(57)【要約】【課題】電力を常時消費し続ける必要性を生じさせることなく、自由にバネの特性を変更して維持し、必要に応じて磁気バネの動作をロック（固定）できるようにすると共に、小型・軽量化を図る。【解決手段】ヨーク２と３との対向空間中、磁気バネ用可動子４が設けられた側とは反対側の端部に永久磁石１を設ける。ヨーク２および３の内壁面２ａおよび３ａ（磁束の入出力端）の対向方向を永久磁石１の回転軸の軸方向に対してほゞ垂直とし、ヨーク７および８の脚部７ｂおよび８ｂ（磁束の入出力端の対向方向）の対向方向をヨーク２および３の内壁面２ａおよび３ａの対向方向に対してほゞ垂直とし、磁気バネ用可動子４への磁路とラッチ用可動子９への磁路とを作る。モータＭ１によって永久磁石１の回転角度を変化させ、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させるように、磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整する。【選択図】  図１
2014095429.tif 000002
【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から出て他方の磁極に戻る磁束の磁路として第１の磁路を形成するための第１および第２のヨークと，前記第１および第２のヨークとともに前記第１の磁路を形成するように配置され、その軸心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磁気バネ用可動子とを備えた磁気バネ部と、
前記永久磁石の一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束の磁路として第２の磁路を形成するための第３および第４のヨークと，前記第３および第４のヨークとともに前記第２の磁路を形成するように配置され、その軸心の位置が規制された状態で軸方向に移動可能で、前記第３および第４のヨークに直接あるいは間隔を空けて磁気吸着されるように設けられた磁性体からなるラッチ用可動子とを備えたラッチ部と、
前記磁気バネ用可動子と前記ラッチ用可動子とを連結する連結部と、
前記第１および第２のヨークを通して前記永久磁石から前記磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量と前記第３および第４のヨークを通して前記永久磁石から前記ラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する磁束配分調整手段と
を備え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、
前記永久磁石は、当該永久磁石の回転軸を挟んで対向する方向に着磁され、
前記第１および第２のヨークは、その互いの磁束の入出力端が前記永久磁石を挟んで対向して配置され、
前記第３および第４のヨークは、その互いの磁束の入出力端が前記永久磁石を挟んで対向して配置され、
前記第１および第２のヨークの磁束の入出力端の対向方向は、前記永久磁石の回転軸の軸方向に対してほゞ垂直とされ、
前記第３および第４のヨークの磁束の入出力端の対向方向は、前記第１および第２のヨークの磁束の入出力端の対向方向に対してほゞ垂直とされ、
前記磁束配分調整手段は、前記永久磁石の回転角度を変化させることにより、前記磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量と前記ラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項３】
請求項１に記載された磁気バネ装置において、
前記第１のヨークは、その磁束の入出力端が前記永久磁石の一方の磁極に接触または近接して配置され、
前記第２のヨークは、その磁束の入出力端が前記永久磁石の他方の磁極に所定の間隔をあけて近接して配置され、
前記第３のヨークは、その磁束の入出力端が前記永久磁石の一方の磁極に接触または近接して配置され、
前記第４のヨークは、その磁束の入出力端が前記永久磁石の他方の磁極に所定の間隔をあけて近接して配置され、
前記第１および第３のヨークと前記第２および第４のヨークとの対向空間内に前記第２および第４のヨークと前記永久磁石との間を移動可能に磁性体が配置され、
前記磁束配分調整手段は、前記磁性体の配置状態を変化させることにより、前記磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量と前記ラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項４】
請求項１〜３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のヨークは、対向するほゞ平行な内壁面を有し、
前記磁気バネ用可動子は、前記第１および第２のヨークの対向する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のヨークの対向方向に対してほゞ垂直として当該ヨーク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、
前記磁気バネ用可動子は、その軸方向の長さが前記磁気バネ用可動子の近傍に位置する前記第１および第２のヨークの前記磁気バネ用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１〜３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、
前記磁気バネ用可動子は、柱状とされ、前記第１および第２のヨーク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７】
請求項６に記載された磁気バネ装置において、
前記磁気バネ用可動子は、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、
前記ラッチ用可動子は、前記第３および第４のヨーク間をつなぐように、前記第３および第４のヨークの所定の位置に磁気吸着する板状の磁性体からなる
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項９】
請求項８に記載された磁気バネ装置において、
前記ラッチ用可動子は、前記第３および第４のヨーク間に出入り可能な突起が形成されている
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、
前記ラッチ用可動子は、前記第３および第４のヨークの前記磁気バネ部と対向する側とは反対側に配置されている
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項１１】
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、
前記ラッチ用可動子は、前記第３および第４のヨークの前記磁気バネ部と対向する側に配置されており、
前記ラッチ用可動子の前記磁気バネ部と対向する側には、前記第１および第２のヨークからの磁気的干渉を抑制する手段が設けられている
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項１２】
請求項１，２および請求項４〜１１に記載された磁気バネ装置において、
前記磁束配分調整手段は、
前記永久磁石の磁極の位置を超音波モータあるいはステッピングモータによって変化させる
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項１３】
請求項３に記載された磁気バネ装置において、
前記磁束配分調整手段は、
前記磁性体の配置状態を超音波モータあるいはステッピングモータによって変化させる
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し、特に可動子の動作を必要に応じてロック（固定）する機構を備えた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。
【０００３】
ロボットによる組み付けでは、位置決めの時には過大な接触力が部品に加わり破損してしまわないように弱い力が必要で、位置が決まった後は強い力で押し付けることが必要であり、磁気バネ装置によって位置決め時の弱い力設定と、位置が決まった後の強い力設定とを切り分けることが可能となる。また、１つのロボットアームで多種の仕事をする場合や、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。
【０００４】
図２８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５００は、可動子３１（可動子ヨーク３２、永久磁石３３）と固定子３４（コイル３５，３６、ギャップ調整用固定子ヨーク３７〜４０、固定子コア４１，４２）と可動子３１を支持するケース４３と、可動子３１と固定子３４との間のギャップの間隔を変えるギャップ調整機構４４〜４７によって構成されている。
【０００５】
この磁気バネ装置５００では、コイル３５，３６に電流が流されていない場合、永久磁石３３による磁束５０，５１が固定子３４のヨーク３７〜４２に流れ、可動子３１の変位０で安定状態にある。そのため、可動子３１がプラスに変位してもマイナスに変位しても可動子３１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３３の吸引力のみで、可動子３１の軸方向移動に対するバネ力（磁気バネ力）が得られる。
【０００６】
これに対し、コイル３５，３６に電流を流すと、このコイル３５，３６に流れる電流（コイル電流）による磁束４８，４９が発生する。永久磁石３３による磁束５０，５１をコイル電流による磁束４８，４９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３３による磁束５０，５１をコイル電流による磁束４８，４９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。
【０００７】
また、ギャップ調整機構４４〜４７により、可動子３１と固定子３４との間のギャップ（３１−３７間、３１−３８間、３１−３９間、３１−４０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３３から固定子３４のヨーク３７〜４２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３１と固定子３４との間のギャップ（３１−３７間、３１−３８間、３１−３９間、３１−４０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３３から固定子３４のヨーク３７〜４２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。
【０００８】
図２９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６００は、円筒形状の固定軸６１と、この固定軸６１内に軸方向に移動可能に挿入された円柱形状の可動軸６２と、固定軸６１の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石６３と、可動軸６２の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石６４とを備え、固定側永久磁石６３および可動側永久磁石６４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６３のＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように鉄心６５が固定され、この固定側永久磁石６３に固定された鉄心６５にコイル６６が巻かれている。
【０００９】
この磁気バネ装置６００では、固定側永久磁石６３と可動側永久磁石６４との間に、固定軸６１と可動軸６２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６２の回転止めとして機能する。また、コイル６６，６６に電流を流すことにより、このコイル６６，６６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６３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６３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６３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】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３６０７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−８４６９６号公報
【特許文献３】特開平７−３７４６１号公報
【特許文献４】特開平７−３３５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来の磁気バネ装置５００や６００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。
【００１２】
また、ロボットアームやエアシリンダの先端などに磁気バネ装置が取り付けられる場合は、それらが移動する時にバネが動いたり振動したりしてワークや周囲の物に衝突したり、ハンドが把持した部品を落としてしまわないようにロック機構が必要になるが、従来のバネ定数可変磁気バネ装置５００や６００では可動子の動作を必要に応じてロックすることはできない。
【００１３】
なお、ロック機構として、エアシリンダやソレノイドなどの外付け部品による機械的なものが一般的であるが、サイズや質量が大きくなるとともに、圧空の配管や電気配線も必要になるため、ロボットのアーム先端とハンド（あるいはワーク）との間などに取り付ける場合には支障が出てしまう。また、圧空や電力などのエネルギーの消費が必要になってしまう。
【００１４】
また、ソレノイドには、可動子を所定の位置に永久磁石でラッチしてラッチ時の電力を不要にするものもあるが（例えば、特許文献３，４参照）、このようなタイプのソレノイドでは、ラッチ解除時に、永久磁石の吸引力に打ち勝つ電磁力を発生させるための通常以上の電力が必要になるため、ロックと解除を頻繁に行う用途では消費電力が増加してしまう。
【００１５】
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、自由にバネの特性を変更して維持し、必要に応じて磁気バネの動作をロック（固定）することが可能な磁気バネ装置を提供することにある。
また、バネ使用時の動作とロック時の動作とについて、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させることを可能とし、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省き、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適した磁気バネ装置を提供することにある。
また、小型・軽量化を図って、ロボットアームやエアシリンダなどに必要な動力を減らす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】
【００１６】
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から出て他方の磁極に戻る磁束の磁路として第１の磁路を形成するための第１および第２のヨークと，第１および第２のヨークとともに第１の磁路を形成するように配置され、その軸心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磁気バネ用可動子とを備えた磁気バネ部と、永久磁石の一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束の磁路として第２の磁路を形成するための第３および第４のヨークと，第３および第４のヨークとともに第２の磁路を形成するように配置され、その軸心の位置が規制された状態で軸方向に移動可能で、第３および第４のヨークに直接あるいは間隔を空けて磁気吸着されるように設けられた磁性体からなるラッチ用可動子とを備えたラッチ部と、磁気バネ用可動子とラッチ用可動子とを連結する連結部と、第１および第２のヨークを通して永久磁石から磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量と第３および第４のヨークを通して永久磁石からラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する磁束配分調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明では、例えば、第１および第２のヨークの磁束の入出力端の対向方向を永久磁石の回転軸の軸方向に対してほゞ垂直として、第１および第２のヨークの磁束の入出力端を永久磁石を挟んで対向させて配置し、第３および第４のヨークの磁束の入出力端の対向方向を第１および第２のヨークの磁束の入出力端の対向方向に対してほゞ垂直として、第３および第４のヨークの磁束の入出力端を永久磁石を挟んで対向させて配置し、永久磁石の回転角度を変化させることによって、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する。
【００１８】
本発明では、例えば、第１のヨークの磁束の入出力端を永久磁石の一方の磁極に接触または近接して配置し、第２のヨークの磁束の入出力端を永久磁石の他方の磁極に所定の間隔をあけて近接して配置し、第３のヨークの磁束の入出力端を永久磁石の一方の磁極に接触または近接して配置し、第４のヨークの磁束の入出力端を永久磁石の他方の磁極に所定の間隔をあけて近接して配置し、第１および第３のヨークと第２および第４のヨークとの対向空間に第２および第４のヨークと永久磁石との間を移動可能に磁性体を配置し、磁性体の配置状態を変化させることにより、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整する。
【００１９】
このようにすると、永久磁石の回転角度を変化させたり、磁性体の配置状態を変化させるだけで、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量を変化させて、バネの特性を変化させることが可能となり、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ない。また、永久磁石の回転角度を変化させたり、磁性体の配置状態を変化させるだけで、ラッチ用可動子へ供給される磁束の量を変化させて、ラッチ用可動子を第３および第４のヨークに直接あるいは間隔をあけて磁気吸着させて、磁気バネの動作をロック（固定）することが可能となる。
【００２０】
なお、磁気バネ用可動子に発生する力を使用する場合（バネ使用時）は、ラッチ用可動子に発生する力を遮断または低下させるように、ラッチ用可動子に発生する力を使用する場合（ロック時）は、磁気バネ用可動子に発生する力を遮断または低下させるように、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整するようにすると、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させることができるため、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省くことができ、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適したものとなる。
【００２１】
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磁気バネ用可動子とを別個に備えることにより、磁気バネ用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磁気バネ用可動子とを別個に備えた構成とすることにより、磁気バネ用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、磁気バネ用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。
【００２２】
また、本発明では、磁束の供給源を１つの永久磁石とし、この永久磁石の回転角度を変化させたり、磁性体の配置状態を変化させたりして、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整して、磁気バネのロック／解除動作を行うことができるため、小型・軽量化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第１および第２のヨークを通して永久磁石から磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量と第３および第４のヨークを通して永久磁石からラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整するようにしたので、永久磁石の磁束にコイルからの磁束を作用させ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、自由にバネの特性を変更して維持し、必要に応じて磁気バネの動作をロック（固定）することが可能となる。
また、バネ使用時にはラッチ力を遮断または低下させるように、ロック時にはバネ力を遮断または低下させるように、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分を調整するようにして、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的に動作させることを可能とし、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省き、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適したものとすることが可能となる。
また、磁気バネ用とラッチ用の双方の磁気回路への磁束の供給源を１つの永久磁石とし、小型・軽量化を図って、ロボットアームやエアシリンダなどに必要な動力を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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束の量の配分を変化させる方法を説明する図である。
【図３】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４】実施の形態１の磁気バネ装置においてラッチ力が発生する原理を説明する図である。
【図５】図１に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）および磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図６】実施の形態１の磁気バネ装置においてラッチ用可動子を第３および第４のヨークの磁気バネ部と対向する側に配置するようにした例を示す図である。
【図７】図６に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）および磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図８】実施の形態１の磁気バネ装置において磁気バネ用可動子の移動なしでロックのＯＮ／ＯＦＦを可能とした例を示す図である。
【図９】図８に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）および磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図１０】実施の形態１の磁気バネ装置において磁気バネ用可動子の移動なしでロックのＯＮ／ＯＦＦを可能とした別の例を示す図である。
【図１１】図１０に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）および磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図１２】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１３】実施の形態２の磁気バネ装置において磁束の量の配分を変化させる方法を説明する図である。
【図１４】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１５】図１２に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）および磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図１６】図１２に示した磁気バネ装置のバネの特性の一例を説明するための概念図である。
【図１７】図１２に示した磁気バネ装置においてメカ的なストッパを取り付けて可動子の初期位置を設定するようにした例を示す図である。
【図１８】図１２に示した磁気バネ装置のバネの特性の一例を示す図である。
【図１９】磁石角度と磁気バネ力（推力）との関係の一例を示す図である。
【図２０】実施の形態１の磁気バネ装置の磁気バネ部の変形例を示す図である。
【図２１】実施の形態２の磁気バネ装置の磁気バネ部の変形例を示す図である。
【図２２】実施の形態２の磁気バネ装置の磁気バネ部の変形例を示す図である。
【図２３】実施の形態１の磁気バネ装置の磁気バネ部の変形例を示す図である。
【図２４】本発明に係る磁気バネ装置の別の実施の形態（実施の形態３）の要部を示す図である。
【図２５】図２４に示した磁気バネ装置におけるロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）を示す図である。
【図２６】図２４に示した磁気バネ装置における磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）を示す図である。
【図２７】実施の形態１の磁気バネ装置の磁気バネ用可動子をガイドする機構も含めた全体構成を示す図である。
【図２８】従来の磁気バネ装置の一例を示す図である。
【図２９】従来の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】
【００２５】
〔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。
【００２６】
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できることに着眼した。
【００２７】
さらに、永久磁石からの磁束が供給される可動子を備えた磁気回路を磁気バネ部として設け、この磁気バネ部と同様の原理を使ったラッチ用の磁気回路をラッチ部として設け、磁気バネ部の可動子（磁気バネ用可動子）とラッチ部の可動子（ラッチ用可動子）とをシャフトなどで連結することにより、磁気バネの動作をロック（固定）することを可能とした。
【００２８】
また、バネ力用の磁力を利用しているときはラッチ用の磁力は不要（バネ力への障害となる）であり、ラッチ用の磁力を利用しているときはバネ力用の磁力は不要（ラッチ力への障害となる）であり、永久磁石から可動子へ磁束が供給されない方の磁路に磁束が流れているときは、その磁束は仕事をしておらず無駄になっている。この点に着目し、永久磁石から磁気バネ用可動子へ磁束が供給されない方の磁路をラッチ用可動子への磁路とし、このラッチ用可動子への磁路へ無駄になっている磁束を流すようにした。
【００２９】
これにより、磁気バネ用可動子に発生する力を使用する場合（バネ使用時）は、ラッチ用可動子に発生する力を遮断または低下させるように、ラッチ用可動子に発生する力を使用する場合（ロック時）は、磁気バネ用可動子に発生する力を遮断または低下させるように、磁気バネ用可動子へ供給される磁束の量とラッチ用可動子へ供給される磁束の量との配分が調整されるものとなり、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させることができるため、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省くことができ、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適したものとなる。
【００３０】
〔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１００（１００Ａ）の正面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は底面図、図１（ｄ）は側面図である。
【００３１】
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、４は第１のヨーク２および第２のヨーク３が形成する磁路（第１の磁路）中の空間にその軸心Ｏ１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（磁気バネ用可動子）であり、第１のヨーク２と第２のヨーク３と磁気バネ用可動子４とで磁気バネ部５が構成されている。
【００３２】
また、図１において、７および８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３および第４のヨーク、９は第３のヨーク７および第４のヨーク８が形成する磁路（第２の磁路）中の空間にその軸心Ｏ１の位置が規制された状態で軸方向に移動可能で、第３のヨーク７および第４のヨーク８に直接磁気吸着されるように設けられた磁性体からなる可動子（ラッチ用可動子）であり、第３のヨーク７と第４のヨーク８とラッチ用可動子９とによってラッチ部１０が構成されている。
【００３３】
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、磁気バネ部５の磁気バネ用可動子４とラッチ部１０のラッチ用可動子９とは非磁性体のシャフト１１によって連結されており、このシャフト１１の軸心が磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９の軸心Ｏ１とされている。
【００３４】
磁気バネ部５において、第１のヨーク２および第２のヨーク３は、平板状とされ、その内壁面２ａおよび３ａをほゞ平行とし、間隔をあけて対向して配置されている。磁気バネ用可動子４は、四角柱状とされ、第１のヨーク２の内壁面２ａと第２のヨーク３の内壁面３ａとの間に、その軸方向をヨーク２，３の対向方向に対してほゞ垂直として配置されている。
【００３５】
また、磁気バネ用可動子４は、図示されていないガイドによって、その軸心Ｏ１（シャフト１１の軸心Ｏ１）の位置が規制された状態（磁気バネ用可動子４の水平方向の動きが規制された状態）で、磁気バネ用可動子４の軸方向とヨーク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、磁気バネ用可動子４の外周面４ａ（４ａ１，４ａ２）をヨーク２，３の内壁面２ａ，３ａから離間させた状態で、磁気バネ用可動子４がヨーク２，３の間に配置されている。また、磁気バネ用可動子４の長さＬは、ヨーク２，３の幅Ｗ（磁気バネ用可動子４の近傍に位置するヨーク２，３の磁気バネ用可動子４の軸方向の長さ）と同程度以下とされている。
【００３６】
なお、ガイドを設ける代わりに、磁気バネ用可動子４の外周面４ａとヨーク２，３の内壁面２ａ，３ａ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、磁気バネ用可動子４の外周面４ａとヨーク２，３の内壁面２ａ，３ａとを離間させる機構がないと、磁気吸引力で磁気バネ用可動子４がヨーク２，３に吸着してしまい、（例えば、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】
磁気バネ部５において、永久磁石１は円柱状とされ、その径方向の一方が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２と第２のヨーク３との対向空間中、磁気バネ用可動子４が設けられた側とは反対側の端部に、その外周面１ａを第１のヨーク２の内壁面２ａおよび第２のヨーク３の内壁面３ａに対向させるようにして設けられている。すなわち、円柱状の永久磁石１の軸方向をヨーク２，３の対向する内壁面２ａ，３ａの面方向と平行として、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間に配置している。
【００３８】
換言すると、第１のヨーク２および第２のヨーク３は、その内壁面２ａおよび３ａを永久磁石１を挟んで対向させて配置されており、第１のヨーク２および第２のヨーク３の内壁面２ａおよび３ａの対向方向は永久磁石１の軸方向（永久磁石１の回転軸の軸方向）に対してほゞ垂直とされている。なお、永久磁石１の軸方向とヨーク２，３の長手方向との角度に制約はなく、直角に限らない。
【００３９】
ラッチ部１０において、第３のヨーク７および第４のヨーク８は、第１のヨーク２および第２のヨーク３と同様、平板状とされ、その内壁面７ａおよび８ａをほゞ平行とし、間隔をあけて対向して配置されている。ラッチ用可動子９は、平板状とされ、第３のヨーク７および第４のヨーク８の磁気バネ部５と対向する側とは反対側に配置されている。ラッチ用可動子９には、ヨーク７，８間に出入り可能な突起９ａが一体的に形成されている。この突起９ａによって、ラッチ用可動子９がヨーク７，８から離れた状態のときも、吸引力を維持できて吸着可能となる。
【００４０】
ラッチ部１０において、第３のヨーク７および第４のヨーク８の長手方向のラッチ用可動子９のが設けられた側とは反対側の端部には、磁気バネ部５側に延びる脚部７ｂおよび８ｂが一体的に形成されている。この第３のヨーク７および第４のヨーク８の脚部７ｂおよび８ｂは、「く」の字状に折り曲げられてその先端部が、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間のほゞ中央に位置している。また、第３のヨーク７および第４のヨーク８の脚部７ｂおよび脚部８ｂの先端部は、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間内において、永久磁石１を挟んで対向する位置に部位し、脚部７ｂおよび８ｂの先端部の対向方向（ヨーク７，８の磁束の入力端の対向方向）は第１のヨーク２および第２のヨーク３の内壁面２ａおよび３ａの対向方向（ヨーク２，３の磁束の入出力端の対向方向）に対してほゞ垂直とされている。
【００４１】
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、シャフト１１は、ラッチ用可動子９を貫通して設けられ、このシャフト１１によってラッチ用可動子９と磁気バネ用可動子４とが所定距離離間された状態で連結されている。ラッチ用可動子９および磁気バネ用可動子４のシャフト１１における位置は固定されている。
【００４２】
また、この磁気バネ装置１００Ａ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。第１のヨーク２、第２のヨーク３、第３のヨーク７、第４のヨーク８、磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９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。
【００４３】
また、永久磁石１に対しては、この永久磁石１の回転角度を変化させるモータＭ１が設けられている。なお、この実施の形態において、永久磁石１とモータＭ１とは、シャフト（図示せず）によって連結されている。図１には、このシャフトの軸心をＯ２として一点鎖線で示している。ここで、例えば、第１のヨーク２と第２のヨーク３の対向する面と、永久磁石１の対向磁極方向が垂直の場合は０°とし、水平の場合は９０°とする。以降、上記で説明した角度を単に「永久磁石１の角度」または「永久磁石の回転角度」などと呼ぶ。
【００４４】
本実施の形態において、モータＭ１としては、回転角度を検出するためのエンコーダが付いた超音波モータが用いられている。超音波モータは、電力をオフにしてもその停止した回転角度位置を保持するので、永久磁石１の角度を回転させる場合にのみ電力を使用するだけで済む。
【００４５】
〔磁気バネ部〕
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、磁気バネ部５では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第１のヨーク２、磁気バネ用可動子４、第２のヨーク３の経路で流れ、第１のヨーク２および第２のヨーク３と磁気バネ用可動子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）に磁気バネ用可動子４が戻ろうとするバネ力（磁気バネ力）が発生する。
【００４６】
図２および図３を参照して、この磁気バネ装置１００Ａの磁気バネ部５において、磁束の量の配分を変化させる方法と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に示した磁気バネ装置１００Ａの磁気バネ部５を磁気バネ用可動子４の軸方向（上面）から見た図として示しており、図３は図２（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図として示している。
【００４７】
この磁気バネ装置１００Ａの磁気バネ部５において、磁気バネ力は図３に示すような原理によって発生する。すなわち、外力によって磁気バネ用可動子４が対向したヨーク２，３間に押し込められると、磁気バネ用可動子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２の端部間およびヨーク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磁気バネ用可動子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、磁気バネ用可動子４の押し出された側の端部と押し出された側のヨーク２の端部間およびヨーク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磁気バネ用可動子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。
【００４８】
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、磁気バネ部５で発生する磁気バネ力は、永久磁石１のＮ極とＳ極が図２（ａ）のような状態にあるとき、すなわちＮ極が第１のヨーク２の内壁面２ａに直面し、Ｓ極が第２のヨーク３の内壁面３ａに直面しているとき、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が磁束１２−１として磁気バネ用可動子４に向かうため、最大となる。この時の永久磁石１の角度位置を磁石角度０゜とする。
【００４９】
この状態から永久磁石１の角度を回転させ、図２（ｂ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を４５゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２が磁気バネ用可動子４に向かう磁束１２−１と、磁気バネ用可動子４に向かわずに第３のヨーク７の脚部７ｂに入って第４のヨーク８の脚部８ｂより戻る磁束１２−２とに分かれる。すなわち、永久磁石１から流れる磁束の経路が変わり、永久磁石１から供給される磁気バネ用可動子４への磁束の量が減少する。これにより、磁気吸引力が減少し、磁気バネ力が弱くなる。
【００５０】
さらに、永久磁石１の角度を回転させて、図２（ｃ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を９０゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が第３のヨーク７の脚部７ｂに入って第４のヨーク８の脚部８ｂより戻る磁束１２−２となり、磁気バネ力が最小（ほゞ零）となる。
【００５１】
〔ラッチ部〕
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、ラッチ部１０では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第３のヨーク７、ラッチ用可動子９、第４のヨーク８の経路で流れ、第３のヨーク７および第４のヨーク８にラッチ用可動子４を吸引しようとする磁気吸着力（ラッチ力）が発生する。
【００５２】
図４を参照して、この磁気バネ装置１００Ａのラッチ部１０において、ラッチ力が発生する原理について説明する。なお、図４は図１に示した磁気バネ装置１００Ａのラッチ部１０をラッチ用可動子９の上面側から見た図として示しており、第１のヨーク２や第２のヨーク３については図を分かり易くするために省略している。
【００５３】
この磁気バネ装置１００Ａにおいて、ラッチ部１０で発生するラッチ力は、永久磁石１のＮ極とＳ極が図４（ａ）のような状態にあるとき、すなわちＮ極が第３のヨーク７の脚部７ｂに直面し、Ｓ極が第４のヨーク８の脚部８ｂに直面しているとき、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が磁束１２−２としてラッチ用可動子９に向かうため、最大となる。この時の永久磁石１の角度位置を磁石角度９０゜とする。
【００５４】
この状態から永久磁石１の角度を回転させ、図４（ｂ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を４５゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２がラッチ用可動子９に向かう磁束１２−２と、ラッチ用可動子９に向かわずに第１のヨーク２の内壁面２ａに入って第２のヨーク３の内壁面２ｂより戻る磁束１２−１（図２（ｂ）参照）とに分かれる。すなわち、永久磁石１から流れる磁束の経路が変わり、永久磁石１から供給されるラッチ用可動子９への磁束の量が減少する。これにより、磁気吸引力が減少し、ラッチ力が弱くなる。
【００５５】
さらに、永久磁石１の角度を回転させて、図４（ｃ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を０゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が第１のヨーク２の内壁面２ａに入って第２のヨーク３の内壁面２ｂより戻る磁束１２−１（図２（ａ）参照）となり、ラッチ力が最小（ほゞ零）となる。
【００５６】
図１に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を９０゜とした状態（図２（ｃ）、図４（ａ）参照）を示している。この場合、磁気バネ用可動子４に発生する力が最小となり、ラッチ用可動子９に発生する力が最大となる。
【００５７】
これにより、磁気バネ用可動子４に発生する力が遮断または低下された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着された状態となり（ラッチＯＮ）、磁気バネの動作がロックされる。この時の磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態をロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）として図５（ａ）に示す。なお、図５（ａ）は、磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態を分かり易く示すために、図１（ａ）に示した正面図のみを抜き出して示している。
【００５８】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を０゜とすると（図２（ａ），図４（ｃ）参照）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大となり、ラッチ用可動子９に発生する力が最小となる。
【００５９】
これにより、ラッチ用可動子９に発生する力が遮断または低下された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネの動作のロックが解除され、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになる（磁気バネＯＮ）。この時の磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態を磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）として図５（ｂ）に示す。この場合、磁気バネ用可動子４は、ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮとされる前の状態では、その一部がヨーク２，３の対向空間から外れているので、ヨーク２，３間に引き込まれる。すなわち、磁気バネ用可動子４が移動する。なお、ロック状態と磁気バネ状態は、磁石角度を０゜〜９０゜の間で切り替わるように設計できるが、この切替点が９０゜に近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【００６０】
なお、この磁気バネ装置１００Ａ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、磁気バネ用可動子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、磁気バネ用可動子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１２が磁気バネ用可動子４を通過してヨーク２，３間を流れる範囲であれば、磁気バネ用可動子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。また、ラッチ用可動子９も平板状に限られるものでもない。
【００６１】
なお、図１に示した磁気バネ装置１００Ａでは、ラッチ用可動子９をヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側とは反対側に配置するようにしたが、ヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に配置するようにしてもよい。図６にラッチ用可動子９をヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に配置するようにした例を磁気バネ装置１００Ｂとして示す。
【００６２】
この磁気バネ装置１００Ｂでは、ラッチ部１０を磁気バネ部５の下側に設け、このラッチ部１０のヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側にラッチ用可動子９を配置するようにしている。また、磁気バネ用可動子４とラッチ用可動子９との間に一定の距離をあけるために、非磁性スペーサ１４を両者に接するようにして配置している。この構成において、非磁性スペーサ１４は、ラッチ用可動子９と磁気バネ部５のヨーク２，３との磁気的干渉を抑制する。なお、磁気バネ用可動子４とラッチ用可動子９との間に一定の距離をあけることができれば、つまり、ラッチ用可動子９と磁気バネ部５のヨーク２，３との間に磁気的干渉が発生しない程度の一定以上の距離をあけることができれば、非磁性スペーサ１４は無くてもかまわない。
【００６３】
図６に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を９０゜とした状態（図２（ｃ），図４（ａ）参照）を示している。この場合、磁気バネ用可動子４に発生する力が遮断または低下された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に磁気吸着された状態となり（ラッチＯＮ）、ロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）となる（図７（ａ）参照）。
【００６４】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を０゜とすると（図２（ａ），図４（ｃ）参照）、ラッチ用可動子９に発生する力が遮断または低下された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになり（磁気バネＯＮ）、磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）となる（図７（ｂ）参照）。この場合、磁気バネ用可動子４は、ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮとされる前の状態では、その一部がヨーク２，３の対向空間から外れているので、ヨーク２，３間に引き込まれる。すなわち、磁気バネ用可動子４が移動する。なお、ロック状態と磁気バネ状態は、磁石角度を０゜〜９０゜の間で切り替わるように設計できるが、この切替点が９０゜に近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【００６５】
図８に磁気バネ用可動子の移動なしでロックのＯＮ／ＯＦＦを可能とした例を磁気バネ装置１００Ｃとして示す。この磁気バネ装置１００Ｃでは、ラッチ部１０を磁気バネ部５の下方に設け、ラッチ用可動子９をヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側とは反対側に配置するようにしている。また、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着された状態において、磁気バネ用可動子４がヨーク２，３の対向空間のほゞ中央に位置するように、ラッチ用可動子９と磁気バネ用可動子４との離間距離を定めてシャフト１１に固定している。
【００６６】
図８に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を９０゜とした状態（図２（ｃ）、図４（ａ）参照）を示している。この場合、磁気バネ用可動子４に発生する力が遮断または低下された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側とは反対側に磁気吸着された状態となり（ラッチＯＮ）、ロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）となる（図９（ａ）参照）。
【００６７】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を０゜とすると（図２（ａ），図４（ｃ）参照）、ラッチ用可動子９に発生する力が遮断または低下された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになり（磁気バネＯＮ）、磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）となる（図９（ｂ）参照）。この場合、磁気バネ用可動子４は、ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮとされる前の状態において、ヨーク２，３の対向空間のほゞ中央に位置しているので、外力がシャフト１１に印加されていなければ、ロック状態が解除されても基本的には移動しない。なお、図８、図９のように軸心Ｏ１が垂直（水平以外の）方向に設置されている場合は、自重と磁気バネ力のバランスにより下方への若干の移動が起こる場合もある。なお、ロック状態と磁気バネ状態は、磁石角度を０゜〜９０゜の間で切り替わるように設計できるが、この切替点が９０゜に近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【００６８】
図１０に磁気バネ用可動子の移動なしでロックのＯＮ／ＯＦＦを可能とした別の例を磁気バネ装置１００Ｄとして示す。この磁気バネ装置１００Ｄでは、ラッチ部１０を磁気バネ部５の上方に設け、ラッチ用可動子９をヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に配置するようにしている。また、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着された状態において、磁気バネ用可動子４の一部がヨーク２，３の対向空間に位置するように、ラッチ用可動子９と磁気バネ用可動子４との離間距離を定めてシャフト１１に固定するとともに、ラッチ用可動子９の磁気バネ部５と対向する側の面に非磁性スペーサ１４を接するようにして設けている。通常、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着する力（ラッチ力）は、磁気バネ力に比べて大きい。よって、非磁性スペーサ１４は、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着するラッチ力を、磁気バネ力とのバランスをとって調節（抑制）するために設けられており、必要なロック（固定）力を確保できる範囲でラッチ力を出来るだけ小さくした方が、磁気バネ力を利用できる効率がよくなるため好ましい。なお、ラッチ部１０の磁路の磁気抵抗の調整により、ラッチ力と磁気バネ力とのバランスをとることも可能である。
【００６９】
図１０に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を９０゜とした状態（図２（ｃ）、図４（ａ）参照）を示している。この場合、磁気バネ用可動子４に発生する力が遮断または低下された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に磁気吸着された状態となり（ラッチＯＮ）、ロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）となる（図１１（ａ）参照）。
【００７０】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を０゜とすると（図２（ａ）、図４（ｃ）参照）、ラッチ用可動子９に発生する力が遮断または低下された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになり（磁気バネＯＮ）、磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）となる（図１１（ｂ）参照）。この場合、ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮとされる前の状態において、磁気バネ用可動子４の一部がヨーク２，３の対向空間に位置しているが、ラッチ用可動子９がヨーク７，８の磁気バネ部５と対向する側に当接しているので、磁気バネ用可動子４はロック状態が解除されても移動しない。なお、図１０、図１１の上下方向を逆に設置した場合は、自重と磁気バネ力のバランスにより下方への若干の移動が起こる場合もある。また、ロック状態と磁気バネ状態は、磁石角度を０゜〜９０゜の間で切り替わるように設計できるが、この切替点が９０゜に近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【００７１】
〔実施の形態２〕
図１２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１２（ａ）はこの実施の形態２の磁気バネ装置２００（２００Ａ）の正面図、図１２（ｂ）は平面図、図１２（ｃ）は底面図、図１２（ｄ）は側面図である。
【００７２】
図１２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、４は第１のヨーク２および第２のヨーク３が形成する磁路（第１の磁路）中の空間にその軸心Ｏ１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（磁気バネ用可動子）であり、第１のヨーク２と第２のヨーク３と磁気バネ用可動子４とで磁気バネ部５が構成されている。
【００７３】
また、図１２において、７および８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３および第４のヨーク、９は第３のヨーク７および第４のヨーク８が形成する磁路（第２の磁路）中の空間にその軸心Ｏ１の位置が規制された状態で軸方向に移動可能で、第３のヨーク７および第４のヨーク８に直接磁気吸着されるように設けられた磁性体からなる可動子（ラッチ用可動子）であり、第３のヨーク７と第４のヨーク８とラッチ用可動子９とによってラッチ部１０が構成されている。
【００７４】
この磁気バネ装置２００Ａにおいて、磁気バネ部５の磁気バネ用可動子４とラッチ部１０のラッチ用可動子９とはシャフト１１によって連結されており、このシャフト１１の軸心が磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９の軸心Ｏ１とされている。
【００７５】
磁気バネ部５において、第１のヨーク２および第２のヨーク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。磁気バネ用可動子４は、円柱状とされ、第１のヨーク２および第２のヨーク３の貫通孔２−１，３−１の中心軸にその軸心Ｏ１（シャフト１１の軸心Ｏ１）を一致させて設置されている。
【００７６】
また、磁気バネ用可動子４は、その長さＬが第１のヨーク２および第２のヨーク３の対向する外側の面２ｂ（第１のヨーク２の上面），３ｂ（第２のヨーク３の下面）間の距離Ｈと同程度とされている。また、磁気バネ用可動子４は、図示されていないガイドによって、その軸心Ｏ１の位置が規制された状態（磁気バネ用可動子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、磁気バネ用可動子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、磁気バネ用可動子４が貫通孔２−１，３−１に挿通されている。
【００７７】
なお、ガイドを設ける代わりに、磁気バネ用可動子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、磁気バネ用可動子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２，３に吸着されてしまい、（例えば、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。
【００７８】
磁気バネ部５において、永久磁石１は円柱状とされ、その径方向の一方が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２と第２のヨーク３との対向空間中、磁気バネ用可動子４が設けられた側とは反対側の端部に、その外周面１ａを第１のヨーク２の内壁面２ａおよび第２のヨーク３の内壁面３ａに対向させるようにして設けられている。すなわち、円柱状の永久磁石１の軸方向をヨーク２，３の対向面（内面）の面方向と平行として、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間に配置している。
【００７９】
換言すると、第１のヨーク２および第２のヨーク３は、その内壁面２ａおよび３ａを永久磁石１を挟んで対向させて配置されており、第１のヨーク２および第２のヨーク３の内壁面２ａおよび３ａの対向方向は永久磁石１の軸方向（永久磁石１の回転軸の軸方向）に対してほゞ垂直とされている。なお、永久磁石１の軸方向とヨーク２，３の長手方向との角度に制約はなく、直角に限らない。
【００８０】
ラッチ部１０において、第３のヨーク７および第４のヨーク８は、第１のヨーク２および第２のヨーク３と同様、平板状とされ、その内壁面７ａおよび８ａをほゞ平行とし、間隔をあけて対向して配置されている。ラッチ用可動子９は、平板状とされ、第３のヨーク７および第４のヨーク８の磁気バネ部５と対向する側とは反対側に配置されている。ラッチ用可動子９には、ヨーク７，８間に出入り可能な突起９ａが一体的に形成されている。この突起９ａによって、ラッチ用可動子９がヨーク７，８から離れた状態のときも、吸引力を維持できて吸着可能となる。
【００８１】
ラッチ部１０において、第３のヨーク７および第４のヨーク８の長手方向のラッチ用可動子９が設けられた側とは反対側の端部には、磁気バネ部５側に延びる脚部７ｂおよび８ｂが一体的に形成されている。この第３のヨーク７および第４のヨーク８の脚部７ｂおよび８ｂは、ほゞ直角に折り曲げられてその先端部が、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間のほゞ中央に位置している。また、第３のヨーク７および第４のヨーク８の脚部７ｂおよび脚部８ｂの先端部は、第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間内において、永久磁石１を挟んで対向する位置に部位し、脚部７ｂおよび８ｂの先端部の対向方向（ヨーク７，８の磁束の入力端の対向方向）は第１のヨーク２および第２のヨーク３の内壁面２ａおよび３ａの対向方向（ヨーク２，３の磁束の入出力端の対向方向）に対してほゞ垂直とされている。
【００８２】
この磁気バネ装置２００Ａにおいて、シャフト１１は、ラッチ用可動子９を貫通して設けられ、このシャフト１１によってラッチ用可動子９と磁気バネ用可動子４とが所定距離離間させた状態で連結されている。ラッチ用可動子９および磁気バネ用可動子４のシャフト１１における位置は固定されている。
【００８３】
また、この磁気バネ装置２００Ａ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。第１のヨーク２、第２のヨーク３、第３のヨーク７、第４のヨーク８、磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９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。
【００８４】
また、永久磁石１に対しては、この永久磁石１の回転角度を変化させるモータＭ１が設けられている。なお、この実施の形態において、永久磁石１とモータＭ１とは、シャフト（図示せず）によって連結されている。図１２には、このシャフトの軸心をＯ２として一点鎖線で示している。
【００８５】
本実施の形態において、モータＭ１としては、回転角度を検出するためのエンコーダが付いた超音波モータが用いられている。超音波モータは、電力をオフにしてもその停止した回転角度位置を保持するので、永久磁石１の角度を回転させる場合にのみ電力を使用するだけで済む。
【００８６】
〔磁気バネ部〕
この磁気バネ装置２００Ａにおいて、磁気バネ部５では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第１のヨーク２、磁気バネ用可動子４、第２のヨーク３の経路で流れ、第１のヨーク２および第２のヨーク３と磁気バネ用可動子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）に磁気バネ用可動子４が戻ろうとするバネ力（磁気バネ力）が発生する。図１３および図１４を参照して、この磁気バネ装置２００Ａの磁気バネ部５において、磁束の量の配分を変化させる方法と磁気バネ力が発生する原理について説明する。なお、図１３および図１４は、図１２に示した磁気バネ装置２００Ａを磁気バネ部５を磁気バネ用可動子４の軸方向と直交する方向（正面）から見た断面図として示している。
【００８７】
この磁気バネ装置２００Ａの磁気バネ部５において、磁気バネ力は図１４に示すような原理によって発生する。すなわち、外力によって磁気バネ用可動子４が対向したヨーク２，３間に押し込められると、磁気バネ用可動子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２の貫通孔２−１（または、ヨーク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磁気バネ用可動子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。
【００８８】
この磁気バネ装置２００Ａにおいて、磁気バネ部５で発生する磁気バネ力は、永久磁石１のＮ極とＳ極が図１３（ａ）のような状態にあるとき、すなわちＮ極が第１のヨーク２の内壁面２ａに直面し、Ｓ極が第２のヨーク３の内壁面３ａに直面しているとき、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が磁束１２−１として磁気バネ用可動子４に向かうため、最大となる。この時の永久磁石１の角度位置を磁石角度０゜とする。
【００８９】
この状態から永久磁石１の角度を回転させ、図１３（ｂ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を４５゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束６が磁気バネ用可動子４に向かう磁束１２−１と、磁気バネ用可動子４に向かわずに第３のヨーク７の脚部７ｂに入って第４のヨーク８の脚部８ｂより戻る磁束１２−２とに分かれる。すなわち、永久磁石１から流れる磁束の経路が変わり、永久磁石１から供給される磁気バネ用可動子４への磁束の量が減少する。これにより、磁気吸引力が減少し、磁気バネ力が弱くなる。
【００９０】
さらに、永久磁石１の角度を回転させて、図１３（ｃ）に示すように、永久磁石１の磁石角度を９０゜としたとする。この場合、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１２のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が第３のヨーク７の脚部７ｂに入って第４のヨーク８の脚部８ｂより戻る磁束１２−２となり、磁気バネ力が最小（ほゞ零）となる。
【００９１】
〔ラッチ部〕
この磁気バネ装置２００Ａにおいて、ラッチ部１０では、永久磁石１のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第３のヨーク７、ラッチ用可動子９、第４のヨーク８の経路で流れ、第３のヨーク７および第４のヨーク８にラッチ用可動子４を吸引しようとする磁気吸着力（ラッチ力）が発生する。このラッチ部１０におけるラッチ力が発生する原理については、先に図４を用いて説明したので、ここでの説明は省略する。
【００９２】
図１２に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を９０゜とした状態（図１３（ｃ）、図４（ａ）参照）を示している。この場合、磁気バネ用可動子４に発生する力が最小となり、ラッチ用可動子９に発生する力が最大となる。
【００９３】
これにより、磁気バネ用可動子４に発生する力が遮断または低下された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着された状態となり（ラッチＯＮ）、磁気バネの動作がロックされる。この時の磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態をロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）として図１５（ａ）に示す。なお、図１５（ａ）は、磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態を分かり易く示すために、図１２（ａ）に示した正面図のみを抜き出して示している。
【００９４】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、永久磁石１の磁石角度を０゜とすると（図１３（ａ）、図４（ｃ）参照）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大となり、ラッチ用可動子９に発生する力が最小となる。
【００９５】
これにより、ラッチ用可動子９に発生する力が遮断または低下された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネの動作のロックが解除され、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになる（磁気バネＯＮ）。この時の磁気バネ部５およびラッチ部１０の状態を磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）として図１５（ｂ）に示す。この場合、磁気バネ用可動子４は、ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮとされる前の状態では、その一部がヨーク２，３の対向空間から外れているので、ヨーク２，３間に引き込まれる。すなわち、磁気バネ用可動子４が移動する。なお、ロック状態と磁気バネ状態は、磁石角度を０゜〜９０゜の間で切り替わるように設計できるが、この切替点が９０゜に近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【００９６】
なお、この磁気バネ装置２００Ａ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、磁気バネ用可動子４の長さＬはヨーク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１２が磁気バネ用可動子４を通過してヨーク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、磁気バネ用可動子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。また、ラッチ用可動子９も平板状に限られるものでもない。また、この実施の形態２の磁気バネ装置２００においても、実施の形態１の磁気バネ装置１００Ｂ〜１００Ｄと同様、変形例として各種の構成が考えられる。
【００９７】
図１６に磁気バネ装置２００Ａのバネの特性の一例を説明するための概念図を示す。同図において、横軸は磁気バネ用可動子４の変位であり、縦軸は磁気バネ用可動子４に発生する磁気バネ力（推力）である。この例に示されるように、磁気バネ用可動子４に発生する磁気バネ力は原点では零となり、原点から離れるほど大きくなる。また、永久磁石１の角度を回転させることによって磁気バネ力が変化する。この例では、磁気バネ用可動子４が原点付近にあるとき変位に対して磁気バネ力がリニアに変化する磁気バネ定数可変領域（あるいは、コンプライアンス可変領域）となり、永久磁石１の角度を回転させることによってバネ定数あるいはコンプライアンス（バネ定数の逆数）が変化する。また、磁気バネ用可動子４が原点から離れた一定領域にあるとき（一定）磁気バネ力可変領域となり、永久磁石１の角度を回転させることによって変位に対してほゞ一定の磁気バネ力（推力）が変化する。このような例の場合、例えば図１７に示すように、メカ的なストッパ１５を取り付けて磁気バネ用可動子４の初期位置を設定し、磁気バネ定数可変領域のみを利用したり（図１７（ａ））、（一定）磁気バネ力可変領域のみを利用したりしてもよく（図１７（ｂ））、作業の内容によってバネ定数と一定の磁気バネ力、あるいはその両方を選択することができる。ただし、メカ的なストッパ１５を取り付ける場合は、ロック（固定）機構、つまり、ラッチ用可動子９の動作と干渉しないようにする必要がある。
【００９８】
図１８に磁気バネ装置２００Ａのバネの特性の一例を示す。同図において、特性Ｉは永久磁石１の磁石角度を０゜とした時のバネ特性であり、特性IIは磁石角度を４５゜とした時、特性IIIは磁石角度を６０゜とした時、特性IVは磁石角度を７５゜とした時、特性Ｖは磁石角度を９０゜とした時のバネ特性である。また、図１９中に磁石角度と磁気バネ力（推力）との関係の一例を示すが、４５゜〜９０゜の磁石角度の範囲において磁石角度に比例して直線的に変化する磁気バネ力が得られている。
【００９９】
なお、上述した実施の形態１，２では、第１のヨーク２と第２のヨーク３を単純な平板状のヨークとしたが、図２０や図２１に示す磁気バネ部５のように、永久磁石１の外周面１ａとの対向部分のヨーク面を永久磁石１の外周面１ａの曲率に合わせた形状として永久磁石１とヨーク２，３間の磁気抵抗を小さくして、より多くの磁束が効率よく流れるようにしてもよい。
【０１００】
また、図２２に示す磁気バネ部５のように、ヨークの面を途中で９０°ねじったような構造にして、磁気バネ用可動子４と永久磁石１の軸方向を平行に配置することにより小型化に適した構造にすることもできる。この場合も、図２１に示されるように、永久磁石１の外周面１ａとの対向部分のヨーク面を永久磁石１の外周面１ａの曲率に合わせた形状として磁束が効率よく流れるようにするとよい。
【０１０１】
また、上述した実施の形態１，２では、ヨーク２，３を１枚の板状の磁性体としているが、ヨーク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２，３を構成する場合は、例えば図２３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、磁気バネ用可動子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。
【０１０２】
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、永久磁石１の角度を回転(変化)させることによって、第１のヨーク２および第２のヨーク３を通して永久磁石１から磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量と第３のヨーク７および第４のヨーク８を通して永久磁石１からラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整することにより、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、自由にバネの特性を変更して維持し、必要に応じて磁気バネの動作をロック（固定）することができるようになる。
【０１０３】
また、バネ使用時にはラッチ力を遮断または低下させるように、ロック時にはバネ力を遮断または低下させるように、磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分が調整されるものとなり、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させせることで、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省き、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適したものとすることができるようになる。
【０１０４】
また、磁束を供給する永久磁石１と磁束が供給される磁気バネ用可動子４とを別個に備えることにより、磁気バネ用可動子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磁気バネ用可動子４とを別個に備えた構成とすることにより、磁気バネ用可動子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可能となる。これにより、磁気バネ用可動子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可能となる。
【０１０５】
また、磁束の供給源を１つの永久磁石１とし、この永久磁石１の回転角度を変化させることにより、磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整して、磁気バネのロック／解除動作を行うことができるため、小型・軽量化を図って、ロボットアームやエアシリンダなどに必要な動力を減らすことが可能となる。
【０１０６】
〔実施の形態３〕
図２４に本発明に係る磁気バネ装置の別の実施の形態（実施の形態３）の要部を示す。図２４（ａ）はこの実施の形態３の磁気バネ装置３００の正面図、図２４（ｂ）は平面図、図２４（ｃ）は側面図、図２４（ｄ）は背面図である。
【０１０７】
この磁気バネ装置３００では、第１のヨーク２の長手方向の磁気バネ用可動子４が設けられた側とは反対側の端部と第３のヨーク７の長手方向のラッチ用可動子９が設けられた側とは反対側の端部とを継げて一体化し、この一体化した第１のヨーク２と第３のヨーク７との継部１６の第２のヨーク３および第４のヨーク８に面する側に、直方体状の永久磁石１７を固定している。この永久磁石１７は、その一方の端部がＮ極、他方の端部がＳ極とされ、Ｎ極を第１のヨーク２と第３のヨーク７との継部１６に接触させ、Ｓ極を第２のヨーク３および第４のヨーク８に面する側に位置させている。
【０１０８】
すなわち、この磁気バネ装置３００では、第１のヨーク２および第３のヨーク７の内壁面２ａおよび７ａ（磁束の入出力端）が永久磁石１７のＮ極に接触して配置され、第２のヨーク３および第４のヨーク８の内壁面３ａおよび８ａ（磁束の入出力端）が永久磁石１７のＳ極に所定の間隔をあけて近接して配置されている。
【０１０９】
なお、永久磁石１７は、Ｎ極とＳ極とが逆向きでもよく、直方体以外の形状でもよい。また、第１のヨーク２および第３のヨーク７の内壁面２ａおよび７ａ（磁束の入出力端）は、必ずしも永久磁石１７のＮ極に接触して配置しなくてもよく、近接して配置するようにしてもよい。
【０１１０】
また、この磁気バネ装置３００では、第１のヨーク２および第３のヨーク７と第２のヨーク３および第４のヨーク８との対向空間内に、第２のヨーク３および第４のヨーク８と永久磁石１７との間を移動可能に磁性体１８を配置している。この実施の形態において、磁性体１８は平板状とされ、モータＭ１の回転力を伝達する動力伝達機構（図示せず）により、図示矢印Ａ，Ｂ方向へ移動させるような構成とされている。
【０１１１】
なお、磁性体１８は、第２のヨーク３および第４のヨーク８と永久磁石１７との間の第２のヨーク３および第４のヨーク８の内壁面３ａおよび８ａに垂直方向の間隔（ギャップ）Ｇ１よりも薄い厚さの軟磁性体であり、ヨーク３，８にも永久磁石１７にも接触していない。この磁性体１８は、他の形状でもよく、ギャップＧ１内の第２のヨーク３の内壁面３ａと永久磁石１７との間、および、第４のヨーク８の内壁面８ａと永久磁石１７との間の空間における磁性体の占有率を変えて、ギャップＧ１内の磁気抵抗の状態を変えられる構成であればよい。
【０１１２】
また、この磁気バネ装置３００において、モータＭ１としては、実施の形態１，２と同様、超音波モータを用いている。超音波モータは、電力をオフにしてもその回転位置を保持するので、磁性体１８を移動する場合にのみ電力を使用するだけで済む。
【０１１３】
また、この磁気バネ装置３００においても、実施の形態１の磁気バネ装置１００と同様、第１のヨーク２と第２のヨーク３と磁気バネ用可動子４とで磁気バネ部５が構成され、第３のヨーク７と第４のヨーク８とラッチ用可動子９とによってラッチ部１０が構成され、磁気バネ部５の磁気バネ用可動子４とラッチ部１０のラッチ用可動子９とは非磁性体のシャフト１１によって連結されている。
【０１１４】
図２４に示した状態は、モータＭ１を回転させることによって、磁性体１８を矢印Ａ方向へ移動させた状態を示している。この場合、磁性体１８が第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間側に位置するため、永久磁石１７のＮ極からＳ極に向かう磁束のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が第３のヨーク７および第４のヨーク８を通してラッチ用可動子９を流れ、磁気バネ用可動子４に発生する力が最小となり、ラッチ用可動子９に発生する力が最大となる。
【０１１５】
これにより、磁気バネ用可動子４に発生する力がほぼ遮断された状態となり（磁気バネＯＦＦ）、ラッチ用可動子９がヨーク７，８に磁気吸着され（ラッチＯＮ）、ロック状態（ラッチＯＮ／磁気バネＯＦＦ）となる（図２５（ａ），（ｂ）参照）。
【０１１６】
これに対して、モータＭ１を回転させることによって、磁性体１８を矢印Ｂ方向へ移動させると、磁性体１８が第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間側に位置するため、永久磁石１７のＮ極からＳ極に向かう磁束のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が第１のヨーク２および第２のヨーク３を通して磁気バネ用可動子４を流れ、ラッチ用可動子９に発生する力が最小となり、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大となる。
【０１１７】
これにより、ラッチ用可動子９に発生する力がほぼ遮断された状態となり（ラッチＯＦＦ）、磁気バネ用可動子４に発生する力が最大に使用されるようになり（磁気バネＯＮ）、磁気バネ状態（ラッチＯＦＦ／磁気バネＯＮ）となる（図２６（ａ），（ｂ）参照）。なお、ロック状態と磁気バネ状態は、磁性体１８が図２５のような状態にあるときと図２６のような状態にあるときの間で切り替わるように設計できるが、この切替点が図２５のような状態、つまり、磁性体１８が第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間側に位置にあるときに近いところになるように設定すると、磁気バネ力の調整範囲が広くなるため好ましい。
【０１１８】
以上の説明から分かるように、この実施の形態３の磁気バネ装置３００では、第１のヨーク２および第３のヨーク７と第２のヨーク３および第４のヨーク８との対向空間内において、第２のヨーク３および第４のヨーク８と永久磁石１７との間を移動可能に配置される磁性体１８の配置状態を変化させて、永久磁石１７から磁気バネ用可動子４へ供給される磁束量と永久磁石１７からラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整することにより、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、自由にバネの特性を変更して維持し、必要に応じて磁気バネの動作をロック（固定）することができるようになる。 
【０１１９】
また、バネ使用時にはラッチ力を遮断または低下させるように、ロック時にはバネ力を遮断または低下させるように、磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分が調整されるものとなり、お互いの動作への障害を低く抑えて協調的にかつ自己完結的に動作させせることで、他方の磁力に打ち勝つために永久磁石のサイズを大きくするというような無駄を省き、頻繁にロック／解除動作を行う場合にも適したものとすることができるようになる。
【０１２０】
また、磁束を供給する永久磁石１７と磁束が供給される磁気バネ用可動子４とを別個に備えることにより、磁気バネ用可動子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１７を採用することができるようになる。
【０１２１】
また、磁束の供給源を１つの永久磁石１７とし、この永久磁石１７に対する磁性体１８の配置状態を変化させることにより、磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整して、磁気バネのロック／解除動作を行うことができるため、小型・軽量化を図って、ロボットアームやエアシリンダなどに必要な動力を減らすことが可能となる。
【０１２２】
図２７に磁気バネ装置１００Ａの磁気バネ用可動子４をガイドする機構も含めた全体構成を示す。この例では、ガイドシャフト２６−１，２６−２によって、磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９の軸心Ｏ１（シャフト１１の軸心Ｏ１）の位置を規制している。ガイドシャフト２６−１，２６−２は、リニアブッシュ２７−１，２７−２に挿入された状態で上下動し、磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９の軸心Ｏ１の位置を規制しながら、磁気バネ用可動子４およびラッチ用可動子９が固定された非磁性体のシャフト１１によって駆動されるステージ２８を支持する。なお、リニアブッシュ２７−１，２７−２は非磁性体よりなる基板２９に固定されており、シャフト１１は基板２９を貫通して設けられ、基板２９の下面にはヨーク２，３が設けられている。なお、３０は基板２９を支える支柱である。
【０１２３】
図２７に示したガイドシャフト構成によると、シャフト１１およびステージ２８の回転を防止することができるため、通常の組み付けなどの用途では好ましい。一方、磁気バネ用可動子４に直接、あるいは、磁気バネ用可動子４に連結された同軸のシャフトに軸受を取り付けて回転可能にすると、回転シャフトに非接触で可変のバネ力を発生させることができるため、ドリル、ドライバー、クラッチなどの回転体における軸方向の力制御とロック(固定)が可能となる。
【０１２４】
なお、上述した磁気バネ装置１００〜３００では、モータＭ１として超音波モータを用いるようにしたが、ステッピングモータ（パルスモータ）などを用いるようにしてもよい。ステッピングモータは入力パルス数で動作角度が決まるので、回転角度を検出するエンコーダが無くても使用することができる。ステッピングモータを用いる場合、ロータまたはステータに永久磁石を使ったタイプを用いたり、ギヤ付きのタイプを用いるようにすると、回転角度位置の保持力の点で好ましい。例えば、ギヤ付きのステッピングモータとして、１／１００程度のギヤ比のものにすれば、電源をオフにしても十分にその停止した回転角度位置を保持することが可能である。ギヤ付きのステッピングモータでなくても、また通常のモータであっても、状態保持に永久磁石を使ったラッチソレノイドなどでストッパ機能をつければ、使用することも可能である。
【０１２５】
また、上述した磁気バネ装置１００〜３００において、磁気バネ用可動子４の位置または変位を検出するセンサを設け、このセンサが検出する磁気バネ用可動子４の位置または変位に応じて磁気バネ用可動子４への磁束の量を制御するようにしてもよい。このようにすることによって、より高度な動作制御が可能となる。
【０１２６】
また、上述した磁気バネ装置１００や２００において、モータＭ１を使用せず、所定の角度または所定の角度毎に停止するラッチ機能を備えたダイアルやレバーを設け、このダイアルやレバーで永久磁石１の回転角度位置を可変とし、このダイアルやレバーを手動や、エアシリンダやロボットなどのモータ以外の動力で動作させ、停止させた回転角度位置に永久磁石１を保持させるようにしてもよい。
【０１２７】
また、上述した磁気バネ装置３００においても同様に、モータＭ１を使用せず、所定の角度または所定の角度毎に停止するラッチ機能を備えたダイアルやレバーを設け、このダイアルやレバーで磁性体１８の移動位置を可変とし、このダイアルやレバーを手動や、エアシリンダやロボットなどのモータ以外の動力で動作させ、停止させた移動位置に磁性体１８を保持させるようにしてもよい。なお、上述した所定の角度または所定の角度毎に停止するラッチ機能の代わりにウォームギアなどを使った回転角度保持機構を用いてもよく、この場合はどの角度でも連続的に設定することが可能となる。
【０１２８】
また、本発明において、磁束配分調整手段は磁気バネ用可動子４へ供給される磁束の量とラッチ用可動子９へ供給される磁束の量との配分を調整するが、例えば、磁気バネ装置１００Ａでは、ヨーク２，３間における永久磁石１の磁極位置（角度）を制御して磁束の流れを決める不図示の制御部を含む機構全体が本発明でいう磁束配分調整手段に相当する。
【０１２９】
また、上述した実施の形態１，２，３の構成やその要部を示す全ての図において、上下や左右の設置方向は図に示された方向に限られるものではなく、どのような方向であってもかまわない。
【０１３０】
〔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】
【０１３１】
１…永久磁石、２…第１のヨーク、２ａ…内壁面、２−１…貫通孔、３…第２のヨーク、３ａ…内壁面、３−１…貫通孔、４…可動子（磁気バネ用可動子）、４ａ…外周面、５…磁気バネ部、７…第３のヨーク、７ａ…内壁面、７ｂ…脚部、８…第４のヨーク、８ａ…内壁面、８ｂ…脚部、９…可動子（ラッチ用可動子）、１０…ラッチ部、１１…シャフト、１２…磁束、１４…非磁性スペーサ、１５…ストッパ、１６…継部、１７…永久磁石、１８…磁性体、Ｍ１…モータ、１００（１００Ａ〜１００Ｅ）、２００（２００Ａ，２００Ｂ）、３００…磁気バネ装置。
【図１】
2014095429.tif 000003
【図２】
2014095429.tif 000004
【図３】
2014095429.tif 000005
【図４】
2014095429.tif 000006
【図５】
2014095429.tif 000007
【図６】
2014095429.tif 000008
【図７】
2014095429.tif 000009
【図８】
2014095429.tif 000010
【図９】
2014095429.tif 000011
【図１０】
2014095429.tif 000012
【図１１】
2014095429.tif 000013
【図１２】
2014095429.tif 000014
【図１３】
2014095429.tif 000015
【図１４】
2014095429.tif 000016
【図１５】
2014095429.tif 000017
【図１６】
2014095429.tif 000018
【図１７】
2014095429.tif 000019
【図１８】
2014095429.tif 000020
【図１９】
2014095429.tif 000021
【図２０】
2014095429.tif 000022
【図２１】
2014095429.tif 000023
【図２２】
2014095429.tif 000024
【図２３】
2014095429.tif 000025
【図２４】
2014095429.tif 000026
【図２５】
2014095429.tif 000027
【図２６】
2014095429.tif 000028
【図２７】
2014095429.tif 000029
【図２８】
2014095429.tif 000030
【図２９】
2014095429.tif 000031