特許 6038712 回転―直線運動変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6038712

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】回転―直線運動変換装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 49/00 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   F16H49/00 A

【請求項の数】17

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2013-76905(P2013-76905)

(22)【出願日】2013年4月2日

(65)【公開番号】特開2014-202233(P2014-202233A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2016年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100108394

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100101063

【弁理士】

【氏名又は名称】松丸 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100114546

【弁理士】

【氏名又は名称】頭師 教文

(74)【代理人】

【識別番号】100153903

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100162330

【弁理士】

【氏名又は名称】広瀬 幹規

(72)【発明者】

【氏名】杉田 聡

(72)【発明者】

【氏名】唐 玉▲棋▼

(72)【発明者】

【氏名】三澤 康司

(72)【発明者】

【氏名】宮入 茂徳

【審査官】 前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２１５２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１９５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５５２５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ４９／００

Ｈ０２Ｋ ７／００− ７／２０

Ｈ０２Ｋ ４１／００−４１／０６

Ｈ０２Ｋ ４９／００−５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

着磁が径方向の磁石列を備える円筒状の磁石ロータと、
複数の凹凸を備える直線状のレールと、
前記磁石ロータと前記レールとの間で前記磁石ロータの磁石列の磁束を通過させるティース列と、
前記磁石ロータの磁石列の磁束を前記レールの凹凸に向けて整列させるため前記レールの延在方向に着磁された磁石列と、を備え、
前記レールの延在方向に着磁された磁石列は、隣接する磁石の同極性面を前記延在方向で向い合わせて形成したことを特徴とする回転―直線運動変換装置。

【請求項2】

前記レールの延在方向に着磁された磁石列は、前記レールの凹凸の凹部に収納したことを特徴とする請求項１に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項3】

前記レールの凹凸の凸部は磁性体部であり、
前記ティース列の一方の末端は前記磁石ロータの周方向に相互連結させて前記磁石ロータを収容する円筒状の内部空間を形成し、他方の末端は一定のピッチで枝分かれし各ティースの先端が前記レールの凹凸に向けて対峙していることを特徴とする請求項１に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項4】

前記ティース列の一方の末端の各ティースの連結部は、隣り合うティースの間で磁束が流れないように前記磁石ロータの径方向の厚みを薄くしたことを特徴とする請求項３に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項5】

前記レールの延在方向に着磁された磁石列は、前記一定のピッチで枝分かれした各ティース間に収納したことを特徴とする請求項３または４に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項6】

前記レールは、前記磁石ロータを中心に、平行または交差する方向に複数設けたことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項7】

前記磁石ロータは、前記ティース列の一方の末端が形成する円筒状の内部空間内で、回転自在に支持されることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項8】

前記ティース列の他方の末端の各ティース列の先端は、前記レールの凹凸に対して一定のギャップを有していることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項9】

前記レールは、その延在方向に往復移動自在に支持されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項10】

Ｎ極（Ｎは偶数）の磁石ロータと、
前記磁石ロータの周囲に一定のギャップを介して、少なくとも２極以上に対向するティース列によって構成される駆動ヘッドと、
前記磁石ロータの回転軸と直交する方向に移動可能な、磁石列を内蔵したレールと、を備え、
前記レールは、前記磁石ロータの回転軸と平行する面で、一定のギャップを介して前記ティース列に対向し、
前記駆動ヘッドと前記レールが相対移動運動を行なうことを特徴とする回転―直線運動変換装置。

【請求項11】

Ｎ：磁石ロータの極数、Ｍｔ：磁石ロータ１極当りのティース数、Ｐ：磁石列の磁石ピッチ、Ｄ：磁石ロータの直径、Ｆ：磁石ロータの回転速度、Ｖｒ：磁石ロータの周速、Ｖｍ：レールの移動速度、Ｔ：ティース列ピッチとすると、
各ティースのピッチは、Ｔ＝（２・Ｐ）＋ｋ・（Ｐ／Ｍｔ）、
係数ｋ＝＋１ もしくは −１
で表され、
磁石ロータの周速とレールの移動速度の比（減速比）が
Ｖｍ／Ｖｒ＝ （ｋ・Ｎ・Ｐ）／（π・Ｄ）で表されることを特徴とする請求項１０に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項12】

前記レールが前記磁石ロータの両側に配置されたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項13】

前記磁石ロータの両側に配置された２つの前記レールの磁石列の各磁石ピッチが等しくＰであり、
それぞれに対向する２つのティース列ピッチをＴａ、Ｔｂ、（Ｔａ＞Ｔｂ）と置くとき、
Ｔｂ＜ ２・Ｐ ＜ Ｔａ
の関係が成立することを特徴とする請求項１２に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項14】

Ｎ極（Ｎは偶数）の磁石ロータと、
前記磁石ロータの周囲に一定のギャップを介して、少なくとも２極以上に対向する、磁石列を備えたティース列によって構成される駆動ヘッドと、
前記磁石ロータの回転軸と直交する方向に移動可能なレールと、を備え、
前記レールは、前記磁石ロータの回転軸と平行する面で一定のギャップを介して、前記ティースに対向し、
前記駆動ヘッドと前記レールが相対移動運動を行なうことを特徴とする回転―直線運動変換装置。

【請求項15】

Ｎ：磁石ロータの極数、Ｍｐ：磁石ロータ１極当りのティース数、Ｐ：磁石列の磁石ピッチ、Ｄ：磁石ロータの直径、Ｆ：磁石ロータの回転速度、Ｖｒ：磁石ロータの周速、Ｖｔ：レール移動速度、Ｔ：ティース列ピッチとすると、
各ティースのピッチは、Ｔ＝（２・Ｐ）＋ｋ・（２・Ｐ／Ｍｐ）、
係数ｋ＝＋１ もしくは −１
で表され、
磁石ロータの周速とレールの移動速度の比（減速比）が
Ｖｔ／Ｖｒ＝（−ｋ・Ｎ・Ｔ／２）／（π・Ｄ）で表されることを特徴とする請求項１４に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項16】

前記レールが前記磁石ロータの両側に配置されたことを特徴とする請求項１４または１５に記載の回転―直線運動変換装置。

【請求項17】

前記磁石ロータの両側に配置された２つの前記レールのティースピッチが等しくＴであり、
それぞれに対向する２つのティース列ピッチをＰａ、Ｐｂ、（Ｐａ＞Ｐｂ）と置くとき、
２・Ｐｂ ＜ Ｔ ＜ ２・Ｐａ
の関係が成立することを特徴とする請求項１６に記載の回転―直線運動変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気を用いた回転―直線運動変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一般的に用いられる回転―直線運動変換装置としては、いわゆるボールねじ機構を応用した装置を用いる。ボールねじ機構を用いた回転―直線運動変換装置は、ボールとねじ溝間の摩擦が生じるため、騒音や振動が発生し易く長寿命化が難しい。また、ボールねじ機構を用いた回転―直線運動変換装置は、経年変化による騒音や振動の増加を抑えるために、また、ボールの摩耗を最小限にするために、グリスを注入するなど定期的なメンテナンスを必要とする。ボールねじ機構を用いた回転―直線運動変換装置は、グリスの飛散やメンテナンス性を考慮しなければならないため、その設置場所が制限され、設計の自由度も奪われる。

【0003】

近年、ボールねじ機構を用いた回転―直線運動変換装置が宿命的に持つ、上記のような数々の欠点を解消できる、たとえば磁気を用いた非接触の回転―直線運動変換装置に関する技術が注目を浴びつつある。

【0004】

下記の特許文献１は、非接触の磁気ラック＆ピニオン機構を備えて回転運動を直線運動に変換できる磁気式動力伝達装置を開示している。特許文献１の磁気ラック＆ピニオン機構は、外周面に所定ピッチで螺旋状に構成した永久磁石を備える軸状部材、当該軸状部材の永久磁石と対向するように、内表面に同ピッチで並設した永久磁石を備える一対の支持プレートを有する。磁気ラック＆ピニオン機構は、対向する軸状部材の永久磁石と支持プレートの永久磁石との間に発生する磁気吸引力によって、軸状部材の回転運動を支持プレートの直線運動に変換させる。磁気吸引力は、対向する永久磁石の数によって異なり、対向する永久磁石の数が多いほど大きい。磁気吸引力が大きければ、磁気ラック＆ピニオンにおける許容推力も大きくなる。

【0005】

また、下記の特許文献２は、非接触の磁気減速機構を備えて回転運動を直線運動に変換できるアクチュエータを開示している。特許文献２の磁気減速機構は、平面に凹凸部が所定間隔で交互に配置された磁性材からなるベース、当該ベースの平面に対向するベース対向面と内部空間との間に磁気回路が形成されたドライブヘッド、ドライブヘッドの内部空間内に回転可能に挿入された永久磁石を有する。この磁気減速機構は、永久磁石によりドライブヘッド、ベースを通る閉磁界を形成している。閉磁界は、ドライブヘッドの磁気回路部分とベースの凸部が対向している部分を通る磁束によって、磁気回路の経路、ベースの平面に沿って形成される。この磁気減速機構は、磁石を回転させて発生する回転磁界（閉磁界である）によって、水平方向の推力（磁界の復元力である）が得られ、磁石の回転運動をベースに直線運動（特許文献１では、ベースが固定であるため、直線運動を実際にするのは移動可能なドライブヘッドとなる）に変換させる。

【0006】

回転磁界の推力は、磁界強度（磁束密度、単位面積当たりの磁力線の数）によって異なる。回転磁界の推力は磁界強度が大きいほど大きい。回転磁界の推力が大きければ、回転磁石の駆動軸とベースとの間で伝達できる許容推力は大きくなる。したがって、大きな許容推力を生成するためには、移動磁界を形成する磁力線の単位面積当たりの数を多くする必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−２１５４２９号公報

【特許文献2】特開２００７−２１５２６４号公報（第１１頁、第１０図、）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記特許文献１に記載されている磁気式動力伝達装置は、軸状部材および支持プレートの両方に永久磁石を配設するため、直線運動する支持プレートの移動距離（ストローク）が長い場合、永久磁石の数を多く配設するか、永久磁石間のピッチを広げる必要がある。永久磁石の数を多く配設すると、軸もたわみ易くなり、位置決めの精度が悪くなってしまう。現状は、低コスト・高精度の磁気式動力伝達装置が求められているので、ストロークが長い場合、特許文献１に記載された発明を採用できない。

【0009】

なお、永久磁石間のピッチを広げると、支持プレートの永久磁石と対向する軸状部材の永久磁石の数が少なくなり、磁気ラック＆ピニオン機構における許容推力が低下する。より大きい許容推力を得たい場合にも、特許文献１に記載されている発明を採用できない。

【0010】

また、特許文献２に記載されている磁気減速機構は、ドライブヘッドの磁気回路部分とベースの凸部とが対向している部分を通る磁力線の数により、閉磁界の磁界強度が決まる。ドライブヘッドの磁気回路部分において、ベースの凸部と対向していない部分を通る磁力線も存在するが、その磁力線は、上記閉磁界の磁界強度にはほとんど寄与していない。

【0011】

したがって、特許文献２に記載されている磁気減速機構において、許容推力をより大きくするためには、ドライブヘッドの磁気回路部分とベースの凸部との対向面積を大きくしなければならないため、磁気減速機構は必然的に大型化する。現状では、磁気減速機構の小型化が求められているため、特許文献２に記載された発明を採用することができない。

【0012】

なお、小型のままでドライブヘッドの磁気回路部分とベースの凸部との対向面積を大きくしようとすると、必然的にベースの凸部のピッチは大きくなる。ピッチが大きくなると、同じ距離内で配置できるベースの凸部の数が少なくなるため、磁気減速機構の増減速比は大きくできない。したがって、より大きな増減速比を実現したい場合にも、特許文献２に記載された発明を採用できない。

【0013】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低コスト、高精度、小型でありながらより大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる回転―直線運動変換装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の目的を達成するための本発明に係る回転―直線運動変換装置は、円筒状の磁石ロータ、直線状のレール、ティース列および磁石列を備える。

【0015】

円筒状の磁石ロータは着磁が径方向の磁石列を備える。直線状のレールは複数の凹凸を備える。ティース列は、前記磁石ロータと前記レールとの間で前記磁石ロータの磁石列の磁束を通過させる。磁石列は、前記磁石ロータの磁石列の磁束を前記レールの凹凸に向けて整列させるため前記レールの延在方向に着磁される。前記レールの延在方向に着磁された磁石列は、隣接する磁石の同極性面を前記延在方向で向い合わせて形成した。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る回転―直線運動変換装置によれば、磁石列は、隣接する磁石の同極性面を、レールの延在方向に向い合せてあるため、駆動ヘッドとレールとの間で受け渡しする磁束のほとんどが整列された状態で流れるため、漏れ磁束が減少する。

【0017】

本発明に係る回転―直線運動変換装置によれば、低コスト、高精度、小型でありながらより大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態１に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図2】図１の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界の説明図である。

【図3】図１の回転―直線運動変換装置の運動変換の説明図である。

【図4】実施形態２に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図5】図４の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界の説明図である。

【図6】図４の回転―直線運動変換装置の運動変換の説明図である。

【図7】実施形態３に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図8】実施形態４に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図9】実施形態５に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図10】実施形態６に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図11】実施形態７に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図12】実施形態８に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。

【図13】図１２の磁石ロータが０度位置における閉磁界の説明図である。

【図14】図１２の磁石ロータが４５度位置における閉磁界の説明図である。

【図15】図１２の磁石ロータが９０度位置における閉磁界の説明図である。

【図16】図１２の磁石ロータが１３５度位置における閉磁界の説明図である。

【図17】図１２の磁石ロータが１８０度位置における閉磁界の説明図である。

【図18】本発明に係る回転―直線運動変換装置の応用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る回転―直線運動変換装置の構成および動作を、［実施形態１］から［実施形態８］に分けて説明する。なお、各図に示した部材の説明において同一の部材には同一の符号を付し、同一の部材の重複する説明は省略する。また、各図に示した部材間の寸法比率は、説明の都合上誇張してある場合があり、実際の寸法比率とは異なる場合がある。

【0020】

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図２は、図１の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界の説明図である。図３は、図１の回転―直線運動変換装置の運動変換の説明図である。以下に、本実施形態に係る回転―直線運動変換装置の構成および動作について説明する。

【0021】

[回転―直線運動変換装置の構成]
図１は本実施形態に係る回転―直線運動変換装置の構成図であり、回転―直線運動変換装置をその磁石ロータの回転軸方向に対して直交する方向に切断したときの断面を示す。なお、図１に記載してある白矢印の向きは永久磁石の着磁方向であり、矢印の矢方向がＮ極を、矢印の基方向がＳ極を示す。

【0022】

回転―直線運動変換装置６０は、駆動ヘッド３０およびレール４０を有する。駆動ヘッド３０は、磁石ロータ１０およびティース列２０を備える。磁石ロータ１０は、駆動ヘッド３０の円筒状の内部空間とギャップ１５が形成されるように、駆動ヘッド３０の内部に同心状に配置する。ティース列２０は、レール４０に対してギャップ２５が形成されるように、駆動ヘッド３０の内部空間からレール４０に向かって蛸足状に延設する。駆動ヘッド３０とレール４０とは、ティース列２０を介して対向配置してあり、レール４０の延在方向に相対移動できる。本実施形態では、駆動ヘッド３０が移動できないように固定してあり、磁石ロータ１０は、駆動ヘッド３０内において回転自在に支持してある。

【0023】

磁石ロータ１０は、着磁が径方向の２つの半円状の永久磁石１４ａ、１４ｂから構成される磁石列１２を備える。永久磁石１４ａは、内周側がＳ極に外周側がＮ極に着磁してあり、永久磁石１４ｂは、内周側がＮ極に外周側がＳ極に着磁してある。このため、磁石ロータ１０は、図面の表示位置において、上側がＮ極で下側がＳ極となる２極を有することになる。

【0024】

なお、図１では、２つ割りの半円状の永久磁石１４ａ、１４ｂを例示したが、半分の領域の外側がＮ極で残りの半分の領域の外側がＳ極となるように着磁した１つの環状の永久磁石を用いても良い。

【0025】

また、図１では、磁石ロータ１０の極数が２である場合を例示したが、磁石ロータ１０は、後述する実施形態に示すように、極数２の場合以外に、極数がＭ（Ｍは偶数）であっても良い。

【0026】

磁石ロータ１０は、たとえば、電磁鋼板、ケイ素鉄、炭素鋼、電磁ステンレス、圧粉磁心、アモルファス磁心などの磁性体を金型で打ち抜いて形成する。

【0027】

ティース列２０は、磁石ロータ１０の磁石列１２からの磁束を、レール４０に向けて通過させる。また、ティース列２０は、レール４０を通過してきた磁束を、磁石ロータ１０の磁石列１２に向けて通過させる。ティース列２０には、ティース内の磁束が磁石ロータ１０の磁石列１２またはレール４０のどちらか一方だけに向けるように、磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース数が９個の形状および長さが異なるティース２４ａ、２４ｂ、…が形成してある。

【0028】

ティース２４ａ、２４ｂ、…の末端は、磁石ロータ１０の周方向に相互連結させて一つの円筒状の内部空間となるように形成してある。末端間の連結部は、隣り合うティースとの間で磁束が流れないように、磁石ロータ１０の径方向に薄く形成する。ティース２４ａ、２４ｂ、…の先端は、レール４０の延在方向にティースピッチがＴとなるように形成してある。

【0029】

ティース列２０のティースピッチＴは、磁石ロータ１０を回転させまたはレール４０を移動させたときに、他方を移動または回転させることができるように、磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔ、後述する磁石列５２の磁石ピッチＰを考慮して設定する。具体的には、下記の式１に示す関係を満たすようなティースピッチＴを形成する。

【0030】

Ｔ＝（２・Ｐ）＋ｋ・（Ｐ／Ｍｔ） （ｋ＝±１） … （式１）
ここで、Ｐは磁石列５２の磁石ピッチ
Ｍｔは磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース数
図１では、上述したように磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔは９である。したがって、ｋ＝−1とした場合、ティース列２０に形成すべきティースピッチＴは式１により（Ｐ・１７／９）となり、ｋ＝＋１とした場合、ティース列２０に形成すべきティースピッチＴは（Ｐ・１９／９）となる。図１の回転―直線運動変換装置６０では、ティース列２０の先端のティースピッチＴを（Ｐ・１７／９）に形成してある。

【0031】

なお、図１では、ティース列２０が磁石ロータ１０を中心に左右対称となる構造を例示したが、ティース列２０の構造はこれに限らず、左右非対称構造にすることもできる。

【0032】

また、図１では、ティース列２０が磁石ロータ１０の全周に形成してあるが、後述する実施形態に示すように、少なくとも磁石ロータ１０の極性の異なる磁極にティース数が均等に割当てられるように、周方向の一部だけにティース列２０を形成しても良い。

【0033】

ティース列２０は、磁石ロータ１０と同様に、たとえば、電磁鋼板、ケイ素鉄、炭素鋼、電磁ステンレス、圧粉磁心、アモルファス磁心などの磁性体を金型で打ち抜いて形成する。

【0034】

レール４０には、その延在方向にピッチがＰである凹部が形成してある。それぞれの凹部には、レール４０の延在方向に着磁された永久磁石５４ａ、５４ｂ、…が内蔵される。したがって、永久磁石５４ａ、５４ｂ、…の磁石ピッチもＰとなる。凹部に永久磁石５４ａ、５４ｂ、…が内蔵すると、レール４０はその延在方向に永久磁石５４ａ、５４ｂ、…と磁性体部４４ａ、４４ｂ、…が交互に配置される。

【0035】

レール４０は、着磁がその延在方向の磁石列５２を備える。磁石列５２はレール４０を通過しようとする磁束を整列させる。磁石列５２によって、レール４０を通過しようとする磁束のほとんどが整列された状態で通過するため、漏れ磁束が減少する。磁石列５２は、隣接する永久磁石５４ａ、５４ａの同極性面（Ｎ極側）を、磁性体部４４ａを介してその延在方向に向い合せてあり、また、隣接する永久磁石５４ｂ、５４ｂの同極性面（Ｓ極側）を、磁性体部４４ｂを介してその延在方向に向い合せてある。磁石列５２の永久磁石の着磁方向は、矢印の矢方向がＮ極を、矢印の基方向がＳ極を示す。したがって、磁性体部４４ａにはＮ極を向い合せた２つの永久磁石５４ａが配置され、磁性体部４４ｂにはＳ極を向い合せた２つの永久磁石５４ｂが配置される。

【0036】

レール４０には、Ｎ極の永久磁石５４ａが向い合せに挟まれている磁性体部４４ａと、Ｓ極の永久磁石５４ｂが向い合せに挟まれている磁性体部４４ｂとが、その延在方向に交互に配置される。したがって、レール４０には、Ｓ極とＮ極が交互に配置された磁極が形成される。

【0037】

レール４０は、磁石ロータ１０およびティース列２０と同様に、たとえば、電磁鋼板、ケイ素鉄、炭素鋼、電磁ステンレス、圧粉磁心、アモルファス磁心などの磁性体を金型で打ち抜いて形成する。

【0038】

［回転―直線運動変換装置の動作］
（閉磁界の形成）
まず、回転―直線運動変換装置６０で形成される閉磁界Ｈについて説明する。図２は図１の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界の説明図である。なお、図２に示す矢線は磁力線を示し、矢線の矢方向は磁力線の方向を示す。

【0039】

図２に示すように、磁石ロータ１０内には、永久磁石１４ｂから永久磁石１４aに向かう磁束φが、磁石ロータ１０の円筒を二分するように分布する。磁石ロータ１０の永久磁石１４ａからの磁束φは、末端が永久磁石１４ａに割当てられているティース２４ａ、２４ｂ、…を介して、レール４０を通過しようとする。レール４０内に流入した磁束φは、末端が永久磁石１４ｂに割当てられているティース２４ａ、２４ｂ、…と対向しあう磁性体部４４ａ、４４ｂの領域に向けて、整列して流れる。レール４０内を通過した後の磁束φは、末端が永久磁石１４ｂに割当てられているティース２４ａ、２４ｂ、…を介して、磁石ロータ１０の永久磁石１４ｂに流入する。このようにして、磁石ロータ１０、ティース列２０、レール４０をループする閉磁界が形成される。

【0040】

図２に示す位置では、ティース列２０の上半分側のティース２４ａ、２４ｂ、…が永久磁石１４aに割当てられ、ティース列２０の下半分側のティース２４ａ、２４ｂ、…が永久磁石１４ｂに割当てられている。このため、形成される閉磁界Ｈも、反時計回り方向に流れる閉磁界グループと、時計回り方向に流れる閉磁界グループと、左右に分かれて分布する。ただし、磁石ロータ１０の回転位置によって、永久磁石１４ａ、１４ｂに割当てられるティース２４ａ、２４ｂ、…が変わる。このため、反時計回り方向に流れる閉磁界グループを構成するティース２４ａ、２４ｂ、…、または、時計回り方向に流れる閉磁界グループを構成するティース２４ａ、２４ｂ、…は一意的ではない。

【0041】

ティース２４ａ、２４ｂ、…を通過する磁束φは、磁石ロータ１０の回転位置に応じて、その磁力線の数や流れる方向が変化する。磁力線の数や流れ方向が変化すると、磁石ロータ１０、ティース列２０、レール４０をループする閉磁界Ｈも変化する。また、閉磁界Ｈが変化されると、磁界の復元力が働き、閉磁界Ｈのバランスを取ろうとする。この磁界の復元力は、レール４０に対して水平方向への推力として働き、レール４０と駆動ヘッド３０との間の相対移動を実現する。したがって、磁石ロータ１０の回転運動を、レール４０または駆動ヘッド３０の直線運動に変換することができる。磁石ロータ１０の回転位置と磁束φの流れとの関係については、後述する実施形態８でより詳細に説明する。

【0042】

以下、レール４０内の磁束φについて、より具体的に説明する。

【0043】

レール４０には、永久磁石１４ａに割当てられているティース２４ａ、２４ｂ、…を介して永久磁石１４ａから磁束φを受け入れる受入領域Ａが存在する。レール４０には、また、永久磁石１４ｂに割当てられているティース２４ａ、２４ｂ、…を介して永久磁石１４ｂに磁束φを引き渡す引渡領域Ｂが存在する。レール４０内で、磁束φは受入領域Ａから引渡領域Ｂに流れる。図２では、レール４０の両側が磁束φの受入領域Ａとなっており、レール４０の中央側が磁束φの引渡領域Ｂとなっている。このため、レール４０内の磁束φはレール４０の両側から中央側に向けて流れる。

【0044】

レール４０の磁性体部４４ａには、レール４０の延在方向の両側から２つの永久磁石５４ａのＮ極側を向い合せに対峙させて配置してある。また、レール４０の磁性体部４４ｂには、レール４０の延在方向の両側から２つの永久磁石５４ｂのＳ極側を向い合せに対峙させて配置してある。このため、レール４０の受入領域Ａでは、永久磁石１４ａからの磁束φを強制的に磁性体部４４ａに導くことができる。また、レール４０の引渡領域Ｂでは、永久磁石１４ｂへの磁束φを強制的に磁性体部４４ｂから引き渡すように導くことができる。永久磁石５４a、５４ｂの磁力によって、レール４０内の磁束φを強制的に磁性体部４４a、４４ｂに導くことができるため、駆動ヘッド３０とレール４０とで磁束φを受け渡す場合、漏れ磁束をほとんどなくすことができる。

【0045】

このように、磁石列５２は、駆動ヘッド３０とレール４０との間で受け渡す磁束φを、磁性体部４４ａ、４４ｂに向けて整列させる。磁石列５２は、磁束φのほとんどを磁性体部４４ａ、４４ｂに向けて整列して流せるので、漏れ磁束をなくすことができ、磁束φを有効に推力に変換させることができる。

【0046】

以上のように、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０では、レール４０の磁石列５２によって閉磁束が磁性体部４４ａ、４４ｂに効率的に誘導されるため、駆動ヘッド３０とレール４０との間の漏れ磁束が減少できる。また、駆動ヘッド３０とレール４０との磁気結合力が高められ、許容推力を向上できる。さらに、閉磁束の有効利用が図られ、駆動ヘッドが小さくできるので、小型でありながら大きな許容推力が実現できる。また、駆動ヘッド３０とレール４０間の磁束の受渡しは、金型で打ち抜かれたティース列２０によって行われるので、永久磁石１４ａ、１４ｂの着磁精度に依存せずに、駆動ヘッド３０とレール４０との相対移動において、高い位置決め精度が得られる。

【0047】

（増減速の原理）
次に、図２に示すように、磁石ロータ１０、ティース列２０およびレール４０に閉磁束が形成された状態で、磁石ロータ１０を回転させた場合、レール４０がどのように移動するのかを説明する。

【0048】

図３は、回転―直線運動変換装置６０の運動変換の説明図である。

【0049】

ここで、
磁石ロータ１０の極数をＭ（Ｍは偶数）、
磁石ロータ１０の直径をＤ、
円周率をπ、
磁石列５２の磁石ピッチをＰ、
係数ｋ＝１または−１とおき、
さらに、
磁石ロータ１０の回転速度をＦ、
磁石ロータ１０の周速度をＶｒ、
レール４０の移動速度をＶｍとする。

【0050】

磁石ロータ１０の周速度Ｖｒは、
Ｖｒ＝Ｆ・π・Ｄ、
と、レール４０の移動速度Ｖｍは、
Ｖｍ＝ｋ・Ｆ・Ｍ・Ｐ、 （ｋ＝±１）
と、表すことができる。

【0051】

したがって、磁石ロータ１０の周速度Ｖｒとレール４０の移動速度Ｖｍとの速度の関係は下式で表すことができる。

【0052】

Ｖｍ／Ｖｒ＝（ｋ・Ｍ・Ｐ）／（π・Ｄ） （ｋ＝±１） … （式２）
すなわち、磁石ロータ１０が１回転すると、レール４０がＮ・Ｐ移動する。なお、磁石ロータ１０は駆動ヘッド３０の内部空間内に支持してあるため、磁石ロータ１０の周速度Ｖｒは、駆動ヘッド３０の移動速度でもある。

【0053】

式２を見ると、磁石ロータ１０の周速度Ｖｒとレール４０の移動速度Ｖｍは違いがあり、駆動ヘッド３０とレール４０との間で増減速できることを示している。なお、符号が逆になる場合には、磁石ロータ１０からみてレール４０が逆方向に移動することを意味する。

【0054】

実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０の場合、
磁石ロータ１０の極数がＭ＝２、
係数ｋ＝−１であるので、
Ｍ＝２、ｋ＝−１を式２に代入すると、
Ｖｍ／Ｖｒ＝−２・Ｐ／（π・Ｄ）となる。

【0055】

したがって、駆動ヘッド３０が移動できないように固定した場合、磁石ロータ１０が１回転すると、レール４０は−２・Ｐ移動する。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ１０の回転方向およびレール４０の移動方向を示している。

【0056】

以上が、実施形態１に係る回転−直線運動変換装置６０の構成および動作である。上述したように、磁石ロータ１０を回転またはレール４０を移動させた場合には、駆動ヘッド３０とレール４０との間で形成されていた閉磁界Ｈのバランスが崩れ、そのバランスを保つように、駆動ヘッド３０とレール４０とは相対移動する。閉磁界Ｈのバランスを取る作用によって、式２に示したような駆動ヘッド３０、レール４０の速度の関係が得られる。

【0057】

以上のように、本実施形態に係る回転―直線運動変換６０では、レール４０は着磁がその延在方向の磁石列５２を備え、磁石列５２はレール４０を通過しようとする磁束φを整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0058】

〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０について説明する。図４は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図５は、図４の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界の説明図である。図６は、図４の回転―直線運動変換装置の運動変換の説明図である。

【0059】

図４に示すように、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と比較して、磁石列１５２がレール１４０に内蔵されず、ティース列１２０に内蔵されていることで相違する。

【0060】

［回転―直線運動変換装置の構成］
回転―直線運動変換装置１６０は、駆動ヘッド１３０、レール１４０を有する。駆動ヘッド１３０は、磁石ロータ１１０とティース列１２０を備える。磁石ロータ１１０は、駆動ヘッド１３０の円筒状の内部空間とギャップ１１５が形成されるように、駆動ヘッド１３０の内部に同心状に配置する。ティース列１２０は、レール１４０とギャップ１２５が形成されるように、駆動ヘッド１３０の内部空間からレール１４０に向かって蛸足状に延設する。駆動ヘッド１３０とレール１４０とは、ティース列１２０を介して対向配置してあり、レール１４０の延在方向に相対移動できる。本実施形態では、駆動ヘッド１３０が移動できないように固定してあり、磁石ロータ１１０は、駆動ヘッド１３０内において回転自在に支持してある。

【0061】

磁石ロータ１１０は、着磁が径方向の２つの半円状の永久磁石１１４ａ、１１４ｂから構成される磁石列１１２を備える。永久磁石１１４ａは、内周側がＮ極に外周側がＳ極に着磁してあり、永久磁石１１４ｂは、内周側がＳ極に外周側がＮ極に着磁してある。このため、磁石ロータ１１０は、図面の表示位置において、上側がＳ極で下側がＮ極となる２極を有することになる。磁石ロータ１１０のその他の構成は実施形態１と同一である。

【0062】

ティース列１２０には、ティース内の磁束が磁石ロータ１１０の磁石列１１２またはレール１４０のどちらか一方だけに向かうように、磁石ロータ１１０の１極当たりに割当てられるティース数が２４個の、形状および長さが異なるティース１２４ａ、１２４ｂ、…が形成してある。

【0063】

ティース１２４ａ、１２４ｂ、…の末端は、磁石ロータ１１０の周方向に相互連結させて一つの円筒状の内部空間となるように形成してある。末端間の連結部は、隣り合うティースとの間で磁束が流れないように、磁石ロータ１１０の径方向に薄く形成する。

【0064】

ティース１２４ａ、１２４ｂ、…の先端は、レール１４０の延在方向にティースピッチがＰとなるように形成してある。それぞれのティース１２４ａ、１２４ｂ、…の間には、レール１４０の延在方向に着磁された永久磁石１５４ａ、１５４ｂ、…が内蔵される。したがって、永久磁石１５４ａ、１５４ｂ、…の磁石ピッチもＰとなる。ティース１２４ａ、１２４ｂ、…の間に永久磁石１５４ａ、１５４ｂ、…を内蔵すると、ティース１２４ａ、１２４ｂ、…の先端はレール１４０の延在方向に永久磁石１５４ａ、１５４ｂ、…と磁性体部１２６ａ、１２６ｂ、…が交互に配置される。

【0065】

ティース列１２０は、着磁がレール１４０の延在方向の磁石列１５２を備える。磁石列１５２はティース列１２０を通過しようとする磁束を整列させる。磁石列１５２によって、ティース列１２０を通過しようとする磁束のほとんどが整列された状態で通過するため、漏れ磁束が減少する。磁石列１５２は、隣接する永久磁石１５４ａ、１５４ａの同極性面（Ｎ極側）を、磁性体部１２６ａを介してレール１４０の延在方向に向い合せてあり、また、隣接する永久磁石１５４ｂ、１５４ｂの同極性面（Ｓ極側）を、磁性体部１２６ｂを介してレール１４０の延在方向に向い合せてある。磁石列１５２の永久磁石の着磁方向は、矢印の矢方向がＮ極を、矢印の基方向がＳ極を示す。したがって、磁性体部１２６ａにはＮ極を向い合せた２つの永久磁石１５４ａが配置され、磁性体部１２６ｂにはＳ極を向い合せた２つの永久磁石１５４ｂが配置される。

【0066】

ティース列１２０の先端には、Ｎ極の永久磁石１５４ａが向い合せに挟まれている磁性体部１２６ａと、Ｓ極の永久磁石１５４ｂが向い合せに挟まれている磁性体部１２６ｂとが、レール１４０の延在方向に交互に配置される。したがって、ティース列１２０の先端には、Ｓ極とＮ極が交互に配置された磁極が形成される。

【0067】

なお、図４では、ティース列１２０が磁石ロータ１１０を中心に左右対称となる構造を例示したが、ティース列１２０の構造はこれに限らず、左右を非対称構造にすることもできる。

【0068】

また、図４では、ティース列１２０を磁石ロータ１１０の全周に形成してあるが、後述する実施形態に示すように、少なくとも磁石ロータ１１０の極性の異なる磁極にティース数が均等に割当てられるように、周方向の一部だけにティース列１２０を形成しても良い。

【0069】

ティース列１２０は、磁石ロータ１１０と同様に、たとえば、電磁鋼板、ケイ素鉄、炭素鋼、電磁ステンレス、圧粉磁心、アモルファス磁心などの磁性体を金型で打ち抜いて形成する。

【0070】

レール１４０は、磁石ロータ１１０の磁石列１１２からの磁束を、ティース列１２０の磁性体部１２６ａを介して通過させる。また、レール１４０は、レール１４０の磁束を、磁性体部１２６ａ、１２６ｂを介して磁石ロータ１１０の磁石列１１２に向けて通過させる。レール１４０には、その延在方向に沿ってピッチがＴである磁気歯１４２を形成してある。磁気歯１４２は、ティース列１２０の磁性体１２６ａを通過してきた磁束のほとんどを取り入れる。

【0071】

レール１４０に設ける磁気歯１４２の磁気歯ピッチＴは、磁石ロータ１１０を回転させまたはレール１４０を移動させたときに、他方を移動または回転させることができるように、磁石ロータ１１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｐおよび磁石列１５２の磁石ピッチＰを考慮して設定する。具体的には、下記の式３に示す関係を満たすような磁気歯ピッチＴを有する磁気歯１４２を形成する。磁気歯１４２と磁気歯１４２との間は凹部となるが、このままでは駆動ヘッド１３０またはレール１４０が移動するときに凹部内に渦流が生じ、空気抵抗が生じる。空気抵抗を低減させるためには、凹部に接着剤や樹脂充填剤などの非磁性体を充填することが望ましい。

【0072】

Ｔ＝（２・Ｐ）＋ｋ・（２・Ｐ／Ｍｐ） （ｋ＝±１） … （式３）
ここで、Ｐは磁石列１５２の磁石ピッチ
Ｍｐは磁石ロータ１１０の１極当たりに割当てられるティース数
図４では、上述したように磁石ロータ１１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｐは２４である。したがって、ｋ＝−1とした場合、レール１４０に形成すべき磁気歯１４２の磁気歯ピッチＴは式３により（Ｐ・２３／１２）となり、ｋ＝＋１とした場合、レール１４０に形成すべき磁気歯１４２の磁気歯ピッチＴは（Ｐ・２５／１２）となる。図４の回転―直線運動変換装置１６０では、レール１４０に磁気歯ピッチＴが（Ｐ・２３／１２）の磁気歯１４２が形成してある。

【0073】

レール１４０は、磁石ロータ１１０およびティース列１２０と同様に、たとえば、電磁鋼板、ケイ素鉄、炭素鋼、電磁ステンレス、圧粉磁心、アモルファス磁心などの磁性体を金型で打ち抜いて形成する。

【0074】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
（閉磁界の形成）
図５は図４の回転―直線運動変換装置に形成される閉磁界Ｈの説明図である。なお、図５に示す矢線は磁力線を示し、矢線の矢方向は磁力線の方向を示す。

【0075】

図５に示すように、磁石ロータ１１０内には、永久磁石１１４ａから永久磁石１１４ｂに向かう磁束φが、磁石ロータ１１０の円筒を二分するように分布する。磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ｂからの磁束φは、末端が永久磁石１１４ｂに割当てられているティース列１２０を介して、レール１４０の磁気歯１４２を通過しようとする。レール１４０内に流入した磁束φは、末端が永久磁石１１４ａに割当てられているティース１２４ａ、１２４ｂ、…と対向しあう磁気歯１４２の領域に向けて、整列して流れる。レール１４０内を通過した後の磁束φは、末端が永久磁石１１４ａに割当てられているティース１２４ａ、１２４ｂ、…を介して、磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ａに流入する。このようにして、磁石ロータ１１０、ティース列１２０、レール１４０をループする閉磁界Ｈが形成される。

【0076】

図５に示す位置では、ティース列１２０の上半分側のティース１２４ａ、１２４ｂ、…が永久磁石１１４ａに割当てられ、ティース列１２０の下半分側のティース１２４ａ、１２４ｂ、…が永久磁石１１４ｂに割当てられている。このため、形成される閉磁界Ｈも、反時計回り方向に流れる閉磁界グループと、時計回り方向に流れる閉磁界グループと、左右に二分して分布する。ただし、磁石ロータ１１０の回転位置によって、永久磁石１１４ａ、１１４ｂに割当てられるティース１２４ａ、１２４ｂ、…が変わる。このため、反時計回り方向に流れる閉磁界グループを構成するティース１２４ａ、１２４ｂ、…、または、時計回り方向に流れる閉磁界グループを構成するティース１２４ａ、１２４ｂ、…は一意的ではない。

【0077】

ティース１２４ａ、１２４ｂ、…を通過する磁束φは、磁石ロータ１１０の回転位置に応じて、その磁力線の数や流れる方向が変化する。磁力線の数や流れ方向が変化すると、磁石ロータ１１０、ティース列１２０、レール１４０をループする閉磁界Ｈも変化する。また、閉磁界Ｈが変化されると、磁界の復元力が働き、閉磁界Ｈのバランスを取ろうとする。この磁界の復元力は、レール１４０に対して水平方向への推力として働き、レール１４０と駆動ヘッド１３０との間の相対移動を実現する。したがって、磁石ロータ１１０の回転運動を、レール１４０または駆動ヘッド１３０の直線運動に変換することができる。磁石ロータ１１０の回転位置と磁束φの流れとの関係については、後述する実施形態８でより詳細に説明する。

【0078】

ティース列１２０とレール１４０との間における磁束φの流れについて、より具体的に説明する。

【0079】

磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ｂからレール１４０に向かう磁束φは、２つの経路からティース列１２０の先端の磁性体部１２６ａを通過する。

【0080】

１つの経路は、ティース列１２０から一旦永久磁石１５４ａに入り永久磁石１５４ａに誘導されて磁性体部１２６ａからレール１４０の磁気歯１４２に至る第１の経路であり、もう１つの経路は、ティース列１２０から直接磁性体部１２６ａに入り磁性体部１２６ａからレール１４０の磁気歯１４２に至る第２の経路である。磁束φ１は第１の経路を経てレール１４０の磁気歯１４２に至る。磁束φ２は第２の経路を経てレール１４０の磁気歯１４２に至る。

【0081】

ティース列１２０の磁性体部１２６ａには、レール１４０の延在方向の両側から２つの永久磁石１５４ａのＮ極側を向い合せに対峙させて配置してある。また、ティース列１２０の磁性体部１２６ｂには、レール１４０の延在方向の両側から２つの永久磁石１５４ｂのＳ極側を向い合せに対峙させて配置してある。このため、永久磁石１１４ｂから磁性体部１２６ａに磁束φ１を導くことができ、また、永久磁石１１４ｂから磁性体部１２６ｂに入ってレール１４０の磁気歯１４２に至る、漏れ磁束となってしまいそうな磁束φ２を、永久磁石１５４ｂの磁力によって強制的に磁性体部１２６ａに導くことができる。

【0082】

このように、磁石列１５２は、ティース列１２０を通過しようとする磁束φ１、φ２を磁性体部１２６ａに向けて整列させる。磁石列１５２は、ティース列１２０を通過しようとする磁束のほとんどを磁性体部１２６ａに向けて整列して通過させるので、漏れ磁束をなくすことができ、磁束を有効に推力に変換させることができる。

【0083】

レール１４０には、永久磁石１１４ｂに割当てられているティース１２４ａ、１２４ｂ、…を介して永久磁石１１４ｂから磁束φ１、φ２を受け入れる受入領域Ａが存在する。レール１４０には、また、永久磁石１１４ａに割当てられてあるティース１２４ａ、１２４ｂ、…を介して永久磁石１１４ａに磁束φ１、φ２を引き渡す引渡領域Ｂが存在する。レール１４０内で、磁束φ１、φ２は磁束φ３に収束して受入領域Ａから引渡領域Ｂに流れる。図５では、レール１４０の中央側が磁束φ１、φ２の受入領域Ａとなっており、レール１４０の両側が磁束φ１、φ２の引渡領域Ｂとなっている。このため、レール１４０内の磁束φ３はレール１４０の中央側から両側に左右に二分するように分布する
レール１４０から磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ａに向かう磁束φ３は、２つの経路からティース列１２０の先端の磁性体部１２６ａ、１２６ｂを通過する。

【0084】

１つの経路は、磁気歯１４２から一旦永久磁石１５４ａに入り永久磁石１５４ａに誘導されて磁性体部１２６ａから永久磁石１１４ａに至る第３の経路であり、もう１つの経路は、磁気歯１４２から直接磁性体部１２６ｂに入り永久磁石１１４ａに至る第４の経路である。磁束φ１は第３の経路を経て磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ａに至る。磁束φ２は第４の経路を経て磁石ロータ１１０の永久磁石１１４ａに至る。なお、磁石列１１２の永久磁石１１４ａと１１４ｂとの境目の両側に位置する隣り合うティース１２４ａ、１２４ｂ、…には、レール１４０を通過せず、直接永久磁石１５４ａ、１５４の磁力によって、ループ磁束φＬが形成し得る。

【0085】

このように、磁石列１５２は、駆動ヘッド１３０とレール１４０との間で受け渡す磁束を、磁性体部１２６ａ、１２６ｂに向けて整列させる。磁石列１５２は、磁束のほとんどを磁性体部１２６ａ、１２６ｂに向けて整列して流せるので、漏れ磁束をなくすことができ、磁束を有効に推力に変換させることができる。

【0086】

以上のように、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０では、磁石列１５２によって閉磁束が磁性体部１２６ａ、１２６ｂに効率的に誘導されるため、駆動ヘッド１３０とレール１４０との間の漏れ磁束が減少できる。また、駆動ヘッド１３０とレール１４０との磁気結合力が高められ、許容推力を向上できる。さらに、閉磁束の有効利用が図られ、駆動ヘッドが小さくできるので、小型でありながら大きな許容推力が実現できる。また、駆動ヘッド１３０とレール１４０間の磁束φの受渡しは、金型で打ち抜かれたティース列１２０によって行われるので、永久磁石１１４ａ、１１４ｂの着磁精度に依存せずに、駆動ヘッド１３０とレール１４０との相対移動において、高い位置決め精度が得られる。

【0087】

（増減速の原理）
次に、図５に示すように、磁石ロータ１１０、ティース列１２０およびレール１４０に閉磁束が形成された状態で、磁石ロータ１１０を回転させた場合、レール１４０がどのように移動するのかを説明する。

【0088】

図６は、回転―直線運動変換装置１６０の運動変換の説明図である。

【0089】

ここで、
磁石ロータ１１０の極数をＭ（Ｍは偶数）、
磁石ロータ１１０の直径をＤ、
円周率をπ、
レール１４０の磁気歯１４２の磁気歯ピッチをＴ、
係数ｋ＝１または−１とおき、
さらに、
磁石ロータ１１０の回転速度をＦ、
磁石ロータ１１０の周速度をＶｒ、
レール１４０の移動速度をＶｔとする。

【0090】

磁石ロータ１１０の周速度Ｖｒは、
Ｖｒ＝Ｆ・π・Ｄ、
と、レール１４０の移動速度Ｖｔは、
Ｖｔ＝−ｋ・Ｆ・Ｍ・Ｔ／２、 （ｋ＝±１）
と、表すことができる。

【0091】

したがって、磁石ロータ１１０の周速度Ｖｒとレール１４０の移動速度Ｖｔとの速度の関係は下式で表すことができる。

【0092】

Ｖｔ／Ｖｒ＝（−ｋ・Ｍ・Ｔ／２）／（π・Ｄ） （ｋ＝±１） … （式４）
すなわち、磁石ロータ１１０が１回転すると、レール１４０がＮ・Ｔ／２移動する。なお、磁石ロータ１１０は駆動ヘッド１３０の内部空間内に支持してあるため、磁石ロータ１１０の周速度Ｖｒは、駆動ヘッド１３０の移動速度でもある。

【0093】

式４を見ると、磁石ロータ１１０の周速度Ｖｒとレール１４０の移動速度Ｖｔは違いがあり、駆動ヘッド１３０とレール１４０との間で増減速できることを示している。なお、符号が逆になる場合には、磁石ロータ１１０からみてレール１４０が逆方向に移動することを意味する。

【0094】

実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０の場合、
磁石ロータ１０の極数がＭ＝２、
係数ｋ＝−１であるので、
Ｍ＝２、ｋ＝−１を式４に代入すると、
Ｖｔ／Ｖｒ＝Ｔ／（π・Ｄ）となる。

【0095】

したがって、駆動ヘッド１３０が移動できないように固定した場合、磁石ロータ１１０が１回転すると、レール１４０はＴ移動する。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ１１０の回転方向およびレール１４０の移動方向を示している。

【0096】

以上が、実施形態２に係る回転−直線運動変換装置１６０の構成および動作である。上述したように、磁石ロータ１１０を回転またはレール１４０を移動させた場合には、駆動ヘッド１３０とレール１４０との間で形成されていた閉磁界のバランスが崩れ、そのバランスを保つように、駆動ヘッド１３０とレール１４０とは相対移動する。閉磁界のバランスを取る作用によって、式４に示したような駆動ヘッド１３０、レール１４０の速度の関係が得られる。

【0097】

以上のように、本実施形態に係る回転―直線運動変換１６０では、ティース列１２０の先端の間に着磁がレール１４０の延在方向の磁石列１５２を備え、磁石列１５２はティース列１２０を通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0098】

〔実施形態３〕
次に、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０について説明する。図７は、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ２１０の回転方向、レール２４０の移動方向を示している。

【0099】

図７に示すように、回転―直線運動変換装置２６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と比較して、ティース列が磁石ロータの全周に形成されず、周方向の一部にだけに形成していることで相違する。

【0100】

回転―直線運動変換装置２６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０をコンパクトさせたものであるとも言える。

【0101】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置２６０は、駆動ヘッド２３０、レール２４０を有する。駆動ヘッド２３０は、磁石ロータ２１０、ティース列２２０を備える。磁石ロータ２１０は、駆動ヘッド２３０の円筒状の内部空間とギャップ２１５が形成されるように、駆動ヘッド２３０の内部に同心状に配置する。ティース列２２０は、レール２４０とギャップ２２５が形成されるように、駆動ヘッド２３０の内部空間からレール２４０に向かって蛸足状に延設する。駆動ヘッド２３０とレール２４０とは、ティース列２２０を介して対向配置してあり、レール２４０の延在方向に相対移動できる。磁石ロータ２１０は、駆動ヘッド２３０内において回転自在に支持してある。

【0102】

磁石ロータ２１０は、着磁が径方向の４つの半円状の永久磁石２１４ａ〜２１４ｄから構成される磁石列２１２を備える。永久磁石２１４ａ、２１４ｃは、互いに対向配置してあり、内周側がＮ極に外周側がＳ極に着磁してある。永久磁石２１４ｂ、２１４ｄは、互いに対向配置してあり、内周側がＳ極に外周側がＮ極に着磁してある。このため、磁石ロータ２１０は、図面の表示位置において、上、下側がＳ極で、左、右側がＮ極となり、周方向にＳ極とＮ極が交互に形成される４極を有することになる。磁石ロータ２１０のその他の構成は、実施形態１と同一である。

【0103】

ティース列２２０には、磁石ロータ２１０のＮ極に割当てられるティース数と磁石ロータ２１０のＳ極に割当てられるティース数が同数となるように、磁石ロータ２１０の周方向の一部だけにティース２２４ａ、２２４ｂ、…が形成してある。本実施形態では、ティースの長さが短くなるように、レール２４０に近い側の周方向に磁石ロータ２１０の１極当たりに割当てられるティース数が６個のティース２２４ａ、２２４ｂ、…が形成してある。ティースが短いと、ティース内の磁気抵抗も小さくなる。ティース列２２０のその他の構成は、実施形態１と同一である。

【0104】

レール２４０は、着磁がその延在方向の磁石ピッチがＰである磁石列２５２を備える。磁石列２５２はレール２４０を通過しようとする磁束を整列させる。磁石列２５２によって、レール２４０を通過しようとする磁束のほとんどが整列された状態で通過するため、漏れ磁束が減少する。磁石列２５２は、隣接する永久磁石２５４ａ、２５４ａの同極性面（Ｎ極側）を、磁性体部２４４ａを介してその延在方向に向い合せてあり、また、隣接する永久磁石２５４ｂ、２５４ｂの同極性面（Ｓ極側）を、磁性体部２４４ｂを介してその延在方向に向い合せてある。レール２４０のその他の構成は、実施形態１と同一である。

【0105】

［回転―直線運動変換装置の動作］
回転―直線運動変換装置２６０で形成される閉磁界Ｈは図示しないが、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と同様に、磁石ロータ２１０、ティース列２２０、レール２４０をループする閉磁界Ｈが形成される。本実施形態の場合、ティース列２２０が周方向のレール２４０の近い側に形成してあるので、磁石ロータ２１０内の磁束も周方向のレール２４０の近い側を通過する。

【0106】

回転―直線運動変換装置２６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と比較して、閉磁界Ｈを形成する磁力線の数が少なくなるが、ティースの短いティース列２２０だけを延設するため、小型でありながら大きい許容推力を提供できる。

【0107】

回転―直線運動変換装置２６０の増減速の原理は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０の増減速の原理と同一である。

【0108】

回転―直線運動変換装置２６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はレールを通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0109】

さらに、回転―直線運動変換装置２６０は、ティースの短いティース列だけを利用して閉磁界を形成するので、より小型でありながら大きい許容推力を提供できる。

【0110】

〔実施形態４〕
次に、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０について説明する。図８は、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ３１０の回転方向、レール３４０の移動方向を示している。

【0111】

図８に示すように、回転―直線運動変換装置３６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と比較して、ティース列が磁石ロータの全周に形成されず、周方向の一部にだけ形成していることで相違する。

【0112】

回転―直線運動変換装置３６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０をコンパクトさせたものであるとも言える。

【0113】

回転―直線運動変換装置３６０は、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０の技術的思想を取り入れ、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０に適用させたものである。

【0114】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置３６０は、駆動ヘッド３３０、レール３４０を有する。駆動ヘッド３３０は、磁石ロータ３１０、ティース列３２０を備える。磁石ロータ３１０は、駆動ヘッド３３０の円筒状の内部空間とギャップ３１５が形成されるように、駆動ヘッド３３０の内部に同心状に配置する。ティース列３２０は、レール３４０とギャップ３２５が形成されるように、駆動ヘッド３３０の内部空間からレール３４０に向かって蛸足状に延設する。駆動ヘッド３３０とレール３４０とは、ティース列３２０を介して対向配置してあり、レール３４０の延在方向に相対移動できる。磁石ロータ３１０は、駆動ヘッド３３０内において回転自在に支持してある。

【0115】

磁石ロータ３１０は、着磁が径方向の４つの半円状の永久磁石３１４ａ〜３１４ｄから構成される磁石列３１２を備える。永久磁石３１４ａ、３１４ｃは、互いに対向配置してあり、内周側がＮ極に外周側がＳ極に着磁してある。永久磁石３１４ｂ、３１４ｄは、互いに対向配置してあり、内周側がＳ極に外周側がＮ極に着磁してある。このため、磁石ロータ３１０は、図面の表示位置において、上、下側がＳ極で、左、右側がＮ極となり、周方向にＳ極とＮ極が交互に形成される４極を有することになる。磁石ロータ３１０のその他の構成は、実施形態２と同一である。

【0116】

ティース列３２０には、磁石ロータ３１０のＮ極に割当てられるティース数と磁石ロータ３１０のＳ極に割当てられるティース数が同数となるように、磁石ロータ３１０の周方向の一部だけにティース３２４ａ、３２４ｂ、…が形成してある。本実施形態では、ティースの長さが短くなるように、レール３４０に近い側の周方向に磁石ロータ３１０の１極当たりに割当てられるティース数が１３個のティース３２４ａ、３２４ｂ、…が形成してある。ティースが短いと、ティース内の磁気抵抗も小さくなる。

【0117】

ティース列３２０は、着磁がレール３４０の延在方向の磁石ピッチがＰである磁石列３５２を備える。磁石列３５２はティース列３２０を通過しようとする磁束を整列させる。磁石列３５２によって、ティース列３２０を通過しようとする磁束のほとんどが整列された状態で通過するため、漏れ磁束が減少する。磁石列３５２は、隣接する永久磁石３５４ａ、３５４ａの同極性面（Ｎ極側）を、磁性体部３２６ａを介してレール３４０の延在方向に向い合せてあり、また、隣接する永久磁石３５４ｂ、３５４ｂの同極性面（Ｓ極側）を、磁性体部３２６ｂを介してレール３４０の延在方向に向い合せてある。ティース列３２０のその他の構成は、実施形態２と同一である。

【0118】

レール３４０は、磁石ロータ３１０の磁石列３１２からの磁束を、ティース列３２０の磁性体部３２６ａを介して通過させる。また、レール３４０は、レール３４０の磁束を、磁性体部３２６ａ、３２６ｂ介して磁石ロータ３１０の磁石列３１２に向けて通過させる。レール３４０には、その延在方向に沿ってピッチがＴである磁気歯３４２が形成してある。磁気歯３４２は、ティース列３２０の磁性体３２６ａを通過してきた磁束のほとんどを取り入れる。レール３４０のその他の構成は、実施形態２と同一である。

【0119】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
回転―直線運動変換装置３６０で形成される閉磁界Ｈは図示しないが、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と同様に、磁石ロータ３１０、ティース列３２０、レール３４０をループする閉磁界Ｈが形成される。本実施形態の場合、ティース列３２０が周方向のレール３４０の近い側に形成してあるので、磁石ロータ３１０内の磁束も周方向のレール３４０の近い側を通過する。

【0120】

回転―直線運動変換装置３６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と比較して、閉磁界Ｈを形成する磁力線の数が少なくなるが、ティースの短いティース列３２０だけを延設するため、小型でありながら大きい許容推力を提供できる。

【0121】

回転―直線運動変換装置３６０の増減速の原理は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０の増減速の原理と同一である。

【0122】

回転―直線運動変換装置３６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はティース列を通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0123】

さらに、回転―直線運動変換装置３６０は、ティースの短いティース列だけを利用して閉磁界を形成するので、より小型でありながら大きい許容推力を提供できる。

【0124】

〔実施形態５〕
次に、実施形態５に係る回転―直線運動変換装置４６０について説明する。図９は、実施形態５に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ４１０の回転方向、レール４４０ａおよび４４０ｂの移動方向を示している。

【0125】

図９に示すように、回転―直線運動変換装置４６０は、同一構成の２つの実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０が１つの磁石ロータを共用して、２つ駆動ヘッドを１つの駆動ヘッドに合体させたものであるとも言える。このため、回転―直線運動変換装置４６０は、磁石ロータを中心にティース列が上下対称構造に構成されている。

【0126】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置４６０は、駆動ヘッド４３０、レール４４０ａ、レール４４０ｂを有する。駆動ヘッド４３０は、磁石ロータ４１０、ティース列４２０を備える。磁石ロータ４１０は、駆動ヘッド４３０の円筒状の内部空間とギャップ４１５が形成されるように、駆動ヘッド４３０の内部に同心状に配置する。ティース列４２０は、磁石ロータ４１０を中心に上下二分されたティース列４２０ａと４２０ｂから構成される。ティース列４２０ａは、レール４４０ａとギャップ４２５ａが形成されるように、駆動ヘッド４３０の内部空間からレール４４０ａに向かって蛸足状に延設する。ティース列４２０ｂは、レール４４０ｂとギャップ４２５ｂが形成されるように、駆動ヘッド４３０の内部空間からレール４４０ｂに向かって蛸足状に延設する。レール４４０ａ、４４０ｂは、互いに並行となるように、駆動ヘッド４３０の上下両側に配置する。駆動ヘッド４３０とレール４４０ａとは、ティース列４２０ａを介して対向配置してあり、レール４４０の延在方向に相対移動できる。駆動ヘッド４３０とレール４４０ｂとは、ティース列４２０ｂを介して対向配置してあり、レール４４０の延在方向に相対移動できる。本実施形態では、駆動ヘッド４３０が移動できないように固定してあり、磁石ロータ４１０は、駆動ヘッド４３０内において回転自在に支持してある。

【0127】

磁石ロータ４１０、ティース列４２０ａおよび４２０ｂ、レール４４０ａおよび４４０ｂの構成は、それぞれ実施形態３の磁石ロータ２１０、ティース列２２０、レール２４０の構成とそれぞれ同一である。

【0128】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
回転―直線運動変換装置４６０で形成される閉磁界Ｈは図示しないが、磁石ロータ４１０、ティース列４２０ａ、レール４４０ａをループする閉磁界Ｈ１と、磁石ロータ４１０、ティース列４２０ｂ、レール４４０ｂをループする閉磁界Ｈ２とに二分される。二分された閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、互いに独立し磁束が混ざらない。このため、閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０で形成される閉磁界と実質的に同視できる。したがって、回転―直線運動変換装置４６０の動作原理および増減速原理は、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０の動作原理および増減速原理と同一である。

【0129】

回転―直線運動変換装置４６０の場合、駆動ヘッド４３０とレール４４０ａ、４４０ｂとの相対移動関係は、同一構成の２つの実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０により独立に回転―直線運動変換する場合と同視できる。このため、駆動ヘッド４３０を移動できないように固定した場合、駆動ヘッド４３０に対するレール４４０ａ、４４０ｂの相対移動は、同速度逆方向となる。

【0130】

回転―直線運動変換装置４６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はレールを通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0131】

さらに、回転―直線運動変換装置４６０は、駆動ヘッドが上下対称構造で、駆動ヘッドの上下側における２つのレールの磁石ピッチも等しいので、駆動ヘッドに相対して、上下側の２つのレールを同速度逆方向に同時移動させることができる。したがって、たとえば、左右に逆方向に定距離を移動させたい開閉装置などに、実施形態５に係る回転―直線運動変換装置４６０を適用することができる。

【0132】

〔実施形態６〕
次に、実施形態６に係る回転―直線運動変換装置５６０について説明する。図１０は、実施形態６に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ５１０の回転方向、レール５４０ａおよび５４０ｂの移動方向を示している。

【0133】

図１０に示すように、回転―直線運動変換装置５６０は、同一構成の２つの実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０が１つの磁石ロータを共用して、２つ駆動ヘッドを１つの駆動ヘッドに合体させたものであるとも言える。このため、回転―直線運動変換装置５６０は、磁石ロータを中心にティース列が上下対称構造に構成されている。

【0134】

回転―直線運動変換装置５６０は、実施形態５に係る回転―直線運動変換装置４６０の技術的思想を取り入れ、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０に適用させたものである。

【0135】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置５６０は、駆動ヘッド５３０、レール５４０ａ、レール５４０ｂを有する。駆動ヘッド５３０は、磁石ロータ５１０、ティース列５２０を備える。磁石ロータ５１０は、駆動ヘッド５３０の円筒状の内部空間とギャップ５１５が形成されるように、駆動ヘッド５３０の内部に同心状に配置する。ティース列５２０は、磁石ロータ５１０を中心に上下二分されたティース列５２０ａと５２０ｂから構成される。ティース列５２０ａは、レール５４０ａとギャップ５２５ａが形成されるように、駆動ヘッド５３０の内部空間からレール５４０ａに向かって蛸足状に延設する。ティース列５２０ｂは、レール５４０ｂとギャップ５２５ｂが形成されるように、駆動ヘッド５３０の内部空間からレール５４０ｂに向かって蛸足状に延設する。レール５４０ａ、５４０ｂは、互いに並行となるように、駆動ヘッド５３０の上下両側に配置する。駆動ヘッド５３０とレール５４０ａとは、ティース列５２０ａを介して対向配置してあり、レール５４０の延在方向に相対移動できる。駆動ヘッド５３０とレール５４０ｂとは、ティース列５２０ｂを介して対向配置してあり、レール５４０の延在方向に相対移動できる。本実施形態では、駆動ヘッド５３０が移動できないように固定してあり、磁石ロータ５１０は、駆動ヘッド５３０内において回転自在に支持してある。

【0136】

磁石ロータ５１０、ティース列５２０ａおよび５２０ｂ、レール５４０ａおよび５４０ｂの構成は、それぞれ実施形態４の磁石ロータ３１０、ティース列３２０、レール３４０の構成とそれぞれ同一である。

【0137】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
回転―直線運動変換装置５６０で形成される閉磁界Ｈは図示しないが、磁石ロータ５１０、ティース列５２０ａ、レール５４０ａをループする閉磁界Ｈ１と、磁石ロータ５１０、ティース列５２０ｂ、レール５４０ｂをループする閉磁界Ｈ２とに二分される。二分された閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、互いに独立し磁束が混ざらない。このため、閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０で形成される閉磁界と実質的に同視できる。したがって、回転―直線運動変換装置５６０の動作原理および増減速原理は、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０の動作原理および増減速原理と同一である。

【0138】

回転―直線運動変換装置５６０の場合、駆動ヘッド５３０とレール５４０ａ、５４０ｂとの相対移動関係は、同一構成の２つの実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０により独立に回転―直線運動変換する場合と同視できる。このため、駆動ヘッド５３０を移動できないように固定した場合、駆動ヘッド５３０に対するレール５４０ａ、５４０ｂの相対移動は、同速度逆方向となる。

【0139】

回転―直線運動変換装置５６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はティース列を通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0140】

さらに、回転―直線運動変換装置４６０は、駆動ヘッドが上下対称構造で、駆動ヘッドの上下側における２つのレールの磁石ピッチも等しいので、駆動ヘッドに相対して、上下側の２つのレールを同速度逆方向に同時移動させることができる。したがって、たとえば、左右に逆方向に定距離を移動させたい開閉装置などに、実施形態６に係る回転―直線運動変換装置５６０を適用することができる。

【0141】

〔実施形態７〕
次に、実施形態７に係る回転―直線運動変換装置６６０について説明する。図１１は、実施形態７に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ６１０の回転方向、レール６４０ａおよび６４０ｂの移動方向を示している。

【0142】

図１１に示すように、回転―直線運動変換装置６６０は、異なる構成の２つの実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０が１つの磁石ロータを共用して、２つの駆動ヘッドを１つの駆動ヘッドに合体させたものであるとも言える。

【0143】

回転―直線運動変換装置６６０は、実施形態５に係る回転―直線運動変換装置４６０と比較して、磁石ロータを中心にティース列が上下非対称構造に構成されていることで相違する。

【0144】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置６６０は、駆動ヘッド６３０、レール６４０ａ、レール６４０ｂを有する。駆動ヘッド６３０は、磁石ロータ６１０、ティース列６２０を備える。磁石ロータ６１０は、駆動ヘッド６３０の円筒状の内部空間とギャップ６１５が形成されるように、駆動ヘッド６３０の内部に同心状に配置する。ティース列６２０は、ティース列６２０ａと６２０ｂから構成される。ティース列６２０ａは、レール６４０ａとギャップ６２５ａが形成されるように、駆動ヘッド６３０の内部空間からレール６４０ａに向かって蛸足状に延設する。ティース列６２０ｂは、レール６４０ｂとギャップ６２５ｂが形成されるように、駆動ヘッド６３０の内部空間からレール６４０ｂに向かって蛸足状に延設する。
レール６４０ａ、６４０ｂは、互いに並行となるように、駆動ヘッド６３０の上下両側に配置する。駆動ヘッド６３０とレール６４０ａとは、ティース列６２０ａを介して対向配置してあり、レール６４０の延在方向に相対移動できる。駆動ヘッド６３０とレール６４０ｂとは、ティース列６２０ｂを介して対向配置してあり、レール６４０の延在方向に相対移動できる。磁石ロータ６１０は、駆動ヘッド６３０内において回転自在に支持してある。

【0145】

磁石ロータ６１０、レール６４０ａおよび６４０ｂの構成は、それぞれ実施形態３の磁石ロータ２１０、レール２４０の構成とそれぞれ同一である。

【0146】

ティース列６２０ａには、磁石ロータ６１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔａが５である形状および長さが異なるティース６２４ａ、６２４ｂ、…が形成してある。また、ティース列６２０ｂには、磁石ロータ６１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔｂが６である形状および長さが異なるティース６２４ａ、６２４ｂ、…が形成してある。

【0147】

ティース列６２０ａのティースピッチＴａおよびティース列６２０ｂのティースピッチＴｂは、それぞれ式１に示す関係を満たすと同時に、下記の式５に示す関係を満たすようにティースピッチＴａ、Ｔｂを形成する。

【0148】

Ｔｂ＜２・Ｐ＜Ｔａ （Ｔｂ＜Ｔａ） … （式５）
ここで、Ｐは磁石列６５２ａおよび磁石列６５２ｂの共通なる磁石ピッチ
図１１では、上述したように磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース列６２０ａのティース数Ｍｔａは５であり、磁石ロータ１０の１極当たりに割当てられるティース列６２０ｂのティース数Ｍｔｂは６である。したがって、ティース列６２０ａについては、式１において、ｋ＝＋１とし、ティースピッチＴａを（Ｐ・１１／５）に形成し、ティース列６２０ｂについては、上述した式１において、ｋ＝−１とし、ティースピッチＴｂを（Ｐ・１１／６）に形成してある。ティース列６２０ａおよび６２０ｂのその他の構成については、実施形態３と同一である。

【0149】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
回転―直線運動変換装置６６０で形成される閉磁界Ｈは図示しないが、磁石ロータ６１０、ティース列６２０ａ、レール６４０ａをループする閉磁界Ｈ１と、磁石ロータ６１０、ティース列６２０ｂ、レール６４０ｂをループする閉磁界Ｈ２と２つに分けられる。２つに分けられた閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、互いに独立し磁束が混ざらない。このため、閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、実施形態３に係る回転―直線運動変換装置２６０で形成される閉磁界と実質的に同視できる。したがって、回転―直線運動変換装置６６０の動作原理も、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０の動作原理と同一である。

【0150】

実施形態７に係る回転―直線運動変換装置６６０の場合、磁石ロータ６１０の周速度Ｖｒとレール６４０ａの移動速度Ｖｍ１との関係は、
磁石ロータ６１０の極数がＭ＝４、
係数ｋ＝＋１であるので、
Ｍ＝４、ｋ＝＋１を式２に代入すると、
Ｖｍ１／Ｖｒ＝＋４・Ｐ／（π・Ｄ）となる。一方、磁石ロータ６１０の周速度Ｖｒとレール６４０ｂの移動速度Ｖｍ２との関係は、
磁石ロータ６１０の極数がＭ＝４、
係数ｋ＝−１であるので、
Ｍ＝４、ｋ＝−１を式２に代入すると、
Ｖｍ２／Ｖｒ＝−４・Ｐ／（π・Ｄ）となる。

【0151】

したがって、駆動ヘッド６３０が移動できないように固定した場合、磁石ロータ６１０が１回転すると、レール６４０ａは＋４・Ｐ移動し、レール６４０ｂは―４・Ｐ移動する。磁石ロータ６１０からみて、レール６４０ａ、６４０ｂは同方向に同じ距離分移動することとなる。したがって、駆動ヘッド６３０に対するレール６４０ａ、６４０ｂの相対移動は、同速度同方向となる。

【0152】

また、レール６４０ａ、６４０ｂが移動できないように固定した場合、磁石ロータ６１０を回転すると、駆動ヘッド６３０がレール６４０ａ、６４０ｂの間で１方向に相対移動できる。この場合、上下面では磁気吸引力が相殺されるので、駆動ヘッド６３０の相対移動時にレール６４０ａ、６４０ｂへの負担が軽減され、摩擦が少なくなり、より高精度な位置決めが可能となる。

【0153】

回転―直線運動変換装置６６０は、実施形態１に係る回転―直線運動変換装置６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はレールを通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0154】

さらに、回転―直線運動変換装置６６０は、上述した式１および式５に示す関係を同時に満たすようにティース列のティースピッチを設定し、駆動ヘッドの上下側における２つのレールの磁石ピッチが等しいので、駆動ヘッドに相対して、上下側の２つのレールを同速度同方向に同時移動させることができる。したがって、駆動ヘッドの上下面で磁気吸引力が相殺されるので、駆動ヘッドの相対移動時にレールへの負担が軽減され、摩擦が少なくなり、より高精度な位置決めが可能となる。

【0155】

〔実施形態８〕
次に、実施形態８に係る回転―直線運動変換装置７６０について説明する。図１２は、実施形態８に係る回転―直線運動変換装置の構成図である。図面での黒矢印は、それぞれ磁石ロータ７１０の回転方向、レール７４０ａおよび７４０ｂの移動方向を示している。

【0156】

図１２に示すように、回転―直線運動変換装置７６０は、異なる構成の２つの実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０が１つの磁石ロータを共用して、２つの駆動ヘッドを１つの駆動ヘッドに合体させたものであるとも言える。

【0157】

回転―直線運動変換装置７６０は、実施形態６に係る回転―直線運動変換装置５６０と比較して、磁石ロータを中心にティース列が上下非対称構造に構成されていることで相違する。

【0158】

回転―直線運動変換装置７６０は、実施形態７に係る回転―直線運動変換装置６６０の技術的思想を取り入れ、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０に適用させたものである。

【0159】

＜回転―直線運動変換装置の構成＞
回転―直線運動変換装置７６０は、駆動ヘッド７３０、レール７４０ａ、レール７４０ｂを有する。駆動ヘッド７３０は、磁石ロータ７１０、ティース列７２０を備える。磁石ロータ７１０は、駆動ヘッド７３０の円筒状の内部空間とギャップ７１５が形成されるように、駆動ヘッド７３０の内部に同心状に配置する。ティース列７２０は、ティース列７２０ａと７２０ｂから構成される。ティース列７２０ａは、レール７４０ａとギャップ７２５ａが形成されるように、駆動ヘッド７３０の内部空間からレール７４０ａに向かって蛸足状に延設する。ティース列７２０ｂは、レール７４０ｂとギャップ７２５ｂが形成されるように、駆動ヘッド７３０の内部空間からレール７４０ｂに向かって蛸足状に延設する。

【0160】

レール７４０ａ、７４０ｂは、互いに並行となるように、駆動ヘッド７３０の上下両側に配置する。駆動ヘッド７３０とレール７４０ａとは、ティース列７２０ａを介して対向配置してあり、レール７４０の延在方向に相対移動できる。駆動ヘッド７３０とレール７４０ｂとは、ティース列７２０ｂを介して対向配置してあり、レール７４０の延在方向に相対移動できる。磁石ロータ７１０は、駆動ヘッド７３０内において回転自在に支持してある。

【0161】

磁石ロータ７１０の構成は、それぞれ実施形態４の磁石ロータ３１０と同一である。

【0162】

ティース列７２０ａには、磁石ロータ７１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔａが１３である形状および長さが異なるティース７２４ａ、７２４ｂ、…が形成してある。また、ティース列７２０ｂには、磁石ロータ７１０の１極当たりに割当てられるティース数Ｍｔｂが１５である形状および長さが異なるティース７２４ａ、７２４ｂ、…が形成してある。

【0163】

ティース列７２０ａは、着磁がレール７４０ａの延在方向の磁石ピッチがＰａである磁石列７５２ａを備える。ティース列７２０ｂは、着磁がレール７４０ｂの延在方向の磁石ピッチがＰｂである磁石列７５２ｂを備える。磁石列７５２ａ、７５２ｂはティース列７２０を通過しようとする磁束を整列させる。磁石列７５２ａ、７５２ｂによって、ティース列７２０を通過しようとする磁束のほとんどが整列された状態で通過するため、漏れ磁束が減少する。磁石列７５２ａ、７５２ｂは、隣接する永久磁石７５４ａ、７５４ａの同極性面（Ｎ極側）を、磁性体部７２６ａを介してレール７４０ａ、７４０ｂの延在方向に向い合せてあり、また、隣接する永久磁石７５４ｂ、７５４ｂの同極性面（Ｓ極側）を、磁性体部７２６ｂを介してレール７４０ａ、７４０ｂの延在方向に向い合せてある。ティース列７２０ａ、７２０ｂのその他の構成は、実施形態２と同一である。

【0164】

レール７４０ａは、磁石ロータ７１０の磁石列７１２からの磁束を、ティース列７２０ａの磁性体部７２６ａを介して通過させる。また、レール７４０ａは、レール７４０ａの磁束を、磁性体部７２６ａ、７２６ｂ介して磁石ロータ７１０の磁石列７１２に向けて通過させる。レール７４０ａには、その延在方向に沿ってピッチがＴである磁気歯７４２ａが形成してある。磁気歯７４２ａは、ティース列７２０ａの磁性体７２６ａを通過してきた磁束のほとんどを取り入れる。

【0165】

レール７４０ｂは、磁石ロータ７１０の磁石列７１２からの磁束を、ティース列７２０ｂの磁性体部７２６ａを介して通過させる。また、レール７４０ｂは、レール７４０ｂの磁束を、磁性体部７２６ａ、７２６ｂ介して磁石ロータ７１０の磁石列７１２に向けて通過させる。レール７４０ｂには、その延在方向に沿ってピッチがＴである磁気歯７４２ｂが形成してある。磁気歯７４２ｂは、ティース列７２０ｂの磁性体７２６ａを通過してきた磁束のほとんどを取り入れる。

【0166】

レール７４０ａ、７４０ｂに設ける磁気歯７４２ａ、７４２ｂの磁気歯ピッチＴは、式３に示す関係を満たすと同時に、下記の式６に示す関係を満たすように形成する。

【0167】

２・Ｐｂ＜Ｔ＜２・Ｐａ … （式６）
ここで、Ｐｂは磁石列７５２ｂの磁石ピッチ
Ｐａは磁石列７５２ａの磁石ピッチ
図１２では、上述したように磁石ロータ７１０の１極当たりに割当てられるティース列７２０ａティース数Ｍｐａは１３であり、磁石ロータ７１０の１極当たりに割当てられるティース列７２０ｂティース数Ｍｐｂは１５である。したがって、ティース列７２０ａについては、式３において、ｋ＝−１とし、磁気歯ピッチＴと磁石列７５２ａの磁石ピッチＰａとの関係は、Ｔ＝Ｐａ・２４／１３となる。また、ティース列７２０ｂについては、式３において、ｋ＝＋１とし、磁気歯ピッチＴと磁石列７５２ｂの磁石ピッチＰｂとの関係は、Ｔ＝Ｐｂ・３２／１５となる。レール７４０ａ、７４０ｂのその他の構成は、実施形態２と同一である。

【0168】

＜回転―直線運動変換装置の動作＞
回転―直線運動変換装置７６０で形成される閉磁界Ｈは、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１と、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２と２つに分けられる。２つに分けられた閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、互いに独立し磁束が混ざらない。このため、閉磁界Ｈ１、Ｈ２は、実施形態４に係る回転―直線運動変換装置３６０で形成される閉磁界と実質的に同視できる。したがって、回転―直線運動変換装置６６０の動作原理も、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０の動作原理と同一である。

【0169】

実施形態８に係る回転―直線運動変換装置７６０の場合、磁石ロータ７１０の周速度Ｖｒとレール７４０ａの移動速度Ｖｔ１との関係は、
磁石ロータ７１０の極数がＭ＝４、
係数ｋ＝−１であるので、
Ｍ＝４、ｋ＝−１を式４に代入すると、
Ｖｔ１／Ｖｒ＝＋２・Ｔ／（π・Ｄ）となる。一方、磁石ロータ７１０の周速度Ｖｒとレール７４０ｂの移動速度Ｖｔ２との関係は、
磁石ロータ７１０の極数がＭ＝４、
係数ｋ＝＋１であるので、
Ｍ＝４、ｋ＝＋１を式２に代入すると、
Ｖｔ２／Ｖｒ＝−２・Ｔ／（π・Ｄ）となる。

【0170】

したがって、駆動ヘッド７３０が移動できないように固定した場合、磁石ロータ７１０が１回転すると、レール７４０ａは＋２・Ｔ移動し、レール７４０ｂは―２・Ｔ移動する。磁石ロータ７１０からみて、レール７４０ａ、７４０ｂは同方向に同じ距離分移動することとなる。したがって、駆動ヘッド７３０に対するレール７４０ａ、７４０ｂの相対移動は、同速度同方向となる。

【0171】

また、レール７４０ａ、７４０ｂが移動できないように固定した場合、磁石ロータ７１０を回転すると、駆動ヘッド７３０がレール７４０ａ、７４０ｂの間で１方向に相対移動できる。この場合、上下面では磁気吸引力が相殺されるので、駆動ヘッド７３０の相対移動時にレール７４０ａ、７４０ｂへの負担が軽減され、摩擦が少なくなり、より高精度な位置決めが可能となる。

【0172】

回転―直線運動変換装置７６０は、実施形態２に係る回転―直線運動変換装置１６０と同様に、着磁がレールの延在方向の磁石列はティース列を通過しようとする磁束を整列させるので、漏れ磁束の極小化、大きな許容推力および広範囲の増減速比が実現できる。

【0173】

さらに、回転―直線運動変換装置７６０は、上述した式３および式６に示す関係を同時に満たすようにティース列のティースピッチを設定し、駆動ヘッドの上下側における２つのレールの磁石ピッチが等しいので、駆動ヘッドに相対して、上下側の２つのレールを同速度同方向に同時移動させることができる。したがって、駆動ヘッドの上下面で磁気吸引力が相殺されるので、駆動ヘッドの相対移動時にレールへの負担が軽減され、摩擦が少なくなり、より高精度な位置決めが可能となる。

【0174】

以下、図１３〜１７を参照して、磁石ロータ７１０の回転位置に応じて形成される閉磁界Ｈの変化について説明する。図１３〜１７に示すように、磁石ロータ７１０を図１３に示す位置から反時計回り方向に０度から１８０度まで４５度単位で回転させた場合、磁石ロータ７１０の各回転位置における閉磁界Ｈの形状および磁束の流れ方向は異なる。図面において、マークＹは磁石ロータ７１０の現在の回転位置を示すために、また、基準線Ｉ−Ｉはレール７４０ａ、７４０ｂの相対移動距離を示すために、仮に表示させたものである。

【0175】

図１３は、磁石ロータ７１０が０度位置における閉磁界の説明図である。図面に表示されている位置において、磁石ロータ７１０は、上、下側がＳ極で、左、右側がＮ極である。したがって、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２は、次のように磁束を流す。

【0176】

閉磁界Ｈ１の磁束は、図面の両側に位置するティース列７２０ａ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ａの受入領域に流入する。また、図面の中央側に位置するティース列７２０ａを介してレール７４０ａの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0177】

閉磁界Ｈ２の磁束は、図面の両側に位置するティース列７２０ｂ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ｂの受入領域に流入する。また、図面の中央側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0178】

図１４は、磁石ロータ７１０が４５度位置における閉磁界の説明図である。図面に表示されている位置において、磁石ロータ７１０は、左上、右下側がＳ極で、左下、右上側がＮ極である。したがって、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２は、次のように磁束を流す。

【0179】

閉磁界Ｈ１の磁束は、図面の左半分側に位置するティース列７２０ａ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ａの受入領域に流入する。また、図面の右半分側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0180】

閉磁界Ｈ２の磁束は、図面の右半分側に位置するティース列７２０ｂ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ｂの受入領域に流入する。また、図面の左半分側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0181】

なお、駆動ヘッド７３０が移動できないように固定してある場合、式４により、レール７４０ａ、７４０ｂは基準線Ｉ−Ｉの位置に相対して、それぞれ図面の右側へＴ／４移動してある。

【0182】

図１５は、磁石ロータ７１０が９０度位置における閉磁界の説明図である。図面に表示されている位置において、磁石ロータ７１０は、左、右側がＳ極で、上、下側がＮ極である。したがって、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２は、次のように磁束を流す。

【0183】

閉磁界Ｈ１の磁束は、図面の中央側に位置するティース列７２０ａを介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ａの受入領域に流入する。また、図面の両側に位置するティース列７２０ａを介してレール７４０ａの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0184】

閉磁界Ｈ２の磁束は、図面の中央側に位置するティース列７２０ｂ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ｂの受入領域に流入する。また、図面の両側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0185】

なお、駆動ヘッド７３０が移動できないように固定してある場合、式４により、レール７４０ａ、７４０ｂはそれぞれ図面の右側へＴ／２移動してある。

【0186】

図１６は、磁石ロータ７１０が１３５度位置における閉磁界の説明図である。図面に表示されている位置において、磁石ロータ７１０は、左下、右上側がＳ極で、左上、右下側がＮ極である。したがって、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２は、次のように磁束を流す。

【0187】

閉磁界Ｈ１の磁束は、図面の右半分側に位置するティース列７２０ａを介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ａの受入領域に流入する。また、図面の左半分側に位置するティース列７２０ａを介してレール７４０ａの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0188】

閉磁界Ｈ２の磁束は、図面の左半分側に位置するティース列７２０ｂ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ｂの受入領域に流入する。また、図面の右半分側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0189】

なお、駆動ヘッド７３０が移動できないように固定してある場合、式４により、レール７４０ａ、７４０ｂはそれぞれ図面の右側へ３・Ｔ／４移動してある。

【0190】

図１７は、磁石ロータ７１０が１８０度位置における閉磁界の説明図である。図面に表示されている位置において、磁石ロータ７１０は、左、右側がＮ極で、上、下側がＳ極である。したがって、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ａ、レール７４０ａをループする閉磁界Ｈ１、磁石ロータ７１０、ティース列７２０ｂ、レール７４０ｂをループする閉磁界Ｈ２は、次のように磁束を流す。

【0191】

閉磁界Ｈ１の磁束は、図面の両側に位置するティース列７２０ａを介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ａの受入領域に流入する。また、図面の中央側に位置するティース列７２０ａを介してレール７４０ａの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0192】

閉磁界Ｈ２の磁束は、図面の両側に位置するティース列７２０ｂ介して磁石ロータ７１０のＮ極からレール７４０ｂの受入領域に流入する。また、図面の中央側に位置するティース列７２０ｂを介してレール７４０ｂの引渡領域から磁石ロータ７１０のＳ極に磁束を取り入れる。

【0193】

なお、駆動ヘッド７３０が移動できないように固定してある場合、式４により、レール７４０ａ、７４０ｂはそれぞれ図面の右側へＴ移動してある。

【0194】

＜本発明に係る動力伝達装置の応用例＞
次に、上述してきたような構成を有する回転―直線運動変換装置の応用例を簡単に説明する。

【0195】

図１８は、本発明に係る回転―直線運動変換装置の一つの応用例を示す図である。

【0196】

図に示すように、回転―直線運動変換装置８６０（たとえば実施形態８の構成）は、内部にモータなどの動力発生機、または、発電機Ｇｅなどが磁石ロータ８１０と接続される動力入出力部８７０を有する。

【0197】

回転―直線運動変換装置８６０の磁石ロータ８１０、ティース列８２０、動力入力力部８７０は、結合部品８８０により結合されて１つの駆動ヘッド８３０を構成する。結合部品８８０の両端部には、２つのスライドブロック８９０が取り付けられ、それぞれのスライドブロック８９０にはスライドレールの頭部が埋め込まれている。

【0198】

回転―直線運動変換装置８６０のレール８４０ａ、８４０ｂは、２つのスライドレールの頭部とそれぞれスライドできるように接続されている。本応用例ではさらに、レール８４０ａ、８４０ｂが同じ方向にしか移動できないように、１つの結合部品８８１でレール８４０ａ、８４０ｂを結合させている。レール８４０ａ、８４０ｂが互いに同じ方向へ移動させる必要がない場合、結合部品８８１を無くしてもよい。

【0199】

回転―直線運動変換装置８６０は、動力入出力部８７０が外部のモータなどから動力を受ける場合、モータにより回転される磁石ロータ８１０の回転運動を、駆動ヘッド８３０またはレール８４０ａ、８４０ｂの直線運動に変換できる。また、回転―直線運動変換装置８６０は、動力入出力部８７０が外部の発電機Ｇｅなどに動力を出力する場合、駆動ヘッド８３０またはレール８４０ａ、８４０ｂの直線運動を磁石ロータ８１０の回転運動に変換できる。

【0200】

本発明に係る回転―直線運動変換装置８６０は、このように結合部品８８０、スライドブロック８９０、スライドレール等を用いて、モータまたは発電機Ｇｅなどに取付けて使用する。

【符号の説明】

【0201】

１０ 磁石ロータ、
１２ 磁石列、
１４ａ、１４ｂ 永久磁石、
１５ ギャップ、
２０ ティース列、
２４ａ、２４ｂ ティース、
２５ ギャップ、
２６ａ、２６ｂ 磁性体部、
４２ 磁気歯、
６０ 回転―直線運動変換装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】