(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】磁気バネ用可動子４とラッチ用可動子９とはシャフト１１で連結し、第１のヨーク２と第２のヨーク３の対向する面を基準とした、永久磁石１の対向磁極方向の回転方向における角度と、第３のヨーク７と第４のヨーク８の対向する面を基準とした、永久磁石６の対向磁極方向の回転方向における角度との差を例えば９０゜に設定する。モータＭ１によって永久磁石１と６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動作させるように、磁気バネ部５の磁束の配分とラッチ部１０の磁束の配分を調整する。【選択図】図１
2014081002.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第１の永久磁石と、
前記第１の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、
一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束を発生する第２の永久磁石と、
前記第２の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第１の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１の永久磁石から前記磁気バネ用可動子へ供給されない磁束の量との配分を磁気バネ部の磁束の配分とし、前記第３および第４のヨークを通して前記第２の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前記第２の永久磁石から前記ラッチ用可動子へ供給されない磁束の量との配分をラッチ部の磁束の配分とし、これら磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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、
前記磁束配分調整手段は、
前記第１および第２のヨークの内面に対向する前記第１の永久磁石の磁極の位置を変化させることによって前記磁気バネ部の磁束の配分を変化させ、
前記第３および第４のヨークの内面に対向する前記第２の永久磁石の磁極の位置を変化させることによって前記ラッチ部の磁束の配分を変化させる
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、
前記第１の永久磁石は、前記第１および第２のヨーク内面にほゞ平行な回転軸を中心として回転可能に設けられ、
前記第２の永久磁石は、前記第３および第４のヨーク内面にほゞ平行な回転軸を中心として回転可能に設けられ、
前記第１および第２の永久磁石は、それぞれの回転軸を挟んで対向する方向に着磁されている
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項４】
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、
前記第１および第２の永久磁石のそれぞれの回転角度、および、それらの回転角度の差を調整する手段
を備えることを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項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、
前記磁気バネ用可動子に発生する力を使用する場合は、前記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、
前記ラッチ用可動子に発生する力を使用する場合は、前記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、
前記磁気バネ部の磁束の配分および前記ラッチ部の磁束の配分を調整する
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項６】
請求項３又は４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のヨークの対向する面を基準とした、前記第１の永久磁石の対向磁極方向の回転方向における角度と、前記第３および第４のヨークの対向する面を基準とした、前記第２の永久磁石の対向磁極方向の回転方向における角度との差を前記第１および第２の永久磁石の回転角度の差とし、この回転角度の差が４０゜〜９０゜の範囲内とされている
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、
前記第１および第２の永久磁石は、同期して回転するようにシャフトによって連結されている
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、
前記第１の永久磁石から前記磁気バネ用可動子へ供給されない磁束の磁路に配置される第１の磁性体の配置状態を変化させることによって前記磁気バネ部の磁束の配分を変化させ、
前記第２の永久磁石から前記ラッチ用可動子へ供給されない磁束の磁路に配置される第２の磁性体の配置状態を変化させることによって前記ラッチ部の磁束の配分を変化させる
ことを特徴とする磁気バネ装置。
【請求項９】
請求項８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、
前記磁気バネ用可動子に発生する力を使用する場合は、前記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、
前記ラッチ用可動子に発生する力を使用する場合は、前記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、
前記磁気バネ部の磁束の配分および前記ラッチ部の磁束の配分を調整する
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１１】
請求項１０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１２】
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１３】
請求項１２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１４】
請求項１〜１３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１５】
請求項１４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１６】
請求項１〜１５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１７】
請求項１〜１５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１８】
請求項１〜７および請求項１０〜１７の何れか１項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、
前記第１および第２の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１９】
請求項８〜９の何れか１項に記載された磁気バネ装置において、
前記磁束配分調整手段は、
前記第１および第２の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２９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３０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。
【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第１の永久磁石と、第１の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、一方の磁極から出て他方の磁極に戻る磁束を発生する第２の永久磁石と、第２の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のヨークを通して第１の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１の永久磁石から磁気バネ用可動子へ供給されない磁束の量との配分を磁気バネ部の磁束の配分とし、第３および第４のヨークを通して第２の永久磁石からラッチ用可動子へ供給される磁束の量と第２の永久磁石からラッチ用可動子へ供給されない磁束の量との配分をラッチ部の磁束の配分とし、これら磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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のヨークの内面に対向する第１の永久磁石の磁極の位置を変化させることによって、磁気バネ部の磁束の配分を変化させて、バネの特性を変化させる。あるいは、第１の永久磁石から磁気バネ用可動子に供給されない磁束の磁路に配置される第１の磁性体の配置状態を変化させることによって、磁気バネ部の磁束の配分を変化させて、バネの特性を変化させる。このようにすると、第１の永久磁石の磁極の位置や第１の磁性体の配置状態を変化させるだけでよく、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。
【００１８】
また、本発明では、磁束を供給する第１の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第１の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、磁束を供給する第１の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、第１の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。
【００１９】
また、本発明では、例えば、第３および第４のヨークの内面に対向する第２の永久磁石の磁極の位置を変化させることによって、ラッチ部の磁束の配分を変化させて、ラッチ用可動子を吸引する際の磁気吸着力（ラッチ力）を変化させる。あるいは、第２の永久磁石からラッチ用可動子に供給されない磁束の磁路に配置される第２の磁性体の配置状態を変化させることによって、ラッチ部の磁束の配分を変化させて、ラッチ用可動子を吸引する際の磁気吸着力（ラッチ力）を変化させる。このようにすることによって、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、磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第１および第２のヨークを通して第１の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１の永久磁石から磁気バネ用可動子へ供給されない磁束の量との配分を磁気バネ部の磁束の配分とし、第３および第４のヨークを通して第２の永久磁石からラッチ用可動子へ供給される磁束の量と第２の永久磁石からラッチ用可動子へ供給されない磁束の量との配分をラッチ部の磁束の配分とし、これら磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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、磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】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４）の要部を示す図である。
【図２６】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２７】実施の形態１の磁気バネ装置において第１の永久磁石と第２の永久磁石の角度をそれぞれモータで回転させるようにした例を示す図である。
【図２８】実施の形態２の磁気バネ装置において第１の永久磁石と第２の永久磁石の角度をそれぞれモータで回転させるようにした例を示す図である。
【図２９】従来の磁気バネ装置の一例を示す図である。
【図３０】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】
【００２３】
〔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。
【００２４】
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。
【００２５】
さらに、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。
【００２６】
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、磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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。
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。
【００２７】
〔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。
【００２８】
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第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石）、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、こられによって磁気バネ部５が構成されている。
【００２９】
また、図１において、６はＮ極から出てＳ極に戻る磁束を発生する第２の永久磁石（ラッチ用永久磁石）、７および８は永久磁石６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、こられによってラッチ部１０が構成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、（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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
ラッチ部１０において、永久磁石６は、永久磁石１と同様、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６は、第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間中、ラッチ用可動子９が設けられた側とは反対側の端部に、その外周面６ａを第３のヨーク７の内壁面７ａおよび第４のヨーク８の内壁面８ａ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６の軸方向をヨーク７，８の対向する内壁面７ａ，８ａの面方向と平行として、第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間に配置している。なお、永久磁石６の軸方向とヨーク７，８の長手方向との角度に制約はなく、直角に限らない。
【００３７】
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。
【００３８】
また、この磁気バネ装置１００Ａにおいて、永久磁石１および６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。
【００３９】
また、永久磁石１および６に対しては、この永久磁石１と６との対向磁極方向の回転方向における角度を同期して回転させるモータ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６との対向磁極方向の回転方向における角度は、同期して回転するように、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。また、このシャフトに連結された状態において、永久磁石１と６との上述した回転角度の差は、すなわち第１のヨーク２および第２のヨーク３の対向する面を基準とした、第１の永久磁石１の対向磁極方向の回転方向における角度と、第３のヨーク７および第４のヨーク８の対向する面を基準とした、第２の永久磁石６の対向磁極方向の回転方向における角度との差を、第１の永久磁石１と第２の永久磁石６との回転角度の差とし、この回転角度の差が、９０゜に設定されている。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、第１の永久磁石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。同様に、例えば、第３のヨーク７と第４のヨーク８の対向する面と、第２の永久磁石６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と６の角度」または「永久磁石１と６の回転角度」などと呼ぶ。
【００４０】
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と６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。
【００４１】
〔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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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に向かわずに永久磁石１近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束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。
【００４６】
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）が永久磁石１近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束１２−２となり、磁気バネ力が最小となる。
【００４７】
〔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６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第４のヨーク８、ラッチ用可動子９、第３のヨーク７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。
【００４８】
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いる。
【００４９】
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６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４のヨーク８の内壁面８ａに直面し、Ｓ極が第３のヨーク７の内壁面７ａに直面しているとき、永久磁石６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１３のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）がラッチ用可動子９に向かうため、最大となる。この時の永久磁石６の角度位置を磁石角度０゜とする。
【００５０】
この状態から永久磁石６の角度を回転させ、図４（ｂ）に示すように、永久磁石６の磁石角度を４５゜としたとする。この場合、永久磁石６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１３がラッチ用可動子９に向かう磁束１３−１と、ラッチ用可動子９に向かわずに永久磁石６近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束１３−２とに分かれる。すなわち、永久磁石６から流れる磁束の経路が変わり、永久磁石６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。
【００５１】
さらに、永久磁石６の角度を回転させて、図４（ｃ）に示すように、永久磁石６の磁石角度を９０゜としたとする。この場合、永久磁石６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束１３のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が永久磁石６近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束１３−２となり、ラッチ力が最小となる。
【００５２】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を９０゜とし（図２（ｃ）参照）、永久磁石６の磁石角度を０゜（図４（ａ）参照）とした状態を示している。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。
【００５３】
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）に示した正面図において、磁気バネ部５のヨーク３およびラッチ部１０のヨーク８を除去した図として示している。
【００５４】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を０゜とし（図２（ａ）参照）、永久磁石６の磁石角度を９０゜（図４（ｃ）参照）とすると、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。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、この磁気バネ装置１００Ａにおいて、永久磁石１や６の磁極の向きは、その回転角度差が９０゜であれば、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、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。
【００５９】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を９０゜とし（図２（ｃ）参照）、永久磁石６の磁石角度を０゜（図４（ａ）参照）とした状態を示している。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）。
【００６０】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を０゜とし（図２（ａ）参照）、永久磁石６の磁石角度を９０゜（図４（ｃ）参照）とすると、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を９０゜とし（図２（ｃ）参照）、永久磁石６の磁石角度を０゜（図４（ａ）参照）とした状態を示している。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）。
【００６３】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を０゜とし（図２（ａ）参照）、永久磁石６の磁石角度を９０゜（図４（ｃ）参照）とすると、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、ロック状態が解除されても移動しない。
【００６４】
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。
【００６５】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を９０゜とし（図２（ｃ）参照）、永久磁石６の磁石角度を０゜（図４（ａ）参照）とした状態を示している。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）。
【００６６】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を０゜とし（図２（ａ）参照）、永久磁石６の磁石角度を９０゜（図４（ｃ）参照）とすると、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。
【００６７】
〔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。
【００６８】
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第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石）、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、こられによって磁気バネ部５が構成されている。
【００６９】
また、図１２において、６はＮ極から出てＳ極に戻る磁束を発生する第２の永久磁石（ラッチ用永久磁石）、７および８は永久磁石６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、こられによってラッチ部１０が構成されている。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、（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。
【００７４】
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。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。
【００７５】
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。
【００７６】
ラッチ部１０において、永久磁石６は、永久磁石１と同様、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６は、第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間中、ラッチ用可動子９が設けられた側とは反対側の端部に、その外周面６ａを第３のヨーク７の内壁面７ａおよび第４のヨーク８の内壁面８ａ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６の軸方向をヨーク７，８の対向する内壁面７ａ，８ａの面方向と平行として、第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間に配置している。なお、永久磁石６の軸方向とヨーク７，８の長手方向との角度に制約はなく、直角に限らない。
【００７７】
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。
【００７８】
また、この磁気バネ装置２００Ａにおいて、永久磁石１および６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。
【００７９】
また、永久磁石１および６に対しては、この永久磁石１と６の角度を同期して回転させるモータ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１，６とモータＭ１との間には、永久磁石１と６の角度が同期して回転するように、モータＭ１の回転力を分けて永久磁石１と６とに伝達する動力伝達機構（図示せず）が設けられている。
【００８０】
図１２には、この動力伝達機構からの永久磁石１への回転力の伝達軸の軸心をＯ２として、また永久磁石６への回転力の伝達軸の軸心をＯ３として、一点鎖線で示している。また、この伝達機構に伝達軸に連結された状態において、永久磁石１と６との回転角度の差は、９０゜に設定されている。
【００８１】
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と６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。
【００８２】
〔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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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に向かわずに永久磁石１近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束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。
【００８６】
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）が永久磁石１近傍のヨークと空間を介してＮ極からＳ極への閉じたループを作る磁束１２−２となり、磁気バネ力が最小となる。
【００８７】
〔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６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束が第４のヨーク８、ラッチ用可動子９、第３のヨーク７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。
【００８８】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を９０゜とし（図１３（ｃ）参照）、永久磁石６の磁石角度を０゜（図４（ａ）参照）とした状態を示している。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。
【００８９】
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）に示した正面図において、磁気バネ部５については断面図として、ラッチ部１０についてはヨーク７を除去した図として示している。
【００９０】
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と６とを９０゜の回転角度差を保って回転させ、永久磁石１の磁石角度を０゜とし（図１３（ａ）参照）、永久磁石６の磁石角度を９０゜（図４（ｃ）参照）とすると、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。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、この磁気バネ装置２００Ａにおいて、永久磁石１や６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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、第１の永久磁石１の角度を回転(変化)させることによって磁気バネ用可動子４への磁束の量を調整することにより、すなわち第１の永久磁石１から磁気バネ用可動子４へ供給される磁束１２−１の量と、第１の永久磁石１から磁気バネ用可動子４へ供給されない磁束の量１２−２との配分を磁気バネ部５の磁束の配分として調整することにより、また第２の永久磁石６の角度を回転(変化)させることによってラッチ用可動子９への磁束の量を調整することにより、すなわち第２の永久磁石６からラッチ用可動子９へ供給される磁束１３−１の量と、第２の永久磁石６からラッチ用可動子９へ供給されない磁束の量１３−２との配分をラッチ部１０の磁束の配分として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。
【００９９】
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、磁気バネ部５の磁束の配分およびラッチ部１０の磁束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。
【０１００】
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。
【０１０１】
〔実施の形態３〕
図２４，２５は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３，４）の要部を示す図である。図２４に示した実施の形態３の磁気バネ装置３００では、間隔をあけて対向して配置された第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間の中央部に、第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石）１６として直方体状の永久磁石１６を固定している。図２５に示した実施の形態４の磁気バネ装置４００では、間隔をあけて対向して配置された第１のヨーク２と第２のヨーク３との対向空間の中央部に、第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石）１６として直方体状の永久磁石を固定している。この永久磁石１６は、その一方の端部がＮ極、他方の端部がＳ極とされ、Ｓ極を第１のヨーク２に接触させ、Ｎ極を第２のヨーク３に接触させている。なお、永久磁石１６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。
【０１０２】
また、この磁気バネ装置３００，４００では、間隔をあけて対向して配置された第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間の中央部に、第２の永久磁石（ラッチ用バネ用永久磁石）１７として直方体状の永久磁石を固定している。この永久磁石１７は、その前方の端部がＮ極、後方の端部がＳ極とされ、Ｓ極を第３のヨーク７に接触させ、Ｎ極を第４のヨーク８に接触させている。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。
【０１０３】
また、この磁気バネ装置３００，４００では、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ギャップＧ１を設け、このギャップＧ１をモータＭ１のシャフト１８に取り付けられて回転する半円状の磁性体（第１の磁性体）１９の通過通路としている。第１の磁性体１９は、ギャップＧ１の間隔よりも薄い厚さの軟磁性体であり、第１のヨーク２にも第２のヨーク３にも接触していない。
【０１０４】
また、この磁気バネ装置３００，４００では、第３のヨーク７と第４のヨーク８との対向空間中、ラッチ用可動子９が設けられた側とは反対側の端部にギャップＧ２を設け、このギャップＧ２をモータＭ２のシャフト２１に取り付けられて回転する半円状の磁性体（第２の磁性体）２２の通過通路としている。第２の磁性体２２は、ギャップＧ２の間隔よりも薄い厚さの軟磁性体であり、第３のヨーク７にも第４のヨーク８にも接触していない。
【０１０５】
また、この磁気バネ装置３００，４００において、モータＭ１，Ｍ２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１９と２２を回転させる場合にのみ電力を使用するだけで済む。また、モータＭ１，Ｍ２に対しては制御部２３が設けられており、この制御部２３によって磁性体１９と２２の回転角度およびそれらの回転角度差が調整されるものとなっている。この実施の形態において、制御部２３は、磁性体１９と磁性体２２とが所定の回転角度差を保って回転するように、モータＭ１，Ｍ２を同期して回転させる。また、制御部２３は、プロセッサや記憶装置、および、外部との入出力装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【０１０６】
なお、磁性体１９や２２は、他の形状でもよく、回転に限らず直動などでもよく、ギャップＧ１，Ｇ２内における磁性体の占有率を変えてギャップＧ１，Ｇ２内の磁気抵抗を変えられる構成であればよい。
【０１０７】
この磁気バネ装置３００，４００では、永久磁石１６のＮ極から出てＳ極に戻る磁束２４が磁気バネ用可動子４に向かう磁束と、ギャップＧ１に向かう磁束とに分かれる。この磁束２４が流れる磁路において、磁気バネ用可動子４に向かう磁束が流れる磁路を磁気バネ部５のメイン磁路と呼び、ギャップＧ１に向かう磁束が流れる磁路を磁気バネ部５のバイパス磁路と呼ぶことにする。また、永久磁石１７のＮ極から出てＳ極に戻る磁束２５がラッチ用可動子９に向かう磁束と、ギャップＧ２に向かう磁束とに分かれる。この磁束２５が流れる磁路において、ラッチ用可動子９に向かう磁束が流れる磁路をラッチ部１０のメイン磁路と呼び、ギャップＧ２に向かう磁束が流れる磁路をラッチ部１０のバイパス磁路と呼ぶことにする。
【０１０８】
この磁気バネ装置３００，４００において、制御部２３は、磁性体１９と２２とが所定の回転角度差を保って回転するように、モータＭ１，Ｍ２を同期して回転させる。図２４および図２５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１９を第１のヨーク２と第２のヨーク３との間のギャップＧ１のほゞ中央に位置させた状態を示している。このとき、モータＭ２によって回転される磁性体２２は、第３のヨーク７と第４のヨーク８との間のギャップＧ２には位置しない。
【０１０９】
この場合、永久磁石１６のＮ極からＳ極に向かう磁束２４のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が磁気バネ部５のバイパス磁路を流れ、すなわち磁性体１９を流れ、永久磁石１７のＮ極からＳ極に向かう磁束２５のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）がラッチ部５のメイン磁路を流れ、すなわちラッチ用可動子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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
これに対して、モータＭ２を回転させることによって、磁性体２２を第３のヨーク７と第４のヨーク８との間のギャップＧ２のほゞ中央に位置させると、永久磁石１７のＮ極からＳ極に向かう磁束２５のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）がラッチ部５のバイパス磁路を流れ、すなわち磁性体２２を流れ、ラッチ用可動子９に発生する力が最小となる。この時、モータＭ１によって回転される磁性体１９は、第１のヨーク２と第２のヨーク３との間のギャップＧ１には位置しないように制御されると、永久磁石１６のＮ極からＳ極に向かう磁束２４のほゞ全て（外部への漏えい分は除く）が磁気バネ部５のメイン磁路を流れ、すなわち磁気バネ用可動子４を流れ、磁気バネ用可動子４に発生する力は最大となる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
以上の説明から分かるように、この実施の形態３，４の磁気バネ装置３００，４００では、磁気バネ部５のバイパス磁路のギャップＧ１に配置される第１の磁性体１９の角度を回転させることによって磁気バネ用可動子４への磁束の量を制御することにより、すなわち第１の永久磁石１６から磁気バネ用可動子４へ供給される磁束量と、第１の永久磁石１６から磁気バネ用可動子４へ供給されない磁束の量との配分を磁気バネ部５の磁束の配分として調整することにより、またラッチ部５のバイパス磁路のギャップＧ２に配置される第２の磁性体２２の角度を回転させることによってラッチ用可動子９への磁束の量を調整することにより、すなわち第２の永久磁石１７からラッチ用可動子９へ供給される磁束の量と、第２の永久磁石１７からラッチ用可動子９へ供給されない磁束の量との配分をラッチ部１０の磁束の配分として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。
【０１１４】
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、磁気バネ部５の磁束の配分およびラッチ部１０の磁束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。
【０１１５】
また、磁束を供給する永久磁石１６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１６を採用することができるようになる。
【０１１６】
図２６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、ガイドシャフト２６−１，２６−２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。
【０１１７】
図２６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。
【０１１８】
なお、上述した磁気バネ装置１００〜４００では、モータＭ１やモータＭ２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。
【０１１９】
また、上述した磁気バネ装置１００〜４００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。
【０１２０】
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例えば９０゜の回転角度差を保って回転する永久磁石１および６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および６を保持させるようにしてもよい。
【０１２１】
また、上述した磁気バネ装置３００，４００においても同様に、モータＭ１，Ｍ２を使用せず、所定の回転角度差を保って第１の磁性体１９と第２の磁性体２２とを同期して回転させるような機構を設け、この機構に対して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１９および２２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磁性体１９および２２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。
【０１２２】
また、上述した磁気バネ装置１００や２００において、磁気バネ装置３００や４００と同様にして、モータＭ１，Ｍ２を設けるようにしてもよい。すなわち、図２７に実施の形態１の磁気バネ装置にモータＭ１，Ｍ２を設けるようにした例を磁気バネ装置１００Ｅとして、図２８に実施の形態２の磁気バネ装置にモータＭ１，Ｍ２を設けるようにした例を磁気バネ装置２００Ｂとして示すように、永久磁石１の角度をモータＭ１によって回転させるようにし、永久磁石６の角度をモータＭ２によって回転させるようにし、モータＭ１およびＭ２の動作を制御部２３によって制御するようにしてもよい。この場合、制御部２３によって、永久磁石１と６の回転角度およびそれらの回転角度差を調整するものとし、永久磁石１と６とが９０゜の回転角度差を保って回転するようにモータＭ１，Ｍ２を同期して回転させるようにする。
【０１２３】
なお、磁気バネ装置１００や２００において、永久磁石１と６との回転角度差は９０゜に限られるものではなく、４０゜〜９０゜の範囲をその回転角度差の設定範囲とするとよい。この場合、例えば、磁気バネ装置１００Ａ〜１００Ｄでは、永久磁石１と６とを４０゜〜９０゜の範囲内の所望の角度ずらしてシャフトに連結するようにすればよく、磁気バネ装置１００Ｅでは、制御部２３における回転角度差を４０゜〜９０゜の範囲内の所望の角度差に設定するようにすればよい。
【０１２４】
また、磁気バネ装置３００や４００においても、所定の回転角度差を保って第１の磁性体１９と第２の磁性体２２とを同期して回転させるような機構を設け、第１の磁性体１９と第２の磁性体２２の角度をモータ１つで回転させるようにしても良い。
【０１２５】
また、本発明において、磁束配分調整手段は磁気バネ部の磁束の配分およびラッチ部の磁束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およびヨーク７，８間における永久磁石６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。
【０１２６】
〔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】
【０１２７】
１…第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石）、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、６…第２の永久磁石（ラッチ用永久磁石）、６ａ…外周面、７…第３のヨーク、７ａ…内壁面、８…第４のヨーク、８ａ…内壁面、９…可動子（ラッチ用可動子）、１０…ラッチ部、１１…シャフト、１２，１３…磁束、１４…非磁性スペーサ、１５…ストッパ、１６…第１の永久磁石（磁気バネ用永久磁石））、１７…第２の永久磁石（ラッチ用永久磁石）、Ｇ１，Ｇ２…ギャップ、１８…シャフト、１９…磁性体（第１の磁性体）、２１…シャフト、２２…磁性体（第２の磁性体）、２３…制御部、２４，２５…磁束、Ｍ１，Ｍ２…モータ、１００（１００Ａ〜１００Ｅ）、２００（２００Ａ，２００Ｂ）、３００、４００…磁気バネ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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