JP4870595B2 - 磁気式動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸状部材の磁石体とベース部材の磁石体との間の磁力により、軸状部材の回転移動とベース部材の往復移動との間において動力の伝達を行う磁気式動力伝達装置に関するものである。

この種の磁気式動力伝達装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１においては、自身の軸心回りに回転可能に配設した軸状部材と、軸状部材の軸心方向に沿って往復移動可能、かつ軸状部材の軸心回りには回転が規制された状態で軸状部材に貫挿されたベース部材とを備え、これら軸状部材とベース部材との間において動力を伝達するもので、軸状部材の外周面及びベース部材の内周面にそれぞれ互いに対向する態様で螺旋状の永久磁石が同一のピッチで設けられている。軸状部材の永久磁石とベース部材の永久磁石とは、互いに磁極が異なるものであり、相互間の磁力によって吸引力が作用している。

この磁気式動力伝達装置では、例えば電動モータ等の駆動源によって軸状部材をその軸心回りに回転させると、ベース部材の永久磁石に対して軸状部材の永久磁石が相対的に螺進するため、互いの吸引力により永久磁石の螺進方向に沿ってベース部材が一方方向へ移動することになる。軸状部材の回転方向を変更すれば、螺進方向が逆向きとなるため、軸状部材に対するベース部材の移動方向も逆となる。

この種の磁気式動力伝達装置によれば、軸状部材とベース部材とが直接接触していないため、動作中の騒音がきわめて小さい、両者が摩耗しない、過大な入力があった場合にも損傷を来す虞れがない、等々の利点がある。

特許第２７７７１３１号公報

ところで、この種の磁気式動力伝達装置では、少なくとも軸状部材、もしくはベース部材の一方が、所望とする移動距離よりも十分な長さを有している必要がある。例えば、特許文献１に記載されたものにあっては、ベース部材に対して軸状部材の全長が十分に大きく構成されており、この軸状部材に沿ってベース部材を移動させることにより、所望の移動距離を得るようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載の構成において、軸状部材の全長に亘ってベース部材を移動させるには、軸状部材のすべてに永久磁石を構成しなければならず、製造コストを考慮した場合、必ずしも好ましいとはいえない。また、軸状部材の全長に亘って永久磁石を構成したものにあっては、その重量もきわめて大きなものとならざるを得えない。

本発明は、上記実情に鑑みて、所望とする移動距離が大きい場合にも軽量化及び製造コストの低減を図ることのできる磁気式動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る磁気式動力伝達装置は、外周面に自身の軸心を中心として永久磁石を螺旋状に構成した磁石体を備え、自身の軸心回りに回転可能に配設した軸状部材と、軸状部材の外周面に対向する対向部分に軸状部材の軸心方向に沿って複数の永久磁石を並設した磁石体を備え、軸状部材の軸心方向に沿って直線状に往復移動可能に配設したベース部材とを備え、これら軸状部材の磁石体とベース部材の磁石体との間の磁力により、軸状部材の回転移動とベース部材の往復移動との間において動力の伝達を行う磁気式動力伝達装置であって、前記ベース部材の磁石体は、軸状部材の軸心に沿って所定の基準長さを有するように構成したものであり、前記軸状部材の磁石体は、少なくとも任意の中央磁石体を挟んで互いに隣接する一対の側部磁石体を備え、軸状部材とベース部材とが軸状部材の軸心方向に沿って相対的に移動した場合に一方の側部磁石体において軸状部材の一端部側に位置する端面部がベース部材の磁石体に対向する領域から逸脱すると同時に他方の側部磁石体において軸状部材の一端部側に位置する端面部がベース部材の磁石体に対向する領域に進入する態様で互いの間に所定の間隙を確保して等間隔に配設したものであることを特徴とする。

本発明によれば、軸状部材及びベース部材のいずれか一方に設けた基準長さの磁石体に対して、他方の磁石体が常に２個対向する態様で互いの間に間隙を確保するようにしているため、他方の磁石体の数を可及的に減少させた上で両者の間に脱調を招来することなく動力を確実に伝達することが可能となる。これにより、所望とする移動距離が大きい場合にも、軽量化及び製造コストの低減を図ることができるようになる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る磁気式動力伝達装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明に係る磁気式動力伝達装置を適用した磁気式アクチュエータを示したものである。ここで例示する磁気式アクチュエータは、例えば工作機械において被加工物であるワークを保持するワークテーブルを工具に対して位置決めするための駆動源として適用されるもので、アクチュエータ本体１０を備えている。アクチュエータ本体１０は、一対の軸受板１１と、これら軸受板１１の間に架け渡した一対の側板１２とを備えて直方体状に構成したものである。軸受板１１は、それぞれが矩形状を成す平板状部材であり、互いに平行となるように設けてある。側板１２は、図２において軸受板１１の左右に位置する縁部から互いに平行となるように延在したものである。

また、この磁気式アクチュエータは、図１〜図３に示すように、軸状部材２０及びガイドレール部材１３を備えている。

軸状部材２０は、一対の軸受板１１の相互間距離よりも大きな全長を有した円柱状を成すもので、個々の端部が軸受板１１の中心部を貫通し、かつ自身の軸心回りに回転可能となる態様で軸受板１１の間に架設してある。

この軸状部材２０には、複数の太径部２１が設けてある。太径部２１は、軸状部材２０の軸心Ｃを中心として径外方向に膨出した円柱状部分であり、軸状部材２０の軸心方向に沿って互いに等間隔となる位置に設けてある。

ガイドレール部材１３は、一対の軸受板１１の間に架け渡した唯一の平板状部材であり、図２において軸受板１１の下方に位置する縁部の間に設けてある。図１〜図３からも明らかなように、ガイドレール部材１３は、一対の側板１２の相互間隔よりも小さい幅に構成してあり、各側板１２との間にそれぞれ間隙を確保し、かつ軸状部材２０の軸心方向に沿う態様で延設してある。

このガイドレール部材１３には、図１〜図３に示すように、一対の側板１２の間となる部位にベース部材３０が配設してある。ベース部材３０は、スライドベース３１及び一対の支持プレート３２を備えて構成したものである。

スライドベース３１は、軸状部材２０の軸心Ｃに直交する方向の幅がガイドレール部材１３よりも大きく、かつ軸状部材２０の軸心方向に沿った長さがアクチュエータ本体１０の側板１２よりも小さく構成した平板状部材であり、その外表面に対となるレールガイド３１ａを備えている。レールガイド３１ａは、互いの間にガイドレール部材１３を嵌合することのできる間隙を確保した状態でスライドベース３１から突設したものである。このスライドベース３１は、対を成すレールガイド３１ａの間にガイドレール部材１３を配置し、かつその外表面をガイドレール部材１３に当接させた状態で一対の側板１２の間に配設してあり、ガイドレール部材１３を案内として軸状部材２０の軸心方向に沿って往復移動することが可能である。

一対の支持プレート３２は、スライドベース３１の両側縁部から互いに平行となる態様で立設した平板状部材である。図２及び図３に示すように、これら支持プレート３２は、互いに対向する内表面が軸状部材２０の外周面を覆い、かつ軸状部材２０からの距離が同一となるようにスライドベース３１に取り付けてある。

さらに、上記磁気式アクチュエータには、軸状部材２０における太径部２１の外周面及び一対の支持プレート３２の内表面にそれぞれ磁石体２２，３３が構成してある。

軸状部材２０の磁石体（以下、「軸磁石体２２」という）は、図４に示すように、軸状部材２０の軸心Ｃを中心として太径部２１の外周部に螺旋状に構成したものである。本実施の形態では、外周面に現れる磁極が互いに異なる態様で第１永久磁石２２Ａと第２永久磁石２２Ｂとを一定の等ピッチで二条の螺旋を描くように巻回させることにより、複数の太径部２１にそれぞれ軸磁石体２２を構成するようにしている。第１永久磁石２２Ａ及び第２永久磁石２２Ｂは、それぞれ磁性体に予め着磁することによって構成したものである。軸状部材２０の軸心Ｃに対して軸磁石体２２の各永久磁石２２Ａ，２２Ｂが描く螺旋の傾斜角度αは、本実施の形態の場合、それぞれ４５°である。

支持プレート３２の磁石体（以下、「支持磁石体３３」という）は、図５に示すように、外表面に現れる磁極が互いに異なる態様で直線状の第１永久磁石３３Ａと第２永久磁石３３Ｂとを軸状部材２０の軸心方向に沿って交互に並設することにより構成したものである。それぞれの永久磁石３３Ａ，３３Ｂは、軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２の永久磁石２２Ａ，２２Ｂに対して１対１で対向するように、太径部２１の軸磁石体２２に対してほぼ同一となるピッチで、かつ軸状部材２０の軸心Ｃに対して４５°の傾斜角度βをもって配設してある。

さらに、図６の詳細構成に示すように、一方の支持プレート３２に構成した支持磁石体３３と、他方の支持プレート３２に構成した支持磁石体３３とは、軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２に対して互いに異なる方向にオフセットしてある。すなわち、図６の上方に位置する支持プレート３２では、太径部２１に構成した軸磁石体２２の各永久磁石２２Ａ，２２Ｂに対して軸状部材２０の軸心Ｃに沿って右側にオフセットするように永久磁石３３Ａ，３３Ｂが並設してある。これに対して図６の下方に位置する支持プレート３２では、太径部２１に構成した軸磁石体２２の各永久磁石２２Ａ，２２Ｂに対して軸状部材２０の軸心Ｃに沿って左側にオフセットするように永久磁石３３Ａ，３３Ｂが並設してある。

ここで、上記のように、支持プレート３２に構成した支持磁石体３３の永久磁石３３Ａ，３３Ｂと軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２の永久磁石２２Ａ，２２Ｂとが、軸状部材２０の軸心方向に沿って互いの中心軸線がオフセットされた場合には、図７に示すように、そのオフセット量に応じて軸状部材２０の軸心方向に沿った磁気吸引力（磁気付勢力）が作用することになる。

具体的には、図７の右方側に示すように、支持磁石体３３の永久磁石に対して軸磁石体２２の永久磁石を右側にオフセットした場合には、軸磁石体２２の永久磁石と支持磁石体３３の永久磁石との間に両者の中心軸線が一致するように軸状部材２０に対して支持プレート３２を右方向に向けて移動させる磁気吸引力Ｆが作用する。これに対して図７の左方側に示すように、支持磁石体３３の永久磁石に対して軸磁石体２２の永久磁石を左側にオフセットした場合には、軸磁石体２２の永久磁石と支持磁石体３３の永久磁石との間に両者の中心軸線が一致するように軸状部材２０に対して支持プレート３２を左方向に向けて移動させる磁気吸引力−Ｆ（図７において右側に向かう力を正とする）が作用する。軸磁石体２２の永久磁石と支持磁石体３３の永久磁石との間に作用する磁気吸引力の大きさは、オフセット量が増大するに従って漸次増大し、その後、オフセット量の増大に伴って漸次減少するようになる。

本実施の形態では、軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２の任意の永久磁石２２Ａ，２２Ｂに対して一方の支持プレート３２に構成した支持磁石体３３の永久磁石３３Ａ，３３Ｂとの間に作用する磁気吸引力と、他方の支持プレート３２に構成した支持磁石体３３の永久磁石３３Ａ，３３Ｂとの間に作用する磁気吸引力とがそれぞれほぼ最大値となり、かつ軸状部材２０の軸心方向に沿って互いに逆向きに作用するように、それぞれの永久磁石２２Ａ，２２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂをオフセットして配設してある。図には明示していないが、軸磁石体２２の永久磁石２２Ａ，２２Ｂに対向する支持プレート３２の永久磁石３３Ａ，３３Ｂは、一方の支持プレート３２と他方の支持プレート３２とで互いに同一の数となるようにそれぞれの寸法が設定してある。つまり、軸磁石体２２の永久磁石２２Ａ，２２Ｂそれぞれに対しては、一方の支持プレート３２との間（第１の対向位置）において支持磁石体３３の永久磁石３３Ａ，３３Ｂが対向し、かつ他方の支持プレート３２との間（第２の対向位置）において支持磁石体３３の永久磁石３３Ａ，３３Ｂが対向することになる。

また、図３に示すように、支持プレート３２の支持磁石体３３及び軸状部材２０の軸磁石体２２は、軸状部材２０に対して支持プレート３２を往復移動させた場合に常に２つの軸磁石体２２のみが支持プレート３２の支持磁石体３３と対向するようにそれぞれの寸法が設定してある。より具体的に説明すれば、支持プレート３２の支持磁石体３３において軸状部材２０の軸心方向に沿った長さを基準長さＸとした場合、任意の軸磁石体２２（以下、適宜「中央磁石体」という）を挟んで互いに隣接する一対の軸磁石体２２（以下、適宜「側部磁石体」という）においてそれぞれ軸状部材２０の一端部側に位置する端面２２ａの相互間距離がこの基準長さＸと合致するように、それぞれ支持プレート３２の支持磁石体３３及び軸状部材２０の軸磁石体２２が構成してある。つまり、軸状部材２０とベース部材３０とが軸状部材２０の軸心方向に沿って相対的に移動した場合に、中央磁石体２２を基準として一方の側部磁石体２２の端面２２ａがベース部材３０の支持磁石体３３，３３に対向する領域から逸脱すると同時に他方の側部磁石体２２の端面２２ａがベース部材３０の支持磁石体３３，３３に対向する領域に進入する態様で互いの間に所定の間隙を確保して等間隔に配設してある。

上記のように構成した磁気式アクチュエータでは、例えばベース部材３０の支持磁石体３３，３３を構成する永久磁石３３Ａ，３３Ｂに対して軸状部材２０の螺旋状を成す軸磁石体２２の各永久磁石２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ互いに異なる磁極を対向させた状態が駆動待機状態となる。この駆動待機状態から、例えばアクチュエータ本体１０の移動を規制した状態で図示せぬ電動モータ等の駆動源により軸状部材２０をその軸心回りに一方方向に回転させると、ベース部材３０の支持磁石体３３，３３に対して軸状部材２０の螺旋状を成す軸磁石体２２が螺進することになる。ベース部材３０は、スライドベース３１を介してガイドレール部材１３に当接しているため、軸状部材２０の軸心回りの回転が規制された状態にある。この結果、ベース部材３０の支持磁石体３３と軸状部材２０の軸磁石体２２との間に作用する磁気吸引力により、軸状部材２０及びアクチュエータ本体１０に対してベース部材３０が軸状部材２０の軸心方向に沿って一方方向へ移動することになる。軸状部材２０の回転方向を変更すれば、螺旋状を成す軸磁石体２２の螺進方向が逆向きとなるため、軸状部材２０に対するベース部材３０の移動方向も逆となる。従って、例えばアクチュエータ本体１０を固定体に保持させる一方、ベース部材３０をワークテーブルに保持させれば、電動モータの回転によってワークテーブルを往復移動させ、任意の位置に配置することが可能となる。

ここで、上記の磁気式アクチュエータにおいては、軸状部材２０の軸磁石体２２を構成する永久磁石２２Ａ，２２Ｂとベース部材３０の支持磁石体３３を構成する永久磁石３３Ａ，３３Ｂとを互いにオフセットして配置し、対向する永久磁石２２Ａ，２２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂの間に作用する磁気吸引力の方向が、相互に対応する複数組の対向位置において軸状部材２０の軸心方向に沿って互いに逆向きとなるように構成している。従って、軸状部材２０とベース部材３０とは、常に逆向きの電磁吸引力が釣り合った位置で停止し、かつその位置を維持するようになる。これにより、軸状部材２０の回転を停止すれば、これに応じてベース部材３０の移動も直ちに停止してその位置を維持するようになり、両者の位置決め精度を向上させることが可能となる。

この場合、軸状部材２０の軸磁石体２２を構成する永久磁石２２Ａ，２２Ｂ及びベース部材３０の支持磁石体３３を構成する永久磁石３３Ａ，３３Ｂの寸法を正確に規定する必要はなく、単に互いに逆方向に作用する磁気吸引力が釣り合えば良い。従って、軸状部材２０の軸磁石体２２を構成する永久磁石２２Ａ，２２Ｂ及びベース部材３０の支持磁石体３３を構成する永久磁石３３Ａ，３３Ｂの幅を合致させる必要がない等、磁気式アクチュエータの製造作業を容易化することも可能となる。

しかも、軸状部材２０とベース部材３０とが直接接触するものではないため、ベース部材３０が移動する際の騒音がきわめて小さい、両者が摩耗しない、過大な入力があった場合にも損傷を来す虞れがない、等々の利点がある。

さらに、上記磁気式アクチュエータによれば、ベース部材３０に設けた基準長さＸの支持磁石体３３に対して常に２つの軸磁石体２２のみが支持プレート３２の支持磁石体３３と対向するようにそれぞれの寸法が設定してある。従って、所望とするベース部材３０の往復移動距離に対して、軸状部材２０はその全長が往復移動距離に応じた長さとなるものの、軸状部材２０に設ける軸磁石体２２の数を可及的に減少させることが可能となる。これにより、磁気式アクチュエータに大きな移動距離が要求される場合にも、軽量化及び製造コストの低減を図ることができるようになる。この場合、軸状部材２０の全長に関わらず、支持プレート３２の支持磁石体３３に対して常に２つの軸磁石体２２が対向するのであるから、軸状部材２０の回転移動と支持プレート３２の往復移動とが脱調してずれてしまう事態を招来する虞れもない。

尚、上述した実施の形態では、軸状部材を回転させた場合にベース部材を往復移動させるようにした磁気式アクチュエータに適用する動力伝達装置を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、シリンダアクチュエータ等の駆動源によってベース部材を往復移動させることにより軸状部材を回転させるようにしたものにも適用することが可能である。

また、上述した実施の形態では、軸状部材の磁石体に対してベース部材に互いに平行となる態様で一対の磁石体を設けるようにしているため、これら軸状部材の磁石体とベース部材の磁石体との間の磁力によって軸状部材に曲げ力を作用させることなく照射の間の動力伝達効率を向上させることが可能となるが、必ずしもベース部材の磁石体は一対である必要はなく、軸状部材の磁石体とベース部材の磁石体とをオフセットして配置する必要ももちろんない。

さらに、上述した実施の形態では、図６に示すように、ベース部材に構成した磁性体の幅に比べて軸状部材に構成した磁性体の幅が小さいものを例示しているが、本発明ではこれらに限定されず、ベース部材に構成した磁性体の幅に対して軸状部材に構成した磁性体の幅を大きく構成しても良いし、両者を同一の幅（必ずしも正確に一致している必要はない）に構成しても構わない。

尚、上述した実施の形態では、円柱状を成す軸状部材と平板状を成すベース部材との間の動力伝達を行う場合に、軸状部材の太径部に設けた円柱状を成す磁性体の外周面に対してベース部材の支持プレートに平板状を成す磁性体を配設しているが、例えば図８に示す変形例のように構成すれば、両者の間の動力伝達効率をより高めることが可能である。

すなわち、図８の変形例では、ベース部材１３０の支持プレート１３２に半円筒状の凹面１３３ａを有した支持磁石体１３３を配設し、この凹面１３３ａを軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２に対向させるようにしたものである。図８に示す変形例のベース部材１３０は、実施の形態と同様に、スライドベース１３１及び一対の支持プレート１３２を備えて構成したものである。スライドベース１３１は、対を成すレールガイド１３１ａの間にガイドレール部材１３を配置し、かつその外表面をガイドレール部材１３に当接させた状態で配設してあり、ガイドレール部材１３を案内として軸状部材２０の軸心方向に沿って往復移動することが可能である。軸状部材２０に太径部２１が構成され、さらにこの太径部２１の外周部に軸磁石体２２が螺旋状に構成してあるのは実施の形態と同様である。支持磁石体１３３の凹面１３３ａは、軸状部材２０の軸心Ｃを中心として形成されたものであり、軸状部材２０の太径部２１に構成した軸磁石体２２の外周面に対して一定の間隙を確保した位置に配置してある。

上記のように構成した変形例の磁気式アクチュエータによれば、軸状部材２０の軸磁石体２２とベース部材１３０の支持磁石体１３３との間の対向面積が増大することになり、上述した実施の形態が奏する作用効果に加え、両者の間の動力伝達効率を向上させることが可能となる。

尚、図８の変形例では、支持磁石体１３３に半円筒状の凹面１３３ａを構成しているが、必ずしも半円筒状である必要はなく、円筒状の凹面であれば必ずしも半円である必要はない。また、支持磁石体１３３の凹面は、必ずしも一つの磁性体で構成する必要はなく、複数個の集合体として円筒状の凹面を構成するようにしても良い。

本発明の実施の形態である磁気式動力伝達装置を適用した磁気式アクチュエータの斜視図である。 図１に示した磁気式アクチュエータの横断面図である。 図１に示した磁気式アクチュエータの要部平面図である。 図１に示した磁気式アクチュエータの軸状部材に構成した磁性体の配置態様を模式的に示す概念図である。 図１に示した磁気式アクチュエータの軸状部材及びベース部材に構成した磁性体の配置態様を模式的に示す概念図である。 図１に示した磁気式アクチュエータの軸状部材及びベース部材に構成した磁性体の配置態様を詳細に説明するための概念図である。 図１に示した磁気式アクチュエータにおいて軸状部材とベース部材との間に作用する磁気力とオフセット量との関係を示すグラフである。 図１に示した磁気式アクチュエータの変形例を示す要部横断面図である。

符号の説明

１０ アクチュエータ本体
２０ 軸状部材
２１ 太径部
２２ 磁石体
２２Ａ，２２Ｂ 永久磁石
３０ ベース部材
３１ スライドベース
３２ 支持プレート
３３ 支持磁石体
３３Ａ，３３Ｂ 永久磁石
Ｃ 軸状部材の軸心

Claims (1)

1. 外周面に自身の軸心を中心として永久磁石を螺旋状に構成した磁石体を備え、自身の軸心回りに回転可能に配設した軸状部材と、
   軸状部材の外周面に対向する対向部分に軸状部材の軸心方向に沿って複数の永久磁石を並設した磁石体を備え、軸状部材の軸心方向に沿って直線状に往復移動可能に配設したベース部材と
   を備え、これら軸状部材の磁石体とベース部材の磁石体との間の磁力により、軸状部材の回転移動とベース部材の往復移動との間において動力の伝達を行う磁気式動力伝達装置であって、
   前記ベース部材の磁石体は、軸状部材の軸心に沿って所定の基準長さを有するように構成したものであり、
   前記軸状部材の磁石体は、少なくとも任意の中央磁石体を挟んで互いに隣接する一対の側部磁石体を備え、軸状部材とベース部材とが軸状部材の軸心方向に沿って相対的に移動した場合に一方の側部磁石体において軸状部材の一端部側に位置する端面部がベース部材の磁石体に対向する領域から逸脱すると同時に他方の側部磁石体において軸状部材の一端部側に位置する端面部がベース部材の磁石体に対向する領域に進入する態様で互いの間に所定の間隙を確保して等間隔に配設したものである
   ことを特徴とする磁気式動力伝達装置。

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