特開 2022-12274 運動発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022012274

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】運動発生装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 53/00 20060101AFI20220107BHJP

   H02K 27/14 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

H02K53/00

H02K27/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020113989

(22)【出願日】2020-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】514136381

【氏名又は名称】株式会社ボールスクリュージャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100060759

【弁理士】

【氏名又は名称】竹沢 荘一

(74)【代理人】

【識別番号】100083389

【弁理士】

【氏名又は名称】竹ノ内 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100198317

【弁理士】

【氏名又は名称】横堀 芳徳

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼山 健治

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マグネットの吸引・反発を利用して、往復運動を確立することによる運動発生装置を提供する。
【解決手段】往復運動発生部２と回転運動発生部３とを備える運動発生装置１。往復運動発生部は、可動マグネット装着孔に可動マグネットが装着され、前後方向に移動可能なマグネットローター１０Ａと、固定マグネット装着孔に固定マグネットが装着され、マグネットローターの前後に移動不能に配置されるマグネットベース１２Ａと、マグネットローターと一体的に移動し、可動および固定マグネットによる吸引・反発により前後方向へ往復直線運動可能なスピンドル２０と、スピンドルと一体的に前後方向に移動可能で、かつスピンドルを所定角度回動させるためにスピンドルに対して左右方向に移動可能に連結されるラック２２とを備える。ラックの左右方向の移動は、ラックの両端方向に設置されているカム２４Ａによって制御される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

往復運動発生部と回転運動発生部とを備える運動発生装置であって、前記往復運動発生部は、可動マグネット装着孔に可動マグネットが装着され、前後方向に移動可能なマグネットローターと、固定マグネット装着孔に固定マグネットが装着され、前記マグネットローターの前後に移動不能に配置されるマグネットベースと、前記マグネットローターと一体的に移動し、前記可動および固定マグネットによる吸引・反発により前後方向へ往復直線運動可能なスピンドルと、前記スピンドルと一体的に前後方向に移動可能で、かつ前記スピンドルを所定角度回動させるために前記スピンドルに対して左右方向に移動可能に連結されるラックとを備えており、前記ラックの左右方向の移動は、前記ラックの両端方向に設置されているカムによって制御されることを特徴とする往復運動発生部。

【請求項2】

請求項１に記載の往復運動発生部の前記スピンドルの往復直線運動を回転運動に変換する運動発生装置の回転運動発生部であって、前記回転運動発生部は、複数のメイン駆動ギアおよびこれと一体回転するメインシャフトと、複数のサブ駆動ギアおよびこれと一体回転するサブシャフトと、前記メインシャフトと一体回転するウエイトローターとを備えており、前記スピンドルの前進運動により、前記メイン駆動ギアは、前記メインシャフトを介して前記ウエイトローターを回転させ、同時に、前記サブ駆動ギアは空転し、かつ前記スピンドルの後退運動により、前記メイン駆動ギアは空転し、同時に、前記サブ駆動ギアは、前記サブシャフトと、前記サブ駆動ギアおよび前記メイン駆動ギアの間に設けられている中間ギアとを介して前記メイン駆動ギアに回転力を伝達することにより、前記ウエイトローターを回転させ、これにより、前記ウエイトローターが常に一定の方向に回転することを特徴とする回転運動発生部。

【請求項3】

前記ラックの両端方向に設置されている２個の前記カムの形状は、前記カムの先端部が台形をなすほぼ同一形状であって、前記先端部の位置は、前記カムが前記ラックの両端方向にほぼ平行に設置されている状態で逆になっていることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部。

【請求項4】

前記カムの前記先端部の台形の高さ（Ｈ）は、前記マグネットローターを前記マグネットローターに装着されている前記マグネットの設置角度（φ）分だけ回動させるために必要な前記ラックの左右方向の移動距離にほぼ等しくなることを特徴とする請求項３に記載の往復運動発生部。

【請求項5】

前記マグネットローターの前記可動マグネット装着孔に装着されている前記可動マグネットのＮ極およびＳ極の配置と前記マグネットベースの前記固定マグネット装着孔に装着されている前記固定マグネットのＮ極およびＳ極の配置との関係は、前記マグネットローターが回動していない０°の位置において、前記マグネットローターとその前に位置する前記マグネットベースとは、互いに吸引し合う配置であり、前記マグネットローターとその後方に位置する前記マグネットベースとは、互いに反発し合う配置であることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部。

【請求項6】

前記マグネットローターの前後面の前記可動マグネット装着孔に、前記可動マグネットがそれぞれ２個以上装着されていることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部。

【請求項7】

前記マグネットベースの前後面の前記固定マグネット装着孔に、前記固定マグネットがそれぞれ２個以上装着されていることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部。

【請求項8】

前記メイン駆動ギアおよび前記サブ駆動ギアには、ワンウエイクラッチが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転運動発生部。

【請求項9】

前記往復運動発生部および／または前記回転運動発生部の各構成部分にアルミニウム合金を使用していることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部および／または請求項２に記載の回転運動発生部。

【請求項10】

前記往復運動発生部および／または前記回転運動発生部は、アルミニウム合金製のハウジング内に収められていることを特徴とする請求項１に記載の往復運動発生部および／または請求項２に記載の回転運動発生部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、運動発生装置に関し、より詳細には、マグネットの吸引・反発を利用することにより、往復運動を確立させる往復運動発生部、および、この往復運動を回転運動に変換することにより、常に一定方向の回転運動を発生させる回転運動発生部を備える運動発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、永久磁石回転機構およびこの永久磁石回転機構を備えた永久磁石発電装置に関し、発電用などの永久磁石回転機構において、回転出力の安定化とともに、製作・調整の容易化を図るため、中央磁石筒５ａと、その周りに配設された複数の外側磁石筒７ａ～９ａとが磁気的結合により連動回転し、中央磁石筒５ａの回転力で発電機を駆動する永久磁石回転機構において、中央磁石筒５ａはＮ極またはＳ極の同一磁極に設定された第１の外周面を備え、外側磁石筒７ａ～９ａはそれぞれ第１の外周面と同じ磁極の同一磁極に設定された第２の外周面を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５９５０３７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の永久磁石回転機構は、Ｎ極またはＳ極の配置を工夫しているが、回転による永久磁石の相互作用によって脈動（コギング）が発生しやすくなることは明らかであり、脈動による角速度の変化は、軸受や伝動ベルト等でエネルギーの損失となってしまう。

【0005】

そこで、本発明では、マグネットを回転させることなく、マグネットの吸引・反発を利用することにより、まず、往復運動を確立させる往復運動発生部と、つぎに、この往復運動を利用して回転運動を確立させる回転運動発生部とを備える運動発生装置により上記問題点を解消することを目的とする。さらに、往復運動を確立することができるため、回転運動を利用するだけでなく、往復運動を利用する分野、装置に適用可能とすることで、マグネットの活用領域を広げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１） 上記課題を解決するために、往復運動発生部と回転運動発生部とを備える運動発生装置であって、前記往復運動発生部は、可動マグネット装着孔に可動マグネットが装着され、前後方向に移動可能なマグネットローターと、固定マグネット装着孔に固定マグネットが装着され、前記マグネットローターの前後に移動不能に配置されるマグネットベースと、前記マグネットローターと一体的に移動し、前記可動および固定マグネットによる吸引・反発により前後方向へ往復直線運動可能なスピンドルと、前記スピンドルと一体的に前後方向に移動可能で、かつ前記スピンドルを所定角度回動させるために前記スピンドルに対して左右方向に移動可能に連結されるラックとを備えており、前記ラックの左右方向の移動は、前記ラックの両端方向に設置されているカムによって制御され、
前記回転運動発生部は、前記往復運動発生部の前記スピンドルの往復直線運動を回転運動に変換することを特徴としている。

【0007】

このような構成の往復運動発生部は、マグネットローターがその前方に設けられ、移動不能に配置されているマグネットベースと吸引し合うことによる前進と、マグネットローターがマグネットベースに近接するとマグネットローターがマグネットベースと反発し合うことによる後退とを繰り返すことにより、往復直線運動を発生する。このような、マグネットローターとマグネットベースとの間の吸引・反発は、ラックの左右方向の移動がスピンドルを介してマグネットローターの回動に変換されることにより生じ、吸引から反発、および、反発から吸引のタイミングは、ラックの両端方向に設置されているカムによって制御されている。

【0008】

上記の往復運動発生部の各構成要素の作動については、以下の「発明を実施するための形態」において、詳細に説明する。なお、マグネットローターおよびマグネットベースに装着されているマグネットは、本実施形態では、ネオジム系永久磁石を用いている。

【0009】

（２） 上記（１）項に記載の運動発生装置において、前記回転運動発生部は、複数のメイン駆動ギアおよびこれと一体回転するメインシャフトと、複数のサブ駆動ギアおよびこれと一体回転するサブシャフトと、前記メインシャフトと一体回転するウエイトローターとを備えており、前記スピンドルの前進運動により、前記メイン駆動ギアは、前記メインシャフトを介して前記ウエイトローターを回転させ、同時に、前記サブ駆動ギアは空転し、かつ前記スピンドルの後退運動により、前記メイン駆動ギアは空転し、同時に、前記サブ駆動ギアは、前記サブシャフトと、前記サブ駆動ギアおよび前記メイン駆動ギアの間に設けられている中間ギアとを介して前記メイン駆動ギアに回転力を伝達することにより、前記ウエイトローターを回転させ、これにより、前記ウエイトローターが常に一定の方向に回転することを特徴としている。

【0010】

このような構成の回転運動発生部は、特許文献１のようなマグネットの回転機構を用いることなく、マグネットの吸引・反発を利用することによる往復直線運動を利用するため、前述のような脈動（コギング）の発生による軸受や伝動ベルト等におけるエネルギー損失の問題を解消することができる。なお、スピンドルの前進運動のときはサブ駆動ギアを空転させ、スピンドルの後退運動のときはメイン駆動ギアを空転させるのは、ウエイトローターを常に一定の方向に回転させるためであり、この機構としては、従来から種々の方法が知られている。ここでは、メイン駆動ギアとメインシャフトとの間、サブ駆動ギアとサブシャフトとの間に、ワンウエイクラッチを設けることによって実現している。

【0011】

上記（１）項において、往復運動発生部が往復直線運動を発生することができるため、往復直線運動が必要な用途に対しては、（１）項の往復運動発生部だけを準備すればよく、回転運動が必要な用途に対しては、上記（２）項の回転運動発生部まで準備することで、マグネットの吸引・反発効果を広範囲に活用することができる。

【0012】

（３） 上記（１）項において、前記ラックの両端方向に設置されている２個の前記カムの形状は、前記カムの先端部が台形をなすほぼ同一形状であって、前記先端部の位置は、前記カムが前記ラックの両端方向にほぼ平行に設置されている状態で逆になっていることを特徴としている。

【0013】

前述のように、マグネットローターおよびマグネットベースが互いに吸引したり、互いに反発したりするのは、双方に装着されているマグネットのＮ極およびＳ極の配置によるが、本装置ではマグネットローターに装着されているマグネットのＮ極およびＳ極の配置を、ラックの左右方向の移動がスピンドルを介してマグネットローターの回動に変換されることにより調整している。ここで、ラックの左右方向の移動距離は、カムの先端部の台形の高さにより、また、ラックの左右方向の移動をいつのタイミングにより行うかは、カムの長さ方向における台形を設ける位置により調節することができる。マグネットローターがマグネットベースに対し前進、後退する際のＮ極およびＳ極の配置については、以下の「発明を実施するための形態」において、図８を用いて説明している。

【0014】

（４） 上記（３）項において、前記カムの前記先端部の台形の高さ（Ｈ）は、前記マグネットローターを前記マグネットローターに装着されている前記マグネットの設置角度（φ）分だけ回動させるために必要な前記ラックの左右方向の移動距離にほぼ等しくなることを特徴としている。

【0015】

マグネットローターおよびマグネットベースを互いに「吸引または反発」から「反発または吸引」へ変化させるためには、マグネットローターの可動マグネット装着孔に装着されている複数の各可動マグネット同士の設置角度（φ）分だけマグネットローターを回動させることにより、マグネットベースに対するマグネットローターのＮ極またはＳ極の配置を変えることで行うことができる。

【0016】

（５） 上記（１）項において、前記マグネットローターの可動マグネット装着孔に装着されている前記可動マグネットのＮ極およびＳ極の配置と前記マグネットベースの前記固定マグネット装着孔に装着されている固定マグネットのＮ極およびＳ極の配置との関係は、前記マグネットローターが回動していない０°の位置において、前記マグネットローターとその前に位置する前記マグネットベースとは、互いに吸引し合う配置であり、前記マグネットローターとその後方に位置する前記マグネットベースとは、互いに反発し合う配置であることを特徴としている。

【0017】

各マグネットの吸引・反発を効果的に利用するため、０°の位置（図２および図７参照）において、マグネットローターとその前方に位置するマグネットベースとの間では、互いに吸引し合い、マグネットローターとその後方に位置するマグネットベースとの間では、互いに反発し合う配置であることが、マグネットローターの往復運動を安定させるために効果的である。

【0018】

（６） 上記（１）項において、前記マグネットローターの前後面の前記可動マグネット装着孔に、前記可動マグネットがそれぞれ２個以上装着されていることを特徴としている。

【0019】

往復直線運動または回転運動を利用する対象が、大きい負荷を必要とする場合は、安定した往復直線運動または回転運動を維持するために、可動マグネット装着孔に可動マグネットをそれぞれ２個以上装着することが適当である。２個以上装着する方法としては、マグネットを１個ずつ装着しているローターを２枚以上貼り合わせて１枚のマグネットローターとすることができる。

【0020】

（７） 上記（１）項において、前記マグネットベースの前後面の前記固定マグネット装着孔に、前記固定マグネットがそれぞれ２個以上装着されていることを特徴としている。

【0021】

往復直線運動または回転運動を利用する対象が、大きい負荷を必要とする場合は、安定した往復直線運動または回転運動を維持するために、固定マグネット装着孔に固定マグネットをそれぞれ２個以上装着してもよい。この場合は、マグネットベースがマグネットローターを吸引または反発する力が強くなり、その結果として、マグネットローターの往復直線運動が安定する。なお、マグネットローターおよびマグネットベースのマグネット装着孔の両方にマグネットを２個以上装着してもよい。

【0022】

（８） 上記（２）項において、前記メイン駆動ギアおよび前記サブ駆動ギアには、ワンウエイクラッチが設けられていることを特徴としている。

【0023】

前述のように、スピンドルの前進・後退運動のどちらかにおいて、メイン駆動ギアまたはサブ駆動ギアを空転させるためにワンウエイクラッチを設けることによって、ウエイトローターを常に一定の方向に回転させることができる。

【0024】

（９） 上記（１）および／または（２）項において、前記往復運動発生部および／または前記回転運動発生部の各構成部分にアルミニウム合金を使用していることを特徴としている。

【0025】

運動発生装置全体の軽量化を図るため各構成部分にアルミニウム合金、例えば、軽量かつ高強度である７０００系合金を使用することができる。

【0026】

（１０） 上記（１）および／または（２）項において、前記往復運動発生部および／または前記回転運動発生部は、アルミニウム合金製のハウジング内に収められていることを特徴としている。

【0027】

マグネットローターおよびマグネットベースには、多数のマグネットを装着しており、さらにマグネットにはネオジム系永久磁石を使用しているため、装置の周りに強い磁力線が存在しており、周囲の計器類に影響を与える。マグネットローターおよびマグネットベースをハウジング内に収めることで、この影響を遮断するものである。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の運動発生装置の平面図である。

【図2】図１に示す運動発生装置をＸ方向から見た斜視図である（ハウジングは省略）。

【図3】（ａ）は、ラック設置側から見た第１マグネットローターの可動マグネットの配置図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】（ａ）は、ラック設置側から見た第１マグネットベースの固定マグネットの配置図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】図１のラック、カムおよび反転ブロックを模式的に示した詳細図である。

【図6】図２の中心基準線Ｚにおけるマグネットローターおよびマグネットベースの縦断面に配置されているマグネットのＮ極とＳ極とを示す図である。

【図7】図２の０°および左右２２．５°の位置に配置されているマグネットのＮ極とＳ極とを示す図である。

【図8】図７において、マグネットローターがストッパーで拘束されている状態（ａ）から拘束が解除され、ステップ１からステップ４まで状態（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を経由して１往復する各状態におけるマグネットローターおよびマグネットベースのマグネットのＮ極とＳ極とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同様の部分には、同一符号を付している。なお、本発明の運動発生装置は、この実施形態に説明されたもののみに限定されるものではない。

【0030】

図１は、本発明の運動発生装置１の平面図で、図２は、図１に示す運動発生装置１をＸ方向から見た斜視図である。なお、ハウジングは省略している。この運動発生装置１は、往復運動発生部２と回転運動発生部３とから構成され、往復運動発生部２は、第１および第２マグネットローター１０Ａ、１０Ｂ、第１、第２および第３マグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、複数の可動マグネット１４ａおよび固定マグネット１４ｂ（図３、４参照）、スピンドル２０、ラック２２、および第１および第２カム２４Ａ、２４Ｂを備えており、回転運動発生部３は、メインおよびサブシャフト３０Ａ、３０Ｂ、メイン駆動ギア３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、サブ駆動ギア３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、中間ギア３６Ａ、３６Ｂ、およびメインおよびサブウエイトローター３８Ａ、３８Ｂを備えている。さらに、往復運動発生部２および回転運動発生部３は、メインおよびサブウエイトローター３８Ａ、３８Ｂを除きハウジング４０に納められている。

【0031】

図２において、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂの可動マグネット装着孔１６Ａ（図３参照）およびマグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの固定マグネット装着孔１６Ｂには、複数の可動マグネット１４ａ（図３参照）および固定マグネット１４ｂがそれぞれ装着されている。マグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、ハウジング４０に固定されている。第１および第２マグネットローター１０Ａ、１０Ｂ、スピンドル２０、およびラック２２は、一体化されており、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂおよびマグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのマグネット装着孔１６Ａ、１６Ｂに装着されているマグネット１４ａ、１４ｂの吸引力・反発力により、前後方向に一定の距離、一定の周期で、一体として往復運動を行うことができる。また、ラック２２の左右方向への往復運動を回転運動に変換することにより、第１および第２マグネットローター１０Ａ、１０Ｂとスピンドル２０とは、前後方向の往復運動と共に、左右方向に所定の角度で回動することができる。

【0032】

図２から分かるように、スピンドル２０の先端の外周には歯が形成されており、これがメイン駆動ギア３２Ａおよびサブ駆動ギア３４Ａとかみ合うことにより、スピンドル２０の前後方向の往復運動を回転運動に変換する。ここで、メイン駆動ギア３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとメインシャフト３０Ａとの間には、ワンウエイクラッチ４６が設置され、サブ駆動ギア３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃとサブシャフト３０Ｂとの間にも、ワンウエイクラッチ４６が設置されている。これにより、スピンドル２０が前進する時は、メイン駆動ギア３２Ａに回転力が伝達され、サブ駆動ギア３４Ａは空転するだけとなり、スピンドル２０が後退する時は、メイン駆動ギア３２Ａは空転するだけとなり、サブ駆動ギア３４Ａに回転力が伝達される。

【0033】

スピンドル２０の前後方向の往復運動が、メインウエイトローター３８Ａの一定方向の回転に変換される工程について説明する。スピンドル２０が前進すると、メイン駆動ギア３２Ａに回転力が伝達され、図２において左側から回転運動発生部３を見ると、メイン駆動ギア３２Ａは、反時計回りに回転する。この回転力は、メインシャフト３０Ａを介してメインウエイトローター３８Ａに伝達され、メインウエイトローター３８Ａは、反時計回りに回転する。スピンドル２０が後退すると、サブ駆動ギア３４Ａに回転力が伝達され、サブ駆動ギア３４Ａは、反時計回りに回転する。この回転力は、サブシャフト３０Ｂおよびサブ駆動ギア３４Ｂを介して中間ギア３６Ａに伝達され、中間ギア３６Ａは、時計回りに回転する。次に、中間ギア３６Ａは、メイン駆動ギア３２Ｂとかみ合い、メイン駆動ギア３２Ｂに反時計回りに回転力を伝達するため、メインシャフト３０Ａを介してメインウエイトローター３８Ａは、反時計回りに回転する。これにより、スピンドル２０の前後方向の往復運動が、メインウエイトローター３８Ａの反時計回りの一定方向の回転に変換される。

【0034】

図３において、（ａ）は、ラック２２設置側から見た第１マグネットローター１０Ａの可動マグネット装着孔１６Ａに装着されている可動マグネット１４ａの配置図である。本実施形態では、可動マグネット１４ａは、円盤状の第１マグネットローター１０Ａの中心から放射状に１６列設けられている。この場合、中心から上向きの垂直線を０°とすると、左右の可動マグネット１４ａの列は、それぞれ２２．５°離れている配置となる。また、可動マグネット１４ａは、列毎に３箇所設けられており、計４８個のネオジム系永久磁石が装着されている。装着されている可動マグネット１４ａのＮ極、Ｓ極の向きは、０°の位置では外側からＮ極、Ｎ極、Ｎ極、２２．５°離れた隣の列では、外側からＳ極、Ｓ極、Ｓ極と、２２．５°毎にＮ極、Ｓ極の向きが逆になるように装着されている。

【0035】

図３において、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線断面図における可動マグネット１４ａの配置を示している。可動マグネット１４ａは、可動マグネット装着孔の１箇所当り前後方向に２個装着されている。本実施形態では、１枚の円盤状のマグネットローターに４８個の可動マグネット１４ａを装着したものを２枚重ね、これらを植込みボルトで第１マグネットローター１０Ａとして組み立てている。この可動マグネット１４ａの配置は一例であり、本発明に係る往復運動または回転運動を利用する対象により適宜選択することができる。例えば、マグネットローターを２枚重ねる代わりに、マグネットローターの径を大きくしてもよいし、マグネットローターの中心から放射状に設ける列数を増加させてもよい。なお、（ａ）、（ｂ）に示すように、第１マグネットローター１０Ａは、メカロック４８を用いてスピンドル２０と一体化している。マグネットローター１０Ａ、１０Ｂの材質は、軽量かつ高強度である７０００系アルミニウム合金を使用している。

【0036】

図４において、（ａ）は、ラック２２設置側から見た第１マグネットベース１２Ａの固定マグネット装着孔１６Ｂに装着されている固定マグネット１４ｂの配置図である。本実施形態では、図３の（ａ）に示す第１マグネットローター１０Ａと同様に、固定マグネット１４ｂは、正方形の第１マグネットベース１２Ａの中心から放射状に１６列設けられている。すなわち、計４８個のネオジム系永久磁石が装着されている。装着されている固定マグネット１４ｂのＮ極、Ｓ極の向きは、図３の（ａ）に示す第１マグネットローター１０Ａと反対となっている。すなわち、０°の位置では外側からＳ極、Ｓ極、Ｓ極、２２．５°離れた隣の列では、外側からＮ極、Ｎ極、Ｎ極と、２２．５°毎にＮ極、Ｓ極の向きが逆になるように装着されている。

【0037】

図４において、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線断面図における固定マグネット１４ｂの配置を示している。第１マグネットローター１０Ａと異なり、固定マグネット１４ｂは、固定マグネット装着孔１箇所当り１個装着されている。もちろん、この構成は、本発明に係る往復運動を利用する対象により適宜選択することができ、例えば、図６に示すように、第２マグネットベース１２Ｂでは、マグネットベースを２枚重ねる構成を採用している。ここでは、固定マグネット装着孔１箇所当り固定マグネット１４ｂが２個装着されている。なお、マグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの材質は、マグネットローターと同様に、軽量かつ高強度である７０００系アルミニウム合金を使用している。

【0038】

図５は、ラック２２、第１カム２４Ａ、第２カム２４Ｂおよび反転ブロック２９の詳細を示している。ラック２２は、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂおよびスピンドル２０を回動させるために設けられており、第１カム２４Ａ、第２カム２４Ｂは、ラック２２の左右方向の移動を制御するために設けられており、反転ブロック２９は、スピンドル２０とラック２２とを一体化するために設けられている。なお、スピンドル２０が左右方向に回動できるように、スピンドル２０と反転ブロック２９とに間には、軸受４９が設けられている。

【0039】

ラック２２は、円柱状のバーであり、中央部には、スピンドル２０とかみ合うための歯が形成されており、その両端には、カム２４Ａまたは２４Ｂに沿って転動するための反転ゴマ２６Ａ、２６Ｂが設置されている。ラック２２は、反転ブロック２９により軸受２８Ａ、２８Ｂを介して支えられており、ラック２２に形成されている歯とスピンドル２０に形成されている歯とが、かみ合うように調整されている。ラック２２の歯とスピンドル２０の歯がかみ合うことにより、ラック２２の左右方向の移動がスピンドル２０の左右方向の回動に変換される。なお、ラック２２の材質は、機械構造用炭素鋼または７０００系アルミニウム合金が使用される。

【0040】

カム２４Ａ、２４Ｂは、平面カムであり、ラック２２を左右方向に移動させるために、カムの先端部が台形となっている。図５に示すように、先端部の台形が反対の位置になるようにカム２４Ａ、２４Ｂは、設置されている。ラック２２は、スピンドル２０と一体で前後方向に移動する。この際に、例えば、ラック２２の先端に設置されている反転ゴマ２６Ａは、第１カム２４Ａに沿って前進し、カムの先端部の台形に達すると台形に沿って進み、その高さＨだけラック２２を右側に移動させる。反転ゴマ２６Ａが台形の上底に達すると、反対側の反転ゴマ２６Ｂが第２カム２４Ｂに接するようになる。このタイミングで、ラック２２は、後方に移動を開始し、反転ゴマ２６Ｂは、第２カム２４Ｂに沿って後退し、カムの先端の台形に達すると台形に沿って後退し、その高さＨだけラック２２を左側に移動させる。反転ゴマ２６Ｂが台形の上底に達すると、反対側の反転ゴマ２６Ａが第１カム２４Ａに接するようになる。

【0041】

このように、ラック２２は、第１カム２４Ａの台形によって右側にＨだけ移動し、次に、第２カム２４Ｂの台形によって左側にＨだけ移動するので、１回のサイクルでＨの振幅で左右に移動する。ラック２２は、スピンドル２０とかみ合って、Ｈに相当するだけスピンドル２０を左右に回動させる。このＨの高さは、スピンドル２０、ひいてはマグネットローター１０Ａ、１０Ｂが図２、図３、図４に示すマグネットの設置角度φにほぼ等しい角度だけ、左右に回動するように設定されている。設置角度φの具体的数値は、本実施形態では、図２等に示すように２２．５°であり、これは、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂが前進すると、それに伴って右側に２２．５°回転し、後退すると、それに伴って左側に２２．５°回転する。すなわち２２．５°の振幅で左右に回動する。この回動により、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂは、前進するときは、前方のマグネットベースと吸引し合い、後方のマグネットベースと反発し合うようなＮ極、Ｓ極の組み合わせを取ることができ、後退するときは、後方のマグネットベースと吸引し合い、前方のマグネットベースと反発し合うようなＮ極、Ｓ極の組み合わせを取ることができる。なお、カム２４Ａ、２４Ｂの材質は、ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４が使用される。

【0042】

図６は、図２の中心基準線Ｚにおけるマグネットローター１０Ａ、１０Ｂおよびマグネットベース１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの縦断面に配置されているマグネットのＮ極とＳ極とを示している。例えば、マグネットローター１０Ａとその前後に位置するマグネットベース１２Ｂ、１２Ａとの間のＮ極とＳ極との関係を説明する。マグネットローター１０Ａと、その前方に位置するマグネットベース１２Ｂとの間では、装着されているマグネットの最外周においてＳ極とＮ極、第２周においてＳ極とＮ極、第３周においてＳ極とＮ極と、互いに吸引し合うようにマグネットが配置されている。一方、マグネットローター１０Ａと、その後方に位置するマグネットベース１２Ａとの間では、装着されているマグネットの最外周においてＮ極とＮ極、第２周においてＮ極とＮ極、第３周においてＮ極とＮ極と、互いに反発し合うようにマグネットが配置されている。マグネットローター１０Ｂとその前後に位置するマグネットベース１２Ｃ、１２Ｂとの間のＮ極とＳ極との関係も同様であり、マグネットローター１０Ｂとその前方に位置するマグネットベース１２Ｃとの間では、互いに吸引し合うように、一方、マグネットローター１０Ｂと、その後方に位置するマグネットベース１２Ｂとの間では、互いに反発し合うようにマグネットが配置されている。

【0043】

図７は、図２の０°および左右２２．５°の位置に配置されているマグネットのＮ極とＳ極とを示している。これは、図６において、Ｙ方向、すなわち、往復運動発生部２を真上から見たときのマグネットのＮ極とＳ極の配置と同じである。図７によると、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂと、それぞれその前方に位置するマグネットベース１２Ｂ、１２Ｃとの間では、互いに吸引し合うように、一方、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂと、それぞれその後方に位置するマグネットベース１２Ａ、１２Ｂとの間では、互いに反発し合うようにマグネットが配置されていることがより明確に理解することができる。

【0044】

図８は、図７において、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂがストッパー４２で拘束されている状態（ａ）から拘束が解除され、ステップ１からステップ４まで状態（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を経由して１往復する各状態におけるマグネットローターおよびマグネットベースのマグネットのＮ極とＳ極とを示している。状態（ａ）は、図１に示すストッパー４２を効かせてマグネットローター１０Ａ、１０Ｂが前後に移動しないように拘束している状態である。往復運動発生部２を拘束状態にするには、往復運動発生部２を図７に示す状態で組み立てたのち、ストッパー用ハンドル４４を廻すとストッパー４２の先端がスピンドル２０の後端部に当たり、スピンドル２０、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂ、およびラック２２を前方に移動させる。ラック２２が前方に移動する際に、ラック２２は、第１カム２４Ａに沿って進み、先端の台形に接すると、スピンドル２０を介してマグネットローター１０Ａ、１０Ｂを回転させ、最終的には、約２２．５°回転させると、状態（ａ）になってマグネットローターの拘束が終了する。この状態では、マグネットローターとその前方に位置するマグネットベースとの間では、互いに反発し合うようなＮ極とＳ極の配置となっている。なお、本実施形態では、状態（ａ）で、マグネットローターとその後方のマグネットベースとの間は、約２０ｍｍ空間が存在している。この空間をマグネットローターが移動するので、マグネットローターは、１サイクルで、後退約２０ｍｍ、前進約２０ｍｍ移動することになる。

【0045】

ステップ１は、ストッパー４２による拘束を解いて、マグネットローター１０Ａ、１０Ｂが後方に移動する状態であり、状態（ｂ）で表される。このとき、ラック２２は、第２カム２４Ｂに沿って移動し、まだ台形まで達していない状態である。そのため、マグネットローター１０Ａ、１０ＢとマグネットベースとのＮ極とＳ極との配置は、状態（ａ）と同じである。したがって、マグネットローターは、前方のマグネットベースから反発力を受け、後方のマグネットベースから吸引力を受けるため、後方へ力強く移動する。

【0046】

ステップ２は、マグネットローターが後方のマグネットベースに近接している状態であり、状態（ｃ）で表される。このとき、ラック２２は、第２カム２４Ｂの台形に沿って移動することにより、左側に台形の高さＨだけ移動し、マグネットローターは、スピンドル２０を介して状態（ｂ）から左側に約２２．５°回転する。２２．５°は、図２、図３、図４に示すマグネットの設置角度φであるため、回転後は、マグネットローターのマグネットベースに対するＮ極とＳ極の配置は、状態（ｂ）のＮ極とＳ極の配置と逆になる。すなわち、マグネットローターと後方のマグネットベースとは反発し合う状態、マグネットローターと前方のマグネットベースとは吸引し合う状態となっている。この状態（ｃ）では、各マグネットローター１０Ａ、１０Ｂの前方に約２０ｍｍの空間が生じている。

【0047】

ステップ３は、状態（ｃ）からマグネットローターが前方に移動する状態であり、状態（ｄ）で表される。このとき、ラック２２は、第１カム２４Ａに沿って移動し、まだ台形まで達していない状態である。そのため、マグネットローターとマグネットベースとのＮ極とＳ極との配置は、状態（ｃ）と同じである。したがって、マグネットローターは、後方のマグネットベースから反発力を受け、前方のマグネットベースから吸引力を受けるため、前方へ力強く移動する。

【0048】

ステップ４は、マグネットローターが前方のマグネットベースに近接している状態であり、状態（ａ）で表される。このとき、ラック２２は、第１カム２４Ａの台形に沿って移動することにより、右側に台形の高さＨだけ移動し、マグネットローターは、スピンドル２０を介して状態（ｄ）から右側に約２２．５°回転する。したがって、ストッパー４２によって拘束されていたときと同じＮ極、Ｓ極の配置となっている。ただし、この状態では、ストッパー４２は効いていないので、自動的にマグネットローターは、ステップ１に移行し、順次、状態（ｂ）から状態（ａ）のステップを繰り返していく。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、マグネットの吸引・反発を利用するため、構造を簡単にすることができ、発生する往復運動、および回転運動は、規則正しく安定しており、さらに用途に応じ、装置の小型化、大型化が容易なため、往復運動発生部は、玩具、調理器、工具、真空ポンプ等、回転運動発生部は、医療機器、回転工具、回転装置、発電機等に用いることができる。

【符号の説明】

【0050】

１ 運動発生装置
２ 往復運動発生部
３ 回転運動発生部
１０Ａ 第１マグネットローター
１０Ｂ 第２マグネットローター
１２Ａ 第１マグネットベース
１２Ｂ 第２マグネットベース
１２Ｃ 第３マグネットベース
１４ａ 可動マグネット
１４ｂ 固定マグネット
１６Ａ 可動マグネット装着孔
１６Ｂ 固定マグネット装着孔
２０ スピンドル
２２ ラック
２４Ａ 第１カム
２４Ｂ 第２カム
２６Ａ、２６Ｂ 反転ゴマ
２８Ａ、２８Ｂ 軸受
２９ 反転ブロック
３０Ａ メインシャフト
３０Ｂ サブシャフト
３０Ｃ、３０Ｄ 中間シャフト
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ メイン駆動ギア
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ サブ駆動ギア
３６Ａ、３６Ｂ 中間ギア
３８Ａ メインウエイトローター
３８Ｂ サブウエイトローター
４０ ハウジング
４２ ストッパー
４４ ストッパー用ハンドル
４６ ワンウエイクラッチ
４８ メカロック
４９ 軸受

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】