁石１１に対向して配
した超伝導体１２及びその超伝導体１２を永久磁石１１
に向かつて付勢する（吸引される）付勢手段としての強
磁性体１３を共有する超伝導体部１４と、超伝導体１２
を臨界温度以下に冷却する冷媒Ｒを保温して貯蔵してい
る冷却部としての冷媒槽１５と、冷媒Ｒに接触して吸熱
される接触面１６を有して冷媒槽１５と超伝導体部１４
とを連結する熱伝導体からなる可動部■７とを備えてお
り、この可動部１７が被駆動体である弁体４に、連結操
作棒１８を介して連結されている。なお、開閉弁３のケ
ーシングは図示を省略しである。

更に詳説すると、超伝導体１２は、その臨界温度（Ｔｃ
）が高いものの方が冷却が容易で好ましい。例えば、こ
の実施例で用いたいわゆる第２世代セラミックスとして
知られるイツトリウム・バリウム・銅・酸素（Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−０）系のＹＢ　ａ　ｚ　Ｃｕ　ｘ　Ｏｙであれ
ば、その臨界温度が９０度Ｋにも及び、沸点７７．３５
度にの安価な液体窒素を冷媒として利用できる点で、有
利である。しかしこれに限定されるものではなく、臨界
温度がより低い金属超伝導材として知られるＰｂ（Ｔｃ
＝７．２Ｋ）、Ｎｂ　（９，３Ｋ）や合金のＮｂＴｉ（
９，８Ｋ）或いは金属間化合物のＮｂ５Ｓｎ（１８，５
Ｋ）、Ｎｔ）＋Ｇｅ　（２３，４Ｋ）等でも、沸点が４
゜２５度にの液体ヘリウムを用いることにより利用可能
である。同様の意味で、新たな超伝導材料として提示さ
れている例えばＢａＢ１０．（Ｔｃ＝９に〜１２に、特
開昭６０−１７３８８５号）やＢａＰｂ１−ｘＢｉｘＱ
、−δ（Ｔｃ＝１０゜ＯＫ〜１１．７に、特開昭６１−
２１５２９６号）等も利用可能と考えられる。又、上記
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の組成分のＹを例えばランタノイ
ド系の元素であるＬａ（ランタン）やＥｕ（ユーロピウ
ム）等で置換することで得られる超伝導物質もひろく利
用可能であり、更にセラミック系や金属系の超伝導物質
に限らず、有機物系超伝導物質も利用し得る。

付勢手段１３は、この実施例では強磁性体材料（Ｆｅ、
Ｇｏ、Ｎｉ又はこれらの合金）を用いて、リング状に形
成してあり、そのリングを円板状の超伝導体１２の外周
にはめこみ、超伝導体部１４として一体に形成されてい
る。

冷却部である冷媒槽１５は、例えばこの実施例で冷媒Ｒ
として用いる液体窒素を貯蔵して保存するべく十分に断
熱された構造を有する。そして、槽本体１５Ａの上部に
は、冷媒Ｒの液面上にできるだけ小さな断面積にして立
ち上げた後、水平方向に延長させたレバー挿通路１５Ｂ
が形成されている。

可動部１７は、例えば銅又はアルミニウム又はこれらの
合金のような熱伝導率の極めて高い金属製の棒で形成さ
れている。その一端側はＬ字形に折曲され、端面が冷媒
Ｒの液面との接触面１６とされ、反対端には超伝導体部
１４が接着等の手段で固着してあり、支点１７Ａで揺動
自在に支持した揺動レバーとして上記のレバー挿通路１
５Ａ内に挿通して装着されている。

この揺動レバーである可動部１７が突き出るレバー挿通
路１５Ａの末端開口は、断熱ゴムからなる可撓性のシー
ル部材１９で封止されている。

次に作用を説明する。

可動部１７は、端部の接触面１６が冷却部である冷媒槽
１５内の液体窒素（沸点７７．３５Ｋ）Ｒの液面に接触
した状態で急激に吸熱される。すると熱伝導体の急速な
伝熱作用で、可動部１７の反対端側の超伝導体１２は、
急速に熱を奪われて臨界温度（この場合は略９０Ｋ）以
下に冷却され、超伝導状態を呈すると共に、マイスナー
効果により反磁性となる。その結果、超伝導体１２と永
久磁石１１との間に反発力が作用する。この反発力は、
永久磁石１１と付勢手段である強磁性体リング１３との
間に常時作用している磁気吸引力より強い。そこで、超
伝導体１２はその磁気吸引力に抗して永久磁石１１から
下方に向かって隔離される。これにより、連結操作棒１
８の先端にある開閉弁３の弁体４が下方に移動して、通
油路２が開かれる。

一方、反磁性となった超伝導体１２が永久磁石１１の磁
力に反発して下方に向かって隔離されると同時に、可動
部である揺動レバー１７が支点１７Ａを軸としてシーソ
ー運動を行い、反対端にある接触面１６が上に向かって
移動する。この移動で、冷却槽１５内の液体窒素Ｒに接
触していた揺動レバー１７の接触面１６が液体窒素の液
面から上方に隔離されて非吸熱状態になる。その結果、
超伝導体１２は雰囲気の熱を吸収して９Ｒ界温度以上に
温まり、超伝導状態が破れる。すなわち、超伝導体１２
のマイスナー効果が消失して超伝導体１２と永久磁石１
１との間の反発力が消える。すると今度は、付勢手段で
ある強磁性体リング１３に作用している永久磁石１１の
磁気吸引力で、超伝導体部１４は上方に移動して永久磁
石１１に吸引される。これにより、揺動レバー１７は支
点１７Ａを軸として上記と反対方向にシーソー運動を行
い、連結操作棒１８の先端にある開閉弁３の弁体４が上
方に移動して、通油路２が閉じられる。

同時に、反対端の接触面１６が下がり、再び液体窒素Ｒ
に接触して吸熱され臨界温度以下に冷却される。

以上のサイクルは、液体窒素Ｒさえあれば半永久的に繰
り返されるから、停止手段で強制的に停止させない限り
、超伝導体部１４の往復運動が行われて、開閉弁３は自
動的に開閉を続ける。

上記の往復運動装置１０は、被駆動装置を開閉弁３とし
た場合のアクチュエータとしたものであるが、その他種
々の被駆動装置のアクチュエータとして利用できる。

第２図には往復運動装置の他の実施例を示す。

この往復運動装置２０は、原理的には上記第一の実施例
と同様であるが、構造の点で異なっている。すなわち熱
伝導体からなる可動部１７を、揺動レバーではなくコ字
形断面の上下動ブロックとし、その内面に超伝導体１２
と強磁性体１３からなる超伝導体部１４を固着している
。一方、その超伝導体部１４と僅かの隙間を置いて対峙
する永久磁石１１は、液体窒素Ｒを貯蔵した冷媒槽１５
の底面に発泡ゴム又はセラミック等の断熱材２１を介し
て固着しである。

可動部１７の下面中央部には下方に延びるアーム２２が
固着されており、その先端は連結操作捧１８の一端に当
接させである。連結操作棒１８は支点１８ＡでケースＣ
に揺動自在に支持され、その他端側はケース外に突き出
し、被駆動体に連繋される。

超伝導体１２の温度が臨界温度以上であれば、超伝導性
が破れマイスナ効果が作用しないため、強磁性体１３が
永久磁石１１の磁力に吸引されて上昇し、可動部１７の
両端部の接触面１６が共に冷媒槽１５に当接して・吸熱
される。これにより超伝導体１２が冷却されて臨界温度
以下に下がると、超伝導性を示すとともにマイスナ効果
で反磁性となり、永久磁石１１の磁力に反発してストッ
パ２３の位置まで下降する。この下降で可動部１７の接
触面１６は冷媒槽１５から離れる。そのため超伝導体１
２の冷却は止まる。この上下動のサイクルで可動部１７
のアーム２２が行う矢符号ホの上下運動が、連結操作棒
１８の揺動く矢符量へ）として取り出されて、図外の被
駆動体の連続的な駆動が行われる。

なお、２５はこの第二実施例の可動部１７の両端部付近
に巻いたヒータ若しくは磁力コイルであり、これに電流
を流すことで超伝導体の超伝導状態を強制的に破るなど
、可動部１７の接触面１６と冷媒槽１５との離接を制御
するようにしてもよい。

上記各実施例の往復運動装置１０．２０により駆動され
る被駆動体としては、先に述べた開閉弁３の他にも種々
ある。

第３図は、その−例であり、間歇駆動装置３０を示して
いる。回転軸３１で支持される回転輪体３２の外周に多
数の歯３３が等ピッチで形成されている。往復運動袋Ｗ
１０，２０の可動部である揺動レバー１７の先に延長さ
れた連結操作棒１８の先端には爪Ｎが取り付けである。

往復運動装置１０の揺動レバー１７が上記のように揺動
動作するか、又は往復運動装置２０のアーム２２が上下
動して、連結操作棒１８が矢符号口の方向に往復運動を
行うと、爪Ｎが歯３３との係止と離脱を繰り返し、回転
輪体３２を矢符号ハの方向に、間歇的に回転運動させる
ものである。

第４図は、被駆動体の更に他の例として、ポンプ装置４
０を示している。ポンプボディ４１に設けられたピスト
ン室４２内に、ピストン４３が摺動自在に嵌合され、ピ
ストン室４２の下部にはピストン４３の下降で閉止する
逆止弁４４が設けられると共に、ピストン室４２の側面
にはピストン４３の上昇で閉止する逆止弁４５が設けら
れている。そして、連結操作棒１８の先端は、前記ビス
トン４３にビン４６を介して連繋している。

この場合は、連結操作棒１８が矢符号二の方向に往復運
動を行うと、ピストン４３が上下に摺動を繰り返ずから
、逆止弁４４と４５とが交互に開閉して、汲みあげた流
体を、間歇的に吐出するものである。

往復運動装置が適用できる被駆動装置としては、その他
にも、振動を利用して小物部品を整理しつつ輸送するパ
ーツフィダー装置２間歌曲に信号が出力される間歇スイ
ッチ、圧電素子と組み合わせてパルス電圧を発生する装
置など多種のものが考えられる。

往復運動装置１０．２０はそれらの往復運動装置の駆動
源となるが、その利用に際して、電気モータなどの他の
駆動装置における如き発熱が無く、又スパークなど電気
ノイズの発生も皆無という特性を有している。従って通
常の雰囲気や環境の下での利用は勿論であるが、特に温
度変化を嫌う恒温室内での利用、電子工業などの超精密
分野用の駆動源としての利用、冷温環境の保持を必要と
する分野での利用、防爆を要する雰囲気下での利用など
に有利である。更に、冷却源が確保されれば、永久的に
往復運動を維持できるから、例えば宇宙空間での各種機
器の駆動源としても好適である。

また更に、ジョセフソン素子程高速高感度ではないが、
スイッチにも応用可能である。

なお、上記各実施例では、超伝導体Ｉ２を永久磁石１１
に向けて付勢する付勢手段として、磁気吸引力を利用す
べく強磁性体１３を用いたが、こさに代えて、コイルば
ねのような弾性体の弾性反発力を利用することも可能で
ある。

また、可動部１７の構成材として銅、アルミニウム等の
金属熱伝導体を用いるものとしたが、適当な液媒体を封
入した熱輸送装置としてのヒートバイブを利用する可能
性も考えられる。

又、図示してないが、冷却部、可動部及び超伝導部を適
宜断熱することが必要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、超伝導体の磁性
がその臨界温度Ｔｃを界に変化するマイスナ効果を利用
して、磁石と超伝導体とを対置させると共にその超伝導
体を臨界温度以下に冷却し得る冷却部と超伝導体とを熱
伝導体を介して離接自在に連結し、熱伝導体が冷却部と
離れて磁性反発力を失うと付勢手段で磁石に吸引又は当
接させ、これにより熱伝導体が冷却部と接して超伝導体
が冷却されると反磁性に変わり磁石に反発するようにし
た。そのため、外部から何等の駆動信号を与えずに、往
復運動２間歇運動を自動的に続けることができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す往復駆動装置の模式断
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す往復駆動装置
の模式断面図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の往復
駆動装置により駆動される被駆動体を例示する模式断面
図である。 図中、１０．２０は往復運動装置、１１は磁石、１２は
超伝導体、１３は強磁性体、１４は超伝導体部、１５は
冷却部としての冷媒槽、１６は接触面、１７は可動部で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定位置に固定された磁石と、その磁石に対抗し
   て配した超伝導体及びその超伝導体を前記磁石方向に付
   勢する付勢手段を共有する超伝導体部と、前記超伝導体
   を臨界温度以下に冷却する冷媒を保温貯蔵する冷却部と
   、その冷却部に接触して吸熱される接触面を有して冷却
   部と超伝導体部とを連結する熱伝導体からなる可動部と
   を備え、前記超伝導体部は、前記可動部の接触面が冷媒
   により吸熱される状態のとき磁石に反発され、非吸熱状
   態のとき磁石に吸引されるように構成したことを特徴と
   する往復運動装置。
2. （２）磁石に対峙して配置した超伝導体を、常時磁石に
   近接せしめるように付勢すると共に、熱伝導体を介して
   離接可能に冷却手段に連結し、熱伝導体が冷却手段と接
   したとき超伝導体はその臨界温度以下に冷却されて反磁
   性となり、その磁気反発力で前記付勢に抗して磁石から
   離れると同時に熱伝導体が冷却手段から離れて超伝導体
   はその臨界温度以上になって反磁性を失い、超伝導体に
   温度変化を与えて超伝導体に間歇的に反磁性を出現させ
   ることにより繰り返し往復運動させることを特徴とする
   往復運動方法。