(57)【要約】  本発明の一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、軸周りに分割されて配置される複数の磁石、及び各磁石に対応して径方向内側にそれぞれ配置される複数の磁極部材により構成される筒状部材と、筒状部材の中空部に挿入されるシャフト部材と、を備える。複数の磁石は、径方向内側がＮ極となる磁石と径方向内側がＳ極となる磁石とを含んでおり、各磁極部材の径方向内側の面には、着磁する磁石に応じて、異なる螺旋上に沿う突出部が設けられる。シャフト部材の外周面には、それぞれの螺旋に応じた螺旋状の突条が設けられる。
2018092906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通する中空部を有する筒状部材と、
前記軸方向に沿って延びるシャフト部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記軸方向に沿って延び、前記軸周りに分割されて配置される複数の磁石と、前記複数の磁石に対応して前記軸周りに分割され、前記各磁石の径方向内側にそれぞれ配置される複数の磁極部材と、を備え、
前記各磁極部材の径方向内側の面には、径方向内側に突出する突出部が設けられ、
前記シャフト部材は、前記筒状部材の前記中空部に挿入されて、前記各磁極部材より径方向内側に配置され、
前記シャフト部材の外周面には、径方向外側にそれぞれ突出する複数の螺旋状の突条が設けられ、
前記複数の磁石は、径方向内側がＮ極である第１の磁石と径方向内側がＳ極である第２の磁石とを含み、
前記複数の磁極部材は、前記第１の磁石により着磁される第１の磁極部材と前記第２の磁石により着磁される第２の磁極部材とを含み、
前記第１の磁極部材の突出部と前記第２の磁極部材の突出部とは、軸方向に延びる異なる螺旋上に沿って配置され、
前記シャフト部材の複数の突条は、前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋と前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋とに対応して配置されている、
磁気式動力伝達構造体。
【請求項２】
前記各突出部の断面は矩形状である、
請求項１に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項３】
前記各突出部は、前記軸方向に対して垂直な方向に延びている、
請求項１又は２に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項４】
前記シャフト部材の複数の突条は、２条の螺旋構造を形成しており、
前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋と前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋とは、前記シャフト部材の前記２条の螺旋構造に対応して、２条の螺旋を構成している、
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項５】
前記シャフト部材は中空である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項６】
前記シャフト部材は、前記軸周りに分割される複数のシャフト用磁極部材により構成され、
前記シャフト部材の前記中空には、径方向外側がＳ極である第１のシャフト用磁石が前記筒状部材の前記第１の磁石と対向するように配置され、かつ径方向外側がＮ極である第２のシャフト用磁石が前記筒状部材の前記第２の磁石と対向するように配置され、
前記複数のシャフト用磁極部材は、前記第１のシャフト用磁石により着磁され、前記筒状部材の前記第１の磁極部材と対向する第１のシャフト用磁極部材と、前記第２のシャフト用磁石により着磁され、前記筒状部材の前記第２の磁極部材と対向する第２のシャフト用磁極部材とを含み、
前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋に対応して配置される前記シャフト部材の突条は、前記第１のシャフト用磁極部材の外周面に設けられ、
前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋に対応して配置される前記シャフト部材の突条は、前記第２のシャフト用磁極部材の外周面に設けられる、
請求項５に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項７】
磁性材料により形成された筒状のハウジングであって、前記筒状部材を配置するように構成されたハウジングを更に備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項８】
前記筒状部材の隣接する前記突出部の間の凹部には非磁性材料が充填されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項９】
前記シャフト部材の前記複数の突条の間の凹部には非磁性材料が充填されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項１０】
前記筒状部材より径方向内側に配置され、前記筒状部材の前記各突出部を被覆する第１被覆部材を更に備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項１１】
前記シャフト部材より径方向外側に配置され、前記シャフト部材の前記複数の突条を被覆する第２被覆部材を更に備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の磁気式動力伝達構造体と、
前記磁気式動力伝達構造体の前記筒状部材又は前記シャフト部材を回転させる回転装置と、
を備える、
アクチュエータ。
【請求項１３】
前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、
制御装置と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報に基づいて、前記筒状部材が所望の位置に移動するように前記回転装置を駆動する、
請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、
前記シャフト部材の傾きを測定可能に構成された回転センサと、
制御装置と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報及び前記回転センサにより得られる前記シャフト部材の傾きの情報に基づいて、前記筒状部材で所望の力が発生するように前記回転装置を駆動する、
請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、
前記シャフト部材の傾きを測定可能に構成された回転センサと、
制御装置と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報及び前記回転センサにより得られる前記シャフト部材の傾きの情報に基づいて、所望の力が得られる状態で前記筒状部材を所望の位置に移動させるように前記回転装置を駆動する、
請求項１２に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気式動力伝達構造体及びアクチュエータの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転運動を並進運動に変換する機構として送りネジ機構が知られている。送りネジ機構は、対象物の駆動及び位置決めに不可欠な機械的要素であり、様々な用途で広く利用されている。一般的な送りネジ機構は、ネジとナットとを備えており、いずれか一方を回転させると他方が推進するように構成される。【０００３】
工作機械では、ネジ軸とナットとの間にボールを挿入することにより、摩擦を低減し効率を高めたボールネジ機構がよく利用されており、近年では、このボールネジ機構とモータとを組み合わせたロボット用のアクチュエータも開発されている。しかしながら、一般的な送りネジ機構及びボールネジ機構は、接触力によって動力を伝達するため、振動及び騒音の発生、摩擦による発熱などの問題点を有している。【０００４】
この問題点に対する解決方法の一つとして、従来、磁力を用いて動力を伝達する磁気ネジ機構が提案されている。磁気ネジ機構では、磁力を用いることにより、ネジとナットとの間で動力を非接触に伝達することができる。すなわち、動力を伝達する際に、ネジとナットとの間で摩擦が発生しないようにすることができる。そのため、磁気ネジ機構によれば、上記問題点を解決し、動力の伝達効率の向上、及び高速駆動の実現が可能となる。【０００５】
また、この磁気ネジ機構は、磁気の特性により、バネのような柔軟性を外力に対して有している。そのため、磁気ネジ機構によれば、過負荷時には脱調することで、接触時の安全性を確保することができる。このことから、近年、人と共存して作業する次世代産業用ロボット及びサービスロボットの駆動源としての応用が特に期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−０２５７００号公報
【特許文献２】特開平１１−０３１６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、上記磁気ネジ機構の一例として、磁気ナットと磁気ネジとで構成される磁気ネジアクチュエータが提案されている。この磁気ネジアクチュエータでは、異なる極性の２条の螺旋状の磁極を有する磁気ネジが用いられているが、このような螺旋状に着磁された磁気ネジを作製するのは困難である。また、磁気ナットの中間回転子は、Ｓ極及びＮ極の磁極が交互に多数配置された環状体となっており、個々の磁極は、径方向に着磁された磁石片により形成されている。そのため、中間回転子を構成するために多数の磁石片を用いることになり、製造コストが高くなってしまう。これらの理由により、特許文献１で提案されている磁気ネジ機構は生産性に乏しいという問題点があった。【０００８】
一方、特許文献２には、複数のリング状の磁石と内周面にネジ山を形成した継鉄とで磁気ナットを構成する方法が提案されている。この方法によれば、多数の磁石片を用いなくても磁気ナットを作製することができるため、磁気ネジ機構の製造コストを抑えることができる。しかしながら、特許文献２で提案される方法では、複数のリンク状の磁石を軸方向に間隔を空けて配置し、隣接する磁石の間に継鉄を配置している。そのため、磁気シールドとして、磁気ネジの径方向外側にバックヨークを配置したとすると、各磁石とバックヨークとの間で閉じた磁気回路が形成されてしまい、ネジ軸側で磁石の磁力が作用し難くなり、磁気ネジ機構の推力が落ちてしまう。また、継鉄の加工精度に比べて磁石の加工精度は低いため、隣接する継鉄との間でずれが生じてしまい、ネジ軸のネジ山と各継鉄のネジ山とを精度よく対応させるのが困難であった。これらの理由から、特許文献２で提案されている磁気ネジ機構は実用性に乏しいという問題点があった。【０００９】
本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性及び実用性の高い磁気ネジ機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。【００１１】
すなわち、本発明の一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、軸方向に貫通する中空部を有する筒状部材と、前記軸方向に沿って延びるシャフト部材と、を備え、前記筒状部材は、前記軸方向に沿って延び、前記軸周りに分割されて配置される複数の磁石と、前記複数の磁石に対応して前記軸周りに分割され、前記各磁石の径方向内側にそれぞれ配置される複数の磁極部材と、を備え、前記各磁極部材の径方向内側の面には、径方向内側に突出する突出部が設けられ、前記シャフト部材は、前記筒状部材の前記中空部に挿入されて、前記各磁極部材より径方向内側に配置され、前記シャフト部材の外周面には、径方向外側にそれぞれ突出する複数の螺旋状の突条が設けられ、前記複数の磁石は、径方向内側がＮ極である第１の磁石と径方向内側がＳ極である第２の磁石とを含み、前記複数の磁極部材は、前記第１の磁石により着磁される第１の磁極部材と前記第２の磁石により着磁される第２の磁極部材とを含み、前記第１の磁極部材の突出部と前記第２の磁極部材の突出部とは、軸方向に延びる異なる螺旋上に沿って配置され、前記シャフト部材の複数の突条は、前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋と前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋とに対応して配置されている。【００１２】
上記磁気式動力伝達構造体では、筒状部材は、軸周りに分割して配置される複数の磁石と、各磁石の径方向内側にそれぞれ配置される複数の磁極部材と、を備えている。複数の磁石は、径方向内側がＮ極である第１の磁石と径方向内側がＳ極である第２の磁石とを含んでおり、また、複数の磁極部材は、第１の磁石により着磁される第１の磁極部材と第２の磁石により着磁される第２の磁極部材とを含んでいる。そして、第１の磁極部材及び第２の磁極部材の径方向内側の面にはそれぞれ、異なる螺旋上に沿って配置される突出部が形成されている。【００１３】
一方、シャフト部材は、筒状部材の中空部に挿入されて、各磁極部材より径方向内側に配置されるように構成されており、当該シャフト部材の外周面には、各磁極部材の突出部の沿う螺旋に対応して、複数の螺旋状の突条が形成されている。これにより、上記磁気式動力伝達構造体は、第１の磁極部材の突出部から出た磁束が両突条を介して第２の磁極部材の突出部に戻るように構成されている。また、上記磁気式動力伝達構造体は、筒状部材及びシャフト部材のいずれか一方が回転すると、各突出部と各突条との位置関係が並進方向（すなわち、軸方向）にずれるように構成されている。【００１４】
したがって、上記磁気式動力伝達構造体では、筒状部材及びシャフト部材のいずれか一方を回転させることにより、各突出部と各突条との位置関係を並進方向にずらして、並進方向の磁力を生じさせ、これによって、他方を並進させるようにすることができる。すなわち、上記磁気式動力伝達構造体は、筒状部材及びシャフト部材により磁気ネジ機構を構成することができる。【００１５】
そして、上記磁気式動力伝達構造体では、軸周りに分割して配置された各磁石により各磁極部材を着磁することで、各磁極部材の突出部を磁極として利用できるようにしている。そのため、１つの磁石で複数の磁極を形成することができ、個々の磁極に応じて磁石を用意しなくてもよい。また、各磁極部材を適宜加工して突出部を形成することにより、各磁極部材に磁極を容易に設けることができる。したがって、上記構成によれば、形成する磁極の数に対して利用する磁石の数を少なくすることができ、かつ、各磁極を容易に形成することができるため、生産性の高い磁気ネジ機構を提供することができる。【００１６】
加えて、上記構成では、各磁石と各磁極部材とを、軸方向に並べるのではなく、径方向に配置している。そのため、上記構成では、特許文献２で生じるような磁石によるネジ山のずれを生じないようにすることができる。また、筒状部材の径方向外側にバックヨークを配置しても、各磁石とバックヨークとの間で閉じた磁気回路は生じず、各磁極部材を含む磁気回路が形成されるため、磁気ネジ機構の推力は低下しない。したがって、上記構成によれば、実用性の高い磁気ネジ機構を提供することができる。【００１７】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記各突出部の断面は矩形状であってよい。当該構成によれば、各磁極部材の突出部を簡易に形成することができるため、製造コストを抑えることができる。【００１８】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記各突出部は、前記軸方向に対して垂直な方向に延びていてよい。当該構成によれば、各磁極部材の突出部を簡易に形成することができるため、製造コストを抑えることができる。また、各突出部が軸方向に対して垂直な方向に延びていることにより、筒状部材とシャフト部材との間で伝達する動力の変化を滑らかにすることができる。【００１９】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記シャフト部材の複数の突条は、２条の螺旋構造を形成していてもよく、前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋と前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋とは、前記シャフト部材の前記２条の螺旋構造に対応して、２条の螺旋を構成していてもよい。当該構成によれば、一般的な２条のネジをシャフト部材として用いることができるため、製造コストを抑えることができる。【００２０】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記シャフト部材は中空であってもよい。当該構成によれば、軽量化を図ることができる。【００２１】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記シャフト部材は、前記軸周りに分割される複数のシャフト用磁極部材により構成されてもよく、前記シャフト部材の前記中空には、径方向外側がＳ極である第１のシャフト用磁石が前記筒状部材の前記第１の磁石と対向するように配置され、かつ径方向外側がＮ極である第２のシャフト用磁石が前記筒状部材の前記第２の磁石と対向するように配置されてもよく、前記複数のシャフト用磁極部材は、前記第１のシャフト用磁石により着磁され、前記筒状部材の前記第１の磁極部材と対向する第１のシャフト用磁極部材と、前記第２のシャフト用磁石により着磁され、前記筒状部材の前記第２の磁極部材と対向する第２のシャフト用磁極部材とを含んでもよく、前記第１の磁極部材の突出部の沿う螺旋に対応して配置される前記シャフト部材の突条は、前記第１のシャフト用磁極部材の外周面に設けられてよく、前記第２の磁極部材の突出部の沿う螺旋に対応して配置される前記シャフト部材の突条は、前記第２のシャフト用磁極部材の外周面に設けられてよい。当該構成によれば、シャフト部材にも磁石を内蔵させることで、高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。【００２２】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、上記磁気式動力伝達構造体は、磁性材料により形成された筒状のハウジングであって、前記筒状部材を配置するように構成されたハウジングを更に備えてもよい。当該構成によれば、各磁石の磁束を径方向内側に集中させ、各磁極部材及びシャフト部材の間で作用する磁力を高めることができる。【００２３】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記筒状部材の隣接する前記突出部の間の凹部には非磁性材料が充填されていてもよい。当該構成によれば、筒状部材の各突出部が破損する可能性を低減することができる。【００２４】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、前記シャフト部材の前記複数の突条の間の凹部には非磁性材料が充填されていてもよい。当該構成によれば、シャフト部材の各突条が破損する可能性を低減することができる。【００２５】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、上記磁気式動力伝達構造体は、前記筒状部材より径方向内側に配置され、前記筒状部材の前記各突出部を被覆する第１被覆部材を更に備えてもよい。当該構成によれば、筒状部材の各突出部が破損する可能性を低減することができる。【００２６】
また、上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体の別の形態として、上記磁気式動力伝達構造体は、前記シャフト部材より径方向外側に配置され、前記シャフト部材の前記複数の突条を被覆する第２被覆部材を更に備えてもよい。当該構成によれば、シャフト部材の各突条が破損する可能性を低減することができる。【００２７】
また、本発明の一側面に係るアクチュエータは、上記いずれかの形態に係る磁気式動力伝達構造体と、前記磁気式動力伝達構造体の前記筒状部材又は前記シャフト部材を回転させる回転装置と、を備える。生産性の高い磁気ネジ機構を利用したアクチュエータを提供することができる。【００２８】
また、上記一側面に係るアクチュエータの別の形態として、上記アクチュエータは、前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、制御装置と、を更に備えてもよく、前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報に基づいて、前記筒状部材が所望の位置に移動するように前記回転装置を駆動してもよい。当該構成によれば、アクチュエータの位置制御を行うことができる。【００２９】
また、上記一側面に係るアクチュエータの別の形態として、上記アクチュエータは、前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、前記シャフト部材の傾きを測定可能に構成された回転センサと、制御装置と、を更に備えてもよく、前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報及び前記回転センサにより得られる前記シャフト部材の傾きの情報に基づいて、前記筒状部材で所望の力が発生するように前記回転装置を駆動してもよい。当該構成によれば、アクチュエータの出力制御を行うことができる。【００３０】
また、上記一側面に係るアクチュエータの別の形態として、上記アクチュエータは、前記筒状部材の位置を測定可能に構成された位置センサと、前記シャフト部材の傾きを測定可能に構成された回転センサと、制御装置と、を更に備えてもよく、前記制御装置は、前記位置センサにより得られる前記筒状部材の位置の情報及び前記回転センサにより得られる前記シャフト部材の傾きの情報に基づいて、所望の力が得られる状態で前記筒状部材を所望の位置に移動させるように前記回転装置を駆動してもよい。当該構成によれば、アクチュエータの位置及び出力制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、生産性の高い磁気ネジ機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する分解図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体を軸方向から見た状態を模式的に例示する。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ線の部分断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態に係る各磁極部材の突出部の配置を模式的に例示する展開図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態に係る保持具が各磁極部材を保持する状態を模式的に例示する。
【図６Ａ】図６Ａは、シャフト部材と筒状部材との向きの関係（初期状態）を模式的に例示する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡのＡ１−Ａ１線の部分断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６ＡのＢ１−Ｂ１線の部分断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａに示す状態からシャフト部材を時計回りに９０度回転させた状態を模式的に例示する。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７ＡのＡ２−Ａ２線の部分断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７ＡのＢ２−Ｂ２線の部分断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図６Ａに示す状態からシャフト部材を時計回りに１８０度回転させた状態を模式的に例示する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８ＡのＡ３−Ａ３線の部分断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８ＡのＢ３−Ｂ３線の部分断面図である。
【図９Ａ】図６Ａに示す状態からシャフト部材を時計回りに２７０度回転させた状態を模式的に例示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９ＡのＡ４−Ａ４線の部分断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９ＡのＢ４−Ｂ４線の部分断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係るアクチュエータを模式的に例示する。
【図１１】図１１は、実施の形態に係る制御装置のハードウェア構成を模式的に例示する。
【図１２Ａ】図１２Ａは、シャフト部材の傾きが一定の場合における筒状部材の位置と出力との関係を例示する。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、筒状部材の位置が一定である場合におけるシャフト部材の傾きと出力との関係を例示する。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、実施の形態に係る対応関係データの一例を例示する。
【図１３】図１３は、実施の形態に係る制御装置の機能構成を模式的に例示する。
【図１４】図１４は、実施の形態に係る制御装置によるアクチュエータの制御の一例を例示する。
【図１５】図１５は、実施の形態に係る制御装置によるアクチュエータの制御の一例を例示する。
【図１６】図１６は、実施の形態に係る制御装置によるアクチュエータの制御の一例を例示する。
【図１７Ａ】図１７Ａは、各磁石の着磁方向の一例を例示する。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、各磁石の着磁方向の一例を例示する。
【図１８】図１８は、変形例に係る磁極部材の一例を例示する。
【図１９Ａ】図１９Ａは、磁極部材の溝部の形状の一例を例示する。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、磁極部材の溝部の形状の一例を例示する。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、シミュレーション結果を示す。
【図２０】図２０は、変形例に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する斜視図である。
【図２１】図２１は、変形例に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する断面図である。
【図２２】図２２は、変形例に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する断面図である。
【図２３】図２３は、変形例に係る磁気式動力伝達構造体を模式的に例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良又は変形が行われてもよい。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、図面内の向きを基準として説明を行う。
【００３４】
§１  構成例
まず、図１〜図４を用いて、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の構成について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１を模式的に例示する分解図及び斜視図である。図３は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１を軸方向から見た状態を模式的に例示する。図４は、図３のＡ−Ａ線の部分断面図である。
【００３５】
各図に示されるとおり、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１は、円筒状のハウジング４と、ハウジング４に収容される筒状部材２と、筒状部材２の中空部２４に挿入されるシャフト部材３と、を備えている。筒状部材２及びシャフト部材３は、一方向に延びる軸Ｗを有しており、この軸Ｗの方向（軸方向）に沿って延びている。筒状部材２は、磁気ネジ機構のナットに対応しており、シャフト部材３は、磁気ネジ機構のネジに対応している。これにより、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１は、回転運動を並進運動に変換する磁気ネジとして利用することができる。以下、各構成要素について説明する。
【００３６】
［筒状部材］
まず、筒状部材２について説明する。筒状部材２は、４つの磁石２１ａ〜２１ｄと、４つの磁極部材２２ａ〜２２ｄと、各磁極部材２２ａ〜２２ｄを固定するための一対の保持具２３と、を備えている。
【００３７】
（磁石）
４つの磁石２１ａ〜２１ｄは、軸方向（図４の左右方向）に沿ってそれぞれ延びており、軸周りに分割されて配置されている。各磁石２１ａ〜２１ｄの軸方向に垂直な方向の断面形状は略９０度の円弧状になっており、これにより、４つの磁石２１ａ〜２１ｄは、軸周りに配置されると、軸方向に延びる円筒を形成するように構成されている。
【００３８】
この４つの磁石２１ａ〜２１ｄのうち、上下方向に互いに対向して配置される２つの磁石（２１ａ、２１ｃ）は、径方向内側（内周面）がＮ極となり、径方向外側（外周面）がＳ極となるように磁化されている。他方、左右方向に互いに対向して配置される２つの磁石（２１ｂ、２１ｄ）は、径方向内側（内周面）がＳ極となり、径方向外側（外周面）がＮ極となるように磁化されている。なお、径方向は、軸方向に垂直な方向である。
【００３９】
すなわち、磁石（２１ａ、２１ｃ）は、本発明の「第１の磁石」に相当し、磁石（２１ｂ、２１ｄ）は、本発明の「第２の磁石」に相当する。本実施形態では、このような２つの第１の磁石（２１ａ、２１ｃ）及び２つの第２の磁石（２１ｂ、２１ｄ）が軸周りに交互に配置されている。
【００４０】
なお、図１の各磁石２１ａ〜２１ｄに付された矢印の向きがＮ極の向きを示す。また、図３及び図４では、異なるハッチングにより、径方向内側がＮ極である磁石と径方向内側がＳ極である磁石とを区別している。以降の図についても同様である。各磁石２１ａ〜２１ｄには、回転型モータに広く利用されている公知の永久磁石が利用可能である。
【００４１】
（磁極部材）
４つの磁極部材２２ａ〜２２ｄは、軸方向に沿ってそれぞれ延びており、各磁石２１ａ〜２１ｄに対応して軸周りに分割され、各磁石２１ａ〜２１ｄの径方向内側にそれぞれ配置される。本実施形態では、各磁極部材２２ａ〜２２ｄは、各磁石２１ａ〜２１ｄと同様に断面円弧状に形成される。より詳細には、後述する支柱部２３２の大きさを考慮して、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの断面は、各磁石２１ａ〜２１ｄよりもやや小さい角度の円弧状になっている。そして、各磁極部材２２ａ〜２２ｄは、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの外周面が各磁石２１ａ〜２１ｄの内周面に接するように配置される。
【００４２】
図４及び後述する図５Ａに示されるとおり、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの径方向内側の面（内周面）には、径方向内側に突出する突出部２２１ａ〜２２１ｄがそれぞれ設けられる。なお、図１では、１つの磁極部材に対して、１３個の突出部が設けられている。しかしながら、１つの磁極部材に設けられる突出部の数は、１３個に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。１つの磁極部材に設けられる突出部の数は、１２個以下であってもよいし、１４個以上であってもよい。
【００４３】
各磁極部材２２ａ〜２２ｄは、磁性のある材料（以下、「磁性材料」とも記載する）を用いて形成され、各磁石２１ａ〜２１ｄにより着磁される。これにより、各磁極部材２２ａ〜２２ｄに設けられた各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、磁極として機能するようになる。各磁極部材２２ａ〜２２ｄには、磁性材料として、電磁軟鉄、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金等の軟磁性材料を用いることができる。ただし、各磁極部材２２ａ〜２２ｄに利用可能な材料は、軟磁性材料に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各磁極部材２２ａ〜２２ｄには、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼が用いられてもよい。
【００４４】
より詳細には、４つの磁極部材２２ａ〜２２ｄのうち、上下方向に互いに対向して配置される２つの磁極部材（２２ａ、２２ｃ）は、本発明の「第１の磁極部材」に相当し、第１の磁石（２１ａ、２１ｃ）によって着磁される。そのため、各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）に設けられた各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）は、Ｎ極の磁極として機能する。
【００４５】
一方、左右方向に互いに対向して配置される２つの磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）は、本発明の「第２の磁極部材」に相当し、第２の磁石（２１ｂ、２１ｄ）によって着磁される。そのため、各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）に設けられた各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）は、Ｓ極の磁極として機能する。
【００４６】
ここで、図５Ａを更に用いて、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの配置について説明する。図５Ａは、筒状部材２を展開した場合における各突出部２２１ａ〜２２１ｄの配置を模式的に例示する。図５Ａに例示されるとおり、磁気ネジ機構の磁気ナットとして機能するように、Ｎ極の磁極として機能する各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）とＳ極として機能する各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）とは、軸方向に延びる異なる螺旋上に配置される。
【００４７】
ここで、「螺旋」形状とは、軸周りに回転させながら軸方向に並進することで描くことが可能な形状を広く含む。すなわち、「螺旋」形状は、軸周りに回転させたときに、軸と平行のある接線上の点がいずれかの方向にずれる形状を指す。本実施形態では、図５Ａに示されるとおり、Ｎ極の磁極として機能する両突出部（２２１ａ、２２１ｃ）は同一の螺旋上に配置される。同様に、Ｓ極として機能する両突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）は同一の螺旋上に配置される。すなわち、各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋と各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）の沿う螺旋とは２条の螺旋を構成している。
【００４８】
なお、本実施形態では、各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの幅方向（図５Ａの左右方向）の一端部から他端部まで各螺旋に沿って延びている。すなわち、各磁極部材２２ａ〜２２ｄにおいて、幅方向に連続している各突出部２２１ａ〜２２１ｄが軸方向に複数個（図１では１３個）間隔を空けて配置される。各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、図１及び図４に示すとおり、軸方向から見て円弧状でかつ断面矩形状に形成される。
【００４９】
以上のような各磁極部材２２ａ〜２２ｄは、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、円弧状に湾曲した板状の磁性材料を適宜用意し、用意した磁性材料の内周面に、切削加工等により、上記各突出部２２１ａ〜２２１ｄを形成するように歯を刻む。これにより、内周面側に各突出部２２１ａ〜２２１ｄが設けられた各磁極部材２２ａ〜２２ｄを作製することができる。
【００５０】
（保持具）
次に、図５Ｂを更に用いて、各保持具２３について説明する。図５Ｂは、各保持具２３が各磁極部材２２ａ〜２２ｄを保持する状態を模式的に例示する。図５Ｂに示されるとおり、各保持具２３は、円環状の端部２３１と、端部２３１から軸方向に延びる４本の支柱部２３２と、を備えている。隣接する支柱部２３２の間は空洞になっており、その空洞には、各磁極部材２２ａ〜２２ｄを嵌め込むことができるようになっている。すなわち、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの軸方向の各端部に各保持具２３を配置し、隣接する支柱部２３２間の空洞に各磁極部材２２ａ〜２２ｄを嵌め込むことで、保持具２３は、各磁極部材２２ａ〜２２ｄを固定することができるように構成されている。
【００５１】
この保持具２３を利用して、次のように筒状部材２を形成することができる。すなわち、各保持具２３により各磁極部材２２ａ〜２２ｄを固定する。このとき、各保持具２３の支柱部２３２により、隣接する磁極部材の間には若干の隙間が設けられる。そして、各磁極部材２２ａ〜２２ｄに対応して、各磁石２１ａ〜２１ｄを保持具２３の外周面側（径方向外側）に固定する。これにより、軸方向に貫通する中空部２４を有する円筒状の筒状部材２を形成することができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る中空部２４は、具体的には、各磁極部材２２ａ〜２２ｄ及び保持具２３の径方向内側の面により構成される。そのため、本実施形態に係る中空部２４は、円筒状の内周面から各突出部２２１ａ〜２２１ｄが径方向内側に突出した形状になっている。
【００５３】
このような保持具２３の材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、エンジニアリングプラスチック等を用いることができる。例えば、円筒状のエンジニアリングプラスチックを用意し、用意したエンジニアリングプラスチックに、適宜切削加工等により、各磁極部材２２ａ〜２２ｄに対応する間隔を空けて４本の支柱部２３２を形成する。これにより、各磁極部材２２ａ〜２２ｄを固定可能な一対の保持具２３を作製することができる。
【００５４】
［シャフト部材］
次に、シャフト部材３について説明する。本実施形態に係るシャフト部材３は、軸方向に沿って延びる円柱状に形成されており、シャフト部材３の外周面には、径方向外側にそれぞれ突出する２つの螺旋状の突条（３１、３２）が設けられている。なお、図１に例示されるように、各突条（３１、３２）は、シャフト部材３の一端部から他端部まで連続的に延びている。
【００５５】
本実施形態では、図４に例示されるとおり、両突条（３１、３２）を含むシャフト部材３の外径は、中空部２４の各突出部２２１ａ〜２２１ｄの形成された領域の内径よりもやや小さくなっている。これにより、本実施形態に係るシャフト部材３は、各突出部２２１ａ〜２２１ｄに各突条（３１、３２）が干渉することなく、中空部２４に挿入して、各磁極部材２２ａ〜２２ｄより径方向内側に配置することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、シャフト部材３の軸方向の長さは、筒状部材２より長くなっている。そのため、図２及び図４に例示されるとおり、本実施形態に係るシャフト部材３は、筒状部材２に挿入したときに、当該筒状部材２の開口部両側からシャフト部材３の両端部が突出するように配置することができる。
【００５７】
このシャフト部材３の２つの突条（３１、３２）は、Ｎ極の磁極として機能する各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋とＳ極として機能する各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）の沿う螺旋とに対応して配置される。具体的には、２つの突条（３１、３２）は、２条の螺旋構造を形成しており、各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋及び各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）の沿う螺旋は、当該２条の螺旋構造に対応して、２条の螺旋を構成している。
【００５８】
本実施形態では、図４に示されるとおり、突条３１が、各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋に対応し、突条３２が、各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）の沿う螺旋に対応するように、筒状部材２及びシャフト部材３の位置関係が調節されている。ただし、シャフト部材３側の突条（３１、３２）の各螺旋と筒状部材２側の突出部２２１ａ〜２２１ｄの各螺旋の対応関係は、このような例に限定されなくてもよい。各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋に突条３２が対応し、各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）の沿う螺旋に突条３１が対応するように、筒状部材２及びシャフト部材３の位置関係を調節してもよい。
【００５９】
なお、シャフト部材３側の突条（３１、３２）の各螺旋と筒状部材２側の突出部２２１ａ〜２２１ｄの各螺旋とは一致しているのが好ましい。ただし、磁気ネジ機構として機能可能であれば、シャフト部材３側の突条（３１、３２）の各螺旋と筒状部材２側の突出部２２１ａ〜２２１ｄの各螺旋とは完全に一致していなくてもよい。
【００６０】
このようなシャフト部材３は、上記各磁極部材２２ａ〜２２ｄと同様に、磁性材料を用いて作製される。例えば、円柱状の磁性材料を用意し、用意した磁性材料の外周面を適宜切削加工等することで、２つの突条（３１、３２）を有するシャフト部材３を作製することができる。
【００６１】
なお、２つの突条（３１、３２）は、２条の螺旋構造を有しているため、２条のネジのネジ山に対応させることができる。そのため、シャフト部材３には、一般的な２条のネジを用いることができる。例えば、シャフト部材３には、公知の２条のボールねじを利用することができる。これにより、磁気式動力伝達構造体１の製造コストを抑えることができる。
【００６２】
［ハウジング］
次に、ハウジング４について説明する。ハウジング４は、軸方向に沿って延びる円筒状に形成されている。ハウジング４の内径は、筒状部材２の外径とほぼ同じかやや大きめになっており、これにより、ハウジング４は、筒状部材２を収容可能に構成されている。
【００６３】
ハウジング４の材料には、例えば、上記各磁極部材２２ａ〜２２ｄ及びシャフト部材３と同様に、磁性材料を用いることができる。磁性材料で形成した場合、ハウジング４は、各磁石２１ａ〜２１ｄのバックヨーク（磁気シールド）として機能することができる。すなわち、ハウジング４により、各磁石２１ａ〜２１ｄの磁束を径方向内側に集中させ、各磁極部材２２ａ〜２２ｄ及びシャフト部材３の間で作用する磁力を高めることができる。
【００６４】
§２  動作例
次に、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｃ、及び図９Ａ〜図９Ｃを用いて、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の動作例について説明する。図６Ａは、ある時点（初期状態とする）における筒状部材２とシャフト部材３との向きの関係を模式的に例示する。図６Ｂ及び図６Ｃは、図６ＡのＡ１−Ａ１線及びＢ１−Ｂ１線の部分断面図である。図７Ａ、図８Ａ、及び図９Ａは、図６Ａの示す状態からシャフト部材３を反時計回りに９０度、１８０度、及び２７０度回転させた状態を模式的に例示する。図７Ｂ及び図７Ｃは、図７ＡのＡ２−Ａ２線及びＢ２−Ｂ２線の部分断面図である。図８Ｂ及び図８Ｃは、図８ＡのＡ３−Ａ３線及びＢ３−Ｂ３線の部分断面図である。図９Ｂ及び図９Ｃは、図９ＡのＡ４−Ａ４線及びＢ４−Ｂ４線の部分断面図である。
【００６５】
なお、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、及び図９Ａの筒状部材２及びシャフト部材３に付された太い矢印は、筒状部材２及びシャフト部材３の向きの関係を示す。また、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ｂ、図７Ｃ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ｂ、及び図９Ｃでは、説明の便宜のため、突条３１の断面に三角印を付し、突条３２の断面に丸印を付している。本動作例では、説明の便宜上、筒状部材２は、軸周りに回転不能でかつ軸方向に並進可能に固定されているとし、シャフト部材３は、軸周りに回転可能でかつ軸方向に並進不能に固定されているとする。
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｃの示す場面では、上記螺旋の関係から、突条３１と各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）とが対向し、突条３２と各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）とが対向している。そのため、径方向内側がＮ極である各磁石（２１ａ、２１ｃ）から出た磁束は、次のような経路を経て、径方向内側がＳ極である各磁石（２１ｂ、２１ｄ）に向かうことができる。
【００６７】
まず、各磁石（２１ａ、２１ｃ）から出た磁束は、各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）の各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）を介してシャフト部材３の突条３１に進入する。そして、シャフト部材３の突条３１に進入した磁束は、軸体を経由して突条３２から放出され、各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）の各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）を介して各磁石（２１ｂ、２１ｄ）に到達する。なお、各磁石（２１ｂ、２１ｄ）からハウジング４側に出た磁束は、ハウジング４を通過して、各磁石（２１ａ、２１ｃ）に進入する。したがって、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１では、各磁石（２１ａ、２１ｃ）から、各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）、シャフト部材３、各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）、各磁石（２１ｂ、２１ｄ）を順に通過し、再び各磁石（２１ａ、２１ｃ）に戻る磁気回路が形成される。
【００６８】
これにより、各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）はＮ極、突条３１はＳ極、突条３２はＮ極、各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）はＳ極として作用することになる。すなわち、各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）と突条３１との間で引力が働き、各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）と突条３２との間で引力が働くようになる。こうして、筒状部材２及びシャフト部材３により、磁気ネジ機構が構成される。
【００６９】
この状態で、シャフト部材３を反時計回りに回転させると、シャフト部材３の各突条（３１、３２）は、螺旋状に形成されているため、軸方向（各部分断面図の左右方向）に並進する。各部分断面図の例では、各突条（３１、３２）は、右螺旋に形成されているため、右方向に並進する。
【００７０】
そうすると、各突条（３１、３２）は、対応関係にある各突出部２２１ａ〜２２１ｄから軸方向にずれることになる。これに対して、各磁石２１ａ〜２１ｄの磁力に起因する上記の引力は、各突条（３１、３２）と各突出部２２１ａ〜２２１ｄとの対応関係を維持するように作用する。
【００７１】
そのため、この磁力の作用を超えた負荷がかからない限りは、筒状部材２は、各突条（３１、３２）の並進した分だけ軸方向に並進する。具体的には、シャフト部材３を軸周りに１回転させると、筒状部材２は、突条３１（突条３２）の軸方向に隣接する山の間隔の分だけ軸方向に並進する。
【００７２】
したがって、図７Ａ〜図７Ｃの例では、シャフト部材３を反時計回りに９０度回転させているため、筒状部材２は、図６Ａ〜図６Ｃの状態（初期位置）から、各突条（３１、３２）の軸方向に隣接する山の間隔の１／４の分だけ右方向に並進している。同様に、図８Ａ〜図８Ｃの例では、シャフト部材３を反時計回りに１８０度回転させているため、筒状部材２は、図６Ａ〜図６Ｃの状態（初期位置）から、各突条（３１、３２）の軸方向に隣接する山の間隔の１／２の分だけ右方向に並進している。図９Ａ〜図９Ｃの例では、シャフト部材３を反時計回りに２７０度回転させているため、筒状部材２は、図６Ａ〜図６Ｃの状態（初期位置）から、各突条（３１、３２）の軸方向に隣接する山の間隔の３／４の分だけ右方向に並進している。
【００７３】
なお、シャフト部材３の回転方向は反時計回りに限定されなくてもよい。すなわち、シャフト部材３を、時計回りではなく、時計回りに回転させてもよい。シャフト部材３を時計回りに回転させた場合には、筒状部材２は、シャフト部材３に対して相対的に左方向に並進する。
【００７４】
また、上記動作例では、筒状部材２は軸周りに回転不能に固定されており、シャフト部材３は軸割に回転可能に固定されていると仮定した。しかしながら、筒状部材２及びシャフト部材３の固定状態はこのような例に限定されなくてもよく、筒状部材２が軸周りに回転可能に固定されており、シャフト部材３が軸周りに回転不能に固定されているとしてもよい。この場合、筒状部材２を軸周りに回転させることで、筒状部材２及びシャフト部材３の位置関係を並進方向（軸方向）にずらすことができる。
【００７５】
また、ハウジング４は、筒状部材２に固定されていてもよい。ハウジング４を筒状部材２に固定した場合には、ハウジング４は、筒状部材２と共に運動する。
【００７６】
§３  使用例
次に、図１０を用いて、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の使用例として、上記の磁気式動力伝達構造体１を用いたアクチュエータについて説明する。図１０は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１を用いたアクチュエータ１００の構成の一例を模式的に例示する。
【００７７】
図１０に例示されるアクチュエータ１００では、シャフト部材３の一端部にモータ１０１が取り付けられている。モータ１０１は、本発明の「回転装置」に相当し、シャフト部材３を時計回り又は反時計回りに回転させる。モータ１０１は、公知の回転型モータであってよい。このモータ１０１の回転軸には、シャフト部材３の傾きを特定可能なように、モータ１０１の回転量を測定する回転センサ１０７が取り付けられている。なお、回転センサ１０７は、シャフト部材３の傾きを測定可能であれば特に限定されなくてもよく、公知のものであってもよい。例えば、回転センサ１０７には、マクソン社製のENX 10を用いることができる。
【００７８】
また、筒状部材２の両端は一対の固定部材（１０２、１０３）で固定されており、各固定部材（１０２、１０３）の下端は、軸方向に延びるレール１０４に並進可能に固定されている。そして、モータ１０１の配置される側の固定部材１０３とは反対側の固定部材１０２から出力軸１０５が延びている。なお、筒状部材２には、シャフト部材３に対する筒状部材２の位置を特定可能なように、位置センサ１０６が取り付けられている。位置センサ１０６は、筒状部材２の位置を測定可能であれば特に限定されなくてもよく、公知のものであってもよい。アバゴ・テクノロジー社製のAEDR-850xを用いることができる。
【００７９】
このアクチュエータ１００は、次のように動作することができる。すなわち、モータ１０１を駆動することにより、シャフト部材３を時計回り又は反時計回りに回転させることができる。そして、シャフト部材３をいずれかの方向に回転させることで、上記のとおり、筒状部材２を軸方向に並進させることができる。したがって、本実施形態に係るアクチュエータ１００では、モータ１０１を駆動することによって、出力軸１０５を並進させることができる。
【００８０】
［制御装置］
（ハードウェア構成）
次に、図１１を用いて、上記のようなアクチュエータ１００の動作を制御可能な制御装置の一例について説明する。図１１は、本実施形態に係る制御装置９のハードウェア構成を模式的に例示する。
【００８１】
図１１に例示されるように、本実施形態に係る制御装置９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む制御部９１、制御部９１で実行されるプログラム９２１等を記憶する記憶部９２、及び外部装置と接続するための外部インタフェース９３が電気的に接続されたコンピュータである。ただし、図１１では、外部インタフェースを「外部Ｉ／Ｆ」と記載している。
【００８２】
上記磁気式動力伝達構造体１では、シャフト部材３に対する筒状部材２の位置とシャフト部材３の傾きとが定まれば、シャフト部材３の各突条（３１、３２）と筒状部材２の各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部２２１ａ〜２２１ｄとの位置関係が定まるため、筒状部材２に作用する推進方向の力（以下、「出力」とも記載する）が定まる。そこで、本実施形態に係る制御装置９は、筒状部材２の位置ｚ及びシャフト部材３の傾きθと筒状部材２に作用する出力Ｆとの関係を示す対応関係データ９２２を記憶部９２に保持している。
【００８３】
ここで、図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて、対応関係データ９２２について説明する。図１２Ａは、シャフト部材３の傾きθが一定である場合における筒状部材２の位置ｚと出力Ｆとの関係を示している。また、図１２Ｂは、筒状部材２の位置ｚが一定である場合におけるシャフト部材３の傾きθと出力Ｆとの関係を示している。更に、図１２Ｃは、対応関係データ９２２の一例を示す。
【００８４】
例えば、アクチュエータ１００を作製した後に、シャフト部材３を傾きθに傾けて、筒状部材２を位置ｚａに配置する。そして、シャフト部材３の傾きθを一定に保持したまま、この筒状部材２を所定間隔毎に移動させて、筒状部材２に作用する力を出力Ｆとして測定する。これにより、図１２Ａに例示されるような筒状部材２の位置ｚと出力Ｆとの関係を示すデータを得ることができる。なお、図１２Ａの例では、位置ｚａは、シャフト部材３が傾きθに傾いているときに、筒状部材２の各突出部２２１ａ〜２２１ｄとシャフト部材３の各突条（３１、３２）とが対応状態にあるような筒状部材２の位置を示している。また、Ｌは、突条３１（突条３２）の軸方向に隣接する山の間隔を示している。
【００８５】
同様に、アクチュエータ１００を作製した後に、筒状部材２を位置ｚに配置して、シャフト部材３を傾きθａに傾ける。そして、筒状部材２の位置ｚを一定に保持したまま、シャフト部材３を所定角度毎に傾けて、筒状部材２に作用する力を出力Ｆとして測定する。これにより、図１２Ｂに例示されるようなシャフト部材３の傾きθと出力Ｆとの関係を示すデータを得ることができる。なお、図１２Ｂの例では、傾きθａは、筒状部材２が位置ｚにあるときに、筒状部材２の各突出部２２１ａ〜２２１ｄとシャフト部材３の各突条（３１、３２）とが対応状態にあるようなシャフト部材３の傾きを示している。
【００８６】
そして、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるようなデータを得ることにより、図１２Ｃに例示される筒状部材２の位置ｚ及びシャフト部材３の傾きθと出力Ｆとの関係を示す対応関係データ９２２を得ることができる。なお、このような対応関係データ９２２は、近似関数で与えられてもよいし、テーブル形式のデータで与えられてもよい。
【００８７】
また、本実施形態に係る制御装置９は、各外部インタフェース９３を介して、モータ１０１、位置センサ１０６、及び回転センサ１０７に接続している。これにより、制御装置９は、位置センサ１０６及び回転センサ１０７の出力により、筒状部材２の位置ｚ及びシャフト部材３の傾きθの値を取得する。そして、制御装置９は、対応関係データ９２２を参照し、筒状部材２の位置ｚ及びシャフト部材３の傾きθの値に基づいて、駆動するアクチュエータ１００の出力Ｆを特定し、この出力Ｆに応じた回転方向及び速度（ＰＷＭ入力）でモータ１０１を駆動する。これにより、制御装置９は、アクチュエータ１００の動作を制御することができる。具体的な制御方法に関しては、後述する制御例で詳細に説明する。
【００８８】
なお、制御装置９の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。また、制御装置９は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、デスクトップ型ＰＣ（Personal Computer）、タブレットＰＣ等の汎用の情報処理装置であってもよい。更に、制御装置９は、１又は複数台の情報処理装置により構成されてよい。
【００８９】
（機能構成）
次に、図１３を用いて、本実施形態に係る制御装置９の機能構成の一例について説明する。図１３は、本実施形態に係る制御装置９の機能構成の一例を模式的に例示する。本実施形態では、制御装置９の制御部９１が、記憶部９２に記憶されたプログラム９２１をＲＡＭに展開する。そして、制御部９１は、ＲＡＭに展開されたプログラム９２１をＣＰＵにより解釈及び実行して、各構成要素を制御する。これにより、制御装置９は、位置制御部９１１及び力制御部９１２を備えるコンピュータとして機能する。
【００９０】
位置制御部９１１は、筒状部材２を所望の位置ｚtargetに移動させるようにアクチュエータ１００の動作を制御する。一方、力制御部９１２は、筒状部材２から所望の出力Ｆtargetが得られるようにアクチュエータ１００の動作を制御する。なお、本実施形態では、これらの機能がいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例を説明している。しかしながら、これらの機能の一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、制御装置９の機能構成に関して、実施形態に応じて、適宜、機能の省略、置換、及び追加が行われてもよい。各機能に関しては後述する動作例で詳細に説明する。
【００９１】
（制御例）
次に、本実施形態に係る制御装置９によるアクチュエータ１００の動作制御の一例について説明する。制御装置９は、以下の３つの方法で、アクチュエータ１００の動作を制御する。
【００９２】
（１）位置制御
まず、図１４を用いて、制御装置９による筒状部材２（出力軸１０５）の位置制御の一例について説明する。図１４は、制御装置９による筒状部材２の位置制御の方法の一例を例示する。図１４の例では、制御装置９は、位置センサ１０６により得られる筒状部材２の位置ｚの情報のみで、アクチュエータ１００の動作を制御する。
【００９３】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、位置制御部９１１として機能して、位置センサ１０６の出力に基づいて、筒状部材２の位置ｚの値を取得する。また、制御部９１は、筒状部材２の所望の位置ｚtargetの値を受け付ける。所望の位置ｚtargetの値は、適宜取得されてよい。例えば、所望の位置ｚtargetの値は、他のコンピュータからの入力により得られてもよいし、所望の動作アルゴリズム（例えば、出力軸１０５に外力が作用したときに、筒状部材２の位置を一定に保つ）に従って算出することにより得られてもよい。
【００９４】
続いて、制御部９１は、所望の位置ｚtargetの値と位置センサ１０６から取得した位置ｚの値との差分に基づいて、筒状部材２を所望の位置ｚtargetに移動させるためのモータ１０１の回転方向を特定する。そして、制御部９１は、特定した回転方向に所定の速度で駆動する指令をモータ１０１に与える。
【００９５】
モータ１０１を駆動する所定の速度は、任意であってよい。例えば、制御部９１は、所望の位置ｚtargetの値と位置センサ１０６から取得した位置ｚの値との差分の大きさに応じた速度で駆動する指令をモータ１０１に与えてもよい。また、例えば、制御部９１は、所望の位置ｚtargetの値と位置センサ１０６から取得した位置ｚの値との差分の大きさとは無関係に、一定の速度で駆動する指令をモータ１０１に与えてもよい。
【００９６】
これにより、アクチュエータ１００は、筒状部材２が所望の位置ｚtargetに移動するように制御される。なお、本制御を行う場合、制御装置９は、回転センサ１０７の出力を利用しない。そのため、アクチュエータ１００の制御方法として本制御方法を採用する場合には、回転センサ１０７は省略されてもよい。
【００９７】
（２）力制御
次に、図１５を用いて、制御装置９によるアクチュエータ１００の力制御の一例について説明する。図１５は、制御装置９によるアクチュエータ１００の力制御の方法の一例を例示する。図１５の例では、制御装置９は、筒状部材２の位置ｚの情報を位置センサ１０６から取得し、シャフト部材３の傾きθの情報を回転センサ１０７から取得する。そして、制御装置９は、これらの情報（出力）に基づいて、アクチュエータ１００の筒状部材２（出力軸１０５）に発生する力Ｆが所望の値になるように、アクチュエータ１００の動作を制御する。
【００９８】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、力制御部９１２として機能して、位置センサ１０６の出力に基づいて、筒状部材２の位置ｚの値を取得する。また、制御部９１は、回転センサ１０７の出力に基づいて、シャフト部材３の傾きθの値を取得する。更に、制御部９１は、筒状部材２（出力軸１０５）で発生させる所望の力Ｆtargetの値を受け付ける。所望の力Ｆtargetの値は、適宜取得されてよい。例えば、所望の力Ｆtargetの値は、他のコンピュータからの入力により得られてもよいし、所望の動作アルゴリズム（例えば、筒状部材２をバネのように動作させる。すなわち、出力軸１０５に外力が作用し、筒状部材２が変位したときに、元の位置の方向に変位量に応じた力を筒状部材２に発生させる。）に従って算出することにより得られてもよい。
【００９９】
続いて、制御部９１は、対応関係データ９２２を参照することで、位置センサ１０６から取得した筒状部材２の位置ｚの値及びシャフト部材３の傾きθの値に応じて、筒状部材２（出力軸１０５）で発生している力Ｆの値を特定する。更に、制御部９１は、筒状部材２（出力軸１０５）で発生している力Ｆの値と所望の力Ｆtargetの値との差分に基づいて、筒状部材２（出力軸１０５）で所望の力Ｆtargetを発生させるように、モータ１０１の回転方向と速度とを決定する。そして、制御部９１は、決定した回転方向及び速度で駆動する指令をモータ１０１に与える。これにより、アクチュエータ１００は、出力軸１０５を介して所望の力Ｆtargetが得られるように制御される。
【０１００】
（３）位置及び力制御
次に、図１６を用いて、制御装置９による筒状部材２（出力軸１０５）の位置及び力制御の一例について説明する。図１６は、制御装置９による筒状部材２の位置及び力制御の方法の一例を例示する。図１６の例では、制御装置９は、筒状部材２の位置ｚの情報を位置センサ１０６から取得し、シャフト部材３の傾きθの情報を回転センサ１０７から取得する。そして、制御装置９は、これらの情報（出力）に基づいて、所望の力Ｆtargetが得られる状態で筒状部材２（出力軸１０５）を所望の位置ｚtargetに移動させるように、アクチュエータ１００の動作を制御する。
【０１０１】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、位置センサ１０６の出力に基づいて、筒状部材２の位置ｚの値を取得する。また、制御部９１は、回転センサ１０７の出力に基づいて、シャフト部材３の傾きθの値を取得する。
【０１０２】
次に、制御部９１は、位置制御部９１１として機能して、筒状部材２の所望の位置ｚtargetの値を受け付ける。所望の位置ｚtargetの値は、上記のとおり、適宜取得されてよい。そして、制御部９１は、所望の位置ｚtargetの値と位置センサ１０６から取得した位置ｚの値との差分に基づいて、筒状部材２（出力軸１０５）で発生させる所望の力Ｆtargetの値を決定する。
【０１０３】
所望の力Ｆtargetの値の決定方法は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、制御部９１は、筒状部材２（出力軸１０５）をバネのように動作させるように、所望の力Ｆtargetの値を決定してもよい。換言すると、制御部９１は、出力軸１０５に外力が作用し、筒状部材２が変位したときに、元の位置（所望の位置ｚtarget）の方向に上記位置の値の差分に応じた力を発生させるように、所望の力Ｆtargetの値を決定してもよい。また、例えば、制御部９１は、所望の力Ｆtargetの値を一定の値に固定してもよい。
【０１０４】
続いて、制御部９１は、力制御部９１２として機能し、対応関係データ９２２を参照することで、位置センサ１０６から取得した筒状部材２の位置ｚの値及びシャフト部材３の傾きθの値に応じて、筒状部材２（出力軸１０５）で発生している力Ｆの値を特定する。更に、制御部９１は、筒状部材２（出力軸１０５）で発生している力Ｆの値と所望の力Ｆtargetの値との差分に基づいて、筒状部材２（出力軸１０５）で所望の力Ｆtargetを発生させるように、モータ１０１の回転方向と速度とを決定する。そして、制御部９１は、決定した回転方向及び速度で駆動する指令をモータ１０１に与える。これにより、アクチュエータ１００は、所望の力Ｆtargetが得られる状態で筒状部材２（出力軸１０５）を所望の位置ｚtargetに移動させるように制御される。
【０１０５】
§４  特徴
以上のとおり、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１では、軸周りに分割して配置された各磁石２１ａ〜２１ｄにより各磁極部材２２ａ〜２２ｄを着磁することで、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部２２１ａ〜２２１ｄを磁極として利用できるようにしている。そのため、１つの磁石で複数の磁極を形成することができ、個々の磁極に応じて磁石を用意しなくてもよい。
【０１０６】
上記の例では、１つの磁極部材に対して１３個の突出部が設けられているため、筒状部材２側には５２個の磁極が形成される。従来のとおり、各磁極に応じて磁石片を用意するのであれば、５２個の磁石片を用意することになる。これに対して、本実施形態では、５２個の磁極を形成するのに、４つの磁石２１ａ〜２１ｄを用意するだけでよい。加えて、各磁石２１ａ〜２１ｄには、回転型モータに広く利用されている磁石を利用することができる。そのため、各磁石２１ａ〜２１ｄは安価に入手することができる。
【０１０７】
また、筒状部材２側に磁極を設けるための工程は、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの内周面に突出部を形成する工程に過ぎない。そのため、筒状部材２側に形成する磁極の数は容易に調整することができる。すなわち、磁極部材に設ける突出部の数を増やせば、磁石の数を増やすことなく、筒状部材２（ナット）側の磁極の数を容易に増やすことができる。
【０１０８】
したがって、本実施形態によれば、筒状部材２側に設ける磁極の数に対して利用する磁石の数を少なくすることができ、また、当該筒状部材２側の各磁極は容易に形成することができる。更に、利用する磁石の数を少なくすることで、部品点数を少なくすることができ、これにより、組み立て工程を容易にすることができる。よって、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１は、比較的に安価で製造することができ、生産性に優れている。
【０１０９】
加えて、本実施形態では、各磁石２１ａ〜２１ｄと各磁極部材２２ａ〜２２ｄとを、軸方向に並べるのではなく、径方向に配置している。そのため、本実施形態では、各磁極部材２２ａ〜２２ｄに設ける突出部２２１ａ〜２２１ｄにずれが生じるのを防ぐことができる。すなわち、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部２２１ａ〜２２１ｄとシャフト部材３の各突条（３１、３２）とを互いに精度よく対応するように形成することができる。また、バックヨークとなるハウジング４を配置しても、上記のとおり、各磁石２１ａ〜２１ｄとハウジング４との間のみで閉じた磁気回路が形成されるのではなく、各磁極部材２２ａ〜２２ｄ及びシャフト部材３を含む磁気回路が形成される。そのため、磁気ネジ機構の推力は低下しない。したがって、本実施形態によれば、実用性の高い磁気ネジ機構を提供することができる。
【０１１０】
§５  変形例
以上、本発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。また、上記磁気式動力伝達構造体１の各構成要素に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が行われてもよい。上記磁気式動力伝達構造体１の各構成要素の形状及び大きさは、実施の形態に応じて、適宜設定されてもよい。例えば、以下の変更が可能である。なお、以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。また、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。
【０１１１】
＜５．１＞
例えば、上記実施形態では、筒状部材２を構成する磁石及び磁極部材の数はそれぞれ４つである。しかしながら、筒状部材２を構成する磁石及び磁極部材の数はそれぞれ、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【０１１２】
また、例えば、上記実施形態では、径方向内側がＮ極である第１の磁石の数及び径方向内側がＳ極である第２の磁石の数は２つで一致している。しかしながら、第１の磁石と第２の磁石との数の関係は、このような例に限定されなくてもよく、第１の磁石の数及び第２の磁石の数は一致していなくてもよい。
【０１１３】
また、例えば、上記実施形態では、１つの磁石に対して１つの磁極部材が対応している。しかしながら、磁石と磁極部材との対応関係は、このような例に限定されなくてもよい。１つの磁石に複数の磁極部材を対応させてもよいし、複数の磁石に１つの磁極部材を対応させてもよいし、複数の磁石に複数の磁極部材を対応させてもよい。第１の磁石と第２の磁石とをまたぐように１つの磁極部材が配置されない限り、各磁石及び各磁極部材は適宜配置されてよい。
【０１１４】
＜５．２＞
また、例えば、上記実施形態では、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの断面形状は矩形状である。しかしながら、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの断面形状は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの断面形状は、三角形状、台形状等であってよい。なお、加工のしやすさの観点から、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの断面形状は、上記実施形態のとおり、矩形状であるのが好ましい。
【０１１５】
また、例えば、上記実施形態では、各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、軸方向から見て円弧状に形成されている。しかしながら、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの軸方向から見た形状は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの軸方向から見た形状は、台形状等であってよい。
【０１１６】
また、例えば、上記実施形態では、各磁石２１ａ〜２１ｄ及び各磁極部材２２ａ〜２２ｄは軸方向に連続している。しかしながら、各磁石２１ａ〜２１ｄ及び各磁極部材２２ａ〜２２ｄの軸方向の形状は、このような例に限定されなくてもよく、各磁石２１ａ〜２１ｄ及び各磁極部材２２ａ〜２２ｄは、軸方向に分割されていてもよい。
【０１１７】
また、例えば、上記実施形態では、各磁石２１ａ〜２１ｄには、９０度の断面円弧状の磁石を用いている。しかしながら、各磁石２１ａ〜２１ｄの断面形状は、このような例に限定されなくてもよい。なお、各磁石２１ａ〜２１ｄの着磁は、実施の形態に応じて適宜行われてよい。
【０１１８】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、各磁石２１ａ〜２１ｄの着磁方向の一例を例示する。各磁石２１ａ〜２１ｄは、図１７Ａに示されるようなラジアル着磁により作製されてもよいし、図１７Ｂに示されるようなパラレル着磁により作製されてもよい。ただし、図１７Ａに示されるようなラジアル着磁によって、法線方向に磁束が向くような断面円弧状の磁石を正確に作製することは困難である。そのため、作製コストを抑える観点からは、図１７Ｂに示されるパラレル着磁により各磁石２１ａ〜２１ｄを作製するのが好ましい。この場合、例えば、それぞれパラレル着磁された複数の磁石を連結して、各磁石２１ａ〜２１ｄを構成してもよい。これにより、法線方向に磁束が向く断面円弧状の磁石を疑似的に安価で作製することができる。
【０１１９】
また、例えば、上記実施形態では、シャフト部材３の各突条（３１、３２）は、一端部から他端部まで連続している。しかしながら、各突条（３１、３２）は、一端部から他端部まで連続していなくてもよい。すなわち、各突条（３１、３２）は、部分的に途切れてもよい。
【０１２０】
また、例えば、上記実施形態では、ハウジング４及び筒状部材２は円筒状に形成されており、シャフト部材３の外径は円形状に形成されている。しかしながら、各形状は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。また、内周面側と外周面側とで形状が相違していてもよい。
【０１２１】
＜５．３＞
また、例えば、上記実施形態では、図５Ａに示されるとおり、各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの幅方向（図５Ａの左右方向）の一端部から他端部まで各螺旋に沿って延びている。しかしながら、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの向き及び幅方向の数は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、各突出部２２１ａ〜２２１ｄは、軸方向に対して垂直な方向に延びていてもよいし、幅方向に分割されていてもよい。例えば、図１８のように磁極部材及び突出部を形成してもよい。
【０１２２】
図１８は、本変形例に係る各磁極部材２５ａ〜２５ｌの突出部２５１ａ〜２５１ｌの配置を模式的に例示する。各磁極部材２５ａ〜２５ｌは、上記実施形態の各磁極部材２２ａ〜２２ｄを幅方向に３つに分割した形状を有しており、各突出部２５１ａ〜２５１ｌは、軸方向に対して垂直な方向に延びている。更に、各磁石（２１ａ、２１ｃ）により着磁される各磁極部材（２５ａ〜２５ｃ、２５ｇ〜２５ｉ）は、突条３１の螺旋に沿って、階段状に配置されている。同様に、各磁石（２１ｂ、２１ｄ）により着磁される各磁極部材（２５ｄ〜２５ｆ、２５ｊ〜２５ｌ）は、突条３２の螺旋に沿って、階段状に配置されている。これらの点を除き、各磁極部材２５ａ〜２５ｌは、上記実施形態の各磁極部材２２ａ〜２２ｄと同様に作製される。
【０１２３】
本変形例によれば、各突出部２５１ａ〜２５１ｌが軸方向に対して垂直な方向に延びているため、各磁極部材２５ａ〜２５ｌを簡易な加工で作製することができる。そのため、製造コストを抑えることができる。また、各突出部２５１ａ〜２５１ｌが各突条（３１、３２）に沿って階段状に配置されていることで、筒状部材２とシャフト部材３との間で伝達する動力の変化を滑らかにすることができる。これにより、急激に大きな出力が生じたり、駆動時に振動が生じたりするのを抑えることができる。
【０１２４】
＜５．４＞
また、例えば、上記実施形態では、シャフト部材３の２つの突条（３１、３２）は２条の螺旋構造を有しており、これに応じて、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部（２２１ａ、２２１ｃ）及び突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）は２つの螺旋上に沿って配置されている。しかしながら、筒状部材２側の螺旋及びシャフト部材３側の螺旋はそれぞれ、磁気ネジ機構として動作可能であれば、２条の螺旋に限定されなくてもよい。すなわち、シャフト部材３側の一つの螺旋が、筒状部材２側の異なる極性に着磁される二つ以上の螺旋両方に対向するようにならない限り、シャフト部材３側の螺旋及び筒状部材２側の螺旋は適宜形成されてよい。なお、上記実施形態では、シャフト部材３側の螺旋及び筒状部材２側の螺旋は右螺旋である。しかしながら、シャフト部材３側の螺旋及び筒状部材２側の螺旋は、右螺旋に限定されなくてもよく、左螺旋であってもよい。
【０１２５】
＜５．５＞
また、例えば、上記のとおり、円弧状に湾曲した板状の磁性材料において、各突出部２２１ａ〜２２１ｄの間の部分（以下、「溝部」とも記載する）を切削することで、各磁極部材２２ａ〜２２ｄを作製することができる。このとき、溝部の形状は、特に限定されなくてもよい。
【０１２６】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、磁極部材の溝部の形状の一例を例示する。図１９Ａで例示される磁極部材２６及び図１９Ｂで例示される磁極部材２７は、上記各磁極部材２５ａ〜２５ｌと同様に構成されている。すなわち、磁極部材２６の突出部２６１及び磁極部材２７の突出部２７１はそれぞれ、軸方向に対して垂直な方向に延びるように形成されている。
【０１２７】
一方、磁極部材２６の溝部２６２及び磁極部材２７の溝部２７２の形状は相違している。磁極部材２６の溝部２６２は、底面が平らになるように形成されている。このような溝部２６２は、ワイヤ放電加工により容易に形成することができる。一方、磁極部材２７の溝部２７２は、磁極部材２７の湾曲に応じて底面が湾曲するように形成されている。このような溝部２７２は、例えば、最大切削径に合わせた円形の切削機により形成することができる。製造コストの観点からは、各磁極部材の溝部は、図１９Ａで例示される溝部２６２のように平らに形成されるのが好ましい。
【０１２８】
更に、シミュレーションソフト（インフォリティカ社製：MagNet）を用いて、三次元有限要素法による磁場シミュレーションを行った。磁場シミュレーションでは、シャフト部材を固定し、図１９Ａ（変形例Ａ）及び図１９Ｂ（変形例Ｂ）に示す磁極部材を利用した筒状部材に外力を加えてシャフト部材上を並進運動させたときに、筒状部材に発生する力を計算した。
【０１２９】
図１９Ｃは、際に得られる出力Ｆのシミュレーション結果を示す。図１９Ｃに示される結果から、磁極部材２６を利用した場合に、磁極部材２７を利用した場合に比べて、大きな出力が得られることが分かった。そのため、製造コストの観点のみならず、出力の観点からも、各磁極部材の溝部は、図１９Ａで例示される溝部２６２のように平らに形成されるのが好ましいことが分かった。
【０１３０】
＜５．６＞
また、例えば、上記実施形態では、シャフト部材３は、円柱状に形成されており、中実である。しかしながら、シャフト部材３は、中実でなくてもよい。すなわち、シャフト部材３は、例えば、円筒状に形成されることで、中空になっていてもよい。各磁石２１ａ〜２１ｄからの磁束は、シャフト部材３の中心部分までは殆ど到達しない。そのため、シャフト部材３の中心部分は、上記磁気の作用には殆ど影響を与えない部分である。よって、シャフト部材３を中空にすることで、上記磁気の作用に殆ど影響を与えることなく、軽量化を図ることができる。
【０１３１】
また、シャフト部材３を中空に形成する場合、シャフト部材３を筒状部材２と同様に作製してもよい。すなわち、軸周りに分割される複数のシャフト用磁極部材により構成したシャフト部材の中空に複数のシャフト用磁石を内蔵させることで、各シャフト用磁極部材が各シャフト用磁石により着磁されるようにしてもよい。例えば、図２０のようにシャフト部材を作製することができる。
【０１３２】
図２０は、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａを模式的に例示する斜視図である。磁気式動力伝達構造体１Ａは、上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１と同じ筒状部材２とハウジング４とを備えている。一方、シャフト部材３Ａは、上記実施形態に係るシャフト部材３と相違している。
【０１３３】
シャフト部材３Ａは、軸周りに分割される４つのシャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄにより構成されている。各シャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄは、断面円弧状に形成されており、各シャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄが軸周りに配置されることで、円筒状のシャフト部材３Ａが形成される。各シャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄの径方向内側、すなわち、シャフト部材３Ａの中空には、４つの磁石３３ａ〜３３ｄが配置されている。
【０１３４】
具体的には、各磁石３３ａ〜３３ｄは軸方向に延びており、軸周りに、磁石３３ａ、磁石３３ｂ、磁石３３ｃ、及び磁石３３ｄの順に配置されている。これらのうち、２つの磁石（３３ａ、３３ｃ）は、径方向外側がＳ極となるように着磁されており、筒状部材２の各磁石（２１ａ、２１ｃ）と対向するように配置される。これら２つの磁石（３３ａ、３３ｃ）はそれぞれ、本発明の「第１のシャフト用磁石」に相当する。一方、残りの２つの磁石（３３ｂ、３３ｄ）は、径方向外側がＮ極となるように着磁されており、筒状部材２の各磁石（２１ｂ、２１ｄ）と対向するように配置される。これら２つの磁石（３３ｂ、３３ｄ）はそれぞれ、本発明の「第２のシャフト用磁石」に相当する。なお、各磁石３３ａ〜３３ｄは、筒状部材２の各磁石２１ａ〜２１ｄと同様に作製されてよい。
【０１３５】
これにより、上記４つのシャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄのうち、２つのシャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）は、２つの磁石（３３ａ、３３ｃ）により着磁され、各磁石（２１ａ、２１ｃ）によりそれぞれ着磁される筒状部材２の２つの磁極部材（２２ａ、２２ｃ）と対向する。これら２つのシャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）はそれぞれ、本発明の「第１のシャフト用磁極部材」に相当する。同様に、残りの２つのシャフト用磁極部材（３４ｂ、３４ｄ）は、２つの磁石（３３ｂ、３３ｄ）により着磁され、各磁石（２１ｂ、２１ｄ）によりそれぞれ着磁される筒状部材２の２つの磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）と対向する。これら２つのシャフト用磁極部材（３４ｂ、３４ｄ）はそれぞれ、本発明の「第２のシャフト用磁極部材」に相当する。
【０１３６】
径方向外側がＳ極である各磁石（３３ａ、３３ｃ）により着磁される各シャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）の外周面には、上記実施形態に係る突条３１と同じ螺旋上に沿う突条３１Ａが設けられている。これにより、突条３１Ａは、各シャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）と径方向に対向する筒状部材２の各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）の突出部（２２１ａ、２２１ｃ）の沿う螺旋に対応して配置される。
【０１３７】
また、径方向外側がＮ極である各磁石（３３ｂ、３３ｄ）により着磁される各シャフト用磁極部材（３４ｂ、３４ｄ）の外周面には、上記実施形態に係る突条３２と同じ螺旋上に沿う突条３２Ａが設けられている。これにより、突条３２Ａは、各シャフト用磁極部材（３４ｂ、３４ｄ）と径方向に対向する筒状部材２の各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）の突出部（２２１ｂ、２２１ｃ）の沿う螺旋に対応して配置される。
【０１３８】
すなわち、突条３１Ａは、上記実施形態に係る突条３１と同様に、各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）の突出部（２２１ａ、２２１ｃ）と径方向に対向する。また、突条３２Ａは、上記実施形態に係る突条３２と同様に、各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）の突出部（２２１ｂ、２２１ｃ）と径方向に対向する。各突条（３１Ａ、３２Ａ）は、上記実施形態とは異なり、軸周りに連続しておらず、部分的に途切れている。
【０１３９】
なお、隣接する２つのシャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｂ）（３４ｂ、３４ｃ）（３４ｃ、３４ｄ）（３４ｄ、３４ａ）の間には、スペーサ３５が配置されている。このスペーサ３５は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、エンジニアリングプラスチック等で構成され、隣接する２つのシャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｂ）（３４ｂ、３４ｃ）（３４ｃ、３４ｄ）（３４ｄ、３４ａ）が直接接触しないようにしている。
【０１４０】
以上のような各シャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄは、筒状部材２の各磁極部材２２ａ〜２２ｄと同様に、磁性材料を用いて作製することができる。すなわち、円弧状に湾曲した板状の磁極部材を適宜用意し、用意した磁性材料の外周面に、切削加工等により、各突条（３１Ａ、３２Ａ）を形成するように歯を刻む。これにより、各突条（３１Ａ、３２Ａ）が外周面に設けられた各シャフト用磁極部材３４ａ〜３４ｄを作製することができる。
【０１４１】
本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａは、上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１と同様の原理で動作する。すなわち、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａでは、各磁石（２１ａ、２１ｃ）から、各磁極部材（２２ａ、２２ｃ）、シャフト部材３Ａ、各磁極部材（２２ｂ、２２ｄ）、各磁石（２１ｂ、２１ｄ）を順に通過し、再び各磁石（２１ａ、２１ｃ）に戻る磁気回路が形成される。磁気式動力伝達構造体１Ａは、この磁気回路の作用によって、磁気ネジ機構として機能する。
【０１４２】
ここで、本変形例では、径方向外側がＳ極である各磁石（３３ａ、３３ｃ）が突条３１Ａを備える各シャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）を着磁し、径方向外側がＮ極である各磁石（３３ｂ、３３ｄ）が突条３２Ａを備える各シャフト用磁極部材（３４ｂ、３４ｄ）を着磁するように、各磁石３３ａ〜３３ｄをシャフト部材３Ａの中空に内蔵している。これにより、Ｎ極として作用する各突出部（２２１ａ、２２１ｃ）に対向する突条３１ＡがＳ極として作用し、Ｓ極として作用する各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）に対向する突条３２ＡがＮ極として作用することになる。そのため、本変形例では、筒状部材２のみに磁石（磁石２１ａ〜２１ｄ）を内蔵した場合に比べて、形成される磁気回路の磁力を高めることができる。したがって、本変形例によれば、高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。
【０１４３】
なお、各磁石３３ａ〜３３ｄ及び各シャフト用磁極部材（３４ａ、３４ｃ）の形状は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。また、シャフト部材を構成するシャフト用磁極部材に数、及びシャフト部材に内蔵させる磁石の数は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【０１４４】
更に、シャフト部材に磁石を内蔵させる場合、筒状部材２の磁石は省略されてよい。すなわち、上記変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａの備える筒状部材２には、各磁石２１ａ〜２１ｄが内蔵されていなくてもよい。この場合、筒状部材２は、軸周りにおいて、円弧状の磁極部材に分割されていなくてもよい。更に、筒状部材２が軸周りに分割されていない場合には、筒状部材２の内周面に形成される各突出部（２２１ｂ、２２１ｄ）は、上記実施形態に係るシャフト部材３の各突条（３１、３２）のように、軸周りに連続的に延びるように形成されてもよい。
【０１４５】
＜５．７＞
また、例えば、上記実施形態に係るアクチュエータ１００では、シャフト部材３を回転させる回転装置として、回転型モータ（モータ１０１）を利用している。しかしながら、回転装置の種類は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【０１４６】
また、例えば、上記実施形態に係るアクチュエータ１００では、シャフト部材３にモータ１０１を取り付けて、シャフト部材３が回転するように構成されている。しかしながら、アクチュエータ１００は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜構成されてよい。
【０１４７】
例えば、筒状部材２にモータ１０１を取り付けることで、筒状部材２が回転するように構成してもよい。また、例えば、回転型モータのように、ハウジング４と筒状部材２との間にスペーサとコイルとを配置して、ハウジング４内で筒状部材２が回転するように構成してもよい。
【０１４８】
また、例えば、アクチュエータ１００は、筒状部材２又はシャフト部材３を軸方向に並進させて、シャフト部材３又は筒状部材２から回転運動を取り出すように構成されてもよい。筒状部材２又はシャフト部材３の並進は、例えば、手動により行われてもよいし、リニアモータ、流体圧シリンダにより行われてもよい。また、回転運動を取り出すように構成する例として、シャフト部材３に浮きを付けて、波の力でシャフト部材３を並進運動させるようにし、これによって、筒状部材２を回転させて発電を行うようにしてもよい。更に、自動車等のアクティブサスペンションとして磁気式動力伝達構造体１を利用してもよい。
【０１４９】
＜５．８＞
また、例えば、上記実施形態では、筒状部材２は、円筒状のハウジング４に収容されている。しかしながら、ハウジング４の形状は、円筒状に限定されなくてもよく、筒状部材２を収容可能な筒形状であれば、特に限定されなくてもよい。
【０１５０】
＜５．９＞
また、例えば、上記実施形態では、筒状部材２の各磁極部材２２ａ〜２２ｄとシャフト部材３との間には、何も部材が配置されていない。そのため、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部２２１ａ〜２２１ｄとシャフト部材３の各突条（３１、３２）とが接触してしまい、いずれか又は両者が破損してしまう可能性がある。
【０１５１】
これを防止するため、例えば、図２１に例示されるように、筒状部材２の各磁極部材２２ａ〜２２ｄとシャフト部材３との間に、円筒状の保護部材７を配置してもよい。この保護部材７の形状は、筒状部材２の各磁極部材２２ａ〜２２ｄとシャフト部材３との間に配置可能であれば、特に限定されなくてもよい。また、保護部材７の材料には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、エンジニアリングプラスチック等が用いられてもよい。
【０１５２】
＜５．１０＞
また、例えば、各磁極部材２２ａ〜２２ｄの突出部２２１ａ〜２２１ｄ及びシャフト部材３の各突条（３１、３２）のいずれか又は両者の破損する可能性を低減するため、以下の図２２及び図２３に例示される構成を採用することもできる。
【０１５３】
図２２は、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｂの構成を模式的に例示する断面図である。図２２に示されるとおり、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｂでは、筒状部材２の隣接する突出部２２１ａ〜２２１ｄの間の凹部２９には非磁性材料８１が充填されている。また、シャフト部材３の２つの突条（３１、３２）の間の凹部３９にも非磁性材料８２が充填されている。これらの点を除き、磁気式動力伝達構造体１Ｂは、上記磁気式動力伝達構造体１と同様の構成を有する。
【０１５４】
各非磁性材料（８１、８２）は、筒状部材２とシャフト部材３との間に形成される磁気回路に悪影響を及ぼさない材料であればよく、例えば、樹脂材料、非磁性体の金属材料であってよい。樹脂材料として、例えば、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene copolymer）、ＰＬＡ（polylactic acid）、ナイロン、ポリアセタール、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＰＳ（polyphenylenesulfide）等を挙げることができる。非磁性体の金属材料として、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム等を挙げることができる。
【０１５５】
各凹部（２９、３９）に各非磁性材料（８１、８２）を充填する方法は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、加熱することで軟化した各非磁性材料（８１、８２）を各凹部（２９、３９）に流し込み、流し込んだ各非磁性材料（８１、８２）を冷やして固化させることで、各凹部（２９、３９）に各非磁性材料（８１、８２）を充填してもよい。また、各凹部（２９、３９）と同形状の各非磁性材料（８１、８２）を形成し、形成した各非磁性材料（８１、８２）を各凹部（２９、３９）に嵌め込むことで、各凹部（２９、３９）に各非磁性材料（８１、８２）を充填してもよい。
【０１５６】
このとき、筒状部材２の内周面及びシャフト部材３の外周面が面一になるように、各非磁性材料（８１、８２）を充填するのが好ましい。つまり、非磁性材料８１の面が各突出部２２１ａ〜２２１ｄの面と面一になり、非磁性材料８２の面が各突条（３１、３２）の面と面一になるように、各非磁性材料（８１、８２）を充填するのが好ましい。これにより、筒状部材２及びシャフト部材３において、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）による凹凸を十分に抑えることができる。そのため、各突出部２２１ａ〜２２１ｄと各突条（３１、３２）とが接触することによる、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）の少なくとも一方の破損を防止することができる。
【０１５７】
また、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）が埋設されるように、各非磁性材料（８１、８２）を充填してもよい。これにより、筒状部材２及びシャフト部材３において、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）による凹凸を無くすことができるため、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）の少なくとも一方の破損を確実に防止することができる。
【０１５８】
なお、非磁性材料を用いる形態は、図２２に例示される構成に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、非磁性材料（８１、８２）のうちいずれか一方は省略されてもよい。周方向（軸周り）において隣接する磁極部材間に隙間が存在する場合、非磁性材料８１は、当該隣接する磁極部材間の隙間に更に充填されてもよい。
【０１５９】
また、図２３は、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｃの構成を模式的に例示する断面図である。図２３に示されるとおり、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｃは、第１被覆部材８３及び第２被覆部材８４を備える点を除き、上記磁気式動力伝達構造体１と同様の構成を有する。
【０１６０】
第１被覆部材８３の外径は、筒状部材２の各突出部２２１ａ〜２２１ｄの内径とほぼ同じである。これにより、第１被覆部材８３は、筒状部材２よりも径方向内側に配置され、各突出部２２１ａ〜２２１ｄを被覆する。
【０１６１】
一方、第２被覆部材８４の内径は、シャフト部材３の各突条（３１、３２）の外径とほぼ同じであり、第２被覆部材８４の外径は、第１被覆部材８３の内径よりもやや小さくなっている。これにより、第２被覆部材８４は、シャフト部材３より径方向外側に配置され、シャフト部材３の各突条（３１、３２）を被覆する。
【０１６２】
各被覆部材（８３、８４）の材料は、上記各非磁性材料（８１、８２）と同様、筒状部材２とシャフト部材３との間に形成される磁気回路に悪影響を及ぼさない材料であればよく、例えば、樹脂材料、非磁性体の金属材料であってよい。各被覆部材（８３、８４）には、上記各非磁性材料（８１、８２）と同様の樹脂材料又は金属材料が用いられてよい。また、各被覆部材（８３、８４）の寸法及び形状は、実施の形態に応じて適宜決定されてよく、例えば、シート状に形成されてもよい。
【０１６３】
なお、被覆部材を用いる形態は、図２３に例示される構成に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、被覆部材（８３、８４）のうちいずれか一方は省略されてもよい。被覆部材（８３、８４）のうちの省略した方には、上記非磁性材料の充填を適用してもよい。また、この被覆部材を用いる形態は、上記非磁性材料を用いる形態と共に適用されてもよい。
【０１６４】
上記図２２及び図２３で示される各形態によれば、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）が破損する可能性を低減することできる。更に、上記図２２及び図２３で示される各形態では、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、各非磁性材料（８１、８２）及び各被覆部材（８３、８４）をそれぞれ、筒状部材２及びシャフト部材３それぞれの補強材として作用させることができる。これにより、各凹部（２９、３９）に応力が集中するのを緩和することができるため、軸を曲げようとする力に対する筒状部材２及びシャフト部材３の強度を高めることができる。
【０１６５】
また、筒状部材２及びシャフト部材３において、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）による凹凸を低減することにより、筒状部材２の内周面及びシャフト部材３の外周面の洗浄が容易になる。そのため、上記各磁気式動力伝達構造体（１Ｂ、１Ｃ）は、食品又は医薬品の搬送等の洗浄を要する場面で利用可能である。
【０１６６】
また、筒状部材２及びシャフト部材３において、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）による凹凸を低減することにより、筒状部材２の内周面及びシャフト部材３の外周面の蒸気滅菌を行うことができるようになる。これによって、筒状部材２及びシャフト部材３の滅菌性を高めることができる。
【０１６７】
なお、各非磁性材料（８１、８２）及び各被覆部材（８３、８４）にステンレス等の材料を用いることで、上記洗浄及び蒸気滅菌によるさびの発生を抑制することができる。また、上記磁気式動力伝達構造体１Ｂにおいて、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）が各非磁性材料（８１、８２）から露出する場合、この露出する部分にめっきを施してもよい。これにより、各突出部２２１ａ〜２２１ｄ及び各突条（３１、３２）においてさびが発生するのを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１…磁気式動力伝達構造体、
２…筒状部材、
２１ａ〜２１ｄ…磁石、
２２ａ〜２２ｄ…磁極部材、２２１ａ〜２２１ｄ…突出部、
２３…保持具、２３１…端部、２３２…支柱部、
２４…中空部、
３…シャフト部材、３１・３２…突条、
４…ハウジング、
１００…アクチュエータ、１０１…モータ、１０２・１０３…固定部材、
１０４…レール、１０５…出力軸、
１０６…位置センサ、１０７…回転センサ、
９…制御装置、
９１…制御部、９１１…位置制御部、９１２…力制御部、
９２…記憶部、９２１…プログラム、９２２…対応関係データ、
９３…外部インタフェース
【図１】
2018092906.tif 000003
【図２】
2018092906.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2018092906.tif 000007
【図５Ｂ】
2018092906.tif 000008
【図６Ａ】
2018092906.tif 000009
【図６Ｂ】
2018092906.tif 000010
【図６Ｃ】
2018092906.tif 000011
【図７Ａ】
2018092906.tif 000012
【図７Ｂ】
2018092906.tif 000013
【図７Ｃ】
2018092906.tif 000014
【図８Ａ】
2018092906.tif 000015
【図８Ｂ】
2018092906.tif 000016
【図８Ｃ】
2018092906.tif 000017
【図９Ａ】
2018092906.tif 000018
【図９Ｂ】
2018092906.tif 000019
【図９Ｃ】
2018092906.tif 000020
【図１０】
2018092906.tif 000021
【図１１】
2018092906.tif 000022
【図１２Ａ】
2018092906.tif 000023
【図１２Ｂ】
2018092906.tif 000024
【図１２Ｃ】
2018092906.tif 000025
【図１３】
2018092906.tif 000026
【図１４】
2018092906.tif 000027
【図１５】
2018092906.tif 000028
【図１６】
2018092906.tif 000029
【図１７Ａ】
2018092906.tif 000030
【図１７Ｂ】
2018092906.tif 000031
【図１８】
2018092906.tif 000032
【図１９Ａ】
2018092906.tif 000033
【図１９Ｂ】
2018092906.tif 000034
【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2018092906.tif 000038
【図２３】
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【国際調査報告】
2018092906.tif 000040
2018092906.tif 000041