(57)【要約】【課題】回転体を、所定の領域で安定して保持するとともに、回転体の回転中心軸線を中心として自転させつつ、任意の軌道で公転させることができる回転体保持装置を提供する。【解決手段】  回転体保持装置Ｒは、基体１と、回転体２とを備える。基体１は、多孔質プレート１１と、磁極が回転中心軸線ａ方向を向く環状の基体側磁石１２とを有する。回転体２は、回転体側プレート２０と、磁極が基体側磁石１２と異極対向するように配置された環状の回転体側磁石２１とを有する。回転体側プレート２０の基体１側の面には、縁部に向かって延び、回転中心軸線ａから径方向に延びる線に対して少なくとも一部において傾斜している通気溝２０ｂを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（１）と、前記基体（１）上に配置された回転体（２）とを備え、
前記基体（１）は、前記回転体（２）に対向するように配置された多孔質プレート（１１）と、磁極が前記回転体（２）の回転中心軸線（ａ）方向を向くように配置された環状の基体側磁石（１２）とを有し、
前記回転体（２）は、非磁性材料で形成された回転体側プレート（２０）と、前記回転体側プレート（２０）の前記基体（１）側に、磁極が前記基体側磁石（１２）と異極対向するように配置された環状の回転体側磁石（２１）とを有し、
前記多孔質プレート（１１）は、前記回転体（２）側以外の面から前記回転体（２）側の面に連通する気孔を有し、
前記回転体側プレート（２０）の前記基体（１）側の面には、前記回転体（２）の縁部に向かって延び、且つ、前記回転体（２）の回転中心軸線（ａ）から径方向に延びる線に対して少なくとも一部において傾斜している通気溝（２０ｂ）が形成されていることを特徴とする回転体保持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転体保持装置であって、
前記基体側磁石（１２）及び前記回転体側磁石（２１）は、中心軸線を中心とする回転対称性を有する形状であることを特徴とする回転体保持装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回転体保持装置であって、
前記基体側磁石（１２）又は前記回転体側磁石（２１）に代わり、環状の磁性体を用いていることを特徴とする回転体保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体を自転させつつ、任意の軌道で公転可能に保持する回転体保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浮上機構と拘束機構とを組み合わせることによって、保持対象とそれを保持する機構との間で摩擦力を作用させることなく、保持対象の移動や回転を行うことが可能な保持装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の保持装置では、浮上機構として、エアベアリングを採用している。そして、そのエアベアリングから保持対象に向かって気体を放出することによって、その物体を浮上させている。
【０００４】
また、特許文献１に記載の保持装置では、拘束機構として、保持対象を磁性材料で形成したものや、エアベアリングと対向するように保持対象に磁性体を配置するとともに、エアベアリングの保持対象側とは反対側に磁石を配置したものを採用している。そして、磁石とエアベアリングと保持対象とを通る閉じた磁束線を形成することによって、保持対象が所定の高さ以上に浮上しないように、保持対象を拘束している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−００２２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の従来の保持装置では、保持状態においては、保持対象と保持装置とは、一体的に移動や回転を行うものとして構成されている。すなわち、従来の保持装置では、保持対象のみに移動や回転を行わせるためには、別途設けた移動機構等によって、保持対象に、磁石による拘束力を超える力を加える必要があった。そのため、保持対象のみを移動や回転を行わせた場合、その挙動が不安定になってしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、保持対象である回転体を、所定の領域で安定して保持するとともに、回転体の回転中心軸線を中心として自転させつつ、任意の軌道で公転させることができる回転体保持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の回転体保持装置は、基体（１）と、前記基体（１）上に配置された回転体（２）とを備え、前記基体（１）は、前記回転体（２）に対向するように配置された多孔質プレート（１１）と、磁極が前記回転体（２）の回転中心軸線（ａ）方向を向くように配置された環状の基体側磁石（１２）とを有し、前記回転体（２）は、非磁性材料で形成された回転体側プレート（２０）と、前記回転体側プレート（２０）の前記基体（１）側に、磁極が前記基体側磁石（１２）に異極対向するように配置された環状の回転体側磁石（２１）とを有し、前記多孔質プレート（１１）は、前記回転体（２）側以外の面から前記回転体（２）側の面に連通する気孔を有し、前記回転体側プレート（２０）の前記基体（１）側の面には、前記回転体（２）の縁部に向かって延び、且つ、前記回転体（２）の回転中心軸線（ａ）から径方向に延びる線に対して少なくとも一部において傾斜している通気溝（２０ｂ）が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記のように構成されている本発明の回転体保持装置では、基体（１）の多孔質プレート（１１）の回転体（２）側以外の面に気体が供給されると、その気体は、多孔質プレート（１１）の気孔を通じて、多孔質プレート（１１）の回転体（２）側の面から（すなわち、回転体側プレート（２０）に向かって）放出される。そして、回転体（２）は、その放出された気体によって押し上げられて、気体による押し上げる力と回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）による吸着力とが均衡している位置まで浮上する。
【００１０】
その結果、回転体（２）の回転において、回転体側プレート（２０）と多孔質プレート（１１）との間の摩擦力が作用しなくなる。
【００１１】
また、回転体側プレート（２０）の基体（１）側の面には、回転体（２）の縁部に向かって延び、且つ、回転体（２）の回転中心軸線（ａ）から径方向に延びる線に対して少なくとも一部において傾斜している通気溝（２０ｂ）が形成されている。そのため、多孔質プレート（１１）から気体が放出された際には、その気体が通気溝（２０ｂ）に沿って回転体（２）の縁に向かって流れる。
【００１２】
その結果、その気体から、回転体（２）に対して、回転体（２）の回転中心軸線（ａ）を中心として所定の方向に自転させる力が加えられるとともに、回転中心軸線（ａ）に対して垂直な方向に移動させる力が加えられる。
【００１３】
さらに、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）は、異極対向するように配置された環状の磁石である。そのため、両磁石は、一方の環と他方の環とが単一領域で重なり、一方の環の孔に他方の環と重なっていない領域（第１領域）が存在し、他方の環の孔に一方の環と重なっていない領域（第２領域）が存在するように、２つの磁石の中心軸線が外れた状態であり、かつ、後述するように磁気エネルギーが極小値となる状態で、相互に拘束される。
【００１４】
すなわち、両磁石は、回転体側磁石（２１）が基体側磁石（１２）の環から離間する方向（すなわち、両磁石の中心軸線に対して垂直な方向のうちの所定の方向のみ）に対して、相互に拘束され得る。
【００１５】
これは、上記の状態において、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）の一方の環の当該重なり領域、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）の他方の環の当該重なり領域、他方の環の外側、一方の環の孔の第１領域、一方の環の当該重なり領域の順に通る閉じた磁束線と、一方の環の当該重なり領域、他方の環の当該重なり領域、他方の環の孔の第２領域、一方の環の外側、一方の環の当該重なり領域の順に通る閉じた磁束線とが形成されると考えられる。そして、上記の状態で、磁束密度の極小化が図られ、磁気エネルギーが極小値となり、安定した状態となるためであると推察される。
【００１６】
その結果、回転体（２）には、気体によって生じた回転中心軸線（ａ）に対して垂直な方向に移動させる力と、回転体側磁石（２１）が基体側磁石（１２）の環から離間する方向（すなわち、両磁石の中心軸線（ａ）に対して垂直な方向のうちの所定の方向のみ）に対して拘束する力とが加わる。
【００１７】
そのため、回転体（２）は、基体側磁石（１２）の環に沿って移動する（すなわち、基体側磁石（１２）の中心軸線（ａ１）に対して公転する。）。このとき、基体側磁石（１２）の形状を変更することにより、公転軌道を任意に設定することができる。
【００１８】
したがって、本発明の回転体保持装置によれば、回転体（２）を、素材同士の摩擦力が作用しない状態で、回転体（２）の回転中心軸線（ａ）を中心として自転させつつ、任意の軌道で公転させることができる。
【００１９】
また、本発明の回転体保持装置においては、前記基体側磁石（１２）及び前記回転体側磁石（２１）は、中心軸線を中心とする回転対称性を有する形状であることが好ましい。
【００２０】
このように構成すると、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）は、それらの中心軸線が一致している状態では、中心軸線が一致するように（すなわち、それらの中心軸線に対して垂直な全ての方向に対して）、相互に拘束され得る。
【００２１】
これは、上記の状態において、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）の一方の環、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）の他方の環、他方の環の外側、一方の環の外側、一方の環の順に通る閉じた磁束線と、一方の環、他方の環、他方の環の内側、一方の環の内側、一方の環の順に通る閉じた磁束線とが形成されると考えられる。そして、上記の状態では、磁束密度の極小化又は最小化が図られ、磁気エネルギーが極小値又は最小値となり、安定した状態となるためであると推察される。
【００２２】
その結果、回転体側磁石（２１）及び基体側磁石（１２）の中心軸線が一致している状態では、回転体（２）は、それらの中心軸線を中心として自転するだけであり、公転しない。
【００２３】
したがって、基体側磁石（１２）と回転体側磁石（２１）とを円環状に構成した場合には、基体側磁石（１２）の中心軸線（ａ１）と回転体側磁石（２１）の中心軸線とをずらす方向又は一致させる方向に移動させるだけで、自転及び公転という回転運動と、自転のみという回転運動を切り替えることができるようになる。
【００２４】
また、本発明の回転体保持装置においては、前記基体側磁石（１２）又は前記回転体側磁石（２１）に代わり、環状の磁性体を用いていることが好ましい。
【００２５】
このように、一方の磁石に代わり磁性体を用いても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る回転体保持装置の概略構成を示す斜視図であり、図１Ａは自転のみの状態を示し、図１Ｂは自転及び公転状態を示す。
【図２】図１の回転体保持装置の中心軸線方向の断面図であり、図２Ａは自転のみの状態を示し、図２Ｂは自転及び公転状態を示す
【図３】図１の回転体保持装置の回転体の裏面図。
【図４】変形例に係る回転体保持装置の回転体の裏面図。
【図５】図１の回転体保持装置の自転及び公転状態を示す平面図であり、図５Ａは第１状態、図５Ｂは第２状態、図５Ｃは第３状態、図５Ｄは第４状態を示す。
【図６】変形例に係る回転体保持装置の自転及び公転状態を示す平面図であり、図６Ａは第１状態、図６Ｂは第２状態、図６Ｃは第３状態、図６Ｄは第４状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、実施形態に係る回転体保持装置について説明する。
【００２８】
まず、図１〜図４を参照して、回転体保持装置Ｒの構成について説明する。
【００２９】
図１に示すように、回転体保持装置Ｒは、基体１と、基体１上に配置された円板状の回転体２と、不図示の給気機構と、不図示の移動機構を備えている。
【００３０】
なお、本発明の回転体は、必ずしも円板状である必要はなく、基体１側の面が略平坦な形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００３１】
図２に示すように、基体１は、基体側プレート１０と、基体側プレート１０と回転体２との間に配置された多孔質プレート１１と、多孔質プレート１１の中央部に配置された環状の基体側磁石１２とを有している。
【００３２】
基体側プレート１０の内部には、浮上用給気経路１０ａ及び駆動用給気経路１０ｂが形成されている。給気機構によって供給された気体の一部は、浮上用給気経路１０ａを介して、多孔質プレート１１の裏面に供給される。また、給気機構によって供給された気体の他の一部は、駆動用給気経路１０ｂ及び環状の基体側磁石１２の孔を介して、後述する回転体２の通気溝２０ｂに供給される。
【００３３】
なお、基体側プレート１０は、多孔質プレート１１と一体化してもよい。また、浮上用給気経路１０ａ及び駆動用給気経路１０ｂの形状は、図示したものに限定されるものではない。例えば、浮上用給気経路１０ａは、多孔質プレート１１の回転体２側の面以外の面から回転体２側の面に向かって気体を導くことのできる形状であればよい。
【００３４】
多孔質プレート１１は、その回転体２側以外の面から回転体２側の面に連通する微細な多数の気孔（不図示）を有している。そのため、浮上用給気経路１０ａを介して多孔質プレート１１の裏面に気体が供給されると、その気体は、その気孔を通じて、多孔質プレート１１の回転体２側の面から（すなわち、回転体２に向かって）放出される。
【００３５】
基体側磁石１２は、磁極が回転体２の回転中心軸線ａ方向を向くように配置されている。また、基体側磁石１２は、回転体２が自転のみをする状態（図１Ａの状態）においては、その中心軸線ａ１が回転体２の回転中心軸線ａと一致するように配置されている。すなわち、環状の基体側磁石１２は、回転体２の回転中心軸線ａを中心とする回転対称性を有している。
【００３６】
回転体２は、円板状の回転体側プレート２０と、回転体側プレート２０の基体１側に配置された環状の回転体側磁石２１とを有している。
【００３７】
回転体側プレート２０は、非磁性材料で形成されている。回転体側プレート２０の基体１側の面には、回転体側磁石２１を配置するための凹部２０ａと、凹部２０ａと回転体２の外部とを連通する複数の通気溝２０ｂとが形成されている。
【００３８】
凹部２０ａは、基体側磁石１２と対向する位置に設けられている。凹部２０ａの深さは、回転体側磁石２１の軸方向の厚さよりも僅かに深く形成されている。そのため、凹部２０ａに回転体側磁石２１が配置された状態では、駆動用給気経路１０ｂ及び環状の基体側磁石１２の孔を介して供給された気体は、回転体側磁石２１の基体１側の面と基体側磁石１２の回転体２側の面との間を通って、通気溝２０ｂに流入する。
【００３９】
図３に示すように、通気溝２０ｂは、回転体側プレート２０の縁部に向かって延び、且つ、回転体２の回転中心軸線ａから径方向に延びる線に対して少なくとも一部において傾斜している。そのため、多孔質プレート１１から放出された気体や駆動用給気経路１０ｂ及び環状の基体側磁石１２の孔を介して供給された気体は、通気溝２０ｂに沿って流れ、回転体側プレート２０の縁部から回転体２の外部へと放出される。
【００４０】
通気溝２０ｂに沿って気体が流れる際には、その気体から、回転体２に対して、回転体２の回転中心軸線ａを中心として所定の方向に自転させる力が加えられるとともに、回転中心軸線ａに対して垂直な方向に移動させる力が加えられる。
【００４１】
また、通気溝２０ｂの幅は、回転体２の回転中心軸線ａから回転体側プレート２０の縁部に近づくほど先細りとなっている。これは、回転体２の回転速度を制限するためである。
【００４２】
なお、回転体２の回転速度を制限しない場合（すなわち、高速回転させる場合）には、図４に示す変形例のように、通気溝２０ｂの幅を、回転体側プレート２０の縁部に近づくほど拡がるようにすればよい。また、通気溝２０ｂの幅を均一にした場合にも、先細りにした場合に比べて、回転体２の回転速度は速くなる。
【００４３】
また、通気溝２０ｂの深さが深いほど、回転体２の回転速度は速くなる。これは、通気溝２０ｂを通る気体の量が増えるほど、回転体２に加えられる力が増加するためである。
【００４４】
回転体側磁石２１は、回転体側プレート２０の凹部２０ａに、基体側磁石１２と異極対向するように嵌め込まれている。すなわち、回転体側磁石２１は、基体側磁石１２と対向する位置に設けられている。回転体側磁石２１は、環状であり、その中心軸線は、回転体２の回転中心軸線ａと一致している。すなわち、回転体側磁石２１は、回転体２の回転中心軸線ａを中心とする回転対称性を有している。
【００４５】
なお、基体側磁石１２及び回転体側磁石２１のいずれか一方に代わり、磁性体で形成した環状の部材を用いてもよい。
【００４６】
移動機構（不図示）は、回転体２の側面に当接し、その中心軸線ａが基体側磁石１２の中心軸線ａ１と一致している状態（図１Ａ参照）と、一致していない状態（図１Ｂ参照）とを切り替えるように移動させる。具体的には、浮上している状態の回転体２を、基体側磁石１２と回転体側磁石２１との吸着力に反して、回転体２の回転中心軸線ａに垂直な方向に移動させる。
【００４７】
次に、図１、図２及び図５を参照して、回転体保持装置Ｒにおける回転体２の回転について説明する。なお、図１、図２及び図５において、短い矢印は回転体２の自転方向を示し、長い矢印は回転体２の公転方向を示す。
【００４８】
図１Ａに示すように、回転体保持装置Ｒでは、回転体２の回転中心軸線ａと基体側磁石１２の中心軸線ａ１とが一致した状態で、給気機構によって気体が供給されると、回転体２は、その気体による押し上げる力と基体側磁石１２による吸着力とが均衡している位置まで浮上する。
【００４９】
その結果、回転体２の回転において、回転体側プレート２０と多孔質プレート１１との間の摩擦力が作用しなくなる。
【００５０】
このとき、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２は、中心軸線が一致するように（すなわち、それらの中心軸線に対して垂直な全ての方向に対して）、相互に拘束される。
【００５１】
これは、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２の一方の環、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２の他方の環、他方の環の外側、一方の環の外側、一方の環の順に通る閉じた磁束線と、一方の環、他方の環、他方の環の内側、一方の環の内側、一方の環の順に通る閉じた磁束線とが形成されると考えられる。そして、上記の状態では、磁束密度の極小化又は最小化が図られ、磁気エネルギーが極小値又は最小値となり、安定した状態となるためであると推察される（図２Ａ参照）。
【００５２】
その結果、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２の中心軸線が一致している状態では、回転体２は、それらの中心軸線を中心として自転するだけであり、公転しない。
【００５３】
一方、図１Ｂに示すように、回転体保持装置Ｒでは、回転体２の回転中心軸線ａと基体側磁石の中心軸線ａ１とがずれた状態でも、給気機構によって気体が供給されると、中心軸線が一致している状態と同様に、回転体２は、その気体による押し上げる力と基体側磁石１２による吸着力とが均衡している位置まで浮上する。
【００５４】
その結果、回転体２の回転において、回転体側プレート２０と多孔質プレート１１との間の摩擦力が作用しなくなる。
【００５５】
しかし、このとき、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２は、一方の環と他方の環とが単一領域で重なり、一方の環の孔に他方の環と重なっていない領域（第１領域）が存在し、他方の環の孔に一方の環と重なっていない領域（第２領域）が存在するように、２つの磁石の中心軸線が外れた状態であり、かつ、後述するように磁気エネルギーが極小値となる状態で、相互に拘束される。
【００５６】
すなわち、中心軸線が一致した状態とは異なり、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２は、回転体側磁石２１が基体側磁石１２の環から離間する方向（すなわち、両磁石の中心軸線に対して垂直な方向のうちの所定の方向のみ）に対して、相互に拘束される。
【００５７】
これは、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２の一方の環の当該重なり領域、回転体側磁石２１及び基体側磁石１２の他方の環の当該重なり領域、他方の環の外側、一方の環の孔の第１領域、一方の環の当該重なり領域の順に通る閉じた磁束線と、一方の環の当該重なり領域、他方の環の当該重なり領域、他方の環の孔の第２領域、一方の環の外側、一方の環の当該重なり領域の順に通る閉じた磁束線とが形成されると考えられる。そして、上記の状態で、磁束密度の極小化が図られ、磁気エネルギーが極小値となり、安定した状態となるためであると推察される（図２Ｂ参照）。
【００５８】
その結果、回転体２には、気体によって生じた回転中心軸線ａに対して垂直な方向に移動させる力と、回転体側磁石２１が基体側磁石１２の環から離間する方向（すなわち、両磁石の中心軸線ａに対して垂直な方向のうちの所定の方向のみ）に対して拘束する力とが加わる。そのため、回転体２は、基体側磁石１２の環に沿って移動する（すなわち、基体側磁石１２の中心軸線ａ１に対して公転する。）。
【００５９】
具体的には、回転体保持装置Ｒでは基体側磁石１２として円環状の磁石を用いているので、図５に示すように、回転体２は、図５Ａに示す第１状態、図５Ｂに示す第２状態、図５Ｃに示す第３状態、図５Ｄに示す第４状態を順に繰り返すようにして、自転しつつ公転するようになる。
【００６０】
このとき、回転体２の公転軌道は、基体側磁石１２の形状によって規定される。そのため、例えば、図６に示すように、基体側磁石１２として矩形の環状の磁石を用いれば、回転体２は、図６Ａに示す第１状態、図６Ｂに示す第２状態、図６Ｃに示す第３状態、図６Ｄに示す第４状態を順に繰り返すようにして、自転しつつ公転するようになる。
【００６１】
すなわち、回転体保持装置Ｒでは、基体側磁石１２の形状を変更することにより、公転軌道を任意に設定することができるようになっている。
【００６２】
以上説明したように、回転体保持装置Ｒによれば、回転体２を、素材同士の摩擦力が作用しない状態で、回転体２の回転中心軸線ａを中心として自転させつつ、任意の軌道で公転させることができる。
【００６３】
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、回転体保持装置Ｒは、不図示の移動機構によって、回転体２が自転のみをする状態（図１Ａ参照）と、回転体２が自転及び公転をする状態（図１Ｂ参照）とを切り替え可能に構成している。しかし、本発明の回転体保持装置は、切替手段を省略し、回転体が自転及び公転をする状態のみを実現できるように構成してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、基体側磁石１２及び回転体側磁石２１は、中心軸線を中心として回転対称性を有する円環として形成されている。これは、回転体２の回転中心軸線ａと基体側磁石１２の中心軸線ａ１とが一致した状態において、回転体２の自転を滑らかなものとするためである。ただし、本発明における回転対称性を有する形状とは、円環に限定されるものではない。例えば、多角形状でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１，３…基体、２…回転体、１０…基体側プレート、１０ａ…浮上用給気経路、１０ｂ…駆動用給気経路、１１…多孔質プレート、１２…基体側磁石、２０…回転体側プレート、２０ａ…凹部、２０ｂ…通気溝、２１…回転体側磁石、ａ…回転体２の回転中心軸線、ａ１…基体側磁石１２の中心軸線、Ｒ…回転体保持装置。
【図１】
2017180624.tif 000003
【図２】
2017180624.tif 000004
【図３】
2017180624.tif 000005
【図４】
2017180624.tif 000006
【図５】
2017180624.tif 000007
【図６】
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