特許 6077815 磁気バネ装置

(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】6077815

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】磁気バネ装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 6/00 20060101AFI20170130BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20170130BHJP

   F16F 15/03 20060101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   F16F6/00

   F16F15/02 A

   F16F15/03 G

【請求項の数】13

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-226045(P2012-226045)

(22)【出願日】2012年10月11日

(65)【公開番号】特開2014-77509(P2014-77509A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2015年9月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】上運天 昭司

【審査官】 保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５３６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３３３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２１９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０８７１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ１／００−６／００

１５／００−１５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気の吸引力をバネ力として用いる磁気バネ装置において、
一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束を発生する永久磁石と、
前記永久磁石の一方の磁極にその一部を近接または接触して配置された第１のヨーク部と、
前記永久磁石の他方の磁極にその一部を近接または接触して配置された第２のヨーク部と、
前記第１および第２のヨーク部とは別体として設けられ、前記第１および第２のヨーク部の前記永久磁石が配置されていない部分において、前記第１および第２のヨーク部を介して前記永久磁石とつながる磁路の一部を形成するように配置された磁性体からなる可動子とを備え、
前記可動子は、
その軸心の位置が規制された状態で軸方向に、前記第１および第２のヨーク部に対して移動可能に設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項2】

請求項１に記載された磁気バネ装置において、
前記第１および第２のヨーク部は、それぞれの一端にほゞ同径の貫通孔を有し、この貫通孔の中心軸を一致させて対向して配置され、
前記可動子は、柱状とされ、前記第１および第２のヨーク部の貫通孔の中心軸にその軸心を一致させて設置されている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項3】

請求項２に記載された磁気バネ装置において、
前記可動子は、その軸方向の長さが、前記第１および第２のヨーク部の対向する外側の端面間の距離と同程度である
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項4】

請求項１に記載された磁気バネ装置において、
前記第１および第２のヨーク部は、対向するほゞ平行な内壁面を有し、
前記可動子は、前記第１および第２のヨーク部の内壁面に対して平行移動方向を軸心として平行移動可能な形状とされ、その軸方向を前記第１および第２のヨーク部の対向方向に対してほゞ垂直として当該ヨーク部間に配置されている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項5】

請求項４に記載された磁気バネ装置において、
前記可動子は、その軸方向の長さが、前記可動子の近傍に位置する前記第１および第２のヨーク部の前記可動子の軸方向の長さと同程度以下である
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記第１および第２のヨーク部は、前記可動子側の方向への前記永久磁石の移動を規制する移動規制部
を備えることを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項7】

請求項１〜６の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記永久磁石は、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に交換可能に設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項8】

請求項１〜７の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記永久磁石は、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に非磁性体のスペーサを介して設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項9】

請求項１〜８の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間への前記永久磁石の着脱時に必要な力を低減させるための機構
を備えることを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項10】

請求項１〜９の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記第１および第２のヨーク部は、前記永久磁石の設置位置によって当該永久磁石の磁極との対向間隔が変わる領域を有する
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項11】

請求項１〜１０の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記第１および第２のヨーク部は、前記永久磁石の設置部を複数備える
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項12】

請求項１〜５の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記永久磁石が１つまたは複数個分離して搭載された永久磁石ホルダを備え、
前記永久磁石ホルダは、
前記搭載された任意の永久磁石を前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に選択的に位置させることができるように移動可能に設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【請求項13】

請求項１〜１２の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に前記永久磁石に対してその極性を逆として磁力調整用の永久磁石が設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、磁気の吸引力をバネ力として用いる磁気バネ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、この種の磁気バネ装置として、バネ定数やバネ力を自由に変えることが可能な磁気バネ装置が提案されている。この磁気バネ装置は、例えば電子部品などの小型部品や精密部品の組み付けを行うロボットのアーム先端とワーク（あるいはハンド）との間などに取り付けられ、部品の破損を防ぐための緩衝装置として用いられる。このような緩衝装置として用いられる磁気バネ装置では、設置後の調整や設備の仕様変更などで、バネ定数やバネ力などのバネの特性の変更が必要になる場合が多い。

【0003】

図２０に従来の磁気バネ装置の一例を示す（例えば、特許文献１参照）。この磁気バネ装置４００は、可動子２１（可動子ヨーク２２、永久磁石２３）と固定子２４（コイル２５，２６、ギャップ調整用固定子ヨーク２７〜３０、固定子コア３１，３２）と可動子２１を支持するケース３３と、可動子２１と固定子２４との間のギャップの間隔を変えるギャップ調整機構３４〜３７によって構成されている。

【0004】

この磁気バネ装置４００では、コイル２５，２６に電流が流されていない場合、永久磁石２３による磁束４０，４１が固定子２４のヨーク２７〜３２に流れ、可動子２１の変位０で安定状態にある。そのため、可動子２１がプラスに変位してもマイナスに変位しても可動子２１を変位０の中心点（原点）に戻そうとする吸引力が発生する。これにより、永久磁石２３の吸引力のみで、可動子２１の軸方向移動に対するバネ力（磁気バネ力）が得られる。

【0005】

これに対し、コイル２５，２６に電流を流すと、このコイル２５，２６に流れる電流（コイル電流）による磁束３８，３９が発生する。永久磁石２３による磁束４０，４１をコイル電流による磁束３８，３９で弱めることで、磁気吸引力が減少し、バネ定数が小さくなる。逆に、永久磁石２３による磁束４０，４１をコイル電流による磁束３８，３９で強めることで、磁気吸引力が増加し、バネ定数が大きくなる。

【0006】

また、ギャップ調整機構３４〜３７により、可動子２１と固定子２４との間のギャップ（２１−２７間、２１−２８間、２１−２９間、２１−３０間）の間隔を大きくすることで、磁気抵抗が増加し、永久磁石２３から固定子２４のヨーク２７〜３２に流れる磁束が減少することで磁気吸引力が減少し、バネ定数が小さくなる。逆に、可動子２１と固定子２４との間のギャップ（２１−２７間、２１−２８間、２１−２９間、２１−３０間）の間隔を小さくすることで、磁気抵抗が減少し、永久磁石２３から固定子２４のヨーク２７〜３２に流れる磁束が増加することで磁気吸引力が増加し、バネ定数が大きくなる。

【0007】

図２１に従来の磁気バネ装置の他の例を示す（例えば、特許文献２参照）。この磁気バネ装置５００は、円筒形状の固定軸５１と、この固定軸５１内に軸方向に移動可能に挿入された円柱形状の可動軸５２と、固定軸５１の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石５３と、可動軸５２の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石５４とを備え、固定側永久磁石５３および可動側永久磁石５４は、Ｎ極着磁帯とＳ極着磁帯とが交互に着磁されて円周方向に分割され、固定側永久磁石５３のＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように鉄心５５が固定され、この固定側永久磁石５３に固定された鉄心５５にコイル５６が巻かれている。

【0008】

この磁気バネ装置５００では、固定側永久磁石５３と可動側永久磁石５４との間に、固定軸５１と可動軸５２との軸方向および円周方向の相対変位に反発するように吸引力が発生し、軸方向に作用する吸引力がバネ力としてバネ機能を発揮し、円周方向に作用する吸引力が可動軸５２の回転止めとして機能する。また、コイル５６，５６に電流を流すことにより、このコイル５６，５６に流れる電流（コイル電流）によって発生する磁束が固定側永久磁石５３の磁束に作用し、バネ力を変化させる。すなわち、固定側永久磁石５３による磁束をコイル電流による磁束で弱めることで、磁気吸引力が減少し、バネ力が弱くなる。逆に、固定側永久磁石５３による磁束をコイル電流による磁束で強めることで、磁気吸引力が増加し、バネ力が強くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−３６０７４７号公報

【特許文献2】特開２００４−８４６９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、このような従来の磁気バネ装置４００や５００によると、コイルに電流を流すことによってバネ定数やバネ力を変更することができるが、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させるために、電力を常時消費し続ける必要が生じる。これにより、消費電力が大となる。また、消費電力の増大に伴って、発熱も大きくなり、磁気特性が変化してしまい、制御が困難となるなどの問題も生じる。

【0011】

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能な磁気バネ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

このような目的を達成するために本発明は、磁気の吸引力をバネ力として用いる磁気バネ装置において、一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束を発生する永久磁石と、永久磁石の一方の磁極にその一部を近接または接触して配置された第１のヨーク部と、永久磁石の他方の磁極にその一部を近接または接触して配置された第２のヨーク部と、第１および第２のヨーク部とは別体として設けられ、第１および第２のヨーク部の永久磁石が配置されていない部分において、第１および第２のヨーク部を介して永久磁石とつながる磁路の一部を形成するように配置された磁性体からなる可動子とを備え、可動子は、その軸心の位置が規制された状態で軸方向に、第１および第２のヨーク部に対して移動可能に設けられていることを特徴とする。

【0013】

本発明では、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えることにより、可動子はそのままで永久磁石のみを交換可能な設計とすることが可能になり、また、可動子に対する永久磁石の位置を変更可能な設計としたり、永久磁石の個数を増減させることが可能な設計としたりするなどして、永久磁石から可動子への磁束の供給状態を選択することも出来るようになるため、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ続ける場合のような電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能となる。

【0014】

また、本発明では、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えることにより、可動子の大きさなど設計上の制約に影響されることなく、必要なバネ力を得るための磁力を確保できる永久磁石を採用することが可能である。すなわち、可動子を可動子ヨークと永久磁石とで構成する方式では、コイルからの磁束を作用させることなくバネ力を強くしようとすると、永久磁石が大きくなって可動子が大型化し、重量も増加する。これに対して、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えた構成とすることにより、可動子の大きさはそのままとし、永久磁石を大きくすることで必要なバネ力を得るための磁力を確保することが可能となる。これにより、可動子の大きさなど設計上の制約に影響されることなく、またコイルを使用せずに、必要なバネ力を得るための磁力を確保することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、永久磁石の一方の磁極にその一部を近接または接触して第１のヨーク部を配置し、永久磁石の他方の磁極にその一部を近接または接触して第２のヨーク部を配置し、第１および第２のヨーク部とは別体として、その軸心の位置が規制された状態で軸方向に第１および第２のヨーク部に対して移動可能に、磁性体からなる可動子を設け、この可動子を第１および第２のヨーク部の永久磁石が配置されていない部分に第１および第２のヨーク部を介して永久磁石とつながる磁路の一部を形成するように配置するようにしたので、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えた構成となり、可動子はそのままで永久磁石のみを交換可能な設計とすることが可能になり、また、可動子に対する永久磁石の位置を変更可能な設計としたり、永久磁石の個数を増減させることが可能な設計としたりするなどして、永久磁石から可動子への磁束の供給状態を選択することも出来るようになるため、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ続ける場合のような電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る磁気バネ装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。

【図2】実施の形態１の磁気バネ装置において磁気バネ力が発生する原理を説明する図である。

【図3】本発明に係る磁気バネ装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す図である。

【図4】実施の形態２の磁気バネ装置において磁気バネ力が発生する原理を説明する図である。

【図5】複数の薄板状の磁性体を積層してヨーク部を構成するようにした場合の磁気バネ装置の要部を示す図である。

【図6】ヨーク部に段差を設けて永久磁石の可動子側への移動を規制するようにした磁気バネ装置の要部を示す図である。

【図7】ヨーク部に突起を設けて永久磁石の可動子側への移動を規制するようにした磁気バネ装置の要部を示す図である。

【図8】ヨーク部に非磁性体のスペーサを介して永久磁石を着脱可能に設けるようにした磁気バネ装置の要部を示す図である。

【図9】永久磁石の着脱時に必要な力を低減するための機構の第１例を示す図である。

【図10】永久磁石の着脱時に必要な力を低減するための機構の第２例を示す図である。

【図11】永久磁石の着脱時に必要な力を低減するための機構の第３例を示す図である。

【図12】永久磁石の着脱時に必要な力を低減するための機構の第４例を示す図である。

【図13】永久磁石を交換するための機構として短冊状の永久磁石ホルダを用いた例を示す図である。

【図14】永久磁石を交換するための機構として円盤状の永久磁石ホルダを用いた例を示す図である。

【図15】ヨーク部の永久磁石の設置部を斜めに拡げるようにした例を示す図である。

【図16】ヨーク部の永久磁石の設置部の厚みを段階的に変えるようにした例を示す図である。

【図17】ヨーク部間に複数の永久磁石を設けるようにした例を示す図である。

【図18】ヨーク部間の永久磁石に対してその極性を逆として磁力調整用の永久磁石を設けるようにして例を示す図である。

【図19】ヨーク部間に着脱可能にバイパスヨークを接触させて設けるようにした例を示す図である。

【図20】従来のバネ定数可変磁気バネ装置の一例を示す図である。

【図21】従来のバネ定数可変磁気バネ装置の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

〔発明の原理〕
永久磁石により磁力を得るようにすれば、電磁石を利用せずに済むので、常時電力を消費する問題を解消することができる。一方で、永久磁石を可動子に備えようとすると、可動子の大きさや重量、形状などの設計上の制約により、使用できる永久磁石も制約を受けるため、必要な最大磁力を確保できるとは限らない。動特性の点からも可動子の重量への制約があり、つまり、重量が重いと慣性力のため動特性が低下し、また、可動子の自重はバネ力にも影響する。さらに、一般的に可動子は、ブッシュなどのリニアガイドに取り付けられて外部の部材に接続されているシャフトなどに固定されており、脱着しにくいことが多い。

【0018】

本願の発明者は、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えることにより、可動子の大きさや重量、形状など設計上の制約には基本的に影響されることなく、必要なバネ力を得るための磁力を確保できる永久磁石を採用でき、永久磁石の交換や脱着という点でも有利であることに着眼した。なお、可動子を構成する磁性体には、飽和磁束密度や透磁率が大きく、保磁力が小さく、磁気ヒステリシスの小さい軟磁性材料（例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄、パーマロイなど）を使い、様々な永久磁石から（ヨーク経由で）供給される磁束に対応できるようにしておくことが好ましい。

【0019】

ところで、永久磁石を採用すると、バネ力を容易に変更することが困難となる。すなわち、永久磁石を採用することによりバネ力が完全に固定されてしまい、磁気バネの利用者にとって装置設計が煩わしくなる。

【0020】

それに対して、本願の発明者は、鋭意研究の結果、磁気バネ力を利用する装置では、特定の限られた固定的なバネ力に選択可能であれば十分であるケースが多いことを突き止めた。すなわち、任意かつ連続的にバネ力を変化させることは必ずしも必要ではなく、特定の限られたバネ力に選択的に固定することができれば十分であるケースが多いことを突き止めた。

【0021】

この場合、磁束を供給する永久磁石と磁束が供給される可動子とを別個に備えた構成とすれば、可動子はそのままで永久磁石のみを交換可能な設計とすることが可能になり、また、可動子に対する永久磁石の位置を変更可能な設計としたり、永久磁石の個数を増減させることが可能な設計としたりすることにより、永久磁石から可動子への磁束の供給状態を選択することも出来るようになるため、特定の限られたバネ力に選択的に固定することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0022】

〔実施の形態１〕
図１に本発明に係る磁気バネ装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す。図１（ａ）はこの実施の形態１の磁気バネ装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図である。

【0023】

図１において、１はＮ極から出てＳ極に戻る磁束を発生する永久磁石、２および３は永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束の磁路を形成するための第１および第２のヨーク部、４は第１のヨーク部２および第２のヨーク部３が形成する磁路中の空間にその軸心Ｏの位置が規制された状態で軸方向に移動可能に設けられた磁性体からなる可動子である。

【0024】

この実施の形態１の磁気バネ装置１００において、第１のヨーク部２および第２のヨーク部３は、平板状とされ、それぞれの一端にほゞ同径の貫通孔２−１および３−１を有し、この貫通孔２−１および３−１の中心軸を一致させて対向して配置されている。可動子４は、円柱状とされ、第１のヨーク部２および第２のヨーク部３の貫通孔２−１，３−１の中心軸にその軸心Ｏを一致させて、両方の貫通孔２−１，３−１にかかるようにして設置されている。

【0025】

また、可動子４は、その長さＬが第１のヨーク部２および第２のヨーク部３の対向する外側の板面２ａ（第１のヨーク部２の上面），３ａ（第２のヨーク部３の下面）間の距離Ｈと同程度とされている。また、可動子４は、図示されていないガイドによって、その軸心Ｏの位置が規制された状態（可動子４の水平方向の動きが規制された状態）で、軸方向に移動可能に設けられている。すなわち、可動子４の外周面４ａを貫通孔２−１，３−１の内周面２−１ａ，３−１ａから離間させた状態で、可動子４が貫通孔２−１，３−１に挿通されている。

【0026】

なお、ガイドを設ける代わりに、可動子４の外周面４ａと貫通孔２−１，３−１の内周面２−１ａ，３−１ａとの間に、表面が滑りやすい非磁性体の軸受を設けるようにしてもよい。ガイドや非磁性体の軸受などのように、可動子４の外周面４ａと貫通孔２−１，３−１の内周面２−１ａ，３−１ａとを離間させる機構がないと、磁気吸引力で可動子４がヨーク部２，３に吸着されてしまい、（通常で発生させる最大磁気バネ力の数１０倍以上の力を加えないと）動かなくなる。

【0027】

また、この磁気バネ装置１００において、永久磁石１は直方体とされ、その厚み方向の一方がＮ極、他方がＳ極に着磁されている。この永久磁石１は、第１のヨーク部２と第２のヨーク部３との対向空間中、可動子４が設けられた側とは反対側の端部に、そのＮ極の面（上面）１ａおよびＳ極の面（底面）１ｂを第１のヨーク部２の下面（内面）２ｂおよび第２のヨーク部３の上面（内面）３ｂに接触させるようにして、交換可能にあるいはその位置を変更可能に固定されている。

【0028】

また、この磁気バネ装置１００において、永久磁石１は、例えば、ネオジムやサマリウムコバルトなどの希土類磁石またはフェライト磁石などからなる。ヨーク部２，３や可動子４は、飽和磁束密度や透磁率が大きく、保磁力が小さく、磁気ヒステリシスの小さい軟磁性材料（例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄、パーマロイなど）からなる。

【0029】

この磁気バネ装置１００では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束５が第１のヨーク部２、可動子４、第２のヨーク部３の経路で流れ、第１のヨーク部２および第２のヨーク部３と可動子４との間に作用する磁力（吸引力）によって、（無負荷状態における）変位０の中心点（原点）に可動子４が戻ろうとするバネ力（磁気バネ力）が発生する。

【0030】

図２を参照して、この磁気バネ装置１００において、磁気バネ力が発生する原理について説明する。なお、図２は図１（ｂ）を拡大して示した図である。

【0031】

この磁気バネ装置１００において、磁気バネ力は次のような原理によって発生する。すなわち、外力によって可動子４が対向したヨーク部２，３間に押し込められると、可動子４の押し込められた側の端部と押し込められた側のヨーク部２の貫通孔２−１（または、ヨーク部３の貫通孔３−１）間における斜め方向の吸引力により、その吸引力の軸方向の分解ベクトルとして可動子４を中央にもどす垂直方向（軸方向）の磁気バネ力が発生する。

【0032】

なお、この磁気バネ装置１００において、永久磁石１の磁極の向きは、Ｎ極とＳ極の向きが逆になっても効果は同じである。また、可動子４の長さＬはヨーク部２，３間の距離Ｈと同程度が磁気バネ力発生の効率がよく好ましいが、長くてもかまわない。また、磁束が可動子４を通過してヨーク部２，３間を流れる程度の範囲であれば短くても構わないが、可動子４の両端に逆方向の磁気バネ力が働くので効率は悪くなる。

【0033】

〔実施の形態２〕
図３に本発明に係る磁気バネ装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す。図３（ａ）はこの実施の形態２の磁気バネ装置の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図である。

【0034】

この実施の形態２の磁気バネ装置２００では、間隔をあけてほゞ平行に対向して配置した平板状の第１のヨーク部２と第２のヨーク部３との間に、その軸方向をヨーク部２，３の対向方向に対してほゞ垂直として四角柱状の可動子４を配置している。

【0035】

また、可動子４は、図示されていないガイドによって、その軸心Ｏの位置が規制された状態（可動子４の水平方向の動きが規制された状態）で、可動子４の軸方向とヨーク部２，３の面方向を平行にして軸方向に移動可能に設けられている。すなわち、可動子４の外周面４ａ（上面４ａ１，下面４ａ２）をヨーク部２，３の内面２ｂ，３ｂから離間させた状態で、可動子４がヨーク部２，３の間に配置されている。

【0036】

なお、ガイドを設ける代わりに、可動子４の外周面４ａとヨーク部２，３の内面２ｂ，３ｂとの間に、表面が滑りやすい非磁性体の軸受を設けるようにしてもよい。ガイドや非磁性体の軸受などのように、可動子４の外周面４ａとヨーク部２，３の内面２ｂ，３ｂとを離間させる機構がないと、磁気吸引力で可動子４がヨーク部２，３に吸着してしまい、（通常で発生させる最大磁気バネ力の数１０倍以上の力を加えないと）動かなくなる。

【0037】

また、この磁気バネ装置２００において、可動子４の長さＬはヨーク部２，３の幅Ｗ（可動子４の近傍に位置するヨーク部２，３の可動子４の軸方向の長さ）と同程度以下とされている。また、この磁気バネ装置２００において、永久磁石１は、直方体とされ、その厚み方向の一方がＮ極、他方がＳ極に着磁されている。この永久磁石１は、第１のヨーク部２と第２のヨーク部３との対向空間中、可動子４が設けられた側とは反対側の端部に、そのＮ極の面（上面）１ａおよびＳ極の面（下面）１ｂを第１のヨーク部２の下面２ｂおよび第２のヨーク部３の上面３ｂに接触させるようにして、交換可能にあるいはその位置を変更可能に固定されている。

【0038】

また、この磁気バネ装置２００において、永久磁石１は、例えば、ネオジムやサマリウムコバルトなどの希土類磁石またはフェライト磁石などからなる。ヨーク部２，３や可動子４は、飽和磁束密度や透磁率が大きく、保磁力が小さく、磁気ヒステリシスの小さい軟磁性材料（例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄、パーマロイなど）からなる。

【0039】

この磁気バネ装置２００では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束５が第１のヨーク部２、可動子４、第２のヨーク部３の経路で流れ、第１のヨーク部２および第２のヨーク部３と可動子４との間に作用する磁力（吸引力）によって、（無負荷状態における）変位０の中心点（原点）に可動子４が戻ろうとするバネ力（磁気バネ力）が発生する。

【0040】

図４を参照して、この磁気バネ装置２００において、磁気バネ力が発生する原理について説明する。なお、図４は図３（ｂ）におけるII−II線断面図である。

【0041】

この磁気バネ装置２００において、磁気バネ力は次のような原理によって発生する。すなわち、外力によって可動子４が対向したヨーク部２，３間に押し込められると、可動子４の押し込められた側の端部と押し込められた側のヨーク部２の端部間およびヨーク部３の端部間における斜め方向の吸引力により、その吸引力の軸方向の分解ベクトルとして可動子４を中央にもどす垂直方向（軸方向）の磁気バネ力が発生する。なお、可動子４の押し出された側の端部と押し出された側のヨーク部２の端部間およびヨーク部３の端部間においても、わずかな斜め方向の吸引力が働き、その吸引力の軸方向の分解ベクトルとして可動子４を中央にもどす垂直方向（軸方向）のわずかな磁気バネ力が発生するが、押し込められた側の影響が大きい。

【0042】

なお、この磁気バネ装置２００において、永久磁石１の磁極の向きは、Ｎ極とＳ極の向きが逆になっても効果は同じである。また、可動子４の形状は、四角柱状に限らず、円柱状、平板状などとしてもよいが、ヨーク面と近接して対向する面積が大きい方が磁気抵抗が小さくなり、より多くの磁束が効率よく流れるようになるので好ましい。また、可動子４の長さＬはヨーク幅Ｗと同程度より短い方が磁気バネ力発生の効率がよく好ましい。また、磁束が可動子４を通過してヨーク部２，３間を流れる範囲であれば、可動子４はどのような形状でも（例えば、柱状を板状まで短くしても、逆に長くしても）構わないが、所望の特性に応じて形状や長さは選択される。

【0043】

以上の説明から分かるように、実施の形態１の磁気バネ装置１００や実施の形態２の磁気バネ装置２００では、磁束を供給する永久磁石１と磁束が供給される可動子４とを別個に備えた構成としている。

【0044】

これにより、可動子４はそのままで永久磁石１のみを形状、体積、材質などが異なる別の永久磁石と交換することにより、すなわち永久磁石１を磁力の強い磁石に交換したり、磁力の弱い磁石に交換したりすることにより、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ続ける場合のような電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能となる。

【0045】

また、可動子４に対する永久磁石１の位置を変更することにより、すなわち可動子１に作用する磁力を強くしたり、弱くしたりすることにより、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ続ける場合のような電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能となる。

【0046】

また、永久磁石１の個数を増減させることにより、すなわち永久磁石１の個数を増やして磁力を強くしたり、永久磁石１の個数を減らして磁力を弱くしたりすることにより、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ続ける場合のような電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、バネの特性を必要に応じて選択的に変更することが可能となる。

【0047】

また、実施の形態１の磁気バネ装置１００や実施の形態２の磁気バネ装置２００では、磁束を供給する永久磁石１と磁束が供給される可動子４とを別個に備えることにより、可動子４の大きさなど設計上の制約に影響されることなく、必要なバネ力を得るための磁力を確保できる永久磁石１を採用することができる。

【0048】

すなわち、可動子を可動子ヨークと永久磁石とで構成する方式では、コイルからの磁束を作用させることなくバネ力を強くしようとすると、永久磁石が大きくなって可動子が大型化する。これに対して、実施の形態１の磁気バネ装置１００や実施の形態２の磁気バネ装置２００では、磁束を供給する永久磁石１と磁束が供給される可動子４とを別個に備えた構成としているので、可動子４の大きさはそのままとし、永久磁石１を大きくすることで必要なバネ力を得るための磁力を確保することができるようになる。これにより、可動子４の大きさなど設計上の制約に影響されることなく、またコイルを使用せずに、必要なバネ力を得るための磁力を確保することができるようになる。

【0049】

なお、図１に示した磁気バネ装置１００や図２に示した磁気バネ装置２００では、ヨーク部２，３を１枚の板状の磁性体としているが、ヨーク部２，３を複数の薄板状の磁性体（軟磁性体板）を積層して構成するようにしてもよい。複数の薄板状の磁性体を積層してヨーク部２，３を構成する場合は、例えば図５に示すように、積層されたそれぞれの軟磁性体板の平面方向と平行に磁束が入って出ていくようにすると、すなわち軟磁性体板の積層方向と磁束の入出力方向を垂直とすると、形状磁気異方性の影響により反磁界の影響が少なく（板厚方向で反磁界が大きい）、磁気抵抗が小さくなるため、効率よく磁束を流すことができるので好ましい。また、可動子４も一体の磁性体で形成してもよいし、板状の磁性体を積層して形成してもよい。

【0050】

また、図６に示すように、ヨーク部２，３に段差２ｃ，３ｃを設けて、永久磁石１の可動子４側への移動（吸引による移動）を規制するようにしてもよい。また、図７に示すように、ヨーク部２，３に突起２ｄ，３ｄを設けて、永久磁石１の可動子４側への移動（吸引による移動）を規制するようにしてもよい。このヨーク部２，３に設けた段差２ｃ，３ｃや突起２ｄ，３ｄが本発明でいう永久磁石の可動子側への移動を規制する移動規制部に相当するが、ヨーク部２，３に窪み部を設けるようにしてもよく、ヨーク部２，３に突起２ｄ，３ｄに相当するストッパを別部材として設けるようにしてもよい。

【0051】

また、図８に示すように、ヨーク部２，３に非磁性体のスペーサ（非磁性体スペーサ）６，６を設け、このスペーサ６，６間に永久磁石１を摺動可能に設けるようにしてもよい。このようなスペーサ６，６を設けると、永久磁石１を非磁性体スペーサ６，６間に滑らせるようにして設置したり、滑らせるようにして取り出すことが可能となり、ヨーク部２，３からの永久磁石１の着脱が容易となる。

【0052】

〔永久磁石の着脱時に必要な力を低減させる機構〕
ヨーク部２，３間に永久磁石１を着脱可能に設ける場合、送りネジやてこ等、永久磁石１の着脱時に必要な力を低減するための機構を設けることが考えられる。図９〜図１２に永久磁石１の着脱時に必要な力を低減するための機構を例示する。

【0053】

〔第１例：送りネジを用いた例１〕
図９に示した例では、磁気バネ装置２００に対して、ねじシャフト７−１と、ねじシャフト７−１の上端に固定された回転つまみ７−２と、ねじシャフト７−１の下端に固定された摺動接触連結体（磁性体）７−３と、ねじシャフト７−１を螺合した固定ナット７−４とからなる着脱力低減機構７Ａを設けている。なお、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）をＡ方向から見た図である。

【0054】

この着脱力低減機構７Ａを用いると、回転つまみ７−２を回すことによって、ねじシャフト７−１の下端に固定された摺動接触連結体７−３を前進あるいは後退させて、ヨーク部２，３に設けられたスペーサ６，６間に永久磁石１を滑らせるようにして設置したり、滑らせるようにして取り出したりして、永久磁石１の着脱時に必要な力を低減させることができる。

【0055】

〔第２例：送りネジを用いた例２〕
図１０に示した例では、磁気バネ装置２００に対して、ねじシャフト７−１と、ねじシャフト７−１に螺合された回転つまみナット７−５と、回転つまみナット７−５の上下に設けられた固定軸受７−６，７−６と、ねじシャフト７−１の下端に固定された摺動接触連結体（磁性体）７−３とからなる着脱力低減機構７Ｂを設けている。なお、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）をＡ方向から見た図である。

【0056】

この着脱力低減機構７Ｂを用いると、回転つまみナット７−５を回すことによって、ねじシャフト７−１の下端に固定された摺動接触連結体７−３を前進あるいは後退させて、ヨーク部２，３に設けられたスペーサ６，６間に永久磁石１を滑らせるようにして設置したり、滑らせるようにして取り出したりして、永久磁石１の着脱時に必要な力を低減させることができる。

【0057】

〔第３例：送りネジを用いた例３〕
図１１に示した例では、磁気バネ装置２００に対して、ねじシャフト７−１と、ねじシャフト７−１の一方の端部に固定された回転つまみ７−２と、ねじシャフト７−１に螺合されたナット７−７と、ナット７−７を挟んで回転つまみ７−２側およびねじシャフト７−１の他方の端部側に設けられた固定軸受７−８，７−８と、ナット７−７に固定された接続部（磁性体）７−９とからなる着脱力低減機構７Ｃを設けている。なお、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）をＢ方向から見た図である。

【0058】

この着脱力低減機構７Ｃを用いると、回転つまみ７−２を回すことによって、ねじシャフト７−１に螺合されたナット７−７を接続部７−９と共に左右方向に移動させて、ヨーク部２，３に設けられたスペーサ６，６間に永久磁石１を滑らせるようにして設置したり、滑らせるようにして取り出したりして、永久磁石１の着脱時に必要な力を低減させることができる。

【0059】

〔第４例：てこを用いた例〕
図１２に示した例では、磁気バネ装置２００に対して、支点（固定支点）Ｐ１を中心として回動する第１のレバー８−１と、この第１のレバー８−２に支点（移動支点）Ｐ２を介して連結された第２のレバー８−２と、第２のレバー８−２の遊端部に固定された接続部（磁性体）８−３とからなる着脱力低減機構８を設けている。なお、図１２（ａ）は正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）をＢ方向から見た図である。

【0060】

この着脱力低減機構８を用いると、第１のレバー８−１を支点Ｐ１を中心として回動することによって、第２のレバー８−２に固定された接続部８−３を左右方向に移動させて、ヨーク部２，３に設けられたスペーサ６，６間に永久磁石１を滑らせるようにして設置したり、滑らせるようにして取り出したりして、永久磁石１の着脱時に必要な力を低減させることができる。

【0061】

〔永久磁石ホルダ〕
永久磁石１を交換する場合、複数の永久磁石が分離して搭載された永久磁石ホルダを用い、この永久磁石ホルダを移動させることによってヨーク部２，３間に選択的に所望の永久磁石を位置させるようにしてもよい。図１３に短冊状の永久磁石ホルダを用いた例を、図１４に円盤状の永久磁石ホルダを用いた例を示す。

【0062】

〔短冊状の永久磁石ホルダを用いた例〕
図１３（ａ）は短冊状の永久磁石ホルダを用いた例を示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）をＡ方向から見た図である。

【0063】

図１３において、９は短冊状の永久磁石ホルダ（スライド磁石ホルダ）であり、非磁性材よりなる。このスライド磁石ホルダ９には、第１の永久磁石１−１と、第２の永久磁石１−２と、第３の永久磁石１−３とが、スライド磁石ホルダ９の長手方向に分離して一列に埋め込まれている。

【0064】

このスライド磁石ホルダ９において、永久磁石１−１，１−２，１−３は、永久磁石１−１，１−２，１−３の順にその大きさが小さくされている。すなわち、永久磁石１−１，１−２，１−３の順にその磁力が弱くされている（永久磁石の種類が同じ場合、磁力は永久磁石の大きさにほぼ比例する。）。また、この永久磁石ホルダ９は、ヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に、永久磁石１−１，１−２，１−３の並び方向（長手方向）へ移動可能に設けられている。

【0065】

図１３は、スライド磁石ホルダ９を移動させて、ヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に永久磁石１−１を位置させた状態を示している。この場合、可動子４には、最も磁力が強い永久磁石１−１の磁束が作用している。

【0066】

これに対して、スライド磁石ホルダ９を移動させて、永久磁石１−２をヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に位置させると、永久磁石１−２の磁束が可動子４に作用するものとなる。すなわち、永久磁石１−１の次に磁力が強い永久磁石１−２の磁束が可動子４に作用するものとなる。

【0067】

さらに、スライド磁石ホルダ９を移動させて、永久磁石１−３をヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に位置させると、永久磁石１−３の磁束が可動子４に作用するものとなる。すなわち、最も磁力が弱い永久磁石１−３の磁束が可動子４に作用するものとなる。

【0068】

このようにして、このスライド磁石ホルダ（短冊状の永久磁石ホルダ）９を用いた場合、スライド磁石ホルダ９を移動させるだけで、所望の永久磁石１（１−１〜１−３）をヨーク部２，３間に位置させることができ、永久磁石１の交換を必要に応じて簡単かつ素早く行うことができるものとなる。

【0069】

〔円盤状の永久磁石ホルダを用いた例〕
図１４（ａ）は円盤状の永久磁石ホルダを用いた例を示す平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）をＢ方向から見た図である。

【0070】

図１４において、１０は円盤状の永久磁石ホルダ（回転磁石ホルダ）であり、非磁性材よりなる。この回転磁石ホルダ１０には、第１の永久磁石１−１と、第２の永久磁石１−２と、第３の永久磁石１−３と、第４の永久磁石１−４とが、回転磁石ホルダ１０のＯ１を中心とする回転方向に分離して一列に埋め込まれている。

【0071】

この回転磁石ホルダ１０において、永久磁石１−１，１−２，１−３，１−４は、永久磁石１−１，１−２，１−３，１−４の順にその大きさが小さくされている。すなわち、永久磁石１−１，１−２，１−３，１−４の順にその磁力が弱くされている（永久磁石の種類が同じ場合、磁力は永久磁石の大きさにほぼ比例する。）。また、この回転磁石ホルダ１０は、ヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に、永久磁石１−１，１−２，１−３，１−４の並び方向（回転方向）へ移動可能に設けられている。

【0072】

図１４は、回転磁石ホルダ１０を回転させて、ヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に永久磁石１−１を位置させた状態を示している。この場合、可動子４には、最も磁力が強い永久磁石１−１の磁束が作用している。

【0073】

これに対して、回転磁石ホルダ１０を回転させて、永久磁石１−２をヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に位置させると、永久磁石１−２の磁束が可動子４に作用するものとなる。すなわち、永久磁石１−１の次に磁力が強い永久磁石１−２の磁束が可動子４に作用するものとなる。

【0074】

さらに、回転磁石ホルダ１０を回転させて、永久磁石１−３をヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に位置させると、永久磁石１−３の磁束が可動子４に作用するものとなる。すなわち、永久磁石１−２の次に磁力が強い永久磁石１−３の磁束が可動子４に作用するものとなる。

【0075】

さらに、回転磁石ホルダ１０を回転させて、永久磁石１−４をヨーク部２，３に設けられた非磁性体スペーサ６，６間に位置させると、永久磁石１−４の磁束が可動子４に作用するものとなる。すなわち、最も磁力が弱い永久磁石１−４の磁束が可動子４に作用するものとなる。

【0076】

このようにして、この回転磁石ホルダ（円盤状の永久磁石ホルダ）１０を用いた場合、回転磁石ホルダ１０を回転（移動）させるだけで、所望の永久磁石１（１−１〜１−４）をヨーク部２，３間に位置させることができ、永久磁石１の交換を必要に応じて簡単かつ素早く行うことができるものとなる。

【0077】

〔永久磁石からヨークに流れる磁束の制御〕
上述した実施の形態１，２では、ヨーク部２，３の内面２ｂ，３ｂを平行に対向させるようにしたが、例えば図１５に示すように、ヨーク部２（或いはヨーク部３）の永久磁石１の設置部を斜めに拡げるようにしてもよい。また、例えば図１６に示すように、ヨーク部２（或いはヨーク部３）の永久磁石１の設置部の厚みを段階的に変えるようにしてもよい。このようにすると、永久磁石１のヨーク部２，３間における可動子方向の設置位置を変えて、すなわち永久磁石１のＮ極（或いはＳ極）とヨーク部２（或いはヨーク部３）との対向間隔を変えて、永久磁石１からヨーク部２へ流れる磁束を変化させることにより、可動子４に作用する磁力を変化させることができるようになる。

【0078】

なお、図１６のように、ヨーク部２（或いはヨーク部３）の永久磁石１の設置部の厚みを変えた場合、ヨーク内部の磁気抵抗も変化するので、つまり、ヨーク部２（或いはヨーク部３）の薄くした部分の磁気抵抗が高くなるため、上述した対向間隔を広げたことによる磁気抵抗増加分（磁束の低下分）に、ヨーク部２（或いはヨーク部３）の薄くした部分の磁気抵抗増加分（磁束の低下分）が追加される。

【0079】

〔永久磁石の数の増減〕
上述した実施の形態１，２では、永久磁石１をヨーク部２，３間に１つしか設けなかったが、例えば図１７に示すように、ヨーク部２，３の対向空間の中央部に可動子４を設けるようにし、この可動子４を挟むヨーク部２，３の両端部に永久磁石１Ａ，１Ｂを設けるようにしてもよい。

【0080】

このようにすると、永久磁石１の数の増減により、可動子４に作用する磁力を変化させることができる。すなわち、永久磁石１Ａのみを設けた構成から永久磁石１Ｂを追加して設けると、可動子４に作用する磁力を強くすることができ、永久磁石１Ａと永久磁石１Ｂとを設けた構成から永久磁石１Ｂを取り外すと、可動子４に作用する磁力を弱くすることができる。

【0081】

なお、この例では、ヨーク部２，３間への永久磁石１の設置数を２個としたが、すなわちヨーク部２，３間に永久磁石１の設置部を２つ設けるものとしたが、さらに多くの設置部を設けるようにしてもよい。また、設置する永久磁石１についても、同じ磁力を有する磁石ではなく、異なる磁力を有する磁石としてもよい。

【0082】

また、図１８に示すように、ヨーク部２，３間に永久磁石１に対してその極性を逆として、磁力調整用の永久磁石１１を設けるようにしてもよい。このような磁力調整用の永久磁石１１を設けると、永久磁石１の磁束に影響を与えて、可動子４に作用する磁力を変化させることができる。

【0083】

また、図１９に示すように、ヨーク部２，３間に着脱可能に１つ又は複数のバイパスヨーク１２を接触させて設け、永久磁石１からの磁束の一部をバイパスヨーク１２に流すようにして、可動子４に作用する磁力を変化させるようにしてもよい。また、ヨーク部２，３間に１つ又は複数のバイパスヨーク１２を接近させて設けたり、離間させて設けたりして、可動子４に作用する磁力を変化させるようにしてもよい。

【0084】

上述した実施例において、永久磁石の脱着や移動、および、永久磁石ホルダの動作などは、手動で行っても良いし、モータなどを用いた電動やエアシリンダなどの圧空機器を用いた方法など、（電力を常時必要としない）様々な動力を使って行うことが可能である。

【0085】

なお、図５以降の説明では、実施の形態２の磁気バネ装置２００を基本としてその変形例について示したが、実施の形態１の磁気バネ装置１００でも同様の構成を採用することが可能であることは言うまでもない。

【0086】

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術的思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0087】

１（１−１〜１−４、１Ａ，１Ｂ）…永久磁石、２…第１のヨーク部、３…第２のヨーク部、２−１，３−１…貫通孔、２ｃ，３ｃ…段差、２ｄ，３ｄ…突起、４…可動子、５…磁束、６…非磁性体スペーサ、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…着脱力低減機構、７−１…ねじシャフト、７−２…回転つまみ、７−３…摺動接触連結体、７−４…固定ナット、７−５…回転つまみナット、７−６…固定軸受、７−７…ナット、７−８…固定軸受、７−９…接続部、８…着脱力低減機構、８−１…第１のレバー、８−２…第２のレバー、８−３…接続部、９…短冊状の永久磁石ホルダ（スライド磁石ホルダ）、１０…円盤状の永久磁石ホルダ（回転磁石ホルダ）、１１…磁力調整用の永久磁石、１２…バイパスヨーク、１００，２００…磁気バネ装置。

【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】

【図19】

【図20】

【図21】